JP3423652B2 - 蓄熱式冷凍空調装置 - Google Patents
蓄熱式冷凍空調装置Info
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Description
存する冷蔵ショーケース等を冷却する冷凍サイクルにお
いて、蓄積された冷熱(蓄熱)を利用することにより、
熱源機の電力負荷の平準化や熱源機容量の削減を図ると
ともに、食品保存に伴う電力料金を削減する蓄熱式冷凍
空調装置に関するものである。
サイクルとショーケース等の保冷をおこなうための冷凍
サイクル間において蓄熱槽を共有し、その蓄熱槽を介し
て互いに冷熱の蓄積およびその蓄熱の利用をおこなうこ
とによって、空調機や冷凍機の容量を低減させ、さらに
はランニングコストを割安にできる蓄熱式冷凍空調装置
が知られている。
て、たとえば、特開平8−226683号公報の「蓄熱
式冷凍空調装置」が開示されている。図9は、この「蓄
熱式冷凍空調装置」の概略構成を示すブロック図であ
る。図9に示す「蓄熱式冷凍空調装置」は、店舗の室内
冷暖房を行う空調ユニット110と、ショーケースを保
冷する冷凍ユニット120と、蓄熱槽130(蓄熱媒
体、たとえば水を充填している)とから構成されてお
り、これらの各ユニット110および120を、蓄熱槽
130を介して熱的に連結することで、室内の冷暖房お
よびショーケースの保冷をおこなうものである。
ように、第1圧縮機111、第1室外熱交換器112、
室内熱交換器113、第1絞り装置114a、第2絞り
装置114b、4個の3方弁115a〜115d、3個
の逆止弁116a〜116c、2個の開閉弁117a、
117bおよび上記した蓄熱槽130を配管接続して構
成されたものである。
121、第2室外熱交換器122、ショーケース保冷用
の蒸発器123、第3絞り装置124a、第4絞り装置
124b、4個の3方弁125a〜125d、3個の逆
止弁126a〜126c、開閉弁127aおよび上記し
た蓄熱槽130を配管接続して構成されたものである。
うな構成において、空調ユニット110の4個の3方弁
115a〜115d、3個の逆止弁116a〜116c
および2個の開閉弁117a、117bと、冷凍ユニッ
ト120の4個の3方弁125a〜125d、3個の逆
止弁126a〜126cおよび開閉弁127aとを選択
的に操作することによって、冷房回路と蓄冷回路との断
続的な切り換えや室内機と蓄熱槽とに同時に冷媒を循環
させることを可能としている。
第1室外熱交換器112を通じて外気から得たり、ある
いは、蓄熱槽130から得ることができ、また、ショー
ケースの保冷の熱源を蓄熱槽130から得ることがで
き、冷暖房負荷およびショーケース負荷の変化に対応し
て最適な冷暖房およびショーケースの保冷をおこなうこ
とが可能となる。また、蓄熱槽130を介して空調ユニ
ット110と冷凍ユニット120との間で熱交換がおこ
なわれるため、空調機および冷凍機の所要容量を低くす
ることができ、ランニングコストの低減が実現されてい
る。
た特開平8−226683号公報に開示の「蓄熱式冷凍
空調装置」は、夜間に空調負荷を処理しながら熱源機の
余剰能力により蓄熱槽130に蓄冷する場合、蓄熱槽1
30内の蓄熱量および蓄熱材の温度が低くなり、特に氷
として冷熱を蓄える場合には、冷房と蓄冷を同時に運転
しようとしても、より高温の冷房回路に冷媒が集中的に
循環してしまい、蓄冷できないという問題があった。
を流すために室内機の第1の絞り装置114aをより絞
ると、蒸発温度が低下して室内熱交換器に霜がついてし
まい、冷房能力の低下や、融けた霜の水滴が室内に飛び
散る現象などが発生し、室内の快適性を大幅に損なうと
いう問題があった。
い場合には、蓄熱槽130に集中的に冷媒が循環してし
まい、室内機では冷房できないという問題があった。さ
らにまた、冷凍側で夜間にも昼間と同等程度の負荷が発
生した場合に、空調側の熱源機の余剰能力を利用するこ
とに対する考慮がなされていないという問題もあった。
ためになされたもので、コンビニエンスストアのように
冷蔵ショーケース等の利用側熱交換器の冷却負荷が夜間
においても昼間とほぼ同等である場合であっても、空調
機の余剰能力を利用することによる熱源機の所要容量の
低減化とともに、空調の快適性を損なうことなく蓄熱材
の温度に適応して安定的な蓄熱を可能とする蓄熱式冷凍
空調装置を得ることを目的としている。
目的を達成するため、この発明にかかる蓄熱式冷凍空調
装置にあっては、第1の圧縮機、第1の熱源側熱交換
器、第1の減圧機、第1の利用側熱交換器および第1の
蓄熱熱交換器を有して第1の冷凍サイクルを構成する第
1の冷却系と、第2の圧縮機、第2の熱源側熱交換器、
第2の減圧機、第2の利用側熱交換器および第2の蓄熱
熱交換器を有して第2の冷凍サイクルを構成し前記第1
の冷却系とは異なる冷却対象を冷却する第2の冷却系
と、第3の圧縮機、第3の熱源側熱交換器、第3の減圧
機および第3の利用側熱交換器を有して第3の冷凍サイ
クルを構成し前記第1の冷却系と同じ冷却対象を冷却す
る第3の冷却系と、冷熱を蓄えるとともに前記第1の蓄
熱熱交換器および第2の蓄熱熱交換器を具備して前記第
1および第2の冷却系により共有される蓄熱槽と、前記
第1の冷却系は前記第1の利用側熱交換器を前記第1の
冷却系の冷凍サイクルから切り離すことにより前記第1
の蓄熱熱交換器を介して前記蓄熱槽へ蓄熱する蓄冷運転
をおこなうとともに前記第2の冷却系は蓄冷利用冷却運
転、前記第3の冷却系は通常運転をおこなう低負荷運転
モードと、前記第1の蓄熱熱交換器を前記第1の冷却系
の冷凍サイクルから切り離し前記第1および第3の冷却
系は通常運転、前記第2の冷却系は蓄冷利用冷却運転を
おこなう高負荷運転モードと、の間を切り替える運転モ
ード切替手段と、を備えたことを特徴とする。
のように冷蔵ショーケース等の利用側熱交換器の冷却負
荷が夜間においても昼間とほぼ同等である場合であって
も、空調機の余剰能力を利用することによる熱源機の所
要容量の低減化とともに、空調の快適性を損なうことな
く蓄熱材の温度に適応して安定的な蓄熱を可能とする蓄
熱式冷凍空調装置を得ることができる。
あっては、上記の発明において、前記第3の冷却系の容
量を、前記第1および第3の冷却系の冷却対象負荷のベ
ース部分に選定し、前記第1の冷却系の容量を、前記第
1および第3の冷却系の冷却対象負荷のピーク負荷から
前記第3の冷却系の容量を差し引いた容量に選定するこ
とを特徴とする。この発明によれば、第2の冷却系の容
量は、本来処理すべきき能力に相当する容量よりも小さ
い容量でよい。
あっては、上記の発明において、前記第1の冷却系が、
前記第1の蓄熱熱交換器を少なくとも二つ備えて当該第
1の蓄熱熱交換器を互いに直列または並列に接続したこ
とを特徴とする。この発明によれば、第1の冷却系が、
第1の蓄熱熱交換器を少なくとも二つ備えているので、
これら蓄熱熱交換器毎に、第2の冷却系と共有できる蓄
熱槽を設けることができる。
あっては、上記の発明において、前記第2の冷却系が、
前記第2の蓄熱熱交換器を少なくとも二つ備えて当該第
2の蓄熱熱交換器を互いに直列または並列に接続したこ
とを特徴とする。この発明によれば、第2の冷却系が、
第2の蓄熱熱交換器を少なくとも二つ備えているので、
これら蓄熱熱交換器毎に、第1の冷却系と共有できる蓄
熱槽を設けることができる。
あっては、上記の発明において、前記蓄熱槽を少なくと
も二つ備え、当該蓄熱槽のそれぞれが、前記第1の蓄熱
熱交換器と第2の蓄熱熱交換器とを少なくとも一つずつ
具備することを特徴とする。この発明によれば、第1の
冷却系と第2の冷却系との間で共有できる蓄熱槽を少な
くとも二つ備えているので、第1の冷却系により蓄積さ
れる冷熱をこれら複数の蓄熱槽に分散させることができ
る。
あっては、上記の発明において、前記第2の冷却系を少
なくとも二つ備えたことを特徴とする。この発明によれ
ば、一つの第1の冷却系に対し、少なくとも二つの第2
の冷却系が備えているので、一つの第1の冷却系によっ
て蓄熱された冷熱を複数の第2の冷却系において利用す
ることができる。
