JP2019515239A

JP2019515239A - 高エネルギ効率構成を有するスプリット型空調及びヒートポンプシステム

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Publication number: JP2019515239A
Application number: JP2018558324A
Authority: JP
Inventors: ウォン，リー，ワ
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-05-02
Filing date: 2017-05-02
Publication date: 2019-06-06
Anticipated expiration: 2037-05-02
Also published as: WO2017192613A1; JP6846613B2; CN109790986A; US10345003B2; US20170314813A1

Abstract

スプリット型空調及びヒートポンプシステムは、室内ユニット、室外ユニット、及び高エネルギ効率構成を有する。室内ユニットは、室内空気入口を有する室内ハウジングと、室内熱交換器とを含む。室外ユニットは、室外ハウジング、圧縮機、室外熱交換器、及びファンユニットを含む。高エネルギ効率構成は、室内ハウジングに支持され、室内熱交換器と室外熱交換器とに接続されたエネルギ節約熱交換器を含む。エネルギ節約熱交換器は、室内空間からの空気が室内熱交換器に達する前にエネルギ節約熱交換器を通過するように、室内空気入口と室内熱交換器との間に配置される。

Description

本発明は、空調及びヒートポンプシステムに関し、より具体的には高エネルギ効率構成を有するスプリット型空調及びヒートポンプシステムに関する。

図１を参照すると、従来のスプリット型空調及びヒートポンプシステムが図示されている。従来のスプリット型空調及びヒートポンプシステムは、室外ユニット１００Ｐと室内ユニット２００Ｐとを備えている。室外ユニット１００Ｐは、通常は圧縮機１０１Ｐ、室外熱交換ユニット１０２Ｐ、圧縮機１０１Ｐと室外熱交換ユニット１０２Ｐとの間に接続された四方弁１０３Ｐ、及び室外ファンユニット１０７Ｐを備えている。スプリット型空調及びヒートポンプシステムは、複数の膨張弁１０４Ｐ、複数の一方向弁１０５Ｐ、及び並列に接続された複数のフィルタ装置１０６Ｐをさらに備えている。例示的な接続構成が図１に示されている。四方弁１０３Ｐは、室外ユニット１００Ｐと室内ユニット２００Ｐの異なる構成要素に接続された第一〜第四接続ポート１０３１Ｐ、１０３２Ｐ、１０３３Ｐ、１０３４Ｐを有している。

室内ユニット２００Ｐは通常、室内熱交換ユニット２０１Ｐを有している。室内ユニット２００Ｐと室外ユニット１００Ｐとは、複数の接続管と上記の様々な構成要素とを介して接続されている。周囲空気と室内空間から引き込まれた空気との熱交換を行うために、所定量の冷媒が室内ユニット２００Ｐと室外ユニット１００Ｐとの間を循環するように配置されている。

上述の従来のスプリット型空調及びヒートポンプシステムの主な欠点は、その性能係数（ＣＯＰ）が概して極めて低いことである。ＣＯＰは一般に、それぞれの暖房又は冷房ユニットによって提供される暖房又は冷房の量の効率比であると理解されている。これは、全世界で急速に増大しているエネルギ需要に照らして不十分である。

本発明のある変形形態は、従来のスプリット型空調及びヒートポンプシステムと比較してシステム全体の性能係数（ＣＯＰ）を高めることができる高エネルギ効率構成を備えるスプリット型空調及びヒートポンプシステムを提供する。

本発明のある変形形態は、室内空間から引き込まれた空気を予熱するためにエネルギ節約熱交換器が設けられ得る高エネルギ効率構成を備える、スプリット型空調及びヒートポンプシステムを提供する。

