WO2024252526A1 - 空気調和装置 - Google Patents

空気調和装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2024252526A1
WO2024252526A1 PCT/JP2023/021033 JP2023021033W WO2024252526A1 WO 2024252526 A1 WO2024252526 A1 WO 2024252526A1 JP 2023021033 W JP2023021033 W JP 2023021033W WO 2024252526 A1 WO2024252526 A1 WO 2024252526A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat exchanger
air
refrigerant
temperature
main
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/JP2023/021033
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
尚平 石村
俊光 鎌田
惇 川島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to PCT/JP2023/021033 priority Critical patent/WO2024252526A1/ja
Publication of WO2024252526A1 publication Critical patent/WO2024252526A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00Control or safety arrangements
    • F24F11/30Control or safety arrangements for purposes related to the operation of the system, e.g. for safety or monitoring
    • F24F11/41Defrosting; Preventing freezing

Definitions

  • This disclosure relates to an air conditioner with a humidification function.
  • Air conditioners with a humidification function can prevent the air in the room from drying out by operating the humidification function during air conditioning operation.
  • An example of an air conditioner with a humidification function is the air conditioner of Patent Document 1.
  • the air conditioner of Patent Document 1 condenses water vapor contained in the outside air in a sub-outdoor unit installed on the exterior wall near the indoor unit, and uses this water for humidification, providing a waterless humidification function that does not require the supply of moisture from outside.
  • the air conditioner of Patent Document 1 minimizes the length of the duct that transports humidified air, preventing the growth of mold and bacteria.
  • the auxiliary outdoor heat exchanger that produces condensed water used for humidification and the main outdoor heat exchanger built into the main outdoor unit are connected in series in the refrigeration cycle. Therefore, when the dew point temperature of the outside air is below zero degrees Celsius and the refrigerant pressure of the auxiliary outdoor heat exchanger is set so that the surface temperature of the auxiliary outdoor heat exchanger is below zero degrees Celsius to produce condensed water, the refrigerant pressure of the main outdoor heat exchanger downstream will necessarily be lower than that. As a result, the surface temperature of the main outdoor heat exchanger will be below zero degrees Celsius.
  • the present disclosure has been made in consideration of these points, and aims to provide an air conditioner that can maintain indoor comfort by continuing heating operation while producing water to create humidified air under operating conditions where the dew point temperature of the outside air is below freezing.
  • the air conditioning system comprises a refrigerant circuit having a main circuit in which at least a compressor, an indoor heat exchanger, a main expansion valve, and a main outdoor heat exchanger are connected in sequence by refrigerant piping and in which a refrigerant circulates; an auxiliary outdoor heat exchanger connected in parallel to the main outdoor heat exchanger; a humidifier that humidifies air taken in from the outside using condensed water generated in the auxiliary outdoor heat exchanger and discharges the humidified air; and a control device, and the control device has a defrost heating operation mode in which the refrigerant pressure equivalent saturation temperature of the auxiliary outdoor heat exchanger is maintained at a temperature above zero degrees Celsius to melt frost adhering to the auxiliary outdoor heat exchanger and generate condensed water, while at the same time maintaining the refrigerant pressure equivalent saturation temperature of the main outdoor heat exchanger at a temperature lower than the temperature of the outside air and maintaining the refrigerant pressure equivalent saturation temperature of the indoor heat exchanger at a temperature higher than the
  • the auxiliary outdoor heat exchanger is connected in parallel to the main outdoor heat exchanger, and in the defrost heating operation mode, the refrigerant pressure equivalent saturation temperature of the auxiliary outdoor heat exchanger is maintained at a temperature above zero degrees Celsius to melt the frost adhering to the auxiliary outdoor heat exchanger and generate condensed water, while at the same time maintaining the refrigerant pressure equivalent saturation temperature of the main outdoor heat exchanger at a temperature lower than the temperature of the outdoor air. Therefore, even under operating conditions where the dew point temperature of the outdoor air is below freezing, the air conditioner can melt the frost formed on the auxiliary outdoor heat exchanger and generate condensed water to make humidified air.
  • the air conditioner maintains the refrigerant pressure equivalent saturation temperature of the indoor heat exchanger at a temperature higher than the indoor air temperature, so that the room can be heated to maintain indoor comfort.
  • the air conditioner can continue heating operation while generating water to make humidified air, thereby maintaining indoor comfort.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a refrigerant circuit of an air-conditioning apparatus according to a first embodiment.
  • 1 is a schematic diagram showing a humidifier of an air conditioning apparatus according to a first embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a phase change of a refrigerant in a water-collection heating operation mode of the refrigerant circuit of the air-conditioning apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a ph diagram showing the changes in refrigerant pressure and enthalpy in the water-collection heating operation mode of the refrigerant circuit of the air-conditioning apparatus according to embodiment 1.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a phase change of a refrigerant in a modified example of the water-collection heating operation mode of the refrigerant circuit of the air-conditioning apparatus according to Embodiment 1.
  • FIG. A ph diagram showing changes in refrigerant pressure and enthalpy in a modified water-collection heating operation mode of the refrigerant circuit of the air conditioning apparatus of embodiment 1.
  • 3 is a schematic diagram showing a phase change of a refrigerant in a defrost heating operation mode of the refrigerant circuit of the air conditioner according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a ph diagram showing changes in refrigerant pressure and enthalpy in a defrost heating operation mode of the refrigerant circuit of the air conditioning apparatus according to embodiment 1.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a phase change of a refrigerant in a cooling operation mode of the refrigerant circuit of the air conditioner according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a ph diagram showing changes in refrigerant pressure and enthalpy in a cooling operation mode of the refrigerant circuit of the air conditioning apparatus according to embodiment 1.
  • FIG. FIG. 6 is a schematic diagram of a refrigerant circuit of an air-conditioning apparatus according to a second embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic diagram illustrating a humidifier according to a second embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing a phase change of a refrigerant in a water-collection heating operation mode of a refrigerant circuit of an air-conditioning apparatus according to embodiment 2.
  • FIG. A ph diagram showing changes in refrigerant pressure and enthalpy in the water-collection heating operation mode of the refrigerant circuit of the air conditioning apparatus of embodiment 2.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing a phase change of a refrigerant in a defrost heating operation mode of a refrigerant circuit of an air conditioner according to embodiment 2.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing a phase change of a refrigerant in a cooling operation mode of a refrigerant circuit of an air-conditioning apparatus according to a second embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing an auxiliary outdoor unit of an air conditioning apparatus according to a third embodiment.
  • Fig. 1 is a schematic diagram of a refrigerant circuit 1 of an air-conditioning apparatus 100 according to the first embodiment.
  • a main outdoor unit 10 In the air-conditioning apparatus 100, a main outdoor unit 10, an indoor unit 20, and an auxiliary outdoor unit 30 are connected via refrigerant piping to form a refrigerant circuit 1.
  • the main outdoor unit 10 has a compressor 14, a four-way valve 15, a main outdoor heat exchanger 11, a main expansion valve 13, a first sub-expansion valve 16, and a second sub-expansion valve 17 on the refrigerant circuit 1.
  • the indoor unit 20 has an indoor heat exchanger 21 on the refrigerant circuit 1.
  • the auxiliary outdoor unit 30 has a sub outdoor heat exchanger 31, a temperature adjustment device 34, a third sub-expansion valve 35, and a pressure reducing mechanism 36 on the refrigerant circuit 1.
  • the refrigerant circuit 1 has a main circuit 2, a first bypass circuit 3, and a second bypass circuit 4.
  • the main circuit 2 is configured by connecting a compressor 14, a four-way valve 15, an indoor heat exchanger 21, a main expansion valve 13, a main outdoor heat exchanger 11, and a first sub-expansion valve 16 in sequence with refrigerant piping.
  • the first bypass circuit 3 has a first bypass pipe 3a, a pressure reducing mechanism 36, a temperature adjustment device 34, a sub-exterior heat exchanger 31, and a second sub-expansion valve 17.
  • the first bypass pipe 3a branches off from between the indoor heat exchanger 21 of the main circuit 2 and the main expansion valve 13, and is connected between the main outdoor heat exchanger 11 and the compressor 14.
  • the main circuit 2 is equipped with a first sub-expansion valve 16 and a four-way valve 15, and the first bypass pipe 3a is connected between the first sub-expansion valve 16 and the four-way valve 15.
  • the first bypass pipe 3a is provided with, in order from the upstream side, a pressure reducing mechanism 36, a temperature adjustment device 34, the sub-exterior heat exchanger 31, and the second sub-expansion valve 17.
  • the sub-exterior heat exchanger 31 is provided in the first bypass pipe 3a, and is connected in parallel to the main outdoor heat exchanger 11.
  • the second bypass circuit 4 has a second bypass pipe 4a and a third sub-expansion valve 35.
  • the second bypass pipe 4a branches off from between the compressor 14 and the indoor heat exchanger 21 of the main circuit 2 and is connected to between the pressure reducing mechanism 36 and the temperature adjustment device 34 in the first bypass pipe 3a.
  • the main circuit 2 is equipped with a four-way valve 15, and the second bypass pipe 4a branches off from between the four-way valve 15 of the main circuit 2 and the indoor heat exchanger 21.
  • the second bypass pipe 4a is provided with a third sub-expansion valve 35.
  • the compressor 14 sucks in the refrigerant and compresses it to a high temperature and high pressure state.
  • the compressor 14 is a volumetric compressor capable of varying the operating frequency.
  • the compressor 14 is not limited to being driven with a variable operating frequency, and may be a constant speed compressor.
  • the four-way valve 15 is connected to the discharge side of the compressor 14 and switches the flow of the refrigerant discharged from the compressor 14.
  • the four-way valve 15 switches the circulation direction of the refrigerant discharged from the compressor 14 between heating operation and cooling operation.
  • the four-way valve 15 switches the direction of the refrigerant toward the indoor heat exchanger 21 during heating operation, and switches the direction of the refrigerant toward the main outdoor heat exchanger 11 during cooling operation.
  • the air conditioning device 100 only needs to be capable of at least heating operation, and therefore the four-way valve 15 can be omitted.
  • the indoor heat exchanger 21 is a fin-tube type heat exchanger including a pipe through which the refrigerant flows and fins into which the pipe is inserted.
  • the indoor heat exchanger 21 is not limited to a fin-tube type heat exchanger, but may be a plate type heat exchanger.
  • the main expansion valve 13 expands the refrigerant.
  • the main expansion valve 13 is formed, for example, of an electronic expansion valve or a temperature type expansion valve whose opening can be adjusted.
  • the main outdoor heat exchanger 11 is a fin-tube type heat exchanger including a pipe through which the refrigerant flows and fins into which the pipe is inserted.
  • the main outdoor heat exchanger 11 is not limited to a fin-tube type heat exchanger, but may be a plate type heat exchanger.
  • the first sub-expansion valve 16 expands the refrigerant.
  • the first sub-expansion valve 16 is formed, for example, of an electronic expansion valve or a temperature type expansion valve whose opening can be adjusted.
  • the pressure reducing mechanism 36 reduces the pressure of the refrigerant.
  • the pressure reducing mechanism 36 is configured with a fixed restriction such as a capillary tube, but it may also be an electric expansion valve that can change the flow path area.
  • the temperature adjusting device 34 is a device that adjusts the temperature of the refrigerant.
  • the temperature adjusting device 34 is equipped with a valve that adjusts the pressure of the refrigerant, and is a device that adjusts the temperature of the refrigerant by adjusting the pressure of the refrigerant.
  • the temperature adjusting device 34 is equipped with, for example, an electronic expansion valve that can adjust the opening degree as a valve that adjusts the pressure of the refrigerant.
  • the auxiliary outdoor heat exchanger 31 is a fin-tube type heat exchanger including piping through which the refrigerant flows and fins into which the piping is inserted.
  • the auxiliary outdoor heat exchanger 31 is not limited to a fin-tube type heat exchanger, and may be a plate type heat exchanger.
  • the second sub-expansion valve 17 and the third sub-expansion valve 35 expand the refrigerant.
  • the second sub-expansion valve 17 and the third sub-expansion valve 35 are formed, for example, by electronic expansion valves or temperature-type expansion valves whose opening can be adjusted.
  • the air conditioning device 100 also has a main outdoor fan 12 that blows air to the main outdoor heat exchanger 11, a secondary outdoor fan 32 that blows air to the secondary outdoor heat exchanger 31, and an indoor fan 22 that blows air to the indoor heat exchanger 21.
  • the main outdoor fan 12 is disposed in the main outdoor unit 10
  • the secondary outdoor fan 32 is disposed in the secondary outdoor unit 30, and the indoor fan 22 is disposed in the indoor unit 20.
  • the air conditioning device 100 has a drain pan 33.
  • the drain pan 33 is arranged in the auxiliary outdoor unit 30.
  • the drain pan 33 is arranged below the auxiliary outdoor heat exchanger 31, and is a container that collects condensed water that is generated in the auxiliary outdoor heat exchanger 31 and falls under its own weight.
  • the arrangement of the devices constituting the refrigerant circuit 1 of the air conditioner 100 is not limited to the arrangement shown in the figure.
  • the main outdoor unit 10 only needs to have at least the compressor 14, the main expansion valve 13, and the main outdoor heat exchanger 11.
  • the auxiliary outdoor unit 30 only needs to have at least the auxiliary outdoor heat exchanger 31 and the humidifier 40.
  • the indoor unit 20 only needs to have at least the indoor heat exchanger 21.
  • the other devices constituting the refrigerant circuit 1 may be arranged in a device other than the device shown in the figure.
  • the temperature adjustment device 34 is in the auxiliary outdoor unit 30 in the example shown in the figure, but it may be arranged in the main outdoor unit 10.
  • the air conditioner 100 is configured separately for the main outdoor unit 10 and the auxiliary outdoor unit 30, it may be configured in a single housing.
  • the air conditioning device 100 also has a control device 50 that controls the entire air conditioning device 100.
  • the control device 50 is composed of dedicated hardware, or a CPU (Central Processing Unit, also called a central processing unit, processing device, arithmetic unit, microprocessor, microcomputer, or processor) that executes programs stored in memory.
  • CPU Central Processing Unit
  • CPU Central Processing Unit
  • control device 50 When the control device 50 is dedicated hardware, the control device 50 may be, for example, a single circuit, a composite circuit, an application specific integrated circuit (ASIC), a field-programmable gate array (FPGA), or a combination of these. Each of the functional units realized by the control device 50 may be realized by separate hardware, or each functional unit may be realized by a single piece of hardware.
  • ASIC application specific integrated circuit
  • FPGA field-programmable gate array
  • each function executed by the control device 50 is realized by software, firmware, or a combination of software and firmware.
  • Software and firmware are written as programs and stored in memory.
  • the CPU realizes each function of the control device 50 by reading and executing the programs stored in the memory.
  • the memory is, for example, non-volatile or volatile semiconductor memory such as RAM, ROM, flash memory, EPROM, EEPROM, etc.
  • control device 50 may be realized by dedicated hardware, and some by software or firmware.
  • the air conditioning apparatus 100 has a control device 50, which controls the entire air conditioning apparatus 100, but the following configuration may also be used. As shown by the dotted lines in FIG. 1, the air conditioning apparatus 100 has a main outdoor unit control device 51, a sub-outdoor unit control device 52, and an indoor unit control device 53 for the main outdoor unit 10, the sub-outdoor unit 30, and the indoor unit 20, respectively, and these may work together to control the entire air conditioning apparatus 100.
  • the control device 50 has multiple operation modes, and operates in the operation mode selected by the user.
  • the operation mode is selected by operating a remote control (not shown).
  • the control device 50 controls the opening and closing or adjustment of the opening degree of multiple valves provided in the air conditioning device 100 according to the operation mode.
  • the control device 50 has a heating operation mode and a cooling operation mode as multiple operation modes.
  • the heating operation mode has a water collection heating operation mode and a defrost heating operation mode.
  • the control device 50 has three operation modes: the water collection heating operation mode, the defrost heating operation mode, and the cooling operation mode.
  • the control device 50 operates by alternatively selecting one of the three operation modes.
  • the water collection heating operation mode is a mode in which, while performing heating operation to warm the room in which the indoor unit 20 is installed, water is collected to be used to generate humidified air in the humidifier 40 described below.
