JP3831529B2 - 空気調和装置の氷蓄熱ユニット - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気調和装置の氷蓄熱ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、図５に示すように、圧縮機１、熱源側熱交換器２、四方弁３及び電動膨張弁４を備えた熱源側ユニット５と、氷蓄熱槽６内にコイル７が水没状態で配設されてコイル７外周に氷４８が形成可能な氷蓄熱ユニット８と、利用側熱交換器９を備えた利用側ユニット１０とを有し、製氷運転、放冷冷房運転、通常冷房運転を実施可能とする空気調和装置１１が知られている。
【０００３】
製氷運転は、圧縮機１からのガス冷媒が熱源側熱交換器２を経て液冷媒となり、その後に電動膨張弁４を通り、氷蓄熱槽６内のコイル７に流入して蒸発し、この氷蓄熱槽６内で製氷動作が実施された後、ガス冷媒が圧縮機１へ戻されて実施される。氷蓄熱槽６内では、コイル７の外周に付着して氷が形成される。
放冷冷房運転は、熱源側ユニット５の圧縮機１を停止させ、氷蓄熱ユニット８に設置されて冷媒を圧送する液ポンプ又はガスポンプなどの循環ポンプ１２（図３では液冷媒を圧送する液ポンプ）を稼働させることによりなされている。つまり、循環ポンプ１２の稼働により、氷蓄熱ユニット８における氷蓄熱槽６のコイル７内で、氷４８に蓄熱された冷熱を吸収して凝縮した液冷媒が利用側熱交換器９へ圧送され、この利用側熱交換器９において液冷媒が蒸発して、この蒸発潜熱と氷４８の冷熱の放熱とにより放冷冷房運転が実施される。
【０００４】
通常冷房運転は、圧縮機１から熱源側熱交換器２へ導かれて液冷媒となった冷媒を、氷蓄熱槽６のコイル７内へ流すことなく、利用側熱交換器９へ供給して液冷媒を蒸発し、この蒸発潜熱により実施される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の空気調和装置１１では、図６に示すように、放冷冷房運転時に氷蓄熱ユニット８のコイル７内を流れる冷媒１３へ、コイル７の外周に形成された氷１４から冷熱が伝熱されて、冷媒１３が凝縮され冷却される。この時、コイル７外周の氷１４が溶けて、コイル７と氷１４との間に水柱１５が形成される。この水柱１５の水は４℃〜６℃であり、温度変化が小さいので対流が発生しにくく停滞してしまう。このため、氷１４からの冷熱は、水柱１５の水を介しコイル７内の冷媒１３へ熱伝導によって伝熱されることになり、氷蓄熱槽６におけるコイル７内の冷媒１３と氷１４との伝熱性能が低下してしまう。
【０００６】
この状態では、氷蓄熱槽６内における氷１４の外側の水を強制的に対流させても、氷蓄熱ユニット８におけるコイル７内の冷媒１３と氷１４との伝熱性能を向上させることができない。
【０００７】
そこで、ポンプ及び熱交換器を用い、氷蓄熱ユニット８へ流入し又は氷蓄熱ユニット８から流出した冷媒と、氷蓄熱槽６内の水４７とを熱交換して、氷蓄熱槽６内の氷１４の冷熱を冷媒１３へ伝熱させるものが採用されている。しかし、この場合にはコストが上昇してしまう。
【０００８】
本発明の課題は、上述の事情を考慮してなされたものであり、低コストにて伝熱性能を向上させることができる空気調和装置の氷蓄熱ユニットを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、内部に冷媒が流動可能で縦方向に蛇行したコイルが氷蓄熱槽内に水没状態で配設されて、この流動する冷媒によって上記コイル外周に氷が形成可能な空気調和装置の氷蓄熱ユニットにおいて、上記氷蓄熱槽内に略水平に配設されこのコイルに交差しつつこのコイルとは隙間を保つための穴が設けられ前記氷蓄熱槽を複数の室に区画する仕切板と、この仕切板によって区画された各室に配置されつつ夫々上記コイルに交差し且つ当該コイル近傍に配設され、当該コイル外周の氷の冷熱が当該コイル内の冷媒に伝熱されて上記氷が溶け、当該コイルと上記氷との間に水柱が形成された際、上記氷を溶かして、当該氷外周から上記水柱へ貫通する融氷孔を形成可能とする融氷手段と、上記氷蓄熱槽の上記室のいずれか一方から上記融氷孔並びに前記仕切板の穴を経て上記水柱内へ流体を供給し、当該水柱の水を前記コイルに沿って運動可能とする運動手段とを有することを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記融氷手段は、氷蓄熱槽内のコイルに流入する前の冷媒を導く融氷パイプであることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、上記運動手段は、流体としての水４７を氷蓄熱槽の一方の室から他方の室へ圧送するポンプであり、上記他方の室から融氷孔を経て水柱内へ水４７を供給し、上記水柱の水４７をコイルに沿って流動可能とするものであることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、上記運動手段は、流体としての気泡を氷蓄熱槽の一方の室から融氷孔を経て水柱内へ供給し、当該水柱の水４７を攪拌可能とするものであることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項１又は３に記載の発明には、次の作用がある。
【００１４】
コイル外周に形成された氷４８からの冷熱がコイル内を流れる冷媒に伝熱されて氷４８が溶け、コイルと氷４８との間に水柱が形成された際、運動手段が、融氷手段により氷４８に形成された融氷孔並びに仕切板の穴を経て、氷蓄熱槽のいずれか一方の室から水柱内へ流体を供給し、この水柱の水を運動させることから、この運動する水により、コイル内の冷媒と氷４８との間における伝熱性能を向上させることができる。
【００１５】
また、コイルが配設された氷蓄熱槽に、この氷蓄熱槽を区画する仕切板と、コイル近傍に交差して配設された融氷手段と、氷蓄熱槽のいずれか一方の室からコイルと氷４８との間に形成された水柱内へ流体を供給して、水柱の水を運動させる運動手段とを装備して、本発明の氷蓄熱ユニットが構成されたことから、現状の氷蓄熱ユニットに簡単な部品を追加すれば足りるので、コストの上昇を抑制できる。
【００１６】
請求項２に記載の発明には、次の作用がある。
【００１７】
融氷手段が、氷蓄熱槽内のコイルへ流入する前の冷媒を導く融氷パイプであることから、氷を溶かして融氷孔を形成するために特別な加熱源を必要としないので、コストをより一層低減できる。
【００１８】
請求項４に記載の発明には、次の作用がある。
【００１９】
運動手段が、気泡を水柱内へ供給して、この水柱の水を攪拌可能とするものであることから、氷蓄熱槽の一方の室に気泡発生部を備えれば足りるので、コストをより一層低減できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
［Ａ］第一の実施の形態
図１は、本発明に係る空気調和装置の氷蓄熱ユニットにおける第一の実施の形態が適用された空気調和装置を示す管路図である。
【００２２】
