JP2000337727A

JP2000337727A - 空気調和装置

Info

Publication number: JP2000337727A
Application number: JP11148875A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Ono; 達生小野; Moriya Miyamoto; 守也宮本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-05-27
Filing date: 1999-05-27
Publication date: 2000-12-08

Abstract

(57)【要約】【課題】蓄熱槽を利用した冷房運転において、熱源機
側熱交換器に長洲冷媒の圧損と消費電力の増加を抑制す
る。【解決手段】熱源機側熱交換器をバイパスする回路を
設け、熱源機側熱交換器と並列に冷媒を流すことで圧損
を低減させる。また、複数の並列な熱源側熱交換器の冷
媒の流れを個別に制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蓄熱を利用した空
気調和装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１５に従来の空気調和装置における冷
媒回路図を示す。１は圧縮機、１６は四方弁、２は熱源
機側熱交換器、３は流量弁、４は利用側熱交換器、５は
アキュムレータ、６は蓄熱槽、７は蓄熱槽内の媒体と冷
媒との間で熱交換を行う伝熱管、１０は蓄熱槽流量弁、
１２は蓄熱槽６を迂回する回路に設けられた電磁弁であ
る。

【０００３】このような従来の空気調和装置では、通常
熱源機側熱交換器２のみを凝縮器として空気もしくは水
と冷媒を熱交換させると凝縮温度が上昇して圧縮機１の
消費電力が大きくなるという問題があった。これを解消
するために、蓄熱槽６内に氷や低温の水もしくは両者の
混合したものを入れておき、それら低温の媒体を使った
凝縮器により凝縮温度を低下させて消費電力を低減させ
るようにしていた。

【０００４】蓄熱槽６を凝縮器として利用する場合に
は、熱源機側熱交換器２の凝縮作用は極力低下させ、熱
源機側熱交換器２と蓄熱槽６での全凝縮量に占める蓄熱
槽６での凝縮量比率を大きくする。これは蓄熱槽６内の
氷、低温水等の媒体で凝縮させた方が凝縮圧力が低下す
るということと、蓄熱槽６内の媒体冷却を夜間の消費電
力によって実施し、その分昼間の消費電力を低減させる
という負荷平準化効果を期待するためである。

【０００５】しかし、このような空気調和装置だと冷媒
はすべて熱源機側熱交換器２を通ることになり、そこで
摩擦による圧力損失が生じる。一般に熱源機側熱交換器
２は熱交換量を多くするために熱交換器内の伝熱配管長
を長くして伝熱面積を大きくしたり、配管内部にも突起
状の形状を施して乱流を促進させたり、配管径を細くし
て冷媒の流速を挙げるなどして熱伝達率を増加させるな
どの手段を講じていることから、圧力損失も大きくなっ
ている。このため、同じ凝縮温度であってもその圧損分
だけ圧縮機１の吐出圧力が高くなり、圧縮機１の消費電
力が増加する。

【０００６】また、冷媒流量が少なかったり、熱源機側
熱交換器２で冷媒と熱交換する媒体の温度が低い場合に
は熱源機側熱交換器２での熱交換を極力控えるとしても
自然の放熱作用で行われる熱交換量の影響が大きくな
る。そして蓄熱槽６に入るときには冷媒が殆ど液状態と
なり熱交換は顕熱主体となって伝熱管７での十分な熱交
換が期待できなくなり蓄熱による負荷平準化が十分でな
くなる可能性も出てくる。

【０００７】このほか、蓄熱槽６の入り口の冷媒の乾き
度が変化したり、停止中の自然な冷媒の移動によっては
圧縮機運転中にアキュムレータ５に溜まる冷媒量も変化
する。例えば冷媒流量が少なく、熱源機側熱交換器２で
の熱交換によって蓄熱槽６入り口の冷媒の乾き度が小さ
くなるような場合は蓄熱槽６内の伝熱管７は液で満たさ
れるが、冷媒流量が大きくなり熱源機側熱交換器２では
凝縮による液化が少なく、蓄熱槽６入り口の冷媒の状態
が二相になると伝熱管７内に存在する全冷媒質量は相対
的に低下し、その差分の冷媒は余剰冷媒としてアキュム
レータ５に蓄積される。

【０００８】また、蓄熱槽６内の水温が上昇して蓄熱槽
６での凝縮機能が低下した場合には、流量弁１０を閉じ
て電磁弁１２をｏｎ（オン）とし、冷媒が蓄熱槽６を迂
回するようにする。このとき蓄熱槽６内の冷媒が徐々に
蓄熱槽６から離れてアキュムレータ５に移動する可能性
があり、アキュムレータ５での余剰冷媒量が増加する。
こうした余剰冷媒量を考慮して最も余剰冷媒量が大きく
なるところでアキュムレータ５の容積を決定することか
ら、アキュムレータ５の容積が大きくなり経済的な負担
が大きかった。特に蓄熱槽６の容積が大きくなるとアキ
ュムレータ５の容積も大きくする必要がある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１にか
かる空気調和装置は、圧縮機、熱源機側熱交換器、第一
の流量制御装置、利用側熱交換器及びアキュムレータを
順次接続した冷媒回路と、蓄熱槽と、前記熱源機側熱交
換器と第一の流量制御装置との間の冷媒回路に並列に接
続され前記蓄熱槽において熱交換する冷媒回路と、第二
の流量制御装置を有し前記熱源機側熱交換器をバイパス
する冷媒回路と、前記第二の流量制御装置を制御して前
記圧縮機から出た冷媒を前記バイパス管にバイパスさせ
る制御手とを備えたことを特徴とするものである。

【００１０】この発明の請求項２にかかる空気調和装置
は、請求項１に記載のものにおいて、前記蓄熱槽の蓄熱
量検知手段を備え、前記制御手段は前記蓄熱量検知手段
からの信号により前記第二の流量制御装置を制御するこ
とを特徴とするものである。