あっては、上記の発明において、前記第1の冷却系を少
なくとも二つ備えたことを特徴とする。この発明によれ
ば、一つの第2の冷却系に対し、少なくとも二つの第1
の冷却系を備えているので、複数の第1の冷却系によっ
て蓄熱された冷熱を第2の冷却系において利用すること
ができる。
あっては、上記の発明において、前記第1の冷却系が、
前記第1の減圧機および前記第1の利用側熱交換器から
なる第1の利用側構成を少なくとも二つ備え、当該第1
の利用側構成が互いに並列に接続されて構成されたこと
を特徴とする。この発明によれば、第1の減圧機および
第1の利用側熱交換器からなる第1の利用側構成を複数
備えてかつ互いに並列に接続された第1の冷却系に対し
ても、上記の発明の作用を発揮することができる。
あっては、上記の発明において、前記第2の冷却系が、
前記第2の減圧機および前記第2の利用側熱交換器から
なる第2の利用側構成を少なくとも二つ備え、当該第2
の利用側構成が互いに並列に接続されて構成されたこと
を特徴とする。この発明によれば、第2の減圧機および
第2の利用側熱交換器からなる第2の利用側構成を複数
備えてかつ互いに並列に接続された第2の冷却系に対し
ても、上記の発明の作用を発揮することができる。
あっては、上記の発明において、前記第1の利用側熱交
換器と前記第3の利用側熱交換器とは、フィンを共有す
ることを特徴とする。この発明によれば、第1の利用側
熱交換器と前記第3の利用側熱交換器とは、フィンを共
有しているので、いずれか一方の利用側熱交換器のみを
使用する場合でも、空気側伝熱面積が増大し、冷凍サイ
クルの効率が向上する。
あっては、上記の発明において、前記第1および第3の
冷却系が、前記第1および第3の利用側熱交換器による
冷却運転を冷房運転または暖房運転に切り替えるための
四方弁を具備したことを特徴とする。この発明によれ
ば、第1および第3の冷却系が、冷暖房の切り替えを可
能とする四方弁を備えているので、第1および第3の冷
却系の利用側熱交換器により冷房運転および暖房運転を
おこなうことができる。つぎの発明にかかる蓄熱式冷凍
空調装置にあっては、第1の圧縮機、第1の熱源側熱交
換器、第1の減圧機、第1の利用側熱交換器を順次環状
に接続し、蓄熱槽に冷熱を蓄える第1の蓄熱熱交換器を
前記第1の利用側熱交換器に対して並列・直列接続切換
え可能に接続して第1の冷凍サイクルを構成し、夜間は
蓄熱冷却運転、昼間は空調運転される空調系統と、第2
の圧縮機、第2の熱源側熱交換器、前記蓄熱槽の冷熱を
利用する第2の蓄熱熱交換器、第2の減圧機、第2の利
用側熱交換器を順次環状に接続して第2の冷凍サイクル
を構成し、昼夜ともに蓄熱利用冷却運転される冷蔵また
は冷凍系統と、第3の圧縮機、第3の熱源側熱交換器、
第3の減圧機および第3の利用側熱交換器を順次環状に
接続して第3の冷凍サイクルを構成し、昼夜ともに空調
運転される第3の冷却系と、を備えたことを特徴とす
る。この発明によれば、コンビニエンスストアのように
冷蔵ショーケース等の利用側熱交換器の冷却負荷が夜間
においても昼間とほぼ同等である場合であっても、空調
機の余剰能力を利用することによる熱源機の所要容量の
低減化とともに、空調の快適性を損なうことなく蓄熱材
の温度に適応して安定的な蓄熱を可能とする蓄熱式冷凍
空調装置を得ることができる。 つぎの発明にかかる蓄熱
式冷凍空調装置にあっては、上記の発明において、第4
の圧縮機、第4の熱源側熱交換器、第4の減圧機および
第4の利用側熱交換器を順次環状に接続して第4の冷凍
サイクルを構成し、前記冷蔵または冷凍系統と協働する
第4の冷却系を備えたことを特徴とする。この発明によ
れば、冷蔵または冷凍系統の冷却能力を高めることがで
きる。
冷凍空調装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明
する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定され
るものではない。
て説明する。実施の形態1にかかる蓄熱式冷凍空調装置
は、第1の冷却系と、その第1の冷却系と異なる冷却対
象(冷却負荷)に対する冷却をおこなう第2の冷却系
と、両冷却系において共有される蓄熱槽と、を備えて構
成され、特に、両冷却系の運転時間帯や冷却負荷量に応
じて、蓄熱槽を利用しない通常冷却運転、蓄熱槽への蓄
熱をおこなう蓄熱冷却運転、および蓄熱槽の冷熱を利用
する蓄熱利用冷却運転等の運転をおこなうものである。
の形態においては、上記した第1の冷却系を、室内の冷
暖房を可能にする空調系統とし、上記した第2の冷却系
を、食品が保存されるショーケース内等を冷却する冷蔵
系統または冷凍系統として説明する。
空調装置の概略構成を示すブロック図である。図1に示
す蓄熱式冷凍空調装置は、第1の冷却系として、圧縮機
11、四方流路切り換え弁19および室外熱交換器12
を有した室外ユニットU11と、減圧装置13および利
用側熱交換器14を有した室内ユニットU12と、を備
え、これらの構成要素を順次環状に接続することで空調
系統である第1の蒸気圧縮式冷凍サイクルを構成してい
る。ここで、室内ユニットU12は、スーパーマーケッ
トや食品店舗、コンビニエンスストアなど冷蔵、冷凍シ
ョーケースを設置した店舗等の空調に利用されるもので
ある。
の構成においては、室外熱交換器12と減圧装置13の
間に、互いに並列に接続された開閉弁V11aおよびV
11bが設けられ、さらに、二つの蓄熱熱交換器16a
および16bが備えられている。そして、蓄熱熱交換器
16aの一端は、減圧装置15を介して、室外熱交換器
12と上記した開閉弁V11aとの間に接続されてお
り、その他端は、互いに並列に接続された開閉弁V12
aおよびV13aに接続されている。ここで、開閉弁V
12aは、他方で、四方流路切り換え弁19と利用側熱
交換器14との間に接続されており、開閉弁V13a
は、他方で、開閉弁V11aと減圧装置13との間に接
続されている。
に、減圧装置15を介して、室外熱交換器12と上記し
た開閉弁V11bとの間に接続されており、その他端
は、互いに並列に接続された開閉弁V12bおよびV1
3bに接続されている。ここで、開閉弁V12bは、他
方で、四方流路切り換え弁19と利用側熱交換器14と
の間に接続されており、開閉弁V13bは、他方で、開
閉弁V11bと減圧装置13との間に接続されている。
第2の冷却系として、圧縮機21および室外熱交換器2
2を有した室外ユニットU21と、減圧装置23および
利用側熱交換器24を有した室内ユニットU22と、互
いに並列に接続された蓄熱熱交換器26aおよび26b
と、を備え、これらの構成要素を順次環状に接続するこ
とで冷蔵系統または冷凍系統である第2の蒸気圧縮式冷
凍サイクルを構成している。
マーケットや食品店舗、コンビニエンスストアなどの冷
蔵または冷凍ショーケース内に設置されるものであり、
利用側熱交換器24で低温低圧の二相冷媒が蒸発ガス化
する際に、ショーケース内の空気を冷却することで、食
品の冷却保存または冷凍保存を可能としている。
装置25aを介して、室外熱交換器22と減圧装置23
との間に直列に接続され、同様に蓄熱熱交換器26b
は、減圧装置25bを介して、室外熱交換器22と減圧
装置23との間に直列に接続されている。そして、この
蓄熱式冷凍空調装置は、冷熱を蓄える二つの蓄熱槽90
aおよび90bを備えており、蓄熱槽90aは内部に上
記した蓄熱熱交換器16aおよび26aを設置し、蓄熱
槽90bは内部に上記した蓄熱熱交換器16bおよび2
6bを設置している。すなわち、第1の冷却系および第
2の冷却系は、蓄熱槽90aおよび90bをそれぞれ共
有している。よって、実施の形態1にかかる蓄熱式冷凍
空調装置は、図1に示すように、構成10aと10bに
よりそれぞれ区別される部分が互いに並列に接続されて
いる。
主に冷熱を蓄える蓄熱材として、水、エチレングリコー
ル水溶液、プロピレングリコール水溶液、第4級アンモ
ニウム塩水溶液、シリコン油と水の混合溶液等が収めら
れている。
ついて説明する。特に、実施の形態1にかかる蓄熱式冷
凍空調装置には、第1の冷却系において通常運転または
