(57)【要約】【課題】空調機の強風時における能力低下と雨水浸入による運転障害を防止し、各種の特殊環境の空調に対応し、設備と運転のコストを低減する。【解決手段】ケーシング１内に、第１と第２の圧縮式のヒートポンプＣ、Ｃと、排気ファン５を隔ててヒートポンプＣの凝縮器３をすくなくとも一対設けた外気送風路Ｂと、を備える。複数の凝縮器３…の間にヒートポンプＣの構成部品を配置し、これらの構成部品のうちで圧縮機４と要防水部品をすくなくとも被いかつ排気ファン５へ頂が向かう山形のカバー７を、設ける。第１ヒートポンプＣの第１蒸発器２ａと第２ヒートポンプＣの第２蒸発器２ｂとを送風方向へ順に配設する。凝縮器３…を第１ヒートポンプＣと第２ヒートポンプＣにて共用し、第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂを冷媒蒸発・冷媒凝縮切換え自在に構成する。第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂの間と、第２蒸発器２ｂの風下の、一方又は両方に加湿器１０を配設する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング１内に、第１と第２の圧縮式のヒートポンプＣ、Ｃと、排気ファン５を隔てて前記ヒートポンプＣの凝縮器３をすくなくとも一対設けた外気送風路Ｂと、を備え、複数の前記凝縮器３…の間に前記ヒートポンプＣの構成部品を配置し、これらの構成部品のうちで圧縮機４と要防水部品をすくなくとも被いかつ前記排気ファン５へ頂が向かう山形のカバー７を、設け、前記第１ヒートポンプＣの第１蒸発器２ａと前記第２ヒートポンプＣの第２蒸発器２ｂとを送風方向へ順に配設すると共に、前記凝縮器３…を前記第１ヒートポンプＣと前記第２ヒートポンプＣにて共用し、前記第１蒸発器２ａと前記第２蒸発器２ｂを冷媒蒸発・冷媒凝縮切換え自在に構成し、前記第１蒸発器２ａと前記第２蒸発器２ｂの間と、前記第２蒸発器２ｂの風下の、一方又は両方に加湿器１０を配設したことを特徴とする空気熱源ヒートポンプ式空調機。
【請求項２】
凝縮器３に対応してケーシング１に開口する外気送風路入口９の外側に、防風断熱板８を設けた請求項１記載の空気熱源ヒートポンプ式空調機。
【請求項３】
第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂと凝縮器３のフィンチューブを楕円管にした請求項１又は２記載の空気熱源ヒートポンプ式空調機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は空気熱源ヒートポンプ式空調機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
空気熱源ヒートポンプ式空調機において、いわゆる室外機に該当する部分は、羽根回転軸の方向へ送風する軸流式の排気ファンを隔てて凝縮器を対向状に設け、外気を凝縮器に通風して冷媒と熱交換し、屋外に排気する構造となっている。
【０００３】
【特許文献１】実開平２−９６５３４号公報
【特許文献２】特開昭６３−２３３２４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、外気を取り込む開口部は屋外に剥き出しのままなので、天候が悪く強風の場合には、一方の凝縮器で熱交換した空気が排気ファンから排出されずに他方の凝縮器へ流れて屋外に出てしまい能力が落ちる問題がある。また、排気ファンの隙間を通じて雨水などが入り込むため、ヒートポンプの構成部品によっては（たとえば電子部品など）雨水に濡れてトラブルが起こり、空調運転に支障がでる問題もある。
【０００５】
また、電子工場や農業工場、飼育室、穀物倉庫などの特殊環境の空調では、空調用空気に対して加熱と冷却を所定順序で行い適宜加湿して温湿度調整をする必要がある。そのため、たとえば冷水コイル（冷却コイル）と温水コイル（加熱コイル）や加湿器などを備え、熱源水回路を４管式として冷水コイルと温水コイルに冷水と温水を別々に流して運転する方式があるが、４管式の熱源水回路では配管距離が長くて設備コストがかかり、冷水と温水を同時に作る必要があるため熱源機の運転コストもかかる問題がある。また、ヒートポンプは空気加熱温度（冷媒凝縮温度）に上限があるため、所望の給気温湿度（特に高温高湿）に対して空気温湿度が低く加湿量を多く必要とする条件では、気化方式で加湿すると蒸発潜熱により所望の給気温度に達しない場合がある。そのため、空調可能な温湿度範囲が狭くなり、圧縮効率ひいては成績係数（ＣＯＰ）が低下する問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するため、ケーシング内に、第１と第２の圧縮式のヒートポンプと、排気ファンを隔てて前記ヒートポンプの凝縮器をすくなくとも一対設けた外気送風路と、を備え、複数の前記凝縮器の間に前記ヒートポンプの構成部品を配置し、これらの構成部品のうちで圧縮機と要防水部品をすくなくとも被いかつ前記排気ファンへ頂が向かう山形のカバーを、設け、前記第１ヒートポンプの第１蒸発器と前記第２ヒートポンプの第２蒸発器とを送風方向へ順に配設すると共に、前記凝縮器を前記第１ヒートポンプと前記第２ヒートポンプにて共用し、前記第１蒸発器と前記第２蒸発器を冷媒蒸発・冷媒凝縮切換え自在に構成し、前記第１蒸発器と前記第２蒸発器の間と、前記第２蒸発器の風下の、一方又は両方に加湿器を配設したことを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１の発明によれば、一つのカバーを、ヒートポンプ部品の防水と、圧縮機の遮音と、凝縮器の一方から他方への熱交換済空気の流れ込み防止と、に兼用でき、部品点数の削減を図れて、静粛で安定した空調運転を行える。