JPH01131862A - ヒートポンプ装置 - 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】 【産業上の利用公費】

この発明は、蓄熱材と共に蓄熱路に内蔵させた蓄熱用熱
交換器を備えたヒートポンプ装置に関するものである。

【従来の技術】

第９図は特開昭６２−１７６９９０号公報に示された上
記のようなヒートポンプ装置の冷媒回路構成図である。 第９図において、１は圧縮機、２は室内側にある凝縮器
、３は膨張弁または毛細管のような第１減圧装置、４は
室外側にある蒸発器であり、これらが順次接続されて冷
凍サイクルが構成されている。上記凝縮器２と第１減圧
装置３の間を一端とし、蒸発器４と圧縮機１の吸入側を
他端とし、−端および他端に第１開閉弁８および第３開
閉弁１０を有し、蓄熱Ｗ１６に相変化温度が０℃〜３０
℃の間にある蓄熱材７と共に内蔵された蓄熱吸熱用の熱
交換器５、上記第１減゛圧装置３および蒸発器４がこの
順に接続されて、第１の冷媒回路１２が構成されている
。また、凝縮器２と第１開閉弁８の間で第２開閉弁９を
介して一端が第１の冷媒回路１２に接続され、膨張弁ま
たは毛細管のような第２の減圧装置１３、第１の冷媒回
路１２と共用する蒸発器４、第１減゛圧装置３および熱
交換器７をこの順に接続し、圧縮機１の吸入側と第３開
閉弁１０の間で第４開閉弁１１を介して第１の冷媒口ｖ
Ｂ１２に他端が接続されて、除霜用の第２の冷媒回路１
４が構成されている。なお、第２の冷媒回路１４は、第
１の冷媒回路１２と、第１開閉弁８と熱交換器５の間で
分岐されている。 次に、このヒートポンプ装置の冷媒回路の動作について
説明する。暖房運転時には、第１．第３開閉弁８，１０
が開き、第２．第４開閉弁９，１１が閉じ、冷媒は第９
図に実線矢印で示すように流れる。そして、圧縮機１か
ら吐出された高温高圧の冷媒ガスが凝ｍ器２に送られ、
ここで暖房のため放熱し凝縮液化する。暖房効果を発揮
し、凝縮器２を出た４０℃前後の冷媒液は、第１冷媒回
路１２に入り、第１開閉弁８を経て蓄熱器６内の熱交換
器５に送られ、蓄熱器６内に充填されている相変化温度
がＯ℃〜３０℃間にある蓄熱材７を加熱しこれに蓄熱す
る。熱交換器５を出た冷媒液は第１減圧装置３を通って
減圧され、低温低圧となった後、蒸発器４に送られここ
で蒸発する。蒸発した冷媒ガスは第３開閉弁１０を通っ
て圧縮機１に吸入される。そして、上述したサイクルを
繰返す。この暖房運転において、外気温度が低く冷媒の
蒸発温度が０℃以下になる場合があり、この場合には、
蒸発器４の伝熱面に霜が付着し、暖房能力が低下する。 そこで、付着した霜を除去する除霜運転が必要となり、
この運転が行われる。 除霜運転時には、第１０図のフローチャー１・に示すよ
うに、除霜運転に入ると直ちに第１．第３開閉弁８，１
０が閉じ、第２．第４　ｒＪＩＪ閉弁９．１１７＞ｆ開
き、冷媒は第９図の破線矢印に示すように流れる。そし
て、圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒ガスが凝ｍ
器２に送られ、ここで放熱して暖房が行われる。この時
、冷媒ガスはその暖房効果をすべて発揮せず、一部に冷
媒ガスを残した気液混合状態で第２の冷媒回路１４に入
り、第２開閉弁９を経て第２減圧装置１３に送られる。 ここで、気液２相の冷媒ガスは中間圧力まで減圧され、
例えば凝縮温度が１０℃〜２０℃程度の状態になって蒸
発器４に送られ、ここで放熱することで全体が凝縮し冷
媒液となる。この放熱によって蒸発器４に付着していた
霜が融かされて除霜が行われる。 蒸発器４を出た冷媒液は、第１減圧装置３を通り、ここ
で低温低圧になって蓄熱器６内の熱交換器５に送られる
。この熱交換′ｌ！ｊ５内で、冷媒液は蓄熱材７から吸
熱して蒸発し、冷媒ガスとなって第４開閉弁１１を通り
、圧縮機１に戻る。上述した除霜運転は、除霜が完了す
るまで続けられ、除霜完了時には第１〜第４開閉弁８〜
１１が上述した暖房運転状態に戻り暖房運転が再開され
る。