蓄冷運転の二つの運転モードがあり、また、第2の冷却
系において蓄冷利用冷却運転の運転モードがあり、さら
に、これら運転モードの切り替えが、冷房期夜間(低負
荷時間帯)、冷房期昼間(高負荷時間帯)、暖房期夜間
(低負荷時間帯)、暖房期昼間(高負荷時間帯)の4つ
のパターンに分類される。
く動作を、上記した4つのパターンに分けて説明する。
なお、本発明にかかる蓄熱式冷凍空調装置は、単独でも
後述するような効果を得ることができるが、上記した4
つのパターンでは、本発明にかかる蓄熱式冷凍空調装置
に加えて、以下に説明するように、第1の冷却系と同様
な空調系統の冷凍サイクルを独立して構成し、かつその
第1の冷却系と冷却対象を同一とする第3の冷却系、ま
たは、第2の冷却系と同様な冷蔵系統または冷凍系統の
冷凍サイクルを独立して構成し、かつその第2の冷却系
と冷却対象を同一とする第4の冷却系と、の連携によっ
てより大きな効果を得ることができる。
の冷却系の構成を説明するための説明図である。特に、
図2(a)は、第3の冷却系の構成例を示しており、圧
縮機31、四方流路切り換え弁39および室外熱交換器
32を有した室外ユニットU31と、減圧装置33およ
び利用側熱交換器34を有した室内ユニットU32と、
を備え、これらの構成要素を順次環状に接続することで
空調系統である蒸気圧縮式冷凍サイクルを構成してい
る。
例を示しており、圧縮機41および室外熱交換器42を
有した室外ユニットU41と、減圧装置43および利用
側熱交換器44を有した利用側ユニットU42と、を備
え、これらの構成要素を順次環状に接続することで冷蔵
系統または冷凍系統である蒸気圧縮式冷凍サイクルを構
成している。
する。冷房期夜間運転は、第1の冷却系が、室内の冷房
に寄与せずに、蓄熱槽90aおよび90bへの冷熱蓄積
のための運転をおこない、上記した第3の冷却系が、室
内の冷房のすべてをおこなう一方で、第2の冷却系が、
蓄熱槽90aおよび90bに蓄積された冷熱を利用した
冷却運転をおこなうものである。
ための動作をおこなうには、開閉弁V11a、V13
a、V11bおよびV13bを閉じ、開閉弁V12aお
よびV12bを開ける。すなわち、これら開閉弁の操作
によって、室外ユニットU11、蓄熱熱交換器16aお
よび16bにより冷凍サイクルが構成され、室内ユニッ
トU12は、この冷凍サイクルから切り離される。
され高温高圧になったガス冷媒は、四方流路切り換え弁
19により室外熱交換器12へ流れ、この室外熱交換器
12で外気に放熱して凝縮液化される。その後、この液
冷媒は減圧装置15aおよび15bへとそれぞれ分岐
し、これら減圧装置15aおよび15bによって低温低
圧の二相冷媒となる。そして、この冷媒は、蓄熱熱交換
器16aおよび16bを介して周囲の蓄熱材から吸熱し
て蒸発ガス化され、それぞれ開閉弁V12aおよびV1
2bを通過した後に合流し、四方流路切り換え弁19を
経て圧縮機11に戻る。
熱熱交換器16aおよび16bの出口側の冷媒の過熱度
が目標値になるようにその開度を自動調整する。これに
より、冷媒流量が、蓄熱熱交換器16aおよび16bに
おける負荷状態、すなわち蓄冷材の温度および蓄熱量に
応じて制御される。このようにして、蓄熱熱交換器16
aおよび16bをともに蒸発器として運転(蓄冷運転)
し、蓄熱槽90aおよび90bに冷熱を蓄える。
1で圧縮され高温高圧になったガス冷媒が、室外熱交換
器22で外気に放熱して凝縮液化された後、減圧装置2
5aおよび25bへとそれぞれ分岐し、これら減圧装置
25aおよび25bによって低温低圧の二相冷媒とな
る。そして、この冷媒は、蓄熱熱交換器26aおよび2
6bを介して、蓄熱槽90aおよび90bで蓄えられた
冷熱によりさらに冷却される。この過冷却された液冷媒
は、合流した後、減圧装置23で低温低圧の二相冷媒と
なり、利用側熱交換器24で周囲の空気から吸熱して蒸
発ガス化され、圧縮機21に戻る。
用側熱交換器24の出口側の冷媒の過冷却度が目標値に
なるようにその開度を自動調整し、これにより、蓄熱熱
交換器26aおよび26bにおける採熱量を制御してい
る。
4の出口側の冷媒の過熱度が目標値になるようにその開
度を自動調整し、これにより、冷媒流量が、利用側熱交
換器24における冷却負荷状態に応じた流量に制御され
る。
24における冷却負荷に応じて、室外熱交換器22での
放熱量と蓄熱熱交換器26aおよび26bにおける放熱
量との比率を適正に設定することができ、蓄熱を使いす
ぎて夕刻(高負荷時間帯終了時刻)に利用側熱交換器2
4における冷却負荷を処理することができなくなるとい
う問題が解消されている。
よび90bにおいて第1の冷却系により蓄えられつつあ
る冷熱の一部を利用しながら冷却運転(蓄冷利用冷却運
転)をおこなうことで、利用側熱交換器24の冷却負荷
を処理し、食品を冷却保存している。
縮され高温高圧になったガス冷媒が、四方流路切り換え
弁39により室外熱交換器32へ流れ、この室外熱交換
器32で外気に放熱して凝縮液化された後、減圧装置3
3で低温低圧の二相冷媒となり、利用側熱交換器34で
周囲の空気から吸熱して蒸発ガス化され、四方流路切り
換え弁39を経て第1の圧縮機31に戻る。
2は、利用側熱交換器34により低温低圧の二相冷媒が
蒸発ガス化される際に、室内の空気を冷却することがで
きる。また、減圧装置33は、利用側熱交換器34の出
口側の冷媒の過熱度が目標値になるようにその開度を自
動調整する。これにより、冷媒流量が、利用側熱交換器
34における冷却負荷状態に応じて制御される。このよ
うにして、第3の冷却系は、夜間(低負荷時間帯)の店
舗の冷房空調負荷のすべてを処理している。
とする第4の冷却系による併行運転をおこなってもよ
い。すなわち、図2(b)に示した第4の冷却系の室内
ユニットU42が、第2の冷却系の室内ユニットU22
とともに、同一のショーケース内に設置される場合であ
り、これにより、ショーケース内の冷蔵または冷凍によ
る冷却能力を高めることができる。
で圧縮され高温高圧になったガス冷媒は、室外熱交換器
42で外気に放熱して凝縮液化された後、減圧装置43
で低温低圧の二相冷媒となり、利用側熱交換器44で周
囲の空気から吸熱して蒸発ガス化され、圧縮機41に戻
る。ここで、減圧装置43は、利用側熱交換器44の出
口側の冷媒の過熱度が目標値になるようにその開度を自
動調整することができる。これにより、冷媒流量を、利
用側熱交換器44における冷却負荷状態に応じて制御す
ることができる。
は、蓄熱熱交換器26aおよび26bで冷媒が過冷却し
た分だけ利用側熱交換器24における冷却能力が増加す
るので、夜間における利用側熱交換器24における冷却
負荷が昼間と同等であっても、熱源機の容量、すなわち
圧縮機21および室外熱交換器22の容量を削減するこ
とができる。
明する。冷房期昼間運転は、本実施の形態1にかかる蓄
熱式冷凍空調装置が、蓄熱槽90aおよび90bへの冷
熱蓄積に寄与せずに、上記した第3の冷却系とともに室
内の冷房をおこなう一方で、第2の冷却系が上記した蓄
冷利用冷却運転をおこなうものである。
ための動作をおこなうには、開閉弁V12a、V13
a、V12bおよびV13bを閉じ、開閉弁V11aお
よびV11bを開け、さらに、減圧装置15aおよび1
5bを全閉する。すなわち、これら開閉弁および減圧装
置の操作によって、室外ユニットU11および室内ユニ
ットU12により冷凍サイクルが構成され、蓄熱熱交換
器16aおよび16bは、この冷凍サイクルから切り離
される。
上記した第3の冷却系のような通常の冷房運転をおこな
い、第3の冷却系の冷凍サイクルにおいて処理しきれな
かった残りの空調負荷を処理することになる。
換器22において凝縮液化した冷媒を蓄熱熱交換器26
aおよび26bに流すことにより過冷却させ、減圧装置
23で低圧二相の冷媒にして利用側熱交換器24におけ
る冷却負荷を処理する。
間(低負荷時間帯)と同様、蓄熱熱交換器26aおよび
26bの出口側の冷媒の過冷却度が目標値になるように
その開度を自動調整することによって、蓄熱熱交換器1
6aおよび16bにおける採熱量を制御して、蓄熱の使
