JPH05340636A - 蓄熱式空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は蓄熱式空気調和機の氷蓄熱槽を有す
るサイクルに関するもので、負荷側へ冷温水を直接搬送
することより生じる水漏れ事故がなく、かつ高効率で、
安定した熱取り出しの行える蓄熱槽を備えた空調機を提
供すること。 【構成】 熱源側と連通した１次側サイクルと、負荷側
と連通した２次側サイクルとより構成される蓄熱式空気
調和機において、蓄熱槽ＳＴＲの深さ方向に対して所定
の間隔をおいて水平に氷浮上防止用網１９を設置するこ
とにより、昼間冷房運転時における氷の水面への浮上を
防止し、蓄熱槽内の温度分布を均一として安定した熱取
り出しが行える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気を熱源とする空気
調和機において、夜間電力を利用するための蓄熱機能、
及びその制御機能を備えた蓄熱式空気調和機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の蓄熱式空気調和機については、既
にさまざまな開発がなされており、例えば、冷凍・第６
２巻第７１４号（昭和６２年４月号）Ｐ３５８に示され
ているような蓄熱式空気調和機がある。

【０００３】その基本的な技術について述べると、図４
に示すように、空冷ヒ−トポンプ１は、圧縮機２，四方
弁３，室外側熱交換器４，室外側膨張弁５，フロン対ブ
ライン熱交換器６を環状に順次接続して冷凍サイクルＡ
を形成し、一方、フロン対ブライン熱交換器６，ブライ
ン対水熱交換器７，蓄熱槽８，ブラインポンプ９を環状
に順次接続してブライン循環サイクルＢを形成してい
る。

【０００４】また、負荷側についてはブライン対水熱交
換器７，蓄熱槽８，冷温水ポンプ１０，室内機１２を環
状に順次接続して冷温水循環サイクルＣを形成してい
る。

【０００５】この蓄熱式空気調和機において夜間運転
は、冷凍サイクルＡにおいて四方弁３によって製氷運
転，蓄熱運転が切り替えられ、製氷運転時は図４中の実
線矢印の方向に冷媒が流れて冷房サイクルが形成され、
フロン対ブライン熱交換器６を介してブライン循環サイ
クルＢにおける蓄熱槽８内の伝熱管の周囲に氷として蓄
冷される。

【０００６】また、蓄熱運転時には図４中の破線方向に
冷媒が流れて暖房サイクルが形成され、同じくフロン対
ブライン熱交換器６を介してブライン循環サイクルＢに
おける蓄熱槽８内に温水として蓄熱される。この場合、
ブライン対水熱交換器７は使用されない。

【０００７】一方、昼間運転は、冷温水循環サイクルＣ
において蓄熱槽８内の冷温水を冷温水ポンプ１０により
室内機１２へ送り、冷暖房を行う。この際、冷温水循環
サイクルＣでの効率を高めるべく、冷凍サイクルＡ、ブ
ライン循環サイクルＢを冷房、あるいは暖房モ−ドで運
転して、ブライン対水熱交換器７を介して冷温水循環サ
イクルＣ内の冷温水の予冷、あるいは予熱を行う。

【０００８】以上のように、夜間の余剰電力エネルギー
を熱に変換して蓄熱しておき、昼間にその電力を利用す
ることにより、昼間の高負荷時刻における電力ピークを
抑え、電力利用の平準化が可能である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
従来例では、熱源側と負荷側との間に熱交換器２台を介
しているため効率が悪く、また負荷側へは冷温水を直接
搬送するため、水漏れ事故が生じた場合、近年ＯＡ化が
進歩したオフィス内のＯＡ機器への水損は避けられな
い。