【００１１】この発明の請求項３にかかる空気調和装置
は、請求項１に記載のものにおいて、前記熱源機側熱交
換器は、並列に設置された複数の熱交換器より構成さ
れ、前記複数の熱交換器のうち、少なくとも一つにはそ
の一次側、及び／又は、二次側に第三、第四の流量制御
装置を備え、前記第二の流量制御装置によって前記バイ
パス管で冷媒をバイパスする場合には、前記第三、第四
の流量制御装置により前記熱源機側熱交換器の一部にの
み選択的に冷媒を流すことができる制御手段を備えたこ
とを特徴とするものである。

【００１２】この発明の請求項４にかかる空気調和装置
は、請求項３に記載のものにおいて、前記制御手段は、
冷媒循環量を算出し、これに基づいて前記第三、第四の
流量制御装置を制御することを特徴とするものである。

【００１３】この発明の請求項５にかかる空気調和装置
は、請求項３に記載のものにおいて、前記制御手段は、
圧縮機の運転周波数を検知し、これに基づいて前記第
三、第四の流量制御装置を制御することを特徴とするも
のである。

【００１４】この発明の請求項６にかかる空気調和装置
は、請求項３に記載のものにおいて、前記制御手段は、
前記熱源機側熱交換器で冷媒と熱交換する媒体の温度を
検知し、これに基づいて前記第三、第四の流量制御装置
を制御することを特徴とするものである。

【００１５】この発明の請求項７にかかる空気調和装置
は、請求項３に記載のものにおいて、前記制御手段は、
前記利用側熱交換器の運転容量を検知し、これに基づい
て前記第三、第四の流量制御装置を制御することを特徴
とするものである。

【００１６】この発明の請求項８にかかる空気調和装置
は、請求項１に記載のものにおいて、前記熱源機側熱交
換器は、並列に設置された複数の熱交換器より形成さ
れ、前記複数の熱源機側熱交換器のうち、少なくとも一
つにはその二次側に第五の流量制御装置を備え、前記第
五の流量制御装置を全閉にする制御手段を有することを
特徴とするものである。

【００１７】この発明の請求項９にかかる空気調和装置
は、請求項１に記載のものにおいて、前記熱源機側熱交
換器は、並列に設置された複数の熱交換器より形成さ
れ、その複数の熱源機側熱交換器全てにおいて一次側な
いしは二次側の少なくとも一方に流量制御装置を設ける
とともに、前記第二の流量制御装置によって前記バイパ
ス管で冷媒をバイパスする場合には、前記熱源機側熱交
換器での熱交換量に応じて、前記流量制御装置の一部な
いしは全部を閉止する制御手段を有することを特徴とす
るものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下にこの発明の実施の形態につ
いて、図面を参照して説明する。図中、同一また相当部
分には同一の符号を付してその説明を簡略化または省略
する場合がある。実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１による冷
媒回路図を示す。図において、１は圧縮機、１６は四方
弁、２は熱源機側熱交換器、３は流量弁（第一の流量制
御装置）、４は利用側熱交換器、５はアキュムレータ、
６は蓄熱槽、７は蓄熱槽内の媒体と冷媒との間で熱交換
を行う伝熱管、８は熱源機側熱交換器２と流量弁３を結
ぶ延長配管、９は延長配管８の途中から分岐し、蓄熱槽
６の伝熱管７と接続される分岐管、１０は分岐管９の途
中に設けられた蓄熱槽流量弁、１１は伝熱管７と延長配
管８を結ぶ合流管、１２は延長配管８上で分岐管９との
分岐部と合流管１１との合流部の間に設けられた電磁
弁、１３は合流管１１の途中に設けられた電磁弁、１４
は伝熱管７の二次側（出口側）と、利用側熱交換器４と
アキュムレータ５を結ぶ配管の途中とを結ぶ連結管、１
５は連結管１４の途中に設けられた電磁弁である。そし
て、１７は熱源機側熱交換器２をパイパスするバイパス
管、１８はバイパス管１８途中にある電磁弁（第二の流
量制御装置）である。この実施の形態の冷媒回路では、
新たに電磁弁１８で流通制御されるバイパス管１７を熱
源機側熱交換器２をパイパスするように設けている。

【００１９】図２は本実施の形態における空気調和装置
の制御手段を示すブロック図である。運転制御部１９に
は、圧縮機１の吐出圧力センサー２０、吸入圧力センサ
ー２１、吸入温度センサー２２から、また、蓄熱槽６の
蓄熱槽水温センサー２３、蓄熱槽水位センサー２４から
信号が入力される。また、操作者によりリモコン２５か
ら制御信号が入力される。（これらは、図１の冷媒回路
では図示省略している。）これらの各情報を入手した運転制御部１９は、圧縮機
１、四方弁１６、流量弁３、１０、電磁弁１２，１３，
１５，１８への動作指令を出す。通常、運転制御部はマ
イクロコンピュータを搭載した基板と、周辺の電源回路
から構成されている。

【００２０】次に図３は、本実施の形態の制御フローチ
ャートを示したものである。まず、蓄熱槽６内にある熱
媒体、ここでは氷と水が混在した状態、を利用する場合
の冷房運転（以後蓄冷利用冷房と呼ぶ）について説明す
る。なお、四方弁１６はｏｆｆ（オフ）指令により冷房
サイクルとなり、圧縮機１と熱源機側熱交換器２が導通
し、利用側熱交換器４とアキュムレータ５が導通する。
また、ｏｎ（オン）指令の場合は暖房サイクルとなり、
圧縮機１と利用側熱交換器４が導通し、熱源機側熱交換
器２とアキュムレータ５が導通する。また電磁弁はすべ
てｏｎ指令により流路を開き、ｏｆｆ指令にて流路を閉
じる動作を行う。

