JP3155492U - 電気エネルギー節約装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却剤の流れを制御するため、４つの逆止弁を使用して簡易化した電気エネルギー節約装置を提供する。【解決手段】本装置は冷却剤圧縮機３０と、熱ポンプ４０と、四方弁６０と、加熱／冷却熱交換器５０と、膨張弁Ｅ１と、４つの逆止弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４と、分離型空気調節機の室内ユニット８０と、これら部品群を接続する配管システムとを備える。該４つの逆止弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４を使用して管内を冷却剤が流れるか流れないかを制御し、該四方弁を使用して冷却剤の流れ方向を制御することで、複数の機能、即ち、廃熱回収、家冷房、家暖房、室内空気調節、室内暖房、及び除湿を実現する。【選択図】図３

Description

本考案は、電気エネルギー節約装置、特に管内の冷却剤の流れ方向を制御するよう配置された４つの逆止弁を備えた電気エネルギー節約装置に関する。

既存の多機能エネルギー節約装置１０を図１に示す。この装置の構成は、冷却剤圧縮機３０と、熱ポンプ４０と、加熱／冷却熱交換器５０と、四方弁６０と、２つの膨張弁Ｅ１、Ｅ２と、５つのソレノイド弁Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５と、分離型空気調節機の室内ユニット８０と、これらの部品を接続し、分離型空気調節機の室内ユニット８０を組み込むことで、エネルギー節約装置１０が複数の機能、即ち、室内暖房、室内空気調節、室内除湿に加え廃熱回収、家暖房、家冷房を提供するのを可能にする配管システムＰ１〜Ｐ１０とを含む。

図１を参照すると、部屋９０内の分離型空気調節機の室内ユニット８０が空気調節モードで動作を開始する場合、冷却剤管に装着されたソレノイド弁Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５は閉じられ、冷却剤が第５管Ｐ５、第９管Ｐ９、第１０管Ｐ１０に入るのを阻止する。しかし、ソレノイド弁Ｓ２は冷却剤が第７管Ｐ７を流れるのを許す状態に設定され、ソレノイド弁Ｓ４は冷却剤が第６管Ｐ６及び第４管Ｐ４を流れるのを許す。一方、四方弁６０はその第２ポートＤ２に冷却剤が流入し、第４ポートＤ４から冷却剤が流出する状態に設定される。

その結果、上述したこのタイプの動作サイクルで流れる冷却剤は、加熱／冷却熱交換器５０が設置された部屋において、除湿又は家暖房効果を達成し、分離型空気調節機の室内ユニット８０が設置された部屋９０において、空気調節効果を達成する。

図２を参照すると、部屋９０内の分離型空気調節機の室内ユニット８０が暖房又は除湿モードで動作を開始する場合、冷却剤管に装着されたソレノイド弁Ｓ２、Ｓ４は、冷却剤が第７管Ｐ７及び第６管Ｐ６に流入するのを阻止し、一方、ソレノイド弁Ｓ３は冷却剤が第９管Ｐ９を流れるのを許す状態にあり、ソレノイド弁Ｓ５、Ｓ１は冷却剤が第１０管Ｐ１０及び第５管Ｐ５を流れるのを許す。同時に、四方弁６０の第３ポートＣは冷却剤の入口ポートになる。

その結果、上述したこの別のタイプの動作サイクルで流れる冷却剤は、加熱／冷却熱交換器５０が設置された部屋において、家冷房効果を達成し、分離型空気調節機の室内ユニット８０が設置された部屋９０において、除湿又は家暖房効果を達成する。

しかし、上記装置１０は、５つものソレノイド弁を使用しているので電気エネルギーの節約においてまだ問題を有しており、改善を必要とする。

本考案の主な目的は、分離型空気調節機の室内ユニットを使用して、複数の機能、即ち、室内空気調節、室内暖房、除湿に加え廃熱回収、家冷房、家暖房を実行する電気エネルギー節約装置を提供することである。その装置の構成の改善は、従来使用されていた電気エネルギー消費する部品であるソレノイド弁の代りに、エネルギー節約手段としての４つの逆止弁を使用して、管内の冷却剤の流れ方向を制御し、電気エネルギー節約を達成することである。

