JP2006029637A - 蓄熱式空気調和装置およびその運転方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 蓄熱運転時に、蓄熱槽と室内機を接続するガス側延長配管に冷媒が溜まり込んで冷媒不足となることを解消する。
【解決手段】 圧縮機1から出た冷媒を室内熱交換機40a,40b、室内流量制御弁41a、41bに通し、室外熱交換器3を介して圧縮機1に戻す暖房運転態様と、圧縮機1から出た冷媒を室内熱交換機40a,40b、室内流量制御弁41a、41bに通し、蓄熱熱交換器21を介して圧縮機1に戻す利用暖房運転態様と、圧縮機1から出た冷媒を蓄熱熱交換器21に通し、室外熱交換機3を介して圧縮機1に戻す蓄熱運転態様との各運転態様を有し、蓄熱運転開始時に一定の条件で暖房運転を行った後に蓄熱運転を行なわせる第1制御手段を備えた。
【選択図】 図1

Description

この発明は、室外機(又は室外ユニット)と、蓄冷熱可能な蓄冷熱媒体(又は蓄熱媒体)を内蔵し蓄冷熱用熱交換器を持つ蓄冷熱槽(又は蓄熱槽あるいは蓄熱ユニット)と、室内機(又は室内ユニット)とを備え、冷暖房を行うことのできる蓄熱式空気調和装置に関するものである。
蓄熱式空気調和装置として、夜間の蓄冷、昼の蓄熱を利用した夏季の冷房や冬季の暖房、デフロスト運転を行うことができる装置がある。この種の装置では、蓄熱運転を行う場合、圧縮機から吐出された冷媒が蓄熱槽と室内機を接続するガス側延長配管に流入すると、それが外気により冷却されて管内に溜まり込み易い。このため、冷媒不足気味の運転に陥ることを防止する目的で、蓄熱槽に開閉弁を設けてガス側接続配管に冷媒が流入しないよう制御する技術が開示されている(例えば特許文献1)。
特許第3284582号公報(図1等)
しかしながら、冷房運転や暖房運転では上記開閉弁の圧損により運転効率が低下するという課題がある。また、開閉弁を大形化して効率低下を防止しようとするとコストアップが大きくなるという課題がある。
この発明は上記課題を解決するためになされたもので、蓄熱運転時、蓄熱槽と室内機を接続するガス側延長配管に冷媒が溜まり込んで冷媒不足となることを解消するのを、従来そのために用いられていた開閉弁を用いることなしに、それと同様の効果を奏する蓄熱式空気調和装置を得ることを目的としている。
また、冷房や暖房時の圧損に起因する効率低下を抑制できる蓄熱式空気調和装置を得ることも目的としている。
この発明の蓄熱式空気調和装置は、外気と冷媒との熱交換を行う室外熱交換器および圧縮機を有する室外機と、室内空気と冷媒との熱交換を行う室内熱交換器および室内流量制御弁を有する室内機と、蓄熱媒体を貯留し該蓄熱媒体と熱交換関係にされた蓄熱熱交換器を有した蓄熱槽とを備え、前記圧縮機から出た冷媒を、前記室内熱交換機、前記室内流量制御弁に通し、前記室外熱交換器を介して前記圧縮機に戻す暖房運転態様と、前記圧縮機から出た冷媒を、前記室内熱交換機、前記室内流量制御弁に通し、前記蓄熱熱交換器を介して前記圧縮機に戻す利用暖房運転態様と、前記圧縮機から出た冷媒を、前記蓄熱熱交換器に通し、前記室外熱交換機を介して前記圧縮機に戻す蓄熱運転態様との各運転態様を有し、蓄熱運転開始時に一定の条件で暖房運転を行った後に蓄熱運転を行なわせる第1制御手段を備えたものである。
