JPH0370927A

JPH0370927A - 冷暖房装置

Info

Publication number: JPH0370927A
Application number: JP1206901A
Authority: JP
Inventors: Koji Kashima; 弘次鹿島; Akio Mitani; 三谷　明男; Koichi Matsui; 松井　高一
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-08-11
Filing date: 1989-08-11
Publication date: 1991-03-26
Anticipated expiration: 2011-12-25
Also published as: JP2567105B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、ヒートポンプを用いて冷暖房を行うことがで
きる冷暖房装置に関する。

（従来の技術）室内の冷暖房を行う空調装置（冷暖房装置）として、冷
房時の快適性を向上させることか−・つの大きな機能で
ある。一般に、空気を滞留させて部屋全体を特定の温度
以下に保つように、空調装置で冷却された空気を循環さ
せるものであるが、空気の密度差により冷却された空気
は部屋の下方に溜まりやすくなるため、下半身部が冷や
され過ぎるという問題がある。この温度差の発生は、空
気の性質上必ず発生し、この温度差による冷えすぎの不
快を和らげる温度制御が従来者えられ、快適性の向上に
努めてきている。

この中で、天井面を冷却面として、輻射により冷房する
方法がビル用空調システム等で開発されている。これは
、空気の対流及び放射により冷却を行うもので、天井に
近い頭部、上半身部の方が冷却されやすく、また、対流
分の冷房能力の軽減し、対流空気温度が相対的に高くな
り、冷えすぎの防止ができ、快適性の向上として注目さ
れている。

しかし、上述の装置では、放熱量が温度や面積に依存す
るために、天井面の温度を低く保ち、面積を大きくしな
いと、冷却能力が大きくできず、対流分を軽減すること
が難しいため、天井全面を冷却するための大掛かりな冷
却装置が必要となったり、天井面の温度が低くなり、空
気中の水分が天井面に結露するという問題を有していた
、さらに、この露（ドレン水）を回収するには特別な回
収装置が必要になっていた。

（発明が解決しようとする課題）上記冷暖房装置においては、放熱量が温度や面積に依存
するために、天井面の温度を低く保ち、面積を大きくし
ないと、冷却能力が大きくできず、対流分を軽減するこ
とが難しいため、天井全面を冷却するための大掛かりな
冷却装置が必要となったり、天井面の温度が低くなり、
空気中の水分が天井に結露するという問題を有していた
、さらに、この露（ドレン水〉を回収するには特別な回
収装置が必要になっていた。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、輻射冷却を
行うことにより発生する輻射冷却表面への結露を、特別
な回収装置を用いないで、防ぐことができる、快適な冷
暖房装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）上記目的を達成するために本発明の冷暖房装置は、圧縮
された高温・高圧の冷媒ガスと空気を熱交換器で熱交換
することにより得られる凝縮熱又は凝縮後の液冷媒を減
圧して空気と熱交換することにより得られる蒸発熱の何
か一方の熱を取り出す手段と、この取り出し手段による
前記蒸発熱の取り出し時に、前記減圧した熱冷媒と熱交
換された空気を被空調領域へ循環する手段と、この循環
手段より下流側の被空調領域に対面させて設けた、前記
熱交換器より蒸発温度が高く、輻射手段を有する第２の
熱交換手段とを具備し、また、前記第２の熱交換手段の
輻射手段の少なくとも一部に前記循環手段からの減圧し
た液冷媒と熱交換された空気を供給する送風調整手段と
を具備してなることを特徴とする。

（作用）このように構成されたものにおいては、輻射手段（輻射
冷却面）を有する熱交換手段で、水分が凝縮されて結露
しても、輻射手段を有する熱交換手段より蒸発温度の低
い室内熱交換器で冷却された低温の空気が輻射手段を有
する熱交換手段に移動し、この空気へ前記凝縮水が拡散
され、移動して室内熱交換器に再凝縮してドレンとして
処理されるため、天井面等の輻射手段に特別な回収装置
を設置しなくても、輻射手段への結露を防ぐことができ
る。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の第１の実施例に係る冷暖房装置の構成
を示す構成図である。

図において、冷暖房装置１は、圧縮機２、冷暖房切換え
のための四方弁３、室外熱交換器４、及び第１の絞り装
置５から構成される室外ユニット６と、第１の室内熱交
換器７、第２の室内熱交換器８、及び前記２つの室内熱
交換器に温度差を設ける（第１の室内熱交換器７より第
２の室内熱交換器８の蒸発温度が高くなるように構成し
ている。）第２の絞り装置９から構成される室内ユニッ
ト１０で構成されている。

