JPH083392B2 - 濃度差蓄冷熱発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は蓄熱型冷熱発生装置に係り、特に夜間電力に
より高密度に蓄熱し、昼間の冷房に供するに好適な濃度
差蓄冷熱発生装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の蓄熱型冷温熱発生器は、特開昭62−218773号に
記載のように、濃度差熱装置内に４個の熱交換器を配
し、２個の熱交換器は圧縮式ヒートポンプと接続して閉
回路を形成し、他の２個は外部冷却用熱交換器及び放冷
熱用の熱交換器にそれぞれ接続され閉回路を形成する系
統となっており、また熱取り出し運転では冷媒ガスが流
れる熱交換器は濃度差蓄熱装置内の片側のみである。第
８図によって詳細に説明する。

蓄熱運転時は、圧縮器１により圧縮されて高温・高圧
となったヒートポンプ冷媒ガス（例えばフレオン等）
は、密閉容器23内の第１室熱交換器４内を流れて、当該
熱交換器の外表面に散布されている吸収液（含冷媒）を
加熱し、該吸収液から冷媒を蒸発させて吸収液を濃縮す
る。濃縮された吸収液は第１室底部に溜められる。一
方、前記ヒートポンプ冷媒ガスは、蒸発熱を奪われて熱
交換器４内で凝縮液化し、さらに膨脹弁18で断熱膨張し
て低温となって熱交換器５へ流入する。熱交換器４上で
発生した冷媒蒸気は蒸気通路25を経て第２室へ流入し、
第２熱交換器５の外表面に接触する。第２熱交換器５内
には前述のように低温の冷媒液が流れており、前記外表
面に接触した冷媒蒸気は凝縮液化して、第２室底部に溜
められる。

冷熱発生運転の方法は２種類あり、一つには容器23内
に収納せる熱交換コイル26,27を用いるもので、濃縮し
て溜めておいた吸収液を散布装置30から熱交換コイル26
の外表面に散布し、当該コイル内に冷却液を流すことで
冷媒蒸気が吸収液に吸収されて密閉容器23内の圧力が低
下し、散布装置31により熱交換コイル27の外表面に散布
されている水は、容器23の圧力に相当する飽和温度で蒸
発し潜熱が奪われて温度が低下する。この冷熱を前記熱
交換コイル27内を流れる液と熱交換し、当該液が冷房源
として利用される。また、この時に発生した蒸気は前述
した吸収液に吸収され、吸収液の濃度は低下し、吸収液
濃度が一定以下になると吸収液による冷媒蒸気の吸収力
が低下し、第1,第２室内に必要な圧力の差を生じること
がなくなる。この時には二つ目の方法を構じるとしてい
る。この二つ目の方法は、圧縮機で圧縮した高温・高圧
のヒートポンプ冷媒ガスを、蓄熱運転とは逆に、放熱器
６で冷却して液化し、膨脹弁18で断熱膨脹せしめること
で冷媒ガスが低温となり液化する。該液化冷媒を熱交換
器４内に流すことで、前述した冷媒蒸気が当該熱交換器
４に接触して凝縮し、液化する。このため再び熱交換コ
イル27に散布している冷媒は蒸発可能となり冷房運転が
継続できるとしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術には以下の欠点があった。即ち、構造的
には密閉容器内に４個の熱交換器を配していることによ
り、容器の大型化，複雑化がまぬがれないこと。一方運
転操作上には吸収液濃度を常に測定するか、もしくは冷
房能力が低下した時点で前述した第１の方法から第２の
方法へ切換える操作が必要である等の運転操作の繁雑性
がある。そして、最も重要な点は、蓄熱運転時に第２室
底部に凝縮して溜めておいた冷媒量は、第１の運転方法
が使えなくなった段階で吸収液に吸収されてしまうか
ら、第２の方法で運転を行うには、蓄熱運転時に溜める
量以上に第２室底部に冷媒を保有していないと、第２の
方法での運転時に、熱交換コイル27上に散布する冷媒が
なくなること、さらには、吸収剤の濃度が前記余分に保
有されている冷媒が第１室の熱交換器４上で凝縮液化し
て、第１室底部に溜っている吸収液にとけ込むので、該
吸収液の濃度が必要以上に無意味に希釈されてしまうこ
とであり、このことは蓄熱時に、吸収液を凝縮するに必
要な熱量が大幅に増大してしまう結果となり、運転費の
高騰を来してしまう。以上述べたように、従来の例で
は、装置の大型化と運転費高騰等の問題があった。

一方、従来から氷の融解熱を巧みに利用して圧縮式ヒ
ートポンプと組み合わせた氷蓄熱方式の冷房システムが
知られているが、蓄熱槽に占める氷の体積は通常50〜60
％程度であり、融解熱を80kcal/kg−氷とし、７℃まで
の顕熱分を考慮しても蓄熱密度は最高でも55kcal/kg程
度であり、貯槽寸法の大きさの割には冷熱量がとれない
等の欠点があり、いきおい圧縮式ヒートポンプの設備容
量増大を余儀なくされていた。

