(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水または氷を貯留する氷蓄熱槽を備え、製氷運転時にはこの氷蓄熱槽内の水を氷化して冷熱を蓄える一方、蓄熱利用運転時には該氷蓄熱槽内の氷を融解させて冷熱を回収する氷蓄熱式空気調和装置において、前記氷蓄熱槽の製氷運転完了時の水位高さに温度センサを設け、この温度センサが予め設定された温度を検知したとき製氷運転を終了する制御手段を備えたことを特徴とする氷蓄熱式空気調和装置。
【請求項２】
前記温度センサは、氷蓄熱槽の熱交換器の入口側の冷媒管に取り付けられたことを特徴とする請求項１に記載の氷蓄熱式空気調和装置。
【請求項３】
前記氷蓄熱槽の熱交換器の入口側の冷媒管より内径が小さく、この冷媒管に分岐するバイパス管を設け、このバイパス管に前記温度センサを取り付けた請求項１に記載の氷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】
本発明は、氷蓄熱式空気調和装置に関し、特に、氷蓄熱槽の水位検出の信頼性及び装置の低コスト化に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、図７に示すように、圧縮機１、熱源側熱交換器２、四方弁３及び電動膨張弁４を備えた熱源側ユニット５と、氷蓄熱槽６内にコイル６Ａが水没状態で配設されてコイル６Ａ外周に氷が形成可能な氷蓄熱ユニット７と、利用側熱交換器８を備えた利用側ユニット９とを有し、製氷を行う製氷運転、蓄熱を利用した氷凝縮冷房運転、通常冷房運転を実施可能とする空気調和装置１０が知られている。
【０００３】
製氷運転は、冷媒が実線矢印に示すように循環してなされ、圧縮機１からのガス冷媒が、熱源側熱交換器２を経て液冷媒となり、その後に電動膨張弁４を通り、氷蓄熱槽６内のコイル６Ａに流入して蒸発し、この氷蓄熱槽６内で製氷動作が実施された後、ガス冷媒が圧縮機１へ戻されて実施される。
【０００４】
製氷運転により生成された氷を利用する氷凝縮冷房運転は、冷媒が破線矢印に示すように循環してなされる。熱源側ユニット５の圧縮機１が稼動され、氷蓄熱ユニット７における氷蓄熱槽６のコイル６Ａ内で、氷に蓄熱された冷熱を吸収して凝縮した液冷媒が電動膨張弁８ａを通り、利用側熱交換器８へ圧送され、この利用側熱交換器８において液冷媒が蒸発して、この蒸発潜熱と氷の冷熱の放熱とにより蓄熱を利用した冷房運転が実施される。
【０００５】
通常冷房運転は、圧縮機１から熱源側熱交換器２へ導かれて液冷媒となった冷媒を、氷蓄熱槽６のコイル６Ａ内へ流すことなく、利用側熱交換器８へ供給して液冷媒を蒸発し、この蒸発潜熱により実施される。
【０００６】
この種の空気調和装置では、蓄熱量の完了時を、図８に示すように、氷蓄熱槽６に設けられたフロートスイッチＦによって検知している。すなわち、水は氷化すると約８％の体積膨張するため、氷蓄熱槽６に蓄えられる氷の量が増加すると、水位は上昇する。この上昇した水位をフロートスイッチＦで検出し、検出した水位が所定位置に達すると、製氷運転を終了している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来、水位の検出にはフロートスイッチＦを用いているため、信頼性及び経済性に関して以下のような点で問題があった。
【０００８】
すなわち、可動部品であるフロートスイッチＦ及びその付属部品を湿度１００％の氷蓄熱槽内に設置すると、フロートスイッチＦが凍結する恐れがあり、信頼性の点で問題があった。また、フロートスイッチＦ及びその付属部品は高価であるため、装置全体のコスト低減の妨げになっていた。つまり、装置の経済性の点で問題があった。
