JPH0330744Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は空気調和装置、詳しくは対水熱交換器
を備えた冷凍機ユニツトと利用側熱交換器とを水
配管で連結して水循環路を形成し、冷房又は暖房
を可能とし、かつ、蓄熱槽を備え、蓄熱及び前記
水循環路への放熱を可能とした空気調和装置に関
する。

従来、以上の如く冷凍機ユニツトと利用側熱交
換器とを水配管で連結し、冷房又は暖房を可能に
した空気調和装置において、蓄熱槽を設けて軽負
荷時に蓄熱し、負荷の増加で能力不足が生ずると
き蓄熱した熱量を補助熱源として利用するごとく
したものは、例えば実公昭56−32823号公報に示
されている通りすでに知られている。

所でこの従来装置は、第２図に示したごとく蓄
熱槽Ａに熱交換コイルＢを内装して、該コイルＢ
を対水熱交換器Ｃをもつた冷凍機ユニツトＤと複
数の利用側熱交換器Ｅ…とを連結する水配管Ｆ
に、前記冷凍機ユニツトＤと利用側熱交換器Ｅと
に対し直列に接続したものである。所が前記蓄熱
槽Ａは、一槽形式の缶体から成り、内部に前記熱
交換コイルＢを内装するものであるから、蓄熱す
る場合、内部に充填した水温は平均的に冷却又は
加熱されることになり、そのため前記水配管Ｆを
循環する循環水との温度差が充分とれず、前記蓄
熱槽Ａの水量に対する蓄熱容量が減少しそれだけ
前記熱交換コイルＢの熱交換面積を大きくした
り、蓄熱槽Ａの容量を大きくしなければならない
問題があつた。

また、従来装置では、第２図のごとく前記熱交
換コイルＢに接続する水配管Ｆの入口側に電磁弁
Ｇを設けると共に、前記熱交換コイルＢを側路す
るバイパス管Ｈを設けて、該バイパス管Ｈに電磁
弁Ｉを設け、これら電磁弁Ｇ，Ｉを開閉制御して
軽負荷時蓄熱し、能力不足時放熱するごとく成し
ているから、換言すると冷房又は暖房の運転時、
能力の余裕があるときに蓄熱し、能力不足で放熱
するごとく成しているのであるから、前記電磁弁
Ｇ，Ｉの開閉による蓄熱及び放熱の運転制御が面
倒となるばかりか、冷房又は暖房の運転時に蓄熱
するのであるから、前記水配管Ｆを循環する循環
水との温度差がそれだけ少なくなり、前記した蓄
熱槽Ａの構成と相俟つて、水量に対する蓄熱容量
が更に減少する問題があり、蓄熱容量を充分得る
場合、大形化する問題があつた。尚第２図におい
てＰは水循環ポンプＱは膨張タンクである。

本考案の目的は、蓄熱槽を、冷凍機ユニツトと
利用側熱交換器とを備えた水循環路とは独立して
設けると共に前記蓄熱槽には、互に連通する低温
槽部と高温槽部とを設けた構造とし、しかも蓄熱
は前記利用側熱交換器による冷房又は暖房運転を
停止しているとき行なうごとく成して水量に対す
る蓄熱容量を増大し、かつ前記水循環路の循環水
と熱交換する熱交換器を小型化することができし
かも深夜電力により低コストで蓄熱できるように
し、更には、水循環路と独立する前記蓄熱槽に対
して設ける熱交換回路に、水量を制御する流量制
御弁を設けて、該制御弁による温度制御を併用し
て行い、過剰な蓄熱を防止して凍結を回避できる
と共に必要以上の放熱を防止して効率的な運転が
行えるようにする点にある。

