JP4188654B2

JP4188654B2 - 空気調和装置

Info

Publication number: JP4188654B2
Application number: JP2002291508A
Authority: JP
Inventors: 達生小野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-10-03
Filing date: 2002-10-03
Publication date: 2008-11-26
Anticipated expiration: 2022-10-03
Also published as: JP2004125310A

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、上記複数の熱源機とは別に予備熱源機を設けると共に、上記複数の熱源機のうち少なくとも１台が運転不能になった場合には上記運転不能となった熱源機に対応する上記室内機を運転保留させると共に、上記運転保留した室内機と上記予備熱源機との間で冷媒回路を構成する切り替え手段を設け、上記切り替え手段による切り替えの完了後に上記運転保留した室内機を運転可能としたものである。
【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、上記複数の熱源機とは別に予備熱源機を設けると共に、上記複数の熱源機のうち少なくとも１台が運転不能になった場合には上記運転不能となった熱源機に対応する上記室内機を運転保留させると共に、上記運転保留した室内機と上記予備熱源機との間で冷媒回路を構成する切り替え手段を設け、上記切り替え手段による切り替えの完了後に上記運転保留した室内機を運転可能としたものであるため、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。

Claims

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、上記複数の熱源機とは別に予備熱源機を設けると共に、上記複数の熱源機のうち少なくとも１台が運転不能になった場合には上記運転不能となった熱源機に対応する上記室内機を運転保留させると共に、上記運転保留した室内機と上記予備熱源機との間で冷媒回路を構成する切り替え手段を設け、上記切り替え手段による切り替えの完了後に上記運転保留した室内機を運転可能としたことを特徴とする空気調和装置。
上記切り替え手段は、上記複数系統の冷媒回路ごとに設けられ、その冷媒回路の熱源機及び室内機並びに上記予備熱源機に接続され、任意の２方向の流路を導通可能な三方弁とし、上記予備熱源機に冷媒回路を切り替えた後、上記予備熱源機あるいは更に他の上記熱源機のうちいずれか１台が運転不能となった場合には、更に上記三方弁を切り替えて運転不能となった熱源機もしくは上記予備熱源機に代えて運転可能な熱源機にて冷媒回路を構成することを特徴とする請求項１記載の空気調和装置。
上記予備熱源機に冷媒回路を切り替えた後、上記予備熱源機あるいは更に他の上記熱源機のうちいずれか１台が運転不能となった場合には、運転不能となった熱源機もしくは予備熱源機と接続されている上記室内機の中で運転優先度の高い室内機との冷媒回路が構成されるよう、上記切り替え手段により上記優先度の高い室内機との冷媒回路を構成する手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の空気調和装置。
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、上記複数の熱源機とは別に予備熱源機を設けると共に、上記複数の熱源機のいずれかが運転不能となったことを検出する制御器と、この制御器によって上記複数の熱源機、上記予備熱源機、上記室内機の間の冷媒回路を切り替える切り替え手段とを具備した切り替え機を設け、上記いずれかの熱源機が運転不能となった時に、上記運転不能となった熱源機に対応する上記室内機を運転保留させると共に、上記運転保留した室内機と上記予備熱源機との間で冷媒回路が構成されるように上記切り替え手段により冷媒回路を切り替え、切り替え完了後に上記運転保留した室内機を運転可能としたことを特徴とする空気調和装置。
上記熱源機が運転不能となったことの検出は、上記熱源機と上記制御器との間の通信情報、もしくは上記熱源機と上記室内機との間の通信情報にもとづいて行うことを特徴とする請求項４記載の空気調和装置。