(57)【要約】【課題】      成績係数の高い圧縮式ヒートポンプを提供することを目的としている。【解決手段】  圧縮機の吐出口、凝縮器、蒸発器および前記圧縮機の吸入口が順次接続されて構成された圧縮式ヒートポンプにおいて、該圧縮式ヒートポンプ１の冷媒循環回路中には、第１、第２、第３熱交換器３，４，５が直列に配設され、前記３個の内の真ん中の第２熱交換器４では凝縮器と蒸発器が一体化された圧縮式ヒートポンプである。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機の吐出口、凝縮器、蒸発器および前記圧縮機の吸入口が順次接続されて構成された圧縮式ヒートポンプにおいて、
該圧縮式ヒートポンプの冷媒循環回路中には、第１、第２、第３熱交換器が直列に配設され、
前記３個の内の真ん中の第２熱交換器では凝縮器と蒸発器とが一体化され、
該第２熱交換器は、内側密封容器と、該内側密封容器の外周を所要の間隙を存して密封する外側密封容器とよりなり、前記内側密封容器および外側密封容器で密封された凝縮器の機能を有する外側空間と、前記内側密封容器内の第２熱交換器の機能を有する内側空間とに仕切られ、
前記圧縮機により凝縮された冷媒を前記第２熱交換器の外側空間に導く冷媒通路と、
前記第２熱交換器の外側空間内の冷媒を内側空間に導く第１膨張弁と、
前記第２熱交換器の外側空間内の冷媒を前記圧縮機の吸入口に接続される部分に冷媒を導く可変絞り第２膨張弁とを具備し、
前記第２熱交換器の内側空間は前記圧縮機の吸入口に接続されたことを特徴とする圧縮式ヒートポンプ。
【請求項２】
前記第２熱交換器は地中に埋設されたことを特徴とする請求項１記載の圧縮式ヒートポンプ。
【請求項３】
前記可変絞り第２膨張弁は、前記第２熱交換器より上方または前記内側空間頂部に配設されるとともに、前記第２熱交換器の内側空間から前記圧縮機の吸入側に接続する管路に対し並列に設けられたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の圧縮式ヒートポンプ。
【請求項４】
前記第１膨張弁は、細管で構成されるとともに、前記内側密封容器の底壁部を貫通して、該第１膨張弁の下端は前記外側空間に開口し、かつ該第１膨張弁の上端は前記内側空間に開口し、該内側空間内でコイル状に巻回形成されたことを特徴とする前記請求項１ないし請求項３いずれか記載の圧縮式ヒートポンプ。
【請求項５】
前記可変絞り第２膨張弁は、圧縮式ヒートポンプの熱負荷に対応して絞りが自動的に制御されることを特徴とする請求項１ないし請求項４いずれか記載の圧縮式ヒートポンプ。
【請求項６】
前記第２熱交換器の外側密封容器を貫通したヒートパイプの内端部は、該外側密封容器の内面または前記内側密封容器の外面に一体に接合され、該ヒートパイプの外端部は前記第２熱交換器外部に露出したことを特徴とする請求項２ないし請求項５いずれか記載の圧縮式ヒートポンプ。
【請求項７】
前記第２熱交換器の外周部に地中散水ノズルが設けられたことを特徴とする請求項２ないし請求項６記載の圧縮式ヒートポンプ。
【請求項８】
前記第２熱交換器の外部が、熱伝導率の高い吸水性ゲル物質のスラリーで被覆されたことを特徴とする請求項２または請求項７記載の圧縮式ヒートポンプ。
【請求項９】
前記吸水性ゲル物質のスラリーが蓋で被われたことを特徴とする請求項８記載の圧縮式ヒートポンプ。
【請求項１０】
前記圧縮機の吐出口に接続された熱交換器を凝縮器とし、該凝縮器を熱源とした暖房装置または給湯装置として用いられることを特徴とする請求項１ないし請求項９いずれか記載の圧縮式ヒートポンプ。
【請求項１１】
前記第２熱交換器から圧縮機の吸入口に接続された熱交換器が蒸発器とし、
該蒸発器を冷源とした冷房装置として用いられることを特徴とする請求項１ないし請求項９いずれか記載の圧縮式ヒートポンプ。
【請求項１２】
前記熱交換器を介して前記冷媒と熱交換される流体は、液体であって、床冷房・暖房装置に利用されることを特徴とする請求項１ないし請求項１１いずれか記載の圧縮式ヒートポンプ。
【請求項１３】
前記請求項８記載の圧縮式ヒートポンプの第２熱交換器を地中に埋設する方法であって、
前記第２熱交換器の外側密封容器を円筒状に形成し、
