JP2006220332A - 複合型空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水熱源と逆の空調モード運転を行う場合に熱源水の流量が所定値以下であっても、ヒートポンプ能力を維持して安定した運転ができる複合型空気調和装置の提供。
【解決手段】熱源水の供給経路を、前記冷温水制御弁１３によって前記水対空気熱交換器２７を通過する経路と水対空気熱交換器２７をバイパスする経路に切り替え可能とし、熱源水が水対空気熱交換器２７を通過する場合は水量調節用細管１５−ｂを介して熱源装置に還水する経路と水対冷媒熱交換器１７にて冷媒と熱交換して熱源装置へ還水する経路に分流し、熱源水が水対空気熱交換器２７をバイパスする場合は水量調節用細管１５−ａ，１５−ｂを介して熱源装置に還水する経路と水対冷媒熱交換器１７にて冷媒と熱交換して熱源装置へ還水する経路に分流することによって、水対冷媒熱交換器１７を通過する熱源水の量を調節するようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ブライン型空調機と直膨型空調機を組み合わせて成る複合型空気調和装置に関するものである。

従来からブライン型熱交換器と直膨型熱交換器を組み合わせた空気調和装置は、空気調和衛生工学便覧に記載されているように、クリーンルーム等の特殊な用途や寒冷地の空調、湿度制御を目的とした空調機として温水コイル付パッケージ或は直膨コイル付エアハンドリングユニットという呼び方で一般的に使用されている。

又、先行技術として水熱源ヒートポンプやファンコイルユニットを用いたビル空調の問題点、消費電力の平準化や２管式ファンコイル方式において冷暖房負荷が混在する場合への対応策として、ファンコイルユニットと水熱源ヒートポンプとをユニット化したものが知られている（例えば、特許文献１〜５等参照）。

特開昭５８−１３３５４２号公報 特開平６−０６８３９２号公報 特開平７−１０４０１９号公報 特許第２９０１９１１号公報 特開２００４−２１８９９８号公報

しかしながら、上記先行技術に係る空気調和装置の主な用途は、２管式ファンコイルユニットを使用した空調を行っているために季節によって全室を冷房或は暖房しかできない従来の空気調和装置を改善するためのものであって、熱源や配管はそのままで冷暖房フリーの空調を目的とした改修に用いられている。

しかし、熱源水である冷温水を長年通し続けた配管等は、スケールの付着等により通路面積が経時的に減少するために当初の圧力損失で通水することが難しい状態、つまり負荷計算に対応した所定の水量を確保しづらいという問題があるため、改修しても期待したファンコイルとしての冷暖房能力も、ヒートポンプの冷暖房能力も確保できないという事態が発生し、更に水量が減少すると直膨系を運転できない等の事態が生じる。

又、給水ポンプからの経路によって熱源水の流量が多いゾーンと少ないゾーンが混在し、従来の構成による同一仕様機種では対応し切れない場合も生じている。

ところで、特許文献５に記載された複合型空気調和装置においては、熱源装置の運転モードとヒートポンプの運転モードが同じである場合、熱源水が温水の場合には水対冷媒熱交換器は蒸発器として作用し、熱源水が冷水の場合には凝縮器として作用するため、熱源水の流量が少なくても、熱源水と冷媒の温度差が大きいために許容できる範囲の流量を確保できれば十分な能力を発揮することができ、熱源水の流量の許容範囲は広い。

しかし、熱源水が温水である時期に冷房を行う場合は、水熱源ヒートポンプが温水に熱を放出することによって冷媒を凝縮させながら冷房運転を行う。つまり、水熱源ヒートポンプが冷房運転を行う場合、凝縮器として機能する水対冷媒熱交換器に流れる温水の量が少ないと十分に放熱することができず、冷媒が高温になってその圧力が上昇するため、冷凍機を停止せざるを得ない事態が発生する。

又、熱源水が冷水である時期に暖房を行う場合は、水熱源ヒートポンプが冷水から熱を吸収することによって冷媒を蒸発させながら暖房運転を行う。つまり、水熱源ヒートポンプが暖房運転を行う場合、蒸発器として機能する水対冷媒熱交換器を流れる冷水が少ない場合は、少ない冷水から吸熱するために該冷水が異常に低温となって凍結の可能性があり、このために冷凍機を停止せざるを得ない事態が発生する。尚、一般的には凍結防止用温度検出器を取り付け、冷水の温度が凍結温度になる前に冷凍機を停止させる方法が採用される。