【００２１】冷媒の動きから説明すると、圧縮機１を出
た高温高圧のガス冷媒は熱源機側熱交換器２で放熱する
ことで凝縮する。ここでは特に限定していないが、熱源
機側熱交換器２で冷媒と熱交換するのは空気である場合
や水である場合がある。しかし、ここでは凝縮量を極力
抑制すべく、例えば熱源機側熱交換器２に送る空気や水
の量を抑制して凝縮量を抑えるなどの操作を行う。こう
した空気などの媒体とわずかに熱交換した冷媒は高圧の
二相冷媒となって延長配管８を流れる。蓄冷利用冷房の
場合、電磁弁１２は閉状態としており、冷媒はすべて分
岐管９の方へと流れる。流量弁１０は所定の開度で開い
ており、冷媒が流れることができる。冷媒はそのまま蓄
熱槽６内の伝熱管７を通ることで、周囲に存在する氷な
いしは低温の水に放熱することで完全な液の状態とな
り、蓄熱槽６を出る部分では過冷却の大きい液状態とな
っている。

【００２２】蓄熱槽６内での熱交換について簡単に説明
する。蓄熱槽６内の熱交換は、冷媒が伝熱管７を流れる
ことで行われるが、一般に冷媒の温度ｔｒと蓄熱槽６内
にある氷、ないしは水の温度ｔｗとの差が大きいほど熱
交換量は大きくなる。冷媒の温度ｔｒは、流量弁１０入
り口での冷媒の状態（圧力、温度）と流量弁１０での圧
力低下度合いによって決定される。流量弁１０では、そ
の入口は高圧の二相冷媒であるが、流量弁１０での圧力
降下によってその出口は減圧された二相冷媒になり、温
度も低下する。つまり、流量弁１０での減圧の度合いに
よって流量弁１０出口の温度が変化する。このため、流
量弁１０の開度を大きくすれば出口温度が上がり、伝熱
管７での熱交換量が増加し、反対に開度を小さくすれ
ば、出口温度が低下して伝熱管７での熱交換量は低下す
る。

【００２３】伝熱管７での熱交換量が増加すれば、蓄熱
槽６出口の冷媒のエンタルピーは低下し、熱交換量が低
下すれば蓄熱槽６出口の冷媒のエンタルピーは上昇す
る。次に、電磁弁１５は閉、電磁弁１３は開とすること
で蓄熱槽６を出た過冷却状態の液冷媒は合流管１１を通
って更に再度延長配管８を経て流量弁３に至る。

【００２４】流量弁３で減圧された冷媒は低温、低圧の
二相冷媒となって利用側熱交換器４に入る。ここで空気
と熱交換することにより空気から熱を奪い、冷媒自らは
低圧のガス冷媒もしくは若干液の混じった二相冷媒とな
って利用側熱交換器４を出る。これによって利用側熱交
換器４で冷房が可能となる。利用側熱交換器４をでた冷
媒はアキュムレータ５に流れ、ここで気液分離され、ガ
ス部分のみが圧縮機１に戻る。このようにして蓄熱槽６
内の氷、ないしは水との熱交換をする蓄冷利用冷房が行
われる。

【００２５】次は蓄熱槽６を利用しない冷房（以降一般
冷房と呼ぶ）の動作について説明する。一般冷房の場合
は熱源機側熱交換器２で凝縮された冷媒は液ないしは乾
き度の小さい二相冷媒となり延長配管８を通って流量弁
３に流れる。このとき蓄熱槽流量弁１０、電磁弁１３、
１５はすべて閉状態であり、電磁弁１２のみ開状態とな
っている。流量弁３で減圧され低温、低圧となった冷媒
は利用側熱交換器４で空気と熱交換することによって空
気の温度を下げ、自らはガスないしは液の混ざった状態
となってアキュムレータ５、圧縮機１へと流れる。

【００２６】蓄冷利用冷房と一般冷房の差異は次の通り
である。蓄冷利用冷房時、熱源機側熱交換器２を出た時
点での冷媒のエンタルピーに比べ、蓄熱槽６出口のエン
タルピはさらに低下している。利用側熱交換器４での蒸
発能力Ｑは、冷媒の循環量をＧ、利用側熱交換器４出入
り口のエンタルピーをそれぞれIｏｕｔ、Iｉｎとすると
次式で表される。 Q＝G×（Iout−Iin）つまり、利用側熱交換器４入り口エンタルピー（蓄熱槽
６出口エンタルピー）Ｉｉｎの値が小さいほど、同じ冷
媒循環量の元では能力が多くでることになる。このこと
は、逆に言うと、同じ能力Ｑを得るには、Ｉｉｎが小さ
く、Ｉｏｕｔ−Ｉｉｎが大きくなるので、その増分だけ
冷媒循環量Ｇを小さくできるということである。冷媒循
環量Ｇは圧縮機１の大きさに依存するので、蓄冷利用冷
房では同じ冷房能力Ｑを得るにに圧縮機１の容量が低下
できることで消費電力が低減できる。より低温の水や氷
と熱交換することで凝縮温度が低下し、消費電力の低減
効果が産まれる。

【００２７】次に図３を用いて制御フローの説明を行
う。まずステップｓ１においてリモコンのＯＮ入力があ
ると、運転制御部１９はそれが冷房か暖房であるかをｓ
２で判断する。通常、冷房、暖房の区別はリモコンで設
定可能としているため、リモコンを操作する人の意志に
おいて冷房、暖房モードが区別される。冷房モードの指
令であればｓ３に進み、蓄熱槽６内の水温センサー２３
(図１には図示せず）からの温度情報を得る。運転制御
部１９は、温度情報から、もし水温ｔｗが１０℃より高
い場合には、既に蓄熱槽６内には氷や低温の水が殆どな
いに等しく、氷、低温水を使った冷房運転は不可能と判
断し、ｓ６で一般冷房運転を行うよう決定する。

【００２８】一般冷房運転では四方弁１６がｏｆｆであ
り、利用側熱交換器４への流量調節する流量弁３は所定
開度、そして電磁弁１３，１５，１８はｏｆｆ、電磁弁
１２はｏｎとして圧縮機１を起動させる（ｓ７〜ｓ１
２）。電磁弁１３、１５、１８はｏｆｆであり、流量弁
１０は全閉であるため蓄熱槽６へは冷媒が流れず、氷あ
るいは低温の水と冷媒との熱交換は行われない。