【０００９】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、水位検出の信頼性を向上するとともに、装置のコストダウンを図った氷蓄熱式空気調和装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、水または氷を貯留する氷蓄熱槽を備え、製氷運転時にはこの氷蓄熱槽内の水を氷化して冷熱を蓄える一方、蓄熱利用運転時には該氷蓄熱槽内の氷を融解させて冷熱を回収する氷蓄熱式空気調和装置において、前記氷蓄熱槽の製氷運転完了時の水位高さに温度センサを設け、この温度センサが予め設定された温度を検知したとき製氷運転を終了する制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の氷蓄熱式空気調和装置おいて、前記温度センサは、氷蓄熱槽の熱交換器の入口側の冷媒管に取り付けられたことを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の氷蓄熱式空気調和装置において、前記氷蓄熱槽の熱交換器の入口側の冷媒管より内径が小さく、この冷媒管に分岐するバイパス管を設け、このバイパス管に前記温度センサを取り付けたことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図１〜図６に基づき説明する。
【００１４】
図１〜図３は、本発明に係る氷蓄熱式空気調和装置の一実施形態を示し、図１は製氷運転時の冷媒回路図、図２は氷凝縮冷房運転時の冷媒回路図、図３は通常冷房運転時の冷媒回路図である。
【００１５】
図１に示すように、氷蓄熱式空気調和装置（以下空気調和装置という）７０は、室外ユニット（熱源側ユニット）１１、氷蓄熱ユニット（氷蓄熱ユニット）１２及び室内ユニット（利用側ユニット）１３がガス冷媒管１４及び液冷媒管１５を備えてなるユニット間配管１６により連結されて構成され、更に制御装置３４を有する。
【００１６】
室外ユニット１１は、圧縮機１７の吐出側に逆止弁１８、四方弁１９、室外熱交換器２０、室外膨張弁５１及びレシーバタンク５２が室外ユニット１１の冷媒管２１を介して順次接続され、また、圧縮機１７の吸込側に冷媒管２１を介して、アキュムレータ２２、逆止弁２３及び前記四方弁１９が順次接続されて構成される。
【００１７】
冷媒管２１の液側端部２８はユニット間配管１６の液冷媒管１５に接続され、また、ガス側端部２９はユニット間配管１６のガス冷媒管１４に接続される。更に、圧縮機１７からの吐出ガスは、吐出専用配管３０を経て外部へ導出可能とされ、この吐出専用配管３０の端部が吐出専用口３１である。また、アキュムレータ２２へは、外部から吸込専用配管３２を介してガスが導入され、この吸込専用配管３２の端部が吸込専用口３３である。
【００１８】
室内ユニット１３は、室内熱交換器３５及び室内膨張弁３６が室内ユニット１３の冷媒管３７により接続されてなる。冷媒管３７における室内膨張弁３６側端部がユニット間配管１６の液冷媒管１５に接続される。また、冷媒管３７における室内熱交換器３５側端部が、ユニット間配管１６のガス冷媒管１４に接続される。
【００１９】
氷蓄熱ユニット１２は、氷蓄熱槽３８内に蓄熱熱交換器３９が収納され、蓄熱膨張弁４０、第１開閉弁４１、第２開閉弁４２、第３開閉弁４３、第４開閉弁４４、第５開閉弁４５及び逆止弁４６、並びに第１接続口４７、第２接続口４８、第３接続口４９及び第４接続口５０が冷媒管２４により接続されて構成され、冷媒管２４には制御装置３４に接続される水位検出用の温度センサ６０が取り付けられている。
【００２０】
