JP3649853B2

JP3649853B2 - 空気調和システム

Info

Publication number: JP3649853B2
Application number: JP11614997A
Authority: JP
Inventors: 公二永江
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1997-04-18
Filing date: 1997-04-18
Publication date: 2005-05-18
Anticipated expiration: 2017-04-18
Also published as: JPH10292936A

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、この氷蓄熱ユニットを介して冷却された冷媒を室内ユニットに導いて蓄熱利用冷房運転を行う空気調和システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、室外ユニットと室内ユニットとの間に氷蓄熱ユニットを設け、例えば夜間１０時から翌朝８時までの電力料金の低い時間帯には、室外ユニットからの液冷媒を前記氷蓄熱ユニットに供給して氷を作り、例えば昼間、気温が上昇する時間帯には、室外ユニットからの液冷媒を氷蓄熱ユニットに循環させて、過冷却状態の液冷媒を作り、この過冷却状態の液冷媒を室内ユニットに供給して蓄熱利用冷房運転を行う空気調和システムは知られている。
【０００３】
この種の空気調和システムでは、室内ユニットから冷房運転の要求があり且つ氷蓄熱ユニットの氷蓄熱槽内の温度が例えば１０℃以下である場合には、無条件に蓄熱利用冷房運転を実行するのが一般的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、氷蓄熱ユニットの最大蓄熱量を使い切る時間として例えば８時間が設定される空気調和システムでは、前述した蓄熱利用冷房運転の要求が連続的にある場合、朝８時から運転したとして夕方の４時には氷蓄熱ユニットの蓄熱量を使い切ってしまう。従って夕方の４時以降は非蓄熱冷房運転となって冷凍能力はダウンする。これに対して氷蓄熱ユニットの最大蓄熱量を使い切る時間として例えば１０時間以上が設定される場合には氷蓄熱ユニットの最大蓄熱量が大きくなるので設備が大型化してイニシャルコストが増大する。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、氷蓄熱ユニットを大型化することなく、蓄熱利用冷房運転を効率よく行うことのできる空気調和システムを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、室外ユニットと室内ユニットとの間に氷蓄熱ユニットを設け、製氷運転および蓄熱利用冷房運転を可能にした空気調和システムにおいて、前記室外ユニットの総合冷凍能力と、この総合冷凍能力に応じたシフト率とに基づいて、前記蓄熱利用冷房運転時の冷凍能力が定められ、前記蓄熱利用冷房運転時の冷凍能力と前記室外ユニットの総合冷凍能力との差に応じて、前記氷蓄熱ユニットへの冷媒流量を調節する流量調節手段と、前記蓄熱利用冷房運転時の蓄熱利用時間を調整する蓄熱利用時間調整手段とを設け、前記蓄熱利用時間調整手段は、前記室外ユニットの総合冷凍能力および前記シフト率に対応する蓄熱利用可能時間に基づいて、前記蓄熱利用冷房運転時の蓄熱利用時間を調整することを特徴とするものである。