JP3969478B2 - 空調設備 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は空調設備に係り、詳しくは、蓄熱槽を上手く併用することにより、無駄にしていた熱の回収を図るようにして、より動作効率に優れた空調設備を提供する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の一般的な空調設備、即ち空調対象となる複数の部屋を単一の空調装置で空調させる構成を採る空調設備では、例えば夏季の冷房時において、全部屋の空調スイッチが全てＯＦＦに切換えられることがあると、それまでに空調機が生産した冷熱の供給場所が一瞬にして無くなるが、そのまま凝縮器に戻ると機器の損傷を招くおそれがあるため、通常は空調回路にアキュムレータを設けて、その余剰熱媒をためる安全構造が採られていた。アキュムレータの貯留熱媒は、受液器から自然に排熱されるようになる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
つまり、部屋における送風ファンの全スイッチがＯＦＦにされると、そのＯＦＦ操作によって装置が停止する迄の間（短時間ではあるが…）に作成された冷熱（空調機内や配管内に存在する既に作成され冷熱）が無駄になってしまうのもであり、前述のようにその冷熱は利用されることなく捨てられるので、空調装置としての熱効率の点からは芳しくないものであった。
【０００４】
本発明の目的は、熱を貯えておくことのできる蓄熱体を空調装置に併用することにより、全空調作動ＯＦＦに伴う熱の損失を回避して有効利用できるようにすることにより、一層効率良く作動できる空調設備を得る点にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
〔構成〕
請求項１の構成は、空調設備において、流体との接触による熱交換によって蓄熱及び放熱が自在な蓄熱体を有した蓄熱槽、及び、この蓄熱槽に蓄熱自在な空調機を設け、空調機によって空調対象を空調する空調状態と、空調機によって蓄熱槽に蓄熱させる蓄熱状態と、蓄熱槽に貯えられた熱によって空調対象を空調する放熱状態とを切換える切換手段を設け、
空調状態において空調対象への空調作動を全て停止する指令が出ると、その全停止指令に基づいて空調状態を蓄熱状態に切換えて、蓄熱槽に空調機による余剰熱を蓄熱させてから、空調機を停止する第一蓄熱制御手段を設け、
空調機を空調作動させる指令が出ると、空調機を作動させ、かつ、放熱状態に切換えて、蓄熱制御手段の作動によって蓄熱槽に貯えられた蓄熱を放熱した後に、空調状態に切換える第一放熱制御手段を設けてあることを特徴とする。
【０００６】
〔作用及び効果〕
請求項１の構成によれば、空調対象を冷房又は暖房するべく空調機を空調運転しているときに、全ての運転スイッチがＯＦＦになる等、空調対象での運転を全て停止する指令が出ると、空調機で空調対象を空調する空調状態から空調機で蓄熱槽に蓄熱させる蓄熱状態に切換えられるから、運転停止指令が出てから実際に空調機が停止するまでの時間差の間に生じた熱量、即ち、量的には少ないが、従来では捨てられて無駄になっていた熱量が蓄熱槽に貯えられるようになる。つまり、第一蓄熱制御手段の機能により、空調機による余剰熱が自動的に蓄熱槽に蓄えられるようになる。
【０００７】
従って、その後に運転スイッチをＯＮにする等、空調機を空調運転する指令が出ると、第一放熱制御手段の機能により、空調機を作動させるとともに、蓄熱槽に貯えられた熱によって空調対象を空調する放熱状態に切換えられるから、先ず、第一蓄熱制御手段によって蓄熱槽に貯えられた熱量が放出される放熱状態が行われ、それから、空調機による本格的な空調状態に切り換わるようになる。これにより、従来は捨てられていた停止時の余剰熱を、次回の空調開始時に有効利用できるようになり、熱効率を改善することができるとともに、スイッチＯＮから本格的に空調機による空調作動が開始されるまでタイムラグの短縮も可能となる好ましい空調設備を実現できるようになる。
【０００８】
その結果、空調作動を全て停止する全停止指令が出てから実際に空調機が停止するまでのタイムラグの間に生じた熱媒、即ち、熱量的には少ないが、従来では捨てられて無駄になっていた熱媒を蓄熱槽に貯え、その貯えられた熱媒を次の空調作動開始時に有効利用できて装置としての効率の向上が図れるとともに、空調作動の開始指令から本格的に空調作動されるまでタイムラグも短縮できるので、実用上の利点大な空調設備を提供することができた。
