JPH02146474A - 空気調和設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野〕 本発明は、複数の空調域の冷房あるいは暖房を行なうた
めの空気調和設備に関する。

［従来の技術］ いわゆる直膨エアハンと称される周知のヒートポンプ式
空気調和機（空調機）は、室内熱交換器と室外熱交換器
とを冷媒配管で接続するとともに、この配管の途中にコ
ンプレッサや膨張弁および方向切換弁等を備えて構成さ
れており、コンプレッサから吐出される高温・高圧の冷
媒をヒートサイクルの方向に応じて室内熱交換器と室外
熱交換器との間を循環させることにより、冷媒の凝縮と
蒸発を繰返すようになっている。従って１台の空調シス
テムにおける各室内熱交換器は全て同一の運転モード、
つまり暖房か冷房の一方のモードのみで運転される。

一方、ビルなどのように大規模な空調域をもつ場合には
、水を媒体として温熱あるいは冷熱の伝達を行なうシス
テムが採用されている。この種の空調設備は、温熱ある
いは冷熱を蓄えるための大容量の貯水タンクを備えてお
り、このタンク内の水をヒートポンプによって加熱ある
いは冷却するとともに、この温水あるいは冷水を送水配
管を介して各空調域に導くといった機能をもつ。従って
この場合も、１台の空調システムにおける各室内熱交換
器は全て同一の運転モード、つまり暖房か冷房の一方の
モードのみで運転される ［発明が解決しようとする課題］ 最近のビルにおいては多種多様なＯＡ機器が設置される
傾向にあり、しかも室内空間がローパーティション等の
簡易仕切り部材によって任意に仕切られるため室内の気
流分布が制限される傾向にある。このため、冬期でも局
部的に冷房の必要な空調域が存在するなど、同一建物内
で冷房ゾーンと暖房ゾーンが同時に発生することがある
。この場合、理想的には各空調域における冷房または暖
房を各々の空調負荷に応じて行なうことが望まれる。

しかしながら前述した従来の空調設備では、１つの系統
の空調機を使って冷房モードと暖房モードを同時に行な
うことが困難である。このため従来の空調機を用いて冷
房と暖房を同時に行なわせるには、互いに独立した複数
系統の空調機を設置することにより各空調機ごとに異な
ったモードで運転を行なう必要があった。従ってこの場
合には、数多くの空調機を必要とし、設備費が割高にな
るばかりでなくメンテナンスに手間がかかる。

しかもこのように複数系統の空調機を用いて冷房と暖房
を同時に行なわせる場合、冷房ゾーンには暖房用として
利用可能な温熱エネルギーが存在し、暖房ゾーンには冷
房用として利用可能な冷熱エネルギーが存在するにもか
かわらず、各系統の室内熱交換器はこれらエネルギーよ
りも低レベルの室外（外気）との間で個々に熱のやりと
りを行なうようになるため、熱エネルギーの収支の点で
不合理であった。

また別の問題として、インテリジェントビルと呼ばれる
最近の多機能ビルでは、フロア内に各種の重要な信号ケ
ーブルや電カケープル、電話線等が配索されているため
、前述した従来の空調設備のように水を媒体として温熱
や冷熱を建物内に循環させる・ようなシステムでは、送
水配管が破損した時に漏水によってフロア内の各種ケー
ブル等に致命的な悪影響を与える・可能性がある。この
ため特にインテリジェントビルにおいては、安全性確保
のためにビル内に水を循環させることは避ける必要があ
る。

