JP2002286324A - 空気調和装置 - Google Patents
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Abstract
を提供する。 【解決手段】 熱媒に排熱を回収する排熱回収器3、排
熱回収器3からの熱媒が通流する熱媒流路5a、熱媒流
路5aに設けられて熱媒を加熱する補助加熱器7、熱媒
流路5aが連結されて熱媒の熱により駆動する吸収式冷
凍機9、吸収式冷凍機9からの冷媒が通流する冷媒流路
11a、冷媒流路11aにより冷媒が供給される室内機
13、熱媒流路5aを通流する熱媒の温度を検出する熱
媒温度検出手段15と、冷媒流路11aを通流する冷媒
の温度を検出する冷媒温度検出手段17、及び補助加熱
器7の駆動を制御する制御部19とを備え、制御部19
は、起動時、熱媒温度検出手段15で検出した熱媒の温
度に応じて補助加熱器7の駆動を制御し、冷媒温度検出
手段17で検出した冷媒の温度が所定温度以下になると
起動完了と判断し、起動完了後、冷媒温度検出手段17
で検出した冷媒の温度に応じて補助加熱器7の駆動を制
御する構成とする。
Description
り、特に、排熱を利用する空気調和装置に関する。
の排熱を利用して冷房、暖房、そして冷暖房などを行う
空気調和装置が考えられている。このような空気調和装
置として本願の発明者らは、少なくとも冷房を行う空気
調和装置では、排熱を回収して加熱された熱媒により駆
動される熱媒駆動型の吸収式冷凍機を含み、吸収式冷凍
機で冷却された冷媒を室内機に供給して冷房を行うこと
を考えている。また、少なくとも暖房を行う空気調和装
置では、排熱を回収して加熱された熱媒を室内機に供給
して暖房を行うことを考えている。さらに、これらの排
熱を利用して冷房や暖房を行う空気調和装置では、冷房
や暖房を行うのに排熱源からの排熱の熱量が不足してい
る場合、その不足した熱量を補うためにバーナーの燃焼
やヒータの熱などによって熱媒を加熱するための補助加
熱器を設け、このような補助加熱器の駆動を熱媒の温度
に応じて制御することにより、熱媒が常に十分な熱量を
有した状態になるように熱媒の温度を所定の範囲に保つ
ことを考ている。
において、排熱の熱量が熱媒の温度を所定の範囲に保て
ない程度のものであっても、室内機の冷房負荷が少ない
ときなどは、その排熱の熱量だけで吸収式冷凍機が十分
に冷媒を冷却でき、十分な冷房状態を得られる場合があ
る。このような場合、熱媒の温度に応じて補助加熱器の
駆動を制御し熱媒の温度を所定の範囲に保つ空気調和装
置では、冷房負荷に関係なく、補助加熱器で熱媒を不必
要に加熱してエネルギーを消費することになる。したが
って、排熱を利用する空気調和装置であるにもかかわら
ず省エネルギー性が低下してしまうことになる。
ギー性を向上することにある。
は、熱媒に排熱を回収する排熱回収器と、排熱回収器か
らの熱媒が通流する熱媒流路と、この熱媒流路に設けら
れて熱媒を加熱する補助加熱器と、熱媒流路が連結され
て熱媒の熱により駆動する吸収式冷凍機と、この吸収式
冷凍機からの冷媒が通流する冷媒流路と、この冷媒流路
により前記冷媒が供給される室内機と、熱媒流路を通流
する熱媒の温度を検出する熱媒温度検出手段と、冷媒流
路を通流する冷媒の温度を検出する冷媒温度検出手段
と、補助加熱器の駆動を制御する制御部とを備え、この
制御部は、起動時、熱媒温度検出手段で検出した熱媒の
温度に応じて補助加熱器の駆動を制御し、冷媒温度検出
手段で検出した冷媒の温度が所定温度以下になると起動
完了と判断し、この起動完了後、冷媒温度検出手段で検
出した冷媒の温度に応じて補助加熱器の駆動を制御する
構成とすることにより上記課題を解決する。
動が冷媒の温度に応じて制御されるため、熱媒の温度に
関係なく排熱の熱量が吸収式冷凍機での冷媒の冷却に十
分な量であるとき、すなわち吸収式冷凍機で冷却された
冷媒の温度が冷房負荷に対して十分な冷房を行える温度
であるときには補助加熱器の駆動が行われない。さら
に、空気調和装置の起動時は、吸収式冷凍機内の吸収液
を循環させて、吸収式冷凍機の再生器内などの温度を昇
温し、できるだけ早く冷媒を十分に冷却できる状態、つ
まり定常運転状態に移行できるようにする必要がある。
このため、起動時は、補助加熱器の駆動を熱媒の温度に
応じて制御し、冷媒の温度が、所定の温度に達したら起
動終了と判定することにより、起動から定常運転に移行
するまでの立ち上がり時間が増大するのを抑制してい
る。このように、熱媒の温度に関係なく冷媒の温度が冷
房を行うのに十分な温度であるときには補助加熱器が駆
動されないため、省エネルギー性を向上できる。
て補助加熱器の駆動を制御する場合であっても、例えば
冷房負荷が少ない場合や冷房負荷が間欠的に発生すると
きなどに排熱源からの排熱量が増減を繰り返して変動す
ると、補助加熱器の駆動や発熱量の切り替えなどを行う
ために予め設定された温度付近で冷媒の温度が数十秒か
ら数分といった短い時間で変動することがある。このよ
うな場合、冷媒の温度が一時的に設定された温度以上に
上昇し、またすぐに設定された温度よりも低い温度に低
下することになるため、補助加熱器が駆動してすぐに停
止したり、補助加熱器の発熱量を増大してすぐに低減す
るような動作が生じる。このように、排熱を回収して熱
媒を加熱しているときに冷媒の温度に応じて補助加熱器
の駆動を制御する場合、補助加熱器を駆動したり、補助
加熱器の発熱量を増大しなくても、冷媒の温度が低下す
る状態にあるにもかかわらず、補助加熱器を駆動した
り、補助加熱器の発熱量を増大させてしまうことによ
り、省エネルギー性が低下してしまう。
段で検出した冷媒の温度に応じて補助加熱器の駆動を制
