JPH07104081B2 - 冷媒回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、圧縮機から放出される熱を一旦蓄え、この
蓄えた熱を利用して例えばデフロスト等を行う冷媒回路
に関する。

〈従来の技術〉 従来、圧縮機から放出される熱を蓄える空気調和機とし
て第６図に示すようなものがある（特開昭62−26465号
公報）。この空気調和機は、圧縮機1,四方弁2,室内熱交
換器3,膨張弁４および室外熱交換器５を図示のように順
次接続して、冷媒を循環させる冷媒回路を形成してい
る。また、膨張弁４と室外熱交換器５の間を圧縮機１の
吐出側にホットガスバイパス配管６で接続している。こ
のホットガスバイパス配管６には、室外熱交換器５側よ
り順にキャピラリチューブチューブ８と電磁弁７を介設
している。

上記圧縮機１の外周には放射状にフィン９を設けると共
に、圧縮機１全体を蓄熱タンク10内に収容する。そし
て、蓄熱タンク10内にはパラフィン等の蓄熱材11を充填
して、圧縮機１から放出される熱を蓄えるようにしてい
る。

上記空気調和機は、冷媒が実線で示す矢印方向に循環し
て暖房運転を行っているときに、室外熱交換器５が着霜
したことを検出すると、この検出信号に基づいて電磁弁
７が開放される。そうすると、圧縮機１によって圧縮さ
れて加熱され、蓄熱材11に蓄熱された熱によってさらに
加熱された高温ガス冷媒の一部がホットガスバイパス配
管６に流入する。ホットガスバイパス配管６に流入した
高温ガス冷媒はキャピラリチューブチューブ８で減圧さ
れて、膨張弁４からの（室内を暖房した後の）ガス冷媒
と合流して室外熱交換器５に供給される。この室外熱交
換器５に供給された高温ガス冷媒は、室外熱交換器５内
で、放熱して除霜し、液化した冷媒は蓄熱タンク10内を
通って加熱され、ガス状となって圧縮機１の吸入側へ戻
る。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、上記従来の空気調和機は、蓄熱材11の放
熱時においては、蓄熱タンク10内に流入して圧縮機１の
吸入側に戻った冷媒が、吐出側へ向って圧縮機１内を通
過して蓄熱タンク10外に流出するときに、圧縮機１によ
ってこの冷媒を圧縮すると同時に上記蓄熱材11に蓄えら
れた熱によって、上記冷媒を加熱するようにしているの
で、その際に蓄熱材11より放出される熱量は蓄熱材11の
温度と圧縮機１のケーシング温度の差によって決まる。
しかも、デフロスト時における圧縮機１のケーシング温
度はあまり低くならないため、蓄熱材11より放熱されて
冷媒に吸収される熱量は少ないという問題がある。

また、デフロスト時には、蓄熱材11に蓄熱された高温ガ
ス冷媒の一部を、ホットガスバイパス配管６を介してバ
イパスさせて室外熱交換器５に供給するようにしている
ので、室内熱交換器３へ流れて室内を暖房する高温ガス
冷媒の量が減少して、暖房能力が低下するという問題が
ある。

そこで、この発明の目的は、蓄熱材と冷媒との熱交換を
行う第３の熱交換器を備えて、蓄熱材と凝縮器となる熱
交換器通過後の冷媒とを熱交換させることにより、暖房
能力を低下させることなく、蓄熱材に蓄えた熱を効率良
く速やかに取出して使用できる冷媒回路を提供すること
にある。

〈問題点を解決するための手段〉 上記目的を達成するため、第１の発明の冷媒回路は、第
１図に例示するように、順次接続されて冷媒が循環する
圧縮機（21），室外熱交換器（25），絞り手段（24）お
よび室内熱交換器（23）と、上記圧縮機（21）の外周部
に配置され、圧縮機（21）から放出される熱を蓄える蓄
熱材（32）と、上記圧縮機（21）の外周部に設けられ、
上記蓄熱材（32）と冷媒との熱交換を行う蓄熱熱交換器
（30）と、上記室外熱交換器（25）と絞り手段（24）の
間を上記蓄熱熱交換器（30）の一端に接続する第１冷媒
配管（38）と、上記室内熱交換器（23）と絞り手段（2
4）の間を上記蓄熱熱交換器（30）の他端に接続する第
２冷媒配管（36）と、上記第２冷媒配管（36）に介設さ
れて、上記蓄熱材（32）と冷媒との熱交換を行う際に開
放される開閉弁（34）を備えて、上記圧縮機（21）から
順次、室内熱交換器（23）、開閉弁（34）、蓄熱熱交換
器（30）、室外熱交換器（25）、圧縮機（21）を経由す
るサイクルによって上記蓄熱材（32）と冷媒との熱交換
を行うことを特徴としている。

