JPH1026431A

JPH1026431A - 蓄熱式エアコン

Info

Publication number: JPH1026431A
Application number: JP8213979A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Kuroiwa; 一男黒岩
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-07-11
Filing date: 1996-07-11
Publication date: 1998-01-27

Abstract

(57)【要約】本発明は、暑さ寒さが厳しいときには、大量の熱が蓄え
られる潜熱蓄熱体の熱を使用して、エアコンの能力低下
を防止し、常に有利に室内の暖かさ涼しさを維持する蓄
熱式エアコンで、低下したときの能力で必要能力を満た
す過剰設備にならないため、トータルコストダウンとな
る。また、足腰の冷えない再熱サイクル、換気するたび
に暑くなったり寒くなったりしない熱交換換気サイクル
により、いつも、ソフトで爽やかな涼しさ暖かさが得ら
れ、コストダウンと快適性を両立する蓄熱式エアコン。【構成】水の比熱の５０〜８０倍の熱量が蓄えられる
潜熱蓄熱体を、室外機の近くに設けたり、縁の下の地下
などに設けて、大気熱や地中の鑿（さく）孔から地熱と
地中の熱容量を利用するなどして、有利なタイミングを
待って、熱のやり繰りを行い、自然の涼しさ暖かさを蓄
えて、室内の涼しさ暖かさに使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、室内の冷暖房・除湿・
換気等を行う蓄熱式エアコンに係り、潜熱蓄熱体によっ
て寒暖の熱・地熱などを蓄えて利用することにより、暑
さ寒さが厳しいときも、能力低下のしない蓄熱式エアコ
ンで、給湯システムと熱交換したり、設備費を節約し
て、トータルコストダウンを行うとともに、これに、再
熱サイクル、熱交換換気サイクルを設けることにより、
冷暖房感が向上され、快適性に優れた蓄熱式エアコンに
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のエアコンは、暑さ寒さが厳しいと
きには、能力が低下して、冷暖房が効かなくなった。特
に、外気温が低くなって、室外ユニットの熱交換器に霜
が付くと、運転能率が悪くなり、能力は１／３程度にな
ってしまった。これに対処するため、従来は、３倍の能
力のあるエアコンを設置するか、わざわざ別な暖房機を
設置しなければならなかった。このため、低下したとき
の能力で必要能力を満たす過剰設備になり、イニシャル
コストが増大するうえ、電力消費量が増大して、光熱費
もかさみ、電力会社との契約電力も大きくなって、基本
料金も高価になっていた。これは空気の温度が低くなる
と、中空気中の水蒸気が昇華して霜になり、潜熱の奪わ
れた氷の結晶となって、熱交換器に付くことと、霜には
空気が含まれているため、熱伝導率も低くなり、熱交換
効率が極端に低下して、熱移動が困難になるためで、従
来技術では、避けられないこととして、限界に達してい
た。

【０００３】また、従来のエアコンは、吹出空気と室内
空気との温度差が大きかったため、冷たい空気は重くな
って室内の下の方に溜り、暖かい空気は軽くなって室内
の上の方に溜まっていた。このため、冷たい空気と熱い
空気が共存していて、顔がほてり、下半身が冷えてき
て、快適さが得られなかった。

【０００４】さらに、従来は、冷暖房を効かすため、窓
を締め切ってエアコンをかけていた。このため、知らず
知らずのうちに室内の空気が汚れ、ときどき換気をしな
ければならなかった。しかし、換気をすれば、外気温に
よって急激に暑くなったり寒くなったりして、ヒートシ
ョックをうけるため、体調を崩し易く、快適性は得られ
なかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上の問題点に鑑み、
冷暖房・除湿・換気サイクルに、潜熱蓄熱体を設けて、
これに寒暖の熱や地熱などから得られる熱を蓄えたり、
給湯システムと熱交換したりして、有利な熱のやり繰り
を行い、暑さ寒さの厳しいときにも、高効率で冷暖房・
除湿・換気のできる蓄熱式エアコンを提供するととも
に、顔がほてり、下半身の冷えない再熱サイクル、換気
するたびに暑くなったり寒くなったりしない熱交換換気
サイクルを設けて、ソフトな涼しさ暖かさで過ごせるよ
うにし、電力を節約して、トータルコストダウンと快適
性を両立する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、冷暖房・除湿
・換気サイクルに、潜熱蓄熱体を設けて、運転能率のよ
いときには蓄熱し、運転能率の悪いときには蓄熱した熱
を使用して、常に高効率で運転できる熱のやり繰りを行
う蓄熱式エアコンを提供する。蓄熱体は、水の比熱の５
０〜８０倍の熱量が蓄えられ、人畜無害の単体、共融混
合物、及び凝固点降下物質を特定し、これをプラスチッ
ク製・金属製の容器に封入して使用する。

