JP2003314859A

JP2003314859A - 空調装置

Info

Publication number: JP2003314859A
Application number: JP2002119694A
Authority: JP
Inventors: Shigemi Bandai; 重実萬代; Kohei Kawanishi; 康平川西
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-04-22
Filing date: 2002-04-22
Publication date: 2003-11-06

Abstract

(57)【要約】【課題】室内機を使用場所に移動して冷暖房できるよ
うにすること。【解決手段】この空調装置１００は、室内機１０と室
外機２０とで構成されている。室内機１０には、圧縮機
４０と、凝縮器５０と、蒸発器５２とを備えられてお
り、これらは配管６０によってこの順番に接続されてい
る。配管６０内にはＨＦＣ等の冷媒が封入されており、
配管６０内を循環している。この冷媒によって冷却され
た蒸発器５２を空気が通過することで、温度の低くなっ
た空気が空気出口１０ｅから室内へ流れ出る。室外機２
０には室外機用熱交換器５４が備えられており、室内機
１０の凝縮器５０で冷媒の液化熱を奪って昇温した水が
配管６２を介して送られてくる。この水は、室外機用熱
交換器５４で外気へ熱を放出して冷却される。室外機用
熱交換器５４で冷却された水は、配管６４に設けられた
ポンプ４６によって再び室内機１０の凝縮器５０へ送ら
れる。

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、空調装置に関
し、さらに詳しくは、家屋の居間やオフィス等の居住空
間において、各個人の周囲における環境温度をそれぞれ
の好みの温度に調整できる局所的な温度調整が可能な空
調装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】空調装置は室内の温度を快適な温度に維
持するものであり、店舗やオフィス等から家庭まで、広
く使用されている。図８は、従来使用されてきた空調装
置の一例を示す説明図である。空調装置９００は、室内
機９１０と室外機９２０とで構成されている。室内機９
１０には、蒸発器９５２と室内機用ファン９３０とが備
えられている。室外機９２０には、圧縮機９４０と、凝
縮器９５０と、膨張弁９４２と、室外機用ファン９３２
とが備えられている。これらの構成要素は、配管９６
２、圧縮機９４０、凝縮器９５０、膨張弁９４２、配管
９６４、そして蒸発器９５２の順に接続されており、Ｈ
ＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）等の冷媒がこれらの
機器及び配管内を循環する。

【０００３】圧縮機９４０で圧縮された冷媒蒸気は凝縮
器９５０へ送られる。この冷媒蒸気は温度と圧力とが上
昇しており、凝縮器９５０で外部に熱を放出して液化す
る。凝縮器９５０は室外機用ファン９３２から送風を受
けて、凝縮器９５０から放出される冷媒の排熱を外気中
に放出する。液化した冷媒の一部は、膨張弁９４２で絞
り膨張して湿り蒸気となって室内機９１０に設けられて
いる蒸発器９５２へ送られる。そして、蒸発器９５２で
熱交換し、昇温、さらに蒸発して乾き蒸気となる。蒸発
器９５２で乾き蒸気となった冷媒は、再び室外機９２０
の圧縮機９４０へ送られて上述したサイクルを繰り返
す。

【０００４】室内機９１０に設けられた蒸発器９５２の
後方には室内機用ファン９３０が備えられており、この
室内機用ファン９３０が回転することによって、空気取
入れ口９１０ｉから室内の空気が取り込まれる。この空
気は、蒸発器９５２で冷媒と熱交換し温度を下げられて
空気出口９１０ｅから室内へ流れ出て室内を冷房する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の空調
装置９００では室内機９１０と室外機９２０とを結ぶ配
管９６２及び９６４が必要であり、この配管内には加圧
したＨＦＣ等の冷媒が封入されていた。このため、一旦
室内機９１０を室内に設置すると、その後は室内機９１
０を移動することは事実上不可能であった。このため、
部屋全体を冷暖房することになるので冷暖房に時間を要
しており、また、冷暖房能力も大きなものが必要となる
ので、空調装置は大型、且つ高価となっていた。また、
部屋全体を冷暖房するので消費エネルギーも大きくなっ
ていた。さらに、冷房においては圧縮後の冷媒を外気で
冷却するため、外気温度が高い場合には冷房効率が低下
していた。

【０００６】そこで、この発明は、上記に鑑みてなされ
たものであって、室内機を使用場所に移動して冷暖房で
きるようにすること、空調装置を使用する場所を迅速に
冷暖房すること、冷暖房に要する消費エネルギーを低減
すること、外気温度が高い場合の冷房効率低下を抑制す
ることのうち少なくとも一つを達成できる空調装置を提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、請求項１に係る空調装置は、冷媒を圧縮する圧縮
機と、この圧縮機で圧縮された前記冷媒に熱を放出させ
て当該冷媒を液化させる凝縮器と、液化した冷媒を膨張
させる膨張弁と、膨張した冷媒を蒸発させて室内の空気
の熱を奪う蒸発器とを有する室内機と、熱交換手段を備
えた室外機と、前記凝縮器と前記熱交換手段とを接続
し、夏季の気温において液体である伝熱媒体を前記凝縮
器と前記熱交換手段との間で循環させる配管とを有し、
前記伝熱媒体は、冷媒が前記凝縮器において液化する際
に放出する熱を奪い、前記室外機の熱交換手段でこの熱
を放出することを特徴とする。

