JP2006057932A

JP2006057932A - 空気調和装置の制御方法

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Publication number: JP2006057932A
Application number: JP2004241075A
Authority: JP
Inventors: Yoshitomo Kamijo; 美朋上條
Original assignee: Denso Aircool Corp
Current assignee: Denso Aircool Corp
Priority date: 2004-08-20
Filing date: 2004-08-20
Publication date: 2006-03-02

Abstract

【課題】室内ユニットおよび室外ユニットの配置関係の制約を無くすことができ、室外と室内の温度差が小さくても室内を効率良く冷房できる空気調和装置を提供する。
【解決手段】圧縮機冷凍サイクルを実現するために、膨張弁２５と圧縮機１１とを有する空気調和装置１において、膨張弁２５をバイパスした状態で、圧縮機１１だけを低圧で動かして冷媒を強制的に循環させる強制循環サイクルを設ける。自然循環サイクルと同様に、冷媒を圧縮・膨張させずに循環させるが、冷媒を強制的に循環させるため、室内ユニットに対して室外ユニットを上方に設置することが可能となり、自然循環サイクルよりも温度差が小さくても室内を効率良く冷房することが可能になる。
【選択図】図２

Description

本発明は、制御盤の内部や携帯電話の基地局などの年間を通じて冷房運転を行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。

制御盤の内部、電算機室、携帯電話の基地局などの通信関連設備などにおいては、機器の発熱により環境温度が上昇し易いので、四季に関係なく年間を通じて冷房が必要になる。室内を空調するための装置として、冷媒を圧縮機により圧縮し、減圧機構により膨張させる冷凍サイクル（以降では、圧縮機冷凍サイクルと称する）で冷房運転する方法と、室内温度と室外温度との温度差に起因して生じる冷媒の比重差および室外機および室内機の高低差を利用して冷媒を自然循環させる自然循環サイクルで冷房運転する方法とを併用できる装置が知られている。このような空調機は特開２０００−３２０９１３号公報に開示されている。

図１０および図１１に圧縮機冷凍サイクルおよび自然循環サイクルを切り換えて運転できる空気調和装置の概略を示してある。図１０は、兼用の空気調和装置を圧縮機冷凍サイクルで運転しているときの冷媒の流れを示し、図１１は自然循環サイクルで運転しているときの冷媒の流れを示している。この空気調和装置１００は、凝縮器１２を備えた室外ユニット２と、蒸発器１３を備えた室内ユニット３とを有しており、室内ユニット３が室外ユニット２に対して低い位置に設置されている。この空気調和装置１００の蒸発器１３から凝縮器１２に冷媒を供給する側には、蒸発器１３で蒸発したガス冷媒を圧縮して凝縮器１２に供給する圧縮機１１が配置され、自然循環サイクルのときに圧縮機１１を切り離せるように電磁弁１５、アキュームレータ１６および逆止弁１７を介して圧縮機１１が蒸発器１３および凝縮器１２の間の配管２１に接続されている。さらに、自然循環サイクルのときに圧縮機１１をバイパスして冷媒を流すためのバイパス配管２３と、それを開閉する電磁弁２２とを備えている。

空気調和装置１００の凝縮器１２から蒸発器１３に冷媒を供給する側には、凝縮器１２で凝縮された液冷媒を減圧して蒸発器１３に供給するための減圧弁２５が凝縮器１２および蒸発器１３の間の配管２６に接続されている。さらに、自然循環サイクルのときに減圧弁２５をバイパスして冷媒を供給するためのバイパス配管２８と、それを開閉する電磁弁２７とを備えている。

この空気調和装置１００は、さらに、上述した圧縮機１１、圧縮機１１を切り離すための電磁弁１５、圧縮機１１をバイパスするための電磁弁２２、減圧弁２５、減圧弁２５をバイパスするための電磁弁２７などを制御する制御装置１１０を備えている。この制御装置１１０は、これらの手段を制御して圧縮機冷凍サイクルと自然循環サイクルとを切り換える。そのため、凝縮器１２の周囲の外気温度Ｔｏｕｔを外気用温度センサ３１により検出し、蒸発器１３の周囲の室内温度Ｔｉｎを室内用温度センサ３２により検出し、室内温度Ｔｉｎから外気温度Ｔｏｕｔを引いた温度差ΔＴが所定の値Ｔ１よりも小さくなると圧縮機冷凍サイクルに切り換え、温度差ΔＴが所定の値Ｔ２よりも大きくなると自然循環サイクルに切り換える。

