JP2001099446A - 空気調和機、非加湿型発熱体収納冷却施設 - Google Patents

空気調和機、非加湿型発熱体収納冷却施設

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JP2001099446A
JP2001099446A JP27846799A JP27846799A JP2001099446A JP 2001099446 A JP2001099446 A JP 2001099446A JP 27846799 A JP27846799 A JP 27846799A JP 27846799 A JP27846799 A JP 27846799A JP 2001099446 A JP2001099446 A JP 2001099446A
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JP
Japan
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evaporator
refrigerant
circulation circuit
condenser
natural circulation
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JP27846799A
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English (en)
Inventor
Takashi Okazaki
多佳志 岡崎
Yu Seshimo
祐 瀬下
Takashi Nonaka
孝 野中
Kenji Sunasawa
健司 砂澤
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
三菱電機株式会社
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 自然循環回路の蒸発器と強制循環回路の蒸発
器とを備えた空気調和機において、風路構成を簡素化
し、消費電力量を削減し、信頼性向上を図る。 【解決手段】 圧縮機運転による強制循環回路9と、冷
媒自然循環による自然循環回路20とを、独立して構成
する空気調和機において、強制循環回路9の蒸発器13
および自然循環回路20の蒸発器21に送風する共用フ
ァン31を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、外気温度に関係な
く年間を通して運転される空気調和機に関するものであ
り、特に圧縮機運転による強制循環回路と、冷媒自然循
環による自然循環回路とを、独立して構成することによ
り、移動体通信基地局の筐体内や電算機室内の冷却を行
う空気調和機の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、携帯電話をはじめとする移動体通
信の普及によって、移動体通信の中継電子機器を納めた
通信基地局や電算機室に代表されるような電子機器の発
熱を除去する分野が急速に広がっており、これらの場所
では年間を通しての冷房運転が必要となっている。
【0003】これらの用途では、冬季、夜間のように外
気温度が低い場合には、換気によって冷房することも可
能であるが、霧、雨、雪、塵埃の侵入を防ぐ装置が必要
となり、しかも外気温度の変動によって室内温度も変動
するため安定した冷房が行えない。この様な条件では、
室内温度と外気温度との温度差と室内機と室外機との高
低差を利用して、室内から室外へ冷媒により熱を運ぶ自
然循環を利用した空気調和機を構成することができる。
この自然循環を利用した空気調和機では、自然循環を利
用した運転(以下、自然循環運転という)を行う場合、圧
縮機動力が不要となるため圧縮機を利用した運転(以
下、強制循環運転という)を行う空気調和機よりも年間
消費電力を大幅に低減することができる。
【0004】ところで、強制循環回路と自然循環運転と
を独立して構成する空気調和機の例としては、特開平1
1−135972号公報に開示されたものが知られてい
る。図17は前記公報開示の筐体冷却システムの構成図
である。図17の通信基地局52の筐体冷却システム5
1は、自然循環回路20の蒸発器21と強制循環回路9
の蒸発器13とによって密閉空間である筐体3内を冷却
するように構成されている。強制循環回路9は圧縮機1
0により冷媒を強制循環させるようにしたものである。
また、筐体3内には発熱部品5を含む通信機器4が収納
されている。一般の通信機器4では発熱部品5を内蔵す
る機器ケース6内に図示しないファンが設置されてい
て、ケース側面またはケース底面の空気取入口7からケ
ース内へ空気を取込み、ケース背部の排気口8から加熱
空気を吹き出すように構成されている。また、強制循環
回路9の室内機53には、筐体3内の空気を吸込むため
の吸込口55と、筐体3内へ冷却空気を吹き出すための
冷却空気吹出口56が設けられていて、蒸発器13およ
び室内ファン54が内蔵されている。一方、機器ケース
6の背面側には排気口8と連通する加熱空気案内路57
が形成され、加熱空気案内路57は加熱空気吸入口58
および吹出口64を有する通風路67に連通されてい
る。通風路67には蒸発器21と室内ファン63が内蔵
されている。
【0005】強制循環回路9の凝縮器11は、室外機1
7内に設置されている。室外機17は外気吸入口18お
よび排気口19を有する箱体状に形成されていて、前記
の凝縮器11、圧縮機10、第1の絞り装置12、およ
び室外ファン16を備えている。室外機17内の圧縮機
10、凝縮器11、第1の絞り装置12、筐体3内の蒸
発器13が液およびガス配管14、15を介して順次環
状に連結されることにより、強制循環回路9が構成され
る。また、自然循環回路20の凝縮器22は、室外機5
9内に設置されている。室外機59は外気吸込口60お
よび排気口61を有する箱体状に形成されていて、前記
の凝縮器22と室外ファン62を備えている。また、室
外機59内の凝縮器22と通風路67内の蒸発器21と
がガス配管23および液配管24を介して環状に連結さ
れることにより、自然循環回路20が構成されている。
ここで、自然循環回路20の蒸発器21は、複数本のチ
ューブと、各チューブの端を連通する上下タンクと、各
チューブ管に介在するコルゲートフィンにより構成さ
れ、内部には上タンクまで冷媒であるR134a、水、
エチレングリコール水溶液等が用いられるとともに、蒸
発器21と凝縮器22は接近配置される。なお、従来の
冷却システムでは、発熱部品5の最大負荷に合わせて冷
房能力が決定されている。筐体3は一般に熱貫流の少な
い構造であるため、外気温度の変化による筐体3内部の
冷却負荷の変動はほとんどないと考えて良い。
【0006】次に、従来システムの動作について説明す
る。まず、通信機器4内の図示しないファンの駆動によ
り、筐体3内の空気が空気取入口7から機器ケース6内
に取込まれる。取込まれた冷却空気は発熱部品5を冷却
して加熱空気となり、ケース背部の排気口8から加熱空
気案内路57内へ吹出される。このように吹出された加
熱空気は室内ファン63の送風により加熱空気吸気口5
8を経て通風路67内に吸込まれる。通風路67内で加
熱空気は蒸発器21を通過し自然循環回路20の冷媒と
熱交換されることにより1次冷却される。1次冷却後の
空気は室内ファン63に吸引された後、吹出口64から
筐体3内へ吹出される。吹出された1次冷却後の空気は
少なくとも一部が、吸入口55から室内機53内へと室
内ファン54の送風により吸込まれて蒸発器13を通過
し、強制循環回路9の冷媒と熱交換されて冷却される。
この冷却空気は冷却空気吹出口56から筐体3内へ吹出
される。
【0007】ここで、自然循環回路20においては、蒸
発器21の冷媒が加熱空気との熱交換により蒸発してガ
ス冷媒となりガス配管23を通して凝縮器22へ至る。
凝縮器22に流入したガス冷媒は、室外ファン62によ
り室外機59内を外気吸込口60から排気口61へと流
通する外気との熱交換により冷却され液冷媒となる。こ
の液冷媒はガス冷媒との密度差による自然循環により液
配管24を経て蒸発器21へ戻る。他方、強制循環回路
9においては、圧縮機10から強制的に吐出された高温
・高圧のガス冷媒が凝縮器11に流入し、室外ファン1
6により室外機17内を外気吸入口18から排気口19
へと流通する外気との熱交換により冷却されて液冷媒と
なる。液冷媒は第1の絞り装置12で減圧されて気液二
相状態となり、液配管14を通して蒸発器13に至る。
この冷媒は蒸発器13で室内機53内を流通する空気と
熱交換して自身は低圧のガス冷媒となり、ガス配管15
を経て圧縮機10の吸入側へ戻る。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の冷
却システムでは、自然循環回路20の蒸発器21と強制
循環回路の蒸発器13とがそれぞれ別々の通風路内に配
備されているため、通風路ごとに個別のファン63、5
4を設ける必要があった。しかも、筐体3内には通信機
器が高密度に充填されており、空調機の設置スペースが
狭いために、個別にファンを設ける場合、例えば自然循
環回路20の室内ファン63には大型のものを使用でき
ず、大風量が得られないという問題があった。
【0009】一方、自然循環回路20の蒸発器21で1
次冷却された空気は吹出口64を出た後、筐体3内に拡
散するため、矢印Cのように室内機53へ向かう空気の
みならず、矢印Bのように室内機53をバイパスして通
信機器4の空気取入口7へ吸込まれる場合も発生する。
逆に、前記1次冷却された空気の拡散を防止するために
室内ファン54の風量を増加させると、冷却空気吹出口
56から吹出される冷却空気が機器ケース6の空気吸入
口7以外の部分に衝突して直接吸入口55に戻る、ショ
ートサイクルを生じる割合が増加し、冷却効率が低下す
るという問題があった。また、蒸発器21へ加熱空気を
取り込むための加熱空気案内路57や加熱空気吸入口5
8を設ける必要があるため風路構成が複雑になるととも
にシステムが高価になるという問題があった。逆に、加
熱空気案内回路57がない場合には、通信機器4の排気
口8から吹出された高温の加熱空気が蒸発器21をバイ
パスして強制循環回路9の蒸発器13の吸入口55に直
接吸込まれることがあり、強制循環回路9の故障につな
がるという問題があった。さらに、一般に自然循環回路
20の蒸発器21と凝縮器22にはコルゲートフィン熱
