JPS63116073A

JPS63116073A - 蓄熱式ヒ−トポンプ

Info

Publication number: JPS63116073A
Application number: JP61258507A
Authority: JP
Inventors: 弘次鹿島; 遠藤　光緑; 広一山口; 三谷　明男
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-10-31
Filing date: 1986-10-31
Publication date: 1988-05-20
Also published as: GB2196727B; KR880005418A; IT8719219A0; US4727726A; IT1216864B; KR900003023B1; GB8701902D0; GB2196727A

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］（産業上の利用分野）本発明は、ヒートポンプに係わり、特に運転時に余剰熱
を蓄えると共に、蓄えた熱を必要時に冷媒通路へ放出す
る蓄熱材を備えた蓄熱式ヒートポンプに関する。

（従来の技術）周知のようにヒートポンプは、圧縮機、凝縮器、膨脹弁
及び蒸発器等を組合わせてなるもので、冷媒の流路切換
だけで冷房用としても使用できることから、家庭等の暖
房用として広く使用されている。

ところで、このようなヒートポンプを暖房用として使用
した場合、通常は、運転開始時点から温風が吹出すまで
相当の時間を必要とする。これは、運転開始時点では圧
縮機等の冷凍サイクル部品が冷えていることに起因する
。居住者にとっては、運転開始時点からＡ　ＩＩＩが吹
出すことが望ましく、このような要望を満たすために、
通常は圧縮機のケースに電気ヒータを装着し、運転開始
と同時に電気ヒータを付勢することによって温風が吹出
すまでの時間を短縮する方式が採用されている。しかし
、上記のように電気ヒータを装着する方式は、電気ヒー
タでの電力消費が伴うため、省エネルギー化の点におい
て好ましい方式とは言えない。

そこで、このような不具合を解消するために、最近では
暖房運転時の余剰熱を蓄熱材に蓄えておき、翌日の運転
開始時にその熱を放出させることによって温風吹出しま
での時間の短縮化をはかろうとする提案がなされている
。

しかしながら、上記のように蓄熱材を設ける方式にあっ
ても次のような問題がある。即ち、この方式を実現する
には蓄熱材に長時間に厘って熱を安定に蓄えさせること
が前提条件となる。この条件を満たすには、蓄熱材を収
容した蓄熱槽からの放熱損失を抑えるために、蓄熱槽を
十分な断熱構造にしなければならないことになる。この
ため、断熱構造に伴う全体の高価格化及び断熱構造にし
たことによって起こる大形化の面から実用化するのが困
難であった。

（発明が解決しようとする問題点）このように従来の蓄熱式ヒートポンプでは、蓄熱槽の断
熱構造に伴う全体構成の大形化及び高価格化を避けるこ
とは困難であった。

本発明は上記事情を考慮し・てなされたもので、その目
的とするところは、蓄熱材を収容した蓄熱槽からの放熱
損失を小さくすることができ、蓄熱方式の特長を損うこ
となく、且つ全体の小型化及び低価格化をはかり得る蓄
熱式ヒートポンプを提供することにある。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）本発明の骨子は、蓄熱材として融点以下において安定し
た過冷却状態を保持する潜熱蓄熱材を用いることにより
、蓄熱槽に要求される断熱構造の条件を緩めることにあ
る。

即ち本発明は、圧縮機、凝縮器、膨脹弁及び蒸発器等の
密閉型通路で構成されたヒートポンプ本体と、蓄熱槽内
に収容され上記ヒートポンプ本体の運転時に余剰熱を蓄
えると共に、蓄えた熱を必要時に冷媒通路へ放出する蓄
熱材を備えてなる蓄熱式ヒートポンプにおいて、前記蓄
熱材として相転移温度以下に冷却されても所定温度まで
その状態を保持する潜熱蓄熱材を用い、且つ上記蓄熱材
の相転移を逆転させるために前記冷媒通路の低圧側冷媒
で蓄熱材を上記所定温度以下に冷却する手段を設けるよ
うにしたものである。

