JPS602854A - ヒ−トポンプ装置 - 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、圧縮式、吸収式などの冷媒の凝縮。

蒸発の原理による冷却、加熱を応用したヒートポンプ装
置に関するものである。

従来例の構成とその問題点 第１図はヒートポンプ装置の原理を示す図である。図に
おいて１は加圧部で圧縮式の場合は圧縮機、吸収式にお
いては発生器および吸収器などより成り立っている。２
は熱交換器で、図の実線の矢印に従って冷媒が循環する
場合は、冷媒蒸気は冷却されて液体となる。すなわち凝
縮器として機能する。液化した冷媒は膨張弁４を通って
減圧されて熱交換器３に入り、蒸発して低圧の冷媒蒸気
となる。すなわち熱交換器３は蒸発器として機能し、周
囲から熱を吸収する。

四方弁５を９０°回転すれば、冷媒は破線の矢印に従っ
て循環し、熱交換器３は凝縮器として、熱交換器２は蒸
発器として機能する。

第２図は第１図の基本サイクルに蓄熱材６と熱交換する
熱交換器７を、熱交換器２と加圧部１の間に設けたもの
で、実線矢印のサイクルの時には、凝縮器２で放出され
る凝縮熱の一部が、蓄熱器８内の蓄熱材６に蓄えられる
。これが有用なのは主として暖房サイクルで、熱交換器
２は室内にあって室を暖め、熱交換器３は室外にあって
、外気から熱を取り込む。この時、外気温度が低いと、
熱交換器３に次第に霜が付き、外気からの熱が取り込め
なくなる。

そこで四方弁を９００回転して冷房サイクルにすると、
熱交換器３が凝縮器となり発熱するために霜は取れる。

しかし、この時、熱交換器２は蒸発器と々るので暖房さ
れるべき空間が冷房されるので極めて不都合である。そ
のため、例えば熱交換器２０フアン９を停めて、この熱
交換器で冷媒か蒸発しないようにすると、図１の基本構
成の場合は未蒸発の液冷媒が加圧部１に流入し、圧縮機
をこわすなどの不都合を生じる。しかし、図の蓄熱器８
を有する場合は未蒸発冷媒は蓄熱材６に蓄えら冷媒は蒸
発するため、加圧部に悪い影響を与えない。これがいわ
ゆる除霜サイクル−である。

この方法は原理的には良いのであるが、実際に除霜する
時間は短かくなければならないため、それだけの伝熱特
性を熱交換器７に持たせると、暖房運転の立上り時に熱
出力がほとんど熱交換器７から蓄熱材６に移されるため
、熱交換器２に出力が出てこないという問題があった。

その一つの解決策としては蓄熱容量を大きくし蓄熱平均
温度を高くし、使用温度幅を狭くすることにより、蓄熱
時には小さい温度差、放熱時には大きい温度差とする使
い方があるが、大きな容量の蓄熱器が必要であり、平均
温度が上るまでに必要な熱量も多いという欠点があるた
め、運転をある程度停止した場合、例えば就寝時に停止
して翌日動かす寸での間に前記蓄熱槽の温度は、よほど
断熱をよくしないかぎり外気温に近い温度まで下るため
、起動時は蓄熱材温度と凝縮温度との差が大きく、熱交
換器２に出力が出ないか或いはかなり出力が低下し、こ
の段階で蓄熱器に蓄えられるべき総熱量は一回の除霜に
必要な熱量の数倍が必要になるため、かなりの時間にわ
たって出力が低下することになる。

発明の目的 本発明は、蓄熱器を有するヒートポンプ装置の暖房立上
り特性および除霜特性を改善することを目的とするもの
である。

発明の構成 本発明は、蓄熱器を縦長の形状として、下部に蓄熱材を
充填し、上部に気相部分を残し、熱交換器を蓄熱材の充
填された部分と、気相部分に設け、これら熱交換器を直
列又は並列に接続し、室内側熱交換器２と四方弁の間に
入れたものである。

実施例の説明 本発明の一実施例を第３図に示す。第３図において、蓄
熱タンクは縦長でその下部に蓄熱材６が充填されている
。蓄熱材６は常温で０．１９．４以上の蒸気圧を有する
液状物質単独でもよいが、蓄熱容量の大きい物質１３を
混ぜたものでもよい。

蓄熱タンクの上部は、充填された物質の蒸気で充されて
いる空間である。

一方、熱交換器１２は前記蓄熱材部分に、又熱交換器１
１は前記気相部分１０に設けられ、本実施例では直列に
接続されており、暖房サイクルでは実線矢印に従って四
方弁５から底部にある熱交換器１２を通り、気相部の熱
交換器１１を経て、室内凝縮器２に至る。除霜運転の時
は破線の矢印に従って室内器２を液体の寸＼素通りして
、熱交換器１１から熱交換器１２を経て四方弁５に至る
。

こ５で底部にある熱交換器１２は、蓄熱材６を、想定さ
れる除霜時間間隔内に、除霜に必要な熱量を蓄えられろ
能力のものとする。従って、この熱交換器１２はごく能
力の小、従って小形のものでよい。