【０００７】縁の下（地下・地中を含む）に蓄熱ユニッ
トを設けたり、涼しい時に熱を逃がし、暖かい時に熱を
集める熱のやり取りをしたり、安定した温度に保たれて
いる地中（地熱と、大きな熱容量を持つ）と熱交換した
り、給湯システムと熱交換したり、また、熱交換換気
し、除湿空気を再熱して、室内の熱損失を少なくしなが
ら、吹出空気と室内空気との温度差を少なくする。

【０００８】

【作用】本発明による潜熱蓄熱により、小さな体積で、
大量の熱が蓄えられるため、暑い（過熱状態の）ときも
霜が付くきも、運転効率が低下しないで、いつも効率の
よい状態で運転できる。このため、設備も小規模にな
り、光熱費も少なくなって、イニシャルコストもランニ
ングコストも節約される。

【０００９】適切に潜熱蓄熱体を設けると、有利なタイ
ミングを待って、涼しさ暖かさを蓄えて、冷暖房・除湿
・換気をすることができる。特に、地中熱交換をすると
きは、蓄熱体を設けると、地中との熱のやり取りが間歇
的になり、地中の温度を、復帰させ、立ち直らせて、平
均化する時間的余裕を与えるため、地中の鑿孔（穿孔）
の深さも太さも小規模で済むようになる。しかも、地中
熱交換をすると、土や地下水が蓄熱体の代替をするた
め、ますます蓄熱体が小さくて済むようになる。また、
蓄熱体と給湯システムとの熱交換は、さらに有利にな
り、相互作用によって、大幅なコストダウンができる。

【００１０】本潜熱蓄熱体は、人畜無害で長持ちし、熱
交換器の錆に対しても安全であるうえ、低廉で取扱いも
簡単である。蓄熱ユニットそのものを地中（地下）に設
けるときには、地熱が利用できるうえ、蓄熱体の周囲の
断熱材なども節約される。

【００１１】本蓄熱式エアコンに、再熱サイクルや熱交
換換気サイクルを設けることにより、室内温度差と室内
の熱損失を少なくする。室内温度差が少なくなると、ソ
フトな涼しさ暖かさが得られ、足腰の冷えない快適さが
得られる。

【００１２】縁の下に蓄熱ユニットを設けるときは、蓄
熱体を大きくでき、熱交換時間を長くとれるため、露点
温度と蓄熱体との温度差が少なくても、十分に除湿・再
熱ができる。

【００１３】

【実施例】図１は、本発明の蓄熱式エアコンの例を示す
説明平面図である。図１において、蓄熱ユニット１と、
室内の天井に埋め込まれた室内ユニット２と、室内ユニ
ット２に設けられている換気ユニット３と、室外ユニッ
ト（大気熱交換ユニット）４とは、加減圧循環機８と、
膨張弁（絞り）６、９とを含む熱媒体（液化ガス：Ｒ−
２２、ＨＦＣ−１３４ａ、プロパンやブタン等の炭化水
素、又はＣＯ_２等）の封入された熱循環系を成してい
る。

【００１４】冷暖房・除湿・換気を行う熱循環系につい
て、冬のサイクルを説明すると、図１において、熱媒体
は矢印２４の方向に循環する。外気の温度が高くて、室
外ユニット４の熱交換器２７に霜が付かないときには、
運転効率がよいため、蓄熱を行う。このとき、蓄熱と暖
房・換気を同時に行うこともできるし、蓄熱のみを行う
こともできる。

