JPH09303830A - 氷蓄熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 満液式シェルアンドチューブ熱交換器により
過冷却水を生成して氷を生成する氷蓄熱装置に対し、気
液界面から飛散する液滴状冷媒により伝熱管が局部的に
冷却されてしまうことを回避する。 【解決手段】 冷媒循環回路と水循環回路とを備え、蓄
熱熱交換器(42)で水を冷却して過冷却状態にし、この水
に氷核生成器で生成した氷核を混入して過冷却状態を解
消して製氷する装置に対し、蓄熱熱交換器(42)を容器(4
8)内に複数本の伝熱管(49,49, …）を配設した満液式の
シェルアンドチューブ型で成し、伝熱管(49)内に水を、
伝熱管(49)外に冷媒を流す。冷媒取出し側の配管(51)の
容器(48)に対する接続位置を、容器(48)上端より所定間
隔を存した下側位置に設定して冷媒の気液界面(G) を低
くし、該気液界面(G) の上側に液滴冷媒の浮遊空間(C)
を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水又は水溶液等の
蓄熱媒体を冷媒との熱交換により過冷却状態まで冷却し
た後に、この過冷却状態を解消して生成されるスラリー
状の氷を蓄熱タンクに貯蔵する氷蓄熱装置に係り、特
に、蓄熱媒体と冷媒との熱交換を行う過冷却熱交換器の
構造の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、氷蓄熱型の空気調和装置等に
設けられている氷蓄熱装置として、冷房負荷のピーク時
における電力需要の軽減及びオフピーク時における電力
需要の拡大を図ることに鑑みて、冷房負荷のピーク時に
冷熱として利用するためのスラリー状の氷を冷房負荷の
オフピーク時に生成して蓄熱タンクに貯蔵しておくもの
が知られている。

【０００３】この種の氷蓄熱装置の一例として、例え
ば、特開平４−２５１１７７号公報に開示されているよ
うに、圧縮機、凝縮器、膨張機構及び過冷却熱交換器の
冷媒熱交換部を冷媒配管によって順次接続して成る冷媒
循環回路と、蓄熱タンク、上記冷媒熱交換部との間で熱
交換可能な過冷却熱交換器の蓄熱媒体熱交換部及び過冷
却解消部を水配管によって順次接続して成る水循環回路
とを備えたものが知られている。

【０００４】そして、この種の氷蓄熱装置の製氷動作と
しては、蓄熱タンクから水配管へ取出した水（蓄熱媒
体）を、蓄熱媒体熱交換部において冷媒熱交換部の冷媒
と熱交換させて過冷却状態まで冷却し、過冷却解消部に
おいてこの過冷却状態を解消してスラリー状の氷を生成
する。そして、この氷を蓄熱タンクに供給して貯留す
る。

【０００５】また、上記蓄熱媒体熱交換部と冷媒熱交換
部との間で熱交換を行わせるための過冷却熱交換器の１
タイプとして満液式の熱交換器がある。この種の熱交換
器は、鉛直方向に軸芯を有する筒形状の容器を備えてお
り、この容器内に、上下方向に延びる複数本の伝熱管が
設けられ、この各伝熱管を水配管に接続して、下端部か
ら上端部に向って水を流すようにする一方、この伝熱管
の周囲に冷媒を略満液状態で流通させる冷媒流通空間を
形成し、容器の側面下部に冷媒導入管を、側面上部に冷
媒導出管を夫々接続して、各管を冷媒流通空間に連通さ
せる。これにより、容器内において、伝熱管内部を流通
する水とその周囲の冷媒流通空間で蒸発する冷媒との間
で熱交換を行って、該水を過冷却状態にしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の如き
構成とされた過冷却熱交換器では、冷媒流通空間で蒸発
したガス冷媒の流れが冷媒導出管の接続位置に向って集
中的に指向するため、このガス冷媒の速い導出流れに伴
って気液界面付近で発生した液滴状の冷媒が飛散し、こ
の飛散する液滴状冷媒が冷媒導出管の開口付近に位置す
る一部の伝熱管に勢いよく衝突するといった状況が生じ
る。つまり、この飛散した液滴状冷媒が比較的流速の速
いガス冷媒の流速で一部の伝熱管の上端部分に集中的に
衝突することになる。そして、この伝熱管に勢いよく衝
突した液冷媒は、該伝熱管表面に薄膜状態となって付着
する。このため、この付着した液冷媒は蒸発し易い状態
となっており、これが蒸発することでこの伝熱管の上端
部分が局部的に冷却されることになる。また、この局部
的に冷却される伝熱管の上端部分では、その下端部から
流通して冷媒により冷却されて過冷却状態となった水が
流れている。このため、この過冷却状態の水が、伝熱管
から蒸発する薄膜状冷媒によって冷却されることにな
り、この伝熱管内部で水の過冷却状態が解消してしまっ
て該伝熱管内面に氷となって付着生成してしまう可能性
がある。このような状況が生じると、伝熱管内部が凍結
状態となり、この伝熱管には水が流れなくなり、更に
は、この伝熱管内の氷が上流側に進展して他の伝熱管を
も凍結させる可能性があり、製氷効率の低下ばかりでな
く製氷不能状態を引き起こしてしまうことになる。

【０００７】本発明はかかる点に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、この種の熱交換器の構成
を改良することにより、気液界面から飛散する液滴状冷
媒により伝熱管が局部的に冷却されてしまうことを回避
することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、過冷却熱交換器内部の上層
部分で冷媒の気液界面よりも上側の空間を大きく確保す
るようにして、この気液界面から飛散する液滴状の冷媒
が伝熱管に衝突する確率を低下させるようにした。

【０００９】具体的には、圧縮機(1) と、熱源側熱交換
器(3) と、膨張機構(52a) と、過冷却熱交換器(42)の冷
媒熱交換部(42a) とが冷媒配管(8) によって冷媒の循環
が可能に接続されてなる冷媒循環回路(A) を備え、蓄熱
媒体を貯留する蓄熱タンク(T) と、蓄熱媒体を圧送する
循環手段(P) と、上記冷媒熱交換部(42a) との間で熱交
換可能な過冷却熱交換器(42)の蓄熱媒体熱交換部(42b)
とが循環配管(45)によって蓄熱媒体の循環が可能に接続
されてなる蓄熱循環回路(B) とを備え、上記冷媒熱交換
部(42a) で蒸発する冷媒と、蓄熱媒体熱交換部(42b) を
流れる液相の蓄熱媒体とを熱交換させて該蓄熱媒体を過
冷却状態まで冷却し、この蓄熱媒体を過冷却熱交換器(4
2)から導出した後に、その過冷却状態を解消して氷を生
成し、該氷を蓄熱タンク(T) に回収するようにした氷蓄
熱装置を前提としている。そして、上記過冷却熱交換器
(42)に容器(48)を備えさせ、該容器(48)に、下部に膨張
機構(52a) の低圧側に繋がる冷媒導入管(52)を、側面上
部に圧縮機(1) の吸入側に繋がる冷媒導出管(51)を夫々
接続すると共に、内部に鉛直方向に延びる伝熱管(49)を
収容させる。また、上記蓄熱媒体熱交換部(42b) を伝熱
管(49)の内部通路により構成する一方、冷媒熱交換部(4
2a) を、容器(48)内において伝熱管(49)の周囲に形成さ
れ、且つ上記冷媒導入管(52)及び冷媒導出管(51)に連通
し、該冷媒導出管(51)の接続位置よりも下側に気液界面
を有する冷媒をほぼ満液状態で流通させる冷媒流通空間
(48c) により構成して、伝熱管(49)の内部通路を流れる
蓄熱媒体と、冷媒導入管(52)から冷媒流通空間(48c) に
流入した冷媒とを熱交換して、この冷媒流通空間(48c)
で蒸発した冷媒が冷媒導出管(51)から液滴混じりで流出
するようにする。更に、上記冷媒導出管(51)を、冷媒流
通空間(48c) の上部に、液滴冷媒の浮遊空間(C) を形成
するように、冷媒流通空間(48c) の上端位置よりも所定
寸法だけ下側位置において容器(48)に接続した構成とし
ている。

【００１０】この構成により、製氷時の動作としては、
蓄熱タンク(T) から取出された蓄熱媒体が、蓄熱媒体熱
交換部(42b) において冷媒熱交換部(42a) で蒸発する冷
媒との間で熱交換を行って過冷却状態まで冷却され、蓄
熱媒体熱交換部(42b) から導出した後に過冷却状態が解
消されて相変化して氷となる。そして、この氷は蓄熱タ
ンク(T) に回収され、蓄冷熱として貯蔵される。このよ
うな製氷動作の際、過冷却熱交換器(42)では、蓄熱媒体
との間で熱交換を行った冷媒の一部が、冷媒導出管(51)
から液滴混じりで流出することになる。そして、この
際、液滴状の冷媒は、冷媒流通空間(48c) の上部に形成
されている比較的大きな空間である浮遊空間(C) に拡散
され、また、この空間を浮遊することで流速が低下す
る。このため、この液滴状の冷媒が一部の伝熱管(49)に
集中的に衝突したり、この衝突した冷媒が薄膜状となっ
て蒸発し易い状態になるといったことは回避され、この
伝熱管(49)が局部的に冷却されて内部で過冷却が解消し
てしまうといったことが抑制される。

