JP2009079813A - 熱源側ユニット、空気調和装置、および、空気調和システム - Google Patents

Abstract

【課題】空気調和装置において熱源が低温である場合も十分な暖房能力を発揮できるようにし、熱交換器における凍結等の発生を防止する。
【解決手段】冷媒を圧縮する圧縮機４１をガスエンジン４２により駆動する空気調和装置１０は、熱源側ユニットとしての室外機４に、冷媒と外部から供給される熱源としての循環水とを熱交換させる室外熱交換器５１、５２と、室外熱交換器５２の排熱と冷媒とを熱交換させる補助熱交換器４９と、室外熱交換器５１、５２を通さず補助熱交換器４９に冷媒を流すバイパス管６０とを設け、マイコン４０Ａにより、暖房運転時に熱源が低温である場合に、バイパス管６０を通して補助熱交換器４９に冷媒を流すよう制御を行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、空気調和装置の熱源側ユニット、空気調和装置、および、この空気調和装置を含む空気調和システムに関する。

ヒートポンプ式の空気調和装置は、水や空気など様々な熱源を利用して被調和室の冷房や暖房を行う。例えば、空気を熱源として利用する空気熱交換器を備え、冷房運転時には空気熱交換器に散水することで冷媒凝縮温度を低下させる空気調和機の室外ユニットが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−２０１５７３号公報

ところで、ヒートポンプ式の空気調和装置において暖房運転を行わせる場合に、熱源の温度が低温である場合には、蒸発器として機能すべき熱源側熱交換器において冷媒の蒸発が不十分になる可能性がある。また、低温の熱源から冷媒が熱を奪うことで、熱源がさらに低温となるため、熱源側熱交換器における凍結や着霜等が懸念される。
そこで本発明は、空気調和装置において熱源が低温である場合も十分な暖房能力を発揮できるようにし、熱交換器における凍結等の発生を防止することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、冷媒を圧縮する圧縮機をエンジンにより駆動する空気調和装置の熱源側ユニットにおいて、外部から供給される熱源と前記冷媒とを熱交換させる熱源側熱交換器と、前記エンジンの排熱と前記冷媒とを熱交換させる補助熱交換器と、前記熱源側熱交換器を通さず前記補助熱交換器に前記冷媒を流すバイパス管とを設け、暖房運転時に前記熱源が低温である場合に、前記バイパス管を通して前記補助熱交換器に前記冷媒を流すよう制御を行う制御部を備えたこと、を特徴とする。
この構成によれば、冷媒を圧縮する圧縮機をエンジンにより駆動する空気調和装置の熱源側ユニットにおいて、暖房運転時に熱源が低温である場合に、冷媒を、熱源側熱交換器を通さずにバイパス管を通して補助熱交換器に流して、冷媒とエンジンの排熱とを熱交換させる。これにより、冷媒を十分に蒸発させて暖房運転を行うことが可能であり、かつ、低温の熱源から熱を奪わないので熱源側熱交換器における凍結や着霜等を防止できる。

上記構成において、前記熱源側熱交換器は、外部から供給される熱源水と前記冷媒とを熱交換させるものであり、前記制御部は、前記熱源側熱交換器の前記熱源水の入口および出口の少なくとも一方における前記熱源水の温度に基づいて、前記バイパス管を通して前記補助熱交換器に前記冷媒を流すよう制御するものとしてもよい。
この場合、暖房運転時に、熱源側熱交換器に供給される熱源水の温度に基づいて、バイパス管を通して補助熱交換器に冷媒を流し、エンジンの排熱と冷媒とを熱交換させる。これにより、暖房運転時に熱源水が低温である場合に、冷媒を十分に蒸発させて暖房運転を行うことが可能であり、かつ、低温の熱源水から熱を奪わないので熱源側熱交換器における熱源水の凍結を防止できる。

上記構成において、前記補助熱交換器は、前記エンジンを冷却すべく循環されるエンジン冷却水と、前記冷媒とを熱交換させる水熱交換器としてもよい。
この場合、エンジン冷却水と冷媒とを熱交換させる水熱交換器を用いることにより、暖房運転時に熱源が低温であっても暖房運転可能で、熱源側熱交換器における凍結や着霜等を防止できる熱源ユニットを、例えばプレート式の水熱交換器等を用いて、容易に実現できる。

上記構成において、前記制御部の制御に従って、前記バイパス管と前記熱源側熱交換器とに前記冷媒を調整可能な比率で分配する比例弁を備えた構成としてもよい。
この場合、熱源側熱交換器を流れる冷媒と、熱源側熱交換器を通らずに補助熱交換器に流れる冷媒との比率（割合）を変更可能な比例弁を用いることで、熱源側熱交換器と補助熱交換器とにおける熱交換をきめ細かく制御できる。これにより、暖房運転時に熱源が低温である場合に、熱源側熱交換器において凍結や着霜等を発生させず、かつ、暖房能力への影響が最小限に留まるように制御を行うことが可能となる。