また、第２の発明の冷媒回路は、第５図に例示するよう
に、順次接続されて冷媒が循環する圧縮機（51），室外
熱交換器（56），キャピラリチューブ（55），気液分離
器（54）および室内熱交換器（53）と、上記圧縮機（5
1）の外周部に配置され、圧縮機（51）から放出される
熱を蓄える蓄熱材（62）と、上記圧縮機（51）の外周部
に設けられ、上記蓄熱材（62）と冷媒との熱交換を行う
蓄熱熱交換器（60）と、上記室外熱交換器（56）とキャ
ピラリチューブ（55）の間を上記蓄熱熱交換器（60）の
一端に接続する第１冷媒配管（68）と、上記気液分離器
（54）の液体側を上記蓄熱熱交換器（60）の他端に接続
する第２冷媒配管（66）と、上記第２冷媒配管（66）に
介設されて、上記蓄熱材（62）と冷媒との熱交換を行う
際に開放される開閉弁（64）を備えて、上記圧縮機（5
1）から順次、室内熱交換器（53）、気液分離器（5
4）、開閉弁（64）、蓄熱熱交換器（60）、室外熱交換
器（56）、圧縮機（51）を経由するサイクルによって上
記蓄熱材（62）と冷媒との熱交換を行うことを特徴とし
ている。

〈作用〉 第１の発明では、圧縮機21から吐出された高温冷媒が室
内熱交換器23,絞り手段24および室外熱交換器25を循環
して圧縮機21に還る暖房運転時において、デフロスト，
コールドスタートまたはサーモ起動を行う際に、開閉弁
34を開放する。そうすると、室内熱交換器23で放熱して
室内を暖房した後の液冷媒は、第２冷媒配管36を通って
蓄熱熱交換器30に供給される。一方、圧縮機21からガス
冷媒圧縮過程において放出される熱が、上記圧縮機21の
外周部に配置された蓄熱材32に蓄えられる。

上記蓄熱熱交換器30に供給された液冷媒は、蓄熱熱交換
器30によって蓄熱材32と熱交換されて高温ガス冷媒とな
る。この熱交換は温度差が大きいので効率が良い。この
高温ガス冷媒は、デフロスト時には室外熱交換器25に供
給されて放熱し、室外熱交換器25に付着した霜を解か
す。また、コールドスタート時またはサーモ起動時に
は、上記高温ガス冷媒は室外熱交換器25を介して圧縮機
21の吸入側に供給されるので、コールドスタート時また
はサーモ起動時の立上りが早くなる。

第２の発明では、圧縮機51から吐出された高温冷媒が室
内熱交換器53,気液分離器54,キャピラリチューブ55およ
び室外熱交換器56を循環して圧縮機51に還る暖房運転時
において、デフロスト，コールドスタートまたはサーモ
起動を行う際には、開閉弁64を開放する。そうすると、
室内熱交換器53で放熱して室内を暖房した後の冷媒が気
液分離器54で分離され、ガス冷媒のみがキャピラリチュ
ーブ55側に流れるが、キャピラリチューブ55のためガス
冷媒の流れは極く僅かになり、実質的にガス冷媒の流れ
は遮断された状態となる。一方、上記気液分離器54で分
離された液冷媒は、第２冷媒配管66を通って蓄熱熱交換
器60に供給される。ここで、圧縮機51からガス冷媒圧縮
過程において放出される熱は、上記圧縮機51の外周部に
配置された蓄熱材62に蓄えられている。

