JPH0565777B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野 本発明は空気調和機として利用される冷暖房装
置に関する。

(ロ) 従来技術 従来の冷暖房装置は圧縮機を四方切換弁を介し
て室内側熱交換器と室外側熱交換器とに切換接続
した通常のヒートポンプサイクルで運転するもの
であり、この圧縮機の駆動力としてエネルギー効
率の良いエンジンを用いたものが例えば特開昭56
−960号公報で提案されている。

(ハ) 発明が解決しようとする問題点 エンジンを動力源とした冷暖房装置では、エン
ジンの騒音や振動及び排気ガス等の問題点があ
り、未だ実用化に至つていないのが現状である。

本発明はかかる問題点を解決し、併せて精密な
加工が要求されず且つ部品点数も少ない安価な冷
凍機を採用して簡易な回路構成でまとめた冷暖房
装置を提供することを目的としたものである。

(ニ) 問題点を解決するための手段 本発明は、作動ガスが封入されたシリンダと、
このシリンダ内を高温室と中温室と低温室とに区
画する高温側デイスプレーサー及び低温側デイス
プレーサーと、高温室と中温室とをつなぐガス流
路に配置された作動ガス加熱用の高温側熱交換器
と高温側再生器及び中温側熱交換器と、低温室と
中温室とをつなぐガス流路に配置された低温側熱
交換器及び低温側再生器とから成る冷凍機を備え
た装置において、前記中温側熱交換器で加熱され
た媒体が流れる中温管路と、前記低温側熱交換器
で冷却された媒体が流れる低温管路と、室内に設
置された室内側熱交換器と、室外に設置された室
外側熱交換器とを備え、前記中温管路と低温管路
とを流路切換弁を介して室内側熱交換器と室外側
熱交換器とに接続するようにしたものである。

(ホ) 作用 本発明装置の冷凍機１５は低温工学の技術分野
で知られているプレマイアサイクルを用い、これ
に高温側熱交換器６で強制的に作動ガスを加熱す
る外部加熱方式を採用することにより低温側熱交
換器１２から低温媒体を、中温側熱交換器８から
中温媒体を取り出して低温媒体を冷房に、中温媒
体を暖房に利用するようにしたものである。即
ち、冷房運転時に切換弁１８，１９，２０，２
１，２２，２３，２４，２５で低温側熱交換器１
２と室内側熱交換器１６とを結ぶ閉サイクルを、
中温側熱交換器８と室外側熱交換器１７とを結ぶ
閉サイクルを形成して室内側熱交換器１２で低温
媒体の熱を室内へ放出して冷房すると共に室外側
熱交換器１７で中温媒体の熱を室外へ排出し、暖
房運転時は切換弁１８，１９，２０，２１，２
２，２３，２４，２５を切換えて中温側熱交換器
８と室内側熱交換器１６とを結ぶ閉サイクルを形
成して室内側熱交換器１６で中温媒体の熱を室内
へ放出して暖房すると共に室外側熱交換器１７で
低温媒体の熱を室外へ排出するようにしたもので
ある。

(ヘ) 実施例 本発明の一実施例を第１図に基づいて説明する
と、２６は回転軸２７を中心として時計方向に回
転する回動桿２８と、この回動桿の先端２９と枢
支された揺動桿３０，３１とからなるクランク部
で、冷凍機１５の機械室３２内に収納されてい
る。

そして、冷凍機１５は揺動桿３０，３１と枢支
され位相が約70°ずれて往復動する高温側デイス
プレーサー１及び低温側デイスプレーサー２と、
この高温側デイスプレーサー１で高温室３と中温
室４とに区画される高温側シリンダ５と、この高
温室３と中温室４とをつなぐガス流路に順次配置
された高温側熱交換器６と高温側再生器７及び中
温側熱交換器８と、低温側デイスプレーサー２で
低温室９と中温室１０とに区画される低温側シリ
ンダ１１と、この低温室９と中温室１０とをつな
ぐガス流路に順次配置された低温側熱交換器１２
と低温側再生器１３及び補助中温側熱交換器３３
と、両中温室４，１０を連通させる連通室４１と
を備えている。