前記室外ユニット６と室内ユニット１０は冷媒配管１１
により連通されている。前記室外熱交換器４には室外空
気と冷媒の熱交換を促進するための送風機１２が設けら
れている。また、第１の室内熱交換器７には、室内空気
を循環させる送風機１３、ダクト１４が設けられている
。

前記第２の室内熱交換器８には、輻射冷房が行えるよう
に板状の輻射パネル１５が室内に対面させて設けられて
いる。

次に、上述の動作について説明する。冷房時には、圧縮
機２からの高温高圧の冷媒は、室外熱交換器４で冷却さ
れ凝縮し、第１の絞り装ｆ＆５で、１７〜８℃に減圧さ
れ、第２の室内熱交換器８に入り蒸発する。この時、蒸
発した熱は、輻射により、第２の室内熱交換器８の輻射
パネル１５から室内に供給され、室内の冷却に寄与する
。このあと冷媒は、第２の絞り装置９で減圧され、１２
〜３℃になり、第１の室内熱交換器７で蒸発する。

ここで、室内の空気（２７℃）を充分に冷却し、吹出し
温度で１５℃レベルに冷却する。この後、冷媒は低圧の
ガスとなって圧縮機２に送られる。

以上により、２つの温度の室内熱交換を実現できるため
、輻射パネル１５への結露を、第１の室内熱交換器７に
集め、回収することができる。よって、第２の室内熱交
換器８の輻射パネル１５への結露の増加を防ぐことがで
き、輻射パネル１５用にドレン回収装置を設ける必要が
なくなり、装置の大型化、コストアップを防ぐことがで
きる。

今、冷房中の室内の第２の室内熱交換器８の輻射パネル
１５の表面温度を２０℃、第１の室内熱交換器７の室内
への吹出し空気の温度を１５℃、室内空気温度を２７℃
、相対湿度を７５％とした時の各部の状態を第２図の冷
暖房装置の湿り空気線図の点Ａ、Ｂ、Ｃで示す。

一般に、室内の空気（点Ａ）から、第２の室内熱交換器
８の輻射パネル１５（点Ｂ）への空気の対流による水分
の移動量（ｍ）ＡＢは、空気対流速度ｈ　に依存し、対
流による物質移動速度り、と、空気の絶対湿度ｘＡと、
第２の室内熱交換器８の輻射パネル１５の表面での空気
の絶対湿度ＸＢと、第２の室内熱交換器８の冷却面面積
Ｓ　１空気の密度γａより、次式で与えられる。

（ｉ）　　−ｒａ　−ｈ　・（Ｘ　−ｘ　）　　・Ｓ　
　（ｋｇ／ｈ）　−（１）ＡＢ　　　　　ＤＡＢＢここで、熱伝達と物質伝達のアナロジ−を仮定したルイ
スの関係より物質移動速度り、は次式で与えられる。

ｈｃは、自然対流熱伝達率で輻射パネル１５と室内空気
との対流を表わし、おおむねり。−２　（Ｋｃ　ａ　１
／ｒｒｒ−ｈ　・”Ｃ）であり７ａは空気の密度で、２
７℃、相対湿度を７５％でγａは１．１４５　ｋｇ／ｍ
、またＣ１は比熱で、次式で与えられる、。

Ｃｐ　＝　０．２４　＋　０．４４１　Ｘ　ｘ　　　　
　　　・＝　（８）ここでＸは絶対湿席であり、２７℃
、相対湿度を７５％では、第２図の点Ａより、絶対湿度
Ｘは０．０１８７ｋｇ／ｋｇ、比熱ＣＰは０．２４７　
Ｋ　ｃ　ａ　ｌ　／ｋｇ　−℃となる。

よって、輻射パネル１５の物質移動速度（ｈＤ）ＡＢは
、（２）式より７．０７ｍ／ｈとなる。

また、第２図より、空気の絶対湿度ＸＡ−ｏ、０１８７
、冷却面の表面での空気の絶対湿度ｘＢ−ｏ、０１４７
であるので、輻射パネル１５の水分の移動量（ｍ）　　
は、（１）式より０．０１８２−８Ｂ（ｋｇ／ｈ）ＡＢとなる。

