JPH09152148A - 蓄熱式空調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の課題は、経済的な手段により暖房能力
の不足を補うとともに適切な空調の運転を行うことがで
きる蓄熱式空調装置を提供することにある。 【解決手段】凍結可能な水を収容する蓄熱槽13と、夜間
の冷房運転時に蓄熱槽13の水を冷却し氷及び冷水の冷熱
として蓄熱させ夜間の暖房運転時には蓄熱槽13の水を加
熱し温水として蓄熱させる氷蓄熱式ヒートポンプ装置11
と、夜間電力を利用して固体蓄熱体32に熱を蓄え昼間時
に蓄熱体32の放熱を利用して温水を発生させる固体蓄熱
式電気温水発生装置14と、蓄熱槽13の冷水又は温水が昼
間時のポンプ作動で循環流通される第１の熱交換器42及
び温水発生装置14で発生された温水が昼間時のポンプ作
動で循環流通される第２の熱交換器43を有し第１・第２
の空調用熱交換器42，43を空調空気が流通するケース41
内の空気流れ方向に対する上流側と後流側に配置した空
調用熱交換装置15とを具備することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は夜間電力を利用して
冷熱又は温熱を蓄え、この冷熱又は温熱を昼間の空調に
使用する蓄熱式空調装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】大規模ビルや小規模ビルなどの建築物に
設備される空調装置として、氷蓄熱式のヒートポンプ装
置と空調用熱交換装置とを組合せたものが知られてい
る。この従来の蓄熱式空調装置は、凍結可能な水を収容
する蓄熱槽と、夜間における冷房運転と暖房運転の切換
が可能で冷房運転時には前記蓄熱槽の水を冷却し氷及び
冷水の冷熱として蓄熱させ暖房運転時には前記蓄熱槽の
水を加熱し温水として蓄熱させる氷蓄熱式のヒートポン
プ装置と、空調空気が流通するケース及び該ケース内に
配置され前記蓄熱槽に配管接続されて前記蓄熱槽の冷水
又は温水が昼間時のポンプ作動で循環流通される空調用
熱交換器を有する空調用熱交換装置とを具備する。

【０００３】前記ヒートポンプ装置は、外気に触れる第
１の熱交換器と、蓄熱槽内に配置され該蓄熱槽の水と熱
交換する第２の熱交換器と、冷媒を圧縮して第１の熱交
換器と第２の熱交換器との間を循環流通させる圧縮機
と、冷媒の流れの向きを切換える切換弁と、第１の熱交
換器と第２の熱交換器との間の管路中に組込まれる膨脹
弁とを有し、前記切換弁の切換操作により冷房運転と暖
房運転に切替えることができるように構成されている。

【０００４】また空調用熱交換装置は、空調空気が流通
するケースと、このケース内に配置され前記蓄熱槽に配
管接続されて該蓄熱槽の冷水又は温水が昼間時のポンプ
作動で循環流通される空調用熱交換器とを備えている。

【０００５】このように構成された蓄熱式空調装置は、
冷房運転時には次に述べる作動を行う。氷蓄熱式のヒー
トポンプ装置は、夜間における冷房運転時に第１の熱交
換器が凝縮機として機能し、第２の熱交換器が蒸発器と
して機能する。そして、第２の熱交換器が蒸発器として
機能することにより、蓄熱槽内の水が低温に冷却され
て、第２の熱交換器の管外表面に氷層が形成されると共
に残存の槽内水が低温の冷水とされ、この氷及び冷水を
冷熱として蓄熱槽に蓄熱することになる。

【０００６】そして、前記蓄熱槽に蓄えられた氷及び冷
水の冷熱を昼間時において冷房用の主要熱源として利用
する。この場合は蓄熱槽にある氷冷却の冷水を管路を介
して空調用熱交換器にポンプ作動で循環流通させる。空
調用熱交換装置は、空調用の熱交換器を流れる冷水によ
り空調空気を冷却する。そして、冷却された空気を送風
ダクトにより建築物の各部に送って昼間時の冷房を行
う。

【０００７】暖房運転時には次に述べる作動を行う。氷
蓄熱式のヒートポンプ装置は、暖房運転を行う時に第１
の熱交換器が蒸発器として機能し、第２の熱交換器が凝
縮機として機能する。そして、第２の熱交換器が凝縮機
として機能することにより、蓄熱槽内の水を加熱し、高
温の温水として蓄熱槽に蓄熱することになる。

【０００８】そして、前記蓄熱槽に蓄えた温水を昼間時
において暖房用の主要熱源として利用する。この場合は
蓄熱槽にある温水を管路を介して空調用熱交換装置の熱
交換器に循環流通させる。空調用熱交換装置は空調用の
熱交換器を流れる温水により空調空気を加熱する。そし
て、加熱された空気を送風ダクトにより建築物の各部に
送って昼間時の暖房を行う。

【０００９】一般に氷蓄熱式のヒートポンプ装置を用い
た空調装置では、夏季に氷蓄熱式ヒートポンプ装置で蓄
熱槽内に氷を作って冷房運転を行い、冬季には氷蓄熱式
ヒートポンプ装置で蓄熱槽内に温水を作って暖房運転を
行っている。また、春季や秋季は、外気温度の高さに応
じて氷蓄熱式ヒートポンプ装置を切換弁の操作により冷
房運転または暖房運転に切換えて、冷房または暖房を行
っている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前記のような氷蓄熱式
ヒートポンプ装置を用いた従来の空調装置には、次に述
べるような問題があった。その第１の問題点は、暖房能
力が不足する点である。氷蓄熱式のヒートポンプ装置
は、安価な夜間電力を利用して蓄熱を行うためにエネル
ギーを経済的に利用することができるが、氷の蓄熱能力
と温水の蓄熱能力には著しい能力差がある。

【００１１】すなわち、氷はそれが融解する時のエネル
ギーを有するために、同じ容積の氷と温水が夫々蓄積す
る熱量を比較すると、氷が蓄積する熱量の方が大きい。
氷蓄熱式のヒートポンプ装置は氷の冷熱を蓄熱しておく
方式であるために、前記のような熱量の差は、そのまま
空調装置の冷房能力と暖房能力の差となって現れ、冷房
能力に合せて蓄熱槽の容積を設定すると、暖房能力が不
足することになる。

