JP2002364884A - 氷蓄熱式空気調和装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】氷蓄熱式空気調和装置において、蓄熱熱交換器
に流入する冷媒の乾き度を高くすると共に室外凝縮器の
凝縮温度を低下し、しかも熱負荷の変化に対応した蓄冷
熱の利用を行うことにより、蓄冷熱の利用効率を向上し
て総消費電力の低減を図りつつ、ピーク消費電力の低減
を図ることができるようにすること。 【解決手段】蓄冷利用冷房サイクルは、蓄冷利用冷房循
環回路と高乾き度冷媒をバイパスして蓄熱熱交換器の入
口側で蓄冷利用冷房循環回路の低乾き度冷媒に合流させ
るガスバイパス回路３６とで形成すると共に、蓄熱熱交
換器７に流入する冷媒の乾き度を制御する抵抗器６を設
け、蓄冷利用冷房時に複数の室内熱交換器１２の運転状
態に基づいて抵抗器６を制御する。

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
装置に係わり、特に蓄熱槽内に設置した蓄熱熱交換器に
冷媒を流すことにより蓄熱槽の製氷及び解氷を行う氷蓄
熱式空気調和装置に好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の氷蓄熱式空気調和装置としては、
図１５及び図１６に示すものがある（従来技術１）。図
１５は従来技術１の氷蓄熱式空気調和装置を示す構成
図、図１６は図１５に示す氷蓄熱式空気調和装置のｐ−
ｈ線図の概略図である。なお、図１５及び図１６におけ
る符号で本発明の各実施例の図における符号と同一符号
は、同一物または相当物を示す。

【０００３】図１５において、この氷蓄熱式空気調和装
置は、主に圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３、室内
膨張弁４及びレシーバ５等をまとめた室外ユニット１８
と、水を貯めた槽内に蓄熱熱交換器７を設置した蓄熱槽
８、蓄熱膨張弁１０及び分岐配管等をまとめた蓄熱ユニ
ット１９と、複数の室内膨張弁１１及び室内熱交換器１
２を有する室内ユニット２０とを備え、これらを冷媒配
管で接続して冷凍サイクルが構成されている。

【０００４】この蓄熱槽８は、主に夜間の深夜電力を利
用して冷凍サイクルを動かし蓄熱熱交換器７で水を冷却
して氷として冷熱を蓄えておき、昼間にこの氷として蓄
えられた冷熱を空調に利用するのに使用される。具体的
には、蓄熱槽８に冷熱を蓄熱する際は、この蓄熱槽８内
の蓄熱熱交換器７を冷凍サイクルの蒸発器とすることに
より、蓄熱槽８内に収められている蓄熱熱交換器７内に
低温低圧の冷媒を流して、その表面に製氷して冷熱を蓄
える。すなわち、この時の冷凍サイクルは、圧縮機１、
凝縮器である室外熱交換器３、バルブ２２ｈを通って開
度を制御した蓄熱膨張弁１０、蒸発器としての蓄熱槽８
内の蓄熱熱交換器７及びバルブ２２ｇ、２２ｅを通って
圧縮機１に戻る基本構成となる。この時、バルブ２２
ａ、２２ｄ、は全閉にしておく。そして、蓄熱した冷熱
を空調に利用する際は、今度は蓄熱槽８内の蓄熱熱交換
器７を、主に凝縮後のサブク−ルのための熱交換器とす
ることにより、蓄熱熱交換器７内に高温高圧の冷媒を流
して、 蓄熱熱交換器８の製氷面側から氷９を解氷して
冷熱を取り出す。この時の冷凍サイクルの基本構成は、
圧縮機１、凝縮器としての室外熱交換器３、バルブ２２
ａを通って蓄熱熱交換器７、室内膨張弁１１、蒸発器と
しての室内熱交換器１２の順となる（バルブ２２ｄ、２
２ｅ、２２ｆ、２２ｇ、２２ｈは全閉）。

【０００５】図１６に示すように、従来技術１の氷蓄熱
式空気調和装置では、蓄熱利用冷房時において、圧縮機
１を出た高温高圧の冷媒は凝縮器としての室外熱交換器
３内でほぼ完全に凝縮され液体となる。そのため、その
後に流される蓄熱槽８内の蓄熱熱交換器７は、単に液体
である冷媒の温度を下げて過冷却をつけるためだけに主
に利用されている。

【０００６】また、従来の蓄熱式の空気調和機として
は、特開平６−１４７６７７号公報に示されているよう
に、蓄冷運転時及び蓄冷利用冷房運転時に循環回路を切
換可能な冷凍サイクルと、運転制御装置とを備え、蓄冷
運転時は、圧縮機、室外熱交換器、減圧装置となる蓄冷
流量制御弁、及び蓄熱熱交換器を冷媒配管で順次接続し
た蓄熱循環回路を形成し、蓄冷利用冷房時は、圧縮機、
室外熱交換器、受液器、蓄熱熱交換器、減圧装置となる
室内流量制御弁及び複数の室内熱交換器を順次冷媒配管
で接続した蓄冷利用冷房循環回路と、圧縮機の吐出側か
ら蓄熱熱交換器の入口側にガス冷媒をガスバイパス流量
制御弁を介してバイパスするガスバイパス回路とを形成
し、蓄熱器熱交換器に気液ニ相の冷媒を供給して使い勝
手よく利用できて蓄冷利用効率を向上できると共に、室
外熱交換器での凝縮圧力低下でき、しかも、ガスバイパ
ス回路に設けたガスバイパス流量制御弁によりガス冷媒
のバイパス流量を制御することにより、蓄冷熱の利用効
率を調整できるものがある（従来技術２）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来技術１の
氷蓄熱式空気調和装置では、蓄熱槽８内の蓄熱熱交換器
７は、単に液体である冷媒の温度を下げて過冷却をつけ
るためだけに主に利用されているために、単位時間あた
りの氷の使用量には限界があり、また、凝縮圧力は実
質、室外熱交換器３での凝縮熱交換によってのみ支配さ
れるため、凝縮圧力低下による消費電力の低減は望めな
かった。

