JPS62175559A - 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〕 この発明は除霜について改良したヒートポンプ装置に関
するものである。

〔従来の技術〕

第３図および第４図は従来のホットガスバイパス方式お
よびサーモタンク（サーモパンク）方式と呼ばれる除霜
を行うヒートポンプ装置を示す冷媒回路構成図である。

第３図、第４図において、ｌは圧縮機、２は凝縮器、３
はおよび３ａは膨張弁または毛細管のような減圧装置お
よび同様な第２の減圧装置、４は空冷式の蒸発器であり
、以上の各部材は環状に接続されている。

第３図において、５は圧縮機１の吐出側と蒸発器４０入
口側とを凝縮器２および減圧装置３をバイパスして接続
するバイパス回路、６はバイパス回路６に設けた開閉弁
である。

また、第４図において、７は圧縮ｍ１の吐出口と凝縮器
２の入口との間に間に設けられた蓄熱槽であり、蓄熱槽
７内には水などの蓄熱材８と蓄熱熱交換器９および吸熱
熱交換器１０が設けられ、これらによって蓄熱装置が構
成されている。蓄熱熱交換器９は一端が圧縮機１の吐出
側に、他端が凝縮器２の入口側にそれぞれ接続されてい
る。吸熱熱交換器ＩＯは一端が圧縮機１の吸込側に、他
端が第２の減圧装置３ａを介して蒸発器４の出口側にそ
れぞれ接続されている。吸熱熱交換器ｌＯおよび第２の
減圧装置３ａをバイパスして蒸発器４の出口から圧縮機
１の吸込口に至る回路には開閉弁１３が設けられている
。さらに、凝縮器２の出口側と蒸発器４の入口側とは開
閉弁１１と減圧装置３が直列に接続された回路と、開閉
弁１１および減圧装置３をバイパスし開閉弁１２を有す
る回路とで接続されている。なお、第４図において、実
線矢印は暖房運転時、破線矢印は冷房運転時の冷媒の流
れ方向をそれぞれ示している。

次に、上述した従来のヒートポンプ装置の動作について
説明する。

第３図に示すものは、暖房運転時に開閉弁６が閉じ、圧
縮［１からの高温、高圧の冷媒ガスが凝縮器２に送られ
、ここで放熱して暖房することで、凝縮、液化する。液
化した冷媒は、減圧装置３を通って減圧され、低温、低
圧の冷媒液となって蒸発器４に送られ、蒸発器４で外気
から吸熱することで蒸発し、蒸発した冷媒ガスが圧縮機
１に戻るサイクルを繰り返えす。この運転において、外
気温度が低く冷媒の蒸発温度がＱ　’Ｃ以下になる場合
には、蒸発器４の伝熱面に霜が付着する。この霜を取り
除くための除霜運転時には、開閉弁６が開き、圧縮機１
からの高温、高圧の冷媒ガスは、バイパス回路５、開閉
弁６を通って蒸発器４に送られ、これに付着している霜
を融かし、圧縮機１に戻される。除霜が完了した後には
再び暖房運転に復帰する。

第４図に示すものは、暖房運転時に開閉弁１１．１３が
開き開閉弁１２が閉じ、圧縮機１からの高温、高圧の冷
媒ガスが、まず蓄熱槽７に送られ蓄熱熱交換器９によっ
て蓄熱材８に蓄熱した後、凝縮器２に送られる。冷媒ガ
スは凝縮器２でさらに放熱して暖房することで凝縮、液
化し、液化した冷媒は開閉弁１１、減圧装置３を通うて
減圧され、低温、低圧の冷媒液となって蒸発器４に送ら
れる。

冷媒液は蒸発器４で外気から吸熱することで蒸発し、蒸
発した冷媒ガスは開閉弁１３を通って圧縮機ｌに戻るサ
イクルを操り返す。この運転において、外気温度が低く
冷媒の蒸発温度が０℃以下になる場合には、蒸発器４の
伝熱面に霜が付着する。

この霜を取り除くための除霜運転時には、開閉弁１２が
開き開閉弁１１．１３が閉じる。この状態では、圧縮機
１からの高温、高圧の冷媒ガスは、蓄熱槽７を通り蓄熱
材８に放熱した後、凝縮器２で若干の暖房を行い、開閉
弁１２を通って蒸発器４に送られる。ここで、冷媒は放
熱し蒸発器４の霜を融かした後、第２の減圧装置３ａを
通って低温、低圧となり、吸熱熱交換器１０に送られる
。

冷媒は吸熱熱交換器ｌＯで蓄熱材８から吸熱して冷媒ガ
スになって圧縮機ｌに戻される。除霜が完了した後には
再び暖房運転に復帰する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上のように構成されている第３図に示す従来のホット
ガスバイパス方式のヒートポンプ装置では、除霜運転時
には暖房ができず、また除霜の熱源が圧縮機入力のみで
あるため、除霜能力が小さく運転時間が長くなり、暖房
できない時間が長くなるという問題点があった。第４図
に示す従来のサーモタンタ方式のヒートポンプ装置では
、圧縮機から吐出した冷媒ガスがまず蓄熱槽に送られて
放熱するため、蓄熱完了まで暖房側に利用する熱料が蓄
熱に利用され、暖房能力が十分に確保できないという問
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、蓄熱中も暖房能力の低下がなく、また除霜
運転中も暖房が停止することなく、さらに短時間のうち
に除霜運転を完了することができるヒートポンプ装置を
提供することを目的としている。

