JP6625242B2 - 空気調和装置 - Google Patents
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Description
そこで、外気冷房使用期間を延長する技術が開発されている。
特許文献2に記載の技術により、2台の冷却塔を直列に接続することを可能にし、フリークーリング時間が延び、消費エネルギーの低減化を図ることができる。
図1及び図2は、本発明の実施の形態1に係る空気調和装置100の冷媒回路構成の一例を示す概略構成図である。図1及び図2に基づいて、空気調和装置100について説明する。なお、図1及び図2では、冷媒回路における冷媒の流れを破線矢印で示し、流体回路における水の流れを実線矢印で示し、空気の流れを白抜き矢印で示している。ここで示す冷媒の流れは、第1熱交換器2aを凝縮器として機能させている状態を例に示している。なお、第1熱交換器2aを蒸発器として機能させる場合には、流路切替装置6を制御して、冷媒の流れを切り替えればよい。ただし、図2に示すように、流路切替装置6を設置せず、第1熱交換器2aを凝縮器としてのみ機能させてもよい。
空気調和装置100は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことが可能であり、また外気空調機能を備えたものである。外気空調機能には、外気冷房及び外気暖房がある。外気冷房とは、外気温度が一定以下の時に、外気を環気と混合して室内に導入したり、外気を直接室内に導入したりすることで実行する冷房運転のことである。外気暖房とは、外気温度が一定以上の時に、外気を環気と混合して室内に導入したり、外気を直接室内に導入したりすることで実行する暖房運転のことである。
冷媒回路Aは、圧縮機5、流路切替装置6、第1熱交換器2a、絞り装置4、第2熱交換器2bの冷媒流路が冷媒配管15で配管接続されて構成されている。冷媒回路Aに冷媒を循環させることで、空気調和装置100では蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うようになっている。
第1熱交換器2aは、例えば、フィン・アンド・チューブ型熱交換器等で構成することができる。
第2熱交換器2bは、例えば、プレート型熱交換器、2重管熱交換器等で構成することができる。
流体回路Bは、第1ポンプ8a、三方弁12、AHU10、第2熱交換器2bの流体流路が流体配管16で配管接続されて構成されている。流体回路Bに流体を循環させることで、空気調和装置100では第2熱交換器2bを介して冷媒回路Aで冷媒に蓄えられた熱を流体回路Bに伝達することが可能になっている。
三方弁12は、流体の流れを切り替えるものである。つまり、三方弁12によって、第2分岐回路Dに流体を経由させるかどうかが切り替えられる。
第2熱交換器2bは、上述した通りである。
また、第2熱交換器2bで熱交換された流体を、必ずしも直接AHU10に供給することはなく、例えばAHU10の上流側にさらに別の水−水熱交換器を設けて、その水−水熱交換器を経由させてからAHU10に流体を供給するような構成としてもよい。
第1分岐回路Cは、第2熱交換器2bの下流側を分岐した分岐部分c1と、分岐部分c1よりも流体の流れ下流側の接続部分c2と、を接続する。具体的には、第1分岐回路Cは、流体回路Bの第2熱交換器2bの下流側から分岐して、第1ポンプ8aの上流側に接続して構成されている。
第1分岐回路Cは、電磁弁11及び第3熱交換器7が第1分岐配管17で配管接続されて構成されている。
第3熱交換器7は、電磁弁11の下流側に設けられ、第1分岐回路Cを流れる流体と第2送風機1bにより供給される空気(室外空気)とが熱交換する水−空気熱交換器として作用するものである。第3熱交換器7を設置したことによって、空気調和装置100では、外気を導入して利用することが可能になっている。
第3熱交換器7は、例えば、フィン・アンド・チューブ型熱交換器等で構成することができる。なお、第3熱交換器7を電磁弁11の上流側に設けるようにしてもよい。
