JP4664530B2

JP4664530B2 - 氷蓄熱式空気調和装置

Info

Publication number: JP4664530B2
Application number: JP2001170634A
Authority: JP
Inventors: 正雄今成; 敏彦福島; 禎夫関谷; 純一郎手塚; 俊幸北條; 佳彦望月; 澂雄渡邉; 徹松田; 雅彦熊谷; 隆志矢田部; 浩一辻井; 真二社頭
Original assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Tokyo Electric Power Co Inc; Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Tokyo Electric Power Co Inc; Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2001-06-06
Filing date: 2001-06-06
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2021-06-06
Also published as: JP2002364884A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、氷蓄熱式空気調和装置に係わり、特に蓄熱槽内に設置した蓄熱熱交換器に冷媒を流すことにより蓄熱槽の製氷及び解氷を行う氷蓄熱式空気調和装置に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の氷蓄熱式空気調和装置としては、図１５及び図１６に示すものがある（従来技術１）。図１５は従来技術１の氷蓄熱式空気調和装置を示す構成図、図１６は図１５に示す氷蓄熱式空気調和装置のｐ−ｈ線図の概略図である。なお、図１５及び図１６における符号で本発明の各実施例の図における符号と同一符号は、同一物または相当物を示す。
【０００３】
図１５において、この氷蓄熱式空気調和装置は、主に圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３、室外膨張弁４及びレシーバ５等をまとめた室外ユニット１８と、水を貯めた槽内に蓄熱熱交換器７を設置した蓄熱槽８、蓄熱膨張弁１０及び分岐配管等をまとめた蓄熱ユニット１９と、複数の室内膨張弁１１及び室内熱交換器１２を有する室内ユニット２０とを備え、これらを冷媒配管で接続して冷凍サイクルが構成されている。
【０００４】
この蓄熱槽８は、主に夜間の深夜電力を利用して冷凍サイクルを動かし蓄熱熱交換器７で水を冷却して氷として冷熱を蓄えておき、昼間にこの氷として蓄えられた冷熱を空調に利用するのに使用される。具体的には、蓄熱槽８に冷熱を蓄熱する際は、この蓄熱槽８内の蓄熱熱交換器７を冷凍サイクルの蒸発器とすることにより、蓄熱槽８内に収められている蓄熱熱交換器７内に低温低圧の冷媒を流して、その表面に製氷して冷熱を蓄える。すなわち、この時の冷凍サイクルは、圧縮機１、凝縮器である室外熱交換器３、バルブ２２ｈを通って開度を制御した蓄熱膨張弁１０、蒸発器としての蓄熱槽８内の蓄熱熱交換器７及びバルブ２２ｇ、２２ｅを通って圧縮機１に戻る基本構成となる。この時、バルブ２２ａ、２２ｄ、は全閉にしておく。そして、蓄熱した冷熱を空調に利用する際は、今度は蓄熱槽８内の蓄熱熱交換器７を、主に凝縮後のサブク−ルのための熱交換器とすることにより、蓄熱熱交換器７内に高温高圧の冷媒を流して、蓄熱熱交換器８の製氷面側から氷９を解氷して冷熱を取り出す。この時の冷凍サイクルの基本構成は、圧縮機１、凝縮器としての室外熱交換器３、バルブ２２ａを通って蓄熱熱交換器７、室内膨張弁１１、蒸発器としての室内熱交換器１２の順となる（バルブ２２ｄ、２２ｅ、２２ｆ、２２ｇ、２２ｈは全閉）。
【０００５】
図１６に示すように、従来技術１の氷蓄熱式空気調和装置では、蓄熱利用冷房時において、圧縮機１を出た高温高圧の冷媒は凝縮器としての室外熱交換器３内でほぼ完全に凝縮され液体となる。そのため、その後に流される蓄熱槽８内の蓄熱熱交換器７は、単に液体である冷媒の温度を下げて過冷却をつけるためだけに主に利用されている。
【０００６】
