JPH0618114A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 メンテナンスが容易で高効率の蓄熱槽２３を
備えたきめ細かい空調が可能な空気調和装置を提供す
る。 【構成】 圧縮機１、室外熱交換器５、膨脹弁１１及び
室内熱交換器７が、冷媒配管１３によって接続されて構
成される冷凍サイクルに、冷凍サイクル内を循環する冷
媒の熱を蓄熱可能な蓄熱槽２３を設け、この蓄熱槽２３
に二次熱媒体２６との間で熱交換を行う蓄熱材としての
水２５を設けるとともに、この二次熱媒体２６と冷媒と
の間で熱交換を行う蓄熱熱交換器２９を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、蓄熱機能を備えたヒ
ートポンプ式の空気調和装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の空気調和装置は、余った割安の
夜間電力を利用して蓄冷熱を行い、その蓄冷熱を昼間の
冷暖房に使用することによって、ユーザは低ランニング
コストの空調が、また電力会社は昼間の電力需要のピー
クシフトを可能として電力平準化によるメリットがそれ
ぞれ得られる。

【０００３】これまで、蓄冷熱を行うための蓄熱材とし
ては、水が最も一般的に使用されている物質である。つ
まり、冷房時には、夜間蓄熱槽に冷水あるいは氷を作
り、昼間の冷房に使用することによって昼間の電力需要
のピークをシフトし、暖房時には逆に夜間温水を作り、
昼間の暖房の使用することによってピークをシフトしよ
うとするものである。

【０００４】このようなピークシフトの重要性から言え
ば、夏場の冷房によるものの方がはるかに重要である。
蓄冷する方法として前述のように冷水あるいは氷として
蓄える方法があるが、後者の方は水の潜熱を利用できる
ため、同じ水量の場合蓄熱量は前者よりはるかに大きく
なる。このため、後者の場合には、単位体積あたりの蓄
冷量がはるかに大きくなるので、装置全体がコンパクト
にできるというメリットがある。

【０００５】このような氷を蓄冷材として用いた蓄熱装
置は、その製氷方法により二つの方法に大別できる。一
つは製氷用熱交換器上に着氷、解氷するスタティック型
であり、他の一つは成長した氷を製氷器に着氷させない
ダイナミック型である。通常、ダイナミック型では氷は
微細なものとなる。

【０００６】一般的に、スタティック型は構造が単純で
ある反面、氷の成長に伴って伝熱抵抗が増加するため、
製氷のための冷却温度を徐々に下げなければならず、効
率の低下を招くといった本質的な欠点と、氷のブリッジ
ングによる製氷器の破壊といった大きな問題点がある。
さらに、１日の使用後に氷が溶け残った場合には、その
まま製氷させると、歪な氷ができることによってブリッ
ジングの危険性が増すため、通常氷を全部溶かしてから
再び製氷を行うような制御を組まざるを得ない。このよ
うな制御を行うと、システム全体の効率が低下すること
になる。

【０００７】これに対してダイナミック型は、成長した
氷を製氷器上で成長させないので、冷却温度の低下を防
止し、高効率を維持できるといったメリットと、製氷さ
れた氷が微細状であるため製氷器に応力がかからず、信
頼性が高いといったメリットがある。もちろん、追加製
氷も容易にできる。

【０００８】このようにスタティック型に比べて多くの
メリットを備えたダイナミック型の氷蓄熱システムで
は、これまで被空調空間への冷熱の搬送を蓄熱材である
水あるいは不凍液を用いて行うものが一般的であった。
蓄熱槽内の製氷は専用の冷凍機によって行い、熱媒であ
る水あるいは不凍液の搬送はポンプによって行う。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たような従来のダイナミック型の氷蓄熱システムにおい
て、熱媒として水や不凍液を用いた場合には、水垢によ
る配管の詰まり、腐食、水の腐りあるいは漏れた場合の
処理などメンテナンス上の問題点が多い。さらに、これ
らの熱媒の場合は顕熱輸送であるために、単位重量当た
りに運べる熱量が小さく、循環量を多くする必要があ
る。この場合、搬送動力を低減するために、圧力損失を
小さくする必要があり、必然的に配管が太くなる。しか
も、室内側熱交換器内の熱媒としての水の温度を調整す
ることが難しく、能力の調整を熱媒の循環量だけに頼ら
ざるを得ないため、例えば複数台の室内熱交換器が設け
られた場合には、きめ細かい能力の調整や、吹きだし温
度の微妙な調整が非常に難しいという欠点がある。

