JPS6387563A - 蓄熱式冷暖房装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、蓄熱式冷暖房装置に係わり、特に潜熱及び顕
熱を用いて冷暖房の負荷平準化を可能とし、冷房時のピ
ークロードの軽減や暖房立上がり時の能力向上をはかる
ようにした蓄熱式冷暖房装置に関する。

（従来の技術） 従来の負荷平準化の方法としては、夜間の蓄熱時にはヒ
ートポンプを用いて蓄熱し、昼間時には水又は熱媒体を
ポンプを用いて循環させて冷暖房運転を行うことにより
、昼間時の消費電力を軽減する方法がある。

第４図は、この種の従来装置の冷凍サイクル図を示す。

圧縮機１１．四方弁１２．室内熱交換器１３．室外熱交
換器１４．蓄熱熱交換器１５．膨脹弁１６及びポンプ１
９等から構成されている。

そして、下記第１表に示す如きサイクル制御により運転
される。

第１表 冷房時は、圧縮機１１を停止し、ポンプ１９により蓄熱
熱交換器１５の蓄熱槽１５ａの中に蓄えられている低温
の蓄熱材を循環させ、室内熱交換器１３で空気等の負荷
を冷却したのち蓄熱槽１５ａに戻す。ポンプ１９の入力
は、圧縮機１１の１／ｌＯ程度であるので、ヒートポン
プで冷房を行うよりも省電力である。

暖房運転では、冷房と同様に、蓄熱槽１５ａ内の蓄熱材
を室内熱交換器１３にポンプ１９で循環させる。従って
、ヒートポンプの場合のような除霜中の暖房能力の低下
等の問題が生じない。このようにして、冷房及び暖房時
の負荷平準化が可能となり、冷房時のピークロードの軽
減や連続明房ができる。

ところで、上記のような蓄熱式冷暖房装置において、昼
間の冷暖房負荷を全て蓄熱槽て賄うには１１１ｐ用のシ
ステムでは、冷房時に２２４００ｋｃａｌ／８１１゜暖
房時に３４０００ｋｃａｌ／ＩＯＨの蓄熱量が必要であ
る。

例えば、水を蓄熱材とすると、冷房時に０℃の氷から２
０℃の水を利用し、氷の利用率を３０％とすると、４４
ｋｃａｌ／ｋｇの熱容量が得られ、また暖房時に２５℃
から６０℃の水の顕熱を利用すると、３５ｋｃａｌ／ｋ
ｇの熱容量が得られる。よって、蓄熱槽の容量としては
１００（ｉｔ’が必要となり、タンクのコストや家庭に
設置する場合のスペース、支持する強度等の問題がある
。

他の蓄熱材についても蓄熱容態としては水相当であり、
同様の問題がある。また、負荷が増大する貴見の冷房時
や真冬の朝の暖房立上がり時には過負荷に対応する能力
を供給することは難しい。

さらに、蓄熱槽の熱源がなくなると、冷暖房ができない
と言う性能上の欠点を有する。

（発明が解決しようとする問題点） このように従来の蓄熱式冷暖房装置にあっては、蓄熱槽
の大形化を招き装置価格の増大を招いた。さらに、過負
荷に対応する性能を得ることは困難であった。

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、蓄熱槽の小型化をはかることができ、
且つ過負荷に対応できる性能を得ることのできる蓄熱式
冷暖房装置を提供することにある。

［発明の目的］ （問題点を解決するための手段） 本発明の骨子は、蓄熱槽を用いると共に、昼間冷暖房に
ついてもヒートポンプを用いることにより、効率良い冷
暖房運転を行うことにある。

