JP3666264B2 - 空調装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、圧縮機冷房運転、自然循環冷房運転及び圧縮機暖房運転を行うことができる空調装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は従来の冷房装置の一例（特願平８−７５６６２号）を示す構成図である。図において、冷房装置は、室内ユニット５０、室外ユニット５４、これらを接続するガス配管５６及び液配管５８により構成されている。室内ユニット５０は、室外ユニット５４よりも低い位置に設置されている。
【０００３】
室内ユニット５０には、蒸発器５２、膨張弁６０、膨張弁６０をバイパスするバイパス配管６２、及びこれら膨張弁６０とバイパス配管６２との間で冷媒流路を切り換える切換弁６４，６６が内蔵されている。
【０００４】
室外ユニット５４には、圧縮機８０、凝縮器８２、サクションアキュムレータ８４、圧縮機８０をバイパスするバイパス配管８６、及びこれら圧縮機８０とバイパス配管８６との間で冷媒流路を切り換える切換弁８８，９０が内蔵されている。また、凝縮器８２は、空冷式のものであり、冷媒容器９２と、この冷媒容器９２に送風するファン９４とを有している。
【０００５】
上記のような冷房装置は、蒸気圧縮冷凍サイクル及び自然循環ループの２通りの運転モードで運転されるが、まず前者について説明する。圧縮機８０が外部駆動源により駆動されることにより、冷媒ガスは断続的に圧縮され過熱状態にされる。また、凝縮器８２では、冷媒ガスから大気への放熱が行われ、冷媒ガスが冷媒液に液化される。この冷媒液は、液配管５８を通って室内ユニット５０に下降する。
【０００６】
蒸発器５２の入口直前に配置された膨張弁６０は、高圧の冷媒液を絞り膨張により減圧して、気液混合状態の低温低圧の湿り蒸気とするものであり、例えば温度自動膨張弁が使用される。また、膨張弁６０の代わりにキャピラリチューブが使用されることもある。蒸発気５２に導かれた湿り蒸気は、被冷却物から気化熱を吸収して冷媒ガスとなり、これにより被冷却物は冷却される。
【０００７】
蒸発器５２から出た冷媒ガスは、ガス配管５６を介して圧縮機８０へ送られる。圧縮機８０の入口直前に配置されたサクションアキュムレータ８４では、冷媒ガスが一時的に蓄積され、運転の過渡的現象や冷媒封入量過多などの場合の緩衝が行われる。
【０００８】
次に、自然循環ループの運転モードについて説明する。自然循環ループの場合、サクションアキュムレータ８４と圧縮機８０とがバイパス配管８６によりバイパスされ、膨張弁６０がバイパス配管６２によりバイパスされる。他の動作は、蒸気圧縮冷凍サイクルとほぼ同様である。
【０００９】
自然循環ループにおいては、圧縮機８０による冷媒循環の駆動力が存在せず、凝縮器８０で生じた冷媒液は、重力を駆動力として液配管５８を下降し、蒸発器５２に送られて気化し冷媒ガスとなる。この冷媒ガスは、ガス配管５６を介して凝縮器８２へ送られる。ここで、ガス配管５６の蒸発器５２側は冷媒ガスの発生源、凝縮器８２側は冷媒ガスの吸収源であるため、ガス配管５６には圧力勾配が生じる。即ち、凝縮器８２側のガス圧が蒸発器５２側のガス圧よりも低いため、冷媒液に比べて比重の小さい冷媒ガスは、ガス配管５６を上昇して凝縮器８２に流れる。
【００１０】
このような冷房装置は、例えば電子機器を密閉する室内の冷房のために使用され、夏期など、電子機器からの熱負荷に加えて外部から伝導する熱負荷が存在し、高い冷房能力が必要とされる時期には、蒸気圧縮冷凍サイクルの運転モードで運転される。一方、冬期など、電子機器からの熱負荷が主となり、冷房能力がさほど必要とされない時期には、冷房装置は自然循環ループの運転モードで運転される。自然循環ループの運転モードでは、圧縮機８０を休止させることができるため、消費電力を低減できるとともに、圧縮機８０の耐用年数を長くすることができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように構成された従来の冷房装置においては、冷房運転しか行うことができず、暖房運転が必要な場合には、電気ヒータ等を別に取り付ける必要があった。