この図１に示す空気調和装置２０は、熱源側ユニット２１、氷蓄熱ユニット２２及び利用側ユニット２３を有して構成される。熱源側ユニット２１の冷媒配管２４が、氷蓄熱ユニット２２の冷媒配管２５、２６を介して利用側ユニット２３の冷媒配管２７に接続される。
【００２３】
熱源側ユニット２１は、冷媒配管２４に圧縮機２８、四方弁２９、熱源側熱交換器３０及び電動膨張弁３１が順次接続されて構成される。また、利用側ユニット２３は、冷媒配管２７に利用側熱交換器３２及び電動膨張弁３３が配設されて構成され、この電動膨張弁３３は、空調負荷に応じて開度が調整される。
【００２４】
氷蓄熱ユニット２２は、コイル３４を収容した氷蓄熱槽３５を備えると共に、冷媒配管２５に第１開閉弁３６が、冷媒配管２６に第２開閉弁３７がそれぞれ配設される。更に、冷媒配管２５には、第１開閉弁３６の配設位置よりも利用側ユニット２３側に、接続配管３８を介してコイル３４の一端が接続され、この接続配管３８に電動膨張弁３９が配設される。また、コイル３４の他端は、第３開閉弁４０を備えた接続配管４１を介して、冷媒配管２６における第２開閉弁３７配設位置の利用側ユニット２３側に接続される。
【００２５】
氷蓄熱槽３５には水４７が充満され、コイル３４はこの氷蓄熱槽３５内に水没状態で配設される。このコイル３４内には、空気調和装置２０の製氷運転時に熱源側熱交換器３０から液冷媒が流入して蒸発し、これにより、コイル３４の外周に氷４８（図２）が付着して形成される。
【００２６】
上記接続配管３８には、電動膨張弁３９とコイル３４との間に、二股に分岐する分岐配管４２を介して２個のサージタンク４３Ａ及び４３Ｂが並列状態で接続される。これらのサージタンク４３Ａ、４３Ｂが合流配管４４を介して、冷媒配管２５における第１開閉弁３６配設位置と接続配管３８接続位置との間に接続される。これにより、サージタンク４３Ａ及び４３Ｂは、氷蓄熱槽３５内のコイル３４と利用側熱交換器３２との間に配設されて、氷蓄熱槽３５内の氷４８に蓄熱された冷熱により凝縮された液冷媒が貯溜可能に設けられる。
【００２７】
分岐配管４２には、サージタンク４３Ａ、４３Ｂの流入側に流入側逆止弁４５Ａ、４５Ｂが、また、合流配管４４には、サージタンク４３Ａ、４３Ｂの流出側に流出側逆止弁４６Ａ、４６Ｂがそれぞれ配設されている。これらの流入側逆止弁４５Ａ、４５Ｂは、氷蓄熱槽３５のコイル３４からサージタンク４３Ａ、４３Ｂへのみ流れる冷媒の流れを許容し、流出側逆止弁４６Ａ、４６Ｂは、サージタンク４３Ａ、４３Ｂから利用側熱交換器３２側へのみ流れる冷媒の流れを許容する。
【００２８】
サージタンク４３Ａ及び４３Ｂは、第１配管５１、第２配管５２、第３配管５３及び第４配管５４を介して、四方弁５５及び小容量圧縮機５６に接続される。第１配管５１、第２配管５２、第３配管５３及び第４配管５４は、それぞれの一端が四方弁５５の各ポートに接続されると共に、第１配管５１、第２配管５２の他端が小容量圧縮機５６の吐出口と吸込口にそれぞれ接続される。また、第３配管５３、第４配管５４の他端がサージタンク４３Ａ、４３Ｂにそれぞれ接続される。
【００２９】
四方弁５５の切り換え操作により、第１配管５１及び第３配管５３が連通し、且つ第２配管５２及び第４配管５４の連通するＡ側切換と、第１配管５１及び第４配管５４の連通し、且つ第２配管５２及び第３配管５３の連通するＢ側切換とが選択的に切り換えられる。また、小容量圧縮機５６は、熱源側ユニット２１における圧縮機２８よりも小さな容量（１／１０〜１／２０）の圧縮機であり、空気調和装置２０の放冷冷房運転時にのみ稼働される。この小容量圧縮機５６から吐出される冷媒は、熱源側ユニット２１の圧縮機２８から吐出される冷媒と同一組成である。
【００３０】
上記四方弁５５のＡ側切換又はＢ側切換への操作により、小容量圧縮機５６からの高圧ガス冷媒がサージタンク４３Ａ又は４３Ｂ内へ交互に供給可能に構成される。これにより、サージタンク４３Ａ、４３Ｂ内に貯溜された液冷媒が利用側熱交換器３２へ圧送可能に構成される。
【００３１】
さて、上記氷蓄熱ユニット２２は、前述の如く、氷蓄熱槽３５、コイル３４、サージタンク４３Ａ及び４３Ｂ、小容量圧縮機５６並びに四方弁５５を有すほか、仕切板６１、融氷手段としての融氷パイプ６２及び６３、並びに運動手段としてのポンプ６４（図２）を備える。
【００３２】
上記仕切板６１は、図２にも示すように、氷蓄熱槽３５の下方に水平状態で配設されると共に、上下方向に蛇行するコイル３４の下部に交差して、氷蓄熱槽３５内を上室６５と下室６６とに区画する。具体的には、コイル３４の下部は、仕切板６１に形成された長穴を貫通して下室６６内に至る。
【００３３】
上記融氷パイプ６２は、氷蓄熱槽３５の上室６５内に配設され、上下方向に蛇行するコイル３４の上端部近傍で、このコイル３４上端部に交差して配置される。また、上記融氷パイプ６３は、下室６６内に配設され、コイル３４の下端部近傍で、このコイル３４下端部に交差して配置される。
【００３４】
これらの融氷パイプ６２及び６３は、図１に示すように、連結配管６７にて連結される。更に、融氷パイプ６２は、逆止弁６８を備えた融氷接続管６９を介して接続配管４１に接続される。また、融氷パイプ６３は、逆止弁７０を備えた融氷接続管７１を介して接続配管３８に接続される。
【００３５】
逆止弁６８は、利用側熱交換器３２側から第３開閉弁４０を経て融氷パイプ６２へ流れる冷媒の流れのみを許容する。また、逆止弁７０は、融氷パイプ６３から融氷接続管７１を経て接続配管３８及び分岐配管４２側へ流れる冷媒の流れのみを許容する。従って、融氷パイプ６２及び６３には、空気調和装置２０の放冷冷房運転時（後述）に、利用側熱交換器３２にて蒸発されて氷蓄熱槽３５のコイル３４へ流れる前の冷媒の一部が導入される。なお、逆止弁６８、逆止弁７０はいずれか一方のみが配置されていてもよい。
【００３６】
空気調和装置２０の製氷運転時（後述）には、氷蓄熱槽３５のコイル３４外周に氷４８が付着して形成される。空気調和装置２０の放冷冷房運転時には、利用側熱交換器３２からコイル３４内を流れる冷媒に上記氷４８の冷熱が伝熱され、この結果、氷４８のコイル３４外周側が溶けて、図２及び図３に示すように、コイル３４と氷４８との間に水柱４９が形成される。上記融氷パイプ６２と６３は、空気調和装置２０の放冷冷房運転時に、利用側熱交換器３２からのガス冷媒が導入されることにより、周囲の氷４８を溶かし、氷４８外周から水柱４９へ向かって貫通する上融氷孔７２と下融氷孔７３とをそれぞれ形成する。
【００３７】
前記ポンプ６４は、その一端が、氷蓄熱槽３５の下室６６に連結され、他端が上室６５上方又は上室６５内に位置する圧送配管７４に配設される。ポンプ６４は、空気調和装置２０の放冷冷房運転時に駆動されて、氷蓄熱槽３５の下室６６内の水４７を上室６５内へ圧送する。氷蓄熱槽３５内が仕切板６１により区画されているので、ポンプ６４の駆動により、上室６５内の水４７が氷４８の上融氷孔７２を経て水柱４９内へ流入し、これにより、この水柱４９の水４７は、コイル３４に沿って上方から下方へ流動し、氷４８の下融氷孔７３を経て下室６６内へ流出する。