【００１１】請求項２記載の発明は、上記請求項１記載
の氷蓄熱装置において、伝熱管(49)に、下端部から上端
部に向って蓄熱媒体を流通させる構成としている。

【００１２】この構成では、伝熱管(49)の上端部分では
過冷却状態の蓄熱媒体が流れており、液滴状の冷媒は、
伝熱管(49)におけるこの過冷却状態の蓄熱媒体が流れて
いる部分に衝突することになるので、特に該伝熱管(49)
内での氷の発生が起こり易いものであるが、上述した請
求項１記載の発明に係る作用のように、浮遊空間(C)で
の液滴冷媒の拡散等により、この氷の発生は抑制される
ことになる。

【００１３】請求項３記載の発明は、上記請求項１記載
の氷蓄熱装置において、過冷却熱交換器(42)に、容器(4
8)の内部において冷媒流通空間(48c) の下側に蓄熱媒体
導入空間(48b) を、上側に蓄熱媒体導出空間(48a) を夫
々区画形成する上下一対の管板(36,37) を備えさせ、伝
熱管(49)の下端部を蓄熱媒体導入空間(48b) に、上端部
を蓄熱媒体導出空間(48a) に夫々開口する。そして、冷
媒導出管(51)の容器(48)の側面に対する接続位置を、上
側の管板(36)に対して所定寸法を存した下側位置に設定
した構成としている。

【００１４】これにより、本発明が適用される過冷却熱
交換器(42)の構成が具体的に得られ、その実用性が向上
される。

【００１５】請求項４記載の発明は、上記請求項１記載
の氷蓄熱装置において、浮遊空間(C) に、冷媒導出管(5
1)に流れ込む液滴冷媒を濾過する濾過手段(75)を設けた
構成としている。

【００１６】この構成により、浮遊空間(C) の液滴状冷
媒が濾過手段(75)によって捕集されることになり、該冷
媒が伝熱管(49)へ衝突することが抑制されて、該伝熱管
(49)が、この液滴状冷媒によって冷却されてしまうこと
がより確実に回避される。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００１８】図１は本発明の実施形態に係る氷蓄熱式空
気調和装置に備えられた冷媒循環回路(A) の全体構成を
示している。また、図２は蓄熱循環回路としての水循環
回路(B) を示す図である。図１に示すように、本空気調
和装置は、室外ユニット(X)と複数の室内ユニット(Y,Y,
Y) とが上記冷媒循環回路(A) の一部を構成する液側及
びガス側の連絡管(RL,RG) により接続された所謂室内マ
ルチタイプに構成されている。以下、冷媒循環回路(A)
及び水循環回路(B) について説明する。

【００１９】−冷媒循環回路の説明− 先ず、冷媒循環回路(A) の主要回路構成について説明す
る。

【００２０】この冷媒循環回路(A) は、室外ユニット
(X) に備えられた圧縮機構(1) 、四路切換弁(2) 、室外
ファン(F) が近接配置された熱源側熱交換器としての室
外熱交換器(3) 、レシーバ(4) 及び第１室外電動膨張弁
(5) と、室内ユニット(Y) に備えられた複数の室内電動
膨張弁(6,6,6) 及び利用側熱交換器としての室内熱交換
器(7,7,7) とが冷媒配管(8) によって順に接続されて成
るメイン冷媒回路(A-1)を備えている。

【００２１】各機器の冷媒配管(8) による接続状態につ
いて詳しく説明すると、上記室外熱交換器(3) における
ガス側である一端にはガス側配管(10)が、液側である他
端には液側配管(11)が夫々接続されている。ガス側配管
(10)は、四路切換弁(2) によって圧縮機構(1) の吐出側
と吸込側とに切換可能に接続されている。つまり、この
ガス側配管(10)は、圧縮機構(1) の吐出側と四路切換弁
(2) とを接続する第１吐出ガスライン(10a) 、四路切換
弁(2) と室外熱交換器(3) とを接続する第２吐出ガスラ
イン(10b) 、四路切換弁(2) と圧縮機構(1) の吸入側と
を接続する吸入ガスライン(10c) を備えている。また、
この吸入ガスライン(10c) にはアキュムレータ(12)が設
けられている。

【００２２】一方、液側配管(11)は、室外熱交換器(3)
とレシーバ(4) とを接続する第１液ライン(11a) 、レシ
ーバ(4) と第１室外電動膨張弁(5) とを接続する第２液
ライン(11b) 、室外電動膨張弁(5) と液側連絡管(RL)と
を接続する第３液ライン(11c) を備えている。また、第
１液ライン(11a) には、室外熱交換器(3) からレシーバ
(4) へ向かう冷媒の流通のみを許容する逆止弁(CV1)
が、第３液ライン(11c)には、室外電動膨張弁(5) から
液側連絡管(RL)へ向かう冷媒の流通のみを許容する２個
の逆止弁(CV2,CV3) が夫々設けられている。

【００２３】また、第１液ライン(11a) における逆止弁
(CV1) とレシーバ(4) との間と、第３液ライン(11c) に
おける逆止弁(CV3) の下流側とは第４液ライン(11d) に
より接続されている。この第４液ライン(11d) には、第
３液ライン(11c) から第１液ライン(11a) へ向かう冷媒
の流通のみを許容する逆止弁(CV4) が設けられている。

【００２４】また、上記液側連絡管(RL)は、複数の室内
液配管(7a,7a,7a)を介して各室内熱交換器(7,7,7) の液
側に接続されている。この各室内液配管(7a,7a,7a)には
上記室内電動膨張弁(6,6,6) が設けられている。

【００２５】一方、上記ガス側連絡管(RG)は、複数の室
内ガス配管(7b,7b,7b)を介して各室内熱交換器(7,7,7)
のガス側に接続されている。また、このガス側連絡管(R
G)は、ガス配管(15)を介して四路切換弁(2) に接続され
ており、この四路切換弁(2)によって圧縮機構(1) の吐
出側及び吸込側に対する接続状態が切換え可能となって
いる。

【００２６】上記圧縮機構(1) は、インバータ制御され
て多数段階に容量制御される可変容量型の上流側圧縮機
（COMP-1）と、フルロード、アンロード及び停止の３段
階に切換え制御されるアンローダ機構付きの下流側圧縮
機（COMP-2）とが並列に接続された所謂ツイン型に構成
されている。

【００２７】そして、本冷媒循環回路(A) には、圧縮機
構(1) に潤滑油を戻す油戻し機構（20）が設けられてい
る。この油戻し機構（20）は、油分離器（21,22)と油戻
し管（23,24)とを備えている。上記油分離器（21,22)
は、第１吐出ガスライン(10a)の一部である上流側圧縮
機（COMP-1）と下流側圧縮機（COMP-2）との各吐出管(1
0a-1,10a-2) の夫々に配設されている。また、上記油戻
し管（23,24)は、キャピラリチューブ（CP）を備え、油
分離器（21,22)の下端部と上記吸入ガスライン(10c) の
一部である上流側圧縮機（COMP-1）の吸込管(10c-1) と
に接続され、油分離器（21,22)に溜った潤滑油を上流側
圧縮機（COMP-1）に戻すように構成されている。また、
各吐出管(10a-1,10a-2) における油分離器(21,22) の下
流側には各圧縮機(COMP-1,COMP-2) から四路切換弁(2)
に向かう冷媒の流通のみを許容する逆止弁(CV5,CV6) が
夫々設けられている。

【００２８】また、上記吸入ガスライン(10c) の一部で
ある下流側圧縮機（COMP-2）の吸込管(10c-2) は、上流
側圧縮機（COMP-1）の吸込管(10c-1) より圧力損失が大
きく設定され、両圧縮機（COMP-1，COMP-2）の間にキャ
ピラリチューブ(CP)を備えた均油管（25）が接続されて
いる。この結果、高圧側となる上流側圧縮機（COMP-1）
に回収された潤滑油が、低圧側となる下流側圧縮機（CO
MP-2）に供給されて、各圧縮機（COMP-1,COMP-2)に均等
に潤滑油が回収されるようになっている。

【００２９】また、上記室外熱交換器(3) に隣接して補
助熱交換器(30)が設けられており、この補助熱交換器(3
0)のガス側は、補助ガスライン(31)によって第１吐出ガ
スライン(10a) における逆止弁(CV5,CV6) の下流側に接
続されている。一方、補助熱交換器(30)の液側は、補助
液ライン(32)によって第１液ライン(11a) における逆止
弁(CV1) の下流側に接続されている。また、この補助液
ライン(32)にはキャピラリチューブ(CP)及び第１電磁弁
(SV1) が設けられている。

