JPS59183257A - 二元冷媒回路を備えた空気調和装置 - 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】 本発明は、−の冷媒回路の補助熱源として−の冷媒回路
を設けてなる二元冷媒回路を備えた空気調和装置に係り
、特に暖房駆動時低温側となる冷媒回路の室外熱交換器
の熱源となる地熱コイルを地中に埋設し、地熱を低温冷
媒回路の熱源として利用可能とした空気調和装置に関す
る。

なお、本発明はビニールハウス等の産業用として著効で
あり、よってビニールハウスの冷暖房を例に説明するが
、家庭用（特に極寒地）等の空気調和装置としても使用
できることは申すまでもない。

従来、ビニールハウスの暖房は、油焚あるいはカス焚ボ
イラーによって行なわれていた。この種ボイラーは発熱
量が大きく高温にできるもののＣ−ＵＰ（成績係数）が
低く、省資源的見地からは問題であり、かつ廃ガスによ
る空気汚染という不具合に加え、夏期高温時にはビニー
ルハウス内を冷房する必要もあり、このとき別の冷房装
置を設けねばならない８ よって、ＣＯＰがきわめて高く省エネルギに著効で、廃
ガス等が全く生ぜず、しかも冷暖房可能であるいわゆる
ヒートポンプサイクルを利用した空気調和装置を使用し
ようと種々試みられている。

ところが、ヒートポンプサイクル、すなわち圧縮機、絞
り装置及び室内、室外熱交換器を適宜連結配管した冷媒
回路は、暖房駆動時は、室外気を熱源とするので、外気
温が低いとビニールハウス内を適温に上昇できない問題
点があり、そのため、補助熱源として電熱ヒータを使用
する方法も考えられるが、この方法では該電熱ヒータに
よりＣＯＰを著しく低下させ、ヒートポンプサイクルの
省エネルギ効果を減殺するものである。

そこで、本発明は上記事実を肖慮し、ヒートポンプサイ
クルの上記利点を全く損わず、外気温が低い場合でもき
わめて効果的に暖房し得る空気調和装置の提供を目的と
してなされたものであって、その要旨は第１に圧縮機、
絞り装置及び室外熱交換器並ひに室外熱交換器を適宜冷
媒配管して二つの冷媒回路を形成し、暖房駆動時一方の
冷媒回路の圧Ｍ　（Ａｌｆから吐出される高温冷媒とも
う一方の冷媒回路の圧縮機に吸入される低温冷媒とを熱
交換させるだめの熱交換器を配設して前者を低温冷媒回
路、後者を毘温冷媒回路とする二元冷媒回路を形成する
と共に、低温冷媒回路の室外熱交換器の熱隙となる地熱
コイルを任意の地中内へ埋設してなること、柁２に上記
構成の二元冷媒回路へさらに地熱コイルの補助熱源とし
て加熱装置を設けてなることにある。

以下、上記した本発明の要旨をさらに明確にするため、
本発明の一実施例を挙げ、図面を利用して説明する。

本発明に係る二元冷媒回路は、第１図に示すように、暖
房駆動時１腎温側となる冷媒回路（以下単に晶泥冷媒回
路という）Ａと、暖房駆動時低温側となる冷媒回路（以
下単に低温冷媒回路という）Ｂと、該冷媒回路Ｂの熱隙
となる地熱を適宜一定に保持させるための加熱装＠Ｃと
からなつ（−いる。

高温冷媒回路Ａは、圧縮機１ａ、四方弁２、室内熱交換
器８ａ及び室外熱交換器ａ／　ａ、キャピラリチューブ
４ａ、４′ａ、逆止弁４１．４１′、低温冷媒回路３間
とで熱交換するための熱交換器５、電磁弁５１、アキュ
ムレータ６を備えてなる。

