JPH0849933A - 蓄熱式空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高効率で、高い負荷追従性の氷蓄熱槽を備え
た蓄熱式空気調和機を提供する。 【構成】 蓄熱槽を介した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の蓄熱槽にお
いて、１次側熱交換部の伝熱管Ｐ１の長手方向に平行か
つ近傍に２次側熱交換部の伝熱管Ｐ２を配列して構成し
たものである。

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】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６２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５
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内の熱交換部の周囲に氷として蓄
冷される。

【０００６】また、蓄熱運転時には図中の破線方向に冷
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
しているため効率の低下を招き、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のオフィ
ス内のＯＡ機器への水損は避けられないという欠点を有
していた。

【００１０】そこで、本発明は、高効率で、安全性が高
く、かつ負荷追従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。

【００１１】

【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、蓄熱槽を介した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の蓄
熱槽において、１次側熱交換部の伝熱管の長手方向に平
行かつ近傍に２次側熱交換部の伝熱管を配列して構成し
たものである。

【００１２】また、本発明の他の手段は、蓄熱槽の１次
側熱交換部の伝熱管と２次側熱交換部の伝熱管とを密着
させたものである。

【００１３】更に、本発明の他の手段は、蓄熱槽内の１
次側熱交換部と２次側熱交換部を、共通の伝熱管内に仕
切り板を挿通させて構成したものである。

【００１４】

【作用】この技術的手段による作用は次のようになる。

【００１５】圧縮機、四方弁、室外側熱交換器、膨張
弁、切替弁、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、夜間に冷媒対冷媒熱交換器を使用しない状
態で、切替弁、及び膨張弁の制御により、蓄熱槽の１次
側熱交換部の伝熱管を介して蓄熱材である水に蓄冷（製
氷）運転時は氷として、蓄熱運転時は温水として蓄熱し
ておく。

【００１６】なお、蓄冷（製氷）運転の場合には、蓄熱
槽の１次側熱交換部の伝熱管の長手方向に平行かつ近傍
に２次側熱交換部の伝熱管を配列しているため、氷は蓄
熱槽の１次側熱交換部の伝熱管と２次側熱交換部の伝熱
管を覆うように着氷する。

【００１７】また、蓄熱槽の１次側熱交換部の伝熱管と
２次側熱交換部の伝熱管とを密着させることにより、１
次側熱交換部の伝熱面積が増加することになり、蓄熱槽
内において１次側冷凍サイクル内の冷媒と蓄熱材である
水との熱交換が効率良く行われる。

【００１８】一方、昼間は１次側冷凍サイクルでの蓄冷
（製氷）運転、または蓄熱運転を停止して、蓄熱槽の２
次側熱交換部、冷媒搬送ポンプ、室内側熱交換器からな
る２次側冷凍サイクルの運転（冷房、または暖房）を行
う。

【００１９】冷房運転の場合には、氷が蓄熱槽の１次側
熱交換部の伝熱管と２次側熱交換部の伝熱管を覆うよう
に着氷しているので、蓄熱槽内に蓄冷熱として蓄えられ
た氷と２次側冷凍サイクル内の冷媒との間で、２次側熱
交換部を介した高速な熱交換が行われ、その熱交換され
た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。

【００２０】また、蓄熱槽の１次側熱交換部の伝熱管と
２次側熱交換部の伝熱管とを密着させることにより、２
次側熱交換部の伝熱面積が増加して、蓄熱槽内の蓄熱材
と２次側冷凍サイクル内の冷媒との熱移動量が増加し、
室内負荷応答性が高まる。

【００２１】更に、蓄熱槽内の１次側熱交換部と２次側
熱交換部を、共通の伝熱管内に仕切り板を挿通させて構
成することにより、１次側熱交換部と２次側熱交換部の
密着性が向上し、より高効率な熱交換が行える。

【００２２】また、昼間の冷房または暖房が蓄熱槽だけ
では賄えないときには１次側サイクルにおいて蓄熱槽を
使用しない状態で圧縮機を運転し、冷媒対冷媒熱交換器
を介して１次側サイクルの冷熱を２次側サイクルへ熱交
換することができる。

【００２３】以上の作用により、夜間電力を利用した、
負荷応答性の高い冷房、または暖房運転を昼間に行える
ことになる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明による蓄熱式空気調和機の第１
の実施例について、図面を参照しながら説明する。な
お、従来と同一構成については、同一符号を付して詳細
な説明を省略する。

