(57)【要約】【課題】冷凍サイクル装置の外部からのエネルギーを要することなくアキュームレータ内の液体状態の冷媒を加熱する。【解決手段】本実施形態の冷凍サイクル装置の冷媒加熱システムは、冷凍サイクル装置と、蓄熱材と、ヒートパイプと、を備える。冷凍サイクル装置は、圧縮機、凝縮器、減圧機構部、蒸発器及びアキュームレータが冷媒管路によって環状に接続されている。蓄熱材は、圧縮機の周囲に配置され、当該圧縮機からの排熱を蓄積する。ヒートパイプは、圧縮機の周囲に蓄熱材と接触した状態で配設され、その両端部がアキュームレータの内部に導入され、蓄熱材に蓄積されている熱をアキュームレータの内部に伝達する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、凝縮器、減圧機構部、蒸発器及びアキュームレータが冷媒管路によって環状に接続された冷凍サイクル装置と、
前記圧縮機の周囲に配置され、当該圧縮機からの排熱を蓄積する蓄熱材と、
前記圧縮機の周囲に前記蓄熱材と接触した状態で配設され、両端部が前記アキュームレータの内部に導入され、前記蓄熱材に蓄積されている熱を前記アキュームレータの内部に伝達するヒートパイプと、
を備える冷凍サイクル装置の冷媒加熱システム。
【請求項２】
前記蓄熱材は、潜熱蓄熱材で構成され、
前記蓄熱材の温度を検知する蓄熱材温度センサと、
前記アキュームレータ内の冷媒の状態を検知する冷媒状態検知センサと、
を備え、
前記蓄熱材温度センサによって検知される前記蓄熱材の温度が所定温度に到達しており、且つ、前記冷媒状態検知センサによって検知される冷媒の状態が所定状態から逸脱した場合に、前記蓄熱材からの放熱を開始する請求項１に記載の冷凍サイクル装置の冷媒加熱システム。
【請求項３】
前記ヒートパイプは、その両端部が前記アキュームレータの内部において高さ方向及び横方向に相互にずれている請求項１又は２に記載の冷凍サイクル装置の冷媒加熱システム。
【請求項４】
前記圧縮機及び前記アキュームレータの高さ方向に沿って複数本の前記ヒートパイプを配置した請求項１から３の何れか１項に記載の冷凍サイクル装置の冷媒加熱システム。
【請求項５】
前記ヒートパイプは、前記圧縮機側が低く前記アキュームレータ側が高くなっている請求項１から４の何れか１項に記載の冷凍サイクル装置の冷媒加熱システム。
【請求項６】
前記冷凍サイクル装置は、前記冷媒管路のうち前記圧縮機と前記凝縮器とを接続する部分から前記減圧機構部と前記蒸発器とを接続する部分に至るバイパス回路を有し、前記蒸発器の除霜運転時に、前記圧縮機から吐出された高温の冷媒ガスを前記バイパス回路を通して前記蒸発器に供給する請求項１から５の何れか１項に記載の冷凍サイクル装置の冷媒加熱システム。
【請求項７】
前記ヒートパイプの一部が前記圧縮機に接触している請求項１から６の何れか１項に記載の冷凍サイクル装置の冷媒加熱システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、冷凍サイクル装置の冷媒加熱システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば空気調和機に備えられる冷凍サイクル装置においては、アキュームレータの内部で冷媒が気液分離され、液体状態の冷媒がアキュームレータ内に残り、ガス状態の冷媒が圧縮機に戻されるようになっている。ここで、アキュームレータ内に残る液体状態の冷媒の量が多くなると、冷凍サイクル装置を循環する冷媒の組成が変化したり、液体状態の冷媒が圧縮機に吸引されてしまうなどの不具合が生じる。そこで、アキュームレータ内に残る液体状態の冷媒を適宜加熱してガス化する技術が考えられている。
