(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄熱槽より水をポンプで汲み上げ、熱ポンプを介して該蓄熱槽に戻す冷媒回路を備える水蓄熱空調システムに於て、該蓄熱槽と該熱ポンプとの該冷媒回路内に三方弁を設け、該水を建物の躯体に送る回路と該熱ポンプに送る回路に分岐させると共に、該躯体内に該水を通過させることにより蓄熱させた後、該熱ポンプに送る回路に戻して該熱ポンプの吸込と出口との温度差を常時最適な温度に確保することを特徴とする水蓄熱空調システム。
【請求項２】
蓄熱槽より水をポンプで汲み上げ、熱ポンプを介して該蓄熱槽に戻す冷媒回路を備える水蓄熱空調システムに於て、該蓄熱槽と該熱ポンプとの該冷媒回路内に三方弁を設け、該水を空調機に送る回路と該熱ポンプに送る回路に分岐させると共に、該空調機からの通風を建物の躯体に吹き付けることにより該躯体内に蓄熱させた後、該水を該空調機から該熱ポンプに送る回路に戻すことにより、該熱ポンプの吸込と出口との温度差を常時最適な温度に確保することを特徴とする水蓄熱空調システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水蓄熱空調システムに関するものであり、特に、熱ポンプの吸込側の水の温度を調整することにより該熱ポンプの吸込側と出口側との温度差を最適な温度に確保して、該熱ポンプの高効率運転を行う水蓄熱空調システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の水蓄熱空調システムを図４により説明する。蓄熱材料としての水Ｗを収容した蓄熱槽１に安い夜間電力を用い、蓄熱してそれを昼間に冷房又は暖房に利用している空調システムであるが、図に於ては冷房の場合について説明する。
【０００３】
夜間に冷凍機としての熱ポンプ１０を運転し、該蓄熱槽１の終端部１ｂ近傍内のストレーナ２ａより往管４ａ、三方弁８を通り、ポンプ９ａで該水Ｗを汲上げて冷水Ｗを作り、戻り管４ｂで再び該蓄熱槽１の始端部１ａ近傍に戻す回路を夜間循環稼動させることにより該蓄熱槽１内の該水Ｗを５℃まで冷却して蓄える。
【０００４】
該三方弁８は該熱ポンプ１０の効率を向上させるために該熱ポンプ１０より戻る管４ｂ近傍の冷水Ｗをストレーナ２ｂより管５を通じて往管４ａに供給してバランス良く混合するために設けられる。尚、該熱ポンプ１０の運転効率が最も良いとされる吸込１０ａと出口１０ｂとの温度差は略７℃とされている。その為、該熱ポンプ１０の吸込１０ａの温度は１２℃を目標とし、出口１０ｂの温度は５℃に固定して該熱ポンプ１０を運転する。
【０００５】
次に、電気料金の高い昼間に於ては、前記したように夜間に冷やしておいた該蓄熱槽１内の冷水Ｗを空調機１１に送り冷房を行う。該蓄熱槽１の該始端部１ａ近傍より該冷水Ｗをストレーナ２ｃよりポンプ９ｂで汲上げて往管３ａを通り、該空調機１１の冷水コイル（図示せず）に流入させて冷風を送気ファン（図示せず）で吹出し口（図示せず）より室内に吹出すようにする。該空調機１１からの該冷水Ｗの戻りは、温度制御バルブ７ｂ及び戻り管３ｂを通り該蓄熱槽１の該終端部１ｂ近傍に戻り循環を繰り返す。
【０００６】
尚、該往管３ａの該ポンプ９ｂの上部近傍には、該ポンプ９ｂの圧力制御によって絞り切れない該冷水Ｗを該蓄熱槽１に戻す管６ａを設け、バルブ７ａ及び管６ｂを通り該蓄熱槽１に戻す。このように、途中で該冷水Ｗを該蓄熱槽１に戻す回路を設けることにより、該空調機１１の負荷状態を視て該蓄熱槽１の温度差を確保するように制御する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の夜間の蓄熱に於ては、冷凍機としての熱ポンプの運転初期の段階では蓄熱槽の終端部の水温が略２０℃と高いので該熱ポンプの吸込温度を略１２℃に保つことができ、且つ、出口温度を５℃に固定して、温度差を最適な略７℃に確保することができ、該熱ポンプの運転効率も最高に発揮することができる。