【００２５】図１は本発明の第１の実施例による蓄熱式
空気調和機の冷凍サイクル図である。図２は、同実施例
の蓄熱式空気調和機の蓄熱槽ＳＴＲの熱交換器１３ａ，
１３ｂの断面図である。

【００２６】図１、図２において、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
からなり、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、蓄熱材である水１６と熱交換器１
３からなる蓄熱槽ＳＴＲ、冷媒分流ユニットＵＮＴ、及
び冷媒搬送ポンプＰＭとから構成されている。

【００２７】また、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。更に、蓄熱槽ＳＴＲの熱交
換器１３は１次側熱交換部である１次側伝熱管Ｐ１、２
次側熱交換部である２次側伝熱管Ｐ２から構成されてお
り、かつ１次側伝熱管Ｐ１の長手方向に平行かつ近傍に
２次側伝熱管Ｐ２が配列されている。

【００２８】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の１次
側伝熱管Ｐ１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。

【００２９】一方、蓄熱槽内ＳＴＲの２次側伝熱管Ｐ２
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、さらに冷媒分流ユニットＵＮＴを介し
て冷媒対冷媒熱交換器ＨＥＸの２次側熱交換部１４ｂ
と、蓄熱槽ＳＴＲの１次側伝熱管Ｐ１とを並列に連通し
て２次側冷凍サイクルを形成している。

【００３０】次に、本発明による蓄熱式空気調和機の第
１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。なお、ここでは冷媒熱交
換器ＨＥＸを使用する場合については省略し、蓄熱槽Ｓ
ＴＲのみを使用する場合について、以下、（表１）を参
照しながら説明する。

【００３１】

【表１】

【００３２】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。

【００３３】なお、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。

【００３４】また、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。

【００３５】さらに、流量制御ユニットＵＮＴについて
は２次側冷凍サイクル内にて室内側熱交換器１７と蓄熱
槽ＳＴＲを連通する設定を第３モ−ド，室内側熱交換器
１７と冷媒対冷媒熱交換器ＨＥＸを連通する設定を第４
モ−ド，室内側熱交換器１７と蓄熱槽ＳＴＲと冷媒対熱
交換器ＨＥＸとを連通する設定を第５モ−ドと定義す
る。

【００３６】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次側伝熱
管Ｐ１の管内にて蒸発して蓄熱材である水１６から吸熱
した後、圧縮機２へ戻る。

【００３７】これにより、１次側伝熱管Ｐ１の管外側に
氷が生成されていくが、更に製氷運転を続けると、１次
側伝熱管Ｐ１の長手方向に平行かつ近傍に２次側伝熱管
Ｐ２が配列されているので氷は１次側伝熱管Ｐ１と２次
側伝熱管Ｐ２の両方を覆うようにして生成されていく。

【００３８】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の１次側熱交換部１３ａの管内にて凝縮し
て蓄熱材である水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。

【００３９】これにより、蓄熱槽ＳＴＲ内の１次側伝熱
管Ｐ１を介して放熱し、蓄熱槽ＳＴＲ内では温水として
蓄熱される。

【００４０】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）されており、１次側冷凍サイクルの圧縮機２は停止
し、２次側冷凍サイクルにおいて、冷媒分流ユニットＵ
ＮＴを第３モ−ドとして蓄熱槽ＳＴＲの２次側熱交換部
１３ｂを作用させて運転を行う。

【００４１】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次側伝
熱管Ｐ２に送られ、蓄熱槽ＳＴＲ内の蓄熱材である水１
６と高速で熱交換される。

【００４２】冷房時は図１中の実線矢印のように冷媒は
流れ、蓄熱槽ＳＴＲ内の２次側伝熱管Ｐ２、及び１次側
伝熱管Ｐ１の周囲には氷が覆うようにして着氷している
ため、蓄熱材（氷）と２次側サイクル内の冷媒の熱交換
が効率良く行われる。そして冷却された冷媒は、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次側伝熱管Ｐ２に戻るという
作用を繰り返す。

【００４３】また、暖房時は図１中の破線矢印のように
冷媒は流れ、蓄熱槽ＳＴＲ内の２次側伝熱管Ｐ２を介し
て加熱された冷媒は、可逆式冷媒搬送ポンプＰＭにより
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。