本考案の電気エネルギー節約装置は、四方弁と、管内の冷却剤の流れ方向を制御するよう配置された４つの逆止弁とを組み合せて使用する点で新規であり、分離型空気調節機の室内ユニットを組み込むことで室内空気調節、室内暖房、及び除湿の用途に加えて廃熱回収、家暖房、及び家冷房の用途において電気エネルギー節約効果を達成する。

家暖房及び室内空気調節時における管内を流れる冷却剤の動きを例示する既存の多機能エネルギー節約装置の概略図である。 家冷房及び室内暖房時における管内を流れる冷却剤の動きを例示する図１の既存の多機能エネルギー節約装置の概略図である。 管内の冷却剤の流れ方向を制御するよう配置された４つの逆止弁を有する本考案の電気エネルギー節約装置の概略図である。 家暖房及び室内空気調節時における管内の冷却剤の流れを例示する図３の装置の説明図である。 家冷房及び室内暖房時における管内の冷却剤の流れを例示する図３の装置の説明図である。

図３に例示したように、本考案は、電気エネルギー消費する部品であるソレノイド弁を備えておらず、複数の機能、即ち、廃熱回収、家暖房、家冷房、室内空気調節、室内暖房、及び除湿を提供する電気エネルギー節約装置２０を開示する。

装置２０は冷却剤圧縮機３０と、熱ポンプ４０と、加熱／冷却熱交換器５０と、四方弁６０と、膨張弁Ｅ１と、４つの逆止弁Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４と、分離型空気調節機の室内ユニット８０と、これらの部品を接続する管Ｐ１〜Ｐ８とを備える。

冷却剤圧縮機３０は、冷却剤圧縮機３０によって圧縮された後、冷却剤が流れ出す出口管としての第１管Ｐ１と、液体／気体分離器Ｌ３が設置され、冷却剤圧縮機３０へ冷却剤が戻る入口管としての第３管Ｐ３とを有している。冷却剤圧縮機３０の冷却オイルが分離型空気調節機の室内ユニット８０に入るのを防ぐために、オイル分離器Ｌ１が第１管Ｐ１に選択的に設置されてもよい。

熱ポンプ４０は廃熱回収のために使用される熱交換器であり、冷水を加熱して温水にし、温水供給装置７０の温水タンク７４に蓄える。第１管Ｐ１は熱ポンプ４０と冷却剤圧縮機３０とを接続し、第２管Ｐ２は熱ポンプ４０の冷却剤出口管を形成する。冷却剤圧縮機３０によって圧縮された冷却剤は高温高圧の気相状態になり、第１管Ｐ１から熱ポンプ４０へ熱消失のために流れ出し、熱ポンプ４０において熱交換により冷却され高圧低温の液相状態になり、第２管Ｐ２から流れ出す。

四方弁６０は、冷却剤の方向を制御し変える流れ方向切り換え弁である。熱ポンプ４０の第２管Ｐ２が接続される入口ポートである四方弁６０の第１ポートＤ１は、冷却剤が四方弁６０に入るのを許可／阻止するのに使用される。四方弁６０の第４ポートＤ４は、冷却剤圧縮機３０の第３管Ｐ３が接続される出口ポートである。冷却剤の流れ方向を変えるために使用される四方弁６０の第２ポートＤ２と第３ポートＤ３は、それぞれ冷却剤の入口ポートか又は出口ポートとして設定でき、それぞれ第４管Ｐ４と第８管Ｐ８が接続される。第４管Ｐ４の他方の端は分離型空気調節機の室内ユニット８０の冷却剤管の一端に接続される。

加熱／冷却熱交換器５０は凝縮器又は蒸発器として働き、それぞれ冷却剤が熱消失過程又は熱吸収過程を経るのを可能にする。冷却剤が高温低圧の液相状態になり加熱／冷却熱交換器５０を通る時、冷却剤は凝縮過程を経て熱を消失する。一方、冷却剤が低圧低温の気相状態になり加熱／冷却熱交換器５０を通る時、冷却剤は蒸発過程を経て熱を吸収する。

分離型空気調節機の室内ユニット８０は、可変周波数型の空気調節機又は固定周波数型の空気調節機の室内ユニットであり、部屋９０内に設置されている。室内ユニット８０は冷却剤管（不図示）を有している。冷却剤が低圧低温の気相状態になり、室内ユニット８０内の冷却剤管を通過する時、冷却剤は蒸発過程を経て、周囲の空気から熱を吸収する。その結果、室内ユニット８０は冷たい空気を部屋９０内に送る。一方、冷却剤が高温低圧の液相状態になり、室内ユニット８０内の冷却剤管を通過する時、冷却剤は凝縮過程を経て、周囲の空気へ熱を消失する。その結果、室内ユニット８０は温かい空気を部屋９０内に送る。