第１接続口４７は、第１開閉弁４１及び逆止弁４６を介して蓄熱熱交換器３９に接続されると共に、室外ユニット１１の吐出専用口３１に接続される。また、第２接続口４８は、第２開閉弁４２を介して蓄熱熱交換器３９に接続されると共に、室外ユニット１１の吸込専用口３３に接続される。
【００２１】
第３接続口４９は、蓄熱膨張弁４０を介して蓄熱熱交換器３９に接続されると共に、第３開閉弁４３を介しても蓄熱熱交換器３９に接続される。また、第３接続口４９は、第４開閉弁４４を介して第４接続口５０に接続される。更に、第３接続口４９は、蓄熱膨張弁４０及び第５開閉弁４５を介しても第４接続口５０に接続される。この第４接続口５０は、ユニット間配管１６の液冷媒管１５に接続される。
【００２２】
前記氷蓄熱槽３８内には、二次媒体としての水が充填され、蓄熱熱交換器３９は水没状態で配設される。そして、空気調和装置７０の冷熱の蓄熱としての製氷運転時には、蓄熱熱交換器３９内に、室外熱交換器２０からの一次媒体としての液冷媒が流入して蒸発し、これにより、蓄熱熱交換器３９の外周に氷が付着して形成される。水が氷になることにより、氷蓄熱槽３８は、水位が上昇する。また、蓄熱の放熱としての氷凝縮冷房運転時には、蓄熱熱交換器３９内に圧縮機１７からの高温高圧の冷媒が流入して蓄熱熱交換器３９の外周に付着した氷を融解する。氷が融解することにより、氷蓄熱槽３８内は、水位が下降する。
【００２３】
水位検出用の温度センサ６０は、制御装置３４に信号線で接続されており、図６に示すように、製氷運転時に氷蓄熱槽３８の水面上方に位置し、製氷運転完了時に水に漬かるような位置に設けられている。さらに、図４に示すように、蓄熱熱交換器３９の入口側の、第３接続口４９と蓄熱膨張弁４０との間の冷媒管２４に取り付けられている。この温度センサ６０の取付部６１の冷媒管２４には、製氷運転時に凝縮器としての室外熱交換器２０から流出した温度の高い（２０℃以上）冷媒が流れ、取付部６１は、製氷運転時には５℃より高い温度に保たれる。この取付部６１が製氷運転完了時に水に漬かれば、この水により取付部６１が冷却され５℃以下になる。温度センサ６０が５℃以下の温度を検出することにより、この検出温度が制御装置３４に送信され、制御装置３４が製氷運転完了を認識することができる。これにより、制御装置３４は圧縮機１７を停止し、製氷運転を終了する。
【００２４】
前記制御装置３４は、圧縮機１７の運転及び停止、冷房運転または暖房運転等のための四方弁１９の切り換え、室外膨張弁５１、蓄熱膨張弁４０及び室内膨張弁３６の開度、並びに第１開閉弁４１、第２開閉弁４２、第３開閉弁４３、第４開閉弁４４及び第５開閉弁４５の開閉操作をそれぞれ制御する。
【００２５】
この制御装置３４による制御によって、製氷運転、氷凝縮冷房運転及び通常冷房運転が選択して実施される。
【００２６】
（ａ）製氷運転（図１）
冷房運転を停止して氷蓄熱ユニット１２の氷蓄熱槽３８内に製氷し、氷蓄熱を実施する。この場合には、氷蓄熱ユニット１２において、蓄熱膨張弁４０が開度制御され、第２開閉弁４２が開操作され、第１開閉弁４１、第３開閉弁４３、第４開閉弁４４及び第５開閉弁４５が閉操作される。
【００２７】
圧縮機１７から吐出された冷媒は、図１の太線に示すように、室外ユニット１１の逆止弁１８、四方弁１９、室外熱交換器２０、室外膨張弁５１（全開）、レシーバタンク５２を順次通り、氷蓄熱ユニット１２の蓄熱膨張弁４０（開度制御）、蓄熱熱交換器３９、第２開閉弁４２を順次通り、室外ユニット１１のアキュムレータ２２を経て圧縮機１７へ戻り、この経路を循環する。これによって、室外熱交換器２０が凝縮器、蓄熱熱交換器３９が蒸発器として機能し、氷蓄熱槽３８内に氷を作る。
【００２８】
