JPH05346248A - 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、
高い信頼性の蓄熱式空気調和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内の１次側熱交換部１３ａ、及
び２次側熱交換部１３ｂを碁盤目状に配列された伝熱管
Ｐ１，Ｐ２より構成し、かつ、伝熱管Ｐ１、及び伝熱管
Ｐ２を交互に設置したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気を熱源とする空気
調和機において、夜間電力を利用するための蓄熱機能、
及びその制御機能を備えた蓄熱式空気調和機に関する。

【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４
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】上記課題を解決するため
に本発明の蓄熱式空気調和機は、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次側冷凍サイクルを構成している。

【００１２】更に、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、室内側熱交換器とを環状に接続した２次側冷凍サイ
クルを構成している。

【００１３】更に、前記蓄熱槽内の１次側熱交換部、及
び２次側熱交換部を碁盤目状に配列された伝熱管より構
成し、かつ、１次側熱交換部の伝熱管、及び２次側熱交
換部の伝熱管を交互に設置したものである。

【００１４】

【作用】本発明の上記構成による作用は次のようにな
る。

【００１５】圧縮機、四方弁、室外側熱交換器、膨張
弁、切替弁、冷媒対冷媒熱交換器の１次側熱交換部、蓄
熱槽内の１次側熱交換部とを連通した１次側冷凍サイク
ルにおいて、まず、夜間に安価な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。

【００１６】特に、夏季の冷房運転における製氷運転の
場合は、運転進行とともに１次側熱交換部の伝熱管周囲
に着氷が進行する。この場合、１次側熱交換部、及び２
次側熱交換部を構成する伝熱管は碁盤目状に、かつ、そ
れぞれの伝熱管を交互に設置しているため、２次側熱交
換部の伝熱管を四方から囲むように、かつ、蓄熱槽内で
ほぼ均等に、周囲に着氷した１次側熱交換部の伝熱管が
設置されたことになる。

【００１７】また、冬季の暖房運転における蓄熱運転の
場合も、蓄熱槽内でほぼ均等に１次側熱交換部の伝熱管
が設置されているため、槽内の水をほぼ均一に加熱する
ことができる。

【００１８】一方、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、蓄熱槽内の蓄冷熱に加えて、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２
次側冷凍サイクルの運転を行う。

【００１９】特に、製氷運転後の解氷運転の場合、２次
側熱交換部の伝熱管内の冷媒と、それらを四方から囲む
ように設置された１次側熱交換部の伝熱管周囲に生成さ
れた氷との熱交換が効率よく行われ、その冷媒は冷媒搬
送ポンプにて室内側熱交換器へ搬送され、室内空気と熱
交換される。

【００２０】これにより、夜間電力を利用した蓄冷熱に
より昼間に暖房、または冷房運転が行えるだけでなく、
冷房時の室内熱負荷に対する応答性が高まる。

【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、
図３は製氷運転時における蓄熱槽のＡ部断面図である。

【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とからなり、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ＳＴ
Ｒ、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から構成されて
いる。

【００２４】また、蓄熱槽ＳＴＲ内の熱交換器１３は、
図２に示すように、水平方向に設置された１次側伝熱管
Ｐ１からなる１次側熱交換部１３ａと、水平方向に設置
された２次側伝熱管Ｐ２からなる２次側熱交換部１３ｂ
とからなり、１次側伝熱管Ｐ１、及び２次側伝熱管Ｐ２
は碁盤目状に、かつ、交互に設置されている。

【００２５】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
次側熱交換部である伝熱管Ｐ１とを並列に連通して１次
側冷凍サイクルを形成している。

【００２６】一方、蓄熱槽内ＳＴＲの２次側熱交換部で
ある伝熱管Ｐ２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。

【００２７】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。

【００２８】

【表１】

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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−ドとする。

【００３２】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。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１次側伝熱
管Ｐ１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。

【００３３】このとき、１次側伝熱管Ｐ１、及び２次側
伝熱管Ｐ２を碁盤目状に、かつ、交互に設置しているた
め、図３に示すように、１次側伝熱管Ｐ１の周囲では、
２次側伝熱管Ｐ２を四方から囲むように、かつ、蓄熱槽
ＳＴＲ内でほぼ均等に着氷していき、氷充填率を高める
ことができる。

【００３４】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。この時、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。

【００３５】このとき、蓄熱槽ＳＴＲ内の１次側伝熱管
Ｐ１から放熱し、蓄熱槽ＳＴＲ内では温水として蓄熱さ
れる。この場合、蓄熱槽ＳＴＲ内でほぼ均等に１次側伝
熱管Ｐ１が設置されているため、槽内の水１６をほぼ均
一に加熱することができる。

【００３６】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１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。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。

【００３７】この状態で、２次側冷凍サイクル内の冷媒
は、冷媒搬送ポンプＰＭにて、蓄熱槽ＳＴＲ内の２次側
熱交換部である２次側伝熱管Ｐ２に送られて解氷（放
熱）運転を行う。この２次側伝熱管Ｐ２を１次側伝熱管
Ｐ１が四方から囲むように、かつ、蓄熱槽ＳＴＲ内でほ
ぼ均等に設置されているため、特に、夏季の冷房運転に
おける解氷運転においては、２次側伝熱管Ｐ２内の冷媒
と２次側伝熱管Ｐ２周囲の冷水との熱交換により、四方
の１次側伝熱管Ｐ１周囲の氷がほぼ均一に解氷される。

