JPH0520661B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、一の単段圧縮機を用いて時間差運転
による実質的な二段圧縮運転を行い、冷暖房コス
トの低減を図つた冷暖房装置の運転方法に関す
る。

「従来の技術」 従来より、夏期の冷房において夜間電力を使用
することは電力負荷平準化に役立つものとして特
に奨励されており、従来より安価な深夜電力を利
用して冷凍機を運転して、昼間の冷房分を氷の潜
熱でアイスバンク等の蓄冷槽に蓄冷し、昼間冷房
運転時は、該蓄冷槽に蓄積した冷エネルギーを利
用して冷房を行い、一方、冬期暖房時には前記冷
房機はヒートポンプとして稼働し、夜間電力で温
水を作り、これを地下に据え付けた蓄熱槽に蓄熱
し、該蓄熱槽内の熱エネルギーを利用して昼間の
暖房運転を行う、いわゆる深夜電力利用型の冷暖
房装置は公知である。

「発明が解決しようとする問題点」 この種の装置においては、夏期冷房に使用する
アイスバンク等の蓄冷槽と、冬期暖房に使用する
蓄熱槽を夫々別個に設けねばならない為に、装置
が大型化し、ユニツト化が不可能である。

又例え深夜電力を利用するにしても、昼間の冷
暖房に必要な熱（冷）エネルギーを前記蓄冷層と
蓄熱層に蓄積しようとすると、圧縮比が相当大に
なり、且つ圧縮機自体も大型化する。

又、前記冷暖房装置を圧縮効率の面から検討し
てみるに、冬期暖房時におけるヒートポンプによ
る暖房運転は、外気熱源で蒸発温度がマイナス以
下、例えば冬期外気温度が−５℃の場合ヒートポ
ンプシステムの蒸発温度（−10℃）となり、又加
温温水温度50℃必要である為に凝縮温度（55℃）
となり、両者の差は△t65℃あり、一方夏期冷房
時では冷房システムの蒸発温度が−５℃、空冷凝
縮温度40℃でその差が△t45℃である為、圧縮比
は冬期暖房時に比して小となる。

従つて、この種の装置においては、冬期暖房動
力が夏期冷房動力より二割以上大になる為に、冷
凍機の動力はヒートポンプの最大圧縮比で決めな
ければならず、この結果、冷房時における圧縮機
の動力力率が低下し、電力コストがその分余計に 本発明は従来技術のかかる欠点を解消し、深夜
電力利用によるコストダウンを図りつつも、一の
単段圧縮機を用いて時間差運転による実質的な二
段圧縮運転を行い、低い圧縮比での冷暖房運転を
可能にし、この結果、圧縮効率の向上と共に運転
コストの低減化を可能ならしめた冷暖房装置の運
転方法を提供する事にある。

又本発明の他の目的とする所は、前記蓄冷槽と
蓄熱槽を共通化（一体化）して冷房時の蓄冷と暖
房時の蓄熱のいずれにも利用可能に構成し、この
結果、システム全体としての小形化を図りつつユ
ニツト化を可能ならしめた冷暖房装置の運転方法
を提供することを目的とする。

「問題点を解決しようとする手段」 本発明はかかる技術的課題を達成する為に、 単一の蓄冷熱槽と空気熱交換器と水熱交換器と
単段圧縮機を有する冷暖房装置よりなり、 冬期暖房時において、 暖房の不必要な夜間の所定時間域に前記空気熱
交換器に外気熱源を取入れて蒸発器として又前記
単一の蓄冷熱槽を凝縮器として利用して前記蓄冷
熱槽に15〜30℃の中間温度の熱源を蓄熱する第一
の圧縮を行つた後、 次に昼間暖房時において前記中間温度に蓄熱し
た温水を有する前記蓄冷熱槽を蒸発器として又前
記水熱交換器を凝縮器として用いて第二の圧縮を
行つて約50℃前後の暖房用温水を得、 一方、夏期冷房時においては、 冷房の不必要な夜間の所定時間域に前記空気熱
交換器に15〜30℃前後の外気熱源を取入れて凝縮
器とし、又前記蓄冷熱槽を蒸発器として利用し
て、蓄冷熱槽に−５〜＋10℃前後の冷水（氷）を
蓄冷する圧縮運転を行つた後、 昼間冷房時において、前記蓄冷熱槽に蓄冷した
冷水（氷）を利用して水熱交換器内を循環する冷
房用水の冷却を行う事を特徴とする冷暖房装置の
運転方法を提案する。

