(57)【要約】【課題】凝縮器や蒸発器での熱交換効率を向上させて、空調能力を保持しながら装置全体の小型化を図ることができる空調装置を提供すること。【解決手段】冷媒圧縮機１１で圧縮した冷媒を凝縮器１２で凝縮させ、凝縮させた冷媒を断熱膨張させた後に蒸発器１４で蒸発させて冷媒圧縮機１１に送出する冷媒回路１０を有し、蒸発器１４で冷媒を蒸発させることにより該冷媒と熱交換を行って冷却された空気により対象となる室１〜３，ｎの雰囲気を調整する空調装置において、蒸発器１４に対し空気を圧縮して送出する給気用圧縮機３１を備え、蒸発器１４は、給気用圧縮機３１により圧縮されて加圧された状態にある空気と冷媒との間で熱交換を行わせ、熱交換された空気を加圧された状態のまま対象となる室１〜３，ｎに向けて送出するものである。【選択図】        図１
2010091173.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機で圧縮した冷媒を凝縮器で凝縮させ、凝縮させた冷媒を断熱膨張させた後に蒸発器で蒸発させて前記圧縮機に送出する冷媒回路を有し、前記蒸発器で冷媒を蒸発させることにより該冷媒と熱交換を行って冷却された空気、あるいは前記凝縮器で冷媒を凝縮させることにより該冷媒と熱交換を行って加熱された空気により対象となる室の雰囲気を調整する空調装置において、
前記凝縮器及び蒸発器の少なくとも一方に対し、空気を圧縮して送出する圧縮空気送出手段を備え、
前記凝縮器及び蒸発器の少なくとも一方は、前記圧縮空気送出手段により圧縮されて加圧された状態にある空気と前記冷媒との間で熱交換を行わせ、熱交換された空気を加圧された状態のまま対象となる室に向けて送出することを特徴とする空調装置。
【請求項２】
前記凝縮器で熱交換されて加熱された加圧空気を分配して、加熱対象となる各室に供給する加熱空気供給手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の空調装置。
【請求項３】
前記蒸発器で熱交換された冷却された加圧空気を分配して、冷却対象となる各室に供給する冷却空気供給手段を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空調装置に関し、より詳細には、例えばエアコン等のように対象となる室の雰囲気を調整する空調装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばエアコン等のように対象となる室の雰囲気を調整する空調装置は、冷媒回路と、ファンと、ダクトとを備えて構成されている。
【０００３】
冷媒回路は、圧縮機、凝縮器、膨張機構及び蒸発器が冷媒配管で順次接続して構成され、内部に冷媒が封入されている。圧縮機は、冷媒を吸引し、圧縮するものである。凝縮器は、圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮させるものである。膨張機構は、凝縮器で凝縮した冷媒を断熱膨張させるものである。蒸発器は、膨張機構で断熱膨張された冷媒を蒸発させるものである。
【０００４】
ファンは、凝縮器や蒸発器の近傍にそれぞれ付設されており、凝縮器や蒸発器に対して空気を送出するものである。蒸発器に向けて送出された空気は、冷媒と熱交換を行う結果、冷却される。ダクトは、蒸発器にて冷却された空気を対象となる室に供給するための通風路である。
【０００５】
このような空調装置では、ファンの駆動（回転）により空気が蒸発器に送出され、冷媒と熱交換を行って冷却される。冷却された空気は、かかるファンの駆動によりダクトを通過して対象となる室に供給され、該室の内部温度を低下させて室の雰囲気を調整する（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平６−１１２０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、近年、空調装置の小型化の要請がある。かかる要請に応じて、空調能力を保持しながら装置全体の小型化を図る場合、凝縮器や蒸発器での熱交換効率を向上させる必要がある。