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、室外ユニットと室内ユニットとの間に氷蓄熱ユニットを設け、製氷運転および蓄熱利用冷房運転を可能にした空気調和システムにおいて、前記室外ユニットの総合冷凍能力と、この総合冷凍能力に応じたシフト率とに基づいて、前記蓄熱利用冷房運転時の冷凍能力が定められ、前記蓄熱利用冷房運転時の冷凍能力と前記室外ユニットの総合冷凍能力との差に応じて、前記氷蓄熱ユニットへの冷媒流量を調節する流量調節手段と、前記室内ユニットから冷房運転の要求があり氷蓄熱ユニットの氷蓄熱槽内の温度が所定温度以下である場合、前記蓄熱利用冷房運転を実行する手段と、前記室内ユニットから冷房運転の要求があり氷蓄熱ユニットの氷蓄熱槽内の温度が所定温度以下である場合であっても所定の条件下で前記蓄熱利用冷房運転を実行させずに、前記蓄熱利用冷房運転時の蓄熱利用時間を調整する蓄熱利用時間調整手段とを設け、前記蓄熱利用時間調整手段は、前記室外ユニットの総合冷凍能力および前記シフト率に対応する蓄熱利用可能時間に基づいて、前記蓄熱利用冷房運転時の蓄熱利用時間を調整することを特徴とするものである。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のものにおいて、前記蓄熱利用時間調整手段はタイマを備え、このタイマによって予め設定された時間内は前記蓄熱利用冷房運転を実行させないことを特徴とするものである。
【０００９】
これらの発明によれば、空調負荷に応じて二台、三台或いは四台以上の室外ユニットが接続される空気調和システムにおいて、通常であれば室外ユニットの接続台数に応じて氷蓄熱ユニットの能力が変更されるところ、氷蓄熱ユニットの能力は変更せずに、過冷却制御を行うことで、蓄熱利用冷房運転時の冷凍能力を変更できる。そして、蓄熱利用時間調整手段によって蓄熱利用時間が調整され、この調整手段により調整される時間帯は冷房運転の要求が仮にあったとしても蓄熱利用冷房運転は実行されず、通常の非蓄熱冷房運転が実行されるので、氷蓄熱ユニットの蓄熱量を簡単に使い切ってしまうことはなく従来のものに比べて蓄熱利用冷房運転を効率よく実行することができる。
【００１０】
【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。
【００１１】
図１において、符号１００Ａ、１００Ｂはそれぞれ室外ユニットを示す。この室外ユニット１００Ａ、１００Ｂには氷蓄熱ユニット２００を介して複数台の室内ユニット３００が接続されている。室外ユニット１００Ａ、１００Ｂには三台の圧縮機１Ａ、１Ｂ、１Ｃが設けられ、この圧縮機１Ａ、１Ｂ、１Ｃには四方弁３を介して室外熱交換器５が接続されている。７は電子制御弁、９はレシーバタンク、１１はアキュームレータである。この室外熱交換器５には、氷蓄熱ユニット２００を介して、三台の室内熱交換器４３，４５，４７が並列に接続されている。４４，４６，４８はそれぞれ空調負荷に応じて開度が設定される電子制御弁である。氷蓄熱ユニット２００には、レシーバタンク１５と氷蓄熱槽１７と電子制御弁ＭＶ１と電動切換弁ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３，ＳＶ４とが設けられている。Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３は温度センサである。
【００１２】
本実施形態による冷媒回路を動作と共に説明する。
【００１３】
製氷運転
例えば、夜間１０時から翌朝８時までの電力料金の低い時間帯には、室外熱交換器５からの液冷媒を氷蓄熱槽１７に供給して蓄熱槽１７内に氷を作る。蓄熱槽１７に蓄熱された冷熱は後述するように昼間の冷房運転に利用される。
【００１４】