このように水熱源と逆の空調モード運転を行う場合、つまり熱源水として温水を流している期間に冷房したり、逆に冷水を流している期間に暖房するという場合には、熱源水の流量が少なくなると空調機として殆ど機能しないという問題があった。

従来は上記問題を解決する手法として、定圧弁を設け、冷媒圧力が所定値以上になった場合には定圧弁にてホットガスバイパスを行って高圧になるのを回避するというような方法が採られていた。

ところが、上記方法は、冷凍機を停止しない代わりにヒートポンプ能力を犠牲にしたものであって、熱源水が減少してファンコイル能力が低下するためにヒートポンプでバックアップしたい状況にあるにも拘らず、ヒートポンプ能力も発揮しないようにしてあるために空調機としての機能を満たすことができなかった。

この従来の方法を図８に基づいて説明する。

図８は熱源水が温水の場合に冷房運転する場合の複合型空気調和装置の回路図であり、この冷房運転時においては、水熱源ヒートポンプ用圧縮機１１から吐出された高圧の気体冷媒は、四方弁１２を経て凝縮器として機能する水対冷媒熱交換器１７へと流れ、この水対冷媒熱交換器において熱源水である温水に放熱して凝縮する。そして、凝縮された液体冷媒は、冷房用キャピラリーチューブ１８−２にて断熱膨張して減圧された後、蒸発器として機能する冷媒対空気熱交換器２８へと流れ、この冷媒対空気熱交換器２８において空気から蒸発潜熱を奪って蒸発し、水熱源ヒートポンプ用圧縮機１１に戻り、以後、同様の作用を繰り返して室内を冷房する。

ここで、熱源水である温水の流量が不足していると、冷媒は水対冷媒熱交換器１７にて温水に十分放熱できないため、水熱源ヒートポンプ用圧縮機１１が安全に運転できる所定の冷媒圧力を超えてしまうような場合には、該水熱源ヒートポンプ用圧縮機１１と水対冷媒熱交換器１７の間に設置した定圧弁２０によって一部の冷媒を水対冷媒熱交換器１７をバイパスさせ、このバイパスした冷媒を、正規のルートを流れる他の冷媒（水対冷媒熱交換器１７にて凝縮した後に冷房用キャピラリー１８−２にて断熱膨張した冷媒）に合流させ、これらを空気対冷媒熱交換器２８に送るようにしている。

このように、水対冷媒熱交換器１７をバイパスする高温の冷媒（ホットガス）と冷房用キャピラリーチュ−ブ１８−２にて断熱膨張した低温の冷媒（低温ガス）とが混合するため、冷媒は、エンタルピと循環量が低下した状態で冷媒対空気熱交換器２８にて空調用空気と熱交換して蒸発することになる。このため、空気温度は充分降下せず、水熱源ヒートポンプ用圧縮機１１に戻ってくる冷媒の温度が上昇し、水熱源ヒートポンプ用圧縮機１１から吐出される冷媒は更に高温高圧になることになる。つまり、冷房に足る十分な冷房能力を発揮することができない状態を作り出して運転を継続させていることとなる。

又、従来の複合型空気調和装置は、空調用熱源水を水熱源ヒートポンプの熱源とするため、熱源装置の運転モードと室内負荷が異なる場合、つまり熱源水が冷水であって暖房が必要である場合、或は熱源水が温水であって冷房が必要な場合には、水対冷媒熱交換器１７は、熱源水が冷水のときには蒸発器として作用し、熱源水が温水のときには凝縮器として作用する。そのため、熱源水として所定の水量を確保したとしても、運転モードによって水対冷媒熱交換器１７を通過する水量を変化させないため、熱源装置の運転モードと室内負荷が異なる場合の水熱源ヒートポンプの能力は、熱源装置の運転モードと室内負荷が同じである場合のそれに比して小さくなってしまう。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的とする処は、水熱源と逆の空調モード運転を行う場合に熱源水の流量が所定値以下であっても、熱源装置の運転モードと室内負荷が同じである場合と同等のヒートポンプ能力を確保しつつ、冷媒圧力が高圧になることや熱源水の凍結を回避して安定した水熱源ヒートポンプの運転が可能である複合型空気調和装置を提供することにある。

