JP5559082B2 - 空調機の廃熱利用システム - Google Patents

Description

本発明は、空調機の廃熱、すなわち室外機から吹き出される廃熱を利用するシステムの改良に関する。

従来から、冷媒回路を有し、この回路で冷媒を循環させて熱エネルギを移動させる空冷式ヒートポンプ空調機が知られている。この空調機は、建物に設けられ、建物内を冷房及び暖房することができる。

冷房運転中の空調機は、建物内の熱を、冷媒を介して外気に移動させることができる。このとき、外気の温度が低くなるほど、冷媒回路から外気へ向けての熱の移動が容易になるので、一般的に、運転中の空調機の運転効率が向上する。一方、暖房運転中の空調機は、外気の熱を、冷媒を介して建物内に移動させることができる。このとき、外気の温度が高くなるほど、外気から冷媒回路へ向けての熱の移動が容易になるので、一般的に、運転中の空調機の運転効率が向上する。

下記引用文献１には、冷房運転中の空調機の室外機から排出される空気を、暖房運転中の空調機の室外機の吸込口へ導く室外機用排気フードが記載されている。通常、冷房運転中の空調機の室外機から排出される空気の温度は、外気より高い。上記のような排気フードの構成によれば、外気より高温の空気を、暖房運転中の空調機の室外機の吸込口へ導くことができる。その結果、暖房運転中の空調機の運転効率を向上させることができる。

また、下記引用文献１には、上記の排気フードが、一方の室外機から排出される空気を、他方の室外機の吸込口に導かないように、両室外機の連通を手動により遮断する構造を有することが記載されている。

特開２００７−１０７８４３号公報

上述の引用文献１のような２つの室外機間を連通させる室外機用排気フードにおいては、冷房運転中の空調機の室外機から排出される空気、すなわち外気より高温の空気が、暖房運転中の空調機の室外機の吸込口に供給されるので、暖房運転中の空調機の運転効率を向上させることができる。

しかしながら、暖房運転中の空調機の運転状態が変わった場合、例えばその空調機の室外機内に生じた霜を除去するデフロスト運転に変わった場合であっても、冷房運転中の室外機から空気が供給されてしまうので、効率よく霜を除去することができないという問題がある。霜の除去が遅れれば、当然に、暖房運転の再開も遅れてしまう。

上述の引用文献１には、室外機用排気フードにおける両室外機の連通を手動により遮断する構造が開示されている。しかしながら、デフロスト運転への切り替わりは予見が難しいので、デフロスト運転に対応して遮断構造を適宜操作するのは困難である。また、デフロスト運転に対応して遮断構造を適宜操作させるために、作業員を室外機付近に待機させると、人件費がかかってしまうという問題がある。

本発明の目的は、空調機の運用に差し支えがないようにしつつ、空調機の運転効率の向上を図ることができる空調機の廃熱利用システムを提供することにある。

本発明は、冷房専用系統の第１室外機と、暖房専用系統の第２室外機と、第１室外機の吹出口から吹き出される空気を、第２室外機の吸込口へ導く第１導入路と、第１導入路に設けられ、そこを流れる空気を外部へ放出するように切替可能な第１切替ダンパと、第２室外機の運転状態に基づいて第１切替ダンパを制御する制御部と、を有し、制御部は、第２室外機がデフロスト運転である場合、空気を外部へ放出するように第１切替ダンパを制御することを特徴とする。

また、第２室外機の吹出口から吹き出される空気を、第１室外機の吸込口へ導く第２導入路と、第２導入路に設けられ、そこを流れる空気を外部へ放出するように切替可能な第２切替ダンパと、を有し、制御部は、第２室外機の運転状態に基づいて第２切替ダンパを制御することができる。

また、制御部は、第２室外機がデフロスト運転である場合、空気を外部へ放出するように第２切替ダンパを制御することができる。

また、外気の温度を検出する外気温度検出部と、第１導入路内の空気を検出する第１導入路温度検出部と、第２導入路内の空気を検出する第２導入路温度検出部と、を有し、制御部は、これらの温度検出部の検出結果に基づいて、第１及び第２切替ダンパを制御することができる。

