JP2001066001A

JP2001066001A - 排熱利用式冷暖房システム

Info

Publication number: JP2001066001A
Application number: JP24202799A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Kurita; 泰生栗田
Original assignee: KURITA KOGYO KK; Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: KURITA KOGYO KK; Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 1999-08-27
Filing date: 1999-08-27
Publication date: 2001-03-16

Abstract

(57)【要約】【課題】冷暖房システムに使用される熱交換器の排気
熱を利用して圧縮機の負荷を軽減させ、結果的に消費電
力を節約する冷暖房システムを提供する【解決手段】室内の冷房を行うために室内機１と室外
機２とが連結され、該室内機１と室外機２との間を熱媒
体（冷媒）が循環してなる冷房システムにおいて、室外
機２は圧縮機（コンプレッサー）２２と、熱交換器２１
とを有するものであって、該室外機２を構成する上記熱
媒体が投入される投入口２２ａと上記熱媒体が排出され
る排出口２２ｂとを有する圧縮機２２の投入口２２ａに
熱交換器（室外側）２１から排出される排熱を吸収蓄熱
して高温高圧となった上記熱媒体を投入することによっ
て、該圧縮機２２の負荷を軽減させることを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷暖房システムに
利用される熱交換器の排気熱を利用してエネルギー消費
を節減する排熱利用式冷暖房システムに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の冷暖房システムの一つである冷暖
房エアコンは、冬場に室外機の熱交換器の凍結を防止す
るために室内機の熱交換器の排気熱を利用したものが知
られている。又、夏には冷房により、室外機の熱交換器
が外部に放熱する排気熱を利用して風呂のお湯を沸かす
ための予熱として使用されているものもある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の排気熱を利用した発明は直接エアコンの消費電力を
節約するという効果を奏するものではなく、排気熱を他
の用途に利用するものにとどまっており、圧縮機（コン
プレッサー）の負荷を軽減させるというアイデアが示さ
れているものはなかった。

【０００４】本発明は、上記点にかんがみ、冷暖房シス
テムに使用される熱交換器の排気熱を利用して圧縮機
（コンプレッサー）の負荷を軽減させ、結果的に消費電
力を節約する冷暖房システムを提供することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、室内の冷房を
行うために室内機と室外機とが連結され、該室内機と室
外機との間を熱媒体（冷媒）が循環してなる冷房システ
ムにおいて、室外機は圧縮機（コンプレッサー）と、熱
交換器とを有するものであって、該室外機を構成する上
記熱媒体が投入される投入口と上記熱媒体が排出される
排出口とを有する圧縮機（コンプレッサー）の投入口に
熱交換器（室外側）から排出される排熱を吸収蓄熱して
高温高圧となった上記熱媒体を投入することによって、
該圧縮機の負荷を軽減させ、結果的にエネルギー消費を
節減することができることを特徴とする排熱利用式冷房
システムを要旨としている。

【０００６】又、前記熱交換器（室外側）は内管と、外
管とからなる二重管が蛇行してなるものであって、該内
管の一端は前記圧縮機（コンプレッサー）の投入口に連
結され、他端は前記室内機を構成する熱交換器（室内
側）の排出側に連結されており、上記外管の一端は前記
圧縮機（コンプレッサー）の排出口に連結され、他端は
前記室内機を構成する熱交換器（室内側）の投入口に膨
張弁を介して連結されてなるものであって、該内管の内
部及び、内管と外管との間に形成される空間には前記熱
媒体（冷媒）が循環してなる排熱利用式冷房システムで
あってもよい。

【０００７】さらに、前記熱交換器（室外側）の二重管
構造は、複数の平行に配設された外管の端部から内管が
外部に突出して上側又は下側の内管と連結されているも
のであって、外管は端部より少し内側の側面と、これに
対向する上側又は下側の外管の側面とが連結されて外管
内部が連通されているものであって、上記内管が突出し
た外管の端部は内管との間に気密又は水密的に栓がされ
てなるものである排熱利用式冷房システムであってもよ
い。

