JP2018017436A

JP2018017436A - 空調設備及びこの空調設備を用いた省力化工事方法

Info

Publication number: JP2018017436A
Application number: JP2016146844A
Authority: JP
Inventors: 和美谷口; Kazumi Taniguchi
Original assignee: Taniguchi Setsubi Co Ltd
Current assignee: Taniguchi Setsubi Co Ltd
Priority date: 2016-07-27
Filing date: 2016-07-27
Publication date: 2018-02-01

Abstract

【課題】家庭用として一般的な小容量の室外機並みの能力で大規模施設の冷房を行うことが可能な空調設備を提供する。
【解決手段】圧縮機と室外熱交換機とを有する室外機１１と、室内熱交換機を有する室内機１２とを有する空調設備１において、室外機１１と室内機１２との間に設けられた中間熱交換器１０と、室外機１１と中間熱交換器１０とを接続する第一の冷媒配管１３と、室内機１２と中間熱交換器１０とを接続して液体の冷媒を流通させる第二の冷媒配管１４とを有する。液体の冷媒としては、水、水を主成分とする水溶液又はオイルを用いるとよい。
【選択図】図１

Description

本願発明は、室外機と室内機との間で熱交換を行いながら室内の温度調整を行う空調設備に関し、特に低消費電力化に好適な空調設備及びその設置方法に関する。

一般に空調設備は、圧縮機と室外熱交換機とを一体に収容する室外機と、室内熱交換機を有する室内機とを有し、前記室内機と前記室外機とは冷媒配管によって接続されている。従来の空調設備において室内の冷房を行う際には、室外機から室内機に送られた液状の冷媒が、室内機で気化して室内の空気との間で熱交換が行われる。そして、気化した前記冷媒は室外機に送られ、圧縮機で圧縮された後に放熱されて液体に戻り、再び室内機に送られるという循環を繰り返している。
このような空調設備においては、熱交換効率を向上させるなどして省エネを図ったものが種々提案されている（例えば特許文献１〜３参照）。

特開２０１０−２１６７０９号公報特開２０１２−２４７１４２号公報実用新案登録第３１１４４４８号公報

ところで従来の空調設備では、室内機の冷房能力に応じた容量の室外機が必要で、オフィスや工場などの大規模施設では消費電力が数ＫＷのものが主流である。一方、家庭用の空調機器は一般に数百Ｗ〜１ＫＷのものが主流で、当然のことながら消費電力も前記大規模施設に比べて遙かに小さなものになっている。
ここで、家庭用に普及している小容量の室外機で前記したような大規模施設の冷房を行うことができれば、消費電力は大幅に低減され、省エネルギー効果も大きくなると期待できる。
本発明はこのような目的を達成すべくなされたもので、家庭用などとして一般的な小容量の室外機並みの能力で、工場やオフィスのような大規模施設の冷房を行うことが可能な空調設備の提供及び既設の空調設備の室内機などの構成部品を可能な限り残したままで、簡単に上記空調設備の設置が可能な工事方法の提供を目的とする。

上記の課題を解決するために、数ＫＷ級の室内機の室外機を、数百Ｗ〜１ＫＷ用の小容量の室外機に交換しても、十分な冷房効果を得ることはできない。そこで本発明の発明者が鋭意研究を行った結果、室内機に供給する冷媒として熱容量の大きい水や水を主成分とする水溶液又はオイル等の液体を用い、室内機と室外機との間に中間熱交換器を設けることで、室外機の小容量のものに交換できることを見いだした。

具体的に請求項１に記載の空調設備は、圧縮機と室外熱交換機とを有する室外機と、室内熱交換機を有する室内機とを有する空調設備において、前記室外機と前記室内機との間に設けられた中間熱交換器と、前記室外機と前記中間熱交換器とを接続する第一の冷媒配管と、前記室内機と前記中間熱交換器とを接続し、液体の冷媒を流通させる第二の冷媒配管とを有する構成としてある。
前記冷媒としては、請求項２に記載するように熱容量の大きい水、水を主成分とする水溶液又はオイルを用いることができる。
前記中間熱交換器における第一の冷媒配管と第二の冷媒配管との配置は、両配管の間で効率良く熱交換ができるものであればよく、請求項３に記載するように前記第二の冷媒配管の内部に前記第一の冷媒配管を通ようにするとよい。

