JPH10185341A - 新代替冷媒ガスｈｆｃを使用したヒートポンプ式冷暖房機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 新代替冷媒ガスＨＦＣ（ハイドロ・フルオロ
・カーボン）を使用してヒートポンプ式冷暖房機の運転
を鉱油系潤滑油を使用して行う。 【手段】 コンプレッサー１、コンデンサー２、蒸発器
３よりなるヒートポンプ式冷暖房機において、コンプレ
ッサー１とコンデンサー２を四方弁１０を介したガスパ
イプ６で結び、コンデンサー２の出口に設置したキャピ
ラリチューブ４と、追設コンデンサー９とをガスパイプ
７で結び、追設コンデンサー９と蒸発器３のキャピラリ
チューブ５をガスパイプ７′で結び、蒸発器３のガス出
口とコンプレッサー１とを四方弁１０を介したガスパイ
プ８で結んで、冷房運転と暖房運転を切替え可能とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、塩素を含有しない
ためオゾン層に影響を与えず、かつ不燃性で毒性のない
新代替冷媒ガスＨＦＣ（ハイドロ・フルオロ・カーボ
ン）１３４ａ又はＨＦＣ１２５を単独又は混合して使用
してヒートポンプを運転するとともに、冷媒ガスの流路
を切り換えて冷媒ガスの流れを逆転させ、冷房運転及び
暖房運転を行うことができる新代替冷媒ガスＨＦＣを使
用したヒートポンプ式冷暖房機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、塩素を含有するためオゾン層を破
壊するフロンガスの全廃が世界的に急務となっている
が、単に冷媒ガスを変更しただけでは良好な運転を行う
ことが容易でない。新たに開発された塩素を含有せず、
オゾン層を破壊しない新代替冷媒ガスで不燃性のＨＦＣ
１３４ａ、ＨＦＣ１２５は、従来使用されている鉱油系
の潤滑油と相溶性がないとされており、特別に開発され
た潤滑油を使用しない限り現有のヒートポンプでは運転
できないものとされている。そこで、可燃性のＨＦＣ系
冷媒ガスとの混合、又はＨＦＣ系の冷媒ガスと相溶性が
あるとされているエステル系の潤滑油の使用等が研究さ
れているが、一部を除いてあまり進展が見られないよう
である。

【０００３】塩素を含有しない新代替冷媒ガスＨＦＣ１
３４ａ又はＨＦＣ１２５を単独又は両者を混合した冷媒
ガスを使用し、従来の鉱油系潤滑油によって潤滑するヒ
ートポンプを正常に作動させるために、既設のコンデン
サーに新たにコンデンサーを追設し、凝縮能力を増大さ
せて冷媒ガスの液化をよくして鉱油系潤滑油とよく相溶
させて、冷媒ガスＨＦＣ１３４ａ、ＨＦＣ１２５を単
独、又は両者を混合した冷媒ガスを使用してヒートポン
プを運転する方法並びに装置については、すでに発明者
が提案したところである。しかしながら、冷房運転、暖
房運転兼用のヒートポンプ装置では、このようにコンデ
ンサーの熱交換能力を増大させるだけでは、冷房運転に
対して、暖房運転では冷媒ガスの流れが逆になり、冷房
運転で蒸発器として使用している熱交換器を凝縮器とし
て使用することになるが、この場合、蒸発器の能力を増
大していないので、冷媒ガスとしてＨＦＣ１３４ａ、Ｈ
ＦＣ１２５を単独で使用すると、冷媒ガスは液化不足と
なって鉱油系潤滑油と分離し、暖房運転をすることがで
きなくなることがあった。

【０００４】そこで図２に示すように、コンデンサー２
にコンデンサー２′を、蒸発器３に蒸発器３′を、それ
ぞれ一体若しくは別体で増設して、それぞれ凝縮能力を
増大することが考えられるが、このようにすると蒸発器
として使用する側の吸熱能力が増大しすぎて蒸発器を出
た冷媒ガスは冷却能力がなくなり、大気温度の高いとき
にコンプレッサーに戻る冷媒ガスの温度が上がりコンプ
レッサーの冷却ができなくなるのである。一般にヒート
ポンプのコンプレッサーの冷却は、冷却能力を残した低
温の蒸発ガスをコンプレッサーに送って行われているの
である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ヒートポン
プの冷房運転、暖房運転の切替えによって冷媒ガスの流
れが逆転しても常に冷媒ガスを凝縮する側の熱交換能力
が増大して、冷媒ガスが充分液化して鉱油系潤滑油とよ
く相溶するヒートポンプの提供を目的とするものであ
る。すなわち、冷房運転又は暖房運転、いずれの場合に
も冷媒ガスが蒸発する側の熱交換器は能力が増大せず、
冷却能力を残した低温のガスをコンプレッサーに戻すこ
とによって、新代替冷媒ガスＨＦＣ１３４ａ、ＨＦＣ１
２５を単独で使用して、ヒートポンプの冷房運転、暖房
運転の切替えを可能としたものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
コンプレッサー１、コンデンサー２、蒸発器３よりなる
ヒートポンプ式冷暖房機において、コンプレッサー１と
コンデンサー２を四方弁１０を介したガスパイブ６で結
び、コンデンサー２の出口に設置したキャピラリチュー
ブ４と、追設コンデンサー９とをガスパイプ７で結び、
追設コンデンサー９と蒸発器３のキャピラリチューブ５
をガスパイプ７′で結び、蒸発器３のガス出口とコンプ
レッサー１とを四方弁１０を介したガスパイプ８で結ん
で、冷房運転と暖房運転を切替え可能としたことを特徴
とする新代替冷媒ガスＨＦＣを使用したヒートポンプ式
冷暖房機であって、四方弁１０の切替えによって冷媒ガ
スの流れが逆転し、所望に応じて冷房運転又は暖房運転
をすることができるものである。請求項２記載の発明
は、請求項１記載の各手段について作用とともに記載し
たものであって、コンプレッサー１、コンデンサー２、
蒸発器３よりなるヒートポンプ式冷暖房機においてに、
ガスパイプ６側にコンプレッサー１より冷媒ガスを吐出
してコンデンサー２に送り、コンデンサー２で大気又は
冷却水と熱交換して凝縮させ、ガスパイプ７を通って追
設コンデンサー９に送り、そこで再び熱交換してさらに
凝縮させ、ガスパイプ７′を通って蒸発器３に設置した
キャピラリチューブ５で減圧し、蒸発器３に送って蒸発
させた後ガスパイプ８で冷媒ガスをコンプレッサー１に
戻す冷房運転と、コンプレッサー１よりガスパイプ８に
冷媒ガスを吐出し、蒸発器３をコンデンサーとして使用
して冷媒ガスを凝縮させ、ガスパイプ７′を通って追設
コンデンサー９に送り、再び熱交換してさらに凝縮さ
せ、ガスパイプ７で冷媒ガスをコンデンサー２に設置し
たキャピラリチューブ４で減圧してコンデンサー２に送
り、コンデンサー２を蒸発器として使用して冷媒ガスを
蒸発させた後ガスパイプ６を通ってコンプレッサー１に
戻す暖房運転とを、四方弁１０で切替え運転可能とし、
冷房運転、暖房運転のいずれの場合にも追設コンデンサ
ー９で冷媒ガスを放熱して凝縮を進めることを特徴とす
る。請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載
の発明において、追設コンデンサー９の熱交換能力を既
設のコンデンサー２の熱交換能力の２０％以上のものと
することを特徴とするものである。なお、追設コンデン
サー９は、図３に示すように空冷コンデンサー２の大気
吸い込み側に張り合わせるように設置して、大気を追設
コンデンサー９に吸い込み、追設コンデンサー９内の冷
媒ガスと熱交換したのち、既設コンデンサー２に追設コ
ンデンサー９を通った大気を吸い込み、コンデンサー２
内の冷媒ガスと熱交換する。冷房運転では追設コンデン
サー９は凝縮器、既設コンデンサー２も凝縮器として作
動する。また、暖房運転では、追設コンデンサー９は凝
縮器、既設コンデンサー２は蒸発器として作動する。請
求項４記載の発明は、請求項１〜３記載の発明に加え
て、追設コンデンサー９内のガスパイプ回路の管の内径
を、既設コンデンサー２内のガスパイプ回路の管の内径
の８０％以内と細くする手段、断面積では６４％以下と
少なくする手段を講じたものである。請求項５記載の発
明は、請求項１〜４記載の発明に、空冷式ヒートポンプ
では既設コンデンサー２の大気吸い込み側に追設コンデ
ンサー９を取り付けることによって、大気が追設コンデ
ンサー９を通過したのち、既設コンデンサー２を通過す
るようにしたものである。請求項６記載の発明は、コン
プレッサー１、コンデンサー２、蒸発器３、四方弁１０
よりなるヒートポンプ式冷暖房機において、蒸発器３の
キャピラリチューブ５のある反対側のガス回路に増設蒸
発器３′を設置し、ガスパイプ８を増設蒸発器３′を通
過するパイプと、増設蒸発器３′を迂回するパイプに分
け、冷房運転時には切替弁１１で増設蒸発器３′への冷
媒ガスを遮断することを特徴とするものである。なお、
蒸発器３のキャピラリチューブ５を設置した反対側、コ
ンプレッサー側のガス回路に，蒸発器３′を別途に増設
して、ガスパイプ８を増設蒸発器３′に冷媒ガスを送る
回路と、迂回する回路を形成し、切替え弁１１で増設蒸
発器３′への冷媒ガスの通過、遮断を行えるようにす
る。請求項７の発明は、コンプレッサー１、コンデンサ
ー２、蒸発器３、四方弁１０よりなるヒートポンプ式冷
暖房機において、蒸発器３のキャピラリチューブ５のあ
る反対側のガス回路に増設蒸発器３′を設置して、送風
ファン１３を取り付け、増設蒸発器３′の送風ファンを
停止可能としたことを特徴とするものである。なお、蒸
発器３のキャピラリチューブ５を設置した反対側、コン
プレッサー側のガス回路に、蒸発器３′を別途増設して
蒸発器３′にスイッチを有する送風ファン１３を設置
し、送風ファンのスイッチで送風ファン１３の作動、停
止が行えるようにする。請求項８記載の発明は、請求項
６又は７記載の発明において、蒸発器として使用する熱
交換器の熱交換能力の３０％以上の熱交換能力を有する
増設蒸発器３′を設置する手段を加えたものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１に従って新代替冷媒ガス１３
４ａを使用した本発明の第一の実施の形態について説明
する コンプレッサー１とコンデンサー２を四方弁１０を介し
たガスパイプ６で結びコンデンサー２の出口に設置した
キャピラリチューブ４と、追設コンデンサー９とをガス
パイプ７で結び、追設コンデンサー９と蒸発器３のキャ
ピラリチューブ５をガスパイプ７′で結び、蒸発器３の
ガス出口とコンプレッサー１とを四方弁１０を介したガ
スパイプ８で結ぶ。

