JP2011064401A

JP2011064401A - 空気調和機による給湯システム

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Publication number: JP2011064401A
Application number: JP2009215427A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Ukuta; 豊宇久田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-09-17
Filing date: 2009-09-17
Publication date: 2011-03-31

Abstract

【課題】空気調和装置の熱交換器を室外機の至近位置に設置して冷媒管を短くでき、かつ貯湯槽内の湯温をポンプによる強制循環で均一化可能とすると共に、貯湯槽として、特別な保守・サービスを要しない市販の汎用タンクを利用可能とする。
【解決手段】空気調和装置の室外機凝縮器とコンプレッサーとの間に同芯二重管から成る水冷式の熱交換器を配設して、その一方に冷媒を循環させ、他方に冷却水を循環させることによって、コンプレッサーで加圧された高圧高温ガスで冷却水を加温し、給湯などに有効利用する構成であるから、従来のように熱交換器を貯湯槽中に浸漬する必要がなく、熱交換器と貯湯槽を分離し、離して配置することも容易になり、貯湯槽として市販の汎用タンクを利用可能とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、空気調和システムにおいて、コンプレッサーで加圧された高圧高温ガスを冷却し凝縮する際に発生する廃熱を有効利用して貯湯槽へ給湯可能とするシステムに関し、平成１２年に出願した空気調和システムを更に改良して実用性を高めたものである。

本発明の発明者が平成12年に出願した特開2002−130862の発明によると、図１のように、コンプレッサーＣＭで加圧された高圧高温ガスを冷却する熱交換器８を貯湯槽７の中に浸漬して、給湯可能にすると共に、しかも地球温暖化の原因となる廃熱の大気中への放出を抑制することが可能となる。
図１において、コンプレッサーＣＭで加圧された高圧高温ガスは、先ず熱交換器８を通過する際に水冷されて凝縮してから、高圧液体の状態で次の凝縮器３を経て、膨張弁５に送られて減圧され、室内機２で蒸発する。
こうして、貯湯槽７で高圧高温ガスが冷却されて凝縮した場合は、次の凝縮ファン４は機能する必要がないので、圧力スイッチＳＷで凝縮圧力を検出し、貯湯槽７によって凝縮が完了している場合は、冷媒ガス圧が低いため、凝縮ファン４を作動させず、凝縮不十分で冷媒ガス圧が高い場合のみ、凝縮ファン４を作動させるようになっている。すなわち、貯湯槽７で冷却水が加温されて冷却能力が低下した場合は、圧力スイッチＳＷで凝縮ファン４の電源をＯＮして、空冷で凝縮させる。

貯湯槽７は、水道すなわち給水管９ｉから流入して溜まる。そして、コンプレッサーで加圧された高圧高温ガスを熱交換器８で冷却する際に加温された湯は、排水管９ｏから流出して、給湯ボイラーＢや洗濯機などの給水蛇口１０に供給される。
水道管から流入する際の水温が２８℃とすると、最大４０℃程度に加温されて流出するので、ボイラーＢで消費する燃料を節減できる。また、水冷で冷媒ガスが冷却されている間は、室外機の凝縮ファン４は停止するので、それだけ電気代も節約できる。
ホテルや病院、飲食店、老人ホームなどの施設では、多数の空気調和システムが稼働しているので、大量の廃熱が大気中に放出され、地球温暖化を招くが、本発明では、この廃熱の発生を抑制することできる。

貯湯槽７の側壁には、保守・サービスの際に、熱交換器８を出し入れする開口を開けてあり、通常は、着脱板１２で閉鎖されている。熱交換器８の根元は、着脱板１２を貫通し、かつ着脱板１２に固定されている。そして、貯湯槽７の外に設けたフレアニップルＮ１、Ｎ２で、コンプレッサーおよび凝縮器側と連結される。
なお、貯湯槽７の側壁下部には、ドレン管１３を設けてあり、貯湯槽７内を清掃した時のドレン抜きができる。