即ち本発明は、圧縮機、四方弁、室内熱交換器。

室外熱交換器、蓄熱熱交換器、第１及び第２の膨脹弁か
らなる冷凍サイクルで構成された蓄熱式冷暖房装置にお
いて、圧縮器〜四方弁〜室内熱交換器〜第１及び第２の
膨脹弁の少なくとも一方〜室外熱交換器で流路を形成し
た第１の運転モードと、圧縮器〜四方弁〜室内熱交換器
〜第１及び第２の膨脹弁の少なくとも一方〜蓄熱熱交換
器で流路を形成した第２の運転モードと、圧縮器〜四方
弁〜蓄熱熱交換器〜第１及び第２の膨脹弁の少なくとも
一方〜室外熱交換器で流路を形成した第３の運転モード
とを選択して冷暖房運転を行うようにしたものである。

（作用） 上記構成であれば、昼間時のヒートポンプの熱源側に蓄
熱槽の熱を用いることにより、高ＣＯＰのサイクルを実
現することができ、これにより蓄熱槽の容量を小さく　
（例えば１／２に）することが可能となる。また、真冬
の立上がり暖房時には能力を２０％〜５０％向上させる
ことができ、過負荷にも十分対応することが可能となる
。蓄熱槽に熱源として用いられる熱がなくなった場合に
は、蓄熱槽を用いないで、通常の冷暖房を行うことがで
きる。

（実権例） 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は本発明の一実施例に係わる蓄熱式冷暖房装置の
概略構成を示す冷凍サイクル図である。

図中１１は圧縮機、１２は四方弁、１３は室内熱交換器
、１４は室外熱交換器、１５は蓄熱熱交換器、１６は第
１の膨脹弁、１７は第２の膨脹弁であり、また２１．〜
，２４はそれぞれ電磁弁を示し、３１はコントローラ、
３２は制御器、３３は温度センサを示している。

圧縮機１１〜四方弁１２〜室内熱交換器１３〜第１の膨
脹弁１６〜室外熱交換器１４からなる流路で通常の冷凍
サイクルが構成され、圧縮機１１〜四方弁１２〜室外熱
交換器１４〜第２の膨脹弁１７〜蓄熱熱交換器１５から
なる流路で蓄熱冷凍サイクルが構成され、また圧縮機１
１〜四方弁１２〜室内熱交換器１３〜第１の膨脹弁１６
〜第２の膨脹弁１７〜蓄熱熱交換器１５からなる流路で
蓄熱利用の冷凍サイクルが構成されている。

蓄熱熱交換器１５は、蓄熱槽１５ａ内に熱交換器を配置
してなるものであり、蓄熱槽１５ａ内には蓄熱材として
水が収容されている。電磁弁２１は蓄熱熱交換器１５の
一端と四方弁１２及び室外熱交換器１４の接続点との間
に接続され、電磁弁２２は室外熱交換器１４と第１及び
第２の膨脹弁１６．１７の接続点との間に接続され、電
磁弁２３は蓄熱熱交換器１５の一端と圧縮機１１及び四
方弁１２の接続点との間に接続され、電磁弁２４は蓄熱
熱交換器１５の一端と四方弁１２及び室内熱交換器１３
の接続点との間に接続されている。

温度センサ３３は蓄熱熱交換器１５の蓄熱槽１５ａの温
度を検出するものであり、このセンサ３３の検出信号は
制御器３２に与えられている。

制御器３２は、コントローラ３１に設定された制御モー
ド及び温度センサ３３の検出信号に応じて膨脹弁１６．
１７及び電磁弁２１．〜，２４を開閉制御するものであ
る。

次に、上記構成された本装置の動作モードについて説明
する。第２表は各運転モードに対する冷媒経路、膨脹弁
１６．１７及び電磁弁２１．〜。

２４の開閉状態を示している。

第２表 まず、蓄熱利用の高効率冷房時（第３の運転モード）で
は、電磁弁２１のみを開き、第２図（ａ）に示す如く圧
縮機１１〜蓄熱熱交換器１５〜第２の膨脹弁１７〜第１
の膨脹弁１６〜室内熱交換器１３〜圧縮機１１からなる
冷媒流路を形成する。

