JPWO2019021406A1 - 空調システムおよび熱媒体封入方法 - Google Patents

Abstract

空調システムは、熱源側熱交換器が設けられた熱源側冷媒回路と、負荷側熱交換器が設けられた負荷側熱媒体回路と、熱源側冷媒回路と負荷側熱媒体回路との間で熱交換する中間熱交換器と、負荷側熱媒体回路に設けられ、負荷側熱媒体回路に熱媒体が供給される熱媒体封入機構とを有し、熱媒体封入機構は、熱媒体と熱媒体に対して空気よりも溶けやすい気体とが流入する供給口と、熱媒体に押されて気体が排出される排出口と、気体の供給時、および熱媒体の供給時に、気体または熱媒体が供給口から排出口に流動するように回路接続する整流装置とを有するものである。

Description

本発明は、冷媒回路で生成された温熱および冷熱を熱媒体が利用側に熱輸送する空調システムおよび熱媒体封入方法に関する。

建物内の空気調和の利用だけでなく、製品の製造ラインの温度制御への利用など、冷凍空調機器のニーズが高まっている。例えば、大型の商業施設などでは、チラー等の冷凍サイクル装置が生成した冷水とボイラが生成した温水とを各部屋に届け、エアハンドリングユニットおよびファンコイルなどが部屋を冷暖房し、給湯する水空調システムおよび給湯システムが採用されている。また、製品の品質を一定に保つため、製造ラインの温度管理に水空調システムが採用されている。さらに、家庭においても、冷媒回路で生成された温熱および冷熱が、通常の冷房および暖房で利用されるだけでなく、パネルヒータを介して床暖房および床冷房を行うようになった。

熱源機と利用側熱交換器との間で冷媒を循環させる直膨式システムでは、配管施工時に、配管内の空気が真空引きされた後、配管内に冷媒が注入されるという手順が、一般的である。直膨式システムと対比される別の形式のシステムとして、間接式システムがある。水および不凍液等の熱媒体を循環させる水空調システムおよび給湯システムが、間接式システムに該当する。間接式システムでは、例えば、配管が施工された後、配管内の空気が真空引きされずに、水道から供給される水などが配管に注入されるという手順が、一般的である。この手順では、配管に水を封入する際、配管を真空引きしていないので、空気の密度および表面張力の影響で、配管中に空気塊が残留する場合がある。

空気塊は水に溶けにくいため、熱輸送の流路抵抗となる。また、空気塊が長時間、配管中に滞留すると、空気塊中の酸素が配管を腐食することがある。さらに、空気塊はポンプの故障の原因にもなる。空気塊が残留しやすい配管の一例として、鳥居状配管が知られている。鳥居状配管は、地面に対して垂直方向に並列に立つ２本の配管と、これら２本の配管の上端の口を接続する水平な配管とを有する構成である。以下では、鳥居状配管を屈折配管と称する。

間接式システムにおいて、空気塊を配管に残留させない方法の一例が、特許文献１に開示されている。特許文献１には、上記の屈折配管に対して、配管の位置が周囲よりも高くなる箇所に空気抜き弁を設け、配管に水を封入するときにその弁から空気を抜くことが開示されている。また、空気塊を配管から排出する方法ではないが、異物を配管から排出する方法が、特許文献２に開示されている。特許文献２には、水を加圧して循環式温水回路から異物を押し出すことが開示されている。一方、特許文献３では、直膨式と同様に、配管を真空引きする方法が提案されている。特許文献３に開示された方法は、水を配管に封入する作業が冷媒を充填する場合と同様になるため、作業者にとって作業しやすい。

国際公開第２０１１／０８３５１９号 特開平０５−１４１６７１号公報 特開平０６−１４７５３６号公報

特許文献１に開示された方法では、配管設計時に空気抜き弁の設置位置を検討する必要がある。配管の一部が周囲の配管よりも高い箇所がある屈折配管が多いと、空気抜き弁を多く取り付ける必要がある。

特許文献２に開示された方法では、水の圧力およびポンプの力などで配管から空気を押し出すので、配管に水を封入する時間がかかるだけでなく、多量の水が必要となる。また、配管中の空気を全て追い出すことは困難であり、空気塊が残留してしまうことがある。そのため、水の圧力および量をどのくらいにすれば、空気を抜くことができるかを判断するには、作業者の現場経験が必要である。配管内に空気塊が残留するか否かが、作業者に依存してしまうことになる。

一方、水配管では、耐圧、重量および製造コストの都合上、流量制御弁などの機器は樹脂製のものが多い。そのため、配管内が真空引きされると、これらの機器が負圧でゆがんでしまうことがある。また、水配管の接続部分にクイックファスナなどの継手が用いられているが、水配管に使用される継手は負圧に弱い。さらに、負圧の配管内に水を入れることで一部が氷になって配管を痛めてしまう場合もある。樹脂製の配管および配管機器が使用されている水配管には、真空引きの方法を利用できない。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、負荷側熱媒体回路において、空気の残留量を減らし、熱輸送効率を向上させる空調システムおよび熱媒体封入方法を提供するものである。

本発明に係る空調システムは、熱源側熱交換器が設けられた熱源側冷媒回路と、負荷側熱交換器が設けられた負荷側熱媒体回路と、前記熱源側冷媒回路と前記負荷側熱媒体回路との間で熱交換する中間熱交換器と、前記負荷側熱媒体回路に設けられ、該負荷側熱媒体回路に熱媒体が供給される熱媒体封入機構と、を有し、前記熱媒体封入機構は、前記負荷側熱媒体回路に接続され、前記熱媒体と、該熱媒体に対して空気よりも溶けやすい気体とが流入する供給口と、前記負荷側熱媒体回路に接続され、前記熱媒体に押されて前記気体が排出される排出口と、前記気体の供給時、および前記熱媒体の供給時に、前記気体または前記熱媒体が前記供給口から前記排出口に流動するように回路接続する整流装置と、を有するものである。

本発明に係る熱媒体封入方法は、熱源側熱交換器を含む熱源側冷媒回路と、負荷側熱交換器、供給口、排出口、および該供給口と該排出口との間に設けられた整流装置を含む負荷側熱媒体回路と、前記熱源側冷媒回路と該負荷側熱媒体回路との間で熱交換する中間熱交換器とを有する空調システムにおける、前記負荷側熱媒体回路への熱媒体封入方法であって、熱媒体に対して空気よりも溶けやすい気体が前記負荷側熱媒体回路に封入されるまで、前記供給口から該気体を該負荷側熱媒体回路に供給して空気を前記排出口から排出する第１置換工程と、前記負荷側熱媒体回路に前記気体が封入されると、前記熱媒体が該負荷側熱媒体回路に封入されるまで、前記供給口から該熱媒体を該負荷側熱媒体回路に供給する第２置換工程と、を有するものである。

本発明は、負荷側熱媒体回路に熱媒体が封入される前に、空気よりも熱媒体に溶けやすい気体が空気を押し出しながら配管内に封入されることで、封入された気体が配管内に残留しても、空気塊のような大きな塊が配管内に形成されることが抑制される。その結果、気体の塊に起因する流路抵抗が低減し、負荷側熱媒体回路の熱輸送効率が向上する。

本発明の実施の形態１に係る空調システムの一構成例を示す冷媒回路図である。 図１に示した空調システムの設置例を示す図である。 図１に示した熱媒体封入機構の一構成例を示す拡大図である。 図１に示した制御装置の一構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１の空調システムにおいて、負荷側熱媒体回路に水を封入する手順を示すフローチャートである。 図１に示した負荷側熱媒体回路を模式的に示した図である。 図６に示した負荷側熱媒体回路において、供給口からの距離と気体Ｘの濃度との関係を示すグラフである。 Ｔ字管において、配管形状が気体の流れを乱すことを示す図である。 Ｌ字管において、配管形状が気体の流れを乱すことを示す図である。 本発明の実施の形態２に係る空調システムの一構成例を示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態３に係る空調システムの一構成例を示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態４に係る空調システムの一構成例を示す図である。 図１に示した熱源機における負荷側熱媒体回路の他の一例を示す図である。

