(57)【要約】【課題】チラーシステムを構築することができ、チラーシステムにおける冷媒の溜まり込みなどを防止することのできるハイブリッドチラーシステムを提供する。【解決手段】ガスエンジン１２で駆動されるＧＨＰ圧縮機１３を備えたＧＨＰ室外ユニット２と、商用電源で駆動される圧縮機を備えたＥＨＰ室外ユニット３と、ＧＨＰ室外ユニット２およびＥＨＰ室外ユニット３から送られる冷媒と冷温水とを熱交換する水熱交換器８と、を備えている。これにより、ＧＨＰ室外ユニット２およびＥＨＰ室外ユニット３を用いて、水熱交換器８により冷温水と熱交換を行うチラーシステムを構築することができる。【選択図】図１
2020020490.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスエンジンで駆動されるＧＨＰ圧縮機を備えたＧＨＰ室外ユニットと、
商用電源で駆動される圧縮機を備えたＥＨＰ室外ユニットと、
前記ＧＨＰ室外ユニットおよび前記ＥＨＰ室外ユニットから送られる冷媒と冷温水とを熱交換する水熱交換器と、を備えていることを特徴とするハイブリッドチラーシステム。
【請求項２】
前記ＧＨＰ室外ユニットを制御するＧＨＰ制御部と、
前記ＥＨＰ室外ユニットを制御するＥＨＰ制御部と、
前記ＧＨＰ制御部および前記ＥＨＰ制御部に制御指示信号を送信するコントローラ制御部とを備えていることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドチラーシステム。
【請求項３】
前記コントローラ制御部は、前記ＧＨＰ室外ユニットおよび前記ＥＨＰ室外ユニットの運転状態に基づいて上限馬力を設定し、この上限馬力の指示信号を前記ＧＨＰ制御部および前記ＥＨＰ制御に送信し、
空気熱交換空調を行う場合、前記ＥＨＰ制御部は、前記ＥＨＰ室外ユニットの上限馬力指示に前記ＥＨＰ室外ユニットの運転馬力が満たない場合は、その旨を前記ＧＨＰ制御部に送り、前記ＧＨＰ制御部は、前記ＧＨＰ室外ユニットのガスエンジンの回転を下げていく制御を行い、
チラー空調を行う場合であって暖房運転を行う場合には、前記ＧＨＰ制御部は、前記ＧＨＰ室外ユニットのガスエンジンの回転を下げる制御を行わないように制御することを特徴とする請求項２に記載のハイブリッドチラーシステム。
【請求項４】
前記ＧＨＰ制御部は、空気熱交換空調を行う場合であって暖房運転を行う場合に、前記ＧＨＰ圧縮機の冷媒の吐出温度に基づいて、電動弁の開度制御を行い、
チラー空調を行う場合であって暖房運転を行っている場合には、前記ＧＨＰ制御部は、前記ＧＨＰ圧縮機の冷媒の吐出温度のしきい値を空気熱交換空調を行う場合より、低く設定して制御を行うことを特徴とする請求項２または請求項３に記載のハイブリッドチラーシステム。
【請求項５】
チラー空調を行う場合であって前記ＧＨＰ室外ユニットおよび前記ＥＨＰ室外ユニットにより冷房運転を行っている場合、前記コントローラ制御部から送信される前記ＥＨＰ室外ユニットの上限馬力の指示信号を受信した場合に、前記ＥＨＰ制御部は、前記ＥＨＰ室外ユニットの上限馬力を引き上げて前記ＥＨＰ室外ユニットの制御を行うことを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか一項に記載のハイブリッドチラーシステム。
【請求項６】
チラー空調を行う場合であって前記ＧＨＰ室外ユニットにより冷房運転を行う場合に、前記ＧＨＰ制御部がガス欠であると判断した場合は、前記ＥＨＰ制御部により前記ＥＨＰ室外ユニットを起動するように制御し、前記ＥＨＰ室外ユニットが起動するまでの間、前記ＧＨＰ制御部は、前記ＧＨＰ室外ユニットのオイル戻し弁を開くとともに、前記ＥＨＰ制御部は、高圧冷媒用電磁弁を開くように制御し、前記ＥＨＰ室外ユニットが起動した後は、前記ＧＨＰ室外ユニットの前記ガスエンジンの回転を抑制するように制御することを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか一項に記載のハイブリッドチラーシステム。
【請求項７】
チラー空調を行う場合であって冷房運転を行う場合に、前記水熱交換器の入口側温度と出口側温度との差温が小さい場合は、前記ＧＨＰ制御部は、前記ガスエンジンの回転数を維持あるいは下げるように制御し、前記水熱交換器の入口側温度と出口側温度との差温が大きい場合は、前記ガスエンジンの回転数を高める制御を抑制するように制御することを特徴とする請求項２から請求項６のいずれか一項に記載のハイブリッドチラーシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッドチラーシステムに係り、特に、ＧＨＰ室外ユニットとＥＨＰ室外ユニットとを併用するハイブリッドチラーシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ガスエンジンなどにより駆動される圧縮機が搭載された室外ユニットと、電気により駆動される圧縮機が搭載された室外ユニットとを用いて、室内ユニットによる空調を行う空気調和装置が知られている。
このような空気調和装置として、従来、例えば、能力の高い圧縮機、四方弁、室外熱交換器を備えた第二の室外ユニットと、能力の低い圧縮機、四方弁、室外熱交換器を備えた第一の室外ユニットと、これらの室外ユニットに１つの冷媒系統により接続された室内ユニットと、を備えた空気調和装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１５０６８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の空気調和装置は、ＧＨＰ室外ユニットとＥＨＰ室外ユニットとを室内ユニットに接続して、冷媒と室内空気とを熱交換して空調を行う空気熱交換空調システムである。