【００１２】
この発明は、上記のような問題点を解決することを課題としてなされたものであり、圧縮機冷房運転、自然循環冷房運転及び圧縮機暖房運転を１つの冷媒回路で行うことができる空調装置を得ることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係る空調装置は、室内側に設置される第１の熱交換器、室外側で第１の熱交換器よりも高い位置に設けられる第２の熱交換器、これら第１及び第２の熱交換器の間に接続されている第１及び第２の主配管、第２の主配管の途中に接続され、冷媒を圧縮する圧縮機、第１の主配管の途中に接続され、圧縮機冷房運転時に第２の熱交換器から第１の熱交換器に送られる冷媒を絞り膨張により減圧する冷房用減圧手段、第１の主配管に接続され、自然循環冷房運転時に第２の熱交換器から第１の熱交換器に送られる冷媒に冷房用減圧手段をバイパスさせる第１のバイパス配管、第１の主配管に接続され、圧縮機暖房運転時に第１の熱交換器から第２の熱交換器に送られる冷媒に冷房用減圧手段及び第１のバイパス配管をバイパスさせる第２のバイパス配管、この第２のバイパス配管の途中に接続され、圧縮機暖房運転時に第１の熱交換器から第２の熱交換器に送られる冷媒を絞り膨張により減圧する暖房用減圧手段、第２の主配管に接続され、自然循環冷房運転時に第１の熱交換器から第２の熱交換器に送られる冷媒に圧縮機をバイパスさせるとともに、圧縮機暖房運転時に圧縮機から第１の熱交換器に送られる冷媒を流す第３のバイパス配管、及び第２の主配管に接続され、圧縮機暖房運転時に第２の熱交換器から圧縮機に送られる冷媒を流す暖房用配管を備えたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図について説明する。図１はこの発明の実施の形態の一例による空調装置を示す回路図である。図において、空調装置は、室内ユニット１、この室内ユニットよりも高い位置に設置される室外ユニット２、及びこれら室内ユニット１と室外ユニット２との間に設けられているバルブボックス３とを有している。
【００１５】
室内ユニット１には第１の熱交換器４が、室外ユニット２には第２の熱交換器５がそれぞれ設けられている。第１の熱交換器４と第２の熱交換器５とは、第１及び第２の主配管２１，２２により互いに接続されている。第２の主配管２２の途中には、冷媒を一時的に蓄積するアキュームレータ６と、このアキュームレータ６の下流に配置された圧縮機７とが直列に接続されている。
【００１６】
第１の主配管２１の途中には、チャージモジュレータ（冷媒タンク）８、第１の電磁弁９、冷房用減圧手段である冷房用毛細管１０及び第１のサイトグラス１１が互いに直列に接続されている。第１の主配管２１には、第１の電磁弁９及び冷房用毛細管１０をバイパスする第１のバイパス配管３１が接続されている。第１のバイパス配管３１の途中には、第１の電動ボール弁１２が接続されている。
【００１７】
また、第１の主配管２１には、チャージモジュレータ８、第１の電磁弁９、冷房用毛細管１０及び第１の電動ボール弁１２をバイパスする第２のバイパス配管３２が接続されている。第２のバイパス配管３２の途中には、逆止弁１３及び暖房用減圧手段である暖房用毛細管１４が互いに直列に接続されている。毛細管１０，１４は、いずれも冷媒の圧力を下げて蒸発を促進するためのものであり、減圧手段しては膨張弁を使用することもできる。
【００１８】
