(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、非利用側熱交換器、絞り装置及び蓄熱媒体を有する蓄熱槽内に設けられ該蓄熱槽内の蓄熱媒体との熱交換を行う蓄熱用コイルを順次接続した蓄熱用回路を備え、前記蓄熱槽に蓄えた蓄熱を利用し冷暖房運転を行う蓄熱式空気調和装置において、
前記非利用側熱交換器の凝縮圧力を検出する凝縮圧力センサーと、
利用側熱交換器の蒸発圧力を検出する蒸発圧力センサと、
前記非利用側熱交換器の出口の配管温度を検出する凝縮温度センサーと、
前記圧縮機の吸入配管温度を検出する蒸発温度センサと、
蓄熱運転を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記凝縮圧力センサーで検出された凝縮圧力から求められた凝縮温度、前記蒸発圧力センサーで検出された蒸発圧力から求められた蒸発温度、前記求められた凝縮温度と前記検出された凝縮温度から演算された冷媒サブクール、及び前記求められた蒸発温度と前記検出された蒸発温度から演算された冷媒スーパーヒートに基づいて演算した蓄熱能力と蓄熱運転時間から演算した積算蓄熱量が、予め定めた必要蓄熱量以上になったときに、または、前記予め定めた必要蓄熱量未満で、かつ、前記蒸発温度センサにより検出された蒸発温度が予め定めた蒸発温度以下となったときに、前記蓄熱運転を停止させることを特徴とする蓄熱式空気調和装置。
【請求項２】
前記圧縮機をインバータ制御用圧縮機とし、演算した蓄熱能力が、計画した蓄熱能力に等しくないときは、前記圧縮機に入力するインバータ周波数を計画した計画蓄熱能力を出力する値に再設定することを特徴とする請求項１記載の蓄熱式空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は蓄熱式空気調和装置に係り、特に適正な蓄熱を行う蓄熱式空気調和装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、実開昭５５−９４６６１号広報に開示されるごとく、空気調和装置に蓄熱可能な蓄熱媒体を有する蓄熱槽を配置し、蓄熱槽内に蓄熱槽用の蓄熱コイルと蓄熱を回収するための過冷却コイルとを配置して、夜間に蓄熱運転をおこなって蓄熱槽内に蓄熱を蓄える一方、昼間の冷房運転ではその冷熱を利用して冷房効率を向上させ、もって、使用電力の低減を図ろうとする蓄熱式空気調和装置は周知の事実である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の蓄熱式空気調和装置の蓄熱運転で蓄えられる蓄熱量は、外気条件や冷媒回路内に封入された冷媒量、蓄熱媒体の量により変動する。
従来の技術では、外気条件や冷媒回路内に封入された冷媒量の状態により蓄熱量調整する手段を持たず、昼間の蓄熱利用量の検出または演算結果と定格蓄熱能力から必要蓄熱運転時間を決定し制御していた。このため、外気温度の上昇や冷媒過剰により凝縮温度が上昇した場合には、冷凍能力が低下し所定の蓄熱量を蓄えることができないため蓄熱利用冷房時間が短くなり、消費電力低減効果が低下するといった問題があった。また、外気温度低下により凝縮温度が低下した場合には蓄熱量が予定量より多くなり蓄熱量が予定値より大きくなり、過剰製氷により製氷率が大きくなり蓄熱用コイルを損傷させる問題があった。さらに、水量が規程量より少ない状態で、蓄熱運転を行った場合も同上に過剰製氷により製氷率が大きくなり蓄熱用コイルを損傷させるという問題があった。
【０００４】
