JP3604869B2

JP3604869B2 - 空調装置の運転制御方法

Info

Publication number: JP3604869B2
Application number: JP15120697A
Authority: JP
Inventors: 秀俊有馬; 伸浩出射; 敏男久保
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1997-06-09
Filing date: 1997-06-09
Publication date: 2004-12-22
Anticipated expiration: 2017-06-09
Also published as: JPH10339493A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は空調装置に関するものであり、特に詳しくは室外機と、全数もしくは過半数が室外機より下方に設置された複数の室内機との間で、相変化可能な流体を循環させ、各室内機において冷暖房可能に構成した装置の制御に関する。
【０００２】
この種の装置として、例えば図５に示した構成の空調装置が、例えば特開平７−１５１３５９号公報に開示されている。図中１は冷水または温水が供給できる室外熱交換器（以下、室外機）、４は室外機１より下層の階に設置された室内機、５は室内機の熱交換器、８は流量制御弁、２７は電動ポンプ、２８〜３１は開閉弁であり、これらを液相管６と気相管７とで図のように配管接続して閉回路３を形成し、閉回路３に封入した冷媒が室外機１と室内機４との間で循環して、室内機４において冷／暖房が行えるようになっている。なお、３２は室外機１の側面に設置された液レベルセンサであり、暖房運転時に室外機１に溜った冷媒液が一定となるように電動ポンプ２７を制御する。
【０００３】
すなわち、上記構成の空調装置においては、室内機４が設置されている室内空気の温度が高いときに、電動ポンプ２７を停止した状態で、開閉弁２８・２９を閉じて開閉弁３０・３１を開けると共に、流量制御弁８も開け、室外機１において発生させる冷熱によって閉回路３に封入した冷媒を冷却して凝縮させると、室外機１で凝縮した冷媒液は液相管６を自重で流下し、開閉弁３０・３１および流量制御弁８を介して熱交換器５に流入する。
【０００４】
そして、熱交換器５に流入した冷媒液は、熱交換器の管壁を介して室内空気から熱を奪って冷房作用を行うと共に、冷媒自身は蒸発して気相管７に流入し、冷媒が凝縮して低圧となっている室外機１に還流すると云った自然循環が起こるので、電力消費量が年間を通じて最大となる夏期に電動ポンプ２７を駆動する電力が不要であり、ランニングコストが削減できると云った利点がある。
【０００５】
また、開閉弁２８・３１を閉じて開閉弁２９・３０を開けると共に、流量制御弁８も開け、電動ポンプ２７を起動して、室外機１において発生させる冷熱によって閉回路３に封入した冷媒を冷却して凝縮させると、室外機１で凝縮した冷媒液は自重と電動ポンプ２７の吐出力とで液相管６を流下し、流量制御弁８を通って熱交換器５に入り、冷房作用を行う冷媒の循環が強制的に行われる。
【０００６】
このように、電動ポンプ２７を起動して冷房を行う場合は、室外機１の直ぐ下に当たる上層階に設置した熱交換器５にも十分な量の冷媒液が供給できると云った利点がある。
【０００７】
一方、室内機４が設置されている室内空気の温度が低いときに、開閉弁２９・３０を閉じて開閉弁２８・３１を開けると共に、流量制御弁８も開け、電動ポンプ２７を起動した状態で、室外機１において発生させる温熱によって閉回路３に封入した冷媒を加熱して蒸発させると、室外機１で蒸発した冷媒蒸気は気相管７を介して熱交換器５に流入する。
【０００８】
