JP3370478B2 - 冷暖房システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、夜間電力を利用して蓄
熱しながら冷暖房を行う冷暖房システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】上述のような冷暖房システムとしては、
従来一般に、図７の全体システム構成図に示すように構
成されたものがあった。この従来例では、建物の屋上な
どに、製氷装置０１と、それによって製氷された氷を蓄
える氷蓄熱槽０２とが設けられ、一方、建物の室内に、
冷房コイル０３と暖房コイル０４と送風ファン０５とを
備えた利用側熱交換器０６が設けられている。

【０００３】そして、氷蓄熱槽０２に冷水配管０７を介
して凝縮器０８が接続されるとともに、凝縮器０８と冷
房コイル０３とが冷房用冷媒配管０９を介して接続さ
れ、凝縮器０８と冷房コイル０３および冷房用冷媒配管
０９とにわたって、凝縮器０８での熱交換に伴って気体
から液体に相変化するとともに冷房コイル０３での熱交
換に伴って液体から気体に相変化する冷媒が密閉状態で
循環流動するように構成され、かつ、凝縮器０８と冷房
コイル０３との間に、液体に相変化した冷媒を冷房コイ
ル０３に移送するに足るヘッド差が備えられ、氷蓄熱槽
０２からの冷水を利用して冷媒を自然循環流動して冷房
を行えるように構成されている。

【０００４】また、製氷装置０１の排熱回収部に、建物
の地下などに設置された蒸発器０１０が温水配管０１１
を介して接続されるとともに、蒸発器０１０と暖房コイ
ル０４とが暖房用冷媒配管０１２を介して接続され、蒸
発器０１０と暖房コイル０４および暖房用冷媒配管０１
２とにわたって、蒸発器０１０での熱交換に伴って液体
から気体に相変化するとともに暖房コイル０４での熱交
換に伴って気体から液体に相変化する冷媒が密閉状態で
循環流動するように構成され、かつ、蒸発器０１０と暖
房コイル０４との間に、液体に相変化した冷媒を蒸発器
０１０に移送するに足るヘッド差が備えられ、製氷装置
０１での製氷に伴って排出される排熱によって得られる
温水を利用して冷媒を自然循環流動して暖房を行えるよ
うに構成されている。冷水配管０７および温水配管０１
１それぞれについては、図面上省略している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような従来例の冷暖房システムでは、利用側熱交換器０
６において、冷房および暖房それぞれに専用の冷房コイ
ル０３と暖房コイル０４とを備えて四管構成にしなけれ
ばならず、利用側熱交換器０６が高価になり、また、温
水を取り出すために、建物の屋上から地下などに至る大
掛かりな配管構成とポンプが必要で高価になり、システ
ム全体が高価になる欠点があった。

【０００６】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、合理的な構成の採用により、蓄熱しな
がら冷暖房を行う冷暖房システムを安価に構築できるよ
うにすることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述のような
目的を達成するために、ペリメータゾーンに第１の利用
側熱交換器を設けるとともに、インテリアゾーンに第２
の利用側熱交換器を設け、第１の利用側熱交換器と室外
側熱交換器と圧縮機とを、第１の冷媒を流動させる第１
の冷媒配管を介して接続し、その第１の冷媒配管に、第
１の利用側熱交換器と並列にバイパス配管を接続し、そ
のバイパス配管に、第１の冷媒を製氷用冷媒とするよう
に製氷装置を設けるとともに、製氷装置と氷蓄熱槽と凝
縮器とを接続し、凝縮器と第２の利用側熱交換器とを第
２の冷媒配管を介して接続し、凝縮器と第２の利用側熱
交換器および第２の冷媒配管とにわたって、凝縮器での
熱交換に伴って気体から液体に相変化するとともに第２
の利用側熱交換器での熱交換に伴って液体から気体に相
変化する冷媒を密閉状態で循環流動するように構成し、
かつ、凝縮器と第２の利用側熱交換器との間に、液体に
相変化した冷媒を第２の利用側熱交換器に移送するに足
るヘッド差を備え、かつ、製氷装置、圧縮機 、第１の利
用側熱交換器の順に第１の冷媒を流動し、前記製氷装置
による製氷とペリメータゾーンに対する暖房とを行う製
氷・暖房運転モードで運転可能に構成する。

