JP2540602Y2 - 冷媒による排気からの熱回収装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 イ．産業上の利用分野 本考案は空気調和機の室内側ユニットから排気される
室内空気より熱回収できるようにした冷媒による排気か
らの熱回収装置に関するものである。

ロ．従来の技術 従来の冷房暖房が可能なヒートポンプ空気調和機の冷
凍サイクルの一例を第６図に示す。１は圧縮機、２は四
方弁、３は室外側熱交換器、４は暖房用減圧装置、５は
冷房時に冷媒を暖房用減圧装置４にバイパスする通路を
構成する逆止弁である。６はアキュムレーターであり、
前述の機器を室外側ユニットＡに取り付けられ、冷媒配
管で接続され、冷媒回路を形成している。Ｂは室内側ユ
ニットで、７は冷房用減圧装置、８は逆止弁であって暖
房時に冷房用減圧装置７のバイパス通路を形成し、又、
９は室内側熱交換器であり、室外側ユニットの冷媒回路
を形成している。そして、これら両者の冷媒回路がユニ
ット間の接続配管10、11によって環状に接続された公知
のヒートポンプ冷凍サイクルを形成している。

このように構成された冷凍サイクルに於いて、暖房運
転時、圧縮機１から出た吐出冷媒ガスは四方弁２を実線
で示す如くに通過して接続配管11を経て室内側熱交換器
９へ入って放熱し凝縮液化して逆止弁８を通り接続配管
10を経て暖房用減圧装置４で断熱膨張し、室外側熱交換
器３へ入って吸熱し蒸発して四方弁２、アキュムレータ
ー６を通り圧縮機１に戻る。この冷凍サイクルを連続し
て行ない室内を放熱する熱量で暖房する。

冷房時及び除霜時は圧縮機１より出た吐出ガスは四方
弁２より室外側熱交換器３に入って放熱し凝縮液化して
逆止弁５を通り接続配管10を経て冷房用減圧装置７で断
熱膨張し、室内側熱交換器９で吸熱し蒸発して接続配管
11を経て四方弁２、アキュムレーター６を通り圧縮機１
へ戻る。

そして、冷房時は室内側熱交換器９が吸熱することに
より冷房を行ない、除霜時は室外側熱交換器３が放熱す
ることにより霜を融かして除霜を行なう。

ハ．考案が解決しようとする課題 以上述べてきた第６図に示す冷媒回路の空気調和機に
あっては、冷房時暖房時に於いて室外側ユニットＡと室
内側ユニットＢの設置距離が離れて接続配管10、11が長
尺となるとき、及び室外側ユニットＡと室内側ユニット
Ｂとの設置場所の高低差が大きくなる場合であって、接
続配管10の内部を液冷媒が低位置から高位置方向へ流れ
るときは接続配管内で圧力損失が発生するので若干減圧
して液冷媒の一部が蒸発しフラッシガスを発生する。即
ち、冷媒はガスと液の混合した不飽和液となる。このフ
ラッシガスが発生すると冷暖房能力が低下する問題があ
った。

又、除霜時には室内側熱交換器９での吸熱を高めると
室内温度を低下させることになるので、吸熱量を少な目
になるように制御するが、吸熱量が少なくなると室外側
熱交換器３での放熱量が少なくなるために除霜が不十分
となり、又、除霜に長時間を要する問題があった。

更に、以上の如き冷凍サイクルの機能上の問題の外
に、空気調和機に於いては換気をして室内の空気の汚れ
を防止するために、常時、所要量の外気を室外より取り
入れ、又、同量の室内の空気を排出していた。そのため
に冷熱量或いは温熱量を含んだままの空気を屋外へ無駄
に捨てていた。これを改善するために必要に応じて全熱
交換器を空気調和機とは別に設置する等の手段が採用さ
れているが、全熱交換器の購入費用や設置場所等を手当
する必要があった。

ニ．課題を解決するための手段 本考案は以上の如き課題を解決すべくなされたもので
あって、圧縮機、四方弁、室外側熱交換器、三方弁、除
霜用減圧装置、補助熱交換器、電磁弁、減圧装置、室内
側熱交換器、アキュムレーター等より構成される室外側
ユニットと室内側ユニットとからなる冷凍サイクル回路
に於いて、該室内側ユニットは、該室外側熱交換器と室
内側熱交換器とを結ぶ冷媒配管に三方弁を介在し、該三
方弁の出口側の一側と補助熱交換器の入口側とを冷媒配
管で接続し、該三方弁の出口側の他側と補助熱交換器の
入口側とを結ぶ冷媒配管に除霜用減圧装置を介在し、該
補助熱交換器の出口側と室内側熱交換器の入口側とを結
ぶ冷媒配管に電磁弁と減圧装置とを並列に介在し、前記
補助熱交換器に室外へ排出される空気を通すように構成
した冷媒による排気からの熱回収装置を提供しようとす
るものである。

