JPS60256762A - ヒ−トポンプ式空調機 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、ヒートポンプ式冷暖房空調機に係り、特に補
助熱源に潜熱蓄熱材を用いた蓄熱槽を使用する際の蓄熱
量放出速度向上および冷暖房運転時の快適性の向上番；
好適な蓄熱槽及びサイクルの構成、運転制御方法に関す
るものである。

〔発明の背景〕

従来のヒートポンプ式冷暖房空調機の暖房運転時の能力
は、外部空気等の熱源側の温度、および室内空気等の熱
放出側の温度によって、はぼ定まる。従って、ヒートポ
ンプ式ルームエアコン等の各の朝一番の起動時、又は、
外気温度が低下した時のように暖房負荷が、暖房能力以
上になった場合に、これを補えない欠点があった。この
欠点を補うため、従来、次のような補助熱源が併用され
できた。ａ）電気ヒータ、ｂ）石油又はガス等の燃焼器
、ｃ）特開昭５８−１５０７６８号公報記載の例の如き
蓄熱槽。またｄ）複数台の圧縮機の使用等の様な可変容
量方式による暖房能方向上も考えられている。

特に、不快感の著しい、冬の朝一番の暖房運転の立ち上
りを考えると、室内空気温度および建屋自体の温度は、
外気温度近くまで低、下している。

・　１１″ このため−１Ｍ定温度（２１℃近傍）迄に到達する　ｊ
ｌのに、温度条件の厳しい時には、約１時間前後の時間
を要する。さらに、起動後しばらくは、あまり暖かくな
い風が、室内を循環するために快適性が著しく損なわれ
る。従って、この暖房の朝一番の立ち上り時の快適性を
向上するには、出来るだけ高温度の空気を吹き出させる
とともに、設定温度迄の到達時間の短縮が望まれている
。一方、室内側熱交換器は適度の大きさである必要があ
り、吹き出し風量も、快適な風速以内である必要がある
。さらに吹き出し温度も、高い程良いといっても快適性
等より上限値がある。これらの制限を考慮すると、立ち
上り時間は、現状の約１／３前後迄短縮しうる。但しこ
のためには、従来の暖房能力の約２倍の能力が必要とな
る。

このような快適な朝一番の立ち上りを達成しようとする
と、前述の従来の補助熱源等では、次の様な問題が生じ
る。

ａ）電気ヒータの場合、立ち上り時に、約倍の電力が必
要となる。電気ヒータ自体大形化するとともに、一般家
庭で使用する場合、契約電流が増すとともに、電源配線
容量を大きなものに変更する必要が生じる。ｂ）石油又
はガス等の燃焼器併用の場合は、朝の立ち上り特性の改
善には効果的であるが、石油であれば、補充の手間、ガ
スであればガス配管の増設等の手段、又燃焼器の保守が
必要となる。これにより、火を用いない暖房というヒー
トポンプ式空調機の長所が半減する。Ｃ）蓄熱槽を用い
る場合は、水等を用いる顕熱蓄熱方式の場合、朝の立ち
上り時に必要とされる熱量を貯つるには、かなり大きな
ものが必要となる。また、凍結破損事故のおそれがある
。ｄ）可変容量方式（例えば、周波数可変電源によるも
の）は効果的であり、高級機種に採用されているが、現
状ではやや高価である。

本発明では、上記の各種方法の中より１問題点の比較的
少ない蓄熱方式に着眼し詳細に検討する。

顕熱蓄熱方式の場合は、前述のような問題点を有してい
るが、さらに、高温度で熱量を引き出したい場合、水を
使用すると圧力容器が必要となるとともに熱洩れ量が多
くなる。一方、装置の小形化。

蓄熱温度レベルの低下、−走化を目指して、潜熱蓄熱方
式を用いると、蓄熱材料にもよるが、一般にＩＯＫ〜２
０にの過冷却がないと、発核せず、熱の取出し速度が遅
くなるという欠点を有している。特に、朝の立ち上り時
間の短縮を目的とした場合この欠点は、他の長所があっ
ても散会的である。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、ヒートポンプ式冷暖房機の補助熱源と
して、潜熱蓄熱槽を設けた場合に、潜熱蓄熱材の最大欠
点である熱放出速度が遅い点を大巾に改良し、朝一番の
暖房立ち上り時の快適性を大巾に向上する方式を提供す
ることにある。さらに、この蓄熱槽を用いて、暖房時の
除霜運転時、又冷房車ち上り運転時の快適性をも向上す
るサイクル構成を提供する。