これに対して、近年、ＧＨＰ室外ユニットとＥＨＰ室外ユニットとを水熱交換器に接続して、この水熱交換器により冷媒と熱交換し、冷温水を作り出すチラーシステムが望まれている。
そして、チラーシステムを構築した場合、空気熱交換空調システムのように熱交換容積が大きくなく、冷媒配管が比較的短いため、冷媒の溜まり込みや冷媒の偏りなどの問題が発生するおそれがある。
本発明は、前記した点に鑑みてなされたものであり、チラーシステムを構築することができ、チラーシステムにおける冷媒の溜まり込みなどを防止することのできるハイブリッドチラーシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的を達成するため、本発明は、ガスエンジンで駆動されるＧＨＰ圧縮機を備えたＧＨＰ室外ユニットと、商用電源で駆動される圧縮機を備えたＥＨＰ室外ユニットと、前記ＧＨＰ室外ユニットおよび前記ＥＨＰ室外ユニットから送られる冷媒と冷温水とを熱交換する水熱交換器と、を備えていることを特徴とする。
これによれば、ＧＨＰ室外ユニットおよびＥＨＰ室外ユニットを用いて、水熱交換器により冷温水と熱交換を行うチラーシステムを構築することができる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のハイブリッドチラーシステムによれば、ＧＨＰ室外ユニットおよびＥＨＰ室外ユニットを用いて、水熱交換器により冷温水と熱交換を行うチラーシステムを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施の形態に係る空気調和装置の構成図
【図２】空気調和装置の機能的構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
第１の発明は、ガスエンジンで駆動されるＧＨＰ圧縮機を備えたＧＨＰ室外ユニットと、商用電源で駆動される圧縮機を備えたＥＨＰ室外ユニットと、前記ＧＨＰ室外ユニットおよび前記ＥＨＰ室外ユニットから送られる冷媒と冷温水とを熱交換する水熱交換器と、を備えている。
これによれば、ＧＨＰ室外ユニットおよびＥＨＰ室外ユニットを用いて、水熱交換器により冷温水と熱交換を行うチラーシステムを構築することができる。
【０００９】
第２の発明は、前記ＧＨＰ室外ユニットを制御するＧＨＰ制御部と、前記ＥＨＰ室外ユニットを制御するＥＨＰ制御部と、前記ＧＨＰ制御部および前記ＥＨＰ制御部に制御指示信号を送信するコントローラ制御部とを備えている。
これによれば、コントローラ制御部からの制御指示信号に基づいて、ＧＨＰ制御部によりＧＨＰ室外ユニットを制御することができるとともに、ＥＨＰ制御部によりＥＨＰ室外ユニットを制御することができる。
【００１０】
第３の発明は、前記コントローラ制御部は、前記ＧＨＰ室外ユニットおよび前記ＥＨＰ室外ユニットの運転状態に基づいて上限馬力を設定し、この上限馬力の指示信号を前記ＧＨＰ制御部および前記ＥＨＰ制御に送信し、空気熱交換空調を行う場合、前記ＥＨＰ制御部は、前記ＥＨＰ室外ユニットの上限馬力指示に前記ＥＨＰ室外ユニットの運転馬力が満たない場合は、その旨を前記ＧＨＰ制御部に送り、前記ＧＨＰ制御部は、前記ＧＨＰ室外ユニットのガスエンジンの回転を下げていく制御を行い、チラー空調を行う場合であって暖房運転を行う場合には、前記ＧＨＰ制御部は、前記ＧＨＰ室外ユニットのガスエンジンの回転を下げる制御を行わないように制御する。
これによれば、チラー空調を行い、かつ、暖房運転を行っている場合に、ＧＨＰ制御部は、ＧＨＰ室外ユニットのガスエンジンの回転を下げる制御を行わないように制御することで、水熱交換器における水温変動を小さくすることができ、安定した運転を行うことができる。
【００１１】
第４の発明は、前記ＧＨＰ制御部は、空気熱交換空調を行う場合であって暖房運転を行う場合に、前記ＧＨＰ圧縮機の冷媒の吐出温度に基づいて、電動弁の開度制御を行い、チラー空調を行う場合であって暖房運転を行っている場合には、前記ＧＨＰ制御部は、前記ＧＨＰ圧縮機の冷媒の吐出温度のしきい値を空気熱交換空調を行う場合より、低く設定して制御を行う。
これによれば、チラー空調を行う場合であって暖房運転を行っている場合に、冷媒の吐出温度のしきい値が低くなるように設定することにより、電動弁の開度が早めに開く傾向となるように制御することができる。そして、電動弁の開度を早めに開くように制御することで、高圧の上昇や液封を防止することができる。
【００１２】
第５の発明は、チラー空調を行う場合であって、前記ＧＨＰ室外ユニットおよび前記ＥＨＰ室外ユニットにより冷房運転を行っている場合、前記コントローラ制御部から送信される前記ＥＨＰ室外ユニットの上限馬力の指示信号を受信した場合に、前記ＥＨＰ制御部は、前記ＥＨＰ室外ユニットの上限馬力を引き上げて前記ＥＨＰ室外ユニットの制御を行う。
これによれば、ＥＨＰ制御部により、ＥＨＰ室外ユニットの上限馬力を引き上げるように制御することで、冷媒の寝込みを防止して、ＧＨＰ室外ユニットのガス欠の発生を防止することができる。
【００１３】
第６の発明は、チラー空調を行う場合であって前記ＧＨＰ室外ユニットにより冷房運転を行う場合に、前記ＧＨＰ制御部がガス欠であると判断した場合は、前記ＥＨＰ制御部により前記ＥＨＰ室外ユニットを起動するように制御し、前記ＥＨＰ室外ユニットが起動するまでの間、前記ＧＨＰ制御部は、前記ＧＨＰ室外ユニットのオイル戻し弁を開くとともに、前記ＥＨＰ制御部は、高圧冷媒用電磁弁を開くように制御し、前記ＥＨＰ室外ユニットが起動した後は、前記ＧＨＰ室外ユニットの前記ガスエンジンの回転を抑制するように制御する。
