JPH06147558A

JPH06147558A - 輻射空調装置

Info

Publication number: JPH06147558A
Application number: JP4307183A
Authority: JP
Inventors: Minoru Tagashira; 實田頭; Kazuo Nakatani; 和生中谷; Shozo Funakura; 正三船倉; Yuji Yoshida; 雄二吉田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-11-17
Filing date: 1992-11-17
Publication date: 1994-05-27

Abstract

(57)【要約】【目的】輻射冷房と強制通風冷房を有機的に結合し、
室内の湿度状態や冷房負荷に対応した天井面の温度制御
を簡単に行うことができ、天井面の温度分布を均一にで
きる輻射空調装置を提供すること。【構成】第１冷媒を圧縮する圧縮機１と、室外熱交換
器２と、室内熱交換器４と、その室内熱交換器４と並列
に接続され、第１冷媒とその第１冷媒の流路と異なる流
路の第２冷媒との間で熱交換を行う冷媒対冷媒熱交換器
６とを有する第１冷凍サイクル７と、第２冷媒を循環さ
せる冷媒ポンプ８、輻射空調のために熱交換を行う輻射
熱交換器９、及び第２冷媒の通過を調節する絞り手段１
０を有する第２冷凍サイクル１１とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、輻射を利用した冷房又
は暖房を行う輻射空調装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、よりマイルドな冷房を実現する方
法として、輻射冷房装置が知られている。従来の輻射冷
房装置は、天井面に配管パイプを付設し、その内部に冷
水を流通させるものや、あるいは冷媒配管を付設し冷凍
サイクルの蒸発器として作用させることにより、室内で
の冷気の自然降下によりドラフト感のない冷房を実現し
ようとするものである。また天井面での結露防止策とし
て別に除湿装置を設けていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
輻射冷房装置では、天井面での冷水や冷媒の流通は室内
空気の顕熱のみを除去させるようにしている。これは、
潜熱まで奪ってしまうと天井面に結露が発生してしまう
ためである。そこで輻射冷房装置を用いる場合、室内空
気の潜熱を除去するために別の冷房装置を必要とし、そ
のため室内の湿度状態や冷房負荷に対応した天井面の温
度制御は、複雑で大がかりなものとなっていた。また、
冷媒を用いたものでは、天井面を均一な温度にするため
には、冷媒流路を複数の並列回路としなければならない
が、蒸発器入口での二相冷媒の分流が困難となり、均一
な温度分布が得られていないという課題がある。

【０００４】また、従来、輻射冷房と強制通風冷房を有
機的に結合し、一つの簡単な熱源機で実現しているもの
はなかった。

【０００５】本発明は、従来の輻射空調装置のこのよう
な課題を考慮し、輻射冷房と強制通風冷房を有機的に結
合でき、低コストであり、室内の湿度状態や冷房負荷に
対応した輻射冷房の温度制御を簡単に行うことができ、
又は、マイルドな冷房ができる輻射空調装置を提供する
ことを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、第１冷媒を圧
縮する圧縮機と、室外熱交換器と、少なくとも除湿機能
及び強制通風冷房機能を有する室内熱交換器と、その室
内熱交換器と並列に接続され、第１冷媒とその第１冷媒
の流路と異なる流路の第２冷媒との間で熱交換を行う冷
媒対冷媒熱交換器とを有する第１冷凍サイクルと、第２
冷媒を循環させる冷媒ポンプ、輻射空調のために熱交換
を行う輻射熱交換器、及び第２冷媒の通過を調節する絞
り手段を有する第２冷凍サイクルとを備えた輻射空調装
置である。

【０００７】

【作用】本発明は、圧縮機が第１冷媒を圧縮し、圧縮さ
れた第１冷媒により室外熱交換器が外気と熱交換を行
い、室内熱交換器が第１冷媒と室内空気との間で熱交換
を行って室内の少なくとも除湿及び強制通風冷房を行
い、冷媒対冷媒熱交換器が第１冷媒と第２冷媒との間で
熱交換を行い、冷媒ポンプが熱交換された第２冷媒を循
環させ、絞り手段が第２冷媒の通過を調節し、輻射熱交
換器が熱交換を行って輻射により室内の空調を行う。

