JPH0765814B2 - ヒ−トポンプ式冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ この発明は蓄熱器を備えたヒートポンプ式冷凍サイクル
装置に係り、特に蓄熱器の蓄熱容量を冷凍サイクルの運
転モードに応じて調節制御可能なヒートポンプ装置に関
する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 一般に、この種のヒートポンプ式冷凍サイクル装置は、
第７図（特開昭49−14526号公報参照）に示されるよう
に圧縮機１、四方弁２、室外側熱交換器３、減圧装置４
及び室内側熱交換器５を冷媒配管６で順次接続して冷凍
サイクル７が形成され、閉じた冷媒循環回路を構成して
いる。

そして、この冷凍サイクル７の一部に蓄熱器８が設けら
れており、この蓄熱器８で除霜運転時に蓄熱した熱量を
放出して室外側熱交換器３に着霜した霜を取り除くよう
になっている。

その他、冷凍サイクルに蓄熱器を備えたヒートポンプ式
冷凍サイクル装置は、実開昭55−28828号公報や実開昭5
5−65468号公報及び実開昭55−65469号公報等に種々提
案されており、広く知られている。

これらのヒートポンプ式冷凍サイクル装置において、蓄
熱器の容量は冷凍サイクルの運転モードの最大負荷運転
の場合、蓄熱に無駄が多い。

また、蓄熱器に蓄えられる蓄熱量は冷凍サイクルの運転
モード如何に拘わらず常に最大負荷に合わせて一定に制
御される。このため、蓄熱器への蓄熱には長時間要する
一方、蓄熱器からの熱リークが大きく、冷凍サイクルの
運転効率が低下する等の問題があった。

［発明の目的］ この発明は上述した事情を考慮してなされたもので、蓄
熱容量を冷凍サイクルの運転モードに応じて調節制御
し、不要な蓄熱を抑制して熱リークを減少させ、冷凍サ
イクルの運転効率を向上させたヒートポンプ式冷凍サイ
クル装置を提供することを目的とする。

［発明の概要］ この発明に係るヒートポンプ式冷凍サイクル装置は、圧
縮機、四方弁、室外側熱交換器、減圧装置および室内側
熱交換器を冷媒配管で順次接続して冷凍サイクルを構成
し、この冷凍サイクルに蓄熱器を備えたヒートポンプ式
冷凍サイクル装置において、前記蓄熱器には温度センサ
が設けられ、この温度センサの検出状態を冷凍サイクル
の運転モードに応じて変化させると共に蓄熱器の蓄熱量
を運転モードに応じて調節制御する制御装置を備え、上
記蓄熱量を可変としたことを特徴とするものである。

［発明の実施例］ 以下、この発明に係るヒートポンプ式冷凍サイクル装置
の一実施例について添付図面を参照して説明する。

第２図はこの発明に係るヒートポンプ式冷凍サイクル装
置を冷暖房用空気調和機に適用した例を示し、図中符号
10はヒートポンプ式冷凍サイクルである。この冷凍サイ
クル10は圧縮機11、四方弁12、室外側熱交換器13、減圧
装置としての冷暖房蓄熱用膨張弁13及び室内側熱交換器
15を順次冷媒配管16で接続して閉じた冷媒循環回路を構
成し、室内側熱交換器15の四方弁12側に第１の開閉弁V₁
が、冷暖房蓄熱用膨張弁４側に第２及び第３の開閉弁
V₂、V₃がそれぞれシリーズに設けられる。

そして、上記第２開閉弁V₂をバイパスするように蓄熱回
路18が設けられる。この蓄熱回路18は、室内側熱交換器
15側から分岐され、途中に減圧装置としての放熱用膨張
弁19、蓄熱器20及び逆止弁21が順次配設されて第２及び
第３開閉弁V₂、V₃の間に接続される。

また、第１開閉弁V₁及び室内側熱交換器15等をバイパス
するように第１バイパス回路23が設けられる。このバイ
パス回路23は四方弁12と第１開閉弁V₁との間から分岐さ
れて、蓄熱回路18の膨張弁19下流側に接続され、途中に
第４の開閉弁V₄を備えている。

一方、第１開閉弁V₁と室内側熱交換器15との間から第２
のバイパス回路24が分岐されており、このバイパス回路
24は途中に第５図の開閉弁V₅を備えて第３開閉弁V₃と冷
暖房蓄熱用膨張弁14との間に接続され、冷凍サイクル10
の暖房蓄熱回路を構成している。

さらに、第３開閉弁V₃と冷暖房蓄熱用膨張弁14との間か
ら放熱回路25が分岐されており、この放熱回路25は圧縮
機11の吸込側に逆止弁26の下流側で接続される。放熱回
路25には第６の開閉弁V₆が備えられている。

前記第１〜第６開閉弁V₁〜V₆及び膨張弁14、19は制御装
置28により冷凍サイクル10の運転モードに応じて第３図
に示すように開閉及び弁開度が制御される。この制御装
置28は圧縮機11の運転状態も制御できるようになってお
り、圧縮機11の運転周波数が調節制御されている。