【０００８】この空調装置は、冷房サイクルを構成する
圧縮機と凝縮器と膨張弁と蒸発器とを備えた室内機と、
熱交換手段を備えた室外機とを有している。そして、室
内機の凝縮器において生ずる冷媒が液化する際に発生す
る熱を、夏季の気温において液体である伝熱媒体によっ
て室外機の熱交換手段へ運び、ここで外気に放出する。
このように、夏季の気温において液体である伝熱媒体に
よって凝縮器の熱を室外へ運ぶので、室内機と室外機と
を分離しても、伝熱媒体が気化するおそれはない。した
がって、この空調装置においては、室内機を使用場所に
移動して使用できるので、室内における冷暖房の効きが
悪い場所であっても快適にすごすことができる。また、
部屋全体ではなく室内機の周辺を集中して冷暖房できる
ので、使用場所の周辺を迅速に冷暖房できる。さらに、
室内機の使用場所周辺を効率よく冷暖房できるので、部
屋全体を冷暖房する場合と比較して、冷暖房に要する消
費エネルギーを低減できる。

【０００９】ここで、夏季における気温は大体２５℃以
上と考えればよいが、室外機が直射日光を受けたり、室
外機の熱交換手段から放出される熱が室外機内部に滞留
したりする場合もある。したがって、このような場合も
想定して、さらに１５℃程度の余裕を見込んでおくこと
が好ましく、より安全を考慮すると想定した２５℃にさ
らに２０℃程度上乗せした温度とすることが好ましい。
そして、さらに安全を考慮すると想定した２５℃にさら
に３５℃程度上乗せしてもよい。したがって、夏季の気
温としては４０℃から６０℃の範囲を想定し、少なくと
もこの温度においては液体である伝熱媒体を使用すれば
よい。

【００１０】また、この発明にいう冷媒は、室内機の圧
縮機と、凝縮機と、膨張弁と、蒸発器との間を循環し
て、冷房サイクルを形成する冷媒をいう。例えば、ＨＦ
Ｃ、プロパンやプロピレン等の炭化水素（ＨＣ）系物
質、あるいはアンモニア（ＮＨ₃）等を使用することが
できる。

【００１１】また、請求項２に係る空調装置のように、
上記伝熱媒体には、大気圧における沸点が５０℃以上１
２０℃以下である物質のうちいずれかを単独で、または
このような物質を複数組み合わせて使用するようにして
もよい。さらに、請求項３に係る空調装置のように、上
記伝熱媒体には、５０℃における飽和蒸気圧が大気圧の
１０％以上９５％以下である物質のうちいずれかを単独
で、またはこのような物質を複数組み合わせて使用して
もよい。

【００１２】このような物質を伝熱媒体として使用すれ
ば、夏季の気温においても液体であるため、室内機を移
動させるために室内機と室外機とを分離する場合にも、
分離部分から伝熱媒体が気化することを防止できる。こ
れによって、室内機を室外機から切り離して容易に移動
できる。また、伝熱媒体は夏季の気温においても液体で
あるため、室内機の凝縮器と室外機の熱交換手段とを結
ぶ配管内を加圧する必要がないので、取り扱いが容易に
なる。また、このような物質を単独で使用してもよい
し、これらの物質の中から複数の物質を混合させて使用
してもよい。後者のようにすると、空調装置の仕様によ
り適した伝熱媒体を得ることができる。

【００１３】また、請求項４に係る空調装置のように、
上記伝熱媒体には水を使用してもよい。水は入手しやす
く安価で、且つ安全性が高いため、室内機を取り外して
使用する頻度が多い場合には好ましい。また、水は夏季
においても蒸発量が比較的少ないので、頻繁に室内機を
取り外しても接続部からの蒸発量が少なくできる。これ
によって、伝熱媒体の補充頻度を低減できるので、特に
家庭で使用する場合には保守に要する手間を軽減でき
る。

【００１４】また、請求項５に係る空調装置は、冷媒を
圧縮する圧縮機と、この圧縮機で圧縮された前記冷媒に
熱を放出させて当該冷媒を液化させる凝縮器と、液化し
た冷媒を膨張させる膨張弁と、膨張した冷媒を蒸発させ
て室内の空気の熱を奪う蒸発器とを有する室内機と、前
記室内機が使用される室内の空気を室外へ吸引する室内
の空気吸引手段を備えた室外機と、前記室内機の凝縮器
と前記室外機の室内の空気吸引手段とを接続して、室内
の空気を室外機へ導く配管とを有し、室内の空気によっ
て冷媒が前記凝縮器において液化する際に放出する熱を
奪い、温度の上昇したこの室内の空気を前記室内の空気
吸引手段によって室外へ放出することを特徴とする。