さらに他の従来例としては、加熱源，冷却源等が入手
できる条件のもとでは、濃度差蓄熱装置単独で運転され
るシステムもあるが、吸収液の濃縮に必要な加熱源が必
要な時に必要な量入手できる等の制限条件が不可欠であ
る。

本発明の課題は、熱交換器の数を減らし、冷熱供給運
転時に、吸収液に吸収される量以上の冷媒を保有してお
く必要のない濃度差蓄冷熱発生装置を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題は、少なくとも第１熱交換器と溶液散布器
とを備えた第１室及び少なくとも第２熱交換器と溶液散
布器とを備え前記第１室に蒸気通路で連通された第２室
からなる密閉容器と、前記第１熱交換器と膨張弁と前記
第２熱交換器と圧縮機とが閉回路をなして接続されてな
り該閉回路内に封入されたヒートポンプ冷媒により前記
第１熱交換機を凝縮部とし前記第２熱交換器を蒸発部と
して作動するヒートポンプと、前記密閉容器の前記第１
室及び第２室にそれぞれ接続して設けられた蓄熱媒体槽
及び冷媒槽を有する濃度差蓄熱装置とを具備する濃度差
蓄冷熱発生装置において、前記ヒートポンプを形成する
閉回路に、前記第１熱交換器をバイパスする回路を備え
ることによって達成される。

上記の課題はまた、密閉容器外に第１の放熱器が設け
られ、該第１の放熱器と前記第１熱交換器とがヒートポ
ンプ冷媒を封入した閉回路により、切換手段を介して接
続されており、該切換手段は該第１熱交換器をヒートポ
ンプ回路と第１の放熱器のいずれか一方に切換接続する
ものである請求項１に記載の濃度差蓄冷熱発生装置によ
っても達成される。

上記の課題はまた、少なくとも第１熱交換器と溶液散
布器とを備えた第１室及び少なくとも第２熱交換器と溶
液散布器とを備え前記第１室に蒸気通路で連通された第
２室からなる密閉容器と、前記第１熱交換器と膨張弁と
前記第２熱交換器と圧縮機とが閉回路をなして接続され
てなり該閉回路内に封入されたヒートポンプ冷媒により
前記第１熱交換器を凝縮部とし前記第２熱交換器を蒸発
部として作動するヒートポンプと、前記密閉容器の前記
第１室及び第２室にそれぞれ接続して設けられた蓄熱媒
体槽及び冷媒槽を有する濃度差蓄熱装置とを具備する濃
度差蓄冷熱発生装置において、 前記ヒートポンプを形成する閉回路に、前記第１熱交
換器をバイパスする回路を備え、 密閉容器外に第１の放熱器が設け、該第１の放熱器と
前記第１熱交換器とをヒートポンプ冷媒を封入した閉回
路により、切換手段を介して接続し、該切換手段は該第
１熱交換器をヒートポンプ回路と第１の放熱器のいずれ
か一方に切換接続するものとし、 前記第２室に前記ヒートポンプに接続されない第３熱
交換器を設け、該第３熱交換器を前記密閉容器外に設け
られた放冷熱器に閉回路で接続し、 前記第２室に設けられた溶液散布器を前記第３熱交換
器に前記冷媒槽中の液冷媒を散布可能に配置し、 前記第１室に設けられた溶液散布器を前記第１熱交換
器に前記蓄熱媒体槽中の吸収液を散布可能に配置するこ
と、 によっても達成される。

また、圧縮機の吐出側に第２の放熱器が設けられてい
る請求項３に記載の濃度差蓄冷熱発生装置とすると、更
に効果的である。

さらに、暖房熱交換器及び暖房放熱器を設け、該暖房
熱交換器の加熱流体側をヒートポンプ閉回路に接続し、
前記暖房熱交換器の被加熱流体側を前記暖房放熱器と閉
回路で接続した請求項４に記載の濃度差蓄冷熱発生装置
としてもよく、放冷熱器と暖房放熱器とが一体に形成さ
れ、第３熱交換器と、暖房熱交換器と放冷熱器を接続す
る閉回路とが弁を介して接続されていて、該閉回路内を
循環する熱媒体が水などの人畜に無害な液体である請求
項５に記載の濃度差蓄冷熱発生装置としてもよい。

請求項１〜６に記載の濃度差蓄冷熱発生装置の運転方
法としては、冷房運転時の定常負荷を、第２熱交換器で
凝縮される冷媒蒸気量に設定し、設定された定常負荷量
を超過する負荷増大分を、第１熱交換器に散布される吸
収液に吸収される冷媒蒸気量により補う運転方法とする
のが好適である。