これによれば、ＥＨＰ制御部により、ＥＨＰ室外ユニットを起動するように制御し、ＥＨＰ室外ユニットが起動するまでの間、ＧＨＰ制御部は、ＧＨＰ室外ユニットのオイル戻し弁を開くとともに、ＥＨＰ制御部は、高圧冷媒用電磁弁を開くように制御し、ＥＨＰ室外ユニットが起動した後は、ＧＨＰ室外ユニットのガスエンジンの回転を抑制するように制御することで、ＧＨＰ室外ユニットとＥＨＰ室外ユニットとの冷媒圧バランスを確保することができ、ＥＨＰ室外ユニットに寝込んでいる冷媒をＧＨＰ室外ユニットに供給することができ、ＧＨＰ室外ユニットのガス欠を解消することができる。
【００１４】
第７の発明は、チラー空調を行う場合であって冷房運転を行う場合に、前記水熱交換器の入口側温度と出口側温度との差温が小さい場合は、前記ＧＨＰ制御部は、前記ガスエンジンの回転数を維持あるいは下げるように制御し、前記水熱交換器の入口側温度と出口側温度との差温が大きい場合は、前記ガスエンジンの回転数を高める制御を抑制するように制御する。
これによれば、水熱交換器の入口側温度と出口側温度との差温が大きい場合は、ガスガスエンジンの回転数を高める制御を抑制するように制御することで、冷房運転時に水熱交換器の温度が極端に低下することを防止することができる。その結果、ＥＨＰ室外ユニットが停止状態から起動する制御の遅延を防止することができ、ＧＨＰ室外ユニットのガス欠の発生を防止することができる。
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明に係るハイブリッドチラーシステムを適用した空気調和装置の実施の形態を示す構成図である。
図１に示すように、空気調和装置１は、能力の高い圧縮機としてのガスエンジン１２で駆動されるＧＨＰ圧縮機１３を備えたＧＨＰ室外ユニット２と、能力の低い圧縮機としての商用電源で駆動されるＥＨＰ圧縮機６２を備えたＥＨＰ室外ユニット３と、水熱交換器８とを備えている。ＧＨＰ室外ユニット２、ＥＨＰ室外ユニット３および水熱交換器８とは、ユニット間配管５およびオイルバランス配管６を介して接続され、これにより、空調運転を行うための冷凍サイクル回路が構成されている。
【００１６】
ＧＨＰ室外ユニット２は、外部のユニット間配管５と接続するための２つの外部接続バルブ１０ａ，１０ｂおよびオイルバランス配管６を接続するためのオイル接続バルブ１１を備えている。
ＧＨＰ室外ユニット２には、ガスエンジン１２と、ガスエンジン１２の駆動力により冷媒を圧縮するＧＨＰ圧縮機１３とが設けられている。ＧＨＰ圧縮機１３は、並列に設けられる第１のＧＨＰ圧縮機１３ａおよび第２のＧＨＰ圧縮機１３ｂから構成されている。
【００１７】
ガスエンジン１２は、燃料調整弁（図示せず）を経て供給されるガスなどの燃料と、スロットル弁（図示せず）を経て供給される空気との混合気を燃焼させて駆動力を発生するようになっている。
ガスエンジン１２の出力軸と、ＧＨＰ圧縮機１３の従動軸との間には、駆動ベルト１４が掛け渡されており、ガスエンジン１２の駆動力を駆動ベルト１４を介して伝達することで、ＧＨＰ圧縮機１３を駆動するように構成されている。
【００１８】
ＧＨＰ圧縮機１３の吐出側には、オイルセパレータ１５、四方弁１６および２つの室外熱交換器１７，１７が順に接続され、各室外熱交換器１７は、冷媒配管２０を介して一方の外部接続バルブ１０ａに接続されている。室外熱交換器１７の近傍には、室外熱交換器１７と外気との熱交換を行うための室外送風機１８が設けられている。
また、他方の外部接続バルブ１０ｂには、冷媒配管２０が接続されており、この冷媒配管２０は、途中四方弁１６およびアキュムレータ１９を介してＧＨＰ圧縮機１３の吸込側に接続されている。
【００１９】
冷媒配管２０の中途部には、電動弁２４と逆止弁２５とが並列に接続されており、冷媒配管２０には、アキュムレータ１９の流入側に接続されるリキッド管２２が接続されている。室外熱交換器１７と外部接続バルブ１０ａとの間には、ドライコア３９が設けられている。
また、ＧＨＰ圧縮機１３の吸込側と冷媒配管２０との間には、ＧＨＰ圧縮機１３の吸込側と冷媒配管２０とを接続する熱交換冷媒配管２３が接続されており、この熱交換冷媒配管２３には、電動弁２６が設けられている。熱交換冷媒配管２３の電動弁２６とＧＨＰ圧縮機１３の吸込側との間には、プレート型熱交換器２７が設けられている。
【００２０】
ＧＨＰ室外ユニット２は、ＧＨＰ圧縮機１３の吐出側と吸込側とを接続するバイパス管２８を備えている。バイパス管２８の一端は、オイルセパレータ１５と四方弁１６との間に接続され、バイパス管２８の他端は、アキュムレータ１９と四方弁１６との間に接続される。ＧＨＰ圧縮機１３の吐出側の冷媒の一部は、圧力差により、バイパス管２８を通ってＧＨＰ圧縮機１３の吸込側に流れる。
バイパス管２８には、バイパス管２８の流量を調整するバイパス弁２９が設けられている。バイパス弁２９は、段階的に開閉可能な電動弁である。
【００２１】
ＧＨＰ室外ユニット２は、オイルセパレータ１５とＧＨＰ圧縮機１３の吸込側とを接続するオイル戻し配管３０を備えている。オイルセパレータ１５の内部に貯留される潤滑用のオイルは、ＧＨＰ圧縮機１３の吐出側と吸込側との圧力差により、オイル戻し配管３０を通って吸込側に流される。
【００２２】
