(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
屋内に設置される室内機と、
外気との熱交換をする室外機と、
前記室内機と前記室外機との間を冷媒が循環する配管と、を有し、
前記室外機は、前記室外機の内部に配置され、前記室外機の外部から冷却材を投入可能あって、前記冷媒を冷却する冷却槽を備えることを特徴とする熱交換システム。
【請求項２】
前記冷却槽は、水と固形物を分離するメッシュ状の容器を、外部への取り出しが可能な状態で備えることを特徴とする請求項１に記載の熱交換システム。
【請求項３】
前記冷却槽の温度を検知する温度検知器と、
前記冷却槽の下部に設けられた排水口と、
前記排水口に設けられ前記温度検知器の出力により開閉可能な弁と、
を備え、前記冷却槽の温度が所定の温度を超えたときに、前記弁を開いて排水することを特徴とする請求項１または２記載の熱交換システム。
【請求項４】
前記冷媒を圧縮する圧縮ポンプと、
前記冷媒と外気との間で熱交換する熱交換器と、
前記冷媒を膨張される膨張弁と、
を備え、前記圧縮ポンプと前記熱交換器の間、または前記熱交換器と前記膨張弁の間に前記冷却槽を配置するとを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の熱交換システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和機等の熱交換システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化を防止するために二酸化炭素の排出量の削減が急務である。対策の一つとして，空調のエネルギー消費の削減が重要課題となっており，省エネルギー性に優れた熱交換システムの開発が急がれている。
【０００３】
特許文献１には、深夜の余剰電力を使用して冷熱源として氷を蓄え、昼間の冷房運転の際に、蓄えた冷熱を利用する空調機が開示されている。また、特許文献２には、深夜の余剰電力を使用して蓄えた氷が、昼間の冷房運転で全て使用されずに残った場合に、その氷を解かす手段を設けたエアコン装置が開示されている。これらの技術は、深夜と昼間の電力使用の不均衡を改善して、電力供給に必要な設備の合理化を図ろうとするものである。省エネルギー対策として有効である半面、空調設備が大型となり、ビルや工場等の大規模施設における省エネルギー技術としての利用に適する。
【０００４】
特許文献３には、雪氷を利用した空調システムが開示されている。雪氷を利用することから冬季の利用に限られ、大型の冷凍庫や冷蔵施設における使用を目的としている。
【特許文献１】特開平６-９４２８４号公報
【特許文献２】特開２０００-５５４１７号公報
【特許文献３】特開平１０-２９２９３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年，スーパーマーケットは郊外に立地されることが多く、また買い物の多様化が進み、一回の買い物時間が長時間化し、購入済みの生鮮食料品の鮮度を帰宅時まで維持するための冷熱源の使用が増加している。特に、夏季の期間は氷、ドライアイス等の冷熱源の配布が、小売店で行われるようになっている。一方、これらの冷熱源は衛生上の観点から、帰宅後廃棄処理されるケースが多い。
しかしながら、冷熱源の生成には多大なエネルギーが用いられているにもかかわらず、冷熱としてのエネルギーの一部しか利用せずに破棄していることは、エネルギーの無駄を増す行為である。二酸化炭素の排出量を削減し、地球温暖化を防止する上で、この冷熱源を有効に利用する必要がある。
【０００６】
そこで、本発明は、上記問題点を鑑みてなされたもので、廃棄されている冷熱源を有効に利用し、空調等の熱交換システムにおけるエネルギーの使用効率を上げることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る熱交換システムにおいては、廃棄される冷熱源を投入可能な冷却槽を設置する簡便な手段にて、エネルギーの使用効率を改善する。
