JP2001304619A - 氷蓄熱式空気調和装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】運転状態によらず冷凍サイクル内の冷媒量の適
正化を図り、能力の安定した蓄熱式空気調和機を得る。 【解決手段】圧縮機１、室外熱交換器３、製氷用熱交換
器７、室内熱交換器１０が順次に配管で接続された冷凍
サイクルを有する氷蓄熱式空気調和装置において、室外
熱交換器３と製氷用熱交換７との間に設けられたレシー
バ１７と、一方がレシーバ１７の室外熱交換器３側へ接
続され、他方が圧縮機１側へ接続される水熱交換器５
と、水熱交換器５に蓄熱槽１３内の水を循環させる水ポ
ンプ１２と入口がレシーバ１７に接続され出口が室内熱
交換器１０へ接続される冷媒ポンプとを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、氷蓄熱式空気調和
装置に関し、特に消費電力の低減を図るものに好適であ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、氷蓄熱式空気調和装置において、
深夜電力を用いて蓄熱槽内に製氷しておき、昼間の電力
がピークとなる時間帯に、氷の冷熱によって凝縮した液
冷媒を冷媒ポンプで室内へ循環させ蒸発させることで冷
房を行うことが知られ、この時間帯には圧縮機を使用し
ないので消費電力の大幅な低減が可能となっている。

【０００３】また、冷媒ポンプの代わりに小型の圧縮機
を用い、解氷冷房運転のスタート時に、レシーバ内に貯
留されている液冷媒を製氷用伝熱管、解氷用伝熱管に送
り込み、消費電力を低減することが知られ、例えば、特
開平8-189675号公報に記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来技術である冷媒ポ
ンプを用いたものでは、冷媒ポンプと圧縮機を用いた運
転方式を切替える際に、サイクル内の冷媒量が適正にな
るとは限らず、所定の能力が得られない恐れがあった。

【０００５】また、特開平8-189675号公報に記載された
ものでは、解氷冷房運転のスタート時にサイクル内に送
り込まれる冷媒量は、毎回一定とは限らず、冷媒量によ
り冷房能力が変動する。よって、冷媒量を運転途中で調
整することはできないので、負荷変動によって適正冷媒
量が変化した場合には、冷房能力が低下する。

【０００６】さらに、サイクル内の冷媒量を常に適正に
するには、水熱交換器と冷媒ポンプの間にレシーバを設
けることが有効であるが、コストが増大するだけでな
く、レシーバの出口における冷媒の過冷却度が小さいた
め、冷媒ポンプにおいてキャビテーションが発生し易く
なる。

【０００７】本発明の目的は、上記従来技術の課題を解
決し、運転状態によらず冷凍サイクル内の冷媒量の適正
化を図り、能力の安定した蓄熱式空気調和機を提供する
ことにある。

【０００８】また、本発明の目的は、キャビテーション
等の発生を防止し、ピーク時間帯以外でも消費電力その
ものを低減することにある。

【０００９】さらに、レシーバを数多く設けることな
く、コストの増大を避けて、能力の安定化を図ることに
ある。なお、本発明は上記の課題のうち少なくとも一つ
を解決するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、圧縮機、室外熱交換器、製氷用熱交換器、室
内熱交換器が順次に配管で接続された冷凍サイクルを有
する氷蓄熱式空気調和装置において、室外熱交換器と製
氷用熱交換との間に設けられたレシーバと、一方がレシ
ーバの室外熱交換器側へ接続され、他方が圧縮機側へ接
続される水熱交換器と、水熱交換器に蓄熱槽内の水を循
環させる水ポンプと、入口がレシーバに接続され出口が
室内熱交換器へ接続される冷媒ポンプと、を備えたもの
である。

【００１１】これにより、製氷運転、圧縮機による冷房
運転、冷媒ポンプによる冷房運転の各運転時に同一のレ
シーバを利用することが可能となり、複数のレシーバを
設けることなく、常にサイクル内の冷媒量を適正として
能力の安定化が図られる。

【００１２】また、上記において、レシーバは水熱交換
器よりも下に配置され、冷媒ポンプはレシーバよりも下
に配置されたことが望ましい。

【００１３】これにより、凝縮、液化した冷媒により水
熱交換器内に液域が形成され、冷房能力が低下すること
を防止できるだけでなく、レシーバと冷媒ポンプの高低
差により冷媒ポンプ入口の圧力を増加させ冷媒の過冷却
度を大きくできるので、冷媒ポンプにおけるキャビテー
ションの発生を防止する効果が得られる。

