JPH0114833Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この考案は、氷蓄熱槽を備え付けることによつ
て、部屋の冷房用のみならず暖房用の蓄熱をも安
価な深夜電力を利用して行うことができる氷蓄熱
槽付きのヒートポンプシステムに関するものであ
る。

［従来の技術］ 一般のヒートポンプは、第７図に表すように屋
外に設置された第１の熱交換器１と、室内の空調
器（図示せず）に接続された第２の熱交換器２と
の間にて、熱媒を圧縮機３によつて可逆的に循環
させる構成となつている。そして、第１、第２の
熱交換器１，２の間にて熱媒が一方向に循環した
ときに第２の熱交換器２が蒸発器となつて室内を
冷房し、かつ熱媒が他方向に循環したときに第２
の熱交換器２が凝縮器となつて室内を暖房するこ
とになる。

近年、安価な深夜電力を利用して蓄熱をおこな
う種々のシステムが開発されている。

［考案が解決しようとする問題点］ この考案は、上記のような開発の一環としてな
されたものである。

この考案は、氷蓄熱槽の性能の良さを充分に考
慮し、それを冷房時のみならず暖房時においても
充分に機能させるシステムを成した。ここで問題
となつたことは、氷蓄熱槽が冷熱の蓄熱において
優れているという点を最大限生かそうとした場合
に、その氷蓄熱槽が暖房時の冷熱の蓄熱において
能力不足が生じるおそれがあるという点である。
すなわち、氷蓄熱槽は、水の状態で冷熱を蓄熱す
る蓄熱槽に比較すると氷の凝固熱分の多量の冷熱
を蓄熱することができ、この結果、氷蓄熱槽自体
の容量を小さくできるといつた良さがある。とこ
ろがこの反面、暖房時においては、氷蓄熱槽が小
容量であるがためその内に多量の温水を蓄えるこ
とができず、温熱の蓄熱量が少なくて能力の不足
を生じるという問題がある。

［問題点を解決するための手段］ この考案による氷蓄熱槽付きの空気熱源ヒート
ポンプシステムは、上記の問題を解決するため
に、圧縮機によつて、室外に設置された第１の熱
交換器と、室の空調機に接続された第２の熱交換
器との間にて、熱媒を可逆的に循環させる構成の
空気熱源ヒートポンプを有し、更に、室の空調機
に接続されかつ前記圧縮機によつて第１の熱交換
器との間にて熱媒が可逆的に循環させられて、熱
媒が一方向に循環したときに蒸発器となつて内部
にて製氷しかつ熱媒が他方向に循環したときに凝
縮器となつて内部にて温水をつくる氷蓄熱槽を備
えたことを特徴とする。

［作用］ この考案の氷蓄熱槽付きの空気熱源ヒートポン
プシステムは、室外に設置された第１の熱交換器
と、室の空調機の接続された第２の熱交換器と、
室の空調機に接続された氷蓄熱槽との三者間に
て、熱媒を圧縮機によつて選択的にかつ可逆的に
循環させて、冷房時は氷蓄熱槽に充分に蓄えた冷
熱を有効に利用し、一方、暖房時は氷蓄熱槽に蓄
えた温熱と共に、凝縮器としてはたらく第２の熱
交換器からの放熱とを併用する。

［実施例］ 以下、この考案の実施例を第１図ないし第６図
に基づいて説明する。

第１図はこの考案のシステム全体の構成図であ
り、本システムは、第１の熱交換器１と、第２の
熱交換器２と、氷蓄熱槽４との三者間に、圧縮機
３及びアキユームレータ（図示せず）を接続した
構成となつている。第１の熱交換器１は、室外に
設置されていて、その内部を通る熱媒と外気との
間で熱交換を行うものである。第２の熱交換器２
は、室の空調機（図示せず）に接続されており、
その空調機との間を循環する熱媒（水）を媒体と
して、熱交換器２の内部を通る熱媒と室内の空気
との間で熱交換を行うものである。氷蓄熱槽４
は、蒸発器として機能したときに内部にて製氷
し、かつ凝縮器として機能したときに内部にて温
水をつくるものであり、第２の熱交換器２と同様
に、室の空調器（図示せず）に接続されており、
その空調器との間を循環する熱媒（水）を媒体と
して、氷蓄熱槽４内の氷または温水と室内の空気
との間で熱交換を行う。

圧縮器３は、熱媒を圧縮して図中の下方から上
方への矢印方向に圧送するものである。この圧縮
機３からの熱媒は、計11個の開閉弁５ａ〜５ｋ
（４方向弁を使用し簡略する場合もある）の関連
的を切換によつて、熱交換器１，２と氷蓄熱槽４
の内の適宜二者間にて、選択的にかつ可逆的に循
環させられる。その形態は、第１の熱交換器１と
第２の熱交換器２との間にて可逆的に循環する形
態と、第２の熱交換器２と氷蓄熱槽４との間にて
可逆的に循環する形態と、氷蓄熱槽４と第１の熱
交換器１との間にて可逆的に循環する形態とな
る。このような形態は、冷房時期における昼間と
夜間、および暖房時期における昼間と夜間の時間
に応じて切り換えられる。

