JP4224927B2 - 冷媒加熱型空気調和機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、暖房時に冷媒を加熱する冷媒加熱器が設けられた冷媒加熱型空気調和機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複数の室内ユニットを並列に接続したマルチ形空気調和機は図４に示す構成とされている。ここで１は室外ユニットにおける圧縮機で、四方弁２に接続されている。この四方弁２には複数の室内機３ａ、３ｂが並列に接続されている。その接続路には、冷媒流量制御弁４ｃ、４ｄと三方弁５ａ、５ｂとが設けられている。室内ユニットとしての室内機３ａ、３ｂは室内熱交換器６ａ、６ｂと室内ファン７ａ、７ｂとを有する。室内熱交換器６ａ、６ｂの液側の管路には、三方弁５ｃ、５ｄと冷媒流量制御弁４ａ、４ｂとが設けられている。これら冷媒流量制御弁４ａ、４ｂよりも先の部分では合流管路となっており、この合流管路にはメイン流量制御弁８が設けられている。このメイン流量制御弁８は暖房運転時に開となり、冷房運転時には閉となる二方弁９を介して、冷媒加熱器１０に接続されている。冷媒加熱器１０には、燃焼用の空気を供給するバーナモータ１１と燃焼用の燃料を供給する電磁ポンプ１２とが設けられている。この冷媒加熱器１０はアキュームレータ１３に接続され、このアキュームレータ１３が圧縮機１に接続されることで暖房運転用のサイクルが構成されている。
【０００３】
冷房時に使用される室外熱交換器１４は一端が四方弁２と接続されるとともに他端がメイン冷媒流量制御弁８と二方弁９との間の部分管路に接続されている。１５は室外ファンである。１６ａ、１６ｂは暖房運転時に室外熱交換器１４に冷媒を流さないようにする逆止弁である。
【０００４】
冷房時の冷凍サイクルについて説明する。この冷房時には二方弁９を閉として冷媒加熱器１０に冷媒を流さないようにする。そして四方弁２がコイル通電ＯＮ状態で破線矢印の方向に冷媒を流すように切り変わり、圧縮機１より吐出された冷媒が室外熱交換器１４へと流れ込み、そこで室外ファン１５で加熱され、加熱された冷媒は逆止弁１６ｂを経てメイン冷媒流量制御弁８で絞り膨張を受ける。冷媒分配用の冷媒流量制御弁４ａ、４ｂで各熱交換器６ａ、６ｂへ流れる量が制御されたガス冷媒はこの室内熱交換器６ａ、６ｂで室内ファン７ａ、７ｂの作用により大気から吸熱を行う。そして四方弁２および逆止弁１６ａを経てアキュームレータ１３へと循環する冷凍サイクルを構成する。
【０００５】
暖房時の冷凍サイクルについて説明する。この暖房時には四方弁２がコイル通電ＯＦＦ状態で実線矢印の方向に冷媒を流すように切り替えられ、また二方弁９が開かれる。すると圧縮機１から吐出された冷媒が四方弁２を経て室内熱交換器６ａ、６ｂへと流れ込む。室内ファン７ａ、７ｂからの送風によって放熱された液冷媒は冷媒分配用の冷媒流量制御弁４ａ、４ｂとメイン冷媒流量制御弁８とを通過し、開状態の二方弁９を通過して冷媒加熱器１０へと流れ込む。そして冷媒加熱器１０で燃焼熱を受熱し、アキュームレータ１３へと循環することで冷凍サイクルが構成される。
【０００６】
次に暖房時の運転動作について説明する。室内機３ａ、３ｂが暖房運転の信号を受信すると、まず、四方弁２のコイル通電がＯＦＦ状態、二方弁９を閉とする．また冷媒分配用の冷媒流量制御弁４ａ、４ｂは各室内機３ａ、３ｂの要求能力に必要な冷媒量とする設定開度とされ、メイン冷媒流量制御弁８は総合要求能力に必要な冷媒量を制御する設定開度とされる。そして、冷媒加熱器１０に燃焼準備の信号が指示され、圧縮機１を駆動させて、逆止弁１６ａから室外熱交換器１４を経て逆止弁１６ｂにいたる管路の冷媒を冷媒加熱器１０を通して回収する。この冷媒の回収によって室外熱交換器１４が負庄となったら、圧縮機１の駆動を停止、二方弁９を開とする。
【０００７】
次に、冷媒加熱器１０が燃焼できる状態になる以前に圧縮機１を再度駆動させて、暖房冷凍サイクルヘ冷媒を循環させる。このように冷媒加熱器１０が燃焼する以前に冷媒を循環させることで、燃焼が開始された時における冷媒加熱器１０のオーバーシュート現象を防止することができる。冷媒加熱器１０が燃焼可能状態になったら、電磁ポンプ１２から燃焼燃料を送り込むとともにバーナモー夕１１によって燃焼用の空気を送り込んで燃焼を開始する。なお、この暖房運転時のメイン冷媒流量制御弁８は、ヒートポンプ式冷凍サイクルにおける絞りの役割は果たしていない。
【０００８】
また、一室対応の空気調和機については冷媒流量制御弁、たとえば４ａ、４ｂが不必要となるがその他の部分についてはマルチ形とほぼ同様である。
【０００９】
さらに、上記の冷凍サイクルで使用される二方弁９は一般にコイル通電時が開、コイル非通電時が閉状態である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
近年高気密、高断熱住宅化が進み、従来に比べて必要とされる単位空間あたりの熱量が小さくなりつつある。また、このような住宅は一旦室内が暖まると放出する熱量も小さくなる傾向にあるため、さらにＴＤＲ（最大燃焼量／最小燃焼量）の高い熱源機が必要になっている。しかし従来の火炎式熱源機でその要求に対して追随するには技術的に難しい。さらにマルチ形空気調和機は複数の室内機の要求される運転状態が頻繁に変化し、それに伴って熱源機の燃焼出力も変化させる必要がある。しかし、火炎式の熱源機ではＴＤＲが通常３以下で小さいので燃焼出力を大きくすると要求出力が小さい場合にはオンオフ制御しなければならなくなり、制御が煩雑になるとともに燃焼排ガスの特性も悪く環境的に好ましいとは言えない。またその燃焼制御に伴う追随性も速くはないので、燃焼量可変操作に時間を要した。
【００１１】
また、瞬間的な停電などごく短い時間の電気遮断により２方弁の通電が切れると、室外熱交換器内の負圧が保てなくなり暖房冷凍サイクルが維持できない。さらに火炎式熱源機では再点火に時間が必要なため、停電などの外的要因により冷媒加熱式空気調和機が短時間の運転停止した際、再起動までの時間が長いために使用者に不快感を与えていた。
【００１２】
そこで、本発明は室内ユニットに対して圧縮機および冷媒加熱器を備えた室外ユニットを有し、暖房時に圧縮機から吐出された冷媒を室内熱交換器に送り込み、前記熱交換器から流出した冷媒を冷媒加熱器にて加熱させて圧縮機に送り込む構成を有した冷媒加熱型空気調和機において、冷媒加熱用熱源機が複数の触媒体で多段燃焼させる触媒燃焼機構で構成される冷媒加熱型空気調和機である。
【００１３】
上記構成とすることによってＴＤＲが大きくなり、燃焼出力の頻繁な変動および燃焼出力可変幅に対しても有効に対応可能となる。また、触媒燃焼方式では空気比の大きな変動によっても失火することが少なく、また、失火した場合も触媒体の温度が燃焼可能範囲内にあれば容易に再点火できるので、スピーディにかつ広範囲に燃焼量を可変させることができる。触媒体を多段で構成することによって触媒体の上流面にかかる熱負荷を分散させ最高温度域も低減できるため、触媒活性の長期信頼性を保証できる。さらに、停電などの外的要因による短時間の運転停止から再起動までの時間を短縮した空気調和が実現できる。
