JPS6129660A - 冷暖房装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 この発明はヒートポンプ方式による冷暖房装置に関し、
特に朝の立ち上シ時および除霜時に於ける暖房能力の低
下を補なうようにした冷暖房装置に関するものである。

〔従来技術〕

ヒートポンプ方式による冷暖房装置は、外気温を吸収し
て室内空気と熱交換することにより暖房を行なうもので
あり、エネルギー効率が高いことから急速に普及されて
いる。

しかしながら、このヒートポンプ方式による冷暖房装置
に於いては、寒い早朝時に於ける暖房の立ち上シが悪く
、また除霜時に冷風が吹き出してしまう等の暖房機とし
ての大きな問題を有している。

この様な問題を解決するために、近時に於けるヒートポ
ンプ方式による冷暖房装置に於いては、ブースターヒー
ターにより補助加熱を行なうものあるいは圧縮機を増速
することにより能力を増加させるものが用いられている
。

しかしながら、ブースターヒーターによる補助加熱を利
用した場合には、電力消費が大幅に増大するために電力
効率が低下してしまう。また、圧縮機を増速させた場合
には、電力消費が増大するとともに振動音の発生も多く
なシ、また圧縮機の増速に伴なって機械の、寿命を縮め
てしまう等の種々問題を有している。

〔発明の概要〕

この様な問題を解決するためにこの発明は、暖房負荷の
軽い時に吸熱反応により気体を解熱放出する可逆性物質
に加熱冷媒を供給してエネルギーを蓄積し、朝の立ち上
り時、除霜時および高負荷時に前記可逆性物質に気体を
供給することにより発熱させて暖房に利用するものであ
る。

この様に構成された冷暖房装置に於いては、暖房時の余
剰エネルギーを蓄積し、この蓄積エネルギーを朝の暖房
開始時、除霜時および高負荷時に有効利用するものであ
るために、立ち上シのスピード化、除霜時に於ける暖房
温風の確保が容易に、かつ機械に過負荷を与えずに省エ
ネルギーによって実現することが出来るものである。

〔実施例〕

第１図はこの発明による冷暖房装置の一実施例を示す構
成図であって、特に空冷ヒートポンプ方式による冷暖房
装置に適用した場合を示す。同図に於、＞て１は冷媒を
圧縮する圧縮機、２は圧縮機１の吸込口と排出口への接
続路を切替える４方切替弁、３は一端が前記４方切替弁
２に接続された室内側熱交換器であって、送風機３ａに
より通風される。４は一端が室内側熱交換器３の他端側
に接続されて冷媒通路を絞る絞り装置、５は４方切替弁
２と絞や装置４との間に接続された室外熱交換器であっ
て、送風機５ａにより通風される。そして、これらは、
閉ループ接続されることにより、ヒートポンプサイクル
を構成している。６は４方切替弁２と室内側熱交換器３
との間に設けられた管路ａの一部に設けられた側路すへ
の切替を可能とした３方切替弁であって、開口６ｍ、６
ｂが４方切替弁２と室内側熱交換器３にそれぞれ接続さ
れている。７は可逆性熱交換器であって、この可逆性熱
交換器７は内部に可逆性物質１ａを収容するとともにそ
の周囲には放熱フィン７ｂを有する可逆性物質収容器７
Ａと、この可逆性物質収容器７Ａの内部に冷媒を通す熱
交換コイル７Ｃとを有し、この熱交換コイル７ｃの両端
は側路切替用の３方切替弁６の側路開口６ｃと室内側熱
交換器３との間に接続されている。そして、上記可逆性
熱交換器７の一部には配管７ｄが接続され、その他端は
２方弁８を介して収容器９に接続されている。

そして、前記可逆性物質７ａは、吸熱反応によって気体
を解触（分離）することにより放出し、分離した気体と
再結合すると発熱する物質であって、この物質としては
例えば硫化す）　ＩＪウム、ゼオライト等がある。これ
ら硫化ナトリウム、ゼオライトは加熱によって水蒸気を
放出し、この放出された水蒸気を保存し、必要時にこの
水蒸気を再結合すると発熱するものであって、一般にケ
ミカルヒートポンプと称されているものである。ここで
、可逆性熱交換器Ｔ内の可逆性物質７ａが発生する気体
を凝縮液体９ａとして収容するのが収容器９であって、
気体凝縮のための放熱を行なうために、収容器９の外周
には多数の放熱フィン９ｂが設けられるとともに室外側
に位置して外気により冷却されている。なお１０〜１３
は温度センサー、Ａは室外側、Ｂは室内側を示すもので
ある。又図中実線矢印は暖房サイクルを、破線矢印は冷
房或いは除霜サイクルを示す。

