JPH07109324B2 - 蓄熱式空気調和装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、冷熱を蓄えた蓄熱槽の蓄熱媒体により冷媒の
過冷却を行う蓄熱式空気調和装置に係り、特にその信頼
性向上対策に関する。

（従来の技術） 従来より、例えば特開昭61−125551号公報に開示される
如く、圧縮機、室外熱交換器、減圧機構および室外熱交
換器を順次接続してなる冷凍回路を備えた空気調和装置
において、蓄冷熱可能な蓄熱媒体を内蔵する蓄熱槽と、
該蓄熱槽の内部に冷凍回路中の冷媒と蓄熱媒体との熱交
換を行うための熱交換器とを配置するとともに、該熱交
換器を冷媒回路の液ラインから吸入ライン側へのバイパ
ス路に介設して、通常冷房運転時には冷媒を冷媒回路内
で循環させる一方、蓄熱媒体に冷熱を蓄える蓄冷熱運転
時には冷媒を液ラインからバイパス路を経て吸入ライン
に、その蓄冷熱を利用する蓄冷熱回収冷房運転時には冷
媒を液ラインからバイパス路を経て液ラインに戻すよう
に、それぞれ冷媒の循環経路を切換えることにより、上
記蓄熱槽の共通の熱交換器を利用するようにしたものは
知られている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記従来のものでは下記のような問題が
ある。

すなわち、通常冷房運転時と蓄冷熱回収冷房運転時とで
は冷媒の循環経路を冷媒回路側とバイパス路側とに切換
える必要があるために、循環経路の切換時に冷媒の状態
に変動をきたし、制御が不安定になる等、信頼性が低下
する。

加えて、蓄冷熱回収冷房運転時に、蓄冷熱の利用率を必
要に応じて調節することができない。

そこで、蓄冷熱回収用熱交換器だけを蓄熱槽の外部、つ
まり冷媒回路側に設けることが考えられるが、その場
合、蓄熱槽側と冷媒回路側との２箇所に熱交換器が配置
され、冷媒の循環経路をそのそれぞれに切換える必要が
生じるので、構成が複雑になるという問題がある。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目
的は、蓄冷熱用熱交換器と蓄冷熱回収用熱交換器とを共
通化して蓄熱槽外部の冷媒回路に設けることにより、循
環経路の切換に伴なう冷媒状態の変動を抑制して信頼性
の向上を図るとともに、蓄熱槽と蓄冷熱回収用熱交換器
との間の熱移動量の調節により、蓄冷熱利用率の調節を
可能にすることにある。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するため第１の解決手段は、第１図〜第
３図に示すように、圧縮機（１）、熱源側熱交換器
（２）、主減圧機構（３）及び利用側熱交換器（４）を
冷媒配管（６）で順次接続してなる冷媒回路（７）と、
蓄冷熱可能な蓄熱材を貯溜する蓄熱槽（９）とを備えた
蓄熱式空気調和装置を対象とする。

そして、上記冷媒回路（７）の熱源側熱交換器（２）と
主減圧機構（３）との間に介設され、蓄熱槽（９）の蓄
熱媒体との間で熱交換を行うための蓄熱熱交換器（10）
と、該蓄熱熱交換器（10）と上記蓄熱槽（９）とを熱移
動可能に循環接続する循環路（11）と、該循環路（11）
に介設され、強制的に熱移動させる強制循環手段（12）
と、上記冷媒回路（７）の蓄熱熱交換器（10）と熱源側
熱交換器（２）との間に設けられ、蓄熱熱交換器（10）
における蓄冷熱時に冷媒の減圧を行う蓄冷熱用減圧機構
（13）と、冷媒回路（７）の冷媒を上記蓄冷熱用減圧機
構（13）をバイパスして流通させる第１バイパス路（1
4）と、冷媒回路（７）の冷媒の流れを上記蓄熱用減圧
機構（13）側と第１バイパス路（14）側とに切換える第
１切換手段（15）と、冷媒回路（７）の蓄熱熱交換器
（10）と主減圧機構（３）との間の冷媒配管（６）を吸
入ライン（6b）側に主減圧機構（３）及び利用側熱交換
器（４）をバイパスして接続する第２バイパス路（16）
と、冷媒回路（７）の冷媒の流れを主減圧機構（３）側
と第２バイパス路（16）側とに切換える第２切換手段
（30）とを設けるものとする。