【０００８】また、従来技術２の氷蓄熱式空気調和装置
では、室外熱交換器の凝縮圧力が低下でき、蓄冷利用効
率を向上できる点が示されているが、蓄冷利用冷房運転
時における熱負荷の変化に対応した蓄冷熱の利用割合を
制御することにより、蓄冷熱の利用効率をさらに向上す
ることについては開示されていない。また、ガスバイパ
ス回路をレシーバから分岐し、または乾き度制御装置を
固定抵抗にすることにより、冷凍サイクルの構成を簡単
にして安価にすることについては開示されていない。さ
らには、ガスバイパス回路の合流部から蓄熱熱交換器へ
の冷媒配管を大径にすることにより、蓄冷熱の利用効率
をさらに向上することについては開示されていない。

【０００９】本発明の目的は、蓄冷利用冷房運転におい
て、蓄熱熱交換器に流入する冷媒の乾き度を高くすると
共に室外凝縮器の凝縮温度を低下することができ、しか
も熱負荷の変化に対応した蓄冷熱の利用を行うことがで
きることにより、蓄冷熱の利用効率を向上して総消費電
力の低減を図りつつ、ピーク消費電力の低減を図ること
ができる氷蓄熱式空気調和装置を得ることにある。

【００１０】本発明の別の目的は、レシーバから高乾き
度冷媒をバイパスして蓄熱熱交換器に流入する冷媒の乾
き度を高くすると共に室外凝縮器の凝縮温度を低下する
ことができことにより、安価な構成で、蓄冷熱の利用効
率を向上して総消費電力の低減を図ることができる氷蓄
熱式空気調和装置を得ることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の第１の特徴は、蓄冷サイクル及び蓄冷利用冷
房サイクルを切換可能な冷凍サイクルと、運転制御装置
とを備え、蓄冷サイクルは、圧縮機、室外熱交換器、蓄
熱膨張弁、及び蓄熱槽内の水中に設置された蓄熱熱交換
器を冷媒配管で順次接続した蓄熱循環回路を形成し、蓄
冷利用冷房サイクルは、圧縮機、室外熱交換器、蓄熱熱
交換器、室内膨張弁及び複数の室内熱交換器を順次冷媒
配管で接続した蓄冷利用冷房循環回路と、高乾き度冷媒
をバイパスして蓄熱熱交換器の入口側で蓄冷利用冷房循
環回路の低乾き度冷媒に合流させるガスバイパス回路と
を形成すると共に、蓄熱熱交換器に流入する冷媒の乾き
度を制御する乾き度制御装置を設けており、運転制御装
置は、蓄冷利用冷房サイクルの際に、複数の室内熱交換
器の運転状態に基づいて乾き度制御装置を制御する機能
を有する構成にしたことにある。

【００１２】本発明の第２の特徴は、さらに、運転制御
装置は、蓄冷利用冷房サイクルの際に、複数の室内熱交
換器の運転状態、室外温度及び室内温度に基づいて乾き
度制御装置を制御する機能を有する構成にしたことにあ
る。

【００１３】本発明の第３の特徴は、蓄冷サイクル及び
蓄冷利用冷房サイクルを切換可能な冷凍サイクルと、制
御装置とを備え、前記蓄冷サイクルは、圧縮機、室外熱
交換器、蓄熱膨張弁、及び蓄熱槽内の水中に設置された
蓄熱熱交換器を冷媒配管で順次接続した蓄熱循環回路を
形成し、前記蓄冷利用冷房サイクルは、前記圧縮機、前
記室外熱交換器、レシーバ、前記蓄熱熱交換器、室内膨
張弁及び複数の室内熱交換器を順次冷媒配管で接続した
蓄冷利用冷房循環回路と、前記レシーバの高乾き度冷媒
をバイパスして前記蓄熱熱交換器の入口側で前記蓄冷利
用冷房循環回路の低乾き度冷媒に合流させるガスバイパ
ス回路とを形成すると共に、前記蓄熱熱交換器に流入す
る冷媒の乾き度を制御する乾き度制御装置を設けたこと
にある。

【００１４】本発明の第４の特徴は、蓄熱熱交換器の入
口側に合流する蓄冷利用冷房循環回路の冷媒配管及び前
記バイパス回路の冷媒配管の少なくとも一方に乾き度調
節用固定抵抗を設けて乾き度制御装置としたことにあ
る。

【００１５】本発明の第５の特徴は、蓄冷サイクル及び
蓄冷利用冷房サイクルを切換可能な冷凍サイクルと、運
転制御装置とを備え、前記蓄冷サイクルは、圧縮機、室
外熱交換器、蓄熱膨張弁、及び蓄熱槽内の水中に設置さ
れた蓄熱熱交換器を冷媒配管で順次接続した蓄熱循環回
路を形成し、前記蓄冷利用冷房サイクルは、前記圧縮
機、前記室外熱交換器、前記蓄熱熱交換器、室内膨張弁
及び複数の室内熱交換器を順次冷媒配管で接続した蓄冷
利用冷房循環回路と、高乾き度冷媒をバイパスして前記
蓄熱熱交換器の入口側で前記蓄冷利用冷房循環回路の低
乾き度冷媒に合流させるガスバイパス回路とを形成する
と共に、前記蓄熱熱交換器に流入する冷媒の乾き度を制
御する乾き度制御装置を設け、かつ前記ガスバイパス回
路の合流部から前記蓄熱熱交換器への冷媒配管を大径に
したことにある。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の各実施例を図を用
いて説明する。なお、第２実施例以降の実施例において
は第１実施例と共通する構成の一部を省略すると共に、
重複する説明を省略する。各実施例の図における同一符
号は同一物又は相当物を示す。

