| 【発明の名称】 |
蓄熱式空気調和機とその運転制御方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】北條 俊幸
【氏名】戸草 健治
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| 【要約】 |
【課題】電力消費量を確実に低減させることができる蓄熱式空気調和機とその運転制御方法を提供する。
【解決手段】室外ユニットと、蓄熱ユニットと、１台以上の室内ユニットとを冷媒配管で接続し、夜間に蓄えられた熱を昼間の空調に使用するようにした蓄熱式空気調和機であって、圧縮機４運転時に前記室外ユニット１から室内ユニット３ａ、３ｂに向けて送り出された冷媒を通過させる第１の蓄熱ユニット２ａと、冷媒液ポンプ１６運転時に前記室内ユニット３ａ、３ｂから冷媒液ポンプ１６に帰還する冷媒を通過させる第２の蓄熱ユニット２ｂとを設け、前記各蓄熱ユニット２ａ、２ｂを前記室外ユニット１と室内ユニット３ａ、３ｂとの間に並列に接続した |
【特許請求の範囲】
【請求項１】室外ユニットと、蓄熱ユニットと、１台以上の室内ユニットとを冷媒配管で接続し、夜間に蓄えられた熱を昼間の空調に使用するようにした蓄熱式空気調和機であって、圧縮機運転時に前記室外ユニットから室内ユニットに向けて送り出された冷媒を通過させる第１の蓄熱ユニットと、冷媒液ポンプ運転時に前記室内ユニットから冷媒液ポンプに帰還する冷媒を通過させる第２の蓄熱ユニットとを設け、前記各蓄熱ユニットを前記室外ユニットと室内ユニットとの間に並列に接続したことを特徴とする蓄熱式空気調和機。
【請求項２】圧縮機と、この圧縮機の吐出側に接続された室外熱交換器と、この室外熱交換器に接続された第１の蓄熱流量調整弁と、この蓄熱流量調整弁に接続され、第１の蓄熱槽内に配置された第１の蓄熱熱交換器と、この蓄熱熱交換器に接続された逆止弁と、この逆止弁に並列に接続された複数の室内流量調整弁と、これらの室内流量調整弁に個別に接続され、出口が前記圧縮機の吸入側に接続された複数の室内熱交換器と、前記室外熱交換器と第１の蓄熱流量調整弁との間と前記室内熱交換器と圧縮機の吸入側との間とに接続された第１の開閉弁と、前記室外熱交換器と第１の開閉弁との間に接続された第２の蓄熱流量調整弁と、この蓄熱流量調整弁に接続され、第２の蓄熱槽内に配置された第２の蓄熱熱交換器と、この蓄熱熱交換器に接続された冷媒液ポンプと、この冷媒液ポンプの吐出側と前記逆止弁と室内流量調整弁との間に接続された第２の開閉弁と、前記冷媒液ポンプの吐出側と前記逆止弁と室内流量調整弁との間に、前記冷媒液ポンプおよび第２の開閉弁と並列に接続された第３の開閉弁と、前記第１の蓄熱熱交換器と逆止弁の間と前記室内熱交換器と圧縮機の吸入側との間に接続された第４の開閉弁と、前記第２の蓄熱熱交換器と冷媒液ポンプの間と前記室内熱交換器と圧縮機の吸入側との間に接続された第５の開閉弁とを設けたことを特徴とする蓄熱式空気調和機。
【請求項３】前記冷媒液ポンプと、第２の開閉弁および第３の開閉弁を一つの冷媒液ポンプユニットとして一体に構成したことを特徴とする請求項２に記載の蓄熱式空気調和機。
【請求項４】室外ユニットから送り出された冷媒を通過させて室内ユニットに送る第１の蓄熱ユニットと、冷媒液ポンプにより前記室内ユニットとの間で冷媒を循環させる第２の蓄熱ユニットとを設け、前記各蓄熱ユニットを前記室外ユニットと室内ユニットとの間に並列に接続した蓄熱式空気調和機の運転制御方法であって、前記冷媒液ポンプの運転を開始する前に必ず圧縮機を運転し、前記第２の蓄熱熱交換器を通して過冷却された液冷媒を冷媒液ポンプに供給することを特徴とする蓄熱式空気調和機の運転制御方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