JP2530490B2 - 冷暖房システム - Google Patents

冷暖房システム

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JP2530490B2
JP2530490B2 JP63314628A JP31462888A JP2530490B2 JP 2530490 B2 JP2530490 B2 JP 2530490B2 JP 63314628 A JP63314628 A JP 63314628A JP 31462888 A JP31462888 A JP 31462888A JP 2530490 B2 JP2530490 B2 JP 2530490B2
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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は、ビルなどにおいて、各階の各部屋に設置さ
れた個別空気調和機の熱交換器に冷却冷媒または加熱冷
媒を流して冷房および暖房のいずれをも行うことができ
るように構成した冷暖房システムに関する。
<従来の技術> 従来のこの種の空気調和システムとしては、各階の各
部屋に設置された個別空気調和機に冷房用熱交換器と暖
房用熱交換器とを備え、冷房用熱交換器に対し、冷房用
凝縮器と圧縮機とを備えた冷媒ユニットを冷房用冷媒配
管を介して連通接続し、一方、暖房用熱交換器に対し、
暖房用蒸発器と圧縮機とを備えた冷房ユニットを暖房用
冷媒配管を介して連通接続し、冷房用凝縮器と冷房用熱
交換器とにわたって冷却冷媒を強制的に循環流動するこ
とにより冷房運転を行い、また、暖房用蒸発器と暖房用
熱交換器とにわたって加熱冷媒を強制的に循環流動する
ことにより暖房運転を行うように構成していた。
ところが、負荷の高い冷房運転において、多数の熱交
換器に冷却冷媒を強制的に流動するためには、圧縮機と
して極めて能力の大きい圧縮機が必要であり、設備費は
もとより稼働のための動力費が増大して不経済になる欠
点があった。
そこで、ビルの屋上などの塔屋に冷房用凝縮器を設置
するとともに、ビルの地下室などに暖房用蒸発器を設置
し、かつ、冷房用凝縮器と冷房用冷媒配管および冷房用
熱交換器とにわたって冷房用冷媒を、一方、暖房用蒸発
器と暖房用冷媒配管および暖房用熱交換器とにわたって
暖房用冷媒をそれぞれ密閉状態で流動するように構成
し、冷房用冷媒として、冷房用熱交換器での熱交換に伴
って液体から蒸気に相変化する冷媒を使用するととも
に、冷房用凝縮器と冷房用熱交換器との間に、液体に相
変化した冷媒を冷房用熱交換器に移送するに足るヘッド
差を備え、一方、暖房用冷媒として、暖房用熱交換器で
の熱交換に伴って蒸気から液体に相変化する冷媒を使用
するとともに、暖房用蒸発器と暖房用熱交換器との間
に、液体に相変化した冷媒を暖房用蒸発器に移送するに
足るヘッド差を備え、冷房用冷媒および暖房用冷媒のい
ずれをも、自然的に循環流動するように構成したシステ
ムが開発されている。
<発明が解決しようとする課題> しかしながら、先に説明した従来例、ならびに、開発
された従来例のいずれにおいても、冷房用および暖房用
それぞれに専用の熱交換器と冷媒配管が必要で、冷房用
の熱交換器と冷媒配管においては、冷房負荷のピークに
合った能力のものを設け、一方、暖房用の熱交換器と冷
媒配管においては、暖房負荷のピークに合った能力のも
のを設けなければならず、両熱交換器それぞれとして大
型になるとともに、両冷媒配管それぞれとして大径のも
のが必要になり、イニシャルコストが高価になる欠点が
あった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであ
って、冷房および暖房のいずれをも自然循環によって動
力費少なく行うことができながら、熱交換器および冷媒
配管の小型化を図り、イニシャルコストを低減できるよ
うにすることを目的とする。
