(57)【要約】      （修正有）【課題】逆カルノーサイクルの冷凍サイクルと冷媒サイクル及び、カルノーサイクルを複合的に活用した空調給湯装置を提供する。【解決手段】逆カルノーサイクルの冷凍サイクルの第１サイクルと、冷凍サイクル及び、カルノーサイクルの発電サイクルの第２サイクルからなる、複合サイクルを用いて、従来、凝縮器から冷媒を冷却するために大気に放出され、捨てられていた、未利用の熱エネルギーを、第２サイクルの冷媒との熱交換により活用する。【選択図】図１
2016003849.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷房給湯において、圧縮機に給湯熱交換器と凝縮器と受液器（図示略）と膨張弁と第１室内熱交換器と熱交換器を冷媒が循環する様に順番に冷媒配管で接続した逆カルノーサイクルの冷凍サイクルの第１サイクルと、第１サイクルの凝縮器と熱交換器を第２の受液器（図示略）と第２サイクルの膨張弁と第２室内熱交換器と冷媒ポンプを冷媒が循環する様に順番に冷媒配管で接続した冷凍サイクルの第２サイクルからなる複合サイクルを有する複合空調給湯装置において、第１サイクルの圧縮機により高温となった冷媒により給湯熱交換器において給湯水を昇温した後、従来、凝縮器から冷媒を冷却するために、大気に放出されていた、未利用の熱エネルギーを活用して、凝縮器により、第２サイクルの冷媒を昇温し、第２サイクル膨張弁により膨張させ、第２サイクルの第２室内熱交換器を介して冷房を行い、従来の第１サイクルの第１室内熱交換器の冷房能力に加える事により、全体の冷房給湯能力と冷房給湯効率を向上させる事ができることを特徴とする複合空調給湯装置。
【請求項２】
冷房給湯において、圧縮機に給湯熱交換器と凝縮器と受液器（図示略）と膨張弁と第１室内熱交換器と熱交換器を冷媒が循環する様に順番に冷媒配管で接続した逆カルノーサイクルの冷凍サイクルの第１サイクルと、第１サイクルの凝縮器に第２サイクルの発電機を組み付けられた膨張機と第１サイクルの熱交換器と冷媒ポンプを冷媒が循環する様に順番に冷媒配管で接続した発電サイクルの第２サイクルからなる複合サイクルを有する複合空調給湯装置において、第１サイクルの圧縮機により高温となった冷媒により給湯熱交換器において給湯水を昇温した後、凝縮器における熱交換により、第２サイクルの冷媒を昇温し、その膨張力による第２サイクル膨張機の駆動力で、発電を行い、従来の第１サイクルの第１室内熱交換器の冷房能力に加える事により、全体の冷房給湯能力と冷房給湯効率を向上させる事ができることを特徴とする複合空調給湯装置。
【請求項３】
冷房給湯において、圧縮機に給湯熱交換器と凝縮器と受液器（図示略）と膨張弁と第１室内熱交換器と熱交換器を冷媒が循環する様に順番に冷媒配管で接続した逆カルノーサイクルの冷凍サイクルの第１サイクルと、第１サイクルの凝縮器と熱交換器を第２の受液器（図示略）と第２サイクルの膨張弁と第２室内熱交換器と冷媒ポンプとを冷媒が循環する様に順番に冷媒配管で接続した冷凍サイクルの第２サイクルからなる複合サイクルを有する複合空調給湯装置において、第１サイクルの圧縮機により高温となった冷媒により給湯熱交換器において給湯水を昇温した後、従来、冷却するためだけに凝縮器により、大気に放出されていた未利用の熱エネルギーを活用して、第２サイクルの冷媒と、第１サイクルの冷媒を熱交換し利用する事により、全体の冷房給湯能力と冷房給湯効率を向上させるため、第２サイクルの冷媒の循環量を温度センサーにより検知して制御し、常に最適な温度と循環量を保つ事ができる様にした事を特徴とする複合空調給湯装置。
【請求項４】
暖房給湯において、圧縮機に給湯熱交換器と第１室内熱交換器と凝縮器と受液器（図示略）と膨張弁と熱交換器を冷媒が循環する様に順番に冷媒配管で接続した逆カルノーサイクルの冷凍サイクルの第１サイクルと、第１サイクルの凝縮器に第２室内熱交換器と第１サイクルの熱交換器と第２の受液器（図示略）と第２サイクルの膨張弁と冷媒ポンプを冷媒が循環する様に順番に冷媒配管で接続した冷凍サイクルの第２サイクルからなる複合サイクルを有する複合空調給湯装置において、第１サイクルの圧縮機により高温となった冷媒により給湯熱交換器において給湯水を昇温した後、従来、冷却するためだけに凝縮器により、大気に放出されていた未利用の熱エネルギーを活用して、凝縮器により、第２サイクルの冷媒を昇温し、第２サイクルの第２室内熱交換器を介して暖房を行い、従来の第１サイクルの第１室内熱交換器の暖房能力に加える事により、全体の暖房給湯能力と暖房給湯効率を向上させる事ができることを特徴とする複合空調給湯装置。
【請求項５】
