JPS6327626B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、多室形冷暖房装置、詳しくは、例え
ばビルデイングにおける多室を、同時に冷暖房可
能とした熱回収式多室形冷暖房装置に関する。

従来、多室を同時に冷暖房でき、冷房運転にお
ける負荷勢を暖房用に回収するごとくした熱回収
可能な多室形冷暖房装置は、すでに提供されてい
るが、第６図に示したごとく、冷媒系統の冷媒流
れを、冷暖房負荷に応じて制御し、冷暖房を同時
に行なえるように成している。

第６図に示した冷暖房装置は、圧縮機Ａの吐出
側に、水加熱用凝縮器Ｂと空気熱交換器Ｃとに、
温水温度を検知して高圧ガス冷媒を所定比率で流
す高圧側三方弁Ｄを設けると共に、前記圧縮機Ａ
の吸入側に、水冷却用蒸発器Ｅで蒸発した低圧ガ
ス冷媒と、前記空気熱交換器Ｃが蒸発器として作
用する場合、前記熱交換器Ｃで蒸発した低圧ガス
冷媒とを、冷水温度を検知して所定比率で流す低
圧側三方弁Ｆを設け、かつ、受液器Ｇと前記空気
熱交換器Ｃとを結ぶ冷媒液管Ｈと、前記受液器Ｇ
と前記蒸発器Ｅとを結ぶ冷媒液管Ｉとに、比例的
に開度調整できる膨張弁Ｊ，Ｋを設け、前記二つ
の三方弁Ｄ，Ｆの作動により、冷暖房を同時に行
なう熱回収運転と、前記空気熱交換器Ｃを補助凝
縮器として運転する冷房優先の熱回収運転、及
び、前記空気熱交換器Ｃを補助蒸発器として運転
する暖房優先の熱回収運転が行なえるようにして
いる。

第６図に示した冷暖房装置は、その冷媒配管系
を、単純に表しているが、以上の如く冷媒系統に
おける冷媒流れを制御して、負荷に応じた冷暖房
を行なうものは、汎用性のあるヒートポンプ式冷
暖房機に比較して冷媒回路が複雑になるし、冷媒
の流れを制御する制御系も複雑となつて、故障が
生じ易く信頼性に欠け、かつコスト高となる問題
がある。

又一方、第７図のごとく汎用性のある空気熱源
ヒートポンプチラーＬと、水冷チラーＭとを組合
わせて、例えばビルデイングＮにおける多室n₁〜
n₅を同時に冷暖房可能とした多室形冷暖房装置も
提供されている。

この冷暖房装置は、前記水冷チラーＭにより例
えば電子計算機室n₂など、年間を通じて常時冷房
運転を行なう部屋がある場合、この冷房運転によ
り生ずる負荷熱を、他室n₁の暖房用に熱回収でき
るし、また、ビルデイングＮなどにおいて、例え
ばビルデイングＮの北側と南側や、地下と地上な
ど、冷房と暖房とが同時に必要な場合でも、熱回
収を行なつて同時に多室の冷暖房が行なえるので
ある。

所が、以上の冷暖房装置では、汎用性のある冷
凍機を用いることができる反面、前記空気熱源ヒ
ートポンプチラーＬと水冷チラーＭとは、独立的
に運転するシステムになつているため、水冷チラ
ーＭ系の部屋n₁，n₂において、例えば前記した電
子計算機室n₂など冷房負荷が常時あつて、冷房運
転の必要があるにも拘わらず、他室n₁における暖
房負荷が少ないか、又は、ない場合、冷房負荷に
おける負荷熱は、クーリングタワーＯから外気に
放熱する必要があり、前記空気熱源ヒートポンプ
チラーＬ系の部屋n₃〜n₅において、暖房を必要と
する部屋n₃，n₄又はn₅があつても、前記水冷チラ
ーＭ系において外気に放熱する負荷熱の熱回収が
行なえない問題があつた。

そこで本発明は、以上の如き従来の問題点に鑑
み発明したもので、目的とする処は、汎用性のあ
る冷凍機を用いながら、多室を同時に冷暖房で
き、しかも簡単な制御により熱回収が行なえる多
室形冷暖房装置を提供する点にある。

即ち、本発明は汎用性のある一般的な空気熱源
ヒートポンプチラーと、水冷チラーとを組合わ
せ、前記空気熱源ヒートポンプチラーにおける利
用側水熱交換器と、水冷チラーにおける水加熱用
凝縮器及び水冷却用蒸発器の一方とを、水配管に
おいて直列に接続し、多室を同時に冷暖房できな
がら、水配管における冷温水の流れを制御する簡
単な制御により熱回収運転を可能にしたのであ
る。