本考案の構成は、前記水循環路に、前記利用側
熱交換器を側路する開閉弁をもつたバイパス管を
設けると共に該バイパス管の下流側接続部位の下
流側に水対水熱交換器を設ける一方、互に連通す
る低温槽部と高温槽部とをもつた蓄熱槽を設け
て、該蓄熱槽に、前記低温槽部から前記水対水熱
交換器を経て高温槽部に戻る第１熱交換回路と、
前記高温槽部から前記水対水熱交換器を経て低温
槽部に戻る第２熱交換回路及び、これら各熱交換
回路に水の流れを与えて前記水対水熱交換器を作
用させる少なくとも一つの蓄熱槽ポンプとを設け
前記冷凍機ユニツトと水循環ポンプ及び前記蓄熱
槽ポンプを駆動し、かつ、前記開閉弁を開いて行
なう蓄熱運転を深夜電力で行なうように運転制御
する手段と、前記第１及び第２熱交換回路を循環
する水量を制御する流量制御弁と、前記第２熱交
換回路における前記水対水熱交換器の出口側水温
検出手段と、前記利用側熱交換器の入口側水温検
出手段と、前記流量制御弁の開度を、蓄熱運転時
には前記水対水熱交換器の出口側水温検出手段の
検出水温が第１設定温度となるように制御し、か
つ、蓄熱の放出運転時には前記利用側熱交換器の
入口側水温検出手段の検出水温が第２設定温度と
なるように制御する前記流量制御弁の制御手段と
を設けたことにより、蓄熱時の温度差が充分と
れ、水量に対する蓄熱容量を増大でき、しかも低
コストで蓄熱でき、更に、過剰な蓄熱を防止して
凍結を回避できると共に必要以上の放熱を防止し
て効率的な運転が行えるようにしたのである。

次に本考案の実施例を第１図に基づいて説明す
る。

第１図に示したものは、２台の冷凍機ユニツト
１，１と２台の利用側熱交換器２，２とを備え２
室を冷暖房可能とした多室形空気調和装置であつ
て、前記冷凍機ユニツト１，１は、圧縮機（図示
せず）対水熱交換器１ａ，１ａを備えたヒートポ
ンプチラーから成り、前記対水熱交換器１ａ，１
ａを、水配管３，３を介してヘツダー４，５に並
列に接続すると共に、前記利用側熱交換器２，２
も水配管６，６を介して並列に接続し、この並列
回路をそれぞれ合流管７，８を介して、前記ヘツ
ダー４，５に接続し、前記水配管３，３，６，６
及び合流管７，８を介して前記対水熱交換器１
ａ，１ａと利用側熱交換器２，２との間に閉鎖さ
れた水循環路１０を形成している。

そして以上の如く構成する水循環路１０には、
二つの１次水循環ポンプ１１，１１と二つの二次
水循環ポンプ１２，１２を介装すると共に、前記
利用側熱交換器２，２を側路するバイパス管１３
を設け、かつ、このバイパス管１３の下流側接続
部位の下流側における前記合流管８には、水対水
熱交換器１４を設けるのであり、また、前記利用
側熱交換器２，２の出口側に接続する水配管６，
６には、それぞれ冷房又は暖房負荷の容量に応じ
て流量を調節する流量制御弁１５，１５を介装す
ると共に、前記バイパス管１３には、蓄熱時開
き、放熱時閉じる開閉弁１６を介装するのであ
る。

又一方、横長形状とし、複数の仕切板２１によ
り形成するジグザグ通路２２を介して互に連通す
る低温槽部２３と高温槽部２４とを設けた蓄熱槽
２０を形成し、この蓄熱槽２０に第１図１点鎖線
の矢印で示したごとく前記低温槽部２３から前記
水対水熱交換器１４を経て高温槽部２４に戻る第
１熱交換回路３１と、第１図点線矢印で示したご
とく前記高温槽部２４から前記水対水熱交換器１
４を経て低温槽部２３に戻る第２熱交換回路３２
とを設けるのである。

