JP2000314565A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧縮機運転による強制循環運転と圧縮機停止
による自然循環運転とを併用した空気調和機において、
冷媒回路を簡単化する。また、自然循環運転前に強制循
環運転で余剰となった冷媒をスムーズに回収できる空気
調和機を得る。また、自然循環で安定した冷房能力が得
られる空気調和機を得る。 【解決手段】 圧縮機１をスクロール圧縮機とし、開度
の制御が可能な電子式膨張弁４で減圧機能と膨張弁のバ
イパス機能とを兼ね、開閉弁を減らす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、外気温度に関係な
く年間を通して運転される空気調和機に関するものであ
り、特に圧縮機運転による強制循環運転と圧縮機停止に
よる自然循環運転とを備えた空気調和機に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯電話をはじめとする移動体通
信の普及によって、電算機室や移動体通信の中継電子機
器を納めた基地局（シェルタ）に代表されるような電子
機器の発熱を除去する分野が急速に広がっており、これ
らの場所では年間を通しての冷房運転が必要となってい
る。

【０００３】これらの用途では、冬季や夜間のように外
気温度が低い場合には、換気によって冷房することも可
能であるが、霧，雨，雪，塵埃などの侵入を防ぐ装置が
必要となり、しかも外気温度の変動によって室内温度も
変動するため、安定した冷房が行えない。この様な条件
では、室内温度と外気温度との温度差を利用して、室内
から室外へ冷媒により熱を運ぶ自然循環を利用した空気
調和機を用いることができる。この自然循環を利用した
空気調和機は、圧縮機を用いる強制循環による空気調和
機よりも年間消費電力を大幅に低減することができる。

【０００４】ここで、自然循環による冷房運転の動作原
理について図１９を用いて説明する。図１９は自然循環
を利用した空気調和機として冷房装置を示す構成図であ
り、図において、２は凝縮器、３は室外ファン、５は室
外機、６は液配管、７は蒸発器、８は室内ファン、９は
空調対象空間に配置される室内機、１０はガス配管であ
る。凝縮器２を蒸発器７より相対的に高位置に配置する
と、凝縮器２で凝縮した液冷媒は、液配管６内を重力に
より下降して蒸発器７に流入する。蒸発器７に流入した
液冷媒は空調対象空間例えば室内の熱負荷を受けて蒸発
した後、ガス配管１０を上昇して凝縮器２へ戻ることで
サイクルが形成される。

【０００５】このように、自然循環による冷房運転とは
冷媒を循環させる駆動力として室内機９と室外機５との
位置的な高低差における液冷媒とガス冷媒の密度差を利
用するものであり、凝縮器２，蒸発器７，液配管６，ガ
ス配管１０，および冷媒回路内の開閉弁部などの冷媒流
路における圧力損失の和が液配管６内の液柱高さによる
圧力上昇と等しい場合に成立する。

【０００６】一般的な圧縮機を用いた強制循環運転によ
る冷房運転のサイクルにおける圧力−エンタルピー線図
を図２０に示す。図２０において、横軸はエンタルピ
ー、縦軸は圧力である。これと比較して圧縮機を用いな
い自然循環運転のサイクルにおける圧力−エンタルピー
線図を図２１に示す。図２１においても横軸はエンタル
ピー、縦軸は圧力であり、強制循環運転による冷房運転
のサイクルとしては、圧縮機、凝縮器、膨張弁、および
蒸発器を順次配管で接続した構成である。図２０におい
て、３４は凝縮器内のエンタルピー減少と圧力降下、３
５は膨張弁による圧力降下、３６は蒸発器内のエンタル
ピー増加と圧力降下、３７は圧縮機によるエンタルピー
増加と圧力上昇を表しており、３８は室内温度相当の冷
媒圧力、３９は外気温度相当の冷媒圧力である。図中の
矢印は冷媒の流れ方向を示している。また、図２１にお
いて、４０が蒸発器内のエンタルピー増加と圧力降下、
４１がガス配管内の圧力降下、４２が凝縮器内のエンタ
ルピー減少と圧力降下、４３が液配管での高低差による
圧力上昇から液配管内の圧力降下を差し引いた圧力上昇
を表している。図２０と図２１とを比較すると、自然循
環による冷房運転のサイクルでは、圧縮機を用いた強制
循環による冷房運転のサイクルに比べて蒸発器内のエン
タルピー変化量と凝縮器内のエンタルピー変化量がほぼ
等しく、冷媒の流れが反対になるという特徴を有してい
る。

【０００７】ところで、自然循環を利用した空気調和機
の例としては、特開平９−２５０７７９号公報に掲載さ
れたように圧縮機を用いる強制循環による冷房運転（以
下、強制循環運転と略す）に自然循環による冷房運転
（以下、自然循環運転と略す）を併用したものがある。
図２２は従来の強制循環運転と自然循環運転とを有する
空気調和機を示す構成図である。図において、１は圧縮
機、２は凝縮器、３は室外ファン、５は室外機、６は液
配管、７は蒸発器、９は室内機、１０はガス配管、１２
は圧縮機１をバイパスする圧縮機バイパス配管、１４は
アキュムレータ、１３、２２、４４、４５はそれぞれ開
閉弁、４６は膨張弁、２３は膨張弁４６と開閉弁４５を
バイパスするバイパス配管である。

【０００８】この空気調和機では、圧縮機１および膨張
弁４６のバイパスのために４つの開閉弁１３、４４、２
２、４５を備えている。凝縮器２は蒸発器７よりも相対
的に高い位置に配置されており、室内温度より外気温度
が低い場合には開閉弁４４、２２を開、開閉弁１３、４
５を閉として自然循環運転のサイクルを構成する。即
ち、凝縮器２で凝縮した液冷媒は、液配管６内を重力に
より下降して膨張弁バイパス配管２３の開閉弁２２を通
って蒸発器７に流入する。蒸発器７に流入した液冷媒は
室内の熱負荷を受けて蒸発した後、ガス配管１０を上昇
し圧縮機バイパス配管１２の開閉弁４４を通って凝縮器
２へ戻ることでサイクルが形成される。

【０００９】また、室内温度より外気温度が高い場合に
は、開閉弁１３、４５を開、開閉弁４４、２２を閉と
し、圧縮機１運転による強制循環のサイクルで運転を行
う。即ち、この配管内の冷媒ガスが圧縮機１で断熱的に
圧縮されて過熱状態となり、凝縮器２で外気へ放熱・液
化して冷媒液となる。この後、高圧の冷媒液は液配管６
内を下降して開閉弁４５を通り、膨張弁４６で減圧され
て気液混合状態の低温低圧の湿り蒸気となる。さらに、
冷媒は蒸発器７で気化熱を吸収して冷媒ガスとなり、ガ
ス配管１０、アキュムレータ１４を通って圧縮機１へ戻
る。この時アキュムレータ１４内には、強制循環運転で
余剰となる冷媒が蓄積される。

【００１０】このようにこの空気調和機では強制循環運
転と自然循環運転を備え、外気温度と室内温度に応じて
切換える構成であり、自然循環運転の運転動力としては
室外ファン３の入力のみとなるため、年間消費電力の大
幅削減が可能となる。また、ここでは図示されていない
が、室内機９側にも室内ファンが設けられることも多い
が、室外ファンと室内ファンを有する装置でも、年間消
費電力が大幅に削減される。

【００１１】ここで、一般に冷媒回路内の冷媒状態の違
いから、自然循環運転の必要冷媒量は強制循環運転に比
べて多くなる。そこで、従来の空気調和機では凝縮器２
の出口近くに設けられていた膨張弁４６を室内機側へ配
置するなどして自然循環運転と強制循環運転の冷媒量差
を吸収する工夫がなされていた。しかし、実際には強制
循環運転から自然循環運転への運転切換えの際には、強
制循環運転時にアキュムレータ１４内に蓄積された余剰
冷媒を、自然循環運転をする前に凝縮器２側へ回収する
冷媒回収運転を行う必要があった。従って、従来の強制
循環運転に自然循環運転を併用した空気調和機では、両
運転の冷媒回路の切換えや運転切換え時の冷媒回収用と
して４つの開閉弁４４、１３、２２、４５およびそれら
を接続する配管を備えていた。

【００１２】また、一般に電算機室や移動体通信の中継
電子機器が納められた基地局（シェルタ）内の温度は２
５〜３５℃程度の範囲で制御されるが、冬季など外気温
度が低い場合には、自然循環運転によって得られる冷房
能力が増加するため圧縮機１は長時間停止状態となり、
時間の経過に伴って圧縮機１の温度は低下する。圧縮機
１の温度が低下してくると、自然循環運転のサイクルか
ら圧縮機１へ冷媒ガスが徐々に凝縮するため、自然循環
運転に必要な冷媒量が確保されないだけでなく、圧縮機
１起動時に液圧縮が発生して破損に至るといった現象を
生じる可能性があった。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】従来の強制循環運転に
自然循環運転を併用した空気調和機では、両運転の冷媒
回路の切換えや運転切換え時の冷媒回収用として４つの
開閉弁４４、１３、２２、４５およびそれらを接続する
配管を備えていた。これらの開閉弁のうち自然循環運転
の冷媒流路となる開閉弁２２，４４は、圧力損失を低減
するために大口径の高価な開閉弁が用いられるため、強
制循環運転のみの空気調和機に比べてシステムが高価に
なるという問題があった。さらに、開閉弁が多数存在す
ることにより冷媒回路が複雑となり、室外機５内のスペ
ースの制約から室外機５内への収納が困難であるという
問題があった。

【００１４】また、強制循環運転時にはアキュムレータ
１４内に余剰冷媒が蓄積されるため、自然循環運転への
切換え時には、この余剰冷媒を凝縮器２側へ回収する冷
媒回収運転を行う必要がある。しかし、膨張弁４６を完
全に閉止して冷媒回収運転を行うと、圧縮機１の吸入圧
力が急激に低下するため、圧縮機１内に吸入された冷媒
液が発泡して冷凍機油が吐出ガスとともに冷媒回路内へ
流出し、圧縮機内部の冷凍機油量が減少して潤滑不良に
より焼損に至る可能性があった。また冷媒回収運転にお
いて、特に外気温が低い時など吐出された過熱ガス温度
が低い場合には、アキュムレータ１４内の冷媒液を蒸発
させるのに多くの時間を必要とするため、不必要な強制
循環運転が長くなり消費電力削減効果が小さくなるとい
う課題があった。また、冷媒回路内に流出した冷凍機油
が圧力損失の増大をもたらし、自然循環運転の冷房能力
を低下させるという問題があった。

【００１５】また、冬季など外気温度が低下する場合に
は、自然循環運転によって得られる冷房能力が増加する
ため、圧縮機１は長時間停止状態となり、時間の経過に
伴って圧縮機１の温度は低下する。このような場合、自
然循環回路から圧縮機１へ冷媒ガスが徐々に凝縮するた
め、自然循環運転に必要な冷媒量が確保されないだけで
なく、圧縮機１の起動時に液圧縮が生じて破損に至る可
能性があった。

【００１６】さらに、凝縮器２内の冷媒の流れ方向が下
から上に構成されている場合や、凝縮器２出口部と液配
管６との間の接続配管部に下から上の立ち上がり配管が
存在する場合には、凝縮した冷媒液が凝縮器２内の伝熱
管や接続配管の途中で滞留し、自然循環運転が不安定と
なり安定した冷房能力が得られないといった問題があっ
た。