従って本発明の目的は、必要に応じて冷房と暖房の２つ
の運転モードの空調を同時に行なうことができるととも
に、この場合に各空調域に存在する温熱あるいは冷熱エ
ネルギーを有効に利用することができ、しかも水を用い
ずに所望の空調域の冷房あるいは暖房を行なえるような
空気調和設備を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を果たすために本発明者が開発した空調設備は
、室内熱交換器と室外熱交換器とを接続する冷媒配管の
途中に冷媒液を貯留可能な液タンクを設けるとともに、
各熱交換器とコンプレッサおよび液タンクを接続する冷
媒配管の途中に流路切換手段を設けている。そしてこの
流路切換手段は、暖房モードで作用する室内熱交換器に
おいて凝縮した冷媒液を上記液タンクに流入させるとと
もに、冷房モードで作用する室内熱交換器に対しては上
記液タンクから冷媒液を供給するように制御され、しか
も上記液タンク内の冷媒量が基準値よりも減少傾向にあ
る時はコンプレッサから吐出した冷媒ガスの一部を室外
熱交換器に導くことによりこの熱交換器を凝縮器として
作用させるとともにこの熱交換器にて凝縮した冷媒液を
液タンクに補給し、また液タンク内の冷媒量が増加傾向
にある時は液タンク内の冷媒を室外熱交換器に導くこと
によりこの熱交換器を蒸発器として作用させるように切
換制御されるものである。

［作用］ 上記構成の本発明空調設備において、同一建物内に冷房
ゾーンと暖房ゾーンが存在する場合、冷房ゾーンに配置
されている室内熱交換器には液タンクから冷媒液が導入
され、この熱交換器において蒸発した冷媒ガスがコンプ
レッサに送給される。

また暖房ゾーンに配置されている室内熱交換器にはコン
プレッサからの高温・高圧の冷媒ガスが導入され、この
熱交換器において凝縮した冷媒液が液タンクに流入させ
られる。こうして、冷房ゾーンが潜在的に保有している
高レベルの温熱エネルギーが暖房用に使われるとともに
、暖房ゾーンが潜在的に保有している高レベルの冷熱エ
ネルギーが冷房用に使われる。

暖房負荷に比べて冷房負荷が大きいと、液タンク内の冷
媒量が基準値よりも減少する。この場合、コンプレッサ
から吐出した冷媒ガスの一部が室外熱交換器に導かれ、
この熱交換器にて凝縮した冷媒液が液タンクに補給され
る。つまりこの場合には室外熱交換器が凝縮器として機
能する。

逆に、暖房負荷が大きく冷房負荷が小さいと、液タンク
内の冷媒量が基準値よりも増加する。この場合には、液
タンク内の冷媒液の一部が室外熱交換器に導かれ、この
熱交換器にて蒸発した冷媒ガスがコンプレッサに送給さ
れる。つまりこの場合には室外熱交換器が蒸発器として
機能する。

こうして、各空調域での冷房負荷と暖房負荷のアンバラ
ンスが室外熱交換器によって補われ、熱エネルギーの収
支がバランスする。

この空調設備は、冷媒を直接室内熱交換器に導く直膨エ
アハンタイプであるから、水を媒体とせずに空調域での
熱交換を行なわせることができる。

このため送水配管のような大径な配管に比べて小径でか
つ腐食の生じにくい冷媒配管を使用できるから、配管の
腐食や水垢の堆積等の問題も生じることがなくなり、メ
インテナンスも容易である。

そして建物内に水を循環させずにすむから、水漏れに伴
う不測の事態を生じるおそれがない。

［実施例コ 以下に本発明の一実施例につき第１図ないし第５図を参
照して説明する。

第１図に示された空気調和設備１は、所望の空調域ごと
に配置される複数（図示例では２つのみ図示）の室内熱
交換器２，３と、空調域の外に設置される室外熱交換器
４と、冷凍機ユニット５と、図示例のように接続された
冷媒配管６などを備えて構成されている。室外熱交換器
４は、周知のクリングタワーと同様であってよく、要す
るに外気との熱交換を行なえるように構成されている。

冷凍機ユニット５にコンプレッサ１０と気密構造の液タ
ンク１１とが設けられている。この液タンク１１は、室
外熱交換器４と室内熱交換器２．３とを接続する冷媒配
管の途中に設けられており、液タンク１１の内部に冷媒
液を貯留できるようになっている。液タンク１１には液
面位置を検出するための液面計１２（第５図参照）が設
は噂られている。