カバーは山形になっているので、排気ファンに向かってスムーズに小抵抗で空気を誘導案内でき、確実な排気を行える。また、空調用空気に対して加熱と冷却が必要な特殊環境の空調運転が冷温水コイルを使わずにヒートポンプのみででき、設備コストと運転コストの削減を図り得る。動物飼育室や病院治療室等の外気処理、農業工場や美術館等での恒温恒湿空調運転、食品売場でのコールドエイル解消やレストランでのドライ厨房などの除湿乾燥空調運転、穀物倉庫での保存や電子工場での静電気防止等のための低温加湿空調運転ができる。凝縮器はフィン群を共用してあるので伝熱面積が大きくなって第１と第２のヒートポンプの一方のみの運転でも熱交換能力が高くなる。共用の凝縮器において冷媒の一方が蒸発で他方が凝縮する場合、冷媒同士の熱交換も行えてＣＯＰが高まり省エネとなる。第１蒸発器と第２蒸発器の間と第２蒸発器の風下の両方に加湿器を配設すれば、二段階に分けて加熱と加湿を行えるので、空調可能な温湿度範囲（特に高温高湿側）が広がり、圧縮効率ひいてはＣＯＰが良くなる。
請求項２の発明によれば、防風断熱板にて、ケーシング内への風の直吹込み防止と、日射による凝縮器能力低下の防止と、雨水の吹き込みによる腐食防止と、ができるうえ、カバーとあいまって強風による悪影響を一層確実に防止し得る。
請求項３の発明では、蒸発器と凝縮器の圧力損失が減少して熱交換効率が向上するので小型のファンを用いることができ騒音低減を図れる。圧損減少分伝熱管列数を増やせるので蒸発器と凝縮器も小型化でき空調機をコンパクト化できる。
【実施例】
【０００８】
図１と図２は、本発明の空気熱源ヒートポンプ式空調機の一実施例を示しており、実線及び点線の白抜き矢印は送風方向を示す。この空調機は、ケーシング１内に、第１と第２の圧縮式のヒートポンプＣ、Ｃと加湿器１０、１０と第１・第２ヒートポンプＣ、Ｃの冷媒−空気熱交換用の第１・第２蒸発器２ａ、２ｂと空調用空気を被空調空間へ給気する給気ファン６とを設けた給気送風路Ａと、排気ファン５を隔ててヒートポンプＣの冷媒−空気熱交換用の凝縮器３をすくなくとも一対対向状に設けた外気送風路Ｂと、を備えている。この第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂとを送風方向へ順に配設すると共に、凝縮器３…を第１ヒートポンプＣと第２ヒートポンプＣにて共用し、第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂの間と、第２蒸発器２ｂの風下の、両方に加湿器１０を配設する。
【０００９】
羽根回転軸の方向へ送風する軸流式の排気ファン５は、複数の凝縮器３…に挟まれた空間の外端近傍乃至外側に配置すると共に複数の凝縮器３…の間にはヒートポンプＣの構成部品を配置し、これらの構成部品のうちで圧縮機４と要防水部品（たとえば漏電の虞がある電子部品やコネクタなど）をすくなくとも被いかつ排気ファン５へ頂が向かう山形のカバー７を、設ける。カバー７は、凝縮器３に対応してケーシング１に開口する外気送風路入口９に対して２／３以上重なるように形成して、凝縮器３で熱交換された空気の遮風と整流効果を高めるのが好ましい。
【００１０】
この各外気送風路入口９の外側には、防風断熱板８を各々設ける。防風断熱板８は、例えば、排気ファン５に近い外気送風路入口一端縁と防風断熱板一端縁の間隙部面積D1と排気ファン５から遠い外気送風路入口他端縁と防風断熱板他端縁の間隙部面積D2との比率（D1：D2）を変更調整自在として、設ける。これにより凝縮器３の通過風量分布の偏りに応じて、外気取入れ部分の間隙部面積の比率（D1：D2）を変更調整することにより、凝縮器通過風量分布を均等化でき能力向上を図れる。このときの防風断熱板８は各種取付具を介してケーシング１に外気送風路入口９との相対位置変更自在に取付けたり、排気ファン５に近い側と遠い側（図例では上端側と下端側）が外気送風路入口９と接近・離間するように回動自在に取付けて、外気取入れ部分の間隙部面積の比率（D1：D2）を変更調整自在に構成する。図示省略するが、凝縮器３への蒸発潜熱利用散水器を防風断熱板８の内側に設けてもよく、この場合には防風断熱板８で散水時の水の飛散も防止できる。
【００１１】
第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂは冷媒蒸発・冷媒凝縮切換え自在に構成し、たとえば、第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂの両方又は一方にて冷媒蒸発させるサイクルと第１蒸発器２ａで冷媒蒸発かつ第２蒸発器２ｂにて冷媒凝縮させるサイクルと第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂの両方又は一方にて冷媒凝縮させるサイクルとにすくなくとも切換自在、又は、第１蒸発器２ａにて冷媒蒸発かつ第２蒸発器２ｂにて冷媒凝縮させるサイクルと第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂの両方又は一方にて冷媒凝縮させるサイクルとにすくなくとも切換自在、又は、第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂの両方又は一方にて冷媒蒸発させるサイクルと第１蒸発器２ａにて冷媒凝縮かつ第２蒸発器２ｂにて冷媒蒸発させるサイクルとにすくなくとも切換自在、に構成する。
