JPH0730978B2 - ヒートポンプ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は，蓄熱材に蓄えた熱を利用して除霜を行うヒ
ートポンプ装置に関するものである。

〔従来の技術〕

第５図は特開昭61−125555号公報に示された従来のヒー
トポンプ装置の冷凍サイクルを示す冷媒回路の構成図で
ある。

第５図において，（１）は圧縮機，（２）は四方弁，
（３）は室内熱交換器，（４）は第１減圧装置，（５）
は室外熱交換器であり，これらの部材が順次環状になる
ように接続されて，冷凍サイクルが構成されている。冷
凍サイクル四方弁（２）と室内熱交換器（３）の間に設
けられた第１三方弁（６）に一端が接続されたバイパス
路（13）の他端が室内熱交換器（３）と第１減圧装置
（４）の間に接続され，この接続部と第１減圧装置
（４）の間に蓄熱回路（14）の両端が接続されている。
蓄熱回路（14）には第２減圧装置（12），第２三方弁
（７），蓄熱器（９）に充填された蓄熱材（10）と熱交
換する熱交換器（11）がこの順に設けられ，熱交換器
（11）が第３三方弁（８）を介して冷媒回路の第１減圧
装置（４）近くに近接されている。また，第２三方弁
（７）を介して蓄熱回路（14）が冷媒回路の四方弁
（２）と圧縮機（１）の吸入側の間にアキュムレータ
（17）を介して接続されている。なお，第２図中，（1
5），（16）は第1,第２減圧装置（４），（12）のバイ
パス回路に設けた開閉弁である。

以上のように構成された従来のヒートポンプ装置の動作
について説明する。

冷房運転時には，圧縮機（１）から吐出された冷媒は，
第５図の実線矢印に示すように流れ，四方弁（２），室
外熱交換器（５），第１減圧装置（４），第３三方弁
（８），室内熱交換器（３），第１三方弁（６）を経て
圧縮機（１）に戻る。また暖房運転時には，圧縮機
（１）から吐出された冷媒は，第５図の破線矢印に示す
ように流れ，四方弁（２），第１三方弁（６），室内熱
交換器（３），第３三方弁（８），第１減圧装置
（４），室外熱交換器（５），四方弁（２）を経て圧縮
機（１）に戻り，この場合には蓄熱材（10）への蓄熱を
行っていない。蓄熱運転時には，圧縮機（１）から吐出
された冷媒は四方弁（２），第１三方弁（６），開閉弁
（16），第２三方弁（７）を通って蓄熱器（９）内の熱
交換器（11）に導かれ，冷媒から蓄熱器（９）内の蓄熱
材（10）に放熱されてこれに蓄熱され，第３三方弁
（８），第１減圧装置（４），室外熱交換器（５），四
方弁（２）を経て圧縮機（１）に戻り，この場合には暖
房を行っていない。

除霜運転時には，圧縮機（１）から吐出された冷媒は，
第５図の鎖線矢印に示すように流れ，四方弁（２），第
１三方弁（６），室内熱交換器（３），開閉弁（16）を
通って蓄熱器（９）内の熱交換器（11）に導かれ，蓄熱
材（10）に蓄熱された熱によって冷媒が加熱され蓄熱器
（９）を出た冷媒は，第３三方弁（８），開閉弁（15）
を通って室外熱交換器（５）に導かれ，この熱交換器
（５）に付着した霜を融かし四方弁（２）を経て圧縮機
（１）に戻る。そして，そのヒートポンプ装置では，室
内熱交換器（３）の負荷が小さい場合のみ，上述した蓄
熱運転を行い，冷凍サイクル内の余熱を蓄熱器（９）内
の蓄熱材（10）に蓄熱している。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上のように構成された従来のヒートポンプ装置では，
蓄熱運転中には暖房運転ができず，また除霜時において
は高温・高圧のガスが蒸発器に流れ込むため，外気との
放熱ロスが大きく暖房及び除霜運転時の効率が良くない
という問題点があった。

