JP2006242506A - 蓄熱式空気調和装置 - Google Patents

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Toshinori Sugawara
敏則 菅原
Kazutaka Kurashige
一隆 倉茂
Yasutaka Onishi
靖孝 大西
Jiro Okajima
次郎 岡島
Original Assignee
Chubu Electric Power Co Inc
中部電力株式会社
Tokyo Electric Power Co Inc:The
東京電力株式会社
Kansai Electric Power Co Inc:The
関西電力株式会社
Mitsubishi Electric Corp
三菱電機株式会社
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT-PUMP SYSTEMS
    • F25B2600/00Control issues
    • F25B2600/21Refrigerant outlet evaporator temperature

Abstract

【課題】 蓄熱利用冷房運転時に冷媒が過冷却液状態になっても、圧縮機の入側で冷媒が二相状態にならないように制御する蓄熱式空気調和装置を提供する。
【解決手段】 蓄熱式空気調和装置の冷媒回路110は、過熱度偏差演算手段および絞り開度調整手段とを有し、前者には、蓄熱用熱交換器10の出側において蓄熱槽冷媒温度検出手段45によって検出された冷媒温度と、室内側熱交換器30の入側においてガス管側冷媒温度検出手段46によって検出された冷媒温度と、室内側熱交換器30の出側において液管側冷媒温度検出手段47によって検出された冷媒温度と、圧縮機1の出側において圧縮機吐出冷媒温度検出手段41によって検出された冷媒温度および圧縮機吐出冷媒圧力検出手段51によって検出された冷媒圧力とが、それぞれ入力され、室内側熱交換器30における冷媒の吸入過熱度、およびその目標値との偏差が演算される。
【選択図】 図1

Description

本発明は、蓄熱利用冷房運転を行う蓄熱式空気調和装置に関するものである。
従来の蓄熱式空気調和装置は、過冷却方式の氷蓄熱空気調和装置において、昼間の蓄熱利用冷房運転時に、室内機の液管側冷媒温度センサーによって蒸発温度を検出し、室内機のガス管側冷媒温度センサーによって冷媒過熱ガス温度を検出し、蒸発温度と冷媒過熱ガス温度との差より冷媒吸入過熱度を求めて、目標冷媒吸入過熱度になるように絞り装置の制御を行うものである(例えば、特許文献1参照)。
特開2005−3249号公報(16頁、第1図)
図7〜10は、従来の蓄熱式空気調和装置の動作を説明するための圧力−エンタルピ線図(以下「P−h線図」と称す)である。
図7では過冷却方式の動作状態(蓄熱利用冷房)を実線で示している。冷媒は、Gの状態(ガス)から圧縮機に吸引され、圧縮機で圧縮され、Aの状態(ガス)で吐出されて室外熱交換器に入り、室外熱交換器で凝縮・液化され、Bの状態(液)で室外熱交換器を出る。さらに蓄熱槽により冷却され過冷却度が増してCの状態(液)で蓄熱槽より出る。
そして、絞り装置によって減圧され、Dの状態(液)になって室内機の熱交換器に入り、該熱交換器において冷媒は蒸発して室内の冷房を行い、ガス化したFの状態で室内機より出る。さらに、吸入配管において圧力損失によってFの状態からGの状態(ガス)に減圧し、圧縮機に再度吸入されるという循環経路をたどる。
図7の点線は非蓄熱利用冷房である。図中、非蓄熱利用冷房における冷凍効果がF’の状態からEの状態の間(エンタルピ差)であるのに対し、蓄熱利用冷房における冷凍効果が、F’の状態からDの状態の間(エンタルピ差)であって、後者における冷凍効果が拡大でき、蓄熱利用冷房のエネルギー効率を高めることができる。
ここで、上記冷房運転の場合には室内機は「出口吸入過熱度(F‘の状態とFの状態の偏差)」が所定の値となるように絞り装置にて制御を行う。
室内機の出口吸入過熱度の検出方法は、室外機の吸入圧力センサーの検出圧力から蒸発温度を求めたのでは、吸入ガス配管の圧力損失(図7のF‘の状態とGの状態の間)により誤差が生じるため、室内機側の液管側冷媒温度センサーによって室内機の蒸発温度を検出し、ガス管側冷媒温度センサーによって室内機の出口ガス温度を検出し、両者の温度差より室内機の出口吸入過熱度を求める。