本発明のある変形形態は、
スプリット型空調及びヒートポンプシステムであって、
複数の接続管と、
室内空気入口と室外空気出口とを有する室内ハウジングと、前記室内ハウジング内に支持された室内熱交換器を備える室内ユニットと、
室外空気入口と室外空気出口を有する室外ハウジングと、前記室外ハウジング内に支持され、圧縮機出口と圧縮機入口とを有する圧縮機と、前記室外ハウジング内に支持され、前記接続管の少なくとも１つを介して前記圧縮機に接続された室外熱交換器と、前記室外ハウジング内に支持された前記室外空気入口と前記室外空気出口との間を流れるように空気を引き込むためのファンユニットを有する室外ユニットと、
エネルギ節約熱交換器であって、前記室内ハウジングに支持され、前記接続管を介して前記室内熱交換器と前記室外熱交換器にそれぞれ接続され、室内空間からの空気が前記室内熱交換器に達する前に前記エネルギ節約熱交換器を通過するように前記室内空気入口と前記室内熱交換器との間に配置された前記エネルギ節減型熱交換器を有する高エネルギ効率構成と、を備え、
前記スプリット型空調及びヒートポンプシステムは、空調モードとヒートポンプモードの間で選択的に動作され、前記空調モードでは、所定量の蒸気冷媒が前記圧縮機から流出し、周囲雰囲気に熱を放出するために前記室外熱交換器に流入するように誘導されるように配置され、前記室外熱交換器から流出した前記冷媒は、前記室内空間から引き込まれた空気から熱を吸収するために前記エネルギ節約熱交換器に流入するように誘導され、前記エネルギ節約熱交換器から流出した前記冷媒は、同様に前記室内空間から引き込まれた前記空気から熱を吸収するために前記室内熱交換器に流入するように誘導され、前記室内熱交換器から流出した前記冷媒は、前記圧縮機に還流して空調サイクルを完了するように誘導され、
前記ヒートポンプモードでは、所定量の蒸気冷媒が前記圧縮機から流出し、前記室内空間に熱を放出するために前記室内熱交換器に流入するように誘導されるように配置され、前記室内熱交換器から流出した前記冷媒は、前記室内空間の前記空気にさらに熱を放出するために前記エネルギ節約熱交換器に流入するように誘導され、前記エネルギ節約熱交換器から流出した前記冷媒は、周囲空気から熱を吸収するために前記室外交換器に流入するように誘導され、前記室外熱交換器から流出した前記冷媒は、前記圧縮機に還流してヒートポンプサイクルを完了するように誘導される、スプリット型空調及びヒートポンプシステムを提供する。

図１は、従来のスプリット型空調及びヒートポンプシステムを示す図である。

図２は、本発明の好ましい実施形態によりスプリット型空調及びヒートポンプシステムの概略図である。

図３は、本発明の好ましい実施形態によるスプリット型空調及びヒートポンプシステムの冷媒流路を示す概略図である。

好ましい実施形態の以下の詳細な説明は、本発明を実施する好ましい形態である。説明はいかなる限定的な意味にも解されるべきではない。説明は本発明の一般的な原理を示す目的で提示される。

図２〜図３を参照すると、本発明の好ましい実施形態によるスプリット型空調及びヒートポンプシステムが示されている。概して、スプリット型空調及びヒートポンプシステムは、室内ユニット１０と、室外ユニット２０と、高エネルギ効率構成３０とを備えることができる。スプリット型空調及びヒートポンプシステムは、システムの様々な構成要素で熱交換を行うための所定量の冷媒などの所定量の作動流体を利用する。システムの様々な構成要素は、複数の接続管４０を介して接続され得る。本発明のスプリット型空調及びヒートポンプシステムは、所定の室内空間の暖房又は冷房用のシステムであってよい。

室内ユニット１０は、室内ハウジング１１と、室内ハウジング１１内に支持された室内熱交換器１２とを備えることができる。室内ハウジング１１は、室内空気入口１１１と室内空気出口１１２とを有することができる。さらに、室内ハウジング１１は、室内冷媒入口１１３と室内冷媒出口１１４とを有することができる。

室外ユニット２０は、室外ハウジング２１と、圧縮機２２と、室外熱交換器２３と、ファンユニット２４とを有することができる。室外ハウジング２１は、室外空気入口２１１と室外空気出口２１２とを有することができる。圧縮機２２は、室外ハウジング２１内に支持されてもよく、圧縮機出口２２１と圧縮機入口２２２とを有することができる。室外ハウジング２１は、室内ユニット１０と室外ユニット２０との間の冷媒の流れを促進するために室内冷媒出口１１４に接続された室外冷媒入口２１３と、室内冷媒入口１１３に接続された室外冷媒出口２１４とをさらに有することができる。

室外熱交換器２３は、室外ハウジング２１内に支持され、接続管４０の少なくとも１つを介して圧縮機２２に接続され得る。ファンユニット２４は、室外空気入口２１１と室外空気出口２１２との間を流れるように空気を引き込むために室外ハウジング２１内に支持されてもよい。

高エネルギ効率構成３０は、室内ユニット１０の室内ハウジング１１内に支持され、接続管４０を介して室内熱交換器１２と室外熱交換部２３とに接続されたエネルギ節約熱交換器３１を備えることができる。エネルギ節約熱交換器３１は、室内空間からの空気が室内熱交換器１２に達する前にエネルギ節約熱交換器３１を通過するように室内空気入口１１１と室内熱交換器１１１の間に配置され得る。