【００１０】更に、昼間の冷房運転時においては、蓄熱
槽８内の１次側熱交換部の伝熱管に着氷した氷の融解進
行に伴い、氷が伝熱管から分離して水面へ浮上するた
め、蓄熱槽内の温度分布が不均一となり、蓄熱槽８内の
２次側熱交換部の各部における冷媒と水の熱交換量(温
度差)が不均一となるため安定した熱取出しが行えず冷
房能力の低下をまねくという欠点を有していた。

【００１１】そこで、本発明は、高効率で、かつ安全性
の高い蓄熱式空気調和機を提供することを目的とするも
のである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の技術的手段は、蓄熱槽を介して１次側冷凍サイクル
と２次側冷凍サイクルとからなる蓄熱式空気調和機にお
いて、蓄熱槽内の深さ方向に対して所定の間隔をおい
て、水平に氷浮上防止用網を設置するものである。

【００１３】

【作用】この技術的手段による作用は次のようになる。

【００１４】夜間には、圧縮機、四方弁、室外側熱交換
器、膨張弁、三方弁、冷媒対冷媒熱交換器の１次側熱交
換部、蓄熱槽内の１次側熱交換部とを連通した１次側冷
凍サイクルにおいて、夜間に安価な夜間電力を利用して
冷媒対冷媒熱交換器を使用しない状態で、三方弁、及び
膨張弁の制御により運転を行う。

【００１５】即ち、蓄熱槽内の１次側熱交換部の伝熱管
を介して冷媒と蓄熱材である水の熱交換を行うことによ
り水に蓄冷、または蓄熱しておく。

【００１６】一方、昼間は１次側冷凍サイクルにおいて
三方弁の制御により蓄熱槽の１次側熱交換部を使用しな
い状態で運転し、蓄熱槽内の蓄冷熱に加えて、冷媒対冷
媒熱交換器を介して１次側冷凍サイクルにおける冷房・
暖房能力を２次側冷凍サイクル内の冷媒へ熱交換する２
次側冷凍サイクルの運転を行う。

【００１７】即ち、蓄熱槽内に蓄冷熱として蓄えられた
水と冷媒が、蓄熱槽内の２次側熱交換部の伝熱管を介し
て熱交換して、その冷媒を冷媒搬送ポンプにて室内側熱
交換器へ搬送して室内空気と熱交換（冷房、または暖
房）する。

【００１８】ここで、昼間の冷房運転時においては、蓄
熱槽内の１次側熱交換部の伝熱管に着氷した氷の融解進
行に伴い、氷が伝熱管から分離して水面へ浮上する。

【００１９】しかし、蓄熱槽内の深さ方向に対して所定
の間隔をおいて、水平に氷浮上防止用網を設置して氷の
水面への浮上を防止することにより、蓄熱槽内の温度分
布を均一に維持して蓄熱槽内の２次側熱交換部の各部に
おける冷媒と水または氷水との熱交換量(温度差)が均一
となり、安定した熱取出しが行え、冷房能力の低下を防
止する。

【００２０】これにより、夜間電力を利用した蓄冷熱に
より昼間に暖房、または冷房運転が行えるだけでなく、
昼間運転時の負荷応答性が高まり、特に昼間冷房運転時
における安定した熱取出しが可能となり、運転費が低減
できる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て説明を行うが、従来と同一構成については同一符号を
付し、その詳細な説明を省略する。

【００２２】図１は本発明の一実施例の蓄熱式空気調和
機の冷凍サイクル図である。この実施例の蓄熱式空気調
和機は、室外ユニット１１と室内ユニット１２とからな
る。

【００２３】室外ユニット１１は、圧縮機２、四方弁
３、室外側熱交換器４、膨張弁５、三方弁ＫＶ１、１次
側熱交換部１４ａと２次側熱交換部１４ｂとからなる冷
媒対冷媒熱交換器ＨＥＸ、蓄熱材として水１６を充填し
た、１次側熱交換部１３ａと２次側熱交換部１３ｂとか
らなる蓄熱槽ＳＴＲ、及び冷媒搬送ポンプＰＭとから構
成されている。