〔作用〕

請求項１に記載した本発明の濃度差蓄冷熱発生装置
は、従来の吸収式冷凍機に使用される吸収剤と冷媒（例
えば臭化リチウムと水，エチレングリコールとフレオン
等）の各混合液からなる吸収液を用い、圧縮式ヒートポ
ンプで圧縮及び膨脹に伴なうヒートポンプ冷媒ガス（例
えばフレオン）の温度変化を巧みに用い、且つ通常の氷
蓄熱冷熱発生装置における運転方法の長所を採用できる
系統としたことである。

すなわち、夏期においては夜間に蓄熱運転を実施す
る。具体的には、圧縮式ヒートポンプで圧縮され、高温
・高圧となったヒートポンプ冷媒ガスを前記吸収液の加
熱源に用い、吸収液中の冷媒を蒸発せしめる。これによ
り、ヒートポンプ冷媒ガスは液化してヒートポンプ冷媒
液となり、さらに膨脹弁により断熱膨張して低温・低圧
となったヒートポンプ冷媒液は、今度は前記した吸収液
中から蒸発した冷媒蒸気の凝縮に用いられ、自身は低圧
ガスとなって圧縮機へ流れる。

以上の作用により、吸収液は吸収剤濃度が高められ、
蓄熱媒体槽に貯蔵されると共に、吸収液中の冷媒も蒸発
・凝縮されて冷媒槽に貯蔵される。換言すれば、吸収液
中の吸収剤濃度を高めることは、吸収液の蒸気の吸収能
力を強化することであり、一方冷媒は液の状態にあるか
ら蒸発能力を有しており、高濃度吸収液と冷媒を別々に
貯蔵している状態は蓄冷していることになる。

一方、昼間においては冷房運転を実施する。以下に冷
房運転の働きを説明する。

圧縮機で圧縮され高温・高圧となったヒートポンプ冷
媒ガスは、第１熱交換器をバイパスする回路を経て膨張
弁により膨張し、低温低圧のヒートポンプ冷媒液とな
る。このヒートポンプ冷媒液は第２室内の第２熱交換器
に導かれ、該第２室内で、蓄熱時に吸収液から分離して
貯蔵しておいた液冷媒からの発生蒸気を凝縮させ、自身
はガス化して再び圧縮機へ戻る。凝縮した液冷媒はまた
冷媒槽に戻り、溶液散布器から散布されて蒸発を繰り返
す。このサイクルにおいては、第２室内で発生した冷媒
蒸気が第２室内で液化されるので、蓄熱媒体槽内の吸収
液の濃度が無駄に低下することがなく、かつ吸収液の濃
度低下による吸収力低下により、冷房力低下を来す恐れ
がない。

請求項２に記載の発明においては、蓄熱運転は請求項
１に記載と同様に行われるが、冷房運転の際、第１熱交
換器はヒートポンプ回路と切り離され、密閉容器外に設
けられた第１の放熱器にヒートポンプ冷媒が封入された
閉回路で結合される。蓄熱媒体槽中の吸収液は、溶液散
布器により第１熱交換器に散布され、第２室から第１室
へ蒸気通路を経て流入する冷媒蒸気を吸収する。第１熱
交換器表面で発生する吸収熱は、第１熱交換器と第１の
放熱器の間を循環するヒートポンプ冷媒の蒸気により該
ヒートポンプ冷媒に取り込まれ、第１の放熱器から外部
に放出されるとともに、ヒートポンプ冷媒は冷却液化さ
れて再び第１熱交換器に戻る。冷媒蒸気の発生量が大き
く、第２熱交換器による凝縮だけでは必要な真空度を維
持できない場合、このように、吸収液による冷媒蒸気吸
収を併せて行うことにより、冷房能力を増大させること
ができる。したがって、吸収液中から分離されて貯蔵さ
れていた冷媒から発生する蒸気は、一部は圧縮機と第２
熱交換器を循環する低温のヒートポンプ冷媒のガス化
に、他の一部は吸収液中に吸収されて吸収液の温度を高
め、放熱器と第１熱交換器を循環する常温冷媒のガス化
により、それぞれ処理される。

したがって、前者（冷媒から）の発生蒸気に伴なう冷
房熱量は、第２熱交換器上での冷媒凝縮量として圧縮機
の運転により制御され、後者は吸収液の吸収能力変化、
即ち吸収液の散布量によって制御可能な冷房熱量であ
り、それぞれ単独にあるいは併用して運転並びに制御が
可能となり、夏期における冷房負荷パターンのどのよう
な変化にも追従が可能となる。即ち、例えば午前８時か
ら午後８時までの間冷房運転が要求されるとしても、特
に午前10時から午後３時頃までは極めて高い冷房負荷と
なるのが通例であり、請求項５に記載の運転方法によれ
ば、この高い冷房負荷の時間帯のみを後者の蒸気流れ、
換言すれば吸収液に吸収される流れとした濃度差蓄熱分
を利用し、一日中通しての冷房負荷（以後ベースロード
と称す）は前者の圧縮機の運転により、定常負荷とする
ことができる。