【０００８】
上述したような空調装置において、凝縮器や蒸発器での熱交換効率の向上を図るには、ファンによる凝縮器や蒸発器に対する空気の送風量を増大させる必要がある。ところが、凝縮器や蒸発器に対する送風量を増大させるには、ファン自体にもそれなりの大きさを必要とし、結果的に装置全体の小型化を図ることは困難である。
【０００９】
本発明は、上記実情に鑑みて、凝縮器や蒸発器での熱交換効率を向上させて、空調能力を保持しながら装置全体の小型化を図ることができる空調装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る空調装置は、圧縮機で圧縮した冷媒を凝縮器で凝縮させ、凝縮させた冷媒を断熱膨張させた後に蒸発器で蒸発させて前記圧縮機に送出する冷媒回路を有し、前記蒸発器で冷媒を蒸発させることにより該冷媒と熱交換を行って冷却された空気、あるいは前記凝縮器で冷媒を凝縮させることにより該冷媒と熱交換を行って加熱された空気により対象となる室の雰囲気を調整する空調装置において、前記凝縮器及び蒸発器の少なくとも一方に対し、空気を圧縮して送出する圧縮空気送出手段を備え、前記凝縮器及び蒸発器の少なくとも一方は、前記圧縮空気送出手段により圧縮されて加圧された状態にある空気と前記冷媒との間で熱交換を行わせ、熱交換された空気を加圧された状態のまま対象となる室に向けて送出することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の請求項２に係る空調装置は、上述した請求項１において、前記凝縮器で熱交換されて加熱された加圧空気を分配して、加熱対象となる各室に供給する加熱空気供給手段を備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項３に係る空調装置は、上述した請求項１又は請求項２において、前記蒸発器で熱交換された冷却された加圧空気を分配して、冷却対象となる各室に供給する冷却空気供給手段を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の空調装置によれば、圧縮空気送出手段が凝縮器及び蒸発器の少なくとも一方に対し、空気を圧縮して送出し、凝縮器及び蒸発器の少なくとも一方は、圧縮空気送出手段により圧縮されて加圧された状態にある空気と冷媒との間で熱交換を行わせ、熱交換された空気を加圧された状態のまま対象となる室に向けて送出するので、後述する伝熱の基礎理論により、凝縮器、あるいは蒸発器自体の大きさが非常に小型なものであっても十分に空気と熱交換することができ、しかも熱交換された空気は加圧された状態であるので、かかる空気の通路となる配管の径も非常に小さい小型なものとすることができる。従って、凝縮器や蒸発器での熱交換効率を向上させて、空調能力を保持しながら装置全体の小型化を図ることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る空調装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態である空調装置を模式的に示す模式図である。ここで例示する空調装置は、冷媒回路１０を備えている。
【００１６】
冷媒回路１０は、冷媒を循環させる回路であり、冷媒圧縮機１１、凝縮器１２、膨張機構１３及び蒸発器１４を冷媒配管１５で順次接続して構成してある。
【００１７】
冷媒圧縮機１１は、冷媒を圧縮して高温高圧の状態にするものである。本実施の形態における冷媒圧縮機１１としては、レシプロ圧縮機、ロータリー圧縮機、スクロール圧縮機、あるいはこれらの圧縮能力を調整可能なインバータ圧縮機等を適用することができ、冷媒回路１０を配設する対象、環境、あるいは装置全体に要するコスト等に見合うものを適宜適用すれば良い。