【００１５】この空調装置は、凝縮器において冷媒が液
化する際に放出する排熱を室内の空気によって奪って、
昇温した室内の空気は外気へ放出する。この室内の空気
は空調装置で冷却された室内の空気の一部であるので、
室内の空気は冷媒が液化する際に放出する排熱よりも温
度が高くなることはない。これによって、冷媒が液化す
る際に放出する排熱を室内の空気によって奪い、この室
内の空気はそのまま外気へ放出されるので、昇温した室
内の空気は外気との間で熱交換はされない。これによっ
て、凝縮器の温度よりも外気温度が高い場合であっても
冷房効率の低下を抑えることができる。

【００１６】また、請求項６に係る空調装置は、請求項
１〜５のいずれか１項に記載の空調装置において、さら
に、上記室内機に備えられた凝縮機と蒸発器との間には
膨張タービンが備えられており、上記冷媒をこの膨張タ
ービンで膨張させて上記冷媒の膨張エネルギーを回収す
ることを特徴とする。このため、これまでは捨てていた
冷媒の膨張エネルギーも有効に回収できるので、空調装
置全体の消費エネルギーを低減できる。

【００１７】また、請求項７に係る空調装置のように、
さらに、上記圧縮機と上記膨張タービンとを結合し、膨
張タービンによって圧縮機の駆動エネルギーの少なくと
も一部をまかなうようにしてもよい。このように、膨張
タービンによって直接圧縮機を駆動するので、機械的損
失を低減してより効率的に冷媒の膨張エネルギーを有効
に回収できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、この発明につき図面を参照
しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこ
の発明が限定されるものではない。また、下記実施の形
態における構成要素には、当業者が容易に想定できるも
の或いは実質的に同一のものが含まれる。

【００１９】（実施の形態１）図１は、この発明の実施
の形態１に係る空調装置を示す説明図である。この空調
装置は、圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器とを備
えた室内機と、熱交換手段を備えた室外機とを備えてい
る。そして、凝縮器で放出される冷媒が液化するときの
熱を、夏季の気温において液体である物質を伝熱媒体と
して室外機の熱交換器まで運び、ここで外気と熱交換さ
せる点に特徴がある。

【００２０】この空調装置１００は、室内機１０と室外
機２０とで構成されている。室内機１０は、圧縮機４０
と、凝縮器５０と、膨張弁４２と、蒸発器５２とを備え
ており、これらは配管６０によってこの順番に接続され
ている。配管６０内には一般的な空調装置に使用される
ＨＦＣ等の冷媒が封入されており、配管６０内を循環し
ている。なお、この冷媒については、地球温暖化係数及
びオゾン層破壊係数の小さいプロパンやプロピレン等の
炭化水素（ＨＣ）系冷媒や、アンモニア（ＮＨ ₃）冷媒
等の自然冷媒を使用することがより好ましい。

【００２１】圧縮機４０で圧縮された冷媒蒸気は凝縮器
５０へ送られる。圧縮機４０によって温度と圧力とが上
昇した冷媒蒸気は、凝縮器５０で外部に熱を放出して液
化する。この熱は、伝熱媒体として凝縮器５０に供給さ
れる水によって室内機１０の外部へ持ち去られる。液化
した冷媒の一部は、膨張弁４２で絞り膨張して湿り蒸気
となって蒸発器５２へ送られて、ここで蒸発器５２の熱
を奪いながらさらに蒸発して乾き蒸気となる。蒸発器５
２で乾き蒸気となった冷媒は、再び圧縮機４０へ送られ
て上述したサイクルを繰り返す。

【００２２】蒸発器５２の後方には室内機用ファン３０
が備えられており、この室内機用ファン３０が回転する
ことによって、空気取入れ口１０ｉから室内の空気が取
り込まれる。この空気は、冷媒によって冷却された蒸発
器５２を通過するので、空気は蒸発器５２で温度を下げ
られて空気出口１０ｅから室内へ流れ出る。なお、この
空調装置１００の冷房サイクルを逆転させることによっ
て、この空調装置１００を暖房用に使用することができ
る。また、図１に示すように、スイッチ５１ｓを閉じて
空気出口１０ｅの上流に設けられた電気ヒータ５１に電
源５１ｇから通電加熱する。同時に室内機用ファン３０
を駆動して、電気ヒータ５１で暖められた温風を空気出
口１０ｅから室内に流すことによって、この空調装置１
００を暖房に使用することもできる。次に、室外機２０
について説明する。

【００２３】室外機２０には、熱交換手段である室外機
用熱交換器５４が備えられており、配管６２を介して室
内機１０の凝縮器５０から伝熱媒体である水が送られて
くる。この水は、凝縮器５０で室内機１０の冷媒が液化
する際に放出する熱を奪って昇温しているが、室外機用
熱交換器５４を通過する間に外気へこの熱を放出して冷
却される。このとき、図１に示すように、室外機用ファ
ン３２によって室外機用熱交換器５４を冷却すると、強
制対流熱伝達によって伝熱を促進できるので好ましい。
ここで、外気は室外機２０に設けられた外気取入れ口２
０ｉから導入されて室外機用ファン３２で室外機用熱交
換器５４に送られて、ここで凝縮器５０から送られてく
る水と熱交換して昇温した後、外気出口２０ｅから再び
外気中に放出される。

