(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサーと既設コンデンサーを四方弁を介したガスパイプで結び、既設コンデンサーの冷媒ガス出口に設置したキャピラリチューブと、内部のガスパイプ回路の管を前記既設コンデンサー内のガスパイプ回路の管の内径の８０％以内又は断面積を６４％以下と細くした追設コンデンサーとをガスパイプで結び、追設コンデンサーと蒸発器のキャピラリチューブをガスパイプで結び、蒸発器の冷媒ガス出口とコンプレッサーとを四方弁を介したガスパイプで結び、ガスパイプ側にコンプレッサーより冷媒ガスを吐出して既設コンデンサーに送り、既設コンデンサーで大気又は冷却水と熱交換して凝縮させ、ガスパイプを通って追設コンデンサーに送って放熱してさらに凝縮させ、ガスパイプを通って蒸発器に設置したキャピラリチューブで減圧し、蒸発器に送って蒸発させたのち、ガスパイプで冷媒ガスをコンプレッサーに戻す冷房運転と、コンプレッサーよりガスパイプに冷媒ガスを吐出し、蒸発器をコンデンサーとして作動させて冷媒ガスを凝縮させ、ガスパイプを通って追設コンデンサーに送って放熱してさらに凝縮させ、ガスパイプで冷媒ガスを既設コンデンサーに設置したキャピラリチューブに送って減圧し、既設コンデンサーに送って既設コンデンサーを蒸発器として作動させて冷媒ガスを蒸発させたのち、ガスパイプを通ってコンプレッサーに戻す暖房運転とを、四方弁で切替え運転を可能とし、冷房運転、暖房運転のいずれの場合でも追設コンデンサーで冷媒ガスを放熱して、凝縮を進めることを特徴とするヒートポンプ式冷暖房機。
【請求項２】
追設コンデンサーの熱交換能力を、既設コンデンサーの熱交換能の２０％以上とした請求項１記載のヒートポンプ式冷暖房機。
【請求項３】
空冷式ヒートポンプでは、既設コンデンサーの大気吸い込み側に、追設コンデンサーを張り合わせるように取り付け、大気が追設コンデンサーを通過したのち、既設コンデンサーを通過するようにして、追設コンデンサーが放熱して昇温した大気が既設コンデンサーに入るようにした、請求項１又は２記載のヒートポンプ式冷暖房機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒ガスＨＣＦＣ（ハイドロ・クロロ・フルオロ・カーボン）２２又は冷媒ガスＨＦＣ（ハイドロ・フルオロ・カーボン）を単独又は２〜３種類混合して冷媒ガスＨＣＦＣ２２に運転圧力、運転温度を合わせるようにした冷媒ガス、単独のＨＦＣ冷媒ガス、さらにＨＣＦＣとＨＦＣを混合した冷媒ガスのいずれかを使用して、ヒートポンプ式冷暖房機を運転するにあたって効率の向上と、夏期、冷房運転時には冷媒ガスの飽和を防ぎ、冬期、暖房運転時は、冷媒ガスを蒸発させる室外機内のコンデンサーに霜の付着を防止するヒートポンブ式冷暖房機に関する。又、電力の余っているときに運転し、冷水、温水で蓄熱しておいて、必要なときに冷房、暖房運転が行えるヒートポンプ式冷暖房機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現用のヒートポンプ式冷暖房機は、冷房運転ではコンプレッサーより吐出された冷媒ガスは、四方弁でコンデンサーに送られて凝縮し、蒸発器の冷媒ガス入口に設置されたキャピラリチューブで減圧されて蒸発器に入り、そこで蒸発してコンプレッサーに戻り、暖房運転では、コンプレッサーより吐出された冷媒ガスは、四方弁で切り換えられて蒸発器に送られ、蒸発器が凝縮器となって冷媒ガスは凝縮し、コンデンサーの冷媒ガス入口に設置されたキャピラリチューブで減圧されてコンデンサーに入り、コンデンサーが蒸発器となって蒸発してコンプレッサーに戻されている。
【０００３】
ヒートポンプ式冷暖房機は、夏期、大気温度の高いときの冷房運転では、コンデンサーでの熱交換が不足して冷却能力が低下するとともに、運転圧力が高くなって動力値が増加し、又冷媒ガスが飽和して運転できなくなったり、ガス漏れが生じたりすることがある。また、ヒートポンプ式冷暖房機では、冷房運転に対して暖房運転では冷媒ガスの流れが逆転して、コンデンサーが蒸発器となるので、コンデンサーの熱交換能力を増大させると、蒸発器として作動させたとき吸熱量が多くなりコンプレッサーに戻る冷媒ガスは吸熱カロリーがなくなり、コンプレッサーの冷却ができなくなる。暖房運転では、冬期、室外機内のコンデンサーで冷媒ガスを蒸発させて吸熱するのであるが、大気温度が低いと吸熱能力は低下するとともに、コンデンサーに霜が付着する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ヒートポンプ式冷暖房機において、冷房運転時、暖房運転時いずれも冷媒ガスの凝縮能力だけが増大するようにして、夏期、冷房運転では冷媒ガスの凝縮をよくして飽和を防ぎ、冬期、暖房運転では追設、増大した凝縮器より出る温風を蒸発器となるコンデンサーに送り、コンデンサーで熱交換する大気温度を高くして、コンデンサーに霜が付着するのを防ぐとともに、追設、増大した凝縮器よりの放熱カロリー分、ヒートポンプ式冷暖房機の性能を向上させるのである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、コンプレッサー１と既設コンデンサー２を四方弁１０を介したガスパイプ６で結び、既設コンデンサー２の冷媒ガス出口に設置したキャピラリチューブ４と、内部のガスパイプ回路の管を前記既設コンデンサー２内のガスパイプ回路の管の内径の８０％以内又は断面積を６４％以下と細くした追設コンデンサー９とをガスパイプ７で結び、追設コンデンサー９と蒸発器３のキャピラリチューブ５をガスパイプ７′で結び、蒸発器３の冷媒ガス出口と、コンプレッサー１とを、四方弁１０を介したガスパイプ８で結んで、冷房運転と暖房運転を切替え可能としたことを特徴とするヒートポンプ式冷暖房機において、ガスパイプ６側ににコンプレッサー１より冷媒ガスを吐出して既設コンデンサー２に送り、既設コンデンサー２で大気又は冷却水と熱交換して凝縮させ、ガスパイプ７を通って追設コンデンサー９に送り、そこで再び放熱してさらに凝縮させて、ガスパイプ７′を通って、蒸発器３に設置したキャピラリチューブ５で減圧し、蒸発器３に送って蒸発させたのち、ガスパイプ８で冷媒ガスをコンプレッサー１に戻す冷房運転と、コンプレッサー１よりガスパイプ８に冷媒ガスを吐出し、蒸発器３を既設コンデンサーとして作動させて凝縮させ、ガスパイプ７′を通って追設コンデンサー９に送り、再び放熱させてさらに凝縮させ、ガスパイプ７で冷媒ガスを、既設コンデンサー２に設置したキャピラリチューブ４に送り、そこで減圧して既設コンデンサー２に送って、既設コンデンサー２を蒸発器として作動させて蒸発させたのち、ガスパイプ６を通ってコンプレッサー１に戻す暖房運転とを、四方弁１０で切り換え可能とし、冷房運転、暖房運転のいずれの場合にも追設コンデンサー９で、冷媒ガスを放熱して凝縮を進めることを特徴とするものである。管の内径を７０％以内、断面積では４９％以下と少なくすると、さらに凝縮はよくなる。なお、冷媒ガスは、ＨＣＦＣ２２の冷媒ガス、ＨＣＦＣの混合冷媒ガス、ＨＦＣの単独冷媒ガス、ＨＦＣの混合冷媒ガス、ＨＦＣと他の物質の混合冷媒ガス等、ヒートポンプ式冷暖房機を作動できる冷媒ガスであれば、特に限定しないものである。
【０００６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明に加えて追設コンデンサー９の熱交換能力を、既設コンデンサー２の熱交換能力の２０％以上、好ましくは３０％以上とするものである。この追設コンデンサー９の熱交換能力は多すぎたとしても、特に悪影響はない。
【０００７】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明に加えて、空冷式ヒートポンプでは既設コンデンサー２の大気吸い込み側に、追設コンデンサー９を張り合わせるように取り付け、ファン１２で吸引された大気が追設コンデンサー９を通過したのち、既設コンデンサー２を通過するようにし、冷媒ガスは既設コンデンサー２で追設コンデンサー９を通った大気と熱交換したのち、追設コンデンサー９に送られて大気と熱交換するようにしたものである。大気吹き出しの場合は、送風ファン１２で送られる大気は追設コンデンサー９を通ったのち、既設コンデンサー２を通過する。送風ファン１２を中に置き、既設コンデンサー２、追設コンデンサー９を両側に設置したときは、追設コンデンサー９を通って温度の上昇した大気を、既設コンデンサー２を通過させるものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１に従って冷媒ガスＨＣＦＣ２２を使用した、ヒートポンプ式冷暖房機における本発明の実施の形態を説明する。コンプレッサー１と既設コンデンサー２を四方弁１０を介したガスパイプ６で結び、既設コンデンサー２の冷媒ガス出口に設置したキャピラリチューブ４と、追設コンデンサー９とをガスパイプ７で結び、追設コンデンサー９と蒸発器３のキャピラリチューブ５をガスパイプ７′で結び、蒸発器３の冷媒ガス出口とコンプレッサー１とを、四方弁１０を介したガスパイプ８で結ぶ。このとき、追設コンデンサー９は、既設コンデンサー２の大気吸い込み側に張り合わせるように設置し、大気が追設コンデンサー９を通過したのち、既設コンデンサー２を通過するようにしたものである。
【０００９】
冷房運転の場合、コンプレッサー１から吐出された冷媒ガスは、四方弁１０でガスパイプ６に送られ、次いで既設コンデンサー２に送られて凝縮する。凝縮した冷媒ガスは、キャピラリチューブ４を出て、ガスパイプ７を通って、追設コンデンサー９内に送られるのであるが、追設コンデンサー９内のガスパイプ回路の管の内径を既設コンデンサー２内のガスパイプ回路の管の内径の８０％、好ましくは７０％以内と細くしてあるので、冷媒ガスは蒸発しないで、液状態のままで通過する。このとき、追設コンデンサー９は凝縮器となってさらに凝縮が進み、冷媒ガスはカロリーをすべて放熱して泡のないまでに液化する。泡のない状態に液化した冷媒ガスは、ガスパイプ７′を通って蒸発器３のキャピラリチューブ５で減圧されて蒸発器３内に入る。蒸発器３内のガスパイプ回路の管径は、追設コンデンサー９内のガス回路の径より大きいので、冷媒ガスはよく蒸発する。追設コンデンサー９で、泡のない状態にまで液化した冷媒ガスは、キャピラリチューブでの通過量は多くなり、蒸発器３に今までより多い量の冷媒ガスが送られるようになる。追設コンデンサー９でカロリーをすべて放熱した冷媒ガスは、蒸発器３に今までより多く送られても、よく蒸発して吸熱量は多くなる。蒸発器３内で蒸発した冷媒ガスは、ガスパイプ８を通ってコンプレッサー１に戻るのであるが、コンプレッサー１で圧縮して吐出される冷媒ガスの体積は一定であるので、冷媒ガスは密度は高くなるが、体積は同じで、コンプレッサー１の動力値はあまり高くならず、冷房効率は向上するのである。夏期、大気温度の高いときは、既設コンデンサー２での熱交換が悪くなり、冷媒ガスは凝縮が不足して高圧運転となって動力値が増加したり、又冷媒ガスが飽和して運転できなかったり、ガス漏れが生じたりするのであるが、追設コンデンサー９でも放熱し凝縮がよくなるので、凝縮不足で高圧運転になったり、冷媒ガスが飽和を起こすこともなく、追設コンデンサー９で放熱量が増加する分、蒸発器での吸熱カロリーは増加するものである。
