JPS6018895B2 - 太陽熱利用ヒ−トポンプ式空気調和機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は太陽熱利用のヒ−トポンプ式空気調和機に関す
るものである。

従来空気熱源ヒートポンプ式空調機では、早朝の暖房時
のように暖房負荷の大きい場合、また外気温度が抵〈外
気より必要な熱量を得られない場合等には、一般に室内
側熱交換器に組込んだ電気ヒータ等にて暖房能力の不足
を欄なつている。

本発明は上記に鑑みてなされたもので、省エネルギーの
見地より冬期の早朝時等暖房負荷の大きな場合に電気ヒ
ータ等を用いず太陽熱を利用してまかなうこと、また夏
期冷房時には太陽熱集熱器、蓄熱槽を夜間、放熱器、蓄
冷槽として使用し、昼間の外気温度のピーク時に凝縮器
の補助として利用すること、さらに各電磁弁での冷嬢の
流れは必ず一方向とし特殊仕様の二万向性の電磁弁を使
用する必要のないこと、さらに電磁弁により閉じられた
袷煤経路に液袷嬢が溜まらない様に構成すること等を目
的とするものである。本発明の構成は太陽熱集熱器、太
陽熱を蓄熱する蓄熱槽、空冷ヒートポンプ式空調機、お
よび蓄熱槽のブラィンと熱交換する熱交換器を備え、こ
のブラィン熱交換器を空調機の室外熱交換器に並設し、
暖房運転中冬期の早朝時等外気温度の低い場合は前日の
昼間に太陽熱にて集熱した熱をブラィン熱交換器を介し
吸み上げ暖房を行ない、ブラィンの温度が下った場合は
室外熱交換器とブラィン熱交換器を併用し、プラィンの
温度が外気温度より低下した場合は通常の暖房運転を行
なう。

また室外熱交換器が着霜した場合はブラィン熱交換器を
蒸発器として用い、室内に冷風が吹出さない様にし、更
に冷房運転時には外気温度の最も低くなる明方近くにブ
ラィンを外気により蓄冷しておき、昼間外気温度が設定
温度以上に上昇した場合、室外熱交換器とプラィン熱交
換器を凝縮器として併用する切換手段を備えたものであ
る。本発明の一実施例を第１図にもとずき説明する。１
は冷煤圧縮機、２は冷媒回路を袷暖に切換える四方弁、
３は室内側熱交換器。

４は空冷式の室外側熱交換器、５はァキュムレータ、６
は暖房用キャピラリーチューブ、７は電磁弁、８は逆止
弁、９は冷房用キャピラリーチューブ、１０は軍磁弁、
１１は逆止弁、１２は太陽熱集熱器、１３は蓄熱槽、１
４，１５は循環ポンプ、１６は例えば二重管式のブラィ
ン熱交換器、１７はプラィン熱交用キャピラリーチュー
ブ、１８，２０，２１は電磁弁、１９は逆止弁で、図示
の如く配管接続された冷媒回路および太陽熱利用のブラ
ィン回路が形成されている。

矢印は流通方向を示す。次に上記空気調和機の作用につ
いて説明する。まず暖房時について説明する。屋外の日
当りの良い所に設置された太陽熱集熱器１２に昼間は循
環ポンプ１４を運転しブラインを循環し、蓄熱槽１３に
蓄熱する。