【発明が解決しようとする問題点】

従来のヒートポンプ装置は、以上のように構成され、第
１〜第４開閉弁８〜１１が暖房運転状態から除霜運転状
態に切換わる時に、第１１図のタイムチャートに示すよ
うに、瞬時に切換えられるので、暖房運転時に蓄熱器６
内の蓄熱材７に放熱していた熱交換器５内の比較的高温
（蓄熱材７の相変化１度に近い温度）で高圧の冷媒液が
第１〜第４開閉弁８〜１１の切換えと同時に除霜用の第
２の冷媒回路１４を経て圧縮機１に急激に戻され、熱の
有効な利用を図ることができないという問題点があった
。 この発明は、上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、蓄熱器内の熱交換器に溜まっている冷媒液
の熱を有効に利用し、蒸発器の除霜時間を短縮できるヒ
ートポンプ装置を得ることを目的としている。

【問題点を解決するための手段】

この発明は、上記のような冷凍サイクルを有し、また上
記のような第１の冷媒回路と第２の冷媒回路とを備えた
と一トポンプ装置において、第１゜第２冷媒回路の路弁
および第１減圧装置に接続した制御装置を具備させ、と
の制御装置によって、除霜運転の開始時に蓄熱材と共に
蓄熱器に内蔵させた熱交換器側から蒸発器に冷媒を導い
た後、第２の冷媒回路による除霜運転状態に切換えるよ
うにしたものである。

【作　　用】

この発明におけるヒートポンプ装置では除霜運転の開始
時に蓄熱器に内蔵させた熱交換器に溜まっている冷媒液
は、蒸発器に導かれ、蒸発器に付着している霜に放熱し
、除霜熱源として働き、その後通常の除霜運転状態にし
ているので、上記熱交換器に溜まっている冷媒液の有効
な利用を図ることができる。