【００１０】
暖房運転では、四方弁１０で冷媒ガスの流れを冷房運転時と逆転させる。すなわち、コンプレッサー１からガスパイプ８に冷媒ガスを吐出し、蒸発器３に送る。このとき、蒸発器３は、凝縮器となり放熱するので、これを暖房用の熱源として使用するのであるが、冷媒ガスは凝縮することになる。この凝縮した冷媒ガスは、キャピラリチューブ５を出て、ガスパイプ７′を通って追設コンデンサー９に送られるのであるが、追設コンデンサー９内のガスパイプ回路の管径は、既設コンデンサー２、又は蒸発器３のガスパイプ回路の管径の８０％以下、場合によっては７０％以下と細くしてあるので、蒸発しないで液体状態のまま通り、この追設コンデンサー９は凝縮器となるのでさらに凝縮は進み、冷媒ガスはカロリーをすべて放熱して、泡のない状態にまで液化する。このように液化した冷媒ガスはガスパイプ７を通って既設コンデンサー２のキャピラリチューブ４で減圧して既設コンデンサー２に入り、既設コンデンサー２が蒸発器となって蒸発する。既設コンデンサー２内のガスパイプの回路は、管径が追設コンデンサー９内のガスパイプの管径より大きくなっているので、冷媒ガスはよく蒸発する。既設コンデンサー２内で蒸発して吸熱した冷媒ガスは、ガスパイプ６、四方弁１０を経てコンプレッサー１に戻る。
【００１１】
上記のように、冷房運転で冷媒ガスを既設コンデンサー２で凝縮させて、蒸発器３で蒸発させた場合でも、暖房運転で冷媒ガスを蒸発器３で凝縮させて既設コンデンサー２で蒸発させた場合でも、追設コンデンサー９は常に凝縮器として作動して、放熱量が多くなるとともに、冷媒ガスは完全液化して、ヒートポンプの性能は向上するものである。凝縮する側の熱交換能力は、冷房運転でも暖房運転でも常に増大するが、蒸発する側の熱交換能力は増大しないものである。既設コンデンサー、蒸発器ともに熱交換能力を増大させると、特に冷房運転時、蒸発器での吸熱能力が増大すると蒸発器を出た冷媒ガスは冷却能力がなくなり、コンプレッサーの冷却ができなくなるのである。一般に、ヒートポンプのコンプレッサーの冷却は、冷却能力を残した低温の蒸発ガスを、コンプレッサーに送って行われているのである。
【００１２】
この追設コンデンサー９の熱交換能力を、通常の既設コンデンサー２の熱交換能力の３０％以上とすると、ＨＣＦＣ２２、ＨＦＣ系の冷媒ガスを２〜３種類混合してＨＣＦＣ２２に運転圧力、運転温度を合わせるようにした混合冷媒ガス、さらに、ＨＣＦＣとＨＦＣを混合した冷媒ガスのいずれを使用しても、又、ＨＦＣ単独の冷媒ガス又はこれらに他のガスを混合した冷媒ガスを使用しても、冷媒ガスはカロリーをすべて放熱して、泡のない状態にまで凝縮して、ヒートポンプ式冷暖房機は効率よく運転できるのである。
【００１３】
冷房運転の場合、コンプレッサー１より吐出された冷媒ガスは、ガスパイプ６を通って既設コンデンサー２に入って凝縮し、キャピラリチューブ４を通って追設コンデンサー９に送られるので、追設コンデンサー９のガスパイプの径が、既設コンデンサー２、蒸発器３のガスパイプの径と同等以上であれば、冷媒ガスは当然蒸発する。暖房運転では、追設コンデンサー９は室外機に取り付けるので、既設コンデンサー２の管径と同程度であれば当然蒸発するのである。追設コンデンサー９の冷媒ガス回路の径の断面積を少なくすることが必要である。追設コンデンサー９を液化ガスが流れる流量を、既設コンデンサー２を流れる流量と、キャピラリチューブ４を流れる流量の合計の５０％以内とする必要がある。つまり、既設コンデンサー２の管径と、キャピラリチューブ４の管径をプラスした面積の５０％以内に、追設コンデンサー９のガスパイプの径を小さくするものである。既設コンデンサー２のガス回路が複数以上であれば、全部の合計断面積であり、追設コンデンサー９のガス回路が複数以上であれば当然、全部の合計断面積である。
【００１４】
冷媒ガスは、ガス状態から液体状態に移行するに従って体積は少なくなり、液体状態になるとパイプの中心まで熱交換ができにくくなる。通常既設コンデンサー２には、コンプレッサー１より吐出された冷媒ガスは、完全なガス状態で入るので、既設コンデンサー２内のガスパイプは太いものが必要である。冷媒ガスは、既設コンデンサー２で液体状態になると体積が小さくなるので、追設コンデンサー９内のガスパイプの断面積は少なくても、必要量の冷媒ガスは流れるのである。追設コンデンサー９内のガスパイプの径を、既設コンデンサー２、又は蒸発器３のガスパイプの径の８０〜７０％以内と細くすることで、追設コンデンサー９での熱交換はよくなるのである。キャピラリチューブを長くして熱交換をしても冷媒ガスは蒸発しないのであるが、それでは抵抗値が大きくなって運転できなくなるのである。冷媒ガスが蒸発せずに抵抗値が増加しない範囲に追設コンデンサー９のガス回路の径をするのである。
【００１５】