第2分岐回路Dは、第1分岐回路Cの接続部分c2よりも下流側を分岐した分岐部分d1と、分岐部分d1よりも流体の流れ下流側の接続部分d2と、を接続する。具体的には、第2分岐回路Dは、流体回路Bの第1ポンプ8aの下流側から分岐して、AHU10の上流側に接続して構成されている。
第2分岐回路Dは、三方弁12、蓄熱槽9及び第2ポンプ8bが第2分岐配管18で配管接続されて構成されている。
蓄熱槽9は、第2分岐回路Dに経由された流体を貯めるものである。蓄熱槽9の容量を特に限定するものではないが、以下で説明する蓄熱槽送水運転時の運転を賄える量の流体が貯留できればよい。また、断熱材を蓄熱槽9の周囲に設置しておくとよい。
なお、特に蓄熱槽9の構成を限定するものではないが、図1及び図2に示すように、蓄熱槽9の上流側の第2分岐配管18を蓄熱槽9の上方に接続し、蓄熱槽9の下流側の第2分岐配管18を蓄熱槽9の下方に接続するとよい。
第2ポンプ8bは、第2分岐回路Dにおいて流体を搬送するのに利用されるものである。
熱源ユニット110には、冷媒回路A、及び、第1分岐回路Cを含んだ流体回路Bの一部が搭載されている。
タンクユニット120には、第2分岐回路Dを含んだ流体回路Bの他の一部が搭載されている。
熱源ユニット110とタンクユニット120とは、流体配管16を介して接続されている。
なお、タンクユニット120を必ずしも設けなくてもよい。
「熱源ユニット110」が、本発明の「第1ユニット」に相当する。
ここで、空気調和装置100の動作について説明する。空気調和装置100は、通常運転、蓄冷運転、蓄熱槽送水運転を実行可能になっている。通常運転とは、冷媒回路Aで冷媒を循環させ、第1分岐回路C及び第2分岐回路Dに流体を循環させることなく流体回路Bで流体を循環させ、第2熱交換器2bで熱交換された流体をAHU10に供給する運転である。蓄冷運転とは、冷媒回路Aで冷媒を循環させることなく、第3熱交換器7で熱交換された流体を蓄熱槽9に貯める運転である。蓄熱槽送水運転とは、蓄熱槽9に貯められた流体をAHU10に供給する運転である。
図3は、空気調和装置100の通常運転時の冷媒及び流体の流れを概略的に示す概略構成図である。図3に基づいて、空気調和装置100の通常運転について説明する。通常運転を実行する際、圧縮機5は駆動、第1ポンプ8aは駆動、第2ポンプ8bは停止、AHU10は駆動している。なお、電磁弁11は閉止されており、その状態を黒塗りで示している。また、三方弁12は第2分岐回路Dに流体を経由させないようになっており、その状態を黒塗りで示している。さらに、図3では、流路切替装置6を備えていない冷媒回路構成を示している。
図4は、空気調和装置100の蓄冷運転時の流体の流れを概略的に示す概略構成図である。図4に基づいて、空気調和装置100の蓄冷運転について説明する。蓄冷運転を実行する際、圧縮機5は停止、第1ポンプ8aは駆動、第2ポンプ8bは停止、AHU10は停止している。なお、電磁弁11は開放されており、その状態を白塗りで示している。また、三方弁12は第2分岐回路Dに流体を経由させるようになっており、その状態を黒塗りで示している。さらに、図4では、流路切替装置6を備えていない冷媒回路構成を示している。
蓄冷運転時においては、圧縮機5は停止している。つまり、冷媒回路Aにおいて冷媒が循環していない。
図5は、空気調和装置100の蓄熱槽送水運転時の流体の流れを概略的に示す概略構成図である。図5に基づいて、空気調和装置100の蓄熱槽送水運転について説明する。蓄熱槽送水運転を実行する際、第1ポンプ8aは駆動、第2ポンプ8bは駆動、AHU10は駆動している。なお、電磁弁11は開放されており、その状態を白塗りで示している。また、三方弁12は第2分岐回路Dに流体を経由させるようになっており、その状態を黒塗りで示している。さらに、冷媒回路Aで冷媒を循環させるかどうかは、AHU10から熱源ユニット110に戻ってくる流体の温度によって決まる。図5では、流路切替装置6を備えていない冷媒回路構成を示している。