【００３８】そして、２次側冷凍サイクルにおいて、冷
媒は図１中の実線矢印のように流れ、即ち、蓄熱槽ＳＴ
Ｒ内の２次側伝熱管Ｐ２を介して効率良く冷却された液
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次側伝熱管Ｐ
２に戻るという作用を繰り返す。

【００３９】また、冬季の暖房運転における放熱運転の
場合も、蓄熱槽ＳＴＲ内でほぼ均等に２次側伝熱管Ｐ２
が設置されているため、２次側伝熱管Ｐ２内の冷媒と槽
内の温水とがほぼ均一に熱交換される。

【００４０】そして、２次側冷凍サイクルにおいて、冷
媒は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、即ち、蓄熱槽ＳＴＲ内の２次側伝
熱管Ｐ２を介して効率良く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。

【００４１】このようにして、室内機での冷房（暖房）
運転が行なわれる。以上のように、上記実施例では圧縮
機２と、四方弁３と、室外側熱交換器４と、膨張弁５
と、三方弁ＫＶ１とを直列に接続し、冷媒対冷媒熱交換
器ＨＥＸの１次側熱交換部１４ａ、及び蓄熱槽ＳＴＲの
１次側伝熱管Ｐ１を並列に配置して、三方弁ＫＶ１によ
り冷媒の流路を切替え可能にした１次側冷凍サイクルを
構成している。

【００４２】更に、蓄熱槽ＳＴＲ内の２次側伝熱管Ｐ２
と、冷媒対冷媒熱交換器ＨＥＸの２次側熱交換部１４ｂ
と、冷媒搬送ポンプＰＭと、室内側熱交換器１７とを環
状に接続した２次側冷凍サイクルを構成している。

【００４３】更に、蓄熱槽ＳＴＲ内の熱交換器１３を、
水平方向に設置された１次側伝熱管Ｐ１からなる１次側
熱交換部１３ａと、水平方向に設置された２次側伝熱管
Ｐ２からなる２次側熱交換部１３ｂとから構成し、１次
側伝熱管Ｐ１、及び２次側伝熱管Ｐ２を碁盤目状に、か
つ、交互に設置している。

【００４４】これにより、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、蓄熱
槽ＳＴＲ内の１次側伝熱管Ｐ１、２次側伝熱管Ｐ２から
なる熱交換部の配列の工夫により高速で多くの蓄冷熱を
取出すことが可能になり、負荷応答性が向上する。

【００４５】特に、製氷運転の場合は、蓄熱槽ＳＴＲ内
で１次側伝熱管Ｐ１が均等に設置されているため着氷し
た伝熱管が遍在することがなく、氷充填率向上が可能と
なり、また、解氷運転の場合は、２次側伝熱管Ｐ２内の
冷媒とその周囲の冷水との熱交換により、２次側伝熱管
Ｐ２周辺にある１次側伝熱管Ｐ１周囲の氷がほぼ均一
に、かつ、高速で解氷され、負荷応答性が向上する。

【００４６】

【発明の効果】以上のように本発明は、圧縮機、四方
弁、室外側熱交換器、膨張弁、切替弁、冷媒対冷媒熱交
換器の１次側熱交換部、蓄熱槽内の１次側熱交換部とを
連通した１次側冷凍サイクルにおいて、まず、夜間に夜
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蓄熱材に製氷運転、または蓄熱運転
を行えるものである。

【００４７】特に、製氷運転の場合は、蓄熱槽内で１次
側伝熱管が均等に設置されているため着氷した伝熱管が
遍在することがなく、氷充填率向上が可能となり、ま
た、解氷運転の場合は、２次側伝熱管内の冷媒とその周
囲の冷水との熱交換により、２次側伝熱管周辺にある１
次側伝熱管周囲の氷がほぼ均一に、かつ、高速で解氷さ
れ、負荷応答性が向上する。

【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
凍システム図

【図２】図１中における蓄熱槽内の熱交換器の断面図

【図３】製氷運転時における図２の蓄熱槽内の熱交換器
のＡ部断面図

【図４】従来例を示すヒ−トポンプ式空気調和機の冷凍
システム図

【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 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 １７ 室内側熱交換器 ＳＴＲ 蓄熱槽 Ｐ１ １次側伝熱管 Ｐ２ ２次側伝熱管 ＨＥＸ 冷媒対冷媒熱交換器 ＰＭ 冷媒搬送ポンプ ＫＶ１ 三方弁

───────────────────────────────────────────────────── 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 (1)

【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、前記冷媒
   対冷媒熱交換器の２次側熱交換部と、冷媒搬送ポンプ
   と、室内側熱交換器とを環状に接続した２次側冷凍サイ
   クルとからなり、前記蓄熱槽内の１次側熱交換部、及び
   ２次側熱交換部を碁盤目状に配列された伝熱管より構成
   し、かつ、１次側熱交換部の伝熱管、及び２次側熱交換
   部の伝熱管を交互に設置した蓄熱式空気調和機。