既設コンデンサー２のガスパイプの径に対して、追設コンデンサー９内のガスパイプの径を８０％〜７０％以内と小さくするだけでなく、図３に示すようにガスパイプケース１３にガス回路１４を押し出し成型等によって複数個形成した熱交換器を使用すると、それぞれのガス回路は断面積が少なくなり、熱交換は、さらによくなる。このような熱交換器を使用する場合、既設コンデンサー２のガスパイプに対して、追設コンデンサー９のガス回路は、断面積が６４％〜４９％以下のものを使用するのは当然である。
【００１６】
追設コンデンサー９は、既設コンデンサー２とは別体のケースにいれて、別体の送風ファンで大気を送って熱交換するのが通常である。しかしながら、図２に示すように、既設コンデンサーの大気吸い込み側に、追設コンデンサー９を張り合わせるように設置すると、簡単に設置できるとともに別個の送風ファンを要しない。既設の送風ファン１２で、既設コンデンサー２を通過するように大気を吸引するが、図２に大気の流れを矢印で示したように、大気は、追設コンデンサー９を通過したのち、既設コンデンサー２を通過することになる。追設コンデンサー９に送風機に大気を吹き出しで送ったとしてもさしつかえない。冷房運転では、既設コンデンサー２内の冷媒ガスは、コンプレッサー１より高温で吐出されたのが入るので高温であり、放熱量も多いのである。追設コンデンサー９内の冷媒ガスは、既設コンデンサー２で凝縮されたのが入るので、温度も低く放熱量も少ないのである。冷媒ガスが低温の追設コンデンサー９では低温の大気と、冷媒ガスが高温の既設コンデンサー２では、追設コンデンサー９の放熱により温度は上昇しているが、冷媒ガスより低温の大気と熱交換するので、追設コンデンサー９、既設コンデンサー２ともに、熱交換は充分行えるのである。
【００１７】
暖房運転では、コンプレッサー１より吐出された冷媒ガスは、四方弁１０により回路を切り換えられて蒸発器３に送られて放熱して、室内を暖房して凝縮し、追設コンデンサー９も凝縮器となって放熱したのち、既設コンデンサー２に送られて蒸発して吸熱し、コンプレッサー１に戻る。追設コンデンサー９の放熱分、室内の暖房カロリーが減少するように思われるが、もともと使用せずに、むしろ凝縮不足となって蒸発の障害となっていたカロリーであり、室内の暖房能力に影響しないだけでなく、冬期、屋外が低温のときには、既設コンデンサー２の吸熱能力が低下するのであるが、この場合は追設コンデンサー９からの温風が送られてくるので、吸熱能力は向上するのである。また、屋外が低温のときは、蒸発器となる既設コンデンサー２に霜が付着するのであるが、これは追設コンデンサー９より、既設コンデンサー２に温風が送られるので霜付きも少なくなるのである。例えば、大気温度がプラス５゜Ｃのとき、既設コンデンサー２で７゜Ｃ下がって、マイナス温度で吹き出されるのであるが、追設コンデンサー９で通過した大気は５゜Ｃ上昇してプラス１０゜Ｃとなって、既設コンデンサー２を通過するので、７゜Ｃ吸熱してもプラスの温度である。
【００１８】
冷房運転時、既設コンデンサー２のキャピラリチューブ４を出た冷媒ガスの状態を、まず、ガスパイプ７の表面温度より観察する。図６にグラフで示す。大気温度は３５゜Ｃである。縦軸に温度（゜Ｃ）、横軸に時間（分）で示す。大気温度と同程度のガスパイプ７の表面温度は、コンプレッサー１が作動して３０秒後ぐらいより下降しはじめ、約３０秒間下降して２０゜Ｃになる。これはキャピラリチューブ４を出た冷媒ガスの一部が蒸発しているためである。それより約３０秒静止したのち、温度は上昇しはじめ約２分後には既設コンデンサー２のキャピラリチューブ４入口のガスパイプ表面温度と同温になるのである。キャピラリチューブ４を出た冷媒ガスは、ガスパイプ７で一旦は蒸発をはじめるのであるが、追設コンデンサー９のガスパイプの断面積が小さいためにそれ以上蒸発せず、追設コンデンサー９内は液状の冷媒ガスで充満するようになり、この時点より凝縮を始める追設コンデンサー９は熱交換がよいので凝縮が進み、さらに液化がよくなった冷媒ガスで充満し、キャピラリチューブ４は、液状の冷媒ガスが通過するだけになる。
【００１９】
これを追設コンデンサー９の冷媒ガス入口、出口双方に取り付けた液面計より観察すると、入口ではコンプレッサー１が作動した約３０秒後より、液とガスが混合して吹き出すのが見られるのであるが、段々と泡の混じった液状の冷媒ガスが充満していくのが見られるようになり、この時点で蒸発は止まるのである。追設コンデンサー９の出口に付けられた液面計より観察すると、ほとんど泡のない状態の冷媒ガスが通過しているのが見られるのである。追設コンデンサー９の冷媒ガス入口より出口まで通過する間に、冷媒ガスの温度は約１０゜Ｃ下降するが、追設コンデンサー９を通った大気温度は、冷媒ガス入口付近で１０゜Ｃ、出口付近で０．２゜Ｃ、平均して５゜Ｃ上昇しており、追設コンデンサー９のすべての個所で放熱しており、凝縮器として作動しているのがわかるのである。追設コンデンサー９入りの大気温度より、出の大気温度の上昇が１゜Ｃ以上になったときは、冷媒ガスは完全に凝縮しているのである。この追設コンデンサー９は、冷媒ガス入口より出口までガス回路を一本にして、冷媒ガスの流れる距離を長くすると、冷媒ガスは蒸発せずによく凝縮する。暖房運転では、四方弁１０で冷媒ガス回路は切り換えられて、冷媒ガスは蒸発器３に送られて凝縮したのち、追設コンデンサー９に送られて流れが逆になるが、冷房運転と同様、追設コンデンサー９は凝縮器として作動する。