JP3723401B2 - 空気調和装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄熱ユニット及び給湯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、利用側熱交換器を備えた利用側ユニットと、蓄熱用熱交換器を備えた蓄熱ユニットと、給湯用熱交換器を備えた給湯ユニットとを冷媒配管で接続した空気調和装置が知られている。この種のものでは、給湯ユニットと蓄熱ユニットとを利用して、給湯用の蓄熱をし、温水蓄熱を行える構成としている。
【0003】
この蓄熱ユニットに蓄熱された温水は、暖房運転時に使用され、給湯ユニットに蓄熱された温水は、給湯に使用される。
【0004】
上記熱源側ユニットを用いて蓄熱できる温水蓄熱量には限りがある一方で、本システムが設置される地域によっては、例えば、温暖な地域で冬場に暖房運転の効率よりも給湯量を増やしたい、或いは、厳寒地域等で冬場に給湯量を増やすよりも、暖房運転の効率を上げたい等の異なる要求がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の構成では、蓄熱ユニットへの蓄熱量及び給湯ユニットへの蓄熱量の比率が一定であり、本空調システムが設置される地域毎に存在する、上述した異なる要求に応えることができないという問題がある。
【0006】
本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、上記異なる要求に応えることができる空気調和装置を提供することにある。
【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、利用側熱交換器を備えた利用側ユニットと、蓄熱用熱交換器を備えた蓄熱ユニットと、給湯用熱交換器を備えた給湯ユニットとを冷媒配管で接続し、この給湯ユニットと蓄熱ユニットとを利用して、給湯用の蓄熱をし、温水蓄熱を行える空気調和装置において、上記給湯ユニットへの蓄熱量及び上記蓄熱ユニットへの蓄熱量の比率を可変可能に構成し、上記利用側ユニットを利用した暖房運転を停止させて、給湯ユニットと蓄熱ユニットを利用した給湯用の蓄熱、温水蓄熱の運転を行うと共に、給湯量を増やすよりも暖房運転の効率を上げたい場合に、上記給湯ユニットへの蓄熱量を上記蓄熱ユニットへの蓄熱量よりも低く抑えて、給湯用の蓄熱を早く終了させ、蓄熱用熱交換器と熱源側熱交換器を利用した蓄熱運転に切り換えることを特徴とする。
【0008】
請求項2記載の発明は、請求項1記載のものにおいて、上記給湯ユニットへの蓄熱量を、蓄熱槽への水張り量で調整することを特徴とする。
【0009】
請求項3記載の発明は、請求項1記載のものにおいて、上記蓄熱ユニットへの蓄熱量を、蓄熱温度で調整することを特徴とする。
【0010】
これらの発明では、蓄熱ユニットへの蓄熱量及び給湯ユニットへの蓄熱量を可変可能に構成したため、本システムが設置される地域によって、例えば、温暖な地域で冬場に暖房運転の効率よりも給湯量を増やしたい場合、給湯ユニットへの蓄熱量の比率を高め、厳寒地域等で冬場に給湯量を増やすよりも、暖房運転の効率を上げたい場合、蓄熱ユニットへの蓄熱量の比率を高める。
【0011】
これによれば、本空調システムが設置される地域毎に存在する、異なる要求に応えることができるものとなる。
【0012】
【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。
【0013】
図1において、1は室外ユニット(熱源側ユニット)を示す。この室外ユニット1には、圧縮機2と、四方弁3と、図示しない室外ファンによって熱交換作用を行う空冷の室外熱交換器(熱源側熱交換器)4と、室外側膨張弁5と受液器6と、気液分離機器7とが内蔵されこれら機器は配管でつながれている。
