(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を、冷房用補助ポンプを備えた液相管と、気相管とで連結し、相変化可能な冷媒を液相と気相との比重差と、冷房用補助ポンプの吐出力とを利用して室外機、液相管、室内機、気相管の順に循環させ、各室内機において冷媒の液相から気相への相変化を利用して冷房運転を可能に構成した空調装置において、室外機に対して最も下方の室内機に至る前記液相管の下方部分から、室外機に至る第２の液相管を設け、この第２の液相管に前記冷媒を前記室外機に搬送する第２の液体ポンプを設け、冷房運転の際に前記室外機で凝縮液化された冷媒を前記液相管を介して前記室内機へと供給すると共に、前記第２の液体ポンプを運転させて前記第２の液相管へも流通させて、前記液相管内を循環する前記冷媒の循環量を増大させると共に、該液相管内に生じた気泡を前記室外機に還流可能に構成し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、相変化可能な冷媒を液相と気相との比重差と、液相管に設置した冷房用補助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運転を可能に構成した装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、相変化可能な冷媒、すなわち潜熱を出し入れすることによって液体と気体との間で状態が変化する冷媒の搬送動力を必要としない空調装置として、例えば図６に示されるような装置があるが、この装置は凝縮器として機能する室外機１を建物の高所位置に設置し、この室外機１と、これより低い位置にある被空調室に設置の室内機の熱交換器５との間を液相管６と気相管７とで連結し、室外機１の熱交換器２で放熱・凝縮した液体をその自重によって室内機の熱交換器５に液相管６を介して供給する一方、室内機の熱交換器５で温度の高い室内空気と熱交換して吸熱・蒸発した気体を、冷媒が凝縮して低圧となっている室外機１に気相管７を介して流入させることで循環を可能とするものであから、電動ポンプなどの搬送動力が不要となり、ランニングコストが抑制できると云った利点がある。なお、１１は流量調整弁、１８は送風機である。
【０００３】
また、液相管６にレシーバタンク８と電動ポンプ９とを破線で示したように直列に組み込み、レシーバタンク８に溜った相変化が可能な冷媒の液面レベルに基づいて、電動ポンプ９をオン／オフ制御し、一部の室内機を室外機１と同じ高さに設置したり、さらに高い位置にも設置しても、相変化可能な冷媒が循環し得るように構成した空調装置も周知である。
【０００４】
【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においては、相変化可能な冷媒の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の冷媒の一部が気化して気泡が発生することがある。
【０００５】
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、この圧力低下に応答して液相管内で冷媒が一斉に泡立つことがある。また、冷房負荷が小さく、循環している冷媒の量が少ないときにも外気の影響を受け易く、このような部分負荷運転では圧力の少しの低下でも液相管内で冷媒が泡立つことがある。さらに、配管途中に設けてある機器に外気より進入する熱によっても気泡が発生することがある。
【０００６】
そして、このようにして発生した気泡は、液相冷媒の循環を不安定にしたり、各室内機への液相冷媒の分流を不安定なものにする。その結果、極端な場合には冷媒が流れない室内機が生じ、室内を充分に冷房することができないと云った事態も起こっている。
【０００７】
しかも、上記構成の空調装置においては、室外機で放熱して凝縮した液相冷媒は室内機に入って蒸発し、その後室外機へ戻る一方通行路しかないため、途中で気泡が発生した場合はそれをなかなか排除することが困難であり、長時間その悪影響下から抜け出すことができず、大きな影響を受けると云った欠点がある。すなわち、各階の室内機の入口に溜った気泡は、膨張弁を一旦全開にして出口側に排除するような処置を採らなければならないが、このような処置を講じると、気泡だけでなく液相冷媒も室内機の出口側に排出され、気相管に液相冷媒が滞留するいわゆる液バックが生じ、やはり冷媒の循環不良などの原因となっている。