【００１８】
凝縮器１２は、冷媒圧縮機１１で高温高圧の状態に圧縮された冷媒を、排気用圧縮機２１にて圧縮された空気と熱交換させて凝縮させるものである。この排気用圧縮機２１は、凝縮器１２と排気送出配管２２を通じて連通してあり、取り込んだ空気を圧縮し、圧縮空気として排気送出配管２２を通じて送出するものである。
【００１９】
ここで凝縮器１２の構造について説明する。図２は、凝縮器１２の構造を上方から見た平面図であり、内部を透過して示している。この図２に示すように、凝縮器１２は、耐圧性を有する圧力容器である筐体１２０の内部に配設して構成した小型なものである。かかる筐体１２０には、前後面、左右面に冷媒配管１５等の配管と連結可能な連結部材１２１〜１２４が設けてあり、それぞれの連結部材１２１〜１２４には開口１２１ａ〜１２４ａが形成してある。前面に設けてある第１連結部材１２１は、冷媒圧縮機１１に接続された冷媒配管１５と連結するものであり、この第１連結部材１２１の開口１２１ａは冷媒入口となる。後面に設けてある第２連結部材１２２は、膨張機構１３に接続された冷媒配管１５と連結するものであり、この第２連結部材１２２の開口１２２ａは冷媒出口となる。右面に設けてある第３連結部材１２３は、上記排気送出配管２２と連結するものであり、この第３連結部材１２３の開口１２３ａは排気入口となる。左面に設けてある第４連結部材１２４は、排気吐出配管２３と連結するものであり、この第４連結部材１２４の開口１２４ａは排気出口となる。ここで排気吐出配管２３は、一端が第４連結部材１２４に連結され、他端が開放されて外気と連通しており、凝縮器１２を通過した排気を外部に吐出するためのものである。
【００２０】
このような筐体１２０の内部に配設された凝縮器１２は、図３及び図４に示すように直方状の積層構造を成すものである。図３は、凝縮器１２の外観を示す斜視図であり、図４は、凝縮器１２の外観を示す平面図である。この凝縮器１２においては、図３及び図４において前後方向に沿って延在する流路（以下、冷媒流路ともいう）１２ａと、左右方向に沿って延在する流路（以下、排気流路ともいう）１２ｂとを有している。
【００２１】
このような凝縮器１２は、同一平面内に並設された多数の微細な冷媒流路１２ａから成る冷媒流路群と、同一平面内に並設された多数の微細な排気流路１２ｂから成る排気流路群とが上下方向に交互に拡散接合により複数積層された構造となっている。つまり、それぞれの冷媒流路群では、前後方向に延在する多数の微細な冷媒流路１２ａが左右方向に一定の間隔をおいて並設されており、それぞれの排気流路群では、左右方向に延在する多数の微細な排気流路１２ｂが前後方向に一定の間隔をおいて並設されており、冷媒流路１２ａと排気流路１２ｂとは互いに交わって連通しないよう、上下方向に位置をずらして積層配置されている。
【００２２】
膨張機構１３は、例えば膨張弁やキャピラリーチューブのようなものであり、凝縮器１２から吐出された冷媒を断熱膨張させる、すなわち該冷媒を減圧して低温低圧の状態に調整するものである。
【００２３】
蒸発器１４は、膨張機構１３で断熱膨張された冷媒を、給気用圧縮機３１にて圧縮された空気と熱交換させて蒸発させるものである。この給気用圧縮機３１は、蒸発器１４と給気送出配管３２を通じて連通してあり、取り込んだ空気を圧縮し、圧縮空気として給気送出配管３２を通じて送出する圧縮空気送出手段である。
【００２４】
