(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-04-07
(45)【発行日】2023-04-17
(54)【発明の名称】チラーユニット
(51)【国際特許分類】
F25B 49/02 20060101AFI20230410BHJP
F25B 1/00 20060101ALI20230410BHJP
F25B 13/00 20060101ALI20230410BHJP
【ＦＩ】
F25B49/02 570Z
F25B1/00 399Y
F25B1/00 397C
F25B13/00 U
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2019056821
(22)【出願日】2019-03-25
(65)【公開番号】P2020159585
(43)【公開日】2020-10-01
【審査請求日】2021-12-10
(73)【特許権者】
【識別番号】516299338
【氏名又は名称】三菱重工サーマルシステムズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100112737
【弁理士】
【氏名又は名称】藤田 考晴
(74)【代理人】
【識別番号】100140914
【弁理士】
【氏名又は名称】三苫 貴織
(74)【代理人】
【識別番号】100136168
【弁理士】
【氏名又は名称】川上 美紀
(74)【代理人】
【識別番号】100172524
【弁理士】
【氏名又は名称】長田 大輔
(72)【発明者】
【氏名】寺岡 正広
【審査官】西山 真二
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１７－１０６６４３（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１５／１１１１７５（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１４－１３０００３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－０３３２９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１９／０４９２５５（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１８－１５９５０７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０８－０８６４７７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６０－０２６２５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－１９０６４５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ２５Ｂ １／００
Ｆ２５Ｂ １３／００
Ｆ２５Ｂ ４９／００ － ４９／０２
Ｆ２４Ｆ ５／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１水熱交換器を有し、冷媒が循環する第１冷凍サイクル系統と、第２水熱交換器を有し、冷媒が循環する第２冷凍サイクル系統と、
第３水熱交換器を共有し、冷媒がそれぞれ循環する第３冷凍サイクル系統及び第４冷凍サイクル系統と、
前記第１水熱交換器、前記第２水熱交換器及び前記第３水熱交換器に接続され、水が流通する水配管と、
前記水配管に設置され、第１接続口、第２接続口、第３接続口及び第４接続口を有する四方弁と、
前記第１冷凍サイクル系統、前記第２冷凍サイクル系統、又は、前記第３冷凍サイクル系統において、前記第１水熱交換器、前記第２水熱交換器、又は、前記第３水熱交換器の接続口よりも上流側又は下流側に設置され、前記第１冷凍サイクル系統、前記第２冷凍サイクル系統、又は、前記第３冷凍サイクル系統を流れる前記冷媒の温度を検出する温度検出部と、
前記第１冷凍サイクル系統、前記第２冷凍サイクル系統、又は、前記第３冷凍サイクル系統に設置され、前記第１冷凍サイクル系統、前記第２冷凍サイクル系統、又は、前記第３冷凍サイクル系統を流れる前記冷媒の圧力を検出する圧力検出部と、
制御部と、
を備え、
前記第１水熱交換器と前記第２水熱交換器が前記水配管によって並列に接続され、
前記第３水熱交換器が前記第１水熱交換器及び前記第２水熱交換器に対して前記水配管によって直列に接続され、
前記第１水熱交換器と前記第２水熱交換器において、前記第１冷凍サイクル系統及び前記第２冷凍サイクル系統の冷房運転と暖房運転の切り換えに応じて、前記冷媒の流れ方向と前記水の流れ方向が向かい合う対向流となるように、及び／又は、前記第３水熱交換器において、前記第３冷凍サイクル系統及び前記第４冷凍サイクル系統の冷房運転と暖房運転の切り換えに応じて、前記冷媒の流れ方向と前記水の流れ方向が向かい合う対向流となるように、前記水配管が構成されて、
前記第１接続口において前記水配管を流れる前記水が前記四方弁に常に流入し、前記第４接続口において前記第１水熱交換器と前記第２水熱交換器を流通した前記水、又は、前記第３水熱交換器を流通した前記水が前記四方弁から常に流出し、
前記第２接続口と前記第１水熱交換器と前記第２水熱交換器の一端側の接続口、又は、前記第３水熱交換器の一端側の接続口とが前記水配管によって接続され、前記第３接続口と前記第１水熱交換器と前記第２水熱交換器の他端側の接続口、又は、前記第３水熱交換器の他端側の接続口とが前記水配管によって接続され、
前記四方弁は、前記第１接続口と前記第２接続口が流通可能となり、かつ、前記第３接続口と前記第４接続口が流通可能となる第１モード、又は、前記第１接続口と前記第３接続口が流通可能となり、かつ、前記第２接続口と前記第４接続口が流通可能となる第２モードに切り換え可能である構成を有し、
前記制御部は、前記温度検出部によって検出された温度に基づいて前記四方弁を切り換え、前記圧力検出部によって検出された圧力に基づいて前記四方弁の切り換えの成否を判断するチラーユニット。
【請求項2】
第１水熱交換器を有し、冷媒が循環する第１冷凍サイクル系統と、第２水熱交換器を有し、冷媒が循環する第２冷凍サイクル系統と、
第３水熱交換器を共有し、冷媒がそれぞれ循環する第３冷凍サイクル系統及び第４冷凍サイクル系統と、
前記第１水熱交換器、前記第２水熱交換器及び前記第３水熱交換器に接続され、水が流通する水配管と、
前記水配管において、前記第１水熱交換器及び前記第２水熱交換器と前記第３水熱交換器の間に設置された第１三方弁と、
一端が前記第１水熱交換器と前記第２水熱交換器の上流側の前記水配管と接続され、他端が前記第１三方弁と接続された第１分岐管と、
前記水配管において、前記第１水熱交換器及び前記第２水熱交換器と、前記第３水熱交換器の間において、前記第１三方弁よりも前記第３水熱交換器側に設置された第２三方弁と、
一端が前記第２三方弁と接続され、他端が前記第３水熱交換器の下流側の前記水配管と接続された第２分岐管と、
前記水配管と前記第１分岐管の接続部分と、前記第１水熱交換器及び前記第２水熱交換器の間に設置された第３三方弁と、
前記第３水熱交換器と、前記水配管の前記第２分岐管の接続部分の間に設置された第４三方弁と、
一端が前記第３三方弁と接続され、他端が前記第４三方弁と接続された第３分岐管と、
前記第１冷凍サイクル系統、前記第２冷凍サイクル系統、又は、前記第３冷凍サイクル系統において、前記第１水熱交換器、前記第２水熱交換器、又は、前記第３水熱交換器の接続口よりも上流側又は下流側に設置され、前記第１冷凍サイクル系統、前記第２冷凍サイクル系統、又は、前記第３冷凍サイクル系統を流れる前記冷媒の温度を検出する温度検出部と、
前記第１冷凍サイクル系統、前記第２冷凍サイクル系統、又は、前記第３冷凍サイクル系統に設置され、前記第１冷凍サイクル系統、前記第２冷凍サイクル系統、又は、前記第３冷凍サイクル系統を流れる前記冷媒の圧力を検出する圧力検出部と、
制御部と、
を備え、
前記第１水熱交換器と前記第２水熱交換器が前記水配管によって並列に接続され、
前記第３水熱交換器が前記第１水熱交換器及び前記第２水熱交換器に対して前記水配管によって直列に接続され、
前記第１水熱交換器と前記第２水熱交換器において、前記第１冷凍サイクル系統及び前記第２冷凍サイクル系統の冷房運転と暖房運転の切り換えに応じて、前記冷媒の流れ方向と前記水の流れ方向が向かい合う対向流となるように、及び／又は、前記第３水熱交換器において、前記第３冷凍サイクル系統及び前記第４冷凍サイクル系統の冷房運転と暖房運転の切り換えに応じて、前記冷媒の流れ方向と前記水の流れ方向が向かい合う対向流となるように、前記水配管が構成されて、
