JPS649535B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は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
暖房運転時の起動を円滑に行わせることにより、
安定かつ十分な能力を有する暖房運転を可能なら
しめる暖房機に関する。

冷媒の自然循環による暖房機においては、自然
循環の起動は熱源を与えた冷媒が系統内で対流を
生じることによつて成されるものである。

従つて、加熱の開始に伴つて蒸発した冷媒が系
統内を所定の方向に流れるように何等かの工夫を
しないと、たとえ循環系統を自然循環に適合した
配管形態にしたとしても、当初設計通りの方向に
流れない場合が屡々生じる。万一、逆方向に流れ
はじめると、爾後はこの方向に冷媒が流れつづけ
ることになり、正常な方向に比して系統内の流通
抵抗が大きいところから冷媒の熱移動量が設定量
よりも減じて能力不足の状態で暖房運転が続行さ
れることとなつて好ましくない。

また、系統内における冷媒の溜まり場所如何に
よつては全く起動が行えなく、不都合な事態を招
くこともあるが、従来のこの種装置では起動時の
対流方向を規制し得る手段が何等考慮されていな
かつた為に、起動が確実に行えない欠点は依然と
して解消されておらず、このことが普及を阻む要
因となつていた。

本発明は、かゝる問題点に対処して、取扱上の
簡便さ、機構の簡略化をはかりながら、暖房運転
時の起動を確実かつ円滑に行わせ得る如き新規構
造の自然循環式暖房機を提供するに至つたもので
あり、特に自然循環式暖房サイクルによる暖房運
転が成される暖房機における冷媒加熱コイルの入
口側となる低位置側管端部に接続する液管中に開
閉弁を設ける一方、この開閉弁の入口側に接続す
る液管に対し液溜め容器を分岐接続せしめて、前
記開閉弁を暖房起動運転の際に加熱装置の加熱運
転開始よりも若干時間遅れて開放せしめる如く成
したことを特徴とする。

以下に、本発明の具体的内容について添付図面
に示す１実施例を参照しつつ詳細に説明する。

図は本発明の冷房運転を可能とした分離形冷暖
房機に適用した場合の１例に係る配管系統を展開
示したものであつて、この冷暖房機は室外ユニツ
ト１と、室内ユニツト２と、両ユニツト１，２の
冷媒回路相互を接続する２本の冷媒配管１１，１
２とから構成される。

室外ユニツト１には、圧縮機３、凝縮器４、減
圧機構５例えばキヤピラリーチユーブ、冷媒量調
節器６、ドライヤフイルタ７、加熱装置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
り、一方、室内ユニツト２には室内コイル１０図
示しない室内フアンを備えている。

室外ユニツト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、
室内ユニツト２は室内の壁面上部など室外ユニツ
ト１よりも高所の適当位置に配設する。

室外ユニツト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
力方向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からなる加熱装
置８に関連させて配設し、暖房運転時には加熱装
置８の燃焼熱と、冷媒加熱コイル９内冷媒とが熱
交換し得るようになつている。

なお、図示例は温水ボイラを用いたものであつ
て、加熱装置８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
とつている。

一方、室内ユニツト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１０ａと低位置側管端部１０ｂとの
間で重力方向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、ドライヤフイルタ７、逆止弁１
４、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のアキユムレータ
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９ａ、
電磁弁１３、前記アキユムレータ６ｂ、冷媒配管
１１、室内コイル１０の高位置側管端部１０ａ、
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と凝縮器４
用の室外フアン（図示せず）を運転し、暖房運転
の場合は加熱装置８を運転させることは言うまで
もない。

次に、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、仕切胴１７に
より内室６ｂ及び該内室６ｂを囲繞する外室６ａ
の２室に区分し、かつ両室６ａ，６ｂ間での熱交
換が仕切胴１７を介して行われるようにしたもの
であつて、外室６ａを液溜め容器に、内室６ｂを
アキユ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で熱交換を行つた後の凝縮液冷媒
が夫々流通する冷媒管路２０に連通し得る如く分
岐管２１により分岐接続し、アキユムレータ６ｂ
を冷房運転時に室内コイル１０で熱交換を行つた
後の低圧ガス冷媒が、暖房運転時に室内コイル１
０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、アキユムレータ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
部分に連通す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する冷房時の
油戻し用小孔を夫々開口させていて、アキユムレ
ータ６ｂに溜められる冷媒液の量を調節し得るよ
うになつている。

