(57)【特許請求の範囲】
【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の間で、相変化可能な流体を液相と気相との比重差と、液相管に設置した液体ポンプの吐出力と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であって、前記複数の室内機には熱交換器とこの熱交換器に流れ込む冷媒量を調整する流量調整弁とが設けられており、且つこれら複数の室内機は建物内において夫々高さの異なる階に設置されており、前記液体ポンプ吸い込み側の流体レベルを検出して液体ポンプの回転を制御する制御手段を備え、この制御手段の動作中は高い階に設置された室内機の流量調整弁の弁開度は低い階に設置された室内機の流量調整弁の弁開度よりも大きく設定されたことを特徴とする空調装置。
【請求項２】
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、相変化可能な流体を液相と気相との比重差と、液相管に設置した液体ポンプの吐出力と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であって、前記複数の室内機には熱交換器とこの熱交換器に流れ込む冷媒量を調整する流量調整弁とが設けられており、且つこれら複数の室内機は建物内において夫々高さの異なる階に設置されており、前記室内機の空調負荷に係わる物理量を検出して液体ポンプの回転を制御する制御手段を備え、この制御手段の動作中は高い階に設置された室内機の流量調整弁の弁開度は低い階に設置された室内機の流量調整弁の弁開度よりも大きく設定されたことを特徴とする空調装置。
【請求項３】
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、相変化可能な流体を液相と気相との比重差と、液相管に設置した液体ポンプの吐出力と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であって、前記複数の室内機には熱交換器とこの熱交換器に流れ込む冷媒量を調整する流量調整弁とが設けられており、且つこれら複数の室内機は建物内において夫々高さの異なる階に設置されており、前記室外機の冷却熱量に係わる物理量を検出して液体ポンプの回転を制御する制御手段を備え、この制御手段の動作中は高い階に設置された室内機の流量調整弁の弁開度は低い階に設置された室内機の流量調整弁の弁開度よりも大きく設定されたことを特徴とする空調装置。
【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、相変化可能な流体を液相と気相との比重差と、液相管に設置した液体ポンプの吐出力と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】
この種の装置として、例えば図５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、１１Ａは電動ポンプ、２１〜２４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、２５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１１Ａ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１１Ａを停止した状態で、開閉弁２１・２２を閉じて開閉弁２３・２４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２３・２４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１１Ａ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２１・２４を閉じて開閉弁２２・２３を開けると共に、流量調整弁８も開け、電動ポンプ１１Ａ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１１Ａ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１１Ａ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２２・２３を閉じて開閉弁２１・２４を開けると共に、流量調整弁８も開け、電動ポンプ１１Ａ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２４・２１を介して電動ポンプ１１Ａ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、特開平７−１５１３５９号公報に開示された上記構成の空調装置においては、電動ポンプを停止して冷媒を自然循環させて冷房を行う場合には、電力消費がピークとなる夏期の電力消費が削減でき、ランニングコストの抑制が実現できるが、室外機との上下差が小さい上層階の室内機には十分な量の冷媒が供給され難いため、この部分では冷房作用が不足すると云った問題点がある。
