(57)【要約】【課題】  簡単な改良で、冷房運転の起動時に、良好に所定温度の温調空気を迅速に吹き出す。【解決手段】  運転スイッチがＯＮして運転信号を出力する（Ｓ１）に伴い、送風ファンを駆動するなどの運転制御を行う。次いで、運転モードが冷房モードであることを判断して（Ｓ３）から、温度差ΔＴが設定温度差以上かどうか、すなわち、起動しているかどうかを判断する（Ｓ４）。温度差ΔＴが設定温度差以上で無い、すなわち、起動していないと判断したときには、ステップＳ５に移行して起動制御を行い、ガス抜き弁を開く。その後、起動しているかどうかを判断し（Ｓ６）、起動したと判断したときには、ステップＳ７に移行して定常制御を行い、ガス抜き弁を閉じ、温度調節弁７の開度調整による定常冷房運転状態に移行する。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体と液体とに相変化する冷媒を蒸発気化して冷熱を放熱する利用側熱交換器と、冷媒を凝縮液化する凝縮器とを冷媒液配管と冷媒ガス配管とを介して接続し、前記凝縮器を前記利用側熱交換器よりも上方に配置し、前記凝縮器と前記利用側熱交換器との間に、自然循環により前記凝縮器で凝縮液化した冷媒液を前記利用側熱交換器に移送するとともに、前記利用側熱交換器で蒸発気化した冷媒ガスを前記凝縮器に移送するに足るヘッド差を備え、前記冷媒液配管に、前記冷媒ガス配管の前記利用側熱交換器に近い箇所での冷媒温度に基づいて前記利用側熱交換器に供給する冷媒液量を調整する温度式膨張弁を設けた冷媒自然循環式冷房システムにおいて、
前記冷媒液配管と前記冷媒ガス配管とにわたって前記利用側熱交換器と並列に接続されるバイパス配管と、
前記バイパス配管に介装されて前記冷媒液配管内の冷媒ガスを前記冷媒ガス配管側に流動させるガス抜き弁と、
前記利用側熱交換器から吹き出される温調空気の給気温度を測定する給気温度センサと、
前記利用側熱交換器に戻される温調空気の還気温度を測定する還気温度センサと、
前記還気温度センサで測定される還気温度と前記給気温度センサで測定される給気温度との差を算出する温度差算出手段と、
前記温度差算出手段で算出された温度差が定常冷房運転状態に移行可能な状態と判断できる定常移行温度差になったときに定常冷房運転移行信号を出力する比較手段と、
冷房運転起動信号に応答して前記ガス抜き弁を開き、かつ、前記比較手段からの定常冷房運転移行信号に応答して前記ガス抜き弁を閉じる開度制御手段と、
を備えたことを特徴とする冷媒自然循環式冷房システム。
【請求項２】
請求項１に記載の冷媒自然循環式冷房システムにおいて、
利用側熱交換器が建物の複数階に設けられ、ガス抜き弁を介装したバイパス配管が最下階の利用側熱交換器と並列に設けられるものである冷媒自然循環式冷房システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凝縮器と、室内空調機や冷却装置などに備えられている利用側熱交換器との間で、気体と液体とに相変化する冷媒を自然循環により流動させて冷房を行う冷媒自然循環式冷房システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
上述のような冷媒自然循環式冷房システムでは、冷媒液配管内に冷媒ガスが存在すると冷媒の自然循環が損なわれ、土日の間など比較的長時間冷房運転を停止した後に冷房運転を起動したときに、冷媒液配管内に発生した冷媒ガスを抜くのに時間を要し、実際に所定温度の温調空気が吹き出されるまでに時間がかかる問題があった。
【０００３】
そこで、冷媒液配管内に混入した冷媒ガスを抜くものとして、従来、次のようなものがあった。