〔問題点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、第１の開閉弁、蓄
熱槽に内蔵された熱交換器、減圧装置および蒸発器をこ
の順で備えた第１の冷媒回路と、第２の開閉弁を備えた
第２の冷媒回路とを、凝縮器の出口側と蒸発器の出口側
との間に並列に接続し、第１．第２の冷媒回路が蒸発器
の出口側で合流した部分を第３の開閉弁を介して圧縮機
の吸込側に接続し、さらに第１の冷媒回路の第１の開閉
弁と熱交換器との間を第３の開閉弁と圧縮機の吸込側と
の間に第４の開閉弁を介して接続したものである。

〔作用〕

この発明におけるヒートポンプ装置は、暖房運転中には
第１．第３の開閉弁が開き第２．第４の開閉弁が閉じ、
第１の冷媒回路によって凝縮器を出た冷媒が蓄熱槽を通
り減圧装置から蒸発器に行き、第３の開閉弁を介して圧
縮機に戻ることにより、暖房効果を十分に発揮した後の
冷媒によって蓄熱材に蓄熱でき、また除霜運転中には、
第２゜第４の開閉弁が開き第１．第３の開閉弁が閉じ、
第２の冷媒回路から凝縮器を出た冷媒が蒸発器を通り蓄
熱槽に行き、第４の開閉弁を介して圧縮機に戻ることに
より、蓄熱材を熱源として暖房と蒸発器の除霜とを同時
に行うことができる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を第１図、第２図によって説
明する。

第１図は暖房運転時、第２図は除霜運転時をそれぞれ示
し、これらの図において、符号１〜４．７．８及び３ａ
は第３図、第４図に示す従来のヒートポンプ装置のもの
と同一または相当部分であり、１４は蓄熱槽７に蓄熱材
８とともに内蔵された蓄熱、吸熱兼用の熱交換器、１５
〜１８は第１〜第４開閉弁、１９．２０は第１．第２の
冷媒回路、２１は除霜時用冷媒回路である。そして、第
１、第２の冷媒回路、１９．２０は凝縮器２の出口側と
蒸発器４の出口側との間に並列に接続されている。第１
の冷媒回路１９には第１の開閉弁１５、熱交換器１４、
減圧装置３および蒸発器４がこの順に暖房運転時に冷媒
が流れるように設けられている。第２の冷媒回路２０に
は第２の開閉弁１６および第２の減圧装置３ａがこの順
に除霜運転時に冷媒が流れるように設けられている。ま
た、圧縮機１の吐出側が凝縮器２に接続されているとと
もに、第１．第２の冷媒回路１９．２０が蒸発器４の出
口側で合流した部分は第３の開閉弁１７を介して圧縮機
１の吸込側に接続されている。さらに除霜時用冷媒回路
２１は、第１の冷媒回路１９の第１の開閉弁１５と熱交
換器１４との間、および第３の開閉弁１７と圧縮機１の
吸込側の間の回路に両端が接続されているとともに、第
４の開閉弁１８が設けられている。なお、蓄熱材８とし
ては相変化温度が０℃〜３０゛Ｃ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、この蓄熱材が蓄熱槽７内に充填されている
。

また、第１図、第２図において矢印は冷媒の流れ方向を
示し、開閉弁のうち白抜きは開いているもの、黒塗りは
閉じているものをそれぞれを示している。

次に、この実施例のヒートポンプ装置の動作について説
明する。

暖房運転時は、第１図に示すように、第１．第３の開閉
弁１５．１７が開き、第２．第４の開閉弁１６．１８が
閉じている。そして、圧縮機ｌから出た高温、高圧の冷
媒ガスは、凝縮器２に送られ、ここで放熱して暖房する
ことで凝縮、液化する。この時の温度変化の一例につい
て述べると、冷媒の暖房作用によって室内空気は２０℃
から４０℃程度に加熱され暖房に供せられるとともに、
冷媒は空気への放熱によって４０°Ｃ前後の冷媒液とな
って凝縮器２を出る。暖房効果を発揮し終って凝縮器２
を出た冷媒液は、第１の冷媒回路１９によって第１の開
閉弁１５を通り蓄熱槽７内の熱交換器１４に送られ、蓄
熱槽７内には相変化温度がＯ″Ｃ〜３０℃間にある蓄熱
材８が充填されているため、熱交換器１４内を通る冷媒
液により蓄熱材１８が加熱され蓄熱される。熱交換器１
４を出た冷媒液は、減圧装置３を通って減圧され、低温
、低圧となった後、蒸発器４に送られ、ここで外気から
吸熱することで蒸発する。蒸発した冷媒ガスは第３の開
閉弁１７を通って圧縮機１に戻るサイクルを繰り返えす
。この運転において、外気温度が低く冷媒の蒸発温度が
Ｏ″ＣＣ以下る場合には蒸発器４の伝熱面に霜が付着し
、外気からの吸熱を阻害する。このため、霜を取り除く
除霜運転が次に行われる。