交換器が使用されるが、一方で強制循環回路9の蒸発器
13や凝縮器22にはプレートフィン熱交換器が使用さ
れる場合が多いため、各熱交換器に要求される送風量の
適正化が難しく、蒸発器同士や凝縮器同士を1つの共用
ファンを用いて送風しにくいという問題があった。ま
た、コルゲートフィン熱交換器を用いているため、自然
循環回路20の蒸発器21と凝縮器22を接近配置する
必要があり、自然循環回路20の機器配置の自由度が低
下し、設置制約が生じるという問題があった。さらに、
自然循環回路20の内部にはR134a、水、エチレン
グリコール水溶液等が用いられるが、R134aは地球
温暖化係数(GWP)が二酸化炭素や炭化水素系冷媒に
比べて100倍以上と大きく、かつR410A(=R3
2/R125(50/50wt%))のような他のフロ
ン系冷媒に比べて蒸気密度が小さいため、冷媒回路内の
圧力損失が増加して自然循環運転時の性能が低下し、一
方水やエチレングリコール水溶液等では腐食性の観点か
ら銅配管が使用できないという問題があった。
【0010】本発明は、上記に示した従来の課題を解決
するためになされたものであり、自然循環回路の蒸発器
と、強制循環回路の蒸発器と、ファンとを適切に組み合
せることにより、空気調和機を簡素化して消費電力量の
削減を実現し、かつ信頼性向上が図れる移動体通信基地
局の筐体内や電算室内の冷却を行う空気調和機を得るこ
とを目的とする。また、自然循環回路を効率的に運転す
るのに好適な非加湿型発熱体を収納した施設を得ること
を目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る空気調和機は、圧縮機、凝縮器、第1
の絞り装置および蒸発器を順次配管で接続して構成した
圧縮機運転による強制循環回路と、凝縮器および蒸発器
を配管で接続して構成した冷媒自然循環による自然循環
回路とを、独立して構成する空気調和機において、前記
強制循環回路の蒸発器と前記自然循環回路の蒸発器とを
共用ファンを用いて送風するよう構成したことを特徴と
するものである。
【0012】また本発明は、上記の構成に加えて、前記
強制循環回路の蒸発器と、前記自然循環回路の蒸発器
と、前記共用ファンとを、共用通風路に内蔵したことを
特徴とするものである。
【0013】また本発明は、上記の各構成に加えて、前
記自然循環回路の凝縮器および蒸発器を、複数枚のプレ
ートフィンと複数本の伝熱管とから構成されるプレート
フィンチューブ熱交換器を用いて構成したことを特徴と
するものである。
【0014】また本発明は、上記の各構成に加えて、自
然循環回路の凝縮器に流入した冷媒が凝縮器内を上方か
ら下方に流れるように冷媒流路を構成したことを特徴と
するものである。
【0015】また本発明は、上記の各構成に加えて、自
然循環回路の凝縮器内の冷媒配管を上下方向に分割して
複数の冷媒流路とし、分岐した冷媒のそれぞれが冷媒流
路を上方から下方に流れて凝縮器の出口部で合流するよ
うに構成するとともに上側の冷媒流路の長さを下側の前
記冷媒流路の長さよりも長くしたことを特徴とするもの
である。
【0016】また本発明は、 自然循環回路の蒸発器に
流入した冷媒が蒸発器内で下方から上方に流れるように
冷媒流路を構成したことを特徴とするものである。
【0017】また本発明は、蒸発器内の冷媒配管を上下
方向に分割して複数の冷媒流路とし、分岐した冷媒のそ
れぞれが前記冷媒流路下方から上方に流れるように構成
したことを特徴とするものである。
【0018】また本発明は、上記の構成に加えて、自然
循環回路の凝縮器および蒸発器を接続する配管におい
て、ガス管となる蒸発器の出口部と凝縮器の入口部とを
接続する配管の管内径を、液管となる凝縮器の出口部と
蒸発器の入口部とを接続する配管の管内径よりも大きく
したことを特徴とするものである。
【0019】また本発明は、少なくとも外気温度を検出
する温度検出手段と、温度検出手段の検知値に基づい
て、強制循環回路における圧縮機の運転/停止動作を行
う圧縮機制御手段とを備えていることを特徴とするもの
である。
【0020】また本発明は、外気温度と蒸発器が設置さ
れる空調空間内との温度差が15〜50℃の間の値とな
る場合に、自然循環回路における蒸発器の出口部の冷媒
状態が過熱状態となるように自然循環回路の冷媒充填量
を決定し、冷媒量充填量の適正化を図ったことを特徴と
するものである。
【0021】また本発明は、自然循環回路における凝縮
器の出口部の高さを、自然循環回路における蒸発器の出
口部の高さよりも0.1m以上でかつ1.0m以下の上
方としたことを特徴とするものである。
【0022】また本発明は、自然循環回路の作動流体と
してR410A(=R32/R125(50/50wt
%))を用いたことを特徴とするものである。
【0023】また本発明は、自然循環回路の作動流体と
して炭化水素系冷媒あるいはその混合冷媒を用いたこと
を特徴とするものである。
【0024】また本発明は、自然循環回路の作動流体と
して二酸化炭素を用いたことを特徴とするものである。
【0025】また本発明は、自然循環回路の作動流体と
して二酸化炭素を用い、かつ凝縮器および蒸発器を接続
する配管において、ガス管となる蒸発器の出口部と凝縮
器の入口部とを接続する配管の管内径を、液管となる凝
縮器の出口部と蒸発器の入口部とを接続する配管の管内
径と等しくなるように構成したことを特徴とするもので
ある。
【0026】また本発明は、凝縮器、第1の絞り装置お
よび蒸発器を順次配管で接続し、前記凝縮器の出口部か
ら前記第1の絞り装置の入口部までの配管に冷媒液を搬
送する冷媒液搬送手段を設けて構成された液媒体搬送手
段循環回路を前記自然循環回路に代えて備えたものであ
る。
【0027】また本発明は、上記の構成に加えて、冷媒
液搬送手段の吐出部から冷媒液搬送手段の吸入部までの
間の配管に第2の絞り装置を設けたことを特徴とするも
のである。
【0028】また、本発明に係る非加湿型発熱体収納冷
却施設は、冷却空気を加熱する発熱体と、この発熱体に
よって加熱される加熱空気を冷却し、凝縮器および蒸発
器を配管で接続して構成した冷媒自然循環による自然循
環回路とを備え、前記蒸発器を空気流れ方向が上下方向
となるフィンチューブ型熱交換器で構成したものであ
る。
【0029】また、前記発熱体および前記蒸発器を収納
する密閉または半密閉室を備えたものである。
【0030】また、前記発熱体に加熱空気を上方へ吹き
出す吐出口を形成し、前記吐出口の直上に下部を吸込側
にして前記蒸発器を配置したものである。
【0031】また、冷却空気を加熱する発熱体と、この
発熱体によって加熱される加熱空気を冷却し、凝縮器お
よび蒸発器を配管で接続して構成した冷媒自然循環によ
る自然循環回路とを備え、前記蒸発器の最も短い辺が上
下方向となるよう設置したものである。
【0032】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。 実施の形態1.以下、本発明の実施形態1について説明
する。図1は本実施の形態1に係る空気調和機を示す通
信基地局の概略構成図である。但し、図17に示した従
来の筐体冷却システム51と概ね共通する構成要素には
同一符号を付して、詳細な説明を省略する。図におい
て、本発明の空気調和機は、自然循環回路20の蒸発器
21と、圧縮機10により冷媒を強制循環させる強制循
環回路9の蒸発器13とによって、密閉空間を形成する
通信基地局52の筐体3内を冷却するように構成されて
いる。筐体3内には発熱部品5を含む通信機器4が収納
されている。この空気調和機では、筐体3内に共用通風
路30が設けられている。共用通風路30は、筐体3内
の加熱空気を取り入れる加熱空気吸入口32と筐体3内
へ冷却空気を吹出す冷却空気吹出口33とを有する中空
箱状の共用ケース29により実現される。共用通風路3
0には、自然循環回路20の蒸発器21、強制循環回路
9の蒸発器13、ならびに前記の蒸発器21および蒸発
器13に送風する共用ファン31が内蔵されている。
【0033】強制循環回路9の凝縮器11は、室外機1
7内に設置されている。室外機17は外気吸入口18お
よび排気口19を有する箱体状に形成されていて、前記
の凝縮器11、圧縮機10、第1の絞り装置12、およ
び室外ファン16を備えている。すなわち、室外機17
内の圧縮機10、凝縮器11、第1の絞り装置12、共
用通風路30内の蒸発器13が液配管14およびガス配
管15を介して順次環状に接続されることにより、強制
循環回路9が構成される。自然循環回路20の凝縮器2
2は、室外機25内に設置されている。室外機25は外
気吸入口27および排気口28を有する箱体状に形成さ
れていて、前記の凝縮器22と室外ファン26を備えて
いる。すなわち、室外機25内の凝縮器22と共用通風
路30内の蒸発器21とがガス配管23および液配管2
4を介して環状に接続されることにより、自然循環回路
20が構成される。
【0034】つぎに、上記構成による空気調和機の動作
を説明する。まず、通信機器4内の図示しないファンの
駆動により、機器ケース6へ冷却空気が空気取入口7か
ら取り込まれる。取り込まれた冷却空気は発熱部品5を
冷却して加熱空気となり、ケース上部の排気口8から筐
体3内へ吹出される。吹出された加熱空気は、共用ファ
ン31の駆動により加熱空気吸入口32を経て共用通風
路30内に吸込まれる。共用通風路30内で加熱空気は
蒸発器21を通過して自然循環回路20の冷媒と熱交換
されることにより1次冷却される。1次冷却後の空気は
共用ファン31に吸引されたのち、その全量が蒸発器1
3を通過し強制循環回路9の冷媒と熱交換されて冷却さ
れる。この冷却空気は冷却空気吹出口33から筐体3内
へ吹出される。以上のように筐体3内に空気の循環が生
じて筐体3内を冷却する。
【0035】つぎに、冷媒の流れについて説明する。自
然循環回路20では、蒸発器21の冷媒が加熱空気との
熱交換により蒸発してガス冷媒となりガス配管23を通
して凝縮器22へ至る。凝縮器22においてガス冷媒
は、室外ファン26により室外機25内を外気吸入口2
7から排気口28へと流通する外気との熱交換により凝
縮して液冷媒となる。この液冷媒はガス冷媒との密度差
による自然循環により液配管24を通して蒸発器21へ
戻る。一方、強制循環回路9では、圧縮機10から強制
的に吐出された高温・高圧のガス冷媒が凝縮器11に流
入し、室外ファン16により室外機17内を外気吸入口
18から排気口19へと流通する外気との熱交換により
凝縮して液冷媒となる。液冷媒は第1の絞り装置12で
減圧されて気液二相状態となり、液配管14を通して蒸