また、従来の蓄熱式の空気調和機としては、特開平６−１４７６７７号公報に示されているように、蓄冷運転時及び蓄冷利用冷房運転時に循環回路を切換可能な冷凍サイクルと、運転制御装置とを備え、蓄冷運転時は、圧縮機、室外熱交換器、減圧装置となる蓄冷流量制御弁、及び蓄熱熱交換器を冷媒配管で順次接続した蓄熱循環回路を形成し、蓄冷利用冷房時は、圧縮機、室外熱交換器、受液器、蓄熱熱交換器、減圧装置となる室内流量制御弁及び複数の室内熱交換器を順次冷媒配管で接続した蓄冷利用冷房循環回路と、圧縮機の吐出側から蓄熱熱交換器の入口側にガス冷媒をガスバイパス流量制御弁を介してバイパスするガスバイパス回路とを形成し、蓄熱器熱交換器に気液ニ相の冷媒を供給して使い勝手よく利用できて蓄冷利用効率を向上できると共に、室外熱交換器での凝縮圧力低下でき、しかも、ガスバイパス回路に設けたガスバイパス流量制御弁によりガス冷媒のバイパス流量を制御することにより、蓄冷熱の利用効率を調整できるものがある（従来技術２）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来技術１の氷蓄熱式空気調和装置では、蓄熱槽８内の蓄熱熱交換器７は、単に液体である冷媒の温度を下げて過冷却をつけるためだけに主に利用されているために、単位時間あたりの氷の使用量には限界があり、また、凝縮圧力は実質、室外熱交換器３での凝縮熱交換によってのみ支配されるため、凝縮圧力低下による消費電力の低減は望めなかった。
【０００８】
また、従来技術２の氷蓄熱式空気調和装置では、室外熱交換器の凝縮圧力が低下でき、蓄冷利用効率を向上できる点が示されているが、蓄冷利用冷房運転時における熱負荷の変化に対応した蓄冷熱の利用割合を制御することにより、蓄冷熱の利用効率をさらに向上することについては開示されていない。また、ガスバイパス回路をレシーバから分岐し、または乾き度制御装置を固定抵抗にすることにより、冷凍サイクルの構成を簡単にして安価にすることについては開示されていない。さらには、ガスバイパス回路の合流部から蓄熱熱交換器への冷媒配管を大径にすることにより、蓄冷熱の利用効率をさらに向上することについては開示されていない。
【０００９】
本発明の目的は、蓄冷利用冷房運転において、蓄熱熱交換器に流入する冷媒の乾き度を高くすると共に室外凝縮器の凝縮温度を低下することができ、しかも熱負荷の変化に対応した蓄冷熱の利用を行うことができることにより、蓄冷熱の利用効率を向上して総消費電力の低減を図りつつ、ピーク消費電力の低減を図ることができる氷蓄熱式空気調和装置を得ることにある。
【００１０】
本発明の別の目的は、レシーバから高乾き度冷媒をバイパスして蓄熱熱交換器に流入する冷媒の乾き度を高くすると共に室外凝縮器の凝縮温度を低下することができことにより、安価な構成で、蓄冷熱の利用効率を向上して総消費電力の低減を図ることができる氷蓄熱式空気調和装置を得ることにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、蓄冷サイクル及び蓄冷利用冷房サイクルを切換可能な冷凍サイクルと、制御装置とを備え、前記蓄冷サイクルは、圧縮機、室外熱交換器、蓄熱膨張弁、及び蓄熱槽内の水中に設置された蓄熱熱交換器を冷媒配管で順次接続した蓄熱循環回路を形成し、前記蓄冷利用冷房サイクルは、前記圧縮機、前記室外熱交換器、室外熱交換器側配管部、レシーバ、低乾き度配管部、前記蓄熱熱交換器、室内膨張弁及び複数の室内熱交換器を順次冷媒配管で接続した蓄冷利用冷房循環回路と、前記レシーバ内の高乾き度冷媒を前記低乾き度配管部をバイパスして前記低乾き度配管部の出口側の低乾き度冷媒に合流させる高乾き度配管部及びこの高乾き度配管部の途中に設けられた抵抗器を有するガスバイパス回路と、を形成し、前記室外熱交換器側配管部は前記レシーバ内底部に開口部を有し、前記低乾き度配管部は前記レシーバ内底部に開口部を有し、前記高乾き度配管部は、前記蓄冷利用冷房サイクルにおける蓄熱利用冷房運転時に、前記レシーバ内の冷媒液より上部に位置する上部開口部と、前記レシーバ内の冷媒液に漬かる下端開口部とを有し、前記制御装置は、前記蓄冷利用冷房サイクルにおける蓄熱利用冷房運転時に、前記室内熱交換器側の熱負荷に基づいて前記抵抗器の流動抵抗を調節することにある。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施例を図を用いて説明する。なお、第２実施例以降の実施例においては第１実施例と共通する構成の一部を省略すると共に、重複する説明を省略する。各実施例の図における同一符号は同一物又は相当物を示す。