<課題を解決するための手段> 本発明の冷暖房システムは、上述のような目的を達成
するために、各階に設けられた個別空気調和機それぞれ
に主熱交換器と補助熱交換器とを備え、主液配管と主ガ
ス配管に、前記主熱交換器それぞれを並列に連通接続
し、前記主液配管に、冷房用主液配管を介して冷房用凝
縮器を、暖房用主液配管を介して暖房用蒸発器をそれぞ
れ連通接続するとともに、前記主ガス配管に、冷房用主
ガス配管を介して冷房用凝縮器を、暖房用主ガス配管を
介して暖房用蒸発器をそれぞれ連通接続し、かつ、補助
液配管と補助ガス配管に、前記補助熱交換器それぞれを
並列に連通接続し、前記補助液配管を前記冷房用主液配
管および暖房用主液配管それぞれに連通接続するととも
に、前記補助ガス配管を前記冷房用主ガス配管および暖
房用主ガス配管それぞれに連通接続し、前記主液配管お
よび主ガス配管に対して、前記冷房用凝縮器のみを連通
接続する冷房運転モードと前記暖房用蒸発器のみを連通
接続する暖房運転モードとに切り換える運転モード切り
換え機構を設けるとともに、前記冷房用凝縮器および暖
房用蒸発器それぞれから前記主熱交換器および補助熱交
換器それぞれに冷媒を密閉状態で循環流動可能に構成
し、その冷媒として、前記冷房運転モードにおける前記
主熱交換器での熱交換に伴って液体から蒸気に相変化す
るとともに前記暖房運転モードにおける前記主熱交換器
での熱交換に伴って蒸気から液体に相変化する冷媒を使
用し、前記冷房用凝縮器と前記主熱交換器との間に、液
体に相変化した冷媒を前記熱交換器に移送するに足るヘ
ッド差を備えるとともに、前記主熱交換器と前記暖房用
蒸発器との間に、液体に相変化した冷媒を前記暖房用蒸
発器に移送するに足るヘッド差を備えて構成する。
<作用> 上記構成によれば、運転モード切り換え機構の切換え
により、冷房を主体とした冷房運転モードおよび暖房を
主体とした暖房運転モードそれぞれを得、各季節に合っ
た冷暖房を次のようにして行うことができる。
冷房主体の冷房運転モード 冷媒を、 冷房用凝縮器→冷房用主液配管→主液配管→個別空気調
和機それぞれの主熱交換器→主ガス配管→冷房用主ガス
配管→冷房用凝縮器 と循環流動させて冷房を行うことができる。
中間期において、冷房を必要とする部屋と暖房を必要
とする部屋の両方があるような場合にあっては、冷媒の
一部を、 暖房用蒸発器→暖房用主ガス配管→補助ガス配管→個別
空気調和機それぞれの補助熱交換器→補助液配管→暖房
用主液配管→暖房用蒸発器 と循環流動させて暖房をも行うことができる。
暖房主体の暖房運転モード 冷媒を、 暖房用蒸発器→暖房用主ガス配管→主ガス配管→個別空
気調和機それぞれの主熱交換器→主液配管→暖房用主液
配管→暖房用蒸発器 と循環流動させて暖房を行うことができる。
中間期にあって、冷房をも必要とする場合には、冷媒
の一部を、 冷房用凝縮器→冷房用主液配管→補助液配管→個別空気
調和機それぞれの補助熱交換器→補助ガス配管→冷房用
主ガス配管→冷房用凝縮器 と循環流動させて冷房をも行うことができる。
<実施例> 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。
第1図は、本発明に係る冷暖房システムの実施例を示
す全体システム構成図である。
この図において、Aは、ビルBの屋上に設置された熱
源であり、微細な氷を製造する製氷機1とその製氷機1
で得られた微細な氷を供給して蓄える蓄熱槽2とから構
成されている。
ビルBの屋上の塔屋内に冷房用凝縮器3が設置され、
その冷房用凝縮器3と蓄熱槽2とが循環ポンプ4を介し
て連通接続され、蓄熱槽2に蓄えられている冷水を冷房
用凝縮器3に循環供給するように構成されている。
一方、ビルBの各階F…の各部屋それぞれなどに、送
風ファン5、主熱交換器6および補助熱交換器7を備え
た個別空気調和機8が設けられている。
前記主熱交換器8…それぞれは、ヘッダー9および電
磁弁10を介して主液配管11に並列に連通接続されるとと