【０００９】
〔構成〕
請求項２の構成は、空調設備において、流体との接触による熱交換によって蓄熱及び放熱が自在な蓄熱体を有した蓄熱槽、及び、この蓄熱槽に蓄熱自在な空調機を設け、空調機によって空調対象を空調する空調状態と、空調機によって蓄熱槽に蓄熱させる蓄熱状態と、蓄熱槽に貯えられた熱によって空調対象を空調する放熱状態とを切換える切換手段を設け、
空調状態において空調対象への空調作動を全て停止する指令が出ると、その全停止指令に基づいて空調状態を蓄熱状態に切換え、かつ、蓄熱槽が所定温度に達するまで蓄熱状態を維持してから、空調機を停止する第二蓄熱制御手段を設け、
空調機を空調作動させる指令が出ると、空調機を作動させ、かつ、放熱状態に切換えて、放熱状態が所定時間経過した後に、空調状態に切換える第二放熱制御手段を設けてあることを特徴とするものである。
【００１０】
〔作用及び効果〕
請求項２の構成によれば、空調対象を冷房又は暖房するべく空調機を空調運転しているときに、全ての運転スイッチがＯＦＦになる等、空調対象での運転を全て停止する指令が出ると、空調機で空調対象を空調する空調状態から空調機で蓄熱槽に蓄熱させる蓄熱状態に切換えられるから、運転停止指令が出てから実際に空調機が停止するまでのタイムラグの間に生じた熱媒、即ち、量的には少ないが、従来では捨てられて無駄になっていた熱媒は蓄熱槽に貯えられるようになる。その上、第二蓄熱制御手段により、蓄熱槽が所定温度に達する迄空調機を引き続き運転させてから止めるように制御されるので、空調機が停止したときには、必ず蓄熱槽には所定の熱量が蓄熱された状態になっている。
【００１１】
従って、その後に運転スイッチをＯＮにする等、空調機を空調運転する指令が出ると、第二放熱制御手段の機能により、空調機を作動させるとともに放熱状態に切換えられるから、スイッチＯＮから本格的に空調機が空調作動するまでのタイムラグの間には、第二蓄熱制御手段によって蓄熱槽に貯えられた熱で空調対象を空調する放熱状態が行われることになる。従って、空調機の作動開始指令が出てから本格的な空調作動が開始されるまでの間にも、本来の空調を行うに必要な熱量以上が蓄熱槽に貯えられる状態に第二蓄熱制御手段を設定すれば、スイッチＯＮ等の作動開始指令が出たら、タイムラグ無しに、即座に所望の空調作動状態が得られるという好ましい開始状態を得ることが可能になる。
【００１２】
また、第二蓄熱制御手段による蓄熱槽の所定温度設定の如何によれば、スイッチＯＮといった空調作動指令が出てから本格的な空調作動が開始されるまでのタイムラグを、極僅かな時間や、好みの時間に設定することが可能になり、本格的な空調作動までの待ち時間（タイムラグ）に融通を効かすことができるようになる。
【００１３】
その結果、空調作動を全て停止する全停止指令が出てから実際に空調機が停止するまでのタイムラグの間に生じた熱媒、即ち、熱量的には少ないが、従来では捨てられて無駄になっていた熱媒を、空調機停止後に蓄熱槽を所定温度に達する迄蓄熱させるのに必要な熱量の一部に有効利用することができるとともに、それによって蓄熱槽に貯えられた熱媒を、次の空調作動開始時に利用することにより、空調作動の開始指令が出てから本格的な空調作動が開始される迄のタイムラグを無くして、応答性に優れた空調が行えるとか、好みのタイムラグに任意に調節設定できると行った具合に、装置としての効率の向上を図りながらスイッチＯＮと同時に空調できる使い勝手に良いものにするとか、空調作動の開始指令から本格的に空調作動されるまでのタイムラグを短縮することが自在に行えるようになり、実用上の利点がさらに改善される空調設備を提供することができた。
【００１４】
〔構成〕
請求項３の構成は、図１に例示する如く、請求項２の構成において、所定時間は、空調機の始動指令が発令されてから本格的な空調作動開始に要するタイムラグであり、所定温度は、そのタイムラグを補うための熱量を蓄熱槽に確保するに要する温度である。
【００１５】
〔作用及び効果〕
