JP2003279178A

JP2003279178A - 空気調和装置

Info

Publication number: JP2003279178A
Application number: JP2002087372A
Authority: JP
Inventors: Makoto Tomizawa; 真富沢
Original assignee: Denso Aircool Corp
Current assignee: Denso Aircool Corp
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2003-10-02

Abstract

(57)【要約】【課題】低コストで供給できる自然循環併用型の空気
調和装置を提供する。【解決手段】圧縮機７を介して蒸発器５と凝縮器４を
接続する第１の管路２１に並列に、圧縮機７の作動圧に
より閉となる第１の弁１１を介して蒸発器５と凝縮器４
を接続する第２の管路２２と、減圧機構１７を介して凝
縮器４と蒸発器５を接続する第３の管路２３に並列に、
圧縮機７の作動圧により閉となり、圧縮機７が作動して
いないときに加わる液圧では開となる第２の弁１２を介
して凝縮器４と蒸発器５を接続する第４の管路２４とを
有する空気調和装置１を提供する。圧縮機７を停止およ
び駆動するだけで、弁１１および１２は自動的に開閉し
て自然循環サイクルと圧縮機サイクルとが切り替わるの
で、構成が簡易で低コストの自然循環併用型の空気調和
装置を提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュータルー
ムなどの年間を通して冷房運転を行なう必要がある場所
に設置するのに適した空気調和装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】通信関連設備や電算機室などにおいて
は、室内に設置された機器の環境温度を一定に保つため
に夏期、冬期に関係なく年間を通じて室内の冷房が必要
になる。このような室内を空調するための装置として、
圧縮機を使用した冷房運転と、圧縮機を使用しない冷房
運転とが可能な空気調和装置が提案されている。この空
気調和装置は、圧縮機を使用せずに冷媒を自然循環させ
る冷凍サイクルがあることから冷媒自然循環併用式空気
調和装置と称されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図８に冷媒自然循環併
用式空気調和装置の概略を示してある。空気調和装置ま
たは空調システム１００は、凝縮器１１１を備えた室外
ユニット１０１と、蒸発器１１２を備えた室内ユニット
１０２とを有しており、室内ユニット１０２が室外ユニ
ット１０１に対して低い位置に設置されている。また、
空気調和装置１００は、蒸発器１１２で蒸発した冷媒ガ
スを圧縮して凝縮器１１１に供給するために、電磁弁１
２１、アキュームレータ１１４、圧縮機１１３および逆
止弁１２４を介して蒸発器１１２と凝縮器１１１とを接
続するガス配管１３６と、このガス配管１３６と並列
に、自然循環用に電磁弁１２２を介して蒸発器１１２と
凝縮器１１１とを接続する配管１３７とを備えている。
また、空気調和装置１００は、凝縮器１１１で凝縮した
液相の冷媒を蒸発器１１２に供給するために、キャピラ
リチューブ１１５を介して凝縮器１１１と蒸発器１１２
とを接続する液配管１３８と、この液配管１３８と並列
に、自然循環用に電磁弁１２３を介して凝縮器１１１と
蒸発器１１２とを接続する配管１３９とを有している。

【０００４】この空気調和装置１００では、冬期や夜間
などに、室内ユニット１０２が設置された場所の温度
（室内温度）が室外ユニット１０１が設置された場所の
温度（室外温度）よりも高い条件となると、圧縮機１１
３を停止して、電磁弁１２１を閉じてガス配管１３６を
閉鎖すると共に、他の電磁弁１２２および１２３を開き
冷媒が自然循環できるようにする。この状態で、室外フ
ァン１３１および室内ファン１３２を駆動すると、温度
の低い室外側の凝縮器１１１で凝縮して液化した冷媒
は、凝縮器１１１が蒸発器１１２より高い位置にあるの
で、配管１３９を通じて液ヘッドにより低い位置にある
蒸発器１１２に導かれて気化する。また、凝縮器１１１
では冷媒ガスが凝縮し、蒸発器１１２では液相の冷媒が
ガス化するので、器内圧の差により配管１３７を介して
高い位置にある凝縮器１１１に供給される。このような
自然循環サイクルにより冷凍または冷却サイクル（破線
の矢印Ａで示すサイクル）が成立するので、圧縮機１１
３を運転せずに、室内を冷却することができる。

【０００５】夏期などの室内温度が室外温度より低いと
きには、電磁弁１２１をオープンすると共に、その他の
電磁弁１２２および１２３をクローズし、さらに、圧縮
機１１３を駆動した状態で、室外ファン１３１および室
内ファン１３２を駆動すると、実線の矢印Ｂで示すよう
に、周知の冷凍または冷却サイクルが成立する。

