JPH06221709A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 給湯加熱時に発生する冷熱を、蓄冷槽４１に
有効利用する。 【構成】 外気温度の比較的高い、例えば夏期の夜間
に、給湯槽３７内の熱交換器３９を放熱源として外気温
度の影響を受けない蓄冷・給湯加熱運転を行い、次に朝
方の外気温度の低いときに、室外熱交換器３５を放熱源
として外気温度の影響を受ける蓄冷運転を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、蓄熱利用冷房及び給
湯機能を備えた空気調和装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の空気調和装置としては、例えば図
６に示すようなものがある。この空気調和装置は、圧縮
機１，四方弁３，室外熱交換器５，膨脹弁７，９，１
１，１３，室内熱交換器１５，１７，１９などから構成
される冷凍サイクルを用いた冷暖房可能な、いわゆる多
機能ヒートポンプエアコンであり、この冷凍サイクルに
給湯槽２１を組み込んである。

【０００３】給湯槽２１は、給湯用熱交換器２３及び給
湯用ヒータ２５を備えており、これら両者は、夜間に水
を沸き上げる際に、熱源利用経済分岐点で切り換えられ
る。すなわち、給湯用ヒータ２５の成績係数（ＣＯＰ＝
給湯加熱能力／消費電力）は、１であるため、夜間の外
気温度が低下し、さらに給湯槽２１内の水温が上昇して
多機能ヒートポンプエアコンのＣＯＰが１以下となった
ときに、給湯用熱交換器２３による加熱から、給湯用ヒ
ータ２５による加熱に切り換えている。このような制御
は、主に冬期に行われており、夏期は冬期に比較して外
気温度が高いため、給湯加熱はほとんど給湯用熱交換器
２３によるのみである。

【０００４】給湯用熱交換器２３による給湯加熱時に
は、圧縮機１から吐出された高温・高圧の冷媒が、四方
弁３を経て給湯用熱交換器２３に達し、ここで凝縮して
給湯槽２３を加熱する。給湯槽２３を出た液冷媒は、膨
脹弁７を経て室外熱交換器５に達し、ここで外気の熱を
吸収して蒸発する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
給湯加熱時においては、室外熱交換器５での外気熱の吸
収時には、外気を冷却しているのみで、この冷熱を有効
利用していない。

【０００６】そこで、この発明は、給湯加熱時に発生す
る冷熱を有効利用することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明は、圧縮機，室内熱交換器，室外熱交換器
などから構成される冷凍サイクルを備えた空気調和装置
において、冷媒の熱を蓄冷可能な蓄冷槽及び、同冷媒の
熱を導入して温水を供給する給湯槽を、前記冷凍サイク
ル内に組み込み、前記給湯槽内の熱交換器を、前記圧縮
機から吐出された冷媒を凝縮させる凝縮器とする一方、
前記蓄冷槽内の熱交換器を、前記給湯槽内の熱交換器か
ら流出した冷媒を蒸発させる蒸発器として蓄冷・給湯加
熱運転を行う構成としてある。

【０００８】また、この発明は、外気温度が比較的高い
ときに、給湯槽内の熱交換器を、圧縮機から吐出された
冷媒を凝縮させる凝縮器とする一方、蓄冷槽内の熱交換
器を、給湯槽内の熱交換器から流出した冷媒を蒸発させ
る蒸発器として蓄冷・給湯加熱運転を行い、外気温度が
比較的低いときには、室外熱交換器を、圧縮機から吐出
された冷媒を凝縮させる凝縮器とする一方、蓄冷槽内の
熱交換器を、室外熱交換器から流出した冷媒を蒸発させ
る蒸発器として蓄冷運転を行う構成としてもよい。

【０００９】

【作用】このような構成の空気調和装置によれば、蓄冷
・給湯加熱運転時には、圧縮機から吐出された冷媒は給
湯槽内の熱交換器に達し、ここで給湯加熱が行われて凝
縮する。凝縮した冷媒は、蓄冷熱槽内の熱交換器に達
し、ここで蓄冷して蒸発する。

【００１０】一方、蓄冷運転時には、圧縮機から吐出さ
れた冷媒は室外熱交換器に達し、ここで外気に熱を放出
して凝縮する。凝縮した冷媒は、蓄冷熱槽内の熱交換器
に達し、ここで蓄冷して蒸発する。