暖房給湯において、圧縮機に給湯熱交換器と第１室内熱交換器と凝縮器と受液器（図示略）と膨張弁と熱交換器を冷媒が循環する様に順番に冷媒配管で接続した逆カルノーサイクルの冷凍サイクルの第１サイクルと、第１サイクルの凝縮器と第２サイクルの発電機を組み付けられた膨張機と第１サイクルの熱交換器と冷媒ポンプを冷媒が循環する様に順番に冷媒配管で接続した発電サイクルの第２サイクルからなる複合サイクルを有する複合空調給湯装置において、第１サイクルの圧縮機により高温となった冷媒により給湯熱交換器において給湯水を昇温した後、従来、冷却するためだけに凝縮器により、大気に放出されていた未利用の熱エネルギーを活用して、凝縮器における熱交換により、第２サイクルの冷媒を昇温し、その膨張力による第２サイクル膨張機の駆動力で、発電を行い、従来の第１サイクルの第１室内熱交換器の暖房能力に加える事により、全体の暖房給湯能力と暖房給湯効率を向上させる事ができることを特徴とする複合空調給湯装置。
【請求項６】
暖房給湯において、圧縮機に給湯熱交換器と第１室内熱交換器と凝縮器と受液器（図示略）と膨張弁と熱交換器を冷媒が循環する様に順番に冷媒配管で接続した逆カルノーサイクルの冷凍サイクルの第１サイクルと、第１サイクルの凝縮器に第２室内熱交換器と第１サイクルの熱交換器と第２の受液器（図示略）と第２サイクルの膨張弁と冷媒ポンプを冷媒が循環する様に順番に冷媒配管で接続した冷凍サイクルの第２サイクルからなる複合サイクルを有する複合空調給湯装置において、第１サイクルの圧縮機により高温となった冷媒により給湯熱交換器において給湯水を昇温した後、従来、冷却するためだけに凝縮器により、大気に放出されていた未利用の熱エネルギーを活用して、第２サイクルの冷媒と、第１サイクルの冷媒を熱交換し利用する事により、全体の暖房給湯能力と暖房給湯効率を向上させるため、第２サイクルの冷媒の循環量を温度センサーにより検知して制御し、常に最適な温度と循環量を保つ事ができる様にした事を特徴とする複合空調給湯装置。
【請求項７】
冷房給湯において、第１サイクルは、圧縮機と給湯熱交換器と凝縮器と受液器（図示略）と膨張弁と第１室内熱交換器と熱交換器を冷媒が循環する様に順番に冷媒配管で接続され、圧縮機により圧縮され、高温、高圧となった第１サイクルの冷媒は給湯熱交換器に流入し、給湯水を昇温した後、凝縮器において、第２サイクルの冷媒と熱交換を行い、受液器（図示略）を経て膨張弁に流入した後、低温、低圧となり、第１室内熱交換器に流入し冷房を行い、熱交換器を経て圧縮機に戻る事により冷凍サイクルが構成されている。
高温、高圧となった第１サイクルの冷媒により給湯熱交換器において昇温された給湯水は給湯配管を経て給湯ポンプにより循環し、貯湯タンクに蓄えられる。
第２サイクルの冷凍サイクルは、第１サイクルの凝縮器と第１サイクルの熱交換器と第２の受液器（図示略）と第２サイクルの膨張弁と第２室内熱交換器と冷媒ポンプを冷媒が循環する様に順番に冷媒配管で接続され、凝縮器において第１サイクルの冷媒と熱交換し高温、高圧となった冷媒が、熱交換器において第１サイクルの冷媒により凝縮され、受液器（図示略）を経て第２サイクルの膨張弁に流入し、低温、低圧となり、第２室内熱交換器に流入し、冷房を行った後に冷媒ポンプに入り、昇圧され凝縮器に戻る事により構成されている。従来、冷却するためだけに凝縮器により大気に放出されていた、第１サイクルの未利用の熱エネルギーを、凝縮器における第２サイクルの冷媒との熱交換により活用し、第２サイクルの膨張弁により膨張させ低温、低圧となった冷媒により第２室内熱交換器において冷房を行う。この様に従来の第１サイクルの第１室内熱交換器の冷房能力に、第２サイクルの第２室内熱交換器の冷房能力加える事により、全体の冷房給湯能力と冷房給湯効率を大幅に向上させる事ができることを特徴とする複合空調給湯装置。
【請求項８】
冷房給湯において、第１サイクルは、圧縮機と給湯熱交換器と凝縮器と受液器（図示略）と膨張弁と第１室内熱交換器と熱交換器を冷媒が循環する様に順番に冷媒配管で接続され、圧縮機により圧縮され、高温、高圧となった第１サイクルの冷媒が給湯熱交換器に流入し、給湯水を昇温した後、凝縮器において、第２サイクルの冷媒と熱交換を行い、受液器（図示略）を経て膨張弁に流入し、低温、低圧となり、第１室内熱交換器に流入し冷房を行い、熱交換器を通り、圧縮機に戻る事により、冷凍サイクルが構成されている。
高温、高圧となった第１サイクルの冷媒により給湯熱交換器において昇温された給湯水は給湯配管を経て給湯ポンプにより循環し、貯湯タンクに蓄えられる。
第２サイクルの発電サイクルは、第１サイクルの凝縮器と第２サイクルの発電機を組み付けられた膨張機と第１サイクルの熱交換器と冷媒ポンプを冷媒が循環する様に順番に冷媒配管で接続され、凝縮器において第１サイクルの冷媒と熱交換し高温、高圧となった冷媒が、第２サイクルの発電機を組み付けられた膨張機に流入し、発電を行い、低温、低圧となり、熱交換器に流入し、第１サイクルの冷媒と熱交換を行い、冷媒ポンプにより昇圧され凝縮器に戻る事により構成されている。従来、冷却するためだけに凝縮器により大気に放出されていた、第１サイクルの未利用の熱エネルギーを、凝縮器における第２サイクルの冷媒との熱交換により活用し、第２サイクルの膨張機により発電を行う。この様に従来の第１サイクルの第１室内熱交換器の冷房能力に、第２サイクルの発電能力を加える事により、全体の冷房給湯能力と冷房給湯効率を大幅に向上させる事ができることを特徴とする複合空調給湯装置。
【請求項９】