【００１７】本発明は上記のような従来の課題を解決す
るためになされたもので、強制循環運転と自然循環運転
とを備え、それぞれのサイクルの冷媒回路への切換えに
必要な開閉弁の数を低減して簡単な構成の冷媒回路を有
する空気調和機を得ることを目的とするものである。ま
た、冷媒を回収する際に、圧縮機１の吸入圧力を急激に
低下させることなく運転切換えをスムーズに行うことが
できる空気調和機を得ることを目的とするものである。
また、強制循環運転と自然循環運転とを備え、圧縮機１
が長時間停止状態の場合にも冷媒ガスの圧縮機１への流
入を防止し、安定して適切な冷房能力が得られる空気調
和機を得ることを目的とするものである。また、凝縮し
た冷媒液が凝縮器２内の伝熱管や接続配管の途中で滞留
するのを防止できる空気調和機を得ることを目的とする
ものである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明による空気調和機
は、上記のような従来の課題を解決するためになされた
もので、圧縮機、凝縮器、弁の開度を制御し得る電子式
膨張弁および蒸発器を順次配管で接続してなる冷凍サイ
クルと、前記蒸発器の出口部と前記凝縮器の入口部とを
第１開閉弁を介して接続する圧縮機バイパス配管とを備
え、前記第１開閉弁を閉とし、前記圧縮機、凝縮器、電
子式膨張弁および蒸発器が順次接続されて、前記圧縮機
を運転状態とした強制循環運転と、前記第１開閉弁を開
とし、前記圧縮機をバイパスして前記凝縮器、電子式膨
張弁および蒸発器が順次接続されて、前記圧縮機を停止
状態とした自然循環運転とを切換え可能とすると共に、
前記強制循環運転時には冷媒の圧力状態を制御し、前記
自然循環運転時には圧力損失を低減するよう前記強制循
環運転時よりも前記電子式膨張弁の開度を大きくするよ
う制御し、前記圧縮機をスクロール圧縮機としたもので
ある。

【００１９】また、強制循環運転から自然循環運転へに
切り換わり時、圧縮機にて冷媒回収運転を行なうと共
に、前記圧縮機が停止するまで電子式膨張弁を開とする
ものである。

【００２０】また、圧縮機、凝縮器、弁の開度を制御し
得る電子式膨張弁および蒸発器を順次配管で接続してな
る冷凍サイクルと、前記蒸発器の出口部と前記凝縮器の
入口部とを第１開閉弁を介して接続する圧縮機バイパス
配管とを備え、前記第１開閉弁を閉とし、前記圧縮機、
凝縮器、電子式膨張弁および蒸発器が順次接続されて、
前記圧縮機を運転状態とした強制循環運転と、前記第１
開閉弁を開とし、前記圧縮機をバイパスして前記凝縮
器、電子式膨張弁および蒸発器が順次接続されて、前記
圧縮機を停止状態とした自然循環運転とを切換え可能と
すると共に、前記強制循環運転時には冷媒の圧力状態を
制御し、前記自然循環運転時には圧力損失を低減するよ
う前記強制循環運転時よりも前記電子式膨張弁の開度を
大きくするよう制御し、さらに冷媒をＲ４１０Ａとする
と共に前記凝縮器の冷媒配管の出口部の高さを、蒸発器
の冷媒配管の出口部の高さよりも０．５ｍ以上でかつ２
ｍ以下の上方としたものである。

【００２１】また、圧縮機、凝縮器、弁の開度を制御し
得る電子式膨張弁および蒸発器を順次配管で接続してな
る冷凍サイクルと、前記蒸発器の出口部と前記凝縮器の
入口部とを第１開閉弁を介して接続する圧縮機バイパス
配管とを備え、前記第１開閉弁を閉とし、前記圧縮機、
凝縮器、電子式膨張弁および蒸発器が順次接続されて、
前記圧縮機を運転状態とした強制循環運転と、前記第１
開閉弁を開とし、前記圧縮機をバイパスして前記凝縮
器、電子式膨張弁および蒸発器が順次接続されて、前記
圧縮機を停止状態とした自然循環運転とを切換え可能と
すると共に、前記強制循環運転時には冷媒の圧力状態を
制御し、前記自然循環運転時には圧力損失を低減するよ
う前記強制循環運転時よりも前記電子式膨張弁の開度を
大きくするよう制御し、さらに冷媒をＲ２２としたもの
である。

【００２２】また、圧縮機、凝縮器、弁の開度を制御し
得る電子式膨張弁および蒸発器を順次配管で接続してな
る冷凍サイクルと、前記蒸発器の出口部と前記凝縮器の
入口部とを第１開閉弁を介して接続する圧縮機バイパス
配管とを備え、前記第１開閉弁を閉とし、前記圧縮機、
凝縮器、電子式膨張弁および蒸発器が順次接続されて、
前記圧縮機を運転状態とした強制循環運転と、前記第１
開閉弁を開とし、前記圧縮機をバイパスして前記凝縮
器、電子式膨張弁および蒸発器が順次接続されて、前記
圧縮機を停止状態とした自然循環運転とを切換え可能と
すると共に、前記強制循環運転時には冷媒の圧力状態を
制御し、前記自然循環運転時には圧力損失を低減するよ
う前記強制循環運転時よりも前記電子式膨張弁の開度を
大きくするよう制御し、さらに冷媒をＲ４０７Ｃとした
ものである。

【００２３】また、圧縮機、凝縮器、弁の開度を制御し
得る電子式膨張弁および蒸発器を順次配管で接続してな
る冷凍サイクルと、前記蒸発器の出口部と前記凝縮器の
入口部とを第１開閉弁を介して接続する圧縮機バイパス
配管とを備え、前記第１開閉弁を閉とし、前記圧縮機、
凝縮器、電子式膨張弁および蒸発器が順次接続されて、
前記圧縮機を運転状態とした強制循環運転と、前記第１
開閉弁を開とし、前記圧縮機をバイパスして前記凝縮
器、電子式膨張弁および蒸発器が順次接続されて、前記
圧縮機を停止状態とした自然循環運転とを切換え可能と
すると共に、前記強制循環運転時には冷媒の圧力状態を
制御し、前記自然循環運転時には圧力損失を低減するよ
う前記強制循環運転時よりも前記電子式膨張弁の開度を
大きくするよう制御し、冷凍機油としてエステル油を用
いたものである。

【００２４】また、圧縮機、凝縮器、弁の開度を制御し
得る電子式膨張弁および蒸発器を順次配管で接続してな
る冷凍サイクルと、前記蒸発器の出口部と前記凝縮器の
入口部とを第１開閉弁を介して接続する圧縮機バイパス
配管とを備え、前記第１開閉弁を閉とし、前記圧縮機、
凝縮器、電子式膨張弁および蒸発器が順次接続されて、
前記圧縮機を運転状態とした強制循環運転と、前記第１
開閉弁を開とし、前記圧縮機をバイパスして前記凝縮
器、電子式膨張弁および蒸発器が順次接続されて、前記
圧縮機を停止状態とした自然循環運転とを切換え可能と
すると共に、前記強制循環運転時には冷媒の圧力状態を
制御し、前記自然循環運転時には圧力損失を低減するよ
う前記強制循環運転時よりも前記電子式膨張弁の開度を
大きくするよう制御し、冷凍機油として冷媒に対する溶
解度が小さい非相溶油を用いたものである。

【００２５】

【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、本発明の実
施の形態１による空気調和機として例えば冷房装置につ
いて説明する。図１は本実施の形態に係る空気調和機を
示す構成図である。図において、１は圧縮機、２は凝縮
器、３は室外ファン、４は膨張弁で例えば電子式膨張
弁、５は室外機、６は液配管、７は蒸発器、８は室内フ
ァン、９は室内機、１０はガス配管、１１は開閉弁（第
１開閉弁）で例えば逆止弁、１２は圧縮機バイパス配管
である。図中、矢印は冷媒の流れ方向を示している。

【００２６】電子式膨張弁４は通電する電流によってそ
の開度を設定できるというように外部から制御が可能な
膨張弁であり、本実施の形態では強制循環運転と自然循
環運転で異なる開度を設定して切換える。また、ガス配
管１０は蒸発器７出口から凝縮器２入口までの配管と
し、液配管６は凝縮器２出口から蒸発器７入口までの配
管とする。そして、ガス配管１０の径を液配管６の径の
１．５〜２倍程度とし、液配管６に比べてガス配管１０
が太くなるように構成している。また、本実施の形態で
は、冷媒として例えばＲ２２やＲ−４０７Ｃなどのフロ
ン系の冷媒を用い、圧縮機としては例えばスクロール圧
縮機、冷凍機油としては例えばアルキルベンゼン油やエ
ステル油などを用いているが、これに限るものではな
く、他の冷媒、他の圧縮機、他の冷凍機油を用いてもよ
い。

【００２７】図１に示すように、空気調和機は、室外機
５と室内機９およびそれらを接続するための液配管６と
ガス配管１０から構成されている。室外機５は、冷媒ガ
スを圧縮するための圧縮機１、この冷媒ガスを冷却液化
させるための凝縮器２、外気を強制的に凝縮器２の外表
面に送風するための室外ファン３、凝縮器２を出た高温
高圧の冷媒液を減圧して二相状態の湿り蒸気とする電子
式膨張弁４、自然循環運転時に圧縮機１をバイパスする
ための逆止弁１１を介した圧縮機バイパス配管１２より
構成されている。また、室内機９は、液配管６から流入
した湿り蒸気を空調対象空間である室内の空調負荷によ
って蒸発させて冷媒ガスとする蒸発器７、室内空気を強
制的に蒸発器７の外表面に送風するための室内ファン８
より構成されている。この室外機５の凝縮器２は室内機
９の蒸発器７よりも高い位置に配置されており、ここで
は例えば１．２ｍ程度の高低差をつけて配置している。

【００２８】この空気調和機は例えば年間を通して冷房
が必要な場所に利用され、室内温度が外気温度よりも低
いときには、圧縮機１を運転状態とした強制循環運転を
行い、室内温度が外気温度よりも高い時には、圧縮機１
を停止状態として外気の冷熱を利用した自然循環運転を
行う。ここではまず、強制循環運転について説明する。
電子式膨張弁４の開度を、凝縮器２から流出した冷媒液
を減圧して二相状態の湿り蒸気とするための適切な開
度、例えば全開が２０００ｐｕｌｓｅの電子式膨張弁４
を用いた場合には、１５％程度の開度、例えば３００ｐ
ｕｌｓｅに設定し、圧縮機１を運転すると逆止弁１１は
圧縮機１の吐出圧力と吸入圧力との圧力差で閉止されて
強制循環運転のサイクルが形成される。即ち、この配管
内の冷媒ガスが圧縮機１で断熱的に圧縮されて過熱状態
となり、凝縮器２で外気へ放熱して液化し冷媒液とな
る。この後、高圧の冷媒液は電子式膨張弁４を通り、こ
の電子式膨張弁４で減圧されて気液混合状態の低温低圧
の湿り蒸気となる。さらに冷媒は液配管６を通って蒸発
器７で気化熱を吸収して冷媒ガスとなり、ガス配管１０
を通って圧縮機１へ戻る。

【００２９】次に、室内温度より外気温度が低い場合の
自然循環運転について説明する。電子式膨張弁４の開度
を、冷媒回路内の圧力損失を低減するために全開にする
と、逆止弁１１は冷媒の流れにより開放され、自然循環
運転のサイクルが形成される。そして、凝縮器２で凝縮
した液冷媒は、液配管６内を重力により下降して蒸発器
７に流入する。蒸発器７に流入した液冷媒は室内の熱負
荷を受けて蒸発した後、ガス配管１０を上昇し圧縮機バ
イパス配管１２の逆止弁１１を通って凝縮器２へ戻る。
ここで、冷媒は圧縮機１を通る流路にも流れようとする
が、圧縮機１内部の流動抵抗が圧縮機バイパス配管１２
の流動抵抗に比べて非常に大きいため、圧縮機１を通る
冷媒流量は圧縮機バイパス配管１２を通る冷媒流量に対
して無視できるほど小さくなる。