また、上記課題を解決するため、本発明の空気調和装置は、エンジンにより圧縮機を駆動して冷媒を圧縮する熱源側ユニットを含んで構成される空気調和装置において、前記熱源側ユニットは、外部から供給される熱源と前記冷媒とを熱交換させる熱源側熱交換器と、前記エンジンの排熱と前記冷媒とを熱交換させる補助熱交換器と、前記熱源側熱交換器を通さず前記補助熱交換器に前記冷媒を流すバイパス管とを設け、暖房運転時に前記熱源が低温である場合に、前記バイパス管を通して前記補助熱交換器に前記冷媒を流すよう制御を行う制御部を備えたこと、を特徴とする。
この構成によれば、冷媒を圧縮する圧縮機をエンジンにより駆動する空気調和装置の熱源側ユニットにおいて、暖房運転時に熱源が低温である場合に、冷媒を、熱源側熱交換器を通さずにバイパス管を通して補助熱交換器に流して、冷媒とエンジンの排熱とを熱交換させる。これにより、冷媒を十分に蒸発させて暖房運転を行うことが可能であり、かつ、低温の熱源から熱を奪わないので熱源側熱交換器における凍結や着霜等を防止できる。

また、上記課題を解決するため、本発明の空気調和システムは、エンジンにより圧縮機を駆動して冷媒を圧縮する熱源側ユニットを備えた複数の空気調和装置と、前記複数の空気調和装置に熱源水を供給する熱源水供給部と、を備え、前記空気調和装置の前記熱源側ユニットに、前記冷媒と前記熱源水とを熱交換させる熱源側熱交換器と、前記エンジンの排熱と前記冷媒とを熱交換させる補助熱交換器と、前記熱源側熱交換器を通さず前記補助熱交換器に前記冷媒を流すバイパス管とを設け、暖房運転時に前記熱源水が低温である場合に、前記バイパス管を通して前記補助熱交換器に前記冷媒を流すよう制御を行う制御部を設けたこと、を特徴とする。
この構成によれば、冷媒を圧縮する圧縮機をエンジンにより駆動する空気調和装置に熱源として熱源水を供給する空気調和システムにおいて、暖房運転時に熱源水が低温である場合に、冷媒を、熱源側熱交換器を通さずにバイパス管を通して補助熱交換器に流して、冷媒とエンジンの排熱とを熱交換させる。これにより、熱源水が低温であっても冷媒を十分に蒸発させて暖房運転を行うことができ、かつ、低温の熱源水から熱を奪わないので熱源側熱交換器における熱源水の凍結を防止できる。

本発明によれば、暖房運転時に熱源側ユニットの熱源が低温であっても、暖房運転を行うことができ、熱源側熱交換器における凍結や着霜等を防止できる。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明を適用した空気調和システム１の設置状態の例を示す図である。
空気調和システム１は、例えば図１に示すように、建物２００の各所に設置された複数の空気調和装置を接続して構成される。空気調和システム１は、例えば建物２００の屋上等に設置された１台または少数の冷却塔２を含む。この冷却塔２は、循環水供給管２０を介して、例えば建物のフロア毎に設置された複数の空気調和装置の室外機４に対し、熱源水としての循環水を供給する。循環水供給管２０を介して空気調和装置１０に供給される循環水は、各々の室外機４において熱源として用いられる。
この構成では、各室外機４が空気を熱源として用いる室外機のような送風ファンを備えておらず、熱交換された温風や冷風を吹き出さない。このため、図１に示すように建物が密接した場所に多数の室外機４を配設しても、温風や冷風を吹き出すことで周囲の気温に影響を与える問題や、排気音に関する問題がない。また、室外機４の設置場所において排気のショートカット等の問題を生じないため、狭いベランダ（バルコニー）等においても問題なく室外機４を設置できる。

図２は、空気調和システム１の構成を示す図である。
この図２に示すように、空気調和システム１は、冷却塔２が循環水を供給する循環水供給管２０に、複数台（図２の例では４台）の空気調和装置１０を接続した構成となっている。各々の空気調和装置１０は、被調和室の空気調和を行う利用側ユニットとしての室内機７と、ベランダ等に設置される熱源側ユニットとしての室外機４とを備えている。室外機４と室内機７との間には、冷媒を循環させるための冷媒配管１１、１２、および、各種制御情報等を送受信するための通信線１３が配設されている。

