JP2001012812A - 冷媒蓄熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷媒回路のみで夜間電力を用いて蓄熱を行
う。 【解決手段】 蒸発器４から圧縮機１への冷媒搬送路に
冷媒低圧圧力容器８を、凝縮器２から膨脹弁３への冷媒
搬送路に冷媒高圧圧力容器５を設ける。冷媒低圧圧力容
器８の近傍に低圧側バルブ１２を、冷媒高圧圧力容器５
の近傍に高圧側バルブ１１を設ける。圧縮機１の吸い込
み側にバルブ１０を、凝縮器２の吐出側にバルブ９を設
け、膨脹弁３の吸い込み側にバルブ６を、蒸発器４の吐
出側にバルブ７を設ける。蓄熱運転は、バルブ６，７を
閉じ、低圧側バルブ１２、バルブ９，１０と高圧側バル
ブ１１を開け、圧縮機１と凝縮器２を動作させ、冷媒高
圧圧力容器５に高圧液冷媒を貯溜する。放熱運転は、バ
ルブ９，１０を閉じ、圧縮機１と凝縮器２を停止させ、
低圧側バルブ１２と高圧側バルブ１１を開け、冷媒高圧
圧力容器５に貯溜された液冷媒を蒸発器４に送り冷凍冷
却を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は冷媒蓄熱装置、特に
蓄熱媒体として水／氷を用いず装置構成を簡略化させた
冷媒蓄熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的な冷凍冷却装置の冷媒回路は、冷
媒ガスが圧縮機において圧縮され、高圧ガスとされ、凝
縮器に送られる。そして、凝縮器において、冷媒高圧ガ
スは冷やされ、液体化された冷媒にされる。液体化され
た冷媒は圧力が高いため、減圧装置である膨脹弁にて圧
力を低下させて、蒸発器に送ることにより、低温度で蒸
発し、冷却または冷凍作用を行うことができる。このよ
うに冷媒を冷媒回路内に循環させることによって、冷却
・冷凍作用を行っている。

【０００３】上記冷凍冷却装置の一例として冷房機能を
有する空調機が挙げられる。この空調機は、冷房の負荷
に応じて圧縮機の制御を行い、冷房運転を行っている。

【０００４】従って、例えば夏の一番暑い時期には、各
冷房装置が最大能力で運転する場合が多く、その時だけ
電力消費量が増大し、社会問題になっている。そこで、
近年昼間の電力消費を抑えるために、水／氷の蓄熱シス
テムを有する冷凍冷却装置が用いられるようになってき
ている。

【０００５】例えば、図３には、直膨式の氷蓄熱装置構
成の概要が示されている。図３に示すように、氷蓄熱装
置は、上記同様に冷媒回路と水／氷蓄熱回路とからな
る。

【０００６】すなわち、冷媒回路は、上述同様、圧縮機
１、凝縮器２、減圧装置である膨脹弁３、蒸発器４を順
次接続してなる。更に詳説すると、圧縮機１は、蒸発器
４から吐出された低圧冷媒ガスを高圧冷媒ガスにして、
冷媒配管１６を介して凝縮器２に送る。そして、凝縮器
２は、高温高圧の冷媒ガスを外気で熱交換し、高圧液と
して冷媒配管１６を介して減圧装置である膨脹弁３に送
る。膨脹弁３は、高圧液をオリフィス通過させて低圧液
として蒸発器４に送る。蒸発器４から吐出された低圧冷
媒ガスは、圧縮機１に戻る。この一連の冷媒回路内に冷
媒を循環させることにより、冷凍冷却運転を行う。

【０００７】一方、水／氷蓄熱回路は、蒸発器４を内蔵
する氷蓄熱槽１３と、冷水と空気とを熱交換して室内を
冷房する空調機１４と、氷蓄熱槽１３からの冷水を空調
機１４に送る搬送ポンプ１５と、氷蓄熱槽１３と空調機
１４との間で水を循環させる冷温水配管１７と、からな
る。氷蓄熱槽１３では、水と蒸発器４の低圧液冷媒とを
熱交換し、水を氷に変え、貯溜されている水の温度を下
げ、冷水または氷として貯溜可能な槽である。