【００１２】
第１ヒートポンプＣは、熱交換用空気（外気）で循環冷媒の熱交換をする共用の凝縮器３…と、循環冷媒で空調用空気の熱交換をする第１蒸発器２ａと、第１の圧縮機４と、膨張弁と、冷媒循環方向の正逆の切換弁（四方弁）と、図示省略の受液器等と、を備え、これらを配管接続して冷媒循環回路を構成しかつ切換弁により凝縮器３と第１蒸発器２ａの吸熱と放熱（蒸発機能と凝縮機能）を切換自在に構成する。第２ヒートポンプＣは、共用の凝縮器３…と、循環冷媒で空調用空気の熱交換をする第２蒸発器２ｂと、第２の圧縮機４と、膨張弁と、冷媒循環方向の正逆の切換弁（四方弁）と、図示省略の受液器等と、を備え、これらを配管接続して冷媒循環回路を構成しかつ切換弁により凝縮器３…と第２蒸発器２ｂの吸熱と放熱（蒸発機能と凝縮機能）を切換自在に構成する。
【００１３】
各ヒートポンプＣの冷媒は各凝縮器３に並列に分流して通過したあと再び一つに合流するように構成すると共に、凝縮器３内の第１ヒートポンプＣの冷媒流通路と第２ヒートポンプＣの冷媒流通路とを互いに熱交換自在として配設し、凝縮器３において第１ヒートポンプＣの冷媒と第２ヒートポンプＣの冷媒の一方が蒸発で他方が凝縮する状態でこの異なる両冷媒が対向状に流通するように構成し、カウンタフローによる熱伝達の均一化と効率化を図る。さらに凝縮器３を、フィンチューブ１列毎、フィンチューブ１段毎又はフィンチューブ１本毎に、流れる冷媒が異なるように構成し、空気との熱交換ムラをなくし性能の安定化を図る。加湿器１０は、気化方式や蒸気吹出し方式など各種方式のものを用いることができるが、蒸気吹出し方式とすれば、温度降下せず無段階制御が可能で精度良く温湿度制御を行えて、蒸発器の負荷を少なくできる。
【００１４】
給気送風路Ａの空調用空気入口と空調用空気出口はケーシング１に設け、空調用空気入口は還気取入用や外気取入用あるいは還気と外気の混合空気取入用としてダクトなどを介して室内などの被空調空間や屋外と連通させ、空調用空気出口は給気用としてダクトなどを介して室内などの被空調空間に連通させる。この凝縮器３に送風すると共に、給気ファン６で送風することにより第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂにて空調用空気を熱交換（冷却・加熱）して被空調空間に給気し、各種環境に応じた空調運転を行う。第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂと凝縮器３のフィンチューブは圧損の少ない楕円管にするのが好ましいが円形管でもよい。
【００１５】
図例の空調機は、第１と第２のヒートポンプＣ、Ｃと給気ファン６と排気ファン５と風上側と風下側の加湿器１０、１０の各々の容量制御をすると共に給気送風路入口空気温湿度に応じて第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂの冷媒蒸発・冷媒凝縮を切換する制御手段（図示省略）を、備える。被空調空間の外気処理を行うには、たとえば、所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気温湿度が高い場合は、第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂの両方又は一方にて冷却減湿、又は、第１蒸発器２ａで冷却減湿してから第２蒸発器２ｂにて加熱して温調し、所定の給気温湿度に制御する。所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気の温度が低く湿度が高い場合は、第１蒸発器２ａで冷却減湿してから第２蒸発器２ｂにて加熱して温調し、所定の給気温湿度に制御する。所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気温湿度が低い場合は、第１蒸発器２ａにて加熱してから風上側加湿器１０にて加湿し、さらに、第２蒸発器２ｂにて加熱してから風下側加湿器１０にて加湿し、所定の給気温湿度に制御する。この場合、所望の給気温湿度にするのに必要な加熱量と加湿量に応じて、第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂの両方又は一方にて加熱し風上側加湿器１０と風下側加湿器１０のいずれか一方のみで加湿して所定の給気温湿度に制御することもできる。所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気の温度が高く湿度が低い場合は第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂの両方又は一方にて乾き冷却し、風上側加湿器１０と風下側加湿器１０の両方又は一方にて加湿し、所定の給気温湿度に制御する。
