JPS6017603Y2 - 自然循環式暖房機 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は温水を熱源とした自然循環式冷媒サイクルによ
る暖房運転を行わせる省エネルギー形暖房機に係り、特
に暖房運転中、停電した場合において温水の余熱により
冷媒系統内の圧力が異常に上昇することがないようにし
た安全性の高い暖房機の構成に関する。

この種装置のうち、温水加熱方式の冷媒加熱コイルを用
いた自然循環式サイクルによる暖房装置は、熱源温度が
約１００℃以上には上昇しないので、安全性の点で灯油
、ガスによる直接燃焼加熱方式よりも優れているため専
ら家庭用などに重用される傾向にあるが、温水の余熱で
高圧が上昇し続ける問題があって、何等かの安全対策を
講じなければならないが、今なお適切な処置が採られて
いる装置が提供されるに至っていない。

本考案はか）る事実に着目して、今もって懸案とされて
いる安全装置に対する改善策の実現を可能ならしめるべ
く種々検討の結果、ここに考案さつれるに至ったもので
ある。

以下本考案の具体的内容について添付図面の１実施例を
参照しつつ詳述する。

図は本考案を冷房運転を可能とした分離形冷暖房機に適
用した最合の１例に係る配管系統を展開１示した装置回
路であって、この冷暖房機は室外ユニット１と、室内ユ
ニット２と、両ユニット１゜２の冷媒回路相互を接続す
る２本の冷媒配管１１．１２とから構成される。

室外ユニット１には、圧縮機３、凝縮器４、減圧機構５
例えばキャピラリーチューブ、冷媒量調節器６、ドライ
ヤフィルタ７、温水器８、冷媒加熱コイル９および冷媒
回路切換装置を備えておす、一方、室内ユニット２には
室内コイル１０、図示しない室内ファンを備えている。

室外ユニット１は、戸外の地上または外気の流通可能な
機械室の床面などの低所に据置く一方、室内ユニット２
は、室内の壁面上部など室外ユニット１よりも高所の適
当位置に配設する。

室外ユニット１において、冷媒加熱コイル９は伝熱管の
両管端間に上下レベル差が存して、高位置側管端部９ａ
と低位置側管端部９ｂとの間で重力に順じた経路を辿る
よう設けると共に、灯油、ガスなどを燃料とした燃焼器
を有する温水器８に関連させて配設し、暖房運転時には
燃焼器により加熱された温水と、冷媒加熱コイル９内冷
媒とが熱交換し得るようになっている。

なお、図示例は温水ボイラを用いたものであって、燃焼
器の燃焼熱が温水ボイラ内の水を介して冷媒加熱コイル
９内の冷媒に作用する形態をとっているが、熱源として
は電気ヒータも勿論使用可能である。

一方、室内ユニット２における室内コイル１０は伝熱管
の両管端間に上下レベル差が存して、高位置側管端部１
０ａと低位置側管端部１０ｂとの間で重力に応じた経路
を辿るよう設けている。

次に、前記冷媒回路切換装置は電磁弁、逆止弁の組合わ
せになる種々の形態のものが考えられるが、図示例は冷
媒加熱コイル９と圧縮機３の吸入側とを接続する配管中
に電磁弁１３を介設すると共に、凝縮器４と減圧器５と
を接続する液管中に逆止弁１４を介設してなる構造を有
している。

この切換装置は、電磁弁１３を閉止せしめて、圧縮機３
、凝縮器４、ドライヤフィルタ７、逆止弁１４、減圧器
５、冷媒配管１２、室内コイル１０、冷媒配管１１．冷
媒量調節器６のアキュムレータ６ｂおよび圧縮機３から
なる閉回路に冷媒を強制循環する圧縮冷凍サイクルによ
る冷房運転を可能とする一方、電磁弁１３を開放せしめ
て、冷媒加熱コイル９、該コイル９の高位置側管端部９
ａ。

