JP3863670B2

JP3863670B2 - 氷蓄熱槽を備えた空気調和装置

Info

Publication number: JP3863670B2
Application number: JP21620998A
Authority: JP
Inventors: 博和井崎; 修桑原; 美暁黒澤
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1998-07-30
Filing date: 1998-07-30
Publication date: 2006-12-27
Anticipated expiration: 2018-07-30
Also published as: JP2000046434A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、氷蓄熱槽を備えた空気調和装置に係り、氷蓄熱ユニットに蓄熱された冷熱を放熱して放冷冷房運転を実施する氷蓄熱槽を備えた空気調和装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、図３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７が水没状態で配設されてコイル７外周に氷が形成可能な氷蓄熱ユニット８と、利用側熱交換器９を備えた利用側ユニット１０とを有し、製氷運転、放冷冷房運転、通常冷房運転を実施可能とする空気調和装置１１が知られている。
【０００３】
製氷運転は、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７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】
放冷冷房運転は、熱源側ユニット５の圧縮機１を停止させ、氷蓄熱ユニット８に設置されて冷媒を圧送する液ポンプ又はガスポンプなどの循環ポンプ１２（図３では液冷媒を圧送する液ポンプ）を稼働させることによりなされている。つまり、循環ポンプ１２の稼働により、氷蓄熱ユニット８における氷蓄熱槽６のコイル７内で、氷に蓄熱された冷熱を吸収して凝縮した液冷媒が利用側熱交換器９へ圧送され、この利用側熱交換器９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放冷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７内へ流すことなく、利用側熱交換器９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】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の放冷冷房運転は、循環ポンプ１２を駆動させることにより実施されるものであるため、循環ポンプ１２の駆動用モータを起動させる必要がある。従って、放冷冷房運転実施のために消費電力が増大してしまう。
また、循環ポンプ１２がガスポンプである場合には、圧縮機とほぼ同程度の機械部の容積が必要となり、また機械的ロスも大きい。
【０００７】
本発明の課題は、上述の事情を考慮してなされたものであり、氷蓄熱槽内の氷の冷熱を利用した冷房運転を、省消費電力で実現できる氷蓄熱槽を備えた空気調和装置を提供することにある。
【０００８】
