JPH03164668A - ヒートポンプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ヒートポンプ装置、特にサイクル内に蓄熱
槽を設けたヒートポンプ装置に関する。

（従来の技術〕 従来、この種の装置においては、冷凍サイクル内に蓄熱
槽を設け、夜間、蓄熱槽にたくわえられた熱を利用して
暖房の立上がり時にこの蓄熱槽より熱を利用して高暖房
能力を出すことができるようになっていた。（たとえば
、イ）特開昭６３−１３５７５３号公報９口）特開昭６
３−２１４６１号公報参照）。

第８図ないし第１１図は、イ）のヒートポンプ式冷凍サ
イクルを示すもので、１０１はコンプレッサで、１０２
は４方ブＦである。この４方ブ１１０２は室外熱交換器
である室外１！＋１　ｆｉ交換番１０３、膨張機器とし
ての膨張弁１０４．蓄熱槽１０５および室内側熱交換器
１０６を介して「１７ｆ記４方弁１０２に接続され、基
本的ヒートポンプ冷凍サイクルを構成している。さらに
、前記蓄熱槽１０５と室内熱交換器である室内側熱交換
器１０６との間には第１電磁弁１０７と立上り用膨張弁
１０８が並列に設けられている。また、前記膨張弁１０
４には第１と第２のバイパス回路１０９．１１０が設け
られ、第１のバイパス回路９には第２電磁弁１１１と逆
止弁１１２が、第２のバイパス回路１１０には第３電磁
弁１１３と逆止弁！１４が設けられている。

このように構成された冷凍サイクルにおしＸて、蓄熱槽
１０５の熱を利用して暖房立上り運転を行う場合には、
第９図に示すようになる。すなわち、第１電磁弁１０７
が閉、第２電磁弁１１１力（開、室外熱交換器１０６の
ファン（図示しない）のみがオンとなり、室内側熱交換
器１０６が凝縮器として作用し、蓄熱槽１０５が蒸発器
として作用して蓄熱Ｎ１１０５の熱を汲み上げる。この
運転を続けると蓄熱槽１０５の温度は低下するが、蒸発
温度が外気温度より高い間は外気より吸熱することによ
り高暖房能力を出せる。また、蓄熱Ｍ１１０５の温度が
低下し、高暖房能力を出せなくなったとき第１０図に示
す暖房蓄熱運転に入る。これは除霜のための蓄熱を行う
サイクルで、室内熱交換器１０６および室外熱交換器１
０３のファン（図示しない）がオンとなり、室内側熱交
換器１０６と蓄熱ｎ１１０５が凝縮器として作用し、暖
房と蓄熱を同時に行うものである。ここでたくわえられ
た熱は、第１１図に示すような除霜サイクルで除霜時間
の短縮などの除霜性能改善が使われる。すなわち、４方
弁１０２が切り替わワて冷房サイクルとなり、室外側熱
交換器１０３のファン（図示しない）のみがオンとなり
、室外熱交換器１０３が凝縮器として作用して除霜し、
蓄熱槽１０５が蒸発器として作用し、蓄熱槽１０５の熱
を利用して除霜時間を短縮している。

第１２図は口）の特開昭６３−２１４６１号公報に示さ
れた従来の除湿機能をもつヒートポンプシステムを示す
冷媒回路図であり、図において、２０１は圧縮機、２０
２は冷媒切換装置、２０３は室内側熱交換器である利用
側熱交換器、２０４は室外側熱交換器である熱源側熱交
換器、２０５は絞り機構であり、こわらは冷媒配管２０
６により直列に接続されている。そして、前記利用側熱
交換器２０３と絞り機構２０５との間の配管２０６ａ上
には蓄熱材９ａを充填した蓄熱槽２０７と熱的に接触さ
れた蓄熱用熱交換器２０８が配設されており、同配管２
０６ａ上には上記蓄熱用熱交換器２０８をバイパスする
バイパス管２０９が設けられている。また配管２０６上
には絞り機構２０５をバイパスするバイパス管２１０が
設けられている。また、前記熱源側熱交換器４と冷媒切
換装置２０２との間の配管２０６ｂ上には、絞り機構２
１１と前記蓄熱槽２０７と熱的に接触させた吸熱用熱交
換器である熱源用熱交換器２１２が配設されており、同
配管２０６ｂ上には上記絞り機構２１１と熱源用熱交換
器２１２をバイパスするバイパス管２１３が設けられて
いる。