図１０に示す圧縮機冷凍サイクルにおいては、制御装置１１０により、バイパス用の電磁弁２２および２７が閉じられ、圧縮機１１の電磁弁１５が開けられ、さらに、減圧弁２５を、冷媒を減圧する開度にセットされる。この状態で圧縮機１１により、冷媒を減圧弁２５で減圧される圧力以上に加圧して循環させることにより、圧縮機冷凍サイクルが成立する。同時に、室外ファン３３および室内ファン３４を駆動すると、圧縮されたガス冷媒が凝縮器１２で潜熱を放出して凝縮され、高温高圧の液冷媒となり、この液冷媒は減圧機構２５により減圧され低温低圧の湿り蒸気となって蒸発器１３に供給される。そして、蒸発器１３で急激に気化し、気化熱（潜熱）を吸収することにより周囲を冷却し、乾いたガス冷媒となって圧縮機１１に戻される。このような冷媒の循環サイクルにより室内が冷房される。

一方、図１１に示す自然循環サイクルにおいては、バイパス用の電磁弁２２および２７が開けられ、圧縮機１１の電磁弁１５が閉じられる。圧縮機１１は通常停止され、減圧弁２５は通常制御されないか不要なので閉じられる。これにより、冷媒が圧縮・減圧されずに、高低差および比重差だけで冷媒が循環する自然循環サイクルが成立する。室外ファン３３および室内ファン３４を駆動すると、温度差ΔＴが所定の値Ｔ２より大きい、すなわち、室外が室内よりも温度が低い状態になっているので、室外側の凝縮器１２では低温で冷媒が凝縮して液冷媒となり、室外ユニット２と室内ユニット３との高低差によって低い位置にある蒸発器１３に導かれる。そして、室内温度が高いので、蒸発器１３では冷媒が蒸発して気化熱により周囲を冷却する。さらに、ガス化した冷媒は比重差（機内圧の差）により、高い位置にある凝縮器１２に供給される。
特開２０００−３２０９１３号公報

圧縮機冷凍サイクルおよび自然循環サイクルを選択できる空気調和装置１００は、室外温度が室内温度に対して所定の値Ｔ２より低くなったときに自然循環サイクルに切り換えることにより、圧縮機１１を運転しないで室内を冷房できる。このため、消費電力を削減でき、年間を通してみるとランニングコストを低くできる。しかしながら、圧縮機冷凍サイクルおよび自然循環サイクルを併用するためには幾つか問題がある。

まず、室内ユニット３および室外ユニット２との配置の制約があり、圧縮機冷凍サイクルにより冷房するシステムの立場で見ると必ずしも経済的とは言えない。自然循環サイクルを実現するためには、室内ユニット３に対し室外ユニット２を高い位置に配置する必要がある。その際、圧縮機１１は発熱体になるので、冷房側となる室内ユニット３に含めることは冷却効率を阻害するので、室外ユニット２と共に高い位置に配置するか、あるいはさらに第３のユニットを設けて屋外に配置する構成になる。重量物である圧縮機を高い位置に配置するためにはサポートなどを考えると経済的ではないし、第３のユニットを設けることも経済的とは言えない。

また、室内ユニット３は屋外ユニット２に対して十分に低い位置に配置する必要があり、室内の床面に近い位置に配置されることになる。したがって、冷風が低い位置から吹き出されることになるので、室内に冷風を循環させる効率も悪い。ファン３４により上向きに噴出して循環させることは可能であるが、ファン３４が大型になり、ファンモータの熱負荷が増加する結果となり、経済的ではない。したがって、自然循環サイクルは、これらの点から考えると、必ずしも経済的なサイクルであるとは言えない。

さらに、自然循環サイクルでは配管による圧力損失も問題になる。冷媒の循環量を確保しようとして室外ユニット２と室内ユニット３との高低差を大きくすれば配管系統が長くなり、圧力損失が増す。したがって、大口径の配管が必要になり設備費用は増加する。