また、制御部は、第１導入路温度検出部の検出温度が外気温度検出部の検出温度以下である場合、空気を外部へ放出するように第１切替ダンパを制御することができる。

また、制御部は、第２導入路温度検出部の検出温度が外気温度検出部の検出温度以上である場合、空気を外部へ放出するように第２切替ダンパを制御することができる。

本発明の空調機の廃熱利用システムによれば、空調機の運用に差し支えがないようにしつつ、空調機の運転効率の向上を図ることができる。

本実施形態に係る空調機の廃熱利用システムの構成を示す図である。 本実施形態に係る空調機の廃熱利用システムの制御動作の一例を示すフローチャートである。 別の実施形態に係る空調機の廃熱利用システムの構成を示す図である。 別の実施形態に係る空調機の廃熱利用システムの制御動作の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明に係る空調機の廃熱利用システムの実施形態について、図を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る空調機の廃熱利用システム１０の構成を示す図である。

空調機の廃熱利用システム１０（以下、単に「システム１０」と記す）は、冷媒が循環する冷媒回路（図示せず）を含む第１空調機１２と第２空調機１４を有する。

冷媒回路には、図示しないが、圧縮機と凝縮器と電子膨張弁と冷却器とが順に並んで配置される。圧縮機は、流入する低圧の気体冷媒を圧縮して高圧の気体冷媒にする。凝縮器は、圧縮機により高圧状態にされた気体冷媒から熱を奪って液化させる。電子膨張弁は、凝縮器からの高圧の液体冷媒を膨張させて低圧の液体冷媒にする。冷却器は、電子膨張弁により低圧状態にされた液体冷媒を気化させる。この気化の際の吸熱作用により、周囲の空気を冷却する。このように構成される冷媒回路においては、この回路を循環する冷媒が、冷却器で周囲の熱を奪い、その熱を凝縮器で周囲に放熱することで、熱を移動させることができる。このため、通常、冷房専用系統の空調機においては、凝縮器が室外機に配置され、暖房専用系統の空調機では、冷却器が室外機に配置される。しかし、冷房と暖房を切替可能な空調機においては、室外機に配置される熱交換器の機能が、運転状態の切替に応じて凝縮器と冷却器にそれぞれ切り替わる。

本実施形態における第１空調機１２は、冷房専用の空調機であり、例えば電算室向けの空調機である。第１空調機１２は、屋外に設置される第１室外機１６を有する。第１空調機１２が冷房専用系統であるので、第１室外機１６内の熱交換器は、凝縮器として機能する。そして、第１室外機１６は、外気、すなわち外部の空気を吸い込む吸込口１６ａと、吸込口１６ａから吸い込まれ凝縮器を通過した空気を吹き出す吹き出し口１６ｂを有する。この構成により、凝縮器が冷媒回路の冷媒の熱を外部に放熱することができる。

一方、本実施形態における第２空調機１４は、暖房専用の空調機であり、例えばヒートポンプ給湯器である。第２空調機１４は、屋外に設置される第２室外機１８を有する。第２空調機１４が暖房専用系統であるので、第２室外機１８内の熱交換器は、冷却器として機能する。そして、第２室外機１８は、外気、すなわち外部の空気を吸い込む吸込口１８ａと、吸込口１８ａから吸い込まれ冷却器を通過した空気を吹き出す吹き出し口１８ｂを有する。この構成により、冷却器が外部の熱を奪って、冷媒回路の冷媒に移動させることができる。なお、第２室外機１８がデフロスト運転である場合、第２室外機１８内の熱交換器は、凝縮器として機能することができる。

ここで、廃熱とは、第１及び第２室外機１６，１８の吹出口１６ｂ，１８ｂから外部へ放出される熱気のことである。冷房運転の場合は、その熱気の温度は外気の温度より高く、暖房運転の場合は、その熱気の温度は外気の温度より低い。

