JPH0968366A - 空調システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 夜間電力を有効に活用して冷房を行うように
した空調システムを提供する。 【解決手段】 コンプレッサ１ａを有するヒートポンプ
１と水熱交換器３と空気熱交換器４とを第１の配管１ｃ
により連結し、配管１ｃ内を流れる熱媒体により熱交換
を行うようにするとともに、冷暖房のための蓄冷熱を行
う蓄冷熱槽６と冷暖房を行う空調機７と水熱交換器３と
を第２の配管１９により連結し、第２の配管１９内を流
れる水または不凍液により冷暖房空調を行い、前記各機
器の動作を制御部９により制御するようにした空調シス
テムにおいて、制御部９では、蓄冷熱槽６内の過去の蓄
冷熱レベルを記憶しておき、当日の冷房における蓄冷熱
槽６の使用に際し、前記過去の蓄冷熱レベルに応じて蓄
冷熱槽６の使用開始時刻を決定するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ヒートポンプと水
熱交換器と空気熱交換器との間で熱媒体により熱交換を
行うとともに、蓄冷熱槽で蓄冷熱を行うようにして、冷
暖房を行うようにした給湯・空調システムに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、ヒートポンプ（熱源器）を使用し
て空調や給湯を行うシステムがある。ヒートポンプは、
内部に圧縮機（コンプレッサ）と膨張弁を有し、水熱交
換器や空気熱交換器やこれらを連結する配管、及び、配
管内を流れるフロン等の熱媒体を使用し、この熱媒体の
流れる方向を配管上に設置された弁により制御し、熱を
放出したり吸収したりすることにより、空調や給湯を行
うようにしているのである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ヒートポンプは、熱源として外気や排気熱を活用でき、
省エネ効果の高い熱源器ではあるが、夜間電力を有効に
活用して冷房を行おうとするものはなかった。

【０００４】本発明は、上記の点に鑑みてなしたもので
あり、その目的とするところは、夜間電力を有効に活用
して冷房を行うようにした空調システムを提供すること
にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
コンプレッサを有するヒートポンプと水熱交換器と空気
熱交換器とを第１の配管により連結し、該配管内を流れ
る熱媒体により熱交換を行うようにするとともに、冷暖
房のための蓄冷熱を行う蓄冷熱槽と冷暖房を行う空調機
と前記水熱交換器とを第２の配管により連結し、第２の
配管内を流れる水または不凍液により冷暖房空調を行
い、前記各機器の動作を制御部により制御するようにし
た空調システムにおいて、前記制御部では、前記蓄冷熱
槽内の過去の蓄冷熱レベルを記憶しておき、当日の冷房
における蓄冷熱槽の使用に際し、前記過去の蓄冷熱レベ
ルに応じて蓄冷熱槽の使用開始時刻を決定するようにし
たことを特徴とするものである。

【０００６】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前日の蓄冷熱レベルに基づいて蓄冷熱槽の
使用開始時刻を決定するようにしたことを特徴とするも
のである。

【０００７】請求項３記載の発明は、請求項１記載の発
明において、過去の所定期間の蓄冷熱レベルの平均値に
基づいて蓄冷熱槽の使用開始時刻を決定するようにした
ことを特徴とするものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
を図面に基づき説明する。図１は、本発明の実施の形態
の一例を示す空調システムの概略構成図である。１はヒ
ートポンプ（熱源器）であり、コンプレッサ（圧縮機）
１ａ、膨張弁１ｂ、配管１ｃ、ヒートポンプコントロー
ラ１ｄ、コンプレッサコントローラ１ｅを有してなる。
２は貯湯側の水熱交換器であり、３は空調側の水熱交換
器であり、４は空気熱交換器である。各交換器とヒート
ポンプ１とは配管１ｃにより接続される。配管１ｃ内は
フロン等の熱媒体が流れ、熱媒体の圧縮、膨張及び液
化、気化により熱交換が行われ、冷暖房、湯沸かし等の
作用が行われるようになっている。なお、本実施の形態
では、配管１ｃは便宜上簡略化して記載されているが、
実際は、冷房時や暖房時や貯湯時で熱媒体の流れの方向
が変えられたり、また状況に応じて使用する熱交換器２
〜４の組み合わせを変えたりするために、多数の弁が設
けられたりして複雑な構成になっている。コンプレッサ
コントローラ１ｅは、コンプレッサ１ａのインバータ周
波数を制御するものである。

