JPS601543B2

JPS601543B2 - 蓄熱式冷房装置

Info

Publication number: JPS601543B2
Application number: JP52097406A
Authority: JP
Inventors: 克己鉾谷; 直昭西村
Original assignee: Daikin Kogyo Co Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1977-08-12
Filing date: 1977-08-12
Publication date: 1985-01-16
Also published as: JPS5431948A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、冷房装置に蓄熱器を附設し、電力需要のピー
ク時に電力消費量の大なる圧縮器を停止し、予めピーク
時外に蓄熱器に蓋熱した冷熱のみで冷房を行い、夏季昼
間における冷房装置による電力消費のピークをカットし
て、電力事情を好転させる蓄熱式冷房装置を提供せんと
するものである。

近年、家庭用の冷房装置の普及率は約３０％にも達し、
電力消費のうち冷房装置の占める割合は非常に大なるも
のとなってきた。

しかも冷房装置は、冷蔵庫、テレビなどの如く、季節を
問わず比較的長時間通電されてベースロードとなってい
る他の家庭用電気機器とは異り、その電力消費は夏季の
昼間に集中してピークロードとなるものである。このた
め、電力会社はこのピークロードを処理するため大容量
の発電設備を建設する必要に迫られているが、その大部
分を占める発電所は、公害発生などの対策に莫大な費用
を要するため仲々建設が進まず、またたとえ建設できた
としても、ピ−クロードが増加すると発電所の稼動率（
負荷率）が低下して効率が悪くなるものである。

そこで、電力消費のピ−クをカットして昼と夜および季
節的な電力需要の変動中を小さくするために、電力消費
がピークとなる時間帯は最少限の動力で冷房を行いうる
もの−すなわち何らかの蓄熱機構を冷房装置に附設し、
電力消費がピークとなる時間帯は、蓄熱機構に蓄熱され
た媒体によって冷房を可能にする蓄熱式冷房装置の開発
が望まれていたが、未だ実用化されるまでに至ってし、
なかつた。本発明は、かかる要求に基づいてなされた蓄
熱式冷房装置であり、通常の冷房サイクル装置に同一冷
煤系統で蓄熱器を附設して、通常の冷房運転あるいは蓋
熱運転を可能とし、さらに別の袷煤系統で同じ蒸発器、
蓄熱器を使用し、この間のみを循環させて、圧縮機を駆
動せずに蓄熱のみで冷房を可能とした装置に関し「以下
第１図乃至第５図に示す実施例に基づいて本発明装置を
説明する。

第１図および第２図は蓄熱式冷房装置であり、該装置は
室外ユニットと室内ユニットとより構成される分離形冷
房装置である。第１図において、１は室外ユニットであ
り、そのケーシング内には圧縮機２、凝縮器３、ファン
４、ファン用モータ５などを内蔵している。一方第２図
において、６は床贋形の室内ユニットであり、そのケー
シング内に減圧機構７、蒸発器８、蓄熱器９、ファン１
０、ファン用モータ１１などを内蔵しており、蓄熱器９
は蒸発器８よりも上方位置のケーシング内上部に酉己設
される。かく如き室外ュニットーと室内ユニット６とを
、第３図図示の如くそれぞれのユニット１，６に内蔵さ
れる圧縮機２、凝縮器３、減圧機構としての膨脹弁７、
電磁弁１２および蒸発器８を配管で順次接続して通常の
冷房サイクルを形成し、電磁弁１２は冷房サイクル稼動
中は開くように構成する。

また、前記膨脹弁７と電磁弁１２との間から分岐して前
記蒸発器８に並列して電磁弁１３を介し蓄熱器９を接続
し、前記圧縮器２、凝縮器３、膨脹弁７の配管に電磁弁
１３、蓄熱器９および逆止弁１６を順次接続し、前記蒸
発器８から戻り配管に接続して蓄熱サイクルを形成し、
電磁弁１３は蓄熱サイクル稼動中は開くように構成する
。

そして冷房サイクルおよび蓄熱サイクルの冷煤系内には
、フロン冷煤例えばＲ−２２が所定量充填される。さら
に、前記蒸発器８の冷房サイクルの冷煤系統に使用する
伝熱管８ａとは別の伝熱管８ｂと、前記蓄熱器９の蓄熱
サイクルの冷媒系統に使用する伝熱管９ａとは別の伝熱
管９ｂとを電磁弁１４を介して直列に接続して循環回路
とし、蓄熱冷房サイクルを形成し、電磁弁１４は蓄熱冷
房サイクル稼動中は開くように構成する。