【０００８】

【実施例】以下に、本発明をその実施例を示す図面に基
づいて説明する。

【０００９】図１は、本発明にかかる一実施例の輻射冷
房装置の構成図である。すなわち、輻射冷房装置は第１
冷凍サイクル７と第２冷凍サイクル１１により構成され
ている。一方の第１冷凍サイクル７には、第１冷媒を圧
縮する圧縮機１が設けられ、その圧縮機１の冷媒出口側
には、第１冷媒と外気との間で熱交換を行う室外熱交換
器２が接続されている。その室外熱交換器２の冷媒出口
には、第１冷媒と室内空気との間で熱交換を行う室内熱
交換器４が、冷媒流量を調節する第１絞り装置３を介し
て接続され、それと並列に、第１冷媒と第２冷媒との間
で熱交換を行う冷媒対冷媒熱交換器６が、冷媒流量を調
節する第２絞り装置５を介して接続されている。室内熱
交換器４の冷媒出口側及び冷媒対冷媒熱交換器６の冷媒
出口側は、ともに圧縮機１の冷媒入口に接続され、第１
冷凍サイクル７を構成している。

【００１０】もう一方の第２冷凍サイクル１１には、冷
媒対冷媒熱交換器６の第２冷媒流路側に、第２冷媒を循
環させる冷媒ポンプ８が接続され、その冷媒ポンプ８の
冷媒出口側には、輻射により冷房を行う輻射熱交換器９
が接続されている。その輻射熱交換器９の冷媒出口側に
は、冷媒の流量を調節する絞り手段として第３絞り装置
１０が接続され、その第３絞り装置１０は冷媒対冷媒熱
交換器６に接続されて、第２冷凍サイクル１１を構成し
ている。以上の冷媒対冷媒熱交換器６は、第１冷凍サイ
クル７の第１冷媒と第２冷凍サイクル１１の第２冷媒が
間接的に熱交換できるように構成されている。

【００１１】また、輻射熱交換器９の冷媒出口側には、
輻射熱交換器９の表面温度を圧力の飽和温度から求める
ために圧力計１２が設けられ、輻射熱交換器９の近傍に
は室内の露点温度を計測する露点温度計測手段１３が設
けられ、輻射熱交換器９の冷媒入口側には、入口冷媒温
度を計測するための温度センサ１５が設けられている。
これら圧力計１２、露点温度計測手段１３、及び温度セ
ンサ１５の出力は、制御手段１４に入力され、制御手段
１４の出力が冷媒ポンプ８及び第３絞り装置１０に接続
されている。ここで制御手段１４は、圧力計１２により
検出した圧力から求めた輻射熱交換器９の表面温度と露
点温度計測手段１３から求めた露点温度を比較し、その
表面温度が露点温度より高くなるように第３絞り装置１
０を制御し、又、温度センサ１５により検出された入口
冷媒温度を用いて、圧力計１２により検出された圧力か
ら求めた冷媒の飽和温度に対して輻射熱交換器９の冷媒
入口過冷却度を求め、その過冷却度が予め設定された過
冷却度の範囲内になるように冷媒ポンプ８の回転数を制
御する。

【００１２】ここで、第１冷凍サイクル７には、例えば
冷暖房用として一般的に用いられているフレオンガスの
Ｒ２２などが封入されており、第２冷凍サイクル１１に
はそれより高沸点な冷媒（たとえばＲ１３４ａなど）が
封入されている。