本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
実施の形態１．
本実施の形態１の空調システムの構成の概要を説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る空調システムの一構成例を示す冷媒回路図である。図２は、図１に示した空調システムの設置例を示す図である。本実施の形態１では、空調システム１００が、冷凍サイクルを利用して冷熱および温熱を生成する一次側サイクルと、一次側サイクルで生成された冷熱および温熱を熱輸送する二次側サイクルとを行う冷凍空調機器の場合で説明する。

図１に示すように、空調システム１００は、熱源機１０と、複数の負荷側ユニット５０−１〜５０−３とを有する。負荷側ユニット５０−１〜５０−３は、熱源機１０と並列に接続されている。図２に示す設置例では、熱源機１０がビルの屋上に設置され、負荷側ユニット５０−１〜５０−３がビル内の空調対象空間となる部屋の天井に設置されている。

本実施の形態１では、図１に示すように、１台の熱源機１０に３台の負荷側ユニットが接続された構成の場合で説明するが、熱源機１０に接続される負荷側ユニットの数は３台に限らない。図２は、熱源機１０に負荷側ユニット５０−１〜５０−３の他に、３台の負荷側ユニットが接続された場合を示す。また、空調システム１００は、２台以上の熱源機に２台以上の負荷側ユニットが接続された構成であってもよい。

また、図１に示すように、負荷側ユニット５０−１〜５０−３は、往き配管６４および戻り配管６５を介して熱源機１０と接続されている。往き配管６４は、熱源機１０から負荷側ユニット５０−１〜５０−３に熱媒体を供給する役目を果たす。戻り配管６５は、負荷側ユニット５０−１〜５０−３から熱源機１０に熱媒体を戻す役目を果たす。

往き配管６４は、ビル内側で第１の接続配管６４ｃ−１〜６４ｃ−３に分岐する。第１の接続配管６４ｃ−１〜６４ｃ−３のそれぞれは負荷側ユニット５０−１〜５０−３のそれぞれに接続されている。負荷側ユニット５０−１〜５０−３のそれぞれに第２の接続配管６５ｃ−１〜６５ｃ−３のそれぞれが接続されている。第２の接続配管６５ｃ−１〜６５ｃ−３は戻り配管６５に合流する。

空調システム１００は、一次側サイクルが行われる熱源側冷媒回路１１０と、二次側サイクルが行われる負荷側熱媒体回路１２０とを有する。熱源側冷媒回路１１０は、圧縮機１、熱源側熱交換器３、絞り装置４、中間熱交換器５および液だめ機構６が配管で接続された構成である。負荷側ユニット５０−１〜５０−３のそれぞれに負荷側熱交換器５２ｃ−１〜５２ｃ−３のそれぞれが設けられている。負荷側熱媒体回路１２０は、ポンプ５１、中間熱交換器５および負荷側熱交換器５２ｃ−１が配管で接続された構成である。図１に示す構成例では、ポンプ５１、中間熱交換器５および負荷側熱交換器５２ｃ−２が配管で接続された回路にも、負荷側熱媒体回路１２０が形成されている。さらに、ポンプ５１、中間熱交換器５および負荷側熱交換器５２ｃ−３が配管で接続された回路にも、負荷側熱媒体回路１２０が形成されている。本実施の形態１の空調システム１００は、負荷側熱媒体回路１２０に熱媒体を封入するための熱媒体封入機構５４を有する。

空調システム１００は、熱源機１０の熱源側冷媒回路１１０で一次側サイクルが行われ、一次側サイクルで生成された冷熱および温熱が往き配管６４および戻り配管６５を介して負荷側ユニット５０−１〜５０−３に伝達される構成である。

一次側サイクルに使用される冷媒として、フロン冷媒、ＨＦＯ冷媒、ＣＯ_２冷媒、ＨＣ冷媒、およびアンモニア冷媒などがある。フロン冷媒は、ＨＦＣ系冷媒のＲ３２、Ｒ１２５およびＲ１３４ａ、または、これらの混合冷媒となるＲ４１０Ａ、Ｒ４０７ｃおよびＲ４０４Ａなどがある。ＨＦＯ冷媒は、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ、ＨＦＯ−１２３４ｚｅ（Ｅ）、ＨＦＯ−１２３４ｚｅ（Ｚ）、およびＨＦＯ−１１２３がある。ＨＣ冷媒は、プロパンおよびイソブタン冷媒がある。

また、一次側サイクルで使用される冷媒は、上記のように、複数の冷媒を混合した混合冷媒であってもよい。混合冷媒として、ＨＦＣ系冷媒の混合冷媒の他に、蒸気圧縮式のヒートポンプに用いられる冷媒がある。混合冷媒は、Ｒ３２、ＨＦＯ−１２３４ｙｆおよびＲ１２５を混合した冷媒であってもよい。

二次側サイクルに使用される熱媒体には、水および不凍液がある。不凍液は、エチレングリコール、プロピレングリコールおよびメタノール等を水に混ぜたものである。

なお、本実施の形態１では、空調システムが冷凍空調機器の場合で説明するが、負荷側熱媒体回路１２０に熱媒体を封入する作業が必要な装置であればよく、空調システムは冷凍空調機器に限定されない。また、熱源側冷媒回路１１０は、冷凍サイクルを行う回路に限らない。熱源側冷媒回路１１０における熱源は、燃料を燃やして温熱を得るボイラなどの熱源装置であってもよい。また、説明において参照する図面は、各構成の大きさの関係は実際のものとは異なる場合がある。本実施の形態１では、一次側サイクルで生成される温熱および冷熱が、空調対象空間の空気調和に利用される場合で説明するが、温熱の用途は給湯および床暖房などの温水利用であってもよく、冷熱の用途は床冷房などの冷水利用であってもよい。

また、図１は、熱源機１０に複数の負荷側ユニット５０−１〜５０−３が並列に接続された構成を示しているが、空調対象空間の負荷設計にしたがって、負荷側ユニット５０−１〜５０−３の接続の仕方を変えてもよい。負荷側ユニット５０−１〜５０−３が、負荷側熱媒体回路１２０の配管に沿って配置され、直列に接続されてもよい。通常は負荷側ユニット５０−１〜５０−３の温度条件は大きく異ならない場合は、図１、図２のように並列設置する。さらに、各負荷側ユニットの空調対象の容量は同じであってもよく、互いに異なっていてもよい。

次に、図１に示した熱源機１０および負荷側ユニット５０−１〜５０−３の構成を、詳しく説明する。

［熱源機１０の構成］
熱源機１０は、通常、ビル等の建物の外の空間に配置され、負荷側ユニット５０−１〜５０−３に冷熱および温熱を供給する。建物の外の空間とは、屋上などである。図２は、熱源機１０がビルの屋上に設置された場合を示す。ただし、熱源機１０が設置される場所は、室外に限らない。熱源機１０は、例えば、天井裏および換気口付の機械室等の囲まれた空間に設置されてもよい。熱源機１０は、排気ダクトで廃熱を建物の外に排気できれば、建物の内部に設置してもよい。水冷式の熱源側熱交換器を用いて、熱源機１０を建物の内部に設置してもよい。外気と熱交換ができれば、熱源機１０はどのような場所に設置されていてもよい。