、蓄熱式空気調和機とその運転制御方法に係り、特に、昼間の電力の消費量の低減に好適な蓄熱式空気調和機とその運転制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】特に真夏の昼間は電力消費量が急増するため、夜間の電力消費量が少なく、しかも電力料金の安い時間帯に蓄熱を行い、この熱を昼間利用して昼間の電力消費量を低減し、夜間と昼間の電力消費量を平準化するようにした、たとえば、特開平７−４７２１号公報、特開平１０−３１１５８５号公報に開示された蓄熱式空気調和機が提案されている。
【０００３】これらの蓄熱式空気調和機は、室外ユニットと室内ユニットとを接続する通常（非蓄熱式）の冷凍サイクルと、蓄熱槽と前記室内ユニットとを接続する蓄熱式の冷凍サイクルとを備え、予め設定された時刻により通常の運転モードと蓄熱を利用した運転モードを切り替えるように構成されている。
【０００４】したがって、電力消費量がピークに達する時間帯の電力消費量を抑制し、昼夜間の平準化に寄与することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、蓄熱を利用した運転モードの前後に行われる通常の運転モードにおいては、電力消費量の低減が行われないため、蓄熱式空気調和機としての電力消費量の低減が必ずしも十分ではなかった。
【０００６】前記の事情に鑑み、本発明の目的は、電力消費量を確実に低減させることができる蓄熱式空気調和機とその運転制御方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するため、本出願の請求項１に記載の発明は、室外ユニットと、蓄熱ユニットと、１台以上の室内ユニットとを冷媒配管で接続し、夜間に蓄えられた熱を昼間の空調に使用するようにした蓄熱式空気調和機であって、圧縮機運転時に前記室外ユニットから室内ユニットに向けて送り出された冷媒を通過させる第１の蓄熱ユニットと、冷媒液ポンプ運転時に前記室内ユニットから冷媒液ポンプに帰還する冷媒を通過させる第２の蓄熱ユニットとを設け、前記各蓄熱ユニットを前記室外ユニットと室内ユニットとの間に並列に接続した。
【０００８】また、請求項２に記載の発明は、圧縮機と、この圧縮機の吐出側に接続された室外熱交換器と、この室外熱交換器に接続された第１の蓄熱流量調整弁と、この蓄熱流量調整弁に接続され、第１の蓄熱槽内に配置された第１の蓄熱熱交換器と、この蓄熱熱交換器に接続された逆止弁と、この逆止弁に並列に接続された複数の室内流量調整弁と、これらの室内流量調整弁に個別に接続され、出口が前記圧縮機の吸入側に接続された複数の室内熱交換器と、前記室外熱交換器と第１の蓄熱流量調整弁との間と前記室内熱交換器と圧縮機の吸入側との間とに接続された第１の開閉弁と、前記室外熱交換器と第１の開閉弁との間に接続された第２の蓄熱流量調整弁と、この蓄熱流量調整弁に接続され、第２の蓄熱槽内に配置された第２の蓄熱熱交換器と、この蓄熱熱交換器に接続された冷媒液ポンプと、この冷媒液ポンプの吐出側と前記逆止弁と室内流量調整弁との間に接続された第２の開閉弁と、前記冷媒液ポンプの吐出側と前記逆止弁と室内流量調整弁との間に、前記冷媒液ポンプおよび第２の開閉弁と並列に接続された第３の開閉弁と、前記第１の蓄熱熱交換器と逆止弁の間と前記室内熱交換器と圧縮機の吸入側との間に接続された第４の開閉弁と、前記第２の蓄熱熱交換器と冷媒液ポンプの間と前記室内熱交換器と圧縮機の吸入側との間に接続された第５の開閉弁とを設けた。
【０００９】また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記冷媒液ポンプと、第２の開閉弁および第３の開閉弁を一つのユニットとして構成した。
