JP3778740B2 - 蓄熱ユニットを備えた空気調和装置の運転方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は蓄熱ユニット、特に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、氷蓄熱ユニットが製氷運転、冷房運転を実施可能とする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、この氷蓄熱槽内でコイル外周に氷が形成される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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
ところで、上記コイルは従来一系統で構成され、この一系統の長さの長いコイル内には運転停止時に液冷媒が寝込むのが一般的である。従って、この運転停止時からいきなり上記製氷運転を実行する場合、この寝込んだ液冷媒が一度に圧縮機に吸い込まれ、液バックを起こす。
【０００７】
これを防止するため、従来、コイルの出側に流量制御弁を設け、この制御弁によって流出流量を制御し、寝込んだ液冷媒を徐々にコイルから流出させると共に、流出が多すぎた場合の液冷媒はアキュームレータに貯留して、圧縮機への液バックを防止するようにしている。
【０００８】
【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、寝込んだ液冷媒を徐々にコイルから流出させるため、コイル内の冷媒回収制御に長時間がかかり、その間製氷運転に移行することができないという問題がある。この冷媒回収制御を短時間の内に終了させようとすれば、液戻り量が多くなり、その分アキュームレータ容量を大きくしなければならないという問題がある。
【０００９】
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、冷媒回収制御を短時間の内に終了させ、かつアキュームレータ容量を小さくできる蓄熱ユニットを備えた空気調和装置の運転方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、圧縮機及び熱源側熱交換器を備えた熱源側ユニットと、蓄熱槽内にコイルが没入して配設された蓄熱ユニットと、利用側熱交換器を備えた利用側ユニットとを有し、蓄熱運転、放熱運転を実現可能とする、蓄熱ユニットを備えた空気調和装置の運転方法において、上記コイルが蓄熱槽内で複数系統に区分され、蓄熱運転開始時には複数系統に区分されたコイルの内、一つのコイルに寝込んだ液冷媒を回収し、この一つのコイルを用いて蓄熱運転を開始し、ついで別のコイルに寝込んだ液冷媒を順次回収し、この液冷媒の順次回収を終了した後すべてのコイルを用いた蓄熱運転に移行させることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のものにおいて、一つのコイルを用いて蓄熱運転を開始した場合、一つのコイルの過熱度を高くとってやり、一つのコイルを通過した過熱度の高いガス冷媒と別のコイルから回収される液冷媒とを接続配管内で合流させることにより、冷媒のガス化を促進させることを特徴とするものである。
【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、本発明に係る蓄熱ユニットを備えた空気調和装置の一実施の形態が適用された氷蓄熱ユニットを備えた空気調和装置を示し、製氷運転時の管路図である。図２は、図１の一実施の形態における冷房運転時の管路図である。
【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、蓄熱ユニットとしての氷蓄熱ユニット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】
上記氷蓄熱ユニット１２は、コイル３５を収容した蓄熱槽としての氷蓄熱槽３６を備えるとともに、冷媒配管１６にレシーバタンク３７、並列配置の電動膨張弁３８Ａ，３８Ｂ及び第１電動開閉弁４１Ａ，４１Ｂ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３８Ａ，３８Ｂと第１電動開閉弁４１Ａ，４１Ｂとの間に、接続配管３９Ａ，３９Ｂを介してコイル３５が接続される。
【００２０】