図8は暖房運転(非蓄熱利用暖房)の時のP−h線図である。図8において、暖房運転の時には、圧縮機の吸入状態Gから冷媒ガスは圧縮されAの状態で吐出されて室内機熱交換器に入り、室内機熱交換器で凝縮し暖房を行い液化されてBの状態で室内機熱交換器を出る。ここで絞り装置により減圧されEの状態(液)になり室外機の熱交換器に入り、冷媒は蒸発しガス化されGの状態で室外機より出て、圧縮機に再度吸入されるという循環経路をたどる。
ここで、室内機出口の「過冷却度(B’の状態とBの状態との偏差)」が所定の値となるように絞り装置にて制御を行う。室内機出口の過冷却度の検出方法は、室外機の吐出圧力センサーの検出圧力から凝縮温度を求める。これは吐出圧力側の圧力損失が吸入圧力の圧力損失より小さいためである。そして室内機側の液管側冷媒温度センサーによって室内機出口液温度を検出し、室内機出口液温度と凝縮温度との温度差より室内機出口過冷却度を求める。
したがって、従来の蓄熱式空気調和装置はこのように形成されているので、室内機の液配管側に設置された液管側冷媒温度センサーと、室内機のガス配管側に設置されたガス管側冷媒温度センサーとがあれば(それぞれ1個で合計2個)、冷房運転時は吸入過熱度制御、暖房運転時には過冷却度制御が自在にできる。したがって、特に多室型空調機の場合には、室内機に高価な圧力センサーを設置することなく、前記温度センサー(それぞれ1個で合計2個)のみで制御可能となる。
ところが、図7のように、非蓄熱利用冷房の場合、室内機の液管側冷媒温度センサーは、Eの状態(気液二相状態)の蒸発温度を検出している。
一方、蓄熱利用冷房運転の場合、過冷却方式の起動後は、蓄熱槽内が氷(蓄熱媒体として水を使用する場合)で満たされているので、蓄熱槽出口の冷媒温度(Cの状態)が0℃に近くなる。そうすると、Cの状態からDの状態まで減圧した際、冷媒のDの状態は「過冷却液状態」となり、実際の室内機の蒸発温度D’よりも低い温度で室内機に流入することになる。
図9には、P-h線図の等温線が示されている。たとえば室内機の実際の蒸発温度D’が10℃の場合、同一圧力で室内機の入口冷媒温度Dが0℃とすると、両者に10℃の差がでることになる。
ここで、真の蒸発温度が10℃、目標吸入過熱度が2℃である場合に、液管側冷媒温度センサーが蒸発温度を0℃と検出し、ガス管側冷媒温度センサーが冷媒温度を12℃と検出したと仮定すると以下の問題がある。すなわち、実際の吸入過熱度は、冷媒温度12℃と真の蒸発温度10℃との差である「2℃」と適正な値になっているにもかかわらず、演算による吸入過熱度は、検出した冷媒温度12℃と検出した蒸発温度0℃との差である「12℃」となり、絞り装置は絞り過ぎになっていると判断して、その開度を拡げる方向に制御を行ってしまう。
図10は、かかる状態をP−h線図に示している。絞り装置は開度を拡大しようとするので室内機の出口冷媒状態はF’’の状態(二相状態)となり、冷凍効果は減少するという問題があった。また、そのため、冷房能力の不足、エネルギー効率低下を招くという問題があった。さらに、圧縮機入口における冷媒が二相状態であるため液圧縮気味になり信頼性上の問題があった。また、室内機の熱交換器の温度を直接測定する冷媒温度センサーを設置する方法があるが、熱交換器の冷媒分配の不均一からガス状態または液状態を検出する場合があり信頼性上の問題があることと、冷媒温度センサーを追加することによるコスト高であるという問題があった。また、圧縮機吸入側の圧力センサーから蒸発温度を推定する方法もあるが、室内機と室外機の延長配管が長い場合には、図10のFの状態とGの状態との差の圧力損失が生じ蒸発温度推定が困難になる。また、室内機に圧力センサーを付ける方法はあるが、多室型の場合、それぞれの室内機に付ける必要が生じるのでコスト高であるという問題があった。
この発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、蓄熱利用冷房運転の際、室内機の吸入過熱度制御を安定して行い、冷房能力の向上、エネルギー効率の向上、さらに信頼性の高い運転を、安価な手法で、行うことができる蓄熱式空気調和装置を得ることを目的とする。
本発明に係る蓄熱式空気調和装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、
該圧縮機において圧縮された冷媒を冷却する熱源側熱交換器と、
該熱源側熱交換器において冷却された冷媒の冷熱を受け取って貯蔵する蓄熱用熱交換器と、
前記圧縮機と前記熱源側熱交換器と前記蓄熱用熱交換器とを順次接続して冷媒を循環させる蓄熱側循環配管と、
前記蓄熱用熱交換器において過冷却された冷媒の冷熱を利用する利用側熱交換器と、