次の日の早朝時の暖房運転を、ブラィン及び冷煤回路の
流通方向を図面に実線矢印で示し説明する。循環ポンプ
１５を運転し蓄熱槽１３内のブラィンをブライン熱交換
器１６に循環し、ブラィンの温度が外気温度より低くな
る迄ブラィン熱交換器１６を介して袷媒に熱を与える。
一方冷媒回路側は電磁弁７，１０，２０を閉路し、電磁
弁１８，２１を開路して運転を行う。冷煤圧縮機１にて
圧縮された高温高圧の冷煤ガスは、実線矢印方向に四方
弁２を経て、室内熱交換器３に至り室内空気に熱を与え
暖房を行い、冷煤自身は凝縮し逆止弁１１、電磁弁１８
を経てプラィン熱交換用キャピラリーチューブ１７に至
り、同部で減圧されプラィン熱交換器１６に流入する。
該熱交換器１６にて前述のブラィンより吸熱して蒸発し
、電磁弁２１、アキュムレータ５を経て圧縮機１に戻る
。上記作用は連続して循環し、暖房が行われる。尚上記
運転において電磁弁７にて閉じられた室外側熱交換器４
の経路は四方弁を介し抵圧倒に蓮通しており、この経略
に液冷媒がたまり循環冷媒量が不足するようなことは無
い。次に運転の進行に伴ない蓄熱糟１３内のプラィン温
度が次第に下がり外気温度とほゞ等しくなった場合の暖
房運転を、ブライン及び冷媒の流通方向を破線矢印にて
図示し説明する。

電磁弁７を開賂し、室内側熱交換器３から流れる液冷煤
を、電磁弁７、暖房用キャピラリーチューブ６を経て室
外側熱交換器４にも流し、ブラィン熱交換器１６と室外
側熱交換器４を蒸発器として併用し、ブラィンと外気の
両者より吸熱する。上記の室外熱交換器４で蒸発した冷
煤は四方弁２を破線方向に流れてアキュムレータ５に至
り圧縮機に戻る。次に、更にブラィン温度が下がり外気
温度よりも低下した場合の運転を、ブライン及び袷煤回
路の流通方向を第２図に実線矢印で示し説明する。循環
ポンプ１５を停止し、電磁弁１８を閉路する。冷媒は室
外熱交換器４のみを蒸発器とする通常のヒートポンプ運
転を行う。また循環ポンプ１４を運転し、蓄熱槽１３内
のブラィンを太陽熱集熱器１２に循環させて太陽熱を蓄
熱する。尚上記連転においても電磁弁１８により閉じら
れたブラィン熱交換器１６の経路は関略している電磁弁
２１により低圧側に蓮通しており、この経路に液冷媒が
たまることはない。室外熱交換器４を蒸発器として外気
より吸熱鼻重転を続けると、該熱交換器４は着霜し、吸
熱作用が悪くなるので除霜の必要が生ずる。

この除霜運転をブラィン及び冷煤回路の流通方向を第２
図に破線矢印で示し説明する。先ず四方弁２を冷房流路
側に切換える。また暖房運転時に室外熱交換器４のみを
蒸発器として運転している場合は、電磁弁１８を関略し
、電磁弁７を開路し、循環ポンプ１５を運転する。圧縮
機１から吐出された高温の冷媒ガスは四方弁２を破線方
向に流れ、室外熱交換器４に至り、この熱交換器を加熱
し除霜し、次いで逆止弁８、電磁弁１８を経てキャピラ
リーチューブ１７にて減圧され、ブライン熱交換器１６
に至り、同熱交換器１６にてブラィンより吸熱して蒸発
し、次いで電磁弁２１を経てァキュムレータ５に至り圧
縮機１に戻る。この際、室内熱交換器３は電磁弁１０を
閉略することにより冷煤は流れない。上記の如く、冬期
の太陽熱を有効にヒートポンプ式空調機の熱源として利
用できる。

次に夏期の冷房時の作用につき説明する。

早朝時の冷房運転を、ブライン及び冷媒回路の流通方向
を第３図に実線矢印で示し説明する。

先ず、外気温度の最も低くなる明方近くに蓄熱槽１３内
のブラィンを循環ポンプ１４により集熱器１２に循環し
ブラィンを冷却して蓄冷しておく。冷煤回路は、電磁弁
７，１８，２０を閉略し、電磁弁１０，２１を開賂する
。

圧縮機１より吐出された高温の冷煤ガスは四方弁２を実
線矢印の如く流れて室外熱交換器４に至り、同部で冷却
され凝縮し、逆止弁８、電磁弁１０を経て冷房用キャピ
ラリーチューブ９に流入し、同部で減圧され室内側熱交
換器３に至り、同部で室内空気を冷却し、冷蝶は蒸発し
ァキュムレータ５を経て圧縮機１に戻るｏ上記運転にお
いて、電磁弁２１は開路しており、ブラィン熱交換器１
６の冷煤ラインは抵圧側に運通している為同ラインに液
冷嬢がたまり、循環袷煤量が不足するようなことは無い
。

