JP2014020679A - 蓄熱装置及びそれを備えた空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄熱槽の樹脂材料の使用量を削減し、省資源化に優れた蓄熱装置を提供する。
【解決手段】圧縮機６と外接するように配置される蓄熱装置３１であって、圧縮機６で発生した熱を蓄熱する蓄熱材３６と、蓄熱材３６を充填した蓄熱槽３２とを備え、蓄熱槽３２は、筒状に予備成形した薄肉樹脂６０を側壁５９とし、薄肉樹脂６０部の下方開口部（図示せず）を閉塞する樹脂の底部６１と、薄肉樹脂６０部の上方開口部（図示せず）を閉塞する蓋４８を支持固定する樹脂製のフランジ部６２を同時成形により形成したもので、蓄熱槽３２を薄肉樹脂６０で構成することにより樹脂材料の使用量を削減し省資源化に貢献する。また筒状に予備成形した薄肉樹脂６０を側壁５９として底部６１とフランジ部６２を同時成形することにより製作工程を削減することが出来る。
【選択図】図４

Description

本発明は、空気調和機の暖房運転時に、蓄えた熱を利用することにより除霜運転時における室温低下の抑制や暖房立ち上がり特性の改善を図ることができる蓄熱装置と、その蓄熱装置を備えた空気調和機に関するものである。

従来、ヒートポンプ式の空気調和機では、暖房運転時に室外熱交換器に霜が付着した場合に、暖房サイクルから冷房サイクルに四方弁を切り替えて除霜を行っている。この除霜方式では、室内ファンは停止するものの、室内機から冷気が徐々に放出されることから暖房感が失われるという欠点があった。そこで、室外機に設けられた圧縮機に蓄熱装置を配設して、暖房運転中に蓄熱槽に蓄えられた圧縮機の廃熱を利用して除霜するようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図１０は上記特許文献１に記載された従来の蓄熱装置の一例を示す分解斜視図である。図１０において、従来例として、圧縮機で発生した熱を蓄熱する蓄熱材を収容する蓄熱槽本体を圧縮機の周囲を囲むように配設し、圧縮機と対向する位置に、蓄熱槽本体よりも高い柔軟性を有する密着部材を配設した蓄熱装置が有る。

特開２０１１−１６３６６２号公報

しかしながら、前記従来の蓄熱装置の構成においては、圧縮機から発生する熱の吸収を良くするため密着部材を用いて蓄熱容器を構成しているが、蓄熱槽本体、樹脂の枠体およびシート部材を所定の形状に形成し、樹脂の枠体とシート部材を接合して密着部材を形成し、その密着部材を蓄熱槽に接着するという５つの工程を要する。また直接圧縮機に接しない蓄熱槽本体の材質を枠体との接着性を確保するため枠体と同じ耐熱性の高い高価な材料を使用しなければならずコストがかかる、といった課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、製作工程を削減し、蓄熱槽の樹脂材料の使用量を削減することにより省資源化に優れた蓄熱装置及び空気調和機を提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明の蓄熱装置は、圧縮機と外接するように配置される蓄熱装置であって、前記圧縮機で発生した熱を蓄熱する蓄熱材と、前記蓄熱材を充填した蓄熱槽とを備え、該蓄熱槽は、筒状に予備成形した薄肉樹脂を側壁とし、前記薄肉樹脂部の下方開口部を閉塞する樹脂の底部と、前記薄肉樹脂部の上方開口部を閉塞する蓋を支持固定する樹脂製のフランジ部を同時成形により形成したもので、蓄熱槽を薄肉樹脂で構成することにより樹脂材料の使用量を削減することにより省資源化に貢献する。また筒状に予備成形した薄肉樹脂を側壁として底部とフランジ部を同時成形することにより製作工程を削減することが出来る。

また、本発明の空気調和機は、圧縮機と、請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄熱装置を備え、前記蓄熱装置を前記圧縮機の周囲を囲うように配したもので、従来の蓄熱装置
に比べ、使用される樹脂材料が少ないので、安価な空気調和機を提供することが出来る。

本発明の蓄熱装置は、圧縮機の熱を利用して蓄熱する蓄熱装置において、蓄熱槽の樹脂材料の使用量を削減することにより省資源化に優れたもので、これを空気調和機に搭載することで安価な空気調和機を提供することが出来る。

