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公開番号2021148376
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210927
出願番号2020049798
出願日20200319
発明の名称空調装置
出願人株式会社デンソーエアクール
代理人個人
主分類F24F 11/65 20180101AFI20210830BHJP(加熱;レンジ;換気)
要約【課題】局舎の温度を一定に維持することを課題とする。
【解決手段】局舎内の温度に着目すれば、蒸気圧縮式ヒートポンプ冷凍サイクルシステムの暖房運転時に圧縮機の運転を停止するのが望ましいが、圧縮機保護の観点で3分程度の停止禁止時間は運転を継続する必要がある場合がある。特に、冷房運転の能力を確保するため、暖房負荷の小さい状態で、暖房能力が過剰となる状態である。そこで、そのような状態では、停止禁止時間圧縮機の運転を継続して局舎内の温度上昇を許容しつつ、沸騰システムを冷却運転とする。即ち、沸騰システムの室内送風機と室外送風機を送風して、沸騰システム室内熱交換器による冷却を行う。これにより、圧縮機の保護を図りつつ、局舎内温度が高くなりすぎるのを抑制できる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
被空調対象空間の温度を所定温度内に維持する空調装置であって、
前記被空調対象空間内の空気と前記被空調対象空間外の空気との間の熱移動で前記被空調対象空間の冷房を行う沸騰冷却システムと、
冷媒を吸入圧縮吐出する圧縮機の運転で、前記被空調対象空間の冷房及び暖房を行う蒸気圧縮式ヒートポンプ冷凍サイクルシステムと、
前記沸騰冷却システムと前記蒸気圧縮式ヒートポンプ冷凍サイクルシステムとを制御して、前記被空調対象空間の温度を前記所定温度内に維持するコントローラとを備え、
このコントローラは、前記蒸気圧縮式ヒートポンプ冷凍サイクルシステムの暖房運転時に前記被空調対象空間の温度が暖房停止温度以上に上昇した際に、前記圧縮機の運転開始から所定の停止禁止時間は前記圧縮機の運転を継続して暖房運転を継続し、かつ、前記沸騰冷却システムの冷房運転を行う、
ことを特徴とする空調装置。
続きを表示(約 3,500 文字)【請求項2】
前記コントローラは、
前記圧縮機の前記停止禁止時間による制御の状態で、前記停止禁止時間は前記圧縮機を停止させ、前記停止禁止時間経過後も更に引き続き所定時間前記沸騰冷却システムを冷房運転とする、
ことを特徴とする請求項1記載の空調装置。
【請求項3】
前記コントローラは、前記蒸気圧縮式ヒートポンプ冷凍サイクルシステムと前記沸騰冷却システムとを以下のように制御する、
前記被空調対象空間の温度が冷房側温度より高い冷房開始温度以上では、前記蒸気圧縮式ヒートポンプ冷凍サイクルシステムを冷房運転とし、前記沸騰冷却システムを冷房運転とし、
前記被空調対象空間の温度が冷房側温度より低い冷房停止温度以下では、前記蒸気圧縮式ヒートポンプ冷凍サイクルシステムを停止し、
前記被空調対象空間内の温度が暖房側温度より低い暖房開始温度以下では、前記蒸気圧縮式ヒートポンプ冷凍サイクルシステムを暖房運転とし、
前記局舎内の温度が暖房側温度より高い暖房停止温度以上では、前記蒸気圧縮式ヒートポンプ冷凍サイクルシステムの運転を停止し、
かつ、前記圧縮機の前記停止禁止時間による制御として、前記圧縮機を駆動してから前記停止禁止時間以内に前記暖房停止状態となったときは、前記停止禁止時間は前記圧縮機の運転を継続し、かつ、前記沸騰冷却システムを冷房運転とする、
ことを特徴とする請求項1もしくは2記載の空調装置。
【請求項4】
前記コントローラは、
前記冷房運転の状態で前記蒸気圧縮式ヒートポンプ冷凍サイクルシステムの前記圧縮機が運転開始してから前記停止禁止時間以内に前記冷房停止温度以下となった場合は、前記停止禁止時間は前記圧縮機の運転を継続することを特徴とする
請求項3記載の空調装置。
