JPH04177063A - 空気調和装置 - 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］ 本発明は空気調和装置に関するもので、特に、暖房、霜
取り特性の向上を図る蓄熱器を備えた空気調和装置に関
するものである。

［従来の技術］ 蓄熱器を備えた空気調和装置は、蓄熱器に蓄熱したエネ
ルギーを暖房運転立上り時に利用したり、暖房運転中に
室外熱交換器に付着した霜の除去に利用して空調特性の
向上を行なうものである。従来のこの種の空気調和装置
として、特開昭６３−２１４５０号公報、特開昭６４−
３８５６３号公報、特開平１−１７４８６４号公報等に
掲載の技術を挙げることができる。

第４図は従来の蓄熱器を備えた空気調和装置の冷凍サイ
クル図である。

図において、（１）は圧縮機、（２）は四方弁、（３）
は暖房運転において凝縮器となる室内熱交換器、（４）
は減圧装置、（５）は前記減圧装置（４）をバイパスす
るバイパス二方弁、（６）は暖房運転において蒸発器と
なる室外熱交換器、（７）は三方弁である。（８）及び
（９）はそれぞれ蓄熱槽（１０）内の下部及び上部に配
設された蓄熱熱交換器及び吸熱熱交換器、（８ａ）は前
記蓄熱熱交換器（８）の冷媒の人口である蓄熱冷媒人口
、（８ｂ）は同じく出口である蓄熱冷媒出口、（９ａ）
は前記吸熱熱交換器（９）の冷媒の人口である吸熱冷媒
人口、（９ｂ）は同じく出口である吸熱冷媒出口である
。（１１）は前記蓄熱槽（１０）内に充填された融点が
４０〜６０℃の蓄熱材で、パラフィン等が使用されてい
る。

次に、上記のように構成された従来の空気調和装置の動
作を説明する。

まず、暖房兼蓄熱運転の場合には、バイパス三方弁（５
）を閉し、三方弁（７）を四方弁（２）側に連通ずる。

圧縮機（１）から吐出された高温・高圧のカス冷媒は、
蓄熱熱交換器（８）を通過する間に蓄熱槽（１０）内の
蓄熱材（１１）を加熱した後、四方弁（２）を通り、室
内熱交換器（３）で室内空気と熱交換して暖房作用をお
こない、常温・高圧の液冷媒となる。そして、減圧装置
（４）で減圧され、室外熱交換器（６）で蒸発してガス
冷媒となり、三方弁（７）と四方弁（２）を通過して圧
縮機（１）に戻る。このとき、蓄熱材（１１）は加熱に
より融解する。

一方、外気温が低く、暖房運転によって室外熱交換器（
６）に付着した霜を除去する霜取運転の場合は、バイパ
ス二方弁（５）を開き、三方弁（７）を吸熱熱交換器（
９）側に連通ずる。圧縮機（１）から吐出された高温・
高圧のガス冷媒は、蓄熱熱交換器（８）で蓄熱材（１１
）を加熱した後、四方弁（２）を通り、室内熱交換器（
３）で室内空気と一部暖房作用を行ない、高温・高圧の
二相冷媒となる。そして、バイパス三方弁（５）を通っ
て室外熱交換器（６）に達し、表面に付着した霜を解か
して低温・中圧の液冷媒となる。更に、三方弁（７）を
通って、吸熱熱交換器（９）で蓄熱材（１１）から熱を
吸収し、蒸発してガス冷媒となり、圧縮機（１）に戻る
。このとき、蓄熱材（１１）は吸熱されて凝固する。こ
れによって、霜取運転中も暖房が行なわれ、霜取運転中
の室温の低下が防がれる。

また、外気温が低く、暖房立上りを短時間かつ円滑にな
す暖房立上り運転の場合は、前記霜取運転と同様に、バ
イパス三方弁（５）を開き、三方弁（７）を吸熱熱交換
器（９）側に連通ずる。圧縮機（１）から吐出された高
温・高圧のガス冷媒は、蓄熱熱交換器（８）で蓄熱材（
１１）を加熱した後、四方弁（２）を通り、室内熱交換
器（３）で室内空気と熱交換して暖房作用を行ない、高
温・高圧の液冷媒となる。更に、バイパス三方弁（５）
を通って熱交換量を最少に抑えた室外熱交換器（６）と
、三方弁（７）とを通り、吸熱熱交換器（９）で蓄熱材
（１１）から熱を吸収し、蒸発してガス冷媒となり、圧
縮機（１）に戻る。このとき、蓄熱材（１１）は吸熱さ
れて凝固する。

