JPS62186176A - 空気調和装置 - 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】 ［発明の目的ｊ （産業上の利用分野） 本発明はヒートポンプを使用した空気調和装置に係り、
特にケミカル蓄熱剤と反応媒体との反応による熱を利用
して暖房運転開始時の立上り特性を改善し、さらにはそ
れに加えて除霜時間を短縮することもできる空気調和装
置に関する。

（従来の技術） ヒートポンプを使用した空気調和装置においては、暖房
運転開始時における立上り時間、すなわち室内温度が所
定の温度に達するまでの所要時間を短縮することが一つ
の課題となっている。暖房運転開始時の立上り時間は空
気調和装置の設置条件、室内の環境等により影響され、
複雑な要因によって左右されるが、基本的にはヒートポ
ンプの冷凍サイクルの構成要素が定常状態に達するまで
の時間と考えられる。

この立上り時間の短縮を図るため、従来より■電気ヒー
タによる補助加熱を行なう、■インバータを用いてコン
プレッサの回転数を増大させる、 等の方法が実施されている。■の方法はＣＯＰが下がり
、また十分な加熱能力が得られないため、■の方法が多
く用いられるようになっているが、この方法で立上り時
間を十分に短縮しようとするとコンプレッサの回転数を
非常に高くしなければならず、コンプレッサの信頼性、
耐久性の点で問題がある。

そこで、ヒートポンプの冷凍サイクルの一部にパラフィ
ンのような潜熱蓄熱材をを使用した蓄熱槽を設けた空気
調和装置が提案されている。すなわち、例えば第３図に
示すように蓄熱用熱交換器３７と放熱用熱交換器３８を
備えた潜熱蓄熱槽３６を冷凍サイクル内に設け、暖房定
常運転時は四方弁３２を切換えるとともに、バルブ４０
゜４１を「閏」、バルブ３９．４２を「開」として、コ
ンプレッサ３１〜蓄熱用熱交換器３７〜四方弁３２〜空
内熱交換器３３〜膨張弁３４〜室外熱交換器３５〜四方
弁３２〜コンプレツサ３１の冷凍サイクルを形成し、そ
の間に蓄熱槽３６で蓄熱を行なう。そして、次の暖房運
転開始時にバルブ４０．４１を「開」、バルブ３９．４
２を「閉」として、蓄熱槽３６の熱を放熱用熱交換器３
８を介してヒートポンプの低圧側流路に供給することに
より、立上り時間を短縮する。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、第３図に示したような潜熱蓄熱材を用い
て暖房開始時の立上り時間を短縮した空気調和装置では
、運転停止時の蓄熱槽３６からのヒートリークが大きい
という問題がある。ヒートリークを小さくするため蓄熱
槽３６の断熱を良好にしようとすると、蓄熱槽３６の大
型化を招く。

また、ヒートリークを補うために蓄熱槽３６を電気ヒー
タで常時加熱・保温することは、省エネルギーの観点か
ら好ましくない。

本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みてなされた
もので、一旦蓄熱した熱を暖房運転開始時に効率よく利
用でき、装置の小型化と省エネルギーを図りつつ暖房運
転開始時の立上り時間を効果的に短縮できる空気調和装
置を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するため、蓄熱手段としてケミ
カル蓄熱剤を使用し、運転停止時または定常暖房運転時
にケミカル蓄熱剤を加熱し再生することにより、ケミカ
ル蓄熱剤から反応媒体を分離し反応媒体貯留槽に移動さ
せて凝縮させておき、暖房運転開始時または暖房運転開
始時と除霜運転時に反応媒体を蒸発させてケミカル蓄熱
剤と反応媒体とを反応させ、その反応により生じた熱を
放熱用熱交換器を介してヒートポンプの低圧側流路に供
給することによって暖房運転開始時の立上り時間を短縮
するとともに、さらには除霜時間をも短縮させるように
し、さらに反応媒体貯留槽内の反応媒体を凝縮および蒸
発させる手段として、ヒートポンプにおける室外熱交換
器の伝熱フィンと一体に設けられた伝熱フィンを用いた
ことを特徴とするものである。