【０００８】又、本発明は、室内の暖房を行うために室
内機と室外機とが連結され、該室内機と室外機との間を
熱媒体（冷媒）が循環してなる暖房システムにおいて、
室外機は圧縮機（コンプレッサー）と、熱交換器とを有
するものであって、該室外機を構成する上記熱媒体が投
入される投入口と上記熱媒体が排出される排出口とを有
する圧縮機（コンプレッサー）の投入口に熱交換器（室
内側）から排出される排熱を吸収蓄熱して高温高圧とな
った上記熱媒体を投入することによって、該圧縮機の負
荷を軽減させ、結果的にエネルギー消費を節減すること
ができることを特徴とする排熱利用式暖房システムを要
旨としている。

【０００９】さらに、前記熱交換器（室内側）は内管
と、外管とからなる二重管が蛇行してなるものであっ
て、該内管の一端は前記圧縮機（コンプレッサー）の投
入口に連結され、他端は前記室外機を構成する熱交換器
（室外側）の排出側に連結されており、上記外管の一端
は前記圧縮機（コンプレッサー）の排出口に連結され、
他端は前記室外機を構成する熱交換器（室外側）の投入
側に膨張弁を介して連結されてなるものであって、該内
管の内部及び、内管と外管との間に形成される空間には
前記熱媒体（冷媒）が循環してなる排熱利用式暖房シス
テムであってもよいものである。

【００１０】又、前記熱交換器（室内側）の二重管構造
は、複数の平行に配設された外管の端部から内管が外部
に突出して上側又は下側の内管と連結されているもので
あって、外管は端部より少し内側の側面と、これに対向
する上側又は下側の外管の側面とが連結されて外管内部
が連通されているものであって、上記内管が突出した外
管の端部は内管との間に気密又は水密的に栓がされてな
るものである排熱利用式暖房システムであってもよいも
のである。

【００１１】さらに、室内の冷暖房を行うために室内機
と室外機とが連結され、該室内機と室外機との間を熱媒
体（冷媒）が循環してなる冷暖房システムにおいて、室
外機は圧縮機（コンプレッサー）と、第１熱交換器と、
第２熱交換器とを有するものであって、室外機を構成す
る上記熱媒体が投入される投入口と上記熱媒体が排出さ
れる排出口とを有する圧縮機（コンプレッサー）の投入
口に第２熱交換器から排出される排熱を吸収蓄熱して高
温高圧となった上記熱媒体を投入することによって、該
圧縮機の負荷を軽減させ、結果的にエネルギー消費を節
減することができることを特徴とする排熱利用式冷暖房
システムであってもよいものである。

【００１２】又、前記第２熱交換器は内管と、外管と、
該外管と内管との中間に中管を配設し、該中管と、上記
内管との間に形成される内部空間に砂が埋入されてなる
三重管が蛇行してなる排熱利用式冷暖房システムであっ
てもよいものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明に係る排熱利用式冷
暖房システムの一つである排熱利用式エアコン（冷房）
の概略図である。この図に示すように熱交換器１１を有
する室内機１と、熱交換器２１及び圧縮器２２とを有す
る室外機２とからなる構成は従来と同様である。そし
て、従来では室内側の熱交換器１１を通過した冷媒Ａは
圧縮器２２に投入されるところ、本発明では室内側の熱
交換器１１を通過した冷媒Ａは矢印で示すとおり、室外
側の熱交換器２１の蛇行する配管２１０に並設させた配
管２１１を通過するようにして、排気熱を吸収してやや
高温高圧となった冷媒Ｂを圧縮器２２に送り込む構成と
している。この構成により、従来の圧縮器と比較して本
願発明では予め排気熱を吸収することにより高温高圧と
なった冷媒を圧縮器に送り込むこととなるので、圧縮器
の負荷を少なくすることができるのである。例えば、３
０°Ｃ，１気圧のガスを圧縮器に送り込んで、９０°
Ｃ，１０気圧にするのと、６０°Ｃ，５気圧のガスを圧
縮器に送り込んで、９０°Ｃ，１０気圧にするのとで
は、圧縮器が必要とするエネルギーに大きな差異が生じ
るものである。尚、圧縮器（コンプレッサー）２２は通
常の冷暖房エアコンに使用されているものと同じもので
あって、冷媒投入口２２ａと、冷媒排出口２２ｂとを有
しているものである。