更に詳記すると、利用側水熱交換器と熱源側空
気熱交換器とを備えた空気熱源ヒートポンプチラ
ー並びに二つの第１及び第２水加熱用凝縮器と水
冷却用蒸発器とを備えた水冷チラーとから成り、
前記利用側水熱交換器の第１冷温水配管に、切換
弁を介して、前記第１水加熱用凝縮器の第１温水
管と前記水冷却用蒸発器の第１冷水管との一方を
直列に接続すると共に、前記利用側水熱交換器の
第２冷温水配管と、前記第１温水管及び第１冷水
管の一方とを、多数の負荷における入口側と出口
側との一方に接続し、前記第１水加熱用凝縮器の
第２温水管と、前記水冷却用蒸発器の第２冷水管
とを、前記負荷における入口側と出口側との他方
に接続したことを特徴とするものである。

以下本発明装置の一実施例を図面に基づいて説
明する。

１は、空気熱源ヒートポンプチラーであり、２
は水冷チラーであつて、これら各チラー１，２
は、汎用性のある市販のものを用いるのであり、
前記空気熱源ヒートポンプチラー１は、既知の通
り、圧縮機１０、四路切換弁１１、利用側水熱交
換器（以下単に熱交換器という）１２、熱源側空
気熱交換器１３、暖房用膨張機構１４、冷房用膨
張機構１５、及び、これら膨張機構１４，１５と
並列に接続する逆止弁１６，１７、受液器１８を
備え、前記熱源側空気熱交換器１３にはフアン１
９を付設したものである。

また、前記水冷チラー２も既知の通り圧縮機２
０、二つの第１及び第２水加熱用凝縮器（以下単
に第１及び第２凝縮器という）２１，２２、水冷
却用蒸発器（以下単に蒸発器という）２３及び膨
張機構２４を備え、前記第２凝縮器２２には、ク
ーリングタワー２５を接続したものである。

尚、前記圧縮機１０，２０は、何れもアンロー
ダ機構などの容量制御機構を備え、前記熱交換器
１２の入口側水温度を検出するサーモスタツトｔ
h₁及び前記蒸発器２３の入口側水冷温度を検出
するサーモスタツトｔ h₁により、前記各圧縮器
１０，２０の容量を制御するごとく成している。

又、前記第１及び第２凝縮器２１，２２は、独
立的に形成してもよいが、ダブルハンドル式凝縮
器を用いてもよい。又２６は、前記第２凝縮器２
２とクーリングタワー２５とを結ぶ水配管２７に
介装する冷却水ポンプ、２８は電動式三方弁であ
り、サーモスタツトｔ h₃により弁開度を制御す
るごとく成している。

しかして、本発明は、以上の如く構成する汎用
性のある二種のチラー１，２を用い、前記空気熱
源ヒートポンプチラー１における前記熱交換器１
２の第１冷温水配管３０に切換弁３を介して、前
記水冷チラー２における第１凝縮器２１の第１温
水管３１と、前記蒸発器２３の第１冷水管３２と
の一方を直列に接続すると共に、前記熱交換器１
２の第２冷温水管３３と、前記第１温水管３１及
び第１冷水管３２との一方とを、多数の負荷１０
０，１０１，１０２…における入口側と出口側と
の一方に接続し、前記第１凝縮器２１の第２温水
管３４と、前記蒸発器２３の第２冷水管３５と
を、前記負荷１００，１０１，１０２…における
入口側と出口側との他方に接続したものである。

第１図に示した実施例は、四つのヘツダー４
１，４２及び４３，４４を用い、これら各ヘツダ
ーを、温水供給ヘツダー４１、冷水供給ヘツダー
４２、及び温水戻りヘツダー４３、冷水戻りヘツ
ダー４４として、前記温水戻りヘツダー４３に前
記第２温水管３４を、前記冷水戻りヘツダー４４
に前記第２冷水管３５を接続し、戻り温水及び戻
り冷水が前記水冷チラー２の第１凝縮器２１及び
蒸発器２３に戻るようにして、これら第１凝縮器
２１及び蒸発器２３において熱交換した後、温水
又は冷水の一方が、前記切換弁３に接続する前記
第１冷温水管３０を経て、前記熱交換器１２を流
れるようにしており、また、前記第２冷温水管３
３に切換弁４（以下説明の都合上、前記第１冷温
水管３０に接続する前記切換弁３を第１切換弁３
といい、前記第２冷温水管３３に接続する前記切
換弁４を第２切換弁４という）を設け、この第２
切換弁４の切換ポート４ｃ，４ｄを、前記温水供
給ヘツダー４１と、前記冷水供給ヘツダー４２と
に、それぞれ第１及び第２連絡管３６，３７を介
して接続している。