【００１０】
一方、電動ポンプを起動すれば、上層階に設置の室内機にも十分な量の冷媒が供給でき、必要な冷房作用が確保できるが、ポンプを駆動するための電力が必要となる。しかも、この場合の電動ポンプは暖房運転時に室内機で凝縮した冷媒液を上方に設置した室外機まで搬送することができる能力を備えた大型のポンプであるため、電力消費が一層嵩むと云った問題点がある。
【００１１】
したがって、十分な冷房作用が発揮でき、しかも電力消費量が少ない空調装置を提供する必要があった。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、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、相変化可能な流体を液相と気相との比重差と、液相管に設置した液体ポンプの吐出力と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であって、複数の室内機には熱交換器とこの熱交換器に流れ込む冷媒量を調整する流量調整弁とが設けられており、且つこれら複数の室内機は建物内において夫々高さの異なる階に設置された空調装置において、
【００１３】
液体ポンプ吸い込み側の流体レベルを検出して液体ポンプの回転を制御する制御手段を備え、この制御手段の動作中は高い階に設置された室内機の流量調整弁の弁開度は低い階に設置された室内機の流量調整弁の弁開度よりも大きく設定された第１の構成の空調装置と、
【００１４】
室内機の空調負荷に係わる物理量を検出して液体ポンプの回転を制御する制御手段を備え、この制御手段の動作中は高い階に設置された室内機の流量調整弁の弁開度は低い階に設置された室内機の流量調整弁の弁開度よりも大きく設定された第２の構成の空調装置と、
【００１５】
室外機の冷却熱量に係わる物理量を検出して液体ポンプの回転を制御する制御手段を備え、この制御手段の動作中は高い階に設置された室内機の流量調整弁の弁開度は低い階に設置された室内機の流量調整弁の弁開度よりも大きく設定された第３の構成の空調装置と、を提供するものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図１〜図４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５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。
【００１７】
図中１は所望時に冷熱または温熱を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に封入した相変化が可能な流体、例えば低温度でも圧力が低下すると容易に蒸発し得る、Ｒ−１３４ａと熱の授受を行って、相変化を起こさせる。
【００１８】
室外機１の熱交換器２と、建物の各部屋に設置した室内機４の熱交換器５とは、図１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・接続されて閉回路３を形成している。
【００１９】
９、１０、１１は、それぞれ液相管６の共通部６Ａに設けたレシーバタンク、冷房用の小型電動モータ、冷暖切替弁（開閉弁）、６Ｂは冷暖切替弁１１をバイパスするように液相管共通部６Ａに接続したバイパス管、１２と１３はこのバイパス管６Ｂに設けたレシーバタンクと暖房用の大型電動ポンプ、６Ｃはレシーバタンク９と電動ポンプ１０をバイパスするように液相管共通部６Ａに接続したバイパス管、１４はこのバイパス管６Ｃに設けた冷暖切替弁（開閉弁）である。
【００２０】
なお、１５は、電動ポンプ１０を駆動するために供給する電力の周波数を変換する周波数変換器、１６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、Ｓ１とＳ２はＲ−１３４ａの温度を検出するために熱交換器５のＲ−１３４ａの出入口に設けた温度センサで、空調負荷が大きいほど入口側の温度センサＳ１と出口側の温度センサＳ２との温度差が大きくなり、空調負荷が小さいほど前記温度差は小さくなる。
【００２１】
また、Ｓ３はレシーバタンク９に溜ったＲ−１３４ａの液面レベルを検出するための液面センサ、Ｓ４はＲ−１３４ａを凝縮させるために室外機１に投入する熱量のレベルを検出する熱量センサである。
【００２２】
さらに、この室外機１には室外制御装置１７を、室内機４には室内制御装置１８を設けてある。そして、室内制御装置１８には、流量調整弁８の弁開度および温度センサＳ１・Ｓ２が検出した温度情報を通信信号に変換可能であると共に、外部から受信した通信信号を所要の制御信号に変換することのできる信号変換器（図示せず）を内蔵して、室外制御装置１７と室内制御装置１８とを通信線１９によって接続し、室外制御装置１７が出力する制御信号を室内制御装置１８が受けて流量調整弁８の開度が制御されるように構成してある。
【００２３】