【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、氷蓄熱槽内にコイルが水没状態で配設されてこのコイル外周に氷が形成可能な氷蓄熱ユニットと、利用側熱交換器を備えた利用側ユニットとを有し、製氷運転、冷房運転を実施可能とする氷蓄熱槽を備えた空気調和装置において、上記氷蓄熱槽内の上記コイルと上記利用側熱交換器との間に、冷媒を貯溜可能な複数のタンクが並列状態で配設され、上記コイル内で凝縮した液冷媒が上記タンク内に貯溜されて、これらのタンク内へ交互に供給される高圧ガス冷媒により上記利用側熱交換器へ圧送可能に構成され、上記高圧ガス冷媒は、前記タンク内の一部の液冷媒が熱交換器にて外気との熱交換によってガス化されたものであり、この高圧ガス冷媒の圧力により前記タンク内の液冷媒を利用側熱交換器へ流し前記利用側ユニットによる冷房運転が行えることを特徴とする氷蓄熱槽を備えたものである。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の空気調和装置において、前記高圧ガス冷媒が送り込まれたことにより一方のタンクの冷媒の液面レベルが所定値以下になったら、他方のタンクへ高圧ガス冷媒を流すように切り換えるようにしたことを特徴とする。
【００１４】
熱交換器により外気と熱交換されて生成された高圧ガス冷媒が、複数のタンク内へ交互に供給されて、これらのタンク内に貯溜された液冷媒が利用側熱交換器へ圧送可能に構成されたことから、冷房運転時には外気が高温であるため、熱交換器により高圧ガス冷媒を容易に生成でき、この結果、氷蓄熱槽内の氷の冷熱を利用した冷房運転を省消費電力で実現できる。
【００１５】
【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。
【００１６】
図１は、氷蓄熱槽を備えた空気調和装置の形態を示す管路図である。
【００１７】
この図１に示す空気調和装置２０は、熱源側ユニット２１、氷蓄熱ユニット２２及び利用側ユニット２３を有して構成される。熱源側ユニット２１の冷媒配管２４が、氷蓄熱ユニット２２の冷媒配管２５、２６を介して利用側ユニット２３の冷媒配管２７に接続される。
【００１８】
熱源側ユニット２１は、冷媒配管２４に圧縮機２８、四方弁２９、熱源側熱交換器３０及び電動膨張弁３１が順次接続されて構成される。また、利用側ユニット２３は、冷媒配管２７に利用側熱交換器３２及び電動膨張弁３３が配設されて構成され、この電動膨張弁３３は、空調負荷に応じて開度が調整される。
【００１９】
氷蓄熱ユニット２２は、コイル３４を収容した氷蓄熱槽３５を備えると共に、冷媒配管２５に第１開閉弁３６が、冷媒配管２６に第２開閉弁３７がそれぞれ配設される。更に、冷媒配管２５には、第１開閉弁３６の配設位置よりも利用側ユニット２３側に、接続配管３８を介してコイル３４の一端が接続され、この接続配管３８に電動膨張弁３９が配設される。また、コイル３４の他端は、第３開閉弁４０を備えた接続配管４１を介して、冷媒配管２６における第２開閉弁３７配設位置の利用側ユニット２３側に接続される。
【００２０】
氷蓄熱槽３５には水が充満され、コイル３４はこの氷蓄熱槽３５内に水没状態で配設される。このコイル３４内には、空気調和装置２０の製氷運転時に熱源側熱交換器３０から液冷媒が流入して蒸発し、これにより、コイル３４の外周に氷が付着して形成される。
【００２１】
上記接続配管３８には、電動膨張弁３９とコイル３４との間に、二股に分岐する分岐配管４２を介して２個のサージタンク４３Ａ及び４３Ｂが並列状態で接続される。これらのサージタンク４３Ａ、４３Ｂが合流配管４４を介して、冷媒配管２５における第１開閉弁３６配設位置と接続配管３８接続位置との間に接続される。これにより、サージタンク４３Ａ及び４３Ｂは、氷蓄熱槽３５内のコイル３４と利用側熱交換器３２との間に配設されて、氷蓄熱槽３５内の氷に蓄熱された冷熱により凝縮された液冷媒が貯留可能に設けられる。
【００２２】