また、前記第１及び第２切換弁３，４は、何れ
も電動式四路切換弁を用いるのであつて、前記各
切換弁３，４の一つの固定ポート３ａ，４ａに、
それぞれ前記第１及び第２冷温水管３０，３３を
接続すると共に、もう一つの固定ポート３ｂ，４
ｂを、第３連絡管３８により接続しており、前記
第１切換弁３の切換ポート３ｃ，３ｄに、前記第
１温水管３１と第１冷水管３２とを接続してい
る。

又、前記各ヘツダーには、前記負荷１００，１
０１，１０２…を接続するのであるが、この接続
方法は各種の方法があつて、第１図に示した一つ
の接続例は、負荷１００，１０１に、冷温水供給
管４５と冷温水戻り管４６とを接続し、前記供給
管４５を、前記温水供給ヘツダー４１と冷水供給
ヘツダー４２とに、それぞれ温水供給管４７と冷
水供給管４８とを介して接続すると共に、前記冷
温水戻り管４６を、前記温水戻りヘツダー４３と
冷水戻りヘツダー４４とにそれぞれ温水戻り管４
９を冷水戻り管５０とを介して接続したものであ
る。この場合、前記各供給管４７，４８と各戻り
管４９，５０とには電磁弁５１，５２，５３，５
４をそれぞれ介装するのであり、また、前記冷温
水供給管４５の途中にはサーモスタツトｔ h₄に
より開度制御する三方電動弁５５を介装して、前
記冷温水戻り管４６との間にバイパス管５６を接
続するのである。又、第１図に示したもう一つの
接続例は、一つの負荷１０２に温水コイル１０２
ａと冷水コイル１０２ｂとを設けて、前記温水コ
イル１０２ａの入口側を、前記温水供給ヘツダー
４１から延びる温水供給主管５７に、支管５８を
介して接続し、出口側を前記温水戻りヘツダー４
３から延びる温水戻り主管５９に、支管６０を介
して接続すると共に、前記冷水コイル１０２ｂの
入口側を、前記冷水供給ヘツダー４２から延びる
冷水供給主管６１に、支管６２を介して接続し、
出口側を前記冷水戻りヘツダー４４から延びる冷
水戻り主管６３に、支管６４を介して接続したも
のである。この場合、前記各温水及び冷水供給主
管５７，６１に接続する支管５８，６２には、そ
れぞれ出口側冷温水温度を検出するサーモスタツ
ト（図示せず）により開度制御する電動弁６５，
６６を介装するのである。また、以上の接続例に
おいては、前記温水コイル１０２ａ及び冷水コイ
ル１０２ｂにそれぞれ温水と冷水とを同時に供給
できるので、再熱運転も行なえる。

又、電子計算機室など、年間を通して冷房を必
要とする部屋に設ける負荷については、図示して
いないが、前記冷水供給ヘツダー４２と冷水戻り
ヘツダー４４とに、それぞれ冷水供給管及び冷水
戻り管を介して接続すればよい。

第１図に示した運転状態は、暖房負荷が冷房負
荷より大きく、暖房優先運転としたもので、前記
ヒートポンプチラー１の四路切換弁１１を暖房サ
イクルに切換え、前記熱源側空気熱交換器１３を
蒸発器とし、前記熱交換器１２を凝縮器として作
用させると共に、前記第１冷温水管３０を、前記
第１切換弁３を介して、前記水冷チラー２におけ
る第１凝縮器２１の第１温水管３１に連通させ、
前記蒸発器２３の第１冷水管３２を、前記第１切
換弁３、第３連絡管３８、第２切換弁４及び第２
連絡管３７を介して前記冷水供給ヘツダー４２
に、また、前記熱交換器１２の第２冷温水管３３
を前記第２切換弁４及び第１連絡管３６を介して
前記温水供給ヘツダー４１に連通させたものであ
る。

この状態で、前記各チラー１，２の圧縮機１
０，２０を駆動すると共に、前記第１冷温水配管
３０と第２温水管３４と第２冷水管３５とに介装
する冷温水一次ポンプ５と温水一次ポンプ６７と
冷水一次ポンプ６８とを駆動し、また、前記温水
供給主管５７及び前記冷水供給主管６１並びに前
記冷温水供給管４５に介装する温水二次ポンプ６
９、冷水二次ポンプ７０及び冷温水二次ポンプ７
１を駆動することにより、前記各負荷１００，１
０１，１０２…において、冷暖房が同時に行なえ
るものである。この場合前記水冷チラー２におけ
る冷房負荷は、水冷チラー２における暖房負荷に
熱回収され、前記クーリングタワー２５の運転は
しないのである。