【０００６】したがって、自然循環サイクルを構成可能
な空気調和装置１００は、冬期や夜間などの室内温度が
室外温度より高くなりやすい時期や時間帯では、圧縮機
１１３を運転または駆動しないで室内を冷房できるの
で、消費電力を大幅に削減できる。このため、年間を通
してみると、空気調和装置のランニングコストは極めて
低くなる。しかしながら、自然循環サイクルを構成する
ために、冷媒を自然循環させるための配管と、圧縮機に
より強制循環する際に自然循環用の配管を閉にするため
にオンオフ動作可能なアクチュエータ付の制御弁と、さ
らにそれらの制御弁を制御する装置が必要となり、初期
導入コストは高くなる。

【０００７】そこで、本発明においては、ランニングコ
ストの低い自然循環併用機能を備えた空気調和装置を、
低コストで提供可能にすることを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】自然循環サイクルでは、
圧縮機を作動させないので、空調システム内の圧力は低
い。特に、凝縮器の器内圧は低くなる。したがって、器
内圧によって自然循環用の配管を開閉可能な弁を使用す
ることにより、アクチュエータ付の弁を使用しなくて
も、圧縮機のオンオフによりサイクルを自動的に切り替
えることができる。自然循環用の配管のガス側は、圧縮
機をバイパスする配管となるので加圧されたガスの流れ
を止める通常の逆止弁で良い。一方、液側は、圧縮機の
オンオフで流れは変わらないので、差圧により開閉する
弁を採用する必要がある。すなわち、本発明の空気調和
装置は、凝縮器を備えた室外ユニットと、この室外ユニ
ットより下に設置された室内ユニットであって、蒸発器
を備えた室内ユニットと、圧縮機を介して蒸発器と凝縮
器を接続する第１の管路と、第１の管路と並列に、圧縮
機の作動圧により閉となる第１の弁を介して蒸発器と凝
縮器を接続する第２の管路と、減圧機構を介して凝縮器
と蒸発器を接続する第３の管路と、この第３の管路と並
列に、圧縮機の作動圧により閉となり、圧縮機が作動し
ていないときに加わる液圧では開となる第２の弁を介し
て凝縮器と蒸発器を接続する第４の管路とを有する。

【０００９】この空気調和装置では、圧縮機を駆動する
と、その圧力により第１および第２の弁が自動的に閉
じ、冷媒は蒸発器、圧縮機、凝縮器、減圧機構および蒸
発器の通常の冷凍または冷却サイクルを循環する。これ
に対し、圧縮機を停止すると、器内圧が低下するので、
第１の弁は開となり、ガス側は自然循環可能になる。ま
た、第２の弁は、圧縮機が作動していないときに加わる
液圧では開となるので、圧縮機が作動しているときと液
状態の冷媒の流れの方向は変わらないが、液圧により自
然循環が可能になる。したがって、弁操作を行わなくて
も、圧縮機を停止するだけで冷媒が循環する経路が自動
的に形成され、自然循環サイクルによる冷房が可能とな
る。

【００１０】このため、本発明の空気調和装置では、圧
縮機の停止により第１および第２の弁が開いた状態で、
室内ファンおよび室外ファンを駆動する制御を採用する
ことにより自然循環による冷房が行われる。したがっ
て、アクチュエータ付の弁およびそれを制御する機構は
不要となり、自然循環併用機能を備えた空気調和装置
を、低コストで提供できる。

【００１１】弁体に小径の貫通孔を設けておくと、弁を
閉じた状態でこの貫通孔がキャピラリチューブや膨張弁
などと同様に減圧機構として作用する。したがって、第
３および第４の管路の代わりに、液圧では開となる第３
の弁であって、閉状態で減圧機能を備えた第３の弁を介
して凝縮器と蒸発器を接続する第５の管路を設けること
も可能である。この第５の管路を設けることにより、凝
縮器で液化された冷媒を蒸発器に導く管路を一つにでき
るので、本発明の空気調和装置をさらに低コストで提供
できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明をさ
らに詳しく説明する。図１および図２に本発明に係る空
気調和装置の概略を示してあり、図１は圧縮機を駆動し
て冷凍サイクル（圧縮機サイクル）により冷房運転を行
なっている状態を示し、図２は圧縮機を駆動しない自然
循環により冷房運転を行なっている状態を示している。
空気調和装置１は、室外ユニット２と、この室外ユニッ
ト２より下に設置される室内ユニット３とを有してい
る。室外ユニット２は、凝縮器４および室外ファン８を
備えている。室内ユニット３は、蒸発器５と、室内ファ
ン９と、アキュームレータ６と、圧縮機７と、室外ユニ
ット２を含めて空調装置１を制御する制御パネル１８を
備えている。これらの室外ユニット２および室内ユニッ
ト３はパッケージ化されていても良いし、室外ユニット
２と室内ユニット３が個別に設置されるセパレートタイ
プでも良い。