又、本発明の他の目的とする処は、熱源水が不足していない場合に水対冷媒熱交換器を流れる水量が多過ぎて冷凍サイクルのバランスを崩さないように安定した運転が可能な複合型空気調和装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、ブライン型空調機と水熱源ヒートポンプ空調機を組み合わせて成る複合型空気調和装置を次のように構成したことを特徴とする。即ち、水熱源ヒートポンプ用圧縮機と、四方弁と、水対冷媒熱交換器と、冷媒の断熱膨張手段と、冷媒対空気熱交換器と、水量調節用細管と、水熱源入口温度検出器と、モータを含む給気ファンと、水対空気熱交換器と、冷温水制御弁と、ドレンパンと、吸い込み空気温度センサー及び室内温度を制御する制御装置を有し、
熱源水の供給経路を、前記冷温水制御弁によって前記水対空気熱交換器を通過する経路と水対空気熱交換器をバイパスする経路に切り替え可能とし、熱源水が水対空気熱交換器を通過する場合は水量調節用細管を介して熱源装置に還水する経路と水対冷媒熱交換器にて冷媒と熱交換して熱源装置へ還水する経路に分流し、熱源水が水対空気熱交換器をバイパスする場合は水量調節用細管を介して熱源装置に還水する経路と水対冷媒熱交換器にて冷媒と熱交換して熱源装置へ還水する経路に分流することによって、水対冷媒熱交換器を通過する熱源水の量を調節するようにしたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、熱源水が前記水対空気熱交換器を通過する場合は、水量調節用細管を介して熱源装置に還水する経路と、水量調節用細管を介して水対冷媒熱交換器にて冷媒と熱交換して熱源装置へ還水する経路に分流するようにしたことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記水対冷媒熱交換器を通過する熱源水の水量は、水対空気熱交換器を経由した場合に比べて水対空気熱交換器をバイパスした場合の方が大きくなるように前記水量調整用細管を構成したことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れかに記載の発明において、前記水対冷媒熱交換器をプレート式熱交換器で構成したことを特徴とする。

本発明によれば、熱源水が水対空気熱交換器を通過する場合は水量調節用細管を介して熱源装置に還水する経路と水対冷媒熱交換器にて冷媒と熱交換して熱源装置へ還水する経路に分流し、熱源水が水対空気熱交換器をバイパスする場合は水量調節用細管を介して熱源装置に還水する経路と水対冷媒熱交換器にて冷媒と熱交換して熱源装置へ還水する経路に分流するようにしたため、充分な流量が必要となる熱源装置の運転モードとヒートポンプの運転モードが異なる場合、つまり温水を流している期間に冷房したり、冷水を流している期間に暖房するという場合、水対冷媒熱交換器を通過する熱源水の流量を増加させることができ、熱源水が所定の流量に満たない場合であっても、所要のヒートポンプ能力を維持して安定した運転を行うことができる。

そして、熱源水が水対空気熱交換器をバイパスするよう冷温水制御弁を切り替えて水対冷媒熱交換器を通過する熱源水の水量を、水対空気熱交換器を経由した場合に比べて水対空気熱交換器をバイパスした場合の方が大きくなるように水量調整用細管を構成したため、適切なヒートポンプ能力を確保しながら冷媒圧力が高圧になることや熱源水の凍結を回避して安定した水熱源ヒートポンプの運転を行うことができる。

又、熱源水が所定の流量以上である場合であっても、水対冷媒熱交換器を通過する熱源水の流量は分岐して極端に増加することもなく、熱源水の流量の増減に関わらず安定した運転を行うことができる。

又、熱源装置の運転モードと空調負荷が異なる場合、つまり熱源水が温水であって冷房の必要がある場合や熱源水が冷水であって暖房を必要とする場合は、熱源水を水対冷媒熱交換器へ増水して熱源水と冷媒の間で十分な熱交換ができるようにしたため、熱源装置の運転モードと室内負荷が同じである場合と同等な水熱源ヒートポンプの能力を確保することができ、多様な空調負荷の範囲で各ゾーンの居住者の好みに合わせた空調を実現することができる。