【００１７】
まず、本発明の第１実施例を図１及び図２を用いて説明する。図１は本発明の第１実施例の氷蓄熱式空気調和装置の基本構成図、図２は図１の氷蓄熱式空気調和装置におけるｐ−ｈ線図である。
【００１８】
室外ユニット１８は、冷凍サイクルの一部を構成する圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３、室外膨張弁４、レシーバ５、バルブ２２ｄ、２２ｅ、遮断弁２３、冷媒配管と、運転を制御する室外制御装置３９ａと、室外熱交換器３に室外空気を通風して熱交換させる室外ファンと、外気温度を検出する外気温度センサ４０とを備えている。
【００１９】
蓄熱ユニット１９は、冷凍サイクルの一部を構成する蓄熱膨張弁１０、蓄熱熱交換器７、抵抗器６、バルブ２２ａ〜２２ｃ、２２ｆ〜２２ｈ、冷媒配管と、内部に貯えた水中に蓄熱熱交換器７を設置した蓄熱槽８と、蓄熱制御装置３９ｂとを備えている。抵抗器６は蓄熱熱交換器に流入する冷媒の乾き度を制御する乾き度制御装置を構成するものである。
【００２０】
室内ユニット２０は、複数（本実施例では３台）並列に接続して設けられ、冷凍サイクルの一部を構成する室内膨張弁１１、室内熱交換器１２、冷媒配管と、室内制御装置３９ｃと、室内熱交換器１２に室内空気を通風して熱交換させる室内ファンと、室温を検出する室外熱交換器３８とをそれぞれに備えている。
【００２１】
各制御装置３９ａ〜３９ｃは電気的に接続されて制御装置全体を構成しており、符号３９は図示していないが、制御装置全体または各制御装置を総称するときには制御装置３９と表現する。
【００２２】
冷凍サイクルの一部を構成する部品をそれぞれ備えた室外ユニット１８、蓄熱ユニット１９及び室内ユニット２０は、これらの部品間を冷媒配管で接続して冷凍サイクルを構成し、制御装置３９により蓄冷サイクルと蓄冷利用冷房サイクルと蓄冷熱を利用しない冷房サイクルと蓄冷利用暖房サイクルと蓄冷熱を利用しない暖房サイクルとに切換可能である。
【００２３】
本実施例は、圧縮機１からのガス配管を２つに分岐し、一方を室外熱交換器３とつなぎ、もう一方を室外熱交換器３を迂回して蓄熱熱交換器７の手前で室外熱交換器３出口からの配管とつないだ構成となっている。すなわち、本実施例は、圧縮機１から吐出されるガス冷媒の一部を室外熱交換器３を通さずに、蓄熱熱交換器７の手前にて残りの室外熱交換器３を通過した飽和状態もしくは湿り状態の冷媒と合流させるガスバイパス回路３６を設けて、蓄熱熱交換器７の手前の冷媒の状態を所望の乾き度をもった状態とするものである。
【００２４】
蓄冷サイクルによる製氷運転について説明する。製氷運転時は蓄熱槽８内の蓄熱熱交換器７を蒸発器として、室外熱交換器３を凝縮器として冷凍サイクルを形成させる。すなわち、冷媒の流路としては、圧縮機１、凝縮器である室外熱交換器３、レシーバ５、蓄熱膨張弁１０、蓄熱熱交換器７の順に流れ、再び圧縮機１に戻る蓄熱循環回路となる。このとき、制御装置２９により、冷凍サイクルの遮断弁２３、バルブ２２ｈ、２２ｃ、２２ｆ、２２ｅは全開とし、バルブ２２ａ、２２ｂ、２２ｄ、２２ｇは全閉とする。
【００２５】
この製氷した氷を冷房に利用する蓄熱利用冷房運転について説明する。蓄熱利用冷房時運転は、室外熱交換器３及び着氷した蓄熱熱交換器７を凝縮器として、室内熱交換器１２を蒸発器として蓄冷利用冷房サイクルを形成する。このとき、制御装置２９により、冷凍サイクルの遮断弁２３、バルブ２２ａ、２２ｄ、２２ｂ及び蓄熱膨張弁１０は全開とし、バルブ２２ｅ、２２ｆ、２２ｇ、２２ｃ、２２ｈは全閉とする。
【００２６】
この蓄熱利用冷房運転においては、圧縮機１からのガス冷媒の一部を前述のとおり室外熱交換器３を通さずにガスバイパス回路３６を通して、直接蓄熱熱交換器７の手前にて、室外熱交換器３、レシーバ５を通過してきた飽和もしくは湿り状態の冷媒と合流させる。すなわち、蓄熱熱交換器７の入り口の冷媒の状態を、所望の乾き度をもった状態とすることにより、蓄熱熱交換器７の一部を冷媒の凝縮熱交換に利用することができる。これにより、夜間に製氷した氷を残すことなく昼間の冷房に有効利用して使い切ることができ、一日の冷房時にかかる総消費電力を低減することができる。