そして、熱交換器５に流入した冷媒蒸気は、熱交換器の管壁を介して室内空気に放熱して暖房作用を行うと共に、冷媒自身は凝縮して液相管６に流入し、開閉弁３１・２８を介して電動ポンプ２７により室外機１に還流すると云った循環が起こり、室内機４における暖房運転が継続されるようになっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平７−１５１３５９号公報に開示された上記構成の空調装置においては、暖房運転を行う外気温度が低いときには、相変化が可能な流体が配管内で多量に凝縮し、いわゆる寝込み現象を起こすため、配管内には寝込みを想定して余分に充填しておかないと、循環量が不足して十分な暖房性能を発揮することができない云った問題点があり、この点の解決が課題となっていた。
【００１０】
【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、室外機と、全数もしくは過半数が室外機より下方に設置された複数の室内機との間を、気相管と、低位にレシーバタンクおよびポンプを備えた液相管とで連結し、室外機で吸熱して蒸発した気体を室内機に導入して放熱・凝縮させ、この凝縮して前記レシーバタンク内に溜った液体を前記ポンプの吐出力によって室外機に戻し、各室内機において暖房可能に構成した空調装置において、
【００１１】
暖房運転中に前記レシーバタンク内の液体が所定量以下になったときに、室内機毎に設置して該室内機に供給する気体の流量を制御する流量制御弁を全開して運転を継続し、その後暖房負荷に見合った開度に流量制御弁の開度を制御するようにした第１の構成の運転制御方法と、
【００１２】
気相管と液相管の縦引き配管部からそれぞれに延設され、各室内機に至る横引き配管部の終端側同士を開閉弁を介して連結し、暖房運転中前記レシーバタンク内の液体が所定量以下になったときに、前記開閉弁を開いて運転を継続し、その後前記開閉弁を閉じるようにした第２の構成の運転制御方法と、
【００１３】
前記第１の構成の運転制御方法において、流量制御弁を全開して暖房運転を開始し、その後暖房負荷に見合った開度に流量制御弁の開度を制御するようにした第３の構成の運転制御方法と、
【００１４】
前記第２の構成の運転制御方法において、開閉弁を開いて暖房運転を開始し、その後閉じて運転を継続するようにした第４の構成の運転制御方法と、を提供するものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。なお、理解を容易にするため、これらの図においても前記図５において説明した部分と同様の機能を有する部分には、同一の符号を付した。
【００１６】
〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の第１の制御方法によって運転する空調装置の一構成例を示したものであり、１は冷熱または温熱を選択的に発生させることができる、例えば吸収式冷凍機などからなる室外機であり、建物の例えば屋上にある機械室などに設置され、例えば蒸発器の内部に配管した熱交換器２を介して、閉回路３に封入した相変化が可能な流体、例えば低温度でも圧力が低下すると容易に蒸発し得る、Ｒ−１３４ａと熱の授受を行う。
【００１７】
なお、蒸発器に配管した熱交換器２から冷熱を供給したり、温熱を供給することができる吸収式冷凍機としては、例えば特開平７−３１８１８９号公報などに開示されたものが使用できる。
【００１８】
５は、建物の各部屋に設置した室内機４の熱交換器であり、室外機１の熱交換器２とは、図のように液相管６・気相管７および流量制御弁８によって配管・接続されて、前記閉回路３を形成している。
【００１９】
そして、液相管６には、室内機４の熱交換器５で暖房作用を行って凝縮し、流れ出た液体のＲ−１３４ａを溜めるためのレシーバタンク９と、このタンクに溜ったＲ−１３４ａを室外機１に戻すための電動ポンプ１０とを直列に設置する共に、この経路とは並行に、室外機１の熱交換器２で放熱し、凝縮して流れ出た液体のＲ−１３４ａを室内機４に導くための開閉弁１１とを設置し、レシーバタンク９にはＲ−１３４ａを検出するための液面センサ１２を設けてある。