ここで蒸発器１４の構造について説明する。図５は、蒸発器１４の構造を上方から見た平面図であり、内部を透過して示している。この図５に示すように、蒸発器１４は、上記凝縮器１２と同様の構成を有し、耐圧性を有する圧力容器である筐体１４０の内部に配設して構成した小型なものである。かかる筐体１４０には、前後面、左右面に冷媒配管１５等の配管と連結可能な連結部材１４１〜１４４が設けてあり、それぞれの連結部材１４１〜１４４には開口１４１ａ〜１４４ａが形成してある。前面に設けてある第１連結部材１４１は、冷媒圧縮機１１に接続された冷媒配管１５と連結するものであり、この第１連結部材１４１の開口１４１ａは冷媒出口となる。後面に設けてある第２連結部材１４２は、膨張機構１３に接続された冷媒配管１５と連結するものであり、この第２連結部材１４２の開口１４２ａは冷媒入口となる。左面に設けてある第３連結部材１４３は、上記給気送出配管３２と連結するものであり、この第３連結部材１４３の開口１４３ａは給気入口となる。右面に設けてある第４連結部材１４４は、給気分配配管３３と連結するものであり、この第４連結部材１４４の開口１４４ａは給気出口となる。
【００２５】
ここで給気分配配管３３は、一端が第４連結部材１４４に連結され、途中で複数に分岐してそれぞれの他端が冷却対象となる室１〜３，ｎに開放されて連通しており、蒸発器１４を通過した空気（冷気）を分配して、冷却対象となる各室１〜３，ｎに供給する冷却空気供給手段である。このような給気分配配管３３のそれぞれの他端の近傍には調整弁３４が設けてある。調整弁３４は、開閉可能な弁体であり、開成することにより空気の通過を許容する一方、閉成することにより空気の通過を規制するものである。また、この調整弁３４の開度は、種々の方法によって適当な大きさに調整されている。
【００２６】
このような筐体１４０の内部に配設された蒸発器１４は、図６及び図７に示すように、上記凝縮器１２と同様に直方状の積層構造を成すものである。図６は、蒸発器１４の外観を示す斜視図であり、図７は、蒸発器１４の外観を示す平面図である。この蒸発器１４においては、図６及び図７において前後方向に沿って延在する流路（以下、冷媒流路ともいう）１４ａと、左右方向に沿って延在する流路（以下、給気流路ともいう）１４ｂとを有している。
【００２７】
このような蒸発器１４は、同一平面内に並設された多数の微細な冷媒流路１４ａから成る冷媒流路群と、同一平面内に並設された多数の微細な給気流路１４ｂから成る給気流路群とが上下方向に交互に拡散接合により複数積層された構造となっている。つまり、それぞれの冷媒流路群では、前後方向に延在する多数の微細な冷媒流路１４ａが左右方向に一定の間隔をおいて並設されており、それぞれの給気流路群では、左右方向に延在する多数の微細な給気流路１４ｂが前後方向に一定の間隔をおいて並設されており、冷媒流路１４ａと給気流路１４ｂとは互いに交わって連通しないよう、上下方向に位置をずらして積層配置されている。
【００２８】
以上のような構成を有する空調装置においては、次のようにして冷却対象となる室１〜３，ｎを冷却して雰囲気を調整することができる。説明の前提として、排気用圧縮機２１は、取り込んだ空気を圧縮し、圧縮空気として排気送出配管２２を通じて凝縮器１２に送出しており、給気用圧縮機３１は、取り込んだ空気を圧縮し、圧縮空気として給気送出配管３２を通じて蒸発器１４に送出しているものとする。
【００２９】
冷媒圧縮機１１により吸引された冷媒は、次のようにして冷媒回路１０を循環する。すなわち冷媒圧縮機１１で圧縮された冷媒は、冷媒配管１５を通じて凝縮器１２に供給される。より詳細には、圧縮された冷媒は、第１連結部材１２１の冷媒入口を通じて筐体１２０内に進入し、前面に形成された微細な冷媒流路１２ａを後方に向けて流れる。ところで、排気用圧縮機２１で圧縮された空気は、排気送出配管２２を通過した後に第３連結部材１２３の排気入口を通じて筐体１２０内に進入し、右面に形成された微細な排気流路１２ｂを加圧された状態のままで左方に向けて流れている。
【００３０】
そのため、かかる凝縮器１２では、冷媒流路１２ａを流れる冷媒と、排気流路１２ｂを流れる空気との間で熱交換が行われ、冷媒は凝縮する一方、空気は加熱される。加熱された空気は、第４連結部材１２４の排気出口を通じて排気吐出配管２３に至り、かかる排気吐出配管２３から外部に吐出される。
【００３１】
