JPH11148744A - 空調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 室外機と室内機との間で循環する相変化可能
な冷媒が凝縮器として機能する室外機に液体で多量に溜
まると室内機に循環する量が不足するので、負荷が小さ
い時にも室外機に液体で溜る量が過剰にならないように
する。 【解決手段】 吸収式冷凍機の蒸発器で蒸発する冷媒に
熱交換器２を介して放熱して液化した前記冷媒を各室内
機４に送って蒸発させ、各室内機４で冷房可能に構成し
た空調装置において、吸収式冷凍機の再生器で吸収液を
加熱して冷媒を蒸発分離するためのバーナ１４の火力
を、負荷が大きくて温度センサ１７が検出する前記冷媒
の温度が例えば８℃以上のときと、７℃以下に下がるま
では燃料調整弁１３を全開にして火力を最大とし、蒸発
器における冷熱の発生量を最大にするが、負荷が小さい
ときには前記温度が７℃以上であっても燃料調整弁１３
を半開にして、蒸発器における冷熱の発生量を半減する
ようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【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、
気体と液体との二相に相変化可能な冷媒を主に液体と気
体との比重差を利用して循環させ、各室内機において冷
房可能に構成した装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、相変化可能な冷媒、すなわち
潜熱を出し入れすることによって液体と気体との間で状
態が変化する冷媒の搬送動力を必要としない空調装置と
して、例えば図４に示されるような装置があるが、この
装置は凝縮器として機能する室外機１を建物の高所位置
に設置し、この室外機１と、これより低い位置にある被
空調室に設置の室内機４の熱交換器５との間を液相管６
と気相管７とで連結し、室外機１で放熱・凝縮した液体
をその自重によって室内機４の熱交換器５に液相管６を
介して供給する一方、室内機４の熱交換器５で温度の高
い室内空気と熱交換して吸熱・蒸発した気体を、冷媒が
凝縮して低圧となっている室外機１に気相管７を介して
還流させることで循環を可能とするものであから、電動
ポンプなどの搬送動力が不要となり、ランニングコスト
が抑制できると云った利点がある。なお、８は流量調整
弁、９は送風機である。

【０００３】特に、相変化可能な冷媒を冷却して凝縮さ
せる室外機１として、特開平７−３１８１８９号公報な
どに開示されている吸収式冷凍機を使用するようにした
空調装置においては、再生器のバーナで油やガスを燃焼
させて得た熱を利用して冷媒を吸収液から蒸発分離し、
この冷媒蒸気を凝縮器で凝縮液化させ、この液状冷媒が
蒸発器で蒸発する際に周囲から奪う熱を利用して前記冷
媒を凝縮液化させるものであるから、冷熱の発生機構に
は電力が不要であり、したがって年間を通じて電力消費
が最大になる夏期の電力消費が抑制できると云った利点
がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、室外機に吸収
式冷凍機を使用して冷熱を発生するようにした空調装置
においては、吸収式冷凍機の再生器で吸収液を加熱して
冷媒を吸収液から蒸発分離させるためのバーナの燃焼
を、冷房負荷に応じて単にオン／オフ制御したり、停止
／低燃焼／高燃焼の二段階制御としていたため、運転す
る室内機の台数が少ない低負荷運転時においても、バー
ナが１００％（最大能力）燃焼することがある。

【０００５】そして、このようなときには再生器におい
て多量の冷媒蒸気が発生し、これが吸収式冷凍機の蒸発
器に凝縮器で凝縮液化して供給されるので、低負荷時の
少量の冷媒は冷却され過ぎてしまい、室内機に循環され
る冷媒量が制限され、室外機に液体の状態で多量に溜ま
って室内機に循環する量が不足すると云った問題点があ
り、この解決が課題となっていた。

【０００６】

【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、凝縮器として機能する室外機と、
蒸発器として機能し、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
冷媒を主に液相と気相との比重差を利用して循環させ、
各室内機において冷媒の蒸発作用を用いて冷房可能に構
成した空調装置の前記室外機が、前記冷媒を冷却して凝
縮させるための冷熱発生部と、この冷熱発生部で発生さ
せる冷熱量を前記冷媒の温度および／または圧力に基づ
いて制御する制御手段とを備えると共に、この制御手段
によって制御される前記冷熱発生部における操作量の最
大値を室内機の負荷に基づいて調整可能に設けるように
した第１の構成の空調装置と、

【０００７】前記第１の構成の空調装置において、前記
最大値を調整しているときには調整前の前記最大値に対
応する前記冷媒の温度および／または圧力の値に基づい
て、前記冷熱量を制御する機能を制御手段が備えるよう
にした第２の構成の空調装置と、

【０００８】前記第１または第２の構成の空調装置にお
いて、冷房運転の起動時には前記最大値の調整を中止す
る機能を制御手段が備えるようにした第３の構成の空調
装置と、

【０００９】前記第１〜第３何れかの構成の空調装置に
おいて、冷熱発生部が吸収式冷凍機からなり、再生器の
バーナの火力が制御手段により制御されて蒸発器に供給
する液状冷媒の量が調整され、前記冷熱量が制御される
ようにした第４の構成の空調装置と、を提供するもので
ある。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を、図１
〜図３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４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。

