JPS63273765A - 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〕 本発明はヒートポンプ装置に係り、始動時の加熱能力を
高めるように改良したものである。

〔従来の技術〕

住居等の暖房に冷凍サイクルを利用したヒートポンプが
普及している。

従来のヒートポンプは第３図に示したように冷媒の圧縮
手段としての圧ＩＪａ３０と凝縮器４０と膨張弁５０と
蒸発器６０とこれらをクローズループとして接続する配
管４８．６８とから構成されている。また、圧縮機３０
が往復型（変位式）の場合には吐出弁４４と吸込弁３４
とが設けられている。なお、第３図においては凝縮器４
０等の出入口バルブ等は図示省略した。

従って、圧縮機３０を稼働すれば凝縮圧力よりも高くな
ったときに過熱蒸気化した冷媒が吐出弁４４より吐出さ
れ、凝縮器４０において等圧凝縮（放熱）される。冷媒
は飽和液となる。ここに、凝縮器４０の設置された室内
等が暖房される。その後、冷媒は膨張弁５０で等エンタ
ルピ変化して湿り飽和蒸気となる。引き続き蒸発器６０
において外部の水、空気等で等圧蒸発（受熱）され乾き
飽和蒸気となって吸込弁３４を通し圧縮機３０に吸い込
まれる。

このように、ヒートポンプは圧縮機３０の動力（入力エ
ネルギー）によって熱移動させることを基本原理とする
ものであるから電熱装置等と異なり入力エネルギーより
も高い加熱能力が得られるので熱効率の良い暖房をする
ことができた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしなか、上記従来のヒートポンプには次のような問
題点を有していた。

すなわち、ヒートポンプは第４図に示したモリエル線図
（ｐ−ｈ線図）に示したように凝縮圧力をＰ２、蒸発圧
力をＰｌ−とする定格運転を期して圧縮機３０等の容量
が決められている。しかし、始動時には凝縮圧力Ｐ、が
低く、圧縮機３０は軽負荷運転（入力エネルギーが少な
い）を行い冷媒吐出量の少ない、すなわち熱移動量（放
熱量Ｑ１−吸熱量Ｑ、）が少なくかつ凝縮温度も低凝縮
器４０での加熱能力が定格運転時に比べきわめて小さく
室内昇温か遅いという欠点がある。

しかして、本発明はこのような事情に基づき鑑みなされ
たものでその目的とするところは、始動時の加熱能力を
高くかつ迅速に立ち上がりできるヒートポンプ装置を提
供することにある。

〔問題点を解決するだめの手段〕

本発明は、上記従来問題点は圧縮機の吐出弁の作動機構
（圧縮された冷媒圧力が凝縮圧力よりも高くなると吐出
弁が開放する）のために圧縮機が軽負荷運転となり冷媒
吐出量が比較的少量となることに起因している事実に着
目し、凝縮器へ供給する冷媒の圧力温度および量を迅速
に高めるよう形成しその問題点を解消しようとするもの
である。

これがため圧縮機と凝縮器との間に圧縮された冷媒の圧
力が所定値以上となったときすなわち、圧縮機が高負荷
運転（入力エネルギーが大きい）になったときに凝縮器
へ高圧高温多量の冷媒を供給する圧力調整手段を設けた
構成とし前記目的を達成するのである。

〔作用〕

始動時において凝縮圧力（凝縮温度）が低いときには、
圧縮機の吐出弁から吐出された冷媒をただちに凝縮器へ
供給することなく圧力調整手段によって冷媒の圧力およ
び量を高める（圧縮機の高負荷運転）。冷媒圧力が所定
値（ｐｕ　）になったところで圧力調整手段を開放し高
温多量の冷媒を凝縮器へ供給する。これにより始動時の
加熱能力を高めることができる。

〔実施例〕

本発明に係るヒートポンプ装置の実施例を図面を参照し
ながら詳細に説明する。

（第１実施例） この実施例におけるヒートポンプ装置は第１図に示した
ように圧縮機３０と凝縮器４０と膨張弁５０と蒸発器６
０とこれらを接続する配管４Ｅｌ、。

４　ｅ−ｚ、　　６８−、、　６８−、とから形成され
た前出第３図に示した従来型と同様なヒートポンプと、
圧縮機３０と凝縮器４０との間に設けられた圧力調整手
段たる圧力調整弁１１とから構成されている。