【実施例】

以下、この発明の実施例を図について説明する。 第１図はこの発明の第１実施例によるヒートポンプ装置
の冷媒回路構成図、第２図および第３図は第１実施例の
フローチャートおよびタイムチャートである。 第１図において、１は圧縮機、２は凝縮器、３は膨張弁
からなる第１減圧装置、４は蒸発器である。まな５は熱
交換器であり、蓄熱器６内に蓄熱材７と共に内蔵させで
ある。８〜１１は第１〜第４開閉弁、１２は第１．第３
開閉弁８，１０を両端に有する第１の冷媒回路、１４は
第２．第４開閉弁９，１１を両端に有し、第２減圧装置
１３を備えた第２の冷媒回路である。そして、以上の構
成は第９図に示す従来のものと同様である。１５は第１
〜第１Ｆｌ閉弁８〜１１および第１減圧装置３に接続さ
れて、これを制御する制御装置であり、この制御装置１
５は第２図、第３図に示すように、暖房運転から除霜運
転に切換わる時に、まず第１減圧装置３が全開し、制御
装置１５に内蔵したタイマ（図示せず）などによって圧
ｍ機１に液戻りがないように予め設定された時間を後に
第１．第３Ｍ閉弁８，１０が開から閉、第２．第４開閉
弁９．１１が閉から開になるように制御するものである
。 次に、第１実施例によるヒートポンプ装置の動作につい
て説明する。暖房運転中は、第１図の実線矢印に示すよ
うに冷媒が流れ、蓄熱器６に内蔵された熱交換器５に、
上述した従来のものと同様に比較的高温の冷媒液が凝縮
器２から入り、相変化温度がＯ℃〜３０℃の間にある蓄
熱材７を加熱し、冷媒液自身も相変化温度に近い温度と
なり、熱交換器５内に溜まる。そして、冷媒液は第１減
圧装置３によって絞られ、減圧されて蒸発器４に入り、
ここで蒸発されている。 上述した暖房運転によって蒸発器４に霜が付着し除霜が
必要になると、これを図示しない検知器で検知し、信号
を制御装置！１５に入力させることで、この制御装置が
働いて除霜運転に入る。除霜運転の開始時には、第１〜
第４開閉弁８〜１１は第１の冷媒回路１２を用いる暖房
運転状態のままで、制御装置１５からの指令で第１減圧
装置３の弁開度を全開にする。このため、今まで蓄熱器
６内の熱交換器５に溜まっていた比較的高温、すなわち
Ｍ熱材７の相変化温度に近い温度で高圧の冷媒液が第１
減圧装Ｍ３によって絞られることなく、低圧、低温であ
った蒸発Ｎ４に流込み、蒸発器４に付着した霜に放熱し
、この霜を融かすことができる。そして、圧縮機１に液
戻りが生じないような設定時間も後に、制御装置１５か
らの指令で第１〜第４開閉弁８〜１１を除霜運転状態に
切換え、第１Ｉｆ４圧装置３を絞り、第１図の破線矢印
に示すように冷媒が流れ、上述した従来のものと同様に
蒸発器４内の圧力は直ちに中間圧力、すなわち凝縮温度
が１０℃〜２０℃の圧力となり、この状態で蒸発ｖｉＩ
４の除霜を行い、蓄熱器６内の熱交換器５で蓄熱材７か
ら吸熱して冷媒液を蒸発させることにより、短時間で蒸
発器４の除霜を完了させることができる。なお、除霜完
了後は、制御装置１５からの指令で再び暖房運転状態に
戻る。 上述したように、第１実施例のヒートポンプ装置では、
蓄熱用の熱交換器５に溜められた冷媒液を、第１減圧装
置３を全開させて、除霜運転の開始時に蒸発器４に移動
させ、これに放熱させるようにしたので、冷媒がもつ熱
エネルギを有効に利用して、除霜運転時間の短縮を図る
ことができる。 なお、上記実施例では、除霜運転時における第１〜第４
ＵＩＪ閉弁８〜１１の切換えを、圧ｍ機１に液戻りしな
い時間ｔを予め設定して行う場合について説明したが、
この発明は、第４図に示すように圧縮機１の吸入口直前
に設けられたアキュムレータ１６に液面検知器１７を設
け、冷媒が所定の液面に到達した時に、これを検知して
信号を制御装置１５に送り、第２の冷媒回＠１４への切
換えを行うと、熱エネルギをさらに有効に利用して、除
霜時間を短縮させることができる。 また、第１実施例では第１．第２開閉弁８，９を設けた
がこれらに代えて１つの三方弁とし、第１実施例の第３
．第４弁１０．１１に代えて他の１つの三方弁としても
よい。 第５図および第６図はこの発明の第２実施例によるヒー
トポンプ装置のフローチャー１・およびタイムチャート
である。 第５図、第６図において、第１図ないし第３図と同一符
号は相当部分を示し、第２実施例では、暖房運転から除
霜運転に切換わる時に、まず、第３１Ｊｌ閏弁１０を開
から閉にすると共に、第１減圧装置３を全開にし、ある
設定時間ｔｆ′！けポンプダウン運転を行った後に、第
１．第３開閉弁８，１０を開から閉、第２．第４開閉弁
９，１１を閉から開になるように、第５図、第６図には
図示しない制御装置による制御を行うものである。 次に、第２実施例によるヒートポンプ装置の動作につい
て説明する。暖房運転中は、蓄熱器６内の熱交換器５へ
第１実施例と同様に比較的高温の冷媒液が凝縮器２から
入り、蓄熱材７を加熱し、冷媒液自身もその相変化温度
