(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機及び熱源側熱交換器を備えた熱源側ユニットと、利用側熱交換器を備えた利用側ユニットと、蓄熱用熱交換器を備えた蓄熱ユニットと、給湯用熱交換器を備えた給湯ユニットとを冷媒配管で接続し、この給湯ユニットと蓄熱ユニットとを利用して、給湯用の蓄熱をし、温水蓄熱を行える空気調和装置において、上記給湯ユニットへの蓄熱量及び上記蓄熱ユニットへの蓄熱量の比率を可変可能に構成し、上記利用側ユニットを利用した暖房運転を停止させて、給湯ユニットと蓄熱ユニットを利用した給湯用の蓄熱、温水蓄熱の運転を行うと共に、給湯量を増やすよりも暖房運転の効率を上げたい場合に、上記給湯ユニットへの蓄熱量を上記蓄熱ユニットへの蓄熱量よりも低く抑えて、給湯用の蓄熱を早く終了させ、蓄熱用熱交換器と熱源側熱交換器を利用した蓄熱運転に切り換えることを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】
上記給湯ユニットへの蓄熱量を、蓄熱槽への水張り量で調整することを特徴とする請求項１記載の空気調和装置。
【請求項３】
上記蓄熱ユニットへの蓄熱量を、蓄熱温度で調整することを特徴とする請求項１記載の空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄熱ユニット及び給湯ユニットを備えた空気調和装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、圧縮機及び熱源側熱交換器を備えた熱源側ユニットと、利用側熱交換器を備えた利用側ユニットと、蓄熱用熱交換器を備えた蓄熱ユニットと、給湯用熱交換器を備えた給湯ユニットとを冷媒配管で接続した空気調和装置が知られている。この種のものでは、給湯ユニットと蓄熱ユニットとを利用して、給湯用の蓄熱をし、温水蓄熱を行える構成としている。
【０００３】
この蓄熱ユニットに蓄熱された温水は、暖房運転時に使用され、給湯ユニットに蓄熱された温水は、給湯に使用される。
【０００４】
上記熱源側ユニットを用いて蓄熱できる温水蓄熱量には限りがある一方で、本システムが設置される地域によっては、例えば、温暖な地域で冬場に暖房運転の効率よりも給湯量を増やしたい、或いは、厳寒地域等で冬場に給湯量を増やすよりも、暖房運転の効率を上げたい等の異なる要求がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の構成では、蓄熱ユニットへの蓄熱量及び給湯ユニットへの蓄熱量の比率が一定であり、本空調システムが設置される地域毎に存在する、上述した異なる要求に応えることができないという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、上記異なる要求に応えることができる空気調和装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、圧縮機及び熱源側熱交換器を備えた熱源側ユニットと、利用側熱交換器を備えた利用側ユニットと、蓄熱用熱交換器を備えた蓄熱ユニットと、給湯用熱交換器を備えた給湯ユニットとを冷媒配管で接続し、この給湯ユニットと蓄熱ユニットとを利用して、給湯用の蓄熱をし、温水蓄熱を行える空気調和装置において、上記給湯ユニットへの蓄熱量及び上記蓄熱ユニットへの蓄熱量の比率を可変可能に構成し、上記利用側ユニットを利用した暖房運転を停止させて、給湯ユニットと蓄熱ユニットを利用した給湯用の蓄熱、温水蓄熱の運転を行うと共に、給湯量を増やすよりも暖房運転の効率を上げたい場合に、上記給湯ユニットへの蓄熱量を上記蓄熱ユニットへの蓄熱量よりも低く抑えて、給湯用の蓄熱を早く終了させ、蓄熱用熱交換器と熱源側熱交換器を利用した蓄熱運転に切り換えることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のものにおいて、上記給湯ユニットへの蓄熱量を、蓄熱槽への水張り量で調整することを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１記載のものにおいて、上記蓄熱ユニットへの蓄熱量を、蓄熱温度で調整することを特徴とする。