【００２９】次にステップｓ５で水温ｔｗが１０℃以下
の場合にはｓ１３に進み、さらにここで水温が５℃より
高いかどうか判断する。このときｔｗ＞５℃なら氷が残
っているもののそれほど多くは残っていないと判断し、
氷との熱交換量を抑制する蓄冷利用冷房運転１（ｓ１
４）に進む。蓄冷利用冷房運転１は、四方弁１６はｏｆ
ｆ、流量弁３は所定開度としてここまでは一般冷房と同
様の動きをする（ｓ１５〜ｓ１６）。しかし、電磁弁１
３をｏｎとし、電磁弁１２、１８、１５はｏｆｆ、流量
弁１０を所定開度としてから圧縮機１を起動させる（ｓ
１７〜ｓ２０）。

【００３０】このとき、一般冷房との違いは次の通りで
ある。熱源機側熱交換器２から出た冷媒は、電磁弁１２
がｏｆｆで流量弁１０が開いているため、すべて蓄熱槽
６に流れる。流量弁１０で若干の減圧作用があることか
ら、温度も若干低下するが、蓄熱槽６内の氷ないし水よ
りは温度が高くなるように流量弁１０の開度に設定する
ため熱交換が行われ、冷媒は過冷却度が大きくなり、氷
ないし水のほうは氷が融解するか水温が上昇することに
なる。蓄熱槽６を出た液冷媒は流量弁３で減圧され利用
側熱交換器２に入る。これ以降の挙動は一般冷房と同じ
である。

【００３１】蓄冷利用冷房運転１があまり氷を使わない
（氷との間で熱交換しない）としている理由は、流量弁
１０の開度により冷媒の温度を低下させて氷との温度差
を小さくできるためである。本実施の形態では、蓄熱槽
流量弁１０は単一の弁であるが、複数の弁を並列に設置
してその開閉台数で絞り作用を調整する方法を用いても
良い。

【００３２】次にｓ１３で水温が５℃以下の場合には、
十分残氷があるものと判断し、ｓ２１の蓄冷利用冷房運
転２の動作をとる。ここでは四方弁１６はｏｆｆ、流量
弁３は所定開度とするところは一般冷房、蓄冷利用冷房
運転１と同じであるが（ｓ２２〜ｓ２３）、ｓ２４で電
磁弁１３，１８をｏｎとし、ｓ２５で電磁弁１２、１５
はｏｆｆとする。そして流量弁１０は全開として圧縮機
１を起動させる（ｓ２６〜２７）。

【００３３】こうした運転をすることにより冷媒は次の
ような挙動を示す。まず圧縮機１から出た高温高圧のガ
ス冷媒は、その一部は熱源機側熱交換器２へと流れ、残
りはバイパス回路１７へと流れる。バイパス回路１７を
冷媒が流れることにより延長配管８を流れる冷媒は一般
冷房や蓄冷利用冷房運転１に比べて乾き度の大きい二相
冷媒となっているとともに、熱源機側熱交換器２前後の
圧力損失はバイパス回路１７に流れた分小さくなってい
る。そしてこの二相冷媒は流量弁１０にすべて流れる
が、流量弁１０は全開としているのでここでの圧力低下
は小さく、つまり冷媒の温度も高いまま蓄熱槽６の伝熱
管７へと流れる。そして大きな温度差に加え、蓄熱槽６
入口での冷媒の状態が二相流ということから冷媒配管内
の流れは乱れており、乱流効果による熱伝達率が大きく
なっていることもあいまって、熱交換量が増加する。こ
のようにして大きな熱交換をおこなった結果、入口がエ
ンタルピの大きい二相流であったにも関わらず蓄熱槽６
出口では過冷却度の大きい液冷媒となり、蓄熱槽６内の
氷は多く融解が進み、水であれば水温が多く上昇する結
果となる（つまり氷の使用量が多い）。

【００３４】一方で、熱源機側熱交換器２前後の配管圧
損が小さくなり、さらには蓄熱槽６での熱交換量が増え
ることにより圧縮機１の吐出圧力が低下することで圧縮
機１の仕事量が低下して消費電力が低下し、高効率な運
転が実現される。

【００３５】図４は、制御フローの他の例を示す。図３
の説明では一般冷房、蓄冷利用冷房運転１、蓄冷利用冷
房運転２の区別は水温ｔｗによって行ったが、図４のｓ
５’，ｓ１３’に示すように、蓄熱槽６内の水位変化Δ
ｈによって判断する方法もある。これは蓄熱槽６内に水
位検知センサー（図示しないが、例えば蓄熱槽底での水
圧を検知する圧力センサーなど）を設置し、そこから得
られる水位情報をもとに氷の残量を算出する方法であ
る。これは水が氷になるときに体積が一定量膨張するた
め、その分水位が上昇することを検知するものである。
図４ではその判断基準として、氷が全くない場合の水位
を基準にして、その水位差Δｈが１０ｍｍ未満であれば
一般冷房とし、水位があってもΔｈが５０ｍｍ未満であ
れば蓄冷利用冷房運転１を実施するというものである。
なおここで示した水位差の代わりに絶対水位（蓄熱槽６
内のある基準高さからの距離）で判断する方法もある。

【００３６】さらに氷の残量を判定方法として、これま
での蓄冷利用冷房運転でどれだけの熱交換を実施したか
という量（ＧＧ）を保持しておいて、蓄冷利用冷房運転
１、蓄冷利用冷房運転２、一般冷房運転の何れを実施す
るかを判断する方法もある。氷の消費量（もしくは水温
の上昇量）はすなわち冷媒側での放熱量であるので、冷
媒側の放熱量から氷の消費量も判断できる。冷媒側の放
熱量Ｑは、放熱量Q＝冷媒循環量×蓄熱槽６前後のエンタルピー差で算出できる。冷媒循環量は、圧縮機１の吐出圧力、吸
入圧力、ならびに吸入冷媒の状態等から経験的な実験式
を用いて算出する。蓄熱槽６前後のエンタルピー差は蓄
熱槽６出入り口の冷媒温度から算出する。蓄熱槽６入口
では二相流となっており、温度だけではエンタルピーが
一意に決定できない場合は、例えば冷媒流量と圧力損失
（流量弁１０や、その前後の配管部分）から乾き度を推
定し、温度と乾き度からエンタルピーを算出する方法も
ある。

