JPH0264366A - 冷媒加熱暖冷房機 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は室内外のユニットを冷媒配管接続して冷暖房を
行う装置において、特にバーナ等で冷媒を加熱して室内
ユニットへ熱房を行う暖冷房装置に関するものである。

従来の技術 室内外のユニットを冷媒配管で接続して暖冷房を行う装
置としては、一般的に実用化されているヒートポンプエ
アコンが主流である。しかし、ヒートポンプエアコンの
場合には、暖房を最も必要とする低外気温時に能力が低
下すると共に、室外熱交換器の着霜を除去するために一
時的に暖房を中止して除霜運転を必要とする等の問題が
あり、暖房運転上で課題を残している。以上の様なヒー
トポンプエアコンの暖房の課題を解決するためにガス、
石油のバーナで冷媒を加熱して圧縮機で室内ユニットに
熱を搬送して暖房する方式が提案されている。

この方式を第３図に示す。１は圧縮機、２は四方弁、３
は室外熱交換器、４は逆止弁、５は減圧装置、６は室内
熱交換器であり、室外熱交換器と並列に開閉弁７とバー
ナ８をもつ冷媒加熱器９を設けた構成となっており、暖
房時は実線矢印、冷房時は破線矢印の方向へ冷媒は流れ
る。

以上のような構成において、暖房運転時には冷媒加熱器
９でバーナ８の燃焼熱で加熱蒸発させたガス冷媒を圧縮
機１の運転によって室内熱交換器６へ送って放熱させ、
凝縮液化した冷媒を冷媒加熱器７に還流させる。また、
冷房運転時には圧縮機１から吐出した高温高圧のガス冷
媒と室外熱交換器３に流して放熱液化させた冷媒を減圧
装置５により冷媒圧力を低減させて室内熱交換器６へ送
って冷房し、吸熱して蒸発したガス冷媒を圧縮機ｌに吸
入させて循環させていた。

発明が解決しようとする課題 しかしながら上記のような構成においては、暖房運転時
に石油あるいは都市ガス等の燃料をバーナ８で燃焼させ
て冷媒加熱器９で冷媒を加熱するだけでなく、冷媒を搬
送するための圧縮機１の運転費が大きくなり、暖房運転
維持費が高くなるという課題を有していた。

本発明は以上のような従来の課題を解消するもので、暖
房運転時には圧縮機を運転せずに冷媒加熱器でバーナの
燃焼熱で蒸発する冷媒の圧力を利用して冷媒を循環させ
る熱駆動型の無動力熱搬送によって運転維持費が安価で
、機器信頼性の高い暖房を行い、さらに圧縮機駆動によ
る冷房運転は運転効率および信頼性の高いシステムを構
成することを目的としたものである。

課題を解決するための手段 上記目的を達成するために本発明の冷媒加熱暖冷房機は
、第１逆止弁、圧力導入弁付レシーバ、第２逆止弁気液
セパレータ、冷媒加熱器を有する熱駆動型熱搬送ブロッ
クを設け、前記気液セパレータのガス冷媒出口管、第３
逆止弁、四方弁、室内熱交換器及び前記第１逆止弁を順
次連通した暖房回路と、アキュームレータ、圧縮機、第
１開閉弁、室外熱交換器、第２開閉弁、前記熱駆動型熱
搬送ブロック、第３開閉弁、第４逆止弁、減圧装置を順
次連結すると共に、上記アキュームレータ側の一端は前
記四方弁に、上記減圧装置側の他端は第１逆止弁と室内
熱交換器の間に接続した冷房回路と、第５逆止弁、前記
四方弁、前記アキュームレータ、前記圧縮機を順次連結
すると共に上記第５逆止弁側の一端は前記第１開閉弁と
前記室外熱交換器の間に、前記第６逆止弁側の他端は前
記第３逆止弁と前記四方弁の間に接続したポンプダウン
回路と、さらに前記第２開閉弁、前記熱駆動型熱搬送ブ
ロック、前記第３開閉弁に対して並設したオイルパージ
回路から冷媒密閉回路を構成したものである。