【００３０】更に、第３液ライン(11c) における逆止弁
(CV2) の上流側と第１液ライン(11a) における逆止弁(C
V1) の上流側との間は暖房液ライン(33)により接続され
ている。この暖房液ライン(33)には第３液ライン(11c)
から室外熱交換器(3) へ向う冷媒の流通のみを許容する
逆止弁(CV7) が設けられている。

【００３１】また、第２液ライン(11b) と、第３液ライ
ン(11c) における逆止弁(CV2) の下流側とはバイパスラ
イン(34)により接続されている。このバイパスライン(3
4)には第２電磁弁(SV2) 及び第２液ライン(11b) から第
３液ライン(11c) へ向う冷媒の流通のみを許容する逆止
弁(CV8) が設けられている。以上が冷媒循環回路(A)の
主要な回路構成である。

【００３２】−水循環回路の説明− 次に、水循環回路(B) の構成について説明する。

【００３３】この水循環回路(B) は、図２に示すよう
に、蓄熱タンク(T) 、循環手段としてのポンプ(P) 、二
重管構造の熱交換器で成る予熱器(40)、混合器(41)、縦
型のシェルアンドチューブ式の熱交換器で成る過冷却熱
交換器としての蓄熱熱交換器(42)、及び過冷却解消器(4
3)が水配管(45)によって水の循環（図２の矢印参照）が
可能に順に接続されている。また、蓄熱熱交換器(42)と
過冷却解消器(43)とを接続する水配管(45a) には、氷核
生成器(46)及び氷進展防止器(47)が備えられている。そ
して、予熱器(40)及び蓄熱熱交換器(42)では冷媒循環回
路(A) を流れる冷媒と水との間で熱交換を行うようにな
っている。

【００３４】以下、この予熱器(40)及び蓄熱熱交換器(4
2)に対し、水との間で熱交換を行う冷媒を供給するため
の冷媒循環回路(A) の構成について説明する。

【００３５】図１に示すように、予熱器(40)は、上記第
３液ライン(11c) の途中に設けられており、この二重管
でなる予熱器(40)の中央側空間を水が外側空間を第３液
ライン(11c) 内の冷媒が流れることで、この両者間で熱
交換を行うようになっている（図２参照）。また、第３
液ライン(11c) における予熱器(40)とバイパスガスライ
ン(34)の接続位置との間と、アキュムレータ(12)の上流
側とは解凍バイパスライン(50)により接続されている。
この解凍バイパスライン(50)には第３電磁弁(SV3) が設
けられている。

【００３６】次に、本形態の特徴とする部材としての蓄
熱熱交換器(42)の構成について説明する。該蓄熱熱交換
器(42)は、図３にも示すように、上下方向に延びる軸芯
を有する密閉型の円筒形状の容器(48)を備えている。こ
の容器(48)内の上下両端部には、管板(36),(37) により
画成された蓄熱媒体の導出及び導入空間としての導出側
及び導入側の水流通空間(48a),(48b) を備えているとと
もに、その導出側水流通空間(48a) と導入側水流通空間
(48b) との間を上下方向に延びて連結する複数の伝熱管
(49,49, …) が設けられている。詳しくは、上側に位置
する導出側の管板(36)は、容器(48)の上面に対して所定
間隔を存した下側位置において該容器(48)の内面全体に
亘って配置されて、その上側の空間である導出側水流通
空間(48a) と下側の空間である冷媒流通空間(48c) とを
区画形成している。一方、下側に位置する導入側の管板
(37)は、容器(48)の下面に対して所定間隔を存した上側
位置において該容器(48)の内面全体に亘って配置され
て、その下側の空間である導入側水流通空間(48b) と上
記冷媒流通空間(48c) とを区画形成している。そして、
導入側水流通空間(48b) には混合器(41)から延びる水配
管(45c) が、導出側水流通空間(48a) には過冷却解消器
(43)へ繋がる水配管(45d) が夫々接続されている。ま
た、各伝熱管(49,49, …) は、外周面に図示しない放熱
フィンを備えた直管で成り、互いに等間隔隔てた位置に
平行状態で配置されており、上端は導出側管板(36)を貫
通して導出側水流通空間(48a) に開口し、下端は導入側
管板(37)を貫通して導入側水流通空間(48b) に開口して
いる。つまり、各伝熱管(49,49, …) は、導入側水流通
空間(48b) から導出側水流通空間(48a) へ向う水の流通
が可能となっている。

【００３７】また、上記冷媒流通空間(48c) には、その
下部に下部接続管(52)が、上部に上部接続管(51)が夫々
接続されている。この上部接続管(51)および下部接続管
(52)は、後述する冷蓄熱運転、解凍運転、冷蓄熱／冷房
同時運転、温蓄熱利用暖房運転の際、蓄熱熱交換器(42)
の冷媒流通空間(48c) に冷媒を導入する冷媒導入管およ
び該冷媒流通空間(48c) から冷媒を導出する冷媒導出管
として機能するようになっている。このような構成によ
り、各水流通空間(48a,48c) と伝熱管(49)の内部通路と
により蓄熱媒体熱交換部(42b) が構成され、冷媒流通空
間(48c) により冷媒熱交換部(42a) が構成されている。
そして、この冷媒流通空間(48c) 内には、上部接続管(5
1)および下部接続管(52)からの冷媒の導入又は導出によ
って冷媒流通空間(48c) 内に冷媒が気液界面(G) を有し
てほぼ満液状態で循環するようになっている。つまり、
蓄熱熱交換器(42)は、冷媒流通空間(48c) 内において上
部接続管(51)及び下部接続管(52)により導入、導出され
る冷媒が各伝熱管(49)の周囲を流通し、この冷媒と各伝
熱管(49)内を流通する水との熱交換を行うよう構成され
ている。また、上記気液界面(G) は、容器(48)に対する
上部接続管(51)の接続位置よりも下側に位置している。
この気液界面(G) の高さ調整は、例えば下部接続管(52)
に設けられた第２室外電動膨張弁(52a) の開度調整によ
り行われる。

【００３８】そして、本形態の特徴とするところは、こ
の上部接続管(51)の接続位置にある。該上部接続管(51)
は、蓄熱熱交換器(42)の容器(48)に対し、上側の導出側
管板(36)の高さ位置よりも所定寸法（図３における寸法
ｔ）だけ下側の位置に接続されている。具体的には、容
器(48)の高さ寸法に対して、約２０％程度の寸法だけ上
端よりも下側の位置に接続されている。つまり、この上
部接続管(51)の接続位置と導出側管板(36)とが比較的大
きな間隔寸法を存するように上部接続管(51)の接続位置
が設定されている。これにより、冷媒流通部(48c) の冷
媒の気液界面(G) と導出側管板(36)との間に比較的大き
な空間としての冷媒浮遊空間(C) が形成されている。以
上が蓄熱熱交換器(42)の主な構成である。

【００３９】一方、上部接続管(51)は、図１の如く、一
端が吸入ガスライン(10c) における上記解凍バイパスラ
イン(50)の接続位置の上流側に接続されている。一方、
下部接続管(52)は、一端が第３液ライン(11c) における
上記予熱器(40)と逆止弁(CV3) との間に接続されてい
る。また、上部接続管(51)には第４電磁弁(SV4) が、下
部接続管(52)には上記第２室外電動膨脹弁(52a) がそれ
ぞれ設けられている。

【００４０】また、上記レシーバ(4) の上端部と、下部
接続管(52)における第２室外電動膨張弁(52a) と蓄熱熱
交換器(42)との間は蓄熱利用バイパス管(53)により接続
されている。そして、この蓄熱利用バイパス管(53)には
キャピラリチューブ(CP)及び第５電磁弁(SV5) が設けら
れている。

【００４１】更に、第１吐出ガスライン(10a) における
補助ガスライン(31)の接続位置と逆止弁(CV5,CV6) との
間と、下部接続管(52)における蓄熱利用バイパス管(53)
の接続位置と第２室外電動膨張弁(52a) との間はホット
ガス供給管(54)により接続されている。このホットガス
供給管(54)には第６電磁弁(SV6) が設けられている。

【００４２】また、このホットガス供給管(54)における
第６電磁弁(SV6) の下流側と蓄熱熱交換器(42)の側面上
部との間は蓄熱利用供給管(55)により接続されている。
この蓄熱利用供給管(55)には第７電磁弁(SV7) が設けら
れている。

