蓄熱装置及び該蓄熱装置を備えた空気調和機
【課題】短時間で蓄熱材の温度上昇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】略円筒状の圧縮機６を囲むように配置された蓄熱装置であって、前記圧縮機６で発生した熱を蓄積する蓄熱材３６と、蓄熱した熱を取得するための蓄熱熱交換器３４を収容し、前記圧縮機で発生した熱を取得するために圧縮機に接する伝熱板５１を有する蓄熱槽本体４６に関して、伝熱板を熱伝導率の高い所定の厚さの部材で構成すると共にそれ以外の部分を前記伝熱板より低い熱伝導率の部材で構成することで高い蓄熱性能を確保できる。
【解決手段】略円筒状の圧縮機６を囲むように配置された蓄熱装置であって、前記圧縮機６で発生した熱を蓄積する蓄熱材３６と、蓄熱した熱を取得するための蓄熱熱交換器３４を収容し、前記圧縮機で発生した熱を取得するために圧縮機に接する伝熱板５１を有する蓄熱槽本体４６に関して、伝熱板を熱伝導率の高い所定の厚さの部材で構成すると共にそれ以外の部分を前記伝熱板より低い熱伝導率の部材で構成することで高い蓄熱性能を確保できる。
【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横断面図である。図１０において、蓄熱装置１００は、圧縮機１０１の外周面に固設されている。また、蓄熱装置１００は、蓄熱槽１０２、蓄熱材１０３、熱交換器１０４からなり、蓄熱槽１０２の伝熱面１０５は、圧縮機１０１の外周面に接するように配置されており、これにより圧縮機の廃熱を蓄熱槽に蓄えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平３−３１６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１０に示される従来の蓄熱装置では、蓄熱槽１０２を単一材料で形成するのが一般的である。ここで、熱伝導率が高い材料で蓄熱槽を形成すると、圧縮機から蓄熱材への熱抵抗が低減されるが、同時に蓄熱槽から外雰囲気への放熱量も増加するため、十分な蓄熱量が得られない。一方、熱伝導率が低い材料で蓄熱槽を形成すると、蓄熱槽から外雰囲気への放熱量は減少するが、圧縮機から蓄熱材への熱抵抗が増加するため、やはり、十分な蓄熱性能が得られないことがあった。
【０００７】
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、圧縮機と蓄熱材の間の熱抵抗を低減しながら、蓄熱材から外雰囲気への放熱量を低減することにより、高い蓄熱性能を有し、短時間で蓄熱材の温度上昇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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、略円筒状の圧縮機を囲むように配置された蓄熱装置であって、前圧縮機で発生した熱を蓄積する蓄熱材と、蓄熱材を収容する蓄熱槽と、蓄熱槽の側面であって圧縮機からの熱を蓄熱材に伝える伝熱面と、を有し、伝熱面の材料の熱伝導率は蓄熱槽の伝熱面以外の材料の熱伝導率より高いとしている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、圧縮機に接する蓄熱槽の伝熱面が熱伝導率の高い材料で構成されているため、圧縮機からの廃熱を効率良く蓄熱材に蓄えることが可能となり、かつ、蓄熱槽の
それ以外の面、すなわち外雰囲気と接する面が熱伝導率の低い材料で構成されているため、蓄えた熱の外雰囲気への放熱を最小限にとどめることができる。これにより、高い蓄熱性能を有し、短時間で蓄熱材の温度上昇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ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【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】蓄熱槽の分解斜視図
【図６】図４における線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿った断面図
【図７】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と樹脂層の３層積層構造とした場合の拡大断面図
【図９】伝熱板厚さと伝熱性能の関係図
【図１０】従来の蓄熱装置の横断面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、略円筒状の圧縮機を囲むように配置された蓄熱装置であって、前圧縮機で発生した熱を蓄積する蓄熱材と、蓄熱材を収容する蓄熱槽と、蓄熱槽の側面であって圧縮機からの熱を蓄熱材に伝える伝熱面と、を有し、伝熱面の材料の熱伝導率は蓄熱槽の伝熱面以外の材料の熱伝導率より高いとしている。
【００１２】
この構成により、圧縮機に接する蓄熱槽の伝熱面を熱伝導率の高い材料でとすることで、圧縮機からの廃熱を効率良く蓄熱材に蓄えることが可能となり、かつ、蓄熱槽のそれ以外の面、すなわち外雰囲気と接する面を熱伝導率の低い材料で構成することで、蓄えた熱の外雰囲気への放熱を最小限にとどめることができる。これにより、高い蓄熱性能を有し、短時間で蓄熱材の温度上昇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ができる。
【００１３】