この発明は，上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので，暖房運転時には常に暖房を行った後の冷媒
によって蓄熱器内の蓄熱材に蓄熱させ，また除霜運転時
には，上記蓄熱材に蓄熱された熱を利用して暖房と室外
熱交換器の除霜を行うことができ，暖房および除霜運転
が効率よくでき，除霜時間も短くなるヒートポンプ装置
を得ることを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係るヒートポンプ装置は，圧縮機，四方弁，
室外熱交換器，第１減圧装置，室内熱交換器を順次接続
した冷凍サイクルを有するものにおいて，前記第１減圧
装置と前記室内熱交換器の間に接続された第１開閉弁，
前記第１減圧装置と前記室外熱交換器の間に接続された
第２の開閉弁，前記室外熱交換器と前記四方弁の間に接
続された第３の開閉弁，前記第１の開閉弁に並列に接続
され，第４の開閉弁と第２減圧装置と蓄熱器と第５の開
閉弁とを前記室内熱交換器側からこの順に有する暖房蓄
熱回路，前記第１減圧装置と前記第２の開閉弁の間と前
記室外熱交換器と前記第３の開閉弁の間に接続された第
６の開閉弁，前記室外熱交換器と前記第２の開閉弁の間
と前記蓄熱器と前記第５の開閉弁の間に接続された第７
の開閉弁，前記蓄熱器と前記第２減圧装置の間と前記四
方弁の低圧側出口に接続された第８の開閉弁を備え，暖
房運転時前記第2,第3,第4,第５の開閉弁を開，前記第1,
第6,第7,第８の開閉弁を閉とし除霜運転時前記第1,第6,
第7,第８の開閉弁を開，前記第2,第3,第4,第５の開閉弁
を閉とし冷房運転時前記第1,第2,第３の開閉弁を開，前
記第4,第5,第6,第7,第８の開閉弁を閉とするものであ
る。

〔作用〕

この発明におけるヒートポンプ装置は，暖房蓄熱回路に
より暖房運転と同時に中間圧での蓄熱が行われ、この熱
を利用して除霜と暖房が同時に行われる。

〔実施例〕

以下，この発明の一実施例を第１図〜第４図にもとづき
説明する。第１図は，この発明の一実施例によるヒート
ポンプ装置の冷凍サイクルを示す冷媒回路構成図であ
る。

第１図において，（１）はインジェクシェンポートを有
する圧縮機，（２）は四方弁，（３）は室内熱交換器
（４）は第１減圧装置，（５）は室外熱交換器であり，
これらが順次接続されて冷凍サイクルが構成されてい
る。（22）は室内熱交換器（３）と第１減圧装置（４）
の間に設けた第１の開閉弁，（23）は室外熱交換器
（５）と第１減圧装置（４）の間に設けた第２の開閉弁
（24）は四方弁（２）と室外熱交換器（５）の間に設け
た第３の開閉弁である。（19）は暖房蓄熱回路であり入
口端が前記室内熱交換器（３）と第１の開閉弁（22）の
間に接続され，出口端が前記第１減圧装置（４）と第１
の開閉弁（22）の間に接続されている。この暖房蓄熱回
路（19）は，その回路上に第４の開閉弁（25），第２の
減圧装置（12），蓄熱器（９）に蓄熱器（10）とともに
内蔵された熱交換器（11），第３減圧装置（18），気液
分離器（21），第５の開閉弁（26）をこの順に備えてお
り，前記気液分離器（21）の液出口と第５の開閉弁（2
6）とが接続されている。

また前記気液分離器（21）の気体出口は，前記圧縮機
（１）のインジェクションポートに第９の開閉弁（30）
を介して接続されている。（20）は除霜回路であり，入
口端が前記第１減圧装置（４）と第２の開閉弁（23）の
間に接続され，出口端が前記圧縮機（１）の吸入口と四
方弁（22）の間に接続されている。この回路（20）は，
その回路上に第６の開閉弁（27）前記室外熱交換器
（５），第７の開閉弁（28），前記暖房蓄熱回路（19）
と共用する第３減圧装置（18）と熱交換器（11），第８
の開閉弁（29）をこの順序で備えており，前記第６の開
閉弁（27）の出口端を前記室外熱交換器（５）と第３の
開閉弁（24）の間に接続し第７の開閉弁（28）の入口端
を前記室外熱交換器（５）と第２の開閉弁（23）の間に
接続し，第８の開閉弁（29）の入口端を前記暖房蓄熱回
路（19）の熱交換器（11）と第２減圧装置（12）の間に
接続している。

なお蓄熱器（９）に充填された蓄熱材（10）は相変化温
度が０℃〜30℃の間にある水や各種パラフィン，塩化カ
ルシウム系混合塩などの潜熱利用蓄熱材が用いられてい
る。

次に以上のように構成された実施例の暖房及び除霜運転
時のヒートポンプ装置の動作について説明する。暖房運
転時には第２図に示すように第2,第3,第4,第5,第９の開
閉弁（23）〜（26），（30）が開，第1,第6,第7,第８の
開閉弁（22），（27）〜（29）が閉にされる。

