JP4266426B2

JP4266426B2 - 氷蓄熱槽を備えた空気調和装置

Info

Publication number: JP4266426B2
Application number: JP05076099A
Authority: JP
Inventors: 美暁黒澤
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1999-02-26
Filing date: 1999-02-26
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2019-02-26
Also published as: JP2000249374A

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、この氷蓄熱槽に蓄えられた冷熱を放熱して放冷冷房運転を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２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内に冷媒管が水没状態で配設されてこの冷媒管外周に氷を生成する氷蓄熱ユニット８と、利用側熱交換器９とを組み合わせて氷蓄熱運転、放冷冷房運転及び通常冷房運転をする空気調和装置１０が知られている。
【０００３】
氷蓄熱運転は、圧縮機１からのガス冷媒が熱源側熱交換器２で凝縮して液冷媒となり、その後に膨張弁４を通り、氷蓄熱槽６内の冷媒管に流入して、この氷蓄熱槽６内で蒸発し、製氷した後ガス冷媒が圧縮機１へ戻される。
【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１４（図２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る。つまり、循環ポンプ１４の稼働により、氷蓄熱ユニット８における氷蓄熱槽６の冷媒管７内で、氷に蓄熱された冷熱が冷媒に放熱され、このようにして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することにより放冷冷房運転が行われる。
【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の冷媒管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冷房が行われる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述の放冷冷房運転では、特に循環ポンプ１４が液ポンプの場合に、冷媒が完全に凝縮されないで一部冷媒ガスがあるときに、この循環ポンプ１４にキャビテーションが発生するおそれがある。そこで、この液ポンプを用いず、氷蓄熱槽６の冷媒管内の凝縮した液冷媒を複数（例えば２個）のサージタンク内に貯溜させ、これらのサージタンク内へ高圧ガス冷媒を交互に供給することにより、前記サージタンク内で凝縮した前記液冷媒を利用側熱交換器９へ圧送して、放冷冷房運転を実施するものが考えられる。
【０００７】
しかし、この場合には、高圧ガス冷媒を複数のサージタンク内へ交互に供給させるタイミングがずれると、サージタンク内の液冷媒を利用側熱交換器９へ、滞ることなく連続的に圧送することができず、氷の冷熱を利用した放冷冷房運転を良好に実施できない恐れがある。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、氷蓄熱槽内の氷の冷熱を利用した冷房運転を良好に行える氷蓄熱槽を備えた空気調和装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【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、氷蓄熱槽内に生成する氷を用い蓄熱する機器並びに液冷媒を貯える複数のサージタンク及び小型圧縮機等を備えた氷蓄熱ユニットと、利用側熱交換器とを組み合わせて、少なくとも蓄熱運転または冷房運転をするようにした空気調和装置において、熱源側ユニットの圧縮機よりも容量の小さな小型圧縮機と、切替弁と、サージタンクと、利用側熱交換器と、氷蓄熱槽と、を冷媒管で接続して氷蓄熱利用の冷凍サイクルを構成し、小型圧縮機の吸込側に液面センサを設けると共に、この液面センサで小型圧縮機の吸込側に接続されたサージタンクの液状態を検知し、液冷媒の多いサージタンクを小型圧縮機の吐出側、液冷媒の少ないサージタンクを小型圧縮機の吸込側に接続されるように氷蓄熱利用の冷凍サイクル中の流れを切り替える切替弁を備え、この切替弁はいずれか１つのサージタンクが満液になったことをセンサが検知した際切り替えられることを特徴とする。