例えば、特許文献１に記載の冷凍サイクル装置は、アキュームレータ内に貯留した液体状態の冷媒を加熱気化させる冷媒加熱装置を備え、圧縮機がオン状態のときに冷媒加熱装置をオンすることにより液体状態の冷媒を加熱するように構成されている。しかしながら、この構成では、冷凍サイクル装置とは別個に設けられた冷媒加熱装置からのエネルギー、即ち、冷凍サイクル装置の外部からのエネルギーが必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３６０３３２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、冷凍サイクル装置の外部からのエネルギーを要することなくアキュームレータ内の液体状態の冷媒を加熱することができる冷凍サイクル装置の冷媒加熱システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本実施形態の冷凍サイクル装置の冷媒加熱システムは、冷凍サイクル装置と、蓄熱材と、ヒートパイプと、を備える。冷凍サイクル装置は、圧縮機、凝縮器、減圧機構部、蒸発器及びアキュームレータが冷媒管路によって環状に接続されている。蓄熱材は、圧縮機の周囲に配置され、当該圧縮機からの排熱を蓄積する。ヒートパイプは、圧縮機の周囲に蓄熱材と接触した状態で配設され、その両端部がアキュームレータの内部に導入され、蓄熱材に蓄積されている熱をアキュームレータの内部に伝達する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１実施形態に係る冷凍サイクル装置の冷媒加熱システムを概略的に示す図
【図２】圧縮機、アキュームレータ及び冷媒加熱ユニットを示す平面図
【図３】圧縮機、アキュームレータ及び冷媒加熱ユニットを示す側面図（その１）
【図４】圧縮機、アキュームレータ及び冷媒加熱ユニットを示す側面図（その２）
【図５】変形例に係る図３相当図
【図６】変形例に係る図４相当図
【図７】異なる変形例に係る図３相当図
【図８】制御内容の一例を示すフローチャート
【図９】第２実施形態に係る図１相当図
【発明を実施するための形態】
【０００７】
（第１実施形態）
以下、第１実施形態による冷凍サイクル装置の冷媒加熱システムを図１から図８を参照しながら説明する。図１に示す冷凍サイクル装置１０は、例えば空気調和機に備えられるものであり、圧縮機１１、凝縮器１２、減圧機構部１３、蒸発器１４及びアキュームレータ１５を冷媒管路１６によって環状に接続した構成である。この冷凍サイクル装置１０において、圧縮機１１が駆動されると、当該圧縮機１１から吐出された高温高圧の冷媒が凝縮器１２に送られ、当該凝縮器１２にて放熱して凝縮する。そして、この凝縮した冷媒は、例えば絞り弁などからなる減圧機構部１３を通過する際に減圧され、その後、蒸発器１４に送られ、当該蒸発器１４にて吸熱して気化する。そして、蒸発器１４を通過した冷媒は、アキュームレータ１５内に流入して気液分離され、液体状態の冷媒がアキュームレータ１５内に残り、ガス状態の冷媒が圧縮機１１に戻されるようになっている。
【０００８】
また、アキュームレータ１５の内部には、冷媒状態検知センサ１５１が備えられている。この冷媒状態検知センサ１５１は、アキュームレータ１５の内部に存在する冷媒の状態を検知するものであり、アキュームレータ１５内の冷媒の温度あるいは圧力に基づいて、冷媒の状態、即ち、アキュームレータ１５内に液体状態の冷媒がどの程度存在しているのかを検知する。
この冷凍サイクル装置１０は、さらに冷媒加熱ユニット２０を備える。この冷媒加熱ユニット２０は、アキュームレータ１５内に残る液体状態の冷媒を加熱するためのユニットであり、蓄熱材２１とヒートパイプ２２とを備える。
【０００９】
蓄熱材２１は、この場合、例えば酢酸ナトリウム三水和物などからなる潜熱蓄熱材で構成されており、圧縮機１１の周囲に配置され、当該圧縮機１１からの排熱を蓄積する。潜熱蓄熱材は、融点以下の温度でも凝固せずに液体状態を維持するいわゆる過冷却特性を有しており、排熱を蓄積した過冷却状態の蓄熱材２１に外部から衝撃を与えると、当該蓄熱材２１が凝固しながら放熱を開始するようになっている。この場合、蓄熱材２１は、圧縮機１１の全周を覆ってはおらず、少なくともアキュームレータ１５が取り付けられた部分を覆っていない。また、蓄熱材２１の両端部は、圧縮機１１の周面から離間している。また、この蓄熱材２１には、当該蓄熱材２１の温度を検知するための蓄熱材温度センサ２１１が取り付けられている。
【００１０】
ヒートパイプ２２は、内部に冷媒が封入された密閉管状の部材であり、当該ヒートパイプ２２の内部にて高温の冷媒と低温の冷媒とが入れ替わるように循環することで熱を伝達する部材である。図２にも示すように、このヒートパイプ２２は、その両端部を除く中間部分が蓄熱材２１の内部に挿通されている。これにより、ヒートパイプ２２は、圧縮機１１の周囲に蓄熱材２１と接触した状態で配設されている。この場合、ヒートパイプ２２の中間部分の一部は、蓄熱材２１を介することなく圧縮機１１の表面に直接接触している。従って、この部分では、圧縮機１１の排熱が直接的にヒートパイプ２２に伝達されるようになっている。なお、ヒートパイプ２２の中間部分の一部を、圧縮機１１の表面に直接接触させずに、蓄熱材２１の熱を吸熱する構成としてもよい。
