JPH04187949A - 冷媒加熱型空調機 - 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 本発明は石油、ガス等の外部熱源より冷媒を加熱しこれ
を熱搬送手段を用いて室内へ搬送し暖房を行う冷媒加熱
方式の暖房手段と、圧縮機を動作させて、大気熱を室外
熱交換器でくみあげ、室内へ圧送し、室内熱交換器で放
熱し暖房を行うと共に夏季には、室内の熱を吸熱し、室
外熱交換器で大気へ放熱して室内の冷房を行うヒートポ
ンプ方式の暖冷房手段を複合化した空調機に関するもの
である。

従来の技術 従来、この種の暖冷房機で、特に冷媒を加熱し、その熱
量を室内へ熱搬送し、暖房を行う方式の中で、幾つかの
熱搬送手段がある。例えば圧縮機、冷媒ポンプ、等の流
体機械方式と、圧力差を熱的に強制して圧送する熱駆動
方式とがある。前者の流体機械方式にはそれ相応の電力
が必要とするが、後者の熱駆動方式は気泡ポンプの揚力
と状態圧によって熱搬送する手段であり、制御用のわず
かの電力だけで行うことができるため、搬送効率は極め
て高いメリットがある。例えば、第２図に示すように、
３はバーナ部１と、前記バーナ部１の燃焼によって冷媒
を加熱するための冷媒加熱器２とで構成する冷媒加熱手
段、１８は第１流入路４、第２流入路５、第１出口流路
６、第２出口流路７を有する気液セパレータ８と、レノ
−バー９と第１逆止弁１０そして前記気液セパレータ８
の第１流入路４とを、そして前記気液セパレータ８の第
１出口流路６と室内熱交換器１１が連通ずるように第２
逆止弁１２、四方弁１３を介して冷媒往管１４でそれぞ
れ接続すると共に、また前記レシーバ−９と前記室内熱
交換器１１を冷媒戻り管１５、第３逆止弁１６を介して
接続し、加えて前記レシーバ−９と前記気液セパレータ
８の第２流路５間を第１ｉｔ［弁１７を介して接続して
構成される熱搬送手段である。また、前記気液セパレー
タ８の第２流入路５、第２出口流路７と前記冷媒加熱器
２の加熱器出口Ｉ９、加熱器入口２０とをそれぞれ接続
して、冷媒加熱手段３で加熱された冷媒が前記気液セパ
レータ８の第１出口流路６、前記第２逆止弁１２、前記
四方弁１３、前記室内熱交換器１１、前記第３逆止弁１
６、前記レシーバ−９、前記第１逆止弁ｌＯ２前記気液
セパレータ８、前記冷媒加熱器２へと循環し暖房を行う
冷媒回路から成る冷媒加熱暖房回路と、圧縮１１２１、
第４逆止弁２２、前記四方弁１３、前記室内熱交換器１
１、そして第５逆止弁２３と第１膨張器２４の直列型冷
房用膨張器と、第２電磁弁２５と第２膨張器２６の直列
型暖房用膨張器の並列回路から成る冷暖型膨張器２７、
室外熱交換器２８、前記四方弁１３、前記圧縮８１１２
１のアキュムレータ２９を順次接続して構成されると一
トポンプ暖冷房回路と、時折り、冷媒加熱器２内に滞溜
した油を抜くために前記冷媒加熱器２と前記室外熱交換
器２８とを第３電磁弁３０を介して接続して構成される
オイル抜き回路と、前記四方弁１３と前記第４逆止弁２
２間を前記第２逆止弁１２を接続し、かつ、前記室内熱
交換器１１と前記冷暖型膨張器手段間に前記第３逆止弁
１６を接続して前記冷媒加熱暖房回路と前記ヒート　　
′ポンプ暖冷房回路のハイブリッド構成回路から成る冷
媒加熱型暖冷房機がある。