【００２４】一方、室内ユニット１２は、室内側熱交換
器１７から構成されている。また、図２は図１中の蓄熱
槽ＳＴＲの縦方向の一断面図であり、図３は蓄熱槽ＳＴ
Ｒ内に設置した氷浮上防止用網１９の上面図を示す。

【００２５】蓄熱槽ＳＴＲ内には図２に示すように、氷
浮上防止用網１９が蓄熱槽ＳＴＲ内の深さ方向に対して
所定の間隔をおいて水平に、蓄熱槽ＳＴＲ内の２次側熱
交換部１３ｂの伝熱管Ｐ２にフックＨＫを介して設置さ
れている。

【００２６】更に、氷浮上防止用網１９の材質について
は耐食性を考慮してプラスチック製とし、その形状につ
いては図３に示すように等ピッチの網目状としている
が、その網目の大きさは、蓄熱槽ＳＴＲ内の１次側熱交
換部１３ａの伝熱管Ｐ１から分離した氷が網目を通り抜
けて水面に浮上しないような大きさとしている。

【００２７】室外ユニット１１において、圧縮機２と、
四方弁３と、室外側熱交換器４と、膨張弁５とを順次連
通し、さらに三方弁ＫＶ１を介して冷媒対冷媒熱交換器
ＨＥＸの１次側熱交換部１４ａと、蓄熱槽ＳＴＲ内の１
次側熱交換部１３ａとを並列に連通して１次側冷凍サイ
クルを形成している。

【００２８】一方、蓄熱槽内ＳＴＲの２次側熱交換部１
３ｂと、冷媒対冷媒熱交換器ＨＥＸの２次側熱交換部１
４ｂと、可逆式冷媒搬送ポンプＰＭと、室内側熱交換器
１７とを順次連通してなる２次側冷凍サイクルを形成し
ている。

【００２９】次に、この−実施例の構成における作用を
説明する。（表１）は本実施例における各場合の四方弁
３、膨張弁５、三方弁ＫＶ１の開閉状態、及び各熱交換
器の作用状態（蒸発器、あるいは凝縮器）を示す。以
下、（表１）を参照して説明する。

【００３０】

【表１】

【００３１】尚、四方弁３のモ−ドについては、圧縮機
２吐出側と室外側熱交換器４とを、かつ、圧縮機２吸入
側と蓄熱槽ＳＴＲとを連通する場合を冷房モ−ド、圧縮
機２吐出側と蓄熱槽ＳＴＲとを、かつ、圧縮機２吸入側
と室外側熱交換器４とを連通する場合を暖房モ−ドと定
義する。

【００３２】三方弁ＫＶ１については１次側冷凍サイク
ル内にて蓄熱槽ＳＴＲと膨張弁５とを連通する設定を第
１モ−ド，冷媒対冷媒熱交換器ＨＥＸと膨張弁５とを連
通する設定を第２モ−ドと定義する。

【００３３】まず、夜間の製氷・蓄熱運転（１次側冷凍
サイクル）について説明する。１次側冷凍サイクルにお
いて、蓄熱槽ＳＴＲが作用し、冷媒対冷媒熱交換器ＨＥ
Ｘは作用しないように三方弁ＫＶ１を切替え、２次側冷
凍サイクル内の冷媒搬送ポンプＰＭは停止している。こ
の場合の１次側冷凍サイクルの作用を以下説明してい
く。

【００３４】夜間製氷運転；四方弁３を冷房モ−ド，膨
張弁５を所定の開度，三方弁ＫＶ１を第１モ−ドとす
る。この時、圧縮機２から送られる高温高圧の冷媒は、
室外側熱交換器４にて凝縮し、膨張弁５で減圧されて液
あるいは二相状態となり、蓄熱槽ＳＴＲ内の１次側熱交
換部１３ａの管内にて蒸発して水１６から吸熱した後、
圧縮機２へ戻る。

