JPH0828932A - 蓄熱式空気調和機 - Google Patents

蓄熱式空気調和機

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JPH0828932A
JPH0828932A JP6161215A JP16121594A JPH0828932A JP H0828932 A JPH0828932 A JP H0828932A JP 6161215 A JP6161215 A JP 6161215A JP 16121594 A JP16121594 A JP 16121594A JP H0828932 A JPH0828932 A JP H0828932A
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Shigeo Aoyama
繁男 青山
Tetsuei Kuramoto
哲英 倉本
Kazuhiko Machida
和彦 町田
Kozo Suzuki
皓三 鈴木
Yoshihide Sugita
吉秀 杉田
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Tokyo Electric Power Company Holdings Inc
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Matsushita Refrigeration Co
Tokyo Electric Power Co Inc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 蓄熱槽を有する蓄熱式空調空気調和機の冷凍
サイクルに関し、冬季除霜運転時の室内快適性を高め、
夜間電力の有効活用を図る。 【構成】 2次側冷凍サイクル内の冷媒対冷媒熱交換器
HEXと蓄熱槽STRとをバイパス弁BVを介して直列
に接続するバイパス回路を設置し、蓄熱槽STR内の蓄
熱材16が所定温度以上の場合の室外側熱交換器4の除
霜運転において、バイパス弁BVを開として1次側冷凍
サイクル、及び2次側冷凍サイクルを運転し、かつ蓄熱
材16が所定温度未満の場合の室外側熱交換器4の除霜
運転においては、バイパス弁BVを閉として1次側冷凍
サイクルのみ運転する除霜制御装置CNを設置したもの
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・放熱
機能、及びその制御機能を備えた蓄熱式空気調和機の冬
季除霜運転に関する。
【0002】
【従来の技術】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62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と蓄熱槽8との並列接続回路,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/冷
房運転、及び蓄熱/暖房運転に切り替えられる。
【0006】特に、冬季運転、即ち蓄熱/暖房運転に限
って、以下述べていくと、夜間における蓄熱運転は冷凍
サイクルA、及び冷凍サイクルBにて、図4中の実線矢
印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】そして、夜間における室外側熱交換器4の
除霜運転は冷凍サイクルA、及び冷凍サイクルBにて、
図4中の破線矢印方向に冷媒が流れて除霜サイクルが形
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内の温水より吸熱して
室外側熱交換器4の除霜が行われる。
【0008】一方、昼間運転は、冷温水循環サイクルC
において図5中の実線矢印方向に冷媒が流れて、蓄熱槽
8内の温水を冷温水ポンプ10により室内機12へ送
り、暖房運転を行う。この際、暖房能力を高めるべく、
冷凍サイクルA、ブライン循環サイクルBを暖房サイク
ルとして運転して、冷温水循環サイクルC内においてブ
ライン対水熱交換器7と蓄熱槽8を並列に回路を構成
し、2つの熱交換器で水に加熱する。
【0009】そして、昼間における室外側熱交換器4の
除霜運転は冷凍サイクルA、冷凍サイクルB、及び冷凍
サイクルCにて、図5中の破線矢印方向に冷媒が流れて
