JPS63273770A - 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〕 この発明は、ヒートポンプ装置、特に蓄熱槽を有するヒ
ートポンプ装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、この柿の装置として第２図に示すものが知られて
いる。

第２図は、蓄熱槽の熱を除霜に利用したヒートポンプ装
置の冷媒回路構成図であり、サーモバンク方式と呼ばれ
るものである。図において、１は圧縮機、２は凝縮器、
３および３ａは膨張弁または毛細管のような減圧装置で
ある第１の減圧装置および同様な第２の減圧装置、４は
空冷式の蒸発器であり、以上の各部材を環状に接続しで
ある。

７は前記圧縮機１の吐出口と凝縮器２の人［１との間に
設けた蓄熱槽てあり、この蓄熱Ｍ７内には水などの蓄熱
材６と８熱用熱交換器８および吸熱用熱交換器９を設け
、これらによって蓄熱装置を構成している。蓄熱用熱交
換器８は一端か圧縮機ｌの吐出側に、他端が凝縮器２の
人「■側にそれぞれ接続しである。吸熱用熱交換器９は
一端を圧縮機１の吸込側に、他端を第２の減圧装置３ａ
を介して蒸発器４の出口側にそれぞれ接続しである。

吸熱用熱交換器９および第２の減圧装置３ａをバイパス
して蒸発器４の出［１から圧縮機１の吸込口に至る回路
には開閉弁１３を設けである。さらに、凝縮器２の出口
側と蒸発器４の人［］側とは、開閉弁１１と第１の減圧
装置３を直列に接続した回路と、開閉弁１１および第１
の減圧装置３をバイパスし開閉弁１２を有する回路とて
接続しである。なお、第２図において、実線矢印は暖房
運転時、破線矢印は除霜運転時の冷媒の流れ方向をそれ
ぞれ示している。

つぎに、上述した従来のヒートポンプ装置の動作につい
て説明する。

暖房運転時、開閉弁１１，１３を開き開閉弁１２を閉じ
、圧縮機１からの高温、高圧の冷媒ガイを、まず、蓄熱
Ｍ７に送り、蓄熱用熱交換器８によって蓄熱材６に蓄熱
したのち、凝縮器２に送る。冷媒ガスは凝縮器２でさら
に放熱して暖房することで凝縮、液化し、この液化した
冷媒を開閉弁１１、第１の減圧装置３を通って減圧し、
低温、低圧の冷媒液として蒸発器４に送るようになって
いる。冷媒液をＥ発器４で外気から吸熱することで蒸発
し、蒸発した冷媒カスは開閉弁１３を通って圧縮機１に
戻るサイクルを繰り返す。この運転において、外気温度
が低く冷媒の蒸発温度か０℃以下になる場合には、蒸発
器４の伝熱面に霜が付着する。この霜を取り除くための
除霜運転時には、開閉弁１２を開き開閉弁１１゜１３を
閉じる。この状態では、圧縮機１からの高温、高圧の冷
媒カスを、蓄熱Ｍ７を通り蓄熱材６に放熱したのち、凝
縮器２て若干の暖房を行ない、開閉弁１２を通って蒸発
器４に送る。ここで、冷媒を放熱し蒸発器４の霜を融か
したのち、第２の減圧装置３ａを通って低温、低圧とし
、吸熱用熱交換器９に送る。冷媒を吸熱用熱交換器９で
蓄熱材６から吸熱して冷媒ガスにして圧縮機１に戻す。

除霜を完了したのちには再び暖房運転に復帰するように
なっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、従来のサーモバンタ方式のヒートポンプ
装置にあっては、圧縮機から吐出した冷媒カスを、ます
、蓄熱槽に送って放熱するため、蓄熱完ｒまで暖房側に
利用する熱量を蓄熱に利用し、暖房能力を十分に確保で
きず、起動直後の能力不足を助長することになっしまい
、また、除霜においては弁１２を開放することになるた
め、高圧圧力かドがり暖房能力はほとんど得ることがで
きないばかりか、除霜熱として高温冷媒を使用すること
になり、蒸発器４からの放熱ロスも増え、さらに、効率
良く冷房を行ないにくいという問題点があった。