【００３０】このようにこの空気調和機では強制循環運
転と自然循環運転とを備え、外気温度と室内温度に応じ
て切換える構成であり、自然循環運転の必要動力として
は室外ファン３と室内ファン８の入力だけとなるため、
年間消費電力の大幅削減が可能となる。また、この空気
調和機では図２２の従来例において膨張弁４６が有して
いた減圧機能と開閉弁２２が有していた膨張弁４６のバ
イパス機能という２つの機能を、開度を外部から制御可
能な１つの電子式膨張弁４で実現しており、従来装置で
の３つの開閉弁１３、２２、４５が不要となるため安価
で簡単な装置を構成することができる。さらに、自然循
環運転と強制循環運転との切換えに必要となる開閉弁の
個数を減少できるため、冷媒回路の構成部品をすべて室
外機５内へ容易に収納することができる。

【００３１】また、圧縮機バイパス回路１２に設けた逆
止弁１１は、電磁式の開閉弁などを用い、自然循環運転
の時に開、強制循環運転の時に閉として動作させても上
記と同様の効果を奏する。ただし、上記実施の形態のよ
うに、蒸発器７の出口部から凝縮器２の入口部への冷媒
の流れを開とし逆方向の流れを閉とする逆止弁１１を用
いると、自然循環運転と強制循環運転に応じて開閉を行
う必要がなく、容易に冷媒回路の変更を行うことができ
る。即ち、強制循環運転では、圧縮機１の吐出圧力と吸
入圧力との圧力差によって逆止弁１１は自動的に閉止さ
れ、また、自然循環運転に切換える際には電子式膨張弁
４の開度を全開、および圧縮機１を停止することによっ
て冷媒は冷媒回路内を自然循環し、逆止弁１１の両側に
かかっていた圧力が逆になり、逆止弁１１は自動的に開
となる。

【００３２】ところで、一般に同一配管径、同一冷媒流
量ではガス流速が液流速に比べて大きくなるため、液配
管６の圧力損失に比べてガス配管１０の圧力損失は大き
くなる。自然循環運転では、高低差による圧力上昇と冷
媒回路内の圧力損失が等しくなるように冷媒流量が決定
されるため、冷媒回路内の圧力損失の増加が直接、冷房
能力の低下に影響を及ぼす。従って、冷媒回路内の圧力
損失を低減し、冷媒流量を増加させることが冷房能力の
増加を促進する。本実施の形態による空気調和機は、蒸
発器７の出口から凝縮器２の入口までの配管であるガス
配管１０の配管径を、凝縮器２の出口から蒸発器７の入
口までの配管である液配管６の配管径よりも、例えば
１．５〜２倍程度大きくなるように構成したので、冷媒
回路内の圧力損失を低減することができ、冷媒流量を増
加させることができる。従って、自然循環運転の冷房能
力が圧力損失の増加によって低下するのを抑制すること
ができる。なお、上記では液配管６に比べてガス配管１
０の配管径が、例えば１．５〜２倍程度に大きくなるよ
うに構成したが、大きさの程度はこれに限るものではな
い。ガス配管１０を液配管６よりも太くすれば、その効
果に程度の差はあるが自然循環運転での冷房能力の低下
を防止できる。

【００３３】実施の形態２．以下、本発明の実施の形態
２による空気調和機として例えば冷房装置について説明
する。図２は本実施の形態による空気調和機を示す構成
図である。図において、１４は過渡的現象や冷媒の過充
填などの場合に圧縮機１への液戻りを防止するためのア
キュムレータで、圧縮機バイパス配管１２の入口部と圧
縮機１の入口部との間の配管に設けたものである。１３
は圧縮機バイパス配管１２の入口部とアキュムレータ１
４の入口部との間の配管に設けられ、アキュムレータ１
４への冷媒の流入を防止する開閉弁（第２開閉弁）、１
６は圧縮機１の出口部と圧縮機バイパス配管１２の出口
部との間の配管に設けた開閉弁（第３開閉弁）で、例え
ば圧縮機１の出口部から圧縮機バイパス配管１２の出口
部への冷媒の流れを開とし逆方向の流れを閉とする逆止
弁である。また、図１と同一符号は同一、または相当部
分を示しており、図中の矢印は冷媒の流れ方向を示して
いる。実施の形態１と同様、室外機５と室内機９および
それらを接続するための液配管６とガス配管１０から構
成されている。室外機５は、冷媒ガスを圧縮するための
圧縮機１、この冷媒ガスを冷却液化させるための凝縮器
２、外気を強制的に凝縮器２の外表面に送風するための
室外ファン３、凝縮器２を出た高温高圧の冷媒液を減圧
して二相状態の湿り蒸気とする電子式膨張弁４、過渡的
現象や冷媒の過充填などの場合に圧縮機１への液戻りを
防止するためのアキュムレータ１４、自然循環運転時に
圧縮機１およびアキュムレータ１４をバイパスするため
の開閉弁１３、逆止弁１１を介した圧縮機バイパス配管
１２、自然循環運転時に圧縮機バイパス配管１２を流れ
てきた冷媒が圧縮機１へ流入するのを防止する逆止弁１
６より構成されている。また、室内機５は、液配管６か
ら流入した湿り蒸気を空調対象空間である室内の空調負
荷によって蒸発させて冷媒ガスとする蒸発器７、室内空
気を強制的に蒸発器７の外表面に送風するための室内フ
ァン８より構成されている。

【００３４】この空気調和機では、強制循環運転を行う
場合、開閉弁１３を開とし、電子式膨張弁４の開度を、
凝縮器２から流出した冷媒液を減圧して二相状態の湿り
蒸気とするための適切な開度、例えば全開の１５％程度
の開度に設定して圧縮機１を運転する。このような運転
状態では、逆止弁１１は圧縮機１の吐出圧力と吸入圧力
との圧力差で自動的に閉止され、また逆止弁１６は自動
的に開となって強制循環運転のサイクルが形成される。

【００３５】また、自然循環運転を行う場合、圧縮機１
を停止するとほぼ同時に開閉弁１３を閉とし、さらに電
子式膨張弁４の開度を全開にすると、逆止弁１１は冷媒
の流れにより開放され、自然循環運転のサイクルが形成
される。なお、再び強制循環運転を行う際には、まず開
閉弁１３を開とし、電子式膨張弁４の開度を絞るとほぼ
同時に圧縮機１を運転する。

【００３６】この空気調和機では図２２の従来例におい
て膨張弁４６が有していた減圧機能と開閉弁２２が有し
ていた膨張弁４６のバイパス機能という２つの機能を、
開度を外部から制御可能な１つの電子式膨張弁４で実現
しており、従来装置での２つの弁２２、４５が不要とな
るため安価で簡単な装置を構成することができる。さら
に、自然循環運転と強制循環運転との切換えに必要とな
る開閉弁の個数を減少できるため、冷媒回路の構成部品
をすべて室外機５内へ容易に収納することができる。

【００３７】また、圧縮機バイパス回路１２に設けた逆
止弁１１は、電磁式の開閉弁などでもよいが、蒸発器７
の出口部から凝縮器２の入口部への冷媒の流れを開とし
逆方向の流れを閉とする逆止弁にすると自然循環運転と
強制循環運転に応じて開閉を行う必要がなく、容易に冷
媒回路の変更を行うことができる。

【００３８】ところで、冷媒回路内の冷媒状態の違いか
ら、自然循環運転では強制循環運転に比べて必要冷媒量
が多くなる。本実施の形態では圧縮機バイパス配管１２
の入口部と圧縮機１の入口部との間の配管にアキュムレ
ータ１４を設けたので、強制循環運転時に発生する余剰
冷媒を吸収できる。さらに、自然循環運転時は冷媒回路
内に冷媒が滞留するのを極力防止する必要があるが、こ
の空気調和機のように室外機５にアキュムレータ１４が
設置されている場合、強制循環運転時にはアキュムレー
タ１４内が低温低圧となっているため、自然循環運転へ
の運転切換え後にアキュムレータ１４へ冷媒が流入しよ
うとする。そこで本実施の形態の空気調和機では、圧縮
機バイパス配管１２の入口部とアキュムレータ１４の入
口部との間の配管に開閉弁１３を設けている。このた
め、強制循環運転から自然循環運転の切換え時に開閉弁
１３を閉とすれば、アキュムレータ１４へ冷媒が流入す
るのを防止でき、自然循環運転に必要な冷媒量を確保す
ることができるため、常に安定した冷房能力が得られ
る。

【００３９】また、本実施の形態では圧縮機１の出口部
と圧縮機バイパス配管１２の出口部との間の配管に逆止
弁１６を設けている。通常は、強制循環運転から自然循
環運転への運転切換え直後では、圧縮機１の温度が圧縮
機１自身の熱容量により自然循環運転時の冷媒飽和温度
よりも高く維持され、圧縮機バイパス配管１２の出口部
から圧縮機１の出口部へ冷媒が流入することはない。し
かし、冬季など外気温度が低い場合には、自然循環運転
によって得られる冷却能力が増加するため、圧縮機１は
長時間停止状態となり、時間の経過に伴って圧縮機１の
温度は低下する。このような場合、自然循環の冷媒回路
から圧縮機１へ徐々に冷媒が凝縮するため、自然循環運
転に必要な冷媒量が確保されないだけでなく、圧縮機１
の起動時に液圧縮が発生して破損する可能性がある。本
実施の形態の空気調和機では、圧縮機１出口と圧縮機バ
イパス配管１２出口との間に逆止弁１６を設けている。
自然循環運転では冷媒のほとんどが圧縮機バイパス配管
１２を流れるので、逆止弁１６の両端には圧力差が生
じ、自動的に閉止される。このため、圧縮機１が長時間
停止状態となった場合でも圧縮機１内へ冷媒が流入して
凝縮するのを防止し、自然循環運転に必要な冷媒量を確
保できるとともに圧縮機１の信頼性を向上することがで
きる。

【００４０】また、逆止弁１６は、電磁式の開閉弁など
を用い、強制循環運転で開とし自然循環運転で閉とする
ように動作させても、上記と同様の効果を奏する。ただ
し上記実施の形態のように、圧縮機１の出口部から圧縮
機バイパス配管１２の出口部への冷媒の流れを開とし逆
方向の流れを閉とする逆止弁を用いると、両側の圧力差
によって自動的に開閉するので、自然循環運転と強制循
環運転に応じて開閉を行う必要がなく、自然循環運転時
に確実に圧縮機１への冷媒の凝縮を閉止できる。

【００４１】なお、この開閉弁１６は、図２２に示した
構成の空気調和機において、圧縮機１の出口部と圧縮機
バイパス配管１２の出口部との間の配管に設けてもよ
い。この構成においても上記と同様、圧縮機１内へ冷媒
が流入して凝縮するのを防止し、自然循環運転に必要な
冷媒量を確保できるとともに圧縮機１の信頼性を向上す
ることができる。

