JP2004125310A - Air conditioner - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、空気調和装置、特に熱源機の故障時に、早期に空調機能を復旧することができる空気調和装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の空気調和装置は、周知のように、熱源機と、これに接続された1台または複数台の室内機とから冷媒回路を構成して冷暖房を行ない、大形の建物や被空調空間が大きい場合には、熱源機を複数台設け、各熱源機に対応して複数の冷媒回路を設置することが多かった。(例えば、特許文献1参照)
【0003】
【特許文献1】
特開平7−167519号公報(段落0039、図3)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来の空気調和装置において、熱源機には、冷媒回路の冷凍サイクルを稼動するために必要な圧縮機、送風機、そして、流路開閉弁などの可動機器の他、制御器などの機器が設置されているが、万一それらの機器のいずれかに異常が発生し運転不能となった場合には、異常の発生した冷媒回路に接続された室内機は熱源機の故障が修理されるまで運転不能となる。特に、冷媒に直接接触する部品が故障すると、一旦冷媒を回路から回収し、故障の解除後、再度配管内を真空状態にして冷媒を再封入する必要があり、それらの作業に長時間を要するという問題点があった。このような冷媒に直接接する部品には、可動部品の他に、熱交換器や圧力センサーなども含まれる。
一方、空調用途によっては、長時間にわたって運転不能となる状況が許容されない場合があり、熱源機の故障に際して、いかに早く空調機能を回復させるかが重要な問題である。通常は故障に備えてバックアップ用の予備空調システムを設けている場合が多いが、この場合には、熱源機と室内機を含めた冷媒回路一式を予備として備えるため、倍の費用が必要で経済的負担が大になるという問題点があった。
【0005】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、上述のような復旧に長時間を要する不具合は、可動部品である圧縮機などの故障に起因することが多いという事実を踏まえて予備熱源機を備えた経済的な空気調和装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る空気調和装置は、熱源機と、この熱源機と共に冷媒回路を構成する1台または複数台の室内機を有する空気調和装置において、予備熱源機を設けると共に、上記冷媒回路に対して上記熱源機と予備熱源機とを選択的に切り替え接続し得る切り替え手段を設けたものである。
【0007】
また、熱源機と、この熱源機に接続された1台または複数台の室内機とを有する冷媒回路を複数系統備えた空気調和装置において、予備熱源機を設けると共に、上記各冷媒回路の熱源機と上記予備熱源機とを切り替え接続し、上記予備熱源機を上記各冷媒回路のいずれかの熱源機に代えて接続し得るようにした切り替え手段を設けたものである。
【0008】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1を図にもとづいて説明する。図1は、実施の形態1の構成を示す冷媒回路システム図である。この図は、冷媒回路を3系統並設して空気調和装置を構成した例を示している。即ち、3台の熱源機1a、1b、1cと、3台の室内機2a、2b、2cとをそれぞれ冷媒配管3a、3b、3cによって結合し、3系統の冷媒回路を形成している。具体的には、熱源機1aと室内機2a、熱源機1bと室内機2b、熱源機1cと室内機2cの組合せでそれぞれ冷媒回路を構成している。熱源機と室内機との間を結合する冷媒配管は、通常は、熱源機からの往路、復路各1本の計2本あるいは往路2本、復路1本の計3本から構成されているが、図ではこれらを1本の線で示している。また、各冷媒配管3a、3b、3cには開閉弁4a、4b、4cをそれぞれ接続すると共に、別の開閉弁5a、5b、5cを介して分岐配管6a、6b、6cが結合され、各分岐配管の合流部7に予備熱源機8が接続されている。なお、各開閉弁4a、4b、4c及び5a、5b、5cは切り替え手段である分岐ユニット9に収容されている。
【0009】
このような構成において、通常の運転時には開閉弁4a、4b、4cが開、開閉弁5a、5b、5cが閉の状態にあり、熱源機1aと室内機2a、熱源機1bと室内機2b、熱源機1cと室内機2cがそれぞれ、冷媒配管3a、3b、3cによって結合され、各冷媒回路ごとに空調が行なわれる。この場合、予備熱源機8は冷媒回路から切り離されている。ここで、何らかの原因によって熱源機1aが故障した場合には、開閉弁4aを閉、開閉弁5aを開にする。
この結果、予備熱源機8が分岐配管6a及び冷媒配管3aを経て室内機2aに結合されて冷媒回路を形成し、熱源機1aは冷媒回路から切り離される。即ち、故障の熱源機1aに代わって予備熱源機8が運転され、わずかの切り替え時間を要するだけで室内機2aを含む冷媒回路の空調機能が復旧する。熱源機1bが故障した場合は、開閉弁4bを閉、開閉弁5bを開とすることにより、また、熱源機1cが故障した場合は、開閉弁4cを閉、開閉弁5cを開とすることにより、同様に予備熱源機8と切り替え接続することができる。
【0010】
このように、開閉弁を使って冷媒回路の切り替えを行なうことにより、熱源機1a、1b、1cのいずれかに万一故障が発生した場合でも、予備熱源機8による空調の復旧が可能となる。また、複数の冷媒回路システムに対して1台の予備熱源機で万一の事態に対応できるため、安全で経済的な空気調和装置を得ることが可能となる。なお、図1では冷媒回路が3系統の例を示したが、これより少ない系統数、あるいは多い系統数でも同様に実施することができる。
【0011】
実施の形態2.
