JPH08303900A - 蓄熱式ヒートポンプ空気調和機及びその運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ヒートポンプ空気調和機に蓄熱ユニットを組
合せ、深夜時間帯などに蓄熱して、昼間のピーク時に蓄
えられた熱を利用することによって、電力使用量の平準
化を図る。 【構成】 圧縮機、四方弁、室外熱交換器、逆止弁と温
水蓄熱用絞り機構との並列回路、液側操作弁及びガス側
操作弁を備え、これらを冷媒配管で接続してヒートポン
プの熱源側ユニットを構成してなる室外ユニットと、水
を貯える蓄熱槽、同蓄熱槽内に設けられる熱交換器、逆
止弁と氷蓄熱用絞り機構との並列回路を備え、これら及
びこれらと前記室外ユニットの液側操作弁及びガス側操
作弁とを液側冷媒配管及びガス側冷媒配管で接続してな
る蓄熱ユニットと、室内熱交換器を備え前記蓄熱ユニッ
トの蓄熱槽と循環ポンプ及び水配管を介して接続される
室内ユニットとより構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は蓄熱式ヒートポンプ空気
調和機及びその運転方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４は従来のヒートポンプ空気調和機の
冷媒回路図である。図において、室外機１内には圧縮機
２、四方弁３、空気熱交換器４、膨張機構５、逆止弁
６、液側操作弁７、およびガス側操作弁８より構成され
ている。膨張機構５と逆止弁６は並列に接続されてい
る。またこれらの要素部品は冷媒配管９により接続され
ている。液側操作弁７とガス側操作弁８は室外機１から
室内機１０へと冷媒配管を接続するために配設されてい
る。室内機１０は空気熱交換器１１と膨張機構１２とか
ら構成されている。室内機１０と室外機１とは液冷媒配
管１３およびガス冷媒配管１４により接続されている。

【０００３】この空気調和機において、冷房運転時には
圧縮機２から吐出された冷媒は実線矢印のように四方弁
３を通り、室外機の空気熱交換器４で凝縮し、さらに逆
止弁６を通り膨張機構１２で膨張し低圧となり室内機の
空気熱交換器１１で蒸発し、再び四方弁３を通り圧縮機
２へもどる。暖房運転時には、圧縮機２から吐出された
冷媒は破線矢印のように四方弁３を通り室内機の空気熱
交換器１１で凝縮し、膨張機構１２および膨張機構５で
低圧となり室外機の空気熱交換器４で蒸発し再び四方弁
３を通り圧縮機２へもどる。室内機１０のおかれた部屋
の空気は空気熱交換器１１によって冷却されたり、加熱
されることにより冷房又は暖房が行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の空気調和機は、
夏季の最も暑さの厳しい時間帯あるいは厳冬期、いわゆ
るピーク時において、運転のために最も多くの電力を消
費し、しばしば電力不足を生じさせていた。本発明は電
気使用量がピークではなく、かつ電気料金の安い深夜時
間帯などに、夏期には氷蓄熱により、また冬期には温水
蓄熱によりピーク時の電力使用量を低減し、電力使用量
を平準化させようとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
したものであって、次の特徴を有する蓄熱式ヒートポン
プ空気調和機に関するものである。

【０００６】（１）圧縮機、四方弁、室外熱交換器、逆
止弁と温水蓄熱用絞り機構との並列回路、液側操作弁及
びガス側操作弁を備え、これらを冷媒配管で接続してヒ
ートポンプの熱源側ユニットを構成してなる室外ユニッ
トと、水を貯える蓄熱槽、同蓄熱槽内に設けられる熱交
換器、逆止弁と氷蓄熱用絞り機構との並列回路を備え、
これら及びこれらと前記室外ユニットの液側操作弁及び
ガス側操作弁とを液側冷媒配管及びガス側冷媒配管で接
続してなる蓄熱ユニットと、室内熱交換器を備え前記蓄
熱ユニットの蓄熱槽と循環ポンプ及び水配管を介して接
続される室内ユニットとより構成した。