御し、熱媒が排熱により加熱されている状態では、冷媒
温度検出手段で検出した冷媒の温度が所定温度以上にな
り、かつこの所定温度以上の状態が所定時間続いたとき
に補助加熱器を駆動するか、または補助加熱器の発熱量
を増大させる構成とする。
定温度以上になってもすぐに補助加熱器の駆動、または
発熱量の切り替えを行わず、所定温度以上になってから
所定時間以上経過してから補助加熱器を駆動するかまた
は発熱量の切り替えを行う。したがって、所定時間内に
冷媒の温度が所定温度よりも低くなった場合には、補助
加熱器の駆動や発熱量の切り替えは行われないため、補
助加熱器でのエネルギー消費を低減でき、空気調和装置
の省エネルギー性をさらに向上できる。
熱媒を室内機に通流させて暖房を行う場合でも、例えば
暖房負荷が少ない場合や暖房負荷が間欠的に発生すると
きなどに排熱源からの排熱量が増減を繰り返して変動す
ると、補助加熱器の駆動や発熱量の切り替えなどを行う
ために予め設定された温度付近で熱媒の温度が変動する
ことがある。このときも冷房運転時と同様に、熱媒の温
度が一時的に設定された温度以下に低下し、またすぐに
設定された温度よりも高い温度に上昇すると、補助加熱
器が駆動してすぐに停止したり、発熱量を増大してすぐ
に発熱量を低減するような動作が生じる。このように、
排熱を回収して熱媒を加熱しているときに暖房運転で熱
媒の温度に応じて補助加熱器の駆動を制御する場合、補
助加熱器を駆動したり、補助加熱器の発熱量を増大しな
くてもなくても熱媒の温度が上昇する状態にあるにもか
かわらず、補助加熱器を駆動したり、補助加熱器の発熱
量を増大させてしまうことにより、省エネルギー性が低
下してしまう。
回収器と、排熱回収器からの熱媒が通流する熱媒流路
と、この熱媒流路に設けられて熱媒を加熱する補助加熱
器と、熱媒流路が連結されて熱媒が供給される室内機
と、熱媒流路を通流する熱媒の温度を検出する熱媒温度
検出手段と、補助加熱器の駆動を制御する制御部とを備
え、この制御部は、熱媒温度検出手段で検出した熱媒の
温度に応じて補助加熱器の駆動を制御し、熱媒が排熱に
より加熱されている状態では、熱媒温度検出手段で検出
した熱媒の温度が所定温度以下の状態が所定時間続いた
ときに補助加熱器を駆動するか、または前記補助加熱器
の発熱量を増大させてなる構成とする。
定温度以上になってもすぐに補助加熱器の駆動や発熱量
の切り替えを行わず、所定温度以下になってから所定時
間以上経過してから補助加熱器を駆動するかまたは発熱
量の切り替えを行う。したがって、所定時間以内に熱媒
の温度が所定温度よりも高くなった場合には、補助加熱
器の駆動や発熱量の切り替えを行なわないため、補助加
熱器でのエネルギー消費を低減でき、空気調和装置の省
エネルギー性を向上できる。
と、排熱回収器からの熱媒が通流する熱媒流路と、この
熱媒流路に設けられて熱媒を加熱する補助加熱器と、熱
媒流路が連結されて熱媒の熱により駆動する吸収式冷凍
機と、吸収式冷凍機からの冷媒が通流する冷媒流路と、
この冷媒流路により冷媒が供給される室内機と、熱媒流
路を通流する熱媒の温度を検出する熱媒温度検出手段
と、冷媒流路を通流する冷媒の温度を検出する冷媒温度
検出手段と、補助加熱器の駆動を制御する制御部とを備
え、この制御部は、冷房運転起動時では、熱媒温度検出
手段で検出した熱媒の温度に応じて補助加熱器の駆動を
制御し、冷媒温度検出手段で検出した冷媒の温度が第1
の温度以下になると起動完了と判断し、この起動完了
後、冷媒温度検出手段で検出した前記冷媒の温度に応じ
て前記補助加熱器の駆動を制御し、熱媒が排熱により加
熱されている状態では、冷媒温度検出手段で検出した前
記冷媒の温度が第1の温度よりも高い第2の温度以上に
なり、かつこの第2の温度以上の状態が所定時間続いた
ときに補助加熱器を駆動するか、または補助加熱器の発
熱量を増大させる構成とする。このような構成とすれ
ば、立ち上がり時間を増大することなく省エネルギー性
をより向上できるので好ましい。
と、排熱回収器からの熱媒が通流する熱媒流路と、この
熱媒流路に設けられて熱媒を加熱する補助加熱器と、熱
媒流路が連結されて熱媒の熱により駆動する吸収式冷凍
機と、吸収式冷凍機からの冷媒が通流する冷媒流路と、
熱媒流路に設けられた弁と、この弁から分岐するバイパ
ス流路と、冷媒流路またはバイパス流路により冷媒また
は熱媒が供給される室内機と、熱媒流路を通流する熱媒
の温度を検出する熱媒温度検出手段と、冷媒流路を通流
する冷媒の温度を検出する冷媒温度検出手段と、補助加
熱器の駆動を制御する制御部とを備え、この制御部は、
冷房運転では、冷媒温度検出手段で検出した冷媒の温度
に応じて補助加熱器の駆動を制御し、熱媒が排熱により
加熱されている状態で、冷媒温度検出手段で検出した冷
媒の温度が第1の温度以上になり、かつこの第1の温度
以上の状態が第1の時間続いたときに補助加熱器を駆動
するか、または補助加熱器の発熱量を増大させ、暖房運
転では、熱媒温度検出手段で検出した熱媒の温度に応じ
て補助加熱器の駆動を制御し、熱媒が排熱により加熱さ
れている状態で、熱媒温度検出手段で検出した熱媒の温
度が第1の温度よりも高い第2の温度以下になり、かつ
この第2の温度以下の状態が第2の時間続いたときに補
助加熱器を駆動するか、または補助加熱器の発熱量を増
大させる構成とする。このような構成とすれば、冷暖房
運転が可能な空気調和装置において、省エネルギー性を
向上できるので好ましい。
を適用してなる空気調和装置の第1の実施形態について
図1乃至図3を参照して説明する。図1は、本発明を適
用してなる空気調和装置の概略構成と動作を示す図であ
る。図2は、吸収式冷凍機の概略構成と動作を示す図で