除霜サイクルが形成され、夜間運転時と同様、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内の温水より吸熱して室外側熱交換器4
の除霜が行われる。
【0010】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、冬季は朝の暖房立上げ
時、または昼間の暖房に夜間電力を利用することによ
り、室内の快適性の向上が可能である。
【0011】
【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を2回介す
る必要があるため効率の低下を招き、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。
【0012】そこで、本発明は、高効率で、安全性が高
く、かつ負荷追従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。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の技術的手段は、圧縮機、第1四方弁、室外側熱交換
器、第1膨張弁、1次側熱交換部と2次側熱交換部とか
らなる冷媒対冷媒熱交換器の1次側熱交換部を順次環状
に接続し、第2膨張弁と1次側熱交換部と2次側熱交換
部と蓄熱材とからなる蓄熱槽の1次側熱交換部との直列
接続回路を、前記第1膨張弁と前記冷媒対冷媒熱交換器
の前記1次側熱交換部との直列接続回路に並列に接続し
てなる1次側冷凍サイクルと、冷媒搬送ポンプと第2四
方弁とからなるポンプユニットと、複数の室内ユニット
と、前記冷媒対冷媒熱交換器の前記2次側熱交換部と第
1流量弁との直列接続回路と前記蓄熱槽内の前記2次側
熱交換部と第2流量弁との直列接続回路とを並列に接続
したものとを環状に接続してなる2次側冷凍サイクルと
を備え、前記冷媒対冷媒熱交換器の前記2次側熱交換部
の反第1流量弁側と前記蓄熱槽内の前記2次側熱交換部
の第2流量弁側とをバイパス弁を介して接続するバイパ
ス回路を設けたものである。
【0014】また、蓄熱槽内の蓄熱材が所定温度以上の
場合の室外側熱交換器の除霜運転において、バイパス弁
を開として1次側冷凍サイクル、及び2次側冷凍サイク
ルを運転し、かつ蓄熱材が所定温度未満の場合の室外側
熱交換器の除霜運転においては、バイパス弁を閉として
1次側冷凍サイクルのみ運転する除霜制御装置を設置し
たものである。
【0015】
【作用】この技術的手段による作用は次のようになる。
【0016】まず、冬季の夜間運転について説明する。
蓄熱式空気調和機の、圧縮機、第1四方弁、室外側熱交
換器、第2膨張弁、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、夜間運転時に冷媒対
冷媒熱交換器を使用しない状態で、第2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である
水を温水にする蓄熱運転を行う。この時、バイパス弁は
閉とする。
【0017】また、低外気温時の蓄熱運転において室外
側熱交換器に着霜現象が生じた場合、前記1次側冷凍サ
イクルにて逆サイクル運転を行って夜間除霜運転を行
う。即ち、前記1次側冷凍サイクルにおいて蓄熱槽内の
1次側熱交換部を蒸発器、室外側熱交換器を凝縮器とし
て冷凍サイクルを構成し、温水より吸熱して室外側熱交
換器の除霜を行う。この時も、バイパス弁は閉とする。
【0018】次に、冬季の昼間運転について説明する。
昼間暖房運転は、ポンプユニット、室内機、蓄熱槽の2
次側熱交換器、及び冷媒対冷媒熱交換器の2次側熱交換
器からなる2次側冷凍サイクルにおいて、夜間に温水と
して貯めた蓄熱槽内の熱量を蓄熱槽の2次側熱交換器を
介して室内機へと搬送し、室内を暖房運転する。
【0019】この時、暖房能力を高めるべく、1次側冷
凍サイクルにおいて冷媒対冷媒熱交換器の1次側熱交換
器を凝縮器として運転して、冷媒対冷媒熱交換器と蓄熱
槽とで並行に2次側冷凍サイクル内の冷媒を加熱する。
この時も、バイパス弁は閉とする。
【0020】また、低外気温時の暖房運転においても室
外側熱交換器に着霜現象が生じた場合、前記1次側冷凍
サイクルにて逆サイクル運転を行って昼間除霜運転を行
う。
【0021】即ち、前記1次側冷凍サイクルにおいて蓄
熱槽内の1次側熱交換部を蒸発器、室外側熱交換器を凝
