(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
室外熱交換器と、室内熱交換器と、この室内熱交換器に送風するための室内送風装置と、及びこれらに熱媒体としての冷媒を流す冷媒配管を備える排熱利用空調システムにおいて、
前記室外熱交換器の後に直列に室内熱交換器を接続して、冷凍設備からの熱媒体の保有する熱の一部を室外熱交換器で放熱し、残りを室内熱交換器で放熱し、
前記室内送風装置に室内吸込センサ及び室内吹出センサを配置し、これら吸込センサと吹出センサとの温度差を検知し、この温度差を入力信号として制御条件に応じて室内膨張弁の開度を制御するコントローラを備えることを特徴とする排熱利用空調システム。
【請求項２】
室外熱交換器と、この室外熱交換器に送風するための室外送風装置と、室内熱交換器と、及びこれらに熱媒体としての冷媒を流す冷媒配管とを備える排熱利用空調システムにおいて、
前記室外熱交換器の後に直列に室内熱交換器を接続して、冷凍設備からの熱媒体の保有する熱の一部を室外熱交換器で放熱し、残りを室内熱交換器で放熱し、
前記室内熱交換器の入口側冷媒配管に室内膨張弁及び室内ガスセンサ、室内熱交換器の出口側冷媒配管に室内液センサを設け、これら室内ガスセンサと室内液センサとによって冷媒配管を流れる冷媒温度を検知して、前記室内熱交換器の入口側温度及び出口側の温度が目標温度となるように室内膨張弁の開度調整もしくは室外送風装置の風量制御を行うことを特徴とする排熱利用空調システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排熱利用空調システムに係り、特にコンビニエンスストアーなどのように、冷凍機に小容量のショーケースが複数台接続されている場合の冷凍装置から発生する排熱を利用して室内の暖房空調運転を行う排熱利用空調システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、たとえば特開平８−２７１０６３号公報に開示されるように、１台の冷凍機に小容量のショーケースを複数台接続する空調システムが知られている（従来技術１）。
【０００３】
また、たとえば特開２０００−２４０９８０号公報（従来技術２）に開示されるような排熱利用の空調システムも知られている。すなわち、暖房空調運転とショーケース庫内の冷蔵冷凍運転とを同時に行う場合に、圧縮機からの高温・高圧冷媒を四方弁の切り替えによって室外熱交換器をバイパスさせて室内空調機に直接流し、室内熱交換器で室内空気と熱交換し、高温・高圧冷媒が凝縮して放熱し室内空気を加熱暖房している。放熱して液化した冷媒はショーケースに流入し、ショーケースの庫内空気を冷却して蒸発した後、圧縮機に戻るサイクルを繰り返す。ショーケースの庫内空気を熱源として室内空気を加熱暖房しているので、エネルギの節減が図れる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術１の空調システムは、ショーケースの冷凍のみを行うことを目的としており、ショーケースの冷凍装置から発生する排熱は冷凍サイクルの室外熱交換器機から大気に放熱されており、排熱を有効に利用するシステムにはなっていない。
【０００５】
また上記従来技術２の空調システムは、暖房空調運転時、高温・高圧冷媒を室外熱交換器をバイパスさせて室内機に流し、室内熱交換器で室内空気と熱交換させるものであるから、たとえばショーケースが大形のものであって冷凍装置から発生する排熱が多量になった場合、この多量の排熱を室内熱交換器から室内に放熱することは、不必要に多くの排熱が室内に放熱されるか、また、すべてを放熱するために熱交換器も大形化し、風量も多くする必要があるなど、従来の室内熱交換器がこれに十分に対応できるとは必ずしも言い難いものであった。
【０００６】
本発明の目的は、ショーケースなどの冷凍設備を設置している店舗などにおいて冷凍設備から発生する排熱を有効利用し、不必要に多くの排熱が室内に放熱されることがなく、また、大形の室内熱交換器も必要としないで暖房空調運転を行うことができる排熱利用空調システムを提供することにある。
