JPH05302768A

JPH05302768A - 空気調和装置

Info

Publication number: JPH05302768A
Application number: JP10786292A
Authority: JP
Inventors: Koichi Yamaguchi; 山口　　広一; Takashi Doi; 隆司土井; Masaki Imamura; 正樹今村
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba AVE Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba AVE Co Ltd
Priority date: 1992-04-27
Filing date: 1992-04-27
Publication date: 1993-11-16

Abstract

(57)【要約】【目的】蓄熱槽２１の熱及び、外気の熱を有効利用す
ることで、室内の快適な暖房を得るとともに、給湯槽２
５の水温を上昇させる。【構成】圧縮機から吐出された冷媒の熱を蓄熱可能な
蓄熱槽２１及び、同冷媒の熱を導入して温水を供給する
給湯槽２５を、圧縮機，室内熱交換器，室外熱交換器な
どから構成される冷凍サイクル内に組み込み、前記蓄熱
槽２１内の温度、給湯槽２５内の温度、及び暖房運転時
に要求される運転負荷に基づき、暖房運転時に熱源とし
て蓄熱槽２１と外気とを選択し、かつこれらの熱源から
得た熱を室内熱交換器及び給湯槽２５に振り分ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、圧縮機から吐出され
た冷媒の熱を蓄熱可能な蓄熱槽を熱源として備えた空気
調和装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の空気調和装置としては、例えば
図９に示すようなものがある（特開平２−２８２６６２
号公報参照）。この空気調和装置は、圧縮機１，四方弁
３，室内熱交換器５，膨脹弁７及び室外熱交換器９など
から構成される冷凍サイクルを用いた冷暖房可能なヒー
トポンプ式のもので、この冷凍サイクルに蓄熱槽１１を
組み込んである。蓄熱槽１１内には蓄熱材として水Ｗが
満たされ、この水Ｗ内に前記冷凍サイクルに配管接続さ
れる蓄熱熱交換器１３が収納されている。

【０００３】蓄冷運転時には、室外熱交換器９が凝縮
器、蓄熱槽１１の蓄熱熱交換器１３が蒸発器となる。こ
の蓄冷運転によって蓄冷された蓄熱槽１１を利用して冷
房運転を行う際には、蓄熱槽１１の蓄熱熱交換器１３が
凝縮器、室内熱交換器７が蒸発器となる。一方、蓄熱運
転時には、蓄熱槽１１の蓄熱熱交換器１３が凝縮器、室
外熱交換器９が蒸発器となる。この蓄熱運転によって蓄
熱された蓄熱槽１１の熱を利用する蓄熱回収デフロスト
運転時には、室外熱交換器９が凝縮器に、室内熱交換器
７及び蓄熱熱交換器１３が共に蒸発器となって、室外熱
交換器９の除霜を行う。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
蓄熱槽を利用した空気調和装置は、暖房運転時に蓄熱で
賄う昼間の空調時間が５時間程度のものを設計しようと
した場合、従来使用されている上限が５０℃程度の蓄熱
温度の範囲では、蓄熱槽の容積が余りに大きくなり、こ
れを避けるため蓄熱槽をコンパクトにするには、蓄熱最
終時の水の温度を高くする必要がある。また、暖房時の
消費電力を通常の外気を熱源としたヒートポンプ運転時
の半分以下にするためにも、蓄熱槽内の水の温度を高め
に設定する必要がある。

【０００５】ところが、蓄熱槽内の水の温度を高めに設
定しても、蓄冷熱槽から取り出せる熱量は、この高めに
設定した水の温度でほぼ決まるので、蓄熱槽を利用して
空調を行う際には、制御できる熱量の変化幅は余り大き
くとれない。例えば、図１０に示すように、暖房運転開
始初期には、室内温度が低く、要求される運転負荷が高
いので、水の温度が高めに設定された蓄熱槽の熱を有効
に利用できて運転時の立上がりが良好となるが、その後
時間の経過とともに室内温度が上昇し、要求される運転
負荷が低下すると、蓄熱槽の熱による供給能力が高すぎ
ることとなって、室内温度を設定温度に一致させること
ができず、蓄熱槽を利用することによる高効率運転が無
駄なものとなってしまう。

