JPS59180249A - ヒ−トポンプ - 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】 〔発明の技術分野〕 一本発明゛は、暖房運転開始時における温度の立上夛金
改善したヒートポンプＶＣ関する。

〔発明の技術的背双とその問題点〕

空気調和機（以下、エアコンと称す、）のなかには、ヒ
ートポンプによって室内の冷暖房を行うようにしたもの
が多い。すなわち、このヒートｚンゾ式の空気調和機は
、暖房時に冷媒をコンプレッサー室内熱交換器〜膨張弁
〜室外熱交換器〜コンプレンサの経路で通流させ、また
、冷房時に冷媒をコンブレラサル室外熱交換訃嫁張弁〜
室内熱交換器〜コンプレッサの経路で通流させるようＫ
している。

ととるで、このようなヒートポンプ式のエアコンにあっ
て、暖房運転開始時における温度の立上逆時間を短縮さ
せることが一つの課題となっている。暖房運転開始時の
温度立上）時間は、エアコンの設置条件、室内の環境等
によシ影響され、複雑な要因によって左右されるが、基
本的には冷凍サイクルの構成要素が定常状態に達する丑
での時間と考えられる。しかして、この温度の立上逆時
間の短縮化を図るため、従来、暖房運転開始直後に■電
気ヒータ（でよる補助加熱を行う■インバータ（周波数
変換器）を用いてコンプレッサの回転数を増大させる■
能力の大きなコンプレッサを用いてこの能力を最大限に
利用する等の手段が実施されている。

しかしながら、■については、ヒートポンプの成績係数
が２〜３であるのに対し、ヒータは高々１程度であシ、
十分な加熱能力が得られないという問題があった。また
のについては、インバータが高価となるという欠点があ
った。そして、■については、大容量のコンプレッサを
用いるため高価になることに加え、定常運転時の暖房能
力が向上するので、コンプレッサのオン、オフ回数が増
大し、室内温度の変動が顕著になるという問題があった
。

一方、これとは別に除霜運転を目的として、冷凍サイク
ルの一部に例えば水のような顕熱蓄熱材を使用した蓄熱
槽を設けたエアコンが提案されている。このようなエア
コンは、例えば第１図に示すように、蓄熱槽１、室内熱
交換器２、膨張弁３、室外熱交換器４からなる冷媒流路
が、四方弁５を介してコンス０レソサ６に接続された構
成と々っている。

このように構成され／こエアコンは、暖房運転時に四方
弁５を切洪えて、コングレノサ６〜蓄熱摺１〜室内熱交
換器２〜膨張弁３〜室外熱交換器４〜コンゾレソサ６の
冷凍サイクルを形成し、その間に前記蓄熱槽１に蓄熱す
る。そして、上記蓄熱槽１に蓄熱されノこ熱を逆ザイク
ル運転による室外熱交換器４の除届用熱源として利用し
ている。

そこで、この上う々蓄熱−′ａを利用して、前述した暖
Ｊ−運転を停止した後、所定時間経過後に暖房運転を開
始させ、この蓄熱槽の熱全利用して冷媒温度の立上多時
間を短縮する方法も考えられるが、Ｍ熱密度の小さい顕
熱蓄熱材を使用しているので、運転停止時から運転開始
までの時間が長くなると、蓄熱材に貯えられた熱の殆ん
どが放熱され、冷媒を加熱する温度が低下してしまう。

したがって、除Ｈのような被加熱温度が蓄熱温度より低
め温度にある場合は使用できても、被加熱温度が蓄熱温
度よシ高い温度にある場合は、補助熱源として除霜ある
いは暖房運転の立上り時間改善のための蓄熱槽としては
実用に供しないという問題があった。

〔発明の目的〕

そこで、本発明は極めて簡単な構成で冷媒の効率良い補
助力ロ熱を行うことができ、もって暖房運転開始直後、
短時間に所定の温度まで上昇させ得るヒートポンプを提
供することを目的としている。

〔発明の概要〕

本発明は、定常暖房運転時に高圧側流路を通流する冷媒
から熱供給を受けて蓄熱し、暖房運転開始時に上記間圧
側流路または低圧側流路を通流する冷媒に熱供給する潜
熱蓄熱装置を設けたことを特徴としている。

