JP2006300396A

JP2006300396A - 空気調和装置

Info

Publication number: JP2006300396A
Application number: JP2005121411A
Authority: JP
Inventors: Motoharu Sato; 元春佐藤; Kitayoshi Suzuki; 北吉鈴木
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2005-04-19
Filing date: 2005-04-19
Publication date: 2006-11-02

Abstract

【課題】空調の熱負荷の大きさに拘わらずエネルギーコストを低減することができるとともに、騒音の発生を防止することのできる空気調和装置を提供する。
【解決手段】第１の所定時刻Ｔ１から第２の所定時刻Ｔ２までの間、モータ２５によって圧縮機２１を駆動し、それ以外の時間帯にはエンジン２４によって圧縮機２１を駆動するようにしたので、例えば夜間の時間帯にはモータ２４によって圧縮機２１を駆動し、それ以外の時間帯にはエンジン２４によって圧縮機２１を駆動することができ、夜間等の時間帯に深夜電力を使用して圧縮機２１を駆動することによりエネルギーコストを低減することができるとともに、エンジン２４による騒音の発生を防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮機の駆動源として発動機及びモータを用いた空気調和装置に関するものである。

従来、この種の空気調和装置としては、圧縮機、室内側熱交換器、室外側熱交換器及び膨張手段からなる冷媒回路と、圧縮機の駆動源となる電動のモータとを備え、モータにより圧縮機を駆動して冷媒回路に冷媒を流通させるようにしたものが知られている。

また、モータにより圧縮機を駆動するよりも全体のエネルギーコストを低減するために、圧縮機、室内側熱交換器、室外側熱交換器及び膨張手段からなる冷媒回路と、圧縮機の駆動源となるガスエンジン等の発動機とを備え、発動機により圧縮機を駆動して冷媒回路に冷媒を流通させるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−１９３９６６号公報

しかしながら、従来の発動機により圧縮機を駆動する空気調和装置は、室内側熱交換器の空調の熱負荷に応じて発動機の回転数を変化させているため、室内側熱交換器の空調の熱負荷が小さい場合には、発動機の回転数を低下させなければならず、発動機の効率が悪化するという問題点があった。また、夜間に発動機により圧縮機を駆動することにより、騒音が問題となる可能性もあった。

本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、空調の熱負荷の大きさに拘わらずエネルギーコストを低減することができるとともに、騒音の発生を防止することのできる空気調和装置を提供することにある。

本発明は前記目的を達成するために、圧縮機、室内側熱交換器、室外側熱交換器、膨張手段からなる冷媒回路と、圧縮機の駆動源となる発動機及びモータと、一日のうちの時間帯に応じて発動機を駆動源とする圧縮機の運転とモータを駆動源とする圧縮機の運転の何れか一方または両方に切換える制御手段とを備えている。

これにより、一日のうちの時間帯に基づいて発動機及びモータの運転がそれぞれ制御されることから、例えば夜間の時間帯にはモータによって圧縮機が駆動され、それ以外の時間帯には発動機によって圧縮機が駆動される。

また、圧縮機、室内側熱交換器、室外側熱交換器、膨張手段からなる冷媒回路と、圧縮機の駆動源となる発動機及びモータと、空調の熱負荷に応じて発動機を駆動源とする圧縮機の運転とモータを駆動源とする圧縮機の運転の何れか一方または両方に切換える制御手段とを備えている。

これにより、熱負荷に応じて発動機及びモータの運転がそれぞれ制御されることから、例えば空調の熱負荷が大きい場合には発動機によって圧縮機が駆動され、空調の熱負荷が小さい場合にはモータによって圧縮機が駆動される。

本発明によれば、例えば夜間の時間帯にはモータによって圧縮機を駆動し、それ以外の時間帯には発動機によって圧縮機を駆動することができるので、夜間等の時間帯に深夜電力を利用してモータによって圧縮機を駆動することによりエネルギーコストを低減することができるとともに、発動機による騒音の発生を防止することができる。

また、本発明によれば、空調の熱負荷が大きい場合には発動機によって圧縮機を駆動し、空調の熱負荷が小さい場合にはモータによって圧縮機を駆動することができるので、消費エネルギーの低減を図ることができる。

図１乃至図４は本発明の第１の実施形態を示すもので、図１は空気調和装置の概略構成図、図２は暖房運転の冷媒及び冷却水の流路を示す空気調和装置の概略構成図、図３は冷房運転の冷媒及び冷却水の流路を示す空気調和装置の概略構成図、図４は圧縮機の駆動するエンジン及びモータの切換動作を示すタイムチャートである。

