JP2014126289A - 空気調和システム - Google Patents

Abstract

【課題】蒸気圧縮式冷房運転と自然循環式冷房運転とを切り換えて室内の冷房を行うことが可能な空気調和システムにおいて、いずれの冷房運転においても、室内熱交換器を流れる冷媒の流量の制御性を良好に保つことができるようにする。
【解決手段】冷媒回路（１０）には、流量調節弁として、蒸気圧縮式冷房運転の際に開度調節されることで室内熱交換器（５３ａ、５３ｂ）を流れる冷媒の流量を調節する蒸気圧縮用流量調節弁（５１ａ、５１ｂ）と、自然循環式冷房運転の際に開度調節されることで室内熱交換器（５３ａ、５３ｂ）を流れる冷媒の流量を調節する自然循環用流量調節弁（５２ａ、５２ｂ）とが、互いに並列接続された状態で設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和システム、特に、蒸気圧縮式冷房運転と自然循環式冷房運転とを切り換えて室内の冷房を行うことが可能な空気調和システムに関する。

従来より、特許文献１（特開２００３−３２９３１７号公報）に示すように、蒸気圧縮式冷房運転と自然循環式冷房運転とを切り換えて室内の冷房を行うことが可能な空気調和システムがある。具体的には、空気調和システムは、圧縮機、室外熱交換器、流量調節弁、室内熱交換器が接続されることによって構成された冷媒回路を有している。空気調和システムは、圧縮機を運転することによって圧縮機、室外熱交換器、流量調節弁、室内熱交換器の順に冷媒を循環させる蒸気圧縮式冷房運転を行うことが可能である。また、空気調和システムは、圧縮機を停止した状態で室外熱交換器、流量調節弁、室内熱交換器の順に冷媒を循環させる自然循環式冷房運転を蒸気圧縮式冷房運転と切り換えて行うことが可能である。

上記従来の空気調和システムでは、蒸気圧縮式冷房運転時には流量調節弁の前後差圧が大きく、自然循環式冷房運転時には流量調節弁の前後差圧が小さい。このため、蒸気圧縮式冷房運転時及び自然循環式冷房運転時の両方で同じ流量調節弁を使用して室内熱交換器を流れる冷媒の流量を制御しようとすると、制御性を良好に保つことができなくなる。例えば、前後差圧が大きい蒸気圧縮式冷房運転に適した流量調節弁を選定すると、自然循環式冷房運転時において、流量調節弁の開度を全開付近で制御しなければならなくなり、室内熱交換器を流れる冷媒の流量の制御性を良好に保つことができなくなる。また、前後差圧が小さい自然循環式冷房運転に適した流量調節弁を選定すると、蒸気圧縮式冷房運転時において、流量調節弁の開度を全閉付近で制御しなければならなくなり、室内熱交換器を流れる冷媒の流量の制御性を良好に保つことができなくなる。

本発明の課題は、蒸気圧縮式冷房運転と自然循環式冷房運転とを切り換えて室内の冷房を行うことが可能な空気調和システムにおいて、いずれの冷房運転においても、室内熱交換器を流れる冷媒の流量の制御性を良好に保つことができるようにすることにある。

第１の観点にかかる空気調和システムは、圧縮機、室外熱交換器、流量調節弁、室内熱交換器が接続されることによって構成された冷媒回路を有しており、蒸気圧縮式冷房運転と自然循環式冷房運転とを切り換えて室内の冷房を行うことが可能である。蒸気圧縮式冷房運転は、圧縮機を運転することによって圧縮機、室外熱交換器、流量調節弁、室内熱交換器の順に冷媒を循環させる冷房運転である。自然循環式冷房運転は、圧縮機を停止した状態で室外熱交換器、流量調節弁、室内熱交換器の順に冷媒を循環させる冷房運転である。そして、冷媒回路には、流量調節弁として、蒸気圧縮式冷房運転の際に開度調節されることで室内熱交換器を流れる冷媒の流量を調節する蒸気圧縮用流量調節弁と、自然循環式冷房運転の際に開度調節されることで室内熱交換器を流れる冷媒の流量を調節する自然循環用流量調節弁とが、互いに並列接続された状態で設けられている。

ここでは、蒸気圧縮用流量調節弁として、前後差圧が大きい蒸気圧縮式冷房運転に適した流量調節弁を選定し、自然循環用流量調節弁として、前後差圧が小さい自然循環式冷房運転に適した流量調節弁を選定することができるようになる。このため、蒸気圧縮式冷房運転時には蒸気圧縮用流量調節弁を使用することによって、また、自然循環式冷房運転時には自然循環用流量調節弁を使用することによって、制御性が良好な開度範囲で室内熱交換器を流れる冷媒の流量を調節することができる。

これにより、ここでは、蒸気圧縮式冷房運転及び自然循環式冷房運転のいずれにおいても、室内熱交換器を流れる冷媒の流量の制御性を良好に保つことができる。

第２の観点にかかる空気調和システムは、第１の観点にかかる空気調和システムにおいて、自然循環用流量調節弁の定格Ｃｖ値が、蒸気圧縮用流量調節弁の定格Ｃｖ値よりも大きい。

ここでは、自然循環用流量調節弁として、定格Ｃｖ値が蒸気圧縮用流量調節弁の定格Ｃｖ値よりも大きいものを選定している。例えば、自然循環用流量調節弁として、蒸気圧縮用流量調節弁の定格Ｃｖ値よりも２倍以上大きい定格Ｃｖ値を有するものを選定している。このような場合において、１つの流量調節弁だけで室内熱交換器を流れる冷媒の流量を調節しようとすると、制御性を良好に保つことが難しくなる。

