(57)【要約】【課題】冷房負荷が小さいとき、冷房運転に使用される冷媒の一部を蓄熱槽に冷熱で蓄熱し、冷房負荷が大きいとき、蓄熱槽に蓄熱した冷熱を利用して冷房運転を行うことにより、エネルギー効率を向上させる蓄熱式冷房システム及びその運転方法を提供する。【解決手段】本システムは、圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器、圧縮機にフィードバックするための冷房ラインと、冷房運転時に凝縮された冷媒の一部を変換できる、一端は凝縮器と室内機から分岐され、他端は室内機と圧縮機間で合流する蓄熱ラインと、蓄熱ライン外部の蓄熱槽と、室内機と蓄熱ラインの分岐点間に設置された冷房ライン開閉バルブと、膨脹バルブをバイパスする蓄熱ラインの入口側に設置された第１バイパス管と、蓄熱ラインを経た冷媒を室内機に供給できる、一端は蓄熱ラインの出口側から分岐され、他端は室内機と冷房ライン開閉バルブ間で合流する第２バイパス管とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮器、室内機を順次経て前記圧縮機にフィードバックするための冷房ラインと、
前記冷房ラインの冷房運転時、膨脹バルブにより前記凝縮器で凝縮された冷媒の一部を相変換できるように、一端は前記凝縮器と前記室内機との間から分岐され、他端は前記室内機と前記圧縮機との間で合流（連結）する蓄熱ラインと、
前記蓄熱ラインにより発生した熱を蓄積できるように前記蓄熱ラインの外部に設置される蓄熱槽と、
前記室内機と前記蓄熱ラインの分岐点との間に設置される冷房ライン開閉バルブと、
前記膨脹バルブをバイパスするように前記蓄熱ラインの入口側に設置される第１バイパス管と、
前記蓄熱ラインを経た冷媒を前記室内機に供給できるように、一端は前記蓄熱ラインの出口側から分岐され、他端は前記室内機と前記冷房ライン開閉バルブとの間で合流する第２バイパス管と、
を含むことを特徴とする蓄熱式冷房システム。
【請求項２】
前記第１バイパス管の入口側に設置され、前記蓄熱ラインに流入した冷媒が前記膨脹バルブ又は前記第１バイパス管を選択的に経るようにするための三方バルブと、
前記蓄熱ラインの出口側に設置される蓄熱ライン出口開閉バルブと、
前記第２バイパス管に設置される第２バイパス管開閉バルブと、
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の蓄熱式冷房システム。
【請求項３】
前記蓄熱ラインの入口側に設置される蓄熱ライン入口開閉バルブと、
前記第１バイパス管に設置される第１バイパス管開閉バルブと、
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の蓄熱式冷房システム。
【請求項４】
請求項１による蓄熱式冷房システムの運転方法において、
前記冷房ライン開閉バルブを開放した状態で、前記圧縮機で圧縮され、前記凝縮器で凝縮された冷媒が前記室内機に提供され、前記室内機内で熱交換された冷媒が前記圧縮機にフィードバックされるように冷房運転を行う段階と、
前記凝縮器で凝縮された冷媒の一部が前記蓄熱ラインの膨脹バルブを経て発生した熱を前記蓄熱槽に蓄積するように蓄熱運転を行う段階と、
を含むことを特徴とする蓄熱式冷房システムの運転方法。
【請求項５】
前記冷房ライン開閉バルブと前記蓄熱ラインの出口を閉鎖した状態で、前記圧縮機で圧縮された冷媒が前記凝縮器を経て前記蓄熱ラインに流入した後、前記第１バイパス管、前記第２バイパス管、前記室内機を順次経て前記圧縮機にフィードバックされるように、前記蓄熱槽の熱を利用した冷房運転を行う段階をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の蓄熱式冷房システムの運転方法。
【請求項６】
圧縮機、凝縮器、冷房ライン開閉バルブ、室内機を順次経て前記圧縮機に冷媒をフィードバックするための冷房ラインと、