ホ．作用 本考案は室内側ユニットに排気のための装置及び吸気
のための装置を増設し、室内空気を排気する通路に補助
熱交換器を配設した構造であるから、冷熱量或いは温熱
量を回収し冷暖房能力や除霜能力を向上させるものであ
る。第１図において冷房時には補助熱交換器に排気する
冷熱量を含んだ空気を通し、それにより回収した冷熱量
で冷媒を冷却して過冷却量が増大することにより冷凍効
果が大きくなり冷房能力を高めるものである。又、暖房
時には補助熱交換器に排気する温熱量を含んだ空気を通
し、それにより回収した温熱量を断熱膨張させた冷媒に
与えて一部蒸発させることにより室外側熱交換器の蒸発
負荷を軽減できる。そのために圧縮機吸入側の過熱冷媒
ガスの比容積が小さくなり、冷媒循環量が増加すること
により暖房能力を高めるものである。更に、除霜時には
補助熱交換器に排気する温熱量を含んだ空気を通し、そ
れにより回収した温熱量を断熱膨張させた冷媒に与える
ので、室内側熱交換器で吸熱する熱量にこの熱量が加算
されることになる。そのために除霜時に室内への冷風吹
出防止のために室内ファンを停止させて室内側熱交換器
の吸熱量を減少させても全体の吸熱量は確保できるの
で、除霜は短時間で十分に実施することが可能となる。

ヘ．実施例 以下、本考案一実施例の構成を図面を参照しながら説
明する。

第１図は空気調和機の冷凍サイクル図であり、Ａは室
外側ユニットであり、１は圧縮機、２は四方弁であり、
該四方弁の切換えにより冷媒の流れ方向を暖房サイク
ル、冷房サイクル（除霜サイクル）に切換える機能を有
している。３は室外側熱交換器、６はアキュムレータ
ー、15は室外側熱交換器用ファン（吸、排熱ファン）で
ある。Ｂは室内側ユニットであって、14は三方弁であ
り、切換えにより冷房時及び暖房時に冷媒をａ←→ｃの
方向へ、又、除霜時にはａ→ｂ方向に流れるように制御
するものである。13は除霜用減圧装置であり、除霜時に
三方弁14はａ←→ｂ方向に冷媒が流れるように切換えて
使用される。12は排気する空気より熱を回収するための
補助熱交換器であり、17は空気を排気するための排気フ
ァンである。７は減圧装置であり、冷房時や暖房時に冷
媒を断熱膨張させるために使用される。18は電磁弁であ
り、除霜時に開とし、除霜時に冷媒が減圧装置をバイパ
スするために使用する。９は室内側熱交換器であり、16
は室内側熱交換器９のための室内側ファンである。

次に、このような機器で構成される空気調和機につい
て説明する。

通常、室外側ユニットＡが室内側ユニットＢより高い
位置に設置された状態にある。

まず、暖房サイクルについて第１図、第２図、第３図
に基づいて説明する。第１図において、圧縮機１により
断熱圧縮された冷媒は四方弁２の実線で示すように接続
配管11を通って室内側熱交換器９に入り、ここで凝縮の
潜熱を放出して液化する。このとき発生した凝縮熱は室
内側熱交換器９の外表面より室内側ファン16によって送
られる空気により持ち去られて室内へ送られ、それによ
り室内が暖房される。室内側熱交換器９で凝縮した高圧
の液冷媒は、減圧装置７を通る間に断熱膨張されながら
補助熱交換器12内に入り、排気ファン17によって室外へ
排出される空気の温熱量を吸熱して液冷媒の一部の量が
蒸発し、その後三方弁14のｃ→ａの通路を通り、接続配
管10を通って室外側熱交換器３に入り、そこで室外側フ
ァン15により送られる空気より吸熱して残部の液冷媒を
蒸発させる。その後、四方弁２、アキュムレーター６を
通って圧縮機１に戻る。以後、同様の循環サイクルを繰
り返す。

