JP2002013768A - 蓄熱式空調システムとその運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 寒冷地においても安価な夜間電力を有効に利
用し、高効率な暖房運転ができる蓄熱式空調システムと
その運転方法を提供する。 【解決手段】 空冷ヒートポンプ１と、蓄熱装置２と、
放熱用熱交換器３と、これらを接続するブライン配管１
１〜２０、及びブライン配管に設置される制御弁Ｃ１、
Ｃ２、開閉弁Ｖ１〜Ｖ５、蓄熱用ブラインポンプ７及び
放熱用ブラインポンプ８とを有する蓄熱式空調システム
において、前記１に外気２１を取り入れる吸気ダクト４
を設け、該吸気ダクト４の入口側にブライン・空気熱交
換器５を設け、該熱交換器５と、前記１と蓄熱装置２を
結ぶブライン配管１１〜１４とを、ブライン配管１５〜
１６で接続したものであり、空調運転時は、蓄熱装置に
貯蔵した冷温熱をブライン配管から、ブライン・空気熱
交換器に通し、空冷ヒートポンプに取り入れる外気に冷
温熱を供給できるように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蓄熱式空調システ
ムに係り、特に、空冷ヒートポンプと蓄熱装置及び放熱
用熱交換器を有する蓄熱式空調システムとその運転方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】氷蓄熱を有する空調システムは、昼間に
集中する冷房用電力需要を低減するために、安価な夜間
電力を利用し、コンパクトな水槽に氷の潜熱を利用して
沢山の熱を蓄え、昼間に氷を溶かし、冷房運転を行い、
夜間電力の利用によるランニングコスト低減と、氷の放
熱運転での熱源機容量の低減による契約電力削減と、熱
源機設備容量の低減効果が得られることが知られてい
る。従来の氷蓄熱式空調システムのフロー構成図を図
３、図４に示す。図３は、暖房運転時の夜間蓄熱運転を
示し、図４は、昼間放熱運転を示す。従来方式の氷蓄熱
装置は大きく分けて、蓄熱槽６からの放熱により空調運
転を行う放熱系統と、空冷ヒートポンプ１の冷却又は加
熱運転により空調運転を行う追い掛け系統からなる。

【０００３】追い掛け系統は、外気を熱源として冷却又
は加熱運転を行う空冷ヒートポンプ１と、蓄熱運転時と
追い掛け運転時にブラインを循環させるための蓄熱・追
い掛け用ブラインポンプ７と、空冷ヒートポンプにより
冷却又は加熱されたブラインと二次側冷水との熱交換を
行う追い掛け用熱交換器３と、それらを接続するブライ
ン配管１１、１３、１７、１８と開閉弁Ｖ２及び温度セ
ンサーで構成されている。放熱系統は、槽内に氷蓄熱用
水・ブライン熱交換器６を有し、冷房時は氷として蓄冷
し、暖房時は温水の顕熱を利用して温蓄を行うことがで
きる氷蓄熱槽２と、蓄熱槽２により冷却又は加熱（放
熱）されたブラインと二次側冷水との熱交換を行う放熱
用熱交換器３’と、放熱運転時にブラインを循環させる
ための放熱用ブラインポンプ８と、それらを接続するブ
ライン配管１２、１４、１９、２０、制御弁Ｃ１，Ｃ
２、開閉弁Ｖ１及び温度センサーで構成されている。

【０００４】また、追い掛け系統と放熱系統は、開閉弁
（Ｖ３、Ｖ４）を介してブライン配管により接続されて
いる。上記構成の氷蓄熱装置において、夜間の温水蓄熱
運転時は、図３に示すようにＶ１、Ｖ２、Ｃ２が閉、Ｖ
３、Ｖ４、Ｃ１が開の状態となる。また、蓄熱・追い掛
け用ブラインポンプ７が起動し、空冷ヒートポンプ１と
氷蓄熱用水・ブライン熱交換器６間をブラインが循環
し、空冷ヒートポンプ１が加熱運転を行う。これによ
り、蓄熱槽内の氷蓄熱用水・ブライン熱交換器６を介し
て、蓄熱槽内の温水は５３℃まで加熱され温水蓄熱が行
われる。昼間放熱運転は、図４に示すように、Ｖ１、Ｖ
２が開、Ｖ３、Ｖ４が閉の状態となり、放熱用ブライン
ポンプ８が起動し、氷蓄熱用水・ブライン熱交換器６と
放熱用水・ブライン熱交換器３’間のブラインが循環
し、氷蓄熱用水・ブライン熱交換器６を介して蓄熱槽２
内の温水から熱を奪い、放熱運転を行う。