【００３７】この制御フローチャートが図５であり、こ
の中でｓ５''、ｓ１３''で氷の消費量を判定しており、
規定の氷保持最大量に対して氷使用量ＧＧが８０％を超
えている場合は、ｓ５”で殆ど水に変わっていると判断
してｓ６の一般冷房へと移行する。ｓ１３”ではＧＧが
５０％を超えていれば氷の使用を抑えるようｓ１４'に
進んで蓄冷利用冷房運転１を選択する。それ以外であれ
ば氷を多く消費する蓄冷利用冷房運転２を実施する。以
上において、蓄熱槽の蓄熱剤の温度センサー、水温検出
器、あるいは、熱交換量ＧＧなどの情報により、冷媒回
路の運転を制御することについて説明したが、これら
は、要するに蓄熱槽６の蓄熱量を検知する検知手段とし
て把握してもよい。

【００３８】本実施の形態のように、熱源機側熱交換器
２にバイパス間７によるバイパス回路を設け、バイパス
回路と熱源機側熱交換器２の双方に冷媒を流すことによ
って熱源機側熱交換器２前後の圧損が低減され、また熱
源機側熱交換器２にも冷媒を流すのでバイパス回路１７
の配管径を過度に過大なものとすることなく圧縮機１の
吐出圧力を低下させるので、蓄熱を利用した省エネルギ
ー、省コストを兼ね備えた空気調和装置を提供すること
ができる。

【００３９】実施の形態２．図６は本発明による実施の
形態２の冷媒回路図を示す。図６は図１と多くの点で同
一であるが、熱源機側熱交換器が２a、２bと複数（図で
は二つ）並列につながっており、熱源機側熱交換器２ａ
については電磁弁２６（第三の流量制御装置）、電磁弁
２７（第四の流量制御装置）により閉止可能となってい
る。

【００４０】図７は本実施の形態の制御手段のブロック
図であるが、これも図２の制御ブロック図に対して熱源
機側熱交換器２ａ閉止用の電磁弁２６，２７の出力部が
付加されている。本実施の形態の制御動作と冷媒動作を
図８の制御フローチャートを用いて説明する。図８の制
御フローチャートでは実施の形態１における図３に比
べ、ステップｓ１０、ｓ１８、ｓ２４の動作が異なりそ
れぞれにおいて電磁弁２６，２７の動作が加わってい
る。

【００４１】ステップ１０は一般冷房運転での動作であ
り、電磁弁２６、２７をｏｎすることにより熱源機側熱
交換器２a、２ｂを両方使用することによって氷を使用
しない冷房運転にて十分な凝縮能力を確保できる熱交換
器容量としている。熱源機側熱交換器２ａ、２ｂの熱交
換容量の合計は、蓄熱槽６での凝縮能力がゼロ（たとえ
ば内部の水温が高くて熱交換できない場合など）であっ
たとしても利用側熱交換器４で所定の冷房能力が確保で
きるような容量に設定されている。

【００４２】ステップｓ１３では氷は存在するものの冷
媒循環量Ｇが所定値ａより小さい場合は蓄冷利用冷房運
転３であるが、冷媒循環量Ｇが小さい場合には、熱源機
側熱交換器２ａ、２ｂの両方に冷媒が流れた場合、凝縮
作用によって熱源機側熱交換器２ａ、２ｂ出口で冷媒が
液状態になる可能性がある。熱源機側熱交換器２ａ、２
ｂでは例えば空気や水などの媒体と熱交換させるため、
この媒体の流量を低下ないしはゼロにすると熱源機側熱
交換器２ａ、２ｂでの熱交換量は低減する。しかし、媒
体の流量をゼロにしても自然放熱による凝縮作用が発生
するため、冷媒循環量が少ない場合にはこの自然放熱だ
けで十分な凝縮効果が出て、冷媒が液化する。すると蓄
熱槽６内には液単相の冷媒が流れるため、伝熱管７内の
流れが比較的安定し伝熱促進が行われず、蓄熱槽６を利
用した凝縮作用が発生しにくくなる。

【００４３】自然放熱量抑制であれば熱源機側熱交換器
の大きさを低減させればよく、このため電磁弁１８をｏ
ｎするとともに電磁弁２７、２８をｏｆｆすることによ
って熱源機側熱交換器２ａの回路を遮断することで熱源
機側熱交換器２ｂにのみ冷媒が流れるようにして事実上
熱源機側熱交換器の容量を低下させる。これにより蓄熱
槽６に入るまでの凝縮能力を抑制し、蓄熱槽６入り口で
の冷媒が液状態に近づかないようにして二相流にする。
よって伝熱管７内の乱流効果で伝熱が促進され、蓄熱槽
６内での凝縮量を増加させることができる。さらに圧縮
機１から出た冷媒はバイパス管１７にも流すので、圧縮
機１から蓄熱槽６に至るまでの圧力損失も低減され圧縮
機１の吐出圧力が低下し消費電力も低下する。なお、冷
媒循環量は、先にも述べたように圧縮機１の吐出圧力、
吸入圧力、ならびに吸入冷媒の状態等から経験的な実験
式を用いて図７の制御手段によって算出する。

【００４４】ステップｓ１３で冷媒循環量Ｇが所定値ａ
より大きい場合には熱源機側熱交換器２ａでの凝縮作用
があったとしても蓄熱槽６の入り口は乾き度の大きい二
相冷媒と判断し蓄冷利用冷房運転４とする。ステップｓ
２２では四方弁１６をｏｆｆとして冷房のサイクルと
し、ｓ２２で流量弁３を所定開度にするところまでは蓄
冷利用冷房運転３と同じである。ｓ２４では電磁弁１
３、１８をｏｎすることでバイパス管１７に冷媒を流
し、蓄熱槽６にも冷媒が流れるようにする。そして電磁
弁２７、２８もｏｎさせるので熱源機側熱交換器２ａに
も冷媒を流す。このように冷媒循環量と熱源機側熱交換
器熱交換量から熱源機側熱交換器の一部に冷媒を流すか
どうかを判断することによって蓄熱槽６を常に凝縮器と
して利用でき、負荷平準化と蓄冷利用による消費電力低
減が可能となる。以上説明したように、この実施の形態
では、熱源機側熱交換器を複数の並列な熱交換器で構成
し、熱源機側熱交換器の一部に選択的に冷媒を流すもの
である。これにより、熱源機側熱交換器での凝縮量が低
減される。