【００１１】そして、外気温度の比較的高い、例えば夏
期の夜間に、給湯槽内の熱交換器を放熱源として外気温
度の影響を受けない蓄冷・給湯加熱運転を行い、次に朝
方の外気温度の低いときに、室外熱交換器を放熱源とし
て外気温度の影響を受ける蓄冷運転を行う。

【００１２】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づき説明
する。

【００１３】図１は、この発明の一実施例の空気調和装
置における冷凍サイクル構成及び制御系の構成を示して
いる。この冷凍サイクルは、冷媒を圧縮して吐出する圧
縮機２７，冷媒の流れ方向を切り換える二つの四方弁２
９，３１，暖房時には凝縮器となり冷房時には蒸発器と
なる室内熱交換器３３，これとは逆に暖房時には蒸発器
となり冷房時には凝縮器となる室外熱交換器３５，給湯
槽３７内の給湯槽熱交換器３９，蓄冷槽４１内の蓄冷槽
熱交換器４３，膨脹弁４５，４７，４９を備えている。
給湯槽３７内には給湯用ヒータ５１が設けられている。
符号５３，５５，５７，５９，６１は開閉弁、符号６３
は逆止弁である。

【００１４】給湯槽３７内には給湯槽水温センサ６５
が、蓄冷槽４１内には蓄冷槽水温センサ６７がそれぞれ
設けられるとともに、室外熱交換器３５を含む室外機に
は外気温センサ６９が取り付けられている。これら各セ
ンサ６５，６７及び６９の各検出信号は、マイクロコン
ピュータなどから構成されるコントロールユニット７１
に入力される。コントロールユニット７１は、制御部７
１ａ，メモリ７１ｂ及びタイマ７１ｃを備えており、前
記各検出信号の入力を受けて圧縮機２７の運転周波数、
四方弁２９，３１の切り換え、膨脹弁４５，４７，４９
の開閉などの制御を行い、通常の冷暖房運転及び蓄冷槽
４１の冷熱を利用した冷房運転の他、次に述べるような
（Ａ）及び（Ｂ）で示す運転がなされる。

【００１５】（Ａ）蓄冷・給湯加熱運転 給湯槽熱交換器３９が凝縮器となって給湯槽３７を加熱
し、一方蓄冷槽熱交換器４３が蒸発器となって蓄冷槽４
１に冷熱を蓄冷する。すなわち、圧縮機２７を出た冷媒
は、給湯槽３７内の水を加熱することで凝縮する。凝縮
した冷媒は、膨脹弁４７，４９を通って蓄冷槽４１内の
水を冷却して蒸発し、四方弁２９を通って圧縮機２７に
戻る。このとき、室内熱交換器３３及び室外熱交換器３
５には冷媒が流入しないように、該当する弁を閉じてお
く。

【００１６】（Ｂ）蓄冷運転 上記給湯加熱を行わず、室外熱交換器３５が凝縮器とな
り、蓄冷槽熱交換器４３が蒸発器となって蓄冷槽４１に
冷熱を蓄冷する。すなわち、圧縮機２７を出た冷媒は、
四方弁３１を経て室外熱交換器３５に達し、ここで外気
により冷却されて凝縮する。凝縮した冷媒は、膨脹弁４
９を通って蓄冷槽４１内の水を冷却して蒸発し、四方弁
２９を通って圧縮機２７に戻る。このとき、給湯槽熱交
換器３９及び室外熱交換器３５には冷媒が流入しないよ
うに、該当する弁を閉じておく。前者の蓄冷・給湯加熱
運転では、蓄冷槽４１内の水の熱を冷媒が汲み上げ、こ
の熱を給湯槽３７内の水に放出しているため、外気温度
には影響されない。一方、後者の蓄冷運転では、蓄冷槽
４１内から汲み上げた熱を、室外熱交換器３５にて外気
に放出しているため、外気温度に影響される。

【００１７】図２は、参考として室内熱交換器３３と室
外熱交換器３５とを用いた通常冷房時のエアコンにおけ
る外気温度とＣＯＰとの関係を示したものである。但
し、圧縮機は定格周波数運転とする。これによれば、一
般に冷房運転では外気温度が低い程ＣＯＰが大きく（良
く）なることがわかる。蓄冷運転での蓄冷槽熱交換器４
３は、上記冷房運転の際の室内熱交換器３３に相当する
ため、蓄冷運転でも外気温度が低い程ＣＯＰが大きくな
ると推定される。