加熱／冷却熱交換器５０の第８管Ｐ８は四方弁６０の第３ポートＤ３に接続され、第７管Ｐ７は第５管Ｐ５に接続され、並列接続体を形成する。この２つの管Ｐ７、Ｐ５は室内ユニット８０の該冷却剤管の一端に接続され、並列接続体を形成する。

加熱／冷却熱交換器５０の冷却剤入口管である第５管Ｐ５には、第１逆止弁Ｖ１と逆止弁Ｖ２とが設置されている。これら２つの逆止弁Ｖ１、Ｖ２の流れ方向は互いに反対に設定される。

第５管Ｐ５と比べると、加熱／冷却熱交換器５０の冷却剤出口管である第７管Ｐ７には、第３逆止弁Ｖ３と第４逆止弁Ｖ４とが設置されている。また、これら２つの逆止弁Ｖ３、Ｖ４の流れ方向は互いに反対に設定される。第７管Ｐ７の第３逆止弁Ｖ３と第５管Ｐ５の第２逆止弁Ｖ２は同じ流れ方向である。同様に、第７管Ｐ７の第４逆止弁Ｖ４と第５管Ｐ５の第１逆止弁Ｖ１は同じ流れ方向に設定される。

第６管Ｐ６の一端は、第５管Ｐ５に設けられた第１逆止弁Ｖ１と第２逆止弁Ｖ２の間において第５管Ｐ５に並列接続される。また、第６管Ｐ６の他方の端は、第７管Ｐ７に設けられた第３逆止弁Ｖ３と第４逆止弁Ｖ４の間において第７管Ｐ７に並列接続される。

高圧液体アキュムレーターＬ２は第６管Ｐ６に設置され、冷却剤から不純物と水を取除く。第６管Ｐ６には高圧液体アキュムレーターＬ２から流れ出た冷却剤の圧力を下げるための膨張弁Ｅ１が設置されている。膨張弁Ｅ１を通過後、冷却剤の圧力は下がり、高圧低温の液相状態から低圧低温の気相状態に変わり、加熱／冷却熱交換器５０か又は分離型空気調節機の室内ユニット８０を通過する時、蒸発過程を経て、熱を吸収する。

＜家暖房と室内空気調節＞
図４に示すように、部屋９０内に設置された分離型空気調節機の室内ユニット８０が動作状態にある時、本考案の電気エネルギー節約装置２０は家暖房と除湿と室内空気調節とを実行する。この場合、本考案の電気エネルギー節約装置２０の冷却剤は次のように働く。冷却剤は冷却剤圧縮機３０によって圧縮され、高温高圧の気相状態になり、次に、廃熱回収のために熱ポンプ４０に送られる。熱消失により、冷却剤は冷却され高圧低温の液相状態になり、次に、第２管Ｐ２から流れ出し、四方弁６０の第１ポートＤ１に入って、第３ポートＤ３から流れ出し、第８管Ｐ８を通って熱消失のために加熱／冷却熱交換器５０に入る。ここでは冷却剤は高圧の液相状態のままであるが温度はずっと低くなる。

冷却剤が加熱／冷却熱交換器５０から流れ出した後、第５管Ｐ５の第１逆止弁Ｖ１と第７管Ｐ７の第４逆止弁Ｖ４とは冷却剤がこれらの管に入るのを阻止するが、第７管Ｐ７の第３逆止弁Ｖ３と第５管Ｐ５の第２逆止弁Ｖ２は冷却剤がこれらの管に入るのを許可する。その結果、第７管Ｐ７の第３逆止弁Ｖ３を通過した冷却剤は、第６管Ｐ６に入り、第６管Ｐ６の膨張弁Ｅ１を通過することでその圧力が低下して、低圧低温の気相状態になる。

続いて、第５管Ｐ５の第２逆止弁Ｖ２を通過した冷却剤は、分離型空気調節機の室内ユニット８０の冷却剤管に入り、熱吸収のための蒸発過程を経て、低圧高温の気相状態になる。