発明が解決しようとする課題 このような構成において、特に冷媒加熱暖房回路におい
て、動作的に幾つかの問題があった。

初めに冷媒加熱暖房回路の動作について説明する。バー
ナ部１より冷媒加熱器２を介して加熱された冷媒が圧力
上昇し、この結果第２流入路５を経て気液セパレータ８
内に入り、気液分離後２相域の冷媒が再び第２出口流路
６、第２逆止弁１２、四方弁１３を経て、室内熱交換器
１１へ流れ、放熱して凝縮して液冷媒と状態変化し、冷
媒戻り管１５、第３逆止弁１６を経てレシーバ−９内の
ガスを冷却しながら流入し貯溜される。貯えられた液冷
媒は第１電磁弁１７を一時、開放して、レシーバ−９と
気液セパレータ８間の圧力をバランスさせ、高さのへン
ド差でレシーバ−９内の冷媒が第１逆止弁１０を経て気
液セパレータ８内へ流入しつつ、気液セパレータ内の液
冷媒も第２出口流路７から冷媒加熱器２へと落し込まれ
る。同時に、冷媒加熱器２で暖められた高温のガス冷媒
は気液セパレータ８内に流入と併行して一部第１電磁弁
１７を介してレシーバ−９内に流入する。その後第１電
磁弁１７を閉とし、前記の冷媒加熱器２内に流入した液
冷媒は再び加熱され沸臆し、蒸発し、気液セパレータ８
、第２逆止弁１２、四方弁１３を経て、室内熱交換器１
１に向い、ここで再び放熱、凝縮して低温の液冷媒に変
化し再びレシーバ−９内に流入する。

この時に既に高温のガス冷媒が満されているが、ここに
流入する前記の低温の液冷媒によって凝縮し、圧力が低
下する。この結果、圧力低下したレシーバ−９と室内熱
交換器１１間には、さらには気液セパレータ８とシソ−
バー９間には圧力差が生し、冷媒が流れる。前記第１電
磁弁を適切の時間間隔で開閉をくり返えすことによって
多少の脈動があるものの冷媒はほぼ連続的に循環し、熱
搬送が行なわれる。したがって熱搬送動力としては、第
１電磁弁で消費する電力と、これらを制御する回路のわ
ずかの制御電力だけである。このために、従来方式は効
率の良い暖房回路が実現されるのである。しかし、次の
ような問題を抱えているのである。先ず、従来方式〇熱
鍛能力について定性的な説明を行う。

この熱搬送能力はレシーバ−９内に既に流入し充満して
いる高温のガス冷媒量と、室内熱交換器１１から戻って
来た低い冷媒によって生しる凝縮圧力に比例する。また
、凝縮圧力の大きさは室内熱交換器の熱交換能力によっ
ても左右される。したがって熱搬送手段が収められてい
る室外機と、室内熱交換器が収められている室内機との
配管長が長くなればなる程、また、室外機が高位置に室
内機が低位置にいわゆる逆位置に設置される場合の逆高
低差が大きくなればなる程冷媒の搬送圧力が大きく取る
必要があるため、凝縮圧力をも大きく取る必要があった
。この結果、レソーバーの容積を大きくすることや、又
は室内熱交換器の熱交換量を大きくするために、熱交換
器の大きさ、サブクール促進型熱交換構成、風量の大き
さ等に工夫が必要であったが、これもコストや、住環境
の快適性の面で限界があった。

本発明はかかる従来の問題を解消するもので、室内熱交
換器から冷媒を吸引する力として従来方式のレシーバ−
と室内熱交換器とで生しる熱的な圧力差に加えて、流体
圧による吸引力を付加して熱搬送力を促進することを目
的とする。

課題を解決するための手段 上記目的を達成するためには、本発明の冷媒加熱型空調
機は、冷媒加熱器で加熱された高温冷媒が気液セパレー
タを経て四方弁、室内熱交換器を向う流路系のうち前記
気液セパレータの出口系径の一部に、高温冷媒の高流速
に応してレシーバ−がガス冷媒を吸収するための静圧力
を誘発するイジェクタ−という構成を備えたものである
。

作用 従来方式の熱搬送手段において課題であったレシーバ−
内の凝縮圧力を出来る限り大きく取ることである。気液
セパレータ８内の液冷媒を冷媒加熱器２へ落し込むため
には、−時的に第１電磁弁１７を開き、レシーバ−９と
気液セパレータ９間に圧力バランスを行う動作が必要に
なる。この時に高温ガス冷媒が第１ｔＭ１弁を経て、レ
シーバ−９内に流れることになる。このレシーバ−９内
の高温のガス冷媒は、室内熱交換器１１から戻る液冷媒
にとっては無用のものである。

そこで−時的に第１電磁弁１７の開放によってレシーバ
−９に入った高温ガス冷媒イジェクタ−によって、次の
第１電磁弁１７の閉止時間帯で抜き、希薄なガス状態に
しておけば室内熱交換器から低い温度の液冷媒によって
生じる凝縮圧力が、さらに低下し、搬送圧力が増大する
ことになる。本発明は外部動力を必要とせずに、上記の
かがる機能を有する熱搬送促進手段を提供するものであ
る。