したがって、四方弁２及び電磁弁５１の切換えにより、
暖房駆動時は圧縮機１ａ→四方弁２→室内熱交換器８ａ
→逆止弁４１→キヤピラリチユーブ４／　ａ→室外熱父
換器Ｂ／　ａ→四方弁２→熱交換器５→アキュムレータ
６→圧縮機１ａと循環し、また冷房駆動時は圧縮機１ａ
→四方弁２→室外熱父換器Ｂ／　ａ→逆止弁４１′→キ
ャピラリチューブ４ａ→室内熱交換器３ａ→四方弁２→
電磁弁５１→アキュムレータ６→圧１ａｌＡ１”と循環
するように連結配管されている。

低温冷媒回路Ｂは、圧縮機１ｂ、前記熱交換器５、切換
弁７、室内熱交換器３ｂ及び地中Ｓ内・＼適宜埋設され
ている室外熱交換器３′ｂ、キャピラリチューブ４ｂ、
４’ｂとを備えてなる。

したがって、切換弁７の切換により、二元暖房時は圧縮
機１ｂ→熱交換器５→切換弁７→キヤピラリチユ一ブ４
ｂ→室外熱交換器３’ｂ→圧縮機１ｂと循環し、また該
低温冷媒回路Ｂによる暖房時は圧縮１４１ｂ→熱交換器
５−切換弁７→室内熱交換器３ｂ→キヤピラリチユ一ブ
４’ｂ→室外熱交換ｆＢ３’ｈ→圧縮機１ｂと循環する
ように連結配管さオ；ている。

加熱？ｉ　ｉＲＣは、自然通風形のコイルユニット８と
ポンプＰ及び地熱コイル９が、該順序で連結配管されて
いる。

なお、該地熱コイル９及び前記低温冷媒回路Ｂの室外熱
交換器３′の埋設方法は次の如くである。

すなわち、地中８に任意深さで冷媒Ｒ（例えはＲ−１１
に不凍液等）が収容されたタンクＴを埋設し、該タンク
Ｔ内に室外熱交換器８′を配設すると共に、タンクＴか
ら該冷媒孔が循環して地中８と直接熱交換可能となって
いる地熱コイル９を突設してなる、 しかし、本発明はこれに限定するものではなく、例えば
第８図に示すように、タンクＴは地上に設置し、地熱コ
イル９のみを地中Ｓに埋設してもよい（この場合、熱交
換の効率は劣るが、埋設工事が簡易、安価となる）等該
地熱コイルが適宜地中に埋設され、地熱を回収しうるな
らばどのように形成さねていてもよいことは申すまでも
ない。

次に、以上のように形成された二元冷媒回路の作用につ
いて説明する。

まず、高温冷媒回路Ａと低源冷媒回路Ｂｆｔ駆動させて
行なう二元暖房作用について説明する。高温冷媒回路Ａ
の四方弁２、電磁弁５１及び低温冷媒回路Ｂの切換弁７
を適宜切換えることにより、丙潟冷媒回路Ａ中は冷媒（
例えばＲ−２２）が圧＆ｉ　Ｇ”４１　ＦＬ−・切換弁
２−室内熱交換器３ａ−・逆止弁４ｍ＝キャピラリチュ
ーフ４／　ａ→室外熱交換器ぎａ　艷四方弁２→熱交換
器５→アキュム２レータ６→圧縮Ｍ３１　Ｂと循環し、
低温冷媒回路Ｂ中は、冷媒（例えはｎ、−ｔａ）が圧縮
機１ｂ→熱交換器５→切換弁７→キヤピラリチ、−ブ４
ｂ→室外熱交換器３’ｂ−・圧縮機１ｂと循環する。

したかって、熱交換器５は高温冷媒回路Ａの圧！＋４ｆ
ｆｌｌａの吸入側、低温冷媒回路Ｂの圧縮機１ｂの吐出
側となるため、熱交換器５には高温冷媒回路Ａの低温冷
媒か、低温冷媒回路Ｂの畠温冷媒が流れ込み、両者間で
熱交換され、室内熱交換器３ａにおける放熱量をきわめ
て大にすることができる。