〔発明の効果〕 本発明のヒートポンプによれば、蓄熱材として相変化潜
熱蓄熱材を使用しているので、この蓄熱材の性質である
相変化温度を長時間保持する性質を使って冷凍サイクル
の冷媒に熱補給を行なっているので長時間ヒートポンプ
を停正するようなことがあっても、暖房開始直後、その
相変化温度により冷′１′ｆ、、を加熱するので短時間
で所定の温度−まで冷媒を加熱上昇させることができる
。そして、この場合には、インバータに較べて安価な潜
熱蓄熱槽の付加で効率のよい加熱を行うことができるの
で、全体の低価格化を図ることができる。−また、大容
量のコンプレッサも必要としなりので、オン、オフ回数
の少ない、つまり温度リップルの少ない暖房を行わせる
ことができる。

〔発明の実施例〕

以下、図面を参照して本発明の実施例について説明を行
う。

第２図は、本発明を冷暖房用エアコンに適用したヒート
ポンプの一例における冷凍サイクルを示す図である。

第２図において、四方弁１１の第１の通流口１１ａから
第２の通流口１１ｂに至る冷媒流路には、室内熱交換器
１２、膨張弁１３、宰外熱交換器１４がこのｌ１ｆｆｌ
に接続されている。周知の如く、室内熱交換器１２およ
び室外熱交換器１４は、暖房運転時におりては各々、凝
縮器、蒸発器として機能し、冷房運転時には各々、蒸発
器、凝縮器として機能する。また、膨張弁１３はキャピ
ラリーチューブ等であってもよい。

一方、前記四方弁１ノの第３の通流口１１ｃから第４の
通流口１１ｄへ至る冷媒流路には、冷媒を循環させるだ
めのコンプレッサ１５が接続されており、このコンプレ
ッサ１５の吐出口１．５　ａと上記四方弁１ノの第３の
通流口１１ｃとの間には、（性態蓄熱装置１６の主要部
１７ａが接続されている。上記主要部１７ａは、主流♀
１１Ｂと、バイパス流路１９と、コンプレッサ１５から
の冷媒を上記主流路１８、バイパス流路１９へ選択的に
通流させるだめの三方弁２０とから構成されている。そ
して、上記パイ・ぞス流路１９には潜熱蓄熱槽２）が介
挿されている。

鼾熱＞ｇ熱槽２１は、内部に潜熱蓄熱材を収容して構成
されたもので、′上記潜熱蓄熱材としては、有機系では
エチレングリコールノウラレート（相変化温度Ｔｓ　＝
　４７℃）、パラフィン１１５（ＴＳ＝＝４６℃）等が
使用され、無機系ではＣａＣ４２・６　Ｈ２Ｏ（Ｔｇ　
＝　３０．２℃）　、　ＮＩＬ２ＳＯ４・１０　Ｈ２Ｏ
（Ｔｓ　＝　３２．４℃）等が使用されている。そして
、上記三方弁２０は図示しない制御回路によって切換制
御される。すなわち、制御回路は、室内熱変換器１ノ内
を通流する冷媒の温度を検出する温度センサ２２の出力
を導入し、この出力に基づいて、三方弁２０を次のよう
に制御する。

今、潜熱蓄熱材の相変化温度が５０℃であるとすると、
制御回路は、たとえば上記温度センサ２２が５０℃（Ｔ
Ｓ　）未１４または８０℃（ＴＭ　）を超える温度を検
出している時に、冷媒をパイ・？ス流路Ｉ９へ流すよう
に三方弁２０を制御し、また、５０〜８０℃の範囲の温
度を検出している時には冷媒′を主流路１８へ流すよう
に三方弁２０を切換制御している。

以上のように構成されたヒートポンプにおいて、暖房運
転を行う場合には、四方弁１ノを図中点線側へ切９換え
る。これＫよル、コンプレッサ１５〜四方弁１１〜室内
熱交換器１２〜膨張弁１３〜室外熱交換器１４〜四方升
１１〜コンプレッサ１５の冷凍サイクルが形成される。