【００１５】蓄熱と暖房を同時に行うときは、膨張弁９
を絞り、膨張弁６は開放する。このとき、熱交換器２７
内の熱媒体の圧力は低くなり、熱交換器２７は低温にな
っている。ファン２８によって大気熱が熱交換器２７に
送られると、熱交換器２７内の熱媒体は蒸発熱を奪う。
この熱媒体が加減圧循環機８で圧縮されると、過熱蒸気
となり、熱交換器１１、１５、１７、２２、２９内で凝
縮しながら、凝縮熱を放出する。熱交換器２９の熱は、
潜熱蓄熱体３０の融解の潜熱として蓄熱される。熱交換
器１１の熱は、新鮮外気１２を暖め、暖かい新鮮空気１
３となる。熱交換器１５の熱は、ファン（図示しない）
によって送られる室内空気１８を暖め、暖房空気１４、
１９となる。熱交換器１７の熱は、室内空気１８を暖め
て暖房空気２０となる。これらの空気１３、１４、１
９、２０は、ファン（図示しない）によって混合されて
室内に戻される。普通、便所や台所の換気扇によって、
室内の臭いと汚れた空気が排出され、室内は負圧となっ
ている。この場合は、室内空気２１は循環させないた
め、排出空気２３も循環しないので、熱交換器２２の熱
は失われない。

【００１６】蓄熱のみを行うときも、膨張弁９を絞り、
膨張弁６は開放する。このときも、熱交換器２７内の熱
媒体の圧力は低くなり、熱交換器２７は低温になってい
る。ファン２８によって大気熱が熱交換器２７に送られ
ると、熱交換器２７内の熱媒体は蒸発熱を奪う。この熱
媒体が加減圧循環機８で圧縮されると、過熱蒸気となる
が、熱交換器２９の熱だけを潜熱蓄熱体３０に蓄熱し
て、熱交換器１１、１５、１７、２２の熱は、前記すべ
てのファンを止めて、空気１２、１３、１８、１４、１
９、２０、２１、２３を循環させないでおくと、失われ
ないで済む。こうして、常に蓄熱が行われる。潜熱蓄熱
が完了し、室内ユニット２も換気ユニット３も使用され
ないときには、すべての運転が停止される。

【００１７】外気の温度が低くて、室外ユニット４の熱
交換器２７に霜が付くときには、運転効率が悪くなり、
能力が不足するため、主として、潜熱蓄熱体３０の熱を
使用して暖房する。このときは、除湿と熱交換換気を行
うことができる。このときのサイクルについて説明する
と、図１において、熱媒体は矢印２４の方向に循環する
が、膨張弁６を絞り、膨張弁９は開放する。外気の温度
の程度により、この膨張弁９は、少しだけ絞ってもよ
い。このときも、熱交換器２７内の熱媒体の圧力は低く
なり、熱交換器２７は低温になっているが、熱交換器２
７の温度は、外気温よりも低くなっていることが必要で
ある。外気温と熱交換器２７の温度差が大きいときに
は、ファン２８によって大気熱が熱交換器２７に送られ
ると、熱交換器２７内の熱媒体は蒸発熱を奪うことがで
きるが、ファン２８によって大気熱が熱交換器２７に送
られても、熱交換器２７内の熱媒体は蒸発熱を奪うこと
ができないほど、温度差が小さいときには、ファン２８
を停止する。

【００１８】この熱媒体が加減圧循環機８で圧縮される
と、過熱蒸気となり、熱交換器１１、１５内で凝縮しな
がら、凝縮熱を放出する。熱交換器１１の熱は、新鮮外
気１２を暖め、暖かい新鮮空気１３となる。熱交換器１
５の熱は、ファン（図示しない）によって送られる室内
空気１８を暖め、暖房空気１４、１９となっている。し
かし、熱交換器１７、２２、２９内の熱媒体の圧力は低
く、熱交換器１７、２２、２９も低温になっている。熱
交換器１７によって、ジメジメした室内空気１８は除湿
されて、除湿空気２０となっている。これらの空気１
３、１４、１９、２０はファン（図示しない）によって
混合されて、カラッとした暖かい空気となって、室内に
戻される。この場合、室内の暖かくて汚れた空気２１
は、ファン（図示しない）又は室内圧によって、室外に
排出されるが、熱交換器２２と熱交換して、給気熱とで
熱収支を相殺しながら、排出空気２３となって、室外に
排出される。