そして蓄熱冷房サイクルの袷煤系内には前記冷房サイク
ルおよび蓄熱サイクルの冷嫌系内の冷媒と同一のフロン
冷０煤Ｒ−２２または他のフロン冷媒が所定量充填され
る。そして、蒸発器８はクロスフィン式熱交換器に形成
し、蒸発器８の冷房サイクルの冷媒系統に使用する伝熱
管８ａと、蓄熱冷房サイクルの冷煤系タ統に使用する伝
熱管８ｂと共通フィン（図示せず）を熱交換可能に挿設
する。

なお、蓄熱器９もクロスフィン式熱交換器に形成しても
良く、このときは蓄熱器９の蓄熱サイクルの冷煤系統に
使用する伝熱管９ａと、蓄熱冷房サイクルの冷煤系統に
使用する伝熱管９ｂとに共通フィン（図示せず）を熱交
換可能に挿設するものである。

そして蓄熱器９の蓄熱剤としては、水または融点約５℃
以上の蓄熱剤、例えばテトラデカンおよびその異性体で
ある炭素数１４のメタン列炭化水素が使用される。つぎ
に、斯く構成した本装置の作動について、通常冷房運転
、蓄熱運転、ピークカット時の冷房運転に分けて第３図
について説明する。

まず、冷房サイクルによる通常冷房運転は、圧縮器２
、凝縮器３のファンモータ５、蒸発器８のファンモータ
１１を駆動し、電磁弁１２を開くと、圧縮機２より吐出
された冷媒は凝縮器３で凝縮し、膨脹弁７および電磁弁
１２を経て蒸発器８で蒸発し、室内空気を冷却し、圧縮
機２に戻る。なおこのサイクル時には電磁弁１３および
電磁弁１４を閉じ、蓄熱サイクルおよび蓄熱冷房サイク
ルの冷煤系統には袷煤は流通させない。つぎに、蓄熱サ
イクルによる蓄熱運転は、前記冷房サイクルと同様に圧
縮器２より吐出された冷媒は蓄熱器９に至り、該器９内
に収納した蓄熱剤を冷却凝固させて、自らは蒸発し、圧
縮機２に戻る。

このとき電磁弁１２および電磁弁１４は閉じ、冷房サイ
クルおよび篭熱冷房サイクルの冷煤系統には冷煤は流通
させない。ざらに蓄熱冷房サイクルによる消費電力ピー
クカット時の運転は、圧縮機２および凝縮器３のファン
モータ５を停止し、電磁弁１２，１３を閉じ、蒸発器８
のファンモータ１１を駆動するとともに電磁弁１４を開
放すると室内空気と熱交換して蒸発した冷媒ガスは上昇
して蒸発器８より上方に配置された蓄熱器９に至り、冷
却された蓄熱剤と熱交換して自らは凝縮して液冷媒とな
り、自重で下降して再び蒸発器８に戻る。

このサイクルを繰返し自然循環の蓄熱冷房サイクル運転
となる。Ｚ従って電力はファンモータ５のみの消費とな
り、殆ど電力を消費せずに蓄冷による冷房が可能となる
。以上実施例では、室内ユニット６内の蓄熱器９を蒸発
器８より上方に配置して、蓄熱冷房サイクル時冷媒の自
重による自然循環で行うものについて説明したが、室内
ュュニット６内で蓄熱器９と蒸発器８とを上下関係に配
置できないときや、両者を接続する冷煤配管の抵抗によ
り冷煤の自重による自然循環が困難なときには、蓄熱冷
房サイクル中にポンプ１９を介設し、冷煤を前記ポンプ
１５で強制循環させても良いことは云うまでもない。

つぎに、他の実施例として第４図図示の蓄熱式冷房装置
について説明する。

該装置は、室外、室内ユニット１，６に内蔵される圧縮
機２、凝縮器３、膨脹弁７、蒸発器８および蓄熱器９を
これらの順に直列に接続して前記第３図図示装置の冷房
サイクルおよび蓄熱サイクルを直列に構成したもので、
上言己以外は第３図図示の装置とほぼ同一である。

