JP3643687B2 - 氷蓄熱ユニットを備えた空気調和装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は氷蓄熱ユニットを備えた空気調和装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、圧縮機及び熱源側熱交換器を備えた熱源側ユニットと、氷蓄熱槽内にコイルが水没状態で配設された氷蓄熱ユニットと、利用側熱交換器を備えた利用側ユニットとを有し、製氷運転、冷房運転を実施可能とする氷蓄熱ユニットを備えた空気調和装置が知られている。
【０００３】
上記製氷運転は、圧縮機からのガス冷媒が熱源側熱交換器を経て液冷媒となり、その後に膨張弁を通り、氷蓄熱槽内のコイルに流入して蒸発し、この氷蓄熱槽内で製氷動作が実施された後、ガス冷媒が圧縮機へ戻されて実施される。 上記冷房運転には、解氷冷房運転と通常冷房運転とがあり、解氷冷房運転は、圧縮機から熱源側熱交換器へ導かれて液冷媒となった冷媒が、氷蓄熱槽内のコイルへ流入して過冷却状態となり、この過冷却状態の液冷媒が利用側熱交換器へ供給されることにより実施される。また、通常冷房運転は、圧縮機から熱源側熱交換器へ導かれて液冷媒となった冷媒を、氷蓄熱槽内のコイルへ流すことなく利用側熱交換器へ供給することにより実施される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の製氷運転時には、圧縮機の吸込飽和圧力を得るために、圧縮機へ流れるガス冷媒の温度が０℃以下でなければならない。しかしながら、この状態では、製氷運転時に上述の通常冷房運転を実施すると、利用側熱交換器に接続されたガス冷媒の流れる冷媒配管内でも、ガス冷媒の温度が０℃以下になってしまうので、利用側熱交換器が凍結してしまう。このため、一般に、製氷運転と通常冷房運転の併用運転を実施することができない。
【０００５】
しかし、従来の運用技術として、上記併用運転を実施し、この実施中に利用側熱交換器が凍結し始めたら、凍結し始めた利用側熱交換器に接続された電動膨張弁を閉じ、この利用側熱交換器に隣接配置されたファンを回転させて、送風により、利用側熱交換器に付着した氷を解氷させることが知られている。ところが、この場合には、解氷された利用側熱交換器の吹出口に露が付着するなどの不具合が発生する。
【０００６】
本発明は、上述の事情を考慮してなされたものであり、製氷運転と冷房運転とを支障なく良好に併用運転できる氷蓄熱ユニットを備えた空気調和装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、圧縮機及び熱源側熱交換器を備えた熱源側ユニットと、氷蓄熱槽内にコイルが水没状態で配設された氷蓄熱ユニットと、利用側熱交換器を備えた利用側ユニットとを有し、製氷運転、冷房運転を実施可能とする氷蓄熱ユニットを備えた空気調和装置において、上記利用側熱交換器に接続されたガス冷媒の流れる冷媒配管に絞り機構が配設され、この絞り機構は開口面積の異なる複数の電磁弁であり、製氷運転と冷房運転の併用運転時に、異なる複数の電磁弁のうち開口面積の小さな電磁弁のみが開弁操作されることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記利用側ユニットには利用側熱交換器が複数台並列して配設され、絞り機構は、任意の利用側熱交換器に接続されたガス冷媒の流れる冷媒配管にのみ配設されたことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項１に記載の発明には次の作用がある。
【００１１】
