JPH07101133B2 - 冷媒加熱暖冷房機 - Google Patents

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１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
よる冷房運転は運動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、冷媒加熱器とその上方に配置した気液セパレータと
を環状に配管接続し、前記気液セパレータの上方に第２
逆止弁を介して圧力導入弁を有する圧力導入弁付レシー
バを配置し、前記圧力導入弁の出口側には第１逆止弁を
接続し、圧力導入弁の入口側は冷媒加熱器に連通させた
熱駆動型熱搬送ブロックと、この熱駆動型熱搬送ブロッ
クの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、室内熱交換器および前記第１逆止弁を順次
連通した暖房回路と、前記四方弁、アキュムレータ、圧
縮機、第１開閉弁、室内熱交換器、第２開閉弁、前記熱
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、前記熱駆動型熱搬送ブロックの気液セパレータ、
冷媒加熱器の液冷媒部、第３開閉弁、第４逆止弁、減圧
装置、前記室内熱交換器、前記四方弁を順次連通した冷
房回路と、前記室外熱交換器、第５逆止弁、前記四方
弁、前記アキュムレータ、前記圧縮機、第６逆止弁、前
記第３逆止弁の出口側を順次接続したポンプダウン回路
と、前記室外熱交換器と前記第２開閉弁との間と前記第
３開閉弁と第４逆止弁との間とを連通するオイルパージ
回路とを有する構成としたものである。

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
器内の冷媒を暖房回路内に汲み上げる圧縮機によるポン
プダウン運転を行い、ポンプダウン回路を介して室外熱
交換器内の冷媒を暖房回路側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ポ
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
により流出したオイルをポンプダウン回路を介して圧縮
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12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に設けレシーバ部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に設け気液セパレータ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20の冷媒流出口と圧力導入弁11および気液
セパレータ17の二相冷媒入口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、上記の冷媒加熱器20とその上方に配置した気液セ
パレータ17とを環状に配管接続し、気液セパレータ17の
上方に第２逆止弁16を介して圧力導入弁11を有する圧力
導入弁付レシーバ10を配置し、圧力導入弁11の出口側に
は第１逆止弁13を接続し、圧力導入弁11の入口側は冷媒
加熱器20に連通させた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に設け四方弁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2
6、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35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
タ17あるいは冷媒加熱器20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34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。46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、アキュムレータ31、圧
縮機32、第６逆止弁46を順次冷媒配管で接続されるとと
もに、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圧縮機32を
停止し、バーナの燃焼による暖房運転を圧縮機停止のま
まで行う。バーナ29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
入口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14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12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17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29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ポンプレスの無動力で
熱を室内側に送るものである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け込むため、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
パージ回路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32、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34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38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
アキュームレータ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熱搬送ブロック24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
運転を切換えた場合でも、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41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媒
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
値熱搬送ブロックに収容し、冷房運転の能力および信頼
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、冷房運動効率が向上する。

【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……減圧
装置、44……第５逆止弁、46……第６逆止弁、48……オ
イルパージ回路、50……第７逆止弁。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】冷媒加熱器とその上方に配置した気液セパ
   レータとを環状に配管接続し、前記気液セパレータの上
   方に第２逆止弁を介して圧力導入弁を有する圧力導入弁
   付レシーバを配置し、前記圧力導入弁の出口側には第１
   逆止弁を接続し、圧力導入弁の入口側は冷媒加熱器に連
   通させた熱駆動型熱搬送ブロックと、この熱駆動型熱搬
   送ブロックの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、室内熱交換器および前記第１逆止弁
   を順次連通した暖房回路と、前記四方弁、アキュムレー
   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の圧力導入弁付レシーバの
   レシーバ部、前記熱駆動型熱搬送ブロックの気液セパレ
   ータ、冷媒加熱器の液冷媒部、第３開閉弁、第４逆止
   弁、減圧装置、前記室内熱交換器、前記四方弁を順次連
   通した冷房回路と、前記室外熱交換器、第５逆止弁、前
   記四方弁、前記アキュムレータ、前記圧縮機、第６逆止
   弁、前記第３逆止弁の出口側を順次接続したポンプダウ
   ン回路と、前記室外熱交換器と前記第２開閉弁との間と
   前記第３開閉弁と第４逆止弁との間とを連通するオイル
   パージ回路とを有する冷媒加熱暖冷房機。
2. 【請求項２】オイルパージ回路は第３開閉弁から室外熱
   交換器に向か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。