になって熱交換１＃５内に溜まり、冷媒液は第１減圧装
［３によって絞られ、減圧されて蒸発器４に入り、ここ
で蒸発されている。 暖房運転によって蒸発器４に霜が付着し、制御装置が働
いて除霜運転に入る。除霜運転の開始時には、まず第３
開閉弁１０を開から閉とし、第１減圧装置３を全開とし
て、ポンプダウン運転をある設定時間ｔたけ行う。この
運転によって、今まで低圧低温であった蒸発器４に蓄熱
Ｗｓ６内の熱交換器５内に溜まっていた、蓄熱材７の相
変化温度に近い比較的高温で高圧の冷媒液が蒸発器４に
移動してこれに付着した霜に放熱し、これを融かすと共
に蒸発ＷＩ４内の圧力を高める。次に、設定時間を後に
、第１減圧装着３を絞り、第１．第２゜第４開閉弁８，
９．１１を除霜運転状態に切換えると、第１実施例と同
様に蒸発器４内の圧力は直ちに中間圧力、すなわち凝縮
温度が１０℃〜２０℃の圧力となり、この状態で除霜を
行うことができる。そして、蓄熱器６内の熱交換器５で
は蓄熱材７から吸熱して冷媒液を蒸発させることにより
、短時間で除霜を完了させることができる。 なお、第２実施例の上述した以外の構成、動作は第１実
施例と同様である。 上述したように、第２実施例のヒートポンプ装置では、
蓄熱用の熱交換器５に溜められた冷媒液を除霜運転の開
始時にポンプダウン運転によって蒸発器４に移動させて
これに放熱させるようにしたので、冷媒がもつ熱エネル
ギを有効に利用して、除霜運転時間の短縮を図ることが
できろ。 第７図はこの発明の第３実施例によるヒートポンプ装置
の冷媒回路構成図、第８図は第３実施例のタイムチャー
トである。 第７図および第８図において、第１図ないし第３図と同
一符号は相当部分を示す。第３実施例では、第１減圧装
置３は、毛細管または減圧弁からなる装置本体３ａをバ
イパスする管路３ｂに第５開閉弁１３が設けられている
。また、制御装置１５は、第８図に示すように、除′Ｍ
信号が入力されると、第１開閉弁８が開から閉となり、
設定時間を後に第３開閉弁１０が開から閉、第２．第４
゜第５開閉弁９，１１．１５が閉から開になるように制
御するものである。なお、第５実施例の上述した以外の
構成は第１実施例と同様である。 次に、第３実施例によるヒートポンプ装置の動作につい
て説明する。暖房運転中は、第７図の実線矢印に示すよ
うに冷媒が流れ、蓄熱器６に内蔵された熱交換器５に、
第１実施例と同様に比較的高温の冷媒液が凝縮器２から
入り、相変化温度が０℃〜３０℃の間にある蓄熱材７を
加熱し、冷媒液自身も相変化温度に近い比較的高い温度
となり、熱交換Ｎ５内に溜まり、冷媒液は第１減圧装置
３の装置本体３ａによって絞られ、減圧されて蒸発器４
に入り、ここで蒸発されている。 上述した暖房運転によって蒸発器４に霜が付着し除霜が
必要になると、これを検知器（図示せず）で検知し、信
号を制御装置１５に入力させ、この装置１５が働いて除
霜運転を開始する。除霜運転の開始時には、第１開閉弁
８を開から閉とし、予め設定された時間ｔだけ運転を行
うと、熱交換器５に溜まっていた比較的高い温度の液冷
媒が一部を残して蒸発器４を通って徐々に圧縮機１に吸
入され、高圧側つまり凝縮器２に溜まる。設定時間を後
に第３０ｉ閉弁１０を閉、第２．第４．第５開閉弁９，
１１．１５を開とし、第２減圧装置１３を、高圧に維持
すると共に２次側の冷媒温度が５℃〜１０℃になるよう
な開度として、除霧運転を行う。この除霜運転によって
、５℃〜１０℃の冷媒は蒸発器４で熱交換し、霜を融か
しながら凝縮し、第５ｊＦｌ閉弁１８すなわち全開状態
の第１減圧装置３を通って、熱交換器５に入り、ここで
蓄熱材７から熱を吸収して蒸発し、圧縮機１に吸入され
、このサイクルを繰返して除霜運転を行う。なお、除霜
完了後は、制御装置１５からの指令で再び暖房運転状態
に戻る。 上述したように、第３実施例のヒートポンプ装置では、
第５開閉弁１８を第１減圧装Ｍ３の装置本体３ａをバイ
パスする管路３ｂを設け、除霜運転の開始時に設定時間
ｔだけ、第１開閉弁８を閉として運転を行い、熱交換器
５に溜まった液冷媒を蒸発器４を通って徐々に圧縮８１
１に吸入され、液冷媒が蒸発器４を通る際にこれに付着
した霜を融かすことができる。また、圧縮機１に吸入さ
れた冷媒を凝縮器２に溜め、設定時間を後に第３開閉弁
１０を閑、第２．第４．第５開閉弁９，１１゜１５を開
とし、第２減圧装置１３を２次側の冷媒温度が５℃〜１
０℃になる開度として除霜運転を行うようにしたので、
従来のヒートポンプ装置のように暖房運転から除霜運転
への切換え時に急激な液バツクによる圧縮機１の故障を
生ずることがなく、信頼性の向上を図ることができる。 さらに、第５開閉弁１８を開にして除霜運転を行うこと
で、冷媒を高圧に維持し、蒸発器４に入る冷媒を５℃〜
１０℃にしたので、冷媒の循環量を確保できると共に蒸
発器４からの放熱が少なく効率のよい除霜をしながら短
時間で暖房を可能にすることができる。

