JPH10253125A

JPH10253125A - 空調システム

Info

Publication number: JPH10253125A
Application number: JP9056346A
Authority: JP
Inventors: Noboru Kobayashi; 昇小林; Kazuya Imai; 和哉今井; 徹 ▲柳▼澤; Toru Yanagisawa
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1997-03-11
Filing date: 1997-03-11
Publication date: 1998-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】負荷変動に応じて、室外機の燃焼状態を追従さ
せることができる空調システムを提供する。【解決手段】暖房運転時は、室外機１のコイル２で発生
した冷媒蒸気は室内機３に送られ、室内機３のコイル４
で室内空気に熱を与えて凝縮する。この冷媒液は液溜め
槽５に溜められた後、ポンプ７により室外機１へ送られ
る。一方、冷房運転時は、室外機１のコイル２で凝縮し
た冷媒液が電磁弁１２を介して自重により室内機３へ自
然流下し、室内機３のコイル４で蒸発して、室外機１へ
自然還流する。温度センサ１５ａ，１５ｂは夫々冷媒蒸
気、冷媒液の温度を検出し、温度センサ１５ｂは冷媒液
の温度を検出する。ここで、制御装置１６は圧力スイッ
チ８の出力に基づいて室外機１の燃焼をオン・オフ制御
し、温度センサ１５ａ又は１５ｂの出力に基づいて室外
機１の燃焼出力を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、室外機と室内機と
の間で冷媒を循環させて冷房及び暖房を行う空調システ
ムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の空調システムとしては、複数の
室内機と、全ての室内機よりも高い位置に配置された室
外機とを備え、室内機と室外機との間で冷媒（例えば、
Ｒ１３４ａなど）を循環させて暖房及び冷房を行うもの
があった（特開平８−３１２９９９号公報参照）。

【０００３】この空調システムの暖房運転時及び冷房運
転時の動作について説明する。まず、冷房運転時の動作
を図６に基づいて説明する。室外機１のコイル２で冷媒
を凝縮（気体→液体）させると、凝縮した冷媒液は自重
により配管６及び電磁弁１２を通り室内機３へ流れ込
み、室内機３のコイルで室内空気と熱交換して気化（液
体→気体）する。この際、冷媒の気化熱により室内空気
から熱を奪って、冷房を行う。なお、室内機３で気化し
た冷媒ガスは配管１０を通って室外機１に戻り、上述の
冷房サイクルを繰り返す。

【０００４】次に、暖房運転時の動作を図７に基づいて
説明する。室外機１のコイル２で冷媒を気化（液体→気
体）させると、気化した冷媒ガスは蒸発圧力と凝縮圧力
の差によって室内機３に入り、室内機３のコイルで室内
空気と熱交換し、凝縮（気体→液体）する。この際、冷
媒ガスの凝縮熱により室内空気に熱が与えられ、暖房が
行われる。また、凝縮した冷媒液はポンプ７により配管
６を通って室外機１に戻され、上述の暖房サイクルを繰
り返す。

【０００５】ところで、室外機１は、図８に示すよう
に、燃焼部たるバーナ２１、高温再生器２２、低温再生
器２３、凝縮器２４、蒸発器２５、吸収器２６、高温熱
交換器２７及び低温熱交換器２８などから構成される。
室外機１の動作を図８の動作原理図に基づいて説明す
る。まず、冷房運転時の室外機１の動作について説明す
る。バーナ２１で高温再生器２２内の吸収剤の稀溶液を
加熱・沸騰させて、水冷媒蒸気と稀溶液を濃縮した高温
濃溶液を発生させる。高温再生器２２で発生した高温濃
溶液は高温熱交換器２８に入り、高温熱交換器２８を出
たところで稀溶液と混合し、中間濃溶液となって低温再
生器２３に入る。一方、高温再生器２２内で発生した水
冷媒蒸気は低温再生器２３のコイル２３ａに入り、低温
再生器２３内の中間濃溶液を凝縮熱で加熱・沸騰させて
凝縮し、水冷媒となって凝縮器２４内に入る。凝縮器２
４では、冷温再生器２３で発生した水冷媒蒸気がコイル
２９内を通る冷却水によって冷却されて凝縮し、水冷媒
となって、低温再生器２３から来た水冷媒とともに蒸発
器２５に入る。上述のように、低温再生器２３内の中間
濃溶液は、コイル２３ａ内の高温の水冷媒蒸気によって
加熱・沸騰され、濃縮して低温濃溶液となり、低温熱交
換器２７を介して吸収器２６に入る。