また、各熱交換器２，３．４とコンプレッサ１０と液タ
ンク１１とを接続している各冷媒配管の途中に、冷媒の
流通経路を切換えるための流路切換手段１５が設けられ
ている。図示例の切換手段１５は、第１図に示されてい
る１２個の弁２１〜３２を備えている。なお、図面上で
は理解しやすいように各々の弁２１〜３２を独立して描
いたが、実際には多ポート方向切換弁のように見かけ上
は１つの弁であって複数の切換弁機能をもつものを使用
してもよい。

また第５図に示されるように、室内熱交換器２゜３に接
続される冷媒配管にそれぞれ膨張弁４１゜４２とａ　ｆ
Ａ　：Ａ整弁４３，４４が設けられている。

室外熱交換器４に接続される冷媒配管にも膨張弁４５と
流量調整弁４６が設けられている。５０はアキュムレー
タである。

流量調整弁４６は、第１図および第２図のように暖房モ
ードと冷房モードが混在する時に液タンク１１の液面高
さが一定の基章値内に収まるように冷媒流量を制御する
。また、第３図および第４図のように全てが冷房モード
あるは暖房モードの時に、流量調整弁４６は全開となる
。

次に上記構成の一実施例の作用について説明する。

（１）暖・冷房モードＡ〔第１図〕 この運転モードは、第１の室内熱交換器２が暖房モード
で第２の室内熱交換器３が冷房モードであり、しかも暖
房負荷に比べて冷房負荷が大きい場合である。

このモードにおいては、弁２２，２４，２５２７．３０
．３２が開弁させられるとともに、弁２１．２３，２６
，２８，２９．３１が閉弁させられる。この場合、コン
プレッサ１０から吐出された高温・高圧の冷媒ガスが、
弁３２を通って暖房ゾーンの熱交換器２に導入される。

冷媒ガスはこの熱交換器２において凝縮作用をなし、空
調域に温熱を放出して液化したのち、流量調整弁４３と
弁３０を通って液タンク１１に流れ込む。一方、液タン
ク１１内の冷媒は弁２５と膨張弁４２を通って冷房ゾー
ンの熱交換器３に導入される。減圧された冷媒はこの熱
交換器３において蒸発作用をなし、空調域の熱を奪って
気化した冷媒ガスが弁２７とアキュムレータ５０を経由
してコンプレッサ１０に戻る。

熱交換器２，３から各空調域に吐出される空気の温度は
図示しない温度センサによって検出され、この温度信号
に基づいて、熱交換器２．３を流れる冷媒の流量が自動
的に調整される。すなわち、暖房モードの熱交換器２を
流れる冷媒の流量は流量調整弁４３によって調整され、
冷房モードの熱交換器３を流れる冷媒の流量は膨張弁４
２によって調整される。

この暖・冷房モードＡは、暖房負荷に比べて冷房負荷が
大きい場合であるから、暖房モードの熱交換器２を経由
して流れる冷媒の流量は、冷房モードの熱交換器３を経
由して流れる冷媒流ユよりも少ない。このため液タンク
１１に貯留される冷媒の量が減少する傾向となる。冷媒
量の減少は液面計１２によって検出されるとともに、こ
の検出信号に基いて弁２２．２４が開弁されかつ弁２１
゜２３が閉弁されることによって、コンプレッサ１０か
ら吐出される冷媒ガスの一部が弁２４を経由して室外熱
交換器４に導入される。導入された冷媒ガスはこの熱交
換器４にて凝縮するとともに、弁２２と流量調整弁４６
゛を経て液タンク１１に補給される。換言すると、この
運転モードでは室外熱交換器４は凝縮器として機能し、
室外に温熱を放出する。液タンク１１に補給される冷媒
液の量は、液タンク１１の液面高さが一定の基準値内に
収まるように流ｆｆｉ調整弁４６によって制御される。

従って室内熱交換器３に供給する冷媒液が不足すること
はない。

（２）暖・冷房モードＢ〔第２図〕 この運転モードは、第１の室内熱交換器２が暖房モード
で第２の室内熱交換器３が冷房モードであり、しかも暖
房負荷が大で冷房負荷が小の場合である。