【００４３】このようにして予熱器(40)及び蓄熱熱交換
器(42)に冷媒配管が接続されていることにより、各冷媒
配管より各機器(40,42) に冷媒が供給されると、該冷媒
と水との間で熱交換が行われて該水を冷却或いは加熱す
るようになっている。具体的には、例えば、蓄熱熱交換
器(42)において製氷用の過冷却水を生成するよう水を冷
却したり、水配管(45)を氷が循環する際には該氷を融解
するよう予熱器(40)により水を加熱する。

【００４４】次に、上記氷核生成器(46)及び氷進展防止
器(47)について説明する。氷核生成器(46)は、水配管(4
5a) を流れる水の一部を冷媒循環回路(A) を流れる冷媒
により冷却氷化し、それを氷核として過冷却解消器(43)
に供給するものである。そして、この氷核生成器(46)に
は氷核生成冷媒導入管(58)及び氷核生成冷媒導出管(59)
が接続されている。氷核生成冷媒導入管(58)は、一端が
下部接続管(52)におけるホットガス供給管(54)の接続位
置と第２室外電動膨張弁(52a) との間に、他端が氷核生
成器(46)に夫々接続されている。また、この氷核生成冷
媒導入管(58)はキャピラリチューブ(CP)を備えている。
氷核生成冷媒導出管(59)は、一端が上記下流側圧縮機(C
OMP-2)の吸入管(10c-2) に、他端が氷核生成器(46)に夫
々接続されている。これにより、氷核生成冷媒導入管(5
8)から氷核生成器(46)に導入された冷媒と水配管(45a)
を流れる水との間で熱交換を行って該水を冷却し、この
水の一部を氷塊として生成し、水配管(45a) を流れる過
冷却状態の水の一部を、この氷塊に接触させることで過
冷却状態を解消して氷核を生成し、これを過冷却解消部
(43)に向って流す構成となっている。

【００４５】また、氷進展防止器(47)は、上記氷核生成
器(46)よりも水の流通方向上流側に配設されており、氷
核生成器(46)から水配管(45a) の管壁に沿った氷の進展
を防止するものである。そして、この氷進展防止器(47)
には進展防止冷媒導入管(60)及び進展防止冷媒導出管(6
1)が接続されている。進展防止冷媒導入管(60)は、一端
が補助ガスライン(31)に、他端が氷進展防止器(47)に夫
々接続されている。進展防止冷媒導出管(61)は、一端が
上記補助液ライン(32)におけるキャピラリチューブ(CP)
と第１電磁弁(SV1) との間に、他端が氷進展防止器(47)
に夫々接続されている。また、この進展防止冷媒導出管
(61)はキャピラリチューブ(CP)を備えている。これによ
り、進展防止冷媒導入管(60)から導入された冷媒により
水配管(45a) の管壁を加熱することにより氷核生成器(4
6)からの氷の進展を阻止するようになっている。

【００４６】また、上記混合器(41)及び過冷却解消器(4
3)は、共に中空円筒状の容器で成り、水配管(45)により
内周面接線方向から水が導入され容器内に導入された水
が旋回流となる構成とされている。これにより、混合器
(41)では、後述するように蓄熱タンク(T) から流出され
た氷と予熱器(40)で加熱された水とを混合撹拌すること
で、この氷の融解を促進させ、一方、過冷却解消器(43)
では、上記氷核生成器(46)で生成された氷核と蓄熱熱交
換器(42)で生成された過冷却水とを混合撹拌して過冷却
の解消を促進するようになっている。

【００４７】また、図２における(62)は、予熱器(40)に
導入する水に含まれる氷や不純物を除去するためのフィ
ルタである。

【００４８】そして、上述した四路切換弁(2) 、各電磁
弁(SV1〜SV7)及び各電動膨張弁(5,6,52a) はコントロー
ラ(70)によって開閉状態が制御されるようになってい
る。

【００４９】−センサ類の構成− 上記冷媒循環回路(A) 及び水循環回路(B) には、各種の
センサが設けられている。この各センサについて説明す
ると、先ず、冷媒循環回路(A) には、室外空気温度を検
出する外気温センサ(Th-1)が室外熱交換器(3) の近傍
に、室外熱交換器(3) の液冷媒温度を検出する室外液温
センサ(Th-2)が分流管側に、圧縮機構(1)の吐出ガス冷
媒温度を検出する吐出ガス温センサ(Th-31,Th-32) が各
圧縮機（COMP-1，COMP-2）の吐出管（10a-1,10a-2)に、
圧縮機構(1) の吸入ガス冷媒温度検出する吸入ガス温セ
ンサ(Th-4)が圧縮機構(1) の吸入ガスライン(10c) にそ
れぞれ設けられている。更に、圧縮機構(1) の吐出冷媒
圧力を検出する高圧圧力センサ（SEN-H)が第１吐出ガス
ライン(10a) に、圧縮機構(1）の吸込冷媒圧力を検出す
る低圧圧力センサ（SEN-L)が吸入ガスライン(10c) に繋
がる上記上部接続管(51)にそれぞれ設けられると共に、
各圧縮機（COMP-1，COMP-2）の吐出冷媒圧力が所定高圧
になると作動する高圧保護開閉器（HPS,HPS)が各圧縮機
（COMP-1，COMP-2）の吐出管(10a-1,10a-2) に設けられ
ている。

【００５０】一方、水循環回路(B) には、予熱器(40)下
端部の水入口部分に入口水温センサ(Th-W1) が、混合器
(41)の下端部の水出口部分近傍に出口水温センサ(Th-W
2) が、蓄熱熱交換器(42)上端部の水出口側に過冷却水
温センサ(Th-W3) が、過冷却解消器(43)に氷生成検知セ
ンサ(Th-W4) がそれぞれ設けられており、各部での水温
を検知するようになっている。更に、予熱器(40)の下端
に繋がる水入口管(45b)には該水入口管(45b) 内の水の
流速を検知し、該流速が所定値以下になるとＯＮ作動す
るフロースイッチ(SW-F)が設けられている。

【００５１】−制御の構成− そして、本空気調和装置は、各センサ（Th-1〜SEN-L,Th
-W1 〜Th-W4)、開閉器（HPS)、スイッチ(SW-F)の検出信
号がコントローラ(70)に入力され、これら検出信号に基
づいて各電磁弁(SV1〜SV7)の開閉切換え、各電動膨張弁
(5,6,52a) の開度調整及び圧縮機構(1) の容量等を制御
している。

【００５２】−運転動作− 次に、上述の如く構成された空気調和装置の運転動作に
ついて説明する。本空気調和装置の運転モードとして
は、通常冷房運転、通常暖房運転、氷核生成運転、冷蓄
熱運転、解凍運転、冷蓄熱／冷房同時運転、冷蓄熱利用
冷房運転、温蓄熱運転、温蓄熱／暖房同時運転及び温蓄
熱利用暖房運転がある。

【００５３】以下、各運転モードにおける冷媒循環動作
について説明する。

【００５４】−通常冷房運転− この運転モードでは、コントローラ(70)により、四路切
換弁(2) が図中実線側に切換えられ、室内電動膨張弁
(6) が所定開度に調整（過熱度制御）され、それ以外の
電動膨張弁が閉鎖される。一方、第２電磁弁(SV2) が開
放され、それ以外の電磁弁が閉鎖される。

【００５５】この状態で圧縮機構(1) が駆動すると、該
圧縮機構(1) から吐出された冷媒は図４に矢印で示すよ
うに、四路切換弁(2) を経て室外熱交換器(3) に導入さ
れ、該室外熱交換器(3) において外気との間で熱交換を
行って凝縮する。その後、この冷媒は液側配管(11)及び
バイパスライン(34)を経て室内ユニット(Y,Y,Y) に導入
され、室内電動膨張弁(6,6,6) で減圧された後、室内熱
交換器(7,7,7) において室内空気との間で熱交換を行い
蒸発して室内空気を冷却する。そして、このガス冷媒は
ガス配管(15)、四路切換弁(2) 及び吸入ガスライン(10
c) を経て圧縮機構(1) の吸入側に戻される。このよう
な冷媒の循環動作を行うことにより室内の冷房が行われ
る。

【００５６】−通常暖房運転− この運転モードでは、コントローラ(70)により、四路切
換弁(2) が破線側に切換えられ、第１室外電動膨張弁
(5) が所定開度に調整される一方、室内電動膨張弁(6)
が全開状態にされる。また、第２室外電動膨張弁(52a)
及び各電磁弁は共に閉鎖される。

【００５７】この状態で圧縮機構(1) が駆動すると、該
圧縮機構(1) から吐出された冷媒は図５に矢印で示すよ
うに、四路切換弁(2) 及びガス配管(15)を経て室内ユニ
ット(Y,Y,Y) に導入され、室内熱交換器(7,7,7) におい
て室内空気との間で熱交換を行って凝縮して室内空気を
加温する。その後、この冷媒は、第３液ライン(11c)及
び第４液ライン(11d) を経てレシーバ(4) に達し、該レ
シーバ(4) から第２液ライン(11b) を流れて第１室外電
動膨張弁(5) で減圧された後、暖房液ライン(33)から室
外熱交換器(3) に導入され、該室外熱交換器(3) におい
て外気との間で熱交換を行って蒸発する。その後、四路
切換弁(2) 、吸入ガスライン(10c) を経て圧縮機構(1)
の吸入側に戻される。このような冷媒の循環動作を行う
ことにより室内の暖房が行われる。

