JPH11230630A - 蓄熱式空気調和機及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ピーク時の消費電力の低減幅をよりその他の時
間帯よりも大きくした蓄熱式空気調和機及びその制御方
法を得る。 【解決手段】圧縮機４の吐出側から分岐して第１の開閉
弁に冷媒配管を接続し、第１の開閉弁の他方は室外熱交
換器６の蓄熱ユニット２側の位置に冷媒配管を接続する
と共に、複数台の蓄熱熱交換器１２に冷媒配管で接続さ
れた弁の間から分岐して第２の開閉弁を介し、圧縮機４
の吸込側に接続される冷媒配管を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】 本発明は蓄熱運転と蓄熱利
用空調運転を実施することで昼間の空気調和による電力
消費量の低減を実現する蓄熱式空気調和機およびその制
御方法に関わる。

【０００２】

【従来の技術】 圧縮機、凝縮器、流量調整弁、蒸発器
を順に冷媒配管で接続し、冷媒配管の途中に蓄熱熱交換
器を配設して構成される蓄熱式空気調和機の例として
は、例えば特開平６−１４７６７８号公報に記載されて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】 上記従来の蓄熱式空
気調和機では、蓄熱熱交換器を複数台接続して構成して
おり、室外熱交換器と蓄熱熱交換器を共に凝縮器として
使用して蓄熱利用冷房運転時の凝縮圧力を下げ、圧縮機
の圧力比改善により消費電力の低減を図っているもの
の、さらなる凝縮圧力および消費電力の低減する手段に
は配慮がされていなかった。

【０００４】本発明の目的は、ピーク時の消費電力の低
減幅をよりその他の時間帯よりも大きくした蓄熱式空気
調和機及びその制御方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】 上記課題を解決するた
め、請求項１記載の発明は、複数台の蓄熱熱交換器を配
設し、複数台の蓄熱熱交換器を利用する場合には、１台
のみ利用する場合に蓄熱熱交換器にある液冷媒を複数台
に分配して１台あたりの蓄熱熱交換器の冷媒量を半減し
て蓄熱熱交換器で凝縮できる領域を拡げることで凝縮圧
力を下げ、圧縮機の吐出側の配管から分岐して第１の開
閉弁を介し複数の蓄熱熱交換器の入口側に接続した回路
を配設したので室外流量調整弁の圧力損失を低減する構
成としている。

【０００６】また請求項２記載の発明は、複数の蓄熱熱
交換器のうち一部の熱交換器で蓄熱利用しない場合、第
１の開閉弁は閉弁、第２の開閉弁は開弁する一方、複数
の蓄熱熱交換器のうちすべての熱交換器で蓄熱利用する
場合、第１の開閉弁は開弁、第２の開閉弁は閉弁する制
御方法としている。

【０００７】さらに請求項３記載の発明は、第１の開閉
弁と第２の開閉弁の開閉弁タイミングを時刻によって決
定することとし、これにより昼のピーク時に複数の蓄熱
熱交換器を利用して圧縮機の消費電力を低減する制御方
法としている。請求項４記載の発明は、複数の蓄熱熱交
換器を一台の蓄熱槽に水没させて使用する構成としてい
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】 本発明の実施例を図１〜図５に
示し以下説明する。◆図１は本発明の請求項１に記載の
蓄熱式空気調和機のシステム例を示したものである。全
体は１台の室外ユニット１に２台の蓄熱ユニット２ａ、
２ｂと複数台の室内ユニット３ａ、３ｂを冷媒配管で接
続して構成される。