電磁弁１３、前記アキュームレータ６ｂ、冷媒配管１１
、室内コイル１０の高位置側管端部１０ａ１室内コイル
１０、該コイル１０の低位置側管端部１０ｂ、冷媒配管
１２、冷媒加熱コイル９の低位置側管端部９ｂからなる
閉回路に冷媒を自然循環する自然循環式暖房サイクルに
よる暖房運転を可能とする切換機能を有するものである
。

勿論、冷房運転の場合は、圧縮機３と室外ファン（図示
せず）を運転し、暖房運転の場合は温水器７の燃焼器を
運転させることは言うまでもない。

前記冷媒量調節器６は、縦長丸胴形の密封容器を外気に
接し得る配置となして、仕切駒１７によって２室６ａ、
６ｂに区分し、かつ両室６ａ、６ｂ間での熱交換が仕切
駒１７を介して行なわれるようにしたものであって、室
６ａを液溜め容器に、室６ｂをアキュームレータに形成
した構造となしている。

そして液溜め容器６ａを、冷房運転時に室内コイル１０
に送らせる低圧液冷媒が暖房運転時に室内コイル１０で
熱交換を行なった後の凝縮液冷媒が夫々流通する冷媒管
路２０に連通し得る如く分岐管２１により分岐接続腰ア
キュムレータ６ｂを冷房運転時に室内コイル１０で熱交
換を行った後の低圧ガス冷媒が、暖房運転時に室内コイ
ル１０に送らせる気化冷媒が夫々流通する冷媒管路中に
介在させて設ける。

なお、アキュムレータ６ｂは気液分離機能を有する構造
とするために連絡管１８．１９を器内で立上らせて各開
口端部が上層部分において開口するよう設けると共に、
連絡管１８には器内の下層部分に連通ずる暖房時の液流
入用小孔を、また連絡管１９には器内の下層部分に連通
ずる冷房時の油戻し用小孔を開口させていて、アキュム
レータ６ｂに溜められる冷媒液の量を調節し得るように
なっている。

また、この冷媒量調節器６は液溜め容器６ａとアキュム
レータ６ｂとが仕切駒１７を介して接しているので、周
器６ａ、６ｂ内に夫々溜っている冷媒間で熱交換を行い
得るようにもなっている。

なお、２３．２４は開閉弁である。

成上の構造を有する冷暖房機において、室外ユニット１
には、電磁弁１５と、高圧制御弁１６とを自然循環式暖
房サイクルにおける運転制御用として設けているが、電
磁弁１５は冷媒加熱コイル９の暖房運転時入口側となる
低位置側管端部９ｂに接続される液管中に介設していて
、冷房運転時には閉止、暖房運転時には開放に制御され
る。

この電磁弁１５には通電開型のものを用いて、停電時に
は自動的に瞬時閉止されて冷媒加熱コイルへの冷媒流入
を防止するようになっており、さらにその他の自然循環
系の適当個所例えば冷媒加熱コイル９の高位置側管端部
９ａの近辺に冷媒圧力を検知する圧力スイッチを設けて
、この圧力スイッチにより、冷媒系内の圧力が設定圧以
上になると、電磁弁１５を閉じるよう制御系を形成せし
めてもよい。

一方、前記高圧制御弁１６は、弁に連結したべローズに
よって仕切られる２つの室内の一方を大気圧力下に、他
方を系統内に用いた冷媒と同様の冷媒圧力下に置かれる
ようにしたものであって、例えば冷媒にフローン２２を
用いた場合には弁の入口が２３．５ｋｇ／ｃＪゲージに
なった状態で全開、弁の入口が２３．０ｋｏ／ｃ７Ｉ！
ゲージになった状態で全閉作動するような制御弁が使用
されるが、弁本体内の圧力が大気圧に対し所定圧以上に
なると、その圧力差に比例して弁開度が変化する如き自
動圧力調節弁を形成している。

この制御弁１６はアキュムレータ６ｂと、前記電磁弁１
５の出口と冷媒加熱コイル９の入口側との間を接続する
液管とを連絡する配管２２中に介設せしめる。

次に上記冷暖房機の運転作動を暖房と冷房とに別けて以
下説明する。

（イ）暖房運転、 圧縮機３、室外ファンを停止した状態で、温水器８、室
内ファンを運転し、かつ電磁弁１３を開放操作する。

温水器８の起動時には、冷媒加熱コイル９内の冷媒は十
分加熱されておらなく、系内の圧力は低いので電磁弁１
５は開放制御されるが、ここでタイマーなどの制御器に
よって数分程度閉止の状態に規制しておくことが望まし
い。