【００１２】このように暖房能力が不足した場合には、
高価な昼間の電力を利用して氷蓄熱式ヒートポンプ装置
を運転するか、或いは石油やガスなどを燃料とするボイ
ラを利用して、不足した暖房能力分の熱を補う必要があ
る。しかし、これらの対策は不経済であり、特に後者の
対策は排気ガスの発生を伴うという問題がある。

【００１３】なお、暖房能力を増大するために蓄熱槽の
容積を大きくすると、この蓄熱槽は冷房能力にとって必
要以上に大きなものとなり、氷蓄熱式ヒートポンプ装置
の設備が非常に大型化する。

【００１４】第２の問題点は、従来の空調装置は冷房運
転と暖房運転の二者択一の運転を選択するのみであり、
それ以外の温度と湿度の組合せによる空調運転を行うこ
とができない。言い換えれば人間が快適と感じる温度と
湿度の組合せの空調運転を行うことができない点であ
る。

【００１５】特に、湿度が高い梅雨時や気温の変動が激
しい春季及び秋季には、冷房運転または暖房運転のみで
は、その時期に適した温度と湿度の組合せによる空調、
すなわちその時期に人間が快適と感じる温度と湿度の組
合せによる空調の運転を行うことができない。

【００１６】本発明の第１の課題は、経済的な手段によ
り暖房能力の不足を補うと共に、必要とする温度と湿度
との組合せによる適切な空調運転を行うことができる蓄
熱式空調装置を提供することにある。本発明の第２の課
題は、経済的な手段により暖房能力の不足を補うことが
できる蓄熱式空調装置を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】前記第１の課題を解決す
るために、請求項１の発明に係る蓄熱式空調装置は、凍
結可能な水２２を収容する蓄熱槽１３と、夜間における
冷房運転と暖房運転の切換が可能で冷房運転時には蓄熱
槽１３の水を冷却し氷及び冷水の冷熱として蓄熱させ暖
房運転時には前記蓄熱槽１３の水を加熱し温水として蓄
熱させる氷蓄熱式のヒートポンプ装置１１と、夜間電力
を利用して固体蓄熱体３２に熱を蓄え昼間時に前記蓄熱
体３２の放熱を利用して温水を発生させる固体蓄熱式の
電気温水発生装置１４と、前記蓄熱槽１３に配管接続さ
れ該蓄熱槽の冷水又は温水が昼間時のポンプ作動で循環
流通される第１の空調用熱交換器４２及び前記温水発生
装置１４に配管接続され該温水発生装置で発生された温
水が昼間時のポンプ作動で循環流通される第２の空調用
熱交換器４３を有し前記第１の空調用熱交換器４２を空
調空気が流通するケース４１内の空気流れ方向に対する
上流側に配置し前記第２の空調用熱交換器４３を前記ケ
ース４１内の空気流れ方向に対する後流側に配置した空
調用熱交換装置１５とを具備する構成としたことを特徴
とする。

【００１８】この請求項１の発明によれば、必要とする
温度と相対湿度との組合せによる空調運転を行う場合に
は、蓄熱槽１３の氷冷却冷水を空調用熱交換装置１５の
第１の熱交換器４２に供給し、これと同時に空調用熱交
換装置１５の第２の熱交換器４３に固体蓄熱式電気温水
発生装置１４で得た温水を供給する。

【００１９】そうすると、空調用熱交換装置１５を流通
する空調空気が、まず最初に第１の熱交換器４２に接触
して、この熱交換器４２の冷熱により所定温度まで温度
降下される。これにより空気の絶対湿度が低下する。次
いで、前記空調空気は第２の熱交換器４３に接触して、
この熱交換器４３の温熱により所定温度まで温度上昇さ
れる。これにより空気の相対湿度が低下する。このよう
にして空気の温度と湿度が調整され、季節に応じた空気
の温度と湿度の組合せによって空調を行うことができ
る。

【００２０】また、本発明の蓄熱式空調装置は、暖房運
転をする時に蓄熱槽１３内の温水を空調用熱交換装置１
５の第１の熱交換器４２に供給し且つ固体蓄熱式電気温
水発生装置１４で得た温水を空調用熱交換装置１５の第
２の熱交換器４３に供給して空調空気を加熱する。これ
により固体蓄熱式の電気温水発生装置１４がヒートポン
プ装置１１の暖房能力を補強して空調装置全体の暖房能
力を増強することができる。例えば外気の温度が低い場
合に、固体蓄熱式の電気温水発生装置１４を動作させる
ことにより、暖房運転の立上りを改善することができ
る。

【００２１】また、前記蓄熱槽１３は冷房能力を基準に
して容積を設定し、この容積の蓄熱槽１３を基準にして
暖房運転を行ない、その暖房能力の不足分を固体蓄熱式
電気温水発生装置１４で補強する。このため、蓄熱槽１
３を暖房能力を基準にした大きな容積のものにする必要
がなく、また石油やガスなどを燃料とするボイラを用い
て暖房能力を補う必要もなく、排煙による大気汚染の問
題を回避することができる。

【００２２】なお、固体蓄熱式の電気温水発生装置１４
に用いる固体蓄熱体３２は、小さなもので多くの熱を蓄
えることができるため、固体蓄熱式の電気温水発生装置
１４は小型であり、ボイラのように排煙を出すこともな
い。

【００２３】前記第２の課題を解決するために、請求項
２の発明に係る蓄熱式空調装置は、凍結可能な水２２を
収容する蓄熱槽１３と、夜間における冷房運転と暖房運
転の切換が可能で冷房運転時には蓄熱槽１３の水２２を
冷却し氷及び冷水の冷熱として蓄熱させ暖房運転時には
前記蓄熱槽１３の水２２を加熱し温水として蓄熱させる
氷蓄熱式のヒートポンプ装置１１と、空調空気が流通す
るケース１０２及び該ケース内に配置され前記蓄熱槽１
３に配管接続されて該蓄熱槽の冷水又は温水が昼間時の
ポンプ作動で循環流通される空調用熱交換器１０３を有
する空調用熱交換装置１０１と、夜間電力を利用して固
体蓄熱体３２に熱を蓄え昼間時に前記蓄熱体３２の放熱
を利用して空調用熱交換器１０３に供給される温水を加
熱する固体蓄熱式の温水加熱装置１００とを具備する構
成としたことを特徴とする。