オイル戻し配管３０は、オイルセパレータ１５のオイル流出口とＧＨＰ圧縮機１３の吸込側とを接続する第１の戻し管３１と、第１の戻し管３１に対して並列に設けられる第２の戻し管３６とを備えている。
第１の戻し管３１は、キャピラリチューブ３２を備えている。
第２の戻し管３６は、キャピラリチューブ３２をバイパスするように第１の戻し管３１に接続されており、第２の戻し管３６の一端は、第１の戻し管３１におけるキャピラリチューブ３２の上流側に接続され、第２の戻し管３６の他端は、第１の戻し管３１におけるキャピラリチューブ３２の下流側に接続される。
第２の戻し管３６は、キャピラリチューブ３３と、キャピラリチューブ３３の下流に設けられるオイル戻し弁３４とを備えている。
【００２３】
オイル接続バルブ１１には、オイル管３５が接続されている。オイル管３５は、途中で分岐し、その一方は、冷媒配管２０のオイルセパレータ１５より下流側に接続されるとともに、他方は、第２の戻し管３６のキャピラリチューブ３３とオイル戻し弁３４との間に接続されている。
【００２４】
冷媒配管２０に接続される外部接続バルブ１０ａには、ユニット間配管５を介して水熱交換器８の一端が接続されている。また、水熱交換器８の他端には、ユニット間配管５を介して冷媒配管２０に接続される外部接続バルブ１０ｂが接続されている。
水熱交換器８には、冷温水配管が接続されており、水熱交換器８において、ＧＨＰ室外ユニット２から送られる冷媒と、冷温水配管を流れる冷温水と熱交換するように構成されている。
水熱交換器８に接続された冷温水配管９は、図示しない室内ユニットに接続され、室内ユニットに冷温水を供給することができように構成されている。
すなわち、本実施の形態の空気調和装置１は、ＧＨＰ室外ユニット２およびＥＨＰ室外ユニット３によるいわゆるハイブリッドの室外ユニットを備えるとともに、これらＧＨＰ室外ユニット２およびＥＨＰ室外ユニット３を用いてチラーシステムにより空気調和を行うハイブリッドチラーシステムによる空気調和装置とされている。
また、水熱交換器８に接続される冷媒配管には、冷媒の入口側温度を検出する入口温度センサ１２０および冷媒の出口側温度を検出する出口温度センサ１２１が設けられている。
【００２５】
また、ＧＨＰ室外ユニット２は、ガスエンジン１２の冷却水回路５０を備えている。
冷却水回路５０は、ガスエンジン１２から冷却水配管５１を介して順に接続される冷却水三方弁５２と、プレート型熱交換器２７と、一方の室外熱交換器１７に近接配置されたラジエータ５３と、冷却水ポンプ５４と、ガスエンジン１２の排気ガス熱交換器５５とを備え、冷却水ポンプ５４を駆動することにより、この回路内に冷却水を循環させるように構成されている。
冷却水回路５０の冷却水配管５１は、図１に二重線で示されるとともに、冷却水の流れは、実線の矢印で示される。
ラジエータ５３では、外気と冷却水との熱交換が行われる。
また、プレート型熱交換器２７では、電動弁２６の動作で、ＧＨＰ圧縮機１３に戻る冷媒が冷却水配管５１内を流れる冷却水によって加熱される。これにより、冷媒の低圧圧力が上昇し、暖房効率が向上する。
【００２６】
冷却水回路５０は、ガスエンジン１２、冷却水三方弁５２、ラジエータ５３、冷却水ポンプ５４、排気ガス熱交換器５５およびガスエンジン１２の順に冷却水が流れる第１経路を形成可能である。
また、冷却水回路５０は、冷却水を、ガスエンジン１２、冷却水三方弁５２、プレート型熱交換器２７、冷却水ポンプ５４、排気ガス熱交換器５５およびガスエンジン１２の順に冷却水が流れる第２経路を形成可能である。
【００２７】
ラジエータ５３と冷却水三方弁５２を接続する第１経路の途中には、温水三方弁５６が設けられている。温水三方弁５６には、冷却水と温水との熱交換を行う温水熱交換器５７が接続されており、温水熱交換器５７を通った冷却水は、冷却水ポンプ５４の上流側に戻される。
【００２８】
次に、ＥＨＰ室外ユニット３について説明する。
ＥＨＰ室外ユニット３は、外部のユニット間配管５と接続するための２つの外部接続バルブ６０およびオイルバランス配管６を接続するためのオイル接続バルブ６１を備えている。
ＥＨＰ室外ユニット３は、商用電源で駆動されるＥＨＰ圧縮機６２を備えている。このＥＨＰ圧縮機６２は、例えば、出力を可変することのできるインバータ式の圧縮機とされている。
【００２９】
ＥＨＰ圧縮機６２の吐出側には、オイルセパレータ６３、四方弁６４および２つの室外熱交換器６５，６５が順に接続され、室外熱交換器６５は、冷媒配管６６を介して一方の外部接続バルブ６０ａに接続されている。室外熱交換器６５の近傍には、室外熱交換器６５と外気との熱交換を行うための室外送風機１０５（図２を参照）が設けられている。
室外熱交換器６５と外部接続バルブ６０ａとの間には、過冷却熱交換器９０が設けられている。
室外熱交換器６５には、２系統の管路が形成されており、四方弁６４側の冷媒配管６６および過冷却熱交換器９０側の冷媒配管６６は、それぞれ分岐して室外熱交換器６５に接続されるように構成されている。また、室外熱交換器６５の過冷却熱交換器９０側の冷媒配管６６には、それぞれ室外用電子制御弁６８，６８が設けられている。
【００３０】
過冷却熱交換器９０は、２つの熱交換ユニット９１，９１を備えており、室外熱交換器６５側の冷媒配管６６および外部接続バルブ６０ａ側の冷媒配管６７は、それぞれ分岐して過冷却熱交換器９０の各熱交換ユニット９１に接続されるように構成されている。
各熱交換ユニット９１は、本実施の形態においては、二重管式の熱交換器とされており、熱交換ユニット９１の外側の配管には、室外熱交換器６５側の冷媒配管６６および外部接続バルブ６０ａ側の冷媒配管６７がそれぞれ接続されるように構成されている。