【００４５】実施の形態３．図９は本発明の実施の形態
３による制御フローチャートである。この実施の形態
は、実施の形態２の図６及び図７のものにおいて、他の
制御方法を提案するものである。熱源機側熱交換器２a
への冷媒の導通、つまり電磁弁２６、２７のｏｎ／ｏｆ
ｆは、図９のようなフローチャートによる制御で蓄熱槽
６の凝縮量確保の効果を奏する。図９は図８のステップ
ｓ５で一般冷房運転でない場合が選択された時点から示
している。

【００４６】図９のように、ｓ２２で冷房運転のための
四方弁１６をｏｆｆにした後、利用側熱交換器４に冷媒
を流すためにｓ２３で流量弁３を所定開度とし、ｓ２
４、ｓ２５では電磁弁１３、１８をon、電磁弁１２、１
５をｏｆｆとして吐出冷媒がバイパス管１７を経て蓄熱
槽６に流れるようにし、ｓ２６では流量弁１０を全開と
して流量弁１０前後での圧力損失を低減させて蓄熱槽６
内での冷媒と氷ないしは冷水との温度差を大きくするよ
うにして熱交換を促進させようとする。

【００４７】ここでｓ２９において圧縮機１の運転周波
数によって電磁弁２６、２７のｏｎ／ｏｆｆを選択す
る。この場合、図７に示した制御手段には、圧縮機１の
運転周波数を検知する検知手段を備え、運転制御部１９
に信号を入力するものとする。

【００４８】運転周波数Fが所定周波数aより小さいとき
には、圧縮機１による冷媒循環量が小さいことから熱源
機側熱交換器２ａ、２ｂのうち一方には冷媒を流さない
ことにより回路全体の凝縮能力はそのままで蓄熱槽６で
の熱交換量が多くなるようにする。これにより冷媒循環
量が小さい場合に、熱源機側熱交換器の容量をあまり大
きくすると凝縮能力が過多となって出口の冷媒圧力つま
りは冷媒の飽和温度が下がる一方、蓄熱槽６内部での
氷、もしくは冷水との温度差が小さくなることで蓄熱槽
６での熱交換量が低下してしまい、十分に氷や冷水を利
用した冷房ができなくなるという問題を解消できる。

【００４９】一方、圧縮機１の周波数Ｆが所定周波数ａ
より大きい場合には、熱源機側熱交換器での一部凝縮作
用に加え、バイパス回路１７による圧損低減による圧縮
機入力低下、そして蓄熱槽６での凝縮能力確保によって
能力、入力の最適ポイントで冷房運転して経済的な空気
調和装置が提供できる。

【００５０】図１０は、この実施の形態の他の制御フロ
ーを示す。図９ではステップｓ２９で圧縮機周波数によ
る電磁弁２６，２７のｏｎ／ｏｆｆという形を取ってい
るが、図１０のようにｓ２９の代わりにｓ２９’として
熱源機側熱交換器２ａ、２ｂで冷媒と熱交換する媒体の
温度（空冷式の場合には空気温度、水冷式の場合には水
温）に応じて選択的に電磁弁２７、２８のｏｎ／ｏｆｆ
を選択する方法もある。この場合、図７の制御手段に
は、熱源機側熱交換器２ａ、２ｂで冷媒と熱交換する媒
体の温度を検知する検知手段を備え、運転制御部１９に
信号を入力するものとする。

【００５１】この方法によれば、媒体の温度が所定値ｂ
に対して高いか低いかに応じて熱源機側熱交換器２ａ、
２ｂでの凝縮能力が左右されることから、過剰な凝縮能
力とならないように調整された適切な運転が可能とな
り、蓄熱槽６での凝縮能力が確保され、負荷平準化と消
費電力低減効果が得られる。

【００５２】実施の形態４．図１１は本発明による実施
の形態４の制御フローチャートを示したもので図８にお
けるステップｓ６以降を示したものである。冷媒回路構
成、制御ブロックについては発明の実施の形態２の図
６、図７と同一であるため説明を省略する。図１１にお
いて、まず一般冷房運転であることが決定されると、ｓ
７で四方弁１６をｏｆｆとして冷房運転とし、ｓ８では
流量弁３を所定開度とし、ｓ９では電磁弁１３、１５、
１８をｏｆｆとして、圧縮機１から出た冷媒が熱源機熱
交換器２aもしくは２ｂの少なくとも何れか一方を通り
蓄熱槽６を経由せずぞのまま利用側熱交換器４へと流れ
るようにする。

【００５３】ここでｓ３２では利用側熱交換器４の運転
容量ΣQによる判定を行う。図６の冷媒回路図では利用
側熱交換器４は単一の表現としているが、例えば一つの
熱源機に対して複数の利用側熱交換器が並列に接続され
るようなマルチタイプの空調機の場合、運転制御部１９
は各利用側熱交換器の運転合計容量ΣQを算出し、ΣQが
所定値ｃより大きい場合には電磁弁１２，２６，２７を
ｏｎにして一般冷房運転を行う。一方、ΣQが所定値ｃ
より小さい場合には熱源機側熱交換器は２ｂのみで必要
凝縮能力が確保できると判断し、熱源機側熱交換器２ａ
の二次側（出口側）にある電磁弁２７（この実施例にお
いて第五の流量制御装置）をｏｆｆにして熱源機側熱交
換器２ａには冷媒が流れないようにする。