【０００６】そこで、この発明は、蓄熱槽の熱を有効利
用し、快適な空調空間を得ることを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明は、圧縮機から吐出される冷媒の熱を蓄熱
可能な蓄熱槽及び、同冷媒の熱を導入して温水を供給す
る給湯槽を、圧縮機，室内熱交換器，室外熱交換器など
から構成される冷凍サイクル内に組み込み、前記蓄熱槽
内の温度、給湯槽内の温度、及び暖房運転時に要求され
る運転負荷に基づき、暖房運転時に熱源として蓄熱槽と
室外熱交換器とを選択し、かつこれらの熱源から得た熱
を前記室内熱交換器及び給湯槽に振り分けるよう制御す
る制御手段を設けたものである。

【０００８】

【作用】このような構成の空気調和装置によれば、蓄熱
槽内の温度、給湯槽内の温度、及び暖房運転時に要求さ
れる運転負荷に基づき、暖房運転時に熱源として蓄熱槽
と室外熱交換器とを選択し、かつこれらの熱源から得た
熱を室内熱交換器及び給湯槽に振り分ける。これによ
り、蓄熱槽の熱が暖房用と給湯用とに効率よく振り分け
られて有効に利用され、暖房運転時での室内温度も適正
なものとなる。

【０００９】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づき説明
する。

【００１０】図１は、この発明の一実施例を示す空気調
和装置の全体構成図である。室外機１５は、室内機１７
と冷媒配管１９で、蓄熱槽２１と冷媒配管２３で、給湯
槽２５とは冷媒配管２７でそれぞれ接続されている。蓄
熱槽２１内には、蓄熱材として水が満たされており、こ
の水の中に前記冷媒配管２３に接続される蓄熱熱交換器
２９とヒータ３１とが収納される。一方、給湯槽２５内
の底部には、前記冷媒配管２７に接続される給湯熱交換
器３３とヒータ３５とが収納されて、これらにより給湯
槽２５内に供給される水が暖められる。

【００１１】図２は、図１の空気調和装置における冷凍
サイクル構成図である。この冷凍サイクル構成は、冷媒
を圧縮して吐出する圧縮機３７と、暖房運転と冷房運転
とで冷媒の流れ方向が切り替わる二つの四方弁３９，４
１と、暖房時には凝縮器となり冷房時には蒸発器となる
室内熱交換器４３と、これとは逆に暖房時には蒸発器と
なり冷房時には凝縮器となる室外熱交換器４５と、蓄熱
槽２１内の水温を高める蓄熱時には凝縮器となり同水温
を低下させる蓄冷時には蒸発器となる前記蓄熱熱交換器
２９と、給湯槽２５の凝縮器として作用する前記給湯熱
交換器３３と、電子膨脹弁４７，４９，５１とから主と
して構成されている。なお、符号５３，５５，５７，５
９，６１及び６３は開閉弁で、符号６５は逆止弁であ
る。

【００１２】蓄熱槽２１内には、蓄熱槽２１内の水の温
度を検出する水温センサ６７が、給湯槽２５内には、給
湯槽２５内の給湯熱交換器３３周辺の水の温度を検出す
る水温センサ６９が、それぞれ設けられている。また、
室内熱交換器４３が収納される室内機１７には、室内温
度を検出する室温センサ７１が設けられている。そし
て、これら各センサ６７，６９，７１の検出信号は、例
えばマイクロコンピュータなどで構成される制御手段と
してのコントロールユニット７５に入力され、これらの
入力信号に基づいて、コントロールユニット７５は、圧
縮機３７の運転周波数，四方弁３９，４１の切り換え，
膨脹弁４９，５１，５３の開閉などの制御を行い、以下
に述べるような各種の運転がなされる。このような各種
の運転に際しては、コントロールユニット７５のメモリ
に、圧縮機３７の運転周波数と、蓄熱槽２１内の水温及
び給湯槽２５内の水温との関係のテーブルを用意してお
き、このテーブルの運転周波数と、室内温度及び設定温
度から求められる室内で要求される運転周波数（負荷）
との大小関係から判断して行う。

【００１３】まず、夜間などに行う、蓄熱槽２１及び給
湯槽２５内の水を加熱する蓄熱給湯加熱運転では、図３
に示すように、圧縮機３７から出た高温，高圧のガス冷
媒は、一方は四方弁３９を経て蓄熱槽２１の蓄熱熱交換
器２９へ、他方は給湯槽２５の給湯熱交換器３３へ流
れ、各熱交換器２９，３３で凝縮して熱交換しそれぞれ
の水を加熱する。このとき、ヒータ３１及び３５も動作
させることにより、各槽２１，２５内の水は所定の温度
（例えば８５℃）まで沸き上げられる。蓄熱槽２１及び
給湯槽２５を出た液冷媒は、電子膨脹弁４７，４９で減
圧されて合流した後、室外熱交換器４５で蒸発してガス
冷媒となり、四方弁４１，逆止弁６５を経て圧縮機３７
に戻る。このようにして加熱された蓄熱槽２１内の温水
は、昼間などに暖房運転時での熱源として使用され、一
方給湯槽２５内の温水は各種給湯施設に使用される。