【００１０】一方、スタティック型の氷蓄熱システムに
は、被空調空間に冷媒を搬送するタイプが見られるが、
その場合には当然前述したような製氷効率の低下や、製
氷器破壊の危険性、そしてシステム効率の低下が問題と
なるのは言うまでもない。

【００１１】そこで、この発明は、メンテナンスが容易
で高効率の蓄熱槽を備えたきめ細かい空調が可能な空気
調和装置を提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明は、圧縮機、室外熱交換器、絞り機構及び
室内熱交換器が、冷媒配管によって接続されて構成され
る冷凍サイクルに、冷凍サイクル内を循環する冷媒の熱
を蓄熱可能な蓄熱槽を設け、この蓄熱槽に二次熱媒体と
の間で熱交換を行う蓄熱材を設けるとともに、この二次
熱媒体と前記冷媒との間で熱交換を行う熱交換手段を設
けた構成としてある。

【００１３】

【作用】このような構成の空気調装置によれば、二次熱
媒体は、熱交換手段において圧縮機から吐出された冷媒
との間で熱交換を行い、冷媒から熱を受けた二次熱媒体
は、蓄熱槽にて蓄熱材に熱を放出して蓄熱を行う。蓄熱
槽に蓄熱された熱を利用する場合には、蓄熱材の熱が二
次熱媒体を介して冷媒に伝達され、室内熱交換器に運ば
れる。

【００１４】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づき説明
する。

【００１５】図１は、この発明の一実施例を示す空気調
和装置のシステム全体のサイクル構成図である。この空
気調和装置は、室内機が複数設けられた、いわゆるマル
チ空調システムである。このサイクル構成は、冷媒を圧
縮して吐出する圧縮機１、冷房運転及び暖房運転など運
転状態によって冷媒の流れ方向が切替わる四方弁３、冷
房運転時には凝縮器となり暖房運転時には蒸発器となる
室外熱交換器５、冷房運転時には蒸発器となり暖房運転
時には凝縮器となる複数の室内熱交換器７、複数の室内
熱交換器７に冷媒を分配する分流器９、冷媒を減圧する
絞り機構としての膨脹弁１１を備え、これらが冷媒配管
１３によって接続されている。膨脹弁１１と室内熱交換
器７との間の冷媒配管１３の液ライン１３ａ及び、圧縮
機１と四方弁３との間の冷媒配管１３のガスライン１３
ｂには、それぞれ冷媒液を溜めるためのリキッドタンク
１５及びアキュームレータ１７が設けられている。室外
熱交換器５をバイパスするバイパス配管１９には二方弁
２１が設けられている。

【００１６】上記冷媒の熱によって蓄熱可能な蓄熱槽２
３には、蓄熱材として水２５が充填されているととも
に、この水と直接接触して熱交換を行う二次熱媒体２６
が循環する二次熱媒体配管２７が接続されている。ここ
では、二次熱媒体２６は水より比重の大きいものを用い
ており、蓄熱槽２３の下部に溜まる。二次熱媒体配管２
７は、一端が蓄熱槽２３の下部側側面に、他端が蓄熱槽
２３の底面にそれぞれ接続されて蓄熱槽２３の内部に開
口しており、蓄熱槽２３に溜まった二次熱媒体２６を、
熱交換手段としての蓄熱熱交換器２９を経て循環させる
ポンプ３１が、蓄熱槽２３と蓄熱熱交換器２９との間の
二次熱媒体配管２７に設けられている。二次熱媒体は、
水より比重の小さいものを使用する場合には、蓄熱槽２
３の上部に溜まるので、二次熱媒体配管２７の他端は蓄
熱槽２３の上部に接続すればよい。蓄熱熱交換器２９
は、冷媒回路上で室内熱交換器７と並列の位置関係とな
るよう配管３３が、液ライン１３ａとガスライン３ｂと
を結ぶよう冷媒配管１３に接続されている。液ライン１
３ａの配管３３との接続部より室内熱交換器７側には二
方弁３５が、配管３３のガスライン１３ｂと接続される
側には二方弁３７がそれぞれ設けられている。二方弁３
５と室内熱交換器７との間の液ライン１３ａと、二方弁
３７と蓄熱熱交換器２９との間の配管３３とは、配管３
９により接続され、この配管３９には膨脹弁４１が設け
られている。

