JPH08296911A - ヒートポンプ式空気調和装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃焼器の冷却水を暖房運転時の室外熱交換器
の除霜に利用することのできるヒートポンプ式空気調和
装置を提供する。 【構成】 燃焼器１２１による加熱によって作動する熱
ガス機関１を有し、この熱ガス機関の吸熱用熱源１３
と、熱ガス機関の放熱用熱源１１と、室外機に設けた室
外熱交換器３０１と、室内機に設けた室内熱交換器２０
１とをつないだものにおいて、室外熱交換器３０１に放
熱器３０２を並設し、該放熱器３０２に燃焼器１２１の
冷却水を循環させる循環回路３０５を設けたものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱ガス機関の吸熱用熱
源と放熱用熱源とを用いて構成されるヒートポンプ式空
気調和装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、スターリングサイクルを利用し
た熱ガス機関の吸熱用熱源と、放熱用熱源と、室内熱交
換器と、室外熱交換器とをつないだ分離型空気調和機は
知られている（例えば、特公平５−６５７７７号公報参
照）。

【０００３】この種の空気調和機の特徴は冷媒に気体
（ヘリウム、窒素、アンモニア等）を使用することで、
フロンを一切使用しないことにある。しかし、燃焼によ
る加熱対象が高温のヘリウムガスであるために排気ガス
温度が高く、燃焼用空気によって熱回収（空気予熱）す
るなどして効率の低下を防がなければならない。このた
めに燃焼温度が高くなり、燃焼器の熱負荷が高くなる
上、燃焼器の表面温度が８０℃〜１００℃と高くなり、
放熱量が多くなり、この熱ガス機関を冷暖房ユニットに
組み込んだ時、冷暖房ユニット内の温度が上昇して、使
用される補機や配線材料等の耐久性を著しく低下させる
という問題がある。そこで、従来、燃焼器の外周部を水
ジャケットで覆うとともに、この水ジャケットを断熱材
で覆って、該熱ガス機関を冷暖房ユニットに組み込んだ
時に、冷暖房ユニット内の温度上昇を抑制するようにし
たものが提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
のものでは、燃焼器の冷却水の有効利用を図ることがで
きず、通常冷却水は暖房用に用いられる程度である一方
で、上記空気調和機においては暖房運転時に室外熱交換
器に着霜し易く、一旦着霜するとこれを除霜しない限り
空気調和機を継続運転できなくなるという問題がある。

【０００５】そこで、本発明の目的は、上記した従来の
技術が有する問題点を解消し、燃焼器の冷却水を暖房運
転時の室外熱交換器の除霜に利用することのできるヒー
トポンプ式空気調和装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、燃焼器による加熱によって作動する熱ガス機関を有
し、この熱ガス機関の吸熱用熱源と、前記熱ガス機関の
放熱用熱源と、室外機に設けた室外熱交換器と、室内機
に設けた室内熱交換器とをつないだものにおいて、前記
室外熱交換器に放熱器を並設し、該放熱器に前記燃焼器
の冷却水を循環させる循環回路を設けたことを特徴とす
るものである。

【０００７】請求項２に記載の発明は、燃焼器による加
熱によって作動する熱ガス機関を有し、この熱ガス機関
の吸熱用熱源と、前記熱ガス機関の放熱用熱源と、室外
機に設けた室外熱交換器と、室内機に設けた室内熱交換
器とをつないだものにおいて、前記室外熱交換器に放熱
器を並設し、該放熱器に前記燃焼器の冷却水を循環させ
る循環回路を設け、前記放熱器は前記室外熱交換器の風
上に配置したことを特徴とするものである。

【０００８】請求項３に記載の発明は、請求項１又は２
記載のものにおいて、前記室外熱交換器及び前記放熱器
は別体又は一体に成形されるものである。

【０００９】

【作用】請求項１に記載の発明では、暖房運転時に、循
環回路に冷却水を循環させると、冷却水は燃焼器を冷却
して吸熱した後、放熱器に流れて、そこで放熱し、この
熱により、放熱器に並設された室外熱交換器に付着する
霜を除霜する。したがって、この除霜運転は暖房運転し
ながら行うことができる。

【００１０】請求項２に記載の発明では、放熱器は室外
熱交換器の風上に配置されるので、放熱器から放熱され
た熱は風下の室外熱交換器に伝わりやすく、除霜運転の
除霜効率が向上し、短時間での除霜が可能になる。

