JPS63233265A - ヒ−トポンプ式空気調和機 - 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】 産業上の利用分野 本発明は蓄熱材を利用したヒートポンプ式空気調和機に
関するものである。

従来の技術 従来の蓄熱材を利用したヒートポンプ式空気調和機の一
例について図面を参照しながら説明する。

第４図は従来のヒートポンプ式空気調和機の冷凍サイク
ルを示す。

第４図において、３０は圧縮機、３１は四方弁、３２は
室内熱交換器、３３および３６は膨張機構、３日は室外
熱交換器、３９は電磁弁で順次冷媒配管４７で環状に接
続され主冷凍サイクルを構成している。４４は蓄熱槽で
１月こ水熱交換器４３および加熱用ヒーター４２が内蔵
されており、蓄熱槽４４人口には膨張機構４１、レジ−
）＜　−４０を配置し三方弁３５に接続され、一方蓄熱
槽４４出口は圧縮機３０の吸入側に接続され蓄熱サイク
ルを構成している。４５は室内機用送風機、４６は室外
機用送風機である。

」−記のような冷凍サイクルにより構成された空気調和
機について、暖房立上り時の動作について説明する。今
、暖房運転に先がけて蓄熱１’ｉ４４内の水を予め加熱
用ヒーター４２により加熱して水熱交換器４３内の冷媒
を高温のガス冷媒にしておく。この状態で暖房運転を開
始すると電磁弁３９は閉じられて圧縮機３０の運転によ
り、高温のガス冷媒を吸入し、高温高圧のガス冷媒が吐
出され室内熱交換器３２に入り凝縮潜熱を放出して室内
を暖房し高圧ガス冷媒となり、逆止弁３４を介し三方弁
３５により切換えられ、レシーバ４０に入る。レシーバ
４０から膨張機構４１を通ってガス冷媒となり蓄熱槽４
４に入る。ここで水熱交換器４３により温水から吸熱し
、高温低圧ガス冷媒となり再び圧縮機３０に吸入され暖
房室Ｉニリ運転が行なわれる。立上り運転が終了すると
、電磁弁３９は開放に、三方弁３５は主冷凍サイクル側
に切換えられて、室内熱交換器３２で凝縮潜熱を放出し
た冷媒は、逆止弁３４、三方弁３５を通り膨張機構３６
を通過して低温低圧のカス液二相状態となり、室外熱交
換器３Ｂで蒸発潜熱を室外空気から吸熱して低圧ガス冷
媒となり、電磁弁３９、四方弁３１を通過して再び圧縮
機３０に吸入される。

このようなヒートポンプ式空気調和機によれば、蓄熱を
利用して暖房室］ニリを良好にすることができるが、蓄
熱槽４４内の水に蓄熱するのに加熱用ヒーター４２を用
いているためにその電気入力が必要である。また運転開
始と共に電磁弁３９を閉とし、三方弁３５を蓄熱サイク
ル側に切換えるために、運転停止時に室外熱交換器３８
内に溜まっていた冷媒が主冷凍サイクル中へ回収されず
、冷媒不足を発生ずる。また運転停止時に圧縮機３０温
度は室外空気温度と同程度まで低下し、それと共に圧縮
機３０内の潤滑油に冷媒が溶解してい（、いわゆる寝込
み現象が発生してくる。このような状態の下で暖房運転
を開始すると圧縮機３０内の激しい撹拌作用によって潤
滑油中の冷媒が発泡してくる、いわゆるフォーミング現
象も発生し潤滑油が圧縮機３０外へ吐出していく。

発明が解決しようとする問題点 以上述べてきたように、従来の蓄熱を利用したヒートポ
ンプ式空気調和機においては、蓄熱槽内に蓄熱するのに
電気ヒーター人力を必要とするために期間エネルギ効率
が低くなり、また、暖房始動時に封入冷媒の一部が室外
熱交換器内に溜まったままで、主冷凍サイクルの方へ回
収されないためにザイクルの立上りが遅くなるとかいっ
た問題点を有していた。さらには、暖房始動初期におけ
るフォーミング現象が発生する等、信頼性にも影響を与
えるといった問題点を有していた。