上記蓄熱熱交換器60に供給された液冷媒は、蓄熱熱交換
器60によって蓄熱材62と熱交換されて高温ガス冷媒とな
る。この高温ガス冷媒は、デフロスト時には室外熱交換
器56に供給されて放熱し、室外熱交換56に付着した霜を
解かす。

また、コールドスタート時またはサーモ起動時には、上
記高温ガス冷媒は室外熱交換器56を介して圧縮機51の吸
入側に供給されるので、コールドスタート時またはサー
モ起動時の立上りが早くなる。

したがって、第１および第２の発明の冷媒回路によれ
ば、蓄熱熱交換器により冷媒の圧縮と独立して直接蓄熱
材と冷媒との熱交換を行うので、蓄熱材に蓄えた熱を効
率良く取出して使用することができる。

〈実施例〉 以下、この発明を図示の実施例により詳細に説明する。

第１図は第１の発明に係る冷媒回路図であり、21は圧縮
機、22は四方弁、23は第２熱交換器である室内熱交換
器、24は絞り手段である開閉自在の電動弁、25は第１熱
交換器である室外熱交換器、26はアキュムレータであ
る。上記各機器は図示のように配管接続されて、メイン
の冷媒回路を形成している。上記四方弁22は冷房運転時
には破線表示に、暖房運転時には実線表示に切換えて、
冷媒の流れる方向を制御する。

上記圧縮機21の外周部には、第２図に示すように、第３
熱交換器である円筒状の蓄熱熱交換器30を設ける。この
蓄熱熱交換器30の内部には圧縮機21の周囲を回る冷媒通
路29を有する蓄熱熱交換器30の外周面より外方向に向っ
て放射状に板状のフィン31を設け、このフィン31間に蓄
熱材32を充填する。この蓄熱材としては、例えば、ポリ
エチレングリコールの各種品番のものか、またはパラフ
ィンの各種品番のものを用いる。蓄熱熱交換器の小形化
をはかるにはポリエチレングリコールが望ましい。ま
た、暖房用としては、＃1000〜＃6000のポリエチレング
リコールか、SP−0110〜SP−0155のパラフィンがよい。
したがって、圧縮機21の運転時に圧縮機21から放出され
る熱を、蓄熱熱交換器30を介して蓄熱材32に蓄えること
ができる。一方、放熱時には、蓄熱熱交換器30によって
冷媒通路29内を流れる冷媒と蓄熱した蓄熱材32との熱交
換が冷媒の圧縮と独立して行なわれ、加熱された高温ガ
ス冷媒が得られる。その際に、蓄熱材32より放出される
単位時間当たりの熱量は蓄熱材32の温度と冷媒の温度の
差によって決まるため、蓄熱材32に蓄えた熱を効率良く
冷媒によって取出すことができる。

ここで、フィン31間に蓄熱材32を充填する方法として次
のような方法がある。すなわち、第３図に示す第１の方
法は、フィン31の外周部に円筒状のドーム40を設け、こ
のドーム40をガイドにしてフィン31の間に蓄熱材32を充
填する方法である。また、第４図に示す第２の方法は、
蓄熱材32をフィン31a,31bと蓄熱熱交換器30の外周面30a
とに密着する形状のパック41にして、各フィン31間に差
込む方法である。

第１図に示すように、上記蓄熱熱交換器30の冷媒通路29
の例えば下端には室内熱交換器23と電動弁24の間を、室
内熱交換器23側より順次電磁開閉弁34およびキャピラリ
チューブ35を介設した冷媒配管36で接続する。一方、冷
媒通路30の例えば上端には室外熱交換器25と電動弁24の
間を、矢印方向にのみ冷媒流れを許容する逆止弁37を有
する冷媒配管38で接続する。

上記冷媒回路は、暖房運転時には四方弁22を実線表示に
切換え、圧縮機21から吐出された高温ガス冷媒を四方弁
22を介して室内熱交換器23に供給して室内を暖房する。
そして、液化した液冷媒は開いた電動弁24,室外熱交換
器25,四方弁22およびアキュムレータ26を循環して圧縮
機21に還すようにする。