外気温が低下したときに自然循環サイクルに移行するが、自然循環サイクルでは、蒸発器の入口の液冷媒の温度がほぼ外気温であり、室内温度により液冷媒がガス化し、冷房のために十分な量の冷媒が循環するためには外気温と室内温度との温度差ΔＴが十分に大きくなければならない。一方、圧縮機冷凍サイクルにおいては、外気温が低下すると液冷媒の温度が低下するので、循環量を低下させる必要があり、冷媒の循環量が圧縮機の連続運転可能な範囲から外れると圧縮機をオンオフ運転するなどの方法を採用するために運転効率が大幅に低下する。したがって、自然循環サイクルは圧縮機冷凍サイクルでは運転効率が悪化する範囲をすべてカバーするものではなく、自然循環サイクルが成り立つ温度差ΔＴを超えて外気温が低下したときに利用できるにすぎない。このため、自然循環サイクルと圧縮機冷凍サイクルとを併用するシステムにおいては、温度差ΔＴが小さくて自然循環サイクルに移行できないときは、効率が悪くとも圧縮機冷凍サイクルにより冷房運転を行わざるを得ない。

そこで、本発明においては、これらの自然循環サイクルと圧縮機冷凍サイクルとを切り換えられる空気調和装置の問題を解決し、室内ユニットおよび室外ユニットの配置の制約を解消でき、圧縮機冷凍サイクルの運転効率が低下する範囲の運転効率を上げることができる空気調和装置およびその制御方法を提供することを目的としている。

本発明においては、凝縮器から出力された冷媒を減圧（膨張）して蒸発器に供給されるように冷媒を加圧（圧縮）して凝縮器に供給する圧縮機冷凍サイクル（第１のサイクル）と、凝縮器から出力された冷媒を減圧せずに蒸発器に供給すると共に、圧縮機をバイパスさせて冷媒を凝縮器に供給する自然循環サイクル（第３のサイクル）とは別に、あるいはそれに加えて、凝縮器から出力された冷媒を減圧せずに蒸発器に供給すると共に、冷媒を凝縮器に送出する強制循環サイクル（第２のサイクル）で動作する空気調和装置を提供する。強制循環サイクルにおいては、冷媒を強制的に減圧あるいは膨張させずに冷媒を循環する。このため、冷媒を送出する手段は、凝縮器と蒸発器の高低差および配管ロスをキャンセルして十分な量の冷媒が循環するのに必要な圧力で冷媒を送り出す。したがって、この強制循環サイクルであれば、温度差に関わらず冷房に十分な量の冷媒を強制的に循環させることができ、また、蒸発器が凝縮器に対して上方にある場合も強制的に冷媒を循環させることができる。このため、蒸発器と凝縮器の配置の制限をなくすことができ、また、圧縮機冷凍サイクルの運転効率が低下する温度差になったら強制循環サイクルに切り換えることにより運転効率の低下を避けることができる。さらに、凝縮器が蒸発器より上方に配置できるのであれば、自然循環サイクルが成立する温度差になったら、強制循環サイクルから自然循環サイクルに移行することも可能となる。

本発明の空気調和装置は、圧縮機冷凍サイクルを第１のサイクルとし、強制循環サイクルを第２のサイクルとして運転する空気調和装置を提供する。そのような空気調和装置は、第１のサイクルを構成する要素を制御することにより第２のサイクルに移行できる。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、蒸発器を備えた室内ユニットと、蒸発器から出力された冷媒を凝縮器に向けて送り出す送出手段と、凝縮器から出力された冷媒の圧力を蒸発器の上流で制御する圧力制御手段と、圧力制御手段および送出手段を制御する制御手段とを有し、この制御手段は、圧力制御手段により凝縮器から出力された冷媒が減圧された状態で蒸発器に供給されるように送出手段により冷媒を加圧して凝縮器に供給する第１のサイクルと、圧力制御手段により凝縮器から出力された冷媒を減圧せずに蒸発器に供給し、送出手段により冷媒を凝縮器に供給する第２のサイクルとを切り換えて制御する。

