特許 6406485 冷暖房システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6406485

(24)【登録日】2018年9月28日

(45)【発行日】2018年10月17日

(54)【発明の名称】冷暖房システム

(51)【国際特許分類】

   F25B 41/06 20060101AFI20181004BHJP

   F25B 1/00 20060101ALI20181004BHJP

   F25B 13/00 20060101ALI20181004BHJP

   F25B 39/00 20060101ALI20181004BHJP

【ＦＩ】

   F25B41/06 C

   F25B1/00 304A

   F25B13/00 371

   F25B39/00 L

【請求項の数】4

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2018-534181(P2018-534181)

(86)(22)【出願日】2018年2月9日

(86)【国際出願番号】JP2018006096

【審査請求日】2018年6月12日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】509196305

【氏名又は名称】株式会社Ｅ・Ｔ・Ｌ

(72)【発明者】

【氏名】原 隆雄

(72)【発明者】

【氏名】杉山 直樹

(72)【発明者】

【氏名】久重 光人

【審査官】 西山 真二

(56)【参考文献】

【文献】 特許第４４１１３４９（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２０１０−２８１５５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００５−５１５３９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６０−７３０７３（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２５Ｂ １／００

Ｆ２５Ｂ １３／００

Ｆ２５Ｂ ３９／００ − ３９／０４

Ｆ２５Ｂ ４１／００ − ４１／０６

Ｆ２４Ｆ １／００ − １／６８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧縮機、利用側熱交換器、熱源側熱交換器を備え、
冷房時に、前記圧縮機から吐出され、前記熱源側熱交換器で一部液化した残りのガス冷媒を、冷媒の加速現象によって減圧、液化する冷房用コイル太管、および、前記冷房用コイル太管を経た冷媒を、冷媒の加速現象によって減圧、冷却する冷房用コイル細管を有する冷房用熱変換部と、
暖房時に、前記圧縮機から吐出され、前記利用側熱交換器で液化した冷媒を、冷媒の加速現象によって減圧、一部気化する暖房用コイル細管、および、前記暖房用コイル細管を経た冷媒を、冷媒の加速現象によって減圧、気化する暖房用コイル太管を有する暖房用熱変換部と、を備え、
前記暖房用熱変換部の前記暖房用コイル細管は、前記冷房用熱変換部の前記冷房用コイル細管よりも流路を太く形成した、
ことを特徴とする冷暖房システム。

【請求項2】

前記暖房用熱変換部の前記暖房用コイル細管は、暖房時の冷媒の入側から出側に向けて、流路が順に太くなる入側細管および出側細管で構成され、
前記冷房用熱変換部の前記冷房用コイル細管は、冷房時の冷媒の入側から出側に向けて、流路が順に細くなる入側細管および出側細管で構成され、
前記暖房用熱変換部の前記入側細管は、前記冷房用熱変換部の前記出側細管よりも流路を太く形成した、
ことを特徴とする請求項１に記載の冷暖房システム。

【請求項3】

前記冷房用熱変換部および前記暖房用熱変換部の流速が、前記熱源側熱交換器における流速の２倍以上に設定されている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の冷暖房システム。

【請求項4】

前記熱源側熱交換器は、冷房時に、前記圧縮機から吐出される高温・高圧冷媒ガスの５乃至５０重量％を液化させるよう構成されている、
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の冷暖房システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、コイル細管およびコイル太管を用いた冷暖房システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、圧縮機、利用側熱交換器、熱源側熱交換器を備え、さらに、コイル細管およびコイル太管を用いた冷暖房システムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０−２８１５５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の冷暖房システムは、冷房時および暖房時に、共通のコイル細管およびコイル太管を用いて運転が行われている。
しかしながら、コイル細管およびコイル太管の流路の大きさを、冷房時に最適な大きさに設定したとき、暖房時に、効率の良い運転ができないことが判明した。
そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、冷房時にも暖房時にも、効率の良い運転ができる、コイル細管およびコイル太管を用いた冷暖房システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明は、圧縮機、利用側熱交換器、熱源側熱交換器を備え、冷房時に、前記圧縮機から吐出され、前記熱源側熱交換器で一部液化した残りのガス冷媒を冷媒の加速現象によって減圧、液化する冷房用コイル太管、および、前記冷房用コイル太管を経た冷媒を冷媒の加速現象によって減圧、冷却する冷房用コイル細管を有する冷房用熱変換部と、暖房時に、前記圧縮機から吐出され、前記利用側熱交換器で液化した冷媒を、冷媒の加速現象によって減圧、一部気化する暖房用コイル細管、および、前記暖房用コイル細管を経た冷媒を、冷媒の加速現象によって減圧、気化する暖房用コイル太管を有する暖房用熱変換部と、を備え、前記暖房用熱変換部の前記暖房用コイル細管は、前記冷房用熱変換部の前記冷房用コイル細管よりも流路を太く形成した、ことを特徴とする。

