JPH05340631A - 蓄熱式空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は蓄熱式空気調和機の氷蓄熱槽を有す
るサイクルに関するもので、負荷側へ冷温水を直接搬送
することより生じる水漏れ事故がなく、かつ高効率で、
高い信頼性の蓄熱槽を備えた空調機を提供することを目
的とするものである。 【構成】 蓄熱槽ＳＴＲを介して１次側冷凍サイクルと
２次側冷凍サイクルとからなる蓄熱式空気調和機におい
て、蓄熱槽ＳＴＲ内の２次側熱交換部１３ｂを３つの熱
交換ブロックＢＬ1，ＢＬ2，ＢＬ3に分割し、各熱交換
ブロックに流量制御弁ＦＶ1，ＦＶ2，ＦＶ3を設置し、
蓄熱槽ＳＴＲに注水制御弁ＷＶ1、排水制御弁ＷＶ2、及
び水位検知器ＬＳを設置して、中間季の比較的熱負荷の
小さい場合、蓄熱槽ＳＴＲ内の水量を下げる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、夜間電力を利用して蓄
（冷）熱する蓄熱式空気調和機において、特に昼間の放
（冷）熱運転制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の蓄熱式空気調和機については、既
にさまざまな開発がなされており、例えば、冷凍・第６
２巻第７１４号（昭和６２年４月号）Ｐ３５８に示され
ているような蓄熱式空気調和機がある。

【０００３】その基本的な技術について述べると、図３
に示すように、空冷ヒ−トポンプ１は、圧縮機２，四方
弁３，室外側熱交換器４，室外側膨張弁５，フロン対ブ
ライン熱交換器６を環状に順次接続して冷凍サイクルＡ
を形成し、一方、フロン対ブライン熱交換器６，ブライ
ン対水熱交換器７，蓄熱槽８，ブラインポンプ９を環状
に順次接続してブライン循環サイクルＢを形成してい
る。

【０００４】また、負荷側についてはブライン対水熱交
換器７，蓄熱槽８，冷温水ポンプ１０，室内機１２を環
状に順次接続して冷温水循環サイクルＣを形成してい
る。

【０００５】この蓄熱式空気調和機において夜間運転
は、冷凍サイクルＡにおいて四方弁３によって製氷運
転，蓄熱運転が切り替えられ、製氷運転時は図中の実線
矢印の方向に冷媒が流れて冷房サイクルが形成され、フ
ロン対ブライン熱交換器６を介してブライン循環サイク
ルＢにおける蓄熱槽８内の熱交換部の周囲に氷として蓄
冷される。

【０００６】また、蓄熱運転時には図中の破線方向に冷
媒が流れて暖房サイクルが形成され、同じくフロン対ブ
ライン熱交換器６を介してブライン循環サイクルＢにお
ける蓄熱槽８内に温水として蓄熱される。この場合、ブ
ライン対水熱交換器７は使用されない。

【０００７】一方、昼間運転は、冷温水循環サイクルＣ
において蓄熱槽８内の冷温水を冷温水ポンプ１０により
室内機１２へ送り、冷暖房を行う。この際、冷温水循環
サイクルＣでの効率を高めるべく、冷凍サイクルＡ、ブ
ライン循環サイクルＢを冷房、あるいは暖房モ−ドで運
転して、ブライン対水熱交換器７を介して冷温水循環サ
イクルＣ内の冷温水の予冷、あるいは予熱を行う。

【０００８】以上のように、夜間の余剰電力エネルギー
を熱に変換して蓄熱しておき、昼間にその電力を利用す
ることにより、昼間の高負荷時刻における電力ピークを
抑え、電力利用の平準化が可能である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
従来例では、熱源側と負荷側との間に熱交換器２台を介
しているため効率が悪く、また負荷側へは冷温水を直接
搬送するため、水漏れ事故が生じた場合、近年ＯＡ化が
進展したオフィス内のＯＡ機器への水損は避けられない
という欠点を有していた。

【００１０】そこで、本発明は、高効率で、かつ安全性
の高い、特に昼間運転時の効率向上を図った蓄熱式空気
調和機を提供することを目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の蓄熱式空気調和機は、蓄熱槽を介して１次側
冷凍サイクルと２次側冷凍サイクルとからなる蓄熱式空
気調和機において、蓄熱槽内の２次側熱交換部を複数の
熱交換ブロックに分割し、各熱交換ブロックに流量制御
弁を設置するものである。