そして圧縮機（１）から吐出された高温・高圧の冷媒ガ
スは四方弁（２）を通って室内熱交換器（３）に送ら
れ，ここで放熱して暖房に供せられ，凝縮液化される。
この時の温度変化の一例について説明すると冷媒の暖房
作用により，室内空気は20℃から40℃程度に加熱され
て，冷媒は40℃前後の冷媒液となって室内熱交換器
（３）を出て，第４の開閉弁（25）を通り第２の膨張弁
（12）に送られる。ここで若干減圧されることにより室
内熱交換器（３）を出た冷媒温度より低い温度で蓄熱器
（９）の熱交換器（11）に送られる。蓄熱器（９）内に
は，相変化温度が０〜30℃の間にある蓄熱材（10）が充
填されているため，そこで熱交換器（11）内を通る冷媒
液により加熱されて固体から液体となって蓄熱される。
ここで第２の減圧装置（12）で若干減圧した理由は特に
除霜運転から暖房運転に切換え時，蓄熱材（10）は除霜
時に吸熱され固化して低温となっているため，室内熱交
換器（３）を出た冷媒との温度差が大きい場合そこで熱
を奪われ暖房能力が低下してしまうことになる。したが
って第２の減圧装置（12）で減圧量を変えることにより
熱交換器（11）に流れ込む冷媒温度を低下させ，蓄熱材
（10）との温度差を小さくし，そこでの蓄熱量を暖房能
力が低下しないようにコントロールしているのである。

次に熱交換器（11）を出た冷媒液は，第３の減圧装置
（18）を通ることで，高圧と低圧の中間圧力まで減圧さ
れ，気液混合の２相冷媒となって，気液分離器（21）に
入る。この２相冷媒は，気液分離器（26）で液とガスと
に分離され，冷媒液のみが，第５の開閉弁（26）を通っ
て第１の減圧装置（４）に送られ，低温・低圧の２相冷
媒なった後，第２の開閉弁（23）を通って室外熱交換器
（５）に送られ，ここで吸熱することにより蒸発する。
蒸発した冷媒ガスは，第３の開閉弁（24）を通って圧縮
機（１）に戻る。そして上述したサイクルを繰り返す。

また前記気液分離器（21）内で冷媒液と分離した冷媒ガ
スは第９の開閉弁（30）を通り，圧縮機（１）のインジ
ェクションポートに吸入される。このためインジェクシ
ョンポートに吸入される冷媒流量の割合だけ，高圧側の
冷媒流量が，インジェクションポートに吸入されない場
合よりも増加し，従って暖房能力および蓄熱能力を含む
高圧側の能力（凝縮能力）がインジェクションされない
場合に比べて増加し，暖房性能および蓄熱性能も向上す
る更に蓄熱は，高温・高圧の冷媒ガスが室内熱交換器
（３）を通って凝縮した後の冷媒液で行うとともにその
蓄熱量を第２の減圧装置（12）の絞り量によりコントロ
ールして蓄熱するので暖房能力の低下がない。

次に，除霜運転時には，第３図に示すように，第1,第6,
第7,第８の開閉弁（22），（27）〜（29）が開，第2,第
3,第4,第5,第９の開閉弁（23）〜（26），（30）が閉に
される。そして，圧縮機（１）から吐出された高温，高
圧の冷媒ガスは，四方弁（２）を通って室内熱交換器
（３）に送られ，ここで放熱して暖房が行われるが，暖
房効果を全て発揮せず，一部に冷媒ガスを残した気液混
合の２相冷媒の状態で，第１開閉弁（22）を通つて第１
減圧装置（４）に送られる。ここで，気液混合の２相冷
媒は低圧と高圧の中間の圧力まで減圧され，例えば凝縮
温度が10℃〜20℃程度の状態になって第６の開閉弁（2
7）を通って室外熱交換器（５）に送られ，ここで放熱
することで冷媒の全体が凝縮して冷媒液となる。

上述した放熱によって室外熱交換器（５）に付着してい
た霜が融かされて除霜が行われる。室外熱交換器（５）
を出た冷媒液は，第７開閉弁（28）を通って第３減圧装
置（18）に送られ，低温，低圧の気液混合の２相冷媒と
なって蓄熱器（９）内の熱交換器（11）に入る。ここ
で,2相冷媒は蓄熱材（10）に蓄熱されている熱を吸熱し
て蒸発し，冷媒ガスとなり，第８開閉弁（29）を経て圧
縮機（１）に戻る。上述したサイクルの運転は除霜が完
了するまで行われ，完了後は再び暖房運転となる。

上述した除霜運転は,0℃〜30℃の間に相変化温度をもつ
蓄熱材（10）を熱源として行われるため外気を熱源とし
て暖房運転をしている場合に比べ冷媒の蒸発温度が高く
維持され，放熱能力が大きく増加する。このため，暖房
と除霜に冷媒の放熱能力を振り分けても外気熱源の場合
とほぼ同等の暖房能力が維持されると共に，除霜時間も
短縮される。

