(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物の上部位置に室外機の熱交換器を設置し、同熱交換器と建物内の各部屋に設置のファンコイルユニットとの間を冷媒の搬送管で連結して冷媒が循環する閉回路を構成し、冷房時には室外機の熱交換器内の冷媒液を複数のファンコイルユニットに重力の作用と気化した冷媒ガスの圧力により主に自然循環させることにより各部屋を冷房し、暖房時には室外機の熱交換器で気化した冷媒ガスを、そのガスの圧力と液化した冷媒液を室外機の熱交換器に戻すための建物下部位置に設けたポンプによりファンコイルユニットに循環させることにより各部屋を暖房するようにした冷媒循環式空調システムにおいて、少なくとも暖房時にはファンコイルユニットの熱交換器の冷媒液側の温度を常時測定し、暖房時に測定された温度が設定された温度以下になったとき電気信号を発する温度センサーを各ファンコイルユニットに設け、暖房時において温度センサーからの信号により冷媒の供給を制御する膨張弁の弁開度を半開状態にし、且つ上記温度センサーで測定された温度が設定された温度以下になったときの膨張弁の弁開度が半開以上であるならば、その開度を維持するように制御するコントローラーを設けたことを特徴とする冷媒循環式空調システム。
【請求項２】
請求項１のように制御する状態が一定以上継続した場合、膨張弁の開度を全開とするように制御することを特徴とする冷媒循環式空調システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒の搬送管を共用して多層階の建物の冷暖房を行う冷媒循環式空調システムにおいて、暖房運転中に冷媒の循環が停止することを解消できる冷媒循環式空調システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、図３に示す如く、建物の上部位置に室外機の熱交換器１を設置し、同熱交換器１と建物内の各部屋に設置のファンコイルユニット２との間を冷媒の搬送管で連結して冷媒が循環する閉回路を構成し、冷房時には室外機の熱交換器１内の冷媒液を複数のファンコイルユニット２に重力の作用と気化した冷媒の圧力により自然循環させることにより各部屋を冷房し、暖房時には室外機の熱交換器１で気化した冷媒ガスを、その圧力と液化した冷媒液を熱交換器１に戻すための建物の下部位置に設けたポンプ３によってファンコイルユニット２に循環させることにより各部屋を暖房するようにした冷媒循環式空調システムがある。図３で５は冷媒液搬送管、６は冷媒ガス搬送管、７は膨張弁、８は受液器である。
【０００３】
ところで、この従来システムにおいて、各部屋の熱負荷の違いによって各部屋のファンコイルユニットへの冷媒の供給量を変えるため、各部屋のファンコイルユニットの熱交換器の冷媒の入口側と出口側にそれぞれ温度センサーを設けて入口側と出口側の温度差を監視することによって冷媒の供給量を調節することを本特許出願人らが先に考えた。これは特開平９−２６１８７号公報に開示されるようにファンコイルユニットの熱交換器への冷媒の供給を制御する弁として比例制御可能な電子膨張弁を使用し、前記温度差によって弁体の開度を調節して熱交換器への冷媒の供給量を調節して各部屋の温度を調節する。つまり、前記温度差が大きい時には部屋の熱負荷が大きいと判断してその部屋のファンコイルユニットの熱交換器への冷媒の供給量を多くするように膨張弁の開度を大きくし、逆に、温度差が小さいときにはその部屋の熱負荷が小さいと判断してその部屋のファンコイルユニットの熱交換器への冷媒の供給量を少なくするように膨張弁の開度を小さくするようにして温度調節するようになっている。
【０００４】
上述のシステムの場合、熱負荷が大きく、入口側と出口側の温度差が大きいときには膨張弁の開度は大きくなっているので、冷媒に対する抵抗が少なく冷媒は熱交換器内を円滑に流れ、冷媒の循環が停止するような事態が起こらないが、熱負荷が小さくなって膨張弁の開度が小さくなっているときには後述する不都合が生じる。
【０００５】
暖房運転時、膨張弁の開度が小さくなっているとき、温度差があまり大きくなっていないのに熱交換器内に冷媒液が溜まる場合があり、冷媒ガスの圧力不足等の原因で、ファンコイルユニットへの冷媒の循環が停止し、長期間に亘って暖房運転が停止するという不都合が生じる場合がある。