【０００７】（２）上記（１）項に記載の蓄熱式ヒート
ポンプ空気調和機において、室内ユニットを複数台並列
に接続した。

【０００８】（３）上記（１）又は（２）項に記載の蓄
熱式ヒートポンプ空気調和機において、圧縮機、四方
弁、熱源熱交換器、絞り機構、水熱交換器によりヒート
ポンプサイクルを構成し、同水熱交換器と前記蓄熱ユニ
ットの蓄熱槽とを循環ポンプ及び水配管を介して接続し
てなるヒートポンプチリングユニットを設けた。

【０００９】（４）上記（１）項又は（２）項に記載の
蓄熱式ヒートポンプ空気調和機の運転方法において、室
外ユニットを運転して蓄熱ユニットの蓄熱槽に氷又は温
水を蓄える蓄熱運転と、蓄熱槽に蓄えられた氷又は温水
を利用し、室内ユニットに冷水又は温水を循環させて室
内を冷房又は暖房する冷房又は暖房運転と、室外ユニッ
トを運転して蓄熱ユニットの蓄熱槽に氷を蓄えながら室
内ユニットに冷水を循環させて室内を冷房する蓄熱・冷
房同時運転と、室外ユニットを運転して蓄熱ユニットの
蓄熱槽に温水を蓄えながら室内ユニットに温水を循環さ
せて室内を暖房する蓄熱・暖房同時運転とを個別に行っ
て室内を冷房または暖房する。

【００１０】（５）上記（３）項に記載の蓄熱式ヒート
ポンプ空気調和機の運転方法において、室外ユニットを
運転して蓄熱ユニットの蓄熱槽に氷又は温水を蓄える蓄
熱運転と、蓄熱槽に蓄えられた氷又は温水を利用し、室
内ユニットに冷水又は温水を循環させて室内を冷房又は
暖房する冷房又は暖房運転と、室外ユニットを運転して
蓄熱ユニットの蓄熱槽に氷を蓄えながら室内ユニットに
冷水を循環させて室内を冷房する蓄熱・冷房同時運転
と、室外ユニットを運転して蓄熱ユニットの蓄熱槽に温
水を蓄えながら室内ユニットに温水を循環させて室内を
暖房する蓄熱・暖房同時運転とを個別に行うと共に、蓄
熱・冷房同時運転時又は蓄熱・暖房同時運転時に室内側
の冷房又は暖房負荷が増加したとき、ヒートポンプチリ
ングユニットを運転し、前記蓄熱槽内の水を冷却又は加
熱する。

【００１１】

【作用】氷蓄熱運転を行う時は、室外ユニットの四方弁
を操作して冷媒の流れを冷却方向へ調整し、ヒートポン
プの熱源側ユニットから低温の冷媒を蓄熱ユニットへ循
環させて、蓄熱ユニット内の蓄熱槽内に氷を生成する。

【００１２】冷房運転を行う時は、蓄熱槽内に氷と共存
している冷水を室内ユニットへ循環ポンプで送り室内を
冷却する。

【００１３】氷蓄熱・冷房同時運転を行う時は、前記の
氷と共存している冷水を室内ユニットへ送って室内を冷
却すると共に、氷が溶けて水温が上昇した時、氷蓄熱運
転を行って氷を生成する。

【００１４】ヒートポンプチリングユニットを備えたも
のにおいては、室内ユニットの負荷が増し、蓄熱槽の温
度が上昇した時、チリングユニットの四方弁を操作して
冷媒流れを冷却方向とし、圧縮機を作動させ、低温冷媒
によって蓄熱槽の水を冷却する。

【００１５】温水蓄熱運転を行う時は、室外ユニットの
四方弁を操作して冷媒の流れを加熱方向へ調整し、ヒー
トポンプの熱源側ユニットから高温の冷媒を蓄熱ユニッ
トへ循環させて、蓄熱槽内の水を加熱する。

【００１６】暖房運転を行う時は、蓄熱槽内の高温の水
を室内ユニットへ循環させ、室内を暖房する。

【００１７】温水蓄熱・暖房同時運転を行う時は、蓄熱
槽内の温水を室内ユニットへ送って室内を暖房するが、
蓄熱槽内の水温が低下した時は、室外ユニットの圧縮機
を作動させ、温水蓄熱運転を行う。