【００４２】実施の形態３．以下、本発明の実施の形態
３による空気調和機として例えば冷房装置について説明
する。図３は本実施の形態による空気調和機を示す構成
図である。図において、１５はアキュムレータ内の冷媒
を加熱する加熱手段で例えばヒーターであり、図１と同
一符号は同一、または相当部分を示している。図中、矢
印は冷媒の流れ方向を示している。実施の形態１と同
様、室外機５と室内機９およびそれらを接続するための
液配管６とガス配管１０から構成されている。室外機５
は冷媒ガスを圧縮するための圧縮機１、この冷媒ガスを
冷却液化させるための凝縮器２、外気を強制的に凝縮器
２の外表面に送風するための室外ファン３、凝縮器２を
出た高温高圧の冷媒液を減圧して二相状態の湿り蒸気と
する電子式膨張弁４、過渡的現象や冷媒の過充填などの
場合に圧縮機１への液戻りを防止するためのアキュムレ
ータ１４、自然循環運転時に圧縮機１およびアキュムレ
ータ１４をバイパスするための逆止弁１１を介した圧縮
機バイパス配管１２、アキュムレータ１４内の余剰冷媒
を加熱蒸発させるためのヒーター１５より構成されてい
る。また、室内機５は、液配管６から流入した湿り蒸気
を空調対象空間である室内の空調負荷によって蒸発させ
て冷媒ガスとする蒸発器７、室内空気を強制的に蒸発器
７の外表面に送風するための室内ファン８より構成され
ている。

【００４３】この空気調和機では、強制循環運転を行う
場合、電子式膨張弁４の開度を、凝縮器２を出た冷媒液
を減圧して二相状態の湿り蒸気とするための適切な開
度、例えば全開の１５％程度の開度に設定して圧縮機１
を運転すると、逆止弁１１は圧縮機１の吐出圧力と吸入
圧力との圧力差で閉止されて強制循環運転のサイクルが
形成される。また、自然循環運転を行う場合、圧縮機１
を停止して電子式膨張弁４の開度を全開にすると、逆止
弁１１は冷媒の流れにより開放され、自然循環運転のサ
イクルが形成される。

【００４４】実施の形態２で述べたように、自然循環運
転では、強制循環運転に比べて必要冷媒量が多くなるた
め、自然循環運転時は冷媒回路内に冷媒が滞留するのを
極力防止する必要がある。しかし、室外機５にアキュム
レータ１４が設置されている場合には、強制循環から自
然循環運転への運転切換え後にアキュムレータ１４へ冷
媒が流入する。そこで、本実施の形態では、圧縮機１を
停止すると同時にヒーター１５への通電を開始し、アキ
ュムレータ１４の温度低下を抑制する。この場合、切換
え直後では冷媒がアキュムレータ１４内に流入するが、
ヒーター１５でアキュムレータ１４内に滞留している冷
媒液を加熱すると、冷媒液は蒸発して冷媒ガスとなり、
主にアキュムレータ１４の入口配管を通って自然循環運
転の冷媒回路へ戻される。

【００４５】このように、本実施の形態ではアキュムレ
ータ１４内の冷媒液を加熱蒸発させるヒーター１５を備
えており、自然循環運転時にガス配管１０からアキュム
レータ１４への冷媒の流入を防止できるため、自然循環
運転に必要な冷媒量を確保することができる。また、図
２に示したアキュムレータ１４への冷媒滞留防止用の開
閉弁１３が不要となり、安価で簡単な装置を構成するこ
とができる。

【００４６】また、ヒーター１５の入力電力量はアキュ
ムレータ１４の温度を自然循環運転時の冷媒飽和温度以
上に維持する程度で十分であり、冷媒回収運転に要する
圧縮機１の入力電力量に比べて小さくなるため、年間消
費電力が削減できる。

【００４７】なお、ヒーター１５の入力電力は、圧縮機
１の停止と同時に一定量を与えるものであっても、アキ
ュムレータ１４出入口の配管部に温度センサーや圧力セ
ンサーを設け、その検知値に基づいて入力電力や通電時
間を演算するものであってもよい。また、アキュムレー
タ１４内の冷媒液の量を検知してヒーター１５への通電
のＯＮ／ＯＦＦを行ってもよい。また、常にヒーター１
５に通電し、アキュムレータ１４の温度を高く維持して
もよい。この場合にはヒーター１５による消費電力はあ
る程度増加するが、冷媒液がアキュムレータ１４内に滞
留することなく冷媒回収運転が必要なくなるので、冷媒
回収運転に要する圧縮機の消費電力を減らすことができ
るため、全体として年間消費電力を削減できる。

【００４８】実施の形態４．以下、本発明の実施の形態
４による空気調和機として例えば冷房装置について説明
する。図４は本実施の形態による空気調和機を示す構成
図である。図において、１７は圧縮機１の出口部の高圧
配管とアキュムレータ１４の入口部の低圧配管とを接続
する開閉弁（第４開閉弁）１８を介したバイパス配管で
あり、図１と同一符号は同一、または相当部分を示して
いる。図中、矢印は冷媒の流れ方向を示す。実施の形態
１と同様、本実施の形態による空気調和機は、室外機５
と室内機９およびそれらを接続するための液配管６とガ
ス配管１０から構成されている。室外機５は冷媒ガスを
圧縮するための圧縮機１、この冷媒ガスを冷却液化させ
るための凝縮器２、外気を強制的に凝縮器２の外表面に
送風するための室外ファン３、凝縮器２を出た高温高圧
の冷媒液を減圧して二相状態の湿り蒸気とする電子式膨
張弁４、過渡的現象や冷媒の過充填などの場合に圧縮機
１への液戻りを防止するためのアキュムレータ１４、自
然循環運転時に圧縮機１およびアキュムレータ１４をバ
イパスするための開閉弁１３、逆止弁１１を介した圧縮
機バイパス配管１２、自然循環運転時に圧縮機１への冷
媒の流入を防止する逆止弁１６、圧縮機１出口部の高圧
配管とアキュムレータ１４入口部の低圧配管とを接続す
る開閉弁１８を介したバイパス配管１７より構成されて
いる。また、室内機９は液配管６から流入した湿り蒸気
を空調負荷によって蒸発させる蒸発器７、室内ファン８
より構成されている。

【００４９】図５は、自然循環運転において冷媒充填量
を変化させた場合の冷房能力の変化を示す実験結果であ
り、横軸は強制循環運転の適正冷媒量に対する自然循環
運転の冷媒量の比、縦軸は冷房能力である。図５より、
自然循環運転の冷房能力を最大とするためには強制循環
運転時の２倍程度の冷媒量を充填する必要があることが
わかる。従って、自然循環運転の冷房能力が最大となる
ような冷媒量を充填した場合、前述したように強制循環
運転時にはアキュムレータ１４内に余剰冷媒が蓄積さ
れ、運転切換え時にはこの余剰冷媒を自然循環運転の冷
媒回路へ戻す冷媒回収運転を行う必要がある。

【００５０】冷媒回収運転としては、電子式膨張弁４の
開度を全閉にして強制循環運転を行う方法もあるが、こ
の方法では圧縮機１の吸入圧力が急激に低下するため、
圧縮機１内に吸入された冷媒液が発泡して冷凍機油が吐
出ガスとともに冷媒回路内へ流出し、圧縮機１内部の冷
凍機油量が減少して潤滑不良により焼損に至る可能性が
ある。特に、スクロール圧縮機の場合、吸入圧力の低下
や圧縮機１内部の冷媒液の発泡によって、摺動部への給
油量が低下し、摺動部が温度上昇により熱変形して破損
に至るといった問題が生じる。また、冷媒回路内に流出
した冷凍機油が圧力損失の増大をもたらし、自然循環運
転の冷房能力を低下させるといった現象を生じる。本実
施の形態は、上記のような冷媒回収運転時の信頼性の向
上や自然循環運転時の冷房能力の向上を図ったものであ
る。

【００５１】図６は、本実施の形態の空気調和機におけ
る、強制循環運転から自然循環運転への運転切換え手順
を示すフローチャートである。ＳＴ１では強制循環運転
を行っており、開閉弁１３は開、開閉弁１８は閉、電子
式膨張弁４の開度は、凝縮器２を出た冷媒液を減圧して
二相状態の湿り蒸気とするための適切な開度、例えば全
開の１５％程度の開度に設定された状態である。ＳＴ２
で運転切換え指令を受け、ＳＴ３で開閉弁１８を開放
し、ＳＴ４で電子式膨張弁４の開度を蒸発器７の出口が
過熱状態となるような開度、例えば全開の１０％程度の
開度に変更して、例えば一定時間、冷媒回収運転を行う
（ＳＴ５）。冷媒回収運転（ＳＴ５）において、アキュ
ムレータ１４内の冷媒液は蒸発器７からの過熱ガスと開
閉弁１８を介したバイパス配管１７を通って流入する圧
縮機１から吐出された過熱ガスによって蒸発する。そし
て圧縮機１，逆止弁１６を介して凝縮器２側に回収され
る。

【００５２】次に、ＳＴ６で圧縮機１を停止し、ＳＴ７
で開閉弁１３を閉止してアキュムレータ１４への冷媒の
流入を防止する。そして、ＳＴ８で開閉弁１８を閉止し
て、電子式膨張弁４の開度を、冷媒回路内の圧力損失を
低減するために全開にし（ＳＴ９）、自然循環運転へ移
行する（ＳＴ１０）。

【００５３】冷媒回収運転（ＳＴ５）では、圧縮機１か
ら吐出された高温高圧の過熱ガスの一部をバイパス配管
１７の開閉弁１８を介して吸入側へバイパスするため、
圧縮機１の吸入圧力を低下させることなくアキュムレー
タ１４内に蓄積された冷媒を自然循環回路に回収するこ
とができる。また、ＳＴ５では冷媒回収運転を一定時間
行う例を示したが、圧縮機１の吸入・吐出温度や吸入・
吐出加熱度を検知し、検知した吸入・吐出温度や吸入・
吐出加熱度が設定値になるまで冷媒回収運転を行うよう
にしてもよい。

【００５４】開閉弁１８を介して高圧配管と低圧配管と
を接続するバイパス配管１７を設け、図６に示す手順で
運転切換えを行うことにより、圧縮機１の吸入圧力を低
下させることなくアキュムレータ１４内に蓄積された冷
媒を自然循環運転のサイクルに回収でき、圧縮機１の信
頼性を向上させることができるという効果がある。

【００５５】なお、バイパス配管１７の接続位置は、上
に述べた位置に限るものではなく、圧縮機１の出口部か
ら凝縮器２の入口までの高圧配管と膨張弁４の出口部か
ら圧縮機１の入口部までの低圧配管とを接続していれ
ば、上記と同様の効果を奏する。

【００５６】実施の形態５．以下、本発明の実施の形態
５による空気調和機として例えば冷房装置について説明
する。図７は本実施の形態による空気調和機を示す構成
図である。図において、２１は受液器で、凝縮器２の出
口部と電子式膨張弁４の入口部との間の配管に設けら
れ、凝縮器２から流出する冷媒液を貯留する。また、図
１と同一符号は同一、または相当部分を示し、図中の矢
印は冷媒の流れ方向を示す。実施の形態１と同様、本実
施の形態による空気調和機は、室外機５と室内機９およ
びそれらを接続するための液配管６とガス配管１０から
構成されている。室外機５は冷媒ガスを圧縮するための
圧縮機１、この冷媒ガスを冷却液化させるための凝縮器
２、外気を強制的に凝縮器２の外表面に送風するための
室外ファン３、凝縮器２を出た高温高圧の冷媒液を減圧
して二相状態の湿り蒸気とする電子式膨張弁４、過渡的
現象や冷媒の過充填などの場合に圧縮機１への液戻りを
防止するためのアキュムレータ１４、圧縮機１およびア
キュムレータ１４をバイパスするための開閉弁１３、逆
止弁１１を介した圧縮機バイパス配管１２、自然循環運
転時に圧縮機１への冷媒の流入を防止する逆止弁１６、
凝縮器２の出口部から流出した冷媒液を溜める受液器２
１より構成されている。また、室内機９は液配管６から
流入した湿り蒸気を空調負荷によって蒸発させる蒸発器
７、室内ファン８より構成されている。

