JPS6159159A - 冷暖房装置 - 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】 （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）従来の技術 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
。

Ｇ／−）　　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、未だ実用化罠至っていな
いのが現状である。

本発明はかかる問題点を解決し、併せてエンジンはどに
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
凍機を採用しながらも冷暖房能力を充分罠発揮する冷暖
房装置を提供することを目的としたものである。

（ロ）問題点を解決するだめの手段 本発明の冷暖房装置は図面に示すよ５Ｋ、位相がずれて
往復動する高温側ディスプレーサ−（１）及び低温側デ
ィスプレーサ−（２）と、この高温側ディスプレーサ−
（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）と連通し外部
から加熱される高温側熱交換器（６）と、この熱交換器
と中温室（４）との間に配設された蓄熱器（７）及び中
温側熱交換器（８）と、低温側ディスプレーサ−（２）
で低温室（９）と中温室ａαとに区画される低温側シリ
ンダ（１１１と、この低温室（９）から中温室ααとの
間に配設された低温側熱交換器α２及び蓄冷器α３と、
両中温室（４）ａαを連通させる連通室■とから冷凍機
ａ９を構成し、冷房時には低温側熱交換器ａ２を室内側
熱交換器（１６１に、中温側熱交換器（８）を放熱用室
外側熱交換器（１７）Ｋ夫々接続し、暖房時には中温側
熱交換器（８）を室内側熱交換器ａｅに、低温側熱交換
器α２を吸熱用室外側熱交換器時に夫々接続する切換弁
（１９■（２υΩ、＠（財）（ハ）■（５）弼を備えた
ものである。

（ホ）作用 本発明装置の冷凍機ａ９は低温工学の技術分野で知られ
ているプル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Ｋより低温側熱交換器（１′２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し、且つ冷暖
房時の放熱と吸熱の作用を夫々専用の室外側熱交換器ａ
ｎｕｓで行なわせて冷暖房能力を充分発揮させるように
したものである。

即ち、冷房時は切換弁α！Ｊ■ｃ＋ｎａ、＠（財）■弼
（ロ）弼で低温側熱交換器ａｚと室内側熱交換器（ｌｅ
とを結ぶ閉サイクルを、中温側熱交換器（８）と放熱用
室外側熱交換器ａηとを結ぶ閉サイクルを夫々形成して
室内側熱交換器αｅで低温媒体の熱を室内へ放出して冷
房すると共に放熱用室外側熱交換器ａ７）で中温媒体の
熱を案外へ放出し、暖房時は切換弁Ｑ１■（２１）■、
ｎＩ２４）Ｈ＠＠備を切換えて中温側熱交換器（８）と
室内側熱交換器（ｌ［９とを結ぶ閉サイクルを、低温側
熱交換器（１２と吸熱用室外側熱交換器αｅとを結ぶ閉
サイクルを夫々形成して室内側熱交換器（１６１で中温
媒体の熱を家内へ放出して暖房すると共に吸熱用室外側
熱交換器時で外気から熱を汲みあげるようにしたもので
ある。

（へ）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、四は
回転軸（至）を中心として時計方向に回転する回動枠０
９と、この回動枠の先端Ｇ擾と枢支された揺動枠（至）
（財）とからなるクランク部で、冷凍機ａ９の機械室（
至）内に収納されている。

そして、冷凍機α９は揺動枠器（２）と枢支され位相が
約７０°ずれて往復動する高温側ディスプレーサ−（１
）及び低温側ディスプレーサ−（２）と、この高温側デ
ィスプレーサ−（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
）から中温室（４）に跨がって順次配設された高温側熱
交換器（６）と蓄熱器（７）及び中温側熱交換器（８）
と、低温側ディスプレーサ−（２）で低温室（９）と中
温室α（２）とに区画される低温側シリンダ圓と、この
低温室（９）から中温室（１■に跨がって順次配設され
た低温側熱交換器α２と蓄冷器（１３１及び補助中温側
熱交換器（至）と、両中温室＋４１（ＩＧを連通させる
連通室圓とを備えている。