作用 上記の構成による本発明の作用をまず暖房に関して説明
する。暖房回路内に規定冷媒量を確保して信頼性の高い
暖房運転を行うため、バーナの燃焼に先立ち室外熱交換
器内の冷媒を圧縮機の運転によりポンプダウン回路を介
して暖房回路に回収するポンプダウン運転を行う。

バーナの燃焼による暖房運転時には、冷媒加熱器で冷媒
を加熱蒸発させることにより発生する蒸発圧力上昇を利
用して、気液セパレータを通して蒸発したガス冷媒を室
内熱交換器へ圧送し、さらに室内熱交換器に流入して放
熱液化した液冷媒を第１逆止弁を通して圧力導入弁付レ
シーバに送り込む。ここで圧力導入弁を開成して冷媒加
熱器で発生した蒸発圧力をレシーバ部に作用させて液冷
媒を気液セパレータに落し込み、この液冷媒を冷媒加熱
器に送り込むと共に圧力導入弁を開成してレシーバ部に
室内熱交換器からの液冷媒を再び導入する。

このようにして暖房時にはバーナの燃焼熱で冷媒を加熱
昇圧させ室内側に冷媒を圧送する熱駆動型の熱搬送をボ
ンプレスの無動力で行い、圧縮機の運転を不要とする。

この暖房運転において、冷房運転などで圧縮機から持出
された圧縮機潤滑用の冷凍機オイルが多量に暖房回路に
あると冷媒加熱器で局所過熱を生じる場合があるため、
バーナ燃焼停止状態の暖房停止時に第３開閉弁の開成に
より暖房回路内の冷媒と共に冷凍機オイルをオイルパー
ジ回路を介して室外熱交換器に流出させ、圧縮機の運転
によりオイルを圧縮機内に回収する。

冷房運転は従来同様の圧縮機運転による冷房であり、暖
房時と冷媒時の必要冷媒量の差を吸収するために、室外
熱交換器の出口側に暖房用の熱駆動型熱搬送ブロックを
液冷媒受液部として位置せしめ、冷房運転時の過剰冷媒
をこの熱駆動型熱搬送ブロックに収納する。

実施例 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図において、１０は圧力導入弁１１とレシーバ部１
２からなる圧力導入弁付レシーバ、１３は室内熱交換器
１４と圧力導入弁付レシーバ１０のレシーバ部１２を接
続する冷媒配管１５に設はレシーバ部１２の方向に流動
可能な第１逆止弁、１６は圧力導入弁付レシーバ１０と
気液セパレータ１７を接続する冷媒配管１８に設は気液
セパレータ１７の方向に流動可能な第２逆止弁、１９は
気液セパレータ１７に設けた液流出管であり冷媒加熱器
２０の液流入口に接続されている。２１は冷媒加熱器２
０の冷媒流出口と圧力導入弁１１および気液セパレータ
１７の二相冷媒人口２２を接続する冷媒配管、２３は気
液セパレータ１７に設けたガス冷媒出口管である。

２４は上記の第１逆止弁１３、圧力導入弁付レシーバ１
０、第２逆止弁１６、気液セパレータ１７、冷媒加熱器
２０を有する熱駆動型熱搬送ブロックである。

２５は気液セパレータ１７のガス冷媒出口管２３と四方
弁２６を接続する冷媒配管２７に設は四方弁２６の方向
へ流動可能な第３逆止弁、２８は四方弁２６と室内熱交
換器１４を接続する冷媒配管であり、熱駆動型熱搬送ブ
ロック２４の気液セパレータ１７のガス冷媒出口管２３
、第３逆止弁２５、四方弁２６、室内熱交換器１４、熱
駆動型熱搬送ブロックの第１逆止弁１３を順次冷媒配管
で連゛結して暖房回路を構成している。

