JP2001099464A - 空調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 室外機から室内機に搬送している液冷媒が沸
騰して冷媒の循環不良が発生したときに、正常な循環に
速やかに復帰させる。 【解決手段】 ビルの屋上などに設置してＲ−１３４ａ
などの冷媒を放熱凝縮させる室外機１０と、各階に設置
して室外機１０から循環供給される冷媒により冷房を行
う室内機２０とを備えた装置において、室外機１０にお
ける冷媒の過剰が例えばフロートセンサ１２により検出
されたときに、室内機２０の膨張弁２３を全開にして液
降下管４２内の沸騰で生じた冷媒の気泡を、液冷媒と共
に全開になっている膨張弁２３から熱交換器２２に流入
させ、全開にした膨張弁２３を経過時間や室内機２０に
供給された冷媒の温度に基づいて閉弁し、液冷媒がガス
管４１に多量に流入しないようにする制御器５０を設け
るようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷房運転可能な空
調装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】凝縮器として機能する室外機を上部側に
設置し、蒸発器として機能する室内機を下部側に設置
し、上部側の室外機で放熱凝縮した液体の熱操作流体を
室内機に送る搬送と、室内機で室内空気と熱交換して吸
熱蒸発し、冷房作用を果たした気体の熱操作流体を室外
機に戻す搬送とを、主に熱操作流体の液体と気体との比
重差を利用して行い、搬送動力の削減を図るようにした
空調装置がある。

【０００３】上記空調装置においては、室外機から室内
機に液体の熱操作流体を搬送する圧力が、圧送ポンプを
使用する方法に比べると極めて小さいために、熱操作流
体を冷却して凝縮させる室外機での冷却作用が急激に進
むと、室外機から室内機に至る液管中の圧力が急激に低
下し、そこを流れる液体の熱操作流体が沸騰して室外機
から室内機への液体の熱操作流体の搬送ができなくなる
と云った問題点があった。

【０００４】このため、室内機で室内空気と熱交換して
蒸発した気体の熱操作流体を室外機に戻すためのガス管
の側に、室外機から室内機に供給している液体の熱操作
流体で発生した気泡を抜き取るために、室内機の膨張弁
を開く対策が採られることがあるが、この対策では気泡
と共に液体の熱操作流体がガス管の側に流れ込んで滞留
し、今度は室外機側に戻される熱操作流体の量が不足
し、室外機で凝縮させて室内機に供給する液体の熱操作
流体の確保ができなくなると云った問題点があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】したがって、室外機か
ら室内機に搬送している液体の熱操作流体が沸騰して熱
操作流体の循環不良が発生したときに、速やかに正常な
循環に復帰させる必要があり、これが解決すべき課題と
なっていた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記従来技術の
課題を解決するため、上部側に設置された室外機と、下
部側に設置された室内機との間に形成された循環路を介
して室外機で放熱凝縮した液体の熱操作流体を室内機に
送り、室内機で室内空気と熱交換して室内空気を冷却す
ると共に、室内機で室内空気と熱交換して吸熱蒸発した
気体の熱操作流体を室外機に戻す冷房運転可能な空調装
置において、熱操作流体の前記循環が熱操作流体の液体
と気体との主に比重差を利用して行われるものであり、
凝縮して室外機に溜まっている液体の熱操作流体の量を
検出する液量検出手段と、この液量検出手段が熱操作流
体の過剰を検出したときに、室内機の膨張弁を所定の開
度に開弁する制御手段と、を有するようにした第１の構
成の空調装置と、

【０００７】前記第１の構成の空調装置において、熱操
作流体の過剰を検出して所定の開度に開弁した室内機の
膨張弁を、経過時間またはその室内機に供給された熱操
作流体の温度に基づいて閉弁する機能を制御手段が備え
るようにした第２の構成の空調装置と、

【０００８】前記第２の構成の空調装置において、運転
を停止していた室内機においては、熱操作流体の過剰を
検出して膨張弁を所定の開度に開弁し、経過時間または
その室内機に供給された熱操作流体の温度に基づいて膨
張弁を閉弁する際に、室内機の送風機を弱運転する機能
を制御手段が備えるようにした第３の構成の空調装置
と、

【０００９】前記第１または第２の構成の空調装置にお
いて、室外機に吸収冷凍機を使用するようにした第４の
構成の空調装置と、を提供するものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。図１に示した冷暖房可能な空調装
置は、例えばビルの屋上などに設置される室外機１０
と、室外機１０より低い各階に分散して設置される複数
の室内機２０と、地下室などの最も低い部分に設置さ
れ、暖房時に運転される揚液ポンプユニット３０と、こ
れらを接続して循環時に相変化が可能な熱操作流体、例
えば冷媒のＲ−１３４ａを循環させるための配管群４０
と、これらの機器を制御する制御器５０とから構成され
ている。