この問題を解決するものとして本特許出願人らは先に特開平９−２６１８５号公報に開示されるものを提案した。これはファンコイルユニットの熱交換器への冷媒の入口側と出口側の温度差に拘わらず冷媒液側の温度が、暖房運転時にある設定温度以下になったときに膨張弁の弁体を全開させて冷媒の循環停止を防止するようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平９−２６１８５号公報の場合、暖房運転時にファンコイルユニットの冷媒出口温度がある温度以下になった場合、膨張弁を全開するために必要以上に冷媒が流れる（他のファンコイルユニットへの冷媒循環を阻害する）等の問題が発生し、制御特性がよくなかった。
【０００７】
本発明は叙述の点に鑑みてなされたものであって、冷媒の循環停止を防止できると共に必要以上の冷媒が流れないようにして制御特性を向上できる冷媒循環式空調システムを提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の請求項１の冷媒循環式空調システムは、建物の上部位置に室外機の熱交換器１を設置し、同熱交換器１と建物内の各部屋に設置のファンコイルユニット２との間を冷媒の搬送管で連結して冷媒が循環する閉回路を構成し、冷房時には室外機の熱交換器１内の冷媒液を複数のファンコイルユニット２に重力の作用と気化した冷媒ガスの圧力により主に自然循環させることにより各部屋を冷房し、暖房時には室外機の熱交換器１で気化した冷媒ガスを、そのガスの圧力と液化した冷媒液を室外機の熱交換器１に戻すための建物下部位置に設けたポンプ３によりファンコイルユニット２に循環させることにより各部屋を暖房するようにしたものにおいて、少なくとも暖房時にはファンコイルユニット２の熱交換器の冷媒液側の温度を常時測定し、暖房時に測定された温度が設定された温度以下になったとき電気信号を発する温度センサー１２を各ファンコイルユニット２に設け、暖房時において温度センサー１２からの信号により冷媒の供給を制御する膨張弁７の弁開度を半開状態にし、且つ上記温度センサー１２で測定された温度が設定された温度以下になったときの膨張弁７の弁開度が半開以上であるならば、その開度を維持するように制御するコントローラー９を設けたことを特徴とする。暖房運転時にファンコイルユニット２に冷媒が停滞して冷媒液側の温度が所定の温度以下になったとき膨張弁７が半開状態になって冷媒の流れを促進できて冷媒の循環停止を防止できる。このとき従来のように膨張弁７を全開するのでなく半開するため必要以上の冷媒が流れなく、他のファンコイルユニット２への冷媒の供給に支障を生じることなく、制御特性を向上できる。
【０００９】
また上記温度センサー１２で測定された温度が設定された温度以下になったときの膨張弁７の弁開度が半開以上であるならば、その開度を維持するように制御するので、膨張弁７の弁開度をそのまま維持することで冷媒の流れを低下させることなく、冷媒の循環停止を防止できる。
【００１０】
また本発明の請求項２の冷媒循環式空調システムは、請求項１のように制御する状態が一定以上継続した場合、膨張弁７の開度を全開とするように制御することを特徴とする。膨張弁７の弁開度を全開とすることで冷媒の流れを促進して冷媒の循環停止を防止できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明システムの実施の形態を図面により具体的に説明する。図１は本発明システムであり、１は、建物の屋上にある機械室に設置された室外機たる吸収式冷凍機、蒸発器等の熱交換器で、冷房時に冷水等により、暖房時には温水等によって内部の熱交換コイルを通過する冷媒が冷却または加熱される。２は、各部屋に設置されたファンコイルユニットで、部屋の大きさによってファンコイルユニット２の容量も変わるが、本実施の形態の場合、説明を簡単にするために全てのファンコイルユニット２は同一容量のものとする。７は、各部屋のファンコイルユニット２の運転停止時自動的に閉鎖して上記ファンコイルユニット２の熱交換器（図示せず）への冷媒の供給を遮断する比例制御可能な電子膨張弁のような膨張弁である。