いすぎを未然に防いでいる。
2を凝縮器、利用側熱交換器34を蒸発器として、昼間
(高負荷時間帯)の店舗の冷房空調負荷の一部を処理す
る。また、さらに、上述したように、第4の冷却系を導
入することもできる。
は、共有された蓄熱槽90aおよび90bにより、蓄熱
熱交換器26aおよび26bを介して冷媒が過冷却され
た分だけ利用側熱交換器24での冷却能力が増加するの
で、熱源機の容量、すなわち圧縮機21および室外熱交
換器22の容量を削減することができる。
明する。暖房期夜間運転は、第1の冷却系および第3の
冷却系において、冷房運転から暖房運転に切り替えるこ
と以外は、上述した冷房期夜間運転と同一の接続形態お
よび動作が適用されるものである。
は、まず、第1の冷却系において、開閉弁の操作により
冷房期夜間と同様な接続形態にするとともに、利用側熱
交換器14を凝縮器、室外熱交換器12を蒸発器とし
て、蓄熱槽90aおよび90bに冷熱を蓄えることで、
蓄冷運転をおこなう。
に、室外熱交換器22で凝縮液化した冷媒を蓄熱熱交換
器26aおよび26bに流すことで過冷却させ、減圧装
置23で低圧二相の冷媒にして利用側熱交換器24の冷
却負荷を処理することで、蓄冷利用冷却運転をおこな
う。
え弁39を冷房期とは逆に切り替え、利用側熱交換器3
4を凝縮器、室外熱交換器32を蒸発器とすることによ
り、夜間の暖房空調負荷のすべてを処理する。なお、冷
房期夜間運転の場合のように、第4の冷却系を導入して
もよい。但し、暖房期では、元来周辺の空気温度が低下
しているため、第2の冷却系の利用側熱交換器44と第
2の冷却系の利用側熱交換器24の冷却負荷は、冷房期
より十分に小さくなることが考えられるが、急激な温度
変化に対応でき、一定の温度を保つという意味でも第4
の冷却系を導入する利点はある。
は、蓄熱熱交換器26aおよび26bで冷媒が過冷却し
た分だけ利用側熱交換器24における冷却能力が増加す
るので、夜間における利用側熱交換器24における冷却
負荷が昼間と同等であり変化しない場合であっても、装
置の設計当初において、熱源機の容量、すなわち圧縮機
21および室外熱交換器22の容量を削減することがで
きる。
明する。暖房期昼間運転は、第1の冷却系および第3の
冷却系において、冷房運転から暖房運転に切り替えるこ
と以外は、上述した冷房期昼間運転と同一の接続形態お
よび動作が適用されるものである。
は、まず、第1の冷却系において、開閉弁の操作により
冷房期昼間と同様な接続形態にするとともに、四方流路
切り換え弁19を冷房期とは逆に切り替え、利用側熱交
換器14を凝縮器、室外熱交換器12を蒸発器とするこ
とにより、通常の暖房運転をおこない、後述する第3の
冷却系の冷凍サイクルにおいて処理しきれなかった残り
の空調負荷を処理する。
に、室外熱交換器22で凝縮液化した冷媒を蓄熱熱交換
器26aおよび26bに流すことで過冷却させ、減圧装
置23で低圧二相の冷媒にして利用側熱交換器24の冷
却負荷を処理することで、蓄冷利用冷却運転をおこな
う。
え弁39を冷房期とは逆に切り替え、利用側熱交換器3
4を凝縮器、室外熱交換器32を蒸発器とすることによ
り昼間(高負荷時間帯)の店舗の暖房空調負荷の一部を
処理する。また、ここで、上述した第4の冷却系を導入
してもよい。
は、蓄熱熱交換器26aおよび26bで冷媒が過冷却し
た分だけ利用側熱交換器24における冷却能力が増加す
るので、熱源機の容量、すなわち圧縮機21および室外
熱交換器22の容量を削減することができる。
暖房期夜間および暖房期昼間の4つの時期に併せて、第
1の冷却系の運転モードを切り替えることにより、夜間
に空調する必要のない空調系統の熱源機を運転し、夜間
の安価な蓄熱電力を利用することができ、夜間にも負荷
が減らない冷蔵または冷凍系統の熱源機容量を一日中削
減することができるので、熱源機の容量によって決まる
電力基本料金、および実際の電力使用量によって決まる
電力重量料金をともに削減することが可能となる。
に同一のものを利用することで、蓄熱槽ユニットの標準
化が図られ、安価な蓄熱冷却装置を得ることができる上
に、再利用も容易となる。
運転(冷房または暖房)と蓄冷運転の二つの運転モード
の切り替えを可能としたが、さらに、冷房または暖房運
転をおこないつつ蓄熱槽90aおよび90bの蓄熱を利
用する蓄熱利用冷却運転をおこなうようにすることもで
きる。
期昼間運転において、蓄熱槽90aおよび90bに蓄え
た冷熱はすべて第2の冷却系で利用するとしたが、上記
した蓄熱利用冷却運転によって、その蓄熱槽90aおよ
び90bの蓄熱の一部を第1の冷却系においても利用す
ることに利点がある。この昼間の時間帯における空調負
荷が小さいほど、または、第2の冷却系における冷蔵ま
たは冷凍負荷が小さいほど、第1の冷却系によって蓄熱
された蓄熱槽90aおよび90bの蓄熱量に余裕がで
き、第1の冷却系は、この蓄熱を利用することで、昼間
(高負荷時間帯)の冷却負荷の一部を処理することが可
能となる。
をおこなうには、減圧装置15aおよび15bを全開に
し、開閉弁V11a、V12a、V11bおよびV12
bを閉じ、開閉弁V13aおよびV13bを開ける。こ
のとき、蓄熱熱交換器16aおよび16bは、それぞれ
室外熱交換器12および利用側熱交換器14と直列に接
続されることになる。
され高温高圧になったガス冷媒は、室外熱交換器12で
外気に放熱して凝縮液化し、減圧装置15aおよび15
bを通過して、蓄熱熱交換器16aおよび16bで周囲
の低温の蓄熱材へさらに放熱、過冷却した後、減圧装置
13で低温低圧の二相冷媒となり、利用側熱交換器14
で周囲の空気から吸熱して蒸発ガス化して圧縮機11に
戻る。
bで冷媒が過冷却した分だけ利用側熱交換器14におけ
る冷却能力が増加するので、通常の冷房運転または暖房
運転だけの場合に比べ、第2の冷却系の室外ユニットU
21の容量のみならず、第1の冷却系の室外ユニットU
11の容量、すなわち圧縮機11および室外熱交換器1
2の容量を削減することができる。したがって、熱源機
の容量によって決まる電力基本料金、および実際の電力
使用量によって決まる電力重量料金をより一層削減する
ことができる。
室外ユニットの容量について説明する。第3および第4
の冷却系は従来通り、利用側熱交換器34および44で
処理すべき能力に応じて室外ユニットU31およびU4
1を選定する。特に、第3の冷却系が処理すべき能力
は、対象としているコンビニエンスストア等の24時間
営業店舗の夜間空調負荷の最大値に応じて選定する。
ク負荷から第3の冷却系が処理できる能力を差し引いた
残りの利用側熱交換器14で処理すべき能力に応じて室
外ユニットU11を選定する。そして、第2の冷却系つ
いては、利用側熱交換器24で処理すべき能力よりも小
さい室外ユニットの容量でよい。
室外ユニット容量の関係について説明する。図3は、第
1および第3の冷却系の冷房負荷と時刻との関係および
第2の冷却系の冷却負荷と時刻との関係を説明するため
の説明図である。図3では、一例として、同図(a)に
第1および第3の冷却系における空調系統の一日の冷房
負荷の時間変化を示し、同図(b)に第2の冷却系にお
ける冷蔵または冷凍系統の一日の冷却負荷の時間変化を
示している。
+Bは、第1の冷却系において上述した蓄冷運転により
蓄熱槽90aおよび90bに蓄えられた蓄熱量を示し、
このうち領域AおよびBは、それぞれ第2の冷却系にお
いて夜間および昼間に利用される蓄熱量を示している。
また、領域Cは、第1の冷却系により処理される冷房負
荷を示しており、領域Dは、第3の冷却系により処理さ
れる冷房負荷を示している。ここで、第3の冷却系が一
日の空調負荷のベース部分の熱量を処理していることが
わかる。そして、領域Eは、第2の冷却系によって元来
処理される冷却負荷を示している。
第2の冷却系の室外ユニットU21は、利用側熱交換器
24で処理すべき能力に相当する容量よりも小さい容
量、通常は75−80%の容量でよいことになる。
とも、高負荷時間帯が昼間、低負荷時間帯が夜間として
説明したが、昼間でも負荷が小さい時間帯(たとえば、
雨天曇天時で店舗内顧客が少ない時間帯等)があれば、