【００３８】
このように、水柱４９の水４７を強制的に流動させることにより、氷蓄熱槽３５におけるコイル３４内の冷媒と氷４８との間の熱伝達率が上昇し、空気調和装置２０の放冷冷房運転時において、氷蓄熱槽３５のコイル３４を流れる冷媒の凝縮効率が向上する。
【００３９】
次に、空気調和装置２０の製氷運転、放冷冷房運転、通常冷房運転を説明する。
【００４０】
［Ａ］製氷運転
空気調和装置２０の製氷運転は、例えば、夜間１０時から翌朝８時までの電力料金の安い時間帯に、熱源側熱交換器３０からの液冷媒を氷蓄熱槽３５のコイルコイル３４内へ供給し、氷蓄熱槽３５内に氷を作る運転である。
【００４１】
この場合には、電動膨張弁３３が閉弁され、第１開閉弁３６、第２開閉弁３７、第３開閉弁４０及び電動膨張弁３９が開弁操作される。
【００４２】
この状態で、熱源側ユニット２１の圧縮機２８が稼働されると、この圧縮機２８から吐出されたガス冷媒は、熱源側熱交換器３０にて凝縮され、電動膨張弁３１及び３９を経て減圧され、氷蓄熱槽３５のコイル３４内へ流入する。このコイル３４内に流入した冷媒は蒸発して、コイル３４の外周に氷を付着した状態で形成する。その後、コイル３４内のガス冷媒は接続配管４１及び冷媒配管２６を経て四方弁２９へ至り、圧縮機２８に戻される。
【００４３】
［Ｂ］放冷冷房運転
空気調和装置２０の放冷冷房運転は、例えば、昼間気温が上昇する時間帯に、氷蓄熱槽３５のコイル３４内で氷の冷熱により液化されてサージタンク４３Ａ、４３Ｂ内に貯溜された液冷媒を、このサージタンク４３Ａ、４３Ｂから利用側熱交換器３２へ圧送することにより実施される。
【００４４】
この場合には、第１開閉弁３６、第２開閉弁３７及び電動膨張弁３９が閉弁され、電動膨張弁３３及び第３開閉弁４０が開弁操作される。また、熱源側ユニット２１の圧縮機２８は、製氷運転終了後の停止状態にある。
【００４５】
この状態で、小容量圧縮機５６が稼働され、四方弁５５がＡ側切換とＢ側切換に交互に切り換えられる。例えば、四方弁５５がＡ側切換のときには、小容量圧縮機５６から吐出された高圧ガス冷媒を、第１配管５１及び第３配管５３を経てサージタンク４３Ａ内へ導き、これにより、このサージタンク４３Ａ内の貯溜液冷媒が流出側逆止弁４６Ａ、合流配管４４、冷媒配管２５及び２７を経て利用側熱交換器３２内へ流入する。サージタンク４３Ａ内に貯溜した液冷媒は、氷蓄熱槽３５のコイル３４内を通り、氷蓄熱槽３５内の氷に蓄熱された冷熱により凝縮された液冷媒であるため、利用側熱交換器３２内で蒸発することにより、上記氷の冷熱の放熱（放冷）と蒸発潜熱とにより室内を効率的に冷却する。
【００４６】
利用側熱交換器３２にて蒸発したガス冷媒は、接続配管４１及び第３開閉弁４０を経て氷蓄熱槽３５のコイル３４内へ流入し、上述の如く、氷蓄熱槽３５内の氷により凝縮して液冷媒となって、流入側逆止弁４５Ｂを経てサージタンク４３Ｂ内へ流入する。
【００４７】
この時、サージタンク４３Ａ内が高圧であるため、氷蓄熱槽３５のコイル３４内の液冷媒は、サージタンク４３Ａ内へ流れることなくサージタンク４３Ｂ内へ流れる。同様に、サージタンク４３Ｂ内がサージタンク４３Ａに比べて低圧であるため、サージタンク４３Ｂ内の貯溜冷媒が流出側逆止弁４６Ｂを経て利用側熱交換器３２側へ流出することもない。
【００４８】
サージタンク４３Ａ内の貯溜液冷媒が空になる前後に、四方弁５５がＢ側切換されて、小容量圧縮機５６から吐出された高圧ガス冷媒を、第１配管５１及び第４配管５４を経てサージタンク４３Ｂ内へ導く。すると、サージタンク４３Ｂ内に貯溜された液冷媒が、流出側逆止弁４６Ｂ、合流配管４４、冷媒配管２５、２７及び電動膨張弁３３を経て利用側熱交換器３２へ流入し蒸発して、前述と同様に、放冷及び蒸発潜熱により室内を効率的に冷房する。この利用側熱交換器３２からのガス冷媒は、接続配管４１及び第３開閉弁４０を経て氷蓄熱槽３５のコイル３４内で氷の冷熱により凝縮されて液冷媒となり、分岐配管４２及び流入側逆止弁４５Ａを経てサージタンク４３Ａ内へ流入する。
【００４９】
サージタンク４３Ｂ内の貯溜液冷媒が空になる前後に、四方弁５５をＡ側切換とし、サージタンク４３Ａ内の貯溜液冷媒が空になる前後に、四方弁をＢ側切換として、上述の動作を繰り返し、放冷冷房運転を継続させる。
【００５０】
この放冷冷房運転中に、利用側熱交換器３２にて蒸発されたガス冷媒の一部が、逆止弁６８を経て融氷パイプ６２及び６３内へ導入されると共に、ポンプ６４が駆動される。これにより、氷蓄熱槽３５のコイル３４外周に形成された氷４８に上融氷孔７２及び下融氷孔７３が形成され、氷蓄熱槽３５の上室６５内の水４７が上融氷孔７２を経て、コイル３４と氷４８との間の水柱４９内へ流入し、この水柱４９内の水が下融氷孔７３を経て氷蓄熱槽３５の下室６６内へ流出する。この結果、水柱４９内で水が強制的に流動し、コイル３４を流れる冷媒と氷４８との間の熱伝達率が上昇して、氷４８の冷熱がコイル３４内の冷媒へ効率的に伝熱される。
【００５１】
［Ｃ］通常冷房運転
空気調和装置２０の通常冷房運転は、氷蓄熱槽３５内の氷に蓄熱された冷熱を利用しないで実施される冷房運転であり、電動膨張弁３９及び第３開閉弁４０が閉弁され、第１開閉弁３６、第２開閉弁３７並びに電動膨張弁３１及び３３が開弁操作される。
【００５２】
この状態で、圧縮機２８が稼働されると、この圧縮機２８から吐出されたガス冷媒は、熱源側熱交換器３０にて凝縮され、電動膨張弁３１、冷媒配管２５及び電動膨張弁３３を経て利用側熱交換器３２へ流入し、この利用側熱交換器３２にて蒸発して、蒸発潜熱により室内を冷房した後、冷媒配管２６及び四方弁２９を経て圧縮機２８へ戻される。
【００５３】
上記実施の形態の空気調和装置２０は、上述のように構成されたことから、次の効果▲１▼〜▲３▼を奏する。
【００５４】
▲１▼氷蓄熱槽３５内のコイル３４外周に形成された氷４８からの冷熱がコイル３４内を流れる冷媒に伝熱されて氷４８が溶け、コイル３４と氷４８との間に水柱４９が形成された際、ポンプ６４が、融氷パイプ６２及び６３により氷４８に形成された上融氷孔７２及び下融氷孔７３を経て、氷蓄熱槽３５の上室６５から水柱４９内へ水４７を供給し、この水柱４９の水４７を流動させることから、この流動する水４７によって、コイル３４内の冷媒と氷４８との間における伝熱性能を向上させることができ、その結果、コイル３４を流れる冷媒の凝縮効率を向上させることができる。
【００５５】
▲２▼コイル３４が配設された氷蓄熱槽３５に、この氷蓄熱槽３５を区画する仕切板６１と、コイル３４近傍に交差して配設された融氷パイプ６２及び６３と、氷蓄熱槽３５の上室６５から上融氷孔７２を経て水柱４９内へ水４７を供給し、この水柱４９の水を流動させるポンプ６４とを装備して、氷蓄熱ユニット８０におけるコイル３４内の冷媒と氷４８との伝熱性能を向上させたことから、現状の氷蓄熱ユニットに簡単な部品を追加すれば足りるので、コストの上昇を抑制できる。
【００５６】