【０００６】凝縮器２４から蒸発器２５に送られた水冷
媒は、蒸発器２５内の高真空状態において、低温で蒸発
し、この際コイル２内の冷媒ガスから蒸発潜熱を奪い、
冷媒ガスは凝縮して冷媒液となる。蒸発した水冷媒蒸気
は、吸収器２６において直ちに低温濃溶液に吸収され、
この際発生した吸収熱はコイル３０を通る冷却水によっ
て冷却される。低温濃溶液は水冷媒蒸気を吸収して稀溶
液となり、溶液循環ポンプ３１によって低温熱交換器２
７に送られる。低温熱交換機２７を出た稀溶液は二手に
分かれ、一方は高温濃溶液と混合し、他方は高温熱交換
器２８を介して高温再生器２２に戻り、上述の二重効用
冷房サイクルを繰り返す。

【０００７】次に、暖房運転時の室外機１の動作につい
て説明する。室外機１において、バーナ２１で高温再生
器２２内の稀溶液を加熱・沸騰させ、高温の水冷媒蒸気
と高温濃溶液を発生させる。高温の水冷媒蒸気は、冷房
運転時と異なり低温再生器２３及び凝縮器２４をバイパ
スする経路（図示せず）を通って直接蒸発器２５に入
り、コイル２内を流れる冷媒液を水冷媒蒸気の凝縮熱で
加熱し、冷媒ガスを発生させる。この時、水冷媒蒸気は
凝縮して水冷媒となり、低温濃溶液と混合して稀溶液と
なる。この稀溶液は溶液循環ポンプ３１により低温熱交
換器２７、高温熱交換器２８を介して高温再生器２２に
戻り、上述の暖房サイクルを繰り返す。

【０００８】このように、室内機１では、バーナ２１の
燃焼による熱エネルギーを用いて、暖房運転時は冷媒を
気化させて冷媒ガスを発生させるとともに、冷房運転時
は冷媒を凝縮させて冷媒液を発生させる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記構成の空調システ
ムでは、室外機１のバーナ２１を、コイル２内の冷媒温
度に基づいて燃焼制御した場合、室外機１の熱容量が大
きいために、冷媒温度の変化が遅く、負荷変動に対する
応答が遅いという問題があった。また、冷媒ガスの圧力
に基づいてバーナ２１の燃焼制御を行った場合、負荷変
動によって、冷媒ガスの圧力は大きく変化するため、バ
ーナの燃焼制御を細かく制御することができず、バーナ
２１の燃焼が頻繁にオン・オフされ、室外機１の寿命が
短くなるという問題もあった。

【００１０】本発明は上記問題点に鑑みて為されたもの
であり、負荷の変動に素早く対応するとともに室外機の
長寿命化を図った空調システムを提供することを目的と
する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記目的を
達成するために、燃焼部の燃焼による熱エネルギーを用
いて、冷房時或いは暖房時の運転状態に応じて冷媒を凝
縮又は気化させる室外機と、室外機から循環された冷媒
と室内空気との間で熱交換を行う室内機と、室外機の冷
媒ガス側出入口の圧力及び温度をそれぞれ検出する圧力
センサ及び第１の温度センサと、室外機の冷媒液側出入
口の温度を検出する第２の温度センサと、圧力センサの
検出結果に基づいて燃焼部の燃焼をオン・オフするとと
もに、第１又は第２の温度センサの検出結果に基づいて
燃焼部の燃焼出力を制御する制御装置とを備えている。
したがって、第１又は第２の温度センサの検出結果に基
づいて室外機の燃焼出力を制御しているので、負荷変動
に応じて燃焼出力を制御することができる。また、圧力
センサの検出結果に基づいて燃焼部をオン・オフ制御し
ており、燃焼部のオン・オフ制御と出力制御を組み合わ
せているので、負荷変動によって燃焼部が頻繁にオン・
オフされるのを防止できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本実施形態の空調システムの概略
構成図を図１に示す。尚、この空調システムの基本的な
構成及び動作は従来の空調システムと同様であるので、
その説明は省略する。室外機１はビルの屋上のように全
ての室内機３よりも高い場所に設置されており、暖房運
転時には冷媒（例えば、Ｒ１３４ａなど）が気化し、冷
房運転時には冷媒が凝縮するコイル２を備え、コイル２
の上側ヘッド部２ａに一端が接続された冷媒ガス側出入
口たる配管１０の端部には、冷媒ガスの圧力Ｐを検出す
る圧力センサたる圧力スイッチ８と、冷媒ガスの温度Ｔ
₁を検出する第１の温度センサ１５ａとが配設され、下
側ヘッド部２ｂに一端が接続された冷媒液側出入口たる
配管６の端部には冷媒液の温度Ｔ₂を検出する第２の温
度センサ１５ｂが配設される。また、配管１０の他端に
は複数の室内機３が接続されており、室内機３と配管６
との間には液溜め槽５、ポンプ７及び逆止弁１３が介装
される。電磁弁１２は、室内機３及び液溜め槽５の接続
点と室内機１及び逆止弁１３の接続点との間に介装され
ており、電磁弁１２及び逆止弁１３は冷房運転時に液溜
め槽５とポンプ７を冷媒の循環経路から切り離してい
る。

