JPH02219959A - 氷蓄熱式空気調和装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、蓄熱媒体を貯留する蓄熱槽を備えた蓄熱式空
気調和装置に係り、特に、蓄熱槽内の冷媒流通対策に関
する。

（従来の技術） 従来より、冷房負荷のピーク時における電力需要の軽減
並びにオフピーク時における電力需要の拡大を図る手段
として、冷房負荷のオフピーク時に蓄熱媒体に冷熱を蓄
え、ピーク時にはその冷熱を冷房運転に寄与せしめるよ
うにした蓄熱式空気調和装置の開発が進んでいる。

そして、この蓄熱式空気調和装置の一例として例えば、
特開昭６１−１２５５５１号公報に開示されているよう
な装置がある。該公報に示されているものは、圧縮機、
室外熱交換器、室内熱交換器、冷房運転用減圧機構、蓄
熱回収冷房運転用減圧機構、蓄熱槽に収納された蓄熱用
熱交換器および複数の切換電磁弁を冷媒配管によって接
続して構成されており、上記切換電磁弁を切換えること
で所望の運転状態とするようになっている。即ち、蓄熱
運転時には、圧縮機、室外熱交換器、冷房運転用減圧機
構、蓄熱槽の順で冷媒を流し、蓄熱用熱交換器の冷却管
内において冷媒を蒸発させて該冷媒と蓄熱槽内に貯留さ
れている水との間で熱交換を行わせて水を冷却氷化し、
冷却管表面に抜水を付着生成して該蓄熱槽内に冷熱を蓄
えている。

一方、蓄熱回収冷房運転時には、圧縮機、室外熱交換器
、蓄熱槽、蓄熱回収冷房運転用減圧機構、室内熱交換器
の順で冷媒を流し、冷却管表面に付着されている氷と冷
媒との間で熱交換させ、氷を融解して冷媒を冷却し、冷
熱を冷媒配管中に取出して室内熱交換器に供給し、該冷
熱を冷房運転に寄与させている。

（発明が解決しようとする課題） しかし、上述したようなこれまでの装置にあっては、蓄
熱運転時と蓄熱回収冷房運転時において接続回路が切換
えられるのは蓄熱槽の下流側であることから、蓄熱槽内
の蓄熱用熱交換器での冷媒の流通方向が同方向となって
おり、そのために以下のような課題を有していた。

即ち、蓄熱運転時には蓄熱用熱交換器の冷媒入口側より
冷媒が蓄熱用熱交換器の下流側に流れるに従って圧力損
失が生じ、該圧力損失に伴い蒸発温度が低くなることに
よって、蓄熱媒体との間で充分な熱交換が行われ、多量
の氷が生成される。

従って、蓄冷熱運転終了時には第５図（ａ）に示すよう
に蓄熱用熱交換器（ａ）の冷却管（ｂ）において冷媒の
上流側から下流側に向うに従って（冷媒の流通方向を矢
印Ａで示す）氷（１）の生成付着量が増大することにな
る。

そして、この蓄熱運転の後、蓄熱回収冷房運転が行われ
る場合、上記蓄熱運転時と同方向に熱交換器に流通され
る冷媒はその流通に従って、氷により冷却されて低温状
態にされるために、該熱交換器の上流側で熱交換量が多
く、下流側では少なくなる。このために、第５図（ｂ）
に示すように、上流側では氷（１）の融解量が多いが、
下流側では融解量が僅かとなっている。このようにして
、蓄熱運転と蓄熱回収冷房運転が繰返されると、熱交換
器の冷媒下流側にあっては、製氷量が多いのに対し、氷
の融解量が僅かであるために、この下流側において氷の
成長が著しく、第５図（ｃ）に示すように、最下流端に
おいて成長した氷（１）は複数の氷同志が結合（ブロッ
キング現象）し、この雨氷間に閉じ込められた水（Ｗ）
が氷化した場合には、その体積膨張により熱交換器や蓄
熱槽に荷重が掛る場合があり、該熱交換器や蓄熱槽の変
形成いは破損に繋っていた。