【００１７】まず、本発明の第１実施例を図１及び図２
を用いて説明する。図１は本発明の第１実施例の氷蓄熱
式空気調和装置の基本構成図、図２は図１の氷蓄熱式空
気調和装置におけるｐ−ｈ線図である。

【００１８】室外ユニット１８は、冷凍サイクルの一部
を構成する圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３、室外
膨張弁４、レシーバ５、バルブ２２ｄ、２２ｅ、遮断弁
２３、冷媒配管と、運転を制御する室外制御装置３９ａ
と、室外熱交換器３に室外空気を通風して熱交換させる
室外ファンと、外気温度を検出する外気温度センサ４０
とを備えている。

【００１９】蓄熱ユニット１９は、冷凍サイクルの一部
を構成する蓄熱膨張弁１０、蓄熱熱交換器７、抵抗器
６、バルブ２２ａ〜２２ｃ、２２ｆ〜２２ｈ、冷媒配管
と、内部に貯えた水中に蓄熱熱交換器７を設置した蓄熱
槽８と、蓄熱制御装置３９ｂとを備えている。抵抗器６
は蓄熱熱交換器に流入する冷媒の乾き度を制御する乾き
度制御装置を構成するものである。

【００２０】室内ユニット２０は、複数（本実施例では
３台）並列に接続して設けられ、冷凍サイクルの一部を
構成する室内膨張弁１１、室内熱交換器１２、冷媒配管
と、室内制御装置３９ｃと、室内熱交換器１２に室内空
気を通風して熱交換させる室内ファンと、室温を検出す
る室外熱交換器３８とをそれぞれに備えている。

【００２１】各制御装置３９ａ〜３９ｃは電気的に接続
されて制御装置全体を構成しており、符号３９は図示し
ていないが、制御装置全体または各制御装置を総称する
ときには制御装置３９と表現する。

【００２２】冷凍サイクルの一部を構成する部品をそれ
ぞれ備えた室外ユニット１８、蓄熱ユニット１９及び室
内ユニット２０は、これらの部品間を冷媒配管で接続し
て冷凍サイクルを構成し、制御装置３９により蓄冷サイ
クルと蓄冷利用冷房サイクルと蓄冷熱を利用しない冷房
サイクルと蓄冷利用暖房サイクルと蓄冷熱を利用しない
暖房サイクルとに切換可能である。

【００２３】本実施例は、圧縮機１からのガス配管を２
つに分岐し、一方を室外熱交換器３とつなぎ、もう一方
を室外熱交換器３を迂回して蓄熱熱交換器７の手前で室
外熱交換器３出口からの配管とつないだ構成となってい
る。すなわち、本実施例は、圧縮機１から吐出されるガ
ス冷媒の一部を室外熱交換器３を通さずに、蓄熱熱交換
器７の手前にて残りの室外熱交換器３を通過した飽和状
態もしくは湿り状態の冷媒と合流させるガスバイパス回
路３６を設けて、蓄熱熱交換器７の手前の冷媒の状態を
所望の乾き度をもった状態とするものである。

【００２４】蓄冷サイクルによる製氷運転について説明
する。製氷運転時は蓄熱槽８内の蓄熱熱交換器７を蒸発
器として、室外熱交換器３を凝縮器として冷凍サイクル
を形成させる。すなわち、冷媒の流路としては、圧縮機
１、凝縮器である室外熱交換器３、レシーバ５、蓄熱膨
張弁１０、蓄熱熱交換器７の順に流れ、再び圧縮機１に
戻る蓄熱循環回路となる。このとき、制御装置２９によ
り、冷凍サイクルの遮断弁２３、バルブ２２ｈ、２２
ｃ、２２ｆ、２２ｅは全開とし、バルブ２２ａ、２２
ｂ、２２ｄ、２２ｇは全閉とする。

【００２５】この製氷した氷を冷房に利用する蓄熱利用
冷房運転について説明する。蓄熱利用冷房時運転は、室
外熱交換器３及び着氷した蓄熱熱交換器７を凝縮器とし
て、室内熱交換器１２を蒸発器として蓄冷利用冷房サイ
クルを形成する。このとき、制御装置２９により、冷凍
サイクルの遮断弁２３、バルブ２２ａ、２２ｄ、２２ｂ
及び蓄熱膨張弁１０は全開とし、バルブ２２ｅ、２２
ｆ、２２ｇ、２２ｃ、２２ｈは全閉とする。

【００２６】この蓄熱利用冷房運転においては、圧縮機
１からのガス冷媒の一部を前述のとおり室外熱交換器３
を通さずにガスバイパス回路３６を通して、直接蓄熱熱
交換器７の手前にて、室外熱交換器３、レシーバ５を通
過してきた飽和もしくは湿り状態の冷媒と合流させる。
すなわち、蓄熱熱交換器７の入り口の冷媒の状態を、所
望の乾き度をもった状態とすることにより、蓄熱熱交換
器７の一部を冷媒の凝縮熱交換に利用することができ
る。これにより、夜間に製氷した氷を残すことなく昼間
の冷房に有効利用して使い切ることができ、一日の冷房
時にかかる総消費電力を低減することができる。

【００２７】このときのサイクル状態を図２を参照して
説明する。Ａ点で示すガス状態で吸込まれた冷媒は、圧
縮機１で圧縮され、Ｂ点で示す過熱ガス状態で圧縮機１
の吐出口から吐出される。この吐出された冷媒は、分岐
されて流れる。すなわち、その冷媒の一部は、室外熱交
換器３で放熱されて凝縮し、レシーバ５を出たところで
Ｃ点で示す飽和液状態になり、残りの冷媒は、過熱ガス
状態のままで室外熱交換器３をバイパスして前述の飽和
状態の冷媒と混合する。この混合された冷媒は、Ｄ点で
示す二相状態となり、このニ相状態の冷媒は、蓄熱熱交
換器７で凝縮して液冷媒になり、蓄熱熱交換器７から室
内膨張弁１１に至る。この液冷媒は、室内膨張弁１１で
減圧されてＦ点で示す湿り冷媒となり、さらに室内熱交
換器１２で熱交換して蒸発し、Ａ点で示すガス状態とな
って圧縮機１に吸込まれる。