特開２００２−１３０８６２

前記のように、特許文献１記載の冷媒の水冷構造によると、貯湯槽７中の水を冷媒熱で加温できる利点は認めるが、貯湯槽７中に熱交換器８を浸漬するため、熱交換器８付近の水しか加温できず、対流によって温度が均一化されるまで待つ必要があり、効率的でない。
また、大重量の貯湯槽７は地上や１階に設置されることが多いのに対し、各室外機１は各階に装備する必要があるので、長尺の冷媒管を配管する必要が生じ、断熱処理などの負担が大きいだけでなく、冷凍サイクルの確保が困難となったり、冷凍サイクルに制限が生じる。貯湯槽７自体も専用の特殊構造となるので、コスト高となる。貯湯槽７の保守・サービスの際に、どうしてもタンク内の水抜きが必要であり、面倒である。
本発明の技術的課題は、このような問題に着目し、貯湯槽内の湯温をポンプによる強制循環で均一化可能とすると共に、熱交換器を室外機の至近位置に設置して冷媒管を短くでき、さらに貯湯槽として、特別な保守・サービスを要しない市販の汎用タンクを利用可能とすることにある。

請求項１は、空気調和装置の室外機凝縮器とコンプレッサーとの間に同芯二重管から成る水冷式の熱交換器を配設して、その一方に冷媒を循環させ、他方に冷却水を通過させることによって、コンプレッサーで加圧された高圧高温ガスで冷却水を加温し、給湯などに有効利用可能としたことを特徴とする空気調和装置である。
このように、空気調和装置の室外機凝縮器とコンプレッサーとの間に同芯二重管から成る水冷式の熱交換器を配設して、その一方に冷媒を循環させ、他方に冷却水を通過させることによって、コンプレッサーで加圧された高圧高温ガスで冷却水を加温し、給湯などに有効利用する構成であるから、従来のように熱交換器を貯湯槽中に浸漬する必要がなく、熱交換器と貯湯槽を分離し、離して配置することも容易になる。
その結果、大重量の貯湯槽は地上や１階に配置し、熱交換器と室外機は２階以上の上階に配置することも可能となり、或いは水平距離の離れた場所でも配置でき、使い勝手が向上する。また、従来の熱交換器を貯湯槽中に浸漬する構造では、対流で湯温が均一化するまで待つ必要があるのに対し、本発明の同芯二重管式の熱交換器では、ポンプで貯湯槽と熱交換器の間を強制的に循環させるので、短時間に湯温が均一化する。従って、特殊な専用の貯湯槽を用いる必要もなく、市販の汎用型のタンクを利用でき、低コストとなる。

請求項２は、別置きの貯湯槽と循環ポンプと前記の同芯二重管の冷却水管とを配管接続して、冷却水が循環する構造にしたことを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置である。
このように、別置きの貯湯槽と循環ポンプと前記の同芯二重管の冷却水管とを配管接続して、冷却水が循環する構造にしたため、貯湯槽と室外機の同芯二重管とを異なる階や離れた位置に分離して配置でき、またポンプで強制循環させるので貯湯槽の湯温が短時間に均一化される。

請求項３は、前記の貯湯槽を地上又は１階に設置し、前記の同芯二重管並びに室外機は２階以上の上階に設置可能としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空気調和装置である。
このように、前記の貯湯槽を地上又は１階に設置し、前記の同芯二重管並びに室外機は２階以上の上階に設置できるため、重量の大きい貯湯槽を２階以上に配置する必要がなく、２階以上の負荷が軽減され、設置上の強度的な問題は発生しない。

請求項４は、空気調和装置の室外機凝縮器とコンプレッサーとの間に同芯二重管から成る水冷式の熱交換器を配設して、その一方に冷媒を循環させ、他方に冷却水を通過させることによって、コンプレッサーで加圧された高圧高温ガスで冷却水を加温し、給湯などに有効利用することを特徴とする空気調和装置による給湯方法である。
このように、コンプレッサーで加圧された高圧高温ガスで冷却水を加温し、給湯などに有効利用する方法であるから、従来のように熱交換器を貯湯槽中に浸漬する方法と違って、熱交換器と貯湯槽を分離し、離して配置することも容易で、貯湯槽を地上又は１階に設置し、熱交換器と室外機は２階以上の上階に設置可能となる。また、ポンプで貯湯槽と熱交換器の間を強制的に循環させるので、短時間に貯湯槽の湯温が均一化し、かつ市販の汎用型のタンクで足りるので、水抜きや保守・メンテナンスなどの負担も軽減される。

