JP2018063097A - 空冷チラー - Google Patents

Abstract

【課題】空冷チラーのメンテナンス性を向上させる。
【解決手段】機械室と、機械室の天板１５上に設けられた熱交換室１４と、空気熱交換器７、水熱交換器、膨張部、及び、圧縮部を有する３系統以上の独立した冷媒回路と、を備え、各々の冷媒回路の空気熱交換器７は、熱交換室１４内で鉛直方向に延びる基準軸Ｃを取り囲むように基準軸Ｃの周方向に順次設けられており、各々の冷媒回路の圧縮部は、機械室内での平面視での互いの相対位置関係が、熱交換室１４内での空気熱交換器７の平面視での互いの相対位置関係と対応するように配置されている空冷チラー１を提供する。
【選択図】図３

Description

本発明は、空冷チラーに関する。

特許文献１には、複数系統の冷媒回路を有する空冷チラー（チリングユニット）として、上部に複数の空気熱交換器を配置し、空気熱交換器を除く複数の冷媒回路を下部の機械室に配置したものが記載されている。
この空冷チラーは、機械室に配置する制御装置を最適位置に設定することによって、制御装置に対するメンテナンス作業の容易化を図っている。

国際公開第２０１１／０９９６２９号

ところで、上記従来の空冷チラーでは、制御装置のメンテナンス作業の容易化は図られているものの、空冷チラーの上下方向に延在する冷媒配管の配置が依然として複雑である。これにより、圧縮機と空気熱交換器との接続関係が解りづらく、メンテナンス作業が難しくなるという課題があった。

この発明は、メンテナンス性を向上させることができる空冷チラーを提供することを目的とする。

本発明の第一の態様によれば、空冷チラーは、機械室と、前記機械室の天板上に設けられた熱交換室と、空気熱交換器、水熱交換器、膨張部、及び、圧縮部を有する３系統以上の独立した冷媒回路と、を備え、各々の前記冷媒回路の前記空気熱交換器は、前記熱交換室内で鉛直方向に延びる基準軸を取り囲むように前記基準軸の周方向に順次設けられており、各々の前記冷媒回路の前記圧縮部は、前記機械室内での平面視での互いの相対位置関係が、前記熱交換室内での前記空気熱交換器の平面視での互いの相対位置関係と対応するように配置されている。

このような構成によれば、空気熱交換器の平面視での位置と圧縮部の平面視での位置とが対応することによって、空気熱交換器と圧縮部との間に配設される冷媒配管の配置が複雑になることを抑制することができる。これにより、空冷チラーのメンテナンス性を向上させることができる。

上記空冷チラーにおいて、各々の前記冷媒回路は、前記空気熱交換器と前記圧縮部とを接続する冷媒配管を有し、前記天板には複数の前記冷媒配管が集約されて挿通する配管挿通孔が設けられてよい。

このような構成によれば、複数の冷媒配管が配管挿通孔にて集約されることによって、更なるメンテナンス性の向上を図ることができる。

上記空冷チラーにおいて、前記配管挿通孔は、平面視にて前記天板の中央に形成されてよい。

このような構成によれば、複数の冷媒配管の長さを短くすることにより、空冷チラーをより低コストで製造することができる。

上記空冷チラーにおいて、各々の前記冷媒回路に対応するように複数が設けられ、それぞれ対応する前記冷媒回路を制御する制御装置を有し、各々の前記制御装置は、前記機械室内での平面視での互いの相対位置関係が、前記熱交換室内での前記空気熱交換器の平面視での互いの相対位置関係と対応するように、かつ、前記圧縮部の近傍に配置されてよい。

このような構成によれば、制御装置と冷媒回路との間の配線が複雑になることを抑制することができる。

本発明によれば、空冷チラーのメンテナンス性を向上させることができる。

本発明の第一の実施形態の空冷チラーの冷媒回路図である。 本発明の第一の実施形態の空冷チラーの斜視図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図であって、本発明の第一の実施形態の空冷チラーの空気熱交換器の配置を説明する図である。 図２のＩＶ−ＩＶ断面図であって、本発明の第一の実施形態の空冷チラーの圧縮機の配置を説明する図である。 図４に対応する図であって、本発明の第二の実施形態の空冷チラーの圧縮機の配置を説明する図である。

