JP2001227780A - 空調システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】熱源機器と２次側機器とが配管によって直列に
接続されている場合でも、熱源機器を常に効率よく運転
することができる空調システムを提供する。 【解決手段】冷水を循環させる循環経路が形成されるよ
うに、冷凍機１０と空調機２０とが１次側配管１１及び
２次側配管２１によって直列に接続されており、１次側
配管１１及び２次側配管２１には冷水を搬送する１次ポ
ンプ１２及び２次ポンプ２２がそれぞれ設置されている
と共に２次側配管２１には制御弁２３が設置されてい
る。循環経路には、バイパス配管３１ａ、３１ｂ及びこ
れに接続される貯留槽３２からなるバイパス経路が形成
されており、冷凍機１０から送り出される冷水の余剰分
がバイパス配管３１ａを通って貯留槽３２に貯留される
と共に、バイパス配管３１ａ、３１ｂに設置された温度
検出器３３ａ、３３ｂによって検出される冷水温度に基
づいて、冷凍機１０及び１次ポンプ１２の発停制御が行
われるようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、建築物等の冷暖
房に使用される空調システム、特に、冷凍機等の熱源機
器によって生成された冷水等の熱源水を、空調機等の２
次側機器（負荷側機器）に供給することによって建築物
等の冷暖房を行う空調システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】冷凍機等の熱源機器によって生成された
冷水等の熱源水を、空調機等の２次側機器に供給するこ
とによって建築物等の冷暖房を行う空調システムには、
図１０に示すように、熱源機器５１と２次側機器５２と
の間で熱源水を循環させる循環経路が形成されるよう
に、熱源機器５１と２次側機器５２とが１次側配管５３
及び２次側配管５４を介して直列に接続されたものがあ
り、１次側配管５３及び２次側配管５４には、熱源水を
搬送する１次ポンプ５６及び２次ポンプ５７がそれぞれ
設置されている。

【０００３】前記２次側配管５４には、空調室内の温度
に基づいて開閉動作を行うことで、空調室内の温度を設
定温度に保持する制御弁（二方弁）５８が設置されてお
り、空調負荷の変動に応じて２次側機器５２への熱源水
の供給量が変化するようになっている。

【０００４】また、熱源水の循環経路を形成する１次側
配管５３及び２次側配管５４には、バイパス配管５５が
接続されており、上述したような空調負荷変動等によっ
て、１次側配管５３を流れる熱源水の水量が２次側配管
５４を流れる熱源水の水量に比べて大きくなった場合
に、１次側配管５３を流れる熱源水の余剰分がバイパス
配管５５を通って熱源機器５１に戻されるようになって
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うに、熱源機器５１と２次側機器５２とが１次側配管５
３及び２次側配管５４によって直列に接続された空調シ
ステムでは、空調負荷が小さくなって２次側機器５２に
おける熱源水の必要水量が小さくなったときや、２次側
機器が将来増設されることを見込んで、予め大容量の熱
源機器５１を設置した場合には、熱源機器５１自体が容
量制御を行うことによって部分負荷運転を行わなければ
ならず、熱源機器５１を、常時、効率よく運転すること
ができないといった問題がある。

【０００６】こういった問題を解決するために、容量の
小さい複数台の熱源機器を設置し、空調負荷に応じて熱
源機器の台数制御を行うことが一般的に行われている。
しかしながら、例えば、図１１に示すように、小容量の
２台の熱源機器５１が設置されていても、２次側機器５
２が熱源機器５１の１．５台分の熱量を要求している場
合は、熱源機器５１を２台とも運転せざるを得ず、その
場合、いずれか一方または双方の熱源機器５１が部分負
荷運転となるので、上述した問題は基本的に解決されて
いるとはいえない。