一方、気相部１０に設けた熱交換器１１は、熱の取出し
に有効なもので、設定された除霜時間内に必要な熱量を
蓄熱材６から取出せるようその能力、大きさをきめる必
要がある。

第３図の例についてその機能を説明する。この図におい
て実線の矢印は先にのべた暖房サイクルの状態であるが
、高圧の冷媒蒸気は１づ蓄熱器底部の熱交換器１２に入
り、冷媒蒸気は冷却されたり、一部凝縮したりするが、
この部分の伝熱面積はあ捷り大きくしてないので、蓄熱
材６の昇温は比較的ゆっくりと行われる。第３図では蓄
熱材６の底に近い所に熱交換器１２を設けてあり対流に
よって蓄熱材６は暖められるから、十分ゆっくりとした
速度にするためには、この熱交換器１２は極く小さなも
のでよい。次に冷媒は気相部分１０にある熱交換器１１
に入るが、気体の比熱は小さく殆んど熱を放出しないで
凝縮器９に送られる。

このように暖房サイクルにおいては冷媒蒸気の持つ熱エ
ネルギーは極めて少量づＸ蓄熱材６に蓄えられる。

従って暖房出力から蓄熱に廻される単位時間あたりの熱
量は少く、暖房能力の低下を感じさせる程のものではな
い。

次に除霜運転の時は、破線の矢印に従って冷媒が流れ、
室内熱交換器はファン９−を停止しているため、未蒸発
の液冷媒か熱交換器１１に流入してこ＼を冷却すると気
相部１ｏの蒸気は冷却されて液化し、蓄熱材６の上に滴
下するが、ここの温度は蓄熱状態で高いため、滴下した
液は再び蒸発し、さらにそれが熱交換器１１で冷却され
る。このように除霜サイクルでは気相中に置かれた熱交
換器１１が大きな役割を果し、蓄熱されたエネルギーを
急速に引き出して液冷媒の蒸発に費される。蓄熱材との
中にある熱交換器１２も蓄熱材から熱をうはうが凝縮熱
伝達を応用した熱交換器１１が主役である。

一方、熱交換器１１は先に述べたごとく、蓄熱の際には
殆んど役に立たないから、その伝熱特性は必要な除霜時
間に必要な熱エネルギーが取出せるよう大きさを定めれ
ばよく、との大きさは蓄熱速度にほとんど影響を及ぼさ
ない。なお、第３図において、１４は気相界面である。

発明の効果 以上述べたごとく、この構成によれば、蓄熱材中に設け
た熱交換器１２も、気相中に設けた熱交換器１１も比較
的小形であシながら、蓄熱時と放熱時の伝熱特性に大き
な違いがあり、暖房運転中は極めて徐々にその出力の一
部を蓄熱器に蓄え、除霜時には短時間に蓄熱器に蓄えら
れた熱エネルギーが放出され、温度差によって蓄熱と放
熱の速度を変えるのではないから、蓄熱および放熱の温
度幅を大きくとることができるため蓄熱器が小形となシ
、熱損失も小となる利点がある。

又、蓄熱器を固体と液体との混合物にできるので相変化
などによる蓄熱容量の大きい物質を用いても熱交換器の
伝熱特性に影響はなく、さらに蓄熱槽を小形にすること
ができる。

又、熱の取出しに凝縮熱伝達を用いているため、短時間
に熱を取出せるわシに熱交換器は小さいもので構成でき
る利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はヒートポンプの原理図、第２図は従来の蓄熱器
を有するヒートポンプ装置の冷媒回路図、第３図は本発
明のヒートポンプ装置の要部の冷媒回路図である。 １・・・・・加圧部、２，３・・・・・・熱交換器、４
・・・・・・膨張弁、５・　・四方弁、６・・・・・・
蓄熱材、８・・・・・蓄熱器、１Ｑ・・・　蓄熱タンク
内の気相部、１１・・・・・・前記気相部に設けた熱交
換器、１２・・・・・・蓄熱材中に設けた熱交換器、１
３・・・・・・蓄熱容量の大きい物質。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）低圧冷媒蒸気を高圧冷奴蒸気にする加圧部と、２
   つの熱交換器を、中間に膨張弁を介して直列接続した熱
   交換部により冷媒循環路を形成し、前記加圧部と熱交換
   器部の間に、前記熱交換部を流れる冷媒の流れ方向を逆
   転させる弁機構を設け、冷媒の流れの上流側の熱交換器
   を凝縮器として放熱源に、下流側を蒸発器として吸熱源
   として使用する際の前記熱交換器の一端に、冷媒回路表
   熱交換しうる蓄熱器を′設け、この蓄熱器は縦長の蓄熱
   タンクとし、上部に気相部分を残して蓄熱材を充填し、
   蓄熱材に埋設する部分および前記気相部分に、前記冷媒
   を流す熱交換器を設け、これらを並列又は直列に接続し
   たヒートポンプ装置。
2. （２）蓄熱材に蓄熱能力大なる物質と、気相部分に常温
   で０．１気圧以上の蒸気圧を有する物質とを混合したも
   のを用いる特許請求の範囲第１項記載のヒートポンプ装
   置。