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、室内ユニットに対して圧縮機および冷媒加熱器を備えた室外ユニットを有し、暖房時に圧縮機から吐出された冷媒を室内熱交換器に送り込み、前記室内熱交換器から流出した冷媒を冷媒加熱器にて加熱させて圧縮機に送り込む構成を有した冷媒加熱型空気調和機であって、前記冷媒加熱器の熱源が複数の触媒体で構成され、前記各触媒体間に熱交換受熱部が配設され、触媒体表面で燃料を燃焼させる触媒燃焼機構で構成される冷媒加熱型空気調和機である。
【００１４】
請求項２記載の発明は、複数の室内ユニットに対して、圧縮機および冷媒加熱器を備えた室外ユニット１台を有し、暖房時に圧縮機から吐出された冷媒を複数の室内熱交換器に送り込み、前記室内熱交換器から流出した冷媒を冷媒加熱器にて加熱させて圧縮機に送り込む構成を有した冷媒加熱型空気調和機であって、前記冷媒加熱器の熱源が複数の触媒体で構成され、前記各触媒体間に熱交換受熱部が配設され、触媒体表面で燃料を燃焼させる触媒燃焼機構で構成される冷媒加熱型空気調和機である。
【００１５】
請求項３記載の発明は、複数の触媒体で構成され、前記各触媒体間に熱交換受熱部が配設され、予混合気流れが前記熱交換受熱部で矩形制御された冷媒加熱型空気調和機である。 請求項４記載の発明は、燃焼出力可変幅（最大燃焼量／最小燃焼量）＝４以上である冷媒加熱型空気調和機である。
【００１６】
請求項５記載の発明は、燃焼用燃料を供給する電磁ポンプを備え、前記電磁ポンプを所定周期でＯＮ／ＯＦＦし断続燃焼するように制御する冷媒加熱型空気調和機である。
【００１７】
請求項６記載の発明は、燃焼用燃料を供給する電磁ポンプと燃焼用空気を供給するバーナーモータを備え、前記電磁ポンプ及び前記バーナーポンプを共に所定周期でＯＮ／ＯＦＦし断続燃焼するように制御する冷媒加熱型空気調和機である。
【００１８】
請求項７記載の発明は、前記断続燃焼制御時、前記電磁ポンプの起動タイミングを、前記バーナーモータの起動タイミングよりも先にずらすように制御する冷媒加熱型空気調和機である。
【００１９】
請求項８記載の発明は、冷凍サイクル内に、暖房運転時、室外熱交換器を負圧に保つために使用される２方弁を、通電時は開き、未通電時は閉じる制御を行う冷媒加熱型空気調和機である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態は室内ユニットに対して圧縮機および冷媒加熱器を備えた室外ユニットを有し、暖房時に圧縮機から吐出された冷媒を室内熱交換器に送り込み、前記熱交換器から流出した冷媒を冷媒加熱器にて加熱させて圧縮機に送り込む構成を有した冷媒加熱型空気調和機において、冷媒加熱用熱源機が複数の触媒体で多段燃焼させる触媒燃焼機構で構成される冷媒加熱型空気調和機である。
【００２１】
上記構成とすることによってＴＤＲが大きくなり、燃焼出力の頻繁な変動および燃焼出力可変幅に対しても有効に対応可能となる。また、触媒燃焼方式では空気比の大きな変動によっても失火することが少なく、また、失火した場合も触媒体の温度が燃焼可能範囲内にあれば容易に再点火できるので、スピーディにかつ広範囲に燃焼量を可変させることができる。触媒体を多段で構成することによって触媒体の上流面にかかる熱負荷を分散させ、最高温度域も低減でき、触媒活性の長期信頼性を保証できる。さらに、瞬間的な停電などで短時間通電が途切れて暖房運転が停止した場合も運転停止時間を最小限にとどめられる。
【００２２】
【実施例】
（実施例１）
以下、図面を用いて本発明の実施例１について説明する。図１は実施例１の斜視断面図、図２は実施例１の縦断面図である。実施例１の触媒燃焼装置の主要部は予混合ガス供給部１７、触媒燃焼部１８、熱交換部１９で構成される。また、予混合ガス供給部１７は予混合ガス流れ方向に対して予混合ガス導入部２０、予混合ガス気化室２１、予混合ガス噴出部２２で構成され、予混合ガス気化室２１の外周部には埋め込みヒータ２３が配設されている。触媒燃焼部１８は予混合ガス流れ方向に対して順次第1受熱部２４、予熱ヒータ２５ａ、２５ｂ、第1触媒体２６、第２受熱部２７、第１整流板２８、第２触媒体２９、第２整流板３０、第３触媒体３１、第３整流板３２、第３受熱部３３、排ガス流出部３４で構成され、熱交換部１９は触媒燃焼部１８の外筒筐体３５に銅配管３６が溶接されて構成される。また第1受熱部２４、第２受熱部２７、第１整流板２８、第２整流板３０、第３整流板３２、第３受熱部３３は外筒筐体３５と一体物として構成し、アルミニウム材を使用した。第1触媒体２６、第２触媒体２９、第３触媒体３１は連通孔を有するコージライトハニカムを基体とし、パラジウム触媒を活性アルミナ担体に担持したものである。第１受熱部２４、第２受熱部２７は第1触媒体２６からの輻射、排熱を受けやすいように第1触媒体２６の通気孔に対面させ、第３受熱部３３は第３触媒体３１からの排熱を受けやすいように配設している。第1整流板２８、第２整流板３０は第２触媒体２９への混合ガス整流作用と第２触媒体２９からの受熱作用を有し、第２整流板３０、第３整流板３２は第３触媒体３１への混合ガス整流作用と第３触媒体３１からの受熱作用を有している。予熱ヒータは２５０Ｗ仕様を２個使用し、第１触媒体は１５０×７０×２０、２００セル／inch2にＰｄ ３ｇ／ｌで担持、第２触媒体は１５０×７０×１０、４００セル／inch2にＰｄ ３ｇ／ｌで担持、第３触媒体は１５０×７０×１０、４００セル／inch2にＰｄ ３ｇ／ｌで担持したものを使用した。
【００２３】
次に、動作についての説明を行なう。まず、燃焼開始時には予熱ヒーター２５ａ、２５ｂに通電して第１触媒体２６を活性化温度以上、約３５０℃に予熱した後、予熱ヒーター２５ａ、２５ｂへの通電を停止し、予混合ガスを予混合ガス供給部１から供給して第１触媒体２６で触媒燃焼を開始させる。その後、第１触媒体２６からの排熱により、第２触媒体２９が加熱され、第２触媒体２９でも触媒燃焼を開始する。触媒燃焼時には第１触媒体２６および第２触媒体２９でほとんどの燃焼が完結し、第３触媒体では第２触媒体通過後に残るわずかな未燃排ガスを浄化する作用を有する。燃焼反応熱が触媒体から輻射エネルギーとして射出される。この輻射エネルギーは第１受熱部２４等で吸収されて再び熱エネルギーに変換されることにより、熱交換部１９へ伝熱される。さらに、熱エネルギーは熱伝導により、熱交換部１９から熱伝達により銅配管内の被加熱冷媒へ伝熱される輻射伝熱は流れを乱さないため、第１触媒体２６、第２触媒体２９における燃焼反応は阻害されることがなく、被加熱冷媒への熱交換量を増加させても燃焼安定性を確保することができる。触媒体の通気孔に対面させた受熱部を設け、触媒体と受熱部を交互に複数組設置することにより、触媒体から受熱部への輻射伝熱を促進するとともに触媒体における高燃焼量時において、高温になりやすい触媒体の触媒表面温度を低減することができる。触媒燃焼部室内で予混合気の流れ方向を受熱部を活用して矩形制御することで内部での熱媒体滞留時間を長くできる。それによって受熱部での受熱効率向上、接触時間増加が図れる。第３触媒体３１を通過した排ガスは排ガス流出部３４を通り、外部に排出される。連通孔を有するハニカム格子形状の基体に触媒を担持した触媒体とすることにより、熱応力に対する強度等を高め、耐寿命性を向上させることができる。高燃焼量時において、通常高温になりやすい触媒体の触媒表面温度を低減して耐熱限界温度以下に抑え、高負荷タイプの熱交換一体型触媒燃焼式熱源機を実現できるため、機器の小型化が可能となる。