前記凝縮器と前記冷房ライン開閉バルブとの間から分岐され、前記室内機と前記圧縮機との間で合流し、前記圧縮機、前記凝縮器、三方バルブ、膨脹バルブ、蓄熱ライン出口開閉バルブを経て前記圧縮機に冷媒をフィードバックするための蓄熱ラインと、
前記蓄熱ラインの入口側に第１バイパス管が設置され、前記蓄熱ラインの出口側に第２バイパス管が設置され、前記圧縮機、前記凝縮器、前記三方バルブ、前記第１バイパス管、前記第２バイパス管、前記室内機を経て前記圧縮機に冷媒をフィードバックするための蓄熱利用冷房ラインと、
を含むことを特徴とする蓄熱式冷房システム。
【請求項７】
請求項６による蓄熱式冷房システムを運転する方法において、
前記冷房ラインと前記蓄熱ラインを開放し、前記蓄熱利用冷房ラインを閉鎖して、冷房運転と蓄熱運転を同時に行う段階と、
前記冷房ラインと前記蓄熱ラインを閉鎖し、前記蓄熱利用冷房ラインを開放して、蓄熱を利用した冷房運転を行う段階と、
を含むことを特徴とする蓄熱式冷房システムの運転方法。
【請求項８】
前記蓄熱ラインを開放し、前記冷房ラインと前記蓄熱利用冷房ラインを閉鎖して、蓄熱運転を行う段階をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の蓄熱式冷房システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄熱式冷房システム及びその運転方法に関し、特に、昼間の冷房運転中でも冷房負荷が小さいとき、冷房運転に使用される冷媒の一部を切り替えて蓄熱槽に冷熱を蓄熱しておき、冷房負荷が大きいとき、蓄熱槽に蓄熱した冷熱を利用することにより、冷房運転を効率的に行うことができる蓄熱式冷房システム及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
蓄熱式冷房システムとは、電力消費量の少ない夜間に深夜電力を利用して蓄熱槽に蓄熱し、その蓄熱槽に蓄積された熱を昼間に利用することにより、冷房運転を効率的に行う冷房システムをいう。
【０００３】
一般に、蓄熱式冷房システムは、夜間にのみ蓄熱運転を行い、昼間には冷房運転のみを行うように構成されている。このような構成においては、図７に示すように、通常、室内機の運転率（室内機の容量／圧縮機の容量）が約４０〜８０％の範囲では冷房成績係数（ＣＯＰ）、すなわち、冷房性能が最適に維持されるが、室内機の運転率が約４０％未満の冷房運転時には、冷房成績係数（ＣＯＰ）が非常に低くなり、圧縮機から提供された余分の冷媒を冷房運転に利用せずに圧縮機にフィードバックするという冷房運転上の非効率的な問題が発生する。また、室内機の運転率が約８０％超過の冷房運転時にも、圧縮機に過負荷がかかって製品の使用寿命が短縮されるという問題が発生する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、このような従来技術の問題を解決するためになされたもので、昼間の冷房運転中でも冷房負荷が小さいとき（室内で必要とする冷気の量が少ないとき）、冷房運転に使用される冷媒の一部を切り替えて蓄熱槽に冷熱を蓄熱しておき、冷房負荷が大きいとき（室内で必要とする冷気の量が多いとき）、蓄熱槽に蓄熱した冷熱を利用して冷房運転を行うことにより、エネルギー効率を大幅に向上させると共に、圧縮機の過負荷を防止して製品の使用寿命を延長する蓄熱式冷房システム及びその運転方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このような目的を達成するために、本発明は、圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮器、室内機を順次経て前記圧縮機にフィードバックするための冷房ラインと、前記冷房ラインの冷房運転時、膨脹バルブにより前記凝縮器で凝縮された冷媒の一部を相変換できるように、一端は前記凝縮器と前記室内機との間から分岐され、他端は前記室内機と前記圧縮機との間で合流（連結）する蓄熱ラインと、前記蓄熱ラインにより発生した熱を蓄積できるように前記蓄熱ラインの外部に設置される蓄熱槽と、前記室内機と前記蓄熱ラインの分岐点との間に設置される冷房ライン開閉バルブと、前記膨脹バルブをバイパスするように前記蓄熱ラインの入口側に設置される第１バイパス管と、前記蓄熱ラインを経た冷媒を前記室内機に供給できるように、一端は前記蓄熱ラインの出口側から分岐され、他端は前記室内機と前記冷房ライン開閉バルブとの間で合流する第２バイパス管とを含むことを特徴とする蓄熱式冷房システムを提供する。