この実施形態では、コイル３５が２系統のコイル部分３５Ａ，３５Ｂに区分される。そして、電動膨張弁３８Ａがコイル部分３５Ａの一端に、また電動膨張弁３８Ｂがコイル部分３５Ｂの一端に接続され、各コイル部分３５Ａ，３５Ｂの他端にはそれぞれ流量制御弁５１，５３が接続される。一方の流量制御弁５１は口径の大きい第１製氷弁５１Ａと口径の小さい第１回収弁５１Ｂとを並列に備え、他方の流量制御弁５３は口径の大きい第２製氷弁５３Ａと口径の小さい第２回収弁５３Ｂとを並列に備える。そして、各流量制御弁５１，５３は接続配管４０を介して氷蓄熱ユニット１２の冷媒配管１７に接続される。更に、冷媒配管１６には、レシーバタンク３７と電動膨張弁３８Ａ，３８Ｂとの間に、第３電動開閉弁４３Ａ，４３Ｂを備えた接続配管４４Ａ，４４Ｂの一端が接続される。この接続配管４４Ａ，４４Ｂの他端は、流量制御弁５１，５３とコイル３５との間の接続配管４０Ａ，４０Ｂに接続される。
【００２１】
上記氷蓄熱槽３６内には二次媒体としての水が充填され、各コイル部分３５Ａ，３５Ｂは水没状態で配設される。空気調和装置１０の蓄熱運転としての製氷運転時には、各コイル部分３５Ａ，３５Ｂ内に、熱源側熱交換器２１からの一次媒体としての液冷媒が流入して蒸発し、これにより、各コイル部分３５Ａ，３５Ｂの外周に氷が付着して形成されて、この氷に冷熱が蓄熱される。空気調和装置１０の放熱運転としての解氷冷房運転時には、各コイル部分３５Ａ，３５Ｂ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、各コイル部分３５Ａ，３５Ｂ外周に付着した氷を融解し、この氷に蓄熱された冷熱の放熱により過冷却状態となる。
【００２２】
次に、製氷運転、解氷冷房運転、通常冷房運転を説明する。
【００２３】
[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内の各コイル部分３５Ａ，３５Ｂへ供給し、氷蓄熱槽３６内に氷を作る運転である。
【００２４】
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４１Ａ，４１Ｂ及び第３電動開閉弁４３Ａ，４３Ｂが閉弁され、電動膨張弁３８Ａ，３８Ｂ及び流量制御弁５１，５３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。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、実線で示すように流れ、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３８Ａ，３８Ｂを経て減圧され、氷蓄熱槽３６内の各コイル部分３５Ａ，３５Ｂへ流入する。この各コイル部分３５Ａ，３５Ｂ内に流入した冷媒は蒸発されて、各コイル部分３５Ａ，３５Ｂの外周に氷を付着した状態で形成する。その後、各コイル部分３５Ａ，３５Ｂ内のガス冷媒は、流量制御弁５１，５３及び接続配管４０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。
【００２５】
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。
【００２６】
[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内の各コイル部分３５Ａ，３５Ｂ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。
【００２７】
この場合には、氷蓄熱ユニット１２において、流量制御弁５１，５３が閉弁され、第１電動開閉弁４１Ａ，４１Ｂ及び第３電動開閉弁４３Ａ，４３Ｂが開弁され、電動膨張弁３８Ａ，３８Ｂ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が開弁される。
【００２８】
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、実線で示すように流れ、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４４Ａ，４４Ｂ及び第３電動開閉弁４３Ａ，４３Ｂを経て氷蓄熱槽３６内の各コイル部分３５Ａ，３５Ｂへ流入する。この各コイル部分３５Ａ，３５Ｂ内に流入した液冷媒は、各コイル部分３５Ａ，３５Ｂ内を満杯状態で流れ、各コイル部分３５Ａ，３５Ｂ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、各コイル部分３５Ａ，３５Ｂ内の過冷却状態の液冷媒は、接続配管３９Ａ，３９Ｂ、第１電動開閉弁４１Ａ，４１Ｂ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。
【００２９】
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を経て、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。
【００３０】
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。
