JPS6112184B2

JPS6112184B2 -

Info

Publication number: JPS6112184B2
Application number: JP7807881A
Authority: JP
Inventors: Akiji Suwabe
Original assignee: SHINNIPPON KUCHO KK
Current assignee: SHINNIPPON KUCHO KK
Priority date: 1981-05-25
Filing date: 1981-05-25
Publication date: 1986-04-07
Also published as: JPS57192773A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、電子計算機室用などの年間を通して
冷房負荷と再熱用の暖房負荷が同時に発生する空
気調和装置に関する。

従来に、一般にこの種の空気調和装置における
再熱コイル（ヒータ）としては、電気ヒータ、蒸
気ヒータもしくは温水ヒータなどが用いられてい
る。しかし、こうした方式では外部から大量の熱
源を必要とするものであるから、その運転費はか
なり膨大なものとなる。近年、空気調和装置外部
から排熱を利用する方式も開発されてはいるが、
空気調和装置との組合せに当つて運転上、あるい
は制御などの点で複雑な点が多い。一方、たとえ
ば実公昭53−28285号公報記載のように、コンデ
ンサーから外気に放出していた冷凍機の排熱を冷
却塔と組合せた水冷コンデンサーを経て温水ヒー
タの熱源とすることも行なわれているが、冷却塔
の使用および屋外配管を使用せざるを得ないた
め、冷却水の水質に起因する管内の腐食、冬期の
外気温度の低下による冷却水の凍結、降雪による
冷却塔の機能低下、地震時における補給水の入手
困難等、保守、運転管理上のみならず、経済的に
も技術的にも困難な問題が多い。

そこで、本発明者は、実開昭55−130168号公報
記載のように、冷凍機からの高圧ガス冷媒を水冷
コンデンサーに通し、この水冷コンデンサーにお
いて熱せられた温水を再熱コイルの熱源とし、ま
た高圧ガス冷媒は空冷コンデンサーに導き、凝縮
した高圧液冷媒と前記水冷コンデンサーからの高
圧液冷媒と合流させた後、空気冷却器に与える方
式を創案し、冷凍機自体の排熱を有効に利用する
とともに、従来の水配管上の難点を一挙に解決し
た。

ところが、水冷コンデンサーと空冷コンデンサ
ーの設置高さが異なることと、２つのコンデンサ
ーの凝縮圧力がそれぞれ異なることとが原因し
て、冷媒の循環が円滑に行かず、冷凍能力の極端
な低下、もしくは冷凍サイクルの停止が発生する
問題があり、このような方式は実用化が困難であ
るとされていた。

本発明は前記問題点を解決したもので、主たる
特徴とするところは、第１に水冷コンデンサーと
空冷コンデンサーとの設置レベル差等に基づく液
冷媒の圧力差を考慮して差圧制御弁を設けた点、
第２に水冷コンデンサーの出口冷却水温度を制御
して高精度の空気加熱を行うために空冷コンデン
サーの凝縮圧力を制御する制御装置を設けた点に
ある。

以下本発明を図面に示す具体例によつてその作
用とともに説明する。

符号１はパツケージＰ内に設けられた冷凍機、
２は水冷コンデンサー、３は水冷コンデンサー２
よりＨｍ高位に配設された空冷コンデンサー、４
は空気冷却器、５は空気加熱器である。

冷凍機１より吐出された高圧ガス冷媒は、管路
６および逆止弁７を通り分流点８に至り、２つの
方向に分流する。一方は管路９、差圧制御弁１
０、管路１１、止弁１２および管路１３を通り、
空冷コンデンサー３に至る。他方は管路１４を通
り、並列の第１電磁弁１５および第２電磁弁１６
を通り水冷コンデンサー２に至る。また空冷コン
デンサー３で凝縮した高圧液冷媒は、管路１７、
止弁１８および逆止弁１９を通り合流点２０に至
り、他方水冷コンデンサー２で凝縮した高圧液冷
媒も管路２１および逆止弁２２を通り合流点２０
に至る。