  • the defrost heating operation mode is a mode in which, while performing heating operation, frost adhering to the main outdoor heat exchanger 11 is removed and water is collected to be used to generate humidified air in the humidifier 40 described below.
  • the cooling operation mode is a mode in which the room in which the indoor unit 20 is installed is cooled.
  • the air conditioning system 100 also includes a humidifier 40 that generates humidified air using the condensed water collected in the drain pan 33.
  • the humidifier 40 is disposed in the auxiliary outdoor unit 30.
  • the humidifier 40 humidifies air taken in from the outside (hereinafter, outside air) using condensed water generated in the auxiliary outdoor heat exchanger 31, and discharges the humidified air.
  • the humidified air discharged from the humidifier 40 is supplied to the indoor unit 20.
  • the humidifier 40 has a configuration in which a humidifying element 43, an air preheating device 42, a humidified air heating device 44, and a humidifying fan 41 are arranged in a housing 46 having an air passage 46a through which outside air flows.
  • the humidifier 40 also includes a humidifying duct 45 that guides the humidified air generated in the housing 46 to the indoor unit 20.
  • the humidifying element 43 is made of a material that retains water. It is desirable for the humidifying element 43 to be made of a material that has both the ability to retain water by capillary force, such as a nonwoven fabric or porous material, and the ability to allow air to flow through it, expanding the area of direct contact with the water.
  • the humidifying element 43 is placed below the drain pan 33, and humidifies the outside air passing through the humidifying element 43 with condensed water guided from the drain pan 33 to the humidifying element 43.
  • the air preheating device 42 has an air preheating heater 42a, which is, for example, an electric heater.
  • the air preheating device 42 is disposed upstream of the humidifying element 43 in the direction of the air flow formed by the humidifying fan 41, and heats the outside air supplied to the humidifying element 43.
  • the humidified air heating device 44 has a humidified air heater 44a, which is, for example, an electric heater.
  • the humidified air heating device 44 is disposed downstream of the humidifying element 43 in the air flow direction formed by the humidifying fan 41, and heats the humidified air humidified by the humidifying element 43.
  • the humidifying fan 41 takes in outside air into the housing 46 and generates an airflow that passes through the air passage 46a.
  • the humidifying fan 41 is provided downstream of the humidified air heating device 44 in the air flow direction, but it may also be provided upstream of the air preheating device 42.
  • the humidifier 40 takes in outside air into the housing 46 by driving the humidifier fan 41, heats it in the air preheater 42, and then supplies it to the humidifier element 43.
  • the humidifier 40 is mainly driven in the winter when the heating operation mode is operated, and the outside air taken into the housing 46 is assumed to be in a temperature range of about 0 to 7 degrees Celsius. The amount of saturated water vapor in this temperature range is insufficient to humidify the heated air inside the room.
  • the humidifier 40 heats the outside air in the air passage 46a through which the outside air flows with the air preheater 42 to reduce the relative humidity of the outside air, and changes the air state to one that is easy to adsorb moisture in the humidifier element 43 that it passes through next.
  • the heated outside air passes through the humidification element 43.
  • the humidification element 43 holds condensed water guided from the drain pan 33, and the heated outside air evaporates the water equivalent to a satisfactory amount of humidification into water vapor.
  • the outside air passing through the humidification element 43 comes into direct contact with the water vapor and is humidified, becoming humidified air with a relative humidity of nearly 100 percent.
  • the humidified air humidified by the humidification element 43 is heated by the humidified air heater 44 and transported into the room via the humidification duct 45.
  • the humidifier 40 generates humidified air using condensed water and supplies the humidified air into the room via the humidification duct 45.
  • the humidified air humidified by the humidifying element 43 is cooled by the humidifying duct 45 when it is transported indoors through the humidifying duct 45.
  • the outer surface of the humidifying duct 45 is cooled to the temperature of the outside air, and the inner surface is cooled by thermal conduction in the thickness direction of the wall of the humidifying duct 45.
  • the relative humidity of the humidified air flowing into the humidifying duct 45 is 100%, even a small amount of cooling causes the water vapor contained in the humidified air to change phase to water, causing condensation on the inner surface of the humidifying duct 45. Condensation can cause mold, which deteriorates the quality of the humidified air after mold growth.
  • the humidifying device 40 has a humidified air heater 44 between the humidifying element 43 and the humidifying duct 45, which increases the temperature of the humidified air and reduces the relative humidity, thereby avoiding condensation on the inner surface due to heat exchange with the outside air through the wall of the humidifying duct 45.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a phase change of the refrigerant in the water-collection heating operation mode of the refrigerant circuit 1 of the air-conditioning apparatus 100 according to the first embodiment.
  • the phase change of the refrigerant in the water-collection heating operation mode is shown by different types of lines.
  • the arrows indicate the flow direction of the refrigerant.
  • the superheated gas refrigerant discharged from the compressor 14 passes through point A and the four-way valve 15, and then branches into two paths passing through points B and E, respectively.
  • the distribution ratio of the refrigerant to each of these paths is adjusted by the opening degree of the third sub-expansion valve 35.
  • the opening degree of the third sub-expansion valve 35 is determined according to the heating capacity required by the indoor unit 20. For example, when the indoor load is large, the opening degree of the third sub-expansion valve 35 is reduced to increase the refrigerant flow rate supplied to the indoor heat exchanger 21. This opening degree control of the third sub-expansion valve 35 is also performed in the defrost heating operation mode described later.
  • the refrigerant that passes through point B exchanges heat with the indoor air in the indoor heat exchanger 21.
  • the air is heated by exchanging heat with the refrigerant, heating the room.
  • the refrigerant condenses by exchanging heat with the air, and passes through point C as a supercooled liquid.
  • the refrigerant that passes through point C branches into two routes: one that passes through point D and heads toward the main outdoor heat exchanger 11, and the other that flows into the first bypass pipe 3a, passes through point F, etc., and heads toward the auxiliary outdoor heat exchanger 31.
  • the refrigerant that passes through point C branches into two routes and flows in parallel to the main outdoor heat exchanger 11 and the auxiliary outdoor heat exchanger 31.
  • the subcooled liquid refrigerant that has passed through point D is reduced in pressure as it passes through the main expansion valve 13, becoming a two-phase gas-liquid refrigerant and passing through point I.
  • the refrigerant that has passed through point I exchanges heat with the outside air in the main exterior heat exchanger 11, causing the liquid refrigerant to evaporate and become more dry, and then passes through point J and the first sub-expansion valve 16 in that order.
  • the refrigerant that flows into the first bypass pipe 3a passes through the pressure reducing mechanism 36, merges with the superheated gas refrigerant that passed through point E, and becomes a two-phase gas-liquid refrigerant that flows into the temperature adjustment device 34.
  • the refrigerant that flows into the temperature adjustment device 34 is reduced in pressure and becomes a two-phase gas-liquid refrigerant whose pressure-equivalent saturation temperature is lower than the dew point temperature of the outside air, passing through point G.
  • the gas-liquid two-phase refrigerant that has passed through point G exchanges heat with the outside air in the auxiliary outdoor heat exchanger 31, and the liquid refrigerant contained in the gas-liquid two-phase refrigerant evaporates, increasing the dryness.
  • the water vapor contained in the outside air is cooled to a temperature lower than the dew point on the surface of the auxiliary outdoor heat exchanger 31 and changes phase to water or frost.
  • the water vapor contained in the outside air condenses to produce condensed water.
  • the produced condensed water falls from the auxiliary outdoor heat exchanger 31 and collects in the drain pan 33.
  • the refrigerant that has passed through the auxiliary outdoor heat exchanger 31 passes through point H and the second sub-expansion valve 17 in that order, merges with the refrigerant that has passed through the first sub-expansion valve 16, passes through the four-way valve 15 and point K, and is then sucked into the compressor 14.
  • Figure 4 is a p-h diagram showing the change in refrigerant pressure and enthalpy in the water collection heating operation mode of the refrigerant circuit 1 of the air conditioning apparatus 100 according to embodiment 1.
  • Points A to K in Figure 4 represent the refrigerant pressure and enthalpy at points A to K in Figure 3.
  • the change in enthalpy from point G to point H in Figure 4 represents the heat exchange between the refrigerant and air in the auxiliary outdoor heat exchanger 31.
  • Also shown in Figure 4 are the isotherms of the outdoor dew point temperature, outdoor temperature, and indoor air temperature.
  • the refrigerant pressure equivalent saturation temperature of the auxiliary outdoor heat exchanger 31 at point G is set lower than the dew point temperature of the outside air by adjusting the opening of the temperature adjustment device 34, and the water vapor contained in the outside air changes phase to liquid or solid on the surface of the auxiliary outdoor heat exchanger 31.
  • the enthalpy change from point I to point J in Figure 4 represents heat exchange with the outside air in the main outdoor heat exchanger 11.
  • the refrigerant pressure equivalent saturation temperature of the main outdoor heat exchanger 11 is set higher than the dew point temperature of the outside air and lower than the outside air temperature by adjusting the opening of the main expansion valve 13. As a result, no condensation or frost forms on the surface of the main outdoor heat exchanger 11, and the main outdoor heat exchanger 11 maintains a state in which the air flow resistance is low and the amount of air passing through it is large.
  • the air conditioning device 100 maintains the refrigerant pressure equivalent saturation temperature of the auxiliary outdoor heat exchanger 31 at a temperature lower than the dew point temperature of the outside air in the water collection heating operation mode. This allows the air conditioning device 100 to generate and obtain water vapor in the outside air as condensed water in the auxiliary outdoor heat exchanger 31.
  • the air conditioning device 100 maintains the refrigerant pressure equivalent saturation temperature of the auxiliary outdoor heat exchanger 31 at a temperature lower than the dew point temperature of the outdoor air, while at the same time maintaining the refrigerant pressure equivalent saturation temperature of the main outdoor heat exchanger 11 at a temperature higher than the refrigerant pressure equivalent saturation temperature of the auxiliary outdoor heat exchanger 31 and lower than the temperature of the outdoor air.
  • the air conditioning device 100 can make the main outdoor heat exchanger 11 function as an evaporator and absorb heat from the outdoor air.
  • the air conditioning device 100 maintains the refrigerant pressure equivalent saturation temperature of the indoor heat exchanger 21 mounted in the indoor unit 20 at a temperature higher than the indoor air temperature. In this way, the air conditioning device 100 heats the room.
  • the air conditioning apparatus 100 causes refrigerant to flow through the main outdoor heat exchanger 11 and uses the main outdoor heat exchanger 11 as an evaporator, but if it is desired to obtain a large amount of condensed water, it is more effective to not cause refrigerant to flow through the main outdoor heat exchanger 11, and to supply the entire amount to the auxiliary outdoor heat exchanger 31.
  • This modified example is an example in which no refrigerant flows through the main outdoor heat exchanger 11, and the entire amount is supplied to the auxiliary outdoor heat exchanger 31, and will be described using Figures 5 and 6.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing the phase change of the refrigerant in a modified water-collection heating operation mode of the refrigerant circuit 1 of the air-conditioning apparatus 100 according to embodiment 1.
  • the phase change of the refrigerant in the water-collection heating operation mode is shown by different line types.
  • the arrows indicate the flow direction of the refrigerant.
  • FIG. 6 is a p-h diagram showing the change in the pressure and enthalpy of the refrigerant in a modified water-collection heating operation mode of the refrigerant circuit 1 of the air-conditioning apparatus 100 according to embodiment 1. Points A to K in FIG. 6 represent the pressure and enthalpy of the refrigerant at points A to K in FIG. 5.
  • points D, I, and J where the refrigerant does not flow are omitted in FIG. 5.
  • the change in enthalpy from point G to point H in FIG. 6 represents the heat exchange between the refrigerant and the air in the auxiliary outdoor heat exchanger 31.
  • FIG. 6 the isotherms of the outdoor dew point temperature, the outdoor temperature, and the indoor air temperature are shown.
  • the air conditioning device 100 closes the main expansion valve 13 and the first sub-expansion valve 16. As a result, the entire amount of refrigerant that has passed through the indoor heat exchanger 21 passes through the temperature adjustment device 34 and then flows into the sub-exterior heat exchanger 31. As a result, the air conditioning device 100 can generate and obtain more condensed water in the sub-exterior heat exchanger 31 compared to the above-mentioned water collection heating operation mode described using Figures 3 and 4.
  • the auxiliary outdoor heat exchanger 31 in the water collection heating operation mode, while performing heating operation, the auxiliary outdoor heat exchanger 31 generates water to be used to generate humidified air in the humidifier 40.
  • the water collection heating operation mode when the dew point temperature of the outside air is high and the surface temperature of the auxiliary outdoor heat exchanger 31 is higher than zero degrees Celsius, the water vapor contained in the outside air on the surface of the auxiliary outdoor heat exchanger 31 changes phase to water and flows down the surface of the auxiliary outdoor heat exchanger 31 under its own weight and falls into the drain pan 33.
  • the water collected in the drain pan 33 is guided to the humidifier 40 as described above and used to humidify the room.
  • the air conditioning apparatus 100 when the dew point temperature of the outside air is high and the surface temperature of the auxiliary outdoor heat exchanger 31 is higher than zero degrees Celsius, the air conditioning apparatus 100 generates water to be used for humidification in the water collection heating operation mode, and can humidify the room.
  • the air conditioner 100 has a defrost heating operation mode that provides heat to the auxiliary outdoor heat exchanger 31 while continuing heating operation, melting the frost into water, and the water is collected in the drain pan 33, making it possible to humidify the room.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing a phase change of the refrigerant in the defrost heating operation mode of the refrigerant circuit 1 of the air-conditioning apparatus 100 according to the first embodiment.
  • the phase change of the refrigerant in the defrost heating operation mode is shown by different types of lines.
  • the arrows indicate the flow direction of the refrigerant.
  • the order in which the refrigerant flows through the refrigerant circuit 1 is the same as in the water collection heating operation mode shown in Fig. 3.
  • the conditions for setting the opening degree of the temperature adjustment device 34 are different between the defrost heating operation mode and the water collection heating operation mode.
  • the opening degree of the temperature adjustment device 34 is set so that the temperature of the refrigerant flowing into the auxiliary outdoor heat exchanger 31 is lower than the dew point temperature of the outside air.
  • the air conditioning device 100 makes the refrigerant supplied to the auxiliary outdoor heat exchanger 31 a low-pressure two-phase gas-liquid refrigerant lower than the dew point temperature of the outside air.
  • the air conditioning device 100 cools the outside air to a temperature lower than the dew point temperature by supplying a low-pressure two-phase gas-liquid refrigerant lower than the dew point temperature of the outside air to the auxiliary outdoor heat exchanger 31, thereby changing the phase of the water vapor contained in the outside air to water or frost.
  • the air conditioner 100 sets the opening degree of the temperature adjustment device 34 smaller than in the water collection heating operation mode to reduce the pressure drop amount compared to the water collection heating operation mode, and supplies superheated gas refrigerant at 0 degrees Celsius or higher to the auxiliary outdoor heat exchanger 31.
  • the superheated gas refrigerant is supplied to the auxiliary outdoor heat exchanger 31, and the superheated gas refrigerant gives heat to the frost, melting the frost and changing its phase to water.
  • the air conditioner 100 causes the auxiliary outdoor heat exchanger 31, of the auxiliary outdoor heat exchanger 31 and the main outdoor heat exchanger 11 connected in parallel, to function as a condenser. Then, the water generated by the melting frost falls from the auxiliary outdoor heat exchanger 31 and collects in the drain pan 33, and the refrigerant condenses to reduce the dryness and enter a gas-liquid two-phase state.
  • the refrigerant condensed in the indoor heat exchanger 21 by releasing heat to the indoor air is evaporated in the main outdoor heat exchanger 11 by collecting heat from the outdoor air to become a two-phase gas-liquid refrigerant with a high dryness.
  • the air conditioning device 100 causes the main outdoor heat exchanger 11, of the auxiliary outdoor heat exchanger 31 and the main outdoor heat exchanger 11 connected in parallel, to function as an evaporator.
  • the two-phase gas-liquid refrigerant after passing through the main outdoor heat exchanger 11 is mixed with the two-phase gas-liquid refrigerant flowing out from the auxiliary outdoor heat exchanger 31, so that the refrigerant drawn into the compressor 14 has a wetness that is acceptable for drawing into the compressor 14, and indoor heating can be continued.