請求項４に記載の発明によれば、圧縮機の吐出側に放
熱器が設けられるので、ヒートポンプ回路における凝
縮，蒸発過程での熱の出入りの差が調整される。

また、請求項５に記載の発明によれば、第２の放熱器
から熱を吸収したのち、圧縮されて高温・高圧となった
ヒートポンプ冷媒ガスが暖房放熱器と接続されて、熱媒
体が循環する暖房熱交換器へ流され、該熱媒体が加熱さ
れて、暖房放熱器で熱を放出する。

請求項６に記載の発明においては、暖房放熱器と放冷
熱器が一体となり、第３熱交換器と暖房熱交換器と放冷
熱器を接続する閉回路とが弁を介して接続されているか
ら、該弁の切り換えで放冷熱器に冷房用冷水や暖房用熱
媒体を送給できる。

〔実施例〕

以下本発明の一実施例を第１図〜第５図により説明す
る。

第１図は本発明の一実施例である濃度差蓄冷熱発生装
置の系統図を示したもので、一例として圧縮式ヒートポ
ンプ系の冷媒をフレオンとし、濃度差蓄冷装置系に用い
る吸収液として、吸収剤に臭化リチウム，冷媒に水を用
いて以下に述べる。

本実施例は、圧縮式ヒートポンプを形成する閉回路
と、濃度差蓄熱装置を形成する回路と、前記両回路を結
合する回路および熱を出し入れする回路とからなってい
る。

圧縮式ヒートポンプは、圧縮器１と、圧縮器１の吐出
側に管301,302を介して接続された第２の放熱器である
空冷式室外機２と、該空冷式室外機２に管303,304を介
して接続された膨脹タンク３と、該膨脹タンクに接続さ
れた膨脹弁４と、該膨脹弁４の出口側と第２熱交換器54
の入口側を接続する管305と、前記第２熱交換器54の出
口側と前記圧縮機１の入口側を接続する管306と、を備
えている。前記管301には三方弁101が介装され、管301
と302は三方弁102を介して接続されている。管306には
三方弁108が介装され、前記三方弁102ののこりの接続口
と三方弁108ののこりの接続口は、管311を介して接続さ
れている。管303には、室外機２に近い方に三方弁103,
遠い側に三方弁104が介装され、管304には、室外機２側
に三方弁105,膨脹タンク３に近い側に三方弁106が介装
されている。管305には、三方弁107が介装され、該三方
弁107ののこりの接続口と前記三方弁103ののこりの接続
口が管314で連通されている。暖冷房用の熱媒体を被加
熱流体とし、ヒートポンプ回路を流れるヒートポンプ冷
媒を加熱側流体とする暖房熱交換器11が設けられ、該熱
交換器11の加熱側流体出口側と、前記三方弁101ののこ
りの接続口が管309で、前記熱交換器11の加熱側流体入
口側と前記三方弁106ののこりの接続口とが管310でそれ
ぞれ連通されている。

濃度差蓄熱装置の密閉容器５は、第１熱交換器53を備
えた第１室51と、第２熱交換器54および前記第３熱交換
器55を備えた第２室とに壁58によって区分され、両室は
蒸気通路59によって連通されている。前記第１熱交換器
53の出口側は、三方弁109を介装した管312によって、第
１の放熱器である空冷式室外機９の入口側に接続され、
該空冷式室外機９の出口側は膨脹タンク10、ポンプ203
および三方弁110を介装した管313によって、前記第１熱
交換器53の入口側に連通している。第１室51にはポンプ
202の吸込側が接続され、該ポンプ202の吐出側は２方向
に分岐して、一方は熱回収器６の被熱回収流体入口に、
他方は前記熱回収器６の熱回収流体出口と前記第１熱交
換器53外面に吸収液を散布する溶液散布器である散布器
56とを連通する管601と、弁を備えた管603によって接続
されている。熱回収器６の被熱回収流体出口は、蓄熱媒
体槽７上部に接続され、熱回収器６の熱回収流体出口と
蓄熱媒体槽底部とは管602により接続されている。前記
第２室の底部は管701によって冷媒槽８上部に接続さ
れ、該冷媒槽８底部と、第３熱交換器55外面に冷媒を散
布する溶液散布器である散布器57とは、ポンプ201を介
装した管702で接続されている。管701とポンプ201入口
側の管702は、管703によって接続されている。放熱器兼
暖房放熱器である室内機12の熱媒体出口は、三方弁112
を介装した管502により、第３熱交換機55の入口に接続
され、該第３熱交換器55の出口は、三方弁112およびポ
ンプ204を介装した管501によって、室内機12の熱媒入口
に接続されている。三方弁112のこりの接続口と前記暖
房熱交換器11の被加熱流体入口とは、管401によって連
通され、三方弁111ののこりの接続口と前記暖房熱交換
器11の被加熱流体出口とは、管402によって連通されて
いる。また、三方弁105ののこりの接続口と三方弁109の
のこりの接続口は管308によって連通され、三方弁104の
のこりの接続口と三方弁110ののこりの接続口とは、管3
07によって連通されている。