かくして、合流点２０において合流した高圧液
冷媒は、管路２３、ドライヤーストレーナー２
４、管路２５および電磁弁２６を通り膨張弁２７
に達し、そこで膨張した後、空気冷却器４の内部
で蒸発し、低圧ガス冷媒となり、管路２８、蒸発
圧力制御弁２９および管路３０を通り、冷凍機１
に戻る。

通常、空冷コンデンサー３は水冷コンデンサー
２より高位置に設置される。そして、合流点２０
の直前の冷媒圧力Pa，Pwは、各コンデンサーの
設置高さの差異に起因する静水頭の差異、各コン
デンサーの液冷媒管の差異に起因する配管抵抗の
差異、ならびに各コンデンサーの凝縮圧力の差異
などの要因により異なる。この相異のままだと、
合流点２０手前の冷媒圧力の低い側のコンデンサ
ー内部に冷媒が溜り込み、最終的に系全体の冷媒
の分布バランスが失なわれ、冷凍機の運転が不可
能となる。たとえば、Pw＞Paで、冷媒圧力の低
い側のコンデンサー、すなわち空冷コンデンサー
３に液冷媒が溜り込み空冷コンデンサー３が機能
しなくなると、空気冷却器４への冷媒供給量が少
くなり、冷凍機１の吸入圧力が低下し冷凍機１が
停止することすらある。他方、Pw＜Paの場合
は、水冷コンデンサー２に液冷媒が溜り込み水冷
コンデンサー２が機能しなくなり、温水が製造で
きず、加熱能力が極端に不足することになる。

ところで、上述のPaおよびPwは次式で表わさ
れる。

Pa＝CTa＋｛（ｈ＋Ｈ）×γ｝−△Pa ……(1) Pw＝CTw＋（ｈ×γ）−△Pw ………(2) ここで、 Pa：空冷コンデンサーから冷媒の合流点２０直
前の圧力（Kg/cm²） Pw：水冷コンデンサーから冷媒の合流点２０直
前の圧力（Kg/cm²） CTa：空冷コンデンサーの凝縮圧力（Kg/cm²） CTw：水冷コンデンサーの凝縮圧力（Kg/cm²）ｈ：混合点２０よりの水冷コンデンサーの高さ
（ｍ）Ｈ：水冷コンデンサーよりの空冷コンデンサーの
高さ（ｍ） γ：液冷媒の１ｍ当りの圧力（Kg/cm²・m） △Pa：空冷コンデンサーより合流点２０までの
抵抗損失（Kg/cm²） △Pw：水冷コンデンサーより合流点２０までの
抵抗損失（Kg/cm²）そして、合流点２０において、２つのコンデン
サーよりの液冷媒が混合合流するためには、Pa
＝Pwである必要がある。よつて(3)式の必要があ
る。

CTw＋ｈγ−△Pw＝CTa＋ｈγ＋Ｈγ−△Pa CTw＝CTa＋Ｈγ＋△Pw−△Pa ………(3) また、ここで△Pwおよび△Paは、CTwおよび
CTaに比較し、値が小さいので配管抵抗を無視す
れば、上記(3)式は、(4)式として表わすことができ
る。

CTw＝CTa＋Ｈγ ………(4) この(4)式から、水冷コンデンサー２の凝縮圧力
CTwを、空冷コンデンサー３の凝縮圧力より、
各コンデンサーの設置高さの差によつて生ずる静
水頭Ｈγだけ昇圧すればよいことが判明する。こ
のために、本発明においては、差圧制御弁１０を
設けてあり、静水頭Ｈγ分を昇圧して(4)式を満す
ようにしており、合流点２０において各液冷媒が
確実に混合合流するようにしてある。

次に高圧ガス冷媒の排熱を利用した空気加熱回
路について説明すると、冷却水循環ポンプ３１に
よつて加圧された冷却水は、管路３２を通り水冷
コンデンサー２に至る。このコンデンサー２の内
部で高圧ガス冷媒より熱を吸収し、温水となり、
管路３３、接続具３６ａおよび管路３４を通り、
空気加熱器５に至る。そして空気加熱器５におい
て、空気流Ａを加熱する。空気加熱器５を通つた
冷却水は、管路３５、３方電動弁３６、密閉膨張
タンク３７の接続具３７ａを通り、循環ポンプ３
１に吸入される。３８は空気流Ａの温度に対する
サーモスタツトで、空気流Ａの温度を３方電動弁
３６の操作を介して制御している。