このような暖房運転時において、室外熱交換器25が着霜
したことを図示しない検出器が検出すると、その検出信
号に基づいて電動弁24が閉鎖される一方、電磁開閉弁34
が開放される。そうすると、室内熱交換器23で放熱した
後の液冷媒は、電動弁24が閉鎖されているので電磁開閉
弁34を通り、キャピラリチューブ35で減圧され、冷媒配
管36によって蓄熱熱交換器30の冷媒通路29の一端に供給
される。この冷媒は冷媒通路29内を冷媒通路29の他端に
向って流れる際に上述のように蓄熱熱交換器30によって
蓄熱材32と熱交換され加熱されて蒸発し、得られた高温
ガス冷媒は、冷媒配管38を介して逆止弁37を通り室外熱
交換器25に供給される。そして、この高温ガス冷媒は室
外熱交換器25内で放熱して霜を除却して液化する。液化
した冷媒は四方弁22およびアキュムレータ26を介して圧
縮機21の吸入側に戻される。

このように、蓄熱材32と冷媒との熱交換を、冷媒の圧縮
と独立して行うので、圧縮機21から吐出される高温ガス
冷媒で室内暖房を行う一方、蓄熱熱交換器30で蓄熱材32
と熱交換を行った。高温ガス冷媒で除霜を行うことがで
きる。したがって、暖房しながら、しかも、暖房能力を
低下させることなくデフロストを行うことができる。

次に、暖房運転時において、コールドスタート時または
サーモ起動時の際には、まず、圧縮機21の欠相運転やハ
ンドヒータ（図示せず）の通電によって発生する熱を蓄
熱材32に供給して、蓄熱材32に熱を蓄える。その後、電
動弁24を閉鎖する一方、電磁開閉弁34を開放する。そう
すると、室内熱交換器23,電磁開閉弁34およびキャピラ
リチューブ35を介して蓄熱熱交換器30の冷媒通路29に供
給された冷媒は、蓄熱熱交換器30によって蓄熱材32と熱
交換され加熱されて蒸発し、この高温ガス冷媒が、冷媒
通路29,冷媒配管38,逆止弁37,室外熱交換器25,四方弁お
よびアキュムレータ26を介して圧縮機21の吸入側に供給
される。したがって、頭初から圧縮機21にはガス冷媒が
供給されるので、コールドスタート時またはサーモ起動
時における立上りが早くなる。

以上述べたように、この冷媒回路は蓄熱材32と冷媒との
熱交換を、冷媒の圧縮と独立して直接行う蓄熱熱交換器
30を圧縮機21の外周部に設けているので、蓄熱材32に蓄
えられた熱量をデフロスト時，コールドスタート時およ
びサーモ起動時等に効率良く速やかに取出して使用する
ことができる。

第５図は第２の発明に係る冷媒回路図であり、51は圧縮
機、52は四方弁、53は第２熱交換器である室内熱交換
器、54は気液分離器、55はキャピラリチューブ、56は第
１熱交換器である室外熱交換器、57はアキュムレータで
ある。上記各機器は図示のように配管接続されてメイン
の冷媒回路を形成している。

上記圧縮機51の外周部には、第３熱交換器である円筒状
の蓄熱熱交換器60を設ける。この蓄熱熱交換器60の内部
には冷媒通路59を有する。この蓄熱熱交換器60の外周面
より外方向に向って放射状に板状のフィン61を設け、こ
のフィン61間にポリエチレングリコールまたはパラフィ
ン等からなる蓄熱材62を充填する。したがって、圧縮機
51の運転時に圧縮機51から放出される熱は、蓄熱熱交換
器60を介して蓄熱材62に蓄えられる。一方、放熱時に
は、蓄熱熱交換器60によって冷媒通路59内を流れる冷媒
と蓄熱した蓄熱材62との熱交換が冷媒の圧縮と独立して
行なわれ、蓄えられた熱量が有効に放熱されて高温ガス
冷媒が得られる。

蓄熱熱交換器60の冷媒通路59の一端には気液分離器54の
下部（液体側）を、気液分離器54側より順次電磁開閉弁
64およびキャピラリチャーブ65を介設した冷媒配管66で
接続する。一方、冷媒通路60の他端には室外熱交換器56
とキャピラリチャーブ55の間を、逆止弁67を有する冷媒
配管68で接続する。