最も下方に位置する室内機への入口付近において、冷媒液配管内の圧力を測定する圧力センサを設け、冷房運転が停止されている間中、冷媒液配管内の圧力をモニタリングし、その測定圧力が所定圧力よりも低くなったときに膨張弁を開き、冷媒液配管内に発生した冷媒ガスを抜くように構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−２９２０２５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の場合、冷媒液配管内に冷媒ガスが発生したことを検知するために高価な圧力センサを用いて冷房運転が停止している間中モニタリングしているにもかかわらず、「冷媒液配管内の冷媒ガス抜き制御」よりも「冷媒ガス配管内に冷媒液が侵入することを防止する」ことを優先させているため、「冷媒液配管内の冷媒ガス抜き制御」が作動しないことがある。その結果、冷房運転の停止が長時間に及ぶ場合には、「冷媒ガス配管内の冷媒液の存在が解消」されて「冷媒液配管内の冷媒ガス抜き制御」がやっと作動した時には、冷媒液配管内には冷媒ガスが充満されてしまっており、冷房運転を再開した時に、所定温度の温調空気を吹き出すまでに時間がかかったり、あるいは、再開できないといった不都合があった。
これは、冷媒液が冷媒ガス配管内に侵入する原因として、「冷媒液配管内の冷媒ガス抜き制御」を行っている室内機自身からの冷媒液の冷媒ガス配管内への侵入だけでなく、他の室内機からの冷媒液の冷媒ガス配管内への侵入（回り込み）があるためである。
したがって、定常冷房運転状態においては、「冷媒ガス配管内に冷媒液が侵入することを防止する」ことは、当然考慮すべきではあるが、冷房運転の起動時には、所定温度の温調空気を迅速に吹き出すために、「冷媒ガス配管内の冷媒液の存在」よりも「冷媒液配管内の冷媒ガスの存在を解消する」ことを最優先すべきなのである。
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、請求項１に係る発明は、簡単な改良で、冷房運転の起動時に、良好に所定温度の温調空気を迅速に吹き出させることができるようにすることを目的とし、請求項２に係る発明は、安価にできるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る発明は、上述のような目的を達成するために、
気体と液体とに相変化する冷媒を蒸発気化して冷熱を放熱する利用側熱交換器と、冷媒を凝縮液化する凝縮器とを冷媒液配管と冷媒ガス配管とを介して接続し、前記凝縮器を前記利用側熱交換器よりも上方に配置し、前記凝縮器と前記利用側熱交換器との間に、自然循環により前記凝縮器で凝縮液化した冷媒液を前記利用側熱交換器に移送するとともに、前記利用側熱交換器で蒸発気化した冷媒ガスを前記凝縮器に移送するに足るヘッド差を備え、前記冷媒液配管に、前記冷媒ガス配管の前記利用側熱交換器に近い箇所での冷媒温度に基づいて前記利用側熱交換器に供給する冷媒液量を調整する温度式膨張弁を設けた冷媒自然循環式冷房システムにおいて、
前記冷媒液配管と前記冷媒ガス配管とにわたって前記利用側熱交換器と並列に接続されるバイパス配管と、
前記バイパス配管に介装されて前記冷媒液配管内の冷媒ガスを前記冷媒ガス配管側に流動させるガス抜き弁と、
前記利用側熱交換器から吹き出される温調空気の給気温度を測定する給気温度センサと、
前記利用側熱交換器に戻される温調空気の還気温度を測定する還気温度センサと、
前記還気温度センサで測定される還気温度と前記給気温度センサで測定される給気温度との差を算出する温度差算出手段と、
前記温度差算出手段で算出された温度差が定常冷房運転状態に移行可能な状態と判断できる定常移行温度差になったときに定常冷房運転移行信号を出力する比較手段と、
冷房運転起動信号に応答して前記ガス抜き弁を開き、かつ、前記比較手段からの定常冷房運転移行信号に応答して前記ガス抜き弁を閉じる開度制御手段とを備えて構成する。
【０００７】
定常移行温度差としては、温度センサの取付位置や応答性の良し悪しなどによってバラツキがあるが、定常冷房運転状態での温度差（例えば、１０℃）をΔＴとしたときに、その２５〜５０％（０．２５〜０．５Ｔ）である。２５％未満では、冷媒ガスの抜けが不十分になり、５０％を越えると、定常冷房運転状態に移行する前に、冷媒液が冷媒ガス配管内に流れ込む、いわゆる液バックを生じやすくなるからである。
【０００８】
（作用・効果）
請求項１に係る発明の冷媒自然循環式冷房システムの構成によれば、冷房運転の起動時に、ガス抜き弁を開き、冷媒液配管内の冷媒ガスを冷媒ガス配管側に円滑に流動させることができる。
また、冷媒ガスが冷媒液配管内から抜けて冷媒が自然循環を開始し、定常冷房運転状態に移行可能であると判断したときに、ガス抜き弁を閉じ、温度式膨張弁の開度制御による定常冷房運転に移行することができる。