暖房運転では、追設コンデンサー９は室外機に取り付けてあるので、室内機内の蒸発器３と追設コンデンサー９とを結ぶガスパイプの距離は長くなるが、この場合もガスパイプは最初温度は下がるがすぐに上昇する。追設コンデンサー９の冷媒ガス入口の液面計より観察すると、泡混じりの液化ガスが流れているのがわかる。冷房専用のクーラーでは、室外機内の既設コンデンサー２の冷媒ガス出口だけに、キャピラリチューブが取り付けられているのがあり、蒸発器に通じるガスパイプは蒸発ガスが流れており、このような場合既設コンデンサー２と蒸発器３間に、蒸発器３と同径に近い太さのガスパイプの既設コンデンサーを取り付けても冷媒ガスは蒸発するのである。一般に、キャピラリチューブを出た冷媒ガスは、次の熱交換器では蒸発するのが当然であるが、本発明は、追設コンデンサー９のガス回路の断面積を少なくしているのと、冷媒ガスが流れる回路の距離を長くしているので、追設コンデンサー９はつねに凝縮器として作動するものである。
【００２０】
既設コンデンサー２、追設コンデンサー９がともに水冷式の場合、冷房運転では既設コンデンサー２は凝縮器、追設コンデンサー９も凝縮器となる。暖房運転では、既設コンデンサー２は蒸発器、追設コンデンサー９は凝縮器となるのは、空冷式と同様である。水タンク又はクーリングタワー１５を設置し、冷房運転では水ポンプ１６により水パイプ１９で送られる水は、追設コンデンサー９で冷媒ガスを凝縮させて昇温した水は、既設コンデンサー２で冷媒ガスと熱交換してさらに昇温して、クーリングタワーに戻って冷却される。追設コンデンサー９の水回路の径が小さいと水の流量が少なくなるので、追設コンデンサー９、既設コンデンサー２に水回路を分割する。暖房運転では、水タンク１５より水ポンプ１６により、水パイプ１９で送られる水は、追設コンデンサー９で冷媒ガスと熱交換して水温が上昇して、既設コンデンサー２で蒸発ガスと熱交換して水温は、冷却されるのである。水タンク１５に地下水、下水道の水、排熱水を使用すると、大気温度より温度が高いので、冬期、暖房運転時の吸熱がよくなって暖房効率は向上するものである。
【００２１】
既設コンデンサー２を水冷式を使用し、水タンク１５を設置して、水ポンプ１６を介した水パイプ１９で、水タンク１５と既設コンデンサー２を往復に結び、水タンク１５内の水を既設コンデンサー２を通して循環して冷房運転では冷媒ガスを凝縮させるとともに水タンク内の水温を順次昇温させるものである。通常のヒートポンプ式冷暖房機では、水温が４０゜Ｃを超えると冷媒ガスは凝縮しないのであるが、追設コンデンサー９でも凝縮するので、水温は上昇しても冷媒ガスは飽和せずに運転が可能となる。冷媒ガスとしてＨＦＣ１３４ａを使用すると、８０゜Ｃの温水が取り出せるので、給湯に使用する。又、夜間の電力を使用して温水で蓄熱しておき、昼間はファンコイル１８に水ポンプ１７で温水を循環して放熱し、昼間暖房するものである。
【００２２】
既設コンデンサー２を水冷式を使用し、水タンク１５を設置して、水ポンプ１６を介した水パイプ１９で、水タンク１５と既設コンデンサー２を往復に結び、水タンク１５内の水を既設コンデンサー２を通して循環して、蒸発器３、追設コンデンサー９で冷媒ガスを凝縮させて、既設コンデンサー２で蒸発させるものである。水タンク内の水は、時間の経過とともに下降していくのである。真水で０゜Ｃまで下降できるので冷却に使用する。冷媒ガスとしてＨＦＣ１２５を使用し、不凍液を使用すると、水タンク１５内の水温はマイナス３５゜Ｃまで冷却できるので、水タンク１５内に、ケース内に水を詰めて投入しておくと、ケース内の水が氷結するので、夜間の電力で氷で冷熱を蓄熱して、昼間ファンコイル１８に冷水を送って冷房するものである。温水をファンコイルに送る代わりにパイプ内のガスを温水で昇温させて室内機に送っても暖房運転はできるのである。又、冷水をファンコイルに送る代わりにパイプ内のガスを冷水で冷却させて室内機に送っても冷房運転は行えるのである。
【００２３】
水タンク１５と既設コンデンサー２を別個にしなくても、水タンク１５内に既設コンデンサー２又は既設コンデンサー２に代わるガスパイプを設置して、水タンク１５内の水を水ポンプ１６で循環しても、同様に温水、冷水が作り出せるものである。キャピラリチューブに代えて膨張弁を使用して、冷媒ガス流量を変化させて、蒸発温度を変えたほうが、温水、冷水の取り出し、冷凍庫の運転にはヒートポンプの効率は向上するものである。既設コンデンサーの冷媒ガス入口、蒸発器の入口に膨張弁とともに冷媒ガス一方通行弁を取り付けるものである。既設コンデンサー２側、蒸発器３側双方に水タンクを設置して、冷水、温水を同時に取り出すこともできるのである。
【００２４】
通常の空冷式の既設コンデンサー２の大気吸い込み側に追設空冷コンデンサー９を張り合わせるように設置し、大気は追設空冷コンデンサー９を通ったのち、空冷式の既設コンデンサー２を通過するようにして、コンプレッサー１より吐出された冷媒ガスを、既設コンデンサー２で凝縮させたのち、追設コンデンサー９に送って再度凝縮させて、冷却の効率を向上させるとともに、夏期、大気温度の高いときでも、冷媒ガスの飽和を防ぐということは冷暖房機の運転に限らず、冷凍機、冷蔵庫の運転にも必要である。冷蔵庫の霜取り運転は、ヒートポンプ式冷暖房機と同様であり、いずれの場合も追設コンデンサー９は凝縮器として作動するものである。この追設コンデンサー９でも冷媒ガスの凝縮を進めるということは、ＨＦＣ系の冷媒ガスを使用する際に特に有用である。