暖房給湯において、第１サイクルは、圧縮機と給湯熱交換器と第１室内熱交換器と凝縮器と受液器（図示略）と膨張弁と熱交換器を冷媒が循環する様に順番に冷媒配管で接続され、圧縮機により圧縮され、高温、高圧となった第１サイクルの冷媒が給湯熱交換器に流入し、給湯水を昇温した後、第１室内熱交換器に流入し暖房を行い、凝縮器に流入し、第２サイクルの冷媒と熱交換を行い、受液器（図示略）を経て膨張弁に流入した後、低温、低圧となり、熱交換器を通り圧縮機に戻る事により、冷凍サイクルが構成されている。
高温、高圧となった第１サイクルの冷媒により給湯熱交換器において昇温された給湯水は給湯配管を経て給湯ポンプにより循環し、貯湯タンクに蓄えられる。
第２サイクルの冷凍サイクルは、第１サイクルの凝縮器と第２室内熱交換器と第１サイクルの熱交換器と第２の受液器（図示略）と第２サイクルの膨張弁と冷媒ポンプを冷媒が循環する様に順番に冷媒配管で接続され、凝縮器において第１サイクルの冷媒と熱交換し高温、高圧となった冷媒が、第２室内熱交換器に流入し、暖房を行い、熱交換器において第１サイクルの冷媒と熱交換した後に、第２の受液器（図示略）と第２サイクルの膨張弁に流入し、低温、低圧となり、冷媒ポンプにより昇圧され、凝縮器に戻る事により、構成されている。従来、冷却するためだけに凝縮器により大気に放出されていた、第１サイクルの未利用の熱エネルギーを、凝縮器における第２サイクルの冷媒との熱交換により活用し、第２サイクルの高温、となった冷媒により第２室内熱交換器において暖房を行う。この様に従来の第１サイクルの第１室内熱交換器の暖房能力に、第２サイクルの第２室内熱交換器の暖房能力加える事により、全体の暖房給湯能力と暖房給湯効率を大幅に向上させる事ができることを特徴とする複合空調給湯装置。
【請求項１０】
暖房給湯において、第１サイクルは、圧縮機と給湯熱交換器と第１室内熱交換器と凝縮器と受液器（図示略）と膨張弁と熱交換器を冷媒が循環する様に順番に冷媒配管で接続され、圧縮機により圧縮され、高温、高圧となった第１サイクルの冷媒が給湯熱交換器に流入し、給湯水を昇温した後、第１室内熱交換器に流入し暖房を行い、凝縮器に流入し、第２サイクルの冷媒と熱交換を行い、受液器（図示略）を経て膨張弁に流入し低温、低圧となり、四方弁を経て、熱交換器を通り圧縮機に戻る事により、冷凍サイクルが構成されている。高温、高圧となった第１サイクルの冷媒により給湯熱交換器において昇温された給湯水は給湯配管を経て給湯ポンプにより循環し、貯湯タンクに蓄えられる。
第２サイクルの発電サイクルは、第１サイクルの凝縮器と第２サイクルの発電機を組み付けられた膨張機と熱交換器と冷媒ポンプを冷媒が循環する様に順番に冷媒配管で接続され、凝縮器において第１サイクルの冷媒と熱交換し高温、高圧となった冷媒が、第２サイクルの発電機を組み付けられた膨張機に流入し、発電を行い、熱交換器において第１サイクルの冷媒と熱交換した後で、冷媒ポンプにより昇圧され、凝縮器に戻る事により、構成されている。従来、冷却するためだけに凝縮器により大気に放出されていた、第１サイクルの未利用の熱エネルギーを、凝縮器における第２サイクルの冷媒との熱交換により活用し、第２サイクルの高温、となった冷媒により第２の膨張機において発電を行う。この様に従来の第１サイクルの第１室内熱交換器の暖房能力に、第２サイクルの発電能力を加える事により、全体の暖房能力と暖房効率を大幅に向上させる事ができることを特徴とする複合空調給湯装置。
【請求項１１】
冷房給湯において、第１サイクルは、圧縮機と給湯熱交換器と四方弁と凝縮器と受液器（図示略）と膨張弁と四方弁と第１室内熱交換器と四方弁と熱交換器を冷媒が循環する様に順番に冷媒配管で接続され、圧縮機により圧縮され、高温、高圧となった第１サイクルの冷媒は給湯熱交換器に流入し、給湯水を昇温した後、四方弁を経て凝縮器において、第２サイクルの冷媒と熱交換を行い、受液器（図示略）を経て膨張弁に流入した後、低温、低圧となり、四方弁を経て、第１室内熱交換器に流入し冷房を行い、再び四方弁を通り熱交換器を経て圧縮機に戻る事により冷凍サイクルが構成されている。
高温、高圧となった第１サイクルの冷媒により給湯熱交換器において昇温された給湯水は給湯配管を経て給湯ポンプにより循環し、貯湯タンクに蓄えられる。
第２サイクルの冷凍サイクルは、第１サイクルの凝縮器と四方弁と第１サイクルの熱交換器と第２の受液器（図示略）と第２サイクルの膨張弁と四方弁と第２室内熱交換器と四方弁と冷媒ポンプを冷媒が循環する様に順番に冷媒配管で接続され、凝縮器において第１サイクルの冷媒と熱交換し高温、高圧となった冷媒が、四方弁を介して熱交換器において第１サイクルの冷媒により凝縮され、受液器（図示略）を経て膨張弁に流入し、低温、低圧となり、さらに四方弁を経て第２室内熱交換器に流入し、冷房を行い、さらに四方弁を経て冷媒ポンプに入り、昇圧され凝縮器に戻る事により構成されている。従来、冷却するためだけに凝縮器により大気に放出されていた、第１サイクルの未利用の熱エネルギーを、凝縮器における第２サイクルの冷媒との熱交換により活用し、第２サイクルの膨張弁により膨張させ低温、低圧となった冷媒により第２室内熱交換器において冷房を行う。この様に従来の第１サイクルの第１室内熱交換器の冷房能力に、第２サイクルの第２室内熱交換器の冷房能力加える事により、全体の冷房給湯能力と冷房給湯効率を大幅に向上させる事ができることを特徴とする複合空調給湯装置。