【００２４】ここで、室外機用熱交換器５４は、図１に
示すような開放形式として、室外機用熱交換器５４内に
水が流出するようにしてもよい。このようにすると、水
の蒸発潜熱を利用して、室外機用熱交換器５４の伝熱効
率をさらに向上できるため好ましい。このとき、室外機
用ファン３２を使用すると、水の蒸発をさらに促進して
伝熱効率をより高くできる。特に夏季のように外気温度
が高いときには、室外機用熱交換器５４の伝熱効率を従
来よりも高くできるので、空調装置１００の冷房効率低
下を抑制でき好ましい。

【００２５】なお、図２に示すように、室外機２０に備
えられた室外機用熱交換器５４は、配管６２と配管６４
とを連結した密閉形式として、この中で水を循環させて
もよい。このようにすると、水の蒸発潜熱を利用するこ
とはできないが、水はほとんど消費されないので水を補
給する手間を軽減できる。なお、図２は、密閉形式の室
内機用熱交換器の一例を示す説明図である。

【００２６】室外機用熱交換器５４で外気と熱交換して
温度が低くなった水は、配管６４に設けられたポンプ４
６によってくみ上げられて、再び室内機１０の凝縮器５
０へ送られる。そして、ここで冷媒が液化する際の熱を
奪って再び上記サイクルが繰り返される。ここで、室内
機１０と室外機２０とを熱的に結合する伝熱媒体につい
て説明する。

【００２７】すでに説明したように、室内機１０の凝縮
器５０と室外機２０の室外機用熱交換器５４とは、伝熱
媒体である水によって熱的に結合されている。この伝熱
媒体は、真夏における気温において伝熱効果の大きい液
体である物質が好ましい。また、凝縮器５０で伝熱媒体
が蒸発すれば、蒸発の際に気化熱を奪うため伝熱効率を
より高くできる。したがって、この伝熱媒体には真夏に
おける気温において液体である物質のうちで、沸点がよ
り低いものが好ましい。

【００２８】ここで、夏季における気温は大体２５℃以
上と考えればよいが、室外機２０が直射日光を受けた
り、室外機用ファン３２を駆動するモーターの熱が内部
に滞留したりする場合もある。したがって、このような
場合も想定して、さらに１５℃程度の余裕を見込んでお
くことが好ましく、より安全を考慮すると想定した２５
℃にさらに２０℃程度上乗せした温度とすることが好ま
しい。そして、さらに安全を考慮すると想定した２５℃
にさらに３５℃程度上乗せしてもよい。したがって、夏
季の気温としては４０℃から６０℃の範囲であって、少
なくともこの温度においては液体である伝熱媒体を使用
すればよい。そして、このような伝熱媒体のうちで、沸
点のより低い物質が本発明の伝熱媒体として好適であ
る。このような物質はより気化しやすいので、それだけ
気化熱を奪いやすく、凝縮器５０における伝熱効率を高
くできるからである。本発明に適用できる伝熱媒体は、
大気圧における沸点が５０℃以上１２０℃以下の物質、
または５０℃における飽和蒸気圧が大気圧の１０％以上
９５％以下の物質が好ましい。このような物質であれ
ば、夏季に使用しても配管６２及び６４内で気化するこ
となく、また、一定の伝熱効率も維持できるからであ
る。

【００２９】このような条件を満たす伝熱媒体として
は、ブタン、アセトン、あるいはエチルアルコール、メ
チルアルコール、イソプロピルアルコール等のアルコー
ル類といった炭化水素類や、水があげられる。アルコー
ル類は水と比較して沸点が低いため、凝縮器５０におい
てより蒸発しやすくなる。このため、伝熱効率をより高
くでき、好ましい。水は沸点がアルコール類よりも高い
ため、凝縮器５０における蒸発はあまり期待できない
が、入手しやすく安価で、且つ安全性が高いため、室内
機１０を取り外して使用する頻度が多い場合には好まし
い。また、水はアルコールと比較して蒸発量も少ないの
で、頻繁に室内機１０を取り外しても接続部からの蒸発
量が少なくなり、伝熱媒体の補充頻度を低減できる。な
お、これらの物質を単独で使用してもよいし、これらの
物質の中から複数の物質を混合させて使用してもよい。
後者のようにすると、空調装置１００の仕様により適し
た伝熱媒体を得ることができるため好ましい。

