JP2004069286A - 冷水及び温水製造装置を備える空気調和機 - Google Patents

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Abstract

【課題】冷房又は暖房を行いながら温水を製造することができる冷水及び温水製造装置を備える空気調和機を提供することを目的とする。
【解決手段】圧縮機が冷媒を圧縮して高温の気体状態にすると、温水製造装置は高温の冷媒と水との間の熱交換により温水を製造する。室外熱交換は冷媒と外部空気との間の熱交換を行い、冷水／温水製造装置は温水製造装置を通過した冷媒と水との間の熱交換により温水を製造し、室外熱交換器を通過した冷媒と水との間の熱交換により冷水を製造する。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は空気調和機に係り、より詳しくは冷房及び暖房が可能な空気調和機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般の温水製造装置においては、化石燃料を燃焼させるときに発生する熱で水を加熱するか或いは電熱器を用いて水を加熱する方法が主として用いられる。そのほかに、空気調和機の原理を用いる温水製造装置がある。この温水製造装置は、冷媒を圧縮して高温、高圧の状態にした後、高温の冷媒と水との間に行われる熱交換により水を加熱する。
【０００３】
このような従来の冷媒を用いる温水製造装置を図１に基づいて説明する。同図に示すように、圧縮機１０２で高温、高圧で圧縮された冷媒は、温水製造熱交換器１０４、膨張バルブ１０６、蒸発器１０８を経て再び圧縮機１０２に流入される。温水製造熱交換器においては、冷媒と水との間の熱交換が行われる。すなわち、高温の冷媒から相対的に低温の水に熱が伝達されることにより、冷媒の温度は低下し、水の温度は上昇する。温水製造熱交換器１０４を通過した冷媒は膨張バルブ１０６と蒸発器１０８を通過しながら低温、低圧の気体状態になって再び圧縮機１０２に流入される。
【０００４】
温水製造熱交換器１０４において冷媒から熱を奪った水は温水貯蔵タンク１１２に貯蔵され、貯蔵された温水は温水供給管（図示せず）を介して所望の構成部に供給される。この温水貯蔵タンク１１２には外部から水が供給されて補充される。循環ポンプ１１０は温水貯蔵タンク１１２と温水製造熱交換器１０４との間で水が強制循環されるようにする。
【０００５】
このような従来の冷媒を用いる温水製造装置は、空気調和機の原理及び基本構造を用いながらも空気調和機能を提供しないだけでなく、温水製造機能のみを持っているばかりで、低温の冷水製造機能は持っていないため、システムの活用範囲が非常に制限的でかつ非効率的である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明は前記のような従来の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、空気調和機に冷水及び温水製造装置を設けることで、冷房及び暖房はもちろんのこと、温水を製造して供給することができる空気調和機を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記のような目的を達成するため、本発明は、冷媒を圧縮して高温の気体状態にする圧縮機と、前記圧縮機から供給される高温の冷媒と水との間の熱交換により温水を製造する温水製造装置と、冷媒と外部空気との間の熱交換を行う室外熱交換器と、前記温水製造装置から供給される冷媒と水との間の熱交換により温水を製造するか或いは前記室外熱交換器から供給される冷媒と水との間の熱交換により冷水を製造する冷水／温水製造装置とを含んでなる空気調和機を提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による冷水及び温水製造装置を備える空気調和機の好ましい実施形態を図２ないし図３Ｂに基づいて詳細に説明する。
図２は本発明による冷水及び温水製造装置を備える空気調和機の構成を示す図である。同図に示すように、圧縮機２０２は冷媒を高温、高圧の気体状態にして吐き出す。温水製造装置２０４は、高温の冷媒と相対的に低温の水との間で熱交換を行って温水を製造する熱交換器である。本発明による空気調和機は、二酸化炭素（ＣＯ２）を冷媒として環境汚染を減らすようにする。
【０００９】
温水製造装置２０４で製造された温水は温水貯蔵タンク２１６に貯蔵される。循環ポンプ２１４は温水製造装置２０４と温水貯蔵タンク２１６との間で水が円滑に循環されるようにする。四方バルブ２０６は、本発明による空気調和機の動作モード（冷房又は暖房）によって冷媒の流動方向を転換して、冷媒が冷水／温水製造装置２１２又は室外熱交換器２０８に供給されるようにする。冷房モードにおいて、室外熱交換器２０８は、高温、高圧の気体冷媒と外部空気との熱交換を行って、冷媒を外部空気の温度よりは高いが外部空気により冷却された高圧の気体冷媒にする。この際、膨張バルブ２１０は、室外熱交換器２０８を通過した冷媒圧力を高圧から低圧に下げる。一方、暖房モードにおいて、膨張バルブ２１０は冷水／温水製造装置２１２を通過した冷媒の圧力を高圧から低圧に下げる。