【０００８】ペリメータゾーンに対し、夏場などにおい
ては、圧縮機、室外側熱交換器、第１の利用側熱交換器
の順に第１の冷媒を流動する冷房運転モードとし、ま
た、冬場などにおいては、圧縮機、第１の利用側熱交換
器、室外側熱交換器の順に第１の冷媒を流動する暖房運
転モードとし、そして、夜間においては、圧縮機、室外
側熱交換器、製氷装置の順に第１の冷媒を流動する蓄熱
運転モードとして、夜間電力利用により、製氷装置で氷
を作り、その氷を氷蓄熱槽に蓄えておくことができる
（請求項２）。

【０００９】（削除）

【００１０】また、圧縮機から室外側熱交換器に流動さ
せた第１の冷媒を、製氷装置と第１の利用側熱交換器に
並列に流動する製氷・冷房運転モードとすることによ
り、夏場の冷房負荷が急激に増大して氷蓄熱槽に蓄えら
れた氷が不足するような場合に、ペリメータゾーンに対
して冷房を行いながら、製氷装置で製氷して氷蓄熱槽に
氷を供給し、インテリアゾーンに対して追いかけ運転に
よる冷房を行うことができる（請求項３）。

【００１１】

【作用】本発明の冷暖房システムの構成によれば、冷房
は、インテリアゾーンおよびペリメータゾーンの両方に
行わないと効果が無いが、暖房はペリメータゾーンに対
してのみ行うだけで充分であることに着目し、そして、
ペリメータゾーンに対する冷暖房を、室外側熱交換器お
よび第１の利用側熱交換器に流す第１の冷媒の流動方向
を変えることにより行い、かつ、第１の冷媒を製氷装置
に対する冷媒として製氷装置で製氷した氷を氷蓄熱槽に
蓄え、インテリアゾーンに対する冷房を、氷蓄熱槽に蓄
えた氷を利用して第２の冷媒を凝縮器と第２の利用側熱
交換器との間で自然循環流動させることにより行うこと
ができる。また、製氷装置、圧縮機、第１の利用側熱交
換器の順に第１の冷媒を流動する製氷・暖房運転モード
とすることにより、夜明け前などにおいて、夜間電力利
用により製氷装置で製氷して氷蓄熱槽への蓄熱を行いな
がら、その製氷に伴って排出される排熱を利用してペリ
メータゾーンに対する暖房を行い、躯体を暖めておくこ
とができる。

【００１２】

【実施例】次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。

【００１３】図１は、本発明に係る冷暖房システムの実
施例を示す全体システム構成図であり、ペリメータゾー
ンに第１の利用側熱交換器１…が設けられ、その第１の
利用側熱交換器１…に圧縮機２が、第１の開閉弁Ｖ１を
介装した第１の配管Ｒ１を介して接続されるとともに、
圧縮機２に室外側熱交換器３が、第２および第３の開閉
弁Ｖ２，Ｖ３を介装した第２の配管Ｒ２を介して接続さ
れている。

【００１４】室外側熱交換器３に第１の利用側熱交換器
１…それぞれが、第４の開閉弁Ｖ４と第１の膨張弁Ｆ１
とを直列に接続した流路部分に第１の一方弁Ｃ１を並列
接続した流路を介装した第３の配管Ｒ３と、各第１の利
用側熱交換器１…それぞれに対する第５の開閉弁Ｖ５と
第２の膨張弁Ｆ２とを直列に接続した流路部分に第２の
一方弁Ｃ２を並列接続した流路を介装した第４の配管Ｒ
４とを介して接続されている。