該利用側熱交換器と前記蓄熱用熱交換器とを接続する利用側液配管と、
前記利用側熱交換器と前記圧縮機とを接続する利用側ガス配管と、
前記利用側液配管に設置された利用側絞り手段と、
前記利用側熱交換器における冷媒の蒸発温度および吸入過熱度を演算し、かつ該吸入過熱度の目標値との偏差を演算する過熱度偏差演算手段と、
該過熱度偏差演算手段の演算結果に基づいて、前記利用側絞り手段の開度を調整する絞り開度調整手段とを有し、
蓄熱利用冷房運転時において、前記利用側熱交換器の吸入過熱度制御をすることを特徴とする。
したがって、この発明に係る蓄熱式空気調和装置は、利用側熱交換器(室内機に相当する)の入口における冷媒が過冷却液の状態であっても、利用側熱交換器における冷媒の蒸発温度および吸入過熱度を演算しながら、利用側絞り手段の開度制御を行うので、利用側熱交換器の出口吸入過熱度が安定して維持され、液圧縮に伴う冷凍効果の減少、冷房能力の不足、エネルギー効率の低下をそれぞれ抑制し、圧縮機の信頼性の高い運転を行うことができる。
[実施の形態1]
図1は本発明に係る蓄熱式空気調和装置の実施の形態1を説明するための冷媒回路図であって、(a)は冷房蓄熱運転時の動作を、(b)は蓄熱利用冷房運転時の動作をそれぞれ示している。図1の(a)、(b)において、蓄熱式空気調和装置100は、冷媒回路110を構成する各手段と、図示しない過熱度偏差演算手段および絞り開度調整手段とを有している。
冷媒回路110は、熱源側ユニットA(以下「室外ユニットA」と称す)と蓄熱ユニットB1と利用側ユニットCa、Cb(以下「室内ユニットCa、Cb」と称す)とを有し、これらが冷媒配管で連結されている。なお、以下の説明において、「熱源側」または「利用側」に属する手段については、それぞれ「室外」または「室内」と形容している。
(室外ユニット)
室外ユニットAは、冷媒を圧縮する圧縮機1と、四方弁2と、圧縮機1において圧縮された冷媒を冷却する熱源側熱交換器3(以下「室外熱交換器3」と称す)と、過冷却熱交換器4と、圧縮機1の吸入側に接続されたアキュームレータ7とを有している。
そして、圧縮機1の出側と四方弁2とは第1の室外配管P1によって、四方弁2と室外熱交換器3の入側とは第2の室外配管P2によって、室外熱交換器3の出側と過冷却熱交換器4の入側とは第3の室外配管P3によって、四方弁2と圧縮機1の入側とは第8の室外配管P8によって、それぞれ連結されている。このとき、第8の室外配管P8の途中にアキュームレータ7が設置されている。
また、第8の室外配管P8はアキュームレータ7の上流において分岐し、該分岐部より室外バイパス配管P9が形成されて、室外バイパス配管P9は過冷却熱交換器4を経由して後記蓄熱液配管P4に連結され、過冷却熱交換器4を経由した後の位置には室外絞り機構5が設置されている。
(蓄熱ユニット)
蓄熱ユニットB1は、蓄熱槽内熱交換器11と、過冷却熱交換器4の出側と蓄熱槽内熱交換器11の入側とを連結して冷媒を蓄熱槽内熱交換器11に供給する蓄熱液配管P4と、蓄熱槽内熱交換器11の出側と四方弁2の入側とを連結して冷媒を四方弁2に戻す蓄熱ガス配管P5と、蓄熱液配管P4に設置された蓄熱絞り手段14とを有している。蓄熱槽内熱交換器11は蓄熱槽10の内部に設けられ、蓄熱槽10の内部に収納された蓄熱媒体(図示しない)との間で熱交換を行うものである。
そして、蓄熱ガス配管P5には、蓄熱ガス開閉弁15が設置されている。さらに、蓄熱液配管P4と後記室内液配管P6aとは蓄熱バイパス配管P10によって連結され、蓄熱バイパス配管P10には蓄熱バイパス開閉弁19が設置されている。
(室内ユニット)
室内ユニットCa、Cbは、利用側熱交換器30a、30b(以下「室内熱交換器30a、30b」と称す)と、蓄熱槽内熱交換器11の出側と室内熱交換器30a、30bの入側とを連結して冷媒を室内熱交換器30a、30bに供給する室内液配管P6a、P6bと、室内熱交換器30a、30bの出側と四方弁2の入側とを連結して冷媒を四方弁2に戻す室内ガス配管P7a、P7bとを有している。そして、室内液配管P6aには室内開閉弁16が設置されている。
なお、図中、室内ユニットCa、Cbの2つの室内ユニットが例示されているが、本発明はその数量を限定するものではなく、1つでもあるいは3つ以上であってもよい。また、以下の説明で、各室内ユニットに共通する内容については添え字「a、b」の記載を省略する。さらに、利用側熱交換器30を、単に「室内機」と称する場合がある。
また、第1の室外配管P1、第2の室外配管P2、第3の室外配管P3、蓄熱液配管P4、蓄熱ガス配管P5、および第8の室外配管P8によって形成される循環回路を、蓄熱側循環配管と称する場合がある。また、かかる配管は適宜統合ないし分岐されるものである。