【００１４】図２は図１で説明した本発明に係る排熱利
用式冷暖房システムの一つであるエアコン（冷房）の室
外側の熱交換器の一例を示した図である。この図に示す
ように、内管２１１ａと外管２１０ａの二重管構造とし
た管を平行に複数配設している。又、外管２１０ａの両
端からは内管２１１ａが外方に突出するようになってお
り、この外方に突出する内管２１１ａは図面上、右、
左、右・・・と交互に連結されて内管２１１ａ全体が蛇
行するようになっているものである。そして、内管２１
１ａが突出している外管２１０ａの端部は内管２１１ａ
の外側面との溶接により、又は、水密及び気密を保つこ
とができるシールゴム付きキャップ（図示せず。）によ
り塞がれて、外管２１０ａの内部を通過する冷媒が外部
に洩れない構成となっている。更に、外管２１０ａの端
部側面には外管２１０ａの中空部と連通する中空部を有
する突出部２１０ｂが設けられていて、この突出部２１
０ｂが図面上、右、左、右・・・と交互に向き合うよう
に設置され、連結パイプ２１０ｃにより連結されて外管
全体が蛇行して、この外管２１０ａ内部を冷媒が通過す
るようになっているものである。

【００１５】次に、図１及び図２を用いて本発明の作用
について説明する。先ず、冷媒には低温度で沸騰する液
体または液化するガスが好ましく、塩化エチル、アンモ
ニア、フレオン等が使用される。そして、図１のＥでは
低温、低圧の液状である冷媒が室内側の熱交換器により
室内の熱を吸収して、室内の温度を下げると同時にＡで
は冷媒は低温、低圧のガス状になっている。そして、室
外側の熱交換器２１０の放出する排気熱を吸収してＢで
はやや高温、高圧のガス状となっている。この状態で圧
縮器２２に投入することによりＣでは高温、高圧のガス
状にし、室外側の熱交換器を通過することにより、屋外
及び熱交換器２１の内部を挿通している内管２１１に熱
を放出してＤでは低温、高圧の液状となる。さらに膨張
弁３を通過することにより低温、低圧のＥの状態へと戻
ることとなる。以上が、本発明の特徴である排気熱利用
式冷凍システムであり、高温のガス状冷媒が液化すると
きに放出する排気熱は従来では屋外に放出されていただ
けであったものを圧縮器に投入される前の冷媒に与える
ことにより、圧縮器の負荷を小さくすることができるも
のである。すなわち、理想気体の状態方程式ＰＶ＝ｎＲ
Ｔ（Ｐ：圧力，Ｖ：体積，ｎ：モル数，Ｒ：気体定数，
Ｔ：絶対温度）において、体積が一定の時には圧力は温
度に比例することになるので、温度が上昇すれば気体の
圧力も上昇することになるのである。したがって、圧縮
器に投入される直前の冷媒ガスの状態が従来の低温、低
圧の状態から、やや高温高圧の状態へと変化させたこと
により、圧縮器の負荷を小さくすることができ、圧縮器
の行う仕事量が減少することから、この圧縮器を駆動し
ている電気量を小さくすること、即ち、消費電力を減少
させることができるものである。

【００１６】なお、本発明の趣旨を逸脱しない範囲にお
いて、種々なる実施の態様をとることができることは無
論である。例えば、上記実施の形態では冷房のみについ
て説明したが暖房については室内の熱交換器に同様の構
成を施し、図３に示すようなシステムとすれば同様の効
果を奏することができるものである。即ち、熱交換器１
１を有する室内機１と、熱交換器２１及び圧縮器２２と
を有する室外機２とからなる構成は従来と同様である。
そして、従来では室外側の熱交換器２１を通過した冷媒
Ａは圧縮器２２に投入されるところ、本発明では室外側
の熱交換器２１を通過した冷媒Ａは矢印で示すとおり、
室内側の熱交換器１１の蛇行する配管１１０に並設させ
た配管１１１を通過するようにして、排気熱を吸収して
やや高温高圧となった冷媒Ｂを圧縮器２２に送り込む構
成としている。