〔目的〕

この発明は、以上のような問題点を解消するためになさ
れたもので、暖房運転における起動直後および蓄熱時に
おける暖房能力の不足を解消するとともに除霜時に、十
分に暖房能力を保持し、起動間に効率よく除霜を完了で
きる。さらに、冷房時においても問題なく運転を可能と
するヒートポンプ装置を提供することを目的としている
。

〔問題点を解決するための手段〕

このため、この発明に係るヒートポンプ装置においては
、蓄熱材とともに蓄熱および吸熱用熱交換器を内蔵した
蓄熱槽を設けるとともに、圧縮機吸込側に？；２の開閉
弁を設け、この第２の開閉弁を迂回するように第２の減
圧装置および蓄熱槽の吸熱用熱交換器を介してバイパス
回路を形成するとともに、室内側熱交換器と第１の減圧
装置を蓄熱槽を蓄熱用熱交換器を介して接続し、さらに
蓄熱槽の蓄熱用熱交換器を迂回するバイパス回路を第１
の開閉弁を介して形成したことにより、面記の目的を達
成しようとするものである。

〔作用〕

以上のような構成により、この発明におけるヒートポン
プ装置は、吸込側に設けた第２の開閉弁を迂回する第２
の減圧装置および蓄熱槽の吸熱用熱交換器、さらには室
内側熱交換器と第１の減圧装置の間にある蓄熱槽の蓄熱
用熱交換器およびこの熱交換器を迂回するバイパス回路
に第１の開閉弁を配して回路を形成しているため、暖房
起動直後には蓄熱槽の蓄熱量により吸込側に設けた第２
の開閉弁と蓄熱用熱交換器のバイパス回路の第１の開閉
弁を開閉し、安定運転までの速度を早くすることかでき
、安定運転においＣは、前記蓄熱用熱交換器のバイパス
回路開閉弁を閏とし吸込側に設けた第２の開閉弁を介す
ることにより暖房能力を確保し蓄熱する。

また、暖房運転より除霜運転への切り換えは、吸込側に
設けた第２の開閉弁を閉とし、蓄熱用熱交換器バイパス
に設けた第１の開閉弁を開とすることにより、能力を確
保しながら効率的な除霜を［可能とし、また、冷房運転
においては前記両開閉弁な開とすることにより効率的運
転を可能とする。

〔実施例〕

以下に、この発明に係る一実施例に係ると−トポンプ装
置を、第１図に基ついて説明する。

前出従来例第１図におけると同一（相当）構成要素は同
一符号で表わし、説明の重複をさける。

図において、２０は切り換え手段である四方弁、２１は
蓄熱用熱交換器バイパス回路に設けた第１の開閉弁、２
２は圧縮機吸込側に設けた第２の開閉弁である。

圧縮機１、四方弁２０、室内側熱交換器（暖房時凝縮器
）２、蓄熱用熱交換器８、第１の減圧装置３、室外側熱
交換器４、第２の開閉弁２２を順次接続し、冷媒回路を
構成している。

前記第２の開閉弁２２の前後を迂回する第２の減圧装置
３ａおよび吸熱用熱交換器９により形成するバイパス回
路を設け、さらに、蓄熱用熱交換器８を迂回するバイパ
ス回路に第１の開閉弁２１を設けである。なお、蓄熱材
６としては相変化温度が０〜３０℃間にある水や各種パ
ラフィン、塩化カルシウム系混合塩などの潜熱利用蓄熱
材を用い、この蓄熱材を蓄熱Ｍ７内に充填しである。

つぎに、この発明の一実施例のヒートポンプ装置の動作
について説明する。通常、暖房運転時は、第１図に示す
ように、第１の開閉弁２１を閉じ、第２の開閉弁２２を
開とし、圧縮機１から出た高温、高圧の冷媒ガスを、室
内熱交換機２に送り、ここで放熱して室内空気を暖房す
ることで凝縮、液化する。