２１４は利用側ファン、２１５は熱源側ファン、２１６
，２１７，２１８，２１９，２２０ａＬ′ｉ冷媒の流れ
を切り替える電磁弁であり、この各７１８１弁２１６，
２１７，２１８，２１９，２２０ａの切替を制御するこ
とにより、暖房単独運転。

暖房除霜運転、冷房運転に応じた冷媒の流れを得るよう
になっている。

除霜機能を持つヒートポンプシステムにおいては、室内
熱交換器と絞りとの間に蓄熱槽内を通した蓄熱用熱交換
器を配設し、室外熱交換器と圧縮機との間に絞りと蓄熱
槽内を通した熱源用熱交換器を配設したことにより、除
霜中でも暖房運転を行うようになっている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、イ）においては、暖房起動時の高暖房能
力運転の終了直後は蓄熱槽１０５の温度は低くなってお
り暖房能力と蓄熱能力の比は蓄熱能力の方が大きくなっ
て暖房能力が小さくなってしまうという欠点がある。こ
のように立上がりの終了後しばらく暖房能力が低下する
難点がある。

このように蓄熱槽の温度変化に伴い蓄熱能力と暖房能力
比が変化する。蓄熱槽の温度が低いときは蓄熱能力が大
きくなり暖房能力が小さくなってしまう欠点があり、室
内側熱交換器と蓄熱槽とが直列に配設された冷凍サイク
ルで暖房しながら蓄熱を行う場合には、避けにくいとい
う問題があった。

また、口）の除霜機能を持つヒートポンプシステムにお
いては、室内熱交換器出口サブクールが減じ、暖房能力
が低下、暖房立上がり時、蓄熱槽側に大量の熱を奪われ
やすく室外熱交換器入口の冷媒温度が高すぎるため、一
部外気へ放熱が無駄となり、蓄熱材の温度変化に応じて
蓄熱槽への放熱能力を一定にコントロールしにくく、室
内熱交換器から室外熱交換器へと凝縮が進み、液冷媒が
室外熱交換器にたまることがあり、室内熱交換器内の圧
力が下り、このため暖房能力が低下してしまう難点があ
った。

イ）２口）について共通的にいえることは、暖房蓄熱運
転時の暖房能力の低下を防止できにくく、デフロスト時
間の短縮、速やかな暖房立上がりをはかることができな
いという問題点があった。

〔課題を解決するための手段〕

このため、この発明に係るヒートポンプ装置は、圧縮機
、４方弁９室内側熱交喚器、減圧装置、および室外側熱
交換器を順次接続してなるヒートポンプ装置において、
航記室内側熱交換器と減圧装置との間に蓄熱用減圧装置
と蓄熱材を充填した蓄熱槽に内蔵された蓄熱用熱交換器
とを設け、暖房運転時前記圧縮機、４方弁、室内側熱交
換器、蓄熱用減圧装置、蓄熱用熱交換器、減圧装置、室
外側熱交換器、圧縮機の順に冷媒を流すようにしたもの
である。

また、室外側熱交換器と圧縮機との間に流路切換器およ
び蓄熱槽に内蔵された吸熱用熱交換器を設け、また室内
側熱交換器と室外側熱交換器との間に除霜用減圧装置を
設け、除霜運転時前記圧縮機、４方弁、室内側熱交換器
、除霜用減圧装置。

室外側熱交換器、流路切換器、吸熱用熱交換器。

圧縮機の順に冷媒を流すようにしたものである。

そして、室内側熱交換器と圧縮機との間に暖房立上がり
用減圧装置と蓄熱槽に内蔵された吸熱用熱交換器とを設
け、暖房立上がり時圧縮機、４方弁、室内側熱交換器、
暖房立上がり用減圧装置。

