JP2015025654A - 蓄熱装置およびそれを備えた空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機で発生した熱を効率的に蓄熱することができる蓄熱装置の小型・簡素化と高信頼性化。
【解決手段】圧縮機に接触するように配設され、圧縮機で発生した熱を蓄積するための蓄熱装置は、圧縮機６で発生した熱を蓄積する蓄熱剤３６を収容する蓄熱槽本体４６を有する蓄熱槽３２と、蓄熱槽本体に収容され、蓄熱槽本体内の蓄熱剤と熱交換を行う蓄熱熱交換器３４と、蓄熱槽本体内の蓄熱剤を攪拌する攪拌装置５２とを備え、攪拌装置５２は、中空の仕切り部材５６と、仕切り部材５６の内部に設けられた攪拌部材５４とを備え、仕切り部材５６の下端部に設けられた吐出口６２は、攪拌装置５２が配置された蓄熱槽本体内の端部とは反対側に開口する。
【選択図】図６

Description

本発明は、蓄熱装置および蓄熱装置を備えた空気調和機に関する。

空気調和機において、従来、ヒートポンプ式空気調和機による暖房運転時、室外熱交換器に着霜した場合には、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、本来は暖房すべき室内空間を冷やさないようにするために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る。

そこで、室外機に設けられた圧縮機を熱源とする蓄熱槽を設け、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１２は、特許文献１の空気調和機の蓄熱装置１００を示す。図１２に示すように、特許文献１の空気調和機の蓄熱装置１００では、蓄熱槽１０１内に蓄熱コイル１０４を設け、蓄熱コイル１０４の周りに蓄熱媒体１０２を充填し、流路管１０３、１０６と搬送ポンプ１０５からなる攪拌装置１０７により蓄熱媒体１０２を対流させて蓄熱媒体１０２と蓄熱コイル１０４との熱交換効率を向上させ、蓄熱装置１００の蓄熱能力を増加させている。

特開２００１−１１６４７７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の空気調和機の蓄熱装置１００では、蓄熱媒体１０２を蓄熱槽１０１の下部から外部へ１度抽出して、搬送ポンプ１０５にて蓄熱槽１０１の上部へと移送する構成であるため、蓄熱装置１００が複雑な構造となり大型化するという課題があった。

また、攪拌装置１０７を蓄熱槽１０１の外部に配置するため、蓄熱媒体１０２が漏洩し易いという問題も有していた。

またこの特許文献１には蓄熱槽内に設けたヒータ等の対流発生手段で温度差利用による自然対流を起こして蓄熱能力を増加させることも記載されているが、自然対流のため期待するほどの効果は得られないものであった。

従って、本発明の目的は、上記問題を解決することにあって、蓄熱槽内部のデッドスペースに、コンパクト化した攪拌装置を設けることにより、蓄熱装置の小型・簡素化を図るとともに、蓄熱剤の漏洩防止など信頼性を向上させる、かつ、蓄熱能力及び熱交換効率も向上させるものである。

上記目的を達成するために、本発明は、圧縮機に接触するように配設され、圧縮機で発生した熱を蓄積するための蓄熱装置であって、圧縮機で発生した熱を蓄積する蓄熱剤を収
容する蓄熱槽本体を有する蓄熱槽と、蓄熱槽本体に収容され、蓄熱剤と熱交換を行う蓄熱熱交換器と、蓄熱槽本体内の端部に配置されるとともに、蓄熱剤を攪拌する攪拌装置とを備え、攪拌装置は、中空の仕切り部材と、仕切り部材の内部に設けられた攪拌部材とを備え、仕切り部材の下端部に設けられた吐出口は、攪拌装置が配置された蓄熱槽本体内の端部とは反対側に開口するものである。

これにより本発明は、攪拌装置のコンパクト化が図れ、蓄熱槽内に省スペースで収容することが可能となる。しかも蓄熱槽内の蓄熱剤を強制攪拌するので蓄熱能力及び熱交換効率も向上する。