この場合には、図１に示すように氷蓄熱ユニット２００内の電動切換弁ＳＶ１，ＳＶ４が閉じられ、電子制御弁ＭＶ１と電動切換弁ＳＶ２（ＳＶ３）とが開かれる。これによれば圧縮機１Ａ、１Ｂ、１Ｃからの冷媒は実線矢印で示すように室外熱交換器５を経た後、電子制御弁ＭＶ１を通じて氷蓄熱槽１７に流入し、氷蓄熱槽１７を経た後、開状態の電動切換弁ＳＶ２（ＳＶ３）を通じてガス管２９に流入し、四方弁３、アキュームレータ１１を通じて圧縮機１Ａ、１Ｂ、１Ｃに戻される。この場合に余剰の液冷媒はレシーバタンク１５に貯留される。
【００１５】
すなわち、製氷運転時には室内熱交換器４３，４５，４７がバイパスされて、冷媒の蒸発は氷蓄熱槽１７内で行われ、この氷蓄熱槽１７内では製氷動作が行われる。各種弁の開閉制御はコントローラ５０が司る。
【００１６】
蓄熱利用冷房運転
例えば、昼間、気温が上昇する時間帯には、室外熱交換器５からの液冷媒を氷蓄熱槽１７に循環させて、過冷却状態の液冷媒を作り、この過冷却状態の液冷媒を室内熱交換器４３，４５，４７に供給して蓄熱利用冷房運転が行われる。
【００１７】
この蓄熱利用冷房運転は室内ユニット３００からの冷房運転の要求があり、且つ図示を省略した温度センサで検出される氷蓄熱槽１７内の温度が例えば１０℃（所定温度）以下である場合に以下のように実行される。
【００１８】
この場合には、図２に示すように氷蓄熱ユニット２００内の電動切換弁ＳＶ２，ＳＶ３が閉じられ、電動切換弁ＳＶ１，ＳＶ４（必要に応じて電子制御弁ＭＶ１）が開かれる。これによれば圧縮機１Ａ、１Ｂ、１Ｃからの冷媒は実線矢印で示すように室外熱交換器５を経た後、電動切換弁ＳＶ１を通じて氷蓄熱槽１７に流入し、氷蓄熱槽１７を経た後に、電動切換弁ＳＶ４、電子制御弁４４，４６，４８を通じて室内熱交換器４３，４５，４７に流入し、室内熱交換器４３，４５，４７を経た冷媒はガス管２９、四方弁３を通じて圧縮機１Ａ、１Ｂ、１Ｃに戻される。各種弁の開閉制御はコントローラ５０が司る。
【００１９】
すなわち、蓄熱利用冷房運転時には前述の製氷運転によって蓄熱された冷熱により、冷媒を、氷蓄熱槽１７内で過冷却状態にしてから室内熱交換器４３，４５，４７に供給するので、冷房運転時の能力が増大する。
【００２０】
次に、電子制御弁ＭＶ１の開閉制御について説明する。
【００２１】
前述の蓄熱利用冷房運転時において室内熱交換器４３，４５，４７のいずれかがアンロード運転される時には、アンロード運転される室内熱交換器４３，４５，４７の電子制御弁４４，４６，４８の開度がコントローラ５０を介して減少される。すなわち、蓄熱利用冷房運転でない通常の冷房運転（非蓄熱冷房運転）制御においては、室内熱交換器４３，４５，４７のコイル温度（蒸発温度）Ｅ２と室内熱交換器４３，４５，４７の入口温度Ｅ１との差（＝Ｅ２−Ｅ１）が所定温度差になるように、コントローラ５０を通じて電子制御弁４４，４６，４８の開度を制御するので、アンロード時運転時には蒸発温度Ｅ２が高くなる分だけ、入口温度Ｅ１を高くするため、冷媒の供給量を絞る制御が行われる。
【００２２】
この場合において、アンロード運転される室内熱交換器４３，４５，４７に対し、氷蓄熱槽１７を介して過冷却された冷媒が供給され続けると、氷蓄熱槽１７の出口の冷媒温度Ｅ３が、蒸発温度Ｅ２よりも低くなることがある。
【００２３】
この冷媒温度Ｅ３が低くなると、室内熱交換器４３，４５，４７の入口温度Ｅ１も必然的に低くなるので、室内熱交換器４３，４５，４７のコイル温度（蒸発温度）Ｅ２と室内熱交換器４３，４５，４７の入口温度Ｅ１との差（＝Ｅ２−Ｅ１）が所定温度差以上に大きくなるので、通常の冷房運転制御に従って電子制御弁４４，４６，４８の開度を大きくする制御が行われる。
【００２４】
要するに、この状態を放置すると、アンロード運転時においては、本来であれば流量を絞る制御が行われるべきところを、電子制御弁４４，４６，４８がいわゆる逆応答して、流量を増大させる制御が行われ、室内熱交換器４３，４５，４７での冷媒蒸発が不十分になり圧縮機の液バックの問題を招来する。
