(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒加熱に共される水熱交換器および圧縮機を有した室外ユニットと、当該室外ユニットに冷媒回路を介して接続された室内ユニットと、前記水熱交換器に加熱ブラインを供給する加熱ブライン供給源と、前記水熱交換器の入口側水温を検出する入口側水温センサと、前記水熱交換器の出口側水温を検出する出口側水温センサとからなる冷媒加熱式空気調和機において、
前記圧縮機の停止中に、所定の時間間隔で前記入口側水温と前記出口側水温とを検出し、前記入口側水温と前記出口側水温との少なくとも一方が第１所定温度以下かつ第２所定温度以上である場合、前記加熱ブライン供給源を稼動させ、前記水熱交換器へ循環させるブラインを加熱する加熱ブライン供給制御手段を備えたことを特徴とする冷媒加熱式空気調和機。
【請求項２】
冷媒加熱に供される水熱交換器および圧縮機を有した室外ユニットと、当該室外ユニットに冷媒回路を介して接続された室内ユニットと、前記水熱交換器に加熱ブラインを供給する加熱ブライン供給源と、前記水熱交換器の入口側水温を検出する入口側水温センサと、前記水熱交換器の出口側水温を検出する出口側水温センサとからなる冷媒加熱式空気調和機において、
前記圧縮機の停止中に、所定の時間間隔で前記入口側水温と前記出口側水温とを検出し、前記入口側水温と、前記出口側水温との少なくとも一方が第１所定温度以下かつ第２所定温度以上である場合、前記加熱ブライン供給源を稼動させて前記水熱交換器へ循環させるブラインを加熱し、前記入口側温水と出口側温水との少なくとも一方が第３所定温度を所定時間に亘って超えた場合、前記室外ユニットの運転状況に拘わらず、前記加熱ブライン供給源を停止させて前記加熱ブラインの供給を中止する加熱ブライン供給制御手段を備えたことを特徴とする冷媒加熱式空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒加熱式空気調和機に係り、詳しくは、水熱交換器に接続する水配管内でのブラインの凍結を防止する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、旧来の冷房専用機に代わり、空気を熱源として暖房を行うヒートポンプ型の空気調和機が増加している。
【０００３】
ところが、ヒートポンプ型の空気調和機では、外気温が著しく低い場合、室外熱交換器（空気熱交換器）での冷媒の蒸発温度と外気温との差がごく小さく無くなり、暖房が殆ど行えなくなる不具合があった。そこで、通常の空気熱交換器の他に水熱交換器（冷媒加熱器）を室外ユニット内に設け、冷媒と加熱ブライン供給源（ボイラ等）から供給された加熱ブライン（不凍液）との間での熱交換（すなわち、冷媒加熱）を行わせることにより、比較的高温の冷媒を圧縮機に供給する冷媒加熱式のものが出現している。冷媒加熱式空気調和機では、外気温と無関係に室内熱交換器での凝縮潜熱を確保できるため、厳冬時においても十分な暖房が可能となる。尚、水熱交換器には、熱交換が行われているか否かを検出するため、入口側水管路と出口側水管路とに水温センサが取り付けられ、入口側水温と出口側水温とが検出される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した冷媒加熱式の空気調和機では、厳冬時に空気調和機の運転が停止された場合、加熱ブライン供給源と水熱交換器とを接続する水配管が破損する虞があった。
【０００５】
一般に、水熱交換器への加熱ブラインの供給は、空気調和機の暖房運転中にのみ行われるため、休日の工場やオフィスビル等では、外気に曝された水配管内にブラインが滞留することになる。ブラインは、水温が−２０℃程度に低下しても凍結し難いが、それ以下の低温に長時間曝されると、組成（エチレングリコール等の重量比）によっては水配管内で凍結する。この場合、ブラインの体積膨張により水配管に亀裂が生じ、空気調和機の暖房運転に伴って再び加熱ブラインが供給されても、亀裂から加熱ブラインが流出して冷媒加熱が行えなくなる。その結果、配管交換等の補修作業が必要となる他、補修作業が終了するまでは十分な暖房が行われなくなり、空気調和機としての機能が著しく損なわれる。
【０００６】
