JPS63279070A - ヒ−トポンプ装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ヒートポンプ装置、特に蓄熱槽を有するヒ
ートポンプ装置に関するものである。

（従来の技術） 従来、この種の装置として第２図に示すものが知られて
いる。

第２図は、蓄熱槽の熱を除霜に利用したヒートポンプ装
置の冷媒回路構成図であり、サーモバンタ方式と呼ばわ
るものである。図において、１は圧縮機、２は凝縮器、
３および３ａは膨張弁または毛細管のような減圧装置で
ある第１の減圧装置および同様な第２の減圧装置、４は
空冷式の蒸発器であり、以上の各部材を環状に接続しで
ある。

７は前記圧縮機１の吐出口と凝縮＃２の入口との間に設
けた蓄熱槽であり、この蓄熱ＮＩＴ内には水などの蓄熱
材６と蓄熱用熱交換器８および吸熱用熱交換器９を設け
、これらによって蓄熱装置を構成している。蓄熱用熱交
換器８は一端が圧縮機１の吐出側に、他端が凝縮＠２の
入口側にそれぞれ接続しである。吸熱用熱交換器９は一
端を圧縮機１の吸込側に、他端を第２の減圧装置３ａを
介して蒸発器４の出口側にそれぞれ接続しである。

吸熱用熱交換器９および第２の減圧装置３ａをバイパス
して蒸発器４の出口から圧縮機１の吸込口に至る回路に
は開閉弁１３を設けである。さらに、凝縮器２の出口側
と蒸発器４の人口側とは、開閉弁１１と第１の減圧装置
３を直列に接続した回路と、開閉弁１１および第１の減
圧装置３をバイパスし開閉弁１２を有する回路とで接続
しである。なお、第２図において、実線矢印は暖房運転
時、破線矢印は除霜運転時の冷媒の流れ方向をそわぞれ
示している。

つぎに、上述した従来のヒートポンプ装置の動作につい
て説明する。

暖房運転時、開閉弁１１．１３を開き開閉弁１２を閉じ
、圧縮機１からの高温、高圧の冷媒ガスを、まず、蓄熱
槽７に送り、蓄熱用熱交換器８によって蓄熱材６に蓄熱
したのち、凝縮器２に送る。冷媒ガスは凝縮器２でさら
に放熱して暖房することで凝縮、液化し、この液化した
冷媒を開閉弁１１、第１の減圧装置３を通って減圧し、
低温、低圧の冷媒液として蒸発・器４に送るようになっ
ている。冷媒液を蒸発器４で外気から吸熱することで蒸
発し、蒸発した冷媒ガスは開閉弁１３を通って圧縮機１
に戻るサイクルを繰り返す。この運転において、外気温
度が低く冷媒の蒸発温度が０℃以下になる場合には、蒸
発器４の伝熱面に霜が付着する。この霜を取り除くため
の除霜運転時には、開閉弁１２を開き開閉弁１１゜１３
を閉じる。この状態では、圧縮機ｌからの高温、高圧の
冷媒ガスを、蓄熱［７を通り蓄熱材６に放熱したのち、
凝縮器２で若干の暖房を行ない、開閉弁１２を通ワて蒸
発器４に送る。ここで、冷媒を放熱し蒸発器４の霜を融
かしたのち、第２の減圧装置３ａを通って低温、低圧と
し、吸熱用熱交換器９に送る。冷媒を吸熱用熱交換器９
で蓄熱材６から吸熱して冷媒ガスにして圧縮機１に戻す
。除霜を完了したのちには再び暖房運転に復帰するよう
にな）ている。

（発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、従来のサーモバンタ方式のヒートポンプ
装置にあフては、圧縮機から吐出した冷媒ガスを、まず
、蓄熱槽に送って放熱するため、蓄熱完了まで暖房側に
利用する熱量を蓄熱に利用し、暖房能力を十分に確保で
きず、起動直後の能力不足を助長することになってしま
い、また、除霜においては弁１２を開放することになる
ため、高圧圧力が下がり暖房能力はほとんど得ることが
できないばかりか、除霜熱として高温冷媒を使用するこ
とになり、蒸発器４からの放熱ロスも増え、さらに、効
率良く冷房を行ないにくいという問題点かあフた。