【請求項5】
前記沸騰冷却システムは、以下の構成を備える、
前記被空調対象空間内の空気と熱交換する沸騰システム室内熱交換器、
前記被空調対象空間外の空気と熱交換する沸騰システム室外熱交換器、
この沸騰システム室外熱交換器と前記沸騰システム室内熱交換器とを冷媒の循環が可能に連結する沸騰システム冷媒配管、
前記沸騰システム室内熱交換器で熱交換した空気を前記被空調対象空間に送風する沸騰システム室内送風機、及び
前記沸騰システム室外熱交換器に前記被空調対象空間外の空気を送風する沸騰システム室外送風機、
ことを特徴とする請求項1ないし4いずれかに記載の空調装置。
【請求項6】
前記蒸気圧縮式ヒートポンプ冷凍サイクルシステムは、前記圧縮機以外に以下の構成を備える、
前記被空調対象空間内の空気と熱交換する冷凍サイクル室内熱交換器、
冷媒を断熱膨張させる膨張弁、
前記被空調対象空間外の空気と熱交換する冷凍サイクル室外熱交換器、
前記圧縮機、前記冷凍サイクル室内熱交換器、前記膨張弁、前記冷凍サイクル室外熱交換器間を冷媒が循環可能に連結する冷凍サイクル冷媒配管、
前記圧縮機からの冷媒を前記冷凍サイクル室内熱交換器若しくは前記冷凍サイクル室外熱交換器側に向かうよう前記冷凍サイクル冷媒配管の配置を切り替える切替弁、
前記冷凍サイクル室内熱交換器で熱交換した空気を前記被空調対象空間に送風する冷凍サイクル室内送風機、及び
前記冷凍サイクル室外熱交換器に前記被空調対象空間外の空気を送風する冷凍サイクル室外送風機、
ことを特徴とする請求項1ないし5いずれかに記載の空調装置。
【請求項7】
前記コントローラは、前記蒸気圧縮式ヒートポンプ冷凍サイクルシステムと前記沸騰冷却システムとを以下のように制御する、
前記被空調対象空間内の温度が冷房側温度より所定温度以上高い冷房開始温度以上では、
前記蒸気圧縮式ヒートポンプ冷凍サイクルシステムを以下の作動とし、
前記圧縮機を駆動、前記切替弁を前記圧縮機からの冷媒を前記冷凍サイクル室外熱交換器に向うよう切り替え、前記冷凍サイクル室内送風機を送風、前記冷凍サイクル室外送風機を送風、
被空調対象空間外温度が被空調対象空間内温度より低い場合に、前記沸騰冷却システムを以下の作動とし、
前記沸騰システム室内送風機を送風、前記沸騰室外送風機を送風、
前記被空調対象空間内温度が冷房側温度より所定温度以上低い冷房停止温度以下では、
前記蒸気圧縮式ヒートポンプ冷凍サイクルシステムを以下の作動とし、
前記圧縮機を停止、
前記被空調対象空間内の温度が暖房側温度より所定温度以上低い暖房開始温度以下では、
前記蒸気圧縮式ヒートポンプ冷凍サイクルシステムを以下の作動とし、
前記圧縮機を駆動、前記切替弁を前記圧縮機からの冷媒を前記冷凍サイクル室内熱交換器に向うよう切り替え、前記冷凍サイクル室内送風機を送風、前記冷凍サイクル室外送風機を送風、
前記被空調対象空間外温度が前記被空調対象空間内温度より低い場合に、前記沸騰冷却システムを以下の作動とし、
前記沸騰システム室外送風機を停止、
前記被空調対象空間内の温度が暖房側温度より所定温度以上高い暖房停止温度以上では、
前記蒸気圧縮式ヒートポンプ冷凍サイクルシステムを以下の作動とし、
前記圧縮機を停止、
かつ、前記圧縮機の前記停止禁止時間による制御として、
前記暖房運転時の状態で前記圧縮機を駆動してから前記停止禁止時間以内に前記冷房停止時の状態となった場合は、所定時間前記圧縮機の運転を継続し、
前記沸騰冷却システムを以下の作動とする、
前記沸騰システム室内送風機を送風、前記沸騰システム室外送風機を送風、
ことを特徴とする請求項5に従属する請求項6に記載の空調装置。
【請求項8】
前記コントローラは、
前記冷房停止温度以下の状態で前記圧縮機を停止してから所定時間以内に前記暖房開始温度以下の状態となった場合、前記切替弁を前記圧縮機からの冷媒を前記冷凍サイクル室内熱交換器に向うようにする切り替え、及び前記圧縮機の駆動を、所定時間は行わないことを特徴とする
請求項6もしくは7記載の空調装置。
【請求項9】
前記コントローラは、