【００２７】
このときのサイクル状態を図２を参照して説明する。Ａ点で示すガス状態で吸込まれた冷媒は、圧縮機１で圧縮され、Ｂ点で示す過熱ガス状態で圧縮機１の吐出口から吐出される。この吐出された冷媒は、分岐されて流れる。すなわち、その冷媒の一部は、室外熱交換器３で放熱されて凝縮し、レシーバ５を出たところでＣ点で示す飽和液状態になり、残りの冷媒は、過熱ガス状態のままで室外熱交換器３をバイパスして前述の飽和状態の冷媒と混合する。この混合された冷媒は、Ｄ点で示す二相状態となり、このニ相状態の冷媒は、蓄熱熱交換器７で凝縮して液冷媒になり、蓄熱熱交換器７から室内膨張弁１１に至る。この液冷媒は、室内膨張弁１１で減圧されてＦ点で示す湿り冷媒となり、さらに室内熱交換器１２で熱交換して蒸発し、Ａ点で示すガス状態となって圧縮機１に吸込まれる。
【００２８】
ここで、ガスバイパス回路３６を流れるガス冷媒の流量を増加させると、Ｄ点における混合された冷媒の乾き度が高くなってエンタルピーも大きくなり、Ｄ点とＥ点とのエンタルピー差が増加するので、氷の使用量も増加する。また、この蓄熱熱交換器７の入り口における乾き度は、ガスバイパス回路３６を通過してきたガス冷媒と室外熱交換器３を通過してきた飽和もしくは湿り状態の冷媒の流量割合によって決まる。そして、ガスバイパス回路３６を流れるガス流量を増加させると、室外熱交換器３を流れる冷媒流量が減少して凝縮圧力を低減できるので、圧縮機１の消費電力を低減できるが、蓄熱熱交換器７に流入する乾き度が増加し過ぎると、氷の消費速度が速くなるため、短時間で氷を消費してしまう。氷が無くなった後の冷房運転は、通常の冷房サイクルとなるので、消費電力が多くなり、一日の冷房に費やす総消費電力量は、ある乾き度以上では逆に増加してしまう。発明者らの実験によると、冷房能力/蓄熱量＝０.０６〜０.０７ｋＷ／ＭＪの氷蓄熱式空気調和装置では、蓄熱熱交換器７入口における乾き度（ガス質量流量割合）は０.２〜０.４が望ましいという結果が得られた。
【００２９】
室内熱交換器側熱負荷の定格値に対する変動が小さく、冷媒の循環量の変動が小さい場合は、ガスバイパス回路３６内に設けた抵抗器６は、合流させた乾き度状態が所望の乾き度となるようなある一定の開度かもしくは全閉の２つの状態のみできる弁でも差し支えない。
【００３０】
一方、室内ユニット２０の台数切り替えや室温が大きく変動する場所への設置等で室内熱交換器１２側の熱負荷が大きく変化する場合は、抵抗器６の流動抵抗を大きく変化できるように構成する。すなわち、本実施例では、室温センサ３８や外気温センサ４０の信号および室内ユニット２０の使用台数等の信号を入力する制御装置３９を有し、これらの信号に基づいて抵抗器６の流動抵抗を変化させるようにしている。
【００３１】
ここで、室内ユニット２０の使用台数が定格台数以下で、外気温センサ４０の信号が定格値以下または室内ユニット２０の熱負荷が定格値以下の場合には、抵抗器６の流動抵抗を小さくしてガスバイパス３６を流れるガス流量を多くして蓄熱熱交換器７に流入する二相状態に占めるガスの質量割合、すなわち乾き度を高くさせることにより、氷の単位時間当たりの消費量を増加させる。これにより、蓄熱槽８内の氷９を使い切ることができるので、一日の冷房時にかかる総消費電力を低減することができると共に、残氷状態での再製氷による蓄熱熱交換器７の破損を防止できる。また、室外熱交換器３を流れる冷媒の流量が減少して凝縮圧力を低減できるので、圧縮機１の消費電力もより低減できる。
【００３２】
また、室内ユニット２０の使用台数が定格台数より多く、外気温度センサ４０の信号が定格値より大きく、室内ユニット２０の熱負荷が定格値より大きい場合には、乾き度０.２〜０.４の範囲内で乾き度を最小にするように抵抗器６の抵抗を調整することにより、氷を更に有効に利用できる。
【００３３】
なお、上記説明ではバルブ２２ｇは閉じた状態を想定していたが、電力負荷が特に大きい日中（例えば１３〜１６時）の間のみバルブ２２ｇを開くことにより、冷媒の全てを蓄熱熱交換器７のみで凝縮させて圧縮機１の吐出圧力を低下させ、消費電力を大幅に低減させる運転も可能である。この場合には、バルブ２２ｇは、乾き度制御装置を構成することになる。