（目的） この発明は、以上のような問題点を解消するためになさ
れたもので、暖房運転における起動直後および蓄熱時に
おける暖房能力の低下を解消するとともに除霜時に、十
分に暖房能力を保持し、起動時に効率よく除霜を完了で
きる。さらに、冷房時においても問題なく運転を可能と
するヒートポンプ装置を提供することを目的としている
。

（問題点を解決するための手段〕 このため、この発明に係るヒートポンプ装置にあっては
、蓄熱槽内の蓄熱用熱交換器と第１の減圧装置を冷暖房
にかかわらず一方向より流れるようにブリッジ回路を形
成して構成し、必ず凝縮した冷媒液が流れるように、室
内外熱交換器の間に配し、さらに、圧縮機吸込配管に第
２の開閉弁を配し、この第２の開閉弁を迂回するように
第２の減圧装置および吸熱用熱交換器を介してバイパス
回路を形成するとともに蓄熱用熱交換器を迂回するバイ
パス回路を第１の開閉弁を介して形成することにより、
前記の目的を達成しようとするものである。

〔作用〕

以上のような構成により、この発明によるヒートポンプ
装置は、吸込配管の第２の開閉弁および蓄熱用熱交換器
のバイパス回路の第１の開閉弁を閉じることにより、冷
暖肩側運転時に、過冷却熱量を蓄熱槽へ蓄熱を行なうよ
うにしたので、暖房時には暖房能力の低下がなく蓄熱を
可能とし、冷房時には、放熱量を増加することになる。

また、暖房起動時においては、前記両開閉弁を開くこと
により蓄熱熱量をとり出し、専た、蓄熱槽７内での熱交
換をなくして、立上り時の能力を出しながら定常状態に
早くもっていくことができる。さらに、除霜時において
は、第２の開閉弁を絞り、高圧圧力を保ち室外側熱交換
器へ中間温度１０〜２０℃の冷媒を流すことにより、室
外側熱交換器４からの放熱を小とした除霜を可能とする
。

冷房時においては、前記の通り放熱特性を良くするとと
もに急激な負荷変動時には、吸込配管の第２の開閉弁２
２を閉とすることにより、低圧部で蓄熱ＮＩ７の蓄熱材
６に蓄えた熱量を吸熱用熱交換器で吸収することにより
、液バツクを防ぎ装置の信頼性を向上する。

〔実施例〕

以下に、この発明に係る一実施例に係るヒートポンプ装
置を、第１図に基づいて説明する。

前出従来例第１図におけると同一（相当）構成要素は同
一符号で表わし、説明の重複をさける。

図において、２０は切り換え手段である四方弁、２１は
後出蓄熱用８を迂回するバイパス回路に設けた第１の開
閉弁、２２は圧縮機吸込配管に設けた第２の開閉弁、２
３は蓄熱用８、第１の減圧装置とともに形成したブリッ
ジ回路、２３ａ〜２３ｄはこのブリッジ回路２３を形成
する逆止弁である。

圧縮機！、四方弁２０、室内側熱交換器（暖房時凝縮器
）２、蓄熱用熱交換器８、第１の減圧装置３、ブリッジ
回路２３を構成する逆止弁２３ａ〜２３ｄ、室外側熱交
換器（暖房時凝縮器）４、第２の開閉弁２１を順次接続
し、冷媒回路を構成している。

前記第２の開閉弁２２の前後を迂回する第２の減圧装置
３ａおよび吸熱用熱交換器９により形成するバイパス回
路を設け、さらに、蓄熱用熱交換器８を迂回するバイパ
ス回路に第１の開閉弁２１を設けである。なお、蓄熱材
６としては相変化温度が０〜３０℃間にある水や各種パ
ラフィン、塩化カルシウム系混合塩などの潜熱利用蓄熱
材を用い、この蓄熱材を蓄熱槽７内に充填しである。

つざに、この発明の一実施例のヒートポンプ装置の動作
について説明する。通常、暖房運転時は、第１図に示す
ように、第１の開閉弁２１を閉じ、第２の開閉弁２２を
開き、圧縮機１から出た高温、高圧の冷媒ガスを、室内
熱交換器２に送り、ここで放熱して室内空気を暖房する
ことで凝縮、液化する。