  • the air conditioning apparatus 100 maintains the refrigerant pressure equivalent saturation temperature of the auxiliary outdoor heat exchanger 31 at a temperature above zero degrees Celsius in the defrost heating operation mode, melting the frost adhering to the auxiliary outdoor heat exchanger 31 and generating condensed water to be used for humidifying the room.
  • the air conditioning apparatus 100 maintains the main outdoor heat exchanger 11 at a temperature lower than the outdoor air temperature to absorb heat from the outdoor air.
  • the air conditioning apparatus 100 maintains the refrigerant pressure equivalent saturation temperature of the indoor heat exchanger 21 at a temperature higher than the indoor air temperature, and continues heating operation.
  • Fig. 8 is a p-h diagram showing the change in refrigerant pressure and enthalpy in the defrost heating operation mode of the refrigerant circuit 1 of the air conditioning device 100 according to embodiment 1.
  • Points A to K in Fig. 8 represent the refrigerant pressure and enthalpy at points A to K in Fig. 5.
  • Also shown in Fig. 8 are isotherms for the outdoor dew point temperature, zero degrees Celsius, outdoor temperature, and indoor air temperature.
  • the temperature of the superheated gas at point G is maintained above zero degrees Celsius by adjusting the opening of the temperature adjustment device 34, and the superheated gas refrigerant that flows into the auxiliary outdoor heat exchanger 31 exchanges heat with the frost on the surface of the auxiliary outdoor heat exchanger 31 and condenses, reducing enthalpy from point G to point H.
  • the pressure equivalent saturation temperature of the main outdoor heat exchanger 11 is maintained at a temperature lower than the outdoor air temperature by adjusting the opening of the main expansion valve 13, and the refrigerant passing through the main outdoor heat exchanger 11 absorbs heat from the outdoor air. This allows the air conditioning device 100 to continue heating the room.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing a phase change of the refrigerant in the cooling operation mode of the refrigerant circuit 1 of the air conditioner 100 according to the first embodiment.
  • the phase change of the refrigerant in the cooling operation mode is shown by different types of lines.
  • the arrows indicate the flow direction of the refrigerant.
  • the flow direction of the refrigerant discharged from the compressor 14 is different from that in the water collection heating operation mode shown in FIG. 3 and the defrost heating operation mode shown in FIG. 5.
  • the flow direction of the refrigerant discharged from the compressor 14 is a direction toward point B and point E.
  • the flow direction of the refrigerant discharged from the compressor 14 is a direction toward point J and point H.
  • This switching of the refrigerant flow direction is obtained by the action of the four-way valve 15.
  • the third sub-expansion valve 35 is fully closed, and the refrigerant does not flow in the refrigerant path passing through point E.
  • the refrigerant discharged from the compressor 14 passes through the four-way valve 15 and then branches into a route that passes through point J and a route that passes through point H.
  • the distribution ratio of the refrigerant flow rate to these two routes is adjusted by the valve opening of both the first sub-expansion valve 16 and the second sub-expansion valve 17.
  • the refrigerant that passes through point J exchanges heat with the outside air in the main exterior heat exchanger 11 and condenses, becoming a supercooled liquid and passing through point I.
  • the refrigerant that passes through point I is decompressed as it passes through the main expansion valve 13, becoming a gas-liquid two-phase refrigerant and passing through point D.
  • the refrigerant that has passed point H exchanges heat with the outside air in the auxiliary outdoor heat exchanger 31, and the refrigerant condenses into a supercooled liquid and passes point G.
  • the refrigerant that has passed point G is reduced in pressure as it passes through the temperature adjustment device 34, becoming a two-phase gas-liquid refrigerant and passing point F.
  • the refrigerant that has passed point F passes through the pressure reduction mechanism 36, merges with the refrigerant that has passed point D, and passes point C.
  • the refrigerant that has passed point C exchanges heat with the indoor air in the indoor heat exchanger 21, cooling the air to cool the room, and evaporating the liquid refrigerant to increase its dryness.
  • the refrigerant then passes through point B, the four-way valve 15, and point K, before being sucked into the compressor 14.
  • Figure 10 is a p-h diagram showing the change in refrigerant pressure and enthalpy in the cooling operation mode of the refrigerant circuit 1 of the air conditioning apparatus 100 according to embodiment 1.
  • Points A to K in Figure 10 represent the refrigerant pressure and enthalpy at points A to K in Figure 9. Note that point E, where the refrigerant does not flow, is omitted from Figure 10.
  • the change in enthalpy from point J to point I in Figure 10 represents heat exchange with outside air in the main outdoor heat exchanger 11, and the change in enthalpy from point H to point G represents heat exchange with outside air in the auxiliary outdoor heat exchanger 31.
  • both the main outdoor heat exchanger 11 and the auxiliary outdoor heat exchanger 31 are used to condense the refrigerant through heat exchange with the outside air, minimizing the rise in high pressure in the refrigeration cycle under operating conditions where the outside air temperature is high.
  • the refrigerant is expanded and its pressure is reduced by the action of the main expansion valve 13, temperature adjustment device 34, and pressure reduction mechanism 36, and the pressure of the gas-liquid two-phase refrigerant flowing into the indoor heat exchanger 21 is adjusted so that its equivalent saturation temperature is lower than the indoor air temperature.
  • the air conditioning device 100 maintains the refrigerant pressure equivalent saturation temperature of the main outdoor heat exchanger 11 and the auxiliary outdoor heat exchanger 31 at a temperature higher than the temperature of the outside air in the cooling operation mode. Furthermore, the air conditioning device 100 maintains the refrigerant pressure equivalent saturation temperature of the indoor heat exchanger 21 at a temperature lower than the indoor air temperature, thereby cooling the room.
  • the air-conditioning apparatus 100 of the first embodiment includes a refrigerant circuit 1 having a main circuit 2 in which at least a compressor 14, an indoor heat exchanger 21, a main expansion valve 13, and a main outdoor heat exchanger 11 are connected in sequence by refrigerant piping, and in which a refrigerant circulates.
  • the air-conditioning apparatus 100 includes an auxiliary outdoor heat exchanger 31 connected in parallel to the main outdoor heat exchanger 11, a humidifier 40A that humidifies air taken in from the outside using condensed water generated in the auxiliary outdoor heat exchanger 31 and discharges the humidified air, and a control device 50.
  • the control device 50 has a defrost heating operation mode in which the refrigerant pressure equivalent saturation temperature of the auxiliary outdoor heat exchanger 31 is maintained at a temperature equal to or higher than zero degrees Celsius, frost adhering to the auxiliary outdoor heat exchanger 31 is melted, condensed water is generated, and at the same time, the control device 50 maintains the refrigerant pressure equivalent saturation temperature of the main outdoor heat exchanger 11 at a temperature lower than the temperature of the outdoor air, and the refrigerant pressure equivalent saturation temperature of the indoor heat exchanger 21 at a temperature higher than the indoor air temperature.
  • the auxiliary outdoor heat exchanger 31 is connected in parallel to the main outdoor heat exchanger 11, and in the defrost heating operation mode, the refrigerant pressure equivalent saturation temperature of the auxiliary outdoor heat exchanger 31 is maintained at a temperature above zero degrees Celsius to melt the frost adhering to the auxiliary outdoor heat exchanger 31 and generate condensed water, while at the same time maintaining the refrigerant pressure equivalent saturation temperature of the main outdoor heat exchanger 11 at a temperature lower than the temperature of the outside air. Therefore, even under operating conditions where the dew point temperature of the outside air is below freezing, the air conditioning apparatus 100 can melt the frost formed on the auxiliary outdoor heat exchanger 31 and generate condensed water to make humidified air.
  • the air conditioning apparatus 100 maintains the refrigerant pressure equivalent saturation temperature of the indoor heat exchanger 21 at a temperature higher than the indoor air temperature, so that the room can be heated to maintain indoor comfort.
  • the air conditioning device 100 can maintain indoor comfort by continuing heating operation while producing water to create humidified air.
  • the humidifier 40 comprises a housing 46 having an air passage 46a therein through which air passes, and a humidifier element 43 that is disposed within the housing 46, holds condensed water generated in the auxiliary outdoor heat exchanger 31, and humidifies the air passing through the air passage 46a with the condensed water.
  • the humidifier 40 comprises an air preheating device 42 that heats the air to be supplied to the humidifier element 43, and a humidified air heating device 44 that heats the humidified air humidified by the humidifier element 43.
  • the air conditioning apparatus 100 has a humidifier 40 with the above-described configuration, which allows the humidified air to be kept at a high temperature and prevents the water contained in the humidified air from re-condensing in the humidifier duct 45.
  • the refrigerant circuit 1 includes a first bypass circuit 3 having a first bypass pipe 3a branched off between the indoor heat exchanger 21 and the main expansion valve 13 and connected between the main outdoor heat exchanger 11 and the compressor 14, an auxiliary outdoor heat exchanger 31 provided in the first bypass pipe 3a, and a temperature adjustment device 34 having a valve for adjusting the pressure of the refrigerant and adjusting the temperature of the refrigerant flowing into the auxiliary outdoor heat exchanger 31 by adjusting the pressure of the refrigerant.
  • the control device 50 controls the opening degree of the valve of the temperature adjustment device 34 to make the temperature of the refrigerant flowing into the auxiliary outdoor heat exchanger 31 a temperature above zero degrees Celsius.
  • the air conditioning device 100 can melt the frost that has formed in the auxiliary outdoor heat exchanger 31 and generate condensed water to make humidified air by using the temperature adjustment device 34 to raise the temperature of the refrigerant flowing into the auxiliary outdoor heat exchanger 31 to a temperature above zero degrees Celsius.
  • the air conditioning device 100 includes a first sub-expansion valve 16 provided between the main outdoor heat exchanger 11 and the compressor 14 of the main circuit 2, a pressure reducing mechanism 36 provided upstream of the temperature adjustment device 34 in the first bypass pipe 3a, and a second sub-expansion valve 17 provided downstream of the sub outdoor heat exchanger 31 in the first bypass pipe 3a.
  • the refrigerant circuit 1 includes a second bypass circuit 4.
  • the second bypass circuit 4 has a second bypass pipe 4a that branches off from between the compressor 14 and the indoor heat exchanger 21 and is connected between the pressure reducing mechanism 36 and the temperature adjustment device 34, and a third sub-expansion valve 35 provided in the second bypass pipe 4a.
  • the air conditioning device 100 can adjust the refrigerant flow rate supplied to the indoor heat exchanger 21 according to the heating capacity required by the indoor unit 20, depending on the opening setting of the third sub-expansion valve 35.
  • the air preheating device 42 is equipped with an air preheating heater 42a, and the humidified air heating device 44 is equipped with a humidified air heater 44a.
  • the above configuration allows the air conditioning device 100 to use a heater as a heat source to heat the outside air.
  • the control device 50 has a water collection heating operation mode.
  • the water collection heating operation mode is a mode in which the refrigerant pressure equivalent saturation temperature of the auxiliary outdoor heat exchanger 31 is maintained at a temperature lower than the dew point temperature of the outside air, while the refrigerant pressure equivalent saturation temperature of the main outdoor heat exchanger 11 is maintained at a temperature higher than the refrigerant pressure equivalent saturation temperature of the auxiliary outdoor heat exchanger 31 and lower than the outside air temperature, and the refrigerant pressure equivalent saturation temperature of the indoor heat exchanger 21 is maintained at a temperature higher than the indoor air temperature.
  • the control device 50 alternatively selects between the defrost heating operation mode and the water collection heating operation mode.
  • the air conditioning device 100 can maintain indoor comfort by humidifying the room while performing heating operation, regardless of whether the defrost heating operation mode or the water collection heating operation mode is selected.
  • the main circuit 2 is equipped with a four-way valve 15 that switches the flow direction of the refrigerant discharged from the compressor 14 to a direction toward the main outdoor heat exchanger 11 or a direction toward the indoor heat exchanger 21.
  • the control device 50 has a cooling operation mode that switches the four-way valve 15 to a direction toward the indoor heat exchanger 21, and maintains the refrigerant pressure equivalent saturation temperature of the main outdoor heat exchanger 11 and the auxiliary outdoor heat exchanger 31 at a temperature higher than the outdoor air temperature, and maintains the refrigerant pressure equivalent saturation temperature of the indoor heat exchanger 21 at a temperature lower than the indoor air temperature.
  • the control device 50 alternatively selects between a defrost heating operation mode, a water collection heating operation mode, and a cooling operation mode.
  • the air conditioning device 100 can maintain indoor comfort by humidifying the room while performing heating operation, regardless of whether the defrost heating operation mode or the water collection heating operation mode is selected, and can also cool the room when cooling operation is selected.
  • the second embodiment differs from the first embodiment in the configuration of the humidifier 40.
  • the following description will focus on the differences between the second embodiment and the first embodiment, and the configuration not described in the second embodiment is the same as that in the first embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic diagram of the refrigerant circuit 1 of an air conditioning apparatus 100 according to embodiment 2.
  • the air conditioning apparatus 100 has a humidifier 40A.
  • the humidifier 40A differs from the humidifier 40A in that it uses the refrigerant flowing through the refrigerant circuit 1 as a heat source for heating the outside air, and is equipped with a heat exchanger that performs heat exchange using the refrigerant flowing through the refrigerant circuit 1.
  • the configuration of the refrigerant circuit 1 of the air conditioning apparatus 100 differs from that of embodiment 1 due to the humidifier 40A being equipped with a heat exchanger.
  • the refrigerant circuit 1 of the second embodiment differs from that of the first embodiment in the configuration of the first bypass circuit 3 and the second bypass circuit 4.
  • the pressure reducing mechanism 36 is eliminated, and a first on-off valve 37 is provided at the installation position of the pressure reducing mechanism 36.
  • the first on-off valve 37 is configured as a solenoid valve.
  • the second bypass pipe 4a branches off between the compressor 14 and the indoor heat exchanger 21 and has a main pipe 4aa provided with a third sub-expansion valve 35, and a first branch pipe 4b1 and a second branch pipe 4b2 branching off from the main pipe 4aa.
  • the first branch pipe 4b1 branches off from the main pipe 4aa and is connected between the temperature adjustment device 34 and the sub-outdoor heat exchanger 31 in the first bypass pipe 3a.
  • the second branch pipe 4b2 branches off from the main pipe 4aa, passes through the humidifier 40A, and is connected between the first opening/closing valve 37 and the temperature adjustment device 34 in the first bypass pipe 3a.
  • the second branch pipe 4b2 is provided with a primary side heat exchanger 42b and a secondary side heat exchanger 44b as shown in FIG. 12 described later.
  • the primary heat exchanger 42b and the secondary heat exchanger 44b are arranged such that the primary heat exchanger 42b is located downstream and the secondary heat exchanger 44b is located upstream in the refrigerant flow direction.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing a humidifier 40A according to the second embodiment.
  • the humidifier 40A differs from the humidifier 40 of the first embodiment in the configuration of the air preheater 42 and the humidified air heater 44.
  • the humidifier 40 has a configuration in which the air preheater 42 includes an air preheater 42a, and the humidified air heater 44 includes a humidified air heater 44a.
  • the humidifier 40A has a configuration in which the air preheater 42 includes an air preheater 42a and a primary heat exchanger 42b, and the humidified air heater 44 includes a humidified air heater 44a and a secondary heat exchanger 44b.
  • the air preheater 42 preheats the air to be supplied to the humidifier element 43 with both the air preheater 42a and the primary heat exchanger 42b.
  • the humidified air heating device 44 heats the air to be supplied to the humidifying duct 45 by both the humidified air heater 44a and the secondary side heat exchanger 44b.
  • the primary side heat exchanger 42b and the secondary side heat exchanger 44b are configured as heat exchangers that exchange heat between the refrigerant and the air.
  • the primary side heat exchanger 42b and the secondary side heat exchanger 44b are fin-tube type heat exchangers that include piping through which the refrigerant flows and fins into which the piping is inserted.
  • the primary side heat exchanger 42b and the secondary side heat exchanger 44b are not limited to fin-tube type heat exchangers, and may be finless heat exchangers that do not have fins.
  • the primary side heat exchanger 42b is disposed upstream of the air preheater 42a in the flow of outside air
  • the secondary side heat exchanger 44b is disposed upstream of the humidified air heater 44a and downstream of the humidification element 43 in the flow of outside air.
  • the refrigerant flowing through the second branch pipe 4b2 of the second bypass circuit 4 flows through the primary side heat exchanger 42b and the secondary side heat exchanger 44b.
  • the refrigerant flows through the primary side heat exchanger 42b and the secondary side heat exchanger 44b in the order of the secondary side heat exchanger 44b and the primary side heat exchanger 42b.