温水により加熱された冷媒加熱コイル９内の冷媒は、入
口側の液管が電磁弁１５によりしゃ断されているで、気
化した冷媒は出口側のガス管に必然的に流れ始める。

従って、起動の際の冷媒対流はガス管側に流動する所定
の方向に規制されることは言う迄もない。

一方、サイクル系における液冷媒は漸次電磁弁１５の入
口側に連絡する配管中に流動しはじめて、この配管部分
は液封状態となる。

その後、電磁弁１５が開放するので、冷媒加熱コイル９
内に液冷媒が衝撃的な一気に流れ込み、従って気化冷媒
は出口側の高位置側管端部９ａに向ってのみ流れること
となり、正常な起動はここに完了する。

かくして、高温ガス冷媒は高位置側管端部９ａから電磁
弁１３、アキュムレータ６ｂ、冷媒配管１１を順に流通
して高位置側管端部１０ａから室内コイル１０に流れ込
み、室内ファンにより送り込まれた室内空気と顕熱、凝
縮潜熱を熱交換して室内を暖房すると共に、冷媒自体は
凝縮液化し、室内コイル１０内を重力に応じて流下した
後、低位置側管端部１０ｂ、冷媒配管１２を経て、低位
置側管端部９ｂから冷媒加熱コイル９内に流れ込み、温
水器８で再加熱され蒸発気化する。

このように、気、液相変化を伴う冷媒の自然循環が図中
の実線矢示の如く行われて室内の暖房が効率良く行われ
る。

アキュムレータ６ｂ内は過熱ガス領域であるので殆ど液
の状態で存在することはなく、かつ仕切胴１７はこの過
熱ガスと接している。

従って、凝縮冷媒が流通する冷媒管路に連通している液
溜め容器６ａ内は仕切胴１７を介して過熱ガスにより加
熱される。

一方、液溜め容器６ａ内は周壁を介して外気により冷却
される。

その結果、外気による冷却と過熱ガスによる加熱との差
に見合って、液溜め容器６ａ内には冷媒液が液量調節可
能に溜められることになる。

例えば自然循環系内の冷媒が過多の場合には冷媒の過熱
度が減少し、液溜め容器６ａに対する蒸発力が低下して
該容器６ａ内に溜る量が増える。

そして自然循環系内の冷媒が減少するとガスの過熱度が
増加して、液溜め容器６ａ内に溜まる冷媒量が減少しよ
うとする。

その結果、最終的に適当な溜まり量で均衡することとな
り、このようにして自然循環系内の冷媒は適正量に保持
される。

この暖房運転時に、室内ファンの故障などにおいて、循
環冷媒量が多くて冷媒加熱コイル９の出口の冷媒圧力が
正常状態を超えることがあり、系内の圧力が上昇してく
ると、電磁弁１５が上昇圧力を検知して開放から閉止に
切り換る。

その結果、冷媒加熱コイル９内には冷媒が流れ込まなく
なり、該加熱コイル９内の冷媒は全て気化した後、温水
の余熱により温度上昇して過熱するが、冷媒加熱コイル
９内の圧力は冷媒系内の液の温度に基づく飽和圧力とな
り、所定値以上に上昇することが無く安全性が十分保て
る。

一方、暖房運転中に停電事故等により暖房運転が強制的
に停止されたときも、電磁弁１５が非通電によって閉止
するので、温水温度が急激には低下しないことにより圧
力が異常に上昇しようとする危険は、前述の説明によっ
て明らかなように確実に防止される。

