JPS6160351B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はランキンサイクル式熱機関により、ヒ
ートポンプサイクルを駆動して成る空気調和装置
に関し、冷房運転時の成績係数の向上を図ること
を目的とするものである。

従来、この種の空気調和装置は第４図に示すよ
うに凝縮器１、作動流体ポンプ２、ガスバーナな
どの加熱源３により加熱される発生器４、膨張機
５を順次連結して成るランキンサイクル式熱機関
により、圧縮機６、室外熱交換器７、キヤピラリ
チユーブ８、室内熱交換器９を順次連結したヒー
トポンプサイクルを駆動する構成であつた。

そのためランキンサイクルを駆動するための投
入熱量はガスバーナなどの加熱源３でガス等の燃
料を燃焼させることにより得られるが、ランキン
サイクルの凝縮熱およびヒートポンプサイクルの
凝縮熱は利用されることなく、外部に無駄に捨て
られていた。したがつて、加熱源３で消費される
燃料はきわめて多くランニングコストが高くな
り、投入熱量に対する冷房能力の比、すなわち空
気調和装置の成績係数が悪いという欠点を有して
いた。

また従来、発電所などの大型のランキンサイク
ル式熱機関の効率を高めるためにランキンサイク
ル自体の凝縮熱を利用して投入熱量の減少を図つ
た装置もあるが、温度レベルの低いランキンサイ
クルの凝縮熱の利用では、十分な効果が得られ
ず、そのための装置も複雑で大型になる欠点を有
していた。

本発明はヒートポンプサイクルの圧縮機の吐出
側の作動流体の持つ熱エネルギを、有効に利用し
て上記従来の欠点を解消するものである。

以下、本発明の一実施例について第１図および
第２図に基づいて説明する。

第１図において、１０はランキンサイクルとヒ
ートポンプサイクルそれぞれに共用の凝縮器、１
１は作動流体ポンプ、１２はガスバーナなどの加
熱源１３により加熱される発生器、１４は膨張機
であり、これらを順次連結することによりランキ
ンサイクル式熱機関が構成される。一方、ヒート
ポンプサイクルは上記ランキンサイクル式熱機関
により駆動される圧縮機１５、上記凝縮器１０、
キヤピラリチユーブ１６、蒸発器１７を順次連結
して構成されるが、上記圧縮機１５の吐出側はラ
ンキンサイクルの発生器１２と膨張機１４との間
に接続されている。なお１８および１９は凝縮器
用フアンおよび蒸発器用フアンである。

第２図は上記実施例のランキンサイクルおよび
ヒートポンプサイクルを作動流体のモリエル線図
（圧力−エンタルピ線図）上に示したものであ
り、符号を付した各点は第１図における同一符号
の部分の作動流体の状態を表わすものである。

上記構成において次にその作用を説明する。ラ
ンキンサイクルとヒートポンプサイクルそれぞれ
に共用の凝縮器１０で、凝縮液化された作動流体
液は凝縮器１０を出たのち分流され、その一部は
キヤピラリチユーブ１６で蒸発圧力まで減圧され
て（ａ→ｆ）、蒸発器１７に導かれ、ここで蒸発
器用フアン１９により送風される室内空気より、
吸熱して蒸発し、冷房作用を行つたのち（ｆ→
ｇ）、圧縮機１５に吸入され、高温高圧の過熱蒸
気の状態で吐出される（ｇ→ｈ）。一方、分流さ
れた残りの液化作動流体は、作動流体ポンプ１１
に吸入され昇圧される（ａ→ｂ）。その後発生器
１２で加熱源１３により加熱されて温度が上昇
し、まず飽和液となり続いて遂次蒸発して湿り飽
和蒸気の状態で発生器１２を出る（ｂ→ｃ）。発
生器１２を出た作動流体と上記圧縮機１５より吐
出された作動流体は合流して多少の過熱蒸気の状
態となり(d)、膨張機１４に流入し断熱膨張して、
圧縮機１５を駆動する動力を発生したのち（ｄ→
ｅ）、再び凝縮器１０に導かれ、凝縮器用フアン
１８の作用により放熱し凝縮液化する（ｅ→
ａ）。