【００３１】
過冷却熱交換器９０と外部接続バルブ６０ａとを接続する冷媒配管６７の中途部には、過冷却用分岐配管９２が接続されており、この過冷却用分岐配管９２は、途中、過冷却用電子制御弁９３を介して、各熱交換ユニット９１の内側配管９４に接続されている。熱交換ユニット９１の内側配管９４を流れた冷媒は、過冷却冷媒配管９５を介して四方弁６４とアキュムレータ６９との間の冷媒配管６６に戻されるように構成されている。
【００３２】
他方の外部接続バルブ６０ｂには、冷媒配管６６を介して、ＥＨＰ圧縮機６２の吸込側に接続されており、冷媒配管６６の中途部には、四方弁６４およびアキュムレータ６９が設けられている。
【００３３】
また、ＥＨＰ圧縮機６２とオイルセパレータ６３との間の冷媒配管６６の中途部には、分岐してＥＨＰ圧縮機６２とアキュムレータ６９との間の冷媒配管６６に接続される冷媒戻し配管７０が設けられている。冷媒戻し配管７０の中途部には、冷媒戻し用電磁弁７１が設けられている。そして、冷媒戻し用電磁弁７１を開くと、冷媒の一部は、冷凍サイクルを循環せずにＥＨＰ圧縮機６２の吸込側に導かれる。
【００３４】
また、オイルセパレータ６３の下部には、オイル管７２が接続されており、オイル管７２の中途部には、ＥＨＰ圧縮機６２の吸込側に接続されるオイル戻し配管７３が接続されている。オイル戻し配管７３は、オイル管７２から分岐する２つの分岐管７４，７５を備えており、一方の分岐管７４には、オイル戻し弁７６が設けられるとともに、他方の分岐管７５には、キャピラリチューブ７８が設けられている。また、オイル管７２の各分岐管７４，７５の接続部分の間には、キャピラリチューブ７９が設けられている。
【００３５】
オイルセパレータ６３と四方弁６４との間の冷媒配管６６の中途部には、途中分岐してオイル管７２の中途部に接続される高圧冷媒配管８０が接続されている。高圧冷媒配管８０の中途部には、高圧冷媒用電磁弁８１が設けられている。
【００３６】
また、アキュムレータ６９は、冷媒配管６６の冷媒が流入される流入管８２と、アキュムレータ６９の内部のガス冷媒をＥＨＰ圧縮機６２に送る流出管８３とを備えている。流出管８３は、アキュムレータ６９の内部上方に開口するように構成されており、アキュムレータ６９の内部上方に溜まったガス冷媒をＥＨＰ圧縮機６２に送るように構成されている。
また、ＥＨＰ圧縮機６２には、ＥＨＰ圧縮機６２の吸込側に接続されるオーバーフロー管８４が接続されている。このオーバーフロー管８４には、ストレーナ８５と、油を減圧するための絞り８６が組み込まれている。
【００３７】
ＥＨＰ室外ユニット３の外部接続バルブ６０ａには、ユニット間配管５の一端が接続され、このユニット間配管５の他端は、ＧＨＰ室外ユニット２の外部接続バルブ１０ａと水熱交換器８とを接続するユニット間配管５の中途部に接続されている。ＥＨＰ室外ユニット３の冷媒配管に接続される外部接続バルブ６０ｂには、ユニット間配管５の一端が接続され、このユニット間配管５の他端は、ＧＨＰ室外ユニット２の外部接続バルブ１０ｂと水熱交換器８とを接続するユニット間配管５の中途部に接続されている。
【００３８】
また、ＥＨＰ室外ユニット３のオイル接続バルブ６１と、ＧＨＰ室外ユニット２のオイル接続バルブ１１とは、オイルバランス配管６を介して接続されている。これにより、オイルバランス配管６を介して、ＧＨＰ室外ユニット２のＧＨＰ圧縮機１３と、ＥＨＰ室外ユニット３のＥＨＰ圧縮機６２との間で、オイルを互いに供給することでき、ＧＨＰ室外ユニット２のＥＨＰ圧縮機６２と、ＥＨＰ室外ユニット３のＥＨＰ圧縮機６２とのオイル量のバランスを保持することができる。
そして、冷房運転を行う場合には、図１中実線矢印で示すように、冷媒が流れ、暖房運転を行う場合は、図１中破線で示すように、冷媒が流れる。
【００３９】
なお、ＧＨＰ室外ユニット２およびＥＨＰ室外ユニット３から、水熱交換器８の代わりに、室内ユニットの室内熱交換器に冷媒を供給することにより、空気熱交換による空気調和システムを構築することができる。以下、この空気熱交換により空調を行う場合を空気熱交換空調と称する。
【００４０】
次に、本実施の形態の空気調和装置の制御構成について説明する。図２は本実施の形態における制御構成を示すブロック図である。
図２に示すように、本実施の形態においては、ＧＨＰ室外ユニット２は、制御部としてのＧＨＰ制御部１００を備えており、ＥＨＰ室外ユニット３は、制御部としてのＥＨＰ制御部１０１を備えている。
【００４１】
また、本実施の形態においては、空気調和装置は、ＧＨＰ室外ユニット２およびＥＨＰ室外ユニット３に、制御指示信号を送るコントローラ１１０を備えている。
コントローラ１１０は、ＧＨＰ制御部１００およびＥＨＰ制御部１０１を統括して制御するためのコントローラ制御部１１１を備えている。
これらＧＨＰ制御部１００、ＥＨＰ制御部１０１およびコントローラ制御部１１１は、例えば、ＣＰＵなどの演算処理回路、記憶手段としてのＲＯＭ、ＲＡＭなどを備え、所定のプログラムを実行することにより、所定の制御を行うものである。
【００４２】
ＧＨＰ制御部１００は、ＧＨＰ室外ユニット２のガスエンジン１２、室外送風機１８および冷却水ポンプ５４の駆動制御を行うとともに、ＧＨＰ室外ユニット２の外部接続バルブ１０ａ，１０ｂ、オイル接続バルブ１１、電動弁２４、電動弁２６、バイパス弁２９、オイル戻し弁３４および冷却水三方弁５２の開閉制御または開度制御を行うように構成されている。