更に、冷温水で冷暖房運転している場合であって、能力が不足している場合に水熱源ヒートポンプで熱源装置と同モードの冷暖房運転を行い、空調負荷が無い場合には送風運転を行うことによって省エネルギー運転を行うことができる。そして、熱源装置が温水を供給して冷房する場合にはヒートポンプから温水に温熱を供給し、冷水を供給して暖房する場合にはヒートポンプから冷水に冷熱を供給して熱源装置の負荷を軽減することができるため、省エネルギー運転を実現することができる。

又、万一、熱源装置が故障した場合であっても、少なくとも熱源水が循環していれば水熱源ヒートポンプだけで冷暖房運転が可能であるため、当該複合型空気調和装置は、熱源装置のバックアップ装置としての機能も果たすことができる。そして、水量調節用細管を用いて水対空気熱交換器への通水量と水対冷媒熱交換器への通水量を比例的に制御することができるため、例えば水対空気熱交換器の容量を変えた場合であっても、水量調節用細管を交換すれば水対冷媒熱交換器への通水量を略一定に保持することができ、この結果、水熱源ヒートポンプは常に安定した運転が可能となり、例えばホテルの客室の大きさに合った容量の機器を容易に提供することができる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は本発明に係る複合型空気調和装置の基本構成図であり、図示の複合型空気調和装置には、ファンモータを含む給気ファン２１、水対空気熱交換器２７、冷媒対空気熱交換器２８及び不図示のドレンパンが配置されている。尚、給気ファン２１の近傍には吸い込み空気温度センサー２９が設けられている。

ここで、給気ファン２１からの気流に対して上流側から水対空気熱交換器２７、冷媒対空気熱交換器２８がこの順に直列に配列されている。尚、ファンモータを含む給気ファン２１は、構造上、水対空気熱交換器２７及び冷媒対空気熱交換器２８の上流にあっても下流にあっても構わないが、本実施の形態では、給気音低減のために給気ファン２１を水対空気熱交換器２７及び冷媒対空気熱交換器２８の上流に配置した。

又、複合型空気調和装置には、室内温度を制御する不図示の制御装置、水熱源ヒートポンプ用圧縮機１１、ヒートポンプの冷暖房運転切替用の四方弁１２、水対冷媒熱交換器１７、冷媒制御用逆止弁１６や暖房用キャピラリーチューブ１８−１、冷房用キャピラリーチューブ１８−２等が配置されている。尚、キャピラリーチューブ１８−１，１８−２に代えて膨張弁等の他の絞り手段を用いても良い。

ところで、本実施の形態では、前記水対冷媒熱交換器１７にプレート型熱交換器を採用し、熱源水と冷媒の温度差が小さくても充分な熱交換量を確保することができるとともに、小型化も同時に実現することができるようにしている。

而して、本実施の形態では、熱源水の供給経路を切り替えるための冷温水制御弁１３が設けられており、不図示の熱源装置から当該複合型空気調和装置に供給される熱源水の供給経路は、水対空気熱交換器２７を経由する経路と、水対空気熱交換器２７をバイパスする経路に切り替えられる。

ここで、冷温水制御弁１３によって熱源水の供給経路が水対空気熱交換器２７を経由する経路に切り替えられた場合は、熱源水は、水量調整用細管１５−ｂを通って熱源装置へ還水する経路と、水量調整用細管１５−ａを通って水対冷媒熱交換器１７で冷媒と熱交換して熱源装置へ還水する経路に分岐して流れる。

他方、冷温水制御弁１３によって熱源水の供給経路が水対空気熱交換器２７をバイパスする経路に切り替えられた場合は、熱源水は、水量調整用細管１５−ａと１５−ｂを通って熱源装置へ還水する経路と、水対冷媒熱交換器１７で冷媒と熱交換して熱源装置へ還水する経路に分岐して流れる。尚、水対冷媒熱交換器１７で冷媒と熱交換して熱源装置へ還水する経路には必ずしも水量調整用細管１５−ａを設ける必要はなく、水対冷媒熱交換器１７と水量調整用細管１５−ｂの圧力損失比率が目的とする水対冷媒熱交換器１７への水量を確保できるものであれば良い。その例を図７に示す。

水対冷媒熱交換器１７を通過する熱源水の水量は、水対空気熱交換器２７を経由した場合の値に比べて水対空気熱交換器２７をバイパスした場合の値の方が大きくなるように水量調整用細管１５−ａと水量調整用細管１５−ｂの圧力損失比率を設定している。

