WO2016170616A1

WO2016170616A1 - 空気調和装置

Info

Publication number: WO2016170616A1
Application number: PCT/JP2015/062238
Authority: WO
Inventors: 貴之辻; 和田　誠
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2015-04-22
Filing date: 2015-04-22
Publication date: 2016-10-27
Also published as: JPWO2016170616A1; JP6415702B2

Abstract

冷凍サイクル内の排熱を蓄熱し、熱移動による運転能力の確保を可能とする空気調和装置を提供する。　従来の空気調和装置では、冷房運転中に蓄冷する方式と、暖房運転中に蓄熱する方式が存在するが、両者ともその間は運転能力が低下する。また、蓄熱、蓄冷する分の電力を余分に消費してしまう。この発明に係る空気調和装置は、排熱部から蓄熱する手段に加え、放熱（冷却）する手段と、熱移動の有効／無効を切り替える手段を備えることで、暖房時に蓄熱槽に高温状態で溜められている冷媒を、室外熱交換器に供給することにより、暖房運転状態を中断することなく除霜が行え、また、冷房時には蓄熱槽に低温状態で溜められている冷媒を、発熱部に対して供給することにより、冷房運転状態を制限することがない。

Description

空気調和装置

　この発明は空気調和装置に関し、特に、蓄熱槽を備えたヒートポンプ方式の空気調和装置に関する。

　特許文献１に記載されているような、蓄熱槽を備えたヒートポンプ方式の空気調和装置が存在する。以下、図６～図９を参照して、特許文献１に記載された従来の空気調和装置の動作を説明する。

　従来の空気調和装置は、圧縮機２、冷暖切替用または蓄熱運転切替用の四方弁１、負荷側熱交換器７、負荷側膨張機構６、室外側切替弁９、室外熱交換器８、アキュムレータ１５を環状に接続して媒回路を構成し、四方弁１と負荷側熱交換器８の間の冷媒ガスが流れるガス配管から分岐され、四方弁３、蓄熱槽４、蓄熱量調整用の膨張弁５を接続して液側配管に接続される。

　上述した従来の空気調和装置の動作を説明する。最初に、図６を用いて暖房蓄熱制御について説明する。負荷側熱交換器７に流入する流量を蓄熱槽４にバイパスして、蓄熱槽４に蓄熱し、通常の暖房運転を行う。そして膨張弁５の開度を調整し，蓄熱量を制御する。負荷側熱交換器７を循環した冷媒と蓄熱槽４を循環した冷媒を合流させて室外熱交換器８に流す。

　次に、図７を用いて暖房放熱制御について説明する。圧縮機２からの吐出ホットガスを室外熱交換器８の上流にバイパスし、除霜する。そして通常の暖房運転を行う。次に、圧縮機２の吐出側と切替弁１０を介して室外熱交換器８の液側配管を接続したホットガスバイパス回路により、除霜中の暖房能力と除霜能力を調整する。また負荷側熱交換器７を循環した冷媒を蓄熱槽４に流し、室外熱交換器８を出た冷媒とアキュームレータ１５の前で合流させ圧縮機２に吸入する。

　次に、図８を用いて冷房蓄熱制御について説明する。室外熱交換器８で凝縮された液冷媒をバイパスして膨張弁５に流し、膨張弁５の開度を調整し，蒸発温度を下げて蓄熱する。この時、負荷側熱交換器７の膨張弁６は閉止する。更に蓄熱槽４を循環した冷媒は、負荷側熱交換器７で蒸発されたガス冷媒と合流してアキュームレータ１５へ流す。

　次に、図９を用いて冷房放熱制御について説明する。室外熱交換器８で凝縮した冷媒を閉止した弁１４の手前でバイパスし、蓄熱槽４で更に凝縮する。また室外熱交換器８の負荷を軽減するため、蓄熱槽４を循環した冷媒を負荷側熱交換器７に流し、冷媒を蒸発させる。負荷側熱交換器７を循環した冷媒を通常の冷房と同様にアキュームレータ１５へ流す。

特開平０３－８７５７６号公報

　上述した従来の空気調和装置においては、冷房運転中に蓄冷する方式と、暖房運転中に蓄熱する方式が存在するが、両者ともその間は運転能力が低下する。また、蓄熱、蓄冷する分の電力を余分に消費してしまう。

　この発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、第１の目的は、空気調和装置内の排熱部（制御ボックスや圧縮機を構成するモータ巻線部など）が持つエネルギーを、必要に応じて蓄熱槽に蓄熱しておき、暖房運転時に室外熱交換器に供給（放熱）することで、暖房時の運転能力を確保することである。

　また、第２の目的は、冷房時において、従来の手法で蓄熱槽に蓄冷しておき、運転中、上記の発熱部が高温になった際に、結露点に達しない範囲で蓄冷熱を供給（冷却）することにより、冷房能力を確保することである。