室外機４は、後述するようにガスエンジン４２（図３）を用いて圧縮機４１（図３）を駆動するエンジン駆動型の室外機である。このため、室外機４には、建物のガス配管設備（図示略）からガスエンジン４２に燃料のガスを供給するガス供給管１４が接続されている。また、室外機４は、電力供給ライン１５を介して、室外機４が備える弁等を駆動するための電力の供給を受ける構成となっている。さらに、室外機４には、室内機７や室外機４が備える熱交換器で生じたドレン水を排水するためのドレン水排出管１６が接続されている。

冷却塔２から延びる循環水供給管２０は、冷却塔２から空気調和装置１０へ循環水を送るための循環水送り管２０Ａと、空気調和装置１０から冷却塔２へ循環水を戻す循環水戻り管２０Ｂとにより構成される。各々の空気調和装置１０は、循環水送り管２０Ａおよび循環水戻り管２０Ｂに並列に接続されており、循環水送り管２０Ａから各空気調和装置１０に延びる管には、それぞれ開閉弁２３が配設され、各空気調和装置１０から循環水戻り管２０Ｂにつながる管にはそれぞれ開閉弁２４が配設されている。これら開閉弁２３、２４は、例えば空気調和装置１０のメンテナンス時に循環水の流出を防ぐために閉鎖される等の場合を除き、通常は開かれている。

冷却塔２は、循環水供給管２０に連通するコイル（図示略）に水を散布することによって、コイル内を流れる循環水を冷却する冷却塔である。ここで、冷却塔２は密閉式の冷却塔であり、循環水供給管２０および循環水供給管２０に連通するコイルは密閉された管路を構成し、コイルに散布される水は循環水とは別の散布水である。このため、循環水供給管２０を介して空気調和装置１０に供給される循環水には異物等が混入しない。また、冷却塔２には、寒冷時に循環水供給管２０を循環する循環水を加熱・加温するための凍結防止ヒータ２７が配設されている。
そして、冷却塔２から各々の空気調和装置１０へ循環水を送る循環水送り管２０Ａには、冷却塔２において冷却された循環水を送出するポンプ２１と、冷却塔２から送出される循環水の流動状態を検出するフローセンサ２２とが配設されている。さらに、循環水送り管２０Ａには余分の循環水を貯留する循環水タンク２６が配設されており、この循環水タンク２６によって循環水供給管２０内の循環水の量が適切な量に保たれる。

冷却塔２および各々の空気調和装置１０は、制御装置用通信線８１を介して制御装置８に接続されている。制御装置８は、空気調和システム１において循環水に係る全体的な動作を制御する装置であり、ポンプ２１に信号線８３を介して接続され、フローセンサ２２には信号線８４を介して接続される。また、循環水送り管２０Ａには循環水の温度を検出する循環水温センサ２５が配設され、この循環水温センサ２５が検出した温度を示す信号が、信号線８５を介して制御装置８に出力される。

制御装置８は、各々の空気調和装置１０および冷却塔２との間で各種信号を送受信し、例えば、いずれかの空気調和装置１０から後述する冷却塔運転信号を受信した場合に、この信号に応答して冷却塔２およびポンプ２１を動作させる。ここで、既に冷却塔２およびポンプ２１が稼働中である場合は、そのまま稼働させる。そして制御装置８は、循環水が供給されていることを示すポンプインターロック信号を空気調和装置１０へ送信する。ポンプインターロック信号は、冷却塔２およびポンプ２１が稼働中で、かつ、フローセンサ２２により循環水の流れが検出された場合に、制御装置８が生成して出力する。

また、制御装置８は、循環水温センサ２５が検出した温度が予め設定された温度より低い場合には、ポンプ２１を動作させ、冷却塔２における散布水の散布を停止させ、冷却塔２内の凍結防止ヒータ２７を動作させて、循環水の凍結を防止する。ここで、循環水温センサ２５の検出値が設定された温度より低いままである場合、制御装置８は、空気調和装置１０に対して強制インターロック信号を送出し、各々の空気調和装置１０に対してエンジンを動作させるよう要求することも可能である。

図３は、空気調和装置１０の構成を示す図である。この図３には、参考のため、冷却塔２を図示する。また、図３の冷媒流通経路における実線は暖房時の冷媒の流れを示し、破線は冷房時の冷媒の流れを示す。
室外機４は、冷媒を圧縮する圧縮機４１と、圧縮機４１を駆動するガスエンジン４２とを備え、ガスエンジン４２と圧縮機４１とはクラッチ４３を介して連結されている。
圧縮機４１の吸込管および吐出管は四方弁５０に連結され、四方弁５０には、冷媒配管１２を介して室内機７が備える室内熱交換器７１の一端が接続されている。また、室内熱交換器７１の他端は、冷媒配管１１を介して、レシーバタンク５３に接続され、レシーバタンク５３は、熱源側熱交換器としての室外熱交換器５１、５２の一端に接続され、室外熱交換器５１、５２の他端は四方弁５０に接続される。