【００１９】次に、冷暖房・除湿・換気を行う熱循環系
について、夏のサイクルを説明すると、図１において、
熱媒体は矢印１０の方向に循環する。真夏の昼間、冷房
が効かない場合、夜の涼しい外気の熱を蓄熱して、この
涼しさを昼間の運転時に使用すると、運転効率がよくな
る。このとき、蓄熱と冷房・除湿・換気を同時に行うこ
ともできるし、蓄熱のみを行うこともできる。

【００２０】蓄熱と冷房を同時に行うときは、膨張弁９
を絞り、膨張弁６は開放する。このとき、熱交換器２７
内の熱媒体の圧力は高くなり、熱交換器２７は高温にな
っている。ファン２８によって涼しい大気熱が熱交換器
２７に送られると、熱交換器２７内の熱媒体は冷やさ
れ、凝縮熱を放出して凝縮する。この熱媒体が膨張弁９
で膨張すると、圧力が低くなり、低温となって熱交換器
２９、２２、１７、１５、１１内で蒸発しながら、気化
熱を奪う。熱交換器２９の低温の熱は、潜熱蓄熱体３０
の凝固の潜熱として蓄熱される。熱交換器１１の低温熱
は、新鮮外気１２を除湿しながら、涼しくして、涼しい
新鮮除湿空気１３となる。熱交換器１５の低温熱は、フ
ァン（図示しない）によって送られる室内空気１８を除
湿しながら、涼しくして、冷房除湿空気１４、１９とな
る。熱交換器１７の低温熱は、室内の空気１８を除湿し
ながら、涼しくして、冷房除湿空気２０となる。これら
の空気１３、１４、１９、２０は、ファン（図示しな
い）によって混合されて室内に戻される。一般に、便所
や台所の換気扇によって、室内の臭いと汚れた空気が排
出され、室内は負圧となっている。この場合は、室内空
気２１を循環させないため、排出空気２３も循環しない
ので、熱交換器２２の低温の熱は失われない。

【００２１】蓄熱のみを行うときも、膨張弁９を絞り、
膨張弁６は開放する。このときも、熱交換器２７内の熱
媒体の圧力は高くなり、熱交換器２７は高温になってい
る。ファン２８によって涼しい大気熱が熱交換器２７に
送られると、熱交換器２７内の熱媒体は冷やされて、凝
縮熱を放出して凝縮する。この熱媒体が膨張弁９で膨張
すると、圧力が低くなり、低温となるが、熱交換器２９
の低温熱だけを潜熱蓄熱体３０に蓄熱して、熱交換器２
２、１７、１５、１１の低温熱は、前記ファンをすべて
止めて、空気１２、１３、１８、１４、１９、２０、２
１、２３を循環させないでおくと、失われないで済む。
こうして、常に蓄熱が行われる。潜熱蓄熱が完了し、室
内ユニット２も換気ユニット３も使用されないときに
は、すべての運転が停止される。

【００２２】外気の温度が高くて、室外ユニット４の熱
交換器２７に日が当たっているときには、運転効率が悪
くなり、能力が不足するため、主として、潜熱蓄熱体３
０の熱を使用して冷房する。このときは、除湿と熱交換
換気を行うことができる。このときのサイクルについて
説明すると、図１において、熱媒体は矢印１０の方向に
循環するが、膨張弁６を絞り、膨張弁９は開放する。室
内ユニットの受ける暑さの温度の程度により、この膨張
弁９は、少しだけ絞ってもよい。このときも、熱交換器
２７内の熱媒体の圧力は高くなり、熱交換器２７は高温
になっているが、熱交換器２７の温度は、熱交換器１７
の周囲の温度よりも高くなっていることが必要である。
熱交換器２７とその周囲との温度差が大きいときは、フ
ァン２８によって大気熱が熱交換器２７に送られると、
熱交換器２７内の熱媒体は凝縮熱を放出できるが、ファ
ン２８によって大気熱が熱交換器２７に送られても、熱
交換器２７内の熱媒体が凝縮熱を放出できないほど、温
度差が小さいときには、ファン２８を停止する。

