(57)【要約】【課題】一般的な空気調和機に取り付けて、冷媒を加熱することで低温時の空気調和機の運転の効率化を図る空気調和機冷媒加熱装置において、室外機の制御回路により停止することがなく、より効率のよい冷媒の加熱を実現することを課題とする。【解決手段】空気調和機用冷媒加熱装置として、熱媒体となる液体が溜められる熱媒体液タンクと、前記熱媒体タンク内部を通る長尺のパイプであって、空気調和機の室外機の蒸発器から流れる冷媒を流入させて、当該室外機の圧縮機に流出させるように当該室外機に接続される第一熱交換パイプと、電力で加熱する加熱手段により加熱される蓄熱体が充填された蓄熱層と、前記蓄熱層内を通り、前記熱媒体液タンク内に両端が連通する長尺のパイプを有し、ポンプにより前記液体を当該パイプ内部に循環させる熱媒体液用熱交換器とを設ける。【選択図】  図１
2013100925.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒体となる液体が溜められる熱媒体液タンクと、
前記熱媒体タンク内部を通る長尺のパイプであって、空気調和機の室外機の蒸発器から流れる冷媒を流入させて、当該室外機の圧縮機に流出させるように当該室外機に接続される第一熱交換パイプと、
電力で加熱する加熱手段により加熱される蓄熱体が充填された蓄熱層と、
前記蓄熱層内を通り、前記熱媒体液タンク内に両端が連通する長尺のパイプを有し、ポンプにより前記液体を当該パイプ内部に循環させる熱媒体液用熱交換器と
を有する空気調和機用冷媒加熱装置。
【請求項２】
前記空気調和機用冷媒加熱装置において、さらに、
前記熱媒体タンク内部を通る長尺のパイプであって、前記空気調和機の室内機から流れる冷媒を流入させて、前記室外機の膨張弁に流出させるように当該室内機及び室外機に接続される、第二熱交換パイプを有する請求項１に記載の空気調和機用冷媒加熱装置。
【請求項３】
前記空気調和機用冷媒加熱装置において、さらに、前記熱媒体液タンク内部を加熱するタンク加熱手段を有する請求項１又は２に記載の空気調和機用冷媒加熱装置。
【請求項４】
前記空気調和機用冷媒加熱装置において、前記蓄熱層と前記熱媒体液用熱交換器に代えて、前記熱媒体液タンク内部を加熱するタンク加熱手段を有する請求項１又は２に記載の空気調和機用冷媒加熱装置。
【請求項５】
前記空気調査器用冷媒加熱装置は、外部が箱状の筐体から構成されるものであって、当該筐体の上面が前記室外機を載せることができる形状及び大きさを有するものである請求項１から４のいずれか１に記載の空気調和機用冷媒加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和機の冷媒を加熱する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気調和機は、効率がよくクリーンな冷暖房装置であるが、外気と熱交換を行うために外気温によっては効率が低下する。特に、寒冷地において気温が低くなる冬に暖房運転を行う場合は、効率の低下が顕著である。これに対応する方法として、低気温時に暖房運転を行う際に、空気調和機の室外機内部を加熱することで、熱交換効率を上げることが行われている。また、室外機が加熱されると、室外機の霜取り運転をする必要がなくなり暖房を中断しなくてよくなるという利点もある。
しかし、室外機内部を加熱する場合は、専用の室外機が必要であり、室外機内に加熱手段を有さない一般的な空気調和機の場合は対応ができない。これに対して、下記各特許文献には、室外機に流入する冷媒を加熱する装置が示されている。このような装置であれば、一般的な室外機であっても後から取り付けが可能であり便利である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許４０３３２０９号公報
【特許文献２】特開２００２−５５３７号公報
【特許文献３】特開２０１０−６５８８９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記各特許文献に記載の冷媒加熱装置は、空気調和機の室内機から室外機に向かう冷媒を加熱する構成が採用されている。一方で、多くの空気調和機においては室外機に流入する冷媒の温度が一定以上になると空気調和機を止めてしまうよう制御されていることが多い。このため、冷媒の加熱温度を常に調節する必要があり、上記特許文献３に記載の発明のように蓄熱を利用して冷媒を加熱する場合、温度制御が難しく、冷媒加熱装置へ流入する弁体の切り替えにより制御する場合弁体の疲労が大きくなってしまうという問題が生じる。また、室内機から室外機に流入する冷媒は膨張弁を通るが、膨張弁手前で冷媒を加熱しても、膨張弁を通るときに一気に温度が下がってしまうので効率が悪い。