ところで、空気加熱器５で空気を加熱する際
に、空気流Ａの空気温度の制御精度を高めるため
には、空気加熱器５の入口温水温度、すなわち水
冷コンデンサー２の出口冷却水温度を一定に制御
する必要がある。前述のように、水冷コンデンサ
ー２の凝縮圧力CTwは(4)式で表わされるから、
空冷コンデンサー３の凝縮圧力CTaを一定に保持
するならば、CTwも一定となる。したがつて、
水冷コンデンサー２の内部の冷媒の凝縮温度も、
その圧力に対応する飽和温度となり一定となる。
そして、水冷コンデンサー２の内部で一定温度に
おいて凝縮しており、冷媒に管壁を介して接触し
ている冷却水はある温度範囲内において一定とな
る。この温度範囲は、加熱負荷、水冷コンデンサ
ー２への入口冷却水温度、水量および凝縮温度が
一定とすれば、水冷コンデンサー２の容量によつ
て定まる。したがつて、たとえば、水冷コンデン
サー２の凝縮温度が40℃のときに、最大加熱負荷
時において35℃の温水が得られるように、空気加
熱器５、冷却水量、および水冷コンデンサー２を
選定すればよい。また、加熱負荷の減少に対して
は、水冷コンデンサー２の出口冷却水温度を一定
に保持するために、サーモスタツト３９を設け、
電磁弁１５，１６を台数制御して、水冷コンデン
サー２へ流入する高圧ガス冷媒量を段階的に加減
するようにすればよい。

以上の説明によつて明らかであるように、空冷
コンデンサー３の凝縮圧力CTaは一定である必要
がある。すなわち、年間を通しての外気温変化、
および空冷コンデンサー３の凝縮量の変化に対し
て所定の凝縮圧力を保持する必要がある。通常、
外気温を零下20℃よりプラス45℃の範囲、凝縮負
荷の変動巾は100％〜10％の範囲を考えて設計す
ればよい。

かかる要請に適い、空気流Ａの空気温度の制御
精度を高めることを目的として水冷コンデンサー
２出口冷却水温度を一定に制御するために、空冷
コンデンサー３の凝縮圧力を一定に制御するため
の凝縮圧力制御装置は次のような構成である。

実施例での空冷コンデンサー３は、間仕切４
０，４１により３室に区分され、各室に電動機直
結のプロペラフアン４２，４３，４４が設けられ
ている。空冷コンデンサー３の能力は、風量おに
よびその凝縮圧力を一定とすれば、凝縮温度と入
口空気温度の差に正比例する特性があり、そこで
サーモスタツト４５により外気温度（＝入口空気
温度）に応じてフアン４３，４４を台数制御する
ことにより、空冷コンデンサー３の能力を一定に
保持している。ここで、立上り運転時を除き、定
常運転中は常時運転しておく。

またフアン４２，４３，４４の吐出側には風量
制御装置４６，４７，４８が設けられており、こ
れらは内部に設けられたサーモスタツト４９によ
り空冷コンデンサー３のコイル内部の常に凝縮し
ている点の冷媒温度が検出され、これに基づいて
電動モータ５０により開閉され、風向Ｂなる風量
を制御することにより空冷コンデンサー３の凝縮
温度、すなわち凝縮圧力が制御されるようになつ
ている。ここで、本発明にかかる空気調和装置
は、前述のように外気温−20℃〜＋45℃、凝縮負
荷100％〜10％の範囲内で、かつ凝縮圧力を一定
に保持させようとするものであるため、通常のボ
リユームダンパーでは不適当であり、風量制御装
置４６，４７，４８はその開度に応じて100％〜
０％まで無段階に風量を変化させる構造とすべき
である。なお、５２はチヤージ弁である。