【０００８】
したがって、液相管において気泡が発生し難く、且つ、気泡が発生しても容易に排除できるようにする必要があり、これが解決すべきが課題となっていた。
【０００９】
【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の間を、冷房用補助ポンプを備えた液相管と、気相管とで連結し、相変化可能な冷媒を液相と気相との比重差と、冷房用補助ポンプの吐出力とを利用して室外機、液相管、室内機、気相管の順に循環させ、各室内機において冷媒の液相から気相への相変化を利用して冷房運転を可能に構成した空調装置において、室外機に対して最も下方の室内機に至る液相管の下方から、室外機に至る第２の液相管を設け、この第２の液相管に前記冷媒を前記室外機に搬送する第２の液体ポンプを設け、冷房運転の際に前記室外機で凝縮液化された冷媒を前記液相管を介して前記室内機へと供給すると共に、前記第２の液体ポンプを運転させて前記第２の液相管へも流通させて、前記液相管内を循環する前記冷媒の循環量を増大させると共に、該液相管内に生じた気泡を前記室外機に還流可能に構成した空調装置を提供するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について、図１（冷房運転時）と図２に基づいて説明する。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６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。
【００１２】
図１において１は冷熱と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、Ｒ−１３４ａと熱の授受を行う。
【００１３】
５は、建物の各階・各部屋に設置した室内機の熱交換器であり、室外機１の熱交換器２とは、図のように液相管６と気相管７とで接続されて前記閉回路３を形成している。
【００１４】
そして、冷房運転時に室外機１の熱交換器２で放熱し、凝縮して吐出した液体のＲ−１３４ａを開閉弁１５ａ（冷房運転時に開弁する）を有する液管２０を介して溜めるためのレシーバタンク８と、このタンクに溜ったＲ−１３４ａを室内機に供給するための、冷房用補助ポンプとして機能する電動ポンプ９と、冷房運転時に開弁し、暖房運転時に閉弁する冷暖切替弁１０とが直列に介在して、各膨張弁１１を介してそれぞれの室内機に至る第１の液相管６Ａと、この第１液相管６Ａの下方部分から分岐・延設し、途中の最も低い部分において液体のＲ−１３４ａを溜めるためのレシーバタンク１２と、このタンクに溜ったＲ−１３４ａを室外機１に戻すための電動ポンプ１３と、逆止弁１４とが直列に介在し、この逆止弁１４を通った液体のＲ−１３４ａが冷房運転時には熱交換器２の中間に供給される第２の液相管６Ｂとからなる。
【００１５】
なお、第１の液相管６Ａの電動ポンプ９は、大半が室外機１より下方に設置された室内機に、冷房運転時、室外機１で放熱して凝縮した液体のＲ−１３４ａを搬送するものであるから、小型のポンプが使用される。一方、第２の液相管６Ｂの電動ポンプ１３は、暖房運転時、室内機で放熱して凝縮した液体のＲ−１３４ａを上方の室外機１まで搬送するためのポンプであるので、大型のポンプが使用される。
【００１６】
また、レシーバタンク８・電動ポンプ９・冷暖切替弁１０・開閉弁１５ａ・開閉弁１５ｂは、室外機１の内部に組み込まれている。そして、レシーバタンク８の気相部と気相管７とは開閉弁１５ｂを有する細い均圧管１６を介して連通し、且つ、熱交換器２におけるＲ−１３４ａの液面を検出するための液面センサ１７も設けてある。
【００１７】
また、室外機１は冷房運転時には熱交換器２で冷却作用を受けて液相管６に吐出するＲ−１３４ａの温度が所定温度、例えば７℃になるように投入熱量を制御する機能を備え、室内機は熱交換器５を介して冷房作用を果たし、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１１の開度を調節する機能を備えている。