凝縮した冷媒は、第２連結部材１２２の冷媒出口を通じて冷媒配管１５に進入し、膨張機構１３に供給される。膨張機構１３に供給された冷媒は、かかる膨張機構１３にて断熱膨張され、冷媒配管１５を通じて蒸発器１４に供給される。
【００３２】
より詳細には、断熱膨張された冷媒は、第２連結部材１４２の冷媒入口を通じて筐体１４０内に進入し、後面に形成された微細な冷媒流路１４ａを前方に向けて流れる。ところで、給気用圧縮機３１で圧縮された空気は、給気送出配管３２を通過した後に第３連結部材１４３の給気入口を通じて筐体１４０内に進入し、左面に形成された微細な給気流路１４ｂを加圧された状態のままで右方に向けて流れている。
【００３３】
そのため、かかる蒸発器１４では、冷媒流路１４ａを流れる冷媒と、給気流路１４ｂを流れる空気との間で熱交換が行われ、冷媒は蒸発する一方、空気は冷却される。冷却された空気は、加圧された状態のまま第４連結部材１４４の給気出口を通じて給気分配配管３３に至る。
【００３４】
ところで、この給気分配配管３３では、冷却対象となる室１〜３，ｎに開放された他端の上流側の調整弁３４は、予め適当な開度に開成されている。これにより、給気出口を通じて給気分配配管３３に至った空気は、開成された調整弁３４を介して他端に至り、該他端から室１〜３，ｎ内に放出されて該室１〜３，ｎの室内温度を低下させて雰囲気を調整する。
【００３５】
つまり、蒸発器１４は、給気用圧縮機３１により圧縮されて加圧された状態にある空気と冷媒との間で熱交換を行わせ、熱交換により冷却された空気を加圧された状態のまま対象となる室１〜３，ｎに向けて送出するものである。
【００３６】
一方、蒸発した冷媒は、第１連結部材１４１の冷媒出口を通じて冷媒配管１５に進入し、冷媒圧縮機１１に吸引されて再び圧縮され、上述した循環を繰り返す。
【００３７】
以上のような構成を有する空調装置においては、蒸発器１４において、冷媒流路１４ａを流れる冷媒と、給気流路１４ｂを加圧された状態で通過する空気との間で熱交換を行わせ、冷却された加圧空気を加圧された蒸発器１４のままで対象室１〜３，ｎに向けて送出している。そのため、次のようなことがいえる。
【００３８】
一般に伝熱の基礎理論として、流路を小さくするほど均質に加熱・冷却（伝熱）することができ、熱交換器における伝熱に寄与する流路が短いものであっても微細な流路を多数設ければ、熱交換器として十分な熱通過率を得ることができる。また、熱交換を大量に行うには、大流量の流体（冷媒・空気）を流す必要があり、流路において高流速で流体を流すことが必要とされる。
【００３９】
その点、蒸発器１４は、微細流路（冷媒流路１４ａ及び給気流路１４ｂ）を多数有する積層構造であり、空気を圧縮して圧縮された状態のまま（加圧された状態のまま）給気流路１４ｂを通過させている。これにより、蒸発器１４が非常に小さいものであっても、良好に熱交換を行わせることができる。このことは、蒸発器１４と同様の構成を有する凝縮器１２について同様のことがいえる。
【００４０】
また、給気分配配管３３では、蒸発器１４で冷却された圧縮空気を加圧された状態のままで他端に向けて送出する。そのため、給気分配配管３３の径を十分に小さいものにすることができる。
【００４１】
以上説明したように、本発明の実施の形態である空調装置によれば、給気用圧縮機３１が取り込んだ空気を圧縮して蒸発器１４に送出し、かかる蒸発器１４は、圧縮されて加圧された状態にある空気と冷媒との間で熱交換を行わせ、熱交換された空気を加圧された状態のまま対象となる室１〜３，ｎに向けて送出するので、蒸発器１４自体の大きさが非常に小型なものであっても十分に空気を冷却することができ、しかも冷却された空気は加圧された状態であるので、かかる空気の通路となる給気分配配管３３の径も非常に小さい小型なものとすることができる。また、凝縮器１２も蒸発器１４と同様の構成を有することにより、凝縮器１２自体の大きさが非常に小型なものであっても冷媒と空気との熱交換を良好に行わせることができる。また給気分配配管３３による送出した空気は、その後減圧させて各室１〜３，ｎに供給すれば良く、冷却した空気を効率良く運搬することができる。従って、凝縮器１２や蒸発器１４での熱交換効率を向上させて、空調能力を保持しながら装置全体の小型化を図ることができる。