吸熱用熱交換器、圧縮機の順に冷媒を流すようにしても
よい。

（作用） この発明において、暖房蓄熱運転では、蓄熱用減圧装置
によって中間圧まで減圧して蓄熱用熱交換器に流入させ
、蓄熱槽に封入された蓄熱材と熱交換（蓄熱）する。ま
た、デフロスト運転では、室内熱交換器から除霜用減圧
装置を経て、室外熱交換器に流入させ熱交換（デフロス
ト）する。そして、流路切換器によって、液冷媒を第３
のバイパス管に導き、蓄熱槽に内蔵された吸熱用熱交換
器によって蓄熱材と熱交換（放熱）してガス化させ圧縮
機へ戻る。そしてまた、暖房開始時の立上がり運転では
、室内熱交換器から暖房立上がり用減圧装置を経て、吸
熱用熱交換器によって蓄熱材と熱交換（放熱）してガス
化させ圧縮機へ戻るように働く。

〔実施例） 以下に、この発明に係る一実施例のヒートポンプ装置に
ついて図に基いて説明する。

第１図はこの発明の一実施例のヒートポンプ装置の冷媒
系を中心とする全体構成である。

第１図においては、この発明の一実施例のヒートポンプ
装置は圧縮機１，４方弁２．室外熱交換器４と図示され
ない室内ファン等からなる室内機Ｍ２と、室内熱交換器
３と図示されない室内ファン等からなる室内機Ｍ１とを
接続して構成されており、５は減圧装置である第２の流
量１１＃器で、６．７はこの流量制御器５の感温筒と、
膨張弁側に圧力をみちびく均圧管、８は潜熱形の蓄熱材
９ａを充填するとともに、蓄放熱熱交換器９を内蔵した
蓄熱槽である蓄熱器、１０．１１はそれぞれ蓄放熱熱交
換器９内に設けた８Ｍ４用熱交換器。

吸熱用熱交換器である第１と第２の冷媒配管パス、１２
は室内熱交換器３．蓄熱用減圧装置である第１の開閉弁
１３．第１の流量制御器（たとえば毛細管）１４．第１
の冷媒配管パス１０．箪２の流量制ｍ器（たとえば温度
式膨張弁５）、室外熱交換器４を順次接続する第１の接
続配管、１５は除霜用減圧装置である第２の開閉弁１６
を中途に設けた第１のバイパス配管、１７は暖房立上が
り用減圧装置である第３の開閉弁１８．第３の流量制御
器（たとえば毛細管１９）を中途に設けた第２のバイパ
ス配管、２０は室外熱交換器４と４方弁２とを接続する
配管の中途に設けられ、冷媒を必要に応じて、中途に逆
止弁２２を設けである第３のバイパス配管２１に導入す
るための流路切換器である３方弁である。また、上記の
蓄放熱熱交換器の第１の冷媒配管パス１０の容量を第２
の冷媒配管パス１１の容量より小さくする。

また、第２図〜第７図は、各運転モード（暖房蓄熱運転
、暖房デフロスト運転、暖房立上り運転）での冷媒の流
れと、装置の運転時の主要部分の冷媒状態をモリエル線
図上に示したものである。

第２．第４．第６図の冷媒回路図にはそれぞれの運転に
おける冷媒の流れを←印で示している。

また第３．第５．第７図のモリエル線図上には、それぞ
れの運転における冷媒回路上の主要部分の冷媒状態を示
している。図において、ＴＲは室温、Ｔｓは蓄熱器８に
充填された蓄熱材９ａの種変化温度で、たとえばヘキサ
デカン（ｈｅｘａｄｅｃａｎｅ）で約１８℃、Ｔｏは外
気温度を示す。また、図中の記号Ｏは、第３．第５．第
７図の冷媒回路中に示した同じ記号○位置の冷媒状態を
示す。

次に、動作について説明する。

まず、第２図の冷媒回路図と第３のモリエル線図を用い
て暖房蓄熱運転での動作について説明する。第１の開閉
弁１３は開となり、第２．第３の開閉弁１６．１８は閉
のままで、３方弁２０は室外熱交換器４からの冷媒が４
方弁２に流れるように切換えられる。そして、圧縮器１
から突出された高温高圧冷媒ガス（第３図中機構■で示
す状態）を室内熱交換器３に導入し、室内空気と熱交換
（暖房）して凝縮液化（第３図中記号■で示す状態）す
る。そして、この液冷媒を、第１の流量制御器１４によ
って、圧力を高圧から中間圧（第３図中記号■から記号
■で示す状態）まで減圧したのちに、蓄熱器８の第１の
冷媒配管パス１０に流入させて、熱交換（第３図中記号
■から記号■て示す状態）シ、蓄熱材９ａに蓄熱する。

