JPH01219436A - ビル空調システム - 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、ビル空調システムに係り、特にその熱搬送系
に重力式ヒートパイプを用いて冷房及び暖房の両方を行
うシステムに関するものである。

【従来技術】

上述のごとき熱搬送系に重力式ヒートパイプを用いて冷
房及び暖房の両方を行うビル空調システムに関する発明
について、本件出願人は既に出願済み（特願昭６１−２
６４３０９号）であるが、この既出願のビル空調システ
ムでは冷房回路及び暖房回路が夫々独立して構成されて
いる。即ち、冷房回路を構成する重力式ヒートパイプと
暖房回路を構成する重力式ヒートパイプとは、その冷媒
循環経路に関しては共有する部分を持っておらず、従っ
て冷房回路には冷房負荷に応じた量の冷媒が、暖房回路
には暖房負荷に応じた量の冷媒が封入されるべきもので
ある。

【発明が解決しようとする課題】

一般に、暖房のピーク負荷は冷房のピーク負荷の約６５
％程度であり、通常の暖房用装置の発熱量は冷房用装置
の冷却能力の６５％程度に設定されるものである。従っ
て上述のような構成のビル空調システムにあっては、冷
房回路に１００の冷媒が封入されるとすれば、暖房回路
には約６５の冷媒が封入されることになり、その合計量
としては約１６５の冷媒量を必要とすることになる。 併し乍ら、冷媒が最大限使用されたとしても冷房のピー
ク負荷時における運転のときだけであり、その量にして
全冷媒量の凡そ６０％程度（１００／１６５）だけであ
る。残りの約４０％の冷媒は暖房回路内で全く熱搬送に
は供さない。さらに暖房運転の場合に至っては、全冷媒
量の凡そ４０％弱（６５／１６５）の冷媒が利用される
だけである。このように、実際に封入されている冷媒の
総量は多いにも拘わらず、その運転時に必要な冷媒量は
せいぜい６０％止まりであり、無駄な冷媒を用いなけれ
ばならない。 また、特に暖房運転の場合には、その立ち上がり運転時
における負荷が極めて大きいため、−時的にでも熱交換
効率を高めてやれることが望ましいが、空調ユニット内
の熱交換器が一般的な構成である場合には、送風機の回
転数を高めるぐらいしかその手段は考えられない。 本発明は、上述のごとき従来技術の課題に鑑み、これら
を有効に解決すべく創案されたものである。 従ってその目的は、重力式ヒートパイプをその熱搬送系
に用いたビル空調システムにおいて、無駄な冷媒の封入
をなくし、最小限必要なだけの冷媒封入量で冷暖房運転
が可能であり、また、暖房の立ち上がり運転時には熱交
換効率を一時的に高められるシステムを提供することに
ある。

【課題を解決するための手段】

本発明に係るビル空調システムは、従来技術の課題を解
決し、その目的を達成するために以下のように構成され
ている。 即ち、建物の高所に冷熱源装置側熱交換器として設置さ
れる第１凝縮器と、上記第１凝縮器よりも低所の建物内
に設置された空調ユニット内の熱負荷側熱交換器として
の第１蒸発器との間を、第１冷媒液管及び第１冷媒ガス
管によって往復に連結して冷房回路を形成し、且つ上記
進物の低所に温熱源装置側熱交換器として設置される第
２蒸発器と、上記空調ユニット内の熱負荷側熱交換器と
しての第２凝縮器との間を、第２冷媒液管及び第２冷媒
ガス管によって往復に連結して暖房回路を形成し、さら
に上記第１及び第２冷媒液管の間に第１開閉弁を介設し
、同様に上記第１及び第２冷媒ガス管の間に第２開閉弁
を介設して、夫々の間を開閉可能に連結し、上記冷房回
路および暖房回路に、合計量が冷房のピーク負荷に大略
相当する量の冷媒を封入して構成されている。ここで「
大略相当する量」とは、暖房回路から冷房回路へ冷媒が
移動する際に、暖房回路の容積や配管形状に応じてその
回路内に冷媒がガスとなって残存してしまう分があって
も、冷房回路内には冷房のピーク負荷を十分に賄える量
の冷媒が回収される量を意味して「大略」と記述してい
るものである。 また、上記第１冷媒ガス管における、上記第２開閉弁か
ら上記空調ユニットへ至る管路と上記第１凝縮器へ至る
管路との最上位の分岐部分と、上記第１凝縮器の冷媒ガ
ス流入口との間、もしくは上記第１冷媒液管における、
該第１凝縮器から上記第１開閉弁へ至る管路と上記空調
ユニットへ至る管路との最上位の分岐部分と、上記第１
凝縮器の冷媒液流出口との間、の少なくともいずれか一
方に第３開閉弁が介設されてもよい。