【００２８】ここで、ガスバイパス回路３６を流れるガ
ス冷媒の流量を増加させると、Ｄ点における混合された
冷媒の乾き度が高くなってエンタルピーも大きくなり、
Ｄ点とＥ点とのエンタルピー差が増加するので、氷の使
用量も増加する。また、この蓄熱熱交換器７の入り口に
おける乾き度は、ガスバイパス回路３６を通過してきた
ガス冷媒と室外熱交換器３を通過してきた飽和もしくは
湿り状態の冷媒の流量割合によって決まる。そして、ガ
スバイパス回路３６を流れるガス流量を増加させると、
室外熱交換器３を流れる冷媒流量が減少して凝縮圧力を
低減できるので、圧縮機１の消費電力を低減できるが、
蓄熱熱交換器７に流入する乾き度が増加し過ぎると、氷
の消費速度が速くなるため、短時間で氷を消費してしま
う。氷が無くなった後の冷房運転は、通常の冷房サイク
ルとなるので、消費電力が多くなり、一日の冷房に費や
す総消費電力量は、ある乾き度以上では逆に増加してし
まう。発明者らの実験によると、冷房能力/蓄熱量＝０.
０６〜０.０７ｋＷ／ＭＪの氷蓄熱式空気調和装置で
は、蓄熱熱交換器７入口における乾き度（ガス質量流量
割合）は０.２〜０.４が望ましいという結果が得られ
た。

【００２９】室内熱交換器側熱負荷の定格値に対する変
動が小さく、冷媒の循環量の変動が小さい場合は、ガス
バイパス回路３６内に設けた抵抗器６は、合流させた乾
き度状態が所望の乾き度となるようなある一定の開度か
もしくは全閉の２つの状態のみできる弁でも差し支えな
い。

【００３０】一方、室内ユニット２０の台数切り替えや
室温が大きく変動する場所への設置等で室内熱交換器１
２側の熱負荷が大きく変化する場合は、抵抗器６の流動
抵抗を大きく変化できるように構成する。すなわち、本
実施例では、室温センサ３８や外気温センサ４０の信号
および室内ユニット２０の使用台数等の信号を入力する
制御装置３９を有し、これらの信号に基づいて抵抗器６
の流動抵抗を変化させるようにしている。

【００３１】ここで、室内ユニット２０の使用台数が定
格台数以下で、外気温センサ４０の信号が定格値以下ま
たは室内ユニット２０の熱負荷が定格値以下の場合に
は、抵抗器６の流動抵抗を小さくしてガスバイパス３６
を流れるガス流量を多くして蓄熱熱交換器７に流入する
二相状態に占めるガスの質量割合、すなわち乾き度を高
くさせることにより、氷の単位時間当たりの消費量を増
加させる。これにより、蓄熱槽８内の氷９を使い切るこ
とができるので、一日の冷房時にかかる総消費電力を低
減することができると共に、残氷状態での再製氷による
蓄熱熱交換器７の破損を防止できる。また、室外熱交換
器３を流れる冷媒の流量が減少して凝縮圧力を低減でき
るので、圧縮機１の消費電力もより低減できる。

【００３２】また、室内ユニット２０の使用台数が定格
台数より多く、外気温度センサ４０の信号が定格値より
大きく、室内ユニット２０の熱負荷が定格値より大きい
場合には、乾き度０.２〜０.４の範囲内で乾き度を最小
にするように抵抗器６の抵抗を調整することにより、氷
を更に有効に利用できる。

【００３３】なお、上記説明ではバルブ２２ｇは閉じた
状態を想定していたが、電力負荷が特に大きい日中（例
えば１３〜１６時）の間のみバルブ２２ｇを開くことに
より、冷媒の全てを蓄熱熱交換器７のみで凝縮させて圧
縮機１の吐出圧力を低下させ、消費電力を大幅に低減さ
せる運転も可能である。この場合には、バルブ２２ｇ
は、乾き度制御装置を構成することになる。

【００３４】また、室外熱交換器３とレシーバ５の間に
暖房用の室外膨張弁４が設けられる場合は、室外熱交換
器３から流出する冷媒が所望の乾き度をもった二相状態
となる場合があり、このときの室外膨張弁４を通過する
際の圧力損失が大きくなる。そのため、室外膨張弁４を
回避するバイパス管１７を設けるほうが好ましい。また
室外膨張弁利用時にバイパス管１７を遮断できる遮断弁
２３を設けておくことは言うまでもない。

【００３５】さらには、レシーバ５からの出口配管１５
とバイパス回路３６との合流点から蓄熱熱交換器７まで
の合流配管１６の管径を出口配管１５及びバイパス回路
３６の管径より大きくしてあるので、合流配管１６にお
けるニ相状態の冷媒に対する抵抗を小さくすることがで
き、冷媒流量を増加して蓄冷熱の利用効率を向上するこ
とができる。

【００３６】次に、本発明の第１実施例の蓄熱ユニット
の各変形例を図３及び図４を用いて説明する。

【００３７】図３に示す変形例では、ガスバイパス回路
３６内に抵抗器６を複数個並列に設けた構成となってい
る。低負荷時の場合は、前述のように蓄熱熱交換器７入
り口の冷媒の乾き度を大きくできるため、抵抗器６を全
て開けて蓄熱熱交換器７の入口におけるガス冷媒割合を
増やす。また定格に近い高負荷時の場合は、抵抗器６の
ほとんどを閉めることによってガス冷媒の流量割合をへ
らし、乾き度を小さくする。このときの開閉個数は室温
や室内運転台数など室内側の負荷に対応して調節する。
このような構成とすることにより、ガスバイパス回路３
６における抵抗を容易に可変とすることができる。