実施例 以下、本発明の一実施例について第１図を参照しながら
説明する。図に示すように、バーナ部３１と、前記バー
ナ部３１の燃焼によって冷媒を加熱するための冷媒加熱
器３２とで構成する冷暖型膨張器手段３３と、第１流入
路３４、第２流入路３５、第１出口流路３６、第２出口
流路３７を有する気液セパレータ３８と、レシーバ−３
９と第１逆止弁４０、そして前記気液セパレータ３８の
第１流入路３４とを、そして前記気液セパレータ３８の
第１出口流路３６と前記室内熱交換器４１が連通ずるよ
うに第２逆止弁４２、四方弁４３を介して冷媒往管４４
でそれぞれ接続すると共に、また前記レシーバ−３９と
前記室内熱交換器４１を冷媒戻り管４５、第３逆止弁４
６を介して接続し、加えて、前記レシーバ−３９と前記
気液セパレーク３８の第２流入路３５間を第１電磁弁４
７を介して接続して構成される熱搬送手段４８と、前記
気液セパレータ３８と前記第２逆止弁４２間にイジェク
タ−４９を配設し主回路の入口部５０、出口部５１を接
続巳、前記イジェクタ−４９の副入口部５２と前記レノ
−バー３９間を第４逆止弁５３を介して接続して構成す
る熱駆動型熱搬送促進手段と、前記気液セパレータ３８
の第２ｉ人路３５、第２出口流路３７と前記冷媒加熱器
３２の加熱器出口５４、加熱器人口５５とをそれぞれ接
続して、冷暖型膨張器手段３３で加熱された冷媒が前記
気液セパレータ３８の第１出口流８３６、前記第２逆止
弁４２、前記四方弁４３、前記室内熱交換器４１、前記
第３逆止弁４６、前記レンーハー３９、前記第１逆止弁
４０、前記気液セパレータ３８、前記冷媒加熱器３２へ
と循環し、暖房を行う冷媒回路から成る冷媒加熱暖房回
路と、圧縮機５６、第５逆止弁５７、前記四方弁４３、
前記室内熱交換器４１、そして第６逆止弁５８と第１膨
張器５９の直列型冷房用膨張器と、第２電磁弁６０と第
２膨張器６１の直列型暖房用膨張器の並列回路から成る
冷暖型膨張器６２、室外熱交換器６３、前記四方弁４３
、前記圧縮機５６のアキュムレータ６４を順次接続して
構成されるヒートポンプ暖冷房回路と、時折り、冷媒加
熱器内に滞溜した油を抜くために前記冷媒加熱器３２と
前記室外熱交換器６３とを第３電磁弁６５を介して接続
巳で構成されるオイル抜き回路と、前記四方弁４３と前
記第５逆止弁５７間に前記第２逆止弁４２を接続し、か
つ前記室内熱交換器４１と前記冷暖型膨張器６２間に前
記第３逆止弁４６を接続して前記冷媒加熱暖房回路と前
記ヒートポンプ暖冷房のハイブリッド構成回路からなる
冷媒加熱暖房回路が構成される。