前記制御部は、前記温度検出部によって検出された温度に基づいて前記第１三方弁、前記第２三方弁、前記第３三方弁及び前記第４三方弁を切り換え、前記圧力検出部によって検出された圧力に基づいて前記第１三方弁、前記第２三方弁、前記第３三方弁及び前記第４三方弁の切り換えの成否を判断するチラーユニット。
【請求項3】
前記第３水熱交換器が前記第１水熱交換器と前記第２水熱交換器の下流側に前記水配管によって接続されている請求項１又は２に記載のチラーユニット。
【請求項4】
前記四方弁は、ユニット本体の内部に設置されている請求項１に記載のチラーユニット。
【請求項5】
前記四方弁は、ユニット本体の外部に設置され、前記ユニット本体の内部に設置された前記水配管と接続されている請求項１に記載のチラーユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、チラーユニットに関するものである。
【背景技術】
【0002】
チラーユニットは、複数の冷凍サイクルを備え、各冷凍サイクルに接続された水熱交換器において冷媒と水とを熱交換させることによって冷水又は温水を生成する。生成された冷水又は温水は、外部へ導かれて、室内の冷暖房や給湯に用いられる。
【0003】
チラーユニットには、各冷凍サイクルに１台ずつ水熱交換器が設置されるものや、複数系統の冷凍サイクルのうち２系統の冷凍サイクルに１台の水熱交換器が共有されて設置されるものがある。
【0004】
下記の特許文献１には、チラーユニットが、第１水熱交換器を有する第１冷媒サイクル系統と、第２水熱交換器を有する第２冷媒サイクル系統と、第３水熱交換器を共有する第３冷媒サイクル系統及び第４冷媒サイクル系統とを備え、第１水熱交換器と第２水熱交換器が水配管によって並列に接続され、第３水熱交換器が第１及び第２水熱交換器に対して水配管によって直列に接続される構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２０１７－１０６６４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
チラーユニットの熱交換器では、冷凍サイクルを循環する冷媒と、水配管を流れる水とが熱交換可能に構成されている。熱交換器では、冷媒の流れ方向と水の流れ方向が同じである並行流よりも、冷媒の流れ方向と水の流れ方向が向かい合う対向流の方が効率良く熱交換を行うことができる。
【0007】
チラーユニットにおける冷凍サイクルは、冷房運転時と暖房運転時とでは冷媒の流れ方向が逆となるため、運転の切り換えに応じて、熱交換器における冷媒の流れ方向と水の流れ方向が、並行流となったり、対向流となったりする。そのため、上記特許文献１の構成では、冷房運転と暖房運転の切り換えに応じて、熱交換器において並行流と対向流が切り換わるため、熱交換効率が変動するという問題がある。
【0008】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、冷凍サイクル系統における冷房運転と暖房運転の切り換えに関わらず、水熱交換器において効率良く熱交換を行うことが可能なチラーユニット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】
【0009】
上記課題を解決するために、本発明のチラーユニットは以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係るチラーユニットは、第１水熱交換器を有し、冷媒が循環する第１冷凍サイクル系統と、第２水熱交換器を有し、冷媒が循環する第２冷凍サイクル系統と、第３水熱交換器を共有し、冷媒がそれぞれ循環する第３冷凍サイクル系統及び第４冷凍サイクル系統と、前記第１水熱交換器、前記第２水熱交換器及び前記第３水熱交換器に接続され、水が流通する水配管とを備え、前記第１水熱交換器と前記第２水熱交換器が前記水配管によって並列に接続され、前記第３水熱交換器が前記第１水熱交換器及び前記第２水熱交換器に対して前記水配管によって直列に接続され、前記第１水熱交換器と前記第２水熱交換器において、前記第１冷凍サイクル系統及び前記第２冷凍サイクル系統の冷房運転と暖房運転の切り換えに応じて、前記冷媒の流れ方向と前記水の流れ方向が向かい合う対向流となるように、及び／又は、前記第３水熱交換器において、前記第３冷凍サイクル系統及び前記第４冷凍サイクル系統の冷房運転と暖房運転の切り換えに応じて、前記冷媒の流れ方向と前記水の流れ方向が向かい合う対向流となるように、前記水配管が構成されている。
すなわち、本発明に係るチラーユニットは、第１水熱交換器を有し、冷媒が循環する第１冷凍サイクル系統と、第２水熱交換器を有し、冷媒が循環する第２冷凍サイクル系統と、第３水熱交換器を共有し、冷媒がそれぞれ循環する第３冷凍サイクル系統及び第４冷凍サイクル系統と、前記第１水熱交換器、前記第２水熱交換器及び前記第３水熱交換器に接続され、水が流通する水配管とを備え、前記第１水熱交換器と前記第２水熱交換器が前記水配管によって並列に接続され、前記第３水熱交換器が前記第１水熱交換器及び前記第２水熱交換器に対して前記水配管によって直列に接続され、前記第１水熱交換器と前記第２水熱交換器において、前記第１冷凍サイクル系統及び前記第２冷凍サイクル系統の冷房運転と暖房運転の切り換えに応じて、前記冷媒の流れ方向と前記水の流れ方向が向かい合う対向流となるように、及び／又は、前記第３水熱交換器において、前記第３冷凍サイクル系統及び前記第４冷凍サイクル系統の冷房運転と暖房運転の切り換えに応じて、前記冷媒の流れ方向と前記水の流れ方向が向かい合う対向流となるように、前記水配管が構成されている。
【0010】
この構成によれば、第１冷凍サイクル系統と第２冷凍サイクル系統においては、それぞれ第１水熱交換器と第２水熱交換器によって冷媒と水との熱交換が個別に行われ、第３冷凍サイクル系統と第４冷凍サイクル系統においては、第３水熱交換器を共有しながら冷媒と水との熱交換が行われる。
【0011】
第１水熱交換器と第２水熱交換器とが水配管によって並列に接続されているため、第１冷凍サイクル系統と第２冷凍サイクル系統の冷媒を均等に水と熱交換させ、冷媒と水とを効率良く熱交換させることができる。
【0012】
また、冷凍サイクル系統の冷房運転と暖房運転の切り換えに応じて、冷凍サイクル系統の冷媒の流れ方向と水配管の流れ方向を常に対向流とすることができる。その結果、各熱交換器において、効率良く熱交換を行うことができる。
【0013】
上記発明において、前記第３水熱交換器が前記第１水熱交換器と前記第２水熱交換器の下流側に前記水配管によって接続されてもよい。
【0014】
この構成によれば、水の圧力が高い入口側の方に第１水熱交換器と第２水熱交換器の２基の水熱交換器が設けられる態様となるため、各水熱交換器における水の偏流を抑制して冷媒と水とを効率良く熱交換させることができる。
【0015】
上記発明において、前記水配管に設置され、第１接続口、第２接続口、第３接続口及び第４接続口を有する四方弁とを備え、前記第１接続口において前記水配管を流れる前記水が前記四方弁に常に流入し、前記第４接続口において前記第１水熱交換器と前記第２水熱交換器を流通した前記水、又は、前記第３水熱交換器を流通した前記水が前記四方弁から常に流出し、前記第２接続口と前記第１水熱交換器と前記第２水熱交換器の一端側の接続口、又は、前記第３水熱交換器の一端側の接続口とが前記水配管によって接続され、前記第３接続口と前記第１水熱交換器と前記第２水熱交換器の他端側の接続口、又は、前記第３水熱交換器の他端側の接続口とが前記水配管によって接続され、前記四方弁は、前記第１接続口と前記第２接続口が流通可能となり、かつ、前記第３接続口と前記第４接続口が流通可能となる第１モード、又は、前記第１接続口と前記第３接続口が流通可能となり、かつ、前記第２接続口と前記第４接続口が流通可能となる第２モードに切り換え可能である構成を有してもよい。
【0016】
この構成によれば、四方弁が第１モードに切り換えられているとき、第１接続口において水配管を流れる水が流入し、第１接続口から第２接続口へ水が流れた後、第２接続口から水熱交換器へ水が供給される。また、第１モードでは、水熱交換器を流れた水が第３接続口から流入し、第３接続口から第４接続口へ水が流れた後、第４接続口から水が外部へ流出する。また、四方弁が第２モードに切り換えられているとき、第１接続口において水配管を流れる水が流入し、第１接続口から第３接続口へ水が流れた後、第３接続口から水熱交換器へ水が供給される。また、第２モードでは、水熱交換器を流れた水が第２接続口から流入し、第２接続口から第４接続口へ水が流れた後、第４接続口から水が外部へ流出する。
【0017】
