JP2001208442A - ヒートポンプ式空気調和機 - Google Patents

ヒートポンプ式空気調和機

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JP2001208442A JP2000402995A JP2000402995A JP2001208442A JP 2001208442 A JP2001208442 A JP 2001208442A JP 2000402995 A JP2000402995 A JP 2000402995A JP 2000402995 A JP2000402995 A JP 2000402995A JP 2001208442 A JP2001208442 A JP 2001208442A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 暖房運転時、外気温度の低い場合、無費用の
熱源で冷媒の蒸発を促進させ、暖房熱量を良好に維持し
得るヒートポンプ式空気調和機。 【解決手段】圧縮機、四方バルブ、室内熱交換器、冷房
用減圧機構、暖房用減圧機構、室外熱交換器、四方バル
ブを第一導管で直列連結し、四方バルブと圧縮機を吸入
管で連結し、暖房運転時、冷媒を循環し、第一導管の四
方バルブの入口側と暖房運転時の室外熱交換器の出口側
管に第二導管を連結し、冷房運転時、反対方向に冷媒を
循環する冷媒回路を備え、室外熱交換器の外気吸入側と
無費用の熱源の太陽熱集熱器にヒートパイプ群の凝縮部
と蒸発部を設け、暖房時、外気温度が低い場合、無費用
の熱源でヒートパイプ群の蒸発部を加熱し、ヒートパイ
プに充填された作動流体を蒸発させ、凝縮部で放熱し室
外熱交換器に供給する構成。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明はヒートポンプ式空
気調和機に関するもので、より詳しくは、ヒートポンプ
式空気調和機の暖房運転時、圧縮機に吸入される冷媒の
蒸発促進装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】周知のように、ヒートポンプ式空気調和
機の暖房回路は、冷房回路を逆に運転する方式で、外気
を熱源として用いるものであるので、暖房運転時、外気
温度が低下するにしたがって蒸発器での冷媒の蒸発効率
が低下するため、外気温度が低い場合、暖房熱量が欠け
るため、これの改善のために多くの研究が行われてい
る。その一例として日本国実公昭49−18927号公
報には、冷媒サイクル中に室外熱交換器と二台の室内熱
交換器を設け、冷房運転時には、前記室内熱交換器の一
台を蒸発器として作用させて冷媒を蒸発させるととも
に、ほかの一台を閉鎖し、暖房運転時には、室外熱交換
器を蒸発器として作用させるともに、二台の室内熱交換
器をすべて凝縮器として作用させることで、室内空気を
加熱する空気調和機が開示されており、日本国特開昭5
4−45949号公報には、暖房サイクル中に冷媒加熱
器を設け、暖房運転時にだけ、蒸発器の機能を行うよう
にすることで、圧縮機で圧縮された高温・高圧の冷媒ガ
スを室内熱交換器で凝縮、液化して室内を暖房した後、
冷媒液を冷媒加熱器で強制的に蒸発させることにより、
暖房能力が低下しないようにした冷暖房装置が開示され
ている。
【0003】しかしながら、前者のものは、暖房時、凝
縮器として作用する二台の室内熱交換器で室内空気を加
熱するとき、圧縮機の熱源を用いなければならないた
め、圧縮機の容量を大きくするので、設備費および維持
費が高くかかり、室内に二台の室内熱交換器を設置する
ので、室内の占有面積が大きくなって、室内空間の活用
に制限を受け、また暖房運転時、外気温度が低い場合、
室外熱交換器に結霜現象が発生して伝熱効率が低下する
ため、冷媒の蒸発効率が低下して熱量の不足現象が発生
する。また後者のものは冷房運転時、冷媒を冷媒加熱器
で強制的に蒸発させるので暖房能力が低下せず、除霜が
不要なものであると開示しているが、その冷媒加熱器の
具体的な技術手段が記載されておらず、前記冷媒加熱器
は冷媒サイクルの構成上、体積が小さくて設置の容易な
電熱により加熱するものと推定するしかないので、それ
では維持費が高くかかるという問題点があるものであ
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】この発明は前記の問題
点に鑑みてなされたもので、暖房運転時、外気温度が低
い場合、無費用の熱源により冷媒の蒸発を促進させるこ
とで、暖房熱量を良好に維持し得るヒートポンプ式空気
調和機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】前記目的を達成するた
