JPH06101934A - 空気調和システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】既存の冷凍サイクルに容易に追加設置でき、熱
源の熱エネルギを冷凍サイクルに利用し、昼間の冷房運
転時、冷凍サイクルの消費電力を抑えることのできる熱
交換装置を提供する。 【構成】熱源８から搬送装置９で熱媒体循環流路１０を
搬送した熱媒体を、凝縮器と蒸発器を結ぶ冷媒配管の一
部に配設した熱媒体用の熱交換器２１で冷凍サイクル側
と熱交換させる。熱交換器２１は熱交換器ユニットに内
蔵され、これに熱媒体循環流路を接続し、さらに熱交換
器ユニットは室外機１２と室内機１３の間に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気調和機の冷凍サイ
クルへの、冷凍サイクル以外の熱源の利用システムに関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来の蓄熱式空気調和機では、冷凍サイ
クルの一部を構成する蓄冷熱用熱交換器が、蓄冷熱媒体
を内蔵する蓄冷熱槽とともに組み込まれ、室外機に近接
して設置され、夜間の安価な電力を利用し冷凍サイクル
の運転により発生した熱源を蓄冷熱槽に蓄え、昼間の電
力使用時にこれを利用して電力消費量を抑えていた。こ
のような蓄冷熱式空気調和機の従来例として、特開平2
−251051号，特開平3−255852号公報がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような従来例で
は、昼間の蓄冷熱利用のために夜間電力を消費して蓄熱
運転を行なう必要があり、さらに冷凍サイクルが熱利用
側での冷房運転専用でヒートポンプサイクルではないた
め暖房運転ができないだけでなく、蓄冷熱媒体を内包す
る蓄冷熱槽を新設，増設、あるいは大型化する場合、そ
の蓄冷熱槽により増大する重量のため、既設の建物に据
え付けられない場合があるという問題があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明では、既存の冷凍サイクル中に蓄冷熱槽を
増設するかわりに、冷媒と熱媒体の間で熱交換する熱媒
体用交換器を内蔵する熱交換器ユニットを、室外機と室
内機の間に増設することとし、熱交換器ユニットには熱
媒体循環流路を接続し、熱媒体を循環させる搬送手段を
配設した。また、熱源の温度は過冷却にも蒸発にも利用
できる温度範囲とした。

【０００５】

【作用】本発明において、熱源の利用には、熱交換器ユ
ニットと熱源を、熱媒体循環流路で接続すればよいの
で、重量，容量の大きな蓄冷熱槽を設置することなく、
既存の冷凍サイクルに熱交換ユニットを追加設置，熱媒
体循環流路を接続することで、夏の冷房運転時消費電力
を抑えることが可能になるだけではなく、冬の暖房運転
時除霜時に熱源を利用できるので外気低温時に快適性が
向上する。熱源には、建物の地下水槽，地下水，河川
水，海水などの年間を通じて温度の安定な熱源が存在す
る場合、これを容易に利用することができる。

【０００６】

【実施例】本発明の実施例を、図１ないし図１０に基づ
いて説明する。

【０００７】図１に本発明のシステムのブロック図を示
す。図１は、室外機１２，熱交換器ユニット２１，室内
機１３，熱源８，搬送装置９，熱媒体循環流路１０によ
り構成される。ここでは室内機１３は２台で示している
が、１台でも３台以上でも本発明の意図するものは同じ
である。

【０００８】図１は、室外機１２と１台もしくは複数台
の室内機１３を冷媒配管で接続して構成されていた基本
的な冷凍サイクルに、熱交換装置２１を接続し、温度の
比較的安定な熱源８から、熱媒体循環流路１０を介して
搬送装置９により熱媒体を移動して熱の利用を行なう。
熱交換装置２１を冷凍サイクルの途中に配設し、ここで
の熱媒体と冷媒間の熱交換を可能としたことで、蓄熱槽
のような内部に熱媒体を蓄えた重量物は熱交換装置２１
内に不要となる。