【００１１】請求項３に記載の発明では、室外熱交換器
及び放熱器は、別体のものとして成形されても一体に成
形されても同一の作用を奏する。

【００１２】

【実施例】以下に本発明の実施例を添付図面に従って説
明する。図１は本発明に係るヒートポンプ式空気調和装
置の一実施例である空気調和機を構成する冷温水供給回
路を示したもので、この回路には熱源としてヴィルミエ
サイクルを利用した熱ガス機関１が使用されている。こ
のヴィルミエサイクル熱ガス機関１自体は公知であり、
詳細な説明は省略するが、高温側ディスプレーサ３と低
温側ディスプレーサ５とを備えている。

【００１３】両ディスプレーサ３，５は、例えば高温側
ディスプレーサ３が下死点へ向かう中間の位置へ到達す
るときには、低温側ディスプレーサ５は上死点に達する
等のように、互いに９０°位相をずらして動作可能に、
モータ６で駆動されるクランク７を介してつながれてい
る。高温側ディスプレーサ３と低温側ディスプレーサ５
とが動作すると、封入されたヘリウムが、再生器９，１
０を通って移動し、この再生器９，１０を通過する際
に、加熱されたり冷却されたり、ディスプレーサによる
容積変化により、ヘリウムが昇圧されたり減圧されたり
する。ヘリウムの昇圧時には温度が上がり中温熱交換器
１１に放熱し、減圧時には温度が下がり低温熱交換器１
３から吸熱する。つまり低温熱交換器１３は本熱ガス機
関１の吸熱用熱源を構成し、中温熱交換器１１は本熱ガ
ス機関１の放熱用熱源を構成する。

【００１４】しかして、この実施例によれば、熱ガス機
関１の低温熱交換器（吸熱用熱源）１３、および中温熱
交換器（放熱用熱源）１１を利用してなる空気調和機１
００が提供される。この空気調和機１００は、室内機２
００と室外機３００とからなり、室外機３００は熱ガス
機関１を包含する。室内機２００には、室内熱交換器２
０１と室内ファン２０３とが収容され、室外機３００に
は、熱ガス機関１のほかに、室外熱交換器３０１と当該
室外熱交換器３０１の風上に並設される放熱器３０２と
室外ファン３０３とが収容されている。

【００１５】低温熱交換器（吸熱用熱源）１３と室外熱
交換器３０１は、水配管２０と冷水循環用ポンプ５１と
水配管２１と四方弁６１と水配管１３２によりつなが
れ、さらに室外熱交換器３０１と低温熱交換機（吸熱用
熱源）１３は、水配管１３３、と四方弁６２と水配管２
４によりつながれている。また、中温熱交換器（放熱用
熱源）１１と室外熱交換器２０１は、水配管１３４と四
方弁６２と水配管２３によりつながれ、さらに室内熱交
換器２０１と中温熱交換器（放熱用熱源）１１は、水配
管２２と四方弁６１と水配管１３１と温水循環ポンプ５
２、水配管１３０とによりつながれている。

【００１６】次に、図２を参照して、燃焼器１２１を説
明する。この燃焼器１２１は後述するように熱ガス機関
１に封入されたヘリウムを加熱し、熱ガス機関１の駆動
源となる。図２において、符号３０はハウジングを示
し、このハウジング３０内には高温側ディスプレーサ３
が収容される。ハウジング３０の頂部３０Ａには複数の
ヒータ管３１がつながれ、各ヒータ管３１は再生器９
（図１）につながれる。ハウジング３０は、セラミクス
系断熱材製の内筒３２と外筒３３とで二重に囲まれ、内
筒３２と外筒３３間には、２つの環状の通路３４，３５
が形成される。外側の通路３４は入口３６につながる。
この入口３６から外側の通路３４を通じて流入する燃焼
用空気は、環状の空気旋回スワラ３７を通って、バーナ
スロート３８で囲われる燃焼室３９に入り、この燃焼室
３９内で燃料ノズル４０から噴射される燃料と混合さ
れ、スパークプラグ４１によって着火・燃焼し、この燃
焼ガスは内側の通路３５を通って、出口４２から排気さ
れる。４３は火炎検出器である。この過程では、ヒータ
管３１内のヘリウムガスが燃焼熱により加熱されて、熱
ガス機関１の駆動源となる。しかしながら、燃焼器１２
１の表面温度は上昇するので、それを抑制しない限り、
室外機３００内の温度が上昇する。これを解消するため
に、燃焼器１２１には後述するような冷却手段が付設さ
れる。

