JP2001336852A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧縮機の吐出側から蓄熱槽に分岐して流れる
ガスバイパス流量を制御して蓄熱を有功に使用し、消費
電力の平準化を図れる空気調和機を提供する。 【解決手段】 圧縮機１、室外熱交換器３及び室内熱交
換器１１を冷媒配管で接続する回路と、室外熱交換器３
の出口側で蓄熱槽熱交換器８を介して室内熱交換器１１
から圧縮機１に戻る回路と、圧縮機１の出口側で分岐し
流量制御弁１２を介して蓄熱槽熱交換器８の入口側に結
合するバイパス回路とを蓄えた空気調和機において、空
調負荷検出手段１５と、空調負荷信号１５により流量制
御弁１２の開度を決定する流量制御弁制御部１７と、流
量制御弁１２を駆動する流量制御弁駆動手段１６とを設
ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蓄熱槽に蓄えた蓄
熱を使用して冷房運転を行う蓄熱式の空気調和機に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】蓄熱式空気調和機は、夜間の安い電力を
使用して蓄熱槽に蓄熱（一般には氷の状態で蓄熱）し、
昼間の冷房運転時に蓄熱槽に蓄えた蓄熱を使用して冷房
運転を行うものである。

【０００３】従来の蓄熱式空気調和機に、例えば特開平
０６−１４７６７７号公報に記載されるものがある。こ
の空気調和機は、圧縮機から吐出される圧縮ガス冷媒を
室外熱交換器とは並行にバイパスして流すためのガスバ
イパス回路を設けている。このガスバイパス回路を設け
ることにより、蓄熱槽に蓄えられた蓄熱を使用する冷房
運転時には、室外熱交換器と蓄熱槽の蓄熱熱交換器との
両方でガス冷媒を凝縮している。すなわち、液冷媒を蓄
熱熱交換器でさらに過冷却し、この過冷却された液冷媒
を冷房に用いるものである。この方式は、室外熱交換器
と蓄熱熱交換器との両方でガス冷媒を凝縮するため、室
外熱交換器のみで凝縮する場合に比べ、凝縮圧力が低下
して圧縮機の負荷が減り、結果として消費電力を低減す
ることができる。

【０００４】また、例えば特開平２０００-３５２５５
号公報に記載されるものがある。この空気調和機は、圧
縮機からの圧縮ガス冷媒を蓄熱熱交換器で凝縮および過
冷却をし、この過冷却された液冷媒を冷房に用いるもの
である。この方式は、蓄熱槽に蓄えた蓄熱と熱交換する
ため、室外熱交換器を使って外気と熱交換する冷房運転
よりもさらに低い凝縮圧力で運転することができ、圧縮
機の負荷が減り、同様に消費電力を低減することができ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術はいずれ
も、消費電力を低減することを目的とするものであっ
て、蓄熱槽内に蓄えられた蓄熱量の消費量が増加するも
のの、蓄熱量を有効に使って効率の良い冷房運転をでき
るように配慮されているとは、必ずしもいい難い。

【０００６】たとえば、室外熱交換器と蓄熱熱交換器と
の両方でガス冷媒を凝縮して冷房運転を行う場合、図７
の運転パターンに示すように、室外熱交換器のみでガス
冷媒を凝縮する運転と比較すると消費電力を低減するこ
とはできるが、蓄熱使用率を固定し、かつ当日の負荷が
前日までの負荷より大きい高負荷日の場合には、冷房運
転の途中で夜間に作った蓄熱量を使い切ってしまい、以
降の運転では蓄熱を使用できない場合が生じる。蓄熱を
使用できない運転で必要能力をだすため、圧縮機の周波
数（回転数）を増やさざるを得ず、このため太実線で示
すように消費電力は顕著に増加する。すなわち、圧縮機
の最大電力が大幅にアップし、蓄熱を使用する冷房運転
の効果を十分に発揮しているとはいい難い。