本発明の実施の形態１における蓄熱装置を備えた空気調和機の構成を示す図 同空気調和機の通常暖房時の動作及び冷媒の流れを示す模式図 同空気調和機の除霜・暖房時の動作及び冷媒の流れを示す模式図 同蓄熱装置を圧縮機に取り付けた状態を示した正面図及び平面図 同蓄熱装置を示す分解斜視図 同蓄熱装置の蓄熱槽を示す斜視図 同蓄熱槽の他の例を示す斜視図 同蓄熱装置の蓄熱熱交換器の他の例を示す斜視図 同蓄熱槽を示す横断面図 従来の蓄熱装置の分解斜視図

第１の発明は、圧縮機と外接するように配置される蓄熱装置であって、前記圧縮機で発生した熱を蓄熱する蓄熱材と、前記蓄熱材を充填した蓄熱槽とを備え、該蓄熱槽は、筒状に予備成形した薄肉樹脂を側壁とし、前記薄肉樹脂部の下方開口部を閉塞する樹脂の底部と、前記薄肉樹脂部の上方開口部を閉塞する蓋を支持固定する樹脂製のフランジ部を同時成形により形成したもので、蓄熱槽を薄肉樹脂で構成することにより樹脂材料の使用量を削減することにより省資源化に貢献する。また筒状に予備成形した薄肉樹脂を側壁として底部とフランジ部を同時成形することにより製作工程を削減することが出来る。

第２の発明は、特に、第１の発明の側壁の外周面に、圧縮機と接触する面を除き底部からフランジ部に至る１ないし複数本のリブを樹脂で形成したもので、蓄熱槽単品での輸送時や保管時に薄肉樹脂で形成した側壁が変形することを防止することが出来る。

第３の発明は、特に、第１又は第２の発明の側壁の内周面に、底部からフランジ部に至る１ないし複数本のリブを樹脂で形成したもので、蓄熱槽に配設した熱交換器と薄肉樹脂からなる側壁との間のギャップを保つスペーサの役目を果たし熱交換器により側壁が傷つくことを防止できる。

第４の発明は、特に、第３の発明の側壁の外側に設けたリブの少なくとも一箇所ないしすべての箇所を、前記側壁の内側に設けたリブと、前記側壁を隔てて相対しない位置に設けたもので、該側壁の内外にリブを同時成形する時、前記薄肉樹脂を金型で確実に固定することが出来、仕上がりを向上させることが出来る。

第５の発明に係る空気調和機は、圧縮機と、請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄熱装置を備え、前記蓄熱装置を前記圧縮機の周囲を囲うように配したもので、従来の蓄熱装置に比べ、使用される樹脂材料が少ないので、安価な空気調和機を提供することが出来る。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１における蓄熱装置について、図１〜９を用いて説明する。図１は、本実施の形態における蓄熱装置を備えた空気調和機の構成を示しており、空気調和機は、冷媒配管３で互いに接続された室外機２と室内機４とで構成されている。

図１に示されるように、室外機２の内部には、圧縮機６と、四方弁８と、膨張弁１２と、室外熱交換器１４とが設けられ、室内機４の内部には、室内熱交換器１６が設けられ、これらは冷媒配管３を介して互いに接続されることで冷凍サイクルを構成している。

さらに詳述すると、圧縮機６と室内熱交換器１６は、四方弁８が設けられた第１配管１８を介して接続され、室内熱交換器１６と膨張弁１２は、第２配管２０を介して接続されている。また、膨張弁１２と室外熱交換器１４は、第３配管２２を介して接続され、室外熱交換器１４と圧縮機６は第４配管２４を介して接続されている。

第４配管２４の中間部には四方弁８が配置されており、圧縮機６の冷媒吸入側における第４配管２４には、液相冷媒と気相冷媒を分離するためのアキュームレータ２６が設けられている。また、圧縮機６と第３配管２２は、第５配管２８を介して接続されており、第５配管２８には、第１電磁弁３０が設けられている。

さらに、圧縮機６の周囲には蓄熱槽３２が設けられ、蓄熱槽３２の内部には、蓄熱熱交換器３４が設けられるとともに、蓄熱熱交換器３４と熱交換するための蓄熱材３６（例えば、エチレングリコール水溶液）が充填されており、蓄熱槽３２と蓄熱熱交換器３４と蓄熱材３６とで、本実施の形態における蓄熱装置３１を構成している。また、第２配管２０と蓄熱熱交換器３４は第６配管３８を介して接続され、蓄熱熱交換器３４と第４配管２４は第７配管４０を介して接続されており、第６配管３８には、第２電磁弁４２が設けられている。