請求項３の構成によれば、第二蓄熱制御手段により、空調機を始動すべくスイッチＯＮから本格的に空調作動するまでのタイムラグの間における空調を賄うに要する熱量が蓄熱槽に蓄えられるから、次に、空調機が作動する場合におけるスイッチＯＮ等の始動指令の発令から実質的に空調作動が開始されるまでタイムラグの間は、第二放熱制御手段の働きにより、蓄熱槽に蓄えられた熱によって空調されるようになる。つまり、運転停止時に、その運転停止に伴う余剰熱を含んで蓄熱槽に蓄熱させておくことにより、次の空調運転開始時には、タイムラグの無い即座の空調作動が行えるようになり、省エネルギー化を図りながらも快適な空調が行えるようになった。
【００１６】
尚、「本格的な空調作動」とは、次のようなことである。即ち、一般的な空調機では、作動させても直ぐに冷房や暖房が始まるのではなく、所定温度の熱媒を作成するべく凝縮器の圧縮や予熱工程を経てから、やっと所望の空調状態が得られるようになっており、その作動開始指令からタイムラグを伴って始まる「所望の空調状態」を、請求項３では「本格的な空調作動」と定義するものである。
【００１７】
その結果、空調作動を全て停止する全停止指令が出てから実際に空調機が停止するまでのタイムラグの間に生じた熱媒を、空調機停止後に蓄熱槽を所定温度に達する迄蓄熱させるのに必要な熱量の一部に利用し、それによって蓄熱槽に貯えられた熱媒を、次の空調作動開始時に利用することにより、空調作動の開始指令が出てから本格的な空調作動が開始される迄のタイムラグを無くすことができ、スイッチＯＮと同時に空調作動できる応答性に優れた空調設備を提供することができた。
【００１８】
【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。
図１に個人住宅用の空調設備Ａが示してある。即ち、冷房、暖房、除湿、送風が自在に行えるヒートポンプ式のエアコン（空調機の一例）１と、このエアコン１によって蓄熱自在な蓄熱槽２とを一対の送風経路３，４を介して循環送風自在に連通接続するとともに、エアコン１の吐出側となる一方の送風経路３に、各居室ｒ１，ｒ２に空調風を供給するための主ダクト５を、かつ、エアコン１の戻り側となる他方の送風経路４に、各居室ｒ１，ｒ２からの排風を戻すための戻しダクト６を夫々連通接続して蓄熱槽付きの空調設備Ａを構成してある。
【００１９】
尚、エアコン１は、室内機１ａと室外機１ｂとから成る一般的なものであり、請求項１に言う「空調機」は、図１に示す室内機１ａに相当している。室内機１ａは、室内空調コイル１７と出力ファン１８とを装備し、室外機１ｂは、外気コイル１９とアキュムレータ２０、及びその他（膨張弁や開閉弁等）を装備している一般的なものである。
【００２０】
蓄熱槽２は、例えば図２に示すように、蓄熱体Ｃを前後左右及び上下に複数並べたものを箱体等のカバーで覆ってその中に送風できるように構成されたものであり、熱交換用流体である空気（風）が通ることで蓄熱体Ｃと接触しての熱交換によって蓄熱及び放熱が行えるものである。蓄熱体Ｃは、顕熱を用いた蓄熱体（例えば、セメント板や石板等）を多数装備したものであるが、この顕熱利用の蓄熱体Ｃに代えて、潜熱を利用した蓄熱材を収容した蓄熱カプセルを多数内装して蓄熱槽２を構成する構造でも良い。
【００２１】
図１の主ダクト５には、各居室ｒ１，ｒ２に連通する個別ダクト７，７が接続してあり、それら個別ダクト６，７には送風ファン８及び開閉ダンパー９が装備されている。開閉ダンパー９は、その中間部に設けた支点回りでモータ９ａによって回動されることにより、起立姿勢になって個別ダクト７，７を開放する開放位置と、横臥姿勢になって個別ダクト７，７を遮断する閉じ位置とに切換え自在であり、送風ファン８が回転すると開放位置に切換わり、送風ファン８が停止すると閉じ位置に切換わるように連動されている。
【００２２】
送風経路３における主ダクト５との連結部位には、経路切換弁１５が装備されている。即ち、経路切換弁１５は、支点ｘで揺動自在な弁体１５ａで構成されており、エアコン１と主ダクト５とは連通し、蓄熱槽２と主ダクト５とは遮断する第１位置ｐ１と、エアコン１と主ダクト５とは遮断し、蓄熱槽２と主ダクト５とは連通する第２位置ｐ２と、エアコン１と蓄熱槽２とを連通する第３位置ｐ３との３位置に切換え及び設定自在である。エアコン１による通常の冷房時は、経路切換弁１５は第１位置ｐ１に切換えられている。
【００２３】