また、具体的には、蓄熱槽が圧縮機と接する伝熱面に金属を採用し、その他の材料には樹脂を採用している。これにより、蓄熱槽が圧縮機と接触した場合も、割れ等に伴う蓄熱材の漏れを防ぐことが可能となる。更に接触面以外を成形精度の高い樹脂で構成することで、圧縮機と蓄熱槽の接触面の間に生じる隙間を最低限にとどめることができ、圧縮機と蓄熱槽伝熱面の接触不良にともなう蓄熱性能の低下を防ぐことが可能となる。
【００１４】
また、好ましくは、伝熱面材料は、前記伝熱面以外に接合される第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で構成することで、伝熱面の材料の熱伝導性、強度等が向上する。
【００１５】
更に好ましくは、伝熱面材料は、金属層に対して圧縮機側に積層される第２樹脂層を更に備えることにより、伝熱面材料とその他の材料の密着性が更に向上する。
また、好ましくは、伝熱面の圧縮機から蓄熱材への熱の流れ方向の部材厚さＬ（ｍｍ）を０．５ｍｍ＜Ｌ＜３ｍｍで表される構成とすることで、圧縮機と伝熱面の間に気泡のかみ込み等、空隙が生じた場合でも伝熱面の熱拡散効果により、圧縮機から蓄熱材への伝熱性能の低下を最低限にとどめることができる。
【００１６】
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。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。なお、合流する場所はアキュームレータ２６と圧縮機６の間でも良く、その場合、アキュームレータ２６自身が持つ熱容量によって熱を奪われること避けることができる。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
図４、図５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は蓄熱槽の分解斜視図であり、図６は図４における線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿った蓄熱槽の断面図である。
【００３９】
図４及び図５に示されるように、蓄熱槽３２は、側壁４６ａ、４６ｂ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を備え、蓋体４８は蓄熱槽本体４６にてツメ部５０により固定される。また、蓄熱槽本体４６の側壁４６ｂの一部（つまり、側壁４６ｂで圧縮機６と対向する部分）は開口しており、この開口部４６ｃに圧縮機６の外周面と密着する伝熱板５１が嵌まり込み、接合される。本実施例では、伝熱板として、加工性、耐食性に優れた銅板を採用している。
【００４０】
なお、伝熱板５１は、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おり、この内側には、圧縮機６が収容されることから、取付公差等を考慮して伝熱板５１の内径は圧縮機６の外径より僅かに大きく設定される。
【００４１】
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、４６ｂと底壁と伝熱板５１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。
【００４２】
蓄熱槽本体４６は圧縮機６を抱くように横方向から密着させ、バンド５２ａ、５２ｂにより、それぞれアキュームレータ２６、圧縮機６に上下で締結されることで、強固に固定される。
【００４３】
なお、図５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に固定する前に蓋体４８に取り付けられ、蓄熱槽３２の内部に収容される。
【００４４】
次に、上記構成の蓄熱装置の作用を説明する。
【００４５】
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に蓄熱し、通常暖房運転から除霜・暖房運転に移行したときに、蓄熱熱交換器３４によって、その熱を取得し利用する。したがって、暖房運転時に霜が成長するよりも早く蓄熱材３６の温度が十分に上げられるよう、圧縮機６外表面から蓄熱材３６に至る伝熱経路の伝熱性能
が良く、かつ蓄熱材３６から外雰囲気への断熱性が高い程好ましい。
【００４６】
圧縮機６外表面から蓄熱材３６に至る伝熱経路の伝熱性能は、蓄熱槽本体４６と圧縮機６との密着度と、伝熱面の伝熱性能に依存しており、蓄熱材３６から外雰囲気への断熱性は蓄熱槽本体４６の伝熱面以外の断熱性能に依存している。
【００４７】
そこで、本発明に係る蓄熱装置においては、蓄熱槽本体４６に断熱性が高く、成形精度の高い樹脂部材を採用し、そこに伝熱性能の高い伝熱板５１を嵌め込み、接合する構成としている。これにより、蓄熱材から、外雰囲気への放熱を防ぐと共に、伝熱面の寸法精度の確保が可能となり、圧縮機と伝熱面の密着度を向上させ、蓄熱材３６への蓄熱性能を向上させている。
【００４８】
また、伝熱板５１は金属の単層構造でもよいが、耐食性、強度等を考慮して、金属層に樹脂層を積層した積層構造とすることもできる。これにより伝熱板５１と蓄熱槽本体４６の結合部を同一樹脂材料で構成することが可能となり、結合部の強度を増加させることができる。
【００４９】
積層構造の場合、図７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表面の凹凸で伝熱板５１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。