次に冬期、室内の暖房負荷における始動時の立
上り運転方法の説明をする。一般に電子計算機室
を対象とする場合、電子計算機の停止時は、冬期
においては、室内は暖房負荷となつている。室内
温度を約16℃まで上昇させてから、電子計算機を
パワーオンし、以後室内を冷房負荷に変えてい
る。

本発明の加熱装置は、前記のように高圧ガス冷
媒より、水冷コンデンサー２を介して温水を取り
出しているため、立上りに際し、速かに所定温度
の温水を取り出すよう、凝縮圧力を速かに所定圧
力以上に昇圧させる必要がある。しかし、外気温
度が低い場合、空冷コンデンサー３全体は、外気
温と同じ温度に冷却されていることと、室内が暖
房負荷のため、パツケージ内部の空気冷却器４に
負荷がかからないため、通常の方法では所定の凝
縮圧力に昇圧せず、所定温水が得られないため、
電子計算機のパワーオン条件である室内温度が得
られない。その結果、立上り不能となる。

そこで次のような操作を採る。すなわち立上り
の際、フアン４３，４４をサーモスタツト４５に
より自動停止させておき、フアン４２は圧力スイ
ツチ５１により自動停止にし、風量制御装置４
６，４７，４８をサーモスタツト４９および電動
モータ５０により全閉としておく。これによつて
空冷コンデンサー３の凝縮圧力は速かに上昇し、
所定の圧力に達するようになる。その結果、水冷
コンデンサー２の凝縮圧力も所定の圧力に達す
る。したがつて、水冷コンデンサー２からの出口
冷却水温度は所定温度に上昇し、加熱器５が働
き、室内の温度が速かに16℃まで昇温する。な
お、空冷コンデンサー３の凝縮圧力が所定圧力に
達すると、圧力スイツチ５１が動作し、フアン４
２が運転し始め、立上り運転終了の指令が発生せ
られ、以後定常運転に入る。

ところで、上記例は空冷コンデンサーをたとえ
ば屋上に設置する例であるが、本発明では水平方
向に遠方である場合及び下方方向の遠方である場
合も含む。

以上の通り、本発明は、従来の直列接続方式と
異なり水冷コンデンサーと空冷コンデンサーとを
並列接続するに当り、差圧制御弁を設けたので、
確実に各コンデンサーからの液冷媒を混合合流で
き、したがつて冷凍機の円滑な運転を行うことが
できる。また冷却水回路の温度制御に当つて、空
冷コンデンサーの凝縮圧力（温度）を制御するか
ら、精度の高い空気加熱を行うことができる。

なお、空冷コンデンサーの凝縮圧力の制御とと
もに、冷却水より熱を吸収する加熱負荷の変動に
対して、高圧ガス冷媒量を制御弁１５，１６等に
より制御すると一層高精度の制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明装置の一例を示すフロー図であ
る。１……冷凍機、２……水冷コンデンサー、３…
…空冷コンデンサー、４……空気冷却機、５……
空気加熱器、８……分流点、１０……差圧制御
弁、２０……合流点。

Claims

【特許請求の範囲】

１冷凍機と、これから吐出された高圧ガス冷媒
が供給される水冷コンデンサーと、これと並列に
配されかつ遠方位置に配された空冷コンデンサー
と、前記水冷コンデンサーおよび空冷コンデンサ
ーにおいて凝縮した高圧液冷媒を合流させながら
空気冷却器を介して冷凍機へ戻す冷媒循環手段と
をそなえた空気調和装置であつて、前記高圧液冷
媒の合流点において水冷コンデンサー側の高圧液
冷媒圧力と空冷コンデンサー側の高圧液冷媒圧力
とを等しくするよう作動するように冷凍機から水
冷コンデンサーおよび空冷コンデンサーへの高圧
ガス冷媒系統の分流点以後の空冷コンデンサーへ
の高圧ガス冷媒系統に設けられた差圧制御弁と、
前記水冷コンデンサーにおいて、冷却水が温水化
され、この温水が空気加熱器に通される冷却水回
路と、空冷コンデンサーの凝縮圧力制御装置とを
設けたことを特徴とする空気調和装置。