さらに、蓄冷熱運転時には、上記強制循環手段（12）を
作動させ、かつ冷媒が畜冷熱用減圧機構（13）で減圧さ
れ蓄熱熱交換器（10）で蒸発して第２バイパス路（16）
を経て圧縮機（１）に戻るように、蓄冷熱回収運転時に
は上記強制循環手段（12）を作動させ、かつ冷媒が第１
バイパス路（14）を経て蓄熱熱交換器（10）で過冷却さ
れ利用側熱交換器（４）で蒸発して圧縮機（１）に戻る
ように、通常冷房運転時には、上記強制循環手段（12）
を停止させ、かつ冷媒が上記蓄冷熱回収運転時と同様に
循環するように、上記強制循環手段（12）並びに第１及
び第２切換手段（15），（30）を制御する運転制御手段
（20）を設ける構成としたものである。

第２の解決手段は、上記第１の解決手段における強制循
環手段（12）を熱移動量の調節可能に構成し、運転制御
手段（20）を、蓄冷熱回収運転時、運転条件に応じた熱
移動量にするよう上記強制循環手段（12）を制御するよ
うに構成したものである。

第３の解決手段は、上記第１又は第２の解決手段におい
て、蓄熱材を水とし、蓄熱槽（９）に水と熱交換媒体と
の熱交換により水を製氷する製氷コイル（19）を設け、
循環路（11）を蓄熱熱交換器（10）と製氷コイル（19）
とを接続するものとする。

そして、上記製氷コイル（19）と蓄熱熱交換器（10）と
の間で循環路（11）を介してブライン等の熱交換媒体が
循環し、該熱交換媒体により冷媒と水との間の熱移動を
するように構成したものである。

第４の解決手段は、上記第１又は第２の解決手段におい
て、蓄熱槽（９）に、潜熱蓄熱材を有するカプセル（2
1）を内蔵し、循環路（11）を蓄熱熱交換器（10）と蓄
熱槽（９）とを接続する往路（11a）と復路（11b）とで
構成する。

そして、蓄熱槽（９）と蓄熱熱交換器（10）との間で循
環路（11）を介してブライン等の熱交換媒体が循環し、
該熱交換媒体により冷媒と潜熱蓄熱材との間の熱移動を
するように構成したものである。

（作用） 以上の構成により、請求項（１）の発明では、運転制御
手段（20）により、第1,第２切換手段（15），（30）に
よる回路接続の切換をすることなく、強制循環手段（1
2）による蓄熱槽（９）から蓄熱熱交換器（10）への熱
移動の有無だけで、通常冷房運転と蓄冷熱回収冷房運転
との切換えが行われる。すなわち、冷媒の循環経路が切
換えられないので、冷媒の状態の変動が生じることな
く、信頼性が向上することになる。

請求項（２）の発明では、上記請求項（１）の発明にお
ける蓄冷熱回収冷房運転時に、運転制御手段（20）によ
り、循環路（11）の強制循環手段（12）の熱移動量が調
節され、蓄熱槽（９）の蓄冷熱の利用率が調節される。
したがって、室内側の要求能力や蓄冷熱の残量等に応じ
て蓄冷熱の取り出し量が制御され、運転効率が向上する
ことになる。

請求項（３）の発明では、上記請求項（１）又は（２）
の発明の作用において、循環路（11）にブライン等の熱
交換媒体が流通し、該熱交換媒体を介して蓄熱槽（９）
と蓄熱熱交換器（10）との間の熱移動が行われる。そし
て、製氷コイル（19）により、蓄冷熱冷房運転時には蓄
熱槽（９）内の水が製氷され、顕熱だけでなく潜熱を利
用した蓄冷熱が行われるので、大きな蓄冷熱量が確保さ
れることになる。