【０００９】
したがって、バイパス配管とガス抜き弁とを設ける簡単な改良により、冷房運転の起動時に、ガス抜き弁を開いて、冷媒液配管内の冷媒ガスを円滑に流動させるから、冷媒液配管内の冷媒ガスを迅速に抜き、所定温度の温調空気を迅速に吹き出させることができる。
しかも、冷媒が自然循環を開始し、定常冷房運転状態に移行可能であると判断したときに、ガス抜き弁を閉じ、温度式膨張弁の開度制御による定常冷房運転に移行するから、必要以上にガス抜き弁を開いていて、冷媒液が冷媒ガス配管内に流動する液バックを生じさせてしまうことを抑制し、所定温度の温調空気を迅速かつ良好に吹き出させることができる。
また、バイパス配管とガス抜き弁とを設けるだけであるから、既設の冷媒自然循環式冷房システムに対しても簡単に付加でき、改造簡単に適用できる。
【００１０】
また、請求項２に係る発明は、前述のような目的を達成するために、
請求項１に記載の冷媒自然循環式冷房システムにおいて、
利用側熱交換器を建物の複数階に設け、ガス抜き弁を介装したバイパス配管が最下階の利用側熱交換器と並列に設けて構成する。
【００１１】
（作用・効果）
請求項２に係る発明の冷媒自然循環式冷房システムの構成によれば、冷媒液配管の最下位部分に冷媒ガスが存在しなくなれば、それより上側では冷媒ガスが無くなることに着目し、利用側熱交換器を建物の複数階に設ける場合に、ガス抜き弁を最下階に設け、冷媒液配管の最下位部分における冷媒ガスを冷媒ガス配管側に抜くことができる。
したがって、利用側熱交換器を建物の複数階に設ける場合に、各階に設けたり室内空調機ごとに設ける場合に比べ、ガス抜き弁およびバイパス配管を設ける個数を必要最小限にでき、安価にできる。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に係る発明の冷媒自然循環式冷房システムの構成によれば、冷房運転の起動時に、ガス抜き弁を開き、冷媒液配管内の冷媒ガスを冷媒ガス配管側に円滑に流動させることができる。
また、冷媒ガスが冷媒液配管内から抜けて冷媒が自然循環を開始し、定常冷房運転状態に移行可能であると判断したときに、ガス抜き弁を閉じ、温度式膨張弁の開度制御による定常冷房運転に移行することができる。
【００１３】
したがって、バイパス配管とガス抜き弁とを設ける簡単な改良により、冷房運転の起動時に、ガス抜き弁を開いて、冷媒液配管内の冷媒ガスを円滑に流動させるから、冷媒液配管内の冷媒ガスを迅速に抜き、所定温度の温調空気を迅速に吹き出させることができる。
しかも、冷媒が自然循環を開始し、定常冷房運転状態に移行可能であると判断したときに、ガス抜き弁を閉じ、温度式膨張弁の開度制御による定常冷房運転に移行するから、必要以上にガス抜き弁を開いていて、冷媒液が冷媒ガス配管内に流動する液バックを生じさせてしまうことを抑制し、所定温度の温調空気を迅速かつ良好に吹き出させることができる。
また、バイパス配管とガス抜き弁とを設けるだけであるから、既設の冷媒自然循環式冷房システムに対しても簡単に付加でき、改造簡単に適用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、この発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の実施例１に係る冷媒自然循環式冷房システムを示す全体構成図であり、建物の各階それぞれに、冷房能力の異なる複数個の室内空調機１が設置されている。
室内空調機１は、気体と液体とに相変化する冷媒を蒸発気化して冷熱を放熱する利用側熱交換器２と、室内からの空気を吸い込んで利用側熱交換器２を通過させて吹き出す送風ファン３とを備えて構成されている。
【００１６】
最上階の室内空調機１よりも上方の位置に冷媒を凝縮液化する凝縮器４が設けられ、その凝縮器４と利用側熱交換器２とが冷媒液配管５と冷媒ガス配管６とを介して接続されている。
凝縮器４と利用側熱交換器２との間に、凝縮器４で凝縮液化した冷媒液を、自然循環により利用側熱交換器２に移送するとともに、利用側熱交換器２で蒸発気化した冷媒ガスを凝縮器４に移送するに足るヘッド差が備えられている。
冷媒液配管５の、利用側熱交換器２それぞれに近い箇所に、利用側熱交換器２に供給する冷媒液量を調整する温度式膨張弁７が設けられている。
