JPS58193034A - 冷暖房システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は空気熱源ヒートポンプ全使用する冷暖房システ
ムの改善に係り、ヒートポンプの規模を小さくしても効
率のよい冷暖房が実施できかつ全体として省エネルギー
が達成されると共に国家レベルで見た場合にも電力ビー
クの問題が解決され経済的な冷暖房が行ない得る省エイ
・ルギー冷暖房ソステムの提供を目的とするものである
。

空気熱源ヒートポンプによる冷暖房にあっては熱源や排
熱の蓄熱が効率よく行ない得ないという問題が常に付随
した。蓄熱を行なう最も一般的な方式として、蓄熱水槽
を設置し、この熱源水に外部熱源機器や建物内廃熱を蓄
熱する方式が普及しているが、この蓄熱の取出しには水
熱源ヒートポンプを必要としかつ設置が大がかりｖｒ−
なることは否めない。

本発明は、空気熱源ヒートポンプによる冷暖房システム
において、１日を通じての外気温度の変化やシーズンを
通じての外気温度の変化に応じて冷熱またげ温熱を効率
よく貯え力）っこれ全熱源として負荷に応じて適宜利用
できるようにした設備負担の少ない省エネルギー冷暖房
ノステムを提供するものであり、空気熱源ヒートポンプ
と潜熱利用の蓄熱槽と全特定の空気循環路によって接続
したことを特徴とするものである。

本発明で使用する潜熱蓄熱槽は、使用温度域で固液変化
する本身外の蓄熱物質を封入した槽であり、この蓄熱物
質の相変化に基づく潜熱を利用して蓄熱を潜熱形態で行
なえるようにしたものである。このような潜熱蓄熱槽に
同一出願人に係る特願昭５６−１６５３６９号明細書お
よび図面に記載した蓄熱器ユニットの集合体あるいは第
１図に示したような構造のものを使用することができる
。第１図において、１０ケ蓄熱物質を封入した密閉容器
であり断熱板で作っである。″また、１１と１２ハ互い
に独立した空気循環路であり、容器１ｏの内部において
互いに交互に配置されるパイプを有しており、各パイプ
ＶｃＩ−ｉ蓄熱物質との伝熱面積を太きクスルタめのエ
ロフィンやプレートフィンが取付けである。また、第１
図の例でに容器内が上下に多段に分割されている。

このよう蓄熱槽に封入する蓄熱物質としては、第１表に
示したような物質を使用することができる。第１表にお
いて、低温用潜熱蓄熱物質と中温用潜熱蓄熱物質とにラ
ンク付けして示しであるが、後述のように、これらは使
用温Ｈｃ応じて使い分けられる。

本発明で使用する空気熱源ヒートポンプは、例えば第２
図および第５図に示したような圧縮式のものが便宜であ
る。第２図において、５は熱源側熱交換器であって熱源
用空気と冷媒との熱交換を行なうもの、４σ熱取出側熱
交換器であって循環空気と冷媒との熱交換を行なうもの
、１５Ｖ′ｉ膨張弁、１６ハ四方弁、１７は圧縮機をそ
れぞれ示しており、四方弁１６の切換によって熱交換器
５が蒸発器で熱交換器４が凝縮器として、あるいは熱交
換器５が凝縮器で熱交換器４が蒸発器としていづれにも
機能できるようにした例を示している。ま友第３図にお
いて、１８ぼ受液器、１９ぽフィルタドライヤを示して
おり、熱交換器５が凝縮器としてまた熱交換器４が蒸発
器として機能するようにした例を示している。

本発明ａ、このような潜熱蓄熱槽、蓄熱物質並びに空気
熱源ヒートポンプを使用し、特定の空気循環路を形成す
ることによって前述の目的を達成する冷暖房システムに
構成したものである。

