JPH0730968B2 - ヒ−トポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 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必要時に冷媒通路へ放出す
る蓄熱材を備えたヒートポンプの改良に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

周知のように，ヒートポンプは，圧縮機，凝縮器，膨張
弁，蒸発器等を組み合わせたもので，冷媒の流路切り換
えだけで冷房用としても使用できることから家庭等の暖
房用として広く使用されている。

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，運転開始時点から温風が吹き出すま
で相当の時間を必要とする。これは，運転開始時点では
圧縮機等の冷凍サイクル部品が冷えていることに起因す
る。居住者にとっては，運転開始時点から温風が吹き出
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，運転開始と
同時に電気ヒータを付勢することによって温風が吹き出
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。

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材に蓄えておき，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き出し
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。

しかしながら，上記のように蓄熱材を設ける方式にあっ
ても次のような問題があった。すなわち，この方式を実
現するには蓄熱材に長時間に亙って熱を安定に蓄えさせ
ることが前提条件となる。この条件を満たすには，蓄熱
材を収容した蓄熱槽からの放熱損失を抑えるために蓄熱
槽を充分な断熱構造に構成しなければならないことにな
る。このため，断熱構造に伴う全体の高価格化および断
熱構造にしたことによって起こる全体の大形化の面から
実用化するのが困難であった。

〔発明の目的〕

本発明は，このような事情に鑑みてなされたもので，そ
の目的とするところは，蓄熱方式の特徴を損うことな
く，しかも全体の小形化および低価格化を図れるヒート
ポンプを提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明によれば、圧縮機，凝縮器，膨張弁，蒸発器等を
組み合わせてなるヒートポンプ本体と，内部に前記圧縮
機を収容した蓄熱槽と，この蓄熱槽内に収容され，前記
圧縮機の運転中は上記圧縮機から熱供給を受けて融点以
上に加熱され，上記圧縮機の運転停止後は前記蓄熱槽の
壁を介して外気温度で融点以下に冷却されるとともに安
定した過冷却状態を保持する潜熱蓄熱材と，前記ヒート
ポンプ本体の運転開始時に前記潜熱蓄熱材に刺激を与え
て上記潜熱蓄熱材から熱を放出させる刺激付与手段とを
備えたヒートポンプが提供される。

〔発明の効果〕

潜熱蓄熱材としては種々あるが，その中に，相変化温度
（融点）Tm以上に加熱して液化させた後,Tm以下に冷却
すると,Tmでは凝固せずにTmより低温の液体となる過冷
却状態になり，この過冷却状態を安定に保持するものが
ある。このような潜熱蓄熱材として酢酸ナトリウム系の
水和塩を挙げることができる。このように過冷却状態に
ある潜熱蓄熱材に刺激を与えると，急速に全部が凝固
し，このときに潜熱を放出する。本発明に係るヒートポ
ンプは，上述した現象を利用したものである。すなわ
ち，一例として，前日の運転時に，余剰熱で潜熱蓄熱材
を相変化温度Tm以上に加熱する。そして，運転を停止し
てから翌日運転を開始するまでの間に，夜間時の外気温
低下に伴わせて潜熱蓄熱材を過冷却状態まで冷却する。
翌日の運転開始時に，潜熱蓄熱材に刺激を与えて，その
保有している熱を放出させ，この熱で圧縮機内の冷媒を
急速に温度上昇させるようにしているのである。したが
って，運転開始時点か温風が吹き出すまでの時間の短縮
化を図ることができる。そして，この場合には，内部に
圧縮機を収容した蓄熱槽を設け，この蓄熱槽内に前記特
性の潜熱蓄熱材を収容しているので，圧縮機で発生した
熱を効率よく潜熱蓄熱材に伝えることができるばかり
か，潜熱蓄熱材を収容した蓄熱槽を外気に対して断熱す
る必要がないので，全体の小形化および全体の低価格化
を実現することができる。

〔発明の実施例〕

以下，本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

第１図は，本発明の一実施例に係るヒートポンプの概略
構成を示すものである。すなわち，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
房運転を切り換えるための四方弁を示し,5は膨張弁を示
している。

しかして，前記圧縮機１は第２図に示すように，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，
上記蓄熱槽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。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，第３図に
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。蓄熱槽６
内で，潜熱蓄熱材７より上方位置には第２図に示すよう
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。そし
て，上記電磁石11および圧縮機１は制御装置12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。

まず，すでに暖房運転が行われているものとする。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〜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。

以上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，就眠に伴って第４図に
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。