【００３８】図４に示す変形例では、ガスバイパス回路
３６内の抵抗器６として小内径管３７を用いた構成とな
っている。室内側の負荷が小さくなり、全体の冷媒循環
量が減った場合、抵抗値が相対的に低下する。このよう
な構成とすることにより、乾き度制御としての精度は落
ちるが、ある程度の流量自己調整機能を持たせることが
でき、安価とすることができる。特に、室内側の冷房負
荷の変動が比較的小さく、乾き度を大幅に変える必要の
ない場合などに適する。

【００３９】なお、本変形例においても電力負荷の大き
い日中（例えば１３〜１６時）の間のみバルブ２２ｇを
開くことにより冷媒の全てを蓄熱熱交換器７のみで凝縮
させて圧縮機１の吐出圧を低下させ、消費電力を大幅に
低下させる運転も可能である。

【００４０】次に、本発明の第２実施例を図５及び図６
を用いて説明する。図５は本発明の第２実施例の氷蓄熱
式空気調和装置の構成図、図６は図５の氷蓄熱式空気調
和装置におけるｐ−ｈ線図である。

【００４１】本実施例では、室外熱交換器３と蓄熱ユニ
ット１９内の蓄熱熱交換器７との間にレシーバ５を持
ち、このレシーバ５からは、３本の配管が設けられた構
成となっている。１本は室外熱交換器３とつながれた室
外熱交換器側配管部１３で、レシーバ内底部に開口部を
持つ。残り２本は、高乾き度配管部１４と低乾き度配管
部１５で、レシーバ５出口で合流管部１６にて合流した
後、蓄熱熱交換器７とつながれた構成となっており、前
者１４はレシーバ５内上部に開口部をもち、後者１５は
レシーバ５内底部に開口部を持つ。すなわち、本実施例
では、蓄熱熱交換器７に流入する冷媒の乾き度は、高乾
き度配管部１４からの冷媒と低乾き度配管部１５からの
冷媒を混合させることにより、所望の乾き度とする構成
となっている。これにより上述した第１実施例のバイパ
ス回路３６と比較して構成が簡単となり、安価なものと
することができる。

【００４２】本実施例の蓄冷サイクルにおける製氷運転
について説明する。基本的には第１実施例と同じであ
り、製氷運転時は蓄熱槽８内の蓄熱熱交換器７を蒸発器
として、室外熱交換器３を凝縮器として冷凍サイクルを
形成させる。すなわち、冷媒の流路としては、圧縮機
１、凝縮器である室外熱交換器３、レシーバ５、蓄熱膨
張弁１０、蓄熱熱交換器７の順に流れ、再び圧縮機１に
戻る蓄熱循環回路となる。このとき、室外熱交換器３と
蓄熱膨張弁１０の間にあるレシーバ５から流出する冷媒
は、液状態とすべきである。よって、蓄冷サイクルのと
きは高乾き度配管部１４に設けられた抵抗器６を遮断し
て低乾き度配管部１５のみとすることにより、レシーバ
５から多くの液状態の冷媒が流出するため、それに見合
った液状態の冷媒が室外熱交換器側配管部１３から供給
され、安定状態では、合流管部１６出口はほぼ飽和状態
となりうる。

【００４３】この製氷した氷を冷房に利用する蓄熱利用
冷房運転について説明する。蓄熱利用冷房時は、室外熱
交換器３及び製氷された蓄熱熱交換器７を凝縮器とし
て、室内熱交換器１２を蒸発器として蓄冷利用冷房サイ
クルを形成する。すなわち、冷媒は、圧縮機１、室外熱
交換器３、レシーバ５、並列の高乾き度配管部１４及び
低乾き度配管部１５、蓄熱熱交換器７を経て、室内膨張
弁１１、室内熱交換器１２を通り、再び圧縮機１に戻る
サイクルとなる。

【００４４】このときのサイクル状態を図６を参照して
説明する。Ａ点で示すガス状態で吸込まれた冷媒は、圧
縮機１で圧縮され、Ｂ点で示す過熱ガス状態で吐出され
る。この吐出された冷媒は室外熱交換器３を通りレシー
バ５に流入する。このレシーバ５の出口では、高乾き度
配管１４からのガス質量割合の多い冷媒と低乾き度配管
１５からの液質量割合の多い冷媒を混合させることによ
って、蓄熱熱交換器７の入口の冷媒の組成状態をＤ点で
示す所望の乾き度状態とする。このため蓄熱熱交換器７
の出入口Ｄ点とＥ点とのエンタルピー差を大きくするこ
とができるので、氷の使用量が増加する。このときレシ
ーバ５から蓄熱熱交換器７間に設けられた合流管部１６
内の冷媒の乾き度は、高乾き度配管部１４からの冷媒と
低乾き度配管部１５からの冷媒を混合させる流量割合に
よって決まる。

【００４５】室内熱交換器側熱負荷の定格値に対する変
動が小さく、冷媒の循環量の変動が小さい場合は、高乾
き度配管部１４に設けた抵抗器６は、ある一定の抵抗か
もしくは遮断の２つの状態にできる弁でも差し支えな
い。

