JPH0225113B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、圧縮式、吸収式などの冷媒の凝縮、
蒸発の原理による冷却、加熱を応用したヒートポ
ンプ装置に関するものである。

従来例の構成その問題点 第１図はヒートポンプ装置を原理を示す図であ
る。図において１は加圧部で圧縮式の場合は圧縮
機、吸収式においては発生器および吸収器などよ
り成り立つている。２は熱交換器で、図の実線の
矢印に従つて冷媒が循環する場合は、冷媒蒸気は
冷却されて液体となる。すなわち凝縮器として機
能する。液化した冷媒は膨張弁４を通つて減圧さ
れて熱交換器３に入り、蒸発して低圧の冷媒蒸気
となる。すなわち熱交換器３は蒸発器として機能
し、周囲から熱を吸収する。

冷媒の流れ方向を逆転させる弁機構として多用
される四方弁５を90°回転すれば、冷媒は破線の
矢印に従つて循環し、熱交換器３は凝縮器とし
て、熱交換器２は蒸発器として機能する。

第２図は第１図の基本サイクルに、蓄熱材６と
熱交換する熱交換器７を、熱交換器２と加圧部１
の間に設けたもので、実線矢印のサイクルの時に
は、凝縮器２で放出される凝縮熱の一部が、蓄熱
器８内の蓄熱材６に蓄えられる。これが有用なの
は主として暖房サイクルで、熱交換器２は室内に
あつて室を暖め、熱交換器３は室外にあつて、外
気から熱を取り込む。この時、外気温度が低い
と、熱交換器３に次第に霜が付き、外気からの熱
が取り込めなくなる。

そこで四方弁を90°回転して冷房サイクルにす
ると、熱交換器３が凝縮器となり発熱するため
に、霜が取れる。しかしこの時、熱交換器２は蒸
発器となるので暖房されるべき空間が冷房される
ので極めて不都合である。そのため、例えば熱交
換器２のフアン９を停めて、この熱交換器で冷媒
が蒸発しないようにすると、図１の基本構成の場
合は未蒸発の液冷媒が加圧部１に流入し、圧縮機
をこわすなどの不都合が生じる。しかし図の蓄熱
器８を有する場合は未蒸発冷媒は蓄熱材６に蓄え
られた熱により熱交換器７があたためられ、未蒸
発冷媒は蒸発するため、加圧部に悪い影響を与え
ない。これがいわゆる除霜サイクルである。

この方法は原理的には良いのであるが、実際に
除霜する時間は短かくなければならないため、そ
れだけの伝熱特性を熱交換器７に持たせると、暖
房運転の立上り時に熱出力がほとんど熱交換器７
から蓄熱材６に移されるため、熱交換器２に出力
が出てこないという問題があつた。

その一つの解決策としては蓄熱容量を大きくし
蓄熱平均温度を高くし、使用温度幅を狭くするこ
とにより、蓄熱時には小さい温度差、放熱時には
大きい温度差とする使い方があるが、大きな容量
の蓄熱器が必要であり、平均温度が上るまでに必
要な熱量も多いという欠点があるため、運転をあ
る程度停止した場合、例えば就寝時に停止して翌
日動かすまでの間に前記蓄熱槽の温度は、よほど
断熱をよくしないかぎり外気温に近い温度まで下
るため、起動時は蓄熱材温度と凝縮温度との差が
大きく、熱交換器２に出力が出ないか或いはかな
り出力が低下し、この段階で蓄熱器に蓄えられる
べき総熱量は一回の除霜に必要な熱量の数倍が必
要になるため、かなりの時間にわたつて出力が低
下することになる。

発明の目的 本発明は、蓄熱器を有するヒートポンプ装置の
暖房立上り特性および除霜特性を改善することを
目的とするものである。

発明の構成 本発明は、蓄熱器は縦に長いタンクを用い、こ
の中に蓄熱材を充填すると共に、このタンクの上
部に前記蓄熱材と熱交換しうる熱交換器を設け、
さらに重力循環方式のヒートポンプの吸熱部を、
前記蓄熱器下部に、放熱部は前記熱交換器と熱交
換しうるごとく設けたものである。

実施例の説明 本発明の一実施例を第３図に示す。第３図にお
いて、蓄熱材６を充した蓄熱器８内の上端に近い
部分に熱交換器１０を設けてある。又、重力循環
方式のヒートポンプ１１が蓄熱器内にあり、これ
は熱交換器１０と熱的に結合した放熱部１２と蓄
熱材６から吸熱する熱交換部１３から成り立つて
いる。

まず実線の矢印に従つて冷媒が流れる場合は暖
房サイクルで、放熱器２で冷媒蒸気が凝縮し凝縮
熱を放出するが途中に熱交換器１０があるので、
周囲の蓄熱材６の温度が低い場合は、熱交換器１
０内で冷媒蒸気の温度が下り、又、時には一部凝
縮を行うが、蓄熱器８の上部に前記熱交換器１０
が存在するため、その周囲の蓄熱材６は殆んど対
流せず、その周囲の蓄熱材が暖まるとそれ以後は
蓄熱器８の器壁などを介して極めてゆつくりと下
部の蓄熱材が暖められる。

