JP4434821B2

JP4434821B2 - 空気調和装置

Info

Publication number: JP4434821B2
Application number: JP2004116350A
Authority: JP
Inventors: 秀憲武居
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2004-04-12
Filing date: 2004-04-12
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2024-04-12
Also published as: KR100641774B1; JP2005300007A; CN1683838A; KR20050099935A; CN1322275C; ITMI20050599A1

Description

本発明は、空気調和装置の構成に関し、特に、吸収式冷凍機等およびファンコイルユニットを使用する空気調和装置のリプレースに関するものである。

従来より、例えば、吸収式冷温水機やチラー熱源機を熱原機として使用して室内の空気調和を行うためには、建物内に水配管を敷設し、この水配管へファンコイルユニットを接続して、前記水配管内に前記熱源機で生成された冷水や温水を循環ポンプで循環させて空調運転を行わせており、冷媒を圧縮吐出する圧縮機を備えた室外機を熱源機として使用して室内の空気調和を行うためには、建物内に冷媒配管を敷設し、この冷媒配管へ室内機を接続して、前記冷媒配管内に前記熱源機の圧縮機から吐出された冷媒を循環させて空調運転を行わせている。

しかし、前記吸収式冷温水機やチラー熱源機を熱源機として用いる場合には、冷却水系などの設備も必要をなることから、前記熱源機の台数は１台で済むものの、メンテナンスを必要とする箇所が、前記圧縮機を備えた室外機を熱源機として用いる場合に比べて多くなるとともに、前記熱源機の分散設置が不可能であった。

また、前記吸収式冷温水機やチラー熱源機を熱源機として使用する空気調和から前記圧縮機を備えた室外機を熱源機として使用する空気調和へとリプレースする場合には、前記建物内に敷設した水配管を冷媒配管へと敷設し直し、前記ファンコイルユニットを前記室内機へと据え付け交換しなければならなかった。

このようなことから、圧縮機を備えた室外機と水熱交換器等を収納したチラーユニットとを接続してチラー熱源機を構成し、前記室外機の前記圧縮機から吐出された冷媒から冷水または温水を生成するチラー熱源機が提案されている（特許文献１参照）。
特開平０８−２３３４０５号公報

しかし、このようなチラー熱源機でも、冷水または温水を供給して、前記ファンコイルユニットで室内の空調運転は行えるものの、前記圧縮機から吐出された冷媒を、直接、室内空気と熱交換させる直膨式の室内機を、前記ファンコイルユニットと並設することはできなかった。

そこで、本発明は、圧縮機を内蔵した熱源機を備え、冷媒配管および水配管の双方から熱源を供給して空調運転を行わせる空気調和装置を提供するものである。

第１の発明は、圧縮機を内蔵した熱源機と、この圧縮機から吐出された冷媒を液管およびガス管を介して直接室内空気と熱交換させる室内熱交換器を備えた直膨式室内機と、前記冷媒との熱交換を行わせ冷水または温水を生成するチラーユニットと、このチラーユニットで生成された前記冷水または温水を循環ポンプを運転することにより循環させ室内空気と熱交換させる水熱交換器を備えたファンコイルユニットと、を備え、一端が、前記熱源機へと接続された液管の他端は、前記チラーユニット内に備えられたレシーバタンクを経由した後に分岐され、一方は、前記チラーユニット内に備えられた水熱交換器の一端側へと接続され、他方は、前記室内機へと接続されるとともに、一端が、前記熱源機へと接続されたガス管の他端は分岐されて、一方は、前記水熱交換器の他端側へと接続され、他方は、前記室内機へと接続され、前記チラーユニットは、前記液管の前記水熱交換器と前記室内機とへ分岐された分岐点と、前記水熱交換器との間に制御弁を備え、前記循環ポンプの運転が停止している時、前記室内機へと循環する冷媒のガス欠を検出した場合には、前記制御弁を開放させるとともに、前記循環ポンプを運転させることを特徴とするものである。