また、室内制御装置１８と通信可能で、冷暖房の起動／停止、送風の強弱選択、温度設定などが行えるリモコン２０を各室内機４に対応して設置してあり、室外制御装置１７は液面センサＳ３・熱量センサＳ４・周波数変換器１５とも図示しない信号線を介して接続され、それぞれの機器との間で信号の授受ができるようになっている。
【００２４】
上記構成になる本発明の空調装置においては、例えば室内温度が高いときに、室外機１において冷熱を発生させながら、冷暖切替弁１４を閉じ、冷暖切替弁１１を開いた状態で電動ポンプ１０を運転し、電動ポンプ１３を停止させておくと、室外機１の冷熱によって閉回路３のＲ−１３４ａは熱交換器２の管壁を介して冷却されるので、Ｒ−１３４ａは凝縮して下流側の液相管６に流出し、液相管６に溜っているＲ−１３４ａの重みに助成された電動ポンプ１０の吐出力によって、室内機４の熱交換器５それぞれに十分な量のＲ−１３４ａが供給できる。
【００２５】
そして、各熱交換器５においては、送風機１６によって温度の高い室内空気が強制的に供給されているので、Ｒ−１３４ａは室内空気から熱を奪って蒸発し、冷房作用を行ない、その後、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を通って戻る。
【００２６】
上記冷房運転において、本発明の空調装置においては電動ポンプ１０の回転数を、例えば液面センサＳ３が出力するレシーバタンク９の中のＲ−１３４ａの液面レベルに基づいて室外制御装置１７が制御する。
【００２７】
すなわち、液面センサＳ３が検出して出力するＲ−１３４ａの液面レベルＨ（上下２位置間を０〜１００等分して百分率表示）に基づいて、室外制御装置１７は電動ポンプ１０に供給する電力の周波数Ｎを、周波数変換器１５において、例えば図２に示すように周波数変換して、電動ポンプ１０の回転数を制御する。
【００２８】
したがって、本発明の空調装置においては、Ｒ−１３４ａの液体と気体の比重差に、電動ポンプ１０による搬送力が加算されてＲ−１３４ａの液体が搬送されるので、室内機４の一部を室外機１と同じフロアもしくは室外機１より高い位置に設置しても、冷房運転のためのＲ−１３４ａの循環が確実に行われ、しかも電動ポンプ１０の回転数を周波数制御しているので、電力消費量が抑制できる。
【００２９】
なお、電動ポンプ１０の回転数は、温度センサＳ１・Ｓ２が出力する温度情報に基づいて求めた空調負荷、あるいは熱量センサＳ４が出力する室外機１における投入熱量の情報に基づいて制御しても良い。
【００３０】
すなわち、全室内機４の温度センサＳ１・Ｓ２が検出して出力するＲ−１３４ａの温度情報から演算算出した全空調負荷Ｗ（百分率表示）に基づいて、室外制御装置１７が電動ポンプ１０に供給する電力の周波数Ｎを、周波数変換器１５において、例えば図３に示すように周波数変換して、電動ポンプ１０の回転数を制御するようにしても良い。
【００３１】
あるいは、熱量センサＳ４が検出して出力する室外機１における投入熱量Ｑ（燃料弁の開度などを百分率表示）に基づいて、室外制御装置１７が電動ポンプ１０に供給する電力の周波数Ｎを、周波数変換器１５において、例えば図４に示すように周波数変換して制御することもできる。
【００３２】
電動ポンプ１０の回転数を、上記何れの方法によって制御しても、冷房運転のためのＲ−１３４ａの循環が確実に行え、しかも電力消費量の抑制ができる。
【００３３】
なお、温度センサＳ１・Ｓ２は、熱交換器５に吹き付ける室内空気の温度変化が検出できるように設置したり、温度センサＳ１・Ｓ２に代えて、熱交換器５の出入口部におけるＲ−１３４ａの圧力差が検出できる圧力センサを設置して、室外制御装置１７に空調負荷として出力するように構成することもできる。
【００３４】
そして、その空調負荷に係わる情報、例えば流量調整弁８の開度の総和などに基づいて、電動ポンプ１０の回転数を制御するようにしても良い。
【００３５】
この場合、上層階に設置した室内機４の熱交換器５と、下層階に設置した室内機４の熱交換器５とでは、流量調整弁８の開度が同じであっても、下層階に設置した室内機４の熱交換器５には多くのＲ−１３４ａが流入し、上層階に設置した室内機４の熱交換器５にはＲ−１３４ａが流入し難いので、室内機４が設置されている階を考慮した弁開度の補正総和を求めて、電動ポンプ１０に供給する電力の周波数Ｎを決定するのが好ましい。
【００３６】
例えば、温度センサ１０・１１が検出した温度情報が同じであっても、流量調整弁８に同じ制御信号を出力してその開度制御を行ったのでは、設置階が違えば冷房負荷に応じた適量のＲ−１３４ａが供給できないので、室内機４が設置されている階によって異なった制御信号、すなわち上の階に設置されている室内機４ほど流量調整弁８の開度を大きく開ける所定の制御プログラム、例えば室内機４を１０の階に分けて設置した空調装置の場合には、例えば一番低い階に設置した室内機４の補正係数を１とし、１階上がる毎に１に０．１を加えた数値をその階の補正係数とし、温度センサ１０・１１が検出した温度情報に基づいて先ず無補正時の流量調整弁８の開度を求め、さらにこの開度に所要の補正係数を乗算して室内機４に実際に出力する流量調整弁８の開度を求め、このようにして求めた開度に室内機４の流量調整弁８の開度を調整するための制御信号を室内制御装置１８に出力する制御プログラムを室外制御装置１７に記憶しておき、この制御プログラムに基づいて室内機４それぞれの流量調整弁８の開度を制御する。