また本発明の目的は、排熱を利用することから省エネルギ化を図れる排熱利用空調システムを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の排熱利用空調システムに係る発明の構成は、室外熱交換器と、室内熱交換器と、この室内熱交換器に送風するための室内送風装置と、及びこれらに熱媒体としての冷媒を流す冷媒配管を備える排熱利用空調システムにおいて、前記室外熱交換器の後に直列に室内熱交換器を接続して、冷凍設備からの熱媒体の保有する熱の一部を室外熱交換器で放熱し、残りを室内熱交換器で放熱し、前記室内送風装置に室内吸込センサ及び室内吹出センサを配置し、これら吸込センサと吹出センサとの温度差を検知し、この温度差を入力信号として制御条件に応じて室内膨張弁の開度を制御するコントローラを備えるものである。
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の排熱利用空調システムに係るさらに他の発明の構成は室外熱交換器と、この室外熱交換器に送風するための室外送風装置と、室内熱交換器と、及びこれらに熱媒体としての冷媒を流す冷媒配管とを備える排熱利用空調システムにおいて、前記室外熱交換器の後に直列に室内熱交換器を接続して、冷凍設備からの熱媒体の保有する熱の一部を室外熱交換器で放熱し、残りを室内熱交換器で放熱し、前記室内熱交換器の入口側冷媒配管に室内膨張弁及び室内ガスセンサ、室内熱交換器の出口側冷媒配管に室内液センサを設け、これら室内ガスセンサと室内液センサとによって冷媒配管を流れる冷媒温度を検知して、前記室内熱交換器の入口側温度及び出口側の温度が目標温度となるように室内膨張弁の開度調整もしくは室外送風装置の風量制御を行うものである。 詳しくは、室内機の入り口側と出口側とをバイパスさせるためのバイパス冷媒配管を設けるものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の排熱利用空調システムに係る実施例の全体の平面図、図２は、全体の側面図、図３は、排熱利用空調システムの詳細系統図、図４は、室内機の縦断面図である。
【００１２】
本排熱利用空調システムは、例えばコンビニエンスストアなどの店舗に使用することができるもので、従来の一般的なコンビニエンスストアを例にとって説明する。
図１に示すように、建物の全体構成は大きく区分すると、商品を陳列してある店舗１と、冷凍設備機器などを設置する機械室２とに区分され、店舗１の室内機３を天井面に設置し、商品陳列のための複数台のショーケース４が店舗１の壁面に沿って設置されている。室外機５は建物の屋外に設置され、前記機械室２には、圧縮機及びその周辺機器６が設置されている。
【００１３】
図２に示すように、冷凍サイクルは、冷媒などの熱媒体が機械室２に設置された圧縮機及びその周辺機器６から冷媒配管８によって室外機５へ流れ、さらに室外機５の室外熱交換器を通って室外機５の後に直列に接続された室内機３へ、この室内機３の室内熱交換器から複数台の並列に接続されたショーケース４へ順次流れる構成になっている。冷媒は、冷媒配管８に並列に複数台接続されたショーケース４を通って再び圧縮機及びその周辺機器６へ戻る構成になっている。また、暖房空調運転が不要のときには、室内機３の入り口側と出口側とをバイパスさせるためのバイパス冷媒配管８ａが設けられている。
【００１４】
次に、上記各機器の詳細を図３を参照して説明する。
室内機３は、室内熱交換器３ａ，この室内熱交換器３ａに送風するための室内送風装置３ｂ，前記室内熱交換器３ａの入口側冷媒配管８に接続された室内膨張弁３ｃ，室内送風装置３ｂの前方に配置された室内吸込センサ３ｄ，室内送風装置３ｂの後方に配置された室内吹出センサ３ｅ，前記室内膨張弁３ｃと室内熱交換器３ａとの間の冷媒配管８に配置された室内ガスセンサ３ｆ，室内熱交換器３ａの出口側冷媒配管８に配置された室内液センサ３ｇを備えている。この室内機３は、暖房空調運転時に室内機３に接続されたリモコンスイッチ７（図４参照）によって温度設定，風量設定などの制御が行えるようになっている。ショーケース４は、ショーケース熱交換器４ａ，ショーケース膨張弁４ｂ及びショーケース電磁弁４ｃを備えている（本実施例では、２台のショーケースを並列に配置した例を示してある）。室外機５は、室外熱交換器５ａ，この室外熱交換器５ａに送風するための室外送風装置５ｂを備えている。