【００１０】さらに、請求項４に記載の発明は、室外ユニットから送り出された冷媒を通過させて室内ユニットに送る第１の蓄熱ユニットと、冷媒液ポンプにより前記室内ユニットとの間で冷媒を循環させる第２の蓄熱ユニットとを設け、前記各蓄熱ユニットを前記室外ユニットと室内ユニットとの間に並列に接続した蓄熱式空気調和機の運転制御方法であって、前記冷媒液ポンプの運転を開始する前に必ず圧縮機を運転し、前記第２の蓄熱熱交換器を通して過冷却された液冷媒を冷媒液ポンプに供給するようにした。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１ないし図２は、本発明の第１の実施の形態を示すもので、図１は、本発明による蓄熱式空気調和機の構成図、図２は、図１における蓄熱式空気調和機の時間経過と運転パターンを示す図、図１において、１は室外ユニット。２ａは第１の蓄熱ユニット、２ｂは第２の蓄熱ユニットで、室外ユニット１に並列に接続されている。３ａ、３ｂは室内ユニットで、室外ユニット１に並列に接続されている。４は圧縮機で、室外ユニット１内に配置されている。１６は冷媒液ポンプで、第２の蓄熱ユニット２ｂに付設されている。
【００１２】２６は時刻設定手段で、現在時刻や圧縮機運転による空調と冷媒液運転による空調の開始時刻と切替時刻、蓄熱運転の開始時刻などを設定する。２１は計時手段で、現在の時刻を計測し、時刻設定手段２６に設定された時刻になると切替信号を発信する。２２は切替手段で、計時手段からの切替信号に基づいて、圧縮機運転による空調と冷媒液ポンプによる空調を切り替える。
【００１３】このような構成で、図２に示すように、たとえば、２２時になると、室外ユニット１の圧縮機４を運転する蓄熱運転を開始する。このとき、室外ユニット１で凝縮され液状態になった冷媒は、その液冷媒が第１の蓄熱ユニット２ａと第２の蓄熱ユニット２ｂ内で蒸発して、各蓄熱ユニット２ａ、２ｂ内の冷媒（たとえば、水）を冷却（製氷）して気相冷媒となり圧縮機４に戻される。
【００１４】翌朝８時になると、圧縮機４を運転した蓄熱利用運転に切り替わる。このとき、室外ユニット１から送り出された気液２相の冷媒は、第１の蓄熱ユニット２ａで過冷却された液冷媒となって、室内ユニット３ａ、３ｂに送り込まれ、室内の空気と熱交換を行うことにより、室内の冷房を行ない気相冷媒となって室外ユニット１に戻される。
【００１５】１３時になると、室外ユニット１の圧縮機４は停止し、第２の蓄熱ユニット２ｂに付設された冷媒液ポンプ１６が作動して、冷媒液ポンプ１６による蓄熱利用運転に切り替えられる。このとき、冷媒は第２の蓄熱ユニット２ｂと室内ユニット３ａ、３ｂを循環し、第２の蓄熱ユニット２ｂで過冷却される。
【００１６】１６時になると、第２の蓄熱ユニット２ｂ内に蓄えられた氷をほぼ使い切り、冷媒液ポンプ１６が停止して、再び圧縮機４による冷房運転が開始される。
【００１７】前記のように、特に夏場の電力消費量がピーク値を示す１３時から１６時の時間帯に、電力消費量の少ない冷媒液ポンプ１６による冷房運転を行うことにより電力消費量のピーク値を低く抑えることができる。
【００１８】図３および図４は、本発明の第２の実施の形態を示すもので、図３は、図１における冷凍サイクルの構成図、図４は、圧縮機と冷媒液ポンプの運転切り替え時における運転パターンを示す図である。
【００１９】図３において、４は圧縮機。５は室外熱交換器で、圧縮機４の吐出側に接続されている。６は第１の蓄熱流量調整弁で、室外熱交換器５に接続されている。７は第１の蓄熱熱交換器で、第１の蓄熱槽８内に配置され、蓄熱流量調整弁６に接続されている。９は逆止弁で、蓄熱熱交換器７に接続されている。１０ａ、１０ｂは室内流量調整弁で、逆止弁９に並列に接続されている。１１ａ、１１ｂは室内熱交換器で、それぞれ室内流量調整弁１０ａ、１０ｂに接続されている。室内熱交換器１１ａ、１１ｂは圧縮機４の吸入側に接続されている。
