JP2834517B2 - 冷媒自然循環式空気調和システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、自然循環によって、冷媒を熱源側となる凝
縮器または蒸発器から各階に設置した利用側となる蒸発
器または凝縮器に供給し、冷房や暖房といった空調を行
う冷媒自然循環式空気調和システムに関する。

＜従来の技術＞ 冷媒を自然循環させて冷房や暖房といった空調を行う
冷媒自然循環式空気調和システムでは、例えば、冷房の
場合であれば、熱源側となる凝縮器を建物の屋上などに
設置し、また、暖房の場合であれば、熱源側となる蒸発
器を建物の地下などに設置するとともに、それらの熱源
側となる凝縮器または蒸発器に対して所定のヘッド差を
設けて各階に利用側となる蒸発器または凝縮器を設置
し、凝縮器と蒸発器とを冷媒液配管や冷媒蒸気配管を介
して連通接続するとともに、それらの凝縮器と蒸発器と
冷媒液配管と冷媒蒸気配管とにわたり、凝縮器および蒸
発器それぞれでの熱交換に伴って液体と気体とに相変化
する冷媒を密閉状態で充填して構成されている。

＜発明が解決しようとする課題＞ しかしながら、近年のように建物が高層化する現状に
あって、従来構成の空気調和システムでは、建物全体で
設置される利用側となる蒸発器または凝縮器の個数が極
めて多くなり、それらの利用側となる蒸発器または凝縮
器と熱源側となる蒸発器または凝縮器とにわたって循環
させるに必要な冷媒量も多くなる。そして、この多量の
冷媒がひとつの密閉系に充填されているため、一部の箇
所で冷媒液配管や冷媒蒸気配管に洩れを生じた場合に、
多量の冷媒がその洩れ出し箇所に集中して洩れ出し、酸
素欠乏による大事故を招いてしまう欠点があった。

また、冷媒量が多いため、冷房の場合であれば下部階
側の利用側となる蒸発器に接続される冷媒液配管に、そ
して、暖房の場合であれば熱源側となる蒸発器に接続さ
れる冷媒液配管それそれに大きな圧力がかかることにな
り、その大きな圧力に耐えるだけの強度を持った配管が
必要で、単位長さが短い多数の配管を接続しなければな
らず、それらの多数の接続箇所それぞれにおいて高精度
のシール構造が必要になり、配管接続作業に手間を要し
て施工性が悪く、そのうえ、工期が長くなって工費が増
大するとともに、構成が複雑化して高価で不経済になる
欠点があった。

上述のような圧力を減少するものとして、特開平１−
131836号公報に記載されたものがある。この従来例によ
れば、例えば、３階分づつなどの複数階分づつの蒸発器
と、凝縮器に接続された受液器とを個別の冷媒液配管を
介して連通接続するとともに凝縮器と蒸発器とを冷媒蒸
気配管を介して連通接続し、各冷媒液配管の受液器に近
い箇所に弁を設けるとともに、各冷媒液配管それぞれ
に、所定量の冷媒液が溜まったことを検出するセンサを
設け、各冷媒液配管内に、常に所定量の冷媒液を溜め、
凝縮器にかかる圧力を減少するように構成している。と
ころが、蒸発器どうしが冷媒蒸気配管によって互いに連
通接続されているために、冷媒の洩れを生じた場合には
大事故に波及する問題があり、また、センサとバルブに
よる制御構成が必要で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、凝縮器と蒸発器との配管接続作業を容易に行うこ
とができるようにして施工性を向上するとともに、冷媒
の洩れ発生に起因する大事故への波及を防止できるよう
にすることを目的とする。

