(57)【要約】【課題】安定した循環サイクルを維持しつつ、吹き出し温度及び湿度の調整を適切に行う。【解決手段】再熱式空気調和装置の循環回路に、室外熱交換器４をバイパスする第１バイパス管１０を接続し、その第１バイパス管１０に、第１バイパス管１０内の冷媒の流量を調整可能な第１バイパス弁１１を設けて、第１バイパス弁１１によって室外熱交換器４側へ流れる冷媒の流量を変更することで、再熱熱交換器６による室内空気への再加熱量を調整可能とした。【選択図】図１
2008298379.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、室外熱交換器と、再熱熱交換器と、減圧器と、室内熱交換器とを配管で接続して冷媒を封入した循環回路を形成し、前記室内熱交換器で冷媒と熱交換させた室内空気を前記再熱熱交換器で再加熱して室内に吹き出す除湿運転を少なくとも行う再熱式空気調和装置であって、
前記循環回路に、前記室外熱交換器をバイパスするバイパス管を接続し、そのバイパス管に、当該バイパス管内の冷媒の流量を調整可能な流量調整手段を設けて、前記流量調整手段によって前記室外熱交換器側へ流れる冷媒の流量を変更することで、前記再熱熱交換器による室内空気への再加熱量を調整可能としたことを特徴とする再熱式空気調和装置。
【請求項２】
循環回路に、再熱熱交換器をバイパスする第２バイパス管を接続し、その第２バイパス管に、当該第２バイパス管内の冷媒の流量を調整可能な第２流量調整手段を設けて、前記第２流量調整手段によって前記再熱熱交換器側へ流れる冷媒の流量を変更可能としたことを特徴とする請求項１に記載の再熱式空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ方式を採用した再熱式空気調和装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
再熱式空気調和装置としては、圧縮機と、室外熱交換器と、再熱熱交換器と、減圧器と、室内熱交換器とを配管で接続して冷媒を封入した循環回路を形成し、室内熱交換器で冷媒との熱交換で冷却した室内空気を再熱熱交換器で再加熱して室内に吹き出す除湿運転を行うことで、吹き出し温度を高めにして室内の快適性を維持しようとする構成がよく知られている。しかし、この場合、気温等の外界条件によって再加熱量が安定せず、吹き出し温度及び湿度の調整が十分に行えないという問題があった。
そこで、特許文献１に開示される空気調和装置では、室内機の圧縮機の吐出側と、室外絞り弁と再熱熱交換器との間に、調整弁を備えて除湿運転時に圧縮機の吐出冷媒を再熱熱交換器に導くバイパス通路を接続している。すなわち、除湿運転時には、バイパス通路の調整弁を全開状態に制御して、室外絞り弁の冷媒減圧度を室内の温度に基づいて制御することで、室内空気の制御範囲を拡大して再熱熱交換器から室内に吹き出す空気温度を冷房気味や暖房気味に設定可能としたものである。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２８５３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の再熱式空気調和装置においては、冷媒減圧度の可変な熱源側絞り機構である室外絞り弁と、冷媒流量を調節する流量調整機構である調整弁との２つの弁を用いて再熱熱交換器入口の混合状態を作り出している。しかし、外気条件によって圧縮機の吐出圧力が変化すると、凝縮温度も変化するため、再熱熱交換器へバイパスさせる冷媒流量及び室外熱交換器を通過後の冷媒流量を同じ比率で混合しようとすると、上記２つの弁の開度比をその都度変化させる必要がある。よって、再熱熱交換器の入口温度という１つの目標値に対して２つのパラメータ（室外絞り弁と調整弁との開度）があることになり、安定した状態を作るのは困難で、また、高度な制御技術を要することでコスト高にもなっていた。
【０００５】