本発明は上記状況に鑑みなされたもので、水熱交換器に接続する水配管内でのブラインの凍結を防止した冷媒加熱式空気調和機を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明では、冷媒加熱に共される水熱交換器および圧縮機を有した室外ユニットと、当該室外ユニットに冷媒回路を介して接続された室内ユニットと、前記水熱交換器に加熱ブラインを供給する加熱ブライン供給源と、前記水熱交換器の入口側温水を検出する入口側水温センサと、前記水熱交換器の出口側水温を検出する出口側水温センサとからなる冷媒加熱式空気調和機において、前記圧縮機の停止中に、所定の時間間隔で前記入口側水温と前記出口側水温とを検出し、前記入口側水温と前記出口側水温との少なくとも一方が第１所定温度以下かつ第２所定温度以上である場合、前記加熱ブライン供給源を稼動させ、前記水熱交換器へ循環させるブラインを加熱する加熱ブライン供給制御手段を備えたものを提案する。
【０００８】
この発明によれば、例えば、空気調和機の停止中等に水熱交換器の入口側水温や出口側水温が第１所定温度以下になると、加熱ブライン供給制御手段は加熱ブライン供給源に対して水熱交換器に加熱ブラインを供給させ、水配管内でのブラインの凍結を防止する。そして、両水温センサのいずれか一方が故障していても、その検出値は第２所定温度を下回るため、加熱ブライン供給制御手段による制御は正常な水温センサの検出値に基づいて行われる。
【０００９】
また、請求項２の発明では、冷媒加熱に供される水熱交換器および圧縮機を有した室外ユニットと、当該室外ユニットに冷媒回路を介して接続された室内ユニットと、前記水熱交換器に加熱ブラインを供給する加熱ブライン供給源と、前記水熱交換器の入口側水温を検出する入口側水温センサと、前記水熱交換器の出口側水温を検出する出口側水温センサとからなる冷媒加熱式空気調和機において、前記圧縮機の停止に、所定の時間間隔で前記入口側水温と前記出口側水温とを検出し、前記入口側水温と前記出口側水温との少なくとも一方が第１所定温度以下かつ第２所定温度以上である場合、前記加熱ブライン供給源を稼動させて前記水熱交換器へ循環させるブラインを加熱し、前記入口側水温と出口側水温との少なくとも一方が第３所定温度を所定時間に亘って超えた場合、前記室外ユニットの運転状況に拘わらず、前記加熱ブライン供給源を停止させて前記加熱ブラインの供給を中止する加熱ブライン供給制御手段を備えたものを提供する。
【００１０】
この発明によれば、例えば、空気調和機の停止中等に水熱交換器の入口側水温や出口側水温が第１所定温度以下になると、加熱ブライン供給制御手段は加熱ブライン供給源に対して水熱交換器に加熱ブラインを供給させ、水配管内でのブラインの凍結を防止する。そして、外気温の上昇や加熱ブラインの供給により入口側水温あるいは出口側水温が第３所定温度を所定時間に亘って超えた場合、再び入口側水温や出口側水温が第１所定温度以下になるまで、加熱ブラインの供給を停止させる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は、一台の室外ユニット１と複数台の室内ユニット３a，３b，…（以下、室内ユニット３a，３bに代表させる）とからなる冷媒加熱式空気調和機の概略構成図であり、同図中には実線で冷媒回路を示し、一点鎖線で電気回路を示してある。
【００１２】
室外ユニット１内には、インバータを用いた能力可変型の圧縮機５、電磁式の四方弁７、並列に配置された空気熱交換器９および水熱交換器１１、アキュムレータ１３、電動ファン１５等と、圧縮機５、四方弁７、電動ファン１５等を駆動制御する室外側ＥＣＵ１７とが収納されている。
【００１３】
室外側ＥＣＵ１７は、制御中枢であるＣＰＵの他、入出力インタフェースやＲＯＭ，ＲＡＭ，タイマカウンタ等から構成されており、その入力インタフェースには、空気熱交換器９の入口部温度Ｔriおよび中間部温度Ｔrmを検出する液温センサ４１およびコイル温センサ４３の他、水熱交換器１１の入口側水温Ｔwiおよび出口側水温Ｔwoを検出する入口水温センサ４５および出口水温センサ４７等、種々のセンサ類が接続している。
【００１４】
また、室内ユニット３a，３b内には、室内熱交換器２１、電動ファン２３、電動式の膨張弁２５等と、電動ファン２３および電動膨張弁２５等を駆動制御する室内側ＥＣＵ２７とが収納されている。
【００１５】
室外ユニット１および各室内ユニット３a，３b内の機器類は冷媒配管５１〜６４により接続されており、冷媒加熱運転時には実線の矢印で示した方向に冷媒が循環し、通常の暖房運転時には破線の矢印で示した方向に冷媒が循環する。図中、３１，３３は室外側ＥＣＵ１７により開閉駆動される電磁式の遮断弁であり、空気熱交換器９あるいは水熱交換器１１への冷媒配管５８，６１の管路を閉鎖する。また、３５は冷媒を一方向へのみ流通させる逆止弁であり、冷媒配管６０の管路に介装されている。
