JPH0434064B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ヒートポンプサイクルで冷媒から冷
媒へ熱交換をなす二元式の空気調和装置であつ
て、一の冷媒回路の補助熱源として、一の冷媒回
路を併設してなる二元冷媒回路を備えた空気調和
装置に係り、さらに暖房駆動時低温側となる冷媒
回路の室外熱交換器の熱源となる地熱コイルを地
中に埋設し、地熱を低温冷媒回路の熱源とし空熱
防熱式として利用可能な空気調和装置に関する。

なお、本発明はビニールハウス等の産業用とし
て著効な装置であり、よつてビニールハウスの冷
暖房を例に説明するが、家庭用（特に極寒地）等
の空気調和装置としても使用できることは申すま
でもない。

従来、ビニールハウスの暖房は、油焚あるいは
ガス焚ボイラーによつて行われていた。この種の
ボイラーは発熱量が大きく高温にできるものの
COP（成績係数）が低く、省資源的見知からは問
題であり、かつ廃ガスによる空気汚染という不具
合に加え、夏期高温時にはビニールハウス内を冷
房する必要もあり、このとき別の冷房装置を設け
ねばならない。

よつて、COPがきわめて高く、かつ、省エネ
ルギに著効で、廃ガスが全く生ぜず、しかも冷暖
房可能であるいわゆるヒートポンプサイクルを利
用した空気調和装置を使用しようと種々試みられ
ている。

ところが、ヒートポンプサイクル、すなわち圧
縮機、絞り装置及び室内、室外熱交換器を適宜連
結配管した冷媒回路は、暖房駆動時は、室外気を
熱源とするので、外気温が低いとビニールハウス
内を適温に上昇できない問題点があり、そのた
め、補助熱源として電熱ヒータを使用する方法も
考えられるが、この方法では該電熱ヒータにより
COPを著しく低下させ、ヒートポンプサイクル
の省エネルギ効果を滅殺するものである。

そこで、本発明は上記事実を考慮し、ヒートポ
ンプサイクルの上記利点を全く損わず、外気温が
低い場合でもきわめて効果的に暖房し得る空気調
和装置の提供を目的としてなされたものであつ
て、その要旨は第一に、圧縮機１ａ、切換弁２、
フアンを備えた室内熱交換器３ａ、絞り装置４
ａ，４′ａ，４１，４１′、フアンを備えた室外熱
交換器３′ａ、前記切換弁２を介して連結した熱
交換器５と該熱交換器５への循環を切換えるため
の電磁弁５１を連結してなる暖房駆動時高温側と
なる冷媒回路Ａと、圧縮機１ｂ、前記熱交換器
５、フアンを備えた室内熱交換器３ｂ、該室内熱
交換器３ｂへの循環を切換えるための切換弁７、
地中Ｓ内へ埋設した室外熱交換器３′ｂ、絞り装
置４ｂ，４′ｂとを連結して暖房駆動時低温側と
なる冷媒回路Ｂとよりなる二元冷媒回路を備えた
空気調和装置であり、また、第二に、圧縮機１
ａ、切換弁２、フアンを備えた室内熱交換器３
ａ、絞り装置４ａ，４′ａ，４１，４１′、フアン
を備えた室外熱交換器３′ａ、前記切換弁２を介
して連結した熱交換器５と該熱交換器５への循環
を切換えるための電磁弁５１を連結してなる暖房
駆動時高温側となる冷媒回路Ａと、圧縮機１ｂ、
前記熱交換器５、フアンを備えた室内熱交換３
ｂ、該室内熱交換器３ｂへの循環を切換えるため
の切換弁７、地中Ｓ内へ埋設した室外熱交換器
３′ｂ、絞り装置４ｂ，４′ｂとを連結して暖房駆
動時低温側となる冷媒回路Ｂと、前記室外熱交換
器３′ｂの補助熱源とすべく設けた加熱装置Ｃと
よりなる二元冷媒回路を備えた空気調和装置であ
り、また、第三に、加熱装置Ｃが、外気温と地温
との温度差を利用して熱交換可能に自然通風コイ
ル８と地熱コイル９及び冷媒循環用のポンプＰと
を備えた冷媒回路でなる特許請求の範囲第２項記
載の二元冷媒回路を備えた空気調和装置であり、
また、第四に、加熱装置Ｃが、太陽熱を利用して
熱交換可能に太陽光集熱器と地熱コイル９及び冷
媒循環用のポンプＰとを備えてなる冷媒回路であ
る特許請求の範囲第２項記載の二元冷媒回路を備
え空気調和装置である。

