JP4939799B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、室外機に水冷式熱交換器を備えた空気調和装置に関するものである。

従来の空気調和装置では、室外熱交換器内に水を循環送流させて冷媒を冷却または加熱するための水冷式熱交換器が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、複数の室外機を用いて運転を行うマルチ形空気調和装置では、空調負荷に合わせて必要な数の室外機だけで運転を行うように制御しており、このような運転を行う場合には、室外機の運転順序をローテーションによって変更させて、例えば、複数のうちのある特定の室外機のみが過度に運転されないようにしている。
特開平６−１９３９８２号公報

水冷却式熱交換器を用いた空気調和装置では、循環送流される水は、冷媒を安定して冷却または加熱するために、循環路内が均一な温度であることが望ましい。しかしながら、空気調和装置の運転開始前は、循環させるための水が循環路内で流れずに停滞した状態（死に水）であるため、循環路の位置によって温度差が生じることがある。そのため、室外機の運転を開始した初めの時間帯では、循環する水の温度が一定でないため、冷媒に温度差が生じるおそれがあった。

一方、上述した水の温度差を解消するためには、室外機に常に水を循環させておくことも考えられる。しかしながら、複数ある室外機の全てに水を循環させておくのは効率的ではなく、例えば、ローテーション運転を行う場合に、運転されていない室外機にまで水を循環させることは、水を循環させるためのポンプの動力に無駄が生じてしまう。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、運転開始時に冷媒に温度差が生じるおそれがなく、かつ、水を循環させるポンプの動力を省力化することができる空気調和装置を提供することを目的とする。

本発明では、複数台の室外機に複数台の室内機を接続し、前記室外機が水冷式熱交換器をそれぞれ備えている空気調和装置において、複数台の前記室外機の運転順序をローテーションさせる室外制御装置と、前記水冷式熱交換器に水を送流するための制御を行う水制御装置とを備え、前記水制御装置が、前記室外制御装置のローテーション運転信号に基づいて運転する室外機を判断するローテーション運転検知部と、前記水冷式熱交換器への水の流れを規制する開閉弁を制御する開閉弁制御部とを備え、前記ローテーション運転検知部で判断された最初に運転される室外機の運転の開始前に当該室外機の水冷式熱交換器に前記開閉弁制御部が対応した開閉弁のみを開くことで水を循環させることを特徴とする。
この場合において、利用者からの空調運転要求に基づいて、前記室外制御装置が空調運転を開始する場合、前記水制御装置が、前記ローテーション運転検知部で判断された最初に運転される室外機の運転開始前に当該室外機の水冷式熱交換器に前記開閉弁制御部が対応した開閉弁のみを開くことで水を循環させるようにしてもよい。

また、空調運転の実施中の場合、前記水制御装置が、前記ローテーション運転検知部で判断された次に運転される室外機の運転開始前に当該室外機の水冷式熱交換器に前記開閉弁制御部が対応した開閉弁のみを開くことで水を循環させるようにしてもよい。
さらに、前記水制御装置は、前記水を循環させるポンプの始動および停止を制御するようにしてもよい。

本発明によれば、複数台の室外機に複数台の室内機を接続し、前記室外機が水冷式熱交換器をそれぞれ備えている空気調和装置において、複数台の前記室外機の運転順序をローテーションさせると共に、ローテーションで最初に運転される室外機を認識し、運転開始前に最初に運転される室外機の水冷式熱交換器にのみ水を循環させる制御手段を備えることにより、運転開始時には水が循環して一定の温度になっているので、運転開始時に冷媒に温度差が生じることがない。また、ローテーション運転時であっても、全部の室外機に水を循環させることがなく、最初に運転される室外機にのみ水を循環させることができるので、水を循環させるポンプの動力を省力化することができる。