本発明は−４ユ記問題点に鑑みてなされたもので、期間
エネルギ効率および暖房室１−り性能を向上させると共
に、信頼性の面での向」二をも図るものである。

問題点を解決するための手段 １−記問題点を解決するために本発明のヒートポンプ式
空気調和機は、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、減圧器
および室外熱交換器を順次冷媒配管で環状に接続した主
回路と、前記室内熱交換器出口側と前記室外熱交換器人
口側との管路より分岐し、蓄熱槽を接続して前記室外熱
交換器用］」側と前記圧縮機入口側との管路に合流する
バイパス回路とから冷凍サイクルを形成し、１１１ｆ記
蓄熱槽を前記圧縮機と熱交換的に配設し、かつ蓄熱槽を
蓄熱材および蓄熱熱交換器より構成すると共に、前記主
回路と前記バイパス回路との流路切替を行なう流路切替
手段と、前記室内熱交換器内に冷媒保持を可能とする開
閉手段を設けたものである。

作　　用 本発明は］ユ記構成によって、暖房安定時に圧縮機と熱
交換的に配設された蓄熱槽に熱を蓄え、この熱を運転停
止時における圧縮機の温度維持に利用すると共に、暖房
始動時においては吸熱源として利用し、また運転停止と
共に室内熱交換器から室外熱交換器への冷媒の動きを阻
止し室内熱交換器内に冷媒を保持することによって、始
動直後より冷媒循環量を増大させ圧縮機の仕事量及び蓄
熱槽からの吸熱量を増やし、暖房室」ニリ特性を良好に
するものである。

実施例 以下本発明の一実施例のヒートポンプ式空気調和機につ
いて図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の第１の実施例におけるヒートポンプ式
空気調和機の冷凍サイクルを示すものてある。第１図に
おいて、１は圧縮機、２は四方弁、１５は開閉手段とし
ての第１電磁弁、３は室内熱交換器、４は減圧器、１６
は開閉手段としての第２電磁弁、１７は流路切替手段と
しての電磁３方弁、５は室外熱交換器、６はアキューム
レータで順次冷媒配管７で環状に接続して主回路１０を
構成している。１１は室外熱交換器５をバイパスし蓄熱
槽１２を接続したバイパス回路で、電磁３方弁１７への
通電によりバイパス回路１１と連通ずるものである。８
は室内熱交換器用ファン、９は室外熱交換器用ファンで
ある。ここで、蓄熱槽１２は圧縮機１と熱伝導による熱
交換が可能なように圧縮機１の周囲に接触させ環状に配
設している。

また蓄熱槽１２の内部には相変化を利用して少量で多く
の熱の授受が可能なように潜熱利用方式の蓄熱材１４が
充填されると共に、蓄わえられた熱を利用するための蓄
熱熱交換器１３が設けられている。

以」二のように構成されたヒートポンプ式空気調和機に
ついて、以下第２図のタイムチャートを用いてその動作
を説明する。

暖房定常時では、電磁３方弁１７は非逆電で主回路１０
側へ切替わっており、また第１電磁弁１５および第２電
磁弁１６はともに通電開型の電磁弁で、この場合、両者
共に通電され開状態となっている。圧縮機１において断
熱圧縮された高温高圧の冷媒ガスは四方弁２、第１電磁
弁１５を通って室内熱交換器３へ流入し、周囲室内空気
との熱交換により凝縮熱を放出して液化する。液化した
高圧冷媒は減圧器４て断熱膨張し低温低圧の気液二相状
態となって第２電磁弁１６、電磁３方弁１７を通って室
外熱交換器５へ流入し、周囲室外空気から吸熱してガス
状態となりアキュームレータ６を経て再び圧縮機１へと
吸入される。こうして、室内熱交換器３から冷媒の凝縮
熱が温風となって吹出し、暖房能力を発生させ室内空気
を昇温させるものである。この時、バイパス回路１１は
電磁３方弁１７によって閉ざされ冷媒は流れないように
なっているが、バイパス回路１１に設けられた蓄熱槽１
２が圧縮機１の周囲に熱交換可能なように接触して配設
されているため、圧縮機１からの熱伝導によって蓄熱槽
１２内の蓄熱材１４に熱を蓄えることができる。