【００１１】
また、ヒートパイプ２２は、その両端部、つまり、蓄熱材２１から突出する部分がアキュームレータ１５の内部に導入されている。このヒートパイプ２２は、蓄熱材２１が放熱を開始すると、その熱を当該蓄熱材２１に接触している中間部分にて吸収して、その吸熱した熱を両端部に伝達する。これにより、蓄熱材２１に蓄積されている熱がヒートパイプ２２を介してアキュームレータ１５の内部に供給されるようになり、その熱によりアキュームレータ１５内の液体状態の冷媒が加熱されてガス化され、圧縮機１１に吸い込まれるようになる。
【００１２】
また、図３及び図４に示すように、ヒートパイプ２２は、その両端部がアキュームレータ１５の内部において、吸入冷媒管路１６１を挟んで高さ方向及び横方向に相互にずれている。吸入冷媒管路１６１は、冷媒管路１６のうちアキュームレータ１５と圧縮機１１とを接続する部分であり、一端側がアキュームレータ１５の内部に延びており、アキュームレータ１５内のガス状態の冷媒は、この吸入冷媒管路１６１を介して圧縮機１１に吸い込まれるようになっている。
また、圧縮機１１及びアキュームレータ１５の高さ方向に沿って複数本のヒートパイプ２２が相互に離間した状態で配置されている。これにより、アキュームレータ１５の内部に複数のヒートパイプ２２の両端部が適度な距離を有して分布した態様となり、アキュームレータ１５内の冷媒がヒートパイプ２２の両端部に接触しやすくなって、冷媒の加熱が促進される。
【００１３】
また、ヒートパイプ２２は、アキュームレータ１５内に差し込まれている両端部側が水平方向に対して所定角度θを有して上方に傾斜するように設置されており、これにより、吸熱部である圧縮機１１側が低く放熱部であるアキュームレータ１５側が高くなっている。このように、ヒートパイプ２２の吸熱部側を低く放熱部側を高くしたことにより、ヒートパイプ２２内の冷媒の流動性が向上し、吸熱部から放熱部への熱の伝達が促進される。
なお、図５及び図６に示すように、ヒートパイプ２２は、その両端部がアキュームレータ１５の内部において横方向に相互にずれ、高さ方向には相互にずれていない構成としてもよい。また、ヒートパイプ２２は、吸熱部側が低く放熱部側が高くなっているのであれば、吸熱部側から放熱部側にかけて直線状に傾斜していなくてもよく、例えば図７に示すように、吸熱部側から放熱部側にかけて曲った形状であってもよい。
【００１４】
次に、上記構成の冷凍サイクル装置１０、即ち、冷媒加熱ユニット２０を備える冷凍サイクル装置１０による制御の一例について図８を参照しながら説明する。
即ち、空気調和機の動作全般を制御する図示しない制御装置は、空気調和機の電源がオンされると、蓄熱材２１の温度が所定の放熱可能温度に到達しているか否か（ステップＳ１）、及び、アキュームレータ１５内の冷媒の状態が所定の加熱不要状態であるか否か（ステップＳ２）を監視する。なお、所定の放熱可能温度は、例えば蓄熱材２１の材料あるいは蓄熱性能などに応じて適宜の値を設定することができる。また、所定の加熱不要状態は、アキュームレータ１５内に存在する液体状態の冷媒が所定量以下である状態であり、その所定量は、例えば冷凍サイクル装置１０を循環する冷媒の材料あるいは組成、アキュームレータ１５の気液分離性能あるいは圧縮機１１の性能などに応じて適宜の値を設定することができる。
【００１５】
そして、制御装置は、蓄熱材２１の温度が所定の放熱可能温度に到達しており、且つ、アキュームレータ１５内の冷媒の状態が所定の加熱不要状態を逸脱している場合（ステップＳ１：ＹＥＳ、且つ、ステップＳ２：ＮＯ）に、蓄熱材２１に衝撃を与え、当該蓄熱材２１からの放熱を開始する（ステップＳ３）。なお、蓄熱材２１に与える衝撃は、例えば振動による衝撃であってもよいし、電気による衝撃であってもよい。蓄熱材２１は、衝撃が与えられて一旦放熱を開始すると、蓄積している熱を全て放出するまで放熱を継続する。そして、蓄熱材２１は、全ての熱を放出すると、再び圧縮機１１からの排熱を蓄積しながら、やがて過冷却状態となり、次回の衝撃が与えられるまで待機状態となる。制御装置は、以上の制御を空気調和機の電源がオフされるまで繰り返し実行する。