【００１０】
冷水／温水製造装置２１２は熱交換器で、高温又は低温の冷媒と水との間の熱交換を行って温水又は冷水を製造するものである。冷水／温水製造装置２１２は、冷房モードで冷水を製造し、暖房モードで温水を製造する。この冷水／温水製造装置２１２で作られる冷水又は温水は室内熱交換器２１８に供給されて冷房又は暖房に用いられる。循環ポンプ２２０は、室内熱交換器２１８と冷水／温水製造装置２１２との間で水が円滑に循環されるようにする。
【００１１】
冷水／温水製造装置２１２において、冷媒管２１２Ａを直接室内熱交換器２１８に連結していないのは、冷媒管２１２Ａの配管長を最小にするためである。また、二酸化炭素（ＣＯ２）を冷媒として使うので、冷媒の作動圧力はおよそ８０〜１５０気圧まで上昇するにつれて、室内熱交換器２１８が構造的な欠陥を有する場合には、室内熱交換器が圧力に耐えられなくて、室内で破裂し得る問題を避けるためである。したがって、冷水／温水製造装置２１２により冷水又は温水を製造して冷房又は暖房を行うと、冷媒間の場合より維持補修が易しく、室内熱交換器２１８の爆発危険性を防止することができる。
【００１２】
このように構成される本発明による空気調和機の動作はつぎのようである。図３Ａは本発明による冷水及び温水製造装置を備える空気調和機の冷房モードでの冷媒サイクルを示す図である。図３Ａにおいて、実線で示す矢印は冷媒の流動方向を示し、点線で示す矢印は水の流動方向を示すものである。冷房モードにおいて、本発明による空気調和機の温水製造装置２０４では温水が製造され、冷水／温水製造装置２１２では冷水が製造される。すなわち、冷房モードでも冷水と温水を共に製造できるので、温水の供給と冷房の両方を具現することができる。
【００１３】
図３Ａに示すように、圧縮機２０２で高温、高圧で圧縮された気体冷媒が温水製造装置２０４を通過するとき、高温の冷媒と相対的に低温の水との間で熱交換が行われることにより、水の温度は上昇し、冷媒の温度は低下する。こうして、温水製造装置２０４で製造された温水は循環ポンプ２１４により温水貯蔵タンク２１６に移動して貯蔵される。温水製造装置２０４を通過した冷媒は四方バルブ２０６を経て室外熱交換器２０８に流入される。室外熱交換器２０８においては、高温の冷媒と相対的に低温の室外空気との間で熱交換が行われることにより、冷媒の温度がさらに低下する。室外熱交換器２０８を通過した低温、高圧の気体冷媒は膨張バルブ２１０により圧力が低下し、低温、低圧の冷媒が冷水／温水製造装置２１２に流入される。したがって、冷水／温水製造装置２１２では低温の冷水が製造される。冷水／温水製造装置２１２で製造された冷水が室内熱交換器２１８を通過するとき、低温の冷媒と高温の室内空気との間で熱交換が行われることにより、室内空気の温度は低下し、冷媒の温度は上昇する。冷水／温水製造装置２１２を通過した冷媒は四方バルブ２０６を介して再び圧縮機２０２に流入される。こうして、本発明による空気調和機は冷房モードで温水と冷水を共に製造することにより、温水の供給と冷房を同時に行うことができる。
【００１４】
図３Ｂは本発明による冷水及び温水製造装置を備える空気調和機の暖房モードでの冷媒サイクルを示す図である。図３Ｂにおいて、実線で示す矢印は冷媒の流動方向を示し、点線で示す矢印は水の流動方向を示すものである。暖房モードにおいて、本発明による空気調和機の温水製造装置２０４と冷水／温水製造装置の両方で温水が製造される。
【００１５】
図３Ｂに示すように、圧縮機２０２で高温、高圧で圧縮された気体冷媒が温水製造装置２０４を通過するとき、高温の冷媒と相対的に低温の水との間で熱交換が行われることにより、水の温度は上昇し、冷媒の温度は低下する。こうして、温水製造装置２０４で製造された温水は循環ポンプ２１４により温水貯蔵タンク２１６に移動して貯蔵される。温水製造装置２０４を通過した冷媒は四方バルブ２０６を経て冷水／温水製造装置２１２に流入される。冷水／温水製造装置２１２に流入される冷媒は未だ高温、高圧の状態にあるため、高温の冷媒と相対的に低温の室外空気との間で熱交換が行われることにより、冷媒の温度が低下し、水の温度が上昇して、温水が製造される。冷水／温水製造装置２１２で製造された温水が室内熱交換器２１８を通過するとき、高温の温水と相対的に低温の室内空気との間で熱交換が行われて、室内空気の温度が上昇することにより、暖房が行われる。すなわち、本発明による空気調和機は暖房モードで温水の製造により温水の供給と冷房を同時に行うことができる。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による温水製造装置を備える空気調和機は、冷房モードで温水の製造と冷房を同時に行うことができ、しかも暖房モードでは温水の製造と暖房を同時に行うことができるので、冷房又は暖房を行いながら常に温水を製造して供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】冷媒を用いる従来の温水製造装置を示す図である。
【図２】本発明による冷水／温水製造装置を備える空気調和機の構成を示す図である。
【図３Ａ】図２に示す冷水／温水製造装置を備える空気調和機の冷房モードでの冷媒サイクルを示す図である。