【００２０】
また、１３は室内空気を熱交換器５に吹き付けて室内に還流させるための送風機、１４は図示しない吸収液を加熱して冷媒蒸気を蒸発分離するためのバーナ１５に接続した燃料管に設けた燃料調整弁、１６〜１９は閉回路３を循環しているＲ−１３４ａの温度を検出するための温度センサであり、温度センサ１６と１７は熱交換器２の出入口部に、温度センサ１８と１９は熱交換器５の出口部に、それぞれ設けられている。
【００２１】
また、室外機１には室外制御装置２０を、室内機４には室内制御装置２１を設けてある。そして、室外制御装置２０は、暖房運転中は温度センサ１６が検出するＲ−１３４ａの温度、すなわち熱交換器２で加熱作用を受けて蒸発し、気相管６に吐出するＲ−１３４ａの温度が所定温度、例えば５５℃になるように、燃料調整弁１４の開度を調節する機能を備え、冷房運転中は温度センサ１７が検出するＲ−１３４ａの温度、すなわち熱交換器２で冷却作用を受けて凝縮し、液相管６に吐出するＲ−１３４ａの温度が所定温度、例えば７℃になるように燃料調整弁１４の開度を調節する機能を備えており、室内制御装置２１は、暖房運転中は温度センサ１８が検出するＲ−１３４ａの温度、すなわち熱交換器５を介して暖房作用を行って凝縮し、温度低下して液相管６に吐出するＲ−１３４ａの温度が所定温度、例えば５０℃になるように流量制御弁８の開度を調節する機能を備え、冷房運転中は温度センサ１９が検出するＲ−１３４ａの温度、すなわち熱交換器５を介して冷房作用を行って蒸発し、温度上昇して気相管７に吐出するＲ−１３４ａの温度が所定温度、例えば１２℃になるように流量制御弁８の開度を調節する機能を備えている。
【００２２】
また、室内制御装置２１と通信可能で、冷暖房の指定、運転の開始と停止、送風の強弱選択、温度設定などが行えるリモコン２２を各室内機４に対応して設置してある。
【００２３】
そして、室外機１においては、暖房モードでの運転中に燃料調整弁１４の開度を大きくし、バーナ１５に供給する燃料を増やして火力を増加すると、図示しない吸収液から蒸発分離する冷媒の量が増加する。この増加した冷媒蒸気と、加熱されて冷媒を蒸発分離した吸収液とが、熱交換器２の周囲に供給され、熱交換器２内を流れるＲ−１３４ａに放熱するので、熱交換器２内を流れるＲ−１３４ａを加熱する機能が強化され、流量が同じであればその温度上昇幅が拡大する。逆に、燃料調整弁１４の開度を小さくしてバーナ１５の火力を減じると、熱交換器２内を流れるＲ−１３４ａを加熱する機能が弱まり、その温度上昇幅は縮小する。一方、冷房モードでの運転中に燃料調整弁１４の開度を大きくし、バーナ１５に供給する燃料を増やして火力を増加すると、図示しない吸収液から蒸発分離する冷媒の量が増加する。この増加した冷媒蒸気が、図示しない凝縮器で放熱して凝縮し、液体となって熱交換器２の周囲に供給され、熱交換器２内を流れるＲ−１３４ａから熱を奪って蒸発するので、熱交換器２内を流れるＲ−１３４ａを冷却する機能が強化され、流量が同じであればその温度低下幅が拡大する。逆に、燃料調整弁１４の開度を小さくしてバーナ１５の火力を減じると、熱交換器２内を流れるＲ−１３４ａを冷却する機能が弱まり、その温度低下幅は縮小する。
【００２４】
一方、室内機４においては、流量制御弁８の開度が同じであれば、空調負荷が大きいほど温度センサ１８と１９が検出するＲ−１３４ａの温度差は拡大し、空調負荷が小さいほど前記温度差は縮小する。
【００２５】
次に、閉回路３に封入したＲ−１３４ａの循環サイクルを説明すると、暖房運転は室外制御装置２０が出力する制御信号に基づいて、開閉弁１１が閉弁し、電動ポンプ１０を起動して行われる。そして、室外機１では前記のようにして温熱が発生しており、この温熱によってＲ−１３４ａが熱交換器２の管壁を介して加熱され、蒸発して気相管７に吐出し、室内機４の各熱交換器５に所定温度、例えば５５℃で供給される。