【００１３】空気調和装置１は、冷媒ガスを凝縮器４に
供給するために、アキュームレータ６および圧縮機７を
介して蒸発器５と凝縮器４を接続する第１の管路２１
と、この第１の管路２１と並列に、自然循環のために第
１の弁１１を介して蒸発器５と凝縮器４を接続する第２
の管路２２を備えている。また、液相の冷媒を蒸発器５
に供給するために、キャピラリチューブなどの減圧機構
１７を介して凝縮器４と蒸発器５を接続する第３の管路
２３と、この第３の管路２３と並列に、自然循環のため
に第２の弁１２を介して凝縮器４と蒸発器５を接続する
第４の管路２４とを備えている。したがって、第１の弁
１１および第２の弁１２が開閉されることにより、図２
に示した圧縮機７を経由させない自然循環サイクル（矢
印Ａ）と、図１に示した圧縮機７を経由させる圧縮機サ
イクル（矢印Ｂ）を切り替えることができる。

【００１４】制御パネル１８は、室外ユニット２に設置
されている室外ファン８と、室内ユニット３に設置され
ている室内ファン９と、圧縮機７とを制御する。制御パ
ネル１８は、室内センサ１９ａと室外センサ１９ｂによ
り、室内温度、室外（または外気）温度、さらには室内
と室外の温度差を検出し、これらの温度や温度差などの
条件に応じてファン８および９と圧縮機７をオンオフす
ることにより、冷房運転のオンオフと、自然循環サイク
ルと圧縮機サイクルとの切り替えを行う。

【００１５】図３に、圧縮機サイクルのときの第１の弁
１１および第２の弁１２の様子を示し、図４に、自然循
環サイクルのときの第１の弁１１および第２の弁１２の
様子を示してある。第１の弁１１および第２の弁１２
は、円筒状のバルブボディー１３と、このボディー１３
の中空部分１３ａに形成された弁座１４に対して接触
（閉）および乖離（開）する球状の弁体１５と、バルブ
ボディー１３に対して弁体１５を開方向に支持するばね
１６とを備えた逆止弁である。

【００１６】圧縮機７が稼動すると、蒸発器５でガス化
された冷媒ガスＲｇが１〜１．８Ｍｐａ程度に圧縮され
た状態で凝縮器４に供給される。このため、凝縮器４の
器内圧が上がり、図３（ａ）および（ｂ）に示すよう
に、第１の弁１１および第２の弁１２には、閉方向に圧
力が作用するので、第１の弁１１および第２の弁１２は
閉になる。したがって、配管２２および２４は閉とな
り、図１に示す圧縮機サイクルが成立する。

【００１７】一方、圧縮機７がオフとなり、凝縮器４の
器内圧が低下すると、第１の弁１１および第２の弁１２
は開になる。したがって、図４（ａ）に示すように、配
管２２では、ガス化状態の冷媒Ｒｇが第１の弁１１の順
方向に流れるので、配管２２を介して冷媒ガスが凝縮器
４に供給される。一方、第２の弁１２では、図４（ｂ）
に示すように、液相の冷媒Ｒｌが第２の弁１２の逆方向
に流れる。しかしながら、第２の弁１２は、凝縮器４か
ら配管２４に出力された液状の冷媒の圧力、すなわち、
液柱の圧力または液ヘッドに対抗して開状態が維持され
るようにばね１６の弾性係数が設定されている。したが
って、器内圧が低い状態では液相の冷媒Ｒｌは配管２４
を流れて蒸発器５に供給される。これにより、自然循環
サイクルが成立する。第２の弁１２には、凝縮器４と蒸
発器５との高低差にもよるが、０．７〜０．８Ｍｐａ程
度の液ヘッドが圧力として加わる。したがって、圧縮機
７が稼動しているときと、いないときでは１桁程度、第
２の弁１２に加わる圧力が異なるので、弁の開閉を制御
するには十分な圧力差が得られる。また、自然循環サイ
クルと圧縮機サイクルとでは器内圧が１桁以上異なるの
で、チャタリングを起こす心配もない。

