JPS63282463A

JPS63282463A - ヒ−トポンプ式空調システム

Info

Publication number: JPS63282463A
Application number: JP11598687A
Authority: JP
Inventors: 清水　満郎
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 1987-05-14
Filing date: 1987-05-14
Publication date: 1988-11-18

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、スーパーマーケットの食品販売店舗や食品工
場等の空調装置と冷凍冷蔵装置が併設された箇所に適し
たヒートポンプ式空調システムに関する。

（従来の技術）従来、スーパーマーケットに設置されているヒートポン
プ式空調システムとしては、第２図のものが知られてお
り、この空調システムは、ヒートポンプ式の室外空調ユ
ニット１、店内空調ユニット２、ショーケース３に内蔵
された冷却ユニット、冷却ユニットの排熱側に接続され
た再熱コイル４から構成されている。

従って、店内５の暖房を行なう場合には、室外空調ユニ
ット１が暖房運転して室内空調ユニット２から店内に温
風が供給されると共に、天井付近の冷気は再熱コイル４
で暖められた後、ショーケース３の下方から送り出され
ることによって、冷却器の凝縮熱が有効に利用され、床
上のコールドアイル６も除去される。

（発明が解決しようとする問題点）しかし、従来の空調ユニットにあっては、ショーケース
用冷却器と店内空調ユニット２との相互熱利用が行なわ
れておらず、またショーケース用冷却器の排熱を貯えら
れない難点がある。この排熱をブラインタンクに貯えて
室内暖房に用いるシステムも開発されているが、冬期の
ように暖房負荷が大きくなるとショーケース用冷却器の
排熱だけでは不足する。特に、冬期は外気温度が低下す
るので冷却器の排熱、即ち凝縮温度もそれ程上昇せず、
これを上げようとすれば圧縮機のモータが大型化すると
共にトータル熱効率が悪くなる。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、そ
の目的はショーケース側冷却器の圧縮機用モータを小型
化できると共に熱効率が向上するヒートポンプ式空調シ
ステムを提供することにある。

（問題点を解決するための手段）上記目的を達成するため、第１発明のヒートポンプ式空
調システムは、室外空調ユニット及び室内空調ユニット
から構成されるヒートポンプ回路と、ショーケース、冷
凍庫などの内部を低温に維持する冷却回路と、この冷却
回路から生ずる排熱を回収してヒートポンプ回路の冷媒
に熱を伝える熱回収器と、室外空調ユニットと室内空調
ユニットの間に設けられた開度調整可能な膨張弁と、膨
張弁からの低温冷媒を熱回収器に導くバイパスと、バイ
パスの開閉を行なう開閉手段と、室外空調ユニットの熱
交換器と四方弁との間に並列に設けられたキャピラリチ
ューブ及び切替弁とから構成されている。

また、第２発明のヒートポンプ式空調ユニットは、第１
発明の構成に加えて、室内温度を検出する室温センサと
、ショーケース用冷却回路の排熱側に設けられた凝縮温
度センサと、室温センサ及び凝縮温度センサからの検出
信号に応じて室外空調ユニットの圧縮機容量、膨張弁の
開度、前記バイパスの開閉手段及び切替弁の作動を制御
する制御手段とから構成されている。

（作用）第１発明の構成により、暖房運転時には、冷却回路から
生ずる排熱が熱回収器を介して室内暖房に有効に用いら
れ、暖房負荷が大きい場合にはヒートポンプ回路も作動
して室外から吸収した熱を冷却回路の排熱と共に室内空
調ユニットへ送り込む。冷房運転時には、四方弁が冷媒
の流れを切替えてヒートポンプ回路が室内の熱と冷却回
路の排熱を吸収して室外へと排出する。

また、第２発明の構成により、まず、暖房運転時にショ
ーケース用冷却回路側の凝縮温度が所定値以上に上昇す
ると、室外空調ユニットの切替用電磁弁が閉鎖されると
共に膨張弁の開度が大きくなり、圧縮機の容量が増大す
る。このため１．空気熱交換器を出た冷媒は、キャピラ
リチューブを通って低温となり、この低温冷媒が熱交換
器に入って前述の凝縮温度を低下させる。