ところで、蓄熱回路18に設けられる蓄熱器20は、第１図
に示すように、密閉された蓄熱タンク30内にパラフィン
やブライン等の蓄熱材31が充填されると共に、この蓄熱
材31と熱交間可能な熱交換器32が収容される。熱交換器
32の熱交換管33は蓄熱材31の全体に亘って配設され、内
部に冷凍サイクル10内を循環する冷媒が流れるようにな
っており、蓄熱材31は循環冷媒と熱交換して相変化、例
えば固相から液相に変化するようになっている。

また、蓄熱タンク30内には取付位置を異にした温度セン
サ35、36が複数個設けられており、この温度センサ35、
36で高温冷媒が蓄熱材31を加熱する温度特性を検出し、
制御装置28の作動を制御するようになっている。

しかして、蓄熱器20内の蓄熱状態は、これらの温度セン
サ35、36の検出状態、即ち各温度センサ35、36を切換使
用することにより検出される。例えば温度センサ35の位
置まで蓄熱されたことは、温度センサ35による温度検出
により知ることができ、全体が蓄熱されたか否かは他の
温度センサ36により検出することができる。従って、温
度センサ35、36の切換えにより蓄熱量を知ることができ
る。

次に、ヒートポンプ式冷凍サイクル装置の作用を説明す
る。

ヒートポンプ式冷凍サイクル10の冷暖房運転や、蓄熱運
転、放熱運転（暖房立上り運転）、暖房蓄熱運転、暖房
除霜運転、通常除霜運転は、制御装置により第１〜第６
開閉弁V₁〜V₆を開閉制御し、膨張弁14、19を調節制御す
ることにより行われる。

その際、蓄熱器20内に蓄熱される蓄熱量は、温度センサ
35による小さな蓄熱量と温度センサ36による大きな蓄熱
量のそれぞれを検出することができるので、冷凍サイク
ル10の運転モードに応じて蓄熱量を調節制御することが
できる。例えば、暖房立上り運転の場合、大きな蓄熱量
（例えば4000Kcal〜5000Kcal）を必要とし、除霜運転の
場合には小さな蓄熱量（例えば100Kcal〜200Kcal）で良
い。このことから、冷凍サイクルの運転モードが暖房立
上り運転（放熱運転）の場合か除霜運転の場合かによ
り、温度センサ35、36を切換使用することで蓄熱器20の
蓄熱量を調節制御することができ、不必要な蓄熱に伴う
熱リークを防止することができる。

暖房立上り運転時には、予め制御装置28を制御して、温
度センサの検出状態を温度センサ36による検出とし、蓄
熱器20に大きな蓄熱量を蓄えておく。具体的には、図示
しない運転スイッチの操作により制御装置28が作動制御
され、冷凍サイクル10は蓄熱運転に入り、蓄熱器20の蓄
熱材31に順次蓄熱されていく。この蓄熱運転は、第１図
において例えば温度センサ36が設定温度以上に達したと
き、終了される。その際、蓄熱器20内に効率的に蓄熱さ
れるように、圧縮機11は能力可変に運転制御される。な
お、圧縮機11を能力可変に制御する代わりにその運転時
間によって蓄熱量を調整しても良い。

また、暖房運転の接続により室外側熱交換器13は着霜さ
れ、熱交換機能が損なわれるので、定期的に除霜が行わ
れる。この除霜運転時に暖房除霜運転にするか、通常の
除霜運転にするかの選択は、検出された室温に応じて行
われる。例えば室温が設定温度以下の時暖房除霜運転が
行われ、設定温度に達している時には、通常の除霜運転
が行われる。

これらの除霜運転に必要な蓄熱量は、暖房蓄熱運転によ
り得られる。この暖房蓄熱運転は、暖房運転中に制御装
置28により各開閉弁V₁〜V₆を自動的に切り換えると共に
温度センサの検出状態を温度センサ35による検出とし、
蓄熱器20に小さな蓄熱量を蓄えることによって行われ
る。

そして、除霜のための蓄熱のみの場合は、温度センサ35
が設定温度以上に達した時、暖房蓄熱運転が終了され
る。

また、除霜運転が行われるたびに通常暖房蓄熱運転ある
いは蓄熱運転が自動的に行われるように、制御装置28に
より切換制御される。

さらに、暖房立上り運転や除霜運転のように、放熱時に
おいても温度センサ35、36により蓄熱温度を検出し、制
御装置28により各開閉弁V₁〜V₆の弁制御を行うことによ
り、放熱完了タイミングが効率よく制御される。

次に、蓄熱器の第１変形例について第４図及び第５図を
参照して説明する。

この変形例に示された蓄熱器20Aは蓄熱ケース30内に蓄
熱材31を充填すると共に熱交換器32を収容したもので、
この点は第１図に示した蓄熱器20と同様であるが、温度
センサ40を熱交換器32の下流側にだけ設けた点が異な
る。