【００５４】このとき熱源機側熱交換器２ａの一次側
（入口側）にある電磁弁２６をｏｎにすることにより、
徐々に熱源機側熱交換器２a内で自然放熱による凝縮が
発生し、冷媒が液の状態で滞留していく。このように蓄
熱槽６を冷媒が経由しない運転において、熱源機側熱交
換器の一部に液を滞留させることによって、蓄冷利用冷
房運転１ないし２の状態では蓄熱槽６内の伝熱管７内に
液の状態で存在する冷媒が、停止中などに電磁弁１３、
１５などのわずかな漏れから蓄熱槽６の外部に移動して
しまったあとの運転においてもその移動した冷媒を熱源
機側熱交換器２ａ側に貯留させることが可能となる。こ
れにより、余剰冷媒貯留のためのアキュムレータ５の容
量を低減でき低コストの空気調和装置を提供できる。

【００５５】以上説明したように、この実施の形態で
は、過剰な凝縮能力とならないように調整された適切な
運転が可能となり、蓄熱槽での凝縮能力が確保され、負
荷平準化と消費電力低減効果が得られる。また、この実
施の形態では、熱源機側熱交換器を複数の並列な熱交換
器で構成し、一部の熱源機側熱交換器においてはその二
次側を閉止するものである。これにより、余剰冷媒は自
然放熱によって熱源機側熱交換器に封入される。

【００５６】実施の形態５．図１２に本発明の実施の形
態５における冷媒回路図を示す。図１２の回路図は図６
で示した発明の実施の形態２の回路図で熱源機側熱交換
器2a、２ｂ部分が異なるものであり、熱源機側熱交換器
の一次側と二次側にそれぞれ電磁弁２６ａ、２７ａ，２
６ｂ、２７ｂを有するものである。図１３は本実施の形
態の制御ブロック図であり、図の通り、電磁弁２６ａ、
２７ａ，２６ｂ、２７ｂがそれぞれ独立して運転制御部
１９によってｏｎ／ｏｆｆ可能となっている。

【００５７】ここで動作を図１４の制御フローチャート
を用いて説明する。図１４は発明の実施の形態１の図３
で示した蓄冷利用冷房運転２における動作に準じて示し
ている。ステップ３２において蓄冷利用冷房運転２が決
定されると、四方弁１６をｏｆｆとして冷房サイクル方
向に冷媒が流れるようにし、ｓ３４で流量弁３を所定開
度にして利用側熱交換器４に冷媒が流れるようにする。
そしてｓ３５では電磁弁１３、１８をｏｎとし、ｓ３６
では電磁弁１２、１５をｏｆｆ、ｓ３７で流量弁１０を
全開とすることで、圧縮機１から出た冷媒が延長配管８
に流れた場合には蓄熱槽６を経由して利用側熱交換器４
に流れる回路となっている。

【００５８】図３で説明した通り、蓄冷利用冷房運転２
は、蓄熱槽６内に十分な氷もしくは冷水がある場合を想
定している。一方、例えば試運転等で蓄熱槽６に強制的
に冷媒を導通させる場合や、水温ｔｗもしくは水位変化
Δｈ、残氷率ＧＧなどが蓄冷利用冷房運転１と２の境界
近傍にある場合などで突発的に高圧の上昇が発生した場
合などは一次的な回避策をとる。バイパス回路１７以外
に、ステップｓ３８で高圧＞１．６ＭＰａとなった場合
には凝縮能力を大きくして高圧を低下させ、圧縮機１の
消費電力も低下させる必要があることから、即効性のあ
る方法として熱源機側熱交換器２a、２ｂをすべて使用
する。

【００５９】また、高圧が低下し、例えば１．４〜１．
６ＭＰａまで低下した場合には熱源機側熱交換器２ａ、
２ｂのうち、片方、つまり２ａのみ冷媒を導通させるこ
とで高圧を調整させる。これにはステップｓ４２で電磁
弁２６ａ、２７ａをｏｎさせるとともに、ｓ４３では電
磁弁２６ｂ、２７ｂはｏｆｆとすることで実現される。

【００６０】高圧が１．４ＭPａより低下した場合に
は、蓄熱槽６だけの熱交換で高圧の上昇を抑え、消費電
力の低減が図れるものとしてｓ４４、ｓ４５で電磁弁２
６ａ、２７ａをｏｆｆ、２６b、２７ｂをｏｆｆとして
あとはバイパス回路１７で圧損を低下させ、蓄熱槽６の
伝熱管７における凝縮作用だけで凝縮能力を確保する。
なお、ここでは熱源機側熱交換器の熱交換量は吐出圧力
センサーによる高圧で判断しているが、例えば冷媒循環
量と熱源機側熱交換器２ａ，２ｂで冷媒と熱交換させる
媒体の温度から熱交換量を算出する方法もある。このよ
うに複数の並列に繋がれた熱源機側熱交換器をすべて電
磁弁などの流量制御器で冷媒の導通選択可能とすること
で空気調和装置の運転の木目細かい制御が可能となり、
性能の安定化が図れる。

【００６１】以上説明したように、この実施の形態で
は、複数の熱源機側熱交換器において、そのすべてにお
いて流量制御装置を設け、熱源機側熱交換器を通さず、
熱源機側熱交換器での熱交換量に応じて、流量制御装置
の開閉動作により圧縮機から蓄熱槽までの圧力損失と熱
交換量の調節が可能となる。

【００６２】

【発明の効果】本発明の請求項１、２の空気調和装置に
よれば、圧縮機から出た冷媒の一部を熱源機側熱交換器
をバイパスさせること、ならびに熱源機側熱交換器とバ
イパス回路の双方に冷媒を流すことにより、バイパス回
路の配管径を過大なものとすることなく熱源機側熱交換
器前後での圧損が低減され、圧縮機出口の圧力が低下
し、消費電力が低減され、省エネルギー性、省コストが
図れる。