【００１７】さらに、本発明の他の実施の形態として図
４乃至図８に示す冷暖房兼用型の排熱利用式冷暖房シス
テムを説明する。先ず、図４は冷房時のシステムを示し
ているが、これは、方向切り換え弁４１乃至４４を使用
することにより、図１で示したシステムと同様の経路を
冷媒は通過することとなる。尚、一点鎖線で示した配管
は使用されていない。

【００１８】一方、暖房時のシステムは図５に示すよう
に、室外機２の中に設置した第２熱交換器２３と、方向
切り替え弁４１乃至４４とを使用して矢印で示す経路を
通過するようにする。即ち、圧縮器２２から排出された
冷媒は、第２熱交換器２３の外管２３０を通過して室内
の熱交換器１１を通過する。そして、膨張弁３を通過し
た後、室外の熱交換器２１の外管２１０を通過し、さら
に、第２熱交換器２３の内管２３１を通過して圧縮器２
２送り込まれる構成としている。尚、一点鎖線で示した
配管は使用されていない。

【００１９】又、冷房時のシステムとして図４の他に図
６に示すような第２熱交換器２３を利用するシステムと
してもよい。この場合、圧縮器２２から排出された冷媒
は、第２熱交換器２３の内管２３１を通過して室外の熱
交換器２１の外管２１０を通過する。そして、膨張弁３
を通過した後、室内の熱交換器１１を通過し、さらに第
２熱交換器２３の外管２３０を通過して圧縮器２２へ送
り込まれる構成としている。この構成では第２熱交換器
２３の内管２３１を通過する冷媒が高温となっていて、
この冷媒のもつ熱の一部を第２熱交換器２３の外管２３
０を流れる冷媒が奪って圧縮器２２へと送り込まれるの
で、従来の冷房システムを比較して圧縮器の負荷を小さ
くすることができるものである。尚、一点鎖線で示した
配管は使用されていない。

【００２０】又、暖房時の構成では図３で示した室内機
１で排熱を吸収する方法と、図５で示した室外機２で排
熱を吸収する方法とが考えられるが、冷暖房兼用のエア
コン等に利用する場合には図５で示したシステムを採用
するのがよい。この場合、第２熱交換器２３の構成は、
図６及び図７に示すように外管２３０と内管２３１との
中間に中管２３２を配設した三重管構造とし、中管２３
２と、内管２３１との間に形成される内部空間に砂５を
埋入する構成とした管を図２で示した二重管と同様の構
成により蛇行させて配管したものである。この砂５は外
管２３０の内部を流れる高温の冷媒が直接、内管２３１
と接触するのを避け、中管２３２を介しているので、外
管を流れる高温の冷媒の熱は中管２３２内部の砂５に一
旦蓄熱された後、内管２３１及び、この内部を流れる冷
媒に伝達されこととなるのである。したがって、暖房時
には第２熱交換器２３の内管２３１は常に暖められた状
態を維持していることとなるので、この内管２３１の内
部を通過する冷媒を速やかに暖めて、圧縮器２２に送り
込むことができるものである。尚、図７に示すように、
外管２３０及び、中管２３２の端部は、冷媒及び砂５が
漏れないように内管２３１との間に気密的な栓６が設置
されている。尚、中管２３２と、内管２３１との間に形
成される内部空間に埋入される蓄熱材は砂に限定される
ものではなく、一般に知られている蓄熱材と、砂とを混
ぜて使用してもよいものである。

