JPS6115033A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は空気調和装置、詳しくは、冷房対象域に設けた
第１蒸発器と、これより高所に設けた第１凝縮器とを接
続して成る自然循環式冷凍サイクルと、前記第１蒸発器
に並設する第２蒸発器、前記第１凝縮器に並設する第２
凝縮器、減圧手段及び圧縮機とから成る圧縮冷凍サイク
ルとを備える空気調和装置に関する。

（従　　来　　技　　術　　） この種空気調和装置は実公昭５７−５４５２７号公報（
実開昭５５−Ｅ３７９６ｅ号公報）にも記載されている
ように、電算機室等のように年間を通して冷房負荷があ
る区域を空気調和するのに、動力消費の節約の目的で従
来から使用されている。

このものを第７図に基づいて概略説明すると、室内ユニ
ット（Ａ）に設ける第１蒸発Ｐｉｔ（６０）と、前記室
内ユニット（Ａ）より高所に配設する室外ユニ、７）（
Ｂ）に内装する第１凝縮器（６１）とを接続して成る自
然循環式冷凍サイクル（Ｎ）と、前記第１蒸発器（６０
）に並設して設ける第２蒸発器（６２）、前記第１凝縮
器（６１）に並設して設ける第２凝縮器（６３）、圧縮
機（８４）、減圧手段（６５）とからなる圧縮冷凍サイ
クル（Ｃ）とを設け、冷房負荷の大きさにより、低負荷
時には前記自然循環式冷凍サイクルのみの単独運転を、
また、高負荷時には前記両冷凍サイクルの併用運転を行
うごとくなしていたのである。

尚、（６６）、（６７）はそれぞれファン、（６８）は
開閉弁である。

（本発明が解決しようとする問題点） ところが、上記従来のものは、自然循環式冷凍サイクル
及び圧縮冷凍サイクルのいずれも能力制御手段をもたす
、負６；１の高低変化に対して、自然循環式冷凍サイク
ルの単独運転か、もしくは、該自然循環式冷凍サイクル
と前記圧縮冷凍サイクルとの併用運転かの２様の運転、
ＸＨターンのいずれかしか選択できないために、空気間
和装【位の全冷凍能力と前記冷房負荷との間に大きなア
ンノくランスが生し易く、この結果、冷房対象域の温度
調節、とりわけ前記室内ユニット（Ａ）から吹だす吹出
空気温度の制御がきめこまか（行えない不具合があった
。

（問題点を解決するだめの手段） しかして、本発明は前記自然循環式冷凍サイクルと前記
圧縮冷凍サイクルとのいずれにも能力制御手段を設ける
とノ（に、＋１ｉｊ記圧縮冷凍サイクルの能力制御を前
記自然循環式冷凍サイクルの能力制御より優先させられ
るようになしたものであって、詳しくは、冷房対象域に
設けた第１蒸発器と、これより高所に設けた第１凝縮器
とを接続して成る自然循環式冷凍サイクルと、前記第１
蒸発器に並設する第２蒸発器、前記第１凝縮器に並設す
る第２凝縮器、減圧手段及び圧縮機とから成る圧縮冷凍
サイクルとを備える空気調和装置において、前記自然循
環冷凍サイクル及び圧縮冷凍サイクルにそれぞれ能力制
御手段を設ける一方、前記第１、第２蒸発器を流通する
空気の温度を設定する設定手段と、この空気温度を検出
する検出手段と、これら設定手段と検出手段との出力を
基に、負荷に応じて前記各能力制御手段を制御し、かつ
、負荷低下時に、前記圧縮冷凍サイクルの能力制御手段
による該圧縮冷凍サイクルの冷凍能力減少を自然循環式
冷凍サイクルの能力制御手段による該自然循環式冷凍サ
イクルの能力減少に対して優先させて行う制御手段を設
けたのである。

（作　　　　用　　） 以上のごとくなしたから、負荷に応じて前記自然循環式
冷凍サイクルと圧縮冷凍サイクルとの冷凍能力をそれぞ
れ調節することにより、空気調和装置の全冷凍能力を前
記負荷に応じきめこまかく調整でき、従って、冷房対象
域の室内温度の安定した制御ができ、しかも、負荷低下
時には、前記自然循環式冷凍サイクルの能力減少より前
記圧縮冷凍サイクルの能力減少が優先されるので、動力
消費も小さく抑えられるのである。