請求項（４）の発明では、蓄冷熱運転時には、冷媒との
熱交換により水に付与された冷熱でカプセル（21）内の
潜熱蓄熱材が固化され、製氷コイル等を蓄熱槽（９）に
設けることなく、潜熱を利用した高い蓄冷熱量が確保さ
れるので、簡易な構成でもって高い蓄冷熱量が得られ
る。

（実施例） 以下、本発明の実施例について、図面に基づき説明す
る。

第１図は請求項（１）及び（２）の発明を適用した第１
実施例に係る冷房専用の蓄熱式空気調和装置の全体構成
を示し、（１）は圧縮機、（２）は室外に配置され、上
記圧縮機（１）からの吐出冷媒を凝縮する凝縮器として
機能する熱源側熱交換器、（３）は液冷媒を減圧する主
減圧機構としての第１膨張弁、（４）は室内に配置さ
れ、蒸発器として機能する利用側熱交換器、（５）は吸
入冷媒中の液冷媒を除去するためのアキュムレータであ
って、上記各機器（１）〜（５）は冷媒配管（６）によ
り冷媒の流通可能に順次接続され、室外空気との熱交換
により得た冷熱を室内空気に付与する冷媒回路が構成さ
れている。

そして、装置には、蓄熱材としての水を貯溜してなる蓄
熱槽（９）が配置され、上記主冷媒回路（７）の熱源側
熱交換器（２）と第１膨張弁（３）との間には、上記蓄
熱槽（９）の水との間で熱交換を行うための蓄熱熱交換
器（10）が介設されていて、該蓄熱熱交換器（10）と蓄
熱槽（９）との間には、往路（11a）と復路（11b）とか
らなり、水の循環による熱移動可能な循環路（11）が設
けられている。そして、上記往路（11a）には、水を循
環させて強制的に熱移動させる強制循環手段としてのポ
ンプ（12）が介設されている。

また、主冷媒回路（７）の上記蓄熱熱交換器（10）と熱
源側熱交換器（２）との間には、蓄冷熱運転時に冷媒の
減圧を行う蓄冷熱用減圧機構としての第２膨張弁（13）
が設けられていて、該第２膨張弁（13）の前後で主冷媒
回路（７）の冷媒を上記第２膨張弁（13）をバイパスし
て流通させる第１バイパス路（14）が設けられている。
そして、この第１バイパス路（14）には、主冷媒回路
（７）の冷媒の流れを上記第２膨張弁（13）側と第１バ
イパス路（14）側とに切換える第１切換手段としての第
１電磁開閉弁（15）が介設されている。

一方、主冷媒回路（７）の蓄熱熱交換器（10）と第１膨
張弁（３）との間の冷媒配管（6a）を吸入ライン（6b）
側に第１膨張弁（３）及び利用側熱交換器（４）をバイ
パスして接続する第２バイパス路（16）が設けられてい
て、該第２バイパス路（16）に、第２バイパス路（16）
を開閉する第２開閉弁（17）が介設されている。さら
に、主冷媒回路（７）の第２バイパス路（16）との接続
部と上記第１膨張弁（３）との間には、主冷媒回路
（７）を開閉するための第３開閉弁（18）が介設されて
いて、上記第２開閉弁（17）及び第３開閉弁（18）によ
り、主冷媒回路（７）の冷媒の流れを第１膨張弁（３）
側と第２バイパス路（16）側とに切換える第２切換手段
（30）が構成されている。

そして、装置には装置全体の運転を制御する運転制御手
段としてのコントローラ（20）が配置されている。

以下、該コントローラ（20）による運転の制御につい
て、第１図ないし第３図に基づき説明するに、通常冷房
運転時には、第1,第３電磁開閉弁（15）（18）が開き、
第２電磁開閉弁（17）がとじた状態で運転が行われ、第
１図の矢印に示すように、熱源側熱交換器（２）で凝縮
された冷媒が主冷媒回路（７）からいったん第１バイパ
ス路（14）に流れて主冷媒回路（７）に戻り、第１膨張
弁（３）で減圧されて利用側熱交換器（４）で蒸発した
後圧縮機（１）に戻るように循環する。このとき、上記
循環路（11）のポンプ（12）は停止しており、蓄熱槽
（９）と蓄熱熱交換器（10）との間の熱移動は行わない
ようになされている。