本発明は、蓄熱装置の小型・簡素化を図るとともに、蓄熱能力及び熱交換効率も向上させことができる。

本発明の実施の形態１にかかる蓄熱装置を備えた空気調和機の冷凍サイクルの構成を示す図 図１の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 図１の空気調和機の除霜・暖房時の動作及び冷媒の流れを示す模式図 圧縮機に取り付けた状態の本実施の形態にかかる蓄熱装置の斜視図 図４の蓄熱装置の分解斜視図 図４の蓄熱装置の模式断面図 本実施の形態にかかる攪拌装置の斜視図 図７の攪拌装置の模式断面図 本実施の形態にかかる空気調和機の除霜運転シーケンスの一例を示す図 本発明の変形例にかかる蓄熱装置の模式断面図 本発明の変形例にかかる攪拌装置の斜視図 特許文献１に記載の蓄熱装置の断面図

本発明に係る第１の態様の蓄熱装置は、圧縮機に接触するように配設され、圧縮機で発生した熱を蓄積するための蓄熱装置であって、圧縮機で発生した熱を蓄積する蓄熱剤を収容する蓄熱槽本体を有する蓄熱槽と、蓄熱槽本体に収容され、蓄熱剤と熱交換を行う蓄熱熱交換器と、蓄熱槽本体内の端部に配置されるとともに、蓄熱剤を攪拌する攪拌装置とを備え、攪拌装置は、中空の仕切り部材と、仕切り部材の内部に設けられた攪拌部材とを備え、仕切り部材の下端部に設けられた吐出口は、攪拌装置が配置された蓄熱槽本体内の端部とは反対側に開口するものである。

このように構成された本発明に係る第１の態様の蓄熱装置は、攪拌装置のコンパクト化が図れ、蓄熱槽内に省スペースで収容することが可能となる。また、蓄熱槽内の蓄熱剤を強制攪拌するので蓄熱能力及び熱交換効率も向上する。

本発明に係る第２の態様の蓄熱装置において、前記第１の態様における攪拌装置は、仕切り部材の側面に設けられた吸入口の上端は、蓄熱熱交換器の上端より下方に位置するものである。

このように構成された本発明に係る第２の態様の蓄熱装置は、蓄熱剤の流れをより確実に作りだすことができるため、攪拌効率を最大化することができる。

本発明に係る第３の態様の蓄熱装置において、前記の第１または第２の態様における仕
切り部材は、蓄熱熱交換器の縦方向に真直ぐに延在させた管部と横方向に延在させて蛇行させた管部との間の空間に配置されたものである。

このように構成された本発明に係る第３の態様の蓄熱装置は、攪拌装置を収容するにあたり、蓄熱槽内のデッドスペースを有効利用することができるため、蓄熱装置の小型化が可能となる。

本発明に係る空気調和機は、前記の第１から第３のいずれか１つの態様における蓄熱装置を備えた構成としてある。

これにより、暖房感を失うことなく除霜することができ、快適な空調運転が可能となる。

以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態にかかる冷凍サイクル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とストレーナ１０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、ストレーナ１０が設けられた第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および第５配管２５を介して接続される。室外熱交換器１４と圧縮機６を接続する第４配管２４および第５配管２５の間には四方弁８が配置されている。また、四方弁８と圧縮機６の間には第５配管２５を介して三方弁４２が接続されており、圧縮機６と第５配管２５の間には、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、室内熱交換器１６と室外熱交換器１４を接続する第３配管２２は、第６配管２８を介して圧縮機６と接続されており、第６配管２８には電磁弁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が設けられる。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液体である蓄熱剤（例えば、エチレングリコール水溶液）３６が充填されている。蓄熱槽３２と蓄熱熱交換器３４と蓄熱剤３６と、後述する攪拌装置５２とで蓄熱装置３１を構成している。

また、三方弁４２と蓄熱熱交換器３４は、キャピラリチューブ４３を含む第７配管３８を介して接続される。三方弁４２と圧縮機６を接続する第５配管２５は、第８配管４０を介して蓄熱熱交換器３４と接続されている。

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）とが設けられている。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間で熱交換を行う。室内熱交換器１６における室内空気と冷媒との熱交換により、暖房時には熱交換により暖められた空気が室内に吹き出される一方、冷房時には熱交換に
より冷却された空気が室内に吹き出される。

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、電磁弁３０、三方弁４２等は制御装置４５（例えばマイコン）に電気的に接続され、制御装置４５により制御されて動作を行う。

上記構成の本実施の形態にかかる冷凍サイクル装置において、各部品の相互の接続関係と機能を、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の吐出口から吐出された冷媒は、四方弁８から第１配管１８を通って室内熱交換器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への異物侵入を防止するストレーナ１０を通って、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、四方弁８、三方弁４２を通った後、第５配管２５からアキュームレータ２６を通って、圧縮機６の吸入口を介して圧縮機６へと戻る。