【０００９】図２は本発明の請求項１および２に記載の
内容を含む蓄熱式空気調和機の一実施例を示したもので
ある。◆圧縮機４、四方弁５、室外熱交換器６、室外流
量調整弁７、室内流量調整弁８ａ、８ｂ、室内熱交換器
９ａ、９ｂ、四方弁５、圧縮機４を順次冷媒配管で接続
し、室外流量調整弁６と室内流量調整弁８ａ、８ｂの間
に冷媒配管を分岐して蓄熱流量調整弁１０ａ、１０ｂと
蓄熱槽１１ａ、１１ｂに内包された蓄熱熱交換器１２
ａ、１２ｂを直列に配設し、圧縮機４と四方弁５の間か
ら分岐して第１の開閉弁１３を室外流量調整弁７と蓄熱
流量調整弁１０ａ、１０ｂの分岐部の間に接続しホット
ガスバイパス回路を構成し、蓄熱熱交換器１２ａ、１２
ｂと室内流量調整弁８ａ、８ｂの間から分岐して第２の
開閉弁１４ａ、１４ｂを介して四方弁５、圧縮機４の吸
込側に接続し、第２の開閉弁１４ａ、１４ｂの分岐部か
ら室内流量制御弁８ａ、８ｂの間に第３の開閉弁１５
ａ、１５ｂを配設し、室外流量調整弁７と蓄熱流量調整
弁１０ａ、１０ｂの間と、室内流量調整弁９ａ、９ｂと
第３の開閉弁１５ａ、１５ｂの間をそれぞれ接続する位
置に第４の開閉弁１６を配設した構成としている。

【００１０】なお蓄熱流量調整弁１０ａ、１０ｂの圧力
損失を低減する目的でバイパス回路として、蓄熱流量調
整弁１０ａ、１０ｂの上流側と下流側に開閉弁を介して
冷媒配管を接続することもできるが図２では示していな
い。また第２の開閉弁１４ａ、１４ｂと第３の開閉弁１
５ａ、１５ｂは三方弁に置き換えることも可能であり、
その場合の切替運転は以下に説明する冷媒の流れと同様
になるように制御されれば良いのでここでは言及しな
い。

【００１１】図２では示さないが蓄熱槽１１ａ、１１ｂ
内の蓄熱媒体としては水が一般的であり、本発明につい
ても水の場合として説明を記述する。もちろん水以外の
蓄熱媒体であっても本発明の内容はそのまま適用でき
る。

【００１２】図２に示した構成で運転される冷凍サイク
ルの冷媒の流れを次に説明する。◆蓄熱運転時について
説明する。圧縮機４で吐出された高温高圧の冷媒は四方
弁５を経由して室外熱交換器６で凝縮し液化する。液化
した冷媒は最大開度に開弁した室外流量調整弁７を経由
し、開度を減じて流量を絞り減圧機構として作用する蓄
熱流量制御弁１０ａ、１０ｂで減圧される。蓄熱槽１１
ａ、１１ｂに内包される蓄熱熱交換器１２ａ、１２ｂで
蒸発する冷媒は周囲の水を冷却し製氷する。蒸発した冷
媒は開弁した第２の開閉弁１４ａ、１４ｂ、四方弁５を
介して圧縮機４に戻る。この時第１の開閉弁１３、第３
の開閉弁１５ａ、１５ｂ、室内流量制御弁８ａ、８ｂは
閉弁しており室内熱交換器９ａ、９ｂには冷媒が流れな
い。ただし第４の開閉弁１６は通常は閉弁で良いが、運
転状態によっては開弁してもよい。

【００１３】また蓄熱運転中に個別の蓄熱ユニット２
ａ、２ｂについてセンサなどの信号により規定の蓄熱量
に達したと判断した場合には、蓄熱流量調整弁１０ａ、
１０ｂを全閉として冷媒の流れを遮断する。規定の蓄熱
量に達しない蓄熱ユニットはそのまま蓄熱運転を継続す
る。

【００１４】次に蓄熱利用冷房運転時について説明す
る。蓄熱利用冷房運転にはどちらか一方だけ利用する場
合と２台の蓄熱熱交換器１２ａ、１２ｂを両方とも利用
する場合とがある。はじめに一方のみ利用する場合、次
に両方とも利用する場合を説明する。