除霜運転時は、第２図に示すように、第２、第４の開閉
弁１６．１８が開き、第１．第３の開閉弁１５．１７が
閉じるようにする。圧縮機１から出た高温、高圧の冷媒
ガスが凝縮器２に送られ、ここで放熱して暖房が行われ
るが、冷媒ガスはその暖房効果をすべて発揮せず、一部
に冷媒ガスを残した気液混合状態で、第２の冷媒回路２
０によって、第２の開閉弁１６を通り第２の減圧装置３
ａに送られる。ここモ、ガス、液２相の冷媒は、中間圧
力まで減圧され、例えば凝縮温度が１０℃〜２０℃程度
の状態になって蒸発器４に送られ、ここで放熱すること
で全体が凝縮し冷媒液となる。

上記の放熱によって、蒸発器４に付着していた霜が融か
され除霜が行われる。蒸発器４を出た冷媒液は、第１の
冷媒回路１９の減圧装置３を通り、低温、低圧となって
蓄熱槽７内の熱交換器１４に送られる。ここで、冷媒液
は蓄熱材８から吸熱して蒸発し冷媒ガスとなり、除霜時
用冷媒回路２１によって第４の開閉弁１８を通り圧縮５
１に戻る。

この運転は除霜が完了するまで行われ、その後第１図に
示す回路状態に復帰し、暖房運転が再開される。上述し
た除霜運転は、Ｏ℃〜３０°Ｃの間に相変化温度をもつ
蓄熱材８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第１図に示す場合に比べ、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と
もに、除霜時間も短縮される。

この実施例では、除霜運転中に蒸発器４を流れる冷媒の
圧力を第２の減圧装置３ａ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２の減圧装置３ａを用いずに
暖房運転時と同程度の４０℃〜５０℃の冷媒を蒸発器４
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熱損失分が増加するのを防ぐため
である。また、この実施例において、除霜運転中は、凝
縮器２からの放熱量を制限するため、凝縮器への送風量
を少なくするようにそのファンを制御してもよい。

この実施例では、蓄熱材として潜熱利用材料を示したが
、この発明は水などの顕熱利用材料の蓄熱材を用いても
よい。また、この実施例では、冷媒回路について暖房回
路のみを説明したが、この発明は、四方弁などを用いて
冷、暖房回路としてもく、さらに受液器やアキュームレ
ータを冷媒回路に適宜付属させてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、暖房運転時に
は、冷媒が凝縮器を出た後、蓄熱槽内の熱交換器を通っ
て蒸発器に送られるようにし、蓄熱槽内の蓄熱材に蓄熱
し、除霜運転時には蒸発器を除霜した後の冷媒を上記蓄
熱材で加熱しつつ蓄熱槽内の熱交換器で蒸発する冷媒回
路構成にしたので、暖房運転中に暖房能力を減じること
なく、除霜運転時の熱源を蓄熱でき、また除霜運転中は
蓄熱材を熱源とする運転であるため、冷媒の蒸発温度を
高（維持でき、除霜と同時に通常の暖房運転時と同程度
の能力で暖房が行えるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

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
暖房運転時の冷媒回路構成図、第２図は同除霜運転時の
冷媒回路構成図であり、第３図および第４図は従来の一
例および他側によるヒートポンプ装置の冷媒回路構成図
である。 ■・・・圧縮機、２・・・凝縮器、３・・・減圧装置、
３ａ・・・第２の減圧装置、４・・・蒸発器、７・・・
蓄熱槽、８・・・蓄熱材、■４・・・熱交換器、１５〜
１８・・・第１〜第４の開閉弁、１９．２０・・・第１
．第２の冷媒回路。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧縮機と凝縮器と減圧装置と蒸発器とを環状に接
   続して構成されるヒートポンプ装置において、上記凝縮
   器の出口側と蒸発器の出口側との間に、第１の開閉弁、
   蓄熱材とともに蓄熱槽に内蔵させた熱交換器、上記減圧
   装置および蒸発器をこの順で備えた第１の冷媒回路と、
   第２の開閉弁を備えた第２の冷媒回路とを並列に接続し
   、第１、第２の冷媒回路が蒸発器の出口側で合流した部
   分を第３の開閉弁を介して圧縮機の吸込側に接続し、さ
   らに第１の冷媒回路の第１の開閉弁と熱交換器との間を
   第３の開閉弁と圧縮機の吸込側との間に第４の開閉弁を
   介して接続したことを特徴とするヒートポンプ装置。
2. （２）第２の冷媒回路は、第２の減圧装置を備えている
   特許請求の範囲第１項記載のヒートポンプ装置。
3. （３）凝縮器は、除霜運転時にこの凝縮器を通る暖房用
   流体の量を減じる制御をするようにしてある特許請求の
   範囲第１項または第２項記載のヒートポンプ装置。