【００１６】
水熱交換器１１は、二本の水配管７１，７３を介し、加熱ブライン供給源であるボイラ７５に接続されている。両水配管７１，７３には前述した入口水温センサ４５と出口水温センサ４７とが各々装着されており、これら水温センサ４５，４７により配管内を流通するブラインの温度が入口側水温Ｔwiおよび出口側水温Ｔwoとして検出される。また、室外側ＥＣＵ１７は、ボイラ７５の図示しない制御基板に接続しており、ボイラ７５の運転制御（着火・燃焼制御、ブライン温度制御、水ポンプ駆動制御等）を行う。
【００１７】
以下、本実施形態の作用を説明する。
【００１８】
本実施形態の空気調和機では、室外側ＥＣＵ１７による四方弁７の切換えにより、冷房運転あるいは暖房運転が行われる。そして、外気温が所定温度以下に低下し、空気を熱源とした暖房ができなくなると、室外側ＥＣＵ１７は、通常の暖房運転から冷媒加熱暖房運転への切換を行う。すなわち、遮断弁３１を閉鎖する一方で遮断弁３３を開放し、各室内ユニット３a，３bからの液冷媒の供給先を空気熱交換器９から水熱交換器１１に変更する。そして、電動ファン１５を停止させると共に、ボイラ７５から水熱交換器１１に加熱ブラインを供給させる。
【００１９】
これにより、室内熱交換器２１からの液冷媒は、冷媒配管５７，６１を介して水熱交換器１１に流入し、その内部で加熱ブラインとの熱交換により比較的高温（例えば、２０〜４０℃）のガス冷媒となる。ガス冷媒は、冷媒配管６２，６３を介してアキュムレータ１３に流入し、更に冷媒配管６４を介して圧縮機５に吸入される。圧縮機５に吸入されたガス冷媒は、その内部で圧縮されて高温高圧となり、冷媒配管５１〜５４を介して各室内ユニット３a，３bの室内熱交換器２１に流入する。そして、高温のガス冷媒は、電動ファン２３に送風された室内空気に熱エネルギーを放出して暖房を行いながら、室内熱交換器２１内で徐々に凝縮して再び液冷媒となる。
【００２０】
本実施形態では、空気調和機に主電源が投入されると、室外ユニット１の運転状態（運転時、停止時、警報出力時等）に拘わらず、室外側ＥＣＵ１７が所定の制御インターバルで図２，図３に示した加熱ブライン供給制御サブルーチンを繰り返し実行する。室外側ＥＣＵ１７は、このサブルーチンを開始すると、先ず図２のステップＳ１で水温センサ４５，４７により検出された入口側水温Ｔwiおよび出口側水温Ｔwoを読み込んだ後、ステップＳ３で加熱ブライン供給フラグＦHBが１であるか否かを判定する。加熱ブライン供給フラグＦHBは、ボイラ７５から水熱交換器１１に加熱ブラインが供給されていることを示すフラグであり、その初期値は０に設定されている。
【００２１】
初回の制御ではステップＳ３の判定がＮo（否定）となるため、室外側ＥＣＵ１７は、ステップＳ５で入口側水温Ｔwiが第１所定温度Ｔw1（本実施形態では、−１８℃）以下かつ第２所定温度Ｔw2以上（本実施形態では、−４０℃）であるか否かを判定する。そして、ステップＳ５の判定がＮoであれば、室外側ＥＣＵ１７は、ステップＳ７で出口側水温Ｔwoが第１所定温度Ｔw1以下かつ第２所定温度Ｔw2以上であるか否かを更に判定し、この判定もＮoであればスタートに戻って制御を繰り返す。
【００２２】
ここで、第１所定温度Ｔw1は、ブラインが凍結する可能性が生じる温度であり、水温センサ４５，４７の検出結果が第１所定温度Ｔw1を下回った場合には、温度低下を速やかに解消する必要がある。また、第２所定温度Ｔw2は、通常時にはあり得ない温度であり、水温センサ４５，４７の故障時あるいはリード線の断線時等にのみ室外側ＥＣＵ１７により認識される。したがって、入口側水温Ｔwiあるいは出口側水温Ｔwoが第２所定温度Ｔw2を下回ったと認識した場合、室外側ＥＣＵ１７はセンサ故障が生じたことを告知するために警告ランプの点灯等を行うが、その処理はここに記さないサブルーチンにより行われる。
【００２３】
一方、外気温の低下によりステップＳ５またはステップＳ７の判定がＹes（肯定）になると、室外側ＥＣＵ１７は、ステップＳ９でボイラ７５に対して水熱交換器１１への加熱ブラインの供給を開始させ、ステップＳ１１で加熱ブライン供給フラグＦHBを１とする。これにより、両水配管７１，７３内を流通するブラインの温度は速やかに上昇し、水配管７１，７３の破損要因となる凍結が未然に防止される。
【００２４】