熱源機１０は、圧縮機１と、四方弁２と、熱源側熱交換器３と、絞り装置４と、中間熱交換器５と、液だめ機構６とを有する。熱源機１０には、熱源側熱交換器３に外気を供給する室外ファン３−ｍが設けられている。また、熱源機１０は、負荷側熱媒体回路１２０に設けられた、ポンプ５１および熱媒体封入機構５４を有する。熱源機１０は、一次側サイクルおよび二次側サイクルを制御する制御装置９１ａが設けられている。

負荷側熱媒体回路１２０に設けられた構成のうち、ポンプ５１、中間熱交換器５、熱媒体封入機構５４、配管６１、６２および６３が、熱源機１０に設けられている。配管６１は、戻り配管６５を介して負荷側ユニット５０−１〜５０−３と接続されている。配管６２は、ポンプ５１と中間熱交換器５とを接続している。配管６３は、往き配管６４を介して負荷側ユニット５０−１〜５０−３と接続されている。一次側サイクルで生成された温熱および冷熱は、中間熱交換器５、往き配管６４、戻り配管６５を介して負荷側ユニット５０−１〜５０−３に熱搬送される。

ここでは、負荷側熱媒体回路１２０に設けられた構成のうち、熱源機１０に設けられた構成について説明する。負荷側熱媒体回路１２０に設けられた構成のうち、負荷側ユニット５０−１〜５０−３に設けられた構成については後で説明する。

圧縮機１の冷媒吐出口は、吐出配管１１を介して、四方弁２と接続されている。圧縮機１の冷媒吸入口は、吸入配管１５を介して、液だめ機構６および四方弁２と接続されている。熱源側熱交換器３は、ガス側配管１２を介して四方弁２と接続されている。熱源側熱交換器３は、液側配管１３を介して、絞り装置４および中間熱交換器５と接続されている。中間熱交換器５は、ガス側配管１４を介して四方弁２と接続されている。また、中間熱交換器５は、配管６２および６３が接続されている。

図１に示した熱媒体封入機構５４の構成を説明する。図３は、図１に示した熱媒体封入機構の一構成例を示す拡大図である。図３に示すように、熱媒体封入機構５４は、供給口４４と、排出口５４−４と、供給口４４および排出口５４−４の間に設けられた開閉弁５４−１とを有する。供給口４４、排出口５４−４および開閉弁５４−１は、配管６１に設けられている。配管６１の供給口４４に配管４５が接続され、配管４５はガス配管４５ａと熱媒体配管４５ｂとに分岐している。ガス配管４５ａにガス供給口５４−２が設けられ、熱媒体配管４５ｂに熱媒体供給口５４−３が設けられている。

ガス供給口５４−２は、負荷側熱媒体回路１２０内の空気と置換される気体Ｘの供給口である。熱媒体供給口５４−３は、負荷側熱媒体回路１２０内に流入される熱媒体の供給口である。ガス配管４５ａにガス弁４６が設けられている。熱媒体配管４５ｂに熱媒体弁４７が設けられている。排出口５４−４は、負荷側熱媒体回路１２０内から空気および気体Ｘを排出する。排出口５４−４に通じる配管には、排出弁４８が設けられている。開閉弁５４−１、ガス弁４６、熱媒体弁４７および排出弁４８は、２方弁である。

負荷側熱媒体回路１２０を循環する熱媒体は、水または不凍液などである。熱媒体の主成分が水である場合、気体Ｘは、水に対して空気よりも溶けやすい気体である。つまり、水に溶ける空気の量に比べて、水に溶ける気体Ｘの量の方が大きい。気体Ｘの詳細は後で説明する。以下では、負荷側熱媒体回路１２０に封入される熱媒体が水の場合で説明する。

開閉弁５４−１は、供給口４４から供給される気体Ｘおよび水が負荷側熱媒体回路１２０を経由せずに、排出口５４−４から流出することを防ぐ逆流防止装置として機能する。開閉弁５４−１は、後述する熱媒体封入作業において、気体Ｘおよび水の流れを一方向にする役目を果たす。

また、熱源機１０には、温度計３１〜３７、８１および８２と、圧力計４１および４２とが設けられている。温度計３１は、圧縮機１の冷媒吐出側の吐出配管１１に設けられている。温度計３１は、圧縮機１における冷媒の吐出温度を測定する。温度計３２は、圧縮機１の冷媒吸入側の吸入配管１５に設けられている。温度計３２は、圧縮機１における冷媒の吸入温度を測定する。

温度計３３は、熱源側熱交換器３のガス側配管１２に設けられている。温度計３３は、熱源側熱交換器３のガス側の冷媒の温度を測定する。温度計３４は、熱源側熱交換器３の液側配管１３に設けられている。温度計３４は、熱源側熱交換器３の液側の冷媒の温度を測定する。温度計３５が熱源機１０に設けられている。温度計３５は、室外ファン３−ｍによって取り込まれた外気の温度を測定する。

温度計３６は、中間熱交換器５の液側配管１３に設けられている。温度計３６は、中間熱交換器５の液側の冷媒の温度を測定する。温度計３７は、中間熱交換器５のガス側配管１４に設けられている。温度計３７は、中間熱交換器５のガス側の冷媒の温度を測定する。圧力計４１は、圧縮機１の冷媒吐出側の吐出配管１１に設けられている。圧力計４１は、圧縮機１の冷媒の吐出圧力を測定する。圧力計４２は、圧縮機１の冷媒吸入側の吸入配管１５に設けられている。圧力計４２は、圧縮機１の冷媒の吸入圧力を測定する。

温度計８１は、中間熱交換器５の配管６２に設けられている。温度計８１は、中間熱交換器５に流入する水の温度を測定する。温度計８２は、中間熱交換器５の配管６３に設けられている。温度計８２は、中間熱交換器５から流出する水の温度を測定する。

図４は、図１に示した制御装置の一構成例を示すブロック図である。制御装置９１ａは、プログラムを記憶するメモリ９５と、プログラムにしたがって処理を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）９６とを有する。制御装置９１ａは、温度計３１〜３７、８１および８２と信号線で接続されている。制御装置９１ａは、圧力計４１および４２と信号線で接続されている。制御装置９１ａは、圧縮機１、室外ファン３−ｍ、四方弁２およびポンプ５１と信号線で接続されている。制御装置９１ａは、開閉弁５４−１、ガス弁４６、熱媒体弁４７および排出弁４８と信号線で接続されている。これらの信号線を図１に示すことを省略している。

また、図１に示すように、制御装置９１ａは、負荷側ユニット５０−１〜５０−３のそれぞれに設けられた制御部９１ｃ−１〜９１ｃ−３のそれぞれと信号線で接続されている。図４では、制御部９１ｃ−２および９１ｃ−３を図に示すことを省略している。

制御装置９１ａは、一次側サイクルの冷凍サイクルを制御する。制御装置９１ａは、制御部９１ｃ−１〜９１ｃ−３から暖房運転の要求を受け付けると、四方弁２を制御して、吐出配管１１をガス側配管１４と接続させ、吸入配管１５をガス側配管１２と接続させる。これにより、制御装置９１ａは中間熱交換器５に温熱を生成させる。制御装置９１ａは、制御部９１ｃ−１〜９１ｃ−３から冷房運転の要求を受け付けると、四方弁２を制御して、吐出配管１１をガス側配管１２と接続させ、吸入配管１５をガス側配管１４と接続させる。これにより、制御装置９１ａは中間熱交換器５に冷熱を生成させる。

制御装置９１ａは、温度計３１〜３７から取得する測定値と圧力計４１および４２から取得する測定値とを基に、圧縮機１および絞り装置４を含む各アクチュエータを制御する。具体的には、制御装置９１ａは、圧縮機１の運転周波数を制御して、冷凍サイクルの能力を調節する。また、制御装置９１ａは、絞り装置４の開度を制御して、熱源側熱交換器３および中間熱交換器５のスーパーヒートおよびサブクールを調節する。