【０００９】図１において、熱源８の温度を冷媒の凝縮
温度以下，蒸発温度以上とすれば、冷房運転時、凝縮後
の冷媒は、冷媒の温度より低温の熱源８から搬送装置９
により搬送される熱媒体と熱交換することで冷媒は過冷
却され、したがって、過冷却された分の冷房能力が増加
し、冷房運転に必要な圧縮機の消費電力を減少させるこ
とができる。また、暖房運転時、室内空気を加熱，断熱
膨張の後、冷媒の温度より高温の熱源８から搬送装置９
により搬送される熱媒体と熱交換することで冷媒は蒸発
し、したがってこの場合、外気低温時、冷媒温度が低下
することがなく、暖房能力の低下を抑えることができ
る。

【００１０】図２に本発明の一実施例を示す。図２は圧
縮機１，四方切換弁２，室外側熱交換器３，室外側流量
制御弁４，受液器１５，アキュムレータ１６で構成され
る室外機１２，室内側流量制御弁５，室内側熱交換器６
で構成される１台または複数台の室内機１３、および熱
媒体用熱交換器７，熱媒体用熱交換器７の室外側に第１
の流量制御弁１７，熱媒体用熱交換器７の室内側の第２
の流量制御弁１８、さらに第１の流量制御弁１７，熱媒
体用熱交換器７，第２の流量制御弁１８の直列回路をバ
イパスする回路に第３の流量制御弁１９を配設し、室内
側熱交換器６と四方切換弁２を接続する冷媒配管に接続
する構成の熱交換装置２１とを接続したものである。図
２において熱源８の具体例にビルの地下水槽や工場内の
工業用水等があげられる。

【００１１】冷房運転時、圧縮機１から吐出された高温
高圧の冷媒は、四方切換弁２を介して、室外側熱交換器
３で凝縮後、受液器１５，第１の流量制御弁１７を介し
て熱媒体用熱交換器７で、熱源８から搬送装置９により
搬送される冷媒の凝縮温度より低温の熱媒体と熱交換す
ることで過冷却され、第２の流量制御弁１８を経て減圧
装置として動作する室内側流量制御弁５で断熱膨張の
後、室内側熱交換器６で蒸発して室内空気を冷却した
後、四方切換弁２，アキュムレータ１６を介して圧縮機
１に吸入される。したがって、熱媒体用熱交換器７で過
冷却された分の冷房能力が増加し、冷房運転に必要な圧
縮機の消費電力を減少させることができる。

【００１２】暖房運転時、圧縮機１から吐出された高温
高圧の冷媒は、切り替わった四方切換弁２を介して室内
側熱交換器６で凝縮し室内空気を加熱後、全開の第３の
流量制御弁１９，受液器１５を介して減圧装置として動
作する室外側流量制御弁４で断熱膨張の後、室外側熱交
換器３で蒸発して圧縮機１に吸入される。また、第３の
流量制御弁１９を全閉とし第１，第２の流量制御弁１
７，１８を全開にして熱源８と熱媒体を介して冷媒と熱
交換すれば冷凍サイクルの余剰熱を熱源８で再利用でき
る。さらに、第３の流量制御弁１９を全閉とし第１の流
量制御弁１７を全開、第２の流量制御弁１８を減圧装置
として絞って熱源８と熱媒体を介して冷媒と熱交換すれ
ば熱源８の利用外気低温時の除霜回数，除霜時間短縮が
できる。

【００１３】図２において、熱源８へ低温冷熱を回収す
る必要のある場合、圧縮機１で圧縮され吐出した冷媒
は、四方切換弁２，室外側熱交換器３で凝縮し受液器１
５を経たあと、減圧装置として動作する第１の流量制御
弁１７で断熱膨張し熱媒体用熱交換器７に流入して蒸発
する。熱媒体は、搬送装置９により熱媒体循環流路１０
を介して熱源８から熱媒体用熱交換器７に搬送され、蒸
発する冷媒と熱交換する。熱交換された冷媒は、全開の
第２の流量制御弁１８，全開の室内流量制御弁５，室内
側熱交換器６，四方切換弁２，アキュムレータ１６を介
して圧縮機１に吸入される。この間、第３の流量制御弁
１９は全閉である。冷媒と熱交換された温度低下した熱
媒体は、搬送装置９により熱媒体循環流路１０を介して
熱源８に戻り低温冷熱が回収される。