【０００７】そこで、この発明の課題は、熱源機器と２
次側機器とが配管によって直列に接続されている場合で
も、熱源機器を常に効率よく運転することができる空調
システムを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段及びその効果】上記の課題
を解決するため、この発明は、熱源機器と負荷側機器と
の間で熱源水を循環させる循環経路と、前記熱源機器に
おける熱源水の必要水量と前記負荷側機器における熱源
水の必要水量との間に差が生じた場合に、両者の差分を
バイパスさせるバイパス経路とを備えた空調システムに
おいて、前記バイパス経路に、熱源水を貯留する貯留槽
を設けたのである。

【０００９】以上のように構成された空調システムで
は、最大負荷時には全負荷運転している熱源機器によっ
て冷却または加熱された熱源水が循環経路を通って直接
負荷側機器に供給されるが、小負荷時には熱源機器によ
って冷却または加熱された熱源水の余剰分がバイパス経
路に設置された貯留槽に徐々に貯留されていくことにな
る。貯留槽はある程度の容量を有しているので、バイパ
ス経路を配管で形成した従来の空調システムのように、
熱源機器から送り出された熱源水がバイパス経路を通っ
て直ちに熱源機器に戻されることがなく、熱源機器によ
って冷却または加熱された熱源水によって貯留槽が充満
されるまでは、小負荷時であっても熱源機器が全負荷運
転することになる。

【００１０】熱源機器から送り出された熱源水によって
貯留槽が充満されると、熱源機器の運転を停止すること
で、貯留槽に貯留された熱源水が負荷側機器に供給され
る。このとき、負荷側機器から送り出された熱源水は熱
源機器に戻されることなく、貯留槽に徐々に貯留されて
いくので、負荷側機器から送り出された熱源水によって
貯留槽が充満されるまでは、熱源機器の運転を完全に停
止することができる。

【００１１】負荷側機器から送り出された熱源水によっ
て貯留槽が充満されると、再び熱源機器を運転し、熱源
機器によって冷却または加熱された熱源水を循環経路を
介して直接負荷側機器に供給する。このとき、熱源機器
から送り出される熱源水の余剰分は、徐々に貯留槽に貯
留される。

【００１２】以上のように、この空調システムでは、熱
源機器から送り出される熱源水の余剰分をバイパス経路
に設置された貯留槽に貯留することによって、小負荷時
であっても全負荷運転させることができるので、熱源機
器を常時最大効率で運転することが可能となる。

【００１３】また、貯留槽に貯留される熱源水は、熱源
機器から送り出される熱源水の余剰分だけであるので、
貯留槽への熱源水の供給量は比較的少なく、供給される
熱源水によって貯留槽に貯留された熱源水の温度分布が
乱されにくい状態となっている。従って、貯留槽には、
熱源機器から送られてくる熱源水と負荷側機器から送ら
れてくる熱源水とがほぼ分離した状態で常に貯留される
ことになり、貯留槽に貯留された熱源機器からの熱源水
を効率よく確実に負荷側機器に供給することができると
いう効果もある。

【００１４】また、上述した熱源機器の発停は、請求項
２に記載の空調システムのように、前記バイパス経路に
おける前記貯留槽の前後を通過する熱源水の温度または
前記貯留槽内の熱源水の温度に基づいて行うことができ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、実施の形態について図面を
参照して説明する。図１に示すように、この空調システ
ム１は、熱源機器である冷凍機１０によって生成された
冷水（熱源水）を、２次側機器（負荷側機器）である空
調機２０に供給することによって建築物の冷房を行うも
のであり、冷凍機１０と空調機２０との間で冷水を循環
させる循環経路が形成されるように、冷凍機１０と空調
機２０とが１次側配管１１及び２次側配管２１によって
直列に接続されている。

【００１６】１次側配管１１及び２次側配管２１には冷
水を搬送する１次ポンプ１２及び２次ポンプ２２がそれ
ぞれ設置されていると共に、２次側配管２１には空調室
内の温度に基づいて開閉動作を行うことで、空調室内の
温度を設定温度に保持する制御弁（二方弁）２３が設置
されており、空調負荷変動に応じて空調機２０への冷水
の供給量が変化するようになっている。