【００２５】
これを防ぐために氷蓄熱槽１７の出口の冷媒温度Ｅ３が蒸発温度Ｅ２よりも低くなった場合には、全閉の状態にある氷蓄熱ユニット２００内の電子制御弁ＭＶ１の開度を適宜開いて、室外熱交換器５からの冷媒を過冷却された冷媒に合流させて、冷媒の温度Ｅ３を上昇させることによっていわゆる電子制御弁４４，４６，４８の逆応答を回避している。
【００２６】
この実施形態によれば、室外ユニットは複数台接続可能に形成される。図１の例では、二台の室外ユニット１００Ａ、１００Ｂを並列に接続しているが、この接続台数は変更が可能である。すなわち空調負荷に応じて例えば三台或いは四台以上の室外ユニットが接続される。通常であれば室外ユニットの接続台数に応じて、氷蓄熱ユニット２００の能力が変更される。
【００２７】
この実施形態では、氷蓄熱ユニット２００の能力は変更せずに、過冷却制御を行って、蓄熱利用冷房運転時の冷凍能力を変更する。
【００２８】
蓄熱利用冷房運転でない通常の冷房運転（非蓄熱冷房運転）では、図３に点線で示すように室外ユニット１００の総合馬力に従う冷凍能力Ｅ０が得られる。この冷凍能力Ｅ０を増大させるには過冷却度ＳＣを大きくとる必要がある。この実施形態では、前記氷蓄熱ユニット２００内の電子制御弁ＭＶ１（図２）の開度を絞ることにより、過冷却度ＳＣを増大させる。
【００２９】
電子制御弁ＭＶ１の開度を例えば小さく絞る場合、細線で示すように過冷却度はＳＣ１となり、冷凍能力はＥ１増大し、この場合の冷凍能力はＥ１＋Ｅ０となる。前述した冷凍能力Ｅ０に対する冷凍能力増加度合い（以下「シフト率」という。）を見ると次式となる。
【００３０】
シフト率＝（Ｅ１＋Ｅ０）／Ｅ０（１）
電子制御弁ＭＶ１の開度を例えば大きく絞る場合、太線で示すように過冷却度はＳＣ２となり、冷凍能力はＥ２増大し、この場合の冷凍能力はＥ２＋Ｅ０となる。前述した冷凍能力Ｅ０に対するシフト率を見ると次式となる。
【００３１】
シフト率＝（Ｅ２＋Ｅ０）／Ｅ０（２）
この実施形態では、図３に示す温度差ΔＴｎを制御することにより例えば（１）（２）式に示すシフト率が制御される。
【００３２】
室外ユニットの接続台数が変化し、図４に示すように室外ユニットの総合冷凍能力が１４馬力から３０馬力に変化したとする。
【００３３】
この実施形態では室外ユニットの総合冷凍能力が所定能力（例えば２０馬力）以上である場合、蓄熱利用冷房運転時の冷凍能力（室内ユニット能力に相当する）は、室外ユニットの総合冷凍能力を基準にして一定シフト率（例えば２５％）だけ増大させた冷凍能力に調整される。例えば室外ユニットの総合冷凍能力が２４馬力である場合、蓄熱利用冷房運転時の冷凍能力は、室外ユニットの総合冷凍能力２４馬力を基準にして一定シフト率２５％だけ増大させた冷凍能力３０馬力に調整され、室外ユニットの総合冷凍能力が３０馬力である場合、蓄熱利用冷房運転時の冷凍能力は、室外ユニットの総合冷凍能力３０馬力を基準にして一定シフト率２５％だけ増大させた冷凍能力３７．５馬力に調整される。
【００３４】
この制御では圧縮機１Ａ、１Ｂ、１Ｃを１００％運転したと仮定した場合、蓄熱利用可能な最大時間は図４に示すように徐々に減少し、室外ユニットの総合冷凍能力が３０馬力の場合、７．１時間にまで減少する。
【００３５】
この実施形態では室外ユニットの総合冷凍能力２０馬力（所定能力）に対応するように氷蓄熱ユニット２００の能力が設定されている。
【００３６】
従って、蓄熱利用可能な最大時間が７．１時間にまで減少したのは、室外ユニットの総合冷凍能力が３０馬力の場合、室外ユニットの総合冷凍能力に対して氷蓄熱ユニット２００の能力が大きく不足するからである。蓄熱利用可能な最大時間が、７．１時間では空調システム上で少なすぎる場合にはシフト率２５％を小さく設定することによって最大時間を延長することはできる。