その時間帯に第1の冷却系において蓄冷運転しても構わ
ない。
ぎに挙げる方法のいずれかによって検出することができ
る。 (1)第1の冷却系の圧縮機11の容量が所定量(たと
えば、25%)以下となったことを検出する。 (2)第1および第3の冷却系の合計の圧縮機の容量が
圧縮機11の最大容量以下となったことを検出する。 (3)第1および第3の冷却系の利用側熱交換器におい
て、設定された吸い込み空気温度と、実際に検出された
その吸い込み空気温度との差が所定値(たとえば、1
℃)以下となったことを検出する。 (4)第1および第3の冷却系の利用側熱交換器の送風
機の回転数または風量が所定量以下となったことを検出
する。 (5)第1の冷却系の蒸発温度または蒸発圧力または吸
入圧力が所定値以下となったことを検出する。
適正に設計されていれば、減圧装置15aおよび15b
を省略することができる。この理由は、第2の冷却系で
蓄熱を使い過ぎることにより、蓄冷利用時間帯終了近く
になって蓄熱槽90aおよび90b内の冷熱が不足して
負荷を処理しきれなくなる様な事態は起こらないからで
ある。特に、第2の冷却系が元々負荷の小さい冷凍系統
である場合には、蓄熱側減圧装置15aおよび15bは
なくてもよい。
3の冷却系が空調負荷を処理する系統とした場合を例に
説明したが、空調に限らず、たとえば、工場の製造プロ
セスの冷却等でも構わない。
かる蓄熱式冷凍空調装置によれば、四方流路切り換え弁
19、圧縮機11、室外熱交換器(熱源側熱交換器)1
2、減圧装置13、利用側熱交換器14、蓄熱熱交換器
16aおよび16bを有して空調系統を構成する第1の
冷却系と、圧縮機21、室外熱交換器(熱源側熱交換
器)22、減圧装置23、利用側熱交換器24、互いに
並列に接続された蓄熱熱交換器26aおよび26bを有
して冷房系統または冷凍系統を構成する第2の冷却系
と、冷熱を蓄えるとともに蓄熱熱交換器16aおよび蓄
熱熱交換器26aを具備して第1および第2の冷却系に
より共有される蓄熱槽90aと、冷熱を蓄えるとともに
蓄熱熱交換器16bおよび蓄熱熱交換器26bを具備し
て第1および第2の冷却系により共有される蓄熱槽90
bと、を備え、開閉弁V11a、V12a、V13a、
V11b、V12b、V13bおよび四方流路切り換え
弁19の操作により、蓄熱熱交換器16aおよび16b
を第1の冷却系から切り離すことでその第1の冷却系が
利用側熱交換器14のみによる冷却運転をおこなう通常
の冷房または暖房運転と、利用側熱交換器14を第1の
冷却系から切り離すことで蓄熱熱交換器16aおよび1
6bを介して蓄熱槽90aおよび90bへの蓄熱をおこ
なう蓄冷運転と、さらには蓄熱槽90aおよび90bの
それぞれを利用側熱交換器14に直列に接続することに
よって利用側熱交換器14による冷却運転をおこなうと
ともにその利用側熱交換器14の冷却能力を蓄熱槽90
aおよび90bにおける過冷却量に応じて増加させる蓄
冷利用冷却運転と、の三つの運転モード間を切り替える
ことができるので、この運動モードの切り替えを、第1
の冷却系の利用時間帯に応じておこなうことにより、第
1の冷却系の熱源機の余剰能力を利用した蓄熱槽への蓄
熱と第2の冷却系による蓄熱の利用が効率的におこな
え、第2の冷却系である冷蔵または冷凍系統の熱源機容
量を削減することができ、これにより、熱源機の容量お
よび使用量によって決まる電力料金を削減することがで
きる。
他の実施の形態にかかる蓄熱式冷凍空調装置において、
共有される複数の蓄熱槽(ここでは蓄熱槽90aおよび
90b)を同一仕様とすることで、蓄熱槽廃却時の再利
用を容易にすることができる。なお、実施の形態1で
は、蓄熱槽が二つの場合を説明したが、三つ以上ある場
合も同様な考え方が適用でき、これは以降に説明する他
の実施の形態においても同様である。
いて説明する。実施の形態1にかかる蓄熱式冷凍空調装
置では、上記した蓄冷運転または蓄冷利用冷却運転をお
こなう場合に、二つの蓄熱槽90aおよび90bが互い
に並列に接続され、この並列接続された構成を室外ユニ
ットU11およびU21のそれぞれに直列に接続するも
のであったが、実施の形態2にかかる蓄熱式冷凍空調装
置では、上記同運転モードの場合に、二つの蓄熱槽90
aおよび90bを互いに直列に接続し、この直列接続さ
れた構成をさらに室外ユニットU11およびU21のそ
れぞれに直列に接続することを特徴としている。
空調装置の概略構成を示すブロック図である。なお、図
4において、図1と共通する部分には同一符号を付し
て、その説明を省略する。図4に示す蓄熱式冷凍空調装
置では、室外熱交換器12と利用側熱交換器14との間
に、開閉弁V11aおよびV11bが直列に接続されて
いる。
装置15aを介して室外熱交換器12と開閉弁V11a
との間に接続され、その他端は開閉弁V13aを介して
開閉弁V11aと開閉弁V11bとの間に接続され、さ
らに蓄熱熱交換器16aの他端は、開閉弁V12aを介
して利用側熱交換器14と四方流路切り換え弁19との
間に接続されている。また、蓄熱熱交換器16bの一端
は減圧装置15bを介して開閉弁V13aと開閉弁V1
1bとの間に接続され、その他端は開閉弁V13bを介
して開閉弁V11bと減圧装置13との間に接続され、
さらに蓄熱熱交換器16bの他端は、開閉弁V12bを
介して利用側熱交換器14と四方流路切り換え弁19と
の間に接続されている。
装置25aを介して室外熱交換器22に接続され、その
他端は減圧装置25bを介して蓄熱熱交換器26bの一
端に接続され、蓄熱熱交換器26bの他端は、減圧装置
23に接続されている。よって、実施の形態2にかかる
蓄熱式冷凍空調装置は、図4に示すように、構成10a
と10bによってそれぞれ区別される部分が互いに直列
に接続されている。
冷凍空調装置の動作について説明する。なお、この実施
の形態2においても、実施の形態1に説明した第3およ
び第4の冷却系が導入でき、同様の効果を得ることがで
きるため、ここでは、これら第3および第4の冷却系の
動作についての説明は省略する。
間運転、暖房期夜間運転、暖房期昼間運転のそれぞれに
ついて運転モードの選択およびそれに伴う開閉弁等の操
作もまた、実施の形態1と同様であるので、ここではそ
れらの説明を省略する。
空調装置においては、実施の形態1と同様に、減圧装置
25aおよび25bが、蓄熱熱交換器26aおよび26
bの出口側の冷媒の過冷却度を所定の目標値とするよう
にその開度を自動調整し、これにより蓄熱熱交換器26
aおよび26bにおける採熱量を制御することができる
が、特に、その過冷却度の目標値は、上流側の蓄熱熱交
換器26aと下流側の蓄熱熱交換器26bとで冷媒が熱
量的に同等に冷却されるように設定されていることが望
ましい。
度センサS11a、S12a、S11bおよびS12b
の検出値をそれぞれT51a、T52a、T51bおよ
びT52bとし、 SC1=T51a−T52a SC2=T51b−T52b とした場合に、これら演算値SC1およびSC2のそれ
ぞれの目標値が、10[deg]となるように設定す
る。すなわち、演算値SC1およびSC2がそれぞれの
目標値に近づくように、減圧装置25aおよび25bの
開度を制御する。
除して、減圧装置25aだけで蓄熱利用量を制御するよ
うにしてもよい。この場合は、温度センサS12bの検
出値が目標値、たとえば、10[℃]となるようにす
る。このようにすることによって、利用側熱交換器24
での冷却負荷に応じて、室外熱交換器22での放熱量と
蓄熱熱交換器26aおよび26bにおける放熱量との比
率が適正に制御され、蓄熱を使いすぎて夕刻に利用側熱
交換器24における冷却負荷が処理できなくなるといっ
た事態を未然に防ぐことができる。
系側と第2の冷却系側との双方において、それぞれ備え
た二つの蓄熱熱交換器を互いに直列に接続しているが、
いずれか一方の冷却系側の二つの蓄熱熱交換器を実施の
形態1と同様に互いに並列に接続することもできる。
かる蓄熱式冷凍空調装置によれば、実施の形態1にかか
る蓄熱式冷凍空調装置の構成において、第1の冷却系の
二つの蓄熱熱交換器16aおよび16bを互いに並列に