【００２４】
次に断続燃焼について説明する、上記のように触媒は活性温度以上に温度が上がっていると予混合ガスを供給するだけで触媒燃焼を開始する。また、火炎燃焼に比べて燃焼可能な空気比（＝供給空気量／理論必要空気量）の幅が広いことが特徴である。燃焼開始から触媒燃焼が開始するまでの操作は通常の連続燃焼と同様に行い触媒燃焼が安定して継続している状態で断続燃焼に移行する。仮に燃焼量２０００kcal/hr相当で触媒燃焼している状態で電磁ポンプ１２の運転を止めると燃料の供給が止まり、連続して運転しているバーナーモータ１１が送り込む空気と燃焼部に残留する燃料が燃焼を継続するが、燃焼状態は徐々に空気比の大きい状態に移行し第１触媒体２６、第２触媒体２９、第３触媒体３１で燃料の消費に連れて発熱量が減少しそれぞれの触媒体の温度が下がり始める。しかし、触媒体受熱部及び整流板から構成される触媒燃焼部の熱容量は十分大きいため触媒温度は徐々に低下する、触媒が活性温度以下に冷やされる前（例えば３０秒後）に電磁ポンプ１２の運転を開始し燃料の供給を再開すると第１触媒体２６、第２触媒体２９、第３触媒体３１では触媒燃焼が再開する、そして各部の温度が上昇し始めた後（例えば60秒後）に再び電磁ポンプ１２の運転を止め燃料の供給を止める。このサイクルを繰り返すと各部の温度は連続運転時とは異なる状態に安定し、見かけの燃焼量は（２０００＊３０／（３０＋６０））になり燃焼量の削減が可能になる。この時（電磁ポンプＯＮ時間／１サイクル時間）＝ＤＵＴＹ比とする。
【００２５】
さらに、電磁ポンプ１２を運転／停止する時に同時にバーナーモータ１１を運転／停止し燃料と空気の供給を同時に運転／停止すると燃料の供給が止まり、惰性で回転しているバーナーモータ１１が送り込む空気と燃焼部に残留する燃料が燃焼を継続するが、バーナーモータ１１は１０秒程度で停止し燃焼状態はに空気比の大きい状態に移行し第１触媒体２６、第２触媒体２９、第３触媒体３１で燃料の消費に連れて発熱量が減少しそれぞれの触媒体の温度が下がり始める。しかし、触媒体受熱部及び整流板から構成される触媒燃焼部の熱容量は十分大きいため触媒温度は徐々に低下する。また、この時の温度低下は燃焼用空気が供給されないため、バーナーモータ１１が運転している場合よりもさらにゆっくりと温度が低下する。これらの効果により燃料を供給していない期間での触媒の冷却がより抑えられる。そのため、燃料供給再開時に各触媒体がより高い温度にある状態で触媒燃焼を開始できるので燃焼再開時の排気ガス特性を改善することが可能である。
【００２６】
また、燃焼開始する際の手順を、燃料を供給するための電磁ポンプ１２のみを先ず運転し各触媒体に燃料のみを供給し燃焼状態を作り、その反応熱により各触媒体の温度を高め、数秒後にバーナーモータ１１を運転し空気の供給を開始するようにすると、触媒燃焼再開時の温度回復を早められ併せて排気特性も改善することが可能である。
【００２７】
次に瞬間的な停電などが発生した場合の動作を説明する。暖房運転中の冷凍サイクルでは、使用しない室外熱交換器１４は逆止弁１６ａ、１６ｂ、四方弁２によって負圧が保たれているがこれらのバルブは電気が遮断されてもその動作は保持されている。また暖房に利用さている冷凍サイクル部分を構成する主要なバルブも電気が遮断されてもその動作は保持される。また圧縮機１は短時間電気が遮断されても再度通電されれば容易に再起動可能である。さらに、冷媒加熱用熱源が触媒燃焼機構であるから断続運転の説明でも述べたように触媒温度が活性温度以上に保たれている限り予混合ガスを供給するだけで容易に再点火が可能である。したがって触媒体温度を基準にして、触媒体温度が活性温度よりも高い場合は即再起動、また停止が長時間になり触媒体温度が活性温度よりも低い場合は通常の起動を行うように制御すれば、無用な起動動作を行うこと無く通常運転に戻ることができてより快適性が高めることができる。
【００２８】
受熱部、整流板、燃焼室内面部等の熱交換構成要素の受熱面側を高輻射材で被覆することにより、第１触媒体、第２触媒体、第３触媒体からの伝熱効率を向上させることができる。
【００２９】
図３は実施例１によって得られた触媒燃焼式熱源機を用いて、空気比（供給空気量／理論必要空気量）＝１．８において弱から強燃焼まで可変させて燃焼特性を評価したものである。これより第１触媒体は７５０kcal/hから３０００kcal/hにかけて温度上昇しているが、その後ある程度を燃焼スリップさせることで、第２触媒体でも積極的に触媒燃焼させることができた。このためには第１触媒体のセル密度を第２触媒体のセル密度よりも小さくし、第１触媒体の厚みを第２触媒体の厚みよりも厚く設計することが望ましかった。ＨＣ／ＣＯ２の特性では７５０kcal/hから６０００kcal/hにかけて０．００５以下を達成し、初期値ではＴＤＲ＝８であった。寿命試験では３０００kcal/hにおいて２００００ｈ連続運転を行い、ＴＤＲ＝６を確認した。
【００３０】
図５は実施例１によって得られた触媒燃焼式熱源機を用いて、空気比（供給空気量／理論必要空気量）＝１．８において２０００kcal/hで燃焼している状態で周期１分の断続運転のＤＵＴＹ比を0.33から0.75まで可変させて、燃料供給を断続する際に同時に空気の供給を断続した場合と空気は連続して供給した場合の排気特性を評価したものである。燃料と空気を同時に断続したほうがより排気特性が改善され、ＨＣ/ＣＯ２を０．０１以下に保ったままＤＵＴＹ比を0.33まで下げることが可能である。
【００３１】
図６は同じく空気比（供給空気量／理論必要空気量）＝１．８において１５００kcal/hで燃焼している状態で周期１分の断続運転（燃料と空気共に断続）のＤＵＴＹ比を0.33から0.75まで可変させて、断続運転中と断続運転から連続運転に復帰した直後の排気特性を評価したものである。断続運転から連続運転に移行した直後の排気特性が悪化している。しかし、連続運転開始時に燃料の供給をわずかに早くして空気比の低い燃焼状態を作ると排気特性が改善された。
【００３２】
