JP4422570B2 - 空気調和装置 - Google Patents
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Description
具体的には、電力料金が割安な時間帯(夜間10時から翌朝8時まで)の間に、蓄熱用ユニットの蓄熱槽内に収容される蓄熱用熱交換器を作用して、蓄熱槽内に貯溜された水を氷に換える製氷運転を行う。こうして蓄熱ユニットに冷熱を蓄えることにより、冷房運転時には蓄えられた冷熱を利用して、冷房運転の効率向上化とランニングコストの低減化を得られるものである。
しかしながら、実際には、製氷運転時のみ冷凍サイクルから余剰冷媒を取出すことはできない。そこで、冷凍サイクル中に所定の容器を用意して、製氷運転時には、これら余剰冷媒を前記容器に別途溜めておき、利用冷房運転時では容器から取出すよう回路構成をなす対処案が考えられるようになった。
すなわち、蓄熱用ユニットを備えた空気調和装置のための室外ユニットと、蓄熱用ユニットを必要としない通常構成の空気調和装置のための室外ユニットを、それぞれ別個に備えなければならず、そのためにコストアップしてしまう。
上記蓄熱ユニットは、室外ユニットに接続する液側冷媒管から流入した冷媒を室内ユニットに接続する液側冷媒管へ導く第1の冷媒流路および第1の冷媒流路に設けられる第1の開閉弁と、室外ユニットの液側冷媒管から流入した冷媒を蓄熱用熱交換器へ導く第2の冷媒流路および第2の冷媒流路に設けられる第2の開閉弁と、蓄熱用熱交換器から導出される冷媒を第1の冷媒流路に導く第3の冷媒流路および第3の冷媒流路に設けられる第3の開閉弁と、蓄熱用熱交換器から導出される冷媒を室外ユニットと室内ユニットを連通するガス側冷媒管へ導く第4の冷媒流路および第4の冷媒流路に設けられる第4の開閉弁と、第1の冷媒流路における第1の開閉弁の冷媒導出側と第2の冷媒流路における第2の開閉弁の冷媒導出側との間に亘って接続される第5の冷媒流路および第5の冷媒流路に設けられる蓄熱ユニット側膨張弁とを具備し、
上記蓄熱ユニットにおいて蓄冷運転する際に、第1の開閉弁および第4の開閉弁を開放し、第2の開閉弁および第3の開閉弁を閉成し、室外側膨張弁を全開状態、室内側膨張弁を全閉状態として、蓄熱ユニット側膨張弁の開度を制御することにより、冷凍サイクル上、余剰となる冷媒を蓄熱ユニットと室内ユニットとを接続する液側冷媒管内に溜める。
図1ないし図3は、いずれも同一の空気調和装置の冷凍サイクル構成を示していて、図1は蓄冷運転時の管路図、図2は利用冷房運転時の管路図、図3は非利用冷房運転時の管路図である。
この空気調和装置は、室外ユニット1と、蓄熱ユニット2と、複数台の室内ユニット3および、これら室外ユニット1と蓄熱ユニット2および各室内ユニット3間を接続して、冷凍サイクル回路Rを構成する冷媒管Pとからなる。
四方切換え弁7の他方のポートには、室外熱交換器8と、電子自動膨張弁9と、リキッドタンク10および液用パックドバルブ11が一列直状に順次連通する冷媒管Pが接続される。特に、リキッドタンク10において、上記冷媒管Pはリキッドタンクの上面部から貫通して内底部近傍位置に開口しており、別の冷媒管Pがリキッドタンク10の内底部近傍位置から上面部を貫通して上記液用パックドバルブ11に接続される。
以上が、室外ユニット1内において冷凍サイクル回路Rの一部を構成する回路構成であるが、さらに室外ユニット1内には油戻し回路15が設けられる。