接続し、第2の冷却系の二つの蓄熱熱交換器26aおよ
び26bを互いに並列に接続しているので、並列接続を
採用した場合の接続配管の分岐が必要なくなり、装置構
成を比較的簡単にかつ安価にすることができる。
るので、従来、蓄熱を適用困難であった場所でも蓄熱を
利用できるようになり、さらに電力負荷平準化に寄与す
ることができる。
いて説明する。実施の形態1および2にかかる蓄熱式冷
凍空調装置では、第1の冷却系である空調系統で蓄えた
冷熱を第2の冷却系である一つの冷蔵系統または冷凍系
統で利用する構成を示したが、実施の形態3にかかる蓄
熱式冷凍空調装置では、第2の冷却系を複数備え、かつ
各第2の冷却系毎に、第1の冷却系と共有される蓄熱槽
を備えたことを特徴としている。
空調装置の概略構成を示すブロック図である。なお、図
5において、図1と共通する部分には同一符号を付し
て、その説明を省略する。図5に示す蓄熱式冷凍空調装
置において、図1に示した蓄熱式冷凍空調装置と異なる
点は、蓄熱槽90aに設置された蓄熱熱交換器26a
と、蓄熱槽90bに設置された蓄熱熱交換器26bと
が、それぞれ別個の第2の冷却系において備えられてい
ることである。
一方の冷却系(以下、第2の冷却系Aと称する)は、圧
縮機21aおよび室外熱交換器22aを有した室外ユニ
ットU21aと、減圧装置25aと、蓄熱熱交換器26
aと、減圧装置23aおよび利用側熱交換器24aを有
した室内ユニットU22aと、を備え、これらの構成要
素を順次環状に接続することで冷蔵系統または冷凍系統
である蒸気圧縮式冷凍サイクルを構成している。
却系(以下、第2の冷却系Bと称する)についても同様
に、圧縮機21bおよび室外熱交換器22bを有した室
外ユニットU21bと、減圧装置25bと、蓄熱熱交換
器26bと、減圧装置23bおよび利用側熱交換器24
bを有した室内ユニットU22bと、を備え、これらの
構成要素を順次環状に接続することで冷蔵系統または冷
凍系統である蒸気圧縮式冷凍サイクルを構成している。
凍空調装置は、図5に示すように、構成20aと20b
とが一方で、一つの第1の冷却系に接続され、他方で、
第2の冷却系Aおよび第2の冷却系Bのそれぞれに別個
に接続されている。
は、その動作もまた実施の形態1と同様であり、また、
第2の冷却系Aおよび第2の冷却系Bも、それぞれ実施
の形態1における第2の冷却系が、減圧装置25aおよ
び蓄熱熱交換器26aからなる組と、減圧装置25bお
よび蓄熱熱交換器26bからなる組と、の一方のみを接
続している形態と同一であり、その動作も同様となるた
め、この実施の形態3にかかる蓄熱式冷凍空調装置の動
作については、説明を省略する。また、実施の形態1に
おいて説明したように、この蓄熱式冷凍空調装置の動作
を考慮する上で、上述した第3の冷却系および第4の冷
却系を導入することができる。
かる蓄熱式冷凍空調装置によれば、実施の形態1に示し
た構成において一つの第2の冷却系に備えられていた蓄
熱熱交換器26aおよび減圧装置25aからなる組と蓄
熱熱交換器26bおよび減圧装置25bからなる組と
を、第2の冷却系Aと第2の冷却系Bとにそれぞれ分配
して設置した形態としているので、実施の形態1による
効果を享受できるとともに、蓄熱式冷凍空調装置を構成
する複数の第2の冷却系すべてにおいて、第1の冷却系
により蓄積された冷熱を利用することができ、各第2の
冷却系において使用される熱源機の容量を削減すること
ができる。
いて説明する。上述した実施の形態3にかかる蓄熱式冷
凍空調装置では、蓄冷を利用する複数の第2の冷却系
(冷蔵系統または冷凍系統)がそれぞれ別個の蓄熱槽か
ら採熱するとしたが、この構成ではそれぞれの第2の冷
却系の利用側の冷却負荷がほぼ同一でないと各蓄熱槽の
容量を利用側の冷却負荷に応じて変更する必要があり、
蓄熱槽の標準化が図られずに装置構成の価格が高価にな
ってしまうという問題が生じる。
空調装置は、このような問題に対処するため、第2の冷
却系を複数備え、かつ各第2の冷却系毎に、第1の冷却
系と共有される蓄熱槽を備えており、さらに、各第2の
冷却系は、互いに並列に接続された複数の蓄熱熱交換器
を備えており、この複数の蓄熱熱交換器を各蓄熱槽に分
配して設置することを特徴としている。
空調装置の概略構成を示すブロック図である。なお、図
5と共通する部分には、同一符号を付してその説明を省
略する。まず、図6において、第2の冷却系Aは、圧縮
機21aおよび室外熱交換器22aを有した室外ユニッ
トU21aと、減圧装置25a1および蓄熱熱交換器2
6a1と減圧装置25a2および蓄熱熱交換器26a2
とを互いに並列に接続した構成と、減圧装置23aおよ
び利用側熱交換器24aを有した室内ユニットU22a
と、を備え、これらの構成要素を順次環状に接続するこ
とで冷蔵系統または冷凍系統である蒸気圧縮式冷凍サイ
クルを構成している。
1aおよび室外熱交換器22aを有した室外ユニットU
21bと、減圧装置25b1および蓄熱熱交換器26b
1と減圧装置25b2および蓄熱熱交換器26b2とを
互いに並列に接続した構成と、減圧装置23bおよび利
用側熱交換器24bを有した室内ユニットU22bと、
を備え、これらの構成要素を順次環状に接続することで
冷蔵系統または冷凍系統である蒸気圧縮式冷凍サイクル
を構成している。
1の冷却系の蓄熱熱交換器16aとともに、第2の冷却
系Aの蓄熱熱交換器26a1と第2の冷却系Bの蓄熱熱
交換器26b1を設置しており、蓄熱槽93は、第1の
冷却系の蓄熱熱交換器16bとともに、第2の冷却系A
の蓄熱熱交換器26a2と第2の冷却系Bの蓄熱熱交換
器26b2を設置している。
凍空調装置は、図6に示すように、構成30aと30b
とが一方で、一つの第1の冷却系に接続され、他方で、
第2の冷却系Aおよび第2の冷却系Bのそれぞれに別個
に接続されている。
置25a1および蓄熱熱交換器26a1からなる組と、
減圧装置25a2および蓄熱熱交換器26a2からなる
組と、を互いに並列に接続せずに、実施の形態2におい
て説明したように、これらを直列に接続してもよい。同
様に、第2の冷却系Bにおいても、減圧装置25b1お
よび蓄熱熱交換器26b1からなる組と、減圧装置25
b2および蓄熱熱交換器26b2からなる組と、を互い
に並列に接続せずに、これらを直列に接続してもよい。
形態2において説明したように、開閉弁V11a、V1
2aおよびV13a、減圧装置15aおよび蓄熱熱交換
器16aからなる組と、開閉弁V11b、V12bおよ
びV13b、減圧装置15bおよび蓄熱熱交換器16b
からなる組と、を直列に接続することもできる。
より、第1の冷却系によって蓄熱槽92および93に冷
熱を蓄える蓄冷運転と、第2の冷却系Aおよび第2の冷
却系Bのそれぞれによって蓄熱槽92および93に蓄え
られた冷熱を利用する蓄冷利用冷却運転とを、ともに全
く並列にかつ同時に実行することができる。
かる蓄熱式冷凍空調装置によれば、実施の形態3に示し
た構成において第2の冷却系Aに備えられていた蓄熱熱
交換器26aおよび減圧装置25aを、互いに並列また
は直列に接続された二つの組(蓄熱熱交換器26a1お
よび減圧装置25a1からなる組と、蓄熱熱交換器26
a2および減圧装置25a2からなる組)に代え、ま
た、第2の冷却系Bに備えられていた蓄熱熱交換器26
bおよび減圧装置25bを、互いに並列または直列に接
続された二つの組(蓄熱熱交換器26b1および減圧装
置25b1からなる組と、蓄熱熱交換器26b2および
減圧装置25b2からなる組)に代えるとともに、第1
の冷却系の蓄熱熱交換器16aを設置した蓄熱槽92
に、上記した蓄熱熱交換器26a1および26b1を設
置し、第1の冷却系の蓄熱熱交換器16bを設置した蓄
熱槽93に、上記した蓄熱熱交換器26a2および26
b2を設置した形態としているので、蓄熱を利用する第
2の冷却系Aと第2の冷却系Bの間での冷却負荷が異な
っていても、安価な装置構成により、実施の形態3によ
る効果を十分に享受できる。
ては、蓄熱式冷凍空調装置を構成する第2の冷却系を二
つとしたが、三つ以上の第2の冷却系に対しても、同様
の考えを適用することができる。
