JPH031752Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は冷却機能と加熱機能とを備えたヒー
トポンプに関するものである。

周知のようにヒートポンプは、熱エネルギーレ
ベルの相違する２箇所の間で熱を輸送するもので
あつて、例えば圧縮機を用いたヒートポンプは、
フロン等の熱媒体を加圧圧縮するとともに、その
熱媒体の有する熱を外部に与えて液化させ、さら
に液化した熱媒体を断熱膨張させて温度を低下さ
せることにより、外部から熱を奪う構成である。
したがつてこのような構成のヒートポンプでは、
加圧圧縮した熱媒体の温度が高いから、その熱媒
体を加熱に用いることができ、また断熱膨張させ
た熱媒体は温度が低いから、その状態の熱媒体を
冷却に用いることができる。

従来、この種のヒートポンプを冷房および暖房
に利用することが行なわれているが、その一例と
して、圧縮機から送り出された熱媒体を三方弁を
介して温水器と空気熱交換器とのいずれかに送
り、加圧圧縮した熱媒体を温水器に直接供給した
場合には、ここで水と熱交換させて温水を得ると
ともに、熱媒体を冷却凝縮させ、その液化した熱
媒体を膨張弁を介して前記空気熱交換器に供給し
て外部から熱を加えることにより気化昇温させた
後、圧縮機に帰還させ、もつて暖房運転を行な
い、また冷房運転時には、加圧圧縮した熱媒体を
直接空気熱交換器に送つてここで冷却凝縮させ、
その液化した熱媒体を膨張弁を介して冷水器に供
給し、ここで水を冷却して冷水を得、さらに気化
昇温した熱媒体を圧縮機に帰還させる構成のもの
が知られている。

しかるにこのような構成のヒートポンプでは、
暖房と冷房とを共に行なうことができるが、温水
器すなわち暖房用熱交換器を冷水器すなわち冷房
用熱交換器との２台の熱交換器を必要とするため
に、全体の構成が複雑かつ大型化し、またコスト
高となる問題がある。

この考案は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、構成を簡素化することのできるヒートポンプ
を提供することを目的とする。

そしてこの考案は、加圧圧縮した熱媒体を流通
させる加熱室と断熱膨張させた前記熱媒体を流通
させる冷却室と熱輸送媒体を流通させる熱交換室
とを有しかつこれら３室に亘つてヒートパイプが
配置された熱交換器を設け、圧縮機から送り出さ
れた熱媒体を前記加熱室を経た後膨張弁を介して
第２の熱交換器に送りさらに第２の熱交換器から
前記圧縮機に帰還させる第１の流路と、前記圧縮
機から送り出された熱媒体を前記第２の熱交換器
を経た後膨張弁を介して前記冷却室に送りさらに
圧縮機に帰還させる第２の流路とのいずれかに切
換えるよう構成したことを特徴とする。