室外熱交換器５１、５２の両端につながる冷媒管には、室外熱交換器５１、５２をバイパスするバイパス管６０が設けられている。バイパス管６０の一端は、レシーバタンク５３と室外熱交換器５１とをつなぐ冷媒管上の分岐部６０Ａに接続され、バイパス管６０の他端は、室外熱交換器５２と四方弁５０とをつなぐ冷媒管上の分岐部６０Ｂに接続される。バイパス管６０には弁６１が配設され、分岐部６０Ａと室外熱交換器５１との間には弁６２が配設されている。このため、弁６１と弁６２の開度を調整することで、バイパス管６０へ流れる冷媒の量と室外熱交換器５１、５２へ流れる冷媒の量とを調整できる。この冷媒の量の調整では、冷媒の流量の比が０：１００〜１００：０の範囲、すなわち、冷媒の全量をバイパス管６０に流す状態と、全量を室外熱交換器５１、５２に流す状態との間で、任意に調整できる。

室外熱交換器５１、５２は直列に接続された２個の熱交換器であり、レシーバタンク５３から室外熱交換器５１に流入した冷媒は室外熱交換器５２を通って四方弁５０に流れ、室外熱交換器５２に流入した冷媒は室外熱交換器５１を通ってレシーバタンク５３に流れる。室外熱交換器５１、５２は循環水供給管６３に並列に接続されており、循環水供給管６３から供給される循環水と、冷媒との熱交換を行わせる水熱交換器であって、例えばプレート式熱交換器として構成される。

詳細には、冷却塔２から延びる循環水送り管２０Ａに接続された循環水供給管６３は、室外熱交換器５１に循環水を流す循環水回路と、室外熱交換器５２に循環水を流す循環水回路とに分岐され、これら２個の室外熱交換器５１、５２には同水温の循環水が供給される。これに対し、冷媒回路において室外熱交換器５１、５２は直列に接続されており、冷媒は室外熱交換器５１、５２を順に流れる。このため、冷媒は室外熱交換器５１、５２の各々において十分な熱または冷熱を有する循環水と熱交換される。室外熱交換器５１、５２を通った循環水は合流して循環水供給管６４を流れ、循環水戻り管２０Ｂから冷却塔２に戻される。
循環水供給管６３、６４の各々には、循環水の温度を検出する水温センサ６８、６９が配設されており、循環水送り管２０Ａから供給される循環水の温度と、循環水戻り管２０Ｂに戻される循環水の温度とを検出可能である。

レシーバタンク５３と分岐部６０Ａとの間には、冷媒を減圧する膨張弁５６が配設され、四方弁５０と室外熱交換器５１の吸込管との間には、ガス冷媒と液冷媒とを分離して液バックを防止するアキュムレータ５４が接続されている。
そして、空気調和装置１０の冷房運転時には、図３中に破線で示すように、圧縮機４１から吐出された冷媒は四方弁５０を介して室外熱交換器５２に流れ、室外熱交換器５１、５２が凝縮器として機能することで、液冷媒となって膨張弁５６を通り、冷媒配管１１を介して室内熱交換器７１に流れる。ここで、室内熱交換器７１は蒸発器として機能し、室内熱交換器７１において気化した冷媒は冷媒配管１２を通って室外機４に戻り、四方弁５０からアキュムレータ５４を経て圧縮機４１に吸い込まれる。

一方、空気調和装置１０の暖房運転時には、図３中に実線で示すように、圧縮機４１から吐出された冷媒は四方弁５０を介して冷媒配管１２から室内熱交換器７１へ流れて、室内熱交換器７１で凝縮され、冷媒配管１１を通って室外機４に戻る。室外機４に戻った冷媒は膨張弁５６により減圧されて、室外熱交換器５１、５２に流れ、室外熱交換器５１、５２が蒸発器として機能することでガス冷媒となって、四方弁５０からアキュムレータ５４を経て圧縮機４１に吸い込まれる。
圧縮機４１の吐出管と吸込管には、それぞれ圧力センサ４１Ａ、４１Ｂが配設されている。圧力センサ４１Ａは空気調和装置１０の冷媒回路における高圧側の冷媒圧力を検出し、圧力センサ４１Ｂは低圧側の冷媒圧力を検出する。これら圧力センサ４１Ａ、４１Ｂが検出した圧力の検出値は、後述する電装ユニット４０のマイコン４０Ａにより取得される。