本実施形態のシステム１０は、第１室外機１６の吹出口１６ｂから吹き出される空気を、第２室外機１８の吸込口１８ａへ導く第１導入路２０と、第１導入路２０に設けられ、そこを流れる空気を外部へ放出するように切替可能な第１切替ダンパ２２と、第２室外機１８の運転状態に基づいて第１切替ダンパ２２を制御する制御部２４とを有する。

このようなシステム１０の構成により、冷房運転中の第１室外機１６から吹き出され、外気より高温の空気が、暖房運転中の第２室外機１８に供給されるので、第２空調機１４の運転効率を向上させることができる。しかも、この構成によれば、暖房運転中の第２空調機１４の運転状態が変わった場合、人の手を煩わせることなく、第１切替ダンパ２２の動作により、第１導入路２０を流れる空気を、自動的に外部に放出することができる。以下、本実施形態のシステム１０の構成について、具体的に説明する。

第１導入路２０は、空気が流れる風道であり、例えばダクトで形成される。第１導入路２０の一端は、吹出口１６ｂを覆うように設けられ、他端は、吸込口１８ａ付近で開放するように設けられる。また、第１導入路２０の中間には、そこを流れる空気を外部に放出可能な開口２０ａ、例えばスリットまたは金網が設けられる。

第１切替ダンパ２２は軸２２ａを有し、軸２２ａは、回動可能に第１導入路２０に対して支持される。また、軸２２ａは、モータなどの駆動部（図示せず）に接続される。駆動部の動作により、軸２２ａを中心に、第１切替ダンパ２２が二位置、すなわち図１において実線で示される位置（第１位置）と、破線で示される位置（第２位置）とに回動する。第１切替ダンパ２２が第１位置の場合、開口２０ａが第１切替ダンパ２２により塞がれるので、第１室外機１６から吹き出された空気は第２室外機１８に導かれる。一方、第１切替ダンパ２２が第２位置の場合、開口２０ａが開放されるとともに、第２室外機１８に向かう風路が第１切替ダンパ２２により塞がれるので、図１に示される破線の矢印のように、第１室外機１６から吹き出された空気は外気に放出される。

制御部２４は、第２室外機１８と、第１切替ダンパ２２の駆動部とに信号線を介してそれぞれ接続される。制御部２４は、第１室外機１６、第２室外機１８、または第１導入路２０のいずれかに設けることができる。制御部２４は、第２室外機１８がデフロスト運転である場合、第１室外機１６から吹き出される空気を外部へ放出するように第１切替ダンパ２２を制御する。

具体的には、制御部２４は、第２室外機１８の運転状態がデフロスト運転である旨の信号を受信した場合、第１切替ダンパ２２の位置を第２位置にする旨の信号を駆動部に出力する。一方、制御部２４は、第２室外機１８の運転状態が暖房運転である旨の信号を受信した場合、第１切替ダンパ２２の位置を第１位置にする旨の信号を駆動部に出力する。

次に、本実施形態に係るシステム１０の制御動作の一例について、図２を用いて説明する。なお、この制御動作は、第２室外機１８が暖房運転中であり、第１室外機１６から吹き出される空気が、第１導入路２０を介して第２室外機１８に導入されている時点をスタートとする。また、この制御動作のフローは、所定時間毎に繰返し行われるものとする。

ステップＳ１０１において、制御部２４により第２室外機１８がデフロスト運転か否かが判断される。デフロスト運転である場合、ステップＳ１０２に進み、制御部２４の制御指令により第１切替ダンパ２２が切り替わる。すなわち、第１室外機１６から吹き出される空気が、外部に放出されて、第２室外機１８への導入が中止される。一方、デフロスト運転でない場合、そのまま制御動作が終了する。

このような構成により、暖房運転中の第２室外機１８がデフロスト運転に変わった場合、冷房運転中の第１室外機１６から第２室外機１８へ空気が導入されてしまうことを防止することができる。この空気、すなわち外気より高温の空気が第２室外機１８へ導入されることが中止されることにより、第２室外機１８は、効率よく霜を除去することができ、短時間で、暖房運転を再開することができる。また、このような、廃熱利用の切替が、第２室外機１８の運転状態に応じて、自動的に行われるので、作業員の手間を省くことができ、空調機の運用に支障をきたしてしまうことを防止することができる。