【００４６】一方、室内ユニット２０の台数切り替えや
室温の大きく変動する場所への設置等で室内熱交換器１
２側の熱負荷が大きく変化する場合は、抵抗器６の流動
抵抗を大きく変化できるように構成する。すなわち、本
実施例では、室温センサ３８や外気温センサ４０の信号
および室内ユニット２０の使用台数等の信号を入力する
制御装置３９を有し、これらの信号に基づいて高乾き度
配管１４に設けた抵抗器６の流動抵抗を変化させる。外
気温センサ４０の信号が定格値以下で室内ユニット２０
の熱負荷が定格値以下、または室内ユニット２０の使用
台数が定格台数以下の場合には、抵抗器６の流動抵抗を
小さくして高乾き度配管１４を流れるガス流量を多くし
て蓄熱熱交換器７に流入する二相状態に占めるガスの質
量割合、すなわち乾き度を高くさせることにより、氷の
単位時間当たりの消費量を増加させる。これにより、蓄
熱槽８内の氷９を使い切ることができるので、一日の冷
房時にかかる総消費電力を低減することができると共
に、残氷状態での再製氷による蓄熱熱交換器７の破損を
防止できる。さらに室外熱交換器３を流れる冷媒の流量
が減少して凝縮圧力を低減できるので、圧縮機１の消費
電力もより低減できる。

【００４７】また本実施例において、蓄熱運転時および
暖房運転時には高乾き度配管部１４を遮断することによ
って、上述のように冷媒を飽和液に近い状態で流出させ
ることもできるため、製氷能力、暖房能力を低下させる
ことがない。

【００４８】次に、図５の氷蓄熱式空気調和装置におけ
るレシーバ５の各種変形例を図７から図１４を参照して
説明する。

【００４９】図７に示す変形例は、高乾き度配管部１４
がレシーバ５内上部にガス用開口部２４をもち、且つ、
端部は蓄熱利用冷房運転時の液面２１ａに漬かる構成と
なっている。室内ユニット２０運転台数の変更や室温の
変化等で負荷が小さく、循環流量が少ない場合は、循環
流量の多い場合と同じ乾き度で運転をすると、氷があま
ってしまうので、単位時間の氷の使用量を同じにするた
めにはレシーバ出口の乾き度を大きくする必要がある。
そこで、このような構成とすることにより、循環流量が
多いときはガス用開口部２４を通過するガス冷媒の吸引
力によってある一定の液冷媒が端部より吸引混入され、
ある乾き度を保つが、循環流量が少なくなった場合に
は、高乾き度配管１４部全体の流量が減って管内流速が
落ちるため、端部からの液冷媒の吸引力も低下し、高乾
き度配管部１４の乾き度を相対的に大きくすることがで
き、合流管部１６の乾き度も大きくできる。

【００５０】以上のように本変形例では、負荷変動に応
じて乾き度を変えることによって、ほぼ一定の氷の消費
速度を保つことができる。

【００５１】図８に示す変形例では、高乾き度配管部１
４は、レシーバ５内上部にガス用開口部２４をもち、さ
らにその開口部２４より下流部に絞り部２５を設け、そ
の絞り部２５で合流する液面２１ａ下に端部を持つ液管
部２６を備えた構成となっている。このような構成とす
ることにより、絞りによる吸引力に応じた液冷媒を混入
させるため、より安定した乾き度を保つことができる。

【００５２】図９に示す変形例は、レシーバ５内上部に
開口部をもつ高乾き度配管部１４とレシーバ５内の液面
下に開口部をも低高乾き度配管部１５をもち、その合流
部１６にスライド具２７をもつ切換弁２８を備えた構成
となっている。前述のように、室内ユニット２０運転台
数の変更や室温の変化等で負荷が小さく、循環流量が少
ない場合は、循環流量の多い場合と同じ乾き度で運転を
すると、氷があまってしまうので単位時間の氷の使用量
を同じにするためにはレシーバ５の出口の乾き度を大き
くする必要がある。そこでこのような構成とすることに
より、低乾き度配管部１５からの流量と高乾き度配管部
１４からの流量割合をきめ細かく調節することができ
る。なお、この切換弁２８による流量割合の調節は、ま
ったく同様な構成として、図１に示す第１実施例におい
ても適用できることは言うまでもない。

【００５３】図１０に示す変形例は、レシーバ５内液面
の低い蓄熱利用冷房時には液面２１ａが広径部２９に存
在し、液面の高くなる製氷運転時には液面２１ｂが狭径
部３０に存在するような構造とし、さらに高乾き度配管
部１４の開口部は利用冷房時には液面が届かない狭径部
３０に位置するような構成となっている。このような構
成とすることにより、製氷時には高乾き度配管部１４の
開口部は液面２１ｂ下となりうるので、抵抗器６をキャ
ピラリチュ−ブなどの抵抗管３１で代用することができ
る。またレシーバ５の液面変化領域を狭径部３０とする
ことにより、液面の変化をよりシャ−プにあらわすこと
ができる。

【００５４】図１１に示す変形例は、高乾き度配管部１
４のレシーバ５内開口部付近に液の跳ね上げを遮蔽する
遮蔽具３２を設けた構成となっている。このような構成
とすることにより、液の跳ね上げによる高乾き度配管部
１４内の乾き度の乱れを抑えることができるため、合流
管部１６における乾き度をより安定したものとすること
ができる。また室外熱交換器側配管部１３のレシーバ５
内開口部３３を図１１のように管中心線に対して斜めと
することにより、開口部面積を稼ぐことができる。よっ
て室外熱交からの二相冷媒をレシーバ５内の液内に速や
かに拡散させることができるため、液面の乱れ及び跳ね
上げを抑えることができ、よって乾き度もより安定した
ものとすることができる。

【００５５】図１２に示す変形例は、室外熱交換器側配
管部１３の上面部に分岐管３４を設け、さらにその分岐
管３４が高乾き度配管部１４に直接つながれた構成とな
っている。このような構成とすることにより、室外熱交
換器３からレシーバ５に流入する冷媒のガス成分を分岐
し、高乾き度配管部１４に混入させるため、レシーバ５
内の液面の状態も安定し、低乾き度配管部１５及び高乾
き度配管部１４の各乾き度状態をより安定したものとす
ることができる。