【００１２】また、蓄熱槽に注水制御弁、排水制御弁、
及び水位検知器を設置するものである。

【００１３】

【作用】本発明は上記構成による作用は次のようにな
る。

【００１４】１次側冷凍サイクルにおいて、まず、夜間
電力を利用して冷媒対冷媒熱交換器を使用しない状態
で、切替弁、及び膨張弁の制御により、蓄熱槽内の１次
側熱交換部を介して製氷運転、または蓄熱運転を行う。

【００１５】特に、夏季の夜間製氷運転の場合は、蓄熱
槽内の１次側熱交換部を蒸発器として作用させて１次側
熱交換部の伝熱管周囲に氷を生成させ、氷水として蓄冷
する。また、冬季の暖房運転における蓄熱運転の場合に
は蓄熱槽内の１次側熱交換部を凝縮器として作用させ
て、槽内の水を加熱し、温水として蓄熱する。

【００１６】次に、昼間は１次側冷凍サイクルにおいて
切替弁の制御により蓄熱槽の１次側熱交換部を使用しな
い状態で運転し、冷媒対冷媒熱交換器を介して１次側冷
凍サイクルにおける蒸発・凝縮能力を２次側冷凍サイク
ル内の冷媒へ熱交換する。

【００１７】同時に、２次側冷凍サイクルにおいて、負
荷に応じて蓄熱槽内の２次側熱交換部を構成する熱交換
ブロックの使用数を切替弁にて切替える運転をすること
により、蓄熱槽内での冷温水と冷媒との熱交換量、即
ち、室内機の能力制御を行い、室内側の熱負荷変動に対
応する。

【００１８】また、翌日の熱負荷を予め予測し、その負
荷に対応した水量に相当する水位に設定するべく、注水
制御弁、排水制御弁の開閉制御を行う。

【００１９】このことにより、夜間電力を利用した製氷
（蓄熱）により冷房（暖房）運転が行えるだけでなく、
室内熱負荷に対応して使用する熱交換ブロックと流量制
御弁の開度を設定し、熱負荷の小さい場合に蓄熱槽の蓄
熱量をすべて使い切ってしまうことなく冷房（暖房）運
転を行うことが可能になり、負荷応答性が向上する。

【００２０】また、蓄熱槽に注水制御弁、排水制御弁、
及び水位検知器を設置して、中間季の比較的熱負荷の小
さい場合、蓄熱槽内の水量を下げることにより、短時間
の夜間運転により蓄熱槽内の水温を所定温度に設定する
ことが可能となり、効率の良い夜間運転が実現できる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て説明を行うが、従来と同一構成については同一符号を
付し、その詳細な説明を省略する。

【００２２】図１は本発明の一実施例の蓄熱式空気調和
機の冷凍サイクル図、図２は図１中の蓄熱槽の断面図で
ある。

【００２３】この実施例の蓄熱式空気調和機は、室外ユ
ニット１１と室内ユニット１２とからなる。

【００２４】即ち、室外ユニット１１は、圧縮機２、四
方弁３、室外側熱交換器４、膨張弁５、三方弁ＫＶ１、
１次側熱交換部１４ａと２次側熱交換部１４ｂとからな
る冷媒対冷媒熱交換器ＨＥＸ、蓄熱材である水１６と熱
交換器１３からなる蓄熱槽ＳＴＲ、及び冷媒搬送ポンプ
ＰＭとから構成されており、室内ユニット１２は、室内
側熱交換器１７、及び室内側流量制御弁１８から構成さ
れている。

【００２５】また、蓄熱槽ＳＴＲ内の１次側熱交換部１
３ａ、及び２次側熱交換部１３ｂは、図２に示すよう
に、各々３つ熱交換ブロックに分割され、かつ、２次側
熱交換部１３ｂの各熱交換ブロックＢＬ１，ＢＬ２，Ｂ
Ｌ３は流量制御弁ＦＶ１，ＦＶ２，ＦＶ３が設置されて
いる。

【００２６】更に、蓄熱槽ＳＴＲの内側には水位検知器
ＬＳ、外側には注水制御弁ＷＶ１、排水制御弁ＷＶ２が
設置されている。

【００２７】室外ユニット１１において、圧縮機２と、
四方弁３と、室外側熱交換器４と、膨張弁５とを順次連
通し、さらに三方弁ＫＶ１を介して冷媒対冷媒熱交換器
ＨＥＸの１次側熱交換部１４ａと、蓄熱槽ＳＴＲ内の１
次側熱交換部１３ａに連通して１次側冷凍サイクルを形
成している。