▲３▼融氷パイプ６２及び６３には利用側熱交換器３２から氷蓄熱槽３５内のコイル３４へ流入する前の冷媒が導入されることから、氷４８を溶かして上融氷孔７２及び下融氷孔７３を形成するために特別な加熱源を必要としないので、コストをより一層低減できる
［Ｂ］第二の実施の形態
図４は、本発明に係る空気調和装置の氷蓄熱ユニットの第二の実施の形態を示す縦断面図である。この第二の実施の形態において、前記第一の実施の形態と同様な部分は、同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００５７】
この第二の実施の形態の氷蓄熱ユニット８０における運動手段は、気泡発生パイプ８１及びエア供給源８２を有して構成される。気泡発生パイプ８１は、氷蓄熱槽３５の下室６６内に配設され、気泡８３を放出する多数の放出孔８４を有する。また、エア供給源８２は、空気調和装置２０の放冷冷房運転時に駆動される。
【００５８】
空気調和装置２０の放冷冷房運転時に融氷パイプ６２及び６３に利用側熱交換器３２からガス冷媒が導入され、且つエア供給源８２が駆動されることにより、氷蓄熱槽３５内の氷４８に上融氷孔７２及び下融氷孔７３が形成され、気泡発生パイプ８１の放出孔８４から多数の気泡８３が放出される。エア供給源８２から放出され多数の気泡８３は、氷蓄熱槽３５の下室６６から下融氷孔７３を経て水柱４９内へ流入し、この水柱４９の水４７を攪拌して上昇し、上融氷孔７２を経て氷蓄熱槽３５の上室６５内へ流れ大気中へ放出される。水柱４９の水４７が多数の気泡８３により攪拌されることによって、氷蓄熱槽３５におけるコイル３４内の冷媒と氷４８との熱伝達率とが上昇し、水柱４９を介して氷４８からコイル３４内の冷媒へ伝熱される冷熱の伝熱性能が向上する。
【００５９】
従って、この第二の実施の形態においても、前記第一の実施の形態と同様な効果▲４▼乃至▲６▼を奏する。
【００６０】
▲４▼氷蓄熱槽３５のコイル３４外周に形成された氷４８からの冷熱がコイル３４内を流れる冷媒に伝熱されて氷４８が溶け、コイル３４と氷４８との間に水柱４９が形成された際、エア供給源８２及び気泡発生パイプ８１が、融氷パイプ６２により氷４８に形成された下融氷孔７３を経て、氷蓄熱槽３５の下室６６から水柱４９内へ気泡８３を供給し、この気泡８３を融氷パイプ６３にて形成された上融氷孔７２を経て氷蓄熱槽３５の上室６５内へ流出させ、この結果水柱４９の水４７を攪拌させることから、この攪拌する水４７により、コイル３４内の冷媒と氷４８との間における伝熱性能を向上させることができ、コイル３４を流れる冷媒の凝縮効率を向上させることができる。
【００６１】
▲５▼コイル３４が配設された氷蓄熱槽３５に、この氷蓄熱槽３５を区画する仕切板６１と、コイル３４近傍に交差して配設された融氷パイプ６２及び６３と、氷蓄熱槽３５の下室６６からコイル３４と氷４８との間に形成された水柱４９内へ気泡８３を供給して、水柱４９の水４７を攪拌させるエア供給源８２及び気泡発生パイプ８１とを装備して、氷蓄熱槽３５におけるコイル３４内の冷媒と氷４８との伝熱性能を向上させたことから、現状の氷蓄熱ユニットに簡単な部品を追加すれば足りるので、コストの上昇を抑制できる。
【００６２】
▲６▼気泡発生パイプ８１及びエア供給源８２が、気泡８３を水柱４９内へ供給して、この水柱４９の水４７を攪拌可能とすることから、氷蓄熱槽３５の下室６６内に気泡発生パイプ８１を配設し、エア供給源８２を備えれば足りるので、前記実施の形態の氷蓄熱ユニット２２に比べコストをより一層低減できる。
【００６３】
以上、一実施の形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００６４】
例えば、上記両実施の形態では、仕切板６１が１枚のものを述べたが、仕切板６１が２枚以上配設されて、氷蓄熱槽３５内が３以上の室に区画され、各室に融氷パイプが配設されてもよい。
【００６５】
また、融氷パイプ６２、６３は、利用側熱交換器３２からのガス冷媒を導くものを述べたが、温水を導くものでもよく、更に、この融氷パイプ６２及び６３をヒータ等の加熱手段に置き換えてもよい。
【００６６】
更に、上記実施の形態では、氷蓄熱槽３５内のコイル３４が上下方向に蛇行するものを述べたが、左右方向に蛇行するものでもよく、この場合、仕切板６１及び融氷パイプ６２、６３を鉛直方向に配置して第一実施例を適用してもよい。
【００６７】
また、サージタンク４３Ａ、４３Ｂ、小容量圧縮機５６及び四方弁５５が存在せず、製氷運転後に、四方弁２９からの冷媒を熱源側熱交換器３０により凝縮し、この凝縮された液冷媒を氷蓄熱槽３５内のコイル３４へ流して過冷却状態とし、この過冷却状態の液冷媒を利用側熱交換器３２へ導いて利用側熱交換器３２内を解氷冷房運転する空気調和装置に本発明を適用してもよい。
【００６８】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る空気調和装置の氷蓄熱ユニットによれば、氷蓄熱槽内におけるコイルと氷との間に、氷が溶けて水柱が形成された際、運動手段が、融氷手段により氷に形成された融氷孔並びに仕切板の穴を経て氷蓄熱槽のいずれか一方の室から水柱内へ流体を供給し、この水柱の水を運動させることから、この運動する水により、コイル内の冷媒と氷との間における伝熱性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る空気調和装置の氷蓄熱ユニットにおける第一の実施の形態が適用された空気調和装置を示す管路図である。
【図２】図１の氷蓄熱ユニットの一部を示す縦断面図である。
【図３】図２のIII−III線に沿う断面図である。
【図４】本発明に係る空気調和装置の氷蓄熱ユニットにおける第二の実施の形態を示す縦断面図である。
【図５】従来の空気調和装置を示す管路図である。
【図６】図５の氷蓄熱ユニットを示す縦断面図である。
【符号の説明】
２０ 空気調和装置
２２ 氷蓄熱ユニット
３４ コイル
３５ 氷蓄熱槽
４７ 水
４８ 氷
４９ 水柱
６１ 仕切板
６２ 融氷パイプ
６３ 融氷パイプ
６４ ポンプ
６５ 上室
６６ 下室
７２ 上融氷孔
７３ 下融氷孔
８０ 氷蓄熱ユニット
８１ 気泡発生パイプ
８３ 気泡
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気調和装置の氷蓄熱ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、図５に示すように、圧縮機１、熱源側熱交換器２、四方弁３及び電動膨張弁４を備えた熱源側ユニット５と、氷蓄熱槽６内にコイル７が水没状態で配設されてコイル７外周に氷４８が形成可能な氷蓄熱ユニット８と、利用側熱交換器９を備えた利用側ユニット１０とを有し、製氷運転、放冷冷房運転、通常冷房運転を実施可能とする空気調和装置１１が知られている。
【０００３】
製氷運転は、圧縮機１からのガス冷媒が熱源側熱交換器２を経て液冷媒となり、その後に電動膨張弁４を通り、氷蓄熱槽６内のコイル７に流入して蒸発し、この氷蓄熱槽６内で製氷動作が実施された後、ガス冷媒が圧縮機１へ戻されて実施される。氷蓄熱槽６内では、コイル７の外周に付着して氷が形成される。