上記冷媒回路は、暖房運転器において、室外熱交換器56
が着霜したことを図示しない検出器が検出すると、その
検出信号に基づいて電磁開閉弁64は開放される。そうす
ると、気液分離器54で分離されたガス冷媒のみがキャピ
ラリチャーブ55側に流れ、キャピラリチャーブ55はガス
詰りの状態となり、第１図において電動弁24を閉鎖した
のと同じ効果が得られる。すなわち、電動弁24よりも安
価な気液分離器54とキャピラリチャーブ55を用いた冷媒
回路で、第１図に示す電動弁24を用いた冷媒回路と同じ
効果を得ることができるのである。したがって、気液分
離器54で分離された液体は電磁開閉弁64を通り、キャピ
ラリチャーブ65で減圧されて蓄熱熱交換器60の冷媒通路
59の一他に供給される。この冷媒は冷媒通路59内を冷媒
通路59の他端に向って流れる際に、蓄熱熱交換器60によ
って蓄熱した蓄熱材62と熱交換され加熱されて蒸発し、
得られた高温ガス冷媒は逆止弁67を通り室外熱交換器56
に供給される。この高温ガス冷媒は室外熱交換器56内で
放熱して除霜した後液化する。そして、この液冷媒はア
キュムレータ57を介して圧縮機51の吸入側に戻される。

このように、蓄熱熱交換器60を設けているので、圧縮機
51から吐出される高温ガス冷媒で室内を暖房する一方、
蓄熱材62と熱交換を行った高温ガス冷媒で除霜を行うこ
とができ、暖房能力を低下させることなくデフロストを
行うことができる。

次に、暖房運転時において、コールドスタート時または
サーモ起動時には、電磁開閉弁64を開放する、そうする
と、冷媒配管66を介して蓄熱熱交換器60の冷媒通路59に
供給された冷媒は、予め圧縮機51の欠相運転やバンドヒ
ータ（図示せず）の通電によって発生した熱を蓄えてい
る蓄熱材62と熱交換されて蒸発し、この高温ガス冷媒
が、冷媒通路59,冷媒配管68,逆止弁67,室外熱交換器56,
四方弁52およびアキュムレータ57を介して圧縮機51の吸
入側に供給される。したがって、コールドスタート時ま
たはサーモ起動時の立上りが早くなる。

以上述べたように、この冷媒回路は蓄熱材62と冷媒の熱
交換を、冷媒の圧縮と独立して直接行う蓄熱熱交換60を
圧縮機21の外周部に設けているので、蓄熱材32に蓄えら
れた熱量をデフロスト，コールドスタートおよびサーモ
起動を行う時等に効率良く取出して使用することができ
る。

また、この冷媒回路は、室内熱交換器53と室外熱交換器
56との間を安価な気液分離器54とキャピラリチャーブ55
を介設して接続したので、電動弁を用いない安価な冷媒
回路で第１図の冷媒回路と同じ効果を得ることができ
る。

〈発明の効果〉 以上より明らかなように、第１の発明の冷媒回路は、圧
縮機，室外熱交換器，絞り手段および室内熱交換器から
なる冷媒回路と、圧縮機から放出される熱を蓄える蓄熱
材と、上記蓄熱材と冷媒との熱交換を行う蓄熱熱交換器
と、上記室外熱交換器と絞り手段との間を上記蓄熱熱交
換器の一端に接続する第１冷媒配管と、上記室内熱交換
器と絞り手段との間を上記蓄熱熱交換器の他端に開閉弁
を介して接続する第２冷媒配管を備えて、蓄熱材と冷媒
との熱交換を冷媒の圧縮を行う前に直接行い、この熱交
換後の冷媒を室外熱交換器に流し、圧縮後の冷媒をデフ
ロスト用等に用いないので、暖房能力を低下させること
なく、蓄熱材に蓄えた熱を高い温度差で効率良く取出し
て使用することができる。