もに、ヘッダー12を介して主ガス配管13に並列に連通接
続されている。
前記主液配管11には、冷房用主液配管14および冷房用
受液器15を介して冷房用凝縮器3が連通接続されてい
る。
一方、主ガス配管13には、冷房用主ガス配管16を介し
て冷房用凝縮器3が連通接続されている。
ビルBの地下室などに暖房用蒸発器17が設置され、そ
の暖房用蒸発器17と主液配管11とが、暖房用主液配管18
および暖房用受液器19を介して連通接続されている。ま
た、暖房用蒸発器17と主ガス配管13とが、暖房用主ガス
配管20を介して連通接続されている。
前記補助熱交換器7…それぞれは、ヘッダー21および
電磁弁22を介して補助液配管23に並列に連通接続される
とともに、ヘッダー24を介して補助ガス配管25に並列に
連通接続されている。
前記補助液配管23が冷房用主液配管14および暖房用主
液配管18それぞれに連通接続されるとともに、前記補助
ガス配管25が冷房用主ガス配管16および暖房用主ガス配
管20それぞれに連通接続されている。
冷房用主液配管14と補助液配管23との接続箇所におい
て、冷房用主液配管14側に第1の電磁弁26aが、そし
て、補助液配管23側に第2の電磁弁26bがそれぞれ介装
されている。
暖房用主液配管18と補助液配管23との接続箇所におい
て、暖房用主液配管18側に第3の電磁弁26cが、そし
て、補助液配管23側に第4の電磁弁26dがそれぞれ介装
されている。
冷房用主ガス配管16と補助ガス配管25との接続箇所に
おいて、冷房用主ガス配管16側に第5の電磁弁26eが、
そして、補助ガス配管25側に第6の電磁弁26fがそれぞ
れ介装されている。
暖房用主ガス配管20と補助ガス配管25との接続箇所に
おいて、暖房用主ガス配管20側に第7の電磁弁26gが、
そして、補助ガス配管25側に第8の電磁弁26hがそれぞ
れ介装されている。
上記第1ないし第8の電磁弁26a,26b,26c,26d,26e,26
f,26g,26hにより、主液配管11および主ガス配管13に対
して、冷房用凝縮器3のみを連通接続する冷房運転モー
ドと暖房用蒸発器17のみを連通接続する暖房運転モード
とに切り換え、かつ、前記冷房運転モードにおいて、暖
房用主液配管18を補助液配管23に連通接続するとともに
暖房用主ガス配管20を補助ガス配管25に連通接続する
か、暖房運転モードにおいて、冷房用主液配管14を補助
液配管23に連通接続するとともに冷房用主ガス配管16を
補助ガス配管25に連通接続する中間期の運転モードに切
換えるように運転モード切り換え機構が構成されてい
る。
前述の各液配管11,14,18,23、各ガス配管13,16,20,2
5、冷房用凝縮器3および暖房用蒸発器17にわたって、
冷房運転モードにおける主熱交換器6での熱交換に伴っ
て液体から蒸気に相変化するとともに暖房運転モードに
おける主熱交換器6での熱交換に伴って蒸気から液体に
相変化する冷媒が密閉状態で封入されている。
前記冷房用受液器15および冷房用凝縮器3は、主熱交
換器6…および補助熱交換器7…それぞれよりも高い位
置に設置され、冷房用凝縮器3での凝縮により蒸気から
液体に相変化された冷媒が主熱交換器6…および補助熱
交換器7…それぞれに流下供給されるとともに、主熱交
換器6…および補助熱交換器7…それぞれでの熱交換に
伴って液体から蒸気に相変化された冷媒が上昇して冷房
用凝縮器3に戻されるに足るヘッド差が備えられ、冷房
運転モードや中間期の運転モードにおいて、蒸気と液体
との相変化により、冷媒が冷房用凝縮器3と主熱交換器
6…および補助熱交換器7…それぞれとの間で自然的に
循環流動するように構成されている。
前記暖房用受液器19および暖房用蒸発器17は、主熱交
換器6…および補助熱交換器7…それぞれよりも低い位
置に設置され、暖房用蒸発器17での蒸発により液体から
蒸気に相変化された冷媒が上昇して主熱交換器6…およ
び補助熱交換器7…それぞれに供給されるとともに、主
熱交換器6…および補助熱交換器7…それぞれでの熱交