また、制御装置９１ａは、配管施工後に負荷側熱媒体回路１２０への水の封入の指示が入力されると、熱媒体封入機構５４を制御する。熱媒体封入時の制御の具体例は、後で説明する。

［負荷側ユニット５０−１〜５０−３の構成］
負荷側ユニット５０−１〜５０−３のそれぞれは、室内などの空調対象空間に空調空気を供給できる位置に設置されている。負荷側ユニット５０−１〜５０−３のそれぞれは、熱源機１０から冷熱が供給されると、空調対象空間に冷房空気を供給する。負荷側ユニット５０−１〜５０−３のそれぞれは、熱源機１０から温熱が供給されると、空調対象空間に暖房空気を供給する。負荷側ユニット５０−１〜５０−３は同様な構成であるため、以下では、負荷側ユニット５０−１の構成を詳しく説明し、負荷側ユニット５０−２および５０−３の構成の説明を省略する。制御部９１ｃ−１〜９１ｃ−３は、制御装置９１ａと同様に、図に示さないＣＰＵおよびメモリを有する。

負荷側ユニット５０−１は、負荷側熱交換器５２ｃ−１と、室内ファン５２ｃ−１ｍと、制御部９１ｃ−１とを有する。負荷側熱交換器５２ｃ−１の水の流入側に流量制御弁５３ｃ−１が設けられている。流量制御弁５３ｃ−１は、負荷側熱交換器５２ｃ−１に流入する水の流量を調整する。負荷側ユニット５０−１には、空調対象空間から空気を吸い込んで負荷側熱交換器５２ｃ−１に供給する室内ファン５２ｃ−１ｍが設けられている。負荷側熱交換器５２ｃ−１の水の流入側には、水の温度を測定する温度計８４ｃ−１が設けられている。負荷側熱交換器５２ｃ−１の水の流出側には、水の温度を測定する温度計８３ｃ−１が設けられている。負荷側ユニット５０−１には、空調対象空間の空気の温度を測定する温度計８５ｃ−１が設けられている。

制御部９１ｃ−１は、室内ファン５２ｃ−１ｍ、流量制御弁５３ｃ−１、温度計８３ｃ−１、８４ｃ−１および８５ｃ−１と信号線で接続されている。制御部９１ｃ−１は、使用者から運転状態の指示が入力されると、運転状態の情報を制御装置９１ａに送信する。制御部９１ｃ−１は、設定温度および設定湿度と、温度計８３ｃ−１、８４ｃ−１および８５ｃ−１から取得する測定値とを基に、室内ファン５２ｃ−１ｍの回転数および流量制御弁５３ｃ−１の開度を制御する。

次に、本実施の形態１の空調システム１００の動作を説明する。はじめに、制御装置９１ａが、一次側サイクルにおいて、暖房運転を行う場合を説明する。
［暖房運転］
制御装置９１ａは、制御部９１ｃ−１〜９１ｃ−３から暖房運転の要求を受け付けると、四方弁２を制御して、吐出配管１１をガス側配管１４と接続させ、吸入配管１５をガス側配管１２と接続させる。圧縮機１から吐出した高温高圧の冷媒は、中間熱交換器５に流入する。中間熱交換器５は凝縮器として機能する。高温高圧の冷媒は、中間熱交換器５において、負荷側熱媒体回路１２０を循環する水と熱交換を行う。中間熱交換器５において、水は冷媒と熱交換を行うことで温水になる。温水は、ポンプ５１により負荷側ユニット５０−１〜５０−３に送り届けられる。温水は、負荷側熱交換器５２ｃ−１〜５２ｃ−３に到達すると、室内ファン５２ｃ−１ｍ〜５２ｃ−３ｍが供給する室内空気と熱交換して、室内を温める。

［冷房運転］
続いて、制御装置９１ａが、一次側サイクルにおいて、冷房運転を行う場合を説明する。制御装置９１ａは、制御部９１ｃ−１〜９１ｃ−３から冷房運転の要求を受け付けると、四方弁２を制御して、吐出配管１１をガス側配管１２と接続させ、吸入配管１５をガス側配管１４と接続させる。圧縮機１から吐出した高温高圧の冷媒は、熱源側熱交換器３に流入する。熱源側熱交換器３は凝縮器として機能する。高温高圧の冷媒は、熱源側熱交換器３において、外気と熱交換を行って中温高圧の冷媒となる。中温高圧の冷媒は、絞り装置４で減圧し、低温低圧の冷媒になる。低温低圧の冷媒は、中間熱交換器５に流入する。中間熱交換器５は蒸発器として機能する。低温低圧の冷媒は、中間熱交換器５において、負荷側熱媒体回路１２０を循環する水と熱交換を行う。中間熱交換器５において、水は冷媒と熱交換を行うことで冷水になる。冷水は、ポンプ５１により負荷側ユニット５０−１〜５０−３に送り届けられる。冷水は、負荷側熱交換器５２ｃ−１〜５２ｃ−３に到達すると、室内ファン５２ｃ−１ｍ〜５２ｃ−３ｍが供給する室内空気と熱交換して、室内を冷やす。

次に、図１に示した空調システム１００において、負荷側熱媒体回路１２０に水を封入する手順を説明する。

先に空調システム１００の動作を簡単に説明したが、空調システム１００を設置してから、実際に運転できるようにする手順を、以下に説明する。作業者が空調システム１００の機器の据え付けと配管施工とを行った後に、負荷側熱媒体回路１２０に水を封入する処理が行われる。負荷側熱媒体回路１２０に水を封入する手順を説明する前に、空調システム１００の機器の据え付けと配管施工とを簡単に説明する。

［機器の据え付けと配管施工］
熱源機１０および負荷側ユニット５０−１〜５０−３は、空調設備として設計された場所に配置される。続いて、熱源機１０に往き配管６４および戻り配管６５が接続される。そして、往き配管６４に第１の接続配管６４ｃ−１〜６４ｃ−３が接続される。戻り配管６５に第２の接続配管６５ｃ−１〜６５ｃ−３が接続される。このようにして、熱源機１０に負荷側ユニット５０−１〜５０−３が並列に接続される。

［水封入手順］
図５は、本発明の実施の形態１の空調システムにおいて、負荷側熱媒体回路に水を封入する手順を示すフローチャートである。図に示さない、気体Ｘのボンベが、ガス供給口５４−２に接続されている。また、図に示さない、水道水の供給配管が、熱媒体供給口５４−３に接続されている。初期状態として、ガス弁４６、熱媒体弁４７および開閉弁５４−１は閉状態であり、排出弁４８は開状態であるものとする。流量制御弁５３ｃ−１〜５３ｃ−３のそれぞれの開度は全開状態とする。制御装置９１ａは、負荷側熱媒体回路１２０への水の封入の指示が入力されると、図５に示す手順にしたがって処理を実行する。

図５に示すステップＳ１〜Ｓ２の処理について説明する。図５に示すステップＳ１において、制御装置９１ａは、ガス弁４６および開閉弁５４−１を制御して、負荷側熱媒体回路１２０内の空気を気体Ｘに置換する。具体的には、制御装置９１ａは、開閉弁５４−１を閉状態に維持したまま、ガス弁４６を閉状態から開状態に切り替えて、負荷側熱媒体回路１２０に気体Ｘを供給する。制御装置９１ａは、負荷側熱媒体回路１２０内の空気が気体Ｘに置換されたか否かを判定する（ステップＳ２）。判定の結果、制御装置９１ａは、空気から気体Ｘへの置換処理が終了するまで気体Ｘの供給を継続し、空気から気体Ｘへの置換処理が終了すると、次のステップＳ３に進む。負荷側熱媒体回路１２０内の空気を気体Ｘに置換する工程を、第１置換工程と称する。

