JPH02287063A - 直膨式蓄熱ヒートポンプ装置及びその運転方法 - 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〕 本発明は冷暖房、冷蔵倉庫、ショーケース等で必要な冷
熱・温熱供給設備としてのヒートポンプの技術分野で利
用され、特に、夜間電力を利用して冷熱・温熱を製造貯
蔵してそれを昼間に使用する形式の直膨式蓄熱ヒートポ
ンプ装置及びその運転方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、蓄熱式ヒートポンプとしては第７図に示すごとく
のチラー式のものが知られている。第７図は氷蓄熱ヒー
トポンプで冷房運転時を示すものであるが、圧縮機６１
で圧縮された冷媒が室外熱交換器６２で冷却・凝縮され
、次に膨張弁６３で減圧され、ブライン熱交換器６４内
のブラインを冷却する。冷却されたブラインは別の系統
でポンプ６５により蓄熱式熱交換器６６に送られ、蓄熱
式熱交換器６６内の水を冷却する。かくして、夜間等の
冷房不便時に冷熱を蓄えておく、そして、昼間時にさら
に別の系統によって、上記蓄熱式熱交換器６６内の冷却
水をポンプ６７で室内熱交換器６８へ送って上記冷熱を
とり出して室内冷房を行うものである。

一方、冷媒を室内熱交換器に送って冷房を行う直膨式の
装置もある。例えば、第８図のごとく、圧縮機７１で圧
縮され室外熱交換１７２で凝縮された冷媒を膨張弁７３
で減圧してこれを室内熱交換器７４に導いて冷房を行う
装置において、蓄熱式熱交換器７５そしてポンプ７６を
図示のごとく接続している。この装置によれば、夜間に
は上記膨張弁７３で減圧された冷媒を蓄熱式熱交換器７
５に導いて、槽内の水を冷却して冷熱を蓄え、そして冷
媒をポンプ７６によって圧縮機７１に帰還せしめる。昼
間時には、蓄熱式熱交換器７５と室内熱交換器７４との
間でサイクルを形成して上記蓄熱式熱交換器７５の冷熱
を冷媒によってとり出して室内熱交換器７４に送り冷房
を行うものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述の従来装置及びその運転方法にあっ
て、チラー式の場合、冷媒、ブライン、水のそれぞれの
系統が必要になり、その設備は大がかりになり高価なも
のとなる。一方、直膨式のものでは、直接−冷媒によっ
て冷房できる点では効果的であるが、ポンプを用いるた
めに、ポンプ、該ポンプを接続する配管そしてそれを切
換えるための制御装置を用し、ヒートポンプ装置として
、これも複雑そして大がかりになってしまい、またその
運転方法も複雑となってしまうという問題がある。

本発明は、かかる問題を解決し、小型化かつ簡素化され
た効率のよい直膨式蓄熱ヒートポンプ装置及びその運転
方法を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段及び作用］本発明によれば
、上記目的は、装置に関しては、圧縮機、室外熱交換器
、受液器、膨張弁、蓄熱式熱交換器そして室内熱交換器
を有する直膨式蓄熱ヒートポンプ装置において、 圧縮機と室外熱交換器とを遮断可能に接続し、室外熱交
換器を受液器、蓄熱式熱交換器そして膨張弁のいづれか
に切換可能かつ遮断可能に接続し、受液器を膨張弁に接
続すると共に該受液器を蓄熱式熱交換器そして室内熱交
換器のどちらかに切換可能かつ遮断可能に接続し、膨張
弁を蓄熱式熱交換器と室内熱交換器のいづれかに切換可
能かつ遮断可能に接続し、さらに蓄熱式熱交換器を圧縮
機に遮断可能に接続することにより、圧！ｉ？ｉａ、室
外熱交換器、受液器、第一膨張弁、蓄熱式熱交換器そし
て圧縮機を順に接続した冷房蓄熱用の第一循環路と、圧
縮機、室外熱交換器、蓄熱式熱交換器、受液器、第二膨
張弁、室内熱交換器そして圧縮機を順に接続した冷房用
の第二循環路と、圧縮機、蓄熱式熱交換器、受液器、第
二膨張弁、室外熱交換器そして圧縮機を順に接続した暖
房蓄熱用の第三循環路と、圧縮機、室内熱交換器、受液
器、第一膨張弁、蓄熱式熱交換器そして圧縮機を順に接
続した暖房用の第四循環路の四つ循環路のうちの一つを
任意に選択して設定する、 ことにより達成される。

