JP3142897B2 - 蓄熱機能を備えた冷暖房装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は氷と温水の両蓄熱機能を
備えた冷暖房装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より昼間と夜間の電力消費を平準化
するために夜間の電力料金を安価にする対策がとられて
おり，この夜間の安価な電力を利用して夜間に冷熱また
は温熱を蓄熱し，この蓄熱を昼間の空調に利用する蓄熱
空調システムが種々提案されている。

【０００３】これまで提案された蓄熱空調システムは，
蓄熱槽や蓄氷槽さらには各種熱源機器類が居室空間とは
別の箇所に設置されるものであった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ビルの地下空間等に蓄
熱槽や蓄氷槽を設置して蓄熱運転を行うことはそれなり
の利点があるが，設備が大掛かりとなる。したがって，
このような設備では建物の全体の空調負荷を勘案してそ
の容量が決められることになり，最近のオフイスでは個
別空調が尊重され，またＯＡ機器類のライン変更や間仕
切り変更などが頻繁に生じて空調負荷が変動することも
起きるが，このような場合に既存設備だけでは必ずしも
満足な空調ができないことがあり，これを満たそうとす
ると，空調機の移動増減や配管施工に多大の労力と費用
を必要とした。

【０００５】一方，既存の空調設備が備わった建物で
も，またいわゆる雑居ビル等においても，必要に応じて
空気を熱源とする冷暖房機を適宜設置することが有利な
場合があり，かような場合にはパッケージ型空調機やセ
パレート型空調機が設置されてきた。しかし，従来の空
気熱源方式の空調機ではその機器単独では蓄熱や蓄冷機
能は有していなかった。このために夜間の安価な電力を
利用して昼間の冷暖房を実施することはできなかった。

【０００６】本発明はこのような課題の解決を目的とし
たものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】 本発明によれば，パッ
ケージ型ヒートポンプ式冷暖房機と蓄熱タンクとを組み
合わせた一体品を柱と柱の間の壁面に設置し，該冷暖房
機内の屋外側熱交換器に外気を通気させて排気するため
の外気取入通路と排気通路とを該壁面を通じて形成して
なる冷暖房機であって，前記の蓄熱タンク内に水を装填
すると共にこのタンク内水に浸漬するように該ヒートポ
ンプの冷媒を通す熱交換器を配置し，屋内側熱交換器を
迂回してこのタンク内熱交換器に該冷媒が循環する迂回
管路を切換え可能に形成し，冷媒回路切換用の四方弁を
設けると共に，屋内側熱交換器とタンク内熱交換器との
間の管路に第一膨張弁を，そしてタンク内熱交換器と屋
外側熱交換器との間の管路に第二膨張弁を，それぞれ迂
回可能に配置し， 圧縮機→屋外側熱交換器→第二膨張弁→タンク内熱交換
器→迂回管路→圧縮機の順に冷媒が循環する製氷運転， 圧縮機→屋外側熱交換器→タンク内熱交換器→第一膨張
弁→屋内側熱交換器→圧縮機の順に冷媒が循環する冷房
運転， 圧縮機→迂回管路→タンク内熱交換器→第二膨張弁→屋
外側熱交換器→圧縮機の順に冷媒が循環する温水蓄熱運
転，および 圧縮機→屋内側熱交換器→第一膨張弁→タン
ク内熱交換器→屋外側熱交換器→圧縮機の順に冷媒が循
環する暖房運転 を行う， 氷と温水の両蓄熱機能を備えた
冷暖房装置を提供するものである。

【０００８】

【実施例】図１と図２は，パッケージ型ヒートポンプ式
冷暖房機１と蓄熱タンク２とを組み合わせた本発明に従
う一体品を，柱３の間の壁面４に設置した状態を示して
いる。図示の例において壁面４は外壁（窓下の腰壁）で
あり，柱３と外壁４の内面とで囲われる窪みの空間に設
置され，また冷房機１の屋外側熱交換器に取入れる外気
の通路とこの屋外側熱交換器を通過した排気の通路を，
外壁４を貫通して設けてある（図２で５で示すものは，
このために外壁に設けた開口を示す）ので，いわゆるウ
オールスルー型空調機である。６は床スラブ，７は梁を
示す。