２９は冷媒加熱器２０に設けたバーナ、３０は室内熱交
換器１４に設けた送風機である。

３１は圧縮機３２の吸入管に設けたアキュームレータ、
３３は圧縮機３２の吐出管と室外熱交換器３４を接続す
る冷媒配管３５に設けた第１開閉弁、３６は室外熱交換
器３４と熱駆動型熱搬送ブロック２４のレシーバ部１２
を接続する冷媒配管３７に設けた第２開閉弁であり、室
外熱交換器３４の下側に設けた下方接続口に冷媒配管３
５を接続し、室外熱交換器３４の上側に設けた上方接続
口に冷媒配管３７を接続している。

第３開閉弁３８、第４逆止弁３９、ストレーナ４０、減
圧装置４１を順次接続した冷媒配管４２の一端は熱駆動
型熱搬送ブロック２４に、他端は冷媒配管１５の第１逆
止弁１３と室内熱交換器１４の間に接続されている。特
に冷媒配管４２の第３開閉弁３８側は熱駆動型熱搬送ブ
ロック２４の気液セパレーク１７あるいは冷媒加熱器２
０における液冷媒部に接続している。

また第４逆止弁３９は第３開閉弁３８から減圧装置４１
の方向へ流動可能としている。

前記したアキュームレータ３１は冷媒配管４３によって
四方弁２６に接続され、四方弁２６、アキュームレータ
３１、圧縮機３２、第１開閉弁３３、室外熱交換器３４
、第２開閉弁３６、熱駆動型熱搬送ブロック２４、第３
開閉弁３８、第４逆止弁３９、ストレーナ４０、減圧装
置４１、室内熱交換器１４、上記の四方弁２６が冷媒配
管４３．３５．３７．４２．１５．２８で接続されて冷
房回路を構成している。

４４は冷媒配管３５の第１開閉弁３３と室外熱交換器３
４の間と四方弁２６を接続する冷媒配管４５に設けた四
方弁２６の方向へ流動可能とした第５逆止弁である。４
６は第６逆止弁であり、冷媒配管３５の圧縮機３２と第
１開閉弁３３の間と冷媒配管２７の第３逆止弁２５と四
方弁２６の間とを接続する冷媒配管４７に設けられた圧
縮機３２から四方弁２６の方へのみ流動可能となってい
る。

以上の第５逆止弁４４、四方弁２６、アキュームレータ
３１、圧縮機３２は順次冷媒配管で接続されると共にそ
の一端は第１開閉弁３３と室外熱交換器３４の間に接続
され、他端は第３逆止弁２５と四方弁２６の間に接続さ
れてポンプダウン回路を構成している。

４８は第２開閉弁３６、熱駆動型熱搬送ブロック２４、
第３開閉弁３８を接続した冷媒回路に対して並設したオ
イルパージ回路で、その一端は冷媒配管３７の室外熱交
換器３４と第２開閉弁３６の間に接続され、他端は冷媒
配管４２の第３開閉弁３８と第４逆止弁３９の間に接続
されている。

４９は室外熱交換器３４に設けた送風機である。

この構成においてまず暖房運転に関する動作を説明する
。

バーナの燃焼に先立ち、四方弁２６を第１図実線の方向
に切換えて第１開閉弁３３、第２開閉弁３６、第３開閉
弁３８の閉成と圧縮機３２の運転によって室外熱交換器
３４の冷媒を第５逆止弁４４、四方弁２６、アキューム
レータ３１、圧縮機３２、第６逆止弁４６のポンプダウ
ン回路を経由して暖房回路に冷媒を回収するポンプダウ
ン運転を行う。

