JPS63161372A - ヒ−トポンプ式空気調和機 - 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】 産業上の利用分野 本発明は吸看熱を熱源の一部に利用したヒートポンプ式
空気調和機に関するものである。

従来の技術 近年、ヒートポンプ式空気調和機はその安全性、快適性
、省エネ性等により広く普及するようになったが、反面
空気熱源であるがゆえに暖房運転開始時の立ち上が９の
遅いことや、低外気温下では除霜運転を必要とすること
などの弱点の克服が大きな課題となってきた。

第６図は従来のヒートポンプ式空気調和機の冷凍サイク
ル図を示したもので、圧縮機１、四方弁２、室内熱交換
器３、減圧装置４、室外熱交換器５を環状に配管で接続
して冷媒回路を構成し、暖房運転時には圧縮機１から吐
出された高温高圧の冷媒は四方弁２、室内熱交換器３、
減圧装置４、室外熱交換器５、四方弁２を経て圧縮機１
に戻り、外気からの熱をくみあげて暖房を行うものであ
る。

一方、近年、吸着・脱着反応熱を利用したいわゆるケミ
カルヒートポンプの研究が進んでおり、第６図に示した
冷凍サイクルと組み合わせて性能向上を図る試みがなさ
れてきている。

第７図は特開昭８０−１８２８０号公報に示されている
従来の冷凍サイクル図である。冷蔵庫１０において、圧
縮機１１、凝縮器１２、減圧機構１３、蒸発器１４から
成る主回路の圧縮機１１の周囲に、吸着剤１５を充てん
した反応容器１６を配設し、副回路凝縮器１７、吸着媒
体（吸着剤に吸着される物質）１８を貯めるタンク１９
、副回路蒸発器２０を環状に接続した構成とし、吸着剤
１５に吸着媒体１Ｂを吸着させた時の副回路蒸発器２０
における吸着媒体１８の蒸発熱（吸熱）によって冷却し
、主回路の蒸発器１４による冷却の補助をするものであ
る。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記構成では以下のような問題点があった
。

第６図に示した従来例では、暖房運転時に低外気温にな
ると室外熱交換器５に着霜を生じるので、例えば四方弁
２を切換えて暖房を停止して除霜を行わねばならず、そ
の間室温が低下して快適性を損なっていた。又最近、バ
イパス回路等を付加して四方弁２を切換えずに暖房を続
けながら除霜をを行うものも提案され、商品化されてい
るが、この場合にも除霜時の熱源は圧縮機１の電気入力
が大手であり、基本的に熱源不足のため暖房能力も小さ
く、まだまだ満足すべきものではなかった。

さらに暖房運転開始時には圧縮機１が冷えきっており、
圧縮機１や接続配管等の熱容量が大きいこと、また冷媒
がこのような低温部分に凝縮してたまり込み、循環しに
くくなることなどにより、温風を吹出すまで、あるいは
部屋が暖まるまでに時間がかかりすぎて利用者に不便を
きたしていた。

これらの問題の解決に向は冷凍サイクル上の工夫がなさ
れてきているがまだまだ十分ではない。

更にケミカルヒートポンプとの組み合せが考えられるが
、第７図に示した従来例ではこれを冷房の補助に使用し
たものであり、上述した除霜性能や暖房立ち上がり性能
の改善向上を目的としたものに適用はできない。

本発明は上記問題点に鑑み、除霜運転時や暖房運転開始
時に吸着反応による熱を熱源の一部として利用すること
で、熱源が大巾に不足する時にも安定した暖房の行える
ヒートポンプ式空気調和機を提供するものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明のヒートポンプ式空
気調和機は、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、減圧装置
、室外熱交換器を順次環状に配管接続して冷媒を循環さ
せる冷媒主回路を構成し、前記冷媒主回路の高圧側と低
圧側とを結ぶバイパスを設け、前記冷媒と反応して可逆
的な吸熱・発熱を示す吸着剤を充てんした反応容器を前
記バイパスの途中に設けるとともに、前記反応容器を前
記冷媒主回路の高圧側と熱交換可能に配設したものであ
る。

作　　用 本発明は上記構成により、吸着媒体を冷媒主回路を循環
する冷媒自身とし、例えば除霜運転時や暖房運転開始時
に冷媒を反応容器に導いて吸着剤と反応させ、発生した
熱を熱源として利用するとともに、吸着剤から吸着媒体
としての冷媒を脱着させる再生時においては、反応容器
を冷媒主回路の高圧側で加熱し、さらに反応容器と低圧
側とを配管で接続したので、除霜時間や暖房立ち上がり
時間を大巾に短縮でき、また必要に応じて暖房能力を向
上することもでき、−万再生はヒータを使用せずに冷媒
回路の高温側と低温側の温度差をたくみに利用したもの
で合理的な再生を狙ったものである。

