JPH07280302A - 個別蓄熱型冷暖房装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 省エネルギーかつ配管施工の手間がかからな
い個別蓄熱型冷暖房装置を提供する。 【構成】 この空気熱源ヒートポンプ式冷暖房装置と蓄
熱槽とを一体型ユニットとして構成した個別蓄熱型冷暖
房装置は、熱源機手段（２）を備えたヒートポンプ回路
中の第１の熱媒と排気との熱交換を行うための第１の熱
交換器（３）と、ポンプ手段（４）を備えた空調回路中
の第２の熱媒と給気との熱交換を行うための第２の熱交
換器（５）と、第１の熱媒と第２の熱媒との熱交換を行
うことにより蓄熱槽（８）内に蓄熱を行うための第３の
熱交換器（９）とを備え、前記第１の熱交換器が建物内
部の空気を熱源として利用するとともに、前記第１およ
び第３の熱交換器がヒートポンプ回路の凝縮器または蒸
発器のいずれかに選択的に機能するように構成されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は冷暖房装置に係り、特に
空気熱源ヒートポンプ式冷暖房装置と蓄熱槽とを一体型
ユニットとして構成した個別蓄熱型冷暖房装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より夜間の安価な電力を利用して夜
間に冷熱または温熱を蓄熱し、この蓄熱を昼間の空調に
利用する蓄熱式空調システムが種々提案されているが、
その大多数は、蓄熱槽や蓄氷槽、さらには各種熱源機器
類が居室空間とは別個の空間、たとえばビルの地下空間
などに設置されるものであった。

【０００３】一般に、空調設備の容量は建物全体の空調
負荷を勘案して決定されるが、オフィスビルなどにおい
ては、建設時に内部負荷量や発生位置の設定を完全に行
うことは不可能であり、したがって既存設備では十分な
空調を得ることができない場合が多く、特に、ビル機能
のインテリジェント化にともなう冷房負荷の増大傾向
や、オフィス環境の快適化要求を充足させるためには、
空調機の移動増減や配管施工に多大の労力と費用とを要
していた。

【０００４】そこで、最近ではパッケージ型の空調機に
蓄熱装置を組み込んだり、あるいはパーティションなど
の間仕切り内に蓄熱装置を組み込んだりした個別蓄熱型
の冷暖房装置が提案されている。しかしながら、パッケ
ージ型の空調機では室内空間を細かく温度制御すること
ができず、上記のような個別空調のニーズに満足に応え
ることができないうえ、空気熱源側装置との配管接続な
どの施工が不可欠であるなどの問題を抱えている。また
パーティションなどの間仕切り内に蓄熱装置を組み込む
ことにより、局所的な熱負荷の増減に対応することが可
能となるが、構造的な制約により内部熱負荷全体をカバ
ーすることはできない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な従来の個別分散方式の空調機、特に個別蓄熱型の冷暖
房装置の抱える問題点に立脚してなされたものであり、
その目的とするところは、非常に廉価かつ簡単な構造で
建物内の個別熱負荷要求に柔軟に対応することが可能で
あり、冷媒配管施工などに要する多大の労力を省略可能
であり、しかも夜間電力を利用した省エネルギー運転を
行うことが可能な新規かつ改良された個別蓄熱型の冷暖
房装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項１に記載の空気熱源ヒートポンプ式冷暖房装置
と蓄熱槽とを一体型ユニットとして構成した個別蓄熱型
冷暖房装置は、熱源機手段を備えたヒートポンプ回路中
の第１の熱媒と排気されるべき空気との熱交換を行うた
めの第１の熱交換器と、ポンプ手段を備えた空調回路中
の第２の熱媒と給気との熱交換を行うための第２の熱交
換器と、第１の熱媒と第２の熱媒との熱交換を行うこと
により蓄熱槽内に蓄熱を行うための第３の熱交換器とを
備え、前記第１の熱交換器が建物内部の空気を熱源とし
て利用するとともに、前記第１および第３の熱交換器が
ヒートポンプ回路の凝縮器または蒸発器のいずれかに選
択的に機能するようにしたことを特徴としている。なお
熱源機手段としては、たとえば圧縮機を採用することが
できる。または空調回路は水やブラインを循環し、室内
の熱負荷をまかなう熱源水循環路である。

【０００７】また請求項２に記載の発明は、請求項１に
記載の個別蓄熱型冷暖房装置の第１の熱交換器が、天井
裏空間を排熱の排出空間とし、さらにこの排気に見合う
量の外気の取入手段とすることを特徴としている。