【００２０】１２は第１の開閉弁で、室外熱交換器５と蓄熱流量調整弁６の間と室内熱交換器１１ａ、１１ｂと圧縮機４の間に接続されている。１３は第２の蓄熱流量調整弁で、室外熱交換器５と開閉弁１２との間に接続されている。１４は第２の蓄熱熱交換器で、第２の蓄熱槽１５内に配置され、蓄熱流量調整弁１３に接続されている。
【００２１】１６は冷媒液ポンプで、蓄熱熱交換器１４に接続されている。１７は第２の開閉弁で、冷媒液ポンプ１６の吐出側と逆止弁９と室内流量調整弁１０ａ、１０ｂの間に接続されている。１８は第３の開閉弁で、蓄熱熱交換器１４冷媒液ポンプ１６との間と逆止弁９と室内流量調整弁１０ａ、１０ｂの間に、冷媒液ポンプ１６および開閉弁１７と並列に接続されている。
【００２２】１９は第４の開閉弁で、蓄熱熱交換器７と逆止弁９の間と室内熱交換器１１ａ、１１ｂと圧縮機４の間に接続されている。２０は第５の開閉弁で、蓄熱熱交換器１４と冷媒液ポンプ１６の間と室内熱交換器１１ａ、１１ｂと圧縮機４の間に接続されている。
【００２３】このような構成で、蓄熱槽８および蓄熱槽１５に蓄熱する場合には、蓄熱流量調整弁６、１３および開閉弁１２、１９、２０を開き、室内流量調整弁１０ａ、１０ｂおよび開閉弁１２、１７を閉めた状態で圧縮機４を作動させる。
【００２４】すると、圧縮機４から吐出された冷媒は、室外熱交換器５を通り凝縮された気液２相の冷媒となって蓄熱流量調整弁６、１３から蓄熱熱交換器７、１４に供給され、蓄熱槽８、１４内の水と熱交換され蓄熱槽８、１４内の水を凍らせ製氷するとともに、蒸発して気相冷媒となり、開閉弁１９、２０を通り圧縮機４の吸入側に戻される。
【００２５】また、蓄熱運転中、各蓄熱槽８、１４に付設されたセンサ（図示せず）で蓄熱量（温度）を検出し、所定の温度に到達した蓄熱槽８、１４に接続された蓄熱流量調整弁６、１３を閉める。所定の蓄熱量に到達していない蓄熱槽８、１４については蓄熱運転を継続する。全ての蓄熱槽８、１４が所定の蓄熱量に到達したら圧縮機４の運転を止め待機する。
【００２６】また、圧縮機４による蓄熱利用運転を行う場合には、蓄熱流量調整弁６と室内流量調整弁１０ａ、１０ｂを開き、蓄熱流量調整弁１３、開閉弁１２、１７、１８、１９、２０を閉めた状態で圧縮機４を作動させる。
【００２７】すると、圧縮機４から吐出された冷媒は、室外熱交換器５を通り凝縮された気液２相の冷媒となって蓄熱流量調整弁６から蓄熱熱交換器７に送られ、蓄熱熱交換器７でさらに冷却されて、過冷却された液相冷媒となる。そして、逆止弁９を通り室内流量調整弁１０ａ、１０ｂから室内熱交換器１１ａ、１１ｂに流入して室内の空気と熱交換を行い、気相冷媒となって圧縮機４の吸入側に戻される。
【００２８】また、冷媒液ポンプ１６による蓄熱利用運転を行う場合には、蓄熱流量調整弁１３と室内流量調整弁１０ａ、１０ｂ、開閉弁１２、１７を開き、蓄熱流量調整弁６、開閉弁１８、１９、２０を閉めた状態で冷媒液ポンプ１６を作動させる。
【００２９】すると、蓄熱槽１５内の氷によって過冷却され液化した冷媒は、冷媒液ポンプ１６から吐出され、開閉弁１７を通り室内流量調整弁１０ａ、１０ｂから室内熱交換器１１ａ、１１ｂに流入して室内の空気と熱交換を行い、気相冷媒となって開閉弁１２、蓄熱流量調整弁１３を通って蓄熱熱交換器１４に戻される。
【００３０】前記の圧縮機４による蓄熱利用運転から冷媒液ポンプ１６による蓄熱利用運転に切り替える際には、圧縮機４と冷媒液ポンプ１６の運転、停止と、蓄熱流量調整弁６、１３と開閉弁１２、１７、１８の開閉を、図４に示すように、所用の時間をかけて行う。
【００３１】圧縮機４による蓄熱利用運転が行われているときに、図１における切替手段２２から切替信号が印加されると、まず、蓄熱流量調整弁１３と第３の開閉弁１８が開弁される。