このときの温度変化の一例について述べると、冷媒の暖
房作用により室内空気を２０℃〜４０℃程度に加熱し、
冷媒を空気への放熱によって４０℃前後の冷媒液として
室内側熱交換器２から出す。暖房効果を発揮し終って、
室内側熱交換器２から出た冷媒液を、蓄熱槽７内の蓄熱
用熱交換器８に送り、蓄熱ＷＩ７内には相変化温度が０
℃〜３０℃間による蓄熱材６を充填しであるため、蓄熱
用熱交換器８を通る蓄熱材６を加熱して蓄熱する。高熱
用熱交換器８から出た冷媒液を、第１の減圧装置３を通
して減圧し、低温、低圧としたのち、室外側熱交換器４
に送り、ここで外気から吸熱することで蒸発する。蒸発
した冷媒ガスを四方弁２０、第２の開閉弁２２を通して
圧縮機ｌに戻るサイクルを繰り返す。この場合、第２の
開閉弁２２を開いているため、バイパス回路上の第２の
減圧装置３ａの抵抗の方が、第２の開閉弁２２の抵抗よ
りもかなり大きいので、はとんどバイパス回路上に冷媒
が流れることはない。

通常、暖房時に蓄熱槽に蓄熱した状態での初期起動時に
は第１の開閉弁２１を開、第２の開閉弁２２を閉とする
ことにより、蓄熱槽７の熱量を、吸熱用熱交換器９によ
り冷媒回路に吸収することにより低圧圧力を上げ、かつ
、蓄熱槽７を迂回しているので、高圧側の放熱もおさえ
ることにより高圧の低トも防ぐ運転となる。

したがって、冷媒回路の過渡状態においても、ただちに
暖房能力を出すことをｉｊＪ能とするとともにすみやか
に低圧、高圧の１昇を可能とするので、安定した通常運
転に早く到達する。

つぎに、除霜運転時には、第１の開閉弁２１を開とし、
第２の開閉弁２２を閉とする。このとき、圧縮機１から
の高温、高圧の冷媒カスを室内側熱交換器で放熱して暖
房を行ないながら気液２相状態とし、一部蓄熱用熱交換
器８を通すが、はとんどは第１の開閉弁２１を通り、第
１の減圧装置３にて中間圧に減圧し、１０〜２０℃位の
冷媒温度とし、室外側熱交換器４に送り、ここで放熱す
ることで液化する。この放熱によって室外側熱交換器４
に付着していた霜を融かし、除霜か行なう。室外側熱交
換器４を出た液冷媒を、開閉弁２１が閉じているため、
バイパス回路から、第２の減圧装置３ａで低温、低圧と
なって蓄熱槽７内の吸熱用熱交換器９に送る。ここで冷
媒を蓄熱材６から吸熱して冷媒ガスとし、圧縮機ｌに戻
る。この運転を、除霜が完了するまで行なうか、除霜直
０ｉｆあるいは着霜量が多いときに、第１の開閉弁２１
を閑とし、室外側熱交換器４への冷媒はを増加し高圧を
ドげ、暖房能力を小とし除霜を進めることもできる。

１述した除霜運転は、０℃〜３０℃の間に相変化温度を
もつ蓄熱材６を熱源として行なうため、外気を熱源とし
ている通常暖房運転に比べ、冷媒の蒸発温度を高く維持
し、放熱能力を大きく増加する。このため、暖房と除霜
に冷媒の放熱能力を振りわれても、外気熱源の場合とほ
ぼ同等の暖房能力を維持するとともに、除霜時間も短縮
できる。

上記実施例で除霜運転中に蒸発器の冷媒の圧力を減圧し
て中間圧力としたのは、従来例の問題点で述べたように
高温の冷媒を流すと外気への放熱損失分か増加し、無駄
に熱を消費することになるからであることはいうまでも
ない。

つきに冷房運転について説明する。

四方弁２０を切り換えることにより、前記暖房運転を逆
サイクルになるが、このときは開閉弁２１．２２の両者
も開とする。よって、圧縮機１からの冷媒ガスは四方弁
２０を通り室外側熱交換器４て放熱液化し、第１の減圧
装置３で低圧、低温となり開閉弁２２を通り室内側熱交
換器で吸熱することでガス冷媒となり、四方弁２０、第
２の開閉弁２２を通り圧縮機１に戻り、順次これを繰り
返し冷房運転を続けることになる。まってこのときには
、蓄熱［７での熱のやりとりは０となり、従来の冷媒回
路と同様な運転を保持することになる。