したがって、本発明の空気調和装置の制御方法は、圧力制御手段により凝縮器から出力された冷媒が減圧された状態で蒸発器に供給されるように送出手段により冷媒を加圧して凝縮器に供給する第１のサイクルで冷媒が循環するように、圧力制御手段および送出手段を制御する第１の工程と、圧力制御手段により凝縮器から出力された冷媒を減圧せずに蒸発器に供給し、送出手段により冷媒を凝縮器に供給する第２のサイクルで冷媒が循環するように、圧力制御手段および送出手段を制御する第２の工程とを有する。第１のサイクルと第２のサイクルとを、蒸発器の周囲の内部温度と凝縮器の周囲の外部温度との温度差により切り換えることにより、圧縮機冷凍サイクルである第１のサイクルの運転効率が低下する条件になったときに強制循環サイクルである第２のサイクルを開始し、空気調和装置の運転効率の低下を防止できる。

送出手段の好適な例はコンプレッサであり、圧縮機冷凍サイクルの低負荷運転においては、高差圧低流量の連続運転が難しい状態になるのに対し、強制循環サイクルであると低負荷でも低差圧の運転条件になるので回転数を下げるなどの方法によりコンプレッサを連続的に運転することが可能となる。送出手段は、コンプレッサとポンプの組み合わせで実現することも可能である。圧力制御手段は、減圧弁あるいは膨張弁と、それらをバイパスする配管と、バイパス配管を開閉する自動弁との組み合わせにより実現できる。減圧弁あるいは膨張弁の開度を実質的に冷媒を減圧しない程度まで強制的に開けることによりバイパス配管と同等の機能を持たせることも可能である。

また、この強制循環サイクルは、室内ユニットを室外ユニットに対して高い位置に配置することが可能であり、室内の冷気の循環効率を向上できる。室外ユニットを低い位置に設置できるので、コンプレッサのような送出手段を室外ユニットに含めて低い位置に設置することが可能となり、ユニットの配置が容易で、様々な面において低コストで冷却効率の高い空気調和装置を提供できる。

強制循環サイクルに切換可能な空気調和装置は、室外ユニットを室内ユニットに対して高い位置に配置することも可能である。この場合、本発明の空気調和装置は、さらに、送出手段をバイパスして蒸発器から出力された冷媒を凝縮器に供給する送出バイパス手段を設けることにより、自然循環サイクルを第３のサイクルとして実行することが可能である。制御手段は、圧力制御手段により凝縮器から出力された冷媒を減圧せずに蒸発器に供給し、送出バイパス手段により冷媒を凝縮器に供給する第３のサイクルへ切り換えることにより、強制循環サイクルから自然循環サイクルにさらに移行することができる。そのような空気調和装置の制御方法は、第１および第２の工程に加え、圧力制御手段により凝縮器から出力された冷媒を減圧せずに蒸発器に供給し、送出バイパス手段により冷媒を前記凝縮器に供給する第３のサイクルで冷媒が循環するように、圧力制御手段および送出バイパス手段を制御する第３の工程を備えている。

第１のサイクル、第２のサイクルおよび第３のサイクルは、蒸発器の周囲の内部温度と凝縮器の周囲の外部温度との温度差により切り換えることが可能であり、自然循環サイクルが成立する条件になったら自然循環サイクルに切り換えることにより、さらに運転効率を改善できる。

このように、本発明の空気調和装置およびその制御方法を採用することにより、圧縮機冷凍サイクルに加えて強制循環サイクルを第２のサイクルとして備えた空気調和装置を提供できる。強制循環サイクルは、外気温が室内温度よりも低下した程度で温度差がそれほどない、圧縮機冷凍サイクルの運転効率が低下し、自然循環サイクルは稼動しない条件において、冷却サイクルを効率よく運転できる。このため、圧縮機冷凍サイクルと自然循環サイクルとの境界の空気調和装置を効率よく運転できない条件の温度範囲において強制循環サイクルを用いることにより、さらに、広範囲の温度条件において運転効率の良い空気調和装置を提供できる。したがって、通年で、外気温が低い条件でも室内を冷却する必要がある、制御盤用の空気調和装置に本発明は適している。

さらに、冷媒を強制循環するので、室内ユニットと室外ユニットとの上下関係の制限はなく、圧縮機冷凍サイクルと強制循環サイクルとの組み合わせで、通年にわたり冷房する制御盤クーラであれば、圧縮機冷凍サイクルだけの空気調和装置と同様に室内ユニットを高い位置に配置することが可能となる。また、室外ユニットを地上に配置できるので、圧縮機などの重量物を室外ユニットに含めて屋外に配置することが容易となる。さらに、自然循環サイクルを使用しないのであれば、配管径や配管レイアウトも容易となり、フレキシブルな配置が可能であり、さらに、通年にわたり運転効率の高い空気調和装置を提供できる。