一方、還水の温度が閾値T1以下の場合、空調対象空間150で要求される空調負荷がそれほど高くないと判断することができる。そのため、図4に示すように、圧縮機5を停止させ、電磁弁11を開き、第2送風機1bを駆動させる運転、つまり蓄冷運転と同じようにして冷媒回路Aに冷媒を循環させない。
一方、蓄熱槽水温が室内設定温度以上であれば(ステップST02;NO)、制御装置50は、通常運転を開始する(ステップST04)。
還水温度が閾値T1以下の場合(ステップST05;YES)、制御装置50は、圧縮機5を停止し、蓄冷運転と同様の運転状態にする(ステップST06)。
一方、還水温度が閾値T1よりも高い場合(ステップST05;NO)、制御装置50は、圧縮機5を作動させ、通常運転と同じ運転状態とする(ステップST07)。このとき、冷媒回路Aが発揮する冷凍能力は、還水温度と閾値T1の差に応じて圧縮機5及び第1ポンプ8aによって可変に調整される。
外気温度が蓄熱槽水温よりも低い場合(ステップST08;YES)、制御装置50は、蓄冷運転を開始する(ステップST09)。
一方、外気温度が蓄熱槽水温よりも高い場合(ステップST08;NO)、制御装置50は、全ての機器の運転を停止する(ステップST10)。
また、空気調和装置100は、空調時間外に蓄冷運転を実行することにより、24時間空調運転を実行しなくても、外気冷房期間延長効果が得られることになる。そのため、外気冷房期間を延長できることにより、エネルギーの消費を低減することが可能になる。
また、空気調和装置100は、AHU10を備えているので、外気OAを直接AHU10に導入できるため、従来の外気直接導入による外気冷房をも利用できる。
図7は、本発明の実施の形態1に係る空気調和装置100の変形例(以下、空気調和装置100Aと称する)の冷媒回路構成の一例を示す概略構成図である。図7に基づいて、空気調和装置100Aについて説明する。なお、図7では、水回路における水の流れを実線矢印で示し、空気の流れを白抜き矢印で示している。
それに対して、空気調和装置100Aでは、第3熱交換器7を介して低温の室外空気を利用できるため、外気冷房効果が得られることになる。
また、空気調和装置100Aは、外気を導入できないFCU13を備えているが、第3熱交換器7で室外空気と流体の熱交換を行うため、間接的な外気冷房を実現することができることになる。そのため、空気調和装置100Aによれば、エネルギーの消費を低減することが可能になる。
図8は、本発明の実施の形態2に係る空気調和装置100Bの冷媒回路構成の一例を示す概略構成図である。図8に基づいて、空気調和装置100Bについて説明する。なお、実施の形態2では実施の形態1との相違点を中心に説明し、実施の形態1と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。
「熱源ユニット110」が、本発明の「第1ユニット」に相当する。
「外気導入ユニット130」が、本発明の「第2ユニット」に相当する。
空気調和装置100は、第1分岐回路Cに、流体回路Bを流れる流体と外気とで熱交換する第3熱交換器7が設けられ、第2分岐回路Dに、流体回路Bを流れる流体を貯留する蓄熱槽9が設けられている。そのため、空気調和装置100によれば、蓄熱槽9に、第3熱交換器7によって外気と熱交換した流体を貯留でき、蓄熱槽9に貯留された流体を利用した運転が実行可能になる。つまり、空気調和装置100によれば、第3熱交換器7及び蓄熱槽9を利用することによって、運転時間の有無を問わずに外気空調期間の延長を実現することができる。
Claims (11)
- 圧縮機、第1熱交換器、膨張弁、及び、第2熱交換器を配管接続して冷媒を循環させる冷媒回路と、
前記第2熱交換器において前記冷媒回路を循環する冷媒と熱交換する流体を循環させる流体回路と、を有し、
前記流体回路は、
前記第2熱交換器の下流側を分岐した分岐部分と前記分岐部分よりも流体の流れ下流側の接続部分とを接続する第1分岐回路と、
前記第1分岐回路の接続部分よりも下流側を分岐した分岐部分と前記分岐部分よりも流体の流れ下流側の接続部分とを接続する第2分岐回路と、を含み、
前記第1分岐回路には、前記流体回路を流れる流体と外気とで熱交換する第3熱交換器が設けられ、