次に、冷房運転時や非空調時に前述の凝縮温度が所定値
を超えると、開閉手段によってバイパスが開放されると
共に圧縮機の容量が増大する。このため、膨張弁からの
低温冷媒がバイパスを通って熱回収器に流入し、凝縮温
度を所定値以下に低下させる。

空調システムの冷暖房能力は、制御手段が各室内温塵等
に応じて圧縮機の容量や膨張弁の開度を調整することに
より行なわれる。

（実施例）第１図には、本発明に係る空調システム１０の空調回路
図が示されており、この空調システム１０は、室外空調
ユニット１１．複数の室内空調ユニット１２、熱回収器
１３、冷凍ショーケース１４及び冷蔵ショーケース１５
用の冷却回路１６から構成されている。

室外空調ユニット１１と各室内空調ユニット１２は、冷
媒管１７により接続されてヒートポンプ回路を構成して
いる。室外空調ユニット１１は、膨張弁としてのメカト
ロニクス弁１８、空気熱交換器１９、送風機２０．切替
用の電磁弁２１、キャピラリチューブ２２、四方弁２３
、圧縮機２４から成り、ヒートポンプの他方の熱交換器
２５は室内空調ユニット１２側に配置されている。

メカトロニクス弁１８は、所定の制御信号に応じて開度
が調整され、開度が小さくなる程空気熱交換器１９の吸
熱量が増大、即ち暖房能力が上昇する。空気熱交換器１
９と送風機２０は、暖房時には吸熱、冷房時には排熱を
行なう。電磁弁２１とキャピラリチューブ２２は、空気
熱交換器１９と四方弁２３との間に並列に配置され、電
磁弁２１が開放されると冷媒はそのままの圧力で両ルー
トを通り、電磁弁２１が閉鎖されると冷媒はキャピラリ
チューブ２２を通って減圧され、その温度が低下する。

四方弁２３は、冷媒の流れを変えて冷暖房の切替えを行
ない、圧縮機２４は、インバータ式が用いられてその回
転数、即ち容量が制御できるようになっている。更に、
室外空調ユニット１１の冷媒回路には、バイパス２７が
設けられ、冷房時や非空調時に電磁弁２８が開放される
と（第４図参照）、メカトロニクス弁１８を出た低温冷
媒が四方弁２３を通って熱回収器１３に入る。

各室内空調ユニット１２は、室外空調ユニット１１の冷
媒管１７から分岐した熱交換器２５と送風機２６から構
成され、冷風や温風を店内や各室に送り出す。

室外空調ユニット１１の四方弁２３と圧縮機２４の冷媒
吸入側との間には、熱回収器１３が接続され、熱回収器
１３の内部にショーケース用冷却回路１６から延びた２
つの凝縮器２９．３０が収容されている。この熱回収器
１３は、冷凍ショーケース１４及び冷蔵ショーケース１
５で生じた排熱を回収してヒートポンプ回路側の冷媒に
伝える。

ショーケース用冷却回路１６は、冷凍ショーケース１４
及び冷蔵ショーケース１５に各々内蔵された蒸発器（図
示せず）、膨張弁３１，３２、圧縮機３３，３４、アキ
ュムレータ３５．３６及び前述の凝縮器２９．３０から
構成されている。従って、各圧縮機３３．３４が作動す
ると、冷媒が矢印方向に流れて蒸発器による吸熱と凝縮
器２９゜３０による排熱がくり返され、各ショーケース
１４．１５の庫内が低温に維持される。

第３図には、上記空調システム１０をコントロールする
制御回路図が示されており、この制御回路では、コント
ローラ３７の入力側にモード選択スイッチ３８、室温セ
ンサ３９、温度調節器４０゜凝縮温度センサ４１，４２
、熱交換器用温度センサ４３，４４が接続されている。

モード選択スイッチ３８は、室内空調ユニット１２側の
操作盤上に取付けられ、暖房、冷房、非空調等を選択す
る。室温センサ３９は、第１図から分るように各室内空
調ユニット１２の吸気側に取付けられ、室内または店内
の温度を検出する。