昼間、外気温度が上昇してくると室外熱交換器４での凝
縮温度が高くなり、高圧側圧力が上昇し、圧縮機の電気
入力が増加し、また冷房能力も低下する。

外気温度が設定値以上に上昇した場合の運転を、ブラィ
ン及び袷煤回路の流通方向を第３図に破線矢印で示し説
明する。電磁弁２０を開路し、電磁弁２１を閉路して、
循環ポンプ１５を運転する。

これにより圧縮機１の吐出ガスの一部はプラィン熱交換
器１６にも流入し、同部で夜間蓄冷されたブラィンによ
り冷却されて凝縮し、次いで逆止弁１９を経て室内側熱
交換器３に向う。上記作用により高圧々力は低下し、電
気入力も減少し、冷房能力は上昇する。ブラィン温度が
外気温度以上に上昇した場合は循環ポンプ１５を停止し
、電磁弁２０を閉略し、電磁弁２１を開路して旧運転に
戻す。第４図は本発明の他の実施例を示し、上記実施例
と相違するところは、逆止弁８と直列に電磁弁２２を図
示の如く設け、更に前記実施例は室外側熱交換器４とブ
ラィン熱交換器１６を電磁弁２０を介し並列的に接続し
たものに対し第４図の実施例は電磁弁２３を介し図示の
如く直列的に接続している。

その他の部分は前記実施例と同様であるから、同符号を
付しその説明を省略する。次にその作用につき暖房運転
時の作用から説明する。

まず暖房時の太陽熱蓄熱作用は前記実施例と同様である
。

次の日の早朝時の暖房運転を、ブラィン及び冷嬢回路の
流通方向を第４図に実線矢印で示し説明する。

循環ポンプ１５を運転し蓄熱槽１３内のブラィンをブラ
ィン熱交換器１６に循環し、該熱交換器１６を流通する
冷煤に熱を与える。一方冷煤回路側は電磁弁７，１０，
２２，２３を閉略し、電磁弁１８，２１を開賂して運転
を行い、冷煤は実線矢印方向に流れ、前記実施例と同様
に、室内側熱交換器３で室内空気を暖め、プラィン熱交
換器１６を蒸発器として作用せしめブラインより吸熱す
る。

運転の進行に伴ないブライン温度が次第に下がり外気温
度とほゞ等しくなった場合の運転を、ブラィン及び袷煤
回路の流通方向を第４図に破線矢印にて示し説明する。

電磁弁７を関路し、袷煤を破線矢印のように、室外熱交
換器４へも流し、ブラィン熱交換器１６と室外熱交換器
４を併用し、ブラィンと外気の両者より吸熱する。更に
ブラィン温度が下がり外気温度より低下した場合の運転
を、ブラィン及び冷媒回路の流通方向を第５図に実線矢
印で示し説明する。

循環ポンプ１５を停止し、電磁弁１８を閉路し、袷煤を
実線矢印のように流し、室外熱交換器４のみを蒸発器と
する。

また循環ポンプ１４を運転し蓄熱槽１３内のブラィンを
太陽熱集熱器１２に循環させて太陽熱を蓄熱する。室外
熱交換器４が蒸発器として外気より吸熱異重転を続ける
と、該熱交換器４は着霜し、吸熱作用が悪くなり除霜が
必要となる。

この除霜運転をブラィン及び冷媒回路の流通方向を第５
図に破線矢印で示し説明する。先ず、四方弁２を冷房流
路側に切換える。また電磁弁７，１０，２３を閉路し、
電磁弁１８，２１，２２を関路する。圧縮機１から吐出
された高温の冷煤ガスは破線矢印方向に、四方弁２を経
て室外熱交換器４に至り、同熱交換器４を加熱し除霜し
、次いで電磁弁２２、逆止弁８、電磁弁１８を経て、キ
ャピラリ−チュ−ブ１７にて減圧され、プラィン熱交換
器１６に至り、同部でブラィンより吸熱して蒸発し、次
いで電磁弁２４、アキュムレータ５を経て圧縮機１に戻
る。次に夏期の冷房時の作用につき説明する。