（作用）潜熱蓄熱材としては種々あるが、その中に、相変化温度
（融点）Ｔｍ以上に加熱して液化させた後、Ｔｍ以下に
冷却すると、Ｔｍでは凝固せずにＴｍより低温の液体と
なる過冷却状態になり、この過冷却状態を安定に保持す
るものがある。このような潜熱蓄熱材として酢酸ナトリ
ウム系の水和物を挙げることができる。このように過冷
却状態にある潜熱蓄熱材に刺激を与えると、急速に全部
が凝固し、このときに潜熱を放出する。

本発明に係わるヒートポンプは、上述した現象を利用し
たものである。即ち、−例として、前日の運転時に、余
剰熱で潜熱蓄熱材を相変化湿度Ｔｍ以上に加熱する。そ
して、運転を停止してから翌日運転を開始するまでの間
に、夜間時の外気温低下に伴わせて潜熱蓄熱材を過冷却
状態まで冷却する。翌日の運転開始時に、潜熱蓄熱材に
刺激を与えて、その保有している熱を放出させ、この熱
で例えば圧縮機内の冷媒を急速に温度上昇させるように
しているのである。従って、運転開始時点から温風が吹
出すまでの時間の短縮化をはかることができる。

そして、この場合には潜熱蓄熱材を収容した蓄熱槽を外
気に対して断熱する必要がない。また、潜熱蓄熱材の過
冷却解除手段として、冷凍サイクルの低圧側冷媒による
熱的な刺激を用いているので、従来の電気的或いは物理
的な刺激手段に比べ、簡単な構成で済み、全体の小型化
及び低価格化を実現することができる。

（実施例）以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は本発明の一実施例に係わる蓄熱式ヒートポンプ
の概略構成を示す冷凍サイクル図である。

図中１１は圧縮機、１２は四方弁、１３は室内熱交換器
、１４は膨張弁、１５は室外熱交換器であり、これらを
閉ループ状に接続してヒートポンプ本体が構成されてい
る。なお、室内熱交換器１３及び！外熱交換器１５は、
凝縮器及び蒸発器として作用するものであり、暖房時と
冷房時とでその機能が逆となる。

２ｏは蓄熱槽であり、この蓄熱槽２ｏ内には融点以下に
おいて安定した過冷却状態を保持する潜熱蓄熱材２１が
収容されている。潜熱蓄熱材２１としては、例えば酢酸
ナトリウム三水和物にキサンタンガムを１〜２［％］混
ぜたものを用いた。

この潜熱蓄熱材２１の相変化温度は５９　［”Ｃ］であ
り、−１０［”Ｃ］まで安定な過冷却が保たれる。

そして、蓄熱材２１は−２０［”Ｃ］以下に冷却するこ
とにより、その過冷却が解除されるものとなっている。

また、蓄熱槽２０内には、蓄熱熱交換器２２．２３がそ
れぞれ設けられている。さらに、蓄熱槽２０内には、蓄
熱材２１の温度を検出する温度センサ（図示せず）等が
配置されるものとなっている。

圧縮１１１１の吐出側と四方弁１２との間には、第１の
電磁弁３１が接続されている。そして、蓄熱槽２０内の
熱交換器２２は、第２の電磁弁３２を介して電磁弁３１
に並列接続されている。圧縮ｔ１１１の吸込み側と四方
弁１２との間には、第３の電磁弁３３が接続されている
。蓄熱槽２ｏ内の熱交換器２３は、その一端が圧縮機１
１と電磁弁３３との接続点に接続され、他端は第４の電
磁弁３４を介して膨張弁１４と室外熱交換器１５との接
続点に接続されている。また、電磁弁３４には、第５の
電磁弁３５及びキャピラリ３６の直列接続部が並列接続
されている。