め、この発明は、圧縮機、四方バルブ、室内熱交換器、
冷・暖房用減圧機構、室外熱交換器および前記四方バル
ブを順に第一導管で直列連結し、前記四方バルブと圧縮
機を吸入管で連結するとともに、前記第一導管の四方バ
ルブの入口側と暖房運転時の室外熱交換器の出口側間に
第二導管を連結した冷媒回路を備え、前記室外熱交換器
の外気吸入側と無費用の熱源にヒートパイプの凝縮部と
蒸発部を配設したヒートポンプ式空気調和機の構成であ
る。
【0006】
【発明の実施の形態】図1はこの発明の第一実施例の構
成図であり、図2は図1のA−A線についての拡大断面
図、図3はこの発明の第一実施例のヒートパイプ群の側
面図で、圧縮機(1)、四方バルブ(2)、室内熱交換
器(3)、冷房用減圧機構(4)、暖房用減圧機構
(5)、室外熱交換器(6)および前記四方バルブ
(2)を順に第一導管(7)で直列連結し、前記四方バ
ルブ(2)と圧縮機(1)を吸入管(8)で連結して、
暖房運転時、実線矢印方向に冷媒を循環させ、前記第一
導管(7)の四方バルブ(2)の入口側と暖房運転時の
室外熱交換器(6)の出口側間に第二導管(9)を連結
して、冷房運転時、仮線矢印方向に冷媒を循環させる冷
媒回路を備え、前記室外熱交換器(6)の外気吸入側と
無費用の熱源である太陽熱集熱器(10)に、ヒートパ
イプ群(11)の凝縮部(13)と蒸発部(14)を配
設してなるものである。
【0007】前記ヒートパイプ群(11)は、直線状の
ヒートパイプ(12)の内部に蒸留水、アルコール、液
体アンモニアなどの作動流体を真空充填し、凝縮部(1
3)にフィン(130)を取り付け、固定片(120)
で平行に配置したものである。前記ヒートパイプ群(1
1)としては直線形のものだけでなく、ループ形ヒート
パイプも使用することができる。またヒートパイプ群
(11)は、室外熱交換器(6)の吸入側にだけ設ける
ものを示したが、室外熱交換器(6)の吸入側の三面に
設けることもできる。ここではヒートパイプ群(11)
の凝縮部(13)の下方にバルブ(図示せず)を設けた
ものである。
【0008】前記太陽熱集熱器(10)は、伝熱板(1
01)にヒートパイプ群(11)の蒸発部(14)を設
けるとともに、伝熱板(101)の上面にガラス、合成
樹脂などの太陽熱集熱カバー(102)を設け、前記伝
熱板(101)の後面には、断熱材(104)を被覆し
た密閉容器(103)を設け、その間には潜熱または顕
熱蓄熱材(105)を内蔵したものである。図1で符号
(15),(16)はチェックバルブであり、(1
7),(18)は切換バルブであり、(19),(2
0)はファンである。以上のようなこの発明の第一実施
例の暖房運転時には、切換バルブ(17)を開放すると
ともに切換バルブ(18)を閉鎖し、四方バルブ(2)
を実線状態に操作すると、圧縮機(1)で圧縮された高
温・高圧の冷媒ガスは四方バルブ(2)を経由して、凝
縮器として作用する室内熱交換器(3)で凝縮・液化さ
れ、その凝縮熱を室内に放出して室内を暖房し、室内熱
交換器(3)で凝縮された冷媒液は、チエックバルブ
(15)を経由し暖房用減圧機構(5)で減圧された
後、蒸発器として作用する室外熱交換器(6)に流入さ
れ、外気を熱源として低温・低圧の冷媒ガスとなった
後、四方バルブ(2)および吸入管(8)を経由して圧
縮機(1)に吸入されるサイクルを形成するものであ
る。
【0009】前記のようなサイクルを形成して暖房を行
うとき、外気温度が低くなると、室外熱交換器(6)で
の冷媒液の蒸発は外気温度の低下に比例してその蒸発効
率が低下することにより暖房熱量の不足現象が発生す
る。このように暖房熱量が不足する場合には、ヒートパ
イプ群(11)に設けられたバルブ(図示せず)を開放
するか、太陽熱集熱器(10)の太陽熱集熱カバー(1
02)に設けられた太陽熱遮断カバー(図示せず)を除
去し、太陽熱によりヒートパイプ群(11)の蒸発部
(14)を加熱して、ヒートパイプ(12)の内部に充
填された作動流体を蒸発させ、この蒸発された作動流体
が凝縮部(13)に上昇して凝縮しながら蒸発部(1
4)に下降するサイクルを繰り返し、前記凝縮部(1
3)から放熱される凝縮熱により凝縮部(13)の周囲
の外気を予熱した後、ファン(20)により室外熱交換
器(6)に供給して除霜を行うとともに室外熱交換器
(6)から蒸発される冷媒液の蒸発を促進して、暖房能
力を良好に維持し得るものである。
【0010】そして前記のように、ヒートパイプ群(1
1)で太陽熱を吸熱して蒸発部(14)を加熱すると
き、蒸発部(14)の後面に設けられた密閉容器(10
3)に内蔵された蓄熱材(105)に蓄熱され、蓄熱材
(105)に蓄熱された熱は、太陽熱が照射されない雨
天時または夜間などに、蒸発部(14)側に放熱されて