【００１５】蓄熱熱交換器１２ａのみで蓄熱利用運転す
る場合、圧縮機４で吐出された高温高圧の冷媒は四方弁
５を経由して室外熱交換器６で凝縮し最大開度に開弁し
た室外流量調整弁７を経由し、室外流量調整弁７と最大
開度に開弁した蓄熱流量制御弁１０ａを経由して蓄熱熱
交換器１２ａに流入する。第１の開閉弁１３は閉弁のま
まであり高温高圧の冷媒が直接蓄熱流量開閉弁１０ａ、
１０ｂに流入することはない。

【００１６】蓄熱熱交換器１２ａでの熱交換により過冷
却されるがこのとき２台の蓄熱熱交換器１２ａ、１２ｂ
を利用した場合に比べ蓄熱熱交換器１２ａ内には液冷媒
が一杯になる。この液冷媒は開弁した第３の開閉弁１５
ａを介して減圧機構として作用する室内流量制御弁８
ａ、８ｂで減圧され、室内熱交換器９ａ、９ｂで蒸発す
ることにより室内の空気を冷却する。蒸発した冷媒は四
方切替弁５を経由して圧縮機４に戻る。このとき蓄熱流
量制御弁１０ｂは全閉であり冷媒が流れ込まないように
なっており、第２の開閉弁１４ｂは開弁しており蓄熱熱
交換器１４ｂは圧縮機４の吸入側に接続されるため蓄熱
熱交換器１２ｂ内に冷媒が溜まることはない。このとき
第４の開閉弁１６も閉弁しており冷媒が蓄熱熱交換器１
２ａ、１２ｂをバイパスしてしまうことはない。

【００１７】次に２台の蓄熱熱交換器１２ａ、１２ｂを
両方利用する場合を説明する。

【００１８】圧縮機４で吐出された高温高圧の冷媒は一
方は四方弁５を経由して室外熱交換器６で凝縮し最大開
度に開弁した室外流量調整弁７を経由し、他方は高温高
圧のガスのまま開弁した第１の開閉弁１３を経由し、室
外流量調整弁７と蓄熱流量調整弁１０ａ、１０ｂの間で
合流し最大開度に開弁した蓄熱流量調整弁１０ａ、１０
ｂを経由して蓄熱熱交換器１２ａ、１２ｂに流入する。
一部の冷媒が第１の開閉弁１３を経由することで室外流
量調整弁７を流れる冷媒の流量は減るので圧力損失は小
さくなる。

【００１９】このときの各蓄熱熱交換器１２ａ、１２ｂ
内において凝縮した液冷媒量は２台の蓄熱熱交換器を利
用しているので、蓄熱熱交換器１２ａ１台のみを利用す
るときの約０．５倍になる。したがって蓄熱熱交換器１
２ａ、１２ｂでの熱交換による冷媒の状態変化は凝縮お
よび過冷却されることとなる。

【００２０】凝縮および過冷却された液冷媒は開弁した
第３の開閉弁１５ａ、１５ｂを介して減圧機構として作
用する室内流量制御弁８ａ、８ｂで減圧され、室内熱交
換器９ａ、９ｂで蒸発することにより室内の空気を冷却
する。蒸発した冷媒は四方弁５を経由して圧縮機４に戻
る。このとき第２の開閉弁１４ａ、１４ｂは閉弁してお
り蓄熱熱交換器１４ａ、１４ｂを介して四方弁５、圧縮
機４に冷媒が流れることはない。このとき第４の開閉弁
１６も閉弁しており冷媒が蓄熱熱交換器１２ａ、１２ｂ
をバイパスしてしまうことはない。

【００２１】また蓄熱流量調整弁１０ａ、１０ｂは最大
開度に開弁すべく制御されるが、弁口径など構造上の問
題があり圧力損失が大きくなる場合がある。その場合、
蓄熱流量調整弁１０ａ、１０ｂの上流側と下流側をバイ
パスさせるように冷媒配管を配設し途中に開閉弁を追加
してもよい。