この発明の蓄熱式空気調和装置は、また、外気と冷媒との熱交換を行う室外熱交換器および圧縮機を有する室外機と、室内空気と冷媒との熱交換を行う室内熱交換器および室内流量制御弁を有する室内機と、蓄熱媒体を貯留し該蓄熱媒体と熱交換関係にされた蓄熱熱交換器を有した蓄熱槽とを備え、前記圧縮機から出た冷媒を、前記室内熱交換機、前記室内流量制御弁に通し、前記室外熱交換器を介して前記圧縮機に戻す暖房運転態様と、前記圧縮機から出た冷媒を、前記室内熱交換機、前記室内流量制御弁に通し、前記蓄熱熱交換器を介して前記圧縮機に戻す利用暖房運転態様と、前記圧縮機から出た冷媒を、前記蓄熱熱交換器に通し、前記室外熱交換機を介して前記圧縮機に戻す蓄熱運転態様との各運転態様を有し、蓄熱運転中に所定条件となった場合に一時的に暖房運転を行なわせる第2制御手段を備えたものである。
この発明の装置によれば、停止中に蓄熱槽と室内機とを接続するガス側延長配管に溜まり込んでいた冷媒を室外機側に回収してから蓄熱運転に入るようになっているため、冷媒不足気味の運転となることがなく所定の蓄熱能力が得られる効果がある。
また、外気温度が低い場合の蓄熱運転中では、吐出冷媒が外気により冷却されてガス側延長配管に少しずつ冷媒が溜まり込み、冷媒不足気味の運転となって吸入圧力Psが次第に低下する。しかしこの発明の装置によれば、吸入圧力を検知し設定吸入圧力(冷媒不足時の吸入圧力)と比較して、冷媒不足と判断した場合に暖房運転に切り換えてガス側延長配管に溜まった冷媒を回収するようにしているため、外気温度の低い場合でも冷媒不足となることなく蓄熱運転を行うことができる。
まず、本発明の実施の形態に係る蓄熱式空気調和装置の冷凍サイクル構成について説明する。図1はその冷凍サイクル構成例であり、室外機(室外ユニット)Aと蓄熱槽(蓄熱ユニット)B、室内機(室内ユニット)C1,C2が接続されている。室外機Aは圧縮機1、四方弁2、室外熱交換器3、過冷却熱交換器4、第3の流量制御弁5等により構成されている。蓄熱槽Bは蓄熱熱交換器21と第2の流量制御弁23、第1の流量制御弁22、第1の開閉弁24、第2の開閉弁25、第3の開閉弁26、第4の開閉弁27、第1の逆止弁28、第2の逆止弁29等により構成されている。なお、蓄熱槽Bは蓄熱媒体を貯留しており、該蓄熱媒体と蓄熱熱交換器21とが熱交換関係に配置されている。室内機C1、C2は室内熱交換器40a、40b、室内流量制御弁41a、41b等により構成されている。なお、室内機はC1又はC2のいずれか一つとしても良い。
室外機Aと蓄熱槽Bとは、液管P3、低圧ガス管P2、高圧ガス管P1により接続され、蓄熱槽Bと室内機C1、C2とは、液側延長配管P5、ガス側延長配管P4により接続されている。また、30は蓄熱熱交換器21の出入口配管に設けられた第1の温度センサー、42a、42bは室内熱交換器40a,40bの入口配管に設けられた第2の温度センサー、43a、43bは室内熱交換器40a,40bの出口配管に設けられた第3の温度センサー、11は室外機Aの外気取り込み部に設けられた第4の温度センサーである。
以上に加えて、蓄熱式空気調和装置は、後述する暖房運転、利用暖房運転、蓄熱運転に合わせて各種弁を制御するバルブ制御装置50を備える。さらに、後述する実施の形態1乃至3に合わせて蓄熱式空気調和装置の運転を制御する第1の制御手段、および/又は、後述する実施の形態4乃至5に合わせて蓄熱式空気調和装置の運転を制御する第2の制御手段の機能を有した運転制御装置51を備えている。この運転制御装置51は、例えば、中央処理装置(CPU)と、実施の形態1乃至5に関連して示すフローチャートの各ステップの処理を指示したプログラム等から構成される。
次に、上記のように構成された蓄熱式空気調和装置の暖房、蓄熱、利用暖房運転の各動作について順次説明する。なお、これらの各運転時における冷凍サイクル中の制御弁又は開閉弁の状態を表1にまとめて示しておく。
Figure 2006029637
[暖房運転]