【0014】
8はユニット間配管9を構成する液管10につながれる液側接続口であり、11はユニット間配管9を構成するガス管12につながれるガス側接続口である。12は吐出専用口であり、圧縮機2の吐出管から分岐した吐出専用配管13につながれている。14は吸込専用口で、圧縮機2の吸込管から分岐した吸込専用配管15につながれている。このように、吐出専用口12(吐出専用配管13)、吸込専用口14(吸込専用配管15)は、ユニット間配管9を構成する液管10並びにガス管12につながれる、液並びにガス側の接続口8,11とは別個に設けられている。
【0015】
上記室外ユニット1には室内ユニット(利用側ユニット)16、蓄熱ユニット19及び給湯ユニット28がつながれている。
【0016】
室内ユニット16には、室内熱交線器17と、室内側膨張弁18とが内蔵されている。また、蓄熱ユニット19には、蓄熱用熱交換器20が内蔵されており、第1ないし第3の接続端を有し、第1の接続端21は第1開閉弁22並びに逆止弁23を介して蓄熱用熱交換器20に、第2の接続端24は第2開閉弁25を介して蓄熱用熱交換器20に、第3の接続端26は蓄熱側膨張弁27を介して蓄熱用熱交換器20に夫々つながれている。
【0017】
尚、第1接続端21は室外ユニット1の吐出専用口12につながれ、吐出専用配管15と連通している。第2接続端24は室外ユニット1の吸込専用口14につながれ、吸込専用配管15と連通している。第3接続端26はユニット間配管9の液管10につながれている。
【0018】
給湯ユニット28には、給湯用熱交換器29が内蔵されており、入口端30、出口端31を有し、入口端30は開閉弁32並びに逆止弁33を介して給湯用熱交換器29に、出口端31は給湯用熱交換器29に夫々つながれている。尚、入口端30は室外ユニット1の吐出専用口12につながれ、吐出専用配管13と連通している。出口端31はユニット間配管9の液管10につながれている。
【0019】
34はポンプ35を介して給湯ユニット28につながれた蓄熱槽で、給湯用熱交換器29で加熱されたお湯を蓄えるようになっている。36はこの蓄熱槽34にポンプ37を介してつながれた出湯口である。
【0020】
このような構成を備えた空調システムにおいて、夏の夜などに、冷房運転を停止して蓄熱ユニット19と給湯ユニット28を利用して、給湯用の蓄熱をしながら氷蓄熱を行う。
【0021】
即ち、圧縮機2から吐出された冷媒は、図1の実線矢印で示すよう逆止弁38、給湯ユニット28の開閉弁32、逆止弁33、給湯用熱交換器29、蓄熱ユニット19の蓄熱側膨張弁27、蓄熱用熱交換器20、蓄熱ユニット19の第2開閉弁25、気液分離器7、圧縮機2にと戻るように繰り返して循環する。これによって、給湯用熱交換器29が凝縮器、蓄熱用熱交換器20が蒸発器としてして作用する。給湯用熱交換器29で加熱された温水は蓄熱槽34に送り込まれる。蓄熱用熱交換器20で生成された氷蓄熱はそのまま蓄えられる。
【0022】
ここで、例えば、給湯ユニット28による蓄熱が早く終了した場合は、給湯ユニット28の開閉弁32を閉めて、圧縮機2から吐出された冷媒を破線矢印で示すよう逆止弁38、四方弁3、室外熱交換器4、室外側膨張弁(全開)5、受液器6、蓄熱ユニット19の蓄熱側膨張弁27、蓄熱用熱交換器20、第2開閉弁25、気液分離器7、圧縮機2にと戻るように繰り返して循環する。これによって、室外熱交換器4が凝縮器、蓄熱用熱交換器20が蒸発器としてして作用する。言い換えれば、空冷で氷蓄熱ができる。
【0023】