よって、四方弁を切り換えることによって、熱交換器に接続された水配管の流れ方向を変更することが可能である。したがって、冷凍サイクル系統の冷房運転と暖房運転の切り換えに応じて、四方弁を切り換えることで、冷凍サイクル系統の冷媒の流れ方向と水配管の流れ方向を常に対向流とすることができる。また、四方弁の切り換えに関わらず、水配管には常に水が流れており、水が流れない系統が存在しない。したがって、熱交換器に接続された水配管の流れ方向を変更する場合において、水の流れ方向を迅速に切り換え可能とし、また、不具合を生じにくくすることができる。
【0018】
また、四方弁の設置個数は一つであり、三方弁を設置する場合の設置個数に比べて低減されるため、部品点数を減らすことができる。また、三方弁を設置する場合、複数の三方弁が動作する必要があるのに対して、一つの四方弁が動作すればよいため、動作ミスによる切り換えの不具合が生じにくい。
【0019】
上記発明において、前記四方弁は、ユニット本体の内部に設置されてもよい。
【0020】
この構成によれば、ユニット本体の内部に四方弁が設置されていることから、チリングユニットを外部の水配管と接続するだけで、冷凍サイクル系統の冷媒の流れ方向と水配管の流れ方向を常に対向流とすることが可能な系統を構成することができる。
【0021】
上記発明において、前記四方弁は、ユニット本体の外部に設置され、前記ユニット本体の内部に設置された前記水配管と接続されてもよい。
【0022】
上記発明において、前記水配管において、前記第１水熱交換器及び前記第２水熱交換器と前記第３水熱交換器の間に設置された第１三方弁と、一端が前記第１水熱交換器と前記第２水熱交換器の上流側の前記水配管と接続され、他端が前記第１三方弁と接続された第１分岐管と、前記水配管において、前記第１水熱交換器及び前記第２水熱交換器と、前記第３水熱交換器の間において、前記第１三方弁よりも前記第３水熱交換器側に設置された第２三方弁と、一端が前記第２三方弁と接続され、他端が前記第３水熱交換器の下流側の前記水配管と接続された第２分岐管と、前記水配管と前記第１分岐管の接続部分と、前記第１水熱交換器及び前記第２水熱交換器の間に設置された第３三方弁と、前記第３水熱交換器と、前記水配管の前記第２分岐管の接続部分の間に設置された第４三方弁と、一端が前記第３三方弁と接続され、他端が前記第４三方弁と接続された第３分岐管とを備えてもよい。
【0023】
この構成によれば、熱交換器において水配管を流れる水を第１の方向に流す場合、第１三方弁の第１分岐管側を閉鎖し、第２三方弁の第２分岐管側を閉鎖し、第３三方弁の第３分岐管側を閉鎖し、第４三方弁の第３分岐管側を閉鎖する。また、第１三方弁の第３水熱交換器側を開放し、第２三方弁の第１水熱交換器及び第２水熱交換器側を開放し、第３三方弁の第１水熱交換器及び第２水熱交換器側を開放し、第４三方弁の第３水熱交換器側を開放する。これにより、水配管を流れる水が、第３三方弁を介して、第１水熱交換器と第２水熱交換器に供給されて、その後、合流する。次に、水は、第１三方弁及び第２三方弁を介して、第３水熱交換器に供給される。そして、第３水熱交換器から第４四方弁を介して、外部へ流出する。
【0024】
熱交換器において水配管を流れる水を第１の方向とは反対の第２の方向に流す場合、第１三方弁の第１分岐管側を開放し、第２三方弁の第２分岐管側を開放し、第３三方弁の第３分岐管側を開放し、第４三方弁の第３分岐管側を開放する。また、第１三方弁の第３水熱交換器側を閉鎖し、第２三方弁の第１水熱交換器及び第２水熱交換器側を閉鎖し、第３三方弁の第１水熱交換器及び第２水熱交換器側を閉鎖し、第４三方弁の第３水熱交換器側を閉鎖する。
【0025】
これにより、水配管を流れる水が、第１分岐管及び第１三方弁を介して、第１水熱交換器と第２水熱交換器に供給されて、その後、合流する。次に、水は、第３三方弁、第３分岐管及び第４三方弁を介して、第３水熱交換器に供給される。そして、第３水熱交換器から第３四方弁及び第２分岐管を介して、外部へ流出する。
【0026】
よって、三方弁を切り換えることによって、熱交換器に接続された水配管の流れ方向を変更することが可能である。したがって、冷凍サイクル系統の冷房運転と暖房運転の切り換えに応じて、三方弁を切り換えることで、冷凍サイクル系統の冷媒の流れ方向と水配管の流れ方向を常に対向流とすることができる。
【0027】
この構成によれば、ユニット本体の外部に四方弁が設置されていることから、四方弁をユニット本体の内部に設置された水配管と接続されることによって、冷凍サイクル系統の冷媒の流れ方向と水配管の流れ方向を常に対向流とすることが可能な系統を構成することができる。ユニット本体の内部には、四方弁が設置されていないことから、ユニット本体は、水配管の流れ方向が切り換え不要な構成にも適用できる。
【0028】
上記発明において、前記第１冷凍サイクル系統、前記第２冷凍サイクル系統、又は、前記第３冷凍サイクル系統において、前記第１水熱交換器、前記第２水熱交換器、又は、前記第３水熱交換器の接続口よりも上流側又は下流側に設置され、前記第１冷凍サイクル系統、前記第２冷凍サイクル系統、又は、前記第３冷凍サイクル系統を流れる前記冷媒の温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部によって検出された温度に基づいて、前記四方弁、又は、前記第１三方弁、前記第２三方弁、前記第３三方弁及び前記第４三方弁を切り換える制御部とを備えてもよい。
【0029】
この構成によれば、冷凍サイクル系統において、水熱交換器の接続口よりも上流側又は下流側に設置された温度検出部によって、冷凍サイクル系統を流れる冷媒の温度が検出され、検出された温度に基づいて、四方弁が切り換えられる。冷凍サイクル系統の冷房運転と暖房運転の切り換えに応じて、水熱交換器の接続口よりも上流側又は下流側を流れる冷媒の温度が変更される。これにより、検出された冷媒の温度に応じて、四方弁が自動的に切り換えられて、冷凍サイクル系統の冷媒の流れ方向と水配管の流れ方向を常に対向流とすることができる。なお、第１三方弁、第２三方弁、第３三方弁及び第４三方弁が設けられる構成についても同様である。
【0030】
上記発明において、前記第１冷凍サイクル系統、前記第２冷凍サイクル系統、又は、前記第３冷凍サイクル系統に設置され、前記第１冷凍サイクル系統、前記第２冷凍サイクル系統、又は、前記第３冷凍サイクル系統を流れる前記冷媒の圧力を検出する圧力検出部と、前記制御部は、前記圧力検出部によって検出された圧力に基づいて、前記四方弁、又は、前記第１三方弁、前記第２三方弁、前記第３三方弁及び前記第４三方弁の切り換えの成否を判断してもよい。
【0031】
この構成によれば、冷凍サイクル系統に設置された圧力検出部によって、冷凍サイクル系統を流れる冷媒の圧力が検出され、検出された圧力に基づいて、四方弁の切り換えの成否が判断される。したがって、冷媒の温度が検出されることによって、四方弁が正しく切り換えられているか否かを判断できる。なお、第１三方弁、第２三方弁、第３三方弁及び第４三方弁が設けられる構成についても同様である。
【発明の効果】
【0032】
本発明によれば、冷凍サイクル系統における冷房運転と暖房運転の切り換えに関わらず、水熱交換器において効率良く熱交換を行うことできる。
【図面の簡単な説明】
【0033】
【図1】本発明の第１実施形態に係るチラーユニットの概略構成を示す回路図である。
【図2】本発明の第１実施形態に係るチラーユニットの水配管の構成を示す概略図であり、四方弁が第１モードに切り換えられた状態を示す。
【図3】本発明の第１実施形態に係るチラーユニットの水配管の構成を示す概略図であり、四方弁が第２モードに切り換えられた状態を示す。
【図4】本発明の第２実施形態に係るチラーユニットの水配管の構成を示す概略図であり、第１～第３水熱交換器において、水が第１の方向に流れる場合を示す。
【図5】本発明の第２実施形態に係るチラーユニットの水配管の構成を示す概略図であり、第１～第３水熱交換器において、水が第２の方向に流れる場合を示す。
【発明を実施するための形態】
【0034】
以下に、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態に係るチラーユニット１について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るチラーユニット１の概略構成を示す回路図である。
このチラーユニット１は、４つの冷凍サイクル系統、すなわち、第１～第４冷凍サイクル系統Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４（以下「Ｒ１～Ｒ４」と示す。）と、水系統部３とが図示しない筐体の内部に収容された構成となっている。なお、本実施形態に係る水配管１８の構成は、図２及び図３で示しており、図１では、水配管１８の構成を簡略化して示している。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態に係るチラーユニット１について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るチラーユニット１の概略構成を示す回路図である。
