蓄熱装置及び該蓄熱装置を備えた空気調和機

【課題】圧縮機で発生した熱を蓄熱材に効率的に蓄積することが可能な蓄熱装置及びこの蓄熱装置を用いた空気調和機を提供すること。
【解決手段】圧縮機を囲むように配設され、圧縮機で発生した熱を蓄積するための蓄熱装置を、圧縮機で発生した熱を蓄積する蓄熱材を収容する本体４６を有する蓄熱槽３２と、蓄熱槽本体４６よりも高い柔軟性を有し、圧縮機と対向する位置に配置されて圧縮機と密着するための密着部材５２と、蓄熱槽本体４６に収容された蓄熱熱交換器３４と、で構成した。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機を囲むように配置され圧縮機で発生した熱を蓄積する蓄熱材を収容する蓄熱装置及びこの蓄熱装置を備えた空気調和機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ヒートポンプ式空気調和機による暖房運転時、室外熱交換器に着霜した場合には、暖房サイクルから冷房サイクルに四方弁を切り替えて除霜を行っている。この除霜方式では、室内ファンは停止するものの、室内機から冷気が徐々に放出されることから暖房感が失われるという欠点がある。
【０００３】
そこで、室外機に設けられた圧縮機に蓄熱装置を設け、暖房運転中に蓄熱槽に蓄えられた圧縮機の廃熱を利用して除霜するようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図１０は、従来の蓄熱装置の一例を示す縦断面図である。図１０において、蓄熱装置１００は、圧縮機１０２の隔壁１０４の外周面に固設されている。また、蓄熱装置１００は、アルミ箔板や銅板等の金属部材１０６を有しており、この金属部材１０６は、隔壁１０４の外周面に当接するように巻回されている。
【０００５】
蓄熱装置１００の内部には、圧縮機１０２で発生した熱を隔壁１０４を介して蓄積する蓄熱材１０８が収容されており、この蓄熱材１０８は、縦断面形状がコ字状の収容部材１１０と上述した金属部材１０６とで形成された空間部に充填されている。この空間部中には、蓄熱材１０８と共に、流入した冷媒を加熱する加熱配管１１２が配設されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第２７０５７３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、図１０に示される従来の蓄熱装置では、金属部材１０６は、圧縮機１０２の隔壁１０４に当接するように巻回されているが、実際には、金属部材１０６と隔壁１０４の間に隙間が生じることなく蓄積装置を製造することは難しく、殆どの場合、金属部材１０６と隔壁１０４との間には隙間が生じてしまう。このような隙間が生じてしまうと、隙間には断熱材として作用する空気層が存在することになり、圧縮機１０２からの熱を蓄熱材１０８に効率的に蓄積することができなくなるという問題点がある。
【０００８】
本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、圧縮機で発生した熱を蓄熱材に効率的に蓄積することが可能な蓄熱装置及びこの蓄熱装置を用いた空気調和機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、圧縮機を囲むように配設され、圧縮機で発生した熱を蓄積するための蓄熱装置であって、圧縮機で発生した熱を蓄積する蓄熱材を収容する本体を有する蓄熱槽と、蓄熱槽本体よりも高い柔軟性を有し、圧縮機と対向する位置に配置されて圧縮機と密着するための密着部材と、蓄熱槽本体に収容された蓄熱熱交換器と、を備えている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、蓄熱槽本体には蓄熱材が収容されているので、密着部材には液圧が加わるばかりでなく、蓄熱材は熱により膨張する。