ある。図3(a)は、排熱源からの排熱がない場合の補
助加熱器の動作を示す図であり、(b)は、排熱源から
の排熱がある場合の補助加熱器の動作を示す図である。
なお、本実施形態では、冷房専用の空気調和装置を一例
として説明する。
すように、排熱回収器3、熱媒管路5a、5b、補助加
熱器である補助ボイラ7、吸収式冷凍機9、冷媒管路1
1a、11b、室内機13、熱媒温度センサ15、冷媒
温度センサ17、そして制御部19などで構成されてい
る。排熱回収器3は、熱媒、例えば水などが通流する管
路などからなる熱交換部21を備え、例えばエンジンと
いった排熱源からの排熱を熱交換器21内の熱媒に回収
する。熱媒管路5a、5bは、排熱回収器3と吸収式冷
凍機9との間で熱媒を循環させるものであり、熱媒管路
5aには、排熱回収器3の熱交換部21で排熱を回収し
て加熱された熱媒が通流し、熱媒管路5bには、吸収式
冷凍機9で放熱した熱媒が通流する。
れている。熱媒管路5aの補助ボイラ7よりも熱媒の流
れに対して下流側の部分には、補助ボイラ7から流出し
てくる熱媒の温度を検出する熱媒温度センサ15、そし
て熱媒を熱媒管路5a、5bに通流させるための熱媒ポ
ンプ23が順次設けられている。熱媒管路5aの補助ボ
イラ7よりも熱媒の流れに対して上流側の部分で、排熱
回収器3からの出口部分には、三方弁25が設けられて
おり、三方弁25と熱媒管路5bの排熱回収器3への入
口部分との間には、非熱回収管路27が設けられてい
る。つまり、非熱回収管路27の一端は三方弁25に連
結され、他端は、熱媒管路5bの排熱回収器3への入口
部分に連通している。
備えており、このバーナの燃焼により熱媒を加熱する。
吸収式冷凍機9は、熱媒の熱で吸収液を加熱する再生器
を有する熱媒駆動型の吸収式冷凍機であり、熱媒管路5
a、5bは、吸収式冷凍機9の再生器内に設けられた熱
媒の流路となる熱交換器29に連結されている。また、
吸収式冷凍機9は、吸収式冷凍機9の凝縮器などで用い
る冷却水が循環する図示していない冷却水管路や冷却塔
などを備えている。冷媒管路11a、11bは、吸収式
冷凍機9と室内機13との間で冷媒、例えば水を循環さ
せるものであり、吸収式冷凍機9の蒸発機内に設けられ
た冷媒の流路となる熱交換器31に連結されている。冷
媒管路11aには、吸収式冷凍機9で冷却された冷媒が
通流し、冷媒管路11bには、室内機13で熱交換した
冷媒が通流する。冷媒管路11aには、吸収式冷凍機9
から流出してくる冷媒の温度を検出する冷媒温度センサ
17、そして冷媒を冷媒管路11a、11bに通流させ
るための冷媒ポンプ33が順次設けられている。
7、熱媒温度センサ15、熱媒ポンプ23、吸収式冷凍
機9の図示していない冷却水通流用のポンプや吸収液通
流用のポンプ、冷媒温度センサ17、冷媒ポンプ33、
そして室内機13の図示していない制御部などと配線3
5を介して電気的に接続されている。また、制御部19
は、図示していない排熱源となるエンジンなどの制御部
とも図示していない配線を介して電気的に接続されてお
り、排熱源が駆動しているか否かの情報などを受けてい
る。
成について説明する。本実施形態の吸収式冷凍機9は、
図2に示すように、再生器37、凝縮器39、蒸発器4
1、吸収器43などで構成されている。再生器37は、
熱媒管路5a、5bに連結されて熱媒が通流する熱交換
器29を内部に備えている。熱交換器29の上方には、
熱交換器29に稀溶液を散布する散布部45が設けられ
ており、散布部45には吸収器43で生成された稀溶液
が通流する稀溶液管路47が連結されている。再生器3
7の底部には、再生器37の底部に溜まった濃溶液を吸
収器43に導く濃溶液管路49が連結されている。ま
た、再生器37は、再生器37で発生した蒸気が通流で
きるように凝縮器39と連通している。
却された冷却水が通流する熱交換器51を内部に備えて
いる。熱交換器51には、冷却水が熱交換器51と図示
していない冷却塔との間を循環できるように冷却水管路
53が連結されている。また、凝縮器39の底部には、
凝縮器39の底部に溜まった冷媒液が通流する冷媒液管
路55aの一端が連結されている。冷媒液管路55aの
他端は、蒸発器41内に設けられた熱交換器31に冷媒
液を散布する散布部57に連結されている。さらに、凝
縮器39の底部には冷媒液管路55aと並列に、蒸発器
41での冷媒液の散布量を調整するための冷媒液量調整
用管路55bの一端が連結されており、冷媒液量調整用
管路55bの他端は、冷媒液管路55aと共に蒸発器4
1内に設けられた散布部57に連結されている。冷媒液
量調整用管路55bには、冷媒の流量を調整するための
冷媒液量調整弁58が設けられている。蒸発器41内に
は、室内機13に冷房用の冷媒を送る冷媒管路11a、
11bに連結された熱交換器31が設けられており、熱
交換器31の上方に散布部57が設けられている。ま
た、蒸発機41は、蒸発器41で発生した蒸気が通流で
きるように吸収器43と連通している。
却された冷却水が通流する熱交換器59を内部に備えて
いる。吸収器43の熱交換器59には、冷却水が熱交換
器59と図示していない冷却塔との間を循環できるよう
に冷却水管路53が連結されている。吸収器43の熱交
換器59の上方には、再生器37で生成された濃溶液を
熱交換器59に散布する散布部61が設けられており、
散布部61には濃溶液管路49が連結されている。ま
た、吸収器43の底部には、吸収器43の底部に溜まっ
た稀溶液が通流する稀溶液管路47のが連結されてお
り、稀溶液管路47にはポンプ63が設けられ、稀溶液
を再生器37の散布部45に送っている。また、凝縮器
39の熱交換器51と吸収器43の熱交換器59とは、