【００２１】

【発明の効果】以上のように、本発明は、室内の冷房を
行うために室内機と室外機とが連結され、該室内機と室
外機との間を熱媒体（冷媒）が循環してなる冷房システ
ムにおいて、室外機は圧縮機（コンプレッサー）と、熱
交換器とを有するものであって、該室外機を構成する上
記熱媒体が投入される投入口と上記熱媒体が排出される
排出口とを有する圧縮機（コンプレッサー）の投入口に
熱交換器（室外側）から排出される排熱を吸収蓄熱して
高温高圧となった上記熱媒体を投入することによって、
該圧縮機の負荷を軽減させ、結果的にエネルギー消費を
節減することができることを特徴とする排熱利用式冷房
システムを要旨としているので、従来の冷暖房システム
の構成を若干変更するだけでよい簡易な改造により消費
電力を大幅に減少させることができる地球にやさしい省
エネルギー型冷暖房システムを提供することができるも
のである。

【００２２】又、前記熱交換器（室外側）は内管と、外
管とからなる二重管が蛇行してなるものであって、該内
管の一端は前記圧縮機（コンプレッサー）の投入口に連
結され、他端は前記室内機を構成する熱交換器（室内
側）の排出側に連結されており、上記外管の一端は前記
圧縮機（コンプレッサー）の排出口に連結され、他端は
前記室内機を構成する熱交換器（室内側）の投入口に膨
張弁を介して連結されてなるものであって、該内管の内
部及び、内管と外管との間に形成される空間には前記熱
媒体（冷媒）が循環してなる排熱利用式冷房システムで
あってもよいので、簡易な構造で室外側に設置された熱
交換器（外管）の内部を流動する冷媒から放出される熱
を内管の内部を流動する冷媒にスムースに移動させるこ
とができるものである。

【００２３】さらに、前記熱交換器（室外側）の二重管
構造は、複数の平行に配設された外管の端部から内管が
外部に突出して上側又は下側の内管と連結されているも
のであって、外管は端部より少し内側の側面と、これに
対向する上側又は下側の外管の側面とが連結されて外管
内部が連通されているものであって、上記内管が突出し
た外管の端部は内管との間に気密又は水密的に栓がされ
てなるものである排熱利用式冷房システムであってもよ
いので、上記構成により、外管又は内管から冷媒が洩れ
ることを防ぐことができるものである。

【００２４】また、暖房時の構成として熱交換器（室内
側）を上述の二重管構造とすれば、暖房時においても冷
房時と同様の効果を奏することができるものである。

【００２５】さらに、室外機に第１熱交換器と、第２熱
交換器とを有する構成とすれば、冷暖房兼用のシステム
で上述と同様の効果を奏することができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る排熱利用式冷暖房システムの（冷
房）の説明図である。

【図２】室外側の熱交換器の一例を示した説明図であ
る。

【図３】本発明に係る排熱利用式冷暖房システムの（暖
房）の説明図である。

【図４】本発明に係る排熱利用式冷暖房システムの他の
実施形態（冷房時）を示した説明図である。

【図５】本発明に係る排熱利用式冷暖房システムの他の
実施形態（暖房時）を示した説明図である。

【図６】本発明に係る排熱利用式冷暖房システムの他の
実施形態（冷房時）を示した説明図である。

【図７】第２熱交換器の内部構造を示した説明図であ
る。

【図８】第２熱交換器の一例を示した説明図である。

【符号の説明】

１室内機２室外機３膨張弁５砂１１，２１熱交換器２２圧縮器２３第２熱交換器４１，４２，４３，４４方向切り換え弁１１０，１１１，２１０，２１１配管２１０ａ，２３０外管２１０ｂ突出部２１０ｃ連結パイプ２１１ａ，２３１内管２３２中管