一方、第２の室内熱交換器８の輻射パネル１５に結露し
た水分の移動量（ｍ）ＡＢを、第１の室内熱交換器７に
移動させて、結露させるには、同様に次式を満たす。

＜１）ＢＣ−（１）ＡＢ−７ａ　−ｈＤ”　（ＸＢ−Ｘ
Ｃ）　”　５ｃ−（４）上記（４〉式より・０．０１８２８　−（７ａ’）　　　−＜ｈ　　）　　
　・　０．００４２・　５ｃ−（５）Ｂ　　　　ＣＤＢ
Ｃとなる。ここで、空気の密度（γａ）ｃは１．２０５眩
／ｆｆ１（１５℃、湿度１００％）であるので、第１の
室内熱交換器７の冷却面の物質移動速度（ｈＤ）ＢＣは
、第１の室内熱交換器７から室内に吹出される空気のう
ち、第２の室内熱交換器８上の輻射パネル１５に、どの
様な速度で空気が流れるか、仮に自然対流でＨｃ　−２
（Ｋ　ｃ　ａ　ｌ　／ｒｆｈ’ｃ）レベルとすると、第
１の室内熱交換器７の冷却面の物質移動速度（ｈ、）Ｂ
ｏは（２〉式より８．７８ｍ／ｈとなる。

よって、（５）式は、０．０１８２９−１．２０５　Ｘ　８．７８Ｘ　Ｏ，０
０４２−Ｓｃとなり、Ｓ−０゜４７ＳＢとなる。このよ
うに輻射パネル１５の冷却面積をＳ。と第１の室内熱交
換器７の冷却面面積Ｓ、の比率を、ＳＣ≧０．４７ＳＢ
にすることで、自然対流レベルの空気が、第１の室内熱
交換器７から第２の室内熱交換器８上の輻射パネル１５
に循環していれば、第２の室内熱交換器８上の輻射パネ
ル１５上に発生する露は蒸発、対流により第１の室内熱
交換器７に移動し、再凝縮することが可能であり、輻射
パネル１５上に露が蓄積することがないことが、上述よ
りわかる。また、室内空気の大部分は、送風機１３によ
り強制的に第１の室内熱交換器７に運ばれ、水分は凝縮
される。第２の室内熱交換器８の輻射パネル１５の伝熱
面積（冷却面面積）Ｓｃは、この凝縮が満たされるだけ
必要であり、第２図の点Ｃにおける空気対流速度り。を
強制対流として２０Ｋｃａｌ／＋ｙ？ｈ”Ｃと仮定する
と、（２）式より、（ｈＤ）ｃは８７．８ｍ／ｈとなり
、（ｍ）ｃは、（１）式より、（ｍ　）　ｃ　＝　１．２０５　Ｘ　８７．８Ｘ　Ｏ，
００４２・５ｃ−０，５０７−Ｓｃ（ｋｇ／ｈ）となる。今、室内へ冷房能力を３０００Ｋｃ　ａ　ｌ　
／　ｈと仮定すると、凝縮による潜熱では、ＱＪ２−１
７３３Ｋｃａ　ｌ／ｈとなり、顕熱ニヨル冷房能力Ｑｓ
は、Ｑ　ｓ　−３０００−１７：３３−１２７６Ｋ　ｃ　　
ａ　　ｌ　／　ｈ水の凝縮潜熱を５９７．３　Ｋ　ｃ　
ａ　ｌ　／ｋｇとすると、（ｍ　）　ｃ　＝　１７３３
／　５９７．３−２．９　　（ｋｇ／　ｈ　）となり、
第２の室内熱交換器８の輻射パネル１５の伝熱面積（冷
却面面積）Ｓｏは、Ｓｃａ　２．９１０．５０７−５．
０８ｒｒｒとなる。以上のことから、最初に仮定した運
転条件で、第２の室内熱交換器８の輻射パネル１５への
結露を防ぐことができる。

次に、第２の実施例について、第３図の本発明の第２の
実施例に係る冷暖房装置の構成を示す構成図を参照して
説明する。

尚、前述の第１の実施例と重視する部分については説明
を省略する。

図において、室内ユニット１０は、第２の室内熱交換器
８と輻射パネル１５が一体となった第１の室内ユニット
１７と、Ｗｉｌの室内熱交換器７と室内空気を循環させ
る送風機１３、ダクト１４からなる第２の室内ユニット
１８の２つから構成されている。