前記暖房停止の状態で前記圧縮機を停止してから所定時間以内に前記冷房開始温度以上の状態となった場合は、前記切替弁を前記圧縮機からの冷媒を前記冷凍サイクル室外熱交換器に向うようにする切り替え、及び前記圧縮機の駆動は、所定時間行わないことを特徴とする
請求項6ないし8いずれか記載の空調装置。
【請求項10】
前記沸騰システム冷媒配管には、冷媒流れを導通、遮断する開閉弁が配置されており、
前記コントローラは、前記暖房運転の状態では、この開閉弁によって前記沸騰システム冷媒配管を閉じ、前記圧縮機の前記停止禁止時間の状態では、この開閉弁により前記沸騰システム冷媒配管を開くことを特徴とする
請求項5ないし9いずれか記載の空調装置。
【請求項11】
前記沸騰システム室内熱交換器と前記冷凍サイクル室内熱交換器とは、同一の送風系に配置され、
前記沸騰システム室内送風機と前記冷凍サイクル室内送風機とは共通していることを特徴とする請求項6ないし10いずれか記載の空調装置。
【請求項12】
前記沸騰システム室内熱交換器と前記冷凍サイクル室内熱交換器との送風系には、前記沸騰システム室内熱交換器をバイパスするバイパス通路が設けられ、
かつ、このバイパス通路の開閉を行うバイパス弁が設けられ、
前記コントローラは、前記沸騰システム室内熱交換器の不使用状態では、前記バイパス弁を開き、前記沸騰システム室内熱交換器の使用状態で、前記バイパス弁を閉じることを特徴とする
請求項6ないし11記載の空調装置。
【請求項13】
前記空調装置は、リチウムイオン電池を保管する局舎の温度を前記所定温度内に維持することを特徴とする請求項1ないし12いずれか記載の空調装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
この明細書の開示は、被空調対象空間の温度を所定温度内に保つ空調装置に関する。
続きを表示(約 4,600 文字)【背景技術】
【0002】
被空調対象空間の空調を、蒸気圧縮式ヒートポンプ冷凍サイクルシステムと、自然循環式沸騰冷却システムとを併用して行うことは、特許文献1ないし5に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2007−129095号公報
特開2011−158135号公報
特表2015−534260号公報
特開2017−138069号公報
特表2018−519557号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記先行技術文献に開示の空調装置は、いずれも通常の使用状態では被空調対象空間の冷房を行うのが主である。そして、外気が特に低温となった時、蒸気圧縮式ヒートポンプ冷凍サイクルシステムを暖房運転に切り替えたり、別途ヒータを稼働させて暖房を行ったりしている。
【0005】
ただ、いずれの先行技術文献も、暖房運転開始時における圧縮機の保護に関しては何も開示していない。蒸気圧縮式ヒートポンプ冷凍サイクルシステムを用いて冷房運転及び暖房運転を行う場合、その特性上、冷房能力より暖房能力の方が大きい。しかも、要求される能力は冷房能力の方が暖房能力より大きいので、要求される暖房能力に比して蒸気圧縮式ヒートポンプ冷凍サイクルシステムの暖房能力が必然的に高くなる。そのため、暖房時に所定温度範囲の上限値を直ちに超えてしまう場合が生じる。また、蒸気圧縮式ヒートポンプ冷凍サイクルシステムでは、圧縮機の保護の観点から所定の停止禁止時間は、暖房運転を継続させる必要がある。
【0006】
本開示は、このような蒸気圧縮式ヒートポンプ冷凍サイクルシステムの特性に鑑みたもので、暖房運転を行う際にも、被空調対象空間の温度を所定温度内に維持することができる空調装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示の第1は、被空調対象空間の温度を所定温度内に維持する空調装置である。空調装置は、被空調対象空間内の空気と被空調対象空間外の空気との間の熱移動で被空調対象空間の冷房を行う沸騰冷却システムと、冷媒を吸入圧縮吐出する圧縮機の運転で、被空調対象空間の冷房及び暖房を行う蒸気圧縮式ヒートポンプ冷凍サイクルシステムとの双方を備えている。