次に、この発明の実施の形態2を図にもとづいて説明する。図2は、実施の形態2の構成を示す冷媒回路システム図である。この図において、図1と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。図1と異なる点は、分岐ユニット9内の切り替え手段として任意の2方向の流路を導通できる三方弁10a、10b、10cを設けた点である。このような構成において、各三方弁10a、10b、10cは、常時は熱源機1aと室内機2a、熱源機1bと室内機2b、熱源機1cと室内機2cの回路をそれぞれ導通させて空調動作を行なうが、例えば熱源機1aが故障した場合は、三方弁10aを切り替えて分岐配管6aと室内機2a側の配管3aとが導通するようにすることにより、予備熱源機8と室内機2aの回路を導通させ、熱源機を1aから予備熱源機8に切り替えて室内機2aを含む冷媒回路の空調機能を復旧することができる。この実施の形態の特徴は、上述の予備熱源機への切り替えによる空調機能の復旧に加えて、予備熱源機8に切り替えた状態で更に、予備熱源機8も故障した場合に、他の2台の熱源機1b、1cによるバックアップ運転が可能になる点である。
【0012】
予備熱源機8と室内機2aが導通している状態では、三方弁10bは熱源機1bと室内機2bの回路を導通させており、三方弁10cは熱源機1cと室内機2cの間を導通させている。この状態で予備熱源機8が故障した場合は、室内機2aの空調対象と例えば室内機2bの空調対象の優先度をチェックし、室内機2aの空調対象の方が優先度が高い場合には、三方弁10bの流路を切り替えて分岐配管6bと熱源機1b側の配管3bとを導通させる。この結果、熱源機1bは三方弁10bから分岐配管6b、合流部7及び分岐配管6aを経て室内機2aに接続され、室内機2aの空調動作を復旧させる。
このように、切り替え装置として各冷媒回路に三方弁を設けることにより、熱源機故障時の予備熱源機によるバックアップ運転を行なうことが可能となる他、切り替え装置の組み合わせによって予備熱源機故障時の他の冷媒回路の熱源機によるバックアップも可能になり安全性と経済性に優れた空気調和システムが実現できるものである。
【0013】
実施の形態3.
次に、この発明の実施の形態3を図にもとづいて説明する。図3は、実施の形態3の構成を示す冷媒回路システム図である。この図において、図2と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。図2と異なる点は、各熱源機ごとに独立した別個の分岐ユニット9a、9b、9cを設け、これらをそれぞれ各熱源機1a、1b、1cに対応させて個別に設置するようにした点である。
このように、切り替え装置である分岐ユニット9a、9b、9cを熱源機ごとに分離して設置することにより、冷媒回路系統の増設に対応しやすくなる。即ち、増設された冷媒回路の熱源機ごとに個別の分岐ユニット9a等を設置し、その分岐配管6a等を合流部7に接続して予備熱源機8と接続するだけで任意にバックアップ用の予備熱源機8を利用することが可能となり、より自由度の高い空調システム設計を行なうことが可能となる。
【0014】
実施の形態4.