換に伴って蒸気から液体に相変化された冷媒が下流して
暖房用蒸発器17に戻されるに足るヘッド差が備えられ、
暖房運転モードや中間期の運転モードにおいて、蒸気と
液体との相変化により、冷媒が暖房用蒸発器17と主熱交
換器6…および補助熱交換器7…それぞれとの間で自然
的に循環流動するように構成されている。
前記冷媒としてはフロンガスR−22が用いられる。こ
れは、水素、塩素を含んでいて対流圏で分解するため
に、オゾン層を破壊する虞の無い利点を有している。
前記電磁弁10…,22…それぞれは、全開状態から全閉
状態にわたって流量制御可能に構成されていて、主熱交
換器6…および補助熱交換器7…それぞれへの冷媒液流
入量を調節できるようになっている。
以上の構成により、次のような各種の運転モードで冷
暖房を行うことができる。なお、第2図において、黒く
塗りつぶした電磁弁は開き状態であることを示してい
る。
冷房主体の冷房運転モード 第2図の(a)に示すように、第1の電磁弁26aと第
5の電磁弁26eだけを開き状態にし、冷媒を、 冷房用凝縮器3→冷房用主液配管14→主液配管11→個別
空気調和機8それぞれの主熱交換器6→主ガス配管13→
冷房用主ガス配管16→冷房用凝縮器3 と循環流動させて冷房を行うことができる。
中間期において、冷房を必要とする部屋と暖房を必要
とする部屋の両方があるような場合にあっては、第2図
の(b)に示すように、更に、第4の電磁弁26dと第8
の電磁弁26hとを開き状態にして中間期の運転モードに
切換え、冷媒の一部を、 暖房用蒸発器17→暖房用主ガス配管20→補助ガス配管25
→個別空気調和機8それぞれの補助熱交換器7→補助液
配管23→暖房用主液配管18→暖房用蒸発器17 と循環流動させて暖房をも行うことができる。
また、冷房運転時において、上記中間期の運転モード
に切換えた状態で、補助熱交換器7への冷媒液出口箇所
に設けた電磁弁22の開度を小にしておき、主熱交換器6
で得られた冷風を補助熱交換器7によりわずか加熱し、
除湿を行うようにしても良い。
暖房主体の暖房運転モード 第2図の(c)に示すように、第3の電磁弁26cと第
7の電磁弁26gだけを開き状態にし、 冷媒を、 暖房用蒸発器17→暖房用主ガス配管20→主ガス配管13→
個別空気調和機8それぞれの主熱交換器6→主液配管11
→暖房用主液配管18→暖房用蒸発器17 と循環流動させて暖房を行うことができる。
中間期において、暖房運転モードの状態で冷房を必要
とする部屋と暖房を必要とする部屋の両方があるような
場合にあっては、図示しないが、更に、第2の電磁弁26
bと第6の電磁弁26fとを開き状態にして中間期の運転モ
ードに切換え、冷媒の一部を、 冷房用凝縮器3→冷房用主液配管14→補助液配管23→個
別空気調和機8それぞれの補助熱交換器7→補助ガス配
管25→冷房用主ガス配管16→冷房用凝縮器3 と循環流動させて冷房をも行うことができる。
上記実施例における熱源Aとしては、吸収式冷凍機を
用い、その吸収式冷凍機からの冷水や低温冷媒などを冷
房用凝縮器3に供給するように構成するとか、あるい
は、地域冷暖房システムによって得られる冷水を冷房用
凝縮器3に供給するように構成するなど、各種のものが
採用できる。
<発明の効果> 本発明の冷暖房システムによれば、運転モード切り換
え機構の切換えにより、冷房および暖房のいずれであっ
ても、その主体となる側の運転を、主液配管、個別空気
調和機それぞれの主熱交換器および主ガス配管に冷媒を
流動することによって行い、一方、中間期のさほど熱負
荷を必要としない暖房または冷房運転を、補助ガス配
管、個別空気調和機それぞれの補助熱交換器および補助
液配管に冷媒を流動することによって行うから、冷房用
主液配管、冷房用主ガス配管、暖房用主液配管、暖房用
主ガス配管、主液配管、主熱交換器および主ガス配管そ
れぞれの大きさを、冷房負荷と暖房負荷のうちの高い方
のピークに合ったものに構成するものの、補助ガス配
管、補助熱交換器および補助液配管それぞれとして、中
