JPH07318114A - 暖房装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は圧縮機駆動の冷凍サイクルにおける
冷媒の流動するエネルギーを動力源として利用する暖房
装置に関し、流体搬送動力の低減を図り省エネルギー化
を実現する。 【構成】 圧縮機１、凝縮器２、蒸発器４を順次配管接
続し相変化流体を封入した第一循環路９と、流体搬送部
１２、加熱部１３、放熱部１４を順次配管接続し水ある
いは不凍液などを封入した第二循環路１１と、第一循環
路９の凝縮器２と蒸発器４の間に設けた高圧液から低圧
液への減圧時の圧力差を利用して流体エネルギーを回収
する流体動力回収部１０と、この流体動力回収部１０と
流体搬送部１２を動力伝達可能に連結した流体駆動ポン
プ１５を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は圧縮機駆動の冷凍サイク
ルにおける冷媒の流動するエネルギーを動力源として利
用する暖房装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の圧縮機駆動の冷凍サイクルは図５
に示すように、圧縮機１、凝縮器２、減圧装置３、蒸発
器４、アキュムレータ５を順次配管接続して環状の密閉
循環路６を形成し、この密閉循環路６にフロン冷媒など
の作動媒体を封入している。さらに、凝縮器２には電動
モータにより駆動される送風機７が設けられ、蒸発器４
には電動モータにより駆動される送風機８が設けられて
いる。

【０００３】この冷凍サイクルは、圧縮機１の運転によ
り高温高圧にした冷媒を凝縮器２に送り、凝縮器２にお
いて電動モータにより駆動される送風機７の運転により
送られてくる空気に放熱して冷媒が凝縮液化する。液化
した高圧冷媒は減圧装置３により減圧されて低圧とな
り、蒸発器４に送られるとともに電動モータにより駆動
される送風機８の運転により送られてくる空気から吸熱
して蒸発気化する。この蒸発気化した冷媒がアキュムレ
ータ５を介して圧縮機１に吸入されて冷媒が密閉循環路
６を図中矢印方向に繰り返し循環する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら図５で示
した上記従来の構成では、凝縮器を出た高圧の液冷媒を
減圧装置で通路抵抗により減圧し低圧にするもので、こ
の高低圧力差は圧縮機への負荷となるだけで他へは有効
に活かされていないという課題があった。

【０００５】本発明は上記課題を解決するもので、流体
エネルギーを有効利用して流体搬送動力の低減を図った
暖房装置を提供することを第一の目的としたものであ
る。

【０００６】また、省エネルギー性の高い暖房装置を提
供することを第二の目的としたものであり、さらに信頼
性の高い暖房装置を提供することを第三の目的としたも
のである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記第一の目的
を達成するため、圧縮機、凝縮器、蒸発器を順次配管接
続し相変化流体を封入した第一循環路と、流体搬送部、
加熱部、放熱部を順次配管接続し水あるいは不凍液など
を封入した第二循環路と、上記第一循環路の凝縮器と蒸
発器の間に設けた高圧液から低圧液への減圧時の圧力差
を利用して流体エネルギーを回収する流体動力回収部
と、この流体動力回収部と前記流体搬送部を動力伝達可
能に連結した流体駆動ポンプを有する構成としてある。

【０００８】また、第二の目的を達成するため、第二循
環路の加熱部は第一循環路の凝縮器と伝熱関係とした構
成としてある。

【０００９】また、第三の目的を達成するため、第一循
環路の凝縮器は第一凝縮部と第二凝縮部で形成するとと
もに、第一凝縮部に送風装置を設け、第二凝縮部は第二
循環路の加熱部と伝熱関係とした構成としてある。

【００１０】

【作用】本発明は上記構成によって、第一の手段のもの
は第一循環路の作動流体の圧力差で流体動力回収部を駆
動して流体エネルギーを取り出し、第二循環路の流体の
搬送動力に有効利用し、暖房装置の搬送動力の低減を図
るものである。

【００１１】また、第二の手段のものは、第二循環路の
流体の搬送動力を第一循環路の流体エネルギーから得る
ことに加えて、加熱源は第一循環路のヒートポンプサイ
クルとした省エネルギー効果を高めた運転がなされる。

【００１２】また、第三の手段のものは、送風装置の運
転によって第一凝縮部において流体の一部を液化させる
ことにより第二循環路の加熱部と伝熱関係である第二凝
縮部で熱交換が不十分であっても流体動力回収部に液状
の流体が送られて安定した流体駆動ポンプの運転開始が
なされる。