スプリット型空調及びヒートポンプシステムは、空調モードとヒートポンプモードとの間で選択的に動作され得る。空調モードでは、所定量の蒸気冷媒が圧縮機２２から流出し、周囲空気に放熱するために室外熱交換器２３に流入するように誘導されるように配置される。室外熱交換器２３から流出した冷媒は、室内空間から引き込まれた空気から熱を吸収するためにエネルギ節約熱交換器３１に流入するように誘導され得る。エネルギ節約熱交換器３１から流出した冷媒は、同様に室内空間から引き込まれた空気から熱を吸収するために室内熱交換器１２に流入するように誘導され得る。室内熱交換器１２から流出した冷媒は、圧縮機２２に還流して空調サイクルを完了するように誘導され得る。

スプリット型空調及びヒートポンプシステムがヒートポンプモードにある場合は、所定量の蒸気冷媒が圧縮機から流出し、室内空間に放熱するために室内熱交換器１２に流入するように誘導されるように配置される。室内熱交換器１２から流出した冷媒は、室内空間への空気にさらに熱を放出するためにエネルギ節約熱交換器３１に流入するように誘導され得る。エネルギ節約熱交換器３１から流出した冷媒は、周囲空気にさらに熱を吸収するために室外熱交換器２３に流入するように誘導され得る。室外熱交換器２３から流出した冷媒は、圧縮機２２に還流して空調サイクルを完了するように誘導され得る。

本発明の好ましい実施形態によれば、室内ユニット１０は、（リビングルームなどの）冷房又は暖房される室内空間内に配置され得る。室内空間からの空気は室内空気入口１１１を通って室内ユニット１０に引き込まれる一方、冷却又は加熱された空気は室内空気出口１１２を通って室内空間に給送され得る。室内空気入口１１１と室内空気出口１１２とは、室内ハウジング１１の前側に形成され得る。

これにより対して、室外ユニット２０は、周囲空気との熱交換を行うように（施設の外部などの）室外環境に配置され得る。室内ユニット１０と室外ユニット２０とは、複数の接続管４０を介して接続され得る。

圧縮機２２は、これを通って流れる冷媒を加圧するように構成され得る。これは、代表的な空調サイクル又はヒートポンプサイクルの冷媒循環の出発点を形成する。圧縮機２２は、室外ハウジング２１内に取り付けられ得る。

室外熱交換器２３は、第一流路ポート２３１と第二流路ポート２３２とを有することができ、室外空気入口２１１から引き込まれた周囲空気と冷媒の熱交換を行うように構成され得る。室外熱交換器２３は、スプリット型空調及びヒートポンプシステムが空調モードで動作される場合には凝縮器として機能する（すなわち冷媒を液体状態に変換する）ように構成され得る。逆に、室外熱交換器２３は、スプリット型空調及びヒートポンプシステムがヒートポンプモードで動作される場合には蒸発器として機能する（すなわち冷媒を気体又は蒸気状態に変換する）ように構成され得る。第一流路ポート２３１と第二流路ポートとは、室外熱交換器２３を通過する冷媒の入口又は出口を形成することができる。室外熱交換器２３は、圧縮機２２と、高エネルギ効率構成３０のエネルギ節約熱交換器３１との間に接続される。

室内熱交換器１２は、第一連通ポート１２１と第二連通ポート１２２とを有することができ、室内熱交換器１２を通過する空気と冷媒の間の熱交換を行うように構成され得る。室内熱交換器１２は、スプリット型空調及びヒートポンプシステムが空調モードで動作される場合には蒸発器として機能する（すなわち冷媒を気体又は蒸気状態に変換する）ように構成され得る。逆に、室内熱交換器１２は、スプリット型空調及びヒートポンプシステムがヒートポンプモードで動作される場合には凝縮器として機能する（すなわち冷媒を液体状態に変換する）ように構成され得る。室内熱交換器１２は、圧縮機２２と、高エネルギ効率構成３０のエネルギ節約熱交換器３１との間に接続され得る。

室内熱交換器１２は、室内空気入口１１１の近傍で室内ハウジング１１の横方向に沿って延在することができる。室内空間からの空気は室内ハウジング１１に引き込まれ、エネルギ節約熱交換器３１及び室内熱交換器１２を通過する冷媒との熱交換を行うように、エネルギ節約熱交換器３１と室内熱交換器１２とを順次通過するように誘導され得る。室内熱交換器１２とエネルギ節約熱交換器３１とを通過した空気は、室内空気出口１１２を通って室内空間に再給送されるように誘導され得る。室内空気入口１１１は、図２に示されるように室内空気出口１１２の上方に配置され得る。

