図面 (/)

技術 蓄熱式空調システムとその運転方法

出願人 荏原冷熱システム株式会社
発明者 石山友通古谷光輝
出願日 2000年6月28日 (19年0ヶ月経過) 出願番号 2000-194461
公開日 2002年1月18日 (17年6ヶ月経過) 公開番号 2002-013768
状態 未査定
技術分野 その他の空気調和方式 可逆サイクルによる圧縮式冷凍機械
主要キーワード 運転成績 ブライン熱交換器 ランニングコスト低減 取り入れ外気 利用温度 空冷ヒートポンプ 氷蓄熱用 蓄熱式空調システム
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2002年1月18日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (5)

課題

寒冷地においても安価な夜間電力を有効に利用し、高効率な暖房運転ができる蓄熱式空調システムとその運転方法を提供する。

解決手段

空冷ヒートポンプ1と、蓄熱装置2と、放熱用熱交換器3と、これらを接続するブライン配管11〜20、及びブライン配管に設置される制御弁C1、C2、開閉弁V1〜V5、蓄熱ブラインポンプ7及び放熱用ブラインポンプ8とを有する蓄熱式空調システムにおいて、前記1に外気21を取り入れ吸気ダクト4を設け、該吸気ダクト4の入口側にブライン空気熱交換器5を設け、該熱交換器5と、前記1と蓄熱装置2を結ぶブライン配管11〜14とを、ブライン配管15〜16で接続したものであり、空調運転時は、蓄熱装置に貯蔵した冷温熱をブライン配管から、ブライン・空気熱交換器に通し、空冷ヒートポンプに取り入れる外気に冷温熱を供給できるように構成した。

概要

背景

氷蓄熱を有する空調システムは、昼間に集中する冷房電力需要を低減するために、安価な夜間電力を利用し、コンパクト水槽潜熱を利用して沢山の熱を蓄え、昼間に氷を溶かし、冷房運転を行い、夜間電力の利用によるランニングコスト低減と、氷の放熱運転での熱源機容量の低減による契約電力削減と、熱源機設備容量低減効果が得られることが知られている。従来の氷蓄熱式空調システムフロー構成図を図3、図4に示す。図3は、暖房運転時の夜間蓄熱運転を示し、図4は、昼間放熱運転を示す。従来方式の氷蓄熱装置は大きく分けて、蓄熱槽6からの放熱により空調運転を行う放熱系統と、空冷ヒートポンプ1の冷却又は加熱運転により空調運転を行う追い掛け系統からなる。

追い掛け系統は、外気熱源として冷却又は加熱運転を行う空冷ヒートポンプ1と、蓄熱運転時と追い掛け運転時にブライン循環させるための蓄熱・追い掛け用ブラインポンプ7と、空冷ヒートポンプにより冷却又は加熱されたブラインと二次側冷水との熱交換を行う追い掛け用熱交換器3と、それらを接続するブライン配管11、13、17、18と開閉弁V2及び温度センサーで構成されている。放熱系統は、槽内に氷蓄熱用水・ブライン熱交換器6を有し、冷房時は氷として蓄冷し、暖房時は温水顕熱を利用して温蓄を行うことができる氷蓄熱槽2と、蓄熱槽2により冷却又は加熱(放熱)されたブラインと二次側冷水との熱交換を行う放熱用熱交換器3’と、放熱運転時にブラインを循環させるための放熱用ブラインポンプ8と、それらを接続するブライン配管12、14、19、20、制御弁C1,C2、開閉弁V1及び温度センサーで構成されている。

また、追い掛け系統と放熱系統は、開閉弁(V3、V4)を介してブライン配管により接続されている。上記構成の氷蓄熱装置において、夜間の温水蓄熱運転時は、図3に示すようにV1、V2、C2が閉、V3、V4、C1が開の状態となる。また、蓄熱・追い掛け用ブラインポンプ7が起動し、空冷ヒートポンプ1と氷蓄熱用水・ブライン熱交換器6間をブラインが循環し、空冷ヒートポンプ1が加熱運転を行う。これにより、蓄熱槽内の氷蓄熱用水・ブライン熱交換器6を介して、蓄熱槽内の温水は53℃まで加熱され温水蓄熱が行われる。昼間放熱運転は、図4に示すように、V1、V2が開、V3、V4が閉の状態となり、放熱用ブラインポンプ8が起動し、氷蓄熱用水・ブライン熱交換器6と放熱用水・ブライン熱交換器3’間のブラインが循環し、氷蓄熱用水・ブライン熱交換器6を介して蓄熱槽2内の温水から熱を奪い、放熱運転を行う。