室内ユニット８０から流れ出した後、第４管Ｐ４を通過した冷却剤は、四方弁６０の第２ポートＤ２に入って、第４ポートＤ４から流れ出し、第３管Ｐ３を通り冷却剤圧縮機３０に戻って、循環使用される。

加熱／冷却熱交換器５０において、冷却剤が熱消失のための凝縮過程を経ることで、加熱／冷却熱交換器５０が設置された場所において、家暖房及び除湿効果が達成される。

動作状態にある分離型空気調節機の室内ユニット８０において、冷却剤が熱吸収のための蒸発過程を経ることで、分離型空気調節機の室内ユニット８０が設置された部屋９０において、空気調節効果が達成される。

＜家冷房と室内暖房＞
図５に示すように、部屋９０内に設置された分離型空気調節機の室内ユニット８０が暖房動作状態にある時、本考案の電気エネルギー節約装置２０は家冷房と室内暖房又は室内除湿とを実行する。この場合、本考案の電気エネルギー節約装置２０の冷却剤は次のように働く。冷却剤は冷却剤圧縮機３０によって圧縮され、高温高圧の気相状態になり、次に、廃熱回収のために熱ポンプ４０に送られる。熱消失により、冷却剤は冷却され高圧低温の液相状態になり、次に、第２管Ｐ２から流れ出し、四方弁６０の第１ポートＤ１に入って、第２ポートＤ２から流れ出し、第４管Ｐ４を通って熱消失のために分離型空気調節機の室内ユニット８０に入る。ここでは冷却剤は高圧の液相状態のままであるが温度はずっと低くなる。

冷却剤が分離型空気調節機の室内ユニット８０から流れ出した後、第５管Ｐ５の第２逆止弁Ｖ２と第７管Ｐ７の第３逆止弁Ｖ３とは冷却剤がこれらの管に入るのを阻止するが、第７管Ｐ７の第４逆止弁Ｖ４と第５管Ｐ５の第１逆止弁Ｖ１は冷却剤がこれらの管に入るのを許可する。その結果、第７管Ｐ７の第４逆止弁Ｖ４を通過した冷却剤は、第６管Ｐ６に入り、第６管Ｐ６の膨張弁Ｅ１を通過することでその圧力が低下して、低圧低温の気相状態になる。

続いて、第５管Ｐ５の第１逆止弁Ｖ１を通過した冷却剤は、加熱／冷却熱交換器５０に入り、熱吸収のための蒸発過程を経て、低圧高温の気相状態になる。

加熱／冷却熱交換器５０から流れ出した後、第８管Ｐ８を通過した冷却剤は、四方弁６０の第３ポートＤ３に入って、第４ポートＤ４から流れ出し、第３管Ｐ３を通り冷却剤圧縮機３０に戻って、循環使用される。

加熱／冷却熱交換器５０において、冷却剤が熱吸収のための蒸発過程を経ることで、加熱／冷却熱交換器５０が設置された場所において、家冷房効果が達成される。

暖房動作状態にある分離型空気調節機の室内ユニット８０において、冷却剤が熱消失のための凝縮過程を経ることで、分離型空気調節機の室内ユニット８０が設置された部屋９０において、室内暖房及び室内除湿効果が達成される。

＜廃熱回収＞
上述したように、廃熱回収のための熱ポンプ４０は、熱消失により冷水を加熱して温水にし、温水タンク７４に蓄えるので、本考案の電気エネルギー節約装置２０に組み込まれた温水供給装置７０は常にいつでも温水を供給できる。

＜エネルギー節約のための構成の改善＞
上述のように配置された４つの逆止弁Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４に基づいて、本考案の電気エネルギー節約装置２０は複数の機能、即ち、廃熱回収、家冷房、家暖房、室内空気調節、及び室内暖房及び除湿を効果的に実現する。

また、逆止弁の使用とソレノイド弁の使用という構成の違いに加えて、本考案の電気エネルギー節約装置２０と図１の多機能エネルギー節約装置１０とを比較する電気消費の試験結果を表１に示す。

結果：
１．表１から、家暖房及び空気調節機能を実行時、本考案のエネルギー節約装置２０の冷却剤圧縮機３０に必要な動作電流は、たった８．４アンペアであり、室内ユニット８０からの空気出口温度は９℃である。これに対して図１の多機能エネルギー節約装置１０の冷却剤圧縮機３０に必要な動作電流は１３．８アンペアであり、室内ユニット８０からの空気出口温度は１５．５℃である。