【００１４】さらに、上記において、レシーバと冷媒ポ
ンプの間に冷媒を過冷却させる熱交換器を配置したこと
が望ましい。

【００１５】さらに、上記において、蓄熱槽内の冷熱を
利用してレシーバを低圧とし、冷媒ポンプを始動するこ
とが望ましい。

【００１６】さらに、本発明は、圧縮機、室外熱交換
器、製氷用熱交換器、室内熱交換器が順次に配管で接続
された冷凍サイクルを有する氷蓄熱式空気調和装置にお
いて、一方が室外熱交換器側へ接続され、他方が圧縮機
側へ接続される水熱交換器と、室外熱交換器側と水熱交
換器の間に設けられた弁と、水熱交換器に蓄熱槽内の水
を循環させる水ポンプと、入口が水熱交換器側へ接続さ
れ出口が室内熱交換器側へ接続される冷媒ポンプと、を
備え、冷媒は冷媒ポンプにより室内熱交換器へ送られ、
室内熱交換器で室内空気と熱交換し気体となり、気体と
なった冷媒は水熱交換器で熱交換し液となり、冷媒ポン
プへ戻るものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
〜７を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態
を示す冷凍サイクル構成図であり、この氷蓄熱式空気調
和装置は、主に夜間、深夜電力を利用して冷凍サイクル
を動かし、蓄熱槽内に蓄熱しておき、昼間この熱を空調
に利用するものである。

【００１８】図において、１は圧縮機、３は室外熱交換
器、７は製氷用熱交換器、１０は室内熱交換器であり、
順次に配管で接続され、冷凍サイクルを構成する。レシ
ーバ１７は、室外熱交換器３と製氷用熱交換７との間に
設けられる。水熱交換器５の一方はレシーバ１７の室外
熱交換器３側へ接続され、他方は四方弁２を介して圧縮
機１側へ接続される。さらに、水熱交換器５に蓄熱槽１
３内の水を循環させるため水ポンプ１２、入口がレシー
バ１７に接続され出口が室内熱交換器１０へ接続される
冷媒ポンプ１１、が設けられる。また、弁１８、１９、
２０、２１、２２、２３、２４、２５、２７がそれぞれ
図示する位置に配管と共に接続される。

【００１９】なお、図１において水熱交換器５、レシー
バ１７、冷媒ポンプ１１、蓄熱槽６の位置関係について
は高低差を示している。

【００２０】製氷運転をおこなう際は、弁１９、２０、
２１、２４を閉じ、弁１８、２５、２３、２２、２７を
開け、膨張弁８を用いて、室外熱交換器３を凝縮器、蓄
熱槽６内に設置された製氷用熱交換器７を蒸発器とする
冷凍サイクルを構成する。圧縮機１で圧縮された冷媒１
４は、四方弁２を実線で示したように通り、室外熱交換
器３で凝縮し、弁１８を経てレシーバ１７を通り、膨張
弁８で減圧された後、製氷用熱交換器７で蓄熱槽６内の
水１３から熱を奪いながら蒸発し、弁２３、２２、２
７、四方弁２を経て、圧縮機１に戻る。ここで、蓄熱槽
６内の水１３の温度が低下してくると製氷用熱交換器７
の表面に氷（図示せず）が成長し始め、蓄熱槽６内に所
定量の氷が生成されると製氷運転を終える。

【００２１】圧縮機を動かし、製氷運転で生成された氷
を利用して冷房を行う際（ピークシフト運転）は、弁１
９、２０、２１、２２を閉じ、弁１８、２５、２３、２
４、２７を開け、室外熱交換器３および製氷用熱交換器
７を凝縮器、室内熱交換器１０を蒸発器とする冷凍サイ
クルを構成する。この場合、室外熱交換器３で凝縮され
た冷媒は、膨張弁８ではなく、膨張弁９で減圧される。
このサイクルでは、室外熱交換器３で凝縮した冷媒１４
は、レシーバ１７を経て製氷用熱交換器７を通過する際
に蓄熱槽６内の氷または水１３によって過冷却され、エ
ンタルピーが低下する。このため蒸発に要する熱量が増
し、冷房能力が増加する。

【００２２】消費電力がピークとなる時間帯に冷媒ポン
プ１１を用いて冷房をおこなう際（ピークカット運転）
には、圧縮機１を停止するとともに弁１８、２０、２
２、２３、２５、２７を閉じ、弁１９、２１、２４を開
け、水ポンプ１２、冷媒ポンプ１１を始動する。冷媒１
４は、水熱交換器５において蓄熱槽６内の水１３と熱交
換し凝縮、液化した後、レシーバ１７を通り、冷媒ポン
プ１１によって昇圧され、弁２１、２４、膨張弁９を経
て室内熱交換器１０へと搬送される。その際、膨張弁９
にて減圧され室内空気から熱を奪い、弁１９を通り水熱
交換器５へと戻る。