【０００７】また、室外熱交換器と蓄熱熱交換器との両
方でガス冷媒を凝縮して冷房運転を行う場合、図８の運
転パターンに示すように、朝方及び夕方などの空調負荷
が所定の負荷（二点鎖線で示す）より小さい時間帯に、
室外熱交換器と蓄熱熱交換器との両方でガス冷媒を凝縮
する冷房運転を行うため必要以上に蓄熱量を消費し、空
調負荷の大きな時間帯に消費電力がアップして最大電力
が発生する、という好ましくない運転パターンとなる。

【０００８】さらに、蓄熱熱交換器のみでガス冷媒を凝
縮および過冷却する方式では、蓄熱槽の温度に比較して
外気温度が十分高い場合、凝縮圧力を大幅に低減できる
ので消費電力を低減でき効果はあるが、外気温度が低く
なると、室外熱交換器と蓄熱熱交換器との両方でガス冷
媒を凝縮する運転方式に凝縮圧力が近くなり、消費電力
を大きく低減させることはできなくなる。一方、この場
合でも単位時間あたりの蓄熱の消費量は大きく、同様
に、必ずしも効率が良いとはいい難い。

【０００９】本発明の目的は、空調負荷、外気温度もし
くは前回の蓄熱使用量をもとに、圧縮機の吐出側から蓄
熱槽に分岐して流れるガスバイパス流量を制御すること
で蓄熱を有功に使用し、消費電力の平準化を図れる空気
調和機を提供することにある。

【００１０】また、本発明の他の目的は、蓄熱が冷房運
転の途中でなくなった場合でも、圧縮機の周波数を制限
することで最大電力のアップを防ぐことのできる空気調
和機を提供することにある。

【００１１】また、本発明のさらに他の目的は、ガスバ
イパス流量の制御を行うための外部入力手段を設けたこ
とで、蓄熱の使用に柔軟性を持たせることができる空気
調和機を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の空気調和機に係る発明の構成は、圧縮機、
室外熱交換器及び室内熱交換器を冷媒配管で接続する回
路と、前記室外熱交換器の出口側で蓄熱槽熱交換器を介
して室内熱交換器から圧縮機に戻る回路と、前記圧縮機
の出口側で分岐し流量制御弁を介して前記蓄熱槽熱交換
器の入口側に結合するバイパス回路とを蓄えた空気調和
機において、空調負荷検出手段と、この空調負荷検出手
段によって検出された空調負荷信号により前記流量制御
弁の開度を決定する流量制御弁制御部と、この流量制御
弁制御部からの信号によって前記流量制御弁を駆動する
流量制御弁駆動手段とを設けるものである。

【００１３】上記目的を達成するために、本発明の空気
調和機に係る他の発明の構成は、空調負荷検出手段と、
この空調負荷検出手段によって検出された空調負荷信号
により前記流量制御弁の開度を決定する流量制御弁制御
部と、この流量制御弁制御部からの信号によって前記流
量制御弁を駆動する流量制御弁駆動手段と、蓄熱槽の蓄
熱量を検出する蓄熱量検出手段とを設け蓄熱量検出手段
が蓄熱槽の蓄熱量を検出し流量制御弁制御部に送信して
不足と判断された場合、流量制御弁制御部において空調
負荷の大きさを判断する基準値を今回の値よりも次回の
値を大きく再設定するるものである。

【００１４】上記目的を達成するために、本発明の空気
調和機に係るさらに他の発明の構成は、圧縮機、室外熱
交換器及び室内熱交換器を冷媒配管で接続する回路と、
前記室外熱交換器の出口側で蓄熱槽熱交換器を介して室
内熱交換器から圧縮機に戻る回路と、前記圧縮機の出口
側で分岐し流量制御弁を介して前記蓄熱槽熱交換器の入
口側に結合するバイパス回路とを備え、室外熱交換器の
出口側と蓄熱槽熱交換器の入口との間に電磁開閉弁をも
つ空気調和機において外気温度検出手段と、この外気温
度検出手段によって検出された外気温度により前記電磁
開閉弁の開閉を決める電磁開閉弁制御部と、この電磁開
閉弁制御部から信号によって電磁開閉弁を開閉駆動する
電磁開閉弁駆動手段とを設けるものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照して説明する。図１は、本発明の実施例の冷凍サイ
クル系統図である。本実施例の冷凍サイクル系統は、概
して室外機Ａ、蓄熱器Ｂ、室内機Ｃおよび制御装置Ｄか
ら構成されている。