  • the humidifier 40A reduces the required input to the air preheater 42a and the humidified air heater 44a by utilizing the heat of the refrigerant to heat the outside air passing through the air passage 46a through the action of the primary side heat exchanger 42b and the secondary side heat exchanger 44b.
  • the humidifier 40A is configured with a heat exchanger through which the refrigerant of the refrigerant circuit 1 flows in both the air preheater 42 and the humidified air heater 44, but is not limited to this configuration.
  • the humidifier 40A may also be configured with a heat exchanger through which the refrigerant of the refrigerant circuit 1 flows in one of the air preheater 42 and the humidified air heater 44.
  • Fig. 13 is a schematic diagram showing a phase change of the refrigerant in the water collection heating operation mode of the refrigerant circuit 1 of the air conditioner 100 according to embodiment 2.
  • the first on-off valve 37 and the second on-off valve 38 are closed.
  • the phase change of the refrigerant in the water collection heating operation mode is represented by different types of lines.
  • the arrows indicate the flow direction of the refrigerant.
  • the superheated gas refrigerant discharged from the compressor 14 passes through point A and the four-way valve 15, and branches into two paths that pass through points B and D, respectively.
  • the distribution ratio of the refrigerant to these paths is adjusted by the opening degree of the third sub-expansion valve 35.
  • the refrigerant that passes through point B exchanges heat with the indoor air in the indoor heat exchanger 21, heating the air and heating the room, and the refrigerant condenses into a subcooled liquid and passes through point C.
  • the refrigerant that passes through points C and H in sequence is reduced in pressure as it passes through the main expansion valve 13, becoming a two-phase gas-liquid refrigerant and passing through point I.
  • the refrigerant that passes through point I exchanges heat with the outside air in the main outdoor heat exchanger 11, causing the liquid refrigerant to evaporate and increase in dryness, and then passes through point J and the first sub-expansion valve 16 in sequence.
  • the superheated gas refrigerant that has passed through point D flows into the humidifier 40A.
  • the superheated gas refrigerant that has flowed into the humidifier 40A is cooled by heat exchange with humidified air in the secondary heat exchanger 44b, and is then further cooled by heat exchange with air, i.e., outside air, in the primary heat exchanger 42b, changing phase to a supercooled liquid and passing through point E.
  • the refrigerant that has passed through point E is decompressed as it passes through the temperature adjustment device 34 and changes to a two-phase gas-liquid state.
  • This two-phase gas-liquid refrigerant exchanges heat with the outside air in the auxiliary outdoor heat exchanger 31, and the liquid refrigerant contained in the two-phase gas-liquid refrigerant evaporates, increasing the dryness.
  • the water vapor contained in the outside air is cooled to a temperature lower than the dew point on the surface of the auxiliary outdoor heat exchanger 31 and changes phase to water or frost.
  • the water falls from the auxiliary outdoor heat exchanger 31 and is collected in the drain pan 33.
  • the refrigerant that has passed through the auxiliary outdoor heat exchanger 31 passes through point G and the second sub-expansion valve 17 in this order, merges with the refrigerant that has passed through the first sub-expansion valve 16, passes through the four-way valve 15 and point J, and is then sucked into the compressor 14.
  • Figure 14 is a p-h diagram showing the change in refrigerant pressure and enthalpy in the water collection heating operation mode of the refrigerant circuit 1 of the air conditioning apparatus 100 according to embodiment 2.
  • Points A to K in Figure 14 represent the refrigerant pressure and enthalpy at points A to K in Figure 13. Note that point H is not shown in Figure 14.
  • the change in enthalpy from point F to point G in Figure 14 represents the heat exchange with air in the auxiliary outdoor heat exchanger 31.
  • the refrigerant pressure equivalent saturation temperature of the auxiliary outdoor heat exchanger 31 is set lower than the dew point temperature of the outside air by adjusting the opening of the temperature adjustment device 34, and the water vapor contained in the outside air changes phase to liquid or solid on the surface of the auxiliary outdoor heat exchanger 31.
  • the enthalpy change from point H to point I in Figure 14 represents the heat exchange with the outside air in the main outdoor heat exchanger 11.
  • the refrigerant pressure equivalent saturation temperature of the main outdoor heat exchanger 11 is set higher than the dew point temperature of the outside air and lower than the outside air temperature by adjusting the opening of the main expansion valve 13, and a state of low air flow resistance and large airflow is maintained without causing condensation or frost on the surface of the main outdoor heat exchanger 11.
  • the air conditioning device 100 maintains the refrigerant pressure equivalent saturation temperature of the auxiliary outdoor heat exchanger 31 mounted in the auxiliary outdoor unit 30 at a temperature lower than the dew point temperature of the outdoor air. This allows the air conditioning device 100 to obtain water vapor in the outdoor air as condensed water.
  • the air conditioning device 100 maintains the refrigerant pressure equivalent saturation temperature of the auxiliary outdoor heat exchanger 31 at a temperature lower than the dew point temperature of the outdoor air, while at the same time maintaining the refrigerant pressure equivalent saturation temperature of the main outdoor heat exchanger 11 at a temperature higher than the refrigerant pressure equivalent saturation temperature of the auxiliary outdoor heat exchanger 31 and lower than the temperature of the outdoor air.
  • the air conditioning device 100 can make the main outdoor heat exchanger 11 function as an evaporator and absorb heat from the outdoor air.
  • the air conditioning device 100 maintains the refrigerant pressure equivalent saturation temperature of the indoor heat exchanger 21 mounted in the indoor unit 20 at a temperature higher than the indoor air temperature. In this way, the air conditioning device 100 heats the room.
  • the enthalpy change from point D to point E in Figure 14 represents the condensation of the refrigerant due to heat exchange with the outside air in the secondary side heat exchanger 44b and the primary side heat exchanger 42b.
  • the air conditioning apparatus 100 of embodiment 2 uses the heat of the refrigerant to heat the outside air in the primary side heat exchanger 42b and the secondary side heat exchanger 44b. Therefore, the air conditioning apparatus 100 of embodiment 2 reduces the required input of the air preheating heater 42a and the humidified air heater 44a.
  • Fig. 15 is a schematic diagram showing the phase change of the refrigerant in the defrost heating operation mode of the refrigerant circuit 1 of the air conditioner 100 according to the second embodiment.
  • the phase change of the refrigerant in the defrost heating operation mode is shown by different line types.
  • the arrows indicate the flow direction of the refrigerant.
  • the first opening/closing valve 37 and the temperature adjustment device 34 are closed, and the second opening/closing valve 38 is opened.
  • the air conditioner 100 supplies superheated gas refrigerant to the auxiliary outdoor heat exchanger 31 by opening and closing these valves, and the superheated gas refrigerant gives heat to the frost, causing the frost to melt and change phase to water and collect in the drain pan 33, and the refrigerant is condensed to reduce the dryness and become in a gas-liquid two-phase state.
  • the refrigerant that has condensed to a supercooled liquid by releasing heat to the indoor air in the indoor heat exchanger 21 is evaporated in the main outdoor heat exchanger 11 by collecting heat from the outdoor air to become a two-phase gas-liquid refrigerant with a high dryness.
  • the two-phase gas-liquid refrigerant is mixed with the two-phase gas-liquid refrigerant flowing out of the auxiliary outdoor heat exchanger 31, so that the refrigerant drawn into the compressor 14 has a wetness that is acceptable for drawing into the compressor 14, allowing indoor heating to continue.
  • the air conditioning device 100 maintains the refrigerant pressure equivalent saturation temperatures of the main outdoor heat exchanger 11 and the auxiliary outdoor heat exchanger 31 at a temperature lower than the outdoor air temperature in the defrost heating operation mode. Furthermore, the air conditioning device 100 maintains the refrigerant pressure equivalent saturation temperature of the indoor heat exchanger 21 at a temperature higher than the indoor air temperature.
  • the first opening/closing valve 37 is closed, and the flow of refrigerant to the primary heat exchanger 42b and the secondary heat exchanger 44b is blocked.
  • the humidifier 40A the flow of refrigerant to the primary heat exchanger 42b and the secondary heat exchanger 44b is blocked, and therefore the air flowing through the air passage 46a of the humidifier 40A cannot be heated by heat exchange with the refrigerant. Therefore, the humidifier 40A continues the humidification operation by heating the air flowing through the air passage 46a of the humidifier 40A using the air preheater 42a and the humidified air heater 44a.
  • Figure 16 is a p-h diagram showing the change in refrigerant pressure and enthalpy in the defrost heating operation mode of the refrigerant circuit 1 of the air conditioning apparatus 100 according to embodiment 2.
  • Points A to L in Figure 16 represent the refrigerant pressure and enthalpy at points A to L in Figure 15. Note that points E and F, where the refrigerant does not flow, and point H are not shown in Figure 16.
  • the air conditioning apparatus 100 maintains the temperature of the superheated gas at point F above zero degrees Celsius by selecting the diameter of the second opening/closing valve 38.
  • the air conditioning apparatus 100 melts the frost adhering to the auxiliary outdoor heat exchanger 31, and condenses the superheated gas refrigerant from point F to point G through heat exchange between the superheated gas and the frost, thereby reducing the enthalpy.
  • the air conditioning device 100 maintains the pressure-equivalent saturation temperature of the refrigerant passing through the main outdoor heat exchanger 11 at a temperature lower than the outdoor air temperature, allowing the room to continue to be heated.
  • FIG. 17 is a schematic diagram showing a phase change of the refrigerant in the cooling operation mode of the refrigerant circuit 1 of the air conditioner 100 according to the second embodiment.
  • the phase change of the refrigerant in the cooling operation mode is shown by different line types.
  • the arrows indicate the flow direction of the refrigerant.
  • the flow direction of the refrigerant discharged from the compressor 14 is different from that in the water collection heating operation mode shown in FIG. 3 and the defrost heating operation mode shown in FIG. 5.
  • the flow direction of the refrigerant discharged from the compressor 14 is a direction toward point B and point D.
  • the flow direction of the refrigerant discharged from the compressor 14 is a direction toward point J and point G.
  • This switching of the refrigerant flow direction is obtained by the action of the four-way valve 15.
  • the air conditioning apparatus 100 fully closes the third sub-expansion valve 35 and also closes the second opening/closing valve 38, so that no refrigerant flows through the refrigerant path passing through points D and L and through the humidifier 40A.
  • the refrigerant discharged from the compressor 14 passes through the four-way valve 15 and then branches into a route that passes through point J and a route that passes through point G.
  • the distribution ratio of the refrigerant flow rate to these two routes is adjusted by the valve opening of both the first sub-expansion valve 16 and the second sub-expansion valve 17.
  • the refrigerant that passes through point J exchanges heat with the outside air in the main exterior heat exchanger 11 and condenses, becoming a subcooled liquid and passing through point I.
  • the refrigerant that passes through point I is decompressed as it passes through the main expansion valve 13, becoming a gas-liquid two-phase refrigerant and passing through point H.
  • the refrigerant that has passed point G exchanges heat with the outside air in the auxiliary outdoor heat exchanger 31, and the refrigerant condenses into a supercooled liquid and passes point F.
  • the refrigerant that has passed point F is reduced in pressure as it passes through the temperature adjustment device 34, becoming a two-phase gas-liquid refrigerant and passing point E.
  • the refrigerant that has passed point E passes through the first opening and closing valve 37, merges with the refrigerant that has passed point H, and passes point C.
  • the refrigerant that has passed point C exchanges heat with the indoor air in the indoor heat exchanger 21, cooling the air to cool the room, and evaporating the liquid refrigerant to increase its dryness.
  • the refrigerant then passes through point B, the four-way valve 15, and point K, before being sucked into the compressor 14.
  • the air conditioning apparatus 100 of the second embodiment has the same effects as the first embodiment, and also has the following effects.
  • the humidifier 40A is provided with a primary side heat exchanger 42b and a secondary side heat exchanger 44b, so that the required input to the air preheater 42a and the humidified air heater 44a can be reduced, and power consumption in the heating operation mode can be reduced compared to a configuration that does not have the primary side heat exchanger 42b and the secondary side heat exchanger 44b.
  • the air preheating device 42 is configured to include an air preheater 42a and a primary side heat exchanger 42b as a heat source for heating the outside air, but it may be configured to include only the primary side heat exchanger 42b.
  • the humidified air heating device 44 is configured to include a humidified air heater 44a and a secondary side heat exchanger 44b as a heat source for heating the outside air, but it may be configured to include only the secondary side heat exchanger 44b.
  • the air preheating device 42 and the humidified air heating device 44 may use a refrigerant as a heat source for heating the outside air, and may be configured to include a heat exchanger without a heater.
  • Fig. 18 is a schematic diagram showing the auxiliary outdoor unit 30 of the air conditioning apparatus 100 according to embodiment 3.
  • thick arrows indicate the flow of refrigerant
  • thick outline arrows indicate the flow of outside air
  • thin dotted arrows indicate the flow of drain water, which is condensed water
  • thin solid arrows indicate electrical input.
  • the auxiliary outdoor unit 30 has an auxiliary outdoor heat exchanger 31, a drain pan 33, and a humidifier 40, and these components are arranged in this order from top to bottom.
  • the auxiliary outdoor unit 30 is equipped with the humidifier 40 of embodiment 1, but it may also be configured with the humidifier 40A of embodiment 2.
  • the auxiliary outdoor unit 30 and the indoor unit 20 are connected via an indoor unit-auxiliary outdoor unit communication pipe group 60 that passes through a piping hole 71 pre-drilled in the exterior wall 70 of the house.
  • the indoor unit-auxiliary outdoor unit communication pipe group 60 has a gas pipe 61 and a liquid pipe 62 that connect the indoor heat exchanger 21 and the auxiliary outdoor heat exchanger 31, and a humidification hose 63 through which humidified air passes.
  • the indoor unit-auxiliary outdoor unit communication pipe group 60 also has electrical wiring 64 that is connected to the indoor unit control device 53, and a drain hose 65 that guides condensed water generated in the indoor heat exchanger 21 to the humidifier 40.
  • the auxiliary outdoor unit 30 and the main outdoor unit 10 are connected via a main outdoor unit-auxiliary outdoor unit communication pipe group 68.
  • the main outdoor unit-auxiliary outdoor unit communication pipe group 68 has a first communication pipe 68a through which high-temperature, high-pressure gas refrigerant flows, a second communication pipe 68b through which low-temperature, low-pressure two-phase gas-liquid refrigerant flows, and a third communication pipe 68c through which high-pressure liquid refrigerant flows.
  • the main outdoor unit-auxiliary outdoor unit communication pipe group 68 also has electrical wiring 64a connected to the indoor unit control device 53, and a drain hose 65a that communicates with the drain hose 65.
  • the auxiliary outdoor unit 30 has a first connection port 66 and a second connection port 69.
  • the first connection port 66 is a connection port to the indoor unit-auxiliary outdoor unit communication pipe group 60. It is desirable that the first connection ports 66 are concentrated near the top surface of the auxiliary outdoor unit 30 in order to reduce the size of the indoor unit-auxiliary outdoor unit communication pipe group 60. It is desirable that the first connection port 66 is covered by a cover 67 because it would spoil the aesthetics if the piping hole 71 and the indoor unit-auxiliary outdoor unit communication pipe group 60 were exposed.
  • the second connection port 69 is a connection port for the main outdoor unit - auxiliary outdoor unit communication pipe group 68. It is desirable that the second connection ports 69 are concentrated near the bottom surface of the auxiliary outdoor unit 30.
  • the piping connection configuration of the auxiliary outdoor unit 30 is as described above, and the auxiliary outdoor unit 30 is connected to the indoor unit 20 from the first connection port 66 via the indoor unit-auxiliary outdoor unit communication pipe group 60, and is connected to the main outdoor unit 10 from the second connection port 69 via the main outdoor unit-auxiliary outdoor unit communication pipe group 68.
  • the operation of the auxiliary outdoor unit 30 is as described above.
  • the auxiliary outdoor unit 30 maintains the surface temperature of the auxiliary outdoor heat exchanger 31 at a temperature lower than the dew point temperature of the outside air by the action of the heat pump, and generates condensed water from the water vapor of the outside air.
  • the generated condensed water is collected by its own weight in the drain pan 33 arranged directly below the auxiliary outdoor heat exchanger 31.
  • the condensed water collected in the drain pan 33 is supplied by its own weight to the humidification element 43 of the humidification device 40 arranged directly below the drain pan 33.
  • the condensed water supplied to the humidification element 43 is held in the humidification element 43 by the action of the capillary force of the humidification element 43.
  • the air conditioning device 100 does not require a water pump to pump up the condensed water accumulated in the drain pan 33 and supply it to the humidifier 40, and the energy consumption required for humidification can be reduced.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Air Conditioning Control Device (AREA)

