JP2840494B2 - 空気調和装置 - Google Patents

空気調和装置

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JP2840494B2
JP2840494B2 JP4037765A JP3776592A JP2840494B2 JP 2840494 B2 JP2840494 B2 JP 2840494B2 JP 4037765 A JP4037765 A JP 4037765A JP 3776592 A JP3776592 A JP 3776592A JP 2840494 B2 JP2840494 B2 JP 2840494B2
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真司 兼子
孝 中里
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    • Y02A30/27Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies
    • Y02A30/274Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies using waste energy, e.g. from internal combustion engine

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  • Compression-Type Refrigeration Machines With Reversible Cycles (AREA)
  • Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は太陽熱や床下空間の熱を
利用して室内の冷房や暖房を行なう空気調和装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】太陽熱や床下空間の熱を利用して室内を
空調する装置が示されたものとして実公平1−1393
5号公報がある。
【0003】この公報で示された空調装置は、太陽熱集
熱器と床下空間とをダクトでつなぐと共に、このダクト
の開口部には夫々ダンパを設け、又、このダクトに冷凍
サイクルを構成する熱交換器を内蔵させ、このダクト内
を流れる空気と熱交換器内を流れる冷媒とを熱交換する
ようにしたものである。
【0004】そして、例えば冬期においては太陽熱集熱
器で加温された空気を、又夏期においては床下空間の地
冷熱で冷却された空気を夫々ダクトを介して熱交換器へ
導びいてこれらの空気を熱源として利用するものであ
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このような空調装置に
おいては、太陽熱集熱器と床下空間とをつなぐダクト
や、このダクト内の空気の流れを制御する複数個のダン
パや、このダクト内に収納される熱交換器等が必要とな
り設備が大がかりとなることがある。しかも、このダク
トは家屋の天井から床下へ延びているため、例えばこの
ダクトを室内壁面に沿わせた場合は室内の居住空間が小
さくなり、一方このダクトを仕切壁に収納させた場合は
仕切壁が厚くなって、いずれも結果的に室内が狭くなる
ことが考えられる。
【0006】更に、このダクトやダンパの制御仕様や構
造は設置される家屋の間取りに応じて個々に決定しなけ
ればならず、コストアップは否めなかった。
【0007】本発明は既存の機器を有効に利用して、室
内の居住空間や室内が小さくなることを抑えて太陽熱や
床下空間の熱を利用して室内の空調が行なえるようにす
ることを目的としたものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、第1の発明は圧縮機、凝縮器、減圧器、蒸発器を冷
媒配管で環状に接続して冷凍サイクルが作動するように
構成し、かつ前記蒸発器を家屋の被調和室に配置すると
共に前記凝縮器を前記家屋の屋外に外気と熱交換可能に
配置して前記被調和室の冷房運転を可能に構成した空気
調和装置において、前記家屋の床下の空間に配置されか
つこの床下の空気と熱交換可能に構成される床下熱交換
器及び貯湯槽内の水を加熱する熱交換器を冷媒配管で直
列に接続した直列回路を前記冷凍サイクル中の前記凝縮
器と並列に冷媒配管で接続し、前記床下の空気の温度が
前記外気の温度より低い際に前記圧縮機から吐出された
冷媒を前記直列回路へ導くと共に、前記床下の空気の温
度が前記外気の温度より低くかつ前記貯湯槽内の水の温
度が所定温度より高くなった際に前記圧縮機から吐出さ