【００１６】室外機Ａは、圧縮機１、四方弁２、冷房運
転時に凝縮器として作用する室外熱交換器３、室外流量
制御弁４、受液器５、アキュムレータ６、ガスバイパス
流量制御弁１２で構成される。蓄熱器Ｂは、第１の開閉
弁７、蓄熱槽熱交換器８、蓄熱槽９で構成されている。
室内機Ｃは、減圧装置として作用する室内流量制御弁１
０、冷房運転時に蒸発器として作用する室内熱交換器１
１で構成されている。これら室外機Ａ、蓄熱器Ｂ、室内
機Ｃの構成要素は冷媒配管で接続されている。図１では
室内機Ｃを２台で示しているが、１台であっても３台で
あってもよい。

【００１７】次に、蓄熱を使用した冷房運転における本
実施例の空気調和機の動作について順に説明する。蓄熱
を使用した冷房運転時、圧縮機１から吐出された高温高
圧のガス冷媒は四方弁２を介して送給され、室外熱交換
器３で凝縮して液冷媒になる。この液冷媒は全開の室外
流量制御弁４を通り、受液器５に溜められ、そこから室
外機Ａを出て蓄熱器Ｂに向かう。一方、圧縮機１の吐出
側からガスバイパス流量制御弁１２を介して分流したガ
ス冷媒は、蓄熱器Ｂの手前で受液器５からでた液冷媒と
合流し、気液２相流となり蓄熱槽熱交換器８に入る。な
お、電磁開閉弁７は閉状態にある。

【００１８】蓄熱槽熱交換器８で、気液２相流は蓄熱槽
９に予め蓄熱されている低温の蓄熱媒体と熱交換して凝
縮、過冷却される。過冷却された液冷媒は、蓄熱器Ｂを
出て室内機Ｃに流入する。室内機Ｃに流入した液冷媒は
減圧装置として作用する室内流量制御弁１０で減圧さ
れ、蒸発器として作用する室内熱交換器１１で蒸発し、
室内空気を冷却する。蒸発したガス冷媒は室内機Ｃ、室
外機Ａを接続する戻りの冷媒配管回路を介して、室外機
Ａ内の四方弁２、アキュムレータ６を介して圧縮機１に
吸入される。

【００１９】なお、前記ガスバイパス流量制御弁１２
は、図２に示すように、２個の電磁開閉弁１２ａ，１２
ｂを組み合せたものであってもよい。

【００２０】図３は、制御フロー図である。同図に示す
ように、室外機Ａの圧縮機１からバイパス回路を経由し
て蓄熱槽熱交換器８に送給されるガス冷媒の流量は、ガ
スバイパス流量制御弁１２によって制御される。すなわ
ち、空調負荷検出手段１５としての電流検出器により検
出された電流値（測定値）が、流量制御弁制御部１７に
おいて基準値に対し大きいか小さいか比較される。基準
値よりも大きい場合は、空調負荷が大きいと判断されて
流量制御弁駆動手段１６によりガスバイパス流量制御弁
１２がより大きく開かれ、バイパス回路を流れるガス冷
媒の流量を増やす。かくして蓄熱熱交換器８にガス比率
の大きな２相冷媒が流入し、蓄熱の使用量が増える。一
方、吐出圧力が低下するので消費電力が減る。つまり、
図７、図８に示すような最大電力のアップを防ぐことが
できる。