本発明によれば、冷温水を水配管内に循環させて空調運転を行わせるファンコイルユニットと、圧縮機から吐出された冷媒を直接、室内空気と熱交換させる室内機とを備えているため、これまでの前記水配管に接続されたファンコイルユニットをそのまま継続使用できるとともに、新たな冷媒配管を敷設して空調領域の拡大、または、空調性の改善を行うことができる。また、新たに敷設する配管は、上記冷媒配管であるため、建物内の敷設工事費用も安価に抑えることができる。更に、ファンコイルにつながる循環ポンプの運転停止時に、室内機へと循環する冷媒のガス欠を検出した場合には、チラーユニットに設けた制御弁を開放させ循環ポンプを運転させるので、このガス欠状態を解消させることができる。

以下、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。

図１は、本発明の空気調和装置の構成図である。

空気調和装置１００は、エンジン１０および圧縮機１１等を内蔵する室外機１と、前記圧縮機１１から吐出された冷媒と水とを水熱交換器で熱交換させて冷水または温水を生成するチラーユニット２と、前記圧縮機１１から吐出された冷媒を直接室内空気と熱交換させる直膨式の複数台の室内機３ａ、３ｂとを液管５ａ、５ｂおよびガス管５ｃで接続し、前記チラーユニット２と、このチラーユニット２で生成された冷水または温水を、循環ポンプ６で循環させて、前記冷水または温水と室内空気とを熱交換させるファンコイルユニット４ａ、４ｂとを水配管７ａ、７ｂで接続して構成されている。

まず、室外機１には、ガス等の燃料を燃焼させて駆動力を発生するエンジン１０と、このエンジン１０の駆動力で駆動される圧縮機１１と、圧縮機１１から吐出された冷媒の循環方向を反転させる四方弁１２と、前記冷媒と外気との熱交換を行わせる室外熱交換器１３と、前記冷媒の減圧を行う室外膨張弁１４と、圧縮機１１へと吸い込まれる冷媒の気液分離を行うアキュームレータ１５と、この室外機１の制御や後述するチラーユニット２のチラー制御装置２４および室内制御装置３２ａ、３２ｂとの通信等を行う室外制御装置１６とが収納されている。

また、チラーユニット２には、複数個のプレート式熱交換器である冷媒／水熱交換器２０ａ、２０ｂと、冷媒熱交換器２０ｃと、前記冷媒／水熱交換器２０ａ、２０ｂおよび前記冷媒熱交換器２０ｃを流通する冷媒の流量を制御する電動膨張弁２１と、前記冷媒を一時貯留するレシーバタンク２２と、逆止弁２３ａ、２３ｂと、前記電動膨張弁２１の開度調節や、循環ポンプ６の運転制御および室外機１の室外制御装置１６や前記ファンコイルユニット４ａ、４ｂのファンコイル制御装置４２ａ、４２ｂとの通信を行うチラー制御装置２４が収納されている。

そして、このチラーユニット２内での冷媒配管の接続について説明すると、室外機１から延びる液管５ａは、レシーバタンク２２の一端へと接続され、このレシーバタンク２２の他端は分岐点Ｘで分岐して、一方は、液管５ｂが延びて後述する室内機３ａ、３ｂへとそれぞれ接続されて、他方は、逆止弁２３ａを介して冷媒熱交換器２０ｃの冷媒口Ａへと接続されている。つまり、このチラーユニット２は、前記レシーバタンク２２の前記他端側で、前記液管５ｂおよびガス管５ｃへ後述する室内機３ａ、３ｂと並列に接続されていたおのとなっている。

そして、前記逆止弁２３ａは、前記レシーバタンク２２から前記冷媒熱交換器２０ｃへと前記冷媒を流す方向へ向けて設けられており、このレシーバタンク２２の前記他端には、一端が前記冷媒熱交換器２０ｃの冷媒口Ｂへと接続された逆止弁２３ｂが接続されており、この逆止弁２３ｂは、冷媒熱交換器２０ｃの前記冷媒口Ｂから前記レシーバタンク２２の前記他端へ冷媒を流す方向へ向けて設けられている。さらに、冷媒熱交換器２０ｃの冷媒口Ｂは、電動膨張弁２１を介して冷媒／水熱交換器２０ａの冷媒口Ｃへと接続されており、冷媒／水熱交換器２０ａの冷媒口Ｄは、冷媒／水熱交換器２０ｂの冷媒口Ｅへと接続されている。冷媒／水熱交換器２０ｂの冷媒口Ｆは、前記冷媒熱交換器２０ｃの冷媒口Ｇへと接続され、この冷媒熱交換器２０ｃの冷媒口Ｈは、室外機１から延びる冷媒配管５ｃへと接続されている。つまり、冷媒／水熱交換器２０ａ、２０ｂは、冷媒回路上へ直列に接続されて設けられている。