〔第一の実施形態〕
以下、本発明の第一の実施形態の空冷チラー（チリングユニット）について図面を参照して詳細に説明する。本実施形態の空冷チラーは、空気調和装置等の熱源として用いられるものである。

まず、空冷チラーの冷媒回路図について説明する。
図１に示すように、空冷チラー１は、４系統の独立した冷媒回路２と、制御装置１９（図４参照）とを備えている。各々の冷媒回路２は、機械部２０と空気熱交換器７とを有している。機械部２０は、圧縮機３（圧縮部）、四方切換弁４、水熱交換器５、及び膨張弁６（膨張部）を備えている。機械部２０は、冷媒回路２のうち、空気熱交換器７を除く部位である。
圧縮機３、四方切換弁４、水熱交換器５、膨張弁６、及び空気熱交換器７は、冷媒配管８を介して順次接続されている。空冷チラー１は、四方切換弁４により冷媒の流路を切り換えることにより、冷房運転及び暖房運転のいずれにも対応可能な構成となっている。

本実施形態の空冷チラー１は、２系統の冷媒回路２で、１つの水熱交換器５を共用している。即ち、冷媒回路２のうち第一冷媒回路２１及び第二冷媒回路２２が第一水熱交換器５１を共用し、第三冷媒回路２３及び第四冷媒回路２４が第二水熱交換器５２を共用している。

圧縮機３は、インバータによって駆動されるモータ（図示せず）を有している。モータの回転数は、インバータの出力周波数によって調整される。モータの回転数を調整することによって、冷媒の吐出量が調整される。
水熱交換器５は、水配管９と、水循環ポンプ１０と、２本の冷媒流路５３，５４と、１本の水流路５５と、を有している。水熱交換器５は、水循環ポンプ１０によって水配管９を介して水流路５５に供給される水と、四方切換弁４と膨張弁６との間の冷媒配管８内を介して冷媒流路５３，５４に供給される冷媒とを熱交換させる。水配管９は、水熱交換器５に水を供給する第一水配管９１と水熱交換器５から水を排出する第二水配管９２とを有している。

膨張弁６は、水熱交換器５と空気熱交換器７との間に設けられている。なお、二つの膨張弁を用いて、二段階に亘って冷媒を膨張する構成としてもよい。また、膨張弁６の代替としてキャピラリーチューブを用いてもよい。

空気熱交換器７は、四方切換弁４と膨張弁６との間に設けられている。空気熱交換器７は、外気と冷媒とを熱交換させる。各々の空気熱交換器７と各々の機械部２０とは、２本の冷媒配管８で接続されている。

冷媒配管８は、空気熱交換器７と膨張弁６とを接続する第一冷媒配管８Ａと、膨張弁６と水熱交換器５とを接続する第二冷媒配管８Ｂと、水熱交換器５と四方切換弁４の第三ポート４３とを接続する第三冷媒配管８Ｃと、四方切換弁４の第二ポート４２と空気熱交換器７とを接続する第四冷媒配管８Ｄと、圧縮機２の吐出側冷媒管と四方切換弁４の第一ポート４１とを接続する第五冷媒配管８Ｅと、圧縮機２の吸込み部と四方切換弁４の第四ポート４４とを接続する第六冷媒配管８Ｆと、を有している。

以下、空気熱交換器７と膨張弁６とを接続する第一冷媒配管８Ａを空気熱交換器配管８Ａと呼ぶ。また、四方切換弁４の第二ポート４２と空気熱交換器７とを接続する第四冷媒配管８Ｄを空気熱交換器配管８Ｄと呼ぶ。本実施形態の空冷チラー１は、４系統の冷媒回路２を有しているため、８本の空気熱交換器配管８Ａ，８Ｄを有している。

第一冷媒回路２１の第一空気熱交換器７１は、第二空気熱交換器配管８Ｄ及び四方切換弁４を介して第一圧縮機３１と接続されている。同様に、第二空気熱交換器７２は、第二空気熱交換器配管８Ｄ及び四方切換弁４を介して第二圧縮機３２と接続されている。第三空気熱交換器７３は、第二空気熱交換器配管８Ｄ及び四方切換弁４を介して第三圧縮機３３と接続されている。第四空気熱交換器７４は、第二空気熱交換器配管８Ｄ及び四方切換弁４を介して第四圧縮機３４と接続されている。

圧縮機３の吸込み部と四方切換弁４との間にアキュムレータを設けてもよい。アキュムレータは、蒸発器（水熱交換器５または空気熱交換器７）でガス化しきれなかった冷媒が液状のまま圧縮機３に吸入されるのを防ぐ。