【００３０】次に、実施の形態１に係る空調装置の使用
態様について説明する。図３は、実施の形態１に係る空
調装置の使用態様の一例を示す説明図である。この例に
おいては、実施の形態１に係る空調装置１００の室外機
２０が家屋８０の屋外８１に設置されており、室内機１
０が家屋８０の室内８２で使用される。室外機２０と室
内機１０とは、室外機側接続部７６と室内機側接続部７
４とを介して、室外機配管７２及び室内機配管７０によ
って接続される。なお、室外機配管７２及び室内機配管
７０の内部には、図１に示した配管６２と６４とが一体
に内装されている。このため、室外機側接続部７６の出
口には配管６２と６４とが見えている。このように、配
管６２と６４（図１参照）を一本の管にまとめること
で、施工時及び室内機１０の移動時における取り回しが
容易になる。

【００３１】この空調装置１００を使用する場合には、
室外機側接続部７６と室内機側接続部７４とを接続し
て、伝熱媒体である水によって室内機１０と室外機２０
とを熱的に結合する。空調装置１００の運転を開始する
と、室内機１０内の圧縮機４０や室外機２０のポンプ４
６が作動して、室内機１０の空気出口１０ｅから冷風が
吹き出して、室内機１０を置いた周辺の室温を低くす
る。冷房場所を変更する場合には、フレキシブルな伝熱
媒体配管を利用する、あるいは、室外機側接続部７６と
室内機側接続部７４との接続を解除してから室内機１０
を移動させ、その近くにある室外機側接続部７６と室内
機側接続部７４とを接続して、同様に使用を開始する。

【００３２】この空調装置１００は、室内機１０と室外
機２０とを、水、アルコールその他の伝熱媒体によって
熱的に結合することで、両者を分離可能としている。こ
のため、空調装置１００の使用場所に移動してこれを使
用できるので、使用する部屋に移動可能であるととも
に、室内で冷暖房を効かせたい場所に移動できるので、
局所的な冷暖房が可能となり快適にすごすことができ
る。また、この空調装置１００は、風呂場や便所等のよ
うに一般には空調装置が設置されないような場所でも、
室内機１０を移動して使用できるので、快適な環境で着
替えや用便等ができる。さらに、蒲団や洋服の収納スペ
ースにこの空調装置１００の室内機１０を配置すれば、
冬場であれば暖かい蒲団や洋服を使用でき、また夏季で
あれば温度の低い蒲団等に寝ることができるので、快適
に生活することができる。

【００３３】また、上記のように、この空調装置１００
は、従来のように室内全体を冷暖房することなく、実際
に冷暖房が必要な領域を局所的に冷暖房することができ
るので、冷暖房の無駄を低減できる。また、この空調装
置１００は、室内の一部を局所的に冷暖房できればよい
ので、従来の空調装置９００（図８参照）のように、室
内機９１０の冷暖房性能をそれ程高くする必要がない。
したがって、室内全体を冷暖房する場合と比較して必要
な場所を局所的に冷暖房できるため、冷暖房に要するエ
ネルギーが少なくて済み、経済的である。

【００３４】さらに、従来の空調装置９００（図８参
照）では、室内に冷暖房されやすい場所とそうでない場
所とができてしまい、すべての場所で快適な環境を作る
ことは難しかった。この空調装置１００においては、複
数の空調装置１００を室内の異なる場所に設置すること
で、部屋全体の温度偏差を低減できるので、室内全体に
わたって快適な環境を作ることができる。特にビルにお
いては、夏場は低い階ほど冷房されやすく、一方冬場は
低い階ほど暖まりにくい。この空調装置１００によれ
ば、階によって設置台数を変えることで、このような温
度偏差を低減できる。また、人によって温度の感じ方が
異なるため、オフィスのように不特定の人間がすごす場
所においては、全員が快適な環境ですごすことは難しか
った。しかし、この空調装置１００によって局所的に冷
暖房すれば、それぞれの人間に合わせた温度調整ができ
るので、より多くの人間が快適な環境ですごすことがで
きる。

【００３５】（実施の形態２）図４は、この発明の実施
の形態２に係る空調装置を示す説明図である。この空調
装置１０１は、上記実施の形態１に係る空調装置１００
（図１参照）と略同一の構成であるが、室内機１０の凝
縮器５０の熱を室外機２１まで輸送する伝熱媒体とし
て、室内の空気を使用する点が異なる。その他の構成は
実施の形態１と同様なのでその説明を省略するととも
に、同一の構成要素には同一の符号を付する。

【００３６】この空調装置１０１の室内機１１には、凝
縮器５０の前面、すなわち室内側に室内空気取入れ口１
１ｉ₂が設けられている。また、室外機２１には室内空
気吸引手段である誘引ファン３４が設けられており、室
内の空気を室外機２１へ導く配管６６を介して室内の空
気を室外機２１側へ吸引する。これによって、室内機１
１の凝縮器５０に室内の空気が導入される。空調装置１
０１の運転中は、冷媒が液化する際に凝縮器５０で熱を
放出するが、誘引ファン３４によって室内空気取入れ口
１１ｉ₂から導入される室内の空気で凝縮器５０を冷却
する。凝縮器５０を冷却して温度が上昇した室内の空気
は、誘引ファン３４によって室外へ排出される。