【０００８】冷房運転の場合、コンプレッサー１から吐
出された冷媒ガスは四方弁１０でガスパイプ６に送ら
れ、次いでコンデンサー２に送られて凝縮する。凝縮し
た冷媒ガスは、キャピラリチューブ４を出てガスパイプ
７を経て追設コンデンサー９に送られるのであるが、追
設コンデンサー９内のガスパイプ回路の管の内径をコン
デンサー２内のガスパイプの管の内径の８０％、好まし
くは７０％以下に細くしておくと、冷媒ガスは蒸発しな
いで液体状のままで通過する。このとき追設コンデンサ
ー９は凝縮器となってさらに凝縮が進み完全に液化して
鉱油系潤滑油とよく相溶する。鉱油系潤滑油と相溶した
冷媒ガスは、ガスパイプ７′を経て蒸発器３のキャピラ
リチューブ５で減圧されて蒸発器３内に入る。蒸発器３
内のガスパイプ回路の管径は、追設コンデンサー９内の
ガスパイプ回路の径より大きいので、冷媒ガスはよく蒸
発する。蒸発器３内で蒸発して吸熱した冷媒ガスは、ガ
スパイプ８、四方弁１０を通ってコンプレッサー１に戻
る。このとき、冷媒ガスを凝縮するコンデンサーは、コ
ンデンサー２とコンデンサー９であって熱交換能力が増
大しているが、蒸発器３の熱交換能力は増大していない
ので、冷媒ガスは低温でコンプレッサー１に戻り、コン
プレッレサーは冷却されることになる。

【０００９】暖房運転の場合では、四方弁１０で冷媒ガ
スの流れを冷房運転の場合と逆転させる。すなわち、コ
ンプレッサー１からガスパイプ８に冷媒ガスを吐出し、
蒸発器３に送る。このとき蒸発器３は凝縮器となり、放
熱するので、これを暖房用の熱源として使用するのであ
るが、冷媒ガスは凝縮することになる。この凝縮した冷
媒ガスは、キャピラリチューブ５を出てガスパイプ７′
を通って追設コンデンサー９に送られるのであるが、追
設コンデンサー９内のガスパイプ回路の管径は、コンデ
ンサー２内のガスパイプ回路の管径の８０％、場合にお
いては７０％以下と細くしてあるので、蒸発しないで液
体状態のまま通り、この追設コンデンサー９は凝縮器と
なるのでさらに凝縮が進み、完全液化して鉱油系潤滑油
とよく相溶することになる。鉱油系潤滑油と相溶した冷
媒ガスはガスパイプ７を通ってコンデンサー２内のキャ
ピラリチューブ４で減圧されてコンデンサー２に入り、
コンデンサー２が蒸発器となって蒸発する。コンデンサ
ー２内のガスパイプ回路は、管径を追設コンデンサー９
内のガスパイプ回路の管径より大きくなっているので、
冷媒ガスはよく蒸発する。コンデンサー２内で蒸発して
吸熱した冷媒ガスは、ガスパイプ６、四方弁１０を経て
コンプレッサー１に戻る。このとき、冷媒ガスを凝縮す
るコンデンサー側は蒸発器３と追設コンデンサー９であ
って、熱交換能力が増大しているが、蒸発器側はコンデ
ンサー２だげで熱交換能力を増大していないので、冷媒
ガスは低温でコンプレッサー１に戻り、コンプレッサー
は冷却されることになる。

【００１０】上記のように冷房運転で冷媒ガスをコンデ
ンサー２で凝縮させ、蒸発器３で蒸発させた場合でも、
暖房運転で蒸発器３で凝縮させコンデンサー２で蒸発さ
せた場合でも追設コンデンサー９は常に凝縮器として働
き、冷媒ガスを完全液化させて鉱油系潤滑油とよく相溶
することになる。換言すれば、凝縮器の熱交換能力は常
に増大するが、蒸発器の熱交換能力は増大しないのであ
る。

【００１１】この追設コンデンサー９の熱交換能力を通
常のコンデンサー２の熱交換能力の３０％以上とすると
冷媒ガスＨＦＣ１３４ａ又はＨＦＣ１２５は鉱油系潤滑
油とよく相溶する。冷媒ガスＨＦＣ１３４ａの場合には
２０％程度の熱交換能力の増加でも作動可能な場合があ
り、冷媒ガスＨＦＣ１２５の場合では３０％以上、場合
によっては５０％以上の熱交換能力の増加を必要とする
場合がある。通常使用されているコンデンサー２の熱交
換能力が７，５００Ｋｃａｌ／ｈの機器では、追設コン
デンサー９は２，２５０Ｋｃａｌ／ｈ以上の熱交換能力
のある熱交換器を使用する。従来のヒートポンプ式冷暖
房機では、コンデンサー、蒸発器ともに同程度の熱交換
能力のものを使用しているが、冷媒ガスとしてＨＦＣ１
３４ａ、ＨＦＣ１２５を使用する場合には、蒸発器側の
熱交換能力より凝縮器側の熱交換能力を２０％、好まし
くは３０％以上増大する必要がある。