【００３７】
この実施形態では室外ユニットの総合冷凍能力が所定能力（例えば２０馬力）以下である場合、蓄熱利用冷房運転時の冷凍能力（室内ユニット能力に相当する）は、室外ユニットの総合冷凍能力に応じて一定シフト率（例えば２５％）以上の所定シフト率だけ増大させた冷凍能力に調整される。例えば室外ユニットの総合冷凍能力が１８馬力である場合、蓄熱利用冷房運転時の冷凍能力は、室外ユニットの総合冷凍能力１８馬力に応じて一定シフト率２５％以上の所定シフト率２８％だけ増大させた冷凍能力２３馬力に調整され、室外ユニットの総合冷凍能力が１４馬力である場合、蓄熱利用冷房運転時の冷凍能力は、室外ユニットの総合冷凍能力１４馬力に応じて一定シフト率２５％以上の所定シフト率３５％だけ増大させた冷凍能力１９馬力に調整される。
【００３８】
室外ユニットの総合冷凍能力が所定能力以下である場合、この組み合わせによれば室外ユニットの総合冷凍能力に対して氷蓄熱ユニット２００の能力が余ることになる。この実施形態では上述したように一定シフト率２５％以上に大きくシフトさせることにより余剰蓄熱量を最大限利用できるので蓄熱利用冷房運転時における冷凍能力を増大させることができる。
【００３９】
図４を参照して、室外ユニットの総合冷凍能力が例えば３０馬力の場合、前述したように蓄熱利用可能な最大時間は７．１時間である。従来のように室内ユニット３００からの冷房運転の要求があり且つ氷蓄熱槽１７内の温度が１０℃以下である場合に無条件に蓄熱利用冷房運転を実行していたのでは蓄熱利用冷房運転の要求が連続的にある限り、朝８時から運転したとして日中３時には氷蓄熱ユニット２００の蓄熱量を使い切ってしまう。従って日中３時以降は非蓄熱冷房運転となって冷凍能力は大幅にダウンする。
【００４０】
この実施形態では蓄熱利用冷房運転時の蓄熱利用時間を調整する蓄熱利用時間調整手段が設けられる。この蓄熱利用時間調整手段は、例えば図５に示すように氷蓄熱槽１７内の温度を検出するサーミスタ４１と、このサーミスタ４１に並列に接続される抵抗４３と、蓄熱利用時間を調整するタイマ（図示せず）と、このタイマにより開閉されるタイマ接点４５とから構成される。タイマ（図示せず）は例えば図６に示すように朝８時から９時および昼１２時から１時の間を計時してこの間タイマ接点４５を閉じる。タイマ接点４５が開いている場合には図５からも明らかなように抵抗４３は機能しない。従って氷蓄熱槽１７内の温度が例えば１０℃以下であれば、室内ユニット３００からの冷房運転の要求があったことを条件に蓄熱利用冷房運転が実行される。朝８時から９時および昼１２時から１時の間はタイマ接点４５が閉じる。これが閉じると抵抗４３は機能し、氷蓄熱槽１７内の温度が仮に１０℃以下であっても常に１０℃以上であると判断される。従って室内ユニット３００からの冷房運転の要求があったとしても蓄熱利用冷房運転は実行されず、通常の非蓄熱冷房運転が実行される。
【００４１】
尚、朝８時から９時および昼１２時から１時の時間帯は、これに限定されるものではなく、蓄熱利用冷房運転の要求が少ない時間帯であれば、どの時間帯であってもよいことは明らかである。
【００４２】
