JP5934884B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮機を囲むように配置され圧縮機で発生した熱を金属に蓄積する蓄熱体を有する蓄熱装置及びこ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、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に蓄熱装置を設け、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７は、従来の蓄熱装置を示す横断面図である。図７において、蓄熱装置１００は圧縮機１０１の外周面に固設され、蓄熱槽１０２と蓄熱体１０３と熱交換器１０４とで構成されている。蓄熱槽１０２の内周の伝熱面１０５は、圧縮機１０１の外周面に接するように配置されており、これにより圧縮機１０１の廃熱を蓄熱槽１０２に蓄えている。

特開平３−３１６６６号公報

しかしながら、前記従来の蓄熱装置では、圧縮機の外周面と蓄熱槽の内周の伝熱面との間に隙間が生じ、その隙間である空気層が断熱層となり、圧縮機の廃熱を効率よく蓄熱槽に蓄熱できないという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、圧縮機の廃熱を効率よく蓄熱槽に蓄熱することのできる蓄熱装置を用いた空気調和機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明は、略円筒状の圧縮機を囲むように配置され前記圧縮機で発生した熱を蓄熱する蓄熱体と、前記蓄熱体に少なくとも一部が埋設された蓄熱熱交換器と、前記圧縮機と前記蓄熱体が有する前記圧縮機の外周面と対向する伝熱面との間に設けられ熱伝導性および緩衝性を有するシート材とを備え、前記蓄熱体は少なくとも２本以上の貫通穴を有し、前記蓄熱熱交換器は前記貫通穴に挿入された少なくとも１本以上のＵ字型の伝熱管を有し、前記伝熱管は拡管されて前記蓄熱体に密着する空気調和機としたものである。

これにより、金属のように表面が硬いもの同士の間に、熱伝導性が高く緩衝性を有するシート材を介し、断熱効果の高い空気層を排除することで、圧縮機からの廃熱を効率よく蓄熱体に熱移動させ蓄熱することのできる蓄熱装置及びこの蓄熱装置を用いた空気調和機を提供することができる。

本発明は、圧縮機からの廃熱を効率よく蓄熱装置に蓄熱でき、暖房運転中の除霜運転を
効率よく行うことができる空気調和機を提供することができる。

本発明の実施の形態１における空気調和機の冷凍サイクルの構成図 同圧縮機と蓄熱装置の斜視図 同蓄熱装置の外観斜視図 図２のＸ−Ｘに沿った縦断面図 図２のＹ−Ｙに沿った横断面図 （ａ）同無数の小径穴を設けた伝熱シートの外観斜視図、（ｂ）同無数の縦横スリットを設けた伝熱シートの外観斜視図 従来の蓄熱装置を示す横断面図

第１の発明は、略円筒状の圧縮機を囲むように配置され前記圧縮機で発生した熱を蓄熱する蓄熱体と、前記蓄熱体に少なくとも一部が埋設された蓄熱熱交換器と、前記圧縮機と前記蓄熱体が有する前記圧縮機の外周面と対向する伝熱面との間に熱伝導性および緩衝性を有するシート材とを備え、前記蓄熱体は少なくとも２本以上の貫通穴を有し、前記蓄熱熱交換器は前記貫通穴に挿入された少なくとも１本以上のＵ字型の伝熱管を有し、前記伝熱管は拡管されて前記蓄熱体に密着する空気調和機としたことにより、金属のように表面が硬いもの同士の間に熱伝導性が高く、緩衝性を有するシート材を介し、断熱効果の高い空気層を排除することができ、圧縮機からの廃熱を効率よく蓄熱体に熱移動することができるとともに、蓄熱体から蓄熱熱交換器にも短時間で熱移動が可能な蓄熱装置を用いた空気調和機を提供することができる。また、蓄熱体は少なくとも２本以上の貫通穴を持ち、貫通穴に、少なくとも１本以上のＵ字型に曲げた伝熱管を一方から挿入し、各管は挿入後反対側から拡管しながら蓄熱体に密着をさせた蓄熱熱交換器を構成したことにより、蓄熱体と蓄熱熱交換器との密着性が更に向上する。

第２の発明は、特に第１の発明において、シート材に無数の小径穴か、または無数の縦または横または縦横両方のスリットを設けたものであり、これにより、金属面に貼り付けた際に、金属面とシート材との間に生じる気泡の介在を防止することができる。

第３の発明は、特に第１または２の発明において、前記蓄熱体を分割して前記圧縮機の周囲に配置したことにより、複雑な加工を必要とせず、組み立て工数を削減することができる。

第４の発明は、特に第１〜３のいずれか１つの発明において、前記蓄熱体の総重量を圧縮機の半分以下に抑えたことで、本来の目的である圧縮機の性能を落とさず、その廃熱のみを有効に蓄熱体に蓄熱することができる。

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、この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）
図１は実施の形態１における空気調和機の冷凍サイクルの構成図である。