【００２６】
各室内機４においては、送風機１３によって温度の低い室内空気が熱交換器５に強制的に供給されているので、室外機１から５５℃で供給された気体のＲ−１３４ａは室内空気に放熱して凝縮し、暖房作用を行なう。
【００２７】
そして、凝縮して液体となったＲ−１３４ａは、レシーバタンク９に溜り、電動ポンプ１０によって室外機１の熱交換器２に液相管６を通って送られる。
【００２８】
このＲ−１３４ａの循環において、ある室内機４における暖房負荷が増加（または減少）し、その室内機４の温度センサ１８が検出するＲ−１３４ａの温度が低下（または上昇）すると、その温度低下（または温度上昇）が解消するように、その室内制御装置２１からの制御信号を受けて該当する流量制御弁８の開度が増加（または減少）し、暖房負荷が増加した室内機４の熱交換器５に流入するＲ−１３４ａの量が増加（または減少）するので、その温度センサ１８が検出するＲ−１３４ａの温度低下（または上昇）はその内解消する。
【００２９】
そして、暖房負荷の変動に起因する、温度が変化したＲ−１３４ａが室外機１に流入したり、室外機１に流入するＲ−１３４ａの流量が変化して、温度センサ１７が検出するＲ−１３４ａの温度に変化が生じると、その変化を解消するように、燃料調整弁１４の開度を室外制御装置２０により制御する。
【００３０】
しかし、暖房運転を開始する際には冷えた閉回路３内でＲ−１３４ａが多量に凝縮し、循環するＲ−１３４ａが不足して十分な暖房作用が発揮されないことが多いし、運転中も閉回路３の冷えた部分でＲ−１３４ａが凝縮し、循環するＲ−１３４ａが不足して十分な暖房作用が発揮されないことが起こるので、流量制御弁８の開度を例えば図２に示したように制御する。
【００３１】
すなわち、暖房運転が指示されると、ステップＳ１において全ての室内機４における流量制御弁８を全開する。続いて、ステップＳ２に移行し、レシーバタンク９に溜っているＲ−１３４ａの量を液面センサ１２によって検出する。そして、ステップＳ３においてレシーバタンク９に溜っているＲ−１３４ａの量が十分か否かを判定し、十分であると判定されたときにはステップＳ４に移行して、流量制御弁８の開度を暖房負荷、具体的には温度センサ１８が検出するＲ−１３４ａの温度に基づいて制御し、不足していると判定されたときにはステップ５に移行して、流量制御弁８が全開であるか否かを判定する。そして、流量制御弁８が全開の場合はステップＳ２に戻り、全開でない場合はステップＳ１に戻る。
【００３２】
流量制御弁８を上記のように制御することによって、閉回路３にＲ−１３４ａが多量に凝縮して寝込んでいたり、寝込み始めると、凝縮液は室外機１の熱交換器２で加熱されて蒸発したＲ−１３４ａの蒸気圧により、その都度全開する流量制御弁８を経由して液相管６に押し出され、レシーバタンク９に溜り、電動ポンプ１０によって室外機１に戻されるので、循環するＲ−１３４ａの量は速やかに増加し、これにより暖房性能の早期回復が図られる。
【００３３】
なお、開閉弁１１を開弁し、電動ポンプ１０の運転を停止した状態で行う冷房運転時におけるＲ−１３４ａの循環サイクルを説明しておくと、室外機１では前記のようにして冷熱が発生しており、この冷熱によってＲ−１３４ａが熱交換器２の管壁を介して冷却され、凝縮して液相管６に吐出し、開閉弁１１・流量制御弁８を介して室内機４に所定温度、例えば７℃で供給される。
【００３４】
各室内機４においては、送風機１３によって温度の高い室内空気が熱交換器５に強制的に供給されているので、室外機１から７℃で供給された液体のＲ−１３４ａは室内空気から熱を奪って蒸発し、冷房作用を行なう。
【００３５】