【0006】

本発明は、前記暖房用熱変換部の前記暖房用コイル細管は、暖房時の冷媒の入側から出側に向けて、流路が順に太くなる入側細管および出側細管で構成され、前記冷房用熱変換部の前記冷房用コイル細管は、冷房時の冷媒の入側から出側に向けて、流路が順に細くなる入側細管および出側細管で構成され、前記暖房用熱変換部の前記入側細管は、前記冷房用熱変換部の前記出側細管よりも流路を太く形成しても良い。

【0007】

これら発明によれば、前記暖房用熱変換部の前記入側細管は、前記冷房用熱変換部の前記出側細管よりも流路を太く形成したため、冷房時にも暖房時にも、効率の良い運転を行なうことができる。

【0008】

本発明は、前記冷房用熱変換部および前記暖房用熱変換部の流速が、前記熱源側熱交換器における流速の２倍以上に設定されていても良い。
また、本発明は、前記熱源側熱交換器は、冷房時に、前記圧縮機から吐出される高温・高圧冷媒ガスの５乃至５０重量％を液化させるよう構成されていても良い。

【発明の効果】

【0009】

本発明の冷暖房システムは、冷房時においても、暖房時においても、効率の良い運転を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本発明の一実施形態を示す回路構成図である。

【図2】図２は、本発明の別実施形態を示す回路構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の一実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る冷暖房サイクルの回路図である。ここで、「熱交換器」と「熱変換部」の用語は、区別して使用する。
この冷暖房システムは、室外機と室内機とを冷媒配管により接続した、所謂、セパレート型の空調機に適用されている。
冷暖房システムは、圧縮機１と、冷暖切換え弁（四方弁）２と、ミニ熱交換器（熱源側熱交換器）３と、コイルを直列に繋いだ冷房用熱変換部４と、コイルを直列に繋いだ暖房用熱変換部５と、利用側熱交換器６とを備えている。室外機には、圧縮機１と、四方弁２と、ミニ熱交換器３と、冷房用熱変換部４と、暖房用熱変換部５と、が収納されている。また、室内機には、利用側熱交換器６が収納されている。なお、ミニ熱交換器３の「ミニ」は「小型」の意味であり、従来に比べてミニ熱交換器３を小さくできる本発明の特徴を明確にするために用いている。

【0012】

冷房用熱変換部４は、冷房運転時に冷媒が流れる。
冷房用熱変換部４は、圧縮機１から吐出され、ミニ熱交換器３で一部液化した残りのガス冷媒を、冷媒の加速現象によって減圧、液化する冷房用コイル太管４１を備える。また、冷房用熱変換部４は、冷房用コイル太管４１を経た冷媒を、冷媒の加速現象によって減圧、冷却する冷房用コイル細管４２を備える。４３は、開閉弁である。

【0013】

暖房用熱変換部５は、暖房運転時に冷媒が流れる。
暖房用熱変換部５は、圧縮機１から吐出され、利用側熱交換器６で液化した冷媒を、冷媒の加速現象によって減圧、一部気化する暖房用コイル細管５１を備える。また、暖房用熱変換部５は、暖房用コイル細管５１を経た冷媒を、冷媒の加速現象によって減圧、気化する暖房用コイル太管５２を備える。５３は、開閉弁である。