次に、上記構成されたヒートポンプの動作について説明
する。

まず、蓄熱暖房運転では、バルブ３２．３３を開、バル
ブ３１．３４．３５を閉にする。このとき、冷媒流路は
第２図（ａ）に示す如く、圧縮機１１→蓄熱熱交換器２
２→室内熱交換器１３→膨張弁１４→至外熱交換器１５
→圧縮機１１となり、圧縮機１１から出た冷媒は蓄熱槽
２０内の蓄熱材２１に蓄熱し、室内熱交換器１３で室内
を暖房した後、膨張弁１４を通って減圧され、室外熱交
換器１５により外気から吸熱して圧縮機１１に戻る。

蓄熱材２１の温度が所定の温度以上になり蓄熱が完了し
たら、バルブ３１を開、バルブ３２を閉にして、通常の
暖房運転を行う。通常暖房運転における冷媒流路は第２
図（ｂ）に示す如く、圧縮機１１→室内熱交換器１３→
膨張弁１４→室外熱交換器１５→圧縮機１１である。

除霜運転を行うには、上記の通常暖房運転状態からバル
ブ３３を閉、バルブ３５を開にし、冷媒流路を第２図（
Ｃ）に示す如く、圧縮機１１→室内熱交換器１３→膨張
弁１４→キャピラリ３６→蓄熱熱交換器２３→圧縮機１
１とする。このとき、キャピラリ３６で低温になった冷
媒は蓄熱熱交換器２３により蓄熱材２１を（−２０℃以
下に）冷却し、これにより蓄熱材２１の過冷却状態が解
除される。蓄熱材２１の温度を検知するセンサ等により
過冷却解除が判明したら、直ちに四方弁１２を反転し、
バルブ３４を開、バルブ３５を閉にする。このとき、冷
媒流路は第２図（ｄ）に示す如く、圧縮機１１→室外熱
交換器１５→蓄熱熱交換器２３→圧縮機１１となり、圧
縮機１１の吸込み側の冷媒が蓄熱材２１から吸熱して加
熱され、これにより室外熱交換器１５の除霜が行われる
。この方式であれば、従来の通常の逆サイクル除霜に比
べ、蓄熱材２１を熱源としているので、短時間で除霜を
終了できる。

また、暖房立上がり運転では、バルブ３１゜３５を開、
バルブ３２，３３．３４を閉にする。

このとき、冷媒流路は前記第２図（Ｃ）と同様になり、
過冷却解除運転となる。従って、除霜の時と同様に、キ
ャピラリ３６で低温になった冷媒で蓄熱材２１が冷却さ
れ、過冷却が解除される。過冷却が解除されたら、直ち
にバルブ３４を開、バルブ３５を閉にし、冷媒の循環量
を増加させる。

このとき、冷媒の流路は第２図（ｅ）に示す如く、圧縮
機１１→室内熱交換器１３→膨張弁１４→蓄熱熱交換器
２３→圧縮器１１となり、圧縮機１１の吸込み側の冷媒
が蓄熱材２１から吸熱して温度上昇するので、暖房立上
がりを大幅に短縮することができる。また、この方式に
用いる蓄熱材２１は、安定な過冷却を持つ潜熱蓄熱材で
あるため、運転停止時にも熱を損失することはない。従
って、効率の良い暖房運転を行うことが可能となる。

なお、除霜時は立上がり時に比べ熱負荷は小さく、また
蓄熱時間と除雪のタイミングを適当に選ぶことによりヒ
ートロスの少ないように除霜に入る直前の蓄熱材温度を
高く保持することができる。

従って、除霜時には蓄熱材２１の過冷却を解除すること
なく、蓄熱材２１の顕熱だけを利用するようにしてもよ
い。

かくして本実施例によれば、蓄熱材２１の蓄熱を利用す
ることにより、暖房立上がり及び除霜を効率良く行うこ
とができる。そしてこの場合、蓄熱材２１として融点以
下の温度で安定な過冷却状態を保持する潜熱蓄熱材を用
いているので、蓄熱槽２０からの放熱損失を著しく小さ
くすることができる。従って、蓄熱槽２０の断熱構造を
省略若しくは断熱の条件を緩くすることができ、全体構
成の小型化及び低価格化をはかり得る。さらに、蓄熱材
２１の過冷却を解除する手段として冷凍サイクルの低圧
側冷媒を利用しているので、電気的な刺激や物理的な刺
激を用いる手段に比べ、簡単な構成で済む等の利点もあ
る。