【０００８】
しかし、該熱ポンプを介して水を循環させていくと、徐々に該蓄熱槽の終端部の水温は下がり略１０℃の低温度になってしまうと共に、該熱ポンプの吸込温度を１２℃に保つことができなくなり、且つ、吸込と出口の温度差を７℃に確保することも困難となり、該熱ポンプの運転効率も落ちる。又、水温低下の状態によっては、凍結防止のための安全回路が作動し、該熱ポンプが自動停止し、該蓄熱槽内の水を全て５℃まで冷却することができない。
【０００９】
そこで、蓄熱槽の水の温度を熱ポンプの吸込側に於て最適な温度に調整すると共に、該熱ポンプの吸込側と出口側の温度差を常時一定に確保して、該熱ポンプの高効率運転を可能にすると同時に、該蓄熱槽内の水を全て目標とする５℃に冷却することを可能にするために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、蓄熱槽より水をポンプで汲み上げ、熱ポンプを介して該蓄熱槽に戻す冷媒回路を備える水蓄熱空調システムに於て、該蓄熱槽と該熱ポンプとの該冷媒回路内に三方弁を設け、該水を建物の躯体に送る回路と該熱ポンプに送る回路に分岐させると共に、該躯体内に該水を通過させることにより蓄熱させた後、該熱ポンプに送る回路に戻して該熱ポンプの吸込と出口との温度差を常時最適な温度に確保する水蓄熱空調システム、及び蓄熱槽より水をポンプで汲み上げ、熱ポンプを介して該蓄熱槽に戻す冷媒回路を備える水蓄熱空調システムに於て、該蓄熱槽と該熱ポンプとの該冷媒回路内に三方弁を設け、該水を空調機に送る回路と該熱ポンプに送る回路に分岐させると共に、該空調機からの通風を建物の躯体に吹き付けることにより該躯体内に蓄熱させた後、該水を該空調機から該熱ポンプに送る回路に戻すことにより、該熱ポンプの吸込と出口との温度差を常時最適な温度に確保する水蓄熱空調システムを提供するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１乃至図３に従って詳述する。尚、従来例と同一構成部分については同一の符号を用いて説明するものとする。
【００１２】
図１は水蓄熱空調システムの構成を示し、安価な夜間電力を使って熱エネルギーを蓄え、昼間の空調に使うシステムである。図に於ては冷房の場合について説明する。夜間の蓄熱に於て初期の段階では蓄熱槽１の終端部１ｂの近傍の水温が高いので、ストレーナ２ａより冷媒回路となる往管４ａ、三方弁８を通り、ポンプ９ａで水Ｗを汲上げて、後述する三方弁１２を通り冷媒回路１４を経て冷凍機としての熱ポンプ１０の吸込１０ａ側より該水Ｗを該熱ポンプ１０に入れ、冷水を作る。
【００１３】
又、該蓄熱槽１の該終端部１ｂ近傍の水温と始端部１ａ近傍の水温とは、該熱ポンプ１０の運転によって冷水温度が異なる。従って、該熱ポンプ１０の運転効率を向上させるために該三方弁８に該熱ポンプ１０より戻る管４ｂ近傍の冷水Ｗをストレーナ２ｂより管５を通じて供給して、該冷水Ｗをバランス良く混合する。この為、該熱ポンプ１０の運転効率が最も良いとされる吸込１０ａの温度を１２℃とし、出口１０ｂの温度を５℃に固定して該熱ポンプ１０を運転する。
【００１４】
該熱ポンプ１０を運転し続け、冷媒回路４ａ，１４，４ｂに該冷水Ｗを循環させていくと該冷水Ｗの温度が徐々に下がり、該熱ポンプ１０の吸込１０ａの温度を１２℃に維持されなくなったとき、三方弁１２の温度センサ（図示せず）によって該冷水Ｗの送水方向を切替え該冷媒回路１４への送水を停止すると共に、建物の躯体２０に送る回路（往管）１３ａに送水する。該躯体２０に送る回路（往管）１３ａは、該躯体２０の床スラブ２１内のコンクリートＣに所定長さ埋設される管を通り戻り管１３ｂを経て該熱ポンプ１０の吸込１０ａ側に送る回路１４に接続して、該冷水Ｗを送水する。