しかし、ここでは、上記のように、流量調節弁として、蒸気圧縮用流量調節弁と自然循環用流量調節弁とを互いに並列接続された状態で設けるようにしているため、蒸気圧縮式冷房運転及び自然循環式冷房運転のいずれにおいても、室内熱交換器を流れる冷媒の流量の制御性を良好に保つことができる。

以上の説明に述べたように、本発明によれば、以下の効果が得られる。

第１及び第２の観点にかかる空気調和システムでは、蒸気圧縮式冷房運転及び自然循環式冷房運転のいずれにおいても、室内熱交換器を流れる冷媒の流量の制御性を良好に保つことができる。

本発明の一実施形態にかかる空気調和システムの概略構成図である。 空気調和システムの制御ブロック図である。 蒸気圧縮式暖房運転時における空気調和システム内の冷媒の流れを示す図である。 蒸気圧縮式冷房運転時における空気調和システム内の冷媒の流れを示す図である。 自然循環式冷房運転時における空気調和システム内の冷媒の流れを示す図である。 変形例にかかる空気調和システムの概略構成図である。 変形例にかかる空気調和システムの制御ブロック図である。

以下、本発明にかかる空気調和システムの実施形態及びその変形例について、図面に基づいて説明する。尚、本発明にかかる空気調和システムの具体的な構成は、下記の実施形態及びその変形例に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

（１）空気調和システムの構成
図１は、本発明の一実施形態にかかる空気調和システム１の概略構成図である。

空気調和システム１は、圧縮機２１（後述）を運転して行う蒸気圧縮式冷房運転と圧縮機２１を停止した状態で行う自然循環式冷房運転とを切り換えて室内の冷房を行うことが可能な装置である。また、ここでは、空気調和システム１は、圧縮機２１を運転して行う蒸気圧縮式暖房運転によって室内の暖房を行うことが可能な装置でもある。空気調和システム１は、主として、室外ユニット２と、室外ユニット２よりも下方に配置された複数（ここでは、２台）の室内ユニット５ａ、５ｂとが接続されることによって構成されている。例えば、室外ユニット２は、建物の屋上等に配置されており、室内ユニット５ａ、５ｂは、建物の室内等に配置されている。ここで、室外ユニット２と室内ユニット５ａ、５ｂとは、液冷媒連絡管６及びガス冷媒連絡管７を介して接続されている。すなわち、空気調和システム１の冷媒回路１０は、室外ユニット２と、室内ユニット５ａ、５ｂとが冷媒連絡管６、７を介して接続されることによって構成されている。また、冷媒回路１０には、冷媒とともに、圧縮機２１の潤滑のための冷凍機油が封入されている。

＜室内ユニット＞
室内ユニット５ａ、５ｂは、上記のように、建物の室内等に設置されている。室内ユニット５ａ、５ｂは、冷媒連絡管６、７を介して、互いが並列に接続されるとともに室外ユニット２に接続されており、室外ユニット２との間で冷媒回路１０を構成している。尚、ここでは、室内ユニット５ａ、５ｂが２台であるが、３台以上の室内ユニットが並列に接続されていてもよい。

次に、室内ユニット５ａ、５ｂの構成について説明する。尚、室内ユニット５ａと室内ユニット５ｂとは同様の構成であるため、ここでは、室内ユニット５ａの構成だけを説明し、室内ユニット５ｂの構成については、室内ユニット５ａの各部を示す添字「ａ」を「ｂ」に読み替えるものとして、説明を省略する。

室内ユニット５ａは、主として、２つの室内流量調節弁５１ａ、５２ａと、室内熱交換器５３ａとを有している。

−室内流量調節弁−
室内流量調節弁５１ａ、５２ａは、いずれも開度調節されることで室内熱交換器５３ａを流れる冷媒の流量を調節する弁である。ここで、第１室内流量調節弁５１ａは、蒸気圧縮式暖房運転及び蒸気圧縮式冷房運転の際に開度調節されることで室内熱交換器５３ａを流れる冷媒の流量を調節する蒸気圧縮用の流量調節弁である。また、第２室内流量調節弁５２ａは、自然循環式冷房運転の際に開度調節されることで室内熱交換器５３ａを流れる冷媒の流量を調節する自然循環用の流量調節弁である。そして、室内流量調節弁５１ａ、５２ａは、互いに並列接続された状態で設けられている。また、第２室内流量調節弁５２ａとしては、定格Ｃｖ値が第１室内流量調節弁５１ａの定格Ｃｖ値よりも大きいもの（ここでは、定格Ｃｖ値が２倍以上大きいもの）が選定されている。室内流量調節弁５１ａ、５２ａは、室内熱交換器５３ａの液側の端部に接続された室内ユニット液冷媒管５４ａに設けられている。具体的には、室内ユニット液冷媒管５４ａは、２つに並列分岐されており、その一方に第１室内流量調節弁５１ａが設けられており、その他方に第２室内流量調節弁５２ａが設けられている。そして、室内ユニット５ａは、室内ユニット液冷媒管５４ａの室内流量調節弁５１ａ、５２ａの液側の端部に近い側の端部が、液冷媒連絡管６に接続されている。

−室内熱交換器−
室内熱交換器５３ａは、蒸気圧縮式暖房運転時には圧縮機２１によって圧縮された冷媒を放熱させ、蒸気圧縮式冷房運転時には第１室内流量調節弁５１ａによって流量調節された冷媒を蒸発させ、自然循環式冷房運転時には第２室内流量調節弁５２ａによって流量調節された冷媒を蒸発させる熱交換器である。室内熱交換器５３ａは、空調対象となる空間の室内空気を加熱源又は冷却源として、冷媒の蒸発又は放熱を行うようになっている。室内熱交換器５３ａの液側の端部は、上記のように、室内ユニット液冷媒管５４ａに接続されており、室内熱交換器５３ａのガス側の端部は、室内ユニットガス冷媒管５５ａに接続されている。室内ユニット５ａは、室内ユニットガス冷媒管５５ａの室内熱交換器５３ａのガス側の端部から遠い側の端部が、ガス冷媒連絡管７に接続されている。