実施例 以下本発明のヒートポンプ式空気調和機について図面を
参照しながら説明する。

第１図は本発明の第１の実施例を表わすヒートポンプ式
空気調和機の冷凍サイクル図で、３１は圧縮機、３２は
四方弁、３３は室内熱交換器、３４は減圧装置、３５は
室外熱交換器、３６は冷媒主回路、３７．３８．４４．
４５は開閉弁、３９は逆止弁、４０は熱交換器、４１は
吸着剤としてシリカゲル、４２は反応容器、４３はパイ
パスである。圧縮機３１、四方弁３２、室内熱交換器３
３、減圧装置３４、室外熱交換器３５を順次環状に配管
接続して冷媒主回路３６を構成し、四方弁３２と室内熱
交換器３３とを結ぶ暖房運転時に高圧側となる配管の途
中に開閉弁３７を設け、この開閉弁３７と並列になるよ
うに開閉弁３８と熱交換器４０と逆止弁３９とを直列に
設け、内部にこの熱交換器４０を配設してシリカゲル４
１を充填した反応容器４２を、一端を四方弁３２と室内
熱交換器３３とを結ぶ暖房運転時に高圧となる配管の一
部とし、他端を減圧装置３４と室外熱交換器３５とを結
ぶ暖房運転時に低圧となる配管の一部とするバイパス４
３の途中に設け、このバイパス４３には反応容器４２の
前後に開閉弁４４゜４５を備え、冷媒としてＲ２２を封
入したものである。

第２図は第１図の開閉弁３７．３Ｂ、４４゜４５の動作
を表わすタイムチャートを示した図である。

暖房運転時に開閉弁３７は開き、開閉弁３Ｂ。

４４．４５はいづれも閉じてあり、圧縮機３１から吐出
された高温高圧の冷媒は四方弁３２、開閉弁３７、室内
熱交換器３３、減圧装置３４、室外熱交換器３５、四方
弁３２を経て圧縮機３１に戻り暖房サイクルを完結する
。図示しない除霜制御装置によシ室外熱交換器３５への
着τを検出すると除霜を開始する。

除霜運転時には四方弁３２はそのままの状態を保持し、
開閉弁３７．３８は閉じ、開閉弁４４゜４５は共に開く
。これによシ圧縮機３１から吐出された冷媒は四方弁３
２、開閉弁４４を経てバイパス４３に流れ、さらに反応
容器４２内で内部に充填しであるシリカゲル４１に吸着
され発熱する。

シリカゲル４１に吸着される冷媒の量には限度があり、
吸着反応にあずからない冷媒はここで発生した熱により
自身の温度、エンタルピが高くなシ、開閉弁４５を経て
再びバイパス４３を流れて室外熱交換器３５に流入し、
ここで放熱して除霜を行った後、四方弁３２を経て圧縮
機３１に戻って除霜サイクルを完結する。このように吸
着による熱を除霜熱源の一部に利用することにより除霜
時間を大巾に短縮することができる。

図示しない除霜制御装置により除霜終了を検出すると、
四方弁３２はもちろんそのままで、開閉弁４４を閉じ、
開閉弁３８を開き暖房運転に復帰する。同時に冷媒を吸
着したシリカゲル４１から冷媒を脱着させる再生を開始
する。すなわち、圧縮機３１から吐出された高温の冷媒
は四方弁３２、開閉弁３８、熱交換器４０、逆止弁３９
、室内熱交換器３３、減圧装置３４、室外熱交換器３５
、四方弁３２を経て圧縮機３１に戻り、この時熱交換器
４０には約７０〜８０°Ｃの高温の冷媒が流れ、この熱
交換器４０によってシリカゲル４１が加熱される。一方
、反応容器４２は開いた開閉弁４５によって室外熱交換
器３５の入口側に連通しており、しかもここは約−５°
Ｃ以下の低温となっている。この温度差によってシリカ
ゲル４１から冷媒を脱イテさせ、再生を行うことができ
、脱着した冷媒は常に室外熱交換器３５の暖房運転時に
おける人口側に供給される。もちろんこの時に高温の熱
は再生のために熱交換器４ｏに一部取られるものの室内
熱交換器３３で暖房を行える。

そして冷媒回路の圧力や温度、あるいは時間などでシリ
カゲル４１の再生が終わったと見なせれば、開閉弁３７
を開き、開閉弁３８．４５をさらに閉じ、元の暖房運転
状態に完全に復帰する。