実施例ではコージライトハニカムを基体として使用したが本発明で使用できるものこれに限定されるものではなく、連通孔を有した放熱面積の大きなものであればよい。またパラジウム触媒を活性アルミナ担体に担持したものを使用したが触媒燃焼に対して十分な耐久性を有するものであれば他のものも適用可能である。
【００３３】
実施例では第１触媒体と第２触媒体でほぼ燃焼を完結させ、第３触媒体により未燃排ガスの浄化を図った。さらに本発明の意図する高ＴＤＲ化を図るためには触媒体の数をさらに多くすることが有効であった。
【００３４】
実施例では第１触媒体２６の前段に電気式の予熱ヒータ（２５０Ｗ×２）を設けることにより、第１触媒体２６を活性化温度に予熱したが、触媒燃焼開始時に予熱バーナで火炎燃焼させた後、混合ガスの供給を停止して予熱バーナの火炎を消炎させ、再び、混合ガスを供給して触媒燃焼させる方法を利用することもできる。
【００３５】
【発明の効果】
上記実施例の説明から明らかなように、請求項１記載の発明によれば、セラミック基体に形成された触媒層に混合ガスを接触させることによって多段燃焼させる触媒燃焼方式を使用する。その結果燃焼室内での温度ムラが小さく、限られた空間を有効に活用しながら燃焼させるので非常に小さい熱源機が提供できる。さらに、連通孔を有する触媒体に対面する状態で触媒体と受熱部を交互に複数組設置することにより、単位体積あたりの触媒体の表面積を増加させ、触媒体から受熱部への輻射伝熱を促進するとともに、高燃焼量時において通常高温になりやすい触媒体の触媒表面温度を低減して耐熱限界温度以下に抑え、高負荷タイプの熱交換一体型触媒燃焼器を実現できるため、機器の小型化が可能となる。
【００３６】
請求項２記載の発明によれば、より高いＴＤＲが必要なマルチ形空気調和機に対して小さな熱源機が提供できるとともに複数の室内機要求特性の変化に迅速に追随できる。さらに、連通孔を有する触媒体に対面する状態で触媒体と受熱部を交互に複数組設置することにより、単位体積あたりの触媒体の表面積を増加させ、触媒体から受熱部への輻射伝熱を促進するとともに、高燃焼量時において通常高温になりやすい触媒体の触媒表面温度を低減して耐熱限界温度以下に抑え、高負荷タイプの熱交換一体型触媒燃焼器を実現できるため、機器の小型化が可能となる。
【００３７】
請求項３記載の発明によれば、燃焼室内で予混合気の流れ方向を矩形制御することにより内部での滞留時間を長くできることおよび受熱部での受熱効率向上、接触時間増加が図れる。
【００３８】
請求項４記載の発明によれば、ＴＤＲの大きな熱源機が提供できるので、従来のようにオンオフ制御によることなく燃焼量可変が行えるので、一旦停止した後の再起動に伴う時間的なロスを防止することができる。
【００３９】
請求項５記載の発明によれば、構造的な変更をすること無く電磁ポンプの運転制御を変更するだけで最低燃焼量よりも低い燃焼熱量を発生することが可能なため、暖房機としてよりＴＤＲの大きな冷媒加熱型空気調和機を提供できるので、従来のようにオンオフ制御によることなく暖房能力可変が行えることにより快適性の高い空気調和が実現できる。
【００４０】
請求項６及び７記載の発明によれば、構造的な変更をすること無く電磁ポンプの運転制御を変更するだけで最低燃焼量よりも低い燃焼熱量を発生することが可能なため、暖房機として、よりＴＤＲの大きな冷媒加熱型空気調和機を提供でき、同時にバーナーモーターの運転制御を変更することにより断続燃焼中の排気特性も改善し、従来のようにオンオフ制御によることなく暖房能力可変が可能で、断続運転中の排気特性の劣化も少ない環境に配慮した、より快適性の高い空気調和が実現できる。
【００４１】
請求項８記載の発明によれば、冷凍サイクル内で使用され、暖房運転時にサイクル内の室外熱交換器を負圧に保つために使用される２方弁を、通電時＝開／未通電時＝閉となる構造にすることにより、瞬間的な停電などごく短い時間の電気遮断により２方弁の通電が切れても、暖房冷凍サイクルを維持できるようになり、触媒体が活性温度以上であればでは容易に再点火が可能な触媒燃焼機の特性と併せて、停電などの外的要因による短時間の運転停止から再起動までの時間を短縮した空気調和が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１の触媒燃焼式熱源機の斜視断面図
【図２】 本発明の実施例１の触媒燃焼式熱源機の縦断面図
【図３】 本発明の実施例１の触媒燃焼式熱源機を使用した空気調和機での燃焼特性評価図
【図４】 従来のマルチ形冷媒加熱型空気調和機の冷凍サイクル図
【図５】 本発明の実施例６の触媒燃焼式熱源機を使用した空気調和機での断続燃焼特性評価図
【図６】 本発明の実施例７の触媒燃焼式熱源機を使用した空気調和機での断続燃焼特性評価図
【符号の説明】
１ 圧縮機
２ 四方弁
３ａ、３ｂ 室内機
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ 冷媒流量制御弁
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ 三方弁
６ａ、６ｂ 室内熱交換器
７ａ、７ｂ 室内ファン
８ メイン流量制御弁
９ 二方弁
１０ 冷媒加熱器
１１ バーナモータ
１２ 電磁ポンプ
１３ アキュームレータ
１４ 室外熱交換器
１５ 室外ファン
１６ａ、１６ｂ 逆止弁
１７ 混合ガス供給部
１８ 触媒燃焼部
１９ 熱交換部
２０ 混合ガス導入部
２１ 混合ガス気化室
２２ 混合ガス噴出部
２３ 埋め込みヒータ
２４ 第１受熱部
２５ａ、２５ｂ 予熱ヒータ
２６ 第1触媒体
２７ 第２受熱部
２８ 第１整流板
２９ 第２触媒体
３０ 第２整流板
３１ 第３触媒体
３２ 第３整流板
３３ 第３受熱部
３４ 排ガス流出部
３５ 外筒筐体
３６ 銅配管
【発明の属する技術分野】
本発明は、暖房時に冷媒を加熱する冷媒加熱器が設けられた冷媒加熱型空気調和機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複数の室内ユニットを並列に接続したマルチ形空気調和機は図４に示す構成とされている。ここで１は室外ユニットにおける圧縮機で、四方弁２に接続されている。この四方弁２には複数の室内機３ａ、３ｂが並列に接続されている。その接続路には、冷媒流量制御弁４ｃ、４ｄと三方弁５ａ、５ｂとが設けられている。室内ユニットとしての室内機３ａ、３ｂは室内熱交換器６ａ、６ｂと室内ファン７ａ、７ｂとを有する。室内熱交換器６ａ、６ｂの液側の管路には、三方弁５ｃ、５ｄと冷媒流量制御弁４ａ、４ｂとが設けられている。これら冷媒流量制御弁４ａ、４ｂよりも先の部分では合流管路となっており、この合流管路にはメイン流量制御弁８が設けられている。このメイン流量制御弁８は暖房運転時に開となり、冷房運転時には閉となる二方弁９を介して、冷媒加熱器１０に接続されている。冷媒加熱器１０には、燃焼用の空気を供給するバーナモータ１１と燃焼用の燃料を供給する電磁ポンプ１２とが設けられている。この冷媒加熱器１０はアキュームレータ１３に接続され、このアキュームレータ１３が圧縮機１に接続されることで暖房運転用のサイクルが構成されている。