【００２５】
【実施例】
〔実施例 １〕
使用したヒートポンプ式冷暖房機は、コンプレッサー：２．２５ｋＷ（３相 ２００Ｖ）３ＨＰ、空冷コンデンサー、空冷蒸発器：ともに７．５００ｋｃａｌ／ｈである。冷房運転では、圧縮機より吐出された冷媒ガスは、室外機内のコンデンサーで凝縮し、ガスパイプで室内機内の蒸発器のキャピラリチューブに送られ、減圧して蒸発器で蒸発して吸熱したのちガスパイプで圧縮機に戻る。暖房運転では、圧縮機より吐出された冷媒ガスは、四方弁でガス回路を切り換えられて、室内機内の蒸発器に入り、蒸発器が凝縮器となって放熱し、暖房するとともに凝縮し、ガスパイプにより、室外機内のコンデンサーのキャピラリチューブに送られて減圧し、コンデンサーが蒸発器となって冷媒ガスは蒸発して圧縮機に戻る。
【００２６】
室外機内のコンデンサーを出て、室内機内の蒸発器にいたるガス回路に、本発明の熱交換能力５，０００ｋｃａｌ／ｈのコンデンサー１個を追設し、既設コンデンサー２を出た冷媒ガスは、追設コンデンサー９を通って蒸発器に送るようにした。追設コンデンサー９は、室外機の既設コンデンサー２の大気吸い込み側、つまり外側に張り合わせるように設置し、大気は追設したコンデンサー９を通ったのち、既設コンデンサー２を通るようにした。なお、冷媒ガスはＨＣＦＣ（ハイドロ・クロロ・フルオロ・カーボン）２２である。
【００２７】
このようにして冷房運転を行うと、圧縮機を出た冷媒ガスは、既設のコンデンサー２で凝縮して、追設コンデンサー９に入り、さらに凝縮して室内機内の蒸発器３のキャピラリチューブ５で減圧され、蒸発器３で蒸発して室内を冷却したのち圧縮機に戻る。暖房運転では、圧縮機から吐出された冷媒ガスは、四方弁１０で回路を切り換えられて、室内機内の蒸発器３に入り、蒸発器３が凝縮器となって放熱し、室内を暖房して凝縮したのち追設コンデンサー９に入ってさらに凝縮して、室外機内の既設コンデンサー２のキャピラリチューブ４で減圧し、既設コンデンサー２で蒸発して圧縮機に戻る。追設コンデンサー９は、凝縮器として作動し放熱する。
【００２８】
このように追設コンデンサーを取り付けたヒートポンプ式冷暖房機の運転状態を測定したデータを示す。（温度は゜Ｃ、圧力はｋｇ／ｃｍ２である。）
冷媒ガスは、ＨＣＦＣ２２を使用したものである。
〔冷房運転〕
１大気温度………………………………………………３３．６
２コンプレッサー頭部温度……………………………６２．５
３コンプレッサー吐出ガス温度………………………７５．３
４既設コンデンサー入りのガス温度…………………７３．１
５既設コンデンサー出のガス温度……………………４８．６
６追設コンデンサー入りのガス温度…………………４８．５
７追設コンデンサー出のガス温度……………………３７．７
８蒸発器出のガス温度……………………………………８．６
９コンプレッサー入りのガス温度………………………８．８
１０追設コンデンサー入りの大気温度…………………３３．５
１１追設コンデンサー出の大気温度……………………３８．５
１２既設コンデンサー２入りの大気温度………………３６．４
１３既設コンデンサー出の大気温度……………………４５．２
１４蒸発器入りの大気温度………………………………２３．５
１５蒸発器出の大気温度…………………………………１２．５
１６コンプレッサー出のガス圧力………………………１６．５
１７コンプレッサー入りのガス圧力………………………４．１
１８Ｒ相電流値（Ａ）……………………………………１１．７
１９Ｓ相電流値（Ａ）……………………………………１２．８
２０Ｔ相電流値（Ａ）……………………………………１２．５
電流値Ｓ相、Ｔ相が高いのは室内機のモーターの電源につながっている。
追設コンデンサー出の大気温度は、上、中、下３点の平均温度既設コンデンサー入りの大気温度は、追設コンデンサーのない部分も含めた平均温度である。
【００２９】
〔暖房運転〕
１大気温度…………………………………………………６．２
２コンプレッサー頭部温度……………………………５８．７
３コンプレッサー吐出ガス温度………………………６７．２
４室内機 蒸発器入りのガス温度……………………６６・３
５室内機 蒸発器出のガス温度………………………３１・５
６室外機 追設コンデンサー入りのガス温度………３１．５
７室外機 追設コンデンサー出のガス温度…………１１．１
８室外機 既設コンデンサー出のガス温度……………２．１
９コンプレッサー入りのガス温度………………………２．３
１０追設コンデンサー入りの大気温度……………………６．２
１１追設コンデンサー出の大気温度……………………１３．６
１２既設コンデンサー２入りの大気温度………………１１．３
１３既設コンデンサー出の大気温度………………………４．５
１４室内機 蒸発器入りの大気温度……………………１９．６
１５室内機 蒸発器出の大気温度………………………３３．２
１６コンプレッサー出のガス圧力………………………１４．５
１７コンプレッサー入りのガス圧力………………………３．１
１８Ｒ相電流値（Ａ）……………………………………１１．９
１９Ｓ相電流値（Ａ）……………………………………１３．１
２０Ｔ相電流値（Ａ）……………………………………１２．９
