JPH0223793B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はヒートポンプ式暖房機に関する。

従来空気熱源ヒートポンプエアコンデイシヨナ
として使われているものは、室内ユニツトにフア
ン，フアンモータ，フインアンドチユーブ型熱交
換器及び制御操作部等を有し、室外ユニツト側に
圧縮機，フアン，フアンモータ，フインアンドチ
ユーブ型熱交換器及び四方切換弁等を有するもの
で、四方切換弁を切換えることにより冷媒回路を
切り換え、冷房運転，暖房運転あるいは室外の熱
交換器の除霜を行なつている。

しかしながら、このようなヒートポンプ式暖房
機には下記のような欠点がある。すなわち、 (1) 寒冷地等冷房を必要としない使い方では、四
方切換弁等余分の部品がついており、価格高と
なる。

(2) 重量のある圧縮機と通風を要する熱交換器が
室外ユニツトの同一の箱内に収められているた
め設置上の制約があり、例えば、室外ユニツト
を床下等に収納する際は、通風路を確保する等
が必要となり、家屋の外壁に室外ユニツトを掛
ける場合は、重量に耐えるよう外壁に特別の補
強を必要とすることがある。

(3) 室内外ユニツト双方にフアン及びフアンモー
タを有するため、これらを運転するための電気
入力が必要であり、ヒートポンプのエネルギ効
率を低下させる。

(4) 室内外ユニツト双方にフアンモータを有する
ため、ユニツト相互間に電線を接続する必要が
あり、余分の電気工事を必要とする。

(5) 室内外ユニツトの双方にフアンを有するため
騒音が発生する。

(6) 室内ユニツトは暖房時室内空気を加熱后フア
ンによつて室内へ吹き出すが、この風が人体に
当ると不快感を与える。

(7) 室内ユニツトは通常床置又は壁掛形である
が、いずれも床面又は壁面を占有し、室内に異
物として存在するため、スペース，美観の両面
にわたつて制約を与える。

(8) 除霜時四方切換弁切換による冷媒流動音が騒
音となり、寝室等で使用に耐えない。

本発明はこのような事情に鑑みて提案されたも
ので、従来の空気熱源ヒートポンプが電気を駆動
エネルギとして使用しており、安全，清潔，操作
安易などの利点の他に、単なる電気ヒータに比べ
２倍〜５倍の暖房効率を有するので、この利点を
生かすとゝもに、前記の欠点を除去した安価で省
エネルギ的かつ快適性に優れたヒートポンプ式暖
房機を提供することを目的とし、空気熱源ヒート
ポンプ式暖房機を室内ユニツト３，室外ユニツト
１，圧縮機ユニツト２の３ユニツトに分設し、上
記室内ユニツト３をパネル型とするとともに上記
室外ユニツト１を自然対流型としたヒートポンプ
式暖房機において、上記室外ユニツト１を地面に
対して垂直方向で、かつ、円形断面の針金状フイ
ン１３を有する自然対流型熱交換器で構成すると
ともに、室内ユニツト３で凝縮した液冷媒の一部
を圧縮機吐出管の温度に応じて開閉するバイパス
弁２４，絞り２７及び圧縮機２１からの吐出冷媒
ガスとの熱交換部２５を経て圧縮機２１に戻すバ
イパス戻り回路２０４を設けたことを特徴とす
る。

本発明の一実施例を図面について説明すると、
第１図はその家屋における据付状況を示す側面
図、第２図は第１図の系統図、第３図は第１図の
室外ユニツトを示す斜視図、第４図は第１図の室
内ユニツトを示す斜視図、第５図は第４図の―
に沿つた断面図、第６図は第３図のフインの着
霜状態を示す断面図である。

まず、第１図において、１は室外ユニツトで、
家屋の壁６２に据付けられている。２は圧縮機ユ
ニツトで、床６３下に収納されている。３は室内
ユニツトで、床６３上に敷かれ室内の暖房に供さ
れており、室外ユニツト１，圧縮機ユニツト２，
室内ユニツト３の間は各々冷媒配管５１，５２，
５３，５４で接続されている。４は制御操作箱
で、配線４１で圧縮機ユニツト２に接続されてい
る。