Abstract

空気調和装置は、少なくとも圧縮機と、室内熱交換器と、主膨張弁と、主室外熱交換器とが順次冷媒配管で接続され、冷媒が循環する主回路を有する冷媒回路と、主室外熱交換器に並列に接続された副室外熱交換器と、外部から取り入れた空気を、副室外熱交換器で生成された凝縮水を用いて加湿し、加湿空気を流出させる加湿装置と、制御装置とを備える。制御装置は、副室外熱交換器の冷媒圧力相当飽和温度を摂氏零度以上の温度に維持して、副室外熱交換器に付着した霜を溶かし、凝縮水を生成すると同時に、主室外熱交換器の冷媒圧力相当飽和温度を外気の温度より低い温度に維持し、尚且つ室内熱交換器の冷媒圧力相当飽和温度を室内気温より高い温度に維持する霜取り暖房運転モードを有する。

Description

空気調和装置
 本開示は、加湿機能を有する空気調和装置に関する。
 加湿機能を備えた空気調和装置は、空調運転時に加湿機能も動作させることにより、室内の空気の乾燥を抑制することが可能である。また、加湿機能を備えた空気調和装置には、例えば特許文献1の空気調和装置がある。特許文献1の空気調和装置は、外気に含まれる水蒸気を、室内機の近傍の外壁に設置した副室外機で凝縮して生成し、その水を加湿に用いることにより、水分を外部から供給する必要のない無給水方式の加湿機能を備えている。特許文献1の空気調和装置は、加湿空気を搬送するダクトの長さを最小限とし、カビおよび雑菌の繁殖を抑制している。
特開2008-144991号公報
 しかしながら、特許文献1の空気調和装置においては、加湿に使用する凝縮水を生成する副室外熱交換器と、主室外機に内蔵される主室外熱交換器とが冷凍サイクル上で直列に接続されている。そのため、外気の露点温度が摂氏零度以下となり、凝縮水の生成のために副室外熱交換器の表面温度が摂氏零度以下となるように副室外熱交換器の冷媒圧力を設定すると、その下流にある主室外熱交換器は必然的にそれよりも低い冷媒圧力となる。このため、主室外熱交換器の表面温度は摂氏零度以下となる。
 したがって、特許文献1の空気調和装置では、このような外気条件下で加湿暖房運転を継続すると、主室外熱交換器の表面に霜が発生し、主室外熱交換器への送風量の低下に起因する暖房能力低下が生じる。この暖房能力低下を回避するには、一時的に暖房運転を停止し、霜取り運転を行う冷凍サイクル制御が一般的であるが、その間、室内の気温は低下し、快適性を損なう。
 本開示はこのような点を鑑みなされたものであり、外気の露点温度が氷点下となる運転条件下で、加湿空気を作るための水を生成しつつ、暖房運転を継続して室内の快適性を維持することが可能な空気調和装置を得ることを目的とする。
 本開示に係る空気調和装置は、少なくとも圧縮機と、室内熱交換器と、主膨張弁と、主室外熱交換器とが順次冷媒配管で接続され、冷媒が循環する主回路を有する冷媒回路と、主室外熱交換器に並列に接続された副室外熱交換器と、外部から取り入れた空気を、副室外熱交換器で生成された凝縮水を用いて加湿し、加湿空気を流出させる加湿装置と、制御装置とを備え、制御装置は、副室外熱交換器の冷媒圧力相当飽和温度を摂氏零度以上の温度に維持して、副室外熱交換器に付着した霜を溶かし、凝縮水を生成すると同時に、主室外熱交換器の冷媒圧力相当飽和温度を外気の温度より低い温度に維持し、尚且つ室内熱交換器の冷媒圧力相当飽和温度を室内気温より高い温度に維持する霜取り暖房運転モードを有するものである。
 本開示に係る空気調和装置は、副室外熱交換器が主室外熱交換器に並列に接続されており、霜取り暖房運転モードにおいて、副室外熱交換器の冷媒圧力相当飽和温度を摂氏零度以上の温度に維持して、副室外熱交換器に付着した霜を溶かし、凝縮水を生成すると同時に、主室外熱交換器の冷媒圧力相当飽和温度を外気の温度より低い温度に維持する。このため、空気調和装置は、外気の露点温度が氷点下となる運転条件下であっても、副室外熱交換器に生成した霜を溶かし、加湿空気を作るため凝縮水を生成できる。また、空気調和装置は、霜取り暖房運転モードにおいて、室内熱交換器の冷媒圧力相当飽和温度を室内気温より高い温度に維持するため、室内を暖房して室内の快適性を維持できる。つまり、空気調和装置は、外気の露点温度が氷点下となる運転条件下で、加湿空気を作るための水を生成しつつ、暖房運転を継続して室内の快適性を維持できる。
実施の形態1に係る空気調和装置の冷媒回路の模式図である。 実施の形態1に係る空気調和装置の加湿装置を表す模式図である。 実施の形態1に係る空気調和装置の冷媒回路の集水暖房運転モードでの冷媒の相変化を表す模式図である。 実施の形態1に係る空気調和装置の冷媒回路の集水暖房運転モードでの冷媒の圧力とエンタルピの変化を表すp-h線図である。 実施の形態1に係る空気調和装置の冷媒回路の集水暖房運転モードの変形例での冷媒の相変化を表す模式図である。 実施の形態1に係る空気調和装置の冷媒回路の集水暖房運転モードの変形例での冷媒の圧力とエンタルピの変化を表すp-h線図である。 実施の形態1に係る空気調和装置の冷媒回路の霜取り暖房運転モードでの冷媒の相変化を表す模式図である。 実施の形態1に係る空気調和装置の冷媒回路の霜取り暖房運転モードでの冷媒の圧力とエンタルピの変化を表すp-h線図である。 実施の形態1に係る空気調和装置の冷媒回路の冷房運転モードでの冷媒の相変化を表す模式図である。 実施の形態1に係る空気調和装置の冷媒回路の冷房運転モードでの冷媒の圧力とエンタルピの変化を表すp-h線図である。 実施の形態2に係る空気調和装置の冷媒回路の模式図である。 実施の形態2に係る加湿装置を表す模式図である。 実施の形態2に係る空気調和装置の冷媒回路の集水暖房運転モードでの冷媒の相変化を表す模式図である。 実施の形態2に係る空気調和装置の冷媒回路の集水暖房運転モードでの冷媒の圧力とエンタルピの変化を表すp-h線図である。 実施の形態2に係る空気調和装置の冷媒回路の霜取り暖房運転モードでの冷媒の相変化を表す模式図である。 実施の形態2に係る空気調和装置の冷媒回路の霜取り暖房運転モードでの冷媒の圧力とエンタルピの変化を表すp-h線図である。 実施の形態2に係る空気調和装置の冷媒回路の冷房運転モードでの冷媒の相変化を表す模式図である。 実施の形態3に係る空気調和装置の副室外機を表す模式図である。
 以下に、本開示に係る空気調和装置の一例を示すが、以下に示す実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変形して実施することができる。また、便宜上、繰り返しの説明となる部分は省略する場合がある。図1を含む以下の図面では、各構成部材の相対的な寸法の関係および形状等が実際のものとは異なる場合がある。また、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することとする。また、温度および圧力の高低については、特に絶対的な値との関係で高低が定まっているものではなく、システムおよび装置等における状態および動作等において相対的に定まるものとする。
[実施の形態1]
 図1は、実施の形態1に係る空気調和装置100の冷媒回路1の模式図である。空気調和装置100は、主室外機10と室内機20と副室外機30とが、冷媒配管を介して接続されて冷媒回路1を構成している。主室外機10は、その冷媒回路1上に、圧縮機14と、四方弁15と、主室外熱交換器11と、主膨張弁13と、第1副膨張弁16と、第2副膨張弁17とを有する。室内機20は、その冷媒回路1上に、室内熱交換器21を有する。副室外機30は、その冷媒回路1上に、副室外熱交換器31と、温度調整装置34と、第3副膨張弁35と、減圧機構36とを有する。
 冷媒回路1は、主回路2と、第1バイパス回路3と、第2バイパス回路4とを有している。主回路2は、圧縮機14と、四方弁15と、室内熱交換器21と、主膨張弁13と、主室外熱交換器11と、第1副膨張弁16とが順次、冷媒配管で接続されて構成されている。
 第1バイパス回路3は、第1バイパス配管3aと、減圧機構36と、温度調整装置34と、副室外熱交換器31と、第2副膨張弁17とを有する。第1バイパス配管3aは、主回路2の室内熱交換器21と主膨張弁13との間から分岐し、主室外熱交換器11と圧縮機14との間に接続されている。図示の例では、主回路2が第1副膨張弁16と四方弁15とを備えており、第1バイパス配管3aは、第1副膨張弁16と四方弁15との間に接続されている。第1バイパス配管3aには、上流側から順に、減圧機構36、温度調整装置34、副室外熱交換器31、第2副膨張弁17が設けられている。副室外熱交換器31は、第1バイパス配管3aに設けられることにより、主室外熱交換器11に並列に接続されている。
 第2バイパス回路4は、第2バイパス配管4aと、第3副膨張弁35とを有する。第2バイパス配管4aは、主回路2の圧縮機14と室内熱交換器21との間から分岐して第1バイパス配管3aにおいて減圧機構36と温度調整装置34との間に接続されている。図示の例では、主回路2が四方弁15を備えており、第2バイパス配管4aは、主回路2の四方弁15と室内熱交換器21との間から分岐している。第2バイパス配管4aには、第3副膨張弁35が設けられている。
 以下、冷媒回路1を構成する各機器について説明する。
 圧縮機14は、冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温且つ高圧の状態にするものである。圧縮機14は運転周波数を可変させることが可能な容積式圧縮機で構成されている。尚、圧縮機14は運転周波数可変に駆動されるものに限定するものではなく、一定速のものでもよい。四方弁15は、圧縮機14の吐出側に接続され、圧縮機14から吐出された冷媒の流れを切り換えるものである。四方弁15は、暖房運転と冷房運転とで圧縮機14から吐出された冷媒の循環方向を切り換えるものである。四方弁15は、暖房運転では冷媒が室内熱交換器21に向かう方向に切り換えられ、冷房運転では冷媒が主室外熱交換器11に向かう方向に切り換えられる。尚、空気調和装置100は少なくとも暖房運転が可能であればよく、よって、四方弁15は省略可能である。
 室内熱交換器21は、冷媒が流れる配管と、配管が挿入されたフィンと、を含んで構成されたフィンチューブ式の熱交換器である。室内熱交換器21は、フィンチューブ式の熱交換器に限らず、プレート式熱交換器で構成してもよい。主膨張弁13は、冷媒を膨張させるものである。主膨張弁13は、例えば開度を調整できる電子膨張弁または温度式膨張弁等で形成されている。主室外熱交換器11は、冷媒が流れる配管と、配管が挿入されたフィンと、を含んで構成されたフィンチューブ式の熱交換器である。主室外熱交換器11は、フィンチューブ式の熱交換器に限らず、プレート式熱交換器で構成してもよい。第1副膨張弁16は、冷媒を膨張させるものである。第1副膨張弁16は、例えば開度を調整できる電子膨張弁または温度式膨張弁等で形成されている。
 減圧機構36は、冷媒の圧力を低減させるものである。減圧機構36は、図示の例ではキャピラリチューブのような固定絞りで構成されているが、流路面積を可変にできる電気式膨張弁でもよい。温度調整装置34は、冷媒の温度を調整する装置である。温度調整装置34は、冷媒の圧力を調整する弁を備え、冷媒の圧力を調整することで冷媒の温度を調整する装置である。温度調整装置34は、冷媒の圧力を調整する弁として、例えば開度を調整できる電子膨張弁を備えている。
 副室外熱交換器31は、冷媒が流れる配管と、配管が挿入されたフィンと、を含んで構成されたフィンチューブ式の熱交換器である。副室外熱交換器31は、フィンチューブ式の熱交換器に限らず、プレート式熱交換器で構成してもよい。第2副膨張弁17および第3副膨張弁35は、冷媒を膨張させるものである。第2副膨張弁17および第3副膨張弁35は、例えば開度を調整できる電子膨張弁または温度式膨張弁等で形成されている。
 また、空気調和装置100は、主室外熱交換器11に空気を送風する主室外ファン12と、副室外熱交換器31に空気を送風する副室外ファン32と、室内熱交換器21に空気を送風する室内ファン22とを有する。主室外ファン12は主室外機10に配置され、副室外ファン32は副室外機30に配置され、室内ファン22は室内機20に配置されている。
 空気調和装置100は、ドレンパン33を有する。ドレンパン33は副室外機30に配置されている。ドレンパン33は、副室外熱交換器31の下方に配置され、副室外熱交換器31で生成されて自重で落下する凝縮水を溜める容器である。
 尚、空気調和装置100の冷媒回路1を構成する各機器の配置は図示の配置に限られない。主室外機10は、少なくとも圧縮機14と主膨張弁13と主室外熱交換器11とを有していればよい。副室外機30は、少なくとも副室外熱交換器31と加湿装置40とを有していればよい。室内機20は、少なくとも室内熱交換器21を有していればよい。冷媒回路1を構成する他の機器は、図示の装置とは別の装置に配置されてもよい。例えば、図示の例では温度調整装置34が副室外機30にされているが、主室外機10に配置されてもよい。また、空気調和装置100は、主室外機10と副室外機30とで分かれて構成されているが、一つの筐体内に構成されてもよい。
 また、空気調和装置100は、空気調和装置100全体を制御する制御装置50を有する。制御装置50は、専用のハードウェア、またはメモリに格納されるプログラムを実行するCPU(Central Processing Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサともいう)で構成される。
 制御装置50が専用のハードウェアである場合、制御装置50は、例えば、単一回路、複合回路、ASIC(application specific integrated circuit)、FPGA(field-programmable gate array)、またはこれらを組み合わせたものが該当する。制御装置50が実現する各機能部のそれぞれを、個別のハードウェアで実現してもよいし、各機能部を一つのハードウェアで実現してもよい。
 制御装置50がCPUの場合、制御装置50が実行する各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアやファームウェアはプログラムとして記述され、メモリに格納される。CPUは、メモリに格納されたプログラムを読み出して実行することにより、制御装置50の各機能を実現する。ここで、メモリは、例えば、RAM、ROM、フラッシュメモリ、EPROM、EEPROM等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリである。
 尚、制御装置50の機能の一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。
 尚、ここでは、空気調和装置100が制御装置50を有し、制御装置50が空気調和装置100全体を制御するとしたが、以下の構成としてもよい。空気調和装置100は、図1の点線で示すように、主室外機10と、副室外機30と、室内機20と、のそれぞれに順に主室外機制御装置51と、副室外機制御装置52と、室内機制御装置53とを有し、これらが互いに連携して空気調和装置100全体を制御するようにしてもよい。
 制御装置50は、複数の運転モードを有し、ユーザーに選択された運転モードの運転を行う。運転モードの選択は、リモコン(図示せず)の操作により行われる。制御装置50は、運転モードに応じて、空気調和装置100に備えられた複数の弁の開閉制御または開度調整制御を行う。制御装置50は、複数の運転モードとして、暖房運転モードと冷房運転モードとを有する。暖房運転モードは、集水暖房運転モードと、霜取り暖房運転モードとを有する。よって、制御装置50は、集水暖房運転モードと、霜取り暖房運転モードと、冷房運転モードと、の3つの運転モードを有する。制御装置50は、3つの運転モードを択一的に選択して運転を行う。
 集水暖房運転モードは、室内機20が設置された室内を暖める暖房運転を行いつつ、後述の加湿装置40で加湿空気を生成するために用いる水を収集するモードである。霜取り暖房運転モードは、暖房運転を行いつつ、主室外熱交換器11に付着した霜を除去して後述の加湿装置40で加湿空気を生成するために用いる水を収集するモードである。冷房運転モードは、室内機20が設置された室内を冷却するモードである。
 また、空気調和装置100は、ドレンパン33に集められた凝縮水を用いて加湿空気を生成する加湿装置40を備えている。加湿装置40は副室外機30に配置されている。
(加湿装置40)
 図2は、実施の形態1に係る空気調和装置100の加湿装置40を表す模式図である。加湿装置40は、外部から取り入れた空気(以下、外気)を、副室外熱交換器31で生成された凝縮水を用いて加湿し、加湿空気を流出させるものである。加湿装置40から流出した加湿空気は、室内機20に供給される。加湿装置40は、外気が流れる空気通路46aを内部に有する筐体46内に、加湿エレメント43と、空気予熱装置42と、加湿空気加熱装置44と、加湿ファン41とが配置された構成を有する。また、加湿装置40は、筐体46内で生成された加湿空気を室内機20に導く加湿ダクト45を備えている。
 加湿エレメント43は、水を保持する材質の部材で構成されている。加湿エレメント43は、不織布または多孔質体のように、毛管力によって水を保持する作用と、その内部を空気が流動し、水と直接接触する面積が拡大される作用と、の双方を有する材質であることが望ましい。加湿エレメント43は、ドレンパン33の下方に配置され、ドレンパン33から加湿エレメント43に導かれた凝縮水により加湿エレメント43を通過する外気を加湿するものである。
 空気予熱装置42は、例えば電気ヒータで構成された空気予熱ヒータ42aを有する。空気予熱装置42は、加湿ファン41によって形成される空気の流れ方向において加湿エレメント43の上流に配置され、加湿エレメント43に供給する外気を加熱する。
 加湿空気加熱装置44は、例えば電気ヒータで構成された加湿空気ヒータ44aを有する。加湿空気加熱装置44は、加湿ファン41によって形成される空気の流れ方向において加湿エレメント43の下流に配置され、加湿エレメント43で加湿された加湿空気を加熱する。
 加湿ファン41は、筐体46内に外気を取り込んで空気通路46aを通過させる気流を生成するものである。加湿ファン41は、図示の例では空気の流れ方向において加湿空気加熱装置44の下流に設けられているが、空気予熱装置42の上流に設けられてもよい。
 上記構成の加湿装置40の動作について説明する。加湿装置40は、加湿ファン41の駆動により外気を筐体46内に取り込み、空気予熱装置42で加熱した後、加湿エレメント43に供給する。ここで、加湿装置40は、主に暖房運転モードが運転される冬季に駆動されるものであり、筐体46内に取り込まれる外気は、摂氏零度から7度程度の温度帯が想定される。この温度帯での飽和水蒸気量は室内の暖房された空気を加湿するには不足である。したがって、加湿装置40は、外気が流れる空気通路46aにおいて、空気予熱装置42で外気を加温して外気の相対湿度を低下させ、次に通過する加湿エレメント43において水分を吸着しやすい空気状態に変化させている。
 加温された外気は、加湿エレメント43を通過する。加湿エレメント43は、ドレンパン33から導かれた凝縮水を保持しており、加温された外気により、満足な加湿量に相当する水を蒸発させて水蒸気とする。これにより、加湿エレメント43を通過する外気は、水蒸気と直接接触して加湿され、相対湿度が100パーセント近くまで加湿された加湿空気となる。
 加湿エレメント43で加湿された加湿空気は、加湿空気加熱装置44で加熱されて加湿ダクト45を介して室内に搬送される。このように、加湿装置40は、凝縮水を用いて加湿空気を生成し、加湿ダクト45を介して加湿空気を室内に供給する。
 尚、加湿エレメント43で加湿された加湿空気は、加湿ダクト45を介して室内に搬送される際に加湿ダクト45によって冷却される。加湿ダクト45は、外表面が外気温度にまで冷却され、内表面が加湿ダクト45の壁の厚み方向の熱伝導によって冷やされている。加湿ダクト45に流入する加湿空気の相対湿度が100パーセントの場合、僅かな冷却量によって加湿空気に含まれる水蒸気が水に相変化して、加湿ダクト45の内表面に結露が生じる。結露はカビの原因となり、カビ発生以後の加湿空気の空気質を悪化させる。このため、加湿装置40は、加湿エレメント43と加湿ダクト45の間に加湿空気加熱装置44を有し、加湿空気の温度を高めて相対湿度を下げて、加湿ダクト45の壁を介した外気との熱交換による内表面での結露を回避している。