また、室外機４は、ガスエンジン４２をエンジン冷却水により冷却するエンジン冷却水回路４４を備えている。エンジン冷却水回路４４には、エンジン冷却水をガスエンジン４２に送出する冷却水ポンプ４５と、循環水供給管６４を流れる循環水とエンジン冷却水とを熱交換させるラジエータ４８と、エンジン冷却水と冷媒とを熱交換させる補助熱交換器４９と、エンジン冷却水をラジエータ４８、補助熱交換器４９に分配する比例三方弁４６、４７とを備えている。
また、エンジン冷却水回路４４には、エンジン冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ（図示略）が設けられている。

ラジエータ４８は、循環水供給管６４を流れる循環水によりエンジン冷却水を放熱させる熱交換器である。ラジエータ４８は室外熱交換器５１、５２の下流側に位置し、室外熱交換器５１、５２で熱交換された後の循環水が供給される。これは、例えば冷房運転時には室外熱交換器５１、５２に低温の循環水を流す方が高い冷房能力を発揮できる点、ガスエンジン４２を経たエンジン冷却水は室外熱交換器５１、５２を通った後の循環水に比べて十分に高温であるため、室外熱交換器５１、５２で温度が上昇した循環水を用いてもラジエータ４８でエンジン冷却水を確実に放熱させることができる点等の観点から、合理的かつ有用な構成である。
なお、図３には、循環水供給管６４から分岐した管により、循環水の一部がラジエータ４８に流れる構成を示しているが、循環水の全部がラジエータ４８を流れる構成としてもよく、ラジエータ４８を流れる循環水の量はラジエータ４８のサイズや要求される放熱能力等に応じて適宜決定すればよい。

補助熱交換器４９は、冷媒回路において圧縮機４１の吸込管に戻る冷媒に、エンジン冷却水の熱を与える熱交換器である。補助熱交換器４９は、室外熱交換器５１、５２と同様に冷媒と水とを熱交換させる水熱交換器であり、例えばプレート式熱交換器として構成される。

エンジン冷却水回路４４には、ガスエンジン４２から出たエンジン冷却水を、補助熱交換器４９を通るよう循環させる管路と、ラジエータ４８を通るように循環させる管路と、冷却水ポンプ４５に戻す管路とが設けられており、これらの管路へのエンジン冷却水の循環量を制御すべく、２つの比例三方弁４６、４７が配設されている。比例三方弁４６、４７は、一方から流入するエンジン冷却水を他の２方向に分配する弁であり、その分配比は０：１００〜１００：０の範囲で変更可能である。

比例三方弁４７は、ガスエンジン４２を出たエンジン冷却水を、冷却水ポンプ４５に戻す管路と、ラジエータ４８または補助熱交換器４９へ流す管路とに分配する。例えば、ガスエンジン４２の始動直後は、通常、エンジン冷却水が非常に低温である。エンジン冷却水の温度が低いとガスエンジン４２のエンジンオイルの粘度が高くなってしまうため、エンジン冷却水が低温の場合は、速やかにエンジン冷却水の温度をガスエンジン４２の排熱によって上昇させる必要がある。このような場合、比例三方弁４７によって、ガスエンジン４２から出たエンジン冷却水の全量または大部分が冷却水ポンプ４５に戻る管路に分配される。これにより、エンジン冷却水はガスエンジン４２と冷却水ポンプ４５との間のみを循環するので、エンジン冷却水はガスエンジン４２の排熱ですぐに温められる。そして、エンジン冷却水の温度が所定の温度以上になると、比例三方弁４７により、エンジン冷却水がラジエータ４８および補助熱交換器４９へ流れる管路にも分配される。

比例三方弁４６は、比例三方弁４７により分配されたエンジン冷却水を、ラジエータ４８に向かう管路と補助熱交換器４９に向かう管路とに分配する。例えば空気調和装置１０が冷房運転中である場合、補助熱交換器４９において冷媒に熱を与える必要はないので、比例三方弁４６は、比例三方弁４７から送出されたエンジン冷却水の全部をラジエータ４８に分配する。また、比例三方弁４６は、空気調和装置１０の暖房運転時に冷媒に熱を与えるため、暖房負荷や冷媒の高圧側と低圧側との圧力差、循環水供給管６３を流れる循環水の温度等に基づいて、必要量のエンジン冷却水を補助熱交換器４９に分配する。

また、図３に示すように、エンジン冷却水回路４４は、ラジエータ４８と補助熱交換器４９とがともに比例三方弁４６に接続され、並列にエンジン冷却水が流される構成となっている。ラジエータ４８と補助熱交換器４９は、いずれもエンジン冷却水の熱を放熱させる作用があるので、図３のように並列にエンジン冷却水を流す構成として、どちらにも高温のエンジン冷却水を流すことが合理的かつ有用である。