また、圧縮機６の吐出口と四方弁８の間にて第１配管１８から分岐した第６配管２８は、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、内部に蓄熱剤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剤３６に蓄熱する。

三方弁４２は、一方が四方弁８の吸入配管と接続され、もう一方が第５配管２５に接続され、さらにもう一方が第７配管３８に接続されている。前述した制御装置４５を用いて三方弁４２の開閉を制御することにより、四方弁８から第５配管２５を通じて圧縮機６の吸入口へ流れる冷媒の経路と、四方弁８から第７配管３８を通じて蓄熱熱交換器３４を経て圧縮機６の吸入口へ流れる冷媒の経路とを、相互に切り替えることができる。

次に、空気調和機の通常暖房時の動作及び冷媒の流れを、図２の模式図を参照しながら説明する。図中、実線矢印は暖房に供する冷媒の流れを示している。

通常暖房運転時には、電磁弁３０は閉制御され、三方弁４２は第４配管２４と第５配管２５を連通させるように開閉制御される。この制御によれば、電磁弁３０の設けられている第６配管２８や、蓄熱熱交換器３４に接続される第７配管３８には冷媒が流れない。

圧縮機６の吐出口から吐出された冷媒は、上述したように四方弁８から第１配管１８を通って室内熱交換器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に至った後、三方弁４２を通り、第５配管２５を介して圧縮機６の吸入口へと戻る。

このとき、圧縮機６で発生した熱は、圧縮機６の外壁から蓄熱槽３２の内壁を介して蓄熱槽３２の内部に収容された蓄熱剤３６に蓄熱される。

次に、空気調和機の除霜・暖房時の動作及び冷媒の流れを、図３の模式図を参照しながら説明する。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。本実施の形態にかかる空気調和機には、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４５より、通常暖房運転から除霜・暖房運転へ切り替える指示が出力される。

通常暖房運転から除霜・暖房運転に移行すると、電磁弁３０は開制御される。これにより、圧縮機６の吐出口から第１配管１８を介して室内熱交換器１６へ流れる冷媒の流れに加えて、圧縮機６の吐出口から第６配管２８を介して室外熱交換器１４へ流れる冷媒の流れが新たに生じる。圧縮機６の吐出口から出た気相冷媒の一部が第６配管２８に流入すると、途中に設けられた電磁弁３０を通った後、第３配管２２を通る冷媒に合流し、室外熱交換器１４へ流入する。室外熱交換器１４へ流入した冷媒は室外熱交換器１４を加熱し、凝縮して液相化する。液相化した冷媒はその後、四方弁８を介して、三方弁４２へ至る。

通常暖房運転では、三方弁４２が第４配管２４および第５配管２５を連通させるように開閉制御されるのに対し、除霜・暖房運転では、三方弁４２が第４配管２４および第７配管３８を連通させるように開閉制御される。この制御によれば、冷媒が室外熱交換器１４から第４配管２４および第７配管３８を介して、蓄熱熱交換器３４へ流れる（室外熱交換器１４から第４配管２４および第５配管２５を介してアキュームレータ２６へは流れない）。

三方弁４２を通った冷媒はキャピラリチューブ４３で減圧され低温となり、蓄熱熱交換器３４で蓄熱剤３６の熱を吸熱する。吸熱した冷媒は、気相状態若しくは高クオリティー状態で、アキュームレータ２６に至り、圧縮機６の吸入口へと戻る。

暖房時に霜が付着して氷点下の温度となった室外熱交換器１４は、圧縮機６の吐出口から出た気相冷媒と、室内熱交換器１６から戻る液相冷媒もしくは気液二相冷媒とが混合された冷媒によって加熱される。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４５より除霜・暖房運転から通常暖房運転へ切り替える指示が出力される。

図４−図６は、本実施の形態にかかる空気調和機で用いられる蓄熱装置３１を示している。蓄熱装置３１は、上述したように、蓄熱剤３６の充填された蓄熱槽３２と、蓄熱熱交換器３４と、後述する攪拌装置５２とを備える。図４は、圧縮機６と、圧縮機６に組み付けられるアキュームレータ２６と、圧縮機６に蓄熱装置３１を取り付けた状態を示している。また、図５は、蓄熱装置３１の分解斜視図であり、図６は、蓄熱装置３１の模式断面図である。