又、以上の運転において暖房負荷が減少すれ
ば、前記各チラー１，２の圧縮機１０，２０の容
量制御が行なわれる。

以上の実施例では、前記水冷チラー２が優先的
に運転できるのであつて、暖房負荷の減少によ
り、先ず前記ヒートポンプチラー１の圧縮機１０
が容量制御されるのであり、前記圧縮機１０の容
量制御後に前記水冷チラー２の圧縮機２０が容量
制御されるのであつて、熱回収は前記水冷チラー
２により最大限行なえる。

又、冷房負荷が前記水冷チラー２の冷房能力よ
りも増大すると、前記ヒートポンプチラー１の四
路切換弁１１を冷房サイクルに切換えて冷房優先
運転とするものであつて、前記熱源側空気熱交換
器１３を凝縮器とし、前記熱交換器１２を蒸発器
として作用させると共に、前記第１及び第２切換
弁３，４も、第２図の如く切換えて、前記第１冷
温水管３０を、前記第１切換弁３を介して蒸発器
２３の第１冷水管３２に連通させ、前記第１凝縮
器２１の第１温水管３１を、前記第１切換弁３、
第３連絡管３８、第２切換弁４及び第１連絡管３
６を介して前記温水供給ヘツダー４１に、また、
前記熱交換器１２の第２冷温水管３３を、前記第
２切換弁４及び第２連絡管３７を介して前記冷水
供給ヘツダー４２に連通させるものである。

この場合も、前記各負荷１００，１０１，１０
２…において冷暖房が同時に行なえるのであり、
前記水冷チラー２における暖房負荷は、水冷チラ
ー２における冷房負荷と等しくなり、熱回収運転
が行なえるのであり、前記クーリングタワー２５
の運転はしないのである。尚、暖房負荷が前記水
冷チラーにおける冷房負荷よりも小さくなけれ
ば、前記クーリングタワー２５及び冷却水ポンプ
２６を運転するのである。

又、以上の運転状態において、暖房負荷がなく
なれば、第３図のごとく前記温水一次ポンプ６７
及び温水二次ポンプ６９の駆動を停止し、前記ク
ーリングタワー２５及び冷却水ポンプ２６の運転
を行なうのであつて、この場合冷房専用運転とな
る。

以上説明した実施例は、四つのヘツダーを温水
及び冷水専用の供給ヘツダー４１，４２と、戻り
ヘツダー４３，４４とに構成したが、第４図のご
とく冷温水共用の供給側主ヘツダー８１と戻り側
主ヘツダー８２、及び供給側補助ヘツダー８３と
戻り側補助ヘツダー８４とに構成することもでき
る。

この場合、前記熱交換器１２の第２冷温水管３
３を前記供給側主ヘツダー８１に、また、前記第
１切換弁３の固定ポート３ｂに接続する第４連絡
管８５を、前記供給側補助ヘツダー８３に連結す
ると共に、前記第２切換弁４を、前記第１凝縮器
２１の第２温水管３４と、前記蒸発器２３の第２
冷水管３５との間に配設して、前記第２切換弁４
の固定ポート４ａ，４ｂに接続し、前記第２切換
弁４の切換ポート４ｃ，４ｄを、それぞれ第５及
び第６連絡管８６，８７を介して、前記戻り側主
ヘツダー８２と戻り側補助ヘツダー８４とに接続
するのであり、そして、前記供給側及び戻り側主
ヘツダー８１，８２には、主冷温水供給管８８及
び主冷温水戻り管８９を、また供給側及び戻り側
補助ヘツダー８３，８４には、補助冷温水供給管
９０及び補助冷温水戻り管９１をそれぞれ接続
し、また、前記第５及び第６連絡管８６，８７
に、主冷温水一次ポンプ９２及び補助冷温水一次
ポンプ９３を、また、前記主及び補助冷温水供給
管８８，９０には、主冷温水二次ポンプ９４及び
補助冷温水二次ポンプ９５をそれぞれ介装するの
である。尚、他の構成は、第１図と同じであつ
て、同じ構成部材については同一符号を付してあ
る。