【0008】
そして、沸騰冷却システムと蒸気圧縮式ヒートポンプ冷凍サイクルシステムとはコントローラによって制御され、このコントローラは、蒸気圧縮式ヒートポンプ冷凍サイクルシステムの暖房運転時に空調対象空間の温度が暖房必要温度(暖房停止温度)以上に上昇した際に、圧縮機の運転開始から所定の停止禁止時間は圧縮機の運転を継続して暖房運転を続け、かつ、沸騰冷却システムの冷房運転を行う。
【0009】
一般に、蒸気圧縮式ヒートポンプ冷凍サイクルシステムでは、冷房運転を主に能力を設定するので、例えばリチウムイオン電池のように23度を中心に暖房運転を行う際には、暖房運転能力が過剰となる可能性が高い。そして、温度が高くなりすぎてはリチウムイオン電池の寿命が短縮してしまい望ましくない。そのため、被空調対象空間の温度が暖房必要温度より高くなれば、圧縮機を停止して冷凍サイクルシステムの暖房運転を中止するのが通常である。
【0010】
このように、圧縮機運転後ただちに暖房必要温度以上となる状態が生じ得る。一方で、圧縮機の運転は、圧縮機より吐出した潤滑油が冷凍サイクルを一巡して圧縮機に戻るまで継続しておくことが望ましい。即ち、暖房必要温度に着目すれば、圧縮機の運転を停止するのが望ましいのであるが、圧縮機保護の観点では所定時間は運転を継続する必要がある。
【0011】
そこで、第1の開示では、圧縮機を駆動してから停止禁止時間以内に暖房必要温度以上に昇温した状態では、停止禁止時間が経過するまでは圧縮機の運転を継続して、冷凍サイクルシステムの暖房運転を続ける。一方で、沸騰冷却システムを冷房運転とする。これにより、圧縮機の保護を図りつつ、被空調対象空間の温度が高くなりすぎるのを抑制できる。
【0012】
本件の第2の開示は、冷凍サイクルシステムの暖房運転で、暖房停止温度以上に昇温した際に、停止禁止時間が経過した後に圧縮機を停止させる。その状態で、更に引き続き沸騰冷却システムの冷房運転を所定時間継続する。
【0013】
圧縮機を所定時間運転継続した結果、被空調対象空間の温度は設定温度以上となっており、この状態では、沸騰冷却システムにより被空調対象空間の冷房を引き続き行うのが望まれる。
【0014】
第3の開示では、被空調対象空間の温度に応じて沸騰冷却システムと冷凍サイクルシステムとの運転と以下のように制御する。
【0015】
まず、被空調対象空間の温度が冷房側温度より所定温度以上高い冷房開始温度以上では、蒸気圧縮式ヒートポンプ冷凍サイクルシステムを冷房運転とし、沸騰冷却システムを冷房運転とし、被空調対象空間内の温度が冷房側温度より所定温度以上低い冷房停止温度以下では、蒸気圧縮式ヒートポンプ冷凍サイクルシステムを停止する。
【0016】
そして、被空調対象空間の温度が暖房側温度より所定温度以上低い暖房開始温度以下では、蒸気圧縮式ヒートポンプ冷凍サイクルシステムを暖房運転とし、被空調対象空間の温度が暖房側温度より所定温度以上高い暖房停止温度以上では、蒸気圧縮式ヒートポンプ冷凍サイクルシステムの運転を停止する。
【0017】
かつ、圧縮機の停止禁止時間による制御として、圧縮機を駆動してから停止禁止時間以内に暖房停止状態となったときは、停止禁止時間圧縮機の運転を継続し、かつ、沸騰冷却システムを冷房運転とする。
【0018】
第3の開示では、冷房運転の開始と停止、及び、暖房運転の開始と停止を制御することで、被空調対象空間内の温度を所定温度内に維持することができる。かつ、圧縮機の停止禁止時間内での被空調対象空間内の温度も冷凍サイクルシステムの暖房運転と沸騰冷却システムの冷房運転とを組み合わせることで、所定温度内に維持が可能である。
【0019】
本件の第4の開示は、冷凍サイクルシステムで冷房運転を行う場合にも、圧縮機の保護運転を行う。即ち、冷房運転で圧縮機が駆動してから停止禁止時間以内に被空調対象空間温度が冷房停止温度以下に低下した場合も、停止禁止時間が経過するまで圧縮機の運転を継続する。