【００２８】一方、蓄熱槽内ＳＴＲの２次側熱交換部１
３ｂと、切替弁ＫＶ２と、冷媒対冷媒熱交換器ＨＥＸの
２次側熱交換部１４ｂと、可逆式冷媒搬送ポンプＰＭ
と、室内側流量制御弁１８と、室内側熱交換器１７とを
順次連通してなる２次側冷凍サイクルを形成している。

【００２９】次に、この−実施例の構成における作用を
説明する。（表１）は本実施例における各場合の四方弁
３、膨張弁５、三方弁ＫＶ１の開閉状態、及び各熱交換
器の作用状態（蒸発器、あるいは凝縮器）を示す。以
下、（表１）を参照にしながら説明する。

【００３０】

【表１】

【００３１】まず、夜間の製氷・蓄熱運転（１次側冷凍
サイクル）について説明する。１次側冷凍サイクルにお
いて、蓄熱槽ＳＴＲが作用し、冷媒対冷媒熱交換器ＨＥ
Ｘは作用しないように三方弁ＫＶ１を切替え、２次側冷
凍サイクル内の冷媒搬送ポンプＰＭは停止している。

【００３２】この場合の１次側冷凍サイクルの作用を以
下説明していく。尚、四方弁３のモ−ドについては、圧
縮機２吐出側と室外側熱交換器４とを、かつ、圧縮機２
吸入側と蓄熱槽ＳＴＲとを連通する場合を冷房モ−ド、
圧縮機２吐出側と蓄熱槽ＳＴＲとを、かつ、圧縮機２吸
入側と室外側熱交換器４とを連通する場合を暖房モ−ド
と定義する。

【００３３】また、三方弁ＫＶ１については１次側冷凍
サイクル内にて蓄熱槽ＳＴＲと膨張弁５とを連通する設
定を第１モ−ド，冷媒対冷媒熱交換器ＨＥＸと膨張弁５
とを連通する設定を第２モ−ドと定義する。

【００３４】夜間製氷運転；四方弁３を冷房モ−ド，膨
張弁５を所定の開度，三方弁ＫＶ１を第１モ−ドとす
る。

【００３５】この時、圧縮機２から送られる高温高圧の
冷媒は、室外側熱交換器４にて凝縮し、膨張弁５で減圧
されて液あるいは二相状態となり、蓄熱槽ＳＴＲ内の熱
交換ブロックＢＬの１次側熱交換部１３ａの管内にて蒸
発して蓄熱材である水１６から吸熱した後、圧縮機２へ
戻る。

【００３６】これにより、各熱交換ブロックＢＬの１次
側熱交換部１３ａの外周部に氷が生成されていく。

【００３７】夜間蓄熱運転；四方弁３を暖房モ−ド，膨
張弁５を所定の開度，三方弁ＫＶ１を第１モ−ドとす
る。

【００３８】この状態で、圧縮機２から送られる高温高
圧の冷媒は、蓄熱槽ＳＴＲ内の１次側熱交換部１３ａの
管内にて凝縮して蓄熱材である水１６へ放熱した後、膨
張弁５で減圧されて液あるいは二相状態となり、室外側
熱交換器４の管内にて蒸発して室外から吸熱した後、圧
縮機２へ戻る。

【００３９】この時、蓄熱槽ＳＴＲ内の熱交換ブロック
ＢＬの１次側熱交換部１３ａから放熱し、蓄熱槽ＳＴＲ
内では温水として蓄熱される。

【００４０】次に、昼間運転（２次側冷凍サイクル）に
ついて説明する。この場合、蓄熱槽ＳＴＲは製氷（蓄
熱）されており、１次側冷凍サイクルにおいて三方弁Ｋ
Ｖ１を第２モ−ドとして冷媒対冷媒熱交換器ＨＥＸの２
次側熱交換部１４ａを蒸発器（凝縮器）として作用させ
て運転を行う。