【００１７】すなわち、内筒３２と外筒３３には、接続
管４４を介して一連につながる冷却管４５が設けられ
る。この冷却管４５は燃焼器のケーシングにろう付けで
接合される。この冷却管４５の入口４６を通じて流入す
る冷却水は、内筒３２の底面（燃焼器下面）を冷却した
後、接続管４４を経て、外筒３３の胴部及び上面の冷却
管４５を通って、出口４７から流出する。この間、冷却
水は燃焼器１２１からの放熱を吸収し、表面温度を低下
させるため、室外機３００の内部の温度上昇は抑制され
る。これによれば、室外機３００内の機器（使用される
補機や配線材料等）の耐久性を向上させることができ
る。また、燃焼器１２１の表面温度が低下するため、内
筒３２と外筒３３の厚さは薄くすることができ、材料費
を削減することができる。冷却管４５の入口４６と出口
４７は、図１に示すように、室外熱交換器３０１の風上
に並設される放熱器３０２につながれ、これらは循環ポ
ンプ４８を含んで循環回路３０５を構成する。

【００１８】つぎに通常の冷暖房運転について説明す
る。暖房運転時には、四方弁６１，６２は図１において
実線で示すように切り替えられる。この場合、中温熱交
換器（放熱用熱源）１１で放熱された温水は、水配管１
３４、四方弁６２、水配管２３を通じて室内熱交換器２
０１に流れ、そこで室内ファン２０３を回転させること
により熱交換を行い、室内に温風を送り出した（暖房）
後、水配管２２、四方弁６１、水配管１３１、温水循環
ポンプ５２、水配管１３０を通じて中温熱交換器（放熱
用熱源）１１に戻る。

【００１９】このときには、低温熱交換器（吸熱用熱
源）１３で吸熱された冷水は、水配管２０、冷水循環用
ポンプ５１、水配管２１、四方弁６１、水配管１３２を
通じて室外熱交換器３０１に流れ、そこで室外ファン３
０３を回転させることにより熱交換を行った後、水配管
１３３、四方弁６２、水配管２４を通じて低温熱交換器
（吸熱用熱源）１３に戻る。

【００２０】暖房運転時の外気温が低いと、室外熱交換
器３０１に着霜するのが一般的であるが、この実施例に
よれば、着霜が検出されると、燃焼器１２１の冷却水
（温水）を循環回路３０５を通じて放熱器３０２に導か
れて、そこで放熱させるので、放熱器３０２に並設され
る室外熱交換器３０１に空気或いはフィンの接触により
熱が伝わり、その熱により当該室外熱交換器３０１に付
着する霜が除霜される。すなわち、本実施例では外気温
が−１０℃〜０℃の低温であっても、暖房運転を行いな
がら燃焼器１２１の廃熱を利用して除霜運転することが
できる。

【００２１】次に、冷房運転時には、四方弁６１，６２
は図１において点線で示すように切り替えられる。この
場合、低温熱交換器（吸熱用熱源）１３で吸熱された冷
水は、水配管２０、冷水循環用ポンプ５１、水配管２
１、四方弁６１、水配管２２を通じて室内熱交換器２０
１に流れ、そこで熱交換を行い、室内ファン２０３を回
転させることにより室内に冷風を送り出した（冷房）
後、水配管２３、四方弁６２、水配管２４を通じて低温
熱交換器（吸熱用熱源）１３に戻る。

【００２２】このとき、中温熱交換器（放熱用熱源）１
１で放熱された温水は、水配管１３４、四方弁６２、水
配管１３３を通じて室外熱交換器３０１に流れ、そこで
室外ファン３０３を回転させることにより熱交換を行っ
た後、水配管１３２、四方弁６１、水配管１３１、温水
循環ポンプ５２、水配管１３０を通じて中温熱交換器
（放熱用熱源）１１に戻る。