ここにおいて今、潜熱蓄熱、［？１２）の潜熱蓄熱材に
は、予め十分な熱エネルギ〜が蓄熱されているものとす
る。コンプレッサノ５を起動して、暖房動作を開始させ
たＭ後は、冷媒温度は第３図に示す如く十分低温となっ
ている。従って、センサ２２の出力レベルも小さく、こ
の結果、前述した制御回路は、冷媒をパイ・ゼス流路１
９へ流すように三方弁２０を制御する。バイパス流路１
９には十分な蓄熱がなされたイ昏熱＃熱慴２１が直列接
続されているので、冷媒は、との２ｒｉ熱蓄熱＋ツ２１
内の１Ａ熱′Ｊ熱材から熱エネルギーを吸収する。一方
、コンプレッサ１５の吐出口１５ａから室内熱交換器１
２に至る流路は、高圧流路となるため、冷媒はその温度
を畠められる。これらの相乗効果によって、冷媒温度は
急速に立上る（第３図Ｔｌ　）。冷媒温度が上記潜熱蓄
熱材の相変化温度Ｔｓに達した後は、逆に冷媒が潜熱蓄
熱材へ放熱することになる。この状態になるとセンサ２
２の出力レベルも増加し、この結果、前記制御回路によ
る三方弁２ｏの切）換えによって、冷媒の流路はバイパ
ス流路１９から主流路Ｚ８へと切り換えられる。これに
よって、従来と同様の冷凍サイクルが形成され、定常暖
房運転が続行される（第３図Ｔ２　）。

冷媒がさらに温度上昇を続け、８０℃１（達したとき、
センサ２２の出力に基づいて制御回路は三方弁２０を切
）換え、冷媒を主流路１８からパイ／卆ス流路１９へ通
流させる。これによって潜熱蓄熱ＷＮ２ノの蓄熱が行わ
れる。一方、コンプレッサ１５は室内温度が設定上限値
に達した時点でオフ制御される。コンプレッサ１５がオ
フしたことＫよって冷媒の温度が低下し、８０℃以下に
低下した時点で、冷媒流路は再度主流路１８に切シ換え
られる。そして、室内温度が設定下限値に達した時点で
コンプレッサ１．５が再起動される（第３図Ｔ４　　）
。以下、上述した動作を繰シ返し、暖房運転が行われる
。

第４図は、運転開始直後の冷媒温度の立上シ曲線を・従
来のヒートポンプと、本実施例に係るヒートポンプとに
ついて、比較［７て示したものである。図中、曲線Ａ、
Ｂは、冷凍サイクル中に１■列に潜熱蓄熱槽２１を介在
させた本実施例建おける曲線であり、Ａはその潜熱蓄熱
材の相変化温度Ｔ、が５０℃の場合を、また、Ｂは’ｒ
ｓが３２℃の場合の例である。また、曲＋１ｔｉＩｉｌ
Ｃは従来のヒートポンプの場合の立上シを示すものであ
る。

この図から判るように、相変化温度’ｒｓが定常運転時
の冷媒温度に近い潜熱蓄熱材を用いれば、従来のものに
比べ、温度を急速に立上らせることができる。なお、冷
媒の温度は、相変化温度まで急上昇するが、それ以後は
潜熱蓄熱槽２１が逆に抵抗として作用し、温度上昇が遅
くなる。

したがって、この実施例では、制御回路によって三方弁
２θを切換え、冷媒を主流路１８に通流させるようにし
ている。したがって、冷媒の温度はｘ、Ｂ′で示すよう
になる。

このように、本実施例によれば、暖房運転開始時の冷媒
温度の立上逆時間を大＋Ｉｉに短縮することができるの
で、前述した効果が得られることになる。

なお、本実施例では、コンプレッサ１５の吐出口１５ｈ
と四方弁１１の第３の通流口１１ｃとの間に潜熱蓄熱装
置１６の主要部１７ａを介在させた構成としているが、
これに限定されるものではない。たとえば、第５図に示
すように、四方弁１１の第１の通流口１１ａと室内熱交
換Ｇ：Ｗ　１２との間に潜熱蓄熱装置１６の主要部１７
ａを介在させた構成としてもよい。このように構成して
も、前述した実施例と同様の作用効果を呈することは勿
論である。

第６図は本発明の別の実施ｆ！Ｉ　Ｋ係るヒー）　ノＪ
ｅン！の冷凍サイクルを示す図である。

本実施例では、潜熱蓄熱装置１６の主要部１７ｂの構成
およびその設は方が異なっている。

すなわち、主要部１７ｂの構成要素である潜熱蓄熱槽３
θに蓄熱流路３１と放熱流路３２とがそれぞれ設けられ
ている。そして、蓄熱流路３１は、四方弁１ノの第１の
通流口１１ａから室内熱交換器１２に至る主流路３３に
対して三方弁３５を介してバイパス流路３４となってい
る。