各居室ｒ１，ｒ２には、送風ファン８の駆動モータ８ａの回転数調節、及び開閉ダンパー９のモータ９ａの制御により、温度設定や送風の強さを調節設定するための操作部１０と、室温センサ１１とが設けてあり、所望の室温に制御できる室温制御装置ｓｓを構成している。この室温制御装置ｓｓは、要するに送風ファン８を制御するだけであって、各居室ｒ１，ｒ２毎に完結しているシステムであり、制御装置１４による操作部１０，１０が操作されたか否かの検出を除けば、エアコン１とは無関係に制御できるものとしてある。
【００２４】
ここで、室温制御装置ｓｓによる制御作用の例を冷房の場合について説明する。エアコン１は十分に低い温度の冷風を出力しており、例えば「２０℃」等の低い室温が操作部１０で設定されると、送風ファン８は「強」に、即ち高回転数で駆動回転され、「２８℃」等の高い室温が操作部１０で設定されると、送風ファン８は「弱」に、即ち低回転数で駆動回転されるように制御される。これにより、室温設定が異なっても、極力互いに同じような時間で所望の冷房温度が得られるようになる。又、操作部１０の操作により、意図的に強風や弱風に設定することも可能である。
【００２５】
蓄熱槽２には温度センサ１２が設けてあり、この温度センサ１２と、エアコン１と、温度設定器１３と、経路切換弁１５の操作手段１６とが接続される制御装置１４を設けて蓄熱制御装置ｔｓが構成されている。尚、経路切換弁１５とその操作手段１６とで切換手段Ｂを構成している。蓄熱制御装置ｔｓは、第二蓄熱制御手段２３と第二放熱制御手段２４とを有しており、▲１▼空調終了時における蓄熱制御、▲２▼空調開始時における放熱制御、という２種の制御状態を発揮できるものである。
【００２６】
▲１▼第二蓄熱制御手段２３による蓄熱制御は、冷房運転中に、全操作部１０，１０が運転停止操作、即ち全運転スイッチ１０ａ，１０ａがＯＦＦ操作されたときには、直ちにエアコン１を停止させるのではなく、経路切換弁１５を第１位置ｐ１から第３位置ｐ３に切換えるとともに、蓄熱槽２が所定の温度（例えば２０℃）に冷熱が蓄熱されるまでエアコン１の運転を続けてから止める制御である。これにより、一旦エアコン１が空調運転されたなら、その後に停止操作が為されると、それによって必ず蓄熱槽２が所定の低温蓄熱状態となるのである。この蓄熱制御によって得られる利点は次のようである。
【００２７】
冷房運転中において、全運転スイッチがＯＦＦになると、そのときに既に生じており、かつ、居室に送られる前の極めて低温の冷媒（量は少ない）の行き所が急に無くなるので、従来では、その低温冷媒をアキュムレータに一旦貯めることにより、その低温冷媒がそのまま凝縮器に供給されることによる不都合（凝縮器の損傷等）を回避するようにしていた。しかしながら、これでは少しではあるがそのために費やした電力が無駄になってしまうので、本発明では、その従来では捨てていた冷熱をその後に有効利用できるよう、一旦蓄熱槽２に貯めておくのである。参考に、この蓄熱制御のフローチャートを図３に示す。
【００２８】
▲２▼第二放熱制御手段２４による放熱制御は、図４のフローチャートに示すように、前述した蓄熱制御によって貯えられた冷熱を、次の運転開始時に有効利用する制御である。即ち、現在のエアコン１においては、冷房するために運転スイッチ１０ａをＯＮにすると、凝縮器（コンプレッサー）は直ちに動いて予圧を開始するが、冷房可能な状態になるには暫く（１〜２分程度）必要になるため、タイムラグを伴って冷風が居室に供給されるようになる。そこで、そのタイムラグを解消して、スイッチＯＮとほぼ同時に冷風を供給できるようにするのが第二放熱制御である。
【００２９】
即ち、いずれかの運転スイッチ１０ａがＯＮ操作されると、エアコン１の運転が開始されるが、そのときに蓄熱槽２が所定の冷温状態にあるときには、前述した予圧作動は行うが、出力ファン１８は停止させて送風作動はしないとともに、経路切換弁１５を第２位置ｐ２に切換えることにより、蓄熱槽２を通って冷された風が送風ファン８によって居室ｒ１又はｒ２に供給されるようになり、運転スイッチＯＮとほぼ同時に冷風供給が行える好ましい空調作動が得られる。そして、エアコン１によって冷房できる状態が整った時点で、経路切換弁１５を第１位置ｐ１に切換るとともに出力ファン１８を駆動回転させ、エアコン１による冷房状態に切換わるのである。
【００３０】