【０００５】このとき、放熱系統のブラインを４７℃ま
で加熱しなければならないため、蓄熱槽の温度差は５３
℃−４７℃＝６℃程度しか利用できず、蓄熱槽を有効に
利用することができない。また、蓄熱槽からの熱量が不
足した場合、空冷ヒートポンプを運転し、追い掛け運転
を行うことになるが、このとき寒冷地においては吸気温
度が低く、さらに除霜運転を頻繁に行うため、空冷ヒー
トポンプの効率が低下する。このように、従来の空調シ
ステムでは、暖房運転においては温水の行きと帰りの温
度差である６℃程度しか利用できず、夜間電力が冷房運
転の１／１０程度しか利用できなかった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
氷蓄熱装置は、冷房用としては効果があったが、暖房用
に利用する場合、温水の蓄熱量が氷の蓄熱量に比べ著し
く少ないため、寒冷地又は外気温度が低い場合は、夜間
の蓄熱運転期間が短くなり導入効果が半減する。本発明
は、上記従来技術に鑑み、寒冷地や外気温度が低い場合
においても、安価な夜間電力を有効に利用し、高効率な
暖房運転ができる蓄熱式空調システムとその運転方法を
提供することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、空冷ヒートポンプと、蓄熱装置と、放
熱用熱交換器と、これらを接続するブライン配管、及び
ブライン配管に設置される制御弁、開閉弁、蓄熱用ブラ
インポンプ及び放熱用ブラインポンプとを有する蓄熱式
空調システムにおいて、前記空冷ヒートポンプに外気を
取り入れる吸気ダクトを設け、該吸気ダクトの入口側に
ブライン・空気熱交換器を設け、該熱交換器と、前記空
冷ヒートポンプと蓄熱装置を結ぶブライン配管とを、ブ
ライン配管で接続することとしたものである。また、本
発明では、前記蓄熱式空調システムの運転方法におい
て、蓄熱運転時は、空冷ヒートポンプを運転して、発生
する冷温熱をブライン配管から蓄熱装置に貯蔵し、空調
運転時は、蓄熱装置に貯蔵した冷温熱をブライン配管か
ら、ブライン・空気熱交換器に通し、空冷ヒートポンプ
に取り入れる外気に冷温熱を供給できるように構成した
ものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明は、空冷ヒートポンプと蓄
熱装置と放熱用熱交換器をブライン配管で接続した蓄熱
式空調システムにおいて、従来は蓄熱した温水を放熱用
熱交換器に直接利用していたのに代えて、蓄熱した温水
を暖房負荷に合せて運転する空冷ヒートポンプの取り入
れ用外気の加熱に用いることにより、放熱用に直接用い
た場合は５３℃で蓄熱した温水を、放熱用温水として４
７℃までしか利用できず、その利用できる温度差はわず
か６℃であったが、本発明の空冷ヒートポンプの取り入
れ外気の加熱用に用いた場合は、７℃まで運用すると、
５３℃から７℃までの温度差４６℃が利用でき、放熱用
に用いるのに比べ、温水利用量は７．６倍近くなる。そ
して、外気温度が−５℃とすると、空冷ヒートポンプの
吸気温度を７℃まで上昇させた場合、空気ヒートポンプ
の運転成績係数（ＣＯＰ）は、約０．５改善される。

【０００９】次に、本発明を図面を用いて詳細に説明す
る。図１は本発明の蓄熱式空調システムの夜間蓄熱運転
のフロー構成図である。図１において、１は空冷ヒート
ポンプ、２は蓄熱槽、３、３’は放熱用水・ブライン熱
交換器、４は吸気ダクト、５はブライン・空気熱交換
器、６は氷蓄熱用水・ブライン熱交換器、７は蓄熱用ブ
ラインポンプ、８は放熱用ブラインポンプ、９はダンパ
ー、１０、１０’は負荷用冷温水ポンプであり、１１〜
２０はブライン配管、Ｖ１〜Ｖ５は開閉弁、Ｃ１、Ｃ２
は制御弁、Ｔは温度センサを示す。

【００１０】夜間蓄熱運転自体は、本発明では前記従来
技術で示した図３と同様に、蓄熱槽内の温水を５３℃ま
で加熱し温水蓄熱を行う。即ち、夜間の温水蓄熱運転時
は、Ｖ１、Ｖ２、Ｃ２が閉、Ｖ３、Ｖ４、Ｃ１が開の状
態となり、また、蓄熱用ブラインポンプ７が起動し、空
冷ヒートポンプ１と氷蓄熱用水・ブライン熱交換器６の
ブラインが循環し、空冷ヒートポンプ１が加熱運転を行
う。これにより、蓄熱槽２内の氷蓄熱用水・ブライン熱
交換器６を介して、蓄熱槽２内の温水は５３℃まで加熱
され温水蓄熱が行われる。本発明による氷蓄熱装置は、
空冷ヒートポンプ１に吸気ダクト４を設け、吸気ダクト
４内には、ダンパー９と吸気２１した外気を加熱するた
めのブライン・空気熱交換器５が配設されている。ま
た、ブライン・空気熱交換器５は図１、２に示すよう
に、ブライン配管１５、１６にて蓄熱槽２からの放熱系
統に連通されており、ブラインの流入側に開閉弁Ｖ５が
接続されている。