【００１１】室外機１０は、配管群４０を通って室内機
２０から戻ってきた冷媒のＲ−１３４ａを加熱して蒸発
させたり、冷却して凝縮させたりするための熱操作部１
１を備えている。

【００１２】室外機１０のこの熱操作部１１は、例えば
特開平７−３１８１８９号公報などに開示された吸収冷
凍機の下胴からなるものであり、図示しないガスバーナ
などで生成する熱を利用して駆動され、図示しない蒸発
器に設けた伝熱管の管壁などを介して冷媒のＲ−１３４
ａを加熱蒸発させた気体のＲ−１３４ａをガス管４１に
供給したり、放熱凝縮させた液体のＲ−１３４ａを液降
下管４２に供給することが、適宜選択できるようになっ
ている。

【００１３】なお、熱操作部１１にはフロートセンサ１
２が設けられ、内部に溜まっている液体のＲ−１３４ａ
の量が検出できるようになっている。また、液降下管４
２には温度センサ１３が設けられて、熱操作部１１で放
熱凝縮して液降下管４２に流れ出た液体のＲ−１３４ａ
の温度Ｔ１も検出できるようになっている。

【００１４】室内機２０は、送風機２１と、この送風機
２１によって送られる室内空気と冷媒のＲ−１３４ａが
熱交換するための伝熱管などからなる熱交換器２２、膨
張弁２３、熱交換器２２の出入口部で冷媒のＲ−１３４
ａの温度を検出する温度センサ２４、２５を備えて構成
され、熱交換器２２の膨張弁２３が設けられた側が液降
下管４２に連結されている液水平管４３に連結され、そ
の反対側がガス管４１に連結されている。

【００１５】揚液ポンプユニット３０は、レシーバタン
ク３１と、その下流側に設けられたポンプ３２とから構
成され、液降下管４２と液上昇管４４の下端部に図示し
たよう接続されている。すなわち、液降下管４２の下端
部がレシーバタンク３１を介してポンプ３２の吸込み側
に連結され、上端部が熱操作部１１に連結されている液
上昇管４４の下端部がポンプ３２の吐出側に連結されて
いる。

【００１６】制御器５０は、図示しないパネル面に設け
たボタンスイッチなどにより冷暖房運転の切換指示など
が行えるように構成されている。そして、例えば冷房運
転が指示されると、室外機１０の熱操作部１１で冷却す
る冷媒のＲ−１３４ａが所定の低温度、例えば７℃の液
体となって液下降管４２に流れ出るようにするための所
要の制御プログラムを制御器５０は備えている。

【００１７】すなわち、冷房運転が指示されたときの熱
操作部１１における冷媒のＲ−１３４ａに対する冷却
は、温度センサ１３が検出する冷媒のＲ−１３４ａの温
度Ｔ１が所定の７℃になるように制御される。

【００１８】そして、室外機１０の熱操作部１１で所定
の温度に冷却され、凝縮して液下降管４２に流れ出た液
体のＲ−１３４ａは、その自重（詳細には液体と気体と
の比重差）により液水平管４３を介して室内機２０に供
給される。

【００１９】また、制御器５０は、送風機２１によって
送られる室内空気から熱交換器２２で熱を奪って蒸発
し、ガス管４１に流れ出した気体のＲ−１３４ａの温
度、すなわち温度センサ２５が検出する温度Ｔ３が所定
の温度、例えば１２℃となるように膨張弁２３の開度を
制御するための所要の制御プログラムも備えている。

【００２０】そして、冷房作用を果たして蒸発し、ガス
管４１に流れ出た気体のＲ−１３４ａは、Ｒ−１３４ａ
が凝縮して圧力が低くなっている室外機１０の熱操作部
１１にガス管４１を介して戻される。

【００２１】上記のように冷房運転している空調装置に
おいて、室外機１０の熱操作部１１における冷却作用が
急に大きくなるなど、熱操作部１１で凝縮する気体のＲ
−１３４ａが急増すると、液降下管４２内の圧力が急低
下し、液降下管４２内を流れる液体のＲ−１３４ａが沸
騰し、室外機１０から室内機２０への液体のＲ−１３４
ａの供給ができなくなる。

【００２２】液降下管４２内にある液体のＲ−１３４ａ
が沸騰し、室外機１０から室内機２０への液体のＲ−１
３４ａの供給ができなくなると、室外機１０の熱操作部
１１に溜まる液体のＲ−１３４ａの量が増加するが、そ
の量はフロートセンサ１２によって検出できる。