【００１１】
請求項１に記載の発明には、次の作用がある。
【００１２】
小型圧縮機の吸込側に液検知センサを設けておき、このセンサで冷媒液を検知すれば、複数のサージタンクの中のどれかのタンク内の液冷媒がほぼ満液になったと判断される。複数のサージタンクの中の１つが満液になれば、別のサージタンクに液冷媒が少なくなったと推定され、切替弁を切替えて液冷媒の多いサージタンクから利用側熱交換器へ液冷媒を圧送することにより、サージタンク内の液冷媒を連続的に且つ確実に利用側熱交換器へ圧送できる。従って、氷蓄熱槽内の氷の冷熱を利用した冷房運転ができる。
【００１３】
また、タンク内の液冷媒の液面を直接する検知する液面センサをそれぞれのサージタンクに設置しないで１つのセンサを共通に使用することにより、コストの低減が図れる。
【００１４】
【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。
【００１５】
図１は、本発明に係る氷蓄熱槽６を備えた空気調和装置１０の一実施の形態を示す構成図である。
【００１６】
この図１に示す空気調和装置１０は、熱源側ユニット５、氷蓄熱ユニット８及び利用側ユニット１１で構成される。熱源側ユニット５は氷蓄熱ユニット８介して利用側ユニット１１に冷媒管で接続される。
【００１７】
熱源側ユニット５は、圧縮機１、四方弁３、熱源側熱交換器２及び電動膨張弁１２が順次冷媒管で接続されている。また、利用側ユニット１１は、冷媒管３７に利用側熱交換器９及び電動膨張弁１３が配設されて構成され、この電動膨張弁１３は、蒸発温度または凝縮温度が一定になるように開度が調整される。
【００１８】
氷蓄熱ユニット８は、冷媒管７を内蔵した氷蓄熱槽６を備えると共に、冷媒管１５に第１開閉弁１６が、冷媒管１７に第２開閉弁１８がそれぞれ配設される。更に、冷媒管１５には、第１開閉弁１６の取付位置よりも利用側ユニット１１側に、冷媒管１９を介して冷媒管７の一端が接続され、この冷媒管１９に電動膨張弁２０が配設される。また、冷媒管７の他端は、第３開閉弁２２を備えた冷媒管２２を介して、冷媒管１７の利用側ユニット１１側に接続される。
【００１９】
氷蓄熱槽６には水が充満され、冷媒管７がこの氷蓄熱槽６内に水没状態で配設される。この氷蓄熱槽６内の冷媒管７内には、氷蓄熱運転時に熱源側熱交換器２から液冷媒が流入して蒸発し、これにより、氷蓄熱槽６内の冷媒管７の外周に氷が生成される。
【００２０】
電動膨張弁２０と冷媒管７との間から冷媒管２３を介して２個のサージタンク２４Ａ及び２４Ｂが並列に接続される。これらのサージタンク２４Ａ、２４Ｂが冷媒管２５を介して、冷媒管１５に取り付けた第１開閉弁１６の利用側ユニット側に接続される。これにより、サージタンク２４Ａ及び２４Ｂは、氷蓄熱槽６内の冷媒管７と利用側熱交換器９との間に配設されて、氷蓄熱槽６内の氷に蓄熱された冷熱により凝縮された液冷媒が貯溜されるようになる。
【００２１】
冷媒管２３には、サージタンク２４Ａ、２４Ｂの流入側に流入側逆止弁２６Ａ、２６Ｂが、また、冷媒管２５には、サージタンク２４Ａ、２４Ｂの流出側に流出側逆止弁２７Ａ、２７Ｂがそれぞれ接続されている。これらの流入側逆止弁２６Ａ、２６Ｂは、氷蓄熱槽６内の冷媒管７からサージタンク２４Ａ、２４Ｂ方向へ流れる冷媒の流れを許容し、流出側逆止弁２７Ａ、２７Ｂは、サージタンク２４Ａ、２４Ｂから利用側熱交換器９側方向へ流れる冷媒の流れを許容する。
【００２２】
冷媒管２８、２９、３０、３１は、それぞれの一端が切替弁３３の各ポートに接続されると共に、冷媒管２８の他端が小型圧縮機３４の吐出口に接続され、冷媒管２９の他端が後述する液検知タンク３５の入口に接続される。冷媒管３０、３１の他端は、サージタンク２４Ａ、２４Ｂにそれぞれ接続される。また、冷媒管３２は、液検知タンク３５の出口と接続され、他端が小型圧縮機３４の吸込口に接続される。