上記のデータに示すように、冷房運転、暖房運転ともに充分良好な運転状態である。冷房運転では、追設コンデンサーで４８．５゜Ｃのガス温度が３７．７゜Ｃと１０．８゜Ｃ下降しており、暖房運転では３１．５゜Ｃのガス温度が１１．１゜Ｃと２０．４゜Ｃ下降している。冷房運転では、追設コンデンサーでガス温度が下降している分、今までより多く放熱されており、その分吸熱、冷却カロリーが多くなる。凝縮が充分なため運転圧力も低く、冷媒ガスが飽和することもないのである。暖房運転では、追設コンデンサーの設置した個所では平均７．４゜Ｃ大気温度が上昇しており、その分既設コンデンサーの吸熱はよくなる。既設コンデンサー入りの大気温度は、追設コンデンサーのない個所を含めた平均で、１１．３゜Ｃと平均５．１゜Ｃ上昇しており、吹き出し温度も４．５゜Ｃであり霜が付着しにくくなるのである。
【００３０】
〔実施例 ２〕
実施例２としてＨＣＦＣ（ハイドロ・クロロ・フルオロ・カーボン）２２を冷媒ガスとして使用して運転されていたヒートポンプ式冷暖房機を改造したものについて説明する。圧縮機容量、５、５Ｋｗ（３相２００Ｖ、７．５ＨＰ）で、室外機の既設コンデンサー及び室内機の蒸発器の熱交換能力はそれぞれ１８，７５０Ｋｃａｌ／ｈである。冷房運転の場合では、圧縮機から吐出された冷媒ガスは、室外機内の既設コンデンサーで凝縮してガスパイプで室内機内の蒸発器のキャピラリチューブに送られ、減圧して蒸発器で蒸発して圧縮機に戻る。暖房運転の場合では、圧縮機から吐出された冷媒ガスは、四方弁により回路を切り替えられて、室内機内の蒸発器に入り、蒸発器がコンデンサーとなって冷媒ガスを凝縮し、ガスパイプにより室外機内の既設コンデンサーのキャピラリチューブを通って減圧し、既設コンデンサー内で蒸発して圧縮機に戻る。
【００３１】
冷媒ガスＨＣＦＣ２２を抜き取り、室外機内の既設コンデンサーを出て室内機内の蒸発器にいたるガス回路に熱交換能力５，０００Ｋｃａｌ／ｈの追設コンデンサー２個を順次接続したのち、室内機の蒸発器にいたるガスパイプと結んだものである。既設コンデンサーで凝縮した冷媒ガスは、追設コンデンサー２個を通って、さらに凝縮されるのである。追設コンデンサー２個は、室外機の既設コンデンサーの大気吸い込み側、つまり外側に張り合わせるように設置し、送風ファンで大気を吸い込み、大気は追設コンデンサーを通った後既設コンデンサーを通るようにしたものである。追設コンデンサー２個の熱交換能力は１０，０００Ｋｃａｌ／ｈで、既設コンデンサーの熱交換能力の約５３％である。冷媒ガスとしては、新代替冷媒ガスＨＦＣ（ハイドロ・フルオロ・カーボン）１３４ａを投入した。
【００３２】
このようにして冷房運転を行うと、圧縮機を出た冷媒ガスは、既設コンデンサーで凝縮して、追設コンデンサー２個を順次通り、さらに凝縮して室内機内の蒸発器のキャピラリチューブで減圧され、蒸発器で蒸発して室内を冷却したのち圧縮機に戻ることになる。暖房運転の場合には、圧縮機から吐出された冷媒ガスは、四方弁で回路を切替えられて、室内機内の蒸発器に入り、蒸発器が凝縮器となって放熱して凝縮したのち、追設コンデンサー２個を順次通ってさらに放熱し、完全凝縮したのち室外機内の既設コンデンサーのキャピラリチューブで減圧し、既設コンデンサーで蒸発し吸熱して圧縮機に戻る。このように冷房運転時、暖房運転時のいずれの場合にも追設コンデンサーは凝縮器として作動する。
【００３３】
上記の新代替冷媒ガスＨＦＣ１３４ａを使用した改造後のヒートポンプ式冷暖房機の運転状態を測定したデータを示す。（温度は、゜Ｃ、圧力は、Ｋｇ／ｃｍ２である）
〔冷房運転〕
１大気温度…………………………………………………３０．７
２コンプレッサー頭部温度………………………………４６．３
３コンプレッサー吐出ガス温度…………………………６９．３
４既設コンデンサー入りのガス温度……………………６７．７
５既設コンデンサー出のガス温度………………………４１．３
６追設コンデンサー入りのガス温度……………………４１．４
７追設コンデンサー出のガス温度………………………３３．５
８蒸発器キャピラリチューブ入りガス温度……………３３．４
９蒸発器入りのガス温度…………………………………１０．３
１０蒸発器出のガス温度…………………………………… ７．９
１１コンプレッサー入りのガス温度……………………… ８．３
１２追設コンデンサー入りの大気温度……………………３０．３
１３追設コンデンサー出の大気温度………………………３４．２
１４既設コンデンサー入りの大気温度……………………３４．２
１５既設コンデンサー出の大気温度………………………４６．３
１６蒸発器入りの大気温度…………………………………２０．６
１７蒸発器出の大気温度…………………………………… ９．１
１８室内中央温度……………………………………………２２．３
１９コンデンサー側ガス圧力……………………………… ８．５
２０蒸発器側ガス圧力……………………………………… １．６
２１Ｒ相電流値（Ａ）………………………………………１４．６
２２Ｓ相電流値（Ａ）………………………………………１３．１
２３Ｔ相電流値（Ａ）………………………………………１４．５
【００３４】
〔暖房運転〕
１大気温度………………………………………………… ９．３
２コンプレッサー頭部温度………………………………４２．２
３コンプレッサー吐出ガス温度…………………………６２．８
４室内機 蒸発器入りのガス温度………………………６２．８
５室内機 蒸発器出のガス温度…………………………３６．２
６室外機に取り付けた追設コンデンサー入りの ガス温度…………………………………………………３６．０