この潤滑油分は、オイルセパレータ6に接続される油戻し管17を介して、各圧縮機5間に設けられる上記オイルタンク16内に導かれる。さらに、油戻し管17は、オイルタンク16内の潤滑油およびオイルセパレータ6の潤滑油を直接、上記アキュームレータ12と各サクションカップ13とを連通する冷媒管Pの中途部に導くよう、キャピラリーチューブを介して接続される。
このような室外ユニット1において、上記液用パックドバルブ11と、ガス用パックドバルブ14のそれぞれには冷媒管PA,PBが接続される。液用パックドバルブ11に接続される冷媒管は液側冷媒管PAとして蓄熱ユニット2に連通され、ガス用パックドバルブ14に接続される冷媒管PBはガス側冷媒管として各室内ユニット3に連通される。
上記蓄熱ユニット2は、蓄熱材を貯溜する蓄熱槽23を備えているとともに、この蓄熱槽内の蓄熱材に浸漬された状態で蓄熱用熱交換器24を備え、さらに後述する第1〜第5の冷媒流路Pa〜Peを備えている。
上記第1の冷媒流路Paは、第1のパックドバルブ20と第2のパックドバルブ21とを互いに連通する冷媒管からなり、上記室外ユニット1から液側冷媒配管PAを介して導かれた冷媒を流通させ、上記室内ユニット3に接続する液側冷媒配管PCへ導くことができる。この第1の冷媒流路Paには、第1の開閉弁25が設けられる。
第2の冷媒流路Pbは、上記第1の冷媒流路Paの中途部から分岐して、上記蓄熱用熱交換器24の冷媒導入部に連通する冷媒管からなり、上記室外ユニット1の液側冷媒配管PAから流入して第1の冷媒流路Paに導かれる冷媒を分流し、上記蓄熱用熱交換器24へ導くことができる。この第2の冷媒流路Pbには、逆止弁とともに第2の開閉弁26が設けられる。
第4の冷媒流路Pdは、上記第3の冷媒流路Pcの中途部と、上記第3のパックドバルブ22とを連通する冷媒管であり、蓄熱用熱交換器24から導出される冷媒を第3のパックドバルブ22と冷媒管PDを介して上記ガス側冷媒管PBに導くことができる。この第4の冷媒流路Pdには、第4の開閉弁28が並列に設けられる。
一方、各室内ユニット3には、電子自動膨張弁30および室内熱交換器31が収容されていて、これら電子自動膨張弁30と室内熱交換器31とは互いに上記液側冷媒管PCから分岐した分岐冷媒管Pfに直列に連通される。また、それぞれの室内熱交換器31は上記ガス側冷媒管PBに、分岐冷媒管Pgを介して連通される。
(1) 蓄冷運転(図1)
図1に示す空気調和装置の蓄冷運転は、たとえば、夜間10時から翌朝8時までの電力料金が安い時間帯に、室外ユニット1の室外熱交換器8から液冷媒を蓄熱ユニット2における蓄熱槽23内の蓄熱用熱交換器24に導き、蓄熱槽23内に貯溜する水を冷却して冷熱を蓄熱する運転であり、通常、蓄熱槽23内に貯留する水を氷に替えて蓄熱する。以下、製氷運転として説明する。
このような設定のもとで2台の圧縮機5が駆動される。これら圧縮機5の冷媒圧縮運転にともなって吐出される高温高圧の冷媒ガスは、オイルセパレータ6と四方切換え弁7を介して室外熱交換器8に導かれ、ここで凝縮液化する。液冷媒は全開状態の電子自動膨張弁9をそのまま通過し、リキッドタンク10から液側パックドバルブ11を介して液側冷媒管PAに導かれ、室外ユニット1から導出されて蓄熱ユニット2の第1のパックドバルブ20に導かれる。
第1の冷媒流路Paから蓄熱ユニット2を出て液側冷媒管PCに導かれる液冷媒は、各室内ユニット3における電子自動膨張弁30が全閉状態となっているところから、これらの電子自動膨張弁で流通を阻止され室内熱交換器31には流通しない。すなわち、第1の冷媒流路Paの一部と、液側冷媒管PCの全長に亘って液冷媒が溜まった状態となる。