上記構成の装置の運転を以下に説明する。

蓄熱運転： 第２図は、三方弁101〜111を操作して蓄熱運転状態を
形成した配管系統を示し、当該運転に使用されない系統
は省略してある。（第３図，第５図も同様に、当該運転
に使用されない系統は省略してある。） 圧縮機１で圧縮された高温・高圧となったフレオン過
熱蒸気は、管301,302を経て空冷式室外機２へ流れ、周
囲外気により冷却されて、ほぼ飽和状態あるいは幾分湿
り域に入った状態の蒸気となって、管307より第１熱交
換器53へ流れる。一方、臭化リチウム水溶液は蓄熱媒体
槽７から管602,熱回収器6,管601を経て散布器56により
第１熱交換器53に散布され、第１室底に流下した臭化リ
チウム水溶液はポンプ202により、第１室51から１部は
管603を経て再循環されており、のこりは熱回収器６を
経て蓄熱媒体槽７へ還流する。臭化リチウム水溶液は熱
交換器53に接触している間に、高温のフレオンから熱を
受けて過熱され、フレオンは降温し、液体となって管30
8,304を経て、膨脹タンク３に流れた後、膨脹弁４を通
過する際に断熱膨脹し低温域となる。

第１熱交換器53で加熱された臭化リチウム水溶液（以
下吸収液という）からは、水蒸気が発生し、蒸気通路59
を経て第２熱交換器54の表面に接触する。

膨脹弁４を通過して低温域となったフレオンは、管30
5を経て第２熱交換器54へ流れ、外表面に接触している
水蒸気を凝縮させるとともに、フレオン自身は熱を吸収
して漸次蒸気となり、管306を経て圧縮器１へ導入さ
れ、再び圧縮されて高温のフレオン蒸気となって、前述
した経路を循環する。

以上の作用により、吸収液は濃縮されて高濃度とな
り、ポンプ202により一部は熱回収器６を経て蓄熱媒体
槽７へ、のこりは管603を経て蓄熱媒体槽から導入され
てくる低濃度の吸収液と混合して、管601より再び散布
器56へ流れる。

熱回収器６ではポンプ202からの高濃度吸収液の熱
を、蓄熱媒体槽７からの低濃度吸収液が吸収し、当該吸
収液の予熱に供することになる。

第２熱交換器54で冷却されて凝縮した水（冷媒）は、
管701を経て冷媒槽８へ貯蔵される。

吸収液の最高到達濃度は、加熱源としての第１熱交換
器53と、冷却源としての第２熱交換器54の温度により決
定される。

以上、蓄熱媒体槽７に高濃度の吸収液が、冷媒槽８に
水（液冷媒）がそれぞれ貯蔵されたことで蓄熱運転が完
了する。

冷房運転： 第３図は冷房運転に適した配管系統を示し、以下にそ
の作用を詳述する。

圧縮器１で圧縮され高温となったフレオンの過熱蒸気
は、管301,302を経て室外機２により外気温で冷却さ
れ、飽和液となり、さらに管303,304,膨脹タンク３を経
て膨脹弁で断熱膨張して低温となる。該低温フレオン液
は、第２熱交換器54へ導入される。一方、室内機12と第
３熱交換器55とを接続する管501,502内は、ポンプ204に
よって水が循環されており、さらに冷媒槽８から管702
により補給される水は、ポンプ201によって散布器57よ
り第３熱交換器55の外表面に散布されており、室内機12
で室内から熱を受け昇温した水は、管502により第３熱
交換器55内へ導入されているために、前述の散布水は加
熱されて蒸発し、蒸発潜熱を第３熱交換器55内の水から
奪い、管501を流れる水は低温となって再び室内機12へ
流れ、室内の空気と熱交換、即ち、室内を冷却する。

蒸発した水蒸気（冷媒空気）は、第２熱交換器54内を
流れる低温のフレオン液によって冷却されて凝縮し、第
２室52の底部を経て冷媒槽８へ還流する。この運転状態
においては、冷媒である水は、第２室と冷媒槽，ポンプ
201,散布器57からなる回路を相変化しながら循環するの
みで、第１室51や、蓄熱媒体槽中の吸収液にとけ込むこ
とはないから、運転時間が長くなっても冷媒がなくなる
ことはなく、吸収液が無駄に希釈されることもない。