図2は暖房運転時の冷媒の流れを示したものである。圧縮機1から吐出された高温高圧ガス冷媒は高圧ガス管P1から蓄熱槽Bの非蓄熱部、ガス側延長配管P4を通り室内熱交換器40a、40bに流入し、そこで室内空気と熱交換して凝縮液化する。そして、この冷媒液は室内流量制御弁41a、41bにより低圧まで減圧され第4の開閉弁27、第3の開閉弁26と第2の逆止弁29とを流通して全開状態の第1の流量制御弁22を通り、室外熱交換器3で蒸発、ガス状態となり圧縮機1に吸入される。室内流量制御弁41a、41bは第2、第3の温度センサー42a、42b、43a、43bでの検出温度を基に冷媒の過冷却度が予め定めた所定範囲となるよう流量制御される。
[利用暖房運転]
図3は蓄熱槽に溜められた蓄熱媒体である温水および水から吸熱する利用暖房運転時の冷媒の流れを示したものである。圧縮機1から吐出された高温高圧ガス冷媒は、高圧ガス管P1から蓄熱槽Bの非蓄熱部、ガス側延長配管P4を通り室内熱交換器弁40a、40bに流入し、そこで室内空気と熱交換して凝縮液化する。そして、この冷媒液は室内流量制御弁41a、41bにより低圧まで減圧され第4の開閉弁27、第3の開閉弁26と第2の逆止弁29とを流通し、さらに、全開状態の第2の流量制御弁23を通り蓄熱熱交換器21に入る。冷媒はそこで温水より吸熱して蒸発、ガス状態となって第2の開閉弁25、低圧ガス管P2から圧縮機1に戻る。なお、室内流量制御弁41a、41bの制御は暖房運転と同様に制御される。
[蓄熱運転]
次に、蓄熱槽に溜められた蓄熱媒体である水および氷を加熱し、温水として蓄熱する蓄熱運転について説明する。この場合の冷媒の流れを図4に示す。ここでは、圧縮機1から吐出された高温高圧ガス冷媒を第1の開閉弁24を介して蓄熱熱交換器21に導入し、そこで水と熱交換することにより凝縮液化させる。そして、この液冷媒を全開状態の第2の流量制御弁23を流通させ、第1の流量制御弁22で低圧に減圧して室外熱交換器3で外気と熱交換、ガス状態して圧縮機1に吸入させる。第1の流量制御弁22は第1の温度センサー30と、圧縮器1からの吐出圧力を測定する高圧センサー(図示せず)から冷媒の過冷却度を検知し、過冷却度が所定範囲内となるよう流量制御される。この時、室内流量制御弁41a、41bの開度は少し開いた状態に制御される。
本発明の第1の態様は、上記蓄熱式空気調和装置の停止中に室内機側への延長配管に溜まり込んでいた冷媒を室外機側に回収した後、蓄熱運転に入るようにするものである。そのため、蓄熱運転開始時に一定の条件で暖房運転を行った後に蓄熱運転を行なわせるようにしたものである。
(実施の形態1)
図5に本発明の実施の形態1に係る蓄熱運転時の制御フローの概略を示す。蓄熱運転の指示が自動的にあるいはスイッチ等により設定されると(S1)、まず、室内ファンOFFの状態で、図2に示すような冷媒の流れとなる暖房運転が行われる(S2,S3)。この暖房運転の継続時間thはタイマー(図示せず)等で監視し、予め設定しておいた設定暖房継続時間thsと比較する(S4)。設定暖房継続時間thsは、例えば、暖房運転において冷媒の循環が安定するようになるまでの時間とすることができる。そして、th>ths となると、運転制御装置51がバルブ制御部50に作用して、暖房運転を、図4に示すような冷媒の流れとなる蓄熱運転へ切り換える(S5)。これによれば、蓄熱開始時に蓄熱槽Bと室内機C1,C2とを接続する配管に冷媒を流通するようにしているため、停止中にガス側延長配管P4の配管に溜まり込んでいた冷媒を室外機A側に回収して蓄熱運転に入ることになる。その結果、冷媒不足気味の運転となることがなく所定の蓄熱能力が得られる効果がある。しかも、この効果を得るために従来用いていた開閉弁が不要なため、その圧損が回避されて運転効率の低下も抑制できる。
(実施の形態2)