れた冷媒が前記熱交換器をバイパスするように冷媒の流
れを切り換える弁機構を備えることを特徴とするもので
ある。又、第2の発明は、圧縮機、室外熱交換器、減圧
器、四方弁、室内熱交換器を冷媒配管で環状に接続して
冷凍サイクルが作動するように構成し、かつ前記室内熱
交換器を家屋の被調和室に配置すると共に前記室外熱交
換器を前記家屋の屋外に外気と熱交換可能に配置して前
記被調和室の冷房運転及び暖房運転を可能に構成した空
気調和装置において、冷房運転時には、前記家屋の床下
の空間に配置されかつこの床下の空気と熱交換可能に構
成される床下熱交換器及び貯湯槽内の水を加熱する熱交
換器を冷媒配管で直列に接続した直列回路を前記冷凍サ
イクル中の前記室外熱交換器と並列に冷媒配管で接続
し、前記床下の空気の温度が前記外気の温度より低い際
に前記圧縮機から吐出された冷媒を前記直列回路へ導く
と共に、前記床下の空気の温度が前記外気の温度より低
くかつ前記貯湯槽内の水の温度が所定温度より高くなつ
た際に前記圧縮機から吐出された冷媒が前記熱交換器を
バイパスするように冷媒の流れを切り換える弁機構を備
え、暖房運転時には、前記室内熱交換器の下流に直列に
接続される前記減圧器をバイパスする回路と太陽熱集熱
器とを設け、この太陽熱集熱器を前記四方弁を経て前記
圧縮機に接続する回路を設け、前記圧縮機から吐出され
室内熱交換器で凝縮した液冷媒を前記太陽熱集熱器で蒸
発させて圧縮機へ戻すことを特徴とするものである。
【0009】
【作用】冷房運転時に、床下空間の温度が所定値以下の
場合は、この床下空間に配置された床下熱交換器を凝縮
器として作用させ、暖房運転時に、太陽熱集熱器に冷媒
流入された冷媒が所定温度以上のときには、この集熱器
で冷媒を蒸発させる。
【0010】
【実施例】図1は家屋の一部を示し、1は室内2に配置
された室内ユニット、3は屋根4に配置された太陽熱集
熱器、5は床下空間6に収納された床下ユニット、7,
8は室外に設置された室外ユニット並びに貯湯ユニット
で、これらの機器は冷媒管でつながれて空気調和装置9
が構成されている。
【0011】図2はこの空気調和装置9の冷媒回路図
で、室外ユニット7には圧縮機10と四方弁11と室外
熱交換器12とが収納されており、第1ないし第3のユ
ニット間配管13,14,15が室内ユニットにつなが
れている。ここで第1のユニット間配管13は四方弁1
1に、第2のユニット間配管14は第1制御弁16、第
2制御弁17、第3制御弁18を介して第3のユニット
間配管15につながれている。そして、室外熱交換器1
2は第1制御弁16と第2制御弁17とをつなぐ管路1
9に配設されており、20はこの室外熱交換器12の管
路に設けられた第4制御弁で、その一端は第5制御弁2
1につながれている。この第5制御弁21の一端は第6
制御弁22に、他端は第7制御弁23につながれてい
る。この第7制御弁23は床下ユニット5に内蔵された
床下熱交換器24と貯湯ユニット8の貯湯槽25とをつ
なぐユニット管配管26に設けられている。
【0012】又、四方弁11につながれた配管27は第
8制御弁28を介して第3制御弁18につながれる。こ
の第8制御弁28の一端は第6制御弁22を介して貯湯
ユニット8へつながれる。
【0013】前記室内ユニット1には室内熱交換器29
と、主減圧器30と逆止弁31とからなる並列回路32
とが直列につながれており、室内熱交換器29側には第
1のユニット間配管13がつながれる第9制御弁33
と、第2のユニット間配管14がつながれる第10制御
弁34とが設けられている。この室内熱交換器29と並
列回路32との間には第11制御弁35が設けられてお
り、又、この並列回路32の一端には第12制御弁36
が設けられている。これら第10ないし第12制御弁3
4,35,36はユニット間配管37,38を介して太
陽熱集熱器3につながれている。ここで特に第10制御
弁34と第13制御弁37とをつなぐ管路には、開閉弁
38と補助減圧器39との並列回路40が設けられてい
る。第12制御弁36は、第14制御弁37を介して床
下熱交換器24と第3制御弁18とにつながれている。
【0014】41は床下ユニット5に設けられた床下温
度センサ、42は室外ユニット7に設けられた外気温度
センサ、43は貯湯槽25の湯温を検出する水温センサ
で、これらのセンサ41,42,43からの出力は冷房
用制御器44に入力されて、冷房運転時に後述するよう
な制御弁の開閉動作を行なわせるものである。45は太
陽熱集熱器3に取り付けられた冷媒温度センサで、暖房
用制御器46につながれており、暖房運転時に後述する
ような制御弁の開閉動作を行なわせるものである。尚、
上述した夫々の制御弁はいずれも三方切換弁と呼ばれて
いるものである。