〔発明の概要〕

潜熱蓄熱方式において、蓄熱量の放出速度が遅−）　い
原因は、前述の如く、溶融塩が凝固する際には発核しな
いと凝固温度で凝固せず、発核するためには、ＩＯＫ〜
２０に程度の過冷却が必要となる点にある。本発明の主
眼点は、朝の暖房立ち上り時に、サイクル側の冷却源を
利用して、潜熱蓄熱材を、強制的に十分過冷却すること
により、短時間で発核させることにより、全体の凝固を
速やかにする所にある。又、この際に蓄熱槽より取った
熱を室内の暖房に用いえるようにして熱の損失が生じな
いようにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。ヒー
トポンプ式冷暖房機の基本サイクル構成を以下に述べる
。圧縮機１は、四方弁８を介して、室外側熱交換器２．
室内側熱交換器３に連がる。

減圧絞り４及びバイパス用逆止弁５が室外側に暖房用と
して、又、絞り６とバイパス用逆止弁７が室内側に冷房
用として設けられている。この基本サイクルに、図に示
すように、潜熱蓄熱材が充填された蓄熱槽９が付加され
る。この内部に、冷媒用熱交換器１０が設置され、この
熱交換器の一端１よ一、ヵ＄１１　ｔｉ−（１ｒＥＥｍ
−８カ、−−ゎ　；・ｊぶ配管に接続する。又、熱交換
器１０のもう一方の端は、冷媒ポンプ１４と閉止弁１２
を介して、室内外熱交換器を継ぐ配管に接続する。又、
減圧用絞り１５と閉止弁１３が、上記冷媒ポンプ１４と
閉止弁１２をバイパスする様に設けられる。

次に、本実施例の動作について、第１図にもとづき説明
する。

暖房運転時、圧縮機１よりの高温の吐出冷媒ガスは、四
方弁８を破線で示される方向を通り、室内側熱交換器に
到り、ここで室内空気を加熱し、自らは凝縮液化する。

この液冷媒は、逆止弁７を順方向に流れ、室外側絞り４
で減圧され、室外熱交換器２で、外気より吸熱し蒸発す
る。ガス化された冷媒は、四方弁を破線方向に通り、圧
縮機に吸入され、再度圧縮される。この間、蓄熱槽へ連
らなる閉止弁１２．１３は閉じており、三方弁１１はＢ
方向に開いている。従って、蓄熱槽内の熱交換器１０に
、液冷媒が貯まり、サイクル循環冷媒量に変動をきたす
ことはない。

次に、本発明の主目的である朝一番の暖房立ち上り時の
動作について説明する。朝の起動の一定時間前に、蓄熱
槽内の電気ヒータ（図示せず）が通電され、潜熱蓄熱材
を溶融し所定の温度で蓄熱する。暖房運転開始時、圧縮
機１が起動するとともに、閉止弁１３が開き、三方弁は
Ｂ方向に開く。

これにより、室内熱交換器で凝縮した液冷媒は、一部は
、室外側熱交換器２に行き蒸発するとともに、一部は、
弁１３を通り、絞り１５で減圧し、蓄熱槽内熱交換器１
０で蒸発し、高温度で蓄熱している潜熱蓄熱材を大巾に
過冷却する。ここで蒸発した冷媒は、三方弁１１をＢ方
向に流れ、室外側熱交換器で蒸発した冷媒と合流し、四
方弁を通り、圧縮機に吸入され、室内熱交換器へ吐出さ
れる。従って、潜熱蓄熱材を過冷却し、これより取った
熱は一室内の暖房に用いられることとなり、熱損失は生
じない。

上記運転を短時間行なうことにより、蓄熱槽内部に、大
巾な過冷却によりすみやかに発核する。

この核をもとに、全体に速やかな凝固が、凝固温度で生
じる。即ち、図３に示す如く、蓄熱材温度は、暖房開始
Ｔ’＋より上記過冷却運転により過冷却され、時間Ｔ２
で発核して、これにより、蓄熱材温度は、溶融温度θｍ
に戻り、この温度で潜熱を速やかに放出する。