６は、暖房時には室外機の熱交換器１で加熱されて気化した冷媒ガスを各ファンコイルユニット２に供給し、冷房時には各ファンコイルユニット２の熱交換器を通過して気化した冷媒ガスを熱交換器１に戻すための冷媒ガス搬送管、５は、暖房時にはファンコイルユニット２の熱交換器を通過して液化した冷媒液を熱交換器１に戻し、冷房時には熱交換器１で冷却されて液化した冷媒を熱交換器１から各部屋のファンコイルユニット２の熱交換器に供給する冷媒液搬送管である。３は、暖房時各部屋のファンコイルユニット２の熱交換器を通過して液化した冷媒液を熱交換器１に戻すためのポンプ、１０は、冷房時と暖房時に交互に開閉して冷媒の流れを制御するバルブである。１１は、各部屋のファンコイルユニット２の熱交換器の冷媒ガス側の温度を常時測定する温度センサーである。１２は、同熱交換器の冷媒液側の温度を常時測定し、暖房時は測定された温度が設定された温度以下になったとき電気信号を発する監視用の温度センサーである。９は、冷、暖房運転の切り替え毎に機能が切り替えられ、冷房時と暖房時に両温度センサー１１，１２が測定した温度差Δｔを監視し、その温度差Δｔが一定の温度差となるようにファンコイルユニット２の膨張弁７を開閉制御したり、暖房時においてファンコイルユニット２の冷媒液側の温度を温度センサー１２で測定し、その温度が所定温度以下になったとき温度センサー１２からの信号が入力されて膨張弁７の開閉制御（膨張弁７の弁体を半開状態にしたり、その開状態を維持したり、全開状態にしたりする制御）したりするコントローラーである。１３は冷媒液戻し管である。
【００１２】
上記本発明システムを冷房運転とし、各部屋のファンコイルユニット２の運転を開始すると、運転開始当初は各部屋の熱負荷が大きいため、その熱負荷を速やかに解消すべくコントローラー９はファンコイルユニット２の膨張弁７に信号を送って弁体を最大開度にして冷媒液を熱交換器に供給する。このとき冷媒液の入口側と出口側の温度差Δｔは非常に大きい。
【００１３】
熱負荷が小さくなり、冷媒液の入口側と出口側の温度差Δｔが小さくなってある設定された値例えば５℃になると、コントローラー９はこの温度差を保つように膨張弁７の弁体を開閉制御してファンコイルユニット２の熱交換器への冷媒液の供給量を調整する。この制御は運転している全てのファンコイルユニット２で行われるため、各階において冷媒液の圧力差があっても全ファンコイルユニット２での冷媒液の供給量は略均一化され、各階のファンコイルユニット２への冷媒の供給のバランスが良好となる。
【００１４】
本発明システムを暖房運転とし、各部屋のファンコイルユニット２の運転を開始すると、運転開始当初は各部屋の熱負荷が大きいため、その熱負荷を速やかに解消すべくコントローラー９はファンコイルユニット２の膨張弁７に信号を送って弁体の最大開度にして冷媒ガスを熱交換器に供給する。このとき冷媒ガスの入口側と出口側の温度差Δｔが非常に大きい。
【００１５】
熱負荷が小さくなり、冷媒ガスの入口側と出口側の温度差Δｔが小さくなってそのΔｔがある設定された値例えば１０℃になると、コントローラー９はこの温度差を保つように膨張弁７の弁体を開閉制御してファンコイルユニット２の熱交換器への冷媒ガスの供給量を調整する。この制御は運転している全てのファンコイルユニット２で行われるため、各階において冷媒ガスの圧力差があっても全ファンコイルユニット２での冷媒ガスの供給量は略均一化され、各階のファンコイルユニット２への冷媒の供給のバランスが良好になる。
【００１６】
尚、上記制御運転中、各部屋の温度調節は、冷媒の供給量の調整によって行うことができないので、ファンコイルユニット２のファンによる送風量の調節によって行うものである。