(温度検出手段等)
冷媒の温度は、室外ユニットAの第1の室外配管P1に設置された圧縮機吐出冷媒温度検出手段41と、蓄熱ユニットB1の蓄熱ガス配管P5に設置された蓄熱槽冷媒温度検出手段45と、室内ユニットCの室内液配管P6に設置された室内冷媒液温度検出手段46および室内ガス配管P7に設置された室内冷媒ガス温度検出手段47と、によってそれぞれ検出される。
冷媒の圧力は、室外ユニットAの第1の室外配管P1に設置された圧縮機吐出冷媒圧力検出手段51によって検出される。
(冷房蓄熱運転時の動作)
次に、図1の(a)を参照して夜間の冷房蓄熱運転時の動作について説明する。まず、夜間の冷房蓄熱運転時には、圧縮機1より吐出した冷媒ガスは、四方弁2(室外熱交換器3側に連通している)を経由して室外熱交換器3に供給され、室外熱交換器3において冷媒ガスは凝縮し、過冷却熱交換器4に供給され、過冷却熱交換器4において過冷却状態になり、蓄熱液配管P4に流れ込んで蓄熱絞り手段14において減圧されて蓄熱槽10に供給される。このとき、蓄熱バイパス配管P10の蓄熱バイパス開閉弁19は閉状態のため、冷媒は蓄熱槽10に供給される。
そして、蓄熱槽10の蓄熱槽内熱交換器11において、冷媒の冷熱は蓄熱媒体に受け渡されて(熱交換されて)蓄えられる。なお、本発明は蓄熱媒体を限定するものではなく、水やスラリー等であって、その顕熱分、潜熱分を利用して冷熱を蓄えるものである。
さらに、蓄熱槽内熱交換器11において熱交換をした冷媒は、室内液配管P6の室内開閉弁16が閉止状態で蓄熱ガス配管P5の蓄熱ガス開閉弁15が開状態のため、蓄熱ガス配管P5を流れ、四方弁2(アキュームレータ7側に連通している)を経由して、アキュームレータ7に流れ込む。そして、アキュームレータ7を経由して圧縮機1に吸入される循環経路をたどる。かかる冷媒の流れを図1の(a)において太線によって示している。また、かかる太線で示された配管系を「蓄熱側循環配管」と称している。
なお、過冷却熱交換器4において過冷却された冷媒の一部は、室外絞り機構5において減圧され、過冷却熱交換器4のもう一方側により熱交換し、室外バイパス配管P9を通り、第8の室外配管P8に流れ込む。
(蓄熱利用冷房運転時の動作)
さらに、図1の(b)を参照して蓄熱利用冷房運転時の動作について説明する。蓄熱利用冷房運転は、圧縮機1より吐出した冷媒ガスは、四方弁2(室外熱交換器3側に連通している)を経由して室外熱交換器3に供給され、室外熱交換器3において冷媒ガスは凝縮し、過冷却熱交換器4に供給され、過冷却熱交換器4において過冷却状態になり、蓄熱絞り手段14において減圧されて蓄熱槽10に供給される。このとき、蓄熱バイパス配管P10の蓄熱バイパス開閉弁19は閉状態のため、冷媒は蓄熱液配管P4に流れ込む。蓄熱槽10の蓄熱槽内熱交換器11において、冷媒はあらかじめ蓄熱媒体に蓄えられている冷熱を受け取って(熱交換して)、冷媒の過冷却度が増す。
そして、蓄熱ガス配管P5の蓄熱ガス開閉弁15が閉止状態で室内液配管P6の室内開閉弁16が開状態であるため、過冷却度が増した冷媒は、室内液配管P6に流れ込み、室内ユニットCに供給される。
このとき、過冷却度が増した冷媒は、室内絞り手段31において減圧されて室内熱交換器30に供給され、室内熱交換器30において蒸発し冷房運転を行う。
さらに、室内熱交換器30において蒸発した冷媒は、室内ガス配管P7に流入し、四方弁2(アキュームレータ7に連通している)を経由してアキュームレータ7に供給され、その後、圧縮機1に吸入される循環経路をたどる。かかる冷媒の流れを図1の(b)において太線によって示している。
(室内機吸入過熱度制御)
図2は本発明に係る蓄熱式空気調和装置の実施の形態1における蓄熱利用冷房運転の室内機吸入過熱度制御のフローチャートである。以下、図1の(b)を参照して図2に沿って説明する。なお、図中、「ステップ(たとえば、ステップ1)」を「S(たとえば、S1)]と記載している。
ステップ1では、室内ユニットCの室内冷媒液温度検出手段46によって室内機入口冷媒温度TLを、室内冷媒ガス温度検出手段47によって室内機出口冷媒温度Tgを、蓄熱槽冷媒温度検出手段45によって蓄熱槽出口冷媒温度Tstoを、圧縮機吐出冷媒温度検出手段41によって吐出温度Tdを、圧縮機吐出冷媒圧力検出手段51によって吐出圧力Pdを、それぞれ検出する。
ここで、蓄熱槽冷媒温度検出手段45は、蓄熱槽内熱交換器11から室内絞り手段31の間なら、室内液配管P6の配管のどこに取り付けてもよい。