そして、気体となったＲ−１３４ａは、冷却されて凝縮・液化し、低圧になっている室外機１の熱交換器２に気相管７を通って流入すると云った循環が自然に起こる。
【００３６】
このＲ−１３４ａの循環において、ある室内機４における冷房負荷が増加（または減少）し、その室内機４の温度センサ１９が検出するＲ−１３４ａの温度が上昇（または低下）すると、その温度上昇（または温度低下）が解消するように、その室内制御装置２１からの制御信号を受けて該当する流量制御弁８の開度が増加（または減少）し、冷房負荷が増加した室内機４の熱交換器５に流入するＲ−１３４ａの量が増加（または減少）するので、その温度センサ１９が検出するＲ−１３４ａの温度上昇（または低下）はその内解消する。
【００３７】
そして、冷房負荷の変動に起因する、温度が変化したＲ−１３４ａが室外機１に流入したり、室外機１に流入するＲ−１３４ａの流量が変化して、温度センサ１７が検出するＲ−１３４ａの温度に変化が生じると、その変化を解消するように、燃料調整弁１４の開度を室外制御装置２０により制御する。
【００３８】
なお、空調装置としては、図１に破線で示したように、レシーバタンク２３と冷房用補助ポンプとしての電動ポンプ２４とを液相管６に設置した構成であっても良い。このようの構成の空調装置では、冷房運転ではＲ−１３４ａの液体と気体の比重差に加えて電動ポンプ２４による搬送力が作用するので、室内機４の一部を室外機１より高いフロアや同じフロアに設置することができる。
【００３９】
〔第２の実施形態〕
本発明の第２の冷房運転開始方法を、図３に基づいて説明する。図３に示した構成の空調装置は、前記図１に破線で示したレシーバタンク２３と電動ポンプ２４とを備えると共に、電動ポンプ１０の吐出側を開閉弁２５を介してレシーバタンク２３の流入側に連結し、さらに液相管６と気相管７の上下方向に配管された縦引き配管からそれぞれに水平方向に延設された液相管６と気相管７の横引き配管の終端側同士を開閉弁２６を介して連結したものであり、暖房は開閉弁１１を閉弁、開閉弁２５を開弁し、電動ポンプ２４を停止、電動ポンプ１０を起動して行われ、冷房は開閉弁１１を開弁、開閉弁２５を閉弁し、電動ポンプ１０を停止、電動ポンプ２４を起動して行われるので、暖房運転においても冷房運転においても、開閉弁２６を閉弁しておけば閉回路３内のＲ−１３４ａは前記第１の実施形態の場合と同じように循環する。
【００４０】
なお、この構成の空調装置は、暖房運転時に電動ポンプ１０が室外機１に向けて搬送するＲ−１３４ａが電動ポンプ２４を経由しないので、図１に示した構成の空調装置に比べて搬送抵抗が小さいと云った利点がある。
【００４１】
そして、この構成の空調装置の暖房運転においては、開閉弁２６を例えば図４に示したように制御する。
【００４２】
すなわち、暖房運転が指示されると、ステップＳ１１において全ての開閉弁２６を開弁する。続いて、ステップＳ１２に移行し、レシーバタンク９に溜っているＲ−１３４ａの量を液面センサ１２によって検出する。そして、ステップＳ１３においてレシーバタンク９に溜っているＲ−１３４ａの量が十分であるか否かを判定し、十分あると判定されたときにはステップＳ１４に移行して開閉弁２６を閉弁し、不足していると判定されたときにはステップＳ１５に移行して開閉弁２６が開弁中であるか否かを判定する。そして、流量制御弁８が開弁中の場合はステップＳ１２に戻り、閉弁中の場合はステップＳ１１に戻る。
【００４３】
開閉弁２６の上記制御によっても、閉回路３にＲ−１３４ａが多量に凝縮して寝込んでいたり、寝込み始めると、凝縮液は室外機１の熱交換器２で加熱されて蒸発したＲ−１３４ａの蒸気圧によって、その都度開弁する開閉弁２６を経由して液相管６に押し出され、レシーバタンク９に溜り、電動ポンプ１０によって室外機１に戻されるので、循環するＲ−１３４ａの量は速やかに増加する。したがって、暖房性能の早期回復が図れる。
【００４４】