７室外機に取り付けた追設コンデンサー出の ガス温度…………………………………………………２７．６
８室外機 既設コンデンサーキャピラリチューブ入りのガス温度………………………………２７．６
９室外機 コンデンサー入りのガス温度（機器の形状上測定不能）
１０ 室外機 コンデンサー出のガス温度…………………１１．５
１１コンプレッサー入りのガス温度………………………１０．５
１２室内機 蒸発器入りの大気温度………………………１６．８
１３室内機 蒸発器出の大気温度…………………………３８．１
１４室外機 追設コンデンサー入りの大気温度…………９．２
１５室外機 追設コンデンサー出の大気温度……………１５．３
１６室外機 既設コンデンサー入りの大気温度…………１５．３
１７室外機 既設コンデンサー出の大気温度……………６．７
１８室内中央温度……………………………………………１５．２
１９コンデンサー側ガス圧力……………………………… ９．８
２０蒸発器側ガス圧力……………………………………… ５．８
２１Ｒ相電流値（Ａ）………………………………………１３．６
２２Ｓ相電流値（Ａ）………………………………………１２．０
２３Ｔ相電流値（Ａ）………………………………………１３．０
上記のデータに示すように、冷房運転、暖房運転ともに充分良好な運転状態である。冷房運転の場合、追設コンデンサーで４１．４゜Ｃのガス温度が３３．５゜Ｃと７．９゜Ｃ下降し、追設コンデンサー入りの大気温度３０．３゜Ｃが３４．２゜Ｃと３．９゜Ｃ上昇しており、放熱が充分で凝縮が良くなっている。暖房運転では、追設コンデンサーで３６．０゜Ｃのガス温度が２７．６゜Ｃと８．４゜Ｃ下降し追設コンデンサー入りの大気温度９．２゜Ｃが１５．３゜Ｃと６．１゜Ｃ上昇しており、放熱が充分で凝縮が良くなっている。このように室外機に取り付けた追設コンデンサーは、冷房運転でも暖房運転でも凝縮器として作動し、冷媒ガスの凝縮がよくなり、完全液化して鉱油系潤滑油との相溶性がよくなり、新代替冷媒ガス１３４ａを使用したヒートポンプの運転が可能となる。
【００３５】
【発明の効果】
上述のように、ヒートポンプ式冷暖房機に追設コンデンサーを取り付け、冷房運転時でも、暖房運転時でも追設コンデンサーを凝縮器として作動させることによって、冷房運転時では追設コンデンサーの放熱分、蒸発器での吸熱カロリーが増大して、冷房効率が向上する。しかも、夏期、大気温度が高いときに既設コンデンサーでの熱交換量が不足して高圧運転となって、消費電力が増大することもなく、さらに冷媒ガスが凝縮不足となって飽和し、運転が停止したりガス漏れを起こしたりすることもない。暖房運転の場合では、追設コンデンサーの放熱分、蒸発器になる既設コンデンサーに温風で吸熱されるので、吸熱量も多くなり暖房効率もよくなるのである。さらに、蒸発器に温風が送られるので、蒸発器を通過する大気温度が高くなり、外気温度の低いときでも霜の付着がなくなり、霜の除去に必要な電力消費も少なくなるのである。追設コンデンサーを冷媒ガスが通る分、抵抗値が増加するうに思われるが、冷媒ガスの凝縮がよくなると、冷媒ガスとオイルはよく相溶して抵抗は少なくなり、特に泡のないまでに冷媒ガスを凝縮させると、膨張弁での抵抗も少なくなり、ヒートポンプ式冷暖房機の効率がよくなっても、消費電力は増大しないのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施の態様を示す略図である。
【図２】既設コンデンサー２の大気吸い込み側に、追設コンデンサー９を設置した状態を示す略図である。
【図３】ガスパイプケースの内部を複数以上に区切って、ガス回路の断面積を少なくしたガスパイプの単面図面である。
【図４】コンデンサー２、追設コンデンサー９を水冷式にして、水タンク又はクーリングタワーとコンデンサー２、追設コンデンサー９と水ポンプ１５を介した水パイプ１９で結んだ状態を示す略図である。
【図５】水冷式コンデンサー２と、水タンク１５を水ポンプ１６を介した水パイプ１９で結び、水タンク内に冷水、温水を貯溜してファンコイル１８で放熱して冷房、暖房をする構成を示す略図である。
【図６】コンデンサー２のキャピラリチューブを出て、ガスパイプ７を冷媒ガスが通るときのガスパイプ表面温度を示す図である。
【符号の説明】
１‥‥‥コンプレッサー
２‥‥‥既設コンデンサー
３‥‥‥蒸発器
４‥‥‥既設コンデンサー側キャピラリチューブ
５‥‥‥蒸発器側キャピラリチューブ
６‥‥‥コンプレッサーと既設コンデンサーを結ぶガスパイプ
７‥‥‥既設コンデンサーのキャピラリチューブと追設コンデンサーとを結ぶガスパイプ
７′‥‥追設コンデンサーと蒸発器のキャピラリチューブとを結ぶガスパイプ
８‥‥‥蒸発器とコンプレッサーとを結ぶガスパイプ
９‥‥‥既設コンデンサーと蒸発器の間に追設したコンデンサー
１０‥‥‥冷媒ガスの流れ方向を切り換える四方弁
１１‥‥‥大気の方向を示す矢印
１２‥‥‥既設コンデンサー送風ファン
１３‥‥‥ガスパイプケース
１４‥‥‥ガスパイプケース内の回路
１５‥‥‥水タンク
１６‥‥‥水ポンプ
１７‥‥‥ファンコイル用水ポンプ
１８‥‥‥ファンコイル
１９‥‥‥水パイプ
【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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