JPS6321450A - 冷凍サイクル - 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〕 （産業上の利用分野） 本発明は冷凍サイクルに係り、特に蓄熱器を偏えた冷凍
サイクルに関する。

（従来の技術） 冷凍サイクルに蓄熱器を設け、この蓄熱器に蓄えた熱を
一時的に利用して能力向上を図る試みは従来からなされ
ていた。従来のこの種の冷凍サイクルとして例えば第５
図に示される特公昭４９−２００２３号公報記載のもの
がある。この冷凍サイクルは、冷凍運転時に圧縮機で高
温高圧になった冷媒を蓄熱器２に導き蓄熱しておき、蒸
発器表面の着霜や結氷を融解する除雪運転時にこの蓄熱
を利用するように構成したものである。即ち、冷凍運転
時には、冷媒は実線矢印で示されるように順次圧縮殿１
、四方弁３、蓄熱器２、凝縮器４、減圧装置７、蒸発器
８を流れ圧縮機１に環流し、このサイクルの間に蓄熱器
２に高温冷媒からその熱を吸収し蓄熱しておく一方、除
霜運転時には四方弁３を切換えて流路切換を図り、冷媒
は破線矢印で示されるように順次圧ｍｎｉ、四方弁３、
蒸発器８、バイパス管Ｂ、蓄熱器２を流れ圧縮機１に環
流し、このとき蒸発器８を除霜して熱交換され液化した
冷媒は蓄熱器２で熱交Ｉ！！！！されて気化して圧縮機
１に戻るようになっている。なお、符号２３，２４．２
５は逆止弁である。このように冷凍運転時に高温冷媒よ
り吸熱して蓄熱する一方、除霜運転時に蒸発器８を通過
して除霜後の冷媒に上記蓄熱を放出して加熱するように
したものである。

（発明が解決しようとげる問題点） しかしながら、上述の冷凍サイクルにあっては、蓄熱器
２における蓄熱は除霜改善には利用されていたが、最も
蓄熱器２の蓄熱を利用したい冷凍サイクルの利用側熱交
換器（凝縮器）の立上り時には全く利用されていないと
いう問題点がある。

また、蓄熱時には圧縮機１から蓄熱器２に至るまでの管
路Ａは高圧となり、冷媒はバイパス管已に流入する。即
ち、蓄熱時に逆止弁２３から管路Ａの分岐点に至るまで
のバイパス管Ｂが液溜りになるという問題点がある。

本発明は上記事情に鑑み創案されたもので、その目的と
する処は、冷凍サイクルの利用側熱交換器（凝縮器）の
立上り時に蓄熱器における蓄熱を有効に利用することが
できるとともに各管路の液溜りを解消することができる
冷凍サイクル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） 上記問題点を解決するため本発明は、圧縮画、凝縮器、
減圧装置、蒸発器を順次管路で接続してなる冷凍サイク
ルにおいて、上記圧縮機の吐出側と凝縮器との間に蓄熱
器を介装するとともに、バイパス管の一端を上記凝縮器
と減圧装置との間に接続し他端を上記蓄熱器を介して上
記減圧装置と蒸発器との間に接続するように設けたこと
を特徴とするものである。

（作　用） 本発明は前記手段により、蓄熱器に蓄熱された熱を利用
する冷凍サイクルの利用側熱交換器（凝縮器）の立上り
運転時には、圧縮機で加圧された冷媒は蓄熱器を介して
凝縮器を通り、ここで熱交換が行われ、この凝縮器を出
てバイパス管に流入した冷媒は蓄熱器で熱交換されて加
熱された後、蒸発器を介して圧縮機に環流し、圧縮機吸
込側の温度を高めることにより、凝縮器で大きな能力を
発揮することができる。