この暖房サイクルに於いて、補助熱交換器12を通過す
る排出空気の温度は屋外の空気温度より高い室内温度で
あるので、この時点で補助熱交換器出口の冷媒は一部蒸
発し、低温低圧の気液混合状態となる。そして、室外側
熱交換器３を通過する残部の液冷媒に屋外の空気熱量を
与えて冷媒を完全に蒸発させる。そのため、屋外の空気
温度が低下して室外側熱交換器３で吸熱する熱量が減少
する場合でも補助熱交換器12の吸熱する熱量が室外側熱
交換器３の吸熱量の減少を補充する作用をする。その作
用により冷媒の蒸発能力が増加して低圧圧力が高めに維
持できるために冷媒循環量が増大し暖房能力を増加させ
ることができる。

補助熱交換器12と排気ファン17は第２図に示すように
箱形の中に配設され、室内側ユニットＢの室内空気の還
気口近くに組み込まれ、還気口側に吸込口を、室内側ユ
ニットＢのケーシングの外側に面した部位に排気口を設
けた構造としてある。

次に、この暖房の冷凍サイクルを第３図に示したモリ
エル線図に基づいて冷媒の流れ、熱の放熱、吸熱等につ
いて説明する。

従来の一般の空気調和機の冷凍サイクルは ｄ→ａ→ｂ→ｃ→ｄであるのに対して、 本考案に係る空気調和機の冷凍サイクルは ｄ′→ａ′→ｂ′→ｅ→ｆ→ｇ→ｄ′である。暖房サ
イクルの冷媒の流れは第１図に示す の方向に流れる。ここで、モリエル線上のｂ′は減圧装
置７の入口にあたり、減圧装置７で断熱膨張してｅの状
態で補助熱交換器12に入る。

この場合、電磁弁18は閉じている。

補助熱交換器12によってｆとｅの差、即ち、f-eの熱
量を吸熱し液冷媒の一部が蒸発する。残りの冷媒は接続
配管10を通り、室外側熱交換器３で蒸発する。

この場合、三方弁14はc-a間が開かれている。又、補
助熱交換器12の出口→三方弁14→接続配管10→室外側熱
交換器３の入口の間を冷媒が流れる時、冷媒はガス状の
部分が多く密度の小さい気液混合状態となって流れるの
で比較的大きな圧力損失が生ずるｆ→ｇの状態となる。

本考案の冷凍サイクルでは圧縮機１の吸入入口の状態
はｄ′となり、従来の空気調和機の冷凍サイクルの状態
ｄに比べて圧力（吸入圧力）が高くなる。これは室外側
熱交換器３の吸熱に補助熱交換器12の吸熱が加算されて
吸熱量が増大されるので、圧力（吸入圧力）が上昇する
からである。これはｇ→ｄ′の状態で示される。吸入圧
力が上昇すると比容積が小さくなるので、冷媒の重量循
環量が増加する。この吸入圧力の高いガス冷媒を圧縮機
１で圧縮すると吐出圧力も上昇する。これはｄ′→ａ′
の状態で示される。即ち、冷媒の循環量の増大とｄ′‐
ｅのエンタルピー差の増大さらに圧縮機１は等エントロ
ピー変化をするため、室内側熱交換器９の総排熱量が増
大し、暖房能力が増加する。

冷房サイクルに於いては、圧縮機１により断熱圧縮さ
れた高温高圧の吐出ガスは四方弁２を点線で示されるよ
うに室外側熱交換器３に入り、そこで放出した凝縮の潜
熱は室外側ファン15により送られる空気によって持ち去
られて凝縮液化する。液化した冷媒は接続配管10を通り
三方弁14のa-cの経路を通って補助熱交換器12に入る。
補助熱交換器12に入った液冷媒は排気ファン17により排
気される室外より温度の低い室内空気の冷熱量により過
冷却される。その後、液冷媒は減圧装置７で断熱膨張さ
れ、室内側ファン16により送られる室内空気より吸熱し
て蒸発し、接続配管11を通り四方弁２、アキュムレータ
ー６を通って圧縮機１に戻り、以後、同様の循環サイク
ルを繰り返す。この冷房サイクルに於いて、補助熱交換
器12を通過する冷媒は室内空気の冷熱量によって十分に
冷却されるので、送られてくる冷媒が気液混合した不飽
和液であっても飽和液となり、更に過冷却の液冷媒とな
る。そのため、室外側ユニットＡと室内側ユニットＢの
設置距離が大きく接続配管10及び11が長尺となるとき及
び室内側ユニットＢと室外側ユニットＡとの設置場所の
高低差が大きくなる場合で接続配管10を液冷媒が低位置
から高位置の方向へ流れるときは圧力損失が大きくな
り、気液混合冷媒が発生する場合であっても補助熱交換
器12により冷却されて過冷却の液冷媒となるので冷房能
力が増加する。