この実施形態では、蓄熱利用時間調整手段が設けられるので、この調整手段により調整される時間帯は冷房運転の要求が仮にあったとしても蓄熱利用冷房運転は実行されず、通常の非蓄熱冷房運転が実行されるので、氷蓄熱ユニット２００の蓄熱量を簡単に使い切ってしまうことはなく従来のものに比べて蓄熱利用冷房運転を効率よく実行することができる。また抵抗４３、タイマ接点４５等からなる蓄熱利用時間調整手段はコントローラ５０の制御回路を変更することなく、外付けが可能であるので、製品コストを増大させることなく、蓄熱利用冷房運転を効率よく実行することができる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、空調負荷に応じて二台、三台或いは四台以上の室外ユニットが接続される空気調和システムにおいて、通常であれば室外ユニットの接続台数に応じて氷蓄熱ユニットの能力が変更されるところ、氷蓄熱ユニットの能力は変更せずに、過冷却制御を行うことで、蓄熱利用冷房運転時の冷凍能力を変更できる。そして、蓄熱利用時間調整手段によって蓄熱利用時間が調整され、この調整手段により調整される時間帯は冷房運転の要求が仮にあったとしても蓄熱利用冷房運転は実行されず、通常の非蓄熱冷房運転が実行されるので、従来のものに比べて効率よく蓄熱利用冷房運転が実行される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す回路図である。
【図２】蓄熱利用冷房運転時の回路図である。
【図３】シフト率を説明する図である。
【図４】蓄熱利用時間を説明する図である。
【図５】蓄熱利用時間調整手段を説明する図である。
【図６】蓄熱冷房運転利用時間帯を説明する図である。
【符号の説明】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ圧縮機
３四方弁
５室外熱交換器
１７氷蓄熱槽
４１センサ
４３抵抗
４５タイマ接点
５０コントローラ
ＭＶ１電子制御弁
ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３，ＳＶ４電動切換弁
１００Ａ、１００Ｂ室外ユニット
２００氷蓄熱ユニット
３００室内ユニット

Claims

室外ユニットと室内ユニットとの間に氷蓄熱ユニットを設け、製氷運転および蓄熱利用冷房運転を可能にした空気調和システムにおいて、
前記室外ユニットの総合冷凍能力と、この総合冷凍能力に応じたシフト率とに基づいて、前記蓄熱利用冷房運転時の冷凍能力が定められ、
前記蓄熱利用冷房運転時の冷凍能力と前記室外ユニットの総合冷凍能力との差に応じて、前記氷蓄熱ユニットへの冷媒流量を調節する流量調節手段と、
前記蓄熱利用冷房運転時の蓄熱利用時間を調整する蓄熱利用時間調整手段とを設け、
前記蓄熱利用時間調整手段は、前記室外ユニットの総合冷凍能力および前記シフト率に対応する蓄熱利用可能時間に基づいて、前記蓄熱利用冷房運転時の蓄熱利用時間を調整することを特徴とする空気調和システム。
室外ユニットと室内ユニットとの間に氷蓄熱ユニットを設け、製氷運転および蓄熱利用冷房運転を可能にした空気調和システムにおいて、
前記室外ユニットの総合冷凍能力と、この総合冷凍能力に応じたシフト率とに基づいて、前記蓄熱利用冷房運転時の冷凍能力が定められ、
前記蓄熱利用冷房運転時の冷凍能力と前記室外ユニットの総合冷凍能力との差に応じて、前記氷蓄熱ユニットへの冷媒流量を調節する流量調節手段と、
前記室内ユニットから冷房運転の要求があり氷蓄熱ユニットの氷蓄熱槽内の温度が所定温度以下である場合、前記蓄熱利用冷房運転を実行する手段と、
前記室内ユニットから冷房運転の要求があり氷蓄熱ユニットの氷蓄熱槽内の温度が所定温度以下である場合であっても所定の条件下で前記蓄熱利用冷房運転を実行させずに、前記蓄熱利用冷房運転時の蓄熱利用時間を調整する蓄熱利用時間調整手段とを設け、
前記蓄熱利用時間調整手段は、前記室外ユニットの総合冷凍能力および前記シフト率に対応する蓄熱利用可能時間に基づいて、前記蓄熱利用冷房運転時の蓄熱利用時間を調整することを特徴とする空気調和システム。
前記蓄熱利用時間調整手段はタイマを備え、このタイマによって予め設定された時間内は前記蓄熱利用冷房運転を実行させないことを特徴とする請求項１または２記載の空気調和システム。