【００１２】冷房運転の場合、コンプレッサー１から吐
出された冷媒ガスはガスパイプ６を通ってコンデンサー
２に入って凝縮し、キャピラリチューブ４を通って追設
コンデンサー９に入るので、追設コンデンサー９内のガ
ス回路の径がコンデンサー２と同程度以上のものである
と、そこで冷媒ガスが蒸発することがある。このような
場合、追設コンデンサー９内のガスパイプの径をコンデ
ンサー２内のガスパイプの径の８０％〜７０％以下に細
くすると、冷媒ガスは蒸発せず、液体状態で通過し、大
気と熱交換するときにはコンデンサーとして作動し、冷
媒ガスの凝縮はさらに進むものである。

【００１３】冷媒ガスは、ガス状態から液体状態に移行
するに従って体積は小さくなり、液体状態になると、パ
イプの中心まで熱交換ができにくくなる。通常コンデン
サー２は、コンプレッサー１から吐出された冷媒ガスが
完全なガス状態で入るので、コンデンサー２内のガスパ
イプは太いものが必要である。冷媒ガスは、通常コンデ
ンサー２で液体状になって、追設コンデンサー９に入る
ので、追設コンデンサー９内のガスパイプは細くても必
要量の冷媒ガスが流れると共に、ガスパイプを細くする
ことで、パイプの中心まで充分に熱交換ができるように
なる。したがって、通常コンデンサー２内のガスパイプ
の径に対して、追設コンデンサー９内のガスパイプの径
を８０％、好ましくは７０％と細くすると熱交換はよく
なるのである。

【００１４】通常コンデンサー２のガスパイプの径に対
して、追設コンデンサー９内のガスパイプの径を小さく
するだけでなく、図６に示すようなガスパイプケース１
４にガス回路１５を押し出し成形等によって複数個形成
した熱交換器を使用するとそれぞれのガス回路は断面積
が少なくなり、熱交換はさらに良好となる。このような
熱交換器を使用する場合、その断面積が６４％〜４９％
以下のものを使用することは、当然である。

【００１５】追設コンデンサー９は、通常コンデンサー
２とは、別体のケースに入れて、別体の送風ファンで大
気を送って熱交換するのが通常である。しかしながら、
図３に示すように通常コンデンサー２の大気吸い込み側
に張り合わせるように設置すると、簡単に設置できると
ともに別個の送風ファンを要しない。さらにこのように
設置すると、既設の送風ファン１６で通常コンデンサー
２を通過するように大気を吸引するが、大気は追設コン
デンサー９を通過した後通常コンデンサー２を通過する
ことになる。通常コンデンサー２内の冷媒ガスは高温で
放熱量が多く、追設コンデンサー９内の冷媒ガスは温度
が低く放熱量が少ないので、冷媒ガスが低温の追設コン
デンサー９内では低温の大気と、冷媒ガスが高温の通常
コンデンサー２では、一部温度は上昇しているが冷媒ガ
スより低温の大気と熱交換するので、追設コンデンサー
９、通常コンデンサー２ともに熱交換は充分に行われ
る。

【００１６】暖房運転の場合では、追設コンデンサー９
は凝縮器となって放熱し、通常コンデンサー２は蒸発器
となって吸熱する。室内での暖房用となる熱源は、追設
コンデンサー９による放熱分が減少するように見える
が、冬期、屋外が低温の場合には蒸発器での吸熱能力が
低下するものであるが、この場合は、追設コンデンサー
９から温風が送られることになり、吸熱能力が向上する
のである。また、屋外が低温のときに、蒸発器が暖めら
れるので、蒸発器の霜付きも少なくなる。

【００１７】図４に示すものは、本発明の第２の形態で
あって、蒸発器の熱交換能力に対して凝縮器の熱交換能
力を３０％以上増大して新代替冷媒ガスＨＦＣ１３４
ａ、ＨＦＣ１２５を使用するヒートポンプ式冷暖房機で
ある。図中、図１と同一の部分には同一を符号が付して
ある。図示のように、コンデンサー２にはコンデンサー
２の熱交換能力の３０％以上の熱交換能力を有するコン
デンサー２′を増設し、同様に蒸発器３には蒸発器３の
熱交換能力の３０％以上の熱交換能力のある蒸発器３′
を増設してある。このようすると、増設コンデンサー
２′又は増設蒸発器３′を凝縮器として使用するときに
は作動させ、蒸発器として使用するときは作動を停止て
ることによって、ヒートポンプ式冷暖房機として運転す
ることが可能となる。

【００１８】図示のように、コンプレッサー１と増設コ
ンデンサー２′とを四方弁１０を介したガスパイプ６で
結び、増設コンデンサー２′と通常コンデンサー２とを
同様にガスパイプ６で結ぶ通常コンデンサー２のキャピ
ラリチューブ４と蒸発器３のキャピラリチュープ５をガ
スパイプ７で結ぶ。このガスパイプ７を流れる冷媒ガス
量は、キャピラリチューブ４又は５を通るガス流量と同
量程度とする。蒸発器３と増設蒸発器３′とをガスパイ
プ８で結び増設蒸発器３′とコンプレッサー１とを四方
弁１０を介したガスパイプ８で結ぶものである。増設蒸
発器３′の前後のガスパイプ８に、増設蒸発器３′を迂
回するガス回路を作り、切替弁１１で増設蒸発器３′を
冷媒ガスが通る回路と迂回する回路を形成する。コンデ
ンサー側も増設コンデンサー２′を迂回するガス回路を
設けてもよいのであるが、暖房運転を冬期に限定する機
器では必要ない。