【０００８】次に、上記氷蓄熱装置の動作について説明
する。割安な夜間電力を使用して圧縮機１の運転を行
い、氷蓄熱槽１３内の水を氷に変えておく。そして、昼
間の冷房の際に、搬送ポンプ１５を用いて氷蓄熱槽１３
から冷水を空調機１４に送り、室内空気を冷水で冷却す
る。一方室内空気により暖められた水は、冷温水配管１
７を介して氷蓄熱槽１３に送られる。そして、この暖め
られた水によって、夜間中に製造された氷蓄熱槽１３の
氷を溶かしながら、冷水を用いて昼間の冷房を行う。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
氷蓄熱装置は蓄熱に氷を用いるため、冷媒と水の２つの
回路が必要となり、設備が複雑になると共に大型化して
しまう。更に、氷蓄熱槽内で作られる氷が槽内で溶けな
いように蓄積するために、高度な断熱設備を要する。ま
た、製氷状態の管理や氷蓄熱槽のメンテナンス等の維持
管理も必要となる。このため、装置コストが高くなるだ
けでなく、通常の空調装置よりも維持管理も煩雑になる
という問題があった。

【００１０】更に、上述のように２つの回路が必要であ
るため、冷媒用の圧縮機だけでなく、水用の冷水ポンプ
も必要となり、更に装置構成が煩雑であった。

【００１１】また、氷蓄熱槽は、高度な断熱設備を有す
るため、重量が重くなる。このため、氷蓄熱槽を設置す
る場合、強固な架台や基礎が必要となり、施工費用も嵩
むという問題があった。

【００１２】本発明は、前記の課題を解決するためにな
されたものであり、水／氷蓄熱を用いず、冷媒のみで割
安な夜間電力を用いて蓄熱を行い、昼間の冷凍冷却を行
う冷媒蓄熱装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに、本発明にかかる冷媒蓄熱装置は、以下の特徴を有
する。

【００１４】（１）圧縮機、凝縮器、減圧装置、蒸発器
を順次接続してなる冷媒回路を有する冷凍冷却装置にお
いて、前記圧縮機の吸い込み側に設けられた冷媒低圧圧
力容器と、凝縮器の吐出側に設けられた冷媒高圧圧力容
器と、前記冷媒回路内の前記冷媒高圧圧力容器から前記
冷媒低圧圧力容器への冷媒の流れを制御する第１バルブ
と、前記冷媒回路内の前記冷媒低圧圧力容器から前記冷
媒高圧圧力容器への冷媒の流れを制御する第２バルブ
と、を有する。

【００１５】割安な夜間電力を利用して、圧縮機により
高圧液冷媒を冷媒高圧圧力容器に貯溜することができ
る。そして、昼間には、冷媒高圧圧力容器に貯溜された
高圧液冷媒を用いて、冷凍冷却運転を行うことができ
る。従って、消費電力コストを削減することができる。
更に、例えば夏期昼間の１〜３時間の電力消費のピーク
をシフトすることができる。これにより、夏期の一番暑
い時期の電力消費量を削減することができ、社会的貢献
が図れる。

【００１６】また、冷媒の蒸発潜熱を利用して蓄熱を行
うことができるので、冷媒回路のみで蓄熱を行うことが
できる。これにより、従来に比べ冷凍冷却装置の設備の
小型化が図れる。更に、高温高圧状態で液冷媒を貯溜し
て蓄熱するため、従来の氷蓄熱槽のような断熱設備が不
要となり、更に設備の小型化が図れると共に、氷蓄熱槽
を支えるための強固な架台や基礎も不要となり、施工費
用が大幅に削減される。

【００１７】（２）上記（１）に記載の冷媒蓄熱装置に
おいて、前記第１バルブは、前記冷媒高圧圧力容器近傍
に設けられ貯溜された高圧液冷媒の流れを制御する高圧
側バルブと、前記減圧装置および蒸発器への冷媒の流れ
を制御する蒸発側バルブとを含み、前記第２バルブは、
前記冷媒低圧圧力容器近傍に設けられ貯溜された低圧冷
媒の流れを制御する低圧側バルブと、前記圧縮機および
凝縮器への冷媒の流れを制御する凝縮側バルブとを含
む。

【００１８】従って、高圧側バルブと低圧側バルブを閉
じ、蒸発側バルブと凝縮側バルブを開けて、冷媒回路に
冷媒を循環させれば、通常運転を行うことができる。一
方、電力消費量を抑えたい場合には、凝縮側バルブを閉
じ、高圧側バルブと低圧側バルブを共に開け、割安の夜
間電力で冷媒高圧圧力容器に貯溜しておいた高圧液冷媒
を冷媒回路に流入させて、冷凍冷却運転を行うことがで
きる。更に、夜間電力を用いて蓄熱する場合には、蒸発
側バルブを閉め、高圧側バルブと凝縮側バルブと低圧側
バルブを開けて、圧縮機と凝縮器を動作させると、高圧
液冷媒を冷媒高圧圧力容器に貯溜して蓄熱することがで
きる。各バルブの開閉制御により、電力消費を押さえる
ことができる。