発器13に送られる。この冷媒は蒸発器13で1次冷却
後の空気と熱交換して自身は低圧のガス冷媒となり、ガ
ス配管15を経て圧縮機10の吸入側へ戻る。上記の圧
縮機10は共用通風路30内の1次冷却後の空気温度に
基づいて容量制御されている。
【0036】上記のように、本実施形態によれば、自然
循環回路20の蒸発器21と強制循環回路9の蒸発器1
3とが同一の共用通風路30内に設置されているため、
1台の共用ファン31で2つの蒸発器、すなわち蒸発器
21と蒸発器13の両者に送風することができる。ま
た、従来は2台要していた室内ファンの設置スペースを
1台分に使用できることから、共用ファン31として大
風量が得られる大型のファンを採用することができ、自
然循環回路20の冷房能力を増加させることができる。
一方、蒸発器21で1次冷却された空気はすべて蒸発器
13に導かれて確実に冷却されるため、従来例のように
筐体3内での空気のバイパスやショートサイクルを生じ
ることがなく、高い冷却効率を実現することができ、空
気調和機の消費電力量を削減することができる。更に、
加熱空気をそのまま蒸発器13に吸い込むことがないた
め、強制循環回路9の故障を回避することができる。ま
た、吸入口が1つで済むため、加熱空気案内路57のよ
うな付帯設備を必要としない。以上のことから、ファン
設置数の削減、消費電力量の削減を実現することができ
る。これにより、設置スペースの削減と空気調和機の信
頼性を向上することができ、圧縮機10の運転率低下か
ら低騒音化も実現する。
【0037】ところで、自然循環運転の冷房能力は、吸
込口32の空気温度と外気温度との温度差にほぼ比例す
るため(図3参照)、自然循環運転の冷房能力を最大限
に利用するためには、通信機器4などの環境温度が可能
な範囲で筐体3内温度を高く維持して運用することが効
率的である。しかし、筐体内温度を高くする(例えば、
40℃程度)と機器ケース6から吹き出される空気温度
が高くなり(例えば、50℃)、従来例(図17参照)
では室内機53の吸入空気温度の上昇から吸込部材料の
熱変形などが生じて空気調和機の信頼性が低下する。本
空気調和機では蒸発器21と蒸発器13とを組み合わせ
て配置したため、蒸発器13への吸入温度の上昇を抑制
し、空気調和機の信頼性を向上することができる。ま
た、共用ケース29内の蒸発器21は、吸入空気温度が
可能な限り高くなるように、発熱部品5の近くの加熱空
気と熱交換することが効率的である。従って、共用ケー
ス29の加熱空気吸入口32は、通信機器4の排気口8
と直接またはダクトなどを介して接続する、あるいは排
気口8の真上となる位置に配置するのが好ましい。この
ような配置とすることにより、通信機器4の排気口8か
ら吹出される加熱空気の温度を維持した状態で、共用通
風路30への吸入空気温度とすることが可能である。
【0038】実施の形態2.以下、本発明の実施形態2
について説明する。図2は本実施の形態2に係る空気調
和機を示す通信基地局の概略構成図である。但し、図1
に示した実施形態1と概ね共通する構成要素には同一符
号を付して、詳細な説明を省略する。図において、本発
明の空気調和機は、自然循環回路20の蒸発器21と、
圧縮機10により冷媒を強制循環させる強制循環回路9
の蒸発器13とによって、密閉空間を形成する通信基地
局52の筐体3内を冷却するように構成されている。筐
体3内には発熱部品5を含む通信機器4が収納されてい
る。本発明の空気調和機では、筐体3内に自然循環回路
20の室内機73が、筐体3外の天井外壁面部に強制循
環回路9の室内機77が配設されており、両者に共通の
風路となる共用通風路30が設けられる。共用通風路3
0は、風路形成カバー70によって形成されるととも
に、吸入口72と吹出口71とが筐体3内と連通されて
おり、吸入口72は室内機73の冷却空気吹出口74と
接続ダクト75を用いて接続され、吹出口71は室内機
77の冷却空気吹出口33に接続されている。風路形成
カバー70には、強制循環回路9の室内機77が内蔵さ
れ、室内機77には蒸発器13と、蒸発器21および蒸
発器13に送風する共用ファン31が内蔵されている。
また、自然循環回路20の室内機73には蒸発器21の
みが設置されている。
【0039】強制循環回路9の凝縮器11は、室外機1
7内に設置されている。室外機17は外気吸入口18お
よび排気口19を有する箱体状に形成されていて、前記
の凝縮器11、圧縮機10、第1の絞り装置12、およ
び室外ファン16を備えている。すなわち、室外機17
内の圧縮機10、凝縮器11、第1の絞り装置12、風
路形成カバー70内の蒸発器13が液配管14およびガ
ス配管15を介して順次環状に接続されることにより、
強制循環回路9が構成される。自然循環回路20の凝縮
器22は、室外機25内に設置されている。室外機25
は外気吸入口27および排気口28を有する箱体状に形
成されていて、前記の凝縮器22と室外ファン26を備
えており、室外機25と室内機73の間に所定の高低差
が得られるように架台78上に設置されている。すなわ
ち、室外機25内の凝縮器22と筐体3内の蒸発器21
とがガス配管23および液配管24を介して環状に接続
されることにより、自然循環回路20が構成される。こ
こで、自然循環回路20の室外機25は、圧縮機を用い
る通常の室外機を横置きにした配置、すなわち凝縮器2
2の段方向が水平に、列方向が垂直となるように配置さ
れ、外気吸入口27から排気口28に至る風路は下方か
ら上方へと風が流れるように形成されている。
【0040】つぎに、上記構成による空気調和機の動作
を説明する。まず、通信機器4内の図示しないファンの
駆動により、機器ケース6へ冷却空気が空気取入口7か
ら取り込まれる。取り込まれた冷却空気は発熱部品5を
冷却して加熱空気となり、ケース上部の排気口8から筐
体3内へ吹出される。吹出された加熱空気は、共用ファ
ン31の送風により加熱空気吸入口32を経て室内機7
3内に吸込まれる。室内機73内で加熱空気は蒸発器2
1を通過して自然循環回路20の冷媒と熱交換されるこ
とにより1次冷却される。1次冷却後の空気は排気口7
4から共用通風路30内に流入し、共用ファン31に吸
引されたのち、その全量が蒸発器13を通過して強制循
環回路9の冷媒と熱交換されて冷却される。この冷却空
気は冷却空気吹出口33から筐体3内へ吹出される。以
上のように筐体3内に空気の循環が生じて筐体3内を冷
却する。
【0041】つぎに、冷媒の流れについて説明する。自
然循環回路20では、蒸発器21の冷媒が加熱空気との
熱交換により蒸発してガス冷媒となり、ガス配管23を
通して凝縮器22へ至る。凝縮器22において、ガス冷
媒は室外ファン26により室外機25内を外気吸入口2
7から排気口28へと流通する外気との熱交換により凝
縮して液冷媒となる。この液冷媒はガス冷媒との密度差
による自然循環により液配管24を通して蒸発器21へ
戻る。一方、強制循環回路9では、圧縮機10から強制
的に吐出された高温・高圧のガス冷媒が凝縮器11に流
入し、室外ファン16により室外機17内を外気吸入口
18から排気口19へと流通する外気との熱交換により
凝縮して液冷媒となる。液冷媒は第1の絞り装置12で
減圧されて気液二相状態となり、液配管14を通して蒸
発器13に至る。この冷媒は蒸発器13で1次冷却後の
空気と熱交換して自身は低圧のガス冷媒となり、ガス配
管15を経て圧縮機10の吸入部へ戻る。上記の圧縮機
10は室外機53内の1次冷却後の吸入空気温度に基づ
いて容量制御されている。
【0042】上記のように、本実施の形態によれば、筐
体3内には自然循環回路20の室内機73のみが配設さ
れており、筐体3内における空気調和機の設置スペース
が非常に狭い場合にも、自然循環運転を利用して消費電
力量を大幅に削減することができる空気調和機を得るこ
とができる。また、本実施の形態では、実施の形態1で
示したように強制循環回路9の蒸発器13が共用ケース
29内に配備される構成ではないため、強制循環回路9
の室内機77として通常の空調機用室内機(吸入口7
6、冷却空気吹出口33、蒸発器13、共用ファン31
から構成される室内機)を変更することなく流用するこ
とができる。さらに、自然循環回路20の室外機25
は、凝縮器22の段方向が水平に、列方向が垂直となる
ように設置されるため、筐体3の底面から空気調和機上
面までの通信基地局52全体の高さを低減することがで
き、工場で組み立てられたものをトラックなどで運搬す
る場合の搬送を容易にしたり、設置作業性を向上させる
ことができる。また、設置場所の制約が緩和できる空気
調和機を提供することができる。
【0043】また、基本的な構成は実施の形態1と同様
であるため、実施の形態1と同様の効果、すなわちファ
ン設置数の削減、消費電力量の削減、空気調和機の信頼
性向上などの効果を得ることができ、圧縮機10の運転
率低下から低騒音化も実現する。
【0044】実施の形態1、2では筐体3を筐体外部と
隔絶した密閉状態または半密閉状態とし、室外が雨にな
ったり、多湿状態となってもその影響を受け難い構造に
している。また、機器ケース7は発熱部品5を備えてい
るが、加湿する要素のない非加湿型発熱体である。この
ような環境下では自然循環回路の蒸発器21に結露する
ことはなく、従って蒸発器21のドレン処理対策が不要
になる。そこで、蒸発器21を図2のように最も短い辺
が上下方向となるよう配置すれば、収納施設である筐体
3の高さ方向を低くすることができ、しかも筐体3の容
積を小さくできる分冷却効率も向上する。特に図2のよ
うに蒸発器21を排気口8の直上に位置させ、その加熱
空気吸込口32を下側(排気口8側)にできるから、蒸
発器21が吸込む加熱空気の温度むらを低減でき、ま
た、排気口8からの高温の加熱空気を素早く蒸発器21
へ取り込めるから効率的に冷却することができる。
【0045】実施の形態3.本発明の実施の形態3に係
る空気調和機では、図1に示すように、例えばマイクロ
コンピュータなどで構成される制御装置40が配備され
ている。制御装置40は、圧縮機の運転/停止動作を行
う機能を有している。また、本発明の空気調和機は、外
気温度を検出する温度検出手段41と、筐体3内温度
(好ましくは、機器ケース6の排気口8、または共用ケ
ース29の加熱空気吸入口32近傍の温度)を検出する
温度検出手段42とを備えている。
【0046】そこで、温度検出手段41が外気温度を検
出し温度検出手段42が筐体3内温度を検出すると、制
御装置40は、それぞれ検出された筐体3内温度と外気
温度の温度差を演算する。つぎに、制御装置40は、求