【００３２】すると、蓄熱流量調整弁６から蓄熱熱交換器７および逆止弁９を通り、室内流量調整弁１０ａ、１０ｂに向けて流れていた冷媒の一部が、蓄熱流量調整弁１３から蓄熱熱交換器１４へ分流し、冷媒液ポンプ１６に過冷却された液冷媒を供給する。また、蓄熱熱交換器１４で過冷却された液冷媒の一部は、開閉弁１８を通り蓄熱熱交換器７からの冷媒に合流する。したがって、冷媒液ポンプ１６の吸込側に過大な圧力が加わることを防止することができる。
【００３３】蓄熱流量調整弁１３が開いてから所定の時間が経過すると、第２の開閉弁１７が開弁し、第３の開閉弁１８が閉弁すると共に、冷媒液ポンプ１６が作動して、吸込側に供給された液冷媒を送り出す。同時に、圧縮機４が停止し、蓄熱流量調整弁６が閉弁すると共に、第１の開閉弁１２が開弁する。
【００３４】すると、冷媒液ポンプ１６から吐出された液冷媒は、開閉弁１７、室内流量調整弁１０ａ、１０ｂを通り室内熱交換器１１ａ、１１ｂ送り込まれる。
【００３５】このとき、冷媒液ポンプ１６が作動すると、一時的に冷媒液ポンプ１６の吸込側の配管内の圧力が低下するが、冷媒液が過冷却されているためキャビテーション（気泡の発生）を防止することができる。
【００３６】図５は、本発明の第３の実施の形態を示すもので、冷媒液ポンプユニットの構成図である。
【００３７】同図において、１６は冷媒液ポンプ。１７は第２の開閉弁で、冷媒液ポンプ１６に直列に接続されている。１８は第３の開閉弁で、冷媒液ポンプ１６および開閉弁１７と並列に接続されている。
【００３８】２３は信号受信手段で、前記第１図における切替手段２２からの切替信号を受信する。２４は信号処理手段で、信号受信手段２３で受信した信号を処理し冷媒液ポンプ１６、開閉弁１７、１８の作動タイミングを設定する。２５は駆動手段で、信号処理手段２４で設定されたタイミングに基づいて、冷媒液ポンプ１６、開閉弁１７、１８を駆動する。
【００３９】このような構成の冷媒液ポンプユニットを用いることにより、蓄熱式空気調和機の据え付け現地における工事を容易にすることができる。
【００４０】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、冷媒液ポンプ運転時だけでなく、圧縮機運転による空気調和時にも、冷媒を蓄熱槽を通過させるようにしたので、圧縮機の出力を小さくすることができ、圧縮機運転時の電力消費量を低減することができる。したがって、蓄熱式空気調和機としての電力消費量を低減することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５１０８
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
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| 【出願日】 |
平成１１年３月３０日（１９９９．３．３０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００５９２６９
【弁理士】
【氏名又は名称】秋本 正実
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| 【公開番号】 |
特開２０００−２８３５８６（Ｐ２０００−２８３５８６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１０月１３日（２０００．１０．１３） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−８９６９８ |
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