この実施例では，除霜運転中に室外熱交換器（５）を流
れる冷媒の圧力を第１減圧装置（４）によって減圧して
中間圧力とし，除霜のための冷媒放熱温度を10℃〜20℃
に調整している。この調整は，第１減圧装置（４）を用
いずに暖房運転時と同程度の40℃〜50℃の冷媒を室外熱
交換器（５）に流すと，冷媒のもつ凝縮熱が除霜に使用
される以外に，外気への放熱となる放熱ロス分が増加す
るのを防ぐためである。また冷房運転中には第４図に示
すように第1,第2,第３開閉弁（22）〜（24）が開，第4,
第5,第6,第7,第8,第9,第10開閉弁（25）〜（30）が閉と
なり，冷房用の冷凍サイクルを形成する。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば，圧縮機，四方弁，室外
熱交換器，第１減圧装置，室内熱交換器を順次接続した
冷凍サイクルを有するヒートポンプ装置において，前記
第１減圧装置と前記室内熱交換器の間に接続された第１
の開閉弁，前記第１減圧装置と前記室外熱交換器の間に
接続された第２の開閉弁，前記室外熱交換器と前記四方
弁の間に接続された第３の開閉弁，前記第１の開閉弁に
並列に接続され，第４の開閉弁と第２減圧装置と蓄熱器
と第５の開閉弁とを前記室内熱交換器側からこの順に有
する暖房蓄熱回路，前記第１減圧装置と前記第２の開閉
弁の間と前記室外熱交換器と前記第３の開閉弁の間に接
続された第６の開閉弁，前記室外熱交換器と前記第２の
開閉弁の間と前記蓄熱器と前記第５の開閉弁の間に接続
された第７の開閉弁，前記蓄熱器と前記第２減圧装置の
間と前記四方弁の低圧側出口に接続された第８の開閉弁
を備え，暖房運転時前記第2,第3,第4,第５の開閉弁を
開，前記第1,第6,第7,第８の開閉弁を閉とし，除霜運転
時前記第1,第6,第7,第８の開閉弁を開，前記第2,第3,第
4,第５の開閉弁を閉とし，冷房運転時前記第1,第2,第３
の開閉弁を開，前記第4,第5,第6,第7,第８の開閉弁を閉
とする構成にしたので，暖房能力を減じることなく蓄熱
ができ，除霜運転時には除霜と同時に通常の暖房運転時
と同等の暖房が行える効果を奏する

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のヒートポンプ装置の一実施例を示す
冷媒回路図，第２図は同暖房運転時の冷媒回路図，第３
図は同除霜運転時の冷媒回路図，第４図は同冷房運転時
の冷媒回路図，第５図は従来のヒートポンプ装置の冷媒
回路図である。 図において，（１）は圧縮機，（２）は四方弁，（３）
は室内熱交換器，（４）は第１減圧装置，（５）は室外
熱交換器，（10）は蓄熱器，（12）は第２減圧装置，
（19）は暖房蓄熱回路，（22）は第１の開閉弁，（23）
は第２の開閉弁，（24）は第３の開閉弁，（25）は第４
の開閉弁，（26）は第５の開閉弁，（27）は第６の開閉
弁，（28）は第７の開閉弁，（29）は第８の開閉弁であ
る。 なお，各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機，四方弁，室外熱交換器，第１減圧
   装置，室内熱交換器を順次接続した冷凍サイクルを有す
   るヒートポンプ装置において，前記第１減圧装置と前記
   室内熱交換器の間に接続された第１開閉弁，前記第１減
   圧装置と前記室外熱交換器の間に接続された第２の開閉
   弁，前記室外熱交換器と前記四方弁の間に接続された第
   ３の開閉弁，前記第１の開閉弁に並列に接続され，第４
   の開閉弁と第２減圧装置と蓄熱器と第５の開閉弁とを前
   記室内熱交換器側からこの順に有する暖房蓄熱回路，前
   記第１減圧装置と前記第２の開閉弁の間と前記室外熱交
   換器と前記第３の開閉弁の間に接続された第６の開閉
   弁，前記室外熱交換器と前記第２の開閉弁の間と前記蓄
   熱器と前記第５の開閉弁の間に接続された第７の開閉
   弁，前記蓄熱器と前記第２減圧装置の間と前記四方弁の
   低圧側出口に接続された第８の開閉弁を備え，暖房運転
   時前記第2,第3,第4,第５の開閉弁を開，前記第1,第6,第
   7,第８の開閉弁を閉とし，除霜運転時前記第1,第6,第7,
   第８の開閉弁を開，前記第2,第3,第4,第５の開閉弁を閉
   とし，冷房運転時前記第1,第2,第３の開閉弁を開，前記
   第4,第5,第6,第7,第８の開閉弁を閉とすることを特徴と
   するヒートポンプ装置。