＜課題を解決するための手段＞ 請求項第（１）項の発明に係る冷媒自然循環式空気調
和システムは、上述のような目的を達成するために、各
階それぞれに利用側となる蒸発器を設け、熱源側となる
一個の凝縮器と複数階にわたる前記蒸発器とを冷媒液配
管および冷媒蒸気配管を介して連通接続するとともに、
前記凝縮器と前記蒸発器と前記冷媒液配管および冷媒蒸
気配管とにわたって密閉状態で冷媒を循環流動するよう
に構成し、かつ、前記冷媒として、前記凝縮器および蒸
発器それぞれでの熱交換に伴って液体と蒸気とに相変化
する冷媒を使用するとともに、前記凝縮器と前記蒸発器
との間に、冷媒を自然循環するに足るヘッド差を備え、
凝縮器の近くに主液ヘッダーと主蒸気ヘッダーとを設け
るとともに、前記凝縮器と前記主液ヘッダーおよび前記
主蒸気ヘッダーそれぞれとを連通接続し、各階それぞれ
に、蒸発器に連通接続された端末側液ヘッダーと端末側
蒸気ヘッダーとを設け、主液ヘッダーと端末側液ヘッダ
ーそれぞれとを個別の冷媒液配管を介して連通接続する
とともに主蒸気ヘッダーと端末側蒸気ヘッダーそれぞれ
とを個別の冷媒蒸気配管を介して連通接続して構成す
る。

また、請求項第（２）項の発明に係る冷媒自然循環式
空気調和システムは、上述のような目的を達成するため
に、各階それぞれに利用側となる凝縮器を設け、熱源側
となる一個の蒸発器と複数階にわたる前記凝縮器とを冷
媒液配管および冷媒蒸気配管を介して連通接続するとと
もに、前記蒸発器と前記凝縮器と前記冷媒液配管および
冷媒蒸気配管とにわたって密閉状態で冷媒を循環流動す
るように構成し、かつ、前記冷媒として、前記蒸気器お
よび凝縮器それぞれでの熱交換に伴って液体と蒸気とに
相変化する冷媒を使用するとともに、前記凝縮器と前記
蒸発器との間に、冷媒を自然循環するに足るヘッド差を
備え、蒸発器の近くに主液ヘッダーと主蒸気ヘッダーと
を設けるとともに、前記蒸発器と前記主液ヘッダーおよ
び前記主蒸気ヘッダーそれぞれとを連通接続し、各階そ
れぞれに、凝縮器に連通接続された端末側液ヘッダーと
端末側蒸気ヘッダーとを設け、主液ヘッダーと端末側液
ヘッダーそれぞれとを個別の冷媒液配管を介して連通接
続するとともに主蒸気ヘッダーと端末側蒸気ヘッダーそ
れぞれとを個別の冷媒蒸気配管を介して連通接続して構
成する。

＜作用＞ 請求項第（１）項の発明に係る冷媒自然循環式空気調
和システムの構成によれば、各階ごとに設置される利用
側となる蒸発器に対し、個別の冷媒液配管によって熱源
側となる凝縮器から冷媒液を供給し、蒸発器からの冷媒
蒸気を個別の冷媒蒸気配管によって凝縮器に戻すことが
できる。

請求項第（２）項の発明に係る冷媒自然循環式空気調
和システムの構成によれば、各階ごとに設置される利用
側となる凝縮器に対し、個別の冷媒蒸気配管によって熱
源側となる蒸発器から冷媒蒸気を供給し、凝縮器からの
冷媒液を個別の冷媒液配管によって蒸発器に戻すことが
できる。

＜実施例＞ 次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

請求項第（１）項の発明に係る冷媒自然循環式空気調和
システムの実施例 第１図は、冷媒自然循環式空気調和システムの一例で
ある冷媒自然循環式冷房システムの実施例を示す全体シ
ステム構成図であり、１は、ビルの屋上などに設置され
る冷房用の熱源側となる凝縮器を示し、この凝縮器１に
氷蓄熱槽などの熱源からの冷水を供給するようになって
いる。

ビルの各階の各部屋それぞれなどに、送風ファン２と
冷房用の利用側となる蒸発器３を備えた個別空気調和器
４が設けられている。

前記凝縮器１に受液器５が連通接続されるとともに、
その受液器５にアキュムレータ６が連通接続され、その
アキュムレータ６に冷媒液配管７が連通接続されるとと
もに、アキュムレータ６の直下において冷媒液配管７に
主液ヘッダー８が設けられている。

凝縮器１に冷媒蒸気配管９が連通接続されるととも
に、凝縮器１に近い同レベルの箇所において、冷媒蒸気
配管９に主蒸気ヘッダー10が設けられている。

各階それぞれには、端末側液ヘッダー11と端末側蒸気
ヘッダー12とが設けられ、前記主液ヘッダー８と端末側
液ヘッダー11…それぞれとが、軟銅管による個別の冷媒
液配管7aを介して連通接続され、前記主蒸気ヘッダー10
と端末側蒸気ヘッダー12とが、軟銅管による個別の冷媒
蒸気配管9aを介して連通接続されている。