第２図は第１図に示す冷暖房装置を制御する制御部の回
路図であって、第１図と同一部分は同記号を用いて示し
である。同図に於いて１ａは圧縮機１を駆動する圧縮電
動機、２ａは４方切替弁２の駆動コイルであって、励磁
により暖房サイクル（実線矢印）となり、消磁により冷
房あるいは除霜サイクル（破線矢印）となる。６ｄは３
方切替弁６の駆動コイルであって、励磁されると開口５
ａ。

６ｂが連通し、消磁されると開口６ｍ、６ｃが連通ずる
。また、８ａは２方弁８の励磁コイルである。２１は一
端が電源母線Ｌ１に接続された運転スイッチ、２２は運
転スイッチ２１に対して直列に接続された安全器、２３
は可動片２３ｍが安全器２２に接続された冷暖切替スイ
ッチであって、冷房時は可動片２３ｍと固定接点２３ｅ
が接続され、暖房時には可動片２３ａと固定接点２３ｂ
が接続される。２５は電磁開閉器であって、その接点２
５ａは電源母線ＬＬ＋Ｌ２と圧縮電動機１ａ、送風機３
ａ、５ｍとの間に設けられている。２６゜２８は一端が
固定接点２３ｂに接続され、他端が電源母線Ｌ２に接続
された遅延リレーであって、その接点は符号２６８．２
８ａとして表わされている。２７．２９〜３２はリレー
であって、その接点は符号２７ａ　、２９ａ、２９ｂ、
３０ａ、３０ｂ。

３０ｃ、３０ｄ、３１ａ、４１ｂ、３２ａとして表わさ
れている。なお、１０ａ、１１ａ’、１２ｍ。

１３ａは温度センサー１０〜１３の接点である。

この様に構成された装置に於いて、第１図に示す装置が
一般のヒートポンプザイクルを実行している状態にあっ
ては、圧縮機１から吐出亭れる高温ガスは実線矢印で示
す様に、４方切替弁２を介し、３方切替弁６に於ける開
口６ｍ　、６ｂの連通により室内側熱交換器３に供給さ
れることにより、冷媒の凝縮液化によって室内での放熱
（暖房）効果が得られる。そして、この液化冷媒は絞シ
装置４に於いて減圧され、室外側熱交換器５に於いて外
気と熱交換することにより蒸発気化し、この気化された
冷媒は４方切替弁２を介して圧縮機１に吸入されるサイ
クルが繰９返される。

次に、除霜時に於いては、温度センサー１３の動作によ
り着霜を検出する。温度センサー１３が作動すると、そ
の接点１３＆が閉じられるためにリレー３０が励磁され
、このリレー３０の接点３０Ｃの作動により励磁コイル
２ａが励磁されて４方切替弁２が切シ替えられる。４方
切替弁２が切シ替えられると、圧縮機１からの高温吐出
ガスは、破線矢印で示す様に室外側熱交換器５に導びか
れ、冷媒の凝縮熱によって除霜が行なわれる。そして、
冷媒は液化された後に絞シ装置４を介して室内側熱交換
器３に供給され、ここで吸熱作用が行なわれた後に４方
切替弁２を介して圧縮機１に吸入される動作が繰シ返さ
れる。なお、冷房運転は除霜サイクルと同じ動作である
。

以上が一般のヒートポンプ方式による冷暖房機の動作で
あって、このヒートポンプ方式に於いては除霜時に室内
が冷やされ、また早朝の運転開始時等に於いて暖まシが
遅いと言う致命的な欠点が生ずることになる。

次に、この発明による除霜時および暖房開始時の熱補給
について説明する。まず、冷暖切替スイッチ２３の暖側
切替時に運転スイッチ２１が閉じられると、遅延リレー
２６が励磁されることにより、一定時間（数分〜１０数
分）にわたって接点２６ａが閉じられるために、リレー
２７が励磁されてその接点２γａが閉となる。接点２７
ａが閉じられると、励磁コイル８ａが励磁されるために
、２方弁８が作動して可逆性熱交換器７と収容器９が配
管７ｄによって連通される。つまり、蓄エネルギーされ
た状態の可逆性熱交換器Ｔと気体を収容している収容器
９が２万弁８を介して連通され、これに伴なって可逆性
熱交換器Ｔ内で発熱反応が生ずる。