【００６３】また、請求項３〜７の空気調和装置によれ
ば、さらに並列に設置された複数の熱源機側熱交換器に
選択的に冷媒を流すことにより、バイパス管だけでなく
熱源機側熱交換器の一部に部分的に冷媒を流すことによ
り、冷媒流量が比較的小さい場合にも熱源機側熱交換器
での凝縮量を抑制でき、蓄熱槽での凝縮が促進できるこ
とから凝縮温度が低下し圧縮機入口の圧力が低下し、消
費電力が低減され、安いイニシヤルコストで省エネルギ
ー性が改善される。

【００６４】また、請求項８の空気調和装置によれば、
余剰冷媒を熱源機側熱交換器に封入されるのでアキュム
レータの容積を大きくする必要がなく経済的である。

【００６５】また、請求項９の空気調和装置によれば、
複数の熱源機側熱交換器において、そのすべてにおいて
一次側もしくは二次側の少なくとも一方に流量制御装置
を設けたことにより、バイパス流量の調節が可能とな
り、圧損調整を木目細かく実施でき、空気調和装置の最
適な省エネルギ運転が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係る冷媒回路図であ
る。

【図２】本発明の実施の形態１に係る制御ブロック図
である。

【図３】本発明の実施の形態１に係る制御フローチャ
ートである。

【図４】本発明の実施の形態１に係る他の制御フロー
チャートである。

【図５】本発明の実施の形態１に係るさらに他の制御
フローチャートである。

【図６】本発明の実施の形態２に係る冷媒回路図であ
る。

【図７】本発明の実施の形態２に係る制御ブロック図
である。

【図８】本発明の実施の形態２に係る制御フローチャ
ートである。

【図９】本発明の実施の形態３に係る制御フローチャ
ートである。

【図１０】本発明の実施の形態３に係る制御フローチ
ャートである。

【図１１】本発明の実施の形態４に係る制御フローチ
ャートである。

【図１２】本発明の実施の形態５に係る冷媒回路図で
ある。

【図１３】本発明の実施の形態５に係る制御ブロック
図である。

【図１４】本発明の実施の形態５に係る制御フローチ
ャートである。

【図１５】従来技術における冷媒回路図である。

【符号の説明】

１圧縮機、２熱源機側熱交換器、２ａ熱源機
側熱交換器、２ｂ熱源機側熱交換器、３流量弁
（第一の流量制御装置）、４利用側熱交換器、５
アキュムレータ、６蓄熱槽、７伝熱管、８
延長配管、９分岐管、１０流量弁、１１
電磁弁、１２電磁弁、１３電磁弁、１４連
結管、１５電磁弁、１６四方弁、１７バイ
パス管、１８電磁弁（第二の流量制御装置）、１
９運転制御部、２０吐出圧力センサー、２１
吸入圧力センサー、２２吸入温度センサー、２
３蓄熱槽水温センサー、２４蓄熱槽水位センサ
ー、２５リモコン、２６電磁弁（第三の流量制御
装置）、２６ａ電磁弁（第三の流量制御装置）、
２６ｂ電磁弁（第三の流量制御装置）、２７電
磁弁（第四又は第五の流量制御装置）、２７ａ電
磁弁（第四又は第五の流量制御装置）、２７ｂ電磁弁
（第四又は第五の流量制御装置）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮機、熱源機側熱交換器、第一の流量
制御装置、利用側熱交換器及びアキュムレータを順次接
続した冷媒回路と、蓄熱槽と、前記熱源機側熱交換器と第一の流量制御装置との間の冷
媒回路に並列に接続され前記蓄熱槽において熱交換する
冷媒回路と、第二の流量制御装置を有し前記熱源機側熱交換器をバイ
パスする冷媒回路と、前記第二の流量制御装置を制御して前記圧縮機から出た
冷媒を前記バイパス管にバイパスさせる制御手段とを備
えたことを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】前記蓄熱槽の蓄熱量検知手段を備え、前
記制御手段は前記蓄熱量検知手段からの信号により前記
第二の流量制御装置を制御することを特徴とする請求項
１に記載の空気調和装置。
【請求項３】前記熱源機側熱交換器は、並列に設置さ
れた複数の熱交換器より構成され、前記複数の熱交換器
のうち、少なくとも一つにはその一次側、及び／又は、
二次側に第三、第四の流量制御装置を備え、前記第二の
流量制御装置によって前記バイパス管で冷媒をバイパス
する場合には、前記第三、第四の流量制御装置により前
記熱源機側熱交換器の一部にのみ選択的に冷媒を流すこ
とができる制御手段を備えたことを特徴とする請求項１
に記載の空気調和装置。
【請求項４】前記制御手段は、冷媒循環量を算出し、
これに基づいて前記第三、第四の流量制御装置を制御す
ることを特徴とする請求項３に記載の空気調和装置。
【請求項５】前記制御手段は、圧縮機の運転周波数を
検知し、これに基づいて前記第三、第四の流量制御装置
を制御することを特徴とする請求項３に記載の空気調和
装置。
【請求項６】前記制御手段は、前記熱源機側熱交換器
で冷媒と熱交換する媒体の温度を検知し、これに基づい
て前記第三、第四の流量制御装置を制御することを特徴
とする請求項３に記載の空気調和装置。
【請求項７】前記制御手段は、前記利用側熱交換器の
運転容量を検知し、これに基づいて前記第三、第四の流
量制御装置を制御することを特徴とする請求項３に記載
の空気調和装置。
【請求項８】前記熱源機側熱交換器は、並列に設置さ
れた複数の熱交換器より形成され、前記複数の熱源機側
熱交換器のうち、少なくとも一つにはその二次側に第五
の流量制御装置を備え、前記第五の流量制御装置を全閉
にする制御手段を有することを特徴とする請求項１に記
載の空気調和装置。
【請求項９】前記熱源機側熱交換器は、並列に設置さ
れた複数の熱交換器より形成され、その複数の熱源機側
熱交換器全てにおいて一次側ないしは二次側の少なくと
も一方に流量制御装置を設けるとともに、前記第二の流
量制御装置によって前記バイパス管で冷媒をバイパスす
る場合には、前記熱源機側熱交換器での熱交換量に応じ
て、前記流量制御装置の一部ないしは全部を閉止する制
御手段を有することを特徴とする請求項１に記載の空気
調和装置。