第１図に示したものは、二つの第１及び第２三
方電磁弁３３，３４を設けて、これら電磁弁３
３，３４の固定ポート間を水配管３５により連結
し、該水配管３５に前記水対水熱交換器１４を介
装すると共に、前記各三方電磁弁３３，３４にお
ける一つの切換ポートを低温槽部２３に、もう一
つの切換ポートを高温槽部２４にそれぞれ連通管
３６，３７及び３８，３９を介して連通し、前記
連通管３６、第１三方電磁弁３３、水配管３５、
第２三方電磁弁３４及び連通管３９により前記第
１熱交換回路３１を、また前記連通管３８、第１
三方電磁弁３３、水配管３５、第２三方電磁弁３
４及び連通管３７により前記第２熱交換回路３２
をそれぞれ形成している。

そして、以上の如く構成する各熱交換回路３
１，３２における前記水配管３５には、これら各
熱交換回路３１，３２に水の流れを与えて、前記
水対水熱交換器１４を作用させる１つの蓄熱槽ポ
ンプ４０を設け、このポンプ４０と、前記冷凍機
ユニツト１，１の圧縮機及び前記各水循環ポンプ
１１，１２…を駆動すると共に、前記開閉弁１６
を開くことにより蓄熱運転を可能とし、かつ、こ
の蓄熱運転を深夜電力で行なうごとく運転制御す
るのである。

この運転制御は例えばプログラムタイマーを用
い、所要蓄熱量が得られる蓄熱運転時間となるよ
うに翌日冷房又は暖房を開始する開始側に基準を
おいて、前記プログラムタイマーで蓄熱運転の開
始時刻及び蓄熱運転時間を設定して蓄熱運転を行
なうのであつて、このプログラムタイマーの変更
は例えば１週間ごととか１ケ月ごとのように周期
的に手動で行なうのである。

尚、前記蓄熱運転の制御は、コンピユータを用
い例えば土曜日と日曜日とを除く曜日と運転当日
における運転停止時の水槽温度など、当日の負荷
情況及び当日における冷房又は暖房運転時の平均
外気温度などのデータをもとに演算して蓄熱運転
時間を算出し、翌日行なう冷房又は暖房の開始側
に基準をおいて、以上の如く算出した時間をもと
に蓄熱運転を制御するごとく成してもよい。

又、前記第１及び第２熱交換回路３１，３２を
構成する前記水配管３５に、前記各熱交換回路３
１，３２を循環する水量を制御する流量制御弁４
１を設けると共に、前記第２熱交換回路３２にお
ける前記水対水熱交換器１４の出口側水温を検出
する検出手段を設ける。

更に、前記水循環路１０における前記二次水循
環ポンプ１２，１２の出口側に、前記利用側熱交
換器２，２の入口側水温を検出する検出する検出
手段を設ける。

そして、前記流量制御弁４１の開度を制御する
制御手段を設けて、例えば冷房時の蓄熱運転時に
は、前記水対水熱交換器１４で熱交換した蓄熱水
の温度すなわち該熱交換器１４の出口側水温検出
手段で検出される検出水温が第１設定温度例えば
９℃となるように制御し、かつ、蓄熱の放出運転
時には、前記水循環路１０における前記二次水循
環ポンプ１２，１２の出口側を流れる循環水の温
度すなわち前記利用側熱交換器２，２の入口側水
温検出手段で検出される検出水温が第２設定温度
例えば７℃となるように制御するのである。

尚第１図において１７は前記ヘツダー４，５を
連絡する連絡管で、その途中には水圧を検出し、
前記水循環路１０における流量制御弁１５，１５
の絞り制御で水圧が増大したとき開くバイパスバ
ルブ１８を介装している。

又１９は膨張タンク２ａ，２ａは、前記利用側
熱交換器２，２に付設するフアンである。

次に以上の如く構成する空気調和装置を用いて
行なう冷房運転及び、蓄熱運転について説明す
る。

先ず中間期など冷房負荷が軽負荷な時期におい
て冷房運転を行なう場合、前記開閉弁１６を閉
じ、前記冷凍機ユニツト１，１を駆動すると共
に、前記利用側熱交換器２，２に付設するフアン
２ａ，２ａ及び前記各水循環ポンプ１１，１２を
駆動して行なうのであつて、前記冷凍機ユニツト
１，１の対水熱交換器１ａ，１ａで形成される冷
水は、利用側熱交換器２，２に至り、該熱交換器
２，２を設置する室内の冷房を行なうのであり、
斯く冷房を行つた後出口から出る冷水は前記対水
熱交換器１ａ，１ａに戻つて再び冷却されるので
あつて、前記水循環路１０を通る冷水の循環で冷
房が行なえるのである。