次に、この発明の実施の形態4を図にもとづいて説明する。図4は、実施の形態4における空調システムの制御ブロック図で、図1の冷媒回路システムに対応するものである。即ち、図4において、制御器11a、11b、11cはそれぞれ熱源機1a、1b、1cに搭載された制御器であり、制御器12a、12b、12cはそれぞれ室内機2a、2b、2cに搭載された制御器で、これらは伝送線13a、13b、13cにより接続されている。また、制御器14は分岐ユニット9に搭載された制御器であり、開閉弁4a、4b、4c、5a、5b、5cの開閉動作を制御する。また、制御器11a、11b、11cと制御器14とは伝送線15により接続されている。
【0015】
次に、この実施の形態による制御アルゴリズムを図5のフローチャートを用いて説明する。ステップS1で運転を開始する。このとき、冷媒回路は図1に示すように、3系統あるが、図では熱源機1aの1系統についてのみ説明する。
他の系統についても同様である。また、熱源機1a、1b、1cはすべて最大空調能力として例えば冷房能力28kWの容量をもち、室内機2a、2b、2cも同じく28kWの冷房能力を有し、予備熱源機8は、56kWの冷房能力を有するものとする。
ステップS2で熱源機1aの運転不能となる異常が発生したかどうかを判断する。異常が発生していなければステップS3に進み、運転を継続させる。
熱源機1aで異常が発生している場合には、ステップS4に進み、制御器11aは制御器14に対し熱源機1aが継続運転不能な異常状態になったことを知らせる送信を行なう。
【0016】
制御器14は、異常信号を受信した場合に、ステップS5で異常となったシステムの構成、ここでは熱源機1aにつながる室内機2aの台数などの情報を制御器11aに対して検索要求を出す。そしてステップS6で異常システム室内機の存在(制御器12aの存在)を認識する。次に、ステップS7において、室内機2aを運転保留状態とする。これは熱源機1aが異常状態であるなかで、予備熱源機8を用いた冷媒回路への切り替えが完了するまでは室内機2aの運転信号が新たな不具合を誘発しないようにするためである。次に、制御器14は、ステップS8で室内機2aの冷凍サイクルとしての容量を確認する。
ここでいう容量とは、熱交換器の大きさや送風量などから決定される大きさのことである。制御器12aにはその室内機2aの容量を示す数値が設定されているため、その数値から室内容量を判断する。そして、その室内容量が予備熱源機8によって賄える大きさかどうかを判断する。
【0017】
熱源機1aだけの故障の場合には、予備熱源機8の容量が56kWであり、室内機2aの容量28kWより大きいため、ステップS9に進む。予備熱源機8の容量不足でステップS10に進む場合は、複数の熱源機が故障し、故障した熱源機の容量の合計が予備熱源機8の容量を超えた場合である。このため制御器14は故障した系統の室内機の容量であるバックアップ中の室内機容量を記憶している。この容量判定のアルゴリズムを図6のフローチャートに示す。ステップS18中のΣQjは予備熱源機により運転する室内機の容量の合計値、ステップS17及びS18のΣQj0は既に他の熱源機が故障して、予備熱源機により運転を行なっていた室内機の合計容量、△ΣQjは今回あらたに故障した熱源機1aの室内機2aの容量である。ステップS19で予備熱源機によって運転する室内機の容量合計値が過大と判断された場合は、ステップS21で室内機2aの運転を保留して図5のステップS10へ進み、過大でない場合にはステップS20で図5のステップS9へ進む。
【0018】
また、図5のステップS8で故障した熱源機1aにつながる室内機2aの容量が小さい(予備熱源機8で運転が補填できる)と判断した場合にはステップS9に進み、熱源機1aの系統に位置する開閉弁4aを閉じ、次に、ステップS11で開閉弁5aを開くことにより冷媒回路が室内機2aと予備熱源機8との間で構成されるように切り替えて室内機2aが運転可能な状態とし、ステップS12で室内機2aでの空調を許可し、ステップS13で切り替えを完了する。
このように、熱源機1aで異常が発生し、運転不能になった場合でも自動的に予備熱源機8への切り替えを行なうことで安定した空調を継続することが可能となり、信頼性の高い空調システムとすることが可能となる。
また、予備熱源機8の容量を他の熱源機の容量より大きくしておくことで、いずれの冷媒回路の熱源機が故障しても必要な空調能力を損なうことがなく、また、複数の冷媒回路の熱源機が故障した場合でも実際の空調負荷が予備熱源機の容量の範囲であれば1台の予備熱源機で十分まかなえるため経済性に優れた空気調和システムとすることが可能となる。
【0019】
なお、図5のフローチャートでは、ステップS8にて予備熱源機8の最大容量と異常の発生したシステムの室内機容量との比較を行なっているが、故障時に僅かでも空調能力を確保することが必要な場合には、ステップS8の容量確認を行なわず、常に開閉弁を開くステップS9に進めることもできる。図7のフローチャートは、これを示すものでステップS8の前にステップS14を設定して容量制限の有無を確認し、上述のように、容量に関係なく運転する必要がある場合には、ステップS8をバイパスしてステップS9に進むようにしたものである。
その他のステップは図5と同じであるため説明を省略する。なお、ステップS14での容量制限の有無の判断は、予め制御器14に容量制限の有無の選択を設定できる機能(スイッチによる切り替えなど)を持たせておくことにより実現できる。
なお、予備熱源機への切替は、制御器11aが自ら異常状態を制御器14へ伝えているが、制御器11a自体が故障し、異常状態を制御器14へ伝えられない場合も考えられる。
こうした場合に備え、制御器14は、制御器11a、11b、11cの状態を監視し、制御器11a、11b、11cが異常状態であると判断した場合には、制御器14が自らの判断で予備熱源機への切り替えを行う機能を有することで、故障判定範囲を広げることができる。
制御器11a、11b、11cの状態を監視する方法として、定期的に制御器14から制御器11a、11b、11cに対して、正常か異常かを確認する信号を送信し、その信号に応じて、制御器11a、11b、11cから応答があるかどうかで判断する方法が挙げられる。もしくは制御器11a、11b、11cがそれぞれの室内機の制御器12a、12b、12cとの制御情報の送受信状態を監視することで、制御器11a、11b、11cの正常、異常を判断することも考えられる。
【0020】
【発明の効果】