気体Ｘは、周囲温度が０℃〜５０℃程度、大気圧においてガス状態で、水に対して空気より水に溶けやすい気体である。気体Ｘは、空気よりもヘンリー定数が小さい気体である。気体Ｘは、例えば、二酸化炭素、アンモニア、塩化水素、塩素および硫化水素などの気体である。作業者が、気体Ｘを使用した後、気体Ｘを回収する際、気体Ｘが大気に漏れ出てしまう場合が考えられる。そのため、気体Ｘは、二酸化炭素のように、入手しやすいだけでなく環境に与える影響が小さく、また、人体にも害が少ない気体であることが望ましい。回収ボンベなど、空気および気体Ｘを回収する機構が排出口５４−４に設けられていてもよい。気体Ｘが二酸化炭素であれば、排出口５４−４を大気開放させてもよい。

ステップＳ２における、置換処理終了の判定方法の具体例を説明する。図６は、図１に示した負荷側熱媒体回路を模式的に示した図である。図６では、負荷側熱媒体回路１２０を単純な配管状の構成で示しているが、配管以外にも流路抵抗となる構成の符号を図に示している。図７は、図６に示した負荷側熱媒体回路において、供給口からの距離と気体Ｘの濃度との関係を示すグラフである。図７の横軸は、供給口４４からの距離ｘを示し、縦軸は気体Ｘの濃度を示す。図７の縦軸は、単位体積あたりに占める気体Ｘの割合が１００％になった場合を１としている。

図６に示すように、第１置換工程で、制御装置９１ａは、開閉弁５４−１を閉じて気体Ｘの流れが一方向になるようにしてから、ガス供給口５４−２より気体Ｘを負荷側熱媒体回路１２０に流入させる。これにより、図６に示すように、気体Ｘは、ガス供給口５４−２から、配管６１および６２、中間熱交換器５、配管６３、往き配管６４、負荷側ユニット５０−１〜５０−３および戻り配管６５を経由して、配管６１に戻るように流れる。

気体Ｘの平均流速を、

とすると、気体Ｘの供給を開始してから時間ｔ［ｓｅｃ］経過後における濃度分布は、図７に示すようになる。このとき、第２の接続配管６５ｃ−１〜６５ｃ−３において、気体Ｘが空気を押し出せるようにするために、流量制御弁５３ｃ−１〜５３ｃ−３はそれぞれ開いた状態である。流量制御弁５３ｃ−１〜５３ｃ−３のそれぞれの開度を全開状態にすれば、流路抵抗をさらに小さくすることができる。

流量制御弁５３ｃ−１〜５３ｃ−３のそれぞれの開度を全開とすることで、各流量制御弁の流路抵抗をより小さくできるが、各流路制御弁の開度は全開の場合に限らない。気体Ｘの供給開始から、第１の接続配管６４ｃ−１〜６４ｃ−３の各配管に分流した気体Ｘが戻り配管６５に合流するまでの時間が一致するように、流量制御弁５３ｃ−１〜５３ｃ−３の各弁の開度を調節することが考えられる。以下に、具体例を説明する。

作業者は、負荷側熱媒体回路１２０の配管施工を行う際、往き配管６４および第１の接続配管６４ｃ−１〜６４ｃ−３と、戻り配管６５および第２の接続配管６５ｃ−１〜６５ｃ−３とについて、各配管の長さおよび断面積を把握できる。また、流量制御弁５３ｃ−１〜５３ｃ−３のそれぞれの開度と気体Ｘの流量との関係は、これらの制御弁の仕様書から予め求められる。作業者が、上記の各配管の長さおよび断面積の情報と、流量制御弁５３ｃ−１〜５３ｃ−３の開度および気体Ｘの流量の関係を示す情報とを、制御装置９１ａに入力する。制御装置９１ａは、各配管の長さと断面積とから、決められた流路抵抗モデルにしたがって、各配管の流路抵抗を算出する。制御装置９１ａは、各配管の流路抵抗と、開度および気体Ｘの流量の関係とを基に、第１の接続配管６４ｃ−１〜６４ｃ−３に分流した気体Ｘの戻り配管６５への到達時間のずれが決められた範囲を超えないように、各流量制御弁の開度を設定する。

このようにして、第１の接続配管６４ｃ−１〜６４ｃ−３の各分岐配管における、空気から気体Ｘへの置換時間が一致するように、流量制御弁５３ｃ−１〜５３ｃ−３の各開度が調節されることで、短時間で置換処理を終わらせることができる。

また、置換処理終了の別の判定方法を説明する。負荷側熱媒体回路１２０の配管内では、供給される気体Ｘの流れと気体Ｘが追い出す空気の流れとに起因する乱流拡散および分子拡散が、これらの気体の混合層を形成する。混合層を、図７を参照して説明する。混合層は、気体Ｘの濃度が０より大きく、１より小さい範囲であり、長さＬで定義される。この混合層が排出口５４−４から排出されたとき、制御装置９１ａは、第１置換工程を終えるようにすればよい。以下に、具体例を説明する。

作業者は、負荷側熱媒体回路１２０の配管の容積を配管施工時に把握しているはずなので、負荷側熱媒体回路１２０の配管容積を制御装置９１ａに入力する。制御装置９１ａは、負荷側熱媒体回路１２０の配管容積と気体Ｘの流入速度とを基に置換時間を求める。その際、制御装置９１ａは、置換時間として、（流入容積／（配管容積＋混合層容積））＞１となる時間を設定する。気体Ｘの流入容積は、流入容積＝（ガス供給口５４−２の断面積）×（流入速度）×（時間）で表される。混合層容積は、（長さＬ）×（配管断面積）で表される。

図７を参照して、混合層は気体Ｘの濃度が０より大きく、１より小さい範囲と定義したが、上限の目安となる値は１に限らない。配管内が空気から気体Ｘに完全に変わるのは理想的な場合であり、完全に変わらない場合も考えられる。負荷側熱媒体回路１２０の配管の一部に空気が残留しても、残留する空気による空気塊が問題にならない大きさであれば、作業効率を考えて、上限の目安となる値が、例えば、０．９９であってもよい。

また、配管内での気体の流れやすさは、流路抵抗だけでなく、配管の形状にも影響を受ける。図８は、Ｔ字管において、配管形状が気体の流れを乱すことを示す図である。図９は、Ｌ字管において、配管形状が気体の流れを乱すことを示す図である。図８は、Ｔ字管の一例として、往き配管６４と第１の接続配管６４ｃ−１とが接続された箇所を拡大して示している。図９は、Ｌ字管の一例として、戻り配管６５の一部を拡大して示している。

図８に示すように、往き配管６４に沿って流れる気流のうち、一部の気流が第１の接続配管６４ｃ−１側に分流する。第１の接続配管６４ｃ−１に分流する気流は、遠心力を受け、管軸に垂直な方向に速度成分を持つ二次流れが発生し、第１の接続配管６４ｃ−１の側壁近くの領域の気体が側壁から剥離する。Ｔ字管の分岐点に剥離渦が生じる。一方、剥離渦の反対側は気体の圧力が高くなり、よどみ点が発生する。これらの現象は、Ｔ字管の合流点にも起こり得る。また、図９に示すＬ字管の曲がった箇所においても、図８を参照して説明したように、気流の剥離と、気流のよどみ点とが発生する。

上述したように、配管の曲がった箇所において、気流に働く遠心力が二次流れを発生し、気流の剥離と、気流のよどみ点とが生じる。この場合、よどみ点における分子拡散に気体Ｘの流速が律速され、混合層の長さＬが長くなる。つまり、気体Ｘが空気を追い出す置換時間が長くなってしまう場合がある。