（実　　施　　例　　） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１．５図に示したものは、自然循環式冷凍サイクル（
Ｎ）と２系統から成る圧縮冷凍サイク／Ｌ（Ｃ）とを備
えた空気調和装置で、年間を通じて冷房を行う電子計算
機室を冷房対象域（Ｅ）としたものである。

前記自然循環式冷凍サイクル（Ｎ）は、室内ユニット（
１）に配設される２個の第１蒸発器（以下ＩＡ蒸発器、
ＩＢ蒸発器という＞（２）（３）と、前記室内ユニット
（１）より高所に配設される室外ユニット（４）に配設
される第１凝縮器（５）とからなるものである。詳しく
は、前記ＩＡ、ＩＢ蒸発器（２）（３）を並列に接続し
、この並列回路と前記第１凝縮器（５）とを直列に接続
して冷媒回路を形成し、更に、前記各蒸発器（２）（３
）の冷媒流入側にそれぞれ電磁開閉弁（以下、人聞閉弁
、Ｂ開閉弁という）（６）（７）を介装している。尚、
（８）は受液器である。

かくして、前記Ａ１Ｂ開閉弁（６）（７）を開放するこ
とにより、前記回路内に封入された冷媒が前記各蒸発器
（２）（３）で吸熱して蒸発し、この冷媒蒸気が比重の
関係で上方に移動し、前記第１凝縮器（５）で放熱して
凝縮し、自重で前記受液器（８）を介して再び前記蒸発
器（２）（３）へと順次還流して循環するのである。　
また、前記開閉弁１３）（７）の一方、例えば人聞閉弁
（６）を閉鎖することによって、前記ＩＡ蒸発器（６）
の作用を停止させて前記自然循環式冷凍サイクル（Ｎ）
の冷凍能力をおよそ半減できるようにしている。即ち、
前記開閉弁（８）（７）により前記冷凍サイクル（Ｎ）
の能力を制御する能力制御手段を構成しているのである
。

一方、前記圧縮冷凍サイクル（Ｃ）は全く同じ一対の圧
縮冷凍サイクル（ＣＩ）（Ｃ２）からなるものであって
、各圧縮冷凍サイクル（Ｃ１）（Ｃ２）は、それぞれ容
量制御機構（図示せず）をもつ圧縮機（９）と再熱器（
１０）とを備えたものである。（以下、（ＣＩ）につい
でのみ説明する。）詳しくは、前記ｉＡ１１Ｂ蒸発器（
２）（３）の風下側それぞれ並設する第２蒸発器（１１
）と、前記第１凝縮器（５）の風下側に並設する第２凝
縮器（１２）と、前記圧縮機（９）と、膨張弁からなる
減圧手段（１３）とを順次接続して主回路を形成すると
共に、前記圧縮機（９）の吐出側と前記減圧手段（１３
）の出口側との間に、電磁開閉弁（１５）、前記再熱器
（１０）、キャピラリーチューブ（１４）を順次介装す
る再熱回路を設けている。

また、前記圧縮機（９）は２気筒のシンプロ形圧縮機で
、前記２気筒のうち１気筒を前記容量制御機構によって
アンロードすることにより、１００％運転と５０％運転
とが行えるようにしている。前記容量制御機構は前記圧
縮機（９、）の吐出圧と吸入圧とを３方弁（２０）を介
して選択的に作用させることによって、ロード、アンロ
ードの切り換えが行えるようにしている。

また、前記再熱器（１０）は前記開閉弁（１５）を開に
することにより作用し、冷凍サイクル（Ｃ１）の冷凍能
力を低下できるようにしている。なお、第１図中、（１
Ｂ）はアキュムレータ、（１７）は受液器である。

しかして、前記冷凍サイクル（Ｃｆ、）（Ｃ２）からな
る前記圧縮冷凍サイクル（Ｃ）は、各冷凍サイクル（Ｃ
Ｉ）（Ｃ２）における前記圧縮機（９）の発停、容量制
御機構及び再熱器（１０）の作用、停止の組み合わせに
より、冷凍能力を第１表に記載するごとく７段階に制御
することができるようにしている。

第１表 尚、表中、圧縮機の項における◎印は１００％運転を、
Ｏ印は５０％運転を、・印は停止を示している。また、
再熱器の項において☆印は作用時を、★印は停止時を示
している。