前記第１の室内ユニットは天井２０の表面に取付けられ
、また前記第２の室内ユニット１８はダクト１４の吹出
し口２１と吹込み口２２を室内に開口して、天井２０に
取付けられ、他の部分は天井裏に収納した構成である。

吹出し口２１の空気は、一部が輻射パネル１５上に循環
し、残りは室内の空気と循環するように構成されている
。

上述の構成において、輻射パネル１５上に結露した水分
は、空気の対流により、蒸発して第１の室内熱交換器７
に運ばれて、再凝縮し、ドレンとして回収することがで
きる。従って、第２の室内熱交換器８の輻射パネル１５
への結露を防ぐことができる。

尚、上述の室内ユニット１０は、天井だけでなく、壁面
に取付けられてもよい。この場合は第４図の本発明の第
２の実施例に係る冷暖房装置の構成を示す構成図のよう
に構成される。

次に、第３の実施例について、第５図の本発明の第３の
実施例に係る冷暖房装置の構成を示す冷凍サイクル図を
参照して説明する。

尚、前述の第１の実施例と重視する部分については説明
を省略する。図において、冷暖房装置１は、圧縮器２、
冷暖房切換えのための四方弁３、室外熱交換器４、及び
第１の絞り装置５から構成される室外ユニット６と、第
１の室内熱交換器７、第２の室内熱交換器８、及び前記
２つの室内熱交換器に温度差を設ける（第１の室内熱交
換器７より第２の室内熱交換器８の蒸発温度が高くなる
ように構成している。）第２の絞り装置９と、この第２
の絞り装置９のバイパス上の開閉弁２４から構成される
室内ユニット１０で構成されている。

前記室外ユニット６と室内ユニット１０は冷媒配管１１
により連゛通されている。

第２の室内熱交換器８は、一方が第１の絞り装置５に接
しており、他方が第２の絞り装置つと開閉弁２４を並列
に接続して、第１の室内熱交換器７に接するよう構成さ
れている。

次に、上述の動作について説明する。冷房時には、開閉
弁２４を閉とし、圧縮機２からの高温高圧の冷媒は、室
外熱交換器４で冷却され凝縮し、第１の絞り装置５で、
１７〜８℃に減圧され、第２の室内熱交換器８に入り蒸
発する。この時、蒸発した熱は、輻射により、第２の室
内熱交換器８の輻射パネル１５から室内に供給され、室
内の冷却に寄与する。このあと冷媒は、第２の絞り装置
９で減圧され、１２〜３℃になり、第１の室内熱交換器
７で蒸発する。ここで、室内の空気（２７℃）を充分に
冷却し、吹出し温度で１５℃レベルに冷却する。この後
、冷媒は低圧のガスとなって圧縮機２に送られる。以上
により、２つの温度の室内熱交換を実現できるため、輻
射パネル１５への結露を、′ｉｓ１の室内熱交換器７に
集め、回収することができる。

このように動作することにより、第２の室内熱交換器８
の輻射パネル１５への結露を防ぐことができる。

尚、第２の絞り装置９を可変絞りとすることで、例えば
輻射パネル１５上に、結露量を検知するセンサを設け、
結露量に合わせて、第１の室内熱交換器７又は第２の室
内熱交換器８の蒸発温度を制御して、冷凍サイクルの効
率の低下を最小限にとどめることが可能となるとともに
、最適な温度制御ができる。また、冷媒に非共沸混合冷
媒を用いると、第２の絞り装置がなくても、！ｓ２の室
内熱交換器８を第１の室内熱交換器７の後流側に設ける
ことにより、第２の室内熱交換器８を第１の室内熱交換
器７より高温に保つことができ、冷凍サイクルの能力の
低下を防ぐことができる。

次に、第４の実施例について、第６図の本発明の第４の
実施例に係る冷暖房装置の構成を示す構成図を参照して
説明する。

尚、前述の第１の実施例と重視する部分については説明
を省略する。第１の室内熱交換器７の出口からの空気の
一部は、吹出し口２１に設けられた送風調製板３０によ
り、第２の室内熱交換器８の輻射パネル１５へ流れ、輻
射パネル１５全面を冷却する構成となっている。

このように構成することにより、より確実に第２の室内
熱交換器８の輻射パネル１５への結露を防ぐことができ
る。これにより、輻射パネル１５用にドレン回収装置を
設ける必要がなくなり、装置の大型化、コストアップを
防ぐことができる。