密着部材は柔軟性を有しており、かつ圧縮機との対向位置に配置されているので、密着部材は、蓄熱材の液圧と熱膨張により圧縮機に密着し、蓄熱装置と圧縮機の間の隙間、すなわち断熱材となる空気層を小さくすることになり、圧縮機で発生した熱を蓄熱材に効率的に蓄積することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る蓄熱装置を備えた空気調和機の構成を示す図
【図２】図１の空気調和機の通常暖房時の動作及び冷媒の流れを示す模式図
【図３】図１の空気調和機の除霜・暖房時の動作及び冷媒の流れを示す模式図
【図４】圧縮機とアキュームレータを取り付けた状態の本発明に係る蓄熱装置の斜視図
【図５】図４の蓄熱装置の分解斜視図
【図６】図４の蓄熱装置の組立手順を示す分解斜視図
【図７】図６（ｄ）における線VII-VIIに沿った断面図
【図８】図４の蓄熱装置に設けられたシート部材を樹脂層と金属層の２層積層構造とした場合の拡大断面図
【図９】図４の蓄熱装置に設けられたシート部材を樹脂層と金属層と樹脂層の３層積層構造とした場合の拡大断面図
【図１０】従来の蓄熱装置の縦断面図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は、圧縮機を囲むように配設され、圧縮機で発生した熱を蓄積するための蓄熱装置であって、圧縮機で発生した熱を蓄積する蓄熱材を収容する本体を有する蓄熱槽と、蓄熱槽本体よりも高い柔軟性を有し、圧縮機と対向する位置に配置されて圧縮機と密着するための密着部材と、蓄熱槽本体に収容された蓄熱熱交換器と、を備えたものである。
【００１３】
この構成により、密着部材が蓄熱材の液圧と熱膨張により圧縮機に密着して、圧縮機で発生した熱を蓄熱材に効率的に蓄積することができる。
【００１４】
また、具体的には、蓄熱槽本体には、圧縮機との対向位置に開口部が形成され、この開口部は密着部材により閉塞される。この構成により、密着部材が蓄熱材の液圧と熱膨張により圧縮機に密着して、圧縮機で発生した熱を蓄熱材に効率的に蓄積することができる。
【００１５】
また、具体的には、密着部材は、圧縮機との対向位置に開口部が形成された枠体と、枠体の開口部を閉塞するシート部材と、を備え、シート部材が蓄熱槽本体よりも高い柔軟性を有しているので、蓄熱槽本体に対するシート部材の密着性が向上する。
【００１６】
また、具体的には、シート部材は、蓄熱材の液圧に応じて変形自在となっているので、蓄熱槽本体に対するシート部材の密着性が向上する。
【００１７】
また、好ましくは、蓄熱槽本体は樹脂で形成され、シート部材が、蓄熱槽本体に接合される第１樹脂層と、第１樹脂層に対して圧縮機側に積層される金属層とを備えることにより、シート部材の熱伝導性、強度等が向上する。
【００１８】
さらに好ましくは、シート部材は、金属層に対して圧縮機側に積層される第２樹脂層をさらに備えることにより、シート部材の密着性がさらに向上する。
【００１９】
さらに好ましくは、第１樹脂層を第２樹脂層より厚く設定したので、シート部材の密着性が向上するばかりでなく、シート部材の所定の強度を確保することができる。
【００２０】
また、本発明の他の態様は、圧縮機と、圧縮機を囲むように配設された上述した蓄熱装置と、を備える空気調和機である。
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る蓄熱装置を備えた空気調和機の構成を示しており、空気調和機は、冷媒配管で互いに接続された室外機２と室内機４とで構成されている。
【００２２】