【００３７】従来の空調装置９００（図８参照）や、実
施の形態１に係る空調装置１００においては、室内機１
０の冷媒が液化するときに放出する排熱を、外気と前記
排熱との温度差を利用して外気中に放出する。したがっ
て、外気温度が高くなって前記排熱の温度との差が小さ
くなったり、前記排熱の温度よりも外気温度の方が高く
なったりした場合には、外気に対する放熱効率が極めて
低下するか、あるいは放熱できなくなってしまう。その
結果、冷房効率の低下を招いていた。

【００３８】この空調装置１０１は、室内機１０の冷媒
が液化する際に放出する排熱を室内の空気によって冷却
する。この室内の空気は、空調装置１０１で冷却された
室内の空気の一部を使用する。室内の空気は前記排熱よ
りも温度が高くなることはないので、この排熱を室内の
空気によって奪うことができる。そして、温度の上昇し
た室内の空気は、誘引ファン３４によってそのまま外気
へ放出されて、外気との間で熱交換はされない。これに
よって、この空調装置１０１においては、凝縮器５０の
温度よりも外気温度が高い場合であっても冷房効率の低
下を抑制できる。

【００３９】（実施の形態３）図５は、この発明の実施
の形態３に係る空調装置を示す説明図である。この空調
装置１０２は、上記実施の形態１に係る空調装置１００
（図１参照）と略同一の構成であるが、凝縮器５０で液
化した室内機１２の冷媒を膨張タービン４４で膨張させ
ることによって、冷媒が膨張する際のエネルギーを回収
する点が異なる。その他の構成は実施の形態１と同様な
のでその説明を省略するとともに、同一の構成要素には
同一の符号を付する。

【００４０】この空調装置１０２の室内機１２には、実
施の形態１に係る空調装置１００の室内機１０に備えら
れていた膨張弁４２（図１参照）の代わりに膨張タービ
ン４４が備えられている。そして、この膨張タービン４
４を凝縮器５０の下流に配置し、凝縮器５０で液化した
室内機１２の冷媒をここで膨張させて、膨張タービン４
４を駆動する。この実施の形態においては、膨張タービ
ン４４と圧縮機４０とを駆動軸４４ｓで連結してある。
そして、圧縮機４０を駆動する動力を膨張タービン４４
によってまかなうようにしてある。このため、これまで
は捨てていた冷媒の膨張エネルギーも有効に回収できる
ので、空調装置１０２全体の消費エネルギーを低減でき
る。なお、膨張タービン４４の出力が十分でない場合に
は、これによって圧縮機４０を駆動する動力の一部をま
かなうことになる。なお、図５に示すように、膨張ター
ビン４４の回転数が圧縮機４０、さらに駆動モータ（図
示せず）を接続しておけば、膨張タービン４４で回収で
きるエネルギーだけ、駆動モータの動力を低減できる。

【００４１】図６は、実施の形態３に係る他の例を示す
説明図である。同図に示すように、膨張タービン４４に
よって発電機４５を駆動することで、室内機１３の冷媒
が膨張する際のエネルギーを回収してもよい。このよう
にすると、膨張タービン４４の出力が変動しても、圧縮
機４０はその変動の影響を直接受けることはないので、
安定して圧縮機４０を運転できる。ここで、発電機４５
で発生した電力は、圧縮機４０を駆動するモーター（図
示せず）に供給したり、あるいは、発生した電力を家庭
電源へ戻したりしてもよい。いずれの方法によっても、
空調装置全体の消費エネルギーを低減できる。なお、図
６に示すように、膨張タービン４４と発電機４５とは、
減速機４４ｔを介して接続することによって、発電機４
５を駆動するために必要なトルクを発生させることがで
きる。また、膨張タービン４４の回転を減速して発電機
４５に伝えることによって、使用に適した周波数の交流
電力を得ることができる。

【００４２】（実施の形態４）図７は、この発明の実施
の形態４に係る空調装置を示す説明図である。この空調
装置１０３は、上記実施の形態１に係る空調装置１００
（図１参照）と略同一の構成であるが、室外機２２の室
外機用熱交換器５８に加熱手段であるバーナー７５を備
え、冷房を使用しないときには室外機用熱交換器５８で
水を加熱してこれを利用する点が異なる。その他の構成
は実施の形態１と同様なのでその説明を省略するととも
に、同一の構成要素には同一の符号を付する。

【００４３】まず、図７（ａ）を用いて説明する。この
空調装置１０３を冷房として使用する場合には、配管６
２に取り付けられた三方弁７７と、配管６４に取り付け
られた三方弁７８とを操作して、室外機用熱交換器５８
と凝縮器５０との間で伝熱媒体である水を循環させる。
空調装置１０３を冷房として使用する場合については実
施の形態１で説明した通りであるので、その説明は省略
する。