尚、両ディスプレーサ−（１）（２１の役目は封入され
た作動ガス（ヘリウムガスやチッ素ガス等）を高′温室
（３）と中温室（４）との、又、低温室（９）と中温室
α■との間で移動させるものであって、作動ガスを圧縮
や膨張させる、ものではない為、両ディスプレーサ−（
１）（２１にはシリンダ（５）αυ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。

Ｏηは補助中温側熱交換器（ト）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、（至）は
低温側熱交換器α２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、冷房時には低温側熱
交換器（１２＋を室内側熱交換器αｅに、中温側熱交換
器（８）を放熱用室外側熱交換器αｎに夫　　　□々接
続し、暖房時には中温側熱交換器（８）を室内側熱交換
器（ｔｅに、低温側熱交換器ａｚを吸熱用室外側熱交換
器時に夫々接続する三方切換弁Ｑ９■（２１１ｃ！■を
管路に設けである。

而して、放熱用室外側熱交換器側は吸熱用室外側熱交換
器α印の約１．８倍の熱交換容量を以下の条件から算出
して設定しである。

即ち、冷房時の放熱用室外側熱交換器（１７）の放熱ｔ
Ｑｃが５０００Ｋｍ／Ａ、暖房時ノ吸熱用室外側熱交換
器ｕ８ｆ）吸熱量Ｑ、が２００ＱＫｍ／Ａ、冷房時の中
温側熱交換器（８）の温度８０℃と放熱用室外側熱交換
器節の温度３５℃との温度差ΔＴ。

が４５℃、暖房時の低温側熱交換器ａｚの温度−１０℃
と吸熱用室外側熱交換器ａｅの温度Ｏ℃との温度差ΔＴ
、が１θ℃との条件のもとで、排熱用室外側熱交換器ａ
つの熱交換容量ＡＣ１吸熱用室外側熱交換器Ｑ８の熱交
換容量ＡＭ、定数Ｋ、の関係式％式％ に−１０に置き換えるとＡ□／Ａ、＃１．８が求められ
る。

以上の如く構成されており、バーナーＣ３１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（至）を駆動すると、高温側
ディスプレーサ−（１）は図示の位置から下降し始める
と共に図示の如（上死点の位置にある低温側ディスプレ
ーサ−（２）は左方向に移動し始めるよ５になる。高温
側ディスプレーサ−（１）が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ィスプレ
ーサ−（１）で押し出され、途中、バーナーＯ９で約７
００℃に加熱されて蓄熱器（７）を通る。蓄熱器（７）
で高熱を蓄えて温度が下がった作動ガスは中温側熱交換
器（８）を通る際、この熱交換器及びこれと連結された
補助中温側熱交換器（至）で高温管路顛中の媒体と熱交
換してこの媒体を約８０℃に昇温させると共に温度が下
がった作動ガスは中温室（４）へ移動する。

この間、低温側ディスプレーサ−（２）は左方向へ移動
し続けており、中温室α１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（至）、蓄冷器（１３）、低温側熱交換器（
ｌｚを通って低温側室（９）へ流入するよ５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、低温側ディスプレーサ
−（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α２を通る際、低温管路卿中の媒体と熱交換
してこの媒体を約−１０″ＣＫ冷却させると共に蓄冷器
ａ３で冷熱を蓄えて補助中温側熱交換器（至）へ流入す
る。

尚、蓄熱器（７）は中温室（４）から高温室（３）へ、
蓄冷器鰻は中温ｍ噛から低温室（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５に外部からバーナー（３９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、かかる状態で両ディスプレ
ーサ−（１）（２）を移動させること罠よって低温部が
発生する所謂プルマイヤサイクルによる冷凍機ａ９を用
い、この低温部の吸熱を低温側熱交換器ａｚ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４の三方切換弁αｌｃ！Ｉ
ｃ：υのを実線状態にすることＫより、実線矢印の如く
、低温側熱交換器ｃＩｚで冷却された低温媒体が低温側
循環ポンプ（至）−第１の三方切換弁儂１−室内側熱交
換器ａｅ−第２の三方切換弁■−低温側熱交換器α２と
環状に流れる閉サイクルを形成して室内側熱交換器（ｌ
Ｅ９で室内の冷房を行なうと共に、補助中温側熱交換器
（１）から中温側熱交換器（８）を通って加熱された高
温媒体が第２の三方切換弁Ｃ！υ−放熱用室外側熱交換
器鰭−第４の三方切換弁（ハ）−高温側循環ポンプ６η
−補助中温側熱交換器□□□と環状に流れる閉サイクル
を形成して放熱用室外側熱交換器ａｎで室外へ放熱する
。