放冷冷房運転は、熱源側ユニット５の圧縮機１を停止させ、氷蓄熱ユニット８に設置されて冷媒を圧送する液ポンプ又はガスポンプなどの循環ポンプ１２（図３では液冷媒を圧送する液ポンプ）を稼働させることによりなされている。つまり、循環ポンプ１２の稼働により、氷蓄熱ユニット８における氷蓄熱槽６のコイル７内で、氷４８に蓄熱された冷熱を吸収して凝縮した液冷媒が利用側熱交換器９へ圧送され、この利用側熱交換器９において液冷媒が蒸発して、この蒸発潜熱と氷４８の冷熱の放熱とにより放冷冷房運転が実施される。
【０００４】
通常冷房運転は、圧縮機１から熱源側熱交換器２へ導かれて液冷媒となった冷媒を、氷蓄熱槽６のコイル７内へ流すことなく、利用側熱交換器９へ供給して液冷媒を蒸発し、この蒸発潜熱により実施される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の空気調和装置１１では、図６に示すように、放冷冷房運転時に氷蓄熱ユニット８のコイル７内を流れる冷媒１３へ、コイル７の外周に形成された氷１４から冷熱が伝熱されて、冷媒１３が凝縮され冷却される。この時、コイル７外周の氷１４が溶けて、コイル７と氷１４との間に水柱１５が形成される。この水柱１５の水は４℃〜６℃であり、温度変化が小さいので対流が発生しにくく停滞してしまう。このため、氷１４からの冷熱は、水柱１５の水を介しコイル７内の冷媒１３へ熱伝導によって伝熱されることになり、氷蓄熱槽６におけるコイル７内の冷媒１３と氷１４との伝熱性能が低下してしまう。
【０００６】
この状態では、氷蓄熱槽６内における氷１４の外側の水を強制的に対流させても、氷蓄熱ユニット８におけるコイル７内の冷媒１３と氷１４との伝熱性能を向上させることができない。
【０００７】
そこで、ポンプ及び熱交換器を用い、氷蓄熱ユニット８へ流入し又は氷蓄熱ユニット８から流出した冷媒と、氷蓄熱槽６内の水４７とを熱交換して、氷蓄熱槽６内の氷１４の冷熱を冷媒１３へ伝熱させるものが採用されている。しかし、この場合にはコストが上昇してしまう。
【０００８】
本発明の課題は、上述の事情を考慮してなされたものであり、低コストにて伝熱性能を向上させることができる空気調和装置の氷蓄熱ユニットを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、内部に冷媒が流動可能で縦方向に蛇行したコイルが氷蓄熱槽内に水没状態で配設されて、この流動する冷媒によって上記コイル外周に氷が形成可能な空気調和装置の氷蓄熱ユニットにおいて、上記氷蓄熱槽内に略水平に配設されこのコイルに交差しつつこのコイルとは隙間を保つための穴が設けられ前記氷蓄熱槽を複数の室に区画する仕切板と、この仕切板によって区画された各室に配置されつつ夫々上記コイルに交差し且つ当該コイル近傍に配設され、当該コイル外周の氷の冷熱が当該コイル内の冷媒に伝熱されて上記氷が溶け、当該コイルと上記氷との間に水柱が形成された際、上記氷を溶かして、当該氷外周から上記水柱へ貫通する融氷孔を形成可能とする融氷手段と、上記氷蓄熱槽の上記室のいずれか一方から上記融氷孔並びに前記仕切板の穴を経て上記水柱内へ流体を供給し、当該水柱の水を前記コイルに沿って運動可能とする運動手段とを有することを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記融氷手段は、氷蓄熱槽内のコイルに流入する前の冷媒を導く融氷パイプであることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、上記運動手段は、流体としての水４７を氷蓄熱槽の一方の室から他方の室へ圧送するポンプであり、上記他方の室から融氷孔を経て水柱内へ水４７を供給し、上記水柱の水４７をコイルに沿って流動可能とするものであることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、上記運動手段は、流体としての気泡を氷蓄熱槽の一方の室から融氷孔を経て水柱内へ供給し、当該水柱の水４７を攪拌可能とするものであることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項１又は３に記載の発明には、次の作用がある。
【００１４】
コイル外周に形成された氷４８からの冷熱がコイル内を流れる冷媒に伝熱されて氷４８が溶け、コイルと氷４８との間に水柱が形成された際、運動手段が、融氷手段により氷４８に形成された融氷孔並びに仕切板の穴を経て、氷蓄熱槽のいずれか一方の室から水柱内へ流体を供給し、この水柱の水を運動させることから、この運動する水により、コイル内の冷媒と氷４８との間における伝熱性能を向上させることができる。
【００１５】
また、コイルが配設された氷蓄熱槽に、この氷蓄熱槽を区画する仕切板と、コイル近傍に交差して配設された融氷手段と、氷蓄熱槽のいずれか一方の室からコイルと氷４８との間に形成された水柱内へ流体を供給して、水柱の水を運動させる運動手段とを装備して、本発明の氷蓄熱ユニットが構成されたことから、現状の氷蓄熱ユニットに簡単な部品を追加すれば足りるので、コストの上昇を抑制できる。
【００１６】
請求項２に記載の発明には、次の作用がある。
【００１７】
融氷手段が、氷蓄熱槽内のコイルへ流入する前の冷媒を導く融氷パイプであることから、氷を溶かして融氷孔を形成するために特別な加熱源を必要としないので、コストをより一層低減できる。
【００１８】
請求項４に記載の発明には、次の作用がある。
【００１９】
運動手段が、気泡を水柱内へ供給して、この水柱の水を攪拌可能とするものであることから、氷蓄熱槽の一方の室に気泡発生部を備えれば足りるので、コストをより一層低減できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
［Ａ］第一の実施の形態
図１は、本発明に係る空気調和装置の氷蓄熱ユニットにおける第一の実施の形態が適用された空気調和装置を示す管路図である。
【００２２】
この図１に示す空気調和装置２０は、熱源側ユニット２１、氷蓄熱ユニット２２及び利用側ユニット２３を有して構成される。熱源側ユニット２１の冷媒配管２４が、氷蓄熱ユニット２２の冷媒配管２５、２６を介して利用側ユニット２３の冷媒配管２７に接続される。
【００２３】
熱源側ユニット２１は、冷媒配管２４に圧縮機２８、四方弁２９、熱源側熱交換器３０及び電動膨張弁３１が順次接続されて構成される。また、利用側ユニット２３は、冷媒配管２７に利用側熱交換器３２及び電動膨張弁３３が配設されて構成され、この電動膨張弁３３は、空調負荷に応じて開度が調整される。
【００２４】
氷蓄熱ユニット２２は、コイル３４を収容した氷蓄熱槽３５を備えると共に、冷媒配管２５に第１開閉弁３６が、冷媒配管２６に第２開閉弁３７がそれぞれ配設される。更に、冷媒配管２５には、第１開閉弁３６の配設位置よりも利用側ユニット２３側に、接続配管３８を介してコイル３４の一端が接続され、この接続配管３８に電動膨張弁３９が配設される。また、コイル３４の他端は、第３開閉弁４０を備えた接続配管４１を介して、冷媒配管２６における第２開閉弁３７配設位置の利用側ユニット２３側に接続される。