本実施形態の空冷チラー１は、４系統の冷媒回路２がユニット化されたものである。図２に示すように、空冷チラー１は、直方体状の筐体１２を有している。空冷チラー１の４系統の冷媒回路２は、筐体１２内に収容されている。筐体１２は上方から見て、略長方形状をなしている。以下、平面視して筐体１２の上面の長辺に沿う方向を長手方向Ｌ１、筐体１２の上面の短辺に沿う方向を短手方向Ｌ２と呼ぶ。

筐体１２を構成する面のうち、長手方向Ｌ１を向く一方の面を正面Ｆ、正面Ｆの反対側であり正面Ｆと平行な面を背面Ｒ、正面Ｆと背面Ｒとを接続する面を側面Ｓ１，Ｓ２と定義する。側面Ｓ１，Ｓ２は短手方向Ｌ２を向く面であり、正面Ｆ及び背面Ｒより広い面である。一対の側面Ｓ１，Ｓ２のうち、正面側から見て右側の側面を第一側面Ｓ１、正面側から見て左側の側面を第二側面Ｓ２と定義する。
筐体１２の形状は、図２に示した形状に限ることはなく、例えば、平面視して正方形状であってもよいし、円形や多角形としてもよい。

空冷チラー１は、筐体１２の下方に設けられた機械室１３と、機械室１３の天板１５上に設けられた熱交換室１４とを有している。換言すれば、筐体１２の内部空間は、天板１５によって上方の熱交換室１４と、下方の機械室１３とに区画されている。
筐体１２の正面Ｆには、機械室１３の水熱交換器５に水を供給する配管である第一水配管９１と、機械室１３の水熱交換器５から水を排出する配管である第二水配管９２とが接続されている。

筐体１２の上面には、複数のファン１６が設けられている。ファン１６は、筐体１２の長手方向Ｌ１に等間隔に配列されている。

冷媒回路２のうち空気熱交換器７は、熱交換室１４に配置されている。冷媒回路２のうち機械部２０（空気熱交換器７を除く冷媒回路２及び制御装置１９）は、機械室１３に配置されている。空気熱交換器７と機械部２０との間には、天板１５が配置されている。８本の空気熱交換器配管８Ａ，８Ｄは、天板１５の上方と天板１５の下方とにわたって延在している。

空気熱交換器７は、上下方向に延在する第一ヘッダ１７Ａ及び第二ヘッダ１７Ｂと、第一ヘッダ１７Ａ及び第二ヘッダ１７Ｂに接続されて水平方向に延在する複数の伝熱チューブ１８と、を有している。機械部２０から延びる空気熱交換器配管８Ａは第一ヘッダに接続され、機械部２０から延びる空気熱交換器配管８Ｄは第二ヘッダ１７Ｂに接続されている。伝熱チューブ１８の一端は第一ヘッダ１７Ａに接続され、伝熱チューブ１８の他端は第二ヘッダ１７Ｂに接続されている。
図３に示すように、各々の空気熱交換器７は、熱交換室１４を平面視して４つの収容空間Ａに分割した場合に、各々の収容空間Ａに配置されている。

４つの収容空間Ａは、熱交換室１４を長手方向Ｌ１に二分割した第一分割面Ｄ１と熱交換室１４を短手方向Ｌ２に二分割した第二分割面Ｄ２とによって区画されている。
複数の収容空間Ａのうち、背面Ｒ側かつ第一側面Ｓ１側の収容空間Ａを第一収容空間Ａ１、背面Ｒ側かつ第二側面Ｓ２側の収容空間Ａを第二収容空間Ａ２、正面Ｆ側かつ第二側面Ｓ２側の収容空間Ａを第三収容空間Ａ３、正面Ｆ側かつ第一側面Ｓ１側の収容空間Ａを第四収容空間Ａ４と定義する。
なお、分割面Ｄ１，Ｄ２は、仮想の分割面であり、例えば、板によって物理的に区画する必要はない。

換言すれば、４つの空気熱交換器７は、熱交換室１４内で鉛直方向に延びる基準軸Ｃを取り囲むように、基準軸Ｃの周方向に順次設けられている。本実施形態の基準軸Ｃは、平面視での筐体１２の中心に配置されている。基準軸Ｃは、第一分割面Ｄ１と第二分割面Ｄ２との交線である。
基準軸Ｃは、平面視での筐体１２の中心に配置する必要はない。また、第一分割面Ｄ１及び第二分割面Ｄ２は、各々の収容空間Ａの面積を等分する必要はない。