【００１８】このように空気調和装置１では、サイクル
を切り替えるための第１の弁１１および第２の弁１２を
アクチュエータにより制御する必要がない。これら弁１
１および１２は、圧縮機７を駆動および停止することに
より、器内圧あるいは配管内の流体の圧力を介して自動
的に開閉される。このため、第１および第２の弁１１お
よび１２は、アクチュエータ付の弁である必要がなく、
また、これらの弁を開閉する制御系統は不要となる。単
に、圧縮機７をオンオフするだけで、自然循環サイクル
と、圧縮機サイクルとを切り替えることができる。した
がって、簡易な構成で自然循環併用機能を備えた空気調
和装置１を実現でき、ランニングコストだけではなく、
初期導入コストも低くすることができる。

【００１９】図５に本例の空調装置１の制御をフローダ
イアグラムで示してある。まず、ステップ５１でスイッ
チが入れられ、ステップ５２で室内温度が空調装置１を
全停する第１の設定温度より低くなければ、空調を開始
する。スイッチがオフになったり、室内温度が第１の設
定温度より低くなると、ステップ５３でシステムを全停
する。空調を開始する条件となり、ステップ５４で室内
温度が自然循環で対応できる程度の第２の設定温度以下
であり、さらに、ステップ５５で室外温度が室内温度よ
り、さらに、第３の設定温度以上低ければ、ステップ５
６で圧縮機７を稼動させずに、室外ファン８および室内
ファン９をオンする。これにより自然循環サイクルによ
る冷房が開始される。一方、ステップ５４で室内温度が
第２の設定温度より高く、ステップ５５で室内温度が低
くても室外温度がそれほど低くない場合は、ステップ５
７で圧縮機７をオンし、室外ファン８および室内ファン
９をオンする。これにより圧縮機サイクルによる冷房が
開始される。自然循環サイクルによる冷房中でも、ステ
ップ５４またはステップ５５の条件が満足されなけれ
ば、圧縮機７をオンするだけでステップ５７の圧縮機サ
イクルに移行する。また、圧縮機サイクルによる冷房中
でも、ステップ５４および５５の条件が満足されれば、
圧縮機７をオフするだけでステップ５６の自然循環サイ
クルに移行する。したがって、極めて簡単な制御で自然
循環サイクルと圧縮機サイクルとを切り替えることがで
きる。

【００２０】なお、減圧機構としては、キャピラリチュ
ーブや膨張弁などを用いることが可能であるが、弁体に
小径の貫通孔を設けておくことにより減圧機能を弁自体
に持たせることも可能である。図６に示すように、その
ような弁（第３の弁）２７を採用すると、液側の配管２
５を圧縮機サイクルと自然循環サイクルで共用すること
ができる。図７は第３の弁２７の概要を示してあり、弁
体１５に小径の貫通孔３８を設けた構成をしている。し
たがって、図７（ａ）に示すように、弁が閉のときは、
冷媒が小径の孔３８を通過することにより減圧され、減
圧機構として作用する。一方、図７（ｂ）に示すよう
に、弁が開のときは、弁体１５が弁座１４から離れるの
で、第５の管路２５が開き液化した冷媒が抵抗なく凝縮
器４から蒸発器５に供給され、自然循環サイクルが成立
する。

【００２１】以上では、自然循環サイクルと圧縮機サイ
クルとを切り替える弁としてボールタイプの逆止弁を利
用した例を示しているが、これに限定されるものではな
い。スイングタイプの逆止弁などの、差圧を利用してア
クチュエータなしで開閉することが可能な弁であればど
のようなタイプの弁でも利用することができる。

【００２２】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の空調装
置においては、圧縮機による圧力を利用して第１および
第２の弁を開閉し、圧縮機をオンオフするだけで圧縮機
サイクルと自然循環サイクルを切り替えできるようにし
ている。したがって、アクチュエータ付の弁およびそれ
を制御する制御機構を省き、ランニングコストの低い自
然循環併用の空気調和装置を低コストで提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る空気調和装置の概略を示す図であ
り、圧縮機サイクルにより冷媒を循環させている状態を
示す図である。