【０００８】さらに請求項３に記載の、空気熱源ヒート
ポンプ式冷暖房装置と蓄熱槽とを一体型ユニットとして
構成した個別蓄熱型冷暖房装置は、熱源機手段を備えた
ヒートポンプ回路中の第１の熱媒と外気との熱交換を行
うための第１の熱交換器と、ポンプ手段を備えた空調回
路中の第２の熱媒と給気との熱交換を行うための第２の
熱交換器と、第１の熱媒と第２の熱媒との熱交換を行う
ことにより蓄熱槽内に蓄熱を行うための第３の熱交換器
とを備え、前記第１の熱交換器が第１の熱媒と外気とを
直接熱交換するウォールスルー型熱交換器であり、さら
に前記第１および第３の熱交換器がヒートポンプ回路の
凝縮器または蒸発器のいずれかに選択的に機能するよう
にしたことを特徴としている。なお熱源機手段として
は、たとえば圧縮機を採用することができる。または空
調回路は水やブラインを循環し、室内の熱負荷をまかな
う熱源水循環路である。

【０００９】

【作用】請求項１に記載の発明によれば、電力料金の安
い夜間に蓄熱運転を行い蓄熱槽に冷水または氷による冷
熱、あるいは温水による温熱を蓄熱することが可能であ
る。すなわち冷熱蓄熱を行う場合には、第１の熱交換器
を凝縮器として機能させ、第３の熱交換器を蒸発器とし
て機能させて蓄熱槽内に冷熱を蓄熱することが可能であ
り、温熱蓄熱を行う場合には、第１の熱交換器を蒸発器
として機能させ、第３の熱交換器を凝縮器として機能さ
せて蓄熱槽内に温熱を蓄熱することが可能である。その
際に、第１の熱交換器は空調が不要な夜間の建物内部の
空気を熱源として利用するので、室内自立型でありかつ
設置位置が制約されない省エネルギーの簡便な構成の空
気調和機を構築することができる。さらに、本発明にお
いては、蓄熱槽が圧縮機などの熱源機とは独立した熱源
装置として構成されているので、熱の取り出しには、ポ
ンプ手段を駆動すればよく、圧縮機の運転が不要であ
る。したがって熱負荷が減少した期間の昼間は、圧縮機
を停止した状態での空調運転が可能となる。

【００１０】請求項２に記載の発明によれば、天井裏空
間を排熱の排出空間とし、さらにこの排気に見合う量の
外気の取入手段とするので、夜間の蓄熱運転時であって
も、空調空間の熱環境を悪化させることなく、蓄熱を行
うことができる。

【００１１】また建物内部の空気の換気および／または
空調を行うための外調機を設けることにより、室内の換
気および／または空調を行い、夜間の蓄熱運転時の建物
内部の熱環境の悪化を防止することができる。

【００１２】請求項３に記載の発明によれば、電力料金
の安い夜間に蓄熱運転を行い蓄熱槽に冷水または氷によ
る冷熱、あるいは温水による温熱を蓄熱することが可能
である。すなわち冷熱蓄熱を行う場合には、第１の熱交
換器を凝縮器として機能させ、第３の熱交換器を蒸発器
として機能させて蓄熱槽内に冷熱を蓄熱することが可能
であり、温熱蓄熱を行う場合には、第１の熱交換器を蒸
発器として機能させ、第３の熱交換器を凝縮器として機
能させて蓄熱槽内に温熱を蓄熱することが可能である。
その際に、第１の熱交換器は外気と直接熱交換を行うウ
ォールスルー型に構成されているので、装置構成が簡単
で省エネルギー高効率の空気調和機を構築することがで
きる。さらに、本発明においては、蓄熱槽が圧縮機など
の熱源機とは独立した熱源装置として構成されているの
で、熱の取り出しには、ポンプ手段を駆動すればよく、
圧縮機の運転が不要である。したがって熱負荷が減少し
た期間の昼間は、圧縮機を停止した状態での空調運転が
可能となる。

【００１３】

【実施例】以下に添付図面を参照しながら、本発明に基
づいて構成された個別蓄熱型冷暖房装置の好適な実施例
について詳細に説明する。

【００１４】図１および図２は、本発明に基づいて構成
された個別蓄熱型冷暖房装置の概略的な正面図および側
面図を示している。図示のように、この個別蓄熱型冷暖
房装置は、ケーシング１の上部に、圧縮機２などから構
成される熱源機手段を備えたヒートポンプ回路中を循環
する冷媒などの第１の熱媒と排気されるべき空気との熱
交換を行うための第１の熱交換器３と、ポンプ手段４を
備えた空調回路中を循環する水などの第２の熱媒と給気
との熱交換を行うための第２の熱交換器５と、これら第
１および第２の熱交換器に通風させるための送風機６、
７とを備えている。またこのケーシング１の下部には、
蓄熱槽８が設置されており、この第１の熱媒と第２の熱
媒との熱交換を行うことにより蓄熱槽内に冷熱または温
熱を蓄熱するための第３の熱交換器９が設置されてい
る。