【００２３】
サージタンク２４Ａ及び２４Ｂは、冷媒管２８、２９、３０、３１、３２を介して、切替弁３３、小型圧縮機３４及び液検知タンク３５に接続される。切替弁３３の切り替え操作により、冷媒管２８及び冷媒管３０の連通並びに冷媒管２９及び冷媒管３１の連通（Ａ側流路）と、冷媒管２８及び冷媒管３１の連通並びに冷媒管２９及び冷媒管３０の連通（Ｂ側流路）とが選択的に切り替えられる。また、小型圧縮機３４は、熱源側ユニット５における圧縮機１よりも小さな容量（１／１０〜１／２０）の圧縮機であり、空気調和装置１０の放冷冷房運転時にのみ稼働される。この小型圧縮機３４から吐出される冷媒は、熱源側ユニット５の圧縮機１から吐出される冷媒と同一組成である。
【００２４】
切替弁３３の操作により、小型圧縮機３４からの高圧ガス冷媒がサージタンク２４Ａまたは２４Ｂ内に圧送され、貯溜された液冷媒が利用側熱交換器９へ圧送されるように構成される。
【００２５】
小型圧縮機３４の吸込口には冷媒管２９と冷媒管３２とを介してサージタンク２４Ａまたは２４Ｂ内のどちらか一方が冷媒液で満たされたことを検知できる液検知タンク３５が配設されている。この液検知タンク３５には例えばフロートセンサ等のセンサ３６が内蔵され、サージタンク２４内の冷媒液が満たされると、この冷媒液が液検知タンク３５に流入して液位が上がりタンク３５が満たされて検知できるようになっている。
【００２６】
制御装置３８は、この検知された情報を取り込み、サージタンク２４Ａ、２４Ｂ内のどちらか一方が冷媒液で満たされたことを受けて切替弁３３の切り替えを行うものである。
【００２７】
すなわち、切替弁３３がＡ側流路とされているときには、サージタンク２４Ａ内に小型圧縮機３４からの高圧ガス冷媒が流れ込み、サージタンク２４Ａに貯溜されたサージタンク２４Ａの液面レべルを押し下げる。サージタンク２４Ａに貯溜された液冷媒は利用側熱交換器９へ圧送され、ここで蒸発して冷房が行われる。利用側熱交換器９で蒸発した冷媒ガスは、氷蓄熱槽６に戻り冷媒管７内で凝縮してサージタンク２４Ｂに液冷媒として再び貯溜される。サージタンク２４Ｂでは冷媒ガスが小型圧縮機３４に吸い込まれているので、冷媒液が溜りサージタンク２４Ｂ内がほぼ満液になると、冷媒液が流出し液検知タンク３５に流入する。液検知タンク３５では内蔵されたセンサ３６が動作し、サージタンク２４Ｂが満液になったことが検知される。一般にはサージタンク２４Ａの冷媒液量とサージタンク２４Ｂの冷媒液量との総和はほとんど変わらないので、一方のサージタンクが満液になると、他方のサージタンクには冷媒液が存在しないかまたはほとんど存在しない状態と判断され、制御装置３８は液検知タンク３５のセンサ３６の動作に応じて、切替弁３３で冷媒の流れを切り替える。これにより、小型圧縮機３４からの冷媒ガスの流れが切り替わり今度は満液になった方のサージタンク（サージタンク２４Ａまたは２４Ｂ）の液冷媒が利用側熱交換器９へ供給される。
【００２８】
次に、空気調和装置１０の氷蓄熱運転、放冷冷房運転、通常冷房運転を説明する。
【００２９】
［Ａ］氷蓄熱運転
空気調和装置１０の氷蓄熱運転は、例えば、夜間１０時から翌朝８時までの深夜電力の時間帯に、熱源側熱交換器２で凝縮された液冷媒を氷蓄熱槽６の冷媒管７内で蒸発させて、氷蓄熱槽６内に氷を作る運転である。
【００３０】
この場合には、電動膨張弁１３が閉弁され、第１開閉弁１６、第２開閉弁１８、第３開閉弁２２及び電動膨張弁２０が開弁操作される。
【００３１】
この状態で、熱源側ユニット５の圧縮機１が稼働されると、この圧縮機１から吐出されたガス冷媒は、熱源側熱交換器２にて凝縮され、電動膨張弁１２及び２０を経て減圧され、氷蓄熱槽６の冷媒管内へ流入する。この冷媒管７内に流入した冷媒は蒸発して、冷媒管７の外周に氷を付着した状態で形成する。その後、氷蓄熱槽６の冷媒管７内のガス冷媒は冷媒管２１及び冷媒管１７を経て四方弁３へ至り、圧縮機１に戻される。
【００３２】
［Ｂ］放冷冷房運転
空気調和装置１０の放冷冷房運転は、例えば、気温が上昇する昼間の時間帯に、氷蓄熱槽６の冷媒管７内で氷の冷熱により液化されてサージタンク２４Ａ、２４Ｂ内に貯溜された液冷媒を、利用側熱交換器９へ供給するようにして行われる。