暖房回路内に規定量の冷媒を確保した状態でバーナの燃
焼による圧縮機３２は停止で暖房運転を行う。バーナ２
９の燃焼により冷媒加熱器２０で加熱された気液二相状
態の冷媒は冷媒配管２１を通って二相冷媒人口２２より
気液セパレータ１７に入り、蒸発する冷媒の圧力によっ
てガス冷媒出口管２３からガス冷媒が第３逆止弁２５、
四方弁２６（図中実線方向）冷媒配管２８を通って室内
熱交換器に流入する。ここで送風機３０の運転により放
熱液化し、過冷却状態の液冷媒となって冷媒配管１５を
通って第１逆止弁１３を経て圧力導入弁１１が閉成して
いる時にレシーバ部１２に残っていたガス冷媒を過冷却
液冷媒によって凝縮させて液冷媒が流入する。

このあと圧力導入弁１１の開成によって冷媒加熱器２０
で液冷媒を加熱蒸発させて発生した蒸発圧力を冷媒配管
２１を経てレシーバ部工２に作用させ、すでに流入して
いた液冷媒を第２逆止弁１６を通して気液セパレータ１
７に落下させ、さらにこの液冷媒を液流出管１９を経て
冷媒加熱器２０に液冷媒を送り込み、バーナの燃焼熱で
加熱蒸発させることにより冷媒加熱器２０と気液セパレ
ータ１７での冷媒の自然循環が行われ暖房サイクルを繰
返す。

このように、暖房運転は圧縮機３２を運転することなく
圧力導入弁１１の開閉動作の繰返しとバーナ２９の燃焼
熱で加熱蒸発した冷媒の圧力上昇によりボンプレスの無
動力で熱を室内側に送るものであ熱駆動型の熱搬送を行
っている。

この暖房運転において、冷房運転などで圧縮機３２から
持ち出された圧縮機３２のメカ部潤滑用の冷凍機オイル
が多量に暖房回路に入ると、暖房運転時には気液セパレ
ータ１７でオイルとガス冷媒が分離される効果があるた
め、暖房回路の中でも特に熱駆動型熱搬送ブロック２４
の気液セパレータ１７から冷媒加熱器２０において暖房
回路に入った冷凍機オイルの大部分が偏在するようにな
る。この偏在する多量の冷凍機オイルによって冷媒の粘
度が大きく増加するため冷媒加熱器２０での冷媒の自然
循環量の低下による局所過熱と冷媒の熱分解などによる
システム信頼性の低下を防止する必要がある。

特に冷凍機オイルは液冷媒に多く溶は込むため、気液セ
パレータ１７あるいは冷媒加熱器２０における液冷媒部
に存在している。

そこで、この暖房回路内オイルを圧縮機３２に戻すため
、暖房停止直後の暖房回路の高い圧力を利用して液冷媒
とともに冷凍機オイルを第３開閉弁３８の開成によりオ
イルバージ回路４８を経由して室外熱交換器３４側に排
出し、圧縮機３２の運転により第５逆止弁４４、四方弁
２６（図中実線方向）アキュームレータ３１、圧縮機３
２、第６逆止弁４６のポンプダウン回路を経由して、冷
媒のみ暖房回路に戻し冷凍機オイルは圧縮機３２に回収
する。ここで冷凍機オイルの回収を良くするため室外熱
交換器３４の上側の上方接続口より流入させ、下側の下
方接続口より吸出すことによりオイルが室外熱交換器３
４内に溜るのを防止している。

このようにして冷凍機オイルを圧縮機に戻し、暖房回路
内の冷凍機オイル濃度を低減させることにより安定した
暖房運転を実現するだけでなく、圧縮機内の冷凍機オイ
ル量を保証し圧縮機の故障を防止し、信頼性の高いシス
テムが保証できる。