次に本発明の一実施例の動作について説明する。

まず冷媒加熱暖冷房回路の動作であるが、冷暖型膨張器
手段３３のバーナ部３１の燃焼によって冷媒加熱器３２
を介して加熱された冷媒は熱搬送手段４８の第２流入路
３５を経て気液セパレータ３８内に入り、気液分離後２
相域のガス冷媒は、第２出口流路３６、第２逆止弁４２
、四方弁４３を経て室内熱交換器４１に向い、ここで放
熱し暖房を行うと同時に液化した冷媒は、第３逆止弁４
６を経てレシーバ−３９内に流入しレシーバ−３９内の
ガスを冷却しながら凝縮し冷媒圧が減圧されると共に、
ここに−時的に貯溜され、さらに次の第１電磁弁４７の
開放と共にレンーハー３９と気液セパレータ３８の出口
を含めて圧力バランスが進行し、レンーハー３９内から
第１逆止弁４０を経て気液セパレータ３８へ流入しつつ
、既に貯溜されていた気液セパレータ３８内の液冷媒も
冷媒加熱器３２へ落下流入し加熱される。加熱された冷
媒は蒸発し、高圧化し気泡ポンプの揚力現象が現われ、
勢いよく冷媒加熱器３２から第２流入路３５を経て気液
セパレータ３８内へ噴出され、ここで液層と気層とに分
離され、はぼ２相状態の気体の高温で高圧の冷媒のみ第
２出口流路３６を経て再び室内へ搬送される。ここで本
発明の熱搬送促進手段の動作について説明する。第１電
磁弁４７の間欠的な開閉過程での一時的な開放時に冷媒
加熱器３２で加熱され、そして気液セパレータ３８内に
入った高温高圧のガス冷媒の一部が第り電磁弁４７を経
てレシーバ−３９内に流入すると同時に次の第１ｉｉ磁
弁４７の閉止と共に、レンーハー３９内に閉じ込められ
る。そして室内熱交換器４１で放熱し液化した低い温度
の液冷媒が第３逆止弁４６を経て前記レシーバ−３９内
に戻ってくると、既に充満している高温のガス冷媒を凝
縮し液化させる。この結果レンーハー３９内の冷媒圧が
更に減圧され、気液セパレータ３８とレシーバ−３９と
の圧力差が増大し、これが冷媒搬送能力の原動力となる
。熱駆動型熱搬送手段の動作原理である。さらに本発明
の場合、前記の第１電磁弁４７の開放から閉止過程に入
ると高温のガス冷媒が気液セパレータ３８からイジェク
タ−４９内をより高速度で通過することとなりこのオリ
フィス中心に設けられた副入口部５２の圧力が低下し、
吸引力が誘発される。この結果シン−バー３９内に閉じ
込められている高温高圧のガス冷媒を吸引し、第４逆止
弁４７を介して副入口部５２から室内熱交換器４１に向
う高温流体へ吸い込まれてレシーバ−３９内のガス冷媒
は、減圧され、冷媒量も希薄化される。このため、室内
熱交換器４１より戻って来た低い温度の液冷媒による凝
縮がさらに進行し、レシーバ−３９内の圧力の減圧効果
が極めて大きくなると共に熱搬送動力も比例して大きく
なる。この結果、室内熱交換器４１から戻ってくる液冷
媒のレシーバ−３９への流入量が増大する。この時点で
はレノ−バー３９内の圧力は副入口部５２点の圧力に比
べて低い状態となりイジェクタ−４９を流れる主流の冷
媒が副入口部５２からレシーバ−３９へ逆流する恐れが
あり、これを防止するために第４逆止弁５３が配設され
ている。次にヒートポンプ暖冷房回路の動作であるが、
これは従来方式のし一トポンプ暖冷房回路と基本的に変
わらない。先ず暖房回路動作の場合、圧縮機５６で高温
高圧へ押し上げられた冷媒は、四方弁４３、冷媒往管４
４を経て、室内熱交換器４１で放熱され凝縮されて液化
し、戻り管４５を経て冷暖型膨張器６２で断熱膨張して
室外熱交換器６３へ至る。ここで熱を貰って蒸発し再び
四方弁４３、アキュムレータ６３、圧縮機５６と戻り、
循環するのである。又、冷房回路動作の場合、冷媒の流
れは暖房回路の場合と逆であり、圧縮機５６、四方弁４
３室外熱交換器６３に向い、ここで放熱して液化し、冷
暖型膨張器６２の所で断熱膨張して２相状態となり、室
内熱交換器４１で熱を貰って（冷房機能）Ｍ発し、再び
四方弁４３、アキュムレータ６３、圧縮機５６へと戻る
。これらの動作がくり返えされて暖房又は冷房作用が行
なわれる。

発明の効果 このような本発明の実施例によれば次のような作用効果
を有する。

（１）熱駆動方式熱搬送手段に、熱搬送促進手段が加っ
た構成であるため室内ユニットと室外ユニットの配管長
が長く取れること、そして室内ユニットと室外ユニット
の逆高低差に対しても、高く取れること等から設置自由
度が拡大できる利点がある。