一方、第２図に示す遅延リレー２８の接点２８ａが数秒
〜１０数秒間遅れて閉となるために、室温の暖房センサ
ー１０の接点１Ｇ＆が閉となってリレー２９が励磁され
るために、その接点２９ｍの閉によりミ磁開閉器２５が
励磁されて接点２５ａが閉じられるだめに、圧縮電動機
１ａ１室内送風機３ａ、室外送風機５ａに通電されて、
可逆性物質７ａが発熱を開始した頃にヒートポンプ運転
となる。すなわち、起動してから数分〜１０数分間は、
可逆性物質が気体と再結合するために発熱する。そして
、この場合に於いては、圧縮機１から吐出された高温ガ
スは、４方切替弁６により可逆性熱交換器γを介して室
内側熱交換器３に供給される様に管路が切り替えられて
いるために、可逆性物質７ａの発熱は加圧媒体を加熱し
て室内側熱交換器３に供給することＫなシ、これに伴な
って一般のヒートポンプ運転に於ける暖房能力に可逆性
物質７ａの発熱能力が加えられるために暖房の立ち上ｐ
が早いものとなる。そして、可逆性物質７ａが充分に放
熱されると、遅延リレー２６の接点２６１Ｌが一定時間
後に開となるために、リレー２７が消磁されてその接点
２７ａが開となる。接点２７ａが開になると、励磁コイ
ル８ａの励磁が解かれるために２方弁８が閉となシ、ま
た、遅延リレー２８が消磁されて励磁コイル６ｄの励磁
が解かれることになり通常のヒートポンプ運転となる。

次に室内の暖房が十分に行なわれたことによって、室内
側の温度センサー１０が作動してその接点１０ＩＬが断
に々ると、リレー２９が消磁されてその接点２９ｂが閉
となる。この結果、励磁コイル６ｄおよびリレー３１が
励磁される。ここで、励磁コイル６ｄが励磁されると、
３方切替弁６の開口６ａ、Ｂｅが連通し、加圧媒体は可
逆性物質収容器７Ａの内部処設けられている熱交換コイ
ル７Ｃを介して流れることになる。ここで、リレー２９
の消磁に伴なって、接点２９ａが開となるがリレー３１
が励磁されることによりその接点３１ａが閉となるため
に電磁開閉器２５の励磁が続けられ、これに伴なってそ
の接点２５＆が閉状態を続けるために、圧縮電動機１ａ
および室内側送風機３ＩＬ１室外側送風機５ａは運転を
続行することになる。この結果、圧縮機１から吐出され
る高温ガスは、可逆性物質収容器７Ａの内部に設けられ
ている熱交換コイルＩＣによって熱交換されることによ
り可逆性物質Ｔ＆を加熱していることになシ、加熱され
た可逆性物質７ａは気体を分離している。ここで、励磁
コイル６ａに対して並列に接続されているリレー３１が
励磁されていることから、その接点３１ｂが閉となって
励磁コイル８ａが励磁されるために、２方弁８が開と寿
って分離された気体が気体収容器９に収容される。この
場合、可逆性物質の気体分離を効率的に行なうためには
、室内側送風機３ａを弱回転にするか、あるいは可逆性
熱交換器７の放熱を防止するために、室内側送風機３ａ
によって作られる風路から外す。

そして、可逆性物質７ａの解離が充分に進むと、温度セ
ンサー１２の接点１２ａが断となるために、リレー３１
が消磁されてその接点３　Ｍ　ｈ、３　ｌ　ｂが開とな
り、これに伴なって電磁開閉器２５、励磁コイル６ｄ、
８ａが消磁されるために、圧縮電動機１ａおよび室内側
送風機３ａ、室外側送風機５ａが停止し、更に２方弁８
が閉で３方弁６は開口６ａ、６ｂが連通した状態となる
。すなわち、蓄エネルギー動作の終了を意味し、次のエ
ネルギー放出時まで蓄え続ける。

次に室温が下がり、室温センサー１０の接点１０ａが閉
じられると、リレー２９が励磁されることからその接点
２９ａが閉となるために、圧縮電動機１ａおよび室内側
送風機３ｍ、室外側送風機５ａが運転を開始して暖房が
行なわれる。また、外気温度の低い時に於ける運転に伴
なって室、外側熱交換器５に着霜が生じた場合には、着
霜センサー１３の接点１３＆が閉となるために、リレー
３０が励磁されてその接点３０ｄが断となる。接点３０
ｄが断になると室外側送風機５ａの動作が停止する。

更に、リレー３０が励磁されると、その接点３０ａ。

３０ｂが閉となることにより、電磁開閉器２５が励磁さ
れて圧縮電動機１ａが運転を開始し、また２方弁８の励
磁コイル８ａが励磁されることにより２方弁８が開とな
シ、気体収容器９の内部に貯えられ、ている気体９ａが
２方弁８および配管７ｄを介して可逆性熱交換器Ｔの内
部に収容されている可逆性物質７ａに供給されることに
より両者が結合し、この結合に伴なって発熱反応が起り
、この発熱が熱交換コイル７Ｃを介して媒体に供給され
る。そして、この可逆性物質７ａの発熱によって加熱さ
れた媒体は、室内側熱交換器３に供給されて、室内空気
と熱交換される。この時、リレー３０の接点３Ｑｅが断
となるために、励磁コイル２ａが消磁されて４方切替弁
２は除霜サイクル位置となって除霜運転中に於ける暖房
が確保される。