【００５８】−氷核生成運転− この運転モードは、後述する冷蓄熱運転において過冷却
水の過冷却状態を解消するための氷核を生成するもので
ある。また、この運転モードでは氷核生成動作の開始前
に水循環回路(B) 内の水を所定温度（例えば２℃）まで
冷却する水冷却動作が行われる。この水冷却動作の水及
び冷媒の循環動作について説明すると、第２室外電動膨
張弁(52a) を所定開度に調整し、且つ第１及び第２電磁
弁(SV1,SV2) を開放する。それ以外の電動膨張弁及び電
磁弁は閉塞する。また、四路切換弁(2) は実線側に切換
えられる。この状態で、ポンプ(P) を駆動して水循環回
路(B) において水を循環させ、圧縮機構(1) を駆動す
る。そして、この圧縮機構(1) から吐出された冷媒は、
室外熱交換器(3) で凝縮した後、液側配管(11)及び下部
接続管(52)を経て第２室外電動膨張弁(52a) で減圧した
後、蓄熱熱交換器(42)の冷媒流通部(48c) 内に導入し、
ここで各伝熱管(49)内を流通する水との間で熱交換を行
い、該水を冷却して蒸発する。その後、この冷媒流通部
(48c) 内の冷媒は、上部接続管(51)及び吸入ガスライン
(10c) によって圧縮機構(1) の吸入側に戻される。この
とき、上部接続管(51)は、冷媒流通部(48c) 内の冷媒を
導出する冷媒導出管として機能する。

【００５９】そして、このような水冷却動作が所定時間
行われて水循環回路(B) の水温が所定温度に達すると、
以下の氷核生成動作に移る。

【００６０】この氷核生成動作では、コントローラ(70)
により、四路切換弁(2) が実線側とされ、第２室外電動
膨張弁(52a) が所定開度に調整される一方、他の電動膨
張弁は閉鎖される。また、第１及び第２電磁弁(SV1,SV
2) が開放される一方、他の電磁弁は閉鎖される。

【００６１】この状態で、水循環回路(B) にあっては、
ポンプ(P) が駆動して該水循環回路(B) において上述し
た水冷却動作によって冷却された水が循環する。一方、
冷媒循環回路(A) にあっては、圧縮機構(1) の上流側圧
縮機(COMP-1)のみが駆動する。そして、この圧縮機(COM
P-1)から吐出された冷媒は、図６に矢印で示すように、
その一部が、四路切換弁(2) を経て室外熱交換器(3) に
導入され、該室外熱交換器(3) において外気との間で熱
交換を行って凝縮する。その後、この冷媒は、液側配管
(11)及びバイパスライン(34)、下部接続管(52)、第２室
外電動膨張弁(52a) 、氷核生成冷媒導入管(58)を経て氷
核生成器(46)に導入される。また、圧縮機(COMP-1)から
吐出された冷媒の他の一部は補助ガスライン(31)を経て
補助熱交換器(30)に導入され、該補助室外熱交換器(30)
においても外気との間で熱交換を行って凝縮する。その
後、この冷媒は、液側配管(11)に合流する。そして、こ
の室外熱交換器(3) 及び補助室外熱交換器(30)で凝縮し
た冷媒は、第２室外電動膨張弁(52a) により減圧され、
氷核生成器(46)内部において水配管(45a) を流れている
水を冷却して氷核を生成した後、氷核生成冷媒導出管(5
9)及び吸込管(10c-1) を経て上流側圧縮機(COMP-1)の吸
入側に戻される。

【００６２】一方、上記補助ガスライン(31)を流れる冷
媒の一部は、進展防止冷媒導入管(60)より氷進展防止器
(47)に供給され、水配管(45a) の管壁を加熱することに
より、氷核生成器(46)から管壁に沿って氷が進展するこ
とを防止する。そして、この冷媒は、進展防止冷媒導出
管(61)より補助液ライン(32)に合流される。このため、
仮に氷が壁面に沿って上流側（蓄熱熱交換器(42)側）に
成長する所謂氷の進展が発生する状況であっても、この
進展する氷は進展防止器(47)にまで達した部分では迅速
に融解されることになるので、この進展が蓄熱熱交換器
(42)にまで達することはない。このような氷核生成運転
が所定時間（例えば５分間）継続して行われた後、後述
する冷蓄熱運転に移る。

【００６３】−冷蓄熱運転− この運転モードは、上述した氷核生成運転によって生成
された氷核に対して過冷却水を接触させることにより、
この氷核の周囲で過冷却状態を解消して蓄熱用の氷を生
成するためのものである。

【００６４】この運転モードでは、コントローラ(70)に
より、四路切換弁(2) が実線側とされ、第２室外電動膨
張弁(52a) が所定開度に調整される一方、他の電動膨張
弁は閉鎖される。また、第１、第２、第４電磁弁(SV1,S
V2,SV4) が開放される一方、他の電磁弁は閉鎖される。

【００６５】この状態で、水循環回路(B) にあっては、
ポンプ(P) が駆動して該水循環回路(B) において水が循
環する。一方、冷媒循環回路(A) にあっては、圧縮機構
(1)が駆動し、この圧縮機構(1) から吐出された冷媒
は、図７に矢印で示すように、その一部が、四路切換弁
(2) を経て室外熱交換器(3) に導入され、該室外熱交換
器(3) において外気との間で熱交換を行って凝縮する。
その後、この冷媒は、液側配管(11)及びバイパスライン
(34)、下部接続管(52)を経て蓄熱熱交換器(42)に導入さ
れる。また、圧縮機構(1) から吐出された冷媒の他の一
部は補助ガスライン(31)を経て補助熱交換器(30)に導入
され、該補助室外熱交換器(30)において外気との間で熱
交換を行って凝縮する。その後、この冷媒は補助液ライ
ン(32)を経て液側配管(11)に合流する。各熱交換器(3,3
0)で凝縮した冷媒は第２室外電動膨張弁(52a) により減
圧される。そして、この蓄熱熱交換器(42)の冷媒流通部
(48c) 内に導入された冷媒は、該蓄熱熱交換器(42)の冷
媒流通部(48c) 内を各伝熱管(49)を介して流れている水
との間で熱交換を行って蒸発し、この水を過冷却状態
（例えば−２℃）まで冷却する。その後、上部接続管(5
1)及び吸入ガスライン(10c) を経て圧縮機構(1) の吸入
側に戻される。このときも、上部接続管(51)は、冷媒流
通部(48c) 内から冷媒を導出する冷媒導出管として機能
する。

【００６６】また、本運転にあっても、同時に上述した
氷核生成動作が行われている。つまり、下部接続管(52)
を流れる冷媒の一部が氷核生成冷媒導入管(58)を経て氷
核生成器(46)に導入されている。これにより、連続した
製氷が行えることになる。そして、この氷核生成器(46)
において水を冷却して氷核を生成した冷媒は、上述した
氷核生成運転と同様に氷核生成冷媒導出管(59)及び吸入
ガスライン(10c) を経て圧縮機構(1) の吸入側に戻され
る。

【００６７】また、これと同時に、補助ガスライン(31)
を流れる冷媒の一部は氷進展防止器(47)に供給され、上
記と同様に氷の進展を防止している。これによって、こ
の氷の進展が蓄熱熱交換器(42)にまで達して、その内部
で過冷却水の過冷却状態が解消されて該蓄熱熱交換器(4
2)が凍結してしまうことが回避される。

【００６８】このような水及び冷媒の循環動作を行うこ
とにより蓄熱熱交換器(42)で生成された過冷却水と、氷
核生成器(46)によって生成された氷核とが混合され、こ
の状態で過冷却解消器(43)に導入される。そして、この
過冷却解消器(43)において、過冷却水は、その旋回流に
伴って氷核の周囲で過冷却状態が解消し、これによって
蓄熱用のスラリー状の氷が生成される。この氷は、蓄熱
タンク(T) に回収され、該蓄熱タンク(T) 内で貯留され
ることになる。

【００６９】この際、過冷却解消器(43)において過冷却
解消動作が行われているか否かの確認は、上記過冷却水
温センサ(Th-W3) 及び氷生成検知センサ(Th-W4) によっ
て夫々検知される水温によって行われる。つまり、良好
な製氷動作が行われている場合、過冷却水温センサ(Th-
W3) では過冷却状態の水温（例えば−２℃）が、氷生成
検知センサ(Th-W4) では過冷却が解消され氷と水とが混
在した水温（例えば０℃）が夫々検出されることにな
り、これら水温を各センサ(Th-W3,Th-W4) が検知するこ
とで過冷却解消動作が行われていることが確認できる。