以−にのごとく、前記圧縮冷凍サイクル（Ｃ）において
は、後記する前記圧縮機（９）のモータの駆動制御用の
開閉器、前記容量制御機構と３方弁（２０）、及び、再
熱回路により能力制御手段を構成しているのである。

また、第１．５図中で、（１９）は室内ファン、（２５
）は室外ファン、（１８）は前記室内ファン（１９）の
吹出空気温度を検出するサーミスターからなる検出手段
、（２６）は前記室内ファン（１９）の吹出空気を前記
冷房対象域に送るダクトである。

以上のご七（、上記空気調和装置はそれぞれ能力制御手
段をもつ自然循環式冷凍サイクルと圧縮冷凍サイクルと
からなっており、前記各能力制御手段を組合わせて制御
することにより、第２表に示すごとく９通りの冷凍能力
制御が行えるごとくなしている。

第２表 なお、ＩＡ、ＩＢ蒸発器の項における０印は蒸発器の作
用時を、■印は停止時をそれぞれ示している。

次に、前記空気調和装置の前記能力制御を行う制御系に
ついて第２図に基づいて説明する。

前記能力制御はマイクロコンピュータかう成ル制御手段
（２１）を用いて行うものであって、該制御手段（２１
）の入力側に前記吹出空気温度を検出する前記検出手段
（１８）と、前記吹出空気温度を設定する設定手段（２
２）とを接続している。また、（２３）は運転スイッチ
である。尚、該設定手段（２２）は可変抵抗器などから
成るものである。

また、前記制御手段（２１）の出力側には、前記ＬＡ、
ＩＢ蒸発器（２）（３）を制御する前記Ａ、Ｂ開閉弁（
６）（７）と、前記各圧縮機（９）（９）の容量制御機
構を操作する前記各３方弁（２０）（２０）と、前記各
再熱器（１０）を制御する前記各開閉弁（１５）（１５
）と＋　ｎ’Ｉ記圧締圧縮機）（９）のモータ（Ｍ）（
Ｍ）を発停制御する各開閉器（２４）（２４）とを接続
している。尚、図示していないが、前記制御手段（２１
）の出力側には室内、室外ファン（１９）（２５）のモ
ータを発停制御する開閉器も接続している。

以下、前記空気調和装置の運転制御について説明する（
冷房運転）。

この運転制御は前記制御手段（２１）に予め組込まれた
プログラムに基づき行うもので、前記吹出空気の設定温
度（ｔｏ）と検出温度（１）との温度差（Δｔ”ｔ　　
ｔｏ）に応じて、前記した冷凍能力の段階を１段アップ
させたり、ダウンさせたりして前記吹出空気温度を前記
設定温度（ｔｏ）に制御するごとくなしている。

まず、前記制御の基準となる前記温度差（Δｔ）の領域
区分を第４図に基づいて説明する。

領域は下記する５段階に区分している。

領域ａ・・・・・Δｔ≦−２，５℃ 領域ｂ・・・・　−２，５°Ｃ〈Δｔ≦−ｉ、ｏ’ｃ領
域Ｃ・・・・・　１Δｔｌ＜１．０°Ｃ領域ｄ・・−＝
　　１．Ｏ°Ｃ≦Δｔ＜２．５°Ｃ領域ｅ・・・・・２
．５°Ｃ≦Δを 以下、運転制御を第３図のフローチャートにノ、（づい
て説明する。

イ）起動時 運転スイッチ（２３）を閉成すると、まず前記室内ファ
ン（１９）、室外ファン（２５）が駆動する。さらに、
第３図には図示していないが、前記温度差（Δｔ）に応
じて前記制御手段（２１）が冷凍能力段階を第２表に示
す第２段、第４段。

第５段のいずれかから始動させる。

即ち、空気調和装置の始動は通常冷房対象域（Ｅ）にあ
る電子計算機の始動に合わせて行なうものであるが、こ
の始動時には前記電子計算機の発熱量が少ないので、あ
まり冷たい風を送ると電子計算機の露付きの問題を生じ
るのであり、そこで、始動時の温度差ＣＡｔ＞が領域（
ｅ）にあっても、冷凍能力をあまり高い段階とせず、前
記した第５段から始める如くなしているのである。また
、前記湿度差（Δｔ）領域が（ａ）で負荷がない場合で
も、前記自然循環式冷凍差（Ｎ）の起動時の立上りの緩
慢さを考慮して、予め前記冷凍差（Ｎ・）を定常運転蒸
発器までもっていくべく、第２段から始動するようにし
ている。　　　　更に、温度差領域（Δｔ）が（ｂ＋　
　Ｃ１ｄ）である場合は第４段から始動するようにして
いるのである。