以下に図面を参照して本発明を更に詳しく説明する。図１および図２に本発明に係る空気調和装置１の概略構成を示してある。なお、空気調和装置１を構成する圧縮機などの機器のうち、先に図１０および図１１により説明した空気調和装置１００と共通する機器については、同一の符号を付してある。この空気調和装置１は、蒸発器１３およびファン３４を備えた室内ユニット３と、凝縮器１２およびファン３３を備えた室外ユニット２とを有し、室外ユニット２に対して室内ユニット３が高い位置に設置されている。さらに、室外ユニット２は、蒸発器１３から凝縮器１２に対して冷媒を圧縮して供給するコンプレッサ１１を備えている。また、室内ユニット３は、凝縮器１２から蒸発器１３に対して冷媒を減圧（膨張）させて供給する減圧弁２５と、減圧弁２５をバイパスするためのバイパス配管２８とそのバイパス配管２８をオンオフするための電磁弁２７とを備えている。この空気調和装置１の制御ユニット４０は、室内ユニット３に収納されており、コンプレッサ１１、減圧弁２５および電磁弁２７などを制御する。さらに、室外ユニット２は、凝縮器１２の周囲の外気温度または室外温度Ｔｏｕｔを検出する室外用温度センサ３１を備えており、室内ユニット３は、蒸発器１３の周囲の内部温度または室内温度Ｔｉｎを検出する室内用温度センサ３２を備えている。

この空気調和装置１は、２つのサイクルを構成するように冷媒を流すことができる。第１のサイクルは、図１に示した圧縮機冷凍サイクルＳ１である。この圧縮機冷凍サイクルＳ１においては、電磁弁２７によりバイパス配管２８がオフになっているので、冷媒は減圧弁（膨張弁）２５により減圧・膨張されて蒸発器１３に供給される。そのため、コンプレッサ１１は、減圧弁２５により減圧されるように冷媒を加圧（圧縮）して凝縮器１２に供給する。したがって、この圧縮機冷凍サイクルＳ１においては、コンプレッサ１１と減圧弁２５により、凝縮器１２の側の冷媒は高圧に、蒸発器１３の側の冷媒は低圧になるように制御される。

第２のサイクルは、図２に示した強制循環サイクルＳ２である。この強制循環サイクルＳ２においては、電磁弁２７によりバイパス配管２８が開くので、冷媒は減圧弁２５により減圧されずに蒸発器１３に供給される。そのため、コンプレッサ１１は、減圧弁により減圧されない状態で冷媒が循環するように冷媒を凝縮器１２に供給する。すなわち、凝縮器１２により凝縮された液冷媒が、上方の蒸発器１３に供給されるようにヘッドロスおよび配管ロスなどの圧力損失を補完する圧力で冷媒を凝縮器１２に送り出す。したがって、この強制循環サイクルＳ２においては、凝縮器１２と蒸発器１３の冷媒の圧力に強制的な差はなく、冷媒を循環するために必要な主にヘッド差による圧力差が存在するだけになる。

図３に制御装置４０の概略構成を示してある。制御装置４０は、ＲＯＭに予め記憶されたプログラムをＣＰＵにより実行することにより実現することが可能である。制御装置４０は、室内温度Ｔｉｎと室外温度Ｔｏｕｔとから温度差ΔＴ（Ｔｉｎ−Ｔｏｕｔ）を算出する温度差算出部４５と、温度差ΔＴに基づき冷媒を循環させるサイクルを決定するサイクル決定部４６と、決定されたサイクルで冷媒が流れるように電磁弁２７などを制御してサイクルを切り換えるサイクル切り換え部４７と、各サイクルにおいて圧縮機１１の吐出圧力を調整したり、膨張弁２５の弁開度を制御したりする個別制御部４８とを備えている。