この発明に係る空気調和装置は、熱源機と、この熱源機と共に冷媒回路を構成する1台または複数台の室内機を有する空気調和装置において、予備熱源機を設けると共に、上記冷媒回路に対して上記熱源機と予備熱源機とを選択的に切り替え接続し得る切り替え手段を設けたものであるため、熱源機で故障が発生した場合には、予備熱源機によって空調を復旧することができる。
【0021】
また、熱源機と、この熱源機に接続された1台または複数台の室内機とを有する冷媒回路を複数系統備えた空気調和装置において、予備熱源機を設けると共に、上記各冷媒回路の熱源機と上記予備熱源機とを切り替え接続し、上記予備熱源機を上記各冷媒回路のいずれかの熱源機に代えて接続し得るようにした切り替え手段を設けたものであるため、いずれの冷媒回路で熱源機が運転不能となる事態が発生しても、予備熱源機もしくは他の冷媒回路の熱源機による代替運転の対応ができるため、経済的である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1の構成を示す冷媒回路システム図である。
【図2】この発明の実施の形態2の構成を示す冷媒回路システム図である。
【図3】この発明の実施の形態3の構成を示す冷媒回路システム図である。
【図4】この発明の実施の形態4における空調システムの制御ブロック図である。
【図5】実施の形態4による制御アルゴリズムを示すフローチャートである。
【図6】実施の形態4による容量判定のアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図7】実施の形態4において容量確認を行なわない場合の制御アルゴリズムを示すフローチャートである。
【符号の説明】
1a、1b、1c 熱源機、 2a、2b、2c 室内機、
3a、3b、3c 配管、 4a、4b、4c 開閉弁、
5a、5b、5c 開閉弁、 8 予備熱源機、 9 分岐ユニット、
10a、10b、10c 三方弁。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
BACKGROUND OF THE
[0002]
[Prior art]
As is well known, a conventional air conditioner performs cooling and heating by forming a refrigerant circuit from a heat source unit and one or more indoor units connected to the heat source unit. In the case of a large size, a plurality of heat source units are often provided, and a plurality of refrigerant circuits are provided for each heat source unit. (For example, see Patent Document 1)
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-7-167519 (paragraph 0039, FIG. 3)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In a conventional air conditioner, a heat source unit is provided with a compressor, a blower, and movable devices such as a flow path on-off valve, as well as devices such as a controller, necessary for operating a refrigeration cycle of a refrigerant circuit. However, in the unlikely event that any of these devices fails and becomes inoperable, the indoor unit connected to the failed refrigerant circuit will not be able to operate until the heat source unit is repaired. It becomes. In particular, when a component that directly contacts the refrigerant breaks down, it is necessary to collect the refrigerant once from the circuit, release the failure, and then re-enclose the refrigerant by evacuating the piping again, which takes a long time. There was a problem. The parts that are in direct contact with the refrigerant include a heat exchanger and a pressure sensor in addition to the movable parts.
On the other hand, depending on the application of the air conditioner, a situation in which the operation cannot be performed for a long time may not be tolerated, and it is an important problem how to quickly recover the air conditioning function when the heat source unit fails. Usually, a backup air conditioning system for backup is provided in case of failure, but in this case, a complete refrigerant circuit including a heat source unit and indoor units is provided as a spare, so double cost is required and economical There was a problem that the target burden became large.