圧縮機３０は、往復型のモータ駆動方式とされ、シリン
ダ３１、ピストン３２、吸込弁３４、吐出弁４４とから
構成されている。吐出弁４４は弁棒４６に被嵌されたハ
ネ４７によって弁座４５が吐出口４３を閉塞するように
形成されており、シリンダ３１内の冷媒圧力が外側より
も高いときに開放できるよう形成されている。一方、吸
込弁３４は弁座３５、弁棒３６、バネ３７とからなり、
シリンダ３１内の圧力が低くなったときに開放しシリン
ダ３１内圧力が高くなったときに吸込口３３を閉塞する
ように形成されている。

なお、凝縮器４０、膨張弁５０および蒸発器６０につい
ては従来のものと変わりがないので詳細説明を省略する
。

さて、圧力調整手段である圧力調整弁１１は、圧縮機３
０と凝縮器４０との間すなわち吐出弁４４に接続された
配管３８と凝縮器側配管４８−１をもってそれらの中間
に設置されており、吐出弁４４から吐出された比較的低
圧低温少量の冷媒をただちに凝縮器４０へ供給すること
なく圧力と量を所定値まで高めるよう調整するものであ
って、弁体１２、弁座１３、弁棒１４、バネ１５および
ネジが設けられた調整部材１６から形成されている。

従って、調整部材１６でハネ１５を伸縮させて圧力設定
をしておけば、始動時に吐出弁４３から吐出された冷媒
は配管３８内に保留されつつ急速に圧力が高められる。

そして設定された圧力ＰＩＩに到達ずれば弁座１３がハ
ネ１５の付勢力に抗し図で上方に移動するので圧力調整
弁１１が開放し、高圧、高温かつ多量の冷媒を凝縮器４
０へ供給することができる。なお、圧縮機３０のシリン
ダ３１内圧力が低い（吸込行程）ときには吐出弁４４の
弁座４５がハネ４７の付勢力によって吐出口４３を閉塞
するので配管３８内の高圧冷媒がシリンダ３１内に逆戻
りすることはない。

このように構成された第１実施例では、圧縮機３０を始
動させると吐出弁４４から吐出された乾き飽和蒸気状態
の冷媒は圧力調整弁１１が閉塞されているから配管３８
内に保留されつつ第４図に示した■〜■線（圧縮行程）
に沿ってＰｌ−→Ｐ。

→Ｐ２→・・・と圧力上昇される。この場合吐出弁４４
と圧力調整弁１１との距離が吐出弁４４から膨張弁５０
に至る距離に比べて短いので急速に圧力上昇することが
できる。

そして、圧力調整弁１１で設定圧力ＰＩＪを例えば２５
　ｋｇ　／　ｃ＋ｊ１ｇと設定しておけば、配管３８内
の冷媒圧力ＰＵが２５　ｋｇ　／　ｃｒＭｇ　となった
ときに圧力調整弁１１が開放し、高圧高温かつ多量の冷
媒を配管４８−１を介して凝縮器４０へ供給することが
できる。凝縮器４０では冷媒が第４図の■〜■線（凝縮
行程）に沿って等圧凝縮され、凝縮器４゜の周囲の温度
状況に相応したｌＡ縮温度（凝縮圧力ＰＣ）のもとに熱
量Ｑ１を放熱し暖房する。その後、冷媒は配管４８−２
．　６８−、を通し膨張弁５゜で■〜■線（膨張行程）
に沿って等エンクルピ変化し湿り飽和蒸気となり蒸発器
６ｏに至る。蒸発器６０では、■〜■線（蒸発行程）に
沿って等圧暴発され熱量Ｑ２を吸収した冷媒が乾き飽和
蒸気となる。その後、吸込弁３４を介して圧縮機３゜に
吸い込まれ、１サイクルを完了する。

従って、この実施例によれば、圧縮機３ｏと凝縮器４０
との間に圧力調整手段としての圧力調整弁１１が設けら
れているので、圧縮［３０は高負荷運転（人力エネルギ
ーが大きい）をなし冷媒は配管３８内で急速に高められ
、予め設定された所定の圧力Ｐｕになったときにすなわ
ち高温多量の冷媒が凝縮器４０へ供給される。よって室
内等の低温度にかかわらず凝縮器４０で多量の高温冷媒
が凝縮（放熱）しかつ凝縮圧力（凝縮温度）も高められ
始動時から十分な加熱能力を発揮できるという優れた効
果を奏する。

また、圧力調整手段たる圧力調整弁１１は調整部材１６
を操作することにより圧力設定値を容易に変更できるの
で暖房すべき室内温度に応じ最適で立上がりの早い運転
をすることができるとともに構造簡単で廉価なヒートポ
ンプ装置を提供することができる。