通常、不図示の制御装置は、不図示の室内リモコンの設定温度と吸込み空気温度センサー２９によって検出される室内温度とを比較し、その結果に基づいて、冷温水制御弁１３によって熱源水を水対空気熱交換器２７に流すか或は水対冷媒熱交換器１７に流すかを判断して経路変更を行い、冷暖房を行うか或は単に送風運転を行うことによって室温を制御する。

しかし、熱源水による冷暖房で能力が不足する場合や、冷温水のモードと室内の空調負荷が異なる場合、つまり冷水が流れているにも拘らず暖房しなければならないときや、逆に温水が流れているにも拘らず冷房をしなければならないときには、水熱源ヒートポンプを運転して室温を制御する。

次に、本発明に係る複合型空気調和装置の制御手順を図２に示すフローチャートに基づいて説明する。

水熱源入口に設置された水熱源入口温度検出器１９によって検出される水熱源の温度によって熱源装置が暖房運転中であるか冷房運転中であるかを判断する（ステップＳ１）。

水熱源入口温度検出器１９によって検出された水熱源の温度によって熱源装置が暖房運転中であると判断した場合（ステップＳ１での判断がＮｏである場合）は、冷温水コイルは暖房サイクル運転を行い（ステップＳ２）、例えば不図示の室内リモコンによって設定された設定温度が吸込空気温度センサー２９によって検出された室温よりも高いか否かが判断され（ステップＳ３）、室温が設定温度よりも低い場合（ステップＳ３での判断がＹｅｓである場合）には、室温が第１の所定温度（設定温度−１℃）よりも低いか否かが判断される（ステップＳ４）。尚、第１の所定温度は設定変更可能であるが、一般的には（設定温度−１℃）に設定している。

上記判断の結果、室温が第１の所定温度より低い場合（ステップＳ４の判断がＹｅｓである場合）には、温水が水対空気熱交換器２７を経由するように冷温水制御弁１３を切り替え、温水が水対空気熱交換器２７で空調用空気と熱交換することによって室内を暖房する暖房運転（水・暖房運転）を行う（ステップＳ５）。

上記暖房運転を行って一定の時間が経過すると、室温が第２の所定温度（設定温度−２℃）より低いか否かが判断され（ステップＳ６）、所定時間が経過しても室温が第２の所定温度まで上昇しない場合（ステップＳ６での判断結果がＹｅｓの場合）は、暖房能力を更に強力にするために水熱源ヒートポンプに対して暖房運転指令を出力する。すると、水熱源ヒートポンプは、四方弁１２を暖房モードに設定して運転を開始し、水熱源ヒートポンプ用圧縮機１１から吐出された冷媒は、冷媒対空気熱交換器２８において空調用空気に対して凝縮熱を放出するために暖房運転が行われ（ステップＳ７）、冷媒対空気熱交換器２８において凝縮されて液化した冷媒は、暖房用キャピラリーチューブ１８−１において断熱膨張した後、水対冷媒熱交換器１７にて温水と熱交換することによって蒸発して気化し、気化した冷媒は水熱源ヒートポンプ用圧縮機１１に戻される。このときの温水及び冷媒の概念的流れを図３に示す。

尚、暖房用キャピラリーチューブ１８−１と冷房用キャピラリーチューブ１８−２を、逆止弁１６を介して使い分けしている理由は、それぞれの運転モードに対して安定したヒートポンプサイクルを実現するためである。ここで、キャピラリーチューブとしては、冷媒をその流量に適合して断熱膨張させるものであれば良く、これに代えて温度式膨張弁や電子膨張弁を用いても良く、制御範囲の広いものであれば冷暖房兼用としても良い。

上記水・暖房運転及び水熱源ヒートポンプ・暖房運転が行われている間、吸い込み空気温度センサー２９によって検出された室温が不図示の室内リモコン等によって設定された設定温度に達したか否か判断され（ステップＳ８）、室温が設定温度に達すると（ステップＳ８での判断結果がＹｅｓ）、水熱源ヒートポンプは停止し（ステップＳ９）、温水を用いた暖房運転だけが継続される（ステップＳ１０）。尚、室温が設定温度に達しない間は（ステップＳ８での判断結果がＮｏ）、水・暖房運転と水熱源ヒートポンプ・暖房運転が継続される。