【００４４】以上のように本実施例の蓄熱式空気調和機
は、蓄熱槽内ＳＴＲ内の１次側熱交換部１３ａの１次側
伝熱管Ｐ１の長手方向に平行かつ近傍に２次側熱交換部
１３ｂの２次側伝熱管Ｐ２を配列することにより、安価
な夜間電力を利用した冷房・暖房運転が行えるだけでな
く、特に冷房運転時において負荷応答性の高い、高効率
な運転可能となる。

【００４５】また、蓄熱槽ＳＴＲの１次側熱交換部１３
ａの１次側伝熱管Ｐ１と２次側熱交換部１３ｂの２次側
伝熱管Ｐ２とを密着させることにより、１次側熱交換部
の伝熱面積が増加して効率の良い夜間蓄冷（製氷）また
は蓄熱運転、及び昼間の冷房・暖房運転が行える。

【００４６】さらに、蓄熱槽ＳＴＲ内の１次側熱交換部
１３ａと２次側熱交換部１３ｂを、共通の伝熱管Ｐ３内
に仕切り板１５を挿通させて構成することにより、１次
側熱交換部１３ａと２次側熱交換部１３ｂの密着性が向
上して熱抵抗が小さくなり、より高効率な熱交換、即
ち、夜間蓄冷（製氷）・蓄熱運転、及び昼間の冷房・暖
房運転が行える。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、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、蓄熱槽を、１次側熱
交換部の伝熱管の長手方向に平行かつ近傍に２次側熱交
換部の伝熱管を配列して構成したものである。これによ
り、昼間冷房運転時における蓄熱槽内の２次側熱交換部
の熱交換効率が向上して、２次側冷凍サイクル内の冷媒
と蓄熱材との間の熱交換量を増加させることができ、効
率の良い冷房運転が行える。

【００４８】また、蓄熱槽の１次側熱交換部の伝熱管と
２次側熱交換部の伝熱管とを密着させることにより伝熱
面積が増大して効率の良い夜間蓄冷（製氷）・蓄熱運
転、及び昼間の冷・暖房運転が行える。

【００４９】さらに、蓄熱槽内の１次側熱交換部と２次
側熱交換部を、共通の伝熱管内に仕切り板を挿通させて
構成することにより、１次側熱交換部と２次側熱交換部
の密着性が向上して熱抵抗が小さくなり、より効率の良
い夜間蓄冷（製氷）・蓄熱運転、及び昼間の冷・暖房運
転が行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による蓄熱式空気調和機の冷
凍システム図

【図２】本発明の一実施例における蓄熱槽の熱交換器の
断面図

【図３】本発明による第２の実施例における蓄熱槽の熱
交換器の断面図

【図４】本発明による第３の実施例における蓄熱槽の熱
交換器の断面図

【図５】従来例を示す蓄熱式空気調和機の冷凍システム
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ＳＴＲの１次側熱交換部 １３ｂ 蓄熱槽ＳＴＲ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 １５ 仕切り板 １７ 室内側熱交換器 ＨＥＸ 冷媒対冷媒熱交換器 ＫＶ１ 三方弁 Ｐ１ １次側伝熱管 Ｐ２ ２次側伝熱管 ＰＭ 冷媒搬送ポンプ ＳＴＲ 蓄熱槽 ＵＮＴ 冷媒分流ユニット

Claims (3)

【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、切替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次側熱交換部を前記切替弁を介して並列に接続した
   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、冷媒搬送ポンプと、室内側熱交換器と、冷媒分流ユ
   ニットとを環状に接続し、蓄熱槽内の２次側熱交換部に
   対して冷媒対冷媒熱交換器の２次側熱交換部を前記冷媒
   分流ユニットを介して並列に接続した２次側冷凍サイク
   ルとからなり、前記蓄熱槽の１次側熱交換部の伝熱管の
   長手方向に平行かつ近傍に２次側熱交換部の伝熱管を配
   列した蓄熱式空気調和機。
2. 【請求項２】 蓄熱槽の１次側熱交換部の伝熱管と２次
   側熱交換部の伝熱管とを密着させた蓄熱槽を有する請求
   項１記載の蓄熱式空気調和機。
3. 【請求項３】 蓄熱槽の１次側熱交換部と２次側熱交換
   部を、共通の伝熱管内に仕切り板を挿通させて構成した
   蓄熱槽を有する請求項１記載の蓄熱式空気調和機。