【００３１】
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、各コイル部分３５Ａ，３５Ｂから接続配管３９Ａ，３９Ｂを介し第１電動開閉弁４１Ａ，４１Ｂ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３８Ａ，３８Ｂの開度が調整されて、氷蓄熱槽３６内の各コイル部分３５Ａ，３５Ｂ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。
【００３２】
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、各コイル部分３５Ａ，３５Ｂ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)
通常冷房運転は、図２を参照して、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、流量制御弁５１，５３及び第３電動開閉弁４３Ａ，４３Ｂが閉弁され、電動膨張弁３８Ａ，３８Ｂ及び第１電動開閉弁４１Ａ，４１Ｂが開弁される。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に流入する。そして、それ以後は、氷蓄熱槽３６をバイパスして流れ、電動膨張弁３８Ａ，３８Ｂ及び第１電動開閉弁４１Ａ，４１Ｂ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。
【００３５】
[Ｄ]冷媒回収制御(図３)
ところで、この蓄熱ユニットを備えた空気調和装置では運転停止時に各コイル部分３５Ａ，３５Ｂに液冷媒が寝込むのが一般的である。従って、[Ａ]製氷運転(図１)において、この運転停止時からいきなり上記製氷運転を実行すると、この寝込んだ液冷媒が一度に圧縮機に吸い込まれ液バックを起こす。
【００３６】
この実施形態では、この液バックを防止するため、上記[Ａ]製氷運転(図１)を実行する場合、図３に示す処理に従って、コイル３５の出側の流量制御弁５１，５３が閉弁の状態から徐々に段階的に開弁される。
【００３７】
第１段階では、一方の流量制御弁５１を構成する口径の小さい第１回収弁５１Ｂのみが開弁される。それ以外はすべて閉弁の状態にある（Ｓ１）。すると、コイル部分３５Ａに寝込んだ液冷媒が第１回収弁５１Ｂの弁口径に従って徐々に回収される。このコイル部分３５Ａの寝込み冷媒量は、コイル全体の寝込み冷媒量の約１／２である。従来のようにコイルが一系統の場合に比べて、コイル部分３５Ａの寝込み冷媒量は少ない。従って一度に多量の冷媒が圧縮機１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃに戻ることはなく、多すぎてもアキュームレータ１９が十分に機能し圧縮機１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃへの液バックは防止される。
【００３８】
この制御が所定時間実行され（Ｓ２）、これによってコイル部分３５Ａに寝込んだ液冷媒がほぼ回収された後、第２段階で第１回収弁５１Ｂに加えて一方の流量制御弁５１を構成する口径の大きい第１製氷弁５１Ａが開弁される（Ｓ３）。そして、この第２段階において、コイル部分３５Ａを用いて上述した[Ａ]製氷運転(図１)が開始される（Ｓ４）。
【００３９】
第３段階では、他方の流量制御弁５３を構成する口径の小さい第２回収弁５３Ｂが開弁される（Ｓ５）。すると、コイル部分３５Ｂに寝込んだ液冷媒が第１回収弁５３Ｂの弁口径に従って徐々に回収される。この冷媒回収中は、電動膨張弁３８Ａの弁開度を絞ることが望ましい（Ｓ６）。すると、冷媒回収の先行したコイル部分３５Ａの過熱度が高くなり、このコイル部分３５Ａを通過した過熱度の高いガス冷媒と、この第３段階で回収される液冷媒とが接続配管４０内で合流して、冷媒のガス化が促進される。
【００４０】
この制御が所定時間実行され（Ｓ７）、これによってコイル部分３５Ｂに寝込んだ液冷媒が回収された後、第４段階で第１回収弁５３Ｂに加えて他方の流量制御弁５３を構成する口径の大きい第１製氷弁５３Ａが開弁され（Ｓ８）、これ以降、電動膨張弁３８Ａ，３８Ｂの弁開度が通常制御され（Ｓ９）、すべてのコイル部分３５Ａ，３５Ｂを用いた製氷運転が実行される。
【００４１】
この実施形態では、コイル３５を複数系統のコイル部分３５Ａ，３５Ｂに区分し、しかもコイル部分３５Ａ，３５Ｂの出側の流量制御弁５１，５３を閉弁の状態から徐々に段階的に開弁しているので、一度に多量の液冷媒が圧縮機１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃに戻ることがなく液バックが防止される。