一方、蓄熱ユニット19による氷蓄熱が早く終了した場合は、蓄熱ユニット19の蓄熱側膨張弁27を全閉に設定して、圧縮機2から吐出された冷媒を一点破線矢印で示すよう逆止弁38、給湯ユニット28の第1開閉弁32、逆止弁33、給湯用熱交換器29、室外ユニット1の受液器6、室外側膨張弁5、室外熱交換器4、四方弁3、気液分離器7、圧縮機2にと戻るように繰り返して循環する。これによって、給湯用熱交換器29が凝縮器、室外熱交換器4が蒸発器としてして作用する。このように、夜間の安価な電力で、氷蓄熱と給湯用の蓄熱とが同時に行うことができる。
【0024】
上述した運転によって、氷蓄熱と、給湯用の蓄熱とが行えた状態において、夏の昼は冷房運転を行う。
【0025】
即ち、蓄熱ユニット19を用いた冷房運転時は、圧縮機2から吐出された冷媒は、図2の実線矢印で示すように逆止弁38、蓄熱ユニット19の第1開閉弁22、蓄熱熱交換器20、蓄熱側膨張弁27、室内側膨張弁18、室内熱交換器17、四方弁3、気液分離器7、圧縮機2にと戻るように繰り返して循環する。これによって、蓄熱用熱交換器20が凝縮器、室内熱交換器17が蒸発器としてして作用し、室内の冷房を行う。
【0026】
ここで、蓄熱ユニット19の熱を使い切ってしまった場合は、第1開閉弁22並びに蓄熱側膨張弁27を閉じて蓄熱ユニット19の使用を停止する。これによって、圧縮機2から吐出された冷媒は、破線矢印で示すように、逆止弁38、四方弁3、室外熱交換器4、室外側膨張弁5、受液器6、室内膨張弁18、室内熱交換器17、四方弁3、気液分離器7、圧縮機2にと戻るように繰り返して循環する。このように、氷蓄熱と空冷熱交換器(室外熱交換器)の併用によって、約40%の消費電力の節電が図られると考えれれる。尚、この冷房時に、出湯口36を開放すると給湯が行えることは言うまでもない。
【0027】
一方、冬の夜などに、暖房運転を停止して蓄熱ユニット19と給湯ユニット28を利用して、給湯用の蓄熱をし次に温水蓄熱を行える。
【0028】
即ち、圧縮機2から吐出された冷媒は、図3の実線矢印で示すように、逆止弁38、給湯ユニット28の開閉弁32、逆止弁33、給湯用熱交換器29、室外ユニット1の受液器6、室外側膨張弁5、室外熱交換器4、四方弁3、気液分離器7、圧縮機2にと戻るように繰り返して循環する。
【0029】
これによって、給湯用熱交換器29が凝縮器、室外熱交換器4が蒸発器としてして作用し、給湯用熱交換器29で加熱された温水は蓄熱槽34送り込まれる。この運転によって、給湯ユニット28による蓄熱が十分に行われると、次に温水蓄熱に切り換える。
【0030】
即ち、圧縮機2から吐出された冷媒は、図3の破線矢印で示すように、逆止弁38、蓄熱ユニット19の第1開閉弁22、逆止弁23、蓄熱熱交換器20、室外ユニット1の受液器6、室外側膨張弁5、室外熱交換器4、四方弁3、気液分離器7、圧縮機2にと戻るように繰り返して循環する。
【0031】
上述した運転によって、冬の夜の間に、給湯用の蓄熱と、温水蓄熱を行っておき、冬の昼は、この温水蓄熱を利用して暖房運転を行う。
【0032】
即ち、蓄熱ユニット19を用いた暖房運転時は、圧縮機2から吐出された冷媒は、図4の実線矢印で示すよう逆止弁38、四方弁3、室内熱交換器17、室内側膨張弁18、蓄熱ユニット19の蓄熱側膨張弁(全開)27、蓄熱用熱交換器20、第2開閉弁25、気液分離器7、圧縮機2にと戻るように繰り返して循環する。これによって、室内熱交換器17が凝縮器、蓄熱用熱交換器20が蒸発器としてして作用し、室内の暖房を行う。
【0033】
ここで、蓄熱ユニット19を利用した暖房運転はその蓄熱ユニット19の持つ熱エネルギーによって決まるのであるが、およそ10時間程度と考えられる。従ってこの蓄熱ユニット19を利用した暖房運転が10時間を越えたら、蓄熱側膨張弁27を閉じて蓄熱ユニット19の使用を停止する。
【0034】
これによって、圧縮機2から吐出された冷媒は、図4の破線矢印で示すように逆止弁38、室内熱交換器17、室内側膨張弁18、室外ユニット1の受液器6、室外側膨張弁(全開)5、室外熱交換器4、四方弁3、気液分離器7、圧縮機2にと戻るように繰り返して循環する。