この空気調和装置は、図１に示すように、空調空間内または空調空間に隣接して設置された室内ユニット１０と、外部に設置された室外ユニット２０と、室内ユニット１０と室外ユニット２０の間に冷凍サイクル及びヒートポンプサイクルを構成する冷媒回路３０と、冷房運転及び暖房運転に関する制御を行なう制御部４０とを備えている。

室内ユニット１０は、空調空間内の空気を冷却または加熱するための室内側熱交換器１１と、室内側熱交換器１１に空調空間内の空気を流通させる室内側熱交換器用送風機１２とを備え、室内側熱交換器１１は冷媒回路３０に接続されている。

室外ユニット２０は、冷媒回路３０に接続された圧縮機２１、室外側熱交換器２２及び室外側熱交換器用送風機２３と、圧縮機２１の駆動源となる発動機としてのエンジン２４及びモータ２５と、エンジン２４を冷却するための冷却水回路２６と、冷媒回路３０及び冷却水回路２６に接続された排熱交換器２７とを備えている。圧縮機２１はエンジン２４及びモータ２５のそれぞれによって駆動するようになっており、図示しない電磁クラッチ等の動力伝達装置によって圧縮機２１を駆動する動力の切換が可能となっている。また、圧縮機２１はエンジン２４及びモータ２５を同時に運転することによっても駆動させることが可能となっている。エンジン２４は、ガスを燃料とする水冷式のガスエンジンからなり、冷却水回路２６を流通する冷却水によって冷却されるようになっている。冷却水回路２６はエンジン２４、圧送手段としてのポンプ２６ａ、放熱器２６ｂを順次水流通用の配管によって接続することにより構成されている。また、放熱器２６ｂの近傍には、放熱器２６ｂを流通する冷却水と熱交換する外気を流通させる放熱器用送風機２６ｃが設けられている。排熱交換器２７は冷媒回路３０を流通する冷媒と冷却水回路２５を流通する冷却水とを熱交換可能となっており、排熱交換器２７の冷却水回路２６側は、第１の流路切換手段としての第１の三方弁２６ｄを介して放熱器２６ｂと並列に接続されている。即ち、冷却水回路２６は第１の三方弁２６ｄによって放熱器２６ｂ側と排熱交換器２７側への流路の切換えが可能となっている。

冷媒回路３０は、室内側熱交換器１１、圧縮機２１、室外側熱交換器２２、排熱交換器２７、膨張弁３１、四方弁３２及び第２の流路切換手段としての第２の三方弁３３を備え、これらは冷媒流通用の配管によって接続されている。即ち、圧縮機２１の吐出側には四方弁３２の第１の冷媒流通口が接続され、四方弁３２の第２の冷媒流通口には室内側熱交換器１１の一端側が接続されている。室内側熱交換器１１の他端側には室外側熱交換器２２の一端側と排熱交換器２７の冷媒回路３０側の一端側が第２の三方弁３３を介して並列に接続され、室内側熱交換器１１の他端側と第２の三方弁３３との間には膨張弁３１が設けられている。室外側熱交換器２２の他端側と排熱交換器２７の冷媒回路３０側の他端側にはそれぞれ並列に四方弁３２の第３の冷媒流通口が接続され、四方弁３２の第４の冷媒流通口には圧縮機２１の吸入側が接続されている。また、冷媒回路３０に使用される冷媒はフロン系冷媒とする。

制御部４０はマイクロコンピュータによって構成され、そのメモリには圧縮機２１を駆動させるエンジン２４及びモータ２５の運転をタイマ４０ａに設定された設定時刻に切換える制御に関するプログラムが記憶されている。また、制御部４０には、室外側熱交換器用送風機２３、エンジン２４、モータ２５、ポンプ２６ａ、放熱器用送風機２６ｃ、第１の三方弁２６ｄ、第２の三方弁３３が接続されている。

以上のように構成された空気調和装置において、暖房運転を行なう場合には、エンジン２４によって圧縮機２１を駆動させ、四方弁３２の第１の冷媒流通口と第２の冷媒流通口を連通して第３の冷媒流通口と第４の冷媒流通口を連通する。また、冷媒回路３０を第２の三方弁３３によって排熱交換器２７側に切換えるとともに、冷却水回路２６を第１の三方弁２６ｄによって排熱交換器２７側に切換える。このとき、室内側熱交換器用送風機１２は運転し、室外側熱交換器用送風機２３及び放熱器用送風機２６ｃは停止した状態とする。これにより、図２に示すように、圧縮機２１から吐出された冷媒回路３０の冷媒は四方弁３２を介して室内側熱交換器１１を流通した後、膨張弁３１及び第２の三方弁３３を介して排熱交換器２７を流通し、四方弁３２を介して圧縮機２１に吸入される。また、ポンプ２６ａから吐出された冷却水回路２６の冷却水は、第１の三方弁２６ｄを介して排熱交換器２７を流通した後、エンジン２４内を流通してポンプ２６ａに吸入される。このようにして、冷媒回路３０を流通する冷媒は、室内側熱交換器１１において放熱して凝縮することにより空調空間内の空気を加熱し、排熱交換器２７において冷却水から吸熱して蒸発する。また、冷却水回路２６を流通する冷却水は、排熱交換器２７において冷媒に放熱し、エンジン２４内において排熱を吸熱することによりエンジン２４を冷却する。