このときの温度変化の一例について述べると、冷媒の暖
房作用により室内空気を２０℃〜４０℃程度に加熱し、
冷媒を空気への放熱によって４０℃前後の冷媒液として
室内側熱交換器２から出す。暖房効果を発揮し終って、
室内側熱交換器２から出た冷媒液を、ブリッジ回路２３
を形成している逆止弁２３ａを通過し、蓄熱槽７内の蓄
熱用熱交換器８に送り、蓄熱槽７内に充填している相変
化温度０℃〜３０℃間の蓄熱材６を蓄熱用熱交換器８を
介して加熱し、熱量を蓄熱する。蓄熱用熱交換器８から
出た冷媒液を、第１の減圧装置３を通して減圧し、低温
、低圧としてブリッジ回路２３を形成する逆止弁２３ｂ
を通過し、室外側熱交換器４に送り、ここで外気から吸
熱して蒸発しガス冷媒とし、四方弁２０、第２の開閉弁
２２を通して圧縮機１に戻るサイクルを繰り返す。また
第２の開閉弁２２を開いているため、バイパス回路上の
第２の減圧装置３ａの抵抗の方が、第２の開閉弁２２の
抵抗より大であるので、バイパス回路は閉じていないが
、冷媒の流れは微少であり、回路への影響はないといえ
る。

通常、冷房時においては、四方弁２０を切り換えること
により、前述した暖房時の逆サイクルを描くことになる
。室外側熱交換器４で液化した冷媒を、ブリッジ回路２
３を構成する逆止弁２３ｃを経て、暖房と同−流れ方向
で蓄熱用熱交換器８の通過時に、蓄熱を行ない、以後、
第１の減圧装置３、室内側熱交換器２、四方弁２０、開
閉弁２２を通過し圧縮機へ戻るサイクルを繰り返す。

通常、暖房時に、蓄熱槽に蓄熱した状態での初期起動時
には第１の開閉弁２１を開、第２の開閉弁ｚ２を閉とす
ることにより、蓄＃Ｊ！７の熱量を、吸熱用熱交換器９
により冷媒回路に吸収することにより低圧圧力を上げ、
かつ、蓄熱！ｆｉ７を迂回しているので、高圧側の放熱
もおさえるので、高圧の低下も防ぐ運転となる。

したがフて、冷媒回路の過渡状態においても、すみやか
に暖房能力を出すことができるとともに早急に、高圧に
上昇できるので、安定した通常運転に早く到達する。

つぎに、除霜運転時には、第１の開閉弁２１を開とし、
第２の開閉弁２２を閉じる。このとき、圧縮機１からの
高温、高圧の冷媒ガスは、室内側熱交換器で放熱して暖
房を行ないながら気液２相状態とし、逆止弁２３ａを通
過し、一部蓄熱用熱交換器８を通すが、はとんどは第１
の開閉弁２１を通り、第１の減圧装置３にて中間圧に減
圧され１０〜２０℃位の冷媒温度となり、逆止弁２３ｂ
を通過し室外側熱交換器４に送られ、ここで放熱するこ
とで液化する。この放熱によって室外側熱交換器４に付
着していた霜を融かし、除霜を行ない、室外側熱交換器
４を出た液冷媒を、第２の開閉弁２２が閉じているため
、バイパス回路を経て、第２の減圧装置３ａで低温、低
圧として蓄熱ＭＩ７内の吸熱用熱交換器９に送る。ここ
で、冷媒を蓄熱材６から吸熱して冷媒ガスとなり、圧縮
機１に戻る。この運転を、除霜が完了するまて行なうが
、除霜直前あるいは着霜量が多いときに、第１の開閉弁
２１を閏とし、室外側熱交換器４への冷媒量を増加し高
圧を下げ、暖房能力を小とし除霜を進めることもできる
。

前述した除霜運転を、０℃〜３０℃の間に相変化温度を
もつ蓄熱材６を熱源として行なうため、外気を熱源とし
ている通常暖房運転に比べ、冷媒の蒸発温度を高く維持
し、放熱能力を大きく増加する。このため、暖房と除霜
に冷媒の放熱能力を掘りわけても、外気熱源の場合とほ
ぼ同等の暖房能力を維持するとともに、除霜時間も短縮
できる。