口）通常運転時 前記制御手段（２１）により３分毎に前記設定温＆（ｔ
ｏ）と前記検出温度（１）とを比較して、前記温度差（
Δｔ）に応じて冷凍能力段階を制御するのである。具体
的には。

■前記比較時点における前記温度差（Δｔ）が前記設定
温度（ｔ　ｏ）を含む領域Ｃ（ホールド領域）に属する
場合には、この時点における前記空気調和装置の冷凍能
力段階を保持するごとくなすのである。

■同じく前記温度差（Δｔ）が領域ｂ　＋　　（ａ　）
に属する場合には、前記冷凍能力段階を１段下げて前記
吹出空気温度を前記設定温度（ｔ　ｏ）に近づけるごと
くなすのである。

■同じく前記温度差（Δｔ）が領域ｄ、・（ｅ）に属す
る場合には、前記冷凍能力段階を１段−にげて前記吹出
空気温度を前記設定温度（ｔｏ）に近づけるごとくなす
のである。

以上のごとく、前記温度差（Δｔ）に基づく冷凍能力段
階の調節が行われると、下記する場合を除き、３分後の
次の比較時点までその冷凍能力段階を保持し、３分の経
過と同時に再び前記温度差（Δｔ）に基づき冷凍能力段
階の調節を行うのである。

しかして、前記比較時間間隔の３分間の間に前記温度差
（Δｔ）が領域ａに突入した場合は、その時点で冷凍能
力段階を１段下げるのであり、逆に前記温度差（Δｔ）
が領域ｅに突入した場合には、同じくその時点で冷凍能
力段階を１段上げるのであり、また、前記温度差（Δｔ
）が領域す。

Ｃ１ｄにある場合は前記したごとく冷凍能力段階を保持
するのである。

ハ）再起動時 冷房負荷の減少により、冷凍能力段階が第２表に示す第
０段まで低下し、自然循環式冷凍サイクル（Ｎ）、圧縮
冷凍サイクル（Ｃ）の両方が停止し、その後に負荷の」
二昇により空気調和装置を再起動させる場合は、自然循
環式冷凍サイクル（Ｎ）の冷凍能力の立ち上がりの緩慢
さを考慮して、一方の圧縮冷凍サイクル（Ｃ１）の運転
を含む前記能力段階の第３段から起動させるのである。

（第３図には図示せず） 以上のごとく、自然循環式冷凍サイクル（Ｎ）の冷凍能
力を２段階に調節可能とすると共に、前記圧縮冷凍サイ
クル（Ｃ）のに凍能力を７段階に調節可能とし、かつ、
これらの能力制御を第２表に示したごとく種々に組合わ
せて９段階行うようにしたから、冷房対象域の冷房負荷
に応じて前記空気調和装置の冷凍能力をきめこまかく調
節できるのであり、この結果、前記吹出空気温度の制御
をより精密に行え、従って、冷房対象域の温度制御も安
定して行えるのである。その上、冷房負荷の低下時には
、冷凍能力段階第９〜第３段迄の間、及びこの第３段と
それ以下の第２〜第１段との間のように、前記圧縮冷凍
サイクル（Ｃ）の冷凍能力を前記自然循環式冷凍サイク
ル（Ｎ）の冷凍能力に対して常に優先させて減少させる
ようにしたから、前記したごとく吹出空気温度のきめこ
まかな制御が行えながら、しかも、動力消費も少なく抑
えられるのである。

また、本実施例においては、前記圧縮冷凍サイクル（Ｃ
）の能力減少においても、前記能力段階第７段から第６
段、及び第４段からた３段への移行時のように、前記再
熱器（１０）の作用による能力減少より前記圧縮機（９
）（９）の容量制御による能力減少を優先させて、より
動力消費が少なくなるようにしている。

尚、他の実施例としては、自然循環式冷凍サイクル（Ｎ
）の最大能力を圧縮冷凍サイクル（Ｃ）の最大能力に比
して大きく設定する場合は、前記能力段階第２段のよう
に自然循環式冷凍サイクルの一方の蒸発器（２または３
）のみ作用させている時にも、前記圧縮冷凍サイクル（
Ｃ）の能力制御を行うようにして、より細かい運転制御
が行なえるようにしてもよい。