【０００６】
また、本発明は、前記蓄熱式冷房システムの運転方法において、前記冷房ライン開閉バルブを開放した状態で、前記圧縮機で圧縮され、前記凝縮器で凝縮された冷媒が前記室内機に提供され、前記室内機内で熱交換された冷媒が前記圧縮機にフィードバックされるように冷房運転を行う段階と、前記凝縮器で凝縮された冷媒の一部が前記蓄熱ラインの膨脹バルブを経て発生した熱を前記蓄熱槽に蓄積するように蓄熱運転を行う段階と、前記冷房ライン開閉バルブと前記蓄熱ラインの出口を閉鎖した状態で、前記圧縮機で圧縮された冷媒が前記凝縮器を経て前記蓄熱ラインに流入した後、前記第１バイパス管、前記第２バイパス管、前記室内機を順次経て前記圧縮機にフィードバックされるように、前記蓄熱槽の熱を利用した冷房運転を行う段階とを含むことを特徴とする蓄熱式冷房システムの運転方法を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、昼間の冷房運転中でも冷房負荷が小さいとき（室内で必要とする冷気の量が少ないとき）、冷房運転に使用される冷媒の一部を切り替えて蓄熱槽に冷熱を蓄熱しておき、冷房負荷が大きいとき（室内で必要とする冷気の量が多いとき）、蓄熱槽に蓄熱した冷熱を利用して冷房運転を行うことにより、室内運転率を約４０〜８０％に維持してエネルギー効率を向上させると共に、圧縮機の過負荷を防止して製品の使用寿命を延長する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、添付図面を参照して、本発明による蓄熱式冷房システム及びその運転方法の好ましい実施形態について説明する。
【０００９】
図１は本発明の第１実施形態による蓄熱式冷房システムにおいて、冷房運転と蓄熱運転を同時に行う図であり、図２は本発明の第１実施形態による蓄熱式冷房システムにおいて、蓄熱槽の熱を利用した冷房運転を行う図であり、図３は本発明の第１実施形態による蓄熱式冷房システムにおいて、蓄熱運転を行う図であり、図４は本発明の第１実施形態による蓄熱式冷房システムにおいて、冷房・蓄熱同時運転と、負荷と、冷房効率との関係を説明する概念図である。
【００１０】
図示のように、本発明の第１実施形態による蓄熱式冷房システム１００は、圧縮機１で圧縮された冷媒を凝縮器３、室内機５を順次経て圧縮機１にフィードバックするための冷房ライン１１０と、冷房ライン１１０の冷房運転時、膨脹バルブ１２１により凝縮器３から提供された冷媒の一部を相変換できるように、一端は凝縮器３と室内機５との間から分岐され、他端は室内機５と圧縮機１との間で合流（連結）する蓄熱ライン１２０と、蓄熱ライン１２０により発生した熱を蓄積できるように蓄熱ライン１２０の外部に設置される蓄熱槽１３０と、室内機５と蓄熱ライン１２０の分岐点１２０ａとの間に設置される冷房ライン開閉バルブ１４０と、膨脹バルブ１２１をバイパスするように蓄熱ライン１２０の入口側に設置される第１バイパス管１５０と、蓄熱ライン１２０を経た冷媒を室内機５に供給できるように、一端は蓄熱ライン１２０の出口側から分岐され、他端は室内機５と冷房ライン開閉バルブ１４０との間で合流する第２バイパス管１６０とから構成される。ここで、冷房ライン１１０と蓄熱ライン１２０において、冷媒が流入する箇所を入口、冷媒が流出する箇所を出口という。
【００１１】
また、第１バイパス管１５０の入口側には、蓄熱ライン１２０に流入した冷媒が第１バイパス管１５０又は膨脹バルブ１２１を選択的に経るように、三方バルブ１７０が設置されている。