【００１１】図２に、本発明のシステムの昼間放熱運転
のフロー構成図を示し、装置構成は図１と同じである。
本発明による昼間の放熱運転は、Ｖ１、Ｖ３、Ｖ４が
閉、Ｖ２、Ｖ５が開の状態となり、放熱用ブラインポン
プ８が起動し、氷蓄熱用水・ブライン熱交換器６とブラ
イン・空気熱交換器５間のブラインが循環する。蓄熱槽
２から氷蓄熱用水・ブライン熱交換器６を介して加熱さ
れたブラインは、ブライン・空気熱交換器５へ送られ、
空冷ヒートポンプ１に吸気２１される外気を加熱する。
このとき、例えば吸気温度を７℃まで加熱したとする
と、蓄熱槽内の温水温度を７℃まで利用することがで
き、蓄熱槽の温水利用温度幅を広げ、蓄熱容量の増大を
図ることが可能になる。従来方式と比べて蓄熱容量は、
△４６℃／△６℃＝７．６倍程度増大する。

【００１２】また、放熱運転と同時に空冷ヒートポンプ
１は加熱運転を行うが、吸気温度上昇により空冷ヒート
ポンプの効率を向上させることが可能になる。例えば、
外気温度を−５℃とすると、空冷ヒートポンプのＣＯＰ
は、従来方式に比べて約０．５６向上することになる。
さらに、蓄熱槽からの放熱運転が行われている間は、除
霜運転は不要になるため、空冷ヒートポンプの効率が向
上する。このように、本発明によるシステムは、従来方
式の氷蓄熱装置に吸気加熱装置を追加して構成されるも
のである。したがって、従来方式に対して、容易に本発
明による方式を採用することができる。上記例は、暖房
運転によるものであるが、冷房運転時においてもブライ
ン・空気熱交換器を冷却器として使用することにより、
空冷ヒートポンプの効率向上と蓄熱槽熱量増大を図るこ
とができる。

【００１３】

【発明の効果】本発明により下記効果が得られる。 （１） 蓄熱槽の温水利用温度幅を広げることにより、
従来方式と比べて温水時の蓄熱容量を約７．６倍程度増
大させることができる。 （２） 温水の蓄熱量が増大することにより、安価な夜
間電力の使用量の割合が増え、ランニングコストを削減
することができる （３） 外気温度が−５℃の状態で本発明によるシステ
ムを運用すると、空冷ヒートポンプの暖房ＣＯＰは、従
来方式に比べて約０．５６程度向上する。また、除霜運
転低減により、空冷ヒートポンプの効率はさらに向上す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の蓄熱式空調システムの夜間蓄熱運転の
フロー構成図。

【図２】図１の昼間放熱運転のフロー構成図。

【図３】従来の蓄熱式空調システムの夜間蓄熱運転のフ
ロー構成図。

【図４】図３の昼間放熱運転のフロー構成図。

【符号の説明】

1：空冷ヒートポンプ、２：蓄熱槽、３、３’：放熱用
水・ブライン熱交換器、４：吸気ダクト、５：ブライン
・空気熱交換器、６：氷蓄熱用水・ブライン熱交換器、
７：蓄熱用ブラインポンプ、８：放熱用ブラインポン
プ、９：ダンパー、１０、１０’：負荷用冷温水ポン
プ、１１〜２０：ブライン配管、２１：吸気、Ｖ１〜Ｖ
５：開閉弁、Ｃ１、Ｃ２：制御弁、Ｔ：温度センサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空冷ヒートポンプと、蓄熱装置と、放熱
   用熱交換器と、これらを接続するブライン配管、及びブ
   ライン配管に設置される制御弁、開閉弁、蓄熱用ブライ
   ンポンプ及び放熱用ブラインポンプとを有する蓄熱式空
   調システムにおいて、前記空冷ヒートポンプに外気を取
   り入れる吸気ダクトを設け、該吸気ダクトの入口側にブ
   ライン・空気熱交換器を設け、該熱交換器と、前記空冷
   ヒートポンプと蓄熱装置を結ぶブライン配管とを、ブラ
   イン配管で接続したことを特徴とする蓄熱式空調システ
   ム。
2. 【請求項２】 請求項１記載の蓄熱式空調システムの運
   転方法において、蓄熱運転時は、空冷ヒートポンプを運
   転して、発生する冷温熱をブライン配管から蓄熱装置に
   貯蔵し、空調運転時は、蓄熱装置に貯蔵した冷温熱をブ
   ライン配管から、ブライン・空気熱交換器に通し、空冷
   ヒートポンプに取り入れる外気に冷温熱を供給できるよ
   うに構成したことを特徴とする蓄熱式空調システムの運
   転方法。