第２の主配管２２の第１の熱交換器４とアキュームレータ６との間には、第２のサイトグラス１５及び第２の電磁弁１６が直列に接続されている。第２の主配管２２の圧縮機７と第２の熱交換器５との間には、第２の電動ボール弁１７が接続されている。
【００１９】
第２の主配管２２には、暖房用配管２３がアキュームレータ６、圧縮機７及び第２の電動ボールて弁１７に対して並列に接続されている。暖房用配管２３の途中には、第３の電磁弁１８が接続されている。
【００２０】
また、第２の主配管２２には、第２の電磁弁１６、アキュームレータ６及び圧縮機７をバイパスする第３のバイパス配管３３が接続されている。第３のバイパス配管３３の途中には、第３の電動ボール弁１９が接続されている。第３のバイパス配管３３には、第３の電動ボール弁１９をバイパスする第４のバイパス配管３４が接続されている。第４のバイパス配管３４の途中には、第４の電磁弁２０が接続されている。
【００２１】
次に、動作について説明する。この例における空調装置は、圧縮機冷房運転、自然循環冷房運転及び圧縮機暖房運転の３つの運転モードを選択的に切り換えて運転される。図２は図１の装置の各運転モードでの冷媒の流れを示す回路図、図３は図１の装置の自然循環冷房運転での冷媒の流れを示す回路図、図４は図１の装置の圧縮機冷房運転での冷媒の流れを示す回路図、図５は図１の装置の圧縮機暖房運転での冷媒の流れを示す回路図である。
【００２２】
まず、自然循環冷房運転の場合、第１ないし第４の電磁弁９，１６，１８，２０が閉じられ、第１ないし第３の電動ボール弁１２，１７，１９が開かれて、図３に示すような冷媒回路が形成される。この冷媒回路では、第１の熱交換器４で吸熱した冷媒が第３のバイパス配管３３を通り、アキュームレータ６及び圧縮機７をバイパスして第２の熱交換器５に流れる。そして、第２の熱交換器５で冷却された冷媒は、重力により第１の熱交換器４に流れる。このとき、冷媒は、第１のバイパス配管３１を通り、冷房用毛細管１０をバイパスする。
【００２３】
次に、圧縮機冷房運転の場合、第３及び第４の電磁弁１８，２０と第１及び第３の電動ボール弁１２，１９が閉じられ、第１及び第２の電磁弁９，１９と第２の電動ボール弁１７とが開かれて、図４に示すような冷媒回路が形成される。この冷媒回路では、第１の熱交換器４で吸熱した冷媒が、アキュームレータ６及び圧縮機７を通り、第２の熱交換器５に送られる。そして、第２の熱交換器５で冷却された冷媒は、冷房用毛細管１０を介して第１の熱交換器４に送られる。
【００２４】
さらに、圧縮機暖房運転の場合、第１及び第２の電磁弁９，１６と第１ないし第３の電動ボール弁１２，１７，１９とが閉じられ、第３及び第４の電磁弁１８，２０が開かれて、図５に示すような冷媒回路が形成される。この冷媒回路では、第２の熱交換器５で吸熱した冷媒が、アキュームレータ６及び圧縮機７を通り、第２の熱交換器５に送られる。このとき、アキュームレータ６及び圧縮機７に対する冷媒の流れの向きは、冷房時と同様である。
【００２５】
圧縮機２２から出た冷媒は、第３及び第４のバイパス配管３３，３４を通り、第１の熱交換器４に送られる。そして、第１の熱交換器４で室内に放熱した冷媒は、逆止弁１３及び暖房用毛細管１４を経て第２の熱交換器５へ送られる。
【００２６】
上記のように、この例の空調装置によれば、圧縮機冷房運転、自然循環冷房運転及び圧縮機暖房運転を１つの冷媒回路で行うことができ、その切換も容易である。また、通常のヒートポンプ式の空調装置では、圧縮機を稼働させた状態で、冷媒の差圧を利用して動作する四方弁によって冷暖房を切り換えるが、この例の空調装置では四方弁を必要としない。しかも、圧縮機７を用いた冷暖房運転だけでなく、自然循環冷房運転をも行うことができる。従って、圧縮機７を休止させて、消費電力を低減できるとともに、圧縮機７の耐用年数を長くすることができる。
【００２７】