【００５７】受液器２１は凝縮器２の下部に配置され、
凝縮器２から冷媒が流入する配管と電子式膨張弁４へ流
出する配管は受液器２１の下部に接続されている。ま
た、受液器２１の内容積は強制循環運転と自然循環運転
との適正冷媒量差に相当する冷媒液を収納できる容積と
する。

【００５８】この空気調和機では、強制循環運転を行う
場合、電子式膨張弁４の開度を凝縮器２から流出した冷
媒液が減圧されて二相状態の湿り蒸気となる適切な開
度、例えば全開の１５％程度の開度に設定し、圧縮機１
を運転する。すると、逆止弁１１は圧縮機１の吐出圧力
と吸入圧力との圧力差で閉止されて強制循環運転のサイ
クルが形成される。この時、受液器２１には強制循環運
転と自然循環運転の適正冷媒量差に相当する冷媒液が貯
留される。また、自然循環運転を行う場合、開閉弁１３
を閉止し、電子式膨張弁４の開度を全開にすると、逆止
弁１１は冷媒の流れにより開放され、自然循環運転のサ
イクルが形成される。

【００５９】実施の形態４に示したように、自然循環運
転の冷房能力が最大となる付近の冷媒量を充填した場
合、強制循環運転時にはアキュムレータ１４内に余剰冷
媒が蓄積され、運転切換え時にこの余剰冷媒を自然循環
運転時の冷媒回路へ戻す冷媒回収運転が必要となる。本
実施の形態による空気調和機は、凝縮器２の出口部付近
に受液器２１を設けたため、強制循環運転時に凝縮器２
内に余剰冷媒が貯留して凝縮に有効な伝熱面積が減少す
るのを防止できる。また、余剰冷媒を受液器２１内に滞
留させるため、アキュムレータ１４内へ余剰冷媒が滞留
するのを防止でき、アキュムレータ１４を小型化あるい
は省略することができる。また、アキュムレータ１４内
へ余剰冷媒が滞留しないため、冷媒回収運転が不要とな
り、実施の形態４で示した電磁弁１８を介したバイパス
配管１７を省略することができる。

【００６０】実施の形態６．以下、本発明の実施の形態
６による空気調和機として例えば冷房装置について説明
する。図８は本実施の形態による空気調和機を示す構成
図である。図において、１９は圧縮機１から冷媒ガスと
ともに吐出された冷凍機油を分離して圧縮機１へ戻す油
分離器で、圧縮機１の出口部と凝縮器２の入口部との間
の配管に設けている。２０は油分離器１９によって分離
された冷凍機油を圧縮機１に戻すための毛細管である。
また、図１と同一符号は同一、または相当部分を示し、
矢印は冷媒の流れ方向を示す。実施の形態１と同様、室
外機５と室内機９およびそれらを接続するための液配管
６とガス配管１０から構成されている。室外機５は冷媒
ガスを圧縮するための圧縮機１、この冷媒ガスを冷却液
化させるための凝縮器２、外気を強制的に凝縮器２の外
表面に送風するための室外ファン３、凝縮器２を出た高
温高圧の冷媒液を減圧して二相状態の湿り蒸気とする電
子式膨張弁４、過渡的現象や冷媒の過充填などの場合に
圧縮機１への液戻りを防止するためのアキュムレータ１
４、圧縮機１およびアキュムレータ１４をバイパスする
ための開閉弁１３、逆止弁１１を介した圧縮機バイパス
配管１２、自然循環運転時に圧縮機１への冷媒の流入を
防止する逆止弁１６、圧縮機１から冷媒ガスとともに吐
出された冷凍機油を分離して圧縮機１へ戻す油分離器１
９、前記油分離器１９によって分離された冷凍機油を圧
縮機１に戻すための毛細管２０より構成されている。ま
た、室内機９は液配管６から流入した湿り蒸気を空調負
荷によって蒸発させる蒸発器７、室内ファン８より構成
されている。

【００６１】この空気調和機では、強制循環運転を行う
場合、電子式膨張弁４の開度を凝縮器２から流出した冷
媒液が減圧されて二相状態の湿り蒸気となる適切な開
度、例えば全開の１５％程度の開度に設定し、圧縮機１
を運転する。すると、逆止弁１１は圧縮機１の吐出圧力
と吸入圧力との圧力差で閉止されて強制循環運転のサイ
クルが形成される。この時、圧縮機１から吐出された冷
媒ガスは、油分離器１９を通って冷媒ガス中の冷凍機油
が分離された後、凝縮器２へ流入する。油分離器１９で
分離された冷凍機油は毛細管２０で減圧されて圧縮機１
に戻される。また、自然循環運転を行う場合、開閉弁１
３を閉止し、電子式膨張弁４の開度を全開にすると、逆
止弁１１は冷媒の流れにより開放され、自然循環運転の
サイクルが形成される。

【００６２】一般に、強制循環運転時に圧縮機１より吐
出ガスとともに流出した冷凍機油は、自然循環運転時に
は圧縮機１が開閉弁１３と逆止弁１６によってバイパス
されるため圧縮機１へ戻ることができず、冷媒回路内を
循環することになる。冷媒回路内を冷媒とともに循環す
る冷凍機油は、熱伝達率の低下や圧力損失の増大といっ
た悪影響をもたらす。特に自然循環運転の場合、冷媒流
量が強制循環運転に比べて小さくなるため上昇管となる
ガス配管１０で壁面に付着する油膜の厚みが厚くなり、
冷媒回路の圧力損失を増加させ冷房能力の低下をもたら
す。

【００６３】本実施の形態による空気調和機では、圧縮
機１の出口部に油分離器１９を設置し、冷媒ガスととも
に吐出された冷凍機油を分離して圧縮機１へ戻すことが
できる構成としたため、自然循環運転時に冷媒回路内を
循環する冷凍機油がもたらす冷房能力の低下を抑制する
ことができる。また、圧縮機１の冷凍機油が冷媒回路へ
流出して圧縮機１内部の冷凍機油量が減少し、潤滑不良
により焼損に至るといった現象を抑制することができる
ため、圧縮機１の信頼性が向上するという効果がある。
特に、冷媒に対する溶解度が小さいアルキルベンゼンな
どの非相溶油では凝縮器２、蒸発器７、液配管６内でも
冷媒と分離し、熱伝達率の低下や圧力損失の増大といっ
た悪影響をもたらす場合がある。このような場合、本実
施の形態による空気調和機では、冷媒に相溶する鉱油な
どの冷凍機油を用いる場合に比べてさらにその効果が大
きくなる。

【００６４】実施の形態７．以下、本発明の実施の形態
７による空気調和機として例えば冷房装置について説明
する。図９は本実施の形態による空気調和機を示す構成
図である。図において、２３は電子式膨張弁４をバイパ
スする開閉弁（第５開閉弁）２２を介した膨張弁バイパ
ス配管であり、凝縮器２の出口部と蒸発器７の入口部と
を接続している。また、図１と同一符号は同一、または
相当部分を示し、図中の矢印は冷媒の流れ方向を示して
いる。実施の形態１と同様、本実施の形態による空気調
和機は、室外機５と室内機９およびそれらを接続するた
めの液配管６とガス配管１０から構成されている。室外
機５は冷媒ガスを圧縮するための圧縮機１、この冷媒ガ
スを冷却液化させるための凝縮器２、外気を強制的に凝
縮器２の外表面に送風するための室外ファン３、凝縮器
２を出た高温高圧の冷媒液を減圧して二相状態の湿り蒸
気とする電子式膨張弁４、過渡的現象や冷媒の過充填な
どの場合に圧縮機１への液戻りを防止するためのアキュ
ムレータ１４、圧縮機１およびアキュムレータ１４をバ
イパスするための開閉弁１３、逆止弁１１を介した圧縮
機バイパス配管１２、自然循環運転時に圧縮機１への冷
媒の流入を防止する逆止弁１６、電子式膨張弁４をバイ
パスするための開閉弁２２を介した膨張弁バイパス配管
２３より構成されている。また、室内機９は液配管６か
ら流入した湿り蒸気を空調負荷によって蒸発させる蒸発
器７、室内ファン８より構成されている。

【００６５】本実施の形態による空気調和機では、強制
循環運転を行う場合、開閉弁２２を閉、開閉弁１３を開
とし、電子式膨張弁４の開度を凝縮器２から流出した冷
媒液が減圧されて二相状態の湿り蒸気となる適切な開
度、例えば全開の１５％程度の開度に設定し、圧縮機１
を運転する。すると、逆止弁１１は圧縮機１の吐出圧力
と吸入圧力との圧力差で閉止されて強制循環運転のサイ
クルが形成される。また、自然循環運転を行う場合、開
閉弁１３を閉、開閉弁２２を開とし、電子式膨張弁４の
開度を全開にすると、逆止弁１１は冷媒の流れにより開
放され、自然循環運転のサイクルが形成される。自然循
環運転時には、凝縮器２から流出する冷媒は電子式膨張
弁４側と膨張弁バイパス配管２３側に分岐されて流れる
ことになる。通常、開度を全開にした電子式膨張弁４を
流れる冷媒の圧力損失と、開閉弁２２を介し電子式膨張
弁４をバイパスする膨張弁バイパス配管２３を流れる冷
媒の圧力損失を比較すると、膨張弁バイパス配管２３の
圧力損失の方が小さくなる場合が多い。このため、実際
には、自然循環運転における冷媒のほとんどが膨張弁バ
イパス配管２３を流れることになる。

【００６６】本実施の形態による空気調和機では、自然
循環運転時に冷媒を膨張弁バイパス配管２３に流すこと
により、液管での冷媒の圧力損失を大幅に低減すること
ができ、液配管６やガス配管１０が長い場合など冷媒回
路内の圧力損失の増加によって生じる自然循環運転の冷
房能力の低下を防止することができる。また、開閉弁２
２を介したバイパス回路２３によって電子式膨張弁４を
バイパスできる構成としたため、強制循環運転時に電子
式膨張弁４がある開度で固定され故障した場合にも、開
閉弁２２を開放することによって自然循環運転を行うこ
とができ、システムの信頼性を向上することができる。

【００６７】なお、前に述べたように、自然循環運転に
おいて電子式膨張弁４を全開にしても、冷媒のほとんど
が膨張弁バイパス配管２３を流れることになるので、電
子式膨張弁４の開度を強制循環運転時の開度にした状態
で自然循環運転に切換えてもよい。この場合にも冷房能
力はほとんど変わらない。

【００６８】実施の形態８．以下、本発明の実施の形態
８による空気調和機として例えば冷房装置に用いられる
凝縮器について説明する。図１０は本実施の形態による
空気調和機に係わる凝縮器を示す構成図である。図にお
いて、２４は入口配管、２５は伝熱管、２６は伝熱管２
５と直交するフィン、２７は凝縮器内の下部に設けた過
冷却部、２８は出口配管である。複数のフィン２６が互
いにほぼ平行に設けられ、伝熱管２５がフィン２６のそ
れぞれを貫通し、端部のフィン２６ですぐ下に貫通され
ている伝熱管２５と接続されて冷媒流路を形成してい
る。また、凝縮器内の伝熱管を上下方向に分割して、複
数、例えば２つの冷媒流路を構成している。凝縮器に流
入した冷媒ガスは、入口配管２４で上下の２流路に分岐
し、それぞれ下方の伝熱管２５へ流れる間に外気に熱を
放出して凝縮する。そして出口配管２８のＡ部（点線丸
印で表示した部分）で合流して１つの流路を形成し、過
冷却部２７に流入する。Ａ点で合流した後の冷媒は流速
が速くなり過冷却部２７である程度過冷却され、凝縮器
の冷媒の出口部（Ｄ１）から液配管に流入する。