【００１５】第１の配管Ｒ１における第１の開閉弁Ｖ１
と圧縮機２との間の箇所と、第２の配管Ｒ２における第
２の開閉弁Ｖ２と第３の開閉弁Ｖ３との間の箇所とが、
第６の開閉弁Ｖ６を介装した第５の配管Ｒ５を介して接
続され、第１の配管Ｒ１における第１の利用側熱交換器
１…と第１の開閉弁Ｖ１との間の箇所と、第２の配管Ｒ
２における圧縮機２と第２の開閉弁Ｖ２との間の箇所と
が、第７の開閉弁Ｖ７を介装した第６の配管Ｒ６を介し
て接続されている。第１の冷媒を流すための前記第１な
いし第６の配管Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６か
ら成る配管構成をして第１の冷媒配管と称する。

【００１６】第１の配管Ｒ１における第１の開閉弁Ｖ１
と圧縮機２との間の箇所と、第３の配管Ｒ３における第
４の開閉弁Ｖ４と第５の開閉弁Ｖ５との間の箇所とが、
第８の開閉弁Ｖ８を介装したバイパス配管Ｂ１を介して
接続され、そして、第２の配管Ｒ２に、第１の開閉弁Ｖ
１と並列に、第９の開閉弁Ｖ９と吸入圧力調整弁Ｖとを
介装した分岐配管Ｂ２が接続されている。

【００１７】バイパス配管Ｂ１に、第１の冷媒を製氷用
冷媒とするように製氷装置４が設けられ、この製氷装置
４に、ポンプ５を介装した第１の液配管Ｓ１と第２の液
配管Ｓ２とを介して氷蓄熱槽６が接続されるとともに、
第１の液配管Ｓ１に凝縮器７が接続され、製氷装置４に
ブラインを供給してブラインと氷とが混合した氷−ブラ
イン混合流体を生成するとともに、その氷−ブライン混
合流体を氷蓄熱槽１に蓄え、その氷を利用して得られた
冷水を凝縮器７に送るように構成されている。この凝縮
器７としては、第２の液配管Ｓ２に接続しても良い。こ
の第１の液配管Ｓ１や第２の液配管Ｓ２は、例えば、製
氷装置４に氷蓄熱槽６や凝縮器７を直結するとか氷蓄熱
槽６に凝縮器７を直結するなどによって適宜省略するこ
とも可能である。

【００１８】インテリアゾーンに第２の利用側熱交換器
８…が設けられるとともに、凝縮器７と第２の利用側熱
交換器８…とが、第１０の開閉弁Ｖ１０と第３の膨張弁
Ｆ３とを介装した第２の冷媒配管Ｈを介して接続されて
いる。

【００１９】凝縮器７と第２の利用側熱交換器８…およ
び第２の冷媒配管Ｈとにわたって、凝縮器７での熱交換
に伴って気体から液体に相変化するとともに第２の利用
側熱交換器８…での熱交換に伴って液体から気体に相変
化する第２の冷媒を密閉状態で循環流動するように構成
し、かつ、凝縮器７と第２の利用側熱交換器８…との間
に、液体に相変化した第２の冷媒を第２の利用側熱交換
器８…に移送するに足るヘッド差が備えられ、第２の冷
媒を自然循環流動させ、氷蓄熱槽６で蓄えた氷を利用し
て第２の利用側熱交換器８…で冷房を行えるように構成
されている。第２の冷媒としては、例えば、塩素の無い
無害なフロンガスＲ２２やフロンガスＲ１３４Ａなどが
用いられる。

【００２０】第１および第２の利用側熱交換器１…，８
…それぞれは、熱交換用コイル９と送風ファン１０とを
備えて構成されている。上記実施例において、冷媒液を
溜める受液器、アキュムレータ、吸入熱交換器など、圧
力調整などのために備えられる公知の構成部材について
は省略している。