【0014】

冷房用コイル太管４１と、暖房用コイル太管５２とは、細管をコイル状に巻いた形態であり、流路面積は等しく、長さも等しく設定される。
その内径や巻き数は、冷暖房システムの冷凍能力等、様々な仕様から決定されるが、内径で２〜１５０ｍｍまで許容し、望ましくは内径２〜５０ｍｍ、実質的に最も望ましくは内径３〜８ｍｍである。例えば、フロン冷媒Ｒ１３４ａを用いた、２０００ｃａｌ／ｈ程度の冷凍機の揚合、細管の内径５ｍｍ、巻き数は２３巻き、コイルの径３０ｍｍで、細管の長さは２．３ｍである。
本実施形態では、冷房用コイル太管４１と、暖房用コイル太管５２とを、別々に設けたが、これら太管は共通化して１本のコイル太管としても良い。この場合、冷房時、暖房時、共に冷媒が、１本のコイル太管を流れる。１本のコイル太管とした場合には、冷媒回路の構成を簡素化できる。

【0015】

冷房用コイル細管４２と、暖房用コイル細管５１とは、コイル太管４１、５２と同様に、細管をコイル状に巻いた形態である。
その内径や巻き数は、冷暖房システムの冷凍能力等、様々な仕様から決定されるが、コイル細管４２、５１の内径は、コイル太管４１、５２の内径よりも細く設定される。例えば、コイル太管４１、５２の内径が、３〜８ｍｍに設定された場合、コイル細管４２、５１の内径は、１〜３ｍｍが望ましい。

【0016】

本実施形態では、暖房用コイル細管５１の内径は、冷房用コイル細管４２の内径よりも大きく設定されている。
その内径や巻き数は、冷暖房システムの冷凍能力等、様々な仕様から決定されるが、例えば、冷房用コイル細管４２の内径が１．９ｍｍ以下に設定された場合、暖房用コイル細管５１の内径は２．０ｍｍ以上である。

【0017】

本実施形態では、冷房用コイル細管４２と、暖房用コイル細管５１とが、それぞれ１本ずつであるが、コイル細管４２、５１は、コイル状に巻いたものを２本並列に接続した形態でも良い。また、３本以上を並列に接続した形態でも良い。
コイル細管４２、５１は、巻き方向を異ならせてコイル状に巻いたものを、２本直列に接続した形態でも良く、それを更に並列に接続した形態でも良い。コイル細管４２、５１の冷媒の通る部分の断面積（複数本が並列に接続されている揚合は、複数本の断面積の合計）は、コイル太管４１、５２の断面積よりも小さいことが好ましい。断面積を小さくすると、後述するように、冷媒は、コイル細管４２、５１中をスピン回転し加速され、圧力が下がり、冷却効果が高められる。

【0018】

つぎに、本実施形態の作用を説明する。
＜冷房時＞
冷房時には、四方弁２を破線の冷房位置に切換えると共に、開閉弁５３を閉じ、開閉弁４３を開く。圧縮機１を駆動すると、冷媒は、破線の矢印で示すように、四方弁２、ミニ熱交換器３、二つのコイルを直列に繋いだ冷房用熱変換部４の順に流れ、利用側熱交換器６を経た後に、圧縮機１に戻る。

【0019】

冷房時には、圧縮機１から高温（４０℃以上）・高圧（０．６ＭＰａ以上）のガス状の冷媒が吐出されると、ミニ熱交換器３では、冷媒の一部（５〜５０重量％）だけを液化するように構成される。
従来の冷暖房システムの凝縮器では、圧縮機１から吐出される高温・高圧ガスを、ほぼ全部液化しているが、それに比べて本実施形態のミニ熱交換器３は、高温・高圧ガスの一部だけを液化すれば良い。
したがって、小型化が可能である。同じタイプの熱交換器（凝縮器）を有する同じ冷却能力の冷暖房システムと比較して、本実施形態のミニ熱交換器３は従来の凝縮器の１／１０程度にすることが可能である。

【0020】

ミニ熱交換器３で一部液化された冷媒は、冷房用コイル太管４１に入る。冷媒流路の断面積で見ると、ミニ熱交換器３を基準にして、冷房用コイル太管４１では、ミニ熱交換器３の断面積よりも小さくなる。