【００１７】また、冷水の循環経路を形成する１次側配
管１１及び２次側配管２１には、空調負荷変動等によっ
て、１次側配管１１を流れる冷水量が２次側配管２１を
流れる冷水量に比べて大きくなった場合に、１次側配管
１１を流れる冷水量の余剰分を冷凍機１０に戻すための
バイパス経路が形成されている。

【００１８】バイパス経路は、１次側配管１１及び２次
側配管２１によって形成される循環経路にそれぞれ接続
されるバイパス配管３１ａ、３１ｂと、このバイパス配
管３１ａ、３１ｂに接続される貯留槽３２とから構成さ
れており、冷凍機１０の冷水出口側において循環経路に
接続されたバイパス配管３１ａが貯留槽３２の下端部
に、空調機２０の冷水出口側において循環経路に接続さ
れたバイパス配管３１ｂが貯留槽３２の上端部にそれぞ
れ開放されている。

【００１９】また、バイパス配管３１ａ、３１ｂには、
バイパス配管３１ａ、３１ｂ内を流れる冷水温度を検出
する温度検出器３３ａ、３３ｂがそれぞれ設置されてお
り、この温度検出器３３ａ、３３ｂによって検出される
冷水温度に基づいて、冷凍機１０及び１次ポンプ１２の
発停制御が行われるようになっている。

【００２０】以上のように構成された空調システム１の
運転状態について以下に説明する。まず、最大空調負荷
時には、図２に示すように、冷凍機１０が全負荷運転す
ることによって生成された所定温度（例えば、７℃）の
冷水が、１次側配管１１及び２次側配管２１によって形
成される循環経路を通って空調機２０に直接供給され、
空調機２０のコイルで熱交換されることで昇温した冷水
が冷凍機１０に戻されることになる。従って、このとき
は、バイパス経路に冷水が供給されることはない。

【００２１】空調負荷が小さくなると、制御弁２３が絞
られることによって空調機２０へ供給される冷水量が少
なくなるので、図３に示すように、冷凍機１０から送り
出される所定温度の冷水の余剰分が、バイパス配管３１
ａを通って貯留槽３２に徐々に貯留されていくことにな
る。貯留槽３２はある程度の容量を有しているので、冷
凍機１０から送り出された所定温度の冷水がバイパス配
管３１ｂを通って直ちに冷凍機１０に戻されることはな
く、冷凍機１０から送り出された所定温度の冷水によっ
て貯留槽３２が充満されるまでは、小負荷時であっても
冷凍機１０が全負荷運転を行うことになる。

【００２２】冷凍機１０から送り出された所定温度の冷
水によって貯留槽３２が充満された後は、所定温度の冷
水がバイパス配管３１ｂを通って循環経路に送り出され
ることになるので、温度検出器３３ｂによってバイパス
配管３１ｂ内の冷水温度を検出することによって、貯留
槽３２が所定温度の冷水によって充満されているか否か
を判断することができ、図４に示すように、所定温度の
冷水によって貯留槽３２が充満された時点で、冷凍機１
０及び１次ポンプ１２の運転が強制的に停止される。

【００２３】冷凍機１０及び１次ポンプ１２の運転が停
止されると、図４に示すように、貯留槽３２に貯留され
た所定温度の冷水が、バイパス配管３１ａ及び２次側配
管２１を通って空調機２０に供給され、空調機２０にお
いて熱交換されることで昇温された冷水は冷凍機１０に
戻されることなく、図５に示すように、貯留槽３２に徐
々に貯留されていくことになる。従って、空調機２０に
おいて熱交換された冷水によって貯留槽３２が充満され
るまでの間は、冷凍機１０の運転を停止した状態が維持
されることになる。