図４−６に示されるように、蓄熱槽３２は、側壁と底壁を有し上方が開口した樹脂製の蓄熱槽本体４６と、この蓄熱槽本体４６の上方開口部を閉塞する樹脂製の蓋体４８と、蓄熱槽本体４６と蓋体４８の間に介装されシリコンゴム等で作製されたパッキン５０とを備える。蓄熱槽本体４６は、圧縮機６の周囲を囲むように大略円周方向に延在するとともに、その延在方向の長さに対して径方向の長さ（幅）が短い形状を有している。蓋体４８は、パッキン５０を介して蓄熱槽本体４６に取り付けられる。

蓄熱熱交換器３４は、例えば銅管等を蛇行状に折曲したもので、図６に示すように、縦方向に真直ぐに延在させた管部と横方向に延在させて蛇行させた管部とから成り、蓄熱槽
本体４６の内部に収容されている。蓄熱熱交換器３４の両端は蓋体４８から上方に延出され、一端は第７配管３８（図１参照）に接続される一方、他端は第８配管４０（図１参照）に接続される。また、蓄熱熱交換器３４が収容され、側壁と底壁で囲繞された蓄熱槽本体４６の内部空間には、蓄熱剤３６が充填される。なお、蓄熱槽本体４６内において蓄熱剤３６の上には、蓄熱剤３６の蒸発を防ぐためのオイル層（図示せず）が配置される。

次に、蓄熱熱交換器３４と同様に蓄熱槽本体４６の内部に収容される攪拌装置５２について、図６−８を用いて説明する。図７は、攪拌装置５２の斜視図であり、図８は、攪拌装置５２の模式断面図である。

攪拌装置５２は、仕切り部材５６と、攪拌部材５４と、回転軸６６と、モータ６８とを備える。

仕切り部材５６は、例えば中空の略円筒形状で構成されるとともに、蓄熱槽本体４６内において、蓄熱剤３６に大部分が浸漬されるように配置される。そして、仕切り部材５６には、攪拌部材５４より上部に開口部を設け、吸込口６０を形成している。また、下端部も開口させて吐出口６２が設けられており、吸込口６０および吐出口６２を介して、仕切り部材５６内の空間に蓄熱剤３６が浸入可能となっている。

図６に示すように、吸込口６０の上端は、蓄熱剤３６の液面の上端よりも下方に位置されている。さらに、吸込口６０の上端は、蓄熱熱交換器３４の上端よりも下方に位置されている。なお、ここでいう蓄熱熱交換器３４の「上端」とは、蓄熱熱交換器３４のうち蓄熱剤３６と実質的に熱交換を行う部分（本実施形態では、横方向に延在して蛇行する箇所より下方部分）の上端を意味する。

なお、本実施の形態では蓄熱熱交換器として、裸管が横方向に延在して蛇行する形状のものを示したが、横方向に限らず縦方向でも斜め方向でも螺旋状でも、さらには熱交換用のフィンを具備したものでもよく、熱交換機能を有するものであれば良いことは言うまでもない。

吐出口６２は、仕切り部材５６の下端部に位置されており、攪拌装置５２が設けられる端部とは逆方向の端部に傾斜して開口している。

攪拌装置５２はさらに、取付け部材５８を備える。取付け部材５８は、仕切り部材５６の上方端部に固着されるとともに、蓄熱装置３１の蓋体４８に固定可能に構成される。

仕切り部材５６によって仕切られる空間内には、攪拌部材５４が配置される。攪拌部材５４は、例えば回転羽根などで構成され、上下方向において吸込口６０と吐出口６２の間に配置される。

攪拌部材５４には、上下方向に延びる回転軸６６が連結されている。回転軸６６は、下方にて攪拌部材５４に連結される。一方で、回転軸６６の上方には、絶縁部材７０を介して、取付け部材５８上に配置されたモータ６８の軸（モータ軸７２）が連結されている。

あるいは、回転軸６６と攪拌部材５４とは絶縁部材で一体成型され、取付け部材５８上に配置されたモータ６８の軸（モータ軸７２）に連結される構成をとっても良い。

モータ６８は、図示しない駆動電源に接続されるとともに、その底部には下方へ突出するモータ軸７２を有する。モータ軸７２は、取付け部材５８の底面に形成される開口７４を通って絶縁部材７０に連結される。また、絶縁部材７０は、成形が容易となるように樹
脂で形成される。