請求項１のように、空気調和装置の室外機凝縮器とコンプレッサーとの間に同芯二重管から成る水冷式の熱交換器を配設して、その一方に冷媒を循環させ、他方に冷却水を通過させることによって、コンプレッサーで加圧された高圧高温ガスで冷却水を加温し、給湯などに有効利用する構成であるから、従来のように熱交換器を貯湯槽中に浸漬する必要がなく、熱交換器と貯湯槽を分離し、離して配置したり、貯湯槽を地上や１階に配置し熱交換器と室外機を上階に配置したり、取り扱いが容易になる。

請求項２のように、別置きの貯湯槽と循環ポンプと前記の同芯二重管の冷却水管とを配管接続して、冷却水が循環する構造にしたため、貯湯槽と室外機の同芯二重管とを異なる階や離れた位置に分離して配置でき、またポンプで強制循環させるので貯湯槽の湯温が短時間に均一化される。従って、市販の汎用型のタンクで足りる。

請求項３のように、前記の貯湯槽を地上又は１階に設置し、前記の同芯二重管並びに室外機は２階以上の上階に設置できるため、重量の大きい貯湯槽を２階以上に配置する必要がなく、２階以上の荷重が軽減され、設置上の強度的な問題は発生しない。

請求項４のように、コンプレッサーで加圧された高圧高温ガスで冷却水を加温し、給湯などに有効利用する方法であるから、従来のように熱交換器を貯湯槽中に浸漬する方法と違って、熱交換器と貯湯槽を分離し、離して配置することも容易で、貯湯槽を地上又は１階に設置し、熱交換器と室外機は２階以上の上階に設置可能となる。また、ポンプで貯湯槽と熱交換器の間を強制的に循環させるので、短時間に貯湯槽の湯温が均一化され、かつ市販の汎用型のタンクで足りるので、水抜きや保守・メンテナンスなどの負担も軽減される。

従来の空気調和機による給湯システムを示す配管図である。本発明による空気調和機を用いた給湯システムの配管図である。本発明による同芯二重管による熱交換器を示す図で、（１）は正面図、（２）は平面図、（３）はＡ−Ａ断面図である。

次に本発明による空気調和機による給湯システムが実際上どのように具体化されるか実施形態を詳述する。図２は本発明による空気調和機を用いた給湯システムの配管図であり、コンプレッサーＣＭで加圧された高圧高温ガスは、先ず熱交換器１８を通過する際に水冷されて凝縮してから、高圧液体の状態で次の凝縮器３を経て、キャピラリーチューブ１６に送られて減圧され、室内機２で蒸発し室内を冷房する。
しかしながら、本発明の熱交換器１８は、図３に示すように、大径の外管１４の中に小径の中管１５を（３）図のように同芯状に内蔵した状態で、コイル状に巻かれている。コイル形状は、真円状でも楕円状でも、競技トラック状でもよく、特に限定されない。
小径の中管１５中に冷媒を供給し循環させると共に、大径の外管１４中に冷却水を供給し循環させると、中管１５中の冷媒が水冷されるので、図１のように貯湯槽の水中に浸漬する必要はなく、室外機の間近に配管することができる。

従って、中管１５をコンプレッサーＣＭと凝縮器３との間に配管接続して冷媒を通過させると共に、外管１４の一端を貯湯槽１７の下寄りに循環ポンプＰを介して接続し、他端を貯湯槽１７の上部に接続する。
いま、コンプレッサーＣＭで加圧された高圧高温ガスで、外管１４中の冷却水が加温されると、ポンプＰで強制循環されているため、加温された温水が貯湯槽１７の上側から水槽中に落下し、内部の水ＷがポンプＰで熱交換器１８に供給されて常時循環するので、貯湯槽１７中の水は徐々に温度上昇する。