【００５０】
さらに、図８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、伝熱板５１と蓄熱槽本体４６の結合部の強度を更に増加させることができる。
【００５１】
また、伝熱板５１の厚さは、圧縮機６から蓄熱材３６への熱の流れ方向に対して下式の厚さＬ（ｍｍ）で構成されることが望ましい。
【００５２】
０．５ｍｍ＜Ｌ＜３ｍｍ
図９は、伝熱板５１と圧縮機６の間に１ｍｍ間隔で隙間が生じた場合の伝熱性能を、伝熱板の厚さに対して示した計算例である。伝熱板の熱伝導率が高い場合、気泡の含有などにより伝熱板５１と圧縮機６の間に空隙が生じても、伝熱板の厚さを適度に確保することで、圧縮機と接していない伝熱板の領域に関しても熱拡散効果による温度上昇が可能となり、圧縮機６から蓄熱材３６への伝熱性能の低下を最低限にとどめることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
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】
【００５４】
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、４６ｂ 側壁
４６ｃ 側壁開口部、
４８ 蓋体
５０ ツメ部
５１ 伝熱板
５２ａ、５２ｂ バンド
５８ 金属層
６０ 樹脂層
６２ 第２の樹脂層
【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横断面図である。図１０において、蓄熱装置１００は、圧縮機１０１の外周面に固設されている。また、蓄熱装置１００は、蓄熱槽１０２、蓄熱材１０３、熱交換器１０４からなり、蓄熱槽１０２の伝熱面１０５は、圧縮機１０１の外周面に接するように配置されており、これにより圧縮機の廃熱を蓄熱槽に蓄えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平３−３１６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１０に示される従来の蓄熱装置では、蓄熱槽１０２を単一材料で形成するのが一般的である。ここで、熱伝導率が高い材料で蓄熱槽を形成すると、圧縮機から蓄熱材への熱抵抗が低減されるが、同時に蓄熱槽から外雰囲気への放熱量も増加するため、十分な蓄熱量が得られない。一方、熱伝導率が低い材料で蓄熱槽を形成すると、蓄熱槽から外雰囲気への放熱量は減少するが、圧縮機から蓄熱材への熱抵抗が増加するため、やはり、十分な蓄熱性能が得られないことがあった。
【０００７】
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、圧縮機と蓄熱材の間の熱抵抗を低減しながら、蓄熱材から外雰囲気への放熱量を低減することにより、高い蓄熱性能を有し、短時間で蓄熱材の温度上昇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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、略円筒状の圧縮機を囲むように配置された蓄熱装置であって、前圧縮機で発生した熱を蓄積する蓄熱材と、蓄熱材を収容する蓄熱槽と、蓄熱槽の側面であって圧縮機からの熱を蓄熱材に伝える伝熱面と、を有し、伝熱面の材料の熱伝導率は蓄熱槽の伝熱面以外の材料の熱伝導率より高いとしている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、圧縮機に接する蓄熱槽の伝熱面が熱伝導率の高い材料で構成されているため、圧縮機からの廃熱を効率良く蓄熱材に蓄えることが可能となり、かつ、蓄熱槽の
それ以外の面、すなわち外雰囲気と接する面が熱伝導率の低い材料で構成されているため、蓄えた熱の外雰囲気への放熱を最小限にとどめることができる。これにより、高い蓄熱性能を有し、短時間で蓄熱材の温度上昇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ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【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】蓄熱槽の分解斜視図
【図６】図４における線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿った断面図
【図７】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と樹脂層の３層積層構造とした場合の拡大断面図
【図９】伝熱板厚さと伝熱性能の関係図
【図１０】従来の蓄熱装置の横断面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、略円筒状の圧縮機を囲むように配置された蓄熱装置であって、前圧縮機で発生した熱を蓄積する蓄熱材と、蓄熱材を収容する蓄熱槽と、蓄熱槽の側面であって圧縮機からの熱を蓄熱材に伝える伝熱面と、を有し、伝熱面の材料の熱伝導率は蓄熱槽の伝熱面以外の材料の熱伝導率より高いとしている。
【００１２】