以下、上記した本発明の要旨をさらに明確にす
るため、本発明の一実施例を挙げ、図面を利用し
て説明する。

本発明に係る二元冷媒回路は、第１図に示すよ
うに暖房駆動時高温側となる冷媒回路（以下単に
高温冷媒回路という）Ａと、暖房駆動時低温側と
なる冷媒回路（以下単に低温冷媒回路という）Ｂ
と、該低温回路Ｂの熱源となる地熱を適宜一定に
保持せさるための加熱装置Ｃとからなつている。

前記高温冷媒回路Ａは、圧縮機１ａ、四方弁
２、送風フアンを備えた室内熱交換器３ａ及び同
じく送風フアンを備えた室外熱交換器３′ａ、キ
ヤピラリチユーブ４ａ，４′ａ、逆止弁４１，４
１′、低温冷媒回路Ｂ間で熱交換するための熱交
換器５、電磁弁５１、アキユムレータ６を備えて
なる。

暖房駆動時は、四方弁２及び電磁弁５１の切換
えにより、圧縮機１ａ→四方弁２→室内熱交換器
３ａ→逆止弁４１→キヤピラリチユーブ４′ａ→
室外熱交換器３′ａ→四方弁２→熱交換器５→ア
キユムレータ６→圧縮機１ａと循環する。

また冷房駆動時は、圧縮機１ａ→四方弁２→室
外熱交換器３′ａ→逆止弁４１′→キヤピラリチユ
ーブ４ａ→室内熱交換器３ａ→四方弁２→電磁弁
５１→アキユムレータ６→圧縮機１ａと循環する
ように連結配管されている。

次に、低温冷媒回路Ｂは、圧縮機１ｂ、前記熱
交換器５、切換弁７、送風フアンを備えた室内熱
交換器３ｂ及び地中Ｓ内へ適宜埋設されている室
外熱交換器３′ｂ、キヤピラリチユーブ４ｂ，
４′ｂとを備えてなる。

したがつて、二元暖房時は、切換弁７の切換に
より、圧縮機１ｂ→熱交換器５→切換弁７→キヤ
ピラリチユーブ４ｂ→室外熱交換器３′ｂ→圧縮
１ｂと循環する。

また、暖房時は、該低温冷媒回路Ｂにより、圧
縮機１ｂ→熱交換器５→切換弁７→室内熱交換器
３ｂ→キヤピラリチユーブ４′ｂ→室外熱交換器
３′ｂ→圧縮機１ｂと循環するように連結配管さ
れている。

さらに、加熱装置Ｃは、自然通風形のコイルユ
ニツト８とポンプＰ及び地熱コイル９が、該順序
で連結配管されている。

なお、該地熱コイル９及び前記低温冷媒回路Ｂ
の室外熱交換器３′の埋設方法は、次の如くであ
る。

すなわち、地中Ｓに任意深さで冷媒Ｒ（例えば
Ｒ１１）が収容されたタンクＴを埋設し、該タン
クＴ内に室外熱交換器３′ｂを配設すると共に、
タンクＴから該冷媒Ｒが循環して地中Ｓと直接熱
交換可能となつている地熱コイル９を突設してな
る。

しかし、本発明はこれに限定するものではな
く、例えば第３図に示すように、タンクＴは地上
に設置し、地熱コイル９のみを地中Ｓに埋設して
もよい（なお、この場合、熱交換の効率は劣る
が、埋設工事が簡易、安価となる）等、該地熱コ
イルが適宜地中に埋設され、地熱を回収しうるな
らばどのように形成されていてもよいことは申す
までもない。

次に、以上のように形成された二元冷媒回路の
作用について説明する。

まず、高温冷媒回路Ａと低温冷媒回路Ｂを駆動
させて行なう二元暖房作用について説明する。高
温冷媒回路Ａの四方弁２、電磁弁５１及び低温冷
媒回路Ｂの切換弁７を適宜切換えることにより、
高温冷媒回路Ａ中は冷媒（例えばＲ−２２）が、
圧縮機１ａ→切換弁２→室内熱交換器３ａ→逆止
弁４１→キヤピラリチユーブ４′ａ→室内熱交換
器３′ａ→四方弁２→熱交換器５→アキユムレー
タ６→圧縮器１ａと循環し、他方、低温冷媒回路
Ｂ中は、冷媒（例えばＲ−13）が圧縮機１ｂ→熱
交換器５→切換弁７→キヤピラリチユーブ４ｂ→
室外熱交換器３′ｂ→圧縮器１ｂと循環する。