次に、第２〜５図において、室外ユニツト１は
配管１１，１４の間を蛇行する複数の管１２で並
列接続され、支持脚１５により壁６２に取付けら
れ、管１２には熱交換性能を高めるための円形断
面の針金状フイン１３が重力に対し垂直方向に多
数付設されて室外空気との自然対流熱交換をす
る。圧縮機ユニツト２は吸入管２０１，圧縮機２
１，吐出管２０２，吐出管２０２に付設された感
温部２６，液管２０３，液管２０３に挿入された
絞り２２及びこれをバイパスするバイパス管２０
５，バイパス弁２３，液管２０３より圧縮機２１
へのバイパス戻り管２０４とバイパス弁２４、絞
り２７、バイパス戻り管２０４と吐出管２０２と
を熱交換する熱交換器２５，等よりなつている。

室内ユニツト３はパネル形をしており、行き管
３１，戻り管３２及びこれらを並列に連通する多
くの通路３３によつて冷媒回路を構成し、冷媒通
路３３は裏板３５の凹状溝と放熱板３４との間の
空間として形成されるが、冷媒圧力が高く、耐圧
上問題がある場合は、この空間に管を挿入し、管
内を冷媒通路としてもよい。３６は表面シート
で、プラスチツク又は布等により作られ、放熱板
３４の保護，肌ざわりの向上のほか、ある程度の
断熱性と蓄熱性を有し、放熱板３４の温度変化を
緩和する。３７は断熱材で、熱の損失を防ぐとと
もにその蓄熱性により温度変化を緩和させる。

このような装置において、 (1) まず、通常の暖房サイクルについて説明する
と、圧縮機２１で圧縮された冷媒ガスは、実線
矢印で示すように、吐出管２０２，配管５３を
通り室内ユニツト３へ入り、行き管３１より通
路３３に入り、放熱板３４から室内へ放熱し、
室内の暖房を行なうことにより凝縮し、液冷媒
となつて戻り管３２から配管５４，液管２０３
を通り、絞り２２により減圧され、低圧の液ガ
ス混合流となり、配管５２を通り、室外ユニツ
ト１へ入り、さらに室外ユニツト１内の配管１
１から管１２に入り、室外空気と熱交換し蒸発
して低圧の冷媒ガスとなり、配管１４から配管
５１を通り、圧縮機ユニツト２へ戻り、吸入管
２０１より圧縮機２１へ吸入され、暖房サイク
ルを行なう。

(2) このような過程において、例えば室外気温が
高く、室内ユニツト３も比較的高温の場合でか
つ暖房を行ないたい場合には、冷媒の圧力が高
くなり、吐出ガス温度が上昇し、表面シート３
６上面の温度が許容値以上に上昇し、直接接触
する人体に不快感を与え、あるいはその上にお
かれた家具の歪発生の原因になる惧がある。こ
のような場合には、感温部２６により吐出管２
０２の温度を検知し、その信号によりバイパス
弁２４を開にし、液管２０３の液冷媒がバイパ
ス戻り管２０４を通り、その絞り２７で減圧さ
れ、低温になり、熱交換器２５で吐出管２０２
内の冷媒ガスを冷却したのち、圧縮機２１又は
吸入管２０１へ戻り（第２図では圧縮機へ戻る
場合のみ示す）、圧縮機２１へ戻る場合ドーム
（外殻）内が低圧になる通常のレシプロ圧縮機
の場合は直接ドームに戻り、ドーム内が高圧に
なるロータリタイプの圧縮機の場合は、その内
部の低圧部配管又はシリンダに孔をあけ直接シ
リンダに戻るようにする。従つて、吐出管２０
２は直接冷却されるほか、液ガス混りの冷媒が
圧縮機へ戻り、圧縮機温を下げるとともに、吐
出ガス温を下げることになり、行き管３１内の
冷媒ガス温は低下する。