【００１８】
そして、閉回路３に封入したＲ−１３４ａの冷房運転時における循環サイクルを説明すると、Ｒ−１３４ａは室外機１で発生した冷熱により熱交換器２の管壁を介して冷却されて凝縮し、第１の液相管６Ａに吐出してレシーバタンク８に溜り、電動ポンプ９の吐出力によって、一部は各室内機の熱交換器５に所定温度で供給されて冷房作用を果たすと共に、残部は第１の液相管６Ａの下方部分から分岐した第２の液相管６Ｂを経由して熱交換器２に戻される。
【００１９】
すなわち、室外機１で放熱して凝縮した液体のＲ−１３４ａは、一部が各室内機の熱交換器５に開弁した流量調整弁１１から供給されて冷房作用を果たすと共に、残部は常に第２の液相管６Ｂを経由して熱交換器２に戻されているので、部分負荷運転時などで室内機に循環供給する液体のＲ−１３４ａの量が少ないときにも、第２の液相管６Ｂに至る第１の液相管６Ａを流れるＲ−１３４ａの量は多く、したがって外気温度の影響は相対的に小さくなり、この部分で液体のＲ−１３４ａに気泡が発生することは少ない。しかも、例え気泡が発生したとしても、Ｒ−１３４ａは第２の液相管６Ｂを介して室外機１の熱交換器２に戻されて再凝縮されるので、気泡が冷房運転に悪影響を及ぼすことがない。
【００２０】
また、冷房運転の開始時などで室外機１が冷却を開始して閉回路３内の圧力が急激に低下し、液相管６内で液体のＲ−１３４ａが一斉に泡立ったときには、電動ポンプ１３を運転することで、泡立ったＲ−１３４ａを第２の液相管６Ｂを介して室外機１の熱交換器２に戻す循環力が高まるので、泡立ったＲ−１３４ａは速やかに熱交換器２に流入して放熱・凝縮する。これにより液相管６内のＲ−１３４ａから気泡は速やかに消滅する。
【００２１】
そして、電動ポンプ１３は、液相管６内で液体のＲ−１３４ａが一斉に泡立ったときには、気泡の容積相当分が室外機１に押し出されて、熱交換器２内での液面レベルが上昇し、気泡が消滅すると上昇分が液相管６に戻ってその液面レベルが下がるので、液面センサ１７が第１の所定レベルより高い液面を検出したときに起動し、第１の所定レベルより低い第２の所定レベルより低い液面を検出したときに停止するように、例えば図２に示したように制御される。
【００２２】
すなわち、先ず液面センサ１７によってＲ−１３４ａの液面レベルを検出し（ステップＳ１）、次にその液面が第１の所定レベルより高いか否かを判定し（ステップＳ２）、高いときにはフラグが立っているか否かを判定する（ステップＳ３）。そして、フラグが立っていないときにはフラグを立てて（ステップＳ４）、電動ポンプ１３を起動し（ステップＳ５）、ステップＳ１に戻る。また、ステップＳ３でフラグが立っていると判定されたときにもステップＳ１に戻る。
【００２３】
一方、ステップＳ２で液面が第１の所定レベルより高くないと判定されたときには、ステップＳ６に移行して液面が第２の所定レベルより低いか否かを判定し、低いときにはフラグが立っているか否かを判定し（ステップＳ７）、フラグが立っているときにはフラグを消して（ステップＳ８）、電動ポンプ１３を停止し（ステップＳ９）、ステップＳ１に戻る。また、ステップＳ６で液面が第２の所定レベルより低くないと判定されたときと、ステップＳ７でフラグが立っていないと判定されたときにも、ステップＳ１に戻る。
【００２４】
なお、室内機に開弁した流量調整弁１１から流入し、送風機によって強制搬送されている温度の高い室内空気から熱交換器５の管壁を介して熱を奪うことで冷房作用を行い、蒸発した気体のＲ−１３４ａは、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を通って流入し、再びここで放熱して凝縮されると云った従来周知の循環を行う。
【００２５】
図３（ａ）、（ｂ）は図１に示した熱交換器２に吸収式冷凍機の蒸発器を用いた際の蒸発器２の概略図であり、複数の伝熱管２２ａ、２２ｂはその両端に形成された空間２１ａ、２１ｂ、２１ｃを介して気相管７、第２の液相管６Ｂ、液管２０に接続されている。
気相管７から戻る蒸発した気体は空間２１ａ、複数の伝熱管２２ａ、空間２１ｃ、複数の伝熱管２２ｂ、空間２１ｂを経て液管２０へ供給される。このとき伝熱管２２ａ、２２ｂの外周面に滴下される冷媒の蒸発作用によって伝熱管２２ａ、２２ｂ内を流れる気体のＲ−１３４ａが液化する。