蓄熱用熱交換器24で蒸発した冷媒は、第4の冷媒流路Pdに導かれて第4の開閉弁28を通過し、さらに第3のパックドバルブ22を通過して蓄熱ユニット2から導出される。蒸発冷媒は、ガス側冷媒管PBに導かれて室外ユニット1に戻る。そして、室外ユニット1において四方切換え弁7と、アキュームレータ12およびサクションカップ13を介して各圧縮機5に吸込まれ、再び圧縮されて上述の径路を循環する。
このようにして、製氷運転は円滑に行われる。製氷運転は、後述する利用冷房運転と比較して、必要な配管長さが短いために、利用冷房運転に合わせて封入した冷媒が余る。しかしながら、製氷運転中には、余剰冷媒を蓄熱ユニット2から室内ユニット3に連通する液側冷媒管PCに溜め込むことができる。特別な容器(レシーバタンク)が不要で、冷凍サイクル回路Rの一部をそのまま利用して余剰冷媒を溜められるので、構成の簡素化を図れる。
図2に示す利用冷房運転は、たとえば、昼間、気温が上昇する時間帯に、室外ユニット1から蓄熱ユニット2へ導かれる液冷媒を、蓄熱ユニットにおける蓄熱用熱交換器24へ供給して過冷却状態(アンダークール)とし、この過冷却状態の液冷媒を室内ユニット3の室内熱交換器31へ供給するよう実施される。
この場合、蓄熱ユニット2においては、第2の開閉弁26および第3の開閉弁27を開放し、第1の開閉弁25と第4の開閉弁28は閉成し、かつ電子自動膨張弁29は第2のパックドバルブ21近傍での第1の冷媒流路Paに取付けられる温度センサTLiの検知信号にもとづいて自動膨張するよう制御される。また、室外ユニット1における電子自動膨張弁9は全開状態とし、各室内ユニット3における電子自動膨張弁30は、全て自動膨張するよう制御される。
蓄熱ユニット2においては、第1の開閉弁25と第4の開閉弁28が閉成され、第2の開閉弁26と第3の開閉弁27が開放されているところから、第1のパックドバルブ20に導かれた冷媒は、第1の冷媒流路Paから直ちに第2の冷媒流路Pbに流入し、第2の開閉弁26を介して蓄熱槽23内の蓄熱用熱交換器24に導かれる。ここで、先の製氷運転によって蓄えられた冷熱を吸収し(蓄熱槽23内の氷は解氷)、過冷却状態となって第3の冷媒流路Pcに導かれる。
結局、全ての液冷媒は蓄熱ユニット2から導出され、液側冷媒管PCを介して各室内ユニット3の電子自動膨張弁30に導かれ、ここで断熱膨張制御されて室内熱交換器31で蒸発する。それぞれの室内熱交換器31は室内空気から蒸発潜熱を奪って蒸発し、室内の冷房作用をなす。
図3に示す非利用冷房運転は、蓄熱ユニット2における蓄熱槽23内に蓄熱された氷である、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る。
この場合、蓄熱ユニット2においては、第1の開閉弁25のみ開放し、第2の開閉弁26〜第4の開閉弁28は閉成し、かつ電子自動膨張弁29は全閉状態となす。室外ユニット1における電子自動膨張弁9は全開状態とし、各室内ユニット3における電子自動膨張弁30は、全て自動膨張するよう制御される。
蓄熱ユニット2においては、第1の開閉弁25のみ開放され、第2の開閉弁26〜第4の開閉弁28が閉成され、かつ電子自動膨張弁29が全閉状態であるところから、液冷媒は第1のパックドバルブ20から第1の冷媒流路Paに導かれ、そのまま第2のパックドバルブ21を介して蓄熱ユニット2から導出される。