温水を用いた暖房運転だけが継続されている間、吸い込み空気温度センサー２９によって検出された室温が室内リモコン等によって設定された設定温度＋１℃に達したか否か判断され（ステップＳ１１）、室温が（設定温度＋１℃）に達すると（ステップＳ１１での判断結果がＹｅｓ）、温水が水対空気熱交換器２７をバイパスするように冷温水制御弁１３を切り替えて温水による暖房は停止される（ステップＳ１２）。このとき、温水の全量が熱交換しないまま熱源装置へと還水する。

又、室温が（設定温度＋１℃）に達しない場合（ステップＳ１１での判断結果がＮｏの場合）には、温水を用いた暖房運転（水・暖房運転）が継続される（ステップＳ５）。

他方、ステップＳ３での判断結果がＮｏである場合（室温が設定温度よりも高い場合）には、温水が水対空気熱交換器２７をバイパスするように冷温水制御弁１３を切り替えて水対空気熱交換器２７への通水が停止され（ステップＳ１３）、室温が第３の所定温度（設定温度＋２℃）よりも高いか否かが判断される（ステップＳ１４）。尚、第３の所定温度は設定変更可能であるが、一般的には（設定温度＋２℃）に設定している。

而して、室温が第３の所定温度（設定温度＋２℃）よりも高い場合（ステップＳ１４での判断結果がＹｅｓである場合）には、水熱源ヒートポンプに対して冷房運転指令を出力して直膨・冷房運転を行う（ステップＳ１５）。つまり、水熱源ヒートポンプは、四方弁１２を冷房モードに設定して運転を開始し、水熱源ヒートポンプ用圧縮機１１から吐出された冷媒は、水対冷媒熱交換器１７にて温水と熱交換して凝縮して液化し、冷房用キャピラリーチューブ１８−２で断熱膨張した後、冷媒対空気熱交換器２８を通過する過程で空調用空気と熱交換することによって蒸発して空調用空気から吸熱するために冷房運転が行われ、気化した冷媒は水熱源ヒートポンプ用圧縮機１１に戻される。このときの温水及び冷媒の概念的流れを図４に示す。

上記冷房運転の間、室温が設定温度まで低下したか否かが判断され（ステップＳ１６）、室温が設定温度まで下がると（ステップＳ１６での判断結果がＹｅｓ）、熱源水が温水を供給している場合の水熱源ヒートポンプによる冷房運転（直膨・冷房運転）は停止される（ステップＳ１７）。尚、この冷房運転は、室温が設定温度まで下がるまで（ステップＳ１６での判断結果がＮｏ）継続される。

ところで、温水による暖房運転が停止し、水熱源ヒートポンプによる暖房運転及び冷房運転もなされていない場合は送風運転となる。

他方、ステップＳ１での判断結果がＹｅｓである場合（水熱源の温度によって熱源装置が冷房運転中であると判断された場合）には、冷温水コイルは冷房サイクル運転を行う（ステップＳ１８）。

例えば、不図示の室内リモコン等によって設定された設定温度が吸込空気温度センサー２９によって検出された室温よりも低いか否かが判断され（ステップＳ１９）、室温が設定温度よりも高い場合（ステップＳ１９での判断がＹｅｓである場合）には、室温が第４の所定温度（設定温度＋１℃）よりも高いか否かが判断される（ステップＳ２０）。尚、第４の所定温度は設定変更可能であるが、一般的には（設定温度＋１℃）に設定している。

上記判断の結果、室温が第４の所定温度より高い場合（ステップＳ２０の判断がＹｅｓである場合）には冷水が水対空気熱交換器２７を通過するように冷温水制御弁１３を切り替え、冷水が水対空気熱交換器２７で空調用空気と熱交換することによる冷房運転（水・冷房運転）を行う（ステップＳ２１）。