尚、両デイスプレーサー１，２の役目は封入さ
れた作動ガス（ヘリウムガスやチツ素ガス等）を
高温室３と中温室４との間で、又、低温室９と中
温室１０との間で移動させるものであつて、作動
ガスを圧縮や膨張させるものではない為、両デイ
スプレーサー１，２にはシリンダ５，１１とシー
ルするリングを設けておらず、精密な加工を必要
としないと共に運転時に振動が少ない利点を有し
ている。

３４は補助中温側熱交換器３３の媒体（不凍液
やフロン冷媒等）入口側に設けた中温側循環ポン
プ、３５は低温側熱交換器１２の媒体（不凍液や
フロン冷媒等）出口側に設けた低温側循環ポンプ
で、中温媒体と低温媒体とを室内フアン３６付き
の室内側熱交換器１６と室外フアン３７付きの室
外側熱交換器１７とに交互に切換えて導く第１の
四方切換弁１８と、室内側熱交換器１６と室外側
熱交換器１７とで熱交換した中温媒体と低温媒体
とを補助中温側熱交換器３３と低温側熱交換器１
２とに交互に切換えて導く第２の四方切換弁１９
とを中温管路３８と低温管路３９とに設けてあ
る。

以上の如く構成されており、バーナー４０で高
温側熱交換器６を約700℃に加熱すると共に図示
しない小出力のモーターで回転軸２７を駆動する
と、高温側デイスプレーサー１は図示の位置から
下降し始めると共に図示の如く上死点の位置にあ
る低温側デイスプレーサー２は左方向に移動し始
めるようになる。高温側デイスプレーサー１は下
死点に達して再び上昇し始めると高温室３内の作
動ガスが高温側デイスプレーサー１で押し出さ
れ、途中、バーナ４０で約700℃に加熱されて高
温側再生器７を通る。高温側再生器７で高熱を蓄
えて温度が下がつた作動ガスは中温側熱交換器３
３を通る際、この熱交換器８及びこの熱交換器８
と連結された補助中温側熱交換器３３で中温管路
３８中の媒体と熱交換してこの媒体を約80℃に昇
温させると共に温度が下がつた作動ガスは中温室
４へ移動する。

この間、低温側デイスプレーサー２は左方向へ
移動し続けており、中温室１０から押し出される
作動ガスと中温室４へ移動した作動ガスとが混合
して補助中温側熱交換器３３、低温側再生器１
３、低温側熱交換器１２を通つて低温側室９へ流
入するようになり、内容積の大きいこの低温側室
９内で作動ガスは圧力が降下して温度が下がる。
然る後、低温側デイスプレーサー２が下死点に達
し、再び右方向へ移動し始めると低温の作動ガス
が低温側室９から押し出されて低温側熱交換器１
２を通る際、低温管路３９中の媒体と熱交換して
この媒体を約−10℃に冷却させると共に低温側再
生器１３で冷熱を蓄えて補助中温側熱交換器３３
へ流入する。

尚、高温側再生器７は中温室４から高温室３
へ、低温側再生器１３は中温室１０から低温室９
へ作動ガスが移動する際にこのガスを加熱、冷却
することにより運転効率を高めるものである。

このように、高温側熱交換器６では作動ガスを
高温度に保つように外部からバーナー４０で加熱
すると共に、中温側熱交換器８では作動ガスの温
度が一定になるように外部から冷却し、かかる状
態で両デイスプレーサー１，２を移動させること
によつて低温部が発生する所謂ブルマイヤサイク
ルによる冷凍機１５を用い、この低温部での吸熱
を低温側熱交換器１２で冷房に、中温側熱交換器
８での発熱を暖房に利用したものである。

即ち、冷房運転時は第１、第２の四方切換弁１
８，１９を実線状態にすることにより、実線矢印
の如く、低温側熱交換器１２で冷却された低温媒
体が低温側循環ポンプ３５−第１の四方切換弁１
８−室内側熱交換器１６−第２の四方切換弁１９
−低温側熱交換器１２と環状に流れる閉サイクル
を形成して室内側熱交換器１６で室内の冷房を行
なうと共に、補助中温側熱交換器３３から中温側
熱交換器８を通つて加熱された高温媒体が第１の
四方切換弁１８−室外側熱交換器１７−第２の四
方切換弁１９−高温側循環ポンプ３４−補助中温
側熱交換器３３と環状に流れる閉サイクルを形成
して室外側熱交換器１７で室外へ排熱する。