冷却水管路53に直列に設けられており、図示していな
い冷却塔で冷却された冷却水は、吸収器43の熱交換器
59と凝縮器39の熱交換器51とを順次通流して循環
する。稀溶液管路47に設けられたポンプ63と再生器
37との間には、稀溶液管路47内の稀溶液と、濃溶液
管路49内の濃溶液との間で熱交換をするための熱交換
器65が設けられている。
置1では、空調要求があり、冷房運転の開始が指示され
ると、制御部19は、冷房起動運転に入る。冷房起動運
転では、熱媒及び冷水が、各々吸収式冷凍機9を通って
熱媒管路5a、5b及び冷媒管路11a、11bを循環
するように熱媒ポンプ23と冷媒ポンプ33を作動させ
ると共に、吸収式冷凍機9のポンプ63、図示していな
い冷却塔の冷却ファンなどを作動させる。このとき、制
御部19は、熱媒温度センサ15で検出した熱媒の温度
に応じて補助ボイラ7の燃焼を制御する。すなわち、熱
媒の温度が予め設定された温度Th1になるまで、熱媒
は、排熱回収器3での排熱による加熱と、補助ボイラ7
の燃焼による加熱とにより加熱される。熱媒の温度が温
度Th1以上になると補助ボイラ7の燃焼を停止する。
この間、制御部19は、冷媒温度センサ17により冷媒
の温度も検出しており、吸収式冷凍機9で冷却された冷
媒の温度が予め設定された温度Tc1になると冷房起動
運転完了と判断し、冷房定常運転に移行する。なお、図
1において実線の矢印は熱媒の通流方向を、破線の矢印
は冷媒の通流方向を示している。
媒温度センサ17で検出した冷媒の温度に応じて補助ボ
イラ7の燃焼を制御する。このとき、排熱源が停止して
いるなど、排熱がない場合には、図3(a)に示すよう
に、冷媒の温度がTc2〜Tc5の範囲で補助ボイラ7
の燃焼を制御する。このとき、Tc2<Tc3<Tc4
<Tc5とする。制御部19は、冷房負荷の増大などに
より、冷媒の温度が上昇し、冷媒温度センサ17で検出
した冷媒の温度がTc4になると、補助ボイラ7の図示
していないバーナをオンして低燃焼状態で燃焼を開始
し、熱媒を加熱する。その後も冷媒の温度が上昇し、冷
媒温度センサ17で検出した冷媒の温度がTc5になる
と、補助ボイラ7の燃焼状態を低燃焼から高燃焼に切り
換え、発熱量を増大する。これにより、熱媒の温度が上
昇して吸収式冷凍機9で冷媒が十分に冷却され、冷媒の
温度が低下し、冷媒温度センサ17で検出した冷媒の温
度がTc3になると、補助ボイラ7の燃焼状態を高燃焼
から低燃焼に切り換え、発熱量を低減する。発熱量を低
減しても冷媒の温度が低下し、冷媒温度センサ17で検
出した冷媒の温度がTc2になると、補助ボイラ7の図
示していないバーナをオフして燃焼を停止し、熱媒の加
熱を停止する。
が加熱できる場合には、図3(b)に示すように、冷媒
の温度がTc3〜Tc7の範囲で補助ボイラ7の燃焼を
制御する。このとき、Tc3<Tc5<Tc6<Tc7
とする。また、Tc4<Tc5とする。制御部19は、
冷房負荷の増大や排熱の熱量の変動などにより、冷媒の
温度が上昇し、冷媒温度センサ17で検出した温度がT
c5になると時間の計測を行い、冷媒温度センサ17で
検出した冷媒の温度がTc5以上の状態が時間tm1の
間続くと、つまり冷媒の温度がTc5以上になって時間
tm1経過すると補助ボイラ7の図示していないバーナ
をオンして低燃焼状態で燃焼を開始し、熱媒を加熱す
る。または、冷媒の温度が上昇し続け、Tc6になる
と、Tc5になってからの時間に関係なく補助ボイラ7
の図示していないバーナをオンして低燃焼状態で燃焼を
開始し、熱媒を加熱する。言い換えれば、冷媒の温度が
Tc6になるか、冷媒の温度がTc5以上Tc6未満の
状態が時間tm1続いたら補助ボイラ7の図示していな
いバーナをオンして低燃焼状態で燃焼を開始し、熱媒を
加熱する。
ず、冷媒の温度がTc5以上の状態が時間tm2の間続
くと、つまり冷媒の温度がTc5以上になって時間tm
2(本実施形態ではtm1=tm2/2とする)経過す
ると補助ボイラ7を低燃焼から高燃焼に切り替え発熱量
を増大する。または、冷媒の温度が上昇し続け、Tc7
になると、Tc5になってからの時間に関係なくを低燃
焼から高燃焼に切り替え発熱量を増大する。言い換えれ
ば、冷媒の温度がTc7になるか、冷媒の温度がTc5
以上Tc7未満の状態が時間tm2続いたら補助ボイラ
7を低燃焼から高燃焼に切り替え発熱量を増大する。こ
れにより、熱媒の温度が上昇して吸収式冷凍機9で冷媒
が十分に冷却され、冷媒の温度が低下し、冷媒温度セン
サ17で検出した温度がTc3になると、補助ボイラ7
の図示していないバーナをオフして燃焼を停止し、熱媒
の加熱を停止する。なお、本実施形態では、Tc3=T
c1としている。
冷媒の温度に応じて補助ボイラ7の動作を制御している
が、熱媒温度センサ15により熱媒の温度も検出してい
る。そして、熱媒の温度が過熱温度Th2(Th1<T
h2とする)になると、補助ボイラ7が燃焼を行ってい
る場合には燃焼を停止すると共に、図1に示すように、
三方弁25を切り替え、熱媒管路5aを通流する熱媒の
一部を非熱回収管路27に通流させて熱媒への排熱の回
収を止め、熱媒の過熱を防止している。
た場合、吸収式冷凍機9の再生器37内の温度が必要以
上に高くなり、再生器37内の吸収液が過濃縮になるこ
とより、吸収液の成分が晶析し、吸収式冷凍機9の駆動
に支障を与える場合がある。したがって、制御部19
は、熱媒の温度が過熱温度Th2になった場合、図2に
示すように、冷媒管路11aを通流する冷房に用いられ
る冷媒の温度や、蒸発機41内の温度などに関係なく、
冷媒液量調整用管路55bの冷媒液量調整弁58を全開
にし、凝縮器39の底部に溜まっている冷媒液を蒸発機