その対策の一例として、ガス供給口５４−２から供給される気体Ｘの圧力を一定にせず、気体Ｘに圧力変動を発生させることが考えられる。気体Ｘの供給圧力が変動すれば、気体Ｘの流れが変動して、剥離点の位置が変わり、よどみ点の位置も変わり、空気を気体Ｘにスムーズに置換することができる。以下に、具体例を説明する。

気体Ｘのボンベに、図に示さない圧力レギュレータを予め設ける。圧力レギュレータの圧力調節バルブは制御装置９１ａと信号線で接続される。制御装置９１ａは、圧力調節バルブを決められた開度まで開いた後、負荷側熱媒体回路１２０への気体Ｘの供給を開始する。その後、制御装置９１ａは、一定時間毎に、圧力調節バルブの開度を変える。このようにして、第１置換工程において、気体Ｘの供給圧力を変動させることができる。

また、負荷側熱媒体回路１２０内の空気を効率よく排出させる別の方法を説明する。第１置換工程において、負荷側熱媒体回路１２０における気体Ｘの平均流速が、気体Ｘに対する空気の拡散速度よりも大きくなるように、気体Ｘの供給圧力を設定することが考えられる。気体Ｘの供給圧力を設定する方法として、上述した圧力レギュレータを用いる方法を適用すればよい。負荷側熱媒体回路１２０における気体Ｘの平均流速が、気体Ｘに対する空気の拡散速度よりも大きければ、ガス供給口５４−２と排出口５４−４との圧力差が大きくなる。その結果、負荷側熱媒体回路１２０内の空気を排出口５４−４から追い出しやすくなる。

また、大気圧よりも高い圧力で気体が負荷側熱媒体回路１２０に流入するようにしてもよい。この場合でも、ガス供給口５４−２が排出口５４−４よりも圧力が大きくなるため、負荷側熱媒体回路１２０内の空気を排出口５４−４から追い出しやすくなる。

気体Ｘの流入速度を大きくすることで、空気を気体Ｘに置換する時間が短くなる。気体Ｘの流入速度を大きくするには、気体Ｘの供給圧力を高くする必要がある。気体Ｘの供給圧力を高くするには、上述したように、圧力レギュレータを用いる方法がある。気体Ｘの元圧が低い場合には、ブースターポンプを用いて、気体Ｘの供給圧力を高くする方法がある。このように、気体Ｘの供給圧力を高くするための構成が必要となる。そのため、作業者は、空気を気体Ｘに置換する時間と、気体Ｘの供給圧力を高くする構成の困難さとを比較し、最適な供給圧力および構成を決定すればよい。

空気および気体Ｘは、どちらも気体なので、第１置換工程における上述した方法のいずれにおいても、互いに表面張力が働かない。そのため、負荷側熱媒体回路１２０内の空気をよりスムーズに排出口５４−４から追い出すことができる。

次に、気体Ｘを水に置換するステップＳ３〜Ｓ４の処理について説明する。図５に示すステップＳ３において、制御装置９１ａは、ガス弁４６および熱媒体弁４７を制御して、負荷側熱媒体回路１２０内の気体Ｘを水に置換する。具体的には、制御装置９１ａは、ガス弁４６を開状態から閉状態に切り替え、熱媒体弁４７を閉状態から開状態に切り替えて、負荷側熱媒体回路１２０に水を供給する。制御装置９１ａは、負荷側熱媒体回路１２０内の気体Ｘが水に置換されたか否かを判定する（ステップＳ４）。判定の結果、制御装置９１ａは、気体Ｘから水への置換処理が終了するまで水の供給を継続し、気体Ｘから水への置換処理が終了したと判断すると、水封入処理を終了する。負荷側熱媒体回路１２０内の気体Ｘを水に置換する工程を、第２置換工程と称する。

第２置換工程では、熱媒体供給口５４−３から負荷側熱媒体回路１２０に水が供給される。水は、気体Ｘを排出口５４−４から外に押し出しながら、負荷側熱媒体回路１２０内に溜まっていく。このとき、屈折配管のように、配管の位置が周囲の配管の位置よりも高い箇所があると、その高い箇所において、気体Ｘおよび水の密度差と、気体Ｘおよび水の表面張力とにより、気体Ｘが残留する場合がある。一方、気体Ｘは、水に対する溶解度が高い気体なので、配管内に残留していても水に吸収されやすい。そのため、ガス供給口５４−２から水を負荷側熱媒体回路１２０に供給し続けることで、配管内の気体Ｘを除去することができる。

ここで、第２置換工程の置換に必要な水の使用量を考える。気体Ｘを含んだ水を追い出せる必要最低限の水量を配管内に供給する必要があるが、水の使用量が多すぎないようにする必要がある。そこで、制御装置９１ａは、次のようにして、水の使用量を抑制しながら、気体Ｘを負荷側熱媒体回路１２０から排出する。

はじめに、制御装置９１ａは、負荷側熱媒体回路１２０の配管の全容積に相当する水を負荷側熱媒体回路１２０に供給すると、熱媒体弁４７を閉じる。水の供給量は、単位時間あたりの水の供給量と供給時間とをかけ算することで、算出される。制御装置９１ａは、水を負荷側熱媒体回路１２０内に封入し終えたら、開閉弁５４−１を開く。続いて、制御装置９１ａは、ポンプ５１を起動して、水を負荷側熱媒体回路１２０に循環させる循環モードを実行する。さらに、制御装置９１ａは、熱源側冷媒回路１１０において暖房運転を開始する。

一次側サイクルにおいて暖房運転が行われると、中間熱交換器５が加熱される。負荷側熱媒体回路１２０を循環する水が中間熱交換器５を通過するときに加熱され、気体Ｘが水から脱気しやすくなる。加熱された水が排出口５４−４の近くを通過する度に、気体Ｘは排出口５４−４から排出される。負荷側熱媒体回路１２０の水温の上昇に伴って気体Ｘの溶解量が減り、気体Ｘは負荷側熱媒体回路１２０から外に排出される。なお、屈折配管において、配管の位置が周囲の配管の位置よりも高い箇所に、気体Ｘを配管内から排出する開放弁が設けられていてもよい。

また、水の圧力が上昇すると、ヘンリーの法則により、水に対する気体Ｘの最大濃度が上昇する。そのため、水の供給圧力を上げることは、気体Ｘの水への吸収の促進に有効である。また、水を供給する際、水流を変化させてもよい。水流を変化させる方法として、水の供給圧力を変動させるなどの方法がある。水流を変化させることで、界面が乱され、濃度境界層の厚さが薄くなる。その結果、気体Ｘの水への吸収が促進される。水流を変化させることは、気体Ｘの水への吸収の促進に有効である。

上述した、第１置換工程および第２置換工程を含む置換処理は、直膨式と異なる、樹脂製機器が多く用いられる水空調システムにおいて、水配管中の空気の残留を極力防いで容易に水を封入することができる。

なお、本実施の形態１では、気体Ｘの供給口と水の供給口とが別々に設けられた場合で説明したが、気体Ｘの供給口および水の供給口が共通であってもよい。また、気体Ｘおよび水を供給口４４から供給し、気体Ｘを排出口５４−４から排出する場合で説明したが、この場合に限らない。第２置換工程において、排出口５４−４を水の供給口とし、供給口４４を水および気体Ｘの排出口としてもよい。図１および図３では、ガス配管４５ａおよび熱媒体配管４５ｂが配管４５から分岐しているが、ガス配管４５ａおよび熱媒体配管４５ｂのそれぞれが配管６１に直接に接続されていてもよい。