めた温度差が所定値以上の場合には強制循環回路9の圧
縮機10を停止し、所定値以下の場合には同様に圧縮機
10を運転継続する。具体的には、図3に示すように、
室内温度(=筐体3内温度)と外気温度との温度差と、
熱負荷との関係曲線イ、および前記温度差と自然循環運
転の冷房能力(kW)との関係曲線アが、制御装置40
のメモリにあらかじめ設定され記憶されていて、各検出
温度から演算された温度差により自然循環回路に処理要
求される熱負荷イが求められる。そこで、制御手段40
は、求めた熱負荷イが自然循環運転の冷房能力アを下回
る場合に(図3の外気温度0℃以下の領域)、強制循環
回路9の圧縮機10を強制的に停止させ、自然循環回路
20の運転のみを継続させる。
【0047】すなわち、本実施の形態では、自然循環運
転の冷房能力のみで負荷をまかなえる場合は、蒸発器1
3の吸込み空気温度に関わらず、圧縮機10を停止する
ため、強制循環回路9の運転率を不必要に増加させるこ
となく、消費電力量を低減することができる。なお、図
3に示すように、自然循環運転の冷房能力は外気温度の
低下とともに増加し、強制循環運転の冷房負荷を低減す
る。例えば、図3に示す特性を持つ自然循環回路20で
は、温度差40℃(例えば、外気温度0℃、室内温度4
0℃)の時、冷房能力は約6.0kWとなるとともに、
筐体3内の熱負荷イと一致する。従って、前記のように
外気温度が0℃以下である場合は、熱負荷イが自然循環
運転の冷房能力アを下回り、自然循環運転のみで熱負荷
をまかなえるが、外気温度が0℃以上の場合であっても
自然循環運転の冷房能力が発生するため、強制循環運転
では熱負荷イと自然循環運転の冷房能力アとの差に相当
する冷房負荷をまかなえば良く、夏季などにも圧縮機1
0の運転率を低下させることできて、消費電力量が削減
できる。
【0048】なお、本実施の形態における制御装置40
は、図1の空気調和機のみならず、図2の空気調和機に
も同様に適用できる。また、筐体内の冷房負荷が年間を
通して、ほぼ一定とみなせる場合は、温度検出手段41
で検出した外気温度のみに基づいて圧縮機10を運転/
停止動作させることも可能となり、その場合は筐体3内
の温度検出手段42を省略することができるため、制御
構成を簡素化でき、低コストを実現することができる。
【0049】実施の形態4.以下、本発明の実施の形態
4による自然循環回路20に用いられる凝縮器22つい
て説明する。図4は、図1に示した自然循環回路20に
用いられる凝縮器22の構成を示す図である。図におい
て、23はガス配管、81は凝縮器22に用いられる複
数本の伝熱管、80は前記伝熱管と直交する複数枚のプ
レートフィン、24は液配管であり、凝縮器22は縦方
向、すなわち凝縮器22の段方向ウが垂直、列方向エが
水平となるように配置され、風路が紙面の右方向から左
方向へと形成されている。本実施の形態では、ガス配管
23から凝縮器22に流入したガス冷媒は、A部で上下
の2流路に分岐する。冷媒が通る伝熱管81の本数は、
上方の流路が下方の流路より多くなるように構成されて
いる。冷媒の流量は、上下の流路の圧力損失が等しくな
るように分配されるため、上方の冷媒流量は下方の冷媒
流量よりも小さくなる。つぎに、上下の流路に分配され
た冷媒は、それぞれ伝熱管81に流入し、外気に熱を放
出して凝縮する。その後、上下の各流路を構成する複数
の伝熱管81を通過した冷媒はB部で合流して1つの流
路を形成し、液配管24に流入する。
【0050】一般に、図4のように縦方向に設置された
凝縮器22では、上下流路の伝熱管81の本数が等しい
場合、液配管24内に液柱が形成されて高低差による圧
力差が生じ、B点で示す下方の出口圧力はC点で示す上
方の出口圧力より高くなる。従って、冷媒は下方の流路
ほど流れにくくなり、ガス配管23から流入した冷媒の
流量分配は上下で不均一な状態となる。本実施の形態に
よる凝縮器22では、冷媒が通る伝熱管81の本数を上
部ほど多くなるように構成したので、上方の流路ほど冷
媒の圧力損失が大きくなり、下方の流路よりも冷媒の流
量が低下する。従って、凝縮器22が縦方向に設置され
ている場合に高低差によって生じる圧力差を伝熱管81
の本数を調節することによって吸収することができ、冷
媒の流量分配を均一化することができる。以上のよう
に、図4では上下流路における伝熱管81の本数を下方
より上方が多くなるように凝縮器22を構成したため、
各分岐流路における冷媒の均一分配を実現し、凝縮器2
2の伝熱面積を有効に利用することにより、自然循環運
転の冷房能力を最大限利用することができる。また、自
然循環回路20の凝縮器21を、プレートフィンチュー
ブ熱交換器を用いて構成したため、従来例のように自然
循環回路20の蒸発器21と凝縮器22を接近配置する
必要がなく、自然循環回路20の機器配置の自由度が増
大し、設置制約の生じない空気調和機を得ることができ
る。
【0051】つぎに、図5は、図2に示した自然循環回
路20に用いられる凝縮器22の構成を示す図である。
図において、凝縮器22は横方向、すなわち凝縮器22
の段方向ウが水平、列方向エが垂直となるように配置さ
れ、風路が紙面の下方向から上方向へと形成されてい
る。なお、図中の各番号の説明は、前記凝縮器22と同
様であるため省略する。図5では、ガス配管23から凝
縮器22に流入したガス冷媒は、A1部で2流路に分
岐、そのうち1流路がA2で更に2流路に分岐、そのう
ち1流路がA3で更に2流路に分岐、…・と順次分岐す
る。図5では、冷媒が通る伝熱管81の本数は、各分岐
流路で等しくなるように構成されている。つぎに、横方
向の各流路に分配された冷媒は、それぞれ伝熱管81に
流入し、外気に熱を放出して凝縮する。その後、各流路
を形成する複数の伝熱管81を通過した冷媒はB部で合
流して1つの流路を形成し、液配管24に流入する。
【0052】一般に、図5のように横方向に設置された
凝縮器22では、各分岐流路での液配管24内に形成さ
れる液柱による圧力上昇はほぼ等しくなるため、B点や
C点で示す下方の出口圧力は各分岐流路でほぼ等しくな
る。従って、冷媒は各分岐流路の伝熱管本数に比例する
圧力損失に応じて分配される。図5における凝縮器22
では、冷媒が通る伝熱管81の本数を各分岐流路で等し
くなるように構成したので、各分岐流路における冷媒の
圧力損失がほぼ等しくなり、各分岐流路における冷媒の
流量をほぼ等しくすることができる。従って、凝縮器2
2が横方向に設置されている場合に、各分岐流路での冷
媒の流量分配を均一化することができる。以上のよう
に、図5では各分岐流路における伝熱管81の本数が等
しくなるように凝縮器22を構成したため、各分岐流路
における冷媒の均一分配を実現し、凝縮器22の伝熱面
積を有効に利用することにより、自然循環運転の冷房能
力を最大限利用することができる。
【0053】また、凝縮器22内の伝熱管81を、冷媒
が下から上に流れるように構成する場合、凝縮した冷媒
が重力によって伝熱管81内を滞留あるいは逆流し、凝
縮器22出口に冷媒液が確実に供給されず自然循環運転
が成立しないという現象が生じる場合がある。本実施の
形態による凝縮器22では、冷媒の流れ方向を上から下
となるように構成したため、凝縮した冷媒液が伝熱管8
1の途中で滞留あるいは逆流するいった現象を防止で
き、安定して適切な冷房能力が得られる自然循環運転を
行うことができる。
【0054】実施の形態5.以下、本発明の実施の形態
5による自然循環回路20に用いられる蒸発器21つい
て説明する。図6は本実施の形態による自然循環回路2
0に用いられる蒸発器21の構成を示す図である。図に
おいて、24は液配管、81は蒸発器21に用いられる
複数本の伝熱管、80は前記伝熱管81と直交する複数
枚のプレートフィン、23はガス配管であり、蒸発器2
1は縦方向、すなわち段方向ウが垂直に、列方向エが水
平に配置され、風路が紙面の右方向から左方向へと形成
されている。本実施の形態では、液配管24から蒸発器
21へ流入した冷媒は、B点で上下の2流路に分岐す
る。各分岐流路において冷媒が通る伝熱管81の本数は
等しくなるように構成されており、伝熱管81に流入し
た冷媒は室内の熱負荷を受けて蒸発する。つぎに、伝熱
管81を通過した冷媒はA部で合流し、ガス配管23に
流入する。
【0055】ところで、一般の家庭用あるいは業務用ク
ラスの壁掛け形などの冷房装置では、室内機に用いられ
る蒸発器21は管長方向サが段方向ウに比べて長くなる
ように構成されているため、縦方向に配置される凝縮器
22と比較して段方向距離ウは十分小さくなる。従っ
て、液配管24内に形成される液柱の高低差による圧力
差、すなわちB点で示す下方の入口圧力とC点で示す上
方の入口圧力との圧力差は小さくなり、各分岐流路での
液柱高さによる冷媒の不均一分配は発生しにくくなる。
本実施の形態では、各分岐流路における伝熱管81の本
数が等しくなるように蒸発器21を構成したため、各分
岐流路における冷媒の均一分配を実現し、蒸発器21の
伝熱面積を有効に利用することにより、自然循環運転の
冷房能力を最大限利用することができる。また、自然循
環回路20の蒸発器21を、プレートフィンチューブ熱
交換器を用いて構成したため、従来例のように自然循環
回路20の蒸発器21と凝縮器22を接近配置する必要
がなく、自然循環回路20の機器配置の自由度が増大
し、設置制約の生じない空気調和機を得ることができ
る。
【0056】また、蒸発器21内の伝熱管81が上方か
ら下方に構成されている場合、蒸発したガス冷媒が伝熱
管81内を滞留あるいは上昇し、伝熱管81内に逆流が
生じて自然循環運転が成立しない場合がある。本実施の
形態による蒸発器21では、冷媒の流れ方向を下方から
上方となるように構成したため、蒸発したガス冷媒が伝
熱管81内で滞留あるいは上昇するいった現象を防止で
き、安定して適切な冷房能力が得られる自然循環運転を
行うことができる。
【0057】実施の形態6.以下、本発明の実施の形態
6による空気調和機に用いられる自然循環回路20につ
いて説明する。図7は、本実施の形態による自然循環回
路20の構成を示す図である。本実施の形態による自然
循環回路20の凝縮器22は、例えば図2に示したよう
に通信基地局52の天井外壁面に固定された架台78上
に設置され、凝縮器22と蒸発器21は液配管24、ガ
ス配管23により接続されている。蒸発器21は通信機
器6の排気口8上部に設置される。また、凝縮器22と
蒸発器21を接続する配管において、蒸発器21の出口
部と凝縮器22の入口部とを接続するガス配管23の管