そして、予め蓄熱された状態にある蓄熱熱交換機器１５
の蓄熱槽１５ａを熱源として高圧側の冷媒を蓄熱熱交換
器１５により冷却し、低圧側で室内熱交換器１３により
室内空気を冷やすことになる。

また、立上がり暖房時には、冷媒の通流方向が逆になる
だけで上記と同様の流路が形成され、蓄熱熱交換器１５
により低圧側の冷媒が十分加熱されることになる。

通常の冷房運転時（第１の運転モード）では、電磁弁２
２のみを開き、第２図（ｂ）に示す如く圧縮機１１〜室
外熱交換器１４〜第１の膨脹弁１６〜室内熱交換器１３
〜圧縮機１１からなる冷媒流路を形成する。また、通常
の暖房運転では冷媒の通流方向が逆になるだけで、上記
と同様の冷媒流路が形成されることになる。

夏場における低温蓄熱運転時（第２の運転モード）では
、電磁弁２２．２３のみを開き、第２図（ｃ）に示す如
く圧縮機１１〜室外熱交換器１４〜第２の膨脹弁１７〜
蓄熱熱交換器１５〜圧縮機１１からなる冷媒流路を形成
する。そして、高圧側冷媒を室外熱交換器１４により冷
却し、低圧側の冷媒により蓄熱熱交換器１５の蓄熱槽内
に蓄熱する。また、冬場における高温蓄熱運転では冷媒
の通流方向が逆になるだけで、上記と同様の冷媒流路が
形成されることになる。

かくして本実施例によれば、３つのモードで冷暖房運転
を行うことができる。そして、各運転モードにおいて次
のような効果が得られる。

例えば、夏の高効率冷房運転では、蓄熱材として水を用
いた場合、０℃の氷から４０℃の水まで利用すると、凝
縮器に蓄熱を用いて冷却するため、従来のヒートポンプ
のように外気温度に依存しない。このため、例えば外気
３１’Ｃで従来のヒートポンプの凝縮温度４１℃、蒸発
温度１１℃ではＣＯＰは２．４であるが、本実施例では
平均として５．８程度になり、消費電力量は従来のヒー
トポンプの４０％、つまりりポンプ循環方式と同等とな
り、負荷平準化の効果がある。

また、冷房負荷を２２４００ｋｃａ１７日として、全部
蓄熱で賄うとすると、０℃の氷から４０℃の水までの熱
容ｕＣ４ｋｃａｌ／ｋｇ　　（氷は３０％利用する）、
蓄熱負荷は約２４０００ｋｃａｌ／日となり、約４００
ｉの水が必要となる。従って、従来の１００ｔ［’の４
０％となり、蓄熱槽１５ａのコンパクト化が可能となる
。

冬の暖房では、蒸発器として蓄熱槽の熱を用いて蒸発温
度を従来は外気温度が７℃で約１℃と言うレベルから、
外気温度に関係なく　（蓄熱温度を５０℃から０℃とす
ると）約３５℃から一５℃に制御することにより、ＣＯ
Ｐは従来のヒートポンプで２．４が４．２となり、約６
０％の電力量となり、従来のポンプ方式と同様の負荷平
準化が得られる。

このように本実施例によれば、高効率冷房時及び立上が
り暖房時において、従来のヒートポンプ方式に比べ消費
電力を大幅に小さくすることができ、従来のポンプ循環
方式と同等の負荷平準化の効果が得られる。しかも、従
来のポンプ循環方式に比べ蓄熱槽１５ａの容量を小さく
（４０％）することができ、装置全体の小型化及び低価
格化をはかり得る。