以下にその詳細を図面の実施例に基づいて具体的に説明
する。

第４図に示した実施例は、空調ゾーン１と使用温度域で
相変化可能な蓄熱物質を封入した潜熱蓄熱槽２との間を
該蓄熱物質と熱交換しながら空気が循環するように形成
した空気循環路Ａと、該蓄熱槽２と空気熱源ヒートポン
プ３の熱取出側熱交換器４との間を該蓄熱物質と熱交換
しながら空気が循環するように形成した空気循環路Ｂと
、からなる冷暖房システムである。この潜熱蓄熱槽２Ｖ
ｃ封入する蓄熱物質としてに、前記第１表に示した低温
用潜熱蓄熱物質を使用するとよい。なお図において、７
に空気循環路Ａのファン、８は空気循環路Ｂのファンで
あり、ＣＶｉヒートポンプ６の熱源側熱交換器５に外気
を送排気する熱源空気路であり、ファン９がこれに介装
しである。

この第４図の実施例の運転態様を以下に説明する。

（１）　　冷房期 夜間などの外気＠度が低下している時間帯において、ヒ
ートポンプ５を、熱交換器５を凝縮器、熱交換器４を蒸
発器として運転し、蓄熱槽２に冷熱を貯える。外気温度
の上昇と共にヒートポンプ３の運転全停止し、冷房が必
要なときはファン７のみの駆動によって蓄熱槽２内の冷
熱を循環路Ａの空気に与えて冷房する。冷房負荷が大き
く、蓄熱された冷熱でこれをまかなえない場合は、ファ
ン７の駆動に加えてヒートポンプ６も冷房運転して蓄熱
槽２Ｖｃ冷熱を送り込む。

（２）暖房期 昼間などのできるだけ外気温度が高い時間帯において、
ヒートポンプ３を、熱交換器５を蒸発器、熱交換器４を
凝縮器として運転し、蓄熱槽２に温熱を貯える。外気温
度が低下する時間帯はヒートポンプ５の運転を停止し、
暖房が必要なときは、ファンのみの駆動によって蓄熱槽
２内の温熱を循環路Ａの空気に与えて暖房する。暖房負
荷が大きく、蓄熱された温熱でこれをまかなえない場合
ば、ファ／７の駆動に加えてヒートポンプ５も暖房運転
して蓄熱槽に温熱を送り込む。

このようにして第４図の実施例にあっては、冷房と暖房
のピークカットが効果的に行なえると共に、ヒートポン
プ３は熱源側空気として冷房時にに低温の、また暖房時
ＶＣに高温の空気を適宜選択して使用可能となるので、
通常の空気熱源ヒートポンプによる空調方式に比べ、そ
の成績係数を著しく高めることができる。

次に、第５図に示した実施例について説明する。

本例は、空調ゾーン１と使用温度域で相変化可能な蓄熱
物質全封入した潜熱蓄熱槽２との間を該蓄熱物質と熱交
換しながら空気が循環するように形成した空気循環路Ａ
と、該蓄熱槽２と空気熱源ヒートポンプ５の熱取出側熱
交換器４との間を該蓄熱物質と熱交換しながら空気が循
環するように形成した空気循環路Ｂと、該ヒートポンプ
の熱源側熱交換器５ｖｃ外気を排送気する熱源空気路Ｃ
ｖｃ対して切換可能に接続されかつ使用温度で相変化可
能な蓄熱物質を封入した潜熱蓄熱槽６にその蓄熱物質と
熱交換しながら空気が循環するようにした空気路りと、
該蓄熱槽６に外気がその蓄熱物質と熱交換しながら循環
するように形成した空気循環路Ｅと、からなる冷暖房シ
ステムである。すなわちこの第５図の実施例は、第４図
における熱源空気路ｃｖｃ潜熱蓄熱槽６を付加した関係
ｖｃ６す、この潜熱蓄熱槽６を付加した以外の基本構成
は第４図のものと実質的に同一であって、第４図と同じ
引用数字で示したものは第４図で説明したのと同じ内容
である。図示の例において、潜熱蓄熱槽６ＶＣ封入する
蓄熱物質としては第１表に示した低温用またげ中温用潜
熱蓄熱物質が好適である。この潜熱蓄熱槽６の空気路り
と熱源空気路Ｃとの接続は、Ｃの排気路［Ｄの往路と還
路が接続され、Ｃの排気路と外気取入路との間には連結
路２５が設けられ、開閉ダンパ２６〜３０が図示の関係
をもって介装された例が示しである。またこの潜熱蓄熱
槽６の外気循環空気路ＥＩＣ［ファン２０が取付けであ
る。