【０００３】
冷房時に使用される室外熱交換器１４は一端が四方弁２と接続されるとともに他端がメイン冷媒流量制御弁８と二方弁９との間の部分管路に接続されている。１５は室外ファンである。１６ａ、１６ｂは暖房運転時に室外熱交換器１４に冷媒を流さないようにする逆止弁である。
【０００４】
冷房時の冷凍サイクルについて説明する。この冷房時には二方弁９を閉として冷媒加熱器１０に冷媒を流さないようにする。そして四方弁２がコイル通電ＯＮ状態で破線矢印の方向に冷媒を流すように切り変わり、圧縮機１より吐出された冷媒が室外熱交換器１４へと流れ込み、そこで室外ファン１５で加熱され、加熱された冷媒は逆止弁１６ｂを経てメイン冷媒流量制御弁８で絞り膨張を受ける。冷媒分配用の冷媒流量制御弁４ａ、４ｂで各熱交換器６ａ、６ｂへ流れる量が制御されたガス冷媒はこの室内熱交換器６ａ、６ｂで室内ファン７ａ、７ｂの作用により大気から吸熱を行う。そして四方弁２および逆止弁１６ａを経てアキュームレータ１３へと循環する冷凍サイクルを構成する。
【０００５】
暖房時の冷凍サイクルについて説明する。この暖房時には四方弁２がコイル通電ＯＦＦ状態で実線矢印の方向に冷媒を流すように切り替えられ、また二方弁９が開かれる。すると圧縮機１から吐出された冷媒が四方弁２を経て室内熱交換器６ａ、６ｂへと流れ込む。室内ファン７ａ、７ｂからの送風によって放熱された液冷媒は冷媒分配用の冷媒流量制御弁４ａ、４ｂとメイン冷媒流量制御弁８とを通過し、開状態の二方弁９を通過して冷媒加熱器１０へと流れ込む。そして冷媒加熱器１０で燃焼熱を受熱し、アキュームレータ１３へと循環することで冷凍サイクルが構成される。
【０００６】
次に暖房時の運転動作について説明する。室内機３ａ、３ｂが暖房運転の信号を受信すると、まず、四方弁２のコイル通電がＯＦＦ状態、二方弁９を閉とする．また冷媒分配用の冷媒流量制御弁４ａ、４ｂは各室内機３ａ、３ｂの要求能力に必要な冷媒量とする設定開度とされ、メイン冷媒流量制御弁８は総合要求能力に必要な冷媒量を制御する設定開度とされる。そして、冷媒加熱器１０に燃焼準備の信号が指示され、圧縮機１を駆動させて、逆止弁１６ａから室外熱交換器１４を経て逆止弁１６ｂにいたる管路の冷媒を冷媒加熱器１０を通して回収する。この冷媒の回収によって室外熱交換器１４が負庄となったら、圧縮機１の駆動を停止、二方弁９を開とする。
【０００７】
次に、冷媒加熱器１０が燃焼できる状態になる以前に圧縮機１を再度駆動させて、暖房冷凍サイクルヘ冷媒を循環させる。このように冷媒加熱器１０が燃焼する以前に冷媒を循環させることで、燃焼が開始された時における冷媒加熱器１０のオーバーシュート現象を防止することができる。冷媒加熱器１０が燃焼可能状態になったら、電磁ポンプ１２から燃焼燃料を送り込むとともにバーナモー夕１１によって燃焼用の空気を送り込んで燃焼を開始する。なお、この暖房運転時のメイン冷媒流量制御弁８は、ヒートポンプ式冷凍サイクルにおける絞りの役割は果たしていない。
【０００８】
また、一室対応の空気調和機については冷媒流量制御弁、たとえば４ａ、４ｂが不必要となるがその他の部分についてはマルチ形とほぼ同様である。
【０００９】
さらに、上記の冷凍サイクルで使用される二方弁９は一般にコイル通電時が開、コイル非通電時が閉状態である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
近年高気密、高断熱住宅化が進み、従来に比べて必要とされる単位空間あたりの熱量が小さくなりつつある。また、このような住宅は一旦室内が暖まると放出する熱量も小さくなる傾向にあるため、さらにＴＤＲ（最大燃焼量／最小燃焼量）の高い熱源機が必要になっている。しかし従来の火炎式熱源機でその要求に対して追随するには技術的に難しい。さらにマルチ形空気調和機は複数の室内機の要求される運転状態が頻繁に変化し、それに伴って熱源機の燃焼出力も変化させる必要がある。しかし、火炎式の熱源機ではＴＤＲが通常３以下で小さいので燃焼出力を大きくすると要求出力が小さい場合にはオンオフ制御しなければならなくなり、制御が煩雑になるとともに燃焼排ガスの特性も悪く環境的に好ましいとは言えない。またその燃焼制御に伴う追随性も速くはないので、燃焼量可変操作に時間を要した。
【００１１】
また、瞬間的な停電などごく短い時間の電気遮断により２方弁の通電が切れると、室外熱交換器内の負圧が保てなくなり暖房冷凍サイクルが維持できない。さらに火炎式熱源機では再点火に時間が必要なため、停電などの外的要因により冷媒加熱式空気調和機が短時間の運転停止した際、再起動までの時間が長いために使用者に不快感を与えていた。
【００１２】
そこで、本発明は室内ユニットに対して圧縮機および冷媒加熱器を備えた室外ユニットを有し、暖房時に圧縮機から吐出された冷媒を室内熱交換器に送り込み、前記熱交換器から流出した冷媒を冷媒加熱器にて加熱させて圧縮機に送り込む構成を有した冷媒加熱型空気調和機において、冷媒加熱用熱源機が複数の触媒体で多段燃焼させる触媒燃焼機構で構成される冷媒加熱型空気調和機である。
【００１３】
上記構成とすることによってＴＤＲが大きくなり、燃焼出力の頻繁な変動および燃焼出力可変幅に対しても有効に対応可能となる。また、触媒燃焼方式では空気比の大きな変動によっても失火することが少なく、また、失火した場合も触媒体の温度が燃焼可能範囲内にあれば容易に再点火できるので、スピーディにかつ広範囲に燃焼量を可変させることができる。触媒体を多段で構成することによって触媒体の上流面にかかる熱負荷を分散させ最高温度域も低減できるため、触媒活性の長期信頼性を保証できる。さらに、停電などの外的要因による短時間の運転停止から再起動までの時間を短縮した空気調和が実現できる。
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、室内ユニットに対して圧縮機および冷媒加熱器を備えた室外ユニットを有し、暖房時に圧縮機から吐出された冷媒を室内熱交換器に送り込み、前記室内熱交換器から流出した冷媒を冷媒加熱器にて加熱させて圧縮機に送り込む構成を有した冷媒加熱型空気調和機であって、前記冷媒加熱器の熱源が複数の触媒体で構成され、前記各触媒体間に熱交換受熱部が配設され、触媒体表面で燃料を燃焼させる触媒燃焼機構で構成される冷媒加熱型空気調和機である。
【００１４】
請求項２記載の発明は、複数の室内ユニットに対して、圧縮機および冷媒加熱器を備えた室外ユニット１台を有し、暖房時に圧縮機から吐出された冷媒を複数の室内熱交換器に送り込み、前記室内熱交換器から流出した冷媒を冷媒加熱器にて加熱させて圧縮機に送り込む構成を有した冷媒加熱型空気調和機であって、前記冷媒加熱器の熱源が複数の触媒体で構成され、前記各触媒体間に熱交換受熱部が配設され、触媒体表面で燃料を燃焼させる触媒燃焼機構で構成される冷媒加熱型空気調和機である。