いて説明する。実施の形態1〜4にかかる蓄熱式冷凍空
調装置では、蓄熱運転する第1の冷却系が一つのみ備え
られているので、万が一、この空調系統に空調負荷が発
生した場合、どんなに小さな負荷であっても蓄熱を停止
して通常の冷房運転または暖房運転に切り替えなければ
ならない。この場合、第2の冷却系で必要となる蓄熱量
が蓄熱槽において確保されない、または、第2の冷却系
の夜間運転の際に冷却能力が不足するといった不具合が
生じる恐れがある。
の形態5にかかる蓄熱式冷凍空調装置では、第1の冷却
系を複数備え、かつ各第1の冷却系毎に、一つの第2の
冷却系と共有される蓄熱槽を備えたことを特徴としてい
る。
空調装置の概略構成を示すブロック図である。なお、図
7において、図1と共通する部分には同一符号を付し
て、その説明を省略する。図7に示す蓄熱式冷凍空調装
置において、図1に示した蓄熱式冷凍空調装置と異なる
点は、蓄熱槽90aに設置された蓄熱熱交換器16a
と、蓄熱槽90bに設置された蓄熱熱交換器16bと
が、それぞれ別個の第1の冷却系において備えられてい
ることである。
一方の冷却系(以下、第1の冷却系Aと称する)は、圧
縮機11a、四方流路切り換え弁19aおよび室外熱交
換器12aを有した室外ユニットU11aと、減圧装置
15aと、蓄熱熱交換器16aと、減圧装置13aおよ
び利用側熱交換器14aを有した室内ユニットU12a
と、を備え、これらの構成要素を順次環状に接続するこ
とで空調系統である蒸気圧縮式冷凍サイクルを構成して
いる。
却系(以下、第1の冷却系Bと称する)についても同様
に、圧縮機11b、四方流路切り換え弁19bおよび室
外熱交換器12bを有した室外ユニットU11bと、減
圧装置15bと、蓄熱熱交換器16bと、減圧装置13
bおよび利用側熱交換器14bを有した室内ユニットU
12bと、を備え、これらの構成要素を順次環状に接続
することで空調系統である蒸気圧縮式冷凍サイクルを構
成している。
凍空調装置は、図7に示すように、構成40aと40b
とが一方で、一つの第2の冷却系に接続され、他方で、
第1の冷却系Aおよび第1の冷却系Bのそれぞれに別個
に接続されている。
は、その動作もまた実施の形態1と同様であり、また、
第1の冷却系Aおよび第1の冷却系Bも、それぞれ実施
の形態1における第1の冷却系が、減圧装置15aおよ
び蓄熱熱交換器16aからなる組と、減圧装置15bお
よび蓄熱熱交換器16bからなる組と、の一方のみを接
続している形態と同一であり、その動作も同様となるた
め、この実施の形態5にかかる蓄熱式冷凍空調装置の動
作については、説明を省略する。また、実施の形態1に
おいて説明したように、この蓄熱式冷凍空調装置の動作
を考慮する上で、上述した第3の冷却系および第4の冷
却系を導入することもできる。
かる蓄熱式冷凍空調装置によれば、実施の形態1に示し
た構成において一つの第1の冷却系に備えられていた蓄
熱熱交換器16aおよび減圧装置15aからなる組と蓄
熱熱交換器16bおよび減圧装置15bからなる組と
を、第1の冷却系Aと第1の冷却系Bとにそれぞれ分配
して設置した形態としているので、実施の形態1による
効果を享受できるとともに、一つの第2の冷却系におい
て、蓄熱式冷凍空調装置を構成する複数の第1の冷却系
すべてによって蓄積された冷熱を利用することができ
る。
は第1の冷却系Bのいずれか一方において空調負荷が発
生した場合でも、その空調負荷が発生した冷却系におい
てのみ個別に蓄熱を停止して空調運転に切り替えること
ができるとともに、他方の冷却系により蓄熱槽への蓄熱
を確保できる。
いて説明する。実施の形態1〜5にかかる蓄熱式冷凍空
調装置では、第3の冷却系を導入することにより、空調
のベース負荷が処理されることを可能としたが、第1の
冷却系が蓄冷運転をおこなっている場合には、その室内
ユニットU12は、冷凍サイクルから切り離されて停止
状態にある。
第3の冷却系の室内ユニットU32周辺と比較して、そ
の空気温度に差が生じ、再度の第1の冷却系による通常
の冷房運転または暖房運転を開始する際に、その室内ユ
ニットU12周辺の迅速な冷却または加熱が妨げられ、
室内の快適性の保持が困難し難い事態が生じる場合があ
る。
に、実施の形態6にかかる蓄熱式冷凍空調装置では、第
1の冷却系の利用側熱交換器14と上述した第3の冷却
系の利用側熱交換器34との少なくとも一方によって冷
却対象を冷却することができる共有型熱交換器を備えた
ことを特徴としている。
空調装置の概略構成を示すブロック図である。なお、図
8において、図1および図2(a)と共通する部分には
同一符号を付して、その説明を省略する。図8に示す蓄
熱式冷凍空調装置では、第1の冷却系の利用側熱交換器
14に代えて利用側熱交換器17が示されており、ま
た、第3の冷却系の利用側熱交換器34に代えて利用側
熱交換器37が示されているが、それぞれの機能に変化
はない。但し、これら利用側熱交換器17および37
は、上記した共有型熱交換器であるプレートフィン型熱
交換器50に収められており、減圧装置13および33
とともに室内ユニットU51を構成する。
常の冷媒−空気熱交換器であり、利用側熱交換器17お
よび37間において互いのフィンを共有するように構成
されている。
かる蓄熱式冷凍空調装置によれば、第1の冷却系の利用
側熱交換器17と第3の冷却系の利用側熱交換器37と
を収めた共有型熱交換器を備え、室内ユニットU51に
おいて冷却能力または加熱能力を共有するので、夜間等
の空調負荷が小さい時間帯に、利用側熱交換器17に冷
媒が供給されない状態にあっても、第3の冷却系の利用
側熱交換器37の冷却能力または加熱能力により、室内
ユニットU51の周辺を常に空調できるので室内の快適
性を維持することができる。
ずれか一方を使用する場合、使用しない他の利用側熱交
換器のフィンを共有しているので、空気側伝熱面積が増
大し、冷凍サイクルの効率が向上するという効果も有し
ている。
この第4の冷却系と第2の冷却系とがともに同一の冷却
負荷を処理している場合には、同様に、利用側熱交換器
44および24において、フィンを共有するプレートフ
ィン型熱交換器を備えてもよい。
は、第1〜4の冷却系における各室内ユニット内の減圧
装置および利用側熱交換器からなる組が同一の冷凍サイ
クル内に一組だけ接続されている例を示したが、それぞ
れの冷凍サイクルにおいて、各組を並列に複数組接続す
ることもできる。
ば、コンビニエンスストアのように冷蔵ショーケース等
の利用側熱交換器の冷却負荷が夜間においても昼間とほ
ぼ同等である場合であっても、空調機の余剰能力を利用
することによる熱源機の所要容量の低減化とともに、空
調の快適性を損なうことなく蓄熱材の温度に適応して安
定的な蓄熱を可能とする蓄熱式冷凍空調装置を得ること
ができる。
は、本来処理すべきき能力に相当する容量よりも小さい
容量でよい。
1の蓄熱熱交換器を少なくとも二つ備えているので、こ
れら蓄熱熱交換器毎に、第2の冷却系と共有する蓄熱槽
を設けることができ、第1の冷却系によって蓄積される
冷熱を複数の蓄熱槽に分散することができるという効果
を奏する。
2の蓄熱熱交換器を少なくとも二つ備えているので、こ
れら蓄熱熱交換器毎に、第1の冷却系と共有する蓄熱槽
を設けることができ、第2の冷却系において、複数の蓄
熱槽の蓄熱を利用することができるという効果を奏す
る。
の冷却系との間で共有できる蓄熱槽を少なくとも二つ備
えているので、第1の冷却系により蓄積される冷熱をこ
れら複数の蓄熱槽に分散させることができ、特に、各蓄
熱槽を同一仕様にすることで、これら蓄熱槽が廃却され
た際の再利用を容易にすることができるという効果を奏
する。
に対し、少なくとも二つの第2の冷却系が備えているの
で、一つの第1の冷却系によって蓄熱された冷熱を複数
の第2の冷却系において利用することができ、さらに、
蓄熱式冷凍空調装置を構成する複数の第2の冷却系すべ
てにおいて、第1の冷却系により蓄積された冷熱を利用
することができ、各第2の冷却系において使用される熱
源機の容量が削減されて装置構成を小型かつ安価にする
ことができるととともに、熱源機の稼動に要する電力量