次に、別の実施形態の空調機の廃熱利用システム３０（以下、単に「システム３０」と記す）について、図３を用いて説明する。図３は、別の実施形態のシステム３０の構成を示す図である。なお、上記実施形態と同じ構成要素については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

この実施形態のシステム３０は、さらに、第２室外機１８の吹出口１８ｂから吹き出される空気を、第１室外機１６の吸込口１６ａへ導く第２導入路３２と、第２導入路３２に設けられ、そこを流れる空気を外部へ放出するように切替可能な第２切替ダンパ３４とを有し、制御部２４は、さらに、第２室外機１８の運転状態に基づいて第２切替ダンパ３４を制御することを特徴とする。

このようなシステム３０の構成により、暖房運転中の第２室外機１８から吹き出され、外気より低温の空気が、冷房運転中の第１室外機１６に供給されるので、第１空調機１２の運転効率を向上させることができる。しかも、この構成によれば、暖房運転中の第２空調機１４の運転状態が変わった場合、人の手を煩わせることなく、第２切替ダンパ３４の動作により、第２導入路３２を流れる空気を、自動的に外部に放出することができる。以下、この実施形態のシステム３０の構成について、具体的に説明する。

第２導入路３２は、空気が流れる風道であり、例えばダクトで形成される。第２導入路３２の一端は、吹出口１８ｂを覆うように設けられ、他端は、吸込口１６ａ付近で開放するように設けられる。また、第２導入路３２の中間には、そこを流れる空気を外部に放出可能な開口３２ａ、例えばスリットまたは金網が設けられる。

第２切替ダンパ３４は軸３４ａを有し、軸３４ａは、回動可能に第２導入路３２に対して支持される。また、軸３４ａは、モータなどの駆動部（図示せず）に接続される。駆動部の動作により、軸３４ａを中心に、第２切替ダンパ３４が二位置、すなわち図３における実線で示される位置（第１位置）と、破線で示される位置（第２位置）とに回動する。第２切替ダンパ３４が第１位置の場合、開口３２ａが第２切替ダンパ３４により塞がれるので、第２室外機１８から吹き出された空気は第１室外機１６に導かれる。一方、第２切替ダンパ３４が第２位置の場合、開口３２ａが開放されるとともに、第１室外機１６に向かう風路が第２切替ダンパ３４により塞がれるので、図３に示される破線の矢印のように、第２室外機１８から吹き出された空気は外気に放出される。

制御部２４は、第２室外機１８と、第２切替ダンパ３４の駆動部とに信号線を介してそれぞれ接続される。制御部２４は、第１室外機１６、第２室外機１８、第１導入路２０、または第２導入路３２のいずれかに設けることができる。制御部２４は、第２室外機１８がデフロスト運転である場合、第２室外機１８から吹き出される空気を外部へ放出するように第２切替ダンパ３４を制御する。

具体的には、制御部２４は、第２室外機１８の運転状態がデフロスト運転である旨の信号を受信した場合、第２切替ダンパ３４の位置を第２位置にする旨の信号を駆動部に出力する。一方、制御部２４は、第２室外機１８の運転状態が暖房運転である旨の信号を受信した場合、第２切替ダンパ３４の位置を第１位置にする旨の信号を駆動部に出力する。

なお、このシステム３０の制御動作であって、第２室外機１８の運転状態に基づく制御動作については、制御対象が、上記の実施形態のシステム１０の制御動作における第１切替ダンパ２２から第２切替ダンパ３４に変わっただけであるので、その詳細な説明は省略する。

このような構成により、暖房運転中の第２室外機１８がデフロスト運転に変わった場合、デフロスト運転中の第２室外機１８から第１室外機１６へ空気が導入されてしまうことを防止することができる。デフロスト運転中の第２室外機１８から吹き出される空気の温度は、外気より高い。よって、この空気が第１室外機１６へ導入されることが中止されることにより、第１空調機１２の運転効率の低下を抑制することができる。また、このような、廃熱利用の切替が、第２室外機１８の運転状態に応じて、自動的に行われるので、作業員の手間を省くことができ、空調機の運用に支障をきたしてしまうことを防止することができる。