【０００９】５は貯湯槽であり、配管１８により水熱交
換器２と接続され、ヒートポンプ１との間で水熱交換器
２を介して貯湯動作が行われる。ヒートポンプ１におい
て、コンプレッサ１ａにより高温高圧の熱媒体が水熱交
換器２へ送られる。貯湯槽５側では、貯湯ポンプ１１に
より貯湯槽５と配管１８を流れる水が水熱交換器２へ送
られる。図１においては、貯湯槽５の下部から貯湯槽５
内の水が貯湯ポンプ１１により吸い上げられ、バルブ１
２を経て水熱交換器２へ送られる。水熱交換器２では、
ヒートポンプ１の高温の熱媒体との熱交換が行われ、貯
湯槽５からの水はここで熱を受け取りお湯となり、貯湯
槽５の上部へと戻され、貯湯槽５にお湯が蓄えられる。
バルブ１２は温度調整用の比例バルブであり、作られる
お湯を一定温度にするために、配管１８を流れる水量を
制御するためのものである。つまり、水熱交換器２のお
湯の出口温度をセンサ１２ｃで検知し、この情報からバ
ルブ開閉コントローラ１２ａによりバルブ１２の開放率
を変化させるようになっている。例えば、お湯の温度が
設定値より低ければ、流量を減らすことにより水熱交換
器２の出口温度を上げ、お湯の温度が設定値より高けれ
ば、流量を多くすることにより熱交換器２の出口温度を
下げるようにするのである。お湯の使用は、図１におい
ては、貯湯槽５の上部よりお湯を取り出し、混合弁２４
により水道水２２と混合することで使用時の湯温調整を
行う。そして、必要に応じて汲み上げポンプ２５を設
け、シンク、浴槽、洗面台等２７にある蛇口２６にお湯
を送る。ここで、貯湯槽５内の使用されたお湯の分量
は、貯湯槽５下部に接続されている水道２２から常時供
給される。なお、水道２２と貯湯槽５間にある止水弁２
３は平常は開放状態である。

【００１０】次に、空調動作について説明する。空調動
作はヒートポンプ１と蓄冷熱槽６及び空調機（ファンコ
イルユニット：ＦＣＵ）７との間で水熱交換器３を介し
て熱エネルギーのやり取りが行われる。まず、冷房時の
動作について説明すると、ヒートポンプ１において、膨
張弁１ｂにより低圧で霧状になった熱媒体が水熱交換器
３へ送られる。蓄冷熱槽６のある空調側では、空調側配
管１９と循環ポンプ２０により蓄冷熱槽６、配管１９、
混合タンク２１を流れる水（ただし、冷房時に蓄冷熱槽
６内を０度以下にする必要性があり、ここでは不凍液
（ブライン水）を用いる）が空調側の水熱交換器３へ送
られる。水熱交換器３において、前記霧状の熱媒体が配
管１９のブライン水から熱を奪い気化する。これによ
り、配管１９のブライン水が冷却されることになる。冷
却されたブライン水は蓄冷熱槽６に一旦蓄えられるか、
あるいは直接に混合タンク２１へ送られる。混合タンク
２１にはさらに、ＦＣＵ７と配管１９ａ、１９ｂ及びＦ
ＣＵ用のポンプ１５が設けられており、配管１９ａから
ポンプ１５によりＦＣＵ７に冷水が送られ、放冷され、
温まった水が配管１９ｂにより混合タンク２１に戻って
くる。混合タンク２１では、水熱交換器３や蓄冷熱槽６
側のブライン水とＦＣＵ７側のブライン水とが混合され
ることになり、水熱交換器３からの直接の冷却水あるい
は蓄冷熱槽６からの冷却水の混合により、ＦＣＵ７側を
送られるブライン水が適切な温度に冷却され、冷房がな
される。一般的には、水熱交換器３により冷却されるブ
ライン水の温度は約−３度で、混合タンク２１で混合さ
れＦＣＵ７側へ送られる水の温度は５〜７度位に調整さ
れる。また、冷房時においては、蓄冷熱槽６内に水を入
れた袋６ａが氷点以下で凍るため、潜熱として蓄冷エネ
ルギーを蓄えることができる。水熱交換器３から直接混
合タンク２１へ送るか一旦蓄冷熱槽６へ蓄えるかの切り
換え、つまり、直接空調か間接空調かの切り換えは、３
方バルブ１３により行われる。

【００１１】ＦＣＵ７においては、配管１９ａにより送
られてきた冷水（ブライン水）をコイル７ｂに送り込
む。ファン７ａにより、室内空気３４が吸気口７ｆより
吸い込まれ、コイル７ｂを通過し、送風口７ｇから室内
に再度送られる。ここで、室内空気３４は、冷水により
冷却されたコイル７ｂを通過するときに冷却される。な
お、バルブ７ｄは使用時は開放となり、未使用時には閉
となる。このように、空気に冷熱エネルギーを与えたこ
とにより、温められたブライン水は混合タンク２１へ戻
り、水熱交換器３又は蓄冷熱槽６からの冷却されたブラ
イン水と混合、冷却され、再度ポンプ１５によりＦＣＵ
７に送られる。