かくして暖房運転時におりる系内圧力の異常上昇はここ
に未然に防止され、安全性の高い運転を維持することが
可能となる。

（ロ） 冷房運転、 温水器８の運転を停止し、電磁弁１３を閉止操作した状
態で、圧縮機３、室外ファン、室内ファンを運転すると
、圧縮機３から吐出された高圧高温の冷媒ガスは凝縮器
４に至り、室外ファンで冷却されて凝縮液化した後、逆
止弁１４を通り、減圧器５で減圧され低圧液冷媒となっ
て冷媒配管１２を経由し室内コイル１０に至り、ここで
室内空気と熱交換して室内を冷房する一方、冷媒自体は
蒸発気化して冷媒配管１１、アキュムレータ６ｂを経て
圧縮機３の吸入側に至る。

このときの冷媒流れは図中破線矢示の通りであり、圧縮
冷凍サイクルによる冷房運転が威される。

アキュムレータ６ｂ内は低圧の過熱ガス領域であるので
、液溜め容器６ａは仕切側１７を介し冷却されれる。

また該容器６ａは周壁を介し外気により加熱されて暖房
運転時と逆になる。

室温の上昇による高冷房負荷時には室内コイル１０の熱
交換量が大きいので吸入ガスの過熱度が大となり、従っ
て減圧器５出口部と略々同じ状態に存する液溜め容器６
ａ内に低圧冷媒液が溜っていると、この冷媒は加熱蒸発
されるので、容器６ａ内にはガス冷媒のみが存在して液
となって溜ることがなく、高負荷に適応した所要量の冷
媒が冷媒回路内を循環する。

一方、室温低下による低冷房負荷時には、室内コイル１
０での熱交換量が少くて吸入ガスの過熱度が小さくなる
と、減圧器５の後流側における配管による圧力損失のた
め、減圧器５出口の冷媒温度に比し吸入ガス温度がむし
ろ低くなる結果、液溜め容器６ａ内では、仕切側１７に
よる冷却と周壁による加熱との差に応じた量の冷媒液が
溜められることとなり、かくして低冷房負荷に適応した
所要量の冷媒が系統内を循環する。

本考案は以上述べたところから明らかなように、冷媒加
熱コイル９と室内コイル１０との間での自然循環式暖房
サイクルによる暖房運転を行わせる暖房機であって、例
えば停電事故が発生したときには自然循環系内の圧力が
異常に上昇することのないように電磁弁１５を昇圧以前
に強制閉止させるようにしているので、冷媒加熱コイル
９内の冷媒は温水の余熱により加熱されて温度が上昇す
るだけで圧力の上昇は成る値以下に抑えることが可能と
なり、冷媒系の耐圧強度を下げて装置コストを低下させ
得る腰安全性の高い装置を提供し得るので、汎用装置と
して頗る好適である。

【図面の簡単な説明】

図は本考案に係る装置回路図である。 １・・・・・・室外ユニット、２・・・・・・室内ユニ
ット、８・・・・・・温水器、９・・・・・・冷媒加熱
コイル、１０・・・・・・室内コイル、１１，１２・・
・・・・冷媒配管、１５・・・・・・電磁弁。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 温水器８、該温水器８の温水と熱交換可能に設けた冷媒
   加熱コイル９を備えた室外ユニット１、前記冷媒加熱コ
   イル９に比し高所に配設した室内コイル１０を備えた室
   内ユニット２、室外ユニット１、室内ユニット２の冷媒
   回路相互を接続する冷媒配管１１．１２からなり、冷媒
   加熱コイル９の高位置側管端部９ａおよび低位置側管端
   部９ｂを室内コイル１０の高位置側管端部１０ａおよび
   低位置側管端部１０ｂに夫々連絡して、温水器８の温水
   により加熱した冷媒を冷媒加熱コイル９と室内コイル１
   ０との間に自然循環する自然循環式暖房サイクルによる
   暖房運転を行う暖房機であって、前記冷媒加熱コイル９
   の入口側となる低位置側管端部９ｂに接続する液管中に
   電磁弁１５を介設して、該電磁弁１５を暖房運転時に自
   然循環式暖房サイクル系内の圧力が所定値以上に上昇す
   ることが無いように昇圧以前に閉止せしめる如くしたこ
   とを特徴とする自然循環式暖房機。