【００１６】
また、被空調空間を恒温恒湿に空調するには、たとえば、風下側加湿器１０を蒸気吹出し方式とした場合を例示すると、所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気温湿度が高い場合と所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気の温度が低く湿度が高い場合は、第１蒸発器２ａで冷却減湿してから第２蒸発器２ｂにて加熱して温調、又は、第１蒸発器２ａで冷却減湿してから第２蒸発器２ｂにて加熱して温調したのち風下側加湿器１０にて蒸気により温度を下げずに加湿し、所定の給気温湿度に制御する。所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気温湿度が低い場合は、第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂの両方又は一方にて加熱して温調したのち風下側加湿器１０にて蒸気により温度を下げずに加湿し、所定の給気温湿度に制御する。この場合、第１蒸発器２ａにて加熱してから風上側加湿器１０にて加湿し、さらに、第２蒸発器２ｂにて加熱してから風下側加湿器１０にて蒸気により温度を下げずに加湿し、所定の給気温湿度に制御することもできる。所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気の温度が高く湿度が低い場合は第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂの両方又は一方にて乾き冷却して温調したのち風下側加湿器１０にて蒸気により温度を下げずに加湿し、所定の給気温湿度に制御する。
【００１７】
この場合、風上側と風下側の加湿器１０、１０を止めて加湿せずに被空調空間を除湿乾燥することができる。たとえば、所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気温湿度が高い場合と所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気の温度が低く湿度が高い場合は第１蒸発器２ａで冷却減湿してから第２蒸発器２ｂにて加熱し、所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気温湿度が低い場合は第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂの両方又は一方にて加熱し、所定の給気温湿度に制御する。
【００１８】
また、被空調空間を低温加湿するには、たとえば、所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気温湿度が高い場合は第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂの両方又は一方にて冷却減湿し、所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気温湿度が低い場合は第１蒸発器２ａで加熱してから風上側加湿器１０にて加湿しそののち第２蒸発器２ｂにて乾き冷却し、所定の給気温湿度に制御する。所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気の温度が高く湿度が低い場合は風上側加湿器１０にて加湿してから第２蒸発器２ｂのみにて乾き冷却し、所定の給気温湿度に制御する。なお、図示省略するが、加湿器１０を一つのみとし、第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂの間と、第２蒸発器２ｂの風下の、いずれか一方に配設するも自由である。
【００１９】
なお、本発明は前記実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更自由で、たとえば排気ファン５や凝縮器３の配置や数の増減は自由で、防風断熱板８を構造変更したり省略するも自由である。また、第１と第２のヒートポンプＣ、Ｃや制御手段の構成、第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂの冷媒蒸発と冷媒凝縮のサイクルの変更や増減は自由である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】空気熱源ヒートポンプ式空調機の実施例を示す正面断面図。
【図２】同平面図。
【図３】同側面図。
【図４】ヒートポンプの簡略説明図。
【符号の説明】
【００２１】
１      ケーシング
２ａ    第１蒸発器
２ｂ    第２蒸発器
３      凝縮器
４      圧縮機
５      排気ファン
７      カバー
８      防風断熱板
９      外気送風路入口
１０    加湿器
Ｂ      外気送風路
Ｃ      ヒートポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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