又、暖房運転時は第１〜第４の三方切換弁（１１ｃＩ！
Ｇ（２Ｉ）■を破線状態に切換えることＫより、破線矢
印の如く、補助中温側熱交換器（至）から中温側熱交換
器（８）を通って加熱された高温媒体が第２の三方切換
弁１２１１−第１の三方切換弁叫−室内側熱交換器（１
６１−第４の三方切換弁Ｃ！■−高温側循環ボンプ０７
）と環状に流れる閉サイクルを形成して室内側熱交換器
（ｌＥ９で室内の暖房を行なうと共に、低温側熱交換器
Ｕで冷却された低温媒体が低温循環ポンプ蟹−吸熱用室
外側熱交換器賭−第２の三方切換弁■−低温側熱交換器
圓と環状に流れる閉サイクルを形成して吸熱用室外側熱
交換器（慢で外気から熱を汲みあげる。

かかる運転に於いて、中温側熱交換器（８）の温度（約
８０°Ｃ〕が冷房時の放熱用室外側熱交換器（１７）の
温度（約３５°Ｃ）と暖房時の室内側熱交換器Ｑ６１の
温度（約２５℃）よりも高く、又、低温側熱交換器住ｚ
の温度（−１０℃〕が冷房時の室外側熱交換器顧の温度
（１０℃）均暖房時の吸熱用案外側熱交換器ａ印の温度
（０℃〕よりも低いので、循環ポンプＧη（至）を用い
ずにヒートペタイブで接続しても良い。

尚、循環ポンプ１３η（至）で強制的に熱移送する場合
は媒体が液状態となっ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□□□を省くよ５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
なるのは三方切換弁Ｑ！１■（２１１＠の代わりに三方
切換弁（２３１Ｃ２４）（至）四（ハ）■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ことにより、
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仕上げる
ことができる。

しかも、室外側熱交換器を冷房時の放熱用と暖房時の吸
熱用とに二分割してこの放熱量及び吸熱量が冷凍機で冷
却、加熱される低温媒体温度及び中温媒体温度とマツチ
するように熱交換容量を設定しているので、冷暖房能力
を充分発揮することができる。

【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）・・・高温側ディスプレーサ−１（２）・・・低
温側ディスプレーサ−１＋３１．・・高温室、　（４）
０α・・・中温室、（５）・・・高温側シリンダ、　（
６）・・・高温側熱交換器、（７）・・・蓄熱器、　（
８）・・・中温側熱交換器、　（９）・・・低温室、　
αυ・・・低温側シリンダ、　０ｚ・・・低温側熱交換
器、　αＪ・・・蓄冷器、　圓・・・連通室、　＋１５
１・・・冷凍機、（１６１・・・室内側熱交換器、　α
ｎ・・・放熱用室外側熱交換器、　Ｕ■・・・吸熱用室
外側熱交換器、　（１９（２ｏ）（２Ｄ器、（ハ）（財
）ｃｐｓ　ａｔ’ｐ（５）啜・・・切換弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）位相がずれて往復動する高温側ディスプレーサー
   及び低温側ディスプレーサーと、この高温側ディスプレ
   ーサーで高温室と中温室とに区画される高温側シリンダ
   と、この高温室と連通し外部から加熱される高温側熱交
   換器と、この熱交換器と中温室との間に配設された蓄熱
   器及び中温側熱交換器と、低温側ディスプレーサーで低
   温室と中温室とに区画される低温側シリンダと、この低
   温室と中温室との間に配設された低温側熱交換器及び蓄
   冷器と、前記両中温室を連通させる連通室とから冷凍機
   を構成し、冷房時には低温側熱交換器を室内側熱交換器
   に、中温側熱交換器を放熱用室外側熱交換器に夫々接続
   し、暖房時には中温側熱交換器を室内側熱交換器に、低
   温側熱交換器を吸熱用室外側熱交換器に夫々接続する切
   換弁を備えたことを特徴とする冷暖房装置。