次に破線の矢印に従つて冷媒が流れる時に、特
に熱交換器２のフアン９を停めている時は、冷媒
液に未蒸発のまま熱交換器１０に流入するが、こ
の熱交換器１０には、ヒートパイプ１１の放熱部
１２が熱的に結合するごとく設けられているので
ヒートパイプ内の媒体はどんどんここで凝縮し冷
媒を蒸発させる。凝縮したヒートパイプ内の媒体
は、重力で下の方に流下し、蓄熱材６の熱を、吸
熱部１３から取り込み、媒体を蒸発させる蒸発し
た媒体は上昇し、再び放熱部１２で凝縮する。

放熱部１２と熱交換器１０との結合は、例えば
第４図と如きフイン付２重管とすればよい。

図ではヒートパイプ１１はループを形成するよ
うにしてあるが、終端のある一本のパイプも多く
使用される。

第４図においては、ヒートパイプの媒体は１１
の管を上昇して１２内で凝縮し、管外を流れる冷
媒液を加熱し蒸発させる。凝縮した媒体は管１４
から下へ流れる。この方法によれば極めて急速に
蓄熱材に蓄えられた熱は取出され、液化したまま
の冷媒の加熱に利用される。

しかしこのように重力循環のヒートパイプ１１
を使用しているため、熱交換器部１０内を熱い冷
媒蒸気が通る時は、管１２内に液が存在せず、ヒ
ートパイプは熱の輸送に役立たない。逆に液冷媒
が熱交換器１０を通る時は、ヒートパイプ内の媒
体は放熱部１２で凝縮し、重力で下へ運ばれ、下
で加熱されて蒸発し、熱搬送が行われる。

実施例についてその効果を説明する。この図に
おいて、実線の矢印は先にのべた暖房サイクルの
状態であるが、この時の熱交換器１０によつて蓄
熱機６が暖められる速度はきわめてゆつくりであ
り、除霜時間間隔の間に全体が熱源温度（凝縮圧
力からきまる凝縮温度）まであたためられればよ
い。すなわち、暖房出力から蓄熱に廻される単位
時間あたりの熱量は小さく、暖房能力の低下を感
じさせる程のものではない。又、起動時でも熱交
換器１０の周辺の蓄熱材６の温度は全体の中で一
番高い部分であるから、この場合でも大部分の出
力は、熱交換器２によつて取出され、起動時の能
力不足の問題が生じない。

次に除霜運転の時は、破線の矢印に従つて冷媒
が流れ、熱交換器１０の中に液冷媒が流入する
が、この場合は、この熱交換器１０の周囲の蓄熱
材から熱を回収するだけでなくヒートパイプ１１
によつて蓄熱器全体から、蓄熱された熱を回収し
冷媒を暖めるため、蓄熱時に比べて格段に速い速
度で蓄熱器の熱が取出され、蓄熱材の十分低い温
度まで利用しうる。従つて、除霜時間を十分に短
かくすることができ、かつ蓄熱容量は除霜に必要
な熱量になるごとく大きさをきめればよい。

発明の効果 このように本発明は、蓄熱器内の熱交換器は１
つであるが、重力循環のヒートパイプを利用し
て、蓄熱時と放熱時の性能を大きく変えることが
できるため、暖房運転中は極く少量で、その出力
の一部が蓄熱器内に蓄えられ、除霜に際しては短
時間に蓄熱された熱量が取出せ、除霜時間も充分
短かくでき、蓄熱および放熱の温度差も大きくす
ることができるため、蓄熱容量も不必要に大きく
する必要がなく、熱損失も小とする利点がある。

このように本発明によれば、比較的簡単な構造
により、従来の蓄熱除霜方式の欠点を解決するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はヒートポンプの原理図、第２図は従来
の蓄熱器を有するヒートポンプ装置の冷媒回路
図、第３図は本発明のヒートポンプ装置の要部の
冷媒回路図、第４図は同要部の熱交換器とヒート
パイプの結合を示す説明図である。 １……加熱部、２，３……熱交換器、４……膨
脹弁、５……四方弁、６……蓄熱材、８……蓄熱
器、１０……熱交換器、１１……ヒートパイプ、
１２……ヒートパイプの放熱部、１３……ヒート
パイプの吸熱部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 低圧冷媒蒸気を高圧冷媒蒸気にする加圧部
   と、２つの熱交換器を、中間に膨張弁を介して直
   列接続した熱交換部により冷媒循環路を形成し、
   前記加圧部と熱交換部の間に、前記熱交換部を流
   れる冷媒の流れ方向を逆転させる弁機構を設け、
   冷媒の流れの上流側の熱交換器を凝縮器として放
   熱源に、下流側を蒸発器として吸熱源として使用
   する際の前記熱交換部の一端と前記弁機構との間
   に、冷媒回路と熱交換しうる第３の熱交換器を有
   する蓄熱器を設け、この第３の熱交換器は内部に
   充填された蓄熱材と熱交換しうるよう前記蓄熱器
   内の上部に設け、さらに吸熱部を前記蓄熱器下部
   に、加熱部を前記第３の熱交換器と熱交換し得る
   如く構成した重力循環のヒートパイプを用い、蓄
   熱槽下部の熱を上部の熱交換器に輸送しうる如く
   構成してなるヒートポンプ装置。