この温度センサ40による検知温度特性は第５図に示すよ
うに表され、蓄熱運転の初期には、熱交換器32の温度特
性はその入口側か出口側にかけて点線A₁で示されるよう
に表され、この熱交換器32により加熱される蓄熱材31の
温度特性は点線B₁で示すように表される。

一方、蓄熱運転が継続されて、全体が蓄熱されていくと
温度センサ付近の過冷却部がなくなり、検知温度が上昇
し、全体が蓄熱された段階では、熱交換器32及び蓄熱材
31の温度特性は実線A₂、B₂で示すように表される。この
ため、温度センサ40を蓄熱器20A内の下流側にだけ設け
たとしても、この温度センサ40の検出値によって蓄熱器
20Aの蓄熱量を正確に知ることができ、この温度センサ4
0の検出状態、即ち予め設定された設定値を変化させる
ことによって、各運転モードに応じた必要な蓄熱量を確
保することができる。

また、第６図は蓄熱器20の第２変形例を示すもので、こ
の蓄熱器20Bは蓄熱ケース30B内に複数、例えば２つの蓄
熱チャンバに区画し、各蓄熱チャンバ内に蓄熱材41a、4
1bを充填し、熱交換器42a、42bをそれぞれ収容させたも
のである。各熱交換器42a、42bの下流側付近に温度セン
サ43、44がそれぞれ設けられる一方、各熱交換器42a、4
2bの選択使用は、制御装置28により切換弁45を切換操作
することにより行われる。

なお、この発明の一実施例では冷暖房用冷凍サイクルに
ついて説明したが、冷暖房・給湯用冷凍サイクルにも適
用することができ、さらに暖房用あるいは給湯用だけの
冷凍サイクルにも適用することができる。

［発明の効果］ 以上述べたように、この発明においては、蓄熱器に温度
センサを設け、この温度センサの検出状態を冷凍サイク
ルの運転モードに応じて変化させると共に蓄熱器の蓄熱
量を運転モードに応じて調節制御する制御装置を備えた
から、蓄熱量を各運転モードに適合した最適値に設定で
き、蓄熱の無駄をなくすことができる。

従って、蓄熱器への蓄熱時間を必要最小限で効率よく行
うことができると共に、不必要な蓄熱が防止されるの
で、信頼性が向上し、熱リークを減少できるので、冷凍
サイクルの効率アップを図ることができる。

また、暖房能力をその分増加させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係るヒートポンプ式冷凍サイクル装
置に組み込まれる蓄熱器を示す図、第２図はこの発明に
係るヒートポンプ式冷凍サイクル装置の一実施例を示す
冷凍サイクル図、第３図は上記ヒートポンプ式冷凍サイ
クル装置の運転モードをそれぞれ示す図、第４図は蓄熱
器の第１変形例を示す図、第５図は蓄熱器の蓄熱特性を
示す図、第６図は蓄熱器の第２変形例を示す図、第７図
は従来のヒートポンプ式冷凍サイクル装置を示す図であ
る。 10…ヒートポンプ式冷凍サイクル、11…圧縮機、12…四
方弁、13…室外側熱交換器、14…冷暖房蓄熱用膨張弁
（減圧装置）、15…室内側熱交換器、20、20A、20B…蓄
熱器、28…制御装置、35、36、40、43、44…温度セン
サ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 一雄 静岡県富士市蓼原336番地 株式会社東芝 富士工場内 (56)参考文献 特公 昭48−17319（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機、四方弁、室外側熱交換器、減圧装
   置および室内側熱交換器を冷媒配管で順次接続して冷凍
   サイクルを構成し、この冷凍サイクルに蓄熱器を備えた
   ヒートポンプ式冷凍サイクル装置において、前記蓄熱器
   には温度センサが設けられ、この温度センサの検出状態
   を冷凍サイクルの運転モードに応じて変化させると共に
   蓄熱器の蓄熱量を運転モードに応じて調節制御する制御
   装置を備え、上記蓄熱量を可変としたことを特徴とする
   ヒートポンプ式冷凍サイクル装置。
2. 【請求項２】上記温度センサは蓄熱器に取付位置を異に
   して複数設けられると共に、上記温度センサの検出状態
   の変化は各温度センサを切換使用することである特許請
   求の範囲第１項記載のヒートポンプ式冷凍サイクル装
   置。
3. 【請求項３】上記温度センサは蓄熱器内の熱交換器の下
   流側に設けられると共に、上記温度センサの検出状態の
   変化は設定値を変化させることである特許請求の範囲第
   １項記載のヒートポンプ式冷凍サイクル装置。
4. 【請求項４】蓄熱器の蓄熱量は温度センサにより蓄熱温
   度を検出しつつ制御装置により蓄熱時間あるいは圧縮機
   の運転能力を制御することにより冷凍サイクルの運転モ
   ードに応じて調整制御される特許請求の範囲第１項記載
   のヒートポンプ式冷凍サイクル装置。