 以下、各運転モードについて説明する。
(集水暖房運転モード)
 図3は、実施の形態1に係る空気調和装置100の冷媒回路1の集水暖房運転モードでの冷媒の相変化を表す模式図である。図3では、集水暖房運転モードでの冷媒の相変化を線種の違いで表している。また、図3において矢印は冷媒の流れ方向を示している。圧縮機14から吐出された過熱ガス冷媒は、A点と四方弁15とを通過した後、B点とE点とをそれぞれ通過する2つの経路に分岐する。これら各経路に対する冷媒の分配比は、第3副膨張弁35の開度によって調整される。第3副膨張弁35の開度は、室内機20が要求する暖房能力に応じて決定される。例えば、室内負荷が大きいときには第3副膨張弁35の開度を小さくして、室内熱交換器21に供給する冷媒流量を増大させる。第3副膨張弁35のこの開度制御は、後述の霜取り暖房運転モードにおいても同様である。
 B点を通過した冷媒は、室内熱交換器21で室内の空気と熱交換する。空気は、冷媒と熱交換することで加熱され、室内を暖房する。冷媒は、空気と熱交換することにより凝縮し、過冷却液となってC点を通過する。C点を通過した冷媒は、D点を通過して主室外熱交換器11に向かう経路と、第1バイパス配管3aに流入し、F点等を通過して副室外熱交換器31に向かう経路と、の2つの経路に分岐する。つまり、C点を通過した冷媒は、2つに分岐して主室外熱交換器11と副室外熱交換器31とに並列に流れる。
 D点を通過した過冷却液冷媒は、主膨張弁13を通過する際に減圧して気液二相冷媒となりI点を通過する。I点を通過した冷媒は主室外熱交換器11で外気と熱交換することで、液冷媒が蒸発し乾き度が高まり、J点、第1副膨張弁16を順に通過する。
 他方、第1バイパス配管3aに流入した冷媒は、減圧機構36を通過後、E点を通過した過熱ガス冷媒と合流し、気液二相冷媒となって温度調整装置34に流入する。温度調整装置34に流入した冷媒は、減圧されることで圧力相当飽和温度が外気の露点温度より低い気液二相冷媒となってG点を通過する。
 G点を通過した気液二相冷媒は副室外熱交換器31で外気と熱交換し、気液二相冷媒に含まれる液冷媒が蒸発して乾き度が高まる。このとき、外気に含まれる水蒸気が副室外熱交換器31の表面で露点より低い温度にまで冷却され、水または霜に相変化する。つまり、外気に含まれる水蒸気が凝縮して凝縮水が生成される。生成された凝縮水は、副室外熱交換器31から落下してドレンパン33へと集まる。副室外熱交換器31を通過した冷媒は、H点、第2副膨張弁17を順に通過し、第1副膨張弁16を通過した冷媒と合流して、四方弁15、K点を通過した後に圧縮機14に吸入される。
 図4は、実施の形態1に係る空気調和装置100の冷媒回路1の集水暖房運転モードでの冷媒の圧力とエンタルピの変化を表すp-h線図である。図4中のA~Kの点は、図3中のA~Kの点での冷媒の圧力とエンタルピを表す。図4中のG点からH点へのエンタルピ変化は副室外熱交換器31での冷媒と空気との熱交換を表している。また、図4中には、外気露点温度と、外気温度と、室内気温と、のそれぞれの等温線を示している。
 G点での副室外熱交換器31の冷媒圧力相当飽和温度は温度調整装置34の開度の調整によって外気の露点温度より低く設定され、外気に含まれる水蒸気が副室外熱交換器31の表面で液体または固体へと相変化する。また、図4中のI点からJ点へのエンタルピ変化は主室外熱交換器11での外気との熱交換を表している。主室外熱交換器11の冷媒圧力相当飽和温度は主膨張弁13の開度調整によって外気の露点温度より高くて外気温度より低く設定される。これにより、主室外熱交換器11の表面には結露または着霜を生じず、主室外熱交換器11は空気の流動抵抗が低く通過風量の大きい状態を維持する。
 このような冷媒回路1の作用により、空気調和装置100は、集水暖房運転モードにおいて副室外熱交換器31の冷媒圧力相当飽和温度を外気の露点温度より低い温度に維持する。これにより、空気調和装置100は、外気中の水蒸気を副室外熱交換器31において凝縮水として生成して取得することができる。
 そして、空気調和装置100は、副室外熱交換器31の冷媒圧力相当飽和温度を外気の露点温度より低い温度に維持すると同時に、主室外熱交換器11の冷媒圧力相当飽和温度を副室外熱交換器31の冷媒圧力相当飽和温度より高くて外気の温度より低い温度に維持する。空気調和装置100は、主室外熱交換器11の冷媒圧力相当飽和温度を外気の温度より低い温度に維持することで、主室外熱交換器11を蒸発器として機能させて外気から吸熱を行うことができる。尚且つ、空気調和装置100は、室内機20に搭載される室内熱交換器21の冷媒圧力相当飽和温度を室内気温より高い温度に維持する。これにより、空気調和装置100は、室内の暖房を行う。
(集水暖房運転モードの変形例)
 上記の集水暖房運転モードでは、空気調和装置100は、主室外熱交換器11に冷媒を流して主室外熱交換器11を蒸発器として利用しているが、凝縮水を多く取得したい場合、主室外熱交換器11に冷媒を流さず、全量を副室外熱交換器31に供給する方が有効である。この変形例は、主室外熱交換器11に冷媒を流さず、全量を副室外熱交換器31に供給する例であり、図5および図6を用いて説明する。
 図5は、実施の形態1に係る空気調和装置100の冷媒回路1の集水暖房運転モードの変形例での冷媒の相変化を表す模式図である。図5では、集水暖房運転モードでの冷媒の相変化を線種の違いで表している。また、図5において矢印は冷媒の流れ方向を示している。図6は、実施の形態1に係る空気調和装置100の冷媒回路1の集水暖房運転モードの変形例での冷媒の圧力とエンタルピの変化を表すp-h線図である。図6中のA~Kの点は、図5中のA~Kの点での冷媒の圧力とエンタルピを表す。尚、図5では、冷媒が流動しないD点、I点、J点の図示は省略している。図6中のG点からH点へのエンタルピ変化は副室外熱交換器31での冷媒と空気との熱交換を表している。また、図6中には、外気露点温度と、外気温度と、室内気温と、のそれぞれの等温線を示している。
 空気調和装置100は、主膨張弁13と第1副膨張弁16とを閉止する。これにより、室内熱交換器21を通過後の冷媒の全量が、温度調整装置34を通過後、副室外熱交換器31に流入する。これにより、空気調和装置100は、図3および図4を用いて説明した上記の集水暖房運転モードに比べて、副室外熱交換器31においてより多くの凝縮水を生成して取得できる。
 以上のように、集水暖房運転モードでは、暖房運転を行いつつ、加湿装置40で加湿空気を生成するために用いる水を副室外熱交換器31で生成する。集水暖房運転モードの間、外気の露点温度が高く、副室外熱交換器31の表面温度が摂氏零度より高い場合には、副室外熱交換器31の表面で外気に含まれる水蒸気は水に相変化し、自重で副室外熱交換器31の表面を伝って流れてドレンパン33に落下する。ドレンパン33に集められた水は、上述したように加湿装置40に導かれ、室内の加湿に用いられる。つまり、外気の露点温度が高く、副室外熱交換器31の表面温度が摂氏零度より高い場合には、空気調和装置100は、集水暖房運転モードにより加湿に用いる水を生成し、室内を加湿できる。
 他方、外気の露点温度が低く、副室外熱交換器31の表面温度が摂氏零度より低い場合には、副室外熱交換器31の表面で外気に含まれる水蒸気は霜に相変化する。このため、外気の露点温度が低く、副室外熱交換器31の表面温度が摂氏零度より低い場合には、副室外熱交換器31に熱を加えて霜を融解し、水に相変化させない限り、水をドレンパン33に集めることができない。
 そこで、空気調和装置100は、暖房運転を継続しながら副室外熱交換器31に熱を与えて霜を融解して水にし、水をドレンパン33に集め、室内を加湿することを可能にする霜取り暖房運転モードを有する。
(霜取り暖房運転モード)
 図7は、実施の形態1に係る空気調和装置100の冷媒回路1の霜取り暖房運転モードでの冷媒の相変化を表す模式図である。図7では、霜取り暖房運転モードでの冷媒の相変化を線種の違いで表している。また、図7において矢印は冷媒の流れ方向を示している。図7に示した霜取り暖房運転モードは、図3に示した集水暖房運転モードと冷媒回路1を冷媒が流れる順序は同じである。
 また、霜取り暖房運転モードと集水暖房運転モードとでは、温度調整装置34の開度の設定条件が異なる。上記集水暖房運転モードでは、副室外熱交換器31に流入する冷媒の温度が外気の露点温度より低い温度となるように温度調整装置34の開度が設定される。空気調和装置100は、この条件で温度調整装置34の開度を設定することで、副室外熱交換器31に供給される冷媒を、外気の露点温度より低い低圧の気液二相冷媒にする。上記集水暖房運転モードでは、空気調和装置100は、外気の露点温度より低い低圧の気液二相冷媒を副室外熱交換器31に供給することで、外気を露点温度より低い温度に冷却し、外気に含まれる水蒸気を水または霜に相変化させている。
 他方、霜取り暖房運転モードでは、空気調和装置100は、集水暖房運転モードよりも温度調整装置34の開度を小さく設定して圧力低下量を集水暖房運転モードよりも小さくし、摂氏零度以上の過熱ガス冷媒を副室外熱交換器31に供給する。霜取り暖房運転モードでは、副室外熱交換器31に過熱ガス冷媒を供給し、過熱ガス冷媒から霜に熱を与えることで、霜を融解させて水に相変化させる。つまり、霜取り暖房運転モードでは、空気調和装置100は、並列に接続された副室外熱交換器31と主室外熱交換器11とのうち、副室外熱交換器31を凝縮器として機能させる。そして、霜が溶けて生成された水は、副室外熱交換器31から落下してドレンパン33へと集まり、冷媒は凝縮して乾き度が小さくなり気液二相状態となる。
 霜取り暖房運転モードでは、室内熱交換器21において室内空気への放熱により凝縮させて過冷却液となった冷媒を、主室外熱交換器11において外気からの採熱により蒸発させて乾き度の高い気液二相冷媒とする作用が維持されている。つまり、霜取り暖房運転モードでは、空気調和装置100は、並列に接続された副室外熱交換器31と主室外熱交換器11とのうち、主室外熱交換器11を蒸発器として機能させる。霜取り暖房運転モードでは、主室外熱交換器11を通過後の気液二相冷媒と副室外熱交換器31から流出する気液二相冷媒とを混合することで、圧縮機14に吸入される冷媒を、圧縮機14に吸入させても問題ない湿り度にし、室内の暖房を継続できる。
 このような冷媒回路1の作用により、空気調和装置100は、霜取り暖房運転モードにおいて副室外熱交換器31の冷媒圧力相当飽和温度を、摂氏零度以上の温度に維持し、副室外熱交換器31に付着した霜を溶かして室内の加湿に用いる凝縮水を生成する。これと同時に、空気調和装置100は、主室外熱交換器11を、外気の温度より低い温度に維持して外気からの吸熱を行う。尚且つ空気調和装置100は、室内熱交換器21の冷媒圧力相当飽和温度を室内気温より高い温度に維持し、暖房運転を継続する。
 図8は、実施の形態1に係る空気調和装置100の冷媒回路1の霜取り暖房運転モードでの冷媒の圧力とエンタルピの変化を表すp-h線図である。図8中のA~Kの点は、図5中のA~Kの点での冷媒の圧力とエンタルピを表す。また、図8中には、外気露点温度と、摂氏零度と、外気温度と、室内気温と、のそれぞれの等温線を示している。
 G点での過熱ガスの温度は、温度調整装置34の開度調整により摂氏零度より高く維持され、副室外熱交換器31に流入した過熱ガス冷媒は副室外熱交換器31の表面の霜と熱交換して凝縮し、G点からH点へエンタルピを小さくする。主室外熱交換器11の圧力相当飽和温度は、主膨張弁13の開度調整により外気温度より低い温度に維持され、主室外熱交換器11を通過する冷媒は、外気から吸熱を行う。これにより、空気調和装置100は、室内の暖房を継続できる。
(冷房運転モード)
 図9は、実施の形態1に係る空気調和装置100の冷媒回路1の冷房運転モードでの冷媒の相変化を表す模式図である。図9では、冷房運転モードでの冷媒の相変化を線種の違いで表している。また、図9において矢印は冷媒の流れ方向を示している。冷房運転モードは、図3に示した集水暖房運転モードと図5に示した霜取り暖房運転モードと比べて圧縮機14から吐出された冷媒の流れ方向が異なる。上記集水暖房運転モードおよび霜取り暖房運転モードでは、圧縮機14から吐出された冷媒の流れ方向がB点とE点とに向かう方向である。これに対し、冷房運転モードでは、圧縮機14から吐出された冷媒の流れ方向がJ点とH点とに向かう方向である。この冷媒の流れ方向の切り換えは、四方弁15の作用によって得られる。尚、冷房運転モードでは第3副膨張弁35を全閉し、E点を通過する冷媒経路には冷媒が流動しない。
 図9に示される冷房運転モードでの冷媒回路1では、圧縮機14から吐出された冷媒が、四方弁15を通過した後にJ点を通過する経路とH点を通過する経路とに分岐する。これら2つの経路に対する冷媒流量の分配比は、第1副膨張弁16と第2副膨張弁17との双方の弁開度によって調整される。J点を通過した冷媒は主室外熱交換器11で外気と熱交換して凝縮し、過冷却液となってI点を通過する。I点を通過した冷媒は主膨張弁13を通過する際に減圧して気液二相冷媒となりD点を通過する。
 他方、H点を通過した冷媒は副室外熱交換器31で外気と熱交換することで、冷媒は凝縮して過冷却液となってG点を通過する。G点を通過した冷媒は温度調整装置34を通過する際に減圧して気液二相冷媒となりF点を通過する。F点を通過した冷媒は減圧機構36を通過した後にD点を通過した冷媒と合流し、C点を通過する。C点を通過した冷媒は室内熱交換器21で室内の空気と熱交換することで、空気は冷却されて室内を冷房し、液冷媒は蒸発して乾き度が高まる。その後、冷媒はB点、四方弁15、K点を通過した後に圧縮機14に吸入される。
 図10は、実施の形態1に係る空気調和装置100の冷媒回路1の冷房運転モードでの冷媒の圧力とエンタルピの変化を表すp-h線図である。図10中のA~Kの点は、図9中のA~Kの点での冷媒の圧力とエンタルピを表す。尚、図10では、冷媒が流動しないE点の図示は省略している。図10中のJ点からI点へのエンタルピ変化は主室外熱交換器11での外気との熱交換を表し、H点からG点へのエンタルピ変化は副室外熱交換器31での外気との熱交換をそれぞれ表している。
 冷房運転モードでは主室外熱交換器11と副室外熱交換器31の双方を、外気との熱交換によって冷媒を凝縮する作用に利用し、外気温度が高い運転条件での冷凍サイクルの高圧上昇をなるべく抑制する。また、主膨張弁13、温度調整装置34および減圧機構36での作用で冷媒を膨張させて圧力を低下させ、室内熱交換器21に流入させる気液二相冷媒の圧力をその相当飽和温度が室内の空気温度より低くなるように調整する。
 このような冷媒回路1の作用により、空気調和装置100は、冷房運転モードにおいて主室外熱交換器11と副室外熱交換器31との冷媒圧力相当飽和温度を外気の温度より高い温度に維持する。尚且つ空気調和装置100は、室内熱交換器21の冷媒圧力相当飽和温度を室内気温より低い温度に維持し、室内の冷房を行う。
(実施の形態1の空気調和装置100の効果)
 実施の形態1の空気調和装置100は、少なくとも圧縮機14と、室内熱交換器21と、主膨張弁13と、主室外熱交換器11とが順次冷媒配管で接続され、冷媒が循環する主回路2を有する冷媒回路1を備える。空気調和装置100は、主室外熱交換器11に並列に接続された副室外熱交換器31と、外部から取り入れた空気を、副室外熱交換器31で生成された凝縮水を用いて加湿し、加湿空気を流出させる加湿装置40Aと、制御装置50とを備える。制御装置50は、副室外熱交換器31の冷媒圧力相当飽和温度を摂氏零度以上の温度に維持して、副室外熱交換器31に付着した霜を溶かし、凝縮水を生成すると同時に、主室外熱交換器11の冷媒圧力相当飽和温度を外気の温度より低い温度に維持し、尚且つ室内熱交換器21の冷媒圧力相当飽和温度を室内気温より高い温度に維持する霜取り暖房運転モードを有する。
 空気調和装置100は、上記構成により、副室外熱交換器31が主室外熱交換器11に並列に接続されており、霜取り暖房運転モードにおいて、副室外熱交換器31の冷媒圧力相当飽和温度を摂氏零度以上の温度に維持して、副室外熱交換器31に付着した霜を溶かし、凝縮水を生成すると同時に、主室外熱交換器11の冷媒圧力相当飽和温度を外気の温度より低い温度に維持する。このため、空気調和装置100は、外気の露点温度が氷点下となる運転条件下であっても、副室外熱交換器31に生成した霜を溶かし、加湿空気を作るため凝縮水を生成できる。また、空気調和装置100は、霜取り暖房運転モードにおいて、室内熱交換器21の冷媒圧力相当飽和温度を室内気温より高い温度に維持するため、室内を暖房して室内の快適性を維持できる。つまり、空気調和装置100は、外気の露点温度が氷点下となる運転条件下で、加湿空気を作るための水を生成しつつ、暖房運転を継続して室内の快適性を維持できる。
 加湿装置40は、空気が通過する空気通路46aを内部に有する筐体46と、筐体46内に配置され、副室外熱交換器31で生成された凝縮水を保持し、空気通路46aを通過する空気を凝縮水により加湿する加湿エレメント43とを備える。加湿装置40は、加湿エレメント43に供給する空気を加熱する空気予熱装置42と、加湿エレメント43で加湿された加湿空気を加熱する加湿空気加熱装置44と、を備える。
 空気調和装置100は、加湿装置40が上記構成を有することにより、加湿空気を高温に保つことができ、加湿空気に含まれる水が加湿ダクト45で再凝縮することを抑制できる。
 冷媒回路1は、室内熱交換器21と主膨張弁13との間から分岐して主室外熱交換器11と圧縮機14との間に接続された第1バイパス配管3aと、第1バイパス配管3aに設けられた副室外熱交換器31と、冷媒の圧力を調整する弁を備え、冷媒の圧力を調整することで副室外熱交換器31に流入する冷媒の温度を調整する温度調整装置34と、を有する第1バイパス回路3を備える。制御装置50は、霜取り暖房運転モードにおいて温度調整装置34の弁の開度を制御して副室外熱交換器31に流入する冷媒の温度を摂氏零度以上の温度にする。
 空気調和装置100は、上記構成により、霜取り暖房運転モードにおいて、温度調整装置34により副室外熱交換器31に流入する冷媒の温度を摂氏零度以上の温度にすることで、副室外熱交換器31に生成した霜を溶かし、加湿空気を作るため凝縮水を生成できる。
 空気調和装置100は、主回路2の主室外熱交換器11と圧縮機14との間に設けられた第1副膨張弁16と、第1バイパス配管3aにおいて温度調整装置34の上流に設けられた減圧機構36と、第1バイパス配管3aにおいて副室外熱交換器31の下流に設けられた第2副膨張弁17とを備える。冷媒回路1は、第2バイパス回路4を備える。第2バイパス回路4は、圧縮機14と室内熱交換器21との間から分岐して減圧機構36と温度調整装置34との間に接続された第2バイパス配管4aと、第2バイパス配管4aに設けられた第3副膨張弁35とを有する。
 空気調和装置100は、上記構成により、第3副膨張弁35の開度の設定次第で室内機20が要求する暖房能力に応じて室内熱交換器21に供給する冷媒流量を調整できる。
 空気予熱装置42は、空気予熱ヒータ42aを備え、加湿空気加熱装置44は、加湿空気ヒータ44aを備えた。
 空気調和装置100は、上記構成により、外気を加熱する熱源としてヒータを用いることができる。
 制御装置50は、集水暖房運転モードを有する。集水暖房運転モードは、副室外熱交換器31の冷媒圧力相当飽和温度を外気の露点温度より低い温度に維持すると同時に、主室外熱交換器11の冷媒圧力相当飽和温度を副室外熱交換器31の冷媒圧力相当飽和温度より高くて外気の温度より低い温度に維持し、尚且つ室内熱交換器21の冷媒圧力相当飽和温度を室内気温より高い温度に維持するモードである。制御装置50は、霜取り暖房運転モードと、集水暖房運転モードとを択一的に選択して行う。
 空気調和装置100は、上記構成により、霜取り暖房運転モードと集水暖房運転モードとのどちらが選択されても、暖房運転を行いつつ、室内を加湿して室内の快適性を維持することができる。
 主回路2は、圧縮機14から吐出された冷媒の流れ方向を、冷媒が主室外熱交換器11に向かう方向または冷媒が室内熱交換器21に向かう方向に切り換える四方弁15を備える。制御装置50は、四方弁15を冷媒が室内熱交換器21に向かう方向に切り換え、主室外熱交換器11および副室外熱交換器31の冷媒圧力相当飽和温度を外気の温度より高い温度に維持し尚且つ室内熱交換器21の冷媒圧力相当飽和温度を室内気温より低い温度に維持する冷房運転モードを有する。制御装置50は、霜取り暖房運転モードと、集水暖房運転モードと、冷房運転モードとを択一的に選択して行う。