そして、室内熱交換器５３ａの加熱源又は冷却源としての室内空気は、室内ファン５６ａによって供給されるようになっている。室内ファン５６ａは、ここでは、室内ファン用モータ５７ａによって回転駆動される遠心ファンや多翼ファン等である。

−室内側制御部等−
また、室内ユニット５ａには、各種のセンサが設けられている。具体的には、室内熱交換器５３ａには、室内熱交換器５３ａの液側の端部における冷媒の温度を検出する室内熱交液側温度センサ６１ａと、室内熱交換器５３ａのガス側の端部における冷媒の温度を検出する室内熱交ガス側温度センサ６２ａとが設けられている。

また、室内ユニット５ａは、室内ユニット５ａを構成する各部の動作を制御する室内側制御部５８ａを有している。そして、室内側制御部５８ａは、室内ユニット５ａの制御を行うために設けられたマイクロコンピュータやメモリ等を有している。これにより、室内側制御部５８ａは、室内ユニット５ａを個別に操作するためのリモコン（図示せず）との間で制御信号等のやりとりを行ったり、他の室内ユニット５ｂ及び室外ユニット２との間で伝送線８１を介して制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。

＜室外ユニット＞
室外ユニット２は、上記のように、建物の屋上等に設置されている。室外ユニット２は、冷媒連絡管６、７を介して、室内ユニット５ａ、５ｂに接続されており、室内ユニット５ａ、５ｂとの間で冷媒回路１０を構成している。尚、ここでは、室外ユニット２が１台であるが、２台以上の室外ユニットが並列に接続されていてもよい。

室外ユニット２は、主として、圧縮機２１と、冷暖切換機構２３と、室外熱交換器２４と、レシーバ２５と、室外流量調節弁２６と、圧縮機バイパス機構２７とを有している。

−圧縮機、圧縮機バイパス機構−
圧縮機２１は、蒸気圧縮式暖房運転時及び蒸気圧縮式冷房運転時に冷媒を圧縮する機構である。ここでは、圧縮機２１は、ロータリ式やスクロール式等の容積式の圧縮要素（図示せず）を圧縮機用モータ２２によって回転駆動する密閉式構造になっている。圧縮機２１は、吸入側に吸入冷媒管２８が接続されており、吐出側に吐出冷媒管２９が接続されている。ここで、吸入冷媒管２８は、圧縮機２１の吸入側と冷暖切換機構２３とを接続する冷媒管である。吐出冷媒管２９は、圧縮機２１の吐出側と冷暖切換機構２３とを接続する冷媒管である。

そして、吸入冷媒管２８には、圧縮機バイパス機構２７を構成する圧縮機バイパス管３０の一端が接続されており、吐出冷媒管２９には、圧縮機バイパス冷媒管３０の他端が接続されている。圧縮機バイパス機構２７は、自然循環式冷房運転時に圧縮機２１をバイパスして吸入冷媒管２８から吐出冷媒管２９に冷媒を送るための機構である。圧縮機バイパス冷媒管３０には、圧縮機２１の停止時に圧縮機２１をバイパスして吸入冷媒管２８側から吐出冷媒管２９側に冷媒を流すための圧縮機バイパス弁３１が設けられている。ここでは、圧縮機バイパス弁３１として、吐出冷媒管２９側の冷媒の圧力よりも吸入冷媒管２８側の冷媒の圧力が高い場合に吸入冷媒管２８側から吐出冷媒管２９側への冷媒の流れを許容し、吸入冷媒管２８側の冷媒の圧力よりも吐出冷媒管２９側の冷媒の圧力が高い場合に吐出冷媒管２９側から吸入冷媒管２８側への冷媒の流れを遮断する逆止弁が使用されている。尚、圧縮機バイパス弁３１は、逆止弁に限定されるものではなく、電磁弁等であってもよい。

−冷暖切換機構−
冷暖切換機構２３は、冷媒回路１０内における冷媒の流れの方向を切り換えるための機構である。冷暖切換機構２３は、蒸気圧縮式冷房運転時及び自然循環式冷房運転時には、室外熱交換器２４を冷媒の放熱器として、かつ、室内熱交換器５３ａ、５３ｂを室外熱交換器２４において放熱した冷媒の蒸発器として機能させる冷房運転状態への切り換えを行うことができる。すなわち、冷暖切換機構２３は、吐出冷媒管２９と室外熱交換器２４のガス側の端部とを接続するとともに、吸入冷媒管２８と室内熱交換器５３ａ、５３ｂのガス側の端部とを接続することができる（図１の冷暖切換機構２３の実線を参照）。また、冷暖切換機構２３は、蒸気圧縮式暖房運転時には、室内熱交換器５３ａ、５３ｂを冷媒の放熱器として、かつ、室外熱交換器２４を室内熱交換器５３ａ、５３ｂにおいて放熱した冷媒の蒸発器として機能させる暖房運転状態への切り換えを行うことができる。すなわち、冷暖切換機構２３は、吐出冷媒管２９と室内熱交換器５３ａ、５３ｂのガス側の端部とを接続するとともに、吸入冷媒管２８と室外熱交換器２４のガス側の端部とを接続することができる（図１の冷暖切換機構２３の破線を参照）。冷暖切換機構２３は、ここでは、吸入冷媒管２８、吐出冷媒管２９、室外ユニット第１ガス冷媒管３２、及び、室外ユニット第２ガス冷媒管３３に接続された四路切換弁からなる。ここで、室外ユニット第１ガス冷媒管３２は、冷暖切換機構２３と室外熱交換器２４のガス側の端部とを接続する冷媒管である。室外ユニット第２ガス冷媒管３３は、ガス冷媒連絡管７及び室内ユニットガス冷媒管５５ａ、５５ｂを介して、冷暖切換機構２３と室内熱交換器５３ａ、５３ｂのガス側の端部とを接続する冷媒管である。尚、冷暖切換機構２３は、四路切換弁に限定されるものではなく、例えば、複数の電磁弁を組み合わせる等によって、上記と同様の冷媒の流れの方向を切り換える機能を有するように構成したものであってもよい。