蓄冷熱運転時には、第1,第３電磁開閉弁（15），（18）
が閉じ、第２電磁開閉弁（17）が開いた状態で運転が行
われ、第２図の矢印に示すように、熱源側熱交換器
（２）で凝縮された冷媒が第２膨張弁（13）で減圧さ
れ、蓄熱熱交換器（10）で蒸発した後、第２バイパス路
（16）から吸入ライン（6b）を経て圧縮機（１）に戻る
ように循環する。このとき、循環路（11）のポンプ（1
2）は作動しており、蓄熱熱交換器（10）で冷媒との熱
交換により、水に付与された冷熱を蓄熱槽（９）に移動
させるようになされている。

上記蓄冷熱運転で蓄えた冷熱を冷房運転に利用する蓄冷
熱回収冷房運転時には、第１〜第３電磁開閉弁（15），
（17），（18）の開閉は上記通常冷房運転時と同じにし
て、つまり第３図に示すように、冷媒の循環経路はその
ままで、循環路（11）のポンプ（12）を作動させて運転
が行われ、蓄熱槽（９）の蓄冷熱を蓄熱熱交換器（10）
に移動させて、その冷熱を冷媒に付与することにより、
主冷媒回路（７）の冷媒を過冷却した後、利用側熱交換
器（４）で蒸発させるようにしている。

また、上記蓄冷熱回収冷房運転時、循環路（11）のポン
プ（12）の回転数を上記コントローラ（20）で制御する
ことにより、蓄冷熱の利用率を要求能力、残留蓄冷熱、
運転時刻等の諸条件に応じて調節するようにしている。

以上により、請求項（１）の発明では、通常冷房運転と
蓄冷熱回収冷房運転とで同じ各開閉弁（15），（17），
（18）の開閉状態を維持したまま運転が行われる。つま
り、循環路（11）のポンプ（強制循環手段）（12）が作
動すると蓄熱槽（９）から蓄熱熱交換器（10）への熱移
動が行われて蓄熱槽（９）に蓄えられた冷熱が冷媒に付
与されるが、ポンプ（12）が作動しないと蓄熱槽（９）
と蓄熱熱交換器（10）の間の熱移動がないので、蓄熱槽
（９）の蓄冷熱が蓄熱熱交換器（10）で冷媒に付与され
ず、通常冷房運転となるのである。

すなわち、冷媒の循環経路を切換える必要がないので、
冷媒の状態の変動を生じることなく、運転条件に応じて
蓄冷熱の利用，非利用を選択することができ、よって、
信頼性の向上を図ることができる。

請求項（２）の発明では、上記請求項（１）の発明にお
ける蓄冷熱回収冷房運転時に、循環路（11）のポンプ
（12）の回転数、つまり水の循環量が調節され、蓄熱槽
（９）の蓄冷熱の利用率が調節される。したがって、室
内側の要求能力や蓄冷熱の残量等に応じて蓄冷熱の取り
出し量を制御することができ、ひいては運転効率の向上
を図ることができるのである。

次に、請求項（３）の発明に係る第２実施例について説
明する。

第４図は本実施例における蓄熱槽（９）の構造を示し、
蓄熱槽（９）内には蓄熱材としての水が貯溜されるとと
もに、水を製氷するための製氷コイル（19）が設けられ
ていて、該製氷コイル（19）と上記蓄熱熱交換器（10）
との間に、循環路（11）が設けられている。

すなわち、循環路（11）にブライン等の熱交換媒体を流
通させて、蓄冷熱運転時には、蓄熱熱交換器（10）で冷
媒との熱交換により得た冷熱をブライン等の熱交換媒体
を介して蓄熱槽（９）側に熱移動させて水を製氷する一
方、蓄冷熱回収冷房運転時には、氷を融解させて取出し
た冷熱を蓄熱熱交換器（10）に移動させて冷媒を過冷却
するようになされている。なお、その他の構成は、上記
第１実施例と同様である。

したがって、請求項（３）の発明では、蓄熱槽（９）内
の製氷コイル（19）により、水を製氷して顕熱だけでな
く、潜熱を利用した蓄冷熱をすることができ、よって、
大きな蓄冷熱量を得ることができる。