冷房作用は以上に述べた圧縮機の運転により実行する
操作と、以下に述べる濃度差蓄熱装置を作動させること
により実行する操作の二通りが可能であり、本発明は、
両操作をそれぞれ単独であるいは併用で作動させること
を特徴としている。

濃度差蓄熱装置内の散布器56から蓄熱媒体槽７からの
高濃度吸収液を、第１熱交換器53上に散布し、一方、室
外機９と第１熱交換器53とを管312,313で接続し、ポン
プ203によって冷媒であるフレオン（蓄熱運転では、第
１熱交換器53にはヒートポンプ回路の冷媒であるフレオ
ンが流れるので、蓄熱運転終了後、弁操作によりヒート
ポンプ回路と第１熱交換器を切りはなしても、第１熱交
換器53内にはフレオンが残る。）を循環させる。

循環するフレオンは、第１熱交換器53上に散布される
吸収液が、冷媒蒸気を吸収して発生する熱を奪って室外
機９へ流入し、ここで放熱した後、膨脹タンクで膨脹し
て低温となり、再びポンプ203により循環を継続す
る。） 前述のように、冷房運転においては、第３熱交換器55
上で冷媒が蒸発するので、この蒸発した冷媒蒸気（水蒸
気）は、蒸気通路59を通って、高濃度吸収液が散布され
ている第１室51へ流れ込み、第１熱交換器53上で、前記
高濃度吸収液へ吸収される。高濃度吸収液は冷媒蒸気を
吸収して希釈されるとともに、前述のように発熱し、こ
の熱が第１熱交換器53内を流れる低温のフレオンで冷却
される。

この吸収現象により第２室52の圧力が低下し、散布器
57で散布される水（冷媒）は、蒸発可能となる。即ち、
第３熱交換器55での冷熱発生、換言すれば室内機12へ供
給する冷熱発生が可能となる。

蒸気を吸収して昇温した低濃度吸収液は第１熱交換器
53内を流れるフレオンの液により冷却され、ポンプ202
により一部は蓄熱媒体槽７へ、残りは管603を経て、高
濃度吸収液と合流して再び散布器56により散布される。

一方、吸収液を冷却することで飽和蒸気状態に達した
フレオンは室外機９により冷却され、飽和液となって、
再び管203を経て第１熱交換器53へ導入される。

以上の第二の方法による冷房運転は蓄熱媒体槽７へ貯
蔵しておいた高濃度吸収液がなくなると（希釈されて低
濃度になってしまうと）終了するものである。したがっ
て前述の圧縮機運転による冷房運転と蓄熱装置を用いた
吸収現象による冷房運転を最適に組み合わせた運転が望
まれる。以下にその最適運転方法を述べる。

第４図は夏期における冷房負荷の経時変化を模式的に
示したもので、横軸に一日の時刻を、縦軸に負荷変化の
割合を示している。本例では８時から冷房を開始18時に
停止の場合であるが、通常12〜15時頃が最大冷房負荷と
なると考えられる。したがって、蓄熱機能を保有しない
冷房装置であれば、その設備容量は前記した最大負荷に
見合う仕様となり、装置の大型化並びに運転費の増大は
必然的である。これに対し、本発明に代表される蓄熱機
能を有した冷房装置では第４図中の区域２の部分を区域
３の部分へ移動、即ち夜間の安価な電力を用いて蓄熱運
転を行っておくことにより、冷房装置の設備容量は従来
の1/2程度まで低減できる。従来からこの考えに基づい
た技術として、氷蓄熱システムがあるが、先述した様に
蓄熱密度が小さいために、上記目的を達成しようとすれ
ば、蓄熱槽の寸法が大型化してしまう欠点があった。そ
のため、蓄熱槽を許容可能な寸法として、その分設備容
量を増大して設計されていた。

本発明の運転方法は、冷房運転を行う際、まずヒート
ポンプ運転によって冷房を行う（第２熱交換器54上で冷
媒蒸気を凝縮させ、第２室52内の低圧を維持する）。冷
房負荷が増大してヒートポンプによる冷房容量を超えた
段階、すなわち、第３熱交換器55で室内機12との間を循
環する水が放出する熱が増加して冷媒蒸気量が増加し、
一方第２熱交換器54による冷媒蒸気の凝縮量が冷媒蒸発
量を下まわると、第２室52内の圧力が増加して、冷媒蒸
発量が低下し、室内機12を循環する水から奪われる蒸発
熱量が減って、該水が第２熱交換器54を出るときの温度
が計画値よりも高くなる。本運転方法においては、室内
機12を循環水が第２熱交換器54を出るときの温度、もし
くは、第２室52の圧力を検出し、この実測値と計画値と
の偏差量に基づいて、高濃度吸収液を第１熱交換器53上
に散布し、冷媒蒸気を吸収させて、第２室52内の圧力を
所定の低圧に維持する。