次に、この冷房の冷凍サイクルを第４図に示したモリ
エル線図に基づいて冷媒の流れ、熱の放熱、吸熱等につ
いて説明する。

従来の一般の空気調和機の冷房時の冷凍サイクルは ｄ→ａ→ｂ→ｃ→ｄであるのに対して、 本考案に係る空気調和機の冷凍サイクルは ｄ→ａ→ｂ′→ｃ′→ｄである。

冷房サイクルの冷媒の流れは第１図に示すの方向に
流れる。

この場合、冷房時には三方弁14はa-c間が開かれ、電
磁弁18は閉じられている。

圧縮機１によって圧縮されたガス冷媒は高温高圧のガ
スとなり圧縮機１より吐出される。これはｄ→ａの状態
で示される。

圧縮機１から吐出されたガス冷媒は室外側熱交換器３
に入り、a-bの熱量を放熱してガス冷媒は凝縮液化す
る。凝縮液化し室外側熱交換器３を出た液冷媒は接続配
管10を通り、三方弁14のa-cの経路を通り補助熱交換器1
2へ送られる。即ち、室外側熱交換器３の仕事はａ→ｂ
の状態で示される。補助熱交換器12に入った液冷媒は排
気する室内空気の冷熱量により冷却され、さらに過冷却
の液冷媒となる。これはｂ→ｂ′の状態で示される。補
助熱交換器12を出た液冷媒は減圧装置７により断熱膨張
されて室内側熱交換器９へ送られる。これはｂ′→ｃ′
の状態で示される。室内側熱交換器９に入った低温低圧
の液冷媒は室内空気より吸熱して、即ち、室内空気を冷
却してガス冷媒となり圧縮機１へ吸入される。これは
ｃ′→ｄの状態で示される。

以上の如く本考案の空気調和機は従来例に比してb-
b′の熱量だけ過冷却されるので冷却能力がc-c′分だけ
増加することになる。

除霜サイクルに於いては、圧縮機１により断熱圧縮さ
れた高温高圧の吐出ガスは四方弁２を点線で示されるよ
うに室外側熱交換器３に送られて室外側熱交換器３の表
面に付着した霜の融解熱により凝縮液化される。即ち、
高温高圧の吐出ガスが凝縮液化する時に放出する熱量に
より室外側熱交換器３に付着している霜を融かして除霜
する。液化した冷媒は接続配管10を通り、ａ→ｂ方向に
切換えられた三方弁14を通り減圧装置13を経て断熱膨張
され、補助熱交換器12に入り排気ファン17によって室外
へ排出される室内空気の温熱量を吸熱して一部が蒸発す
る。この後、室内側熱交換器９に入り室内側ファン16に
より送られる空気より吸熱して残部の液冷媒を蒸発させ
る。このサイクルに於いて、室内側熱交換器９の吸熱量
に補助熱交換器12の吸熱量が加算される。

従って、室外側熱交換器３に付着した霜を除霜するた
めの高温高圧の吐出ガスは補助熱交換器12の吸熱効果に
より低圧圧力が高く維持できるので、より高温状態とな
り除霜時間を短くすることができ、又、除霜を十分に行
なうことができる。

次に、この除霜の冷凍サイクルを第５図に示したモリ
エル線図に基づいて冷媒の流れ、熱の放熱、吸熱等につ
いて説明する。

この場合、三方弁14はa-b経路が通ずるように切換え
られ、又、電磁弁18は開とする。従来の空気調和機の冷
凍サイクルは ｄ→ａ→ｂ→ｃ→ｄである。

又、本考案に係る空気調和機の冷凍サイクルは ｄ′→ａ′→ｂ′→ｃ′→ｄ′である。

除霜サイクルの冷媒の流れは第１図に示す…………の
方向に流れる。ここで、モリエル線上のｂ′は減圧装置
13の入口にあたり、減圧装置13で断熱膨張して補助熱交
換器12に入る。これはｂ′‐ｃ′の状態で示される。補
助熱交換器12に入って液冷媒の一部が蒸発し、次いで電
磁弁18を通って室内側熱交換器９の入口に達する。これ
はｃ′‐ｅの状態で示される。