この第５図のシステムの運転態様を冷房期と暖房期にわ
けて以下に説明する。

（１）冷房期 夜間などの外気温度が低下している時間帯において、フ
ァン２０を駆動して蓄熱槽６にできるだけ低い温度の冷
熱を貯えておく。また外気温度が低下している時間帯に
おいてヒートポンプ３を冷房運転して第４図の場合と同
様に蓄熱槽２Ｖｒ−冷熱を蓄熱する。（熱交換器５が凝
縮器、熱交換器４が蒸発器で、ダンパ２６と２９は閉、
ダンパ２７．２８．３０ニ開として運転）。外気温度の
上昇と共にファン２０とヒートポンプ３の運転を停止し
、冷房が必要ＶＣなったときにファン７だけ全駆動する
ことによって蓄熱槽２内の冷熱を循環路Ａの空気に与え
て冷房する。冷房負荷が大きく、蓄熱槽２の冷熱ではこ
れをまかなえない場合には、ファン７の駆動に加えて、
ヒートポンプ３も冷房運転する。そのさい、ダンパ２７
．２Ｂ、５０１ｉ閉、ダン″２６と２９ヲ開にして、熱
源側熱交換器５（凝縮器）と蓄熱槽６とを循環する空気
路を形成し、外気温度が低いときに予め貯えておいたこ
の蓄熱槽６の冷熱を凝縮器に与え、ヒートポンプ６の効
率を高めるようにする。このヒートポンプ３の凝縮熱は
蓄熱槽６１Ｃ温熱として溜るが、これは先述の工うにし
て、外気温度が低下したときにファン２０ヲ駆動して外
気に放熱し、冷熱を貯える。

（２）暖房期 昼間などのできるだけ外気温度が高い時間帯において、
ファン２０ｔ−駆動して蓄熱槽６にできるだけ高い温度
の温熱を貯えておく。また外気温度が高い時間帯におい
てヒートポンプ３を暖房運転して第４図の場合と同様に
蓄熱槽２に温熱を蓄熱する（熱交換器５が蒸発器、熱交
換器４が凝縮器でダンパ２６と２９は閉、ダンパ２７．
２８．３ａぼ開として運転）。外気温度が低下したらフ
ァン２０、ヒートポンプ３の運転を停止し、暖房が必要
なときにファン７だけを駆動することによって蓄熱槽２
内の温熱を循環路Ａの空気に与えて冷房する。

暖房負荷が大きくて蓄熱槽２の温熱ではこれをまかなえ
ない場合は、ファン７の駆動に加えて、ヒートポンプ３
も暖房運転する。そのさい、ダンパ２７．２８．３０を
閉、ダンパ２６と２９を開にして、熱交換器５（蒸発器
）と蓄熱槽６とを循環する空気路を形成し、外気温度が
高いときに予め貯えておいたこの蓄熱槽６の温熱を蒸発
器に与え、ヒートポンプ３の効率を高めるようにする。

この場合、蓄熱槽６には冷熱が溜るが、これは外気温度
が高くなった時をみはからってファン２０を駆動し、冷
熱を外気に放熱すると同時に温熱を貯える。

（３）冷房と暖房が一日のうちで必要な場合中間期シー
ズンや内部発熱の多い建物などにおいて、冷房と暖房が
一日のうちで必要な場合があるが、このような場合は、
ファン７の駆動によって空調ゾーン１内の排熱（温熱ま
たに冷熱）を蓄熱槽２に貯え、この排熱によって冷房ま
たげ暖房が実施できる。またヒートポンプ３を駆動する
場合にも、蓄熱槽６にその排熱（ヒートポンプの駆動に
よる温熱またげ冷熱）全貯え、これを逆運転時に熱交換
器５に供給することによって高い成績係数のもとてヒー
トポンプの運転が実施できることになる。