上記の方法により、ヒートポンプ運転で、ベースロー
ドを負担し、このベースロードを超える部分を、あらか
じめ蓄熱された高濃度吸収液と冷媒で負担するので、両
者の能力の合計値を最大出力とすることができる。

暖房運転： 第５図には暖房運転に適した配管系を示してある。

圧縮機１で圧縮され高温となったフレオンの過熱蒸気
は、管309を経て暖房熱交換器11に導入される。熱交換
器11は室内機12と管401,402で結ばれて閉回路をなして
おり、当該閉回路内には水等の人畜無害な熱媒体がポン
プ204によって循環されている。したがって、フレオン
の過熱蒸気は熱交換器11内で水に熱を伝え昇温する。当
該昇温水は室内機12で室内の空気と熱交換して暖房に供
した後、降温して再び熱交換器11で昇温される。一方熱
を伝えたフレオン蒸気は液化し、管310を経て膨張タン
ク3,膨張弁４を通過する際に断熱膨張により低温液とな
り、管314を経て室外機２に入り、ここで外気から熱を
奪い、飽和あるいは飽和に近い湿り蒸気となって、管30
2,311を経て圧縮機１に導入され、再び高温の過熱蒸気
となる。暖房運転における本発明の特徴は熱交換器11を
設けたことである。これにより、室内へは無害な水等の
熱媒体により熱を輸送できるため、万一の漏洩にも、何
ら障害を起こさない、安全性の高い装置を提供できる。
本実施例においては、室内機12は暖冷房共用としたが、
それぞれ別体のものとしてもよいし、一体として内部を
循環する流体が、暖房，冷房それぞれ別のコイルを流れ
るようにしても、同様の効果が得られる。第６図は暖房
用室内機13と冷房用室内機12を別体として設けた例を示
す。

本実施例によれば、従来の氷蓄熱システムよりも大巾
な蓄熱密度の向上が可能であるため、蓄熱媒体槽が小型
でも充分な熱量の蓄熱が可能である。

この結果、夜間の安価な電力を有効に利用して充分に
蓄熱を行うことが可能で、運転費の大巾な低廉化が可能
となる。さらに、設備容量の低減も合わせて可能であ
り、装置費の削減が達成できる。上述した効果は定量的
に第７図に示してある。

さらに本実施例によれば、濃度差蓄熱装置の小型化が
可能である。即ち、熱交換器の数を従来例に見られる４
個から３個に低減できたことにより達成できた。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ヒートポンプ回路の低温冷媒を、冷
房時に冷媒を蒸発させる第３熱交換器と同じ区画に収納
された第２熱交換器に循環する配管を設けたので、吸収
液を希釈することなく、ヒートポンプ運転により冷房を
行うことが可能となるとともに、ヒートポンプによる冷
房と、吸収液による冷房の同時併用が可能となったの
で、余分な冷媒を保有するスペースが不要となって小型
化でき、同時併用によって全体としての冷房能力が高ま
ったので、小型化できるという効果が得られた。

請求項４に記載の本発明によれば、ヒートポンプ圧縮
機の吐出側に放熱器を設けたので、ヒートポンプ冷媒の
凝縮，蒸発過程での熱の出入りの不均衡の調整が容易に
なり、装置の運転が安定する。

請求項５に記載の本発明によれば、暖房熱交換器を設
けてヒートポンプ冷媒を室内機に循環させないようにし
たので、室内機に循環する熱媒体を人畜に無害なものに
する効果がある。

請求項６に記載の本発明によれば、放冷熱器と暖房放
熱器が一体に形成されて、暖房時も冷房時も熱媒体に水
が用いられるので、装置が簡単になるとともに、熱媒体
が漏洩しても人体に無害である効果を奏する。