図１に示されるように、室外機２の内部には、圧縮機６と四方弁８とストレーナ１０と膨張弁１２と室外熱交換器１４とが設けられ、室内機４の内部には、室内熱交換器１６が設けられ、これらは冷媒配管を介して互いに接続されることで冷凍サイクルを構成している。
【００２３】
さらに詳述すると、圧縮機６と室内熱交換器１６は、四方弁８が設けられた第１配管１８を介して接続され、室内熱交換器１６と膨張弁１２は、ストレーナ１０が設けられた第２配管２０を介して接続されている。また、膨張弁１２と室外熱交換器１４は第３配管２２を介して接続され、室外熱交換器１４と圧縮機６は第４配管２４を介して接続されている。
【００２４】
第４配管２４の中間部には四方弁８が配置されており、圧縮機６の冷媒吸入側における第４配管２４には、液相冷媒と気相冷媒を分離するためのアキュームレータ２６が設けられている。また、圧縮機６と第３配管２２は、第５配管２８を介して接続されており、第５配管２８には第１電磁弁３０が設けられている。
【００２５】
さらに、圧縮機６の周囲には蓄熱槽３２が設けられ、蓄熱槽３２の内部には、蓄熱熱交換器３４が設けられるとともに、蓄熱熱交換器３４と熱交換するための蓄熱材（例えば、エチレングリコール水溶液）３６が充填されており、蓄熱槽３２と蓄熱熱交換器３４と蓄熱材３６とで蓄熱装置を構成している。
【００２６】
また、第２配管２０と蓄熱熱交換器３４は第６配管３８を介して接続され、蓄熱熱交換器３４と第４配管２４は第７配管４０を介して接続されており、第６配管３８には第２電磁弁４２が設けられている。
【００２７】
室内機４の内部には、室内熱交換器１６に加えて、送風ファン（図示せず）と上下羽根（図示せず）と左右羽根（図示せず）とが設けられており、室内熱交換器１６は、送風ファンにより室内機４の内部に吸込まれた室内空気と、室内熱交換器１６の内部を流れる冷媒との熱交換を行い、暖房時には熱交換により暖められた空気を室内に吹き出す一方、冷房時には熱交換により冷却された空気を室内に吹き出す。上下羽根は、室内機４から吹き出される空気の方向を必要に応じて上下に変更し、左右羽根は、室内機４から吹き出される空気の方向を必要に応じて左右に変更する。
【００２８】
なお、圧縮機６、送風ファン、上下羽根、左右羽根、四方弁８、膨張弁１２、電磁弁３０，４２等は制御装置（図示せず、例えばマイコン）に電気的に接続され、制御装置により制御される。
【００２９】
上記構成の本発明に係る冷凍サイクル装置において、各部品の相互の接続関係と機能を暖房運転時を例にとり冷媒の流れとともに説明する。
【００３０】
圧縮機６の吐出口から吐出された冷媒は、第１配管１８を通って四方弁８から室内熱交換器１６へと至る。室内熱交換器１６で室内空気と熱交換して凝縮した冷媒は、室内熱交換器１６を出て第２配管２０を通り、膨張弁１２への異物侵入を防止するストレーナ１０を通って、膨張弁１２に至る。膨張弁１２で減圧した冷媒は、第３配管２２を通って室外熱交換器１４に至り、室外熱交換器１４で室外空気と熱交換して蒸発した冷媒は、第４配管２４と四方弁８とアキュームレータ２６を通って圧縮機６の吸入口へと戻る。
【００３１】
また、第１配管１８の圧縮機６吐出口と四方弁８の間から分岐した第５配管２８は、第１電磁弁３０を介して第３配管２２の膨張弁１２と室外熱交換器１４の間に合流している。
【００３２】
さらに、内部に蓄熱材３６と蓄熱熱交換器３４を収納した蓄熱槽３２は、圧縮機６に接して取り囲むように配置され、圧縮機６で発生した熱を蓄熱材３６に蓄積し、第２配管２０から室内熱交換器１６とストレーナ１０の間で分岐した第６配管３８は、第２電磁弁４２を経て蓄熱熱交換器３４の入口へと至り、蓄熱熱交換器３４の出口から出た第７配管４０は、第４配管２４における四方弁８とアキュームレータ２６の間に合流する。
【００３３】