室内機４の内部には、室内熱交換器１６に加えて、送風ファン（図示せず）と上下羽根（図示せず）と左右羽根（図示せず）とが設けられており、室内熱交換器１６は、送風ファンにより室内機４の内部に吸込まれた室内空気と、室内熱交換器１６の内部を流れる冷媒との熱交換を行い、暖房時には、熱交換により暖められた空気を室内に吹き出す一方、冷房時には、熱交換により冷却された空気を室内に吹き出す。上下羽根は、室内機４から吹き出される空気の方向を必要に応じて上下に変更し、左右羽根は、室内機４から吹き出される空気の方向を必要に応じて左右に変更する。

なお、圧縮機６、送風ファン、上下羽根、左右羽根、四方弁８、膨張弁１２、第１電磁弁３０、第２電磁弁４２等は制御装置（図示せず、例えばマイコン）に電気的に接続され、制御装置により制御される。

上記のように構成された本実施の形態における空気調和機において、各部品の相互の接続関係と機能とを、暖房運転時を例にとり冷媒の流れとともに説明する。

圧縮機６の吐出口６ａから吐出された冷媒は、第１配管１８を通って四方弁８から室内熱交換器１６へと至る。室内熱交換器１６で室内空気と熱交換して凝縮した冷媒は、室内熱交換器１６を出て第２配管２０を通り、膨張弁１２に至る。膨張弁１２で減圧した冷媒は、第３配管２２を通って室外熱交換器１４に至り、室外熱交換器１４で室外空気と熱交換して蒸発した冷媒は、第４配管２４と四方弁８とアキュームレータ２６を通って圧縮機６の吸入口６ｂへと戻る。

また、第１配管１８の圧縮機６の吐出口６ａと四方弁８の間から分岐した第５配管２８
は、第１電磁弁３０を介して第３配管２２の膨張弁１２と室外熱交換器１４の間に合流している。さらに、内部に蓄熱材３６と蓄熱熱交換器３４を収納した蓄熱槽３２は、圧縮機６に接して取り囲むように配置され、圧縮機６で発生した熱を蓄熱材３６に蓄積し、第２配管２０から室内熱交換器１６と膨張弁１２の間で分岐した第６配管３８は、第２電磁弁４２を経て蓄熱熱交換器３４の入口へと至り、蓄熱熱交換器３４の出口から出た第７配管４０は、第４配管２４における四方弁８とアキュームレータ２６の間に合流する。

次に、図１に示される空気調和機の通常暖房時の動作及び冷媒の流れを模式的に示す図２を参照しながら通常暖房時の動作を説明する。

通常暖房運転時、第１電磁弁３０と第２電磁弁４２は閉制御されており、上述したように圧縮機６の吐出口６ａから吐出された冷媒は、第１配管１８を通って四方弁８から室内熱交換器１６に至る。室内熱交換器１６で室内空気と熱交換して凝縮した冷媒は、室内熱交換器１６を出て、第２配管２０を通り膨張弁１２に至り、膨張弁１２で減圧した冷媒は、第３配管２２を通って室外熱交換器１４に至る。室外熱交換器１４で室外空気と熱交換して蒸発した冷媒は、第４配管２４を通って四方弁８から圧縮機６の吸入口６ｂへと戻る。

また、圧縮機６で発生した熱は、圧縮機６の外壁から蓄熱槽３２の外壁を介して蓄熱槽３２の内部に収容された蓄熱材３６に蓄積される。

次に、図１に示される空気調和機の除霜・暖房時の動作及び冷媒の流れを模式的に示す図３を参照しながら除霜・暖房時の動作を説明する。図中、実線矢印は暖房に供する冷媒の流れを示しており、破線矢印は除霜に供する冷媒の流れを示している。

上述した通常暖房運転中に室外熱交換器１４に着霜し、着霜した霜が成長すると、室外熱交換器１４の通風抵抗が増加して風量が減少し、室外熱交換器１４内の蒸発温度が低下する。本実施の形態における空気調和機には、図３に示されるように、室外熱交換器１４の配管温度を検出する温度センサ４４が設けられており、非着霜時に比べて、蒸発温度が低下したことを温度センサ４４で検出すると、制御装置から通常暖房運転から除霜・暖房運転への指示が出力される。