以上説明したように、本発明による空調設備Ａは、空調対象である居室ｒ１，ｒ２に関してエアコン１（室内機１ａ）と蓄熱槽２とを並列に接続させて一対のダクト５，６に接続してあることにより、経路切換弁１５の切換操作を伴って、通常の空調状態、蓄熱制御状態、及び放熱制御状態を使い分けることが可能であり、装置停止に伴なう熱の有効利用が図れて、従来に比べて効率の向上するものにすることができた。
【００３１】
〔別実施形態〕
【００３２】
《１》 図５に別構造の空調設備Ａを示してある。図１に示す第１実施形態による空調設備Ａと異なる点は、第二蓄熱制御手段２３と第二放熱制御手段２４に代えて、第一蓄熱制御手段２５と第一放熱制御手段２６とを蓄熱制御装置ｔｓが有することであり、それ以外は同じである。
【００３３】
即ち、第一蓄熱制御手段２５は、空調状態において空調対象ｒ１，ｒ２への空調作動を全て停止する指令が出ると、その全停止指令に基づいて空調状態を蓄熱状態に切換えて、蓄熱槽２に空調機１による余剰熱を蓄熱させてから、空調機１を停止するものであり、第一放熱制御手段２６は、空調機１を空調作動させる指令が出ると、空調機１を作動させ、かつ、放熱状態に切換えて、第一蓄熱制御手段２５の作動によって蓄熱槽２に貯えられた蓄熱を放熱した後に、空調状態に切換えるものである。
【００３４】
《２》 図１に示す空調設備において、図示は省略するが、第二蓄熱制御手段２３による蓄熱槽２の所定温度を変更設定自在な温度調節設定器や、第二放熱制御手段２４による放熱状態の所定時間を変更設定自在な時間調節設定器を設けて、空調機１の開始指令が出てから、本格的な空調作動までのタイムラグを調節できるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】空調設備の概略構造を示す系統図
【図２】蓄熱槽の概略構造を示す側面図
【図３】蓄熱制御のフローチャートを示す図
【図４】放熱制御のフローチャートを示す図
【図５】別構造による空調設備の概略構造を示す系統図
【符号の説明】
１ 空調機
２ 蓄熱槽
２１ 運転停止制御手段
２２ 運転開始制御手段
２３ 第二蓄熱制御手段
２４ 第二放熱制御手段
２５ 第一蓄熱制御手段
２６ 第一放熱制御手段
ｒ１，ｒ２ 空調対象
Ｂ 切換手段
Ｃ 蓄熱体

Claims (3)

1. 流体との接触による熱交換によって蓄熱及び放熱が自在な蓄熱体を有した蓄熱槽、及び、この蓄熱槽に蓄熱自在な空調機を設け、前記空調機によって空調対象を空調する空調状態と、前記空調機によって前記蓄熱槽に蓄熱させる蓄熱状態と、前記蓄熱槽に貯えられた熱によって前記空調対象を空調する放熱状態とを切換える切換手段を設け、
   前記空調状態において前記空調対象への空調作動を全て停止する指令が出ると、その全停止指令に基づいて前記空調状態を前記蓄熱状態に切換えて、前記蓄熱槽に前記空調機による余剰熱を蓄熱させてから、前記空調機を停止する第一蓄熱制御手段を設け、
   前記空調機を空調作動させる指令が出ると、前記空調機を作動させ、かつ、前記放熱状態に切換えて、前記蓄熱制御手段の作動によって前記蓄熱槽に貯えられた蓄熱を放熱した後に、前記空調状態に切換える第一放熱制御手段を設けてある空調設備。
2. 流体との接触による熱交換によって蓄熱及び放熱が自在な蓄熱体を有した蓄熱槽、及び、この蓄熱槽に蓄熱自在な空調機を設け、前記空調機によって空調対象を空調する空調状態と、前記空調機によって前記蓄熱槽に蓄熱させる蓄熱状態と、前記蓄熱槽に貯えられた熱によって前記空調対象を空調する放熱状態とを切換える切換手段を設け、
   前記空調状態において前記空調対象への空調作動を全て停止する指令が出ると、その全停止指令に基づいて前記空調状態を前記蓄熱状態に切換え、かつ、前記蓄熱槽が所定温度に達するまで前記蓄熱状態を維持してから、前記空調機を停止する第二蓄熱制御手段を設け、
   前記空調機を空調作動させる指令が出ると、前記空調機を作動させ、かつ、前記放熱状態に切換えて、前記放熱状態が所定時間経過した後に、前記空調状態に切換える第二放熱制御手段を設けてある空調設備。
3. 前記所定時間は、前記空調機の始動指令が発令されてから本格的な空調作動開始に要するタイムラグであり、前記所定温度は、前記タイムラグを補うための熱量を前記蓄熱槽に確保するに要する温度である請求項２に記載の空調設備。

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