前記第2分岐回路には、前記第3熱交換器で外気と熱交換された流体を貯留する蓄熱槽が設けられている
空気調和装置。 - 前記圧縮機、前記第1熱交換器、前記膨張弁、前記第2熱交換器、前記第1分岐回路、及び、前記第3熱交換器を、第1ユニットに搭載した
請求項1に記載の空気調和装置。 - 前記圧縮機、前記第1熱交換器、前記膨張弁、及び、前記第2熱交換器を、第1ユニットに搭載し、
前記第1分岐回路、及び、前記第3熱交換器を、前記第1ユニットとは別の第2ユニットに搭載した
請求項1に記載の空気調和装置。 - 前記冷媒回路における冷媒の流れ、及び、前記流体回路における流体の流れを制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、
空調時間外において、前記冷媒回路での冷媒の循環を停止し、前記第1分岐回路及び前記第2分岐回路に流体が流れるようにし、前記第3熱交換器で外気と熱交換した流体を前記蓄熱槽に貯留する蓄冷運転を実行する
請求項1〜3のいずれか一項に記載の空気調和装置。 - 前記第3熱交換器で冷却された流体を前記蓄熱槽に貯留している状態において、
前記制御装置は、
外気温度が前記蓄熱槽に貯留された流体の温度よりも低いときに、前記蓄冷運転を実行する
請求項4に記載の空気調和装置。 - 前記第3熱交換器で加温された流体を前記蓄熱槽に貯留している状態において、
前記制御装置は、
外気温度が前記蓄熱槽に貯留された流体の温度よりも高いときに、前記蓄冷運転を実行する
請求項4に記載の空気調和装置。 - 前記冷媒回路における冷媒の流れ、及び、前記流体回路における流体の流れを制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、
空調時間内において、
前記冷媒回路での冷媒の循環を停止し、前記第1分岐回路及び前記第2分岐回路に流体が流れるようにし、前記蓄熱槽に貯留した流体を負荷装置に供給する蓄熱槽送水運転を実行する
請求項1〜3のいずれか一項に記載の空気調和装置。 - 前記第3熱交換器で冷却された流体を前記蓄熱槽に貯留している状態において、
前記制御装置は、
前記負荷装置が設けられた空調対象空間の設定温度が前記蓄熱槽に貯留された流体の温度よりも高いときに、前記蓄熱槽送水運転を実行する
請求項7に記載の空気調和装置。 - 前記第3熱交換器で加温された流体を前記蓄熱槽に貯留している状態において、
前記制御装置は、
前記負荷装置が設けられた空調対象空間の設定温度が前記蓄熱槽に貯留された流体の温度よりも低いときに、前記蓄熱槽送水運転を実行する
請求項7に記載の空気調和装置。 - 前記冷媒回路における冷媒の流れ、及び、前記流体回路における流体の流れを制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、
空調時間外において、外気温度と前記蓄熱槽に貯留された流体の温度との比較により、
前記冷媒回路での冷媒の循環を停止し、前記第1分岐回路及び前記第2分岐回路に流体が流れるようにし、前記第3熱交換器で外気と熱交換した流体を前記蓄熱槽に貯留する蓄冷運転を実行し、
空調時間内において、負荷装置が設けられた空調対象空間の設定温度と前記蓄熱槽に貯留された流体の温度との比較により、
前記冷媒回路での冷媒の循環を停止し、前記第1分岐回路及び前記第2分岐回路に流体が流れるようにし、前記蓄熱槽に貯留した流体を前記負荷装置に供給する蓄熱槽送水運転を実行し、
空調時間内において、前記負荷装置が設けられた空調対象空間の設定温度が前記蓄熱槽に貯留された流体の温度以下のときは、
前記冷媒回路で冷媒を循環させ、前記第1分岐回路及び前記第2分岐回路に流体が流れないようにし、前記冷媒回路で熱交換した流体を前記負荷装置に供給する通常運転を実行する
請求項1〜3のいずれか一項に記載の空気調和装置。 - 前記冷媒回路に冷媒の流れを切り替える流路切替装置を備えた
請求項1〜10のいずれか一項に記載の空気調和装置。
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