任意の利用側熱交換器に接続されたガス冷媒の流れる冷媒配管に絞り機構が配設されたことから、熱源側熱交換器からの液冷媒が氷蓄熱槽のコイル内に流れて蒸発して製氷動作を実施した後、ガス冷媒の流れる冷媒配管を経て圧縮機へ戻される製氷運転実施中に、上記熱源側熱交換器からの液冷媒の一部を任意の利用側熱交換器へ導いてこの利用側熱交換器にて冷房運転を実施したとき、この利用側熱交換器にて蒸発されたガス冷媒には、前記絞り機構を流れる間に圧力損失が発生する。この結果、利用側熱交換器は、氷蓄熱槽のコイルから冷媒配管へ流れた低温状態のガス冷媒の影響を受けず、凍結が発生しないので、製氷運転と冷房運転との併用運転を支障なく良好に実施できる。
【００１２】
請求項２に記載の発明には次の作用がある。
【００１３】
絞り機構が任意の利用側熱交換器に接続されたガス冷媒の流れる冷媒配管にのみ配設されたので、氷蓄熱ユニットによる製氷動作中に、冷房運転が必要とされる上記任意の利用側熱交換器のみを冷房運転し、他の利用側熱交換器が冷房運転されないことから、製氷効率の低下を極力抑制できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１は、本発明に係る氷蓄熱ユニットを備えた空気調和装置の一実施の形態を示し、製氷運転と通常冷房運転との併用運転時の回路図である。図２は、図１の一実施の形態における解氷冷房運転時の回路図である。
【００１６】
図１及び図２に示す空気調和装置１０は、熱源側ユニット１１、氷蓄熱ユニット１２及び利用側ユニット１３を有して構成される。熱源側ユニット１１の冷媒配管１４と、利用側ユニット１３の並列配置された冷媒配管３０，３１及び３２を接続する冷媒配管１５Ａ及び１５Ｂとが、氷蓄熱ユニット１２の冷媒配管１６，１７により接続される。冷媒配管１５Ａが冷媒配管１６に、冷媒配管１５Ｂが冷媒配管１７に接続される。
【００１７】
熱源側ユニット１１は、冷媒配管１４に容量可変型の圧縮機１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃが並列に配設され、これらの圧縮機１８Ａ，１８Ｂ及び１８Ｃの吸込側にアキュムレータ１９が、吐出側に四方弁２０がそれぞれ配設され、この四方弁２０に熱源側熱交換器２１、電動膨張弁２２及びレシーバタンク２３が冷媒配管１４を介して順次接続される。
【００１８】
利用側ユニット１３は、冷媒配管３０，３１，３２のそれぞれに利用側熱交換器２４，２５，２６が配設され、これら冷媒配管３０，３１，３２において液冷媒が流れる利用側熱交換器２４，２５，２６近傍に電動膨張弁２７，２８，２９が配設されて構成される。これらの電動膨張弁２７，２８，２９は、空調負荷に応じて開度が調整される。
【００１９】
また、この利用側ユニット１３においては、空気調和装置１０の製氷運転時においても、通常冷房運転（ともに後に詳説する）が必要とされる任意の利用側熱交換器、例えば利用側熱交換器２４を配設する冷媒配管３０にメイン電磁弁３３が配設され、このメイン電磁弁３３を迂回するバイパス配管４５にサブ電磁弁３４が配設されている。メイン電磁弁３３及びバイパス配管４５は、冷媒配管３０においてガス冷媒が流れる側に配設され、メイン電磁弁３３及びサブ電磁弁３４が絞り機構として機能する。これらのメイン電磁弁３３とサブ電磁弁３４とは開口面積が異なる弁であり、サブ電磁弁３４がメイン電磁弁３３よりも開口面積が小さく設けられている。
【００２０】
そして、メイン電磁弁３３及びサブ電磁弁３４は、製氷運転と通常冷房運転との併用運転時にはメイン電磁弁３３が閉操作され、サブ電磁弁３４のみが開操作されて、サブ電磁弁３４を流れるガス冷媒に圧力損失が付与される。また、解氷冷房運転、通常冷房運転のそれぞれの単独運転時には、メイン電磁弁３３及びサブ電磁弁３４が共に開操作されるよう設けられる。
【００２１】