【００１９】このようにすると冷房運転では、コンプレ
ッサー１から吐出された冷媒ガスは、四方弁１０からガ
スパイプ６を通って増設コンデンサー２′で熱交換した
のち、通常コンデンサー２に送られて再度熱交換して完
全液化する。冷媒ガスは、コンデンサー２のキャピラリ
チューブ４を通ってガスパイプ７を通るのであるが、ガ
スパイプ７のガス流量は、キャピラリチューブ４を通る
のと同程度であるため、冷媒ガスは蒸発せずに液体の状
態で蒸発器３のキャピラリチューブ５を通り、そこで減
圧されることになる。蒸発器３内のガス回路内の断面積
は大きいので、冷媒ガスはよく蒸発して吸熱する。増設
蒸発器３′へのガス回路を遮断して、蒸発器３で蒸発し
た冷媒ガスは、直接コンプレッサー１に戻ることにな
る。

【００２０】暖房運転の場合では、コンプレッサー１か
ら吐出された冷媒ガスは四方弁１０により切替えられ、
同時に増設蒸発器３′を通る回路となって、ガスパイプ
８を通って増設蒸発器３′、次いで蒸発器３に送られ熱
交換する。蒸発器３が凝縮器となり、増設蒸発器３′の
熱交換能力分、熱交換能力が増大しているので、冷媒ガ
スは完全凝縮してキャピラリチューブ５を通ってガスパ
イプ７に入るのであるが、ガスパイプ７のガス流量はキ
ャピラリチューブ５を通るのと同程度であるので、冷媒
ガスは蒸発せず、液体状でコンデンサー２のキャピラリ
チューブ５に入って減圧される。コンデンサー２内のガ
ス回路内の断面積は大きいので、冷媒ガスはよく蒸発し
て吸熱するのである。大気温度の高い時の運転では、増
設コンデンサー２′を迂回する回路を使用するのである
が、大気温度が特に低い時では、増設コンデンサー２に
冷媒ガスを通し、吸熱が多くても大気温度が低いのだ冷
媒ガスの温度は上昇せず、コンプレッサーも自然冷却さ
れて運転に支障がない時もある。

【００２１】図５に示すものは、本発明の第３の実施の
形態であって、図２に示したものを運転可能とするもの
であって、増設したコンデンサー２′、増設した蒸発器
３′にそれぞれ独立した送風ファン１３、１３′を追加
したものである。なお、図中同一の部分には同一の符号
を付してある。

【００２２】コンプレッサー１から四方弁１０を介した
ガスパイプ６で増設コンデンサー２′を結び、次いで通
常コンデンサー２とつなぎ、通常コンデンサー２のキャ
ピラリチュープ４と、蒸発器３のキャピラリチューブ５
をガスパイプ７で結び、蒸発器３と増設蒸発器３′をつ
なぎ、増設蒸発器３′とコンプレッサー１とを四方弁１
０を介したガスパイプ８で結ぶものである。

【００２３】このようにして冷房運転をすると、コンプ
レッサー１から吐出された冷媒ガスは四方弁１０により
ガスパイプ６を通って増設コンデンサー２′に入り、送
風ファン１３が作動して冷媒ガスと熱交換したのち通常
コンデンサー２で熱交換して凝縮し、キャピラリチュー
ブ４からガスパイプ７を通って蒸発器３のキャピラリチ
ューブ５に達し、そこで減圧されて蒸発器３で蒸発す
る。このとき増設蒸発器３′の送風ファンは作動しない
ようにしておく。

【００２４】暖房運転をする場合には、コンプレッサー
１から吐出された冷媒ガスは、四方弁１０により冷媒ガ
スの流れが冷房運転の場合と逆転されていて、ガスパイ
プ８を通って増設蒸発器３′に入り、送風ファン１３を
作動させて熱交換し、次いで蒸発器３で熱交換して凝縮
し、キャピラリチューブ５からガスパイプ７を通ってコ
ンデンサー２のキャピラリチューブ４で減圧され、コン
デンサー２で蒸発してコンデンサー２′を通り、ガスパ
イプ６によりコンプレッサー１に戻る。

【００２５】

【実施例】実施例としてＨＣＦＣ（ハイドロ・クロロ・
フルオロ・カーボン）２２を冷媒ガスとして使用して運
転されていたヒートポンプ式冷暖房機を改造したものに
ついて説明する。圧縮機容量、５、５Ｋｗ（３相２００
Ｖ、７．５ＨＰ）で、室外機のコンデンサー及び室内機
の蒸発器の熱交換能力はそれぞれ１８，７５０Ｋｃａｌ
／ｈである。冷房運転の場合では、圧縮機から吐出され
た冷媒ガスは、室外機内のコンデンサーで凝縮してガス
パイプで室内機内の蒸発器のキャピラリチューブに送ら
れ、減圧して蒸発器で蒸発して圧縮機に戻る。暖房運転
の場合では、圧縮機から吐出された冷媒ガスは、四方弁
により回路を切り替えられて、室内機内の蒸発器に入
り、蒸発器がコンデンサーとなって冷媒ガスを凝縮し、
ガスパイプにより室外機内のコンデンサーのキャピラリ
チューブを通って減圧し、蒸発器内で蒸発して圧縮機に
戻る。