このように、圧縮機（１）に環流する冷媒は高温のガス
であるから、圧縮機効率は向」二し、外気温が低い場合
でも運転立上り時に急速かつ十分な暖房が行なわれる。

ところで、融解する蓄熱材（１１）の領域が時間の経過
とともに対流により蓄熱槽（１０）の上部に広がるよう
に、蓄熱熱交換器（８）は蓄熱槽（１０）の最下部に設
けられている。また、蓄熱熱交換器（８）から距離的に
遠い蓄熱槽（１０）上部の蓄熱材（１１）の温度」二昇
が蓄熱槽（１０）下部より遅れるため、霜取運転や暖房
立上り運転において高い吸熱効果を得ることを目的とし
て、蓄熱材（１１）と冷媒の流れの間で温度的に対向流
れを形成するように、吸熱冷媒入口（９ａ）を蓄熱槽（
１０）上部に、吸熱冷媒出口（９ｂ）を下部に配置して
いる。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の空気調和装置は、上記のように構成されているか
ら、設置スペースの制約で蓄熱槽（１０）の高さが確保
てきない場合は、吸熱熱交換器（９）の冷媒の流し方に
も制限が生じるばかりか、蓄熱Ｕ’（１１）の容量を確
保するために設置面積を広げなくてはならず、その分最
下層の蓄熱熱交換器（８）が大きくなって、蓄熱と吸熱
のバランスが崩れてしまい、熱交換効率が低下するとい
う不具合があった。

そこで、特開昭６３−１６３７４１号公報に掲載の技術
が呈示されている。これは、蓄熱熱交換器の冷媒流れ方
向と吸熱熟熱交換器の冷媒の流れ方向を対向することに
よって、蓄熱及び吸熱のいずれにおいても、熱媒体であ
る蓄熱材の温度分布は冷媒の流れ方向に対して温度的に
対向流れを形成するため、効率の良い蓄熱運転及び吸熱
運転を行なうことができる。

しかし、霜取運転終了直後などで蓄熱材が凝固した状態
から再度蓄熱するような場合には、圧縮機の吐出冷媒ガ
スと蓄熱材との温度差が大きいために蓄熱冷媒人口付近
で一気に熱交換が行なわれる。このため、蓄熱冷媒出口
付近では冷媒の温度が下がり、蓄熱冷媒人口付近の蓄熱
材の温度上１昇に対して、蓄熱冷媒出口付近の蓄熱材の
温度上昇が遅れ、蓄熱材内の温度分布は不均一になり易
い。

これによって、霜取りを伴う暖房運転のように比較的短
いサイクルで蓄熱と吸熱を繰返す運転において、蓄熱冷
媒出口付近及びその上部の蓄熱材が完全に融解せず、有
効に使えない蓄熱材が生ずるだけでなく、霜取中の暖房
能ノｊが低下したり、霜取所要時間が増加したり、暖房
立上り能力が低下するという不具合があった。

そこで、本発明は、蓄熱と吸熱を比較的短いサイクルで
繰返すような場合でも、蓄熱材が均一に融解し、効率的
な蓄熱と吸熱を実現して高効率の霜取運転及び暖房室−
ヒリ運転を行なうことができる蓄熱器を備えた空気調和
装置の提供を課題とするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明にかかる空気調和装置は、圧縮機、四方弁、凝縮
器、減圧装置、蒸発器から冷凍サイクルを形成し、蓄熱
材が充填された蓄熱槽の下部に冷媒出口側よりも冷媒人
口側の熱交換能力を小さくした蓄熱熱交換器を配設する
とともに、前記蓄熱槽の上部に前記蓄熱熱交換器の冷媒
流れ方向と対向するように吸熱熱交換器を配設したもの
である。

［作用］ 本発明においては、蓄熱槽の下部に配設された蓄熱熱交
換器の蓄熱冷媒出口側よりも蓄熱冷媒入口側の熱交換能
力を小さくしているので、圧縮機から吐出された高温・
高圧のガス冷媒が蓄熱熱交換器の冷媒人口側で一気に蓄
熱材を加熱するのが防がれ、蓄熱冷媒出口側の蓄熱材も
十分に加熱される。このため、蓄熱材の蓄熱冷媒入口付
近と蓄熱冷媒出口付近はほぼ均一に融解される。