従来、作業者が配管施工を行った後、負荷側熱媒体回路にそのまま水道水を供給する、または、負荷側熱媒体回路を真空引きしてから水を負荷側冷媒回路に供給する作業を行っていた。これに対して、本実施の形態１の熱媒体封入方法は、作業者が配管施工を行った後、制御装置９１ａが第１置換工程と、第２置換工程とを行うものである。第１置換工程では、負荷側熱媒体回路１２０の配管内に滞留する空気が気体Ｘに置換される。第２置換工程では、負荷側熱媒体回路１２０の配管内に封入された気体Ｘが水に置換される。

本実施の形態１の熱媒体封入方法によれば、第１置換工程において、配管内の空気が気体Ｘに置換されるので、第２置換工程で水を供給する際、配管内の空気の残留量を極力減らすことができる。また、第２置換工程において、配管内に気体Ｘが残留しても、空気塊のような大きな塊が配管内に形成されることが抑制される。その結果、気体の塊に起因する流路抵抗が低減し、負荷側熱媒体回路１２０の熱輸送効率が向上する。

作業者が、配管施工後に、負荷側熱媒体回路１２０への熱媒体の封入指示を制御装置９１ａに入力すれば、制御装置９１ａが、熱媒体封入機構５４を制御して、図５を参照して説明した置換処理を行う。その結果、空気の残量を極力減らしながら熱媒体が負荷側熱媒体回路１２０に封入されるだけでなく、人為的なミスを防ぐことができる。

また、本実施の形態１の空調システム１００は、負荷側熱媒体回路１２０における熱媒体封入機構５４が、熱媒体および気体Ｘの供給口４４と、気体Ｘの排出口５４−４と、供給口４４と排出口５４−４との間に設けられた開閉弁５４−１とを有するものである。

本実施の形態１によれば、負荷側熱媒体回路１２０に熱媒体を封入する際、供給口４４から気体Ｘが配管内の空気を押し出しながら供給された後、供給口４４から熱媒体が配管内の気体Ｘを押し出しながら供給される。負荷側熱媒体回路１２０に熱媒体が封入される前に、気体Ｘが空気を押し出しながら配管内に封入されることで、気体Ｘが配管内に残留しても、空気塊のような大きな塊が配管内に形成されることが抑制される。その結果、気体の塊に起因する流路抵抗が低減し、負荷側熱媒体回路１２０の熱輸送効率が向上する。また、大きな空気塊に起因する、ポンプの故障および配管の腐食が抑制される。

また、本実施の形態１は、負荷側熱媒体回路１２０に熱媒体を封入する際、大きな圧力をかける必要がないので、直膨式と異なる、樹脂製機器が多く用いられる水空調システムに有効である。さらに、空気塊が形成されやすい屈折配管などに空気抜き弁を設ける必要がない。

実施の形態２．
本実施の形態２の空調システムは、負荷側熱媒体回路１２０における逆流防止装置として、逆止弁が設けられた構成である。

本実施の形態２の空調システムの構成を説明する。図１０は、本発明の実施の形態２に係る空調システムの一構成例を示す冷媒回路図である。本実施の形態２では、実施の形態１と同様な構成についての詳細な説明を省略し、実施の形態１との相違点について詳しく説明する。

図１０に示すように、空調システム１０１における熱媒体封入機構５４は、図１に示した開閉弁５４−１の代わりに、逆止弁５４−６を有する。逆止弁５４−６は、負荷側熱媒体回路１２０において、排出口５４−４から供給口４４への方向への流れを許容するが、供給口４４から排出口５４−４への方向の流れを阻止する弁である。ポンプ５１は、配管６１において、熱媒体封入機構５４と戻り配管６５との間に設けられている。

実施の形態２によれば、実施の形態１と同様な効果が得られる。また、本実施の形態２では、制御装置９１ａが図５に示した手順を開始する前に、開閉弁５４−１の開閉を制御しなくても、第１置換工程において、供給口４４から配管に入った気体Ｘがすぐに排出口５４−４から排出してしまうことを防げる。これにより、置換作業の開閉弁５４−１の開閉の切り替えミスをなくすことができる。

実施の形態３．
本実施の形態３の空調システムは、負荷側熱媒体回路１２０における逆流防止装置として、気液分離機構が設けられた構成である。

本実施の形態３の空調システムの構成を説明する。図１１は、本発明の実施の形態３に係る空調システムの一構成例を示す冷媒回路図である。本実施の形態３では、実施の形態１と同様な構成についての詳細な説明を省略し、実施の形態１との相違点について詳しく説明する。

図１１に示すように、空調システム１０２における熱媒体封入機構５４は、逆流防止装置として、図１に示した開閉弁５４−１の代わりに、気液分離機構５４−５を有する。気液分離機構５４−５は、気体と液体とを分離する容器である。気液分離機構５４−５は、配管６１に設けられている。排出口５４−４は、気液分離機構５４−５を介して配管６１と接続されている。ポンプ５１は、供給口４４と気液分離機構５４−５との間に設けられている。

本実施の形態３では、循環モードにおいて、負荷側ユニット５０−１〜５０−３から戻ってきた熱媒体が気液分離機構５４−５に入ると、気体Ｘが熱媒体から分離して排出口５４−４から排出される。たとえ熱媒体中に空気が残留していたとしても、空気は、気液分離機構５４−５で熱媒体から分離し、排出口５４−４から排出される。

なお、本実施の形態３において、気液分離機構５４−５に加熱装置が設けられていてもよい。この場合、図５に示したステップＳ３〜Ｓ４の第２置換工程において、加熱装置が熱媒体に溶けた気体Ｘを加熱してガス化し、気体Ｘを排出口５４−４から外に排出できる。

実施の形態４．
本実施の形態４の空調システムは、熱源機１０と負荷側ユニット５０−１〜５０−３との間に中継機が設けられた構成である。

本実施の形態４の空調システムの構成を説明する。図１２は、本発明の実施の形態４に係る空調システムの一構成例を示す図である。本実施の形態４では、実施の形態１と同様な構成についての詳細な説明を省略し、実施の形態１との相違点について詳しく説明する。

図１２に示すように、空調システム１０３は、中継機１５０を有する。中継機１５０は、熱源機１０と負荷側ユニット５０−１〜５０−３との間に設けられている。中継機１５０は、中間熱交換器５と、熱媒体封入機構５４と、ポンプ５１と、配管６１〜６３とを有する。中継機１５０は、熱源機１０よりも負荷側ユニット５０−１〜５０−３に近い場所に設置されている。本実施の形態４は、実施の形態１で説明した構成と比べて、中継機１５０と負荷側ユニット５０−１〜５０−３との距離が短くなるので、往き配管６４および戻り配管６５の長さが短くなる。

なお、図１２では、図１に示した構成の要部を示し、構成の一部を図に示すことを省略している。図１に示した温度計３６、３７、８１および８２を、図１２に示すことを省略している。

本実施の形態４の空調システム１０３は、上述した構成により、熱源機１０から中継機１５０までの熱輸送を冷媒で行い、中継機１５０で冷媒が水と熱交換し、冷媒と熱交換を行った水で負荷側ユニット５０−１〜５０−３に熱輸送する。

本実施の形態４は、実施の形態１と比べて、負荷側熱媒体回路１２０に封入する熱媒体の量を減らすことできる。その結果、負荷側熱媒体回路１２０内の空気および気体Ｘの残留量を減らすことができる。また、必要な熱媒体の量を減らすことができ、熱媒体の温度変化にしたがって熱媒体の密度が変化する場合、熱媒体を溜める膨張タンクの容積を減らすことができる。

実施の形態１〜４では、負荷側ユニットが３台の場合で説明したが、負荷側ユニットの台数は３台に限らない。また、中間熱交換器５が１つの場合で説明したが、中間熱交換器５は１つの場合に限らない。熱媒体を冷却および加熱できれば、中間熱交換器５は複数設けられていてもよい。