上記冷房運転を行って一定の時間が経過すると、室温が第５の所定温度（設定温度＋２℃）より高いか否かが判断され（ステップＳ２２）、所定時間が経過しても室温が第５の所定温度（設定温度＋２℃）まで低下しない場合（ステップＳ２２での判断結果がＹｅｓの場合）は冷房能力を更に強力にするために水熱源ヒートポンプに対して冷房運転指令を出力する。すると、水熱源ヒートポンプは、四方弁１２を冷房モードに設定して運転を開始し、水熱源ヒートポンプ用圧縮機１１から吐出された冷媒は、水対冷媒熱交換器１７にて冷水と熱交換することによって凝縮し、冷房用キャピラリーチューブ１８−１において断熱膨張した後、冷媒対空気熱交換器２８にて空調用空気から吸熱して蒸発することによって冷房運転が行われ（ステップＳ２３）、蒸発した冷媒は水熱源ヒートポンプ用圧縮機１１に戻される。このときの冷水及び冷媒の概念的流れを図５に示す。

そして、室温が設定温度まで低下したか否かが判断され（ステップＳ２４）、室温が設定温度まで低下していない場合（ステップＳ２４での判断結果がＮｏである場合）には冷房運転を継続し（ステップＳ２３）、室温が設定温度まで低下した時点で（ステップＳ２４での判断結果がＹｅｓ）水熱源ヒートポンプによる冷房運転（直膨・冷房運転）を停止し（ステップＳ２５）、冷水が水対空気熱交換器２７で空調用空気と熱交換することによる冷房運転（水・冷房運転）を継続して行う（ステップＳ２６）。尚、ステップＳ２２での判断がＮｏである場合（室温が第５の所定温度（設定温度＋２℃）より低い場合）には、水・冷房運転が継続して行われる（ステップＳ２６）。

上記水・冷房運転が行われている間、吸い込み空気温度センサー２９によって検出された室温が室内リモコン等によって設定された設定温度−１℃に達したか否か判断され（ステップＳ２７）、室温が（設定温度−１℃）に達すると（ステップＳ２７での判断結果がＹｅｓ）、冷水が水対空気熱交換器２７をバイパスするよう冷温水制御弁１３を切り替えることによって、冷水を用いた冷房運転が停止される（ステップＳ２８）。

他方、ステップＳ１９での判断結果がＮｏである場合（室温が設定温度よりも低い場合）には、冷水が水対空気熱交換器２７をバイパスするよう冷温水制御弁１３を切り替えて水対空気熱交換器２７への通水が停止され（ステップＳ２９）、室温が第６の所定温度（設定温度−２℃）よりも低いか否かが判断される（ステップＳ３０）。尚、第６の所定温度は設定変更可能であるが、一般的には（設定温度−２℃）に設定している。

而して、室温が第６の所定温度（設定温度−２℃）よりも低い場合（ステップＳ３０での判断結果がＹｅｓである場合）には、水熱源ヒートポンプに対して暖房運転指令を出力して直膨・暖房運転を行う（ステップＳ３１）。つまり、水熱源ヒートポンプは、四方弁１２を暖房モードに設定して運転を開始し、水熱源ヒートポンプ用圧縮機１１から吐出された冷媒は、冷媒対空気熱交換器２８にて空調用空気と熱交換して凝縮し、暖房用キャピラリーチューブ１８−１で断熱膨張した後、水対冷媒熱交換器１７を通過する過程で冷水と熱交換することによって蒸発し、蒸発した冷媒は水熱源ヒートポンプ用圧縮機１１に戻される。このときの冷水及び冷媒の概念的流れを図６に示す。

上記暖房運転の間、室温が設定温度にまで上昇したか否かが判断され（ステップＳ３２）、室温が設定温度まで上がると（ステップＳ３２での判断結果がＹｅｓ）、水熱源が冷水を供給している場合の水熱源ヒートポンプによる暖房運転（直膨・暖房運転）は停止される（ステップＳ３３）。尚、この暖房運転は、室温が設定温度まで上がるまで（ステップＳ３２での判断結果がＮｏ）継続される。

ところで、冷水による冷房運転が停止し、水熱源ヒートポンプによる暖房運転及び冷房運転もなされていない場合は送風運転となる。

而して、本発明に係る複合型空気調和装置によれば、熱源水の冷温水は必ずしも温水又は冷水でなくても水熱源ヒートポンプは運転可能であり、熱源装置が故障した場合等に充分な空調用冷温水の温度が得られない中温の循環水があれば水熱源ヒートポンプだけで空調することも可能である。