【０００８】
本発明は、屋内に設置される室内機と、外気との熱交換をする室外機と、室内機と室外機との間を冷媒が循環する配管を有し、室外機は室外機の内部に設置され、室外機の外部から冷却材を投入可能であって、冷媒を冷却する冷却槽を備えることを特徴とする熱交換システムである。これにより、廃棄されていた冷熱源のエネルギーを利用して、熱交換システムの効率を改善することができる。
【０００９】
本発明に係る熱交換システムは、冷却槽に、水と固形物を分離するメッシュ状の容器を、外部への取り出しが可能な状態で備えることを特徴とする。これにより、冷熱源の投入および取り出しが容易になる。
【００１０】
本発明に係る熱交換システムにおいては、前記冷却槽の温度を検知する温度検知器と、  前記冷却槽の下部に設けられた排水口と、前記排水口に設けられ前記温度検知器の出力により開閉可能な弁と、を備え、前記冷却槽の温度が所定の温度を超えたときに、前記弁を開いて排水することを特徴とする。これにより、冷却効果を有さなくなった水を、冷却槽から適宜排出することができる。
【００１２】
本発明に係る熱交換システムにおいては、冷媒を圧縮する圧縮ポンプと、冷媒と外気との間で熱交換する熱交換器と、冷媒を膨張させる膨張弁を備え、圧縮ポンプと熱交換器の間、または熱交換器と膨張弁の間に冷却槽を配置することを特徴とする。これにより熱交換システムの効率を改善する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、従来は廃棄されていた氷やドライアイス等の冷熱源をエネルギー源として有効利用でき、熱交換システムのエネルギー使用の効率を改善することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明に係る熱交換システムの動作の説明図である。本実施例における熱交換システムは、家庭用の空気調和機である。室内熱交換器３により室内の空気を冷す室内機２および室外熱交換器７により熱を外気に放出する室外機１０を、冷媒が循環する配管５で連結した熱交換システムである。
【００１６】
室内機２は、冷媒に熱を与えることにより室内の空気を冷す室内熱交換器３、および冷媒を断熱膨張させて温度を下げる膨張弁４、室内の空気を室内熱交換器３に送風して冷却するファン９を備えている。室外機１０は、冷媒を断熱圧縮して温度を上げる圧縮ポンプ６、および冷媒の熱により外気を暖めて放出する室外熱交換器７、投入された冷却材により冷媒を冷す冷却槽８、外気を室外熱交換機７に送風して暖められた空気を外部に放出するファン９を備えている。室内機２と室外機１０は、配管５によって連結され、冷媒が室内機２と室外機１０の間を循環することによりヒートポンプ作用を利用した熱交換システムが構成される。
【００１７】
図１の熱交換システムにおいて、配管５により室内機２と室外機１０の間を循環する冷媒は、室内熱交換機３においてファン９により送風された室内の空気から熱を奪って気化し、圧縮ポンプ６へ送られる。このとき、室内熱交換器３から放出される空気は冷却され、一方、冷媒は暖められた気体となっている。圧縮ポンプ６では、室内熱交換器３から送られてきた冷媒を高圧に断熱圧縮して高温の気体とする。圧縮ポンプ６で高温高圧の気体となった冷媒は、冷却槽８に付設した配管を通って室外熱交換器７に送られる。このとき、冷却槽８に氷やドライアイス等の冷却材が投入されていれば、冷媒は冷却されて室外熱交換器７に送られる。
【００１８】
室外熱交換器７に送られた冷媒は、ファン９により送風された外気との間で熱交換を行い、熱を放出して凝縮し液化する。一方、外気は熱を受け取り、暖められて放出される。液化した冷媒は室内機２に送られて、膨張弁４により減圧されて断熱膨張し低温の液体となる。低温の液体となった冷媒は、再び、室内熱交換器３において、ファン９により送風された室内の空気から熱を吸収し気化し、冷媒に熱を奪われた冷気が室内に送風される。