このように構成される攪拌装置５２において、駆動電源からの電源により、モータ６８がモータ軸７２を仕切り部材５６の円周方向へ回転させると、回転軸６６および回転軸６６の先端に配置された攪拌部材５４が同方向へ回転される。攪拌部材５４である回転羽根は、仕切り部材５６内における蓄熱剤を上から下へ向かう軸流として流すように構成される。すなわち、攪拌部材５４の回転により、仕切り部材５６内において、上から下へ向かう推力が蓄熱剤３６に対して付与される。

なお、取付け部材５８の底面側の開口７４と絶縁部材７０との間にはシール部材７９が設けられおり、シール部材７９は、絶縁部材７０などが回転する際にもそれらの回転を妨げず、かつ蓄熱剤３６が取付け部材５８内に浸入して、モータ６８の不良を引き起こすことを防止している。絶縁部材７０の周囲（側面）には外側に突出するフランジ７６が設けられている。フランジ７６の突出する方向は、モータ軸７２若しくは回転軸６６が延びる方向と交差する方向である。

また、蓄熱装置３１の使用時には、取付け部材５８およびモータ６８を上方から覆うように、カバー（図示せず）が配置される。図７、８に示すように、取付け部材５８の上方縁部には、横方向に突出する係合部６４が設けられており、この係合部６４を介して取付け部材５８およびカバーがともに蓋体４８に係合されることにより、攪拌装置５２が蓄熱槽本体４６内の所定位置にて固定される。

また、攪拌装置５２は、図６に示すように蓄熱槽本体４６内の端部に配置されている。具体的には、蓄熱熱交換器３４の縦方向に真直ぐに延在させた管部と横方向に延在させて蛇行させた管部との間の空間に、縦方向に延在させた管部と併設している。なお、本明細書における蓄熱槽本体４６内の「端部」には、蓄熱槽本体４６の端部の内壁に接する部分だけでなく、蓄熱槽本体４６の端部の内壁近傍の空間も含まれるものとする。

次に、上記構成の蓄熱装置３１の作用を説明する。

上述したように、蓄熱装置３１は、暖房運転時に圧縮機６で発生した熱を蓄熱剤３６に蓄積し、通常暖房運転から除霜・暖房運転に移行したときに、圧縮機６の吐出口と室内熱交換器１６との間にて第１配管１８から分流した液相冷媒の一部が、蓄熱熱交換器３４で蓄熱剤３６から吸熱し蒸発、気相化するためのものである。よって、圧縮機６と蓄熱剤３６との熱交換効率および蓄熱剤３６と蓄熱熱交換器３４との熱交換効率は高いほど好ましい（すなわち、蓄熱槽３２内における蓄熱剤３６の熱交換効率が高いほど好ましい）。

一方で、蓄熱剤３６の温度は一般的に、蓄熱槽本体４６内において上方に位置するほど高く、下方に位置するほど低くなっている（例えば温度差１０℃）。このように蓄熱剤３６に温度差があると、蓄熱剤３６と、圧縮機６および蓄熱熱交換器３４との間で熱交換される量が少なくなり、蓄熱剤３６の熱交換効率は悪くなる。したがって、熱交換効率を向上させるためには、蓄熱槽本体４６内における蓄熱剤３６の温度を均一化させ圧縮機との温度差を確保して蓄熱量の増大化を図ると共に、蓄熱槽の内壁表面や蓄熱コイルの外表面の温度境界層の厚みを減少させ、圧縮機と蓄熱剤との間、および蓄熱剤と蓄熱コイルとの間の熱伝達率を向上させることが好ましい。