第一ヘッダ１７Ａ及び第二ヘッダ１７Ｂは、平面視して側面Ｓ１，Ｓ２の近傍であって、長手方向Ｌ１の中央近傍に配置されている。
伝熱チューブ１８は、第一ヘッダ１７Ａ及び第二ヘッダ１７Ｂから正面Ｆ又は背面Ｒに向かって延びるとともに、正面Ｆ又は背面Ｒ近傍で短手方向Ｌ２内側に折れるように形成されている。換言すれば、伝熱チューブ１８は、第一ヘッダ１７Ａ及び第二ヘッダ１７Ｂから筐体１２の内面に沿うように延在している。

天板１５には、一つの配管挿通孔２５が形成されている。配管挿通孔２５は、天板１５と基準軸Ｃとの交点近傍の天板１５の中央に配置されている。配管挿通孔２５には、８本の空気熱交換器配管８Ａ，８Ｄが挿通される。なお、配管挿通孔２５は、天板１５の中央に形成する必要はなく、配管挿通孔２５の位置は、圧縮機３の配置に応じて適宜変更することができる。

本実施形態の平面視での４つの圧縮機３の配置は、平面視での４つの空気熱交換器７の配置と対応している。
詳しくは、機械部２０の各々の圧縮機３は、機械室１３内での平面視での互いの相対位置関係が、熱交換室１４内での空気熱交換器７の平面視での互いの相対位置関係と対応するように配置されている。
ここで、相対位置関係とは、３つ以上の物の相対的な位置の関係である。具体的には、相対位置関係とは、３つ以上の物が所定の平面に配置される際の、３つ以上の物の相対的な位置関係であり、３つ以上の物によって形成される形状の概形と、３つ以上の物が配置される順番とを含む。

本実施形態の空冷チラー１の場合、四つの空気熱交換器７が方形をなすように配置されている。また、四つの空気熱交換器７は、第一収容空間Ａ１を起点に、第一空気熱交換器７１から第四空気熱交換器７４までが各々の収容空間Ａに反時計回りに順次配置されている。

四つの圧縮機３は、四つの圧縮機３が方形をなすように配置されている。四つの圧縮機３は、第一圧縮機３１から第四圧縮機３４までが、反時計回りに配置されている。
そして、第一圧縮機３１の位置が第一空気熱交換器７１の位置に対応し、同様に、第二圧縮機３２の位置が第二空気熱交換器７２の位置に、第三圧縮機３３の位置が第三空気熱交換器７３の位置に、第四圧縮機３４の位置が第四空気熱交換器７４の位置に対応している。

即ち、第一圧縮機３１は四つの圧縮機３の中で、最も第一空気熱交換器７１に近い位置に配置されている。同様に、第二圧縮機３２は最も第二空気熱交換器７２に近い位置に、第三圧縮機３３は最も第三空気熱交換器７３に近い位置に、第四圧縮機３４は最も第四空気熱交換器７４に近い位置に配置されている。

制御装置１９は、機械室１３の背面Ｒと四つの圧縮機３との間に配置されている。
水熱交換器５は、正面Ｆと四つの圧縮機３との間に配置されている。

上記実施形態によれば、空気熱交換器７の平面視での位置と圧縮部３の平面視での位置とが対応することによって、空気熱交換器７と圧縮機３との間に配設される冷媒配管８（空気熱交換器配管８Ａ，８Ｄ）の配置が複雑になることを抑制することができる。これにより、空冷チラー１のメンテナンス性を向上させることができる。また、冷媒配管８の配置が複雑にならないため、組み立て性を向上させることができる。

また、天板１５に配管挿通孔２５が形成されていることによって、複数の冷媒配管８を配管挿通孔２５にて集約することができる。これにより、空冷チラー１のメンテナンス性を更に向上させることができる。
また、配管挿通孔２５が、平面視にて天板１５の中央に形成されていることによって、複数の冷媒配管８の長さを短くすることができ、空冷チラー１の製造コストの低減を図ることができる。