分岐配管４２には、サージタンク４３Ａ、４３Ｂの流入側に流入側逆止弁４５Ａ、４５Ｂが、また、合流配管４４には、サージタンク４３Ａ、４３Ｂの流出側に流出側逆止弁４６Ａ、４６Ｂがそれぞれ配設されている。これらの流入側逆止弁４５Ａ、４５Ｂは、氷蓄熱槽３５のコイル３４からサージタンク４３Ａ、４３Ｂへ流れる冷媒の流れのみを許容し、流出側逆止弁４６Ａ、４６Ｂは、サージタンク４３Ａ、４３Ｂから利用側熱交換器３２側へ流れる冷媒の流れのみを許容する。
【００２３】
サージタンク４３Ａ、４３Ｂには第１ヒータ４７Ａ、第２ヒータ４７Ｂがそれぞれ内蔵され、これらが選択的に通電されて交互に加熱されることにより、サージタンク４３Ａ、４３Ｂ内に交互に高圧ガス冷媒が生成される。この高圧ガス冷媒の圧力により、高圧ガス冷媒が生成されたサージタンク４３Ａまたは４３Ｂ内に貯溜された液冷媒が、利用側熱交換器３２へ圧送可能に構成される。
【００２４】
次に、空気調和装置２０の製氷運転、放冷冷房運転、通常冷房運転を説明する。
【００２５】
［Ａ−１］製氷運転
空気調和装置２０の製氷運転は、例えば、夜間１０時から翌朝８時までの電力料金の安い時間帯に、熱源側熱交換器３０からの液冷媒を氷蓄熱槽３５のコイル３４内へ供給し、氷蓄熱槽３５内に氷を作る運転である。
【００２６】
この場合には、電動膨張弁３３が閉弁され、第１開閉弁３６、第２開閉弁３７、第３開閉弁４０及び電動膨張弁３９が開弁操作される。
【００２７】
この状態で、熱源側ユニット２１の圧縮機２８が稼働されると、この圧縮機２８から吐出されたガス冷媒は、熱源側熱交換器３０にて凝縮され、電動膨張弁３１及び３９を経て減圧され、氷蓄熱槽３５のコイル３４内へ流入する。このコイル３４内に流入した冷媒は蒸発して、コイル３４の外周に氷を付着した状態で形成する。その後、コイル３４内のガス冷媒は接続配管４１及び冷媒配管２６を経て四方弁２９へ至り、圧縮機２８に戻される。
【００２８】
［Ａ−２］放冷冷房運転
空気調和装置２０の放冷冷房運転は、例えば、昼間気温が上昇する時間帯に、氷蓄熱槽３５のコイル３４内で氷の冷熱により液化されてサージタンク４３Ａ、４３Ｂ内に貯留された液冷媒を、このサージタンク４３Ａ、４３Ｂから利用側熱交換器３２へ圧送することにより実施される。
【００２９】
この場合には、第１開閉弁３６、第２開閉弁３７及び電動膨張弁３９が閉弁され、電動膨張弁３３及び第３開閉弁４０が開弁操作される。また、熱源側ユニット２１の圧縮機２８は、製氷運転終了後の停止状態にある。
【００３０】
この状態で、第１ヒータ４７Ａ、第２ヒータ４７Ｂを選択的に通電させ、交互に加熱させる。例えば、第１ヒータ４７Ａを加熱させて、サージタンク４３Ａ内部に高圧ガス冷媒を生成させる。すると、この高圧ガス冷媒の圧力により、このサージタンク４３Ａ内の貯留液冷媒が流出側逆止弁４６Ａ、合流配管４４、冷媒配管２５及び２７を経て利用側熱交換器３２内へ流入する。サージタンク４３Ａ内に貯留した液冷媒は、氷蓄熱槽３５のコイル３４内を通り、氷蓄熱槽３５内の氷に蓄熱された冷熱により凝縮された液冷媒であるため、利用側熱交換器３２内で蒸発することにより、上記氷の冷熱の放熱（放冷）と蒸発潜熱とにより室内を効率的に冷却する。
【００３１】
利用側熱交換器３２にて蒸発したガス冷媒は、接続配管４１及び第３開閉弁４０を経て氷蓄熱槽３５のコイル３４内へ流入し、上述の如く、氷蓄熱槽３５内の氷の冷熱により液冷媒となって、流入側逆止弁４５Ｂを経てサージタンク４３Ｂ内へ流入する。
【００３２】