室外機４には、空気調和装置１０の各部に電力を供給する電源回路や、空気調和装置１０の各部を制御するマイコン４０Ａを備えた制御回路等を内蔵した、電装ユニット４０が設けられている。マイコン４０Ａは、空気調和装置１０の各部を制御するとともに、制御装置用通信線８１を介して制御装置８（図２）との間で各種信号を送受信する制御部として機能する。

マイコン４０Ａは、水温センサ６８、６９により検出される循環水の温度や、冷却水温度センサ（図示略）により検出されるエンジン冷却水の温度、圧力センサ４１Ａ、４１Ｂによって検出される高圧側の冷媒圧力と低圧側の冷媒圧力、室内機７における被調和室内の気温、室内熱交換器７１の温度等の値を取得する。そして、マイコン４０Ａは、取得した値に基づいて、室外機４が備えるガスエンジン４２の始動／停止による圧縮機４１の運転制御、クラッチ４３の切断／連結制御、四方弁５０の切換制御、膨張弁５６、弁６１、６２の開閉および開度制御、冷却水ポンプ４５の運転／停止制御、比例三方弁４６、４７による分配制御等を実行する。

また、マイコン４０Ａは、室内機７が備えるリモコン装置７０により冷房運転または暖房運転の開始や停止が指示されると、リモコン装置７０の操作により設定された目標温度等の設定値と、上述した各種センサ等から取得した値に基づいて、空気調和装置１０の運転状態を制御する。
そして、マイコン４０Ａは、圧縮機４１を駆動させる場合（サーモオン）、制御装置用通信線８１を介して冷却塔運転信号を制御装置８へ送信し、この冷却塔運転信号に応答して制御装置８から送信されたポンプインターロック信号を受信すると、ガスエンジン４２を始動させるとともにクラッチ４３を連結して、圧縮機４１を動作させる。

以上のように構成される空気調和装置１０において、暖房運転を行う場合、マイコン４０Ａの制御により、上述したように圧縮機４１により圧縮された冷媒が冷媒配管１２を介して室内熱交換器７１に流れ、室内熱交換器７１において凝縮されることで、室内機７が設置された被調和室を暖房する。そして、室内熱交換器７１で凝縮された冷媒は膨張弁５６によって減圧されて、蒸発器として機能する室外熱交換器５１、５２で蒸発する。
ここで、冷却塔２から供給される循環水の温度が低いと、室外熱交換器５１、５２で冷媒が循環水の熱を奪うために、循環水の温度が非常に低くなり、室外機４の内部で凍結する可能性が否定できない。また、室外熱交換器５１、５２における冷媒の蒸発が不十分になるおそれもある。
そこでマイコン４０Ａは、水温センサ６８により検出された循環水の水温が予め設定された設定温度（例えば、摂氏３度、或いは摂氏３〜５度等）を下回っている場合には、弁６１を開くとともに弁６２を閉じて、冷媒をバイパス管６０に流す。すなわち、室外熱交換器５１、５２がバイパスされ、循環水の熱が奪われなくなる。ここで、設定温度は、空気調和装置１０の出荷時や設置時に設定され、或いは、リモコン装置７０の操作により適宜設定され、マイコン４０Ａが記憶している。

さらに、マイコン４０Ａは比例三方弁４６、４７を制御して、エンジン冷却水を補助熱交換器４９に循環させる。これにより、バイパス管６０を通った冷媒に、補助熱交換器４９においてエンジン冷却水から熱が与えられ、冷媒が蒸発するので、液バックや、圧縮機４１の吸込圧が制限値を超えて低くなる現象を防止できる。
以上の制御によって、暖房運転時に循環水が所定の温度よりも低温になった場合に、暖房運転を継続しながら、室外機４の内部における循環水の凍結を防止できる。

図４は、上述した空気調和装置１０の動作を示すフローチャートであり、特に、暖房運転時にサーモオンとなった場合の動作を示す。
暖房運転の開始時、または暖房運転中に、サーモオンとなった場合、マイコン４０Ａは、制御装置用通信線８１を介して冷却塔運転信号を制御装置８へ送信する（ステップＳ１１）。ここで、マイコン４０Ａは制御装置８からのポンプインターロック信号を受信するまで待機し（ステップＳ１２）、ポンプインターロック信号を受信すると（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、ガスエンジン４２を始動させるとともにクラッチ４３を連結状態にする（ステップＳ１３）。これにより、圧縮機４１が動作を開始する。