【００４１】同時に、２次側冷凍サイクルにおいて、冷
媒対冷媒熱交換器ＨＥＸの２次側熱交換部１４ｂを作用
させて運転を行う。

【００４２】昼間冷房運転；図１中の実線矢印のように
冷媒は流れ、蓄熱槽ＳＴＲ内の２次側熱交換部１３ｂ、
及び冷媒対冷媒熱交換器ＨＥＸの２次側熱交換部１４ｂ
にて冷却された液冷媒は、冷媒搬送ポンプＰＭを介して
室内側熱交換器１７に送られ、そこで室内空気と熱交換
して室内空気を冷却すると共に、冷媒自身は高温のガス
冷媒となって蓄熱槽ＳＴＲ内の２次側熱交換部１３ｂに
戻るという作用を繰り返す。

【００４３】昼間暖房運転；可逆式冷媒搬送ポンプＰＭ
により図１中の破線矢印のように冷媒は流れ、冷媒対冷
媒熱交換器ＨＥＸの２次側熱交換部１４ｂ、及び蓄熱槽
ＳＴＲ内の２次側熱交換部１３ｂにて加熱されたガス冷
媒は、室内側熱交換器１７に送られ、そこで室内空気と
熱交換して室内空気を加熱すると共に、冷媒自身は低温
の液冷媒となって冷媒搬送ポンプＰＭに戻るという作用
を繰り返す。

【００４４】このようにして、室内機での冷房（暖房）
運転が行なわれる。即ち、昼間の熱負荷に対しては夜間
運転による蓄熱量だけで賄うのではなく、圧縮機２の運
転を加えて対応するものである。

【００４５】従って、昼間運転では特に熱負荷の大きい
場合に蓄熱槽ＳＴＲの蓄熱量を利用する制御が必要とな
る。

【００４６】即ち、熱負荷の小さい場合は蓄熱槽ＳＴＲ
の蓄熱量をすべて使い切ってしまわずに冷房（暖房）運
転を行う必要がある。そのための手段として冷媒搬送ポ
ンプＰＭに周波数変換器を設置することが挙げられる
が、商品としては高価になってしまう。

【００４７】そこで、本実施例では蓄熱槽ＳＴＲ内の熱
交換器１３は、図２に示すように、３つ熱交換ブロック
ＢＬに分割され、各々１次側熱交換部１３ａと、２次側
熱交換部１３ｂとからなり、かつ、各熱交換ブロックＢ
Ｌの２次側熱交換部１３ｂには流量制御弁ＦＶが設置さ
れている。

【００４８】そして、室内熱負荷の範囲を範囲１〜３と
表２に示すように３段階に分割して、それぞれの負荷に
対応して使用する熱交換ブロックＢＬと流量制御弁ＦＶ
の開度を設定する。

【００４９】

【表２】

【００５０】つまり、熱負荷が範囲１の場合（熱負荷の
小さい場合）、熱交換ブロックはＢＬ１のみ使用し、Ｂ
Ｌ２とＢＬ３は使用しないように、流量制御弁ＦＶ１の
み所定の開度に設定し、ＦＶ２とＦＶ３は全閉とするこ
とにより、蓄熱量を過度に消費することなく室内の冷暖
房運転が可能となる。

【００５１】また、逆に、熱負荷が範囲３の場合（熱負
荷の大きい場合）、熱交換ブロックはＢＬ１、ＢＬ２、
ＢＬ３のすべてを使用し、流量制御弁ＦＶ３のみ所定の
開度に設定し、ＦＶ１とＦＶ２は全開とすることによ
り、蓄熱量を最大限に使用して室内熱負荷に対応するこ
とが可能となる。

【００５２】更に、翌日の熱負荷を予め予測し、その負
荷に対応した水量に相当する水位Ｈsetに設定するべ
く、蓄熱槽ＳＴＲの内側に設置した水位検知器ＬＳにて
現時点の水位Ｈを検出し、設定水位Ｈsetになるように
注水制御弁ＷＶ１を開閉、あるいは排水制御弁ＷＶ２を
開閉する。

【００５３】従って、中間季の比較的熱負荷の小さい場
合、蓄熱槽内の水量を下げることにより、短時間の夜間
運転により蓄熱槽内の水温を所定温度に設定することが
可能となり、効率の良い夜間運転が実現できる。

【００５４】以上のように、上記実施例では蓄熱槽ＳＴ
Ｒを介して１次側冷凍サイクルと２次側冷凍サイクルと
からなる蓄熱式空気調和機において、蓄熱槽ＳＴＲ内の
２次側熱交換部１３ｂを３つの熱交換ブロックＢＬ1，
ＢＬ2，ＢＬ3に分割し、各熱交換ブロックに流量制御弁
ＦＶ1，ＦＶ2，ＦＶ3を設置している。