【００１０】
これらの発明では、蓄熱ユニットへの蓄熱量及び給湯ユニットへの蓄熱量を可変可能に構成したため、本システムが設置される地域によって、例えば、温暖な地域で冬場に暖房運転の効率よりも給湯量を増やしたい場合、給湯ユニットへの蓄熱量の比率を高め、厳寒地域等で冬場に給湯量を増やすよりも、暖房運転の効率を上げたい場合、蓄熱ユニットへの蓄熱量の比率を高める。
【００１１】
これによれば、本空調システムが設置される地域毎に存在する、異なる要求に応えることができるものとなる。
【００１２】
【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。
【００１３】
図１において、１は室外ユニット（熱源側ユニット）を示す。この室外ユニット１には、圧縮機２と、四方弁３と、図示しない室外ファンによって熱交換作用を行う空冷の室外熱交換器（熱源側熱交換器）４と、室外側膨張弁５と受液器６と、気液分離機器７とが内蔵されこれら機器は配管でつながれている。
【００１４】
８はユニット間配管９を構成する液管１０につながれる液側接続口であり、１１はユニット間配管９を構成するガス管１２につながれるガス側接続口である。１２は吐出専用口であり、圧縮機２の吐出管から分岐した吐出専用配管１３につながれている。１４は吸込専用口で、圧縮機２の吸込管から分岐した吸込専用配管１５につながれている。このように、吐出専用口１２（吐出専用配管１３）、吸込専用口１４（吸込専用配管１５）は、ユニット間配管９を構成する液管１０並びにガス管１２につながれる、液並びにガス側の接続口８，１１とは別個に設けられている。
【００１５】
上記室外ユニット１には室内ユニット（利用側ユニット）１６、蓄熱ユニット１９及び給湯ユニット２８がつながれている。
【００１６】
室内ユニット１６には、室内熱交線器１７と、室内側膨張弁１８とが内蔵されている。また、蓄熱ユニット１９には、蓄熱用熱交換器２０が内蔵されており、第１ないし第３の接続端を有し、第１の接続端２１は第１開閉弁２２並びに逆止弁２３を介して蓄熱用熱交換器２０に、第２の接続端２４は第２開閉弁２５を介して蓄熱用熱交換器２０に、第３の接続端２６は蓄熱側膨張弁２７を介して蓄熱用熱交換器２０に夫々つながれている。
【００１７】
尚、第１接続端２１は室外ユニット１の吐出専用口１２につながれ、吐出専用配管１５と連通している。第２接続端２４は室外ユニット１の吸込専用口１４につながれ、吸込専用配管１５と連通している。第３接続端２６はユニット間配管９の液管１０につながれている。
【００１８】
給湯ユニット２８には、給湯用熱交換器２９が内蔵されており、入口端３０、出口端３１を有し、入口端３０は開閉弁３２並びに逆止弁３３を介して給湯用熱交換器２９に、出口端３１は給湯用熱交換器２９に夫々つながれている。尚、入口端３０は室外ユニット１の吐出専用口１２につながれ、吐出専用配管１３と連通している。出口端３１はユニット間配管９の液管１０につながれている。
【００１９】
３４はポンプ３５を介して給湯ユニット２８につながれた蓄熱槽で、給湯用熱交換器２９で加熱されたお湯を蓄えるようになっている。３６はこの蓄熱槽３４にポンプ３７を介してつながれた出湯口である。
【００２０】
このような構成を備えた空調システムにおいて、夏の夜などに、冷房運転を停止して蓄熱ユニット１９と給湯ユニット２８を利用して、給湯用の蓄熱をしながら氷蓄熱を行う。
【００２１】
即ち、圧縮機２から吐出された冷媒は、図１の実線矢印で示すよう逆止弁３８、給湯ユニット２８の開閉弁３２、逆止弁３３、給湯用熱交換器２９、蓄熱ユニット１９の蓄熱側膨張弁２７、蓄熱用熱交換器２０、蓄熱ユニット１９の第２開閉弁２５、気液分離器７、圧縮機２にと戻るように繰り返して循環する。これによって、給湯用熱交換器２９が凝縮器、蓄熱用熱交換器２０が蒸発器としてして作用する。給湯用熱交換器２９で加熱された温水は蓄熱槽３４に送り込まれる。蓄熱用熱交換器２０で生成された氷蓄熱はそのまま蓄えられる。