又、暖房運転時は第１、第２の四方切換弁１
８，１９を破線状態に切換えることにより、破線
矢印の如く、補助中温側熱交換器３３から中温側
熱交換器８を通つて加熱された高温媒体が第１の
四方切換弁１８−室内側熱交換器１６−第２の四
方切換弁１９−高温側循環ポンプ３４と環状に流
れる閉サイクルを形成して室内側熱交換器１６で
室内の冷房を行なうと共に、低温側熱交換器１２
で冷却された低温媒体が低温側循環ポンプ３５−
第１の四方切換弁１８−室外側熱交換器１７−第
２の四方切換弁１９−低温側熱交換器１２と環状
に流れる閉サイクルを形成して室外側熱交換器１
７で室外へ排熱する。

かかる運転に於いて、中温側熱交換器８の温度
（約80℃）が冷房時の室外側熱交換器１７の温度
（約35℃）と暖房時の室内側熱交換器１６の温度
（約25℃）よりも高く、又、低温側熱交換器１２
の温度（約−10℃）が冷房時の室内側熱交換器１
６の温度（約10℃）と暖房時の室外側熱交換器１
７の温度（約０℃）よりも低いので、循環ポンプ
３４，３５を用いずにヒートパイプで接続しても
良い。

尚、循環ポンプ３４，３５で強制的に熱移送す
る場合は媒体が液状態となつている上記一実施例
で示した箇所に設置するように留意する必要があ
る。

又、補助中温側熱交換器３３を省くようにして
も良い。

第２図は本発明の他実施例を示したもので、第
１図と異なるのは四方切換弁１８，１９の代わり
に三方切換弁２０，２１と開閉弁２２，２３，２
４，２５とを用いたものであり、第１図と同様に
冷房時の媒体の流れを実線矢印で、暖房時の媒体
の流れを破線矢印で示すと共に第１図と同一符号
を付して動作説明は省略する。

(ト) 発明の効果 本発明は振動や騒音が少ない安価な外燃式の冷
凍機を切換弁を介して室内側熱交換器と室外側熱
交換器とに接続して冷暖房装置を構成したので、
エンジンで圧縮機を駆動する従来の冷暖房装置と
比較して大気汚染のない静粛の運転で室内を冷暖
房できると共に、ヒートポンプサイクルに必要な
圧縮機、マフラー、膨張弁、気液分離器等の多数
の冷凍部品を不要とした簡易な回路構成でまとめ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す配管系統図、
第２図は本発明の他実施例を示す配管系統図であ
る。 １……高温側デイスプレーサー、２……低温側
デイスプレーサー、３……高温室、４，１０……
中温室、５……高温側シリンダ、６……高温側熱
交換器、７……高温側再生器、８……中温側熱交
換器、９……低温室、１１……低温側シリンダ、
１２……低温側熱交換器、１３……低温側再生
器、１４……連通室、１５……冷凍機、１６……
室内側熱交換器、１７……室外側熱交換器、１
８，１９，２０，２１，２２，２３，２４，２５
……切換弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 作動ガスが封入されたシリンダと、このシリ
   ンダ内を高温室と中温室と低温室とに区画する高
   温側デイスプレーサー及び低温側デイスプレーサ
   ーと、高温室と中温室とをつなぐガス流路に配置
   された作動ガス加熱用の高温側熱交換器と高温側
   再生器及び中温側熱交換器と、低温室と中温室と
   をつなぐガス流路に配置された低温側熱交換器及
   び低温側再生器とから成る冷凍機を有する装置に
   おいて、前記中温側熱交換器で加熱された媒体が
   流れる中温管路と、前記低温側熱交換器で冷却さ
   れた媒体が流れる低温管路と、室内に設置された
   室内側熱交換器と、室外に設置された室外側熱交
   換器とを備え、前記中温管路と低温管路とを流路
   切換弁を介して室内側熱交換器と室外側熱交換器
   とに接続したことを特徴とする冷暖房装置。