次に、請求項（４）の発明に係る第３実施例について説
明するに、第５図は、本実施例における蓄熱槽（９）内
の状態を示し、蓄熱槽（９）の水中には水よりも高い融
点を有する潜熱蓄熱材を内包してなる多くのカプセル
（21）が内蔵されていて、循環路（11）を水が循環して
蓄熱槽（９）と蓄熱熱交換器（10）との間の熱移動を行
うようになされている。すなわち、蓄冷熱運転時には、
冷媒との熱交換により水に付与された冷熱でカプセル
（21）内の潜熱蓄熱材を固化させて蓄冷熱し、蓄冷熱回
収冷房運転時には、潜熱蓄熱材を融解させて得た冷熱を
冷媒に付与して冷媒の過冷却を行うようになされてい
る。

したがって、請求項（４）の発明では、潜熱蓄熱材を有
するカプセル（21）を蓄熱槽（９）に内蔵させることに
より、請求項（３）の発明のように、製氷コイル（19）
を蓄熱槽（９）に設けることなく、潜熱を利用した高い
蓄冷熱量を確保することができ、よって、簡易な構成で
もって高い蓄冷熱量を維持することができる利点があ
る。

（発明の効果） 以上説明したように、請求項（１）の発明によれば、蓄
熱材を貯溜する蓄熱槽を配置した蓄熱式空気調和装置に
おいて、冷媒回路中に蓄冷熱と蓄冷熱回収とを共に行う
蓄熱熱交換器を介説し、蓄熱槽と蓄熱熱交換器との間を
循環路を介して熱移動させるようにしたので、通常冷房
運転と蓄冷熱回収冷房運転とで冷媒の循環経路を切換え
る必要がなく、よって、冷媒の状態の変動を有効に防止
して、信頼性の向上を図ることができる。

請求項（２）の発明によれば、上記請求項（１）の発明
において、蓄冷熱回収冷房運転時、循環路における熱移
動量を運転条件に応じて調節するようにしたので、要求
能力や蓄冷熱の残量に応じた蓄冷熱の利用率を制御する
ことができ、運転効率の向上を図ることができる。

請求項（３）の発明によれば、上記請求項（１）又は
（２）の発明において、蓄熱材として水を使用するとと
もに蓄熱槽内に製氷コイルを設けて、製氷コイルと蓄熱
熱交換器との間の循環路にブライン等の熱交換媒体を流
通させ、熱交換媒体を介して蓄熱槽と蓄熱熱交換器との
間を熱移動させるようにしたので、水の製氷による潜熱
を利用した高い蓄冷熱量を確保することができる。

請求項（４）の発明によれば、上記請求項（１）又は
（１）の発明において、蓄熱槽内に潜熱蓄熱材を内包す
るカプセルを内蔵させ、循環路を介して蓄熱槽と蓄熱熱
交換器との間で水を循環させるようにしたので、蓄熱槽
内に製氷コイル等を設けることなく、簡易な構成で潜熱
を利用した高い蓄冷熱量を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図〜第３図は空気調
和装置の全体構成と各運転モードにおける冷媒の循環経
路とを示す冷媒配管系統図であって、第１図は通常冷房
運転、第２図は蓄冷熱運転、第３図は蓄冷熱回収運転に
おける図、第４図は第２実施例における蓄熱槽の構成を
示す縦断面図、第５図は第３実施例における蓄熱槽の縦
断面図である。 １……圧縮機 ２……熱源側熱交換器 ３……第１電動膨張弁（主減圧機構） ４……利用側熱交換器 ６……冷媒配管 6b……吸入ライン ７……主冷媒回路 ９……蓄熱槽 10……蓄熱熱交換器 11……循環路 11a……往路 11b……復路 12……ポンプ（強制循環手段） 13……第２電動膨張弁（減圧機構） 14……第１バイパス路 15……第１電磁開閉弁（第１切換手段） 16……第２バイパス路 19……製氷コイル 20……コントローラ（運転制御手段） 21……カプセル 30……第２切換手段