【００１３】

【実施例】以下本発明の実施例を図１〜図４を参照して
説明する。なお、従来例と同一機能、同一部材のところ
は同一符号を付与し詳細な説明は省略する。

【００１４】図１において、９は圧縮機１、凝縮器２、
蒸発器４、アキュムレータ５を順次配管接続してフロン
冷媒などの相変化流体を封入した第一循環路であり、１
０はこの第一循環路９の凝縮器２と蒸発器４の間に設け
るとともにフロン冷媒などの相変化流体の高圧液から低
圧液への減圧時の圧力差を利用して流体エネルギーを回
収する流体動力回収部である。

【００１５】１１は、作動流体を搬送駆動する流体搬送
部１２と、作動流体を加熱昇温する加熱部１３と、作動
流体が保有する熱を外部に放出する床暖房パネルなどの
放熱部１４とを順次配管接続して作動流体として水ある
いは不凍液などを封入した第二循環路である。

【００１６】１５は第一循環路９に設けた流体動力回収
部１０と第二循環路１１に設けた流体搬送部１２とを動
力伝達可能に連結した流体駆動ポンプである。

【００１７】この流体駆動ポンプ１５を図２で説明す
る。１６は第一循環路９に接続される駆動流体通路１７
に設けられ第一循環路９の流体を回転力の駆動源とする
駆動羽根車であり、１８は第二循環路１１に接続される
被駆動流体通路１９に設けられ第二循環路１１の流体を
循環させるポンプ羽根車である。

【００１８】２０は駆動流体通路１７と被駆動流体通路
１９との間を気密に分離する隔壁である。２１は動力伝
達手段であり、駆動羽根車１６に取り付けられた駆動側
マグネット２２とポンプ羽根車１８に取り付けられたポ
ンプ側マグネット２３とが磁力により吸引および反発し
合って動力伝達が可能なように磁気結合するマグネット
カップリングで構成している。駆動羽根車１６とポンプ
羽根車１８はこの隔壁２０を介して対向して配置される
とともに動力伝達手段２１により動力が伝達できるよう
に連結されている。

【００１９】２４は駆動羽根車１６を収納する駆動羽根
車室２５を形成する駆動ケーシング２６に設けた駆動流
体入口、２７は駆動流体入口２４と羽根車室２５の間に
設けた駆動ノズル、２８は駆動ケーシング２６に設けた
駆動流体出口である。

【００２０】２９はポンプ羽根車１８を収納するポンプ
羽根車室３０を形成するポンプケーシング３１に設けた
ポンプ入口、３２はポンプケーシング３１に設けたポン
プ出口である。３３は駆動羽根車１６を回転自在に支持
する駆動側支持軸、３４はポンプ羽根車１８を回転自在
に支持するポンプ側支持軸である。

【００２１】従って、流体駆動ポンプ１５は駆動羽根車
１６、駆動ケーシング２６、駆動ノズル２７などで構成
される流体動力回収部１０と、ポンプ羽根車１８、ポン
プケーシング３１などで構成される流体搬送部１２とを
隔壁２０を介して配置し、動力伝達手段２１により動力
伝達可能に連結して構成されるものである。

【００２２】上記構成において、流体駆動ポンプ１５の
動作を説明する。第一循環路９の圧縮機１の運転により
高温高圧となった相変化流体であるフロンなどの冷媒
は、凝縮器２において室内空間などの暖房のために送風
機７により送られてくる風に放熱して凝縮液化し、高圧
液冷媒となって流体動力回収部１０に流入する。流体動
力回収部１０において、駆動流体入口２４から流入した
高圧の液冷媒は断面積を縮小した駆動ノズル２７により
高流速化されて駆動羽根車１６に向かって噴出し、駆動
羽根車１６はこの冷媒の流動エネルギーを受けて回転す
る。この駆動羽根車１６の回転とともに隔壁２０を介し
て動力伝達手段２１により動力が伝達できるように連結
されたポンプ羽根車１８が回転し、第二循環路１１に封
入された作動流体を循環させる。

【００２３】即ち、第一循環路９の流体動力回収部１０
において流体の圧力エネルギーを運動エネルギーに変換
することにより回転力を生み出し、この回転力により動
力伝達可能に連結した流体搬送部１２のポンプ羽根車１
８を駆動して第二循環路１１の流体を搬送する。

【００２４】流体動力回収部１０において流体の圧力エ
ネルギーを取り出すことにより減圧され低圧となった液
冷媒は、駆動流体出口２８から出て蒸発器４に流入し、
送風機８の運転により送られてくる大気から吸熱して蒸
発気化する。

【００２５】蒸発気化した冷媒はアキュムレータ５を経
て圧縮機１に還流する。このようにして第一循環路９の
冷媒は繰り返し循環していわゆるヒートポンプ冷凍サイ
クルによって暖房運転を行う。