しかも、低温冷媒回路Ｂの室外熱交換器３’ｂが外気に
比べ急激な温疫笈動の生じない地中Ｓに埋設した地熱コ
イル９と熱交換するので、地熱を有効利用でき、夜間等
外気が急故に低下した場合でも、該室外熱交換器３’ｂ
に安定した熱隙となる。

このように、二元暖房とすることにより、高温冷媒回路
への補助熱源として低温冷媒回路Ｂを使用することがで
き、かつ該低温冷媒回路Ｂの室外熱交換器Ｂ’　ｂに地
熱を供給するので、きわめて寒冷となる冬期の夜間等に
おいても効果的で、かつ省エネルギ的な暖房が可能とな
る。

よって、夜間の該暖房運転により、地中８が極端に低下
する場合（例えば−４０°Ｃ）もあるが、これは加熱装
置Ｃの作用により解消しうる。

すなわち、仮に上記の如く夜間にわいて一４０°Ｃに低
下し、外気は日中において０°Ｃに上昇したとする。し
かし、地中８は急激な温度上昇をしないため、外気とに
相当な温度差ができる。したがって、ポンプＰを駆動さ
せることにより、−４０°Ｃ近く低下したタンクＴや地
熱コイル９中の冷媒孔をコイルユニット８へと循環させ
、ここで外気々熱変換させ（よって、コイルユニットの
代りに太陽熱集熱器を設ければさらに効果的である。）
再びタンクＴへと循環させる。このようニシテ高副とな
った冷媒几は地熱コイル９を介して放熱し、地中８の温
度を上昇させることができ、よって夜間再び効果的な二
元暖房を可能とすべく、地中８に蓄熱されることとなる
。

このように、加熱装置Ｃは、外気温と地中８の温度差を
利用（あるいは太陽熱を利用）したきわめて省エネルギ
的な低温冷媒回路Ｂの補助熱源となり、該二元冷媒回路
の成績係数を低下させないものでＪ）る。　　　　　　
　　　　　　　−また、この二元冷媒回路は上記二元暖
房ばかりでなく、さらに沖々の冷暖房が可能である。

例えは、鍋温冷媒回路Ａ単独の駆動による暖房あるいは
冷房運転、または低温冷媒回路Ｂ単独の駆動および加熱
装置Ｃで地中８を補助加熱しつつ低温冷媒回路Ｂを駆動
させ、切換弁７の切換により、低温冷媒回路Ｂ中の冷媒
を圧縮幅ｌｂ→熱交換器５→切換弁７→室内熱交換器３
ｂ−キャピラリチューブ４’ｂ→室外熱交換器ａ／ｂ−
圧縮機１ｂと循環させることにより、該低温冷媒回路Ｂ
による暖房が可能となる。

このように、この二元冷媒回路は四季、昼夜等の気温の
変動に応じて、種々の冷暖房作用ができるものとなって
いる。

なお、上記実施例では高温冷媒回路に四方弁を設けて冷
暖可能な冷媒回路と、低温冷媒回路は暖房のみ可能な冷
媒回路としたが、本発明はこれに限定するものではなく
、例えば低温冷媒回路にも適宜四方弁を設けて冷暖可能
としてもまく、これにより二元冷房も可能となる等さら
に種々の冷暖房が可能となる等本発明に係る二元冷媒回
路を備えた空気調和装置における高温冷媒回路、低温冷
媒回路、加熱装置等の具体的な構造や、地熱コイルの埋
設方法等は本発明の上記した目的と作用及び効果の達成
される範囲内において任意に定めらねＣよく、これらの
変更はいずれも本発明の要旨をなんら裂：更するもので
ないことは申すまでもない。