この時、サージタンク４３Ａ内が高圧であるため、氷蓄熱槽３５のコイル３４内の液冷媒は、サージタンク４３Ａ内へ流れることなくサージタンク４３Ｂ内へ流れる。同様に、サージタンク４３Ｂ内がサージタンク４３Ａに比べて低圧であるため、サージタンク４３Ｂ内の貯留冷媒が流出側逆止弁４６Ｂを経て利用側熱交換器３２側へ流出することもない。
【００３３】
サージタンク４３Ａ内の貯留冷媒の液面レベルが所定値以下まで低下した時点で、第１ヒータ４７Ａの通電を停止させ、第２ヒータ４７Ｂに通電させ、この第２ヒータ４７Ｂを加熱させる。すると、サージタンク４３Ｂ内にて生成された高圧ガス冷媒の圧力により、サージタンク４３Ｂ内に貯留された液冷媒が、流出側逆止弁４６Ｂ、合流配管４４、冷媒配管２５、２７及び電動膨張弁３３を経て利用側熱交換器３２へ流入し蒸発して、前述と同様に、放冷及び蒸発潜熱により室内を効率的に冷房する。
【００３４】
この利用側熱交換器３２からのガス冷媒は、接続配管４１及び第３開閉弁４０を経て氷蓄熱槽３５のコイル３４内で氷の冷熱により凝縮され、分岐配管４２及び流入側逆止弁４５Ａを経てサージタンク４３Ａ内へ流入する。
【００３５】
サージタンク４３Ｂ内の液冷媒の液面レベルが所定値以下まで低下した時点で、第２ヒータ４７Ｂの通電を停止させ、第１ヒータ４７Ａを加熱させて、サージタンク４３Ａ内に高圧ガス冷媒を生成させ、サージタンク４３Ａ内の液冷媒の液面レベルが所定値以下まで低下した時点で、第１ヒータ４７Ａの通電を停止させ、第２ヒータ４７Ｂを加熱させて、サージタンク４３Ｂ内に高圧ガス冷媒を発生させて、上述の動作を繰り返し放冷冷房運転を継続させる。
【００３６】
［Ａ−３］通常冷房運転
空気調和装置２０の通常冷房運転は、氷蓄熱槽３５内の氷に蓄熱された冷熱を利用しないで実施される冷房運転であり、電動膨張弁３９及び第３開閉弁４０が閉弁され、第１開閉弁３６、第２開閉弁３７並びに電動膨張弁３１及び３３が開弁操作される。
【００３７】
この状態で、圧縮機２８が稼働されると、この圧縮機２８から吐出されたガス冷媒は、熱源側熱交換器３０にて凝縮され、電動膨張弁３１、冷媒配管２５及び電動膨張弁３３を経て利用側熱交換器３２へ流入し、この利用側熱交換器３２にて蒸発して、蒸発潜熱により室内を冷房した後、冷媒配管２６及び四方弁２９を経て圧縮機２８へ戻される。
【００３８】
上記実施の形態の空気調和装置２０は、上述のように構成されたことから、次の効果▲１▼及び▲２▼を奏する。
【００３９】
▲１▼サージタンク４３Ａ、４３Ｂ内にそれぞれ内蔵された第１ヒータ４７Ａ、第２ヒータ４７Ｂを交互に加熱することにより、これらのサージタンク４３Ａ、４３Ｂ内に高圧ガス冷媒が交互に生成され、この高圧ガス冷媒の圧力により、サージタンク４３Ａ、４３Ｂ内に貯溜された液冷媒が利用側熱交換器３２へ圧送可能に構成されたことから、サージタンク４３Ａ、４３Ｂがほぼ密閉容器であるため、これらのサージタンク４３Ａ、４３Ｂ内で高圧ガス冷媒を簡単に生成でき、この結果、氷蓄熱槽３５内の氷の冷熱を利用した放冷冷房運転を省消費電力で実現できる。
【００４０】
▲２▼サージタンク４３Ａ、４３Ｂにそれぞれ内蔵された第１ヒータ４７Ａ、第２ヒータ４７Ｂを選択的に通電させて、サージタンク４３Ａ、４３Ｂ内に交互に高圧ガス冷媒を生成させ、この高圧ガス冷媒の圧力により、サージタンク４３Ａ、４３Ｂ内の液冷媒を利用側熱交換器３２へ圧送させて放冷冷房運転を実施させることから、放冷冷房運転実施のための機構が可動部を必要としないので簡素に構成され、しかも小型に構成できる。この結果、設備費を低減できる。
なお、上記実施の形態の空気調和装置２０において、サージタンク４３Ａ、４３Ｂ内に冷却器（不図示）を配置し、第１ヒータ４７Ａまたは第２ヒータ４７Ｂの加熱が停止された時点で、この加熱が停止されたサージタンク４３Ａまたは４３Ｂ内を積極的に冷却してもよい。この冷却器の作用により、サージタンク４３Ａ、４３Ｂ内が迅速に低圧化されて、氷蓄熱槽３５内におけるコイル３４から、液冷媒をサージタンク４３Ａ、４３Ｂ内へ迅速に流入させることができる。