【図３Ｂ】図２に示す冷水／温水製造装置を備える空気調和機の暖房モードでの冷媒サイクルを示す図である
【符号の説明】
２０２　圧縮機
２０４　温水製造装置
２０６　四方バルブ
２０８　室外熱交換器
２１０　膨張バルブ
２１２　冷水／温水製造装置
２１４　循環ポンプ
２１６　温水貯蔵タンク
２１８　室内熱交換機
２２０　循環ポンプ

Claims (19)

  1. 冷媒を圧縮して高温の気体状態にする圧縮機と、
    前記圧縮機から供給される高温の冷媒と水との間の熱交換により温水を製造する温水製造装置と、
    冷媒と外部空気との間の熱交換を行う室外熱交換器と、
    前記温水製造装置から供給される冷媒と水との間の熱交換により温水を製造するか或いは前記室外熱交換器から供給される冷媒と水との間の熱交換により冷水を製造する冷水／温水製造装置とを含んでなることを特徴とする空気調和機。
  2. 前記冷水／温水製造装置から供給される冷水又は温水と室内空気との間の熱交換により室内空気を冷房又は暖房する室内熱交換器をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
  3. 前記冷媒として二酸化炭素を用いることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
  4. 冷媒を圧縮して高温の気体状態にする圧縮機と、
    前記圧縮機から供給される高温の冷媒と比較的低温の水との間の熱交換により温水を製造する温水製造装置と、
    前記冷媒と水との間の熱交換により、前記冷水／温水製造装置を通過する冷媒の温度によって、冷水又は温水を製造する冷水／温水製造装置と、
    冷房モードで前記温水製造装置から供給される冷媒と外部空気との間の熱交換を行うか、或いは暖房モードで前記冷水／温水製造装置から供給される冷媒と外部空気との間の熱交換を行う室外熱交換器と、
    前記圧縮機から吐き出される冷媒が冷房モード又は暖房モードの選択によって前記冷水／温水製造装置と前記室外熱交換器のいずれかに流入されるように、前記冷媒の流動方向を制御する四方バルブと、
    冷房モードで前記室外熱交換器から供給される冷媒の圧力を下げ、暖房モードでは前記冷水／温水製造装置から供給される冷媒の圧力を下げる膨張バルブとを含んでなることを特徴とする空気調和機。
  5. 前記冷水／温水製造装置は冷房モードで冷水を製造し、暖房モードで温水を製造することを特徴とする請求項４に記載の空気調和機。
  6. 前記冷水／温水製造装置で製造される冷水又は温水は室内熱交換器に流入して室内空気との熱交換により室内空気を冷房又は暖房することを特徴とする請求項４に記載の空気調和機。
  7. 前記冷媒として二酸化炭素を用いることを特徴とする請求項４に記載の空気調和機。
  8. 前記空気調和機は、前記温水製造装置から供給される温水を貯蔵する温水貯蔵タンクをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
  9. 前記空気調和機は、前記温水製造装置と前記温水貯蔵タンクとの間で水を循環させる循環ポンプをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
  10. 前記空気調和機は、選択モードによって冷媒の流動方向を制御する四方バルブをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
  11. 冷房モードで、前記冷媒は前記温水製造装置から前記室外熱交換器に移動することを特徴とする請求項１０に記載の空気調和機。
  12. 暖房モードで、前記冷媒は前記温水製造装置から前記冷水／温水製造装置に移動することを特徴とする請求項１０に記載の空気調和機。
  13. 冷房モードで、前記室外熱交換器は、高温、高圧の気体状態の冷媒から外部空気に熱を移動させる熱交換を行って、未だ外部空気よりは高い温度の高圧の気体状態の冷媒を製造することを特徴とする請求項１１に記載の空気調和機。
  14. 前記高圧の気体状態の冷媒は膨張バルブに供給されて圧力が減少されることを特徴とする請求項１３に記載の空気調和機。
  15. 前記冷水／温水製造装置は、前記室内熱交換器に直接連結されておらず、冷媒が通過する冷媒管を含むことを特徴とする請求項４に記載の空気調和機。
  16. 冷房モードで冷水と温水が同時に製造されることを特徴とする請求項５に記載の空気調和機。
  17. 温水と室内空気の冷房が同時に得られることを特徴とする請求項１６に記載の空気調和機。
  18. 温水と室内空気の暖房が同時に得られることを特徴とする請求項１６に記載の空気調和機。
  19. 冷媒を圧縮して高温、高圧の気体状態にする段階と、
    前記高温冷媒と水との間の熱交換により温水を製造する段階と、
    前記冷媒と外部空気との間の熱交換を行う段階と、
    前記高温の冷媒と水との間の熱交換により温水を製造するか、或いは外部空気と熱交換する前記冷媒と水との間の熱交換により冷水を製造する段階とを含んでなることを特徴とする空気調和方法。
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