【００４２】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。例えば、図８に示すように、空調装置は、冷媒回路１０′を備えてものであってもよい。冷媒回路１０′は、上述した冷媒回路１０と同様に、冷媒圧縮機１１、凝縮器１２、膨張機構１３及び蒸発器１４を冷媒配管にて順次接続して構成したものであるが、凝縮器１２に給気送出配管３２及び給気分配配管３３が接続してあり、蒸発器１４に排気送出配管２２及び排気吐出配管２３を接続してある点で相違する。
【００４３】
このような構成においては、凝縮器１２で加熱された空気を加圧された状態のまま対象となる室１〜３，ｎに供給することができ、該室１〜３，ｎの室内温度を上昇させて雰囲気を調整することができる。かかる構成によっても、給気用圧縮機３１が取り込んだ空気を圧縮して凝縮器１２に送出し、かかる凝縮器１２は、圧縮されて加圧された状態にある空気と冷媒との間で熱交換を行わせ、熱交換された空気を加圧された状態のまま対象となる室１〜３，ｎに向けて送出するので、凝縮器１２自体の大きさが非常に小型なものであっても十分に空気を加熱することができ、しかも加熱された空気は加圧された状態であるので、かかる空気の通路となる給気分配配管３３の径も非常に小さい小型なものとすることができる。また、蒸発器１４も凝縮器１２と同様の構成を有することにより、蒸発器１４自体の大きさが非常に小型なものであっても冷媒と空気との熱交換を良好に行わせることができる。従って、凝縮器１２や蒸発器１４での熱交換効率を向上させて、空調能力を保持しながら装置全体の小型化を図ることができる。
【００４４】
上述した実施の形態では、冷媒流路１２ａと排気流路１２ｂ、並びに冷媒流路１２ａと給気流路１４ｂとは、互いに直交する方向に延在するものであったが、本発明はこれに限られず、両流路が特定の角度で交差するものであっても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施の形態である空調装置を模式的に示す模式図である。
【図２】凝縮器の構造を上方から見た平面図であり、内部を透過して示している。
【図３】凝縮器の外観を示す斜視図である。
【図４】凝縮器の外観を示す平面図である。
【図５】蒸発器の構造を上方から見た平面図であり、内部を透過して示している。
【図６】蒸発器の外観を示す斜視図である。
【図７】蒸発器の外観を示す平面図である。
【図８】図１に示した空調装置の変形例を模式的に示す模式図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０      冷媒回路
１１      冷媒圧縮機
１２      凝縮器
１２０    筐体
１２ａ    冷媒流路
１２ｂ    排気流路
１３      膨張機構
１４      蒸発器
１４０    筐体
１４ａ    冷媒流路
１４ｂ    給気流路
１５      冷媒配管
２１      排気用圧縮機
２２      排気送出配管
２３      排気吐出配管
３１      給気用圧縮機
３２      給気送出配管
３３      給気分配配管
３４      調整弁
【図１】
2010091173.tif 000003
【図２】
2010091173.tif 000004
【図３】
2010091173.tif 000005
【図４】
2010091173.tif 000006
【図５】
2010091173.tif 000007
【図６】
2010091173.tif 000008
【図７】
2010091173.tif 000009
【図８】
2010091173.tif 000010