【００１８】ヒートポンプチリングユニットを備えたも
のにおいては、室内ユニットの負荷が増し、蓄熱槽の温
度が低下した時、チリングユニットの四方弁を冷媒流れ
を加熱方向とし、圧縮機を作動させ、高温冷媒によって
蓄熱槽の水を加熱する。

【００１９】

【実施例】図１は本発明の第１実施例に係る蓄熱式ヒー
トポンプ空気調和機の系統図である。図において、１は
室外機であり、その構成は従来の技術における室外機と
同じである。１０は空気熱交換器１１を有する室内機で
あり、従来の技術における室内機に設けられていた膨張
機構は設けられていない。１５は本実施例の主要部をな
す蓄熱槽システムである。

【００２０】蓄熱槽システム１５は蓄熱槽本体１６、熱
交換器１７、膨張機構１８、逆止弁１９より構成されて
いる。蓄熱槽本体１６内には熱交換器１７が配設されて
いる。また、蓄熱槽本体１６の上部には供給側ソケット
２０、下部にはリターン側ソケット２１が配設されてい
る。蓄熱槽本体１６の上方には膨張機構１８と逆止弁１
９が並列に接続されている。蓄熱槽本体１６内には水が
充填されている。

【００２１】室外機１と蓄熱槽システム１５とは液冷媒
配管２３、ガス冷媒配管２４で接続されている。また、
供給側ソケット２０からは冷温水供給側配管２５にて循
環ポンプ２２へと接続し、さらに室内機１０へと接続さ
れる。室内機１０からは冷温水リターン配管２６により
蓄熱槽本体１６のリターン側ソケット２１へと接続され
ている。即ち、室外機１と蓄熱槽システム１５とは冷媒
回路で接続されており、室内機１０と蓄熱槽システム１
５とは冷温水回路で接続されている。

【００２２】本装置の作用は次の通りである。 （１）氷蓄熱運転時には、圧縮機２より吐出した冷媒ガ
スは実線の矢印で示すように四方弁３を通り、空気熱交
換器４を通りここで凝縮される。さらに逆止弁６を通
り、膨張機構１８で低圧となり、熱交換器１７で蓄熱槽
本体１６内の水と熱交換し水温を下げ、さらに熱交換器
１７の周りに氷が付着し、いわゆる氷蓄熱を行う。さら
に冷媒は再び四方弁３を通り圧縮機２へもどる。

【００２３】（２）冷房運転時には、蓄熱槽本体１６内
には氷と水が共存しており、その冷水を実線矢印で示す
ように循環ポンプ２２で室内機１０の空気熱交換器１１
に送り、ここで室内の空気と熱交換し、冷温水リターン
配管２６を通り蓄熱槽本体１６へともどす。

【００２４】（３）氷蓄熱・冷房同時運転では、蓄熱槽
本体１６内の氷のエネルギーを使用した後、氷が完全に
溶けて水温が上昇して来た場合は、図示せぬサーモスタ
ットで検知し、圧縮機２を作動させ、上記（１）で示し
た氷蓄熱運転を行うとともに、上記（２）で示した冷房
運転を同時に行うことができる。

【００２５】（４）温水蓄熱運転時には、圧縮機２より
吐出した冷媒ガスは破線の矢印で示したように四方弁３
を通り、蓄熱槽システム１５の熱交換器１７へと送ら
れ、ここで蓄熱槽本体１６内の水と熱交換して水は加熱
され冷媒は凝縮する。さらに冷媒は逆止弁１９を通り膨
張機構５で低圧となり空気熱交換器４で蒸発し、再び四
方弁３を通り圧縮機２へともどる。

【００２６】（５）暖房運転時には、蓄熱槽本体１６に
は蓄熱された温水が充満しているためにその温水を破線
矢印で示すように循環ポンプ２２で室内機１０の空気熱
交換器１１に送り、ここで室内の空気と熱交換し、空気
を加熱し、温水は冷温水リターン配管２６を通り蓄熱槽
本体１６へともどる。