この構成により、圧縮機に接する蓄熱槽の伝熱面を熱伝導率の高い材料でとすることで、圧縮機からの廃熱を効率良く蓄熱材に蓄えることが可能となり、かつ、蓄熱槽のそれ以外の面、すなわち外雰囲気と接する面を熱伝導率の低い材料で構成することで、蓄えた熱の外雰囲気への放熱を最小限にとどめることができる。これにより、高い蓄熱性能を有し、短時間で蓄熱材の温度上昇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ができる。
【００１３】
また、具体的には、蓄熱槽が圧縮機と接する伝熱面に金属を採用し、その他の材料には樹脂を採用している。これにより、蓄熱槽が圧縮機と接触した場合も、割れ等に伴う蓄熱材の漏れを防ぐことが可能となる。更に接触面以外を成形精度の高い樹脂で構成することで、圧縮機と蓄熱槽の接触面の間に生じる隙間を最低限にとどめることができ、圧縮機と蓄熱槽伝熱面の接触不良にともなう蓄熱性能の低下を防ぐことが可能となる。
【００１４】
また、好ましくは、伝熱面材料は、前記伝熱面以外に接合される第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で構成することで、伝熱面の材料の熱伝導性、強度等が向上する。
【００１５】
更に好ましくは、伝熱面材料は、金属層に対して圧縮機側に積層される第２樹脂層を更に備えることにより、伝熱面材料とその他の材料の密着性が更に向上する。
また、好ましくは、伝熱面の圧縮機から蓄熱材への熱の流れ方向の部材厚さＬ（ｍｍ）を０．５ｍｍ＜Ｌ＜３ｍｍで表される構成とすることで、圧縮機と伝熱面の間に気泡のかみ込み等、空隙が生じた場合でも伝熱面の熱拡散効果により、圧縮機から蓄熱材への伝熱性能の低下を最低限にとどめることができる。
【００１６】
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。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。なお、合流する場所はアキュームレータ２６と圧縮機６の間でも良く、その場合、アキュームレータ２６自身が持つ熱容量によって熱を奪われること避けることができる。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
図４、図５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は蓄熱槽の分解斜視図であり、図６は図４における線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿った蓄熱槽の断面図である。
【００３９】
図４及び図５に示されるように、蓄熱槽３２は、側壁４６ａ、４６ｂ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を備え、蓋体４８は蓄熱槽本体４６にてツメ部５０により固定される。また、蓄熱槽本体４６の側壁４６ｂの一部（つまり、側壁４６ｂで圧縮機６と対向する部分）は開口しており、この開口部４６ｃに圧縮機６の外周面と密着する伝熱板５１が嵌まり込み、接合される。本実施例では、伝熱板として、加工性、耐食性に優れた銅板を採用している。
【００４０】
なお、伝熱板５１は、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おり、この内側には、圧縮機６が収容されることから、取付公差等を考慮して伝熱板５１の内径は圧縮機６の外径より僅かに大きく設定される。
【００４１】
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、４６ｂと底壁と伝熱板５１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。
【００４２】
蓄熱槽本体４６は圧縮機６を抱くように横方向から密着させ、バンド５２ａ、５２ｂにより、それぞれアキュームレータ２６、圧縮機６に上下で締結されることで、強固に固定される。
【００４３】
なお、図５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に固定する前に蓋体４８に取り付けられ、蓄熱槽３２の内部に収容される。
【００４４】
次に、上記構成の蓄熱装置の作用を説明する。
【００４５】
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に蓄熱し、通常暖房運転から除霜・暖房運転に移行したときに、蓄熱熱交換器３４によって、その熱を取得し利用する。したがって、暖房運転時に霜が成長するよりも早く蓄熱材３６の温度が十分に上げられるよう、圧縮機６外表面から蓄熱材３６に至る伝熱経路の伝熱性能
が良く、かつ蓄熱材３６から外雰囲気への断熱性が高い程好ましい。
【００４６】
圧縮機６外表面から蓄熱材３６に至る伝熱経路の伝熱性能は、蓄熱槽本体４６と圧縮機６との密着度と、伝熱面の伝熱性能に依存しており、蓄熱材３６から外雰囲気への断熱性は蓄熱槽本体４６の伝熱面以外の断熱性能に依存している。
【００４７】
そこで、本発明に係る蓄熱装置においては、蓄熱槽本体４６に断熱性が高く、成形精度の高い樹脂部材を採用し、そこに伝熱性能の高い伝熱板５１を嵌め込み、接合する構成としている。これにより、蓄熱材から、外雰囲気への放熱を防ぐと共に、伝熱面の寸法精度の確保が可能となり、圧縮機と伝熱面の密着度を向上させ、蓄熱材３６への蓄熱性能を向上させている。
【００４８】