このチラーユニット１は、４つの冷凍サイクル系統、すなわち、第１～第４冷凍サイクル系統Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４（以下「Ｒ１～Ｒ４」と示す。）と、水系統部３とが図示しない筐体の内部に収容された構成となっている。なお、本実施形態に係る水配管１８の構成は、図２及び図３で示しており、図１では、水配管１８の構成を簡略化して示している。
【0035】
第１～第４冷凍サイクル系統Ｒ１～Ｒ４は、それぞれ、圧縮機５と、オイルセパレータ６と、逆止弁７と、四方弁８と、水熱交換器９（第１～第３水熱交換器９Ａ，９Ｂ，９Ｃ（以下「９Ａ～９Ｃ」と示す。））と、レシーバ１０と、電子膨張弁１１と、空冷熱交換器１２と、気液分離器１３とを備えている。空冷熱交換器１２には冷却ファン１２ａが設けられている。
【0036】
圧縮機５は、ガス冷媒を吸入し、吸入したガス冷媒を圧縮して吐出する。オイルセパレータ６は、圧縮機５から吐出された圧縮冷媒中のオイルを分離して圧縮機５に還流させる。逆止弁７は、圧縮冷媒の逆流を防止する。
【0037】
四方弁８は、圧縮機５から吐出された圧縮冷媒を水熱交換器９に送る暖房運転モードと、空冷熱交換器１２に送る冷房運転モードとの２つのポジションが選択される弁である。図１では、四方弁８が暖房運転モードのポジションとなっている。
【0038】
水熱交換器９は、暖房運転モードにおいて圧縮冷媒を凝縮させて凝縮器として機能し、冷房運転モードにおいて凝縮冷媒を気化させる蒸発器として機能する熱交換器である。そして、その凝縮熱又は気化熱により、後述するように水系統部３を流れる水を加熱又は冷却して暖房用の温水、給湯用の温水若しくは熱水、又は冷房用の冷水を生成する。
【0039】
第１冷凍サイクル系統Ｒ１は、第１水熱交換器９Ａを有し、第２冷凍サイクル系統Ｒ２は、第２水熱交換器９Ｂを有する。また、第３冷凍サイクル系統Ｒ３と第４冷凍サイクル系統Ｒ４は、第３水熱交換器９Ｃを共有する。すなわち、第３水熱交換器９Ｃは、２層構造となっており、第３冷凍サイクル系統Ｒ３の冷媒と第４冷凍サイクル系統Ｒ４の冷媒とが混合しないで通過するようになっている。
【0040】
チラーユニット１は、第１水熱交換器９Ａと第２水熱交換器９Ｂが水配管１８によって並列に接続され、第３水熱交換器９Ｃが第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂに対して水配管１８によって直列に接続される。
【0041】
第１水熱交換器９Ａ及び第２水熱交換器９Ｂのそれぞれの容量は、第３水熱交換器９Ｃの容量よりも小さく、例えば第３水熱交換器９Ｃの半分程度に設定されている。これにより、第１水熱交換器９Ａと第２水熱交換器９Ｂとを互いに離間させて配置することができる。このため、チラーユニット１（図示しない筐体）の内部における第１水熱交換器９Ａと第２水熱交換器９Ｂの配置レイアウトの自由度を高めることができる。また、第１水熱交換器９Ａと第２水熱交換器９Ｂと他の機材との相対設置間隔を大きくして清掃、検査、調整、交換等のメンテナンス作業性を向上させることができる。
【0042】
レシーバ１０は、凝縮した液冷媒を所定量貯留するタンクである。電子膨張弁１１は、凝縮冷媒の圧力を低下させて気化を促進させる。空冷熱交換器１２は、冷却ファン１２ａによって外気が供給される。空冷熱交換器１２は、暖房運転モードにおいて凝縮冷媒を気化させる蒸発器として機能し、冷房運転モードにおいて圧縮冷媒を凝縮させる凝縮器として機能する熱交換器である。気液分離器１３は、圧縮機５に吸入される前の冷媒を気液分離してガス冷媒のみを圧縮機５に吸入させる。
【0043】
水系統部３は、水入口部１５と、水ポンプ１６と、水出口部１７と、水配管１８とを具備して構成されている。水入口部１５から延びる水配管１８には、水ポンプ１６が設置される。
【0044】
次に、図２及び図３を参照して、本実施形態に係る水配管１８の構成について説明する。
水配管１８は、例えば、水配管１８ａ～１８ｄによって構成される。水配管１８には、四方弁２０が一つ設置される。四方弁２０は、第１接続口２１、第２接続口２２、第３接続口２３及び第４接続口２４を有する。
水配管１８は、例えば、水配管１８ａ～１８ｄによって構成される。水配管１８には、四方弁２０が一つ設置される。四方弁２０は、第１接続口２１、第２接続口２２、第３接続口２３及び第４接続口２４を有する。
【0045】
四方弁２０は、第１モード又は第２モードに切り換え可能である構成を有する。第１モードでは、図２に示すように、第１接続口２１と第２接続口２２が流通可能となり、かつ、第３接続口２３と第４接続口２４が流通可能となる。第２モードでは、図３に示すように、第１接続口２１と第３接続口２３が流通可能となり、かつ、第２接続口２２と第４接続口２４が流通可能となる。
【0046】
第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂ側において、水配管１８ａは、四方弁２０の第１接続口２１と接続され、第１接続口２１では、供給元から送られた水配管１８ａを流れる水が四方弁２０に常に流入する。第３水熱交換器９Ｃ側において、四方弁２０の第１接続口２１は、第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂ側の水配管１８ｄと接続され、第１接続口２１では、第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂ側から送られた水配管１８ｄを流れる水が四方弁２０に常に流入する。
【0047】
水配管１８ｄは、四方弁２０の第４接続口２４と接続され、第４接続口２４では、第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂ又は第３水熱交換器９Ｃを流通した水が四方弁２０から常に流出して、供給先へ送られる。
【0048】
水配管１８ｂは、一端が四方弁２０の第２接続口２２と接続され、他端が第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂの一端側の接続口、又は、第３水熱交換器９Ｃの一端側の接続口と接続される。第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂ側において、水配管１８ｂは、途中で、第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂ側とに分かれて設けられている。
【0049】
四方弁２０が第１接続口２１と第２接続口２２が流通可能な第１モードであるとき、水配管１８ｂでは、四方弁２０の第２接続口２２から第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂ又は第３水熱交換器９Ｃへ水が送られる。四方弁２０が第２接続口２２と第４接続口２４が流通可能な第２モードであるとき、水配管１８ｂでは、第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂ又は第３水熱交換器９Ｃから四方弁２０の第２接続口２２へ水が送られる。
【0050】
水配管１８ｃは、一端が第３接続口２３と接続され、他端が第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂの他端側の接続口、又は、第３水熱交換器９Ｃの他端側の接続口と接続される。第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂ側において、水配管１８ｃは、途中で、第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂ側とに分かれて設けられている。
【0051】
四方弁２０が第３接続口２３と第４接続口２４が流通可能な第１モードであるとき、水配管１８ｃでは、第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂ又は第３水熱交換器９Ｃから四方弁２０の第３接続口２３へ水が送られる。四方弁２０が第１接続口２１と第３接続口２３が流通可能な第２モードであるとき、水配管１８ｃでは、四方弁２０の第３接続口２３から第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂ又は第３水熱交換器９Ｃへ水が送られる。
【0052】