内径は、凝縮器22の出口部と蒸発器21の入口部とを
接続する液配管24の管内径よりも大きくなるように構
成されており、各配管の管内径の調整は、例えば蒸発器
21や凝縮器22の入口部あるいは出口部に設置される
異形継手82(例えば異形ユニオン)により実現されて
いる。更に、凝縮器22の出口部と蒸発器21の出口部
との高低差83は0.1以上1.0m以下の範囲内に設
定されている。
【0058】ところで、一般に同一管内径、同一冷媒流
量では、ガス流速が液流速に比べて大きくなるため、液
配管24の圧力損失に比べてガス配管23の圧力損失は
大きくなる。自然循環運転では、高低差83による圧力
上昇と自然循環回路20内の圧力損失が等しくなるよう
に冷媒流量が決定されるめ、自然循環回路20内の圧力
損失の増加が直接、冷房能力の低下に影響を及ぼす。従
って、自然循環回路20内の圧力損失を低減し、冷媒流
量を増加させることで自然循環運転の冷房能力を有効に
利用することができる。本実施の形態による自然循環回
路20は、液配管24に比べてガス配管23の管内径が
大きくなるように構成したので、自然循環回路20内の
圧力損失を低減することができ、冷媒流量を増加させる
ことができる。従って、自然循環回路20の圧力損失が
増加して冷房能力が低下するのを抑制し、自然循環運転
の冷房能力を最大限利用することができる。
【0059】つぎに、凝縮器22と蒸発器21との高低
差83について説明する。図8は凝縮器22と蒸発器2
1との高低差83に対する自然循環回路20の冷房能力
の関係を示す特性図である。図8の上図は前記の高低差
83に対する冷房能力、下図は前記の高低差83に対す
る冷媒流量を示している。図8より、自然循環回路20
内を流れる冷媒流量は高低差83の増加に伴って増加す
るため、冷房能力も高低差に増加に伴って増加する。従
って、高低差83が0.1mより小さい場合、熱負荷に
対して有効な冷房能力が得られないという現象が生じ
る。一方、高低差が1.0mより大きくなると、冷房能
力は増加するが、一般に高低差83の増大に伴って液配
管24やガス配管23の長さが長くなり、自然循環回路
20の圧力損失が増大して冷房能力が低下したり、自然
循環運転自身が不安定になるという現象が生じる場合が
発生する。また、高低差が1.0mより大きい場合、通
信基地局底面から空気調和機上部までの総高さが高くな
り、工場で組み立てられたものをトラックなどで運搬す
る場合の搬送を困難にしたり、設置作業性を低下させた
り、設置場所が制限されるという問題を生じる。本実施
の形態による自然循環回路20は、凝縮器22の出口部
と蒸発器21の出口部との高低差83を0.1〜1.0
mの範囲内に設定したので、以上のような問題を生じる
ことなく安定して適切な冷房能力が得られる空気調和機
を提供することができる。
【0060】実施の形態7.以下、本発明の実施の形態
7による自然循環回路20に充填される冷媒量について
説明する。図9は、自然循環回路20の冷媒充填量に対
する冷房能力、蒸発器出口過熱度ロ、凝縮器出口過冷却
度イの変化を示す特性図である。図9の上図は、冷房能
力、下図は蒸発器出口過熱度ロ、凝縮器出口過冷却度イ
の実験結果をそれぞれ示している。また、実験条件は室
内温度(=筐体3内温度)と外気温度との温度差ΔTが3
5℃一定の場合であり、横軸の冷媒充填量は自然循環回
路20内に充填される冷媒量を示している。図9の上図
からわかるように、冷房能力は冷媒充填量が3.7kg
付近で極大値を示している。冷媒充填量の増加に伴い冷
房能力が増加するのは、冷媒充填量の増加に伴って自然
循環運転の推進力となる凝縮器22や液配管24内での
有効な液柱高さが増加し、冷媒流量が増加するためであ
る。また、冷媒充填量の増加に伴い冷房能力が減少する
のは、蒸発器出口の冷媒が二相状態となるため蒸発器2
1内のエンタルピー差が減少するとともに、蒸発器21
出口から凝縮器22入口までのガス配管23の圧力損失
が増加し冷媒流量の増加割合が減少するためである。ま
た、図9の下図からわかるように、冷房能力が極大とな
る冷媒充填量(図9の上図では3.7kg付近)では蒸発
器21出口は飽和ガスの状態(蒸発器出口過熱度0℃)と
なる。従って、この温度差(=室内温度−外気温度=3
5℃)では冷媒充填量を3.7kg付近の値に設定する
ことにより自然循環運転の冷房能力を最大限利用するこ
とができ、最大の消費電力削減効果を得ることができ
る。また、3.7kg以下に比べて3.7kg以上の方
が冷媒充填量に対する冷房能力の低下割合が大きいた
め、充填する冷媒量は冷房能力が極大となる時の充填量
以下(例えば3.0kg〜3.7kg)、すなわち蒸発器
21の出口状態が過熱状態となる冷媒量に設定すること
により、自然循環運転の冷房能力を最大限に利用でき
る。
【0061】ここで、図3に示す特性を持つ自然循環回
路20において、外気温度が0℃以下では、熱負荷イが
自然循環運転の冷房能力アを下回り、自然循環運転のみ
で熱負荷をまかなえる。従って、外気温度が0℃を大き
く下回る温度範囲(例えば、−10℃以下)では、自然
循環運転の冷房能力が熱負荷に対して十分に大きくなる
ため、この温度範囲で冷媒充填量を調節して冷房能力を
増加させる必要はない。また、外気温度が0℃を大きく
上回る温度範囲(例えば、25℃以上)では、冷房能力
アが熱負荷イを大きく下回り、冷媒充填量の調整だけで
熱負荷イを上回る冷房能力アを得ることはできない。以
上より、例えば、外気温度が−10℃以上、かつ25℃
以下の領域で図9に示した関係を利用して冷媒充填量を
決定する。すなわち、図3の例では室内温度と外気温度
との温度差が15〜50℃以下の領域で冷媒充填量を決
定することにより、筐体3内の熱負荷を自然循環運転で
まかなうことができる外気温度範囲を最大限高くでき、
最大の消費電力量の削減効果が得られる。実際には、筐
体3と自然循環回路20との組み合せにより、この温度
範囲は変化するが、15〜50℃の温度差で冷媒充填量
を決定するようにすれば、多数の組み合せに対して自然
循環運転の冷房能力を最大限に利用できる自然循環回路
20を得ることができる。
【0062】以上のように、本実施の形態では、外気温
度と室内温度(=筐体3内温度)との温度差が15〜5
0℃の間の値となる場合に、自然循環回路20における
蒸発器21の出口部の冷媒状態が過熱状態となるように
自然循環回路20の冷媒充填量を決定したため、自然循
環運転の冷房能力を最大限に利用でき、最大の消費電力
量の削減効果が得られる空気調和機を得ることができ
る。
【0063】実施の形態8.以下、本発明の第8の実施
形態について図10および図11に基づいて説明する。
図10は自然循環回路20の冷媒としてR410A(=
R32/R125(50/50wt%))を用いた場合
の特性を示しており、上図が外気温度に対する自然循環
運転の冷房能力の変化を、下図が上記冷房能力を得るの
に要する凝縮器22と蒸発器21の必要高さを示してい
る。図10の上図においてE(実線)が冷媒としてR2
2を用いた場合の計算結果、D(点線)が冷媒としてR
410Aを用いた場合の計算結果であり、図10の下図
も同様である。
【0064】R22はR410Aに比べて同一温度での
蒸気密度が小さいため、同一ガス管内径、同一冷媒流量
では自然循環回路20内の圧力損失がR410Aに比べ
て大きくなり、図10の下図に示すように同一外気温度
で必要となる凝縮器22と蒸発器21との高低差がR4
10Aに比べて大きくなる。従って、例えば凝縮器22
と蒸発器21の高低差が1.2mで設置されている場
合、R22ではG点に相当する外気温度で高低差による
圧力上昇と自然循環回路20内の圧力損失が釣合い、冷
房能力は最大値に達してI点となる。これに対し、R4
10Aの場合には高低差と自然循環回路20内の圧力損
失が釣合う外気温度はF点となり、R22に比べて外気
温度が低い点へ移行し、その時の冷房能力もH点まで増
大する。従って、R22を冷媒として用いた場合に比べ
て、自然循環運転で得られる冷房能力が増大する。図1
1は、凝縮器22と蒸発器21の高低差に対する冷房能
力をR22とR410Aの場合で比較したものである。
図10の場合と同様に凝縮器22と蒸発器21の高低差
が同一の場合、R410Aの冷房能力はR22に比べて
20%程度増加しており、R410Aが自然循環運転に
適した冷媒であることがわかる。
【0065】従来例で用いられていたR134aは、R
22よりも更に蒸気密度が小さいため、自然循環回路2
0内の圧力損失がR22よりも増大し、冷房能力はR4
10Aに比べて大きく低下する。また、R410AはR
134aと同じHFC系冷媒から構成されているため、
オゾン層破壊係数(ODP)が0であり、地球環境負荷
低減にも貢献することができる。以上のように、本実施
の形態では、自然循環回路20に用いる冷媒としてR4
10Aを用いたため、自然循環回路20内の圧力損失を
低減して冷房能力を増加させることができるとともに、
地球環境負荷低減に貢献できる空気調和機を得ることが
できる。
【0066】実施の形態9.以下、本発明の第9の実施
形態について図12に基づいて説明する。一般に、炭化
水素冷媒であるプロパン(R290)やイソブタン(R
600a)はオゾン層破壊係数(ODP)が0であるとと
もに、R22やR410Aなどのフロン冷媒に比べて地
球温暖化係数(GWP)が1/500以下と小さく、地球
環境負荷低減に貢献できる冷媒である。ところで、自然
循環回路20に用いる冷媒の特性としては、蒸発器21
や凝縮器22における熱伝達率が大きいこと、蒸発器2
1、凝縮器22および液配管24やガス配管23におけ
る圧力損失が小さいことが要求される。図12は横軸が
冷媒の質量速度を示しており、縦軸は、上段が蒸発温度
Te=5℃、乾き度X=0.2〜0.9、伝熱管長さL
=5m、管外径7mmの単一平滑管における圧力損失
を、中段が凝縮温度Tc=50℃、管外径7mmの単一
平滑管における凝縮熱伝達率を、下段が蒸発温度Te=
5℃、乾き度X=0.2〜0.9、伝熱管長さL=5
m、管外径7mmの単一平滑管における蒸発熱伝達率を
それぞれ示している。また、図12中には炭化水素冷媒
であるプロパン(R290)、イソブタン(R600
a)に加え、R22、R407C、R410Aの特性も
合わせて示している。図12からわかるように、プロパ
ンは同一質量速度におけるR22に対して蒸発熱伝達率
が2.3倍、凝縮熱伝達率が1.3倍程度であり、イソ
ブタンに対しても蒸発熱伝達率が1.6倍、凝縮熱伝達
率が同等程度と優れた伝熱性能を有している。また、プ