【００１５】そして第１の熱交換器３は図示しないダク
トを介して天井裏空間などに連通しており、そこに排気
を行うことが可能なように構成されている。また図示の
装置では、第１の熱交換器３、圧縮機２、図示しない膨
張弁、第３の熱交換器９によりヒートポンプ回路が構成
されるが、本発明によれば、第１の熱交換器３および第
３の熱交換器９は、運転モードに応じて、このヒートポ
ンプ回路の凝縮器または蒸発器のいずれかとして選択的
に機能させることが可能である。なお図示の例では、第
１の熱交換器３を第２の熱交換器の下方に設置している
が、本発明はかかる構成に限定されず、特許請求の範囲
に記載された構成を採用する限り、ケーシング１内に各
要素を自由に配置することが可能である。また本発明に
基づいて構成された個別蓄熱型冷暖房装置は、たとえば
インテリア側の壁際またはパネルで区画された小機械室
に設置され、図１の正面を吸込（吹出）口としてダクト
接続することが可能である。

【００１６】図３〜図６は、図１および図２に示す個別
蓄熱型冷暖房装置の熱媒配管の系統図を示しており、図
３は冷熱蓄熱運転時、図４は温熱蓄熱運転時、図５は空
調運転時の状態をそれぞれ示している。いずれの系統図
も、熱媒の循環方向が異なっているが、機器配置は同じ
である。これらの図において、２は圧縮機、３は第１の
熱媒と排気との熱交換を行うための第１の熱交換器、４
は第２の熱媒を循環させるためのポンプ手段、５は給気
と第２の熱媒との熱交換を行うための第２の熱交換器、
６は第１の熱交換器用の送風機、７は第２の熱交換器用
の送風機、８は第２の熱媒を冷熱または温熱として蓄熱
するための蓄熱槽、９はその蓄熱槽８内に設置される第
３の熱交換器である。

【００１７】そして、第１の熱交換器３の一方側と蓄熱
槽８内の第３の熱交換器９の一方側とが受液器１０およ
び膨張弁１１とを介して接続され、さらに第１の熱交換
器３の他方側と第３の熱交換器９の他方側とが冷媒回路
を切り換えるための四方弁１２を介して接続されて、第
１の熱媒が循環するヒートポンプ回路が構成される。さ
らに第２の熱交換器５と蓄熱槽８とポンプ手段４とによ
り第２の熱媒が循環する空調回路が構成される。さらに
第１の熱交換器３を通過する排気空気は図示しないダク
トを介して、建物内、たとえば天井裏空間に送風される
ように構成されている。そして、排気の建物内への排気
量に見合う外気を外調機、全熱交換器またはフィルタと
ファンを介して導入することが可能である。

【００１８】次に以上のように本発明に基づいて構成さ
れた個別蓄熱型冷暖房装置のそれぞれの運転モードにつ
いて図３〜図５を参照しながら説明する。まず図３に示
す冷熱蓄熱運転時には、四方弁１２が図のように切り換
えられて、冷媒が圧縮機２→第１の熱交換器３→膨張弁
１１→第３の熱交換器９の順に循環し、第１の熱交換器
３が凝縮器、第３の熱交換器９が蒸発器として機能す
る。すなわち圧縮機２により送られた第１の熱媒は、第
１の熱交換器３により外気に放熱して凝縮し、第３の熱
交換器９により蓄熱槽内の第２の熱媒から抜熱して蒸発
し、その際に、蓄熱槽８内の第２の熱媒を冷却し、冷熱
が冷水あるいは氷として蓄熱槽８内に蓄熱される。な
お、かかる冷熱蓄熱運転時には、ポンプ４は駆動され
ず、空調回路は停止状態に保持される。

【００１９】そして本発明によれば、第１の熱交換器が
昼間の空調運転時に冷却された建物内部の空気を熱源と
して使用するので、省エネルギー運転が可能となるう
え、余分な配管施工が不要となり、建物内部の空調負荷
に応じて本発明装置を自由にレイアウトすることが可能
である。なお、建物内部の空気を熱源として使用した場
合に、建物内部の空気の熱環境の悪化が懸念されるが、
蓄熱運転は通常夜間に行われるので、熱環境の悪化は実
際上はほとんど問題とならない。さらに天井裏空間を建
物外への排熱の排出経路として、さらにこの排気に見合
う量の外気の取入手段として利用することにより、熱環
境の悪化の問題は解決可能である。さらにまた、本発明
によれば、外調機を設けて建物内部の空気を循環させる
ことにより、熱環境の劣化の問題を緩和することが可能
である。そしてこの実施例では、天井チャンバより換気
扇等で排気することが可能なのでダクト工事を低減でき
る。