【００２３】水熱交換器５と蓄熱槽６は水配管１６によ
って接続されており、蓄熱槽６内の水１３は水ポンプ１
２によって水熱交換器５と蓄熱槽６との間を循環する。
製氷用熱交換器７の周りに付着した氷は、水熱交換器５
から戻ってくる水２６により外側から融解される。運転
を開始する時点ではまず、弁１８、１９、２０、２１、
２３を閉じ、水ポンプ１２を始動することで、冷媒ポン
プ１１やレシーバ１７内の圧力を低下させ、高圧となっ
ている製氷用熱交換器７内の冷媒１４を低圧のレシーバ
１７内へと流入させた後、弁２５を閉じ、冷媒ポンプ１
１を始動する。

【００２４】圧縮機を用いて氷の冷熱を利用せずに冷房
をおこなう際（蓄熱非利用冷房運転）は、弁１９、２
１、２２、２３、２５を閉じ、弁１８、２０、２４、２
７を開き、膨張弁９を利用することによって、室外熱交
換器を凝縮器、室内熱交換器を蒸発器とするサイクルを
構成する。圧縮機１で圧縮された冷媒１４は、四方弁２
を実線で示したように通り、室外熱交換器３で凝縮し、
弁１８およびレシーバ１７を通る。その後弁２０、２４
を経て膨張弁９で減圧された後、室内熱交換器１０で室
内の空気から熱を奪いながら蒸発し弁２７、四方弁２を
経て圧縮機１に戻る。

【００２５】暖房をおこなう際には、弁１９、２１、２
２、２３、２５を閉じ、弁１８、２０、２４、２７を開
き、膨張弁４を利用することによって、室内熱交換器を
凝縮器、室外熱交換器を蒸発器とするサイクルを形成す
る。圧縮機１で圧縮された冷媒１４は、四方弁２を破線
で示したように通り、弁２７を経て室内熱交換器１０で
凝縮した後、弁２４、２０、レシーバ１７、弁１８を通
る。その後膨張弁４で減圧され、室外熱交換器３で蒸発
し四方弁２を通って圧縮機１に戻る。

【００２６】上記のように全ての運転状態において同一
のレシーバ１７を利用でき、冷媒ポンプ１１を用いて冷
房をおこなう際にも、水冷凝縮器５から流出した冷媒１
４はレシーバ１７を経て冷媒ポンプ１１に流入するの
で、別にレシーバを設けることなくサイクル内の冷媒量
を適正としてサイクル性能の安定化が図れる。

【００２７】また、レシーバ１７出口における冷媒１４
の過冷却度は小さく、そのまま冷媒ポンプ１１に流入さ
せると容易にキャビテーションが発生するが、本例で
は、レシーバ１７出口と冷媒ポンプ１１に高低差を設け
て配置するので、冷媒ポンプ１１入口における圧力を増
加させ過冷却度を高くでき、キャビテーションを防止す
る効果が得られる。さらに、水熱交換器５の下方にレシ
ーバ１７を設けているので、水熱交換器５内に液域が形
成されず、水熱交換器５内の液域による冷房能力の低下
を防止できる。

【００２８】図２は、過冷却用熱交換器を設けた他の実
施の形態である。本例では、水熱交換器５からの冷媒
は、レシーバ２８を通り、水熱交換器２９で過冷却され
て冷媒ポンプ１１に流入する。レシーバ２８を出た冷媒
１４は、過冷却用の水熱交換器２９により過冷却される
ので、レシーバ２８と冷媒ポンプ１１の間に高低差がな
い場合であっても冷媒ポンプ１１におけるキャビテーシ
ョンの発生を抑制できる。さらに、水熱交換器５および
２９は水ポンプ１２に対して並列に接続されており、１
台の水ポンプ１２で両方の熱交換器に水を供給できるの
で、低コスト化が図れる。

【００２９】図３は、過冷却用熱交換器に製氷用熱交換
器を利用したさらに、他の実施の形態である。水熱交換
器５の一方はレシーバ１７の室外熱交換器３側へ接続さ
れ、他方は四方弁２を介して圧縮機１側へ接続される。
本例では、すべての運転状態で同一のレシーバを共用で
きるだけでなく、レシーバ１７と冷媒ポンプ１１の間の
過冷却用熱交換器として、製氷用熱交換器７を利用して
いるので、水熱交換器を別途設けることなく、キャビテ
ーション防止に対する信頼性を高めることができ、より
低コスト化が図れる。また、この場合冷媒ポンプ１１を
用いて冷房をおこなう際に、製氷用熱交換器７がサイク
ル内に含まれるので、製氷用熱交換器７内の冷媒１４を
回収する必要がなくなるので、装置の簡素化が図れる。