従来のように、熱交換器８が貯湯槽７の水中に浸漬されている場合は、貯湯槽７中の水が対流で温水になるので、熱交換器８中の冷媒の温度が急に頻繁に変化することは少ないが、本発明のように、同芯二重管製の熱交換器１８中を冷却水が循環する場合は、対流式と違って冷却水の温度変化が緩慢とは限られない。
しかしながら、近年の技術向上によって、従来の膨張弁５に代わる電子膨張弁が出現しているので、配管の各位置Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の温度を検出し、その検出信号を基に、電子膨張弁すなわちキャピラリーチューブ１６の開閉度を基板上で演算して制御する電子制御方式が主流となり、しかもインバーター制御によって精細に冷凍サイクルを制御し省エネ化を図っている。

従って、従来のように圧力スイッチＳＷに頼る必要性は無く、しかも配管の各位置におけるどのような温度変化にも敏速に対応できるため、本発明のような同芯二重管製の熱交換器１８を採用しても、冷凍サイクルの円滑な制御に支障が生じる恐れはない。
その結果、従来のように、冷凍サイクルを確保するために特別の部品を手配し工事する必要も無く、擬縮ファンの発停制御用の部品も不要で、省工事性の効果も大きい。
なお、室内機の冷媒出口側のＶ１は圧力調整弁であり、低圧圧力低下防止の働きをする。

前記のように、同芯二重管の熱交換器１８で加温され、貯湯槽１７に蓄えられた温水は直接使用できるほか、別置きのボイラーや湯沸器Ｂに給湯管９ｏで供給すれば、ボイラーや湯沸器の燃料を節約でき、最近のように、化石エネルギーが高騰する時代には顕著な効果を奏する。貯湯槽１７の水位が低下すると、自動的に公共の水道から水道水が給水管９ｉで補充されるように、常に水位制御されている。

以上のように、本発明によると、空気調和装置の室外機凝縮器とコンプレッサーとの間に同芯二重管から成る水冷式の熱交換器を配設して、その一方に冷媒を循環させ、他方に冷却水を通過させることによって、コンプレッサーで加圧された高圧高温ガスで冷却水を加温し、給湯可能としたため、貯湯槽内の湯温をポンプによる強制循環で均一化可能となる。しかも、熱交換器を室外機の至近位置に設置して冷媒管を短縮し、貯湯槽は離して設置可能となり、かつ貯湯槽として、特別な保守・サービスを要しない市販の汎用タンクを利用することが可能となる。

１室外機
２室内機
ＣＭコンプレッサー
３凝縮器
４凝縮ファン
５膨張弁
６室内機ファン
７貯湯槽
８熱交換器
９ｉ給水管
９ｏ給湯管
ＳＷ圧力スイッチ（凝縮ファン発停用）
Ｂボイラー
１０蛇口
Ｎ１、Ｎ２フレアニップル
１２着脱板
１３ドレン管
１４外管
１５中管
１６キャピラリーチューブ
１７貯湯槽
Ｗ水
Ｐ循環ポンプ
１８同芯二重管製の熱交換器

Claims

空気調和装置の室外機凝縮器とコンプレッサーとの間に同芯二重管から成る水冷式の熱交換器を配設して、その一方に冷媒を循環させ、他方に冷却水を通過させることによって、コンプレッサーで加圧された高圧高温ガスで冷却水を加温し、給湯などに有効利用可能としたことを特徴とする空気調和装置。
別置きの貯湯槽と循環ポンプと前記の同芯二重管の冷却水管とを配管接続して、冷却水が循環する構造にしたことを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
前記の貯湯槽を地上又は１階に設置し、前記の同芯二重管並びに室外機は２階以上の上階に設置可能としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空気調和装置。
空気調和装置の室外機凝縮器とコンプレッサーとの間に同芯二重管から成る水冷式の熱交換器を配設して、その一方に冷媒を循環させ、他方に冷却水を通過させることによって、コンプレッサーで加圧された高圧高温ガスで冷却水を加温し、給湯などに有効利用することを特徴とする空気調和装置による給湯方法。