また、実施の形態１〜４では、逆流防止装置が、気体Ｘおよび熱媒体が供給口４４から中間熱交換器５を経由して排出口５４−４から流出するように流れを一方向にする役目を果たす場合で説明したが、熱媒体が封入される流路は、この場合に限らない。図１３は、図１に示した熱源機における負荷側熱媒体回路の他の一例を示す図である。図１３では、熱源側冷媒回路１１０の構成を図に示すことを省略している。図１３に示す負荷側熱媒体回路１２０ａには、中間熱交換器５と並列にバイパス回路１６１が設けられている。バイパス回路１６１には、能力調整用のバルブ１６２が設けられている。バルブ１６２は、能力が過大の場合に開度が制御され、負荷を調節する役目を果たす。図１３に示す構成では、熱媒体はバイパス回路１６１にも封入される。逆流防止装置は、気体Ｘの供給時、および熱媒体の供給時に、気体Ｘまたは熱媒体が供給口４４から排出口５４−４に流動するように回路接続する整流装置としての機能を備えていればよい。

１ 圧縮機、２ 四方弁、３ 熱源側熱交換器、３−ｍ 室外ファン、４ 絞り装置、５ 中間熱交換器、６ 液だめ機構、１０ 熱源機、１１ 吐出配管、１２ ガス側配管、１３ 液側配管、１４ ガス側配管、１５ 吸入配管、３１〜３７ 温度計、４１、４２ 圧力計、４４ 供給口、４５ 配管、４５ａ ガス配管、４５ｂ 熱媒体配管、４６ ガス弁、４７ 熱媒体弁、４８ 排出弁、５０−１〜５０−３ 負荷側ユニット、５１ ポンプ、５２ｃ−１〜５２ｃ−３ 負荷側熱交換器、５２ｃ−１ｍ〜５２ｃ−３ｍ 室内ファン、５３ｃ−１〜５３ｃ−３ 流量制御弁、５４ 熱媒体封入機構、５４−１ 開閉弁、５４−２ ガス供給口、５４−３ 熱媒体供給口、５４−４ 排出口、５４−５ 気液分離機構、５４−６ 逆止弁、６１〜６３ 配管、６４ 往き配管、６４ｃ−１〜６４ｃ−３ 第１の接続配管、６５ 戻り配管、６５ｃ−１〜６５ｃ−３ 第２の接続配管、８１、８２ 温度計、８３ｃ−１〜８５ｃ−１ 温度計、８３ｃ−２〜８５ｃ−２ 温度計、８３ｃ−３〜８５ｃ−３ 温度計、９１ａ 制御装置、９１ｃ−１、９１ｃ−２ 制御部、９５ メモリ、９６ ＣＰＵ、１００、１０１〜１０３ 空調システム、１１０ 熱源側冷媒回路、１２０、１２０ａ 負荷側熱媒体回路、１５０ 中継機、１６１ バイパス回路、１６２ バルブ。

Claims (12)

1. 熱源側熱交換器が設けられた熱源側冷媒回路と、
   負荷側熱交換器が設けられた負荷側熱媒体回路と、
   前記熱源側冷媒回路と前記負荷側熱媒体回路との間で熱交換する中間熱交換器と、
   前記負荷側熱媒体回路に設けられ、該負荷側熱媒体回路に熱媒体が供給される熱媒体封入機構と、
   を有し、
   前記熱媒体封入機構は、
   前記負荷側熱媒体回路に接続され、前記熱媒体と、該熱媒体に対して空気よりも溶けやすい気体とが流入する供給口と、
   前記負荷側熱媒体回路に接続され、前記熱媒体に押されて前記気体が排出される排出口と、
   前記気体の供給時、および前記熱媒体の供給時に、前記気体または前記熱媒体が前記供給口から前記排出口に流動するように回路接続する整流装置と、
   を有する空調システム。
2. 前記整流装置は、
   前記供給口と前記排出口との間の前記負荷側熱媒体回路に設けられ、前記気体および前記熱媒体が、前記供給口から前記中間熱交換器を経由せずに、前記供給口から前記排出口に流出することを防止する逆流防止装置である、請求項１に記載の空調システム。
3. 前記逆流防止装置は、前記気体を前記熱媒体から分離し、分離した気体を前記排出口から排出させる気液分離機構である、請求項２に記載の空調システム。
4. 前記供給口として設けられた、前記気体が供給されるガス配管および前記熱媒体が供給される熱媒体配管と、
   前記ガス配管に設けられたガス弁と、
   前記熱媒体配管に設けられた熱媒体弁と、
   前記ガス弁および前記熱媒体弁と信号線で接続され、該ガス弁および該熱媒体弁の開閉を制御する制御装置とをさらに有し、
   前記制御装置は、
   前記ガス弁を開状態にして、前記気体が前記排出口から排出されるまで該気体を前記負荷側熱媒体回路に供給し、
   前記負荷側熱媒体回路に前記気体が封入されると、前記ガス弁を開状態から閉状態に切り替え、前記熱媒体弁を開状態にして、前記熱媒体を該負荷側熱媒体回路に供給し、
   前記負荷側熱媒体回路に前記熱媒体が封入されると、前記熱媒体弁を開状態から閉状態に切り替える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の空調システム。
5. 前記負荷側熱媒体回路に並列に接続される複数の前記負荷側熱交換器が設けられた複数の負荷側ユニットをさらに有し、
   前記複数の負荷側ユニットのそれぞれは、前記負荷側熱交換器と、該負荷側熱交換器に流れ込む前記気体の流量を制御する流量制御弁とを有し、
   前記制御装置は、
   前記負荷側熱媒体回路に前記気体を供給する際、複数の前記流量制御弁を開状態にする、請求項４に記載の空調システム。
6. 前記制御装置は、
   前記負荷側熱媒体回路への前記気体の供給を開始した時から、前記複数の負荷側熱交換器に分流した該気体が該負荷側熱媒体回路の戻り配管に到達するまでの各時間のずれが決められた範囲を超えないように、複数の前記流量制御弁の開度を調節する、請求項５に記載の空調システム。
7. 前記気体は、二酸化炭素である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の空調システム。
8. 熱源側熱交換器を含む熱源側冷媒回路と、負荷側熱交換器、供給口、排出口、および該供給口と該排出口との間に設けられた整流装置を含む負荷側熱媒体回路と、前記熱源側冷媒回路と該負荷側熱媒体回路との間で熱交換する中間熱交換器とを有する空調システムにおける、前記負荷側熱媒体回路への熱媒体封入方法であって、
   熱媒体に対して空気よりも溶けやすい気体が前記負荷側熱媒体回路に封入されるまで、前記供給口から該気体を該負荷側熱媒体回路に供給して空気を前記排出口から排出する第１置換工程と、
   前記負荷側熱媒体回路に前記気体が封入されると、前記熱媒体が該負荷側熱媒体回路に封入されるまで、前記供給口から該熱媒体を該負荷側熱媒体回路に供給する第２置換工程と、
   を有する熱媒体封入方法。
9. 前記第１置換工程において、大気圧よりも高い圧力で前記気体が前記負荷側熱媒体回路に流入する、請求項８に記載の熱媒体封入方法。
10. 前記第１置換工程において、前記負荷側熱媒体回路内における前記気体の平均流速が、該気体に対する空気の拡散速度よりも速くなるように、該気体が該負荷側熱媒体回路に流入される、請求項８または９に記載の熱媒体封入方法。
11. 前記第１置換工程において、前記気体の供給圧力が変動する、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の熱媒体封入方法。
12. 前記第２置換工程において、前記熱源側冷媒回路で暖房運転することで、前記熱媒体が前記負荷側熱媒体回路から脱気する、請求項８〜１１のいずれか１項に記載の熱媒体封入方法。

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