【００１２】一方、暖房時は、ヒートポンプ１内の熱媒
体の流れが冷房時とは逆になり、コンプレッサ１ａから
の高温の熱媒体が空調側の水熱交換器３に送られる。こ
れにより、空調側の配管１９では熱を受け取ることにな
り、ブライン温水がＦＣＵ７に送られ暖房が行われる。
その他の基本動作は冷房時に同様であるので説明を省略
する。なお、暖房時のブライン温水は約６０度、ＦＣＵ
７に送られる水温は約４５度に調整される。

【００１３】また、以上の各機器の動作の制御は、コン
トロールパネル８により外部から設定された設定値に基
づいて、ＣＰＵ９により制御線１０を介して行われる。
なお、ＣＰＵ９は記憶機能を含んでいるものとする。

【００１４】なお、２８は部屋、２９は廊下、３０は天
井、３１は床下、３２は部屋換気口、３３は集中換気口
を示している。

【００１５】本実施の形態の空調システムによれば、空
調と給湯とが同一のヒートポンプ１で行うことができ、
貯湯槽５を有しているので作製したお湯を蓄えることが
でき、蓄冷熱槽６を有しているので、夏期には冷房エネ
ルギー、冬期には暖房エネルギーを蓄えることができ
る。

【００１６】ここで、本実施の形態においては、蓄冷熱
槽６内の温度センサ６ｂにより蓄冷熱レベルを検知して
おき、検知した蓄冷熱レベルはＣＰＵ９で記憶してお
く。夏場においては、図２に示すように、例えば、７月
から９月にかけては昼間のピーク気温が高く、その時間
帯にヒートポンプ１を動作させることは昼間の電力を多
く使用することになり好ましくない。従って、蓄冷熱槽
６により夜間電力を活用して、夜間に蓄冷熱槽６内に氷
を生成しておき、この蓄冷エネルギーを昼間のピーク時
の冷房に使用するのが電力の有効利用という点からも望
ましい。ここで、昼間のピーク時（１２時〜１７時）に
対応するためには、冷房における蓄冷熱槽６の使用に際
し、その開始時刻（生成された氷の融氷開始時刻）は１
２時からとするのがよい。しかし、ピーク気温が低い時
にも１２時からの開始とすると、蓄冷エネルギーをその
日のうちに使い切れずに余ってしまい、効果的ではな
い。

【００１７】そこで、ＣＰＵ９による制御において、記
憶した前日の蓄冷熱レベルの値を用い、前日の蓄冷熱レ
ベルが高いときは前日の気温があまり上がらず、当日も
ピーク気温が比較的低いと判断し、蓄冷エネルギーの使
用開始を朝からとし、蓄冷エネルギーを当日の内に使い
切るようにする。また、前日の蓄冷熱レベルが低いとき
は前日の気温が高く、当日のピーク気温も比較的高いと
判断し、蓄冷エネルギーの使用開始時刻を１２時とし
て、ピーク時に備えるようにする。

【００１８】なお、本実施の形態においては、前日の蓄
冷熱レベルに基づいて蓄冷熱槽６の使用開始時刻を決定
したが、過去の所定期間の日数の蓄冷熱レベルの平均値
あるいは蓄冷熱レベルの変化の傾向に基づいて蓄冷熱槽
６の使用開始時刻を決定するようにしてもよい。この場
合には、蓄冷熱レベルの平均値あるいは蓄冷熱レベルの
変化の傾向から当日のピーク気温を予測して蓄冷熱槽６
の使用開始時刻を決定することになる。このようにする
ことにより、前日だけ異常気温になったような場合で
も、当日のピーク気温の予測を誤ることがなく、適切な
蓄冷エネルギーの使用が行える。