また、第７図の本発明の第３の実施例に係る冷暖房装置
の構成を示す冷凍サイクル図に示すように、第３の実施
例に示した装置に、前述の実施例と同様に吹出し口２１
に送風調整板３０を設けることにより、前述の実施例と
同様の効果が得られる。

［発明の効果］以上詳述したように、本発明の冷暖房装置は、第２の室
内熱交換器８の輻射パネル〕５への結露を防ぐことがで
きる。これにより、輻射パネル１５用にドレン回収装置
を設ける必要がなくなり、装置の大型化、コストアップ
を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係る冷暖房装置の構成
を示す構成図、第２図は本発明の第１の実施例に係る冷
暖房装置の湿り空気線図、第３図乃至第４図は本発明の
第２の実施例に係る冷暖房装置の構成を示す構成図、第
５図は本発明の第３の実施例に係る伶暖房装置の構成を
示す冷凍サイクル図、第６図は本発明の第４の実施例に
係る冷暖房装置の構成を示す構成図、第７図は本発明の
第３の実施例の変形例に係る冷暖房装置の構成を示す冷
凍サイクル図である。１・・・冷暖房装置、２・・・圧縮機、３・・・四方弁
、４・・・室外熱交換器、５・・・第１の絞り装置、６
・・・室外ユニット、７・・・第１の室内熱交換器、８
・・・第２の室内熱交換器、９・・・第２の絞り装置、
１０・・・室内ユニット、１１・・・冷媒配管、１２．
１３・・・送風機、１４・・・ダクト、１５・・・輻射
パネル、２０・・・天井、２１・・・吹出し口、２２・
・・吸込み口、２４・・・開閉弁。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）圧縮された高温・高圧の冷媒ガスと空気を熱交換
器で熱交換することにより得られる凝縮熱又は凝縮後の
液冷媒を減圧して空気と熱交換することにより得られる
蒸発熱の何か一方の熱を取り出す手段と、この取り出し手段による前記蒸発熱の取り出し時に、前
記減圧した液冷媒と熱交換された空気を被空調領域へ循
環する手段と、この循環手段より下流側の被空調領域に対面させて設け
た前記熱交換器より蒸発温度が高く、輻射手段を有する
第２の熱交換手段とを具備してなることを特徴とする冷
暖房装置。
（２）圧縮機、四方弁、室内熱交換器、絞り装置、室外
熱交換器で密閉サイクルを構成した冷凍サイクルと、この冷凍サイクルで空調した空気を被空調領域に循環す
る手段と、この循環手段より下流側の被空調領域に対面させて設け
た前記室内熱交換器より蒸発温度が高く、輻射手段を有
する第２の室内熱交換手段とを具備してなることを特徴
とする冷暖房装置。
（３）前記輻射手段を有する第２の室内熱交換手段は、
前記室内熱交換器と絞り装置との間の経路に直列に配置
されたことを特徴とする請求項２記載の冷暖房装置。
（４）前記輻射手段を有する第２の室内熱交換手段と前
記室内熱交換器との間の経路に、第２の絞り手段を配置
したことを特徴とする請求項２または請求項３記載の冷
暖房装置。
（５）圧縮された高温・高圧の冷媒ガスと空気を熱交換
器で熱交換することにより得られる凝縮熱又は凝縮後の
液冷媒を減圧して空気と熱交換することにより得られる
蒸発熱の何か一方の熱を取り出す手段と、この取り出し手段による前記蒸発熱の取り出し時に、前
記減圧した液冷媒と熱交換された空気を被空調領域へ循
環する手段と、この循環手段より下流側の被空調領域に対面させて設け
た前記熱交換器より蒸発温度が高く、輻射手段を有する
第２の熱交換手段と、この第２の熱交換手段の輻射手段の少なくとも一部に前
記循環手段からの減圧した液冷媒と熱交換された空気を
供給する送風調整手段とを具備してなることを特徴とす
る冷暖房装置。
（６）圧縮機、四方弁、室内熱交換器、絞り装置、室外
熱交換器で密閉サイクルを構成した冷凍サイクルと、この冷凍サイクルで空調した空気を被空調領域に循環す
る手段と、この循環手段より下流側の被空調領域に対面させて設け
た前記室内熱交換器より蒸発温度が高く、輻射手段を有
する第２の室内交換手段と、この第２の熱交換手段の輻射手段の少なくとも一部に前
記循環手段からの減圧した熱冷媒と熱交換された空気を
供給する送風調整手段とを具備してなることを特徴とす
る冷暖房装置。