ステップ2では、検出した吐出圧力Pdに基づいて使用する冷媒物性値より凝縮温度Tcを演算する。
ステップ3では、蓄熱槽出口冷媒温度Tstoと室内機入口冷媒温度TLとを比較する。そして、Tsto>TLの場合、TLは二相冷媒状態であり、TLにて室内機の蒸発温度を検出できているとしてステップ4に進む。一方、Tsto≒TLの場合、TstoとTLが同じ温度、すなわちTLが液の状態を示していることになり、ステップ5に進む。
ステップ4では、TLは二相冷媒状態であるので、TLを蒸発温度の推定値Te‘(=TL)とする。
ステップ5では、TLの補正を行って蒸発温度の推定値Te‘を演算する。すなわち、TLは蒸発温度より低いので、所定の値αを足して、蒸発温度の推定値Te‘ =TL+αとする。たとえば、αを5℃に設定、あるいは、αをTLの検出値の関数とし、TLの検出値が低い場合にはαを大きい値、TLの検出値が高い場合にはαを小さい値に設定する。
ステップ6では、吐出温度Tdと吐出温度上限値Tdmaxとの大小を判定する。ここで、TdがTdmax未満であればステップ7に進み、反対に、TdがTdmax以上であればステップ11に進む。
ステップ7では、Tdが適正な値なので、通常の吸入過熱度制御を行うために、室内機出口冷媒温度Tgと蒸発温度推定値Te’との偏差を演算して、これを吸入過熱度SH(SH=Tg−Te’)とする。
ステップ8では、目標吸入過熱度SH’と吸入過熱度SHとの偏差(SH’−SH)を演算して、これを目標値からの吸入過熱度偏差△SH(=SH’−SH)とする。
ステップ9では、室内絞り手段31の開度変更量△LEV(以下「膨張弁開度変更量」と称す)を、吸入過熱度偏差△SHに基づいて決定する。
膨張弁開度変更量△LEVは、吸入過熱度偏差△SHに対する比例制御などが用いられ、吸入過熱度偏差△SHが増える場合には室内絞り手段31の開度を開ける方向に、吸入過熱度偏差△SHが減少する場合には室内絞り手段31の開度を絞る方向に、開度を調整する。
そして、ステップ10では、現在の室内絞り手段31の開度LEVに膨張弁開度変更量△LEVを足して、新しい膨張弁開度LEVが出力される。
一方、ステップ11は、ステップ6においてTd>TdmaxまたはTd=Tdmaxとなり、吐出温度Tdが、吐出温度上限値Tdmax以上である過昇と判断された場合であるため、ステップ11では、吐出温度Tdを下げるように室内絞り手段31を制御する。この意味するところは、ステップ5でTe’を補正した場合、補正値αが実際の値より大きかったとすると、室内絞り手段31は絞り過ぎの状態となる。すると吐出温度Tdが上昇してくるので圧縮機1の品質に影響を及ぼす恐れがでてくる。
そこで吐出温度上限値Tdmaxを設けて、これ以上の場合には、吐出温度Tdと凝縮温度Tc(ステップ2において演算されている)との偏差(Td−Tc)を演算し、これを、吐出過熱度TdSH(=Td−Tc)とする。
すなわち、ステップ11以降は、吐出過熱度TdSHを適正な値(たとえば、10℃である目標吐出過熱度TdSH’)になるように室内絞り手段31を制御するためのものであって、保護機能として働いている。
ステップ12では、目標吐出過熱度TdSH’と吐出過熱度TdSHとの差(TdSH’−TdSH)を演算し、これを吐出過熱度偏差△TdSH(=TdSH’−TdSH)とする。
ステップ13では、室内絞り手段31の膨張弁開度変更量△LEVを、吐出過熱度偏差△TdSHに基づいて決定する。
膨張弁開度変更量△LEVは、吐出過熱度偏差△TdSHに対する比例制御などが用いられ、吐出過熱度偏差△TdSHが増える場合には△LEV開度を開ける方向に、吸入過熱度偏差△SHが減少する場合には△LEV開度を絞る方向に、開度を調整する。
そして、ステップ10に進み、現在の室内絞り手段31の開度LEVに膨張弁開度変更量△LEVを足して、新しい膨張弁開度LEVが出力される。
以上のように、本発明の実施の形態1に係る蓄熱式空気調和装置の制御手段は、図示しない過熱度偏差演算手段が前記ステップ1〜10を実行し、図示しない絞り開度調整手段が、過熱度偏差演算手段の演算結果に基づいて室内絞り手段31の開度制御を行うものであるから、室内機の入口冷媒状態が過冷却液であっても、室内機の蒸発温度を推定しながら室内絞り手段31の開度が制御される。よって、室内機の出口吸入過熱度を安定して行い、液圧縮に伴う冷凍効果減少、能力不足、エネルギー効率低下を抑制し、圧縮機1の信頼性の高い運転を行うことができる。
また、同時に、吐出温度が上昇した場合にも保護機能が働き、吐出過熱度を適正に保つので、さらに圧縮機の信頼性の高い運転を行うことができる。