本発明は、このような問題に鑑みて、一般的な空気調和機に取り付けて、冷媒を加熱することで低温時の空気調和機の運転の効率化を図る空気調和機冷媒加熱装置において、室外機の制御回路により停止することがなく、より効率のよい冷媒の加熱を実現することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明は次のような構成を有する。
請求項１に記載の発明は、熱媒体となる液体が溜められる熱媒体液タンクと、前記熱媒体タンク内部を通る長尺のパイプであって、空気調和機の室外機の蒸発器から流れる冷媒を流入させて、当該室外機の圧縮機に流出させるように当該室外機に接続される第一熱交換パイプと、電力で加熱する加熱手段により加熱される蓄熱体が充填された蓄熱層と、前記蓄熱層内を通り、前記熱媒体液タンク内に両端が連通する長尺のパイプを有し、ポンプにより前記液体を当該パイプ内部に循環させる熱媒体液用熱交換器とを有する空気調和機用冷媒加熱装置である。なお、熱媒体となる液体としては絶縁油や不凍液などが例示される。
請求項２に記載の発明は、前記空気調和機用冷媒加熱装置において、さらに、前記熱媒体タンク内部を通る長尺のパイプであって、前記空気調和機の室内機から流れる冷媒を流入させて、前記室外機の膨張弁に流出させるように当該室内機及び室外機に接続される、第二熱交換パイプを有するものである。
【０００６】
請求項３に記載の発明は、前記空気調和機用冷媒加熱装置において、さらに、前記熱媒体液タンク内部を加熱するタンク加熱手段を有するものである。
請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の空気調和機用冷媒加熱装置において、前記蓄熱層と前記熱媒体液用熱交換器に代えて、前記熱媒体液タンクを加熱するタンク加熱手段を有するものである。
請求項５に記載の発明は、前記空気調和機用冷媒加熱装置において、外部が箱状の筐体から構成されるものであって、当該筐体の上面が前記室外機を載せることができる形状及び大きさを有するものである。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、室外機の蒸発器と圧縮機の間を通る冷媒を加熱するので、空気調和機の温度制御によって空気調和機が停止することがない。また、蒸発器から流出する気化した冷媒及び気化しきれない冷媒を加熱することで気化した冷媒の温度上昇を補完するので効率がよい。また、蓄熱された蓄熱層の熱を利用するので、深夜電力を利用して蓄熱層の温度を冷媒の加熱動作前に高くしておけば、空気調和機の動作時には加熱に電力を使うことなく電気利用の効率化を図ることができる。さらに、冷媒を蓄熱層で直接加熱するのではなく、蓄熱層により熱媒体液用熱交換器を介して熱媒体液タンクの熱媒体液を加熱し、熱媒体液タンクに冷媒を通して加熱する構造を有する一方、熱媒体液タンクの温度制御は熱媒体液用熱交換器のポンプにより蓄熱層を通る熱媒体液の量を調節することで行なうことができるので、蓄熱を利用した冷媒の温度制御を比較的容易に行なうことができる。
請求項２に記載の発明は、室外機の蒸発器と圧縮機の間を通る冷媒に加えて、室内機から膨張弁の間を通る冷媒も同時に加熱することができる。また、膨張弁前の冷媒を加熱することで、加熱しすぎると室外機の制御装置により空気調和機が停止することになるが、熱媒体液用熱交換器のポンプにより蓄熱層を通る熱媒体液の量を調節することで温度調節か容易に行なえる熱媒体液タンクを用いて膨張弁前の冷媒を加熱するので、膨張弁前の冷媒の温度を室外機が停止しない程度に比較的容易に制御することが可能である。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、熱媒体液タンク内の熱媒体液を直接加熱するタンク加熱手段を設けることで、蓄熱層の熱量が足らなくなったときや、急速な加熱が必要な場合に、熱媒体液の蓄熱層からの熱交換による加熱を補助することができる。
請求項４に記載の発明は、熱媒体液の蓄熱層による加熱の代わりに、タンク加熱手段のみで熱媒体液を加熱することによっても、室外機の蒸発器と圧縮機の間を通る冷媒を加熱するので、空気調和機の温度制御による空気調和機の停止がなく、気化した冷媒の温度上昇を補完するので効率がよい。