圧縮機２２、室内熱交換器１２及び室外熱交換器２３は、ある特定の構成では接続管４０を介して配置され、接続され得る。例示的な構成が図３に示されている。

スプリット型空調及びヒートポンプシステムは、冷媒の流路を変更するために圧縮機２２、室外熱交換器２３、及び室外熱交換器２３間を接続する切換装置２５をさらに備えることができる。具体的には、切換装置２５は、第一〜第四接続ポート２５１、２５２、２５３、２５４を有することができ、空調切換モードとヒートポンプ切換モードとの間で切換えられ、空調切換モードでは、冷媒が第一接続ポート２５１から第二接続ポート２５２へ流れ得るように第一接続ポート２５１が第二接続ポート２５２に接続されることができ、一方、冷媒が第三接続ポートから第四接続ポート２５４へ流れ得るように第三接続ポート２５３が第四接続ポート２５４に接続され得る。

ヒートポンプ切換モードでは、切換装置２５は、冷媒が第一接続ポート２５１から第四接続ポート２５４へ流れることができるように、第一接続ポート２５１が第四接続ポート２５４に接続されるように切換えられ得る一方、冷媒が第二接続ポート２５２から第三接続ポート２５３へ流れることができるように第二接続ポート２５２が第三接続ポート２５３に接続され得る。

図３に示されるように、第一接続ポート２５１は、圧縮機２２の圧縮機出口２２１に接続され得る。第二接続ポート２５２は、室外熱交換器２３の第二流路ポート２３２に接続され得る。第三接続ポート２５３は、圧縮機２２の圧縮機入口２２２に接続され得る。第四接続ポート２５４は、室内熱交換器１２の第二連通ポート１２２に接続され得る。

室外熱交換器２３の第一流路ポート２３１は、並列に接続された様々な構成要素を介して室内熱交換器１２の第二連通ポート１２２に接続され得る。例示的な構成が図３に示されている。明確と読解の容易のため、図３では平行な２つの経路が経路１及び経路２と示称されている。「経路」は冷媒の流路を指す。

室外ユニット２０は、室外ハウジング２１内に受容され、経路１と経路２とにそれぞれ接続された第一一方向弁２６１と第二一方向弁２６２とをさらに備えることができる。第一及び第二一方向弁２６１、２６２は、１つの所定方向で冷媒の流れを制限し、逆方向の流れは制限しないように構成され得る。本発明の好ましい実施形態では、第一一方向弁２６１は、冷媒が室外熱交換器２３から経路１を通って室内熱交換器１２に向かって流れることを許容し、逆方向は許容しないように構成され得る。第二一方向弁２６２は、冷媒がエネルギ節約熱交換器３１から経路２を通って室外熱交換器２３に向かって流れることを許容し、逆方向は許容しないように構成され得る。

室外ユニット２０は、室外ハウジング２１内に受容され、経路１内の第一一方向弁２６１と経路２内の第二一方向弁２６２とにそれぞれ直列に接続された第一フィルタ装置２７１と第二フィルタ装置２７２とをさらに備えることができる。第一フィルタ装置２７１と第二フィルタ装置２７２とは、これらを通過する冷媒から不要な物質を濾過して除去するように構成され得る。

室外ユニット２０は、経路１内の第一フィルタ装置２７１と経路２内の第二フィルタ装置２７２にそれぞれ直列に接続された第一膨張弁２８１と第二膨張弁２８２とをさらに備えることができる。第一膨張弁２８１と第二膨張弁２８２は、これらを通過する冷媒の流れを制御し、調整するように構成され得る。

要約すると、第一一方向弁２６１、第一フィルタ装置２７１、及び第一膨張弁２８１は、経路１内で直列に接続される一方、第二一方向弁２６２、第二フィルタ装置２７２、及び第二膨張弁２８２は経路２内で並列に接続される。しかし、経路１と経路２とは、経路１と経路２の各々にある構成要素が他の経路内で接続される構成要素と並列に接続されるように、並列に接続されている。

図３に示されるように、高エネルギ効率構成３０のエネルギ節約熱交換器３１は、第一流体ポート３１１と第二流体ポート３１２とを有することができる。冷媒は、第一流体ポート３１１と第二流体ポート３１２とを通ってエネルギ節約熱交換器３１に流入し、これから流出することができる。第二流体ポート３１２は経路１又は経路２のいずれかを通って室外熱交換器２３の第一流路ポート２３１に接続され得る。

室内ユニット１０は、並列に接続された二方弁１３と流量調整器１４とをさらに備えることができ、エネルギ節約熱交換器３１の第一流体ポート３１１は、二方弁１３と流量調整器１４とを介して室内熱交換器１２の第一連通ポート１２１に接続され得る。二方弁１３と流量調整器１４とは、互いに並列に接続され得る。この構成は図３に示されている。エネルギ節約熱交換器３１は、スプリット型空調及びヒートポンプシステムが空調モードで動作される場合は蒸発器として構成され得る。エネルギ節約熱交換器３１は、スプリット型空調及びヒートポンプシステムがヒートポンプモードで動作される場合には凝縮器として構成され得る。