【００２１】また、電流値（測定値）が基準値よりも小
さい場合は空調負荷が小さいと判断され、流量制御弁駆
動手段１６によりガスバイパス流量制御弁１２をより閉
じてバイパス回路を流れるガス冷媒の流量を減らす。か
くして蓄熱槽熱交換器８には、液冷媒またはガス比率の
小さな２相冷媒が流入し、吐出圧力が上昇して消費電力
が増える。一方、蓄熱の使用量は減少する。吐出圧力が
上昇することによって消費電力が増えるが、空調負荷が
小さい場合には圧縮機１の消費電力も小さいので、平均
的な電力以上よりアップすることはなく（もしくは平均
的な消費電力に近い電力にし）、消費電力が平準化され
る。

【００２２】要するに、図５の運転パターンに示すよう
に、負荷の大きい時には蓄熱の使用量を多くして消費電
力が増えることを防ぎ、また、負荷が小さい場合には、
蓄熱の使用量を少なくして消費電力を増やす。つまり、
空調負荷の大小によって蓄熱槽熱交換器８に流入するバ
イパスガス冷媒量を調整することで消費電力の増加を防
ぎ、負荷が小さい場合は、蓄熱の使用量を少なくして消
費電力量を増大させて平均的な消費電力に近ずける。し
たがって、消費電力量は終始一定に保たれ、最大電力が
アップすることによる弊害（たとえば設備の大型化、消
費ピーク電力の増大、電力料金のアップ）がなくなる。

【００２３】なお、本実施例では空調負荷検出手段１５
に電流検出器を使用しているが、圧縮機１の吐出圧力を
検知する圧力検出器であってもよい。

【００２４】図４は、本発明の空気調和機に係る他の実
施例の制御フロー図を示す。本実施例は、図１に示すよ
うに、冷房運転中に蓄熱槽９の蓄熱量を検出する蓄熱量
検出手段１８（たとえば蓄熱槽９の水温、水位などによ
り検出）を使用するものである。蓄熱槽９の蓄熱量を検
出し、これを流量制御弁制御部１７に送信して不足と判
断された場合、流量制御弁制御部１７において空調負荷
の大きさを判断する基準値を今回（当日）の値よりも次
回（たとえば翌日）運転時の値を大きく再設定するもの
で、具体的には、蓄熱使用率を低く設定する。

【００２５】これにより、今回と次回との空調負荷が同
一の場合でも、流量制御弁開度をより閉じてバイパス回
路を流れるガス冷媒の流量を減らし、使用される蓄熱量
を減らすことにより次回の冷房運転において終始蓄熱を
使用した運転が可能となる。

【００２６】また、次のようにすることもできる。

【００２７】すなわち、冷房運転中に蓄熱槽９の蓄熱量
が不足である、すなわち冷房運転中を蓄熱を利用して運
転することは不可能と判断された場合、その検出信号を
可変速式圧縮機の回転数をきめる圧縮機回転数制御部
（図示せず）に送信する。これにより、電流検出器によ
り検出される電流値が、それまでの運転電流値より小さ
くなるよう可変速式圧縮機の運転周波数を低くして運転
を行うようにする。したがって、蓄熱量が不足した後の
冷房運転においても圧縮機の周波数（回転数）が増大
し、消費電力が増大する、という問題を回避することが
できる。

【００２８】図６は、本発明の空気調和機に係るさらに
他の実施例の冷凍サイクル系統図である。本実施例の冷
凍サイクル系統において、図１に示す実施例と異なる点
は、蓄熱器Ｂの蓄熱槽熱交換器８の入口と、室外機Ａの
受液器５とを接続する配管に介在する電磁開閉弁２０
と、この電磁開閉弁２０を駆動するための電磁開閉弁駆
動手段２１と、外気温度を検出するための外気温度検出
手段２２と、検出された外気温度によって電磁開閉弁駆
動手段２１に信号を送信して電磁開閉弁２０の開閉を制
御する電磁開閉弁制御部２３とを設けた点にある。