以上の如く軽負荷時、能力不足が生ずることは
ないのであるから、プログラムタイマーを用いる
場合でも、予め蓄熱時間を零に設定することによ
り、前記冷房運転が終了した後に蓄熱運転は行な
われない。

次に、夏期の冷房時期において冷房運転を行な
う場合、能力不足がなければ前記した軽負荷時と
同様の冷房運転となるが、能力不足があると、前
記蓄熱槽ポンプ４０を駆動し、前日深夜電力で蓄
熱した蓄冷熱を前記水対水熱交換器１４を介して
前記蓄熱槽２０から取出すことにより、前記蓄冷
熱を補助熱源として冷房を行なうのである。

この場合、前記三方電磁弁３３，３４を操作
し、前記第１熱交換回路３１を用いて低温槽部２
３で蓄冷する冷水を循環させて前記水対水熱交換
器１４で、前記水循環路１０を流れる循環水に放
熱し該循環水を冷却するのであつて、蓄冷冷水の
循環は前記流量制御弁４１により、前記水循環路
１０における二次水循環ポンプ１２の出口側温度
が前記したごとく第２設定温である７℃になるよ
うにその水量を制御するのである。

即ち、以上の如く蓄冷熱を補助熱源として冷房
を用い蓄熱の放出運転時には、前記利用側熱交換
器２の入口側水温を検出して、該水温が第２設定
温度７℃になるように前記流量制御弁４１の開度
を制御するのであるから、前記利用側熱交換器２
における負荷に対応し、冷凍機ユニツト１での能
力を補填できる熱量だけ蓄冷熱を利用でき、従つ
て、必要以上に吸熱することなく運転できるか
ら、蓄熱の放出運転の効率を向上できるのであ
る。

そして以上の如く蓄冷熱を補助熱源として冷房
を行なう場合、冷房負荷は大きく、そのためプロ
グラムタイマーを用いる場合でも、蓄熱時間が所
定時間に設定されているのであるから、冷房運転
終了後、予め設定された時間になると、深夜電力
を利用した蓄熱運転が行なわれる。この蓄熱運転
は、前記開閉弁１６を開き、前記冷凍機ユニツト
１，１の圧縮機と、各水循環ポンプ１１，１２及
び蓄熱槽ポンプ４０を駆動して行なうのである。

この場合前記三方電磁弁３３，３４を操作し、
前記第２熱交換回路３２を用いて蓄熱槽２０の水
を、高温槽部２４から水対水熱交換器１４を経て
低温槽部２３に戻すごとく成し前記水循環路１０
を流れる冷却された循環水で、前記蓄熱槽２０の
水を冷却し蓄冷するのであつて、この蓄熱される
水の循環量は、前記流量制御弁４１により低温槽
部２３に流れる水温が第１設定温度である９℃と
なるごとく制御されるのである。