【００２４】この請求項２の発明によれば、蓄熱槽１３
の温水を空調用熱交換器１０３に供給する時に、この温
水を固体蓄熱式の温水加熱装置１００で再加熱して温度
上昇させることができる。このため、空調用熱交換装置
１０１の熱交換器１０３が一個であっても固体蓄熱式の
温水加熱装置１００がヒートポンプ装置１１の暖房能力
を補強して暖房能力を増強することができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施形態
（第１の実施例）について図１乃至図３を参照して具体
的に説明する。この実施例は本発明の空調装置をビルに
設置したものであり、図中１は本発明の空調装置が設備
されるビル、２はこのビル１の地上の各階層、３はビル
１の屋上部、４はビル１の地下階層を示している。

【００２６】１１は氷蓄熱式のヒートポンプ装置、１３
は凍結可能な水２２を収容した蓄熱槽（この蓄熱槽の大
きさは冷房能力に合せた容積に設定されている）で、こ
の蓄熱槽１３と前記ヒートポンプ装置１１はユニット型
をなし、ビル１の屋上部３に図示の如く並べて設置され
ている。

【００２７】１４は固体蓄熱式の電気温水発生装置、１
５は空調用熱交換装置であり、この固体蓄熱式電気温水
発生装置１４と空調用熱交換装置１５はビル１の地下階
層４に夫々設置されている。

【００２８】氷蓄熱式のヒートポンプ装置１１は、安価
な夜間電力を利用して作動されるものであって、外気に
触れる第１の熱交換器１８と、蓄熱槽１３内に配置され
該蓄熱槽１３の水２２と熱交換する第２の熱交換器１９
と、冷媒を圧縮して第１の熱交換器１８と第２の熱交換
器１９との間を循環流通させる圧縮機２０と、冷媒の流
れの向きを切換える切換弁２１と、第１の熱交換器１８
と第２の熱交換器１９との間の管路中に組込まれる膨脹
弁（図示せず）とを有し、前記切換弁２１の切換操作に
より夜間における冷房運転と暖房運転の切替が行えるよ
うに構成されている。

【００２９】なお、第１の熱交換器１８と前記圧縮機２
０と切換弁２１及び図示しない膨脹弁は、装置ボックス
１６内に組込まれてヒートポンプ１２を構成している。
前記装置ボックス１６は外気入口１６ａと外気出口１６
ｂを有しており、外気出口１６ｂに設けられた送風ファ
ン１７の駆動により外気を外気入口１６ａから取り入れ
て装置ボックス１６の内部を流し外気出口１６ｂから外
部へ排気するようにしており、装置ボックス１６の内部
を流れる空気が第１の熱交換器１８に接触して熱交換で
きるようになっている。

【００３０】前記第１の熱交換器１８、第２の熱交換器
１９、圧縮機２０及び切換え弁２１は配管によって直列
に接続されて冷媒循環管路を構成しており、この管路の
中には冷媒が充填されている。

【００３１】固体蓄熱式の電気温水発生装置１４は、夜
間電力を利用して固体蓄熱体３２に熱を蓄え昼間時に前
記蓄熱体３２の放熱を利用して温水を発生させるもので
あって、断熱ケース３１と、この断熱ケース３１の内部
に設けられた固体蓄熱体３２と、この固体蓄熱体３２を
加熱する電気ヒータ３３と、断熱ケース３１の内部に設
けられた空気を循環流通させる空気通路３４と、この空
気通路３４に設けられた送風ファン３５及び温水発生用
の熱交換器３６とを具備する。

【００３２】次に、空調用熱交換装置１５について説明
する。この空調用熱交換装置１５は空調空気が内部流通
するケース４１と、このケース４１の内部に設けられた
第１・第２の熱交換器４２，４３を具備する。

【００３３】第１の空調用熱交換器４２は、蓄熱槽１３
の冷水又は温水を管内に流して、ケース４１の内部を流
通する空調空気と熱交換させるものであって、前記ケー
ス４１内の空気流れ方向に対する上流側に配置され、且
つ前記蓄熱槽１３に冷温水送り管５１及び冷温水戻り管
５２を介して図示の如く配管接続されている。

【００３４】前記第２の空調用熱交換器４３は、温水発
生装置１４で発生させた温水を管内に流して、ケース４
１の内部を流通する空調空気と熱交換させるものであっ
て、前記ケース４１内の空気流れ方向に対する下流側に
配置され、且つ前記温水発生装置１４の熱交換器３６に
温水送り管６１及び温水戻り管６２を介して図示の如く
配管接続されている。

【００３５】４４は空気送りダクトで、これはビル１の
地下階層４から地上の各階層２にわたって延設されてお
り、一端が前記ケース４１の空気流れ方向下流側端部に
接続されると共に、地上の各階層２に対応する部分に空
気出口が形成されている。

【００３６】４５は空気戻りダクトで、これはビル１の
地下階層４から地上の各階層２にわたって延設されてお
り、一端が前記ケース４１の空気流れ方向上流側端部に
接続されると共に、地上の各階層２に対応する部分に空
気入口が形成されている。

【００３７】即ち、空気送りダクト４４はケース４１内
で熱交換された空気を空気出口からビル１の各階層２に
送り出すものであり、また空気戻りダクト４５はビル１
の各階層２の空気を空気入口から取り込んでケース４１
に戻すものである。なお、前記ビル１には外気を前記ケ
ース４１内に取り入れる外気取入ダクト４６が図示の如
く配管されている。

【００３８】前記冷温水送り管５１は蓄熱槽１３の下側
部と空調用熱交換器４２（第１の熱交換器）の流入口と
に接続され、冷温水戻り管５２は蓄熱槽１３の上側部と
空調用熱交換器４２（第１の熱交換器）の流出口とに接
続されており、前記送り管５１には蓄熱槽１３の冷水又
は温水を図示矢印方向に流す送り用ポンプ５３が介在設
置されている。即ち、冷温水送り管５１及び冷温水戻り
管５２は、蓄熱槽１３の冷水又は温水を第１の熱交換器
４２に対して循環流通させるものである。