【００２２】
ここで、例えば、給湯ユニット２８による蓄熱が早く終了した場合は、給湯ユニット２８の開閉弁３２を閉めて、圧縮機２から吐出された冷媒を破線矢印で示すよう逆止弁３８、四方弁３、室外熱交換器４、室外側膨張弁（全開）５、受液器６、蓄熱ユニット１９の蓄熱側膨張弁２７、蓄熱用熱交換器２０、第２開閉弁２５、気液分離器７、圧縮機２にと戻るように繰り返して循環する。これによって、室外熱交換器４が凝縮器、蓄熱用熱交換器２０が蒸発器としてして作用する。言い換えれば、空冷で氷蓄熱ができる。
【００２３】
一方、蓄熱ユニット１９による氷蓄熱が早く終了した場合は、蓄熱ユニット１９の蓄熱側膨張弁２７を全閉に設定して、圧縮機２から吐出された冷媒を一点破線矢印で示すよう逆止弁３８、給湯ユニット２８の第１開閉弁３２、逆止弁３３、給湯用熱交換器２９、室外ユニット１の受液器６、室外側膨張弁５、室外熱交換器４、四方弁３、気液分離器７、圧縮機２にと戻るように繰り返して循環する。これによって、給湯用熱交換器２９が凝縮器、室外熱交換器４が蒸発器としてして作用する。このように、夜間の安価な電力で、氷蓄熱と給湯用の蓄熱とが同時に行うことができる。
【００２４】
上述した運転によって、氷蓄熱と、給湯用の蓄熱とが行えた状態において、夏の昼は冷房運転を行う。
【００２５】
即ち、蓄熱ユニット１９を用いた冷房運転時は、圧縮機２から吐出された冷媒は、図２の実線矢印で示すように逆止弁３８、蓄熱ユニット１９の第１開閉弁２２、蓄熱熱交換器２０、蓄熱側膨張弁２７、室内側膨張弁１８、室内熱交換器１７、四方弁３、気液分離器７、圧縮機２にと戻るように繰り返して循環する。これによって、蓄熱用熱交換器２０が凝縮器、室内熱交換器１７が蒸発器としてして作用し、室内の冷房を行う。
【００２６】
ここで、蓄熱ユニット１９の熱を使い切ってしまった場合は、第１開閉弁２２並びに蓄熱側膨張弁２７を閉じて蓄熱ユニット１９の使用を停止する。これによって、圧縮機２から吐出された冷媒は、破線矢印で示すように、逆止弁３８、四方弁３、室外熱交換器４、室外側膨張弁５、受液器６、室内膨張弁１８、室内熱交換器１７、四方弁３、気液分離器７、圧縮機２にと戻るように繰り返して循環する。このように、氷蓄熱と空冷熱交換器（室外熱交換器）の併用によって、約４０％の消費電力の節電が図られると考えれれる。尚、この冷房時に、出湯口３６を開放すると給湯が行えることは言うまでもない。
【００２７】
一方、冬の夜などに、暖房運転を停止して蓄熱ユニット１９と給湯ユニット２８を利用して、給湯用の蓄熱をし次に温水蓄熱を行える。
【００２８】
即ち、圧縮機２から吐出された冷媒は、図３の実線矢印で示すように、逆止弁３８、給湯ユニット２８の開閉弁３２、逆止弁３３、給湯用熱交換器２９、室外ユニット１の受液器６、室外側膨張弁５、室外熱交換器４、四方弁３、気液分離器７、圧縮機２にと戻るように繰り返して循環する。
【００２９】
これによって、給湯用熱交換器２９が凝縮器、室外熱交換器４が蒸発器としてして作用し、給湯用熱交換器２９で加熱された温水は蓄熱槽３４送り込まれる。この運転によって、給湯ユニット２８による蓄熱が十分に行われると、次に温水蓄熱に切り換える。
【００３０】
即ち、圧縮機２から吐出された冷媒は、図３の破線矢印で示すように、逆止弁３８、蓄熱ユニット１９の第１開閉弁２２、逆止弁２３、蓄熱熱交換器２０、室外ユニット１の受液器６、室外側膨張弁５、室外熱交換器４、四方弁３、気液分離器７、圧縮機２にと戻るように繰り返して循環する。
【００３１】
上述した運転によって、冬の夜の間に、給湯用の蓄熱と、温水蓄熱を行っておき、冬の昼は、この温水蓄熱を利用して暖房運転を行う。
【００３２】