【００１３】また、制御装置１６は液面スイッチ９とタ
イマ１１の出力に基づいてポンプ７をオン・オフ制御
し、圧力スイッチ８の出力に基づいて室外機１の燃焼部
たるバーナ（図示せず）の燃焼をオン・オフ制御すると
ともに、第１及び第２の温度センサ１５ａ，１５ｂの出
力に基づいてバーナの燃焼出力を制御する。ここで、冷
房運転時の動作について説明する。冷房運転時は、室外
機１のコイル２で冷媒が凝縮（気体→液体）し、凝縮し
た冷媒液は配管６及び電磁弁１２を介して室内機３へ自
重により自然流下し、各室内機３のコイル４で気化（液
体→気体）し、配管１０を通り室外機１へ自然還流す
る。この際、室内機３では、ファン１４により吸い込ま
れた室内空気がコイル４で冷媒と熱交換を行い、冷媒の
気化熱により冷却される。

【００１４】ところで、複数の室内機３の内の一部が稼
働している部分負荷時において、室内機３が停止する
と、室内機３から配管１０を介して室外機１へ戻る冷媒
ガスが減るので、冷媒ガスの圧力Ｐが低くなる。図２に
示すように、冷媒ガスの圧力Ｐが第１のしきい値（約
２．５kg/cm²）を下回るのを圧力スイッチ８が検出する
と、制御装置１６は室外機１のバーナの燃焼を停止（オ
フ）させ、室外機１のコイル２で冷媒が凝縮するのを押
さえる。冷媒液の発生が押さえられると、室内機３のコ
イル４に冷媒液が送られなくなり、冷房運転が停止す
る。

【００１５】その後、稼働中の室内機３のコイル４で冷
媒が蒸発したり、停止中の室内機３が新たに稼働する
と、室内機３から配管１０を介して室外機１に戻る冷媒
ガスが増えるので、冷媒ガスの圧力Ｐが高くなる。冷媒
ガスの圧力Ｐが第２のしきい値（約２．８kg/cm²）を上
回るのを圧力スイッチ８が検出すると、制御装置１６は
室外機１のバーナの燃焼を開始（オン）させ、室外機１
のコイル２で冷媒を凝縮させる。冷媒液が発生すると、
室内機３のコイル４に冷媒液が送られ、冷房運転を再開
する。

【００１６】また、冷房負荷が小さくなると室内機３の
コイル４で吸収する熱が減り、冷媒液の温度Ｔ₂が低く
なるので、図３に示すように、第２の温度センサ１５ｂ
が検出した冷媒液の温度Ｔ₂が第５のしきい値（約７
℃）を下回ると、制御装置１６は室外機１のバーナの燃
焼状態を高燃焼状態（Ｈ燃焼）から低燃焼状態（Ｌ燃
焼）に切り替え、室外機１のコイル２で発生する冷媒液
の量を低下させ、冷房能力を低下させる。一方、冷房負
荷が大きくなると室内機３のコイル４で吸収する熱が増
え、冷媒液の温度Ｔ₂が高くなるので、第２の温度セン
サ１５ｂが検出した冷媒液の温度Ｔ₂が第６のしきい値
（約９℃）を上回ると、制御装置１６は室外機１のバー
ナを高燃焼状態に切り替え、室外機１のコイル２で発生
する冷媒液の量を増加させ、冷房能力を高める。

【００１７】次に、暖房運転時の動作について説明す
る。配管６を介してポンプ７から送られた冷媒液は、室
外機１のコイル２で加熱されて気化し、気体の状態で配
管１０を通って複数の室内機３に送られる。室内機３に
送られた冷媒ガスは、コイル４内を通るとともに、ファ
ン１４によって送風された室内空気で冷却されて凝縮
し、液の状態で流下して液溜め槽５に溜められた後、ポ
ンプ７によって配管６を介して室外機１に再び循環され
る。