続いてマイコン４０Ａは、水温センサ６８により循環水の温度を検出した検出値を取得し（ステップＳ１４）、この検出値に応じてバイパス管６０への冷媒の流量を調整する（ステップＳ１５）。ここで、マイコン４０Ａは、水温センサ６８の検出値に基づき、弁６１、６２を比例弁として機能させて、バイパス管６０と室外熱交換器５１、５２とに流す冷媒の比率を細かく調整する。また、マイコン４０Ａは、水温センサ６８の検出値だけでなく、圧力センサ４１Ａ、４１Ｂにより検出される冷媒圧力や高圧側と低圧側の冷媒圧力差、エンジン冷却水の温度等をも加味して、バイパス管６０への冷媒の流量を調整してもよい。
また、マイコン４０Ａは、比例三方弁４６、４７を制御して補助熱交換器４９にエンジン冷却水を供給させる（ステップＳ１６）。

その後、マイコン４０Ａは、サーモオフに切り換えるか否かを判別し（ステップＳ１７）、サーモオンの状態を継続する場合は（ステップＳ１７：Ｎｏ）、ステップＳ１１に戻る。また、例えば被調和室の気温が設定温度に達した場合等、サーモオフに切り換える場合（ステップＳ１７：Ｙｅｓ）、マイコン４０Ａはガスエンジン４２を停止させ（ステップＳ１８）、さらにガスエンジン４２の停止に伴って室外機４が有する各種の弁を、初期状態や待機状態にする制御を行い（ステップＳ１９）、動作を終了する。

以上のように、本発明を適用した実施形態に係る空気調和システム１によれば、冷却塔２から循環水を各々の空気調和装置１０に供給し、空気調和装置１０が、冷却塔２から供給される循環水と冷媒とを熱交換させる室外熱交換器５１、５２を備え、さらに、ガスエンジン４２のエンジン冷却水と冷媒とを熱交換させる補助熱交換器４９を備えている。そして、暖房運転時に循環水が低温である場合に、マイコン４０Ａの制御によって、冷媒を、室外熱交換器５１、５２を通さずにバイパス管６０を通して補助熱交換器４９に流し、冷媒にガスエンジン４２の排熱による熱を与えるので、冷媒を十分に蒸発させて暖房運転を行うことが可能であり、かつ、低温の循環水から熱を奪わないので室外熱交換器５１、５２における凍結を確実に防止できる。

ここで、補助熱交換器４９は、ガスエンジン４２を冷却すべく循環されるエンジン冷却水と、冷媒とを熱交換させる水熱交換器であるから、例えばプレート式の水熱交換器等を用いて、室外機４を容易に実現できる。

さらに、室外機４は、マイコン４０Ａの制御によって開度調整可能な弁６１および弁６２を備え、これら弁６１、６２を、バイパス管６０と室外熱交換器５１、５２とに冷媒を調整可能な比率で分配する比例弁として機能させるので、室外熱交換器５１、５２と補助熱交換器４９とにおける熱交換をきめ細かく制御できる。
従って、マイコン４０Ａによって、暖房運転時に循環水が低温である場合に、室外熱交換器５１、５２において凍結や着霜等を発生させず、かつ、暖房能力への影響が最小限に留まるように制御を行うことが可能となる。

なお、上記実施形態においては、弁６１、６２がいずれも開度調整可能な弁であって、これら２つの弁が一体になって比例弁として機能する構成としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、膨張弁５６を経て圧縮機４１の吸込管に戻る冷媒を、室外熱交換器５１、５２とバイパス管６０のいずれか一方にのみ選択的に流す構成としてもよい。この場合、室外熱交換器５１、５２における循環水の凍結を防止できる構成を保ちながら低コスト化できる。
また、マイコン４０Ａは、水温センサ６８により検出された循環水供給管６３の循環水の温度に基づいてバイパス管６０に流す冷媒の量を調整するものとして説明したが（図３のステップＳ１５）、本発明はこれに限定されるものではなく、水温センサ６９により検出された循環水供給管６４の循環水の温度や、水温センサ６８の検出値と水温センサ６９の検出値との差に基づいて、調整を行ってもよい。

さらに、マイコン４０Ａは、エンジン冷却水が低温の場合に、比例三方弁４６、４７によってエンジン冷却水を補助熱交換器４９やラジエータ４８へ供給させず、ガスエンジン４２と冷却水ポンプ４５の間を循環させるものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、暖房運転中に循環水が設定された温度より低温であって、冷媒をバイパス管６０から補助熱交換器４９に流す場合に、エンジン冷却水が低温であってもエンジン冷却水を補助熱交換器４９に循環させて冷媒に熱を与える構成としてもよい。また、この場合、比例三方弁４６の開度を制御して、ラジエータ４８にエンジン冷却水が流れないようにしてもよい。この場合、圧縮機４１への液バックや圧縮機４１の吸込圧が低すぎるという現象を防止しながら、室外熱交換器５１、５２における循環水の凍結を防止できる。