まｉこ、圧縮冷凍サイクル（Ｃ）を全面停止させる以前
の段階において、前記圧縮冷凍サイクル（Ｃ）の能力減
少の後に自然循環式冷凍サイクル（Ｎ）の能力制御を行
って、例えば第７段と第６段との間、もしくは第６段と
第５段との間の冷凍能力段階を設け、より細かに冷凍能
力を制御できるようにしてもよい。

また、前記運転制御回路において第６図に示すように、
サーミスタから成る前記検出手段（１８）と前記設定手
段（２２）とを接続する多段サーモスタット（３０）を
設け、該サーモスフ。

）　（３０）を４本の（５号線（４０，４１，４２゜４
３）を介して前記制御手段（２１）における中央演算処
理装置（ＣＰＵ）の入力側に接続するようにしてもよい
。この場合の前記温度差（Δｔ）の領域と前記各信号線
の出力する信号の組合わせとはそれぞれ第３表に示す通
りである。

第　　３　　表 また、冷凍能力を制御する基準とする空気温度は前記吹
出空気温度に限ることなく、前記室内ユニット（１）の
吸込み空気温度でもよい。

（発明の効果　） 以上のごとく、本発明は前記自然循環式冷凍サイクル（
Ｎ）及び圧縮冷凍サイクル（Ｃ）にそれぞれ能力制御手
段を設ける一方、前記第１、第２蒸発器（２）（３）（
１１）を流通する空気の温度を設定する設定手段（２２
）と、この空気温度を検出する検出手段（１８）と、こ
れら設定手段（２２）と検出手段（１８）との出力を基
に、負荷に応じて前記各能力制御手段を制御し、かつ、
負荷低下時に、前記圧縮冷凍サイクル（Ｃ）の能力制御
手段による該圧縮冷凍サイクル（Ｃ）の冷凍能力減少を
自然循環式冷凍サイクル（Ｎ）の能力制御手段による該
自然循環式冷凍サイクル（Ｎ）の能力減少に対して優先
させて行う制御手段（２１）を設けたから、前記吹出空
気温度などをきめこまかく制御して、冷房対象域の安定
した空気調和が行えながら、しかも、消費動力も小さく
抑えられるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の冷媒回路図、第２図は同実施
例の制御系を示す電気回路図、第３図は同実施例の運転
パターンを示すフローチャート、第４図は同実施例の制
御の基準となるＭ度差領域を示す説明図、第５図は同実
施例の室内ユニットの内部を示す説明図、第６図は他の
実施例の制御系を示す電気回路図、第７図は従来例を示
す説明図である。 （２）（３）・・・・第１蒸発器 （５）・・・・第１凝縮器 （９）・・・・・圧縮機 （１１）・・・・・第２蒸発器 （１２）・・・・・第２凝縮器 （１３）・・・・・減圧手段 （１８）・・・・・検出手段 （２２）・・・・・設定手段 第７図 Ｂ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 冷房対象域に設けた第１蒸発器（２）（３）と、これよ
   り高所に設けた第１凝縮器（５）とを接続して成る自然
   循環式冷凍サイクル（Ｎ）と、前記第１蒸発器（２）（
   ３）に並設する第２蒸発器（１１）、前記第１凝縮器（
   ５）に並設する第２凝縮器（１２）、減圧手段（１３）
   及び圧縮機（９）とから成る圧縮冷凍サイクル（Ｃ）と
   を備える空気調和装置において、前記自然循環式冷凍サ
   イクル（Ｎ）及び圧縮冷凍サイクル（Ｃ）にそれぞれ能
   力制御手段を設ける一方、前記第１、第２蒸発器（２）
   （３）（１１）を流通する空気の温度を設定する設定手
   段（２２）と、この空気温度を検出する検出手段（１８
   ）と、これら設定手段（２２）と検出手段（１８）との
   出力を基に、負荷に応じて前記各能力制御手段を制御し
   、かつ、負荷低下時に、前記圧縮冷凍サイクル（Ｃ）の
   能力制御手段による該圧縮冷凍サイクル（Ｃ）の冷凍能
   力減少を自然循環式冷凍サイクル（Ｎ）の能力制御手段
   による該自然循環式冷凍サイクル（Ｎ）の能力減少に対
   して優先させて行う制御手段（２１）を設けたことを特
   徴とする空気調和装置。