【００２０】図４には、温熱蓄熱運転時の熱媒回路の様
子が示されている。温熱蓄熱運転時には、図示のように
四方弁を切り換えて、熱媒を圧縮機２→第３の熱交換器
９→膨張弁１１→第１の熱交換器３の順に循環させ、第
１の熱交換器３を蒸発器として機能させ、第３の熱交換
器９を凝縮器として機能させることが可能である。すな
わち第１の熱交換器３により排気空気より抜熱して蒸発
した第１の熱媒は第３の熱交換器９において蓄熱槽８内
の第２の熱媒に放熱して凝縮する。その際に蓄熱槽８内
に温熱がたとえば温水として蓄熱される。なお抜熱する
外気温度が低い場合には、図示しない加熱装置を蓄熱槽
８に設け、安価な夜間電力を利用して蓄熱槽８内に温水
を蓄熱することが可能である。なお、かかる温熱蓄熱運
転時には、ポンプ４は駆動されず、空調回路は停止状態
に保持される。

【００２１】そしてこの温熱蓄熱運転時にも、第１の熱
交換器が昼間の空調運転時に暖められた建物内部の空気
を熱源として使用するので、省エネルギー運転が可能と
なるうえ、余分な配管施工が不要となり、また建物内部
の空調負荷に応じて本発明装置を自由にレイアウトする
ことが可能である。なお、建物内部の空気を熱源として
使用した場合に、建物内部の空気の熱環境の悪化が懸念
されるが、蓄熱運転は通常夜間に行われるので、熱環境
の悪化は実際上はほとんど問題とならない。さらに天井
裏空間を建物外への排熱の排出経路として利用すること
により、熱環境の悪化の問題は解決可能である。さらに
また、本発明によれば、外調機を設けて建物内部の空気
を循環させることにより、熱環境の劣化の問題を緩和す
ることが可能である。

【００２２】ついで図５には、図３および図４の運転モ
ードにより蓄熱された冷熱または温熱をくみ出す空調運
転時の熱媒回路の様子が示されている。図示のように、
空調運転時には、ポンプ４を駆動して、蓄熱槽８内に蓄
熱された冷熱または温熱を汲み上げて第２の熱交換器５
を介して室内の冷暖房を図ることが可能である。そして
消費された温熱または冷熱は蓄熱槽８に戻される。

【００２３】このように本発明によれば、要求される熱
負荷が高くない場合には、圧縮機２を駆動せずに、ポン
プ４により蓄熱槽８内に冷熱または温熱を汲み上げるだ
け、最適な空調を行うことが可能である。なお蓄熱水の
温度が所定の温度を上回った（暖房時は下回った）場合
には、上記ヒートポンプ回路を、図３に示す冷熱蓄熱運
転モード、あるいは図４に示す温熱蓄熱運転モードで駆
動することにより、要求される熱負荷に応じた冷熱また
は温熱を空調回路に供給することが可能である。

【００２４】なお如上の実施例においては、第１の熱交
換器３による排熱を建物内部、好ましくは天井裏空間の
空気に捨てる構成を示したが、本発明はかかる構成に限
定されない。たとえば第１の熱交換器３を外気と直結す
ることによりウォールスルー方式の個別蓄熱型冷暖房装
置を構成することも可能である。このウォールスルー方
式のものは、レイアウトの自由性および省エネルギー性
においては、如上の室内自立型冷暖房装置に劣るもの
の、外気を直接熱源として利用するため、熱交換効率に
優れた冷暖房システムを構築することが可能である。ま
た本実施例の場合には、ダクト工事が不要となる上、間
仕切りの少ない大部屋に設置するための最適な装置が提
供される。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明によれば、電力料金の安い夜間に蓄熱運転を行い蓄
熱槽に冷水または氷による冷熱、あるいは温水による温
熱を蓄熱することが可能である。その際に、第１の熱交
換器は昼間の空調運転時に冷熱または温熱が蓄熱された
建物内部の空気を熱源として利用するので、室内自立型
でありかつ設置位置が制約されない省エネルギーの簡便
な構成の空気調和機を構築することができる。さらに、
本発明においては、蓄熱槽が圧縮機などの熱源機とは独
立した熱源装置として構成されているので、熱の取り出
しには、ポンプ手段を駆動すればよく、圧縮機の運転が
不要である。したがって熱負荷が減少した期間の昼間
は、圧縮機を停止した状態での空調運転が可能となり、
結果として夜間電力を有効に活かし、電力需要の平準化
に資することが可能である。