【００１５】
圧縮機及び周辺機器６は、圧縮機６ａ，室内機３の出口側に接続され液冷媒とガス冷媒とを分離する作用を有する受液器６ｂ，圧縮機６ａの入口側に接続され冷媒液を一時的に蓄えるアキュムレータ６ｃを備えている。
【００１６】
圧縮機６ａには、運転条件を制御するためのコントローラ９が設けらている。このコントローラ９は、前記圧縮機６ａの入口側冷媒配管８に配置される吸込センサ９ａ，圧縮機６ａの出口側冷媒配管８に配置される吐出センサ９ｂ，圧縮機６ａの入口側冷媒配管８に配置され冷媒配管８の吸込圧力を検知するための吸込圧力センサ９ｃ，圧縮機６ａの出口側冷媒配管８に配置され冷媒配管８の吐出圧力を検知するための高圧センサ９ｄに接続され、これら各センサからの情報に基づいて、コントローラ９はインバータ９ｅに制御信号を送って圧縮機６ａの回転数を制御し、ショーケース４の温度制御をするためのものである。
【００１７】
また、前記受液器６ｂの出口側には、冷媒配管８から分岐して圧縮機６ａにガス冷媒をインジェクションするためのインジェクション配管８ｂが接続されている。１０，１１，１２は電磁弁であって、冷媒の流れを遮断もしくは流量を制御するためのものである。
【００１８】
室内機３は、図４に示すように、室内熱交換器３ａと室内送風装置３ｂとを備え、室内機３にはリモコンスイッチ７が接続されている。このリモコンスイッチ７には、室内の温度設定，風量設定などの暖房運転制御、及びショーケース４の温度条件など制御を行うための前記コントローラ９が内蔵されている。
【００１９】
上記構成において、室内を暖房空調し、ショーケースの負荷を冷却する際のサイクルは次のとおりである。
冷媒配管8の電磁弁１０，ショーケース４の電磁弁４ｃ，バイパス冷媒配管８ａの電磁弁１１を閉じておく。圧縮機６ａにより圧縮されたガス冷媒（熱媒体）は冷媒配管８を通って室外機５に流れ、室外機５の室外熱交換器３ａで外気と熱交換する。室外熱交換器３ａにおいてガス冷媒の保有する熱の一部は大気側に放熱され、残りの熱は室内熱交換器３ｂにおいて熱交換し室内に放熱されて暖房に利用される。これによって従来、室外機５で大気側にすべて放熱されていた熱媒体の熱の一部を室内機３で室内に放熱することによって、エネルギーの有効利用が図られる。
【００２０】
室外熱交換器３ａで放熱した後の熱媒体の流れは、従来の空調システムと同様である。すなわち、室外熱交換器３ａで一部液化し液冷媒となってガス冷媒と混合して二相状態の冷媒は受液器６ｂに流れる。受液器６ｂからは、ガス冷媒がインジェクション配管８ｂを通って圧縮機６ａにインジェクションされエントロピの増大に寄与する。一方、液冷媒はショーケース電磁弁４ｂで断熱膨張して低温・低圧のガス冷媒となり、ショーケース４に流入する。ショーケース４で庫外空気から吸熱してガス化し、ガス冷媒は圧縮機６ａによって再び圧縮されるサイクルを繰り返す。
【００２１】
室内機３には、暖房空調運転を行う際の冷媒流量制御用の室内膨張弁３ｃがあるので、室内膨張弁３ｃの開度によって室内温度を制御することができる。室内膨張弁３ｃの開度制御は、室内機３の空気吸込口側（本実施例では室内送風装置３ｂの外側）にある吸込センサ３ｄと、空気吹出口側にある吹出センサ３ｅとの温度差を検知し、この温度差を入力信号としてコントローラ９に取り込み、制御条件に応じて室内膨張弁３ｃに出力信号を送って行う。
【００２２】
また、室内ガスセンサ３ｆと室内液センサ３ｇとによって冷媒配管８を流れる冷媒の温度を検知し、室内熱交換器３ｂの入口側温度及び出口側の温度が目標温度となるように、室内膨張弁３ｃの開度調整、室外送風装置５ｂの風量制御を行う。室内膨張弁３ｃの開度調整も、室外送風装置５ｂの風量制御によって、サイクルの圧力及び温度を最適に制御することができる。
【００２３】
コンビニエンスストアなどの店舗内は、夏場には暖房空調運転は不要であり、このため電磁弁１０を閉じ、電磁弁１１を開いてバイパス冷媒配管８ａに冷媒を流す。