【００１６】
以上に説明した第１実施形態に係る冷凍サイクル装置の冷媒加熱システムによれば、冷凍サイクル装置１０の構成要素である圧縮機１１の排熱を蓄熱材２１に蓄積し、その蓄積した熱をヒートパイプ２２を介してアキュームレータ１５内に伝達するように構成した。これにより、冷凍サイクル装置１０の外部からのエネルギーを要することなくアキュームレータ１５内の液体状態の冷媒を加熱することができる。
【００１７】
また、蓄熱材２１を蓄熱性に優れた潜熱蓄熱材で構成したので、外部から衝撃を与えない限り当該蓄熱材２１に蓄積した熱を保存することができる。そして、アキュームレータ１５内の冷媒を加熱したい適宜のタイミングで蓄熱材２１に衝撃を与えることで、当該蓄熱材２１から熱を取り出してアキュームレータ１５内の冷媒の加熱に供することができる。
【００１８】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について図９を参照しながら説明する。図９に示すように、冷凍サイクル装置１０は、冷媒管路１６のうち圧縮機１１と凝縮器１２とを接続する部分から減圧機構部１３と蒸発器１４とを接続する部分に至るバイパス回路１７を有する。このバイパス回路１７には開閉弁１７１，１７２が設けられている。そして、この冷凍サイクル装置１０は、暖房運転の実行中に適宜実行される蒸発器１４の除霜運転時に、開閉弁１７１，１７２を開弁し、圧縮機１１から吐出された高温の冷媒ガスの一部を、バイパス回路１７を通して蒸発器１４に供給する。これにより、蒸発器１４の除霜が促進され、しかも、アキュームレータ１５内に冷えた冷媒、つまり、液体状態の冷媒が流入し難くなる。また、除霜運転に伴い圧縮機１１の温度が急激に低下してしまうことを回避でき、暖房性能の低下を防止することができる。
【００１９】
以上に説明した各実施形態に係る冷凍サイクル装置の冷媒加熱システムは、冷凍サイクル装置と、蓄熱材と、ヒートパイプと、を備える。冷凍サイクル装置は、圧縮機、凝縮器、減圧機構部、蒸発器及びアキュームレータが冷媒管路によって環状に接続されている。蓄熱材は、圧縮機の周囲に配置され、当該圧縮機からの排熱を蓄積する。ヒートパイプは、圧縮機の周囲に蓄熱材と接触した状態で配設され、その両端部がアキュームレータの内部に導入され、蓄熱材に蓄積されている熱をアキュームレータの内部に伝達する。この構成によれば、冷凍サイクル装置の外部からのエネルギーを要することなく、冷凍サイクル装置の構成要素である圧縮機の排熱を利用してアキュームレータ内の液体状態の冷媒を加熱することができる。
【００２０】
なお、アキュームレータ１５の大きさは、冷凍サイクル装置１０の容量あるいは性能などに応じて異なる。そのため、ヒートパイプ２２のパイプ径あるいは本数を、アキュームレータ１５の大きさに応じて適宜変更するとよい。特にアキュームレータ１５の大きさが小さい場合には、冷媒との接触面積を増加させるべく、より多くのヒートパイプ２２を配設するとともに、各ヒートパイプ２２のパイプ径を細くするとよい。
また、冷媒状態検知センサ１５１は、冷凍サイクル装置１０においてアキュームレータ１５の内部に存在する冷媒の状態を検知できる位置に設ければよく、例えば、冷媒管路１６のうち蒸発器１４とアキュームレータ１５との間の部分に設けてもよい。
上述の各実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。本実施形態及びその変形は、発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００２１】
図面中、１０は冷凍サイクル装置、１１は圧縮機、１２は凝縮器、１３は減圧機構部、１４は蒸発器、１５はアキュームレータ、１５１は冷媒状態検知センサ、１６は冷媒管路、１７はバイパス回路、２１は蓄熱材、２１１は蓄熱材温度センサ、２２はヒートパイプを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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