このような熱媒の循環形態において、それぞれ
の循環系中には計３つの膨張弁６ａ，６ｂ，６ｃ
の内の１つが必ず入る。また、圧縮機３と氷蓄熱
槽４との間にブライン熱交換器が入る場合もあ
る。そして、熱交換器１，２、および氷蓄熱槽４
は、それぞれの熱媒の循環系において膨張弁の熱
媒入側に位置したものが凝縮機として機能し、一
方、膨張弁の熱媒出側に位置したものが蒸発器と
して機能する。

そこで、次に熱媒の各循環系をそれぞれが形成
される時期に合わせて作用と共に説明する。

まず、冷房時期の夜間においては、第２図に表
すような形態の熱媒の循環系が形成され、安価な
深夜電力の利用によつて冷熱が蓄えらられる。す
なわち、同図に表す３つの開閉弁５ａ，５ｂ，５
ｃが開き、それ以外の他の開閉弁が閉じた状態と
なつて、圧縮機３からの熱媒が第１の熱交換器
１、膨張弁６ａ、氷蓄熱槽４を順次通つて循環す
る。したがつて、第１の熱交換器１は凝縮器とな
つて放熱し、一方、氷蓄熱槽４は蒸発器となつて
吸熱することになる。この結果、氷蓄熱槽４はそ
の内部にて製氷し、効率良く多量の冷熱を蓄え
る。その蓄熱量が多いことから、氷蓄熱槽４は小
容量のもので足りる。また、このような蓄熱状態
においては、氷蓄熱槽４と図示しない室の空調機
との間の熱交換によつて室が冷房される。

冷房時期の昼間においては、第３図に表すよう
な形態の熱媒の循環系が形成され、氷蓄熱槽４内
に蓄えられた冷熱と、第２の熱交換器２の吸熱作
用とによつて室を冷房する。すなわち、同図に表
す３つの開閉弁５ａ，５ｄ，５ｅが開き、それ以
外の他の開閉弁が閉じた状態となつて、圧縮機３
からの熱媒が第１の熱交換器１、膨張弁６ｂ、第
２の熱交換器２を順次通つて循環する。したがつ
て、第１の熱交換器１は凝縮器となつて放熱し、
一方、第２の熱交換器２は蒸発器となつて吸熱す
る。これにより、第２の熱交換器２は図示しない
室の空調機との間の熱交換によつて室を冷房す
る。また、この時には氷蓄熱槽４内に蓄えられた
冷熱も室の冷房のために利用される。このの結
果、第２の熱交換器２の負担が軽減されて、電力
消費量が小さく抑えられる。

暖房時期の夜間においては、第４図に表すよう
な形態の熱媒の循環系が形成され、安価な深夜電
力の利用によつて温熱が蓄えられる。すなわち、
同図に表す３つの開閉弁５ｆ，５ｇ，５ｈが開
き、それ以外の他の開閉弁が閉じた状態となつ
て、圧縮機３からの熱媒が氷蓄熱槽４、膨張弁６
ｃ、第１の熱交換器１を順次通つて循環する。し
たがつて、氷蓄熱槽４は凝縮器となつて放熱し、
一方、第１の熱交換器１は蒸発器となつて吸熱す
ることになる。この結果、氷蓄熱槽４はその内部
にて温水をつくり蓄熱する。また、このような蓄
熱状態においては、氷蓄熱槽４と図示しない室の
空調機との間の熱交換によつて室が暖房される。

暖房時期の負荷の大きい午前においては、夜間
高温に蓄熱された温水を利用可能温度まで図示し
ない室の空調機との間の熱交換によつて室を暖房
すると共に、第５図に表すような形態の熱媒の循
環系を形成させ、氷蓄熱槽４内に蓄えられた残存
温熱を利用して、第２の熱交換器２の放熱作用と
によつて室を暖房する。すなわち、同図に表す３
つの開閉弁５ｉ，５ｋ，５ｂ，５ｃが開き、それ
以外の他の開閉弁が閉じた状態となつて、圧縮機
３からの熱媒が第２の熱交換器２、膨張弁６ａ、
氷蓄熱槽４を順次通つて循環する。したがつて、
第２の熱交換器２は凝縮器となつて放熱し、一
方、氷蓄熱槽４は蒸発器となつて吸熱する。これ
により、第２の熱交換器２は図示しない室の空調
機との間の熱交換によつて室を暖房する。この結
果、熱交換器１を使つて吸熱するのに比べ第２の
熱交換器２が高効率となり出力が著しく増大し、
利用熱量の割りに電力消費量が小さく抑えられ
る。しかも、このような氷蓄熱槽４と第２の熱交
換器２との併用による暖房は、氷蓄熱槽４の冷房
時の優秀性を生かしてその容量を小さくする上に
おいてきわめて有利である。すなわち、冷房時期
に冷熱を蓄えるという点からは氷蓄熱槽４の優秀
性からしてその小容量化が可能であるものの、暖
房時期に温熱を蓄えるという点からは小容量の氷
蓄熱槽４によつては不足を生じるおそれがあり、
このような点において、暖房時期に氷蓄熱槽４の
利用温度幅を大きくし、高効率で大出力が確保で
きることは、暖房における氷蓄熱槽４の容量不足
を補い、かつ出力不足をカバーすることとなる。
したがつて、氷蓄熱槽４を可及的に小容量化とす
ることが可能である。また、このことと併せて、
暖房時における朝のスターテイングロードにも充
分に対応することができる。