次に、図１に示される空気調和機の通常暖房時の動作及び冷媒の流れを模式的に示す図２を参照しながら通常暖房時の動作を説明する。
【００３４】
通常暖房運転時、第１電磁弁３０と第２電磁弁４２は閉制御されており、上述したように圧縮機６の吐出口から吐出された冷媒は、第１配管１８を通って四方弁８から室内熱交換器１６に至る。室内熱交換器１６で室内空気と熱交換して凝縮した冷媒は、室内熱交換器１６を出て、第２配管２０を通り膨張弁１２に至り、膨張弁１２で減圧した冷媒は、第３配管２２を通って室外熱交換器１４に至る。室外熱交換器１４で室外空気と熱交換して蒸発した冷媒は、第４配管２４を通って四方弁８から圧縮機６の吸入口へと戻る。
【００３５】
また、圧縮機６で発生した熱は、圧縮機６の外壁から蓄熱槽３２の外壁を介して蓄熱槽３２の内部に収容された蓄熱材３６に蓄積される。
【００３６】
次に、図１に示される空気調和機の除霜・暖房時の動作及び冷媒の流れを示す模式的に示す図３を参照しながら除霜・暖房時の動作を説明する。図中、実線矢印は暖房に供する冷媒の流れを示しており、破線矢印は除霜に供する冷媒の流れを示している。
【００３７】
上述した通常暖房運転中に室外熱交換器１４に着霜し、着霜した霜が成長すると、室外熱交換器１４の通風抵抗が増加して風量が減少し、室外熱交換器１４内の蒸発温度が低下する。本発明に係る空気調和機には、図３に示されるように、室外熱交換器１４の配管温度を検出する温度センサ４４が設けられており、非着霜時に比べて、蒸発温度が低下したことを温度センサ４４で検出すると、制御装置から通常暖房運転から除霜・暖房運転への指示が出力される。
【００３８】
通常暖房運転から除霜・暖房運転に移行すると、第１電磁弁３０と第２電磁弁４２は開制御され、上述した通常暖房運転時の冷媒の流れに加え、圧縮機６の吐出口から出た気相冷媒の一部は第５配管２８と第１電磁弁３０を通り、第３配管２２を通る冷媒に合流して、室外熱交換器１４を加熱し、凝縮して液相化した後、第４配管２４を通って四方弁８とアキュームレータ２６を介して圧縮機６の吸入口へと戻る。
【００３９】
また、第２配管２０における室内熱交換器１６とストレーナ１０の間で分流した液相冷媒の一部は、第６配管３８と第２電磁弁４２を経て、蓄熱熱交換器３４で蓄熱材３６から吸熱し蒸発、気相化して、第７配管４０を通って第４配管２４を通る冷媒に合流し、アキュームレータ２６から圧縮機６の吸入口へと戻る。
【００４０】
アキュームレータ２６に戻る冷媒には、室外熱交換器１４から戻ってくる液相冷媒が含まれているが、これに蓄熱熱交換器３４から戻ってくる高温の気相冷媒を混合することで、液相冷媒の蒸発が促され、アキュームレータ２６を通過して液相冷媒が圧縮機６に戻ることがなくなり、圧縮機６の信頼性の向上を図ることができる。
【００４１】
除霜・暖房開始時に霜の付着により氷点下となった室外熱交換器１４の温度は、圧縮機６の吐出口から出た気相冷媒によって加熱されて、零度付近で霜が融解し、霜の融解が終わると、室外熱交換器１４の温度は再び上昇し始める。この室外熱交換器１４の温度上昇を温度センサ４４で検出すると、除霜が完了したと判断し、制御装置から除霜・暖房運転から通常暖房運転への指示が出力される。
【００４２】
図４乃至図７は蓄熱装置を示しており、蓄熱装置は、上述したように、蓄熱槽３２と蓄熱熱交換器３４と蓄熱材３６とで構成されている。なお、図４は、圧縮機６と、圧縮機６に組み付けられるアキュームレータ２６を蓄熱装置に取り付けた状態を示している。また、図５は蓄熱装置の分解斜視図であり、図６は蓄熱装置の組立手順を示しており、図７は図６（ｄ）における線VII-VIIに沿った断面図である。
【００４３】