かかる本発明にあっては、上記口つの循環路を適宜切換
えることによって冷暖房がなされる。

■　先ず冷房を行うにあたり、冷房不要時、例えば夜間
等に第−Ｖ＆環路に切り換えられて、圧縮後室外熱交換
器で凝縮された冷媒は蓄熱式熱交換器内の蓄熱液を冷却
しここに冷熱を蓄える。

■　次に、冷房時、例えば昼間に第二循環路に切り換え
て、室内熱交換器にて冷房を行う。その時、蓄熱式熱交
換器内の冷熱の利用を大きくして、消費電力を抑えた運
転をしたいときは、第二膨張弁の開度を大きくすること
で凝縮圧力を低下させ、蓄熱式熱交換器内で凝縮させる
圧力にまで制御する。このとき室外熱交換器では圧縮機
から出た高温の過熱ガスの過熱骨のみを冷却することに
なる。負荷の小さい日はこの運転のみで冷房が可能であ
る。また、蓄熱式熱交換器内の冷熱の利用を小さくして
運転したいときは第二膨張弁の開度を小さくして凝縮圧
力を高め、室外熱交換器内で凝縮させる圧力までに制御
する。このとき室外熱交換器から出た冷媒の飽和液は蓄
熱式熱交換器を通ることにより、０　”Ｃ近くまで過冷
却されることになる。その冷却された分だけ蓄熱式熱交
換器内の冷熱を消費することになる。このようにして１
日当たりの蓄熱式熱交換器の冷熱の使用割合を変えてい
く。

■　次に暖房を行う場合、夜間等の暖房不要時に第三循
環路に切り変える。こうすることにより、圧縮機で圧縮
された冷媒はその温熱を蓄熱式熱交換器内の蓄熱液に蓄
える。

■　そして、昼間等に暖房゛を行う際には、第四循環路
に切り換えて、蓄熱式熱交換器を蒸発器として機能させ
、圧縮機にて高温となった冷媒ガスを室内熱交換器へ送
ってその冷媒の凝縮熱で室内を暖房し、凝縮された冷媒
液は第一膨張弁にて減圧されたのち蓄熱式熱交換器にて
蓄熱式熱交換器内の温熱によって冷媒をガス化させ再び
圧縮機へ送られる。この運転を続けていくと蓄熱式熱交
換器内の温度は低下していくため、蓄熱式熱交換器を蒸
発器として用いたときの冷媒蒸発温度と室外熱交換器を
蒸発器として用いたときの冷媒蒸発温度を比較すること
で、室外熱交換器を蒸発器として用いた方が冷媒蒸発温
度が高くなるとき（簡易的には外気温と蓄熱式熱交換器
水温を比較して、外気温が高いとき）圧縮機−室内熱交
換器一受液器一第二膨張弁室外熱交換器−圧縮機となる
循環路に切り変えて暖房を行う。

〔実施例〕

以下、添付図面にもとづいて本発明の詳細な説明する。

第１図は本実施例装置の概要構成図である。本実施例装
置は、圧縮機１、室外熱交換器２、受液器３、第一膨張
弁４、第二膨張弁４Ａ、蓄熱式熱交換器５そして室内熱
交換器６で主として構成され、これらが図示のごとく、
四方（電磁）弁１１、三方（電磁）弁１２、電磁弁１３
．１４．１５．１６そして逆止弁２１，２２，２３．２
４，２５，２６，２７．２Ｂ、２９．３０によって図示
のごとく接続されている。

ここで、三方弁１２及び電磁弁は、図示の黒三角の方向
にのみ流れを許容しかつ遮断も可能となっている。さら
に、逆止弁は弁に示された矢印方向にのみ流れを許容す
るようになっている。

かかる本実施例にあって、冷房のための冷熱蓄熱を行う
際には、第２図の太実線で示される第一循環路回路を構
成するように四方弁、三方弁、電磁弁の切換えが行われ
る。第２図において、圧縮機１で圧縮された冷媒は四方
弁１１を経て室外熱交換器２にて凝縮された後、三方弁
１２を経て受液器３に達し、次に第一膨張弁４で減圧さ
れて蓄熱式熱交換器５内の蓄熱液としての水を冷却した
後圧縮機ｌに帰還する。かかるサイクルをモリエル線図
で示したのが第６図（Ａ）である。かくして、夜間特等
冷房を行わない時間帯に冷熱を上記蓄熱式熱交換器に蓄
える。