（実施例） 以下、本発明に係る冷凍サイクルの実施例を第１図及び
第２図を参照して説明する。

第１図は空気調和曙の冷凍サイクル図を示し、同図にお
いて符号１は圧縮機、２は蓄熱器、４は利用側の熱交換
器（凝縮器）例えば室内熱交換器、５は減圧装置、６は
熱源側の熱交換器（蒸発器）例えば室外熱交換器である
。

上記蓄熱器２は、蓄熱槽２Ａの内部に蓄熱材７を充填し
たものからなり、本実施例では、例えば蓄熱槽２Ａ内に
パラフィン１１５°　（融点４５℃）が充填されており
、この蓄熱器２は圧縮機１で圧縮されて高温高圧となっ
た冷媒の熱を受容して蓄熱しておくものであり、冷凍サ
イクル上高い温度で蓄熱できるものである。

そして、蓄熱器２の詳細図が第２図に示されるように、
蓄熱槽２Ａの下部に圧縮機１の吐出ガスにより蓄熱材７
を加熱する加熱熱交換器８が設けられ、その上部に液冷
媒により蓄熱材７から加熱する吸熱熱交換器９が設けら
れており、加熱熱交換器８は圧縮機１と室内熱換器４の
間に介装されている。一方、吸熱熱交換器９はバイパス
管Ｂの途中に設けられており、このバイパス管Ｂの一端
は室内熱交ＩＩ！器４と減圧装置５との間に接続され、
他端は減圧装置５と室外熱交換器６との間に接続されて
いる。そして、上記バイパス管Ｂには開閉弁１０及び減
圧装置１１が接続されている。

上記室内外熱交換器４．６はそれぞれ室内ファン（凝縮
器用ファン）１３及び室外ファン（蒸発器用ファン）１
４を備えており、又圧縮機１はインバータ１ａを備えて
いる。圧縮Ｒ１への電源周波数及び減圧装置５の開度は
制御装置２ｏにより制御されている。又、蓄熱器２はそ
の内部温度を検出する蓄熱温度センサ（例えば、サーミ
スタ等）１５を備えており、この蓄熱温度センサ１５に
より蓄熱時等の温度制御を行うようになっている。

次に、前述のように構成された本発明に係る冷凍サイク
ルの動作について説明する。

先ず、各モードにおける室内ファン１３、室外ファン１
４、開閉弁１０及び減圧装置５の各状態を表わした次表
にもとづき各動作を説明する。なお、減圧装置５、開閉
弁１０、室内ファン１３及び室外ファン１４は制ａ＠Ｎ
　２０により次表に示すように制御され、使用者が図示
しない運転選択スイッチを蓄熱運転か通常運転かを設定
する。又、減圧装置５は自８温度膨張弁でも良いが、望
ましくは特開昭５９−１７０６５３号公報に記載されて
いる電動式Ｉ＠弁が良い。そして減圧装置５は温度セン
サ１７，１８により蒸発温度と圧縮機１の吸込み温度の
差が一定になるようないわゆるスーパーヒート制御を行
なうことができる。

（１）　　蓄熱運転 使用者が図示しない運転選択スイッチを蓄熱運転に設定
すると運転モードは「蓄熱」となる。即ち、圧縮機１で
加圧された冷媒は蓄熱器２を介して室内熱交換器４、減
圧装置５、室外熱交換器６を経て圧縮機１に環流される
。この循環の間に、蓄熱器２に蓄熱される。本実施例に
おいては蓄熱温度センサ１５が例えば５０℃以下になる
と圧縮機１をＯＮＬ、５５℃以上になると圧縮機１をＯ
ＦＦする制御を行う。

（２）　　通常運転 使用者が図示しない運転選択スイッチを通常運転に設定
すると、蓄熱１！’！２Ａ内の温度により自動的に「蓄
熱利用暖房モード」あるいは、「暖房蓄熱モード」が選
択される。