【００３３】
この場合には、第１開閉弁１６、第２開閉弁１８及び電動膨張弁２０が閉弁され、電動膨張弁１３及び第３開閉弁２２が開弁操作される。また、熱源側ユニット５の圧縮機１は、停止状態にある。
【００３４】
この状態で、小型圧縮機３４が稼働され、液検知タンク３５の液検知信号に基づき、制御装置３８が切替弁３３をＡ側流路とＢ側流路とに交互に切り替える。例えば、液検知タンク３５のセンサ３６が冷媒液を検知したときに、制御装置３８は、切替弁３３をＢ側流路からＡ側流路として、小型圧縮機３４から吐出された高圧ガス冷媒を、冷媒管２８及び冷媒管３０を経てサージタンク２４Ａ内へ導く。これにより、このサージタンク２４Ａ内の貯溜液冷媒が流出側逆止弁２７Ａ、冷媒管２５、冷媒管１５を経て利用側熱交換器９内へ供給する。サージタンク２４Ａ内に貯溜された液冷媒は、氷蓄熱槽６の冷媒管７内を通り、氷蓄熱槽６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９内で蒸発することにより、氷の冷熱の放熱（放冷）と冷媒の蒸発潜熱とにより室内を冷房することができる。
【００３５】
利用側熱交換器９にて蒸発したガス冷媒は、第３開閉弁２２及び冷媒管２１を経て氷蓄熱槽６の冷媒管７内へ流入し、前述の如く、氷蓄熱槽６内の氷により凝縮して液冷媒となって、流入側逆止弁２６Ｂを経てサージタンク２４Ｂ内へ流入する。
【００３６】
この時、サージタンク２４Ａ内が高圧であるため、氷蓄熱槽６の冷媒管７内の液冷媒は、サージタンク２４Ａ内へ流れることなくサージタンク２４Ｂ内へ流れる。同様に、サージタンク２４Ｂ内がサージタンク２４Ａに比べて低圧であるため、サージタンク２４Ｂ内の貯溜冷媒が流出側逆止弁２７Ｂを経て利用側熱交換器９側へ流出することもない。
【００３７】
次に、液検知タンク３５のセンサ３６が冷媒液を検知した時に、制御装置３８は、切替弁３３をＢ側流路として、小型圧縮機３４から吐出された高圧ガス冷媒を、冷媒管２８及び冷媒管３１を経てサージタンク２４Ｂ内へ導く。すると、サージタンク２４Ｂに貯溜された液冷媒が、流出側逆止弁２７Ｂ、冷媒管２５、冷媒管１５及び電動膨張弁１３を経て利用側熱交換器９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冷房する。この利用側熱交換器９からのガス冷媒は、冷媒管３９及び第３開閉弁２２を経て氷蓄熱槽６の冷媒管７内で氷の冷熱により凝縮されて液冷媒となり、冷媒管２３及び流入側逆止弁２６Ａを経てサージタンク２４Ａ内へ流入する。
【００３８】
制御装置３８は、液検知タンク３５のセンサ３６が冷媒液を検知したときに切替弁３３を切り替え、例えば、Ａ側流路とし、次に液検知タンク３５の液検知センサ３６が冷媒液を検知したときに切替弁３３をＢ側流路とする。初めに運転停止時の切替弁３３の位置から運転を行い、液検知タンク３５のセンサ３６が冷媒液を検知したときに切替弁３３を切り替える。前述の動作を繰り返し、放冷冷房運転を継続させる。
【００３９】
［Ｃ］通常冷房運転
空気調和装置１０の通常冷房運転は、氷蓄熱槽６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２０及び第３開閉弁２２が閉弁され、第１開閉弁１６、第２開閉弁１８並びに電動膨張弁１２及び１３が開弁操作される。
【００４０】
この状態で、圧縮機１が稼働されると、この圧縮機１から吐出されたガス冷媒は、熱源側熱交換器２にて凝縮され、電動膨張弁１２、冷媒管３７及び電動膨張弁１３を経て利用側熱交換器９へ流入し、この利用側熱交換器９にて蒸発して、蒸発潜熱により室内を冷房した後、冷媒管１７及び四方弁３を経て圧縮機１へ戻される。
【００４１】
前記実施の形態の空気調和装置１０は、前述のように構成されたことから、次のような効果を奏する。
【００４２】
▲１▼液検知タンク３５のセンサ３６を用いて、サージタンク２４Ａ、２４Ｂから流出する冷媒液を検知することにより、サージタンク２４Ａ、２４Ｂ内のどちらかに液冷媒が満たされたことを判定できる。液検知タンク３５に冷媒液が流入したときに、一方のサージタンク（サージタンク２４Ａ又は２４Ｂ）に液冷媒が満たされた、または満たされた直後であると判断して、他方のサージタンク（サージタンク２４Ｂ又は２４Ａ）から利用側熱交換器９へ直ちに液冷媒を圧送する。この結果、サージタンク２４Ａ、２４Ｂ内の液冷媒を滞ることなく連続的に、かつ確実に利用側熱交換器９へ圧送でき、従って、氷蓄熱槽６内の氷の冷熱を利用した放冷冷房運転を良好に実施できる。