【００１８】ここで、コイル２で冷媒液が蒸発する際
に、実際にはある範囲で気液混合状態となり、この状態
を経て液体から気体へと変化するが、冷媒液の実効的な
液面がコイル２の上端を越えると、コイル２から配管１
０へ冷媒液が混入して冷媒ガスの流れを阻害する上に、
液溜め槽５の冷媒液が不足して動作不良の原因となり、
また液面がコイル２の下端に近付くと、コイル２内の冷
媒液の量が減って熱交換効率が低下する。従って、制御
装置１６は液面スイッチ９及びタイマ１１の出力に基づ
いてポンプ７をオン・オフ制御し、コイル２内の冷媒液
の液面を一定の範囲に維持する。例えば、液溜め槽５内
の冷媒液の液面が所定値以下になると、コイル２の液面
がコイル２の上端付近まで上昇するので、液溜め槽５の
液面が所定の下限値を下回るのを液面スイッチ９が検出
すると、制御装置１６はポンプ７の動作を停止させる。
そして、ポンプ７の停止後一定時間を計時するタイマ１
１の出力により、制御装置１６はポンプ７を再起動させ
る。なお、ポンプ７が停止した後、冷媒の蒸発によって
コイル２内の液面が下降する時間は略一定であるので、
液溜め槽５の上限値に液面スイッチを設けることなく、
タイマ１１の出力でポンプ７を起動させることができ
る。

【００１９】この空調システムでは、暖房負荷の変動に
対してバーナの燃焼のオン・オフ制御、及び、燃焼出力
の制御を行っているが、例えば、複数の室内機３の内の
一部が稼働している部分負荷時において、室内機３が停
止すると、室外機１から配管１０を介して室内機３へ送
られた冷媒ガスが配管１０内で圧縮されて、冷媒ガスの
圧力Ｐが高くなる。図４に示すように、冷媒ガスの圧力
Ｐが第３のしきい値（約１３kg/cm²）を上回るのを圧力
スイッチ８が検出すると、制御装置１６は室外機１のバ
ーナの燃焼を停止させ、室外機１のコイル２で冷媒ガス
が発生するのを押さえ、暖房運転を停止する。その後、
稼働中の室内機３のコイル４で冷媒が凝縮したり、停止
中の室内機３が新たに稼働すると、冷媒ガスの圧力Ｐが
低下するので、冷媒ガスの圧力Ｐが第４のしきい値（約
１２kg/cm²）を下回るのを圧力スイッチ８が検出する
と、制御装置１６は室外機１のバーナの燃焼を開始さ
せ、室外機１のコイル２で冷媒ガスを発生させ、暖房運
転を再開する。

【００２０】また、暖房負荷が小さくなると室内機３の
コイル４で放出する熱が減り、冷媒ガスの温度Ｔ₁が高
くなるので、図５に示すように、第１の温度センサ１５
ａが検出した冷媒ガスの温度Ｔ₁が第７のしきい値（約
４７℃）を上回ると、制御装置１６は室外機１のバーナ
の燃焼状態を高燃焼状態（Ｈ燃焼）から低燃焼状態（Ｌ
燃焼）に切り替え、室外機１のコイル２で発生する冷媒
ガスの量を低下させ、暖房能力を低くする。一方、暖房
負荷が大きくなると室内機３のコイル４で放出する熱が
増え、冷媒ガスの温度Ｔ₁が低くなるので、第１の温度
センサ１５ａが検出した冷媒ガスの温度Ｔ₁が第８のし
きい値（約４５℃）を下回ると、制御装置１６は室外機
１のバーナを低燃焼状態から高燃焼状態に切り替え、室
外機１のコイル２で発生する冷媒ガスの量を増加させ、
暖房能力を高くする。

【００２１】このように、制御装置１６は冷媒ガスの温
度Ｔ₁或いは冷媒液の温度Ｔ₂に基づいてバーナの燃焼
出力を制御しているので、負荷変動に応じてバーナの燃
焼出力、すなわち、冷房能力或いは暖房能力を制御する
ことができ、室内を快適な温度に維持することができ
る。また、制御装置１６は冷媒ガスの圧力Ｐに基づいて
バーナの燃焼をオン・オフ制御しており、バーナの燃焼
制御とオン・オフ制御とを組み合わせて行っているの
で、従来の空調システムのようにバーナが頻繁にオン・
オフされることがなく、室外機の耐久性を向上させるこ
とができる。