【００３９】なお、冷温水送り管５１の中間部と冷温水
戻り管５２の中間部には、迂回管路５４が接続されてい
る。この迂回管路５４は、冷温水送り管５１に設けた電
動式の切換え弁５５により冷温水送り管５１に対して連
通・遮断されるようになっている。

【００４０】前記温水送り管６１は固体蓄熱式電気温水
発生装置１４の熱交換器３６の流入口と空調用熱交換器
４３（第２の熱交換器）の流出口とに接続され、前記温
水戻り管６２は前記熱交換器３６の流出口と空調用熱交
換器４３（第２の熱交換器）の流入口とに接続されてお
り、前記温水送り管６１には送り用ポンプ６３が介在設
置されている。

【００４１】そして、前記温水送り管６１と温水発生用
熱交換器３６と温水戻り管６２と空調用熱交換器４３
（第２の熱交換器）とで構成される循環管路には水が充
填され、この水を温水発生用熱交換器３６で加熱するこ
とにより温水を発生させ、この温水を前記ポンプ６３の
作動で空調用熱交換装置１５の第２の熱交換器４３に循
環流通させるようになっている。

【００４２】なお、前記温水送り管６１の中間部と温水
戻り管６２の中間部には迂回管路６４が接続されてい
る。この迂回管路６４は温水送り管６１に設けた電動式
の切換え弁６５により温水送り管６１に対して連通・遮
断されるようになっている。

【００４３】次に制御系統について説明する。図中７１
は切換え弁５５を切換え操作する制御器で、これは電動
式の切換え弁５５と、空調用熱交換装置１５のケース４
１における第１の熱交換器４２を通過後の空気の温度を
測定する温度計７２と、戻りダクト４５におけるビル１
を空調した後の空気の温度を測定する温度計７３とに図
示の如く配線接続されて、この両温度計７２，７３で測
定した空気温度に応じて、前記切換え弁５５を自動的に
切換え操作できるようになっている。

【００４４】７４は温水用制御器で、これは電動式の切
換え弁６５と、戻りダクト４５におけるビル１を空調し
た後の空気の温度を測定する温度計７５とに図示の如く
配線接続されて、この温度計７５で測定した空気温度に
応じて、前記切換え弁６５を自動的に切換え操作できる
ようになっている。

【００４５】以上のように構成された蓄熱式空調装置の
作動について説明する。まず最初に冷房運転を行う場合
について図１を参照して説明する。氷蓄熱式のヒートポ
ンプ装置１１は、夜間電力を利用して冷房運転を行う時
に第１の熱交換器１８が凝縮器、第２の熱交換器１９が
蒸発器として機能する。切換え弁２１は冷媒が図１の矢
印方向に流れるように操作する。ヒートポンプ１２の送
風ファン１７と圧縮機２０は、夜間電力を利用して運転
する。

【００４６】これにより冷媒は図１矢印方向に流れて、
第２の熱交換器１９が冷凍サイクルにおける蒸発器とし
て機能する。この機能により蓄熱槽１３内の水が低温に
冷却され、前記熱交換器１９の管外表面に氷層が形成さ
れて、この氷及び冷水による冷熱を蓄熱槽１３に蓄熱す
る。

【００４７】昼間時には、蓄熱槽１３に蓄熱された冷熱
（氷冷却の冷水）を主要熱として利用する。ポンプ５３
を回転駆動すると、蓄熱槽１３内の冷水が図１実線矢印
方向に示すように送り管５１を通して空調用熱交換装置
１５の第１の熱交換器４２へ送られ、この熱交換器４２
を流れた後に戻り管５２を通って再び蓄熱槽１３に戻る
ように循環流通する。

【００４８】空調用熱交換装置１５のケース４１には、
ビル１の空調に使用された空気が戻りダクト４５を通っ
て流入し、外気が外気取入ダクト４６を通って流入す
る。この流入空気は第１の熱交換器４２に接触し、この
熱交換器４２を流れる冷水によって冷却される。冷却さ
れた空気は送りダクト４４によりビル１の各階層２へ送
られて各階層２を冷房する。

【００４９】次に、暖房運転について図２を参照して説
明する。氷蓄熱式のヒートポンプ装置１１は、夜間電力
を利用して暖房運転を行う時に第１の熱交換器１８が蒸
発器、第２の熱交換器１９が凝縮器として機能する。切
換え弁２１は冷媒が図２の矢印方向に流れるように操作
する。ヒートポンプ１２の送風ファン１７と圧縮機２０
は、夜間電力を利用して運転する。

【００５０】これにより冷媒は図２矢印方向に流れて、
第２の熱交換器１９が冷凍サイクルにおける凝縮器とし
て機能する。この機能により蓄熱槽１３内の水が高温に
加熱され、この温水による温熱を蓄熱槽１３に蓄熱す
る。

【００５１】昼間時には蓄熱槽１３に蓄熱された温熱
（温水）を主要熱源として利用する。ポンプ５３を回転
駆動すると、蓄熱槽１３内の温水が送り管５１及び戻り
管５２を図２破線矢印で示す方向に流れ、空調用熱交換
装置１５の第１の熱交換器４２に対して循環流通する。
空調用熱交換装置１５の各ダクト４５、４６を通ってケ
ース４１内を流れる空気は、第１の熱交換器４２に接触
することにより、この熱交換器４２の管内を流れる温水
により加熱され、その後送りダクト４４を経てビル１の
各階層２へ送られて各階層２を暖房する。

【００５２】なお、前記のような冷房運転及び暖房運転
において、切換え弁５５が両方の管５１、５２を連通す
るように制御動作されると、冷水または温水が第１の熱
交換器４２に流れないように迂回管路５４を通して循環
流通するようになる。