「作用」 かかる技術手段によれば単段圧縮機を用いて、、
冬期暖房時においては夜間に外気熱源を利用して
蓄冷熱槽に15〜30℃の中間温度の熱源を蓄熱する
低段圧縮を行つた後、次に昼間時において前記中
間温度に蓄熱した温水を熱源水として利用して高
段圧縮を行つて約50℃前後の暖房用温水を得、該
温水を利用して所定暖房を行うものである為に、
単一の圧縮機を二度使用することにより時間差を
介した実質的な二段圧縮運転となり、圧縮効率と
動力コストの大幅低減が可能であり、且つ単段圧
縮機でも二段圧縮運転が可能となる為に、装置の
小形化が可能である。

一方、夏期冷房時においては、夜間時の15〜30
℃前後の外気熱源を利用して、蓄冷熱槽に−５〜
＋10℃前後の冷水（氷）を蓄冷する圧縮運転を行
つた後、昼間冷房時において、該蓄冷した冷水
（氷）を利用して、水熱交換器内を循環する冷房
用水の冷却を行い、該冷水（氷）を利用して所定
冷房を行うよう事が出来る。

従つて夏期冷房においても実質的な二段圧縮が
可能になると共に、夜間の外気温度は昼間の外気
温度により相当低い為に、昼間のみの冷房に比し
て低い圧縮比率で足りる。

又、本技術手段によれば単一の蓄冷熱槽を共用
して蓄冷と蓄熱を行うものである為に、又圧縮機
も単一でよい為に、装置の大幅な小形化が達成さ
れ、装置全体のユニツト化が可能となる。

「実施例」 以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を
例示的に詳しく説明する。ただしこの実施例に記
載されている構成部品の寸法、材質、形状、その
相対配置などは特に特定的な記載がない限りは、
この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではな
く、単なる説明例に過ぎない。

第１Ａ図乃至第６図は本発明の実施例に係る冷
暖房装置を示し、その構成を簡単に説明すると、
１は吐出側に油分離器２を付設した圧縮器、３は
外気熱源を採り入れて熱交換を行う空気熱交換
器、４は冷房用水又は暖房用水の冷却又は加熱を
行う水熱交換器、５は蓄熱槽兼用のアイスバン
ク、６は受液器で、これらの各種装置間は、三方
切換弁１１，１２，１３及び四方切換弁１５，１
６を介して相互に連通可能に構成されている。

又７，８は並列に配設された膨張弁で、付設さ
れた電磁弁７ａ，８ａにより夫々相互に開閉可能
に構成されている。９，１０は逆止弁である。

次にかかる構成に基づく夏期冷房サイクルと冬
期暖房サイクルを説明する。

Ａ 夏期冷房サイクル Ａ−１ 夜間の熱エネルギー蓄熱（第２Ａ図） 先ず圧縮機１により圧縮された冷媒は、油分離
器２により油分離された後、逆止弁９、四方切換
弁１５を介して空気熱交換器３内に導かれる。

ここで夜間時の15〜30℃前後の外気熱源と熱交
換し、凝縮液化された後、受液器６に入る。

そして該受液器６より膨張弁７に導かれた後、
アイスバンク５内の清水を冷却しながら蒸発気化
し、三方切換弁１１、逆止弁１０を介して圧縮機
１内に導かれ、以下これを繰り返す。

この結果、前記アイスバンク５内に−５〜＋10
℃前後の冷水（氷）が蓄冷される事となる。

Ａ−２ 昼間の冷房運転（第２Ｂ図） 先ず圧縮機１により圧縮された冷媒は四方切換
弁１５を介してアイスバンク５内に導かれ、該ア
イスバンク５内の冷却水と熱交換して凝縮液化さ
れた後、三方切換弁１３を介して受液器６に入
る。そして該受液器６より膨張弁８に導かれた
後、該膨張弁８により膨張され、水熱交換器４内
の冷房用水を冷却後蒸発気化し、三方切換弁１
２、四方切換弁１５、三方切換弁１１を介して圧
縮機１内に導かれ、以下これを繰り返す。