そこで、本発明は蓄熱運転時と、蓄熱回収冷房運転時に
おける蓄熱用冷媒の流通方向を反対方向とすることによ
り、蓄熱運転時に氷が多量生成される冷媒下流側で蓄熱
回収冷房運転時に氷の融解量を多くすることで氷の成長
を抑制する蓄熱式空気調和装置を得ることを目的とする
。

（課題を解決するための手段） 次に、上記目的を達成するために本発明が講じた手段に
ついて述べる。

先ず、請求項（１）記載の発明は、第１図に示すように
、圧縮機（２）、熱源側の第１熱交換器（３）、冷媒を
減圧する第１減圧機構（４）および負荷側の第２熱交換
器（５）を冷媒配管（６）で接続すると共に、蓄熱媒体
（Ｗ）を貯留する蓄熱槽（９）を配設してなる蓄熱式空
気調和装置を前提としている。そして、上記冷媒配管（
６）に介設されて蓄熱運転時に冷媒を減圧する第２減圧
機構（１２）と、上記冷媒配管（６）に両端が接続され
ていて、蓄熱ＷＪ（９）内において冷媒との熱交換によ
り蓄熱媒体（Ｗ）に冷熱を付与する蓄熱用熱交換器（１
０）と、一端が該蓄熱用熱交換器（１０）の第１熱交換
器側端部（１０ｂ）に、他端が上記圧縮機（２）吸込側
の冷媒配管（６）に接続された短絡管（１３）とが設け
られている。

更に、蓄熱運転時には冷媒を第２減圧機構（１２）より
蓄熱用熱交換器（１０）に第２熱交換器側端部（１０ｃ
）より流して蓄熱槽（９）内の蓄熱媒体（Ｗ）を冷却し
た後、短絡管（１３）を介して圧縮機（２）の吸込側に
流す一方、蓄熱回収冷房運転時には第３図に示すように
、冷媒を第１熱交換器（３）より蓄熱用熱交換器（１０
）に該第１熱交換器側端部（ｌｏｂ）より流して冷却し
た後、第２熱交換器（５）に供給するように回路接続を
切換える回路切換手段（１５）とが設けられて構成され
ている。

また、請求項（２記載の発明は、上記請求項（１）記載
の蓄熱式空気調和装置において、同じく第１図に示すよ
うに、第２減圧機構は流量制御可能な第２電子膨張弁（
１２）で構成され、該第２電子膨張弁（１２）と並列に
蓄熱用熱交換器（１０）が接続されている。一方、上記
回路切換手段（１５）は、蓄熱用熱交換器（１０）の第
１熱交換器側端部（１０ｂ）における冷媒配管（６）と
短絡管（１３）との間に介設された第１開閉弁（１１）
と、短絡管（１３）に介設された第２開閉弁（１４）と
、蓄熱運転時に第１減圧機構（４）および第１開閉弁（
１１）を全開に、第２開閉弁（１４）を全開に制御する
と共に、第２電子膨張弁（１２）を冷媒が減圧可能に側
閉制御する一方、蓄熱回収冷房運転時には、第１開閉弁
（１１）を全開に、第２開閉弁（１４）を全開に制御す
る一方、第１減圧機構（４）を冷媒が減圧可能に、？？
５２？Ｉ！子膨張弁（１２）を流量調整可能に夫々側閉
制御する側閉制御手段（１６）とより構成されている。

（作用） 次に、上記構成による本発明の作用を述べる。

請求項（１）記載の発明においては、蓄熱運転時には、
回路切換手段（１５）により回路接続を切換えると共に
、第２減圧機構（１２）の開度を制御して、第１図の矢
印に示すように圧縮機（２）、第１熱交換器（３）を経
た冷媒を第２減圧機構（１２）によって減圧させた後、
第２熱交換器側端部（１０ｃ）より蓄熱用熱交換器（１
０）内に供給する。この蓄熱用熱交換器（１０）内に供
給された冷媒は該蓄熱用熱交換器（１０）内で蒸発する
ことで蓄熱槽（９）内の蓄熱媒体（Ｗ）を冷却して、該
蓄熱用熱交換器（１０）の表面に氷（１）を付着生成し
、蓄熱槽内に冷熱を蓄える。