【００２３】このとき、熱交換器２９、２２、１７も高
温になっているが、熱媒体が膨張弁６で膨張すると、圧
力が低くなり、低温となって、熱交換器１５、１１内で
蒸発して、気化熱を奪う。熱交換換気ユニット３の熱交
換器１１の低温熱は、新鮮外気１２を除湿しながら、涼
しくして、涼しい新鮮除湿空気１３となる。このときの
凝縮熱と排気熱とで熱収支を相殺するとともに、凝縮水
で外気の塵埃や臭いを取る。この凝縮水は、室内ユニッ
トの凝縮水と共にドレン（図示しない）で排水される。

【００２４】室内空気１８がファン（図示しない）によ
って、熱交換器１５に供給されると、ここで冷房除湿さ
れ、除湿時の凝縮水で室内の塵埃（ハウスダスト）や臭
いを取る。この凝縮水はドレン（図示しない）で排水さ
れる。冷房除湿された空気１４、１９は、熱交換器１７
で暖められた空気２０とファン（図示しない）で混合さ
れ、再熱されて、カラッとした爽やかな涼しい空気とな
って室内に戻され、室内を快適にする。一般に、便所や
台所の換気扇によって、室内の臭いと空気が排出され、
室内は負圧となっているが、室内の汚れた空気２１は、
ファン又（図示しない）によって、室外に排出される。
このとき、熱交換器２２と熱交換し、熱が奪われて、給
気熱とで熱収支を相殺しながら、排出空気２３となって
排出される。

【００２５】こうして、暑さ寒さが厳しくても、本発明
の蓄熱式エアコンは、有利なタイミングを待って、熱交
換できるため、常に効率よく運転され、大幅なコストダ
ウンができる。本蓄熱式エアコンは、暖房時の湿度も快
適に保つことができるうえ、寒暖の差が激しいとき（春
や秋）にも、切り替えが簡単で扱い易い。なお、本例で
は、必要により、熱交換器に足長フィン（図示しない）
を使用し、潜熱蓄熱体３０の融点は、０℃〜２０℃程度
としている。

【００２６】室外ユニット４として、地中熱交換ユニッ
ト（図示しない）を使用して、地熱と熱交換したり、地
中熱容量を利用することができる。蓄熱ユニット１を設
けることにより、地中との熱のやり取りが間歇的にな
り、地中の温度を、復帰させ、立ち直らせて、平均化す
る時間的余裕を与えるため、地中の鑿孔（穿孔）の深さ
も太さも小規模で済むようになり、地中と熱交換をする
と、土や地下水が蓄熱体の代替をするため、蓄熱体も小
さくて済むようになる。

【００２７】また、本発明では、蓄熱ユニット１と、給
湯システム（図示しない）との間に、熱循環系を設け
て、有利に熱のやり取りをすることができる。

【００２８】

【発明の効果】本発明は、暑さ寒さが厳しくても、能力
が低下しない蓄熱式エアコンで、潜熱蓄熱により、大量
の熱を蓄えるため、都合のよいタイミングを待って、涼
しい時に熱を逃がし、暖かい時に熱を集めることができ
る。建物が高断熱化され、生活熱が多くなると、さらに
有利に運転することができる。

【００２９】このため、運転能率の悪い真夏の一時期に
合わせて、大型のエアコンを設置する必要もなく、真冬
の一時期のために、他の暖房機器を設置して補う必要も
なくなり、低下したときの能力で必要能力を満たす過剰
設備にならないため、トータルコストダウンとなる。

【００３０】冬の朝方の最低気温で冷やされると、風邪
をひきやすく、夏の蒸し風呂のような暑さで寝不足にな
ると、夏バテして、体調を崩し易いが、本発明では、外
気温に左右されて、冷暖房が効かなくなることはない。
このため、夏は２６℃〜２４℃、秋と春は２４℃〜２０
℃、冬は２０℃〜１８℃、相対湿度５０％〜６０％で安
定し、ソフトな暖かさ涼しさで体調を整えることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】全体説明平面図