【００１７】
室内空調機１において、図２の拡大図に示すように、利用側熱交換器２の温調空気の下流側に、利用側熱交換器２から吹き出される温調空気の給気温度を測定する給気温度センサ８が設けられ、送風ファン３の温調空気の上流側に、利用側熱交換器２に戻される温調空気の還気温度を測定する還気温度センサ９が設けられている。
【００１８】
また、冷媒ガス配管６の利用側熱交換器２からの出口に近い箇所に冷媒温度を感知する冷媒温度センサ１０が設けられている。
冷媒温度センサ１０が温度式膨張弁７に接続され、利用側熱交換器２から出た冷媒の温度に基づき、冷媒ガスの濃度が高くなって高温になるに伴い、温度式膨張弁７の開度を大きくし、一方、冷媒ガスの濃度が低くなって低温になるに伴い、温度式膨張弁７の開度を小さくし、所定温度の温調空気が得られるように温度式膨張弁７の開度を調整するように構成されている。
【００１９】
各階の冷媒の最下流となる室内空調機１の利用側熱交換器２と並列になるように、冷媒液配管５と冷媒ガス配管６とにわたってバイパス配管１１が接続され、そのバイパス配管１１に、冷媒液配管５内の冷媒ガスを冷媒ガス配管６側に流動させるガス抜き弁１２が介装されている。
【００２０】
給気温度センサ８および還気温度センサ９がコントローラ１３に接続され、コントローラ１３にガス抜き弁７および運転スイッチ１４が接続されている。
コントローラ１３には、図３の制御系のブロック図に示すように、温度差算出手段１５と、比較手段１６と開度制御手段１７とが備えられている。
【００２１】
温度差算出手段１５では、還気温度センサ９で測定される還気温度と給気温度センサ８で測定される給気温度との差を算出するようになっている。
比較手段１６では、温度差算出手段１４で算出された温度差と設定値（０．３Ｔ）とを比較し、算出温度差が設定値以上になったときに定常冷房運転移行信号を出力するようになっている。
ここで、設定値（０．３Ｔ）としては、温度が定常冷房運転状態に移行可能な状態と判断できる定常移行温度差を設定する。詳述すれば、定常冷房運転状態での温度差Ｔ（通常、１０℃程度である）に対して３０％の値（０．３Ｔ）が設定される。この設定値としては、２５〜５０％の値を設定すれば良い。なぜならば、運転後に温度差が生じるというのは、冷媒ガスが抜けて冷媒が利用側熱交換器２に流動供給され始めたことを示す結果であり、これに伴って、自然循環が円滑に行われる状態に移行すると判断できるからである。
【００２２】
開度制御手段１７では、運転スイッチ１３からの冷房運転起動信号に応答してガス抜き弁１２を開き、かつ、比較手段１６からの定常冷房運転移行信号に応答してガス抜き弁１２を閉じ、温度式膨張弁７の開度調整による定常冷房運転に移行するようになっている。
【００２３】
次に、上述制御動作につき、図４のフローチャートを用いて説明する。
先ず、運転スイッチ１４がＯＮされて運転信号が出力されているかどうかを判断する（Ｓ１）。
運転信号が出力されていれば、ステップＳ２に移行して、送風ファン３を駆動するなどの運転制御を行う。運転信号が出力されていなければ、ステップＳ１に戻る。
【００２４】
次いで、運転モードが冷房モードかどうかを判断する（Ｓ３）。
冷房モードで無ければ、暖房モードや換気モードなどの他の運転モードに移行する。冷房モードであれば、ステップＳ４に移行し、温度差ΔＴが設定温度差以上かどうか、すなわち、起動しているかどうかを判断する。
ステップＳ４において、温度差ΔＴが設定温度差以上で無い、すなわち、起動していないと判断したときには、ステップＳ５に移行して起動制御を行い、ガス抜き弁１２を開く。その後、温度差ΔＴが設定温度差以上かどうか、すなわち、起動しているかどうかを判断し（Ｓ６）、起動していなければステップＳ１に戻し、起動制御を継続する。
【００２５】
ステップＳ４およびステップＳ６において、温度差ΔＴが設定温度差以上になった、すなわち、起動したと判断したときには、ステップＳ７に移行して定常制御を行い、ガス抜き弁１２を閉じる。
【００２６】
以上の構成により、起動時には、必ず起動制御を行って冷媒液配管５内の冷媒ガスを迅速に抜き、早期に設定温度の温調空気を吹き出す冷房運転に移行できるようになっている。
【００２７】