【０００９】図３〜図６は，前記の冷暖房機１と蓄熱タ
ンク２における内部機器と冷媒配管の系統図を示してお
り，図３は製氷運転時，図４は冷房運転時，図５は温水
蓄熱運転時，図６は暖房運転時の状態を示す。いずれ
も，冷媒の循環方向が異なってはいるが，機器配置は同
じである。これらの図において，８は屋内側熱交換器，
９は屋外側熱交換器，10は圧縮機, 11は冷媒回路を切換
える四方弁である。また屋外側熱交換器９には外気取入
路12と排気路13が設けられ，その送気のための屋外側送
風機14が設置され，屋内側熱交換器８には室内の空気を
取入れる還気路と室内に該熱交換器８を経た調和空気を
給気する給気路16が設けられ，その送気のための屋内側
送風機18が設置されている。これらの機器類はいずれも
冷暖房機１のケーシング内に収められている。

【００１０】一方, 蓄熱タンク２内には水が装填され，
この水中に熱交換器20が配置されている。この熱交換器
20は銅管 (または硬化樹脂の管) からなるコイル21で形
成されている。このタンク内熱交換器20には，冷暖房機
１のヒートポンプを形成する冷媒が運転モードに応じて
供給されるものであり，このために次のような冷媒回路
を形成している。

【００１１】まず屋内側熱交換器８と屋外側熱交換器９
を連結する冷媒管路の途中にこのタンク内熱交換器20が
介装される。屋内側熱交換器８とタンク内熱交換器20と
の間の管路を22, タンク内熱交換器20と屋外側熱交換器
９との間の管路を23で示す。そして四方弁11と屋内側熱
交換器８との間の管路24から, 屋内側熱交換器８を迂回
して管路22に通ずる迂回管路25が設けられている。その
さい，この迂回管路25は屋内側熱交換器８と共に回路22
に介装された第一膨張弁26も迂回するように接続され
る。屋外側熱交換器９と四方弁を結ぶ管路は27で示す。

【００１２】そして，迂回管路25と管路22にはいずれか
一方が選択的に開く電磁弁ａとｂが介装され，また，タ
ンク内熱交換器20と屋外側熱交換器９との間の管路23に
は第二膨張弁28が介装されると共に, この第二膨張弁28
を迂回バイバス管路29が設けられ，このバイバス管路29
と第二膨張弁28とを選択的に切り替える電磁弁ｃとｄが
介装されている。

【００１３】以上の構成になる本発明装置の稼働を，先
ず図３の製氷運転から説明する。この場合には，四方弁
11によって圧縮機10の吐出管を管路27の方に切換え, 電
磁弁ｂとｄを閉成し，電磁弁ａとｃを開き，屋外側送風
機14を稼働した状態で圧縮機10を運転する。これによっ
て，冷媒は圧縮機10→屋外側熱交換器９→膨脹弁28→タ
ンク内熱交換器20→迂回管路25→圧縮機10の順に循環
し，屋外側熱交換器９が凝縮器, タンク内熱交換器20が
蒸発器として機能する。すなわち, 屋外側熱交換器９で
は外気に放熱して冷媒が凝縮し，タンク内熱交換器20で
は水から抜熱して蒸発し，そのさい，タンク内熱交換器
20のコイル21の表面では氷が生成する。この製氷運転は
夜間の安価な電力を利用して行う。なお，この製氷運転
の間は屋内側送風機18は休止している。製氷運転が終了
したら，その蓄氷状態を昼間の冷房時まで保っておく。