【0035】
これによって、室内熱交換器17が凝縮器、室外熱交換器14が蒸発器として作用し、室内の暖房を行う。このように、蓄熱と空冷熱交換器(室外熱交換器14)の併用によって、室内の暖房を行う。尚、この暖房時に、出湯口36を開放すると給湯が行えることは言うまでもない。
【0036】
図5は、給湯ユニット28の蓄熱槽34の構造を示す。
【0037】
この蓄熱槽34には、上記ポンプ37(図1)につながる出口パイプ34Aと、上記ポンプ35(図1)を経て給湯用熱交換器29につながる温水パイプ34Bと、この給湯用熱交換器29で加熱された温水を蓄熱槽34に戻す温水パイプ34Cと、給水パイプ34Dとが配設され、この給水パイプ34Dには給水バルブ51が取り付けられている。また、この蓄熱槽34には、水位センサ52と水温サーミスタ53とが配設されている。
【0038】
本実施形態では、図3を参照して、冬の夜などに、暖房運転を停止して給湯ユニット28と蓄熱ユニット19とを利用して、まず給湯用の蓄熱をし次に温水蓄熱を行う場合の制御に特徴を有する。
【0039】
上記熱源側ユニット1を用いて蓄熱できる温水蓄熱量には限りがある。その一方で、例えば、厳寒地域等で冬場に給湯量を増やすよりも、暖房運転の効率を上げたい場合がある。
【0040】
この場合、給湯ユニット28の蓄熱槽34への水張り量を少なく調整して、給湯ユニット28を利用した給湯用の蓄熱量を、蓄熱ユニット19を利用した温水蓄熱の蓄熱量よりも低く抑える。
【0041】
図6は、制御フローを示す。
【0042】
蓄熱槽34に設けられた水位センサ52によって、蓄熱槽34に貯湯されている初期貯湯量Viを求めると共に(S1)、蓄熱槽34への給水バルブ51を開く(S2)。そして、外気温度Tnow、蓄熱槽34の初期貯湯水温Ti、給水バルブ51からの給水温度(入口水温)Twnowを検出し(S3)、蓄熱特性から蓄熱槽34への水張り量を求める(S4)。
【0043】
すなわち、初期貯湯量Viと初期貯湯水温Tiとに基づいて初期貯湯熱量Qiを次式(1)により求める。
【0044】
Qi=Vi×(55−Ti)Mcal …(1)
一方、外気温度Tnowを求め、図7に示す、50℃昇温蓄熱の場合の外気温度に対する蓄熱容量の表に基づいて、蓄熱容量Qmaxを求める。
【0045】
そして、この蓄熱容量Qmaxと初期貯湯熱量Qiとから次式(2)に基づいて給水量Qを求める。
【0046】
Q=(Qmax−Qi)/(55−Tnow) …(2)
図6に示す、蓄熱槽34への水張り量を求めるステップ(S4)では、上記(2)式で求めた給水量Qが水位に換算される。そして、給水量Qに相当する所定水位に達したか否かが判断され(S5)、所定水位に達した場合、給水バルブ51を閉じて、給水を停止する(S6)。すべてのステップS1〜S6に関する制御は、図示を省略したコントローラが司る。
【0047】
本実施形態では、外気温度Tnowが低ければ、図7に示すように、蓄熱容量Qmaxが低くなり、(2)式に従う給水量Qが少なくなる。従って、外気温度Tnowが低ければ、給湯ユニット28の蓄熱槽34への水張り量が少なく調整され、給湯ユニット28を利用した給湯用の蓄熱量が低く抑えられる。
【0048】
これによれば、図3を参照して、冬の夜などに、暖房運転を停止して給湯ユニット28と蓄熱ユニット19とを利用して、まず給湯用の蓄熱をし次に温水蓄熱を行う場合、給湯用の蓄熱が早めに完了するため、蓄熱ユニット19を利用した温水蓄熱が十分行われる。
【0049】
従って、厳寒地域等で冬場に給湯量を増やすよりも、暖房運転の効率を上げたい場合、その要求に十分応えられる。
【0050】
また、上記とは反対に、外気温度Tnowが高ければ、給湯ユニット28の蓄熱槽34への水張り量が多く調整される。
【0051】