【００３０】図４は、圧縮機を用いた冷房運転の際にも
水熱交換器を利用するシステムへ適用したさらに他の実
施の形態である。水熱交換器５の一方は室内熱交換器１
０側へ接続され、他方は四方弁２を介して圧縮機１側へ
接続される。

【００３１】圧縮機を動かし、氷の冷熱を利用した冷房
運転をおこなう場合には、弁１９、２０、２１、２２、
２５、３０を閉じ、弁１８、３１、３８、２４、２７を
開け、水ポンプ１２を動かすことで、室外熱交換器３お
よび水熱交換器５を凝縮器、室内熱交換器１０を蒸発器
とするサイクルを構成する。また、冷媒ポンプを用いて
冷房をおこなう際には、弁１８、２２、２５、２７、３
０、３１、３８を閉じ、弁１９、２０、２１、２４を開
け、水ポンプ１２と冷媒ポンプ１１を始動することで、
水熱交換器５を凝縮器、室内熱交換器１０を蒸発器とす
るサイクルを構成する。水熱交換器５で凝縮された冷媒
１４は、弁２０、レシーバ１７を経て冷媒ポンプ１１に
流入し、弁２１、２４、膨張弁９を経て室内熱交換器１
０で蒸発した後、弁１９を通って水熱交換器５へと戻
る。

【００３２】本システムでは、冷房方式によらず氷の冷
熱を水熱交換器５を介して利用するので、冷房方式を切
替える際に冷媒を回収する必要がないだけでなく、製氷
用熱交換器７に比べて水熱交換器５の容積は小さくでき
るので必要冷媒量を減少させることが可能である。

【００３３】図５は、圧縮機を用いた冷房運転の際にも
水熱交換器を利用するシステムへ適用したその他の実施
例である。本実施例で圧縮機１を動かし、氷の冷熱を利
用した冷房運転をおこなう場合には、弁１９、２１、２
２、２５、３０を閉じ、弁１８、３１、３３、２４、２
７を開け、水ポンプ１２を動かすことで、室外熱交換器
３を凝縮器、水熱交換器５を過冷却熱交換器、室内熱交
換器１０を蒸発器とするサイクルを構成する。また、冷
媒ポンプ１１を用いて冷房をおこなう際には、弁１８、
２２、２５、２７、３０、３３を閉じ、弁１９、３１、
２１、２４を開け、水ポンプ１２と冷媒ポンプ１１を始
動することで、水熱交換器５を凝縮器、室内熱交換器１
０を蒸発器とするサイクルを構成する。圧縮機１を用い
て氷利用冷房をおこなう場合と、冷媒ポンプ１１を利用
して冷房をおこなう場合で、レシーバ１７への流れを逆
方向にすることで、新たに配管を設けることなく、レシ
ーバ１７を利用できるようになっている。また、水熱交
換器５出入口に四方弁３２を設けているので、水熱交換
器５内において常に冷媒１４と水１３を対向流とするこ
とができる。

【００３４】図６は、水熱交換器と製氷用熱交換器を併
用する一実施例である。本実施例では、水熱交換器５を
室外熱交換器３とレシーバ１７の間に接続しており、圧
縮機１を用いて氷を利用した冷房をおこなう際に、弁３
４を閉じ、弁１８、３５を開き、水ポンプ１２を駆動す
る。これにより、冷媒１４は室外熱交換器３と水熱交換
器５で凝縮するので、凝縮能力を向上させて凝縮圧力を
低下させることができ、圧縮機１の圧縮仕事が減り、消
費電力を低減することができる。なお、レシーバ１７か
ら流出した冷媒１４を室内熱交換器１０に直接流入させ
てもよく、この場合でも同様に消費電力を低減する効果
が得られる。