通常暖房運転から除霜・暖房運転に移行すると、第１電磁弁３０と第２電磁弁４２は開制御され、上述した通常暖房運転時の冷媒の流れに加え、圧縮機６の吐出口６ａから出た気相冷媒の一部は、第５配管２８と第１電磁弁３０を通り、第３配管２２を通る冷媒に合流して、室外熱交換器１４を加熱し、凝縮して液相化した後、第４配管２４を通って四方弁８とアキュームレータ２６を介して圧縮機６の吸入口６ｂへと戻る。

また、第２配管２０における室内熱交換器１６と膨張弁１２の間で分流した液相冷媒の一部は、第６配管３８と第２電磁弁４２を経て、蓄熱熱交換器３４で蓄熱材３６から吸熱し蒸発、気相化して、第７配管４０を通って第４配管２４を通る冷媒に合流し、アキュームレータ２６から圧縮機６の吸入口６ｂへと戻る。

アキュームレータ２６に戻る冷媒には、室外熱交換器１４から戻ってくる液相冷媒が含まれているが、これに蓄熱熱交換器３４から戻ってくる高温の気相冷媒を混合することで、液相冷媒の蒸発が促され、アキュームレータ２６を通過して液相冷媒が圧縮機６に戻ることがなくなり、圧縮機６の信頼性の向上を図ることができる。

除霜・暖房開始時に霜の付着により氷点下となった室外熱交換器１４の温度は、圧縮機６の吐出口６ａから出た気相冷媒によって加熱されて、零度付近で霜が融解し、霜の融解
が終わると、室外熱交換器１４の温度は再び上昇し始める。この室外熱交換器１４の温度上昇を温度センサ４４で検出すると、除霜が完了したと判断し、制御装置から除霜・暖房運転から通常暖房運転への指示が出力される。

次に蓄熱装置３１の構成について説明する。図４は、蓄熱装置３１を圧縮機６に取付けた状態を示しており、蓄熱装置３１は略Ｕ字形であり、バンド３３で圧縮機６に密着固定されている。図５は、蓄熱装置３１を示した分解斜視図で、蓄熱装置３１は、蓄熱槽３２と、この蓄熱槽３２の上方開口部を閉塞する蓋４８と、蓄熱槽３２の内部に配され例えば銅管などを蛇行状に折曲させた蓄熱熱交換器３４と、水を成分とした、例えばエチレングリコール水溶液などからなる蓄熱材３６とを収納している。

蓄熱槽３２は、図６に示すように圧縮機６の外周表面と接する略Ｕ字形に形成してあり、薄肉樹脂６０を側壁５９とし、前記薄肉樹脂６０部の下方開口部（図示せず）を閉鎖する底部６１と、薄肉樹脂６０部の上方開口部３２ａを閉鎖する蓋４８を支持固定するためのフランジ部６２のそれぞれを樹脂で形成している。蓄熱槽３２は、側壁５９を構成する薄肉樹脂６０を筒状に予備成形を行い、樹脂成型金型にインサートし、筒の下方に位置する底部６１と上方に位置するフランジ部６２を同時成形により形成されている。

薄肉樹脂６０は、ポリエチレンやアルミ箔等を積層した厚みが２００ミクロン程度の薄いシート状であり可撓性を有している。底部６１は、蓄熱熱交換器３４を保持するためのリブ６１ａを有している。一方、上方に位置するフランジ部６２は薄肉樹脂６０の上方の淵に形成され、上部は開放されている。フランジ部６２には、蓋４８を固定するためのリブ６２ａが数箇所に設けられている。また、蓋４８と、蓄熱熱交換器３４の銅管３４ａは、第６配管３８と第７配管４０に接続されパッキン５０によりシールされている。

図７に示すように、蓄熱槽３２の薄肉樹脂６０で構成した側壁５９の圧縮機６が接する箇所を除いた外周部に、底部６１とフランジ部６２の間を結ぶ数本の縦リブ６３を設けたものである。蓄熱装置３１として使う時は、蓄熱槽３２の内部に蓄熱材３６を充填するため問題は生じないが、部品単体として保管する時や輸送時に不慮の外力によって薄肉樹脂６０が変形するのを防止するための補強の役割を果たす。