【００２９】さらに、電磁開閉弁２０の開閉時刻を設定
することができるように外部入力手段２４と、この外部
入力手段２４に開閉時刻を入力可能なように外部入力専
用端末２５を設けた点にある。

【００３０】次に、本実施例の冷房運転時の動作につい
て説明する。蓄熱を使用した冷房運転時は、外気温度検
知手段２２により外気温度を検出し、電磁開閉弁制御部
２３で外気温度が高いと判断された場合は、電磁開閉弁
駆動手段２４を介して電磁開閉弁１３をより閉じ、圧縮
機１から吐出されるガス冷媒がガスバイパス流量制御弁
１２（ガスバイパス回路）を経由する流量を多くする。
また、外気温度検出手段２３により検出された外気温度
が電磁開閉弁制御部２１によって低いと判断された場合
は、電磁開閉弁１３をより開き、ガス冷媒がガスバイパ
ス流量制御弁１２を経由する流量が少なくなるように制
御する。

【００３１】すなわち、蓄熱槽９の温度に対し外気温度
が十分に高い場合、凝縮圧力を低くして消費電力を低減
し、最大電力のアップを防ぐ。また、外気温度が低い場
合、蓄熱の使用量を抑えて消費電力を上昇させ、平準化
を図る。

【００３２】また、外部入力手段２４を設け、外部から
任意に電磁開閉弁２０の開閉時刻を設定し、設定時刻が
電磁開閉弁制御部２３に送信される。設定時刻になると
電磁開閉弁２０の開閉が電磁開閉弁駆動手段２１により
行われるようにする。このようにすることで、複数台の
空気調和機の消費電力のピークをずらすことができる。
また、電気設備の小型化、契約電力の低減が可能となる
等、より柔軟に蓄熱を使用することができる。

【００３３】さらに、外部入力手段２４への入力は、外
部入力専用端末から行うようにすることで、設定の変更
を特定の対象者のみが行えるようにし、契約した運転方
法が自由に変更されることを防止することができる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
空調負荷、外気温度もしくは前回の蓄熱使用量をもと
に、圧縮機の吐出側から蓄熱槽に分岐して流れるガスバ
イパス流量を制御することで蓄熱を有功に使用し、消費
電力の平準化を図ることができる。また、本発明によれ
ば、蓄熱が冷房運転の途中でなくなった場合でも、圧縮
機の周波数を制限することで最大電力のアップを防ぐこ
とができる。さらに本発明によれば、ガスバイパス流量
の制御を行うための外部入力手段を設けたことで、蓄熱
の使用に柔軟性を持たせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の空気調和機に係る実施例の冷凍サイク
ル系統図である。

【図２】ガスバイパス流量制御弁に係る他の実施例であ
る。

【図３】図１に示す実施例の制御フロー図である。

【図４】本発明の空気調和機に係る他の実施例の制御フ
ロー図である。

【図５】図１に示す実施例の運転パターンである。

【図６】本発明の空気調和機に係るさらに他の実施例の
冷凍サイクル系統図である。

【図７】従来の空気調和機の運転パターンである。

【図８】従来の空気調和機の運転パターンである。

【符号の説明】

１…圧縮機 ２…四方弁 ３…室外熱交換器 ４…室外流量制御弁 ５…受液器 ６…アキュムレータ ７…電磁開閉弁 ８…蓄熱槽熱交換器 ９…蓄熱槽 １０…室内流量制御弁 １１…室内熱交換器 １２…ガスバイパス流量制御弁 １３…電磁開閉弁 １５…空調負荷検出手段 １６…流量制御弁駆動手段 １７…流量制御弁制御部 １８…蓄熱量検出手段 ２０…電磁開閉弁 ２１…電磁開閉弁駆動手段 ２２…外気温度検出手段 ２３…電磁開閉弁制御部 ２４…外部入力手段 ２５…外部入力専用端末 Ａ…室外機 Ｂ…蓄熱器 Ｃ…室内機 Ｄ…制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ２５Ｂ 1/00 ３２１ Ｆ２５Ｂ 1/00 ３２１Ｃ (72)発明者 今川 雅晴 静岡県清水市村松390番地 日立清水エン ジニアリング株式会社内 Ｆターム(参考） 3L054 BG08 BH01 3L060 AA03 CC03 CC05 CC08 CC10 CC16 DD02 DD08 EE02 EE09 EE41 3L092 GA10 GA11 HA10 JA03 KA03 KA10 KA12 KA14 LA03 LA04 LA07 TA11 UA02 UA31 UA34 VA07 WA13 WA18 XA14 XA23 XA28 XA29 XA32 YA01 YA13 YA14