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機（１）、熱源側熱交換器（２）、主
   減圧機構（３）及び利用側熱交換器（４）を冷媒配管
   （６）で順次接続してなる冷媒回路（７）と、蓄冷熱可
   能な蓄熱材を貯溜する蓄熱槽（９）とを備えた蓄熱式空
   気調和装置において、 上記冷媒回路（７）の熱源側熱交換器（２）と主減圧機
   構（３）との間に介設され、蓄熱槽（９）の蓄熱媒体と
   の間で熱交換を行うための蓄熱熱交換器（10）と、該蓄
   熱熱交換器（10）と上記蓄熱槽（９）とを熱移動可能に
   循環接続する循環路（11）と、該循環路（11）に介設さ
   れ、強制的に熱移動させる強制循環手段（12）と、上記
   冷媒回路（７）の蓄熱熱交換器（10）と熱源側熱交換器
   （２）との間に設けられ、蓄熱熱交換器（10）における
   蓄冷熱時に冷媒の減圧を行う蓄冷熱用減圧機構（13）
   と、冷媒回路（７）の冷媒を上記蓄冷熱用減圧機構（1
   3）をバイパスして流通させる第１バイパス路（14）
   と、冷媒回路（７）の冷媒の流れを上記蓄熱用減圧機構
   （13）側と第１バイパス路（14）側とに切換える第１切
   換手段（15）と、冷媒回路（７）の蓄熱熱交換器（10）
   と主減圧機構（３）との間の冷媒配管（６）を吸入ライ
   ン（6b）側に主減圧機構（３）及び利用側熱交換器
   （４）をバイパスして接続する第２バイパス路（16）
   と、冷媒回路（７）の冷媒の流れを主減圧機構（３）側
   と第２バイパス路（16）側とに切換える第２切換手段
   （30）とを備えるとともに、 蓄冷熱運転時には、上記強制循環手段（12）を作動さ
   せ、かつ冷媒が蓄冷熱用減圧機構（13）で減圧され蓄熱
   熱交換器（10）で蒸発して第２バイパス路（16）を経て
   圧縮機（１）に戻るように、蓄冷熱回収運転時には上記
   強制循環手段（12）を作動させ、かつ冷媒が第１バイパ
   ス路（14）を経て蓄熱熱交換器（10）で過冷却され利用
   側熱交換器（４）で蒸発して圧縮機（１）に戻るよう
   に、通常冷房運転時には、上記強制循環手段（12）を停
   止させ、かつ冷媒が上記蓄冷熱回収運転時と同様に循環
   するように、上記強制循環手段（12）並びに第１及び第
   ２切換手段（15），（30）を制御する運転制御手段（2
   0）を備えたことを特徴とする蓄熱式空気調和装置。
2. 【請求項２】強制循環手段（12）は熱移動量の調節可能
   に構成されており、運転制御手段（20）は、蓄冷熱回収
   運転時、運転条件に応じた熱移動量にするよう上記強制
   循環手段（12）を制御することを特徴とする請求項
   （１）記載の蓄熱式空気調和装置。
3. 【請求項３】蓄熱材は水であり、蓄熱槽（９）には水と
   熱交換媒体との熱交換により水を製氷する製氷コイル
   （19）が設けられ、循環路（11）は蓄熱熱交換器（10）
   と製氷コイル（19）とを接続するものであり、上記製氷
   コイル（19）と蓄熱熱交換器（10）との間で循環路（1
   1）を介してブライン等の熱交換媒体が循環し、該熱交
   換媒体により冷媒と水との間の熱移動をするように構成
   されていることを特徴とする請求項（１）又は（２）記
   載の蓄熱式空気調和装置
4. 【請求項４】蓄熱槽（９）には、潜熱蓄熱材を有するカ
   プセル（21）が内蔵され、循環路（11）は蓄熱熱交換器
   （10）と蓄熱槽（９）とを接続する往路（11a）と復路
   （11b）とからなり、蓄熱槽（９）と蓄熱熱交換器（1
   0）との間で循環路（11）を介してブライン等の熱交換
   媒体が循環し、該熱交換媒体により冷媒と潜熱蓄熱材と
   の間の熱移動をするように構成されていることを特徴と
   する請求項（１）又は（２）記載の蓄熱式空気調和装
   置。