【符号の説明】

１：蓄熱ユニット、２：室内ユニット、３：換気ユニッ
ト、４：室外ユニット、６：絞り、８：加減圧循環機、
９：絞り、１０：熱媒体循環方向を示す矢印、１１：熱
交換器、１２と１３：給気の流れ、１４：空気の流れ、
１５と１７：熱交換器、１８：室内空気の流れ、１９と
２０：空気の流れ、２１：室内の汚れた空気の流れ、２
２：熱交換器、２３：排出空気の流れ、２４：熱媒体循
環方向を示す矢印、２７：熱交換器、２８：ファン、２
９：熱交換器、３０：潜熱蓄熱体。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】室内の冷暖房を行い、必要により、除湿や
換気をも行うエアコンであり、該エアコンに、蓄熱体の封入された蓄熱ユニットが一つ
以上設けられていて、該蓄熱体は、単体、共融混合物、
又は凝固点降下物質の融解と凝固の潜熱によって蓄熱と
放熱が行われる潜熱蓄熱体であって、該蓄熱ユニットは、熱媒体の封入された熱循環系に設け
られていて、該熱循環系には、室内ユニット、室外ユニ
ット（集熱ないし放熱ユニット）、及び加減圧循環機
（コンプレッサー）が設けられ、少なくとも二つ以上の
絞り（膨張弁）が設けられているうえ、該蓄熱ユニット、該室外ユニット、該室内ユニットに
は、それぞれ熱交換器が設けられていることを特徴とす
る蓄熱式エアコン。
【請求項２】潜熱蓄熱体が、尿素、サリチル酸、脂肪
酸、油脂、グリセリン、ｐ−キシレン、エチレンジアミ
ン、及び水のうちの一以上である請求項１に記載の蓄熱
式蓄熱式エアコン。
【請求項３】室外ユニットが、地中の鑿（さく）孔に熱
交換器を挿入して、熱媒体を循環する地中熱交換ユニッ
トである請求項１に記載の蓄熱式エアコン。
【請求項４】室外ユニットが、大気熱交換ユニットであ
る請求項１に記載の蓄熱式エアコン。
【請求項５】蓄熱ユニットと給湯システムとの間に、熱
をやり取りをする熱循環系が設けられている請求項１に
記載の蓄熱式エアコン。
【請求項６】運転電力が、深夜電力、太陽光発電電力、
又は風力発電電力である請求項１に記載の蓄熱式エアコ
ン。
【請求項７】蓄熱体との熱のやり取りは、冷暖房の排
熱、寒暖の外気、地中、水中、深夜電気、太陽エネルギ
ー、又は風力エネルギー（仕事の熱当量）との間で行わ
れる請求項１に記載の蓄熱式エアコン。
【請求項８】蓄熱ユニットが、地中、縁の下、屋上、ベ
ランダ、屋根内、床内、壁内、又は建物の外に添えて設
けられている請求項１に記載された蓄熱式エアコン。
【請求項９】室内ユニットに、除湿サイクルが設けら
れ、該除湿サイクルは、熱交換器の途中に絞り（膨張
弁）が設けられていて、低温側熱交換器と高温側熱交換
器がつくられ、該低温側熱交換器によって除湿された空気の温度が、該
高温側熱交換器によって再び上昇される再熱サイクルで
ある請求項１に記載の蓄熱式エアコン。
【請求項１０】低温側熱交換器によって露点温度以下に
冷やされた空気と、高温側熱交換器によって暖められた
空気とを混合するファンが設けられている請求項９に記
載の蓄熱式エアコン。
【請求項１１】室内ユニットに、換気ユニットが設けら
れ、該換気ユニットに、室内空気の熱と室外空気の熱と
を交換する熱交換サイクルが設けられている請求項１に
記載の蓄熱式エアコン。
【請求項１２】室内ユニットの熱交換器の途中に絞り
（膨張弁）が設けられていて、低温側熱交換器と高温側
熱交換器がつくられ、給気は、冷房時には低温側熱交換器で熱交換され、暖房
時には高温側熱交換器で熱交換されて、排気は、冷房時には高温側熱交換器で熱交換され、暖房
時には低温側熱交換器で熱交換されている請求項１１に
記載の蓄熱式エアコン。