このとき、放熱系統のブラインを47℃まで加熱しなければならないため、蓄熱槽の温度差は53℃−47℃=6℃程度しか利用できず、蓄熱槽を有効に利用することができない。また、蓄熱槽からの熱量が不足した場合、空冷ヒートポンプを運転し、追い掛け運転を行うことになるが、このとき寒冷地においては吸気温度が低く、さらに除霜運転を頻繁に行うため、空冷ヒートポンプの効率が低下する。このように、従来の空調システムでは、暖房運転においては温水の行きと帰りの温度差である6℃程度しか利用できず、夜間電力が冷房運転の1/10程度しか利用できなかった。

概要

寒冷地においても安価な夜間電力を有効に利用し、高効率な暖房運転ができる蓄熱式空調システムとその運転方法を提供する。

空冷ヒートポンプ1と、蓄熱装置2と、放熱用熱交換器3と、これらを接続するブライン配管11〜20、及びブライン配管に設置される制御弁C1、C2、開閉弁V1〜V5、蓄熱用ブラインポンプ7及び放熱用ブラインポンプ8とを有する蓄熱式空調システムにおいて、前記1に外気21を取り入れ吸気ダクト4を設け、該吸気ダクト4の入口側にブライン・空気熱交換器5を設け、該熱交換器5と、前記1と蓄熱装置2を結ぶブライン配管11〜14とを、ブライン配管15〜16で接続したものであり、空調運転時は、蓄熱装置に貯蔵した冷温熱をブライン配管から、ブライン・空気熱交換器に通し、空冷ヒートポンプに取り入れる外気に冷温熱を供給できるように構成した。

目的

上記のように、従来の氷蓄熱装置は、冷房用としては効果があったが、暖房用に利用する場合、温水の蓄熱量が氷の蓄熱量に比べ著しく少ないため、寒冷地又は外気温度が低い場合は、夜間の蓄熱運転期間が短くなり導入効果半減する。本発明は、上記従来技術に鑑み、寒冷地や外気温度が低い場合においても、安価な夜間電力を有効に利用し、高効率な暖房運転ができる蓄熱式空調システムとその運転方法を提供することを課題とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

空冷ヒートポンプと、蓄熱装置と、放熱用熱交換器と、これらを接続するブライン配管、及びブライン配管に設置される制御弁開閉弁蓄熱ブラインポンプ及び放熱用ブラインポンプとを有する蓄熱式空調システムにおいて、前記空冷ヒートポンプに外気取り入れ吸気ダクトを設け、該吸気ダクトの入口側にブライン空気熱交換器を設け、該熱交換器と、前記空冷ヒートポンプと蓄熱装置を結ぶブライン配管とを、ブライン配管で接続したことを特徴とする蓄熱式空調システム。

請求項2

請求項1記載の蓄熱式空調システムの運転方法において、蓄熱運転時は、空冷ヒートポンプを運転して、発生する冷温熱をブライン配管から蓄熱装置に貯蔵し、空調運転時は、蓄熱装置に貯蔵した冷温熱をブライン配管から、ブライン・空気熱交換器に通し、空冷ヒートポンプに取り入れる外気に冷温熱を供給できるように構成したことを特徴とする蓄熱式空調システムの運転方法。

技術分野

(3)外気温度が−5℃の状態で本発明によるシステム運用すると、空冷ヒートポンプ暖房COPは、従来方式に比べて約0.56程度向上する。また、除霜運転低減により、空冷ヒートポンプの効率はさらに向上する。