【００１８】したがって、多機能ヒートポンプエアコン
において、夏期の夜間に給湯加熱及び蓄冷運転を行うと
きには、深夜電力の開始する２３時頃の、比較的外気温
度の高い時間帯には、外気温度の影響を受けない蓄冷・
給湯加熱運転が適し、深夜電力が終了する朝方（７時に
終了）の外気温度が低い時間帯には、外気温度が低い程
ＣＯＰが良くなる蓄冷運転を行えばよいことがわかる。

【００１９】図３（ａ），（ｂ）及び（ｃ）は、それぞ
れ外気温度，給湯槽平均水温及び蓄冷槽平均水温を、
（Ａ），（Ｂ）各運転状態に伴う深夜電力時間帯（２３
時〜７時）における時間変化として示したものである。
ここで、深夜電力時間帯をｔ_s，給湯槽３７内の水の沸
き上げ時間をｔ_h ，蓄冷槽４１内の水の冷却時間をｔ_c
とする。但し、ｔ_h ≦ｔ_c 。これによれば、深夜電力帯
での２３時から５時には、Ａで示す蓄冷・給湯加熱運転
を行っている。この結果、給湯槽３７内の平均水温は、
２０℃から徐々に上昇し、蓄冷・給湯加熱運転が終了す
る５時に６０℃まで達している。一方、蓄冷槽４１内の
平均水温は、２０℃から徐々に下降し、５時に０℃に達
している。このとき、給湯槽３７で発生する冷熱は、外
気に放出せず、蓄冷槽４１に供給されるので、給湯加熱
時での冷熱は有効利用されることになる。

【００２０】その後、７時までの２時間の間にＢで示す
蓄冷運転を行っている。この蓄冷運転開始時には、外気
温度が２０℃まで低下しているので、ＣＯＰが大きな状
態で運転することになり、低電力費でかつ高効率の蓄冷
運転が可能となる。

【００２１】図４（ａ），（ｂ），（ｃ）は、深夜電力
帯の始まる２３時の時点での給湯槽３７内の温度が３０
℃と高い場合の例を示している。この場合には、午前１
時にＡで示す蓄冷・給湯加熱運転を開始し、朝５時３０
分にＢで示す蓄冷運転に切り換えている。

【００２２】図５は、蓄冷・給湯加熱運転及び、蓄冷運
転を行う際のコントロールユニット７１の制御動作を示
すフローチャートである。まず、外気温センサ６９，給
湯槽水温センサ６５及び蓄冷槽水温センサ６７が検知し
た外気温、給湯槽内水温及び蓄冷槽内水温を読み込み
（ステップ５０１，５０３及び５０５）、蓄冷・給湯加
熱運転時でのＣＯＰを蓄冷槽内水温と給湯槽内水温との
差から計算し（ステップ５０７）。さらにこのＣＯＰに
基づき、給湯槽３７内の水の沸き上げ時間ｔ_h を計算す
る（ステップ５０９）。

【００２３】次に、蓄冷・給湯加熱運転後の蓄冷運転開
始時期を決定するために、深夜電力帯での最低外気温の
推定を行う（ステップ５１１）とともに、外気温度から
蓄冷運転時でのＣＯＰを計算し（ステップ５１３）、こ
れらの結果を基に蓄冷槽４１内の水の冷却時間ｔ_c を計
算する（ステップ５１５）。

【００２４】次に、給湯槽３７内の水の沸き上げ時間ｔ
_h が、深夜電力時間帯ｔ_s 以上かどうかを判断し（ステ
ップ５１７）、ｔ_h ≧ｔ_s の場合には、図３に示す例の
ように深夜電力開始時刻の２３時から蓄冷・給湯加熱運
転Ａを開始する（ステップ５１９）。前記ステップ５１
７で、給湯槽３７内の水の沸き上げ時間ｔ_h が、深夜電
力時間帯ｔ_s より短い場合には、蓄冷槽４１内の水の冷
却時間ｔ_c が、深夜電力時間帯ｔ_s 以上かどうかを判断
し（ステップ５２１）、ｔ_c ≧ｔ_s の場合には、前記ス
テップ５１９に進み、図３の例のように２３時から蓄冷
・給湯加熱運転Ａを開始する。

【００２５】前記ステップ５２１で、ｔ_c ＜ｔ_s の場合
には、図４に示す例のように、２３時より（ｔ_s −
ｔ_c ）時間遅らせて蓄冷・給湯加熱運転を行う（ステッ
プ５２３）。蓄冷運転Ｂへの切り換えは、給湯槽３７内
の水温が所定の温度（約６０℃）となった時点で行う。