【００２３】そして、制御器５０は、フロートセンサ１
２が室外機１０における液体のＲ−１３４a の過剰を検
出していないときには、上記通常の冷房運転を行い、フ
ロートセンサ１２が液体のＲ−１３４ａの過剰を検出し
たときには、室外機１０におけるＲ−１３４ａの過剰状
態を解消するための、例えば図２に示した制御プログラ
ムも記憶手段に備えている。

【００２４】すなわち、制御器５０は、室外機１０にお
いては温度センサ１３が検出するＲ−１３４ａの温度Ｔ
１が所定の７℃になるように熱操作部１１の冷熱発生量
を制御し、室内機２０においては温度センサ２５が検出
するＲ−１３４ａの温度Ｔ３が所定の１２℃になるよう
に膨張弁２３の開度を制御する、と云った通常の冷房運
転を行うためのメイン制御のサブルーチン制御として、
ステップＳ１〜Ｓ７の気泡排除制御を備えている。

【００２５】そして、制御器５０はステップＳ１におい
ては、室外機１０の熱操作部１１に溜まっている液冷媒
のＲ−１３４ａの量をフロートセンサ１２により検出す
る。

【００２６】ステップＳ２においては、前記フロートセ
ンサ１２による検出結果に基づいて、室外機１０におけ
る液体のＲ−１３４ａが過剰になっているか否かを判定
し、イエス、すなわち液体のＲ−１３４ａが過剰になっ
ていると判定されたときにはステップＳ３移行し、ノ
ー、すなわち液体のＲ−１３４ａが過剰になっていない
と判定されたときには、メイン制御に戻って通常の冷房
運転を継続する。

【００２７】ステップＳ３においては、全ての室内機２
０の膨張弁２３を全開にすると共に、運転中であった室
内機２０においては送風機２１の運転はその状態を継続
し、停止中であった室内機２０においては送風機２１を
弱運転する。

【００２８】ステップＳ４においては、全ての室内機２
０で温度センサ１３、２４、２５により、冷媒のＲ−１
３４ａの温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３を検出する。

【００２９】ステップＳ５においては、温度センサ２４
が検出した冷媒のＲ−１３４ａの温度Ｔ２と温度センサ
１３が検出した冷媒のＲ−１３４ａの温度Ｔ１との差が
所定の温度、例えば１．５℃以下であるか否かを判定
し、イエス、すなわち室外機１０の熱操作部１１で冷却
されて液降下管４２に流れ出た液体のＲ−１３４ａの温
度Ｔ１と、室内機２０の熱交換器２２に流入しようとし
ている液体のＲ−１３４ａの温度Ｔ２とがほぼ同じ温度
であると判定されたときにはステップ６に移行し、そう
でないと判定されたときにはステップ４に戻る。

【００３０】ステップＳ６においては、ステップ５と同
様に、温度センサ２５が検出した冷媒のＲ−１３４ａの
温度Ｔ３と温度センサ２４が検出した冷媒のＲ−１３４
ａの温度Ｔ２との差が所定の温度、例えば１．５℃以下
であるか否かを判定し、イエス、すなわち室内機２０の
熱交換器２２に流入しようとしている冷媒のＲ−１３４
ａの温度Ｔ２と、熱交換器２２から流出した冷媒のＲ−
１３４ａの温度Ｔ３とがほぼ同じ温度であると判定され
たときにはステップ７に移行し、そうでないと判定され
たときにはステップ４に戻る。

【００３１】ステップＳ７においては、膨張弁２３を全
閉にし、メイン制御に戻る。そして、室外機１０におけ
る液体のＲ−１３４ａの過剰状態が解消されるまで、図
２の気泡排除制御が適宜繰り返される。

【００３２】したがって、本発明の空調装置において
は、液降下管４２の内部にある液体のＲ−１３４ａが沸
騰して室外機１０から室内機２０への液体のＲ−１３４
ａの供給ができなくなり、室外機１０の熱操作部１１に
溜まっている液体のＲ−１３４ａが過剰になったときに
は、フロートセンサ１２によってその過剰が検出され、
全ての室内機２０の膨張弁２３が全開とされるので、液
降下管４２内の沸騰で生じたＲ−１３４ａの気泡は、液
体のＲ−１３４ａと共に全開になっている膨張弁２３を
通過して熱交換器２２に流入する。