そこで、本発明は、簡単且つ確実に吹き出し温湿度の制御を可能とする再熱式空気調和装置を提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、循環回路に、室外熱交換器をバイパスするバイパス管を接続し、そのバイパス管に、当該バイパス管内の冷媒の流量を調整可能な流量調整手段を設けて、流量調整手段によって室外熱交換器側へ流れる冷媒の流量を変更することで、再熱熱交換器による室内空気への再加熱量を調整可能としたことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１の目的に加えて、再熱熱交換器による過剰な再加熱を抑えるために、循環回路に、再熱熱交換器をバイパスする第２バイパス管を接続し、その第２バイパス管に、第２バイパス管内の冷媒の流量を調整可能な第２流量調整手段を設けて、第２流量調整手段によって再熱熱交換器側へ流れる冷媒の流量を変更可能としたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、室外熱交換器をバイパスするバイパス管及び流量調整手段の採用により、装置が簡単となってコストがかからない。また、簡単且つ確実に吹き出し温湿度の制御が可能となる。
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、再熱熱交換器をバイパスする第２バイパス管及び第２流量調整手段の採用により、再熱熱交換器による過剰な再加熱を抑えて吹き出し温湿度のより好適な調整が可能となる。特に、１つの目標値に対して、第２流量調整手段では過冷却分までしか加熱量が増やせないが、さらに流量制御手段によって加熱量を増やすため、制御値も１つとなり、安定した吹き出し温湿度の制御が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の再熱式空気調和装置の一例を示す回路図で、図において、１は室外機、２は室内機で、再熱式空気調和装置は、室外機１に圧縮機３と室外熱交換器４とを、室内機２に室内熱交換器５と再熱熱交換器６とを夫々配置して、これらを配管７で接続し、封入された冷媒が循環する循環回路を形成したものである。
室外機１において、圧縮機３の吸込側には、アキュムレータ８が設けられ、圧縮機３と室外熱交換器４との間には、四方弁９が設けられて、冷媒の流れを室外熱交換器４側と室内機２側とに切替可能としている。
また、室外機１内の配管７には、室外熱交換器４をバイパスする第１バイパス管１０が接続され、ここに設けた流量調整手段としての第１バイパス弁１１によって第１バイパス管１０を流れる冷媒の流量が調整可能となっている。１２は、室外熱交換器４に設けた室外機ファン、１３は、一方向弁によって暖房時に冷媒を減圧する暖房用膨張弁、１４は暖房時に冷媒を貯留する暖房用レシーバである。
【０００９】
一方、室内機２において、室内熱交換器５と再熱熱交換器６との間には、一方向弁によって冷房時に冷媒を減圧する減圧器としての冷房用膨張弁１５が設けられ、配管７には、再熱熱交換器６をバイパスする第２バイパス管１６が設けられて、この第２バイパス管１６に、第２流量調整手段としての第２パイパス管１６を流れる冷媒の流量を調整可能な第２バイパス弁１７が設けられている。
１８は室内機ファンで、室内機ファン１８の駆動により、室内熱交換器５及び再熱熱交換器６を通過させた室内空気を室内に吹き出し可能としている。１９は、冷房用膨張弁１５側の配管に接続され、冷房時に冷媒を貯留する冷房用レシーバ、２０は、室外機１と室内機２との間の配管に設けられて冷媒の状態を目視するためのサイトグラスである。
【００１０】
以上の如く構成された再熱式空気調和装置において、冷房（除湿）・暖房各運転時には、図示しないコントローラによって四方弁９の切替制御が行われると共に、第１、第２バイパス弁１１，１７の開閉及び開度制御等が行われる。