【００２６】

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば、給湯槽内の熱交換器を、圧縮機から吐出された冷
媒を凝縮させる凝縮器とする一方、蓄冷槽内の熱交換器
を、給湯槽内の熱交換器から流出した冷媒を蒸発させる
蒸発器として蓄冷・給湯加熱運転を行うようにしたの
で、給湯加熱運転時に発生する冷熱を蓄冷運転に有効利
用できる。

【００２７】また、外気温度の影響を受けない蓄冷・給
湯加熱運転を先にし、次に外気温度の影響を受ける蓄冷
運転を行うことができるため、夏期の夜間にこの順序で
運転を行えば、朝方の外気温の低いときに蓄冷運転を行
えることになり、運転効率の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す空気調和装置の冷凍
サイクル構成図である。

【図２】通常冷房時のエアコンにおける外気温度とＣＯ
Ｐとの関係を示す説明図である。

【図３】外気温度，給湯槽平均水温及び蓄冷槽平均水温
を、深夜電力帯における時間変化として示した説明図で
ある。

【図４】外気温度，給湯槽平均水温及び蓄冷槽平均水温
の時間変化の他の例を示す説明図である。

【図５】蓄冷・給湯加熱運転及び、蓄冷運転を行う際の
コントロールユニットの制御動作を示すフローチャート
である。

【図６】従来例を示す空気調和装置の冷凍サイクル構成
図である。

【符号の説明】

２７ 圧縮機 ３３ 室内熱交換器 ３５ 室外熱交換器 ３７ 給湯槽 ３９ 給湯槽熱交換器 ４１ 蓄冷槽 ４３ 蓄冷槽熱交換器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 000156938 関西電力株式会社 大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号 (71)出願人 000211307 中国電力株式会社 広島県広島市中区小町４番33号 (71)出願人 000180368 四国電力株式会社 香川県高松市丸の内２番５号 (71)出願人 000164438 九州電力株式会社 福岡県福岡市中央区渡辺通２丁目１番82号 (71)出願人 000003078 株式会社東芝 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 (72)発明者 田沼 勝行 宮城県仙台市青葉区一番町三丁目７番１号 東北電力株式会社内 (72)発明者 岩瀬 修 東京都千代田区内幸町１丁目１番３号 東 京電力株式会社内 (72)発明者 伊藤 邦之 愛知県名古屋市東区東新町１番地 中部電 力株式会社内 (72)発明者 高井 義晴 富山県富山市牛島町15番１号 北陸電力株 式会社内 (72)発明者 中村 秀夫 大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 池辺 清 広島県広島市中区小町４番33号 中国電力 株式会社内 (72)発明者 三田 芳弘 香川県高松市丸の内２番５号 四国電力株 式会社内 (72)発明者 伊藤 奉文 福岡県福岡市中央区渡辺通２丁目１番82号 九州電力株式会社内 (72)発明者 山岸 勝明 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝住空間システム技術研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機，室内熱交換器，室外熱交換器な
   どから構成される冷凍サイクルを備えた空気調和装置に
   おいて、冷媒の熱を蓄冷可能な蓄冷槽及び、同冷媒の熱
   を導入して温水を供給する給湯槽を、前記冷凍サイクル
   内に組み込み、前記給湯槽内の熱交換器を、前記圧縮機
   から吐出された冷媒を凝縮させる凝縮器とする一方、前
   記蓄冷槽内の熱交換器を、前記給湯槽内の熱交換器から
   流出した冷媒を蒸発させる蒸発器として蓄冷・給湯加熱
   運転を行うことを特徴とする空気調和装置。
2. 【請求項２】 外気温度が比較的高いときには、前記給
   湯槽内の熱交換器を、前記圧縮機から吐出された冷媒を
   凝縮させる凝縮器とする一方、前記蓄冷槽内の熱交換器
   を、前記給湯槽内の熱交換器から流出した冷媒を蒸発さ
   せる蒸発器として蓄冷・給湯加熱運転を行い、外気温度
   が比較的低いときには、前記室外熱交換器を、前記圧縮
   機から吐出された冷媒を凝縮させる凝縮器とする一方、
   前記蓄冷槽内の熱交換器を、前記室外熱交換器から流出
   した冷媒を蒸発させる蒸発器として蓄冷運転を行うこと
   を特徴とする請求項１記載の空気調和装置。