この発明の一実施例によれば、蓄熱槽７に収納した吸熱
用熱交換器９を第２の減圧装置とともに、圧縮機１の吸
入配管にある第２の開閉弁２２に迂回するバイパス回路
に配するとともに、蓄熱用熱交換器８を室内側熱交換器
２と第１の減圧装置の中に配し、かつ、蓄熱用熱交換器
を迂回するバイパス回路に第１の開閉弁２１を設けたの
で、１暖房運転時には、暖房能力の低下を最小にして蓄
熱槽７への蓄熱を可能とするとともに、起動時において
は、蓄熱槽７からの吸熱と不要な蓄熱槽からの放熱を解
消し、定常までの運転つまり立上り時に暖房能力を保持
するとともに定常運転までのスピードをψ−め、さらに
、除霜運転においては、上記と同じように蓄熱用熱交換
器からの放熱を行ない高圧を維持し、かつ、室外側熱交
換器には中間圧つまり２０℃位の冷媒を流すので、暖房
能力を保持しつつ、除霜時の放熱を小とした効率のよい
除霜ができ、さらに、着霜量が大きいときは暖房能力を
低下し、蓄熱槽７で高圧部を低圧部の熱量交換量損を可
としているため、どのような着霜−トでも確実に、かつ
、液バツクをなくした信頼性の高い除霜ができる。

また、冷房運転時には、蓄熱用および吸熱用熱交換器を
迂回する運転を行なうので、蓄熱Ｍ７での熱のせりとり
かない運転となるので熱ロスのない冷房運転を可能とす
る。

〔発明の効果〕

以上に説明してきたように、この発明によれば、暖房運
転における起動直後および蓄熱時における暖房能力の不
足を生じることがなく、除霜時に暖房能力を十分に保持
し、短時間に効率良く除霜を完了でき、かつ、冷房時に
おいても効率的な運転を可能とするヒートポンプ装置を
提供しつるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るヒートポンプ装置の冷
媒回路１Δ、第２図は従来の実施例による暖房時の冷房
回路図である。 図中同一符号は同−又は相当部分を示す。 １・・・・・・圧縮機 ２・・・・・・室内側熱交換器（暖房時凝縮器）３・・
・・・・第１の減圧装置 ３ａ・・・・・・第２の減圧装置 ４・・・・・・室外側熱交換器（暖房時蒸発器）６・・
・・・・蓄熱材 ７・・・・・・蓄熱槽 ８・・・・・・蓄熱用熱交換器 ９・・・・・・吸熱用熱交換器 ２０・・・・・・四方弁 ２１・・・・・・第１の開閉弁 ２２・・・・・・第２の開閉弁 各図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）圧縮機、切り換え手段、室内側熱交換器、第１の減
   圧装置、室外側熱交換器を順次接続して構成するヒート
   ポンプ装置において、蓄熱材とともに蓄熱槽を構成する
   蓄熱用熱交換器を前記室内側熱交換器と第１の減圧装置
   の間に設け、また吸熱用熱交換器を前記圧縮機の吸込側
   に設けた第２の開閉弁を迂回するバイパス部に第２の減
   圧装置と直列に設け、さらに蓄熱用熱交換器を迂回する
   バイパス部に第１の開閉弁を設けたことを特徴とする蓄
   熱槽を保有するヒートポンプ装置。 ２）暖房運転霜取り時、前記第１の開閉弁を開とし、蓄
   熱槽の蓄熱量が小となったときに閉となるように作動す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のヒート
   ポンプ装置。 ３）暖房起動時、前記第１の開閉弁を開とし、第２の開
   閉弁を閉とすることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のヒートポンプ装置。 ４）冷房運転時には、第１の開閉弁と、第２の開閉弁を
   開として運転することを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載のヒートポンプ装置。