 空気調和装置100は、上記構成により、霜取り暖房運転モードと集水暖房運転モードとのどちらが選択されても、暖房運転を行いつつ、室内を加湿して室内の快適性を維持することができ、さらに冷房運転が選択された場合には室内を冷房することもできる。
[実施の形態2]
 実施の形態2は、実施の形態1と比べて加湿装置40の構成が異なる。以下、実施の形態2が実施の形態1と異なる点を中心に説明し、実施の形態2において説明していない構成は実施の形態1と同様である。
 図11は、実施の形態2に係る空気調和装置100の冷媒回路1の模式図である。空気調和装置100は、加湿装置40Aを有する。加湿装置40Aは、外気を加熱する熱源として冷媒回路1を流れる冷媒を用いる点が加湿装置40Aと異なり、冷媒回路1を流れる冷媒を用いて熱交換を行う熱交換器を備える。空気調和装置100は、加湿装置40Aが熱交換器を備えることに伴い、冷媒回路1の構成が実施の形態1と異なっている。
 実施の形態2の冷媒回路1は、具体的には第1バイパス回路3および第2バイパス回路4の構成が実施の形態1と異なる。実施の形態2の第1バイパス回路3は、減圧機構36が削除され、減圧機構36の設置位置に第1開閉弁37が設けられている。第1開閉弁37は、電磁弁で構成されている。
 第2バイパス配管4aは、圧縮機14と室内熱交換器21との間から分岐し、第3副膨張弁35が設けられた主管4aaと、主管4aaから分岐した第1分岐管4b1および第2分岐管4b2とを有する。第1分岐管4b1は、主管4aaから分岐し、第1バイパス配管3aにおいて温度調整装置34と副室外熱交換器31との間に接続されている。第2分岐管4b2は、主管4aaから分岐し、加湿装置40A内を通過して第1バイパス配管3aにおいて第1開閉弁37と温度調整装置34との間に接続されている。第2分岐管4b2には、後述の図12に示すように一次側熱交換器42bと二次側熱交換器44bとが設けられている。一次側熱交換器42bと二次側熱交換器44bとは、冷媒の流れ方向において、一次側熱交換器42bが下流側に設けられ、二次側熱交換器44bが上流側に設けられている。
(加湿装置40Aの構成)
 図12は、実施の形態2に係る加湿装置40Aを表す模式図である。加湿装置40Aは、空気予熱装置42および加湿空気加熱装置44の構成が実施の形態1の加湿装置40と異なる。加湿装置40は、空気予熱装置42が空気予熱ヒータ42aを備え、加湿空気加熱装置44が加湿空気ヒータ44aを備えた構成であった。これに対し、加湿装置40Aは、空気予熱装置42が空気予熱ヒータ42aと一次側熱交換器42bとを備え、加湿空気加熱装置44が加湿空気ヒータ44aと二次側熱交換器44bとを備えた構成である。空気予熱装置42は、空気予熱ヒータ42aと一次側熱交換器42bとの双方で加湿エレメント43に供給する空気を予熱する。加湿空気加熱装置44は、加湿空気ヒータ44aと二次側熱交換器44bとの双方で加湿ダクト45に供給する空気を加熱する。
 一次側熱交換器42bおよび二次側熱交換器44bは、冷媒と空気との熱交換を行う熱交換器で構成されている。一次側熱交換器42bおよび二次側熱交換器44bは、冷媒が流れる配管と、配管が挿入されたフィンと、を含んで構成されたフィンチューブ式の熱交換器である。一次側熱交換器42bおよび二次側熱交換器44bは、フィンチューブ式の熱交換器に限られたものではなく、フィンを備えないフィンレス熱交換器などでもよい。一次側熱交換器42bは、外気の流れにおいて空気予熱ヒータ42aの上流に配置され、二次側熱交換器44bは、外気の流れにおいて加湿空気ヒータ44aの上流且つ加湿エレメント43の下流に配置されている。
 一次側熱交換器42bおよび二次側熱交換器44bには、第3副膨張弁35から流出した冷媒の一部が流通する。具体的には、一次側熱交換器42bおよび二次側熱交換器44bには、第2バイパス回路4の第2分岐管4b2を流れる冷媒が流通する。一次側熱交換器42bおよび二次側熱交換器44bには、二次側熱交換器44b、一次側熱交換器42bの順に冷媒が流通する。
 加湿装置40Aは、一次側熱交換器42bと二次側熱交換器44bとの作用により、空気通路46aを通過する外気の加熱に冷媒の熱を利用することで、空気予熱ヒータ42aおよび加湿空気ヒータ44aへの所要入力を低減する。尚、図示の例では、加湿装置40Aは、空気予熱装置42および加湿空気加熱装置44の両方に冷媒回路1の冷媒が流れる熱交換器を備えた構成を図示したが、この構成に限られない。加湿装置40Aは、空気予熱装置42および加湿空気加熱装置44の一方に冷媒回路1の冷媒が流れる熱交換器を備えた構成としてもよい。
(集水暖房運転モード)
 図13は、実施の形態2に係る空気調和装置100の冷媒回路1の集水暖房運転モードでの冷媒の相変化を表す模式図である。集水暖房運転モードでは、第1開閉弁37と第2開閉弁38とが閉止される。図13では、集水暖房運転モードでの冷媒の相変化を線種の違いで表している。また、図13において矢印は冷媒の流れ方向を示している。圧縮機14から吐出される過熱ガス冷媒は、A点と四方弁15を通過し、B点とD点をそれぞれ通過する2つの経路に分岐する。これら経路に対する冷媒の分配比は、第3副膨張弁35の開度によって調整される。
 B点を通過した冷媒が室内熱交換器21で室内の空気と熱交換することで、空気は加熱されて室内を暖房し、冷媒は凝縮して過冷却液となってC点を通過する。C点とH点を順に通過した冷媒は、主膨張弁13を通過する際に減圧して気液二相冷媒となりI点を通過する。I点を通過した冷媒は主室外熱交換器11で外気と熱交換することで、液冷媒が蒸発し乾き度が高まり、J点、第1副膨張弁16を順に通過する。
 他方、D点を通過した過熱ガス冷媒は、加湿装置40Aに流入する。加湿装置40Aに流入した過熱ガス冷媒は、二次側熱交換器44bで加湿空気と熱交換して冷却された後、一次側熱交換器42bで空気すなわち外気と熱交換してさらに冷却され、過冷却液へと相変化してE点を通過する。
 E点を通過した冷媒は温度調整装置34を通過する際に減圧されて気液二相状態に相変化する。この気液二相冷媒は副室外熱交換器31で外気と熱交換し、気液二相冷媒に含まれる液冷媒が蒸発して乾き度が高まる。このとき、外気に含まれる水蒸気が副室外熱交換器31の表面で露点より低い温度にまで冷却され、水または霜に相変化する。水は副室外熱交換器31から落下してドレンパン33へと集められる。副室外熱交換器31を通過した冷媒は、G点、第2副膨張弁17を順に通過し、第1副膨張弁16を通過した冷媒と合流して、四方弁15、J点を通過した後に圧縮機14に吸入される。
 図14は、実施の形態2に係る空気調和装置100の冷媒回路1の集水暖房運転モードでの冷媒の圧力とエンタルピの変化を表すp-h線図である。図14中のA~Kの点は、図13中のA~Kの点での冷媒の圧力とエンタルピを表す。尚、図14では、H点の図示は省略している。図14中のF点からG点へのエンタルピ変化は副室外熱交換器31での空気との熱交換を表している。
 副室外熱交換器31の冷媒圧力相当飽和温度は温度調整装置34の開度の調整によって外気の露点温度より低く設定され、副室外熱交換器31の表面で外気に含まれる水蒸気が液体または固体へと相変化する。また、図14中のH点からI点へのエンタルピ変化は主室外熱交換器11での外気との熱交換を表している。主室外熱交換器11の冷媒圧力相当飽和温度は主膨張弁13の開度調整によって外気の露点温度より高くて外気温度より低く設定され、主室外熱交換器11の表面に結露または着霜を生じさせずに、空気の流動抵抗が低く通過風量の大きい状態を維持する。
 空気調和装置100は、集水暖房運転モードにおいて、副室外機30に搭載される副室外熱交換器31の冷媒圧力相当飽和温度を外気の露点温度より低い温度に維持する。これにより、空気調和装置100は、外気中の水蒸気を凝縮水として取得することができる。
 そして、空気調和装置100は、副室外熱交換器31の冷媒圧力相当飽和温度を外気の露点温度より低い温度に維持すると同時に、主室外熱交換器11の冷媒圧力相当飽和温度を副室外熱交換器31の冷媒圧力相当飽和温度より高くて外気の温度より低い温度に維持する。空気調和装置100は、主室外熱交換器11の冷媒圧力相当飽和温度を外気の温度より低い温度に維持することで、主室外熱交換器11を蒸発器として機能させて外気から吸熱を行うことができる。尚且つ、空気調和装置100は、室内機20に搭載される室内熱交換器21の冷媒圧力相当飽和温度を室内気温より高い温度に維持する。これにより、空気調和装置100は、室内の暖房を行う。
 ここで、図14中のD点からE点へのエンタルピ変化は、二次側熱交換器44bおよび一次側熱交換器42bでの外気との熱交換による冷媒の凝縮を表している。実施の形態2の空気調和装置100は、外気を加熱する熱源として空気予熱ヒータ42aおよび加湿空気ヒータ44aの他に、冷媒の熱を用いて一次側熱交換器42bおよび二次側熱交換器44bにおいて外気を加熱する。このため、実施の形態2の空気調和装置100は、空気予熱ヒータ42aおよび加湿空気ヒータ44aの所要入力が低減する。
(霜取り暖房運転モード)
 図15は、実施の形態2に係る空気調和装置100の冷媒回路1の霜取り暖房運転モードでの冷媒の相変化を表す模式図である。図15では、霜取り暖房運転モードでの冷媒の相変化を線種の違いで表している。また、図15において矢印は冷媒の流れ方向を示している。霜取り暖房運転モードでは、第1開閉弁37と温度調整装置34とを閉止し、第2開閉弁38を開放する。空気調和装置100は、これらの弁開閉操作によって副室外熱交換器31に過熱ガス冷媒を供給し、過熱ガス冷媒から霜に熱を与えることで、霜は融解して水に相変化してドレンパン33へと集まり、冷媒は凝縮して乾き度が小さくなり気液二相状態となる。
 霜取り暖房運転モードでは、室内熱交換器21において室内空気への放熱により凝縮させて過冷却液となった冷媒を、主室外熱交換器11において外気からの採熱により蒸発させて乾き度の高い気液二相冷媒とする作用が維持されている。霜取り暖房運転モードでは、その気液二相冷媒と副室外熱交換器31から流出する気液二相冷媒とを混合することで、圧縮機14に吸入される冷媒を、圧縮機14に吸入させても問題ない湿り度にし、室内の暖房を継続できる。
 このような冷媒回路1の作用により、空気調和装置100は、霜取り暖房運転モードにおいて主室外熱交換器11と副室外熱交換器31とのそれぞれの冷媒圧力相当飽和温度を、外気の温度より低い温度に維持する。尚且つ空気調和装置100は、室内熱交換器21の冷媒圧力相当飽和温度を室内気温より高い温度に維持する。
 尚、霜取り暖房運転モードでは、第1開閉弁37が閉止されるため、一次側熱交換器42bおよび二次側熱交換器44bへの冷媒の流動が遮断される。加湿装置40Aは、一次側熱交換器42bおよび二次側熱交換器44bへの冷媒の流動が遮断されるので、加湿装置40Aの空気通路46aを流動する空気の加熱は冷媒との熱交換によっては得られない。このため、加湿装置40Aは、空気予熱ヒータ42aと加湿空気ヒータ44aとを用いて加湿装置40Aの空気通路46aを流動する空気を加熱することで加湿運転を継続する。
 図16は、実施の形態2に係る空気調和装置100の冷媒回路1の霜取り暖房運転モードでの冷媒の圧力とエンタルピの変化を表すp-h線図である。図16中のA~Lの点は、図15中のA~Lの点での冷媒の圧力とエンタルピを表す。尚、図16では、冷媒が流動しないE点およびF点と、H点の図示は省略している。空気調和装置100は、第2開閉弁38の口径選定により、F点での過熱ガスの温度を摂氏零度より高く維持する。空気調和装置100は、F点での過熱ガスの温度を摂氏零度より高く維持することで副室外熱交換器31に付着した霜を溶かすとともに、過熱ガスと霜との熱交換により過熱ガス冷媒をF点からG点へと凝縮させてエンタルピを小さくする。空気調和装置100は、主膨張弁13の開度調整により、主室外熱交換器11を通過する冷媒の圧力相当飽和温度を外気温度より低い温度に維持し、室内の暖房を継続させる。
(冷房運転モード)
 図17は、実施の形態2に係る空気調和装置100の冷媒回路1の冷房運転モードでの冷媒の相変化を表す模式図である。図17では、冷房運転モードでの冷媒の相変化を線種の違いで表している。また、図17において矢印は冷媒の流れ方向を示している。冷房運転モードは、図3に示した集水暖房運転モードと図5に示した霜取り暖房運転モードと比べて圧縮機14から吐出された冷媒の流れ方向が異なる。上記集水暖房運転モードと霜取り暖房運転モードとでは、圧縮機14から吐出された冷媒の流れ方向がB点とD点とに向かう方向である。これに対し、冷房運転モードでは、圧縮機14から吐出された冷媒の流れ方向がJ点とG点とに向かう方向である。この冷媒の流れ方向の切り換えは、四方弁15の作用によって得られる。尚、冷房運転モードにおいて空気調和装置100は、第3副膨張弁35を全閉し、尚且つ第2開閉弁38を閉止し、D点およびL点を通過する冷媒経路と加湿装置40Aとには冷媒が流動しない。
 図17に示される冷房運転モードでの冷媒回路1では、圧縮機14から吐出された冷媒が、四方弁15を通過した後にJ点を通過する経路とG点を通過する経路とに分岐する。これら2つの経路に対する冷媒流量の分配比は、第1副膨張弁16と第2副膨張弁17との双方の弁開度によって調整される。J点を通過した冷媒は主室外熱交換器11で外気と熱交換して凝縮し、過冷却液となってI点を通過する。I点を通過した冷媒は主膨張弁13を通過する際に減圧して気液二相冷媒となりH点を通過する。
 他方、G点を通過した冷媒は副室外熱交換器31で外気と熱交換することで、冷媒は凝縮して過冷却液となってF点を通過する。F点を通過した冷媒は温度調整装置34を通過する際に減圧して気液二相冷媒となりE点を通過する。E点を通過した冷媒は第1開閉弁37を通過した後にH点を通過した冷媒と合流し、C点を通過する。C点を通過した冷媒は室内熱交換器21で室内の空気と熱交換することで、空気は冷却されて室内を冷房し、液冷媒は蒸発して乾き度が高まる。その後、冷媒はB点、四方弁15、K点を通過した後に圧縮機14に吸入される。
 以上説明したように、実施の形態2の空気調和装置100は、実施の形態1と同様の効果が得られるとともに以下の効果が得られる。空気調和装置100は、加湿装置40Aが一次側熱交換器42bと二次側熱交換器44bを備えていることで空気予熱ヒータ42aおよび加湿空気ヒータ44aへの所要入力を低減でき、一次側熱交換器42bと二次側熱交換器44bを備えていない構成に比べて暖房運転モードにおける消費電力を低減できる。
 なお、図示の例では、空気予熱装置42が、外気を加熱する熱源として空気予熱ヒータ42aと一次側熱交換器42bとを備えた構成としたが、一次側熱交換器42bのみを備えた構成としてもよい。また、図示の例では、加湿空気加熱装置44が、外気を加熱する熱源として加湿空気ヒータ44aと二次側熱交換器44bとを備えた構成としたが、二次側熱交換器44bのみを備えた構成としてもよい。要するに、空気予熱装置42および加湿空気加熱装置44は、外気を加熱する熱源として冷媒を用い、ヒータを備えず熱交換器を備えた構成としてもよい。
[実施の形態3]
 実施の形態3は、空気調和装置100の副室外機30における具体的な配管接続構成を説明するものである。
 図18は、実施の形態3に係る空気調和装置100の副室外機30を表す模式図である。図18において太矢印は冷媒の流れを示し、太白抜き矢印は外気の流れを示し、細点線矢印は凝縮水であるドレン水の流れを示し、細実線矢印は電気入力を示している。
 副室外機30は、副室外熱交換器31と、ドレンパン33と、加湿装置40とを有し、これら構成要素が上から下に向かってこの順に配置されている。副室外機30は、図示の例では実施の形態1の加湿装置40を備えた例を示しているが、実施の形態2の加湿装置40Aを備えた構成としてもよい。
 副室外機30と室内機20とは、家屋の外壁70に予め開けられた配管穴71を通る室内機-副室外機連絡管群60を介して接続される。室内機-副室外機連絡管群60は、室内熱交換器21と副室外熱交換器31とを接続するガス管61および液管62と、加湿空気が通過する加湿ホース63とを有する。また、室内機-副室外機連絡管群60は、室内機制御装置53に接続される電気配線64と、室内熱交換器21で生成された凝縮水を加湿装置40に導くドレンホース65とを有する。
 副室外機30と主室外機10とは、主室外機-副室外機連絡管群68を介して接続される。主室外機-副室外機連絡管群68は、高温高圧のガス冷媒が流れる第1連絡管68aと、低温低圧の気液二相冷媒が流れる第2連絡管68bと、高圧の液冷媒が流れる第3連絡管68cとを有する。また、主室外機-副室外機連絡管群68は、室内機制御装置53に接続される電気配線64aと、ドレンホース65に連通するドレンホース65aとを有する。
 副室外機30は、第1接続ポート66と第2接続ポート69とを有する。第1接続ポート66は、室内機-副室外機連絡管群60との接続口である。第1接続ポート66は、室内機-副室外機連絡管群60の小型化のため、副室外機30の天面近傍に集中的に配置されることが望ましい。第1接続ポート66は、配管穴71と室内機-副室外機連絡管群60とが露出していると美観を損ねるため、カバー67によって覆われることが望ましい。
 第2接続ポート69は、主室外機-副室外機連絡管群68の接続口である。第2接続ポート69は、副室外機30の底面近傍に集中して配置されることが望ましい。
 副室外機30の配管接続構成は上記の通りであり、副室外機30は、第1接続ポート66から室内機-副室外機連絡管群60を介して室内機20に接続され、第2接続ポート69から主室外機-副室外機連絡管群68を介して主室外機10に接続される。
 副室外機30の動作は上記の通りであり、副室外機30は、副室外熱交換器31の表面温度をヒートポンプの作用により外気の露点温度より低い温度に維持し、外気の水蒸気から凝縮水を生成する。生成した凝縮水は、副室外熱交換器31の直下に配置されたドレンパン33に自重で集められる。ドレンパン33に集められた凝縮水は、ドレンパン33の直下に配置された加湿装置40の加湿エレメント43に自重で供給される。加湿エレメント43に供給された凝縮水は、加湿エレメント43の毛管力の作用で加湿エレメント43に保持される。加湿エレメント43には、加湿ファン41の駆動により外気が通過し、加湿エレメント43に保持された凝縮水は、外気と直接接触して蒸発する。凝縮水が蒸発することにより加湿空気が生成され、加湿空気は加湿ダクト45を介して室内に供給され、室内を加湿する。
 ここで、副室外機30において、副室外熱交換器31と、ドレンパン33と、加湿装置40とは、上から下に向かってこの順に配置されている。このため、空気調和装置100は、ドレンパン33に溜まった凝縮水をくみ上げて加湿装置40に供給するための水ポンプが不要であり、加湿に要する消費エネルギーを低減できる。
 1 冷媒回路、2 主回路、3 第1バイパス回路、3a 第1バイパス配管、4 第2バイパス回路、4a 第2バイパス配管、4aa 主管、4b1 第1分岐管、4b2 第2分岐管、10 主室外機、11 主室外熱交換器、12 主室外ファン、13 主膨張弁、14 圧縮機、15 四方弁、16 第1副膨張弁、17 第2副膨張弁、20 室内機、21 室内熱交換器、22 室内ファン、30 副室外機、31 副室外熱交換器、32 副室外ファン、33 ドレンパン、34 温度調整装置、35 第3副膨張弁、36 減圧機構、37 第1開閉弁、38 第2開閉弁、40 加湿装置、40A 加湿装置、41 加湿ファン、42 空気予熱装置、42a 空気予熱ヒータ、42b 一次側熱交換器、43 加湿エレメント、44 加湿空気加熱装置、44a 加湿空気ヒータ、44b 二次側熱交換器、45 加湿ダクト、46 筐体、46a 空気通路、50 制御装置、51 主室外機制御装置、52 副室外機制御装置、53 室内機制御装置、60 室内機-副室外機連絡管群、61 ガス管、62 液管、63 加湿ホース、64 電気配線、64a 電気配線、65 ドレンホース、65a ドレンホース、66 第1接続ポート、67 カバー、68 主室外機-副室外機連絡管群、68a 第1連絡管、68b 第2連絡管、68c 第3連絡管、69 第2接続ポート、70 外壁、71 配管穴、100 空気調和装置。