このとき、中間圧は、その圧力における飽和温度が、蓄
熱材９ａの相変化温度Ｔｓより高くなるように設定され
る。この蓄熱により暖房能力に対する影響を抑えるため
に、第１の冷媒配管パス１０の容量を少なくし、すなわ
ち、熱交換量を小さくするように第１の冷媒配管パス１
０の容量を設定する。

次に、中間圧の冷媒を第２の流量制御器５によって低圧
（第３図中記号■で示す状態）まで減圧し、室外熱交換
器４で外気と熱交換してガス化（第３図中記号■で示す
状態）させたのち、圧縮機１に吸入させる。このように
、冷媒を循環して暖房を行いながら蓄熱器８の中の蓄熱
材９ａｋ：蓄熱する。

次に、暖房、デフロスト運転の動作について、第４図、
第５図を用いて説明する。暖房デフロスト運転では、第
２の開閉弁１６は開となり、第１．第３の開閉弁１３．
１８は閉のままで、３方弁２０は室外熱交換器４からの
冷媒が第３のバイパス配管２１に流れるように切換えら
れる。そして、圧縮機１から吐出された高温高圧冷媒ガ
ス（第５図中記号■で示す状態）を室内熱交換器３に導
入し、室内空気と熱交換（暖房）して凝縮液化（第５図
中記号■で示す状態）する。そして、この液冷媒を第２
の開閉弁１６（たとえば弁口径２ｍｍを通過する際、若
干減圧（第５図中記号■から■で示す状態）されて室外
熱交換器４に導入し熱交換（第５図中記号■から■で示
す状態）を行い、室外熱交換器４で熱交換した冷媒を、
３方弁２０によって第３のバイパス配管２１を介して、
蓄、＠器８の第２の冷媒配管パス１１に導入し、蓄熱材
９ａと熱交換（第５図記号■から■で示す状態）するこ
とにより蒸発ガス化し、圧縮機■に吸入させる。この場
合、デフロスト時間を短縮させるために、第２の冷媒配
管パス１１の容量を多くし、すなわち熱交換量を大きく
するように第２の冷媒配管パス１１の容量を設定する。

さらに、暖房立上がり時の動作を第６図および第７図を
用いて説明する。暖房立上り時は、第３の開閉弁１８は
開となり、第１．第２の開閉弁１６は閉のままである。

３方弁２０は、室外熱交換器４と第３のバイパス配管２
１を連通ずるように切換えられる。そして、圧縮機１か
ら吐出された高温高圧冷媒ガス（第７図中記号■で示す
状態）を、室内熱交換器３に導入し、室内空気と熱交換
（暖房）して凝縮液化（第７図中記号■で示す状態）す
る。そして、この液化した冷媒を、第２のバイパス配管
１７に導かれて、第３の流量制御器１９で減圧（第７図
中記号■で示す状態）したのちに、蓄熱器８の第２の冷
媒配管パス１１に流入して蓄熱器８中の蓄熱材９ａと熱
交換して蒸発ガス化（第７図中記号■で示す状態）シ、
圧縮機１に吸入させる。暖房立上がり時間を短縮させる
ために、第２の冷媒配管パス１１の容量を多くシ、すな
わち熱交換量を大きくするように第２の冷媒配管パスの
容量を設定する。

以上に説明したように、この発明の一実施例によりば、
圧縮機１，４方弁２．室内側熱交換器３、ｇ圧装置５．
および室外側熱交換器４を順次接続してなるヒートポン
プ装置において、前記室内側熱交換器３と減圧装置５と
の間に蓄熱用減圧装置１３と蓄熱材９ａを充填した蓄熱
器に内蔵された蓄熱用熱交換器とを設けたことにより、
暖房蓄熱運転時の暖房能力の低下を防止することができ
る。