【図２】図１に示す空気調和装置において自然循環サイ
クルにより冷媒を循環させている状態を示す図である。

【図３】圧縮機サイクル時の第１および第２の弁の状態
を示す図である。

【図４】自然循環サイクル時の第１および第２の弁の状
態を示す図である。

【図５】図１に示す空気調和装置の冷凍サイクルの切替
制御を示すフローチャートである。

【図６】減圧機能を持った第３の弁が使用された空気調
和装置の概略を示す図である。

【図７】図６に示す空気調和装置の第３の弁の概略を示
す図である。

【図８】従来の空気調和装置の概略を示す図である。

【符号の説明】

１空気調和装置２室外ユニット３室内ユニット４凝縮器５蒸発器７圧縮機８室外ファン９室内ファン１１第１の弁１２第２の弁１７減圧機構２１第１の管路２２第２の管路２３第３の管路２４第４の管路２７第３の弁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】凝縮器を備えた室外ユニットと、この室外ユニットより下に設置される室内ユニットであ
って、蒸発器を備えた室内ユニットと、圧縮機を介して前記蒸発器と前記凝縮器を接続する第１
の管路と、この第１の管路に並列に、前記圧縮機の作動圧により閉
となる第１の弁を介して前記蒸発器と前記凝縮器を接続
する第２の管路と、減圧機構を介して前記凝縮器と前記蒸発器を接続する第
３の管路と、この第３の管路に並列に、前記圧縮機の作動圧により閉
となり、前記圧縮機が作動していないときに加わる液圧
では開となる第２の弁を介して前記凝縮器と前記蒸発器
を接続する第４の管路とを有する空気調和装置。
【請求項２】凝縮器を備えた室外ユニットと、この室外ユニットより下に設置される室内ユニットであ
って、蒸発器を備えた室内ユニットと、圧縮機を介して前記蒸発器と前記凝縮器を接続する第１
の管路と、この第１の管路に並列に、前記圧縮機の作動圧により閉
となる第１の弁を介して前記蒸発器と前記凝縮器を接続
する第２の管路と、前記圧縮機の作動圧により閉となり、前記圧縮機が作動
していないときに加わる液圧では開となる第３の弁であ
って、閉状態で減圧機能を備えた第３の弁を介して前記
凝縮器と前記蒸発器を接続する第５の管路とを有する空
気調和装置。
【請求項３】請求項１または２において、前記第１の
弁は逆止弁である空気調和装置。
【請求項４】請求項１において、前記室内ユニットは
室内ファンを備え、前記室外ユニットは室外ファンを備
えており、前記圧縮機の停止により前記第１および第２の弁が開い
た状態で、前記室内ファンおよび室外ファンを駆動可能
な制御手段を有する空気調和装置。
【請求項５】請求項２において、前記室内ユニットは
室内ファンを備え、前記室外ユニットは室外ファンを備えており、前記圧縮機の停止により前記第１および第３の弁が開い
た状態で、前記室内ファンおよび室外ファンを駆動可能
な制御手段を有する空気調和装置。
【請求項６】凝縮器および室外ファンを備えた室外ユ
ニットと、この室外ユニットより下に設置される室内ユ
ニットであって、蒸発器および室内ファンを備えた室内
ユニットと、圧縮機を介して前記蒸発器と前記凝縮器を
接続する第１の管路と、この第１の管路に並列に、前記
圧縮機の作動圧により閉となる第１の弁を介して前記蒸
発器と前記凝縮器を接続する第２の管路と、減圧機構を
介して前記凝縮器と前記蒸発器を接続する第３の管路
と、この第３の管路に並列に、前記圧縮機の作動圧によ
り閉となり、前記圧縮機が作動していないときに加わる
液圧では開となる第２の弁を介して前記凝縮器と前記蒸
発器を接続する第４の管路とを有する空気調和装置の制
御方法であって、前記圧縮機の停止により前記第１および第２の弁が開い
た状態で、前記室内ファンおよび室外ファンを駆動する
工程を有する空気調和装置の制御方法。
【請求項７】凝縮器および室外ファンを備えた室外ユ
ニットと、この室外ユニットより下に設置される室内ユ
ニットであって、蒸発器および室内ファンを備えた室内
ユニットと、圧縮機を介して前記蒸発器と前記凝縮器を
接続する第１の管路と、この第１の管路に並列に、前記
圧縮機の作動圧により閉となる第１の弁を介して前記蒸
発器と前記凝縮器を接続する第２の管路と、前記圧縮機
の作動圧により閉となり、前記圧縮機が作動していない
ときに加わる液圧では開となる第３の弁であって、閉状
態で減圧機能を備えた第３の弁を介して前記凝縮器と前
記蒸発器を接続する第５の管路とを有する空気調和装置
の制御方法であって、前記圧縮機の停止により前記第１および第３の弁が開い
た状態で、前記室内ファンおよび室外ファンを駆動する
工程を有する空気調和装置の制御方法。