該円筒状外側密封容器の外周面に螺旋状のフィンを一体に設け、前記円筒状外側密封容器を、下方へ圧下しつつ、前記螺旋状フィンの下り傾斜方向に沿って旋回させることによってスラリーの中に前記第２熱交換器を地中に埋設することを特徴とする圧縮式ヒートポンプの地中埋設方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機の吐出口と吸入口とにそれぞれ接続された凝縮器と蒸発器の役を果す少なくとも２個の熱交換器の外に、凝縮器と蒸発器の役を果す凝縮器と蒸発器とを一体化した熱交換器を備えた圧縮式ヒートポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧縮式ヒートポンプは、空気または地中を熱源または冷源としており、空気熱源圧縮式ヒートポンプと地中熱源圧縮式ヒートポンプとのいずれであっても、併用空気調和機に広く用いられるが、この圧縮式空気熱源ヒートポンプを用いた空気調和機では、夏期に冷房用として利用する場合、外気の気温が高く、冬期に暖房用として利用する場合、外気の気温が低いため、外気と室内空気の温度が大きくなり、成績係数が低い。
【０００３】
これに対して圧縮式地中熱源ヒートポンプを用いた空気調和機または暖冷房装置では、地中温度の変化は、外気の温度変化に比べて小さいため、成績係数が高く、この種の圧縮式地中熱源ヒートポンプは、特許文献１に開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特許第２５４５７２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記特許文献１記載の圧縮式ヒートポンプでは、上流端が凝縮器に接続された導入管は、地中に埋設された蒸発器の頂壁を貫通し、該導入管の下流端は、該蒸発器の上部内周壁面に向って開口されており、該導入管の下流端から前記蒸発器内に噴出された液化冷媒は、該蒸発器内周壁面に接して流下し、冷媒は、該蒸発器壁を介して地中熱を受け取り、気化されるようになっている。
【０００６】
また、前記蒸発器頂壁を貫通して蒸発器内底部近く迄延長した吐出管の下端にポンプが付設されるとともに、吐出管には、噴出孔が形成されており、前記導入管の下流端から前記蒸発器内周面に向って噴出された液化冷媒の一部は、該蒸発器内周面に気化するが、気化されずに前記蒸発器内に溜まった液化冷媒は、前記ポンプにより加圧されて、前記噴出孔から前記蒸発器内周面に向って噴出され、液化冷媒の蒸発が促進されるようになっていた。
【０００７】
しかし、前記特許文献１記載の圧縮式ヒートポンプでは、蒸発器内底部にポンプが配設されているため、ポンプの保守・整備を行なうには、蒸発器の頂壁を取り外すとともに導入管を地上に引上げなければならず、これらの作業は煩雑で困難であった。
【０００８】
また、蒸発器内に溜まった液化冷媒をポンプにより加圧して蒸発器内周面に向って噴射させる必要があるため、動力損失がある。
【０００９】
さらに、蒸発器内の液化冷媒は、反復して前記ポンプ内を流れるため、冷媒中に混入した潤滑油が蓄積する結果、この潤滑油を冷媒から分離除去するための分離装置が必要となり、ヒートポンプ全体の構造が複雑化して、コストアップが避けられなかった。
【００１０】
また、冷媒と熱交換される空気を室内に放出する空気調和機では、暖房時に暖気が室内頂部に滞留し、室内に居る者の頭部が加熱され、足部が冷却され易いため、病人や体力が低下した者には、健康上好ましくない。
【００１１】
さらに、前記空気調和機では、冷房時、室内気温より低い気温の冷気が直接吹き付けられる場所に居る者にも、健康上好ましくない。
【００１２】
本発明は、このような難点を克服した成績係数の高い圧縮式ヒートポンプを提供することを目的としている。
【００１３】
また、本発明は、熱交換器を介して冷媒と熱交換される流体は、水等の液体であって、床暖冷房装置に利用される圧縮式ヒートポンプを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１記載の発明は、圧縮機の吐出口、凝縮器、蒸発器および前記圧縮機の吸入口が順次接続されて構成された圧縮式ヒートポンプにおいて、該圧縮式ヒートポンプの冷媒循環回路中には、第１、第２、第３熱交換器が直列に配設され、前記３個の内の真ん中の第２熱交換器では凝縮器と蒸発器とが一体化され、該第２熱交換器は、内側密封容器と、該内側密封容器の外周を所要の間隙を存して密封する外側密封容器とよりなり、前記内側密封容器および外側密封容器で密封された凝縮器の機能を有する外側空間と、前記内側密封容器内の第２熱交換器の機能を有する内側空間とに仕切られ、前記圧縮機により凝縮された冷媒を前記第２熱交換器の外側空間に導く冷媒通路と、前記第２熱交換器の外側空間内の冷媒を内側空間に導く第１膨張弁と、前記第２熱交換器の外側空間内の冷媒を前記圧縮機の吸入口に接続される部分に冷媒を導く可変絞り第２膨張弁とを具備し、前記第２熱交換器の内側空間は前記圧縮機の吸入口に接続されたことを特徴とする圧縮式ヒートポンプである。