（２）　　ヒートポンプ暖冷房回路方式の場合、冷媒搬
送方法は圧縮機による圧力圧送方式であり、この結果室
内外ユニット間の配管長や、逆高低差は高く取れるが、
これに冷媒加熱暖房回路方式の熱搬送促進手段が加って
、配管長、逆高低差の限界をさらに延長させることがで
きるために、ヒートポンプ暖冷房機能と冷媒加熱暖房機
能との相乗効果によって、広い設置範囲で共有できる特
長があ（３）　　ヒートポンプの冷暖房回路、冷凍サイ
クルによる冷房回路それぞれの回路と冷媒加熱暖房回路
との複合化が可能であり、寒冷地向け、Ｙ！ｓ寒冷地向
け、温暖地区向は等、暖房主体の空調機あるいは冷房主
体の空調機、又その中間的、な空調機に対して、その対
応範囲が設置自由度の絡めて拡大できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における冷媒加熱型空調機の
構成図、第２図は従来の冷媒加熱暖冷房機の構成図であ
る。 ３１・・・・・・バーナ部、３２・・・・・・冷媒加熱
器、３３・・・・・・冷暖型膨張器手段、３８・・・・
・・気液セパレータ、３９・・・・・・レソーバー、４
０・・・・・・第１逆止弁、４１・・・・・・室内熱交
換器、４２・・・・・・第２逆止弁、４３・・・・・・
四方弁、４６・・・・・・第３逆止弁、４７・・・・・
・第１１ｉ磁弁、４８・・・・・・熱搬送手段、４９・
・・・・・イジェクタ−１５３・・・・・・第４逆止弁
、５６・・・・・・圧縮機、５７・・・・・・第５逆止
弁、６２・・・・・・冷暖型膨張器、６３・・・・・・
室外熱交換器、６５・・・・・・第３ｉ１［弁。 ４ｚ−−一第３逆止丑 第　１　区 第２図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）バーナ部と前記バーナ部の燃焼によって冷媒を加
   熱する冷媒加熱器とで構成する冷媒加熱器手段と、冷媒
   加熱器手段で得られた高温の冷媒を室内へ搬送する熱駆
   動型熱搬送手段と、高温の冷媒を送られて室内で放熱暖
   房を行う室内熱交換器と、前記熱搬送手段の搬送力を補
   助する熱搬送促進手段とから成る冷媒加熱型空調機。
2. （２）圧縮機、四方弁、膨張器、室内熱交換器（蒸発器
   ）、室外熱交換器（凝縮器）を順次接続されて構成され
   た冷房回路と、冷媒加熱器手段、熱駆動型熱搬送手段、
   熱搬送促進手段とを複合化して構成された冷媒加熱型空
   調機。
3. （３）圧縮機、四方弁、冷暖形膨張器、室内熱交換器、
   室外熱交換器を順次接続されて構成されたヒートポンプ
   暖冷房回路と冷媒加熱器手段、熱駆動型熱搬送手段、熱
   搬送促進手段とを複合化して構成された請求項１または
   請求項２記載の冷媒加熱型空調機。
4. （４）バーナ部と前記バーナ部の燃焼によって冷媒を加
   熱する冷媒加熱器とで構成する冷媒加熱器手段と、レシ
   ーバー、第１逆止弁、気液セパレータを立形配列で接続
   し、かつ前記気液セパレータと室内熱交換器間を第２逆
   止弁を介して冷媒往き管で接続すると共に、前記レシー
   バーと前記室内熱交換器手段とを第３逆止弁を介して冷
   媒戻り管で接続し、加えて前記レシーバーと前記気液セ
   パレータ間を、間欠圧力バランス動作を行い前記レシー
   バー内の冷媒を前記冷媒加熱器へ落し込むための第１電
   磁弁を接続して構成する熱駆動型熱搬送手段と、前記気
   液セパレータと前記第２逆止弁間にイジェクターを配設
   し主回路の出入口部を接続し前記イジェクターの副入口
   部と前記レシーバー間を第４逆止弁を介して接続して構
   成する熱搬送促進手段とから成る冷媒加熱暖房回路と、
   圧縮機、前記熱搬送手段の前記第２逆止弁からの冷媒流
   入を阻止する第５逆止弁、四方弁、前記室内熱交換器手
   段、冷暖型膨張器手段、室外熱交換器手段、前記四方弁
   、前記圧縮機のアキュムレータを順次冷媒配管で接続し
   て構成するヒートポンプ暖冷房回路と、前記室外熱交換
   器手段と前記冷媒加熱器手段を第２電磁弁を介して接続
   して構成するオイル抜き回路と、前記四方弁と前記第５
   逆止弁間に前記第２逆止弁を接続し、かつ、前記室内熱
   交換器手段と前記冷暖型膨張器手段間を前記第３逆止弁
   を接続して冷媒加熱暖房回路とヒートポンプ暖冷房回路
   とのハイブリッド構成から成 る請求項３記載の冷媒加熱型空調機。