請求項５に記載の発明は、空気調和機用冷媒加熱装置の筐体が、空気調和機の室外機の架台となるので、室外機は上方に位置づけられることとなり、一定以上の高さの積雪でも十分に室外機の運転が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に係る空気調和機冷媒加熱装置の構造を模式的に示す縦断面図である。
【図２】空気調和機の構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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に実施形態に係る冷媒加熱機構がついた空気調和機用冷媒加熱装置Ｘの構造を模式的に示す縦断面図を示す。空気調和機用冷媒加熱装置Ｘは、筐体１０、断熱層２０、蓄熱層３０、熱媒体液タンク４０、熱媒体液用熱交換器５０、第一熱交換パイプ６０、第二熱交換パイプ７０、蓄熱層加熱装置８０、タンク加熱装置９０、図示しない制御装置とから構成される。
筐体１０は、金属板により箱状に形成されたもので、上面は平らで所定の空気調和機の室外機を載せる大きさが設けられるとともに、室外機を載せるのに十分な強度を有する。
断熱層２０は、筐体１０の内壁に貼り付けられる断熱材により形成される。ここでは、断熱材として発泡合成樹脂が用いられる。
蓄熱層３０は、上方が開放した直方体の箱体に乾燥した適度な粗さの砂を充填させたものである。砂は後述する蓄熱層加熱装置８０や熱媒体熱交換器５０の熱交換パイプを入れた後に充填するものであり、これにより蓄熱層３０は比較的簡易に形成することができる。砂には熱伝導率上げるための銅片や鉄片を混ぜることができ、さらに、遠赤外線を発生する鉱石を混ぜることもできる。また、砂の代わりに蓄熱レンガなど他の蓄熱材を用いることもできる。
【００１１】
熱媒体液タンク４０は、内部が液密状態となった略直方体状のタンクであり、内部に熱媒体となる液体として絶縁油が充填されている。熱媒体液タンク４０内部には、後述する第一熱交換パイプ６０、第二熱交換パイプ７０が収められている。また、熱媒体液タンク４０の両側面はそれぞれ外部に連通する連通口４１が設けられ、後述する熱媒体用熱交換器５０に連結されている。なお、熱媒体となる液体は種々のものが採用でき、不凍液などを用いることができる。
熱媒体液用熱交換器５０は、蓄熱層３０の内部を通る長尺の細い銅製のパイプ５１と、パイプ５１の途中に設けられるポンプ５２とから構成される。パイプ５１は蓄熱層３０内で熱交換を促進するために蛇行するように設けられ、この状態で多数の板状のフィン５１ａが複数溶接固定されている。パイプ５１の両端はそれぞれ熱媒体液タンク４０の両側の連通口４１に連結しており、パイプ５１内部にも絶縁油が充填されている。ポンプ５２はパイプ５１内の絶縁油をパイプ５１及び熱媒体液タンク４０内に循環させるものであり、後述する制御装置により制御される。
【００１２】
第一熱交換パイプ６０、第二熱交換パイプ７０は、それぞれ長尺の細い銅製のパイプである。第一熱交換パイプ６０、第二熱交換パイプ７０は、熱媒体液タンク４０内で、熱交換を促進するように蛇行するように設けられ、この状態で多数の板状のフィン６１、７１が溶接固定される。第一熱交換パイプ６０、第二熱交換パイプ７０の両端は筐体１０の外部に表出している。なお、第一熱交換パイプ６０及び第二熱交換パイプ７０の両端部には前記の接続を行なうための接続アダプタが設けられている。第一熱交換パイプ６０は第二熱交換パイプ７０よりも長く形成されるものであり、一端側が空気調和機の室外機の蒸発器から冷媒が流入するように蒸発器に接続され、他端側が空気調和機の室外機の圧縮機へ冷媒が入るように圧縮機に接続される。第二熱交換パイプ７０の一端側は空気調和機の室内機からの冷媒が流入するように室内機に接続され、他端側は空気調和機の室外機の膨張弁に冷媒が入るように膨張弁に接続される。
【００１３】
蓄熱層加熱装置８０は、ＩＨヒーターにより構成され、蓄熱層３０の金属でできた外容器の底辺近傍に設けられる。タンク加熱装置９０は、棒状の電熱ヒーターにより構成され、熱媒体液タンク４０の底部に設けられる。なお、蓄熱層加熱装置８０、タンク加熱装置９０は、電熱線による抵抗加熱によるもの、誘導加熱によるもの、ヒートポンプによるもの、マイクロウエーブ加熱によるものなど種々のものを適宜採用することができる。また、図では下方より加熱しているが前面からの加熱や内部からの加熱とすることも可能である。