また、本発明によれば、複数台の室外機に複数台の室内機を接続し、前記室外機が水冷式熱交換器をそれぞれ備えている空気調和装置において、複数台の前記室外機の運転順序をローテーションさせると共に、運転開始後にローテーションで次に運転される室外機を認識し、現在運転中の室外機と次に運転される室外機の水冷式熱交換器にのみ水を循環させる制御手段を備えることにより、次に運転される室外機が運転されるときには水が循環して一定の温度になっているので、次の室外機の運転開始時に冷媒に温度差が生じることがない。また、ローテーション運転時であっても、全部の室外機に水を循環させることがなく、運転中の室外機と次に運転される室外機とにのみ水を循環させることができるので、水を循環させるポンプの動力を省力化することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態に係る空気調和装置について詳細に説明する。なお、本実施の形態では、一例として、２ウェイ形空気調和装置であって、室外機を複数（本実施の形態では３つ）備えた構成のものについて説明する。この空気調和装置は、この複数の室外機の中から空調要求に見合った数の室外機を用いて空調運転を行うものである。

図１に示す空気調和装置５０は、ガス管５及び液管７を備えてなるユニット間配管９に、３つの室外機１Ａ，１Ｂ，１Ｃが並列に接続されるとともに、３つの室内機３Ａ、３Ｂ，３Ｃが並列に接続されて構成されている。

室外機１Ａは、圧縮機１１の吸込側にアキュムレータ１６が接続され、吐出側にオイルセパレータ１２を介して四方弁１３が接続され、更に、四方弁１３側の室外冷媒配管１８に室外熱交換器１４、室外膨張弁１５が順次接続されて構成される。室外熱交換器１４は、２系統に分岐されて設けられた水冷式の熱交換器であり、この室外熱交換器１４には、それぞれ水循環管路２２が配設されている。なお、室外機１Ｂ，１Ｃは、室外機１Ａと同一の構成であるので、説明を省略する。また、４つ以上の室外機を備える場合においても、同一の構成とすることができる。

室内機３Ａは、室内冷媒配管３９に室内膨張弁３８及び室内熱交換器３４が順次接続され、この室内冷媒配管３９の一端がガス管５に、他端が室内熱交換器３４、室内膨張弁３８を介して液管７にそれぞれ接続されている。室内熱交換器３４には、この室内熱交換器３４へ送風する室内ファン３７が隣接して配置されている。なお、室内機３Ｂ，３Ｃは、室内機３Ａと同一の構成であるので、説明を省略する。また、４つ以上の室内機を備える場合においても、同一の構成とすることができる。

冷房運転時には、四方弁１３が点線の位置（冷房運転時の位置）に切替えられる。圧縮機１１から吐出された冷媒は、点線矢印で示すように、オイルセパレータ１２、四方弁１３を経た後、室外熱交換器１４に入り、ここで凝縮した後、室外膨張弁１５を経て、液管７を流れ、室内機３Ａ，３Ｂ，３Ｃにそれぞれ流入する。

室内機３Ａ，３Ｂ，３Ｃに流入した冷媒は、室内膨張弁３８、室内熱交換器３４に入り、ここで蒸発した後、ガス管５を流れ、各室外機１Ａ，１Ｂに分流する。そして、その分流した冷媒は、四方弁１３、アキュムレータ１６を経て、圧縮機１１に戻される。

暖房運転時には、四方弁１３が実線の位置（暖房運転時の位置）に切替えられる。圧縮機１１から吐出された冷媒は、実線矢印で示すように、オイルセパレータ１２、四方弁１３を経た後、ガス管５を流れ、各室内機３Ａ，３Ｂ，３Ｃに流入する。

各室内機３Ａ，３Ｂ、３Ｃに流入した冷媒は、室内熱交換器３４に入り、ここで凝縮した後、室内膨張弁３８を経て、液管７を流れ、各室外機１Ａ，１Ｂ，１Ｃに分流する。そして、その分流した冷媒は、室外膨張弁１５を経て、室外熱交換器１４に入り、ここで蒸発した後、四方弁１３、アキュムレータ１６を経て、圧縮機１１に戻される。

