JPH05187735A - ヒートポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】暖房運転立上げ時点から短時間に温風を吹出さ
せることができるヒートポンプを提供する。 【構成】圧縮機１の回りには、圧縮機１で発生した熱の
一部を蓄熱する蓄熱槽６が設けられ、この蓄熱槽６内に
は吸熱用の熱交換器２０が設けられている。熱交換器２
０の一端側はバルブ２１の出口と圧縮機１の吸込み口と
に接続され、他端側はバルブ２２の出口に接続されてい
る。バルブ２１，２２の入口は、四方弁４に接続されて
いる。暖房運転立上げ時にバルブ２２が閉、バルブ２１
が開に制御され、熱交換器２０内に残って高温に加熱さ
れた冷媒がバルブ２１を経由した冷媒と一緒に圧縮機１
に吸込まれる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ヒートポンプに係り、
特に、運転時に余剰熱を蓄えるとともに蓄えた熱を暖房
立上げ時に吸放熱サイクルへ放出する蓄熱槽を備えたヒ
ートポンプの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、ヒートポンプは、圧縮
機，四方弁，室内の熱を吸放熱する室内熱交換器，膨張
弁，室外の熱を吸放熱する室外熱交換器で構成された閉
ループ内に冷媒を循環させる吸放熱サイクルで構成され
たもので、冷媒の通流経路を切換えるだけで冷房用にも
暖房用にも使用できることから家庭等で広く使用されて
いる。

【０００３】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、暖房運転立上げ時点か
ら温風が吹出すまでに相当の時間を必要とする。これ
は、暖房運転立上げ時点では圧縮機等が冷えていること
に起因する。居住者にとっては、暖房運転立上げ時点か
ら温風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、暖房運転立上げと同時に電気ヒータを付勢すること
によって温風の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
ルギ化の点において好ましい方式とは言えない。

【０００４】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槽に蓄えてお
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図ろうとする提案が
なされている。

【０００５】しかしながら、上記のように蓄熱槽を設け
る方式にあっても、暖房運転立上げ時に蓄熱槽に蓄えら
れている熱を時間遅れなく速やかに吸放熱サイクルに伝
えることが困難で、結局、暖房運転立上げ時点から実際
に温風が吹出すまでの時間がまだ長いと言う問題があっ
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、蓄熱槽を
設けた従来のヒートポンプにあっても、暖房運転立上げ
時点から実際に温風が吹出すまでの時間がまだ長いと言
う問題があった。そこで本発明は、上述した不具合を解
消でき、使い易さおよび快適さを一段と向上できるヒー
トポンプを提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るヒートポンプは、圧縮機，四方弁，室
内の熱を吸放熱する室内熱交換器，膨張弁，室外の熱を
吸放熱する室外熱交換器で構成された閉ループ内に冷媒
を循環させる吸放熱サイクルと、前記圧縮機に伝熱的に
連結して設けられ、上記圧縮機で発生した熱の一部を蓄
熱する蓄熱槽と、この蓄熱槽内に設けられた吸熱用熱交
換器と、暖房運転立上げ時に前記吸放熱サイクルから前
記吸熱用熱交換器への冷媒の流入を停止させ、前記圧縮
機の動作により上記吸熱用熱交換器内に残っている冷媒
を上記吸放熱サイクルに戻す手段とを備えている。

【０００８】

【作用】暖房運転立上げ時には、吸放熱サイクル側から
吸熱用熱交換器に向けての冷媒の流入はない。このた
め、吸熱用熱交換器内に残っている冷媒は蓄熱槽内の蓄
熱材から吸熱して高温高圧となる。すなわち、吸熱用熱
交換器内の冷媒は、あたかも閉じ込められた状態となる
ので、通流している場合に較べてはるかに高温に加熱さ
れる。この高温に加熱された冷媒が圧縮機の動作により
圧縮機に吸込まれる。したがって、圧縮機から高温の冷
媒が吐出されることになる。加えて、蓄熱槽内の蓄熱材
から圧縮機のケースを介して吐出冷媒に熱が伝えられ
る。このため、暖房運転立上げ時において、圧縮機から
高温の冷媒を吐出させることができ、結局、暖房運転立
上げ時点から実際に温風が吹出すまでの時間を十分短く
できる。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。図１には本発明の一実施例に係るヒートポンブの概
略構成が示されている。