【請求項１２】
冷房給湯において、第１サイクルは、圧縮機と給湯熱交換器と四方弁と凝縮器と受液器（図示略）と膨張弁と四方弁と第１室内熱交換器と四方弁と熱交換器を冷媒が循環する様に順番に冷媒配管で接続され、圧縮機により圧縮され、高温、高圧となった第１サイクルの冷媒が給湯熱交換器に流入し、給湯水を昇温した後、四方弁を経て凝縮器において、第２サイクルの冷媒と熱交換を行い、受液器（図示略）を経て膨張弁に流入し、低温、低圧となり、四方弁を経て、第１室内熱交換器に流入し冷房を行い、再び四方弁を経て熱交換器を通り、圧縮機に戻る事により冷凍サイクルが構成されている。
高温、高圧となった第１サイクルの冷媒により給湯熱交換器において昇温された給湯水は給湯配管を経て給湯ポンプにより循環し、貯湯タンクに蓄えられる。
第２サイクルの発電サイクルは、第１サイクルの凝縮器と第２サイクルの発電機を組み付けられた膨張機と第１サイクルの熱交換器と冷媒ポンプを冷媒が循環する様に順番に冷媒配管で接続され、凝縮器において第１サイクルの冷媒と熱交換し高温、高圧となった冷媒が、第２サイクルの発電機を組み付けられた膨張機に流入し、発電を行い、低温、低圧となり、熱交換器に流入し、第１サイクルの冷媒と熱交換を行い、冷媒ポンプにより昇圧され凝縮器に戻る事により、構成されている。従来、冷却するためだけに凝縮器により大気に放出されていた、第１サイクルの未利用の熱エネルギーを、凝縮器における第２サイクルの冷媒との熱交換により活用し、第２サイクルの膨張機により発電を行う。この様に従来の第１サイクルの第１室内熱交換器の冷房能力に、第２サイクルの発電能力を加える事により、全体の冷房給湯能力と冷房給湯効率を大幅に向上させる事ができることを特徴とする複合空調給湯装置。
【請求項１３】
暖房給湯において、第１サイクルは、圧縮機と給湯熱交換器と四方弁と第１室内熱交換器と四方弁と凝縮器と受液器（図示略）と膨張弁と四方弁と熱交換器を冷媒が循環する様に順番に冷媒配管で接続され、圧縮機により圧縮され、高温、高圧となった第１サイクルの冷媒が給湯熱交換器に流入し、給湯水を昇温した後、第１室内熱交換器に流入し暖房を行い、四方弁を経て凝縮器に流入し、第２サイクルの冷媒と熱交換を行い、受液器（図示略）を経て膨張弁に流入した後、低温、低圧となり、四方弁を経て、熱交換器を通り圧縮機に戻る事により、冷凍サイクルが構成されている。
高温、高圧となった第１サイクルの冷媒により給湯熱交換器において昇温された給湯水は給湯配管を経て給湯ポンプにより循環し、貯湯タンクに蓄えられる。
第２サイクルの冷凍サイクルは、第１サイクルの凝縮器と四方弁を介して、第２室内熱交換器と四方弁を介して第１サイクルの熱交換器と第２の受液器（図示略）と第２サイクルの膨張弁と四方弁と冷媒ポンプを冷媒が循環する様に順番に冷媒配管で接続され、凝縮器において第１サイクルの冷媒と熱交換し高温、高圧となった冷媒が、四方弁を介して第２室内熱交換器に流入し、暖房を行い、四方弁を介して熱交換器において第１サイクルの冷媒と熱交換した後、第２の受液器（図示略）と第２サイクルの膨張弁に流入し、低温、低圧となり、さらに四方弁を経て冷媒ポンプにより昇圧され、凝縮器に戻る事により、構成されている。従来、冷却するためだけに凝縮器により大気に放出されていた、第１サイクルの未利用の熱エネルギーを、凝縮器における第２サイクルの冷媒との熱交換により活用し、第２サイクルの高温、となった冷媒により第２室内熱交換器において暖房を行う。この様に従来の第１サイクルの第１室内熱交換器の暖房能力に、第２サイクルの第２室内熱交換器の暖房能力加える事により、全体の暖房給湯能力と暖房給湯効率を大幅に向上させる事ができることを特徴とする複合空調給湯装置。
【請求項１４】
暖房給湯において、第１サイクルは、圧縮機と給湯熱交換器と四方弁と第１室内熱交換器と四方弁と凝縮器と受液器（図示略）と膨張弁と四方弁と熱交換器を冷媒が循環する様に順番に冷媒配管で接続され、圧縮機により圧縮され、高温、高圧となった第１サイクルの冷媒が給湯熱交換器に流入し、給湯水を昇温した後、第１室内熱交換器に流入し暖房を行い、四方弁を経て凝縮器に流入し、第２サイクルの冷媒と熱交換を行い、受液器（図示略）を経て膨張弁に流入し低温、低圧となり、四方弁を経て、熱交換器を通り圧縮機に戻る事により、冷凍サイクルが構成されている。
高温、高圧となった第１サイクルの冷媒により給湯熱交換器において昇温された給湯水は給湯配管を経て給湯ポンプにより循環し、貯湯タンクに蓄えられる。