この発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、適切な蓄熱量を蓄え、蓄熱利用冷房利用時間の短縮、消費電力の低減効果の減少及び蓄熱用コイルの損傷を防止することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る蓄熱式空気調和装置は、圧縮機、非利用側熱交換器、絞り装置及び蓄熱媒体を有する蓄熱槽内に設けられ該蓄熱槽内の蓄熱媒体との熱交換を行う蓄熱用コイルを順次接続した蓄熱用回路を備え、前記蓄熱槽に蓄えた蓄熱を利用し冷暖房運転を行う蓄熱式空気調和装置において、前記非利用側熱交換器の凝縮圧力を検出する凝縮圧力センサーと、利用側熱交換器の蒸発圧力を検出する蒸発圧力センサと、前記非利用側熱交換器の出口の配管温度を検出する凝縮温度センサーと、前記圧縮機の吸入配管温度を検出する蒸発温度センサと、蓄熱運転を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記凝縮圧力センサーで検出された凝縮圧力から求められた凝縮温度、前記蒸発圧力センサーで検出された蒸発圧力から求められた蒸発温度、前記求められた凝縮温度と前記検出された凝縮温度から演算された冷媒サブクール、及び前記求められた蒸発温度と前記検出された蒸発温度から演算された冷媒スーパーヒートに基づいて演算した蓄熱能力と蓄熱運転時間から演算した積算蓄熱量が、予め定めた必要蓄熱量以上になったときに、または、前記予め定めた必要蓄熱量未満で、かつ、前記蒸発温度センサにより検出された蒸発温度が予め定めた蒸発温度以下となったときに、前記蓄熱運転を停止させるのである。
【０００９】
また、前記圧縮機をインバータ制御用圧縮機とし、演算した蓄熱能力が、計画した蓄熱能力に等しくないときは、前記圧縮機に入力するインバータ周波数を計画した計画蓄熱能力を出力する値に再設定するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１を示す蓄熱式空気調和装置の冷媒回路図、図２は制御フローチャートである。
図１において、圧縮機１、四方切換弁２、非利用側熱交換器３、第一の絞り装置４、蓄熱用コイル５、第一の開閉弁８を順じ接続し、再び四方切換弁２を介して再び圧縮機に戻る蓄熱用回路を備え、７は蓄熱槽であり、６は蓄熱槽７内部に上記蓄熱用コイル５と蓄熱用コイル５と熱交換して熱量を蓄える蓄熱媒体である。
【００１１】
また、非利用側熱交換器３と第一の絞り装置４との間から分岐し、第２の絞り装置１０と利用側熱交換器１１を順じ接続し、第１の開閉弁８と四方切換弁２の間に接続する蓄熱利用用回路を備える。更に、蓄熱利用時に用いる第３の開閉弁１２が、第２の開閉弁９と第２の絞り装置１０の間からバイパスし、蓄熱用コイル５と第１の開閉弁８との間に接続されるバイパス回路を備える。１３は外気温度検出手段であり、１４は外気温度検出手段１３の検出値より判断し蓄熱運転時間を制御する制御装置である。
【００１２】
次に、蓄熱式空気調和装置の基本的な動作について説明する。
一般に夜間に蓄熱槽内に蓄熱を蓄える蓄熱運転時には、第２の開閉弁９、第３の開閉弁１２を閉じ、第１の開閉弁を開き、圧縮機１を運転させると、圧縮機１から吐出される高温、高圧の冷媒ガスは、四方切換弁２を経て非利用側熱交換器３へ流入し、常温の空気などにより冷却されて凝縮液化する。非利用側熱交換器３から出た冷媒は、第２の開閉弁９が閉じているので第一の絞り装置４で減圧される。減圧された冷媒は、蓄熱用コイル５に流入する。蓄熱用コイル５で蓄熱媒体６と熱交換するとともに冷媒は蒸発しガス化して流出し、第３の開閉弁１２は閉じているので第１の開閉弁８、四方切換弁２を介し圧縮機１に吸入される。
このようにして、蓄熱体６は凍結すること等により低温の熱を蓄える。
【００１３】
