JPH11148681A - 空調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液相管に気泡が滞留すると冷房運転が不安定
になり、気相管に凝縮液が滞留すると暖房運転が不安定
になるので、速やかに排出されるようにする。 【解決手段】 室外機１と、この下方に設置した複数の
室内機４との間を、気相管６と液相管７とで連結し、室
外機１で放熱して凝縮した液体を室内機４に導入して蒸
発させ、この蒸発した液体を室外機１に戻し、各室内機
４において冷房可能にすると共に、室外機１で吸熱して
蒸発した気体を室内機４に導入して凝縮させ、この凝縮
した液体を室外機１に戻し、各室内機４において暖房可
能に構成した装置において、液相管６に電動ポンプ１０
を設け、気相管７にコンプレッサ１２を設け、冷房時に
は電動ポンプ１０を起動し、暖房時にはコンプレッサ１
２を起動し、冷暖房何れにおいても冷媒を強制搬送する
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、
相変化可能な冷媒を循環させ、各室内機において冷暖房
可能に構成した装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の装置として、例えば図２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は流量調整弁、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、流量調
整弁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および流量調整弁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２
９・３０を開けると共に、流量調整弁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、流量調整弁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、流量調整弁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、上記構成の空
調装置の冷房運転においては、相変化可能な冷媒の閉回
路内圧力は冷房の負荷変動などにより絶えず変化してお
り、圧力が低下したときには液相管内で液相冷媒の一部
が気化して気泡が発生することがある。

【００１０】特に、冷房運転を開始する時などは、液相
管が断熱材によって被覆されていても、液相冷媒の温度
は外気により加熱されて比較的高くなっているので、室
外機が冷却を開始して回路内圧力が急激に低下すると、
液相管内で一斉に泡立つことがある。このため、液相冷
媒の本来のスムースな循環が望めないので、室内機では
液相冷媒の継続した蒸発による冷房作用が速やかには起
こり難いと云った問題点があった。

【００１１】一方、暖房運転においては、室外機で加熱
蒸発させた気相冷媒が気相管内で冷却されて凝縮・液化
することがある。特に、暖房運転を開始する時などは、
気相管は断熱材によって被覆されていてもかなりの低温
度となっているので、室外機で加熱して蒸発させた気相
冷媒は気相管の内部で容易に凝縮・液化する。

【００１２】そして、このようにして気相管内で発生し
た液相冷媒は、室内機への気相冷媒の循環を不安定にし
たり、各室内機への気相冷媒の分流を不確実なものにし
て、速やかな暖房作用が起こり難くすると云った問題点
があった。

【００１３】

【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を、気相管
と液相管とで接続し、室外機で放熱して凝縮した液体を
室内機に導入して室内機で吸熱・蒸発させて各室内機に
おいて冷房可能に構成すると共に、流路切り替えによ
り、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・凝縮させて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、液相管の室外機側に室外機で凝縮し
た液体を室内機に搬送するための液体ポンプを設けると
共に、気相管の室外機側に室外機で蒸発した気体を室内
機に昇圧して搬送するための圧縮搬送手段を設け、且
つ、この圧縮搬送手段の吐出側に接続する気相管を吸入
側に接続する気相管より細くするようにした第１の構成
の空調装置と、

【００１４】前記第１の構成の空調装置において、液体
ポンプの吐出側と室内機とを接続している液相管の下部
から、液体ポンプの吸入側に至る液相管を延設するよう
にした第２の構成の空調装置と、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を参照して説明する。なお、理解を容易にする
ため、図１においても前記図２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】図１は、本発明の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に封入した液体と気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。

【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。

【００１９】そして、液相管６は、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を室内機４に搬送するための電動ポンプ１０
と、冷暖切替弁１１とを直列に、室外機１に片寄せて備
えて、冷房運転時に液体のＲ−１３４ａを流下させる流
下液相管６Ａと、この流下液相管６Ａから水平方向に延
設され、流量調整弁８を介して各室内機４の熱交換器５
に至る横引液相管６Ｂと、流下液相管６Ａの下端から延
設されてレシーバタンク９に至る流上液相管６Ｃとから
なっている。

【００２０】一方、気相管７の室外機１の側には、コン
プレッサ１２と冷暖切替弁１３とが並列に設置されてい
る。なお、冷暖切替弁１１・１３は、共に冷房運転時に
開弁し、暖房運転時に閉弁するように制御される。