【００２５】
氷蓄熱槽３５には水４７が充満され、コイル３４はこの氷蓄熱槽３５内に水没状態で配設される。このコイル３４内には、空気調和装置２０の製氷運転時に熱源側熱交換器３０から液冷媒が流入して蒸発し、これにより、コイル３４の外周に氷４８（図２）が付着して形成される。
【００２６】
上記接続配管３８には、電動膨張弁３９とコイル３４との間に、二股に分岐する分岐配管４２を介して２個のサージタンク４３Ａ及び４３Ｂが並列状態で接続される。これらのサージタンク４３Ａ、４３Ｂが合流配管４４を介して、冷媒配管２５における第１開閉弁３６配設位置と接続配管３８接続位置との間に接続される。これにより、サージタンク４３Ａ及び４３Ｂは、氷蓄熱槽３５内のコイル３４と利用側熱交換器３２との間に配設されて、氷蓄熱槽３５内の氷４８に蓄熱された冷熱により凝縮された液冷媒が貯溜可能に設けられる。
【００２７】
分岐配管４２には、サージタンク４３Ａ、４３Ｂの流入側に流入側逆止弁４５Ａ、４５Ｂが、また、合流配管４４には、サージタンク４３Ａ、４３Ｂの流出側に流出側逆止弁４６Ａ、４６Ｂがそれぞれ配設されている。これらの流入側逆止弁４５Ａ、４５Ｂは、氷蓄熱槽３５のコイル３４からサージタンク４３Ａ、４３Ｂへのみ流れる冷媒の流れを許容し、流出側逆止弁４６Ａ、４６Ｂは、サージタンク４３Ａ、４３Ｂから利用側熱交換器３２側へのみ流れる冷媒の流れを許容する。
【００２８】
サージタンク４３Ａ及び４３Ｂは、第１配管５１、第２配管５２、第３配管５３及び第４配管５４を介して、四方弁５５及び小容量圧縮機５６に接続される。第１配管５１、第２配管５２、第３配管５３及び第４配管５４は、それぞれの一端が四方弁５５の各ポートに接続されると共に、第１配管５１、第２配管５２の他端が小容量圧縮機５６の吐出口と吸込口にそれぞれ接続される。また、第３配管５３、第４配管５４の他端がサージタンク４３Ａ、４３Ｂにそれぞれ接続される。
【００２９】
四方弁５５の切り換え操作により、第１配管５１及び第３配管５３が連通し、且つ第２配管５２及び第４配管５４の連通するＡ側切換と、第１配管５１及び第４配管５４の連通し、且つ第２配管５２及び第３配管５３の連通するＢ側切換とが選択的に切り換えられる。また、小容量圧縮機５６は、熱源側ユニット２１における圧縮機２８よりも小さな容量（１／１０〜１／２０）の圧縮機であり、空気調和装置２０の放冷冷房運転時にのみ稼働される。この小容量圧縮機５６から吐出される冷媒は、熱源側ユニット２１の圧縮機２８から吐出される冷媒と同一組成である。
【００３０】
上記四方弁５５のＡ側切換又はＢ側切換への操作により、小容量圧縮機５６からの高圧ガス冷媒がサージタンク４３Ａ又は４３Ｂ内へ交互に供給可能に構成される。これにより、サージタンク４３Ａ、４３Ｂ内に貯溜された液冷媒が利用側熱交換器３２へ圧送可能に構成される。
【００３１】
さて、上記氷蓄熱ユニット２２は、前述の如く、氷蓄熱槽３５、コイル３４、サージタンク４３Ａ及び４３Ｂ、小容量圧縮機５６並びに四方弁５５を有すほか、仕切板６１、融氷手段としての融氷パイプ６２及び６３、並びに運動手段としてのポンプ６４（図２）を備える。
【００３２】
上記仕切板６１は、図２にも示すように、氷蓄熱槽３５の下方に水平状態で配設されると共に、上下方向に蛇行するコイル３４の下部に交差して、氷蓄熱槽３５内を上室６５と下室６６とに区画する。具体的には、コイル３４の下部は、仕切板６１に形成された長穴を貫通して下室６６内に至る。
【００３３】
上記融氷パイプ６２は、氷蓄熱槽３５の上室６５内に配設され、上下方向に蛇行するコイル３４の上端部近傍で、このコイル３４上端部に交差して配置される。また、上記融氷パイプ６３は、下室６６内に配設され、コイル３４の下端部近傍で、このコイル３４下端部に交差して配置される。
【００３４】
これらの融氷パイプ６２及び６３は、図１に示すように、連結配管６７にて連結される。更に、融氷パイプ６２は、逆止弁６８を備えた融氷接続管６９を介して接続配管４１に接続される。また、融氷パイプ６３は、逆止弁７０を備えた融氷接続管７１を介して接続配管３８に接続される。
【００３５】
逆止弁６８は、利用側熱交換器３２側から第３開閉弁４０を経て融氷パイプ６２へ流れる冷媒の流れのみを許容する。また、逆止弁７０は、融氷パイプ６３から融氷接続管７１を経て接続配管３８及び分岐配管４２側へ流れる冷媒の流れのみを許容する。従って、融氷パイプ６２及び６３には、空気調和装置２０の放冷冷房運転時（後述）に、利用側熱交換器３２にて蒸発されて氷蓄熱槽３５のコイル３４へ流れる前の冷媒の一部が導入される。なお、逆止弁６８、逆止弁７０はいずれか一方のみが配置されていてもよい。
【００３６】
空気調和装置２０の製氷運転時（後述）には、氷蓄熱槽３５のコイル３４外周に氷４８が付着して形成される。空気調和装置２０の放冷冷房運転時には、利用側熱交換器３２からコイル３４内を流れる冷媒に上記氷４８の冷熱が伝熱され、この結果、氷４８のコイル３４外周側が溶けて、図２及び図３に示すように、コイル３４と氷４８との間に水柱４９が形成される。上記融氷パイプ６２と６３は、空気調和装置２０の放冷冷房運転時に、利用側熱交換器３２からのガス冷媒が導入されることにより、周囲の氷４８を溶かし、氷４８外周から水柱４９へ向かって貫通する上融氷孔７２と下融氷孔７３とをそれぞれ形成する。
【００３７】
前記ポンプ６４は、その一端が、氷蓄熱槽３５の下室６６に連結され、他端が上室６５上方又は上室６５内に位置する圧送配管７４に配設される。ポンプ６４は、空気調和装置２０の放冷冷房運転時に駆動されて、氷蓄熱槽３５の下室６６内の水４７を上室６５内へ圧送する。氷蓄熱槽３５内が仕切板６１により区画されているので、ポンプ６４の駆動により、上室６５内の水４７が氷４８の上融氷孔７２を経て水柱４９内へ流入し、これにより、この水柱４９の水４７は、コイル３４に沿って上方から下方へ流動し、氷４８の下融氷孔７３を経て下室６６内へ流出する。
【００３８】
このように、水柱４９の水４７を強制的に流動させることにより、氷蓄熱槽３５におけるコイル３４内の冷媒と氷４８との間の熱伝達率が上昇し、空気調和装置２０の放冷冷房運転時において、氷蓄熱槽３５のコイル３４を流れる冷媒の凝縮効率が向上する。
【００３９】
次に、空気調和装置２０の製氷運転、放冷冷房運転、通常冷房運転を説明する。
【００４０】
［Ａ］製氷運転
空気調和装置２０の製氷運転は、例えば、夜間１０時から翌朝８時までの電力料金の安い時間帯に、熱源側熱交換器３０からの液冷媒を氷蓄熱槽３５のコイルコイル３４内へ供給し、氷蓄熱槽３５内に氷を作る運転である。
【００４１】
この場合には、電動膨張弁３３が閉弁され、第１開閉弁３６、第２開閉弁３７、第３開閉弁４０及び電動膨張弁３９が開弁操作される。
【００４２】