【００４４】空調装置１０３を冷房として使用しない場
合には、室外機２２に備えられた室外機用熱交換器５８
を湯沸かし器として利用できる。このときには、三方弁
７７と７８とを操作し、三方弁７７を通して水道から流
れてきた水を室外機用熱交換器５８に導く。そして、こ
こに設けたバーナー７５によって室外機用熱交換器５８
を流れる水を加熱する。室外機用熱交換器５８で加熱さ
れた水は、温水としてポンプ４６によって三方弁７８を
通して室内側へ送り出される。この温水は、家屋の給湯
として使用したり、あるいは室内暖房用の熱源として使
用したりすることができる。

【００４５】バーナー７５を使用する場合には、導風路
７１に設けた開閉弁７３を開き、室外機用ファン３２を
回転させて、空気をバーナー７５に送る。このようにす
ると、より多くの酸素をバーナー７５に送り込めるの
で、バーナー７５の燃焼効率を高くできる。なお、空調
装置１０３で冷房する場合には、開閉弁７３を閉じて、
すべての空気を室外機用熱交換器５８に送る。

【００４６】また、室外機２２に備えられた室外機用熱
交換器５８を湯沸かし器として使用する場合には、室外
機用ファン３２によって送風する空気と燃料とを予め混
合させて両者の混合気体を作り、これをバーナー７５で
燃焼させてもよい。このような燃焼方式は、いわゆる予
混合燃焼であるが、このようにすると、大量の空気によ
ってバーナー７５の火炎温度を低くできるので、ＮＯｘ
の発生量を低減できる。

【００４７】なお、前記温水を室内暖房用の熱源として
使用する場合には、例えば、図７（ｂ）に示すような暖
房用室内機１５を使用することができる。この場合に
は、暖房用室内機１５の配管６２ｈ及び６４ｈを室外機
２２の配管６２及び６４と接続して、室外機用熱交換器
５８で作られた温水を暖房用室内機１５の暖房用熱交換
器５３に流す。そして、暖房用ファン３６によって空気
と暖房用熱交換器５３との間で熱交換させて、温まった
空気を室内に流す。実施の形態１で説明したように、室
内に室外機側接続部７６（図３参照）を複数設けておけ
ば、暖房用室内機１５を使用する場所まで移動して使用
できる。これによって、室内全体を暖める必要がなくな
るので、暖房に要するエネルギーを低減できる。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明に係る空
調装置（請求項１）では、冷房サイクルを構成する圧縮
機と凝縮器と膨張弁と蒸発器とを備えた室内機と、熱交
換手段を備えた室外機とを備えるようにした。そして、
室内機の凝縮器において生ずる冷媒が液化する際に発生
する熱を、夏季の気温において液体である伝熱媒体によ
って室外機の熱交換手段へ運び、ここで外気に放出する
ようにした。このため、室内機と室外機とを分離しても
伝熱媒体が気化するおそれはなく、室内機を室外機と切
り離して使用場所に移動できる。これによって室内の冷
暖房の効きが悪い場所であっても快適にすごすことがで
きる。また、室内機の使用場所周辺のみを冷暖房すれば
よいので部屋全体を冷暖房する必要がなく、冷暖房に要
する消費エネルギーを低減できる。

【００４９】また、この発明に係る空調装置（請求項
２）では、上記伝熱媒体には、大気圧における沸点が５
０℃以上１２０℃以下である物質のうちいずれかを単独
で、またはこのような物質を複数組み合わせて使用する
ようにした。また、この発明に係る空調装置（請求項
３）では、上記伝熱媒体には、５０℃における飽和蒸気
圧が大気圧の１０％以上９５％以下である物質のうちい
ずれかを単独で、またはこのような物質を複数組み合わ
せて使用するようにした。このため、夏季の気温におい
ても伝熱媒体は液体であるため、室内機を移動させるた
めに室内機と室外機とを分離する場合にも、分離部分か
ら伝熱媒体が気化することを防止できる。また、伝熱媒
体は夏季の気温においても液体であるため、室内機の凝
縮器と室外機の熱交換手段とを結ぶ配管内を加圧する必
要がないので、取り扱いが容易になる。さらに、このよ
うな物質の中から複数の物質を混合させて伝熱媒体とし
て使用すれば、空調装置の仕様により適した伝熱媒体を
得ることができる。

【００５０】また、この発明に係る空調装置（請求項
４）では、上記伝熱媒体には水を使用するようにした。
水は入手しやすく安価で、且つ安全性が高いため、室内
機を取り外して使用する頻度が多い場合には安全性を確
保できる。また、水は夏季においても蒸発量が比較的少
ないので、頻繁に室内機を取り外しても接続部からの蒸
発量が少なくできる。これによって、伝熱媒体の補充頻
度を低減できるので、特に家庭で使用する場合には保守
に要する手間を軽減できる。

【００５１】また、この発明に係る空調装置（請求項
５）では、凝縮器において冷媒が液化する際に放出する
排熱を室内の空気によって奪って、昇温した室内の空気
は外気へ放出するようにした。このように、空調装置で
冷却された室内の空気の一部によって冷媒が液化する際
に放出する排熱を奪い、そのまま外気に昇温した室内の
空気を放出する。これによって、昇温した室内の空気は
外気との間で熱交換はされないので、凝縮器の温度より
も外気温度が高い場合であっても冷房効率の低下を抑え
ることができる。

