JPS6219652A

JPS6219652A - ヒ−トポンプ

Info

Publication number: JPS6219652A
Application number: JP15933785A
Authority: JP
Inventors: 遠藤　光緑; 三谷　明男
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-07-19
Filing date: 1985-07-19
Publication date: 1987-01-28
Anticipated expiration: 2010-04-10
Also published as: JPH0730968B2

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〕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２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１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り
、シ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。

蓄熱槽内に収容され前記ヒートポンプ本体の運転時に余
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
出する蓄熱材とを備えてなるヒートポンプにおいて、前
記蓄熱槽内に収容され融点以下において安定した過冷却
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剌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」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、−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、この熱でたとえば圧縮
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１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９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
圧縮様を示し、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
送風様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以下の湿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■に対向す
る位置に配置され付勢されたとき上記鉄片■を吸着して
前記針Ｎを潜熱蓄熱材７中に侵入させるｍｕｌｔｉ石１
１と石橋１されている。そして、上記１！磁石１１およ
び圧縮機１は制ｍ＋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１１〜四方弁４〜熱交換器２〜膨張弁
５〜熱交換器３〜四方弁４〜圧縮ｌ１１１の経路で流れ
る。圧縮ｔｉｌｌ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、空白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。

上記のような暖房運転は、＠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。

第５図は本発明の別の実施例に係るヒートポンプの概略
構成を示すもので、第１図と同一部分は同一符号で示し
である。したがって１重複する部分の説明は省略する。

この実施例が前記実施例と異なる点は、内部に潜熱蓄熱
材７を収容した蓄熱槽６の設は方にある。

すなわち、この実施例においては、蓄熱槽６を独立的に
設け、この蓄熱槽６内に潜熱蓄熱材７と一緒に２つの熱
交換器１４．１５を配置している。

そして、圧縮機１の吐出口と四方弁４との間および四方
弁４と圧縮機１の吸い込み口との間の冷媒通路にそれぞ
れバルブ１６．１７を介在させ、さらにバルブ１６の両
端にバルブ１８を介して前記熱交換器１４を接続し、ま
たバルブ１７の両端にバルブ１９を介して前記熱交換器
１５を接続したものとなっている。そして、各バルブは
図示しない制御装置によって次のように開閉制御される
。

すなわち，暖房運転時には，バルブ１８．１７が開に，
またバルブ１６．１９が閉に制御される。

この結果．冷媒は圧縮機１〜バルブ１８〜熱交換器１４
〜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１７〜圧縮機１の経路で流れる。このとき
．潜熱蓄熱材７は余剰熱によって相変化温度Ｔｍ以上の
温度に加熱される。そして，暖房運転を停止すると，前
記実施例と同様に潜熱蓄熱材７は外気によって冷却され
過冷却状態を保持する。次に暖房運転を開始すると，バ
ルブ１８．１７が閏に，またバルブ１６．１９が開に制
御され．さらに刺激付与機構８が付勢される。

この付勢によって潜熱蓄熱材７の過冷却状態が解除され
，これによって潜熱蓄熱材７に蓄えられていた熱が低圧
ラインに放出される。したがって，前記実施例と同様に
暖房運転の立上がりを速めることができる。そして，立
ち上がり後は，バルブ１６．１９が閉に，バルブ１８．
１７が開に制御されて定常運転が実行される。一方，暖
房運転の途中で除霜を行なうとぎには次のような制御が
行われる。すなわち．暖房運転を停止すると同時に，バ
ルブ１８．１７が閉に，またパルブ１６．１９が開に制
御されるとともに四方弁４が切り換えられる。同時に刺
激付与機構８が付勢される。このとき．冷媒は圧縮Ｖｓ
１〜バルブ１６〜四方弁４〜熱交換器３〜膨張弁５〜熱
交換器２〜四方弁４〜バルブ１９〜熱交換器１５〜圧縮
機１の経路で流れる。そして，この経路で流れる冷媒に
潜熱蓄熱材７が蓄えている潜熱が注入ざれる。したがっ
て，短時間に除霜が終了することになる。このように構
成しても勿論よい。

第６図は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内に収容ざれた潜熱蓄
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ｌ１１の吸い込み口に接続すると
ともに他端側をバルブ２２を介してバルプ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，バルプ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．ＤＩ！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２
０が閉，バルブ２２が開に制御ざれ，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
前記各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７図に示すように潜熱蓄熱材７中に
電極３１８．３１ｂを差し込んでおき，これら電橿３１
ａ．３ｌｂ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．＠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ボンブの概略系
統図，第２図は同実施例における圧緬機と潜熱蓄熱材と
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７図は剌激付与手段の変
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、１２・・・制御装置。出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第２図第３図第４ｒ４げ第５図第６図

Claims

【特許請求の範囲】

（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，蓄熱槽内に収容され前記ヒ
ートポンプ本体の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とを備えてな
るヒートポンプにおいて，前記蓄熱槽内に収容され融点
以下において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剌
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）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
。