上記構成の本発明の空調設備を用いれば、簡単かつ低コストで既設の空調設備の消費電力を大幅に削減することが可能である。そのための本発明の空調設備の省力化工事方法は、既設の空調設備から大容量の室外機を取り外して小容量の室外機に交換する工程と、室内機と前記小容量の室外機との間に中間熱交換器を設置する工程と、前記中間熱交換器と前記小容量の室外機とを第一の冷媒配管で接続する工程と、前記中間熱交換器と前記室内機とを第二の冷媒配管で接続する工程と、前記第二の冷媒配管内に液体を注入する工程とを有するものである。請求項５に記載するように、第二の冷媒配管を敷設する際に、前記第二の冷媒配管内の冷媒としての水、水を主成分とする水溶液又はオイル（冷媒として用いることのできる水溶液又はオイルであれば、その種類は問わない）を注入するようにするとよい。

本発明によれば、小容量の室外機であっても、大容量の室内機と小容量の室外機との間に設けた中間熱交換器で中間的に熱交換を行わせることで、小容量の室外機でも大規模施設の冷房を行うことができ、消費電力の削減及び空調のための電力コストの低減を図ることができる。
また、本発明の空調設備の省力化工事方法によれば、既設の空調設備の室内機及び冷媒配管をそのまま用いることが可能であり、安価なコストで消費電力削減効果の大きい空調設備を設置することが可能である。

以下、本発明の好適な実施形態を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は本発明の空調設備の一実施形態にかかり、その構成を説明する概略図、図２は中間熱交換器における第一の冷媒配管と第二の冷媒配管の配置例を示す断面図、図３は第二の冷媒配管を複数に分岐させた中間熱交換器の一例を示す概略図、図４は本発明の効果を説明する室温−時間のグラフで、（ａ）は本発明の空調設備のもの、（ｂ）は従来の空調設備のものである。

図１は、本発明の空調設備の第一の実施形態にかかり、その構成を説明する概略図である。
この第一の実施形態において空調設備１は、天井や壁面に沿って配置され、室内の冷却を行う室内機１２と、屋外に配置され圧縮機と室外熱交換機とを有する室外機１１と、この室外機１１と室内機１２との間に配置された中間熱交換器１０と、室外機１１と中間熱交換器１０とを接続する第一の冷媒配管１３と、室内機１２と中間熱交換器１０とを接続する第二の冷媒配管１４とを有する。中間熱交換器１０には第二の冷媒配管１４に冷媒を流通させるためのポンプＰが内蔵されている。

室外機１１は図示しない圧縮機と室外熱交換機と四方弁Ｖとを有していて、第一の冷媒配管１３によって室外機１１に戻された冷媒を圧縮機と室外熱交換機とで圧縮・冷却して液体に戻し、四方弁Ｖで液状の冷媒を断熱膨張することで気化・冷却させるもので、一般的な家庭用のエアコンなどで使用されている消費電力５００Ｗ〜１ＫＷ程度の小容量の室外機をそのまま用いることができる。
室内機１２は、大規模施設の天井や壁面に設置された冷却能力５ＫＷ程度の大容量の室内機１２を用いることができるが、第二の冷媒配管１４を流す冷媒としては水、水を主成分とする水溶液又はオイル（冷媒として用いることのできる水溶液又はオイルであれば、その種類は問わない）を用いるとよい。

図２に、中間熱交換器１０で熱交換を行う第一の冷媒配管１３と第二の冷媒配管１４との配置関係を示す。この実施形態では、第二の冷媒配管１４の内部第二の冷媒配管１４よりも小径の第一の冷媒配管１３を挿通させており、第二の冷媒配管１４の周囲は断熱材１５で被覆している。
図３に示すように、第二の冷媒配管１４を複数（１４ａ〜１４ｅ）に分岐させ、分岐させた各々の枝管１４ａ〜１４ｅに第一の冷媒配管１３の枝管を挿通させるようにしてもよい。この場合、枝管１４ａ〜１４ｅの一部又は全部にバルブＶを設け、このバルブＶの一部について開閉量を調整して第一の冷媒配管１３の枝管及び第二の冷媒配管１４の枝管１４ａ〜１４ｅを流れる冷媒を遮断するか冷媒の流通量を調整することで、第一の冷媒配管１３と第二の冷媒配管１４と間で行われる熱交換の量を増減調整することができ、これによって室温を調整することが可能になる。

上記構成の本発明の空調設備１は、既設の空調設備に簡単な工事を施すだけで、低コストで設置することができる。
まず、既設の空調設備１から数ＫＷ級の大型の室外機を取り外し、室内機１２側の第二の冷媒配管１４から冷媒を抜き取る。次いで、消費電力５００Ｗ〜１ＫＷ程度の小容量の室外機１１を所定の箇所に設置し、中間熱交換器１０を例えば室外機１１の背面に設置する。
中間熱交換器１０と室外機１１とを第一の冷媒配管１３で接続する。このとき、必要に応じて第一の冷媒配管１３に冷媒を充填する。この冷媒としては一般的なエアコンで用いられているものを用いることができる。
また、中間熱交換器１０と室内機１２とを第二の冷媒配管１４で接続し、第二の冷媒配管１４の内部に水、水を主成分とする水溶液又はオイルといった液体の冷媒を充填する。