まず、冷房（除湿）運転時には、図１の実線に示すように、四方弁９は圧縮機３の吐出側を室外熱交換器４側に、吸込側を室内機２側に夫々切り替える。すると、圧縮機３から吐出される高温高圧の冷媒は、凝縮器となる室外熱交換器４を通過する際に外気との熱交換で放熱して凝縮し、室内機２の再熱熱交換器６を通過して冷房用膨張弁１５で減圧されて温度低下した後、室内熱交換器５でガス化して再び四方弁９を介して圧縮機３へ送られ、この循環が繰り返される。よって、室内の空気が室内熱交換器５を通過する際に低温の冷媒との熱交換で冷却されて吹き出すことになるが、再熱熱交換器６を通過する際の冷媒との熱交換で再加熱されるため。吹き出し温度の低下を抑制することができる。
【００１１】
但し、再熱熱交換器６で熱交換しても吹き出し温度が低い場合は、第１バイパス弁１１を開弁させる。すると、室外熱交換器４側への冷媒の流量が減少して熱交換率が低くなると共に、室外熱交換器４を通過して液化した冷媒は、第１バイパス管１０側を流れる気体状態の冷媒と混合されて再熱熱交換器６へ送られる。よって、再熱熱交換器６で熱交換する際には、吹き出し温度を高くすることができる。
逆に、再熱熱交換器６との熱交換によって吹き出し温度が高くなり過ぎる場合は、第２バイパス弁１７を開弁させる。すると、再熱熱交換器６への冷媒の流量が減少して熱交換率が低くなるため、吹き出し温度を低くすることができる。
すなわち、吹き出し温度を図示しない温度センサによって検出してコントローラがこれを監視し、吹き出し温度が所定温度を下回るか、或いは上回るかすると、第１、第２バイパス弁１１，１７を所定の開度で開弁させて、再熱熱交換器６による再加熱量を適正に維持可能としたものである。
【００１２】
一方、暖房運転時には、図１に点線で示すように、四方弁９は圧縮機３の吐出側を室内機２側に、吸込側を室外熱交換器４側に夫々切り替える。第１、第２バイパス弁１１，１７は常に閉弁状態となる。
よって、圧縮機３から吐出される高温高圧の冷媒は、凝縮器となる室内熱交換器５及び再熱熱交換器６を通過して室内空気との熱交換で放熱した後、暖房用レシーバ１４を通過して暖房用膨張弁１３で減圧され、蒸発器となる室外熱交換器４を通過することで、外気との熱交換で液ガス状態からガス状態となって再び圧縮機３に送られる。この循環が繰り返される。よって、室内空気は、室内熱交換器５及び再熱熱交換器６で暖められて室内に吹き出すことになる。
【００１３】
このように、上記形態の再熱式空気調和装置によれば、循環回路に、室外熱交換器４をバイパスする第１バイパス管１０を接続し、その第１バイパス管１０に、第１バイパス管１０内の冷媒の流量を調整可能な第１バイパス弁１１を設けて、第１バイパス弁１１によって室外熱交換器４側へ流れる冷媒の流量を変更することで、再熱熱交換器６による室内空気への再加熱量を調整可能としたことで、簡単且つ確実に吹き出し温湿度の制御が可能となる。また、装置も簡単となるためコストがかからない。
特にここでは、循環回路に、再熱熱交換器６をバイパスする第２バイパス管１６を接続し、その第２バイパス管１６に、第２バイパス管１６内の冷媒の流量を調整可能な第２バイパス弁１７を設けて、第２バイパス弁１７によって再熱熱交換器６側へ流れる冷媒の流量を変更可能としたことで、再熱熱交換器６による過剰な再加熱を抑えて吹き出し温湿度のより好適な調整が可能となる。特に、１つの目標値に対して、第２バイパス弁１７では過冷却分までしか加熱量が増やせないが、さらに第１バイパス弁１１によって加熱量を増やすため、制御値も１つとなり、安定した吹き出し温湿度の制御が可能となる。
【実施例１】
【００１４】
ここでは第１バイパス管のみの使用による吹き出し温度の変化を検証した。
乾球温度３５．０℃、湿球温度２４．０℃の外気条件と、乾球温度２７．０℃、湿球温度１７．８℃の室内条件で、第２バイパス弁を閉弁した状態で、第１バイパス弁の開度を、０％から１０％、２５％、５０％、７５％と段階的に変化させて再加熱能力の変化を確認した。図２は、その場合の第１バイパス弁の開度と吹き出し温度との関係を示すグラフで、実線ａが再熱熱交換器を経た吹き出し温度（乾球温度）、点線ｂが室内熱交換器を経た吹き出し温度（乾球温度）を夫々示す。