【００１３】次に、上記実施例の輻射冷房装置の動作に
ついて説明する。

【００１４】まず、第１冷凍サイクル７においては、室
外熱交換器２が凝縮器、室内熱交換器４および冷媒対冷
媒熱交換器６が蒸発器として作用する。圧縮機１より吐
出された高温高圧の冷媒（第１冷媒）が、室外熱交換器
２で外気と熱交換して凝縮液化し、第１絞り装置３で低
圧まで絞られて室内熱交換器４に流入する。ここで室内
の空気より熱（潜熱・顕熱）を奪って冷媒が蒸発する。
一方、第２絞り装置５で減圧された冷媒は、冷媒対冷媒
熱交換器６に流入し、ここで後述の第２冷凍サイクル１
１の冷媒（第２冷媒）と間接的に熱交換して吸熱、気化
し、室内熱交換器４を通った冷媒と合流し圧縮機１に吸
入される。ここにおいて室内熱交換器４および冷媒対冷
媒熱交換器６の蒸発圧力は、圧縮機１の吸入圧力とな
る。このときの第１冷凍サイクル７の制御例として、第
１絞り装置３、第２絞り装置５の制御は、それぞれの熱
交換器出口冷媒の過熱度が設定範囲内になるように開度
制御され、圧縮機１の制御は、設定室温と現在の室温と
の差および高圧・低圧制限の中で回転数制御される。

【００１５】一方、第２冷凍サイクル１１においては、
冷媒対冷媒熱交換器６で冷却された冷媒が冷媒ポンプ８
で加圧され、一定範囲内の過冷却度が確保されて輻射熱
交換器９に流れ、ここで蒸発して室内の冷房に寄与し、
第３絞り装置１０で減圧され冷媒対冷媒熱交換器６に流
入する。ここで前述の第１冷凍サイクル７の冷媒と間接
的に熱交換し、放熱、液化して、再び冷媒ポンプ８へ戻
る。ここにおいては絞り機構があるため、輻射熱交換器
９での蒸発温度と冷媒対冷媒熱交換器６での凝縮温度と
は異なる。その輻射熱交換器９での蒸発温度は、表面に
結露を防止するため近傍に設けられた露点温度計測手段
１３により求められた露点温度より高い蒸発温度（即ち
表面温度）が得られる圧力になるように制御装置１４を
介して圧力計１２で第３絞り装置１０の開度を制御する
ことで決定される。さらに輻射熱交換器９の冷媒入口表
面付近での結露防止として、圧力計１２により求められ
た飽和温度に対して温度センサ１５で計測された入口冷
媒温度から制御装置１４で過冷却度が求められ、この過
冷却度の範囲が大きくなるとき（過冷却度が過大）は冷
媒ポンプ８の回転数を小さくなるように、また過冷却度
の範囲が小さくなるとき（過冷却度が過少）は冷媒ポン
プ８の回転数を大きくなるように制御する。これは、過
冷却度が増大すると冷媒温度が露点温度以下に低下し輻
射熱交換器９の入口付近で結露する可能性があるため、
過冷却度が増大すると冷媒ポンプ８の回転数を低下させ
冷媒対冷媒熱交換器９での熱交換量を低下させる。これ
により輻射熱交換器９は、全体として圧力制御により結
露防止ができ、局所的に過大な過冷却による入口周辺で
の結露も防止することが可能となる。

【００１６】以上のことにより、室内熱交換器４におい
て室内空気の潜熱（水分）を除去しながら、輻射熱交換
器９において室内空気の顕熱を除去して、冷輻射による
マイルドな冷房を実現することが可能となるものであ
り、たとえば輻射熱交換器９を付設した天井面に結露水
の生じる危険を防止できるものである。さらに、輻射熱
交換器９のパネル面温度をより均一にするために、複数
の並列回路で構成した場合にも、輻射熱交換器９の入口
では冷媒がほぼ液体の状態となっているため、分流が容
易にでき、パネル面温度を均一にすることができるもの
である。また、室内の冷房負荷が大きい場合は、輻射熱
交換器９の表面温度を露点温度近くまで低下させ、小さ
い場合は逆に高くするなどの調整が可能でありより快適
な冷房が実現できる。

【００１７】以上の構成において、第１冷凍サイクル７
は、通常のサイクルであり、しかも第２冷凍サイクル１
１に対して特別な制御は必要なく、また、第２冷凍サイ
クル１１の冷媒を第１冷凍サイクル７よりも高沸点な冷
媒にすることにより、配管内圧力を低減でき、輻射熱交
換器９および冷媒ポンプ８の設計を容易にすることがで
きる。