ＥＨＰ制御部１０１は、ＥＨＰ室外ユニット３のＥＨＰ圧縮機６２、室外送風機１０５の駆動制御を行うとともに、ＥＨＰ室外ユニット３の外部接続バルブ６０ａ，６０ｂ、オイル接続バルブ６１、室外用電子制御弁６８、冷媒戻し用電磁弁７１、オイル戻し弁７６、高圧冷媒用電磁弁８１および過冷却用電子制御弁２２の開閉制御または開度制御を行うように構成されている。
【００４３】
これらＧＨＰ制御部１００およびＥＨＰ制御部１０１による制御は、コントローラ制御部１１１から送られる制御指示信号に基づいて行われる。
このとき、本実施の形態においては、ＧＨＰ制御部１００はマスター、ＥＨＰ制御部１０１および室内制御部１０２はスレイブに設定されており、コントローラ制御部１１１からの制御指示信号は、最初にＧＨＰ制御部１００に送信され、この制御指示信号は、ＧＨＰ制御部１００からＥＨＰ制御部１０１、室内制御部１０２に順次送信されるように構成されている。
【００４４】
本実施の形態においては、ＧＨＰ室外ユニット２およびＥＨＰ室外ユニット３は、冷房負荷に応じて、出力を調整する。例えば、冷房負荷が低負荷の場合は、ＥＨＰ室外ユニット３により駆動し、冷房負荷が増加するに従い、ＥＨＰ室外ユニット３を停止するとともに、ＧＨＰ室外ユニット２を起動する。冷房負荷が高負荷になると、ＧＨＰ室外ユニット２の駆動に加え、ＥＨＰ室外ユニット３を駆動する。
システム制御部１０３は、室内ユニットの運転台数、設定温度、外気温度などに基づいて、ＧＨＰ室外ユニット２およびＥＨＰ室外ユニット３を制御することで、ＧＨＰ室外ユニット２による運転と、ＥＨＰ室外ユニット３による運転とが、最も省エネルギになるように、ＧＨＰ制御部１００およびＥＨＰ制御部１０１に制御信号を出力する。これにより、ＧＨＰ制御部１００によりＧＨＰ室外ユニット２の運転制御、ＥＨＰ制御部１０１によりＥＨＰ室外ユニット３の運転制御をそれぞれ効率よく行うように構成されている。
【００４５】
次に、本実施の形態における制御について詳細に説明する。
［上限馬力指示制御］
空気熱交換空調を行う場合、コントローラ制御部１１１は、ＧＨＰ室外ユニット２およびＥＨＰ室外ユニット３の運転状態に基づいて上限馬力を設定し、この上限馬力の指示信号をＧＨＰ制御部１００に送信するともに、ＧＨＰ制御部１００を介してＥＨＰ制御に送信する。そして、ＧＨＰ制御部１００およびＥＨＰ制御部１０１は、コントローラ制御部１１１により設定された上限馬力にしたがった運転制御を行う。
【００４６】
この場合において、ＧＨＰ制御部１００は、ＥＨＰ室外ユニット３の上限馬力指示にＥＨＰ室外ユニット３の運転馬力が満たないと判断した場合は、ＧＨＰ制御部１００は、ＧＨＰ室外ユニット２のガスエンジン１２の回転を下げていく制御を行う。
これは、ＥＨＰ室外ユニット３の運転馬力が上限馬力に満たない場合に、ＧＨＰ室外ユニット２のガスエンジン１２の回転を下げることにより、ＥＨＰ室外ユニット３の馬力が上がりやすくなり、ＧＨＰ室外ユニット２およびＥＨＰ室外ユニット３により効率のよい運転を行うことができるためである。
【００４７】
また、チラー空調を行う場合であって暖房運転を行っている場合には、ＧＨＰ制御部１００は、前述のＧＨＰ室外ユニット２のガスエンジン１２の回転を下げる制御を行わないように制御する。
これは、チラー空調を行い、かつ、暖房運転を行っている場合に、ＧＨＰ室外ユニット２のガスエンジン１２の回転を下げる制御を行うと、水熱交換器８における水温変動が大きくなり、運転が安定しなくなるためである。
【００４８】
［暖房時の室外ユニットの電動弁制御］
空気熱交換空調を行う場合、暖房運転時において、ＧＨＰ制御部１００は、電動弁２４の開度制御を行う。すなわち、ＧＨＰ制御部１００は、ＧＨＰ圧縮機１３の冷媒の吐出温度に基づいて、吸込スーパーヒートまたは吐出スーパーヒートによる制御を行う。
また、チラー空調を行う場合であって暖房運転を行っている場合には、ＧＨＰ制御部１００は、ＧＨＰ圧縮機１３の冷媒の吐出温度のしきい値を空気熱交換空調を行う場合より、低く設定して制御を行う。
これにより、チラー空調を行う場合であって暖房運転を行っている場合に、しきい値が低くなるように設定することにより、電動弁２４の開度が早めに開く傾向となるように制御することが可能となる。そのため、チラー空調を行う場合、必要な能力の確保のため出力を上げたいが、電動弁２４の開度が小さいと、高圧が上昇したり、水熱交換器８の液封のおそれがあるが、電動弁２４の開度を早めに開くように制御することで、高圧の上昇や液封を防止することができる。
【００４９】
これは、空気熱交換空調を行う場合、ＧＨＰ室外ユニット２およびＥＨＰ室外ユニット３が設置されている場所から、室内ユニットが設置されている場所まで、離れていることが多く、冷媒の配管は、長くなると数１００ｍに達する場合もある。そのため、余剰冷媒の溜まる場所を十分に確保することが可能である。
これに対して、チラー空調を行う場合、ＧＨＰ室外ユニット２およびＥＨＰ室外ユニット３の設置場所と、水熱交換器８との距離が比較的短く構成されている。しかも、本実施の形態の場合、例えば、ＥＨＰ室外ユニット３に余剰冷媒を溜めておくレシーバタンクを設置していない構成となっている。そのため、チラー空調を行う場合、余剰冷媒を溜めておく場所を確保できないため、水熱交換器８に冷媒が溜まりやすい傾向にある。
前述のように、チラー空調を行う場合であって暖房運転を行う場合に、ＧＨＰ制御部１００により、電動弁２４の開度を早め開くように制御することで、高圧の上昇や液封を防止することができる。
【００５０】
［ＥＨＰ室外ユニットの上限馬力制御］