今、暖房運転の停止信号が発生すると（第２図における
Ｔ１の時）、第１電磁弁１５および第２電磁弁１６が共
に非通電となり管路を閉状態とすると共に、圧縮機１等
の運転が停止される。その後、従来では曲線Ｂで示すよ
うに圧縮機１の温度が降下していたが、圧縮機１の周囲
に蓄熱槽１２が配設されているため曲線Ａに示すように
温度降下が緩やかであり、蓄熱材１４の融点（θ１）付
近において長時間圧縮機１の温度を維持することができ
る。こうして暖房運転停止後、数時間経過して再び暖房
運転が開始されると（Ｔ２の時）、電磁３方弁１７への
通電がなされバイパス回路１１側に流路が切替わると共
に、第１電磁弁１５、および第２電磁弁１６へも通電さ
れ管路が開状態となる。その後圧縮機１で断熱圧縮され
た冷媒は、四方弁２、第１電磁弁１５を通って室内熱交
換器３へと流出する。そして、凝縮液化した冷媒は減圧
器４で暖熱膨張した後、第２電磁弁１６、電磁３方弁１
７を通ってバイパス回路１１へ分岐し蓄熱槽１２内の蓄
熱熱交換器１３に入り、蓄熱材１４より吸熱して蒸発気
化した後、アキュームレータ６を経て再び圧縮機１へと
吸入される。この時、吸熱源となる蓄熱材１２の温度レ
ベルが高いことや、始動前に高圧側である室内熱交換器
３に保持されていた冷媒が速やかに減圧器４を通って低
圧側の蓄熱槽１２に流入することなどにより、圧縮機１
の吸入圧力がそれ程低くならず冷媒循環量が大幅に増大
する。ここで、蓄熱ｖ４１４からの吸熱作用が行なわれ
続けていると、蓄熱材１４の融点（θ１）における潜熱
変化を終えて顕熱変化に移行し始め、蓄熱材１４の温度
が低丁してくるので、この時になると電磁３方弁１７を
非通電として（Ｔ３の時）、バイパス回路１１から主回
路１０へと流路切替を行なう。そして室外周囲空気から
の吸熱作用によって暖房を行なうものである。

以上のように本実施例によれば、蓄熱槽１２に蓄熱する
のに電気ヒーター、あるいは蓄熱のための特別な冷媒回
路や制御を設けることなく、圧縮機１からの熱を利用し
て容易に蓄熱槽１２内に熱を蓄えることができる。また
、この熱を運転停止時にあっては圧縮機１の高温ネ１１
持に利用し、また暖房始動時にあっては室外熱交換器５
の代わりに吸熱源として利用できる。さらには、暖房運
転停止Ｉ−中に室内熱交換器３内に定常時の冷媒量を保
持することによって、始動後における低圧側の冷媒不足
が発生しない。このように、吸熱源としての蓄熱槽１２
の温度レベルが高く、しかも室内熱交換器３から蓄熱槽
１２への冷媒供給も十分なため、吸入圧ノＪが高（冷媒
循環量が増大し圧縮機１の仕事量が増え、また蓄熱槽１
２からの吸熱量も増えるために、放熱能力も増大し暖房
立」二り特性が良好となる。