なお、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。
【００４５】
例えば、温度センサ１８・１９は、熱交換器５に吹き付ける室内空気の温度変化が検出できるように設置したり、温度センサ１８・１９に代えて、熱交換器５の出入口部におけるＲ−１３４ａの圧力差が検出できる圧力センサを設置して、室内制御装置２１に空調負荷として出力するように構成することもできる。
【００４６】
なお、閉回路３に封入する相変化可能な流体としては、Ｒ−１３４ａの他にも、温度と圧力の制御によって容易に相変化するＲ−４０７ｃ、Ｒ−４０４Ａ、Ｒ−４１０ｃなどであっても良い。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、暖房運転の開始時に閉回路内で相変化可能な流体が多量に凝縮して寝込んでいたり、運転中に寝込み始めると、凝縮液は室外機で加熱されて蒸発した流体の蒸気圧により、その都度全開する流量制御弁か、開弁する開閉弁を経由して液相管に押し出され、液相管に介在するレシーバタンク内に溜ってポンプにより室外機に戻されるので、循環する流体の量は速やかに増加し、これにより暖房性能の早期回復が図られる。
【００４８】
したがって、閉回路には従来のように寝込み量を想定して余分に充填する必要がないので、経済性にも優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態における装置構成の説明図である。
【図２】第１の実施形態における制御の説明図である。
【図３】第２の実施形態における装置構成の説明図である。
【図４】第２の実施形態における制御の説明図である。
【図５】従来技術の説明図である。
【符号の説明】
１室外機
２熱交換器
３閉回路
４室内機
５熱交換器
６液相管
７気相管
８流量制御弁
９レシーバタンク
１０電動ポンプ
１１開閉弁
１２液面センサ
１３送風機
１４燃料調整弁
１５バーナ
１６〜１９温度センサ
２０室外制御装置
２１室内制御装置
２２リモコン
２３レシーバタンク
２４電動ポンプ
２５・２６開閉弁

Claims

室外機と、全数もしくは過半数が室外機より下方に設置された複数の室内機との間を、気相管と、低位にレシーバタンクおよびポンプを備えた液相管とで連結し、室外機で吸熱して蒸発した気体を室内機に導入して放熱・凝縮させ、この凝縮して前記レシーバタンク内に溜った液体を前記ポンプの吐出力によって室外機に戻し、各室内機において暖房可能に構成した空調装置において、暖房運転中に前記レシーバタンク内の液体が所定量以下になったときに、室内機毎に設置して該室内機に供給する気体の流量を調整する流量制御弁を全開して運転を継続し、その後暖房負荷に見合った開度に流量制御弁の開度を制御することを特徴とする空調装置の運転制御方法。
室外機と、全数もしくは過半数が室外機より下方に設置された複数の室内機との間を、気相管と、低位にレシーバタンクおよびポンプを備えた液相管とで連結し、室外機で吸熱して蒸発した気体を室内機に導入して放熱・凝縮させ、この凝縮して前記レシーバタンク内に溜った液体を前記ポンプの吐出力によって室外機に戻し、各室内機において暖房可能に構成した空調装置において、気相管と液相管の縦引き配管部からそれぞれに延設され、各室内機に至る横引き配管部の終端側同士を開閉弁を介して連結し、暖房運転中に前記レシーバタンク内の液体が所定量以下になったときに、前記開閉弁を開いて運転を継続し、その後前記開閉弁を閉じることを特徴とする空調装置の運転制御方法。
流量制御弁を全開して暖房運転を開始し、その後暖房負荷に見合った開度に流量制御弁の開度を制御することを特徴とする請求項１記載の空調装置の運転制御方法。
開閉弁を開いて暖房運転を開始し、その後閉じて運転を継続することを特徴とする請求項２記載の空調装置の運転制御方法。