次に、上記蓄熱冷熱をも利用して冷房を行う場合には、
第３図の大実線のごとく回路を切り換えて第二循環路を
形成する。

１］中など電力消費量を低くして冷房したいときは、第
二膨張弁４＾の開度を大きくすることで凝縮圧力を低下
させ、圧縮機１を出た高温の過熱ガスを室外熱交換器２
で過熱骨の一部を冷却させたのち、蓄熱式熱交換器５に
て冷媒を凝縮させ第二膨張弁で減圧して室内熱交換器に
送り冷房する。これはモリエル線図で示すと第６図（Ｂ
）のサイクルｂである。

この運転では冷媒の凝縮する熱が全て蓄熱式熱交換器内
の冷熱でまかなわれるため蓄熱式熱交換器内の熱の利用
割合が大きい。その反面、凝縮圧力と蒸発圧力が小さい
圧力差で運転できるため圧縮機の負荷は小さくなり、同
じ冷房能力でも電力消費量を小さくすることができる。

その際、負荷が小さいときは圧縮機の容量を無段階に調
整する。これは例えば回転数を変えることにより制御す
ることができる。

次に、蓄熱式熱交換器内の熱の利用を小さくしたいとき
は第二膨張弁４Ａの開度を小さくすることで凝縮圧力を
高め圧縮機１を出た高温の過熱ガスは室外熱交換器２で
凝縮されその凝縮液が蓄熱式熱交換器５を通ることで冷
媒液は０℃近くまで冷却（過冷却）されたのち第二膨張
弁４Ａにて減圧され室内熱交換器に送られて冷房する。

蓄熱式熱交換器内の冷熱は冷媒を過冷却させる分の熱だ
け消費されることになるため蓄熱式熱交換器の熱の利用
割合は小さい（第６図Ｂのａのサイクル）。さらに、蓄
熱式熱交換器の冷熱を用いずに冷房するには、回路の一
部を第３図の二重線にて示されるごとくに切り換え、蓄
熱式熱交換器５を介さずに室外熱交換器２と受液器３と
を結ぶようにして、第二膨張弁４Ａでの圧…を大きくす
ることにより圧縮機１での昇圧を大きくして室外熱交換
器２で熱を室外に放出させて凝縮すればよい（第６図（
Ｂ）のモリエル線図のサイクルＣ参照）。

次に、暖房を行うために、温熱蓄熱は第４図の大実線の
ごとくに回路を切り換えて形成される第三循環路により
行われる。すなわち、圧縮機ｌで圧縮され昇温された冷
媒は蓄熱式熱交換器５で蓄熱液を加熱する（第６図（Ｃ
）のモリエル線図参照）。

そして、上記蓄熱された温熱を使用して暖房を行う際に
は、回路を第５図の大実線のごとく切り換えた第四循環
路で行う。すなわち蓄熱式熱交換器５の熱を利用−して
暖房が可能となる（第６図（ロ）のサイクルａ）。冬の
朝の立上り負荷が非常に大きいので、従来装置ではこれ
に対処するには圧縮機に大きな能力が必要であったが、
本発明ではかくしてこの問題を解決している。そして、
蓄熱式熱交換器を蒸発器として機能させ、圧縮機にて高
温となった冷媒ガスを室内熱交換器へ送ってその冷媒の
凝縮熱で室内を暖房し、凝縮された冷媒液は第一膨張弁
にて減圧されたのち蓄熱式熱交換器にて蓄熱式熱交換器
内の温熱によって冷媒をガス化させ再び圧縮機へ送られ
る。この運転を続けていくと蓄熱式交換器内の温度は低
下していくため、蓄熱式熱交換器を蒸発器として用いた
ときの冷媒蒸発温度と室外熱交換器を蒸発器として用い
たときの冷媒蒸発温度を比較することで、室外熱交換器
を蒸発器として用いた方が冷媒蒸発温度が高くなるとき
（簡易的には外気温と蓄熱式熱交換器水温を比較して、
外気温が高いとき）には、第５図の二重線に示すように
、圧縮機−室内熱交換器一受液器一第二膨張弁−室外熱
交換器一圧縮機となる循環路に切り変えて暖房を行う（
第６図（Ｄ）のサイクルｂ）。

〔発明の効果〕

本発明は以上のごとくであり、次のような効果をもたら
す。

■　１−熱式熱交換器に夜間沿えられた冷・温熱を冷凍
サイクルで用いられる冷媒で取り出すことができ装置が
簡素化され、従来の水による熱搬送のごとくの漏水の危
険はなくなる。