以上−説明したように、本発明は第１に−の冷媒回路の
補助熱源として一つの冷媒回路を設けて二元冷媒回路を
形成すると共に、暖房駆動時低温側となる冷媒回路の室
外慈父換器の熱源となる地熱コイルを地中に埋設し、地
熱を低温冷媒回路の熱源として利用する＋４造としたの
で、ＣＯＰが高く省エネルギ的にすぐれ、かつ廃ガスの
惧れモ全＜ｌ【＜、冷暖房共容易になし得るというヒー
トポンプサイクルの利点を全く損うことなく、外気温が
低い場合でもニフし暖房と地熱利用との相乗効果にまり
きイつめて効果的な暖房効果を達成することができ、第
２にＯｕ記畑地熱コイル補助熱源として加熱装置を設け
てス薗宜該地熱コイル近傍の地中を加熱して蓄熱可能と
したので、どんなに寒冷の地域、季節でも一日の間にお
ける気温の変化を利用して蓄熱可能となり　毎日気温の
変化に対応させて効果的な暖房が可能となり、特に該加
熱装置の熱源として自然通風コイルを使用した外気温と
地中温の差や、太陽熱集熱器を使用した太陽熱を利用す
るものとすれば、自然環境をそのまま熱源とできて著効
である等数々のすぐれた効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示したもので、第１図はその
冷媒回路の概略系統図、第２図は地熱コイルの埋設方法
の第１実施例を示す概略系統図、第８図は地熱コイルの
埋設方法の第２実施例を示す概略系統図である。 ｌａ、ｌｂ−一圧縮機、 ３ａ−一　室内熱交換器、 ９’ａ、３’ｂ−一室外熱交換器。 ４　ａ−４’　ａｓ　４　ｂ’Ｆ　＋　ヒラリチ：ｘ−
フ、５−一熱交換器、　　８−−コイルユニット、９−
ｍ−地熱コイル、 Ａ−一高温冷媒回路、　Ｂ−一低温冷媒回路、Ｃ−加熱
装置、　Ｒ−−一冷　媒。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　圧縮機、絞り装置及び室内熱交換器並びに室
   外熱交換器を適宜冷媒配管して二つの冷媒回路を形成し
   、暖房駆動時一方の冷媒回路の圧縮機から吐出される高
   温冷媒ともう一方の冷媒回路の圧縮機に吸入される低温
   冷媒とを熱交換させるための熱交換器を配設して前者を
   低温冷媒回路、後者を高温冷媒回路とする二元冷媒回路
   を形成すると共に、低温冷媒回路の室外熱交換器の熱源
   となる地熱コイルを任意の地中内へ埋設してなることを
   特徴とする二元冷媒回路を備えた空気調和装置。 （２）圧縮機、絞り装置及び室内熱交換器並びに室外熱
   交換器を適宜冷媒配管して二つの冷媒回路を形成し、暖
   房駆動時一方の冷媒回路の圧縮機から吐出される高温冷
   媒ともう一方の冷媒回路の圧縮機に吸入される低温冷媒
   とを熱交換させるｔコめの熱交換器を配設して前者を低
   温冷媒回路、後者を高温冷媒回路とする二元冷媒回路を
   形成すると共に、低温冷媒回路の室外熱交換器の熱源と
   なる地熱コイルを任意の地中内へ埋設し、さらに該地熱
   コイルの補助熱源となる加熱装置を設けてなることを特
   徴とする二元冷媒回路を備えた空気調和装置。 （８）加熱装置が、外気温と地温との温度差を利用して
   熱交換可能に自然通風コイルと地熱コイル及び冷媒循環
   用のポンプとを備えた冷媒回路である特許請求の範囲第
   ２項記載の二元冷媒回路を備えた空気調和装置。 （４）加熱装置が、太陽熱を利用して熱交換可能に太陽
   光集熱器と地熱コイル及び冷媒循環用のポンプとを備え
   た冷媒回路である特許請求の範囲第２項記載の二元冷媒
   回路を備えた空気調和装置。