【００５５】このことにより、夜間電力を利用した製氷
（蓄熱）により冷房（暖房）運転が行えるだけでなく、
室内熱負荷に対応して使用する熱交換ブロックＢＬと流
量制御弁ＦＶの開度を設定し、熱負荷の小さい場合に蓄
熱槽ＳＴＲの蓄熱量をすべて使い切ってしまうことなく
冷房（暖房）運転を行うことが可能になり、負荷応答性
が向上する。

【００５６】また、蓄熱槽ＳＴＲに注水制御弁ＷＶ1、
排水制御弁ＷＶ2、及び水位検知器ＬＳを設置して、中
間季の比較的熱負荷の小さい場合、蓄熱槽ＳＴＲ内の水
量を下げることにより、短時間の夜間運転により蓄熱槽
内の水温を所定温度に設定することが可能となり、効率
の良い夜間運転が実現できる。

【００５７】

【発明の効果】以上のように本発明は、蓄熱槽ＳＴＲを
介して１次側冷凍サイクルと２次側冷凍サイクルとから
なる蓄熱式空気調和機において、蓄熱槽内の２次側熱交
換部を複数の熱交換ブロックに分割し、各熱交換ブロッ
クに流量制御弁を設置している。 このことにより、夜
間電力を利用した製氷（蓄熱）により冷房（暖房）運転
が行えるだけでなく、室内熱負荷に対応して使用する熱
交換ブロックと流量制御弁の開度を設定し、熱負荷の小
さい場合に蓄熱槽の蓄熱量をすべて使い切ってしまうこ
となく冷房（暖房）運転を行うことが可能になり、負荷
応答性が向上する。

【００５８】また、蓄熱槽に注水制御弁、排水制御弁、
及び水位検知器を設置して、中間季の比較的熱負荷の小
さい場合、蓄熱槽内の水量を下げることにより、短時間
の夜間運転により蓄熱槽内の水温を所定温度に設定する
ことが可能となり、効率の良い夜間運転が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による蓄熱式空気調和機の冷
凍サイクル図

【図２】図１の蓄熱槽の断面図

【図３】従来例を示すヒ−トポンプ式空気調和機の冷凍
サイクル図

【符号の説明】

２ 圧縮機 ３ 四方弁 ４ 室外側熱交換器 ５ 膨張弁 １２ 室内ユニット １３ａ 蓄熱槽の１次側熱交換器 １３ｂ 蓄熱槽の２次側熱交換器 １４ａ 冷媒対冷媒熱交換器の１次側熱交換部 １４ｂ 冷媒対冷媒熱交換器の２次側熱交換部 ＳＴＲ 蓄熱槽 ＨＥＸ 冷媒対冷媒熱交換器 ＰＭ 冷媒搬送ポンプ ＫＶ１ 三方弁 ＢＬ１，ＢＬ２，ＢＬ３ 熱交換ブロック ＦＶ１，ＦＶ２，ＦＶ３ 流量制御弁 ＷＶ１ 注水制御弁 ＷＶ２ 排水制御弁 ＬＳ 水位検知器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 皓三 東京都千代田区内幸町１丁目１番３号 東 京電力株式会社内 (72)発明者 杉田 吉秀 東京都千代田区内幸町１丁目１番３号 東 京電力株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機と、四方弁と、室外側熱交換器
   と、膨張弁と、切替弁とを直列に接続し、１次側熱交換
   部と２次側熱交換部とを有した冷媒対冷媒熱交換器の１
   次側熱交換部、及び１次側熱交換部と２次側熱交換部と
   を有した蓄熱槽の１次側熱交換部を並列に配置して前記
   切替弁により冷媒の流路を切替え可能にした１次側冷凍
   サイクルと、前記蓄熱槽内の２次側熱交換部と、冷媒対
   冷媒熱交換器の２次側熱交換部と、冷媒搬送ポンプと、
   室内ユニットとを環状に接続した２次側冷凍サイクルと
   からなり、蓄熱槽内の２次側熱交換部を複数の熱交換ブ
   ロックに分割し、各熱交換ブロックに流量制御弁を設置
   した蓄熱式空気調和機。
2. 【請求項２】 蓄熱槽に注水制御弁、排水制御弁、及び
   水位検知器を設置した請求項１記載の蓄熱式空気調和
   機。