縮器として冷凍サイクルを構成するのは夜間除霜運転の
場合と同様であるが、2次側冷凍サイクルではバイパス
弁を開、蓄熱槽用流量弁を全閉として、蓄熱槽の2次側
熱交換器と冷媒対冷媒熱交換器の2次側熱交換器を直列
として暖房運転を継続する。
【0022】つまり、蓄熱槽内の温水としての熱量は、
蓄熱槽の2次側熱交換器を介して冷媒に熱交換される
が、その後、室外側熱交換器に付着した霜を除霜するべ
く、冷媒対冷媒熱交換器の2次側熱交換器にて吸熱され
る。
【0023】従って、室内機へ搬送される熱量が減少し
て暖房能力は多少低下するが、除霜運転によって室内空
気より吸熱することがなく、暖房時の快適性が損なわれ
ることがなくなる。
【0024】
【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。
【0025】図1は本発明の一実施例の蓄熱式空気調和
機の冬季夜間運転時の冷凍サイクル図であり、図2は本
発明の一実施例の蓄熱式空気調和機の冬季昼間運転時の
冷凍サイクル図である。
【0026】蓄熱式空気調和機は空冷ヒートポンプ1
と、蓄熱槽STRと、ポンプユニットPUと、室内機1
2とから構成されている。
【0027】空冷ヒートポンプ1は、圧縮機2、第1四
方弁3a、室外側熱交換器4、第1膨張弁5a、第2膨
張弁5b、1次側熱交換部14aと2次側熱交換部14
bとからなる冷媒対冷媒熱交換器HEX、2次側熱交換
部14b用の第1流量弁RV1、蓄熱槽STRの2次側
熱交換器13b用の第2流量弁RV2、及びバイパス流
量弁BVから構成されている。
【0028】蓄熱槽STRは、蓄熱材である水16と1
次側熱交換部13a、2次側熱交換部13bからなり、
ポンプユニットPUは第2四方弁3b、及び冷媒搬送ポ
ンプPMとから構成されている。
【0029】上記構成において、1次側冷凍サイクル
は、圧縮機2、第1四方弁3a、室外側熱交換器4、第
1膨張弁5a、冷媒対冷媒熱交換器HEXの1次側熱交
換部14aを順次環状に接続し、第2膨張弁5bと蓄熱
槽STRの1次側熱交換部13aとの直列接続回路を、
第1膨張弁5aと冷媒対冷媒熱交換器HEXの1次側熱
交換部14aとの直列接続回路に並列に接続してなる。
【0030】また、2次側冷凍サイクルは、ポンプユニ
ットPUと、2台の室内ユニット12a,12bと、冷
媒対冷媒熱交換器HEXの2次側熱交換部14bと第1
流量弁RV1との直列接続回路と蓄熱槽STR内の2次
側熱交換部13bと第2流量弁RV2との直列接続回路
とを並列に接続したものとを環状に接続し、更に、冷媒
対冷媒熱交換器HEXの2次側熱交換部14bの反第1
流量弁側と蓄熱槽STR内の2次側熱交換部13bの第
2流量弁RV2側とをバイパス弁BVを介して接続する
バイパス回路を設けている。
【0031】そして、除霜制御装置CNは、第1四方弁
3a、第1流量弁RV1、第2流量弁RV2、バイパス
弁BV、及び室外側熱交換器4の配管温度センサーTS
と信号線で接続されている。
【0032】この除霜制御装置CNにてバイパス弁BV
の開閉、及び第1流量弁RV1、第2流量弁RV2の開
度を制御することにより、冷媒対冷媒熱交換器HEXの
2次側熱交換部14bへ流入する冷媒循環量の制御を行
え、つまり室外側熱交換器4の除霜能力の制御を行え
る。
【0033】次に、この−実施例の構成における作用
を、以下の場合に分けて説明する。 (1)夜間蓄熱運転 圧縮機2、第1四方弁3a、室外側熱交換器4、第2膨
張弁5b、冷媒対冷媒熱交換器HEXの1次側熱交換部
14a、蓄熱槽STR内の1次側熱交換部13aとを連
通した1次側冷凍サイクルにおいて、第1四方弁3a:
暖房モード、第1膨張弁5a:全閉、第2膨張弁5b:
所定の開度に設定して図1の黒矢印のように冷媒を流す
ことにより、蓄熱槽内の1次側熱交換部13aを介して
蓄熱材である水16を温水にする蓄熱運転を行う。 (2)夜間除霜運転 低外気温時の蓄熱運転において室外側熱交換器4に着霜
現象が生じた場合、室外側熱交換器4の配管温度センサ
ーTSが所定の温度以下を検知すると、1次側冷凍サイ
クルにて逆サイクル運転を行って夜間除霜運転を行う。
【0034】即ち、前記1次側冷凍サイクルにおいて、
第1四方弁3a:冷房モード、第1膨張弁5a:全閉、
第2膨張弁5b:所定の開度に設定して図1中の白抜矢
印のように冷媒を流すことにより、蓄熱槽内の1次側熱
交換部13aを蒸発器、室外側熱交換器4を凝縮器とし