（作用） 本発明においては、ヒートロスが非常に少なく、必要な
とき直ちに熱供給ができるというケミカル蓄熱剤の特質
により、長時間運転が停止していた場合であっても、一
度蓄熱剤に蓄熱された熱がヒートリークにより失われる
ことなく暖房運転開始時または暖房運転開始時と除霜運
転時に効果的に利用され、短時間で室内温度を所定の温
度まで上昇させ、ざらには除霜を短時間で達成する。

また、反応媒体の凝縮および蒸発が室外熱交換器伝熱フ
ィンと一体の伝熱フィンにより行なわれるため、凝縮に
際して室外熱交換器のファンがオフの状態でコンプレッ
サがオンになると、凝縮熱はその伝熱フィンを介して冷
媒に回収され、凝縮熱が暖房運転時に暖房エネルギーの
一部として利用され、また除霜運転に際しても除霜のた
めのエネルギーる。また、凝縮に際して室外熱交換器の
ファンをオン状態にすると、凝縮熱は外気に放出される
。一方、反応媒体の蒸発に際しては室外熱交換器のファ
ンが反応媒体の加熱に利用されることになる。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。第１因
は本発明の一実施例に係る空気調和装置の冷凍サイクル
構成図である。

第１図において、コンプレッサ１．四方弁２゜室内熱交
換器３．膨張弁４および室外熱交換器５はヒートポンプ
の基本構成要素であり、これに本発明に基づくケミカル
蓄熱剤を利用したケミカル蓄熱装置が付加されている。

３ａ、５ａはそれぞれ室内熱交換器３１１５よび室外熱
交換器５のファンである。

このケミカル蓄熱装置は例えばシリカゲル、ゼオライト
等のケミカル蓄熱剤６を充填した蓄熱剤充填槽７と、こ
の蓄熱剤充填槽７内に設けられた加熱手段としての電気
ヒータ８と、蓄熱剤充填槽７にバルブ９を介して密閉配
管１０により接続され、ケミカル蓄熱剤６と反応する反
応媒体１１を貯留する、伝熱フィン１２を有した反応媒
体貯留槽１３と、蓄熱剤充填槽７内に設けられた放熱用
熱交換器１４とにより構成され、さらに放熱用熱交換器
１４とヒートポンプの冷凍サイクルとの接続を制御する
ためのバルブ１５．１６が設けられている。

ここで、反応媒体貯留槽１３に設けられた伝熱フィン１
２は第２図に示すように室外熱交換器５の伝熱フィン１
７と一体に構成され、この伝熱フィン１７を貫通してバ
イブ状の反応媒体貯留槽１３が設けられている。１８ａ
〜１８ｄは室外熱交換器５の伝熱フィン１７を貫通して
設けられた冷媒流路である。このように反応媒体貯留槽
１３の伝熱フィン１２を室外熱交換器５の伝熱フィン１
７と一体化することにより、反応媒体１１を外気で加熱
して蒸発させる場合、室外熱交換器５のファン５ａを伝
熱フィン１２への送風手段として兼用することができ、
部品点数の減少と小型化および価格の低減を図ることが
でき、また後述するように凝縮熱を冷媒に回収すること
でエネルギー効率を高めるという効果も期待できる。

次に、本装置の作用を冷凍サイクルの運転モード別に説
明する。

１ｋＬＬ」 暖房運転を停止後、電気ヒータ８に通電を行ない、蓄熱
剤充填槽７内のケミカル蓄熱剤６および反応媒体１１を
加熱してケミカル蓄熱剤６を再生する。このときケミカ
ル蓄熱剤６と分離される反応媒体１１は、バルブ９を「
開」にすると蒸気圧差によって密閉配管１０を通り反応
媒体貯留槽１３へと移動し、伝熱フィン１２を介して外
気により冷却されて凝縮され、貯留槽１３内に貯えられ
る。ケミカル蓄熱剤６の再生が完了したら、電気ヒータ
８の通電を停止するとともに、バルブ９を「閉」にして
蓄熱剤充填槽７と反応媒体貯留槽１３とを分離する。