【００１０】同図において、１は圧縮機を示し、２は室
内に配置され暖房運転時には凝縮器として、また冷房運
転時には蒸発器として使用される送風機付きの熱交換器
を示し、３は室外に配置され暖房運転時には蒸発器とし
て、また冷房運転時には凝縮器として使用される送風機
付きの熱交換器を示し、４は暖房および冷房運転を切換
えるための四方弁を示し、５は膨張弁を示している。

【００１１】圧縮機１は、図２に示すように、金属材等
で形成された蓄熱槽６内に収容されている。そして、蓄
熱槽６内には、たとえば圧縮機ケースの大部分が没する
レベルに潜熱蓄熱材７が収容されている。

【００１２】この潜熱蓄熱材７としては、相変化温度が
３０℃前後で、かつ安定した過冷却状態を保持するも
の、たとえば酢酸ナトリウム系の水和塩が用いられてい
る。すなわち、図３に示すように相変化温度Ｔｍ以上に
加熱された状態から冷却されると、Ｔｍでは凝固せずに
Ｔｍ以下の温度まで過冷却状態を安定に保持し、この状
態で刺激が与えられるとＴｍとなって凝固を開始するも
のが用いられている。

【００１３】蓄熱槽６内で、潜熱蓄熱材７より上方位置
には、図２に示すように刺激付与機構８が配置されてい
る。この刺激付与機構８は、中央部が回動自在に支持さ
れ一端側に前記潜熱蓄熱材７中に先端部が侵入し得る針
Ｎを有するとともに他端側に鉄片Ｉを有したレバー９
と、このレバー９に対し前記針Ｐが潜熱蓄熱材７から遠
ざかる向きの力を常に付与するバネ１０と、鉄片Ｉに対
向する位置に配置され付勢されたとき上記鉄片Ｉを吸着
して前記針Ｎを潜熱蓄熱材７中に侵入させる電磁石１１
とで構成されている。

【００１４】また、蓄熱槽６内で潜熱蓄熱材７の収容空
間には吸熱用の熱交換器２０が配置されている。この熱
交換器２０の一端側は圧縮機１の吸い込み口とバルブ２
１の出口に接続されており、他端側はバルブ２２の出口
に接続されている。バルブ２１，２２の入口はそれぞれ
共通に四方弁４に接続されている。そして、圧縮機１，
四方弁４，刺激付与機構８，バルブ２１，２２は、運転
モードに応じて図示しない制御装置によって後述する関
係に制御される。次に、上記のように構成されたヒート
ポンプの動作を説明する。

【００１５】まず、すでに暖房運転が行われているもの
とする。暖房運転時は、バルブ２１が開、バルブ２２が
閉に制御される。このとき冷媒は、圧縮機１〜四方弁４
〜熱交換器２〜膨張弁５〜熱交換器３〜四方弁４〜バル
ブ２１〜圧縮機１の経路で流れる。圧縮機１で圧縮され
た冷媒は高温に保たれているので、この高温の冷媒が通
流する熱交換器２から温風が吹き出ることになり、結
局、室内の暖房が行われることになる。このとき、蓄熱
槽６内の潜熱蓄熱材７は、圧縮機１のケースからの熱伝
導で相変化温度Ｔｍ以上に加熱され、液体の状態に保た
れている。

【００１６】上記のような暖房運転は、暖房を必要とし
なくなった時点でいつでも停止できるが、今、就眠に伴
って図４に示す時点ｔｏで停止させたものとする。この
ように停止すると、外気によって潜熱蓄熱材７が冷却さ
れ、その温度が徐々に低下する。この場合、潜熱蓄熱材
７として前述した特性のものが用いられているので、こ
の潜熱蓄熱材７は相変化温度Ｔｍ以下に冷却されても液
体状態を保持する。すなわち、過冷却状態を安定に保持
する。