暖房負荷が軽くなる午後において氷蓄熱槽４に
残存熱量がなくなつた場合は、第６図の循環系に
切り替える。すなわち、同図に表す３つの開閉弁
５ｉ，５ｊ，５ｈが開き、それ以外の他の開閉弁
が閉じた状態となつて、圧縮機３からの如媒が第
２の熱交換器２、膨張弁６ｃ、第１の熱交換器１
を順次通つて循環する。したがつて、第２の熱交
換器２は凝縮器となつて放熱し、一方、第１の熱
交換器１は蒸発器となつて吸熱する。これによ
り、第２の熱交換器２は図示しない室の空調機と
の間の熱交換によつて室を暖房する。また、この
時には氷蓄熱槽４内に蓄えられた温熱も室の暖房
のために利用される。

以上のような熱媒の循環系を選定することによ
り、室の温度を一年中最適にコントロールし、ま
た安価な深夜電力を有効利用して、冷房、暖房の
両時期における日中の冷暖房用の蓄熱をおこなつ
てランニングコストを小さく抑える。

［考案の効果］ 以上説明したように、この考案による氷蓄熱槽
付きの空気熱源ヒートポンプシステムは、室外に
設置された第１の熱交換器と、室の空調機の接続
された第２の熱交換器と、室の空調機に接続され
た氷蓄熱槽との三者間にて、熱媒を圧縮機によつ
て選択的にかつ可逆的に循環させて、冷房時は氷
蓄熱槽に充分に蓄えた冷熱を有効に利用し、一
方、暖房時は氷蓄熱槽に蓄えた高い温熱と利用後
の低い温熱を使つて、凝縮器として機能する第２
の熱交換器から高効率で過大な高い温熱を取り出
してそれを併用する構成であるから、氷蓄熱槽の
利用温度幅が飛躍的に大きくなり、その分夜間の
蓄熱量を増大させることができる。以上のことか
ら、氷蓄熱槽への冷熱と温熱の蓄熱のための電力
として安価な深夜電力を有効に利用することがで
き、この結果、一年中を通しての深夜電力へのシ
フト率を大きくして、ランニングコストを小さく
抑えることができる。

また、暖房時には氷蓄熱槽に蓄えた温熱と共
に、凝縮器として機能する第２の熱交換器からの
放熱を併用するから、冷熱を蓄える上からは問題
のない氷蓄熱槽の小容量化を進めても、その氷蓄
熱槽内の温熱の蓄熱不足による暖房機能の低下を
招来することがない。

また、暖房時に氷蓄熱槽と第２の熱交換器とを
併用するから、暖房時の朝のスターテイングロー
ドに充分に対応することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図はこの考案の一実施例を表
し、第１図はシステム全体の構成図、第２図ない
し第６図はそれぞれ熱媒の異なる循環系が形成さ
れた状態を表すシステム構成図、第７図は従来一
般のヒートポンプのシステム構成図である。 １……第１の熱交換器、２……第２の熱交換
器、３……圧縮機、４……氷蓄熱槽、５ａ〜５ｋ
……開閉弁、６ａ〜６ｃ……膨張弁。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 圧縮機によつて、室外に設置された第１の熱交
   換器と、室の空調機に接続された第２の熱交換器
   との間にて、熱媒を可逆的に循環させる構成の空
   気熱源ヒートポンプを有し、更に、室の空調機に
   接続されかつ前記圧縮機によつて第１の熱交換器
   との間にて熱媒が可逆的に循環させられて、熱媒
   が一方向に循環したときに蒸発器となつて内部に
   て製氷しかつ熱媒が他方向に循環したときに凝縮
   器となつて内部にて温水をつくる氷蓄熱槽を備え
   たことを特徴とする氷蓄熱槽付きの空気熱源ヒー
   トポンプシステム。