そして前記冷却された冷房用水は冷房負荷側を
循環して所要の冷房運転を行う。

尚、夜間の外気温度は昼間の外気温度より低い
為に、昼間冷房に比して低い圧縮比率で足り而も
安い深夜電力を使用する為、前記蓄冷の為の電力
コストは低くて済む。

Ｂ 冬期暖房時 Ｂ−１ 夜間の熱エネルギー蓄熱（第１Ａ図） 先ず受液器６より膨張弁８、四方切換弁１６を
介して空気熱交換器３内に入り、該空気熱交換器
３内で外気熱源と熱交換されて蒸発気化し、四方
切換弁１５、三方切換弁１１を介して圧縮機１内
に吸引され（低段）圧縮運転が行われる。

そして該圧縮機１により圧縮された冷媒は、四
方切換弁１５、三方切換弁１２を介してアイスバ
ンク５内に導かれた後、該アイスバンク５内の清
水を加温して凝縮液化された後、受液器６に導か
れ、以下これを繰り返す。

この結果、前記アイスバンク５内に15〜30℃の
中間温度の熱源が蓄熱される事となる。

Ｂ−２ 昼間の暖房運転（第１Ｂ図） 圧縮機１により圧縮された冷媒は四方切換弁１
５、三方切換弁１２を介して水熱交換器４内に導
かれ、該交換器４内の暖房用水と熱交換して該暖
房用水を約50℃前後に加温しながら凝縮液化し、
四方切換弁１６を介して受液器６に入る。

そして該受液器６より膨張弁７を通つてアイス
バンク５に導かれた凝縮冷媒は、アイスバンク５
内の15〜30℃の加温水と熱交換されながら蒸発気
化された後、三方切換弁１１を介して圧縮機１に
導かれ、以下繰り返し（高段）圧縮運転が行われ
る。

従つてかかる暖房運転によれば、前記夜間運転
により蓄熱された15〜30℃前後の熱エネルギーを
熱源とし、冷房用水を暖房に必要な50℃前後まで
加温するヒートポンプサイクルが構成され、この
結果安い圧縮比による圧縮運転で暖房運転が可能
となり、従つて電力コストの安い深夜電力を効率
的に利用した時間差を有する二段圧縮運転とな
り、昼間の電力消費量を大幅に低減し、電力平準
化を可能ならしめる。

尚、本装置は単に冷暖房システムとして利用す
るもののみではなく、温水又は冷水を得る熱回収
システムとしても利用可能である。

例えば第３図は、アイスバンク５を蒸発器とし
て冷水を得、又水熱交換器４を凝縮器として温水
を同時に得る熱回収システムを示す。

圧縮機１により圧縮された冷媒は四方切換弁１
５、三方切換弁１２を介して水熱交換器４内に導
かれ、該水熱交換器４内の清水を加温しながら凝
縮液化され、四方切換弁１６を介して受液器６に
入る。

そして該受液器６より膨張弁７により膨張さ
れ、アイスバンク５に導かれた後、該アイスバン
ク５内の清水を冷却して蒸発気化し、その後三方
切換弁１１を介して圧縮機１に導かれ、以下これ
を繰り返す。

第４Ａ，４Ｂ図は熱回収サイクル時にアイスバ
ンク５を蒸発器として冷水を得、又水熱交換器４
を凝縮器として温水を同時に得る運転方法におい
て、負荷の変動により冷水負荷が減少（温水負荷
が増加）した場合は空気熱交換器３の蒸発器とし
て用い、温水負荷が減少（冷水負荷が増加）した
場合は空気熱交換器酸を凝縮器として用いて負荷
の変動に対しても常に追従出来る熱回収システム
を示す。

第４Ａ図は冷水負荷が減少した場合を示し、前
記２つの膨張弁７，８はいずれも開放されてお
り、その出口側がアイスバンク５と、又四方切換
弁１６を介して空気熱交換器３と連通している。

そして水熱交換器４内の清水を加温した凝縮冷
媒は、受液器６より各膨張弁７，８に導かれ、該
膨張弁７，８により膨張され、アイスバンク５と
空気熱交換器３で蒸発気化し、その気化冷媒は三
方切換弁１１で合流して圧縮機１に導かれ、以下
これを繰り返す。

第４Ｂ図は温水負荷が減少した場合を示し、前
記圧縮機１により圧縮された冷媒は四方切換弁１
５を介して水熱交換器４と空気熱交換器３内に導
かれ、夫々の交換器内の熱交換（水熱交換器４内
では加温水を得る。）により凝縮液化し、四方切
換弁１６を介して受液器６に入る。

そして該受液器６より膨張弁７を通つてアイス
バンク５に導かれ、該アイスバンク５内の清水を
冷却しながら蒸発気化した後、三方切換弁１１を
介して圧縮機１に導かれ、以下これを繰り返す。