【００１９】（３）上記（１）または（２）に記載の冷
媒蓄熱装置において、更に、前記冷媒低圧圧力容器に設
けられた第１圧力センサと、前記冷媒高圧圧力容器に設
けられた第２圧力センサと、前記第１圧力センサと第２
圧力センサとの圧力を監視し、両者の圧力差がなくなっ
たことを検知すると、前記第１バルブおよび第２バルブ
を制御して前記冷媒回路内で冷媒を循環させる通常冷凍
冷却運転を行う冷媒循環制御部と、を有する。

【００２０】従って、冷媒高圧圧力容器と冷媒低圧圧力
容器との圧力差を利用して、圧縮機停止時の冷房を行う
ことができる。従って、従来の氷蓄熱システムのような
冷水の搬送ポンプが不要となり、更に設備の小型化が図
れる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
を用いて説明する。なお、上述した従来の冷凍冷媒装置
と同様の構成要素には、同一の符号を付しその説明を省
略する。

【００２２】図１に示すように、本実施形態の冷媒蓄熱
装置は、冷媒回路の蒸発器４から圧縮機１への冷媒搬送
路に冷媒低圧圧力容器８が設けられ、一方凝縮器２から
膨脹弁３への冷媒搬送路に冷媒高圧圧力容器５が設けら
れている。更に、冷媒低圧圧力容器８の近傍には、貯溜
された低圧冷媒ガスの流れを制御する低圧側バルブ１２
が設けられ、冷媒高圧圧力容器５の近傍には、貯溜され
た高圧液冷媒の流れを制御する高圧側バルブ１１が設け
られている。また、圧縮機１と凝縮器２への冷媒の流れ
を制御する凝縮側バルブとして、圧縮機１の吸い込み側
には、バルブ１０が設けられ、凝縮器２の吐出側には、
バルブ９が設けられている。また、膨脹弁３および蒸発
器４への冷媒の流れを制御する蒸発側バルブとして、膨
脹弁３の吸い込み側には、バルブ６が設けられ、蒸発器
４の吐出側には、バルブ７が設けられている。

【００２３】次に、図１および図２を用いて、本実施形
態の冷媒蓄熱装置の動作について説明する。

【００２４】＜蓄熱運転＞まず、割安な夜間電力を利用
して蓄熱運転を行う場合について、図１を用いて説明す
る。蒸発側バルブのバルブ６，７を閉じ、低圧側バルブ
１２、凝縮側バルブのバルブ９，１０および高圧側バル
ブ１１を開けて、圧縮機１および凝縮器２を動作させ
る。これにより、圧縮機１は、冷媒低圧圧力容器８に貯
溜されていた低圧冷媒ガスをバルブ１０を介して吸い込
み、高圧ガスとした後、凝縮器２において高圧液に変換
して、バルブ９を介して冷媒高圧圧力容器５に高圧液冷
媒を貯溜する。なお、冷媒高圧圧力容器５には、放熱フ
ィン（図示せず）が設けられており、貯溜された液冷媒
は、外気より温度が高いため、温度差によって自然に放
熱フィンより放熱するため、従来の氷蓄熱槽のような高
度な断熱設備が不要である。

【００２５】＜放熱運転＞次に、電力消費を抑えて冷凍
冷却運転を行う場合について、図２を用いて説明する。
バルブ９，１０を閉じ、圧縮機１および凝縮器２を停止
させて、低圧側バルブ１２と高圧側バルブ１１を開け
る。夜間に冷媒高圧圧力容器５に貯溜された液冷媒は、
バルブ６および膨脹弁３を介して蒸発器４に送られ、冷
凍冷却を行う。そして、液冷媒は蒸発器４において熱交
換され、ガス・液冷媒は、バルブ１０を閉じているた
め、バルブ７を介して冷媒低圧圧力容器８に貯溜され
る。

【００２６】更に、冷媒低圧圧力容器８および冷媒高圧
圧力容器５には、それぞれ第１圧力センサおよび第２圧
力センサ（図示せず）が内蔵されている。そして、第１
圧力センサと第２圧力センサとの圧力は、冷媒循環制御
部（図示せず）によって監視されている。冷媒循環制御
部は、両者の圧力差がなくなったことを検知すると、低
圧側バルブ１２と高圧側バルブ１１を閉じ、バルブ９，
１０を開けて、圧縮機１および凝縮器２を動作させ、冷
媒回路内で冷媒を循環させて、通常の冷凍冷却運転を行
うよう制御する。