そして、昼に、蓄熱を利用した冷房運転をする時は、第２の開閉弁９、第１の開閉弁８を閉じ、第３の開閉弁１２を開き、圧縮機１を運転させると、圧縮機１から吐出された高温、高圧の冷媒ガスは、四方切換弁２を経て非利用側熱交換器３へ流入し、常温の空気などにより冷却されて凝縮液化する。非利用側熱交換器３から出た冷媒は、第２の開閉弁９が閉じているので第一の絞り装置４を経て蓄熱用コイル５に流入する。蓄熱用コイル５では蓄熱媒体６と熱交換し冷媒は過冷却される。過冷却化された冷媒は、第１の開閉弁８が閉じているので第３の開閉弁１２へ経て、第２の絞り装置１０で減圧する。減圧した冷媒は、利用側熱交換器で蒸発する。この時、吸込空気は冷却される。蒸発した冷媒は、四方切換弁２を介して圧縮機１に吸入される。
【００１４】
次に、この発明の蓄熱運転の制御動作について図２により説明する。
ステップＳ１では、冷房運転での蓄熱利用量を蓄熱能力で割った値に基づいて必要蓄熱時間を決定する。例えば蓄熱能力と１時間当たりの蓄熱利用量が同一の機器特性の場合は必要蓄熱時間＝蓄熱利用時間とする。ステップＳ２では、外気温度センサ１３により外気温度の検出を行い、外気温度に基づき補正係数を決定する。外気温度と補正係数の関係の一例を図３に示す。外気温度と補正係数は機器特性により変化するものである。ステップＳ３では、蓄熱運転を開始し、ステップでは運転時間≧必要蓄熱時間×補正係数に達すると蓄熱運転を終了する。
【００１５】
以上のように、外気温度により、必要蓄熱時間に適切な補正を行い蓄熱運転を実施することで、所定の蓄熱量を蓄えることができるため、蓄熱利用冷房利用時間の短縮や消費電力の低減効果の減少を防止できる。
【００１６】
本実施の形態では、ステップＳ２で検出する外気温度は、蓄熱運転開始時（所定時刻）に検出されたものであり、蓄熱運転中の外気温度でないので、昼間の外気温度を定期的に、例えば１時間間隔でサンプリングし、昼間の平均外気温度を検出して過去の平均昼夜間の温度差から夜間の外気温度を予測し、決定しても良い。この場合、平均温度差から外気温度を予測することで、より正確に補正をすることができる。
【００１７】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２を示す蓄熱式空気調和装置の冷媒回路図、図５は制御フローチャートである。
図４において、実施の形態１の図１と同一の部分は同一の符号を付し、また、併用冷房運転中の冷媒回路動作は、実施の形態１と同一のため説明を省略する。１５は、凝縮圧力を検出する凝縮圧力センサー、１６は蒸発圧力を検出する蒸発圧力センサ、１７は圧縮機の吸入配管温度を検出する蒸発温度センサー、１８は凝縮機出口の配管温度を検出する凝縮温度センサーである。なお、凝縮温度、蒸発温度は凝縮器、蒸発器の配管温度をそれぞれ温度センサを用い検出しても良い。
【００１８】
次に、この発明の制御動作について図５により説明する。
ステップＳ１では、冷房運転での蓄熱利用量から必要蓄熱量を決定する。例えば蓄熱能力と１時間当たりの蓄熱利用量が同一の機器特性の場合は必要蓄熱量＝蓄熱利用量とする。ステップＳ２で蓄熱運転を開始し、ステップＳ３で、冷媒状態から蓄熱能力を演算する。
【００１９】
この演算は以下のように行う。まず、凝縮温度を凝縮圧力センサー１５で検出した値から飽和温度を換算して求め、蒸発温度を蒸発圧力センサー１６で検出した値から飽和温度を換算して求める。また、冷媒スーパーヒートを上記のように求めた蒸発温度と蒸発温度センサー１７の検出温度から求め、冷媒サブクールは上記のように求めた凝縮温度と凝縮温度センサー１８の検出温度から求める。そして、上記で求めた、凝縮温度、蒸発温度、冷媒スーパーヒート及び冷媒サブクールに基づいて蓄熱能力を演算する。すなわち、蓄熱能力は、凝縮圧力センサー１５、蒸発圧力センサ１６、凝縮温度センサー１８及び蒸発温度センサ１７によりそれぞれ検出された凝縮圧力、蒸発圧力、凝縮温度及び蒸発温度に基づいて演算する。