【００１５】
請求項２記載の発明は、前記第２熱交換器は地中に埋設されたことを特徴とする請求項１記載の圧縮式ヒートポンプである。
【００１６】
請求項３記載の発明は、前記可変絞り第２膨張弁は、前記第２熱交換器より上方または前記内側空間頂部に配設されるとともに、前記第２熱交換器の内側空間から前記圧縮機の吸入側に接続する管路に対し並列に設けられたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の圧縮式ヒートポンプである。
【００１７】
請求項４記載の発明は、前記第１膨張弁は、細管で構成されるとともに、前記内側密封容器の底壁部を貫通して、該第１膨張弁の下端は前記外側空間に開口し、かつ該第１膨張弁の上端は前記内側空間に開口し、該内側空間内でコイル状に巻回形成されたことを特徴とする前記請求項１ないし請求項３いずれか記載の圧縮式ヒートポンプである。
【００１８】
請求項５記載の発明は、前記可変絞り第２膨張弁は、圧縮式ヒートポンプの熱負荷に対応して絞りが自動的に制御されることを特徴とする請求項１ないし請求項４いずれか記載の圧縮式ヒートポンプである。
【００１９】
請求項６記載の発明は、前記第２熱交換器の外側密封容器を貫通したヒートパイプの内端部は、該外側密封容器の内面または前記内側密封容器の外面に一体に接合され、該ヒートパイプの外端部は前記第２熱交換器外部に露出したことを特徴とする請求項２ないし請求項５いずれか記載の圧縮式ヒートポンプである。
【００２０】
請求項７記載の発明は、前記第２熱交換器の外周部に地中散水ノズルが設けられたことを特徴とする請求項２ないし請求項６記載の圧縮式ヒートポンプである。
【００２１】
請求項８記載の発明は、前記第２熱交換器の外部が、熱伝導率の高い吸水性ゲル物質のスラリーで被覆されたことを特徴とする請求項２または請求項７記載の圧縮式ヒートポンプである。
【００２２】
請求項９記載の発明は、前記吸水性ゲル物質のスラリーが蓋で被われたことを特徴とする請求項８記載の圧縮式ヒートポンプである。
【００２３】
請求項１０記載の発明は、前記圧縮機の吐出口に接続された熱交換器を凝縮器とし、該凝縮器を熱源とした暖房装置または給湯装置として用いられることを特徴とする請求項１ないし請求項９いずれか記載の圧縮式ヒートポンプある。
【００２４】
請求項１１記載の発明は、前記第２熱交換器から圧縮機の吸入口に接続された熱交換器を蒸発器とし、該蒸発器を冷源とした冷房装置として用いられることを特徴とする請求項１ないし請求項９いずれか記載の圧縮式ヒートポンプである。
【００２５】
請求項１２記載の発明は、前記熱交換器を介して前記冷媒と熱交換される流体は、液体であって、床冷房・暖房装置に利用されることを特徴とする請求項１ないし請求項１１いずれか記載の圧縮式ヒートポンプである。
【００２６】
請求項１３記載の発明は、前記請求項８記載の圧縮式ヒートポンプの第２熱交換器を地中に埋設する方法であって、前記第２熱交換器の外側密封容器を円筒状に形成し、該円筒状外側密封容器の外周面に螺旋状のフィンを一体に設け、前記円筒状外側密封容器を、下方へ圧下しつつ、前記螺旋状フィンの下り傾斜方向に沿って旋回させることによってスラリーの中に前記第２熱交換器を地中に埋設することを特徴とする圧縮式ヒートポンプの地中埋設方法である。
【発明の効果】
【００２７】
請求項１記載の発明によれば、圧縮機の吐出口から出た冷媒を最初に受け入れた交換器が凝縮器の役を果し、この熱交換器では、高温の冷媒が通過するため、この熱交換器で高温の冷媒と熱交換される流体が加熱され、この流体は暖房に供せられる。
【００２８】
圧縮機から最初の熱交換器を介して第２熱交換器における凝縮器機能を有する外側空間に流入した気液混合の冷媒は、該第２熱交換器の外側密封容器に接する土また水等と熱交換されてさらに冷却されるとともに、第２熱交換器の内側密封容器内における過冷却の冷媒と熱交換されてさらに一段と冷却され、この外側密封容器で一段と過冷却された冷媒は、第１膨張弁を介して前記内側密封容器へ放出され、この際に前記外側密封容器内から該内側密封容器へ放出された冷媒は断熱膨張してさらに一段と過冷却に冷却され、該内側密封容器内の過冷却された低温の冷媒は、熱交換器を通過して圧縮機の吸入口に通ずる熱交換器を通過し、圧縮機の吸入口に戻る。
【００２９】