サイクル決定部４６は、温度差ΔＴが所定の値Ｔ１（例えば２℃）になると圧縮機冷凍サイクルＳ１と強制循環サイクルＳ２との切り換えを決定する。サイクル切り換え部４７は、圧縮機冷凍サイクルＳ１で冷媒を流すための配管系統などの構成情報４１と、強制循環サイクルＳ２で冷媒を流すための配管系等などの構成情報４２を備えており、サイクル決定部４６の指示により、電磁弁２７などを制御してサイクルを切り換える。主な構成の相違は図４に示す通りであり、例えば、強制循環サイクルＳ２への切り換えが指示されると、電磁弁２７をオンしてバイパス配管２８を開にし、膨張弁２５を閉じ、さらに、インバータにより圧縮機１１の回転数を制御することにより、圧縮機１１から吐出されるガス冷媒の圧力を調整する。

その制御をフローチャートで記載すると図５のようになる。ステップ５１において、温度差算出部４５により算出された温度差ΔＴが２℃以上で、ステップ５２において、現在のサイクルが強制循環サイクルＳ２でなければ、サイクル決定部４６により強制循環サイクルＳ２への切り換えが決定され、ステップ５３において、サイクル切り換え部４７により強制循環サイクルＳ２に空気調和装置１の構成が切り換えられる。そして、ステップ５４において強制循環サイクルＳ２の運転が行われる。

一方、ステップ５１において、温度差算出部４５により算出された温度差ΔＴが２℃よりも低く、ステップ５５において、現在のサイクルが圧縮機冷凍サイクルＳ１でなければ、サイクル決定部４６により圧縮機冷凍サイクルＳ１への切り換えが決定され、ステップ５６において、サイクル切り換え部４７により圧縮機冷凍サイクルＳ１に空気調和装置１の構成が切り換えられる。そして、ステップ５７において圧縮機冷凍サイクルＳ１の運転が行われる。

圧縮機冷凍サイクルＳ１においては、コンプレッサ１１により冷媒が圧縮され、膨張弁２５により冷媒が膨張される公知の冷却または冷凍サイクルＳ１により室内が冷房される。これに対して、強制循環サイクルＳ２においては、コンプレッサ１１は、冷媒を凝縮器１２から蒸発器１３に押し上げるのに十分な程度に加圧するだけであり、冷媒の循環量を確保するためのポンプとして機能する。蒸発器１３が上、凝縮器１２が下に設置された空気調和装置１においては、コンプレッサ１１により冷媒を循環させることにより、室外温度Ｔｏｕｔは室内温度Ｔｉｎよりも低いので冷媒を凝縮器１２で凝縮させて潜熱を放出させ、その冷媒を蒸発器１３で蒸発させて室内を冷却する冷却または冷凍サイクルを形成できる。したがって、冷媒を搬送するために電力消費が若干発生するが、圧縮機冷凍サイクルＳ１のみで運転される空気調和装置と同じ室内ユニット３および室外ユニット２の配置で、自然循環サイクルと同様に冷媒の圧縮膨張を伴わない冷却サイクルを実現できる。

このため、圧縮機冷凍サイクルＳ１と自然循環サイクルとを切り換える空気調和装置におけるディメリットを、本発明の空気調和装置１によりほぼ解消できる。すなわち、自然循環サイクルでは、室内ユニット３を室外ユニット２よりも低い位置に設置するために、冷風を下側から吹き出さざるを得ないが、強制循環サイクルＳ２ではそのような制限はない。また、圧縮機冷凍サイクルＳ１では必要となり、自然循環サイクルでは不要なコンプレッサ１１の設置場所も問題となるが、強制循環サイクルＳ２では、室外ユニット２を下に設置できるので、圧縮機冷凍サイクルＳ１のみの空気調和装置と同じ配置を採用できる。

圧縮機冷凍サイクルと自然循環サイクルとを切り換えるタイプの空気調和装置において、強制循環サイクルをさらに設けて切り換えるようにすることも可能である。図６に、そのタイプの空気調和装置１ａの概略構成を示してある。この空気調和装置１ａは、図１０および図１１において説明した空気調和装置１００と基本的には同じ構成である。したがって、コンプレッサ１１を切り離すためのバルブ１５および１７と、コンプレッサ１１をバイパスして冷媒を流す配管２３およびそれをオンオフする自動弁２２とを備えており、コンプレッサ１１を使用する圧縮機冷凍サイクル（第１のサイクル）に加え、膨張弁２５をバイパスし、さらに、コンプレッサ１１をバイパスして冷媒の比重差とヘッド差とを用いて冷媒を循環する自然循環サイクル（第３のサイクル）Ｓ３で運転できる。さらに、バイパス配管２８により膨張弁２５をバイパスして冷媒を蒸発器１３に供給する状態で、コンプレッサ１１を切り離さずに、コンプレッサ１１を冷媒ポンプとして使用することにより強制循環サイクル（第２のサイクル）Ｓ２でも運転することができる。