そして、この実施形態におけるシステム３０は、外気の温度を検出する外気温度検出部３６と、第１導入路２０内の空気を検出する第１導入路温度検出部３８と、第２導入路３２内の空気を検出する第２導入路温度検出部４０とを有し、制御部２４は、これらの温度検出部３６，３８，４０の検出結果に基づいて、第１及び第２切替ダンパ２２，３４を制御することを特徴とする。このように、第２室外機１８の運転状態のほかに、各温度に基づいて第１及び第２切替ダンパ２２，３４を切り替えることにより、排熱利用による第１及び第２空調機１２，１４の運転効率の低下を抑制することができる。以下、その具体的な内容について説明する。

制御部２４は、上記の温度検出部３６，３８，４０に信号線を介してそれぞれ接続される。制御部２４は、第１導入路温度検出部３８の検出温度Ｔ１が外気温度検出部３６の検出温度Ｔｏｕｔ以下である場合、空気を外部へ放出するように第１切替ダンパ２２を制御する。具体的には、制御部２４は、外気温度検出部３６と第１導入路温度検出部３８から温度に関する信号をそれぞれ受信し、それらの温度を比較する。そして、検出温度Ｔ１が検出温度Ｔｏｕｔ以下である場合、制御部２４は、第１切替ダンパ２２の位置を第２位置にする旨の信号を駆動部に出力する。一方、制御部２４は、上述の温度を比較した結果、検出温度Ｔ１が検出温度Ｔｏｕｔ超えである場合、第１切替ダンパ２２の位置を第１位置にする旨の信号を駆動部に出力する。このような制御により、外気より低い温度の空気が第２室外機１８に導入されてしまい、第２空調機１４の運転効率が低下してしまうことを防止することができる。

また、制御部２４は、第２導入路温度検出部４０の検出温度Ｔ２が外気温度検出部３６の検出温度Ｔｏｕｔ以上である場合、空気を外部へ放出するように第２切替ダンパ３４を制御する。具体的には、制御部２４は、外気温度検出部３６と第２導入路温度検出部４０から温度に関する信号をそれぞれ受信し、それらの温度を比較する。そして、検出温度Ｔ２が検出温度Ｔｏｕｔ以上である場合、制御部２４は、第２切替ダンパ３４の位置を第２位置にする旨の信号を駆動部に出力する。一方、制御部２４は、上述の温度を比較した結果、検出温度Ｔ２が検出温度Ｔｏｕｔ未満である場合、第２切替ダンパ３４の位置を第１位置にする旨の信号を駆動部に出力する。このような制御により、外気より高い温度の空気が第１室外機１６に導入されてしまい、第１空調機１２の運転効率が低下してしまうことを防止することができる。

次に、この実施形態に係るシステム３０の制御動作の一例について、図４を用いて説明する。なお、この制御動作は、冷房運転中の第１室外機１６から吹き出される空気が、第１導入路２０を介して、暖房運転中の第２室外機１８に導入され、その第２室外機１８から吹き出される空気が、第２導入路３２を介して第１室外機１６に導入されている時点をスタートとする。また、このとき、第１室外機１６から吹き出される空気の温度は、外気温度より高く、第２室外機１８から吹き出される空気の温度は、外気温度より低いものとする。そして、この制御動作のフローは、所定時間毎に繰返し行われるものとする。なお、第２室外機１８の運転状態に変更はないものとする。

ステップＳ２０１において、制御部２４により第１導入路２０内の温度Ｔ１が外気温度Ｔｏｕｔ以下であるか否かが判断される。温度Ｔ１が外気温度Ｔｏｕｔ以下である場合、ステップＳ２０２に進み、制御部２４の制御指令により第１切替ダンパ２２が切り替わる。すなわち、第１室外機１６から吹き出される空気が、外部に放出されて、第２室外機１８への導入が中止され、ステップＳ２０３に進む。一方、温度Ｔ１が外気温度Ｔｏｕｔ以下でない場合、ステップＳ２０３に進む。