【００２６】冷媒ガスＨＣＦＣ２２を抜き取り、室外機
内のコンデンサーを出て室内機内の蒸発器にいたるガス
回路に熱交換能力５，０００Ｋｃａｌ／ｈのコンデンサ
ー２個を順次接続したのち、室内機の蒸発器にいたるガ
スパイプと結んだものである。通常コンデンサーで凝縮
した冷媒ガスは、追設したコンデンサー２個を通って、
さらに凝縮されるのである。追設コンデンサー２個は、
室外機の既設コンデンサーの大気吸い込み側、つまり外
側に張り合わせるように設置し、送風ファンで大気を吸
い込み、大気は追設したコンデンサーを通った後既設の
コンデンサーを通るようにしたものである。追設したコ
ンデンサー２個の熱交換能力は１０，０００Ｋｃａｌ／
ｈで、既設コンデンサーの熱交換能力の約５３％であ
る。冷媒ガスとしては、新代替冷媒ガスＨＦＣ（ハイド
ロ・フルオロ・カーボン）１３４ａを投入した。

【００２７】このようにして冷房運転を行うと、圧縮機
を出た冷媒ガスは、既設のコンデンサーで凝縮して、追
設コンデンサー２個を順次通り、さらに凝縮して室内機
内の蒸発器のキャピラリチューブで減圧され、蒸発器で
蒸発して室内を冷却したのち圧縮機に戻ることになる。
暖房運転の場合には、圧縮機から吐出された冷媒ガス
は、四方弁で回路を切替えられて、室内機内の蒸発器に
入り、蒸発器が凝縮器となって放熱して凝縮したのち、
追設コンデンサー２個を順次通ってさらに放熱し、完全
凝縮したのち室外機内のコンデンサーのキャピラリチュ
ーブで減圧し、コンデンサーで蒸発し吸熱して圧縮機に
戻る。このように冷房運転時、暖房運転時のいずれの場
合にも追設コンデンサーは凝縮器として作動する。

【００２８】上記の新代替冷媒ガスＨＦＣ１３４ａを使
用した改造後のヒートポンプ式冷暖房機の運転状態を測
定したデータを示す。（温度は、゜Ｃ、圧力は、Ｋｇ／
ｃｍ^２である） 〔冷房運転〕 １ 大気温度……………………………………………………３０．７ ２ コンプレッサー頭部温度…………………………………４６．３ ３ コンプレッサー吐出ガス温度……………………………６９．３ ４ 既設コンデンサー入りのガス温度………………………６７．７ ５ 既設コンデンサー出のガス温度…………………………４１．３ ６ 追設コンデンサー入りのガス温度………………………４１．４ ７ 追設コンデンサー出のガス温度…………………………３３．５ ８ 蒸発器キャピラリチューブ入りガス温度………………３３．４ ９ 蒸発器入りのガス温度……………………………………１０．３ １０ 蒸発器出のガス温度……………………………………… ７．９ １１ コンプレッサー入りのガス温度………………………… ８．３ １２ 追設コンデンサー入りの大気温度………………………３０．３ １３ 追設コンデンサー出の大気温度…………………………３４．２ １４ 既設コンデンサー入りの大気温度………………………３４．２ １５ 既設コンデンサー出の大気温度…………………………４６．３ １６ 蒸発器入りの大気温度……………………………………２０．６ １７ 蒸発器出の大気温度……………………………………… ９．１ １８ 室内中央温度………………………………………………２２．３ １９ コンデンサー側ガス圧力………………………………… ８．５ ２０ 蒸発器側ガス圧力………………………………………… １．６ ２１ Ｒ相電流値（Ａ）…………………………………………１４．６ ２２ Ｓ相電流値（Ａ）…………………………………………１３．１ ２３ Ｔ相電流値（Ａ）…………………………………………１４．５

【００２９】 〔暖房運転〕 １ 大気温度…………………………………………………… ９．３ ２ コンプレッサー頭部温度…………………………………４２．２ ３ コンプレッサー吐出ガス温度……………………………６２．８ ４ 室内機 蒸発器入りのガス温度…………………………６２．８ ５ 室内機 蒸発器出のガス温度……………………………３６．２ ６ 室外機に取り付けた追設コンデンサー入りの ガス温度……………………………………………………３６．０ ７ 室外機に取り付けた追設コンデンサー出の ガス温度……………………………………………………２７．６ ８ 室外機 既設コンデンサーキャピラリチューブ 入りのガス温度…………………………………２７．６ ９ 室外機 コンデンサー入りのガス温度（機器の形状上測定不能） １０ 室外機 コンデンサー出のガス温度……………………１１．５ １１ コンプレッサー入りのガス温度…………………………１０．５ １２ 室内機 蒸発器入りの大気温度…………………………１６．８ １３ 室内機 蒸発器出の大気温度……………………………３８．１ １４ 室外機 追設コンデンサー入りの大気温度…………… ９．２ １５ 室外機 追設コンデンサー出の大気温度………………１５．３ １６ 室外機 既設コンデンサー入りの大気温度……………１５．３ １７ 室外機 既設コンデンサー出の大気温度……………… ６．７ １８ 室内中央温度………………………………………………１５．２ １９ コンデンサー側ガス圧力………………………………… ９．８ ２０ 蒸発器側ガス圧力………………………………………… ５．８ ２１ Ｒ相電流値（Ａ）…………………………………………１３．６ ２２ Ｓ相電流値（Ａ）…………………………………………１２．０ ２３ Ｔ相電流値（Ａ）…………………………………………１３．０