又、蓄熱槽３２の側壁５９の内周部に底部６１とフランジ部６２の間を結ぶ数本の縦リブ６４を設けたものである。

図８は、蓄熱熱交換器の他の例を示すもので、銅管を折曲げて形成した蓄熱熱交換器３４に、銅管と蓄熱材３６との間の熱交換率を向上させるためにフィン６５ａを追加してフィン付き蓄熱熱交換器６５としたものである。フィン付き蓄熱熱交換器６５を使用する場合は、フィン６５ａが薄肉樹脂６０で出来た側壁５９を傷つける恐れがあるため縦リブ６４を形成することによりフィン６５ａと側壁５９が触れることを防止することが出来る。更に、蓄熱槽３２のＵ字形の先端の２箇所は側壁５９の外周を樹脂で補強し、バンド３３を取り付けるフック６６を設けている。

図９は、図７に示す蓄熱槽３２の縦断面を示す。蓄熱槽３２の側壁５９である薄肉樹脂６０の外側に、内側に設けた縦リブ６４と薄肉樹脂６０を隔てて相対しない位置に縦リブ６３を配している。相対した位置に縦リブ６３、６４があると予備成形した薄肉樹脂６０を同時成形するために、金型内にセットした時たるみが生じたり成形時に薄肉樹脂６０が確実に固定することが出来ず成形品の仕上がりが悪くなる。互いに相対しない位置に縦リブ６３、６４を配置することにより、予備成形した薄肉樹脂６０を、金型内に確実に固定することが出来、成形品の仕上がりをよくすることが出来る。

以上のように構成された本実施の形態における蓄熱装置は、従来の構成から薄肉樹脂と底板、フランジ部６２、縦リブ６３、６４で枠体を構成し樹脂量の削減と製作工程を削減を図り省資源化に寄与している。

以上のように本発明に係る蓄熱装置は、使用樹脂材料が削減され省資源化に貢献できるもので、空気調和機、冷蔵庫、給湯器、ヒートポンプ式洗濯機等に有用である。

２ 室外機
４ 室内機
６ 圧縮機
８ 四方弁
１２ 膨張弁
１４ 室外熱交換器
１６ 室内熱交換器
１８ 第１配管
２０ 第２配管
２２ 第３配管
２４ 第４配管
２６ アキュームレータ
２８ 第５配管
３０ 第１電磁弁
３１ 蓄熱装置
３２ 蓄熱槽
３３ バンド
３４ 蓄熱熱交換器
３４ａ 銅管
３６ 蓄熱材
３８ 第６配管
４０ 第７配管
４２ 第２電磁弁
４４ 温度センサ
４８ 蓋
５０ パッキン
５９ 側壁
６０ 薄肉樹脂
６１ 底部
６１ａ、６２ａ リブ
６２ フランジ部
６３、６４ 縦リブ（リブ）
６５ フィン付き蓄熱熱交換器
６５ａ フィン
６６ フック

Claims (5)

1. 圧縮機と外接するように配置される蓄熱装置であって、前記圧縮機で発生した熱を蓄熱する蓄熱材と、前記蓄熱材を充填した蓄熱槽とを備え、該蓄熱槽は、筒状に予備成形した薄肉樹脂を側壁とし、前記薄肉樹脂部の下方開口部を閉塞する樹脂の底部と、前記薄肉樹脂部の上方開口部を閉塞する蓋を支持固定する樹脂製のフランジ部を同時成形により形成したことを特徴とする蓄熱装置。
2. 側壁の外周面に、圧縮機と接触する面を除き底部からフランジ部に至る１ないし複数本のリブを樹脂で形成したことを特徴とする請求項１に記載の蓄熱装置。
3. 側壁の内周面に、底部からフランジ部に至る１ないし複数本のリブを樹脂で形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄熱装置。
4. 側壁の外側に設けたリブの少なくとも一箇所ないしすべての箇所を、前記側壁の内側に設けたリブと、前記側壁を隔てて相対しない位置に設けたことを特徴とする請求項３に記載の蓄熱装置。
5. 圧縮機と、請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄熱装置を備え、前記蓄熱装置を前記圧縮機の周囲を囲うように配した空気調和機。

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