【作用】

本発明に係るビル空調システムによれば、第１゜第２開
閉弁の切り替え開閉操作によって冷房運転及び暖房運転
の切り替えが行なわれる。また、第３開閉弁の切り替え
開閉操作とも組み合わせることによって、暖房の定常運
転と立ち上がり運転の切り替えも行なわれる。 まず、冷房運転から暖房運転に切り替えられるとき、第
２開閉弁が閉じられ、第１開閉弁が開かれることによっ
て、冷房回路内の冷媒が第１開閉弁を介して暖房回路内
へ流入する。この場合の冷媒移動は殆ど重力によって流
下する。その流入量は、少なくとも暖房のピーク負荷に
相当する量である。冷媒移動が終了すれば第１開閉弁は
再び閉じられて暖房回路と冷房回路は互いに分離独立す
る。 暖房運転から冷房運転に切り替えられるとき、第１開閉
弁が閉じられるとともに第２開閉弁が開かれ、第２蒸発
器内の冷媒が総て気化されるまで熱交換が行われること
によって、暖房回路内の殆どの冷媒が第２ガス管から第
２開閉弁を介して冷房回路へ回収される。冷媒回収が終
了すれば第２開閉弁は再び閉じられて冷房回路と暖房回
路は互いに分離独立する。 暖房の立ち上がり運転時には、冷媒が暖房回路内にある
状態で第１．第２開閉弁共に開かれ、且つ第３開閉弁が
閉じられる。通常の暖房回路の他に、冷媒が第２蒸発器
から順に第２ガス管、第２開閉弁、第１ガス管、第１蒸
発器、第１液管、第１開閉弁、第２受液器を経て再び第
２蒸発器へ戻って来るという第２の暖房回路とも言うべ
き冷房回路の一部を利用した冷媒自然循環経路が形成さ
れる。