早朝時の冷房運転を、プラィン及び袷煤回路の流通方向
を第６図に実線矢印で示し説明する。先ず、外気温度の
最も低くなる明方近くに蓄熱槽１３内のブラィンを循環
ポンプ１４を運転し集熱器１２に循環し、太陽熱を冷却
して奪冷しておく。

袷媒回路は、電磁弁７，２３，１８を開藤し、電磁弁１
０，２１，２２を開勝する。圧縮機１より吐出された高
温の冷嬢ガスは四方弁２を実線矢印の如く流れ、室外熱
交換器４、電磁弁２２、逆止弁８、電磁弁１０、冷房用
キャピラリーチュープ９、室内側熱交換器３、ァキュム
レータ５を経て圧縮機１に戻る。上記の暖房、除霜、冷
房運転は前記実施例と同様な作用を行う。

昼間、外気温度が上昇すると、室外熱交換器４の凝縮温
度が高くなり、高圧々力が上昇し、電気入力は増加し、
冷房能力が低下する。

外気温度が設定値以上に上昇した場合の運転を、ブラィ
ン及び冷媒回路の流通方向を第６図に破線矢印で示し説
明する。

電磁弁２３を開勝し、電磁弁２１，２２を閉路し、循環
ポンプ１５を運転する。

これにより圧縮機１の吐出袷煤ガスは、破線矢印のよう
に、先ず室外側熱交換器４で冷却され一部凝縮し、次い
で電磁弁２３を経てブラィン熱交換器１６に流入し、夜
間蓄冷されブラインにより更に冷却されて残部の袷煤ガ
スは凝縮し過冷却される。液冷煤は逆止弁１９、電磁弁
１０を経て冷房用キャピラリーチューブ９に流入し、同
部で減圧されて室内側熱交換器３に流入し、同部で室内
空気を冷却し、該空気より吸熱して蒸発し、アキュムレ
ータ５を経て圧縮機１に戻る。上記の如く高圧冷媒ガス
を、室外側熱交換器４、ブラィン熱交換器１６と直列的
に通すことにより該冷媒ガスは充分冷却され凝縮圧力は
低下し、電気入力は減少し、冷房能力は上昇する。ブラ
ィン温度が外気温度より高くなった場合は循環ポンプ１
５を停止し、電磁弁２３を閉路し、電磁弁２１，２２を
閥路して旧運転に戻す。以上説明したように本発明によ
れば、ヒートポンプ式冷媒回路に、太陽熱を集熱するブ
ラィン熱交換器を流路切換手段と共に組込んでなるから
、冷暖房時の各温度条件および除霜運転に応じ、太陽熱
及び外気を利用した適切な運転状態を選択することが出
来る。

また暖房時の早朝等の暖房能力不足を太陽熱を利用して
橘なうことができ、また除霜運転は太陽熱を利用して行
ない、冷風が室内に吹出されることを防止し、また冷房
時に外気温度が設定温度以上に上昇したときには夜間蓄
冷したブラインを使用し冷房能力を向上することができ
る。また、第２の発明によれば、冷房時、過冷却器で冷
嬢を充分に冷却し、凝縮圧力を低下させ、電気入力を減
少し、冷房能力を上昇せしめる効果をも合せ有する。

更に上述の実施例の如く回路を構成することにより、各
電磁弁の冷煤の流れは図示のように一方向のみとなり、
従って特殊仕様の高価な二方向性の電磁弁を使用する必
要がなく安価な汎用品を使用できる。