圧縮機の吸入口に通ずる前記熱交換器を過冷却の低温冷媒が通過する際に、貯湯タンク内の温水が供給される場合には、過冷却の低温冷媒は、温水と熱交換されて加熱され、圧縮機の吸入口に吸入される冷媒の温度が上昇するので、圧縮機の吐出口に通ずる前記熱交換器を通過する冷媒温度が高温となり、該熱交換器で冷媒と熱交換されて加熱される流体温度が高水準となり、強力な暖房運転状態となる。
【００３０】
そして圧縮機から最初の熱交換器を介して、第２熱交換器に流入した気液混合の冷媒は、第２熱交換器の外側空間内で凝縮されるとともに、内側空間内で断熱膨張されて過冷却に温度低下し、圧縮機の吸入口に接続される熱交換器内を通過する過冷却の冷媒によって所要の冷房運転状態となる。
【００３１】
請求項２記載の発明によれば、第２熱交換器が夏期と冬期との温度変化の小さな地中に埋設されているため、暖房状態および冷房状態のいずれであっても、地中と室内空気との温度差が小さく、成績係数が高い。
【００３２】
請求項３記載の発明によれば、前記暖房運転状態、強力暖房運転状態、冷房運転状態の如何を問わず、第２熱交換器の内側空間内での冷媒の蒸発量が不足した場合には、前記可変絞り第２膨張弁を開放またはその開度を増大させることにより、冷媒の蒸発量が補充され、所要の暖房状態または冷房状態が得られる。
【００３３】
請求項４記載の発明によれば、第１膨張弁は、細管をコイル状に巻回して形成されたため、該コイル状細管内を流れる冷媒は前記内側空間内の低温冷媒と熱交換される結果、内側空間内に充分に冷却された冷媒が放出され、該内側空間内の冷媒の温度が一段と低下する。
【００３４】
請求項５記載の発明によれば、圧縮式ヒートポンプの熱負荷に対応して前記可変絞り第２膨張弁が自動的に制御されるため、所要の暖房運転状態または冷房運転状態が得られる。
【００３５】
請求項６記載の発明によれば、ヒートパイプにより、地中の熱が前記第２熱交換器の外側空間内の冷媒に効果的に伝達されうる。
【００３６】
請求項７記載の発明によれば、地中散水ノズルより水が地中に散水されるため、冷房運連状態時に、冷媒が効果的に土中と熱交換され、冷暖房効果が高い。
【００３７】
請求項８記載の発明によれば、第２熱交換器内の冷媒が、熱容量が大きく熱伝導率の高い吸水性ゲル物質のスラリーによって、充分に熱交換される。
【００３８】
請求項９記載の発明によれば、前記蓋でもって、前記第２熱交換器の外周の前記吸水性ゲル物質のスラリーが雨、風等により流出、飛散されずに保護される。
【００３９】
請求項１０記載の発明によれば、凝縮器で得られた熱源でもって、所要の暖房または給湯が可能となる。
【００４０】
請求項１１記載の発明によれば、蒸発器で得られた冷源でもって所要の冷房が可能となる。
【００４１】
請求項１２記載の発明によれば、床冷房または床暖房が実施されるため、室内に居る者には、快適な雰囲気で過すことができる。
【００４２】
請求項１３記載の発明によれば、地中埋設型圧縮式ヒートポンプを容易でかつ低コストで得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、本願発明に係る図１ないし図７に図示された実施形態について説明する。
【００４４】
図１ないし図４に図示された圧縮式ヒートポンプ１は、冷媒を断熱圧縮する圧縮機２と、該圧縮機２により高温高圧に圧縮されて圧縮機２の吐出口２ａから吐出した冷媒を冷却して凝縮させる第１熱交換器３または第３熱交換器５と、凝縮して液化された高圧冷媒を断熱膨張させて得られた低温低圧の湿り冷媒蒸気冷却する凝縮機能と、地中熱でもって加熱する蒸発機能とを具備した第２熱交換器４とよりなり、該第２熱交換器４では、凝縮した気液混合の高圧冷媒は地中熱で過冷却された後、断勢膨張して低温ガスとなった冷媒は第３熱交換器５または第１熱交換器３を介して圧縮機２の吸入口２ｂに吸入されるようになっている。
【００４５】
そして、圧縮機２の回転軸に連結された図示されない電動モータでは、インバータによって回転数が制御されるようになっている。
【００４６】
また、前記圧縮機２の吐出口２ａおよび吸入口２ｂと、第１熱交換器３の冷媒出入口３ａおよび第３熱交換器５の冷媒出入口５ａとを接続する管路６に四方弁７が介装されており、該四方弁７を一方または他方へ切換操作することにより、圧縮機２の吐出口２ａが第１熱交換器３の冷媒出入口３ａまたは第３熱交換器５の冷媒出入口５ａに連通されるとともに、圧縮機２の吸入口２ｂが第３熱交換器５の冷媒出入口５ａまたは第１熱交換器３の冷媒出入口３ａに連通されるようになっている。
【００４７】