本実施例では例えば、蓄熱槽２Ａ内の温度が１０℃以上
ある場合は、蓄熱材７の熱量を利用して高暖房能力が出
せる蓄熱利用暖房が開始される。

逆に蓄熱槽２Ａの温度が１０℃以下の場合蓄熱利用の高
暖房能力運転ができないので「暖房蓄熱モード」の運転
となる。

まず、最初に蓄熱利用暖房運転に入った場合について説
明する。

（２）−■　蓄熱利用暖房（暖房立上り）モード暖房運
転を必要としない時に蓄熱器２に蓄熱しておきその熱を
利用して暖房立上り時に大きな出力で一気に暖房を行う
運転である。即ち、圧縮機１で加圧された冷媒は蓄熱器
２を介して室内熱交換器４を通り、ここで熱交換が行わ
れる。そして、室内熱交換器４を経て液化した冷媒は、
開閉弁１０、減圧装置１１を経て蓄熱器２で熱交換が行
われ加熱される。蓄熱器２で加熱され蒸発したた冷媒は
室外熱交換器６を介して圧ｆ！ａｌ１１に環流する。こ
こで、蓄熱材の温度は高いため、ここで蒸発する冷媒の
蒸発温度は高くなり、したがって圧縮機の吸込み圧力も
高くなり冷媒の蒸Ｒ，けが増大するため室内熱交換器４
において大きな出力で一気に暖房を行うことができる。

なお、暖房立上りモードにおいては、圧縮機１は高周波
数で運転される。但し、周波数が多少低くても暖房立上
り前の蓄熱材７の温度が凝縮温度レベルまで上昇してい
るため、蒸発温度が高くでき十分暖房能力を出すことが
できる。

また、暖房立上りモードにおいては、室外ファン１４を
０ＦＦＬ、室外熱交換器６からの放熱を最小限に押えて
いる。

しかして、蓄熱利用暖房運転を続けると、蓄熱水４ｆ５
２Ａの温度が低下し、例えば１０℃以下になると、後述
する暖房・蓄熱運転モード（（２）−■）に自動的に切
換わる。

（２）−■　暖房・蓄熱モード 暖房を継続するとともにぞの間に蓄熱する暖房・蓄熱モ
ードにおいては、圧縮機１で加圧された冷媒は蓄熱器２
を介して室内熱交換器４、減圧装置５、室外熱交換器６
を経て圧縮機１に環流される。なお、暖Ｊ７Ｊ能力があ
まり低下しないように加熱熱交換器８は放熱能力が小さ
く設計されている。

なお、暖房蓄熱モードにおいては、圧縮機１の運転周波
数は適宜コントロールされ、暖房能力が可変される。こ
のように暖房運転を続けると、外気温が低い場合、室外
熱交換器に霜がつく。このため除霜運転を行う必要があ
る。次に除霜運転モードについて説明する。

（２）−〇除霜モード 室外熱交換器の除霜を行うモードにおいては、暖房・蓄
熱運転中室外熱交換器６の暖房側入口部に設けられた温
度センサ１６の検出値が設定値（たとえば−１５℃）以
下の場合に除霜が開始される。なお、この場合、先に行
った除霜から所定期間（たとえば４０分）経過している
ことも除霜開始条件となる。そして、温度センサ１６の
検出値が設定値（たとえば１０℃）以上のとき除霜が終
了し、前記した暖房蓄熱運転となる。

除霜モードの冷媒系路は、開閉弁１０が開、減圧装置５
が閉となるため、蓄熱利用暖房モードと同一となり、圧
縮ｄ１で加圧された冷媒は蓄熱器２を介して室内熱交換
器４に入り暖房し液化する。

この液冷媒は開閉弁１０．減圧装置１１を経て蓄熱器２
の吸熱熱交換器９に入り蒸発し気化する。

このとき、圧縮機１の周波数は高周波数（望ましくは最
大周波数）とし、減圧装置１１はこの運転時吸熱熱交換
器９出口冷媒が十分にスーパーヒートされるように設定
する。吸熱熱交換器９を出た冷媒は室外熱交換器６に入
って除霜を行って放熱し一部液化し圧縮１１１に戻る。