作動流体を蒸発させるので、暖房能力が低下しなくな
る。一方、冷房運転時には、切換バルブ(17)を閉鎖
するとともに切換バルブ(18)を開放し、四方バルブ
(2)を仮線状態に操作すると、圧縮機(1)で圧縮さ
れた高温・高圧の冷媒ガスは四方バルブ(2)と第二導
管(9)を経由し、凝縮器として作用する室外熱交換器
(6)で凝縮、液化された後、その冷媒液はチェックバ
ルブ(16)を経由し冷房用減圧機構(4)で減圧さ
れ、蒸発器として作用する室内熱交換器(3)で蒸発さ
れた冷媒ガスは、四方バルブ(2)および吸入管(8)
を経由して圧縮機(1)に吸入されるサイクルが形成さ
れる。このような冷房時には、ヒートパイプ群(11)
の機能は停止される。
【0011】図4はこの発明の第二実施例の構成図で、
第一実施例と同一技術手段には同一符号を施し、その具
体的な説明は省略する。第二実施例が第一実施例と異な
る点は、ヒートパイプ群(11)の蒸発部(14)にフ
ィン(140)を設け、前記蒸発部(14)を暖房すべ
き場所に設置された廃熱排出管(100)、たとえば、
各種産業設備などの煙道、風呂または養魚場などの廃温
水放流管に設置することであり、前記廃熱排出管(10
0)は主排出管にバイパスして取り付け、その流入部に
バルブ(図示せず)を設け、そのバルブを開放するか、
ヒートパイプ群(11)に設けられたバルブを開放し
て、外気温度が低い場合にだけ蒸発部(14)を加熱す
るものである。また蒸発部(14)は、前記廃熱排出管
(100)の他に、暖房を行う室内に配置させて室内熱
を用いることもできる。以上のようなこの発明の第二実
施例は、第一実施例のように室内を暖房または冷房する
が、暖房時、外気温度が低くなる場合、無費用の熱源で
ある廃熱によりヒートパイプ群(11)の蒸発部(1
4)を加熱し、蒸発された作動流体が凝縮部(13)で
凝縮されるとき、その凝縮熱を室外熱交換器(6)に供
給するので、費用をかけなくても除霜を行うとともに、
暖房能力を良好に維持することができるものである。
【0012】
【発明の効果】この発明の請求項1に記載の発明は、ヒ
ートポンプ式空気調和機の冷媒回路の室外熱交換器と無
費用熱源との間にヒートパイプ群の凝縮部と蒸発部を配
置し、暖房時、外気温度が低下した場合、前記凝縮部か
ら放熱される凝縮熱により、室外熱交換器に供給される
熱源である外気を予熱して室外熱交換器の除霜を行うと
ともに、冷媒の蒸発を促進させるため、暖房能力を良好
に維持し得るものである。また、請求項2に記載の発明
は、ヒートパイプ群の蒸発部の加熱源として、太陽熱ま
たは廃熱などを用いることにより、空気調和機の維持費
を節減して経済的に使用し得るものである。また請求項
3に記載の発明は、太陽熱を集熱することにより、夜間
または雨天時などにも暖房能力を良好に維持し得るもの
である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第一実施例の構成図。
【図2】図1のA−A線についての拡大断面図。
【図3】この発明の第一実施例のヒートパイプ群の側面
図。
【図4】この発明の第二実施例の構成図。
【符号の説明】
(1) 圧縮機 (3) 室内熱交換器 (6) 室外熱交換器 (10) 太陽熱集熱器 (11) ヒートパイプ群 (12) ヒートパイプ (13) 凝縮部 (14) 蒸発部 (100) 廃熱排出管

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】圧縮機、四方バルブ、室内熱交換器、冷・
    暖房用減圧機構、室外熱交換器および前記四方バルブを
    順に第一導管で直列連結し、前記四方バルブと圧縮機を
    吸入管で連結するとともに、前記第一導管の四方バルブ
    の入口側と暖房運転時の室外熱交換器の出口側間に第二
    導管を連結した冷媒回路を備え、前記室外熱交換器の外
    気吸入側と無費用の熱源にヒートパイプの凝縮部と蒸発
    部を配設してなることを特徴とするヒートポンプ式空気
    調和機。
  2. 【請求項2】前記無費用熱源は、太陽熱集熱器、産業設
    備の煙道の廃熱、風呂の廃温水、養魚場の廃温水から選
    択されるものであることを特徴とする請求項1記載のヒ
    ートポンプ式空気調和機。
  3. 【請求項3】前記太陽熱集熱器は、その後面に蓄熱材を
    内蔵した密閉容器が設けられることを特徴とする請求項
    2記載のヒートポンプ式空気調和機。
JP2000402995A 1999-12-30 2000-11-24 ヒートポンプ式空気調和機 Pending JP2001208442A (ja)

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