また、室外機１Ａ，１Ｂ，１Ｃには、室外機１Ａ，１Ｂ，１Ｃを制御してローテーション運転を行うための室外制御装置３００を備えている。このローテーション運転とは、例えば、複数の室外機のうちのある特定の室外機のみが時間的に多く運転しないように、それぞれローテーションすることをいう。このローテーション運転をすることにより、各室外機１Ａ，１Ｂ，１Ｃの運転時間を平準化して、特定の室外機が故障するのを防止している。

他方、室外機１Ａ，１Ｂ，１Ｃには、水循環路２２を用いて各室外機に水を送流するための制御を行う水制御装置（制御手段）２００を備えている。この水制御装置２００は、室外機１Ａ，１Ｂ，１Ｃの外部に設けても良く、上述の室外制御装置３００と一体に形成しても良い。

図２は、本発明の実施の形態に係る室外機の室外熱交換器１４に水を送流するための水循環管路２２を示した系統図であり、室外機が３つの場合について示したものである。なお、図２では、冷却配管のみを示しており、室外機１Ａ，１Ｂ，１Ｃと図示しない室内機とが冷媒配管で接続されている部分は省略して示している。

この水循環管路２２では、室外機１Ａ，１Ｂ，１Ｃ、ボイラ１１０、冷熱源（クーリングタワー）１２０、開閉弁１３０Ａ，１３０Ｂ，１３０Ｃ、ポンプ１４０がそれぞれ配管１００によって接続されている。また、この水循環管路２２には、２つの温調三方弁１０５，１０６が設けられており、この温調三方弁１０５，１０６は、室外熱交換器２１を通る冷媒をボイラ１１０を用いて暖める場合、および冷熱源１２０を用いて冷却する場合にそれぞれ配管経路を切り替えられるようになっている。

配管１００は、室外機１Ａ，１Ｂ，１Ｃの前後で３つの配管１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃに分岐しており、例えば、冷熱源１２０を用いて水を循環させる場合、ポンプ１４０によって送流された水が別々の経路で室外機１Ａ，１Ｂ，１Ｃに流れるようになっている。一方、配管１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃには、室外機１Ａ，１Ｂ，１Ｃの上流側に開閉弁１３０Ａ，１３０Ｂ，１３０Ｃがそれぞれ設けられており、この開閉弁１３０Ａ，１３０Ｂ，１３０Ｃの開閉をそれぞれ電気的に制御することにより、室外機１Ａ，１Ｂ，１Ｃのそれぞれに水を供給するか否かを決定できるようになっている。

配管１００には、図２に示すように、温度検出センサ１０１が設けられている。この温度検出センサ１０１は、配管１００内を循環する水の温度を検出するためのものであり、室外制御装置３００と電気的に接続されて検出した温度信号を室外制御装置３００に送信するようになっている。室外制御装置３００は、送信された温度信号に基づいて、例えば、ボイラ１１０や冷熱源１２０の制御を行うようになっている。

図３は、本発明の実施の形態に係る空気調和装置で使用される水制御装置２００の機能ブロック図であり、図２に対応させて室外機が３つの場合について示したものである。水制御装置２００は、ポンプ始動部２０１、開閉弁制御部２０２、ローテーション運転検知部２０３を備えており、開閉弁１３０Ａ，１３０Ｂ，１３０Ｃ、ポンプ１４０、室外制御装置３００と電気的にそれぞれ接続されている。