−室外熱交換器−
室外熱交換器２４は、蒸気圧縮式暖房運転時には室外流量調節弁２６によって減圧された冷媒を蒸発させ、蒸気圧縮式冷房運転時には圧縮機２１によって圧縮された冷媒を放熱させ、自然循環式冷房運転時には圧縮機バイパス機構２７によって圧縮機２１をバイパスした冷媒を放熱させる熱交換器である。室外熱交換器２４は、室外ユニット２が配置された空間の室外空気を加熱源又は冷却源として、冷媒の蒸発又は放熱を行うようになっている。ここで、室外熱交換器２４は、室外ユニット２が室内ユニット５ａ、５ｂよりも上方に配置されているため、室内熱交換器５３ａ、５３ｂよりも上方に配置されていることになる。すなわち、室内熱交換器５３ａ、５３ｂは、室外熱交換器２４よりも下方に配置されている。室外熱交換器２４の液側の端部は、室外ユニット液冷媒管３４に接続されており、室内熱交換器５３ａのガス側の端部は、上記のように、室外ユニット第１ガス冷媒管３２に接続されている。ここで、室外ユニット液冷媒管３４は、液冷媒連絡管６、及び、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂを含む室内ユニット液冷媒管５４ａ、５４ｂを介して、室外熱交換器２４の液側の端部と室内熱交換器５３ａ、５３ｂの液側の端部とを接続する冷媒管である。

そして、室外熱交換器２４の加熱源又は冷却源としての室外空気は、室外ファン３５によって供給されるようになっている。室外ファン３５は、ここでは、室外ファン用モータ３６によって回転駆動される遠心ファンや多翼ファン等である。

−レシーバ−
レシーバ２５は、冷媒回路１０において発生する余剰冷媒を溜めることができるように室外ユニット液冷媒管３４に設けられた容器である。レシーバ２５の出入口のうち蒸気圧縮式冷房運転時及び自然循環式冷房運転時の入口は、室外ユニット液冷媒管３４のうち室外熱交換器２４の液側の端部に近い側の室外ユニット第１液冷媒管３４ａに接続されており、レシーバ２５の出入口のうち蒸気圧縮式冷房運転時及び自然循環式冷房運転時の出口は、室外ユニット液冷媒管３４のうち液冷媒連絡管６に近い側の室外ユニット第２液冷媒管３４ｂに接続されている。

−室外流量調節弁−
室外流量調節弁２６は、ここでは、室外ユニット液冷媒管３４のうちレシーバ２５の蒸気圧縮式冷房運転時及び自然循環式冷房運転時の出口側の部分に位置する室外ユニット第２液冷媒管３４ｂに設けられている。

−室外側制御部等−
また、室外ユニット２は、室外ユニット２を構成する各部の動作を制御する室外側制御部３７を有している。そして、室外側制御部３７は、室外ユニット２の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータやメモリ等を有している。これにより、室外側制御部３７は、室内側制御部５８ａ、５８ｂとの間で伝送線８１を介して制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。

＜冷媒連絡管＞
冷媒連絡管６、７は、空気調和システム１を建物等の設置場所に設置する際に、現地にて施工される冷媒管であり、設置場所や室外ユニットと室内ユニットとの組み合わせ等の設置条件に応じて種々の長さや管径を有するものが使用される。

以上のように、室外ユニット２と、室内ユニット５ａ、５ｂと、冷媒連絡管６、７とが接続されることによって、空気調和システム１の冷媒回路１０が構成されている。空気調和システム１は、上記のように、主として、圧縮機２１、室外熱交換器２４、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂ、室内熱交換器５３ａ、５３ｂが接続されることによって構成された冷媒回路１０を有しており、蒸気圧縮式冷房運転と自然循環式冷房運転とを切り換えて室内の冷房を行うことが可能である。蒸気圧縮式冷房運転は、圧縮機２１を運転することによって圧縮機２１、室外熱交換器２４、流量調節弁（ここでは、蒸気圧縮冷房運転用の第１室内流量調節弁５１ａ、５１ｂ）、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの順に冷媒を循環させる冷房運転である。自然循環式冷房運転は、圧縮機２１を停止した状態で室外熱交換器２４、流量調節弁（ここでは、自然循環冷房運転用の第２室内流量調節弁５２ａ、５２ｂ）、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの順に冷媒を循環させる冷房運転である。

＜制御部＞
空気調和システム１は、室内側制御部５８ａ、５８ｂと室外側制御部３７とから構成される制御部８によって、室外ユニット２及び室内ユニット５ａ、５ｂの各機器の制御を行うことができるようになっている。すなわち、室内側制御部５８ａ、５８ｂと室外側制御部３７との間を接続する伝送線８１とによって、上記の蒸気圧縮式冷房運転や自然循環式冷房運転等を含む空気調和システム１全体の運転制御を行う制御部８が構成されている。

制御部８は、図２に示すように、各種センサ６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂ等の検出信号を受けることができるように接続されるとともに、これらの検出信号等に基づいて各種機器及び弁２２、２３、２６、３６、５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂ、５７ａ、５７ｂ等を制御することができるように接続されている。