即ち、以上の如く行う蓄熱運転時には、前記水
対水熱交換器１４の出口側水温を検出して、前記
流量制御弁４１の開度を、前記利用側熱交換器２
の入口側水温によることなく、前記水対水熱交換
器１４の出口側水温が第１設定温度となるように
制御するのであるから、この蓄熱運転時、過剰な
蓄熱が行われて、蓄熱槽２０や第２熱交換回路３
２において凍結することを回避できるのである。
また、この蓄熱運転は、前記水配管６，６に設け
た前記流量制御弁１５，１５を閉じ、かつ前記利
用側熱交換器２，２のフアン２ａ，２ａを停止
し、冷房運転を行なわない状態で行なうことと、
前記蓄熱槽２０を、低温槽部２３と高温槽部２４
とに区分して、高温槽部２４から低温槽部２３に
流し、前記水対水熱交換器１４で冷却された循環
水と熱交換するごとくしたこととにより、温度差
は充分とれ、従つて、水量に対する蓄熱容量を増
大できるのであつて、前記水対水熱交換器１４や
蓄熱槽２０を大形にしなくとも所望の蓄熱が可能
となるのであり、しかも深夜電力を利用するか
ら、低コストでの蓄熱運転が可能となるのであ
る。以上のように流量制御弁４１による温度制御
を併用して蓄熱運転及び蓄熱の放出運転を行い、
蓄熱運転時には第１設定温度を例えば９℃にする
ことにより、過剰な蓄熱を防止して蓄熱槽２０や
第２熱交換回路３２における凍結を回避できると
共に、蓄熱の放出運転時には第２設定温度を例え
ば７℃にすることにより、必要以上の放熱を防止
して効率的な運転が行えるのである。

又、暖房運転を行なう場合前記冷凍機ユニツト
１，１に設ける冷媒の冷暖房切換機構（図示せ
ず）を暖房に切換え、前記水循環路１０を循環す
る循環水を温水として行なうのであつて、前記し
た冷房と同様の操作により行なうのである。

尚、暖房運転において蓄熱槽２０で蓄熱した蓄
熱量を循環水に放熱する場合、前記した冷房時と
は逆に、前記第２熱交換回路３２を用い、また蓄
熱する場合第１熱交換回路３１を用いるのであ
る。又、この暖房時に各熱交換回路３１，３２を
冷房時と同じに用いてもよく、この場合には冷房
時の低温槽部２３が高温槽部となり、冷房時の高
温槽部２４が低温槽部となるのである。

又、以上説明した実施例は、前記冷凍機ユニツ
ト１，１としてヒートポンプチラーを用いたが、
冷水専用のチラーを用いてもよい。また２台用い
る代りに１台でもよいし３台以上でもよい。ま
た、前記利用側熱交換器２，２も２台としたが１
台でも、３台以上でもよい。