【００２４】空調機２０において熱交換された冷水によ
って貯留槽３２が充満された後は、貯留槽３２に貯留さ
れた冷水がバイパス配管３１ａを通って循環経路に送り
出されることになるので、温度検出器３３ａによってバ
イパス配管３１ａ内の冷水の温度を検出することで、貯
留槽３２が空調機２０において昇温された冷水によって
充満されているか否かを判断することができ、図６に示
すように、空調機２０において昇温された冷水によって
貯留槽３２が充満された時点で、冷凍機１０及び１次ポ
ンプ１２の運転を再開し、冷凍機１０によって冷却され
た所定温度の冷水を循環経路を介して直接空調機２０に
供給する。このとき、冷凍機１０から送り出される冷水
の余剰分は、再び、貯留槽３２に徐々に貯留されること
になる。

【００２５】以上のように、この空調システム１では、
空調負荷が小さくなったときに冷凍機１０から送り出さ
れる冷水の余剰分を、バイパス経路に設置された貯留槽
３２に貯留することによって、小負荷時であっても冷凍
機１０を全負荷運転させることができ、しかも、冷凍機
１０から送り出される冷水の余剰分によって貯留槽３２
が充満された後は、貯留槽３２に貯留された冷水を空調
機２０に供給することで、冷凍機１０の運転を一定時間
完全に停止させることができるので、冷凍機１０を常
時、高効率で運転することが可能となる。従って、この
空調システム１を採用した場合、従来の空調システムの
ように、容量制御が可能な高価な冷凍機を設置する必要
がなく、ＯＮ・ＯＦＦ制御のみの廉価な冷凍機を設置す
ればよいので、イニシャルコストの低減を図ることがで
きるという効果もある。

【００２６】また、空調機等の２次側機器が将来増設さ
れることを見込んで予め大容量の冷凍機を設置している
場合のように、冷凍機によって生成される熱量が２次側
機器の要求熱量より常時大きくなるような状態で冷凍機
を運転しなければならないような場合でも、本発明の空
調システムを採用することによって、２次側機器が増設
されるまでの間においても、冷凍機を効率よく運転する
ことができる。

【００２７】また、貯留槽３２に貯留される冷水は、冷
凍機１０から送り出される冷水の余剰分だけであるの
で、貯留槽３２への冷水供給量は比較的少なく、供給さ
れる冷水によって貯留槽３２に貯留されている冷水の温
度分布が乱されにくい状態となっている。従って、貯留
槽３２内は、冷凍機１０から送られてくる低温の冷水と
空調機２０から送られてくる高温の冷水とがほぼ分離し
た状態で貯留されることになり、貯留槽３２に貯留され
た低温の冷水を効率よく確実に空調機２０に供給するこ
とができるという効果がある。

【００２８】なお、上述した実施形態は、循環経路内に
１台の冷凍機１０及び１台の１次ポンプ１２を設置した
ものであるが、容量の小さい複数台の冷凍機及び１次ポ
ンプを並列的に設置し、これらの冷凍機の台数制御を行
うことも可能である。例えば、図７に示すように、２台
の冷凍機１０ａ、１０ｂ及び２台の１次ポンプ１２ａ、
１２ｂを循環経路内に並列的に設置しておくと、貯留槽
３２内に所定温度（例えば、７℃）の冷水が貯留されて
いる状態において、空調機２０が冷凍機の１．５台分の
熱量を要求している場合でも、従来の空調システムのよ
うに、２台の冷凍機を運転する必要はなく、冷凍機の
０．５台分の熱量については、貯留槽３２に貯留された
冷水を空調機２０に供給することによって、一方の冷凍
機１０ｂの運転を停止することができる。

【００２９】また、複数台の冷凍機を並列に設置した従
来の空調システムでは、空調機前後の冷水温度差と空調
機に供給されている冷水量とから空調負荷を算出しなが
ら、この空調負荷に応じて冷凍機の発停を行うのが一般
的であるので、能力の異なる複数台の冷凍機を設置した
場合、例えば、冷凍機１(100RT)、冷凍機２(150RT)、冷
凍機３(200RT)の３台の冷凍機をを設置した場合は、図
９（ａ）、（ｂ）に示すように、各冷凍機１〜３の発停
順序を予め設定しておき、この発停順序に従って、算出
された空調負荷に応じた冷凍機１〜３の発停を行わなけ
ればならない。このため、最初に起動する冷凍機１が最
も運転時間が長くなるというように、各冷凍機１〜３間
で運転時間にバラツキが生じ、各冷凍機１〜３を均一に
運転させることができないといった問題がある。