【００１７】しかして、翌朝、暖房運転を開始するため
に、図４に示す時点ｔ1 で制御装置に指令を与えると、
制御装置はバルブ２１を開に、バルブ２２を閉に制御
し、さらに圧縮機１を動作開始させると同時に電磁石１
１を短時間だけ付勢する。電磁石１１が付勢されると、
レバー９が回動して針Ｎが潜熱蓄熱材７中に侵入して潜
熱蓄熱材７に刺激を与える。このように刺激が与えられ
ると、潜熱蓄熱材７は、瞬時に相変化温度Ｔｍまで温度
上昇して凝固を開始し、今まで蓄えていた潜熱を放出す
る。

【００１８】このとき、バルブ２２は閉じられているの
で、このバルブ２２を介して熱交換器２０に冷媒は流入
しない。このため、熱交換器２０内に残っている冷媒は
蓄熱槽６内の蓄熱材７から吸熱して高温高圧となる。す
なわち、熱交換器２０内の冷媒は、あたかも閉じ込めら
れた状態となっているので、通流している場合に較べて
はるかに高温に加熱される。この高温に加熱された冷媒
が圧縮機１の動作によりバルブ２１を通過した冷媒と一
緒に圧縮機１に吸込まれる。したがって、圧縮機１から
高温の冷媒が吐出される。加えて、蓄熱槽６内の蓄熱材
７から圧縮機１のケースを介して吐出冷媒に熱が伝えら
れる。このため、暖房運転立上げ時において、圧縮機１
から高温の冷媒を吐出させることができ、暖房運転立上
げ時点から極めて短時間に熱交換器２から温風を吹出さ
せることができる。

【００１９】また、暖房運転の途中で除霜を行うときに
は、バルブ２１が閉に、バルブ２２が開に制御され、同
時に刺激付与機構８が短時間だけ付勢され、さらに四方
弁４が切換えられて逆サイクルで運転される。

【００２０】このように、暖房運転立上げ時には、熱交
換器２０内に残っていて高温に加熱された冷媒を圧縮機
１に吸込ませることができ、さらに蓄熱槽６内の蓄熱材
７から圧縮機１のケースを介して吐出冷媒に熱を伝える
ことができるので、暖房運転立上げ時点から短時間で熱
交換器２から温風を吹出させることができる。また、圧
縮機１を囲むように蓄熱槽６を設けているので、定常運
転時の熱リークを抑制することもでき、使い易さ、快適
性、経済性を向上させることができる。

【００２１】

【発明の効果】効率よく蓄熱できるとともに、暖房運転
立上げ時点から極めて短時間に温風を吹き出させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るヒートポンプの系統図

【図２】同ヒートポンプに組込まれた蓄熱槽の部分を取
出して示す断面図

【図３】同蓄熱槽に収容されている潜熱蓄熱材の特性を
説明するための図、

【図４】同ヒートポンプの動作を説明するための図

【符号の説明】

１…圧縮機 ２，３…熱交換
器 ４…四方弁 ５…膨張弁 ６…蓄熱槽 ７…潜熱蓄熱材 ８…刺激付与機構 ２０…吸熱用の
熱交換器 ２１，２２…バルブ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機，四方弁，室内の熱を吸放熱する室
   内熱交換器，膨張弁，室外の熱を吸放熱する室外熱交換
   器で構成された閉ループ内に冷媒を循環させる吸放熱サ
   イクルと、前記圧縮機に伝熱的に連結して設けられ、上
   記圧縮機で発生した熱の一部を蓄熱する蓄熱槽と、この
   蓄熱槽内に設けられた吸熱用熱交換器と、暖房運転立上
   げ時に前記吸放熱サイクルから前記吸熱用熱交換器への
   冷媒の流入を停止させ、前記圧縮機の動作により上記吸
   熱用熱交換器内に残っている冷媒を上記吸放熱サイクル
   に戻す手段とを具備してなることを特徴とするヒートポ
   ンプ。