【００１７】このような構成の空気調和装置において、
冷房運転モード及び暖房運転モードについて説明する。

【００１８】冷房運転モードでは、夜間の蓄冷運転と昼
間の解氷冷房運転、そして蓄熱を用いない通常の冷房運
転がある。

【００１９】蓄冷運転では、圧縮機１を出た高温，高圧
のガス状態となっている冷媒は、四方弁３を経て室外熱
交換器５によって高圧の液状態となり、膨脹弁１１によ
って低温の二相流状態となって蓄熱熱交換器２９に送ら
れる。蓄熱熱交換器２９では、冷媒は二次熱媒体２６と
熱交換した後低圧の蒸気となって、二方弁３７及び四方
弁３を経て再び圧縮機１に戻る。このとき、二方弁２
１，３５は閉じた状態で、二方弁３７は開いた状態であ
る。蓄熱槽２３では、冷媒によって冷却された二次熱媒
体２６が、水２５に直接接触することにより、微細氷が
作られて氷による潜熱蓄冷が行われる。

【００２０】このようにして夜間作られた氷を昼間の冷
房に利用する解氷冷房運転では、圧縮機１を出たガス状
態の冷媒は、四方弁３を経てバイパス配管１９の二方弁
２１及び膨脹弁１１を通り、蓄熱熱交換器２９で、氷に
よって冷やされた低温の二次熱媒体２６と熱交換し凝縮
する。凝縮した冷媒は、膨脹弁４１を経て室内熱交換器
７に運ばれ、ここで蒸発した後、四方弁３を経て圧縮機
１に戻される。このとき、二方弁３５，３７は閉じた状
態で、二方弁２１は開いた状態である。膨脹弁１１，４
１は共に全開の状態で、サイクル内に配管抵抗以外の圧
損がほとんどない状態で運転されることになる。つま
り、圧縮機１は圧縮をほとんど行わず、ガスポンプの役
割を果たし、しがって冷房のための電力がほとんどかか
らないことになる。この状態をモリエル線図上に表す
と、図２のようになる。図中で実線が圧損が少いガスポ
ンプで動かされるサイクルを示し、破線が製氷時のサイ
クルを示している。室内熱交換器７の蒸発温度は、圧縮
機１の回転数、膨脹弁４１の強度を変えることによって
容易に変化させることができる。

【００２１】通常の冷房運転では、蓄熱回路に冷媒が流
れず、室外熱交換器５での凝縮、膨脹弁１１による絞
り、室内熱交換器７による蒸発、圧縮機１による圧縮と
いった通常の冷凍サイクルを構成する。

【００２２】暖房運転モードでは、夜間の蓄熱運転と昼
間の放熱暖房運転、そして蓄熱を用いない通常の暖房運
転がある。蓄熱運転では、圧縮機１を出た高温，高圧の
ガス状態となっている冷媒は、四方弁３を通り二方弁３
７を経て蓄熱熱交換器２９に搬送される。蓄熱熱交換器
２９では、冷媒は二次熱媒体２６と熱交換した後凝縮
し、膨脹弁１１を通って低温、低圧の２相流状態となっ
て室外熱交換器５で蒸発した後圧縮機１に戻る。このと
き、二方弁２１，３５は閉じた状態で、二方弁３７は開
いた状態である。蓄熱槽２３では、冷媒によって加熱さ
れた二次熱媒体２６が、水２５に直接接触することによ
って水２５が加熱され、温水の状態で顕熱蓄熱される。