端末側液ヘッダー11と蒸発器3,3とが冷媒液配管7bを
介して連通接続され、端末側蒸気ヘッダー12と蒸発器3,
3とが冷媒蒸気配管9bを介して連通接続されている。

凝縮器１、蒸発器３…、冷媒液配管7,7a…,7b…およ
び冷媒蒸気配管9,9a…,9b…にわたり、蒸発器３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、凝縮
器１での凝縮により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。

受液器５は、蒸発器３…それぞれよりも高い位置に設
置され、凝縮器１での凝縮により蒸気から液体に相変化
された冷媒が蒸発器３に流下供給されるとともに、蒸発
器３での熱交換に伴って液体から蒸気に相変化された冷
媒が上昇して凝縮器１に戻されるに足るヘッド差が備え
られ、冷房運転に際して、蒸気と液体との相変化によ
り、冷媒が凝縮器１と蒸発器３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。

冷媒液配管7b…それぞれの蒸発器３への入口箇所に
は、冷媒液流入量を調節する流量調節弁13と、冷媒液流
入を阻止する電磁開閉弁14とが設けられている。

個別空気調和機４に対応する室内には、その室内の温
度を測定する室温センサ14aが設けられ、室温センサ14a
に室温制御装置14bが接続されるとともに、室温制御装
置14bに電磁開閉弁14が接続され、室温センサ14aによっ
て測定される室内温度を設定範囲内に維持するように電
磁開閉弁14を開閉作動するように構成されている。

冷媒蒸気配管9b…それぞれの蒸発器３からの出口箇所
に、冷媒蒸気の温度を感知する感温筒15が設けられ、そ
の感温筒15での圧力差により機械的に作動し、その圧力
差が一定に維持されるように、流量調節弁13の開度を自
動的に調整できるように構成されている。この流量調節
弁13は、冷凍装置に使用される自動膨張弁と同様の構造
のものであって、その均圧側は、内部均圧式または外部
均圧式のいずれであっても良い。また、このような冷媒
液の供給量を制御する構成としては、冷媒の飽和相当温
度を感知するサーミスタとその感知温度に応じて開度を
調整する電動操作型の流量調節弁とによって行うもので
も良い。

図中16は、アキュムレータ６側から受液器５側に冷媒
液が逆流することを防止するチャッキ弁を示している。

アキュムレータ６の上部空間と凝縮器１とが第１の配
管17を介して連通接続され、夜間などの運転停止状態で
外気温度が高温の時に、アキュムレータ６、および、そ
れより下方の冷媒液配管7,7a…中で冷媒液が蒸発して冷
媒蒸気が発生した場合に、その冷媒蒸気を凝縮器１に戻
すように構成されている。

また、受液器５の上部空間と凝縮器１とが第２の配管
18を介して連通接続され、凝縮器１で凝縮液化した冷媒
液を受液器５に円滑に流下できるように構成されてい
る。

請求項第（２）項の発明に係る冷媒自然循環式空気調和
システムの実施例 第２図は、冷媒自然循環式空気調和システムの一例で
ある冷媒自然循環式暖房システムの実施例を示す全体シ
ステム構成図であり、21は、ビルの地下室などに設置さ
れる暖房用の熱源側となる蒸発器を示し、この蒸発器21
に、冷房システムと併用した場合における冷凍システム
からの排熱利用によって得られる温水とか地域冷暖房シ
ステムからの温水などを熱源として供給するようになっ
ている。

ビルの各階の各部屋それぞれなどに、送風ファン22と
暖房用の利用側となる凝縮器23を備えた個別空気調和機
24が設けられている。

前記蒸発機21に受液器25が連通接続されるとともに、
その受液器25にアキュムレータ26が連通接続され、その
アキュムレータ26に冷媒蒸気配管27が連通接続されると
ともに、アキュムレータ26の直上方において、冷媒蒸気
配管27に主蒸気ヘッダー28が設けられている。

蒸発器21に冷媒液配管29が連通接続されるとともに、
蒸発器21に近い箇所において、冷媒液配管29に主液ヘッ
ダー30が設けられている。

各階それぞれには、端末側液ヘッダー31と端末側蒸気
ヘッダー32とが設けられ、前記主液ヘッダー30と端末側
液ヘッダー31…それぞれとが、軟銅管による個別の冷媒
液配管29aを介して連通接続され、前記主蒸気ヘッダー2
8と端末側蒸気ヘッダー32とが、軟銅管による個別の冷
媒蒸気配管27aを介して連通接続されている。