上記氷蓄熱ユニット１２は、コイル３５を収容した氷蓄熱槽３６を備えるとともに、冷媒配管１６にレシーバタンク３７、電動膨張弁３８及び第１電動開閉弁４１が、熱源側ユニット１１側から利用側ユニット１３へ向かい順次配設される。また、冷媒配管１６には、電動膨張弁３８と第１電動開閉弁４１との間に、接続配管３９を介してコイル３５の一端が接続される。コイル３５の他端は、接続配管４０を介して氷蓄熱ユニット１２の冷媒配管１７に接続され、この接続配管４０に第２電動開閉弁４２が配設される。更に、冷媒配管１６には、レシーバタンク３７と電動膨張弁３８との間に、第３電動開閉弁４３を備えた接続配管４４の一端が接続される。この接続配管４４の他端は、接続配管４０における第２電動開閉弁４２とコイル３５との間に接続される。
【００２２】
上記氷蓄熱槽３６内には水が充填され、コイル３５は水没状態で配設される。空気調和装置１０の製氷運転時には、コイル３５内に、熱源側熱交換器２１からの液冷媒が流入して蒸発し、これにより、冷媒配管３０の外周に付着して氷が形成される。空気調和装置１０の解氷冷房運転時には、コイル３５内に、熱源側熱交換器２１からの液冷媒が満杯状態で流入し、この液冷媒は、コイル３５外周に付着した氷を融解することにより過冷却状態となる。
【００２３】
次に、空気調和装置１０の製氷運転、解氷冷房運転、通常冷房運転、製氷運転と通常冷房運転との併用運転を説明する。
【００２４】
[Ａ]製氷運転(図１)
図１に示す空気調和装置１０の製氷運転は、例えば、夜間１０時から翌朝８時までの電力料金が安い時間帯に、熱源側ユニット１１における熱源側熱交換器２１からの液冷媒を氷蓄熱ユニット１２における氷蓄熱槽３６内のコイル３５へ供給し、氷蓄熱槽３６内に氷を作る運転である。
【００２５】
この場合には、氷蓄熱ユニット１２において、第１電動開閉弁４１及び第３電動開閉弁４３が閉弁され、電動膨張弁３８及び第２電動開閉弁４２が開弁操作される。また、利用側ユニット１３の電動膨張弁２７，２８及び２９は閉弁する。
【００２６】
この状態で、熱源側ユニット１１の圧縮機１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃが起動されると、これらの圧縮機１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃから吐出されたガス冷媒は、熱源側熱交換器２１にて凝縮され、電動膨張弁２２並びに氷蓄熱ユニット１２の電動膨張弁３８を経て減圧され、氷蓄熱槽３６内のコイル３５へ流入する。このコイル３５内に流入した冷媒は蒸発されて、コイル３５の外周に氷を付着した状態で形成する。その後、コイル３５内のガス冷媒は、接続配管４０及び第２電動開閉弁４２並びに冷媒配管１７を経て四方弁２０へ至り、アキュムレータ１９を経て圧縮機１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃに戻される。
【００２７】
この製氷運転によって氷蓄熱槽３６内に氷が形成され、この氷に蓄熱された冷熱が、次の解氷冷房運転に利用される。
【００２８】
[Ｂ]解氷冷房運転(図２)
図２に示す空気調和装置１０の解氷冷房運転は、例えば、昼間、気温が上昇する時間帯に、熱源側ユニット１１における熱源側熱交換器２１からの液冷媒を、氷蓄熱ユニット１２における氷蓄熱槽３６内のコイル３５へ供給させて過冷却状態とし、この過冷却状態の液冷媒を利用側ユニット１３の利用側熱交換器２４，２５，２６へ供給して実施される。
【００２９】
この場合には、氷蓄熱ユニット１２において、第２電動開閉弁４２が閉弁され、第１電動開閉弁４１及び第３電動開閉弁４３が開弁され、電動膨張弁３８の開度が後述の如く調整される。また、利用側ユニット１３の電動膨張弁２７，２８及び２９が開弁され、更に、メイン電磁弁３３及びサブ電磁弁３４は、ともに全開状態に開弁される。