ここで、熱エネルギーの形で蓄熱を行なう潜熱蓄熱材を
使用した従来の装置では、潜熱蓄熱材のヒートリークが
大きいため、長時間運転を停止した後では暖房開始−の
立上りを早くすることが難しく、また断熱構造を十分に
することによる蓄熱槽の大型化や、蓄熱材の保温のため
の電気ヒータによる消費電力の増大という問題があった
が、本発明ではケミカル蓄熱剤６のヒートロスが小さい
ため、数日間というような長時間にわたり運転を止めた
後でも立上り時間を短くすることができ、また蓄熱剤充
填槽７の断熱構造が簡単でよく、電気ヒータ８の通電も
ケミカル蓄熱剤６を再生する間だけでよいので、消費電
力は僅かで済む。

また、反応媒体１１を凝縮させる際、室外熱交換器５の
ファン５ａをオンにしておくと、反応媒体１１の凝縮熱
は伝熱ファン１２を介して外気に放出されるが、ファン
５ａをオフ状態にしたままコンプレッサ１をオン状態に
すると、凝縮熱は伝熱ファン１２から室外熱交換器５の
伝熱ファン１７を通して冷媒流路１８ａ〜１８ｄに伝達
されて冷媒に回収される。従って暖房運転時に、この凝
縮熱を室内熱交換器３のフ１ン３ａのオンにより室内に
放出することができ、エネルギー効率を向上させること
が可能となる。

吸１ｊＬ１１］口Ｌ コンプレッサ１のオンと同時に、室外熱交換器５のファ
ン５ａをオン状態にすることにより、反応媒体貯留Ｗ１
１３内の反応媒体１１を伝熱フィン１２を介して外気に
より加熱し蒸発させる。この状態でバルブ９を「開」に
すると、反応媒体貯留槽１３内の反応媒体１１が蒸気圧
差により蓄熱剤充填槽７へ移動し、該充填槽７内のケミ
カル蓄熱剤６と反応して発熱する。このときバルブ１５
は「開」、バルブ１６は「閉」となっており、冷媒はコ
ンプレッサ１の吐出側〜四方弁２〜室内熱交換器３〜膨
張弁４〜空外熱交換器５〜四方弁２〜バルブ１５〜放熱
用熱交換器１４〜コンプレッサ１の吸入側の経路で流れ
る。この過程でケミカル蓄熱剤６と反応媒体１１との反
応による熱が放熱用熱交換器１４からヒートポンプの低
圧側流路（コンプレッサ１の吸入側）に供給され、それ
により暖房開始の立上り時間が短縮されることになる。

邂Ｗ 通常の逆サイクル除霜、すなわち暖房運転時とは逆にコ
ンプレッサ１の吐出側〜四方弁２〜Ｖ外熱交換器５〜膨
張弁４〜室内熱交換器３〜四方弁２〜コンプレッサ１の
吸入側の経路で冷媒を流すことによって除霜を行なうが
、本実施例では除霜時間短縮のため、この除霜に際して
もケミカル蓄熱装置の熱を利用する。すなわち、暖房運
転開始時と同様にバルブ９を「開」にしてケミカル蓄熱
剤６と反応媒体１１とを反応させ、その反応による熱を
放熱用熱交換器１４からバルブ１５を介してヒートポン
プの低圧側流路へ供給する。

１１１１」 バルブ１６を「開」、バルブ１５を「閉」とし、ケミカ
ル蓄熱装置とヒートポンプとを分離した状態で通常の冷
房運転を行なう。すなわち、冷媒はコンプレッサ１の吐
出側〜四方弁２〜室外熱交換器５〜膨張弁４〜空内熱交
換器３〜四方弁２〜バルブ１６〜コンプレッサ１の吸入
側の経路で流れる。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく、例えば
蓄熱剤６の加熱手段としてはコンプレッサ１の吐出ガス
を熱源として利用したものでもよい。