実験によれば、定格水量が８．６Ｌ／ｍｉｎ．のところ、５Ｌ／ｍｉｎ．まで熱源水の流量が減少しても、熱源装置の運転モードと空調負荷が異なる場合、つまり熱源水が温水であって冷房の必要がある場合や熱源水が冷水であって暖房を必要とする場合のヒートポンプの能力が熱源装置の運転モードと室内負荷が同じである場合と同等な能力を確保することが確認されている。

尚、本発明に係る複合型空気調和装置は、主に水熱源ヒートポンプ用圧縮機及びヒートポンプを制御する熱源処理部と、主に空調用空気と熱交換して空調を行う空調用空気処理部とを分離設置しても良く、装置全体が一体構造である必要はない。

本発明に係る複合型空気調和装置の構成図である。 本発明に係る複合型空気調和装置の制御フローチャートである。 本発明に係る複合型空気調和装置の温水による暖房運転と水熱源ヒートポンプによる暖房運転運転時の熱源水及び冷媒の概念的流れを示す図である。 本発明に係る複合型空気調和装置の熱源水が温水である場合の水熱源ヒートポンプによる冷房運転運転時の熱源水及び冷媒の概念的流れを示す図である。 本発明に係る複合型空気調和装置の冷水による冷房運転と水熱源ヒートポンプによる冷房運転運転時の熱源水及び冷媒の概念的流れを示す図である。 本発明に係る複合型空気調和装置の熱源水が冷水である場合の水熱源ヒートポンプによる暖房運転運転時の熱源水及び冷媒の概念的流れを示す図である。 本発明に係る複合型空気調和装置の一例で、水量調節用細管１５−ａが無い場合を示す図である。 従来の定圧弁を用いた複合型空気調和装置の構成図である。

符号の説明

１１ 水熱源ヒートポンプ用圧縮機
１２ 四方弁
１３ 冷温水制御弁
１５−ａ 水量調節用細管
１５−ｂ 水量調節用細管
１６ 冷媒制御用逆止弁
１７ 水対冷媒熱交換器
１８−１ 暖房用キャピラリーチューブ
１８−２ 冷房用キャピラリーチューブ
１９ 水熱源入口温度検出器
２０ 定圧弁
２１ 給気ファン
２７ 水対空気熱交換器
２８ 冷媒対空気熱交換器
２９ 吸い込み空気温度センサー

Claims (4)

1. ブライン型空調機と水熱源ヒートポンプ空調機を組み合わせて成る複合型空気調和装置であって、
   水熱源ヒートポンプ用圧縮機と、四方弁と、水対冷媒熱交換器と、冷媒の断熱膨張手段と、冷媒対空気熱交換器と、水量調節用細管と、水熱源入口温度検出器と、モータを含む給気ファンと、水対空気熱交換器と、冷温水制御弁と、ドレンパンと、吸い込み空気温度センサー及び室内温度を制御する制御装置を有し、
   熱源水の供給経路を、前記冷温水制御弁によって前記水対空気熱交換器を通過する経路と水対空気熱交換器をバイパスする経路に切り替え可能とし、熱源水が水対空気熱交換器を通過する場合は水量調節用細管を介して熱源装置に還水する経路と水対冷媒熱交換器にて冷媒と熱交換して熱源装置へ還水する経路に分流し、熱源水が水対空気熱交換器をバイパスする場合は水量調節用細管を介して熱源装置に還水する経路と水対冷媒熱交換器にて冷媒と熱交換して熱源装置へ還水する経路に分流することによって、水対冷媒熱交換器を通過する熱源水の量を調節するようにしたことを特徴とする複合型空気調和装置。
2. 熱源水が前記水対空気熱交換器を通過する場合は、水量調節用細管を介して熱源装置に還水する経路と、水量調節用細管を介して水対冷媒熱交換器にて冷媒と熱交換して熱源装置へ還水する経路に分流するようにしたことを特徴とする請求項１記載の複合型空気調和装置。
3. 前記水対冷媒熱交換器を通過する熱源水の水量は、水対空気熱交換器を経由した場合に比べて水対空気熱交換器をバイパスした場合の方が大きくなるように前記水量調整用細管を構成したことを特徴とする請求項１又は２記載の複合型空気調和装置。
4. 前記水対冷媒熱交換器をプレート式熱交換器で構成したことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の複合型空気調和装置。

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