【００５２】また、この発明に係る空調装置（請求項
６）では、上記空調装置において、さらに、上記室内機
に備えられた凝縮機と蒸発器との間に膨張タービンを備
え、上記冷媒をこの膨張タービンで膨張させるようにし
た。このため、これまでは捨てていた冷媒の膨張エネル
ギーも有効に回収できるので、空調装置全体の消費エネ
ルギーを低減できる。

【００５３】また、この発明に係る空調装置（請求項
７）では、上記空調装置において、さらに、上記圧縮機
と上記膨張タービンとを結合し、膨張タービンによって
圧縮機の駆動エネルギーの少なくとも一部をまかなうよ
うにした。このように、膨張タービンによって直接圧縮
機を駆動するので、機械的損失を低減してより効率的に
冷媒の膨張エネルギーを有効に回収できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１に係る空調装置を示す
説明図である。

【図２】密閉形式の室内機用熱交換器の一例を示す説明
図である。

【図３】実施の形態１に係る空調装置の使用態様の一例
を示す説明図である。

【図４】この発明の実施の形態２に係る空調装置を示す
説明図である。

【図５】この発明の実施の形態３に係る空調装置を示す
説明図である。

【図６】実施の形態３に係る他の例を示す説明図であ
る。

【図７】この発明の実施の形態４に係る空調装置を示す
説明図である。

【図８】従来使用されてきた空調装置の一例を示す説明
図である。

【符号の説明】

１０、１１、１２、１３室内機１０ｅ空気出口１０ｉ空気取入れ口１１ｉ₂ 室内空気取入れ口１５暖房用室内機２０、２１、２２室外機２０ｅ外気出口２０ｉ外気取入れ口３４誘引ファン４０圧縮機４２膨張弁４４膨張タービン４６ポンプ５０凝縮器５２蒸発器５４、５８室外機用熱交換器６０、６２、６２ｈ、６４、６４ｈ、６６配管７０室内機配管７２室外機配管１００、１０１、１０２、１０３空調装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ２５Ｂ 11/02 Ｆ２５Ｂ 11/02 Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷媒を圧縮する圧縮機と、この圧縮機で
圧縮された前記冷媒に熱を放出させて当該冷媒を液化さ
せる凝縮器と、液化した冷媒を膨張させる膨張弁と、膨
張した冷媒を蒸発させて室内の空気の熱を奪う蒸発器と
を有する室内機と、熱交換手段を備えた室外機と、前記凝縮器と前記熱交換手段とを接続し、夏季の気温に
おいて液体である伝熱媒体を前記凝縮器と前記熱交換手
段との間で循環させる配管とを有し、前記伝熱媒体は、冷媒が前記凝縮器において液化する際
に放出する熱を奪い、前記室外機の熱交換手段でこの熱
を放出することを特徴とする空調装置。
【請求項２】上記伝熱媒体には、大気圧における沸点
が５０℃以上１２０℃以下である物質のうちいずれかを
単独で、またはこのような物質を複数組み合わせて使用
することを特徴とする請求項１に記載の空調装置。
【請求項３】上記伝熱媒体には、５０℃における飽和
蒸気圧が大気圧の１０％以上９５％以下である物質のう
ちいずれかを単独で、またはこのような物質を複数組み
合わせて使用することを特徴とする請求項１に記載の空
調装置。
【請求項４】上記伝熱媒体には水を使用することを特
徴とする請求項１に記載の空調装置。
【請求項５】冷媒を圧縮する圧縮機と、この圧縮機で
圧縮された前記冷媒に熱を放出させて当該冷媒を液化さ
せる凝縮器と、液化した冷媒を膨張させる膨張弁と、膨
張した冷媒を蒸発させて室内の空気の熱を奪う蒸発器と
を有する室内機と、前記室内機が使用される室内の空気を室外へ吸引する室
内の空気吸引手段を備えた室外機と、前記室内機の凝縮器と前記室外機の室内の空気吸引手段
とを接続して、室内の空気を室外機へ導く配管とを有
し、室内の空気によって冷媒が前記凝縮器において液化する
際に放出する熱を奪い、温度の上昇したこの室内の空気
を前記室内の空気吸引手段によって室外へ放出すること
を特徴とする空調装置。
【請求項６】さらに、上記室内機に備えられた凝縮機
と蒸発器との間には膨張タービンが備えられており、上
記冷媒をこの膨張タービンで膨張させて上記冷媒の膨張
エネルギーを回収することを特徴とする請求項１〜５の
いずれか１項に記載の空調装置。
【請求項７】さらに、上記圧縮機と上記膨張タービン
とを結合し、上記膨張タービンによって圧縮機の駆動エ
ネルギーの少なくとも一部をまかなうことを特徴とする
請求項６に記載の空調装置。