【００１４】一方、熱源８へ高温熱を回収しようとする
場合、圧縮機１で圧縮され吐出した冷媒は、切り替わっ
た四方切換弁２，室内側熱交換器６，全開の室内流量制
御弁５，全開の第２の流量制御弁１８を介し熱媒体用熱
交換器７に流入し凝縮する。熱媒体は、搬送装置９によ
り熱媒体循環流路１０を介して熱源８から熱媒体用熱交
換器７に搬送され、凝縮する冷媒と熱交換する。熱交換
された冷媒は、全開の第１の流量制御弁１７，受液器１
５を介し、減圧装置として動作する室外側流量制御弁４
で断熱膨張したあと、室外側熱交換器３に流入し、蒸発
した冷媒は四方切換弁２，アキュムレータ１６を介し圧
縮機１に吸入される。この間、第３の流量制御弁１９は
全閉である。冷媒と熱交換された温度上昇した熱媒体
は、搬送装置９により熱媒体循環流路１０を介して熱源
８に戻り高温熱が回収される。

【００１５】図３に従来の空気調和システムの一実施例
を示す。室外機１２と室内機１３の構成は図２と同じも
のである。図３に示す従来例に対し本発明を実施する場
合、熱交換装置２１を室外機１２と室内機１３の間に配
設すればよく、本発明は既設の冷凍サイクルへの追加設
置に有効である。

【００１６】図４に本発明の別の実施例を示す。室外機
１２，室内機１３の構成は、図２と同様であるが、熱交
換装置２１では、第３の流量制御弁１９と室内流量制御
弁５の分岐から第２の流量制御弁１８の間に、受液器１
５を配設したものである。熱源８，搬送装置９，熱媒体
流路１０については図２と同様である。

【００１７】冷房運転時は図２についての説明と同様で
ありここでは省略し、図４について特徴的な暖房運転に
ついて説明する。

【００１８】暖房運転時、特に外気低温時、冷媒が室内
側熱交換器６で暖房運転したあと熱媒体用熱交換器７で
蒸発する運転では、第３の流量制御弁１９を全閉とし第
１の流量制御弁１７を全開、第２の流量制御弁１８を減
圧装置として絞って熱源８と熱媒体を介して冷媒と熱交
換すれば熱源８の利用外気低温時の除霜回数，除霜時間
短縮ができるが、室内機１３との組合わせにより、余剰
冷媒量が多くなることがある。この場合、第２の流量制
御弁１８で減圧されたあとの受液器１５では余剰冷媒の
容器にはならないため本発明の熱交換装置２１に内蔵す
る受液器１５を、その余剰冷媒の容器とする。これによ
り冷凍サイクルの安定した運転が可能となる。図２と同
様であるが、外気低温時、全開の第１の流量制御弁１
７，全開の室外流量制御弁４，室外側熱交換器３，アキ
ュムレータ１６を介し圧縮機１に吸入される。室外側熱
交換器３を冷媒は通過しないので熱源８と熱媒体を介し
て冷媒と熱交換すれば冷凍サイクルの余剰熱を熱源８で
再利用できる。

【００１９】図５に複数のシステムで利用する本発明の
一実施例を示す。図５は室外機１２，１台または複数台
の室内機１３，熱媒体用熱交換器７を内蔵する熱交換装
置２１を接続してなる、複数の冷凍サイクルに、共通の
熱源８から搬送装置９を介して、分岐した熱媒体循環流
路１０を接続して構成される。

【００２０】図５の場合、熱源８の熱媒体温度が、冷媒
の凝縮温度より低温で、蒸発温度より高温であれば、冷
凍サイクルはそれぞれ独立しているため、共通の熱源８
を利用して、冷房運転と暖房運転を別々の冷凍サイクル
で同時に行なうことができ、互いの余剰熱を有効に利用
できる。