第３図は本発明の他の実施例の概略構成を示す冷凍サイ
クル図である。なお、第１図と同一部分には同一符号を
付して、その詳しい説明は省略する。

この実施例が先に説明した実施例と異なる点は、冬の凝
縮器除霜時にも蓄熱を用いて連続暖房を行うことにある
。即ち、前記第２の膨脹弁１７は蓄熱熱交換器１５と室
外熱交換機器１４との間に接続され、蓄熱熱交換器１５
と第１の膨脹弁１６との電磁弁２５が接続されている。

また、圧縮機１１と電磁弁２３との接続点と四方弁１２
との間には電磁弁２６が接続されている。

第３表は、各運転モードに対する冷媒流路、膨脹弁１６
．１７及び電磁弁２１．〜，２６の開閉状態を示してい
る。

第３表 除、霜時には、圧縮機１１より四方弁１２を通り室内熱
交換４１３で暖房し、第１の膨脹弁１６を絞として蓄熱
槽１５ａで再度冷媒を加熱して第２の膨脹弁１７を開と
して室外熱交換器１４を除霜し、四方弁１２を経て電磁
弁２６を経て圧縮機１１に戻る。従って、暖房を行いな
がら除霜が可能となる。また、逆に室外熱交換器１４の
除霜を帆ってから、室内暖房を行う制御も可能である。

従って本実施例によれば、先の実施例と同様の効果が得
られるのは勿論のこと、除霜時にも暖房を行うことがで
き、より快適な冷暖房運転を行うことが可能となる。

なお、本発明は上述した各実施例に限定されるものでは
なく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施す
ることができる。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、蓄熱利用の冷暖房
とヒートポンプ方式を併用することにより、高効率冷房
時及び立上がり暖房時における消費電力を小さくするこ
とができ、且つ蓄熱槽の容；を十分小さくすることがで
きる。従って、過負荷時に対する余裕が大きく、且つ小
型化をはかり得る蓄熱式暖房装置を実現することが可能
となり、その有用性は絶大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わる蓄熱式冷暖房装置の
概略構成を示す冷凍サイクル図、第２図は上記実施例の
各運転モードを示す模式図、第３図は本発明の他の実施
例の概略構成を示す冷凍サイクル図、第４図は従来装置
の概略構成を示す冷凍サイクル図である。 １１・・・圧縮機、１２・・・四方弁、１３・・・室内
熱交換器、１４・・・室外熱交換器、１５・・・蓄熱熱
交換器、１５ａ・・・蓄熱槽、１６・・・第１の膨脹弁
、１７・・・第２の膨脹弁、２１．〜．２６・・・電磁
弁、３１・・・コントローラ、３２・・・制御器、３３
・・・温度センサ。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第　１　− １官　２　図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧縮機、四方弁、室内熱交換器、室外熱交換器、
   蓄熱熱交換器、第１及び第２の膨脹弁からなる冷凍サイ
   クルで構成され、圧縮器〜四方弁〜室内熱交換器〜第１
   及び第２の膨脹弁の少なくとも一方〜室外熱交換器で流
   路を形成した第１の運転モードと、圧縮器〜四方弁〜室
   内熱交換器〜第１及び第２の膨脹弁の少なくとも一方〜
   蓄熱熱交換器で流路を形成した第２の運転モードと、圧
   縮器〜四方弁〜蓄熱熱交換器〜第１及び第２の膨脹弁の
   少なくとも一方〜室外熱交換器で流路を形成した第３の
   運転モードとを選択して冷暖房運転を行うことを特徴と
   する蓄熱式冷暖房装置。
2. （２）前記第１乃至第３の運転モードに加え、圧縮機〜
   四方弁〜室内熱交換器〜第１の膨脹弁〜蓄熱熱交換器〜
   第２の膨脹弁〜室外熱交換器で流路を形成した第４の運
   転モードを行うことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の蓄熱式冷暖房装置。
3. （３）前記蓄熱熱交換器は、顕熱及び潜熱を利用できる
   蓄熱材との間で熱交換するものであることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項又は第２項記載の蓄熱式冷暖房装
   置。