以下この考案を添付の図面を参照して説明す
る。第１図はこの考案の一実施例を示す模式図で
あつて、フロン等の熱媒体と水等の熱輸送媒体と
の間で熱授受させる第１の熱交換器１は、ハウジ
ング２内の一端部に加熱室３を形成するととも
に、他端部に冷却室４を形成し、さらにこれら加
熱室３と冷却室４との中間に熱交換室５を形成
し、またこれらの各室に亘つてヒートパイプ６を
貫通させて配置した構成とされている。加熱室３
は加圧圧縮されて温度上昇した熱媒体を流通させ
るものであり、また冷却室４は断熱膨張させた熱
媒体を流通させるものであり、さらに熱交換室５
は水等の熱輸送媒体を流通させるものであつて、
このように構成された熱交換器１は、第１図に示
すように冷却室４が上側となるよう水平面に対し
所定角度（例えば5゜程度）傾斜させて配置されて
いる。このように傾斜させたのは、前記ヒートパ
イプ６に所謂熱ダイオード特性を付与するためで
あり、したがつてヒートパイプ６の冷却室４に位
置する部分には、ウイツクを特に設けなくても液
相作動流体を熱交換室５の方向に重力により還流
させることができ、また熱の輸送方向を熱交換室
５から冷却室４への一方向とすることができる。
さらにヒートパイプ６は、第２図に示す如く加熱
室３に位置する部分の外壁に熱伝達を向上させる
ための突起７を形成し、さらに冷却室４に位置す
る部分の外壁に中央が幅広く表面付近の幅が狭い
断面を有する溝８を形成した形状とされている。
ところで圧縮機９から送られてくる熱媒体を前記
加熱室３を経た後第１の膨張弁１０を介して第２
の熱交換器例えば空気熱交換器１１に送りさらに
その空気熱交換器１１から圧縮機９に帰還させる
流路が第１の流路とされるとともに、前記圧縮さ
れた熱媒体を前記空気熱交換器１１を経た後第２
の膨張弁１２を介して前記冷却室４に送りさらに
その冷却室４から圧縮機９に帰還させる流路が第
２の流路とされている。まず第１の流路について
説明すると、第３図に実線で示す如く圧縮機９が
その後段に設けた三方弁１３を介して加熱室３の
入口側に接続されるとともに、加熱室３の出口側
に第１の膨張弁１０を介して第１の電磁弁１４が
接続され、その第１の電磁弁１４の後段に分岐さ
れた管路の一方に前記空気熱交換器１１が接続さ
れ、かつその空気熱交換器１１が第２の三方弁１
５および第３の三方弁１６を介して前記圧縮機９
に接続されている。また第２の流路について説明
すると第４図に実線で示す如く、圧縮機９の後段
に設けた前記第１の三方弁１３が前記第２の三方
弁１５を介して空気熱交換器１１に接続しさらに
その空気熱交換器１１が第２の電磁弁１７を介し
て第２の膨張弁１２に接続しかつその第２の膨脹
弁１２が冷却室４の入口側に接続されているとと
もに、冷却室４の出口側に前記第３の三方弁１６
を介して前記圧縮機９が接続されている。

以上のように構成されたヒートパイプの作用を
以下において述べると、暖房時には第３図に実線
で示す如く、第２の電磁弁１７を閉じるとともに
第１の三方弁１３、第２の三方弁１５、第３の三
方弁１６を切換えて前記第１の流路を形成する。
その状態で断熱圧縮された熱媒体を加熱室３に送
つて、熱交換室５内の熱輸送媒体を加熱する。す
なわち圧縮機９によつて断熱圧縮された熱媒体の
温度が上昇し、その熱媒体が加熱室３に流れる
と、ヒートパイプ６の加熱室３に位置する部分が
加熱されるため、その内部に封入した液相作動流
体が蒸発して気相作動流体となり、ヒートパイプ
６内の圧力差によつて気相作動流体が加熱室３か
ら熱交換室５の方向にヒートパイプ６の内部を流
れ、その後気相作動流体の潜熱が熱交換室５内の
熱輸送媒体に奪われるため、気相作動流体が凝縮
して液相作動流体となつてウイツクに浸透し、さ
らにウイツクの毛細管現象により液相作動流体が
熱交換室５から加熱室３の方向へウイツク内部を
還流する。こうして熱媒体の熱が熱交換室５内の
熱輸送媒体に繰返し熱輸送されることにより加熱
された熱輸送媒体が得られる。他方加熱室３にて
熱を奪われた熱媒体は、第１の膨張弁１０に送ら
れ、ここで断熱膨張して温度が低下した後空気熱
交換器１１に送られると、外部から熱を吸収して
気化昇温し、その後気化昇温した熱媒体が圧縮機
９に送られて再び断熱圧縮されるとともに、温度
上昇した熱媒体が加熱室３に送られて熱交換室５
内の熱輸送媒体を加熱し、その熱輸送媒体を適宜
に設けられた空調用熱交換器（図示せず）に送つ
て暖房を行なう。