第２サイクルの発電サイクルは、第１サイクルの凝縮器と第２サイクルの発電機を組み付けられた膨張機と熱交換器と冷媒ポンプが冷媒が循環する様に順番に冷媒配管で接続され、凝縮器において第１サイクルの冷媒と熱交換し高温、高圧となった冷媒が、第２サイクルの発電機を組み付けられた膨張機に流入し、発電を行い、熱交換器において第１サイクルの冷媒と熱交換した後で、冷媒ポンプにより昇圧され、凝縮器に戻る事により、構成されている。従来、冷却するためだけに凝縮器により大気に放出されていた、第１サイクルの未利用の熱エネルギーを、凝縮器における第２サイクルの冷媒との熱交換により活用し、第２サイクルの高温、となった冷媒により第２の膨張機において発電を行う。この様に従来の第１サイクルの第１室内熱交換器の暖房能力に、第２サイクルの発電能力を加える事により、全体の暖房能力と暖房効率を大幅に向上させる事ができることを特徴とする複合空調給湯装置。
【請求項１５】
請求項１又は３又は４又は６又は７又は９又は１１又は１３において、第１サイクルと、第２サイクルに、それぞれ複数の室内熱交換器を有し、室内熱交換器を個々に直列に重ねて配置するなど、それぞれの冷房特性に合った組み合わせが出来ることを特徴とする複合空調給湯装置。
【請求項１６】
請求項１又は２又は３又は４又は５又は６又は７又は８又は９又は１０又は１１又は１２又は１３又は１４において、第１サイクルの冷媒と、第２サイクルの冷媒をそれぞれの特性に合った異なった冷媒、水、ブライン等、を用いることを特徴とする複合空調給湯装置。
【請求項１７】
請求項１又は２又は３又は４又は５又は６又は７又は８又は９又は１０又は１１又は１２又は１３又は１４において、従来の室外熱交換器を廃して一体型の屋内冷凍装置であることを特徴とする複合空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、逆カルノーサイクルの冷凍サイクルの第１サイクルと、冷凍サイクル及び、カルノーサイクルの発電サイクルの第２サイクルからなる、複合サイクルを用いて、従来、凝縮器から冷媒を冷却するために大気に放出され、捨てられていた、未利用の熱エネルギーを、第２サイクルの冷媒との熱交換により活用する。
冷房給湯において、第２サイクルに冷凍サイクルを用いる場合は、まず第１サイクルの圧縮機により圧縮され、高圧、高温となった第１サイクルの冷媒との熱交換により、給湯用水を昇温する。そして第１サイクルの冷媒は凝縮器に流入し、第２サイクルの冷媒との熱交換により降温し、さらに第１サイクルの膨張弁を通過し低圧、低温となり、第一室内熱交換器により冷房を行う。また凝縮器に流入し第１サイクルの冷媒により昇温された、第２サイクルの冷媒は、熱交換器を経て第２サイクルの膨張器により低圧、低温となり第２室内熱交換器により冷房を行い、冷媒ポンプにより凝縮器に戻る。これにより第１室内熱交換器の冷房能力に、従来、大気に放出され、捨てられていた熱エネルギーを活用した、第２室内熱交器の冷房能力が加えられるので、大幅な冷房効率の向上となる。
第２サイクルにカルノーサイクルの発電サイクルを用いる場合は、冷凍サイクルを用いる場合に加えて、高温、高圧となった第２サイクルの冷媒の膨張機による駆動力で、発電を行い、第１サイクルの圧縮機と第２サイクルの冷媒ポンプの駆動を補助する。
また、暖房給湯において、第２サイクルに冷凍サイクルを用いる場合は、まず第１サイクルの圧縮機により圧縮され、高圧、高温となった第１サイクルの冷媒との熱交換により、給湯用水を昇温する。その後に第１サイクルの冷媒は第１室内熱交器に流入し暖房を行う。そして第１サイクルの冷媒は凝縮器に流入し、第２サイクルの冷媒との熱交換により降温し、さらに第１サイクルの膨張弁を通過し低圧、低温となり第１サイクルの圧縮機に戻る。
また第１サイクルの冷媒により昇温された、第２サイクルの冷媒は、第２室内熱交換器により暖房を行い、熱交換器を経て第２サイクルの膨張弁により低圧、低温となり冷媒ポンプにより送られて凝縮器に戻る。これにより第１室内熱交換器の暖房能力に、従来、大気に放出され、捨てられていた熱エネルギーを活用した、第２室内熱交器の暖房能力が加えられるので、大幅な暖房効率の向上となる。
第２サイクルにカルノーサイクルの発電サイクルを用いる場合は、冷凍サイクルを用いる場合に加えて、高温、高圧となった第２サイクルの冷媒の膨張機による駆動力で、発電を行い、第１サイクルの圧縮機と第２サイクルの冷媒ポンプの駆動を補助する。この様な冷暖房効率の向上と、膨張機による発電により、空調給湯装置の消費電力を大幅に低減する事のできる複合空調給湯装置に関するものである。
また、従来の凝縮器からの排熱の放出に比べて、本装置の排熱の放出は極めて少ないので、ヒートアイランド現象の対策におおいに有効であり、さらに、従来の室外熱交換器を廃して屋内一体型の空調装置をも可能とする複合空調給湯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】現在、世界的に逆カルノーサイクルを原理とした空調給湯装置は、そのエネルギー効率の高さから、将来の低炭素社会への有力な切り札となっている。また、日本における空調給湯装置の技術は順調に発展し、世界をリードするに至っている。こういった環境において空調給湯装置の更なる性能向上及び、空調給湯技術の有効利用が求められている。【０００３】こういった環境において逆カルノーサイクルの冷凍サイクルと冷媒サイクル及び、カルノーサイクルを複合的に、かつ巧妙に活用した空調給湯装置の社会的な意義は計りしれない。