また、チラーユニット２には、このチラーユニット２で生成された冷水または温水を、後述するファンコイルユニット４ａ、４ｂへと循環させる水配管７ａ、７ｂが設けられており、水配管７ａの一方は分岐されて、冷媒／水熱交換器２０ａ、２０ｂの冷温水口Ｉ、Ｋへと接続され、他方は、循環ポンプ６を介して分岐され、夫々、冷温水弁４１ａ、４１ｂを介してファンコイルユニット４ａ、４ｂの水熱交換器４０ａ、４０ｂの一端へ接続されている。さらに、水配管７ｂの一方は分岐されて、冷媒／水熱交換器２０ａ、２０ｂの冷温水口Ｊ、Ｌへと接続され、他方は、分岐されて、夫々、ファンコイルユニット４ａ、４ｂの水熱交換器４０ａ、４０ｂの他端へ接続されている。つまり、前記冷媒／水熱交換器２０ａ、２０ｂは、ファンコイルユニット４ａ、４ｂへと接続される水配管７ａ、７ｂへ並列に接続されて設けられているものとなっている。

このように、空気調和装置１００を構成することにより、この空気調和装置１００は、水配管７ａ、７ｂ内を循環する冷温水と室内空気とを熱交換させて行う空調運転と、圧縮機１１から吐出された冷媒と直接、前記室内空気と熱交換させて行う空調運転との双方を行うことができるものとなり、吸収式冷凍機等の熱源機からのリプレースを行う場合、これまでに建物内に敷設された前記水配管を継続使用可能とすることができる。さらに、新たな空調領域の拡大や、空調性の改善を行う場合でも、前記圧縮機１１から吐出された冷媒を循環させる冷媒配管を敷設させれば良いため、配管の敷設工事費用を安価に抑えることができる。

そして、室内機３ａ、３ｂには、室外機１に収納された圧縮機１１から吐出された冷媒を直接室内空気と熱交換させる室内熱交換器３０ａ、３０ｂと、これら室内熱交換器２０ａ、２０ｂへ流入する冷媒の冷媒量の制御等を行う室内膨張弁３１ａ、３１ｂとが冷媒配管で接続されて、夫々収納されており、さらに、室内機３ａ、３ｂの各々の制御と前記室外機１の室外制御装置１６との通信を行う室内制御装置３２ａ、３２ｂが夫々収納されている。

また、ファンコイルユニット４ａ、４ｂには、チラーユニット２で生成され、循環ポンプ６により循環された冷水または温水を室内空気と熱交換させる水熱交換器４０ａ、４０ｂと、これら水熱交換器４０ａ、４０ｂへ流入する前記冷水または温水の流入を制御する冷温水弁４１ａ、４１ｂとが水配管で接続されて、夫々収納されており、さらに、ファンコイルユニット４ａ、４ｂの各々の制御と前記チラーユニット２のチラー制御装置２４との通信を行うファンコイル制御装置４２ａ、４２ｂが夫々収納されている。

これにより、室外機１から供給される冷媒回路側では、チラーユニット２から利用側熱交換器３０へと供給する冷温水と熱交換させる経路を長く設定することができて、前記冷媒と前記冷温水との熱交換効率を向上させることができると共に、冷温水回路側では、チラーユニット２からファンコイルユニット４ａ、４ｂへ供給する冷温水の流量を減少させることなく、冷媒／水熱交換器２０ａ、２０ｂ内、および、配管接続された各冷温水配管内での前記冷温水の流速を低下させることができて、該配管等の前記冷温水による腐食を抑えることができる。

そして、この空気調和装置１００の運転が室外制御装置１６により開始されると、図示しない燃料供給装置からガス等の燃料と大気とを混合させた燃焼用ガスが供給されてエンジン１０の運転が開始され、このエンジン１０の運転により発生した駆動力により圧縮機１１が運転されて、この圧縮機１１から冷媒が圧縮吐出されるとともに、チラーユニット２のチラー制御装置２４から循環ポンプ６の運転が開始される。そして、冷房運転では、室外機１の室外制御装置１６から四方弁１２が実線のように設定され、室内機３ａ、３ｂの室内膨張弁３１ａ、３１ｂの開度が、室内制御装置３２ａ、３２ｂで演算されて求められた空調負荷に基づいて設定される。