上記の実施の形態1では、暖房継続時間をタイマーにより設定して蓄熱運転に切り換えるようにしたが、圧縮された冷媒が所定の高圧となるまで継続し、その後蓄熱運転に切り換えるよう制御することもできる。
図6に実施の形態2に係る蓄熱運転時の制御フローの概略を示す。蓄熱運転の指示が自動的にあるいはスイッチ等により設定されると(S11)、まず、室内ファンOFFの状態で、図2に示すような冷媒の流れとなる暖房運転が行われる(S12,S13)。この暖房運転中は圧力センサー(図示せず)等で圧縮機1からの吐出圧力Pdを測定し、その測定値を予め設定しておいた設定圧力値Pdsと比較する(S14)。設定圧力値Pdsは、例えば、予め定めた所定の蓄熱能力が得られる吐出圧力以上とする。そして、Pd≧Pds となると、運転制御装置51がバルブ制御部50に作用して、暖房運転を、図4に示すような冷媒の流れとなる蓄熱運転へ切り換える(S15)。これにより、適切なタイミングで蓄熱運転に切り換えることができ、実施の形態1と同様の効果を奏することができる。
(実施の形態3)
本発明の実施の形態3は、実施の形態1又2の前段階として、蓄熱運転開始時の外気温度Toを検知し、その温度に基づいて暖房運転の要否を判断するようにしたものである。これは、外気温度が低いときに接続配管に溜まり込む冷媒量が多くなることを考慮したものである。
図7に本発明の実施の形態3に係る蓄熱運転時の制御フローの概略を示す。蓄熱運転の指示が自動的にあるいはスイッチ等により設定されると(S21)、まず、第4の温度センサー11で外気温度Toを測定し、その測定値を予め定めた設定温度Tosと比較する(S22)。設定温度Tosは、例えば、ガス側延長配管P4に冷媒が溜まり込まなくなる温度である。そして、To<Tos であれば、その後は実施の形態1と同様の制御が行われて蓄熱運転に切り替わる(S23〜S26)。なお、このS23〜S26のステップでは、実施の形態1に代えて実施の形態2と同様の制御としもよい。一方、S22において、To≧Tosであれば、直ちに蓄熱運転に切り替わる(S22→S26)。従って、蓄熱運転時における暖房運転は、外気温度Toが設定温度Tosより低い場合だけすればよく、より効率的な運転が可能となる。
ところで、外気温度が低い場合の蓄熱運転中には、吐出冷媒が外気により冷却されてガス側接続配管P4に少しずつ冷媒が溜まり込み、冷媒不足気味の運転となっていく。本発明の第2の態様は、この点を考慮し、蓄熱運転中に室内機側の接続配管に溜まり込んだ冷媒が多くなったと判断したときに、一時的に暖房運転を行なわせるようにするものである。以下に、この例を説明する。
(実施の形態4)
図9に本発明の実施の形態4に係る蓄熱運転時の制御フローの概略を示す。ここで、S31〜S36は実施の形態3と同様のものである。S36で実際に蓄熱運転がスタートすると、蓄熱媒体の実温度Twを図示していない温度センサ等により測定し、それを予め定めた設定温度Twsと比較する(S37)。ここで、蓄熱媒体の実温度Twが予め定めた設定温度Twsを超えていれば蓄熱運転を終了する(S38)。一方、蓄熱媒体の実温度Twが予め定めた設定温度Twsを超えていない場合には、図示していない圧力センサ等により圧縮機1の吸入圧力Psを検知し、それを冷媒不足時の圧力として予め設定した設定吸入圧力Pssと比較する(S39)。ここで、Ps<Pssとなった場合には、冷媒不足と判断し暖房運転に切り換えてガス側延長配管P4に溜まった冷媒を回収する(S39→S33〜S35)。そしてその後、再び蓄熱運転に切り替える(S36)。以上の運転態様は、例えば図8のように示すことができる。このように制御することにより外気温度の低い場合でも、冷媒不足を引き起こすことなく確実に蓄熱運転を行うことが可能となる。
(実施の形態5)