【００３０】これに対して、上述した空調システム１で
は、貯留槽３２内を低温の冷水が充満した時点で冷凍機
を１台停止し、貯留槽３２内を高温の冷水が充満した時
点で冷凍機を１台追加するといった具合に、貯留槽３２
に貯留された冷水量に基づいて冷凍機の台数制御を行え
ばよいので、空調負荷や各冷凍機の定格能力を全く考慮
することなく冷凍機の発停を任意に行うことができる。
従って、各冷凍機の運転時間を積算しておき、それぞれ
の運転時間が略均一になるように、各冷凍機の発停を行
うことにより、設置される各冷凍機の定格能力が異なる
場合であっても、各冷凍機を同じように運転することが
可能となる。

【００３１】また、空調負荷に応じて冷凍機の台数制御
を行わない上述した空調システム１では、経年変化によ
って冷凍機の定格能力が低下したような場合でも、冷凍
機の能力低下が冷凍機の台数制御に影響を与えることが
なく、常に、精度良く台数制御を行うことができるとい
う利点もある。

【００３２】また、上述した各実施形態では、バイパス
配管３１ａ、３１ｂ内における冷水温度を検出すること
で、冷凍機１０、１０ａ、１０ｂの発停制御を行うよう
にしているが、これに限定されるものではなく、貯留槽
３２の上部及び下部における冷水温度を検出することに
よって、冷凍機１０、１０ａ、１０ｂの発停制御を行う
ことも可能である。

【００３３】また、上述した各実施形態では、冷凍機１
０、１０ａ、１０ｂによって生成された低温の冷水によ
って貯留槽３２が完全に充満された時点で冷凍機１０、
１０ａ、１０ｂの運転を停止するようにしているが、こ
れに限定されるものではなく、上述したように、貯留槽
３２内の冷水温度を検出することによって、冷凍機１
０、１０ａ、１０ｂによって生成された低温の冷水によ
って貯留槽３２が略充満（例えば、８０％〜９０％程
度）された時点で、冷凍機１０、１０ａ、１０ｂの運転
を停止することも可能である。但し、貯留槽３２に貯留
された冷水の貯留量が少ない状態で、冷凍機１０、１０
ａ、１０ｂの運転を停止すると、短時間で冷凍機１０、
１０ａ、１０ｂの運転を再開しなければならず、冷凍機
１０、１０ａ、１０ｂの発停間隔が短くなるので、でき
るだけ多量の冷水が貯留槽３２に貯留された時点で、冷
凍機１０、１０ａ、１０ｂの運転を停止することが望ま
しい。従って、かかる観点から、貯留槽３２についても
可能な限り大容量のものを設置しておくことが望まし
い。

【００３４】また、上述した各実施形態は、いずれも冷
凍機１０、１０ａ、１０ｂを用いた冷房システムである
が、これに限定されるものではなく、ボイラー、冷温水
発生器、ヒートポンプチラー等の熱源機器を設置するこ
とによって、暖房システムについて適用することも可能
である。但し、暖房システムの場合は、熱源機器の温水
出口側において循環経路に接続されたバイパス配管を貯
留槽の上部側に、空調機等の２次側機器の温水出口側に
おいて循環経路に接続されたバイパス配管を貯留槽の下
部側にそれぞれ接続しておく必要があることはいうまで
もない。

【００３５】また、上述した各実施形態では、クローズ
配管系について説明したが、これに限定されるものでは
なく、図８に示すように、オープン配管系についても適
用することができることはいうまでもない。なお、図８
における符号２１ａはエア抜き装置、符号２１ｂは逆止
弁を示している。