そこで、本実施の形態にかかる蓄熱装置３１では、まずモータ６８を駆動して、回転軸６６を中心として攪拌部材５４を回転させる。前述したように、攪拌部材５４を構成する回転羽根は、蓄熱剤３６に対して上から下に向かう推力を付与し、同方向へ向かう蓄熱剤３６の軸流を生じさせるように構成されている。したがって、攪拌部材５４を回転させる
と、仕切り部材５６内を上から下に向かう蓄熱剤３６の流れが生じ、仕切り部材５６の上方に設けられた吸込口６０からは、蓄熱剤３６が吸い込まれる。吸い込まれた蓄熱剤３６は仕切り部材５６内を下方へ流れ、仕切り部材５６の下端に設けられた吐出口６２から下方へ吐き出される。仕切り部材５６の吐出口６２は、前述したように、攪拌装置５２が設けられる蓄熱槽本体４６内の端部とは逆方向の端部に向くように開口しているため、吐出口６２から吐き出される蓄熱剤３６は、図６に示すように、斜め下方へ向かって流れる。その後、蓄熱剤３６は蓄熱槽本体４６の底壁に沿って蓄熱槽本体４６内の反対側端部へ流れる。

反対側の端部に流れてきた蓄熱剤３６は、蓄熱槽本体４６の内壁に衝突することにより斜め上方向に流れ、その後、蓄熱槽本体４６の内壁に沿って上方向に流れる。液面付近に到達した蓄熱剤３６は、再度、蓄熱剤３６の液面に沿って攪拌装置５２が配置される端部に向かって流れる。

攪拌装置５２による蓄熱剤３６への作用によって、図６中の矢印に示すように、蓄熱剤３６が蓄熱槽本体４６内を全体的に巡回するように流れ、蓄熱槽本体４６内にて蓄熱剤３６が攪拌される。なお、蓄熱剤３６の上に設けられたオイル層は蓄熱剤３６との比重が異なり、蓄熱剤３６とは分離されているため、攪拌されず、蓄熱剤３６のみが攪拌される。

上述したように、本実施の形態にかかる蓄熱装置３１では、攪拌装置５２を用いて蓄熱剤３６を攪拌することにより、蓄熱槽本体４６内における蓄熱剤３６の温度を均一化させている。これにより、蓄熱剤３６の温度差を例えば１℃以内とすることができ、蓄熱槽３２内の蓄熱剤３６の熱交換効率を向上させることができる。また、本実施の形態にかかる蓄熱装置３１では、従来の蓄熱装置３１のように温度差を利用した自然対流の促進ではなく、攪拌装置５２を用いて強制的に蓄熱剤３６の対流を発生させて攪拌を行っている。これにより、蓄熱剤３６の対流をより促進することで、効率的な蓄熱剤３６の攪拌を行い、蓄熱量の増大化を図ると共に、蓄熱槽３２の内壁表面や蓄熱コイルの外表面の温度境界層の厚みを減少させ、圧縮機と蓄熱剤との間、および蓄熱剤と蓄熱コイルとの間の熱伝達率を向上させ、蓄熱剤３６の熱交換効率を向上させることができる。

また、本実施の形態にかかる蓄熱装置３１では、攪拌装置５２が蓄熱槽本体４６の端部に配置されているため、蓄熱槽本体４６内において全体的な蓄熱剤３６の流れを生じさせることで、効率的な蓄熱剤３６の攪拌を行い、蓄熱剤３６の熱交換効率を向上させることができる。

また、本実施の形態にかかる蓄熱装置３１では、攪拌装置５２が、モータ６８と回転軸６６と攪拌部材５４および仕切り部材５６とを垂直方向に配置させているため、コンパクト化が図れ、蓄熱槽内のデッドスペースに容易に収納ができ、蓄熱装置３１の小型化が図れる。

また、本実施の形態にかかる蓄熱装置３１では、攪拌装置５２を蓄熱槽本体４６の内部に配置しているため、蓄熱槽本体４６の外部に配置した場合と異なり、攪拌装置５２と蓄熱槽本体４６とを配管で接続する構成を取らずに済み、蓄熱槽本体４６内からの蓄熱剤３６の漏洩を防止すると共に蓄熱した熱量の無駄な漏洩を防止することができる。

また、本実施の形態にかかる蓄熱装置３１では、攪拌装置５２は蓄熱剤３６を上方から下方へ移動させることにより蓄熱剤３６を攪拌している。このように、蓄熱剤３６の攪拌方向を上から下とすることで効率的な攪拌を行い、蓄熱剤３６の熱交換効率を向上させることができる。

また、攪拌装置５２の吸込口６０の上端は蓄熱剤３６の液面よりも下方に位置されるため、攪拌装置５２は、蓄熱剤３６を確実に吸い込んで吐き出すことができる。これにより、効率的な蓄熱剤３６の攪拌を行い、蓄熱剤３６の熱交換効率を向上させることができる。