この状態で、熱源側ユニット２１の圧縮機２８が稼働されると、この圧縮機２８から吐出されたガス冷媒は、熱源側熱交換器３０にて凝縮され、電動膨張弁３１及び３９を経て減圧され、氷蓄熱槽３５のコイル３４内へ流入する。このコイル３４内に流入した冷媒は蒸発して、コイル３４の外周に氷を付着した状態で形成する。その後、コイル３４内のガス冷媒は接続配管４１及び冷媒配管２６を経て四方弁２９へ至り、圧縮機２８に戻される。
【００４３】
［Ｂ］放冷冷房運転
空気調和装置２０の放冷冷房運転は、例えば、昼間気温が上昇する時間帯に、氷蓄熱槽３５のコイル３４内で氷の冷熱により液化されてサージタンク４３Ａ、４３Ｂ内に貯溜された液冷媒を、このサージタンク４３Ａ、４３Ｂから利用側熱交換器３２へ圧送することにより実施される。
【００４４】
この場合には、第１開閉弁３６、第２開閉弁３７及び電動膨張弁３９が閉弁され、電動膨張弁３３及び第３開閉弁４０が開弁操作される。また、熱源側ユニット２１の圧縮機２８は、製氷運転終了後の停止状態にある。
【００４５】
この状態で、小容量圧縮機５６が稼働され、四方弁５５がＡ側切換とＢ側切換に交互に切り換えられる。例えば、四方弁５５がＡ側切換のときには、小容量圧縮機５６から吐出された高圧ガス冷媒を、第１配管５１及び第３配管５３を経てサージタンク４３Ａ内へ導き、これにより、このサージタンク４３Ａ内の貯溜液冷媒が流出側逆止弁４６Ａ、合流配管４４、冷媒配管２５及び２７を経て利用側熱交換器３２内へ流入する。サージタンク４３Ａ内に貯溜した液冷媒は、氷蓄熱槽３５のコイル３４内を通り、氷蓄熱槽３５内の氷に蓄熱された冷熱により凝縮された液冷媒であるため、利用側熱交換器３２内で蒸発することにより、上記氷の冷熱の放熱（放冷）と蒸発潜熱とにより室内を効率的に冷却する。
【００４６】
利用側熱交換器３２にて蒸発したガス冷媒は、接続配管４１及び第３開閉弁４０を経て氷蓄熱槽３５のコイル３４内へ流入し、上述の如く、氷蓄熱槽３５内の氷により凝縮して液冷媒となって、流入側逆止弁４５Ｂを経てサージタンク４３Ｂ内へ流入する。
【００４７】
この時、サージタンク４３Ａ内が高圧であるため、氷蓄熱槽３５のコイル３４内の液冷媒は、サージタンク４３Ａ内へ流れることなくサージタンク４３Ｂ内へ流れる。同様に、サージタンク４３Ｂ内がサージタンク４３Ａに比べて低圧であるため、サージタンク４３Ｂ内の貯溜冷媒が流出側逆止弁４６Ｂを経て利用側熱交換器３２側へ流出することもない。
【００４８】
サージタンク４３Ａ内の貯溜液冷媒が空になる前後に、四方弁５５がＢ側切換されて、小容量圧縮機５６から吐出された高圧ガス冷媒を、第１配管５１及び第４配管５４を経てサージタンク４３Ｂ内へ導く。すると、サージタンク４３Ｂ内に貯溜された液冷媒が、流出側逆止弁４６Ｂ、合流配管４４、冷媒配管２５、２７及び電動膨張弁３３を経て利用側熱交換器３２へ流入し蒸発して、前述と同様に、放冷及び蒸発潜熱により室内を効率的に冷房する。この利用側熱交換器３２からのガス冷媒は、接続配管４１及び第３開閉弁４０を経て氷蓄熱槽３５のコイル３４内で氷の冷熱により凝縮されて液冷媒となり、分岐配管４２及び流入側逆止弁４５Ａを経てサージタンク４３Ａ内へ流入する。
【００４９】
サージタンク４３Ｂ内の貯溜液冷媒が空になる前後に、四方弁５５をＡ側切換とし、サージタンク４３Ａ内の貯溜液冷媒が空になる前後に、四方弁をＢ側切換として、上述の動作を繰り返し、放冷冷房運転を継続させる。
【００５０】
この放冷冷房運転中に、利用側熱交換器３２にて蒸発されたガス冷媒の一部が、逆止弁６８を経て融氷パイプ６２及び６３内へ導入されると共に、ポンプ６４が駆動される。これにより、氷蓄熱槽３５のコイル３４外周に形成された氷４８に上融氷孔７２及び下融氷孔７３が形成され、氷蓄熱槽３５の上室６５内の水４７が上融氷孔７２を経て、コイル３４と氷４８との間の水柱４９内へ流入し、この水柱４９内の水が下融氷孔７３を経て氷蓄熱槽３５の下室６６内へ流出する。この結果、水柱４９内で水が強制的に流動し、コイル３４を流れる冷媒と氷４８との間の熱伝達率が上昇して、氷４８の冷熱がコイル３４内の冷媒へ効率的に伝熱される。
【００５１】
［Ｃ］通常冷房運転
空気調和装置２０の通常冷房運転は、氷蓄熱槽３５内の氷に蓄熱された冷熱を利用しないで実施される冷房運転であり、電動膨張弁３９及び第３開閉弁４０が閉弁され、第１開閉弁３６、第２開閉弁３７並びに電動膨張弁３１及び３３が開弁操作される。
【００５２】
この状態で、圧縮機２８が稼働されると、この圧縮機２８から吐出されたガス冷媒は、熱源側熱交換器３０にて凝縮され、電動膨張弁３１、冷媒配管２５及び電動膨張弁３３を経て利用側熱交換器３２へ流入し、この利用側熱交換器３２にて蒸発して、蒸発潜熱により室内を冷房した後、冷媒配管２６及び四方弁２９を経て圧縮機２８へ戻される。
【００５３】
上記実施の形態の空気調和装置２０は、上述のように構成されたことから、次の効果▲１▼〜▲３▼を奏する。
【００５４】
▲１▼氷蓄熱槽３５内のコイル３４外周に形成された氷４８からの冷熱がコイル３４内を流れる冷媒に伝熱されて氷４８が溶け、コイル３４と氷４８との間に水柱４９が形成された際、ポンプ６４が、融氷パイプ６２及び６３により氷４８に形成された上融氷孔７２及び下融氷孔７３を経て、氷蓄熱槽３５の上室６５から水柱４９内へ水４７を供給し、この水柱４９の水４７を流動させることから、この流動する水４７によって、コイル３４内の冷媒と氷４８との間における伝熱性能を向上させることができ、その結果、コイル３４を流れる冷媒の凝縮効率を向上させることができる。
【００５５】
▲２▼コイル３４が配設された氷蓄熱槽３５に、この氷蓄熱槽３５を区画する仕切板６１と、コイル３４近傍に交差して配設された融氷パイプ６２及び６３と、氷蓄熱槽３５の上室６５から上融氷孔７２を経て水柱４９内へ水４７を供給し、この水柱４９の水を流動させるポンプ６４とを装備して、氷蓄熱ユニット８０におけるコイル３４内の冷媒と氷４８との伝熱性能を向上させたことから、現状の氷蓄熱ユニットに簡単な部品を追加すれば足りるので、コストの上昇を抑制できる。
【００５６】
▲３▼融氷パイプ６２及び６３には利用側熱交換器３２から氷蓄熱槽３５内のコイル３４へ流入する前の冷媒が導入されることから、氷４８を溶かして上融氷孔７２及び下融氷孔７３を形成するために特別な加熱源を必要としないので、コストをより一層低減できる
［Ｂ］第二の実施の形態
図４は、本発明に係る空気調和装置の氷蓄熱ユニットの第二の実施の形態を示す縦断面図である。この第二の実施の形態において、前記第一の実施の形態と同様な部分は、同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００５７】
この第二の実施の形態の氷蓄熱ユニット８０における運動手段は、気泡発生パイプ８１及びエア供給源８２を有して構成される。気泡発生パイプ８１は、氷蓄熱槽３５の下室６６内に配設され、気泡８３を放出する多数の放出孔８４を有する。また、エア供給源８２は、空気調和装置２０の放冷冷房運転時に駆動される。
【００５８】