〔第二の実施形態〕
以下、本発明の第二の実施形態の空冷チラー１Ｂについて図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、上述した第一の実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図５に示すように、本実施形態の空冷チラー１Ｂの制御装置１９Ｂは、各々の冷媒回路２に対応するように複数が設けられている。制御装置１９Ｂは、それぞれ対応する冷媒回路２を制御する。
各々の制御装置１９Ｂは、機械室１３内での平面視での互いの相対位置関係が、熱交換室１４内での空気熱交換器７の平面視での互いの相対位置関係と対応するように、かつ、圧縮機３の近傍に配置されている。

また、本実施形態の配管挿通孔２５は、天板１５の中央に配置されておらず、圧縮機３の位置に対応して、長手方向Ｌ１にずらされている。具体的には、本実施形態の圧縮機３は、背面Ｒ寄りに配置されており、配管挿通孔２５も圧縮機３の配置に対応して、背面Ｒ寄りに配置されている。

このような構成によれば、制御装置１９Ｂと冷媒回路２との間の配線が複雑になることを抑制することができる。
また、配管挿通孔２５の位置を圧縮機３に対応した位置とすることによって、冷媒配管８の長さを最適化することができる。

以上、本発明の実施形態について詳細を説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内において、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、空冷チラーが４系統の冷媒回路を有する構成としたが、これに限ることはなく、本発明は３系統以上の冷媒回路を有する空冷チラーに適用可能である。
また、上記実施形態では、水熱交換器は、２系統の冷媒回路で共用する構成としたが、これに限ることはなく、各々の冷媒回路に水熱交換器を設けてもよい。また、４系統の冷媒回路で一つの水熱交換器を共用してもよい。

また、配管挿通孔２５は、圧縮機３の配置に応じて複数設けてもよい。
また、空気熱交換器の構造は上記した構造に限ることはない。例えば、伝熱チューブに伝熱板（フィン）を取り付けてもよいし、プレート式熱交換器としてもよい。

１，１Ｂ 空冷チラー
２（２１，２２，２３，２４） 冷媒回路
３（３１，３２，３３，３４） 圧縮機
４ 四方切換弁
５（５１，５２） 水熱交換器
６ 膨張弁
７（７１，７２，７３，７４） 空気熱交換器
８（８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄ，８Ｅ，８Ｆ） 冷媒配管
８Ａ，８Ｄ 空気熱交換器配管
９ 水配管
１０ 水循環ポンプ
１２ 筐体
１３ 機械室
１４ 熱交換室
１５ 天板
１６ ファン
１７Ａ 第一ヘッダ
１７Ｂ 第二ヘッダ
１８ 伝熱チューブ
１９，１９Ｂ 制御装置
２０ 機械部
２５ 配管挿通孔
９１ 第一水配管
９２ 第二水配管
Ａ（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４） 収容空間
Ｃ 基準軸
Ｄ１ 第一分割面
Ｄ２ 第二分割面
Ｆ 正面
Ｌ１ 長手方向
Ｌ２ 短手方向
Ｒ 背面
Ｓ１ 第一側面
Ｓ２ 第二側面

Claims (4)

1. 機械室と、
   前記機械室の天板上に設けられた熱交換室と、
   空気熱交換器、水熱交換器、膨張部、及び、圧縮部を有する３系統以上の独立した冷媒回路と、を備え、
   各々の前記冷媒回路の前記空気熱交換器は、前記熱交換室内で鉛直方向に延びる基準軸を取り囲むように前記基準軸の周方向に順次設けられており、
   各々の前記冷媒回路の前記圧縮部は、前記機械室内での平面視での互いの相対位置関係が、前記熱交換室内での前記空気熱交換器の平面視での互いの相対位置関係と対応するように配置されている空冷チラー。
2. 各々の前記冷媒回路は、前記空気熱交換器と前記圧縮部とを接続する冷媒配管を有し、
   前記天板には複数の前記冷媒配管が集約されて挿通する配管挿通孔が設けられている請求項１に記載の空冷チラー。
3. 前記配管挿通孔は、平面視にて前記天板の中央に形成されている請求項２に記載の空冷チラー。
4. 各々の前記冷媒回路に対応するように複数が設けられ、それぞれ対応する前記冷媒回路を制御する制御装置を有し、
   各々の前記制御装置は、前記機械室内での平面視での互いの相対位置関係が、前記熱交換室内での前記空気熱交換器の平面視での互いの相対位置関係と対応するように、かつ、前記圧縮部の近傍に配置されている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の空冷チラー。

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