なお本実施例では、減圧器４の出口側よりバイパス回路
１１を分岐させているが、減圧器４の途中あるいは減圧
器４の入口側より分岐させても良い。

また、本発明の第２の実施例を第３図に示す。

流路切替手段としての電磁３方弁１７および開閉手段と
しての第２開閉弁１６の代わりに、主回路１０中に減１
］：、器と開閉手段とを同時に満足する全閉可能型の電
動膨張弁１７とバイパス回路１１ｃｐに電磁弁１８を設
けたものである。このように、主回路およびバイパス回
路を連動して開閉動作を行なうことにより、流路選択が
可能てしかも両流路共に全閉することのできるものであ
れば、本発明の効果は十分に引き出すことが可能であり
何ら差しつかえない。

発明の効果 以−にのように本発明のヒートポンプ式空気調和機は、
室外熱交換器をバイパスするバイパス回路中に、圧縮機
と熱交換的に配設された蓄熱槽を接続し、この蓄熱槽を
蓄熱材と蓄熱熱交換器とから構成すると共に、主回路と
バイパス回路との流路切替手段と、室内熱交換器内への
冷媒保持を可能とする開閉手段とを設けたもので、この
蓄熱槽を用いて暖房停止時に圧縮機温度を高温に維持し
、始動時に吸熱源とすると共に、停止時に室内熱交換器
内に冷媒を保持し始動後における吸熱側の冷媒不足を緩
和することによって、冷凍サイクルが始動後早期に安定
に達するため暖房立」ユリのかなり早くしかもヒーター
を用いていないために期間エネルギ効率の高いヒートポ
ンプ式空気調和機を提供することができる。また、圧縮
機が高温に維持されているために潤滑油への寝込み現象
が緩和されると共に、アキュームレータも圧縮機からの
熱伝導によって温度が高くなっているため液冷媒が滞留
することがないために、始動後のフォーミング現象や液
圧縮現象が従来に比べて緩和され、信頼性の面でも大き
く向上する等優れた効果を発揮するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例におけるヒートポンプ式
空気調和機の冷凍サイクル図、第２図は第１の実施例に
おけるタイムチャート図、第３図は本発明の第２の実施
例における冷凍サイクル図、第４図は従来例におけるヒ
ートポンプ式空気調和機の冷凍サイクル図である。 １４． １・・・・・・圧縮機、２・・・・・・四方弁、３・・
・・・室内熱交換器、４・・・・・・減圧器、５・・・
・・・室外熱交換器、７・・・・・・冷媒配管、１０・
・・・・主回路、１１・・・・・バイパス回路、１２・
・・・・・蓄熱槽、１３・・・・・・蓄熱熱交換器、１
４・・・・・・蓄熱材、１５，１６・・・・・・電磁弁
（開閉手段）、１７・・・・・・電磁３方弁（流路切替
手段）。 代理人の氏名弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名Ｏつ　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｃつ、　　、　
、　　、　　、　、　　、　　、　　：　　ｊ　　ｊ　
　：　　ｊｏ　汐　“ ＼Ｎづ寸硝さ９１田口ぜや諭 区

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 圧縮機、四方弁、室内熱交換器、減圧器および室外熱交
   換器を順次冷媒配管で環状に接続した主回路と、前記室
   内熱交換器出口側と前記室外熱交換器入口側との管路よ
   り分岐し、蓄熱槽を接続して前記室外熱交換器出口側と
   前記圧縮機入口側との管路に合流するバイパス回路とか
   ら冷凍サイクルを形成し、前記蓄熱槽を前記圧縮機と熱
   交換的に配設し、かつ蓄熱槽を蓄熱材および蓄熱熱交換
   器より構成すると共に、前記主回路と前記バイパス回路
   との流路切替を行なう流路切替手段と、前記室内熱交換
   器内に冷媒保持を可能とする開閉手段を設けたヒートポ
   ンプ式空気調和機。