次に、冷房運転時について説明する。

冷房運転時は四方弁２６を図中破線方向に切換えると共
に第１開閉弁３３、第２開閉弁３６、第３開閉弁３８の
開成と圧縮機３２の運転により高温高圧で吐出されたガ
ス冷媒を第１開閉弁３３と冷媒配管３５を通って室外熱
交換器３４に導き、送風機４９の運転により室外大気に
放熱し液化させると共に、冷媒配管３７を通り、第２開
閉弁３６、熱駆動型熱搬送ブロック２４、第３開閉弁３
８の経路およびオイルパージ回路４８を通って第４逆止
弁３９、ストレーナ４０、減圧装置４１に入る。この減
圧装置によって減圧され低圧の冷媒となって室内熱交換
器１４に入り、送風機３０の運転により室内側の空気よ
り吸熱して冷房作用を行い、蒸発ガス化した冷媒は冷媒
配管２８、四方弁２６、冷媒配管４３を通ってアキュー
ムレーク３１より圧縮機３２に戻る。このように冷房運
転は圧縮機の運転による冷凍サイクルを行うものである
。

ところで、本発明の冷媒加熱暖冷房機では暖房運転時に
熱駆動型の熱搬送を行っており、゛この熱駆動型熱搬送
を保証するためには室内熱交換器１４で凝縮液化させた
後に大きな過冷却液を得ることが重要であり、この過冷
却度は従来のヒートポンプエアコンあるいは圧縮機運転
による冷媒加熱暖房方式よりも大きくする必要があり、
そのため暖房運転に必要な暖房回路内の冷媒量が多く必
要となる。

従って、暖房時の冷媒量は冷房運転に必要な冷媒量より
も多くなり、冷房運転時は過剰冷媒による冷房能力の低
下や、さらには圧縮機への液冷媒吸引による液圧縮など
による機器の破損防止が重要である。

本発明の冷媒加熱暖房機では、冷房時の過剰冷媒は前記
した冷媒回路構成によって室外熱交換器３４で凝縮した
液冷媒を暖房回路を構成する熱駆動型ＤＢ送ジブロック
４のレシーバ部１２、気液セパレータ１７、冷媒加熱器
２０を液冷媒収容部として収容し、特に新たな液冷媒収
容部を設けることなく冷房運転の能力および信頼性が保
証できる。

また、冷房時の過剰冷媒を暖房回路を構成する熱駆動型
熱搬送ブロックに収容しているため、冷房運転から暖房
運転に切換えた場合でも、暖房回路中の冷媒が多く、冷
房回路に溜っている冷媒は室外熱交換器に溜っている冷
媒であり、この冷媒を暖房回路に回収するポンプダウン
運転はくみ上げる冷媒量が少なくて済むため容易であり
、かつ短時間で行えるため、ポンプダウンから暖房運転
開始までごく短時間でできる効果がある。

さら冷房時の圧縮機からの高温高圧吐出ガス冷媒は四方
弁２６を通らずに第１開閉弁３３のみを通るため、室外
熱交換器までの圧力損失が少なくできるため冷房効率を
向上できる。

第２図は他の実施例を示したもので、第２開閉弁３６、
熱駆動型熱搬送ブロック２４、第３開閉弁３８を接続し
た冷媒回路に対して並設したオイルパージ回路４８に第
３開閉弁３８から室外熱交換器３４に向って流動可能な
方向に第７逆止弁５０を設けている。

この第７逆止弁により、冷房時に室外熱交換器３４で凝
縮した液冷媒は全量が熱駆動型熱搬送ブロック２４に流
れるため、室外熱交換器３４の出口が完全に凝縮せずに
ガス冷媒と液冷媒の混った二相状態の場合でも気液セパ
レータ１７でガス冷媒と液冷媒に分離され、減圧装置４
１には液冷媒が供給されるため、冷房能力の劣化の少な
い安定した冷房運転ができる効果がある。

発明の効果 本発明の冷媒加熱暖冷房機によれば （１）　　暖房回路中に混入した冷凍機オイルをオイル
パージ回路によって圧縮機に回収することにより、燃焼
暖房運転を安定して行うことができ、さらに圧縮機内の
オイルを保証し、システムの信頼性が向上する。