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許４９１８４５０
【特許文献２】特許５４４１８４４
【発明の概要】
【０００５】本発明は、逆カルノーサイクルの冷凍サイクルの第１サイクルと、冷凍サイクル及び、カルノーサイクルの発電サイクルの第２サイクルからなる、複合サイクルを用いて、従来、凝縮器から冷媒を冷却するために大気に放出され、捨てられていた、未利用の熱エネルギーを、第２サイクルの冷媒との熱交換により活用する。
冷房給湯において、第２サイクルに冷凍サイクルを用いる場合は、まず第１サイクルの圧縮機により圧縮され、高圧、高温となった第１サイクルの冷媒との熱交換により、給湯用水を昇温する。そして第１サイクルの冷媒は凝縮器に流入し、第２サイクルの冷媒との熱交換により降温し、さらに第１サイクルの膨張弁を通過し低圧、低温となり、第一室内熱交換器により冷房を行う。また凝縮器に流入し第１サイクルの冷媒により昇温された、第２サイクルの冷媒は、熱交換器を経て第２サイクルの膨張器により低圧、低温となり第２室内熱交換器により冷房を行い、冷媒ポンプにより凝縮器に戻る。これにより第１室内熱交換器の冷房能力に、従来、大気に放出され、捨てられていた熱エネルギーを活用した、第２室内熱交器の冷房能力が加えられるので、大幅な冷房効率の向上となる。
第２サイクルにカルノーサイクルの発電サイクルを用いる場合は、冷凍サイクルを用いる場合に加えて、高温、高圧となった第２サイクルの冷媒の膨張機による駆動力で、発電を行い、第１サイクルの圧縮機と第２サイクルの冷媒ポンプの駆動を補助する。
また、暖房給湯において、第２サイクルに冷凍サイクルを用いる場合は、まず第１サイクルの圧縮機により圧縮され、高圧、高温となった第１サイクルの冷媒との熱交換により、給湯用水を昇温する。その後に第１サイクルの冷媒は第１室内熱交器に流入し暖房を行う。そして第１サイクルの冷媒は凝縮器に流入し、第２サイクルの冷媒との熱交換により降温し、さらに第１サイクルの膨張弁を通過し低圧、低温となり第１サイクルの圧縮機に戻る。
また第１サイクルの冷媒により昇温された、第２サイクルの冷媒は、第２室内熱交換器により暖房を行い、熱交換器を経て第２サイクルの膨張弁により低圧、低温となり冷媒ポンプにより送られて凝縮器に戻る。これにより第１室内熱交換器の暖房能力に、従来、大気に放出され、捨てられていた熱エネルギーを活用した、第２室内熱交器の暖房能力が加えられるので、大幅な暖房効率の向上となる。
第２サイクルにカルノーサイクルの発電サイクルを用いる場合は、冷凍サイクルを用いる場合に加えて、高温、高圧となった第２サイクルの冷媒の膨張機による駆動力で、発電を行い、第１サイクルの圧縮機と第２サイクルの冷媒ポンプの駆動を補助する。この様な冷暖房効率の向上と、膨張機による発電により、空調給湯装置の消費電力を大幅に低減する事のできる複合空調給湯装置に関するものである。
また、従来の凝縮器からの排熱の放出に比べて、本装置の排熱の放出は極めて少ないので、ヒートアイランド現象の対策におおいに有効であり、さらに、従来の室外熱交換器を廃して屋内一体型の空調装置をも可能とする複合空調給湯装置である。
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】現在、電気は、大規模な発電施設で発電するか、工場等での自家発電、各家庭等での個別の小規模発電で作られているが、大規模発電である原子力は事故時の被害の甚大さや核燃料廃棄物処理の問題、火力や天然ガスはＣＯ２を排出し、水力及び、地熱、太陽熱、太陽光、風力等の再生可能エネルギーは規模や建設場所等の問題がある。工場等の自家発電も、ＣＯ２排出や燃料価格の変動等の問題があり、各家庭での太陽光、風力等の再生可能エネルギー利用は、共に気候に左右され不安定であり、また規模も限られる。この様な状況のなかで、より一層、エネルギーの有効利用を促進する必要が有る。
【課題を解決するための手段】
【０００７】本発明は、逆カルノーサイクルの冷凍サイクルの第１サイクルと、冷凍サイクル及び、カルノーサイクルの発電サイクルの第２サイクルからなる複合サイクルを用いて、従来、冷却するためだけに凝縮器から大気に放出され、捨てられていた、未利用の熱エネルギーを、第２サイクルの冷媒との熱交換により活用する。
第１サイクルの冷媒と、第２サイクルの冷媒を巧妙に熱交換し利用する事により、全体の冷暖房能力を向上させる事ができる複合空調給湯装置である。さらに、第２サイクルの膨張弁の替わりに膨張機を取り付けその駆動力を利用して発電を行い、第１サイクルの圧縮機と第２サイクルの冷媒ポンプの駆動を補助する。
これにより、空調給湯装置の消費電力を大幅に低減する事のできる、複合空調給湯装置である。
前記課題を解決するためには、本発明は冷媒サイクルを複合的に組み合わせる事により、従来、捨てられていた大気の熱エネルギーを活用して発電を行い、さらに複合サイクルの巧妙な熱交換により、空調給湯装置の消費電力を大幅に低減する事のできる複合空調給湯装置であり、新しい自然エネルギーの有効利用として極めて有用である。