本実施の形態における空気調和機は、室内に設置される室内機１と、室外に設置される室外機２とを冷媒配管３で接続することによって構成されている。

室内機１には、室内空気と冷媒とが熱交換を行う室内熱交換器５と、室内熱交換器５での熱交換を促進し室内へ送風するための室内送風ファン６を備える。また、室内温度を検出する室内温度検出手段である温度センサ７と、室内熱交換器の温度を検出する室内熱交換器温度検出手段である温度センサ８とを備える。

室外機２には、室外空気と冷媒とが熱交換を行う室外熱交換器９と、室外熱交換器９での熱交換を促進し送風する室外ファン１０と、冷媒を圧縮し高温冷媒を吐出する圧縮機１１と、冷媒の流路の順逆を切り換える四方弁１２と、冷媒を減圧する減圧装置１３と、室外熱交換器の温度を検出する室外熱交換器温度検出手段である温度センサ１４と、外気の温度を検出する外気温度検出手段である温度センサ１５とを備える。

そして、冷房運転時には、圧縮機１１、四方弁１２、室外熱交換器９、減圧装置１３、室内熱交換器５、四方弁１２、圧縮機１１の順に冷媒が流れ、暖房運転時には、圧縮機１１、四方弁１２、室内熱交換器５、減圧装置１３、室外熱交換器９、四方弁１２、圧縮機１１の順に冷媒が流れるように冷凍サイクルが構成されている。

また、室内機１へ運転指示を行うリモコン装置（図示せず）を備え、リモコン装置では、冷房運転や暖房運転の指示、室内設定温度を設定することができ、通常の空調運転では、室内設定温度となるように空調運転が実施される。

また、圧縮機１１の周囲には蓄熱装置１８が配置され、金属材料のアルミニウムで形成された蓄熱体１９と、蓄熱体１９から熱をもらう蓄熱熱交換器２０で構成され、蓄熱熱交換器２０の内部に設けられた冷媒管に流れる冷媒と、蓄熱体１９とが熱交換を行う。

また、圧縮機１１の吐出管と、減圧装置１３と室外熱交換器９との間とを接続する除霜用バイパス回路２１を設け、除霜用バイパス回路２１には除霜用二方弁２２を設けている。そして除霜用二方弁２２を開閉することによって除霜用バイパス回路２１に冷媒を流している。

以上のように構成された空気調和機において、除霜運転について説明する。

まず、温度センサ１４で検出される室外熱交換器の温度が除霜運転開始条件である温度を検出すると、除霜運転が開始される。なお、除霜運転開始の条件はこれに限定されることはなく、例えば、外気温度や、除霜運転開始条件の温度を下回る時間が所定時間継続した場合などの条件を追加することも考えられる。また、室外熱交換器９の温度検出は、室外熱交換器９の冷媒管の温度を検出することによって代用されてもよい。

そして、除霜運転が開始されると、除霜用二方弁２２およびバイパス用二方弁１７を開弁して、減圧装置１３を適切な開度に制御することによって、暖房運転を継続しながら除霜運転を実施することができる。

このような暖房運転を継続しながらの除霜運転は、除霜用二方弁２２とバイパス用二方弁１７の両方が開状態で初めて行われることになるが、バイパス用二方弁１７を除霜用二方弁２２より先に開制御すると、蓄熱体１９に蓄積された熱量が無駄に使用されることになり、除霜用二方弁２２とバイパス用二方弁１７の両方を同時に開制御すると、室外熱交換器９からの冷媒と室内熱交換器５からの冷媒が同時に圧縮機１１に吸入されることになり、圧力変動を惹起するおそれがあることから、除霜用二方弁２２の開制御とバイパス用二方弁１７の開制御に適切な時間差を設定することで、圧力変動を極力抑えることができるとともに、圧縮機１１への液冷媒の流入を阻止して圧縮機１１の信頼性を向上させることができる。そのため本実施の形態では、除霜用二方弁２２をバイパス用二方弁１７より
も先に開弁するようにしている。

次に、蓄熱装置１８の構成について説明する。図２は、本実施の形態における圧縮機１１と蓄熱装置１８の斜視図である。図２に示すように、蓄熱装置１８は、圧縮機１１の周囲に配置され、蓄熱体１９と蓄熱熱交換器２０とで構成されている。

蓄熱熱交換器２０の内部には冷媒が流れており、蓄熱体１９には圧縮機１１から放熱される熱が蓄えられている。蓄熱体１９はアルミニウムの押し出し成型で作られており、アルミニウムを用いることで熱伝導性が高く、かつ、コストが安くなる。

また、蓄熱体１９は圧縮機１１を抱くように横方向から密着させ、バンド５２ａ、５２ｂにより、それぞれアキュームレータ２６、圧縮機１１に上下で締結されることで、強固に固定される。