温度調節器４０は、モード選択スイッチ３８と共に操作
盤上に設けられ、これによって設定温４度が指示される
。

凝縮温度センサ４１，４２は、各凝縮器２９゜３０の冷
媒下流側に設置され、各冷媒の凝縮温度を検出してコン
トローラ３７に信号を送る。温度センサ４３，４４は、
ヒートポンプ側の熱交換器１９．２５（第１図）の温度
を検出する。

コントローラ３７は、これらの入力信号に応じて各機器
に制御信号を出力し、圧縮機２４の容量（回転数）制御
、四方弁２４の切替え、メカトロニクス弁１８の開度調
整、各電磁弁２１．２８の開閉を行なう。また、コント
ローラ３７には、暖房、冷房、非空調の各モードに応じ
た作動プログラムが組込まれている。

以上のように構成された空調システム１０の作動を第５
図及び第６図のフローチャートに従って説明する。

まず、第５図に示すように空調システム１０が作動する
と、冷暖房いずれの場合にも室温センサ３９で各室内の
温度が検出されると共に室温Ｔｒとしてコントローラ３
７に入力され（ＳＬ　）　、続いて温度調節器４０から
室温の設定値Ｔｓが入力される（Ｓ２）。コントローラ
３７内では、これらのデータに基づいて温度差Ｔｓ−Ｔ
ｒ−ΔＴ１が算出され、必要に応じて温度上昇率ｄ　Ｔ
　ｒ　／　ｄｔも算出される。また、バイパス２７の電
磁弁２８が開いているときは、ステップＳ４で電磁弁２
８が閉鎖される。次いで、凝縮温度センサ４１゜４２に
よって各凝縮器２９．３０の凝縮温度が検出され、高い
方の温度がＴ２として採用され、また従来と同様に温度
センサ４３，４４で検出された各熱交換器１９．２５の
温度も入力される（Ｓ５）。

ここまでは、暖房、冷房、非空調、何れのモードでも同
じであり、次にステップＳ６でモード選択スイッチ３８
が暖房運転に入っているかどうかが判別される。

暖房運転時には、室外空調ユニット１１、室内空調ユニ
ット１２及びショーケース用冷却回路１６の各冷媒は、
第１図の矢印方向に流れ、冷却回路１６で生じた排熱が
熱交換器１３の各凝縮器２９．３０からヒートポンプ側
の冷媒に伝えられる。熱を吸収した冷媒は、圧縮機２４
で更に高温となり、四方弁２３、冷媒管１７を経て各室
内空調ユニット１２へと送られる。室内空調ユニット１
２では、送風機２６が作動して熱交換器２５で形成され
た温風を室内に送り出す。

一方、熱回収器１３内の両凝縮器２９．３０の温度は、
あまり高くなると冷却回路１６側の圧縮機３３．３４の
負荷が増大し、ヒートポンプ回路と冷却回路の二元サイ
クルのバランスが悪くなってトータル効率が低下する。

このため、第５図に示すように凝縮温度の上限を１５℃
に設定し、凝縮温度センサ４１，４２で検出された高い
方の値Ｔ２が１５℃より高いかどうかを判別する（Ｓ７
）。

凝縮温度が設定値より高くなると電磁弁２１が閉鎖され
（Ｓ８）、空気熱交換器１９を出た冷媒がキャピラリチ
ューブ２２側を通る。次いで、圧縮機２４の回転数が上
昇、即ち圧縮機２４の容量が１００％に増大するので（
Ｓ９）、キャピラリチューブ２２を通る冷媒の温度が低
下する。従って、この冷媒が四方弁２３を通って熱回収
器１３に入り、凝縮器２９．３０の排熱を吸収して凝縮
温度を低下させる。

この後は、ステップＳＩＯ，Ｓｌｌ、　　Ｓ１２で室内
温度の制御が５℃単位で行なわれる。具体的には、まず
前述の温度差ΔＴ１が０℃より大きいかどうかが判別さ
れ（ＳＩＯ）、大きい場合はステップＳ１１に進み、小
さい場合、即ち室内温度が適正値の場合は暖房が充分で
あるからメカトロニクス弁１８の開度を１００％にする
（　Ｓ　１３）。これで冷媒の気化膨張は殆んどなくな
り、空気熱交換器１９の吸熱も行なわれないので暖房能
力が低下する。