（２）空気調和システムの動作
次に、空気調和システム１の動作について、図３〜図５を用いて説明する。空気調和システム１は、室内の暖房を行う運転として、蒸気圧縮式暖房運転を行うことが可能である。また、空気調和システム１は、室内の冷房を行う運転として、蒸気圧縮式冷房運転及び自然循環式冷房運転を切り換えて行うことが可能である。

＜蒸気圧縮式暖房運転＞
蒸気圧縮式暖房運転時には、図３に示すように、冷暖切換機構２３が暖房運転状態に切り換えられる。また、蒸気圧縮式暖房運転時には、後述の蒸気圧縮式冷房運転と同様に、蒸気圧縮用の第１室内流量調節弁５１ａ、５１ｂが室内熱交換器５３ａ、５３ｂを流れる冷媒の流量を調節するために使用され、自然循環用の第２室内流量調節弁５２ａ、５２ｂは閉止されている。そして、ここでは、室内熱交換器５３ａ、５３ｂを流れる冷媒の流量の制御は、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの出口（すなわち、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの液側）における冷媒の過冷却度ＳＣが目標過冷却度ＳＣｔで一定になるように、対応する第１室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度調節を行うこと（過冷却度制御）によって行われるようになっている。尚、ここで、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの出口における冷媒の過冷却度ＳＣは、室内熱交ガス側温度センサ６２ａ、６２ｂによって検出される冷媒温度値から室内熱交液側温度センサ６１ａ、６１ｂによって検出される冷媒温度値を差し引くことによって得られる。但し、過冷却度ＳＣを得る手法としては、上記のような室内熱交換器の出入口に設けられた２つの温度センサを用いたものに限定されるものではなく、他の温度センサや圧力センサを用いて得る手法を採用してもよい。

このような冷媒回路１０において、低圧のガス冷媒は、圧縮機２１に吸入され、高圧になるまで圧縮された後に吐出される。尚、ここでは、圧縮機２１の運転が行われることによって吐出冷媒管２９側の冷媒の圧力が吸入冷媒管２８側の冷媒の圧力よりも高くなっているため、圧縮機バイパス機構２７の圧縮機バイパス弁３１が冷媒の流れを遮断している。このため、圧縮機バイパス機構２７の圧縮機バイパス冷媒管３０を通じて冷媒が流れることがない状態になっている。圧縮機２１から吐出された高圧のガス冷媒は、冷暖切換機構２３及びガス冷媒連絡管７を通じて、室外ユニット２から室内ユニット５ａ、５ｂに送られる。

室内ユニット５ａ、５ｂに送られた高圧のガス冷媒は、室内熱交換器５３ａ、５３ｂに送られる。このとき、室内熱交換器５３ａ、５３ｂに送られる高圧のガス冷媒は、第１室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度調節（ここでは、過冷却度制御）によって、流量が調節されている。そして、室内熱交換器５３ａ、５３ｂに送られた高圧のガス冷媒は、室内熱交換器５３ａ、５３ｂにおいて、室内ファン５６ａ、５６ｂによって冷却源として供給される室内空気と熱交換を行って放熱して、高圧の液冷媒になる。これにより、室内空気は加熱され、その後に、室内に供給されることで室内の暖房が行われる。室内熱交換器５３ａ、５３ｂで放熱した高圧の液冷媒は、第１室内流量調節弁５１ａ、５１ｂを通過した後に、液冷媒連絡管６を通じて、室内ユニット５ａ、５ｂから室外ユニット２に送られる。

室外ユニット２に送られた液冷媒は、室外流量調節弁２６に送られる。室外流量調節弁２６に送られた液冷媒は、室外流量調節弁２６によって低圧まで減圧される。室外流量調節弁２６で減圧された低圧の冷媒は、レシーバ２５で一時的に溜められた後に、室外熱交換器２４に送られる。室外熱交換器２４に送られた低圧の冷媒は、室外熱交換器２４において、室外ファン３５によって加熱源として供給される室外空気と熱交換を行って蒸発して、低圧のガス冷媒になる。室外熱交換器２４で蒸発した低圧の冷媒は、冷暖切換機構２３を通じて、再び、圧縮機２１に吸入される。

＜蒸気圧縮式冷房運転＞
蒸気圧縮式冷房運転時には、図４に示すように、冷暖切換機構２３が冷房運転状態に切り換えられる。また、蒸気圧縮式冷房運転時には、上述の蒸気圧縮式暖房運転と同様に、蒸気圧縮用の第１室内流量調節弁５１ａ、５１ｂが室内熱交換器５３ａ、５３ｂを流れる冷媒の流量を調節するために使用され、自然循環用の第２室内流量調節弁５２ａ、５２ｂは閉止されている。そして、ここでは、室内熱交換器５３ａ、５３ｂを流れる冷媒の流量の制御は、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの出口（すなわち、室内熱交換器５３ａ、５３ｂのガス側）における冷媒の過熱度ＳＨが目標過熱度ＳＨｔで一定になるように、対応する第１室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度調節を行うこと（過熱度制御）によって行われるようになっている。尚、ここで、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの出口における冷媒の過熱度ＳＨは、室内熱交ガス側温度センサ６２ａ、６２ｂによって検出される冷媒温度値から室内熱交液側温度センサ６１ａ、６１ｂによって検出される冷媒温度値を差し引くことによって得られる。但し、過熱度ＳＨを得る手法としては、上記のような室内熱交換器の出入口に設けられた２つの温度センサを用いたものに限定されるものではなく、他の温度センサや圧力センサを用いて得る手法を採用してもよい。