以上の如く本考案は前記水循環路１０に、前記
利用側熱交換器２を側路する開閉弁１６をもつた
バイパス管１３を設けると共に該バイパス管１３
の下流接続部位の下流側に水対水熱交換器１４を
設ける一方、互に連通する低温槽部２３と高温槽
部２４とをもつた蓄熱槽２０を設けて、該蓄熱槽
２０に、前記低温槽部２３から前記水対水熱交換
器１４を経て高温槽部２４に戻る第１熱交換回路
３１と、前記高温槽部２４から前記水対水熱交換
器１４を経て低温槽部２３に戻る第２熱交換回路
３２及びこれら各熱交換回路３１，３２に水の流
れを与えて前記水対水熱交換器１４を作用させる
少なくとも一つの蓄熱槽ポンプ４０とを設け前記
冷凍機ユニツト１と水循環ポンプ１１及び前記蓄
熱槽ポンプ４０を駆動し、かつ前記開閉弁１６を
開いて行なう蓄熱運転を深夜電力で行なうように
運転制御する手段と、前記第１及び第２熱交換回
路３１，３２を循環する水量を制御する流量制御
弁４１と、前記第２熱交換回路３２における前記
水対水熱交換器１４の出口側水温検出手段と、前
記利用側熱交換器２の入口側水温検出手段と、前
記流量制御弁４１の開度を、蓄熱運転時には前記
水対水熱交換器１４の出口側水温検出手段の検出
水温が第１設定温度となるように制御し、かつ、
蓄熱の放出運転時には前記利用側熱交換器２の入
口側水温検出手段の検出水温が第２設定温度とな
るように制御する前記流量制御弁４１の制御手段
とを設けたことにより、蓄熱運転において前記水
対水熱交換器１４で熱交換する水循環路１０の循
環水に対し、蓄熱槽２０で蓄熱する蓄熱水の温度
差を充分とれ、従つて水量に対する蓄熱容量を大
きくでき、前記水対水熱交換器１４や蓄熱槽２０
を小形化できながら、重負荷時蓄熱を補助熱源と
して有効に利用できるものであり、しかも蓄熱運
転を深夜電力で行なうごとく運転制御したから、
低コストで蓄熱できると共に蓄熱運転の運転制御
を簡単にでき、それでいて蓄熱運転時、冷房又は
暖房を停止しているときに行なうのであるから、
前記蓄熱槽２０の構成と相俟つて更に温度差を大
きくでき、更に、前記流量制御弁４１による温度
制御を蓄熱運転及び蓄熱の放出運転を併用して行
い、蓄熱運転時には前記水対水熱交換器１４の出
口側水温を検出し、該水温が第１設定温度になる
ように前記制御弁４１の開度を制御するのである
から、前記第１設定温度を例えば９℃にすること
により、過剰な蓄熱を防止して前記蓄熱槽２０や
第２熱交換回路３２における凍結を回避できると
共に、蓄熱の放出運転時には利用側熱交換器２の
入口側水温を検出して、該水温が第２設定温度に
なるように前記制御弁４１の開度を制御するので
あるから、前記第２設定温度を例えば７℃にする
ことにより、前記利用側熱交換器２における負荷
に対応して冷凍ユニツト１での能力不足を補填す
るだけ熱量を利用でき、必要以上の放熱を防止で
きるのであつて、前記蓄熱の放出運転の効率を向
上できるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す配管系統図、
第２図は従来装置を示す配管系統図である。 １……冷凍機ユニツト、２……利用側熱交換
器、１３……バイパス管、１６……開閉弁、２３
……低温槽部、２１……第１熱交換回路、３２…
…第２熱交換回路、４０……蓄熱槽ポンプ、１ａ
……対水熱交換器、１０……水循環路、１４……
水対水熱交換器、２０……蓄熱槽、２４……高温
槽部、４１……流量制御弁。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 対水熱交換器１ａを備えた冷凍機ユニツト１
   と、利用側熱交換器２とを、少なくとも一つの水
   循環ポンプ１１をもつた水配管で連結して水循環
   路１０を形成し、冷房又は暖房を可能とした空気
   調和装置であつて、前記水循環路１０に、前記利
   用側熱交換器２を側路する開閉弁１６をもつたバ
   イパス管１３を設けると共に該バイパス管１３の
   下流側接続部位の下流側に水対水熱交換器１４を
   設ける一方、互に連通する低温槽部２３と高温槽
   部２４とをもつた蓄熱槽２０を設けて、該蓄熱槽
   ２０に、前記低温槽部２３から前記水対水熱交換
   器１４を経て高温槽部２４に戻る第１熱交換回路
   ３１と、前記高温槽部２４から前記水対水熱交換
   器１４を経て低温槽部２３に戻る第２熱交換回路
   ３２及び、これら各熱交換回路３１，３２に水の
   流れを与えて前記水対水熱交換器１４を作用させ
   る少なくとも一つの蓄熱槽ポンプ４０とを設け、
   前記冷凍機ユニツト１と水循環ポンプ１１及び前
   記蓄熱槽ポンプ４０を駆動し、かつ、前記開閉弁
   １６を開いて行う蓄熱運転を深夜電力で行なうよ
   うに運転制御する手段と、前記第１及び第２熱交
   換回路３１，３２を循環する水量を制御する流量
   制御弁４１と、前記第２熱交換回路３２における
   前記水対水熱交換器１４の出口側水温検出手段
   と、前記利用側熱交換器２の入口側水温検出手段
   と、前記流量制御弁４１の開度を、蓄熱運転時に
   は前記水対水熱交換器１４の出口側水温検出手段
   の検出水温が第１設定温度となるように制御し、
   かつ、蓄熱の放出運転時には前記利用側熱交換器
   ２の入口側水温検出手段の検出水温が第２設定温
   度となるように制御する前記流量制御弁４１の制
   御手段とを設けたことを特徴とする空気調和装
   置。