【００３５】これにより、蓄熱槽ＳＴＲ内の水１６は、
蓄熱槽ＳＴＲ内の１次側熱交換部１３ａの伝熱管Ｐ１を
介して熱を奪われるため、前記伝熱管Ｐ１の外表面に氷
が生成される。このようにして製氷運転を行う。

【００３６】夜間蓄熱運転；四方弁３を暖房モ−ド，膨
張弁５を所定の開度，三方弁ＫＶ１を第１モ−ドとす
る。この時、圧縮機２から送られる高温高圧の冷媒は、
蓄熱槽ＳＴＲ内の１次側熱交換部１３ａの管内にて凝縮
して水１６へ放熱した後、膨張弁５で減圧されて液ある
いは二相状態となり、室外側熱交換器４の管内にて蒸発
して室外から吸熱した後、圧縮機２へ戻る。

【００３７】これにより、蓄熱槽ＳＴＲ内の水１６は、
蓄熱槽ＳＴＲ内の１次側熱交換部１３ａの伝熱管Ｐ１を
介して熱を受け取るため、加熱され温水となる。このよ
うにして蓄熱運転を行う。

【００３８】次に、昼間運転（２次側冷凍サイクル）に
ついて説明する。この場合、蓄熱槽ＳＴＲには蓄冷（蓄
熱）されているが、１次側冷凍サイクルにおいて三方弁
ＫＶ１を第１モ−ドとして冷媒対冷媒熱交換器ＨＥＸの
２次側熱交換部１４ａを蒸発器（凝縮器）として作用さ
せて運転を行う。同時に、２次側冷凍サイクルにおい
て、冷媒対冷媒熱交換器ＨＥＸの２次側熱交換部１４ｂ
を作用させて運転を行う。

【００３９】この状態で、２次側冷凍サイクル内の冷媒
は、冷媒搬送ポンプＰＭにて、蓄熱槽ＳＴＲ内の２次側
熱交換部１３ｂに送られ、蓄熱槽ＳＴＲ内の水１６と熱
交換される。

【００４０】冷房時は図１中の矢印ａのように冷媒は流
れ、蓄熱槽ＳＴＲ内の２次側熱交換部１３ｂにおいて冷
却された冷媒は、更に、冷媒対冷媒熱交換器ＨＥＸの２
次側熱交換部１４ｂへ送られ、１次側冷凍サイクル内の
冷媒対冷媒熱交換器ＨＥＸの２次側熱交換部１４ａとの
熱交換により冷却され液冷媒となる。

【００４１】その後、室内側熱交換器１７に送られ、そ
こで室内空気と熱交換して室内空気を冷却すると共に、
冷媒自身は高温のガス冷媒となって蓄熱槽ＳＴＲ内の２
次側熱交換部１３ｂに戻るという作用を繰り返す。

【００４２】ここで、昼間の冷房運転時においては、蓄
熱槽ＳＴＲ内の１次側熱交換部１３ａの伝熱管Ｐ１に着
氷した氷の融解進行に伴い、氷が伝熱管Ｐ１から分離し
て水面へ浮上する。

【００４３】しかし、蓄熱槽ＳＴＲ内の深さ方向に対し
て所定の間隔をおいて、水平に氷浮上防止用網１９を設
置して氷の水面への浮上を防止することにより、蓄熱槽
ＳＴＲ内の温度分布を均一に維持して蓄熱槽ＳＴＲ内の
２次側熱交換部１３ｂの各部における冷媒と水の熱交換
量(温度差)が均一となり、安定した熱取出しが行え、冷
房能力の低下を防止する。

【００４４】また、暖房時は図１中の矢印ｂのように冷
媒は流れ、冷媒対冷媒熱交換器ＨＥＸの２次側熱交換部
１４ｂへ送られ、冷媒対冷媒熱交換器ＨＥＸの１次側熱
交換部１４ａとの熱交換により加熱された冷媒は、更
に、蓄熱槽ＳＴＲ内の２次側熱交換部１３ｂにおいて加
熱されガス冷媒となる。