【００５３】ここで、前記蓄熱槽１３は設備の大型化を
回避するために冷房能力を基準にして容積を決定してい
る。このため、冷房能力に比較して暖房能力が小さく、
暖房運転時には外気の条件によって蓄熱槽１３の温水蓄
熱のみでは暖房能力が不足する場合がある。この場合に
は蓄熱式電気温水発生装置１４によって暖房能力を補
う。

【００５４】この場合の蓄熱式電気温水発生装置１４の
作動について説明する。夜間電力を利用して電気ヒータ
３３に通電し固体蓄熱体３２を加熱することにより、固
体蓄熱体３２で熱を蓄積する。昼間時に、送風ファン３
５を回転駆動すると、空気通路３４を空気が循環流通し
て固体蓄熱体３２から放出される熱により加熱される。
加熱された空気は空気通路３４に設けられた熱交換器３
６に接触して、この熱交換器３６を加熱する。

【００５５】一方、昼間時にポンプ６３を回転駆動する
と、温水用熱交換媒体である水が温水送り管６１、熱交
換器３６、温水戻り管６２および空調用熱交換装置１５
の第２の熱交換器４３を結ぶ管路を図２破線矢印方向に
循環流通する。そして、この循環水が熱交換器３６を通
過する時に温風により加熱されて温度上昇し、空調用熱
交換装置１５の第２の熱交換器４３を通過する時にケー
ス４１内を流れる空調空気を加熱する。

【００５６】これにより蓄熱式電気温水発生装置１４が
蓄熱槽１３の蓄熱による暖房能力を補強して暖房能力を
増強することができる。例えば、外気の温度が低い場合
に、固体蓄熱式電気温水発生装置１４をポンプ作動させ
ることにより、暖房運転の立上りを改善することができ
る。

【００５７】また、蓄熱槽１３は冷房能力の大きさを基
準にしてを容積を設定し、この蓄熱槽１３を基準にして
暖房運転を行い、暖房能力の不足分を固体蓄熱式電気温
水発生装置１４で補強する。このため、蓄熱槽１３を暖
房能力を基準とした大きな容積のものにする必要がな
く、また液体燃料などを燃料とするボイラを用いて暖房
能力を補う必要がなく、排煙による空気の汚染を回避で
きる。

【００５８】なお、固体蓄熱式電気温水発生装置１４に
用いる固体蓄熱体３２は小さな容積で多くの熱を蓄える
ことができるため、固体蓄熱式の電気温水発生装置１４
は小型であり、ボイラのように排煙を出すこともない。

【００５９】次に、必要とする温度と相対湿度との組合
せによる空調運転を行う場合について図３を参照して説
明する。この空調運転の原理について説明する。得よう
とする空気の温度Ａ℃、相対湿度Ｂ％（絶対湿度Ｃ）の
空調条件を設定する。空調運転する対象である空気（外
気）の温度Ｄ℃と相対湿度Ｅ％を測定する。公知の湿り
空気ｉ・ｘ線図に基づいて、対象とする空気の絶対湿度
が、空気温度Ａ℃、相対湿度Ｂ％である空気の絶対湿度
Ｃと同じになる温度Ｇを求める。そして、対象空気を冷
却して温度Ｄ℃から温度Ｇまで温度降下させる。対象空
気の温度が降下する過程で温度Ｆ℃に達すると、対象空
気の相対湿度がＥ％から１００％になる。

【００６０】さらに、対象空気を冷却して温度を降下さ
せて行くと、空気の相対湿度は１００％のままであるが
絶対湿度が低下する。対象とする空気が冷却温度Ｇまで
温度降下すると、その空気の絶対湿度が絶対湿度Ｃに低
下する。そこで、対象とする空気を加熱して温度Ｇから
設定したＡ℃まで温度上昇させると、空気温度Ａ℃、相
対湿度Ｂ％（絶対湿度Ｃ）の空気を得ることができる。

【００６１】一例について述べる。空調機において温度
２２℃、相対湿度５０％の空気を得る時、例えば外気が
温度１８℃、相対湿度８０％であったとする。湿り空気
ｉ・ｘ線図に基づいて、この外気を冷房運転により１４
℃まで冷却すると、相対湿度が１００％となり、空気中
の水分は凝縮水として残る。さらに、空気を１１℃まで
冷却すると、温度１１℃、相対湿度１００％の空気とな
る。この時の、空気中の絶対湿度が０．０１０２５ｋｇ
／ｋｇから０．００８２５ｋｇ／ｋｇまで低減する。そ
して、この空気を２２℃まで温度上昇させると、温度２
２℃、相対湿度５０％の空気を得ることができる。

【００６２】具体的な作動について述べる。氷蓄熱式ヒ
ートポンプ装置１１の冷房運転で蓄熱槽１３に氷蓄熱さ
れた冷水を図３実線矢印で示す方向に流して空調用熱交
換装置１５の第１の熱交換器４２に供給する。また、こ
れと同時に固体蓄熱式電気温水発生装置１４で得た温水
を図３破線矢印で示す方向に流して空調用熱交換装置１
５の第２の熱交換器４３に供給する。

【００６３】この状態で、空調用熱交換装置１５のケー
ス４１にビル１の空調に使用された空気が戻りダクト４
５を通って流入し、外気が外気取入ダクト４６を通って
流入すると、この流入空気はまず第１の熱交換器４２に
接触する。ここで、空気は第１の熱交換器４２を流れる
冷水により冷却されて温度が降下する。空気の温度が降
下する過程で空気の相対湿度がＥ％から１００％にな
る。

【００６４】さらに、対象空気を冷却して温度を降下さ
せて行くと、空気の相対湿度は１００％のままであるが
絶対湿度が低下する。そして、得ようとする空調条件、
相対湿度に対応する絶対湿度の温度まで冷却する。

【００６５】次いで、空調空気は第１の熱交換器４２を
通過して第２の熱交換器４３に接触する。ここで、空気
は第２の熱交換器４３を流れる温水により加熱されて空
調条件の温度まで温度上昇する。これにより空気を設定
した空調条件の温度と湿度に調整することができる。