【００１４】暖房運転に際しては、室温センサ７１で検
出した室内温度と、あらかじめ設定してある室内の設定
温度とをコントロールユニット７５が比較して、本空気
調和装置に対する室内要求負荷を算出し、これを圧縮機
３７の運転周波数（回転数）とする。そして、この室内
要求負荷と、蓄熱槽２１を熱源とした場合の暖房能力
（以下、単に蓄熱暖房能力とする）と比較し、その比較
結果に基づきコントロールユニット７５は、図４のフロ
ーチャートに示すような制御を行う。

【００１５】まず、室内温度、蓄熱槽２１内の水温、給
湯槽２５内の水温を読み込み（ステップＳ１０１）、室
内要求負荷＞蓄熱暖房能力、かどうかを判断する（ステ
ップＳ１０３）。ここで、(1) 室内要求負荷＞蓄熱暖房
能力のときこの場合には、暖房運転開始初期など室内温
度が極めて低い状態なので、蓄熱槽２１のみを熱源とし
て暖房運転を行う（ステップＳ１０５）。これにより、
蓄熱槽２１の熱を有効に利用できて室内温度が速やかに
上昇し、暖房運転の立上がりが良好となる。

【００１６】このときの冷媒の流れは、図５に示すよう
に、圧縮機３７から出た高温，高圧のガス冷媒が、四方
弁４１を経て室内熱交換器４３に達し、ここで凝縮して
室内空気と熱交換し暖房を行う。その後電子膨脹弁５１
で減圧された液冷媒は、蓄熱槽２１の蓄熱熱交換器２９
で蒸発してガス冷媒となり、四方弁３９を経て圧縮機３
７に戻る。

【００１７】前記ステップＳ１０３で、室内要求負荷が
蓄熱暖房能力以下と判断された場合には、室内要求負荷
×α＞蓄熱暖房能力、かどうかを判断する（ステップＳ
１０７）。但し、αは設計により決まる値であり、例え
ばα＝３が考えられる。ここで室内要求負荷×α＞蓄熱
暖房能力の場合は、室内温度が上記(1) のケースより若
干上昇した状態である。このときには、水温センサ６９
が検出する給湯槽２５内の温度が、外気を熱源としたヒ
ートポンプ運転で加熱可能な温度（約５０℃）以下かど
うか、言い換えればヒートポンプ運転で加熱可能な温度
範囲内かどうかを判断する（ステップＳ１０９）。ここ
で、給湯槽２５内の温度が約５０℃以下の場合、つま
り、(2) 室内要求負荷×α＞蓄熱暖房能力で、かつ給湯
槽２５内の温度が約５０℃以下のときこのような状態で
は、蓄熱槽２１を利用した暖房では熱源として大きすぎ
るので、蓄熱槽２１の熱源を暖房と給湯槽２５とに振り
分ける（ステップＳ１１１）。これにより、蓄熱槽２１
の熱源を有効利用できて、室内温度も適正に維持され
る。このときの冷媒は、図６に示すように、圧縮機３７
を出た冷媒の一方が四方弁４１，室内熱交換器４３，電
子膨脹弁５１の順に流れて暖房を行い、他方が給湯熱交
換器３３から電子膨脹弁４９へと流れて給湯槽２５内の
水温を上昇させる。各電子膨脹弁４９，５１を出た液冷
媒は、合流後に蓄熱槽２１の蓄熱熱交換器２９で蒸発
し、四方弁３９を経て圧縮機３７に戻る。

