JPS5843732Y2 - 蓄熱式空気調和機 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、強制循環冷媒回路と自然循環冷媒回路との２
系統の冷媒回路に蓄熱機構を有し、夏季電力使用のピー
ク時に蓄熱機構を使用する自然循環冷媒回路により、ピ
ークカット機能を発揮し得る蓄熱式空気調和機に係り、
特に、自然循環冷媒回路に設けた圧力検出器により、蓄
熱の完了を検知して圧縮機を停止するとともに、蓄熱が
放冷されない限り、再蓄熱が行われないように制御する
ことにより、省エネルギーをはかるべく威したことを特
徴とするものである。

冷房時期において給電々力に余裕があり、かつ冷房能力
にも余裕がある時間帯に蓄熱槽を利用して冷熱を備蓄し
ておき、これをピークカットが必要な時間帯に放冷せし
めることによって、電力負荷の軽減をはかろうとする試
みは、既に実用段階に入っているところである。

しかし乍ら、通常冷房、蓄熱、蓄熱の放出による放冷の
各運転を選択作動する手段は、極めて複雑な制御回路を
有することから、ビル冷房、工場冷房などの大容量冷房
システムでなければ実用に適さなく、家庭用ルームエヤ
コンなどの小容量形では簡単な制御機構が未だもって確
立されていないために、コスト高ならびに取扱い上の面
倒な点から実用化に至っていないのが現状である。

このような実情に対処して、本考案は簡単かつ安価な装
置でありながら、蓄冷熱運転のための制御が容易に行え
かつ電力使用の合理化をはかる如き新規な蓄熱式空気調
和機を提供するに至ったものであり、以下添付図面の実
施例にもとづいて、本考案の具体的態様につき詳細に説
明する。

第１図は本考案空気調和機の装置回路図であって、室内
ユニット１．蓄熱槽ユニット２．室外二二ツト３の３ユ
ニツトから構成される。

室内ユニット１は室内側コイル４と室内ファン５とをケ
ーシング内に収納しており、一方、蓄熱槽ユニット２は
蓄熱材７が収容された槽内に蓄熱コイル６を配設してい
る。

また、室外ユニット３は圧縮機８．室外側コイル９およ
び室外ファン１０をケーシング内に収納している。

前記蓄熱材７としては水等の融解潜熱を持つ熱媒体が一
般に使用される。

しかして室内ユニット１の室内側コイル４と蓄熱コイル
６とは、何れも２系の伝熱管路４−、．４−２および６
−１，６−２を備えている。

そして、蓄熱槽ユニット２を室内ユニット１よりも高所
に設置せしめている。

冷房を必要とする個所に配設した室内ユニット１の室内
側コイル４は、液管およびガス管を夫々介して蓄熱槽ユ
ニット２と室外ユニット３とに連絡させているが、蓄熱
コイル６の一方の伝熱管路６−１（以下第１蓄熱伝熱管
６−０と称す）と室内側コイル４の一方の伝熱管路４−
１（以下第１室内伝熱管４−１と称す）とを室外ユニッ
ト３に対して、受液器１１．膨張弁１３が介された液管
１８とアキュムレータ１２が介されたガス管１９を介し
て循環的な並列に接続し、両転熱管６−、．４−、を蒸
発器として作用し得る強制循環冷媒回路に形成している
。

なお、前記両転熱管６−１，４ ｓは並列接続するに
際して、液管１８側で３方切換弁２０を介した接続形態
をとらせており、冷媒を第１蓄熱伝熱管６−１若しくは
第１室内伝熱管４−１に切り換って流通し得るようにし
ている。

但し、三方切換弁２０はこれに替えて全開と全閉の切換
えならびに全開・全開の間で無段階的に分流量を制御し
得る制御弁を用いても勿論差支えない これに対して、蓄熱コイル６の他方の伝熱管路６−２（
以下第２蓄熱伝熱管６−２と称す）と、室内側コイル４
の他方の伝熱管路４−２（以下第２室内伝熱管４−２と
称す）とを液管２４およびガス管２５によって循環的に
接続し、第２蓄熱伝熱管６−２を凝縮器、第２室内伝熱
管４−２を蒸発器として夫々作用し得る自然循環冷媒回
路に形成している。