【００３３】しかも、温度センサ２４が検出する冷媒の
Ｒ−１３４ａの温度Ｔ２と温度センサ１３が検出する冷
媒のＲ−１３４ａの温度Ｔ１との温度差と、温度センサ
２５が検出する冷媒のＲ−１３４ａの温度Ｔ３と温度セ
ンサ２４が検出する冷媒のＲ−１３４ａの温度Ｔ２との
温度差が共に所定の１．５℃以下となり、室外機１０の
熱操作部１１で冷却されて液降下管４２に流れ出た液体
のＲ−１３４ａが室内機２０の熱交換器２２の入口側に
到達すると共に、熱交換器２２の出口側にも達して、液
降下管４２内の沸騰で生じたＲ−１３４ａの気泡と、液
体のＲ−１３４ａの熱交換器２２への流入が確認された
ときには、室内機２０の膨張弁２３は全閉されるので、
ガス管４１に液体のＲ−１３４ａが多量に流入すること
がない。

【００３４】膨張弁２３が閉じられ、送風機２１が通常
運転される室内機２０においては、熱交換器２２で冷媒
のＲ−１３４ａが室内空気から吸熱して蒸発し、ガス管
４１の熱交換器２２側圧力が高くなるので、ガス管４１
内に流入していた液体のＲ−１３４ａは圧力差で速やか
に蒸発し室外機１０に戻される。

【００３５】また、運転を停止していた室内機２０にお
いても、膨張弁２３は一旦全開とされ、その後に閉じら
れ、その間送風機２１が弱運転されるので、運転中であ
った室内機２０と同様にガス管４１内に流入した液体の
Ｒ−１３４ａを蒸発させて室外機１０に戻す作用効果が
ある。しかも、送風機２１を弱運転するので、室内機２
０が設置されている部屋に人がいても、多量の冷風が室
内機２０から吹き出ることがないので、驚いたりするこ
ともない。

【００３６】また、この空調装置の制御器５０は、暖房
運転が指示されたときには室外機１０の熱操作部１１で
加熱する冷媒のＲ−１３４ａが所定の高温度、例えば５
５℃の気体となってガス管４１に流れ出るようにするた
めと、揚液ポンプユニット３０のポンプ３２を起動して
レシーバタンク３１に溜まっている液体のＲ−１３４ａ
を室外機１０に戻すための所要の制御プログラムも備え
ている。

【００３７】すなわち、暖房運転が指示されたときに
は、熱操作部１１における冷媒のＲ−１３４ａに対する
加熱は、ガス管４１に設けられた図示しない温度センサ
が検出するＲ−１３４ａの温度が所定の５５℃になるよ
うに制御される。

【００３８】そして、室外機１０の熱操作部１１で加熱
され、蒸発してガス管４１に流れ出た気体のＲ−１３４
ａは各室内機２０に供給される。

【００３９】各室内機２０においては、送風機３１によ
って供給される温度の低い室内空気に気体のＲ−１３４
ａが熱交換器２２の図示しない伝熱管壁を介して放熱凝
縮し、主にＲ−１３４ａの凝縮熱によって暖房作用を行
なう。

【００４０】そして、この暖房作用によって凝縮した液
体のＲ−１３４ａは、揚液ポンプユニット３０のレシー
バタンク３１に溜まり、ポンプ３２により室外機１０に
還流すると云った冷媒のＲ−１３４ａの循環が起こっ
て、暖房運転が継続される。

【００４１】なお、ポンプ３２の運転は、レシーバタン
ク３１に溜まっている液体のＲ−１３４ａの量に基づい
て制御器５０により制御される。

【００４２】ところで、本発明は上記実施形態に限定さ
れるものではないので、特許請求の範囲に記載の趣旨か
ら逸脱しない範囲で各種の変形実施が可能である。

【００４３】例えば、制御器５０による室内機２０の送
風機２１と膨張弁２３の前記強制気泡排除制御は、全て
の室内機２０ではなく特定の室内機２０、例えば運転停
止中の室内機２０と、室内温度が設定温度になって膨張
弁２３が全閉され、送風機２１の運転が停止されている
室内機２０だけで行うように構成することもできる。

【００４４】また、前記強制気泡排除制御は、気泡が流
入し易い上層階と中層階に設置されている室内機２０に
おいてのみ行うように構成したり、同一階に複数の室内
機２０が設置されている空調装置においては、液降下管
４２の近くに設置されている室内機２０においてのみ行
うように構成することもできる。

【００４５】また、前記強制気泡排除制御を行うために
全開にした膨張弁２３は、経過時間に基づいて全閉する
ように構成することもできる。すなわち、気泡と共に液
体のＲ−１３４ａが多量にガス管４１に流入することが
ないように、比較的短い時間、例えば１分間だけ全開に
し、その後所定時間、例えば３分間だけ全閉にするよう
に構成することもできる。