【００２６】一方、第二循環路１１に封入された水ある
いは不凍液などの作動流体は、流体搬送部１２に設けた
ポンプ羽根車１８の回転動作によって循環駆動され、加
熱部１３に入って加熱昇温されるとともに床暖房パネル
などの放熱部１４に流入して放熱し暖房作用を行った
後、低温となった作動流体は流体搬送部１２に還流す
る。このようにして第二循環路１１の作動流体は繰り返
し循環して暖房運転を行う。

【００２７】本実施例によれば、従来では抵抗損失とな
っていた流体の圧力エネルギーを動力として取り出し搬
送動力に有効利用することにより暖房装置の消費エネル
ギーを低減して省エネルギー化がいっそう推進できると
いう効果がある。また、電気モータ駆動のポンプを無く
すことで外部からの電気消費量を低減できランニングコ
ストの安価な機器が提供できる。

【００２８】次に、図３に示す本発明の第二の実施例に
ついて説明する。なお、図１、図２に示した実施例と同
一機能、同一部材のところは同一符号を付与し詳細な説
明は省略する。

【００２９】３５は第一循環路９の凝縮器、３６は第二
循環路１１の加熱部であり、この第二循環路１１の加熱
部３６は第一循環路９の凝縮器３５と伝熱関係としたも
ので、加熱部３６は凝縮器３５の熱により加熱される。

【００３０】上記構成において、暖房装置の動作を説明
する。第一循環路９に封入された相変化流体であるフロ
ンなどの冷媒は、圧縮機１の運転により前述のヒートポ
ンプ冷凍サイクルを行い、大気などから蒸発器４で集め
た熱に圧縮機１での圧縮熱を加えた熱を凝縮器３５で加
熱部３６に放熱する。さらに流体動力回収部１０では前
述のように流体の圧力エネルギーを取り出して流体搬送
部１２を駆動し、加熱部３６で昇温された第二循環路１
１の作動流体を床暖房パネルなどの放熱部１４に循環さ
せるとともに放熱部１４において放熱して暖房を行う。

【００３１】即ち、第二循環路１１の放熱部１４による
暖房の熱源および作動流体の搬送動力源はいずれも第一
循環路９のヒートポンプ冷凍サイクルによるものであ
る。

【００３２】本実施例によれば、本発明第一の実施例の
効果に加えて、暖房熱源を動作効率の高いヒートポンプ
冷凍サイクルとして省エネルギー化できるだけでなく、
暖房用の放熱部に作動流体を搬送する搬送動力をこのヒ
ートポンプ冷凍サイクルから有効に取り出してより一層
の省エネルギー化が達成できるという効果がある。

【００３３】さらに、熱源部のヒートポンプ冷凍サイク
ルと暖房用の作動流体の循環路を分離することにより、
ヒートポンプ冷凍サイクルを最小化して冷媒封入量を低
減して冷媒封入量の増大による液圧縮など圧縮機の信頼
性低下を防止しヒートポンプ冷凍サイクルの信頼性向上
による信頼性の高い暖房装置を提供できる。そのうえ、
水あるいは不凍液などの作動流体を封入する暖房用の第
二循環路は長配管化あるいは樹脂配管化などができ施工
自由度の拡大あるいは施工性の向上など実用性が向上で
きる。

【００３４】また、ヒートポンプ冷凍サイクルの最小化
によりフロン冷媒の使用量を削減して地球環境保護に寄
与する地球にやさしい機器を提供できる。

【００３５】次に、図４に示す本発明の第三の実施例に
ついて説明する。なお、図１、図２、図３に示した実施
例と同一機能、同一部材のところは同一符号を付与し詳
細な説明は省略する。

【００３６】３７は第一循環路９の凝縮器であり、上流
側に設けた第一凝縮部３８と下流側の第二凝縮部３９の
二つで形成され、この第一凝縮部３８には送風装置４０
が設けられるとともに第二凝縮部３９は第二循環路１１
の加熱部４１と伝熱関係としている。さらに第二凝縮部
３９の下流側には流体動力回収部１０が配管接続されて
いる。