【００１４】図４は，タンク１内の蓄氷を利用して冷房
運転を行う状態を示している。この場合は，四方弁11の
位置は図３の製氷運転の場合と変わらないが，電磁弁ａ
とｃを閉成し，電磁弁ｂとｄを開く。これによって迂回
管路25は閉鎖し，屋内側熱交換器８に冷媒が通ずる。こ
の状態で，屋内側および屋内側の送風機14と18を稼働
し，圧縮機10を運転する。これによって冷媒は, 圧縮機
10→屋外側熱交換器９→タンク内熱交換器20→膨脹弁26
→屋内側熱交換器８→圧縮機10の順に循環し，屋外側熱
交換器９とタンク内熱交換器20が凝縮器, 屋内側熱交換
器８が蒸発器として機能する。すなわち, 屋外側熱交換
器９とタンク内熱交換器20で外気および氷に放熱して冷
媒が凝縮し，屋内側熱交換器８では還気から抜熱して蒸
発し，給気を冷却する。これによって低温の氷に放熱す
るので圧縮機の定格動力あたりの冷房能力が向上する。
また氷が残存しなくなっても，低温の水に放熱し，さら
には外気にも放熱する。残氷がなくなるとタンク内の水
温は次第に上昇するが，外気より高温になれば，屋外側
熱交換器９で主として凝縮が起きるので冷房運転には差
支えはない。

【００１５】以上の製氷運転と冷房運転は冷房シーズン
に稼働することはいうまでもない。しかし中間期や冬期
においても，建物内発生熱によって冷房を必要とすると
きは適宜運転することができる。

【００１６】暖房シーズンにおいては，図５の夜間電力
を利用した温水蓄熱運転と図６の昼間の暖房運転を実施
する。先ず図５の温水蓄熱運転では，四方弁11を切換え
て圧縮機10の吐出管を管路24の方向に連結し，電磁弁ｂ
とｄを閉成し，電磁弁ａとｃを開く。これによって屋内
側熱交換器８と膨脹弁26の回路は閉鎖し，迂回管路25を
通じて圧縮冷媒が流れる。屋内側送風機18は停止し，屋
外側送風機14を稼働する。冷媒は, 圧縮機10→迂回管路
25→タンク内熱交換器20→膨脹弁28→屋外側熱交換器９
→圧縮機10の順に循環し，タンク内熱交換器20が凝縮
器, 屋外側熱交換器９が蒸発器として機能する。すなわ
ち,タンク内熱交換器20で水に放熱して冷媒が凝縮し，
屋外側熱交換器９では外気から抜熱して蒸発する。この
夜間電力を利用した運転によって，タンク内の水は昇温
し温水が安価に製造される。この温水を昼間の暖房時ま
で保存しておく。

【００１７】 暖房運転は，図６に示したように，四方
弁11は温水蓄熱運転と同じ位置であるが，電磁弁ａとｃ
を閉成し，電磁弁ｂとｄを開く。これによって屋内側熱
交換器８と膨脹弁26の回路が開き，迂回管路25が閉じ
る。屋内側送風機18と屋外側送風機14は共に稼働する。
冷媒は, 圧縮機10→屋内側熱交換器８→膨脹弁26→タン
ク内熱交換器20→屋外側熱交換器９→圧縮機10の順に循
環し，屋内側熱交換器８が凝縮器, タンク内熱交換器20
と屋外側熱交換器９が蒸発器として機能する。すなわ
ち, 屋内側熱交換器８で還気に放熱して冷媒が凝縮し給
気を加熱する。またタンク内熱交換器20と屋外側熱交換
器９では温水および外気から抜熱して冷媒が蒸発する。
このようにして，高温の温水から抜熱するので圧縮機の
定格動力あたりの暖房能力が向上する。やがてタンク内
の水温は低下するが，外気より低温になれば外気から抜
熱するので暖房運転に支障は生じない。