【0021】

一部液化した冷媒が冷房用コイル太管４１に入ると、圧縮機１の吸引作用等により、冷媒が加速されて（冷媒の加速現象という）、減圧、及びエンタルピ減少を伴って、液化量を増してほぼ液化する。
冷房用コイル太管４１の出側では中圧（０．４〜０．６ＭＰａ）の液冷媒となる。冷房用コイル太管４１内での温度低下の主因は、冷房用コイル太管４１内において熱エネルギである冷媒のエンタルピが速度エネルギへ変換し、冷媒のエンタルピが減少し、静温度低下の現象の生起に至ったものである。
冷房用コイル太管４１内の流速は、本冷暖房システムの設計において、ミニ熱交換器３内の流速の２倍以上の設定が望ましい。

【0022】

冷房用コイル太管４１で中圧液冷媒となった冷媒は、冷房用コイル細管４２に入る。
ほぼ液化した冷媒が冷房用コイル細管４２に入ると、圧縮機１の吸引作用等により、冷媒が加速されて（冷媒の加速現象という）、減圧、及びエンタルピ減少を伴って、液化冷媒が冷却される。冷房用コイル細管４２の出側では、減圧され、冷却されて低温の液体となり、圧力も下がり低圧（０．４ＭＰａ以下）液となる。
この冷房用コイル細管４２内での温度低下の主因も、冷房用コイル太管４１内での温度低下と同様に、熱エネルギである冷媒のエンタルピが速度エネルギへ変換し、エンタルピが減少し、静温度低下の現象の生起に至ったものである。冷房用コイル細管４２内の流速は、本冷暖房システムの設計において、ミニ熱交換器３内の流速の２倍以上で、冷房用コイル太管４１内の流速以上であることが望ましい。

【0023】

冷房用コイル細管４２により低温液体となった冷媒は、利用側熱交換器６に送られる。利用側熱交換器６では、等圧、等温膨張の吸熱により、冷媒が蒸発し、これにより冷房サイクルが完了する。

【0024】

＜暖房時＞
暖房時には、四方弁２を実線の暖房位置に切換えると共に、開閉弁５３を開き、開閉弁４３を閉じる。圧縮機１を駆動すると、冷媒は、実線の矢印で示すように、四方弁２、利用側熱交換器６、二つのコイルを直列に繋いだ暖房用熱変換部５の順に流れ、ミニ熱交換器３を経た後に、圧縮機１に戻る。

【0025】

暖房時には、圧縮機１から高温（４０℃以上）・高圧（０．６ＭＰａ以上）のガス状の冷媒が吐出されると、利用側熱交換器６では、冷媒が液化される。
利用側熱交換器６で液化された冷媒は、暖房用コイル細管５１に入る。冷媒流路の断面積で見ると、利用側熱交換器６を基準にして、暖房用コイル細管５１では、利用側熱交換器６の断面積よりも小さくなる。

【0026】

暖房用コイル細管５１に入ると、圧縮機１の吸引作用等により、冷媒が加速され（冷媒の加速現象という）、減圧、及びエンタルピ減少を伴って、一部気化する。
この際に、暖房用コイル細管５１の内径は、冷房用コイル細管４２の内径よりも大きく設定されているため、温度をあまり下げることなく、一部気化する。
暖房用コイル細管５１の出側では、中圧（０．４〜０．６ＭＰａ）の一部気化した冷媒となる。暖房用コイル細管５１内での温度低下の主因は、暖房用コイル細管５１内において熱エネルギである冷媒のエンタルピが速度エネルギへ変換し、冷媒のエンタルピが減少し、静温度低下の現象の生起に至ったものである。
暖房用コイル細管５１内の流速は、本冷暖房システムの設計において、利用側熱交換器６内の流速の２倍以上の設定が望ましい。

【0027】

暖房用コイル細管５１で一部気化した冷媒は、暖房用コイル太管５２に入る。
暖房用コイル太管５２に入ると、圧縮機１の吸引作用等により、冷媒が加速されて（冷媒の加速現象という）、減圧、及びエンタルピ減少を伴って、冷媒が気化される。暖房用コイル太管５２の出側では、減圧され、冷却されて、圧力も下がり低圧（０．４ＭＰａ以下）のガス冷媒となる。
暖房用コイル太管５２内での温度低下の主因も、暖房用コイル細管５１内での温度低下と同様に、熱エネルギである冷媒のエンタルピが速度エネルギへ変換し、エンタルピが減少し、静温度低下の現象の生起に至ったものである。