【００７０】また、この冷蓄熱運転における圧縮機構
(1) の容量制御は、過冷却水温センサ(Th-W3) によって
検出される水温が所定温度（例えば上述した−２℃）に
維持されるように行われる。また、本運転時には、予熱
器(40)にも比較的高温の冷媒が流れるようになっている
ので、仮に蓄熱タンク(T) から水配管(45)に氷が流出
し、これが予熱器(40)に混入した場合には、該予熱器(4
0)において加熱された水と氷とが混合器(41)において撹
拌されることで氷が融解し、蓄熱熱交換器(42)に氷が混
入してしまうことを回避しながら蓄熱熱交換器(42)にお
ける過冷却水の生成動作が良好に行われ、この過冷却水
は過冷却解消器(43)に達するまでその過冷却状態が解消
されないようになっている。つまり、蓄熱熱交換器(42)
で過冷却解消してしまうことによる凍結が回避されるこ
とになる。

【００７１】−解凍運転− 上述したような冷蓄熱運転の際、蓄熱熱交換器(42)にお
いて水の過冷却が解消して該蓄熱熱交換器(42)が凍結し
た場合には、この冷蓄熱運転を一時的に中断して解凍運
転に切り換える。この解凍運転では、第２室外電動膨張
弁(52a) 、第３、第４、第６の各電磁弁(SV3,SV4,SV6)
が開放され、その他の電動膨張弁及び電磁弁は閉鎖され
る。この状態で、圧縮機構(1) が駆動し、図８に矢印で
示すように、圧縮機構(1) からの高温のガス冷媒をホッ
トガス供給管(54)により下部接続管(52)に供給し、この
下部接続管(52)を経て一部は蓄熱熱交換器(42)の冷媒流
通部(48c) 内に、他は予熱器(40)に導入される。そし
て、蓄熱熱交換器(42)に導入された冷媒（ホットガス）
は、その温熱によって蓄熱熱交換器(42)内の氷を融解す
る。また、この際、水循環回路(B) のポンプ(P) を駆動
させておけば、氷が僅かに融解した状態で、この氷がポ
ンプ(P) からの水圧によって蓄熱熱交換器(42)内の水経
路の壁面から容易に離脱されて過冷却解消器(43)に向っ
て押し流されることになる。そして、この冷媒は上部接
続管(51)及び吸入ガスライン(10c) を経て圧縮機構(1)
の吸入側に戻される。一方、予熱器(40)に導入された冷
媒は、解凍バイパスライン(50)及び吸入ガスライン(10
c) を経て圧縮機構(1) の吸入側に戻される。このとき
も、上部接続管(51)は、蓄熱熱交換器(42)の冷媒流通部
(48c) 内の冷媒を導出する冷媒導出管として機能する。

【００７２】尚、冷蓄熱運転時において蓄熱熱交換器(4
2)が凍結したことを検知する動作としては、過冷却水温
センサ(Th-W3) によって検出される水温度が−２℃から
０℃に急激に上昇した場合に、この過冷却水温センサ(T
h-W3) の上流側で過冷却解消動作が行われて氷が生成さ
れていると判断し、これによって上記の解凍運転を所定
時間（例えば５分間）行う。また、その他に、解凍運転
を開始する動作としては、上記フロースイッチ(SW-F)に
よって検出される水の流速が所定値以下になった場合、
氷が水循環回路(B) の一部を閉塞していると判断し、こ
の場合にも解凍運転を行って氷を融解する。そして、こ
の解凍運転が終了すると、再び冷蓄熱運転が開始される
ことになる。

【００７３】−冷蓄熱／冷房同時運転− この運転モードは、室内の冷房を行いながら蓄熱タンク
(T) に氷を貯留する動作であって、比較的冷房負荷が小
さい状態において行われる。

【００７４】この運転モードでは、上述した冷蓄熱運転
において、室内電動膨張弁(6,6,6)を開放することによ
って行われる。つまり、図９に矢印で示すように、室外
熱交換器(3) 及び補助熱交換器(30)で凝縮された冷媒の
一部を室内ユニット(Y,Y,Y)に供給し、室内電動膨張弁
(6,6,6) で減圧した後、室内熱交換器(7,7,7) で蒸発さ
せるようにしている。そして、このガス冷媒はガス配管
(15)、四路切換弁(2)、吸入ガスライン(10c) を経て圧
縮機構(1) の吸入側に戻されることになる。その他の水
及び冷媒の循環動作は上述した冷蓄熱運転と同様であ
る。

【００７５】−冷蓄熱利用冷房運転− この運転モードは、上述した冷蓄熱運転において蓄熱タ
ンク(T) に貯留された氷の冷熱を利用しながら室内の冷
房を行うものである。

【００７６】この運転モードでは、コントローラ(70)に
より、四路切換弁(2) が実線側に切換えられ、室内電動
膨張弁(6,6,6) が所定開度に調整され、第２室外電動膨
張弁(52a) が全開状態にされる一方、第１室外電動膨張
弁(5) が閉鎖される。また、第５，第６，第７電磁弁(S
V5,SV6,SV7) が開放され、それ以外の電磁弁が閉鎖され
る。

【００７７】この状態で、水循環回路(B) にあっては、
ポンプ(P) が駆動して該水循環回路(B) において水が循
環する。これにより、水循環回路(B) には蓄熱タンク
(T) 内の氷によって冷却された冷水が循環することにな
る。一方、冷媒循環回路(A) にあっては、圧縮機構(1)
が駆動し、この圧縮機構(1) から吐出された冷媒は、図
１０に矢印で示すように、その一部が、四路切換弁(2)
を経て室外熱交換器(3)に導入され、該室外熱交換器(3)
において外気との間で熱交換を行って凝縮する。その
後、この冷媒は、第１液ライン(11a) 、レシーバ(4) 、
蓄熱利用バイパス管(53)、下部接続管(52)及び第３液ラ
イン(11c) を経て室内ユニット(Y,Y,Y) に向って流れ
る。また、他の一部の冷媒は、四路切換弁(2) 及び室外
熱交換器(3)をバイパスしてホットガス供給管(54)及び
蓄熱利用供給管(55)を流れて蓄熱熱交換器(42)に導入さ
れ、ここで水循環回路(B) を循環する冷水との間で熱交
換を行って凝縮し、下部接続管(52)に導入される。そし
て、この下部接続管(52)に導入された冷媒は第３液ライ
ン(11c) に合流して室内ユニット(Y,Y,Y) に向って流れ
る。そして、この室内ユニット(Y,Y,Y) に達した冷媒
は、室内電動膨張弁(6,6,6) で減圧された後、室内熱交
換器(7,7,7) で蒸発し、ガス配管(15)及び吸入ガスライ
ン(10c) を経て圧縮機構(1) の吸入側に戻される。この
ようにして、蓄熱タンク(T) 内に貯留されている氷の冷
熱を利用した室内冷房運転が行われる。

【００７８】また、このような冷蓄熱利用冷房運転にお
いて、過冷却水温センサ(Th-W3) によって検出される水
温が所定温度（例えば５℃）に達した場合には、第２室
外電動膨張弁(52a) 、第５、第６及び第７電磁弁(SV5,S
V6,SV7) が閉鎖されると共に第２電磁弁(SV2) が開放さ
れて、冷蓄熱利用冷房運転を終了して、通常の冷房運転
に切換えられる。つまり、過冷却水温センサ(Th-W3) の
水温検知により、蓄熱タンク(T) 内の冷熱の殆どを利用
したと判断した後には、通常の冷房運転に切り換えられ
る。

【００７９】−温蓄熱運転− この運転モードは、暖房運転時に利用する温熱として蓄
熱タンク(T) 内に温水を貯留するためのものである。

【００８０】この運転モードでは、コントローラ(70)に
より、四路切換弁(2) が破線側に切換えられ、第１室外
電動膨張弁(5) が所定開度に調整され、第２室外電動膨
張弁(52a) 及び第７電磁弁(SV7) が開放される一方、そ
の他の電動膨張弁及び電磁弁が閉鎖される。

【００８１】この状態で、水循環回路(B) にあっては、
ポンプ(P) が駆動して該水循環回路(B) において水が循
環する。一方、冷媒循環回路(A) にあっては、圧縮機構
(1)が駆動し、この圧縮機構(1) から吐出された冷媒
は、図１１に矢印で示すように、ホットガス供給管(54)
及び蓄熱利用供給管(55)を経て蓄熱熱交換器(42)に導入
され、ここで水循環回路(B) の水との間で熱交換を行っ
て該水を加熱して凝縮する。そして、この冷媒は、下部
接続管(52)、第３液ライン(11c) 、第４液ライン(11d)
、第２液ライン(11b) 及び暖房液ライン(33)を経て、
第１室外電動膨張弁(5) で減圧された後、室外熱交換器
(3) に導入される。そして、この室外熱交換器(3) にお
いて外気との間で熱交換を行って蒸発した後、四路切換
弁(2) 及び吸入ガスライン(10c) を経て圧縮機構(1) の
吸入側に戻される。このような水及び冷媒の循環動作を
行うことにより水循環回路(B) を流れる水は蓄熱熱交換
器(42)において冷媒からの熱を受け、高温の温水となっ
て蓄熱タンク(T) 内に貯留されることになる。