【００２２】一方第１の開閉弁１３は２台の蓄熱熱交換
器１２ａ、１２ｂを利用する際に開弁するものとして説
明したが、室外流量調整弁７における圧力損失が小さく
無視できる場合には必要ではなく省略可能である。◆ま
た第１の開閉弁１３を開弁して凝縮圧力を低減して運転
している間は、室外熱交換器６に空気を通過させるべく
配設されるファンを停止してさらに室外ユニット１の消
費電力を下げるべく運転することも可能である。 暖房運転時は、圧縮機４で吐出された高温高圧の冷媒が
流路方向の切り替わった四方弁５を経由して、室内熱交
換器９ａ、９ｂで凝縮することにより室内の空気が加熱
される。最大開度に開弁した室内流量調整弁８ａ、８
ｂ、開弁する第４の開閉弁１６を介して減圧機構として
作用する室外流量制御弁７で減圧され、室外熱交換器６
で蒸発した冷媒は四方弁５を経由して圧縮機４に戻る。
このとき蓄熱流量調整弁１０ａ、１０ｂ、第１の開閉弁
１３、第２の開閉弁１４ａ、１４ｂは閉弁しており蓄熱
熱交換器１２ａ、１２ｂには冷媒が流れない。

【００２３】図３は本発明の請求項１に記載の内容を含
む蓄熱式空気調和機のモリエル線図上での説明図を示
す。◆蓄熱熱交換器１２ａのみを蓄熱利用して冷房運転
している場合を実線で示す。また両方の蓄熱熱交換器１
２ａ、１２ｂを蓄熱利用して冷房運転している場合を波
線で示す。◆蓄熱熱交換器１２ａのみを蓄熱利用して冷
房運転している場合、図３の例では約２．０ＭＰａとな
っている。２台の蓄熱熱交換器１２ａ、１２ｂを使用す
る場合、蓄熱熱交換器１２ａ、１２ｂ内に存在する液冷
媒量は蓄熱熱交換器１２ａのみを蓄熱利用して冷媒運転
している場合の約０．５倍になる。これにより蓄熱熱交
換器１２ａ、１２ｂでの凝縮圧力は蓄熱熱交換器１２ａ
のみを蓄熱利用して冷媒運転している場合より低減でき
図３の例では約１．２ＭＰａである。◆図４は本発明の
請求項２に記載の内容を含む蓄熱式空気調和機の運転パ
ターンと消費電力の時間変化の一実施例を示したもので
ある。

【００２４】全体の冷凍サイクルは図２と同じ場合とし
て説明する。◆蓄熱利用運転開始時刻（Ｔ１）におい
て、２台の蓄熱熱交換器１２ａ、１２ｂを同時に使用す
る時刻（Ｔ２）までの時間（Ｔ３）を分割し、各分割し
た時間毎に蓄熱熱交換器１２ａ、１２ｂを個別に１台ず
つ利用する。時刻（Ｔ２）以降は蓄熱流量調整弁１０
ａ、１０ｂを全開として２台の蓄熱熱交換器を利用す
る。この時室外流量調整弁７の圧力損失が大きいような
ら同時に第１の開閉弁１３を開弁してホットガスバイパ
スを行う。さらに２台の蓄熱熱交換器１２ａ、１２ｂを
個別に１台ずつ使用する切換時刻（Ｔ４）以降蓄熱運転
開始時刻（Ｔ５）までの時間（Ｔ６）をＴ３時間と同様
に分割して運転する。◆これにより時刻（Ｔ２）から
（Ｔ４）までの間は凝縮圧力の低い運転になる。 Ｔ３時間、Ｔ６時間の分割の方法は単純に２分割する方
法が簡単であるが蓄熱利用可能な熱量の比較や蓄熱運転
に必要とした時間を考慮した重み付けといった方法であ
ってもよい。

【００２５】図５は本発明の請求項３に記載の内容を含
む蓄熱式空気調和機の一実施例を示したものである。◆
２台の蓄熱熱交換器１２ａ、１２ｂが１台の蓄熱槽１１
に入った構成とした部分が図２の場合と異なっている。