【００２１】以上の構成により、第１ないし第１０の開
閉弁Ｖ１，…，Ｖ１０それぞれを人為的あるいは自動的
に開閉操作して、冷房運転モード、暖房運転モード、蓄
熱運転モード、製氷・暖房運転モード、製氷・冷房運転
モードそれぞれが得られるようになっており、次に説明
する。図２ないし図６において、白抜きの開閉弁は、開
き状態で第１の冷媒を流動する状態を示し、一方、黒く
塗りつぶした開閉弁は、閉じ状態（開き状態でも実質的
に第１の冷媒が流動しない状態を含む）で第１の冷媒を
流動しない状態を示している。

【００２２】（１）冷房運転モード 図２の要部のシステム構成図に示すように、第４および
第６ないし第９の開閉弁Ｖ４，Ｖ６，Ｖ７，Ｖ８，Ｖ９
を閉じ、圧縮機２→第２の配管Ｒ２→室外側熱交換器３
→第３の配管Ｒ３→第４の配管Ｒ４→第１の利用側熱交
換器１…→第１の配管Ｒ１→圧縮機２の順に第１の冷媒
を循環流動させ、ペリメータゾーンに対する冷房を行
う。このとき、第１０の開閉弁Ｖ１０を開くことによ
り、凝縮器７と第２の利用側熱交換器８…とにわたって
第２の冷媒を自然循環流動させ、適宜、インテリアゾー
ンに対する冷房を行う。

【００２３】（２）暖房運転モード 図３の要部のシステム構成図に示すように、第１、第
２、第５、第８および第９の開閉弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ５，
Ｖ８，Ｖ９を閉じ、圧縮機２→第２の配管Ｒ２の一部→
第６の配管Ｒ６→第１の配管Ｒ１の一部→第１の利用側
熱交換器１…→第４の配管Ｒ４→第３の配管Ｒ３→室外
側熱交換器３→第２の配管Ｒ２の一部→第５の配管Ｒ５
→第１の配管Ｒ１の一部→圧縮機２の順に第１の冷媒を
流動させ、ペリメータゾーンに対する暖房を行う。この
とき、第１０の開閉弁Ｖ１０を開くことにより、凝縮器
７と第２の利用側熱交換器８…とにわたって第２の冷媒
を自然循環流動させ、適宜、インテリアゾーンに対する
冷房を行う。

【００２４】（３）蓄熱運転モード 図４の要部のシステム構成図に示すように、第４ないし
第７および第９の開閉弁Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６，Ｖ７，Ｖ９
を閉じ、第１の利用側熱交換器１…に溜まっている第１
の冷媒を吸い上げながら、圧縮機２→第２の配管Ｒ２→
室外側熱交換器３→第３の配管Ｒ３→バイパス配管Ｂ１
→製氷装置４→バイパス配管Ｂ１→第１の配管Ｒ１の一
部→圧縮機２の順に第１の冷媒を流動し、夜間などにお
いて、夜間電力を用い、製氷装置４により氷を生成する
とともに、その生成した氷を氷蓄熱槽６に蓄える。

【００２５】（４）製氷・暖房運転モード 図５の要部のシステム構成図に示すように、第１ないし
第６および第９の開閉弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ
５，Ｖ６，Ｖ９を閉じ、圧縮機２→第２の配管Ｒ２の一
部→第６の配管Ｒ６→第１の配管Ｒ１の一部→第１の利
用側熱交換器１…→第４の配管Ｒ４→バイパス配管Ｂ１
→製氷装置４→バイパス配管Ｂ１→第１の配管Ｒ１の一
部→圧縮機２の順に第１の冷媒を流動し、夜間電力の時
間帯のうちの朝方に近い所定の時間帯などにおいて、夜
間電力を用い、製氷装置４により氷を生成するととも
に、その生成した氷を氷蓄熱槽６に蓄え、かつ、製氷に
伴って排出される排熱を利用して第１の冷媒を加熱し、
ペリメータゾーンに対する暖房を行い、躯体を暖める、
いわゆる躯体蓄熱を行う（このような躯体蓄熱の考え方
は、特開平１−２０８６４５号公報に示されている）。
この製氷・暖房運転モードでの運転を行うことにより、
製氷に伴って排出される排熱を用いて暖房を行うのみな
らず、第１の冷媒からの放熱を室外側熱交換器３で行わ
ずに済み、しかも、躯体蓄熱のために通常時の電力によ
って室外側熱交換器３を駆動せずに済み、大幅にランニ
ングコストを低減できる利点がある。