さらに、攪拌装置５２の吸込口６０の上端は蓄熱熱交換器の上端よりも下方に位置されるため、蓄熱剤３６の液面が攪拌装置５２の攪拌によって受ける影響を少なくすることができる。

また、本実施の形態にかかる蓄熱装置３１では、攪拌装置５２は、攪拌部材５４と、攪拌部材５４および蓄熱熱交換器３４の間を仕切る仕切り部材５６を備え、攪拌装置５２と蓄熱熱交換器３４とは蓄熱槽本体の延在方向に併設されている。このような構成によれば、仕切り部材５６の周囲を流れる蓄熱剤３６の流路を形成することができるため、効率的な蓄熱剤３６の攪拌を行い、蓄熱剤３６の熱交換効率を向上させることができる。

また、本実施の形態にかかる蓄熱装置３１では、攪拌装置５２において、モータ６８の軸（モータ軸７２）と回転軸６６とは絶縁部材７０を介して連結されるか、絶縁部材で構成した回転軸６６で構成されているため、蓄熱装置３１の運転時における雷サージの発生を抑制し、攪拌装置５２のモータ６８を保護することができる。

また、本実施の形態にかかる蓄熱装置３１では、攪拌装置５２内の絶縁部材７０の周囲にフランジ７６が設けられているため、沿面距離を増大させることにより、絶縁部材７０の絶縁性を向上させることができる。

また、本実施の形態にかかる蓄熱装置３１では、攪拌装置５２のモータが蓄熱槽３２の蓋体４８にモータ軸を貫通して取付け構成されているため、モータ６８の回転トルクを、回転軸６６を介して攪拌部材５４に確実に伝えることができ、安定した攪拌動作を得ることができる。

また、本実施の形態にかかる蓄熱装置３１では、攪拌装置５２のモータ軸部にシール部材７９を設けた構成であり、モータ６８の内部への蓄熱剤３６の侵入を防ぐことができる。

次に、上述した作用を有する蓄熱装置３１を用いて除霜運転を行った場合の空気調和機の除霜運転シーケンスの一例について、図９を用いて説明する。

図９に示すように、本実施の形態にかかる蓄熱装置３１の除霜運転シーケンスは、除霜運転を行う除霜運転モードに加えて、除霜運転モード前の準備運転モード、および除霜運転モード後の立ち上がり運転モードの３つのモードで構成される。

第１に、準備運転モードは、圧縮機６の回転数や膨張弁１２のパルス数を所定の値に固定した上で通常暖房運転と同じサイクルにて運転を行う。準備運転モードが所定時間実施されると、準備運転モードから除霜運転モードに移行される。除霜運転モードでは、上記で説明した蓄熱装置３１を用いた除霜・暖房運転が行われる。すなわち、蓄熱装置３１の熱を利用して室外熱交換器１４の除霜が行われる。その後、例えば温度センサ４４の温度検知手段や予め設定した除霜時間などの除霜完了検知手段により除霜が完了したと判断されたら、立ち上がり運転モードへと移行される。立ち上がり運転モードは、準備運転モードと同様に、圧縮機６の回転数や膨張弁１２のパルス数を所定の値に固定した上で通常暖房運転と同じサイクルにて運転を行う。立ち上がり運転モードを所定時間実施したら、立ち上がり運転モードを終了し、除霜運転シーケンスが終了する。

本実施の形態にかかる蓄熱装置３１によれば、除霜運転シーケンスの間、蓄熱装置３１の攪拌装置５２による蓄熱剤３６の攪拌を継続的に行っている。このように、攪拌装置５２による蓄熱剤３６の攪拌を少なくとも除霜運転時において継続的に行うことにより、蓄熱剤３６と蓄熱熱交換器３４との熱交換効率を向上させながら除霜運転を実施することができる。これにより、除霜時間を短縮することができる。

また、除霜運転時だけなく、除霜運転前の準備運転時においても攪拌装置５２による蓄熱剤３６の攪拌を行って、予め蓄熱剤３６の温度を均一化した状態にて除霜運転が行われる。これにより、効率的な熱交換状態を最初から維持することができるため、蓄熱剤３６と蓄熱熱交換器３４との熱交換効率をさらに向上させることができ、尚且つ、蓄熱量を予め最大まで蓄えておくことができるため、除霜に用いることができる熱量が増え、除霜時間をさらに短縮することができる。