【0028】

暖房用コイル太管５２により低温となったガス冷媒は、ミニ熱交換器３に送られる。このミニ熱交換器３では、等圧、等温膨張の吸熱により、冷媒が蒸発し、これにより暖房サイクルが完了する。

【0029】

従来の冷暖房システム（例えば、特許文献１参照。）では、暖房用コイル細管５１の内径と、冷房用コイル細管４２の内径と、が等しく設定されるため、冷房時には効率良い運転を行なうことができても、暖房時において、暖房用コイル細管５１内で、減圧する際、冷媒の温度が下がりすぎる課題がある。冷暖房システムの設計が、冷房時の効率を考慮して設計されているためである。
本実施形態では、上述したように、暖房用コイル細管５１の内径が、冷房用コイル細管４２の内径よりも大きく設定されるため、暖房用コイル細管５１で、減圧する際に、冷媒の温度をあまり下げることがない。
したがって、圧縮機１への戻りのガス冷媒の温度が、比較的に高くなるため、暖房サイクルの効率を向上することができる。
冷房時の効率を確保し、暖房時にも効率が確保され、冷・暖房時何れにおいても、効率の良い運転を行なうことができる。

【0030】

図２は、別の実施形態を示す。図２では、図１と同一構成の部分には同一符号を付して示し、説明を省略する。
この実施形態では、暖房用熱変換部５の暖房用コイル細管５１が、暖房時の冷媒の入側から出側に向けて、流路が順に太くなるように、入側細管５１Ａと、それよりも内径が大きい出側細管５１Ｂとにより構成されている。
また、冷房用熱変換部４の冷房用コイル細管４２は、冷房時の冷媒の入側から出側に向けて、流路が順に細くなるように、入側細管４２Ａと、それよりも内径が小さい出側細管４２Ｂとにより構成されている。
そして、暖房用熱変換部５の入側細管５１Ａは、冷房用熱変換部４の出側細管４２Ｂよりも流路が太く、内径が大きく形成されている。

【0031】

本発明者らは、暖房用コイル細管５１を、入側細管５１Ａと、それよりも内径が大きい出側細管５１Ｂとにより構成し、冷房用コイル細管４２を、入側細管４２Ａと、それよりも内径が小さい出側細管４２Ｂとにより構成した場合、暖房用コイル細管５１の入側細管５１Ａの内径を、冷房用コイル細管４２の出側細管４２Ｂの内径よりも大きく設定したときに、暖房時の効率を向上できることを確認した。
この実施形態によれば、暖房用コイル細管５１の入側細管５１Ａの内径が、冷房用コイル細管４２の出側細管４２Ｂの内径よりも大きく設定されているため、入側細管５１Ａで、減圧する際に、冷媒の温度をあまり下げることがない。したがって、図１の実施形態と同様に、圧縮機１への戻りのガス冷媒の温度が、比較的に高くなり、暖房サイクルの効率を向上することができる。

【0032】

以上、一実施形態に基づいて、本発明の冷暖房システムを説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、室外機、室内機にセパレートされた空調機に限らず、一体型の空調機にも適用が可能である。

【符号の説明】

【0033】

１ 圧縮機
３ ミニ熱交換器（熱源側熱交換器）
４ 冷房用熱変換部
５ 暖房用熱変換部
６ 利用側熱交換器
４１ 冷房用コイル太管
４２ 冷房用コイル細管
４２Ａ 冷房用熱変換部の入側細管
４２Ｂ 冷房用熱変換部の出側細管
５１ 暖房用コイル細管
５１Ａ 暖房用熱変換部の入側細管
５１Ｂ 暖房用熱変換部の出側細管
５２ 暖房用コイル太管

【要約】

冷房時にも暖房時にも、効率の良い運転ができる、コイル細管およびコイル太管を用いた冷暖房システムを提供する。
冷房用コイル太管、および、冷房用コイル細管を有する冷房用熱変換部と、暖房用コイル細管、および、暖房用コイル太管を有する暖房用熱変換部と、を備え、暖房用熱変換部の暖房用コイル細管は、冷房用熱変換部の暖房用コイル細管よりも流路を太く形成した、ことを特徴とする。

【図1】

【図2】