［実施例］ 〈第一実施例〉 まず、本発明の第一実施例を第１図に基づいて説明する
。

第１図は本発明の第一実施例の蓄熱器を備えた空気調和
装置の冷凍サイクル図である。図中、第４図と同一符号
は従来の構成部分と同一または相当する部分であるから
、ここではその説明を省略する。

図において、（８Ｃ）は蓄熱槽（１０）の下部の蓄熱冷
媒入口（８ａ）側に配設され、フィンの枚数を少なくし
て蓄熱材（１１）に対する熱交換面積を小さくした第１
蓄熱熱交換器、（８ｄ）は蓄熱槽（１０）の下部の蓄熱
冷媒出口（８ｂ）側に前記第１蓄熱熱交換器（８ｃ）と
直列に配設され、フィンの枚数を多くして蓄熱材（１１
）に対する熱交換面積を大きくした第２蓄熱熱交換器で
ある。即ち、蓄熱材（１１）に対する第１蓄熱熱交換器
（８ｃ）の熱交換能力は第２蓄熱熱交換器（８ｄ）より
も小さい。（９）は前記第１蓄熱熱交換器（８ｃ）及び
第２蓄熱熱交換器（８ｄ）の上部に配設された吸熱熱交
換器で、吸熱冷媒入口（９ａ）及び吸熱冷媒出口（９ｂ
）で−Ｌ下に分岐し、中央部で交差したものである。

次に、上記のように構成された第一実施例の空気調和装
置の動作を説明する。

まず、暖房兼蓄熱運転の場合には、バイパス三方弁（５
）を閉じ、三方弁（７）を四方弁（２）側に連通する。

圧縮機（１）から吐出された高温・高圧のガス冷媒は第
１蓄熱熱交換器（８ｃ）で吸熱冷媒出口（９ｂ）側の蓄
熱材（１１）を加熱し、続いて第２蓄熱熱交換器（８ｄ
）で吸熱冷媒人口（９ａ）側の蓄熱＋４’（１１）を加
熱する。その後は、従来例と同様に、四方弁（２）、室
内熱交換器（３）、減圧装置（４）、室外熱交換器（６
）、三方弁（７）、四方弁（２）を順次通過し、圧縮機
（１）に戻る。この間、室内熱交換器（３）との熱交換
によって室内は暖房されるとともに、蓄熱材（１１）は
高温の冷媒によって加熱されて融解する。

ところで、冷媒温度が十分に高くて蓄熱材（１１）との
温度差か大きな第１蓄熱熱交換器（８ｃ）では熱交換面
積を小さくし、冷媒温度が下がって蓄熱材（１１）との
温度差が小さな第２蓄熱熱交換器（８ｄ）では熱交換面
積大きくしているので、蓄熱冷媒出口（８ｂ）側の蓄熱
材（１１）も十分に融解する。なお、吸熱側からみた蓄
熱材（１１）の温度分布は吸熱冷媒人口（９ａ）よりも
吸熱冷媒出口（９ｂ）の方がやや高めとなる。

一方、霜取運転の場合は、バイパス三方弁（５）を開き
、三方弁（７）を吸熱熱交換器（９）側に連通ずる。圧
縮機（１）から吐出された冷媒は、第１蓄熱熱交換器（
８Ｃ）、第２蓄熱熱交換器（８ｄ）で蓄熱材（１１）を
加熱した後、四方弁（２）、室内熱交換器（３）、バイ
パス三方弁（５）、室外熱交換器（６）、三方弁（７）
、吸熱熱交換器（９）を順次通って、圧縮機（１）に戻
る。これによって、霜取りしながら暖房も行なわれる。

このとき、蓄熱材（１１）は吸熱されて凝固する。また
、吸熱冷媒人口（９ａ）側よりも吸熱冷媒出口（９ｂ）
側の蓄熱材（１１）の温度がやや高いため、冷媒流れと
の間で対向流れが形成される。