【００２７】（６）温水蓄熱・暖房同時運転では、蓄熱
槽本体１６内の温水のエネルギーを使用した後、水温が
低下して来た場合には、図示せぬサーモスタットで検知
し、圧縮機２を作動させ上記（４）で示したように温水
蓄熱運転を行うとともに、（５）で示した暖房運転を同
時に行うこともできる。

【００２８】本実施例によって次のような効果がもたら
される。 （１）氷蓄熱運転および温水蓄熱運転を電力需要の少な
い夜間に行い、昼間には循環ポンプ２２の動力によって
冷房・暖房を行い、電力使用量の平準化を行うことがで
きる。 （２）氷蓄熱運転および温水蓄熱運転を電気料金の安い
夜間に行うことにより電気料金の節約をはかることがで
きる。 （３）蓄熱槽本体１６に蓄えられた冷水又は温水を、冷
房および暖房時にすぐに利用できるために冷房時では急
冷、暖房時には急暖ができるという効果がありそれぞれ
の運転の立上がり時の高い性能が得られる。

【００２９】図２は本発明の第２実施例に係る蓄熱式ヒ
ートポンプ空気調和機の系統図である。一般家庭では複
数の部屋の冷暖房が必要となる場合が多い。本実施例
は、蓄熱式空気調和機で複数の部屋の冷暖房が行えるよ
うにしたものである。図２においては、第１実施例にお
ける機器と同じ機能のものには、図１と同じ符号が付し
てあるので、符号の説明は省略する。

【００３０】本装置においては、蓄熱槽本体１６の供給
側ソケット２０に複数台（図には２台を示してある）の
循環ポンプ２２を介して複数台の室内機１０が接続され
ている。さらにこれらの室内機は、冷温水リターン配管
２６を通じてリターン側ソケット２１へと接続されてい
る。複数台の循環ポンプを用いずに容量の大きな一つの
循環ポンプで行うことも可能である。その他については
図２と同じである。

【００３１】本装置が第１実施例と異なる点は、室内機
が並列に複数台接続されていることである。したがっ
て、冷水または温水を分岐させて複数の室内機に流し、
複数の部屋の冷暖房を行うことができる。蓄熱式空気調
和機としての作用および効果は第１実施例と同様である
から詳細な説明を省略する。

【００３２】図３は本発明の第３実施例に係る蓄熱式ヒ
ートポンプで空気調和機の系統図である。本実施例は、
第２実施例の装置にヒートポンプチリングユニットを付
加した例である。図において、３０はヒートポンプチリ
ングユニットであり、圧縮機２、四方弁３、空気熱交換
器４、水熱交換器３１、膨張機構５より成る。水熱交換
器３１には水熱交換器供給側ソケット３２および水熱交
換器リターンソケット３３が配設されている。３６は蓄
熱槽システム１５の蓄熱槽本体１６の上部に設けられた
上部ソケット、３７は同下部に設けられた下部ソケット
である。上部ソケット３６と水熱交換器供給側ソケット
３２とは供給側水配管３５で接続されている。また下部
ソケット３７と水熱交換器リターンソケット３３とはリ
ターン水配管３４にて接続されており、途中に循環ポン
プ３８が配設されている。水熱交換器３１は圧縮機より
吐出された冷媒と、蓄熱槽本体１６内の水とが熱交換す
る構造となっている。

【００３３】一方、蓄熱槽本体１６の供給側ソケット２
０には複数台の循環ポンプ２２を介して複数台の室内機
１０が接続されている。さらに冷温水リターン配管２６
を通じてリターン側ソケット２１へと接続されている。
複数台の循環ポンプ２２を用いずに容量の大きな１つの
循環ポンプで行うことも可能である。上記以外の部分の
構成は図２と同じであり、対応する部分には同一符号が
付してあるので、説明を省略する。

【００３４】本装置の作用は次の通りである。 （１）氷蓄熱運転の作用は第１，第２実施例と同じ。 （２）冷房運転のの作用は第１，第２実施例と同じ。 （３）氷蓄熱・冷房同時運転では、蓄熱槽本体１６内の
氷のエネルギーを使用した後、氷が完全に溶けて水温が
上昇して来た場合は、図示せぬサーモスタットで検知
し、室外機１の圧縮機２を作動させ上記（１）で示した
運転を行う。