このモードにおいては、弁２１．２３，２５゜２７．３
０．３２が開弁するとともに、弁２２゜２４．２６．２
ｇ、２９．３１が閉弁する。この場合、コンプレッサ１
０から吐出された高８・高圧の冷媒ガスが、弁３２を通
って暖房ゾーンの熱交換器２に導入される。冷媒ガスは
この熱交換器２において凝縮作用をなし、空調域に温熱
を放出して液化したのち、弁４３と弁３０を通って液タ
ンク１１に流れ込む。一方、液タンク１１内の冷媒液は
弁２５と膨張弁４２を通って冷房ゾーンの熱交換器３に
導入される。減圧された冷媒はこの熱交換器３において
蒸発作用をなし、空調域の熱を奪って気化した冷媒ガス
が弁２７とアキュムレータ５０を経由してコンプレッサ
１０に戻る。

この暖・冷房モードＢは、冷房負荷に比ベテ暖房負荷が
大きい場合であるから、暖房モードの熱交換器２を経由
して流れる冷媒の流量は、冷房モードの熱交換器３を経
由して流れる冷媒流量よりも多い。このため液タンク１
１に貯留される冷媒の量が増加する傾向となる。従って
この場合には、弁２１．２３が開弁されるとともに弁２
２．２４が閉弁されることによって、液タンク１１内の
冷媒液の一部が弁２１と流量調整弁４６と膨張弁４５を
経由して室外熱交換器４に導入される。この熱交換器４
にて蒸発した冷媒ガスは、弁２３とアキュムレータ５０
を経由してコンプレッサ１０に戻る。つまりこの運転モ
ードでは室外熱交換器４は蒸発器として機能し、外気か
ら温熱を受けとる。液タンク１１から流出する冷媒液の
量は、液タンク１１の液面高さが一定の基準値を維持す
るように流ｆｆ１Ｈ整弁４６によって制御される。

（３）　　冷房モード〔第３図〕 この運転モードは、第１の室内熱交換器２と第２の室内
熱交換器３がいずれも冷房運転される場合である。

このモードでは、弁２２，２４，２５，２７２９．３１
が開弁するとともに、弁２１，２３゜２６．２８，３０
．３２が閉弁する。そして液タンク１１からの冷媒液が
弁２５．２９と膨張弁４１４２を通って室内熱交換器２
．３に導入され、この熱交換器２．３にて気化した冷媒
ガスが弁２７．３１とアキュムレータ５０を経由してコ
ンプレッサ１０に戻される。一方、コンプレッサ１０か
ら吐出された高温・高圧の冷媒ガスは、弁２４を通って
室外熱交換器４に導入される。冷媒ガスはこの熱交換器
４において凝縮して液化することによって室外に温熱を
放出したのち、弁２２と流量調整弁４６を通って液タン
ク１１に流れ込む。つまりこの運転モードでは室外熱交
換器４は凝縮器として機能する。

（４）暖房モード〔第４図〕 この運転モードは、第１の室内熱交換器２と第２の室内
熱交換器３がいずれも暖房運転される場合である。

このモードでは、弁２１，２３，２６，２８゜３０．３
２が開弁するとともに、弁２２，２４゜２５．２７．２
９．３１が閉弁する。この場合、コンプレッサ１０から
吐出された高温・高圧の冷媒ガスが、弁２８．３２を通
って室内熱交換器２゜３に導入される。冷媒ガスはこの
熱交換器２．３において空調域の冷熱により凝縮して液
化し、流量調整弁４３．４４と弁２６．３０を通って液
タンク１１に戻る。一方、液タンク１１から流出する冷
媒液が弁２１と流量調整弁４６および膨張弁４５を通っ
て室内熱交換器４に導入され、この熱交換器４にて外気
の温熱を受けとって気化した冷媒ガスが弁２３とアキュ
ムレータ５０を経由してコンプレッサ１０に戻される。