四方弁２０が第１モードに切り換えられているとき、第１接続口２１において水配管１８ａを流れる水が流入し、第１接続口２１から第２接続口２２へ水が流れた後、第２接続口２２から第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂ又は第３水熱交換器９Ｃへ水が供給される。また、第１モードでは、第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂ又は第３水熱交換器９Ｃを流れた水が第３接続口２３から流入し、第３接続口２３から第４接続口２４へ水が流れた後、第４接続口２４から水が水配管１８ｄを介して供給先へ流出する。
【0053】
四方弁２０が第２モードに切り換えられているとき、第１接続口２１において水配管１８ａを流れる水が流入し、第１接続口２１から第３接続口２３へ水が流れた後、第３接続口２３から第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂ又は第３水熱交換器９Ｃへ水が供給される。また、第２モードでは、第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂ又は第３水熱交換器９Ｃを流れた水が第２接続口２２から流入し、第２接続口２２から第４接続口２４へ水が流れた後、第４接続口２４から水が水配管１８ｄを介して供給先へ流出する。
【0054】
四方弁２０を切り換えることによって、第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂ又は第３水熱交換器９Ｃに接続された水配管１８の水の流れ方向を変更することが可能である。したがって、第１～第４冷凍サイクル系統Ｒ１～Ｒ４の冷房運転と暖房運転の切り換えに応じて、四方弁２０を切り換えることで、第１～第４冷凍サイクル系統Ｒ１～Ｒ４の冷媒の流れ方向と水配管１８の水の流れ方向を常に対向流とすることができる。また、四方弁２０の切り換えに関わらず、水配管１８には常に水が流れており、水が流れない系統が存在しない。したがって、第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂ又は第３水熱交換器９Ｃに接続された水配管１８の水の流れ方向を変更する場合において、水の流れ方向を迅速に切り換え可能とし、また、不具合を生じにくくすることができる。
【0055】
また、第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂ又は第３水熱交換器９Ｃに対して、四方弁２０の設置個数は一つずつであり、三方弁を設置する場合の設置個数に比べて低減されるため、部品点数を減らすことができる。また、三方弁を設置する場合、複数の三方弁が動作する必要があるのに対して、一つの四方弁２０が動作すればよいため、動作ミスによる切り換えの不具合が生じにくい。
【0056】
四方弁２０は、チラーユニット１のユニット本体（筐体）の内部に設置される。この場合、ユニット本体の内部に四方弁２０が設置されていることから、水入口部１５と水出口部１７をそれぞれ外部の水配管と接続する。これにより、チラーユニット１を外部の水配管と接続するだけで、第１～第４冷凍サイクル系統Ｒ１～Ｒ４の冷媒の流れ方向と水配管１８の水の流れ方向を常に対向流とすることが可能な系統を構成することができる。
【0057】
本実施形態において、四方弁２０は、ユニット本体の内部に設置される場合に限定されず、四方弁２０は、チラーユニット１のユニット本体（筐体）の外部に設置されてもよい。この場合、ユニット本体には、一端が外部の水配管と接続可能とされ、他端が第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂ又は第３水熱交換器９Ｃと接続された水配管１８ｂ、及び、一端が第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂ又は第３水熱交換器９Ｃと接続され、他端が外部の水配管と接続可能とされた水配管１８ｃが設置されている。四方弁２０は、これらのユニット本体の内部に設置された水配管１８ｂ，１８ｃと接続され、かつ、上述した構成を有する水配管１８ａ，１８ｄを設置することによって、本実施形態に係るチラーユニット１が構成される。これにより、第１～第４冷凍サイクル系統Ｒ１～Ｒ４の冷媒の流れ方向と水配管１８の水の流れ方向を常に対向流とすることが可能な系統を構成することができる。ユニット本体の内部には、四方弁２０が設置されていないことから、ユニット本体は、水配管１８の水の流れ方向が切り換え不要な構成にも適用できる。
【0058】
本実施形態に係るチラーユニット１は、図１に示すように、温度検出部３１と、圧力検出部３２と、制御部３３を備えてもよい。
【0059】
温度検出部３１は、第１～第４冷凍サイクル系統Ｒ１～Ｒ４において、第１～第３水熱交換器９Ａ～９Ｃの接続口よりも上流側及び／又は下流側に設置され、第１～第４冷凍サイクル系統Ｒ１～Ｒ４を流れる冷媒の温度を検出する。
【0060】
圧力検出部３２は、第１～第４冷凍サイクル系統Ｒ１～Ｒ４において、圧縮機５の吸い込み側及び吐き出し側にそれぞれ設置され、第１～第４冷凍サイクル系統Ｒ１～Ｒ４を流れる冷媒の圧力を検出する。
【0061】
制御部３３は、温度検出部３１によって検出された温度に基づいて、四方弁２０を切り換える。第１～第３水熱交換器９Ａ～９Ｃに流入する冷媒、又は、第１～第３水熱交換器９Ａ～９Ｃから流出する冷媒の温度に基づいて、第１～第４冷凍サイクル系統Ｒ１～Ｒ４が冷房運転であるか又は暖房運転であるかを判断する。
【0062】
冷房運転時、第１～第３水熱交換器９Ａ～９Ｃは、蒸発器として機能することから、検出された温度が所定の閾値よりも低い場合、冷房運転であると判断でき、四方弁２０を冷房運転に対応したモードに切り換える。暖房運転時、第１～第３水熱交換器９Ａ～９Ｃは、凝縮器として機能することから、検出された温度が所定の閾値よりも高い場合、暖房運転であると判断でき、四方弁２０を暖房運転に対応したモードに切り換える。これにより、冷房運転と暖房運転の双方において、第１～第３水熱交換器９Ａ～９Ｃでは、第１～第４冷凍サイクル系統Ｒ１～Ｒ４の冷媒の流れ方向と水配管１８の水の流れ方向が対向流とされる。
【0063】
また、制御部３３は、圧力検出部３２によって検出された圧力に基づいて、四方弁２０の切り換えの成否を判断する。四方弁２０が正しく切り換わっていない場合、第１～第３水熱交換器９Ａ～９Ｃでは、第１～第４冷凍サイクル系統Ｒ１～Ｒ４の冷媒の流れ方向と水配管１８の水の流れ方向が並行流となるため、第１～第３水熱交換器９Ａ～９Ｃにおける熱交換効率が低下する。したがって、例えば、圧力検出部３２が圧縮機５に吸い込まれる冷媒の圧力と圧縮機５から吐出される冷媒の圧力を検出し、圧力差が所定の閾値よりも低下したとき、四方弁２０が正しく切り換わっていないと判断する。他方、圧力差が所定の閾値を超えていれば、四方弁２０が正しく切り換わっていると判断する。
【0064】
制御部３３は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリ等である。
【0065】
本実施形態によれば、第１～第４冷凍サイクル系統Ｒ１～Ｒ４において、第１～第３水熱交換器９Ａ～９Ｃの接続口よりも上流側又は下流側に設置された温度検出部３１によって、第１～第４冷凍サイクル系統Ｒ１～Ｒ４を流れる冷媒の温度が検出され、検出された温度に基づいて、四方弁２０が切り換えられる。第１～第４冷凍サイクル系統Ｒ１～Ｒ４の冷房運転と暖房運転の切り換えに応じて、第１～第３水熱交換器９Ａ～９Ｃの接続口よりも上流側や下流側を流れる冷媒の温度が変更される。したがって、検出された冷媒の温度に応じて、四方弁２０が自動的に切り換えられることによって、第１～第４冷凍サイクル系統Ｒ１～Ｒ４の冷媒の流れ方向と水配管１８の水の流れ方向を常に対向流とすることができる。
【0066】
また、第１～第４冷凍サイクル系統Ｒ１～Ｒ４に設置された圧力検出部３２によって、第１～第４冷凍サイクル系統Ｒ１～Ｒ４を流れる冷媒の圧力が検出され、検出された圧力に基づいて、四方弁２０の切り換えの成否が判断される。したがって、四方弁２０が自動的に切り換えられた場合において、四方弁２０が正しく切り換えられているか否かを判断できる。
【0067】
以上のように構成されたチラーユニット１は、以下のように作動する。以下では、暖房運転時において、四方弁２０が図２に示す第１モードに切り替わり、冷房運転時において、四方弁２０が図３に示す第２モードに切り替わる例について説明する。
【0068】
まず、暖房運転時における動作について説明する。
暖房運転時には、第１～第４冷凍サイクル系統Ｒ１～Ｒ４の四方弁８が、図１に示す暖房運転モードのポジションになる。
暖房運転時には、第１～第４冷凍サイクル系統Ｒ１～Ｒ４の四方弁８が、図１に示す暖房運転モードのポジションになる。
【0069】