氷蓄熱槽３８内に氷が生成され、水位が上昇し、水位が製氷運転完了位置に達すると、温度センサ６０が製氷運転完了の温度を検出し、この検出結果に基づいて制御装置３４が圧縮機１７を停止する。
【００２９】
このように、温度センサ６０を製氷運転中には水面より上に位置し、製氷完了時に水位高さになる位置に設け、かつ、製氷運転中には凝縮された暖かい冷媒が流れる冷媒管２４に取り付けているので、製氷運転中は温度センサ６０が５℃以上の温度を検出し、製氷運転完了時には取付部６１が、水没して少なくとも５℃以下を検出する。この検出値の温度変化（温度低下）により、制御装置３４が製氷完了時を認識し、圧縮機１７を停止することができる。
【００３０】
製氷運転完了時をこのような温度センサ６０を用いて検出することにより、従来のようなフロートスイッチＦ及びそれを固定する金具類を装備した検出装置に比べて、装置自体が安価になり、また、フロートスイッチＦ及びそれを固定する金具類の可動部品の凍結等による不具合が解消され装置の信頼性を向上することができる。
【００３１】
（ｂ）氷凝縮冷房運転（図２）
氷蓄熱槽３８内の氷を利用して氷凝縮冷房運転を実施する。この場合には、氷蓄熱ユニット１２において、第１開閉弁４１及び第５開閉弁４５が開操作され、第２開閉弁４２、第３開閉弁４３、第４開閉弁４４及び蓄熱膨張弁４０が閉操作される。
【００３２】
圧縮機１７から吐出された冷媒は、図２の太線に示すように、室外ユニット１１の逆止弁１８、吐出専用配管３０を経て、氷蓄熱ユニット１２の第１開閉弁４１、逆止弁４６、蓄熱熱交換器３９、第５開閉弁４５を順次通り、室内ユニット１３の室内膨張弁３６（開度制御）、室内熱交換器３５を順次通って、室外ユニット１１の四方弁１９、アキュムレータ２２を経て圧縮機１７へ戻り、この経路を循環する。これによって、蓄熱熱交換器３９が凝縮器、室内熱交換器３５が蒸発器としてそれぞれ機能し、氷蓄熱槽３８の氷を利用した氷凝縮冷房運転を行う。
【００３３】
（ｃ）通常冷房運転（図３）
夏の夜間等、気温がさほど上昇しないときには、通常の冷房運転を実施する。この場合には、氷蓄熱ユニット１２において、第４開閉弁４４のみを開操作し、第１開閉弁４１、第２開閉弁４２、第３開閉弁４３及び第５開閉弁４５を閉操作し、蓄熱膨張弁４０を全閉操作する。
【００３４】
圧縮機１７から吐出された冷媒は、図３の太線に示すように、室外ユニット１１の逆止弁１８、四方弁１９、室外熱交換器２０、室外膨張弁５１、レシーバタンク５２を順次通り、氷蓄熱ユニット１２の第４開閉弁４４を経て室内ユニット１３の室内膨張弁３６、室内熱交換器３５を通り、室外ユニット１１の逆止弁１８、アキュムレータ２２を通って圧縮機１７に戻り、この経路を循環する。これにより、室外熱交換器２０が凝縮器、室内熱交換器３５が蒸発器として機能し、氷蓄熱槽３８内の氷を利用しない通常の冷房運転を行う。
【００３５】
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はない。
【００３６】
本実施形態の製氷運転において、温度センサ６０の取付部６１を、製氷運転中、氷蓄熱槽３８の水面上方に位置し、製氷運転完了時に水に漬かる位置に設けているが、この取付部６１は、製氷運転完了時に水に漬かる位置に限定されるものではなく、製氷運転完了時の水位高さになったことを温度変化によって明確に検出できる場所であれば良い。
【００３７】
また、温度センサ６０の取付部６１を冷媒管２４に設けているが、この取付部６１は冷媒管２４に限定されるものではなく、製氷運転完了時の水位高さになったことを温度変化によって明確に検出できる場所であれば良い。
【００３８】