ステップＳｌｌでは、温度差ΔＴ１が５℃以上あるかど
うかが判別され、５℃以上の場合はステップＳＬ２に進
み、５℃より小さい場合はステップＳ１３でメカトロニ
クス弁１８の開度が８０％に設定される。ステップＳ１
２では、温度差ΔＴ１が１０℃以上かどうかが判別され
、小さい場合はステップＳ１３でメカトロニクス弁１８
の開度が６０％に設定され、大きい場合、即ち室温が設
定値より大幅に低い場合は、メカトロニクス弁１８の開
度を４０％まで絞る。これで冷媒の気化膨張率及び空気
熱交換器１９の吸熱量が増大し、空調システム１０の暖
房能力がアップする。ステップＳＬ３の後は、ステップ
Ｓ１に戻って上述の動作がくり返される。

一方、ステップＳ７で凝縮温度Ｔ２が１５℃より低い場
合は、ステップＳＬ４で電磁弁２１が開放され、冷媒は
電磁弁２１、四方弁２３を通って温度が低下することな
く本来のルートを流れ、ステップＳ　　１５　、　３１
Ｂ、　　Ｓ１７で５℃単位の室温制御が行なわれる。

ステップＳ１５では、温度差ΔＴ１が０°Ｃより大きい
かどうかが判別され、大きい場合はステップＳ１８に進
み、小さい場合、即ち室温が適正の場合は圧縮機２４の
容量を４０％まで落として暖房能力を低下させる（　Ｓ
　１ｇ）。

ステップ８１６では、温度差ΔＴ１が５℃より大きいか
どうかが判別され、大きい場合はステップＳ１７に進み
、小さい場合は圧縮機２４の容量が６０％に設定される
（　Ｓ　１９）。ステップＳ１７では、ｉＲ度差ΔＴｌ
が１０℃以上あるかどうかが判別され、小さい場合は圧
縮機２４の容量が８０％に設定され（Ｓ２０）、大きい
場合、即ち室温が設定値より大幅に低い場合は、圧縮機
２４の容量が１００％まで引上げられる。従って、空気
熱交換器１９の吸熱量が増大し、冷媒は、室外空調ユニ
ット１１で得た熱と、熱回収器１３で各凝縮器２９゜３
０で得た熱との双方を室内空調ユニット１２まで搬送す
る。

ステップＳ　１８．　　Ｓ　１９．　　Ｓ　２０．　　
Ｓ　２１で圧縮機２４の制御が行なわれた後は、ステッ
プＳ２２でメカトロニクス弁１８の開度が演算される。

この開度は、温度センサ４３で検出された熱交換器１９
の冷媒出口温度や温度上昇率ｃｌＴｒ／ｄｔ（Ｓ３参照
）に応じて２０〜１００％の範囲で設定され（Ｓ　１３
）、この後最初のステップＳ１に戻る。

次に、冷房運転の場合には、ステップＳ６で■、即ち第
６図のフローチャートに進み、ステップＳ２３で冷房ス
イッチの有無が判別される。冷房運転の指示が確認され
ると四方弁２３がオン（Ｓ　２４）、電磁弁２１が開い
て（Ｓ２５）、ヒートポンプ側の冷媒の流れが第４図の
矢印方向へと切替えられる。従って、メカトロニクス弁
１８で気化膨張した冷媒は、室内空調ユニット１２の熱
交換器２５で室内の熱を吸収し、四方弁２３を通って熱
回収器１３でショーケース側冷却回路１６の排熱をも吸
収する。これらの熱を吸収した冷媒は、圧縮機２４、電
磁弁２１を通った後、空気熱交換器１９と送風機２０に
よって室外に排熱される。

次に、室内の温度制御は、ステップＳ　２Ｂ、　　Ｓ　
２７゜３２８において５℃単位で圧縮機２４の容量を変
えることにより行なわれる。具体的には、まず温度差Δ
Ｔ１が０℃より小さいがどうがが判別され、小さい場合
はステップＳ２７に進み、大きい場合、即ち室温が冷房
を要せずに充分低い場合はステップＳ２９に進む。