【００３７】上記構成において、暖房装置の動作を説明
する。なお、第一循環路９のヒートポンプ冷凍サイクル
を第二循環路１１の熱源および搬送動力源とすることは
上記本発明の第二の実施例と同じであるので詳細な説明
は省略し、異なる点について述べる。圧縮機１の運転に
より第一凝縮部３８に流入した冷媒は送風装置４０の運
転で暖房空間に熱の一部を放熱して暖房に寄与するとと
もに、放熱により一部凝縮液化して第二凝縮部３９に流
入する。この第二凝縮部３９で第二循環路１１の加熱部
４１に放熱して凝縮液化した高圧の液冷媒は流体動力回
収部１０に流入し、低圧液への減圧時の圧力エネルギー
を流体動力回収部１０で取り出し流体駆動ポンプ１５と
して連結した第二循環路１１の流体搬送部１２を駆動す
る。低圧となって蒸発器４に流入した冷媒は送風機８の
運転により大気から吸熱気化して圧縮機１に戻る。一
方、第二循環路１１では加熱部４１で吸熱し昇温した作
動流体は流体搬送部１２の運転により床暖房パネルなど
の放熱部１４に循環され、放熱して暖房作用をして流体
搬送部１２に還流する。

【００３８】本実施例によれば、本発明第一および第二
の実施例の効果に加えて、送風装置４０の運転により第
一凝縮部３８においてフロン冷媒などの相変化流体の一
部を凝縮液化させ、第二循環路１１の加熱部４１と伝熱
関係である第一循環路９の第二凝縮部３９で運転開始時
などで熱交換が不十分であっても流体動力回収部１０に
液状の流体が送られて安定した流体駆動ポンプ１５の運
転が行え、特に運転開始時などにおいて確実に流体駆動
ポンプを起動させることにより暖房装置の信頼性が一層
向上できるという効果がある。

【００３９】さらに、床暖房パネルなどの放熱部１４だ
けでなく第一凝縮部３８における温風吹出しを加えた暖
房によって快適性の高い暖房装置を提供できる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように本発明の暖房装置
は、第一循環路の流体の圧力エネルギーを有効利用して
第二循環路の作動流体を搬送するので、暖房装置の消費
エネルギーを低減して省エネルギー化をいっそう推進で
きるという効果がある。

【００４１】また、電気モータ駆動のポンプを無くすこ
とで外部からの電気消費量を低減できランニングコスト
の安価な機器が提供できるという効果がある。

【００４２】また、第二の発明の暖房装置は、第二循環
路の熱源および搬送動力源を第一循環路のヒートポンプ
冷凍サイクルから取り出すので、第一の発明の効果に加
えてより一層の省エネルギー化が達成できるという効果
がある。

【００４３】さらに、ヒートポンプ冷凍サイクルの冷媒
封入量を最小化して、信頼性の向上と冷媒使用量の削減
による地球環境保護に寄与できるという効果がある。

【００４４】そのうえに暖房用の放熱部をもつ第二循環
路は長配管化あるいは樹脂配管化ができ、施工自由度の
拡大あるいは施工性の向上など実用性を向上できるとい
う効果がある。

【００４５】また、第三の発明の暖房装置は、第一循環
路の凝縮器を送風装置を設けた第一凝縮部と第二循環路
の加熱部と伝熱関係にした第二凝縮部で形成しているの
で、第一および第二の発明の効果に加えて流体駆動ポン
プを確実に起動でき暖房装置の信頼性を一層向上できる
という効果がある。

【００４６】さらに、パネル状の放熱部と温風吹出しに
より快適性の高い暖房装置を提供できるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例における暖房装置のシス
テム構成図

【図２】同装置における流体駆動ポンプの断面図

【図３】本発明の第二の実施例における暖房装置のシス
テム構成図

【図４】本発明の第三の実施例における暖房装置のシス
テム構成図

【図５】従来の圧縮機駆動の冷凍サイクルのシステム構
成図

【符号の説明】

１ 圧縮機 ２、３５、３７ 凝縮器 ４ 蒸発器 ９ 第一循環路 １０ 流体動力回収部 １１ 第二循環路 １２ 流体搬送部 １３、３６、４１ 加熱部 １４ 放熱部 １５ 流体駆動ポンプ ３８ 第一凝縮部 ３９ 第二凝縮部 ４０ 送風装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機、凝縮器、蒸発器を順次配管接続し
   相変化流体を封入した第一循環路と、流体搬送部、加熱
   部、放熱部を順次配管接続し水あるいは不凍液などを封
   入した第二循環路と、前記第一循環路の凝縮器と蒸発器
   の間に設けた高圧液から低圧液への減圧時の圧力差を利
   用して流体エネルギーを回収する流体動力回収部と、こ
   の流体動力回収部と前記流体搬送部を動力伝達可能に連
   結した流体駆動ポンプを有する暖房装置。
2. 【請求項２】第二循環路の加熱部は第一循環路の凝縮器
   と伝熱関係とした請求項１記載の暖房装置。
3. 【請求項３】第一循環路の凝縮器は第一凝縮部と第二凝
   縮部で形成するとともに、第一凝縮部に送風装置を設
   け、第二凝縮部は第二循環路の加熱部と伝熱関係とした
   請求項１記載の暖房装置。