上記過冷却運転を短時間行なった後に、閉止弁１３を閉
じ、弁１２を開き、冷媒ポンプ１４を運転する。同時に
三方弁１１をＡ方向に切換える。

これにより、室内熱交換器で放熱し液化した冷媒の一部
は、従来通り、室外側熱交換器に流れ、外気より収熱す
るが、一部は、冷媒ポンプ１４にて、槽内の熱交換器１
０で、潜熱蓄熱材より、その高温の凝固温度で熱をもら
い蒸発する。この高温のガスは、三方弁１１をＡ方向に
通り、圧縮機よりの高温の吐出ガスと合流し、室内側熱
交換器３に到る。室内側熱交換器への熱入力は、従来の
圧縮機よりのものに、蓄熱槽からのものが加わり、大巾
に増加する。従って、凝縮温度が従来より大巾に高くな
り、吹出し空気温度も大巾に高くなる。

８４１．　これにより暖房立ち上り時間も短縮され快適
な立ち上り暖房が得られる。

室内空気温度が、所定の温度に到達した時点で、通常の
暖房運転に戻る。即ち、弁１２が閉じ、冷媒ポンプ１４
が停止し、三方弁１１がＢ方向に切り換る。これにより
、前記運転により、槽内熱交換器１０内に貯っていた液
冷媒は、低圧側に三方弁を介して連がるため、蒸発し、
熱交換器１０内に、液冷媒が貯ることはない。

次に冷房運転について説明する。この間は蓄熱槽は用い
られず、弁１２．１３は閉じ、冷媒ポンプは停止され、
三方弁はＡ方向に開かれている。

四方弁は実線方向に切換えられるため、圧縮機１の吐出
冷媒ガスは、室外熱交換器２で外気により冷却され凝縮
液化する。液冷媒は、逆止弁５を順方向に流れ、絞り６
で減圧され室内熱交換器に到る。ここで、室内空気を冷
却し、自らは蒸発は、四方弁を介して圧縮機に吸入され
再度圧縮される。

次に、本発明の他実施例について図２に基づいて説明す
る。構成としては、前実施例の構成の冷媒ポンプ１４と
弁１２に並列に、図示の方向をも　１ｂ　、ｉ つた逆止弁１６が付加される。これにより、前記　′実
施例の機能のほかに、さらに暖房時の除霜運転時の快適
性向上、又冷房運転量ち上り時の快適性向上、暖冷房運
転を通しての成績係数の向上が計れる。

まず、暖房運転時の除霜運転について図２に基づいて説
明する。通常の暖房運転を行なっていると、外気の温湿
条件によって、室外熱交換器２は着霜してくる。従って
、従来、外気温度、冷媒の蒸発温度を一定時間毎に検知
して、室外熱交換器の除霜運転を行なっている。この場
合、四方弁が破線方向より実線方向に切り換わり、圧縮
機よりの高温ガスが、室外熱交換器２に到り、これを加
熱し、霜を融解する。ここで凝縮した冷媒は、室内側の
絞り６で減圧され室内側熱交換器３で室内空気より熱を
奪い蒸発して再度圧縮機に吸入される。この運転時、室
外側送風機（図示せず）停止しているが、室内側送風機
（図示せず）は、停止していない場合もある。いずれに
しても、室内空気より熱を奪うため、暖房の快適性が損
なわれる。

従来の方法に対して、本実施例では、暖房運転中に、一
部の熱を蓄熱槽に取込み、この熱で、除霜運転時の液冷
媒を蒸発させることが出来る。このため、室内空気を冷
やすことがなくなるので、除霜運転時の快適性が向上す
る。この動作について以下に詳細に述べる。

暖房運転時に、蓄熱槽９に蓄熱する方法には次の二通り
がある。Ａ）暖房運転中に、三方弁１１を入方向に、常
時又は間歇的に開き、圧縮機よりの吐出ガスの一部を取
り込む。冷媒ガスは蓄熱材を加熱し、凝縮液化して、逆
止弁１６を順方向に流れ、室内側からの液冷媒と合流し
て、室外熱交換器に到る。もう一方の方法は、Ｂ）室内
設定温度及び外気温度により、暖房運転はＯＮ・○ＦＦ
を繰返えすが、室内温度が設定値以上となり、従来圧縮
機を停止する場合、運転を継続して、三方弁１１を入方
向に切り換えて、余剰暖房能力を蓄熱槽に貯えた後に圧
縮機等を停止する方法である。

この両方法とも、圧縮機の運転時間が長くなり、従来よ
り発停回数が減る。これにより、発停に基づく損失が減
り、成績係数の向上が計れる。次に除霜運転時には、従
来通り、逆サイクル運転となるが、この時に、弁１３が
開き、三方弁１１がＡ方向に開く。これにより、室外熱
交換器の霜を融かして液化した冷媒を殆んどは、弁１３
を通り、絞り１５で減圧して、蓄熱槽に送られる。ここ
で高温の蓄熱材より受熱して蒸発して、三方弁を通り、
圧縮機に吸入される。これにより、室内熱交換器では、
液冷媒が殆んで蒸発しないので、室内空気を冷却するこ
とがなく、従来より快適性が向上する。