【００４６】また、制御器５０は、冷暖房の切換制御な
どを指示するためのシステム制御器と、このシステム制
御器と接続されて、室外機１０の熱操作部１１で発生さ
せる冷熱の大きさなどを制御する室外機制御器と、室内
機２０の送風機２１、膨張弁２３の開度などを制御する
室内機制御器とから構成することもできる。

【００４７】また、揚液ポンプユニット３０を設置せ
ず、冷房運転専用の空調装置とすることもできる。

【００４８】また、室外機１０と室内機２０との間で循
環させる流体としては、Ｒ−１３４ａの他にもＲ−４０
７ｃ、Ｒ−４０４Ａ、Ｒ−４１０ｃなどの他の相変化可
能なものであっても良い。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、冷
房運転中に液降下管にある液体の熱操作流体が沸騰して
室外機から室内機への液体の熱操作流体の供給ができな
くなり、室外機に溜まる液体の熱操作流体が過剰になっ
たときにはその過剰が検出され、室内機の膨張弁を全開
にするので、液降下管内の沸騰で生じた熱操作流体の気
泡は、液体の熱操作流体と共に全開の膨張弁を介して室
内機に排除される。

【００５０】しかも、膨張弁を経過時間や室内機に供給
された熱操作流体の温度に基づいて閉弁するので、液体
の熱操作流体がガス管に多量に流入することがない。

【００５１】そして、膨張弁が閉じられ、送風機が運転
される室内機においては、熱交換器で熱操作流体が室内
空気から吸熱して蒸発し、ガス管の熱交換器側圧力が高
くなるので、ガス管内に流入していた液体の熱操作流体
は圧力差で速やかに蒸発し、室外機に戻される。

【００５２】また、運転を停止していた室内機において
は送風機を弱運転するので、室内機が設置されている部
屋に人がいても、多量の冷風が室内機から吹き出ること
がないので、驚いたりすることもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】装置構成の説明図である。

【図２】制御方法の説明図である。

【符号の説明】

１０ 室外機 １１ 熱操作部 １２ フロートセンサ １３ 温度センサ ２０ 室内機 ２１ 送風機 ２２ 熱交換器 ２３ 膨張弁 ２４、２５ 温度センサ ３０ 揚液ポンプユニット ３１ レシーバタンク ３２ ポンプ ４０ 配管群 ４１ ガス管 ４２ 液降下管 ４３ 液水平管 ４４ 液上昇管 ５０ 制御器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ２５Ｂ 15/00 ３０６ Ｆ２５Ｂ 15/00 ３０６Ｚ 29/00 29/00 (72)発明者 泉 雅士 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 出射 伸浩 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 ▲吉▼本 博 大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号 大阪瓦斯株式会社内 Ｆターム(参考） 3L060 AA08 CC01 CC08 CC19 EE05 EE09 3L093 AA02 CC00 DD08 EE28 GG04 HH00 JJ02

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上部側に設置された室外機と、下部側に
   設置された室内機との間に形成された循環路を介して室
   外機で放熱凝縮した液体の熱操作流体を室内機に送り、
   室内機で室内空気と熱交換して室内空気を冷却すると共
   に、室内機で室内空気と熱交換して吸熱蒸発した気体の
   熱操作流体を室外機に戻す冷房運転可能な空調装置にお
   いて、熱操作流体の前記循環が熱操作流体の液体と気体
   との主に比重差を利用して行われるものであり、凝縮し
   て室外機に溜まっている液体の熱操作流体の量を検出す
   る液量検出手段と、この液量検出手段が熱操作流体の過
   剰を検出したときに、室内機の膨張弁を所定の開度に開
   弁する制御手段と、を有することを特徴とする空調装
   置。
2. 【請求項２】 熱操作流体の過剰を検出して所定の開度
   に開弁した室内機の膨張弁を、経過時間またはその室内
   機に供給された熱操作流体の温度に基づいて閉弁する機
   能を制御手段が備えたことを特徴とする請求項１記載の
   空調装置。
3. 【請求項３】 運転を停止していた室内機においては、
   熱操作流体の過剰を検出して膨張弁を所定の開度に開弁
   し、経過時間またはその室内機に供給された熱操作流体
   の温度に基づいて膨張弁を閉弁する際に、室内機の送風
   機を弱運転する機能を制御手段が備えたことを特徴とす
   る請求項２記載の空調装置。
4. 【請求項４】 室外機に吸収冷凍機が使用されたことを
   特徴とする請求項１〜３何れかに記載の空調装置。