また、室内機の前後において、室内液配管P6における液管冷媒温度と、室内ガス配管P7におけるガス管冷媒温度を検出するようにしたので、特別に蓄熱利用機器専用の室内機を設置する必要がなく制御を変更するだけで、非蓄熱利用機器の室内機を利用することも可能である。すなわち、汎用性の高い蓄熱式空気調和装置が得られるものである。
また、本発明において、室内絞り手段31や図示しない絞り開度調整手段の構造(型式等)は限定するものではなく、前記所望の作用効果を具備するものであれば、いずれであってもよい。
[実施の形態2]
図3および図4は、本発明に係る蓄熱式空気調和装置の実施の形態2を説明するための冷媒回路図およびにその蓄熱利用冷房運転の室内機吸入過熱度制御のフローチャートである。以下、図3を参照して図4に沿って説明する。なお、実施の形態1(図1)と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図3において、蓄熱式空気調和装置200は、冷媒回路210を構成する各手段と、図示しない過熱度偏差演算手段および絞り開度調整手段とを有している。冷媒回路210は、室外ユニットAと蓄熱ユニットB2と室内ユニットCa、Cbとを有し、これらが冷媒配管で連結されている。なお、蓄熱ユニットB2は、実施の形態1の蓄熱ユニットB1と温度検出手段の設置要領が相違している。
(温度検出手段等)
冷媒の温度は、室外ユニットAの第1の室外配管P1に設置された圧縮機吐出冷媒温度検出手段41と、室内ユニットCの室内液配管P6に設置された室内冷媒液温度検出手段46および室内ガス配管P7に設置された室内冷媒ガス温度検出手段47と、によってそれぞれ検出される。冷媒の圧力は、室外ユニットAの第1の室外配管P1に設置された圧縮機吐出冷媒圧力検出手段51によって検出される。
さらに、蓄熱槽10の内部に収納された蓄熱媒体の温度は、蓄熱槽10に設置された蓄熱媒体温度検出手段40によって検出される。
すなわち、実施の形態1では、蓄熱槽冷媒温度検出手段45によって蓄熱槽出口冷媒温度Tstoを検出しているのに対し、実施の形態2では、蓄熱媒体温度検出手段40によって蓄熱媒体の温度Tstw(たとえば、蓄熱媒体が水の場合、蓄熱槽の水温)を検出している。以下、蓄熱媒体が水の場合について説明し、蓄熱媒体温度検出手段40を蓄熱槽水温検出手段40と読み替える。
(蓄熱利用冷房運転の動作)
ステップ1において、蓄熱槽水温検出手段40によって蓄熱槽水温Tstwを検出する。蓄熱槽10(水槽に同じ)の内部に設けられ蓄熱槽内熱交換器11の周りにあらかじめ生成していた氷は、蓄熱利用冷房の起動とともに融解を開始する。
このとき、その融解水の水温をTstwとしているが、蓄熱槽冷媒温度検出手段45の検出値Tstoとほぼ同等の値を示している。また、蓄熱槽出口冷媒温度Tstoが蓄熱槽10から室内熱交換器30までの室内液配管P6で熱漏洩して、冷媒の温度が上昇したり、負荷変動によって冷媒の温度に変動が起こるのに対して、蓄熱槽水温Tstwは断熱された蓄熱槽10の中で熱容量の大きい水(蓄熱媒体に同じ)を測定しているので、水温の変動が緩慢である。
ステップ2では、検出した吐出圧力Pdに基づいて使用する冷媒物性値より凝縮温度Tcを演算する(実施の形態1に同じ)。
ステップ3では、冷媒液と冷媒二相状態の判断でも、TLとTstwの比較の際、Tstwが緩やかに変動していくので、ハンチングを防止し、誤判定を防止しやすくなる。
そして、ステップ4以降は実施の形態1に同じである。
すなわち、実施の形態2は、ステップ1が実施の形態1(図2)と相違するものの、ステップ4以降は実施の形態1に同じであるため、本発明の実施の形態2に係る蓄熱式空気調和装置200は、前述の実施の形態1の蓄熱式空気調和装置100と同じ作用・効果を奏する。
[実施の形態3]
図5および図6は、本発明に係る蓄熱式空気調和装置の実施の形態3を説明するための冷媒回路図およびその蓄熱利用冷房運転の室内機吸入過熱度制御のフローチャートである。以下、図5を参照して図6に沿って説明する。なお、実施の形態1(図1)と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図5において、蓄熱式空気調和装置300は、冷媒回路310を構成する各手段と、図示しない過熱度偏差演算手段および絞り開度調整手段とを有している。冷媒回路310は、室外ユニットAと蓄熱ユニットB3と室内ユニットCa、Cbとを有し、これらが冷媒配管で連結されている。なお、蓄熱ユニットB3は、実施の形態1の蓄熱ユニットB1と温度検出手段の設置形態が相違している。