さらに、立ち上がり運転モードのように蓄熱回路を構成しない通常暖房運転時にも攪拌装置５２による蓄熱剤３６の攪拌を行うことにより、効率的に熱を蓄積することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、本実施の形態では、三方弁４２を用いる場合について説明したが、このような場合に限らず例えば、三方弁４２の代わりに２方弁を用いても良い。

また、本実施の形態では、仕切り部材５６が中空の略円筒形状で形成される場合について説明したが、このような場合に限らず例えば、図１０に示すように、上下方向に延在する板形状の仕切り部材８４を用いても良い。このような仕切り部材８４を備える蓄熱装置８０においても、攪拌部材８６が回転軸６６を中心として回転する攪拌装置８２を採用することにより、仕切り部材８４によって遮られた空間において蓄熱剤３６に対して上から下に向かう推力を与えて、蓄熱剤３６の流路を形成することができる。これにより、蓄熱剤３６を攪拌することができる。

また、本実施の形態では、攪拌部材５４が軸流を形成する場合について説明したが、このような場合に限らず例えば、図１１に示すような斜流を形成する攪拌装置９０を用いても良い。攪拌装置９０は、斜流を形成する攪拌部材９２と、吸込口６０および吐出口６２が設けられた仕切り部材９４とを備える。仕切り部材９４は下方部分が絞られた円筒形状を有するとともに、吸込口６０の下端部には、中央部が開口した蓋を有する。このような形状の仕切り部材９４内において、攪拌部材９２が回転されると、仕切り部材９４内にて上から下へ向かう蓄熱剤３６の斜流を流すことができ、蓄熱槽本体４６内で蓄熱剤３６を攪拌することができる。

また、本実施の形態では、攪拌装置５２が蓄熱剤３６を上から下へ向かうように推力を与える場合について説明したが、このような場合に限らず例えば、横方向に推力を与える場合であっても良い。

なお、上記様々な実施の形態のうちの任意の実施の形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。

本発明は、圧縮機で発生した熱を蓄熱剤に効率的に蓄積することができるので、空気調和機、冷蔵庫、給湯器、ヒートポンプ式洗濯機等に適用することができる。

２ 室外機
４ 室内機
６ 圧縮機
８ 四方弁
１０ ストレーナ
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
２５ 第５配管
２６ アキュームレータ
２８ 第６配管
３０ 電磁弁
３１、８０ 蓄熱装置
３２ 蓄熱槽
３４ 蓄熱熱交換器
３６ 蓄熱剤
３８ 第７配管
４０ 第８配管
４２ 三方弁
４３ キャピラリチューブ
４４ 温度センサ
４６ 蓄熱槽本体
４８ 蓋体
５０ パッキン
５２、８２、９０ 攪拌装置
５４、８６、９２ 攪拌部材
５６、８４、９４ 仕切り部材
５８ 取付け部材
６０ 吸込口
６２ 吐出口
６４ 係合部
６６ 回転軸
６８ モータ
７０ 絶縁部材
７２ モータ軸
７４ 開口
７６ フランジ
７８ 係合部
７９ シール部材

Claims (4)

1. 圧縮機に接触するように配設され、前記圧縮機で発生した熱を蓄積するための蓄熱装置であって、前記圧縮機で発生した熱を蓄積する蓄熱剤を収容する蓄熱槽本体を有する蓄熱槽と、前記蓄熱槽本体に収容され、前記蓄熱剤と熱交換を行う蓄熱熱交換器と、前記蓄熱槽本体内の端部に配置されるとともに、前記蓄熱剤を攪拌する攪拌装置とを備え、前記攪拌装置は、中空の仕切り部材と、前記仕切り部材の内部に設けられた攪拌部材とを備え、前記仕切り部材の下端部に設けられた吐出口は、前記攪拌装置が配置された蓄熱槽本体内の端部とは反対側に開口する、蓄熱装置。
2. 前記仕切り部材の側面に設けられた吸入口の上端は、前記蓄熱熱交換器の上端より下方に位置する、請求項１に記載の蓄熱装置。
3. 前記仕切り部材は、前記蓄熱熱交換器の縦方向に真直ぐに延在させた管部と横方向に延在させて蛇行させた管部との間の空間に配置された請求項１または２に記載の蓄熱装置。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載の蓄熱装置を備える空気調和機。