間期の小さい負荷に合わせて構成すれば良く、多数の個
別空気調和機それぞれにおいて、補助熱交換器として能
力の小さいものを備えるだけで済むとともに、個別空気
調和機を備えた最上階から最下階にわたる長い補助ガス
配管および補助液配管それぞれを小径の配管で構成で
き、冷房および暖房のいずれをも自然循環によって動力
費少なく行うことができながら、更に、個別空気調和機
に備える熱交換器、ならびに、それに連通接続する冷媒
配管を小型かつ安価に構成でき、イニシャルコストを大
幅に低減できるようになった。
殊に、高層ビルのように、個別空気調和機の個数が多
いうえに、その設置階が多階層にわたる場所の冷暖房シ
ステムを構築する場合に、その工費を大幅に低減でき、
極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
図面は、本発明に係る冷暖房システムの実施例を示し、
第1図は全体システム構成図、第2図は、各運転モード
を説明する概略システム構成図である。 3……冷房用凝縮器 6……主熱交換器 7……補助熱交換器 8……個別空気調和機 11……主液配管 13……主ガス配管 14……冷房用主液配管 16……冷房用主ガス配管 17……暖房用蒸発器 18……暖房用主液配管 20……暖房用主ガス配管 23……補助液配管 25……補助ガス配管 F……各階
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 義隆 大阪府大阪市東区本町4丁目27番地 株 式会社竹中工務店大阪本店内 (72)発明者 杉浦 修史 大阪府大阪市東区本町4丁目27番地 株 式会社竹中工務店大阪本店内 (56)参考文献 特開 昭49−19442(JP,A) 特開 昭63−118546(JP,A) 特開 平1−159554(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】各階に設けられた個別空気調和機それぞれ
    に主熱交換器と補助熱交換器とを備え、主液配管と主ガ
    ス配管に、前記主熱交換器それぞれを並列に連通接続
    し、前記主液配管に、冷房用主液配管を介して冷房用凝
    縮器を、暖房用主液配管を介して暖房用蒸発器をそれぞ
    れ連通接続するとともに、前記主ガス配管に、冷房用主
    ガス配管を介して冷房用凝縮器を、暖房用主ガス配管を
    介して暖房用蒸発器をそれぞれ連通接続し、かつ、補助
    液配管と補助ガス配管に、前記補助熱交換器それぞれを
    並列に連通接続し、前記補助液配管を前記冷房用主液配
    管および暖房用主液配管それぞれに連通接続するととも
    に、前記補助ガス配管を前記冷房用主ガス配管および暖
    房用主ガス配管それぞれに連通接続し、前記主液配管お
    よび主ガス配管に対して、前記冷房用凝縮器のみを連通
    接続する冷房運転モードと前記暖房用蒸発器のみを連通
    接続する暖房運転モードとに切り換える運転モード切り
    換え機構を設けるとともに、前記冷房用凝縮器および暖
    房用蒸発器それぞれから前記主熱交換器および補助熱交
    換器それぞれに冷媒を密閉状態で循環流動可能に構成
    し、その冷媒として、前記冷房運転モードにおける前記
    主熱交換器での熱交換に伴って液体から蒸気に相変化す
    るとともに前記暖房運転モードにおける前記主熱交換器
    での熱交換に伴って蒸気から液体に相変化する冷媒を使
    用し、前記冷房用凝縮器と前記主熱交換器との間に、液
    体に相変化した冷媒を前記熱交換器に移送するに足るヘ
    ッド差を備えるとともに、前記主熱交換器と前記暖房用
    蒸発器との間に、液体に相変化した冷媒を前記暖房用蒸
    発器に移送するに足るヘッド差を備えたことを特徴とす
    る冷暖房システム。
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