【００１５】
請求項３記載の発明は、複数の触媒体で構成され、前記各触媒体間に熱交換受熱部が配設され、予混合気流れが前記熱交換受熱部で矩形制御された冷媒加熱型空気調和機である。 請求項４記載の発明は、燃焼出力可変幅（最大燃焼量／最小燃焼量）＝４以上である冷媒加熱型空気調和機である。
【００１６】
請求項５記載の発明は、燃焼用燃料を供給する電磁ポンプを備え、前記電磁ポンプを所定周期でＯＮ／ＯＦＦし断続燃焼するように制御する冷媒加熱型空気調和機である。
【００１７】
請求項６記載の発明は、燃焼用燃料を供給する電磁ポンプと燃焼用空気を供給するバーナーモータを備え、前記電磁ポンプ及び前記バーナーポンプを共に所定周期でＯＮ／ＯＦＦし断続燃焼するように制御する冷媒加熱型空気調和機である。
【００１８】
請求項７記載の発明は、前記断続燃焼制御時、前記電磁ポンプの起動タイミングを、前記バーナーモータの起動タイミングよりも先にずらすように制御する冷媒加熱型空気調和機である。
【００１９】
請求項８記載の発明は、冷凍サイクル内に、暖房運転時、室外熱交換器を負圧に保つために使用される２方弁を、通電時は開き、未通電時は閉じる制御を行う冷媒加熱型空気調和機である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態は室内ユニットに対して圧縮機および冷媒加熱器を備えた室外ユニットを有し、暖房時に圧縮機から吐出された冷媒を室内熱交換器に送り込み、前記熱交換器から流出した冷媒を冷媒加熱器にて加熱させて圧縮機に送り込む構成を有した冷媒加熱型空気調和機において、冷媒加熱用熱源機が複数の触媒体で多段燃焼させる触媒燃焼機構で構成される冷媒加熱型空気調和機である。
【００２１】
上記構成とすることによってＴＤＲが大きくなり、燃焼出力の頻繁な変動および燃焼出力可変幅に対しても有効に対応可能となる。また、触媒燃焼方式では空気比の大きな変動によっても失火することが少なく、また、失火した場合も触媒体の温度が燃焼可能範囲内にあれば容易に再点火できるので、スピーディにかつ広範囲に燃焼量を可変させることができる。触媒体を多段で構成することによって触媒体の上流面にかかる熱負荷を分散させ、最高温度域も低減でき、触媒活性の長期信頼性を保証できる。さらに、瞬間的な停電などで短時間通電が途切れて暖房運転が停止した場合も運転停止時間を最小限にとどめられる。
【００２２】
【実施例】
（実施例１）
以下、図面を用いて本発明の実施例１について説明する。図１は実施例１の斜視断面図、図２は実施例１の縦断面図である。実施例１の触媒燃焼装置の主要部は予混合ガス供給部１７、触媒燃焼部１８、熱交換部１９で構成される。また、予混合ガス供給部１７は予混合ガス流れ方向に対して予混合ガス導入部２０、予混合ガス気化室２１、予混合ガス噴出部２２で構成され、予混合ガス気化室２１の外周部には埋め込みヒータ２３が配設されている。触媒燃焼部１８は予混合ガス流れ方向に対して順次第1受熱部２４、予熱ヒータ２５ａ、２５ｂ、第1触媒体２６、第２受熱部２７、第１整流板２８、第２触媒体２９、第２整流板３０、第３触媒体３１、第３整流板３２、第３受熱部３３、排ガス流出部３４で構成され、熱交換部１９は触媒燃焼部１８の外筒筐体３５に銅配管３６が溶接されて構成される。また第1受熱部２４、第２受熱部２７、第１整流板２８、第２整流板３０、第３整流板３２、第３受熱部３３は外筒筐体３５と一体物として構成し、アルミニウム材を使用した。第1触媒体２６、第２触媒体２９、第３触媒体３１は連通孔を有するコージライトハニカムを基体とし、パラジウム触媒を活性アルミナ担体に担持したものである。第１受熱部２４、第２受熱部２７は第1触媒体２６からの輻射、排熱を受けやすいように第1触媒体２６の通気孔に対面させ、第３受熱部３３は第３触媒体３１からの排熱を受けやすいように配設している。第1整流板２８、第２整流板３０は第２触媒体２９への混合ガス整流作用と第２触媒体２９からの受熱作用を有し、第２整流板３０、第３整流板３２は第３触媒体３１への混合ガス整流作用と第３触媒体３１からの受熱作用を有している。予熱ヒータは２５０Ｗ仕様を２個使用し、第１触媒体は１５０×７０×２０、２００セル／inch2にＰｄ ３ｇ／ｌで担持、第２触媒体は１５０×７０×１０、４００セル／inch2にＰｄ ３ｇ／ｌで担持、第３触媒体は１５０×７０×１０、４００セル／inch2にＰｄ ３ｇ／ｌで担持したものを使用した。
【００２３】
次に、動作についての説明を行なう。まず、燃焼開始時には予熱ヒーター２５ａ、２５ｂに通電して第１触媒体２６を活性化温度以上、約３５０℃に予熱した後、予熱ヒーター２５ａ、２５ｂへの通電を停止し、予混合ガスを予混合ガス供給部１から供給して第１触媒体２６で触媒燃焼を開始させる。その後、第１触媒体２６からの排熱により、第２触媒体２９が加熱され、第２触媒体２９でも触媒燃焼を開始する。触媒燃焼時には第１触媒体２６および第２触媒体２９でほとんどの燃焼が完結し、第３触媒体では第２触媒体通過後に残るわずかな未燃排ガスを浄化する作用を有する。燃焼反応熱が触媒体から輻射エネルギーとして射出される。この輻射エネルギーは第１受熱部２４等で吸収されて再び熱エネルギーに変換されることにより、熱交換部１９へ伝熱される。さらに、熱エネルギーは熱伝導により、熱交換部１９から熱伝達により銅配管内の被加熱冷媒へ伝熱される輻射伝熱は流れを乱さないため、第１触媒体２６、第２触媒体２９における燃焼反応は阻害されることがなく、被加熱冷媒への熱交換量を増加させても燃焼安定性を確保することができる。触媒体の通気孔に対面させた受熱部を設け、触媒体と受熱部を交互に複数組設置することにより、触媒体から受熱部への輻射伝熱を促進するとともに触媒体における高燃焼量時において、高温になりやすい触媒体の触媒表面温度を低減することができる。触媒燃焼部室内で予混合気の流れ方向を受熱部を活用して矩形制御することで内部での熱媒体滞留時間を長くできる。それによって受熱部での受熱効率向上、接触時間増加が図れる。第３触媒体３１を通過した排ガスは排ガス流出部３４を通り、外部に排出される。連通孔を有するハニカム格子形状の基体に触媒を担持した触媒体とすることにより、熱応力に対する強度等を高め、耐寿命性を向上させることができる。高燃焼量時において、通常高温になりやすい触媒体の触媒表面温度を低減して耐熱限界温度以下に抑え、高負荷タイプの熱交換一体型触媒燃焼式熱源機を実現できるため、機器の小型化が可能となる。
【００２４】