【００１２】
さらに、蓄熱ライン１２０の出口側には、蓄熱ライン出口開閉バルブ１８０が設置され、第２バイパス管１６０には、第２バイパス管開閉バルブ１９０が設置されている。
【００１３】
このような本発明の第１実施形態による蓄熱式冷房システム１００においては、昼間の冷房運転中でも冷房負荷が小さいとき（室内で必要とする冷気の量が少ないとき）、すなわち、図７に示すように、室内運転率が約４０％未満と低いとき、冷房運転に使用される冷媒の一部を蓄熱槽１３０側に切り替えて蓄熱槽１３０に冷熱を蓄熱しておき、冷房負荷が大きいとき（室内で必要とする冷気の量が多いとき）、すなわち、室内運転率が約８０％超過と高いとき、蓄熱槽１３０に蓄熱した冷熱を利用して冷房運転を行うことにより、室内運転率を常に約４０〜８０％に維持してエネルギー効率を向上させると共に、圧縮機の過負荷を防止して製品の使用寿命を延長する。
【００１４】
すなわち、昼間の冷房運転中でも冷房負荷が小さいときは、冷房運転に使用される冷媒の一部を利用して冷熱を蓄熱槽に蓄熱しておくが、図１に示すように、冷房運転と蓄熱運転を同時に行う場合、圧縮機１で圧縮された冷媒は、凝縮器３、室内機５を経て熱交換され、室内機５を経て熱交換された冷媒は、圧縮機１にフィードバックされる。これと同時に、凝縮器３を経た冷媒の一部は、三方バルブ１７０により膨脹バルブ１２１を経て膨脹し、このように膨脹した冷媒は、蓄熱槽１３０側に流れて蓄熱され、蓄熱ライン１２０の出口側に流れて圧縮機１にフィードバックされる。
【００１５】
また、冷房負荷が大きいときは、蓄熱槽に蓄熱した冷熱を利用して冷房運転を行うが、図２に示すように、蓄熱槽の熱を利用した冷房運転を行う場合、まず、冷房ライン開閉バルブ１４０と蓄熱ライン出口開閉バルブ１８０を閉鎖した状態で、圧縮機１、凝縮器３を経た冷媒が、冷房ライン開閉バルブ１４０の閉鎖により室内機５側に流れず、三方バルブ１７０により第１バイパス管１５０を経て蓄熱槽１３０側に流れる。蓄熱槽１３０に蓄積された熱を利用した冷媒は、第２バイパス管１６０を経て室内機５に流入して熱交換され、熱交換された冷媒は、圧縮機１にフィードバックされる。
【００１６】
また、図３に示すように、蓄熱運転のみを行うこともできるが、この場合、冷房ライン開閉バルブ１４０と第２バイパス管開閉バルブ１９０を閉鎖した状態で、圧縮機１、凝縮器３を経た冷媒が、冷房ライン１１０に流れず、三方バルブ１７０により膨脹バルブ１２１を経て膨脹し、このように膨脹した冷媒は、蓄熱槽１３０側に流れて蓄熱され、蓄熱ライン１２０の出口側に流れて圧縮機１にフィードバックされる。
【００１７】
図４は本発明の第１実施形態による蓄熱式冷房システムにおいて、冷房・蓄熱同時運転と、負荷と、冷房効率との関係を説明する概念図である。
【００１８】
図４において、曲線１は冷房・蓄熱同時運転曲線であり、曲線２は負荷曲線であり、曲線３は冷房効率曲線である。図４から分かるように、負荷が小さいか大きいときは冷房効率が低下し、冷房・蓄熱同時運転時は、負荷が適正に維持されて冷房効率が極大化する。
【００１９】
また、本発明の第１実施形態による蓄熱式冷房システムの運転方法は、前記冷房ライン開閉バルブを開放した状態で、前記圧縮機で圧縮され、前記凝縮器で凝縮された冷媒が前記室内機に提供され、前記室内機内で熱交換された冷媒が前記圧縮機にフィードバックされるように冷房運転を行う段階と、前記凝縮器で凝縮された冷媒の一部が前記蓄熱ラインの膨脹バルブを経て発生した熱を前記蓄熱槽に蓄積するように蓄熱運転を行う段階と、前記冷房ライン開閉バルブと前記蓄熱ラインの出口を閉鎖した状態で、前記圧縮機で圧縮された冷媒が前記凝縮器を経て前記蓄熱ラインに流入した後、前記第１バイパス管、前記第２バイパス管、前記室内機を順次経て前記圧縮機にフィードバックされるように、前記蓄熱槽の熱を利用した冷房運転を行う段階とを含む。
【００２０】