さらに、図１ないし図３に図示される暖房運転、または給湯運転状態において、第１熱交換器３の冷媒出入口３ｂと第２熱交換器４の冷媒入口４ａとを接続する管路８、管路９、管路10における管路８、管路９間に、逆止弁13が介装されるとともに、第３熱交換器５の冷媒出入口５ｂと第２熱交換器４の冷媒出口４ｂとを接続する管路11、管路12における管路11、管路12間に、逆止弁14が介装され、前記逆止弁13は管路８より管路９へ、前記逆止弁14は管路12より管路11へのみそれぞれ冷媒を通過させるようになっている。
【００４８】
さらにまた、第１熱交換器３の冷媒出入口３ｂと第２熱交換器４の冷媒出口４ｂとを接続する管路８、管路12における管路８、管路12間に逆止弁15が介装されるとともに、第３熱交換器５の冷媒出入口５ｂと第２熱交換器４の冷媒入口４ａとを接続する管路11、管路10における管路11、管路10間に逆止弁16が介装され、前記逆止弁15は管路12から管路８へ、前記逆止弁16は管路11から管路10へのみそれぞれ冷媒を通過させるようになっている。
【００４９】
また、図示されない建物内においては、図示されない床内に室内熱交換器17が設けられるとともに、所要個所に貯湯タンク18が配設されている。
【００５０】
室内熱交換器17の出口17ａは、管路19を介して循環ポンプ20の給水口20ａに接続され、循環ポンプ20の吐出口20ｂは管路21を介して第１熱交換器３の循環水入口３ｃに接続され、第１熱交換器３の循環水出口３ｄは管路22、三方弁23、管路24を介して室内熱交換器17の入口17ｂに接続され、管路19には戻り管ヘッダー25が介装されるとともに管路24には往管ヘッダー26が介装されている。
【００５１】
さらに、貯湯タンク18内の底部には給湯熱交換器27が配設されるとともに貯湯タンク18内の頂部には風呂沸し熱交換器28が配設され、給湯熱交換器27の出口27ａは管路29、三方弁30、管路31を介して循環ポンプ32の吸入口32ａに接続され、循環ポンプ32の吐出口32ｂは管路33を介して第３熱交換器５の循環水入口５ｃに接続され、第３熱交換器５の循環水出口５ｄは管路34を介して給湯熱交換器27の入口27ｂに接続されている。
【００５２】
さらにまた、貯湯タンク18内頂部の風呂沸し熱交換器28の出口２８ａは管路35を介して風呂36の吐出口36ａに接続されるとともに、風呂36の吸入口36ｂは管路37を介して風呂沸し循環ポンプ38の吸入口38ａに接続され、風呂沸し循環ポンプ38の吐出口38ｂは管路39を介して風呂沸し熱交換器28の入口28ｂに接続されている。
【００５３】
貯湯タンク18の底部に水道管40の端部が接続されるとともに、貯湯タンク18の頂部に温水管41の端部が接続され、該温水管41にはシャワー42、蛇口43が設けられている。
【００５４】
次に、第２熱交換器４の詳細構造について説明する。
【００５５】
第２熱交換器４は、図５に詳細に図示されるように、外径が約10ｃｍ、長さが５〜10ｍの円筒状有底外筒50と、該有底外筒50に対し図示されないスペーサ等を介して略同芯状に配設され、かつ底部が底板52により形成された有底内筒51と、該有底外筒50および有底内筒51の各頂縁に密接して、該有底内筒51の内部空間55と、該有底内筒51および有底外筒50間の外部空間54を密閉しうる蓋53とで構成されており、前記第２熱交換器４は、後で詳細に説明されるように地中０に埋設されている。
【００５６】
また、前記外部空間54の頂部には、図６に図示されるように、リング状の仕切板56が、有底外筒50の内周壁面と有底内筒51の外周壁面とに気密に密着され、該仕切板56を貫通して下方へ延長する冷媒通路の役を果す細管状のノズル57は、図６および図７に図示されるように外部空間54の周方向に指向して先端部が下方へ傾斜した形状に形成されている。
【００５７】
さらに、底板52の中心を貫通して内部空間55内を上方へ延び、さらに蓋53を貫通する管58の上端に可変絞り第２膨張弁59の入口が接続されるとともに、該可変絞り第２膨張弁59の出口は前記管路12に接続され、該可変絞り第２膨張弁59の絞り開度は管路10管路11の近くに配設された温度センサー60の検出信号に対応して開閉制御されるようになっている。
【００５８】
さらにまた、底板52を貫通して内部空間55を上方へ延長した第１膨張弁61は１本また複数本設けられ、該第１膨張弁61はコイル状に巻回形成されている。
【００５９】
しかも、蓋53を貫通したバイパス管62の下端は内部空間55に連通されるとともに、バイパス管62の上端は管路12に連通されている。
【００６０】