【００３０】
この状態で、熱源側ユニット１１の圧縮機１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃが起動されると、これらの圧縮機１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃから吐出されたガス冷媒は、熱源側熱交換器２１にて凝縮され、電動膨張弁２２並びに氷蓄熱ユニット１２の冷媒配管１６、接続配管４４及び第３電動開閉弁４３を経て氷蓄熱槽３６内のコイル３５へ流入する。このコイル３５内に流入した液冷媒は、コイル３５内を満杯状態で流れ、コイル３５の外周に付着した氷を解氷し、この氷に蓄熱された冷熱により過冷却状態となる。その後、コイル３５内の過冷却状態の液冷媒は、接続配管３９、第１電動開閉弁４１及び冷媒配管１６、並びに利用側ユニット１３の冷媒配管１５Ａ及び電動膨張弁２７，２８，２９を経て利用側熱交換器２４，２５，２６へそれぞれ流入し、これらの利用側熱交換器２４，２５，２６のそれぞれにより蒸発して室内を冷房する。その後、ガス冷媒は、冷媒配管３０，３１，３２及び冷媒配管１５Ｂを通り、氷蓄熱ユニット１２の冷媒配管１７を経、四方弁２０及びアキュムレータ１９を経た後圧縮機１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃへ戻される。この時、利用側熱交換器２４が配設された冷媒配管３０を流れるガス冷媒は、メイン電磁弁３３及びサブ電磁弁３４を通って冷媒配管１５Ａへ流れる。
【００３１】
従って、この解氷冷房運転時では、前述の製氷運転で氷蓄熱槽３６内の氷に蓄熱された冷熱を利用し、氷蓄熱槽３６のコイル３５内で液冷媒を過冷却状態として利用側熱交換２４，２５，２６へ供給するので、これら利用側熱交換器２４，２５，２６における冷房運転の効率を向上させることができる。
【００３２】
また、上述の解氷冷房運転においては、氷蓄熱ユニット１２において、コイル３５から接続配管３９を介し第１電動開閉弁４１側の冷媒配管１６へ流入した液冷媒温度Ｅ１が、利用側ユニット１３における利用側熱交換器２４，２５，２６内の液冷媒温度Ｅ２よりも低いときに、電動膨張弁３８の開度が調整されて、氷蓄熱槽３６内のコイル３５で過冷却された液冷媒に、熱源側熱交換器２１及び電動膨張弁２２からの液冷媒を合流させ、この合流した液冷媒を利用側熱交換器２４，２５，２６へ供給する。このような解氷冷房運転は、熱源側熱交換器２１及び電動膨張弁２２からの液冷媒が、コイル３５内で過冷却された液冷媒よりも温度が高いことから、利用側熱交換器２４，２５，２６へ流れる液冷媒の温度を上昇させて、これら利用側熱交換器２４，２５，２６による室内の冷房運転を適正化するものである。
【００３３】
「Ｃ」通常冷房運転（図２）
図２に示す空気調和装置１０における通常冷房運転は、氷蓄熱ユニット１２における氷蓄熱槽３６内の氷に蓄熱された冷熱を利用しないで実施される冷房運転であり、第２電動開閉弁４２及び第３電動開閉弁４３が閉弁され、電動膨張弁３８及び第１電動開閉弁４１が開弁される。また、利用側ユニット１３における電動膨張弁２７，２８及び２９は開弁され、更に、メイン電磁弁３３及びサブ電磁弁３４は共に全開状態に開弁される。
【００３４】