【００３５】（４）更に、室内機１０の負荷が増し蓄熱
槽本体１６内の温度が上昇したとき、図示せぬサーモス
タットで検知しヒートポンプチリングユニット３０内の
圧縮機２を作動させる。ヒートポンプチリングユニット
３０では、圧縮機２から吐出した吐出ガスは四方弁３を
通り、実線の矢印で示したように空気熱交換器４で凝縮
し、膨張機構５で低圧となり、水熱交換器３１で蓄熱槽
本体１６内から循環ポンプ３８にて送られて来た水と熱
交換し、水を冷却して冷媒は蒸発し再び四方弁３を通り
圧縮機２にもどる。

【００３６】（５）温水蓄熱運転の作用は第１，第２実
施例と同じ。 （６）暖房運転の作用は第１，第２実施例と同じ。 （７）温水蓄熱・暖房同時運転では、蓄熱槽本体１６内
の温水のエネルギーを室内機１０で使用した後、蓄熱槽
本体１６内の水温が低下して来た場合には、図示せぬサ
ーモスタットで検知し、室外機１の圧縮機２を作動させ
上記（４）で示した運転を行う。

【００３７】（８）更に室内機１０の負荷が増し、蓄熱
槽本体１６内の温度が低下したとき、図示せぬサーモス
タットで検知しヒートポンプチリングユニット３０の圧
縮機を作動させる。ヒートポンプチリングユニット３０
では、破線の矢印で示したように圧縮機２から吐出した
吐出ガスは四方弁３を通り、水熱交換器３１で蓄熱槽本
体１６内から循環ポンプ３８にて送られて来た水と熱交
換し、水を加熱し、冷媒は凝縮し、膨張機構５で低圧と
なり空気熱交換器４で蒸発し再び四方弁３を通り圧縮機
２にもどる。室内機１０は室内の負荷に応じて図示せぬ
サーモスタットにより同時運転あるいは個別運転を行う
ものである。

【００３８】なお、図３にはそれぞれの室内機１０に専
用の循環ポンプ２２を設けた例を示しているが、もし循
環ポンプを１台のみとし、複数の室内機で共用する場合
は、循環ポンプと各室内機の間にそれぞれ開閉弁を設
け、サーモスタットの開閉によって、同時運転あるいは
個別運転を行うようにさせる。

【００３９】本実施例においては、室内機１０の負荷が
増したときでもヒートポンプチリングユニット３０の圧
縮機２を作動させることにより能力アップをはかれ、暖
房時はもとより、冷房時においても複数台の室内機１０
の負荷に対応できる能力を発揮することが可能である。

【００４０】

【発明の効果】本発明の蓄熱式ヒートポンプ空気調和機
においては、室外ユニットの熱源によって、夏期には蓄
熱ユニットに氷蓄熱し、冬期には蓄熱ユニットに温水蓄
熱し、上記水と共存する冷水、または温水を室内ユニッ
トに循環させて冷房または暖房を行うので、夜間時間帯
に蓄熱し、昼間のピーク時に冷暖房することができるの
で、電力使用量を平準化させることができる。なおピー
ク時においても追加の蓄熱は可能である。またヒートポ
ンプチリングユニットを備えたものにおいては、室内ユ
ニットの負荷が大きい場合でも追加の蓄熱が可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る蓄熱式空気調和機の
系統図。