第３図は本発明の他の実施例に係わる蓄熱式ヒートポン
プの概略構成を示す冷凍サイクル図である。なお、第１
図と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は
省略する。

この実施例が先に説明した実施例と異なる点は、蓄熱材
の過冷却解除に蓄熱材を局所的に冷却するようにしたこ
とにある。即ち、前記キャピラリ３６は蓄熱熱交換器２
３の途中に接続されており、キャピラリ３６を通って冷
却された冷媒は蓄熱材２１の一部を局所的に冷却するも
のとなっている。

このような構成であれば、過冷却解除運転では、キャピ
ラリ３６で冷却された冷媒により蓄熱材２１の一部が局
所的に冷部されることになる。ここで、蓄熱材２１の一
部が過冷却解除されると、その部分から過冷却解除が全
体に広がる。このため、蓄熱材２１の全体を（−２０℃
以下に）冷却するよりも蓄熱材２１の一部を集中的に（
−２０℃以下に）冷却する方が過冷却解除を短時間で済
ませることができる。従って本実施例によれば、先の実
施例と同様の効果が得られるのは勿論のこと、除霜及び
立上がり暖房をより短時間に行うことが可能となる。

なお、本発明は上述した各実施例に限定されるものでは
なく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施
することができる。例えば、前記蓄熱材は酢酸ナトリウ
ム水和物に限定されるものではなく、融点以下の温度で
安定した過冷却状態を保持する潜熱蓄熱材であれば用い
ることができる。また、過冷却を解除する手段としては
、低圧側の冷媒を冷却して、蓄熱材を該蓄熱材が過冷却
解除する低温まで冷却するものであればよい。

［発明の効果］以上詳述したように本発明によれば、融点以下の温度で
安定な過冷却状態を保持する潜熱蓄熱材を用いているの
で、蓄熱槽からの放熱損失を著しく小さくすることがで
き、さらに冷凍サイクルの低圧側冷媒を利用して過冷却
解除を行うことができる。従って、蓄熱方式の特長を損
うことなく、全体構成の小型化及び低価格化をはかり得
る蓄熱式ヒートポンプを実現することが可能となり、そ
の有用性は絶大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わる蓄熱式ヒートポンプ
の概略構成を示す冷凍サイクル図、第２図は上記実流例
の動作を説明するためのもので各運転モードを示す模式
図、第３図は他の実施例の概略構成を示す冷凍サイクル
図である。１１・・・圧縮機、１２・・・四方弁、１３・・・室内
熱交換器、１４・・・膨張弁、１５・・・室外熱交換器
、２０・・・蓄熱槽、２１・・・蓄熱材、２２．２３・
・・蓄熱熱交換器、３１．〜．３５・・・１ｌｖＡ弁、
３６・・・キャピラリ。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第１図第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）圧縮機、凝縮器、膨脹弁及び蒸発器等の密閉型冷
媒通路で構成されたヒートポンプ本体と、このヒートポ
ンプ本体の運転時に発生する熱で加熱されることにより
固相から液相に相転移し、転移温度以下に過冷却されて
も所定温度までその状態を保持する蓄熱材を収容した蓄
熱槽と、上記蓄熱材の相転移を逆転させるために前記冷
媒通路の低圧側冷媒で前記蓄熱材を上記所定温度以下に
冷却する手段とを具備してなることを特徴とする蓄熱式
ヒートポンプ。
（２）前記蓄熱材を冷却する手段は、該蓄熱材を局所的
に冷却するものであることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の蓄熱式ヒートポンプ。
（３）前記蓄熱材を冷却する手段は、ヒートポンプ本体
の運転開始時或いは除霜運転時に作動されるものである
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の蓄熱式ヒ
ートポンプ。
（４）前記蓄熱材として、酢酸ナトリウム水和物を用い
たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の蓄熱式
ヒートポンプ。