さらに、吐出弁４４の本来的作動機構を有効に利用して
いるので単に圧力調整弁１１を設けるだけで始動時の加
熱能力を象、速に高められ適応範囲の広いものとなる。

（第２実施例） この第２実施例は、前記第１実施例と同様なヒートポン
プサイクルにおいて、第２図に示すごとく圧力調整手段
１０を圧力調整弁１１と自動開閉弁２１とから形成した
ものである。圧力調整弁１１は第１実施例の場合と同一
の構成とされ圧縮機３０と凝縮器４０との間に設けられ
ている。

ここに、自動開閉弁２１は、下流側が配管３８から分岐
された配管２８−１に、上流側が配管４８刊に合流され
た配管２８−２に接続されたバルブ２５とモータ２２と
コントローラ２３と温度センサ２４とから形成され、暖
房室内温度が所定値以上となったときにバルブ２５を開
放する。すなわち、冷媒を圧力調整弁１１をバイパスし
て凝縮器４゜へ供給するように形成されている。

従って、本実施例では圧力調整弁１１によって、第１実
施例の場合と同様に立ち上がりが速く始動時から大きな
加熱能力をもって暖房できるとともに、さらにその室内
温度が一定の値となったときには自動開閉弁２１を開放
し圧力調整弁１１での設定値より低い最適な凝縮圧力を
もって円滑がっ経済的な暖房を行うことができる。

また、始動前から室内温度が所望値に近いときには当初
から自動開閉弁２１を開放して適正熱負荷の運転を行う
ことができるので適応性を一層高めることができる。か
かる観点において、凝縮器４０の凝縮圧力が所定値以上
になったときにバルブ２５を開放しても同様の効果を奏
するから上記温度センサ２４に代えて圧力センサを用い
てもよい。

なお、以上の実施例では、圧力調整手段を弁体１２、弁
座１３、弁棒１４、バネ１５および調整部材１６からな
る圧力調整弁１１から又は圧力調整弁１１を含み形成し
たが、要は凝縮器４０の手前において圧縮機３０から吐
出された冷媒の圧力、温度を一定の値に上昇させ、かつ
冷媒流量を増加できればよいから、圧力調整手段の構造
は上記開示のものに限定されない。例えば、第５図に示
したようにバネ１５を形状記憶合金製とすれば、ある温
度（＝圧力）で開閉できる簡単な構造とできる。さらに
、圧力調整弁１１と自動開閉弁２１との両機能を備えた
１つの弁機構等から圧力調整手段を構成することも可能
である。さらにまた、圧力設定を機械式でなく例えばダ
イヤル目盛で電気的に行なえるようしてもよい。また、
自動開閉弁２１の開閉は装置始動からのある圧力（温度
）に相当する時間経過後に行うように形成したタイマ一
式であってもよい。

また、圧縮機３０と圧力調整手段とは配管３８で接続し
たが、これら中間にバッファタンクを設けたりあるいは
配管３８を大径として形成することもできる。このよう
にすると高圧高温の冷媒を一層多量に確保しておくこと
ができる。

さらに、圧縮機３０は往復型としたが、回転型としても
よく、また、このような密閉型でなく開放型としても本
発明は実施できる。なお、開放型とするときは従来の単
なる吐出弁を本実施例でいう圧力調整弁１１と同様な構
成とすればよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は立ち上がりが急速でかつ
始動時の加熱能力を飛躍的に高められるという優れた効
果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るヒートポンプ装置の第１実施例を
示す全体構成図、第２図は同しく第２実施例を示す全体
構成図、第３図は従来のヒートポンプの全体構成図、第
４図は本発明および従来のヒートポンプサイクルの動作
説明をするためのモリエル線図、および第５図は圧力調
整弁の他の実施例を示す側断面図である。 １０・・・圧力調整手段、１１・・・圧力調整弁、２１
・・・自動開閉弁、２３・・・コントローラ、２４・・
・温度センサ、３０・・・圧縮機、４ｏ・・・凝縮器、
５ｏ・・・膨張弁、６０・・・蒸発器。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧縮機と凝縮器との間に圧縮された冷媒の圧力が
   所定値以上となったときに凝縮器へ冷媒を供給する圧力
   調整手段を設けたことを特徴とするヒートポンプ装置。
2. （２）前記特許請求の範囲第１項において、前記圧力調
   整手段が、圧力調整弁と、この圧力調整弁を前記圧縮機
   と凝縮器との間においてバイパスする自動開閉弁とから
   形成されているヒートポンプ装置。
3. （３）前記特許請求の範囲第２項において、前記自動開
   閉弁が、温度センサー又は圧力センサーとコントローラ
   とを含み形成されているヒートポンプ装置。