このような冷媒回路１０において、低圧のガス冷媒は、圧縮機２１に吸入され、高圧になるまで圧縮された後に吐出される。尚、ここでは、圧縮機２１の運転が行われることによって吐出冷媒管２９側の冷媒の圧力が吸入冷媒管２８側の冷媒の圧力よりも高くなっているため、圧縮機バイパス機構２７の圧縮機バイパス弁３１が冷媒の流れを遮断している。このため、圧縮機バイパス機構２７の圧縮機バイパス冷媒管３０を通じて冷媒が流れることがない状態になっている。圧縮機２１から吐出された高圧のガス冷媒は、冷暖切換機構２３を通じて、室外熱交換器２４に送られる。室外熱交換器２４に送られた高圧のガス冷媒は、室外熱交換器２４において、室外ファン３５によって冷却源として供給される室外空気と熱交換を行って放熱して、高圧の液冷媒になる。室外熱交換器２４で放熱した高圧の液冷媒は、レシーバ２５で一時的に溜められた後に、室外流量調節弁２６及び液冷媒連絡管６を通じて、室外ユニット２から室内ユニット５ａ、５ｂに送られる。

室内ユニット５ａ、５ｂに送られた高圧の液冷媒は、第１室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度調節（ここでは、過熱度制御）によって、流量が調節されるとともに低圧まで減圧される。そして、第１室内流量調節弁５１ａ、５１ｂによって流量が調節された低圧の冷媒は、室内熱交換器５３ａ、５３ｂに送られる。室内熱交換器５３ａ、５３ｂに送られた低圧の冷媒は、室内熱交換器５３ａ、５３ｂにおいて、室内ファン５６ａ、５６ｂによって加熱源として供給される室内空気と熱交換を行って蒸発して、低圧のガス冷媒になる。これにより、室内空気は冷却され、その後に、室内に供給されることで室内の冷房が行われる。室内熱交換器５３ａ、５３ｂで蒸発した低圧のガス冷媒は、ガス冷媒連絡管７を通じて、室内ユニット５ａ、５ｂから室外ユニット２に送られる。

室外ユニット２に送られた低圧のガス冷媒は、冷暖切換機構２３を通じて、再び、圧縮機に吸入される。

＜自然循環式冷房運転＞
自然循環式冷房運転時には、図５に示すように、冷暖切換機構２３が冷房運転状態に切り換えられる。また、自然循環式冷房運転時には、上述の蒸気圧縮式冷房運転とは異なり、自然循環用の第２室内流量調節弁５２ａ、５２ｂが室内熱交換器５３ａ、５３ｂを流れる冷媒の流量を調節するために使用され、蒸気圧縮用の第１室内流量調節弁５１ａ、５１ｂは閉止されている。そして、ここでは、室内熱交換器５３ａ、５３ｂを流れる冷媒の流量の制御は、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの出口（すなわち、室内熱交換器５３ａ、５３ｂのガス側）における冷媒の過熱度ＳＨが目標過熱度ＳＨｔで一定になるように、対応する第２室内流量調節弁５２ａ、５２ｂの開度調節を行うこと（過熱度制御）によって行われるようになっている。尚、ここで、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの出口における冷媒の過熱度ＳＨは、室内熱交ガス側温度センサ６２ａ、６２ｂによって検出される冷媒温度値から室内熱交液側温度センサ６１ａ、６１ｂによって検出される冷媒温度値を差し引くことによって得られる。但し、過熱度ＳＨを得る手法としては、上記のような室内熱交換器の出入口に設けられた２つの温度センサを用いたものに限定されるものではなく、他の温度センサや圧力センサを用いて得る手法を採用してもよい。

このような冷媒回路１０において、圧縮機２１を停止した状態にして圧縮機バイパス機構２７の圧縮機バイパス冷媒管３０及び圧縮機バイパス弁３１を通じて冷媒が圧縮機２１をバイパスして吸入冷媒管２８側から吐出冷媒管２９側に流れるようにする。すると、低圧の冷媒は、室外熱交換器２４において、室外ファン３５によって冷却源として供給される室外空気と熱交換を行って放熱して、低圧の液冷媒になる。室外熱交換器２４で放熱した低圧の液冷媒は、レシーバ２５で一時的に溜められた後に、室外流量調節弁２６及び液冷媒連絡管６を通じて、重力によって下降して、室外ユニット２から室内ユニット５ａ、５ｂに送られる。

室内ユニット５ａ、５ｂに送られた低圧の液冷媒は、第２室内流量調節弁５２ａ、５２ｂの開度調節（ここでは、過熱度制御）によって、流量が調節される。このとき、第２室内流量調節弁５２ａ、５２ｂの定格Ｃｖ値が蒸気圧縮式冷房運転時に使用される第１室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの定格Ｃｖ値よりも大きいため、蒸気圧縮式冷房運転時とは異なり、低圧の冷媒は、わずかに減圧されるだけで第２室内流量調節弁５２ａ、５２ｂを通過する。そして、第２室内流量調節弁５２ａ、５２ｂによって流量が調節された低圧の冷媒は、室内熱交換器５３ａ、５３ｂに送られる。室内熱交換器５３ａ、５３ｂに送られた低圧の冷媒は、室内熱交換器５３ａ、５３ｂにおいて、室内ファン５６ａ、５６ｂによって加熱源として供給される室内空気と熱交換を行って蒸発して、低圧のガス冷媒になる。これにより、室内空気は冷却され、その後に、室内に供給されることで室内の冷房が行われる。室内熱交換器５３ａ、５３ｂで蒸発した低圧のガス冷媒は、ガス冷媒連絡管７を通じて、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの入口側（ここでは、液冷媒連絡管６側）に存在する液冷媒との密度差によって上昇して、室内ユニット５ａ、５ｂから室外ユニット２に送られる。