また、チラーユニット２の電動膨張弁２１の開度が制御されるとともに、ファンコイルユニット４ａ、４ｂの冷温水弁４１ａ、４１ｂが開放され、圧縮機１１から吐出された前記冷媒は、四方弁１２を経由して室外熱交換器１３へと流入し、この室外熱交換器１３で前記冷媒は外気との熱交換を行って凝縮し、室外膨張弁１４で減圧されて冷媒配管５ａを流通し、チラーユニット２のレシーバタンク２２内へと流入して一時貯留される。その後、このレシーバタンク２２から流出して分流され、一方は、冷媒配管５ｂを流通して室内機３ａ、３ｂへと向い、他方は、逆止弁２３ａを介して冷媒熱交換器２０ｃの一方へと流入する。

この冷媒熱交換器２０ｃへと流入した冷媒は、冷媒／水熱交換器２０ａ、２０ｂを流通した冷媒と熱交換し、電動膨張弁２１を経由して冷媒／水熱交換器２０ａ、２０ｂを順次流通して蒸発し、冷水を生成して前記冷媒熱交換器２０ｃの他方を流通し、冷媒配管５ｃへと流出する。

また、前記冷媒配管５ｂを流通して室内機３ａ、３ｂへと向った冷媒は、室内膨張弁３１ａ、３１ｂの開度に基づいて室内機３ａ、３ｂへと分流されて流入し、夫々、室内熱交換器３０ａ、３０ｂで蒸発し、冷媒配管５ｃへと流出する。

そして、この冷媒配管５ｃで前記チラーユニット２を流通して蒸発した冷媒とともに室外機１へと戻り、四方弁１２およびアキュームレータ１５を経由して圧縮機１１へと戻る。

また、チラーユニット２で生成された前記冷水は、循環ポンプ６の運転により水配管７ａを流通して分岐され、夫々冷温水弁４１ａ、４１ｂを経由して水熱交換器４０ａ、４０ｂで室内空気と熱交換し、冷温水管７ｂを経由してチラーユニット２へと戻る。

そして、室内機３ａ、３ｂが停止、或いは、サーモオフ運転となった場合には、室内機３ａ、３ｂの室内膨張弁３１ａ、３１ｂが全閉とされ、前記圧縮機１１から吐出された冷媒の全ては、チラーユニット２のレシーバタンク２２から逆止弁２３ａを経由して冷媒熱交換器２０ｃを流通し、冷媒／水熱交換器２０ａ、２０ｂを流通して、圧縮機１１へと戻るものとなる。

また、ファンコイルユニット４ａ、４ｂが停止、或いは、サーモオフ運転をなった場合には、ファンコイルユニット４ａ、４ｂの冷温水弁４１ａ、４１ｂが閉じられるとともに、チラーユニット２の電動膨張弁２１も閉じられ、前記圧縮機１１から吐出された冷媒の全ては、室内機３ａ、３ｂへと分流されるものとなる。

このとき、前記冷媒／水熱交換器２０ａ、２０ｂには、プレート式熱交換器が使用されており、熱交換能力が高いことから、ガス管５ｃ側からこれら冷媒／水熱交換器２０ａ、２０ｂ内へと流入し、水配管７ａ、７ｂに滞留する水と熱交換して凝縮し、冷媒配管５ａ〜５ｃ内を循環する冷媒が、一時的に不足するガス欠状態となる懸念がある。

この場合には、前記電動膨張弁２１を開放させることにより、前記冷媒／水熱交換器２０ａ、２０ｂ内に寝込んだ冷媒を強制的に流出させられるため、前記ガス欠状態を解消させることができる。