さらに、二方弁１３は、スプリット型空調及びヒートポンプシステムが空調モードにある場合には、冷媒がこれを通過する（すなわち開放される）ことができるように構成され得る。逆に、スプリット型空調及びヒートポンプシステムがヒートポンプモードにある場合には、二方弁１３は、冷媒がこれを通過することを実質的に防止する（すなわち閉鎖される）ように構成され得る。二方弁１３が開放されている場合、二方弁は、流量調整器１４が有する流れ抵抗と比較して液体−気体状の冷媒に及ぼす抵抗が極めて小さいように構成され得る。二方弁１３が閉鎖されている場合は、二方弁は、流量調整器１４のそれと比較して液体−気体状の冷媒に対する抵抗が極めて大きいように構成され得る。

本発明の動作は以下の通りである：上述のスプリット型空調及びヒートポンプシステムは、幾つかの熱交換プロセスを遂行するように上述の構成要素を通って流れ得る冷媒の流れサイクルを含む。

スプリット型空調及びヒートポンプシステムが空調モードにある場合は、これは室内空間への冷気を生成するように構成される。冷媒サイクルは、圧縮機から開始される。過熱又は蒸気状態の冷媒は、圧縮機出口２２１を通って圧縮機２２からから流出するように配置され得る。切換装置２５は、空調切換モードに切換えられ得る。圧縮機２２から流出した冷媒は、第一接続ポート２５１及び第二接続ポート２５２を通過し、第二流路ポート２３２を通って室外熱交換器２３に流入し得る。次いで冷媒は、周囲空気を放熱するために室外空気入口２１１から引き込まれた周囲空気などの冷却剤との熱交換を行うことができる。周囲空気は、室外空気出口２１２を通って室外ハウジング２１から排出され得る。放熱した後、冷媒は液体−気体状に変換され得る。

次いで冷媒は、第一流路ポート２３１を通って室外熱交換器２３から出るように誘導され得る。室外熱交換器２３から流出した冷媒は、冷媒は、経路１内に接続された第一一方向弁２６１、第一フィルタ装置２７１、及び第一膨張弁２８１を通って流れるように誘導され得る。このとき、冷媒は第二一方向弁２６２によって経路２に流入することが防止され得る。次いで冷媒は、室内空間から引き込まれた空気から熱を吸収するために第二流体ポート３１２を通ってエネルギ節約熱交換器３１に流入するように誘導され得る。次いで冷媒は、第一流体ポート３１１を通ってエネルギ節約熱交換器３１から出ることができる。エネルギ節約熱交換器３１から出た冷媒は、二方弁１３と流量調整器１４を通って流れるように誘導され得る。（上述のように）二方弁１３は開放されているため、冷媒の大部分は二方弁１３を通って流れることができる一方、極めて少量の冷媒だけが流量調整器１４を通って流れることができる。二方弁１３を通過した冷媒は、室内空間から引き込まれた空気から熱を吸収するために第一連通口１２１を通って室内熱交換器１２に流入するように誘導され得る。冷媒は蒸気又は過熱状態に再変換され得る。次いで冷媒は、第二連通ポート１２２を通って室内熱交換器１２から流出するように誘導され得る。次いで冷媒は、切換装置２５の第四接続ポート２５４及び第三接続ポート２５３を通って流れるように誘導され、最終的には圧縮機入口２２２を通って圧縮機２２に還流し得る。これにより空調モードでの１つの冷媒サイクルが完了する。

空調モードでは、冷媒は、室内空間から引き込まれた空気との熱交換を行うためにエネルギ節約熱交換器３１と室内熱交換器１２とを順次通過するように誘導され得る。これによって、より多くの熱交換器が利用されるため熱交換を実施するための有効表面積が大幅に増大する。さらに、この配置は冷媒の温度も上昇させる。基本的な熱力学の研究は、室内ユニット１０から流出する冷媒の温度が高いほど、圧縮機２２が受けるエネルギ損失が少なくなることを明らかにしている。