　前記従来の課題を解決するために、この発明に係る空気調和装置は、圧縮機、四方弁、負荷側熱交換器、減圧装置、室外熱交換器を、液冷媒を循環させる配管で連結した第１の冷媒回路を備え、
　第１の電磁弁を有する吸入管と、蓄熱剤を収納した蓄熱槽と、第２の電磁弁を有する吐出管を直列に接続したバイパス回路を、暖房運転時液冷媒貯留可能に前記減圧装置に並列に接続し、前記第１の電磁弁を開、前記第２の電磁弁を閉として暖房蓄熱運転を行い、前記第１の電磁弁を閉、前記第２の電磁弁を開として暖房運転を行う際、装置内の排熱を蓄熱し、熱移動による運転能力の確保を可能とする空気調和装置において、
　前記蓄熱槽と装置の発熱部との間を結ぶ第２の冷媒回路を設け、ポンプを用いて当該第２の冷媒回路の冷媒を循環させることを特徴とする。

　この発明における空気調和装置を用いれば、暖房時に蓄熱槽に高温状態で溜められている冷媒を、室外熱交換器に供給することにより、暖房運転状態を中断することなく除霜を行うことができる。一方、冷房時には蓄熱槽に低温状態で溜められている冷媒を、発熱部に対して供給することにより、冷房運転状態を制限することがない。

この発明の実施の形態における暖房蓄熱制御の構成と動作を示す図である。同実施の形態における暖房蓄熱制御の制御を示すフローチャートである。同実施の形態における暖房放熱制御の制御を示すフローチャートである。この発明の実施の形態における冷房蓄熱制御の構成と動作を示す図である。同実施の形態における冷房放熱制御の制御を示すフローチャートである。従来の暖房蓄熱制御の構成と動作を示す図である。従来の暖房放熱制御の構成と動作を示す図である。従来の冷房蓄熱制御の構成と動作を示す図である。従来の冷房放熱制御の構成と動作を示す図である。

　以下、この発明の実施の形態に係る空気調和装置について、図面を参照して説明する。
　最初に、図１を用いて本実施の形態における空気調和装置の構成を説明する。空気調和装置は、冷暖切替のための四方弁１、圧縮機２、蓄熱切替のための四方弁３、蓄熱槽４、蓄熱量調整膨張弁５、負荷側膨張弁６、負荷側熱交換器７、室外熱交換器８、室外側切替弁９、１０、蓄熱側切替弁１１～１４、アキュームレータ１５、制御ボックス２５内に配置されたヒートシンク１６およびリアクトル１７で構成されている。

　次に、図１を用いて、本実施の形態における暖房蓄熱制御について説明する。図１に、暖房蓄熱制御における空気調和装置の構成と冷媒の流れを示す。本実施の形態では、第１の暖房蓄熱制御と、第２の暖房蓄熱制御を有する。なお、冷媒は矢印で示す方向に流れる。

　第２の暖房蓄熱制御は、ユニット内の発熱部からの熱を蓄熱する制御であり、第１の暖房蓄熱制御（系統１）とは別冷媒系（系統２）とする。系統２は、ヒートシンク１６やリアクトル１７を含む発熱部と蓄熱槽（タンク）４を冷媒用の配管で結び、ポンプ１８を用いて冷媒を循環させる第２の冷媒回路を設けている。

　図１において、ヒートシンク１６、リアクトル１７、圧縮機２および蓄熱槽（タンク）４には、それぞれの温度を測定する温度センサ２１～２４が設置されている。空気調和装置の運転中、これらの温度センサを用いてヒートシンク１６の表面温度（Ｔ１）、リアクトル１７の表面温度（Ｔ２）、圧縮機２のモータ巻き線の温度（Ｔ３）の温度を監視する。なお、以下の説明では、代表としてヒートシンク１６の温度（Ｔ１）のみを測定するケースを記載している。

　図２および図３のフローチャートに、本発明の暖房蓄熱制御における制御の内容を示す。図２に示すように、ヒートシンク１６の温度Ｔ１が蓄熱槽（タンク）４の温度Ｔｔを上回る場合、系統１においては蓄熱運転切替弁３が切り替わり、系統２においては、ポンプ１８が動作開始することで蓄熱槽（タンク）４に熱が供給（蓄熱）される。ヒートシンク１６の温度Ｔ１が蓄熱槽（タンク）４の温度Ｔｔを下回った場合は暖房蓄熱制御を終了し、通常の暖房運転に戻る。

　また、図３に示すように、室外熱交換器８の入口温度Ｔ４が蓄熱槽（タンク）４の温度Ｔｔを下回る場合、系統１において蓄熱運転切替弁３が切替わることで、蓄熱槽（タンク）４から室外熱交換器８側に熱が供給（放熱）される。室外熱交換器８の入口温度Ｔ４が蓄熱槽（タンク）４の温度Ｔｔを上回った場合は暖房蓄熱制御を終了し、通常の暖房運転に戻る。

　このように構成された空気調和装置により、熱移動による運転能力の最適化が図れる。そして制御ボックスや圧縮機モータの排熱を必要に応じて抑制することで、暖房時の運転能力を最大限確保できる。