【００６６】このようにして空気の温度と湿度が調整さ
れ、季節に応じた空気の温度と湿度の組合せによって適
切な空調を行うことができる。すなわち、季節に応じて
人間にとって快適な空調を行うことができる。特に外気
の湿度が高い場合に、外気を冷却して湿度を低下させる
と人間が肌寒く感じることがある。そこで、外気を加熱
して温度上昇させて、快適な空調条件にする場合に適し
ている。

【００６７】前述した実施例では、氷蓄熱式ヒートポン
プ装置１１の第２の熱交換器１９を蓄熱槽１３の内部に
設けて、蓄熱槽１３内の水２２を直接的に冷却または加
熱するようにしているが、第２の熱交換器１９と蓄熱槽
１３との間の関係は、これに限定されずに第２の熱交換
器１９で蓄熱槽１３内の水２２を間接的に冷却または加
熱するようにしても良い。

【００６８】図４は、この第２の実施例を示している。
この第２の実施例は図１乃至図３に示す構成のうち第２
の熱交換器１９と蓄熱槽１３との間の関係を変更したも
のであって、図４において図１乃至図３と同じ部分は同
じ符号を付して示している。

【００６９】図４において８１は熱交換槽で、この熱交
換槽８１の内部に第２の熱交換器１９が設けられる。蓄
熱槽１３には蓄熱用熱交換器９０が設けられている。前
記熱交換槽８１には接続管８２，８３が接続されてお
り、その一方の接続管８２は切換え弁８８を介して、蓄
熱用熱交換器９０の一端に接続される冷水管８４と蓄熱
槽１３に接続される温水管８６とが接続され、他方の接
続管８３は切換え弁８９を介して、蓄熱用熱交換器９０
の他端に接続される冷水管８５と蓄熱槽１３に接続され
る温水管８７とが接続されている。

【００７０】一方の接続管８２にはポンプ９１が介在し
て設けられている。熱交換槽８１と蓄熱用熱交換器９０
およびこれらを接続する管８２〜８５には熱交換媒体９
２例えば不凍液が入れられ、蓄熱槽１３と該蓄熱槽に連
通する温水管８６，８７には凍結可能な水２２が入れら
れている。

【００７１】そして、第１の熱交換器１８と第２の熱交
換器１９と圧縮機２０及び切換弁２１等を含むヒートポ
ンプ１２に、前記のような熱交換槽８１と蓄熱用熱交換
器９０及びこれらの接続配管を付加して氷蓄熱式のヒー
トポンプ装置１１が構成されている。

【００７２】冷房運転の時には、接続管８２，８３と冷
水管８４，８５を熱交換媒体９２が図４実線矢印で示す
如く流れるように切換え弁８８，８９で連通して、熱交
換槽８１と蓄熱用熱交換器９０とを接続する。この状態
で氷蓄熱式ヒートポンプ装置１１の夜間における冷房運
転を行うと、第２の熱交換器１９が冷凍サイクルにおけ
る蒸発器として機能し、熱交換槽８１にある蓄熱用熱交
換媒体９２（不凍液）を低温に冷却する。

【００７３】冷却された蓄熱用熱交換媒体９２はポンプ
９１の作動により熱交換槽８１から接続管８２、冷水管
８５、蓄熱用熱交換器９０、冷水管８６および接続管８
３を経て熱交換槽８１に戻る経路で循環流通する。蓄熱
用熱交換媒体９２が蓄熱用熱交換器９０を通る時に蓄熱
槽１３内の水２２を低温に冷却し、蓄熱用熱交換器９０
の管外表面に氷層を形成して、この氷及び冷水による冷
熱を蓄熱槽１３に蓄熱する。その他の冷房運転の作動は
前述した第１の実施例と同様であるので、詳細な説明は
省略する。

【００７４】暖房運転の時には、蓄熱用熱交換媒体９２
（不凍液）を管路から抜いて水２２と入替える。そし
て、接続管８２，８３と温水管８６，８７を水２２が図
示破線矢印で示す如く流れるように切換え弁８８，８９
で連通して、熱交換槽８１と蓄熱槽１３とを接続する。
この状態で氷蓄熱式ヒートポンプ装置１１の夜間におけ
る暖房運転を行うと、第２の熱交換器１９が冷凍サイク
ルにおける凝縮器として機能し、熱交換槽８１内の水２
２を高温に加熱する。

【００７５】加熱された温水はポンプ９１の作動により
熱交換槽８１から接続管８２、温水管８６、蓄熱槽１
３、温水管８７および接続管８３を経て熱交換槽８１に
戻る経路で循環流通し、蓄熱槽１３に温水温熱として蓄
熱する。その他の暖房運転の作動は前述した第１の実施
例と同様であるので、詳細な説明は省略する。

【００７６】氷蓄熱式ヒートポンプ装置１１の構成は、
前述した第１及び第２の実施例に限定されるものではな
く、その基本的な原理を実現する種々の構成を採用する
ことができる。例えば氷蓄熱式ヒートポンプ装置１１を
蓄熱槽１３が分離したセパレート型にすることができ、
また蓄熱槽１３は建築物の適宜な箇所、例えば地下階層
４に設置することもできる。

【００７７】また、氷蓄熱式ヒートポンプ装置１１、固
体蓄熱式電気温水発生装置１４および空調用熱交換装置
１５を結ぶ管路の構成は、前述した第１及び第２の実施
例に限定されるものではなく、本発明の要旨を実現する
種々の構成を採用することができる。

【００７８】次に、請求項２の発明に係わる実施例につ
いて図５及び図６を参照して説明する。図５及び図６に
おいて、氷蓄熱式のヒートポンプ装置１１は図４に示す
ヒートポンプ装置１１の構成を採用しており、また固体
蓄熱式の温水加熱装置１００の構成は図１乃至図４に示
す固体蓄熱式電気温水発生装置１４の構成を採用してい
る。このため、図５及び図６において図１乃至図４と同
じ部分は同じ符号を付して示している。

【００７９】本実施例の特徴となる構成について説明す
る。図中１０１は空調用熱交換装置である。この空調用
熱交換装置１０１はケース１０２と、このケース１０２
の内部に設けられた空調用熱交換器１０３と、前記ケー
ス１０２に接続した送りダクト１０４及び戻りダクト１
０５と、前記ケース１０２に接続した外気取入ダクト１
０６とを具備する構成となっている。