【実施例】

以下に本発明の好適な一実施例について、第１図及び第
２図を参照して説明する。第１図は本発明のビル空調シ
ステムに係る一実施例の概略構成を示す模式図である。 この図において建物の構成は図示していないが図の上側
が建物の高所側を示しており、各構成はそれらの設置位
置が高さ関係において規定されている。即ち、最も高い
位置には冷房回路１の放熱側熱交換器としての第１凝縮
器３が設置され、最も低い位置には暖房回路２の吸熱側
熱交換器としての第２蒸発器６が設置されている。また
、これら第１凝縮器３と第２蒸発器６の間の高さ位置に
は、冷房回路ｌの吸熱側熱交換器としての第１蒸発器４
及び暖房回路の放熱側熱交換器としての第２凝縮器５を
内蔵する空調ユニット７が、各階に群をなして設置され
ている。 冷房回路ｌとしては、第１凝縮器３と第１蒸発器４との
間が第１冷媒液管（以下、単に第１液管と称す）及び第
１冷媒ガス管（以下、単に第１ガス管と称す）によって
往復に連結されている。また、暖房回路２としては、第
２蒸発器６と第２凝縮器５との間が第２冷媒液管（以下
、単に第２液管と称す）及び第２冷媒ガス管（以下、単
に第２ガス管と称す）によって往復に連結されている。 第１液管８と第２液管１０とは夫々の縦管部分で第１開
閉弁１３を介設して連結されており、第１ガス管９と第
２ガス管１１と６夫々の縦管部分で第２開閉弁１４を介
設して連結されている。これら冷房回路！及び暖房回路
２には、両回路で合計が冷房負荷に大略相当する量め冷
媒が封入されている。 第１凝縮器３の冷媒ガス入口側及び冷媒液出口側には夫
々に第３．第４開閉弁１５．１６が介設されている。こ
の第３．第４開閉弁１５．１６は、第１ガス管９におけ
る、第２開閉弁１４がら空調ユニット７へ至る管路と第
１凝縮器３へ至る管路との最上位の分岐部分Ｐ、と、第
１凝縮器３の冷媒ガス流入口２９との間、もしくは第１
液管８における、第１凝縮器３から第１開閉弁１３へ至
る管路と空調ユニット７へ至る管路との最上位の分岐部
分Ｐ、と、第１凝縮器３の冷媒液流出口３ｏとの間、の
少なくともいずれか一方に介設される第３開閉弁に相当
している。また、第１液管８の第４開閉弁１６の直ぐ下
流側には第１受液器１９が介設されている。一方、第２
蒸発器６の冷媒液入口側には、第１流量制御弁２１か介
設されており、冷媒ガス出口側には第５開閉弁１７が介
設されている。また、第２液管１０に介設されている第
１流量制御弁２１よりも直ぐ上流側には、第２蒸発器６
よりも高い位置に第２受液器２０が介設され、さらにこ
の第２受液器２０の直ぐ上流側には第６開閉弁１８が介
設されている。第２蒸発器６には、その内部での冷媒液
位を適正に保つため、液位制御手段としての液面検知ス
イッチ２２が取り付けられており、この液面検知スイッ
チ２２からの信号によって上記第１流量制御弁２１が開
閉されるようにこれらの間が電気的に接続されている。 各空調ユニット７はその主な構成として、第２図に示す
ように、冷房用熱交換器としての第１蒸発器４．暖房用
熱交換器としての第２凝縮器５並びに送風機２３と、さ
らにこの送風機２３へ吸入される還流室内空気の温度を
検知するサーミスタ２４とを内蔵している。その他には
、第１蒸発器４の冷媒液入口側、及び第２凝縮器５の冷
媒ガス入口側の夫々に第２．第３流量制御弁２５．２６
が介設され、特に第１蒸発器４には液位検知手段として
の液面検知センサ２７が取り付けられている。 また、サーミスタ２４及び液面検知センサ２７からの各
出力検知信号が入力される制御器２８も設けられている
。制御器２８は、これらの信号に基づいて演算処理を行
い、第２．第３流量制御弁２５．２６の夫々の開度及び
送風機２３の回転数を算出して各流量制御弁２５．２６
及び送風機２３に各開度及び回転数を指示する操作命令
信号を出力する。 以下に、上述のごとく構成されたビル空調システムの作
用について説明する。 まず、重力式ヒートパイプで構成された本実施例の冷暖
房回路１．２では、その内部に封入された冷媒が熱源側
と負荷側との間で熱搬送を行うべく自然循環する。この
自然循環は以下のようにして行なわれる。即ち、冷媒が
凝縮器３．５での熱交換に伴って冷媒ガスから冷媒液に
変化し、その冷媒液が液管８．ＩＯ内を重力によって流
下して蒸発器４，６内に流入し、蒸発器４，６では熱交
換に伴って冷媒液から冷媒ガスに変化し、その冷媒ガス
はガス圧によってガス管９．１　を内を上昇して再び凝
縮器３，５へ戻る。 上述のように自然循環が行なわれる冷暖房回路１．２に
あって、最初に全冷媒が冷房回路１内にある場合を想定
する。この状態で冷房運転が行われる場合には、第１．
第２開閉弁１３．１４が閉じられて冷房回路ｌが暖房回
路２に対して独立分離されている。冷房のピーク負荷に
必要な冷媒量が冷房回路ｌ内に確保されており、その時
の負荷に応じた量の冷媒が冷房回路ｌ内を自然循環する
。 次に、全冷媒が冷房回路１内にあって冷房運転を行って
いた状態から暖房運転に切り替えられる場合には、第１
開閉弁１３が開かれて冷房回路１の第１蒸発器４．第１
受液器１９及び第１液管８等の夫々の中にあった冷媒液
が第１開閉弁１３を経、より低い位置に設置された第２
受液器２０および第２蒸発器６内へ流入する。第２蒸発
器６内での冷媒液位は、液面検知スイッチ２２と第１流
量制御弁２１によって適正に保たれる。この切り替え時
には第１凝縮器３の出入口部に設けられている第３．第
４開閉弁１５．１６が閉じられるが、冷媒の流入量は、
暖房のピーク負荷時に必要な冷媒量、即ち冷房のピーク
負荷に相当する冷媒量の約６５％が少なくとも確保され
ればよく、幾らかは冷房回路１内に残存していてもよい
。尚、このときの第６開閉弁１８は開かれていて冷媒の
流動を阻害しないが、そもそもこの第６開閉弁１８は、
メインテナンス用開閉弁であり、システム運転時は常時
開状態にされている。冷媒の流入が完了した時点で第１
開閉弁１３が閉じられ、通常の暖房運転が可能となる。 暖房運転にあって特にその立ち上がり運転時には、第３
．第４開閉弁１５，１６が共に閉じられ且つ第１．第２
開閉弁１３．１４を共に開くことによって、暖房回路２
内の冷媒を、空調ユニット７内の二つの熱交換器である
第１蒸発器４及び第２凝縮器５へ冷媒ガスとして供給す
ることができる。即ち、通常の暖房運転時における第２
凝縮器５．第２液管１０．第２蒸発器６及び第２ガス管
１１という冷媒自然循環経路の他に、第２蒸発器６から
順に第２ガス管１１．第２開閉弁１４．第１ガス管９．
第１蒸発器４．第１液管８．第１開閉弁１３．第２受液
器２０を経て再び第２蒸発器６へ戻って来るという第２
の暖房回路とも言うべき冷媒自然循環経路が形成される
ことになる。このことによって各空調ユニット７では熱
交換効率が通常の暖房運転時に比べて大略２倍になり、
立ち上がり運転時の高負荷に対応して速く定常運転状態
にすることができる。定常運転に戻す場合には、立ち上
がり運転の状態から第２開閉弁１４のみを最初に閉じれ
ば、第１蒸発器４及び第１液管８内の冷媒が流下し、第
１開閉弁Ｉ３を経て第２受液器２０内へ回収され、大略
回収された後に更に第１開閉弁１３を閉じればよい。 暖房運転を行っていた状態から冷房運転に切り替える場
合には、第１開閉弁１３を閉じた状態で第３．第４開閉
弁１５．１６を開くと共に第２開閉弁１４も開けば、第
２蒸発器６で蒸発気化された冷媒が第２ガス管１１から
第２開閉弁１４．第１ガス管９を経て第１凝縮器３へ回
収され、ここで凝縮されて第１受液器１９及び第１液管
８内に冷媒液が供給される。暖房回路２内の冷媒が大略
回収された後に第２開閉弁１４を閉じて暖房回路２と冷
房回路ｌを分離し、その後、通常の冷房運転を行う。