また、蓄熱回収冷房運転時には、回路切換手段（１５）
により回路接続を切換えると共に、第１および第２減圧
機構（４）、　　（１２）の開度を制御して、第３図の
矢印に示すように圧縮機（２）、第１熱交換器（３）を
経た冷媒を第２減圧機構（１２）によって、第１熱交換
器側端部（１０ｂ）から蓄熱用熱交換器（１０）へ供給
される冷媒の流量を制御する。そして、蓄熱用熱交換器
（１０）へ供給された冷媒は蓄熱槽（９）内に貯留され
ている氷（１）によって冷却され、第２熱交換器側端部
（１０ｃ）より第１減圧機構（４）に導かれ、該第１減
圧機構（４）から第２熱交換器（５）へ導入されて、該
第２熱交換器（５）内で蒸発することによって室内の冷
房に寄与する。

従って、蓄熱運転時と蓄熱回収冷房運転時との蓄熱用熱
交換器（１０）内の冷媒の流通方向は反対方向になって
いるために、蓄熱運転時に冷媒の蒸発温度が低く製氷量
の多い第１熱交換器側端部（１０ｂ）に近接した製氷箇
所へ蓄熱回収冷房運転時には高温の冷媒が流通すること
により、氷（りの融解量が増加し、両運転を繰返し行っ
た場合の氷（１）の異常成長が抑制されて、氷のブロッ
キングによる蓄熱用熱交換器（１０）や蓄熱槽（９）の
変形および破損が抑制される。

一方、請求項（２記載の発明においては、回路切換手段
（１５）の側閉制御手段（１６）により、蓄熱運転時に
は第１減圧機構（４）および第１開閉弁（１１）を全開
に、第２開閉弁（１４）を全開に制御すると共に、第２
電子膨張弁（１２）を冷媒が減圧可能に側閉制御する一
方、蓄熱回収冷房運転時には、第１開閉弁（１１）を全
開に、第２開閉弁（１４）を全開に制御する一方、第１
減圧機構（４）を冷媒が減圧可能に、第２ｉｌ！子膨張
弁（１２）を流量調整可能に夫々側閉制御することで所
定の回路接続を構成し、各運転が行われる。

（実施例） 次に、本発明における一実施例を図面に沿って説明する
。

第１図は本例に係る空気調和装置の全体構成を示し、（
２）は圧縮機、（３）は該圧縮機（２）からの吐出ガス
を凝縮する熱源側熱交換器としての室外熱交換器、（４
）は該室外熱交換器（３）で凝縮された冷媒を減圧する
第１減圧機構である第１電子膨張弁、（５）は冷媒を蒸
発させるための負荷側熱交換器としての室内熱交換器で
あって、上記各機器（２）〜（５）は冷媒配管（６）に
よって冷媒の流通可能に順次接続され、室内熱交換器（
５）で室内空気との熱交換により得た熱を室外熱交換器
（３）で外気に放出するヒートポンプ機能を有する主冷
媒回路（１）が構成されている。

そして、この主冷媒回路（１）には付属機器として、室
外熱交換器（３）の下流側には冷媒を一時貯留するため
のレシーバ（７）が、圧縮機（２）の上流側には該圧縮
機（２）への吸入ガス中の液冷媒を分離するためのアキ
ュームレータ（８）が夫々介設されている。また、上記
第１電子膨張弁（４）の上流側およびアキュームレータ
（８）の上流側には各々サーミスタ（Ｔｈｌ）、　　（
Ｔｈ２）が配置されており、各冷媒配管（６）内の温度
を検知する一方、上記アキュームレータ（８）の上流側
には圧力センサ（Ｐｓ）が配設され、圧縮機（２）上流
側の冷媒配管（６）内の圧力を検出しており、冷媒温度
および冷媒圧により両膨張弁の開度およびインバータ制
御による圧縮機（２）の容量を制御している。