具体的には、蓄熱剤充填槽７内に蓄熱用熱交換器を設け
、この蓄熱用熱交換器にバルブを用いて定常暖房運転時
にコンプレッサ１からの吐出ガスを通す構成とすればよ
い。その場合、ＣＯＰ”Ｆ２〜３のヒートポンプのサイ
クルでケミカル蓄熱剤の加熱・再生を行なうことになる
ので、ＣＯＰが高々１である電気ヒータをケミカル蓄熱
剤の加熱手段に用いる第１図の実施例と比較して、より
省エネルギー効果が期待できる。

［発明の効果］ 本発明によれば、蓄熱剤としてヒートロスが極めて小さ
く、また必要な時にすぐ熱供給ができるという特質を持
つケミカル蓄熱剤を使用することにより、運転停止時ま
たは定常暖房運転時に蓄熱した熱を暖房運転開始時また
は暖房運転開始時と除霜運転時に効率よく利用して、省
エネルギーを図りながら暖房運転開始時の立上り時間を
効果的に短縮することができ、また除霜時間を短縮する
ことも可能となる。

また、特に反応媒体の凝縮および蒸発手段として、室外
熱交換器の伝熱フィンと一体に構成された伝熱フィンを
設けることにより、構造の簡略化と小型化を図ることが
でき、さらに反応媒体の凝縮熱を冷媒に回収させること
でエネルギー効率を上げることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る空気調和装置の冷凍サ
イクル構成図、第２図は同実施例における要部の構成を
示す斜視図、第３図は従来の空気調和装置の冷凍サイク
ル構成図である。 １・・・コンプレッサ、２・・・四方弁、３・・・室内
熱交換器、４・・・膨張弁、５・・・室外熱交換器、６
・・・ケミカル蓄熱剤、７・・・蓄熱剤充填槽、８・・
・電気ヒータ、９・・・バルブ、１０・・・密閉配管、
１１・・・反応媒体、１２・・・反応媒体の凝縮および
蒸発のための伝熱フィン、１３・・・反応媒体貯留槽、
１４・・・放熱用熱交換器、１５．１６・・・バルブ、
１７・・・室外熱交換器の伝熱フィン、１８ａ〜１８ｄ
・・・冷媒流路。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 第２図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ヒートポンプを使用した空気調和装置において、
   ケミカル蓄熱剤を充填した蓄熱剤充填槽と、この蓄熱剤
   充填槽に設けられた加熱手段と、前記蓄熱剤充填槽内の
   熱を外部に取出すための放熱用熱交換器と、前記蓄熱剤
   充填槽にバルブを介して接続された反応媒体貯留槽と、
   この反応媒体貯留槽に前記ヒートポンプにおける室外熱
   交換器の伝熱フィンと一体に設けられ、該反応媒体貯留
   槽内の反応媒体を凝縮および蒸発させる伝熱フィンとを
   備え、運転停止時または定常暖房運転時に前記加熱手段
   によって前記蓄熱剤充填槽内の前記ケミカル蓄熱剤およ
   び前記反応媒体を加熱することにより前記反応媒体を分
   離し前記反応媒体貯留槽に移動させて凝縮せしめ、暖房
   運転開始時または暖房運転開始時と除霜運転時に前記反
   応媒体貯留槽内の反応媒体を蒸発させて前記ケミカル蓄
   熱剤と前記反応媒体とを反応させ、その反応により生じ
   た熱を前記放熱用熱交換器を通して前記ヒートポンプの
   低圧側流路に供給することを特徴とする空気調和装置。
2. （２）前記加熱手段は電気ヒータであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の空気調和装置。
3. （３）前記加熱手段は前記ヒートポンプにおけるコンプ
   レッサの吐出ガスの流路を前記蓄熱剤充填槽内に通すこ
   とにより、該吐出ガスを熱源として用いるものであるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の空気調和装
   置。
4. （４）前記運転停止時または定常暖房運転時に前記室外
   熱交換器のファンをオフ状態としたまま前記ヒートポン
   プにおけるコンプレッサをオン状態とすることにより、
   前記反応媒体の凝縮熱を冷媒に回収させることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の空気調和装置。