電動ポンプ１３から供給される液体のＲ−１３４ａは空間２１ａへ供給される。
【００２６】
図４（ａ）、（ｂ）は図３に示した熱交換器２の他の実施例を示す概略図であり、複数の伝熱管２２はその両端に形成された空間２１ａ、２１ｃを介して気相管７、第２の液相管６Ｂ、液管２０に接続されている。
気相管７から戻る蒸発した気体は空間２１ａ、複数の伝熱管２２、空間２１ｃを経て液管２０へ供給される。このとき伝熱管２２の外周面に滴下される冷媒の蒸発作用によって伝熱管２２内を流れる気体のＲ−１３４ａが液化する。
電動ポンプ１３から供給される液体のＲ−１３４ａは、図示するように空間２１ａの中間へ供給される。
【００２７】
図５は暖房運転の際の概略図であり、電動ポンプ９の運転を停止し、冷暖切替弁１０、開閉弁１５ａ、１５ｂを閉弁した状態で、室外機１で温熱を発生しながら第２の液相管６Ｂの電動ポンプ１３を運転する。
【００２８】
すなわち、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て蒸発し、この蒸発したＲ−１３４ａが気相管７を介して各室内機の熱交換器５に所定温度、例えば５５℃で供給され、各熱交換器５においては、送風機によって強制的に供給された温度の低い室内空気にＲ−１３４ａが放熱して凝縮・液化し、この凝縮・液化時に暖房作用が行なわれる。そして、熱交換器５で凝縮したＲ−１３４ａの液体は流量調整弁１１を通ってレシーバタンク１２に流れ込み、このＲ−１３４ａが電動ポンプ１３の搬送力によってレシーバタンク８に供給され、室外機１の熱交換器２に戻される。
【００２９】
すなわち、図１、図５に示した本発明の空調装置は、冷／暖房の何れか一方の空調が選択実施可能に構成したものである。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。
【００３０】
ところで、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。
【００３１】
そして、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−４０４Ａ、Ｒ−４１０ｃなどであっても良い。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の空調装置によれば、冷房の部分負荷運転時などのように室内機に循環供給する液相冷媒の量が少ないときにも、気泡の生成が抑制される。また、例え気泡が生成した場合にも、室外機に第２の液相管を介して戻されて再凝縮されるので、気泡が冷房運転に悪影響を及ぼすことがない。
【００３３】
特に、冷房運転の開始時などで室外機が冷却を開始して回路内圧力が急激に低下し、液相管内で一斉に泡立ったようなときにも、第２の液体ポンプを運転することで、泡立った液相冷媒を第２の液相管を介して室外機に戻す循環力が高まるので、速やかに室外機に流入して放熱・凝縮する。これにより液相管内の冷媒から気泡を速やかに消滅させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す説明図である。
【図２】第２の液相管に設ける電動ポンプの制御例を示すフローチャートである。
【図３】図１に示した蒸発器の概略図である。
【図４】図１に示した蒸発器の他の実施例を示す概略図である。
【図５】暖房運転の際の冷媒の流れを示す概略図である。
【図６】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  第１の液相管
６Ｂ  第２の液相管
７  気相管
８  レシーバタンク
９  電動ポンプ
１０  冷暖切替弁
１１  流量調整弁
１２  レシーバタンク
１３  電動ポンプ
１４  逆止弁
１５ａ  開閉弁
１５ｂ  開閉弁
１６  均圧管
１７  液面センサ
１８  送風機
２０  液管
２１ａ  空間
２１ｂ  空間
２１ｃ  空間
【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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