【００１１】図１は、冷暖房可能に構成した本発明の空
調装置の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に封入した気体と液体
との二相に相変化が可能な冷媒、例えば低温度でも圧力
が低下すると容易に蒸発し得る、冷媒のＲ−１３４ａと
熱の授受を行う。

【００１２】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。

【００１３】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および流量調整弁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。

【００１４】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−１
３４ａ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とを備えた下方経路と、この下方経路と並列な開
閉弁１１を備えたバイパス経路となる上方経路とを設け
て、室外機１の熱交換器２と室内機４の熱交換器５と
が、下方経路・上方経路の何れか一方、または両方を介
して連通できるように構成してある。

【００１５】また、１２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、１３は図示しな
い吸収式冷凍機の再生器において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１４に接続した燃料管
に設けた燃料調整弁であり、この弁は閉弁と、開度５０
％、１００％とに制御可能になっている。また、１５は
閉回路３を循環しているＲ−１３４ａの流速を検出する
ための流速センサ、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。

【００１６】また、室外機１と室内機４には、相互に通
信可能な室外制御装置２０と室内制御装置２１とを設け
てある。そして、室外制御装置２０は、電動ポンプ１０
の運転と開閉弁１１の開閉を制御すると共に、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１３の開度を調節する機能を
備え、暖房運転中は温度センサ１６が検出するＲ−１３
４ａ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１３の開度
を調節する機能を備えており、室内制御装置２１は、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℃になるように流量調整弁８
の開度を調節する機能を備え、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℃になるように流量調整弁８の開度を調節する機能
を備えている。

【００１７】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。

【００１８】そして、室外機１においては、冷房モード
での運転中に燃料調整弁１３の開度を大きくし、バーナ
１４に供給する燃料を増やして火力を増加すると、図示
しない再生器において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、蒸発器内に設けられた熱交換器２
の周囲に液体で供給され、熱交換器２内を流れるＲ−１
３４ａ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１３の開度を小さくしてバーナ１４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。

【００１９】一方、暖房モードでの運転中に燃料調整弁
１３の開度を大きくし、バーナ１４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、蒸発器内の
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１３の
開度を小さくしてバーナ１４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。

【００２０】一方、各室内機４においては、流量調整弁
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。

【００２１】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、冷房運転は室外制御装置２
０が出力する制御信号に基づいて、開閉弁１１が開弁
し、電動ポンプ１０の運転を停止した状態で行われる。
そして、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・流量調整弁８を介して室内機４に所定温度、例
えば７℃で供給される。

【００２２】また、各室内機４においては、送風機１２
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。

【００２３】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。

【００２４】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調整弁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−１３
４ａの温度上昇（または低下）はその内解消する。

【００２５】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１３の開度
を室外制御装置２０により制御する。

【００２６】例えばリモコン２２などによって冷房運転
が指示されている室内機４の台数、冷房運転中の室内機
４の流量調整弁８の開度の総和、流量センサ１５と温度
センサ１７とが検出して出力しているＲ−１３４ａの状
態などから冷房負荷が大きいと室外制御装置２０が判断
したときには、燃料調整弁１３の開度を図２（ａ）のよ
うに制御し、冷房負荷が小さいと判断したときには燃料
調整弁１３の開度を図２（ｂ）のように制御する。

【００２７】すなわち、冷房負荷が大きく、且つ、温度
センサ１７が検出するＲ−１３４ａの温度が例えば８℃
以上であるときには、燃料調整弁１３を全開にしてバー
ナ１４の火力を最大とし、Ｒ−１３４ａの温度が例えば
７℃以下に下がったときには燃料調整弁１３を全開から
半開にしてバーナ１４の火力を半減し、Ｒ−１３４ａの
温度がさらに下がって例えば６℃以下になったときには
燃料調整弁１３を半開から全閉にしてバーナ１４の燃焼
を停止する。また、Ｒ−１３４ａの温度が７℃以上に上
がったときには燃料調整弁１３を全閉から半開にし、Ｒ
−１３４ａの温度がさらに上がって８℃以上になったと
きには燃料調整弁１３を半開から全開にして、それぞれ
バーナ１４の火力を増やす。

【００２８】一方、冷房負荷が小さいときには、温度セ
ンサ１７が検出するＲ−１３４ａの温度が７℃以上であ
っても燃料調整弁１３を半開に留めてバーナ１４の火力
を最大火力の半分とし、Ｒ−１３４ａの温度が下がって
６℃以下になったときに燃料調整弁１３を半開から全閉
にしてバーナ１４の燃焼を停止する。また、Ｒ−１３４
ａの温度が７℃以上に上がると燃料調整弁１３を閉弁か
ら半開にして燃焼を再開する。

【００２９】このように燃料調整弁１３の開度を制御す
ることによって、低負荷運転時においてもＲ−１３４ａ
が室外機１で冷却され過ぎてこの部分に多量に溜り、室
内機４に循環供給するＲ−１３４ａが不足すると云った
ことがなくなる。