【００３０】上記のデータに示すように、冷房運転、暖
房運転ともに充分良好な運転状態である。冷房運転の場
合、追設コンデンサーで４１．４゜Ｃのガス温度が３
３．５゜Ｃと７．９゜Ｃ下降し、追設コンデンサー入り
の大気温度３０．３゜Ｃが３４．２゜Ｃと３．９゜Ｃ上
昇しており、放熱が充分で凝縮が良くなっている。暖房
運転では、追設コンデンサーで３６．０゜Ｃのガス温度
が２７．６゜Ｃと８．４゜Ｃ下降し追設コンデンサー入
りの大気温度９．２゜Ｃが１５．３゜Ｃと６．１゜Ｃ上
昇しており、放熱が充分で凝縮が良くなっている。この
ように室外機に取り付けた追設コンデンサーは、冷房運
転でも暖房運転でも凝縮器として作動し、冷媒ガスの凝
縮がよくなり、完全液化して鉱油系潤滑油との相溶性が
よくなり、新代替冷媒ガス１３４ａを使用したヒートポ
ンプの運転が可能となる。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば上述のように、オゾン層
破壊係数がゼロであり、不燃性で毒性のない新代替冷媒
ガスＨＦＣ（ハイドロ・フルオロ・カーボン）１３４ａ
又はＨＦＣ１２５に従来の鉱油系潤滑油を使用して、ヒ
ートポンプ式冷暖房機の運転を可能とすることができ
た。本発明のように、冷媒ガスとしてＨＦＣ１３４ａを
使用した場合、コンデンサーの熱交換能力を２０％〜３
０％程度増大すると冷媒ガスが完全液化し、鉱油系潤滑
油と相溶性がよくなる現象が現れる。また、熱交換能力
の増大のためには、熱交換能力の大きいコンデンサーと
交換するよりも、必要な熱交換能力を有する別体のコン
デンサーを追設するほうが効果的であった。これらの理
由は明らかでないが、オゾン層破壊防止の観点からし
て、この効果は極めて有用である。この現象は、現用の
ヒートポンプ式冷房機をレトロフィット（改造）する場
合、小型のコンデンサーの増設又は追設するのみで足り
るので甚だ有用であったが、ヒートポンプ式の冷暖房機
のレトロフィットの場合は、コンデンサーと蒸発器の熱
交換能力をそれぞれ増大するだけでは正常に運転するこ
とができなかった。そこで本発明のように、追設する熱
交換器（コンデンサー）は冷房運転の場合でも暖房運転
の場合でも凝縮器として作動させること、又は簡単な切
替え弁又はスイッチの操作によって、追設した熱交換器
（コンデンサー又は蒸発器）をコンデンサーとして使用
する場合にのみ作動させる手段を講じたことによって、
上述の効果を活かすことができたのである。

【００３２】なお、冷媒ガスとしてＨＦＣ１３４ａを使
用したもののみを例示したが、ＨＦＣ１２５を使用する
ことも可能であるが、増設又は追設するコンデンサー又
は蒸発器の熱交換能力はＨＦＣ１３４ａの場合よりも大
きくする必要がある。運転条件によって異なるが少なく
とも５０％以上の熱交換能力の増設を要することが認め
られた。

【００３３】また、新規に設計することも、上述の説明
で容易であり、現用のフロンを使用した冷暖房機の改造
も、室外機に熱交換器を追設し若干の配管と配線の変更
のみで可能であり、手数もさしてかからず簡単に行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す構成略図であ
る。

【図２】従来のヒートポンプ式冷暖房機に、増設コンデ
ンサー２′、増設蒸発器３′を単に追加した場合を示す
構成略図である。

【図３】既設コンデンサー２の大気吸い込み側に増設コ
ンデンサー９を設置した状態を示す略図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態を示す構成略図であ
る。

【図５】本発明の第３の実施の形態を示す構成略図であ
る。

【図６】ガスパイプケースの内部を複数以上に区切っ
て、ガス回路の断面積を少なくしたガスパイプの端面図
である。

【符号の説明】

１‥‥‥コンプレッサー ２‥‥‥コンデンサー ３‥‥‥蒸発器 ４‥‥‥コンデンサー側キャピラリチューブ ５‥‥‥蒸発器側キャピラリチューブ ６‥‥‥コンプレッサー１とコンデンサー２を結ぶガス
パイプ ７‥‥‥コンデンサー２のキャピラリチュープ４と追設
コンデンサー９と結ぶガスパイプ ７′‥‥追設コンデンサー９と蒸発器３のキャピラリチ
ューブ５とを結ぶガスパイプ ８‥‥‥蒸発器３とコンプレッサー１とを結ぶガスパイ
プ ９‥‥‥コンデンサー２と蒸発器３の間に追設したコン
デンサー １０‥‥‥冷媒ガスの流れ方向を切り換える四方弁 １１‥‥‥冷媒ガス切替え弁 １２‥‥‥大気の送風方向を示す矢印 １３‥‥‥増設熱交換器用送風ファン １４‥‥‥ガスパイプケース １５‥‥‥ガスパイプケース内の回路 １６‥‥‥通常コンデンサー用送風ファン