【００２２】

【発明の効果】本発明は、上述のように、燃焼部の燃焼
による熱エネルギーを用いて、冷房時或いは暖房時の運
転状態に応じて冷媒を凝縮又は気化させる室外機と、室
外機から循環された冷媒と室内空気との間で熱交換を行
う室内機と、室外機の冷媒ガス側出入口の圧力及び温度
をそれぞれ検出する圧力センサ及び第１の温度センサ
と、室外機の冷媒液側出入口の温度を検出する第２の温
度センサと、圧力センサの検出結果に基づいて燃焼部の
燃焼をオン・オフするとともに、第１又は第２の温度セ
ンサの検出結果に基づいて燃焼部の燃焼出力を制御する
制御装置とを備えている。したがって、第１又は第２の
温度センサの検出結果に基づいて室外機の燃焼出力を制
御しており、負荷変動に応じて燃焼出力を制御すること
ができるので、室内を快適な温度に維持できるという効
果がある。また、圧力センサの検出結果に基づいて燃焼
部をオン・オフ制御しており、燃焼部のオン・オフ制御
と出力制御を組み合わせているので、負荷変動によって
燃焼部が頻繁にオン・オフされることがなく、室外機の
長寿命化を図ることができるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態の空調システムを示す概略構成図で
ある。

【図２】同上の冷房運転時の冷媒圧力と燃焼状態の関係
を示す図である。

【図３】同上の冷房運転時の冷媒液の温度と燃焼状態の
関係を示す図である。

【図４】同上の暖房運転時の冷媒圧力と燃焼状態の関係
を示す図である。

【図５】同上の暖房運転時の冷媒蒸気温度と燃焼状態の
関係を示す図である。

【図６】従来の空調システムの冷房運転時の動作を示す
概略構成図である。

【図７】同上の暖房運転時の動作を示す概略構成図であ
る。

【図８】同上の空調システムの室外機を示す概略構成図
である。

【符号の説明】

１室外機２，４コイル３室内機５液溜め槽７ポンプ８圧力スイッチ１２電磁弁１５ａ第１の温度センサ１５ｂ第２の温度センサ１６制御装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃焼部の燃焼による熱エネルギーを用い
て、冷房時或いは暖房時の運転状態に応じて冷媒を凝縮
又は気化させる室外機と、室外機から循環された冷媒と
室内空気との間で熱交換を行う室内機と、前記室外機の
冷媒ガス側出入口の圧力及び温度をそれぞれ検出する圧
力センサ及び第１の温度センサと、前記室外機の冷媒液
側出入口の温度を検出する第２の温度センサと、前記圧
力センサの検出結果に基づいて前記燃焼部の燃焼をオン
・オフするとともに、前記第１又は第２の温度センサの
検出結果に基づいて前記燃焼部の燃焼出力を制御する制
御装置とを備えて成ることを特徴とする空調システム。
【請求項２】冷房運転時に、前記圧力センサが検出した
冷媒ガスの圧力が第１のしきい値を下回ると、前記制御
装置は前記燃焼部の燃焼を停止させるとともに、前記圧
力センサが検出した冷媒ガスの圧力が前記第１のしきい
値よりも高い第２のしきい値を上回ると、前記制御装置
は前記燃焼部の燃焼を開始させることを特徴とする請求
項１記載の空調システム。
【請求項３】暖房運転時に、前記圧力センサが検出した
冷媒ガスの圧力が第３のしきい値を上回ると、前記制御
装置は前記燃焼部の燃焼を停止させるとともに、前記圧
力センサが検出した冷媒ガスの圧力が前記第３のしきい
値よりも低い第４のしきい値を下回ると、前記制御装置
は前記燃焼部の燃焼を開始させることを特徴とする請求
項１記載の空調システム。
【請求項４】冷房運転時に、前記第２の温度センサが検
出した冷媒液の温度が第５のしきい値を下回ると、前記
制御装置は前記燃焼部の燃焼出力を低下させるととも
に、前記第２の温度センサが検出した冷媒液の温度が第
５のしきい値よりも高い第６のしきい値を上回ると、前
記制御装置は前記燃焼部の燃焼出力を増加させることを
特徴とする請求項１記載の空調システム。
【請求項５】暖房運転時に、前記第１の温度センサが検
出した冷媒ガスの温度が第７のしきい値を上回ると、前
記制御装置は前記燃焼部の燃焼出力を低下させるととも
に、前記第１の温度センサが検出した冷媒ガスの温度が
第７のしきい値よりも低い第８のしきい値を下回ると、
前記制御装置は前記燃焼部の燃焼出力を増加させること
を特徴とする請求項１記載の空調システム。