なお、２１および２３は液管２４中に介設した制御弁お
よび液溜め器である。

このように、夫々が独立した循環系の自然循環冷媒回路
と強制循環冷媒回路とを備えた空気調和機は、さらに前
記自然循環冷媒回路の、例えばガス管２５に圧力検出器
２２を配設しており、該圧力検出器２２によって系統内
の圧力を検知し、制御指令を出し得るようになっている
。

この圧力検出器２２は、デファレンシャルが存する２種
の設定圧力例えば３．０ｋｇ／ｃｍ２・Ｇと４．３ｋｇ
／ｃｍ２・Ｇの両値で異る電気信号を発するようなスイ
ッチ機構を有していて、圧力上昇過程で４．３ｋｇ／ｃ
ｍ２・Ｇに達するとスイッチがＯＮ作動に転じ、圧力降
下過程で３．０ ｋｇ／ｃｍ２・Ｇに達するとスイッチ
がＯＦＦ作動に転じる如くなっている。

斜上の構成になる空気調和機の各種運転について次に説
明する。

（イ）通常冷房運転： 三方切換弁２０をポー）Ａ、Ｃ間が連通ずるようセット
し、制御弁２１は閉止して、圧縮機８を付勢すると、強
制循環冷媒回路内の冷媒は第１図において実線矢示の流
通となり、室内側コイル４では低圧冷媒の蒸発潜熱によ
って冷房運転が行われる。

この冷房運転は夏季のピーク電力負荷が発生する時間帯
を避けて行われる。

（ロ）蓄冷運転： 冷房運転停止時、例えば冷房の必要がなし）深夜あるい
は冷房用サーモが作動した室温低下時に行われる。

制御弁２１は閉止のま・で、手動操作または前記冷房用
サーモによる自動操作で三方切換弁２０をポー）Ａ、Ｂ
間が連通ずるよう切換える。

かくして、強制循環冷媒回路内の冷媒は第１図において
破線矢示の流通となり、蓄熱槽ユニット２では第１蓄熱
伝熱管６−１内低圧冷媒の蒸発潜熱により蓄熱材７が冷
却されて蓄熱が威される。

蓄熱材７が水の場合は、これを氷の状態となして蓄熱す
る。

（ハ）放冷運転（ピークカット運転）： 電力負荷がピーク状態のとき、例えば夏季の午後１時か
ら３時の間では、電力消費量の大きい圧縮機８を停止し
、制御弁２１を開放して自然循環冷媒回路による冷房運
転を行わせるものであって、蓄熱材７に備蓄された冷熱
を、白抜矢示方向に流動する冷媒の自然循環によって第
２室内伝熱管４２に熱移動させ、冷房が行われる。

以上述べた３種の運転を行う空気調和機においては、強
制循環冷媒系と自然循環冷媒系とをそれぞれが別系統と
なるように回路構成しているが、これは自然循環冷媒系
による冷房の場合が強制循環冷媒系による冷房の場合に
比べて循環量を２〜３倍程度必要とし、必要冷媒量の差
が大きく異っているので、両系統を共通化するには冷媒
量調整器等の附帯設備が要るし、制御が容易でない等、
実用上の問題を避けることができないところに所以して
いる。

そこで、両系統を互いに独立した別系となし、夫々に最
適な冷媒量を充填する方式を採用している。

また、かく別系統としたことによって、夫々の系統に適
正な冷媒を種類別に使用し得る利点もある。

次に、前（ハ）項で明示したピークカット運転の場合に
ついては、冷媒充填量によってその性能が判然とした影
響を受けるものであって、過剰のときは蓄熱槽ユニット
２の蓄熱槽内に余剰冷媒が滞溜して、槽下部の蓄熱分が
有効に取出されないし、一方、不足のときは自然循環が
行われず十分な冷房能力が得られない。