【００２７】＜通常運転＞低圧側バルブ１２および高圧
側バルブ１１を閉じ、バルブ６，７，９，１０を開け、
冷媒回路の圧縮機１、凝縮器２、膨脹弁３および蒸発器
４を動作させて、冷媒回路内に冷媒を循環させて、冷凍
冷却運転を行う。

【００２８】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る冷媒蓄熱装
置によれば、冷媒回路のみで蓄熱を行うことができるの
で、従来の氷蓄熱システムのように冷媒回路と水／氷蓄
熱回路とを別個に設ける必要がなくなる。その結果、氷
蓄熱システムに比べ、装置構成を簡略化することがで
き、設備の小型化が図れる。

【００２９】また、従来の氷蓄熱システムに用いられる
氷蓄熱槽は、水を冷やした状態で蓄熱を行うため、高度
な蓄熱設備が必要であったが、本発明によれば、冷媒を
高温高圧状態で蓄熱するため、断熱の必要がなく、設備
コストを削減することができる。また、本発明の高圧圧
力容器に貯溜された高温高圧の冷媒は、外気温より高い
ため、放熱することによって、冷媒の温度を下げること
により、更に冷凍冷却運転の効率が向上する。

【００３０】更に、電力消費コストを低減するための放
熱運転時には、割安な夜間電力で蓄えた冷媒高圧圧力容
器の内圧と冷媒低圧圧力容器の内圧との圧力差によっ
て、高圧液冷媒を蒸発器に送るため、従来の氷蓄熱シス
テムの冷水搬送ポンプのような搬送動力が不要となる。
これにより、更に蓄熱装置構成を簡略化することがで
き、小型化が図れる。

【００３１】また、電力のピーク負荷時間帯（例えば１
２：００〜１５：００）のみ放熱運転を行えば、電力会
社とのデマンド値の低減や、ピークカット契約を行え
ば、電気料金が安価になる。また、電力会社の電力のピ
ークシフトに貢献することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の冷媒蓄熱装置の構成の一例を示すと
共に、蓄熱運転時の動作を説明する図である。

【図２】 本発明の冷媒蓄熱装置の一例における放熱運
転時の動作を説明する図である。

【図３】 従来の氷蓄熱システムの構成を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ 圧縮機、２ 凝縮器、３ 膨脹弁、４ 蒸発器、５
冷媒高圧圧力容器、６，７，９，１０ バルブ、８
冷媒低圧圧力容器、１１ 高圧側バルブ、１２低圧側バ
ルブ、１３ 氷蓄熱槽、１４ 空調機、１５ 搬送ポン
プ、１６ 冷媒配管、１７ 冷温水配管。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機、凝縮器、減圧装置、蒸発器を順
   次接続してなる冷媒回路を有する冷凍冷却装置におい
   て、 前記圧縮機の吸い込み側に設けられた冷媒低圧圧力容器
   と、 凝縮器の吐出側に設けられた冷媒高圧圧力容器と、 前記冷媒回路内の前記冷媒高圧圧力容器から前記冷媒低
   圧圧力容器への冷媒の流れを制御する第１バルブと、 前記冷媒回路内の前記冷媒低圧圧力容器から前記冷媒高
   圧圧力容器への冷媒の流れを制御する第２バルブと、 を有することを特徴とする冷媒蓄熱装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の冷媒蓄熱装置におい
   て、 前記第１バルブは、前記冷媒高圧圧力容器近傍に設けら
   れ貯溜された高圧液冷媒の流れを制御する高圧側バルブ
   と、前記減圧装置および蒸発器への冷媒の流れを制御す
   る蒸発側バルブとを含み、 前記第２バルブは、前記冷媒低圧圧力容器近傍に設けら
   れ貯溜された低圧冷媒の流れを制御する低圧側バルブ
   と、前記圧縮機および凝縮器への冷媒の流れを制御する
   凝縮側バルブとを含むことを特徴とする冷媒蓄熱装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の冷媒蓄
   熱装置において、 更に、前記冷媒低圧圧力容器に設けられた第１圧力セン
   サと、 前記冷媒高圧圧力容器に設けられた第２圧力センサと、 前記第１圧力センサと第２圧力センサとの圧力を監視
   し、両者の圧力差がなくなったことを検知すると、前記
   第１バルブおよび第２バルブを制御して前記冷媒回路内
   で冷媒を循環させる通常冷凍冷却運転を行う冷媒循環制
   御部と、 を有することを特徴とする冷媒蓄熱装置。