次に断続燃焼について説明する、上記のように触媒は活性温度以上に温度が上がっていると予混合ガスを供給するだけで触媒燃焼を開始する。また、火炎燃焼に比べて燃焼可能な空気比（＝供給空気量／理論必要空気量）の幅が広いことが特徴である。燃焼開始から触媒燃焼が開始するまでの操作は通常の連続燃焼と同様に行い触媒燃焼が安定して継続している状態で断続燃焼に移行する。仮に燃焼量２０００kcal/hr相当で触媒燃焼している状態で電磁ポンプ１２の運転を止めると燃料の供給が止まり、連続して運転しているバーナーモータ１１が送り込む空気と燃焼部に残留する燃料が燃焼を継続するが、燃焼状態は徐々に空気比の大きい状態に移行し第１触媒体２６、第２触媒体２９、第３触媒体３１で燃料の消費に連れて発熱量が減少しそれぞれの触媒体の温度が下がり始める。しかし、触媒体受熱部及び整流板から構成される触媒燃焼部の熱容量は十分大きいため触媒温度は徐々に低下する、触媒が活性温度以下に冷やされる前（例えば３０秒後）に電磁ポンプ１２の運転を開始し燃料の供給を再開すると第１触媒体２６、第２触媒体２９、第３触媒体３１では触媒燃焼が再開する、そして各部の温度が上昇し始めた後（例えば60秒後）に再び電磁ポンプ１２の運転を止め燃料の供給を止める。このサイクルを繰り返すと各部の温度は連続運転時とは異なる状態に安定し、見かけの燃焼量は（２０００＊３０／（３０＋６０））になり燃焼量の削減が可能になる。この時（電磁ポンプＯＮ時間／１サイクル時間）＝ＤＵＴＹ比とする。
【００２５】
さらに、電磁ポンプ１２を運転／停止する時に同時にバーナーモータ１１を運転／停止し燃料と空気の供給を同時に運転／停止すると燃料の供給が止まり、惰性で回転しているバーナーモータ１１が送り込む空気と燃焼部に残留する燃料が燃焼を継続するが、バーナーモータ１１は１０秒程度で停止し燃焼状態はに空気比の大きい状態に移行し第１触媒体２６、第２触媒体２９、第３触媒体３１で燃料の消費に連れて発熱量が減少しそれぞれの触媒体の温度が下がり始める。しかし、触媒体受熱部及び整流板から構成される触媒燃焼部の熱容量は十分大きいため触媒温度は徐々に低下する。また、この時の温度低下は燃焼用空気が供給されないため、バーナーモータ１１が運転している場合よりもさらにゆっくりと温度が低下する。これらの効果により燃料を供給していない期間での触媒の冷却がより抑えられる。そのため、燃料供給再開時に各触媒体がより高い温度にある状態で触媒燃焼を開始できるので燃焼再開時の排気ガス特性を改善することが可能である。
【００２６】
また、燃焼開始する際の手順を、燃料を供給するための電磁ポンプ１２のみを先ず運転し各触媒体に燃料のみを供給し燃焼状態を作り、その反応熱により各触媒体の温度を高め、数秒後にバーナーモータ１１を運転し空気の供給を開始するようにすると、触媒燃焼再開時の温度回復を早められ併せて排気特性も改善することが可能である。
【００２７】
次に瞬間的な停電などが発生した場合の動作を説明する。暖房運転中の冷凍サイクルでは、使用しない室外熱交換器１４は逆止弁１６ａ、１６ｂ、四方弁２によって負圧が保たれているがこれらのバルブは電気が遮断されてもその動作は保持されている。また暖房に利用さている冷凍サイクル部分を構成する主要なバルブも電気が遮断されてもその動作は保持される。また圧縮機１は短時間電気が遮断されても再度通電されれば容易に再起動可能である。さらに、冷媒加熱用熱源が触媒燃焼機構であるから断続運転の説明でも述べたように触媒温度が活性温度以上に保たれている限り予混合ガスを供給するだけで容易に再点火が可能である。したがって触媒体温度を基準にして、触媒体温度が活性温度よりも高い場合は即再起動、また停止が長時間になり触媒体温度が活性温度よりも低い場合は通常の起動を行うように制御すれば、無用な起動動作を行うこと無く通常運転に戻ることができてより快適性が高めることができる。
【００２８】
受熱部、整流板、燃焼室内面部等の熱交換構成要素の受熱面側を高輻射材で被覆することにより、第１触媒体、第２触媒体、第３触媒体からの伝熱効率を向上させることができる。
【００２９】
図３は実施例１によって得られた触媒燃焼式熱源機を用いて、空気比（供給空気量／理論必要空気量）＝１．８において弱から強燃焼まで可変させて燃焼特性を評価したものである。これより第１触媒体は７５０kcal/hから３０００kcal/hにかけて温度上昇しているが、その後ある程度を燃焼スリップさせることで、第２触媒体でも積極的に触媒燃焼させることができた。このためには第１触媒体のセル密度を第２触媒体のセル密度よりも小さくし、第１触媒体の厚みを第２触媒体の厚みよりも厚く設計することが望ましかった。ＨＣ／ＣＯ２の特性では７５０kcal/hから６０００kcal/hにかけて０．００５以下を達成し、初期値ではＴＤＲ＝８であった。寿命試験では３０００kcal/hにおいて２００００ｈ連続運転を行い、ＴＤＲ＝６を確認した。
【００３０】
図５は実施例１によって得られた触媒燃焼式熱源機を用いて、空気比（供給空気量／理論必要空気量）＝１．８において２０００kcal/hで燃焼している状態で周期１分の断続運転のＤＵＴＹ比を0.33から0.75まで可変させて、燃料供給を断続する際に同時に空気の供給を断続した場合と空気は連続して供給した場合の排気特性を評価したものである。燃料と空気を同時に断続したほうがより排気特性が改善され、ＨＣ/ＣＯ２を０．０１以下に保ったままＤＵＴＹ比を0.33まで下げることが可能である。
【００３１】
図６は同じく空気比（供給空気量／理論必要空気量）＝１．８において１５００kcal/hで燃焼している状態で周期１分の断続運転（燃料と空気共に断続）のＤＵＴＹ比を0.33から0.75まで可変させて、断続運転中と断続運転から連続運転に復帰した直後の排気特性を評価したものである。断続運転から連続運転に移行した直後の排気特性が悪化している。しかし、連続運転開始時に燃料の供給をわずかに早くして空気比の低い燃焼状態を作ると排気特性が改善された。
【００３２】
実施例ではコージライトハニカムを基体として使用したが本発明で使用できるものこれに限定されるものではなく、連通孔を有した放熱面積の大きなものであればよい。またパラジウム触媒を活性アルミナ担体に担持したものを使用したが触媒燃焼に対して十分な耐久性を有するものであれば他のものも適用可能である。
【００３３】
実施例では第１触媒体と第２触媒体でほぼ燃焼を完結させ、第３触媒体により未燃排ガスの浄化を図った。さらに本発明の意図する高ＴＤＲ化を図るためには触媒体の数をさらに多くすることが有効であった。
【００３４】
実施例では第１触媒体２６の前段に電気式の予熱ヒータ（２５０Ｗ×２）を設けることにより、第１触媒体２６を活性化温度に予熱したが、触媒燃焼開始時に予熱バーナで火炎燃焼させた後、混合ガスの供給を停止して予熱バーナの火炎を消炎させ、再び、混合ガスを供給して触媒燃焼させる方法を利用することもできる。
【００３５】
【発明の効果】