そして、第２熱交換器４における前記外部空間54は、第１熱交換器３または第３熱交換器５において冷却されて凝縮した気液混合の高圧冷媒を地中熱によって過冷却する凝縮器の機能を有し、第２熱交換器４における内部空間55は、第１膨張弁61から冷媒を断熱膨張させて低温ガスにする蒸発器の機能を有している。
【００６１】
また、有底外筒50を貫通したヒートパイプ63の下端は有底外筒50の内周面（または有底内筒51の外周面）に一体に接合され、有底外筒50より外部へ露出したヒートパイプ63の上部は斜上方へ指向している。
【００６２】
さらに、有底外筒50の外周面に上下へ所要間隙を存して散水管64が複数本付設され、これら散水管64は地上に設置された電磁弁65に水道管66を介して接続されており、電磁弁65の開放によって散水管64から有底外筒50の全周に亘り水が散水されるようになっている。
【００６３】
地中０には、図１ないし図４に図示されるように、第２熱交換器４の有底外筒50よりも径の大きな竪穴70が掘られ、この竪穴70の中心に第２熱交換器４が保持された状態で、木炭の如き吸水性物質に、銅粉の如き熱伝導性の高い粉体を混合し、この混合物に水を加えた吸水性ゲル物質71が竪穴70内に充填され、竪穴70の頂部が直径約60cmのコンクリート製蓋72で覆われている。
【００６４】
図１ないし図７に図示の実施形態は、前述されたように構成されているので、暖房運転を行なおうとする場合には、図１に図示されるように圧縮機２の吐出口２ａを第１熱交換器３の冷媒出入口３ａに接続するとともに、圧縮機２の吸入口２ｂを第３熱交換器５の冷媒入口４ａに接続するように四方弁７を操作し、かつ管路22と管路24とを相互に接続するように三方弁23を切換えるとともに、管路19と管路31とを遮断するように三方弁30を切換え、圧縮機２と循環ポンプ20とを運転すると、圧縮機２で断熱加圧された高温冷媒は第１熱交換器３に導かれて、第１熱交換器３内の水と熱交換されて冷却された冷媒は気液混合の高圧冷媒となって管路８、逆止弁13、管路９、管路10を介してノズル57より外部空間54に噴出される。
【００６５】
ノズル57は上方から見て有底外筒50、有底内筒51の周方向に沿って時計方向へ曲げられるとともに下方へ曲げられているため、気液混合の高圧冷媒は外部空間54内で旋回しながら下降し、地中０の吸水性ゲル物質71と熱交換されるとともに内部空間55内の低温冷媒と熱交換されて冷却され、さらに凝縮され、外部空間54の底部に溜った液状冷媒は第１膨張弁61を介して内部空間55内へ排出され、第１膨張弁61を通過する際に液状冷媒は内部空間55内の低温冷媒と熱交換されて冷却され、第１膨張弁61の出口を出たときに断熱膨張して低温低圧の湿り蒸気となる。
【００６６】
内部空間55内の低温低圧の湿り蒸気は内部空間55内を上昇し、バイパス管62から管路12、逆止弁14、管路11、第３熱交換器５および管路６の四方弁７を介して圧縮機２の吸入口２ｂに送られ、圧縮機２内で再び断熱加圧される。
【００６７】
そして、室内熱交換器17、管路19、戻り管ヘッダー25内の水は、循環ポンプ20によって、管路21を介して第１熱交換器３内に流入し、第１熱交換器３内に流入した水は、圧縮機２によって断熱加圧された高温冷媒と熱交換され、加熱された高温の水は、管路22、三方弁23、管路24、往管ヘッダー26を介して室内熱交換器17に流入し、室内熱交換器17内にて図示されない床と熱交換され、再び循環ポンプ20によって第１熱交換器３内に流入するが、床は室内熱交換器17内を通過する高温の水によって加熱され、図示されない室内は加熱された床でもって暖房される。
【００６８】
このように、気液混合の高圧冷媒は、ノズル57より勢い良く外部空間54内を螺旋状に噴射されて、有底外筒50を介して吸水性ゲル物質71と熱交換されるとともに、有底内筒51を介して内部空間55内の低温冷媒と熱交換されるため、外部空間54内にて充分に冷却されて凝縮が促進されるとともに、内部空間55内にて冷媒は加熱されて蒸発が促進される結果、圧縮機２を回転させるに必要な動力が節減されて、圧縮式ヒートポンプ１の成績係数が向上する。
【００６９】
この暖房運転中に、室内熱交換器17の放熱量が不足している場合には、インバータによって圧縮機２の回転数が増大されるとともに温度センサー60により可変絞り第２膨張弁59が開放され、圧縮機２に送られる冷媒供給量が増加し、室内熱交換器17の放熱量が増大する。
【００７０】