暖房空調運転する際、冷媒流量を調整するため冷媒配管８の電磁弁１０とバイパス冷媒配管８ａの電磁弁１１との開度の割合を変えることによっても制御ができる。
【００２４】
夏場の高温時に運転を行うと室外熱交換器５ａの熱交換量が低下し、このため圧縮機６ａから吐出される冷媒ガスの圧力が高くなる。そのため設定値以上の圧力に達すると高圧センサ９ｄが作動して運転を停止する等の制御を行い、冷媒配管８の管内が高圧になることを防ぐ。すなわち、高圧センサ９ｄは保護装置として作用する。また、設定値以下の圧力状態のときにも吐出センサ９ｂによって配管の温度を検知し、これを入力値として室外ファン５ｂの回転数を代えることによって運転時の管内圧力が適正値になるように制御される。
【００２５】
運転条件によっては、圧縮機６ａの吸入圧力が低下する場合もある。その際、吸入圧力と吐出圧力との比（圧力比）が大きくなり過ぎると圧縮機６ａに負荷がかかり、圧縮機６ａが故障する原因となる。そこで吸入センサ９ａによって冷媒配管８の温度を検知し、インジェクション配管８ａの電磁弁１２の開閉量を制御し圧力が適正値になるようにする。さらに、冷媒配管８の管内が設定値以下の圧力になった場合は吸入圧力センサ９ｃによって運転を停止し、圧縮機６ａの保護を行う。
【００２６】
以上説明したように、室外機の後に室内機を直列に接続して室外熱交換器と室内熱交換器とを凝縮器として利用しているので、室内熱交換器はサブクーラとして作用し、室外熱交換器及び室内熱交換器を通過後の冷媒を完全に液化させることでエンタルピを大きくとることができ、冷却能力が増大して従来以上に多数台のショーケースに対応することができる。
【００２７】
言い換えれば、冷媒の熱交換量は室外熱交換器及び室内熱交換器の両方で負担するようにしたので、従来の室外熱交換器及び室外熱交換器を使用することができる。すなわち、ショーケースなどの熱負荷が小さい場合には、室外熱交換器のみを凝縮器として利用することもできるが、熱負荷が大きい場合には熱交換器も大きく、かつ風量も大きくなり、概して小さい従来の室内熱交換器ではこれに対応できないが、本実施例によれば、熱交換量は室外熱交換器及び室内熱交換器の両方で負担するようにしたので従来の室外熱交換器及び室内熱交換器を使用することができる。
また、排熱を利用することから省エネルギ化を図れる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ショーケースなどの冷凍設備を設置している店舗などにおいて冷凍設備から発生する排熱を有効利用し、不必要に多くの排熱が室内に放熱されることがなく、また、熱交換量を室外熱交換器及び室内熱交換器の両方で負担するようにしたので従来の室外熱交換器及び室内熱交換器を使用することができる排熱利用空調システムを提供することができる。
また本発明によれば、排熱を利用することから省エネルギ化できる排熱利用空調システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排熱利用空調システムに係る実施例の全体の平面図である。
【図２】図１の実施例の全体の側面図である。
【図３】図１の排熱利用空調システムの詳細系統図である。
【図４】図１に示す室内機の縦断面図である。
【符号の説明】
１…店舗
２…機械室
３…室内機
３ａ…室内熱交換機，３ｂ…室内送風装置，３ｃ…室内膨張弁，３ｄ…室内吸込センサ，３ｅ…室内吹出センサ，３ｆ…室内ガスセンサ，３ｇ…室内液センサ，４…ショーケース
４ａ…ショーケース熱交換機，４ｂ…ショーケース膨張弁，４ｃ…ショーケース電磁弁
５…室外機
５ａ…室外熱交換機，５ｂ…室外送風装置
６…圧縮機及び周辺機器
６ａ…圧縮機，６ｂ…受液器，６ｃ…アキュムレータ
７…リモコンスイッチ
８…冷媒配管
８ａ…バイパス冷媒配管，８ｂ…インジェクション配管
９…コントローラ
９ａ…吸込センサ，９ｂ…吐出センサ，９ｃ…吸込圧力センサ，９ｄ…高圧センサ，９ｅ…インバータ
１０，１１，１２…電磁弁
【図１】
0003682518.tif 000002
【図２】
0003682518.tif 000003
【図３】
0003682518.tif 000004
【図４】
0003682518.tif 000005