スプリット型空調及びヒートポンプシステムがヒートポンプモードにある場合は、このシステムは室内空間に加熱された空気を生成するように構成される。冷媒サイクルはこの場合も圧縮機２２から開始される。過熱又は蒸気状態の冷媒は、圧縮機出口２２１を通って圧縮機２２から流出するように配置され得る。切換装置２５は、ヒートポンプ切換モードに切り換えられ得る。圧縮機２２から流出した冷媒は、第一接続ポート２５１、第四接続ポート２５４を通過し、第二連通ポート１２２を通って室内熱交換器１２に流入することができる。次いで冷媒は、室内空間内に空気に放熱するために室内空気入口１１１から引き込まれた空気との熱交換を行うことができる。加熱された空気は、室内空気出口１１２を通って室内ハウジング１１から排出され得る。放熱の後、冷媒は液体状態に変換され得る。

次いで冷媒は、第一連通ポート１２１を通って室内熱交換器１２から出るように誘導され得る。室内熱交換器１２から流出した冷媒は、流量調整器１４を通って流れ、第一流体ポート３１１を通ってエネルギ節約熱交換器３１に流入するように誘導され得る。スプリット型空調及びヒートポンプシステムがヒートポンプモードにある場合は、（上述のように）二方弁１３が閉鎖されるように構成されるため、冷媒は二方弁１３を通過できない。エネルギ節約熱交換器３１に流入する冷媒は、室内熱交換器１２を通過する前に空気を予熱するために、室内空間内から引き込まれた空気との熱交換を行うことができる。エネルギ節約熱交換器３１から流出した冷媒は、経路２内で接続された第二一方向弁２６２、第二フィルタ装置２７２及び第二膨張弁２８２を通って流れるように誘導され得る。このとき、冷媒は第一一方向弁２６１によって経路１に流入することが防止され得る。次いで冷媒は、周囲空気から引き込まれた空気から熱を吸収するため、第一流路ポート２３１を通って室外熱交換器２３に流入するように誘導され得る。冷媒は、蒸気状態に再変換され、次いで、第二流路ポート２３２を通って室外熱交換器２３から流出し得る。冷媒は、その後、切換装置２５の第二接続ポート２５２と第三接続ポート２５３とを通って流れるように誘導され、最終的に圧縮機入口２２２を通って圧縮機２２に還流することができる。これによりヒートポンプモードでの１つの冷媒サイクルが完了する。

ヒートポンプモードでは、室内熱交換器１２から流出した冷媒は、室内空間から引き込まれた空気を予熱するためにエネルギ節約熱交換器３１に流入するように誘導され得る。冷媒は、室内空間から引き込まれた空気によってさらに冷却され得る。その結果、室内空間からの空気は２つの熱交換器プロセスを受けるため、両方のプロセスで冷媒から熱が吸収される。これらの熱交換プロセスでは、圧縮機２２によって行われる仕事は、図１に示されるような従来のヒートポンプサイクルと比較して不変のままに留まる一方で、室内空間により多くの熱が生成される。

一方、室外熱交換器２３に達する冷媒の温度は、図１に示される従来のヒートポンプサイクルでのそれよりも高い。これによって冷媒と周囲空気との熱交換の効率が高まる。

本発明は、好ましい実施形態と幾つかの代替形態について図示され、説明されてきたが、本明細書に含まれる特定の説明に限定されるものではない。追加の代替又は等価の構成要素を使用して本発明を実施することも可能であろう。