【００４２】
また、一方のコイル部分３５Ａに寝込んだ液冷媒を回収した後、第２段階で口径の大きい第１製氷弁５１Ａが開弁され、他方のコイル部分３５Ｂに寝込んだ液冷媒を回収する前に、この第２段階で上述した[Ａ]製氷運転(図１)が開始されるので、冷媒回収制御を短時間で行うことができる。
【００４３】
さらに、一度に多量の液冷媒が圧縮機１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃに戻されることがないので、アキュムレータ１９の容量を小さくすることができる。
【００４４】
以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４５】
例えば、上記実施の形態では、蓄熱槽内にコイル３５が没入して配設された蓄熱ユニットを氷蓄熱ユニット１２として説明したが、これに限定されず、蓄熱ユニットが温水蓄熱ユニットであっても良い。
【００４６】
この場合、コイル３５が凝縮器として機能し、例えば深夜電力を利用して蓄熱槽内に温水をつくるように冷媒回路が形成される。これによれば、蓄熱槽内のコイルを複数系統に区分することによって、液バック防止等の上記と同様の効果が得られ、また温水蓄熱ユニットを利用した暖房運転開始までの立ち上がり時間を短縮できることが明らかである。
【００４７】
また、上記実施の形態では、コイルを２系統に区分した場合を述べたが、３系統以上に区分しても良い。また、コイルを複数系統に区分した場合、それぞれのコイル部分の容量が小さくなるので、そこに寝込んだ冷媒を一度に戻しても液バックが発生しないので、第１段階で冷媒を回収するコイル部分（上記コイル部分３５Ａに相当する）の出側には流量制御弁を設けなくても良い。また、流量制御弁は２個の開閉弁で構成した場合を述べたが、これに限定されず、リニアに流量制御できる１個の制御弁を用いても良い。
【００４８】
さらに、上記実施の形態では、氷蓄熱槽３６内に貯溜される二次媒体が水の場合を述べたが、塩化カルシウム若しくは塩化ナトリウムの水溶液、エチレングリコール若しくはプロピレングリコールの水溶液、またはＲ１１などの単一冷媒などのブラインであっても良い。
【００４９】
【発明の効果】
本発明では、コイルが蓄熱槽内で複数系統に区分されているため、複数系統内の冷媒を段階的に回収することによって、一度に多量の液冷媒が圧縮機に戻ることがないので、液バックが防止される。また、一方のコイルに寝込んだ液冷媒を回収した後、他方のコイルに寝込んだ液冷媒を回収する前に、製氷運転を開始することとすれば、冷媒回収制御を短時間で行うことができる。さらに、一度に多量の液冷媒が圧縮機に戻されることがないので、アキュムレータの容量を小さくすることができる等の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る蓄熱ユニットを備えた空気調和装置の一実施の形態が適用された氷蓄熱ユニットを備えた空気調和装置を示し、製氷運転時の管路図である。
【図２】図１の一実施の形態における冷房運転時の管路図である。
【図３】本実施形態の処理を示すフローチャートである。
【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（蓄熱ユニット）
１３ 利用側ユニット
１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ 圧縮機
２１ 熱源側熱交換器
２４ 利用側熱交換器
３５ コイル
３５Ａ，３５Ｂ コイル部分
３６ 氷蓄熱槽（蓄熱槽）
５１，５３ 流量制御弁

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、蓄熱槽内にコイルが没入して配設された蓄熱ユニットと、利用側熱交換器を備えた利用側ユニットとを有し、蓄熱運転、放熱運転を実現可能とする、蓄熱ユニットを備えた空気調和装置の運転方法において、
   上記コイルが蓄熱槽内で複数系統に区分され、
   蓄熱運転開始時には複数系統に区分されたコイルの内、一つのコイルに寝込んだ液冷媒を回収し、この一つのコイルを用いて蓄熱運転を開始し、ついで別のコイルに寝込んだ液冷媒を順次回収し、この液冷媒の順次回収を終了した後すべてのコイルを用いた蓄熱運転に移行させることを特徴とする蓄熱ユニットを備えた空気調和装置の運転方法。
2. 一つのコイルを用いて蓄熱運転を開始した場合、一つのコイルの過熱度を高くとってやり、一つのコイルを通過した過熱度の高いガス冷媒と別のコイルから回収される液冷媒とを接続配管内で合流させることにより、冷媒のガス化を促進させることを特徴とする請求項１記載の蓄熱ユニットを備えた空気調和装置の運転方法。

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