なお冷房運転は開閉弁３７を開き、開閉弁３Ｂ。

４４．４５はいづれも閉じた状態で四方弁３２を切換え
るだけで従来通シの冷房が行えるので、説明は省略する
。

以上のように本実施例によれば、吸着剤としてシリカゲ
ル４１を充てんした反応容器４２を、四方弁３２から室
内熱交換器３３に至る高圧側の配管の一部と、減圧装置
３４から室外熱交換器３５に至る低圧側の配管の一部と
を結ぶバイパス４３の途中に設け、除霜運転時に冷媒を
このバイパス４３に導いてシリカゲル４１と吸着反応さ
せることにより、除霜時間を大巾に短縮できるとともに
、この反応容器４２をこの高圧側配管と熱交換関係に配
設したので、冷媒回路の温度差をうまく利用してシリカ
ゲル４１を再生でき、しかも繰シ返し何回も吸着反応熱
を利用できる。

第３図は本発明の第２の実施例を表わすヒートポンプ式
空気調和機の冷凍サイクル図を示したもので、図中の番
号は第１図に示したものと同一である（以下第５図まで
同じである。）。第１図と異なる点は高圧側と低圧側と
を結ぶバイパス４３を減圧装置３４と並列に設けた点と
、バイパス４３に開閉弁４５の代わシに逆止弁４６を備
えた点で、それ以外は第１図と同じである。除霜運転時
に四方弁３２はそのままで、開閉弁４４を開くと、圧縮
機から吐出された冷媒は四方弁３２、開閉弁３７、室内
熱交換器３３、開閉弁４４、バイパス４３を経て反応容
器４２に入り、ここでシリカゲル４１に吸着して発熱し
、温度、エンタルピともに高くなった冷媒は逆止弁４６
を経て室外熱交換器３５、四方弁３２ｔ−経て圧縮機３
１に戻る。なおシリカゲル４１の再生は第１の実施例と
同じであり、説明を省略する。本実施例では除霜運転時
にキャピラリ３４をバイパスして流れるので冷媒の循環
がよく、逆止弁４６を用いているので開閉弁が１個節約
できる利点もあり、また吸着熱を除霜熱源の一部として
暖房を継続しながら除霜を行うことができ、しかもこの
時の暖房能力を大きくすることができる。

第４図は本発明の第３の実施例を表わすヒートポンプ式
空気調和機の冷凍サイクル図を示したもので、第１図と
異なる点はバイパス４３の位置であり、ここでは室内熱
交換器３３から減圧装置３４に至る配管の一部と、室外
熱交換器３５から四方弁３２に至る配管の一部とを結ん
だものであシ、さらに開閉弁４５の代わシに逆止弁４６
とした点である。運転終了時にシリカゲル４１を再生し
ておき、暖房運転開始時に開閉弁３７．４４は共に開き
、開閉弁３８は閉じる。これにより圧縮機３１から吐出
された冷媒は四方弁３２、開閉弁３７、室内熱交換器３
３、開閉弁４４、バイパス４３を経て反応容器４２に入
υ、ここで吸着熱を発生し、その熱を熱源とし、逆止弁
４６、四方弁３２を経て圧縮機３１に戻る。したがって
圧縮機３１が冷え、冷媒が途中で凝縮して循環が悪い時
などにこの吸着熱を利用することにより暖房立ち上が９
性能を大巾に改善することができる。シリカゲル４１の
再生については第１の実施例で説明したことと同じであ
り省略する。

第５図は本発明の第４の実施例を表わすヒートポンプ式
空気調和機の冷凍サイクル図を示したもので、第１図と
異なる点は反応容器４２を、室内熱交換器３３から減圧
装置３４に至る高圧配管の一部と熱交換関係に配設し、
さらにこの高圧配管の一部と、減圧装置３４から室外熱
交換器３５に至る配管の一部とを結ぶバイパス４３の途
中に設けた点と、開閉弁４５の代わりに逆止弁４６とし
た点である。除霜運転時は今までの第１、第２の実施例
と同じく開閉弁４４を開くことで、吸着熱を利用でき、
又減圧装置３４をバイパスすることになるので冷媒の循
環もよくなり、暖房を継続しながら行う除霜性能も大巾
に改善できるとともに、シリカゲル４１の再生は開閉弁
４４を閉じるだけで冷媒回路内の温度差をうまく利用し
て行え、回路構成が簡素化される。