端末側液ヘッダー31と凝縮器23,23とが冷媒液配管29b
を介して連通接続され、端末側蒸気ヘッダー32と凝縮器
23,23とが冷媒蒸気配管27bを介して連通接続されてい
る。

蒸発器21、凝縮器23…、冷媒液配管29,29a…,29b…お
よび冷媒蒸気配管27,27a…,27b…にわたり、蒸発器21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、
凝縮器23での凝縮により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。

蒸発器21は、凝縮器23…それぞれよりも低い位置に設
置され、凝縮器23…それぞれでの凝縮により蒸発から液
体に相変化された冷媒が蒸発器21に流下して戻されると
ともに、蒸発器21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凝縮器23…それぞれに供給さ
れるに足るヘッド差が備えられ、暖房運転に際して、蒸
気と液体との相変化により、冷媒が蒸発器21と凝縮器23
…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。

受液器25の下部とアキュムレータ26とが第１の配管33
を介して連通接続されるとともに、アキュムレータ26の
下部と冷媒液配管29の蒸発器21への冷媒液入口側とが第
２の配管34を介して連通接続され、外気温度が低下し
て、夜間の運転停止時に冷媒蒸気配管27,27a…が極度に
冷却され、運転開始時に冷媒蒸気配管27,27a…内での凝
縮液化による冷媒液発生量が多くても、その冷媒液を受
液器25からアキュムレータ26に流し、アキュムレータ26
内で冷媒液と冷媒蒸気とを分離し、冷媒液が蒸発器21に
流下することをより確実に回避し、外気温度が低い場合
でも、冷媒蒸気を円滑に凝縮器23…に供給し、個別空気
調和機24…による暖房の立ち上がりを早くして快適な暖
房を行うことができるように構成されている。

冷媒液配管29bの凝縮器23…それぞれからの出口箇所
には、冷媒液の流出を停止する電磁開閉弁35が設けられ
ている。

個別空気調和機24に対応する室内には、その室内の温
度を測定する室温センサ35aが設けられ、室温センサ35a
に室温制御装置35bが接続されるとともに、室温制御装
置35bに電磁開閉弁35が接続され、室温センサ35aによっ
て測定される室内温度を設定範囲内に維持するように電
磁開閉弁35を自動的に開閉作動するように構成されてい
る。

＜発明の効果＞ 請求項第（１）項の発明に係る冷媒自然循環式空気調
和システムによれば、個別の冷媒液配管および冷媒蒸気
配管それぞれ内を流れる冷媒の量が少なく、また、冷媒
の洩れを発生したとしても、洩れを発生して個別の冷媒
液配管および冷媒蒸気配管それぞれ内の冷媒は即座に洩
れ出すが、他の系統からの冷媒が回り込もうとしても主
液ヘッダーや主蒸気ヘッダーで気化することになり、そ
の全体としての洩れ量が少なくなって酸素欠乏といった
大事故に波及することを確実に回避できる。

そのうえ、配管内を流れる冷媒の量が少なくて済むと
ともに蒸発器にかかる圧力を減少できるから、個別の冷
媒液配管および冷媒蒸気配管それぞれとして、一般にな
まし銅管と称される軟銅管を使用できるようになり、20
mにも及んで継手が不用になり、継手部のシール構成の
耐圧強度が低くて済むとともに、継手の数が少なくて継
手箇所からの洩れが発生しにくくなって安全性をより一
層向上できるとともに配管の接続作業を安価にかつ容易
に行うことができて施工性を向上できるようになった。

また、請求項第（２）項に発明に係る冷媒自然循環式
空気調和システムによれば、前述請求項（１）項の発明
に係る冷媒自然循環式空気調和システムの場合と同様
に、個別の冷媒液配管および冷媒蒸気配管それぞれ内を
流れる冷媒の量が少なく、また、冷媒の洩れを発生した
としても、全体としての洩れ量が少なくなって酸素欠乏
といった大事故に波及することを確実に回避できる。