そして、この空気調和装置には、蓄熱可能な蓄熱媒体と
しての水（Ｗ）を貯留する蓄熱槽（９）が備えられてい
て、該蓄熱槽（９）の内部には、冷媒と水（Ｗ）との熱
交換を行うための蓄熱用熱交換器（１０）の冷却管（１
０ａ）が配設されている。この冷却管（１０ａ）は、上
記主冷媒回路（１）より分岐されて構成され、一端が上
記レシーバ（７）の下流側に連結された室外側連結端（
１０ｂ）となり、他端が上記第１電子膨張弁（４）の上
流側に連結された室内側連結端（１０Ｃ）となっている
。即ち、室外側連結端（１０ｂ）は室内側連結端（１０
ｃ）よりも室外熱交換器（３）に近接した位置に配設さ
れている。また、この蓄熱用熱交換器（１０）の両連結
端（１０ｂ）（１０ｃ）間の冷媒配管（６）には蓄熱運
転時に冷媒の減圧を行う第２電子膨張弁（１２）が設け
られている。即ち、上記冷却管（１０ａ）はこの第２電
子膨張弁（１２）と並列に配管されていることになる。

そして、本発明の特徴として、上記蓄熱用熱交換器（１
０）における室外側連結端（１０ｂ）付近と圧縮機（２
）の上流側との間には両者を連結する短絡管（１３）が
配管されている。また、本装置には各運転状態に応じて
回路接続を切換えるための回路切換手段（１５）が設け
られている。

この回路切換手段（１５）は、第１開閉弁（１１）、第
２開閉弁（１４）および側閉制御手段（１６）とより成
り、第１開閉弁（１１）は蓄熱用熱交換器（１０）にお
ける上記室外側連結端（１０ｂ）と上記短絡管（１３）
の接続位置との間に介設され、一方、第２開閉弁（１４
）は上記短絡管（１３）に設けられている。また、側閉
制御手段（１６）は装置の運転状態および各サーミスタ
（Ｔｈ１）、　　（Ｔｈ２）　、圧力センサ（Ｐ　ｓ）
からの信号に応じて、蓄熱運転時には第１開閉弁（１１
）を閉状態に、第２開閉弁（１４）を開状態にすると共
に、第１電子膨張弁（４）を全開状態、第２電子膨張弁
（１２）の開度を制御するようになっている一方、蓄熱
回収冷房運転時には、第１開閉弁（１１）を開状態、第
２開閉弁（１４）を閉状態とすると共に、第１電子膨張
弁（４）および第２電子膨張弁（１２）の開度を制御す
るようになっている。

次に、上記の如く構成された回路の各運転状態について
説明する。

先ず、蓄熱回収を伴わない通常冷房運転時には、第１お
よび第２開閉弁（１１）、　　（１４）を閉状態とする
と共に、第２電子膨張弁（１２）を全開状態とする。こ
の状態において圧縮機（２）で圧縮された冷媒は室外熱
交換器（３）で凝縮された後、第１１１子膨張弁（４）
で減圧されて、室内熱交換器（５）に供給され、該室内
熱交換器（５）内で蒸発することによって周囲の熱を奪
い、冷房に寄与せしめた後、再び圧縮機（２）側に流通
されて循環される。

また、蓄熱運転時には、回路切換手段（１５）の側閉制
御手段（１６）が作動することにより、第１開閉弁（１
１）を閉状態に、第２開閉弁（１４）を開状態にすると
共に、第１電子膨張弁（４）を全閉状態、第２電子膨張
弁（１２）の開度をサーミスタ（Ｔｈｌ）と圧力センサ
（Ｐｓ）との検出信号に基づいて側閉制御手段（１６）
が適宜制御して、第１図の矢印に示すように圧縮機（２
）、室外熱交換器（３）を経た冷媒を第２電子膨張弁（
１２）によって減圧させた後、室内側連結端（１０ｃ）
より冷却管（１０ａ）内に供給する。

この冷却管（１０ａ）内に供給された冷媒は該冷却管（
１０ａ）内で蒸発して蓄熱槽（９）内の水（Ｗ）との間
で熱交換を行い、該冷却管（１０ａ）の表面に氷（１）
を付着生成して冷熱を蓄える。

このとき冷却管（１０ａ）に付着される氷（１）の量は
第２図に示すように、冷却管（１０ａ）内の圧力損失に
伴って、冷媒の下流側（冷媒の流通方向を矢印Ｂで示す
）即ち、室外側連結端（１０ｂ）に向ってその生成付着
量が増加している。