そして、少なくとも１つの圧縮機５が作動する。圧縮機５により圧縮された高温高圧の圧縮冷媒は、オイルセパレータ６にてオイル分が分離され、四方弁８を経て第１～第３水熱交換器９Ａ～９Ｃのいずれか、又は、全てに流れる。このとき、圧縮冷媒は、水系統部３の水配管１８を流れる水と熱交換される。また、温度検出部３１によって温度が検出されて、四方弁２０が第１モードに切り替わる。
【0070】
すなわち、第１冷凍サイクル系統Ｒ１の圧縮機５により圧縮された圧縮冷媒は第１水熱交換器９Ａに流れて水配管１８を流れる水と熱交換され、第２冷凍サイクル系統Ｒ２の圧縮機５により圧縮された圧縮冷媒は第２水熱交換器９Ｂに流れて水配管１８を流れる水と熱交換される。また、第３冷凍サイクル系統Ｒ３と第４冷凍サイクル系統Ｒ４の圧縮機５により圧縮された圧縮冷媒は第３水熱交換器９Ｃに流れて水配管１８を流れる水と熱交換される。
【0071】
つまり、第１冷凍サイクル系統Ｒ１と第２冷凍サイクル系統Ｒ２においては、それぞれ第１水熱交換器９Ａと第２水熱交換器９Ｂとによって冷媒と水との熱交換が個別に行われ、第３冷凍サイクル系統Ｒ３と第４冷凍サイクル系統Ｒ４においては、第３水熱交換器９Ｃを共有しながら冷媒と水との熱交換が行われる。このように第１～第３水熱交換器９Ａ～９Ｃにて高温な圧縮冷媒と熱交換した水は温水又は熱水となり、水出口部１７から所定の暖房箇所又は給湯箇所に供給される。
【0072】
四方弁２０が第１モードに切り替わることにより、第１接続口２１において水配管１８ａを流れる水が流入し、第１接続口２１から第２接続口２２へ水が流れた後、第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂへ水が供給される。また、第１モードでは、第１水熱交換器９Ａと第２水熱交換器９Ｂに並列に水が流れ、第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂを流れた水が第３接続口２３から流入し、第３接続口２３から第４接続口２４へ水が流れた後、第４接続口２４から水が水配管１８ｄを介して第３水熱交換器９Ｃへ流出する。そして、第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂでは、第１，第２冷凍サイクル系統Ｒ１，Ｒ２の冷媒の流れ方向と水配管１８の水の流れ方向が対向流となる。
【0073】
第３水熱交換器９Ｃでは、四方弁２０が第１モードに切り替わることにより、第１接続口２１において、第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂからの水が流入し、第１接続口２１から第２接続口２２へ水が流れた後、第２接続口２２から第３水熱交換器９Ｃへ水が供給される。また、第１モードでは、第３水熱交換器９Ｃを流れた水が第３接続口２３から流入し、第３接続口２３から第４接続口２４へ水が流れた後、第４接続口２４から水が水配管１８ｄを介して外部へ流出する。そして、第３水熱交換器９Ｃでは、第３，第４冷凍サイクル系統Ｒ３，Ｒ４の冷媒の流れ方向と水配管１８の水の流れ方向が対向流となる。
【0074】
また、第１～第３水熱交換器９Ａ～９Ｃで水と熱交換した圧縮冷媒は凝縮して液化し、レシーバ１０を経て電子膨張弁１１を通過し、ここで圧力を低下されて空冷熱交換器１２に流れ、空気と熱交換することにより気化してガス冷媒となり、四方弁８と気液分離器１３と経て再び圧縮機５に吸入される。
【0075】
次に、冷房運転時における動作について説明する。
冷房運転時には、第１～第４冷凍サイクル系統Ｒ１～Ｒ４の四方弁８が図１に示す方向から変更されて冷房運転モードのポジションになる。したがって、圧縮機５により圧縮された高温高圧の圧縮冷媒は四方弁８を経て空冷熱交換器１２に流れ、冷却ファン１２ａによって外気が供給されることにより空気と熱交換して凝縮して液化する。生成された凝縮冷媒は、レシーバ１０を経て第１～第３水熱交換器９Ａ～９Ｃのいずれか、又は、全てに流れる。このとき、凝縮冷媒は、水系統部３の水配管１８を流れる水と熱交換して気化する。また、温度検出部３１によって温度が検出されて、四方弁２０が第２モードに切り替わる。
冷房運転時には、第１～第４冷凍サイクル系統Ｒ１～Ｒ４の四方弁８が図１に示す方向から変更されて冷房運転モードのポジションになる。したがって、圧縮機５により圧縮された高温高圧の圧縮冷媒は四方弁８を経て空冷熱交換器１２に流れ、冷却ファン１２ａによって外気が供給されることにより空気と熱交換して凝縮して液化する。生成された凝縮冷媒は、レシーバ１０を経て第１～第３水熱交換器９Ａ～９Ｃのいずれか、又は、全てに流れる。このとき、凝縮冷媒は、水系統部３の水配管１８を流れる水と熱交換して気化する。また、温度検出部３１によって温度が検出されて、四方弁２０が第２モードに切り替わる。
【0076】
このように、第１～第３水熱交換器９Ａ～９Ｃにて低温な冷媒と熱交換した水は冷水となり、水出口部１７から所定の冷房箇所に供給される。
【0077】
四方弁２０が第２モードに切り替わることにより、第１接続口２１において水配管１８ａを流れる水が流入し、第１接続口２１から第３接続口２３へ水が流れた後、第３接続口２３から第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂへ水が供給される。また、第２モードでは、第１水熱交換器９Ａと第２水熱交換器９Ｂに並列に水が流れ、第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂを流れた水が第２接続口２２から流入し、第２接続口２２から第４接続口２４へ水が流れた後、第４接続口２４から水が水配管１８ｄを介して第３水熱交換器９Ｃへ流出する。そして、第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂでは、第１，第２冷凍サイクル系統Ｒ１，Ｒ２の冷媒の流れ方向と水配管１８の水の流れ方向が対向流となる。
【0078】
第３水熱交換器９Ｃでは、四方弁２０が第２モードに切り替わることにより、第１接続口２１において第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂからの水が流入し、第１接続口２１から第３接続口２３へ水が流れた後、第３接続口２３から第３水熱交換器９Ｃへ水が供給される。また、第２モードでは、第３水熱交換器９Ｃを流れた水が第２接続口２２から流入し、第２接続口２２から第４接続口２４へ水が流れた後、第４接続口２４から水が水配管１８ｄを介して外部へ流出する。そして、第３水熱交換器９Ｃでは、第３冷凍サイクル系統Ｒ３の冷媒の流れ方向と水配管１８の水の流れ方向が対向流となる。
【0079】
また、第１～第３水熱交換器９Ａ～９Ｃで水と熱交換して気化したガス冷媒は、四方弁８と気液分離器１３と経て再び圧縮機５に吸入される。
【0080】
以上説明したように、本実施形態に係るチラーユニット１は、第１水熱交換器９Ａを有する第１冷凍サイクル系統Ｒ１と、第２水熱交換器９Ｂを有する第２冷凍サイクル系統Ｒ２と、第３水熱交換器９Ｃを共有する第３冷凍サイクル系統Ｒ３及び第４冷凍サイクル系統Ｒ４とを備えている。そして、第１水熱交換器９Ａと第２水熱交換器９Ｂは水系統部３の水配管１８により並列に接続され、第３水熱交換器９Ｃは第１水熱交換器９Ａ及び第２水熱交換器９Ｂに対して水配管１８により直列に接続されている。
【0081】
このように、第１水熱交換器９Ａと第２水熱交換器９Ｂとが水配管１８によって並列に接続されているため、第１水熱交換器９Ａと第２水熱交換器９Ｂとにおいて第１冷凍サイクル系統Ｒ１と第２冷凍サイクル系統Ｒ２の冷媒を均等に水と熱交換させ、冷媒と水とを効率良く熱交換させることができる。
【0082】
さらに、第１～第３水熱交換器９Ａ～９Ｃで熱交換される水は、第１水熱交換器９Ａ及び第２水熱交換器９Ｂ側から流入し、第３水熱交換器９Ｃ側から流出する構成となっている。本構成とすれば、水の圧力が高い水入口部１５側（水ポンプ１６側）の方に第１水熱交換器９Ａと第２水熱交換器９Ｂの２基の水熱交換器９が設けられる態様となるため、第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂにおける水の偏流を抑制して冷媒と水とを効率良く熱交換させることができる。
【0083】
チラーユニット１は、低負荷運転時には、第１～第４冷凍サイクル系統Ｒ１～Ｒ４の全てを稼働させなくてもよい。このとき、チラーユニット１は、第３冷凍サイクル系統Ｒ３又は第４冷凍サイクル系統Ｒ４を優先的に稼働させるとよい。
【0084】
例えば、第１冷凍サイクル系統Ｒ１と第２冷凍サイクル系統Ｒ２の一方のみを稼働させた場合には、水の流れに対して並列に設けられた第１水熱交換器９Ａと第２水熱交換器９Ｂの一方においてのみ熱交換が行われる。このため、他方の水熱交換器においては水が冷媒と熱交換されることなく通過し、一方の水熱交換器において熱交換された水と混合されてしまい、熱交換効率が低下してしまう。