て冷凍サイクルを構成し、温水より吸熱して室外側熱交
換器4の除霜を行う。
【0035】そして、配管温度センサーTSが所定温度
以上に上昇すると、除霜運転は終了し、夜間蓄熱運転に
復帰する。 (3)昼間暖房運転 この場合、蓄熱槽STR内の温水温度によって作用が異
なる様に除霜制御装置CNにて制御する。
【0036】a)蓄熱槽内の水温Tw≧Tmin(暖房利用
限界温度)の場合 昼間暖房運転は、ポンプユニットPU、室内ユニット1
2a,12b、蓄熱槽STRの2次側熱交換器13b、
及び冷媒対冷媒熱交換器HEXの2次側熱交換器14b
からなる2次側冷凍サイクルにおいて、第2四方弁:暖
房モード、第1流量弁RV1,第2流量弁RV2:所
定、バイパス弁BV:閉として、図2の黒矢印で示すよ
うに、前記夜間蓄熱運転にて温水として貯めた蓄熱槽S
TR内の熱量を蓄熱槽の2次側熱交換器13bを介して
室内ユニット12a,12bへと搬送し、室内を暖房運
転する。
【0037】同時に、暖房能力を高めるべく、1次側冷
凍サイクルにおいて冷媒対冷媒熱交換器HEXの1次側
熱交換器14aを凝縮器として運転して、冷媒対冷媒熱
交換器HEXと蓄熱槽STRとで並行に2次側冷凍サイ
クル内の冷媒を加熱する。
【0038】b)蓄熱槽内の水温Tw<Tmin(暖房利用
限界温度)の場合 この場合の昼間暖房運転では、蓄熱槽STRの水温が暖
房として利用できる限界温度より低いため、蓄熱槽ST
Rは室内の暖房としては利用しない。
【0039】即ち、ポンプユニットPU、室内ユニット
12a,12b、蓄熱槽の2次側熱交換器13b、及び
冷媒対冷媒熱交換器HEXの2次側熱交換器14bから
なる2次側冷凍サイクルにおいて、第2四方弁:暖房モ
ード、第1流量弁RV1:所定の開度、第2流量弁RV
2:全閉、バイパス弁BV:閉として、図2中の白抜矢
印で示すように、室外側から吸熱したの熱量を冷媒対冷
媒熱交換器HEXを介して室内ユニット12a,12b
へと搬送し、室内を暖房運転する。 (4)昼間除霜運転 低外気温時の暖房運転においても室外側熱交換器4に着
霜現象が生じた場合、室外側熱交換器4の配管温度セン
サーTSが所定の温度以下を検知すると、前記1次側冷
凍サイクルにて逆サイクル運転を行って昼間除霜運転を
行う。
【0040】この場合も、蓄熱槽STR内の温水温度に
よって作用が異なる様に除霜制御装置CNにて制御す
る。
【0041】a)蓄熱槽内の水温Tw≧Tmin(暖房利用
限界温度)の場合 室外側熱交換器4の除霜運転において、バイパス弁B
V:開、第1流量弁RV1,第2流量弁RV2:所定開
度として図3中の黒矢印で示すように、1次側冷凍サイ
クル:逆冷凍サイクル、及び2次側冷凍サイクル:暖房
運転サイクルにて運転する。
【0042】即ち、蓄熱槽STRの2次側熱交換器13
bと冷媒対冷媒熱交換器HEXの2次側熱交換器14b
とを直列として暖房運転を継続する。
【0043】つまり、蓄熱槽STR内の温水としての熱
量は、蓄熱槽STRの2次側熱交換器13bを介して冷
媒に熱交換されるが、その後、室外側熱交換器4に付着
した霜を除霜するべく、冷媒対冷媒熱交換器HEXの2
次側熱交換器14bにて吸熱される。
【0044】従って、室内ユニット12a,12bへ搬
送される熱量が減少して暖房能力は多少低下するが、除
霜運転によって室内空気より吸熱することがなく、暖房
時の快適性が損なわれることがなくなる。
【0045】b)蓄熱槽内の水温TwがTo(外気温)<
Tw<Tmin(暖房利用限界温度)の場合 室外側熱交換器4の除霜運転において、第1膨張弁5
a:全閉、第2流量弁RV2:所定開度として図3中の
白抜矢印で示すように、1次側冷凍サイクルを逆冷凍サ
イクルとして運転し、2次側冷凍サイクルは運転しな
い。
【0046】即ち、蓄熱槽STRの水温が暖房として利
用できる限界温度より低いため、蓄熱槽STRは室内の
暖房としては利用されないが、外気温より高いため除霜
時のみに利用する。
【0047】前記1次側冷凍サイクルにおいて、第1四
方弁3a:冷房モード、第1膨張弁5a:全閉、第2膨
張弁5b:所定の開度に設定することにより、蓄熱槽内
の1次側熱交換部13aを蒸発器、室外側熱交換器4を
凝縮器として冷凍サイクルを構成し、温水より吸熱して
室外側熱交換器4の除霜を効率的に行うことができる。
【0048】
【発明の効果】以上のように本発明は、冷媒対冷媒熱交