【００６９】本実施の形態では、凝縮器内の伝熱管２５
の構成において、冷媒が上方から下方に流れるように構
成している。例えば凝縮器内で冷媒が下方から上方に流
れるように構成されている場合、凝縮した冷媒が重力に
よって伝熱管２５内に滞留したり伝熱管２５内を逆流
し、凝縮器の冷媒の出口部に冷媒液が確実に供給されず
自然循環運転が成立しないという現象が生じる場合があ
る。本実施の形態による凝縮器では、冷媒流路のそれぞ
れの冷媒の流れ方向を上方から下方となるように構成し
たため、特に自然循環運転において、凝縮した冷媒液が
伝熱管２５の途中で滞留あるいは逆流するいった現象を
防止でき、安定して適切な冷房能力が得られる。なお、
冷媒流路が凝縮器内で２つに分岐した構成に限るもので
はなく、１つの冷媒流路のものや３つ以上に分岐した構
成のものにおいて、冷媒の流れが上方から下方へ流れる
ようにすれば、凝縮した冷媒液が伝熱管２５の途中で滞
留あるいは逆流するいった現象を防止でき、特に自然循
環運転において安定した冷房能力が得られる。

【００７０】また、本実施の形態では、分割した２つの
冷媒流路を構成する伝熱管２５の本数を下側よりも上側
の冷媒流路で多くして、分岐した上側の冷媒流路が下側
の冷媒流路より長くなるように構成している。入口配管
２４から流入した冷媒の流量は、上下の圧力損失が等し
くなるように分配されるため、上側の冷媒流量は下側の
冷媒流量よりも少なくなる。一般に、図１０のように縦
方向に設置され、２つの流路に分岐される構成の凝縮器
では、上下流路が等しい長さの場合、出口配管２８内に
液柱が形成されて高低差による圧力差が生じ、Ｃ点で示
す下側の出口圧力はＢ点で示す上側の出口圧力より高く
なる。従って、冷媒は下側の流路ほど流れにくくなり、
入口配管２４から流入した冷媒の流量分配は上下で不均
一な状態となる。これに対し、本実施の形態による凝縮
器では、冷媒が通る伝熱管２５の本数を上側で多くなる
ように構成したので、上側の冷媒流路ほど冷媒の圧力損
失が大きくなり、下側の冷媒流路よりも冷媒の流量が低
下する。従って、凝縮器が縦置されている場合に高低差
によって生じる圧力差を伝熱管２５の本数を調節するこ
とによって吸収することができ、冷媒の流量分配を均一
化することができるという効果がある。

【００７１】さらに、凝縮器の冷媒の出口部と冷凍サイ
クルを構成する液配管との接続配管に、下から上へ向か
う立ち上がり配管が設けられている場合、凝縮した冷媒
液がその立ち上がり配管を上昇することができず、自然
循環運転が成立しない場合がある。このような現象は、
凝縮器で十分な過冷却度が得られず、凝縮した冷媒液中
に気泡が含まれる場合などに多く見られる。ところが配
管の都合上、どうしても立上り配管を必要とする場合も
あり自然循環運転における課題となっていた。本実施の
形態による凝縮器では下部に過冷却部２７を設けたた
め、確実に過冷却度が得られるとともに、凝縮器の冷媒
の出口部と液配管との接続配管にある程度の立ち上がり
配管が存在する場合でも冷媒の滞留を防止でき、安定し
て適切な冷房能力が得られる空気調和機が得られる。

【００７２】なお、上記実施の形態では冷媒流路を２つ
に分岐した例について記載したが、上下方向に３以上に
分岐して構成した場合でも同様であり、上側の冷媒流路
の圧力損失が下側の冷媒流路の圧力損失よりも大きくな
るように構成すれば、安定して適切な冷房能力が得られ
る自然循環運転を行うことができる。この上側の冷媒流
路の圧力損失が下側の冷媒流路の圧力損失よりも大きく
なるように構成するには、上記に述べたように上側の伝
熱管２５の本数を多くする他、上側の伝熱管２５の管内
径を小さくして下側の冷媒流路に冷媒が流れやすくして
も、同様の効果がある。

【００７３】実施の形態９．以下、本発明の実施の形態
９による空気調和機として例えば冷房装置に用いられる
蒸発器について説明する。図１１は本実施の形態による
空気調和機に係わる蒸発器を示す構成図である。図にお
いて、２４は入口配管、２５は伝熱管、２６は伝熱管２
５と直交するフィン、２８は出口配管である。凝縮器の
構成と同様、複数のフィン２６が互いにほぼ平行に設け
られ、伝熱管２５がフィン２６のそれぞれを貫通し、端
部のフィン２６ですぐ上に貫通されている伝熱管２５と
接続されて冷媒流路を形成している。蒸発器に流入した
冷媒は、入口配管２４で上下の４流路に分岐し、それぞ
れ下方から上方の伝熱管２５へ流れる間に室内の空調負
荷を受けて蒸発する。そして、出口配管２８で合流し、
冷媒の出口部（Ｄ２）からガス配管に流入する。本実施
の形態では、各分岐流路において冷媒が通る伝熱管２５
の本数を等しく構成しており、分岐した冷媒流路の長さ
は互いにほぼ等しい。

【００７４】一般に、蒸発器７内の伝熱管２５が上方か
ら下方に構成されている場合、蒸発した冷媒ガスが伝熱
管２５内で滞留または上昇し、伝熱管２５内に逆流が生
じて自然循環運転が成立しない場合がある。本実施の形
態による蒸発器では、冷媒の流れ方向を下方から上方と
なるように構成したため、蒸発した冷媒ガスが伝熱管２
５内で滞留または逆流するいった現象を防止でき、安定
して適切な冷房能力が得られる自然循環運転を行うこと
ができる。

【００７５】なお、上記実施の形態では、蒸発器内で冷
媒流路を４つに分岐して構成したが、３流路に限るもの
ではなく、２つ以下の流路や４以上の流路に分岐する構
成でもよい。これらの冷媒流路がそれぞれ下方から上方
へ流れるように構成すれば、上記と同様の効果を奏す
る。

【００７６】実施の形態１０．以下、本発明の実施の形
態１０による空気調和機として例えば冷房装置について
説明する。図１２は、電算機室や移動体通信の中継電子
機器を納めた基地局（シェルタ）に設置された本実施の
形態による空気調和機を示す構成図である。空気調和機
の室外機５は基地局外壁面に固定された架台上に設置さ
れ、室内機９は基地局内の壁面に固定される。室外機５
と室内機９は液配管６とガス配管１０とで接続されてい
る。室内機９は床からフィルター交換などの作業スペー
スを残した最低高さに設置される。その他、図１と同一
符号は同一、または相当部分を示している。

【００７７】本実施の形態では、室内機９内の蒸発器の
伝熱面積を、室外機５内の凝縮器の伝熱面積よりも大き
く構成した。ここで、伝熱面積とは、凝縮器や蒸発器を
構成するフィンの表面積と、冷媒流路を構成するすべて
の伝熱管外側の表面積を加えたものである。具体的に
は、蒸発器と凝縮器とで、フィンの間隔を変えたり、こ
のフィンを備えた熱交換器の段数，列数を変えたり、伝
熱管の外径を変えれば、伝熱面積を変えることができ
る。

【００７８】また、室外機５と液配管６との接続部は室
外機５の下部に設け、室外機５と室内機９の高低差２９
は０．５ｍ以上でかつ２．０ｍ以下の範囲内に設定し
た。ここで高低差２９とは、凝縮器における冷媒の出口
部の高さと蒸発器における冷媒の出口部の高さの差のこ
とである。具体的には図１０に示した凝縮器における分
岐した冷媒が合流した後の冷媒の出口部Ｄ１の高さと、
図１１に示した蒸発器における分岐した冷媒が合流した
後の冷媒の出口部Ｄ２の高さの間の距離である。

【００７９】ところで、通常、強制循環運転の場合、図
２０に示したように凝縮器のエンタルピー差は蒸発器の
エンタルピー差よりも圧縮機の入力分だけ大きくなる。
従って、一般に凝縮圧力の上昇を抑制するため凝縮器の
伝熱面積は蒸発器のそれよりも大きく設定されている。
また、一般に伝熱面積の拡大に伴って、凝縮器への風量
も蒸発器への風量に比べて大きく設定されている。これ
に対して、自然循環運転の場合には、図２１に示したよ
うに凝縮器と蒸発器とのエンタルピー差および圧力がほ
ぼ等しいため、強制循環運転の場合のように凝縮器の伝
熱面積を蒸発器よりも大きく設定する必要がなくなる。
即ち、強制循環運転に比べて自然循環運転では、凝縮器
内のエンタルピー差が小さくなるため凝縮器の伝熱面積
を小さくし、蒸発器内のエンタルピー差が大きくなるた
め蒸発器の伝熱面積を大きくすることによって、自然循
環運転に適した冷媒回路を構成することができる。本実
施の形態による空気調和機では、蒸発器の伝熱面積を凝
縮器の伝熱面積よりも大きくなるように構成したため、
自然循環運転に適した冷媒回路を提供することができ
る。

【００８０】図１３は室内温度Ｂの場合の外気温度に対
する自然循環運転の冷房能力を示す特性図である。実線
３０は室外機５と室内機９との高低差が大きい場合、例
えば２ｍ程度の場合の特性、破線３１は高低差が小さい
場合、例えば０．５ｍ程度の場合の特性を示している。
高低差が大きい（実線３０）場合、外気温度がＡ点にな
るまでは外気温度の低下とともに冷媒の流量が増加する
ため、冷房能力は増加する。しかし、外気温度がＡ点以
下になると、冷媒を流す推進力である高低差の制約か
ら、冷房能力の増加割合は急激に減少する。一方、高低
差が小さい（破線３１）場合、冷房能力の増加割合が急
激に減少するポイントは、Ｃ点まで上昇するため、負荷
に対して有効な冷房能力が得られる範囲が小さくなる。

【００８１】図１４は室外機５と室内機９との高低差と
冷房能力の関係を示す特性図である。実線３２は外気温
度と室内温度との温度差が大きい場合、例えばΔＴ＝２
０℃程度の場合の能力線図、実線３３は温度差が小さい
場合、例えばΔＴ＝１０℃程度の能力線図を示してい
る。また、この能力線図は冷媒として圧力損失の高いＲ
２２を用いた場合のものである。外気温度と室内温度と
の温度差が大きい場合、冷媒回路内を流れる流量が高低
差の増加に伴って増加するため、冷房能力も高低差に増
加に伴って増加する。ここで、高低差が０．５ｍより小
さい場合、実線３２のように負荷に対して有効な冷房能
力が得られる範囲は小さくなる。このため、凝縮器と蒸
発器との高低差２９を、０．５ｍ以上とすることが望ま
しい。

【００８２】一方、高低差をあまり大きくすると、外気
温度と室内温度との温度差が小さい場合に、高低差の増
大に伴って液配管６やガス配管１０の長さが長くなり、
冷媒回路内の圧力損失が増大して図１４の実線３３に示
すように冷房能力が低下したり、自然循環運転が成立し
ないという現象が生じる。また、高低差が２ｍより大き
い場合、強制循環運転時に圧縮機１から冷媒ガスととも
に吐出された冷凍機油が上昇配管となるガス管６を上昇
することができず、圧縮機１の潤滑不良による焼損や自
然循環運転の能力低下といった現象を引き起こす可能性
がある。特に、高低差が２ｍより大きい場合、基地局
（シェルタ）全体の高さが高くなってしまう。また、通
常は調整に手間がかからないように工場で組み立てられ
たものをトラックなどで運搬するのであるが、長さが２
ｍより大きくなる場合には搬送を困難にしたり、設置作
業性を低下させたり、設置場所が制限されるという問題
を生じる。これらの理由から、凝縮器と蒸発器の高低差
２９を２ｍ以下とすることが望ましい。