【００２６】（５）製氷・冷房運転モード 図６の要部のシステム構成図に示すように、第１、第
４、第６および第７の開閉弁Ｖ１，Ｖ４，Ｖ６，Ｖ７を
閉じ、圧縮機２→第２の配管Ｒ２→室外側熱交換器３→
第３の配管Ｒ３→［第４の配管Ｒ４→第１の利用側熱交
換器１…→第１の配管Ｒ１の一部→分岐配管Ｂ２］およ
び［バイパス配管Ｂ１→製氷装置４→バイパス配管Ｂ
１］→第１の配管Ｒ１の一部→圧縮機２の順に第１の冷
媒を流動し、第１の冷媒を第１の利用側熱交換器１…お
よび製氷装置４それぞれに並列に流動させ、ペリメータ
ゾーンに対する冷房と製氷とを同時に行う。この製氷・
冷房運転モードでの運転を行うことにより、夏場に冷房
負荷が急激に増大して氷蓄熱槽６に蓄えた氷で賄いきれ
ないような場合でも、インテリアゾーンに対して製氷し
ながら冷房運転を行う、いわゆる追いかけ運転を行うこ
とができ、氷蓄熱槽６として、極端に大きい冷房負荷ま
でをも考慮して大型のものを設置せずに済み、イニシャ
ルコストを低減できる利点がある。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の冷暖房シ
ステムによれば、ペリメータゾーンに対する冷暖房を、
圧縮機から室外側熱交換器および第１の利用側熱交換器
それぞれに流す第１の冷媒の方向を変えることにより行
うから、第１の利用側熱交換器において、冷房用コイル
と暖房用コイルとを備えずにひとつの熱交換用コイルを
共用でき、第１の利用側熱交換器自体を構成簡単でコン
パクトにできるとともに、第１の利用側熱交換器に接続
する配管本数を半減できて配管構成をも簡単にできるよ
うになった。

【００２８】一方、インテリアゾーンにおける冷房を、
主として、夜間電力利用によって氷蓄熱槽に蓄えた氷を
利用して行い、しかも、凝縮器と第２の利用側熱交換器
との間に所定のヘッド差を設けて第２の冷媒を自然循環
流動するから、インテリアゾーンに対する冷房を行う上
で冷媒循環用のポンプなどの駆動装置が不用であり、構
成を簡単にできるとともにランニングコストを低減でき
るようになった。これらのことから、全体として、合理
的な構成の採用により、蓄熱しながら冷暖房を行う冷暖
房システムを安価に構築できるようになった。

【００２９】更に、第１の冷媒を製氷装置における製氷
用の冷媒としているから、例えば、冬場などにおいて、
ペリメータゾーンでは暖房を必要とするが、インテリア
ゾーンでは、コンピュータなどのＯＡ機器使用のために
冷房を必要とするといったときに、夜間電力利用により
製氷して氷蓄熱槽に氷を蓄える場合に、その製氷運転時
間を夜間電力時間帯の早朝側に設定するなどにより、製
氷装置から排出される排熱を第１の冷媒の加熱に利用し
てペリメータゾーンに対する暖房を行い、躯体を暖めて
蓄熱でき、室外側熱交換器を用いての暖房負荷を低減で
きてランニングコストを一層低減できるようになった。