【００８０】１１４は蓄熱槽１３の下側部と空調用熱交
換器１０３の流入管１１１とを接続する冷水送り管で、
この冷水送り管１１４には開閉弁１１６と逆止弁１２９
が組込まれている。１１５は蓄熱槽１３の上側部と空調
用熱交換器１０３の流出管１１２とを接続する冷水戻り
管で、この冷水戻り管１１５には開閉弁１１７が組込ま
れ、前記流出管１１２にはポンプ１１３が介在して設け
られている。

【００８１】１１８は蓄熱槽１３の下側部と空調用熱交
換器１０３の流入管１１１とを接続する温水送り管で、
この温水送り管１１８には管路方向に間隔を存して２個
の開閉弁１２０，１２１が組込まれている。１１９は蓄
熱槽１３と空調用熱交換器１０３の流出管１１２とを接
続する温水戻り管で、この温水戻り管１１９には管路方
向に間隔を存して２個の開閉弁１２２，１２３が組込ま
れている。

【００８２】１２４は温水加熱装置用の送入管で、これ
は固体蓄熱式温水加熱装置１００の熱交換器３６の一端
と、温水戻り管１１９における開閉弁１２２と開閉弁１
２３との間の部分とに接続されている。なお、この送入
管１２４にはポンプ１２６が介在して設けられている。
１２５は温水加熱装置用の送出管で、これは固体蓄熱式
温水加熱装置１００の熱交換器３６の他端と、温水送り
管１１８における開閉弁１２０と開閉弁１２１との間の
部分とに接続されている。

【００８３】１２７は温水送り管１１８と温水加熱装置
用送入管１２４とを接続するバイパス管、このバイパス
管１２７には弁１２８が組込まれている。１３０は空調
用熱交換器１０３の流入管１１１と流出管１１２との迂
回管路を連通・遮断させる切換え弁である。

【００８４】このように構成された空調装置の作動につ
いて説明する。冷房運転について図５を参照して説明す
る。冷房運転時において温水系統の開閉弁１２１，１２
２を閉じ、冷水系統の開閉弁１１６，１１７を開弁させ
る。冷房運転における氷蓄熱式ヒートポンプ装置１１の
作動は、前述した第２の実施例で説明しているので省略
する。ポンプ１１３を駆動すると、蓄熱槽１３内の氷冷
却冷水が図５実線矢印で示すように冷水送り管１１４、
流入管１１１、空調用熱交換器１０３、流出管１１２、
冷水戻り管１１５を通って蓄熱槽１３に戻るように循環
流通する。

【００８５】ビル１で空調に使用された空気が戻りダク
ト１０５を通ってケース１０２に戻り、また外気が外気
取入ダクド１０６からケース１０２に取入れられる。ケ
ース１０２を通る空気は空調用熱交換器１０３を流れる
冷水により冷却されて、送りダクト１０４によりビル１
の内部に送出される。

【００８６】暖房運転について図６を参照して説明す
る。暖房運転時において冷水系統の開閉弁１１６，１１
７を開き、温水系統の開閉弁１２１，１１２を開弁させ
る。暖房運転における氷蓄熱式ヒートポンプ装置１１の
作動は前述した第２の実施例で説明しているので省略す
る。ポンプ１１３を駆動すると、蓄熱槽１３内の温水が
図６破線矢印で示すように温水送り管１１８、流入管１
１１、空調用熱交換器１０３、流出管１１２、温水戻り
管１１９を通って蓄熱槽１３に戻るように循環流通す
る。

【００８７】ここで、暖房運転の時にポンプ１２６を駆
動すると、温水戻り管１１９を流れる温水の一部が温水
加熱装置用送入管１２４から固体蓄熱式温水加熱装置１
００の熱交換器３６を流れ、温水加熱装置用送出管１２
５から温水送り管１１８に戻るように流れる。固体蓄熱
式の温水加熱装置１００では、前述の実施例で述べたよ
うに固体蓄熱体３２の蓄熱を利用して、空気通路３４を
循環流通する空気が加熱されているので、この加熱空気
による熱交換作用で熱交換器３６を流れる温水が再加熱
され、温水系統を流れる温水の温度を上昇させることが
できる。

【００８８】空調用熱交換装置１０１におけるケース１
０２には、ビル１で空調に使用された空気が戻りダクト
１０５を通ってケース１０２に戻り、また外気が外気取
入ダクド１０６からケース１０２に取入れられる。ケー
ス１０２を通る空気は熱交換器１０３を流れる温水によ
り加熱されて、送りダクト１０４によりビル１の各階層
２に送出される。ここで、前述のように固体蓄熱式温水
加熱装置１００が温水を加熱して温度を上昇させている
ので、空調用熱交換器１０３で空気を強力に加熱するこ
とができる。

【００８９】このように暖房運転をするに際して、蓄熱
槽１３内の温水を空調用熱交換器１０３に供給し、また
この空調用熱交換器１０３から流出する温水の一部を固
体蓄熱式温水加熱装置１００に供給して温度上昇させ、
蓄熱槽１３から直接供給される温水に合流させて空調用
熱交換器１０３を加熱するので、固体蓄熱式の温水加熱
装置１００は氷蓄熱式ヒートポンプ装置１１の暖房能力
を補強して充分な暖房能力を得ることができる。

【００９０】このため、蓄熱槽１３は冷房能力を基準に
して容積を設定し、この蓄熱槽１３を基準にして暖房運
転を行い、その暖房能力の不足分を固体蓄熱式温水加熱
装置１００で補強する。このため、蓄熱槽１３を暖房能
力を基準とした大きな容積のものにする必要がなく、ま
た液体燃料などを燃料とするボイラを用いて暖房能力を
補う必要がなく、排煙を出すことによる空気の汚染を回
避できる。

【００９１】なお、固体蓄熱式の温水加熱装置１００に
用いる固体蓄熱体３２は小さな容積で多くの熱を蓄える
ことができるために、固体蓄熱式温水加熱装置１００は
小型であり、ボイラのように排煙を出すこともない。従
って、経済的な手段により氷蓄熱式ヒートポンプ装置１
１の暖房能力の不足を補強して暖房能力を増強すること
ができる。