この蓄熱運転の後、蓄熱回収冷房運転を行う際には、側
閉制御手段（１６）の作動により第１開閉弁（１１）を
開状態、第２開閉弁（１４）を閉状態とすると共に、第
１電子膨張弁（４）の開度をサーミスタ（Ｔｈ２）、圧
力センサ（Ｐｓ）の検出信号に基づいて上記側閉制御手
段（１６）が制御して、第３図の矢印に示すように圧縮
機（２）、室外熱交換器（３）を経た冷媒のうち主冷媒
回路（１）を流れる流通量を第２電子膨張弁（１２）に
よって制御して、室外側連結端（１０ｂ）から冷却管（
１０ａ）へ供給される冷媒の流量を制御する。そして、
冷却管（１０ａ）へ供給された冷媒は蓄熱槽（９）内に
貯留されている氷（１）との間で熱交換されて冷却され
、室内側連結端（１Ｏｃ）より第１１！を予膨張弁（４
）に導かれ、該第１電子膨張弁（４）の開度が制御され
て、減圧された後、室内熱交換器（５）へ導入されて、
該室内熱交換器（５）内で蒸発することで室内の冷房に
寄与する。このような蓄熱回収冷房運転においては上述
したように、冷却管（１０ａ）内を流通する冷媒の流通
方向は室外側連結端（１０ｂ）から室内側連結端（１０
ｃ）に向う方向であって、上述した蓄熱運転時の流通方
向とは反対方向になっており（第４図矢印Ｃ）、製氷量
の多い室外側連結端（１０ｂ）に近接した冷却管（１０
ａ）に高温の冷媒が流入し、氷（１）との間の熱交換量
が多いために、この部分で氷（１）の融解が促進される
ことになる。即ち、場所による解氷量の大小と製氷量の
大小が相殺され、残氷再製水を繰返しても着氷量の差の
増大が殆どなく、設定量までの製氷完了時点での着氷状
態に再現性があり、水充填率の高い製氷設定量でも従来
に比べ局所的なブロッキングは起り難く、該ブロッキン
グによる冷却管（１０ａ）や蓄熱ｖＪ（９）の破損が抑
制されている。

尚、上述したものは蓄熱槽（９）に貯留される蓄熱媒体
として水（Ｗ）を単独で用いたが、その他、エチレング
リコール等を混入したブライン水溶液を採用しても良い
。また、この側閉制御手段（１６）として、上記第１．
第２電子膨張弁（４）（１２）の各々の上流側に個別の
開閉弁を介設する場合もある。

更に、第１減圧機構は第１電子膨張弁（４）で構成した
が、該第１減圧機構は、電磁開閉弁とキャピラリを直列
に接続して構成してもよく、また、該キャピラリに代え
て感温筒を備えた温度式自動膨張弁を用い、電磁開閉弁
と該自動膨張弁とを直列に接続して構成してもよい。

また、蓄熱運転と蓄熱回収冷房運転とを常に同時運転す
る空気調和装置にあっては、上記第１減圧機構は、電磁
開閉弁を省略し、キャピラリまたは温度式自動膨張弁で
構成してもよい。

（発明の効果） 上述の如く本発明は、以下に述べるような効果を有する
ものである。

先ず、請求項（１）記載の発明においては、回路切換手
段により回路接続を切換えることで蓄熱運転時と、蓄熱
回収冷房運転時における蓄熱用熱交換器での冷媒の流通
方向を反対方向としたことにより、蓄熱運転時の冷媒下
流側で多量生成された氷の蓄熱回収冷房運転時における
融解量を多くすることで、製氷量の多い箇所と解氷量の
多い箇所とを一致させ、着氷量の差の増大が殆どなくな
って、氷が局部的に成長することがなくなり、氷同志の
ブロッキングを抑制し、該ブロッキングによる冷却管や
蓄熱槽の破損が抑制されると共に、最適な製氷が図れる
。