背景技術

0001

本発明は、蓄熱式空調システム係り、特に、空冷ヒートポンプと蓄熱装置及び放熱用熱交換器を有する蓄熱式空調システムとその運転方法に関する。

0002

氷蓄熱を有する空調システムは、昼間に集中する冷房電力需要を低減するために、安価な夜間電力を利用し、コンパクト水槽潜熱を利用して沢山の熱を蓄え、昼間に氷を溶かし、冷房運転を行い、夜間電力の利用によるランニングコスト低減と、氷の放熱運転での熱源機容量の低減による契約電力削減と、熱源機設備容量低減効果が得られることが知られている。従来の氷蓄熱式空調システムフロー構成図を図3図4に示す。図3は、暖房運転時の夜間蓄熱運転を示し、図4は、昼間放熱運転を示す。従来方式の氷蓄熱装置は大きく分けて、蓄熱槽6からの放熱により空調運転を行う放熱系統と、空冷ヒートポンプ1の冷却又は加熱運転により空調運転を行う追い掛け系統からなる。

0003

追い掛け系統は、外気熱源として冷却又は加熱運転を行う空冷ヒートポンプ1と、蓄熱運転時と追い掛け運転時にブライン循環させるための蓄熱・追い掛け用ブラインポンプ7と、空冷ヒートポンプにより冷却又は加熱されたブラインと二次側冷水との熱交換を行う追い掛け用熱交換器3と、それらを接続するブライン配管11、13、17、18と開閉弁V2及び温度センサーで構成されている。放熱系統は、槽内に氷蓄熱用水・ブライン熱交換器6を有し、冷房時は氷として蓄冷し、暖房時は温水顕熱を利用して温蓄を行うことができる氷蓄熱槽2と、蓄熱槽2により冷却又は加熱(放熱)されたブラインと二次側冷水との熱交換を行う放熱用熱交換器3’と、放熱運転時にブラインを循環させるための放熱用ブラインポンプ8と、それらを接続するブライン配管12、14、19、20、制御弁C1,C2、開閉弁V1及び温度センサーで構成されている。

0004

また、追い掛け系統と放熱系統は、開閉弁(V3、V4)を介してブライン配管により接続されている。上記構成の氷蓄熱装置において、夜間の温水蓄熱運転時は、図3に示すようにV1、V2、C2が閉、V3、V4、C1が開の状態となる。また、蓄熱・追い掛け用ブラインポンプ7が起動し、空冷ヒートポンプ1と氷蓄熱用水・ブライン熱交換器6間をブラインが循環し、空冷ヒートポンプ1が加熱運転を行う。これにより、蓄熱槽内の氷蓄熱用水・ブライン熱交換器6を介して、蓄熱槽内の温水は53℃まで加熱され温水蓄熱が行われる。昼間放熱運転は、図4に示すように、V1、V2が開、V3、V4が閉の状態となり、放熱用ブラインポンプ8が起動し、氷蓄熱用水・ブライン熱交換器6と放熱用水・ブライン熱交換器3’間のブラインが循環し、氷蓄熱用水・ブライン熱交換器6を介して蓄熱槽2内の温水から熱を奪い、放熱運転を行う。

発明が解決しようとする課題

0005

このとき、放熱系統のブラインを47℃まで加熱しなければならないため、蓄熱槽の温度差は53℃−47℃=6℃程度しか利用できず、蓄熱槽を有効に利用することができない。また、蓄熱槽からの熱量が不足した場合、空冷ヒートポンプを運転し、追い掛け運転を行うことになるが、このとき寒冷地においては吸気温度が低く、さらに除霜運転を頻繁に行うため、空冷ヒートポンプの効率が低下する。このように、従来の空調システムでは、暖房運転においては温水の行きと帰りの温度差である6℃程度しか利用できず、夜間電力が冷房運転の1/10程度しか利用できなかった。