【００３６】また、上述した各実施形態では、熱源機器
を有する１次側が定流量の場合について説明したが、本
発明の空調システムは、変流量による出口温度制御を行
う熱源機器を使用する場合、即ち、熱源水の１次側流量
を変化させることによって、熱源水の熱源機器の出口温
度を制御する場合についても適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる空調システムの一実施形態を
示す概略構成図である。

【図２】同上の空調システムにおける運転状態を示す図
である。

【図３】同上の空調システムにおける運転状態を示す図
である。

【図４】同上の空調システムにおける運転状態を示す図
である。

【図５】同上の空調システムにおける運転状態を示す図
である。

【図６】同上の空調システムにおける運転状態を示す図
である。

【図７】他の実施形態である空調システムを示す概略構
成図である。

【図８】他の実施形態である空調システムを示す概略構
成図である。

【図９】（ａ）、（ｂ）は従来の空調システムにおける
冷凍機の台数制御を説明するための説明図である。

【図１０】従来の空調システムを示す概略構成図であ
る。

【図１１】従来の他の空調システムを示す概略構成図で
ある。

【符号の説明】

１ 空調システム １０、１０ａ、１０ｂ 冷凍機 １１ １次側配管 １２、１２ａ、１２ｂ １次ポンプ ２０ 空調機 ２１ ２次側配管 ２２ ２次ポンプ ２３ 制御弁 ３１ａ、３１ｂ バイパス配管 ３２ 貯留槽 ３３ａ、３３ｂ 温度検出器

【手続補正書】

【提出日】平成１３年３月２６日（２００１．３．２
６）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００８】

【課題を解決するための手段及びその効果】上記の課題
を解決するため、請求項１に係る発明は、熱源機器と負
荷側機器との間で熱源水を循環させる循環経路と、前記
熱源機器における熱源水の必要水量と前記負荷側機器に
おける熱源水の必要水量との間に差が生じた場合に、両
者の差分をバイパスさせるバイパス経路とを備えた空調
システムにおいて、前記循環経路は、前記バイパス経路
の一方の接続部から前記熱源機器及び１次ポンプを介し
て前記バイパス経路の他方の接続部に至る１次側配管
と、前記バイパス経路の他方の接続部から前記負荷側機
器及び２次ポンプを介して前記バイパス経路の一方の接
続部に至る２次側配管とを備え、前記バイパス経路は、
熱源水を貯留する貯留槽と、この貯留槽を前記循環経路
の一方の接続部及び他方の接続部にそれぞれ接続するバ
イパス配管とを備えていることを特徴とする空調システ
ムを提供するものである。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１３】また、貯留槽はバイパス配管を介して循環
経路にそれぞれ接続されているので、貯留槽に貯留され
る熱源水は、熱源機器から送り出される熱源水の余剰分
だけであり、貯留槽への熱源水の供給量は比較的少な
く、供給される熱源水によって貯留槽に貯留された熱源
水の温度分布が乱されにくい状態となっている。従っ
て、貯留槽には、熱源機器から送られてくる熱源水と負
荷側機器から送られてくる熱源水とがほぼ分離した状態
で常に貯留されることになり、貯留槽に貯留された熱源
機器からの熱源水を効率よく確実に負荷側機器に供給す
ることができるという効果もある。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱源機器と負荷側機器との間で熱源水を
   循環させる循環経路と、 前記熱源機器における熱源水の必要水量と前記負荷側機
   器における熱源水の必要水量との間に差が生じた場合
   に、両者の差分をバイパスさせるバイパス経路とを備え
   た空調システムにおいて、 前記バイパス経路には、熱源水を貯留する貯留槽を設け
   たことを特徴とする空調システム。
2. 【請求項２】 前記バイパス経路における前記貯留槽の
   前後を通過する熱源水の温度または前記貯留槽内の熱源
   水の温度に基づいて、前記熱源機器の発停を行うように
   した請求項１に記載の空調システム。