【００８２】そして、このような温蓄熱運転中におい
て、入口水温センサ(Th-W1) によって検出される水温が
所定の高温（例えば３５℃）に達すると、蓄熱タンク
(T) 内に十分な温熱が貯留されたと判断して運転を終了
する。

【００８３】−温蓄熱／暖房同時運転− この運転モードは、室内の暖房を行いながら蓄熱タンク
(T) に温水を貯留する動作であって、比較的暖房負荷が
小さい状態において行われる。

【００８４】この運転モードでは、上述した温蓄熱運転
において、室内電動膨張弁(6,6,6)を開放することによ
って行われる。つまり、図１２に矢印で示すように、圧
縮機構(1) から吐出された冷媒の一部をガス配管(15)に
よって室内熱交換器(7,7,7)に導入し、この室内熱交換
器(7,7,7) において室内空気との間で熱交換を行って該
室内空気を加温して凝縮した後、第３液ライン(11c) の
冷媒に合流させている。その他の水及び冷媒の循環動作
は上述した温蓄熱運転と同様である。

【００８５】−温蓄熱利用暖房運転− この運転モードは、上述した温蓄熱運転において蓄熱タ
ンク(T) に貯留された温水の温熱を利用しながら室内の
暖房を行うものである。

【００８６】この運転モードでは、コントローラ(70)に
より、四路切換弁(2) が破線側に切換えられ、第１室外
電動膨張弁(5) が所定開度に調整される一方、室内電動
膨張弁(6,6,6) 及び第２室外電動膨張弁(52a) が全開状
態にされる。また、第４電磁弁(SV4) が開放され、それ
以外の電磁弁が閉鎖される。

【００８７】この状態で圧縮機構(1) が駆動すると、該
圧縮機構(1) から吐出された冷媒は図１３に矢印で示す
ように、四路切換弁(2) 及びガス配管(15)を経て室内ユ
ニット(Y,Y,Y) に導入され、室内熱交換器(7,7,7) にお
いて室内空気との間で熱交換を行って凝縮して室内空気
を加温する。その後、この冷媒は、第３液ライン(11c)
及び第４液ライン(11d) を経てレシーバ(4) に達し、該
レシーバ(4) から第２液ライン(11b) を経て第１室外電
動膨張弁(5) により減圧される。その後、この冷媒は一
部が第２液ライン(11b) 及び下部接続管(52)を経て蓄熱
熱交換器(42)の冷媒流通部(48c) 内に導入され、ここで
温水との間で熱交換を行って蒸発した後、上部接続管(5
1)及び吸入ガスライン(10c) を経て圧縮機構(1) の吸入
側に回収される。このときも、上部接続管(51)が、蓄熱
熱交換器(42)の冷媒流入部(48c)内から冷媒を導出する
冷媒導出管として機能する。

【００８８】そして、第１室外電動膨張弁(5) で減圧さ
れた冷媒の他の一部は暖房液ライン(33)を経て室外熱交
換器(3) に導入され、この室外熱交換器(3) において室
外空気との間で熱交換を行って蒸発した後、四路切換弁
(2) 及び吸入ガスライン(10c) を経て圧縮機構(1) の吸
入側に戻される。このようにして、蓄熱タンク(T) 内に
貯留されている温水の温熱を利用した室内暖房運転が行
われる。

【００８９】また、この温蓄熱利用暖房運転において
も、上述した冷蓄熱利用暖房運転と同様に、入口水温セ
ンサ(Th-W1) によって検出される水温が所定温度（例え
ば２０℃）に達した場合には、第２室外電動膨張弁(52
a) 及び第４電磁弁(SV4) が閉鎖され、温蓄熱利用暖房
運転を終了して、通常の暖房運転に移行する。つまり、
入口水温センサ(Th-W1) の水温検知により、蓄熱タンク
(T) 内の温熱の殆どを利用したと判断した後には、通常
の暖房運転に切り換えられる。以上のような各運転によ
り室内の空気調和が行われる。

【００９０】そして、本形態の特徴とする動作として
は、上述した冷蓄熱運転時及び冷蓄熱／冷房同時運転時
における蓄熱熱交換器(42)内部での動作にある。つま
り、このような運転状態にあっては、上述したように、
下部接続管(52)から冷媒流通部(48c) に導入された液冷
媒は、伝熱管(49)内を流通する水との間で熱交換を行っ
て蒸発して上部接続管(51)より導出されることになる
が、この際、冷媒流通部(48c) 内における冷媒の気液界
面(G) 付近では、冷媒の沸騰に伴って液滴状の冷媒が上
方に向かって飛散している。そして、このような状況に
おいて、上述したように、上部接続管(51)は、蓄熱熱交
換器(42)の容器(48)に対し、上側の導出側管板(36)の高
さ位置よりも所定寸法だけ下側の位置に接続されて、冷
媒の気液界面(G) と導出側管板(36)との間に比較的大き
な空間としての冷媒浮遊空間(C) が形成されているため
に、この液滴状の冷媒は、この冷媒浮遊空間(C) におい
て一旦浮遊状態となって流速が低下され、その後、上部
接続管(51)に向って流れることになる。このため、この
上部接続管(51)に向って流れる液滴状の冷媒が、仮に一
部の伝熱管(49)に衝突したとしても、流速が低いために
伝熱管(49)の外周面で薄膜状になることは抑制され、こ
れによって容易に蒸発することがなくなる。つまり、こ
の冷媒の衝突に伴って局部的に伝熱管(49)が冷却される
といったことが抑制される。また、液滴状の冷媒は、気
液界面(G) から多数発生することになるが、これら各液
滴状の冷媒は、比較的広い空間である冷媒浮遊空間(C)
に拡散されることになって特定の伝熱管(49)のみに集中
的に衝突するといった状況が回避されることになる。こ
のため、この飛散する液滴状の冷媒によって一部の伝熱
管(49)が集中的に冷却されて、この伝熱管(49)内を流れ
ている過冷却水が、該伝熱管(49)から蒸発する冷媒によ
って冷却されて過冷却状態が解消してしまって該伝熱管
(49)の内面に氷となって付着生成するといったことが回
避できる。つまり、従来のように、伝熱管(49)内部が凍
結状態となり、この伝熱管(49)には水が流れなくなり、
更には、この伝熱管(49)内の氷が上流側に進展して他の
伝熱管(49)をも凍結させてしまうといったことがなくな
る。従って、製氷効率を常に安定して高く維持すること
ができ、装置の信頼性の向上を図ることができる。

【００９１】−実験例− 次に、本形態の効果を確認するために行った実験の結果
について説明する。本実験は、上述した実施形態の如く
上部接続管(51)の高さ位置を低く設定した場合と、従来
のように上部接続管(51)の接続位置を蓄熱熱交換器(42)
の側面上端近傍に接続した場合とにおける水循環回路
(B) の循環水量、蓄熱熱交換器(42)での冷媒蒸発温度、
蓄熱熱交換器(42)から導出される水の温度（出口水温）
の変化状態を夫々測定することにより行った。

【００９２】その結果を図１４及び図１５に示す。図１
４は本形態の構成におけるの結果であり、図１５は従来
の構成における結果である。これら図から判るように、
本形態のものでは、冷媒蒸発温度（図１４に一点鎖線で
示す）及び出口水温（図１４に破線で示す）が急激に上
昇する状態が比較的長い間隔をおいて繰返されているの
に対し、従来構成のものでは、冷媒蒸発温度（図１５に
一点鎖線で示す）及び出口水温（図１５に破線で示す）
が急激に上昇する状態が短時間の間に頻繁に繰返されて
いる。これは、従来構成のものでは、一部の伝熱管の内
部で氷が発生し、この氷を融解するための解凍運転（過
冷却水温センサTh-W3 の作動による解凍運転の開始）に
移行するといった運転状態が頻繁に繰返されているため
である。そして、このような解凍運転が繰返されると、
冷蓄熱運転に要する時間が長くなり、製氷効率の低下を
来すことになる。本形態の構成では、この解凍運転への
移行頻度が低減され、冷蓄熱運転の連続運転時間が長く
なっており、製氷動作が安定的に、且つ効率良く行われ
ていることが判る。