【００３４】
また、室外熱交換器３とレシーバ５の間に暖房用の室外膨張弁４が設けられる場合は、室外熱交換器３から流出する冷媒が所望の乾き度をもった二相状態となる場合があり、このときの室外膨張弁４を通過する際の圧力損失が大きくなる。そのため、室外膨張弁４を回避するバイパス管１７を設けるほうが好ましい。また室外膨張弁利用時にバイパス管１７を遮断できる遮断弁２３を設けておくことは言うまでもない。
【００３５】
さらには、レシーバ５からの出口配管１５とバイパス回路３６との合流点から蓄熱熱交換器７までの合流配管１６の管径を出口配管１５及びバイパス回路３６の管径より大きくしてあるので、合流配管１６におけるニ相状態の冷媒に対する抵抗を小さくすることができ、冷媒流量を増加して蓄冷熱の利用効率を向上することができる。
【００３６】
次に、本発明の第１実施例の蓄熱ユニットの各変形例を図３及び図４を用いて説明する。
【００３７】
図３に示す変形例では、ガスバイパス回路３６内に抵抗器６を複数個並列に設けた構成となっている。低負荷時の場合は、前述のように蓄熱熱交換器７入り口の冷媒の乾き度を大きくできるため、抵抗器６を全て開けて蓄熱熱交換器７の入口におけるガス冷媒割合を増やす。また定格に近い高負荷時の場合は、抵抗器６のほとんどを閉めることによってガス冷媒の流量割合をへらし、乾き度を小さくする。このときの開閉個数は室温や室内運転台数など室内側の負荷に対応して調節する。このような構成とすることにより、ガスバイパス回路３６における抵抗を容易に可変とすることができる。
【００３８】
図４に示す変形例では、ガスバイパス回路３６内の抵抗器６として小内径管３７を用いた構成となっている。室内側の負荷が小さくなり、全体の冷媒循環量が減った場合、抵抗値が相対的に低下する。このような構成とすることにより、乾き度制御としての精度は落ちるが、ある程度の流量自己調整機能を持たせることができ、安価とすることができる。特に、室内側の冷房負荷の変動が比較的小さく、乾き度を大幅に変える必要のない場合などに適する。
【００３９】
なお、本変形例においても電力負荷の大きい日中（例えば１３〜１６時）の間のみバルブ２２ｇを開くことにより冷媒の全てを蓄熱熱交換器７のみで凝縮させて圧縮機１の吐出圧を低下させ、消費電力を大幅に低下させる運転も可能である。
【００４０】
次に、本発明の第２実施例を図５及び図６を用いて説明する。図５は本発明の第２実施例の氷蓄熱式空気調和装置の構成図、図６は図５の氷蓄熱式空気調和装置におけるｐ−ｈ線図である。
【００４１】
本実施例では、室外熱交換器３と蓄熱ユニット１９内の蓄熱熱交換器７との間にレシーバ５を持ち、このレシーバ５からは、３本の配管が設けられた構成となっている。１本は室外熱交換器３とつながれた室外熱交換器側配管部１３で、レシーバ内底部に開口部を持つ。残り２本は、高乾き度配管部１４と低乾き度配管部１５で、レシーバ５出口で合流管部１６にて合流した後、蓄熱熱交換器７とつながれた構成となっており、前者１４はレシーバ５内上部に開口部をもち、後者１５はレシーバ５内底部に開口部を持つ。すなわち、本実施例では、蓄熱熱交換器７に流入する冷媒の乾き度は、高乾き度配管部１４からの冷媒と低乾き度配管部１５からの冷媒を混合させることにより、所望の乾き度とする構成となっている。これにより上述した第１実施例のバイパス回路３６と比較して構成が簡単となり、安価なものとすることができる。
【００４２】
本実施例の蓄冷サイクルにおける製氷運転について説明する。基本的には第１実施例と同じであり、製氷運転時は蓄熱槽８内の蓄熱熱交換器７を蒸発器として、室外熱交換器３を凝縮器として冷凍サイクルを形成させる。すなわち、冷媒の流路としては、圧縮機１、凝縮器である室外熱交換器３、レシーバ５、蓄熱膨張弁１０、蓄熱熱交換器７の順に流れ、再び圧縮機１に戻る蓄熱循環回路となる。このとき、室外熱交換器３と蓄熱膨張弁１０の間にあるレシーバ５から流出する冷媒は、液状態とすべきである。よって、蓄冷サイクルのときは高乾き度配管部１４に設けられた抵抗器６を遮断して低乾き度配管部１５のみとすることにより、レシーバ５から多くの液状態の冷媒が流出するため、それに見合った液状態の冷媒が室外熱交換器側配管部１３から供給され、安定状態では、合流管部１６出口はほぼ飽和状態となりうる。