【００２６】

【発明の効果】 以上説明したように、請求項１記載の
発明によれば、第１の開閉弁によって室外熱交換器をバ
イパスする回路を備え、蓄熱熱交換器毎に第２の開閉弁
を配設し圧縮機の低圧側に蓄熱熱交換器内部を接続する
構成としているので、一方の蓄熱熱交換器を利用してい
る場合に比べ両方の蓄熱熱交換器を利用している場合の
方が凝縮圧力を低くすることができ、これにより圧縮機
の消費電力を低減することができる。

【００２７】また請求項２記載の発明によれば、２段階
に圧縮機の消費電力を低減できる。

【００２８】請求項３記載の発明によれば消費電力低減
を時刻により２段階に設定する制御を備えているので、
電力使用量のピークにあわせた圧縮機の消費電力低減の
効果的な時間設定ができる。

【００２９】請求項４記載の発明によれば複数の蓄熱熱
交換器を一台の蓄熱槽に納める構造としているので、蓄
熱ユニットの据えつけ場所に余裕のある場合には工事費
を低く抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を実施する蓄熱式空気調和機のシステ
ムの一例

【図２】 本発明を実施する冷凍サイクルの一実施例

【図３】 本発明を実施する冷凍サイクルのモリエル線
図の一例

【図４】 本発明を実施する冷凍サイクルの運転パター
ンの一実施例

【図５】 本発明を実施する冷凍サイクルの他の実施例

【符号の説明】

１…室外ユニット、２ａ、２ｂ…蓄熱ユニット、３ａ、
３ｂ…室内ユニット、４…圧縮機、５…四方弁、６…室
外熱交換器、７…室外流量調整弁、８ａ、８ｂ…室内流
量調整弁、９ａ、９ｂ…室内熱交換器、１０、１０ａ、
１０ｂ…蓄熱流量調整弁、１１ａ、１１ｂ…蓄熱槽、１
２ａ、１２ｂ…蓄熱熱交換器、１３…第１の開閉弁、１
４ａ、１４ｂ…第２の開閉弁、１５ａ、１５ｂ…第３の
開閉弁、１６…第４の開閉弁。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機、室外熱交換器を有する１台の室
   外ユニットと、蓄熱膨張弁、蓄熱熱交換器を有する複数
   台の蓄熱ユニットと、室内膨張弁、室内熱交換器を有す
   る室内ユニットを冷媒配管で接続される蓄熱式空気調和
   機において、圧縮機の吐出側から分岐して第１の開閉弁
   に冷媒配管を接続し、第１の開閉弁の他方は室外熱交換
   器の蓄熱ユニット側の位置に冷媒配管を接続すると共
   に、該複数台の蓄熱熱交換器と該複数台の蓄熱熱交換器
   に冷媒配管で接続された弁の間から分岐して第２の開閉
   弁を介し、圧縮機の吸込側に接続される冷媒配管を備え
   たことを特徴とする蓄熱式空気調和機。
2. 【請求項２】 複数の蓄熱熱交換器のうち蓄熱を利用し
   ない熱交換器がある場合には、第１の開閉弁を閉弁する
   と共に、該蓄熱利用しない蓄熱ユニットの第２の開閉弁
   を開弁し、複数台の蓄熱熱交換器のすべてで蓄熱利用す
   る場合には、第１の開閉弁を開弁するとともに、第２の
   開閉弁をすべて閉弁することを特徴とした請求項１記載
   の蓄熱式空気調和機の制御方法。
3. 【請求項３】 夜間に蓄熱運転し昼間の空調運転で蓄熱
   を利用する運転を行う蓄熱式空気調和機であって、複数
   の蓄熱熱交換器を配設して構成され、該複数の蓄熱熱交
   換器の利用台数をあらかじめ設定された時刻により決定
   することを特徴とした請求項２記載の蓄熱式空気調和機
   の制御方法。
4. 【請求項４】 複数台の蓄熱熱交換器が１台の蓄熱槽に
   入ったことを特徴とした請求項１記載の蓄熱式空気調和
   機。