しかして，翌朝，暖房運転を開始するために，第４図に
示す時点t₁で制御装置12に指令を与えると，制御装置12
は圧縮機１を動作開始させると同時に電磁石11を短期間
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。放出された
熱は，圧縮機１のケースを伝導して圧縮機１内の冷媒を
加熱する。このため，運転開始時点から非常に短い時間
経過後，熱交換器２から温風が吹出され，ここに快適性
の高い暖房が行われる。

このように，運転開始時点から短時間に温風を吹き出さ
せることができ快適な暖房に寄与することができる。そ
して，この場合には，前述した特性の潜熱蓄熱材７を用
い，この潜熱蓄熱材７を外気で過冷却状態まで冷却する
ようにしているので，蓄熱槽６を外気に対して断熱する
必要はない。このため蓄熱方式を採用したときに起り易
い，全体の高価格化，大形化を防止でき，結局，前述し
た効果を発揮させることができる。

本発明のさらに別の実施例を示すものである。この図に
おいても第１図と同一部分は同一符号で示してある。し
たがって，重複する部分の説明は省略する。

この実施例では，圧縮機１の吸い込み口と四方弁４との
間にバルブ20を介在させている。そして，圧縮機１のケ
ースに接触するように蓄熱槽６内に収容された潜熱蓄熱
材７の収容空間に熱交換器21を配置し，この熱交換器21
の一端側を圧縮機１の吸い込み口に接続するとともに他
端側をバルブ22を介してバルブ20の入口側に接続したも
のとなっている。そして，上記バルブ20,22および刺激
付与機構は８は運転モードに応じて図示しない制御装置
によって次のように制御される。

すなわち，暖房運転時は，バルブ20が開，バルブ22が閉
に制御される。このとき潜熱蓄熱材７は余剰熱で相変化
温度Tm以上に加熱される。そして，暖房を停止すると，
潜熱蓄熱材７は外気によって冷却されて過冷却状態を保
持する。次に暖房運転を開始するときにもバルブ20が
開，バルブ22が閉に制御される。そして，暖房運転開始
と同時に刺激付与機構８が付勢されて潜熱蓄熱材７の過
冷却状態が解除される。この解除によって冷媒が加熱さ
れるので前記実施例と同様に暖房開始時の立ち上がりが
速まることになる。また暖房運転の途中で除霜を行なう
ときには，バルブ20が閉，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が切り換えられて逆サイクルで運転される。このよ
うに構成しても前記実施例と同様の効果を発揮させるこ
とができる。

また，上述した各実施例では，潜熱蓄熱材７に刺激を与
える手段として，いわゆる機械的な刺激を与える方式を
採用しているが，第６図に示すように潜熱蓄熱材７中に
電極31a,31bを差し込んでおき，これら電極31a,31b間に
電流を流すことによって刺激を与えるようにしてもよい
し，また化学的な刺激を与えるようにしてもよい。また
上述した各実施例では，暖房運転開始と同時に刺激を与
えるようにしているが，圧縮機を駆動する前に刺激を与
えるようにしてもよい。その他，本発明の要旨を逸脱し
ない範囲で種々変形できることは勿論である。

【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の概略系
統図，第２図は同実施例における圧縮機と潜熱蓄熱材と
の関係を説明するための図、第３図は同実施例に用いら
れている潜熱蓄熱材の特性を説明するための図，第４図
は同実施例の動作を説明するための図，第５図は本発明
のさらに別の実施例に係るヒートポンプにおける要部の
概略系統図，第６図は刺激付与手段の変形例を説明する
ための図である。 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,1
2……制御装置。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機，凝縮器，膨張弁，蒸発器等を組み
   合わせてなるヒートポンプ本体と，内部に前記圧縮機を
   収容した蓄熱槽と，この蓄熱槽内に収容され，前記圧縮
   機の運転中は上記圧縮機から熱供給を受けて融点以上に
   加熱され，上記圧縮機の運転停止後は前記蓄熱槽の壁を
   介して外気温度で融点以下に冷却されるとともに安定し
   た過冷却状態を保持する潜熱蓄熱材と，前記ヒートポン
   プ本体の運転開始時に前記潜熱蓄熱材に刺激を与えて上
   記潜熱蓄熱材から熱を放出させる刺激付与手段とを具備
   してなることを特徴とするヒートポンプ。
2. 【請求項２】前記刺激付与手段は，機械的，電気的およ
   び化学的な刺激を与える手段の中から選ばれた１種であ
   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。