【図２】本発明の第２実施例に係る蓄熱式空気調和機の
系統図。

【図３】本発明の第３実施例に係る蓄熱式空気調和機の
系統図。

【図４】従来の空気調和機の冷媒回路図。

【符号の説明】

１ 室外機 ２ 圧縮機 ３ 四方弁 ４ 空気熱交換器 ５ 膨張機構 ６ 逆止弁 ７ 液側操作弁 ８ ガス側操作弁 ９ 冷媒配管 １０ 室内機 １１ 空気熱交換器 １２ 膨張機構 １３ 液冷媒配管 １４ ガス冷媒配管 １５ 蓄熱槽システム １６ 蓄熱槽本体 １７ 熱交換器 １８ 膨張機構 １９ 逆止弁 ２０ 供給側ソケット ２１ リターン側ソケット ２２ 循環ポンプ ２３ 液冷媒配管 ２４ ガス冷媒配管 ２５ 冷温水供給側配管 ２６ 冷温水リターン配管 ３０ ヒートポンプチリングユニット ３１ 水熱交換器 ３２ 水熱交供給側ソケット ３３ 水熱交リターンソケット ３４ リターン水配管 ３５ 供給側水配管 ３６ 上部ソケット ３７ 下部ソケット ３８ 循環ポンプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水上 春信 名古屋市中村区岩塚町字高道１番地 三菱 重工業株式会社名古屋研究所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機、四方弁、室外熱交換器、逆止弁
   と温水蓄熱用絞り機構との並列回路、液側操作弁及びガ
   ス側操作弁を備え、これらを冷媒配管で接続してヒート
   ポンプの熱源側ユニットを構成してなる室外ユニット
   と、水を貯える蓄熱槽、同蓄熱槽内に設けられる熱交換
   器、逆止弁と氷蓄熱用絞り機構との並列回路を備え、こ
   れら及びこれらと前記室外ユニットの液側操作弁及びガ
   ス側操作弁とを液側冷媒配管及びガス側冷媒配管で接続
   してなる蓄熱ユニットと、室内熱交換器を備え前記蓄熱
   ユニットの蓄熱槽と循環ポンプ及び水配管を介して接続
   される室内ユニットとよりなることを特徴とする蓄熱式
   ヒートポンプ空気調和機。
2. 【請求項２】 前記室内ユニットを複数台並列に接続し
   てなることを特徴とする請求項１に記載の蓄熱式ヒート
   ポンプ空気調和機。
3. 【請求項３】 圧縮機、四方弁、熱源熱交換器、絞り機
   構、水熱交換器によりヒートポンプサイクルを構成し、
   同水熱交換器と前記蓄熱ユニットの蓄熱槽とを循環ポン
   プ及び水配管を介して接続してなるヒートポンプチリン
   グユニットを設けたことを特徴とする請求項１又は請求
   項２に記載の蓄熱式ヒートポンプ空気調和機。
4. 【請求項４】 室内ユニットを運転して蓄熱ユニットの
   蓄熱槽に氷又は温水を蓄える蓄熱運転と、蓄熱槽に蓄え
   られた氷又は温水を利用し、室内ユニットに冷水又は温
   水を循環させて室内を冷房又は暖房する冷房又は暖房運
   転と、室外ユニットを運転して蓄熱ユニットの蓄熱槽に
   氷を蓄えながら室内ユニットに冷水を循環させて室内を
   冷房する蓄熱・冷房同時運転と、室外ユニットを運転し
   て蓄熱ユニットの蓄熱槽に温水を蓄えながら室内ユニッ
   トに温水を循環させて室内を暖房する蓄熱・暖房同時運
   転とを個別に行って室内を冷房または暖房することを特
   徴とする請求項１又は請求項２に記載の蓄熱式ヒートポ
   ンプ空気調和機の運転方法。
5. 【請求項５】 室内ユニットを運転して蓄熱ユニットの
   蓄熱槽に氷又は温水を蓄える蓄熱運転と、蓄熱槽に蓄え
   られた氷又は温水を利用し、室内ユニットに冷水又は温
   水を循環させて室内を冷房又は暖房する冷房又は暖房運
   転と、室外ユニットを運転して蓄熱ユニットの蓄熱槽に
   氷を蓄えながら室内ユニットに冷水を循環させて室内を
   冷房する蓄熱・冷房同時運転と、室外ユニットを運転し
   て蓄熱ユニットの蓄熱槽に温水を蓄えながら室内ユニッ
   トに温水を循環させて室内を暖房する蓄熱・暖房同時運
   転とを個別に行うと共に、蓄熱・冷房同時運転時又は蓄
   熱・暖房同時運転時に室内側の冷房又は暖房負荷が増加
   したとき、ヒートポンプチリングユニットを運転し、前
   記蓄熱槽内の水を冷却又は加熱することを特徴とする請
   求項３に記載の蓄熱式ヒートポンプ空気調和機の運転方
   法。