また、適正冷媒充填量は室内温度条件によっても変化し
、室温が高くなると必要冷媒量が増加するものであり、
この充填量に余裕を持たせ、何れの条件でも１００％性
能を発揮し得るようにするためには、第１国々示位置に
液溜容器２３を設けることが好ましい。

しかして本考案空気調和機は、（イ）〜（ハ）の各運転
を行わせる回路において、前記した如く自然循環冷媒系
には、冷媒圧力を検出し得る圧力検出器２２が設けられ
ているところに特徴が存していて、この圧力検知器２２
により蓄冷運転の制御を自動的かつ円滑に行い得るよう
にしている。

即ち、蓄熱材として水を使用した場合につき制御態様を
詳述すると、第２図に運転状態を図示する如く、蓄冷運
転中は自然循環系圧力が徐々に降下し、この降下過程で
水が全量氷結して蓄熱が有効に威されると、３ｋｇ／ｃ
ｍ２・Ｇの圧力を前記圧力検出器２２が検出し、その出
力接点をＯＦＦさせる結果、強制循環冷媒回路の圧縮機
８は停止し、蓄冷運転は停止せしめられる。

しかして、電力負荷がピーク時であってもまたピーク時
でなくても室温が設定温度以下であれば、ピークカット
運転の必要がなく、制御弁２１が閉じ、自然循環冷媒系
内圧力は常に４ ｋｇ／Ｃｍ２・Ｇを示すため、高冷完
了は保持される。

電力負荷ピーク時に冷房を要する時は、圧縮機は停止し
制御弁２１が開き自然循環冷媒系によるピークカット運
転がＯＮ状態となり、その後、１〜２分経過すると、前
記自然循環系内圧力は４．６ｋｇ／ｃｍ２・Ｇ程度に上
昇する。

従って圧力検出器２２の高段側設定値が４ 、３ ｋｇ
／Ｃｍ２・Ｇである故、圧力検出器２２がＯＮ指令とな
り、蓄冷運転指令時、蓄冷運転が行える状態になる。

強制循環回路の低圧側に圧力検出器を介設し蓄冷運転制
御する時は、第２図に示す如く圧力検出器２２の低段側
設定値（蓄冷完了圧力）は２ ｋｇ／ｃｍ２・Ｇとなり
、蓄冷運転停止時、自然循環系と相異し、強制循環系の
低圧圧力は、（１）冷房運転時は５ｋｇ／ｃｍ２− Ｇ
程度、（２）冷房運転ＯＦＦ時は９ ｋｇ／Ｃｍ”Ｇ程
度（系内飽和圧力）迄蓄冷の有無に無関係に大きく変化
するため圧力検出器２２の高段側（蓄冷運転復帰）圧力
で検出する事が不可となる。

一方、自然循環系に圧力検出器２２を設置すると、蓄冷
運転完了後、即ち蓄冷中は強制循環系の運転状態の如何
にか・わらず、常に４ ｋｇ／ｃｍ２・Ｇを保持し放熱
を開始するときはじめて４．６ｋｇ／ｃｍ２・Ｇに変化
する。

即ち自然循環系は強制循環系とは全く別系統であり、自
然循環系内圧力は蓄熱槽内温度に支配されるものである
。

従って、自然循環系に圧力検出器２２を設置することに
より、この圧力検出器２２のみにより蓄冷完了検知、完
了保持および蓄冷運転復帰が可能となり、円滑な運転切
換えが果されて乱調を来す如き不都合は生じない。