また本発明システムで、暖房運転時、各部屋の熱負荷が大きいときにはファンコイルユニット２の熱交換器の冷媒の入口側と出口側の温度差が大きくて膨張弁７が十分に開いているため、冷媒はファンコイルユニット２の熱交換器内に停滞することがないが、熱負荷が小さくなったとき、この熱負荷に対応するように膨張弁７の開度を小さくするため、ファンコイルユニット２の熱交換器を流れる冷媒に対する抵抗が大きくなる。供給される冷媒ガスの圧力が十分に高い場合はこのガス圧により冷媒が停止することなく流れて循環するが、熱源の変動や冷媒ガス搬送管６を共通とする他の部屋のファンコイルユニット２での冷媒の流れ等の影響で前記ガス圧が低下し、冷媒の流れが一時停止する場合がある。この場合、ファンコイルユニット２の熱交換器の冷媒の入口側と出口側の温度差は極めて小さい。温度差が小さいときには従来のコントローラーではその熱負荷が小さいと判断して膨張弁７に弁体の開度をさらに小さくするように指令するため、冷媒の流れは停止したままとなるが、温度センサー１２で冷媒液側の温度を常時監視しており、設定温度例えば３０℃以下の温度を感知すると、ファンコイルユニット２の熱交換器が冷えているつまり熱交換器内に冷媒液が相当量停滞していることの証拠であるとして電気信号を出力するので、この信号の入力によりコントローラー９が作動して膨張弁７に弁体を半開するように一定時間通電する。これによってファンコイルユニット２の熱交換器内に滞留していた冷媒液はポンプ５の受液器８に戻され、さらにポンプ３によって室外機の熱交換器１に戻され、ファンコイルユニット２の熱交換器内に冷媒ガスが流れるようになる。これによりファンコイルユニット２の熱交換器の冷媒液の滞留をなくして冷媒の循環停止を防止できる。このとき膨張弁４の弁体を半開するための全開するものように冷媒が必要以上流れることがなく、他のファンコイルユニット２への冷媒の循環が阻害されたりしなく、膨張弁４の制御特性を向上できる。また上記のように温度センサー１２で冷媒液側の温度が設定温度以下の温度を感知したとき、膨張弁７のその時の弁体の開度が半開以上ならば、弁体の開度をその時の開度を維持するようにコントローラー９で制御する。これにより冷媒の流れを阻害しないように維持できて冷媒の滞留を防止できる。上記のように膨張弁７の弁体を半開以上の状態に維持する時間が一定時間以上例えば３分以上継続したならば、膨張弁７の弁体を全開するように制御する。これにより、冷媒が滞留しないように冷媒の循環を促進することができる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の請求項１の発明は、少なくとも暖房時にはファンコイルユニットの熱交換器の冷媒液側の温度を常時測定し、暖房時に測定された温度が設定された温度以下になったとき電気信号を発する温度センサーを各ファンコイルユニットに設け、暖房時において温度センサーからの信号により冷媒の供給を制御する膨張弁の弁開度を半開状態にし、且つ上記温度センサーで測定された温度が設定された温度以下になったときの膨張弁の弁開度が半開以上であるならば、その開度を維持するように制御するコントローラーを設けたので、暖房運転時にファンコイルユニットに冷媒が停滞して冷媒液側の温度が所定の温度以下になったとき膨張弁が半開状態になって冷媒の流れを促進できて冷媒の循環停止を防止できるものであり、またこのとき従来のように膨張弁を全開するのでなく半開するため必要以上の冷媒が流れなく、他のファンコイルユニットへの冷媒の供給に支障を生じることなく、制御特性を向上できるものである。
【００１８】
また上記温度センサーで測定された温度が設定された温度以下になったときの膨張弁の弁開度が半開以上であるならば、その開度を維持するように制御するので、膨張弁の弁開度をそのまま維持することで冷媒の流れを低下させることなく、冷媒の循環停止を防止できるものである。
【００１９】
また本発明の請求項２の発明は、請求項１のように制御する状態が一定以上継続した場合、膨張弁の開度を全開とするように制御するので、膨張弁の弁開度を全開とすることで冷媒の流れを促進して冷媒の循環停止を防止できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明システムの概略説明図である。
【図２】各ファンコイルユニットとコントローラーの概略説明図である。
【図３】本発明の背景となるシステムの概略説明図である。
【符号の説明】
１  熱交換器
２  ファンコイルユニット
３  ポンプ
５  冷媒液搬送管
６  冷媒ガス搬送管
７  膨張弁
９  コントローラー
１１  温度センサー
１２  温度センサー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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