（２）暖房運転に際して、室外熱交換器に連結されたポ
ンプダウン回路により暖房回路に冷媒を汲み上げること
により暖房の冷媒量を保証し、安定した暖房運転ができ
る。

（３）冷房運転時において、冷房と暖房に必要な冷煤量
の違いによる過剰冷媒は暖房回路を構成する熱駆動型熱
搬送ブロックに収容し、冷房運転の能力および信転性が
保証できる。

（４）冷房時の過剰冷媒を暖房回路の熱駆動型熱搬送ブ
ロックに収容するため、暖房運転に切換えた時暖房回路
に汲み上げるべき冷媒量が少なく、ポンプダウン時間が
短時間で、かつ容易にでき、即座に暖房できる効果があ
る。

（５）冷房時では、圧縮機から室外熱交換器までの圧力
損失が少なくでき、冷房運転効率が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す冷媒加熱暖冷房機の回
路構成図、第２図は本発明の他の実施例を示す回路構成
図、第３図は従来の暖冷房機の構成図である。 １０・・・・・・圧力導入弁付レシーバ、１３・・・・
・・第１逆止弁、１４・・・・・・室内熱交換器、１６
・・・・・・第２逆止弁、１７・・・・・・気液セパレ
ータ、２０・・・・・・冷媒加熱器、２３・・・・・・
ガス冷媒出口管、２４・・・・・・熱駆動型熱搬送ブロ
ック、２５・・・・・・第３逆止弁、２６・・・・・・
四方弁、３１・・・・・・アキュームレータ、３２・・
・・・・圧縮機、３３・・・・・・第１開閉弁、３４・
・・・・・室外熱交換器、３６・・・・・・第２開閉弁
、３８・・・・・・第３開閉弁、３９・・・・・・第４
逆止弁、４１・・・由減圧装置、４４・・・・・・第５
逆止弁、４６・・・・・・第６逆止弁、４８・旧・・オ
イルパージ回路、５０・・・・・・第７逆止弁。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名）円彎■弔
珀韮遂弼等ジ １１も←ど］　℃述ら 区

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１逆止弁、圧力導入弁付レシーバ、第２逆止弁
   気液セパレータ、冷媒加熱器から成る熱駆動型熱搬送ブ
   ロックを設け、前記気液セパレータのガス冷媒出口管、
   第３逆止弁、四方弁、室内熱交換器及び前記第１逆止弁
   を順次連通した暖房回路と、接続口の一端を前記四方弁
   に連通したアキュームレータ、圧縮機、第１開閉弁、室
   外熱交換器、第２開閉弁、及び前記熱駆動型熱搬送ブロ
   ックを順次連通し、第３開閉弁、第４逆止弁、及び接続
   口の一端を前記減圧装置とを順次連通、第１逆止弁と室
   内熱交換器の間の分岐管に連通した冷房回路と、第５逆
   止弁、前記四方弁、前記アキュームレータ、及び前記圧
   縮機を順次連通すると共に前記第５逆止弁側の他端は前
   記第１開閉弁と前記室外熱交換器の間に、前記第６逆止
   弁側の一端は前記第１開閉弁と前記圧縮機の間に連通し
   、他端は前記第３逆止弁と前記四方弁の間に連通したポ
   ンプダウン回路と、前記第２開閉弁と前記室外熱交換器
   の間に設けた分岐管と前記第３開閉弁と前記第４逆止弁
   との間に設けた分岐管とを連通したオイルパージ回路と
   から構成した冷媒加熱暖冷房機。
2. （２）第２開閉弁は熱駆動型熱搬送ブロックの圧力導入
   弁付レシーバのレシーバ部に接続し、第３開閉弁は気液
   セパレータあるいは冷媒加熱器における液冷媒部に接続
   した特許請求範囲第１項記載の冷媒加熱暖冷房機。
3. （３）オイルパージ回路に第３開閉弁から室外熱交換器
   に向って流動可能な方向に第７逆止弁を設けた特許請求
   の範囲第１項記載の冷媒加熱暖冷房機。