ここでは蓄熱継続時間tsを外気温度の関数としておき(外気温度が低くなるほどtsを短くする関係)、蓄熱継続時間tsを冷媒不足となる場合として予め設定した設定蓄熱時間tssと比較し、ts>tssとなった場合、冷媒不足と判断し暖房運転に切り換え、ガス側延長配管P4に溜まった冷媒を回収するようにしたものである。
図10に本発明の実施の形態5に係る蓄熱運転時の制御フローの概略を示す。ここで、S41〜S48は実施の形態4のS31〜S38と同様のものである。蓄熱媒体の実温度Twが予め定めた設定温度Twsを超えた場合は蓄熱運転を終了するが(S48)、蓄熱媒体の実温度Twが予め定めた設定温度Twsを超えていない場合には、外気温度との関係で冷媒不足となると見込まれる予め設定した設定蓄熱継続時間tssを呼び出し(S49)、実際の蓄熱継続時間tsと比較する(S50)。ここで、ts≦tssの場合には蓄熱運転を継続する(S50→S47)。これに対して、ts>tssとなった場合には、冷媒不足となったと判断し暖房運転に切り換えてガス側延長配管P4に溜まった冷媒を回収する(S50→S43〜S45)。そしてその後、再び蓄熱運転に切り替える(S46)。このように制御することにより外気温度の低い場合でも、冷媒不足を引き起こすことなく確実に蓄熱運転を行うことができる。
本発明の実施形態に係る蓄熱式空気調和装置の冷凍サイクル構成図。 図1の冷凍サイクルの暖房運転時の冷媒の流れを示す図。 図1の冷凍サイクルの利用暖房運転時の冷媒の流れを示す図。 図1の冷凍サイクルの蓄熱運転時の冷媒の流れを示す図 本発明の実施の形態1を示す運転制御フローチャート。 本発明の実施の形態2を示す運転制御フローチャート。 本発明の実施の形態3を示す運転制御フローチャート。 図1の装置の蓄熱運転時の圧力変化イメージを示す図。 本発明の実施の形態4を示す運転制御フローチャート。 本発明の実施の形態5を示す運転制御フローチャート。
符号の説明
1 圧縮機、2 四方弁、3 室外熱交換器、4 過冷却熱交換器、5 第3の流量制御弁、11 第4の温度センサー、21 蓄熱熱交換器、24〜27 第1〜第4の開閉弁、28、29 第1、第2の逆止弁、30 第1の温度センサー、40a、40b 室内熱交換器、41a、41b 室内流量制御弁、42a、42b 第2の温度センサー、43a、43b 第3の温度センサー、50 バルブ制御装置、51 運転制御装置、A 室外ユニット、B 蓄熱ユニット、C1,C2 室内ユニット、To 外気温度、th 暖房継続時間、ts 蓄熱継続時間、Pd 吐出圧力、Ps 吸入圧力、Tw 蓄熱媒体の実温度。

Claims (9)

  1. 外気と冷媒との熱交換を行う室外熱交換器および圧縮機を有する室外機と、室内空気と冷媒との熱交換を行う室内熱交換器および室内流量制御弁を有する室内機と、蓄熱媒体を貯留し該蓄熱媒体と熱交換関係にされた蓄熱熱交換器を有した蓄熱槽とを備え、
    前記圧縮機から出た冷媒を、前記室内熱交換機、前記室内流量制御弁に通し、前記室外熱交換器を介して前記圧縮機に戻す暖房運転態様と、
    前記圧縮機から出た冷媒を、前記室内熱交換機、前記室内流量制御弁に通し、前記蓄熱熱交換器を介して前記圧縮機に戻す利用暖房運転態様と、
    前記圧縮機から出た冷媒を、前記蓄熱熱交換器に通し、前記室外熱交換機を介して前記圧縮機に戻す蓄熱運転態様との各運転態様を有し、
    蓄熱運転開始時に一定の条件で暖房運転を行った後に蓄熱運転を行なわせる第1制御手段を備えたことを特長とする蓄熱式空気調和装置。
  2. 請求項第1項記載の蓄熱式空気調和装置において、前記第1制御手段は前記暖房運転を所定の時間経過するまで継続し、その後蓄熱運転に切り換えるよう制御することを特長とする蓄熱式空気調和装置。