(3) 暖房過程において、室外気温が比較的低くか
つ湿度が高い場合は、室外ユニツト１のフイン
１３に第６図に示すように、霜１６が着霜し、
霜１６は熱伝導率が金属に比べ低いので、熱抵
抗となり、霜の表面温度はフインの表面温度よ
り高く、 フイン表面温度＜霜の表面温度＜室外空気の
温度 の関係になる。

一般に、霜の付着速度は霜と空気温度との温
度差が大なるほど大きいので、霜の付着速度は
着霜の進行に伴い遅くなる。一方、フイン１３
は針金状であり、円形又は円形に近い断面を有
しているので、同図のような着霜時の霜の表面
面積はフインの表面面積に比べ大巾に増加し、 熱交換量＝熱伝達率×表面面積×霜と空気と
の温度差 であるので、温度差の減少を表面面積の増加で
補い、着霜しても熱交換量は必ずしも低下しな
い。

(4) このようにして、室外ユニツトは着霜の進行
が遅くかつ性能低下が少ないが、みぞれ，雪等
悪条件の場合には、各フインが単独性を有しな
いまで着霜が進行し、性能低下が著しくなる。
この場合は第２図のバイパスバルブ２３を開に
することにより、液管２０３内の高温冷媒を、
破線矢印に示すように、バイパスさせ、２０３
→２３→２０５→２０３→５２→１１→１２→
１４と流すことにより融霜する。フイン１３は
前述とおり地面に対し垂直方向の針金であるの
で、多少の加熱により霜及び氷は下方へ滑落
し、短時間のうちに融霜が終わる。

このような装置によれば、下記効果が奏せられ
る。

(1) 圧縮機ユニツト２を分離し、かつフアン，電
装部品を内蔵しないので室内ユニツト３，室外
ユニツト１のいずれも極めて薄くなり、設置ス
ペースが少なく、美観もよく、また、相互間の
配線がなく工事も容易である。

(2) 圧縮機ユニツト２は、格別の通風を要しない
ので、床下，地中，壁内等にも設置でき、設置
上のスペースを容易に得られ、また、唯一の騒
音源たりうる圧縮機騒音を防止するため厳重に
これを包囲する等も可能であり、床下等騒音が
発生しても支障ない場所に設置でき、全体とし
て極めて騒音の少ない暖房機となる。

(3) フアン動力を必要としないのでエネルギー消
費量の少ない暖房機が得られる。

(4) 室内ユニツト３が、単に空気を加熱するだけ
でなく、人体に対し接触あるいは輻射による暖
房効果を発揮するので、極めて快適な暖房が得
られる。

(5) 室外空気より熱をとる空気熱源式ヒートポン
プ暖房であるから、電気入力の２〜５倍の暖房
能力を有し、上記(3)項とあいまつて極めて運転
費用の少ない暖房機が得られる。

(6) 室外ユニツトのフインが針金状であるため、
前述のとおり、着霜による熱交換性能の低下が
少なく、かつ、着霜の進展が遅いので、融霜の
時間間隔が非常に長くなり、全体として着霜に
よる暖房能力の低下が少ない。

(7) 融霜を要する場合は、バイパスバルブ２３を
開くことにより融霜するので、通常行なわれて
いる四方切換弁により冷媒を逆に循環させ、冷
房運転を行ない融霜する方式に比べ、四方弁が
不要となり、室内ユニツトに冷たい冷媒が流れ
人体に不快感を与え結露を発生したりせず、四
方切換弁による騒音が発生せず、またフインが
垂直な針金状なので融霜が容易である。

(8) 吐出ガスの温度が高くなりすぎた場合は、バ
ルブ２４を開にし、熱交換器２５での冷却及び
圧縮機への液戻りにより温度を低下させるの
で、人体への不快感，やけど，室内物品を変形
させる等の惧れがない。