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コンプレッサー１、コンデンサー２、蒸
   発器３よりなるヒートポンプ式冷暖房機において、コン
   プレッサー１とコンデンサー２を四方弁１０を介したガ
   スパイプ６で結び、コンデンサー２の出口に設置したキ
   ャピラリチューブ４と、追設コンデンサー９とをガスパ
   イプ７で結び、追設コンデンサー９と蒸発器３のキャピ
   ラリチューブ５をガスパイプ７′で結び、蒸発器３のガ
   ス出口とコンプレッサー１とを四方弁１０を介したガス
   パイプ８で結んで、冷房運転と暖房運転を切替え可能と
   したことを特徴とする新代替冷媒ガスＨＦＣを使用した
   ヒートポンプ式冷暖房機。
2. 【請求項２】 コンプレッサー１、コンデンサー２、蒸
   発器３よりなるヒートポンプ式冷暖房機において、ガス
   パイプ６側にコンプレッサー１より冷媒ガスを吐出して
   コンデンサー２に送り、コンデンサー２で大気又は冷却
   水と熱交換して凝縮させ、ガスパイプ７を通って追設コ
   ンデンサー９に送り、そこで再び熱交換してさらに凝縮
   させ、ガスパイプ７′を通って蒸発器３に設置したキャ
   ピラリチューブ５で減圧し、蒸発器３に送って蒸発させ
   た後ガスパイプ８で冷媒ガスをコンプレッサー１に戻す
   冷房運転と、コンプレッサー１よりガスパイプ８に冷媒
   ガスを吐出し、蒸発器３をコンデンサーとして使用して
   冷媒ガスを凝縮させ、ガスパイプ７′を通って追設コン
   デンサー９に送り、再び熱交換してさらに凝縮させ、ガ
   スパイプ７で冷媒ガスをコンデンサー２に設置したキャ
   ピラリチューブ４で減圧してコンデンサー２に送り、コ
   ンデンサー２を蒸発器として使用して冷媒ガスを蒸発さ
   せた後ガスパイプ６を通ってコンプレッサー１に戻す暖
   房運転とを、四方弁１０で切替え運転可能とし、冷房運
   転、暖房運転のいずれの場合にも追設コンデンサー９で
   冷媒ガスを放熱して凝縮を進めることを特徴とする新代
   替冷媒ガスＨＦＣを使用したヒートポンプ式冷暖房機。
3. 【請求項３】 追設コンデンサー９の熱交換能力を、既
   設のコンデンサー２の２０％以上とした請求項１又は２
   記載の新代替冷媒ガスＨＦＣを使用したヒートポンプ式
   冷暖房機。
4. 【請求項４】 追設コンデンサー９内のガスパイプ回路
   の管の内径を、既設コンデンサー２内のガスパイプ回路
   の管の内径の８０％以内と細くし、又は断面積を６４％
   以下とした請求項１、請求項２、請求項３いずれか記載
   の新代替冷媒ガスＨＦＣを使用したヒートポンプ式冷暖
   房機。
5. 【請求項５】 空冷式ヒートポンプでは、既設コンデン
   サー２の大気吸い込み側に追設コンデンサー９を取り付
   け、大気が追設コンデンサー９を通過したのち、既設コ
   ンデンサー２を通過することを特徴とする請求項１乃至
   ４いずれか記載の新代替冷媒ガスＨＦＣを使用したヒー
   トポンプ式冷暖房機。
6. 【請求項６】 コンプレッサー１、コンデンサー２、蒸
   発器３、四方弁１０よりなるヒートポンプ式冷暖房機に
   おいて、蒸発器３のキャピラリチューブ５のある反対側
   のガス回路に増設蒸発器３′を設置し、ガスパイプ８を
   増設蒸発器３′を通過するパイプと、増設蒸発器３′を
   迂回するパイプに分け、この管路に切替え弁１１を設け
   て、冷房運転時には切替弁１１で増設蒸発器３′への冷
   媒ガスを遮断可能としたことを特徴とする新代替冷媒ガ
   スＨＦＣを使用したヒートポンプ式冷暖房機。
7. 【請求項７】 コンプレッサー１、コンデンサー２、蒸
   発器３、四方弁１０よりなるヒートポンプ式冷暖房機に
   おいて、蒸発器３のキャピラリチューブ５のある反対側
   のガス回路に増設蒸発器３′を設置して、スイッチを有
   する送風ファン１３を取り付け、冷房運転時には前記ス
   イッチで増設蒸発器３′の送風ファンを停止可能とした
   新代替冷媒ガスＨＦＣを使用したヒートポンプ式冷暖房
   機。
8. 【請求項８】 蒸発器として使用する熱交換器の熱交換
   能力の３０％以上の熱交換能力を有する増設蒸発器３′
   を設置することを特徴とする請求項６又は請求項７記載
   の新代替冷媒ガスＨＦＣを使用したヒートポンプ式冷暖
   房機。