さらに、室内を強力に暖房したい場合には、図１に図示された運転状態において、管路29と管路33とが連通するように三方弁30を設定してから循環ポンプ32の運転を開始すると、図２に図示されるように、予め貯湯タンク18内で加熱された熱湯でもって加熱された給湯熱交換器27の温水は管路29、三方弁30、管路33を介して循環ポンプ32に吸入され、循環ポンプ32より吐出された温水は管路33を介して第３熱交換器５に流入し、第３熱交換器５内を流れる冷媒蒸気は、管路33より第３熱交換器５に流入した温水によって加熱されて冷媒が昇温するため、圧縮機２により断熱加圧される冷媒蒸気高温に加熱され、第１熱交換器３内で高温冷媒と熱交換されて室内熱交換器17に送られる温水の温度が上昇し、室内熱交換器17からの放熱量が増大して室内は強力に暖房される。
【００７１】
次に、電力料金の安い夜間に貯湯タンク18内の水を加熱したい場合には、図３に図示するように、循環ポンプ20の運転を行なうが、その反面、循環ポンプ32の運転を停止し、管路22と管路34とが連通するように三方弁23を設定するとともに、管路19と管路29とが連通するように三方弁30を設定すれば、循環ポンプ20により管路21を介して第１熱交換器３に送られた水は、第１熱交換器３において、高温の冷媒と熱交換されて加熱された熱水は、図１に図示の暖房の場合で室内熱交換器17に送られる代りに、管路22、三方弁23、管路34を介して貯湯タンク18内の給湯熱交換器27に送られ、貯湯タンク18内の温水と熱交換された後、管路29、三方弁30、管路19を介して循環ポンプ20に戻り、第１熱交換器３で加熱された熱水は循環する。
【００７２】
第１熱交換器３で加熱された熱水が貯湯タンク18内の給湯熱交換器27を通過して貯湯タンク18内の温水と熱交換され、貯湯タンク18内の温水は高い温度になる迄加熱される。
【００７３】
また、冷房運転を行なおうとする場合には、図４に図示されるように、室内熱交換器17でもって室内空気の熱を、第２熱交換器４によって吸水性ゲル物質71を介して地中０に放散させるとともに、第１熱交換器を介して冷媒に伝達させ、熱の伝導を受けた冷媒を第３熱交換器５において、給湯熱交換器27、管路29、三方弁30、管路31、循環ポンプ32、管路33、管路34および給湯熱交換器27で接続される水回路でもって、貯湯タンク18の水を加熱するようになっている。
【００７４】
すなわち、前記の暖房運転や給湯運転の四方弁７の設定状態を切換え、圧縮機２の吐出口２ａを第３熱交換器５の冷媒出入口５ａに接続するとともに、圧縮機２の吸入口２ｂを第１熱交換器３の冷媒出入口３ａに接続し、管路22と管路24とが連通するように三方弁23を切換設定するとともに、管路29と管路31とが連通するように三方弁30を切換設定した後、循環ポンプ20および循環ポンプ32を運転すればよい。
【００７５】
この冷房運転状態では、図４に図示されるように、圧縮機２で断熱加熱された高温の冷媒は、圧縮機２の吐出口２ａから第３熱交換器５の冷媒出入口５ａに達する。そして高温冷媒は、貯湯タンク18の給湯熱交換器27に連通する管路29、三方弁30、管路31、循環ポンプ32、管路33、第３熱交換器５、管路34に連通する温水回路中の温水と第３熱交換器５内において熱交換されて、冷却凝縮され、気液混合の冷媒は、管路11、逆止弁16、管路10を介してノズル57を通過し、外部空間54内で螺旋状に旋回しながら下降し、有底外筒50外の吸水性ゲル物質71および内部空間55内の低温の冷媒との熱交換でさらに冷却凝縮されて外部空間54内底部に溜まる。
【００７６】
外部空間54内に溜められた冷媒は、第１膨張弁61内を通過する間に、内部空間55内の低温冷媒蒸気によって冷却された後、第１膨張弁61上端から放出されて、断熱膨張し、低温冷媒蒸気はバイパス管62、管路12、逆止弁15、管路８を介して第１熱交換器３内に流入する。そして低温冷媒は、第１熱交換器３の循環水出口３ｄから管路22、三方弁23、管路24、往管ヘッダー26、室内熱交換器17、管路19、戻り管ヘッダー25、循環ポンプ20、管路21を介して第１熱交換器３の３ｅに通ずる水回路中の水と、熱交換され、第１熱交換器３の冷媒出入口３ａから管路６、四方弁７を介して圧縮機２の吸入口２ｂに戻される。
【００７７】
第２熱交換器４において、低温に冷却された冷媒と第１熱交換器３内において熱交換されて冷却された水は、前記水回路中を循環し、この冷却水は室内熱交換器17において図示されない床を介して室内空気と熱交換され、室内空気が冷却される。
【００７８】
また、電磁弁65が開放されて水道管66から散水管64に達した水道水は、散水管64より吸水性ゲル物質71に散水されるため、吸水性ゲル物質71は充分に冷却される。
【００７９】