室外ユニット２に送られた低圧のガス冷媒は、冷暖切換機構２３及び圧縮機バイパス機構２７を通じて、再び、室外熱交換器２４に送られる。

（３）空気調和システムの特徴
上記の空気調和システム１には、以下のような特徴がある。

＜Ａ＞
ここでは、室内熱交換器５３ａ、５３ｂを流れる冷媒の流量を調節する流量調節弁として、蒸気圧縮式冷房運転の際に開度調節される蒸気圧縮用の第１室内流量調節弁５１ａ、５１ｂと、自然循環式冷房運転の際に開度調節される自然循環用の第２室内流量調節弁５２ａ、５２ｂとを、互いに並列接続された状態で設けるようにしている。このため、蒸気圧縮用の第１室内流量調節弁５１ａ、５１ｂとして、前後差圧が大きい蒸気圧縮式冷房運転に適した流量調節弁を選定し、自然循環用の第２室内流量調節弁５２ａ、５２ｂとして、前後差圧が小さい自然循環式冷房運転に適した流量調節弁を選定することができるようになっている。

そして、ここでは、蒸気圧縮式冷房運転時には蒸気圧縮用の第１室内流量調節弁５１ａ、５１ｂを使用することによって、また、自然循環式冷房運転時には自然循環用の第２室内流量調節弁５２ａ、５２ｂを使用することによって、制御性が良好な開度範囲で室内熱交換器５３ａ，５３ｂを流れる冷媒の流量を調節することができるようになっている。

これにより、ここでは、蒸気圧縮式冷房運転及び自然循環式冷房運転のいずれにおいても、室内熱交換器５３ａ、５３ｂを流れる冷媒の流量の制御性を良好に保つことができる。

＜Ｂ＞
また、ここでは、自然循環用の第２室内流量調節弁５２ａ、５２ｂとして、定格Ｃｖ値が蒸気圧縮用の第１室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの定格Ｃｖ値よりも大きいもの（ここでは、定格Ｃｖ値が２倍以上大きいもの）を選定している。また、ここでは、室内熱交換器５３ａ、５３ｂを流れる冷媒の流量を調節する手法として、高い制御性が要求される過熱度制御を採用している。このような場合において、仮に、１つの流量調節弁だけで室内熱交換器５３ａ、５３ｂを流れる冷媒の流量を調節しようとすると、制御性を良好に保つことが難しくなる。

しかし、ここでは、上記のように、流量調節弁として、蒸気圧縮用の第１室内流量調節弁５１ａ、５１ｂと自然循環用の第２室内流量調節弁５２ａ、５２ｂとを互いに並列接続された状態で設けるようにしているため、蒸気圧縮式冷房運転及び自然循環式冷房運転のいずれにおいても、室内熱交換器５３ａ、５３ｂを流れる冷媒の流量の制御性を良好に保つことができる。

＜Ｃ＞
さらに、ここでは、蒸気圧縮式冷房運転と蒸気圧縮式暖房運転とを切り換えて行うことが可能になっている。そして、蒸気圧縮式暖房運転時は、圧縮機２１を運転しているため、室内熱交換器５３ａ、５３ｂを流れる冷媒の流量を調節する流量調節弁の前後差圧を大きくすることが可能である。このため、蒸気圧縮式冷房運転と同様に、室内熱交換器５３ａ、５３ｂを流れる冷媒の流量を調節する流量調節弁として、蒸気圧縮用の第１室内流量調節弁５１ａ、５１ｂを使用している。これにより、蒸気圧縮式暖房運転時においても、室内熱交換器５３ａ、５３ｂを流れる冷媒の流量の制御性を良好に保つことができる。

（４）変形例
＜Ａ＞
上記の実施形態においては、圧縮機２１を運転して行う蒸気圧縮式冷房運転と圧縮機２１を停止した状態で行う自然循環式冷房運転とを切り換えて室内の冷房を行うことが可能な空気調和システムの例として、図１〜図５に示す空気調和システム１を挙げて説明した。

しかし、蒸気圧縮式冷房運転と自然循環式冷房運転とを切り換えて室内の冷房を行うことが可能な空気調和システムは、上記の空気調和システム１の構成に限定されるものではない。

例えば、図６及び図７に示す空気調和システム１のように、自然循環式冷房運転時における冷媒回路１０内における冷媒の循環を補助するために、液ポンプ３９を設けるようにしてもよい。ここでは、自然循環式冷房運転時におけるレシーバ２５の出口側に位置する室外流量調節弁２６をバイパスする調節弁バイパス冷媒管３８を室外ユニット第２液冷媒管３４ｂから分岐接続し、調節弁バイパス冷媒管３８に液ポンプ３９を設けている。液ポンプ３９は、室外熱交換器２４において放熱した液冷媒を搬送する機構である。液ポンプ３９は、遠心式や容積式のポンプ要素（図示せず）を液ポンプ用モータ４０によって回転駆動する構造になっている。

これにより、自然循環式冷房運転時において、液ポンプ３９を運転することによって、液冷媒とガス冷媒との密度差による冷媒の搬送力に加えて、液ポンプ３９による搬送力が作用するようになる。そして、冷媒回路１０内における冷媒の循環を一層安定的に行うことができる。

また、この場合においても、液ポンプ３９の消費電力を抑える等の理由によって、室内熱交換器５３ａ、５３ｂを流れる冷媒の流量を調節する流量調節弁の前後差圧を小さくすることが好ましい。そこで、ここでは、蒸気圧縮式冷房運転時には蒸気圧縮用の第１室内流量調節弁５１ａ、５１ｂを使用し、液ポンプ３９の運転を伴う自然循環式冷房運転時においては、液冷媒とガス冷媒との密度差のみによる自然循環式冷房運転時と同様に、自然循環用の第２室内流量調節弁５２ａ、５２ｂを使用している。これにより、蒸気圧縮式冷房運転及び自然循環式冷房運転（液ポンプ３９の運転を伴う自然循環式冷房運転も含む）のいずれにおいても、室内熱交換器５３ａ、５３ｂを流れる冷媒の流量の制御性を良好に保つことができる。