【００１８】逆に、前記ステップＳ１０９で、給湯槽２
５内の温度が、約５０℃を超える場合、言い換えればヒ
ートポンプ運転で加熱可能な温度範囲外の場合、つま
り、(3) 室内要求負荷×α＞蓄熱暖房能力で、かつ給湯
槽２５内の温度が、約５０℃を超えるときこのような状
態では、給湯槽２５内の水温が充分高いので、蓄熱槽２
１の熱源を暖房と給湯とに振り分ける必要がなく、外気
を熱源としたヒートポンプによる暖房運転を行う（ステ
ップＳ１１３）ことで、室内温度が安定化する。この場
合の冷媒の流れは、図７に示すように、圧縮機３７を出
た冷媒は、上記(1) のケースと同様に、四方弁４１→室
内熱交換器４３→電子膨脹弁５１の順に流れ、電子膨脹
弁５１を出た液冷媒は室外熱交換器４５で蒸発してガス
冷媒となり、四方弁４１を経て圧縮機３７に戻る。

【００１９】前記ステップＳ１０７で、(4) 室内要求負
荷×α≦蓄熱暖房能力のときこの場合には、室内要求負
荷が蓄熱暖房能力よりかなり低い状態、つまり室内温度
が上昇して安定した状態であるので、蓄熱槽２１を熱源
とした暖房運転では室内温度が高くなり過ぎるので、外
気の熱源を暖房と給湯とに振り分ける（ステップＳ１１
５）。これにより、外気の熱源を有効利用できて室内温
度も適正に維持される。このときの冷媒は、図８に示す
ように、上記(2) のケースと同様に、圧縮機３７を出た
冷媒の一方が四方弁４１，室内熱交換器４３，電子膨脹
弁５１の順に流れ、他方が給湯槽２５の給湯熱交換器３
３を経て電子膨脹弁４９へと流れる。各電子膨脹弁４
９，５１を出た液冷媒は、合流後に室外熱交換器４５で
蒸発し、四方弁４１を経て圧縮機３７に戻る。但しこの
場合、室外機１５に外気温センサを設け、このセンサが
検出する外気温度が所定値以下の低い状態では、外気は
熱源としては小さすぎるので、給湯には利用せず暖房運
転のみに利用する構成とすることで、室内温度は低下し
すぎることなく適正に維持できる。

【００２０】例えば、α＝３とした場合、１日の空調時
間を１０時間とし、そのうち５時間を熱源として蓄熱槽
で賄うとすると、蓄熱システムの運転成績係数は「９」
となり、一方通常のヒートポンプシステムの成績係数は
「３」であるため、蓄熱システムを利用することによる
１日当たりの消費電力量の減少率は、減少率＝{1/(2 ×3)＋1 /(2 ×9)} ／(1/3) ＝0 ．67 となる。つまり、約３３％電力を節約できる。

【００２１】なお、上記実施例では、蓄熱槽２１におけ
る蓄熱材を水としてあるが、これに限ることはなく、パ
ラフィン、酢酸ナトリウム３水塩などを用いてもよい。

【００２２】

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば、蓄熱槽及び外気の熱源を、暖房運転時に要求され
る運転負荷に応じて、室内暖房あるいは給湯槽に適宜供
給するようにしたので、蓄熱槽の熱源を有効利用できる
とともに、室内温度も適正に維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す空気調和装置の全体
構成図である。

【図２】図１の空気調和装置の冷凍サイクル構成図であ
る。

【図３】図２の冷凍サイクルの動作説明図である。

【図４】図１の空気調和装置の動作を示すフローチャー
トである。

【図５】図２の冷凍サイクルの動作説明図である。

【図６】図２の冷凍サイクルの動作説明図である。

【図７】図２の冷凍サイクルの動作説明図である。

【図８】図２の冷凍サイクルの動作説明図である。

【図９】従来例を示す空気調和装置の冷凍サイクル構成
図である。

【図１０】従来の空気調和装置による室内要求負荷と供
給能力との関係を示す説明図である。

【符号の説明】

２１蓄熱槽２５給湯槽３７圧縮機４３室内熱交換器４５室外熱交換器７５コントロールユニット（制御手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者今村正樹東京都港区新橋３丁目３番９号東芝エー・ブイ・イー株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮機，室内熱交換器，室外熱交換器な
どから構成される冷凍サイクルを備えた空気調和装置に
おいて、前記圧縮機から吐出された冷媒の熱を蓄熱可能
な蓄熱槽及び、同冷媒の熱を導入して温水を供給する給
湯槽を、前記冷凍サイクル内に組み込み、前記蓄熱槽内
の温度、給湯槽内の温度、及び暖房運転時に要求される
運転負荷に基づき、暖房運転時に熱源として蓄熱槽と室
外熱交換器とを選択し、かつこれらの熱源から得た熱を
前記室内熱交換器及び給湯槽に振り分けるよう制御する
制御手段を設けたことを特徴とする空気調和装置。