【００１９】
本発明に係る熱交換システムにおいては、以上の熱交換過程を繰り返すことにより、室内の冷房を行う。
【００２０】
図２は、本発明に係る熱交換システムの別の態様を示した説明図である。システムを構成する各ユニットは図１に示したものと同じであるが、図２の熱交換システムにおいては、冷却槽８が室外熱交換器７の後に配置されている点が異なる。この場合、室外熱交換器７において凝縮し液体となった冷媒が、冷却槽８に付設した配管を通って室内機２に送られる。このとき、冷却槽８が、前述したように氷やドライアイス等の冷却材の投入により低温となっていれば、冷媒はさらに冷却されて室内機２に送られる。
【００２１】
上記の本発明に係る熱交換システム１においては、従来は有効利用されなかった氷やドライアイス等の冷熱源である冷却材が冷却槽８に投入され、冷却槽８が低温に保たれている間に、配管５を循環する冷媒を冷却して熱交換システムの効率を改善する。例えば、摂氏０度の氷１kgが摂氏０度の水に変化する融解熱は約３３４KJであり、摂氏０度の水１kgが摂氏４０度の水に上昇する場合に必要な熱量は約１６７KJである。通常、熱交換システムの冷媒は、室外機入口で６０℃以上の温度に達しているので、熱交換の温度差を考慮すると、冷熱源としては４０℃程度まで使用可能である。
【００２２】
したがって、１ｋｇの氷を冷熱源とし投入し、冷却槽８が４０℃まで昇温するまで使用した場合、３３４＋１６７＝５０１ｋＪの熱量を熱交換システムの冷熱源として利用することが可能である。これは、電力換算で０．１３９kWhに相当し、０．０７７ｋｇのCO2排出量の削減となる （全電源平均のCO2排出量は，平成１８年３月経済産業省，環境省令第３号に基づき０．５５５kg‐CO2/kWhとした）。
【００２３】
なお、全国の世帯数約４７００万世帯の内、エアコン導入世帯数は８８％（平成２０年度、内閣府消費動向調査）に達している。その内の０．１％の世帯が本発明に係る空気調和機を導入して１週間に１回、１ｋｇの氷を投入すると、下式の概算のとおり、１ヶ月で約１００ｔのCO2排出量の削減となる。
〔数１〕
４７，０００，０００×０．８８×０．００１×３６５／１２／７×０．５５５＝９９，７４４  （kg-CO2）
【００２４】
図３（ａ）は、本発明に係る熱交換システムの室外機１０の外観を示す模式図である。通常、室外機１０はベランダ等の屋外に設置され、冷媒入口２７および冷媒出口２６が配管に連結されて室内機２につながれる。側面には、室外熱交換器７において冷媒から熱を受け取り、暖められた外気を放出する外気放出口２１が設けられている。上面には、冷却材を投入する投入口２３が設けられ、蓋２２が取り付けられている。冷却槽８は、投入口２３に連設され、メッシュ状の容器である内カゴ２４が装着できるようになっている。投入口２３から投入された冷却材が外気により暖められないように、蓋２２の内側には断熱材が付着されている。
【００２５】
図３（ｂ）は、冷却槽８の断面を示す模式図である。冷却槽８は、室外機１０の上面内側に投入口２３に連設して取り付けられる。冷却槽８の周りは断熱材２５で覆われ、上記のように蓋２２の内側にも断熱材２５が付着されている。これにより、外気との熱交換が遮断され、冷却槽８内部の冷却材は、冷却配管５ａを通る冷媒から熱を吸収する。冷却配管５ａは、冷却槽８の側面に直に付設されており、熱交換の効率が高められている。また、別の態様として、冷却槽８の側面を貫通させて、冷却槽８の内部に冷却配管５ａを付設する構造としても良い。
【００２６】