41内に放出し、稀溶液管路47を介して再生器37に
送られる稀溶液の濃度を低下させる。
では、冷房定常運転時の補助ボイラ7の作動が冷媒温度
センサ17で検出した冷媒の温度に応じて制御されるた
め、熱媒の温度に関係なく、冷媒の温度が冷房に十分な
温度であるときには補助ボイラ7が作動しない。また、
熱媒の温度に応じて補助ボイラ7の燃焼を制御する場合
には、排熱を回収した熱媒が設定された温度よりも僅か
に低いときには、その熱量が吸収式冷凍機9での冷媒の
冷却に十分な量であっても、補助ボイラ7が駆動してし
まうため、熱媒の温度がすぐに過熱温度よりも高くな
り、三方弁25が切り替わって熱媒への排熱の回収が行
われなくなることにより、排熱を有効に利用できなくな
る場合もある。しかし、本実施形態の空気調和装置1で
は、補助ボイラ7の作動が冷媒温度センサ17で検出し
た冷媒の温度に応じて制御されるため、排熱の熱量が吸
収式冷凍機9での冷媒の冷却に十分な量であり、冷媒が
冷房に必要な温度に冷却されているときには補助ボイラ
7が作動しないため、三方弁25が切り替わり難く、熱
媒に排熱を回収し続けて排熱を有効に利用できる。した
がって、熱媒の温度に関係なく、冷媒の温度が冷房を行
うのに十分な温度であるときには、補助ボイラ7がエネ
ルギーを消費せず、さらに、三方弁25が切り替わり難
く、熱媒に排熱を回収し続けることができるため、省エ
ネルギー性を向上できる。
は、排熱の熱量にかかわらず補助ボイラ7を最大出力で
運転して、できるだけ早く吸収式冷凍機9が駆動できる
温度に熱媒の温度を上昇させる必要がある。これに対し
て、本実施形態の空気調和装置1では、冷房運転起動時
は、熱媒温度センサ15で検出した熱媒の温度に応じて
補助ボイラ7での燃焼を制御するため、冷媒の温度に関
係なく、熱媒の温度を吸収式冷凍機の駆動に十分な温度
にきるだけ早く上昇させることができる。
は、排熱源からの排熱により熱媒が加熱されている場合
には、冷媒の温度がTc5以上になって時間tm1経過
すると補助ボイラ7の図示していないバーナをオンして
低燃焼状態で燃焼を開始し、さらに、冷媒の温度がTc
5以上になって時間tm2(tm1<tm2とする)経
過すると補助ボイラ7を低燃焼から高燃焼に切り替え発
熱量を増大している。したがって、例えば、冷房負荷が
少ない場合や冷房負荷が間欠的に発生するときや、部分
負荷により室内機13へ流入する冷媒の量を制御する弁
が開閉を繰り返しているときなど、冷媒の温度が変動し
易いときに排熱源からの排熱量が増減を繰り返して変動
することによって冷媒の温度が総体的には低下するかま
たは変化しない傾向にあるにもかかわらず一時的に冷媒
の温度が上昇した場合でも、補助ボイラ7の燃焼を開始
したり、補助ボイラ7の発熱量を増大させてしまうのを
抑え、補助ボイラ7でのエネルギー消費を抑えることが
できるため、省エネルギー性を向上できる。
は、冷媒の温度がTc5以下の状態の継続時間に関係な
く、冷媒の温度が、室内機13の十分な冷房能力を得ら
れない温度に近い温度、つまり冷媒温度がTc7になる
と補助ボイラ7の発熱量を増大している。このため、冷
媒の温度が、室内機13の十分な冷房能力を得られない
温度にまで上昇するのを防ぐことができ、空気調和装置
の快適性が損なわれないので好ましい。
吸収式冷凍機9が、熱媒の温度が過熱温度Th2以上に
なると、冷媒液量調整弁58を全開にし、再生器37に
送られる希釈液の濃度を低下させ、再生器37内の濃縮
液の過濃縮による晶析の発生などを抑えることができ
る。したがって、熱媒の過熱による吸収式冷凍機9の不
具合が発生し難くなるため、空気調和装置の信頼性を向
上できる。
空気調和装置の第2の実施形態について図4及び図5を
参照して説明する。図4は、本発明を適用してなる空気
調和装置の概略構成と動作を示す図である。図5は、
(a)は、排熱源からの排熱がない場合の補助加熱器の
動作を示す図であり、(b)は、排熱源からの排熱があ
る場合の補助加熱器の動作を示す図である。なお、本実
施形態では、第1の実施形態と同一のものには同じ符号
を付して説明を省略し、第1の実施形態と相違する構成
及び特徴部などについて説明する。
態の空気調和装置と相違する点は、吸収式冷凍機を備え
ておらず、暖房用にのみ供されることにある。すなわ
ち、本実施形態の空気調和装置67は、排熱回収器3、
熱媒管路69a、69b、補助加熱器である補助ボイラ
7、室内機13、熱媒温度センサ15、そして制御部1
9などで構成されている。熱媒管路69a、69bは、
排熱回収器3と室内機13との間で熱媒を循環させるも
のであり、熱媒管路69aには、排熱回収器3で排熱を
回収して加熱された熱媒が、熱媒管路69bには、室内
機13で熱を放出した熱媒が通流する。加熱された熱媒
が通流する熱媒管路69aには、排熱回収器3側から、
補助ボイラ7、熱媒ポンプ23、熱媒温度センサ15が
順次設けられている。
7、熱媒ポンプ23、熱媒温度センサ15、そして室内
機13の図示していない制御部などと配線35を介して
電気的に接続されている。また、制御部19は、図示し
ていない排熱源となるエンジンなどの制御部とも図示し
ていない配線を介して電気的に接続されており、排熱源
が駆動しているか否かの情報などを受けている。
置67では、空調要求があり、暖房運転の開始が指示さ
れると、制御部19は、暖房運転に入る。暖房運転で
は、熱媒が、熱媒管路69a、69bを循環するように
熱媒ポンプ23を作動させる。このとき、制御部19
は、熱媒温度センサ15で検出した熱媒の温度に応じて
補助ボイラ7の燃焼を制御する。このとき、排熱源が停
止しているなど、排熱がない場合には、図5(a)に示