請求項７に記載の本発明によれば、冷房の最大負荷
を、ヒートポンプ運転による負荷と、濃度差蓄熱装置に
よる負荷に分割できるので、どちらか一方の容量だけで
最大負荷を負担する必要がなくなり、装置の能力を小さ
くすることにより小型化が可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成要素と配管系を示す
図、第２図は第１図に示した実施例の内、蓄熱運転を実
施するに適した系統を示す図、第３図は第１図に示した
実施例の内、冷房運転を実施するに適した系統を示す
図、第４図は冷房負荷の代表的経時変化の状況を示す
図、第５図は暖房運転の系統を示す図、第６図は本発明
の他の実施例を示す図、第７図は本発明の効果を示す図
で、第８図は従来例を示す系統図である。 １……圧縮機、２……第２の放熱器（空冷式室外機）、
４……膨張弁、５……密閉容器、７……蓄熱媒体槽、８
……冷媒槽、９……第１の放熱器（空冷室外機）、11…
…暖房熱交換器、12……放冷熱器（室内機）、13……暖
房放熱器、51……第１室、52……第２室、53……第１熱
交換器（凝縮部）、54……第２熱交換器（蒸発部）、55
……第３熱交換器、56,57……溶液散布器、59……蒸気
通路、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒川 秀昭 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 江原 勝也 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 高橋 燦吉 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 小野田 利介 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦工場内 (72)発明者 杉本 滋郎 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦工場内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも第１熱交換器と溶液散布器とを
   備えた第１室及び少なくとも第２熱交換器と溶液散布器
   とを備え前記第１室に蒸気通路で連通された第２室から
   なる密閉容器と、前記第１熱交換器と膨張弁と前記第２
   熱交換器と圧縮機とが閉回路をなして接続されてなり該
   閉回路内に封入されたヒートポンプ冷媒により前記第１
   熱交換器を凝縮部とし前記第２熱交換器を蒸発部として
   作動するヒートポンプと、前記密閉容器の前記第１室及
   び第２室にそれぞれ接続して設けられた蓄熱媒体槽及び
   冷媒槽を有する濃度差蓄熱装置とを具備する蓄熱装置に
   おいて、前記ヒートポンプ閉回路中に存在する冷媒凝縮
   部の一つである第１熱交換器をバイパスする回路を備え
   たことを特徴とする濃度差蓄冷熱発生装置。
2. 【請求項２】密閉容器外に第１の放熱器が設けられ、該
   第１の放熱器と前記第１熱交換器とがヒートポンプ冷媒
   を封入した閉回路により、切換手段を介して接続されて
   おり、該切換手段は該第１熱交換器をヒートポンプ回路
   と第１の放熱器のいずれか一方に切換接続するものであ
   ることを特徴とする請求項１に記載の濃度差蓄冷熱発生
   装置。
3. 【請求項３】少なくとも第１熱交換器と溶液散布器とを
   備えた第１室及び少なくとも第２熱交換器と溶液散布器
   とを備え前記第１室に蒸気通路で連通された第２室から
   なる密閉容器と、前記第１熱交換器と膨張弁と前記第２
   熱交換器と圧縮機とが閉回路をなして接続されてなり該
   閉回路内に封入されたヒートポンプ冷媒により前記第１
   熱交換器を凝縮部とし前記第２熱交換器を蒸発部として
   作動するヒートポンプと、前記密閉容器の前記第１室及
   び第２室にそれぞれ接続して設けられた蓄熱媒体槽及び
   冷媒槽を有する濃度差蓄熱装置とを具備する蓄熱装置に
   おいて、 前記ヒートポンプを形成する閉回路に、前記第１熱交
   換器をバイパスする回路を備え、 前記密閉容器外に第１の放熱器が設けられ、該第１の
   放熱器と前記第１熱交換器とがヒートポンプ冷媒を封入
   した閉回路により、切換手段を介して接続され、該切換
   手段は該第１熱交換器をヒートポンプ回路と第１の放熱
   器のいずれか一方に切換接続するものであり、 前記第２室には前記ヒートポンプに接続されない第３
   熱交換器が設けられ、該第３熱交換器が前記密閉容器外
   に設けられた放冷熱器に閉回路で接続されており、 前記第２室に設けられた溶液散布器は前記第３熱交換
   器に前記冷媒槽中の液冷媒を散布可能に配置され、 前記第１室に設けられた溶液散布器は前記第１熱交換
   器に前記蓄熱媒体槽中の吸収液を散布可能に配置されて
   いること、 を特徴とする濃度差蓄冷熱発生装置。
4. 【請求項４】圧縮機の吐出側に第２の放熱器が設けられ
   ていることを特徴とする請求項３に記載の濃度差蓄冷熱
   発生装置。
5. 【請求項５】暖房熱交換器及び暖房放熱器を有し、該暖
   房熱交換器の加熱流体側がヒートポンプ閉回路に接続さ
   れ、前記暖房熱交換器の被加熱流体側が前記暖房放熱器
   と閉回路で接続されていることを特徴とする請求項４に
   記載の濃度差蓄冷熱発生装置。
6. 【請求項６】前記放冷熱器と前記暖房放熱器とが一体に
   形成され、前記第３熱交換器と、暖房熱交換器と放冷熱
   器を接続する閉回路とが弁を介して接続され、該閉回路
   内を循環する熱媒体が液体であることを特徴とする請求
   項５に記載の濃度差蓄冷熱発生装置。
7. 【請求項７】冷房運転時の定常負荷を、第２熱交換器で
   凝縮される冷媒蒸気量に設定し、設定された定常負荷量
   を超過する負荷増大分を、第１熱交換器に散布される吸
   収液に吸収される冷媒蒸気量により補うことを特徴とす
   る請求項１乃至６のいずれかに記載の濃度差蓄冷熱発生
   装置の運転方法。