図５及び図６に示されるように、蓄熱槽３２は、側壁４６ａと底壁（図示せず）を有し上方が開口した樹脂製の蓄熱槽本体４６と、この蓄熱槽本体４６の上方開口部を閉塞する樹脂製の蓋体４８と、蓄熱槽本体４６と蓋体４８の間に介装されシリコンゴム等で作製されたパッキン５０とを備え、蓋体４８は蓄熱槽本体４６に螺着される。また、蓄熱槽本体４６の側壁４６ａの一部（つまり、側壁４６ａで圧縮機６と対向する部分）は開口しており、この開口部４６ｂの周縁には、圧縮機６の外周面と密着する密着部材５２が接合される。
【００４４】
密着部材５２は、枠体５４とシート部材５６とで構成されており、全体として所定の直径の円筒の一部を切り欠いた形状を呈している。なお、密着部材５２の内側には、圧縮機６が収容されることから、取付公差等を考慮して密着部材５２の内径は圧縮機６の外径より僅かに大きく設定される。
【００４５】
また、枠体５４には、上下方向の中間部から下部にかけて開口部５４ａが形成されており、この開口部５４ａを閉塞するようにシート部材５６は枠体５４に接合される。
【００４６】
蓄熱熱交換器３４は、例えば銅管等を蛇行状に折曲したもので、蓄熱槽本体４６の内部に収容されており、蓄熱熱交換器３４の両端は蓋体４８から上方に延出され、一端は第６配管３８（図１参照）に接続される一方、他端は第７配管４０（図１参照）に接続される。また、蓄熱熱交換器３４が収容され、側壁４６ａと底壁と密着部材５２で囲繞された蓄熱槽本体４６の内部空間には、蓄熱材３６が充填される。
【００４７】
上記構成の蓄熱装置を製作するに際し、図６（ａ）に示されるように、蓄熱槽本体４６、蓋体４８、蓄熱熱交換器３４、枠体５４、シート部材５６等をまず所定の形状に形成し、図６（ｂ）に示されるように、シート部材５６を枠体５４の開口部５４ａを閉塞するように接合して密着部材５２とする。次に、図６（ｃ）に示されるように、密着部材５２を蓄熱槽本体４６の開口部４６ｂを閉塞するように接合し、図６（ｄ）に示されるように、蓋体４８を蓄熱槽本体４６に螺着し、さらに蓄熱槽３２の内部に蓄熱材３６を充填すると、蓄熱装置が完成する。
【００４８】
なお、図６において蓄熱熱交換器３４は省略しているが、蓄熱熱交換器３４は、蓋体４８を蓄熱槽本体４６に螺着する前に蓋体４８に取り付けられ、蓄熱槽３２の内部に収容される。
【００４９】
次に、上記構成の蓄熱装置の作用を説明する。
上述したように、蓄熱装置は、暖房運転時に圧縮機６で発生した熱を蓄熱材３６に蓄積し、通常暖房運転から除霜・暖房運転に移行したときに、第２配管２０における室内熱交換器１６とストレーナ１０の間で分流した液相冷媒の一部が、蓄熱熱交換器３４で蓄熱材３６から吸熱し蒸発、気相化するためのものであることから、圧縮機６で発生した熱の吸熱効率は高いほど好ましい。
【００５０】
吸熱効率は、蓄熱槽本体４６と圧縮機６との密着度に依存しているが、圧縮機６は金属製でその外周面には凹凸があり、蓄熱槽本体４６と圧縮機６との密着度を向上させるのは容易ではない。
【００５１】
そこで、本発明に係る蓄熱装置においては、蓄熱槽本体４６に柔軟性のある密着部材５２を設けており、蓄熱槽３２に蓄熱材３６を充填すると、蓄熱材３６の液圧によりシート部材５６が圧縮機６の外周面に向かって膨れることになり、シート部材５６が圧縮機６の外周面に密着することで、吸熱効率を向上させている。
【００５２】
したがって、シート部材５６は耐熱性に優れ、蓄熱槽本体４６よりも高い柔軟性を有し変形しやすいものが好ましく、例えばＰＥＴ（テレフタル酸ポリエチレン）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の材料で作製され、液圧に応じて変形自在の構成である（特に肉厚に依存し、自己復元力がない）。
【００５３】
一方、枠体５４は、シート部材５６との接合を考えると、シート部材５６と同じ材料が好ましいが、シート部材５６との接合強度が十分であれば、任意の耐熱性樹脂を採用することができる。