【００２１】また、１４はレシーバタンク９の気相部と
気相管７とを接続している細い均圧管、１５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１６に接続した燃料管に設けた燃料調整弁、１７〜２
０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１７と１８は
熱交換器２の出入口部に、温度センサ１９と２０は熱交
換器５の出口部に、それぞれ設けられている。また、２
１は室内空気を熱交換器５に吹き付けて室内に還流させ
るための送風機である。

【００２２】さらに、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２２と室内制御装置２３とを設
けてある。そして、室外制御装置２２は、電動ポンプ１
０とコンプレッサ１２の運転と、冷暖切替弁１２・１３
の開閉とを制御すると共に、冷房運転中は温度センサ１
８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−１
３４ａの温度が所定温度、例えば７℃になるように、燃
料調整弁１５の開度を調節する機能を備え、暖房運転中
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１５の開度を調節する機能を
備えている。

【００２３】一方、室内制御装置２３は、冷房運転中は
温度センサ２０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１９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。

【００２４】また、室内制御装置２３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２４を各室内機４に対応して
設置してある。

【００２５】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１５の開度を大きくし、バーナ
１６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１５の開度を小さくしてバー
ナ１６の火力を減じると、熱交換器２内を流れるＲ−１
３４ａを冷却する機能が弱まり、その温度低下幅は縮小
する。

【００２６】一方、暖房モードでの運転中に燃料調整弁
１５の開度を大きくし、バーナ１６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１５の開度を小さ
くしてバーナ１６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。

【００２７】一方、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１９と２０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。

【００２８】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、冷房運転においては、冷暖
切替弁１１・１３が開弁し、コンプレッサ１２が停止
し、電動ポンプ１０が起動された状態で、室外機１では
前記のようにして冷熱が発生している。そして、この冷
熱によって熱交換器２の管壁を介して冷却されたＲ−１
３４ａは凝縮して液相管６に吐出し、レシーバタンク９
に溜り、電動ポンプ１０による搬送力によって冷暖切替
弁１１を経由して流下液相管６Ａを流下し、一部は横引
液相管６Ｂと流量調整弁８とを経由して室内機４に供給
され、残部は流上液相管６Ｃを経由してレシーバタンク
９に戻る。

【００２９】したがって、冷房運転の起動時や冷房負荷
の変動により圧力低下した液相管６において、液体のＲ
−１３４ａに気泡が発生しても、発生した気泡は液体の
Ｒ−１３４ａと共に流量調整弁８を経由して室内機４に
流入・気相管７に排出されるか、流上液相管６Ｃを経由
してレシーバタンク９に戻され、ここで室外機１から供
給される温度の低いＲ−１３４ａと混合されて気泡が消
滅したり、均圧管１４を経由して気相管７に排出される
ので、何れにしても液相管６におけるＲ−１３４ａの気
泡は速やかに消滅する。このため、各室内機４へのＲ−
１３４ａの循環供給が常に安定した状態で行われる。

【００３０】そして、各室内機４においては、送風機２
１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
房作用を行う。

【００３１】室内機４で冷房作用を行って気体となった
Ｒ−１３４ａは、Ｒ−１３４ａが冷却されて凝縮・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と冷暖切替弁１２とを経由して流入する。

【００３２】そして、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２０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２３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２０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。

【００３３】また、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
１８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１５の開度が室
外制御装置２２によって制御される。

【００３４】次に、暖房運転時におけるＲ−１３４ａの
循環サイクルを説明すると、冷暖切替弁１１・１３が閉
弁し、電動ポンプが停止し、コンプレッサ１２が起動さ
れた状態で、室外機１では前記のようにして温熱が発生
している。そして、この温熱によって熱交換器２の管壁
を介して加熱されたＲ−１３４ａは蒸発して気相管７に
吐出し、コンプレッサ１２により圧縮されて室内機４に
供給される。このときにコンプレッサ１２がＲ−１３４
ａを圧縮することによって、Ｒ−１３４ａの温度はさら
に高くなる。

【００３５】したがって、気相管７の温度が低いときな
どの暖房運転の起動時において、気体のＲ−１３４ａが
凝縮・液化したり、室内機４が追加運転されて気相管７
の圧力が多少低下しても、気体のＲ−１３４ａはコンプ
レッサ１２によって室内機４側に加圧搬送されているの
で、凝縮した液体のＲ−１３４ａは流量調整弁８を経由
して液相管６に速やかに排出される。このため。各室内
機４へのＲ−１３４ａの循環供給は常に安定した状態で
行われる。