即ち、蓄熱ユニット１９を用いた暖房運転時は、圧縮機２から吐出された冷媒は、図４の実線矢印で示すよう逆止弁３８、四方弁３、室内熱交換器１７、室内側膨張弁１８、蓄熱ユニット１９の蓄熱側膨張弁（全開）２７、蓄熱用熱交換器２０、第２開閉弁２５、気液分離器７、圧縮機２にと戻るように繰り返して循環する。これによって、室内熱交換器１７が凝縮器、蓄熱用熱交換器２０が蒸発器としてして作用し、室内の暖房を行う。
【００３３】
ここで、蓄熱ユニット１９を利用した暖房運転はその蓄熱ユニット１９の持つ熱エネルギーによって決まるのであるが、およそ１０時間程度と考えられる。従ってこの蓄熱ユニット１９を利用した暖房運転が１０時間を越えたら、蓄熱側膨張弁２７を閉じて蓄熱ユニット１９の使用を停止する。
【００３４】
これによって、圧縮機２から吐出された冷媒は、図４の破線矢印で示すように逆止弁３８、室内熱交換器１７、室内側膨張弁１８、室外ユニット１の受液器６、室外側膨張弁（全開）５、室外熱交換器４、四方弁３、気液分離器７、圧縮機２にと戻るように繰り返して循環する。
【００３５】
これによって、室内熱交換器１７が凝縮器、室外熱交換器１４が蒸発器として作用し、室内の暖房を行う。このように、蓄熱と空冷熱交換器（室外熱交換器１４）の併用によって、室内の暖房を行う。尚、この暖房時に、出湯口３６を開放すると給湯が行えることは言うまでもない。
【００３６】
図５は、給湯ユニット２８の蓄熱槽３４の構造を示す。
【００３７】
この蓄熱槽３４には、上記ポンプ３７（図１）につながる出口パイプ３４Ａと、上記ポンプ３５（図１）を経て給湯用熱交換器２９につながる温水パイプ３４Ｂと、この給湯用熱交換器２９で加熱された温水を蓄熱槽３４に戻す温水パイプ３４Ｃと、給水パイプ３４Ｄとが配設され、この給水パイプ３４Ｄには給水バルブ５１が取り付けられている。また、この蓄熱槽３４には、水位センサ５２と水温サーミスタ５３とが配設されている。
【００３８】
本実施形態では、図３を参照して、冬の夜などに、暖房運転を停止して給湯ユニット２８と蓄熱ユニット１９とを利用して、まず給湯用の蓄熱をし次に温水蓄熱を行う場合の制御に特徴を有する。
【００３９】
上記熱源側ユニット１を用いて蓄熱できる温水蓄熱量には限りがある。その一方で、例えば、厳寒地域等で冬場に給湯量を増やすよりも、暖房運転の効率を上げたい場合がある。
【００４０】
この場合、給湯ユニット２８の蓄熱槽３４への水張り量を少なく調整して、給湯ユニット２８を利用した給湯用の蓄熱量を、蓄熱ユニット１９を利用した温水蓄熱の蓄熱量よりも低く抑える。
【００４１】
図６は、制御フローを示す。
【００４２】
蓄熱槽３４に設けられた水位センサ５２によって、蓄熱槽３４に貯湯されている初期貯湯量Ｖｉを求めると共に（Ｓ１）、蓄熱槽３４への給水バルブ５１を開く（Ｓ２）。そして、外気温度Ｔｎｏｗ、蓄熱槽３４の初期貯湯水温Ｔｉ、給水バルブ５１からの給水温度（入口水温）Ｔｗｎｏｗを検出し（Ｓ３）、蓄熱特性から蓄熱槽３４への水張り量を求める（Ｓ４）。
【００４３】
すなわち、初期貯湯量Ｖｉと初期貯湯水温Ｔｉとに基づいて初期貯湯熱量Ｑｉを次式（１）により求める。
【００４４】
Ｑｉ＝Ｖｉ×（５５−Ｔｉ）Ｍｃａｌ            …（１）
一方、外気温度Ｔｎｏｗを求め、図７に示す、５０℃昇温蓄熱の場合の外気温度に対する蓄熱容量の表に基づいて、蓄熱容量Ｑｍａｘを求める。
【００４５】
そして、この蓄熱容量Ｑｍａｘと初期貯湯熱量Ｑｉとから次式（２）に基づいて給水量Ｑを求める。
【００４６】
Ｑ＝（Ｑｍａｘ−Ｑｉ）／（５５−Ｔｎｏｗ）    …（２）
図６に示す、蓄熱槽３４への水張り量を求めるステップ（Ｓ４）では、上記（２）式で求めた給水量Ｑが水位に換算される。そして、給水量Ｑに相当する所定水位に達したか否かが判断され（Ｓ５）、所定水位に達した場合、給水バルブ５１を閉じて、給水を停止する（Ｓ６）。すべてのステップＳ１〜Ｓ６に関する制御は、図示を省略したコントローラが司る。
【００４７】