また、第２の発明の冷媒回路は、圧縮機，室外熱交換
器，キャピラリチューブ，気液分離器および室内熱交換
器からなる冷媒回路と、圧縮機から放出される熱を蓄え
る蓄熱材と、上記蓄熱材と冷媒との熱交換を行う蓄熱熱
交換器と、上記室外熱交換器とキャピラリチューブとの
間を上記蓄熱熱交換器の一端に接続する第１冷媒配管
と、上記気液分離器の液体側を上記蓄熱熱交換器の他端
に開閉弁を介して接続する第２冷媒配管を備えて、電動
弁に代えて気液分離器とキャピラリチャーブを用いた安
価な冷媒回路で、蓄熱材と冷媒との熱交換を冷媒の圧縮
を行う前に直接行い、この熱交換後の冷媒を室外熱交換
器に流し、圧縮後の冷媒をデフロスト等に用いないの
で、暖房能力を低下させることなく、蓄熱材に蓄えた熱
を高い温度差で効率良く取出して使用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の発明の一実施例を示す冷媒回路図、第2,
第3,第４図は圧縮機の蓄熱熱交換器に対する蓄熱材の充
填方法の説明図、第５図は第２の発明の一実施例を示す
冷媒回路図、第６図は従来の冷媒回路図である。 21,51…圧縮機、23,53…室内熱交換器、24…電動弁、2
5,56…室外熱交換器、29,59…冷媒通路、30,60…蓄熱熱
交換器、31,61…フィン、32,62…蓄熱材、34,64…電磁
開閉弁、35,65…キャピラリチャーブ、36,38,66,68…冷
媒配管、37,67…逆止弁、54…気液分離器、55…キャピ
ラリチャーブ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】順次接続されて冷媒が循環する圧縮機（2
   1），室外熱交換器（25），絞り手段（24）および室内
   熱交換器（23）と、 上記圧縮機（21）の外周部に配置され、圧縮機（21）か
   ら放出される熱を蓄える蓄熱材（32）と、 上記圧縮機（21）の外周部に設けられ、上記蓄熱材（3
   2）と冷媒との熱交換を行う蓄熱熱交換器（30）と、 上記室外熱交換器（25）と絞り手段（24）の間を上記蓄
   熱熱交換器（30）の一端に接続する第１冷媒配管（38）
   と、 上記室内熱交換器（23）と絞り手段（24）の間を上記蓄
   熱熱交換器（30）の他端に接続する第２冷媒配管（36）
   と、 上記第２冷媒配管（36）に介設されて、上記蓄熱材（3
   2）と冷媒との熱交換を行う際に開放される開閉弁（3
   4）を備えて、 上記圧縮機（21）から順次、室内熱交換器（23）、開閉
   弁（34）、蓄熱熱交換器（30）、室外熱交換器（25）、
   圧縮機（21）を経由するサイクルによって上記蓄熱材
   （32）と冷媒との熱交換を行うことを特徴とする冷媒回
   路。
2. 【請求項２】上記蓄熱熱交換器（30）は、フィン（31）
   を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   冷媒回路。
3. 【請求項３】順次接続されて冷媒が循環する圧縮機（5
   1），室外熱交換器（56），キャピラリチューブ（5
   5），気液分離器（54）および室内熱交換器（53）と、 上記圧縮機（51）の外周部に配置され、圧縮機（51）か
   ら放出される熱を蓄える蓄熱材（62）と、 上記圧縮機（51）の外周部に設けられ、上記蓄熱材（6
   2）と冷媒との熱交換を行う蓄熱熱交換器（60）と、 上記室外熱交換器（56）とキャピラリチューブ（55）の
   間を上記蓄熱熱交換器（60）の一端に接続する第１冷媒
   配管（68）と、 上記気液分離器（54）の液体側を上記蓄熱熱交換器（6
   0）の他端に接続する第２冷媒配管（66）と、 上記第２冷媒配管（66）に介設されて、上記蓄熱材（6
   2）と冷媒との熱交換を行う際に開放される開閉弁（6
   4）を備えて、 上記圧縮機（51）から順次、室内熱交換器（53）、気液
   分離器（54）、開閉弁（64）、蓄熱熱交換器（60）、室
   外熱交換器（56）、圧縮機（51）を経由するサイクルに
   よって上記蓄熱材（62）と冷媒との熱交換を行うことを
   特徴とする冷媒回路。
4. 【請求項４】上記蓄熱熱交換器（60）は、フィン（61）
   を有することを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の
   冷媒回路。