以上で既設の空調設備を本発明の空調設備１に変換することが可能である。上記構成の空調設備１では、室内の冷房を開始するべく、制御スイッチのＯＮ／ＯＦＦスイッチをＯＮに切り換えると、ポンプＰにより第二の冷媒配管１４内における冷媒の循環が開始され、室外機１１から第一の冷媒配管１３を介して中間熱交換器１０に供給された冷たい冷媒によって、第二の冷媒配管１４内の冷媒が冷却される。
冷却された第二の冷媒配管１４内の冷媒は室内機１２に供給され、室内の空気との間で熱交換が行われる。一方、中間熱交換器１０内で熱交換によって暖められた第一の配管１３内の冷媒は室外機１１に送られ、圧縮機及び室外熱交換器で高圧の液体に戻された後、四方弁Ｖで気化されて冷却される。以後、上記の動作を繰り返す。

図４は、本発明の空調設備１による省コストの運転形態を説明する図で、本発明の空調設備の室温と時間との関係（ａ）を従来の空調設備（ｂ）と比較して説明するものである。
本発明の空調設備１は、２４時間連続運転を前提とする。本発明の空調設備１は、冷却能力が従来の空調設備に比して小さいことから、初期室温Ｔ０から所定の室温Ｔ１に達するまでの時間は、従来の空調設備に比して長くかかる。

従来の空調設備は、始業開始時に空調設備のスイッチをＯＮにし、業務時間内は連続稼働して、業務終了後にスイッチをＯＦＦにするのが一般的である。
この場合、例えば従来の空調設備において運転開始からおおよそ１時間の間、フル稼働して室温がＴ０からＴ１に達し、以後、おおよそ８割の稼働率で空調設備が稼働したとすると、四日間（９６時間）の消費電力はおおよそ１３２ＫＷｈである。
これに対し本発明の空調設備１では、運転開始の初日は室温がＴ０からＴ１に達するのに時間を要するものの、所定の室温Ｔ１に達したあとは２４時間稼働であり、消費電力５００Ｗでフル稼働させたとしてもその消費電力は四日間（９６時間）で４８ＫＷである。このことから、消費電力をおおよそ１／３に削減できると期待できる。

本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記の説明のものに限られない。
例えば、上記の説明では冷房の場合のみについて説明したが、本発明の空調設備は通常のエアコンと同様に暖房にも適用が可能である。この場合も、消費電力を大幅に削減することが可能である。

本発明の空調設備の第一の実施形態にかかり、その構成を説明する概略図である。中間熱交換器で熱交換を行う第一の冷媒配管と第二の冷媒配管との配置関係を示す断面図である。第二の冷媒配管を複数に分岐させた中間熱交換器の一例を示す概略図である。本発明の効果を説明する室温−時間のグラフで、（ａ）は本発明の空調設備のもの、（ｂ）は従来の空調設備のものである。

１空調設備
１０中間熱交換器
１１室外機
１２室内機
１３第一の冷媒配管
１４第二の冷媒配管
１５断熱材

Claims

圧縮機と室外熱交換機とを有する室外機と、室内熱交換機を有する室内機とを有する空調設備において、
前記室外機と前記室内機との間に設けられた中間熱交換器と、
前記室外機と前記中間熱交換器とを接続する第一の冷媒配管と、
前記室内機と前記中間熱交換器とを接続して液体の冷媒を流通させる第二の冷媒配管と、
を有することを特徴とする空調設備。
前記第二の冷媒配管を循環する液体の冷媒が水、水を主成分とする水溶液又はオイルであることを特徴とする請求項１に記載の空調設備。
前記中間熱交換器において前記第二の冷媒配管の内部に前記第一の冷媒配管を通し、前記第一の冷媒配管と前記第二の冷媒配管との間で熱交換が行われるようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の空調設備。
請求項１〜３のいずれかに記載の空調設備を用いた空調設備の省力化工事方法であって、
既設の空調設備から大容量の室外機を取り外して小容量の室外機に交換する工程と、
室内機と前記小容量の室外機との間に中間熱交換器を設置する工程と、
前記中間熱交換器と前記小容量の室外機とを第一の冷媒配管で接続する工程と、
前記中間熱交換器と前記室内機とを第二の冷媒配管で接続する工程と、
前記第二の冷媒配管内に液体を注入する工程と、
を有することを特徴とする空調設備の省力化工事方法。
前記第二の冷媒配管内の冷媒として水、水を主成分とする水溶液又はオイルを注入することを特徴とする請求項４に記載の空調設備の省力化工事方法。