なお、冷房運転時に於いては、冷暖切替スイッチ２３の
可動片２３ａが固定接点２３ｃに接続されることからリ
レー３２が励磁され、その接点３２ａが閉となることに
より開閉器２５が励磁される。

開閉器２５が励磁されると、その接点２５＆が閉じるこ
とにより、圧縮電動機１ａｓ室内側送風機３ａおよび室
外側送風機５ａが運転されて冷房が行なわれる。

第３図はこの発明による他の実施例を示す構成図であっ
て、第１図と同一部分は同記号を用いて示しである。同
図に於いて、第１図との相違点は可逆性物質７ａから分
離した気体を収容する容器を室内側に設置することによ
って構成を簡略化したことである。すなわち、気体収容
器９０を蓄熱材９０ｄで覆い、かつ外周を断熱材９０ｅ
によって覆った状態で室内側に配置したことであり、こ
の様に構成した場合には、可逆性熱交換器Ｔの近くに気
体収容器９０を配置することが出来ることから、全体と
しての構成が簡略化されるとともに、室内側での損失が
防止されることになる。

〔発明の効果〕

以上説明した様に、この発明による冷暖房装置は、暖房
負荷の軽い時に高温媒体を可逆性物質に供給して気体を
放出させ、この放出気体を容器に供給して弁を閉じるこ
とにより蓄エネルギーを行ない、負荷を必要とする例え
ば朝の立上９時、除霜時および高負荷時に弁を開くこと
により、気体を可逆性物質を接触させて反応させること
により発熱反応を行なわせるように制御するものである
。

この様に構成された冷暖房装置に於いては、圧縮機の増
速およびブースターヒーター等を設ける必要が無くなシ
、これに伴なって機械に無理が加わらなくなるとともに
省エネルギーで効率的な暖房が行なわれることになり、
実用性の高いものとなる。捷た、可逆性物質を用いた場
合には、蓄熱材に比べて保温が不要になるために、ヒー
トポンプ冷暖房機あるいは低温機器の除霜時に於ける低
温維持あるいは負荷変動対策等に有効となる優れた効果
を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による冷暖房装置の一実施例を示す構
成図、第２図は第１図に示す装置の制御系の回路図、第
３図はこの発明による冷暖房装置の他の実施例を示す構
成図である。 １・・・圧縮機、２・・・４方切替弁、３・・・室内側
熱交換器、３ｍ・・・室内側送風器、４・・・絞シ装置
、５・・・室外側熱交換器、５ａ・・・室外側送風機、
６・・・３方切替弁、Ｔ・・・可逆性熱交換器、γＡ・
・・可逆性物質収容器、７ａ・・・可逆性物質、７ｂ・
・・放熱フィン、７Ｃ・・・熱交換コイル、７ｄ・・・
パイプ、８・・・２方弁、９．９０・・・収容器、９ｍ
、９０ｍ・・・気体、９ｂ・・・放熱フィン、９０ｄ・
・・蓄熱材、９０ｅ・・・断熱材、１０〜１３・・・温
度センサー。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧縮機、凝縮器、蒸発器、膨脹弁および冷暖房時
   における冷媒の流れ方向を変換する４方切替を有する冷
   暖房装置において、暖房サイクル時の凝縮器と４方切替
   弁の間に３方切替弁により切替えられる側路を設け、こ
   の側路に吸熱反応により気体を解離放出し、逆に発熱反
   応により、該気体を再結合する可逆性物質と熱交換する
   可逆性熱交換器を設け、上記可逆性熱交換器で熱反応に
   より生じる上記気体又は凝縮液体を収容する収容器を２
   方弁を介して連結したことを特徴とする冷暖房装置。
2. （２）可逆性熱交換器が可逆性物質を収容する可逆性物
   質収容器と、冷媒を通す熱交換コイルから構成されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の冷暖房
   装置。
3. （３）可逆性熱交換器で熱反応により生じる気体又は凝
   縮液体を収容する収容器が室外側もしくは室内側に設置
   されることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の冷
   暖房装置。
4. （４）可逆性熱交換器で熱反応により生じる気体又は凝
   縮液体を収容する収容器がその外周を蓄熱材および断熱
   材で覆われていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項又は第３項記載の冷暖房装置。
5. （５）２方弁が、暖房の軽負荷時に３方切替弁を介して
   可逆性熱交換器に高温加熱冷媒を側路させることにより
   余剰エネルギーを利用して可逆性物質の気体解離を行な
   わせ、この気体或いは凝縮液体を収容器に収容した後に
   閉路し、かつ朝の暖房運転開始時の加熱必要時に開路す
   るよう制御されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項ないし第４項いづれかに記載の冷暖房装置。