【００１５】
このように、該冷水Ｗを該床スラブ２１内を通過させることにより、該床スラブ２１を冷やす（蓄熱）ことで該冷水Ｗの温度が上昇する。尚、該三方弁１２に於ては、一方の回路１４を停止し一方の回路１３ａに送水したが、冷水温度によっては両方向へ送水するようにしてもよく、又、該躯体２０の循環回路は該床スラブ２１に限らず壁等に循環させてもよい。更に、該躯体２０内への循環方法は螺旋状や端部をループ状に配管する等、該躯体２０の形状等により適宜決定される。
【００１６】
該躯体２０に蓄熱することにより、初期の状態と同じく該熱ポンプ１０の該吸込１０ａの温度を１２℃近傍に調整することができ、出口１０ｂの温度を５℃に固定して該吸込１０ａの温度と該出口１０ｂとの温度差を常時７℃に確保することができる。又、温度差７℃を確保することにより、該熱ポンプ１０の高効率運転を可能にすると同時に、該蓄熱槽内の該水Ｗを全て目標とする５℃に冷却することを可能にする。
【００１７】
次に、電気料金の高い昼間に夜間に冷やしておいた該冷水Ｗを空調機１１に送り冷房を行なう。該蓄熱槽１より該空調機１１を通り該蓄熱槽１に戻る循環回路３ａ，３ｂは従来例と同じため、その説明は省略する。尚、室内の冷房状態によっては該空調機１１の運転と該熱ポンプ１０の追掛運転とを同時に行うこともできる。以上、冷房の場合について説明したが、暖房のときにも温水を躯体蓄熱させることができる。
【００１８】
次に、図２及び図３に従って第２の実施の形態を説明する。図２は夜間に於ての空調機１１による該躯体２０への蓄熱状態を示す空調システムの構成図であり、該空調機１１は建物の該躯体２０内の機械室２６に設置される。該空調機１１内に組み込まれた冷水コイル（図示せず）への該冷水Ｗの供給は、前記の実施の形態と同じく該蓄熱槽１から該ポンプ９ａで汲み上げて、該三方弁１２を介して該回路（往管）１３ａへ送り、更に、サプライヘッダ１６ａを経由して往管１７ａに接続して行う。又、該空調機１１からの該冷水Ｗの戻りは、該空調機１１の近傍に配設され、該冷水Ｗの循環を自動的に制御するバルブ１５ｃを通り、戻り管１７ｂよりリターンヘッダ１６ｂに入り、戻り管３ｂにより該蓄熱槽１の該終端部１ｂ近傍に戻り循環を繰り返す。
【００１９】
更に、該リターンヘッダ１６ｂ近傍に配設された温度制御バルブ１５ｂの制御によって、該冷水Ｗを該戻り管１３ｂを経て該熱ポンプ１０の該吸込１０ａ側に送る該回路１４に送られ、該三方弁１２からの該冷水Ｗと合流して該熱ポンプ１０で再び５℃の冷水を作り、該戻り管４ｂにより該蓄熱槽１の該始端部１ａの近傍に戻り循環を繰り返す。尚、図中の破線で示す回路は後述する冷房時の回路を示すものである。
【００２０】
次に、該空調機１１による該躯体２０への蓄熱方法を説明する。該空調機１１の上部より給気用ダクト１８を建物の該躯体２０の上階の床スラブ２１と下階の天井２３との天井裏空間２２に設置すると共に、該給気用ダクト１８の上部には所定間隔で冷風を該床スラブ２１に吹き付けるための空気吹出し口を有するダンパ１９ａを設け、且つ、該給気用ダクト１８の下部にも所定間隔で冷風を部屋２５に吹き出すための空気吹出し口２４ａを有するダンパ１９ｃを設ける。又、該部屋２５の該天井２３の所定箇所には、該部屋２５の空気を吸い込むための吸込口２４ｂを有するダンパ１９ｂを設ける。該躯体２０への蓄熱時には、該ダンパ１９ｂ及び１９ｃを閉鎖すると共に、該ダンパ１９ａを開放して該空調機１１の送気ファン（図示せず）から送られる冷風を該床スラブ２１の下部に吹き付けて、該床スラブ２１を冷却して該躯体２０内に蓄熱される。
【００２１】