この状態で、熱源側ユニット１１の圧縮機１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃが起動されると、これらの圧縮機１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃから吐出されたガス冷媒は、熱源側熱交換器２１にて凝縮され、電動膨張弁２２並びに氷蓄熱ユニット１２の冷媒配管１６、電動膨張弁３８及び第１電動開閉弁４１を通り、利用側ユニット１３の冷媒配管１５Ａ及び電動膨張弁２７，２８，２９を経て利用側熱交換器２４，２５，２６へそれぞれ流入し、これらの利用側熱交換器２４，２５，２６のそれぞれにより蒸発して室内を冷房した後、冷媒配管１５Ｂを通り、氷蓄熱ユニット１２の冷媒配管１７を経、四方弁２０及びアキュムレータ１９を経た後、圧縮機１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃへ戻される。このときにも、利用側熱交換器２４から冷媒配管３０へ流れ出たガス冷媒は、メイン電磁弁３３及びサブ電磁弁３４を通って冷媒配管１５Ａへ流れる。
【００３５】
「Ｄ」製氷運転と通常冷房運転の併用運転（図１）
図１に示す空気調和装置１０の上記併用運転は、夜間１０時から翌朝８時までになされる製氷運転中に、通常冷房運転が必要とされる任意の利用側熱交換器（例えば、守衛室に設置された利用側熱交換器２４）を通常冷房運転させるものである。
【００３６】
この場合には、氷蓄熱ユニット１２において、第３電動開閉弁４３が閉弁され、電動膨張弁３８、第１電動開閉弁４１及び第２電動開閉弁４２が開弁される。更に、利用側ユニット１３において、メイン電磁弁３３が閉弁され、サブ電磁弁３４が開弁される。また、利用側熱交換器２４側の電動膨張弁２７のみが開弁され、電動膨張弁２８及び２９が閉弁される。
【００３７】
この状態で、熱源側ユニット１１の圧縮機１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃが起動されると、これら圧縮機１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃから吐出されるガス冷媒は、熱源側熱交換器２１にて凝縮され、氷蓄熱ユニット１２の電動膨張弁３８を経て減圧され、大部分が氷蓄熱槽３６内のコイル３５へ流れる。そして、このコイル３５内に流入した冷媒は蒸発されて、コイル３５の外周に氷を形成し、その後、接続配管４０及び第２電動開閉弁４２を経て冷媒配管１７へ至る。一方、電動膨張弁３８にて減圧された液冷媒の一部は、第１電動開閉弁４１を経て利用側ユニット１３の冷媒配管１５Ａ及び電動膨張弁２７を通り、利用側熱交換器２４にて蒸発して室内を冷房する。その後、利用側熱交換器２４からのガス冷媒は、冷媒配管３０を通りサブ電磁弁３４のみを通って冷媒配管１５Ｂへ至り、氷蓄熱ユニット１２の冷媒配管１７へ流れる。この利用側熱交換器２４からのガス冷媒と氷蓄熱槽３６のコイル３５からのガス冷媒とは、ともに冷媒配管１７を経て熱源側ユニット１１の冷媒配管１４に至り、アキュムレータ１９を経て圧縮機１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃに戻される。
【００３８】
上記実施の形態の空気調和装置１０は上述のように構成されたことから、次の効果▲１▼〜▲３▼を奏する。
【００３９】
▲１▼任意の利用側熱交換器２４に接続されたガス冷媒の流れる冷媒配管３０にメイン電磁弁３３及びサブ電磁弁３４が配設されたことから、熱源側熱交換器２１からの液冷媒が氷蓄熱槽３６のコイル３５内に流れて蒸発し製氷動作を実施して、ガス冷媒の流れる接続配管４０及び冷媒配管１７を経て圧縮機１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃへ戻される製氷運転実施中に、上記熱源側熱交換器２１からの液冷媒の一部を任意の利用側熱交換器２４へ導いてこの利用側熱交換器２４にて通常冷房運転を実施したとき、この利用側熱交換器２４にて蒸発されたガス冷媒には、サブ電磁弁３４を流れる間に圧力損失が発生する。この結果、利用側熱交換器２４は、氷蓄熱槽３６のコイル３５から接続配管４０を経て冷媒配管１７へ流れた低温状態のガス冷媒の影響を受けず、凍結が発生しないので、製氷運転と通常冷房運転との併用運転を支障なく良好に実施できる。