ポンプ始動部２０１は、ポンプ１４０の始動および停止を制御するために、ポンプ１４０に制御信号を送信するためのものである。なお、ポンプ１４０の動力の調節などは、別の制御部によって行われることになる。
開閉弁制御部２０２は、開閉弁１３０Ａ，１３０Ｂ，１３０Ｃのそれぞれの開閉を制御するために、開閉弁１３０Ａ，１３０Ｂ，１３０Ｃに制御信号をそれぞれ送信するためのものである。この開閉弁制御部２０２は、それぞれの開閉弁１３０Ａ，１３０Ｂ，１３０Ｃを別個に開閉させることができる。
ローテーション運転検知部２０３は、室外制御装置３００が制御するローテーション運転の信号を受けて空気調和装置５０の始動時に最初に運転する室外機がどれかを判断し、開閉弁制御部２０２に信号を送信するためのものである。また、ローテーション運転検知部２０３は、空気調和装置５０の運転中であって空調負荷が増加した場合に、室外制御装置３００からの信号を受けて現在運転している室外機の次に運転する室外機がどれかを判断し、開閉弁制御部２０２に信号を送信するためのものである。

次に、本発明の実施の形態に係る空気調和装置の作用について、空調運転の開始前と、空調運転の実施中とに分けて説明する。
（１）空調運転を行う前の場合
利用者からの空調運転要求に基づいて、水制御装置２００のローテーション運転検知部２０３は、室外制御装置３００のローテーション運転の信号に基づいて最初に運転する室外機を判断し、開閉弁制御部２０２に信号を送信する。例えば、最初に運転する室外機を符号１Ａ（図２および図３参照）のものとした場合、開閉弁制御部２０２は、開閉弁１３０Ａのみを「開」状態にして、開閉弁１３０Ｂ，１３０Ｃを「閉」状態にする。

次に、水制御装置２００のポンプ始動部２０１が、ポンプ１４０を始動させて、水を送流させる（水温検知ポンプ運転）。水は、開閉弁１３０Ａを通過して室外機１Ａのみを流れるようになり、図２に示す配管１００に沿って循環される。一方、水は、開閉弁１３０Ｂ，１３０Ｃが閉じられているので室外機１Ｂ，１Ｃには流れない。水を循環させた後、室外制御装置３００は、温度検出センサ１０１によって循環する水の温度を逐次検出する。

（２）空調運転の実施中の場合
水制御装置２００のローテーション運転検知部２０３は、室外制御装置３００のローテーション運転の信号に基づいて現在運転している室外機の次に運転する室外機を判断し、開閉弁制御部２０２に信号を送信する。例えば、現在運転している室外機を符号１Ａ（図２および図３参照）および次に運転する室外機を１Ｂとした場合、開閉弁制御部２０２は、開閉弁１３０Ａ，１３０Ｂのみを「開」状態にして、開閉弁１３０Ｃを「閉」状態にする。これにより、水は、開閉弁１３０Ａ，１３０Ｂを通過して室外機１Ａ，１Ｂのみを流れるようになり、図２に示す配管１００に沿って循環される。一方、水は、開閉弁１３０Ｃが閉じられているので室外機１Ｃには流れない。室外制御装置３００は、温度検出センサ１０１によって循環する水の温度を逐次検出する。

本発明の実施の形態に係る空気調和装置によれば、室外機１Ａ，１Ｂ，１Ｃの室外熱交換器１４のそれぞれに別々の経路で水を流すための配管１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃと、それぞれの配管１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃに水の流れを規制する開閉弁１３０Ａ，１３０Ｂ，１３０Ｃとを備え、開閉弁１３０Ａ，１３０Ｂ，１３０Ｃのそれぞれの開閉動作を個々に制御する水制御装置２００を備えたことにより、それぞれの配管１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃにおける水の流れを個々に規制することができる。これにより、選択した室外機にのみ水を流すことができるので、全部の室外機に水を送流させるのに比べて、ポンプの動力を省力化することができる。

また、水制御装置２００は、複数の室外機がローテーション運転される順番を検知するローテーション運転検知部を備え、空調運転開始前に、最初に運転する室外機にのみ水を循環させることにより、運転開始時には水が循環して一定の温度になっているので、運転開始時に冷媒に温度差が生じることがない。これにより、空調運転の要求に対して遅れることなく運転を開始をすることができる。