また、自然循環冷房運転時の冷媒の流路に設けられている弁が配管抵抗の小さい電動ボール弁１２，１７，１９であるため、冷媒をスムーズに自然循環させることができる。さらに、電動ボール弁の代わりにリニア膨張弁（ＬＥＶ）を用いることもできる。
【００２８】
なお、バルブボックス３は、室内及び室外のいずれに設置してもよい。
また、バルブボックス３を設けずに、バルブボックス３内の機器を室内ユニット１及び室外ユニット２のいずれかに振り分けて収容することも可能である。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明の空調装置は、圧縮機暖房運転時に第１の熱交換器から第２の熱交換器に送られる冷媒に冷房用減圧手段及び第１のバイパス配管をバイパスさせる第２のバイパス配管を第１の主配管に接続し、また暖第２のバイパス配管の途中に房用減圧手段を接続し、さらに圧縮機暖房運転時に第２の熱交換器から圧縮機に送られる冷媒を流す暖房用配管を第２の主配管に接続し、かつ圧縮機暖房運転時に圧縮機から第１の熱交換器に送られる冷媒を第３のバイパス配管に流すようにしたので、圧縮機冷房運転、自然循環冷房運転及び圧縮機暖房運転を１つの冷媒回路で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態の一例による空調装置を示す回路図である。
【図２】 図１の装置の各運転モードでの冷媒の流れを示す回路図である。
【図３】 図１の装置の自然循環冷房運転での冷媒の流れを示す回路図である。
【図４】 図１の装置の圧縮機冷房運転での冷媒の流れを示す回路図である。
【図５】 図１の装置の圧縮機暖房運転での冷媒の流れを示す回路図である。
【図６】 従来の冷房装置の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
４ 第１の熱交換器、５ 第２の熱交換器、７ 圧縮機、１０ 冷房用毛細管、１４ 暖房用毛細管、２１ 第１の主配管、２２ 第２の主配管、２３ 暖房用配管、３１ 第１のバイパス配管、３２ 第２のバイパス配管、３３ 第３のバイパス配管。

Claims (1)

1. 室内側に設置される第１の熱交換器、
   室外側で上記第１の熱交換器よりも高い位置に設けられる第２の熱交換器、
   これら第１及び第２の熱交換器の間に接続されている第１及び第２の主配管、
   上記第２の主配管の途中に接続され、冷媒を圧縮する圧縮機、
   上記第１の主配管の途中に接続され、圧縮機冷房運転時に上記第２の熱交換器から上記第１の熱交換器に送られる冷媒を絞り膨張により減圧する冷房用減圧手段、
   上記第１の主配管に接続され、自然循環冷房運転時に上記第２の熱交換器から上記第１の熱交換器に送られる冷媒に上記冷房用減圧手段をバイパスさせる第１のバイパス配管、
   上記第１の主配管に接続され、圧縮機暖房運転時に上記第１の熱交換器から上記第２の熱交換器に送られる冷媒に上記冷房用減圧手段及び上記第１のバイパス配管をバイパスさせる第２のバイパス配管、
   この第２のバイパス配管の途中に接続され、上記圧縮機暖房運転時に上記第１の熱交換器から上記第２の熱交換器に送られる冷媒を絞り膨張により減圧する暖房用減圧手段、
   上記第２の主配管に接続され、上記自然循環冷房運転時に上記第１の熱交換器から上記第２の熱交換器に送られる冷媒に上記圧縮機をバイパスさせるとともに、上記圧縮機暖房運転時に上記圧縮機から上記第１の熱交換器に送られる冷媒を流す第３のバイパス配管、及び
   上記第２の主配管に接続され、上記圧縮機暖房運転時に上記第２の熱交換器から上記圧縮機に送られる冷媒を流す暖房用配管
   を備えていることを特徴とする空調装置。

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