空気調和装置２０の放冷冷房運転時に融氷パイプ６２及び６３に利用側熱交換器３２からガス冷媒が導入され、且つエア供給源８２が駆動されることにより、氷蓄熱槽３５内の氷４８に上融氷孔７２及び下融氷孔７３が形成され、気泡発生パイプ８１の放出孔８４から多数の気泡８３が放出される。エア供給源８２から放出され多数の気泡８３は、氷蓄熱槽３５の下室６６から下融氷孔７３を経て水柱４９内へ流入し、この水柱４９の水４７を攪拌して上昇し、上融氷孔７２を経て氷蓄熱槽３５の上室６５内へ流れ大気中へ放出される。水柱４９の水４７が多数の気泡８３により攪拌されることによって、氷蓄熱槽３５におけるコイル３４内の冷媒と氷４８との熱伝達率とが上昇し、水柱４９を介して氷４８からコイル３４内の冷媒へ伝熱される冷熱の伝熱性能が向上する。
【００５９】
従って、この第二の実施の形態においても、前記第一の実施の形態と同様な効果▲４▼乃至▲６▼を奏する。
【００６０】
▲４▼氷蓄熱槽３５のコイル３４外周に形成された氷４８からの冷熱がコイル３４内を流れる冷媒に伝熱されて氷４８が溶け、コイル３４と氷４８との間に水柱４９が形成された際、エア供給源８２及び気泡発生パイプ８１が、融氷パイプ６２により氷４８に形成された下融氷孔７３を経て、氷蓄熱槽３５の下室６６から水柱４９内へ気泡８３を供給し、この気泡８３を融氷パイプ６３にて形成された上融氷孔７２を経て氷蓄熱槽３５の上室６５内へ流出させ、この結果水柱４９の水４７を攪拌させることから、この攪拌する水４７により、コイル３４内の冷媒と氷４８との間における伝熱性能を向上させることができ、コイル３４を流れる冷媒の凝縮効率を向上させることができる。
【００６１】
▲５▼コイル３４が配設された氷蓄熱槽３５に、この氷蓄熱槽３５を区画する仕切板６１と、コイル３４近傍に交差して配設された融氷パイプ６２及び６３と、氷蓄熱槽３５の下室６６からコイル３４と氷４８との間に形成された水柱４９内へ気泡８３を供給して、水柱４９の水４７を攪拌させるエア供給源８２及び気泡発生パイプ８１とを装備して、氷蓄熱槽３５におけるコイル３４内の冷媒と氷４８との伝熱性能を向上させたことから、現状の氷蓄熱ユニットに簡単な部品を追加すれば足りるので、コストの上昇を抑制できる。
【００６２】
▲６▼気泡発生パイプ８１及びエア供給源８２が、気泡８３を水柱４９内へ供給して、この水柱４９の水４７を攪拌可能とすることから、氷蓄熱槽３５の下室６６内に気泡発生パイプ８１を配設し、エア供給源８２を備えれば足りるので、前記実施の形態の氷蓄熱ユニット２２に比べコストをより一層低減できる。
【００６３】
以上、一実施の形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００６４】
例えば、上記両実施の形態では、仕切板６１が１枚のものを述べたが、仕切板６１が２枚以上配設されて、氷蓄熱槽３５内が３以上の室に区画され、各室に融氷パイプが配設されてもよい。
【００６５】
また、融氷パイプ６２、６３は、利用側熱交換器３２からのガス冷媒を導くものを述べたが、温水を導くものでもよく、更に、この融氷パイプ６２及び６３をヒータ等の加熱手段に置き換えてもよい。
【００６６】
更に、上記実施の形態では、氷蓄熱槽３５内のコイル３４が上下方向に蛇行するものを述べたが、左右方向に蛇行するものでもよく、この場合、仕切板６１及び融氷パイプ６２、６３を鉛直方向に配置して第一実施例を適用してもよい。
【００６７】
また、サージタンク４３Ａ、４３Ｂ、小容量圧縮機５６及び四方弁５５が存在せず、製氷運転後に、四方弁２９からの冷媒を熱源側熱交換器３０により凝縮し、この凝縮された液冷媒を氷蓄熱槽３５内のコイル３４へ流して過冷却状態とし、この過冷却状態の液冷媒を利用側熱交換器３２へ導いて利用側熱交換器３２内を解氷冷房運転する空気調和装置に本発明を適用してもよい。
【００６８】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る空気調和装置の氷蓄熱ユニットによれば、氷蓄熱槽内におけるコイルと氷との間に、氷が溶けて水柱が形成された際、運動手段が、融氷手段により氷に形成された融氷孔並びに仕切板の穴を経て氷蓄熱槽のいずれか一方の室から水柱内へ流体を供給し、この水柱の水を運動させることから、この運動する水により、コイル内の冷媒と氷との間における伝熱性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る空気調和装置の氷蓄熱ユニットにおける第一の実施の形態が適用された空気調和装置を示す管路図である。
【図２】図１の氷蓄熱ユニットの一部を示す縦断面図である。
【図３】図２のIII−III線に沿う断面図である。
【図４】本発明に係る空気調和装置の氷蓄熱ユニットにおける第二の実施の形態を示す縦断面図である。
【図５】従来の空気調和装置を示す管路図である。
【図６】図５の氷蓄熱ユニットを示す縦断面図である。
【符号の説明】
２０ 空気調和装置
２２ 氷蓄熱ユニット
３４ コイル
３５ 氷蓄熱槽
４７ 水
４８ 氷
４９ 水柱
６１ 仕切板
６２ 融氷パイプ
６３ 融氷パイプ
６４ ポンプ
６５ 上室
６６ 下室
７２ 上融氷孔
７３ 下融氷孔
８０ 氷蓄熱ユニット
８１ 気泡発生パイプ
８３ 気泡
Claims (4)
- 内部に冷媒が流動可能で縦方向に蛇行したコイルが氷蓄熱槽内に水没状態で配設されて、この流動する冷媒によって上記コイル外周に氷が形成可能な空気調和装置の氷蓄熱ユニットにおいて、
上記氷蓄熱槽内に略水平に配設されこのコイルに交差しつつこのコイルとは隙間を保つための穴が設けられ前記氷蓄熱槽を複数の室に区画する仕切板と、
この仕切板によって区画された各室に配置されつつ夫々上記コイルに交差し且つ当該コイル近傍に配設され、当該コイル外周の氷の冷熱が当該コイル内の冷媒に伝熱されて上記氷が溶け、当該コイルと上記氷との間に水柱が形成された際、上記氷を溶かして、当該氷外周から上記水柱へ貫通する融氷孔を形成可能とする融氷手段と、
上記氷蓄熱槽の上記室のいずれか一方から上記融氷孔並びに前記仕切板の穴を経て上記水柱内へ流体を供給し、当該水柱の水を前記コイルに沿って運動可能とする運動手段とを有することを特徴とする空気調和装置の氷蓄熱ユニット。 - 上記融氷手段は、氷蓄熱槽内のコイルに流入する前の冷媒を導く融氷パイプであることを特徴とする請求項1に記載の空気調和装置の氷蓄熱ユニット。
- 上記運動手段は、流体としての水を氷蓄熱槽の一方の室から他方の室へ圧送するポンプであり、上記他方の室から融氷孔を経て水柱内へ水を供給し、上記水柱の水をコイルに沿って流動可能とするものであることを特徴とする請求項1又は２に記載の空気調和装置の氷蓄熱ユニット。
- 上記運動手段は、流体としての気泡を氷蓄熱槽の一方の室から融氷孔を経て水柱内へ供給し、当該水柱の水を攪拌可能とするものであることを特徴とする請求項1又は２に記載の空気調和装置の氷蓄熱ユニット。
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