次に第６図の実施例について説明する。本例に、空調ゾ
ーン１と使用温度域で相変化可能な蓄熱物質全封入した
潜熱蓄熱槽２との間を該蓄熱物質と熱交換しながら空気
が循環するように形成した空気循環路Ａと、該蓄熱槽２
と空気熱源ヒートポンプ３の熱取出側熱交換器４との間
を該蓄熱物質と熱交換しながら空気も循環するように形
成した空気循環路Ｂと、該ヒートポンプの熱源側熱交換
器５に外気を送排気する熱源空気路Ｃに対して切換可能
に接続されかつ使用温度で相変化可能な蓄熱物質を封入
した潜熱蓄熱槽６Ｖｃその蓄熱物質と熱交換しながら空
気が循環するようにした空気路りと、該蓄熱槽６に外気
がその蓄熱物質と熱交換しながら循環するように形成し
た空気循環路Ｅと、前記空気循環路Ａと前記空気循環路
Ｅとを連結するためのバイパス空気路Ｆおよび／またげ
前記空気循環路Ｂと前記空気路りとを連結するためのバ
イパス空気路Ｇと、からなる冷暖房システムである。こ
の第６図において、蓄熱槽６’１ｄ６ａと６ｂの２檜が
示しであるが、これは１槽であっても、また３槽以上で
あってもよく、要は、バイパス空気路Ｆおよび／またに
Ｇを第５図の実施例に付加した関係にある。蓄熱槽６ａ
および６ｂに封入する潜熱蓄熱物質とじは第１表の中温
用潜熱蓄熱物質が好適である。またこの蓄熱槽を複数設
置する場合に、低温用あるいは中温用潜熱蓄熱物質全そ
れぞれ封入した構成にして一層効率のよいシステムに構
成することもできる。

以下にこの第６図の実施例の運転態様を説明する。

（１）冷房期 （ａ）夜間または早朝（放熱運転と蓄熱運転ン外気温度
が低下した時間帯において、ファン２０ａおよび２Ｄｂ
ｉ運転し、昼間冷房運転時に蓄熱槽６ａ、６ｂに溜った
排熱（温熱）を放出すると共に、できるだけ温度の低い
冷熱をこの蓄熱槽６ａ。

６ｂに貯える。また、ヒートポンプ３を冷房運転して蓄
熱槽２に冷熱を貯える。この放熱および蓄熱運転におい
て、図示の位置にあるダンパ３１〜３９のうち、閉じて
いるダンパげ５１．３２．３３．３４．３９であり、開
いているダンパけ３５．５６．３７．３８である。なお
、ダンパ３５を閉、ダンパ６４全開にして予備外気口４
０からヒートポンプ５に直接ガスを取入れてもよい。第
４〜５図の場合と同様に、蓄熱槽２への冷熱蓄熱運転は
ヒートポンプ３の成績係数を高い状態に維持して実施で
きる。

なお、ヒートポンプ５による冷房運転によって蓄熱槽２
の冷熱蓄熱がほぼ飽和に達してもなお余力があれば（外
気温■が低ければ）、空気路Ｂをバイパス空気路Ｇ［切
換えて（ダンパ３８．３２を閉、３９全開）、蓄熱槽６
ｂｌＣ冷熱を貯え℃おくとよい。