【００３０】また、請求項３に係る発明の冷暖房システ
ムによれば、例えば、夏場などにおいて、インテリアゾ
ーンでの冷房負荷が急激に増大しても、製氷装置で製氷
して氷蓄熱槽に氷を供給し、インテリアゾーンに対する
追いかけ運転を行うことができるから、冷房負荷の急激
な増大に対応するために、ペリメータゾーンでの冷房能
力を高くする必要が無く、室外側熱交換器や圧縮機など
を大型化せずに済み、イニシャルコストを低減できるよ
うになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る冷暖房システムの実施例を示す全
体システム構成図である。

【図２】冷房運転モードを説明するための要部のシステ
ム構成図である。

【図３】暖房運転モードを説明するための要部のシステ
ム構成図である。

【図４】蓄熱運転モードを説明するための要部のシステ
ム構成図である。

【図５】製氷・暖房運転モードを説明するための要部の
システム構成図である。

【図６】製氷・冷房運転モードを説明するための要部の
システム構成図である。

【図７】従来例を示す全体システム構成図である。

【符号の説明】

１…第１の利用側熱交換器 ２…圧縮機 ３…室外側熱交換器 ４…製氷装置 ６…氷蓄熱槽 ７…凝縮器 ８…第２の利用側熱交換器 Ｂ１…バイパス配管 Ｈ…第２の冷媒配管 Ｒ１…第１の配管（第１の冷媒配管） Ｒ２…第２の配管（第１の冷媒配管） Ｒ３…第３の配管（第１の冷媒配管） Ｒ４…第４の配管（第１の冷媒配管） Ｒ５…第５の配管（第１の冷媒配管） Ｒ６…第６の配管（第１の冷媒配管）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−280771（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−265178（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−26672（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−256483（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−32265（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F24F 5/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ペリメータゾーンに第１の利用側熱交換
   器を設けるとともに、インテリアゾーンに第２の利用側
   熱交換器を設け、前記第１の利用側熱交換器と室外側熱
   交換器と圧縮機とを、第１の冷媒を流動させる第１の冷
   媒配管を介して接続し、前記第１の冷媒配管に、前記第
   １の利用側熱交換器と並列にバイパス配管を接続し、前
   記バイパス配管に、第１の冷媒を製氷用冷媒とするよう
   に製氷装置を設けるとともに、前記製氷装置と氷蓄熱槽
   と凝縮器とを接続し、前記凝縮器と前記第２の利用側熱
   交換器とを第２の冷媒配管を介して接続し、前記凝縮器
   と前記第２の利用側熱交換器および前記第２の冷媒配管
   とにわたって、前記凝縮器での熱交換に伴って気体から
   液体に相変化するとともに前記第２の利用側熱交換器で
   の熱交換に伴って液体から気体に相変化する冷媒を密閉
   状態で循環流動するように構成し、かつ、前記凝縮器と
   前記第２の利用側熱交換器との間に、液体に相変化した
   冷媒を前記第２の利用側熱交換器に移送するに足るヘッ
   ド差を備え、かつ、前記製氷装置、前記圧縮機、前記第
   １の利用側熱交換器の順に第１の冷媒を流動し、前記製
   氷装置による製氷と前記ペリメータゾーンに対する暖房
   とを行う製氷・暖房運転モードで運転可能に構成したこ
   とを特徴とする冷暖房システム。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の冷暖房システムにおい
   て、圧縮機、室外側熱交換器、第１の利用側熱交換器の
   順に第１の冷媒を流動する冷房運転モードと、圧縮機、
   第１の利用側熱交換器、室外側熱交換器の順に第１の冷
   媒を流動する暖房運転モードと、圧縮機、室外側熱交換
   器、製氷装置の順に第１の冷媒を流動する蓄熱運転モー
   ドとに切り換え可能に構成してある冷暖房システム。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の冷暖房システ
   ムにおいて、第１の冷媒を圧縮機から室外側熱交換器に
   流動させた後に第１の利用側熱交換器および製氷装置そ
   れぞれに並列に流動させる製氷・冷房運転モードに切り
   換え可能に構成してある冷暖房システム。