■　蓄熱式熱交換器に夜間蓄えられた冷・温熱を、ポン
プ等余分や設備を用いないで冷凍サイクルで用いている
圧縮機を動力源とすることに。Ｌり熱搬送設備を簡素化
する。

■　冷熱の蓄熱とＩＦｊｉ熱の蓄熱を同一蓄熱式熱交換
器で兼用できるので、蓄熱式熱交換器のスペースを小さ
くすることができる。

■　季節・時間的な負荷変動に対して蓄熱式熱交換器内
の熱と外気の熱の利用割合を任意に変えられることで、
電力消費量を大幅に低減することができるとともに最大
能力の向上を図ることができる。

■　容量制御可能な田縮機を用いることで負荷変動に対
する追随性が高く簡単となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例装置の概要構成図、第２図ない
し第５図は第１図装置の各使用モードにおけるそれぞれ
の回路図、第６図（Ａ）〜（Ｄ）は第２図ないし第５図
のそれぞれに対応するモリエル線図、第７図は従来装置
の概要構成図、第８図は他の従来装置の概要構成図であ
る。 Ｉ・・・・・・・・・圧縮機 ２・・・・・・・・・室外熱交換器 ３・・・・・・・・・受液器 ４・・・・・・・・・第一膨張弁 ４Ａ・・・・・・・・・第二膨張弁 ５・・・・・・・・・蓄熱式熱交換器 ６・・・・・・・・・室内熱交換器

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧縮機、室外熱交換器、受液器、膨張弁、蓄熱式
   熱交換器そして室内熱交換器を有する直膨式蓄熱ヒート
   ポンプ装置において、 圧縮機と室外熱交換器とを遮断可能に接続し、室外熱交
   換器を受液器、蓄熱式熱交換器そして膨張弁のいづれか
   に切換可能かつ遮断可能に接続し、受液器を膨張弁に接
   続すると共に該受液器を蓄熱式熱交換器そして室内熱交
   換器のどちらかに切換可能かつ遮断可能に接続し、膨張
   弁を蓄熱式熱交換器と室内熱交換器のいづれかに切換可
   能かつ遮断可能に接続し、さらに蓄熱式熱交換器を圧縮
   機に遮断可能に接続することにより、 圧縮機、室外熱交換器、受液器、第一膨張弁、蓄熱式熱
   交換器そして圧縮機を順に接続した冷房蓄熱用の第一循
   環路と、圧縮機、室外熱交換器、蓄熱式熱交換器、受液
   器、第二膨張弁、室内熱交換器そして圧縮機を順に接続
   した冷房用の第二循環路と、圧縮機、蓄熱式熱交換器、
   受液器、第二膨張弁、室外熱交換器そして圧縮機を順に
   接続した暖房蓄熱用の第三循環路と、圧縮機、室内熱交
   換器、受液器、第一膨張弁、蓄熱式熱交換器そして圧縮
   機を順に接続した暖房用の第四循環路の四つ循環路のう
   ちの一つを任意に選択して設定する、 ことを特徴とする直膨式蓄熱ヒートポンプ装置。
2. （２）第二循環路は室外熱交換器から受液器へ直接に入
   るように切換可能となっていることとする請求項（１）
   に記載の直膨式蓄熱ヒートポンプ装置。
3. （３）第四循環路は受液器から第二膨張弁、室外熱交換
   器を経て圧縮機に帰還するように切換可能となっている
   こととする請求項（１）に記載の直膨式蓄熱ヒートポン
   プ装置。
4. （４）圧縮機に、負荷に応じて容量が無段階に制御可能
   な手段を取りつけたこととする請求項（１）に記載の直
   膨式蓄熱ヒートポンプ装置。
5. （５）請求項（１）の直膨式蓄熱ヒートポンプを、冷房
   運転時に第二膨張弁の弁開度を調節することにより凝縮
   圧力を任意に設定して室外熱交換器と蓄熱式熱交換器を
   冷媒の凝縮器として使いわけることを可能とした直膨式
   蓄熱ヒートポンプ装置の運転方法。
6. （６）暖房運転時に蓄熱式熱交換器を蒸発器として用い
   たときの冷媒蒸発温度と室外熱交換器を蒸発器として用
   いたときの冷媒蒸発温度を比較することで、受液器から
   圧縮機までの経路を、第一膨張弁、蓄熱式熱交換器を経
   て、そして後者の方が高いときには第二膨張弁、室外熱
   交換器を経て形成するように切換えることとする請求項
   （３）に記載の直膨式蓄熱ヒートポンプ装置の運転方法
   。