【００８３】本実施の形態による空気調和機は、室外機
５と室内機９の高低差２９を０．５〜２ｍの範囲内に設
定したので、以上のような問題を生じることなく、外気
温度と室内温度との温度差に関わらず安定して適切な冷
房能力が得られる空気調和機を得ることができる。ただ
し、ここで設定した高低差２９の範囲で得られる冷房能
力は、冷媒の種類や冷媒配管の圧力損失などによって多
少変化する。即ち、圧力損失の少ない冷媒、例えばＲ４
１０Ａを用いた場合には、図１４に示す能力線図は冷房
能力が高くなる方向に変化するので、上記範囲内の高低
差に構成しておけば十分な冷房能力が得られる。

【００８４】また、本実施の形態による空気調和機で
は、凝縮器２の冷媒の出口部（Ｄ１）からさらに冷媒配
管を下方に伸ばして、冷凍サイクルを構成する液配管６
との接続部を、凝縮器２の収納容器である室外機５の底
部よりも下に配設している。このため、高所に設置され
た室外機５への液配管６の接続作業が容易になるという
効果がある。またさらに、ガス配管１０に関しても同様
であり、凝縮器２の冷媒の入口部と冷凍サイクルを構成
するガス配管１０との接続部を、凝縮器２の収納容器で
ある室外機５の底部よりも下に配設すれば、高所に設置
された室外機５へのガス配管１０の接続作業を容易にす
ることができる。

【００８５】実施の形態１１．以下、本発明の実施の形
態１１による空気調和機として例えば冷房装置について
説明する。図１５は本実施の形態による空気調和機を示
す構成図である。図において、１７は圧縮機１の出口部
の高圧配管とアキュムレータ１４とを接続する第４開閉
弁１８を介したバイパス配管であり、図１と同一符号は
同一、または相当部分を示している。図中、矢印は冷媒
の流れを示す。実施の形態１と同様、本実施の形態によ
る空気調和機は、室外機５と室内機９およびそれらを接
続するための液配管６、ガス配管１０から構成されてい
る。室外機５は、冷媒ガスを圧縮するための圧縮機１、
この冷媒ガスを冷却液化させるための凝縮器２、外気を
強制的に凝縮器２の外表面に送風するための室外ファン
３、凝縮器２を出た高温高圧の冷媒液を減圧して二相状
態の湿り蒸気とする電子式膨張弁４、過渡的現象や冷媒
の過充填などの場合に圧縮機１への液戻りを防止するた
めのアキュムレータ１４、自然循環運転時に圧縮機１お
よびアキュムレータ１４をバイパスするための第１開閉
弁１１たとえば逆止弁を介したバイパス配管１２、自然
循環運転時にアキュムレータ１４への冷媒の流入を防止
する第２開閉弁１３、自然循環運転時に圧縮機１への冷
媒の流入を防止する第３開閉弁１６たとえば逆止弁、圧
縮機１出口部の高圧配管とアキュムレータ１４の液冷媒
中とを接続する第４開閉弁１８を介したバイパス配管１
７より構成されている。また、室内機９は、液配管６か
ら流入した湿り蒸気を空調対象空間の空調負荷によって
蒸発させて冷媒ガスとする蒸発器７、室内空気を強制的
に蒸発器７の外表面に送風するための室内ファン８より
構成されている。室外機５の凝縮器２は室内機９の蒸発
器７よりも高い位置に配置されており、ここでは例えば
１．４ｍ程度の高低差をつけて配置している。

【００８６】この空気調和機は例えば年間を通して冷房
が必要な場所に利用され、室内温度が外気温度よりも低
いときには強制循環運転により室内の冷房を行い、室内
温度が外気温度よりも高い時には外気の冷熱を利用した
自然循環運転により室内の冷房を行う。ここでまず、強
制循環運転について説明する。電子式膨張弁４の開度
を、凝縮器２を出た冷媒液を減圧して二相状態の湿り蒸
気とするための適切な開度に設定し、アキュムレータ１
４前の第２開閉弁１３を開放して圧縮機１を運転する
と、第１開閉弁１１たとえば逆止弁は圧縮機１の吐出圧
力と吸入圧力との圧力差で閉止されて強制循環のサイク
ルが形成される。

【００８７】次に、室内温度より外気温度が低い場合の
自然循環運転について説明する。電子式膨張弁４の開度
を、冷媒回路内の圧力損失を低減するために全開し、ア
キュムレータ１４前の第２開閉弁１３を閉止すると、第
１開閉弁１１たとえば逆止弁は冷媒の流れにより開放さ
れ、自然循環のサイクルが形成される。図１６は、図１
５の構成を基に試作した実験機における自然循環運転時
の冷媒充填量に対する冷房能力、蒸発器出口過熱度、凝
縮器出口過冷却度の変化を示す実験結果である。図１６
の上図は、冷房能力の測定結果、下図は蒸発器出口過熱
度(●)、凝縮器出口過冷却度(○)の測定結果を示してい
る。また、実験条件は室内温度と外気温度との温度差Δ
Tが33℃一定の場合であり、横軸の冷媒充填量は自然循
環サイクルの冷媒回路内充填量を示している。図１６の
上図からわかるように、冷房能力は冷媒充填量が4kg付
近で極大値を示している。冷媒充填量の増加に伴い冷房
能力が増加するのは、冷媒充填量の増加に伴って有効な
液柱高さが増加し、冷媒流量が増加するためである。ま
た、更なる冷媒充填量の増加に伴い冷房能力が減少する
のは、蒸発器出口の冷媒が二相状態となるため蒸発器内
のエンタルピー差が減少するとともに、蒸発器出口から
凝縮器入口までのガス配管の圧力損失が増加し冷媒流量
が減少するためである。また、図１６の下図からわかる
ように、冷房能力が極大となる冷媒充填量(図１６上図
では4kg付近)では蒸発器出口は飽和ガスの状態(蒸発器
出口過熱度0℃)となる。従って、この場合の室内外温度
差では冷媒充填量を4kg付近の値に設定することにより
自然循環運転の冷房能力を最大限利用することができ、
最大の消費電力削減効果を得ることができる。また、4k
g以下に比べて4kg以上の方が冷媒量に対する能力の低下
割合が大きいため、充填する冷媒量は冷房能力が極大と
なる時の充填量以下(例えば3.5kg〜4.0kg)に設定してお
けば、最大に近い冷房能力が得られる。

【００８８】また、図１６の実験条件における強制循環
運転の適正冷媒量は約2kgであるため、自然循環運転の
冷房能力を最大とするためには強制循環運転時の２倍(4
/2)程度の冷媒量を充填すれば良いことがわかる。この
場合、強制循環運転時にはアキュムレータ１４内に余剰
冷媒が蓄積され、運転切換え時にはこの余剰冷媒を自然
循環サイクルの冷媒回路へ戻す冷媒回収運転を行う必要
がある。冷媒回収運転の方法としては、電子式膨張弁４
の開度を通常の強制循環運転時よりも小さく(または全
閉)して一定時間強制循環運転を行い、蒸発器出口から
流入する過熱ガスによってアキュムレータ１４内の液冷
媒を蒸発させる。それと同時に開閉弁１８を開としバイ
パス管１７を通って流入する圧縮機１からの吐出過熱ガ
スをアキュムレータ１４内の液冷媒内に流入させること
により、液冷媒を発泡させガス中に飛沫状の冷媒を形成
させる。ガスと共にガスより比重の大きい飛沫状の冷媒
を圧縮機１内部へ流入させるため、ガスのみで冷媒回収
運転を行う方法より、短時間でアキュムレータ１４内の
余剰冷媒を自然循環サイクルの冷媒回路に戻すことが可
能である。

【００８９】実施の形態１２．以下、本発明の実施の形
態１２による空気調和機として例えば冷房装置について
説明する。図１７は本実施の形態による空気調和機のア
キュムレータを示す構成図である。図において３０は、
アキュムレータ１４内の圧縮機１へ接続される吸入配管
３１と液冷媒中の低圧配管を貫通するアキュムレータ１
４内に設けたバッフル板で、３２はバッフル板３０の開
口部３４に貼り付けた網である。実施の形態１１と同
様、冷媒回収運転の方法としては、電子式膨張弁４の開
度を通常の強制循環運転時よりも小さく(または全閉)し
て一定時間強制循環運転を行い、蒸発器出口から流入す
る過熱ガスによってアキュムレータ１４内の液冷媒を蒸
発させる。それと同時に開閉弁１８を開としバイパス管
１７を通って流入する圧縮機１からの吐出過熱ガスをア
キュムレータ１４内の液冷媒内に流入させることによ
り、液冷媒を発泡させガス中に飛沫状の冷媒を形成させ
る。圧縮機１内に飛沫状の冷媒が多量に流入された場
合、冷凍機油が吐出ガスとともに冷媒回路内へ流出し、
圧縮機１内部の冷凍機油量が減少して潤滑不良により焼
損に至る危険性がある。特に、スクロール圧縮機の場
合、吸入圧力の低下や圧縮機１内部の冷媒液の発泡によ
って、摺動部への給油量が低下し、摺動部が温度上昇に
より熱変形して破損に至るといった問題が生じる。この
空気調和機では、冷媒回収運転を行う場合、バッフル板
３０に貼り付けた網３２で一定以上の大きさの飛沫を網
３２に付着させたり、網３２を通過させることにより、
飛沫を微細化し飛沫状の冷媒を気化しやすくすることに
より、圧縮機１内部に飛沫状の冷媒が多量に流入するこ
とを抑制する。尚、ここでは、バッフル板３０に貼り付
けた網３２のような飛沫量を調整するものを設けたが、
その調整するものはバッフル板３０の開口部３４により
構成しても良い。実施の形態１１で示したように、ガス
と共にガスより比重の大きい飛沫状の冷媒で圧縮機１へ
流入させるため、ガスのみで冷媒回収運転を行う方法よ
り、短時間でアキュムレータ１４内の余剰冷媒を自然循
環サイクルの冷媒回路に戻すことが可能であるととも
に、圧縮機１内部に飛沫状の冷媒が多量に流入すること
を抑制するため、圧縮機１の破損を防ぐことが可能であ
る。