上記実施例で除霜運転中に蒸発器の冷媒の圧力を減圧し
て中間圧力としたのは、あまり高温の冷媒を流すと外気
への放熱損失分が増加し、無駄に熱を消費することにな
るからであることはいうまでもない。

つぎに冷房運転について説明する。

通常冷房運転については、四方弁２０を切り換えること
により、蓄熱槽７へ蓄熱し、冷媒回路を構成することは
前述の通りである。このとき、蓄熱槽を有効に使い、蓄
熱用熱交換器８から放熱を行なうため、冷媒サイクルは
効率よい運転が可能となる。また、負荷の急変時には、
吸込配管１ａに設けた第２の開閉弁２２を閉とし、冷媒
を吸熱用熱交換器９へながし、蓄熱材より吸熱し、ガス
化して圧縮機１へ戻すため、液バツクを防止した信頼性
の高い運転ができる。

以上のように、この発明の一実施例によれば、蓄熱用熱
交換器８、第１の減圧装置３、逆止弁２３ａ〜２３ｄに
よりブリッジ回路２３を形成′　　　　　　し、かつ、
室内側熱交換器２と室外側熱交換器４の間に配し、蓄熱
用熱交換器８を迂回するバイパス回路に第１の開閉弁２
１を設け、さらに、吸込配管１ａに第２の開閉弁２２を
設け、その第２の開閉弁２２を迂回するバイパス回路に
第２の減圧装置３ａと吸熱用熱交換器９を配したので、
暖房時においては、起動の立上りを早め、早急に定常運
転でき、効率のよい運転をできるとともに、暖房能力を
維持しながら蓄熱でき、かつ、熱ロスをおさえ、短時間
に効率良く除霜できる。

また、冷房時においても、効率的な運転を可能とし、か
つ、液バツクを防止し、信頼性の高い運転ができる。

以上のように逆止弁を用いたブリッジ回路を安価に構成
することにより、蓄熱を有効に使用できるという効果が
ある。

（発明の効果） 以上に説明してきたように、この発明によれば、蓄熱用
熱交換器、第１の減圧装置を含むブリッジ回路を形成し
、かつ、室内側熱交換器と室外側熱交換器の間に配し、
蓄熱用熱交換器を迂回するバイパス回路に第１の開閉弁
を設け、さらに、吸込配管に第２の開閉弁を設け、この
第２の開閉弁を迂回するバイパス回路に第２の減圧装置
と吸熱用熱交換器を配したことにより、暖房運転におけ
る起動直後および蓄熱時における暖房能力の低下を解消
するとともに、除霜時に暖房能力を十分に保持し、短時
間に効率良く除霜を完了でき、さらに、冷房時において
も効率的な運転ができ、液バツクを防止し信頼性の高い
ヒートポンプ装置を提供しつるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係るヒートポンプ装置の
冷媒回路図、第２図は従来の実施例による暖房時の冷房
回路図である。 １−−−−圧縮機 １　ａ　・−”吸込配管 ２・−一室内側熱交換器 ３−−−−−第１の減圧装置 ３　ａ　＝−−第２の減圧装置 ４・−一・室外側熱交換器 ６−−−−一蓄熱材 ７−−−−−蓄熱槽 ８−−−−−−蓄熱用熱交換器 ９・−一吸熱用熱交換器 ２０−−−−−四方弁 ２１−−−−−第１の開閉弁 ２２−−−−第２の開閉弁 ２３−−ブリッジ回路 各図中、同一符号は同一部分または相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 圧縮機、切り換え手段、室内側熱交換器、 第１の減圧装置、室外側熱交換器を順次接続して構成す
   るヒートポンプ装置において、蓄熱材と蓄熱用熱交換器
   と吸熱用熱交換器で構成する蓄熱槽の蓄熱用熱交換器と
   前記第１の減圧装置を、冷暖房にかかわらず冷媒が一方
   向に流れるようにブリッジ回路を形成して、前記室内側
   熱交換器と室外側熱交換器の間に配し、さらに前記蓄熱
   用熱交換器を迂回するバイパス回路に、第１の開閉弁、
   圧縮機の吸込配管に第２の開閉弁を設け、この第２の開
   閉弁を迂回するバイパス回路に第２の減圧装置、吸熱用
   熱交換器を設けたことを特徴とするヒートポンプ装置。