なお、四方切換え弁7の冷媒導通方向を切換えたうえで、室外ユニット1内の電子自動膨張弁9を自動膨張制御し、蓄熱ユニット2の第1の開閉弁25のみを開放し、第2の開閉弁26〜第4の開閉弁28と電子自動膨張弁29を閉成し、室内ユニット3の電子自動膨張弁30を全開状態として冷媒を導通させれば暖房運転が可能となるが、ここでは詳細な説明は省略する。
特に、室外ユニット1に特別な容器を備える必要がないので、これまでの標準タイプの室外ユニットをそのまま、この蓄熱システムを備えた空気調和装置に流用することができ、全体的に廉価な空気調和装置の提供が可能となる。
また、蓄熱を利用して冷房運転をなす利用冷房運転時に、第1の冷媒流路Paの出口部に取付けた温度センサTLiの検知温度が一定になるように、第5の冷媒流路Peにおける電子自動膨張弁29の開度を制御するようにしたから、蓄熱槽23内の温度変化に影響されることなく一定の冷房能力を供給することが可能となり、利用冷房維持時間を可能な限り長く継続することができる。
結局、蓄熱ユニット2は合計3個の接続口を備え、しかも製氷運転時と利用冷房運転時に、蓄熱用熱交換器24において同一方向に冷媒が導かれる。このことで、蓄熱ユニット2における構成が簡素化して、低コストの蓄熱ユニットを提供することができる。そして、蓄熱ユニット2に連通するガス側冷媒管PBを1本に集約することで、配管工事ミスの回避を図れるとともに、据付け工事性が上がり、工事費の低減を得られる。
Claims (1)
- 圧縮機、室外側膨張弁および室外熱交換器を備えた室外ユニットと、
蓄熱材を冷却して冷熱を蓄熱する蓄熱用熱交換器を備えた蓄熱ユニットと、
室内側膨張弁および室内熱交換器を備えた室内ユニットと、
上記室外ユニットと蓄熱ユニットおよび室内ユニット間を接続して冷凍サイクル回路を構成する冷媒管とから構成される空気調和装置において、
上記蓄熱ユニットは、
上記室外ユニットに接続する液側冷媒管から流入した冷媒を上記室内ユニットに接続する液側冷媒管へ導く第1の冷媒流路および、この第1の冷媒流路に設けられる第1の開閉弁と、
上記室外ユニットの液側冷媒管から流入した冷媒を上記蓄熱用熱交換器へ導く第2の冷媒流路および、この第2の冷媒流路に設けられる第2の開閉弁と、
上記蓄熱用熱交換器から導出される冷媒を第1の冷媒流路に導く第3の冷媒流路および、この第3の冷媒流路に設けられる第3の開閉弁と、
上記蓄熱用熱交換器から導出される冷媒を上記室外ユニットと室内ユニットを連通するガス側冷媒管へ導く第4の冷媒流路および、この第4の冷媒流路に設けられる第4の開閉弁と、
上記第1の冷媒流路における第1の開閉弁の冷媒導出側と、上記第2の冷媒流路における第2の開閉弁の冷媒導出側との間に亘って接続される第5の冷媒流路および、この第5の冷媒流路に設けられる蓄熱ユニット側膨張弁とを具備し、
上記蓄熱ユニットにおいて蓄冷運転する際に、
上記第1の開閉弁および第4の開閉弁を開放し、第2の開閉弁および第3の開閉弁を閉成し、上記室外側膨張弁を全開状態、上記室内側膨張弁を全閉状態として、上記蓄熱ユニット側膨張弁の開度を制御することにより、
冷凍サイクル上、余剰となる冷媒を上記蓄熱ユニットと上記室内ユニットとを接続する上記液側冷媒管内に溜めることを特徴とする空気調和装置。
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