一方、放熱流路３２は室外熱交換器１４から四方弁１ノ
の第２の通流口１１ｂへ至る主流路３６に対して三方弁
３８を介してバイパス流路３７となっている。

なお、前記三方弁３５．　、：ｌ　８はともに前記室内
熱交換器１２内を通流する冷媒の温度を検出する温度セ
ンサ２２の出力を入力とした図示しない制御回路によっ
て、後述する関係に制御される。

このように構成された冷凍サイクル姉おいて、暖房運転
開始直後には、制御回路は三方弁３５゜３８を制御して
、室内熱交換器１２に至る高圧側流路の冷媒を主流路３
３に流し、室外熱交換器１４からの低圧側流路の冷媒を
パイ・ヤス流路３７に流す。この結果、低圧側流路を流
れる冷媒は、潜熱蓄熱槽３０の放熱流路３２において、
潜熱蓄熱材から熱エネルギ〜を吸収する。かくして、前
述した第１の実施例と同様、冷媒の温度は急速に立上る
。冷媒温度がＴ８〜ＴＭの範囲にあるときには高圧側冷
媒、低圧側冷媒ともＶＣ主流路３　Ｊ　、　、？　６を
流れるように１制御回路が三方弁３８を切シ換える。

一方、高圧側冷媒の温度がＴＭを越えたときには、制御
回路は三方弁３５を制御して、高圧側冷媒を前記パイ・
２ス流路３４に流す。この結果、高圧側流路に流れる冷
媒が、潜熱蓄熱槽３θの蓄熱流路、９１　において、潜
熱蓄熱材に熱エネルギーを放出する。

本実椀例によれば、潜熱蓄熱材に蓄熱さ八た熱を、低圧
側の低圧冷媒に放熱している。したがって冷媒と蓄熱材
との温度差を大きくとることができ、放熱効率を高める
ことができる。また、これに伴ない、蓄熱材の蓄熱温度
を低く設定しても、前記第１の実施例と同様の効果が得
られるので、蓄熱時の放熱損失を小さく抑えられ、且つ
潜熱蓄熱槽の小型化が図れる等の効果がある。

なお、本実施例では、潜熱蓄熱槽３０に放熱。

蓄熱用の異なる２つの流路３１．３２を併設したが、た
とえば第７図のように冷凍サイクルを構成すれば、上記
２つの流路を１つで兼用することも可能である。すなわ
ち、第７図に示す冷凍サイクルは、四方弁１１の第１の
通流口１１ａから室内熱交換器１２に至る流路に弁４０
が介挿され、室外熱交換器１４から前記四方弁１１の第
２の通流口１１ｂに至る流路に弁４１が介挿されている
。上記弁４θの四方弁１１側と上記弁４１の四方弁１ノ
側とは三方弁４２を介して接続され、上記弁４０の室内
熱交換器１２狽１ｊと上記弁４ノの室外熱交換器１４側
とは、三方弁４３を介して接続されてしる。これら三方
弁４２．４３は潜熱蓄熱槽４４内に設けられたバイパス
流路４５を介して接続されている。

なお、前記弁４０．４１および三方弁４４゜４５け、室
内熱交換器１２内を通流する冷媒の温度を検出する温度
センサ２２の出力を入力とした制御回路によって制御さ
れる。

しかして、このように構成された冷凍ザイクルにおいて
、暖房運転開始直後、制御回路は弁４０を逆流状態、弁
４１をしゃ断状態とするとともに三方弁４２．４３を制
御して、室外熱交換器Ｉ４から四方弁１１に至る低圧冷
媒をバイパス流路４５に流す。

そして、室内熱交換器１２内を通流する冷媒温度がＴ、
に達した後、制御回路は前記弁４１を通流状態、三方弁
４２．４３をともにしゃ断状態に切シ換えて、低圧冷媒
、高圧冷媒ともに主流路へ流す。これＫよって定常運転
が行われる。