【0015】このような構成を備えた空気調和装置にお
いて、冷房運転を行なう場合は、四方弁11を図2の実
線状態に設定する。ここで床下空間内の温度を床下温度
センサ41で、室外の温気を外気センサ42で夫々検出
して、床下温度が外気温よりも低い場合は圧縮機10か
ら吐出された冷媒が実線矢印のように流れるよう各制御
弁が開閉制御される。すなわち、冷媒は、圧縮機10−
四方弁11−貯湯槽25−床下熱交換器24−主減圧器
30−室内熱交換器29−四方弁11−圧縮機10と流
れ、貯湯槽25並びに床下熱交換器24が凝縮器として
作用し、室内熱交換器29が蒸発器として作用し、室内
2の冷房を行なう。このように、床下空間6の温度が外
気温度よりも低い場合は、外気温よりも床下空間の地冷
熱を熱源として用いるようにしている。これによって床
下空間の地冷熱を有効に活用している。このような冷房
運転中において、貯湯槽25内の湯温を水温センサ43
で検出して、その温度が所定値以上になった場合は、四
方弁11から流れ出た冷媒は破線矢印のように貯湯槽2
5をバイパスして四方弁11から直接床下熱交換器24
へ導びくようにしている。
【0016】更に、このような冷房運転を継続して床下
空間6の温度を床下温度センサ41で検出して、この温
度が外気温度よりも高くなった場合は、圧縮機10から
吐出された冷媒が一点鎖線矢印で示すように流すため
に、各制御弁が開閉制御される。そして圧縮機10−四
方弁11−室外熱交換器12−主減圧器30−室内熱交
換器29−四方弁11−圧縮機10と流れ、室外熱交換
器12が凝縮器として、室内熱交換器29が蒸発器とし
て作用する。
【0017】このような冷房運転時の冷媒の流れの切り
換えを行なわせるための各制御弁は床下温度センサ4
1、外気温度センサ42、水温センサ43からの出力が
入力された冷房用制御器44の信号によって制御され
る。
【0018】これら機器の接続状態を冷房運転時の冷媒
の流れを中心に言い換えれば、床下熱交換器24と室外
熱交換器(凝縮器)12とが並列につながれて、床下空
間の温度が所定値(外気温度)以下の時にはこの床下熱
交換器24へ所定値以上の時には室外熱交換器12へ夫
々冷媒を切り換えて流すようにしたものである。すなわ
ち、床下空間の地冷熱を有効に利用して冷房運転を行な
うようにしている。
【0019】次に暖房運転を行なう場合は、四方弁11
を図3の実線状態に設定する。そして、圧縮機10から
吐出された冷媒が実線矢印のように流れるよう各制御弁
が開閉制御される。すなわち、冷媒は圧縮機10−四方
弁11−室内熱交換器29−逆止弁31−太陽熱集熱器
3−開閉弁38−四方弁11−圧縮機10と流れ室内熱
交換器29で凝縮した液冷媒を太陽熱集熱器3で蒸発さ
せて圧縮機12へ戻す。この暖房運転は、いわゆる「冷
凍サイクル運転」ではなく「熱移動サイクル」と呼ばれ
ているものとなり、圧縮機12は冷媒循環ポンプとして
利用する。
【0020】この際、太陽熱集熱器3の冷媒の温度を冷
媒温度センサ45で検出して、所定値以下の場合、すな
わち太陽熱集熱器3で冷媒が十分蒸発しきれない場合
は、この太陽熱集熱器3から流出した冷媒を破線矢印で
示すように、太陽熱集熱器3−補助減圧器39−室外熱
交換器12−四方弁11−圧縮機10と流し、室内熱交
換器29、太陽熱集熱器3を凝縮器として作用させ、室
外熱交換器12を蒸発器として作用させ、いわゆる「冷
凍サイクル運転」に切り換える。
【0021】この運転中も、この太陽熱集熱器3の冷媒
の温度を冷媒温度センサ45で検出しつつ、更にこの冷
媒温度が低下した場合は、室内熱交換器29からの冷媒
を一点鎖線矢印のようにこの太陽熱集熱器3を側路して
この補助減圧器39へ流す。
【0022】このような暖房運転時の冷媒の流れの切り
換えを行なわせるための各制御弁は、冷媒温度センサ4
5からの出力が入力された暖房用制御器46の信号によ
って制御される。
【0023】これら機器の接続状態を暖房運転時の冷媒
の流れを中心に言い換えれば、室内熱交換器(凝縮器)
29の出口管に太陽熱集熱器3をつなぎ、この太陽熱集
熱器3に流れ込んだ冷媒の温度が所定値以上の場合は補
助減圧器39と室外熱交換器(蒸発器)12とを側路し
て圧縮機10へ戻す側路管(開閉弁38が設けられた冷
媒管47と、第1制御弁16から第2制御弁17を介し
て第3制御弁18に至る冷媒管48が相当)を設けたの
で、太陽熱集熱器3で十分熱源が得られる場合は、この
熱源を有効に利用して室内の暖房を行なうことができ
る。
【0024】このように、床下空間6の地冷熱を利用し
て室内2の冷房を、太陽熱を利用して室内2の暖房を、
冷凍サイクル中の冷媒で行なうようにしている。従って
床下空間6に配置される床下ユニット5、屋根に配置さ