課題を解決するための手段

0006

上記のように、従来の氷蓄熱装置は、冷房用としては効果があったが、暖房用に利用する場合、温水の蓄熱量が氷の蓄熱量に比べ著しく少ないため、寒冷地又は外気温度が低い場合は、夜間の蓄熱運転期間が短くなり導入効果半減する。本発明は、上記従来技術に鑑み、寒冷地や外気温度が低い場合においても、安価な夜間電力を有効に利用し、高効率な暖房運転ができる蓄熱式空調システムとその運転方法を提供することを課題とする。

発明を実施するための最良の形態

0007

上記課題を解決するために、本発明では、空冷ヒートポンプと、蓄熱装置と、放熱用熱交換器と、これらを接続するブライン配管、及びブライン配管に設置される制御弁、開閉弁、蓄熱用ブラインポンプ及び放熱用ブラインポンプとを有する蓄熱式空調システムにおいて、前記空冷ヒートポンプに外気を取り入れ吸気ダクトを設け、該吸気ダクトの入口側にブライン・空気熱交換器を設け、該熱交換器と、前記空冷ヒートポンプと蓄熱装置を結ぶブライン配管とを、ブライン配管で接続することとしたものである。また、本発明では、前記蓄熱式空調システムの運転方法において、蓄熱運転時は、空冷ヒートポンプを運転して、発生する冷温熱をブライン配管から蓄熱装置に貯蔵し、空調運転時は、蓄熱装置に貯蔵した冷温熱をブライン配管から、ブライン・空気熱交換器に通し、空冷ヒートポンプに取り入れる外気に冷温熱を供給できるように構成したものである。

0008

本発明は、空冷ヒートポンプと蓄熱装置と放熱用熱交換器をブライン配管で接続した蓄熱式空調システムにおいて、従来は蓄熱した温水を放熱用熱交換器に直接利用していたのに代えて、蓄熱した温水を暖房負荷に合せて運転する空冷ヒートポンプの取り入れ用外気の加熱に用いることにより、放熱用に直接用いた場合は53℃で蓄熱した温水を、放熱用温水として47℃までしか利用できず、その利用できる温度差はわずか6℃であったが、本発明の空冷ヒートポンプの取り入れ外気加熱用に用いた場合は、7℃まで運用すると、53℃から7℃までの温度差46℃が利用でき、放熱用に用いるのに比べ、温水利用量は7.6倍近くなる。そして、外気温度が−5℃とすると、空冷ヒートポンプの吸気温度を7℃まで上昇させた場合、空気ヒートポンプ運転成績係数(COP)は、約0.5改善される。

0009

次に、本発明を図面を用いて詳細に説明する。図1は本発明の蓄熱式空調システムの夜間蓄熱運転のフロー構成図である。図1において、1は空冷ヒートポンプ、2は蓄熱槽、3、3’は放熱用水・ブライン熱交換器、4は吸気ダクト、5はブライン・空気熱交換器、6は氷蓄熱用水・ブライン熱交換器、7は蓄熱用ブラインポンプ、8は放熱用ブラインポンプ、9はダンパー、10、10’は負荷用冷温水ポンプであり、11〜20はブライン配管、V1〜V5は開閉弁、C1、C2は制御弁、Tは温度センサを示す。

0010

夜間蓄熱運転自体は、本発明では前記従来技術で示した図3と同様に、蓄熱槽内の温水を53℃まで加熱し温水蓄熱を行う。即ち、夜間の温水蓄熱運転時は、V1、V2、C2が閉、V3、V4、C1が開の状態となり、また、蓄熱用ブラインポンプ7が起動し、空冷ヒートポンプ1と氷蓄熱用水・ブライン熱交換器6のブラインが循環し、空冷ヒートポンプ1が加熱運転を行う。これにより、蓄熱槽2内の氷蓄熱用水・ブライン熱交換器6を介して、蓄熱槽2内の温水は53℃まで加熱され温水蓄熱が行われる。本発明による氷蓄熱装置は、空冷ヒートポンプ1に吸気ダクト4を設け、吸気ダクト4内には、ダンパー9と吸気21した外気を加熱するためのブライン・空気熱交換器5が配設されている。また、ブライン・空気熱交換器5は図1、2に示すように、ブライン配管15、16にて蓄熱槽2からの放熱系統に連通されており、ブラインの流入側に開閉弁V5が接続されている。