【００２３】図３は、本発明の別の実施例を示してい
る。ほとんどの構成は、図１のものと同じであるので、
図１と同一構成を有するものについては同一符号を付し
て説明を省略する。図３の実施例の空気調和機が図１の
実施例の空気調和機と異なる点は、室外機内の室外熱交
換器３０１と放熱器３０２を別体とせずに、夫々一体成
形し、１つの室外熱交換器３０４とした点にある。この
ように構成しても、図１の実施例とまったく同様の効果
を奏することができる。上記の各実施例における四方弁
は、弁を操作するアクチュエータ（図示せず）を装備
し、各実施例の空気調和機１００内には、これらのアク
チュエータを各運転モードに応じて制御するマイクロコ
ンピュータ等の制御装置（図示せず）が搭載される。し
たがって、冷水循環用ポンプ５１及び温水循環用ポンプ
５２と、水配管と、図示しない制御装置及びアクチュエ
ータと、四方弁６１及び６２とは制御手段を構成する。

【００２４】以上、本発明の実施例に基づいて本発明を
説明したが、本発明は、上記各実施例に限定されるもの
でないことは明らかである。例えば、上記の実施例で
は、熱ガス機関１としてヴィルミエサイクルを利用した
ものを示したが、スターリングサイクルや吸収式サイク
ルによる熱ガス機関を利用してもよいことは当然であ
る。また、上記の実施例では冷水や温水の経路を制御す
るために四方弁を用いているが、これは開閉弁や三方弁
の組み合わせによって実現してもかまわない。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１に記載の発明によれば、暖房運転時において、循環回
路に冷却水を循環させると冷却水は燃焼器を冷却して吸
熱した後、放熱器に流れてそこで放熱し、この熱により
放熱器に並設された室外熱交換器に付着する霜を除霜す
ることができる。したがって、燃焼器表面温度の上昇を
防ぐことができ、暖房運転しながら燃焼器の廃熱を利用
して除霜運転を行える。

【００２６】請求項２に記載の発明では、放熱器は室外
熱交換器の風上に配置されるので、放熱器から放熱され
た熱は風下の室外熱交換器に伝わりやすく、除霜運転の
除霜効率が向上し、短時間での除霜が可能になる。

【００２７】請求項３に記載の発明では、室外熱交換器
及び放熱器は、別体のものとして成形されても一体に成
形されても同一の作用を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のヒートポンプ式空気調和装置の一実施
例を示す回路図である。

【図２】図１の燃焼器を示す断面図である。

【図３】本発明のヒートポンプ式空気調和装置の別の実
施例を示す回路図である。

【符号の説明】

１ 熱ガス機関 ３ 高温側ディスプレーサ ５ 低温側ディスプレーサ １１ 中温熱交換器（放熱用熱源） １３ 低温熱交換器（吸熱用熱源） ５１ 冷水循環用ポンプ ５２ 温水循環用ポンプ １００ 空気調和機 １２１ 燃焼器 ２００ 室内機 ２０１ 室内熱交換器 ２０３ 室内ファン ３００ 室外機 ３０１ 室外熱交換器 ３０２ 放熱器 ３０３ 室外ファン ３０５ 循環回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼器による加熱によって作動する熱ガ
   ス機関を有し、この熱ガス機関の吸熱用熱源と、前記熱
   ガス機関の放熱用熱源と、室外機に設けた室外熱交換器
   と、室内機に設けた室内熱交換器とをつないだものにお
   いて、 前記室外熱交換器に放熱器を並設し、該放熱器に前記燃
   焼器の冷却水を循環させる循環回路を設けたことを特徴
   とするヒートポンプ式空気調和装置。
2. 【請求項２】 燃焼器による加熱によって作動する熱ガ
   ス機関を有し、この熱ガス機関の吸熱用熱源と、前記熱
   ガス機関の放熱用熱源と、室外機に設けた室外熱交換器
   と、室内機に設けた室内熱交換器とをつないだものにお
   いて、 前記室外熱交換器に放熱器を並設し、該放熱器に前記燃
   焼器の冷却水を循環させる循環回路を設け、前記放熱器
   は前記室外熱交換器の風上に配置したことを特徴とする
   ヒートポンプ式空気調和装置。
3. 【請求項３】 前記室外熱交換器及び前記放熱器は別体
   又は一体に成形されることを特徴とする請求項１又は２
   記載のヒートポンプ式空気調和装置。