つまりこの運転モトでは室外熱交換器４は蒸発器として
機能する。

なお、コンプレッサ１０は、その出口側から吐出される
高温高圧の冷媒ガスの温度が所定の基準’ｔＨ＆範囲に
維持されるように容量制御がなされる。

この制御は、コンプレッサ１０から吐出される冷媒の吐
出温度を温度センサ（図示せず）によって検出し、コン
プレッサ１０のモータ回転数を変えるなどの手段によっ
て行なわれる。例えば、コンプレッサ１０がある一定の
レベルで安定して運転されている状態から空調負荷が減
少し、室内熱交換器２，３を通過する冷媒流量が減少す
ると、コンプレッサ１０の吐出圧力が上昇し、その結果
、吐出温度も上昇する。従ってこの場合には、吐出温度
の上昇量を上記温度センサによって検出し、上記基１１
ｍ度が維持されるようにコンプレッサ１０の容量を低下
させる。逆に、空調負荷の増大によって熱交換器２，３
を通過する冷媒流量が増加すると、コンプレッサ１０の
吐出圧力が低下するとともに吐出）８度も低下するので
、この場合には上記基？’　？ＦＡ度になるようにコン
プレッサ１０の容量を増加させる。

［発明の効果］ 本発明によれば、１系統の空調設備を用いていながらも
冷房モードと暖房モードでの運転を同時に行なうことが
できるとともに、各空調域に存在する温熱あるいは冷熱
エネルギーを有効に利用することができるため空調に要
する運転コストを削減できる。すなわち、同一建物内に
暖房ゾーンと冷房ゾーンがある場合に、室内間熱移動を
行なうことにより、大きな省エネルギー効果が得られる
。

そして、１台の室外熱交換器に接続された複数台の室内
熱交換器がそれぞれ各空調域の空調負荷に合わせて運転
されるため、各空調域ごとの制御を容易に行なうことが
できる。また、建物内に送水配管を配設する必要がない
からインテリジェントビルなどにおいても安全である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は冷房モードと
暖房モードが共存する場合の空調設備の系統図、第２図
は冷房モードと暖房モードが共存する場合において冷房
負荷が小さい時の系統図、第３図は冷房のみの時の系統
図、第４図は暖房のみの時の系統図、第５図は空調設備
の配管説明図である。 １・・・空気調和設備、２，３・・・室内熱交換器、４
・・室外熱交換器、６・・・冷媒配管、１０・・・コン
プレッサ、１１・・・液タンク、１２・・・液面計、１
５・・・流路切換手段、２１〜３２・・・弁（流路切換
手段）、４１．４２・・・膨張弁、４３．４４・・・流
量制御弁、４５・・・膨張弁、４６・・・流量調整弁。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 所望の空調域ごとに配置される複数の室内熱交換器と、
   上記空調域の外に設置される室外熱交換器と、冷媒ガス
   を圧縮するコンプレッサと、上記各熱交換器とコンプレ
   ッサをつなぐ冷媒配管とを備えた空気調和設備であって
   、 上記室内熱交換器と室外熱交換器とを接続する冷媒配管
   の途中に冷媒液を貯留可能な液タンクを設けるとともに
   、各熱交換器とコンプレッサおよび液タンクを接続する
   冷媒配管の途中に流路切換手段を設け、 この流路切換手段は、暖房モードで作用する室内熱交換
   器において凝縮した冷媒液を上記液タンクに流入させる
   とともに、冷房モードで作用する室内熱交換器に対して
   は上記液タンクから冷媒液を供給するように制御され、
   しかも上記液タンク内の冷媒量が基準値よりも減少傾向
   にある時はコンプレッサから吐出した冷媒ガスの一部を
   室外熱交換器に導くことによりこの熱交換器を凝縮器と
   して作用させるとともにこの熱交換器にて凝縮した冷媒
   液を液タンクに補給し、また液タンク内の冷媒量が増加
   傾向にある時は液タンク内の冷媒を室外熱交換器に導く
   ことによりこの熱交換器を蒸発器として作用させるよう
   に切換制御されることを特徴とする空気調和設備。