Claims

スプリット型空調及びヒートポンプシステムであって、
複数の接続管と、
室内空気入口と室外空気出口とを有する室内ハウジングと、前記室内ハウジング内に支持された室内熱交換器を備える室内ユニットと、
室外空気入口と室外空気出口を有する室外ハウジングと、前記室外ハウジング内に支持され、圧縮機出口と圧縮機入口とを有する圧縮機と、前記室外ハウジング内に支持され、前記接続管の少なくとも１つを介して前記圧縮機に接続された室外熱交換器と、前記室外ハウジング内に支持された前記室外空気入口と前記室外空気出口との間を流れるように空気を引き込むためのファンユニットを有する室外ユニットと、
エネルギ節約熱交換器であって、前記室内ハウジングに支持され、前記接続管を介して前記室内熱交換器と前記室外熱交換器にそれぞれ接続され、室内空間からの空気が前記室内熱交換器に達する前に前記エネルギ節約熱交換器を通過するように前記室内空気入口と前記室内熱交換器との間に配置された前記エネルギ節減型熱交換器を有する高エネルギ効率構成と、を備え、
前記スプリット型空調及びヒートポンプシステムは、空調モードとヒートポンプモードの間で選択的に動作され、前記空調モードでは、所定量の蒸気冷媒が前記圧縮機から流出し、周囲雰囲気に熱を放出するために前記室外熱交換器に流入するように誘導されるように配置され、前記室外熱交換器から流出した前記冷媒は、前記室内空間から引き込まれた空気から熱を吸収するために前記エネルギ節約熱交換器に流入するように誘導され、前記エネルギ節約熱交換器から流出した前記冷媒は、同様に前記室内空間から引き込まれた前記空気から熱を吸収するために前記室内熱交換器に流入するように誘導され、前記室内熱交換器から流出した前記冷媒は、前記圧縮機に還流して空調サイクルを完了するように誘導され、
前記ヒートポンプモードでは、所定量の蒸気冷媒が前記圧縮機から流出し、前記室内空間に熱を放出するために前記室内熱交換器に流入するように誘導されるように配置され、前記室内熱交換器から流出した前記冷媒は、前記室内空間の前記空気にさらに熱を放出するために前記エネルギ節約熱交換器に流入するように誘導され、前記エネルギ節約熱交換器から流出した前記冷媒は、周囲空気から熱を吸収するために前記室外交換器に流入するように誘導され、前記室外熱交換器から流出した前記冷媒は、前記圧縮機に還流してヒートポンプサイクルを完了するように誘導される、スプリット型空調及びヒートポンプシステム。
前記室外熱交換器は、第一流路ポートと第二流路ポートを有し、前記室外熱交換器は、前記スプリット型空調及びヒートポンプシステムが前記空調モードで動作される場合には凝縮器として構成され、前記スプリット型空調及びヒートポンプシステムが前記ヒートポンプモードで動作される場合には蒸発器として構成される、請求項１に記載のスプリット型空調及びヒートポンプシステム。
前記室内熱交換器は、第一連通ポートと第二連通ポートを有し、前記室内熱交換器は、前記スプリット型空調及びヒートポンプシステムが前記空調モードで動作される場合には蒸気器として構成され、前記スプリット型空調及びヒートポンプシステムが前記ヒートポンプモードで動作される場合には凝縮器として構成される、請求項２に記載のスプリット型空調及びヒートポンプシステム。
前記高エネルギ効率構成の前記エネルギ節約熱交換器は、前記接続管の少なくとも１つを介して前記室内熱交換器の前記第一連通ポートに接続された第一流体ポートと、前記接続管の少なくとも１つを介して前記室外熱交換器の前記第一流路ポートに接続された第二流体ポートとを有する、請求項３に記載のスプリット型空調及びヒートポンプシステム。
前記室内ユニットは、並列に接続された二方弁と流量調整器とをさらに備え、前記エネルギ節約熱交換器の前記第一流体ポートは、前記二方弁と前記流量調整器を介して前記室内熱交換の前記第一連通ポートに接続される、請求項４に記載のスプリット型空調及びヒートポンプシステム。
前記エネルギ節約熱交換器は、前記スプリット型空調及びヒートポンプシステムが前記空調モードにある場合には蒸発器として構成され、前記スプリット型空調及びヒートポンプシステムが前記ヒートポンプモードにある場合には凝縮器として構成される、請求項５に記載のスプリット型空調及びヒートポンプシステム。
前記スプリット型空調及びヒートポンプシステムが前記ヒートポンプモードにある場合には、前記二方弁は、冷媒がこれを通過できるように配置され、前記スプリット型空調及びヒートポンプシステムが前記ヒートポンプモードにある場合には、前記二方弁は、冷媒がこれを通過することを実質的に防止するように配置されるように前記二方弁が構成される、請求項６に記載のスプリット型空調及びヒートポンプシステム。
前記圧縮機、前記室外熱交換器、及び前記室内熱交換器の間を接続する切換装置をさらに備え、前記切換装置は、第一〜第四接続ポートを有し、空調切換モードとヒートポンプ切換モードとの間で切り換えられように構成され、前記空調切換モードでは、前記切換装置は、前記第一接続ポートが前記第二接続ポートに接続される一方、前記第三接続ポートが前記第四接続ポートに接続されるように構成され、前記ヒートポンプ切換モードでは、前記切換装置は、前記第一接続ポートが前記第四接続ポートに接続される一方、前記第二接続ポートが前記第三接続ポートに接続されるように構成される、請求項７に記載のスプリット型空調及びヒートポンプシステム。