又、本装置は通常の冷暖房システムと併用し
て、温水又は冷水を得るように構成する事も可能
である。

第５図は、暖房サイクル時空気熱交換器３を蒸
発器として、アイスバンク５及び水熱交換器４を
凝縮器として併用して、共に加温水を得、いずれ
か一方を加温水として他方を暖房用温水として使
用するよう構成したものである。 圧縮機１によ
り圧縮された冷媒は、三方切換弁１２により２つ
に分岐され、アイスバンク５と水熱交換器４内に
夫々導かれ、該アイスバンク５と交換器４内で清
水を加温した後凝縮液化し、夫々三方切換弁１３
と四方切換弁１６を介して合流して受液器６内に
導かれる。

そして該受液器６より膨張弁８を通つて空気熱
交換器３に導かれた後、該空気熱交換器３内で外
気熱源と熱交換しながら蒸発気化し、圧縮機１に
導かれ、以下これを繰り返す。

第６図は、冷房サイクル時に空気熱交換器３を
凝縮器とし、アイスバンク５及び熱交換器を蒸発
器として併用して、共に冷水を得、いずれか一方
を冷水として他方を冷房用冷水として使用するよ
う構成したものである。

先ず２つの膨張弁７，８はいずれも開放され、
その出口側がアイスバンク５と、又四方切換弁１
６を介して水熱交換器４と夫々連通している。

そして空気熱交換器３で凝縮液化された冷媒
は、三方切換弁１３、受液器６、膨張弁７，８
を、アイスバンク５と水熱交換器４で夫々該装置
４，５内を循環する清水を冷却しながら蒸発気化
し、三方切換弁１１で合流して圧縮機１に導か
れ、以下これを繰り返す。

「発明の効果」 以上記載の如く本第発明によれば、深夜電力利
用によるコストダウンを図りつつも、一の単段圧
縮機を用いて時間差運転による実質的な二段圧縮
運転を行い、低い圧縮比での冷暖房運転を可能に
し、この結果、圧縮効率の向上と共に運転コスト
の低減化を可能ならしめることが出来る。

又本発明は、前記蓄冷槽と蓄熱槽を共通化（一
体化）して冷房時の蓄冷と暖房時の蓄熱のいずれ
にも利用可能に構成し、この結果、システム全体
としての小形化を図りつつユニツト化を可能なら
しめることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図乃至第６図はいずれも本発明の作用を
説明するものであり、第１Ａ図及び第１Ｂ図は冬
期暖房時、第２Ａ図及び第２Ｂ図は夏期暖房時、
第３図は冷水と温水を同時に得る熱回収サイク
ル、第４Ａ図第４Ｂ図は温水又は冷水が減少した
場合の熱回収サイクル、第５図及び第６図は冷暖
房と併用して加温水又は冷水を得るサイクルを
夫々示す作用説明図である。 １……圧縮機、２……油分離器、３……空気熱
交換器、４……水熱交換器、５……アイスバン
ク、６……受液器、７，８……膨張弁、９，１０
……逆止弁、１１，１２，１３……三方切換弁、
１５，１６……四方切換弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 単一の蓄冷熱槽と空気熱交換器と水熱交換器
   と単段圧縮機を有する冷暖房装置よりなり、 冬期暖房時において、 暖房の不必要な夜間の所定時間域に前記空気熱
   交換器に外気熱源を取入れて蒸発器として又前記
   単一の蓄冷熱槽を凝縮器として利用して前記蓄冷
   熱槽に15〜30℃の中間温度の熱源を蓄熱する第一
   の圧縮を行つた後、 次に昼間暖房時において前記中間温度に蓄熱し
   た温水を有する前記蓄冷熱槽を蒸発器として又前
   記水熱交換器を凝縮器として用いて第二の圧縮を
   行つて約50℃前後の暖房用温水を得、 一方、夏期冷房時においては、 冷房の不必要な夜間の所定時間域に前記空気熱
   交換器に15〜30℃前後の外気熱源を取入れて凝縮
   器とし、又前記蓄冷熱槽を蒸発器として利用し
   て、蓄冷熱槽に−５〜＋10℃前後の冷水（氷）を
   蓄冷する圧縮運転を行つた後、 昼間冷房時において、前記蓄冷熱槽に蓄冷した
   冷水（氷）を利用して水熱交換器内を循環する冷
   房用水の冷却を行う事を特徴とする冷暖房装置の
   運転方法。