を低減できるいう効果を奏する。
に対し、少なくとも二つの第1の冷却系を備えているの
で、複数の第1の冷却系によって蓄熱された冷熱を第2
の冷却系において利用することができ、特に、複数の第
1の冷却系のいずれかを停止させる事態が生じた場合で
も、他方の第1の冷却系によって蓄熱槽への蓄熱を確保
できるという効果を奏する。
第1の利用側熱交換器からなる第1の利用側構成を複数
備えてかつ互いに並列に接続された第1の冷却系に対し
ても、上記した各発明における効果を享受することがで
きるという効果を奏する。
第2の利用側熱交換器からなる第2の利用側構成を複数
備えてかつ互いに並列に接続された第2の冷却系に対し
ても、上記した各発明における効果を享受することがで
きるという効果を奏する。
器と前記第3の利用側熱交換器とは、フィンを共有して
いるので、いずれか一方の利用側熱交換器のみを使用す
る場合でも、空気側伝熱面積が増大し、冷凍サイクルの
効率が向上する。
却系が、冷暖房の切り替えを可能とする四方弁を備えて
いるので、第1および第3の冷却系の利用側熱交換器に
より冷房運転および暖房運転をおこなうことができる。
つぎの発明によれば、コンビニエンスストアのように冷
蔵ショーケース等の利用側熱交換器の冷却負荷が夜間に
おいても昼間とほぼ同等である場合であっても、空調機
の余剰能力を利用することによる熱源機の所要容量の低
減化とともに、空調の快適性を損なうことなく蓄熱材の
温度に適応して安定的な蓄熱を可能とする蓄熱式冷凍空
調装置を得ることができる。 つぎの発明によれば、冷蔵
または冷凍系統の冷却能力を高めることができる。
概略構成を示すブロック図である。
おいて、第3の冷却系および第4の冷却系の構成を説明
するための説明図である。
おいて、第1および第3の冷却系の冷房負荷と時刻との
関係および第2の冷却系の冷却負荷と時刻との関係を説
明するための説明図である。
概略構成を示すブロック図である。
概略構成を示すブロック図である。
概略構成を示すブロック図である。
概略構成を示すブロック図である。
概略構成を示すブロック図である。
を示すブロック図である。
1a,41b 圧縮機、12,12a,12b,22,
22a,22b,32,42 室外熱交換器、13,1
3a,13b,15a,15b,23,23a,23
b,25a,25b,33,43 減圧装置、14,1
4a,14b,24,24a,24b,34 利用側熱
交換器、16,16a,16b,26,26a,26b
蓄熱熱交換器、19,19a,19b,39 四方流
路切り換え弁、50 プレートフィン型熱交換器、U1
1,U21,U31,U41 室外ユニット、U12,
U22,U32,U42,U51 室内ユニット、90
a,90b,92,93 蓄熱槽、V11a,V11
b,V12a,V12b,V13a,V13b 開閉
弁。
Claims (13)
- 【請求項1】 第1の圧縮機、第1の熱源側熱交換器、
第1の減圧機、第1の利用側熱交換器および第1の蓄熱
熱交換器を有して第1の冷凍サイクルを構成する第1の
冷却系と、 第2の圧縮機、第2の熱源側熱交換器、第2の減圧機、
第2の利用側熱交換器および第2の蓄熱熱交換器を有し
て第2の冷凍サイクルを構成し前記第1の冷却系とは異
なる冷却対象を冷却する第2の冷却系と、第3の圧縮機、第3の熱源側熱交換器、第3の減圧機お
よび第3の利用側熱交換器を有して第3の冷凍サイクル
を構成し前記第1の冷却系と同じ冷却対象を冷却する第
3の冷却系と、 冷熱を蓄えるとともに前記第1の蓄熱熱交換器および第
2の蓄熱熱交換器を具備して前記第1および第2の冷却
系により共有される蓄熱槽と、前 記第1の冷却系は前記第1の利用側熱交換器を前記第
1の冷却系の冷凍サイクルから切り離すことにより前記
第1の蓄熱熱交換器を介して前記蓄熱槽へ蓄熱する蓄冷
運転をおこなうとともに前記第2の冷却系は蓄冷利用冷
却運転、前記第3の冷却系は通常運転をおこなう低負荷
運転モードと、前記第1の蓄熱熱交換器を前記第1の冷
却系の冷凍サイクルから切り離し前記第1および第3の
冷却系は通常運転、前記第2の冷却系は蓄冷利用冷却運
転をおこなう高負荷運転モードと、の間を切り替える運
転モード切替手段と、 を備えたことを特徴とする蓄熱式冷凍空調装置。 - 【請求項2】 前記第3の冷却系の容量を、前記第1お
よび第3の冷却系の冷却対象負荷のベース部分に選定
し、前記第1の冷却系の容量を、前記第1および第3の
冷却系の冷却対象負荷のピーク負荷から前記第3の冷却
系の容量を差し引いた容量に選定することを特徴とする
請求項1に記載の蓄熱式冷凍空調装置。 - 【請求項3】 前記第1の冷却系は、前記第1の蓄熱熱
交換器を少なくとも二つ備えて当該第1の蓄熱熱交換器
を互いに直列または並列に接続したことを特徴とする請
求項1または2に記載の蓄熱式冷凍空調装置。 - 【請求項4】 前記第2の冷却系は、前記第2の蓄熱熱
交換器を少なくとも二つ備えて当該第2の蓄熱熱交換器
を互いに直列または並列に接続したことを特徴とする請
求項1、2または3に記載の蓄熱式冷凍空調装置。 - 【請求項5】 前記蓄熱槽を少なくとも二つ備え、当該
蓄熱槽のそれぞれは、前記第1の蓄熱熱交換器と第2の
蓄熱熱交換器とを少なくとも一つずつ具備することを特
徴とする請求項3または4に記載の蓄熱式冷凍空調装
置。 - 【請求項6】 前記第2の冷却系を少なくとも二つ備え
たことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載
の蓄熱式冷凍空調装置。 - 【請求項7】 前記第1の冷却系を少なくとも二つ備え
たことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記載
の蓄熱式冷凍空調装置。 - 【請求項8】 前記第1の冷却系は、前記第1の減圧機
および前記第1の利用側熱交換器からなる第1の利用側
構成を少なくとも二つ備え、当該第1の利用側構成が互
いに並列に接続されて構成されたことを特徴とする請求
項1〜7のいずれか一つに記載の蓄熱式冷凍空調装置。 - 【請求項9】 前記第2の冷却系は、前記第2の減圧機
および前記第2の利用側熱交換器からなる第2の利用側
構成を少なくとも二つ備え、当該第2の利用側構成が互
いに並列に接続されて構成されたことを特徴とする請求
項1〜8のいずれか一つに記載の蓄熱式冷凍空調装置。 - 【請求項10】 前記第1の利用側熱交換器と前記第3
の利用側熱交換器とは、フィンを共有することを特徴と
する請求項1〜7のいずれか一つに記載の蓄熱式冷凍空
調装置。 - 【請求項11】 前記第1および第3の冷却系は、前記
第1および第3の利用側熱交換器による冷却運転を冷房
運転または暖房運転に切り替えるための四方弁を具備し
たことを特徴とする請求項1〜10のいずれか一つに記
載の蓄熱式冷凍空調装置。 - 【請求項12】 第1の圧縮機、第1の熱源側熱交換
器、第1の減圧機および第1の利用側熱交換器を順次環
状に接続し、蓄熱槽に冷熱を蓄える第1の蓄熱熱交換器
を前記第1の利用側熱交換器に対して並列・直列接続切
換え可能に接続して第1の冷凍サイクルを構成し、夜間
は蓄熱冷却運転、昼間は空調運転される空調系統と、 第2の圧縮機、第2の熱源側熱交換器、前記蓄熱槽の冷
熱を利用する第2の蓄 熱熱交換器、第2の減圧機および
第2の利用側熱交換器を順次環状に接続して第2の冷凍
サイクルを構成し、昼夜ともに蓄熱利用冷却運転される
冷蔵または冷凍系統と、 第3の圧縮機、第3の熱源側熱交換器、第3の減圧機お
よび第3の利用側熱交換器を順次環状に接続して第3の
冷凍サイクルを構成し、昼夜ともに空調運転される第3
の冷却系統と、 を備えたことを特徴とする蓄熱式冷凍空調装置。 - 【請求項13】 第4の圧縮機、第4の熱源側熱交換
器、第4の減圧機および第4の利用側熱交換器を順次環
状に接続して第4の冷凍サイクルを構成し、前記冷蔵ま
たは冷凍系統と協働する第4の冷却系統を備えたことを
特徴とする請求項12に記載の蓄熱式冷凍空調装置。
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