図３は、本実施の形態における蓄熱装置１８の外観斜視図である。図３に示すように、内部に冷媒が流れる蓄熱熱交換器２０は、Ｕ字型形状のＵ字管２０ａと、まっすぐな直管２０ｂとで構成されている。そして、隣り合う直管２０ｂ同士の端部をＵ字管２０ａで接続して冷媒流路を繋げている。また、蓄熱体１９は、外壁１９ａと内壁１９ｂを有し、内壁１９ｂが伝熱面となり圧縮機１１の外周面と密着する。

図４は本実施の形態における図２のＸ−Ｘに沿った縦断面図であり、図５は本実施の形態における図２のＹ−Ｙに沿った横断面図である。

圧縮機１１の外周面と蓄熱体１９の内壁（伝熱面）１９ｂとは固いもの同士の密着のために、接合した場合にはどうしても隙間が生じることになる。隙間が生じた場合には空気層が介在するため断熱性の高い空気層は熱伝導性能を低下させる。この熱伝導性能の低下を防止するため、緩衝性があり、熱伝導性も有する伝熱シート６０を図４、図５に示すように、圧縮機１１の外周面と蓄熱体１９の内壁（伝熱面）１９ｂとの間に配置し、圧縮機１１と蓄熱体１９の間に空気層を介在させないように構成している。この伝熱シート６０は緩衝性、熱伝導性能の他に耐熱性も考慮した材料（例えばシリコンシート）などをシート状にして用いている。

図６（ａ）は本実施の形態における無数の小径穴を設けた伝熱シート６０の外観斜視図であり、図６（ｂ）本実施の形態における無数の縦横スリットを設けた伝熱シート６０の外観斜視図である。

伝熱シート６０は、図６（ａ）に示すように、表面全体に無数の小口径の貫通穴６１を設けたものや、図６（ａ）に示すように、無数の縦または横または縦横両方のスリット６２を設けたものにすることで、金属面に貼り付けた際に、金属面と伝熱シート６０との間に生じる気泡の介在を防止することができる。なお貫通穴６１やスリット６２が施していない伝熱シート６０でも、もちろん用いることは可能である。

なお、内壁（伝熱面）１９ｂは、全体として所定の直径の円筒の一部を切り欠いた形状を呈しており、この内側には、圧縮機１１と伝熱シート６０とが収容されることから、取り付け公差や伝熱シート６０の厚み等を考慮して、内壁（伝熱面）１９ｂの内径は圧縮機１１の外径より僅かに大きく設定される。

次に、上記構成の蓄熱装置１８の作用を説明する。

上述したように、蓄熱装置１８は、暖房運転時に圧縮機１１で発生した熱を蓄熱体１９
に蓄熱し、通常暖房運転から除霜・暖房運転に移行したときに、蓄熱熱交換器２０によって、その熱を取得し利用する。したがって、暖房運転時に霜が成長するよりも早く蓄熱体１９の温度が十分に上げられるよう、圧縮機１１の外表面から蓄熱体１９に至る伝熱経路の熱伝導性能が良い程好ましい。

圧縮機１１の外表面から蓄熱体１９に至る伝熱経路の熱伝導性能は、蓄熱体１９と圧縮機１１との密着度と、伝熱面の熱伝導性能に依存している。

そこで、本発明に係る蓄熱装置１８においては、圧縮機１１の外周面と蓄熱体１９の内壁（伝熱面）１９ｂとの間に伝熱シート６０を設け、空気層の介在を防止し、圧縮機１１の外周面と蓄熱体１９の内壁（伝熱面）１９ｂとの密着度を向上させ、かつ、伝熱シート６０を熱伝導性や緩衝性に優れたものにすることにより、蓄熱体１９への蓄熱性能を向上させている。

本発明に係る蓄熱装置は圧縮機と密着する密着部材を備えており、圧縮機で発生した熱を蓄熱体に効率的に蓄積することができるので、空気調和機の他に温水暖房機等の用途にも適用できる。

１１ 圧縮機
１８ 蓄熱装置
１９ 蓄熱体
１９ａ 外壁
１９ｂ 内壁（伝熱面）
２０ 蓄熱熱交換器
６０ 伝熱シート
６１ 貫通穴
６２ スリット

Claims (4)

1. 略円筒状の圧縮機を囲むように配置され前記圧縮機で発生した熱を蓄熱する蓄熱体と、前記蓄熱体に少なくとも一部が埋設された蓄熱熱交換器と、前記圧縮機と前記蓄熱体が有する前記圧縮機の外周面と対向する伝熱面との間に設けられ熱伝導性および緩衝性を有するシート材とを備え、前記蓄熱体は少なくとも２本以上の貫通穴を有し、前記蓄熱熱交換器は前記貫通穴に挿入された少なくとも１本以上のＵ字型の伝熱管を有し、前記伝熱管は拡管されて前記蓄熱体に密着する空気調和機。
2. 前記シート材には、無数の小径穴か、または無数の縦または横または縦横両方のスリットが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記蓄熱体を分割して前記圧縮機の周囲に配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の空気調和機。
4. 前記蓄熱体の総重量を圧縮機の半分以下に抑えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の空気調和機。