チラー空調を行う場合であってＧＨＰ室外ユニット２およびＥＨＰ室外ユニット３により冷房運転を行っている場合、コントローラ制御部１１１からＧＨＰ制御部１００を介して送信されるＥＨＰ室外ユニット３の上限馬力の指示信号を受信した場合に、ＥＨＰ制御部１０１は、ＥＨＰ室外ユニット３の上限馬力を引き上げてＥＨＰ室外ユニット３の制御を行う。
すなわち、チラー空調時にＧＨＰ室外ユニット２およびＥＨＰ室外ユニット３が運転している場合、ＥＨＰ室外ユニット３の運転馬力が抑えられてしまうと、ＥＨＰ室外ユニット３に冷媒が寝込んでしまうことがあり、ＧＨＰ室外ユニット２において、ガス欠が発生するおそれがある。本実施の形態のように、ＥＨＰ制御部１０１により、ＥＨＰ室外ユニット３の上限馬力を引き上げるように制御することで、冷媒の寝込みを防止して、ＧＨＰ室外ユニット２のガス欠の発生を防止することができる。
ＥＨＰ室外ユニット３の上限馬力は、例えば、あらかじめ設定した所定％だけ、一律に引き上げるように制御される。
【００５１】
［冷房時のガス欠制御］
空気熱交換空調を行う場合、冷房運転時において、ＧＨＰ制御部１００は、ＧＨＰ室外ユニット２のオイルが少なくなるガス欠が発生した場合、ＧＨＰ制御部１００によりＥＨＰ制御部１０１に起動指示を送り、ＥＨＰ制御部１０１は、ＥＨＰ室外ユニット３を起動し、ＧＨＰ室外ユニット２およびＥＨＰ室外ユニット３により、運転を行うように制御している。
また、チラー空調を行う場合であってＧＨＰ室外ユニット２により冷房運転を行っている場合に、ＧＨＰ制御部１００がガス欠であると判断した場合は、ＧＨＰ制御部１００によりＥＨＰ制御部１０１に起動指示を送り、ＥＨＰ制御部１０１は、ＥＨＰ室外ユニット３を起動するように制御する。ＧＨＰ制御部１００は、ＥＨＰ室外ユニット３が起動するまでの間、ＧＨＰ室外ユニット２のオイル戻し弁３４を開くとともに、ＥＨＰ制御部１０１は、高圧冷媒用電磁弁８１を開くように制御する。
【００５２】
ＧＨＰ制御部１００は、ＥＨＰ室外ユニット３が起動したと判断した場合は、ＧＨＰ制御部１００は、ＧＨＰ室外ユニット２のガスエンジン１２の回転を抑制するように制御する。このように制御することで、ＧＨＰ室外ユニット２とＥＨＰ室外ユニット３との冷媒圧バランスを確保することができ、ＥＨＰ室外ユニット３に寝込んでいる冷媒をＧＨＰ室外ユニット２に供給することができ、ＧＨＰ室外ユニット２のガス欠を解消することができる。
なお、ＧＨＰ室外ユニット２のガス欠は、水熱交換器８の入口側温度と出口側温度との差温と水熱交換用弁の開度に基づいて判定される。すなわち、水熱交換用弁の開度が大きく開いている状態で、入口側温度と出口側温度との差温が大きい場合に、ガス欠であると判定される。
【００５３】
［冷房時の出力上昇制御］
チラー空調を行う場合であって冷房運転時には、ＧＨＰ制御部１００は、入口温度センサ１２０および出口温度センサ１２１により検出された水熱交換器８の入口側温度と出口側温度との差温が小さい場合は、ガスエンジン１２の回転数を維持あるいは下げるように制御する。
また、ＧＨＰ制御部１００は、水熱交換器８の入口側温度と出口側温度との差温が大きい場合は、ガスエンジン１２の回転数を高める制御を抑制するように制御する。
このように制御することで、冷房運転時に水熱交換器８の温度が極端に低下することを防止することができる。その結果、ＥＨＰ室外ユニット３が停止状態から起動する制御の遅延を防止することができ、ＧＨＰ室外ユニット２のガス欠の発生を防止することができる。
【００５４】
以上説明したように、本実施の形態においては、ガスエンジン１２で駆動されるＧＨＰ圧縮機１３を備えたＧＨＰ室外ユニット２と、商用電源で駆動される圧縮機を備えたＥＨＰ室外ユニット３と、ＧＨＰ室外ユニット２およびＥＨＰ室外ユニット３から送られる冷媒と冷温水とを熱交換する水熱交換器８と、を備えている。
これによれば、ＧＨＰ室外ユニット２およびＥＨＰ室外ユニット３を用いて、水熱交換器８により冷温水と熱交換を行うチラーシステムを構築することができる。
【００５５】
また、本実施の形態においては、ＧＨＰ室外ユニット２を制御するＧＨＰ制御部１００と、ＥＨＰ室外ユニット３を制御するＥＨＰ制御部１０１と、ＧＨＰ制御部１００およびＥＨＰ制御部１０１に制御指示信号を送信するコントローラ制御部１１１とを備えている。
これによれば、コントローラ制御部１１１からの制御指示信号に基づいて、ＧＨＰ制御部１００によりＧＨＰ室外ユニット２を制御することができるとともに、ＥＨＰ制御部１０１によりＥＨＰ室外ユニット３を制御することができる。
【００５６】
また、本実施の形態においては、コントローラ制御部１１１は、ＧＨＰ室外ユニット２およびＥＨＰ室外ユニット３の運転状態に基づいて上限馬力を設定し、この上限馬力の指示信号をＧＨＰ制御部１００およびＥＨＰ制御に送信し、空気熱交換空調を行う場合、ＥＨＰ制御部１０１は、ＥＨＰ室外ユニット３の上限馬力指示にＥＨＰ室外ユニット３の運転馬力が満たない場合は、その旨をＧＨＰ制御部１００に送り、ＧＨＰ制御部１００は、ＧＨＰ室外ユニット２のガスエンジン１２の回転を下げていく制御を行い、チラー空調を行う場合であって暖房運転を行う場合には、ＧＨＰ制御部１００は、ＧＨＰ室外ユニット２のガスエンジン１２の回転を下げる制御を行わないように制御する。
これによれば、チラー空調を行い、かつ、暖房運転を行っている場合に、ＧＨＰ制御部１００は、ＧＨＰ室外ユニット２のガスエンジン１２の回転を下げる制御を行わないように制御することで、水熱交換器８における水温変動を小さくすることができ、安定した運転を行うことができる。
【００５７】