【００４３】
▲２▼冷媒液を検知するセンサ３６をそれぞれのサージタンクに１個ずつ設置することなく、センサ１個を共通に使用してサージタンク２４Ａまたは２４Ｂ内の液冷媒の満液状態を検知するすることから、切替制御系が簡単になり、性能の安定した放冷冷房運転が可能になる。
【００４４】
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。
【００４５】
例えば、前記実施の形態では、流入側逆止弁２６Ａ、２６Ｂ、流出側逆止弁２７Ａ、２７Ｂを流入側開閉弁３９Ａ、３９Ｂ、流出側開閉弁４０Ａ、４０Ｂにそれぞれ置き替えてもよい。この場合、これら流入側開閉弁３９Ａ、３９Ｂ、流出側開閉弁４０Ａ及び４０Ｂは、氷蓄熱運転及び通常冷房運転時には全て閉弁される。更に、放冷冷房運転時には、流入側開閉弁３９Ａ及び流出側開閉弁４０Ｂが連動して開閉し、流入側開閉弁３９Ｂ及び流出側開閉弁４０Ａが連動して、流入側開閉弁３９Ａ及び流出側開閉弁４０Ｂとは逆に開閉操作する。更に、サージタンク２４Ａ、２４Ｂは３個以上あってもよい。
【００４６】
また、冷媒液を検知する液検知タンク３５を小型圧縮機３４のアキュームレータとして兼用しても良く、あるいはアキュームレータに冷媒液を検知するセンサ３６を取り付けても良い。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように、氷蓄熱槽内の冷媒管と利用側熱交換器との間に、冷媒を貯溜する複数のサージタンクが並列状態で配設され、氷蓄熱槽内の冷媒管内で凝縮された液冷媒がサージタンク内に貯留されて、これらのサージ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するように構成され、高圧ガス冷媒のサージタンク内への交互の供給が、サージタンク内から流出する冷媒液を検知することに基づき切替弁の切替により切り替えられることから、一方のサージタンク内の液冷媒が満液になった時、直ちに、満液のサージタンクから利用側熱交換器へ液冷媒を圧送することができるので、氷蓄熱槽内の氷の冷熱を利用した冷房運転を良好に実施できる。
【００４８】
また、一方のサージタンク内が液冷媒で満液になった時に、切替弁が切り替わるので、サージタンク内の液冷媒が十分満たされる前に切り替えられることなく切替の間隔時間を十分長くとることができ安定した放冷冷房運転が行えるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る氷蓄熱槽を備えた空気調和装置の一実施の形態を示す構成図である。
【図２】従来の氷蓄熱槽を備えた空気調和装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１圧縮機
２熱源側熱交換器
５熱源側ユニット
６氷蓄熱槽
８氷蓄熱ユニット
９利用側熱交換器
１０空気調和装置
２４Ａ、２４Ｂサージタンク
３３切替弁
３４小型圧縮機
３８制御装置

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、氷蓄熱槽内に生成する氷を用い蓄熱する機器並びに液冷媒を貯える複数のサージタンク及び小型圧縮機等を備えた氷蓄熱ユニットと、利用側熱交換器とを組み合わせて、少なくとも蓄熱運転または冷房運転をするようにした空気調和装置において、熱源側ユニットの圧縮機よりも容量の小さな小型圧縮機と、切替弁と、サージタンクと、利用側熱交換器と、氷蓄熱槽と、を冷媒管で接続して氷蓄熱利用の冷凍サイクルを構成し、小型圧縮機の吸込側に液面センサを設けると共に、この液面センサで小型圧縮機の吸込側に接続されたサージタンクの液状態を検知し、液冷媒の多いサージタンクを小型圧縮機の吐出側、液冷媒の少ないサージタンクを小型圧縮機の吸込側に接続されるように氷蓄熱利用の冷凍サイクル中の流れを切り替える切替弁を備え、この切替弁はいずれか１つのサージタンクが満液になったことをセンサが検知した際切り替えられることを特徴とする氷蓄熱槽を備えた空気調和装置。