前記第一接続ポートは、前記接続管の少なくとも１つを介して前記圧縮機の前記圧縮機出口に接続される、請求項８に記載のスプリット型空調及びヒートポンプシステム。
前記第二接続ポートは、前記接続管の少なくとも１つを介して前記室外熱交換器の前記第二流路ポートに接続される、請求項９に記載のスプリット型空調及びヒートポンプシステム。
前記第三接続ポートは、前記接続管の少なくとも１つを介して前記圧縮機の前記圧縮機入口に接続される、請求項１０に記載のスプリット型空調及びヒートポンプシステム。
前記第四接続ポートは、前記接続管の少なくとも１つを介して前記室内熱交換器の前記第二連通ポートに接続される、請求項１１に記載のスプリット型空調及びヒートポンプシステム。
前記室外ユニットは、前記室外ハウジング内に受容され、前記室外熱交換器の前記第一流路ポートと前記エネルギ節約熱交換器の前記第二流体ポートとの間に接続された第一一方向弁と第二一方向弁とをさらに備え、前記第一一方向弁と前記第二一方向弁とは互いに並列に接続され、前記第一一方向弁と前記第二一方向弁は各々、１つの所定方向での前記冷媒の流れを制限し、その逆は制限しないように構成される、請求項１２に記載のスプリット型空調及びヒートポンプシステム。
前記室外ユニットは、前記室外ハウジング内に受容され、前記第一一方向弁と前記第二一方向弁にそれぞれ直列に接続された第一フィルタ装置と第二フィルタ装置をさらに備え、前記第一フィルタ装置と前記第二フィルタ装置は、これらを通過する前記冷媒から不要物を濾過するように構成される、請求項１３に記載のスプリット型空調及びヒートポンプシステム。
前記室外ユニットは、前記第一フィルタ装置と前記第二フィルタ装置にそれぞれ直列に接続された第一膨張弁と第二膨張弁を更に備え、前記第一膨張弁と前記第二膨張弁は、これらを通過する前記冷媒の流れを制御し、調整するように構成される、請求項１４に記載のスプリット型空調及びヒートポンプシステム。
前記空調モードでは、前記冷媒は、前記圧縮機、前記切換装置の前記第一接続ポート、前記切換装置の前記第二接続ポート、周囲空気に熱を放出するための前記室外熱交換器、前記室内空間から熱を吸収するための前記高エネルギ効率構成の前記エネルギ節約熱交換器、前記二方弁、前記室内空間から熱を吸収するための前記室内熱交換器、前記切換装置の前記第四接続ポート、前記切換装置の前記第三接続ポートを順次通って流れ、前記圧縮機に還流するように誘導される、請求項８に記載のスプリット型空調及びヒートポンプシステム。
前記空調モードでは、前記冷媒は、前記圧縮機、前記切換装置の前記第一接続ポート、前記切換装置の前記第二接続ポート、周囲空気に熱を放出するための前記室外熱交換器、前記第一一方向弁、前記第一フィルタ装置、前記第一膨張弁、前記室内空間から熱を吸収するための前記高エネルギ効率構成の前記エネルギ節約熱交換器、前記二方弁、前記室内空間から熱を吸収するための前記室内熱交換器、前記切換装置の前記第四接続ポート、前記切換装置の前記第三接続ポートを順次通って流れ、前記圧縮機に還流するように誘導される、請求項１５に記載のスプリット型空調及びヒートポンプシステム。
前記ヒートポンプモードでは、前記冷媒は、前記圧縮機、前記切換装置の前記第一接続ポート、前記切換装置の前記第四接続ポート、前記室内空間に熱を放出するための前記室内熱交換器、前記流量調整器、前記室内空間からの前記空気を予熱するための前記エネルギ節約熱交換器、周囲環境から熱を吸収するための前記室外熱交換器、前記切換装置の前記第二接続ポート、前記切換装置の前記第三接続ポートを順次通って流れ、最終的には前記圧縮機に還流するように誘導される、請求項８に記載のスプリット型空調及びヒートポンプシステム。
前記ヒートポンプモードでは、前記冷媒は、前記圧縮機、前記切換装置の前記第一接続ポート、前記切換装置の前記第四接続ポート、前記室内空間に熱を放出するための前記室内熱交換器、前記流量調整器、前記室内空間からの前記空気を予熱するための前記エネルギ節約熱交換器、周囲雰囲気から熱を吸収するための前記室外熱交換器、前記切換装置の前記第二接続ポート、前記切換装置の前記第三接続ポートを順次通って流れ、最終的には前記圧縮機に還流するように誘導される、請求項１６に記載のスプリット型空調及びヒートポンプシステム。
前記ヒートポンプモードでは、前記冷媒は、前記圧縮機、前記切換装置の前記第一接続ポート、前記切換装置の前記第四接続ポート、前記室内空間に熱を放出するための前記室内熱交換器、前記流量調整器、前記室内空間からの前記空気を予熱するための前記エネルギ節約熱交換器、前記第二一方向弁、前記第二フィルタ装置、前記第二膨張弁、周囲環境から熱を吸収するための前記室外熱交換器、前記切換装置の前記第二接続ポート、前記切換装置の前記第三接続ポートを順次通って流れ、最終的には前記圧縮機に還流するように誘導される、請求項１７に記載のスプリット型空調及びヒートポンプシステム。