【００３０】なお、冷房運転を開始した直後は、閉回路
３全体の温度が充分低下していないことが多いので、例
え冷房負荷が小さくてもＲ−１３４ａの温度が所定温度
（この場合は８℃以上）あれば燃料調整弁１３を全開に
してバーナ１４の火力を最大にし、充分な冷房が速やか
に行えるようにする。

【００３１】また、燃料調整弁１３の開度は図３のよう
に制御しても良い。すなわち、冷房負荷が大きいときに
は図２（ａ）と同様に制御し、冷房負荷が小さいく、温
度センサ１７が検出するＲ−１３４ａの温度が例えば８
℃以上であるときには燃料調整弁１３を半開にしてバー
ナ１４の火力を最大火力の半分とし、Ｒ−１３４ａの温
度が下がって例えば６℃以下になったときに燃料調整弁
１３を半開から全閉にしてバーナ１４の燃焼を停止す
る。また、Ｒ−１３４ａの温度が８℃以上に上がると燃
料調整弁１３を全閉から半開にして燃焼を再開する。

【００３２】なお、開閉弁１１を閉弁し、電動ポンプ１
０を起動した状態で行う暖房運転時におけるＲ−１３４
ａの循環サイクルを説明すると、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−１
３４ａ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。

【００３３】各室内機４においては、送風機１２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。

【００３４】そして、凝縮して液体となったＲ−１３４
ａ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。

【００３５】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調整弁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１９が検出するＲ−１３
４ａの温度低下（または上昇）はその内解消する。

【００３６】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１３の開度
を室外制御装置２０により制御する。

【００３７】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。

【００３８】また、破線で示したように、電動ポンプ１
０の吐出側を冷房運転時に閉弁し、暖房運転時に開弁す
る開閉弁２５を介してレシーバタンク２３の流入側に連
結して、暖房運転時に電動ポンプ１０が室外機１に向け
て搬送する液体のＲ−１３４ａの搬送抵抗を低下させて
も良いし、逆にレシーバタンク９と電動ポンプ１０を備
えた下方経路を省略して冷房運転専用とした空調装置で
あっても勿論良い。

【００３９】また、温度センサ１６・１７に代えて、例
えば熱交換器２の出入口部におけるＲ−１３４ａの圧力
が検出できる圧力センサを設置し、この圧力センサが検
出して出力する情報に基づいて、室外制御装置２０が燃
料調整弁１３の開度を制御するように構成することもで
きる。

【００４０】さらに、閉回路３に封入する相変化可能な
冷媒としては、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−４０４
Ａ、Ｒ−４１０ｃなどであっても良い。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように本発明の空調装置に
よれば、Ｒ−１３４ａなどの相変化可能な冷媒が低負荷
運転時においても室外機で冷却され過ぎてこの部分に多
量に溜ると云ったことがないので、室内機には前記冷媒
が正常に循環供給され、これにより空調負荷が大きく変
動しても正常な冷房運転を継続することができる。

【００４２】また、冷房運転の起動時には熱源投入量の
最大値調整を行わないようにした請求項３の発明では、
空調負荷が小さくても前記冷媒の温度が所定温度以上で
あれば最大の熱源投入量で起動時の運転が行われるの
で、正常な状態の冷房運転に速やかに達することができ
ると云った利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の空調装置の構成を示す説明図である。

【図２】流量調整弁の一制御例の説明図である。

【図３】流量調整弁の他の制御例の説明図である。

【図４】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 流量調整弁 ９ レシーバタンク １０ 電動ポンプ １１ 開閉弁 １２ 送風機 １３ 燃料調整弁 １４ バーナ １５ 流速センサ 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 開閉弁

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 凝縮器として機能する室外機と、蒸発器
   として機能し、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、相変化可能な冷媒を
   主に液相と気相との比重差を利用して循環させ、各室内
   機において冷媒の蒸発作用を用いて冷房可能に構成した
   空調装置の前記室外機が、前記冷媒を冷却して凝縮させ
   るための冷熱発生部と、この冷熱発生部で発生させる冷
   熱量を前記冷媒の温度および／または圧力に基づいて制
   御する制御手段とを備えると共に、この制御手段によっ
   て制御される前記冷熱発生部における操作量の最大値が
   室内機の負荷に基づいて調整可能に設けられたことを特
   徴とする空調装置。
2. 【請求項２】 前記最大値を調整しているときには、調
   整前の前記最大値に対応する前記冷媒の温度および／ま
   たは圧力の値に基づいて、前記冷熱量を制御する機能を
   制御手段が備えたことを特徴とする請求項１記載の空調
   装置。
3. 【請求項３】 冷房運転の起動時には、前記最大値の調
   整を中止する機能を制御手段が備えたことを特徴とする
   請求項１または２記載の空調装置。
4. 【請求項４】 冷熱発生部が吸収式冷凍機からなり、再
   生器のバーナの火力が制御手段により制御されて蒸発器
   に供給する液状冷媒の量が調整され、前記冷熱量が制御
   されることを特徴とする請求項１〜３何れかに記載の空
   調装置。