なおこの装置の蓄熱剤としては前記テトラデカンが使用
される。第４図図示の装置の作動について、通常冷房運
転，蓄熱運転，ピークカット時の冷房運転に分けて説明
する。まず、通常冷房運転は、圧縮機２、凝縮器３、の
ファンモータ５および蒸発器８のファンモーター１をそ
れぞれ運転し、圧縮機２より吐出される冷煤は凝縮器３
で凝縮し、膨脹弁７を経て蒸発器８で室内空気と熱交換
して自らは蒸発し、蓄熱器９を通って圧縮機２に戻る。

蓄熱運転は蒸発器８のファン用モータ１１を停止し、冷
煤と室内空気とは殆んど熱交換を行なわないようにして
、冷媒と蓄熱器９内の蓄熱剤との闇で熱交換が行なわれ
るようにする。つぎにピークカット時の蓄熱冷房運転は
、圧縮機２および凝縮器３のファン用モータ５を停止し
、蒸発器８のファン用モータ１１を駆動し電磁弁１４を
開く、蓄熱器９が蒸発器８の上方に配置する装置では自
然循環で、また蓄熱器９、蒸発器８とが上下関係を有し
ない装置ではポンプ１５による強制循環で、蓄熱器９内
の冷却された蓄熱剤で蓄熱冷房サイクルの伝熱管９ｂに
より該サイクル内の冷煤が冷却凝縮し、この冷嬢が蒸発
器８の伝熱管８ｂ内を流通し、室内空気を冷却し再び蓄
熱器９に戻る蓄熱冷房サイクルを繰返す。

さらに、他の実施例としての第５図図示の蓄熱式冷房装
置は、第４図図示の装置と冷媒流通方向に対して蒸発器
８と蓄熱器９との接続の前後を逆にしただけのもので、
その作用は前記第４図図示の装置とほぼ同一であるので
、詳細な説明は省略する。

本発明蓄熱式冷房装置は叙上の如き構成、作用を有する
もので、つぎの如き秀れた効果を有する。

先ず、本発明装置は、冷房装置に冷煤系統を同一にした
姿熱器を附設し、電力需要のピーク時に電力消費量の大
なる圧縮機を停止して予めピーク時外に蓄熱器に蓄熟し
た冷熱のみでの冷房を可能としたものであるから、夏季
昼間の電力消費がピークとなる時間帯における電力消費
をきわめて少くできるので、電力消費のピークをカット
して電力需要の変動中を小さくすることにきわめて大な
る効果を奏するものである。また、蒸発器８と蓄熱器９
とは、冷房サイクルおよび蓄熱サイクルに使用される伝
熱管８ａおよびｇａとは別個の冷煤系統に使用される伝
熱管８ｂおよび９ｂとにより蓄熱冷房サイクルを形成、
すなわち二つの冷媒系統としているので、蒸発器夕８と
蓄熱器９とを同一の伝熱管で冷媒系統を一つとし冷房サ
イクル、蓄熱サイクルおよび蓄熱冷房サイクルを行える
ようにした場合には、蓄熱冷房サイクルを自然循環式と
すると、袷媒の流速が非常に遅いので、このサイクル中
には多量の冷煤を０必要とする。

従って蓄熱冷房サイクルから通常の冷房サイクルに切換
えた時、蒸発器８には多量の液冷媒が貯溜されているの
で、この液冷媒が圧縮機２に戻り液圧縮が起りやすい。
さらに、蒸発器８に分流器などを付設した場合には、蓄
熱冷房サイクルでは配管抵抗が大いので、冷煤を十分流
通できず、冷房能力は発揮できない。

従って、冷煤系統を一つにしたときは分流器などが付設
できないことになり、この時は冷房サイクル時蒸発器８
での偏流が起りやすくなる欠点がある。本発明は前記の
如く冷嬢系統を別個にすることによりこれらの欠点をす
べて解消することができたものである。