【００２３】このようにして夜間に作られた温水を昼間
の暖房に利用する放熱暖房運転では、圧縮機１を出たガ
ス状態の冷媒は、四方弁３を経て室内熱交換器７に送ら
れここで凝縮する。凝縮した冷媒は、配管３９の膨脹弁
４１を経て蓄熱熱交換器２９に搬送される。蓄熱熱交換
器２９では、温水によって加熱された高温の二次熱媒体
２６と熱交換し蒸発し、膨脹弁１１，二方弁２１及び四
方弁３を経て圧縮機１に戻される。このとき、膨脹弁１
１及び４１は全開であり、二方弁３５，３７は閉じた状
態、二方弁２１は開いた状態となっている。室外熱交換
器５を冷媒がバイパスする理由は、サイクル外への熱の
放出を防ぐためである。但し、この放熱暖房運転では、
蓄熱槽２３内に温水として蓄えられた熱は、徐々に温度
が低下していくため、冷媒の蒸発温度も徐々に低くして
いかなければならない。つまり、膨脹弁４１を絞ってい
くか、あるいは圧縮機１の回転数を上げていく必要があ
り、このため圧縮機１の動力は当然増加していくことに
なる。このときの放熱運転の様子を図３のモリエル線図
上に実線で示す。破線は温水を作るときのサイクルを示
している。

【００２４】通常の暖房運転では、蓄熱回路に冷媒が流
れず、室内熱交換器７での凝縮、膨脹弁１１による絞
り、室外熱交換器５による蒸発、圧縮機１による圧縮と
いった通常の冷凍サイクルを構成する。

【００２５】このように、二次熱媒体２６と冷媒との蓄
熱熱交換器２９を室内熱交換器７と並列に冷媒回路上に
設けることによって、被空調空間へ冷媒を搬送し、冷暖
房できるシステムが可能となる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば、二次熱媒体との間で熱交換を行う蓄熱材を収納す
る蓄熱槽を備え、二次熱媒体と冷凍サイクル内の冷媒と
の熱交換手段を設けることによって、被空調空間側の室
内熱交換器への冷熱搬送を冷媒を用いて行うことがで
き、熱媒として水を用いた場合のような配管の腐食、詰
まり、腐りなどの不具合が防止され、また、漏れた場合
にも直ちに冷媒が蒸発してしまうため、壁を汚したり、
腐らせたりする心配がない。しかも、冷媒の潜熱による
輸送のため、単位重量当たりの熱搬送量が多く、配管を
細くすることができ、さらに冷媒に特有の蒸発温度ある
いは凝縮温度の調節が、圧縮機の回転数や絞り機構の強
さによって可能となるので、きめ細かい空調が可能で、
空調空間の快適性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す空気調和装置におけ
る冷凍サイクル構成図である。

【図２】冷房運転モードでの製氷運転及び解氷運転を示
すモリエル線図である。

【図３】暖房運転モードでの製温水運転及び放熱運転を
示すモリエル線図である。

【符号の説明】

１ 圧縮機 ５ 室外熱交換器 ７ 室内熱交換器 １１ 膨脹弁（絞り機構） １３ 冷媒配管 ２３ 蓄熱槽 ２５ 水（蓄熱材） ２６ 二次熱媒体 ２９ 蓄熱熱交換器（熱交換手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機、室外熱交換器、絞り機構及び室
   内熱交換器が、冷媒配管によって接続されて構成される
   冷凍サイクルに、冷凍サイクル内を循環する冷媒の熱を
   蓄熱可能な蓄熱槽を設け、この蓄熱槽に二次熱媒体との
   間で熱交換を行う蓄熱材を設けるとともに、この二次熱
   媒体と前記冷媒との間で熱交換を行う熱交換手段を設け
   たことを特徴とする空気調和装置。