【0085】
これに対し、第３冷凍サイクル系統Ｒ３又は第４冷凍サイクル系統Ｒ４を優先的に稼働させる構成とすれば、水の流れに対して直列に設けられた第３水熱交換器９Ｃにおいてのみ冷媒と水との熱交換が行われ、このように熱交換された水に熱交換されない水が混合されることがない。このため、冷媒と水とを効率良く熱交換させることができる。
【0086】
なお、図示しないが、水配管１８に開閉弁や流量調整弁等の弁装置を設けることにより、第１水熱交換器９Ａと第２水熱交換器９Ｂに選択的に水を流せるようにしてもよい。
【0087】
以上説明したように、本実施形態に係るチラーユニット１によれば、冷媒と水とを効率良く熱交換させるとともに、チラーユニット１の内部における水熱交換器９の配置レイアウトの自由度を高め、併せて水熱交換器９の周りのメンテナンス性を向上させることができる。
【0088】
上述した実施形態では、四方弁２０と水配管１８が、第１水熱交換器９Ａ及び第２水熱交換器９Ｂに１組、第３水熱交換器９Ｃに１組設置される。
【0089】
各四方弁２０を切り換えることによって、第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂに接続された水配管１８の水の流れ方向と、第３水熱交換器９Ｃに接続された水配管１８の水の流れ方向を変更することが可能である。したがって、第１～第４冷凍サイクル系統Ｒ１～Ｒ４の冷房運転と暖房運転の切り換えに応じて、各四方弁２０を切り換えることで、第１～第４冷凍サイクル系統Ｒ１～Ｒ４の冷媒の流れ方向と水配管１８の水の流れ方向を常に対向流とすることができる。また、図２及び図３に示すように、第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂの組と、第３水熱交換器９Ｃが直列に配置されている場合において、第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂの組のほうが第３水熱交換器９Ｃよりも常に先に水が流れる構成とすることができる。
【0090】
［第２実施形態］
次に、図４及び図５を参照して、本発明の第２実施形態に係るチラーユニット１について説明する。なお、チラーユニット１における第１～第４冷凍サイクル系統Ｒ１～Ｒ４の構成は上述した実施形態と同一である。その他、上述した実施形態と重複する構成及び作用効果については説明を省略する。
次に、図４及び図５を参照して、本発明の第２実施形態に係るチラーユニット１について説明する。なお、チラーユニット１における第１～第４冷凍サイクル系統Ｒ１～Ｒ４の構成は上述した実施形態と同一である。その他、上述した実施形態と重複する構成及び作用効果については説明を省略する。
【0091】
上述した第１実施形態では、四方弁２０が設置され、四方弁２０を切り換えることによって、第１～第４冷凍サイクル系統Ｒ１～Ｒ４の冷房運転と暖房運転の切り換えに応じて、冷媒の流れ方向と水の流れ方向が向かい合う対向流となるように水配管１８が構成されている例について説明したが、本発明はこの例に限定されない。
【0092】
チラーユニット１は、第１水熱交換器９Ａと第２水熱交換器９Ｂが水配管１８によって並列に接続され、第３水熱交換器９Ｃが第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂに対して水配管１８によって直列に接続される。
【0093】
本実施形態では、第１～第４三方弁４１～４４と、第１～第４三方弁４１～４４から分岐した第１～第３分岐管１９ａ～１９ｃとが設置され、第１～第４三方弁４１～４４を切り替えることによって、第１～第４冷凍サイクル系統Ｒ１～Ｒ４の冷房運転と暖房運転の切り換えに応じて、冷媒の流れ方向と水の流れ方向が向かい合う対向流となるように水系統部３の水配管１８が構成されている。
【0094】
第１三方弁４１は、水配管１８において、第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂと第３水熱交換器９Ｃの間に設置される。第２三方弁４２は、水配管１８において、第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂと第３水熱交換器９Ｃの間において、第１三方弁４１よりも第３水熱交換器９Ｃ側に設置される。第３三方弁４３は、水配管１８と第１分岐管１９ａの接続部分と、第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂの間に設置される。第４三方弁４４は、第３水熱交換器９Ｃと水配管１８の第２分岐管１９ｂの接続部分の間に設置される。
【0095】
第１分岐管１９ａは、一端が第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂの上流側の水配管１８と接続され、他端が第１三方弁４１と接続される。第２分岐管１９ｂは、一端が第２三方弁４２と接続され、他端が第３水熱交換器９Ｃの下流側の水配管１８と接続される。第３分岐管１９ｃは、一端が第３三方弁４３と接続され、他端が第４三方弁４４と接続される。
【0096】
第１～第３水熱交換器９Ａ～９Ｃにおいて水配管１８を流れる水を第１の方向に流す場合、図４に示すように、第１三方弁４１の第１分岐管１９ａ側を閉鎖し、第２三方弁４２の第２分岐管１９ｂ側を閉鎖し、第３三方弁４３の第３分岐管１９ｃ側を閉鎖し、第４三方弁４４の第３分岐管１９ｃ側を閉鎖する。また、第１三方弁４１の第３水熱交換器９Ｃ側を開放し、第２三方弁４２の第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂ側を開放し、第３三方弁４３の第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂ側を開放し、第４三方弁４４の第３水熱交換器９Ｃ側を開放する。これにより、水配管１８を流れる水が、第３三方弁４３を介して、第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂに供給されて、その後、合流する。次に、水は、第１三方弁４１及び第２三方弁４２を介して、第３水熱交換器９Ｃに供給される。そして、第３水熱交換器９Ｃから第４三方弁４４を介して、外部へ流出する。
【0097】
第１～第３水熱交換器９Ａ～９Ｃにおいて水配管１８を流れる水を第１の方向とは反対の第２の方向に流す場合、第１三方弁４１の第１分岐管１９ａ側を開放し、第２三方弁４２の第２分岐管１９ｂ側を開放し、第３三方弁４３の第３分岐管１９ｃ側を開放し、第４三方弁４４の第３分岐管１９ｃ側を開放する。また、第１三方弁４１の第３水熱交換器９Ｃ側を閉鎖し、第２三方弁４２の第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂ側を閉鎖し、第３三方弁４３の第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂ側を閉鎖し、第４三方弁４４の第３水熱交換器９Ｃ側を閉鎖する。
【0098】
これにより、水配管１８を流れる水が、第１分岐管１９ａ及び第１三方弁４１を介して、第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂに供給されて、その後、合流する。次に、水は、第３三方弁４３、第３分岐管１９ｃ及び第４三方弁４４を介して、第３水熱交換器９Ｃに供給される。そして、第３水熱交換器９Ｃから第３三方弁４３及び第２分岐管１９ｂを介して、外部へ流出する。
【0099】
以上のように構成されたチラーユニット１は、以下のように作動する。以下では、暖房運転時において、図４に示すように、第１～第３水熱交換器９Ａ～９Ｃでは水が第１の方向に流れるように第１～第４三方弁４１～４４が切り替わり、冷房運転時において、図５に示すように、第１～第３水熱交換器９Ａ～９Ｃでは水が第２の方向に流れるように第１～第４三方弁４１～４４が切り替わる例について説明する。
【0100】
まず、暖房運転時における動作について説明する。
暖房運転時には、第１～第４冷凍サイクル系統Ｒ１～Ｒ４の四方弁８が、図１に示す暖房運転モードのポジションになる。そして、少なくとも１つの圧縮機５が作動する。圧縮機５により圧縮された高温高圧の圧縮冷媒は、オイルセパレータ６にてオイル分が分離され、四方弁８を経て第１～第３水熱交換器９Ａ～９Ｃのいずれか、又は、全てに流れる。このとき、圧縮冷媒は、水系統部３の水配管１８を流れる水と熱交換される。