次に、図３により昼間に於ての冷房時の空調システムを説明する。電気料金の高い昼間に於ては、夜間に冷やしておいた該冷水Ｗを該空調機１１に送り冷房を行う。該空調機１１内への該冷水Ｗの供給は、該蓄熱槽１の該始端部１ａ近傍より該ポンプ９ｂで汲み上げ該往管３ａを通り、該サプライヘッダ１６ａ近傍に配設された温度制御バルブ１５ａの制御によって該サプライヘッダ１６ａを経由して該往管１７ａに接続して行う。又、該空調機１１からの該冷水Ｗの戻りは該空調機１１の近傍に配設され、該冷水Ｗの循環を自動的に制御する該バルブ１５ｃを通り、該戻り管１７ｂより該リターンヘッダ１６ｂに入り、該戻り管３ｂにより該蓄熱槽１の該終端部１ｂ近傍に戻り循環を繰り返す。尚、図中の破線で示す回路は、前記の夜間蓄熱時の回路を示すものである。
【００２２】
次に、該空調機１１による冷房方法を説明する。前記ダンパ１９ｂ及び１９ｃを開放し、該空気吹出し口２４ａから冷風を該部屋２５内に吹き出し、該部屋２５を冷房すると共に、該吸込口２４ｂから環空気Ａ1 を吸い込み該天井裏空間２２を通り、該躯体２０に設けられた貫通孔２７を通り該空調機１１に戻る。この時、該ダンパ１９ａは閉鎖し、冷風は該空気吹出し口２４ａ方向のみに送る。
【００２３】
従って、該環空気Ａ1 は該天井裏空間２２を通過するとき、夜間に冷却された該床スラブ２１と接触（図中Ａ2 で示す）することでプレクーリングされて、該空調機１１への負荷を軽減させることができる。又、該空調機１１の上部には、環空気Ａ3 の吸込口２８を設ける。
【００２４】
尚、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明は蓄熱槽と熱ポンプとの冷媒回路内に三方弁を設けて、該蓄熱槽の水を建物の躯体に送る回路と該熱ポンプに送る回路に分岐させているので、該三方弁で切替え及び該躯体への送水温度制御が行える。又、該躯体内に該水を通過させて該躯体に蓄熱させて該熱ポンプに送る回路に戻しているので、該熱ポンプの吸込側の温度を最適な温度に調整することができ、且つ、該熱ポンプの吸込と出口との温度差を常時最適な温度に確保して該熱ポンプの高効率運転が行える。更に、該熱ポンプの出口温度を固定でき、蓄熱槽内の水を全て最適な温度にすることができるので、蓄熱槽効率が大幅に向上する。又、躯体に蓄熱が行われているので、その分空調負荷の低減が図れると共に蓄熱槽を小型化することができる。
【００２６】
請求項２記載の発明は、蓄熱槽と熱ポンプとの冷媒回路内に三方弁を設けて、水を空調機に送る回路と該熱ポンプに送る回路に分岐させて、該空調機からの通風を建物の躯体に吹き付けることにより該躯体内に蓄熱させた後、該水を該空調機から該熱ポンプに送る回路に戻しているので、前記請求項１記載の発明と同様に該熱ポンプの吸込側の温度を最適な温度に調整することができ、且つ、該熱ポンプの吸込と出口との温度差を常時最適な温度に確保して、該熱ポンプの高効率運転が行える。又、該空調機は室内への通風用にも兼用することができるので、設備費を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示し、躯体蓄熱状態を示す水蓄熱空調システムの構成図。
【図２】他の実施の形態を示し、空調機を用いて夜間に於ての躯体蓄熱状態を示す水蓄熱空調システムの構成図。
【図３】昼間に於ての冷房時を示す水蓄熱空調システムの構成図。
【図４】従来の水蓄熱空調システムの構成図。
【符号の説明】
１            蓄熱槽
４ａ，４ｂ    冷媒回路
９ａ          ポンプ
１０            熱ポンプ
１０ａ          吸込
１０ｂ          出口
１１            空調機
１２            三方弁
１３ａ，１３ｂ  冷媒回路
１４            冷媒回路
２０            躯体
Ｗ            水（冷水）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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