また、冷房運転を行なう場合には、エンジンに２４よって圧縮機２１を駆動させ、四方弁３２の第１の冷媒流通口と第３の冷媒流通口を連通して第２の冷媒流通口と第４の冷媒流通口を連通する。また、冷媒回路３０を第２の三方弁３３によって室外側熱交換器２２側に切換えるとともに、冷却水回路２６を第１の三方弁２６ｄによって放熱器２６ｂ側に切換える。このとき、室内側熱交換器用送風機１２、室外側熱交換器用送風機２３及び放熱器用送風機２６ｃは運転した状態とする。これにより、図３に示すように、圧縮機２１から吐出された冷媒回路３０の冷媒は四方弁３２を介して室外側熱交換器２２を流通した後、第２の三方弁３３及び膨張弁３１を介して室内側熱交換器１１を流通し、四方弁３２を介して圧縮機２１に吸入される。また、ポンプ２６ａから吐出された冷却水回路２６の冷却水は第１の三方弁２６ｄを介して放熱器２６ｂを流通した後、エンジン２４内を流通してポンプ２６ａに吸入される。このようにして、冷媒回路３０を流通する冷媒は、室外側熱交換器２２において外気に放熱して凝縮し、室内側熱交換器１１において吸熱して蒸発することにより空調空間内の空気を冷却する。また、冷却水回路２６を流通する冷却水は、放熱器２６ｂにおいて外気に放熱し、エンジン２４内において排熱を吸熱することによりエンジン２４を冷却する。

また、制御部４０は、暖房運転時及び冷房運転時において、次のような動作を行なう。図４に示すように、タイマ４０ａに設定された第１の所定時刻Ｔ１になると（例えば午後９時）、モータ２５によって圧縮機２１を駆動するとともに、エンジン２４及びポンプ２６ａを停止する。このとき、暖房運転時には、冷媒回路３０を第２の三方弁３３によって室外側熱交換器２２側に切換えて室外側熱交換器用送風機２３を運転し、冷房運転時には、放熱器用送風機２６ｃを停止する。次に、タイマ４０ａに設定された第２の所定時刻Ｔ２になると（例えば後前９時）、エンジン２４によって圧縮機２１を駆動するとともに、モータ２５を停止してポンプ２６ａを運転する。このとき、暖房運転時には、冷媒回路３０を第２の三方弁３３によって排熱交換器２７側に切換えて室外側熱交換器用送風機２３を停止し、冷房運転時には、放熱器用送風機２６ｃを運転する。

このように、本実施形態の空気調和装置によれば、第１の所定時刻Ｔ１から第２の所定時刻Ｔ２までの間、モータ２５によって圧縮機２１を駆動し、それ以外の時間帯にはエンジン２４によって圧縮機２１を駆動するようにしたので、例えば夜間の時間帯にはモータ２５によって圧縮機２１を駆動し、それ以外の時間帯にはエンジン２４によって圧縮機２１を駆動することができ、夜間等の時間帯に深夜電力を使用して圧縮機２１を駆動することによりエネルギーコストを低減することができるとともに、エンジン２４による騒音の発生を防止することができる。

また、動力源をエンジン２４及びモータ２５によって駆動可能な圧縮機２１としたので、エンジン２４によって駆動可能な圧縮機及びモータ２５によって駆動可能な圧縮機をそれぞれ必要とすることなく、装置の小型化を図ることができる。

また、排熱交換器２７を、室外側熱交換器２２と並列に冷媒回路３０に接続するとともに、放熱器２６ｂと並列に冷却水回路２６に接続し、冷却水を放熱器２６ｂ及び排熱交換器２７の一方に流通させることが可能な第１の三方弁２６ｄと、冷媒を室外側熱交換器２２及び排熱交換器２７の一方に流通させることが可能な第２の三方弁３３とを備えたので、エンジン２４の排熱を暖房運転時の排熱熱交換器２７において冷媒に吸熱させることができ、暖房効率を向上させた運転が可能となる。