すように、熱媒の温度がTh3〜Th6の範囲で補助ボ
イラ7の燃焼を制御する。このとき、Th3<Th4<
Th5<Th6とする。また、Th6<Th1<Th2
とする。
が大きく、熱媒の温度がTh3以下のときには、補助ボ
イラ7を高燃焼状態で駆動する。熱媒の温度が上昇し、
熱媒温度センサ15で検出した熱媒の温度がTh5にな
ると、補助ボイラ7の燃焼状態を高燃焼から低燃焼に切
り換え、発熱量を低減する。その後も熱媒の温度が上昇
し、熱媒温度センサ15で検出した冷媒の温度がTh6
になると、補助ボイラ7の図示していないバーナをオフ
して燃焼を停止し、熱媒の加熱を停止する。熱媒の温度
が低下し、熱媒温度センサ15で検出した熱媒の温度が
Th4になると、補助ボイラ7の図示していないバーナ
をオンして低燃焼状態で燃焼を開始し、熱媒を加熱す
る。補助ボイラ7による低燃焼での加熱を開始しても熱
媒の温度が低下し、熱媒温度センサ15で検出した冷媒
の温度がTh3になると、補助ボイラ7を低燃焼から高
燃焼に切り換え、発熱量を増大する。
が加熱できる場合には、図5(b)に示すように、冷媒
の温度がTh3〜Th7の範囲で補助ボイラ7の燃焼を
制御する。このとき、Th7<Th3<Th4<Th5
<Th6とする。制御部19は、暖房運転起動時や暖房
負荷が大きく、熱媒の温度がTh3以下のときには、補
助ボイラ7を高燃焼で駆動して熱媒を加熱している。熱
媒の温度が上昇し、熱媒温度センサ15で検出した熱媒
の温度がTh5になると、補助ボイラ7の燃焼状態を高
燃焼から低燃焼に切り換え、発熱量を低減する。補助ボ
イラ7の発熱量を低減することにより熱媒の温度が低下
し、熱媒温度センサ15で検出した冷媒の温度がTh3
になると、補助ボイラ7を低燃焼から高燃焼に切り換
え、発熱量を増大する。補助ボイラ7の発熱量を低減し
ても熱媒の温度が上昇し、熱媒温度センサ15で検出し
た冷媒の温度がTh6になると、補助ボイラ7の図示し
ていないバーナをオフして燃焼を停止し、熱媒の加熱を
停止する。
より、熱媒の温度が低下し、熱媒温度センサ15で検出
した温度がTh4になると時間の計測を行い、熱媒温度
センサ15で検出した熱媒の温度がTh4以上の状態が
時間tm3の間続くと、つまり冷媒の温度がTh4以上
になって時間tm3経過すると補助ボイラ7の図示して
いないバーナをオンして低燃焼状態で燃焼を開始し、熱
媒を加熱する。または、熱媒の温度が低下し続け、Th
7になると、Th4になってからの時間に関係なく補助
ボイラ7の図示していないバーナをオンして低燃焼状態
で燃焼を開始し、熱媒を加熱する。言い換えれば、熱媒
の温度がTh7になるか、熱媒の温度がTh4以上Th
7未満の状態が時間tm3続いたら補助ボイラ7の図示
していないバーナをオンして低燃焼状態で燃焼を開始
し、熱媒を加熱する。
度範囲の最高温度であるTh6は、室内機13に熱媒が
通流した場合に、室内機13に熱による損傷を与えない
温度に設定している。また、熱媒の温度が室内機13に
熱による損傷を与える可能性がある温度に近い過熱温度
Th8(Th7<Th8<Th1とする)になると、補
助ボイラ7が燃焼を行っている場合には燃焼を停止する
と共に、図4に示すように、三方弁25を切り替え、熱
媒管路69aを通流する熱媒の一部を非熱回収管路27
に通流させて熱媒への排熱の回収を止め、室内機の熱に
よる損傷を防止している。
では、排熱源からの排熱により熱媒が加熱されている場
合には、冷媒の温度がTc4以下になって時間tm3経
過すると補助ボイラ7の図示していないバーナをオンし
て低燃焼状態で燃焼を開始している。したがって、例え
ば、暖房負荷が少ない場合や暖房負荷が間欠的に発生す
るときや、部分負荷により室内機13へ流入する熱媒の
量を制御する弁が開閉を繰り返しているときなど、熱媒
の温度が変動し易いときに排熱源からの排熱量が増減を
繰り返して変動することによって熱媒の温度が総体的に
は低下するかまたは変化しない傾向にあるにもかかわら
ず一時的に熱媒の温度が低下した場合でも、補助ボイラ
7が燃焼を開始するのを抑え、補助ボイラ7でのエネル
ギー消費を抑えることができ、省エネルギー性を向上で
きる。
は、熱媒の温度がTh4以下の状態の継続時間に関係な
く、熱媒の温度が、室内機13の十分な暖房能力を得ら
れない温度に近い温度、つまり熱媒温度がTh7になる
と補助ボイラ7を作動している。このため、熱媒の温度
が、室内機13の十分な暖房能力を得られない温度にま
で低下するのを防ぐことができ、空気調和装置の快適性
が損なわれないので好ましい。
の温度が所定温度以下の状態が所定時間続いたときに補
助ボイラ7の燃焼開始を行う構成について説明したが、
暖房運転時に熱媒の温度が所定温度以下の状態が所定時
間続いたときに補助ボイラ7の発熱量の増大を行う構成
にすることや、それらを組み合わせた構成にすることも
できる。
空気調和装置の第3の実施形態について図6を参照して
説明する。図6は、本発明を適用してなる空気調和装置
の概略構成と動作を示す図であるなお、本実施形態で
は、第1及び第2の実施形態と同一のものには同じ符号
を付して説明を省略し、第1及び第2の実施形態と相違
する構成及び特徴部などについて説明する。
違する点は、第1の実施形態の空気調和装置1が冷房専
用、第2の実施形態の空気調和装置67が暖房専用であ
るのに対して、冷暖兼用の空気調和装置となっているこ
とにある。すなわち、本実施形態の空気調和機71は、
図6に示すように、排熱回収器3、熱媒管路5a、5
b、補助加熱器である補助ボイラ7、吸収式冷凍機9、
冷媒管路11a、11b、室内機13、熱媒温度センサ
15、冷媒温度センサ17、制御部19、冷暖切換用三