(9) 従来、室内・外ユニツトとも熱交換器を強制
通風していないので、表面の熱伝達率が低く、
熱交換器面積が大きくなり管内の冷媒量が多く
なつて圧縮機の許容量を越え故障の原因となつ
ているが、本発明装置では、室内外とも冷媒通
路を多サーキツトとしているので、１サーキツ
トに比べ各サーキツトは短くなり、冷媒の通路
断面積を小にしても冷媒圧損は大きくならず、
従つて冷媒の通路体積が小さくなり、必要冷媒
量が少なくて済む。

上記実施例においては、 室内ユニツトを床面に布設した場合について述
べたが、室内ユニツトに脚をつけ床上に垂直に立
たせたり、壁面にすきまをあけて取りつけること
も可能であり、この場合は、人体，家具，床等に
直接接触しないので、表面シート３６，断熱材３
７，あるいは、バイパス戻り管２０４，熱交換器
２５，感温部２６等は必ずしも必要ではない。ま
た、除霜のためのバイパス管２０５は絞り２２の
みをバイパスさせる場合のほか、絞り２２，室内
ユニツト３いずれともバイパスするよう吐出管２
０２から絞り２２の下流へ接続することもでき
る。

要するに本発明によれば、空気熱源ヒートポン
プ式暖房機を室内ユニツト３，室外ユニツト１，
圧縮機ユニツト２の３ユニツトに分設し、上記室
内ユニツト３をパネル型とするとともに上記室外
ユニツト１を自然対流型としたヒートポンプ式暖
房機において、上記室外ユニツト１を地面に対し
て垂直方向で、かつ、円形断面の針金状フイン１
３を有する自然対流型熱交換器で構成するととも
に、室内ユニツト３で凝縮した液冷媒の一部を圧
縮機吐出管の温度に応じて開閉するバイパス弁２
４，絞り２７及び圧縮機２１からの吐出冷媒ガス
との熱交換部２５を経て圧縮機２１に戻すバイパ
ス戻り回路２０４を設けたことにより、安価，省
エネルギかつ高性能のヒートポンプ式暖房機を得
るから、本発明は産業上極めて有益なものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す家屋における
据付状況を示す側面図、第２図は第１図の系統
図、第３図は第１図の室外ユニツトを示す斜視
図、第４図は第１図の室内ユニツトを示す斜視
図、第５図は第４図の―に沿つた断面図、第
６図は第３図のフインの着霜状態を示す断面図で
ある。 １…室外ユニツト、２…圧縮機ユニツト、３…
室内ユニツト、４…制御操作箱、１１…配管、１
２…管、１３…フイン、１４…配管、１５…支持
脚、１６…霜、２１…圧縮機、２２…絞り、２３
…バイパス弁、２４…バイパス弁、２５…熱交換
器、２６…感温部、２７…絞り、３１…行き管、
３２…戻り管、３３…冷媒通路、３４…放熱板、
３５…裏板、３６…表面シート、３７…断熱材、
４１…配線、５１，５２，５３，５４…配管、６
２…壁、６３…床、２０１…吸入管、２０２…吐
出管、２０３…液管、２０４…バイパス戻り管、
２０５…バイパス管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 空気熱源ヒートポンプ式暖房機を室内ユニツ
   ト３，室外ユニツト１，圧縮機ユニツト２の３ユ
   ニツトに分設し、上記室内ユニツト３をパネル型
   とするとともに上記室外ユニツト１を自然対流型
   としたヒートポンプ式暖房機において、上記室外
   ユニツト１を地面に対して垂直方向で、かつ、円
   形断面の針金状フイン１３を有する自然対流型熱
   交換器で構成するとともに、室内ユニツト３で凝
   縮した液冷媒の一部を圧縮機吐出管の温度に応じ
   て開閉するバイパス弁２４，絞り２７及び圧縮機
   ２１からの吐出冷媒ガスとの熱交換部２５を経て
   圧縮機２１に戻すバイパス戻り回路２０４を設け
   たことを特徴とするヒートポンプ式暖房機。