これによれば、給湯用の蓄熱が完了するまで長時間がかかり、給湯用の蓄熱量が増大する。従って、温暖な地域で冬場に暖房運転の効率よりも給湯量を増やしたい場合、その要求に十分応えられる。
【0052】
本実施形態では、設計外気温度に合わせて、蓄熱槽34の大きさを変える設計をおこなうことも意味している。
【0053】
上記実施形態では、給湯ユニット28への蓄熱量を、蓄熱槽34への水張り量で調整し、これによって、給湯ユニット28への蓄熱量及び蓄熱ユニット19への蓄熱量の比率を可変可能に構成したが、これに限定されるものではない。例えば、蓄熱ユニット19への蓄熱量を、蓄熱温度で調整することによって、蓄熱ユニット19への蓄熱量及び給湯ユニット28への蓄熱量の比率を可変可能に構成してもよいことは明らかである。この蓄熱ユニット19は、蓄熱用熱交換器20を有する構造であるため、水張り量で調整するよりも、蓄熱温度で調整した方が上記比率を可変し易いからである。
【0054】
以上、一実施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ないことは明らかである。
【0055】
【発明の効果】
本発明によれば、給湯ユニットへの蓄熱量及び蓄熱ユニットへの蓄熱量の比率を可変可能に構成したため、本システムが設置される地域によって、例えば、温暖な地域で冬場に暖房運転の効率よりも給湯量を増やしたい場合、給湯ユニットへの蓄熱量の比率を高め、厳寒地域等で冬場に給湯量を増やすよりも、暖房運転の効率を上げたい場合、蓄熱ユニットへの蓄熱量の比率を高めることができる。
【0056】
これによれば、本空調システムが設置される地域毎に存在する、異なる要求に十分応えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による夏の夜の運転状態を示す冷媒回路である。
【図2】本発明による夏の昼の運転状態を示す冷媒回路である
【図3】本発明による冬の夜の運転状態を示す冷媒回路である。
【図4】本発明による冬の昼の運転状態を示す冷媒回路である。
【図5】本発明による蓄熱槽の断面図である。
【図6】本発明による制御フローチャートである。
【図7】50℃昇温蓄熱の場合の外気温度に対する蓄熱容量の関係を示す図である。
【符号の説明】
1 室外ユニット(熱源側ユニット)
2 圧縮機
4 室外熱交換器(熱源側熱交換器)
16 室内ユニット(利用側ユニット)
17 室内熱交換器(利用側熱交換器)
19 蓄熱ユニット
20 蓄熱用熱交換器
28 給湯ユニット
29 給湯用熱交換器
51 給水バルブ
52 水位センサ
Claims (3)
- 圧縮機及び熱源側熱交換器を備えた熱源側ユニットと、利用側熱交換器を備えた利用側ユニットと、蓄熱用熱交換器を備えた蓄熱ユニットと、給湯用熱交換器を備えた給湯ユニットとを冷媒配管で接続し、この給湯ユニットと蓄熱ユニットとを利用して、給湯用の蓄熱をし、温水蓄熱を行える空気調和装置において、上記給湯ユニットへの蓄熱量及び上記蓄熱ユニットへの蓄熱量の比率を可変可能に構成し、上記利用側ユニットを利用した暖房運転を停止させて、給湯ユニットと蓄熱ユニットを利用した給湯用の蓄熱、温水蓄熱の運転を行うと共に、給湯量を増やすよりも暖房運転の効率を上げたい場合に、上記給湯ユニットへの蓄熱量を上記蓄熱ユニットへの蓄熱量よりも低く抑えて、給湯用の蓄熱を早く終了させ、蓄熱用熱交換器と熱源側熱交換器を利用した蓄熱運転に切り換えることを特徴とする空気調和装置。
- 上記給湯ユニットへの蓄熱量を、蓄熱槽への水張り量で調整することを特徴とする請求項1記載の空気調和装置。
- 上記蓄熱ユニットへの蓄熱量を、蓄熱温度で調整することを特徴とする請求項1記載の空気調和装置。
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