ここで明らかなように、ａでは第１バイパス弁の開度０〜２５％の範囲で吹き出し温度が上昇しており、第１バイパス弁によって室外熱交換器側へ流れる冷媒の流量を変更することで、再熱熱交換器による再加熱量が調整できることが確認できた。なお、吹き出し温度が２５％以降で略一定となっているのは、ここでは開度２５％で第１バイパス管の冷媒流量が最大となるためである。
【００１５】
［参考例］
次に、参考例として、第２バイパス管のみの使用による吹き出し温度の変化を検証した。
実施例１と同じ外気条件及び室内条件で、第１バイパス弁を閉弁した状態で、第２バイパス弁の開度を、０％から１０％、２５％、５０％、７５％と段階的に変化させて再加熱能力の変化を確認した。図３は、その場合の第２バイパス弁の開度と吹き出し温度との関係を示すグラフで、実線ａが再熱熱交換器を経た吹き出し温度（乾球温度）、点線ｂが室内熱交換器を経た吹き出し温度（乾球温度）を夫々示す。ここでは、第２バイパス弁の開度を大きくすると、再熱熱交換器への冷媒流量が減少するため、再熱熱交換器での熱交換率が小さくなり、配管温度が低くなって再加熱量が抑えられることがわかる。
【実施例２】
【００１６】
次に、第１、第２バイパス管の併用による吹き出し温度の変化を検証した。
実施例１，２と同じ外気条件及び室内条件で、第１バイパス弁の開度を２５％とした状態で、第２バイパス弁の開度を０％から５０％に変化させる一方、第１バイパス弁の開度を５０％とした状態で、第２バイパス弁の開度を０％から５０％に変化させた。図４は、その場合の第１、第２バイパス弁の開度と吹き出し温度との関係を示すグラフで、（Ａ）が第１バイパス弁の開度２５％の場合、（Ｂ）が開度５０％の場合となり、夫々実線ａが再熱熱交換器を経た吹き出し温度（乾球温度）、点線ｂが室内熱交換器を経た吹き出し温度（乾球温度）を示している。ここでは、第２バイパス弁の開度を上げることで、吹き出し温度が低下（（Ａ）では２０．８３℃から１１．９２℃まで、（Ｂ）では２１．０５℃から１２．０５℃まで夫々低下）して過剰な再加熱が抑制されていることがわかる。
【００１７】
なお、上記形態では、第１バイパス管及び第１バイパス弁と、第２バイパス管及び第２バイパス弁とを併用した例で説明しているが、第２バイパス管及び第２バイパス弁をなくして、第１バイパス管及び第１バイパス弁のみで再熱熱交換器での再加熱量の調整を図ることも可能である。
また、流量制御手段は、上記形態ではコントローラで電気的に開閉制御されるバイパス弁（電磁弁）を用いているが、手動で開度を調整するタイプも含む。
さらに、ここでは暖房運転も行う再熱式空気調和装置で説明しているが、冷房（除湿）運転のみであっても差し支えない。この場合、四方弁や暖房用膨張弁等は省略可能である。勿論レシーバやサイトグラスも省略することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】再熱式空気調和装置の回路図である。
【図２】第１バイパス弁の開度と吹き出し温度との関係を示すグラフである。
【図３】第２バイパス弁の開度と吹き出し温度との関係を示すグラフである。
【図４】第１、第２バイパス弁の開度と吹き出し温度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００１９】
１・・室外機、２・・室内機、３・・圧縮機、４・・室外熱交換器、５・・室内熱交換器、６・・再熱熱交換器、７・・配管、９・・四方弁、１０・・第１バイパス管、１１・・第１バイパス弁、１２・・室外機ファン、１３・・暖房用膨張弁、１５・・冷房用膨張弁、１６・・第２バイパス管、１７・・第２バイパス弁、１８・・室内機ファン。
【図１】
2008298379.tif 000003
【図２】
2008298379.tif 000004
【図３】
2008298379.tif 000005
【図４】
2008298379.tif 000006