他方、冷房時には第１の電磁弁１４を閉じると
ともに、第１の三方弁１３、第２の三方弁１５、
第３の三方弁１６を切換えて前記第２の流路を形
成する。その状態で断熱圧縮した熱媒体を空気熱
交換器１１を介して第２の膨張弁１２に送り断熱
膨張させた後冷却室４に送つて熱交換室５内の熱
輸送媒体を冷却する。すなわち圧縮機９により断
熱圧縮されて温度上昇した熱媒体が空気熱交換器
１１に送られて冷却されるため液化凝縮するとと
もに、冷却された熱媒体が第２の膨張弁１２に送
られることにより断熱膨張してさらに温度が低下
する。その低温の熱媒体を冷却室４に流すと、熱
交換室５と冷却室４との温度差により、ヒートパ
イプ６の温度の高い熱交換室５に位置する部分が
加熱されるため、ウイツクに浸透した液相作動流
体が蒸発して気相作動流体となり、その気相作動
流体がヒートパイプ６の内部の圧力差によつて熱
交換室５から冷却室４の方向にヒートパイプ６の
内部を流れる。その結果気相作動流体の潜熱が冷
却室４内の熱媒体に奪われて凝縮してヒートパイ
プ６の内壁に液相作動流体となつて付着する。ま
たヒートパイプ６が水平面に対し傾斜して配置さ
れているため、ヒートパイプ６の内壁に付着した
液相作動流体が重力により落下するので、ヒート
パイプ６の熱交換室５に位置する部分に内蔵され
たウイツクに浸透する。他方ヒートパイプ６の冷
却室４に位置する部分にはウイツクが内蔵されて
いない、すなわち熱ダイオード特性をもたせてあ
るので、冷却室４から熱交換室５への熱輸送が起
らない。こうして熱交換室５内の熱輸送媒体の熱
が奪われて冷却され、その冷却された熱輸送媒体
を適宜に設けられた空調用熱交換器（図示せず）
に送給することにより冷房を行なうことができ
る。

その後熱媒体は圧縮機９に送られて再び第２の
膨張弁１２を介して冷却室４に流され、熱交換室
５内の熱輸送媒体を冷却する。

なおヒートパイプに内蔵されるウイツクを、ヒ
ートパイプの加熱室および熱交換室に位置する部
分の内部にのみ設けたが、ヒートパイプ１の内部
に総べてウイツクを設けてもよい。また熱交換室
に熱輸送媒体を流したがブロワー等により空気な
どを流して、第１の熱交換器を空調用熱交換器と
して利用してもよい。また第１の流路と第２の流
路とにおける膨張弁を共通にして、１つの膨張弁
のみとしてもよい。

以上の説明から明らかなように、この考案によ
れば熱輸送媒体を冷却あるいは加熱する冷暖房用
熱交換器が冷却機能と加熱機能とを有するため、
その機能を分離した冷房用熱交換器と暖房用熱交
換器とを２台設置する場合と比べて構成が簡単と
なるのみならず小形化し、かつコストが低下し、
さらに冷暖房負荷が異なつても対応できる等の効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例を示す概略的な系
統図、第２図はヒートパイプの一部詳細断面図、
第３図は暖房時の第１の流路を示す系統図、第４
図は冷房時の第２の流路を示す系統図である。 １……（第１の）熱交換器、２……ハウジン
グ、３……加熱室、４……冷却室、５……熱交換
室、５……ヒートパイプ、９……圧縮機、１０，
１２……膨張弁、１１……空気熱交換器（第２の
熱交換器）。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 圧縮機によつて加圧圧縮した熱媒体を熱輸送媒
   体によつて冷却した後膨張弁に導くことにより熱
   輸送媒体を加熱昇温し、また熱媒体の流路を切換
   えることにより前記圧縮機によつて加圧圧縮した
   後冷却した前記熱媒体を、膨張弁を介して断熱膨
   張させて前記熱輸送媒体を冷却するよう構成した
   ヒートポンプにおいて、加圧圧縮した前記熱媒体
   を流通させる加熱室と断熱膨張させた前記熱媒体
   を流通させる冷却室と前記熱輸送を流通させる熱
   交換室とを有しかつこれら３室に亘つてヒートパ
   イプが配置された熱交換器を設け、前記圧縮機か
   ら送り出された熱媒体を、前記加熱室を経た後膨
   張弁を介して第２の熱交換器に送りさらにその第
   ２の熱交換器から圧縮機に帰還させる第１の流路
   と、圧縮機から送り出された熱媒体を、前記第２
   の熱交換器を経た後膨張弁を介して前記冷却室に
   送りさらにその冷却室から圧縮機に帰還させる第
   ２の流路とを形成し、かつ熱媒体を流通させるべ
   き流路をこれら第１の流路あるいは第２の流路と
   のいずれかに切換えるよう構成したことを特徴と
   するヒートポンプ。