なお上記第１の実施例では除霜運転時に四方弁３２を暖
房サイクルのままとして説明したが、これを切換えて行
ってもよいし、又開閉弁４５の代わシに逆止弁を用いて
もよい。

また上記第３の実施例でバイパス４３の低圧側への一端
を、四方弁３２から圧縮機３１の吸入側に至る配管の一
部としても、また図示しないが圧縮機３１のアキュムレ
ータとしてもかまわない。

さらに上記第１〜第３の実施例では熱交換器４０を、開
閉弁３７．３８を介して切換可能に接続したが、開閉弁
３７．３８及び逆止弁３９をすべてやめ、熱交換器４０
には常に冷媒が流れるようにしてもかまわない。

さらにまた例えば上記第１の実施例において暖房運転開
始時に開閉弁３７．４５を閉じ、開閉弁３８．４４を共
に開くことにより、反応容器４２で発生した吸着熱を、
圧縮機３１から吐出され、四方弁３２、開閉弁３８、熱
交換器４０、逆上弁３９と流れる冷媒によって回収し、
暖房立ち上がり性能を改善向上することもできる。

以上の実施例においては吸着剤としてシリカゲルを用い
て説明したが、その他、ゼオライトや活性炭等でもよい
し、また吸着媒体としての冷媒ばＲ２２以外にＲ１１や
Ｒ１２などのフレオンでもかまわないのであって、主に
再生過程の再生率が最良になる条件によって組合せを選
択すれば良い。

発明の詳細 な説明してきたように本発明のヒートポンプ式空気調和
機は、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、減圧装置、室外
熱交換器を順次環状に配管接続して冷媒を循環させる冷
媒主回路を構成し、前記冷媒主回路の高圧側と低圧側と
を結ぶバイパスを設け、前記冷媒と反応して可逆的な吸
熱・発熱を示す吸着剤を充填した反応容器を前記バイパ
スの途中に設けるとともに、前記反応容器を前記冷媒主
回路の高圧側と熱交換可能に配設したので、吸着媒体を
冷媒主回路を循環する冷媒自身とし、例えば除霜運転時
や暖房運転開始時に冷媒を反応容器に導いて吸着剤と反
応させ、発生した熱を熱源として利用するとともに、吸
着剤から吸着媒体としての冷媒を脱着させる再生時にお
いては、反応容器を冷媒主回路の高圧側で加熱し、さら
に反応容器と低圧側とを配管で接続したので、除霜時間
や暖房立ち上がり時間を大巾に短縮でき、また必要に応
じて暖房能力を向上することもでき、一方再生はヒータ
を使用せずに冷媒回路の高温側と低温側の温度差をたく
みに利用したもので合理的な再生を狙った実用的効果の
優れたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を表わすヒートポンプ式
空気調和機の冷凍サイクル図、第２図は第１図の開閉弁
の動作を表わすタイムチャート、第３図は第２の実施例
を表わすヒートポンプ式空気調和機の冷凍サイクル図、
第４図は第３の実施例を表わすヒートポンプ式空気調和
機の冷凍サイクル図、第５図は第４の実施例を表わすヒ
ートポンプ式空気調和機の冷凍サイクル図、第６図は従
来のヒートポンプ式空気調和機の冷凍サイクル図、第７
図は従来の別の冷凍サイクル図である。 ３１１．・・・、圧縮機、３２・・曲回方弁、３３・・
間室内熱交換器、３４・・・・・・減圧装置、３５・・
間室外熱交換器、３６・・・・・・冷媒主回路、４１・
・・・・・シリカゲル（吸着剤）、４２・・・・・・反
応容器、４３・・・・・・バイパス。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　はが１名３１
一方間 ４３−２Σに丁２Ｎ〕く 第１図 第２図 第３図 、Ｍ 第４図 ３工 第５図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧縮機、四方弁、室内熱交換器、減圧装置、室外
   熱交換器を順次環状に配管接続して冷媒を循環させる冷
   媒主回路を構成し、前記冷媒主回路の高圧側と低圧側と
   を結ぶバイパスを設け、前記冷媒と反応して可逆的な吸
   熱・発熱を示す吸着剤を充填した反応容器を前記バイパ
   スの途中に設けるとともに、前記反応容器を前記冷媒主
   回路の高圧側と熱交換可能に配設したヒートポンプ式空
   気調和機。
2. （２）除霜運転時にバイパスに冷媒を流すようにした特
   許請求の範囲第１項記載のヒートポンプ式空気調和機。
3. （３）暖房運転開始時にバイパスに冷媒を流すようにし
   た特許請求の範囲第１項記載のヒートポンプ式空気調和
   機。