上記実施例の説明から明らかなように、請求項１記載の発明によれば、セラミック基体に形成された触媒層に混合ガスを接触させることによって多段燃焼させる触媒燃焼方式を使用する。その結果燃焼室内での温度ムラが小さく、限られた空間を有効に活用しながら燃焼させるので非常に小さい熱源機が提供できる。さらに、連通孔を有する触媒体に対面する状態で触媒体と受熱部を交互に複数組設置することにより、単位体積あたりの触媒体の表面積を増加させ、触媒体から受熱部への輻射伝熱を促進するとともに、高燃焼量時において通常高温になりやすい触媒体の触媒表面温度を低減して耐熱限界温度以下に抑え、高負荷タイプの熱交換一体型触媒燃焼器を実現できるため、機器の小型化が可能となる。
【００３６】
請求項２記載の発明によれば、より高いＴＤＲが必要なマルチ形空気調和機に対して小さな熱源機が提供できるとともに複数の室内機要求特性の変化に迅速に追随できる。さらに、連通孔を有する触媒体に対面する状態で触媒体と受熱部を交互に複数組設置することにより、単位体積あたりの触媒体の表面積を増加させ、触媒体から受熱部への輻射伝熱を促進するとともに、高燃焼量時において通常高温になりやすい触媒体の触媒表面温度を低減して耐熱限界温度以下に抑え、高負荷タイプの熱交換一体型触媒燃焼器を実現できるため、機器の小型化が可能となる。
【００３７】
請求項３記載の発明によれば、燃焼室内で予混合気の流れ方向を矩形制御することにより内部での滞留時間を長くできることおよび受熱部での受熱効率向上、接触時間増加が図れる。
【００３８】
請求項４記載の発明によれば、ＴＤＲの大きな熱源機が提供できるので、従来のようにオンオフ制御によることなく燃焼量可変が行えるので、一旦停止した後の再起動に伴う時間的なロスを防止することができる。
【００３９】
請求項５記載の発明によれば、構造的な変更をすること無く電磁ポンプの運転制御を変更するだけで最低燃焼量よりも低い燃焼熱量を発生することが可能なため、暖房機としてよりＴＤＲの大きな冷媒加熱型空気調和機を提供できるので、従来のようにオンオフ制御によることなく暖房能力可変が行えることにより快適性の高い空気調和が実現できる。
【００４０】
請求項６及び７記載の発明によれば、構造的な変更をすること無く電磁ポンプの運転制御を変更するだけで最低燃焼量よりも低い燃焼熱量を発生することが可能なため、暖房機として、よりＴＤＲの大きな冷媒加熱型空気調和機を提供でき、同時にバーナーモーターの運転制御を変更することにより断続燃焼中の排気特性も改善し、従来のようにオンオフ制御によることなく暖房能力可変が可能で、断続運転中の排気特性の劣化も少ない環境に配慮した、より快適性の高い空気調和が実現できる。
【００４１】
請求項８記載の発明によれば、冷凍サイクル内で使用され、暖房運転時にサイクル内の室外熱交換器を負圧に保つために使用される２方弁を、通電時＝開／未通電時＝閉となる構造にすることにより、瞬間的な停電などごく短い時間の電気遮断により２方弁の通電が切れても、暖房冷凍サイクルを維持できるようになり、触媒体が活性温度以上であればでは容易に再点火が可能な触媒燃焼機の特性と併せて、停電などの外的要因による短時間の運転停止から再起動までの時間を短縮した空気調和が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１の触媒燃焼式熱源機の斜視断面図
【図２】 本発明の実施例１の触媒燃焼式熱源機の縦断面図
【図３】 本発明の実施例１の触媒燃焼式熱源機を使用した空気調和機での燃焼特性評価図
【図４】 従来のマルチ形冷媒加熱型空気調和機の冷凍サイクル図
【図５】 本発明の実施例６の触媒燃焼式熱源機を使用した空気調和機での断続燃焼特性評価図
【図６】 本発明の実施例７の触媒燃焼式熱源機を使用した空気調和機での断続燃焼特性評価図
【符号の説明】
１ 圧縮機
２ 四方弁
３ａ、３ｂ 室内機
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ 冷媒流量制御弁
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ 三方弁
６ａ、６ｂ 室内熱交換器
７ａ、７ｂ 室内ファン
８ メイン流量制御弁
９ 二方弁
１０ 冷媒加熱器
１１ バーナモータ
１２ 電磁ポンプ
１３ アキュームレータ
１４ 室外熱交換器
１５ 室外ファン
１６ａ、１６ｂ 逆止弁
１７ 混合ガス供給部
１８ 触媒燃焼部
１９ 熱交換部
２０ 混合ガス導入部
２１ 混合ガス気化室
２２ 混合ガス噴出部
２３ 埋め込みヒータ
２４ 第１受熱部
２５ａ、２５ｂ 予熱ヒータ
２６ 第1触媒体
２７ 第２受熱部
２８ 第１整流板
２９ 第２触媒体
３０ 第２整流板
３１ 第３触媒体
３２ 第３整流板
３３ 第３受熱部
３４ 排ガス流出部
３５ 外筒筐体
３６ 銅配管
Claims (8)
- 室内ユニットに対して圧縮機および冷媒加熱器を備えた室外ユニットを有し、暖房時に圧縮機から吐出された冷媒を室内熱交換器に送り込み、前記室内熱交換器から流出した冷媒を冷媒加熱器にて加熱させて圧縮機に送り込む構成を有した冷媒加熱型空気調和機であって、前記冷媒加熱器の熱源が複数の触媒体で構成され、前記各触媒体間に熱交換受熱部が配設され、触媒体表面で燃料を燃焼させる触媒燃焼機構で構成されることを特徴とする冷媒加熱型空気調和機。
- 複数の室内ユニットに対して、圧縮機および冷媒加熱器を備えた室外ユニット１台を有し、暖房時に圧縮機から吐出された冷媒を複数の室内熱交換器に送り込み、前記室内熱交換器から流出した冷媒を冷媒加熱器にて加熱させて圧縮機に送り込む構成を有した冷媒加熱型空気調和機であって、前記冷媒加熱器の熱源が複数の触媒体で構成され、前記各触媒体間に熱交換受熱部が配設され、触媒体表面で燃料を燃焼させる触媒燃焼機構で構成されることを特徴とする冷媒加熱型空気調和機。
- 複数の触媒体で構成され、前記各触媒体間に熱交換受熱部が配設され、予混合気流れが前記熱交換受熱部で矩形制御されたことを特徴とする請求項１、２いずれか１項記載の冷媒加熱型空気調和機。
- 燃焼出力可変幅（最大燃焼量／最小燃焼量）＝４以上であることを特徴とする請求項１、２いずれか１項記載の冷媒加熱型空気調和機。
- 燃焼用燃料を供給する電磁ポンプを備え、前記電磁ポンプを所定周期でＯＮ／ＯＦＦし断続燃焼するように制御することを特徴とする請求項１、２いずれか１項記載の冷媒加熱型空気調和機。
- 燃焼用燃料を供給する電磁ポンプと燃焼用空気を供給するバーナーモータを備え、前記電磁ポンプ及び前記バーナーポンプを共に所定周期でＯＮ／ＯＦＦし断続燃焼するように制御することを特徴とする請求項１、２いずれか１項記載の冷媒加熱型空気調和機。
- 前記断続燃焼制御時、前記電磁ポンプの起動タイミングを、前記バーナーモータの起動タイミングよりも先にずらすように制御することを特徴とする請求項６記載の冷媒加熱型空気調和機。
- 冷凍サイクル内に、暖房運転時、室外熱交換器を負圧に保つために使用される２方弁を、通電時は開き、未通電時は閉じる制御を行うことを特徴とする請求項１、２いずれか１項記載の冷媒加熱型空気調和機。
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