また電磁弁により閉じられたラインに液冷煤がたまるよ
うなことなく、冷媒回路内の循環袷媒量が不足する等の
異常を起すこともない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す太陽熱利用ヒートポン
プ式空気調和機の構成図、第２図、第３図は第１図の実
施例の各運転時におけるブラィン及び冷媒回路の流通方
向を示す説明図。 第４図は他の実施例を示す太陽熱利用ヒートポンプ式空
気調和機の構成図、第５図、第６図は第４図の実施例の
各運転時におけるブラィン及び袷煤回路の流通方向を示
す説明図である。１・・・・・・圧縮機、２・・・・・
・四方弁、３・・・・・・室内側熱交換器、４・．・…
室外側熱交換器、５・・・・・・ァキュムレータ、６・
・・・・・暖房用キャピラリーチューブ、９……冷房用
キャピラリチューブ、７，１０，１８，２０，２１，２
２，２３…・・・電磁弁、８，１１，１９・・・・・・
逆止弁、１２・・・・・・集熱器、１３・・・・・・蓄
熱槽、１４，１５・・・・・・循環ポンプ、１６・・・
・・・フラィン熱交換器、１７……キャピラリーチュー
ブ。 紛糾 務ｚ図 蒙る風 劣４図 髪タ砂 髪ｂ風

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 太陽熱集熱器にポンプを介在して配管接続されブラ
   インを収納する蓄熱槽と、この蓄熱槽にポンプを介在し
   て配管接続されるブライン熱交換器と、圧縮機１、四方
   弁２、室内熱交換器３、冷房用減圧装置９、電磁弁１０
   、電磁弁７、暖房用減圧装置６、室外熱交換器４を順次
   配管接続してヒートポンプ式冷媒回路を形成し、上記冷
   房用減圧装置９と電磁弁１０及び暖房用減圧装置６と電
   磁弁７の経路に夫々逆止弁１１，８を並列に配管接続し
   、高圧液ラインと圧縮機吸入側との間に電磁弁１８、減
   圧装置１７、ブライス熱交換器１６、電磁弁２１を配管
   接続し、電磁弁１８と減圧装置１７の経路に逆止弁１９
   を並列に配管接続し、室外側熱交換器４とブライン熱交
   換器１６を電磁弁２０を介し並列に配管接続してなり、
   上記電磁弁を開閉制御して、暖房時外気温の低い場合は
   ブライン熱交換器を蒸発器とし、ブライン温度が低下し
   た場合はブライン熱交換器と室外熱交換器を蒸発器とし
   、除霜運転はブライン熱交換器を蒸発器とし、冷房時に
   は上記蓄熱槽を蓄冷槽とし、外気温度のピーク時には室
   外熱交換器とブライン熱交換器を凝縮器とすることを特
   徴とする太陽熱利用ヒートポンプ装置。 ２ 太陽熱集熱器にポンプを介在して配管接続されブラ
   インを収納する蓄熱槽と、この蓄熱槽にポンプを介在し
   て配管接続されるブライン熱交換器と、圧縮機１、四方
   弁２、室内熱交換器３、冷房用減圧装置９、電磁弁１０
   、電磁弁７、暖房用減圧装置６、室外熱交換器４を順次
   配管接続してヒートポンプ式冷媒回路を形成し、上記冷
   房用減圧装置９と電磁弁１０の経路に逆止弁１１，８を
   並列に配管接続し、暖房用減圧装置６と電磁弁７の経路
   に電磁弁２２と逆止弁８の直列管路を並列に配管接続し
   、高圧液ラインと圧縮機吸入側との間に、電磁弁１８、
   減圧装置１７、プライン熱交換器１６、電磁弁２１を配
   管接続し、電磁弁１８と減圧装置１７の経路に逆止弁１
   ９を並列に配管接続し、室外熱交換器４とブライン熱交
   換器１６を電磁弁２３を介し直列に配管接続してなり、
   上記電磁弁を開閉制御して、暖房時外気温の低い場合は
   ブライン熱交換器を蒸発器とし、ブライン温度が低下し
   た場合はブライン熱交換器と室外熱交換器を蒸発器とし
   、除霜運転はブライン熱交換器を蒸発器とし、冷房時に
   は上記蓄熱槽を蓄冷槽とし、外気温度のピーク時には室
   外熱交換器を凝縮器としブライン熱交換器を過冷却器と
   することを特徴とする太陽熱利用ヒートポンプ装置。