次いで冷媒は室内側熱交換器９に入り、残部の液冷媒
が蒸発してガスとなった冷媒は圧縮機１へ送られる。こ
れはe-d′の状態で示される。

ここで、本考案に係る冷凍サイクルでは圧縮機１の吸
入入口の状態はｄ′となり、従来の空気調和機の冷凍サ
イクルの状態ｄに比べて圧力（吸入圧力）が高くなって
いる。これは室内側熱交換器９の吸熱量に補助熱交換器
12の吸熱量が加算されるので、吸熱量が増大されて液冷
媒の蒸発作用が促進されるので圧力（吸入圧力）が上昇
するものである。吸入圧力が上昇すると比容積が小さく
なるので冷媒の重量循環量が増加して室外側熱交換器３
の放熱量が増加する。即ち、除霜能力が増大する。この
吸入圧力の高いガス冷媒を圧縮機１で圧縮すると吐出圧
力も上昇する。吐出圧力が高くなると放熱量も増加す
る。このように放熱量が大きくなるので除霜時間が短時
間となり、又、十分な除霜をすることができる。

以上、述べたことを更に詳述すれば、暖房運転中は、
低圧圧力が高めに維持できるため、室外の蒸発コイルに
着霜が起こりにくくなる。例えば、この熱回収を行なう
補助熱交換器がない場合は、3.7kg/cm²Gの蒸発圧力（蒸
発温度−２℃:R-22）に対して、補助熱交換器による熱
回収がある場合は、4.2kg/cm²Gの蒸発圧力（蒸発温度１
℃:R-22）となり、室外空気は着霜しないことになる。
また、除霜運転時は、室内空気の吸熱により、この補助
熱交換器で冷媒が蒸発作用を行ない冷やされた空気は室
外に排出され、さらに室内の蒸発コイルで蒸発作用を促
進するため、低圧圧力を高く維持することができ、除霜
運転が短縮され、暖房効果の低減を最小に抑えることが
できる。

ト．考案の効果 本考案は以上の説明により明らかなように、補助熱交
換器は、冷房時、暖房時に室外側熱交換器の一部として
働き、除霜時に室内側熱交換器の一部として作用するの
で、空気調和機に換気のため排出する室内空気を熱回収
することにより （１）冷房時に冷房能力が増加する。

（２）暖房時に暖房能力が増加する。

（３）除霜時に除霜を短時間とすることができる等の極
めて優れた著効を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案一実施例の構成を示す冷凍サイクル回路
図、第２図は同室内側ユニットの空気の流通方向を示す
説明図、第３図は同暖房時のモリエル線図、第４図は同
冷房時のモリエル線図、第５図は除霜時のモリエル線
図、第６図は従来の冷凍サイクル回路図である。 １……圧縮機、２……四方弁、３……室外側熱交換器、
６……アキュムレーター、７……減圧装置、９……室内
側熱交換器、12……補助熱交換器、13……除霜用減圧装
置、14……三方弁、18……電磁弁 Ａ……室外側ユニット、Ｂ……室内側ユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 矢吹 眞一 東京都中央区日本橋本石町４丁目４番20 号 三井第二別館 東洋キャリア工業株 式会社内 (72)考案者 長尾 智弥 東京都中央区日本橋本石町４丁目４番20 号 三井第二別館 東洋キャリア工業株 式会社内 (72)考案者 平山 健治 東京都中央区日本橋本石町４丁目４番20 号 三井第二別館 東洋キャリア工業株 式会社内 (72)考案者 杉田 博美 東京都中央区日本橋本石町４丁目４番20 号 三井第二別館 東洋キャリア工業株 式会社内 (56)参考文献 実開 昭57−49682（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機１、四方弁２、室外側熱交換器３、
   三方弁14、除霜用減圧装置13、補助熱交換器12、電磁弁
   18、減圧装置７、室内側熱交換器９、アキュムレーター
   ６等より構成される室外側ユニットＡと室内側ユニット
   Ｂとからなる冷凍サイクル回路に於いて、該室内側ユニ
   ットＢは、該室外側熱交換器３と室内側熱交換器９とを
   結ぶ冷媒配管に三方弁14を介在し、該三方弁14の出口側
   の一側と補助熱交換器12の入口側とを冷媒配管で接続
   し、該三方弁14の出口側の他側と補助熱交換器12の入口
   側とを結ぶ冷媒配管に除霜用減圧装置13を介在し、該補
   助熱交換器12の出口側と室内側熱交換器９の入口側とを
   結ぶ冷媒配管に電磁弁18と減圧装置７とを並列に介在
   し、前記補助熱交換器12に室外へ排出される空気を通す
   ように構成したことを特徴とする冷媒による排気からの
   熱回収装置。