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機、室外熱交換器及び室内熱交換器
   を冷媒配管で接続する回路と、前記室外熱交換器の出口
   側で蓄熱槽熱交換器を介して室内熱交換器から圧縮機に
   戻る回路と、前記圧縮機の出口側で分岐し流量制御弁を
   介して前記蓄熱槽熱交換器の入口側に結合するバイパス
   回路とを蓄えた空気調和機において、 空調負荷検出手段と、 この空調負荷検出手段によって検出された空調負荷信号
   により前記流量制御弁の開度を決定する流量制御弁制御
   部と、 この流量制御弁制御部からの信号によって前記流量制御
   弁を駆動する流量制御弁駆動手段とを設けることを特徴
   とする空気調和機。
2. 【請求項２】 圧縮機、室外熱交換器及び室内熱交換器
   を冷媒配管で接続する回路と、前記室外熱交換器の出口
   側で蓄熱槽熱交換器を介して室内熱交換器から圧縮機に
   戻る回路と、前記圧縮機の出口側で分岐し流量制御弁を
   介して前記蓄熱槽熱交換器の入口側に結合するバイパス
   回路とを蓄えた空気調和機において、 空調負荷検出手段と、 この空調負荷検出手段によって検出された空調負荷信号
   により前記流量制御弁の開度を決定する流量制御弁制御
   部と、 この流量制御弁制御部からの信号によって前記流量制御
   弁を駆動する流量制御弁駆動手段と、 蓄熱槽の蓄熱量を検出する蓄熱量検出手段とを設け、 蓄熱量検出手段が蓄熱槽の蓄熱量を検出し流量制御弁制
   御部に送信して不足と判断された場合、流量制御弁制御
   部において空調負荷の大きさを判断する基準値を今回運
   転の値よりも次回運転の値を大きく設定することを特徴
   とする空気調和機。
3. 【請求項３】 前記圧縮機は運転周波数を任意に設定で
   きる可変速式圧縮機であって、圧縮機の回転数を制御す
   るための回転数制御部と、運転電流を検出するための運
   転電流検出器とを備えることを特徴とする請求項２に記
   載の空気調和機。
4. 【請求項４】 圧縮機、室外熱交換器及び室内熱交換器
   を冷媒配管で接続する回路と、前記室外熱交換器の出口
   側で蓄熱槽熱交換器を介して室内熱交換器から圧縮機に
   戻る回路と、前記圧縮機の出口側で分岐し流量制御弁を
   介して前記蓄熱槽熱交換器の入口側に結合するバイパス
   回路とを備え、室外熱交換器の出口側と蓄熱槽熱交換器
   の入口との間に電磁開閉弁をもつ空気調和機において、 外気温度検出手段と、 この外気温度検出手段によって検出された外気温度によ
   り前記電磁開閉弁の開閉を決める電磁開閉弁制御部と、 この電磁開閉弁制御部から信号によって電磁開閉弁を開
   閉駆動する電磁開閉弁駆動手段とを設けることを特徴と
   する空気調和機。
5. 【請求項５】 前記電磁開閉弁の開閉時刻を任意に設定
   するため、外部入力手段を設けることを特徴とする請求
   項４に記載の空気調和機。