(温度検出手段等)
冷媒の温度は、室外ユニットAの第1の室外配管P1に設置された圧縮機吐出冷媒温度検出手段41と、室内ユニットCの室内液配管P6に設置された室内冷媒液温度検出手段46および室内ガス配管P7に設置された室内冷媒ガス温度検出手段47と、によってそれぞれ検出される。冷媒の圧力は、室外ユニットAの第1の室外配管P1に設置された圧縮機吐出冷媒圧力検出手段51によって検出される。
すなわち、実施の形態1では、蓄熱槽冷媒温度検出手段45によって蓄熱槽出口冷媒温度Tstoを検出し、実施の形態2では、蓄熱媒体温度検出手段40によって蓄熱媒体の温度Tstwを検出しているのに対し、実施の形態1では、かかる温度検出手段を具備しない。
(蓄熱利用冷房運転の動作)
ステップ1では、室内冷媒液温度検出手段46によって室内機入口冷媒温度TLを、室内冷媒ガス温度検出手段47によって室内機出口冷媒温度Tgを、圧縮機吐出冷媒温度検出手段41によって吐出温度Tdを、圧縮機吐出冷媒圧力検出手段51によって吐出圧力Pdを、それぞれ検出する。
ステップ2では、検出した吐出圧力Pdから使用する冷媒物性値より凝縮温度Tcを演算する(実施の形態1に同じ)。
ステップ3では、現在の経過時間Timeと目標時間Time*を比較する。このとき、Time>Time*の場合、室内機入口冷媒温度TLは二相冷媒状態であり、室内機入口冷媒温度TLによって室内機の蒸発温度を検出することができているとしてステップ4に進む。すなわち、かかる動作は実施の形態1と同様であるが、起動からの経過時間Timeが所定の目標時間Time*(たとえば1時間)以内である限り、室内冷媒液温度検出手段46によって検出される室内機入口冷媒温度TLが、蒸発温度より低い過冷却液状態であるからである。
一方、Time>Time*の場合、すなわちTLが液の状態を示していることになり、ステップ5に進む。すなわち、起動からの経過時間Timeが所定の目標時間Time*(たとえば1時間)を超えると、室内機入口冷媒温度TLが気液二相状態で蒸発温度を検出できるからである。
そして、ステップ4以降は、実施の形態1と同じである。
すなわち、実施の形態3は、ステップ1およびステップ3が実施の形態1(図2)と相違するものの、ステップ4以降は実施の形態1に同じであるため、本発明の実施の形態3に係る蓄熱式空気調和装置300は、前述の実施の形態1の蓄熱式空気調和装置100と同じ作用・効果を奏する。
本発明は以上のように汎用性の高い蓄熱式空気調和装置であるから、蓄熱利用の機器としては勿論、非蓄熱利用の室内機を流用できる機器としても広く利用することができる。
本発明に係る蓄熱式空気調和装置の実施の形態1の冷媒回路図。 実施の形態1における室内機吸入過熱度制御のフローチャート。 本発明に係る蓄熱式空気調和装置の実施の形態2の冷媒回路図。 実施の形態2における室内機吸入過熱度制御のフローチャート。 本発明に係る蓄熱式空気調和装置の実施の形態3の冷媒回路図。 実施の形態3における室内機吸入過熱度制御のフローチャート。 従来の蓄熱式空気調和装置の動作を説明するためのP−h線図。 従来の蓄熱式空気調和装置の動作を説明するためのP−h線図。 従来の蓄熱式空気調和装置の動作を説明するためのP−h線図。 従来の蓄熱式空気調和装置の動作を説明するためのP−h線図。
符号の説明
1:圧縮機、2:四方弁、3:室外熱交換器(熱源側熱交換器)、4:過冷却熱交換器、5:室外絞り機構、7:アキュームレータ、10:蓄熱槽、11:蓄熱槽内熱交換器、14:蓄熱絞り手段、15:蓄熱ガス開閉弁、16:室内開閉弁、19:蓄熱バイパス開閉弁、30:室内熱交換器(利用側熱交換器)、31:室内絞り手段、40:蓄熱媒体温度検出手段(蓄熱槽水温検出手段)、41:圧縮機吐出冷媒温度検出手段、45:蓄熱槽冷媒温度検出手段、46:室内冷媒液温度検出手段、47:室内冷媒ガス温度検出手段、51:圧縮機吐出冷媒圧力検出手段、110:冷媒回路(実施の形態1)、210:冷媒回路(実施の形態2)、310:冷媒回路(実施の形態3)、410:冷媒回路(実施の形態4)、LEV:膨張弁開度、P1:第1の室外配管、P2:第2の室外配管、P3:第3の室外配管、P4:蓄熱液配管、P5:蓄熱ガス配管、P6:室内液配管、P7:室内ガス配管、P8:第8の室外配管、P9:室外バイパス配管、P10: 蓄熱バイパス配管、Pd:吐出圧力、SH:吸入過熱度、SH’:目標吸入過熱度、TL:室内機入口冷媒温度、Tc:凝縮温度、Td:吐出温度、TdSH:吐出過熱度、TdSH’:目標吐出過熱度、Tdmax:吐出温度上限値、Te:蒸発温度、Te’:蒸発温度推定値、Tg:室内機出口冷媒温度、Time*:目標時間、Time:経過時間、Tsto:蓄熱槽出口冷媒温度、Tstw:蓄熱槽水温。