【００２６】また請求項２に記載の発明によれば、天井
裏空間を排熱の排出空間とし、さらにこの排気に見合う
量の外気の取入手段とするので、夜間の蓄熱運転時であ
っても、空調空間の熱環境を悪化させることなく、蓄熱
を行うことができる。

【００２７】さらにまた請求項３に記載の発明によれ
ば、請求項１に記載の発明と同様に、電力料金の安い夜
間に蓄熱運転を行い蓄熱槽に冷水または氷による冷熱、
あるいは温水による温熱を蓄熱することが可能である。
その際に、第１の熱交換器は外気と直接熱交換を行うウ
ォールスルー型に構成されているので、装置構成が簡単
で省エネルギー高効率の空気調和機を構築することがで
きる。また、本発明においては、蓄熱槽が圧縮機などの
熱源機とは独立した熱源装置として構成されているの
で、熱の取り出しには、ポンプ手段を駆動すればよく、
圧縮機の運転が不要である。したがって熱負荷が減少し
た期間の昼間は、圧縮機を停止した状態での空調運転が
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づいて構成された個別蓄熱型冷暖房
装置の概略的な正面図を示している。

【図２】本発明に基づいて構成された個別蓄熱型冷暖房
装置の概略的な断面図を示している。

【図３】本発明に基づいて構成された個別蓄熱型冷暖房
装置の内部機器の配置と熱媒回路示す図であり、冷熱蓄
熱運転時の状態を示している。

【図４】本発明に基づいて構成された個別蓄熱型冷暖房
装置の内部機器の配置と熱媒回路示す図であり、温熱蓄
熱運転時の状態を示している。

【図５】本発明に基づいて構成された個別蓄熱型冷暖房
装置の内部機器の配置と熱媒回路示す図であり、空調運
転時の状態を示している。

【符号の説明】

１ ケーシング ２ 圧縮機 ３ 第１の熱交換器 ４ ポンプ ５ 第２の熱交換器 ６ 送風機 ７ 送風機 ８ 蓄熱槽 ９ 第３の熱交換器 １０ 受液器 １１ 膨張弁 １２ 四方弁

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空気熱源ヒートポンプ式冷暖房装置と蓄
   熱槽とを一体型ユニットとして構成した個別蓄熱型冷暖
   房装置であって、熱源機手段を備えたヒートポンプ回路
   中の第１の熱媒と排気されるべき空気との熱交換を行う
   ための第１の熱交換器と、ポンプ手段を備えた空調回路
   中の第２の熱媒と給気との熱交換を行うための第２の熱
   交換器と、第１の熱媒と第２の熱媒との熱交換を行うこ
   とにより蓄熱槽内に蓄熱を行うための第３の熱交換器と
   を備え、前記第１の熱交換器が建物内部の空気を熱源と
   して利用するとともに、前記第１および第３の熱交換器
   がヒートポンプ回路の凝縮器または蒸発器のいずれかに
   選択的に機能するようにしたことを特徴とする、個別蓄
   熱型冷暖房装置。
2. 【請求項２】 前記第１の熱交換器が天井裏空間を排熱
   の排出空間とし、さらにこの排気に見合う量の外気の取
   入手段とすることを特徴とする、請求項１に記載の個別
   蓄熱型冷暖房装置。
3. 【請求項３】 空気熱源ヒートポンプ式冷暖房装置と蓄
   熱槽とを一体型ユニットとして構成した個別蓄熱型冷暖
   房装置であって、熱源機手段を備えたヒートポンプ回路
   中の第１の熱媒と外気との熱交換を行うための第１の熱
   交換器と、ポンプ手段を備えた空調回路中の第２の熱媒
   と給気との熱交換を行うための第２の熱交換器と、第１
   の熱媒と第２の熱媒との熱交換を行うことにより蓄熱槽
   内に蓄熱を行うための第３の熱交換器とを備え、前記第
   １の熱交換器が第１の熱媒と外気とを直接熱交換するウ
   ォールスルー型熱交換器であり、さらに前記第１および
   第３の熱交換器がヒートポンプ回路の凝縮器または蒸発
   器のいずれかに選択的に機能するようにしたことを特徴
   とする、個別蓄熱型冷暖房装置。