＜Ｂ＞
また、例えば、図６及び図７に示す空気調和システム１のように、液冷媒連絡管６を通じて室外ユニット２から室内ユニット５ａ、５ｂに液冷媒を送る際の液冷媒連絡管６内の液シール状態を良好に保つために、過冷却熱交換器４１及び過冷却バイパス冷媒管４２を設けるようにしてもよい。ここでは、過冷却熱交換器４１は、蒸気圧縮式冷房運転時におけるレシーバ２５の出口側に位置する室外ユニット第２液冷媒管３４ｂの室外流量調節弁２６と液冷媒連絡管６との間の部分に設けられており、液冷媒を液冷媒連絡管６に送る前にさらに放熱させる熱交換器である。過冷却熱交換器４１は、ここでは、二重管型熱交換器やプレート型熱交換器からなり、放熱側流路４１ａを流れる冷媒と蒸発側流路４１ｂを流れる冷媒とが熱交換するようになっている。放熱側流路４１ａには、室外ユニット第２液冷媒管３４ｂを流れる冷媒が流れるようになっている。蒸発側流路４１ｂには、過冷却バイパス冷媒管４２を流れる冷媒が流れるようになっている。すなわち、過冷却熱交換器４１は、過冷却バイパス冷媒管４２を流れる冷媒によって室外ユニット第２液冷媒管３４ｂを流れる冷媒の放熱を行わせる熱交換器となっている。過冷却バイパス冷媒管４２は、室外ユニット第２液冷媒管３４ｂを流れる冷媒の一部を分岐して吸入冷媒管２８に送るための冷媒管である。そして、過冷却バイパス冷媒管４２には、過冷却熱交換器４１の蒸発側流路４１ｂの入口寄りの部分に、過冷却流量調節弁４３が設けられている。過冷却流量調節弁４３は、過冷却バイパス冷媒管４２を流れる冷媒の流量を調節する弁である。

これにより、蒸気圧縮式冷房運転時において、過冷却流量調節弁４３の開度制御を行うことによって、室外ユニット第２液冷媒管３４ｂを流れる液冷媒をさらに冷却した後に液冷媒連絡管６に送ることができる。そして、液冷媒連絡管６内の液シール状態を良好に保ちつつ、液冷媒連絡管６を通じて、室外ユニット２から室内ユニット５ａ、５ｂに液冷媒を送ることができる。

また、この場合においても、上記の実施形態と同様に、蒸気圧縮式冷房運転時には蒸気圧縮用の第１室内流量調節弁５１ａ、５１ｂを使用し、自然循環式冷房運転時には自然循環用の第２室内流量調節弁５２ａ、５２ｂを使用している。これにより、蒸気圧縮式冷房運転及び自然循環式冷房運転のいずれにおいても、室内熱交換器５３ａ、５３ｂを流れる冷媒の流量の制御性を良好に保つことができる。

＜Ｃ＞
また、例えば、ここでは図示しないが、冷暖切換機構２３を省略して、吐出冷媒管２９と室外ユニット第１ガス冷媒管３２とを接続し、かつ、室外ユニット第２ガス冷媒管３３と吸入冷媒管２８とを接続することによって、冷房専用の空気調和システムにしてもよい。

この場合においても、上記の実施形態と同様に、蒸気圧縮式冷房運転時には蒸気圧縮用の第１室内流量調節弁５１ａ、５１ｂを使用し、自然循環式冷房運転時には自然循環用の第２室内流量調節弁５２ａ、５２ｂを使用している。これにより、蒸気圧縮式冷房運転及び自然循環式冷房運転のいずれにおいても、室内熱交換器５３ａ、５３ｂを流れる冷媒の流量の制御性を良好に保つことができる。

本発明は、蒸気圧縮式冷房運転と自然循環式冷房運転とを切り換えて室内の冷房を行うことが可能な空気調和システムに対して、広く適用可能である。

１ 空気調和システム
１０ 冷媒回路
２１ 圧縮機
２４ 室外熱交換器
５１ａ、５１ｂ 第１室内流量調節弁（蒸気圧縮用流量調節弁）
５２ａ、５２ｂ 第２室内流量調節弁（自然循環用流量調節弁）
５３ａ、５３ｂ 室内熱交換器

特開２００３−３２９３１７号公報

Claims (2)

1. 圧縮機（２１）、室外熱交換器（２４）、流量調節弁、室内熱交換器（５３ａ、５３ｂ）が接続されることによって構成された冷媒回路（１０）を有しており、前記圧縮機を運転することによって前記圧縮機、前記室外熱交換器、前記流量調節弁、前記室内熱交換器の順に冷媒を循環させる蒸気圧縮式冷房運転と、前記圧縮機を停止した状態で前記室外熱交換器、前記流量調節弁、前記室内熱交換器の順に冷媒を循環させる自然循環式冷房運転とを切り換えて室内の冷房を行うことが可能な空気調和システムにおいて、
   前記冷媒回路には、前記流量調節弁として、前記蒸気圧縮式冷房運転の際に開度調節されることで前記室内熱交換器を流れる冷媒の流量を調節する蒸気圧縮用流量調節弁（５１ａ、５１ｂ）と、前記自然循環式冷房運転の際に開度調節されることで前記室内熱交換器を流れる冷媒の流量を調節する自然循環用流量調節弁（５２ａ、５２ｂ）とが、互いに並列接続された状態で設けられている、
   空気調和システム（１）。
2. 前記自然循環用流量調節弁（５２ａ、５２ｂ）の定格Ｃｖ値は、前記蒸気圧縮用流量調節弁（５１ａ、５１ｂ）の定格Ｃｖ値よりも大きい、
   請求項１に記載の空気調和システム（１）。

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