一方、蓄熱ライン１２０に設置される三方バルブ１７０は、冷媒の流れを切り替える役割を果たすものであり、このような三方バルブ１７０の代りに開閉バルブを使用することもできるが、このような実施形態を図５及び図６に示す。
【００２１】
図５は本発明の第２実施形態による蓄熱式冷房システムにおいて、冷房運転と蓄熱運転を同時に行う図であり、図６は本発明の第２実施形態による蓄熱式冷房システムにおいて、蓄熱槽の熱を利用した冷房運転を行う図である。
【００２２】
図５及び図６に示すように、本発明の第２実施形態による蓄熱式冷房システム２００は、圧縮機１、凝縮器３、室内機５を順次経て圧縮機１に冷媒をフィードバックするための冷房ライン２１０と、冷房ライン２１０の冷房運転時、膨脹バルブ２２１により凝縮器３から提供された冷媒の一部を相変換できるように、一端は凝縮器３と室内機５との間から分岐され、他端は室内機５と圧縮機１との間で合流（連結）する蓄熱ライン２２０と、蓄熱ライン２２０により発生した熱を蓄積できるように蓄熱ライン２２０の外部に設置される蓄熱槽２３０と、室内機５と蓄熱ライン２２０の分岐点２２０ａとの間に設置される冷房ライン開閉バルブ２４０と、膨脹バルブ２２１をバイパスするように蓄熱ライン２２０の入口側に設置される第１バイパス管２５０と、蓄熱ライン２２０を経た冷媒を室内機５に供給できるように、一端は蓄熱ライン２２０の出口側から分岐され、他端は室内機５と冷房ライン開閉バルブ２４０との間で合流する第２バイパス管２６０とから構成される。
【００２３】
また、蓄熱ライン２２０の入口側には、蓄熱ライン入口開閉バルブ２７０が設置され、第１バイパス管２５０には、第１バイパス管開閉バルブ２７１が設置されている。
【００２４】
このような本発明の第２実施形態による蓄熱式冷房システム２００においては、まず、図５に示すように、冷房運転と蓄熱運転を同時に行う場合、圧縮機１で圧縮された冷媒は、凝縮器３、室内機５を経て熱交換され、室内機５を経て熱交換された冷媒は、圧縮機１にフィードバックされる。これと同時に、蓄熱ライン入口開閉バルブ２７０を開放し、第１バイパス管開閉バルブ２７１を閉鎖した状態で、凝縮器３を経た冷媒の一部は、膨脹バルブ２２１を経て膨脹し、このように膨脹した冷媒は、蓄熱槽２３０側に流れて蓄熱され、蓄熱ライン２２０の出口側に流れて圧縮機１にフィードバックされる。
【００２５】
また、図６に示すように、蓄熱槽の熱を利用した冷房運転を行う場合は、まず、冷房ライン開閉バルブ２４０、蓄熱ライン入口開閉バルブ２７０、蓄熱ライン出口開閉バルブ２８０を閉鎖した状態で、圧縮機１、凝縮器３を経た冷媒が、冷房ライン開閉バルブ２４０の閉鎖により冷房ライン２１０に流れず、蓄熱ライン２２０の入口から第１バイパス管２５０を経て蓄熱槽２３０側に流れ、蓄熱槽２３０に蓄積された熱を利用した冷媒は、第２バイパス管２６０を経て室内機５に流入して熱交換され、熱交換された冷媒は、圧縮機１にフィードバックされる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態による蓄熱式冷房システムにおいて、冷房運転と蓄熱運転を同時に行う図である。
【図２】本発明の第１実施形態による蓄熱式冷房システムにおいて、蓄熱槽の熱を利用した冷房運転を行う図である。
【図３】本発明の第１実施形態による蓄熱式冷房システムにおいて、蓄熱運転を行う図である。
【図４】本発明の第１実施形態による蓄熱式冷房システムにおいて、冷房・蓄熱同時運転と、負荷と、冷房効率との関係を説明する概念図である。
【図５】本発明の第２実施形態による蓄熱式冷房システムにおいて、冷房運転と蓄熱運転を同時に行う図である。
【図６】本発明の第２実施形態による蓄熱式冷房システムにおいて、蓄熱槽の熱を利用した冷房運転を行う図である。
【図７】一般の冷房システムにおいて、室内機の運転率による冷房成績係数を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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