【００４３】
この製氷した氷を冷房に利用する蓄熱利用冷房運転について説明する。蓄熱利用冷房時は、室外熱交換器３及び製氷された蓄熱熱交換器７を凝縮器として、室内熱交換器１２を蒸発器として蓄冷利用冷房サイクルを形成する。すなわち、冷媒は、圧縮機１、室外熱交換器３、レシーバ５、並列の高乾き度配管部１４及び低乾き度配管部１５、蓄熱熱交換器７を経て、室内膨張弁１１、室内熱交換器１２を通り、再び圧縮機１に戻るサイクルとなる。
【００４４】
このときのサイクル状態を図６を参照して説明する。Ａ点で示すガス状態で吸込まれた冷媒は、圧縮機１で圧縮され、Ｂ点で示す過熱ガス状態で吐出される。この吐出された冷媒は室外熱交換器３を通りレシーバ５に流入する。このレシーバ５の出口では、高乾き度配管１４からのガス質量割合の多い冷媒と低乾き度配管１５からの液質量割合の多い冷媒を混合させることによって、蓄熱熱交換器７の入口の冷媒の組成状態をＤ点で示す所望の乾き度状態とする。このため蓄熱熱交換器７の出入口Ｄ点とＥ点とのエンタルピー差を大きくすることができるので、氷の使用量が増加する。このときレシーバ５から蓄熱熱交換器７間に設けられた合流管部１６内の冷媒の乾き度は、高乾き度配管部１４からの冷媒と低乾き度配管部１５からの冷媒を混合させる流量割合によって決まる。
【００４５】
室内熱交換器側熱負荷の定格値に対する変動が小さく、冷媒の循環量の変動が小さい場合は、高乾き度配管部１４に設けた抵抗器６は、ある一定の抵抗かもしくは遮断の２つの状態にできる弁でも差し支えない。
【００４６】
一方、室内ユニット２０の台数切り替えや室温の大きく変動する場所への設置等で室内熱交換器１２側の熱負荷が大きく変化する場合は、抵抗器６の流動抵抗を大きく変化できるように構成する。すなわち、本実施例では、室温センサ３８や外気温センサ４０の信号および室内ユニット２０の使用台数等の信号を入力する制御装置３９を有し、これらの信号に基づいて高乾き度配管１４に設けた抵抗器６の流動抵抗を変化させる。外気温センサ４０の信号が定格値以下で室内ユニット２０の熱負荷が定格値以下、または室内ユニット２０の使用台数が定格台数以下の場合には、抵抗器６の流動抵抗を小さくして高乾き度配管１４を流れるガス流量を多くして蓄熱熱交換器７に流入する二相状態に占めるガスの質量割合、すなわち乾き度を高くさせることにより、氷の単位時間当たりの消費量を増加させる。これにより、蓄熱槽８内の氷９を使い切ることができるので、一日の冷房時にかかる総消費電力を低減することができると共に、残氷状態での再製氷による蓄熱熱交換器７の破損を防止できる。さらに室外熱交換器３を流れる冷媒の流量が減少して凝縮圧力を低減できるので、圧縮機１の消費電力もより低減できる。
【００４７】
また本実施例において、蓄熱運転時および暖房運転時には高乾き度配管部１４を遮断することによって、上述のように冷媒を飽和液に近い状態で流出させることもできるため、製氷能力、暖房能力を低下させることがない。
【００４８】
次に、図５の氷蓄熱式空気調和装置におけるレシーバ５の各種変形例を図７から図１４を参照して説明する。
【００４９】
図７に示す変形例は、高乾き度配管部１４がレシーバ５内上部にガス用開口部２４をもち、且つ、端部は蓄熱利用冷房運転時の液面２１ａに漬かる構成となっている。室内ユニット２０運転台数の変更や室温の変化等で負荷が小さく、循環流量が少ない場合は、循環流量の多い場合と同じ乾き度で運転をすると、氷があまってしまうので、単位時間の氷の使用量を同じにするためにはレシーバ出口の乾き度を大きくする必要がある。そこで、このような構成とすることにより、循環流量が多いときはガス用開口部２４を通過するガス冷媒の吸引力によってある一定の液冷媒が端部より吸引混入され、ある乾き度を保つが、循環流量が少なくなった場合には、高乾き度配管１４部全体の流量が減って管内流速が落ちるため、端部からの液冷媒の吸引力も低下し、高乾き度配管部１４の乾き度を相対的に大きくすることができ、合流管部１６の乾き度も大きくできる。
【００５０】
以上のように本変形例では、負荷変動に応じて乾き度を変えることによって、ほぼ一定の氷の消費速度を保つことができる。
【００５１】