【００４０】
▲２▼メイン電磁弁３３及びサブ電磁弁３４が任意の利用側熱交換器２４に接続されたガス冷媒の流れる冷媒配管３０にのみ配設されたので、氷蓄熱ユニット１２による製氷動作中に、通常冷房運転が必要とされる上記任意の利用側熱交換器２４のみを通常冷房運転し、他の利用側熱交換器２５，２６が通常冷房運転されないことから、製氷効率の低下を極力抑制できる。
【００４１】
▲３▼上記実施形態の空気調和装置１０では、冷媒配管１５Ｂよりも口径の小さな冷媒配管３０にメイン電磁弁３３が配設されたので、安価な電磁弁を使用できコストを低減できる。
【００４２】
以上、一実施の形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。上記実施の形態では、絞り機構としてメイン電磁弁３３及びサブ電磁弁３４を用いるものを述べたが、絞り機構は、例えば、図３に示す１つの比例弁４６であってもよい。この比例弁４６は製氷運転と通常冷房運転との併用運転時に開度が小さく設定されて、比例弁４６を流れるガス冷媒に圧力損失を発生させる。また、この比例弁４６は、解氷冷房運転時、通常冷房運転時のそれぞれの単独運転時に最大開度に設定される。
【００４３】
また、上記実施の形態では、冷媒配管３０にメイン電磁弁３３及びサブ電磁弁３４又は比例弁４６が配設されるものを述べたが、図１の二点鎖線に示すようにこれらが冷媒配管１５Ｂに配設されてもよい。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る氷蓄熱ユニットを備えた空気調和装置によれば、利用側熱交換器に接続されたガス冷媒の流れる冷媒配管に絞り機構が配設されたことから、利用側熱交換器にて蒸発されたガス冷媒が絞り機構を流れる間に圧力損失が付与されるので、製氷運転と冷房運転とを支障なく良好に併用運転できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る氷蓄熱ユニットを備えた空気調和装置の一実施の形態を示し、製氷運転と通常冷房運転との併用運転時の回路図である。
【図２】図１の一実施の形態における解氷冷房運転時の回路図である。
【図３】本発明の他の実施の形態における絞り機構を示す部分回路図である。
【符号の説明】
１０ 空気調和装置
１１ 熱源側ユニット
１２ 氷蓄熱ユニット
１３ 利用側ユニット
１８Ａ 圧縮機
１８Ｂ 圧縮機
１８Ｃ 圧縮機
２１ 熱源側熱交換器
２４ 利用側熱交換器
２５ 利用側熱交換器
２６ 利用側熱交換器
３０ 冷媒配管
３１ 冷媒配管
３２ 冷媒配管
３３ メイン電磁弁
３４ サブ電磁弁
３５ コイル
３６ 氷蓄熱槽
４５ バイパス配管
４６ 比例弁

Claims (2)

1. 圧縮機及び熱源側熱交換器を備えた熱源側ユニットと、氷蓄熱槽内にコイルが水没状態で配設された氷蓄熱ユニットと、利用側熱交換器を備えた利用側ユニットとを有し、製氷運転、冷房運転を実施可能とする氷蓄熱ユニットを備えた空気調和装置において、上記利用側熱交換器に接続されたガス冷媒の流れる冷媒配管に絞り機構が配設され、この絞り機構は開口面積の異なる複数の電磁弁であり、製氷運転と冷房運転の併用運転時に、異なる複数の電磁弁のうち開口面積の小さな電磁弁のみが開弁操作されることを特徴とする氷蓄熱ユニットを備えた空気調和装置。
2. 請求項１記載の利用側ユニットには利用側熱交換器が複数台並列して配設され、絞り機構は、任意の利用側熱交換器に接続されたガス冷媒の流れる冷媒配管にのみ配設されたことを特徴とする請求項１に記載の氷蓄熱ユニットを備えた空気調和装置。

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