【００９０】実施の形態１３．以下、本発明の実施の形
態１３による空気調和機として例えば冷房装置について
説明する。図１８は、本実施の形態の空気調和機におけ
る、強制循環運転から自然循環運転への運転切換え時の
フローチャートを示している。ＳＴ１（ステップ１）で
は強制循環運転を行っており、開閉弁１３は開、開閉弁
１８は閉、電子式膨張弁４の開度は、凝縮器２を出た冷
媒液を減圧して二相状態の湿り蒸気とするための適切な
開度に設定された状態である。ＳＴ２で運転切換え指令
を受け、ＳＴ３で電子式膨張弁４の開度を蒸発器出口が
過熱状態となるような開度あるいは全閉に変更して、Ｓ
Ｔ４で圧縮機１が許容可能な吸入圧力（たとえば１．５
ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇ）以上で一定時間冷媒回収を行う。こ
れによりアキュムレータ１４内の液冷媒３３の液面があ
る程度低下する。その後ＳＴ５で開閉弁１８を開とし、
ＳＴ６で開閉弁１８を介したバイパス管１７を通って流
入する圧縮機１からの吐出過熱ガスをアキュムレータ１
４内の液冷媒３３内に流入させることにより、液冷媒３
３を発泡させガス中に飛沫状の冷媒を形成させながら一
定時間冷媒回収を行う。次に、ＳＴ７で圧縮機１を停止
し、ＳＴ８で開閉弁１３を閉としてアキュムレータ１４
への冷媒の流入を防止する。そして、ＳＴ９で開閉弁１
８を閉として、電子式膨張弁４の開度を、冷媒回路内の
圧力損失を低減するために全開し（ＳＴ１０）、自然循
環運転へ移行する（ＳＴ１１）。ＳＴ４の一定時間冷媒
回収にて、アキュムレータ１４内の液冷媒３３を自然循
環サイクルの冷媒回路へ戻すことにより、液冷媒３３が
減少しアキュムレータ１４内の液面が低下する。その後
ＳＴ５で開閉弁１８を開とするため、ＳＴ６における冷
媒回収では、ＳＴ４による液冷媒３３の減少により発泡
量が減少し飛沫状の冷媒発生量が減少する。それと共
に、液面が低下することにより、アキュムレータ１４内
の圧縮機１へ接続される吸入配管３１入口から発泡状態
の冷媒までの距離が長くなるので、飛沫状の冷媒の吸入
量を抑制できる。圧縮機１内部に飛沫状の冷媒が多量に
流入することを抑制するため、圧縮機１の破損を防ぐこ
とが可能である。

【００９１】

【発明の効果】本発明によれば、強制循環運転に必要な
減圧機能と自然循環運転に必要な膨張弁のバイパス機能
という２つの機能を、１つの電子式膨張弁で実現して構
成を簡単にできる空気調和機が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１による空気調和機を示
す構成図である。

【図２】 本発明の実施の形態２による空気調和機を示
す構成図である。

【図３】 本発明の実施の形態３による空気調和機を示
す構成図である。

【図４】 本発明の実施の形態４による空気調和機を示
す構成図である。

【図５】 実施の形態４に係わる空気調和機の冷媒充填
量の比に対する冷房能力を示す特性図である。

【図６】 実施の形態４に係わる空気調和機の強制循環
運転から自然循環運転への運転切換え手順を示すフロー
チャートである。

【図７】 本発明の実施の形態５による空気調和機を示
す構成図である。

【図８】 本発明の実施の形態６による空気調和機を示
す構成図である。

【図９】 本発明の実施の形態７による空気調和機を示
す構成図である。

【図１０】 本発明の実施の形態８による凝縮器を示す
構成図である。

【図１１】 本発明の実施の形態９による蒸発器を示す
構成図である。

【図１２】 本発明の実施の形態１０による基地局に取
付けられた空気調和機の配置を示す構成図である。

【図１３】 実施の形態１０に係わる空気調和機の外気
温度に対する冷房能力の変化を示す特性図である。

【図１４】 実施の形態１０に係わる空気調和機の室内
機と室外機の高低差に対する冷房能力の変化を示す特性
図である。

【図１５】 本発明の実施の形態１１による空気調和機
を示す構成図である。

【図１６】 本発明の実施の形態１１による空気調和機
の実験結果を示す図である。

【図１７】 本発明の実施の形態１２によるアキュムレ
ータを示す構成図である。

【図１８】 本発明の実施の形態１３による強制循環運
転から自然循環運転への運転切換え手順を示すフローチ
ャートである。

【図１９】 自然循環による冷房運転の動作原理を説明
するための空気調和機を示す構成図である。

【図２０】 強制循環運転時の圧力とエンタルピーの関
係を示す特性図である。

【図２１】 自然循環運転時の圧力とエンタルピーの関
係を示す特性図である。

【図２２】 従来の自然循環運転と強制循環運転とを備
えた空気調和機を示す構成図である。

【符号の説明】

１ 圧縮機、２ 凝縮器、３ 室外ファン、４ 電子式
膨張弁、５ 室外機、６ 液配管、７ 蒸発器、８ 室
内ファン、９ 室内機、１０ ガス配管、１１第１開閉
弁、１２ 圧縮機バイパス配管、１３ 第２開閉弁、１
４ アキュムレータ、１５ 加熱手段、１６ 第３開閉
弁、１７ バイパス配管、１８ 第４開閉弁、１９ 油
分離器、２０ 毛細管、２１ 受液器、２２ 第５開閉
弁、２３ 膨張弁バイパス配管、２４ 入口配管、２５
伝熱管、２６ フィン、２７過冷却部、２８ 出口配
管、２９ 高低差、３０ バッフル板、３１ 吸入配
管、３２ 網、３３ 液冷媒、３４ 開口部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松下 章弘 東京都千代田区大手町二丁目６番２号 三 菱電機エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 吉井 秀樹 東京都千代田区大手町二丁目６番２号 三 菱電機エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 秋山 逸太郎 東京都千代田区大手町二丁目６番２号 三 菱電機エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 志田 安規 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 福嶋 章雄 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機、凝縮器、弁の開度を制御し得る
   電子式膨張弁および蒸発器を順次配管で接続してなる冷
   凍サイクルと、前記蒸発器の出口部と前記凝縮器の入口
   部とを第１開閉弁を介して接続する圧縮機バイパス配管
   とを備え、前記第１開閉弁を閉とし、前記圧縮機、凝縮
   器、電子式膨張弁および蒸発器が順次接続されて、前記
   圧縮機を運転状態とした強制循環運転と、前記第１開閉
   弁を開とし、前記圧縮機をバイパスして前記凝縮器、電
   子式膨張弁および蒸発器が順次接続されて、前記圧縮機
   を停止状態とした自然循環運転とを切換え可能とすると
   共に、前記強制循環運転時には冷媒の圧力状態を制御
   し、前記自然循環運転時には圧力損失を低減するよう前
   記強制循環運転時よりも前記電子式膨張弁の開度を大き
   くするよう制御し、前記圧縮機をスクロール圧縮機とし
   たことを特徴とする空気調和機。
2. 【請求項２】 強制循環運転から自然循環運転へに切り
   換わり時、圧縮機にて冷媒回収運転を行なうと共に、前
   記圧縮機が停止するまで電子式膨張弁を開とすることを
   特徴とする請求項１記載の空気調和機。
3. 【請求項３】 圧縮機、凝縮器、弁の開度を制御し得る
   電子式膨張弁および蒸発器を順次配管で接続してなる冷
   凍サイクルと、前記蒸発器の出口部と前記凝縮器の入口
   部とを第１開閉弁を介して接続する圧縮機バイパス配管
   とを備え、前記第１開閉弁を閉とし、前記圧縮機、凝縮
   器、電子式膨張弁および蒸発器が順次接続されて、前記
   圧縮機を運転状態とした強制循環運転と、前記第１開閉
   弁を開とし、前記圧縮機をバイパスして前記凝縮器、電
   子式膨張弁および蒸発器が順次接続されて、前記圧縮機
   を停止状態とした自然循環運転とを切換え可能とすると
   共に、前記強制循環運転時には冷媒の圧力状態を制御
   し、前記自然循環運転時には圧力損失を低減するよう前
   記強制循環運転時よりも前記電子式膨張弁の開度を大き
   くするよう制御し、さらに冷媒をＲ４１０Ａとすると共
   に前記凝縮器の冷媒配管の出口部の高さを、蒸発器の冷
   媒配管の出口部の高さよりも０．５ｍ以上でかつ２ｍ以
   下の上方としたことを特徴とする空気調和機。
4. 【請求項４】 圧縮機、凝縮器、弁の開度を制御し得る
   電子式膨張弁および蒸発器を順次配管で接続してなる冷
   凍サイクルと、前記蒸発器の出口部と前記凝縮器の入口
   部とを第１開閉弁を介して接続する圧縮機バイパス配管
   とを備え、前記第１開閉弁を閉とし、前記圧縮機、凝縮
   器、電子式膨張弁および蒸発器が順次接続されて、前記
   圧縮機を運転状態とした強制循環運転と、前記第１開閉
   弁を開とし、前記圧縮機をバイパスして前記凝縮器、電
   子式膨張弁および蒸発器が順次接続されて、前記圧縮機
   を停止状態とした自然循環運転とを切換え可能とすると
   共に、前記強制循環運転時には冷媒の圧力状態を制御
   し、前記自然循環運転時には圧力損失を低減するよう前
   記強制循環運転時よりも前記電子式膨張弁の開度を大き
   くするよう制御し、さらに冷媒をＲ２２としたことを特
   徴とする空気調和機。
5. 【請求項５】 圧縮機、凝縮器、弁の開度を制御し得る
   電子式膨張弁および蒸発器を順次配管で接続してなる冷
   凍サイクルと、前記蒸発器の出口部と前記凝縮器の入口
   部とを第１開閉弁を介して接続する圧縮機バイパス配管
   とを備え、前記第１開閉弁を閉とし、前記圧縮機、凝縮
   器、電子式膨張弁および蒸発器が順次接続されて、前記
   圧縮機を運転状態とした強制循環運転と、前記第１開閉
   弁を開とし、前記圧縮機をバイパスして前記凝縮器、電
   子式膨張弁および蒸発器が順次接続されて、前記圧縮機
   を停止状態とした自然循環運転とを切換え可能とすると
   共に、前記強制循環運転時には冷媒の圧力状態を制御
   し、前記自然循環運転時には圧力損失を低減するよう前
   記強制循環運転時よりも前記電子式膨張弁の開度を大き
   くするよう制御し、さらに冷媒をＲ４０７Ｃとしたこと
   を特徴とする空気調和機。
6. 【請求項６】 圧縮機、凝縮器、弁の開度を制御し得る
   電子式膨張弁および蒸発器を順次配管で接続してなる冷
   凍サイクルと、前記蒸発器の出口部と前記凝縮器の入口
   部とを第１開閉弁を介して接続する圧縮機バイパス配管
   とを備え、前記第１開閉弁を閉とし、前記圧縮機、凝縮
   器、電子式膨張弁および蒸発器が順次接続されて、前記
   圧縮機を運転状態とした強制循環運転と、前記第１開閉
   弁を開とし、前記圧縮機をバイパスして前記凝縮器、電
   子式膨張弁および蒸発器が順次接続されて、前記圧縮機
   を停止状態とした自然循環運転とを切換え可能とすると
   共に、前記強制循環運転時には冷媒の圧力状態を制御
   し、前記自然循環運転時には圧力損失を低減するよう前
   記強制循環運転時よりも前記電子式膨張弁の開度を大き
   くするよう制御し、冷凍機油としてエステル油を用いた
   ことを特徴とする空気調和機。
7. 【請求項７】 圧縮機、凝縮器、弁の開度を制御し得る
   電子式膨張弁および蒸発器を順次配管で接続してなる冷
   凍サイクルと、前記蒸発器の出口部と前記凝縮器の入口
   部とを第１開閉弁を介して接続する圧縮機バイパス配管
   とを備え、前記第１開閉弁を閉とし、前記圧縮機、凝縮
   器、電子式膨張弁および蒸発器が順次接続されて、前記
   圧縮機を運転状態とした強制循環運転と、前記第１開閉
   弁を開とし、前記圧縮機をバイパスして前記凝縮器、電
   子式膨張弁および蒸発器が順次接続されて、前記圧縮機
   を停止状態とした自然循環運転とを切換え可能とすると
   共に、前記強制循環運転時には冷媒の圧力状態を制御
   し、前記自然循環運転時には圧力損失を低減するよう前
   記強制循環運転時よりも前記電子式膨張弁の開度を大き
   くするよう制御し、冷凍機油として冷媒に対する溶解度
   が小さい非相溶油を用いたことを特徴とする空気調和
   機。