図８に示す変形例では、高乾き度配管部１４は、レシーバ５内上部にガス用開口部２４をもち、さらにその開口部２４より下流部に絞り部２５を設け、その絞り部２５で合流する液面２１ａ下に端部を持つ液管部２６を備えた構成となっている。このような構成とすることにより、絞りによる吸引力に応じた液冷媒を混入させるため、より安定した乾き度を保つことができる。
【００５２】
図９に示す変形例は、レシーバ５内上部に開口部をもつ高乾き度配管部１４とレシーバ５内の液面下に開口部をも低高乾き度配管部１５をもち、その合流部１６にスライド具２７をもつ切換弁２８を備えた構成となっている。前述のように、室内ユニット２０運転台数の変更や室温の変化等で負荷が小さく、循環流量が少ない場合は、循環流量の多い場合と同じ乾き度で運転をすると、氷があまってしまうので単位時間の氷の使用量を同じにするためにはレシーバ５の出口の乾き度を大きくする必要がある。そこでこのような構成とすることにより、低乾き度配管部１５からの流量と高乾き度配管部１４からの流量割合をきめ細かく調節することができる。なお、この切換弁２８による流量割合の調節は、まったく同様な構成として、図１に示す第１実施例においても適用できることは言うまでもない。
【００５３】
図１０に示す変形例は、レシーバ５内液面の低い蓄熱利用冷房時には液面２１ａが広径部２９に存在し、液面の高くなる製氷運転時には液面２１ｂが狭径部３０に存在するような構造とし、さらに高乾き度配管部１４の開口部は利用冷房時には液面が届かない狭径部３０に位置するような構成となっている。このような構成とすることにより、製氷時には高乾き度配管部１４の開口部は液面２１ｂ下となりうるので、抵抗器６をキャピラリチュ−ブなどの抵抗管３１で代用することができる。またレシーバ５の液面変化領域を狭径部３０とすることにより、液面の変化をよりシャ−プにあらわすことができる。
【００５４】
図１１に示す変形例は、高乾き度配管部１４のレシーバ５内開口部付近に液の跳ね上げを遮蔽する遮蔽具３２を設けた構成となっている。このような構成とすることにより、液の跳ね上げによる高乾き度配管部１４内の乾き度の乱れを抑えることができるため、合流管部１６における乾き度をより安定したものとすることができる。また室外熱交換器側配管部１３のレシーバ５内開口部３３を図１１のように管中心線に対して斜めとすることにより、開口部面積を稼ぐことができる。よって室外熱交からの二相冷媒をレシーバ５内の液内に速やかに拡散させることができるため、液面の乱れ及び跳ね上げを抑えることができ、よって乾き度もより安定したものとすることができる。
【００５５】
図１２に示す変形例は、室外熱交換器側配管部１３の上面部に分岐管３４を設け、さらにその分岐管３４が高乾き度配管部１４に直接つながれた構成となっている。このような構成とすることにより、室外熱交換器３からレシーバ５に流入する冷媒のガス成分を分岐し、高乾き度配管部１４に混入させるため、レシーバ５内の液面の状態も安定し、低乾き度配管部１５及び高乾き度配管部１４の各乾き度状態をより安定したものとすることができる。
【００５６】
図１３に示す変形例は、レシーバ５から蓄熱熱交換器７までの配管部を１本の配管で構成しており、レシーバ５内の端部における開口部が低乾き度配管部１５、レシーバ５内における配管の途中に設けられたスリットが高乾き度配管部１４にあたる。すなわち、本変形例は、比較的室内ユニット２０側の負荷の変更が少なく、乾き度の調整が不要な場合に適している。また、高乾き度配管部１４のスリットは、蓄熱利用冷房時よりもレシーバ内液面が上昇する製氷運転時には、液面下に入るような位置とすべきである。このような構成とすることにより、製氷運転時には高乾き度配管部１４及び低乾き度配管部１５から飽和液を流出させることができるため、製氷時の能力を低下させることもない。
【００５７】
図１４に示す変形例は、レシーバ５内の室外熱交側配管１３に、スリット３５を設けた構成となっている。このような構成とすることにより、室外熱交換器３からの二相冷媒中のガス成分を、効率よく分離してレシーバ５内の液中に導入するガス量を極力減らすことができる。またこのスリット３５は、蓄熱利用冷房時よりもレシーバ５内の液面が上昇する製氷運転時及び暖房運転時には、液面下に入るような位置とすべきである。このような構成とすることにより、とくに暖房運転時には室外熱交側配管に飽和液を流入させることができるため、暖房時の能力を低下させることもない。