また、この冷媒量調節器６は液溜め容器６ａと
アキユムレータ６ｂとが仕切胴１７を介して接し
ているので両器６ａ，６ｂ内に夫々溜つている冷
媒間で熱交換を行い得るようになつている。な
お、２３，２４は開閉弁である。

叙上の構造を有する冷暖房機において、室外ユ
ニツト１には、開閉弁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、開閉弁１５例えば電磁弁は冷
媒加熱コイル９の暖房運転時に入口側となる低位
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。

この開閉弁（以下電磁弁という）１５は暖房運
転時の起動を円滑に行わせるために設けたもので
あつて、冷媒加熱コイル９の暖房運転時に出口側
となる高位置側管端部９ａに設けた冷媒温度検知
用測温体または圧力検知用スイツチ（何れも図示
せず）の指令によつて冷媒温度又は圧力が所定値
（例えば30℃又はフロン−22の場合11Kg／cm²ゲー
ジ）に達した時点で開放制御されるようになつて
いる。

電磁弁１５の開放制御手段としては、上述の温
度、圧力によるものの他、加熱装置８の加熱運転
開始に連動的に作動するタイマーの指令によつて
若干時間例えば２〜３分程度遅らせ開放せしめる
ようにしても勿論差支えない。

一方、前記高圧制御弁１６は弁に連結したベロ
ーズによつて仕切られる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つて、例
えは冷媒にフロン−22を用いた場合には弁の入口
が23.5Kg／cm²ゲージになつた状態で全開、弁の入
口が23.0Kg／cm²ゲージになつた状態で全閉作動す
るように設定されるものであり、弁本体内の圧力
が大気圧に比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。

この高圧制御弁１６はアキユムレータ６ｂと、
前記電磁弁１５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、室外フアンを停止した状態で、加熱
装置８、室内フアンを運転し、かつ電磁弁１３を
開放操作する。

加熱装置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るに至らず、従つて圧力・
温度ともに低いので電磁弁１５は閉止の状態とな
つており、自然循環式サイクル系は電磁弁１５の
部分によつてしや断されている。

冷媒加熱コイル９内で気化した冷媒は低位置側
管端部９ｂに接続する液管が電磁弁１５によりし
や断されているので、必然的に高位置側管端部９
ａに接続するガス管の側に流動し始める。従つ
て、暖房運転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溜め容器６ａ内お
よび連絡配管１２内の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、時間経過によつて冷媒加熱コイル９の
出口における温度、圧力が上昇してきた時間にな
ると電磁弁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に一気に流れ込み、従つて
蒸発気化した冷媒は高位置側管端部９ａに向つて
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、アキユムレータ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、室内フアンにより送り
込まれた室内空気と顕熱、凝縮潜熱を熱交換して
室内を暖房するとともに、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、加熱装置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。

アキユムレータ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。

従つて、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
熱との差に見合つて、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、また起動直後などにおいて
循環冷媒量が多くて冷媒加熱コイル９の出口の冷
媒温度、圧力が異常に上昇することがあり、系内
圧力が上昇すると、高圧制御弁１６がこの圧力に
よつて開き、液冷媒をアキユムレータ６ｂ内に送
り込み、系統内の冷媒量を減じせしめて、圧力を
設定圧以上に上昇しないよう調節する。

アキユムレータ６ｂ内に溜まつた冷媒は連絡管
１８に設けた小孔から流れ出るので、流入量と流
出量とはアキユムレータ６ｂ内の液面高さが或る
値となつたところで均衡し、かくして系統内圧力
の調節が安定的に成される。