ロパンの圧力損失は同一質量速度におけるR22に対し
ては2倍程度となるが、イソブタンに対しては0.5倍
程度の値となるため、地球環境負荷低減に貢献し、かつ
R22と同等性能が得られる炭化水素冷媒である。
【0067】従って、自然循環回路20の冷媒として炭
化水素冷媒であるプロパンを用いることにより、自然循
環回路20内の冷媒熱伝達率を向上し、かつ圧力損失を
低減して冷房能力を増加させることができるとともに、
地球環境負荷低減に貢献できる空気調和機を得ることが
できる。なお、本実施の形態では、炭化水素冷媒として
プロパンが自然循環運転に適していることを示したが、
熱伝達率が大きく圧力損失の小さい他の炭化水素冷媒や
炭化水素冷媒を含む混合冷媒を用いても同様の効果を発
揮する。
【0068】実施の形態10.以下、本発明の第10の
実施形態について図13に基づいて説明する。図13
は、図7に示した自然循環回路20に冷媒として二酸化
炭素(CO2)を用いた場合の特性を示しており、上段
が冷房能力を、中段が冷媒流量を、下段が蒸発器21内
のエンタルピー差をそれぞれ表している。図13中の横
軸は自然循環回路20に充填される冷媒量であり、Jは
R22の計算結果を、KはCO2の計算結果をそれぞれ
示している。図13より、CO2の冷房能力が極大値
(L点)を示す最適冷媒量は、R22の冷房能力が極大
値(M点)を示す最適冷媒量に比べて約30%増加し、
この最適冷媒量同士で冷房能力を比較すると、CO2
冷房能力はR22に比べて約20%増加する。これは、
CO2の場合、R22に比べて蒸発器21内のエンタル
ピー差は約3%低下するが(下段図)、冷媒流量が約2
4%増加するためである(中段図)。ここで、CO2
冷媒流量がR22に比べて増加するのは、CO2が他の
フロン系あるいは炭化水素系の冷媒に比べて非常に臨界
温度の低い(約31℃)高圧冷媒であるためであり、例
えば温度18℃での飽和蒸気密度はR22の約4.9倍
となり、自然循環回路20の圧力損失を大幅に削減する
ことができる。
【0069】図14は、前述した最適冷媒量同士の比較
における、凝縮器22、蒸発器21、ガス配管23、液
配管24の各圧力損失を、CO2とR22で比較したも
のであり、上図がR22の計算結果を、下図がCO2
計算結果を示している。図14より、凝縮器22、蒸発
器21、ガス配管23におけるCO2の圧力損失はR2
2の約1/2であり、自然循環回路20の圧力損失が大
幅に低減でき、自然循環運転の冷房能力を増加すること
ができる有効な冷媒であることがわかる。一方、図14
において、液配管24におけるCO2の圧力損失は、R
22のそれに比べて約70%増加している。これは、蒸
気密度の場合とは逆に、CO2の液密度がR22よりも
低下することが原因である(例えば、温度18℃におけ
る飽和液密度はR22よりも約35%低下する)。従っ
て、CO2を冷媒として用いる自然循環回路20では、
本実施の形態のように、ガス配管23の管内径を液配管
24の管内径よりも大きくなるように構成する(図7参
照)のではなく、ガス配管23と液配管24の管内径を
等しくなるように構成することにより、CO 2に適した
自然循環回路20を提供して冷房能力を増加させること
ができる。また、ガス配管23と液配管24を同一配管
径とすることにより、ガス配管23と液配管24の区別
が不必要となり、冷媒配管工事の作業性を向上させる空
気調和機を提供することができる。さらに、CO2はオ
ゾン層破壊係数(ODP)が0であるとともに、地球温暖
化係数(GWP)はR22の1/1700、炭化水素系冷
媒の1/3と小さく、地球環境負荷低減に大きく貢献で
きる冷媒である。また、炭化水素系冷媒のように可燃性
がなく、火気などに配慮する必要がなく取り扱い容易な
冷媒であり、通信基地局や電算機室に設置される自然循
環回路20の冷媒として適している。
【0070】以上のように、本実施の形態では、自然循
環回路20の冷媒として二酸化炭素を用いたため、自然
循環回路20の冷房能力を増加させることができるとと
もに、地球環境負荷低減に大きく貢献できる空気調和機
を得ることができる。
【0071】実施の形態11.以下、本発明の実施形態
11について説明する。図15は本実施の形態11に係
る空気調和機を示す通信基地局の概略構成図である。但
し、図1に示した空気調和機と概ね共通する構成要素に
は同一符号を付して、詳細な説明を省略する。図におい
て、本発明の空気調和機は、冷媒搬送手段として、例え
ば冷媒液ポンプ91により冷媒を強制循環させる液ポン
プ循環回路90の蒸発器21と、圧縮機10により冷媒
を強制循環させる強制循環回路9の蒸発器13とによっ
て、密閉空間を形成する通信基地局52の筐体3内を冷
却するように構成されている。この空気調和機では、筐
体3内に共用通風路30が設けられており、液ポンプ循
環回路90の蒸発器21、強制循環回路9の蒸発器1
3、ならびに前記の蒸発器21および蒸発器13に送風
する共用ファン31が内蔵されている。
【0072】また、室外機17内にも共用通風路93が
設けられており、液ポンプ循環回路90の液ポンプ9
1、第2の絞り装置として外部から開度制御が可能な電
子式膨張弁92、凝縮器22、強制循環回路9の圧縮機
10、凝縮器11、第1の絞り装置12、ならびに前記
の凝縮器22および凝縮器11に送風する共用ファン9
4が内蔵されている。強制循環回路9の構成は、実施の
形態と同様であり、詳細説明を省略する。液ポンプ循環
回路90の液ポンプ91、電子式膨張弁92、凝縮器2
2は、強制循環回路9の圧縮機10、凝縮器11、第1
の絞り装置12と同一の室外機17内に設置されてお
り、室外機17は外気吸入口18および排気口19を有
する箱体状に形成されている。すなわち、室外機17内
の凝縮器22、液ポンプ91、電子式膨張弁92、共用
通風路30内の蒸発器21が液配管24およびガス配管
23を介して順次環状に接続されることにより、液ポン
プ循環回路90が構成される。また、例えばマイクロコ
ンピュータなどで構成される制御装置43が配備されて
いる。制御装置43は、圧縮機の運転/停止動作を行う
機能と、電子式膨張弁92の弁開度を制御する機能を有
している。さらに、外気温度を検出する温度検出手段4
1と、筐体3内温度を検出する温度検出手段42とを備
えている。
【0073】上記構成による空気調和機の動作におい
て、筐体3内の空気の流れについては、自然循環回路2
0の蒸発器21が液ポンプ循環回路90の蒸発器21に
変更される以外は実施の形態1と同様であるため詳細説
明を省略する。
【0074】つぎに、冷媒の流れについて説明する。液
ポンプ循環回路90では、蒸発器21の冷媒が加熱空気
との熱交換により蒸発してガス冷媒となりガス配管23
を通して凝縮器22へ至る。凝縮器22においてガス冷
媒は、共用ファン94により室外機17内を外気吸入口
18から排気口19へと流通する外気との熱交換により
凝縮して液冷媒となり、外気は1次加熱される。凝縮し
た液冷媒は、液ポンプ91により吸引/吐出され、第2
の絞り装置92により減圧された後、液配管24を通し
て蒸発器21へ戻る。一方、強制循環回路9では、圧縮
機10から強制的に吐出された高温・高圧のガス冷媒が
凝縮器11に流入し、共用ファン94により凝縮器22
で1次加熱された外気との熱交換により凝縮して液冷媒
となる。液冷媒は第1の絞り装置12で減圧されて気液
二相状態となり、液配管14を通して蒸発器13に送ら
れる。この冷媒は蒸発器13で1次冷却後の空気と熱交
換して自身は低圧のガス冷媒となり、ガス配管15を経
て圧縮機10の吸入側へ戻る。上記の圧縮機10は共用
通風路30内の1次冷却後の空気温度に基づいて容量制
御されている。
【0075】つぎに、本実施の形態における制御につい
て説明する。制御装置43は、温度検出手段41で検知
される外気温度と温度検出手段42で検知される筐体3
内温度との温度差を演算し、求めた温度差が所定値以上
の場合には強制循環回路9の圧縮機10を停止し、所定
値以下の場合には同様に圧縮機10を運転継続する。こ
の具体的な動作については、自然循環回路20の冷房能
力が液ポンプ循環回路90の冷房能力に変更される以外
は、実施の形態3と同様であるため、詳細な説明は省略
する。また、制御装置43は、液ポンプ循環回路90の
冷房能力が筐体3内の熱負荷を上回る場合に、前記温度
差に基づいて電子式膨張弁92の弁開度を制御する。具
体的には、筐体3内温度と外気温度との温度差と、熱負
荷および液ポンプ循環運転の冷房能力との関係が、制御
装置43のメモリにあらかじめ設定され記憶されてい
て、はじめに各検出温度から演算された温度差により熱
負荷と冷房能力を演算する。つぎに、冷房能力と熱負荷
との差を演算し、その演算値に基づいて電子式膨張弁9
2に要求される弁開度が演算され、電子式膨張弁92に
送信・設定される。電子式膨張弁92の弁開度の変化に
伴って液ポンプ91の吐出/吸入圧力差が変化するた
め、液ポンプ91から吐出される冷媒流量が変化し、冷
房能力を負荷に応じて制御することができる。また、電
子式膨張弁92の開度が小さくなり、液ポンプ91の吐
出/吸入圧力差が増加すると、一定電流の条件下では電
圧が減少(回転数が減少)して液ポンプ91の消費電力
は減少する。従って、電子式膨張弁92の開度を、前記
温度差に基づいて制御することにより、液ポンプ91の
消費電力量を削減することができる。
【0076】すなわち、本実施の形態では、液ポンプ9
1の冷房能力のみで筐体3内の熱負荷をまかなえる場合
は、蒸発器13の吸込み空気温度に関わらず、圧縮機1
0を停止するため、強制循環回路9の運転率を不必要に
増加させることなく、消費電力量を低減することができ
る。また、電子式膨張弁92の開度を制御し、熱負荷に
応じた冷房能力の制御が図れるとともに、液ポンプ91
の消費電力量を削減することができる。
【0077】上記のように、本実施形態によれば、液ポ
ンプ循環回路90の蒸発器21と強制循環回路9の蒸発
器13とが同一の共用通風路30内に設置されているた
め、実施の形態1と同様の効果を発揮することができ
る。また、液ポンプ循環回路90の凝縮器22と強制循
環回路9の凝縮器11とが同一の共用通風路93内に設
置されているため、1台の共用ファン94で2つの凝縮
器、すなわち凝縮器22と凝縮器11の両者に送風する
ことができるため、自然循環回路20に用いられる室外
機25を省略することができ、空気調和機の設置スペー
スを削減することができる。また、共用ファン94とし
て、強制循環回路9に用いられる大型ファンを共用でき
ることから、液ポンプ循環回路90の冷房能力を増加さ