【0020】
本件の第5の開示では、沸騰冷却システムの構成を特定している。即ち、被空調対象空間内の空気と熱交換する沸騰システム室内熱交換器、被空調対象空間外の空気と熱交換する沸騰システム室外熱交換器、この沸騰システム室外熱交換器と沸騰システム室内熱交換器とを冷媒の循環が可能に連結する沸騰システム冷媒配管を備える。また、沸騰システム室内熱交換器で熱交換した空気を被空調対象空間に送風する沸騰システム室内送風機、及び、沸騰システム室外熱交換器に被空調対象空間外の空気を送風する沸騰システム室外送風機も備えている。
【0021】
本件の第6の開示では、蒸気圧縮式ヒートポンプ冷凍サイクルシステムの構成を特定している。冷凍サイクルシステムは、冷媒の圧縮を行う圧縮機、冷凍サイクル室内熱交換器、膨張弁、冷凍サイクル室外熱交換器、冷凍サイクル冷媒配管、冷凍サイクル冷媒配管の配置を切り替える切替弁、冷凍サイクル室内送風機、及び、冷凍サイクル室外送風機を備える。
【0022】
第7の開示は、被空調対象空間内の温度に応じて沸騰冷却システムと冷凍サイクルシステムとの運転と以下のように制御する。
【0023】
まず、被空調対象空間内温度が冷房側温度より所定温度以上高い冷房開始温度以上では、沸騰冷却システムが、被空調対象空間外の温度が低い場合、沸騰システム室内送風機と沸騰システム室外送風機に送風して冷房運転とする。まずは、沸騰システムのみで省エネ運転を行う。沸騰システムのみで冷房能力が不足する場合には、切替弁を圧縮機からの吐出冷媒が冷凍サイクル室外熱交換器に向うよう切り替えて、圧縮機を駆動し、冷凍サイクル室内送風機と冷凍サイクル室外送風機を送風する。このようにして、冷凍サイクルシステムを冷房運転とする。
【0024】
次いで、被空調対象空間内温度が冷房側温度より所定温度以上低い冷房停止温度以下となれば、冷凍サイクルシステムの運転を停止する。
【0025】
逆に、被空調対象空間内温度が暖房側温度より所定温度以上低い暖房開始温度以下では、冷凍サイクルシステムを以下の作動として、暖房運転とする。切替弁を圧縮機からの吐出冷媒が冷凍サイクル室内熱交換器に向うよう切り替えて、圧縮機を駆動し、冷凍サイクル室内送風機と冷凍サイクル室外送風機を送風とする。この際、沸騰冷却システムは、被空調対象空間外温度低いので、沸騰システム室外送風機を停止して作動させない。
【0026】
その後、被空調対象空間内温度が暖房側温度より所定温度以上高い暖房停止温度以上となれば、圧縮機を停止して冷凍サイクルシステムの暖房運転を中止する。この制御により、被空調対象空間内の温度を所定温度内に維持する。
【0027】
上述のように、蒸気圧縮式ヒートポンプ冷凍サイクルシステムでは、冷房運転を主に能力を設定するので、暖房運転能力が過剰となる可能性が高い。そのため、圧縮機運転後ただちに設定温度以上となる状態が生じる。一方で、圧縮機保護の観点では所定時間は運転を継続する必要がある。
【0028】
そこで、第7の開示でも、停止禁止時間が経過するまでは圧縮機の運転を継続して、冷凍サイクルシステムの暖房運転を続け、沸騰冷却システムを冷房運転とする。これにより、圧縮機の保護を図りつつ、被空調対象空間内温度が高くなりすぎるのを抑制できる。
【0029】
本開示の第8は、冷凍サイクルシステムの冷房運転から暖房運転の切り替え時の圧縮機の保護を行う。即ち、冷房運転が終了して圧縮機を停止してから所定時間以内に暖房開始状態となった場合は、切替弁の切り替え及び圧縮機の駆動を所定時間が経過するまでは行わない。
【0030】
本件の第9の開示は、冷凍サイクルシステムが、暖房運転から冷房運転の切り替わる時の圧縮機の保護である。この場合も、暖房運転が終了して圧縮機を停止してから所定時間以内に冷房開始状態となった場合は、切替弁の切り替え及び圧縮機の駆動を所定時間行わない。
(【0031】以降は省略されています)

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