【００３７】
そして、室外制御装置１７には同時に、例えば一番低い階に設置した室内機４の補正係数を１とし、１階上がる毎に１に０．１を加えた数値をその階の補正係数とし、実際に検知した流量調整弁８の開度を所要の補正係数で除算してその補正開度を求め、このようにして求めた全補正開度を基づいて、電動ポンプ１０に供給する電力の周波数Ｎを決定する制御プログラムを室外制御装置１７に記憶しておき、この制御プログラムに基づいて電動ポンプ１０の回転数を制御する。
【００３８】
また、上記構成の空調装置においては、室内空気が低いときに、室外機１で温熱を発生しながら冷暖切替弁１４を開け、冷暖切替弁１１を閉じて、電動ポンプ１０を停止し、電動ポンプ１３を運転すると、室外機１で発生した温熱によって閉回路３のＲ−１３４ａは熱交換器２の管壁を介して加熱されるので、Ｒ−１３４ａは蒸発して気相管７に入り、各室内機４の熱交換器５に供給される。
【００３９】
そして、各熱交換器５においては、送風機１６によって温度の低い室内空気が強制的に供給されているので、Ｒ−１３４ａは室内空気に放熱して凝縮し、暖房作用を行ない、その後、凝縮・液化したＲ−１３４ａは流量調整弁８を通って下方のレシーバタンク１２に入り、電動ポンプ１３によって室外機１の熱交換器２に戻されると云った暖房運転のための循環が行われる。
【００４０】
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。
【００４１】
また、装置をシンプルに構成するため、レシーバタンク９・電動ポンプ１０・冷暖切替弁１１・１４を、室外機１の内部に収納して形成する。
【００４２】
また、閉回路３に封入する相変化可能な流体としては、Ｒ−１３４ａの他にも、Ｒ−４０７ｃ、Ｒ−４０４Ａ、Ｒ−４１０ｃなど、潜熱による熱移動が可能なものであっても良い。
【００４３】
以上説明したように、本発明は、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、相変化可能な流体を液相と気相との比重差と、液相管に設置した液体ポンプの吐出力と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であって、複数の室内機には熱交換器とこの熱交換器に流れ込む冷媒量を調整する流量調整弁とが設けられており且つこれら複数の室内機は建物内において夫々高さの異なる階に設置された空調装置において、液体ポンプ吸い込み側の流体レベルを検出して液体ポンプの回転を制御する制御手段を備え、この制御手段の動作中は高い階に設置された室内機の流量調整弁の弁開度は低い階に設置された室内機の流量調整弁の弁開度よりも大きく設定された。又は、室内機の空調負荷に係わる物理量を検出して液体ポンプの回転を制御する制御手段を備え、この制御手段の動作中は高い階に設置された室内機の流量調整弁の弁開度は低い階に設置された室内機の流量調整弁の弁開度よりも大きく設定された。又は、室外機の冷却熱量に係わる物理量を検出して液体ポンプの回転を制御する制御手段を備え、この制御手段の動作中は高い階に設置された室内機の流量調整弁の弁開度は低い階に設置された室内機の流量調整弁の弁開度よりも大きく設定されので、上層階（高い階）に設置した室内機にも十分な量の冷媒が供給できるので、必要な冷房能力が簡単に確保でき、しかも冷房専用に設置した容量の小さい電動ポンプを回転数制御して使用するので、電力消費量が抑制できると云ったメリットがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の説明図である。
【図２】電動ポンプに供給する電力の周波数を、液面レベルに基づいて変換する際の説明図である。
【図３】電動ポンプに供給する電力の周波数を、空調負荷に基づいて変換する際の説明図である。
【図４】電動ポンプに供給する電力の周波数を、投入熱量に基づいて変換する際の説明図である。
【図５】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  液相管共通部
６Ｂ  バイパス管
６Ｃ  バイパス管
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  レシーバタンク
１３  電動ポンプ
１４  冷暖切替弁
１５  周波数変換器
１６  送風機
１７  室外制御装置
１８  室内制御装置
１９  通信線
２０  リモコン
Ｓ１・Ｓ２  温度センサ
Ｓ３  液面センサ
Ｓ４  熱量センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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