換器、及び蓄熱槽を介して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調空気調和機におい
て、2次側冷凍サイクル内の冷媒対冷媒熱交換器と蓄熱
槽とをバイパス弁を介して直列に接続するバイパス回路
を設置したものである。
【0049】従って、昼間除霜運転時においても、室内
機へ搬送される熱量が減少して暖房能力は多少低下する
が、除霜運転によって室内空気より吸熱することがな
く、暖房時の快適性が損なわれることがなくなる。
【0050】また、蓄熱槽内の蓄熱材が所定温度以上の
場合の室外側熱交換器の除霜運転において、バイパス弁
を開として1次側冷凍サイクル、及び2次側冷凍サイク
ルを運転し、かつ蓄熱材が所定温度未満の場合の室外側
熱交換器の除霜運転においては、バイパス弁を閉として
1次側冷凍サイクルのみ運転する除霜制御装置を設置し
たものである。
【0051】従って、夜間電力を利用して蓄熱した熱量
の残量によって、その用途をわけることが可能となり、
電力の有効利用が図れることになる。
【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冬
季夜間運転時の冷凍システム図
【図2】本発明の一実施例による蓄熱式空気調和機の冬
季昼間暖房運転時の冷凍システム図
【図3】本発明の一実施例による蓄熱式空気調和機の冬
季昼間除霜運転時の冷凍システム図
【図4】従来例を示す蓄熱式空気調和機の冬季夜間運転
時の冷凍システム図
【図5】従来例を示す蓄熱式空気調和機の冬季昼間運転
時の冷凍システム図
【符号の説明】
2 圧縮機 3a 第1四方弁 3b 第2四方弁 4 室外側熱交換器 5a 第1膨張弁 5b 第2膨張弁 12a,12b 室内ユニット 13a 蓄熱槽の1次側熱交換部 13b 蓄熱槽の2次側熱交換部 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 RV1 第1流量弁 RV2 第2流量弁 BV バイパス弁 CN 除霜制御装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 町田 和彦 大阪府東大阪市高井田本通3丁目22番地 松下冷機株式会社内 (72)発明者 鈴木 皓三 東京都千代田区神田神保町2丁目2番30号 東京電力株式会社開発研究所内 (72)発明者 杉田 吉秀 東京都千代田区神田神保町2丁目2番30号 東京電力株式会社開発研究所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧縮機、第1四方弁、室外側熱交換器、
    第1膨張弁、1次側熱交換部と2次側熱交換部とからな
    る冷媒対冷媒熱交換器の1次側熱交換部を順次環状に接
    続し、第2膨張弁と1次側熱交換部と2次側熱交換部と
    蓄熱材とからなる蓄熱槽の1次側熱交換部との直列接続
    回路を、前記第1膨張弁と前記冷媒対冷媒熱交換器の前
    記1次側熱交換部との直列接続回路に並列に接続してな
    る1次側冷凍サイクルと、 冷媒搬送ポンプと第2四方弁とからなるポンプユニット
    と、複数の室内ユニットと、前記冷媒対冷媒熱交換器の
    前記2次側熱交換部と第1流量弁との直列接続回路と前
    記蓄熱槽内の前記2次側熱交換部と第2流量弁との直列
    接続回路とを並列に接続したものとを環状に接続してな
    る2次側冷凍サイクルとを備え、 前記冷媒対冷媒熱交換器の前記2次側熱交換部の反第1
    流量弁側と前記蓄熱槽内の前記2次側熱交換部の第2流
    量弁側とをバイパス弁を介して接続するバイパス回路を
    設けた蓄熱式空気調和機。
  2. 【請求項2】 蓄熱槽内の蓄熱材が所定温度以上の場合
    の室外側熱交換器の除霜運転において、バイパス弁を開
    として1次側冷凍サイクル、及び2次側冷凍サイクルを
    運転し、かつ蓄熱材が所定温度未満の場合の室外側熱交
    換器の除霜運転においては、バイパス弁を閉として1次
    側冷凍サイクルのみ運転する除霜制御装置を設置した請
    求項1記載の蓄熱式空気調和機。
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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