図７に、制御装置４０ａの概略を示してある。制御装置４０ａのサイクル決定部４６は、温度差ΔＴが第１の設定値Ｔ１（例えば２℃）で、圧縮機冷凍サイクルＳ１と強制循環サイクルＳ２とを切り換え、温度差ΔＴが第２の設定値Ｔ２（例えば１０℃）で、強制循環サイクルＳ２と自然循環サイクルＳ３とを切り換える決定を行う。サイクル切り換え部４７は、図８に示すように、構成情報４１および４２に加えて、冷媒を自然循環サイクルで流すための構成情報４３をさらに備えており、サイクル決定部４６の指示によりサイクルを切り換える。そして、個別制御部４８は、切り換えられたサイクルを維持するように個々の機器を制御する。

したがって、この空気調和装置１ａの制御は図９に示すように行われる。温度差ΔＴが１０℃以下のときは、図５に示したのと同様に制御される。ステップ６１において、温度差算出部４５により算出された温度差ΔＴが１０℃より低いと判断されると、ステップ６２において、現在のサイクルが自然循環サイクルＳ３でなければ、サイクル決定部４６により自然循環サイクルＳ３への切り換えが決定され、ステップ６３において、サイクル切り換え部４７により自然循環サイクルＳ３に空気調和装置１ａの構成が切り換えられる。そして、ステップ６４において自然循環サイクルＳ２の運転が行われる。

自然循環で冷媒が循環する温度差ΔＴを超えれば、自然循環サイクルＳ３に移行することにより冷媒を送出する電力をセーブできるので、さらに運転効率が向上する。そして、圧縮機冷凍サイクルＳ１では運転効率が低下する温度帯は、強制循環サイクルＳ２により冷媒を循環させることにより、運転効率の向上を図ることができる。したがって、この空気調和装置１ａは、運転効率のより良い温度範囲がさらに広く、省エネルギー型の空気調和装置となり、制御盤クーラとしての用途に適している。その一方で、自然循環サイクルを実現するためには室外ユニットは室内ユニットよりも高い位置に設置する必要があり、自然循環サイクルの制約を残したシステムとなってしまう。

なお、上述した温度差ΔＴによりサイクルを切り換える数値Ｔ１およびＴ２は例示であり、これらの数値に限定されるものではない。また、冷媒の圧力を制御する機構として減圧弁（膨張弁）２５と、それをバイパスする配管とを備えた例を示してあるが、バルブ開度を、実質的に冷媒を減圧しない程度まで十分に大きく制御することができる電子膨張弁などであれば、膨張弁を強制開にすることによりバイパスとしての機能を果たさせることも可能である。

本発明に係る空気調和装置の概略を示す図であり、圧縮機冷凍サイクル（第１のサイクル）の冷媒の流れを示す図である。本発明に係る空気調和装置の概略を示す図であり、強制循環サイクル（第２のサイクル）の冷媒の流れを示す図である。空気調和装置の制御装置の概略を示す図である。各々の循環サイクルにおける圧縮機や弁の状態を示す図である。図１に示す空気調和装置における循環サイクルの切換処理を示すフローチャートである。異なる空気調和装置の概略を示す図であり、強制循環サイクル（第２のサイクル）の冷媒の流れを示す図である。図６に示す空気調和装置の制御装置の概略を示す図である。図６に示す空気調和装置における各々の循環サイクルにおける圧縮機や弁の状態を示す図である。図６に示す空気調和装置における循環サイクルの切換処理を示すフローチャートである。従来の空気調和装置の概略を示す図であり、圧縮機冷凍サイクルの冷媒の流れを示す図である。従来の空気調和装置の概略を示す図であり、自然循環サイクルの冷媒の流れを示す図である。