また、上記実施形態において、空気調和装置１０の室内機７としては、壁掛け型、天井埋込型、天井吊下型の各種の空気調和装置を適用可能である。循環水供給管２０を介して１台の冷却塔２に接続される空気調和装置１０の数についても任意であり、その他、空気調和装置１０や空気調和システム１の細部構成については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に変更可能である。

本発明の実施形態に係る空気調和システムの設置状態の例を示す図である。 空気調和システムの概要構成を示す図である。 空気調和装置の構成を示す図である。 空気調和装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 空気調和システム
２ 冷却塔
４ 室外機（熱源側ユニット）
７ 室内機
８ 制御装置
１０ 空気調和装置
１１、１２ 冷媒配管
１３ 通信線
２０ 循環水供給管
２１ ポンプ
２２ フローセンサ
２５ 循環水温センサ
２７ 凍結防止ヒータ
４０ 電装ユニット
４０Ａ マイコン（制御部）
４１ 圧縮機
４１Ａ、４１Ｂ 圧力センサ
４２ ガスエンジン（エンジン）
４３ クラッチ
４４ エンジン冷却水回路
４５ 冷却水ポンプ
４６、４７ 比例三方弁
４８ ラジエータ
４９ 補助熱交換器
５０ 四方弁
５１、５２ 室外熱交換器（熱源側熱交換器）
５３ レシーバタンク
５４ アキュムレータ
５６ 膨張弁
６０ バイパス管
６１、６２ 弁
６３、６４ 循環水供給管
６８、６９ 水温センサ
７０ リモコン装置
７１ 室内熱交換器
８１ 制御装置用通信線
８２、８３、８４、８５ 信号線

Claims (6)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機をエンジンにより駆動する空気調和装置の熱源側ユニットにおいて、
   外部から供給される熱源と前記冷媒とを熱交換させる熱源側熱交換器と、
   前記エンジンの排熱と前記冷媒とを熱交換させる補助熱交換器と、
   前記熱源側熱交換器を通さず前記補助熱交換器に前記冷媒を流すバイパス管と、を設け、
   暖房運転時に前記熱源が低温である場合に、前記バイパス管を通して前記補助熱交換器に前記冷媒を流すよう制御を行う制御部を備えたこと、
   を特徴とする熱源側ユニット。
2. 前記熱源側熱交換器は、外部から供給される熱源水と前記冷媒とを熱交換させるものであり、
   前記制御部は、前記熱源側熱交換器の前記熱源水の入口および出口の少なくとも一方における前記熱源水の温度に基づいて、前記バイパス管を通して前記補助熱交換器に前記冷媒を流すよう制御すること、
   を特徴とする請求項１記載の熱源側ユニット。
3. 前記補助熱交換器は、前記エンジンを冷却すべく循環されるエンジン冷却水と、前記冷媒とを熱交換させる水熱交換器であること、
   を特徴とする請求項１または２記載の熱源側ユニット。
4. 前記制御部の制御に従って、前記バイパス管と前記熱源側熱交換器とに前記冷媒を調整可能な比率で分配する比例弁を備えたこと、
   を特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の熱源側ユニット。
5. エンジンにより圧縮機を駆動して冷媒を圧縮する熱源側ユニットを含んで構成される空気調和装置において、
   前記熱源側ユニットは、
   外部から供給される熱源と前記冷媒とを熱交換させる熱源側熱交換器と、
   前記エンジンの排熱と前記冷媒とを熱交換させる補助熱交換器と、
   前記熱源側熱交換器を通さず前記補助熱交換器に前記冷媒を流すバイパス管と、を設け、
   暖房運転時に前記熱源が低温である場合に、前記バイパス管を通して前記補助熱交換器に前記冷媒を流すよう制御を行う制御部を備えたこと、
   を特徴とする空気調和装置。
6. エンジンにより圧縮機を駆動して冷媒を圧縮する熱源側ユニットを備えた複数の空気調和装置と、前記複数の空気調和装置に熱源水を供給する熱源水供給部と、を備え、
   前記空気調和装置の熱源側ユニットに、
   前記冷媒と前記熱源水とを熱交換させる熱源側熱交換器と、前記エンジンの排熱と前記冷媒とを熱交換させる補助熱交換器と、前記熱源側熱交換器を通さず前記補助熱交換器に前記冷媒を流すバイパス管とを設け、
   暖房運転時に前記熱源水が低温である場合に、前記バイパス管を通して前記補助熱交換器に前記冷媒を流すよう制御を行う制御部を設けたこと、
   を特徴とする空気調和システム。

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