ステップＳ２０３において、制御部２４により第２導入路３２内の温度Ｔ２が外気温度Ｔｏｕｔ以上であるか否かが判断される。温度Ｔ２が外気温度Ｔｏｕｔ以上である場合、ステップＳ２０４に進み、制御部２４の制御指令により第２切替ダンパ３４が切り替わる。すなわち、第２室外機１８から吹き出される空気が、外部に放出されて、第１室外機１６への導入が中止され、制御動作が終了する。一方、温度Ｔ２が外気温度Ｔｏｕｔ以上でない場合、制御動作が終了する。

このような構成により、運転効率の向上が図れないような廃熱利用を防止することができる。また、このような廃熱利用の切替が自動的に行われるので、作業員の手間を省くことができ、空調機の運用に支障をきたしてしまうことを防止することができる。

上記２つの実施形態においては、２つの室外機間を連通するように導入路を設ける場合について説明したが、本発明は室外機の台数に限定されない。冷房専用系統の室外機と、暖房専用系統の室外機とがそれぞれ複数台あり、これらを連通するように導入路を設けることもできる。

１０，３０ 空調機の廃熱利用システム、１２ 第１空調機、１４ 第２空調機、１６ 第１室外機、１８ 第２室外機、２０ 第１導入路、２２ 第１切替ダンパ、２４ 制御部、３２ 第２導入路、３４ 第２切替ダンパ、３６ 外気温度検出部、３８ 第１導入路温度検出部、４０ 第２導入路温度検出部。

Claims (6)

1. 冷房専用系統の第１室外機と、
   暖房専用系統の第２室外機と、
   第１室外機の吹出口から吹き出される空気を、第２室外機の吸込口へ導く第１導入路と、
   第１導入路に設けられ、そこを流れる空気を外部へ放出するように切替可能な第１切替ダンパと、
   第２室外機の運転状態に基づいて第１切替ダンパを制御する制御部と、
   を有し、
   制御部は、第２室外機がデフロスト運転である場合、空気を外部へ放出するように第１切替ダンパを制御する、
   ことを特徴とする空調機の廃熱利用システム。
2. 請求項１に記載の空調機の廃熱利用システムにおいて、
   第２室外機の吹出口から吹き出される空気を、第１室外機の吸込口へ導く第２導入路と、
   第２導入路に設けられ、そこを流れる空気を外部へ放出するように切替可能な第２切替ダンパと、
   を有し、
   制御部は、第２室外機の運転状態に基づいて第２切替ダンパを制御する、
   ことを特徴とする空調機の廃熱利用システム。
3. 請求項２に記載の空調機の廃熱利用システムにおいて、
   制御部は、第２室外機がデフロスト運転である場合、空気を外部へ放出するように第２切替ダンパを制御する、
   ことを特徴とする空調機の廃熱利用システム。
4. 請求項２または３に記載の空調機の廃熱利用システムにおいて、
   外気の温度を検出する外気温度検出部と、
   第１導入路内の空気を検出する第１導入路温度検出部と、
   第２導入路内の空気を検出する第２導入路温度検出部と、
   を有し、
   制御部は、これらの温度検出部の検出結果に基づいて、第１及び第２切替ダンパを制御する、
   ことを特徴とする空調機の廃熱利用システム。
5. 請求項４に記載の空調機の廃熱利用システムにおいて、
   制御部は、第１導入路温度検出部の検出温度が外気温度検出部の検出温度以下である場合、空気を外部へ放出するように第１切替ダンパを制御する、
   ことを特徴とする空調機の廃熱利用システム。
6. 請求項４または５に記載の空調機の廃熱利用システムにおいて、
   制御部は、第２導入路温度検出部の検出温度が外気温度検出部の検出温度以上である場合、空気を外部へ放出するように第２切替ダンパを制御する、
   ことを特徴とする空調機の廃熱利用システム。
   
   

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