ステップＳ２９では、各凝縮器２９．３０の凝縮温度が
１５℃よりも高くなっていないかどうがか判別され、高
い場合は電磁弁２８が開いて低温の冷媒がバイパス２７
側に流れる。この冷媒は、四方弁２３を通って熱回収器
１３に流入し、凝縮器２９．３０を集中的に冷却する。

ステップＳ２９で凝縮温度Ｔ２が１５℃以下の場合は、
圧縮機２４の容量を４０％まで落として（Ｓ３１）、冷
房能力を低下させる。

ステップＳ２７では、温度差ΔＴ１が一５℃より小さい
かどうかが判別され、小さい場合はステップ３２８に進
み、大きい場合はステップＳ３２に進んで圧縮機２４の
容量が５０％に設定される。ステップＳ２８では、温度
差ΔＴ１が一１０’Ｃより小さいかどうかが判別され、
大きい場合はステップＳ３３で圧縮機２４の容量が８０
％に設定され、小さい場合、即ち室温Ｔｒが設定値Ｔｓ
よりもがなり高い場合は、圧縮機２４をフル回転（容量
１００％）させて冷房能力を最大にする（　Ｓ　３４）
。

ステップＳ３１．　　Ｓ３２．　　Ｓａｔ、　　Ｓ３４
の容量設定を終えると、ステップＳ３５でメカトロニク
ス弁１８の開度が演算される。この開度は、温度セン、
す４４で検出された熱交換器２５の冷媒出口温度と前述
の温度上昇率（Ｓ３参照）に応じて２０〜１００％の範
囲で設定され（８３Ｂ）、この後最初のステップＳ１に
戻る。

次に、非空調モードの場合は、第６図のステップＳ２３
からステップＳ３７に進み、四方弁２３が作動して冷媒
は冷房運転時と同じ方向（第４図）に流れる。続いて、
ステップ３３８で電磁弁２８が開放され、ステップＳ３
９で電磁２１も開放される。

このためメカトロニクス弁１８を出た冷媒は、バイバス
２７を通って四方弁２３、熱交換器１３に入り、ショー
ケース側冷却回路１６の排熱を吸収し、圧縮機２４、四
方弁２３、電磁弁２１を経て空気熱交換器１９で排熱さ
れる。メカトロニクス弁１８を出た冷媒の一部は、冷媒
管１７を通って室内空調ユニット１２にも流れるが、非
空調時には送風機２６が停止しているので室内に冷気が
送られることはない。

この後は、前述のステップＳ２９に進んで凝縮温度の制
御、圧縮機２４の容量制御及びメカトロニクス弁１８の
開度調整が同様に行なわれ、最初のステップＳ１に戻る
。

上記空調システム１０は、暖房運転時にショーケース側
冷却回路１６の排熱を熱源として有効に利用できると共
に、暖房負荷が不足する場合は室外空調ユニット１１も
ヒートポンプ作動して不足分の熱量を確保する。また、
何れのモードの場合にもショーケース側冷却回路１６の
凝縮温度を一定値以下に制御するから、ショーケース側
圧縮機３３．３４のモータに高負荷が作用することはな
く、モータの小型化、エネルギコスト及びランニングコ
ストの低下が可能となる。

尚、上記実施例では、膨張弁にメカトロニクス弁１８を
用いたが、開度が調整できれば他の弁機構を採用しても
よく、バイパス２７の開閉手段やキャピラリチューブ２
２側の切替弁も電磁弁２８゜２１に限定されない。また
、食品工場で本システムを用いる場合には、ショーケー
スの代わりに各冷凍庫や冷蔵庫の凝縮器を熱回収器１３
に組込めばよい。