【００１９】従って、本実施の形態の空調システムで
は、冷房における蓄冷エネルギーを効果的に活用するこ
とができる。

【００２０】また、本実施の形態では、給湯と空調の両
方が行えるシステムについて説明したが、本発明は、給
湯のないシステムであっても良いことは言うまでもな
い。

【００２１】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載の発明によ
れば、コンプレッサを有するヒートポンプと水熱交換器
と空気熱交換器とを第１の配管により連結し、該配管内
を流れる熱媒体により熱交換を行うようにするととも
に、冷暖房のための蓄冷熱を行う蓄冷熱槽と冷暖房を行
う空調機と前記水熱交換器とを第２の配管により連結
し、第２の配管内を流れる水または不凍液により冷暖房
空調を行い、前記各機器の動作を制御部により制御する
ようにした空調システムにおいて、前記制御部では、前
記蓄冷熱槽内の過去の蓄冷熱レベルを記憶しておき、当
日の冷房における蓄冷熱槽の使用に際し、前記過去の蓄
冷熱レベルに応じて蓄冷熱槽の使用開始時刻を決定する
ようにしたので、夜間電力を有効に活用して冷房を行う
ようにした空調システムが提供できた。

【００２２】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の発明において、前日の蓄冷熱レベルに基づいて蓄冷
熱槽の使用開始時刻を決定するようにしたので、前日の
蓄冷熱レベルから当日のピーク温度が予測でき、冷房に
際し、蓄冷熱槽の有効活用が行えるのである。

【００２３】請求項３記載の発明によれば、請求項１記
載の発明において、過去の所定期間の蓄冷熱レベルの平
均値に基づいて蓄冷熱槽の使用開始時刻を決定するよう
にしたので、前日だけがたまたま異常気温だった場合に
おいても、当日のピーク温度が予測を誤ることがなく、
冷房に際し、蓄冷熱槽の有効活用が行えるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例を示す空調システム
の概略構成図である。

【図２】同上に係る動作説明図である。

【符号の説明】

１ ヒートポンプ １ａ コンプレッサ １ｂ 膨張弁 １ｃ 配管 １ｄ ヒートポンプコントローラ １ｅ コンプレッサ動作周波数コントローラ ２ 水熱交換器 ３ 水熱交換器 ４ 空気熱交換器 ５ 貯湯槽 ６ 蓄冷熱槽 ７ ＦＣＵ（ファンコイルユニット） ７ａ ファン ７ｂ コイル ７ｃ ＦＣＵコントローラ ７ｄ 開閉バルブ ７ｅ ＦＣＵコントロールパネル ７ｆ 吸気口 ７ｇ 送風口 ８ コントロールパネル ９ ＣＰＵ １０ 制御線 １１ 貯湯ポンプ １２ 温度調整用比例バルブ １２ａ バルブコントローラ １２ｃ 温度センサ １３ 直間切換３方バルブ １３ａ バルブコントローラ １４ 蓄冷熱槽出口バルブ １４ａ バルブコントローラ １５ ＦＣＵ用ポンプ １５ａ ＦＣＵ用ポンプコントローラ １６ 換気用ファン １６ａ 換気用ファンコントローラ １７ ヒータユニット １７ａ ヒータ １７ｂ ヒータ用ポンプ １７ｃ ヒータコントローラ １８ 貯湯側配管 １９ 空調側配管 １９ａ ＦＣＵ側往管 １９ｂ ＦＣＵ側還管 ２０ 循環ポンプ ２０ａ 循環ポンプコントローラ ２１ 混合タンク ２２ 水道 ２３ 止水弁 ２４ 混合弁 ２５ 汲み上げ用ポンプ ２６ 蛇口 ２７ シンク、浴槽、洗面台等 ２８ 部屋 ２９ 廊下 ３０ 天井 ３１ 床下 ３２ 部屋換気口 ３３ 集中換気口 ３４ 室内空気 ３５ 室内空気 ３６ 空気熱交換空気流

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コンプレッサを有するヒートポンプと水
   熱交換器と空気熱交換器とを第１の配管により連結し、
   該配管内を流れる熱媒体により熱交換を行うようにする
   とともに、冷暖房のための蓄冷熱を行う蓄冷熱槽と冷暖
   房を行う空調機と前記水熱交換器とを第２の配管により
   連結し、第２の配管内を流れる水または不凍液により冷
   暖房空調を行い、前記各機器の動作を制御部により制御
   するようにした空調システムにおいて、前記制御部で
   は、前記蓄冷熱槽内の過去の蓄冷熱レベルを記憶してお
   き、当日の冷房における蓄冷熱槽の使用に際し、前記過
   去の蓄冷熱レベルに応じて蓄冷熱槽の使用開始時刻を決
   定するようにしたことを特徴とする空調システム。
2. 【請求項２】 前日の蓄冷熱レベルに基づいて蓄冷熱槽
   の使用開始時刻を決定するようにしたことを特徴とする
   請求項１記載の空調システム。
3. 【請求項３】 過去の所定期間の蓄冷熱レベルの平均値
   に基づいて蓄冷熱槽の使用開始時刻を決定するようにし
   たことを特徴とする請求項１記載の空調システム。