加熱ブラインの供給が開始された後には、ステップＳ３の判定がＹesになるため、室外側ＥＣＵ１７は、図３のステップＳ１３に移行し、入口側水温Ｔwiが第３所定温度Ｔw3（本実施形態では、４０℃）を上回ったか、もしくは第２所定温度Ｔw2を下回ったか否かを判定する。そして、加熱ブラインの供給による温度上昇や水温センサ４５，４７の故障により、ステップＳ１３の判定がＹesになると、室外側ＥＣＵ１７は、ステップＳ１５で出口側水温Ｔwoが第３所定温度Ｔw3を上回ったか、もしくは第２所定温度Ｔw2を下回ったか否かを更に判定する。
【００２５】
ステップＳ１５の判定もＹesであった場合、室外側ＥＣＵ１７は、ステップＳ１７で初期値０のタイマ開始フラグＦtsが１であるか否かを判定する。初回はこの判定がＮoとなるため、室外側ＥＣＵ１７は、ステップＳ１９で内蔵したタイマｔによる計時を開始させ、ステップＳ２１でタイマ開始フラグＦtsを１とした後、スタートに戻る。そして、次回もステップＳ１３，Ｓ１５の判定がＹesであった場合、室外側ＥＣＵ１７は、ステップＳ２３でタイマｔによる計時が所定時間ｔa（本実施形態では、１０秒）に達したか否かを判定し、この判定がＮoである間はステップＳ１３，Ｓ１５の判定を繰り返し行う。
【００２６】
所定時間ｔaに亘ってステップＳ１３，Ｓ１５の判定がＹesになると、室外側ＥＣＵ１７は、ステップＳ２５でボイラ７５に対して水熱交換器１１への加熱ブラインの供給を停止させ、ステップＳ２７で加熱ブライン供給フラグＦHBおよびタイマ開始フラグＦtsを０にリセットする。これにより、ステップＳ５またはステップＳ７の判定が再びＹesとなるまでは、ボイラ７５の運転が停止され、エネルギーの消費が抑えられる。
【００２７】
さて、タイマｔの計時開始後に、何らかの原因によりステップＳ１３またはステップＳ１５の判定がＮoになると、室外側ＥＣＵ１７は、ステップＳ２９でタイマ開始フラグＦtsを０にリセットする。この場合、ステップＳ１３，Ｓ１５の判定が再びＹesになっても、タイマｔによる計時はその時点から新たに開始されることになる。すなわち、本実施形態では、所定時間ｔaに亘り入口側水温Ｔwiと出口側水温Ｔwoとが第３所定温度Ｔw3を上回ったときにのみ、加熱ブラインの供給が停止されることになり、ボイラ７５の運転制御におけるハンチングが防止される。
【００２８】
このように、本実施形態では、空気調和機の運転状態に拘わらず、入口側水温Ｔwiおよび出口側水温Ｔwoに基づいて水熱交換器１１への加熱ブラインの供給制御を行うようにしたため、厳冬時における水配管７１，７３内でのブラインの凍結を効果的に防止できるようになった。また、入口側水温Ｔwiあるいは出口側水温Ｔwoが第２所定温度Ｔw2を下回ったときには、それに基づく加熱ブラインの供給を行わないようにしたため、水温センサ４５，４７の故障時等においては不要なエネルギー消費が抑えられる。
【００２９】
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態は一台の室外ユニットと複数台の室内ユニットとからなる空気調和機に適用したものであるが、両ユニットが一台ずつのものや、室外ユニットが複数台のものに適用してもよい。また、所定温度や所定時間の値は任意に変更可能であるし、装置の具体的構成や制御の手順等についても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００３０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の冷媒加熱式空気調和機によれば、入口側水温と出口側水温との少なくとも一方が第１所定温度以下かつ第２所定温度以上である場合、室外ユニットの停止中に拘わらず加熱ブライン供給源に対して水熱交換器への加熱ブラインの供給を行わせるようにしたため、厳冬期等に空気調和機の運転が停止されていても、外気に曝された水配管内でのブラインの凍結が完全に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る空気調和機の概略構成図である。
【図２】加熱ブライン供給制御サブルーチンの手順を示したフローチャートである。
【図３】加熱ブライン供給制御サブルーチンの手順を示したフローチャートである。
【符号の説明】
１  室外ユニット
３a，３b  室内ユニット
１１  水熱交換器
１７  室外側ＥＣＵ
４５  入口側水温センサ
４７  出口側水温センサ
７１，７３  水配管
７５  ボイラ
【図１】
0003676019.tif 000002
【図２】
0003676019.tif 000003
【図３】
0003676019.tif 000004