れる太陽熱集熱器3、室外ユニット7、室内ユニット1
等はいずれも冷媒管でつながれている。このため家屋の
壁面にこれらの冷媒管を埋め込むことにより、家屋の居
住スペースが有効に活用できる。
【0025】
【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、夏期の床
下の空間の冷熱を有効に使って、被調和室の冷房を行う
ことができると共に、床下の空間の熱容量の不足分は貯
湯槽内の水と熱交換することによって補うことができ
る。請求項2記載の発明によれば、請求項1記載の発明
の効果に加えて、冬期の太陽熱を有効に使って被調和室
の暖房を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の空気調和装置が配置された家屋の説明
図である。
【図2】図1に示した空気調和装置における冷房運転時
の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。
【図3】図1に示した空気調和装置における暖房運転時
の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。
【符号の説明】
3 太陽熱集熱器 10 圧縮機 12 室外熱交換器 21,37 制御弁 24 床下熱交換器 30 主減圧器 39 補助減圧器 47,48 冷媒管(側路管)
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−31866(JP,A) 特開 昭63−194168(JP,A) 特開 昭57−101263(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F25B 27/00 F25B 27/02 F25B 30/06

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧縮機、凝縮器、減圧器、蒸発器を冷媒
    配管で環状に接続して冷凍サイクルが作動するように構
    成し、かつ前記蒸発器を家屋の被調和室に配置すると共
    に前記凝縮器を前記家屋の屋外に外気と熱交換可能に配
    置して前記被調和室の冷房運転を可能に構成した空気調
    和装置において、前記家屋の床下の空間に配置されかつ
    この床下の空気と熱交換可能に構成される床下熱交換器
    及び貯湯槽内の水を加熱する熱交換器を冷媒配管で直列
    に接続した直列回路を前記冷凍サイクル中の前記凝縮器
    と並列に冷媒配管で接続し、前記床下の空気の温度が前
    記外気の温度より低い際に前記圧縮機から吐出された冷
    媒を前記直列回路へ導くと共に、前記床下の空気の温度
    が前記外気の温度より低くかつ前記貯湯槽内の水の温度
    が所定温度より高くなった際に前記圧縮機から吐出され
    た冷媒が前記熱交換器をバイパスするように冷媒の流れ
    を切り換える弁機構を備えることを特徴とする空気調和
    装置。
  2. 【請求項2】 圧縮機、室外熱交換器、減圧器、四方
    弁、室内熱交換器を冷媒配管で環状に接続して冷凍サイ
    クルが作動するように構成し、かつ前記室内熱交換器を
    家屋の被調和室に配置すると共に前記室外熱交換器を前
    記家屋の屋外に外気と熱交換可能に配置して前記被調和
    室の冷房運転及び暖房運転を可能に構成した空気調和装
    置において、冷房運転時には、前記家屋の床下の空間に
    配置されかつこの床下の空気と熱交換可能に構成される
    床下熱交換器及び貯湯槽内の水を加熱する熱交換器を冷
    媒配管で直列に接続した直列回路を前記冷凍サイクル中
    の前記室外熱交換器と並列に冷媒配管で接続し、前記床
    下の空気の温度が前記外気の温度より低い際に前記圧縮
    機から吐出された冷媒を前記直列回路へ導くと共に、前
    記床下の空気の温度が前記外気の温度より低くかつ前記
    貯湯槽内の水の温度が所定温度より高くなった際に前記
    圧縮機から吐出された冷媒が前記熱交換器をバイパスす
    るように冷媒の流れを切り換える弁機構を備え、暖房運
    転時には、前記室内熱交換器の下流に直列に接続される
    前記減圧器をバイパスする回路と太陽熱集熱器とを設
    け、この太陽熱集熱器を前記四方弁を経て前記圧縮機に
    接続する回路を設け、前記圧縮機から吐出され室内熱交
    換器で凝縮した液冷媒を前記太陽熱集熱器で蒸発させて
    圧縮機へ戻すことを特徴とする空気調和装置。
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