また、蒸発器８と蓄熱器９との圧縮機２、凝縮器３に対
して並列に接続して、冷房サイクルと蓄熱サイクルとを
並列とした装置では、冷房サイクルと蓄熱サイクルとを
切換えて冷房または蓄熱の何れか一方の運転を行うこと
ができるので冷房または蓄熱の蒸発温度を自由に選ぶこ
とができ、蓄熱は深夜電力など冷房不要時の電力が利用
でき、また蓄熱剤としては特に制約がなく、水またはテ
トラデカンなど融点に関係なく選択範囲が広い。つぎに
、蒸発器８と蓄熱器９とを圧縮機２、凝縮器３に対して
直列に後続した装置では、蒸発温度を自由に選ぶことが
できないので、蓄熱剤としては融点約５℃以上例えばテ
トラデカンなどの凍結しないものを使用すれば良い。こ
の装置は蒸発器８と蓄熱器９とが直列に接続されている
ので、蒸発器８で冷房を行いながら、余力があるときは
同時に蓄熱を行うことが出来る利点を有する。さらに蓄
熱冷房サイクルにおける叢熱器９を蒸発器８より上方位
置に配設させた装置は、蓄熱冷房サイクル運転時は蒸発
器８のファン用モ−夕５のみを駆動し、冷煤を自然循環
させ得るので電力を殆んど使用しないで冷房を行うこと
ができ、また蓄熱器９と蒸発器８とを上下関係に配置で
きない装置でも電力消費が圧縮機２に較べて極めて少し
、ポンプ１５により冷煤を強制循環させて蓄熱冷房サイ
クルによる冷房を行うことができる。また、蒸発器８お
よび蓄熱器９をクロスフィン式熱交換器に形成し、蓄熱
サイクルまたは冷房サイクルと蓄熱サイクルのそれぞれ
の配管系の伝熱管に共通フィンを使用すると、蒸発器３
および蓄熱器９の熱伝達率は、冷房サイクル、蓄熱サィ
ク０ルおよび蓄熱冷房サイクルの各運転時によって大き
く変動することがなく熱交換効率の安定がはかられ、か
つ前記いずれのサイクルにおいても高い伝熱効率を得ら
れるものである。以上の如く本発明は種々の秀れた効果
を発揮し５実用的価値のきわめて大なる蓄熱式冷房装置
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一例に係る分離形蓄熱式冷房装置の室
外ユニットの平面図、第２図は同装置の０室内ユニット
の側面図、第３図は第１図および第２図装置の装置配管
回路図、第４図は他の実施例に係る装置配管回路図、第
５図はさらに他の実施例に係る装置配管回路図である。１・・・室外ユニット、２・・・圧縮機、３・・・凝縮
器、５４・・・ファン、５・・・ファン用モータ、６・
・・室内ユニット、７・・・減圧機構、８・・・蒸発器
、８ａ・・・伝熱管、８ｂ・・・伝熱管、９・・・蓄熱
器、９ａ・・・伝熱管、９ｂ・・・伝熱管、１０…ファ
ン、１１・・・ファン用モー夕、１２・・・電磁弁、１
３・・・電磁弁、１４・・・電磁０弁、１５・・・ポン
プ、１６・・・逆止弁。茅「図髪２図受３図髪ム図髪づ図

Claims

【特許請求の範囲】１圧縮機２、凝縮器３、減圧機構７および蒸発器８よ
りなる冷房サイクルと、前記圧縮機２、凝縮器３、減圧
機構７および蓄熱器９よりなる蓄熱サイクルと、前記蒸
発器８と前記蓄熱器９とよりなる前記二つのサイクルと
は別個の冷媒系統とした蓄熱冷房サイクルとよりなり、
電力需要のピーク時外に圧縮機２を稼動して前記冷房サ
イクルあるいは前記蓄熱サイクルにより冷房あるいは蓄
熱器９に冷熱を蓄熱し、電力需要のピーク時に圧縮機２
を停止し、前記蓄熱冷房サイクルによる冷房を可能とし
たことを特徴とする蓄熱式冷房装置。２前記蒸発器８と前記蓄熱器９とを圧縮機２および凝
縮器３に対して並列に接続したことを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の蓄熱式冷房装置。３前記蒸発器８と前記蓄熱器９とを圧縮機２および凝
縮器３に対して直列に接続したことを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の蓄熱式冷房装置。４前記蓄熱冷房サイクルにおける蓄熱器９を蒸発器８
より上方位置に設置し、蓄熱冷房サイクル中の冷媒を自
然循環させることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の蓄熱式冷房装置。５前記蓄熱冷房サイクル中にポンプ１５を介設し、蓄
熱冷房サイクル中に冷媒を、前記ポンプ１５により強制
循環させることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の蓄熱式冷房装置。６前記蒸発器８および蓄熱器９をクロスフイン式熱交
換器に形成し、該蒸発器８、蓄熱器９中の蓄熱サイクル
あるいは冷房サイクルと蓄熱冷房サイクルのそれぞげの
配管系の伝熱管を共通フインとしたことを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の蓄熱式冷房装置。