【００４１】
図２は、本発明に係る氷蓄熱槽を備えた空気調和装置の実施の形態を示す管路図である。この実施の形態において、前述の空気調和装置の形態と同様な部分は、同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００４２】
この実施の形態の空気調和装置５０は、サージタンク４３Ａ、４３Ｂ内の第１ヒータ４７Ａ、第２ヒータ４７Ｂが削除され、サージタンク４３Ａ及び４３Ｂに、タンク分岐配管５１及びタンク合流配管５２を介してタンク熱交換器５３が接続されて構成される。
【００４３】
タンク分岐配管５１におけるサージタンク４３Ａに接続される分岐部５１Ａと、サージタンク４３Ｂに接続される分岐部５１Ｂのそれぞれに第１タンク開閉弁５４、第２タンク開閉弁５５が配設される。これらの第１タンク開閉弁５４、第２タンク開閉弁５５は、選択的に開閉操作される。また、タンク合流配管５２におけるサージタンク４３Ａに接続される分岐部５２Ａと、サージタンク４３Ｂに接続される分岐部５２Ｂのそれぞれにタンク逆止弁５６Ａ、５６Ｂが配設される。
【００４４】
上記タンク熱交換器５３は、サージタンク４３Ａまたは４３Ｂからタンク合流配管５２を経て後述の如く流入した液冷媒を、近傍に配置された送風ファン５７の作用により外気と熱交換させて高圧ガス冷媒とし、タンク分岐配管５１を経てサージタンク４３Ａまたは４３Ｂ内へ供給可能とするものである。この供給された高圧ガス冷媒の圧力により、サージタンク４３Ａまたは４３Ｂ内に貯溜された液冷媒が利用側熱交換器３２へ圧送可能に設けられる。ここで、タンク熱交換器５３内には、高圧ガス冷媒が供給されている側のサージタンク４３Ａまたは４３Ｂ内から、タンク逆止弁５６Ａまたは５６Ｂを経て液冷媒が流入する。
【００４５】
第１タンク開閉弁５４及び第２タンク開閉弁５５は、製氷運転時及び通常冷房運転時には共に閉弁状態とされ、放冷冷房運転時には択一に開閉操作される。
【００４６】
つまり、例えば、第１タンク開閉弁５４が開操作され、第２タンク開閉弁５５が閉操作されているときには、タンク熱交換器５３にて生成された高圧ガス冷媒が第１タンク開閉弁５４を経てサージタンク４３Ａ内へ供給され、これにより、サージタンク４３Ａ内に貯溜された液冷媒の大部分が利用側熱交換器３２へ、残りがタンク熱交換器５３へそれぞれ圧送される。また、サージタンク４３Ａ内の液冷媒の液面レベルが所定値以下となって、第２タンク開閉弁５５が開操作され、第１タンク開閉弁５４が閉操作されたときには、タンク熱交換器５３にて生成された高圧ガス冷媒が第２タンク開閉弁５５を経てサージタンク４３Ｂ内へ供給され、これにより、サージタンク４３Ｂ内に貯溜された液冷媒の大部分が利用側熱交換器３２へ、残りがタンク熱交換器５３へそれぞれ圧送される。そして、サージタンク４３Ｂ内の液冷媒の液面レベルが所定値以下となった時点で第１タンク開閉弁５４が開操作され、第２タンク開閉弁５５が閉操作される。
【００４７】
上述の第１タンク開閉弁５４及び第２タンク開閉弁５５の開閉動作を繰り返すことにより放冷冷房運転を継続させる。
【００４８】
従って、上記実施の形態の空気調和装置５０によれば、次の効果▲３▼を奏する。
【００４９】
▲３▼タンク熱交換器５３により外気と熱交換されて生成された高圧ガス冷媒が、第１タンク開閉弁５４と第２タンク開閉弁５５の選択的開閉操作によりサージタンク４３Ａ、４３Ｂ内へ交互に供給されて、これらサージタンク４３Ａ、４３Ｂ内に貯溜された液冷媒が利用側熱交換器３２へ圧送可能に構成されたことから、放冷冷房運転時には外気が高温であるため、タンク熱交換器５３により高圧ガス冷媒を容易に生成でき、この結果、氷蓄熱槽内の氷の冷熱を利用した放冷冷房運転を省消費電力で実現できる。