また、図５は温度センサの取付場所の、図４とは別の一例を示した説明図である。図のように、冷媒管２４より内径が小さく、この冷媒管２４に分岐するバイパス管６２を設け、このバイパス管６２に温度センサ６０を取り付けたものである。このバイパス管６２を設けて温度センサ６０を取り付けることにより、温度センサ６０の取付部位の熱容量が小さくなり、０℃の水が上昇してきた場合に容易に温度変化を検出することができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、水または氷を貯留する氷蓄熱槽を備え、製氷運転時にはこの氷蓄熱槽内の水を氷化して冷熱を蓄える一方、蓄熱利用運転時にはこの氷蓄熱槽内の氷を融解させて冷熱を回収する氷蓄熱式空気調和装置において、製氷運転の完了時を、水が氷化して体積膨張し氷蓄熱槽の水位が上昇する水位高さを利用して設定している。この製氷運転完了時の水位高さに温度センサを設け、この温度センサが製氷運転中には氷蓄熱槽の水面上方の温度を検出し、製氷運転完了時には氷蓄熱槽の水温または水温に近い温度を検出し、検出温度の低下（温度変化）により、製氷運転完了時を認識し、製氷運転を終了する。これにより、従来のようなフロートスイッチ及びそれを固定する金具類を装備した検出装置に比べて、装置自体が安価になり、また、フロートスイッチ及びそれを固定する金具類の可動部品の凍結等による不具合が解消され、製氷運転完了の検出の信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る氷蓄熱式空気調和装置の第一の実施の形態を示し、製氷運転時の冷媒回路図である。
【図２】図１の氷蓄熱式空気調和装置における氷凝縮冷房運転時の冷媒回路図である。
【図３】図１の氷蓄熱式空気調和装置における通常冷房運転時の冷媒回路図である。
【図４】本発明の温度センサの取付場所の一例を示す説明図である。
【図５】本発明の温度センサの取付場所の別の一例を示す説明図である。
【図６】氷蓄熱槽と温度センサの位置を示す説明図である。
【図７】従来の氷蓄熱式空気調和装置を示す管路図である。
【図８】従来の、氷蓄熱槽とフロートスイッチの位置を示す説明図である。
【符号の説明】
１１  室外ユニット
１２  氷蓄熱ユニット
１３  室内ユニット
１４  ガス冷媒管
１５  液冷媒管
１６  ユニット間配管
１７  圧縮機
１８  逆止弁
１９  四方弁
２０  室外熱交換器
２１  冷媒管（室外ユニット）
２２  アキュムレータ
２３  逆止弁
２４  冷媒管（氷蓄熱ユニット）
２８  液側端部
２９  ガス側端部
３０  吐出専用配管
３１  吐出専用口
３２  吸込専用配管
３３  吸込専用口
３４  制御装置
３５  室内熱交換器
３６  室内膨張弁
３７  冷媒管（室内ユニット）
３８  氷蓄熱槽
３９  蓄熱熱交換器
４０  蓄熱膨張弁
４１  第１開閉弁
４２  第２開閉弁
４３  第３開閉弁
４４  第４開閉弁
４５  第５開閉弁
４６  逆止弁
４７  第１接続口
４８  第２接続口
４９  第３接続口
５０  第４接続口
５１  室外膨張弁
５２  レシーバタンク
６０  温度センサ
６１  温度センサ取付部
６２  バイパス管
７０  氷蓄熱式空気調和装置
【図１】
0003895935.tif 000002
【図２】
0003895935.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003895935.tif 000005
【図５】
0003895935.tif 000006
【図６】
0003895935.tif 000007
【図７】
0003895935.tif 000008
【図８】
0003895935.tif 000009