ガス抜き弁１２としては、温度式膨張弁７の定常冷房運転状態で必要な最大開度の１．５倍以上の開度を有するものを選定する。また、温度式膨張弁７の定常冷房運転状態で必要な最大開度に比べて十分余裕のある開度を有するものを選定した場合には、室内空調機１の搬入後の起動テスト時などにおいて、例えば、ガス抜き弁１２の開度を２倍にし、前述温度差算出手段１４で設定温度差以上になるまでの時間を測定し、その時間が長ければ、開度を４倍に調整し、それでも長ければ、開度を８倍に調整するといったようにして、極力時間が短くなるように、ガス抜き弁１２の開き時の開度を設定する。
例えば、ホテルなどのように、冷媒の流動音を抑える必要のある場所の場合は、流動音の大きさを考慮しながら、極力時間が短くなるように、開き時の開度を設定する。
【実施例２】
【００２８】
図５は、本発明の実施例２に係る冷媒自然循環式冷房システムを示す全体構成図であり、実施例１と異なるところは次の通りである。
すなわち、各階の冷媒の最上流において、室内空調機１の利用側熱交換器２と並列になるように、冷媒液配管５と冷媒ガス配管６とにわたってバイパス配管２１が接続され、そのバイパス配管２１に、冷媒液配管５内の冷媒ガスを冷媒ガス配管６側に流動させるガス抜き弁２２が介装されている。他の構成は実施例１とおなじであり、同一図番を付すことにより、その説明は省略する。
【実施例３】
【００２９】
図６は、本発明の実施例３に係る冷媒自然循環式冷房システムを示す全体構成図であり、ひとつの階では、実施例１と同様に、冷媒の最下流において、室内空調機１の利用側熱交換器２と並列になるように、冷媒液配管５と冷媒ガス配管６とにわたってバイパス配管３１が接続され、そのバイパス配管３１にガス抜き弁３２が介装されている。別の階では、実施例２と同様に、冷媒の最上流において、室内空調機１の利用側熱交換器２と並列になるように、冷媒液配管５と冷媒ガス配管６とにわたってバイパス配管３３が接続され、そのバイパス配管３３に、ガス抜き弁３４が介装されている。更に、別の階では、室内空調機１，１間において、室内空調機１の利用側熱交換器２と並列になるように、冷媒液配管５と冷媒ガス配管６とにわたってバイパス配管３５が接続され、そのバイパス配管３５にガス抜き弁３６が介装されている。他の構成は実施例１とおなじであり、同一図番を付すことにより、その説明は省略する。
この実施例３は、便宜上３種類の構成を示しているが、実際のシステム構築においては、いずれか１種類の構成を採用することになる。
【００３０】
本発明としては、ひとつの室内空調機１内にバイパス配管およびガス抜き弁を組み込んでユニット化するものであっても良い。
また、本発明は、上述のように建物の複数階に多数の室内空調機１を設ける場合に限らず、例えば、ひとつの階に複数個の室内空調機１を設ける場合や、ひとつの室内空調機１を設ける場合、更には、冷却装置を設けるような場合にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施例１に係る冷媒自然循環式冷房システムを示す全体構成図である。
【図２】室内空調機の拡大図である。
【図３】制御系を示すブロック図である。
【図４】起動制御動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施例２に係る冷媒自然循環式冷房システムを示す全体構成図である。
【図６】本発明の実施例３に係る冷媒自然循環式冷房システムを示す全体構成図である。
【符号の説明】
【００３２】
２…利用側熱交換器
４…凝縮器
５…冷媒液配管
６…冷媒ガス配管
７…温度式膨張弁
８…給気温度センサ
９…還気温度センサ
１１…バイパス配管
１２…ガス抜き弁
１５…温度差算出手段
１６…比較手段
１７…開度制御手段
２１…バイパス配管
２２…ガス抜き弁
３１…バイパス配管
３２…ガス抜き弁
３３…バイパス配管
３４…ガス抜き弁
３５…バイパス配管
３６…ガス抜き弁
【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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【図６】
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