【発明の効果】

以上説明したように、この発明によれば、制御装置によ
って、路弁および第１減圧装置に指令を与え、除霜運転
の開始時に、蓄熱器に蓄熱材と共に内蔵された熱交換器
に溜まっている比較的高い温度の冷媒液を蒸発器に導き
、蒸発器に付着する霜に放熱してこの霜を融かし、その
後通常の除霜運転にしているので、上記熱交換器に溜ま
っている冷媒液を有効に利用して、蒸発器の除霜時間を
短縮できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例によるヒートポンプ装置
の冷媒回路構成図、第２図および第３図は第１実施例の
フローチャー１・およびクイムチヤード、第４図は第１
実施例の変形例による圧縮機およびアキュムレータ部分
の構成説明図、第５図および第６図はこの発明の第２実
施例によるヒートポンプ装置のフローチャー１・および
タイムチャー１−１第７図はこの発明の第３実施例によ
るヒートポンプ装置の冷媒回路構成図、第８図は第３実
施例のタイムチャート、第９図は従来例のヒートポンプ
装置の冷媒回路構成図、第１０図および第１１図は従来
例のフローチャー１・およびタイムチャートである。 １・・圧縮機、２　・凝縮器、３・・第１減圧装置、３
ａ・・装置本体、３ｂ・・・バイパス管路、４・・蒸発
器、５・・・熱交換器、６・・・蓄熱器、７・・・蓄熱
材、８゜１０−・第１．第３開閉弁（第１の冷媒回路の
弁）、９．１１・・・第２．第４開閉弁（第２の冷媒回
路の弁）、１２．１４・・第１．第２の冷媒回路、１３
・第２減圧装置、１５・・制御装置、１８　・第５開閉
弁。 なお、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人　　大　岩　増　雄（外２名） 第１図 １・・・圧縮４！ｌ　　　　２・・・凝縮器　　　３・
・・第１戚田装置　　　４・・・連発器５・・・熱交換
器　　６・・・蓄熱器　　７・・・蓄熱材　　８，１０
・・・第１．第３開閉弁９．１１・・・第２．第４開閉
弁　　　１２．１４・・・第１．第２の冷媒回路１３・
・・第２減圧装置　　　１５・・・制御装置第２図 第３図 一一劉一一−１１−栖−−− １” 第４図 第５図 第７図 １８・・・第５開閉弁 匡　　正匡　　圧　　距　　圧　　Ｅ 巨　　ＨＷ　　　Ｅ匡　　Ｅｒ　　Ｅｒ　　Ｅｒ　正Ｏ
プ 第９図 第１０図 第１１図　　　　　　　１ 一卵→→ト←劉−・ 手続補正書（自発）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧縮機と凝縮器と第１減圧装置と蒸発器とを順次
   接続させた冷凍サイクルを有し、上記凝縮器の出口側お
   よび蒸発器の出口側にそれぞれ配設した弁を一端および
   他端に持ち蓄熱材と共に蓄熱器に内蔵させた熱交換器と
   上記第１減圧装置と、蒸発器をこの順に接続した第１の
   冷媒回路と、第１の冷媒回路の一端に第１の冷媒回路と
   切換可能に弁を介して一端が接続し第２減圧装置と第１
   の冷媒回路と共用する上記蒸発器と第１減圧装置と熱交
   換器をこの順に接続し第１の冷媒回路の他端に弁を介し
   て他端が接続した第２の冷媒回路とを備えたヒートポン
   プ装置において、上記各弁および第１減圧装置に接続し
   除霜運転の開始時に上記熱交換器側から蒸発器に冷媒を
   導いた後、第２の冷媒回路による除霜運転状態に切換え
   る制御装置を具備させたことを特徴とするヒートポンプ
   装置。
2. （２）制御装置は、除霜運転の開始時に暖房状態のまま
   第１減圧装置を全開させるものである特許請求の範囲第
   １項記載のヒートポンプ装置。
3. （３）制御装置は、除霜運転の開始時に暖房運転状態の
   まま第１減圧装置を全開させると共に、第１の冷媒回路
   の他端に配設した弁を閉じるものである特許請求の範囲
   第１項記載のヒートポンプ装置。
4. （４）第１減圧装置は、装置本体とこの本体をバイパス
   する管路に設けた開閉弁とを有し、制御装置は、除霜運
   転の開始時に冷媒回路の一端に配設した弁を閉じて熱交
   換器側から蒸発器に冷媒を導き圧縮機に徐々に戻した後
   、上記開閉弁を全開すると共に、第２の冷媒回路による
   除霜運転状態に切換えるものである特許請求の範囲第１
   項記載のヒートポンプ装置。