系統内の圧力が逆に低下すると、アキユムレー
タ６ｂ内の冷媒液は前記小孔を通つて系統内に流
れ出し圧力の低下を防ぐことは言う迄もない。

この高圧調節弁１６の圧力調節機能から明らか
なように、アキユムレータ６ｂ内での暖房時の冷
媒量調節は起動時の過渡的な状況あるいは、暖房
過負荷時に行われるものであり、一方、暖房時の
液溜め容器６ａでの冷媒量調節機能は定常的な運
転状況の下で冷媒加熱コイル９における冷媒の過
熱度に見合つて行われるものであることは以上の
説明により十分に理解されるところであろう。

(ロ) 冷房運転 加熱装置９を停止し、電磁弁１３を閉止操作し
た状態で、圧縮機３、室外フアン、室内フアンを
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、室外フアンで冷却さ
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つて冷媒配管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、アキユムレータ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成され
る。

アキユムレータ６ｂ内は低圧の過熱ガス領域で
あるので、液溜め容器６ａは仕切胴１７を介し冷
却される。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での熱交換量が大きいので吸入ガスの過熱度
が大となり、従つて減圧器５出口部と略々同じ状
態に存する液溜め容器６ａ内に低圧冷媒液が溜つ
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つて溜
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１０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、仕切胴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。

なお、電磁弁１５に替えて逆止弁を使用するこ
とも考えられるが、逆止弁の場合は冷媒が当初の
設計と逆の方向に流れることは防止できるが、入
口側に液冷媒が存する以上、継続的に冷媒加熱コ
イル９内に流れ込むこととなり、自然循環式暖房
サイクルの系統内における冷媒の溜まり具合によ
つては大きな循環力が生じ難く暖房運転の起動が
できない欠点がある。

本発明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
せる暖房機であつて、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開
閉弁１５を設けて、該開閉弁１５を暖房起動運転
の際に、加熱装置８の加熱運転開始よりも若干時
間経過して冷媒が自然循環力を保持するに至ると
きに開放せしめる如く成したから、起動の際に冷
媒の流れが逆転する如き不都合は解消され、循環
起動の円滑化が果せる。

さらに本発明は、前記開閉弁１５の入口側に接
続する液管に対して液溜め容器６ａを分岐接続せ
しめているので、開閉弁１５を閉止した状態で入
口側の液シールが確実となり、その結果、開閉弁
１５を開いた直後の冷媒流通方向が自然循環に叶
つた正常な流れに規制されることとなつて、正常
起動がより確実に行われる。

その結果、暖房能力を最大限に発揮することが
可能となり装置の利用効率を高め得ると共に、開
閉弁１５の開閉制御のみ行えばよいので装置コス
トは低廉におさまるし、既設のこの種暖房機にも
簡単に適用できる利点をも有する。

【図面の簡単な説明】

図は本発明に係る装置回路図である。 １……室外ユニツト、２……室内ユニツト、６
ａ……液溜め容器、８……加熱装置、９……冷媒
加熱コイル、１０……室内コイル、１１，１２…
…冷媒配管、１５……開閉弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 加熱装置８、伝熱管の両管端間に上下レベル
   差を存せしめ、かつ前記加熱装置８に熱交換可能
   となして設けた冷媒加熱コイル９を備えた室外ユ
   ニツト１と、伝熱管の両管端間に上下レベル差が
   存する室内コイル１０を備え、前記室外ユニツト
   １に比し高所に配設した室内ユニツト２と、両ユ
   ニツト１，２の冷媒回路相互を接続する冷媒配管
   １１，１２とからなり、前記冷媒加熱コイル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１４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、加熱装置８
   により加熱した冷媒を冷媒加熱コイル９と室内コ
   イル１０との間に自然循環する自然循環式暖房サ
   イクルを形成すると共に、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
   管中に開閉弁１５を設ける一方、この開閉弁１５
   の入口側に接続する液管に対し液溜め容器６ａを
   分岐接続せしめて、前記開閉弁１５を暖房起動運
   転の際に加熱装置８の加熱運転開始よりも若干時
   間遅れて開放せしめる如く成したことを特徴とす
   る自然循環式暖房機。