せることができる。さらに、自然循環回路20の室外機
25を省略できることから、通信基地局底面から上面ま
での総高さ低く抑えることができ、工場で組み立てられ
たものをトラックなどで運搬する場合の搬送を容易にし
たり、設置作業性を向上させることができる。また、図
1あるいは図2で示したように、自然循環回路20の室
外機25を、共用ケース29あるいは室内機73よりも
上方に設置するという設置制約を排除することができ、
任意の場所に設置できる空気調和機を得ることができ
る。
【0078】ところで、図16は外気温度に対する冷房
能力と冷媒流量の実験結果を、自然循環回路20と液ポ
ンプ循環回路90で比較したものである。図16の上図
において、オは液ポンプ循環回路90、カは自然循環回
路20の冷房能力をそれぞれ表している。また、図16
の下図において、キは液ポンプ循環回路90、ケは自然
循環回路20の冷媒流量をそれぞれ表している。図16
の上図からわるように、液ポンプ循環回路90の冷房能
力は自然循環回路20のそれに比べて20〜40%程度
増加する。これは、図16の下図に示すように、液ポン
プ91による冷媒流量が自然循環回路20のそれに比べ
て2倍程度増加するためである。一方、液ポンプ91の
消費電力量は、自然循環運転の動力となる室内や室外フ
ァンの消費電力量以下あるいは圧縮機10消費電力量の
1/10以下であるため、液ポンプ循環回路90の成績
係数(=冷房能力/消費電力量)は自然循環回路20の
それに比べて大きくなり、自然循環回路20を用いる場
合に比べて消費電力削減効果の大きな空気調和機を得る
ことができる。
【0079】以上のことから、本実施の形態では、冷媒
液搬送手段として冷媒液ポンプを用いることにより、フ
ァン設置数の削減、自然循環回路20の室外機25の削
減、消費電力量の削減を実現することができ、圧縮機1
0の運転率低下から低騒音化も実現する。
【0080】なお、実施形態1〜実施形態11におい
て、共用ファン31を自然循環回路20の蒸発器21と
強制循環回路9の蒸発器13との間に配設する、あるい
は共用ファン94を自然循環回路20の凝縮器22と強
制循環回路9の凝縮器11との間に配設する例を示した
が、それに限るものではなく、例えば共用ファン31を
共用通風路30内における蒸発器21の通気方向上流側
または蒸発器13の通気方向下流側に配置しても同様の
効果が得られる。
【0081】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の空気調和
機によれば、強制循環回路の蒸発器と、自然循環回路の
蒸発器とを共用ファンを用いて送風するように構成した
ため、ファン設置数の削減、消費電力量の削減を実現す
ることができる。これにより、空気調和機の設置スペー
スの削減と圧縮機10の運転率低下から空気調和機の信
頼性も向上することができ、同時に低騒音化も実現する
ことができる。
【0082】また、強制循環回路の蒸発器と、自然循環
回路の蒸発器と、共用ファンとを、共用通風路に内蔵し
たため、自然循環回路の蒸発器で1次冷却された空気が
必ず強制循環回路の蒸発器に導かれて確実に冷却される
ため、従来技術のような筐体内でのバイパスやショート
サイクルを生じることがなく、冷却効率の高い空気調和
機を得ることができる。さらに、強制循環回路の蒸発器
には、筐体内の加熱空気が直接吸込まれるのではなく、
自然循環回路の蒸発器で1次冷却された空気が吸込まれ
るため強制循環回路の故障を回避することができる。
【0083】また、自然循環回路の凝縮器および蒸発器
を、複数枚のプレートフィンと複数本の伝熱管とから構
成されるプレートフィンチューブ熱交換器を用いて構成
したため、従来例のように自然循環回路の蒸発器と凝縮
器を接近配置する必要がなく、自然循環回路の機器配置
の自由度が増大し、設置制約の生じない空気調和機を得
ることができる。
【0084】また、自然循環回路の凝縮器に流入した冷
媒が、凝縮器内で上方から下方に流れるように冷媒流路
を構成したため、凝縮した冷媒液が伝熱管の途中で滞留
あるいは逆流するいった現象を防止でき、安定して適切
な冷房能力が得られる自然循環運転を行うことができ
る。
【0085】また、自然循環回路の凝縮器内の冷媒配管
を上下方向に分割して複数の冷媒流路とし、分岐した冷
媒のそれぞれが冷媒流路を上方から下方に流れて凝縮器
の出口部で合流するように構成するとともに上側の冷媒
流路の長さを下側の前記冷媒流路の長さよりも長くした
ため、各分岐流路における冷媒の分配を均一化でき、凝
縮器の伝熱面積を有効に利用することにより、自然循環
運転の冷房能力を最大限利用することができる。
【0086】また、自然循環回路の蒸発器に流入した冷
媒が蒸発器内で下方から上方に流れるように蒸発器の冷
媒流路を構成したため、蒸発したガス冷媒が蒸発器内の
伝熱管で滞留あるいは上昇するいった現象を防止でき、
安定して適切な冷房能力が得られる自然循環運転を行う
ことができる。
【0087】また、蒸発器内の冷媒配管を上下方向に分
割して複数の冷媒流路とし、分岐した冷媒のそれぞれが
冷媒流路下方から上方に流れるように構成したため、各
分岐流路における冷媒の分配を均一化し、蒸発器の伝熱
面積を有効に利用することにより、自然循環運転の冷房
能力を最大限利用することができる。
【0088】また、自然循環回路の凝縮器および蒸発器
を接続する配管において、蒸発器の出口部と凝縮器の入
口部とを接続するガス配管の管内径を、凝縮器の出口部
と蒸発器の入口部とを接続する液配管の管内径よりも大
きくしたため、自然循環回路の圧力損失を低減すること
が可能となり、冷媒流量を増加させることができるため
自然循環運転の冷房能力を最大限利用することができ
る。
【0089】少なくとも外気温度の検知値に基づいて、
自然循環運転の冷房能力のみで熱負荷をまかなえる場合
は、吸込み空気温度に関わらず、強制循環回路における
圧縮機を停止するように制御したため、強制循環回路の
運転率を不必要に増加させることなく、消費電力量を低
減することができる。
【0090】また、外気温度と蒸発器が設置される空調
空間内との温度差が15〜50℃の間の値となる場合
に、蒸発器出口部の冷媒状態が過熱状態となるように自
然循環回路の冷媒充填量を決定したため、自然循環回路
に最適な冷媒量を充填することができ、自然循環運転の
冷房能力を最大限に利用して最大の消費電力削減効果が
得られる空気調和機を得ることができる。
【0091】また、自然循環回路における凝縮器の出口
部の高さを、蒸発器の出口部の高さよりも0.1m以上
でかつ1.0m以下の上方となるように構成したため、
熱負荷に対して有効な冷房能力が得られ、かつ安定して
適切な冷房能力が得られる空気調和機を得ることができ
る。また、通信基地局底面から空気調和機上部までの総
高さを低く抑えることができ、工場で組み立てられたも
のをトラックなどで運搬する場合の搬送を容易にした
り、設置作業性を向上させたり、設置場所の制限が緩和
されるという効果が得られる。
【0092】また、自然循環回路の作動流体としてR4
10A(=R32/R125(50/50wt%))を
用いたため、自然循環回路の圧力損失を低減して冷房能
力を増加させることができるとともに、地球環境負荷低
減に貢献できる空気調和機を得ることができる。
【0093】また、自然循環回路の作動流体として炭化
水素系冷媒あるいはその混合冷媒を用いたため、自然循
環回路の冷媒熱伝達率を向上し、かつ圧力損失を低減し
て冷房能力を増加させることができるとともに、地球環
境負荷低減に貢献できる空気調和機を得ることができ
る。
【0094】また、自然循環回路の作動流体として二酸
化炭素を用いたため、自然循環回路の圧力損失を低減し
て冷房能力を増加させることができるとともに、かつ地
球温暖化係数(GWP)がR22の1/1700、炭化水
素系冷媒の1/3と小さな冷媒を用いた空気調和機を構
成することができる。さらに、火気などに配慮する必要
がなく取り扱いが容易で、通信基地局や電算機室の設置
に適した空気調和機を得ることができる。
【0095】また、冷媒として二酸化炭素を用いた自然
循環回路において、蒸発器の出口部と凝縮器の入口部と
を接続するガス配管の管内径を、凝縮器の出口部と蒸発
器の入口部とを接続する液配管の管内径と等しくなるよ
うに構成したため、二酸化炭素に適した自然循環回路を
提供して冷房能力を増加させることができる。また、ガ
ス配管と液配管を同一配管径とすることにより、ガス配
管と液配管の区別が不必要となり、冷媒配管工事の作業
性を向上させる空気調和機を提供することができる。
【0096】また、凝縮器、第1の絞り装置および蒸発
器を順次配管で接続し、前記凝縮器の出口部から前記第
1の絞り装置の入口部までの配管に冷媒液を搬送する冷
媒液搬送手段を設けて構成された液媒体搬送手段循環回
路を前記自然循環回路に代えて備えたため、ファン設置
数の削減、自然循環回路の室外機の削減または消費電力
量の削減を実現することができ、圧縮機の運転率低下か
ら低騒音化も実現する空気調和機を得ることができる。
【0097】また、前記の冷媒液ポンプの吐出部から吸
入部までの間の配管に第2の絞り装置として、例えば外
部から開度制御可能な電子式膨張弁を設けたため、熱負
荷に応じた冷房能力の制御が図れるとともに、冷媒液ポ
ンプの消費電力量を削減することができる。
【0098】また、本発明の非加湿型発熱体収納冷却施
設によれば、冷却空気を加熱する発熱体と、この発熱体
によって加熱される加熱空気を冷却し、凝縮器および蒸
発器を配管で接続して構成した冷媒自然循環による自然
循環回路とを備え、前記蒸発器を空気流れ方向が上下方
向となるフィンチューブ型熱交換器で構成したので、蒸
発器に流入する空気の温度むらを低減でき、自然循環回
路の効率を向上させられるから、発熱体の冷却効率を向
上させられる効果が得られる。
【0099】また、前記発熱体および前記蒸発器を収納
する密閉または半密閉室を備えたので、蒸発器の置かれ
た室内環境が室外の天候や湿度変化の影響を受けにく
く、蒸発器からのドレン発生を抑えられるから、自然循
環回路と発熱体との間の設置自由度が向上する効果が得
られる。
【0100】また、前記発熱体に加熱空気を上方へ吹き
出す吐出口を形成し、前記吐出口の直上に下部を吸込側
にして前記蒸発器を配置したので、発熱体からの加熱空
気を即蒸発器で冷却でき、自然循環回路の熱交換効率が
向上する効果が得られる。
【0101】また、冷却空気を加熱する発熱体と、この
発熱体によって加熱される加熱空気を冷却し、凝縮器お