【００４５】その後、室内側熱交換器１７に送られ、そ
こで室内空気と熱交換して室内空気を加熱すると共に、
冷媒自身は低温の液冷媒となって可逆式冷媒搬送ポンプ
ＰＭに戻るという作用を繰り返す。

【００４６】このようにして、昼間の室内負荷が大きい
場合も対応ができ、室内機での冷房・暖房運転が行われ
る。

【００４７】以上のように、上記実施例では、蓄熱槽Ｓ
ＴＲを介して１次側冷凍サイクルと２次側冷凍サイクル
とからなる蓄熱式空気調和機において、蓄熱槽ＳＴＲ内
の深さ方向に対して所定の間隔をおいて、水平に氷浮上
防止用網１９を設置している。

【００４８】これにより、夜間電力を利用した蓄冷熱に
より昼間に暖房、または冷房運転が行えるだけでなく、
昼間運転時の負荷応答性が高まり、特に昼間冷房運転時
における安定した熱取出しが可能となり、運転費が大幅
に低減できる。

【００４９】

【発明の効果】以上のように本発明は、蓄熱槽を介して
１次側冷凍サイクルと２次側冷凍サイクルとからなる蓄
熱式空気調和機において、前記蓄熱槽内の深さ方向に対
して所定の間隔をおいて、水平に氷浮上防止用網を設置
している。

【００５０】これにより、夜間電力を利用した蓄冷熱に
より昼間に暖房、または冷房運転が行えるだけでなく、
昼間運転時の負荷応答性が高まり、特に昼間冷房運転時
における安定した熱取出しが可能となり、運転費が大幅
に低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における蓄熱式空気調和機の
冷凍サイクル図

【図２】本発明の一実施例における蓄熱槽内の熱交換器
及び氷浮上防止用網の設置状態を示す断面図

【図３】本発明の一実施例における氷浮上防止用網の概
略図

【図４】従来例を示すヒ−トポンプ式空気調和機の冷凍
サイクル図

【符号の説明】

２ 圧縮機 ３ 四方弁 ４ 室外側熱交換器 ５ 膨張弁 １３ａ 蓄熱槽の１次側熱交換部 １３ｂ 蓄熱槽の２次側熱交換部 １４ａ 冷媒対冷媒熱交換器の１次側熱交換部 １４ｂ 冷媒対冷媒熱交換器の２次側熱交換部 １７ 室内側熱交換器 １９ 氷浮上防止用網 ＳＴＲ 蓄熱槽 Ｐ１，Ｐ２ 伝熱管 ＨＫ フック ＨＥＸ 冷媒対冷媒熱交換器 ＰＭ 冷媒搬送ポンプ ＫＶ１ 三方弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 皓三 東京都千代田区内幸町１丁目１番３号 東 京電力株式会社内 (72)発明者 杉田 吉秀 東京都千代田区内幸町１丁目１番３号 東 京電力株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機と、四方弁と、室外側熱交換器
   と、膨張弁と、三方弁とを直列に接続し、１次側熱交換
   部と２次側熱交換部とを有した冷媒対冷媒熱交換器及び
   １次側熱交換部と２次側熱交換部とを有した蓄熱槽の各
   １次側熱交換部を並列に配置して前記切替弁により冷媒
   の流路を切替え可能にした１次側冷凍サイクルと、前記
   蓄熱槽内の２次側熱交換部と、冷媒対冷媒熱交換器の２
   次側熱交換部と、冷媒搬送ポンプと、室内側熱交換器と
   を環状に接続した２次側冷凍サイクルとからなり、前記
   蓄熱槽内の深さ方向に対して所定の間隔をおいて、水平
   に氷浮上防止用網を設置した蓄熱式空気調和機。