本実施形態では、外気温度Ｔｎｏｗが低ければ、図７に示すように、蓄熱容量Ｑｍａｘが低くなり、（２）式に従う給水量Ｑが少なくなる。従って、外気温度Ｔｎｏｗが低ければ、給湯ユニット２８の蓄熱槽３４への水張り量が少なく調整され、給湯ユニット２８を利用した給湯用の蓄熱量が低く抑えられる。
【００４８】
これによれば、図３を参照して、冬の夜などに、暖房運転を停止して給湯ユニット２８と蓄熱ユニット１９とを利用して、まず給湯用の蓄熱をし次に温水蓄熱を行う場合、給湯用の蓄熱が早めに完了するため、蓄熱ユニット１９を利用した温水蓄熱が十分行われる。
【００４９】
従って、厳寒地域等で冬場に給湯量を増やすよりも、暖房運転の効率を上げたい場合、その要求に十分応えられる。
【００５０】
また、上記とは反対に、外気温度Ｔｎｏｗが高ければ、給湯ユニット２８の蓄熱槽３４への水張り量が多く調整される。
【００５１】
これによれば、給湯用の蓄熱が完了するまで長時間がかかり、給湯用の蓄熱量が増大する。従って、温暖な地域で冬場に暖房運転の効率よりも給湯量を増やしたい場合、その要求に十分応えられる。
【００５２】
本実施形態では、設計外気温度に合わせて、蓄熱槽３４の大きさを変える設計をおこなうことも意味している。
【００５３】
上記実施形態では、給湯ユニット２８への蓄熱量を、蓄熱槽３４への水張り量で調整し、これによって、給湯ユニット２８への蓄熱量及び蓄熱ユニット１９への蓄熱量の比率を可変可能に構成したが、これに限定されるものではない。例えば、蓄熱ユニット１９への蓄熱量を、蓄熱温度で調整することによって、蓄熱ユニット１９への蓄熱量及び給湯ユニット２８への蓄熱量の比率を可変可能に構成してもよいことは明らかである。この蓄熱ユニット１９は、蓄熱用熱交換器２０を有する構造であるため、水張り量で調整するよりも、蓄熱温度で調整した方が上記比率を可変し易いからである。
【００５４】
以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は、これに限定されるものでないことは明らかである。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によれば、給湯ユニットへの蓄熱量及び蓄熱ユニットへの蓄熱量の比率を可変可能に構成したため、本システムが設置される地域によって、例えば、温暖な地域で冬場に暖房運転の効率よりも給湯量を増やしたい場合、給湯ユニットへの蓄熱量の比率を高め、厳寒地域等で冬場に給湯量を増やすよりも、暖房運転の効率を上げたい場合、蓄熱ユニットへの蓄熱量の比率を高めることができる。
【００５６】
これによれば、本空調システムが設置される地域毎に存在する、異なる要求に十分応えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による夏の夜の運転状態を示す冷媒回路である。
【図２】本発明による夏の昼の運転状態を示す冷媒回路である
【図３】本発明による冬の夜の運転状態を示す冷媒回路である。
【図４】本発明による冬の昼の運転状態を示す冷媒回路である。
【図５】本発明による蓄熱槽の断面図である。
【図６】本発明による制御フローチャートである。
【図７】５０℃昇温蓄熱の場合の外気温度に対する蓄熱容量の関係を示す図である。
【符号の説明】
１  室外ユニット（熱源側ユニット）
２  圧縮機
４  室外熱交換器（熱源側熱交換器）
１６  室内ユニット（利用側ユニット）
１７  室内熱交換器（利用側熱交換器）
１９  蓄熱ユニット
２０  蓄熱用熱交換器
２８  給湯ユニット
２９  給湯用熱交換器
５１  給水バルブ
５２  水位センサ
【図１】
0003723401.tif 000002
【図２】
0003723401.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003723401.tif 000005
【図５】
0003723401.tif 000006
【図６】
0003723401.tif 000007
【図７】
0003723401.tif 000008