【００１８】なお、上記実施例では、輻射熱交換器９は
天井面に付設された配管パイプにより構成されるものと
して説明したが、これにこだわるものでなく、例えば天
井裏チャンバー内に配置された空気熱交換器により構成
し、熱伝導により天井面を冷却してもよい。また、室内
熱交換器４で適宜外気を導入して換気を行なわせたりす
る構成にしてもよく、これらは本発明に含まれるもので
ある。

【００１９】また、上記実施例では、冷房のみの装置に
ついて説明したが、これに限らず、圧縮機１の吐出側に
四方弁（図示せず）を設け冷房及び暖房を行える冷暖房
装置に適用しても勿論よい。

【００２０】また、上記実施例では、絞り制御手段及び
冷媒ポンプ制御手段を一つの制御装置１４で構成した
が、これに限らず、別々の構成としてもよい。

【００２１】また、上記実施例では、絞り制御手段及び
冷媒ポンプ制御手段である制御装置１４を専用のハード
ウェアにより構成したが、これに代えて、同様の機能を
コンピュータを用いてソフトウェア的に構成してもよ
い。

【００２２】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように本
発明は、少なくとも除湿機能及び強制通風冷房機能を有
する室内熱交換器と、第１冷媒とその第１冷媒の流路と
異なる流路の第２冷媒との間で熱交換を行う冷媒対冷媒
熱交換器とを有する第１冷凍サイクルと、輻射空調のた
めに熱交換を行う輻射熱交換器を有する第２冷凍サイク
ルとを備えているので、輻射冷房と強制通風冷房を有機
的に結合でき、室内の湿度状態や冷房負荷に対応した温
度制御を簡単に行うことができ、コストが安価になると
いう長所を有する。

【００２３】また、輻射冷房装置での結露を防止でき、
マイルドな冷房ができるるという利点がある。

【００２４】また、第２冷媒は、第１冷媒より高沸点で
あるので、配管内圧力を低減でき、輻射熱交換器及び冷
媒ポンプの設計を容易にすることができるという利点が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる一実施例の輻射冷房装置の構成
図である。

【符号の説明】

１圧縮機２室外熱交換器４室内熱交換器６冷媒対冷媒熱交換器７第１冷凍サイクル８冷媒ポンプ９輻射熱交換器１０第３絞り装置（絞り手段）１１第２冷凍サイクル１２圧力計１３露点温度計測手段１４制御装置１５温度センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉田雄二大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１冷媒を圧縮する圧縮機と、室外熱交
換器と、少なくとも除湿機能及び強制通風冷房機能を有
する室内熱交換器と、その室内熱交換器と並列に接続さ
れ、前記第１冷媒とその第１冷媒の流路と異なる流路の
第２冷媒との間で熱交換を行う冷媒対冷媒熱交換器とを
有する第１冷凍サイクルと、前記第２冷媒を循環させる冷媒ポンプ、輻射空調のため
に熱交換を行う輻射熱交換器、及び前記第２冷媒の通過
を調節する絞り手段を有する第２冷凍サイクルと、を備えたことを特徴とする輻射空調装置。
【請求項２】輻射熱交換器の冷媒出口側に設けられ、
出口冷媒の圧力を検知する圧力計と、前記輻射熱交換器
の近傍に設けられ、露点温度を検知する露点温度検知手
段と、前記検知された圧力に基づいて前記輻射熱交換器
の表面温度を算出し、その表面温度と前記検知された露
点温度に応じて、前記絞り手段の開度を、前記表面温度
が前記露点温度より高くなるように、制御する絞り制御
手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の輻射空
調装置。
【請求項３】輻射熱交換器の冷媒入口側に設けられ、
入口冷媒温度を検知する温度センサと、前記検知された
入口冷媒温度及び前記検知された圧力に基づき算出され
た飽和温度から前記入口冷媒の過冷却度を算出し、その
算出された過冷却度に応じて、前記入口冷媒の過冷却度
を、予め設定された過冷却度の範囲内に保持されるよう
に前記冷媒ポンプを制御する冷媒ポンプ制御手段とを備
えたことを特徴とする請求項２記載の輻射空調装置。
【請求項４】第２冷媒は、前記第１冷媒より高沸点で
あることを特徴とする請求項１記載の輻射空調装置。