また、このときには、冷媒／水熱交換器２０ａ、２０ｂ内に滞留した水が凍結しないようにするため、循環ポンプ６も運転させることが望ましい。

これの制御について、図２を参照して説明する。

まず、空気調和装置１００が運転しているか否かが判断され（ステップＳ１）、運転していなければ、このステップＳ１の判断を繰り返し、運転していれば、ファンコイルユニット４ａ、４ｂの双方が停止中、または、サーモオフ運転中であるかが判断されて（ステップＳ２）、ファンコイルユニット４ａ、４ｂのいずれかがサーモオン運転中であれば、ステップＳ２の判断を繰り返し、ファンコイルユニット４ａ、４ｂの双方が停止中、または、サーモオフ運転中であれば、室外機１および／または室内機３ａ、３ｂに設けられた図示しないセンサで検出された検出信号が、ガス欠状態であるか否かを判断する（ステップＳ３）。この信号は、例えば、室外機１および／または室内機３ａ、３ｂに設けられた温度センサや圧力センサ等により検出された信号であり、具体的には、室外機１であれば、室外熱交換器１３の出入口温度や出入口圧力、または、室外膨張弁１４の開度等、或いは、室内機３ａ、３ｂであれば、室内機３ａ、３ｂの吸込温度や吹出温度や室内熱交換器３０ａ、３０ｂの出入口圧力、または、室内膨張弁３１ａ、３１ｂの開度等である。

そして、前記ガス欠状態でなければ、上記ステップＳ２へと戻ってファンコイルユニット４ａ、４ｂの運転状態の確認から繰り返し、ガス欠状態であれば、チラー制御装置２４から循環ポンプ６を強制的に運転させるとともに（ステップＳ４）、電動膨張弁２１を開放させる（ステップＳ５）。

これにより、前記冷媒／水熱交換器２０ａ、２０ｂ等内で凝縮、滞留した冷媒は、チラーユニット２内から液館５ａまたはガス管５ｃへと押し出されるため、前記ガス欠状態も解消されることとなる。

なお、本発明は、上記実施例に限定されるものでなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で適宜変更可能である。

建物内に水配管を敷設して空調運転を行なわせる空気調和装置からのリプレース等に好適である。

本発明の空気調和装置の構成図である。ガス欠状態を回避する制御のフローチャートである。

符号の説明

１室外機
２チラーユニット
３ａ、３ｂ室内機
４ａ、４ｂファンコイルユニット
５ａ、５ｂ液管
５ｃガス管
６循環ポンプ
７ａ、７ｂ水配管
１０エンジン
１１圧縮機
１２四方弁
１３室外熱交換器
１４室外膨張弁
１５アキュームレータ
１６室外制御装置
２０ａ、２０ｂ冷媒／水熱交換器
２０ｃ冷媒熱交換器
２１電動膨張弁
２２レシーバタンク
２３ａ、２３ｂ逆止弁
２４チラー制御装置
３０ａ、３０ｂ室内熱交換器
３１ａ、３１ｂ室内膨張弁
３２ａ、３２ｂ室内制御装置
４０ａ、４０ｂ水熱交換器
４１ａ、４１ｂ温水弁
４２ａ、４２ｂファンコイル制御装置
１００空気調和装置
Ｘ分岐点

Claims

圧縮機を内蔵した熱源機と、この圧縮機から吐出された冷媒を液管およびガス管を介して直接室内空気と熱交換させる室内熱交換器を備えた直膨式室内機と、前記冷媒との熱交換を行わせ冷水または温水を生成するチラーユニットと、このチラーユニットで生成された前記冷水または温水を循環ポンプを運転することにより循環させ室内空気と熱交換させる水熱交換器を備えたファンコイルユニットと、を備え、
一端が、前記熱源機へと接続された液管の他端は、前記チラーユニット内に備えられたレシーバタンクを経由した後に分岐され、一方は、前記チラーユニット内に備えられた水熱交換器の一端側へと接続され、他方は、前記室内機へと接続されるとともに、一端が、前記熱源機へと接続されたガス管の他端は分岐されて、一方は、前記水熱交換器の他端側へと接続され、他方は、前記室内機へと接続され、
前記チラーユニットは、前記液管の前記水熱交換器と前記室内機とへ分岐された分岐点と、前記水熱交換器との間に制御弁を備え、前記循環ポンプの運転が停止している時、前記室内機へと循環する冷媒のガス欠を検出した場合には、前記制御弁を開放させるとともに、前記循環ポンプを運転させることを特徴とする空気調和装置。