方弁73、そしてバイパス管路75a、75bなどで構
成されている。
熱媒ポンプ23よりも熱媒の流れに対して下流側の部分
に設けられている。バイパス管路75aは、一端が冷暖
切換用三方弁73に連結されており、他端が冷媒管路1
1aの冷媒温度センサ17よりも冷媒の流れに対して下
流側の部分に合流している。バイパス管路75bは、一
端が冷媒管路11bの冷媒の流れに対して下流側の部分
で冷媒管路11bから分岐し、熱媒管路5bの非熱回収
管路27との合流部77よりも熱媒の流れに対して上流
側の部分に合流している。したがって、暖房時、バイパ
ス管路75aには、加熱された熱媒が室内機13に向け
て通流し、バイパス管路75bには、室内機13で放熱
した熱媒が排熱回収器3に向けて通流する。
7、熱媒温度センサ15、熱媒ポンプ23、冷暖切換用
三方弁73、吸収式冷凍機9の図示していない各ポンプ
や冷却塔の冷却ファン、冷媒温度センサ17、冷媒ポン
プ33、そして室内機13の図示していない制御部など
と配線35を介して電気的に接続されている。
置71では、空調要求があり、図示していない運転切り
換えスイッチなどにより冷房運転が選択されると、制御
部19は、熱媒及び冷水が、各々吸収式冷凍機9を通っ
て熱媒管路5a、5b及び冷温水管路11a、11bを
循環するように冷暖切換用三方弁73を切り換える。そ
して、熱媒管路5aに設けられた熱媒ポンプ23、冷媒
管路11bに設けられた冷媒ポンプ33、吸収式冷凍機
9の図示していない冷却塔の冷却ファンや各冷却水や吸
収液を循環させる各々のポンプなどを作動させる。これ
により、熱媒管路5aを通流する加熱された熱媒の熱に
より吸収式冷凍機9が駆動し、冷媒管路11a、11b
を循環する冷媒を冷却する。この吸収式冷凍機9で冷却
された冷媒が室内機13に通流することにより室内機1
3から冷風が送出され冷房が行われる。
転切り換えスイッチなどにより暖房運転が選択される
と、制御部19は、熱媒管路5aを通流する熱媒が、バ
イパス管路75aを通って冷媒管路11aから室内機1
3に流れるように冷暖切換用三方弁73を切り換える。
そして、制御部19は、熱媒管路5aに設けられた熱媒
ポンプ23を作動させ、冷媒管路11bに設けられた冷
媒ポンプ33は停止状態とする。これにより、熱媒は、
吸収式冷凍機9に供給されず、吸収式冷凍機9をバイパ
スするバイパス管路75a、75bを介して、排熱回収
器3と室内機13との間を循環するようになり、加熱さ
れた熱媒が室内機13に通流することにより室内機13
から温風が吹出され、暖房が行われる。なお、制御部1
9は、冷暖切換用三方弁73の切り換えに関する制御以
外は、冷房運転時には第1の実施形態と同じ制御を行
い、また、暖房運転時には第2の実施形態と同じ制御を
行っている。
1では、暖房時に熱媒がバイパス管路75a、75bに
通流するように冷暖切換用三方弁73を切り換えること
により、熱媒を室内機13に直接供給して暖房運転を行
うことができる。このため、1台の空気調和装置で冷房
と暖房が行え、かつ空気調和装置の省エネルギー性を向
上できる。
は、冷房時は3段3位置または4位置動作での制御、暖
房時は3段4位置または5位置動作での制御を示してい
るが、本発明は、これに限らず、様々な多段多位置動作
による制御や比例制御などにも適用できる。
冷房起動運転時に熱媒の温度に応じて補助ボイラ7の動
作制御し、冷房定常運転時に冷媒の温度に応じて補助ボ
イラ7の動作を制御する構成、冷房定常運転時に冷媒の
温度が所定温度以上の状態が所定時間続いたときに補助
ボイラ7の燃焼開始または発熱量の増大を行う構成、暖
房運転時に熱媒の温度が所定温度以下の状態が所定時間
続いたときに補助ボイラ7の燃焼開始または発熱量の増
大を行う構成は、各々単独で用いることで、省エネルギ
ー性を向上する効果を得ることができる。ただし、各構
成を組み合わせて用いた方が空気調和装置の省エネルギ
ー性をより向上できる。
は、熱媒の過熱を防ぐ熱媒過熱防止機構として、三方弁
25と非熱回収管路27を用いているが、排熱回収器3
を熱媒への排熱の回収と非回収とを選択できるような構
成として熱媒過熱防止機構とすることもできる。このよ
うな構成の排熱回収器として、例えば、排熱回収器3の
熱交換部21が設置された流路へ排熱源からの排気を通
流させるか、熱交換部21が設置された流路へ排熱源か
らの排気を通流させずに排熱回収器3の排気流路に直接
排気を通流させるかを切り換える流路切換機構などを備
えた排熱回収器を用いることができる。
は、排熱源としてエンジンを例示している。しかし、本
発明は、様々な排熱源、例えば、燃料電池、工業排熱、
地熱、温泉などからの様々な排熱を利用する空気調和装
置に適用できる。さらに、排熱は、排ガスに限らず、例
えば、エンジンの冷却水などからも回収できる。加え
て、本発明は、第1、第2、及び第3の実施形態の構成
の空気調和装置に限らず、排熱で暖房を行う空気調和装
置、排熱で駆動する吸収式冷凍機により冷媒を冷却して
冷媒を行う空気調和装置、これら両方の特徴を備えた冷
暖房兼用の空気調和装置であり、排熱以外で熱媒を加熱
するヒータやバーナなどを有する補助加熱器を備えた空
気調和装置であれば、様々な構成の空気調和装置に適用
できる。
ルギー性を向上することができる。
施形態の概略構成と動作を示す図である。
和装置に備えられた吸収式冷凍機の概略構成と動作を示
す図である。
排熱がない場合の補助加熱器の動作を示す図であり、
(b)は、排熱源からの排熱がある場合の補助加熱器の
動作を示す図である。
施形態の概略構成と動作を示す図である。
排熱がない場合の補助加熱器の動作を示す図であり、
(b)は、排熱源からの排熱がある場合の補助加熱器の