【００３５】図７は、水熱交換器と製氷用熱交換器を併
用するその他の実施例である。本実施例において水熱交
換器５は、レシーバ１７と製氷用熱交換器７の間に接続
されている。圧縮機１を用いて冷房をおこなう際には、
弁３７を閉じ、弁３６を開け、水ポンプ１２を始動す
る。これにより、レシーバ１７を出た冷媒１４は水熱交
換器５および製氷用熱交換器７で過冷却されるので、製
氷用熱交換器７のみで過冷却する場合よりもエンタルピ
ーを低下させることができ、冷房能力の向上および消費
電力の低減を図ることができる。なお、水熱交換器５を
流出した冷媒１４を室内熱交換器１０に直接流入させて
もよく、この場合でも消費電力を低減する効果が得られ
る。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、運転状態によらず冷凍
サイクル内の冷媒量の適正化を図り、能力の安定した氷
蓄熱式空気調和装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による一実施の形態を示す冷凍サイクル
構成図である。

【図２】過冷却用熱交換器を設けた他の実施の形態によ
る冷凍サイクル構成図である。

【図３】過冷却用熱交換器に製氷用熱交換器を利用し
た、さらに他の実施の形態による冷凍サイクル構成図で
ある。

【図４】圧縮機を用いた冷房運転の際にも水熱交換器を
利用する、さらに他の実施の形態による冷凍サイクル構
成図である。

【図５】圧縮機を用いた冷房運転の際にも水熱交換器を
利用する、さらに他の実施の形態による冷凍サイクル構
成図である。

【図６】水熱交換器と製氷用熱交換器を併用する、さら
に他の実施の形態による冷凍サイクル構成図である。

【図７】水熱交換器と製氷用熱交換器を併用する、さら
に他の実施の形態による冷凍サイクル構成図である。

【符号の説明】

１…圧縮機、２…四方弁、３…室外熱交換器、４、８、
９…膨張弁、５…水熱交換器、６…蓄熱槽、７…製氷用
熱交換器、１０…室内熱交換器、１１…冷媒ポンプ、１
２…水ポンプ、１３…水、１４…冷媒、１５…冷媒配
管、１６…水配管、１７…レシーバ、１８、１９、２
０、２１、２３、２５…弁、２８…レシーバ、２９…過
冷却用熱交換器、３２…四方弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今成 正雄 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 北條 俊幸 静岡県清水市村松390番地 株式会社日立 空調システム清水生産本部内 (72)発明者 手塚 純一郎 静岡県清水市村松390番地 株式会社日立 空調システム清水生産本部内 (72)発明者 望月 佳彦 静岡県清水市村松390番地 日立清水エン ジニアリング株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機、室外熱交換器、製氷用熱交換器、
   室内熱交換器が順次に配管で接続された冷凍サイクルを
   有する氷蓄熱式空気調和装置において、 前記室外熱交換器と前記製氷用熱交換との間に設けられ
   たレシーバと、 一方が前記レシーバの前記室外熱交換器側へ接続され、
   他方が前記圧縮機側へ接続される水熱交換器と、 前記水熱交換器に前記蓄熱槽内の水を循環させる水ポン
   プと、 入口が前記レシーバに接続され出口が前記室内熱交換器
   へ接続される冷媒ポンプと、を備えたことを特徴とする
   氷蓄熱式空気調和装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載のものにおいて、前記レシ
   ーバは前記水熱交換器よりも下に配置され、前記冷媒ポ
   ンプは前記レシーバよりも下に配置されたことを特徴と
   する氷蓄熱式空気調和機。
3. 【請求項３】請求項１に記載のものにおいて、前記レシ
   ーバと前記冷媒ポンプの間に冷媒を過冷却させる熱交換
   器を配置したことを特徴とする氷蓄熱式空気調和装置。
4. 【請求項４】請求項１に記載のものにおいて、前記蓄熱
   槽内の冷熱を利用して前記レシーバを低圧とし、前記冷
   媒ポンプを始動することを特徴とする氷蓄熱式空気調和
   装置。
5. 【請求項５】圧縮機、室外熱交換器、製氷用熱交換器、
   室内熱交換器が順次に配管で接続された冷凍サイクルを
   有する氷蓄熱式空気調和装置において、 一方が前記室外熱交換器側へ接続され、他方が前記圧縮
   機側へ接続される水熱交換器と、前記室外熱交換器側と
   前記水熱交換器の間に設けられた弁と、前記水熱交換器
   に前記蓄熱槽内の水を循環させる水ポンプと、入口が前
   記水熱交換器側へ接続され出口が前記室内熱交換器側へ
   接続される冷媒ポンプと、を備え冷媒は前記冷媒ポンプ
   により前記室内熱交換器へ送られ、前記室内熱交換器で
   室内空気と熱交換し気体となり、気体となった冷媒は前
   記水熱交換器で熱交換し液となり、前記冷媒ポンプへ戻
   ることを特徴とする氷蓄熱式空気調和装置。