（ｂ）　　昼間（冷房運転） 外気温度の上昇とともにファン２０ａ、２０ｂの運転を
停止する。しばらくの間（！だ外気温度が低い朝方）は
夜間と同様にヒートポンプ５を冷房運転して蓄熱槽２お
よび／または蓄熱槽６ｂｖｃ冷熱を蓄熱するようにして
もよい。空調ゾーン１に冷房が必要となったときに、フ
ァン７を駆動し、蓄熱槽２の冷熱を循環空気路Ａの空気
に与えて冷房する。冷房負荷が小さいときはバイパス空
気路Ｆケ開いて（ダンパ５１を開）、夜間の冷気を貯え
た蓄熱槽６ａの冷熱で冷房することもできる。このよう
にして、外気温度が高い場合は、ヒートポンプ３の運転
を停止した状態で空調ゾーンの冷房が実施できる。もし
、蓄熱槽の冷熱だけで冷房負荷がまかなえない場合は、
ファン７の駆動に加えて、ヒートポンプ３も冷房運転す
る。そのさいには、熱源空気路Ｃを空気路Ｄａおよび／
またに空気路Ｄｂに切換えて、ヒートポンプ６の凝縮器
（熱交換器５）Ｋ夜間の冷気で貯えた冷熱全供給してヒ
ートポンプ６の効率金高めるようｌｃｊる。したがって
、この場合にも、外気温度が高くてもヒートポンプ３は
高い成績係数のもとて運転できることになる。

（２）暖房期 昼間の少しでも高い熱を、ファン２０ａ、　２０ｂの運
転によって蓄熱槽６ａ、　　６ｂＶＣ貯える。空調ゾー
ン１の暖房に、この蓄熱槽の温熱で十分な場合は、ファ
ン２０ａ　ｆ停止し、バイパス空気路ＦＩＣよってファ
ン７の駆動でこの温熱を空調ゾーン１に導入する（ダン
パ５１は閉）。暖房負荷が大きくなったときに、ファン
７、ファン８、ファン９の駆動と共にヒートポンプ３１
ｒ：運転する。そのきい、空気循環路Ｂを蓄熱槽６ｂを
循環させるバイパス空気路Ｇに、また熱源空気路Ｃを蓄
熱槽６ａを循環させる空気路ＤａＶｃ切換え、空気循環
路Ａｆｌ蓄熱槽６ａを循環させるバイパス空気路Ｆとす
ると、ヒートポンプ３は、先の冷房運転の場合と同様に
、熱交換器４を蒸発器、熱交換器５を凝縮器として稼動
することによって暖房が実施できる。したがってこの第
６図の実施例では、第５図に示したようなヒートポンプ
の使用が可能であり、必ずしも冷暖房切換型のヒートポ
ンプ（例えば第２図のものンを使用しなくてもすむ。

（３）冷暖房が一日のうちで必要な場合（ａ）夜間や早
朝の暖房時 夜間や早朝の外気温度が低下している時にファン２０ｂ
の駆動ＶＣより蓄熱槽６ｂの放熱運転全行ない、暖房は
蓄熱槽６ａｌＣ貯えられていた昼間のヒートポンプの排
熱をバイパス空気路ＦＶｒ−よってファン７の駆動で取
入れることニヨって行なう。

（ｂ）　　暖房負荷が大きくなった場合ヒートポンプ３
を運転し、蒸発器（熱交換器４）側の排熱（冷熱）をフ
ァン８ｖｃよって蓄熱槽２Ｖｃ貯えながら、凝縮器（熱
交換器５）の温熱を空気路Ｄａを経てファン９によって
送り、この温熱全バイパス空気路Ｆを経てファン７によ
って空調ゾーンに送って暖房する。

（ｃ）昼間の冷房運転（冷房負荷が小さいとき）前記（
ｂ）のヒートポンプの運転Ｖ？−より蓄熱槽２に貯めた
冷熱をファン７の駆動だけで空気循環路へによって空調
ゾーン１を冷房する。なお、ファン９．２０ａ、　　２
０ｂ（ｉ７運転して昼間の温度の高い外気を蓄熱槽６ａ
、６ｂに温熱として貯え、先の暖房に備えておく。

（ｄ）　　昼間の冷房運転（冷房負荷が太きいとき）蓄
熱槽２の冷熱だけでは冷房負荷がまかなえない場合に、
ヒートポンプ６を運転し、その蒸発器４の冷熱を蓄熱槽
２を介して空調ゾーン１に送り込む。また凝縮器５の温
熱に蓄熱槽６ａおよび／または蓄熱槽６ｂｌ／Ｃ貯える
。