第４図に示した運転状態は、第１図と同様暖房
負荷が冷房負荷より大きく暖房優先運転としたも
のである。

この場合も第１図と同様、各負荷１００，１０
１，１０２において冷暖房が同時に行なえるし、
また、熱回収も可能である。

又、冷房負荷が前記水冷チラー２の冷房能力よ
りも増大すると、前記第１及び第２切換弁３，４
を、第５図のごとく切換え、冷房優先運転とする
ものであつて、第２図と同様、各負荷１００，１
０１，１０２において冷暖房が同時に行なえると
共に、熱回収も可能となる。

更に暖房負荷がなくなれば、第３図と同様冷房
専用運転に切換えるのである。

又、以上説明した実施例は、何れも前記水冷チ
ラー２の第２温水管３４及び第２冷水管３５を、
冷温水の戻り側として、前記ヒートポンプチラー
１に対し冷温水の流れの前段に配設し、前記ヒー
トポンプチラー１を後段となしたが、前記ヒート
ポンプチラー１における第２冷温水管３３を戻り
側として、前記ヒートポンプチラー１を冷温水の
流れの前段とし、前記水冷チラー２を後段に配設
してもよい。一般に空冷ヒートポンプチラー１で
は、水冷チラー２に比較して、凝縮圧力が高く、
蒸発圧力が低くて、圧縮比が大きくなるのである
から、前記ヒートポンプチラー１を後段に配置す
ると、更に前記圧縮比が大となり、成積係数が低
下することになる。従つて、前記ヒートポンプチ
ラー１を前段に配置する方が、該チラー１の成積
係数を向上する上で好ましいのであるが、反面前
記ヒートポンプチラー１の運転にハンチングが生
じたり、応答時間が長くなつたりして不安定な制
御になることが考えられるので、前記ヒートポン
プチラー１の成積係数が多少低下しても、前記ヒ
ートポンプチラー１を後段とし、水冷チラー２を
前段に配置するのがより好ましい。斯くすること
により、前記ヒートポンプチラー１の運転にハン
チングが生じたりすることなく、また、負荷の変
動に対し応答性よく切換動作させ得ると共に、安
定した運転が可能となるのである。

以上の如く本発明は、前記空気熱源ヒートポン
プチラー１と、水冷チラー２とを、その水配管に
より直列に接続して組合わせたから、多室を同時
に冷暖房できながら、水側の簡単な制御により、
熱回収が行なえるのである。

しかも、前記各チラー１，２は、汎用性のある
一般的に市販の量産品を用いることができるの
で、故障をなくし信頼性を向上でき、しかもコス
ト高となることはないのであり、また第７図に示
した従来例に比し、水冷チラー２の使用範囲を拡
げられるので、例えば電子計算機室など特定の部
屋以外の部屋で冷房負荷があれば、その負荷熱を
利用できるのであり、前記水冷チラー２を優先的
に運転できるので、熱回収運転は最大限行なえる
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例を示す水配管系
統図、第２図及び第３図は第１図の運転状態から
変化した運転状態を示す水配管系統図、第４図は
別の実施例を示す水配管系統図、第５図は第４図
の運転状態から変化した運転状態を示す水配管系
統図、第６図は従来装置の一例を示す冷媒配管系
統図、第７図は従来装置の他の例を示す水配管系
統図である。 １……空気熱源ヒートポンプチラー、２……水
冷チラー、３……切換弁、１２……利用側水熱交
換器、１３……熱源側空気熱交換器、２１……第
１水加熱用凝縮器、２２……第２水加熱用凝縮
器、２３……水冷却用蒸発器、３０……第１冷温
水管、３１……第１温水管、３２……第１冷水
管、３３……第２冷温水管、３４……第２温水
管、３５……第２冷水管、１００，１０１，１０
２……負荷。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 利用側水熱交換器１２と熱源側空気熱交換器
   １３とを備えた空気熱源ヒートポンプチラー１並
   びに二つの第１及び第２水加熱用凝縮器２１，２
   ２と水冷却用蒸発器２３とを備えた水冷チラー２
   とから成り、前記利用側水熱交換器１２の第１冷
   温水配管３０に、切換弁３を介して前記第１水加
   熱用凝縮器２１の第１温水管３１と前記水冷却用
   蒸発器２３の第１冷水管３２との一方を直列に接
   続すると共に、前記利用側水熱交換器１２の第２
   冷温水配管３３と、前記第１温水管３１及び第１
   冷水管３２の一方とを、多数の負荷１００，１０
   １，１０２…における入口側と出口側との一方に
   接続し、前記第１水加熱用凝縮器２１の第２温水
   管３４と前記水冷却用蒸発器２３の第２冷水管３
   ５とを、前記負荷１００，１０１，１０２…にお
   ける入口側と出口側との他方に接続したことを特
   徴とする多室形冷暖房装置。