【効果】

以上の説明より明らかなように、本発明によれば次のご
とき優れた効果が発揮される。 即ち、重力式ヒートバイブによる冷房回路と暖房回路を
その熱搬送系に有するビル空調システムにおいて、その
熱搬送系内に封入される冷媒量を最小限必要量にでき、
更に暖房運転の立ち上がり運転時には熱交換効率を高め
て定常運転状態に至るまでの時間を短縮できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のビル空調システムに係る一実施例の概
略構成を示す模式図、第２図は本実施例における空調ユ
ニットの概略構成を示す模式図である。 ｌ・・・冷房回路、２・・・暖房回路、３・・・第１凝
縮器、４・・・第１蒸発器、５・・・第２凝縮器、６・
・・第２蒸発器、７・・・空調ユニット、８・・・第ｉ
液管、９・・・第１ガス管、１０・・・第２液管、１１
・・・第２ガス管、１３・・・第１開閉弁、１４・・・
第２開閉弁、１５・・・第３開閉弁、１６・・・第４開
閉弁、２９・・・第１凝縮器の冷媒ガス流入口、３０・
・・第１凝縮器の冷媒液流出口、Ｐ、・・・第２開閉弁
から空調ユニットへ至る管路と第１凝縮器へ至る管路と
の最上位の分岐部分、Ｐ、・・・第１凝縮器から第１開
閉弁へ至る管路と空調ユニットへ至る管路との最上位の
分岐部分特　許　出　願　人　　　株式会社竹中工務店
（他１名）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）、建物の高所に冷熱源装置側熱交換器として設置
   される第１凝縮器（３）と、上記第１凝縮器（３）より
   も低所の建物内に設置された空調ユニット（７）内の熱
   負荷側熱交換器としての第１蒸発器（４）との間を、第
   １冷媒液管（８）及び第１冷媒ガス管（９）によって往
   復に連結して冷房回路（１）を形成し、 上記建物の低所に温熱源装置側熱交換器として設置され
   る第２蒸発器（６）と、上記空調ユニット（７）内の熱
   負荷側熱交換器としての第２凝縮器（５）との間を、第
   ２冷媒液管（１０）及び第２冷媒ガス管（１１）によっ
   て往復に連結して暖房回路（２）を形成し、 上記第１及び第２冷媒液管（８、１０）の間に第１開閉
   弁（１３）を介設し、且つ上記第１及び第２冷媒ガス管
   （９、１１）の間に第２開閉弁（１４）を介設して、夫
   々の間を開閉可能に連結し、 上記冷房回路（１）および暖房回路（２）に、合計量が
   冷房のピーク負荷に大略相当する量の冷媒を封入したこ
   とを特徴とするビル空調システム。
2. （２）、上記第１冷媒ガス管（９）における、上記第２
   開閉弁（１４）から上記空調ユニット（７）へ至る管路
   と上記第１凝縮器（３）へ至る管路との最上位の分岐部
   分（Ｐ＿１）と、上記第１凝縮器（３）の冷媒ガス流入
   口（２９）との間、 もしくは上記第１冷媒液管（８）における、該第１凝縮
   器（３）から上記第１開閉弁（１３）へ至る管路と上記
   空調ユニット（７）へ至る管路との最上位の分岐部分（
   Ｐ＿２）と、上記第１凝縮器（３）の冷媒液流出口（３
   ０）との間、の少なくともいずれか一方に第３開閉弁（
   １５）が介設された請求項１記載のビル空調システム。