制御装置は、蓄熱層３０内部の温度を測定する温度センサー、熱媒体液タンク４０内部の温度を測定する温度センサー、外部気温を測定する温度センサー、ポンプ５２、蓄熱層加熱装置８０、タンク加熱装置９０のオンオフの切り替えを各温度センサーの値に基づいて制御するオンオフ制御部、時計等から構成される。
【００１４】
次に、以上のような構成を有する空気調和機冷媒加熱装置Ｘの使用方法について説明する。まず、空気調和機との接続について説明する。空気調和機を本空気調和機冷媒加熱装置Ｘに接続するためには、空気調和機の室外機における四方弁の手前（暖房時に蒸発器から四方弁に至る間）の冷媒の流路を分断し、各切断口に繋がる接続バルブを設ける必要がある。図２に空気調和機Ａを模式的に表した図を示す。図の矢印は暖房時における冷媒の流れを示すものである。室外機Ａ１の蒸発器Ａ1aから流出して、圧縮機Ａ1bに至る流路は上述のよように接続バルブが設けられ、分断されている。蒸発器Ａ1aから冷媒が流出する流路には接続バルブを介して、空気調和機冷媒加熱装置Ｘの第一熱交換パイプ６０の一端側に接続され、圧縮機Ａ1bへ冷媒が流入する流路には接続バルブを介して第一熱交換パイプ６０の他端側が接続される。これにより蒸発器Ａ1aから流出する冷媒は第一熱交換パイプ６０を通って圧縮機Ａ1bへと流れることになる。また、空気調和機Ａの室内機Ａ2から冷媒が流出する流路には第二熱交換パイプ７０の一端側が接続され、膨張弁Ａ1cへ冷媒が流入する流路には第二熱交換パイプ７０の他端側が接続される。なお、空気調和機の室外機は空気調和機冷媒加熱装置Ｘの筐体１０の上面に設置される。
【００１５】
以上のように接続が完了した後の空気調和機冷媒加熱装置Ｘの動作について説明する。深夜の時間帯に外気温が一定以下になると制御装置により蓄熱層加熱装置８０のスイッチが入り、蓄熱層３０内部が加熱される。そして、蓄熱層３０の温度が一定温度範囲の収まるように蓄熱層加熱装置８０のオンオフが制御される。深夜の時間帯が経過すると蓄熱層加熱装置８０はオフにされ蓄熱層３０の加熱は停止される。加熱が停止されても蓄熱層３０は断熱層２０に囲まれ、内部の砂は蓄熱機能が高いので十数時間高温を維持することができる。
このように蓄熱層３０が暖められた状態で、空気調和機を作動させると、熱媒体液用熱交換器５０のポンプ５２が作動し、絶縁油を熱媒体液タンク４０、パイプ５１内に循環させる。パイプ５１を通る絶縁油は蓄熱層３０を通ることで暖められて熱媒体液タンク４０へ流入するので、熱媒体液タンク４０内部の温度は上昇していくこととなる。熱媒体液タンク４０は温まり過ぎると、室外機を停止させる場合があるので、上限温度以上になるとポンプ５２は停止し、また、下限温度以下になるとポンプ５２が再稼動することで、熱媒体液タンク４０内部の温度は一定範囲に保たれる。さらに、ポンプ５２を十分稼動しても熱媒体タンク４０内部の温度が下限温度以下となる場合には、タンク加熱装置９０が作動し熱媒体用熱交換器５０による加熱を補完する。
一方、空気調和機の室内機から空気調和機室外機の膨張弁に至る冷媒は第二熱交換パイプ７０を通り熱媒体液タンク４０内部を通る過程で温められ、さらに、空気調和機室外機の蒸発器から圧縮機に至る冷媒は第一熱交換パイプ６０を通り、熱媒体液タンク４０内部を通る過程で温められる。これにより空気調和機の低温時の効率低下を抑制することが可能となる。
【００１６】
なお、上記実施形態では第一熱交換パイプ６０と、第二熱交換パイプ７０の長さを変えることで、パイプを通る冷媒の温度上昇率を変えているが、さらに両者の温度変化を細かく制御するために、熱媒体タンク４０と、熱媒体用熱交換器５０を２つ設け、それぞれの熱媒体液タンク４０内に第一熱交換パイプ６０、第二熱交換パイプ７０を設けるようにしてもよい。
また、タンク加熱装置９０は、蓄熱層３０の蓄熱能力が高ければ省略してもよく。また、深夜電力を利用することなく、安価に装置を構成する場合は、タンク加熱装置９０のみによる加熱としてもよい。
【符号の説明】
【００１７】
Ｘ      空気調和機冷媒加熱装置
１０    筐体
２０    断熱層
３０    蓄熱層
４０    熱媒体液タンク
５０    熱媒体液用熱交器
５１    パイプ
５２    ポンプ
６０    第一熱交換パイプ
７０    第二熱交換パイプ
８０    蓄熱層加熱装置
９０    タンク加熱装置
Ａ      空気調和装置
Ａ１    室外機
Ａ1a    蒸発器
Ａ1b    圧縮機
Ａ1c    膨張弁
Ａ２    室内機
【図１】
2013100925.tif 000003
【図２】
2013100925.tif 000004