次に、冷房運転時の動作について説明する。冷房運転時
の余剰冷房能力を、蓄熱槽に蓄冷して、冷房運転の立ち
上り時に用いて、冷房能力を増加させるとともに、成紹
係数の向上が計れるものである。前記の通常の冷房運転
時、室内空気温度が。

設定値以下になり、従来、圧縮機を停止する場合に、運
転を継続して、弁１３を開く。（三方弁は冷房運転時と
同じＡ方向に開いている。）これにより、室外熱交換器
２で凝縮液化した冷媒は、弁１３を通り、絞り１５で減
圧され、槽内熱交換器１０で蒸発して、蓄熱材を冷却す
る。蓄冷材が一定温度迄冷却された時点で、弁１３が閉
じて、圧縮機が停止する。

次に、冷房運転の立ち上り時には、圧縮機の起動ととも
に、三方弁１１がＢ方向に開く、これにより、圧縮機よ
りの高温の冷媒ガスの一部は、従来通り、室外側熱交換
器に行くが、一部は三方弁１１を通り蓄熱槽内の熱交換
器１０に到り、ここで冷却された蓄熱材により冷却され
凝縮液化し、逆止弁１６を順方向に流れ、室外側熱交換
器で凝縮した液冷媒と合流して、室内側に向う。これに
より冷房の立ち上り時、凝縮能力が増加するため、凝縮
温度が低下することにより、冷房能力が増加する。また
、成績係数も向上する。千れにより、冷房立ち上り時の
室内空気の冷却速度が増し、快適性が向上する。蓄熱材
が、一定の温度以上とな　−った時点で、三方弁をＡ方
向に切り換え通常の冷房運転に戻る。

本発明の他のいくつかの実施例について、第４１１′ 図、第５図に基づいて説明する。Ａ）蓄熱槽内に　９熱
交換器１０および１０′を設け、熱交換器１０′を暖房
朝の立上り運転時の蓄熱槽過冷却用として用いる例であ
る。この場合、熱交換器１０′は一端は閉止弁１１′を
介して、室外熱交換器の絞り４と圧縮機の間の冷媒回路
の任意の点に接続される。又もう一端は、ａ）図４に示
すように絞り１５と閉止弁１３を介して室内外の熱交換
器を結ぶ配管に接続されるか、又はｂ）図５に示すよう
に閉止弁１７を介して、室外熱交換器の絞り４と圧縮機
の間の冷媒回路の、他端の接続位置とは異なる所に接続
される。

暖房の朝の立ち上り時には、閉止弁１１と１２は閉じら
れており、起動とともに、上記図４のａ）の場合は閉止
弁１１′と１３が開き、ｂ）の場合は閉止弁１１′と１
７が開く。これにより、ａ）の場合は室内熱交換器で凝
縮液化した冷媒が弁１３を介し、絞り１５で減圧され、
熱交換器１０′で蒸発し蓄熱材を過冷却する。冷媒ガス
は弁１１′を通り圧縮機に吸入される。又図５に示すｂ
）の場合は、室外熱交換器で蒸発している冷媒の一部が
弁１７を通して熱交換器１０′内に流入してくるので、
これにより蓄熱材が過冷却される。上記いずれかの運転
を短時間行なった後に、ａ）の場合は弁１３を、又ｂ）
の場合は弁１７を閉じ、弁１１．１２を開き、冷媒ポン
プを運転する。これにより前実施例と同等の効果が得ら
れる。但し、上記構成のものでは、暖房時の除霜時のた
めの蓄熱機能、冷房時の起動時のための蓄冷機能を得る
ためには、配管や弁類をさらに追加する必要がある。

〔発明の効果〕

本発明により、次のような効果が得られる。

１）暖房運転の朝一番の起動時に、潜熱蓄熱材を用いた
蓄熱槽に蓄熱した熱量の取出しが、本発明により大巾に
迅速化できる。これにより、朝一番の暖房立上り時間が
大巾に短縮できるとともに、室内側吹出し空気温度を従
来より大巾に高温化でき快適な暖房立上りが得られる。