Claims (12)

  1.  少なくとも圧縮機と、室内熱交換器と、主膨張弁と、主室外熱交換器とが順次冷媒配管で接続され、冷媒が循環する主回路を有する冷媒回路と、
     前記主室外熱交換器に並列に接続された副室外熱交換器と、
     外部から取り入れた空気を、前記副室外熱交換器で生成された凝縮水を用いて加湿し、加湿空気を流出させる加湿装置と、
     制御装置とを備え、
     前記制御装置は、
     前記副室外熱交換器の冷媒圧力相当飽和温度を摂氏零度以上の温度に維持して、前記副室外熱交換器に付着した霜を溶かし、前記凝縮水を生成すると同時に、前記主室外熱交換器の冷媒圧力相当飽和温度を外気の温度より低い温度に維持し、尚且つ前記室内熱交換器の冷媒圧力相当飽和温度を室内気温より高い温度に維持する霜取り暖房運転モードを有する空気調和装置。
  2.  前記加湿装置は、
     空気が通過する空気通路を内部に有する筐体と、
     前記筐体内に配置され、前記副室外熱交換器で生成された前記凝縮水を保持し、前記空気通路を通過する前記空気を前記凝縮水により加湿する加湿エレメントと、
     前記加湿エレメントに供給する前記空気を加熱する空気予熱装置と、
     前記加湿エレメントで加湿された加湿空気を加熱する加湿空気加熱装置と、を備えた請求項1記載の空気調和装置。
  3.  前記空気予熱装置は、空気予熱ヒータを備え、
     前記加湿空気加熱装置は、加湿空気ヒータを備えた請求項2記載の空気調和装置。
  4.  前記空気予熱装置および前記加湿空気加熱装置の一方または両方は、前記冷媒回路を流れる前記冷媒が通過する熱交換器を備えた請求項2または請求項3記載の空気調和装置。
  5.  前記冷媒回路は、
     前記室内熱交換器と前記主膨張弁との間から分岐して前記主室外熱交換器と前記圧縮機との間に接続された第1バイパス配管と、前記第1バイパス配管に設けられた前記副室外熱交換器と、冷媒の圧力を調整する弁を備え、前記冷媒の圧力を調整することで前記副室外熱交換器に流入する前記冷媒の温度を調整する温度調整装置と、を有する第1バイパス回路を備え、
     前記制御装置は、前記霜取り暖房運転モードにおいて前記温度調整装置の前記弁の開度を制御して前記副室外熱交換器に流入する前記冷媒の温度を摂氏零度以上の温度にする請求項1~請求項4のいずれか一項に記載の空気調和装置。
  6.  前記主回路の前記主室外熱交換器と前記圧縮機との間に設けられた第1副膨張弁と、
     前記第1バイパス配管において前記温度調整装置の上流に設けられた減圧機構と、
     前記第1バイパス配管において前記副室外熱交換器の下流に設けられた第2副膨張弁と、を備え、
     前記冷媒回路は、
     前記圧縮機と前記室内熱交換器との間から分岐して前記減圧機構と前記温度調整装置との間に接続された第2バイパス配管と、前記第2バイパス配管に設けられた第3副膨張弁と、を有する第2バイパス回路を備えた請求項5記載の空気調和装置。
  7.  前記主回路の前記主室外熱交換器と前記圧縮機との間に設けられた第1副膨張弁と、
     前記第1バイパス配管において前記温度調整装置の上流に設けられた第1開閉弁と、
     前記第1バイパス配管において前記副室外熱交換器の下流に設けられた第2副膨張弁と、を備え、
     前記冷媒回路は、
     前記圧縮機と前記室内熱交換器との間から分岐した主管と、前記主管から分岐し、前記第1バイパス配管において前記温度調整装置と前記副室外熱交換器との間に接続された第1分岐管と、前記主管から分岐し、前記第1バイパス配管において前記第1開閉弁と前記温度調整装置との間に接続された第2分岐管と、を有する第2バイパス配管と、
     前記主管に設けられた第3副膨張弁と、を有する第2バイパス回路を備え、
     前記第2分岐管には、前記空気予熱装置および前記加湿空気加熱装置の一方または両方に備えられた前記熱交換器が設けられている請求項4に従属する請求項5記載の空気調和装置。
  8.  前記凝縮水を溜めるドレンパンを備え、
     前記副室外熱交換器と、前記ドレンパンと、前記加湿装置とが、上から下に向かってこの順に配置されている請求項1~請求項7のいずれか一項に記載の空気調和装置。
  9.  前記制御装置は、
     前記副室外熱交換器の冷媒圧力相当飽和温度を外気の露点温度より低い温度に維持すると同時に、前記主室外熱交換器の冷媒圧力相当飽和温度を前記副室外熱交換器の冷媒圧力相当飽和温度より高くて外気の温度より低い温度に維持し、尚且つ前記室内熱交換器の冷媒圧力相当飽和温度を室内気温より高い温度に維持する集水暖房運転モードを有し、
     前記霜取り暖房運転モードと、前記集水暖房運転モードとを択一的に選択して行う請求項1~請求項8のいずれか一項に記載の空気調和装置。
  10.  前記主回路は、
     前記圧縮機から吐出された冷媒の流れ方向を、前記冷媒が前記主室外熱交換器に向かう方向または前記冷媒が前記室内熱交換器に向かう方向に切り換える四方弁を備え、
     前記制御装置は、
     前記四方弁を前記冷媒が前記室内熱交換器に向かう方向に切り換え、前記主室外熱交換器および前記副室外熱交換器の冷媒圧力相当飽和温度を外気の温度より高い温度に維持し尚且つ前記室内熱交換器の冷媒圧力相当飽和温度を室内気温より低い温度に維持する冷房運転モードを有し、
     前記霜取り暖房運転モードと、前記集水暖房運転モードと、前記冷房運転モードとを択一的に選択して行う請求項9記載の空気調和装置。
  11.  少なくとも前記圧縮機と前記主膨張弁と前記主室外熱交換器とを有する主室外機と、
     少なくとも前記副室外熱交換器と前記加湿装置とを有する副室外機と、
     少なくとも前記室内熱交換器を有する室内機と、を有する請求項1~請求項10のいずれか一項に記載の空気調和装置。
  12.  前記副室外機と前記室内機の間は、室内機-副室外機連絡管群を介して接続され、
     前記副室外機と前記主室外機との間は、主室外機-副室外機連絡管群を介して接続され、
     前記室内機-副室外機連絡管群は、
     前記室内機の前記室内熱交換器と前記副室外機の前記副室外熱交換器とを接続するガス管および液管と、前記加湿空気が通過する加湿ホースと、を有し、
     前記主室外機-副室外機連絡管群は、
     高圧のガス冷媒が流れる第1連絡管と、低圧の気液二相冷媒が流れる第2連絡管と、高圧の液冷媒が流れる第3連絡管と、を有する請求項11記載の空気調和装置。
PCT/JP2023/021033 2023-06-06 2023-06-06 空気調和装置 Pending WO2024252526A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2023/021033 WO2024252526A1 (ja) 2023-06-06 2023-06-06 空気調和装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2023/021033 WO2024252526A1 (ja) 2023-06-06 2023-06-06 空気調和装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024252526A1 true WO2024252526A1 (ja) 2024-12-12

Family

ID=93795400

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2023/021033 Pending WO2024252526A1 (ja) 2023-06-06 2023-06-06 空気調和装置

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2024252526A1 (ja)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05203205A (ja) * 1992-01-23 1993-08-10 Matsushita Refrig Co Ltd 空気調和機における加湿器
JPH05306856A (ja) * 1992-04-30 1993-11-19 Hitachi Ltd 空冷式冷凍装置
JP2010038401A (ja) * 2008-08-01 2010-02-18 Panasonic Corp 空気調和機

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05203205A (ja) * 1992-01-23 1993-08-10 Matsushita Refrig Co Ltd 空気調和機における加湿器
JPH05306856A (ja) * 1992-04-30 1993-11-19 Hitachi Ltd 空冷式冷凍装置
JP2010038401A (ja) * 2008-08-01 2010-02-18 Panasonic Corp 空気調和機

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111256290B (zh) 一种热泵空调
US9506674B2 (en) Air conditioner including a bypass pipeline for a defrosting operation
CN111102770A (zh) 连续制热的空调系统
CN109328287B (zh) 制冷循环装置
JPH04295568A (ja) 空気調和機
KR102139084B1 (ko) 공기 조화기
CN115962629B (zh) 一种开闭一体式烘干机
CN112013472A (zh) 空调器及其控制方法
JP3140333B2 (ja) ヒートポンプ装置
JP6886701B2 (ja) 除湿送風機
JPWO2012085965A1 (ja) 空気調和機
JPH10339513A (ja) エアコンシステム
JP2004317091A (ja) 空気調和装置、空気調和装置の冷媒回路及び空気調和装置における冷媒回路の制御方法
JP6987320B1 (ja) 空気調和機
CN112577101B (zh) 空调器及其控制方法
CN119958125A (zh) 制冷除湿设备及其控制方法
WO2019155614A1 (ja) 空気調和装置、空調システム及び熱交換ユニット
WO2024252526A1 (ja) 空気調和装置
KR100655382B1 (ko) 냉동사이클을 이용한 폐열 회수형 공기조화시스템
CN118031446A (zh) 空调系统
CN112013473A (zh) 空调器的控制方法
CN112013474A (zh) 空调器及其控制方法
JP2002357353A (ja) 空気調和機
JP6581822B2 (ja) 空気調和機
JP2536172B2 (ja) ヒ―トポンプシステム

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23940631

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE