(57)【要約】【課題】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】  第１と第２の圧縮式のヒートポンプＡ、Ｂと、第１と第２の加湿器５ａ、５ｂと、を備える。第１・第２加湿器５ａ、５ｂと循環冷媒で空調用空気の熱交換をする第１ヒートポンプＡの冷媒−空気熱交換用第１蒸発器２ａ及び第２ヒートポンプＢの冷媒−空気熱交換用第２蒸発器２ｂとを、空調用空気の送風方向へ第１蒸発器２ａ、第１加湿器５ａ、第２蒸発器２ｂ、第２加湿器５ｂの順で配設する。熱交換用空気で循環冷媒の熱交換をする第１・第２ヒートポンプＡ、Ｂ共用の冷媒−空気熱交換用凝縮器３を、熱交換用空気の送風方向に配設する。第１ヒートポンプＡの第１蒸発器２ａと凝縮器３による循環冷媒の吸熱と放熱を、及び、第２ヒートポンプＢの第２蒸発器２ｂと凝縮器３による循環冷媒の吸熱と放熱を、各々切換自在に構成する。【選択図】図１
2007333378.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１と第２の圧縮式のヒートポンプＡ、Ｂと、第１と第２の加湿器５ａ、５ｂと、空調用空気を被空調空間へ給気する送風機６と、熱交換用空気を送風する凝縮用送風機７と、を備え、前記第１・第２加湿器５ａ、５ｂと循環冷媒で空調用空気の熱交換をする前記第１ヒートポンプＡの冷媒−空気熱交換用第１蒸発器２ａ及び前記第２ヒートポンプＢの冷媒−空気熱交換用第２蒸発器２ｂとを、前記空調用空気の送風方向へ前記第１蒸発器２ａ、前記第１加湿器５ａ、前記第２蒸発器２ｂ、前記第２加湿器５ｂの順で配設すると共に、熱交換用空気で前記循環冷媒の熱交換をする前記第１・第２ヒートポンプＡ、Ｂ共用の冷媒−空気熱交換用凝縮器３を、前記熱交換用空気の送風方向に配設し、前記第１ヒートポンプＡの前記第１蒸発器２ａと前記凝縮器３による循環冷媒の吸熱と放熱を、及び、前記第２ヒートポンプＢの前記第２蒸発器２ｂと前記凝縮器３による循環冷媒の吸熱と放熱を、各々切換自在に構成したことを特徴とするヒートポンプ式空調機。
【請求項２】
第１と第２の蒸発器２ａ、２ｂのフィンチューブと凝縮器３のフィンチューブを楕円管にした請求項１記載のヒートポンプ式空調機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はヒートポンプ式空調機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
【特許文献１】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】
【０００５】
解決しようとする問題点は、設備コストや運転コストが高くなる点と、各種の特殊環境の空調に幅広く対応でき、コンパクトでＣＯＰの良いヒートポンプ式空調機を提供する。
【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、第１と第２の圧縮式のヒートポンプと、第１と第２の加湿器と、空調用空気を被空調空間へ給気する送風機と、熱交換用空気を送風する凝縮用送風機と、を備え、前記第１・第２加湿器と循環冷媒で空調用空気の熱交換をする前記第１ヒートポンプの冷媒−空気熱交換用第１蒸発器及び前記第２ヒートポンプの冷媒−空気熱交換用第２蒸発器とを、前記空調用空気の送風方向へ前記第１蒸発器、前記第１加湿器、前記第２蒸発器、前記第２加湿器の順で配設すると共に、熱交換用空気で前記循環冷媒の熱交換をする前記第１・第２ヒートポンプ共用の冷媒−空気熱交換用凝縮器を、前記熱交換用空気の送風方向に配設し、前記第１ヒートポンプの前記第１蒸発器と前記凝縮器による循環冷媒の吸熱と放熱を、及び、前記第２ヒートポンプの前記第２蒸発器と前記凝縮器による循環冷媒の吸熱と放熱を、各々切換自在に構成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、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。
第１蒸発器の風下と第２蒸発器の風下の両方に加湿器を配設しているので、二段階に分けて加熱と加湿を行え、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。
第１と第２のヒートポンプの凝縮器を共用しているので部品点数の削減とコンパクト化を図れる。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。
請求項２の発明では、圧力損失が減少して熱交換効率が向上するので小型の送風機を用いることができ騒音低減を図れる。第１と第２の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、給気送風路９と、第１と第２の圧縮式のヒートポンプＡ、Ｂと、第１と第２の加湿器５ａ、５ｂと、空調用空気を被空調空間へ給気する送風機６と、送風路８と、凝縮器３に外気や還気あるいはその混合空気などの熱交換用空気を送風する凝縮用送風機７と、を備えている。給気送風路９には、第１・第２加湿器５ａ、５ｂと循環冷媒で空調用空気の熱交換をする第１ヒートポンプＡの冷媒−空気熱交換用第１蒸発器２ａ及び第２ヒートポンプＢの冷媒−空気熱交換用第２蒸発器２ｂとを、空調用空気の送風方向へ第１蒸発器２ａ、第１加湿器５ａ、第２蒸発器２ｂ、第２加湿器５ｂの順で配設すると共に、送風路８には、熱交換用空気で前記循環冷媒の熱交換をする第１・第２ヒートポンプＡ、Ｂ共用の冷媒−空気熱交換用凝縮器３を、熱交換用空気の送風方向に配設し、第１ヒートポンプＡの第１蒸発器２ａと凝縮器３による循環冷媒の吸熱と放熱を、及び、第２ヒートポンプＢの第２蒸発器２ｂと凝縮器３による循環冷媒の吸熱と放熱を、各々切換自在に構成する。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。凝縮器面風速（凝縮器通過風量）を増減調整自在な凝縮用送風機７は送風路８に設け、送風機６は給気送風路９に設ける。
【０００９】
凝縮器３は冷媒−空気熱交換器とすると共に、凝縮器３内の第１ヒートポンプＡの冷媒流通路と第２ヒートポンプＢ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Ａの冷媒と第２ヒートポンプＢ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。第１ヒートポンプＡは、熱交換用空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４ａ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での吸熱と放熱（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Ｂ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４ｂ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での吸熱と放熱（蒸発機能と凝縮機能）を切換自在に構成する。第１と第２の加湿器５ａ、５ｂ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。
【００１０】
給気送風路９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。送風路８の熱交換用空気入口と熱交換用空気出口はケーシング１に設け、熱交換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、熱交換用空気出口は排気用としてダクトなどを介して屋外などに連通させる。この第１と第２のヒートポンプＡ、Ｂの凝縮器３に送風すると共に、送風機６で送風することにより第１と第２のヒートポンプＡ、Ｂの第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。
【００１１】
図２の空調機は、第１と第２のヒートポンプＡ、Ｂと送風機６、７と第１と第２の加湿器５ａ、５ｂの各々の容量制御をすると共に第１蒸発器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な制御手段（図示省略）を、備えており、被空調空間の外気処理を行うことができる。たとえば、所望の給気温湿度に対して第１蒸発器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第１蒸発器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第１蒸発器入口空気温湿度が低い場合は、第１蒸発器２ａにて加熱してから第１加湿器５ａにて加湿し、さらに、第２蒸発器２ｂにて加熱してから第２加湿器５ｂ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第１加湿器５ａと第２加湿器５ｂの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第１蒸発器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、第１加湿器５ａと第２加湿器５ｂの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。前記の制御手段は凝縮器負荷に応じて送風機７による凝縮器面風速制御も行う。たとえば、凝縮器負荷が大きくなると凝縮器面風速を増加させ、凝縮器負荷が小さくなると凝縮器面風速を減少させる。この凝縮器３の面風速を４．０〜６．０ｍ／ｓに設定することにより、圧縮機性能限界以上に熱量を確保でき、ＣＯＰが向上する。
【００１２】
また、図２の実施例において、制御手段を、第１と第２のヒートポンプＡ、Ｂと送風機６、７と第１と第２の加湿器５ａ、５ｂの各々の容量制御をすると共に第１蒸発器入口空気温湿度に応じて第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に構成した場合は、被空調空間を恒温恒湿に空調することができる。たとえば、第２の加湿器５ｂ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第１蒸発器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第１蒸発器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第１蒸発器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第２加湿器５ｂ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にて加熱してから第１加湿器５ａにて加湿し、さらに、第２蒸発器２ｂにて加熱してから第２加湿器５ｂ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第１蒸発器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。
【００１３】
この場合、第１と第２の加湿器５ａ、５ｂ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第１蒸発器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第１蒸発器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第１蒸発器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。
【００１４】
また、図２の実施例において、制御手段を、第１と第２のヒートポンプＡ、Ｂと送風機６、７と第１と第２の加湿器５ａ、５ｂの各々の容量制御をすると共に第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した場合は、被空調空間を低温加湿することができる。たとえば、所望の給気温湿度に対して第１蒸発器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第１蒸発器入口空気温湿度が低い場合は第１蒸発器２ａで加熱してから加湿しそののち乾き冷却し、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第１蒸発器入口空気の温度が高く湿度が低い場合は加湿してから第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。
【００１５】
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あり、たとえば、第１と第２のヒートポンプＡ、Ｂ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】
【００１６】
【図１】ヒートポンプ式空調機の実施例を示す正面図。
【図２】ヒートポンプの簡略説明図。
【符号の説明】
【００１７】
２ａ    第１蒸発器
２ｂ    第２蒸発器
３      凝縮器
５ａ    第１加湿器
５ｂ    第２加湿器
６      送風機
７      凝縮用送風機
Ａ      第１ヒートポンプ
Ｂ      第２ヒートポンプ
【図１】
2007333378.tif 000003
【図２】
2007333378.tif 000004