【発明の効果】
【０００８】本発明は大気の熱エネルギーを利用する為、一年中２４時間安定稼働が可能な省電力、複合空調給湯装置であり、各戸別、及び大規模施設、店舗等、どこにでも設置可能である。
また、凝縮器による排熱の放出が極めて少ないので、ヒートアイランド現象の対策におおいに有効である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】以下、本発明による複合空調給湯装置を図１、図２、図３、図４に示す全体の構成図に基づいて説明する。
【００１０】図１、の冷房、給湯の場合は、第１サイクルの圧縮機１は外部駆動機１６により駆動される。圧縮され高温、高圧となった１サイクルの冷媒は、冷媒配管１１を経て給湯熱交換器２２に流入し、貯湯タンク２６から給湯ポンプ２３により配管２４を経て流入した冷水と熱交換を行い、排出され、四方弁２１を経て凝縮器３において、冷媒ポンプ６により昇圧された第２サイクルの冷媒と熱交換し、冷媒配管８から受液器（図示略）を経て膨張弁２に入る。
【００１１】図１、において、膨張弁２により膨張し低温、低圧となった第１サイクルの冷媒は冷媒配管９から四方弁２１を経て、第１室内熱交換器５ａに流入し冷房を行い、四方弁２１、冷媒配管１０を通り熱交換器４を経て、第１サイクルの圧縮機１に戻る。
【００１２】図１、において、給湯熱交換器２２に流入し、昇温された温水は、配管２５を経て貯湯タンク２６に戻る。
【００１３】図１、により、冷媒ポンプ６により昇圧され凝縮器３を介して昇温された第２サイクルの冷媒は、四方弁２１、冷媒配管１５を通り熱交換器４において第１サイクルの冷媒と熱交換を行い、受液器（図示略）を経て膨張弁２０に入り、低温、低圧となり、冷媒配管１２、四方弁２１を経て、第２室内熱交換器５ｂに流入し冷房を行い、四方弁２１、冷媒配管１３を通り、冷媒ポンプ６によって昇圧されて凝縮器３に戻る。
【００１４】図２、の冷房、給湯の場合は、第１サイクルの圧縮機１は外部駆動機１６により駆動される。圧縮され高温、高圧となった１サイクルの冷媒は、冷媒配管１１を経て給湯熱交換器２２に流入し、貯湯タンク２６から給湯ポンプ２３により配管２４を経て流入した冷水と熱交換を行い、排出され、四方弁２１を経て凝縮器３において、冷媒ポンプ６により昇圧された第２サイクルの冷媒と熱交換し、冷媒配管８から受液器（図示略）を経て膨張弁２に入る。
【００１５】図２、において、膨張弁２により膨張し低温、低圧となった第１サイクルの冷媒は冷媒配管９から四方弁２１を経て、第１室内熱交換器５ａに流入し冷房を行い、四方弁２１、熱交換器４を経て冷媒配管１０を通り第１サイクルの圧縮機１に戻る。
【００１６】図２、において、給湯熱交換器２２に流入し、昇温された温水は、配管２５を経て貯湯タンク２６に戻る。
【００１７】図２、により、冷媒ポンプ６により昇圧され、冷媒配管１４を通り、凝縮器３において第１サイクルの冷媒により昇温された第２サイクルの冷媒は、冷媒配管１５を通って膨張機７に流入する。
【００１８】図２、において第２サイクルの膨張機７に流入した冷媒は膨張し、駆動力を発生させ、２サイクルの発電機の１９を駆動し発電を行う。
【００１９】図２、において膨張機７において発電を行い膨張し低温、低圧となった第２サイクルの冷媒は冷媒配管１２を経て、熱交換器４において第１サイクルの冷媒と熱交換を行い、冷媒配管１３から冷媒ポンプ６に戻る。
【００２０】図３、の暖房、給湯の場合は、第１サイクルの圧縮機１は外部駆動機１６により駆動される。圧縮され高温、高圧となった１サイクルの冷媒は、冷媒配管１１を経て給湯熱交換器２２に流入し、貯湯タンク２６から給湯ポンプ２３により配管２４を経て流入した冷水と熱交換を行い、排出され、四方弁２１を経て第１室内熱交換器５ａに流入し暖房を行い、四方弁２１を通り凝縮器３において、冷媒ポンプ６により送られた第２サイクルの冷媒と熱交換し、冷媒配管８から受液器（図示略）を経て膨張弁２に入る。
【００２１】図３、において、膨張弁２により膨張し低温、低圧となった第１サイクルの冷媒は、冷媒配管９、四方弁２１、冷媒配管１０を通り熱交換器４を経て、第１サイクルの圧縮機１に戻る。
【００２２】図３、において、給湯熱交換器２２に流入し、昇温された温水は、配管２５を経て貯湯タンク２６に戻る。
【００２３】図３、により、凝縮器３を介して昇温された、第２サイクルの冷媒は、四方弁２１、冷媒配管１５、四方弁２１を通って第２室内熱交換器５ｂに流入し暖房を行い、四方弁２１を経て、熱交換器４において第１サイクルの冷媒と熱交換を行い、膨張弁２０により膨張し低温、低圧となり冷媒配管１２を通り、四方弁２１を介して冷媒ポンプ６を経て凝縮器３に戻る。
【００２４】図３、において、第２サイクル冷媒は温度センサー１７により温度を検知され、循環ポンプ６の循環量を制御装置１８により制御される事によって、適正な温度に保たれる。