したがつて、熱交換器５は高温冷媒回路Ａの圧
縮機１ａの吸入側、低温冷媒回路Ｂの圧縮機１ｂ
の吐出側となるため、熱交換器５には高温冷媒回
路Ａの低温冷媒と、低温冷媒回路Ｂの高温冷媒と
が流れ込んで、両者間で熱交換され、室内熱交換
器３ａにおける放熱量をきわめて大にすることが
できる。

しかも、低温冷媒回路Ｂの室外熱交換器３′ｂ
が、外気に比べ急激な温度変動の生じない地中Ｓ
に埋設した地熱コイル９と熱交換するので、地熱
を有効利用でき、夜間等外気が急激に低下した場
合でも、該室外熱交換器３′ｂに安定した熱源と
なる。

このように、二元暖房することにより、高温冷
媒回路Ａの補助熱源として低温冷媒回路Ｂを使用
することができ、かつ、該低温冷媒回路Ｂの室外
熱交換器３′ｂに地熱を供給するので、きわめて
寒冷となる冬期の夜間等においても効果的で、か
つ省エネルギ的な暖房が可能となる。

よつて、夜間の該暖房運転により、地中Ｓが極
端に低下する場合（例えば−40℃）もあるが、こ
れは加熱装置Ｃの作用により解消しうる。

すなわち、仮に上記の如く夜間において−40℃
に低下し、外気は日中において０℃に上昇したと
する。しかし、地中Ｓは急激な温度上昇をしない
ため、外気と相当な温度差ができる。したがつ
て、ポンプＰを駆動させることにより、−40℃近
く低下したタンクＴや、地熱コイル９中の冷媒Ｒ
をコイルユニツト８へと循環させ、ここで外気と
熱交換させ（よつて、コイルユニツトの代りに太
陽熱集熱器を設ければさらに効果的である。）再
びタンクＴへと循環させる。このようにして高温
となつた冷媒Ｒは地熱コイル９を介して放熱し、
地中Ｓの温度を上昇させることができ、よつて夜
間再び効果的な二元暖房を可能すべく、地中Ｓに
蓄熱されることとなる。

このように、加熱装置Ｃは、外気温と地中Ｓの
温度差を利用（あるいは太陽熱を利用）したきわ
めて省エネルギ的な低温冷媒回路Ｂの補助熱源と
なり、該二元冷媒回路の成績係数を低下させない
ものである。

また、この二元冷媒回路は上記二元暖房ばかり
でなく、さらに種々の冷暖房が可能である。

例えば、高温冷媒回路Ａ単独の駆動による暖房
あるいは冷房運転、または低温冷媒回路Ｂ単独の
駆動及び加熱装置Ｃで地中Ｓを補助加熱しつつ低
温冷媒回路Ｂを駆動させ、切換弁７の切換によ
り、低温冷媒回路Ｂ中の冷媒を圧縮機１ｂ→熱交
換器５→切換弁７→室内熱交換器３ｂ→キヤピラ
リチユーブ４′ｂ→室外熱交換器３′ｂ→圧縮機１
ｂと循環させることにより、該低温冷媒回路Ｂに
よる暖房が可能となる。

前記二元冷媒回路は、四季、昼夜等の気温の変
動に応じて、種々の冷房作用ができるものとなつ
ている。

また、切換弁７の操作で地熱源と循環させて二
元式となしえて、かつ、空熱防熱式となる。

なお、上記実施例では高温冷媒回路に四方弁を
設けて冷暖可能な冷媒回路と、低温冷媒回路は暖
房のみ可能な冷媒回路としたが、本発明はこれに
限定するものではなく、例えば低温冷媒回路にも
適宜四方弁を設けて冷暖可能としてもよく、これ
により二元冷房も可能となる等さらに種々の冷暖
房が可能となる等本発明に係る二元冷媒回路を備
えた空気調和装置における高温冷媒回路、低温冷
媒回路、加熱装置等の具体的な構造や、地熱コイ
ルの埋設方法等は本発明の上記した目的と作用及
び効果の達成される範囲内において任意に定めら
れてよく、これらの変更はいずれも本発明の要旨
をなんら変更するものでないことは申すまでもな
い。