また、暖房立上り運転の場合は、前記霜取運転と同様に
、バイパス三方弁（５）を開き、三方弁（７）を吸熱熱
交換器（９）側に連通ずる。圧縮機（１）から吐出され
た冷媒は、第１蓄熱熱交換器（８ｃ）、第２蓄熱熱交換
器（８ｄ）で蓄熱材（１１）を加熱した後、四方弁（２
）、室内熱交換器（３）、バイパス三方弁（５）、室外
熱交換器（６）、三方弁（７）、吸熱熱交換器（９）を
通って圧縮機（１）に戻る。これによって、外気温が低
い場合でも、圧縮機（１）には高温の冷媒が吸込まれる
ので、圧縮機効率が良く、高い暖房立上り能力が得られ
る。このとき、蓄熱材（１１）は吸熱されて凝固する。

また、吸熱冷媒人口（９ａ）側よりも吸熱冷媒出口（９
ｂ）側の蓄熱材（１１）の温度がやや高いため、冷媒流
れとの間で対向流れが形成される。

このように、上記実施例の空気調和装置は、圧縮機（１
）、四方弁（２）、暖房において凝縮器となる室内熱交
換器（３）、減圧装置（４）、暖房において蒸発器とな
る室外熱交換器（６）から冷凍サイクルを形成し、蓄熱
材（１１）か充填された蓄熱槽（１０）の下部に蓄熱冷
媒出口（８ｂ）側よりも蓄熱冷媒人口（８ａ）側の熱交
換能力を小さくした第１蓄熱熱交換器（８ｃ）、及び第
２蓄熱熱交換器（８ｄ）からなる蓄熱熱交換器（８）を
配設するとともに、前記蓄熱槽（１０）の上部に前記蓄
熱熱交換器（８）の冷媒流れ方向と対向するように吸熱
熱交換器（９）を配設したものである。

したがって、上記実施例によれば、蓄熱槽（１０）の下
部に配設された第２蓄熱熱交換器（８ｄ）よりも第１蓄
熱熱交換器（８ｃ）の熱交換能力を小さくしているので
、圧縮機（１）から吐出された高温・高圧のガス冷媒か
蓄熱熱交換器（８）の蓄熱冷媒入口（８ａ）側で一気に
蓄熱材（１１）を加熱するのが防がれ、蓄熱冷媒出口（
８ｂ）側の蓄熱材（１１）も十分に加熱されて、蓄熱材
（１１）の蓄熱冷媒人口（８ａ）付近と蓄熱冷媒出口（
８ｂ）付近はほぼ均一に融解される。このため、蓄熱材
（１１）全体か融解して無駄が生じることがなく、霜取
能力、霜取中の暖房能力、暖房立上り能ツノを向上する
ことができる。

〈第二実施例〉 次に、本発明の第二実施例を第２図及び第３図に基づい
て説明する。

第２図は本発明の第二実施例による空気調和装置の蓄熱
・吸熱熱交換器の外観斜視図、第３図は第２図の蓄熱・
吸熱熱交換器の冷媒流れの模式図である。

図において、（２１）は下段の蓄熱冷媒人口（８ａ）側
に第１蓄熱熱交換器（８ｃ）、蓄熱冷媒出口（８ｂ）側
に第２蓄熱熱交換器（８ｄ）を直列に配置し、上段に吸
熱熱交換器（９）を配置して一体化した１個のプレート
フィン型の蓄熱・吸熱熱交換器である。この蓄熱・吸熱
熱交換器（２１）においては、第１蓄熱熱交換器（８Ｃ
）から第２蓄熱熱交換器（８ｄ）にかけての冷媒流れと
吸熱熱交換器（９）の冷媒流れは対向流れの関係にある
。更に、第１蓄熱熱交換器（８Ｃ）は、適宜数のパイプ
（２２）を抜いて（第３図において×印）、第２蓄熱熱
交換器（８ｄ）の熱交換能力よりも小さくしている。

第二実施例の空気調和装置は、蓄熱・吸熱熱交換器（２
１）を構成する第２蓄熱熱交換器（８ｄ）よりも第１蓄
熱熱交換器（８Ｃ）の熱交換能力を小さくしているので
、第一実施例と同様の作用と効果を期待することができ
る。特に、この第二実施例においては、蓄熱熱交換器（
８）と吸熱熱交換器（９）をプレートフィン型熱交換器
で一体に形成するとともに、パイプ（２２）の本数を調
整することにより、第２蓄熱熱交換器（８ｄ）よりも第
１蓄熱熱交換器（８ｃ）の熱交換能力を小さくしている
ので、蓄熱冷媒入口（８ａ）付近と蓄熱冷媒出口（８ｂ
）付近の蓄熱材（１１）の融解の均一化と、蓄熱と吸熱
のバランス取りとを簡単な構造と安いコストで実現する
ことができる。