【００５４】
また、シート部材５６は樹脂の単層構造でもよいが、熱伝導性、強度等を考慮して、樹脂層に金属層を積層した積層構造とすることもできる。
【００５５】
積層構造の場合、図８に示されるように、外側（圧縮機６との対向面）に金属層５８を配置し、内側（蓄熱材３６との接触面）に樹脂層６０を配置するのが好ましい。金属層５８を圧縮機６側に配置するのは、例えば、圧縮機６表面の凹凸でシート部材５６が傷むことを防止するためである。また、金属層５８よりも蓄熱材側に樹脂層６０を配置するのは、金属層５８の腐食を防止するためである。
【００５６】
さらに、図９に示されるように、金属層５８に、圧縮機６と密着する第２の樹脂層６２を積層してもよく、この場合、蓄熱材３６と接触する樹脂層６０を第２の樹脂層６２より厚く設定するのがよい。なぜなら、蓄熱材３６の金属層５８への樹脂内浸透を防止することができるからである。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明に係る蓄熱装置は圧縮機と密着する密着部材を備えており、圧縮機で発生した熱を蓄熱材に効率的に蓄積することができるので、空気調和機、冷蔵庫、給湯器、ヒートポンプ式洗濯機等に有用である。
【符号の説明】
【００５８】
２室外機、４室内機、６圧縮機、８四方弁、１０ストレーナ、
１２膨張弁、１４室外熱交換器、１６室内熱交換器、１８第１配管、
２０第２配管、２２第３配管、２４第４配管、２６アキュームレータ、
２８第５配管、３０第１電磁弁、３２蓄熱槽、３４蓄熱熱交換器、
３６蓄熱材、３８第６配管、４０第７配管、４２第２電磁弁、
４４温度センサ、４６蓄熱槽本体、４６ａ側壁、４６ｂ側壁開口部、
４８蓋体、５０パッキン、５２密着部材、５４枠体、５４ａ開口部、
５６シート部材、５８金属層、６０樹脂層、６２第２の樹脂層。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機を囲むように配設され、該圧縮機で発生した熱を蓄積するための蓄熱装置であって、
前記圧縮機で発生した熱を蓄積する蓄熱材を収容する本体を有する蓄熱槽と、蓄熱槽本体よりも高い柔軟性を有し、前記圧縮機と対向する位置に配置されて前記圧縮機と密着するための密着部材と、前記蓄熱槽本体に収容された蓄熱熱交換器と、を備えることを特徴とする蓄熱装置。
【請求項２】
前記蓄熱槽本体には、前記圧縮機との対向位置に開口部が形成され、該開口部は前記密着部材により閉塞されていることを特徴とする請求項１に記載の蓄熱装置。
【請求項３】
前記密着部材は、前記圧縮機との対向位置に開口部が形成された枠体と、該枠体の前記開口部を閉塞するシート部材と、を備え、該シート部材が前記蓄熱槽本体よりも高い柔軟性を有していることを特徴とする請求項２に記載の蓄熱装置。
【請求項４】
前記シート部材は、前記蓄熱材の液圧に応じて変形自在であることを特徴とする請求項３に記載の蓄熱装置。
【請求項５】
前記蓄熱槽本体は樹脂で形成され、前記シート部材は、前記蓄熱槽本体に接合される第１樹脂層と、該第１樹脂層に対して前記圧縮機側に積層される金属層とを備えることを特徴とする請求項３あるいは４に記載の蓄熱装置。
【請求項６】
前記シート部材は、前記金属層に対して前記圧縮機側に積層される第２樹脂層をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の蓄熱装置。
【請求項７】
前記第１樹脂層が前記第２樹脂層より厚いことを特徴とする請求項６に記載の蓄熱装置。
【請求項８】
圧縮機と、該圧縮機を囲むように配設された請求項１乃至７のいずれか１項に記載の蓄熱装置と、を備えることを特徴とする空気調和機。

【図１】