また、室外側熱交換器４と圧縮機１との間に流路切換器
２０および蓄熱器８に内蔵された吸熱用熱交換器１１を
設け、また室内側熱交換器３と室外側熱交換器４との間
に除霜用減圧装置１６を設けたことにより、デフロスト
時間を短縮できる。

そして、室内側熱交換器３と圧縮機１との間に暖房立上
がり用減圧装Ｍ１８と蓄熱器８に内蔵された吸熱用熱交
換器とを設けたことにより、速やかな暖房立上がりを行
うことができるという効果がある。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、この発明の一実施例によれば、
圧縮機、４方弁、室内側熱交換器９ｇ圧装置、および室
外側熱交換器を順次接続してなるヒートポンプ装置にお
いて、前記室内側熱交換器と減圧装置との間に蓄熱用減
圧装置と蓄熱材を充填した蓄熱槽に内蔵された蓄熱用熱
交換器とを設けたことにより、暖房蓄熱運転時の暖房能
力の低下を防止することができる。

また、室外側熱交換器と圧縮機との間に流路切換器およ
び蓄、＠器に内蔵された吸熱用熱交換器を設け、また室
内側熱交換器と室外側熱交換器との間に除霜用減圧装置
を設けたことにより、デフロスト時間を短縮できる。

そして、室内側熱交換器と圧縮機との間に暖房立上がり
用減圧装置と蓄熱器に内蔵された吸熱用熱交換器とを設
けたことにより、速やかな暖房立上がりを行うことがで
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例のヒートポンプ装置の冷媒
形を中心とする全体構成図、第２図と第３図は暖房蓄熱
運転、第４図と第５図は暖房デフロスト運転、第６図と
第７図は暖房立上がり時のそれぞれの冷媒回路図と冷媒
回路主要部分の冷媒状態を示すモリエル線図、第８図は
従来の冷凍サイクルの構成図、第９図は従来の暖房立上
がり運転時の冷媒回路図、第１Ｏ図は従来の暖房蓄熱運
転の冷媒回路図、第１１図は従来の暖房のデフロスト運
転の冷媒回路図、第１２図はは別の従来のヒートポンプ
システムを示す冷媒回路図である。 図において、１は圧縮機、２は４方弁、３は室内熱交換
器、４は室外熱交換器、５は第２の流量制御器、８は蓄
熱器、９ａは蓄熱材、ｔｏ、ｔｔは第１と第２の冷媒配
管パス、１４は第１の開閉弁、１６は第２の開閉弁、１
８は第３の開閉弁、２０は３方弁である。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧縮機、４方弁、室内側熱交換器、減圧装置、お
   よび室外側熱交換器を順次接続してなるヒートポンプ装
   置において、前記室内側熱交換器と減圧装置との間に蓄
   熱用減圧装置と蓄熱材を充填した蓄熱槽に内蔵された蓄
   熱用熱交換器とを設け、暖房運転時前記圧縮機、４方弁
   、室内側熱交換器、蓄熱用減圧装置、蓄熱用熱交換器、
   減圧装置、室外側熱交換器、圧縮機の順に冷媒を流すこ
   とを特徴とするヒートポンプ装置。
2. （２）室外側熱交換器と圧縮機との間に流路切換器およ
   び蓄熱槽に内蔵された吸熱用熱交換器を設け、また室内
   側熱交換器と室外側熱交換器との間に除霜用減圧装置を
   設け、除霜運転時前記圧縮機、４方弁、室内側熱交換器
   、除霜用減圧装置、室外側熱交換器、流路切換器、吸熱
   用熱交換器、圧縮機の順に冷媒を流すことを特徴とする
   請求項１記載のヒートポンプ装置。
3. （３）室内側熱交換器と圧縮機との間に暖房立上がり用
   減圧装置と蓄熱槽に内蔵された吸熱用熱交換器とを設け
   、暖房立上がり時圧縮機、４方弁、室内側熱交換器、暖
   房立上がり用減圧装置、吸熱用熱交換器、圧縮機の順に
   冷媒を流すことを特徴とする請求項１記載のヒートポン
   プ装置。