以上説明したように、本発明はヒートポンプ方
式によつて冷媒から冷媒へと熱交換をなすもので
あつて、第一に、一の冷媒回路の補助熱源とし
て、他の一つの冷媒回路を設けて二元冷媒回路を
形成すると共に、暖房駆動時低温側となる冷媒回
路の室外熱交換器の熱源となる地熱コイルを地中
に埋設し、地熱を低温冷媒回路の熱源として利用
する構造としたので、小形化が図れ、COPが高
く、省エネルギ面にすぐれ、かつ、廃ガスの惧れ
も全くなく、冷暖房共容易になし得るというヒー
トポンプサイクルの利点を全く損うことなく、外
気温が低い場合でも二元暖房と、地熱利用との相
乗効果によりきわめて効果的な暖房効果を達成す
ることができる。

また、高温冷媒回路に配設した電磁弁の切換操
作によつて、二元式として使用でき、かつ、室外
熱交換器を備えてなるので、通常のヒートポンプ
として使用できる。

第二に、前記地熱コイルの補助熱源として加熱
装置を設けて適宜該地熱コイル近傍の地中を加熱
して蓄熱可能としたので、どんなに寒冷の地域、
季節でも一日の間における気温の変化を利用して
蓄熱可能となり、毎日気温の変化に対応させて効
果的な暖房が可能となる。また、低温冷媒回路に
切換弁を設けることにより地熱源と二元式とな
り、かつ、空熱防熱式となり、さらに、該加熱装
置に熱源として自然通風コイルを使用した外気温
と地中温の差や、太陽熱集熱器を使用した太陽熱
を利用するものとすれば、自然環境をそのまま熱
源とできて著効である等数々のすぐれた独特の効
果がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示したもので、第１
図はその冷媒回路の概略系統図、第２図は地熱コ
イルの埋設方法の第一実施例を示す概略系統図、
第３図は地熱コイルの埋設方法の第二実施例を示
す概略系統図である。 １ａ，１ｂ……圧縮機、３ａ……室内熱交換
器、３′ａ，３′ｂ……室外熱交換器、４ａ，４′
ａ，４ｂ……キヤピラリチユーブ、５……熱交換
器、５１……電磁弁、７……切換弁、８……コイ
ルユニツト、９……地熱コイル、Ａ……高温冷媒
回路、Ｂ……低温冷媒回路、Ｃ……加熱装置、Ｒ
……冷媒。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 圧縮機１ａ、切換弁２、フアンを備えた室内
   熱交換器３ａ、絞り装置４ａ，４′ａ，４１，４
   １′、フアンを備えた室外熱交換器３′ａ、前記切
   換弁２を介して連結した熱交換器５と該熱交換器
   ５への循環を切換えるための電磁弁５１を連結し
   てなる暖房駆動時高温側となる冷媒回路Ａと、圧
   縮機１ｂ、前記熱交換器５、フアンを備えた室内
   熱交換器３ｂ、該室内熱交換器３ｂへの循環を切
   換えるための切換弁７、地中Ｓ内へ埋設した室外
   熱交換器３′ｂ、絞り装置４ｂ，４′ｂとを連結し
   て暖房駆動時低温側となる冷媒回路Ｂとよりなる
   ことを特徴とする二元冷媒回路を備えた空気調和
   装置。 ２ 圧縮機１ａ、切換弁２、フアンを備えた室内
   熱交換器３ａ、絞り装置４ａ，４′ａ，４１，４
   １′、フアンを備えた室外熱交換器３′ａ、前記切
   換弁２を介して連結した熱交換器５と該熱交換器
   ５への循環を切換えるための電磁弁５１を連結し
   てなる暖房駆動時高温側となる冷媒回路Ａと、圧
   縮機１ｂ、前記熱交換器５、フアンを備えた室内
   熱交換器３ｂ、該室内熱交換器３ｂへの循環を切
   換えるための切換弁７、地中Ｓ内へ埋設した室外
   熱交換器３′ｂ、絞り装置４ｂ，４′ｂとを連結し
   て暖房駆動時低温側となる冷媒回路Ｂと、前記室
   外熱交換器３′ｂの補助熱源とすべく設けた加熱
   装置Ｃとよりなることを特徴とする二元冷媒回路
   を備えた空気調和装置。 ３ 加熱装置Ｃが、外気温と地温との温度差を利
   用して熱交換可能に自然通風コイル８と地熱コイ
   ル９及び冷媒循環用のポンプＰとを備えた冷媒回
   路でなる特許請求の範囲第２項記載の二元冷媒回
   路を備えた空気調和装置。 ４ 加熱装置Ｃが、太陽熱を利用して熱交換可能
   に太陽光集熱器と地熱コイル９及び冷媒循環用の
   ポンプＰとを備えてなる冷媒回路である特許請求
   の範囲第２項記載の二元冷媒回路を備えた空気調
   和装置。