【００５０】
以上、一実施の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。
【００５１】
例えば、流入側逆止弁４５Ａ、４５Ｂ、流出側逆止弁４６Ａ、４６Ｂを流入側開閉弁６０Ａ、６０Ｂ、流出側開閉弁６１Ａ、６１Ｂにそれぞれ置き換えてもよい。この場合、これらの流入側開閉弁６０Ａ、６０Ｂ、流出側開閉弁６１Ａ、６１Ｂは、製氷運転及び通常運転時には全て閉操作される。更に、放冷冷房運転時には、流入側開閉弁６０Ａ及び流出側開閉弁６１Ｂが連動して開閉し、流入側開閉弁６０Ｂ及び流出側開閉弁６１Ａが連動して、流入側開閉弁６０Ａ及び流出側開閉弁６１Ｂとは逆に開閉する。また、サージタンク４３Ａ、４３Ｂは３以上あってもよい。
【００５２】
更に、サージタンク４３Ａ、４３Ｂ内の加熱は、ヒータ４７Ａ、４７Ｂによる場合を述べたが、サージタンク４３Ａ、４３Ｂの外部に設置されたヒータ等の加熱手段によりなされてもよい。
【００５３】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る氷蓄熱槽を備えた空気調和装置によれば、氷蓄熱槽内のコイルと利用側熱交換器との間に、冷媒を貯溜可能な複数のタンクが並列状態で配設され、上記コイル内で凝縮された液冷媒が上記タンク内に貯溜されて、これらのタンク内へ交互に供給される高圧ガス冷媒により利用側熱交換器へ圧送可能に構成され、上記高圧ガス冷媒は、タンク内の一部の液冷媒が熱交換器にて外気との熱交換によってガス化され、この高圧ガス冷媒でもってタンク内の液冷媒を利用側熱交換器へ流すことによって利用側ユニットによる冷房運転が行えること熱交換器により外気と熱交換されて構成されたものである。従って、冷房運転時には外気が高温であるため熱交換器により高圧ガス冷媒を容易に生成でき、この結果、氷蓄熱槽内の氷の冷熱を利用した冷房運転を省消費電力で実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】氷蓄熱槽を備えた空気調和装置の実施の形態を示す管路図である。
【図２】本発明に係る氷蓄熱槽を備えた空気調和装置の実施形態を示す管路図である。
【図３】従来の氷蓄熱槽を備えた空気調和装置を示す管路図である。

Claims

圧縮機及び熱源側熱交換器を備えた熱源側ユニットと、氷蓄熱槽内にコイルが水没状態で配設されてこのコイル外周に氷が形成可能な氷蓄熱ユニットと、利用側熱交換器を備えた利用側ユニットとを有し、製氷運転、冷房運転を実施可能とする氷蓄熱槽を備えた空気調和装置において、上記氷蓄熱槽内の上記コイルと上記利用側熱交換器との間に、冷媒を貯溜可能な複数のタンクが並列状態で配設され、上記コイル内で凝縮した液冷媒が上記タンク内に貯溜されて、これらのタンク内へ交互に供給される高圧ガス冷媒により上記利用側熱交換器へ圧送可能に構成され、上記高圧ガス冷媒は、前記タンク内の一部の液冷媒が熱交換器にて外気との熱交換によってガス化されたものであり、この高圧ガス冷媒の圧力により前記タンク内の液冷媒を利用側熱交換器へ流し前記利用側ユニットによる冷房運転が行えることを特徴とする氷蓄熱槽を備えた空気調和装置。
請求項１記載の空気調和装置において、前記高圧ガス冷媒が送り込まれたことにより一方のタンクの冷媒の液面レベルが所定値以下になったら、他方のタンクへ高圧ガス冷媒を流すように切り換えるようにしたことを特徴とする請求項１記載の空気調和装置。