【００５８】
【発明の効果】
本発明によれば、蓄熱熱交換器に流入する冷媒の乾き度を高くすると共に室外凝縮器の凝縮温度を低下することができ、しかも熱負荷の変化に対応した蓄冷熱の利用を行うことができることにより、蓄冷熱の利用効率を向上して総消費電力の低減を図りつつ、ピーク消費電力の低減を図ることができる氷蓄熱式空気調和装置が得られる。
【００５９】
また、本発明によれば、レシーバから高乾き度冷媒をバイパスして蓄熱熱交換器に流入する冷媒の乾き度を高くすると共に室外凝縮器の凝縮温度を低下することができことにより、安価な構成で、蓄冷熱の利用効率を向上して総消費電力の低減を図ることができる氷蓄熱式空気調和装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の氷蓄熱式空気調和装置の基本構成図である。
【図２】図１の氷蓄熱式空気調和装置におけるｐ−ｈ線図である。
【図３】図１の氷蓄熱式空気調和装置における蓄熱槽の変形例を示す構成図である。
【図４】図１の氷蓄熱式空気調和装置における蓄熱槽の他の変形例を示す構成図である。
【図５】本発明の第２実施例の氷蓄熱式空気調和装置の構成図である。
【図６】図５の氷蓄熱式空気調和装置におけるｐ−ｈ線図である。
【図７】図５の氷蓄熱式空気調和装置におけるレシーバの変形例を示す構成図である。
【図８】図５の氷蓄熱式空気調和装置におけるレシーバの他の変形例を示す構成図である。
【図９】図５の氷蓄熱式空気調和装置におけるレシーバの他の変形例を示す構成図である。
【図１０】図５の氷蓄熱式空気調和装置におけるレシーバの他の変形例を示す構成図である。
【図１１】図５の氷蓄熱式空気調和装置におけるレシーバの他の変形例を示す構成図である。
【図１２】図５の氷蓄熱式空気調和装置におけるレシーバの他の変形例を示す構成図である。
【図１３】図５の氷蓄熱式空気調和装置におけるレシーバの他の変形例を示す構成図である。
【図１４】図５の氷蓄熱式空気調和装置におけるレシーバの他の変形例を示す構成図である。
【図１５】従来技術１の氷蓄熱式空気調和装置を示す構成図である。
【図１６】図１５に示す氷蓄熱式空気調和装置のｐ−ｈ線図の概略図である。
【符号の説明】
１…圧縮機、２…四方弁、３…室外熱交換器、４…室外膨張弁、５…レシーバ、６…抵抗器（乾き度制御装置）、７…蓄熱熱交換器、８…蓄熱槽、９…氷、１０…蓄熱膨張弁、１１…室内膨張弁、１２…室内熱交換器、１３…室外熱交換器側配管部、１４…高乾き度配管部、１５…低乾き度側配管部、１６…合流管部、１７…バイパス管、１８…室外ユニット、１９…蓄熱ユニット、２０…室内ユニット、２２ａ〜２２ｈ…バルブ、２３…遮断弁、２４…ガス用開口部、２５…絞り部、２６…液管部、２７…スライド具、２８…切換弁、２９…広径部、３０…狭径部、３１…抵抗管、３２…遮蔽具、３３…開口部、３４…分岐管、３５…スリット、３６…ガスバイパス回路、３７…小内径管。

Claims

蓄冷サイクル及び蓄冷利用冷房サイクルを切換可能な冷凍サイクルと、制御装置とを備え、
前記蓄冷サイクルは、圧縮機、室外熱交換器、蓄熱膨張弁、及び蓄熱槽内の水中に設置された蓄熱熱交換器を冷媒配管で順次接続した蓄熱循環回路を形成し、
前記蓄冷利用冷房サイクルは、
前記圧縮機、前記室外熱交換器、室外熱交換器側配管部、レシーバ、低乾き度配管部、前記蓄熱熱交換器、室内膨張弁及び複数の室内熱交換器を順次冷媒配管で接続した蓄冷利用冷房循環回路と、
前記レシーバ内の高乾き度冷媒を前記低乾き度配管部をバイパスして前記低乾き度配管部の出口側の低乾き度冷媒に合流させる高乾き度配管部及びこの高乾き度配管部の途中に設けられた抵抗器を有するガスバイパス回路と、を形成し、
前記室外熱交換器側配管部は前記レシーバ内底部に開口部を有し、
前記低乾き度配管部は前記レシーバ内底部に開口部を有し、
前記高乾き度配管部は、前記蓄冷利用冷房サイクルにおける蓄熱利用冷房運転時に、前記レシーバ内の冷媒液より上部に位置する上部開口部と、前記レシーバ内の冷媒液に漬かる下端開口部とを有し、
前記制御装置は、前記蓄冷利用冷房サイクルにおける蓄熱利用冷房運転時に、前記室内熱交換器側の熱負荷に基づいて前記抵抗器の流動抵抗を調節する
ことを特徴とする氷蓄熱式空気調和装置。