Claims (7)

  1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、
    該圧縮機において圧縮された冷媒を冷却する熱源側熱交換器と、
    該熱源側熱交換器において冷却された冷媒の冷熱を受け取って貯蔵する蓄熱用熱交換器と、
    前記圧縮機と前記熱源側熱交換器と前記蓄熱用熱交換器とを順次接続して冷媒を循環させる蓄熱側循環配管と、
    前記蓄熱用熱交換器において過冷却された冷媒の冷熱を利用する利用側熱交換器と、
    該利用側熱交換器と前記蓄熱用熱交換器とを接続する利用側液配管と、
    前記利用側熱交換器と前記圧縮機とを接続する利用側ガス配管と、
    前記利用側液配管に設置された利用側絞り手段と、
    前記利用側熱交換器における冷媒の蒸発温度および吸入過熱度を演算し、かつ該吸入過熱度の目標値との偏差を演算する過熱度偏差演算手段と、
    該過熱度偏差演算手段の演算結果に基づいて、前記利用側絞り手段の開度を調整する絞り開度調整手段とを有し、
    蓄熱利用冷房運転時において、前記利用側熱交換器の吸入過熱度制御をすることを特徴とする蓄熱式空気調和装置。
  2. 前記過熱度偏差演算手段が、前記圧縮機における冷媒の吐出過熱度を演算し、かつ該吐出過熱度の目標値との偏差を演算することを特徴とする請求項1記載の蓄熱式空気調和装置。
  3. 前記蓄熱用熱交換器の出側における冷媒の温度を検出する蓄熱槽冷媒温度検出手段と、
    前記利用側熱交換器の入側における冷媒の温度を検出する液管側冷媒温度検出手段と、
    前記利用側熱交換器の出側における冷媒の温度を検出するガス管側冷媒温度検出手段と、
    前記圧縮機の出側における冷媒の温度および圧力を検出する圧縮機吐出冷媒温度検出手段および圧縮機吐出冷媒圧力検出手段とを有し、
    前記過熱度偏差演算手段に、前記蓄熱槽冷媒温度検出手段の検出値と、前記液管側冷媒温度検出手段の検出値と、前記ガス管側冷媒温度検出手段の検出値と、圧縮機吐出冷媒圧力検出手段の検出値と、前記圧縮機吐出冷媒圧力検出手段の検出値と、が入力されることを特徴とする請求項1または2記載の蓄熱式空気調和装置。
  4. 前記蓄熱用熱交換器の蓄熱媒体の温度を検出する蓄熱体温度検出手段と、
    前記利用側熱交換器の入側における冷媒の温度を検出する液管側冷媒温度検出手段と、
    前記利用側熱交換器の出側における冷媒の温度を検出するガス管側冷媒温度検出手段と、
    前記圧縮機の出側における冷媒の温度および圧力を検出する圧縮機吐出冷媒温度検出手段および圧縮機吐出冷媒圧力検出手段とを有し、
    前記過熱度偏差演算手段に、前記蓄熱体温度検出手段の検出値と、前記液管側冷媒温度検出手段の検出値と、前記ガス管側冷媒温度検出手段の検出値と、圧縮機吐出冷媒圧力検出手段の検出値と、前記圧縮機吐出冷媒温度検出手段の検出値と、が入力されることを特徴とする請求項1または2記載の蓄熱式空気調和装置。
  5. 前記利用側熱交換器の入側における冷媒の温度を検出する液管側冷媒温度検出手段と、
    前記利用側熱交換器の出側における冷媒の温度を検出するガス管側冷媒温度検出手段と、
    前記圧縮機の出側における冷媒の温度および圧力を検出する圧縮機吐出冷媒温度検出手段および圧縮機吐出冷媒圧力検出手段とを有し、
    前記過熱度偏差演算手段に、前記液管側冷媒温度検出手段の検出値と、前記ガス管側冷媒温度検出手段の検出値と、圧縮機吐出冷媒圧力検出手段の検出値と、前記圧縮機吐出冷媒温度検出手段の検出値と、が入力されることを特徴とする請求項1または2記載の蓄熱式空気調和装置。
  6. 前記蓄熱利用冷房運転の起動から所定の時間が経過するまでは、前記利用側熱交換器の過熱度偏差演算手段の演算した蒸発温度演算値は、液管側冷媒温度検出手段の検出値より高く設定することを特徴とする請求項5項記載の蓄熱式空気調和装置。
  7. 前記絞り開度調整手段が、前記圧縮機吐出冷媒温度検出手段の検出値が所定の値以上になったとき、該検出値が所定の値以下になるように前記利用側絞り手段の開度を増加させることを特徴とする請求項1乃至6の何れかに記載の蓄熱式空気調和装置。
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