動作を示す図である。
施形態の概略構成と動作を示す図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 熱媒に排熱を回収する排熱回収器と、前
記排熱回収器からの熱媒が通流する熱媒流路と、該熱媒
流路に設けられて前記熱媒を加熱する補助加熱器と、前
記熱媒流路が連結されて前記熱媒の熱により駆動する吸
収式冷凍機と、該吸収式冷凍機からの冷媒が通流する冷
媒流路と、該冷媒流路により前記冷媒が供給される室内
機と、前記熱媒流路を通流する熱媒の温度を検出する熱
媒温度検出手段と、前記冷媒流路を通流する冷媒の温度
を検出する冷媒温度検出手段と、前記補助加熱器の駆動
を制御する制御部とを備え、該制御部は、起動時、前記
熱媒温度検出手段で検出した前記熱媒の温度に応じて前
記補助加熱器の駆動を制御し、前記冷媒温度検出手段で
検出した前記冷媒の温度が所定温度以下になると起動完
了と判断し、該起動完了後、前記冷媒温度検出手段で検
出した前記冷媒の温度に応じて前記補助加熱器の駆動を
制御してなる空気調和装置。 - 【請求項2】 熱媒に排熱を回収する排熱回収器と、前
記排熱回収器からの熱媒が通流する熱媒流路と、該熱媒
流路に設けられて前記熱媒を加熱する補助加熱器と、前
記熱媒流路が連結されて前記熱媒の熱により駆動する吸
収式冷凍機と、前記吸収式冷凍機からの冷媒が通流する
冷媒流路と、該冷媒流路により前記冷媒が供給される室
内機と、前記熱媒流路を通流する熱媒の温度を検出する
熱媒温度検出手段と、前記冷媒流路を通流する冷媒の温
度を検出する冷媒温度検出手段と、前記補助加熱器の駆
動を制御する制御部とを備え、該制御部は、前記冷媒温
度検出手段で検出した前記冷媒の温度に応じて前記補助
加熱器の駆動を制御し、前記熱媒が排熱により加熱され
ている状態では、前記冷媒温度検出手段で検出した前記
冷媒の温度が所定温度以上の状態が所定時間続いたとき
に前記補助加熱器を駆動するか、または前記補助加熱器
の発熱量を増大させてなる空気調和装置。 - 【請求項3】 熱媒に排熱を回収する排熱回収器と、前
記排熱回収器からの熱媒が通流する熱媒流路と、該熱媒
流路に設けられて前記熱媒を加熱する補助加熱器と、前
記熱媒流路が連結されて前記熱媒が供給される室内機
と、前記熱媒流路を通流する熱媒の温度を検出する熱媒
温度検出手段と、前記補助加熱器の駆動を制御する制御
部とを備え、該制御部は、前記熱媒温度検出手段で検出
した前記熱媒の温度に応じて前記補助加熱器の駆動を制
御し、前記熱媒が排熱により加熱されている状態では、
前記熱媒温度検出手段で検出した前記熱媒の温度が所定
温度以下の状態が所定時間続いたときに前記補助加熱器
を駆動するか、または前記補助加熱器の発熱量を増大さ
せてなる空気調和装置。 - 【請求項4】 熱媒に排熱を回収する排熱回収器と、前
記排熱回収器からの熱媒が通流する熱媒流路と、該熱媒
流路に設けられて前記熱媒を加熱する補助加熱器と、前
記熱媒流路が連結されて前記熱媒の熱により駆動する吸
収式冷凍機と、前記吸収式冷凍機からの冷媒が通流する
冷媒流路と、該冷媒流路により前記冷媒が供給される室
内機と、前記熱媒流路を通流する熱媒の温度を検出する
熱媒温度検出手段と、前記冷媒流路を通流する冷媒の温
度を検出する冷媒温度検出手段と、前記補助加熱器の駆
動を制御する制御部とを備え、該制御部は、冷房運転起
動時では、前記熱媒温度検出手段で検出した前記熱媒の
温度に応じて前記補助加熱器の駆動を制御し、前記冷媒
温度検出手段で検出した前記冷媒の温度が第1の温度以
下になると起動完了と判断し、該起動完了後では、前記
冷媒温度検出手段で検出した前記冷媒の温度に応じて前
記補助加熱器の駆動を制御し、前記熱媒が排熱により加
熱されている状態では、前記冷媒温度検出手段で検出し
た前記冷媒の温度が前記第1の温度よりも高い第2の温
度以上になり、かつ該第2の温度以上の状態が所定時間
続いたときに前記補助加熱器を駆動するか、または前記
補助加熱器の発熱量を増大させてなる空気調和装置。 - 【請求項5】 熱媒に排熱を回収する排熱回収器と、前
記排熱回収器からの熱媒が通流する熱媒流路と、該熱媒
流路に設けられて前記熱媒を加熱する補助加熱器と、前
記熱媒流路が連結されて前記熱媒の熱により駆動する吸
収式冷凍機と、前記吸収式冷凍機からの冷媒が通流する
冷媒流路と、前記熱媒流路に設けられた弁と、該弁から
分岐するバイパス流路と、前記冷媒流路または前記バイ
パス流路により前記冷媒または前記熱媒が供給される室
内機と、前記熱媒流路を通流する熱媒の温度を検出する
熱媒温度検出手段と、前記冷媒流路を通流する冷媒の温
度を検出する冷媒温度検出手段と、前記補助加熱器の駆
動を制御する制御部とを備え、該制御部は、冷房運転で
は、前記冷媒温度検出手段で検出した前記冷媒の温度に
応じて前記補助加熱器の駆動を制御し、前記熱媒が排熱
により加熱されている状態で、前記冷媒温度検出手段で
検出した前記冷媒の温度が第1の温度以上になり、かつ
該第1の温度以上の状態が第1の時間続いたときに前記
補助加熱器を駆動するか、または前記補助加熱器の発熱
量を増大させ、暖房運転では、前記熱媒温度検出手段で
検出した前記熱媒の温度に応じて前記補助加熱器の駆動
を制御し、前記熱媒が排熱により加熱されている状態
で、前記熱媒温度検出手段で検出した前記熱媒の温度が
第1の温度よりも高い第2の温度以下になり、かつ該第
2の温度以下の状態が第2の時間続いたときに前記補助
加熱器を駆動するか、または前記補助加熱器の発熱量を
増大させてなる空気調和装置。
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