0011

図2に、本発明のシステムの昼間放熱運転のフロー構成図を示し、装置構成図1と同じである。本発明による昼間の放熱運転は、V1、V3、V4が閉、V2、V5が開の状態となり、放熱用ブラインポンプ8が起動し、氷蓄熱用水・ブライン熱交換器6とブライン・空気熱交換器5間のブラインが循環する。蓄熱槽2から氷蓄熱用水・ブライン熱交換器6を介して加熱されたブラインは、ブライン・空気熱交換器5へ送られ、空冷ヒートポンプ1に吸気21される外気を加熱する。このとき、例えば吸気温度を7℃まで加熱したとすると、蓄熱槽内の温水温度を7℃まで利用することができ、蓄熱槽の温水利用温度幅を広げ、蓄熱容量の増大を図ることが可能になる。従来方式と比べて蓄熱容量は、△46℃/△6℃=7.6倍程度増大する。

0012

また、放熱運転と同時に空冷ヒートポンプ1は加熱運転を行うが、吸気温度上昇により空冷ヒートポンプの効率を向上させることが可能になる。例えば、外気温度を−5℃とすると、空冷ヒートポンプのCOPは、従来方式に比べて約0.56向上することになる。さらに、蓄熱槽からの放熱運転が行われている間は、除霜運転は不要になるため、空冷ヒートポンプの効率が向上する。このように、本発明によるシステムは、従来方式の氷蓄熱装置に吸気加熱装置を追加して構成されるものである。したがって、従来方式に対して、容易に本発明による方式を採用することができる。上記例は、暖房運転によるものであるが、冷房運転時においてもブライン・空気熱交換器を冷却器として使用することにより、空冷ヒートポンプの効率向上と蓄熱槽熱量増大を図ることができる。

図面の簡単な説明

0013

本発明により下記効果が得られる。
(1)蓄熱槽の温水利用温度幅を広げることにより、従来方式と比べて温水時の蓄熱容量を約7.6倍程度増大させることができる。
(2) 温水の蓄熱量が増大することにより、安価な夜間電力の使用量の割合が増え、ランニングコストを削減することができる

--

0014

図1本発明の蓄熱式空調システムの夜間蓄熱運転のフロー構成図。
図2図1の昼間放熱運転のフロー構成図。
図3従来の蓄熱式空調システムの夜間蓄熱運転のフロー構成図。
図4図3の昼間放熱運転のフロー構成図。

0015

1:空冷ヒートポンプ、2:蓄熱槽、3、3’:放熱用水・ブライン熱交換器、4:吸気ダクト、5:ブライン・空気熱交換器、6:氷蓄熱用水・ブライン熱交換器、7:蓄熱用ブラインポンプ、8:放熱用ブラインポンプ、9:ダンパー、10、10’:負荷用冷温水ポンプ、11〜20:ブライン配管、21:吸気、V1〜V5:開閉弁、C1、C2:制御弁、T:温度センサ

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

  • 東伸電機株式会社の「 給電システム」が 公開されました。( 2019/05/23)

    【課題】電力の供給量に応じて、特に供給量を増加するような場合において簡単に供給量に見合う受変電機器を準備できるとともに、受電機器を収容するスペースの不用意な増加を抑制できる給電システムを提供する。【解... 詳細

  • ダイキン工業株式会社の「 空気調和装置」が 公開されました。( 2019/05/23)

    【課題】圧縮機を覆う筐体を組み立てる際の作業性の向上した空気調和装置を提供する。【解決手段】筐体60は、圧縮機の上部を覆う板金製の天板69、圧縮機の下部を覆う板金製の底板61及び圧縮機の側部を覆う側板... 詳細

  • ダイキン工業株式会社の「 空気調和装置」が 公開されました。( 2019/05/23)

    【課題】圧縮機を交換する際のメンテナンス性を向上させる。【解決手段】空気調和装置は、ケーシングと、ケーシングの中に収納されている圧縮機と、ケーシングの中に収納され、圧縮機の上部を覆う板金製の天板、圧縮... 詳細

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