ところで、上記各実施例の蓄熱熱交換器（８）は、フィ
ン枚数やパイプ本数を違えることによって第１蓄熱熱交
換器（８ｃ）と第２蓄熱熱交換器（８ｄ）の熱交換能力
に違いを持たせているが、本発明を実施する場合には、
これに限定されるものではなく、フィンやパイプ（２２
）の材質、フィンの寸法、パイプ径等を違えるなどの他
の手段を用いることもできる。

また、上記各実施例の蓄熱熱交換器（８）は、第１蓄熱
熱交換器（８ｃ）と第２蓄熱熱交換器（８ｄ）の２種類
の熱交換器で構成しているが、３種類以上の熱交換器に
分割してもよく、或いは、フィン枚数を連続的に変える
などして熱交換能力を連続的に変化させる構造でもよく
、要するに、蓄熱冷媒人口（８ａ）から蓄熱冷媒出口（
８ｂ）にかけて熱交換能力を大きくしていき、蓄熱冷媒
出口（８ｂ）付近の蓄熱材（１１）をもほぼ均一に融解
できればよい。

なお、上記各実施例の吸熱熱交換器（９）は、−分岐し
た上下２本を中央部で交差したものであるが、本発明を
実施する場合には、これに限定されるものではなく、１
本で構成してもよく、或いは、交差してないものでもよ
い。但し、対流により蓄熱材（１１）の上下方向の温度
分布にばらつきを生じるので、均一化を図るために交差
するのが望ましい。

［発明の効果］ 以上のように、本発明の空気調和装置は、蓄熱材が充填
された蓄熱槽の下部に冷媒出口側よりも冷媒入口側の熱
交換能力を小さくした蓄熱熱交換器を配設するとともに
、前記蓄熱槽の上部に前記蓄熱熱交換器の冷媒流れ方向
と対向するように吸熱熱交換器を配設したものである。

したがって、圧縮機から吐出された高温・高圧のガス冷
媒が蓄熱熱交換器の冷媒人口側で一気に蓄熱材が加熱す
るのを防ぐことができ、蓄熱冷媒出口側の蓄熱器も十分
に加熱できて、蓄熱材の蓄熱冷媒入口付近と蓄熱冷媒出
口付近をほぼ均一に融解できる。このため、蓄熱材全体
が融解できて無駄が生じることがなく、霜取能力、霜取
中の暖房能力、暖房立上り能力を向上することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一実施例の蓄熱器を備えた空気調和
装置の冷凍サイクル図、第２図は本発明の第二実施例に
よる空気調和装置の蓄熱・吸熱熱交換器の外観斜視図、
第３図は第２図の蓄熱・吸熱熱交換器の冷媒流れの模式
図、第４図は従来の蓄熱器を備えた空気調和装置の冷凍
サイクル図である。 図において、 １：圧縮機　　　　　　２：四方弁 ３：室内熱交換器　　　４：減圧装置 ６：室外熱交換器　　　８：蓄熱熱交換器８ａ：蓄熱冷
媒人口　　８ｂこ蓄熱冷媒出口８ｃ：第１蓄熱熱交換器 ８ｄ：第２蓄熱熱交換器 ９：吸熱熱交換器　　１０：蓄熱槽 １１：蓄熱材 ２１；蓄熱・吸熱熱交換器 ２２：パイプ である。 なお、図中、同−符号及び同一記号は同一または相当部
分を示すものである。 代理人　弁理士　大音　増雄　外２名 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧縮機、四方弁、凝縮器、減圧装置、蒸発器から
   なる冷凍サイクルと、 蓄熱材が充填された蓄熱槽の下部に配設され、冷媒入口
   側の熱交換能力が冷媒出口側よりも小さくされた蓄熱熱
   交換器と、 前記蓄熱槽の上部に前記蓄熱熱交換器の冷媒流れ方向と
   対向するように配設された吸熱熱交換器と を具備することを特徴とする空気調和装置。