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】室内の冷房を行うために室内機と室外機
とが連結され、該室内機と室外機との間を熱媒体（冷
媒）が循環してなる冷房システムにおいて、室外機は圧
縮機（コンプレッサー）と、熱交換器とを有するもので
あって、該室外機を構成する上記熱媒体が投入される投
入口と上記熱媒体が排出される排出口とを有する圧縮機
（コンプレッサー）の投入口に熱交換器（室外側）から
排出される排熱を吸収蓄熱して高温高圧となった上記熱
媒体を投入することによって、該圧縮機の負荷を軽減さ
せ、結果的にエネルギー消費を節減することができるこ
とを特徴とする排熱利用式冷房システム。
【請求項２】前記熱交換器（室外側）は内管と、外管
とからなる二重管が蛇行してなるものであって、該内管
の一端は前記圧縮機（コンプレッサー）の投入口に連結
され、他端は前記室内機を構成する熱交換器（室内側）
の排出側に連結されており、上記外管の一端は前記圧縮
機（コンプレッサー）の排出口に連結され、他端は前記
室内機を構成する熱交換器（室内側）の投入側に膨張弁
を介して連結されてなるものであって、該内管の内部及
び、内管と外管との間に形成される空間には前記熱媒体
（冷媒）が循環してなる請求項１に記載の排熱利用式冷
房システム。
【請求項３】前記熱交換器（室外側）の二重管構造
は、複数の平行に配設された外管の端部から内管が外部
に突出して上側又は下側の内管と連結されているもので
あって、外管は端部より少し内側の側面と、これに対向
する上側又は下側の外管の側面とが連結されて外管内部
が連通されているものであって、上記内管が突出した外
管の端部は内管との間に気密又は水密的に栓がされてな
るものである請求項２に記載の排熱利用式冷房システ
ム。
【請求項４】室内の暖房を行うために室内機と室外機
とが連結され、該室内機と室外機との間を熱媒体（冷
媒）が循環してなる暖房システムにおいて、室外機は圧
縮機（コンプレッサー）と、熱交換器とを有するもので
あって、該室外機を構成する上記熱媒体が投入される投
入口と上記熱媒体が排出される排出口とを有する圧縮機
（コンプレッサー）の投入口に熱交換器（室内側）から
排出される排熱を吸収蓄熱して高温高圧となった上記熱
媒体を投入することによって、該圧縮機の負荷を軽減さ
せ、結果的にエネルギー消費を節減することができるこ
とを特徴とする排熱利用式暖房システム。
【請求項５】前記熱交換器（室内側）は内管と、外管
とからなる二重管が蛇行してなるものであって、該内管
の一端は前記圧縮機（コンプレッサー）の投入口に連結
され、他端は前記室外機を構成する熱交換器（室外側）
の排出側に連結されており、上記外管の一端は前記圧縮
機（コンプレッサー）の排出口に連結され、他端は前記
室外機を構成する熱交換器（室外側）の投入側に膨張弁
を介して連結されてなるものであって、該内管の内部及
び、内管と外管との間に形成される空間には前記熱媒体
（冷媒）が循環してなる請求項４に記載の排熱利用式暖
房システム。
【請求項６】前記熱交換器（室内側）の二重管構造
は、複数の平行に配設された外管の端部から内管が外部
に突出して上側又は下側の内管と連結されているもので
あって、外管は端部より少し内側の側面と、これに対向
する上側又は下側の外管の側面とが連結されて外管内部
が連通されているものであって、上記内管が突出した外
管の端部は内管との間に気密又は水密的に栓がされてな
るものである請求項５に記載の排熱利用式暖房システ
ム。
【請求項７】室内の冷暖房を行うために室内機と室外
機とが連結され、該室内機と室外機との間を熱媒体（冷
媒）が循環してなる冷暖房システムにおいて、室外機は
圧縮機（コンプレッサー）と、第１熱交換器と、第２熱
交換器とを有するものであって、室外機を構成する上記
熱媒体が投入される投入口と上記熱媒体が排出される排
出口とを有する圧縮機（コンプレッサー）の投入口に第
２熱交換器から排出される排熱を吸収蓄熱して高温高圧
となった上記熱媒体を投入することによって、該圧縮機
の負荷を軽減させ、結果的にエネルギー消費を節減する
ことができることを特徴とする排熱利用式冷暖房システ
ム。
【請求項８】前記第２熱交換器は内管と、外管と、該
外管と内管との中間に中管を配設し、該中管と、上記内
管との間に形成される内部空間に砂が埋入されてなる三
重管が蛇行してなるものである請求項７に記載の排熱利
用式冷暖房システム。