【００２１】図６に複数の熱源を利用する本発明の一実
施例を示す。図６は室外機１２，１台または複数台の室
内機１３，熱媒体用熱交換器７を内蔵する熱交換装置２
１を接続した冷凍サイクルに、温度のことなる複数の熱
源８ａ，８ｂから熱源開閉弁１４ａ，１４ｂを介して搬
送装置９，熱媒体循環流路１０を接続して構成される。

【００２２】図６の場合、例えば、熱源８ａが低温の、
熱源８ｂが高温の熱源であった場合、室内機１３が冷房
運転の時には、低温の熱源８ａから熱媒体用熱交換器７
で冷媒を過冷却し、冷房能力は増大すると共に、消費電
力が減少する。また、室内機１２が暖房運転の時には、
高温の熱源８ｂから熱媒体用熱交換器７で冷媒を蒸発さ
せることも可能である。

【００２３】図７に熱源利用の一実施例を示す。図７は
室外機１２，熱交換装置２１，一台または複数台の室内
機１３で構成される冷凍サイクルに、搬送装置９を含む
熱媒体循環流路１０を介して熱源８の地下水を利用す
る。地下水は一般に夏は比較的低温で、冬は比較的高温
であり、冷凍サイクル側での要求に耐える。

【００２４】図８に熱源利用の別の一実施例を示す。図
８は図７と同様の冷凍サイクル構成だが熱源８に河川水
を用いた例である。

【００２５】図９に熱源利用の他の実施例を示す。図９
は図７，図８と同様の冷凍サイクル構成だが熱源８に海
水を用いた例である。海上での本発明の実施では図６に
示した複数の熱源の利用が容易に可能である。すなわ
ち、海面に近い浅い海水８ｂと、海底に近い深い海水８
ａの温度の異なる熱源を開閉弁１４ａ，１４ｂで切り換
えて冷凍サイクル側で熱を利用できる。

【００２６】図１０に本発明の他の実施例を示す。図１
０は図２に示した冷凍サイクルと同等のサイクルである
が、室外機１２と熱交換装置２１を予め一つの室外機１
２ａに内蔵させ一体にしたものであり、新設の熱源利用
空気調和システムに適用する場合の実施例である。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、冷媒の過冷却ができる
ので、昼間の冷房運転時消費電力を抑えることができ
る。暖房運転中に除霜時間，除霜回数を低減でき、快適
性を向上させることができる。

【００２８】蓄冷熱槽を冷凍サイクルに近接して設置す
る必要がなく、既存の冷凍サイクルに熱交換装置を追加
設置できるので、容易に既存の熱源の利用ができる。使
用する熱媒体を蓄冷熱槽にためることなく熱源から移動
させて使用するため、建物の地下水槽，工場排熱，地下
水，河川水や海水などの熱源を冷凍サイクルに利用する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のシステムのブロック図。

【図２】本発明の一実施例の系統図。

【図３】従来の空気調和システムの一実施例の系統図。

【図４】本発明の別の一実施例の系統図。

【図５】複数のシステムで利用する本発明の一実施例の
系統図。

【図６】複数の熱源を利用する本発明の一実施例の系統
図。

【図７】熱源利用の一実施例のブロック図。

【図８】熱源利用の別の一実施例のブロック図。

【図９】熱源利用の他の一実施例のブロック図。

【図１０】本発明の他の一実施例の系統図。

【符号の説明】

８…熱源、９…搬送装置、１０…熱媒体循環流路、１２
…室外機、１３…室内機、２１…熱交換装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐野 孝 静岡県清水市村松390番地 株式会社日立 製作所清水工場内 (72)発明者 伊藤 誠 静岡県清水市村松390番地 株式会社日立 製作所清水工場内 (72)発明者 原田 文雄 静岡県清水市村松390番地 株式会社日立 製作所清水工場内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】室外機，熱交換装置，室内機および、これ
   らを冷媒配管で接続すると共に、温度の安定な熱源と熱
   交換器ユニットとを、搬送装置を介して循環流路で接続
   した空気調和システムにおいて、前記熱源の温度が、前
   記冷媒の凝縮温度以下で、前記冷媒の蒸発温度以上であ
   ることを特徴とする空気調和システム。