【００５６】図１３に示す変形例は、レシーバ５から蓄
熱熱交換器７までの配管部を１本の配管で構成してお
り、レシーバ５内の端部における開口部が低乾き度配管
部１５、レシーバ５内における配管の途中に設けられた
スリットが高乾き度配管部１４にあたる。すなわち、本
変形例は、比較的室内ユニット２０側の負荷の変更が少
なく、乾き度の調整が不要な場合に適している。また、
高乾き度配管部１４のスリットは、蓄熱利用冷房時より
もレシーバ内液面が上昇する製氷運転時には、液面下に
入るような位置とすべきである。このような構成とする
ことにより、製氷運転時には高乾き度配管部１４及び低
乾き度配管部１５から飽和液を流出させることができる
ため、製氷時の能力を低下させることもない。

【００５７】図１４に示す変形例は、レシーバ５内の室
外熱交側配管１３に、スリット３５を設けた構成となっ
ている。このような構成とすることにより、室外熱交換
器３からの二相冷媒中のガス成分を、効率よく分離して
レシーバ５内の液中に導入するガス量を極力減らすこと
ができる。またこのスリット３５は、蓄熱利用冷房時よ
りもレシーバ５内の液面が上昇する製氷運転時及び暖房
運転時には、液面下に入るような位置とすべきである。
このような構成とすることにより、とくに暖房運転時に
は室外熱交側配管に飽和液を流入させることができるた
め、暖房時の能力を低下させることもない。

【００５８】

【発明の効果】本発明によれば、蓄熱熱交換器に流入す
る冷媒の乾き度を高くすると共に室外凝縮器の凝縮温度
を低下することができ、しかも熱負荷の変化に対応した
蓄冷熱の利用を行うことができることにより、蓄冷熱の
利用効率を向上して総消費電力の低減を図りつつ、ピー
ク消費電力の低減を図ることができる氷蓄熱式空気調和
装置が得られる。

【００５９】また、本発明によれば、レシーバから高乾
き度冷媒をバイパスして蓄熱熱交換器に流入する冷媒の
乾き度を高くすると共に室外凝縮器の凝縮温度を低下す
ることができことにより、安価な構成で、蓄冷熱の利用
効率を向上して総消費電力の低減を図ることができる氷
蓄熱式空気調和装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の氷蓄熱式空気調和装置の
基本構成図である。

【図２】図１の氷蓄熱式空気調和装置におけるｐ−ｈ線
図である。

【図３】図１の氷蓄熱式空気調和装置における蓄熱槽の
変形例を示す構成図である。

【図４】図１の氷蓄熱式空気調和装置における蓄熱槽の
他の変形例を示す構成図である。

【図５】本発明の第２実施例の氷蓄熱式空気調和装置の
構成図である。

【図６】図５の氷蓄熱式空気調和装置におけるｐ−ｈ線
図である。

【図７】図５の氷蓄熱式空気調和装置におけるレシーバ
の変形例を示す構成図である。

【図８】図５の氷蓄熱式空気調和装置におけるレシーバ
の他の変形例を示す構成図である。

【図９】図５の氷蓄熱式空気調和装置におけるレシーバ
の他の変形例を示す構成図である。

【図１０】図５の氷蓄熱式空気調和装置におけるレシー
バの他の変形例を示す構成図である。

【図１１】図５の氷蓄熱式空気調和装置におけるレシー
バの他の変形例を示す構成図である。

【図１２】図５の氷蓄熱式空気調和装置におけるレシー
バの他の変形例を示す構成図である。

【図１３】図５の氷蓄熱式空気調和装置におけるレシー
バの他の変形例を示す構成図である。

【図１４】図５の氷蓄熱式空気調和装置におけるレシー
バの他の変形例を示す構成図である。

【図１５】従来技術１の氷蓄熱式空気調和装置を示す構
成図である。

【図１６】図１５に示す氷蓄熱式空気調和装置のｐ−ｈ
線図の概略図である。

【符号の説明】

１…圧縮機、２…四方弁、３…室外熱交換器、４…室外
膨張弁、５…レシーバ、６…抵抗器（乾き度制御装
置）、７…蓄熱熱交換器、８…蓄熱槽、９…氷、１０…
蓄熱膨張弁、１１…室内膨張弁、１２…室内熱交換器、
１３…室外熱交換器側配管部、１４…高乾き度配管部、
１５…低乾き度側配管部、１６…合流管部、１７…バイ
パス管、１８…室外ユニット、１９…蓄熱ユニット、２
０…室内ユニット、２２ａ〜２２ｈ…バルブ、２３…遮
断弁、２４…ガス用開口部、２５…絞り部、２６…液管
部、２７…スライド具、２８…切換弁、２９…広径部、
３０…狭径部、 ３１…抵抗管、３２…遮蔽具、３３…
開口部、３４…分岐管、３５…スリット、３６…ガスバ
イパス回路、３７…小内径管。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 000156938 関西電力株式会社 大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号 (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 福島 敏彦 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 関谷 禎夫 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 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 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 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 (72)発明者 渡邉 澂雄 愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20番地 の１ 中部電力株式会社電気利用研究所内 (72)発明者 松田 徹 愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20番地 の１ 中部電力株式会社電気利用研究所内 (72)発明者 熊谷 雅彦 東京都千代田区内幸町１丁目１番３号 東 京電力株式会社電力技術研究所内 (72)発明者 矢田部 隆志 東京都千代田区内幸町１丁目１番３号 東 京電力株式会社エネルギー営業部内 (72)発明者 辻井 浩一 大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西電力株式会社 (72)発明者 社頭 真二 大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西電力株式会社 Ｆターム(参考） 3L060 AA03 CC02 CC03 DD08 EE09 3L092 TA11 UA04 UA25 UA34 VA07 WA14 XA21 XA23 XA32 YA14