【００２０】
次に、ステップＳ４では、ステップＳ３で演算した蓄熱能力と運転時間により積算蓄熱量を演算し、積算蓄熱量が必要蓄熱量以上に達した時点で蓄熱運転を終了する（ステップＳ５）。
【００２１】
以上のように、凝縮温度、蒸発温度、冷媒サブクール、冷媒スーパーヒートを検出し、蓄熱運転制御を行うことにより、外気温度、冷媒量に左右されず正確に過不足なく所定の蓄熱量を蓄えることができる。このため、蓄熱利用冷房利用時間の短縮や、消費電力の低減効果の減少を防止することができる。
【００２２】
実施の形態３．
本実施の形態は実施の形態２の蓄熱運転のように、積算蓄熱量が必要蓄熱量に到達しなくても予め設定された蒸発温度以下に達した時点で蓄熱運転を終了するものである。
図６は、この発明の実施の形態３を示す蓄熱式空気調和装置の制御フローチャートである。蓄熱式空気調和装置の冷媒回路図、併用冷房運転中の冷媒回路動作は、実施の形態１と同一のため説明を省略し、制御動作を図６の制御フローチャートにより説明する。
【００２３】
ステップＳ１からステップＳ４は実施の形態２と同じであり、説明を省略する。
ステップＳ５では、積算蓄熱量が必要蓄熱量に到達しない場合、ステップＳ６に進み、ステップＳ６で、予め目標蓄熱量を蓄えた時点の蒸発温度に設定された蒸発温度（例えば−１７℃）未満に達した時点で蓄熱運転を終了する。また、ステップＳ５で積算蓄熱量が必要蓄熱量以上に達した時点で蓄熱運転を終了する。
これは蓄熱量が増大すると蓄熱槽内の製氷率が大きくなり熱抵抗が増加するため蒸発温度が低下する特性を利用したものである。
【００２４】
以上のように、積算蓄熱量が必要蓄熱量に到達しなくても予め設定された蒸発温度以下に達した時点で蓄熱運転を終了するもので、過剰な製氷による蓄熱用コイルの損傷等を防止できる。
【００２５】
実施の形態４．
図７は、この発明の実施の形態４を示す蓄熱式空気調和装置の制御フローチャートである。蓄熱式空気調和装置の冷媒回路は実施の形態１の図１図において圧縮機１をインバータ制御用圧縮機とし、制御装置１４にインバータ制御部を備えたものとしたもので、併用冷房運転中の冷媒回路動作は、実施の形態１と同一のため説明を省略し、制御動作を図７の制御フローチャートにより説明する。
【００２６】
ステップＳ１では、冷房運転での蓄熱利用量から必要蓄熱量を決定する。ステップＳ２でインバータ制御は初期周波数で蓄熱運転を開始し、ステップＳ３で、冷媒状態から蓄熱能力を演算する。次に、ステップＳ４では、ステップＳ３で演算した蓄熱能力と運転時間により積算蓄熱量を演算しステップＳ５に進む。
ステップＳ５では、予定していた計画蓄熱能力と現在の蓄熱能力を比較し、計画どおりの能力を出力していることを確認する。計画通りの能力を出力していない場合は、ステップＳ６に進み、ステップＳ６では、ステップＳ２で設定した初期インバータ周波数を計画能力を出力する値に再設定する。計画能力に対し現在の能力が大きければ周波数は小さく、逆に現在の能力の方が小さければ周波数は大きく再設定を行う。
ステップＳ５で計画どおりの能力を出力していれば、ステップＳ７に進み、積算蓄熱量が必要蓄熱量に到達すれば蓄熱運転を終了する。
【００２７】