そのうえ、個別の冷媒液配管および冷媒蒸気配管それ
ぞれとして、一般になまし銅管と称される軟銅管を使用
できるようになり、継手の数が少なくて継手箇所からの
洩れが発生しにくくなって安全性をより一層向上できる
とともに配管の接続作業を安価にかつ容易に行うことが
できて施工性を向上できるようになった。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明に係る冷媒自然循環式空気調和システム
の実施例を示し、第１図は、冷媒自然循環式冷房システ
ムの実施例を示す全体システム構成図、第２図は、冷媒
自然循環式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。 １……熱源側となる凝縮器 ３……利用側となる蒸発器 ７……冷媒液配管 7a……個別の冷媒液配管 ８……主液ヘッダー ９……冷媒蒸気配管 9a……個別の冷媒蒸気配管 10……主蒸気ヘッダー 11……端末側液ヘッダー 12……端末側蒸気ヘッダー 21……熱源側となる蒸発器 23……利用側となる凝縮器 27……冷媒蒸気配管 27a……個別の冷媒蒸気配管 28……主蒸気ヘッダー 29……冷媒液配管 29a……個別の冷媒液配管 30……主液ヘッダー 31……端末側液ヘッダー 32……端末側蒸気ヘッダー

フロントページの続き (72)発明者 楠本 望 大阪府大阪市中央区本町４丁目１番13号 株式会社竹中工務店大阪本店内 (72)発明者 杉浦 修史 大阪府大阪市中央区本町４丁目１番13号 株式会社竹中工務店大阪本店内 (56)参考文献 特開 平１−256741（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−46027（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F24F 5/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】各階それぞれに利用側となる蒸発器を設
   け、熱源側となる一個の凝縮器と複数階にわたる前記蒸
   発器とを冷媒液配管および冷媒蒸気配管を介して連通接
   続するとともに、前記凝縮器と前記蒸発器と前記冷媒液
   配管および冷媒蒸気配管とにわたって密閉状態で冷媒を
   循環流動するように構成し、かつ、前記冷媒として、前
   記凝縮器および蒸発器それぞれでの熱交換に伴って液体
   と蒸気とに相変化する冷媒を使用するとともに、前記凝
   縮器と前記蒸発器との間に、冷媒を自然循環するに足る
   ヘッド差を備え、 前記凝縮器の近くに主液ヘッダーと主蒸気ヘッダーとを
   設けるとともに、前記凝縮器と前記主液ヘッダーおよび
   前記主蒸気ヘッダーそれぞれとを連通接続し、各階それ
   ぞれに、蒸発器に連通接続された端末側液ヘッダーと端
   末側蒸気ヘッダーとを設け、前記主液ヘッダーと端末側
   液ヘッダーそれぞれとを個別の冷媒液配管を介して連通
   接続するとともに前記主蒸気ヘッダーと端末側蒸気ヘッ
   ダーそれぞれとを個別の冷媒蒸気配管を介して連通接続
   したことを特徴とする冷媒自然循環式空気調和システ
   ム。
2. 【請求項２】各階それぞれに利用側となる凝縮器を設
   け、熱源側となる一個の蒸発器と複数階にわたる前記凝
   縮器とを冷媒液配管および冷媒蒸気配管を介して連通接
   続するとともに、前記蒸発器と前記凝縮器と前記冷媒液
   配管および冷媒蒸気配管とにわたって密閉状態で冷媒を
   循環流動するように構成し、かつ、前記冷媒として、前
   記蒸発器および凝縮器それぞれでの熱交換に伴って液体
   と蒸気とに相変化する冷媒を使用するとともに、前記凝
   縮器と前記蒸発器との間に、冷媒を自然循環するに足る
   ヘッド差を備え、 前記蒸発器の近くに主液ヘッダーと主蒸気ヘッダーとを
   設けるとともに、前記蒸発器と前記主液ヘッダーおよび
   前記主蒸気ヘッダーそれぞれとを連通接続し、各階それ
   ぞれに、凝縮器に連通接続された端末側液ヘッダーと端
   末側蒸気ヘッダーとを設け、前記主液ヘッダーと端末側
   液ヘッダーそれぞれとを個別の冷媒液配管を介して連通
   接続するとともに前記主蒸気ヘッダーと端末側蒸気ヘッ
   ダーそれぞれとを個別の冷媒蒸気配管を介して連通接続
   したことを特徴とする冷媒自然循環式空気調和システ
   ム。