一方、室内熱交換器１２内を通流する冷媒の温度がＴＭ
を超えたとき、制御回路は弁４０をしゃ断状態とすると
ともに三方弁４２．４３を切シ換えて、前記高圧冷媒を
バイパス流路４５）流す。以下の作用九ついてンよ、前
述した第３の実施例と全く同様である。

かくして、本実施例（ｒＣよれば、前記第３の実施例に
較べ、さらに小型の装置′崖を提供できる。

なお、冷媒温度をａ熱蓄熱制の相変化温度近傍までしか
上昇させない使い方をする場合は、特に潜熱蓄熱槽をパ
イ・ヤス流路に設置する必要はな−。この場合には第１
図に示す冷凍サイクルを構成すればよい。

また、以上の実施例は、特に暖房運転時の立上少時間短
縮を目的としだものであるが、暖房運転停止後に逆サイ
クル運転を行えば、室外熱交換器の除硝を行うことも可
能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のエアコン用ヒートポンプに説明するだめ
の冷凍サイクル図、第２図は本発明の第１の実施例に係
るエアコン用ヒートポンプの冷凍サイクル図、第３図は
同実施例における冷媒温度変化とバイパス流路の開閉関
係を示すタイミング図、第４図は同ヒ〜トポンプの暖房
開始直後の冷媒温度変化を説明するだめの図、第５図は
本発明の第２の実施例に係るエアコン用ヒートＩンプの
冷凍サイクル図、第６図は本発明の第３の実施例に係る
エアコン用ヒートポンゾの冷凍サイクル図、第７図は本
発明の第４の実施例に係るエアコン用ヒート、＋＝ソン
グ冷凍ザイクル図である。 １・・・蓄熱槽、２，１２・・・室内熱交換器、３゜１
３・・・膨張弁、４，１４・・・室外熱交換器、５゜１
ノ・−・四方弁、６．１５・・・コンルソサ、１６・・
・潜熱蓄熱装置、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ・・・主要部
、１８．３３，３６・・・主流路、１９．３４゜３７．
４５・・・パイノ平ス流路、２０，３５．３８゜４２．
４３・・・三方弁、２ノ、３θ、４４・・・潜熱蓄熱槽
、２２・・・温度センサ、３ノ・・・蓄熱流路、３２・
・・放熱流路、４０．４１・・・弁。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　章節１図 １゜ ＠２図 第３図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）暖房運転時にコンプレッサから室内熱交換器に至
   る冷媒流路を高圧側流路にするとともに室外熱交換器か
   ら上記コンプレッサに至る冷媒流路を低圧側流路として
   室内の暖房を行うようにした空気調和用のヒートポンプ
   において、Ｋ上記高圧側流路または前記低圧側流路を通
   流する冷媒に熱供給する潜熱蓄熱装置を設けてなること
   を特徴とするヒートポンプ。
2. （２）前記潜熱蓄熱装置は、前記高圧側流路に介在し、
   内部に潜熱蓄熱材を収容してなる蓄熱槽で構成されてな
   ることを特徴とする特許請求の範＠Ｊ第（１）項記載の
   ヒートポンプ。
3. （３）前記潜熱蓄熱装置は、前記高圧側流路と並列に設
   けられ、内部に潜熱蓄熱材を収容してなる蓄熱槽と、前
   記高圧側流路を通流する高圧冷媒が所定の温度範囲外に
   ある時に上記高圧冷媒を上記蓄熱槽へ通流させる手段と
   で構成されてなることを特徴とする特許請求の範囲第（
   １）項記載のヒートポンプ。
4. （４）　　前記潜熱蓄熱装置は、内部に蓄熱材を収容し
   た蓄熱槽と、この蓄熱槽内をそれぞれ貫通して設けられ
   前記低圧側流路に並列接続された第１のパイ・９ス流路
   および前記高圧側流路と並列に接続された第２のパイ・
   ぞス流路と、上記高圧側流路を通流する高圧冷媒がＭｌ
   の所定の温度以下にある時に上記低圧側流路を通流する
   低圧冷媒を前記第１のパイ・９ス流路へ通流させ、上記
   高圧冷媒が第２の所定の温度以上にある時に上記高圧冷
   媒を上記第２のパイ・平ス流路へ通流させる手段とで構
   成されてなることを特徴とする特許請求の範囲第（１）
   項記載のヒートポンプ。