以上のように、圧縮機１をインバータ制御することで、所定時間内に計画通りの蓄冷量を蓄えることができる。このため蓄熱利用冷房利用時間の短縮や消費電力の低減効果の減少を防止することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、この発明に係る蓄熱式空気調和装置は、圧縮機、非利用側熱交換器、絞り装置及び蓄熱媒体を有する蓄熱槽内に設けられ該蓄熱槽内の蓄熱媒体との熱交換を行う蓄熱用コイルを順次接続した蓄熱用回路を備え、前記蓄熱槽に蓄えた蓄熱を利用し冷暖房運転を行う蓄熱式空気調和装置において、前記非利用側熱交換器の凝縮圧力を検出する凝縮圧力センサーと、利用側熱交換器の蒸発圧力を検出する蒸発圧力センサと、前記非利用側熱交換器の出口の配管温度を検出する凝縮温度センサーと、前記圧縮機の吸入配管温度を検出する蒸発温度センサと、蓄熱運転を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記凝縮圧力センサーで検出された凝縮圧力から求められた凝縮温度、前記蒸発圧力センサーで検出された蒸発圧力から求められた蒸発温度、前記求められた凝縮温度と前記検出された凝縮温度から演算された冷媒サブクール、及び前記求められた蒸発温度と前記検出された蒸発温度から演算された冷媒スーパーヒートに基づいて演算した蓄熱能力と蓄熱運転時間から演算した積算蓄熱量が、予め定めた必要蓄熱量以上になったときに、または、前記予め定めた必要蓄熱量未満で、かつ、前記蒸発温度センサにより検出された蒸発温度が予め定めた蒸発温度以下となったときに、前記蓄熱運転を停止させるので、外気温度、冷媒量に左右されず正確に過不足なく所定の蓄熱量を蓄えることができ、過剰な製氷による蓄熱用コイルの損傷等を防止できる。
【００３２】
また、前記圧縮機をインバータ制御用圧縮機とし、演算した蓄熱能力が、計画した蓄熱能力に等しくないときは、前記圧縮機に入力するインバータ周波数を計画した計画蓄熱能力を出力する値に再設定するので、所定時間内に所定の蓄冷量を蓄えることができ、蓄熱利用冷房利用時間の短縮や消費電力の低減をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１を示す蓄熱式空気調和装置の冷媒回路図である。
【図２】  この発明の実施の形態１を示す蓄熱式空気調和装置の制御動作フローチャートである。
【図３】  この発明の実施の形態１を示す蓄熱式空気調和装置の外気温度と補正係数の関係を示す図である。
【図４】  この発明の実施の形態２を示す蓄熱式空気調和装置の冷媒回路図である。
【図５】  この発明の実施の形態２を示す蓄熱式空気調和装置の制御動作フローチャートである。
【図６】  この発明の実施の形態３を示す蓄熱式空気調和装置の制御動作フローチャートである。
【図７】  この発明の実施の形態４を示す蓄熱式空気調和装置の制御動作フローチャートである。
【符号の説明】
１  圧縮機、２  四方切換弁、３  非利用熱交換器、４  第１の絞り装置、５蓄熱用コイル、６  蓄熱媒体、７  蓄熱槽、８  第１の開閉弁、９  第２の開閉弁、１０  第２の絞り装置、１１  利用側熱交換器、１２  第３の開閉弁、１３  外気温度センサー、１４  制御装置、１５  凝縮圧力センサー、１６  蒸発圧力センサー、１７  蒸発温度センサー、１８  凝縮温度センサー。
【図１】
0003994722.tif 000002
【図２】
0003994722.tif 000003
【図３】
0003994722.tif 000004
【図４】
0003994722.tif 000005
【図５】
0003994722.tif 000006
【図６】
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【図７】
0003994722.tif 000008