【００１８】

【発明の効果】以上のようにして本発明は，空気熱源の
パッケージ型冷暖房機のヒートポンプ回路に製氷器およ
び温水器のいずれにも機能する熱交換器を接続し，これ
によって製氷蓄熱と温水蓄熱を冷暖房機個別に行い得る
ようにしたから，通常の冷房運転と暖房運転のほかに，
安価な夜間電力を用いた製氷運転と温水製造運転を行う
ことができ，また冷・温蓄熱による冷暖房運転によって
圧縮機の冷暖房能力が高まるので，全体としてランニン
グコストが低廉になる。そして，この蓄熱式冷暖房装置
は，蓄熱機能と冷暖房機能が一体化した単品であり,空
調負荷の変動や個別空調の要求に応じて, 他の設備に支
障を与えることなく設置が自由にでき，しかもウオール
スルー型に構成したので，室内の有効スペースを専有す
るようなこともない。このようなことから，最近の個別
空調指向に好適な省エネルギー型の蓄熱式冷暖房装置が
提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従う蓄熱式冷暖房装置の設置状態を示
す正面図である。

【図２】本発明に従う蓄熱式冷暖房装置の設置状態を示
す平面図である。

【図３】本発明に従う蓄熱式冷暖房装置の内部機器の配
置と冷媒回路を示す図であり，製氷運転時の状態を示す
図である。

【図４】本発明に従う蓄熱式冷暖房装置の内部機器の配
置と冷媒回路を示す図であり，冷房運転時の状態を示す
図である。

【図５】本発明に従う蓄熱式冷暖房装置の内部機器の配
置と冷媒回路を示す図であり，温水製造運転時の状態を
示す図である。

【図６】本発明に従う蓄熱式冷暖房装置の内部機器の配
置と冷媒回路を示す図であり，暖房運転時の状態を示す
図である。

【符号の説明】

１ パッケージ型ヒートポンプ式冷暖房機 ２ 蓄熱タンク ３ 柱 ４ 壁面（外壁） ５ 外壁に設けた開口 ８ 屋内側熱交換器 ９ 屋外側熱交換器 10 圧縮機 11 四方弁 12 外気取入路 13 排気路 14 屋外側送風機 18 屋内側送風機 20 タンク内熱交換器 21 コイル 25 迂回管路 26 第一膨張弁 29 第二膨張弁 a,b,c,d 電磁弁

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パッケージ型ヒートポンプ式冷暖房機と
   蓄熱タンクとを組み合わせた一体品を柱と柱の間の壁面
   に設置し，該冷暖房機内の屋外側熱交換器に外気を通気
   させて排気するための外気取入通路と排気通路とを該壁
   面を通じて形成してなる冷暖房機であって，前記の蓄熱
   タンク内に水を装填すると共にこのタンク内水に浸漬す
   るように該ヒートポンプの冷媒を通す熱交換器を配置
   し，屋内側熱交換器を迂回してこのタンク内熱交換器に
   該冷媒が循環する迂回管路を切換え可能に形成し，冷媒
   回路切換用の四方弁を設けると共に，屋内側熱交換器と
   タンク内熱交換器との間の管路に第一膨張弁を，そして
   タンク内熱交換器と屋外側熱交換器との間の管路に第二
   膨張弁を，それぞれ迂回可能に配置し， 圧縮機→屋外側熱交換器→第二膨張弁→タンク内熱交換
   器→迂回管路→圧縮機の順に冷媒が循環する製氷運転， 圧縮機→屋外側熱交換器→タンク内熱交換器→第一膨張
   弁→屋内側熱交換器→圧縮機の順に冷媒が循環する冷房
   運転， 圧縮機→迂回管路→タンク内熱交換器→第二膨張弁→屋
   外側熱交換器→圧縮機の順に冷媒が循環する温水蓄熱運
   転，および 圧縮機→屋内側熱交換器→第一膨張弁→タン
   ク内熱交換器→屋外側熱交換器→圧縮機の順に冷媒が循
   環する暖房運転 を行う， 氷と温水の両蓄熱機能を備えた
   冷暖房装置。