図５乃至図７は本発明の第２の実施形態を示すもので、図５は空気調和装置の概略構成図、図６は暖房運転時の制御動作を示すフローチャート、図７は冷房運転時の制御動作を示すフローチャートである。尚、前記第１の実施形態と同様の構成部分には同一の符号を付して示す。

本実施形態の空気調和装置は、図５に示すように、前記第１の実施形態の空気調和装置において、空調空間の温度を検出するための温度検出器を４１備えている。

以上のように構成された空気調和装置においては、前記第１の実施形態と同様に暖房運転及び冷房運転を行なう。また、第１の所定時刻Ｔ１と第２の所定時刻Ｔ２の間以外の時間帯において、制御部４０は次のような動作を行なう。暖房運転時においては、図６のフローチャートに示すように、温度検出器４１の検出温度Ｔが所定の設定温度ＴＳＨよりも高くなると（ステップＳ１）、モータ２５を運転し（ステップＳ２）、エンジン２４及びポンプ２６ａを停止する（ステップＳ３及びＳ４）。次に、冷媒回路３０を第２の三方弁３３によって室外側熱交換器２２側に切換え（ステップＳ５）、室外側熱交換器用送風機２３を運転する（ステップＳ６）。また、モータ２５による圧縮機２１の駆動を継続して温度検出器４１の検出温度Ｔが所定の設定温度ＴＳＨ以下になると（ステップＳ１）、モータ２５を停止し（ステップＳ７）、エンジン２４及びポンプを運転する（ステップＳ８及びＳ９）。次に、冷媒回路３０を第２の三方弁３３によって排熱交換器２７側に切換え（ステップＳ１０）、室外側熱交換器用送風機２３を停止する（ステップＳ１１）。

また、冷房運転時においては、図７のフローチャートに示すように、温度検出器４１の検出温度Ｔが所定の設定温度ＴＳＣよりも低くなると（ステップＳ２１）、モータ２５を運転し（ステップＳ２２）、エンジン２４及びポンプ２６ａを停止し（ステップＳ２３及びＳ２４）、放熱器用送風機２６ｃを停止する（ステップＳ２５）。また、モータ２５による圧縮機２１の駆動を継続して温度検出器４１の検出温度Ｔが所定の設定温度ＴＳＨ以上になると（ステップＳ２１）、モータ２５を停止し（ステップＳ２６）、エンジン２４及びポンプ２６ａを運転し（ステップＳ２７及び２８）、放熱器用送風機２６ｃを運転する（ステップＳ２９）。

このように、本実施形態の空気調和装置によれば、空調の熱負荷に応じて圧縮機２１の駆動をエンジン２４またはモータ２５に切換えるようにしたので、空調の熱負荷が大きい場合にはエンジン２４によって圧縮機２１を駆動させるとともに、空調の熱負荷が小さい場合にはモータ２５によって圧縮機２１を駆動させることができ、消費エネルギーの低減を図ることができる。

尚、前記実施形態では、エンジン２４及びモータ２５のそれぞれによって駆動可能な圧縮機２１を示したが、エンジン２４によって駆動する圧縮機とモータ２５によって駆動する圧縮機をそれぞれ並列に冷媒回路３０に接続して流路を切換えるようにしてもよい。

また、前記実施形態では、一台の圧縮機２１によって冷媒回路３０に冷媒を流通させるようにしたものを示したが、複数台の圧縮機２１を冷媒回路３０に接続してもよい。この場合、圧縮機２１の運転台数を変化させて暖房能力及び冷房能力の出力制御を行なうことにより、消費エネルギーの低減を図ることができる。

また、前記実施形態では、冷媒回路３０にフロン系冷媒を冷媒として使用したものを示したが、二酸化炭素等の自然系冷媒を冷媒として使用しても良い。このとき、例えば冷媒として二酸化炭素を使用する場合には、冷媒回路３０の高圧側は臨界圧力を超えるため、圧縮機２１から吐出された冷媒が室内側熱交換器１１または室外側熱交換器２２において凝縮することはないが同様に冷凍サイクル及びヒートポンプサイクルが構成される。

また、前記実施形態では、エンジン２４及びモータ２５の一方によって圧縮機２１を駆動させるようにしたものを示したが、エンジン２４及びモータ２５によって同時に圧縮機２１を駆動させるようにしてもよい。この場合、空調の熱負荷が大きいときに冷房能力または暖房能力を向上させた運転を行なうことが可能となる。