更に、熱回収器１３は、タンク形状以外にも二重式チュ
ーブの熱交換器等、凝縮熱をヒートポンプ側の冷媒に伝
えられる部材を使用できる。

（発明の効果）以上詳述したように、第１発明のヒートポンプ式空調シ
ステムは、室外空調ユニット及び室内空調ユニットから
構成されるヒートポンプ回路と、ショーケース、冷凍庫
等の内部を低温に維持する冷却回路と、この冷却回路か
ら生ずる排熱を回収してヒートポンプ回路の冷媒に熱を
伝える熱回収器と、室外空調ユニットと室内空調ユニッ
トの間に設けられた開度調整可能な膨張弁と、膨張弁か
らの低温冷媒を熱回収器に導くバイパスと、バイパスの
開閉を行なう開閉手段と、室外空調ユニットの熱交換器
と四方弁との間に並列に設けられたキャピラリチューブ
及び切替弁とで構成したから、熱回収器を通じてショー
ケース側冷却回路の排熱を室内暖房の熱源として有効に
利用できると共に、暖房負荷が大きい場合は室外空調ユ
ニットも暖房運転して不足分を補い、暖房負荷が小さい
場合は余分の熱が室外熱交換器を通じて外部に排出され
る効果がある。

また、第２発明のヒートポンプ式空調システムは、第１
発明の構成に加えて、室内温度を検出する室温センサと
、ショーケース用冷却回路の排熱側に設けられた凝縮温
度センサと、室温センサ及び凝縮温度センサからの検出
信号に応じて室外空調ユニットの圧縮機容量、膨張弁の
開度、バイパスの開閉手段及び切替弁の作動を制御する
制御手段とで構成したから１．暖房、冷房、非空調を問
わず、ショーケース用冷却回路の凝縮温度が一定値以下
に抑えられ、従ってショーケース側圧縮機のモータを小
型化できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るヒートポンプ式空調システムの
暖房運転状態を示す空調回路図、第２図は従来のヒート
リクレイム式空調システムを示す空調回路図、第３図は
ヒートポンプ式空調システムの制御回路図、第４図は冷
房運転及び非空調状態の空調回路図、第５図は暖房運転
モードのフローチャート、第６図は冷房運転モード及び
非空調モードのフローチャートである。１０・・・空調システム　１１・・・室外空調ユニット
１２・・・室内空調ユニット　１３・・・熱回収器　１
４・・・冷凍ショーケース　１５・・・冷蔵ショーケー
ス１６・・・冷却回路　１８・・・メカトロニクス弁　
１９・・・空気熱交換器　２１・・・電磁弁　２２・・
・キャピラリチューブ　２３・・・四方弁　２４・・・
インバータ式圧縮機　２７・・・バイパス　２８・・・
電磁弁　２９゜３０・・・凝縮器　３３．３４・・・圧
縮機　３７・・・コントローラ　３９・・室温センサ　
４１，４２・・・凝縮温度センサ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）室外空調ユニット及び室内空調ユニットから構成
されるヒートポンプ回路と、ショーケース、冷凍庫等の
内部を低温に維持する冷却回路と、この冷却回路から生
ずる排熱を回収してヒートポンプ回路の冷媒に熱を伝え
る熱回収器と、室外空調ユニットと室内空調ユニットの
間に設けられた開度調整可能な膨張弁と、膨張弁からの
低温冷媒を熱回収器に導くバイパスと、バイパスの開閉
を行なう開閉手段と、室外空調ユニットの熱交換器と四
方弁との間に並列に設けられたキャピラリチューブ及び
切替弁と、から成るヒートポンプ式空調システム。
（２）前記膨張弁がメカトロニクス弁である特許請求の
範囲第（１）項に記載のヒートポンプ式空調システム。
（３）室外空調ユニット及び室内空調ユニットから構成
されるヒートポンプ回路と、ショーケース、冷凍庫等の
内部を低温に維持する冷却回路と、この冷却回路から生
ずる排熱を回収してヒートポンプ回路の冷媒に熱を伝え
る熱回収器と、室外空調ユニットと室内空調ユニットの
間に設けられた開度調整可能な膨張弁と、膨張弁からの
低温冷媒を熱回収器に導くバイパスと、バイパスの開閉
を行なう開閉手段と、室外空調ユニットの熱交換器と四
方弁との間に並列に設けられたキャピラリチューブ及び
切替弁と、室内温度を検出する室温センサと、ショーケ
ース用冷却回路の排熱側に設けられた凝縮温度センサと
、室温センサ及び凝縮温度センサからの検出信号に応じ
て室外空調ユニットの圧縮機容量、膨張弁の開度、前記
バイパスの開閉手段及び切替弁の作動を制御する制御手
段と、から成るヒートポンプ式空調システム。