冷却槽８内に装着される内カゴ２４には、投入された氷やドライアイス等の冷却材が保持される。冷却槽８の側面に付設した冷却配管５ａを介して冷媒との熱交換がされると、冷却材である氷は解けて水となり、冷却槽８の底に溜まる。ドライアイスは蒸発して蓋２２と冷却槽８の隙間から外へ出てゆく。氷とドライアイスを混ぜて投入する場合、図３（ｂ）中に示すように、解けた水とドライアイスが接触して急激な蒸発が生じないように、内カゴ２４の下部と冷却槽８の底の間に水が溜まる空間を設けることが好ましい。これにより、内カゴ２４に保持されるドライアイスが水に接触しないようにできる。さらに、蒸発したドライアイスにより内圧が上昇しないようにするために、冷却槽８を密閉しないように蓋２２を取り付けるか、または、冷却槽８の上部に排気口を設けることが好ましい。
【００２７】
冷却材としては、氷やドライアイスの他に、一般に使用されている高吸水性樹脂等からなる蓄冷剤を投入することも可能である。高吸水性樹脂等からなる蓄冷剤は、通常、再使用が可能であるから、使用後に内カゴと共に取り出して再生することが好ましい。また、氷やドライアイスと蓄冷剤を混合して冷却槽８に投入する場合、ドライアイスは蒸発して消失するが、氷は解けて水となり冷却槽８の底に溜まり、蓄冷剤は固形物のまま残ることになる。したがって、冷却槽８に内カゴ２４を装着しておけば、蓄冷剤のみが内カゴに残り、水と分離して取り出すことが容易となる。
【００２８】
図４は、本発明に係る熱交換システムの室外機１０の内部構成を示す模式図である。室外機１０は、前述のとおり圧縮ポンプ６および室外熱交換器７、冷却槽８を備え、それぞれのユニットは配管５によってつながれている。また、図示はしていないが、室外熱交換器７の裏側には、送風用のファン９が設置されている。冷却槽８の側面には、曲折した冷却配管５ａが側面に直に付設されており、前述のとおり冷却材との熱交換の効率を上げる構成となっている。
【００２９】
冷却槽８の側面には、冷却槽８の内部の温度を検知する温度検知器３１が取り付けられている。温度検知器３１は、内部温度に対応した電圧を出力するものが好ましい。例えば、半導体温度センサーを内蔵した温度スイッチ等を、温度検知器として使用することができる。
【００３０】
さらに、冷却槽８の側面下部には、電磁弁３３を介して排水口３２が設けられている。温度検知器３１の出力は電磁弁３３の制御端子に接続されており、温度検知器３１の出力により電磁弁３３の開閉が可能となっている。これにより、冷却槽８の内部温度が所定の値（例えば前述の４０℃）より高くなった時に、電磁弁３３を開き、冷却槽８の下部に溜まった水を排水口３２から排出するように制御することができる。さらに、冷却槽８の内部温度が４０℃より高くなり冷媒を冷却できなくなった場合に、電磁弁３３を開いて冷却槽８の下部に溜まった水を外部に放出し、再度、冷却材が投入され、冷却槽８の内部温度が４０℃より低くなった時に、電磁弁３３を閉じるように制御することも可能である。
【００３１】
以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る熱交換システムの機能を説明するための模式図である。
【図２】本発明に係る熱交換システムの機能を説明するための模式図である。
【図３】（ａ）は本発明に係る熱交換システムの室外機の外観を示す模式図である。（ｂ）は、本発明に係る冷却槽の断面を示す模式図である。
【図４】本発明に係る熱交換システムの室外機の内部構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３３】
１・・・熱交換システム
２・・・室内機
３・・・室内熱交換器
４・・・膨張弁
５・・・配管
５ａ・・・冷却配管
６・・・圧縮ポンプ
７・・・室外熱交換器
８・・・冷却槽
１０・・・室外機
２３・・・投入口
２４・・・内カゴ
２５・・・断熱材
３１・・・温度検知器
３２・・・排水口
３３・・・電磁弁
【図１】
0005157615.tif 000002
【図２】
0005157615.tif 000003
【図３】
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【図４】
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