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】蓄冷サイクル及び蓄冷利用冷房サイクルを
   切換可能な冷凍サイクルと、運転制御装置とを備え、前
   記蓄冷サイクルは、圧縮機、室外熱交換器、蓄熱膨張
   弁、及び蓄熱槽内の水中に設置された蓄熱熱交換器を冷
   媒配管で順次接続した蓄熱循環回路を形成し、前記蓄冷
   利用冷房サイクルは、前記圧縮機、前記室外熱交換器、
   前記蓄熱熱交換器、室内膨張弁及び複数の室内熱交換器
   を順次冷媒配管で接続した蓄冷利用冷房循環回路と、高
   乾き度冷媒をバイパスして前記蓄熱熱交換器の入口側で
   前記蓄冷利用冷房循環回路の低乾き度冷媒に合流させる
   ガスバイパス回路とを形成すると共に、前記蓄熱熱交換
   器に流入する冷媒の乾き度を制御する乾き度制御装置を
   設けており、前記運転制御装置は、前記蓄冷利用冷房サ
   イクルの際に、前記複数の室内熱交換器の運転状態に基
   づいて前記乾き度制御装置を制御する機能を有すること
   を特徴とする氷蓄熱式空気調和装置。
2. 【請求項２】蓄冷サイクル及び蓄冷利用冷房サイクルを
   切換可能な冷凍サイクルと、制御装置とを備え、前記蓄
   冷サイクルは、圧縮機、室外熱交換器、蓄熱膨張弁、及
   び蓄熱槽内の水中に設置された蓄熱熱交換器を冷媒配管
   で順次接続した蓄熱循環回路を形成し、前記蓄冷利用冷
   房サイクルは、前記圧縮機、前記室外熱交換器、前記蓄
   熱熱交換器、室内膨張弁及び複数の室内熱交換器を順次
   冷媒配管で接続した蓄冷利用冷房循環回路と、高乾き度
   冷媒をバイパスして前記蓄熱熱交換器の入口側で前記蓄
   冷利用冷房循環回路の低乾き度冷媒に合流させるガスバ
   イパス回路とを形成すると共に、前記蓄熱熱交換器に流
   入する冷媒の乾き度を制御する乾き度制御装置を設けて
   おり、前記運転制御装置は、前記蓄冷利用冷房サイクル
   の際に、前記複数の室内熱交換器の運転状態、室外温度
   及び室内温度に基づいて前記乾き度制御装置を制御する
   機能を有することを特徴とする氷蓄熱式空気調和装置。
3. 【請求項３】蓄冷サイクル及び蓄冷利用冷房サイクルを
   切換可能な冷凍サイクルと、制御装置とを備え、前記蓄
   冷サイクルは、圧縮機、室外熱交換器、蓄熱膨張弁、及
   び蓄熱槽内の水中に設置された蓄熱熱交換器を冷媒配管
   で順次接続した蓄熱循環回路を形成し、前記蓄冷利用冷
   房サイクルは、前記圧縮機、前記室外熱交換器、レシー
   バ、前記蓄熱熱交換器、室内膨張弁及び複数の室内熱交
   換器を順次冷媒配管で接続した蓄冷利用冷房循環回路
   と、前記レシーバの高乾き度冷媒をバイパスして前記蓄
   熱熱交換器の入口側で前記蓄冷利用冷房循環回路の低乾
   き度冷媒に合流させるガスバイパス回路とを形成すると
   共に、前記蓄熱熱交換器に流入する冷媒の乾き度を制御
   する乾き度制御装置を設けたことを特徴とする氷蓄熱式
   空気調和装置。
4. 【請求項４】蓄冷サイクル及び蓄冷利用冷房サイクルを
   切換可能な冷凍サイクルと、制御装置とを備え、前記蓄
   冷サイクルは、圧縮機、室外熱交換器、蓄熱膨張弁、及
   び蓄熱槽内の水中に設置された蓄熱熱交換器を冷媒配管
   で順次接続した蓄熱循環回路を形成し、前記蓄冷利用冷
   房サイクルは、前記圧縮機、前記室外熱交換器、レシー
   バ、前記蓄熱熱交換器、室内膨張弁及び複数の室内熱交
   換器を順次冷媒配管で接続した蓄冷利用冷房循環回路
   と、前記レシーバの高乾き度冷媒をバイパスして前記蓄
   熱熱交換器の入口側で前記蓄冷利用冷房循環回路の低乾
   き度冷媒に合流させるガスバイパス回路とを形成すると
   共に、前記蓄熱熱交換器の入口側に合流する前記蓄冷利
   用冷房循環回路の冷媒配管及び前記バイパス回路の冷媒
   配管の少なくとも一方に乾き度調節用固定抵抗を設けた
   ことを特徴とする氷蓄熱式空気調和装置。
5. 【請求項５】蓄冷サイクル及び蓄冷利用冷房サイクルを
   切換可能な冷凍サイクルと、運転制御装置とを備え、前
   記蓄冷サイクルは、圧縮機、室外熱交換器、蓄熱膨張
   弁、及び蓄熱槽内の水中に設置された蓄熱熱交換器を冷
   媒配管で順次接続した蓄熱循環回路を形成し、前記蓄冷
   利用冷房サイクルは、前記圧縮機、前記室外熱交換器、
   前記蓄熱熱交換器、室内膨張弁及び複数の室内熱交換器
   を順次冷媒配管で接続した蓄冷利用冷房循環回路と、高
   乾き度冷媒をバイパスして前記蓄熱熱交換器の入口側で
   前記蓄冷利用冷房循環回路の低乾き度冷媒に合流させる
   ガスバイパス回路とを形成すると共に、前記蓄熱熱交換
   器に流入する冷媒の乾き度を制御する乾き度制御装置を
   設け、かつ前記ガスバイパス回路の合流部から前記蓄熱
   熱交換器への冷媒配管を大径にしたことを特徴とする氷
   蓄熱式空気調和装置。