また、伝熱板５１は金属の単層構造でもよいが、耐食性、強度等を考慮して、金属層に樹脂層を積層した積層構造とすることもできる。これにより伝熱板５１と蓄熱槽本体４６の結合部を同一樹脂材料で構成することが可能となり、結合部の強度を増加させることができる。
【００４９】
積層構造の場合、図７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表面の凹凸で伝熱板５１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。
【００５０】
さらに、図８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、伝熱板５１と蓄熱槽本体４６の結合部の強度を更に増加させることができる。
【００５１】
また、伝熱板５１の厚さは、圧縮機６から蓄熱材３６への熱の流れ方向に対して下式の厚さＬ（ｍｍ）で構成されることが望ましい。
【００５２】
０．５ｍｍ＜Ｌ＜３ｍｍ
図９は、伝熱板５１と圧縮機６の間に１ｍｍ間隔で隙間が生じた場合の伝熱性能を、伝熱板の厚さに対して示した計算例である。伝熱板の熱伝導率が高い場合、気泡の含有などにより伝熱板５１と圧縮機６の間に空隙が生じても、伝熱板の厚さを適度に確保することで、圧縮機と接していない伝熱板の領域に関しても熱拡散効果による温度上昇が可能となり、圧縮機６から蓄熱材３６への伝熱性能の低下を最低限にとどめることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
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】
【００５４】
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、４６ｂ 側壁
４６ｃ 側壁開口部、
４８ 蓋体
５０ ツメ部
５１ 伝熱板
５２ａ、５２ｂ バンド
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】
略円筒状の圧縮機を囲むように配置された蓄熱装置であって、
前記圧縮機で発生した熱を蓄積する蓄熱材と、前記蓄熱材を収容する蓄熱槽と、前記蓄熱槽の側面であって前記圧縮機からの熱を前記蓄熱材に伝える伝熱面と、を有し、前記伝熱面の材料の熱伝導率は前記蓄熱槽の前記伝熱面以外の材料の熱伝導率より高いことを特徴とする蓄熱装置。
【請求項２】
前記伝熱面の材料には金属を用い、その他の材料には樹脂を用いたことを特徴とする、請求項１に記載の蓄熱装置。
【請求項３】
前記伝熱面以外の材料には樹脂を用い、前記伝熱面材料は、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で構成されることを特徴とする、請求項１に記載の蓄熱装置に記載の蓄熱装置。
【請求項４】
前記伝熱面材料は、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３に記載の蓄熱装置。
【請求項５】
前記伝熱面の厚さＬ（ｍｍ）は、０．５ｍｍ＜Ｌ＜３ｍｍで表されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の蓄熱装置を用いた空気調和機。
【請求項１】
略円筒状の圧縮機を囲むように配置された蓄熱装置であって、
前記圧縮機で発生した熱を蓄積する蓄熱材と、前記蓄熱材を収容する蓄熱槽と、前記蓄熱槽の側面であって前記圧縮機からの熱を前記蓄熱材に伝える伝熱面と、を有し、前記伝熱面の材料の熱伝導率は前記蓄熱槽の前記伝熱面以外の材料の熱伝導率より高いことを特徴とする蓄熱装置。
【請求項２】
前記伝熱面の材料には金属を用い、その他の材料には樹脂を用いたことを特徴とする、請求項１に記載の蓄熱装置。
【請求項３】
前記伝熱面以外の材料には樹脂を用い、前記伝熱面材料は、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で構成されることを特徴とする、請求項１に記載の蓄熱装置に記載の蓄熱装置。
【請求項４】
前記伝熱面材料は、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３に記載の蓄熱装置。
【請求項５】
前記伝熱面の厚さＬ（ｍｍ）は、０．５ｍｍ＜Ｌ＜３ｍｍで表されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の蓄熱装置を用いた空気調和機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図９】
【図１０】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図９】
【図１０】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−７２９３４（Ｐ２０１２−７２９３４Ａ）
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１６４５７（Ｐ２０１０−２１６４５７）
【出願日】平成２２年９月２８日（２０１０．９．２８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２８日（２０１０．９．２８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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