さらにまた、水制御装置２００は、空調運転が開始された後に、現在運転している室外機と次に運転される室外機とに水を循環させることにより、次に運転される室外機が運転されるときには水が循環して一定の温度になっているので、次の室外機の運転開始時に冷媒に温度差が生じることがない。これにより、空調運転の要求に対して遅れることなく運転を開始をすることができる。

また、水制御装置２００は、水を循環させるポンプ１４０に始動および停止の信号を送信するためのポンプ始動部２０１を備えることにより、開閉弁１３０Ａ，１３０Ｂ，１３０Ｃの制御と同期させてポンプ１４０の始動または停止の制御を行うことができる。

以上、本発明を実施するための最良の形態について述べたが、本発明は既述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想に基づいて各種の変形および変更が可能である。
例えば、本実施の形態では２ウェイ形空気調和装置について適用しているが、３ウェイ形空気調和装置に適用することもできる。
また、開閉弁１３０Ａ，１３０Ｂ，１３０Ｃの替わりに、小型ポンプをそれぞれ使用して個々に水を送流させてもよい。

本発明の実施の形態に係る空気調和装置の冷媒回路を示す概要図である 本発明の実施の形態に係る空気調和装置の水循環路を示す概要図である。 本発明の実施の形態に係る空気調和装置の水制御装置のブロック図である。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 室外機
３Ａ，３Ｂ 室内機
５ ガス管
７ 液管
９ ユニット間配管
１１ 圧縮機
１２ オイルセパレータ
１３ 四方弁
１４ 室外熱交換器（水冷式熱交換器）
１５ 室外膨張弁
１６ アキュムレータ
１７ 室外ファン
１８ 冷媒配管
２２ 水循環路
３４ 室内熱交換器
３７ 室内ファン
３８ 室内膨張弁
３９ 室内冷媒配管
５０ 空気調和装置
１００ 配管
１００ａ，１００ｂ，１００ｃ 配管
１０１ 温度検出センサ
１０５，１０６ 温調三方弁
１１０ ボイラ
１２０ 冷熱源
１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ 開閉弁
１４０ ポンプ
２００ 水制御装置（制御手段）
２０１ ポンプ始動部
２０２ 開閉弁制御部
２０３ ローテーション運転検知部
３００ 室外制御装置

Claims (4)

1. 複数台の室外機に複数台の室内機を接続し、前記室外機が水冷式熱交換器をそれぞれ備えている空気調和装置において、
   複数台の前記室外機の運転順序をローテーションさせる室外制御装置と、前記水冷式熱交換器に水を送流するための制御を行う水制御装置とを備え、
   前記水制御装置が、
   前記室外制御装置のローテーション運転信号に基づいて運転する室外機を判断するローテーション運転検知部と、前記水冷式熱交換器への水の流れを規制する開閉弁のみを制御する開閉弁制御部とを備え、
   前記ローテーション運転検知部で判断された最初に運転される室外機の運転の開始前に当該室外機の水冷式熱交換器に前記開閉弁制御部が対応した開閉弁のみを開くことで水を循環させることを特徴とする空気調和装置。
2. 利用者からの空調運転要求に基づいて、前記室外制御装置が空調運転を開始する場合、前記水制御装置が、前記ローテーション運転検知部で判断された最初に運転される室外機の運転開始前に当該室外機の水冷式熱交換器に前記開閉弁制御部が対応した開閉弁のみを開くことで水を循環させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
3. 空調運転の実施中の場合、前記水制御装置が、前記ローテーション運転検知部で判断された次に運転される室外機の運転開始前に当該室外機の水冷式熱交換器に前記開閉弁制御部が対応した開閉弁のみを開くことで水を循環させる
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の空気調和装置。
4. 前記水制御装置は、前記水を循環させるポンプの始動および停止を制御していることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の空気調和装置。

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