２）逆止弁１６の追加により、上記蓄熱材に、暖房運転
中蓄熱が可能となり、この蓄熱量を除霜運転時の熱源と
して用いることが出きる。このため、除霜運転時に、従
来のように、室内空気・より熱を奪うことが無くなるた
め、快適性が保たれる。又、圧縮機の発停回数が減るた
め、成績係数の向上が得られる。

３）同上の逆止弁１６の付加により、蓄熱槽に、冷房運
転中に、蓄冷することが可能となる。この冷熱源を冷房
立上り時に用いることにより、室内空気の冷却速度を速
めることができ、快適性を向上する効果が得られる。さ
らに、圧縮機の発停回数が従来より減少するため、成績
係数の向上が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１．第２．第４．第５図は、各々本発明の実施例のサ
イクル構成を示す図、第３図は、潜熱蓄・熱材の暖房立
上り時の温度変化を示す図である。 ■・・・圧縮機、２・・・室外熱交換器、３・・・室内
熱交換器、９・・・蓄熱槽、１０・・・冷媒用熱交換器
、１４・・・冷媒ポンプ、１１・・・三方弁。 、）　代理人　弁理士　高橋明夫 γ　）　図 Ｎｚ　図 ￥Ｊ　３　図 不　４　日 Ｉ 第　５　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、圧縮機、室内熱交換器、室外熱交換器、絞り装置、
   四方弁より基本的に成るヒートポンプ式冷暖房空調機に
   おいて、蓄熱槽を設け、蓄熱槽内に冷媒用熱交換器を設
   け、この熱交換器の一端Ｅ２を閉止弁Ｖ２を介して、圧
   縮機と室内熱交換器間の冷媒回路に接続し、もう一方の
   端Ｅ、を、冷媒ポンプと閉止弁Ｖ、を介して、室内熱交
   換器と室外熱交換器の間の冷媒回路に接続することを特
   徴とするヒートポンプ式空調機。 ２、特許請求の範囲第１項の一構成において、蓄熱槽内
   熱交換器の一端Ｅ２とこれに連らなる閉止弁ｖ２の間と
   、室外熱交換器の絞り装置と圧縮機の間の冷媒回路とを
   、閉止弁ｖ３を介して接続することを特徴とするヒート
   ポンプ式空調機・ ３、特許請求の範囲第２項の構成において、蓄熱槽内の
   熱交換器の一端Ｅ１に連なる冷媒ポンプと閉止弁ｖ１と
   並列に、絞り装置と閉止弁ｖ４を設けたことを特徴とす
   るヒートポンプ式４、特許請求の範囲第３項の構成にお
   いて、蓄熱槽内の熱交換器の一端Ｅ、に連なる冷媒ポン
   プと閉止弁ｖ１、およびこれと並列に設けられた絞り装
   置と閉止弁ｖ４と並列に、逆止弁を設けたことを特徴と
   するヒートポンプ式空調機。 ５、特許請求の範囲第１項の構成において、蓄熱槽内に
   、もう一台冷媒用熱交換器を設置し、この熱交換器の一
   端Ｅ２を閉止弁Ｖ２’　を介して、圧縮機と室外熱交換
   器用絞りの間の冷媒回路の任意の点に接続し、もう一方
   の端Ｅ、を絞りと閉止弁Ｖ４’　を介して、室内外熱交
   換器間の冷媒回路に接続するか、あるいはＥ、／　を閉
   止弁ｖ５を介して、圧縮機と室外熱交換器用絞りとの間
   の冷媒回路の任意の点に接続することを特徴とするヒー
   トポンプ式空調機。 ６、特許請求の範囲第５項の構成において、蓄熱槽内熱
   交換器の一端Ｅ２とこれに連らなる閉止弁ｖ２の間と、
   室外熱交換器の絞り装置と圧縮機の間の冷媒回路とを、
   閉止弁Ｖ３を介して接続することを特徴とするヒートポ
   ンプ式空調機。 ７、特許請求の範囲第６項の構成において、蓄熱槽内の
   熱交換器の一端Ｅ、に連なる冷媒ポンプと閉止弁ｖ１と
   並列に、絞り装置と閉止弁ｖ４を設けたことを特徴とす
   るヒートポンプ式８、特許請求の範囲第７項の構成にお
   いて、蓄熱槽内の熱交換器の一端Ｅ、に連なる冷媒ポン
   プと閉止弁ｖ１、およびこれと並列に設けられた絞り装
   置と閉止弁ｖ４と並列に、逆止弁を設けたことを特徴と
   するヒートポンプ式空調機。