さらに、吸水性ゲル物質71は水分を多く含んでいるため、熱伝導性が良好であるので、地中０にも熱が良く伝達され、第２熱交換器４は充分に冷却される。
【００８０】
さらにまた、ヒートパイプ63の一端部が外部空間54内に露出して有底外筒50に一体に接合されるとともに、ヒートパイプ63の他端部が吸水性ゲル物質71中に突出しているため、外部空間54内の熱が吸水性ゲル物質71に良く伝達される。
【００８１】
図１ないし図７の実施形態の第２熱交換器４では、管58が蓋53を上方へ貫通していたが、第２熱交換器４を図８に図示するように構成してもよい。
【００８２】
図８に図示の第２熱交換器４では、管58の頂端は内部空間55の頂部近くで開口し、この開口部に可変絞り第２膨張弁59を設けても、図５の第２熱交換器４と略同様な効果を奏することができる。
【００８３】
次に、有底外筒50を地中０に埋設する方法の実施形態について説明する。
【００８４】
図９に図示されるように、第２熱交換器４の円筒状有底外筒50の外周面に、有底外筒50の上端から下端に向って螺旋状に巻回形成された放熱フィン67の内周縁が溶接等で一体に固着され、該放熱フィン67の内周縁に沿って図示されない下端が開口されたスラリー供給管が一体に取り付けられており、スラリー供給管の上端から吸水性ゲル物質71のスラリーを供給しながら、上方から見て、有底外筒50を時計方向に旋回させると、有底外筒50は地中０中にネジ込まれるとともに、地中０内において有底外筒50の外周に吸水性ゲル物質71が充填されるので、第２熱交換器４の地中０への埋設作業を短時間内に容易に遂行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本願発明に係る圧縮式ヒートポンプにおける暖房運転状態を図示した図面である。
【図２】図１における圧縮式ヒートポンプの強力暖房運転状態を図示した図面である。
【図３】図１における圧縮式ヒートポンプの深間給湯運転状態を図示した図面である。
【図４】図１における圧縮式ヒートポンプの冷房運転状態を図示した図面である。
【図５】前記圧縮式ヒートポンプにおける凝縮器と蒸発器とを一体化した第３熱交換器の縦断図面である。
【図６】図５の第３熱交換器の要部拡大平面図である。
【図７】図６のＶＩ矢視図である。
【図８】他の実施形態における第３熱交換器の縦断面図である。
【図９】本願発明に係る圧縮式ヒートポンプの第２熱交換器の地中埋設方法において、用いられる該熱交換器の正面図である。
【符号の説明】
【００８６】
０…地中、１…圧縮式ヒートポンプ、
２…圧縮機、２ａ…吐出口、２ｂ…吸入口、
３…第１熱交換器、３ａ…冷媒出入口、３ｂ…冷媒出入口、３ｃ…循環水入口、３ｄ…循環水出口、
４…第２熱交換器、４ａ…冷媒入口、４ｂ…冷媒出口
５…第３熱交換器、５ａ…冷媒出入口、５ｂ…冷媒出入口、５ｃ…循環水入口、５ｄ…循環水出口、
６…管路、７…四方弁、８…管路、９…管路、10…管路、11…管路、12…管路、
13…逆止弁、14…逆止弁、15…逆止弁、16…逆止弁、
17…室内熱交換器、17ａ…出口、17ｂ…入口、
18…貯湯タンク、19…管路、
20…循環ポンプ、20ａ…吸入口、20ｂ…吐出口、
21…管路、22…管路、23…三方弁、24…管路、25…戻り管ヘッダー、26…往管ヘッダー、
27…給湯熱交換器、27ａ…出口、27ｂ…入口、
28…風呂沸し熱交換器、28ａ…出口、28ｂ…入口、
29…管路、30…三方弁、31…管路、
32…循環ポンプ、32ａ…吸入口、32ｂ…吐出口、
33…管路、34…管路、35…管路、36…風呂、36ａ…吐出口、36ｂ…吸入口
37…管路、38…風呂沸し循環ポンプ、38ａ…吸入口、38ｂ…吐出口、
39…管路、40…水道管、41…温水管、42…シャワー、43…蛇口、
50…有底外筒、51…有底内筒、52…底板、53…蓋、54…外部空間、55…内部空間、
56…仕切板、57…ノズル、58…管、59…可変絞り第２膨張弁、60…温度センサー、
61…第１膨張弁、62…バイパス管、63…ヒートパイプ、64…散水管、65…電磁弁、
66…水道管、67…放熱フィン
70…竪穴、71…吸水性ゲル物質、72…コンクリート製蓋。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2008190792.tif 000009
【図８】
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【図９】
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