【００９２】

【発明の効果】請求項１の発明の蓄熱式空調装置によれ
ば、必要とする温度と相対湿度との組合せによる空調運
転を行う場合に、蓄熱槽１３の冷水を空調用熱交換装置
１５の第１の熱交換器４２に供給し、これと同時に空調
用熱交換装置１５の第２の熱交換器４３に固体蓄熱式電
気温水発生装置１４で得た温水を供給する。

【００９３】そうすると、空調用熱交換装置１５を流通
する空調空気が、まず最初に第１の熱交換器４２に接触
して、この熱交換器の冷熱により所定温度まで温度降下
される。次いで、空調空気は第２の熱交換器４３に接触
して、この熱交換器の温熱により所定温度まで温度上昇
される。これにより空気の相対湿度が低下する。

【００９４】このようにして空気の温度と湿度を調整し
て、季節に応じた空気の温度と湿度の組合せによって人
体に快適な適切な空調を行うことができる。また、この
発明の蓄熱式空調装置は、暖房運転をする時に固体蓄熱
式電気温水発生装置１４で得た温水を空調用熱交換装置
１５の第２の熱交換器４３に供給して空調空気を加熱す
る。これにより固体蓄熱式の電気温水発生装置１４がヒ
ートポンプ装置１１の暖房能力を補強して空調装置全体
の暖房能力を増強することができる。

【００９５】このため、蓄熱槽１３を暖房能力を基準と
した大きな容積のものにする必要がなく、また液体燃料
等を燃料とするボイラを用いて暖房能力を補う必要がな
く、排煙による空気の汚染を回避できる。従って、経済
的な手段により氷蓄熱式ヒートポンプ装置の暖房能力の
不足を補強して暖房能力を増強することができる。

【００９６】請求項２の発明の蓄熱式空調装置によれ
ば、蓄熱槽１３の温水を空調用熱交換器１０３に供給す
る時に、この温水を固体蓄熱式の温水加熱装置１００で
再加熱して温度上昇させることができるため、空調用熱
交換装置１０１の熱交換器１０３が一個であっても固体
蓄熱式の温水加熱装置１００がヒートポンプ装置１１の
暖房能力を補強して暖房能力を増強することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１の発明に係る蓄熱式空調装置の第１の
実施例を冷房時の運転状態で示した構成説明図。

【図２】同実施例の蓄熱式空調装置を暖房時の運転状態
で示した作用説明図。

【図３】同実施例の蓄熱式空調装置を冷暖房の併用運転
状態で示した作用説明図。

【図４】本発明における第２の実施例の蓄熱式空調装置
を示す構成説明図。

【図５】請求項２の発明に係る蓄熱式空調装置の実施例
を冷房時の運転状態で示した構成説明図。

【図６】同実施例の蓄熱式空調装置を暖房時の運転状態
で示した作用説明図。

【符号の説明】

１１…氷蓄熱式ヒートポンプ装置、 １３…蓄熱槽、 １４…固体蓄熱式電気温水発生装置、 １５…空調用熱交換装置、 １８…ヒートポンプ装置の第１の熱交換器、 １９…ヒートポンプ装置の第２の熱交換器、 ２０…圧縮機、 ２２…凍結可能な水、 ３２…固体蓄熱体、 ３３…電気ヒータ、 ３６…熱交換器、 ４２…空調用熱交換装置の第１の熱交換器、 ４３…空調用熱交換装置の第２の熱交換器、 ８１…熱交換槽、 ９２…熱交換媒体（不凍液） １００…固体蓄熱式の温水加熱装置、 １０１…空調用熱交換装置、 １０３…空調用熱交換器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 夜間電力を利用して冷熱又は温熱を蓄
   え、この冷熱又は温熱を昼間の空調に使用する蓄熱式空
   調装置であって、凍結可能な水を収容する蓄熱槽と、夜
   間における冷房運転と暖房運転の切換が可能で冷房運転
   時には前記蓄熱槽の水を冷却し氷及び冷水の冷熱として
   蓄熱させ暖房運転時には前記蓄熱槽の水を加熱し温水と
   して蓄熱させる氷蓄熱式のヒートポンプ装置と、夜間電
   力を利用して固体蓄熱体に熱を蓄え昼間時に前記蓄熱体
   の放熱を利用して温水を発生させる固体蓄熱式の電気温
   水発生装置と、前記蓄熱槽に配管接続され該蓄熱槽の冷
   水又は温水が昼間時のポンプ作動で循環流通される第１
   の空調用熱交換器及び前記温水発生装置に配管接続され
   該温水発生装置で発生された温水が昼間時のポンプ作動
   で循環流通される第２の空調用熱交換器を有し前記第１
   の空調用熱交換器を空調空気が流通するケース内の空気
   流れ方向に対する上流側に配置し前記第２の空調用熱交
   換器を前記ケース内の空気流れ方向に対する後流側に配
   置した空調用熱交換装置とを具備することを特徴とする
   蓄熱式空調装置。
2. 【請求項２】 夜間電力を利用して冷熱又は温熱を蓄
   え、この冷熱又は温熱を昼間の空調に使用する蓄熱式空
   調装置であって、凍結可能な水を収容する蓄熱槽と、夜
   間における冷房運転と暖房運転の切換が可能で冷房運転
   時には前記蓄熱槽の水を冷却し氷及び冷水の冷熱として
   蓄熱させ暖房運転時には前記蓄熱槽の水を加熱し温水と
   して蓄熱させる氷蓄熱式のヒートポンプ装置と、空調空
   気が流通するケース及び該ケース内に配置され前記蓄熱
   槽に配管接続されて前記蓄熱槽の冷水又は温水が昼間時
   のポンプ作動で循環流通される空調用熱交換器を有する
   空調用熱交換装置と、夜間電力を利用して固体蓄熱体に
   熱を蓄え昼間時に前記蓄熱体の放熱を利用して前記空調
   用熱交換器に供給される温水を加熱する固体蓄熱式の温
   水加熱装置とを具備することを特徴とする蓄熱式空調装
   置。