【００２５】図４、の暖房、給湯の場合は、第１サイクルの圧縮機１は外部駆動機１６により駆動される。圧縮され高温、高圧となった１サイクルの冷媒は、冷媒配管１１を経て給湯熱交換器２２に流入し、貯湯タンク２６から給湯ポンプ２３により配管２４を経て流入した冷水と熱交換を行い、排出され、四方弁２１を経て第１室内熱交換器５ａに流入し暖房を行い、四方弁２１を通り凝縮器３において、冷媒ポンプ６により昇圧された第２サイクルの冷媒と熱交換し、冷媒配管８から受液器（図示略）を経て膨張弁２に入る。
【００２６】図４、において、膨張弁２により膨張し低温、低圧となった第１サイクルの冷媒は、冷媒配管９、四方弁２１から熱交換器４において第２サイクルの冷媒と熱交換し、冷媒配管１０を通り、第１サイクルの圧縮機１に戻る。
【００２７】図４、において、給湯熱交換器２２に流入し、昇温された温水は、配管２５を経て貯湯タンク２６に戻る。
【００２８】図４、により、凝縮器３を介して昇温された、第２サイクルの冷媒は、冷媒配管１５を通って膨張機７に流入する。
【００２９】図４、において第２サイクルの膨張機７に流入した冷媒は膨張し、駆動力を発生させ、２サイクルの発電機の１９を駆動し発電を行う。
【００３０】図１、図３、において、第１室内熱交換器５ａと第２室内熱交換器５ｂの冷暖房能力には違いが生じるが、それぞれを、一組にして運用する事などにより、冷暖房能力は大幅に向上する。
【００３１】ここで、複合空調給湯装置の第１サイクルの具体的な運転状態について、図５、において実線のＰ−ｈ（モリエル）線図により説明する。
逆カルノーサイクルの第１サイクルにおける、点Ａは圧縮機１に供給される冷媒の状態（例えば圧力０．５８４ＭＰａ、１０℃）を示し、駆動機１６で駆動される圧縮機１により圧縮され、高圧、高温となり、点Ｂにおいては（例えば圧力２．４２７ＭＰａ、８６℃）となる。点Ａから点Ｂへの状態変化は、等エントロピー変化となる。点Ｃは凝縮器から流出した冷媒の状態を示し（例えば圧力２．４２７ＭＰａ、４２℃）となる。点Ｄは第１サイクル膨張弁２により膨張した後の第１室内熱交換器５ａの入口における冷媒の状態を示し（例えば圧力０．５８４ＭＰａ、５℃）となる。点Ｃから点Ｄへの状態変化は、等比エンタルピー変化となる。
【００３２】ここで、複合空調給湯装置の第２サイクルが、カルノーサイクルの発電サイクルの場合の具体的な運転状態について、図５、において一点鎖線のＰ−ｈ（モリエル）線図により説明する。発電サイクルの第２サイクルにおける、点Ａ’は第１サイクルの冷媒により凝縮器３において昇温され、第２サイクル膨張機７に供給される冷媒の状態（例えば圧力１．９４３ＭＰａ、６８℃）を示し、第２サイクル膨張機７により膨張し、低圧、低温となり、点Ｂ’においては（例えば圧力０．６８１ＭＰａ、１２℃）となる。点Ａ’から点Ｂ’への状態変化は、等エントロピー変化となる。点Ｃ’は熱交換器４から流出した冷媒の状態を示し（例えば圧力０．６８１ＭＰａ、１０℃）となる。点Ｄ’は第２サイクル冷媒ポンプ６により昇圧された後の、凝縮器３の入口における冷媒の状態を示し（例えば圧力１．９４３ＭＰａ、３６℃）となる。点Ｃ’から点Ｄ’への状態変化は、等エントロピー変化となる。
【００３３】ここで、複合空調給湯装置の発電量について、図５のＰ−ｈ（モリエル）線図により説明する。この図において、膨張機７、冷媒ポンプ６、の全断熱効率が１であり、発電機１９の発電効率が１００％であり、配管、その他、機器等のいかなる損失も無い場合に得られる理論電力は、カルノーサイクルの第２サイクルより発生する比エンタルピーの値、第２サイクルの膨張機７の理論膨張動力Δｉを加えた値に、冷媒の循環流量を乗じた値となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】冷房給湯時の複合空調給湯装置の第２サイクルが冷凍サイクルの場合示す構成図。
【図２】冷房給湯時の複合空調給湯装置の第２サイクルがカルノーサイクルの発電サイクルの場合示す構成図。
【図３】暖房給湯時の複合空調給湯装置の第２サイクルが冷凍サイクルの場合示す構成図。
【図４】暖房給湯時の複合空調給湯装置の第２サイクルがカルノーサイクルの発電サイクルの場合示す構成図。
【図５】冷房給湯時の複合空調給湯装置の第１サイクル及び第２サイクルが発電サイクルの場合のＰ−ｈ線図。
【符号の説明】
【００３５】１・・・第１サイクルの圧縮機、２・・・第１サイクルの膨張弁、３・・・凝縮器、４・・・熱交換器、５ａ・・・第１室内熱交換器、５ｂ・・・第２室内熱交換器、６・・・冷媒ポンプ、７・・・第２サイクルの膨張機、８、９、１０、１１・・・第１サイクルの冷媒配管、１２、１３、１４，１５・・・第２サイクルの冷媒配管、１６・・・駆動機、１７・・・温度センサー、１８・・・制御装置、１９・・・第２サイクル発電機、２０・・・第２サイクルの膨張弁、２１・・・四方弁、２２・・・給湯熱交換器、２３・・・給湯ポンプ、２４、２５・・・給湯配管、２６・・・貯湯タンク、
【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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