【００３６】そして、各室内機４においては、送風機２
１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
作用を行う。

【００３７】室内機４で暖房作用を行って凝縮・液化し
たＲ−１３４ａは、コンプレッサ１２の圧力によって、
流上液相管６Ｃとレシーバタンク９を経由して室外機１
まで戻される。

【００３８】そして、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１９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２３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２０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。

【００３９】また、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１８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１５の開度
が室外制御装置２２によって制御される。

【００４０】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。

【００４１】例えば、破線で示したように開閉弁２５を
流上液相管６Ｃに設け、液相管６に気泡が発生したと
き、あるいは気泡の発生の懸念があるときに開閉弁２５
を開弁して冷房運転し、それ以外の冷房運転時は開閉弁
２５を閉弁して、電動ポンプ１０が搬送するＲ−１３４
ａの全てが室内機４に供給されるようにしても良い。

【００４２】また、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。

【００４３】なお、本発明の空調装置を製造販売する際
には、破線で囲った冷熱または温熱を選択的に発生する
室外機１と、レシーバタンク９・電動ポンプ１０・冷暖
切替弁１１・１３・コンプレッサ１２などをコンパクト
にまとめ、これら全体を室外機として取り扱うことにな
る。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の空調装置
においては、冷房運転の起動時や冷房負荷が変動するな
どして液相管の液体で蒸発が起こって気泡が発生して
も、気泡は室内機を介して気相管に排出されるか、室外
機から供給される温度の低い液体と混合されて消滅した
り、均圧管を経由して気相管に排出されるなどして速や
かに消滅するので、相変化可能な冷媒の各室内機への循
環供給が安定する。したがって、空調負荷が変動するな
どしても常に安定した冷房運転が行える。

【００４５】また、室内機で放熱して凝縮した凝縮液を
室外機に戻すための暖房運転時に起動する暖房用ポンプ
を液相管の下部に設置した空調装置は、暖房用ポンプの
吸入口側にレシーバタンクを設置する必要があるが、本
発明の空調装置ではこのレシーバタンクの設置が不要に
なるため、冷媒の所要量が減少すると云った利点があ
る。また、本発明の空調装置では冷房運転時にこのレシ
ーバタンクに溜っていた液体が沸騰して発生するフラッ
シュガスが冷媒の循環に悪影響を及ぼすと云ったことも
ないので、冷房運転が安定すると云った利点もある。

【００４６】また、暖房運転においても、室内機側の液
相管には圧縮搬送手段によって生成された所定の大きな
圧力が作用しているため、気相管で生じた凝縮液は気相
管から液相管に速やかに排出され、相変化可能な冷媒の
各室内機への循環供給が安定するので、常に正常は暖房
運転が行える。

【００４７】さらに、冷暖房何れの運転においても、冷
媒を加圧して搬送しているので、実施形態の欄で示した
横引液相管の部分などに波打ち配管や鳥居配管があって
も、冷媒の循環に支障を来すことがない。したがって、
施工管理基準が緩やかになり、施工コストが削減でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の空調装置の説明図である。

【図２】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 ６Ａ 流下液相管 ６Ｂ 横引液相管 ６Ｃ 流上液相管 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 冷暖切替弁 １２ コンプレッサ １３ 冷暖切替弁 １４ 均圧管 １５ 燃料調整弁 １６ バーナ １７〜２０ 温度センサ ２１ 送風機 ２２ 室外制御装置 ２３ 室内制御装置 ２４ リモコン ２５ 開閉弁

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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を、気相管と液相
   管とで接続し、室外機で放熱して凝縮した液体を室内機
   に導入して室内機で吸熱・蒸発させて各室内機において
   冷房可能に構成すると共に、流路切り替えにより、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
   縮させて各室内機において暖房可能に構成した空調装置
   であって、液相管の室外機側に室外機で凝縮した液体を
   室内機に搬送するための液体ポンプを設けると共に、気
   相管の室外機側に室外機で蒸発した気体を室内機に昇圧
   して搬送するための圧縮搬送手段を設け、且つ、この圧
   縮搬送手段の吐出側に接続する気相管を吸入側に接続す
   る気相管より細くしたことを特徴とする空調装置。
2. 【請求項２】 液体ポンプの吐出側と室内機とを接続し
   ている液相管の下部から、液体ポンプの吸入側に至る液
   相管が延設されたことを特徴とする請求項１記載の空調
   装置。