また、前記実施形態では、空調空間の温度を温度検出器４１によって検出し、検出温度Ｔに応じて圧縮機２１の駆動をエンジン２４またはモータ２５に切換えるようにしたものを示したが、空調空間及び外気の温度、湿度等を検出し、その検出結果に応じて圧縮機２１の駆動をエンジン２４またはモータ２５に切換えることにより更に消費エネルギーの低減を図ることが可能となる。

また、前記実施形態では、冷房運転時には、エンジン２４の排熱を外部に排出するようにしたものを示したが、図８に示すように、冷却水回路２６に排熱回収機５１、膨張器５２、ポンプ５３からなるランキンサイクル回路５０を構成し、発電器５４を駆動させて発電するようにしてもよい。この場合、発電器５４によって発電された電力を図示しないバッテリーに蓄電し、モータ２５の運転に利用することによりエネルギー効率を更に向上させることができる。

また、冷却水回路２６にランキンサイクル回路５０を構成する他、シリカゲルやゼオライト等の吸湿剤からなるデシカントロータを備えた空気調和装置に適用する場合には、水分を吸着したデシカントロータの再生をエンジン２４の排熱によって行なうようにしてもエネルギー効率の向上を図ることができる。

本発明の第１の実施形態を示す空気調和装置の概略構成図暖房運転の冷媒及び冷却水の流路を示す空気調和装置の概略構成図冷房運転の冷媒及び冷却水の流路を示す空気調和装置の概略構成図圧縮機の駆動するエンジン及びモータの切換動作を示すタイムチャート本発明の第２の実施形態を示す空気調和装置の概略構成図暖房運転時の制御動作を示すフローチャート冷房運転時の制御動作を示すフローチャート冷却水回路にランキンサイクルシステムを備えた空気調和装置の概略構成図

符号の説明

１１…室内側熱交換器、２１…圧縮機、２４…エンジン、２５…モータ、２６…冷却水回路、２６ａ…ポンプ、２６ｂ…放熱器、２６ｄ…第１の三方弁、２７…排熱交換器、３０…冷媒回路、３１…膨張弁、３３…第２の三方弁、４０…制御部、４０ａ…タイマ、４１…温度検出器。

Claims

圧縮機、室内側熱交換器、室外側熱交換器、膨張手段からなる冷媒回路と、
圧縮機の駆動源となる発動機及びモータと、
一日のうちの時間帯に応じて発動機を駆動源とする圧縮機の運転とモータを駆動源とする圧縮機の運転の何れか一方または両方に切換える制御手段とを備えた
ことを特徴とする空気調和装置。
前記制御手段として、一日のうち所定の時間帯はモータを駆動源とする圧縮機を駆動し、所定の時間帯以外は発動機を駆動源とする圧縮機を駆動するように圧縮機の駆動源を切換える制御手段を備えた
ことを特徴とする請求項１記載の空気調和装置。
圧縮機、室内側熱交換器、室外側熱交換器、膨張手段からなる冷媒回路と、
圧縮機の駆動源となる発動機及びモータと、
空調の熱負荷に応じて発動機を駆動源とする圧縮機の運転とモータを駆動源とする圧縮機の運転の何れか一方または両方に切換える制御手段とを備えた
ことを特徴とする空気調和装置。
前記制御手段として、室内側または室外側の温度に基づいて発動機を駆動源とする圧縮機とモータを駆動源とする圧縮機を切換える制御手段を備えた
ことを特徴とする請求項３記載の空気調和装置。
前記圧縮機として動力源を発動機及びモータの何れか一方または両方によって駆動可能な圧縮機を少なくとも一つ備えた
ことを特徴とする請求項２または４記載の空気調和装置。
前記発動機から放出される排熱を利用して発電可能な発電手段を備えた
ことを特徴とする請求項２または４記載の空気調和装置。
空調空間に吐出される空気中の水分を吸着する吸湿部材と、
前記発動機から放出される排熱によって吸湿部材に吸着した水分を室外側に放出可能な吸湿部材再生手段とを備えた
ことを特徴とする請求項２または４記載の空気調和装置。
前記発動機から放出される排熱をポンプによって循環する冷却水を介して放熱器から放出可能な冷却水回路と、
室外側熱交換器と並列に冷媒回路に接続されるとともに、放熱器と並列に接続され、冷媒回路を流通する冷媒と冷却水回路を流通する冷却水とを熱交換可能な排熱交換器と、
冷却水を放熱器及び排熱交換器の一方に流通可能な第１の流路切換手段と、
冷媒を室外側熱交換器及び排熱交換器の一方に流通可能な第２の流路切換手段とを備えた
ことを特徴とする請求項２または４記載の空気調和装置。