したがつて、発生器１２を循環する作動流体の
循環量は膨張機１４で動力発生のために流れる循
環量より、圧縮機１５から吐出される循環量を差
引いた非常に少ない量となり、また発生器１２で
は加熱源１３により湿り飽和蒸気の状態にする
（ｂ→ｃ）だけであるので、バーナなどの加熱源
１３で消費される燃量も非常に少なくなり、ラン
ニングコストも安く成績係数も向上する。また上
述のように発生器１２を循環する作動流体の循環
量が少ないため、発生器１２を構成するパイプ４
（図示せず）の径を小さくできるという特徴もあ
る。

次に本発明の他の実施例を第３図により説明す
る。第３図の構成要素部品は第１図の実施例と同
じであるので同一の符号を付してある。ただし、
この実施例では圧縮機１５の吐出側はランキンサ
イクルの作動流体ポンプ１１と発生器１２との間
に接続されている。そのため、作動流体ポンプ１
１で昇圧された液化作動流体は圧縮機１５より吐
出された過熱ガス状の作動流体と合流して多少の
湿り蒸気の状態（第２図ｉ点）となり発生器１２
に導かれ、ここで加熱源１３より加熱されて多少
の過熱蒸気の状態(d)となり、膨張機１４に流入す
る。

したがつて、発生器１２では作動流体はほとん
ど湿り飽和蒸気の状態、すなわち２相流の状態と
なる。一般に、作動流体の伝熱特性は液やガスな
どの単相流の状態の場合より本実施例のように２
相流の状態にした場合の方が優れているため発生
器１２の伝熱面積を少なくすることができ機器の
小型化を図れるものである。

なお、圧縮機１５の吐出側をランキンサイクル
の発生器１２と膨張機１４との間に接続すること
によつて発生器１２を循環する作動流体の循環量
をきわめて少なくすることができ、発生器１２を
構成するパイプの径を小さくすることができる。

さらに、圧縮機１５の吐出側をランキンサイク
ルの作動流体ポンプ１１と発生器１２との間に接
続することによつて発生器１２での作動流体の流
れをほとんど２相流の状態にすることができ発生
器１２の伝熱面積が少なくて済み、機器の小型化
が図れるなど実用上多大な効果が得られるもので
ある。

以上の説明から明らかなように、本発明の空気
調和装置はランキンサイクルとヒートポンプサイ
クルそれぞれに共用の凝縮器を設け、上記凝縮
器、作動流体ポンプ、発生器および膨張機を順次
連結して成るランキンサイクル式熱機関を設け、
ヒートポンプサイクルの圧縮機を上記膨張機を連
結し、この圧縮機の吐出側を上記ランキンサイク
ルの作動流体ポンプと膨張機との間に接続したも
ので、従来のものより数少ない要素機器の構成で
しかもヒートポンプサイクルの圧縮機吐出側の作
動流体の持つ熱エネルギを有効に利用できるもの
であり、ランキンサイクルの発生器での投入熱量
の減少、すなわちガスバーナなどの加熱源の燃料
消費量を少なくすることができ、きわめて成績係
数が高くランニングコストの安い省エネルギ効果
の高い空気調和を行うことができる優れた効果を
奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の空気調和装置の実施例の回路
構成図、第２図はそのサイクルを示すモリエル線
図、第３図は本発明の他の実施例を示す回路構成
図、第４図は従来の空気調和装置の回路構成図で
ある。 １０……凝縮器、１１……作動流体ポンプ、１
２……発生器、１３……加熱源、１４……膨張
機、１５……圧縮機、１６……キヤピラリチユー
ブ、１７……蒸発器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ランキンサイクルとヒートポンプサイクルそ
   れぞれに共用される凝縮器を設け、この凝縮器と
   作動流体ポンプと発生器と膨張機とを順次接続し
   てランキンサイクル式熱機関を構成し、ヒートポ
   ンプサイクルの圧縮機と上記膨張機を連結し、こ
   の圧縮機の吐出側を上記ランキンサイクルの作動
   流体ポンプと膨張機との間に接続すると共に、こ
   の圧縮機の吸入側は蒸発器、絞り装置を介して上
   記共用の凝縮器の出口側に接続した空気調和装
   置。 ２ 圧縮機の吐出側をランキンサイクルの発生器
   と膨張機との間に接続した特許請求の範囲第１項
   記載の空気調和装置。 ３ 圧縮機の吐出側をランキンサイクルの作動流
   体ポンプと発生器との間に接続した特許請求の範
   囲第１項記載の空気調和装置。