そして、除霜時には暖房を継続しながら除霜を行なうこ
とができろ。

第１図に示した実施例では、暖房専用の空気調和機の冷
凍サイクルについて説明したが第３．４図に示すように
暖・冷房可能なヒートポンプ式空気調和機の冷凍サイク
ルにも本発明は適用可能である。

即ち、バイパス管Ｂに逆止弁１２を設け、さらに室内熱
交換器４の近傍に温度センサ２１．２２を設け、又蓄熱
器２と室内熱交換器４との間に四方弁３を介装すること
により、冷房サイクルが可能となる。第３．４図に示す
実施例では、冷房モード以外は前述した実施例と同様な
サイクルとなるため、冷房モードのみ説明する。

冷房モードにおいては、圧縮様１で加圧された冷媒は蓄
熱器２を介して四方弁３、室外熱交換器６、減圧装置５
、室内熱交換器４を経て圧縮機１に環流される。この冷
房運転の間にも蓄熱器２で蓄熱される。なお、開閉弁１
０は開としてバイパス管Ｂ中の冷媒を低圧側へ戻しても
よい。

なお、第４図に図示する実施例では、バイパス管Ｂの減
圧装置１１を暖房立上り時と除霜時とで異なったものを
選択できるように並列に２個設けたものである。即ち、
バイパス管Ｂを分岐してそれぞれ開閉弁１０ａ、１０ｂ
を設け、これら開閉弁１０ａ、１０ｂの下流に減圧装置
１１ａ。

１１ｂを設けたものである。これにより、除霜時はスー
パーヒートが十分大きくとれるような減圧装置１１ａと
し、暖房立上り時は十分能力が出せる減圧装置！ｆ１１
ｂが、開閉弁１０ａ、”＋ｏｂｔ−選択可能となってい
る。

なお、第１図乃至第４図に示した実施例では、圧縮機は
インバータ駆動のものに関して説明したが、圧縮機は一
般的な圧縮機でもよい。

〔発明の効果〕

以上、実施例の説明から明らかなように本発明によれば
、圧縮機により加圧された高温の冷媒を蓄熱器で熱交換
してこの蓄熱器に蓄熱しておき、冷凍サイクルの利用側
熱交換器（凝縮器）の立上り時に、凝縮器を経て液化し
た冷媒をバイパス管を介して蓄熱器に導き、ここで高温
の蓄熱材と熱交換するため蒸発湿度が轟くなり、圧縮機
の吸込圧力が高くなり、冷凍サイクルの利用側熱交換器
（凝縮器）の立上り時に単位時間当り大きな出力を発揮
できる。

また、本発明によれば、バイパス管は然発３と減圧装置
との間の低圧側に接続されているため、バイパス管内の
液溜りを防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る冷凍サイクルの一実施例示す図、
第２図は冷凍サイクルの蓄熱器の断面図、第３図は本発
明の他の実施例を示す図、第４図は本発明の更に他の実
施例を示す図、第５図は従来の冷凍サイクルを示す図で
ある。 １・・・圧縮機、２・・・蓄熱器、３・・・四方弁、４
・・・室内熱交換器、５・・・減圧装置、６・・・室外
熱交換器、８・・・加熱熱交換器、９・・・吸熱熱交換
器、１０・・・開閉弁、１１・・・減圧装置、１２・・
・逆止弁。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 第　１　図 佑２　図 躬３図 躬４　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　圧縮機、凝縮器、減圧装置、蒸発器を順次管路で接続
   してなる冷凍サイクルにおいて、上記圧縮機の吐出側と
   凝縮器との間に蓄熱器を介装するとともに、バイパス管
   の一端を上記凝縮器と減圧装置との間に接続し他端を上
   記蓄熱器を介して上記減圧装置と蒸発器との間に接続す
   るように設けたことを特徴とする冷凍サイクル。