また、請求項（２記載の発明においては、回路切換手段
は第１および第２開閉弁、側閉制御手段で構成されてお
り、簡単な構造でもって請求項（１）記載の発明の効果
を発揮させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明の一実施例を示し、第１図は蓄
熱運転状態を示す本装置の回路図、第２図はその時の製
氷状態を示す蓄熱槽の縦断面図、第３図は蓄熱回収冷房
運転状態を示す第１図相当図、第４図はその時の氷融解
状態を示す第２図相当図である。第５図は従来の製氷、
融解状態を示す第２図相当図である。 （２）・・・圧縮機 （３）・・・室外熱交換器（第１熱交換器）（４）・・
・第１電子膨張弁（第１減圧機構）（５）・・・室内熱
交換器（第２熱交換器）（６）・・・冷媒配管 （９）・・・蓄熱槽 （１０）・・・蓄熱用熱交換器 （１０ｂ）・・・室外側連結端 （第１熱交換器側端部） （１０ｃ）・・・室内側連結端 （第２熱交換器側端部） （１１）・・・第１開閉弁 （１２）・・・第２電子膨張弁（第２減圧機構）（１３
）・・・短絡管 （１４）・・・第２開閉弁 （１５）・・・回路切換手段 （１６）・・・側閉制御手段 （Ｗ）・・・水（蓄熱媒体） ′！′！；４ 図 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧縮機（２）、熱源側の第１熱交換器（３）、冷
   媒を減圧する第１減圧機構（４）および負荷側の第２熱
   交換器（５）を冷媒配管（６）で接続すると共に、蓄熱
   媒体（Ｗ）を貯留する蓄熱槽（９）を配設してなる蓄熱
   式空気調和装置において、上記冷媒配管（６）に介設さ
   れて蓄熱運転時に冷媒を減圧する第２減圧機構（１２）
   と、上記冷媒配管（６）に両端が接続されていて、蓄熱
   槽（９）内において冷媒との熱交換により蓄熱媒体（Ｗ
   ）に冷熱を付与する蓄熱用熱交換器（１０）と、一端が
   該蓄熱用熱交換器（１０）の第１熱交換器側端部（１０
   ｂ）に、他端が上記圧縮機（２）吸込側の冷媒配管（６
   ）に接続された短絡管（１３）と、蓄熱運転時には冷媒
   を第２減圧機構（１２）より蓄熱用熱交換器（１０）に
   第２熱交換器側端部（１０ｃ）より流して蓄熱槽（９）
   内の蓄熱媒体（Ｗ）を冷却した後、短絡管（１３）を介
   して圧縮機（２）の吸込側に流す一方、蓄熱回収冷房運
   転時には冷媒を第１熱交換器（３）より蓄熱用熱交換器
   （１０）に該第１熱交換器側端部（１０ｂ）より流して
   冷却した後、第２熱交換器（５）に供給するように回路
   接続を切換える回路切換手段（１５）とが設けられてい
   ることを特徴とする蓄熱式空気調和装置。
2. （２）上記請求項（１）記載の蓄熱式空気調和装置にお
   いて、第２減圧機構は流量制御可能な第２電子膨張弁（
   １２）で構成され、該第２電子膨張弁（１２）と並列に
   蓄熱用熱交換器（１０）が接続される一方、上記回路切
   換手段（１５）は、蓄熱用熱交換器（１０）の第１熱交
   換器側端部（１０ｂ）における冷媒配管（６）と短絡管
   （１３）との間に介設された第１開閉弁（１１）と、短
   絡管（１３）に介設された第２開閉弁（１４）と、蓄熱
   運転時に第１減圧機構（４）および第１開閉弁（１１）
   を全閉に、第２開閉弁（１４）を全開に制御すると共に
   、第２電子膨張弁（１２）を冷媒が減圧可能に開閉制御
   する一方、蓄熱回収冷房運転時には、第１開閉弁（１１
   ）を全開に、第２開閉弁（１４）を全閉に制御する一方
   、第１減圧機構（４）を冷媒が減圧可能に、第２電子膨
   張弁（１２）を流量調整可能に夫々側閉制御する開閉制
   御手段（１６）とより構成されていることを特徴とする
   蓄熱式空気調和装置。