以上のようにして本発明によると、空気を熱源とするヒ
ートポンプによる冷暖房において、空気の循環路を切換
えるだけで冷房１７１１低温の熱源空気を、また暖房に
は高温の熱源空気を、外部熱源機器を用いることなく、
供給可能となり、ヒートポンプの小型と成績係数の向上
が省設備的に達成され、また空調負荷がピークに達する
ような時間帯にあってもその電力消費量はわずかで済む
ことになるなど、近時の省エネルギ、−冷暖房要請に対
して大きな貢献ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で用いる潜熱蓄熱槽の１例を示す略断面
図、第２図は本発明で用いるヒートポンプの１例を示す
回路図、第３図に同じくヒートポンプの他の例を示す回
路図、第４図は本発明の１実施例を示す機器配置系統図
、第５図は同じく他の実施例を示す機器配置系統図、第
６図は同じく他の実施例を示す機器配置系統図である。 １・・・空調ゾーン、２・・・潜熱蓄熱槽（低温用）、
３・・・ヒートポンプ、４・・・熱取出側熱交換器、５
・・・熱源側熱交換器、６・・・潜熱蓄熱槽（中温用）
７．８．９・・・ファン、 第１図 第２１１！Ｉｌ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）空調ゾーン１と使用温度域で相変化可能な蓄熱物
   質を封入した潜熱蓄熱槽２との間を該蓄熱物質と熱交換
   しながら空気が循環するように形成した空気循環路Ａと
   、該蓄熱槽２と空気熱源ヒートポンプ５の熱取出側熱交
   換器４との間を該蓄熱物質と熱交換しながら空気が循環
   するように形成した空気循環路Ｂと、からなる冷暖房シ
   ステム。
2. （２）空調シー７１と使用温度域で相変化可能な蓄熱物
   質を封入した潜熱蓄熱槽２との間を該蓄熱物質と熱交換
   しながら空気が循環するように形成した空気循環路Ａと
   、該蓄熱槽２と空気熱源ヒートポンプ３の熱取出側熱交
   換器４との間を該蓄熱物質と熱交換しながら空気が循環
   するように形成した空気循環路Ｂと、該ヒートポンプの
   熱源側熱交換器５に外気を送排気する熱源空気路Ｃに対
   して切換可能に接続されかつ使用温度で相変化可能な蓄
   熱物質を封入した潜熱蓄熱槽６ＶＣその蓄熱物質と熱交
   換しながら空気が循環するようにした空気路りと、該蓄
   熱槽６に外気がその蓄熱物質と熱交換しながら循環する
   ように形成した空気循環路Ｅと、からなる冷暖房システ
   ム。
3. （３）空調シー／１と使用温度域で相変化可能な蓄熱物
   質を封入した潜熱蓄熱槽２との間を該蓄熱物質と熱交換
   しながら空気が循環するように形成した空気循環路Ａと
   、該蓄熱槽２と空気熱源ヒートポンプ３の熱取出側熱交
   換器４との間を該蓄熱物質と熱交換しながら空気が循環
   するように形成した空気循環路Ｂと、該ヒートポンプの
   熱源側熱交換器５に外気を送排気する熱源空気路Ｃｖｃ
   対して切換可能に接続されかつ使用温度で相変化可能な
   蓄熱物質を封入した潜熱蓄熱槽６にその蓄熱物質と熱交
   換しながら空気が循環するようにした空気路りと、該蓄
   熱槽６Ｖｃ外気がその蓄熱物質と熱交換しながら循環す
   るように形成した空気循環路Ｅと、前記空気循環路Ａと
   前記空気楯−環路−Ｅ−亡−そ連結するためのバイパス
   空気路Ｆおよび／または前記空気循環路Ｂと前記空気路
   りとを連結するためのバイパス空気路Ｇと、からなる冷
   暖房システム。