　たとえば、暖房時は制御ボックス２５（発熱部）から蓄熱槽（タンク）４への供給（蓄熱）が可能である。暖房時はさらに、上記の蓄熱を必要に応じ、室外熱交換器８に供給することで、暖房能力を確保させる。

　暖房能力としては、暖房時、空気調和装置内の排熱（制御ボックス２５の発熱、圧縮機２のモータの発熱）を蓄熱し、必要時に室外熱交換器８に熱を供給することで、暖房能力を最大限確保することが可能である。霜取中でも制御ボックス２５の熱は常に蓄熱として働くので冷媒蓄熱量を抑制できる。

　このように、暖房運転時に、不要な排熱を、必要な時に熱移動（蓄熱、放熱）させて利用することで、運転効率を向上させることが可能となる。冷暖同時機種で暖房が強い場合や、夜間に蓄熱しておき、昼間利用することによる省電力化も可能である。また、暖房運転時は、系統２の冷媒回路を用いて、熱交換器に付着した霜の除霜を行う放熱回路を構成することにより、暖房運転能力を確保する。

　次に、図４を用いて、本実施の形態における冷房蓄熱制御について説明する。図４に、冷房蓄熱制御における空気調和装置の構成と冷媒の流れを示す。本実施の形態では、第１の冷房蓄熱制御と、第２の冷房蓄熱制御を有する。図４において、蓄冷利用により、制御ボックスへの熱供給（冷却）が可能である。

　図５のフローチャートに、本発明の冷房蓄熱制御における制御の内容を示す。図５に示すように、ヒートシンク１６の温度Ｔ１が蓄熱槽（タンク）４の温度Ｔｔを上回る場合、系統１では蓄熱運転切替弁１８が切り替わり、系統２ではポンプ１８が動作開始し、制御ボックス２５に熱が供給（冷却）される。Ｔ１が結露温度Ｔｋを下回るとポンプ１８を停止して冷房蓄熱制御を終了し、Ｔｋを上回ると結露温度Ｔｋを上回っている間は蓄熱運転を継続する。

　このように構成された空気調和装置により、熱移動による運転能力の最適化が図れる。また制御ボックス２５や圧縮機２のモータの排熱を必要に応じて抑制することで、冷房時の運転能力を最大限確保できる。

　冷房能力としては、冷房時、蓄冷を行い、空気調和装置内の発熱部（制御ボックス２５、圧縮機２のモータ）を冷却することで、冷房能力を最大限確保することが可能である。蓄熱槽（タンク）４を介在させることによって、冷やしたいその時に冷媒の熱を使うことができ、圧縮機２の効率が良くなるように制御しながら蓄冷するなど、負荷平準化・効率化が図れる。

　このように、冷房運転時に、不要な排熱を、必要な時に熱移動（蓄熱、放熱）させて利用することで、運転効率を向上させることが可能となる。冷暖同時機種で暖房が強い場合や、ファンを回さない領域における冷却や、ファンの回転数を下げることによる運転効率向上、省電力化も可能である。また、冷房運転時は、系統２の冷媒回路を用いて、前記蓄熱槽の蓄冷熱を発熱部に対して供給する冷却回路を構成することにより、制御部の発熱による能力の低下を抑制し、冷房運転能力を確保する。

　また、放熱性が改善するため、ファンやヒートシンクの小型化による原低や、ICや部品で高温部品に対する冷却も可能である。更に、夜間に蓄熱しておき、昼間利用することによる省電力化も可能である。

１　四方弁
２　圧縮機
３　四方弁
４　蓄熱槽
５　蓄熱量調整膨張弁
６　負荷側膨張弁
７　負荷側熱交換器
８　室外熱交換器
９、１０　室外側切替弁
１１、１２、１３、１４　蓄熱側切替弁
１５　アキュームレータ
１６　ヒートシンク
１７　リアクトル
１８　ポンプ
２０、２１、２２、２３、２４　温度センサ
２５　制御ボックス

Claims

　圧縮機、四方弁、負荷側熱交換器、減圧装置、室外熱交換器を、液冷媒を移送する配管で連結した第１の冷媒回路を備え、
　第１の電磁弁を有する吸入管と、蓄熱剤を収納した蓄熱槽と、第２の電磁弁を有する吐出管を直列に接続したバイパス回路を、暖房運転時液冷媒貯留可能に前記減圧装置に並列に接続し、前記第１の電磁弁を開、前記第２の電磁弁を閉として暖房蓄熱運転を行い、前記第１の電磁弁を閉、前記第２の電磁弁を開として暖房運転を行う際、装置内の排熱を蓄熱する空気調和装置において、
　前記蓄熱槽と装置内の発熱部との間を結ぶ第２の冷媒回路を設け、ポンプを用いて当該第２の冷媒回路の冷媒を循環させることを特徴とする空気調和装置。
　暖房運転時は、前記第２の冷媒回路を用いて、除霜を行う放熱回路を構成する請求項１に記載の空気調和装置。
　冷房運転時は、前記第２の冷媒回路を用いて、前記蓄熱槽の蓄冷熱を前記発熱部に対して供給する冷却回路を構成する請求項１に記載の空気調和装置。