本考案は、以上の説明によって明らかにしたように、水
等の融解潜熱を持つ蓄熱材７が収容されてなる槽内に２
系の伝熱管路６−、．６−、、を配設した蓄熱槽ユニッ
ト２を、２系の伝熱管路４−１，４−２を持つ室内側コ
イル４に比し高レベルに設置して、蓄熱槽ユニット２の
一方の伝熱管路６−１と室内側コイル４の一方の伝熱管
路４−１とを、圧縮機８および室外側コイル９が設けら
れた室外ユニット３に対し選択連通が可能な並列的に接
続することにより、前記両伝熱管路４ ＋、６ ｔ
を蒸発器に作用し得る強制循環冷媒回路に形成する一方
、蓄熱槽ユニット２の他方の伝熱管路６−２と室内側コ
イル４の他方の伝熱管路４−２とを液管およびガス管に
よって循環的に接続することにより、前記強制循環冷媒
回路とは別の自然循環冷媒回路に形成して、強制循環冷
媒回路による通常冷房運転および蓄冷運転、自然循環冷
媒回路による放冷運転を選択的に行い得る如くなし、さ
らに、デファレンシャルが存する２種の設定圧力で夫々
作動する圧力検出器２２を前記自然循環冷媒回路に設け
て、自然循環系内圧力が降下する過程で低段設定圧力に
達すると蓄冷運転を停止し、上昇する過程で高段設定圧
力に達すると蓄冷運転を開始させるようにした構成を特
徴としており、供給電力に余裕のある時間帯および冷房
サーモＯＦＦ時での蓄冷完了時の自動停止とその後の完
了保持および蓄冷熱利用によるピークカット運転時の冷
房制御が唯一の圧力検出器２２によって簡単に行え、し
かも擾乱を来さない的確な制御運転が可能である。

このように、安価な装置である圧力検出器２２のみによ
って運転制御が行えるので、装置コストは低置におさま
り、かつ取扱上の利便さに優れている経済的効果は見る
べきものであり、この種の空気調和機の運転制御分野で
は未だに実用化が果されず未確立であった懸案を一挙に
解決し得るに至った本考案は斯界に貢献する処正に多大
であり、実用価値に富む蓄熱式空気調和機である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案空気調和機の１例に係る装置回路図、第
２図は同空気調和機の運転状態を示す図表である。 ２・・・・・・蓄熱槽ユニット、３・・・・・・室外ユ
ニット、４・・・・・・室内側コイル、４−、．４−２
・・・・・・伝熱管路、６１．６２・・・・・・伝熱管
路、７・・・・・・蓄熱材、８・・・・・・圧縮機、９
・・・・・・室外側コイル、２２・・・・・・圧力検出
器。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 水等の融解潜熱を持つ蓄熱材７が収容されてなる槽内に
   ２系の伝熱管路６−、．６−２を配設した蓄熱槽ユニッ
   ト２を、２系の伝熱管路４ １．４ ２を持つ室内側コ
   イル４に比し高レベルに設置して、蓄熱槽ユニット２の
   一方の伝熱管路６−１と室内側コイル４の一方の伝熱管
   路４−１とを、圧縮機８および室外側コイル９が設けら
   れた室外ユニット３に対し選択連通が可能な並列的に接
   続することにより、前記両伝熱管路４ ｔ、６−１を
   蒸発器に作用し得る強制循環冷媒回路に形成する一方、
   蓄熱槽ユニット２の他方の伝熱管路６−２と室内側コイ
   ル４の他方の伝熱管路４−２とを液管およびガス管によ
   って循環的に接続することにより、前記強制循環冷媒回
   路とは別の自然循環冷媒回路に形成して、強制循環冷媒
   回路による通常冷房運転および蓄冷運転、自然循環冷媒
   回路による放冷運転を選択的に行い得る如くなした蓄熱
   式空気調和機において、デファレンシャルが存する２種
   の設定圧力で夫々作動する圧力検出器２２を前記自然循
   環冷媒回路に設けて、自然循環系内圧力が降下する過程
   で低段設定圧力に達すると蓄冷運転を停止し、上昇する
   過程で高段設定圧力に達すると蓄冷運転を開始せしめる
   如くしたことを特徴とする蓄熱式％式％