また、本実施の形態においては、ＧＨＰ制御部１００は、空気熱交換空調を行う場合であって暖房運転を行う場合に、ＧＨＰ圧縮機１３の冷媒の吐出温度に基づいて、電動弁２４の開度制御を行い、チラー空調を行う場合であって暖房運転を行っている場合には、ＧＨＰ制御部１００は、ＧＨＰ圧縮機１３の冷媒の吐出温度のしきい値を空気熱交換空調を行う場合より、低く設定して制御を行う。
これによれば、チラー空調を行う場合であって暖房運転を行っている場合に、冷媒の吐出温度のしきい値が低くなるように設定することにより、電動弁２４の開度が早めに開く傾向となるように制御することができる。そして、電動弁２４の開度を早めに開くように制御することで、高圧の上昇や液封を防止することができる。
【００５８】
また、本実施の形態においては、チラー空調を行う場合であって、ＧＨＰ室外ユニット２およびＥＨＰ室外ユニット３により冷房運転を行っている場合、コントローラ制御部１１１から送信されるＥＨＰ室外ユニット３の上限馬力の指示信号を受信した場合に、ＥＨＰ制御部１０１は、ＥＨＰ室外ユニット３の上限馬力を引き上げてＥＨＰ室外ユニット３の制御を行う。
これによれば、ＥＨＰ制御部１０１により、ＥＨＰ室外ユニット３の上限馬力を引き上げるように制御することで、冷媒の寝込みを防止して、ＧＨＰ室外ユニット２のガス欠の発生を防止することができる。
【００５９】
また、本実施の形態においては、チラー空調を行う場合であってＧＨＰ室外ユニット２により冷房運転を行う場合に、ＧＨＰ制御部１００がガス欠であると判断した場合は、ＥＨＰ制御部１０１によりＥＨＰ室外ユニット３を起動するように制御し、ＥＨＰ室外ユニット３が起動するまでの間、ＧＨＰ制御部１００は、ＧＨＰ室外ユニット２のオイル戻し弁３４を開くとともに、ＥＨＰ制御部１０１は、高圧冷媒用電磁弁８１を開くように制御し、ＥＨＰ室外ユニット３が起動した後は、ＧＨＰ室外ユニット２のガスエンジン１２の回転を抑制するように制御する。
これによれば、ＥＨＰ制御部１０１により、ＥＨＰ室外ユニット３を起動するように制御し、ＥＨＰ室外ユニット３が起動するまでの間、ＧＨＰ制御部１００は、ＧＨＰ室外ユニット２のオイル戻し弁３４を開くとともに、ＥＨＰ制御部１０１は、高圧冷媒用電磁弁を開くように制御し、ＥＨＰ室外ユニット３が起動した後は、ＧＨＰ室外ユニット２のガスエンジン１２の回転を抑制するように制御することで、ＧＨＰ室外ユニット２とＥＨＰ室外ユニット３との冷媒圧バランスを確保することができ、ＥＨＰ室外ユニット３に寝込んでいる冷媒をＧＨＰ室外ユニット２に供給することができ、ＧＨＰ室外ユニット２のガス欠を解消することができる。
【００６０】
また、本実施の形態においては、チラー空調を行う場合であって冷房運転を行う場合に、水熱交換器８の入口側温度と出口側温度との差温が小さい場合は、ＧＨＰ制御部１００は、ガスエンジン１２の回転数を維持あるいは下げるように制御し、水熱交換器８の入口側温度と出口側温度との差温が大きい場合は、ガスエンジン１２の回転数を高める制御を抑制するように制御する。
これによれば、水熱交換器８の入口側温度と出口側温度との差温が大きい場合は、ガスエンジン１２の回転数を高める制御を抑制するように制御することで、冷房運転時に水熱交換器８の温度が極端に低下することを防止することができる。その結果、ＥＨＰ室外ユニット３が停止状態から起動する制御の遅延を防止することができ、ＧＨＰ室外ユニット２のガス欠の発生を防止することができる。
【００６１】
なお、前記実施の形態は本発明を適用した一態様を示すものであって、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。
前記実施の形態では、ＧＨＰ制御部１００をマスター、ＥＨＰ制御部１０１をスレイブに設定した場合の例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、ＥＨＰ制御部１０１をマスター、ＧＨＰ制御部１００をスレイブに設定し、コントローラ制御部１１１からの制御指示信号を、最初にＥＨＰ制御部１０１に送信するようにしてもよい。
また、マスター、スレイブの設定を行わず、ＧＨＰ制御部１００、ＥＨＰ制御部１０１および室内制御部１０２を並列にコントローラ制御部１１１に接続し、コントローラ制御部１１１からＧＨＰ制御部１００、ＥＨＰ制御部１０１および室内制御部１０２に個別に制御指示信号を送信するようにしてもよい。
また、前記実施の形態では、チラーシステムを用いて空調を行う場合について説明したが、空調に限定されるものではなく、例えば、プロセス冷却、加熱用途などにも適用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
以上のように、本発明に係るハイブリッドチラーシステムは、チラーシステムを構築することができ、チラーシステムにおける冷媒の溜まり込みなどを防止することができるハイブリッドチラーシステムとして好適に利用可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１  空気調和装置
２  ＧＨＰ室外ユニット
３  ＥＨＰ室外ユニット
８  水熱交換器
１２  ガスエンジン
１３  ＧＨＰ圧縮機
１５  オイルセパレータ
１７，６５  室外熱交換器
４０  室内熱交換器
６２  ＥＨＰ圧縮機
７１  冷媒戻し用電磁弁
１００  ＧＨＰ制御部
１０１  ＥＨＰ制御部
１１０  コントローラ
１１１  コントローラ制御部
１２０  入口温度センサ
１２１  出口温度センサ
【図１】
2020020490.tif 000003
【図２】
2020020490.tif 000004