暖房運転時には、第１～第４冷凍サイクル系統Ｒ１～Ｒ４の四方弁８が、図１に示す暖房運転モードのポジションになる。そして、少なくとも１つの圧縮機５が作動する。圧縮機５により圧縮された高温高圧の圧縮冷媒は、オイルセパレータ６にてオイル分が分離され、四方弁８を経て第１～第３水熱交換器９Ａ～９Ｃのいずれか、又は、全てに流れる。このとき、圧縮冷媒は、水系統部３の水配管１８を流れる水と熱交換される。
【0101】
すなわち、第１冷凍サイクル系統Ｒ１の圧縮機５により圧縮された圧縮冷媒は第１水熱交換器９Ａに流れて水配管１８を流れる水と熱交換され、第２冷凍サイクル系統Ｒ２の圧縮機５により圧縮された圧縮冷媒は第２水熱交換器９Ｂに流れて水配管１８を流れる水と熱交換される。また、第３冷凍サイクル系統Ｒ３と第４冷凍サイクル系統Ｒ４の圧縮機５により圧縮された圧縮冷媒は第３水熱交換器９Ｃに流れて水配管１８を流れる水と熱交換される。
【0102】
つまり、第１冷凍サイクル系統Ｒ１と第２冷凍サイクル系統Ｒ２においては、それぞれ第１水熱交換器９Ａと第２水熱交換器９Ｂとによって冷媒と水との熱交換が個別に行われ、第３冷凍サイクル系統Ｒ３と第４冷凍サイクル系統Ｒ４においては、第３水熱交換器９Ｃを共有しながら冷媒と水との熱交換が行われる。このように第１～第３水熱交換器９Ａ～９Ｃにて高温な圧縮冷媒と熱交換した水は温水又は熱水となり、水出口部１７から所定の暖房箇所又は給湯箇所に供給される。
【0103】
また、第１三方弁４１の第１分岐管１９ａ側を閉鎖し、第２三方弁４２の第２分岐管１９ｂ側を閉鎖し、第３三方弁４３の第３分岐管１９ｃ側を閉鎖し、第４三方弁４４の第３分岐管１９ｃ側を閉鎖する。さらに、第１三方弁４１の第３水熱交換器９Ｃ側を開放し、第２三方弁４２の第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂ側を開放し、第３三方弁４３の第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂ側を開放し、第４三方弁４４の第３水熱交換器９Ｃ側を開放する。これにより、水配管１８を流れる水が、第３三方弁４３を介して、第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂに供給されて、その後、合流する。次に、水は、第１三方弁４１及び第２三方弁４２を介して、第３水熱交換器９Ｃに供給される。そして、第３水熱交換器９Ｃから第４三方弁４４を介して、外部へ流出する。そして、第１～第３水熱交換器９Ａ～９Ｃでは、第１～第４冷凍サイクル系統Ｒ１～Ｒ４の冷媒の流れ方向と水配管１８の水の流れ方向が対向流となる。
【0104】
また、第１～第３水熱交換器９Ａ～９Ｃで水と熱交換した圧縮冷媒は凝縮して液化し、レシーバ１０を経て電子膨張弁１１を通過し、ここで圧力を低下されて空冷熱交換器１２に流れ、空気と熱交換することにより気化してガス冷媒となり、四方弁８と気液分離器１３と経て再び圧縮機５に吸入される。
【0105】
次に、冷房運転時における動作について説明する。
冷房運転時には、第１～第４冷凍サイクル系統Ｒ１～Ｒ４の四方弁８が図１に示す方向から変更されて冷房運転モードのポジションになる。したがって、圧縮機５により圧縮された高温高圧の圧縮冷媒は四方弁８を経て空冷熱交換器１２に流れ、冷却ファン１２ａによって外気が供給されることにより空気と熱交換して凝縮して液化する。生成された凝縮冷媒は、レシーバ１０を経て第１～第３水熱交換器９Ａ～９Ｃのいずれか、又は、全てに流れる。このとき、凝縮冷媒は、水系統部３の水配管１８を流れる水と熱交換して気化する。
冷房運転時には、第１～第４冷凍サイクル系統Ｒ１～Ｒ４の四方弁８が図１に示す方向から変更されて冷房運転モードのポジションになる。したがって、圧縮機５により圧縮された高温高圧の圧縮冷媒は四方弁８を経て空冷熱交換器１２に流れ、冷却ファン１２ａによって外気が供給されることにより空気と熱交換して凝縮して液化する。生成された凝縮冷媒は、レシーバ１０を経て第１～第３水熱交換器９Ａ～９Ｃのいずれか、又は、全てに流れる。このとき、凝縮冷媒は、水系統部３の水配管１８を流れる水と熱交換して気化する。
【0106】
このように、第１～第３水熱交換器９Ａ～９Ｃにて低温な冷媒と熱交換した水は冷水となり、水出口部１７から所定の冷房箇所に供給される。
【0107】
また、第１三方弁４１の第１分岐管１９ａ側を開放し、第２三方弁４２の第２分岐管１９ｂ側を開放し、第３三方弁４３の第３分岐管１９ｃ側を開放し、第４三方弁４４の第３分岐管１９ｃ側を開放する。さらに、第１三方弁４１の第３水熱交換器９Ｃ側を閉鎖し、第２三方弁４２の第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂ側を閉鎖し、第３三方弁４３の第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂ側を閉鎖し、第４三方弁４４の第３水熱交換器９Ｃ側を閉鎖する。
【0108】
これにより、水配管１８を流れる水が、第１分岐管１９ａ及び第１三方弁４１を介して、第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂに供給されて、その後、合流する。次に、水は、第３三方弁４３、第３分岐管１９ｃ及び第４三方弁４４を介して、第３水熱交換器９Ｃに供給される。そして、第３水熱交換器９Ｃから第３四方弁及び第２分岐管１９ｂを介して、外部へ流出する。そして、第１～第３水熱交換器９Ａ～９Ｃでは、第１～第４冷凍サイクル系統Ｒ１～Ｒ４の冷媒の流れ方向と水配管１８の水の流れ方向が対向流となる。
【0109】
また、第１～第３水熱交換器９Ａ～９Ｃで水と熱交換して気化したガス冷媒は、四方弁８と気液分離器１３と経て再び圧縮機５に吸入される。
【0110】
第１～第４三方弁４１～４４を切り換えることによって、第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂに接続された水配管１８の水の流れ方向と、第３水熱交換器９Ｃに接続された水配管１８の水の流れ方向を変更することが可能である。したがって、第１～第４冷凍サイクル系統Ｒ１～Ｒ４の冷房運転と暖房運転の切り換えに応じて、第１～第４三方弁４１～４４を切り換えることで、第１～第４冷凍サイクル系統Ｒ１～Ｒ４の冷媒の流れ方向と水配管１８の水の流れ方向を常に対向流とすることができる。また、図４及び図５に示すように、第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂの組と、第３水熱交換器９Ｃが直列に配置されている場合において、第１，第２水熱交換器９Ａ，９Ｂの組のほうが第３水熱交換器９Ｃよりも常に先に水が流れる構成とすることができる。
【符号の説明】
【0111】
１ ：チラーユニット
３ ：水系統部
５ ：圧縮機
６ ：オイルセパレータ
７ ：逆止弁
８ ：四方弁
９ ：水熱交換器
９Ａ ：第１水熱交換器
９Ｂ ：第２水熱交換器
９Ｃ ：第３水熱交換器
１０ ：レシーバ
１１ ：電子膨張弁
１２ ：空冷熱交換器
１２ａ ：冷却ファン
１３ ：気液分離器
１５ ：水入口部
１６ ：水ポンプ
１７ ：水出口部
１８，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ ：水配管
１９ａ ：第１分岐管
１９ｂ ：第２分岐管
１９ｃ ：第３分岐管
２０ ：四方弁
２１ ：第１接続口
２２ ：第２接続口
２３ ：第３接続口
２４ ：第４接続口
３１ ：温度検出部
３２ ：圧力検出部
３３ ：制御部
４１ ：第１三方弁
４２ ：第２三方弁
４３ ：第３三方弁
４４ ：第４三方弁
Ｒ１ ：第１冷凍サイクル系統
Ｒ２ ：第２冷凍サイクル系統
Ｒ３ ：第３冷凍サイクル系統
Ｒ４ ：第４冷凍サイクル系統
３ ：水系統部
５ ：圧縮機
６ ：オイルセパレータ
７ ：逆止弁
８ ：四方弁
９ ：水熱交換器
９Ａ ：第１水熱交換器
９Ｂ ：第２水熱交換器
９Ｃ ：第３水熱交換器
１０ ：レシーバ
１１ ：電子膨張弁
１２ ：空冷熱交換器
１２ａ ：冷却ファン
１３ ：気液分離器
１５ ：水入口部
１６ ：水ポンプ
１７ ：水出口部
１８，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ ：水配管
１９ａ ：第１分岐管
１９ｂ ：第２分岐管
１９ｃ ：第３分岐管
２０ ：四方弁
２１ ：第１接続口
２２ ：第２接続口
２３ ：第３接続口
２４ ：第４接続口
３１ ：温度検出部
３２ ：圧力検出部
３３ ：制御部
４１ ：第１三方弁
４２ ：第２三方弁
４３ ：第３三方弁
４４ ：第４三方弁
Ｒ１ ：第１冷凍サイクル系統
Ｒ２ ：第２冷凍サイクル系統
Ｒ３ ：第３冷凍サイクル系統
Ｒ４ ：第４冷凍サイクル系統
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】