よび蒸発器を配管で接続して構成した冷媒自然循環によ
る自然循環回路とを備え、前記蒸発器の最も短い辺が上
下方向となるよう設置したので、自然循環回路の凝縮器
と蒸発器との間の高低差を付けながら高さ方向を低くで
き、収納施設を小型化できる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施の形態1に係る空気調和機を示す構成図
である。
【図2】 実施の形態2に係る空気調和機を示す構成図
である。
【図3】 実施の形態3に係る外気温度に対する筐体内
の熱負荷と冷房能力の関係を示す特性図である。
【図4】 実施の形態4に係る自然循環回路に用いられ
る凝縮器の構成図である。
【図5】 実施の形態4に係る自然循環回路に用いられ
る凝縮器の構成図である。
【図6】 実施の形態5に係る自然循環回路に用いられ
る蒸発器の構成図である。
【図7】 実施の形態6に係る自然循環回路の概略構成
図である。
【図8】 実施の形態6に係る自然循環回路の蒸発器と
凝縮器との高低差に対する冷房能力と冷媒流量の関係を
示す特性図である。
【図9】 実施の形態7に係る自然循環回路の冷媒充填
量に対する冷房能力と蒸発器出口加熱度および凝縮器出
口過冷却度の関係を示す特性図である。
【図10】 実施の形態8に係る自然循環回路にR41
0A(=R32/R125(50/50wt%))を適
用した場合の外気温度に対する冷房能力の関係と、凝縮
器と蒸発器との高低差の関係を示す特性図である。
【図11】 実施の形態8に係る自然循環回路にR41
0A(=R32/R125(50/50wt%))を適
用した場合の凝縮器と蒸発器との高低差に対する冷房能
力の関係を示す特性図である。
【図12】 実施の形態9に係る自然循環回路に用いら
れる冷媒の質量速度に対する圧力損失、凝縮熱伝達率、
蒸発熱伝達率の関係を示す特性図である。
【図13】 実施の形態10に係る自然循環回路に二酸
化炭素を適用した場合の冷媒充填量に対する冷房能力、
冷媒流量、蒸発器内エンタルピー差を示す特性図であ
る。
【図14】 実施の形態10に係る自然循環回路に二酸
化炭素を適用した場合の冷媒回路各部の圧力損失を示す
特性図である。
【図15】 本発明の実施の形態11に係る空気調和機
を示す構成図である。
【図16】 本発明の実施の形態11に係る自然循環回
路と液ポンプ回路における冷房能力と冷媒流量の比較を
示す特性図である。
【図17】 従来の筐体冷却システムである。
【符号の説明】
3 筐体、4 通信機器、5 発熱部品、6 機器ケー
ス、7 空気取入口、8 排気口、9 強制循環回路、
10 圧縮機、11、22 凝縮器、12 第1の絞り
装置、13、21 蒸発器、14、24 液配管、1
5、23 ガス配管、16、62 室外ファン、17、
59 室外機、18、60 外気吸入口、19、61
排気口、20 自然循環回路、30、93 共用通風
路、31、94 共用ファン、32 加熱空気吸入口、
33、56 冷却空気吹出口、41、42 温度検出手
段、40、43 制御装置、51 筐体冷却システム、
52通信基地局、53、73、77 室内機、54、6
3 室内ファン、55、72、76 吸入口、57 加
熱空気案内路、58 加熱空気吸入口、64、71、7
4 吹出口、67 通風路、70 風路形成カバー、7
5 接続ダクト、78架台、80 プレートフィン、8
1 伝熱管、82 異形継手、83 高低差、90 液
ポンプ循環回路、91 液ポンプ、92 第2の絞り装
置。
フロントページの続き (72)発明者 野中 孝 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 砂澤 健司 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧縮機、凝縮器、第1の絞り装置および
    蒸発器を順次配管で接続して構成した圧縮機運転による
    強制循環回路と、凝縮器および蒸発器を配管で接続して
    構成した冷媒自然循環による自然循環回路とを、独立し
    て構成する空気調和機において、前記強制循環回路の蒸
    発器および前記自然循環回路の蒸発器に送風する共用フ
    ァンを備えたことを特徴とする空気調和機。
  2. 【請求項2】 前記強制循環回路の蒸発器と、前記自然
    循環回路の蒸発器と、前記共用ファンとを、共用通風路
    に内蔵したことを特徴とする請求項1記載の空気調和
    機。
  3. 【請求項3】 前記自然循環回路の凝縮器および蒸発器
    を、複数枚のプレートフィンと複数本の伝熱管とから構
    成されるプレートフィンチューブ熱交換器を用いて構成
    したことを特徴とする請求項第1項または請求項2記載
    の空気調和機。
  4. 【請求項4】 凝縮器に流入した冷媒が前記凝縮器内で
    上方から下方に流れるように前記凝縮器の冷媒流路を構
    成したことを特徴とする請求項3記載の空気調和機。
  5. 【請求項5】 凝縮器内の冷媒配管を上下方向に分割し
    て複数の冷媒流路とし、分岐した冷媒のそれぞれが前記
    冷媒流路を上方から下方に流れて前記凝縮器の出口部で
    合流するように構成するとともに上側の冷媒流路の長さ
    を下側の前記冷媒流路の長さよりも長くしたことを特徴
    とする請求項4載の空気調和機。
  6. 【請求項6】 蒸発器に流入した冷媒が前記蒸発器内で
    下方から上方に流れるように前記蒸発器の冷媒流路を構
    成したことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項
    に記載の空気調和機。
  7. 【請求項7】 蒸発器内の冷媒配管を上下方向に分割し
    て複数の冷媒流路とし、分岐した冷媒のそれぞれが前記
    冷媒流路下方から上方に流れるように構成したことを特
    徴とする請求項6記載の空気調和機。
  8. 【請求項8】 前記自然循環回路の凝縮器および蒸発器
    を接続する配管において、前記蒸発器の出口部と前記凝
    縮器の入口部とを接続する配管の管内径を、前記凝縮器
    の出口部と前記蒸発器の入口部とを接続する配管の管内
    径よりも大きくしたことを特徴とする請求項1乃至7の
    いずれか1項に記載の空気調和機。
  9. 【請求項9】 少なくとも外気温度を検出する温度検出
    手段と、前記温度検出手段の検知値に基づいて、前記強
    制循環回路における圧縮機の運転/停止動作を行う圧縮
    機制御手段とを備えたことを特徴とする請求項1乃至8
    のいずれか1項に記載の空気調和機。
  10. 【請求項10】 外気温度と前記蒸発器が設置される空
    調空間内との温度差が15〜50℃の間の値となる場合
    に、前記自然循環回路における蒸発器の出口部の冷媒状
    態が過熱状態となるように前記自然循環回路の冷媒充填
    量を決定したことを特徴とする請求項1乃至9のいずれ
    か1項に記載の空気調和機。
  11. 【請求項11】 前記自然循環回路における凝縮器の出
    口部の高さを、前記自然循環回路における蒸発器の出口
    部の高さよりも0.1m以上でかつ1.0m以下の上方
    としたことを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1
    項に記載の空気調和機。
  12. 【請求項12】 前記自然循環回路の作動流体としてR
    410A(=R32/R125(50/50wt%))
    を用いたことを特徴とする請求項1乃至11のいずれか
    1項に記載の空気調和機。
  13. 【請求項13】 前記自然循環回路の作動流体として炭
    化水素系冷媒あるいはその混合冷媒を用いたことを特徴
    とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の空気調
    和機。
  14. 【請求項14】 前記自然循環回路の作動流体として二
    酸化炭素を用いたことを特徴とする請求項1乃至11の
    いずれか1項に記載の空気調和機。
  15. 【請求項15】 前記自然循環回路の凝縮器および蒸発
    器を接続する配管において、前記蒸発器の出口部と前記
    凝縮器の入口部とを接続する配管の管内径を、前記凝縮
    器の出口部と前記蒸発器の入口部とを接続する配管の管
    内径と等しくなるように構成したことを特徴とする請求
    項14記載の空気調和機。
  16. 【請求項16】 凝縮器、第1の絞り装置および蒸発器
    を順次配管で接続し、前記凝縮器の出口部から前記第1
    の絞り装置の入口部までの配管に冷媒液を搬送する冷媒
    液搬送手段を設けて構成された液媒体搬送手段循環回路
    を前記自然循環回路に代えて備えたことを特徴とする請
    求項1乃至15のいずれか1項に記載の空気調和機。
  17. 【請求項17】 前記冷媒液搬送手段の吐出部から前記
    冷媒液搬送手段の吸入部までの間の配管に第2の絞り装
    置を設けたことを特徴とする請求項16記載の空気調和
    機。
  18. 【請求項18】 冷却空気を加熱する発熱体と、この発
    熱体によって加熱される加熱空気を冷却し、凝縮器およ
    び蒸発器を配管で接続して構成した冷媒自然循環による
    自然循環回路とを備え、前記蒸発器を空気流れ方向が上
    下方向となるフィンチューブ型熱交換器で構成したこと
    を特徴とする非加湿型発熱体収納冷却施設。
  19. 【請求項19】 前記発熱体および前記蒸発器を収納す
    る密閉または半密閉室を備えたことを特徴とする請求項
    18記載の非加湿型発熱体収納冷却施設。
  20. 【請求項20】 前記発熱体に加熱空気を上方へ吹き出
    す吐出口を形成し、前記吐出口の直上に下部を吸込側に
    して前記蒸発器を配置したことを特徴とする請求項18
    記載の非加湿型発熱体収納冷却施設。
  21. 【請求項21】 冷却空気を加熱する発熱体と、この発
    熱体によって加熱される加熱空気を冷却し、凝縮器およ
    び蒸発器を配管で接続して構成した冷媒自然循環による
    自然循環回路とを備え、前記蒸発器の最も短い辺が上下
    方向となるよう設置したことを特徴とする非加湿型発熱
    体収納冷却施設。
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