  3. 請求項第1項記載の蓄熱式空気調和装置において、前記第1制御手段は暖房運転を前記圧縮機からの吐出冷媒が所定の高圧となるまで継続し、その後蓄熱運転に切り換えるよう制御することを特長とする蓄熱式空気調和装置。
  4. 請求項第1項乃至第3項のいずれかに記載の蓄熱式空気調和装置において、前記第1制御手段は外気温度が予め設定した温度より低い場合に蓄熱運転前に暖房運転を行うことを特長とする蓄熱式空気調和装置。
  5. 外気と冷媒との熱交換を行う室外熱交換器および圧縮機を有する室外機と、室内空気と冷媒との熱交換を行う室内熱交換器および室内流量制御弁を有する室内機と、蓄熱媒体を貯留し該蓄熱媒体と熱交換関係にされた蓄熱熱交換器を有した蓄熱槽とを備え、
    前記圧縮機から出た冷媒を、前記室内熱交換機、前記室内流量制御弁に通し、前記室外熱交換器を介して前記圧縮機に戻す暖房運転態様と、
    前記圧縮機から出た冷媒を、前記室内熱交換機、前記室内流量制御弁に通し、前記蓄熱熱交換器を介して前記圧縮機に戻す利用暖房運転態様と、
    前記圧縮機から出た冷媒を、前記蓄熱熱交換器に通し、前記室外熱交換機を介して前記圧縮機に戻す蓄熱運転態様との各運転態様を有し、
    蓄熱運転中に所定条件となった場合に一時的に暖房運転を行なわせる第2制御手段を備えたことを特長とする蓄熱式空気調和装置。
  6. 請求項第5項記載の蓄熱式空気調和装置において、前記第2制御手段は蓄熱運転中に前記圧縮機の吸入圧力が予め設定した圧力より低い場合に暖房運転に切り換えることを特長とする蓄熱式空気調和装置。
  7. 請求項第5項記載の蓄熱式空気調和装置において、前記第2制御手段は蓄熱運転中の外気温度を基に蓄熱運転継続可能時間を決定し、その時間が経過した場合に暖房運転に切り換えるようにしたことを特長とする蓄熱式空気調和装置。
  8. 外気と冷媒との熱交換を行う室外熱交換器および圧縮機を有する室外機と、室内空気と冷媒との熱交換を行う室内熱交換器および室内流量制御弁を有する室内機と、蓄熱媒体を貯留し該蓄熱媒体と熱交換関係にされた蓄熱熱交換器を有した蓄熱槽とを備え、
    前記圧縮機から出た冷媒を、前記室内熱交換機、前記室内流量制御弁に通し、前記室外熱交換器を介して前記圧縮機に戻す暖房運転態様と、
    前記圧縮機から出た冷媒を、前記室内熱交換機、前記室内流量制御弁に通し、前記蓄熱熱交換器を介して前記圧縮機に戻す利用暖房運転態様と、
    前記圧縮機から出た冷媒を、前記蓄熱熱交換器に通し、前記室外熱交換機を介して前記圧縮機に戻す蓄熱運転態様との各運転態様を予め設定しておき、
    蓄熱運転開始時に一定の条件で暖房運転を行った後に蓄熱運転を行なわせることを特長とする蓄熱式空気調和装置の運転方法。
  9. 外気と冷媒との熱交換を行う室外熱交換器および圧縮機を有する室外機と、室内空気と冷媒との熱交換を行う室内熱交換器および室内流量制御弁を有する室内機と、蓄熱媒体を貯留し該蓄熱媒体と熱交換関係にされた蓄熱熱交換器を有した蓄熱槽とを備え、
    前記圧縮機から出た冷媒を、前記室内熱交換機、前記室内流量制御弁に通し、前記室外熱交換器を介して前記圧縮機に戻す暖房運転態様と、
    前記圧縮機から出た冷媒を、前記室内熱交換機、前記室内流量制御弁に通し、前記蓄熱熱交換器を介して前記圧縮機に戻す利用暖房運転態様と、
    前記圧縮機から出た冷媒を、前記蓄熱熱交換器に通し、前記室外熱交換機を介して前記圧縮機に戻す蓄熱運転態様との各運転態様を予め設定しておき、
    蓄熱運転中に所定条件となった場合に一時的に暖房運転を行なわせることを特長とする蓄熱式空気調和装置の運転方法。
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