[0005]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and the fact that the above-described problem that requires a long time for recovery is often caused by a failure of a movable component such as a compressor. In view of the above, an object is to provide an economical air conditioner equipped with a standby heat source unit.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
An air conditioner according to the present invention provides an air conditioner having a heat source unit and one or more indoor units that constitute a refrigerant circuit together with the heat source unit. There is provided switching means for selectively switching and connecting the heat source device and the standby heat source device.
[0007]
Further, in an air conditioner provided with a plurality of refrigerant circuits each having a heat source unit and one or a plurality of indoor units connected to the heat source unit, a spare heat source unit is provided, and a heat source unit of each of the refrigerant circuits is provided. And a spare heat source unit, and a switching means for connecting the spare heat source unit to any one of the heat source units of the refrigerant circuits.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a refrigerant circuit system diagram showing the configuration of the first embodiment. This figure shows an example in which three refrigerant circuits are juxtaposed to constitute an air conditioner. That is, the three
[0009]
In such a configuration, the on-off
As a result, the preliminary
[0010]
In this way, by switching the refrigerant circuit using the on-off valve, even if a failure occurs in any of the
[0011]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a refrigerant circuit system diagram showing the configuration of the second embodiment. In this figure, the same or corresponding parts as those in FIG. The difference from FIG. 1 is that three-
[0012]
When the preliminary
As described above, by providing the three-way valve in each refrigerant circuit as a switching device, it is possible to perform the backup operation by the spare heat source device when the heat source device fails, and to perform other operations by the combination of the switching devices when the spare heat source device fails. The backup of the refrigerant circuit by the heat source device is also possible, and an air conditioning system excellent in safety and economy can be realized.
[0013]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a refrigerant circuit system diagram showing the configuration of the third embodiment. In this figure, the same or corresponding parts as those in FIG. The difference from FIG. 2 is that separate and
As described above, by separately installing the
[0014]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a control block diagram of an air conditioning system according to
[0015]
Next, a control algorithm according to this embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. The operation is started in step S1. At this time, there are three refrigerant circuits as shown in FIG. 1, but only one system of the
The same applies to other systems. The
In step S2, it is determined whether or not an abnormality that causes the
If an abnormality has occurred in the
[0016]
When the
The capacity referred to here is a size determined from the size of the heat exchanger, the amount of air blow, and the like. Since a numerical value indicating the capacity of the
[0017]
If only the
[0018]
If it is determined in step S8 in FIG. 5 that the capacity of the
As described above, even when an abnormality occurs in the
Further, by making the capacity of the spare
[0019]
In the flowchart of FIG. 5, the maximum capacity of the spare
The other steps are the same as those in FIG. The determination of the presence or absence of the capacity limitation in step S14 can be realized by providing the
When switching to the standby heat source unit, the controller 11a transmits the abnormal state to the
In preparation for such a case, the
As a method of monitoring the states of the controllers 11a, 11b, and 11c, a signal for confirming whether the controller is normal or abnormal is periodically transmitted from the
[0020]
【The invention's effect】
An air conditioner according to the present invention provides an air conditioner having a heat source unit and one or more indoor units that constitute a refrigerant circuit together with the heat source unit. Since the switching means for selectively switching and connecting the heat source device and the spare heat source device is provided, if a failure occurs in the heat source device, air conditioning can be restored by the spare heat source device.
[0021]
Further, in an air conditioner provided with a plurality of refrigerant circuits each having a heat source unit and one or a plurality of indoor units connected to the heat source unit, a spare heat source unit is provided, and a heat source unit of each of the refrigerant circuits is provided. And the spare heat source device is switched and connected, and the spare heat source device is provided with a switching means that can be connected in place of any one of the heat source devices of the respective refrigerant circuits. Even if a situation where the heat source unit becomes inoperable occurs, it is economical because a substitute heat source unit or a heat source unit of another refrigerant circuit can perform alternative operation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a refrigerant circuit system diagram showing a configuration of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a refrigerant circuit system diagram showing a configuration of a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a refrigerant circuit system diagram showing a configuration of a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a control block diagram of an air conditioning system according to
FIG. 5 is a flowchart showing a control algorithm according to a fourth embodiment.
FIG. 6 is a flowchart illustrating an algorithm of capacity determination according to the fourth embodiment.
FIG. 7 is a flowchart showing a control algorithm when capacity confirmation is not performed in the fourth embodiment.
[Explanation of symbols]
1a, 1b, 1c heat source unit, 2a, 2b, 2c indoor unit,
3a, 3b, 3c piping, 4a, 4b, 4c on-off valve,
5a, 5b, 5c open / close valve, 8 preliminary heat source unit, 9 branch unit,
10a, 10b, 10c Three-way valve.
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