【００９３】また、上述した実施形態の構成に加えて、
冷媒浮遊空間(C) に、金網材、グラスウール、金属たわ
し等で成る濾過手段(75)を設けるようにすると（配設位
置は図３の仮想線参照）、この濾過手段(75)によって液
滴状の冷媒を捕集して気液界面(G) に落下させることが
できるので、この液滴状の冷媒の伝熱管(49)への衝突を
よりいっそう抑制することができる。また、このような
濾過手段(75)を設ける場合、上部接続管(51)に向って流
れるガス冷媒の流通抵抗がこの濾過手段(75)によって大
きく増大することがないように考慮する必要がある。

【００９４】尚、本実施形態では、蓄熱用の蓄熱媒体と
して水を使用したが、その他ブライン水溶液等を使用す
るようにしてもよい。また、空気調和装置用の氷蓄熱装
置に本発明を適用した場合について説明したが、その他
の蓄冷熱を利用する装置に対しても適用可能である。

【００９５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば以
下に述べるような効果が発揮される。請求項１記載の発
明によれば、満液式のシェルアンドチューブ型の過冷却
熱交換器によって蓄熱媒体を過冷却し、この過冷却状態
を解消して氷を生成するようにした氷蓄熱装置に対し、
上記過冷却熱交換器に対して冷媒の取出し側として接続
する冷媒導出管を、冷媒流通空間の上部に、液滴冷媒の
浮遊空間を形成するように、冷媒流通空間の上端位置よ
りも所定寸法だけ下側位置において熱交換器の容器に接
続したために、液滴状の冷媒が、浮遊空間で拡散され、
また、この空間を浮遊することで流速が低下すること
で、一部の伝熱管に集中的に衝突したり、この衝突した
冷媒が薄膜状となって蒸発し易い状態になるといったこ
とが回避できる。このため、伝熱管が局部的に冷却され
て内部で蓄熱媒体の過冷却が解消してしまうといったこ
とが抑制されて、製氷効率を常に安定して高く維持する
ことができ、装置の信頼性の向上を図ることができる。

【００９６】請求項２記載の発明では、伝熱管に、その
下端部から上端部に向って蓄熱媒体を流通させる構成と
した場合、伝熱管の上端部分では過冷却状態の蓄熱媒体
が流れており、液滴状の冷媒は、伝熱管におけるこの過
冷却状態の蓄熱媒体が流れている部分に衝突することに
なるので、特に該伝熱管内での氷の発生が起こり易いも
のであるが、この部分に液滴冷媒の浮遊空間を形成した
ことで、その拡散等により、伝熱管内での氷の発生を抑
制することができ、製氷効率の向上を図ることができ
る。

【００９７】請求項３記載の発明によれば、伝熱管内部
での過冷却の解消を抑制することができる過冷却熱交換
器の構成を具体的に得ることができ、装置の実用性の向
上を図ることができる。

【００９８】請求項４記載の発明によれば、浮遊空間
に、冷媒導出管に流れ込む液滴冷媒を濾過する濾過手段
を設けて、浮遊空間の液滴状冷媒をこの濾過手段によっ
て捕集するようにしたために、この冷媒が伝熱管へ衝突
することがより確実に抑制されて、伝熱管内での過冷却
状態の解消動作をより確実に回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態に係る空気調和装置に備えられた冷媒
循環回路の全体構成を示す図である。

【図２】水循環回路の構成を示す図である。

【図３】蓄熱熱交換器の内部構造を示す断面図である。

【図４】通常冷房運転の冷媒循環動作を示す回路図であ
る。

【図５】通常暖房運転の冷媒循環動作を示す回路図であ
る。

【図６】氷核生成運転の冷媒循環動作を示す回路図であ
る。

【図７】冷蓄熱運転の冷媒循環動作を示す回路図であ
る。

【図８】解凍運転の冷媒循環動作を示す回路図である。

【図９】冷蓄熱／冷房同時運転の冷媒循環動作を示す回
路図である。

【図１０】冷蓄熱利用冷房運転の冷媒循環動作を示す回
路図である。

【図１１】温蓄熱運転の冷媒循環動作を示す回路図であ
る。

【図１２】温蓄熱／暖房同時運転の冷媒循環動作を示す
回路図である。

【図１３】温蓄熱利用暖房運転の冷媒循環動作を示す回
路図である。

【図１４】実施形態に係る構成における実験結果を示す
図である。

【図１５】従来の構成における実験結果を示す図であ
る。

【符号の説明】

(1) 圧縮機 (3) 室外熱交換器（熱源側熱交換器） (8) 冷媒配管 (36) 導出側管板 (37) 導入側管板 (42) 蓄熱熱交換器（過冷却熱交換器） (42a) 冷媒熱交換部 (42b) 蓄熱媒体熱交換部 (45) 循環配管 (48) 容器 (48a) 導出側水流通空間（蓄熱媒体導出空間） (48b) 導入側水流通空間（蓄熱媒体導入空間） (48c) 冷媒流通空間（冷媒流通空間） (49) 伝熱管 (51) 上部接続管（冷媒導出管） (52) 下部接続管（冷媒導入管） (52a) 第２室外電動膨張弁（膨張機構） (75) 濾過手段 (A) 冷媒循環回路 (B) 水循環回路 (C) 浮遊空間 (P) 循環手段 (T) 蓄熱タンク

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機(1) と、熱源側熱交換器(3) と、
   膨張機構(52a) と、過冷却熱交換器(42)の冷媒熱交換部
   (42a) とが冷媒配管(8) によって冷媒の循環が可能に接
   続されてなる冷媒循環回路(A) を備えているとともに、 蓄熱媒体を貯留する蓄熱タンク(T) と、蓄熱媒体を圧送
   する循環手段(P) と、上記冷媒熱交換部(42a) との間で
   熱交換可能な過冷却熱交換器(42)の蓄熱媒体熱交換部(4
   2b) とが循環配管(45)によって蓄熱媒体の循環が可能に
   接続されてなる蓄熱循環回路(B) とを備え、 上記冷媒熱交換部(42a) で蒸発する冷媒と、蓄熱媒体熱
   交換部(42b) を流れる液相の蓄熱媒体とを熱交換させて
   該蓄熱媒体を過冷却状態まで冷却し、この蓄熱媒体を過
   冷却熱交換器(42)から導出した後に、その過冷却状態を
   解消して氷を生成し、該氷を蓄熱タンク(T) に回収する
   ようにした氷蓄熱装置において、 上記過冷却熱交換器(42)は容器(48)を備え、該容器(48)
   は、下部に膨張機構(52a) の低圧側に繋がる冷媒導入管
   (52)が、側面上部に圧縮機(1) の吸入側に繋がる冷媒導
   出管(51)が夫々接続されると共に、内部に鉛直方向に延
   びる伝熱管(49)が収容されており、 上記蓄熱媒体熱交換部(42b) は伝熱管(49)の内部通路に
   より構成される一方、冷媒熱交換部(42a) は、容器(48)
   内において伝熱管(49)の周囲に形成され、且つ上記冷媒
   導入管(52)及び冷媒導出管(51)に連通し、該冷媒導出管
   (51)の接続位置よりも下側に気液界面を有する冷媒をほ
   ぼ満液状態で流通させる冷媒流通空間(48c) により構成
   されており、伝熱管(49)の内部通路を流れる蓄熱媒体
   と、冷媒導入管(52)から冷媒流通空間(48c) に流入した
   冷媒とが熱交換し、この冷媒流通空間(48c) で蒸発した
   冷媒が冷媒導出管(51)から液滴混じりで流出するように
   なっており、 上記冷媒導出管(51)は、冷媒流通空間(48c) の上部に、
   液滴冷媒の浮遊空間(C) を形成するように、冷媒流通空
   間(48c) の上端位置よりも所定寸法だけ下側位置におい
   て容器(48)に接続されていることを特徴とする氷蓄熱装
   置。
2. 【請求項２】 伝熱管(49)は、下端部から上端部に向っ
   て蓄熱媒体が流通することを特徴とする請求項１記載の
   氷蓄熱装置。
3. 【請求項３】 過冷却熱交換器(42)は、容器(48)の内部
   において冷媒流通空間(48c) の下側に蓄熱媒体導入空間
   (48b) を、上側に蓄熱媒体導出空間(48a) を夫々区画形
   成する上下一対の管板(36,37) を備え、伝熱管(49)は、
   下端部が蓄熱媒体導入空間(48b) に、上端部が蓄熱媒体
   導出空間(48a) に夫々開口しており、 冷媒導出管(51)の容器(48)の側面に対する接続位置は、
   上側の管板(36)に対して所定寸法を存した下側位置に設
   定されていることを特徴とする請求項１記載の氷蓄熱装
   置。
4. 【請求項４】 浮遊空間(C) には、冷媒導出管(51)に流
   れ込む液滴冷媒を濾過する濾過手段(75)が設けられてい
   ることを特徴とする請求項１記載の氷蓄熱装置。