符号の説明

１、１ａ空気調和装置
１１圧縮機
１５、２２、２７電磁弁
２５減圧弁
Ｓ１圧縮機冷凍サイクル（第１のサイクル）
Ｓ２強制循環サイクル（第２のサイクル）
Ｓ３自然循環サイクル（第３のサイクル）

Claims

凝縮器を備えた室外ユニットと、蒸発器を備えた室内ユニットと、前記蒸発器から出力された冷媒を前記凝縮器に向けて送り出す送出手段と、前記凝縮器から出力された冷媒の圧力を前記蒸発器の上流で制御する圧力制御手段とを有する空気調和装置の制御方法であって、
前記圧力制御手段により前記凝縮器から出力された前記冷媒が減圧された状態で前記蒸発器に供給されるように前記送出手段により前記冷媒を加圧して前記凝縮器に供給する第１のサイクルで冷媒が循環するように、前記圧力制御手段および前記送出手段を制御する第１の工程と、
前記圧力制御手段により前記凝縮器から出力された前記冷媒を減圧せずに前記蒸発器に供給し、前記送出手段により前記冷媒を前記凝縮器に供給する第２のサイクルで冷媒が循環するように、前記圧力制御手段および前記送出手段を制御する第２の工程とを有する空気調和装置の制御方法。
請求項１において、前記蒸発器の周囲の内部温度と前記凝縮器の周囲の外部温度との温度差により、前記第１の工程と前記第２の工程とを切り換える工程を有する空気調和装置の制御方法。
請求項１において、当該空気調和装置は、さらに、前記送出手段をバイパスして前記蒸発器から出力された冷媒を前記凝縮器に供給する送出バイパス手段を有し、
前記圧力制御手段により前記凝縮器から出力された前記冷媒を減圧せずに前記蒸発器に供給し、前記送出バイパス手段により前記冷媒を前記凝縮器に供給する第３のサイクルで冷媒が循環するように、前記圧力制御手段および前記送出バイパス手段を制御する第３の工程を有する空気調和装置の制御方法。
請求項３において、前記蒸発器の周囲の内部温度と前記凝縮器の周囲の外部温度との温度差により、前記第１の工程、前記第２の工程および前記第３の工程を切り換える工程を有する空気調和装置の制御方法。
凝縮器を備えた室外ユニットと、
蒸発器を備えた室内ユニットと、
前記蒸発器から出力された冷媒を前記凝縮器に向けて送り出す送出手段と、
前記凝縮器から出力された冷媒の圧力を前記蒸発器の上流で制御する圧力制御手段と、
前記圧力制御手段および前記送出手段を制御する制御手段とを有し、
この制御手段は、前記圧力制御手段により前記凝縮器から出力された前記冷媒が減圧された状態で前記蒸発器に供給されるように前記送出手段により前記冷媒を加圧して前記凝縮器に供給する第１のサイクルと、前記圧力制御手段により前記凝縮器から出力された前記冷媒を減圧せずに前記蒸発器に供給し、前記送出手段により前記冷媒を前記凝縮器に供給する第２のサイクルとを切り換えて制御する、空気調和装置。
請求項５において、前記制御手段は、前記蒸発器の周囲の内部温度と前記凝縮器の周囲の外部温度との温度差により、前記第１のサイクルと前記第２のサイクルとを切り換える、空気調和装置。
請求項５において、前記室内ユニットは前記室外ユニットに対して高い位置に配置されている空気調和装置。
請求項５において、前記送出手段は前記室外ユニットに配置されている空気調和装置。
請求項５において、当該空気調和装置は、さらに、前記送出手段をバイパスして前記蒸発器から出力された冷媒を前記凝縮器に供給する送出バイパス手段を有し、
前記制御手段は、前記圧力制御手段により前記凝縮器から出力された前記冷媒を減圧せずに前記蒸発器に供給し、前記送出バイパス手段により前記冷媒を前記凝縮器に供給する第３のサイクル、前記第１のサイクルおよび前記第２のサイクルを切り換える、空気調和装置。
請求項９において、前記制御手段は、前記蒸発器の周囲の内部温度と前記凝縮器の周囲の外部温度との温度差により、前記第１のサイクル、前記第２のサイクルおよび前記第３のサイクルを切り換える、空気調和装置。