２．表１から、家冷房及び室内暖房機能を実行時、本考案のエネルギー節約装置２０の冷却剤圧縮機３０に必要な動作電流はたった１１．８アンペアであり、加熱／冷却熱交換器５０からの空気出口温度は１０℃である。これに対して図１の多機能エネルギー節約装置１０の冷却剤圧縮機３０に必要な動作電流は１６．８アンペアであり、加熱／冷却熱交換器５０からの空気出口温度は１１℃である。

表１の試験結果は、四方弁と、管内の冷却剤の流れ方向を制御するよう配置された４つの逆止弁とを組み合せて使用する本考案のエネルギー節約装置２０は効果的に電気エネルギー節約を実現できることを示す。

２０ 電気エネルギー節約装置
３０ 冷却剤圧縮機
４０ 熱ポンプ
５０ 加熱／冷却熱交換器
６０ 四方弁
８０ 分離型空気調節機の室内ユニット

Claims (4)

1. 冷却剤圧縮機と、熱ポンプと、四方弁と、加熱／冷却熱交換器と、膨張弁（Ｅ１）と、４つの逆止弁（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４）と、分離型空気調節機の室内ユニットと、８つの管（Ｐ１〜Ｐ８）とを備え、
   該四方弁は４つの接続用ポート（Ｄ１〜Ｄ４）を有する流れ方向切換え弁であり、該ポートのうち第２ポート（Ｄ２）と第３ポート（Ｄ３）とは冷却剤の流れ方向を切換えるためのポートであり、
   該加熱／冷却熱交換器は凝縮機能と蒸発機能とを有し、
   該第１管（Ｐ１）は該冷却剤圧縮機の出口管であり、該冷却剤圧縮機と該熱ポンプとの間に接続され、
   該第２管（Ｐ２）は該熱ポンプの出口管であり、該熱ポンプと該四方弁の第１ポート（Ｄ１）との間に接続され、
   該第３管（Ｐ３）は該冷却剤圧縮機の入口管であり、該冷却剤圧縮機と該四方弁の第４ポート（Ｄ４）との間に接続され、
   該第４管（Ｐ４）は該四方弁の第２ポート（Ｄ２）と該分離型空気調節機の室内ユニットとの間に接続され、
   該第７管（Ｐ７）は該加熱／冷却熱交換器と該分離型空気調節機の室内ユニットとの間に接続され、互いに反対の流れ方向を有するよう配置された第３逆止弁（Ｖ３）と第４逆止弁（Ｖ４）とが設けられており、
   該第８管（Ｐ８）は該四方弁の第３ポート（Ｄ３）と該加熱／冷却熱交換器との間に接続され、
   該第５管（Ｐ５）は、互いに反対の流れ方向を有するよう配置された第１逆止弁（Ｖ１）と第２逆止弁（Ｖ２）とが設けられており、該第２逆止弁（Ｖ２）は該第７管（Ｐ７）の該第３逆止弁（Ｖ３）と同じ流れ方向を有するよう配置され、該第１逆止弁（Ｖ１）は該第７管（Ｐ７）の該第４逆止弁（Ｖ４）と同じ流れ方向を有するよう配置され、該第５管（Ｐ５）は該第７管（Ｐ７）に並列に接続され、並列接続された該第５管（Ｐ５）と該第７管（Ｐ７）との一端が該分離型空気調節機の室内ユニットに接続され、
   該第６管（Ｐ６）は、膨張弁（Ｅ１）を有し、該膨張弁の一端は該第５管（Ｐ５）の該第１逆止弁（Ｖ１）と該第２逆止弁（Ｖ２）との間において該第５管（Ｐ５）に並列接続され、他方の端は該第３逆止弁（Ｖ３）と該第４逆止弁（Ｖ４）との間において該第７管（Ｐ７）に並列接続されていることを特徴とする電気エネルギー節約装置。
2. 前記分離型空気調節機の室内ユニットは、可変周波数型又は固定周波数型の室内ユニットである請求項１に記載の電気エネルギー節約装置。
3. 前記第１管（Ｐ１）にオイル分離器（Ｌ１）が設けられている請求項１又は２に記載の電気エネルギー節約装置。
4. 前記第６管（Ｐ６）に前記冷却剤から不純物と水を取除くための高圧液体アキュムレーター（Ｌ２）が設けられている請求項１又は２に記載の電気エネルギー節約装置。

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