JP4734611B2 - 空調設備のリニューアルユニット及びそれを用いた空調設備の施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、冷却庫や冷凍・冷蔵保管庫等の冷却のための空調設備であって、フロン系冷媒を用いた既設の空調設備を地球環境に無害な自然系冷媒を用いた空調設備に切り替える工事に用いられて好適な改造用ユニット及び該改造用ユニットを用いた空調設備の施工方法に関する。

フロン系冷媒は、分子構造上ＣＦＣ、ＨＣＦＣ及びＨＦＣに分類される。ＣＦＣ冷媒（クロロフルオロカーボン）は化学的に安定なため分解しにくく、成層圏で初めて分解され、そこで発生した塩素がオゾン層を破壊するため１９９５年末に全廃されている。ＨＣＦＣ冷媒（ハイドロクロロフルオロカーボン）は、化学的にＣＦＣ冷媒ほど安定でないため、成層圏まで達する量が少なく、オゾン層に与える影響がＣＦＣ冷媒の１／２０程度であるが、既に規制を受けている。

ＨＦＣ冷媒（ハイドロフルオロカーボン）は分子中に塩素を含まないため、オゾン層を破壊しない冷媒であり、ＣＦＣやＨＣＦＣに代わって使用され出した代替冷媒である。しかし、ＨＣＦＣ冷媒と同様に、ＣＯ_２に比べ数百〜１万倍以上の温室効果をもつことがわかり、地球温暖化への影響を懸念して規制されつつある。
規制前の時期では、例えば、特許文献１（特開平７−２６９９６４号公報）に、ＨＦＣ冷媒又は自然冷媒のアンモニア及び二酸化炭素を使用した冷熱装置が提案され、新設の冷凍回路として検討されている。

図７は、ＨＣＦＣ冷媒に属するＲ−２２冷媒を用いた従来の冷凍装置を示す構成図である。図７において、被冷凍物が収納された低温庫０１の屋上等のスペースにＲ−２２冷凍装置０２が配置される。なお、Ｒ−２２冷凍装置０２は立面視で図示され、低温庫０１は平面視で図示され、低温庫０１の入口は扉０１４で開閉される。冷凍装置０２は、Ｒ−２２冷媒が循環する循環ライン０３に圧縮機０４、凝縮器０５及び受液器０６が介設されている。Ｒ−２２冷媒は圧縮機０４で圧縮され、凝縮器０５では冷却塔０７から冷却水ライン０８を通ってポンプ０９によって冷却水が供給され、Ｒ−２２冷媒を冷却し凝縮させる。

凝縮器０５で凝縮したＲ−２２冷媒は一旦受液器０６に貯留され、その後循環ライン０３を経て蒸発器からなる空気冷却器０１１ａ、０１１ｂに供給される。該空気冷却器は、該循環ライン０３に分岐ライン０１３を介して接続され、低温庫０１内の各被空調フロア又は各被空調室ごとに複数設置される。空気冷却器０１１ａ、０１１ｂの上流側には膨張弁０１２ａ、０１２ｂが設けられ、Ｒ−２２冷媒は該膨張弁で減圧され、該空気冷却器で蒸発して蒸発潜熱を周囲の雰囲気から奪い、各被空調フロア又は各被空調室の内部を冷却する。

なお、本明細書において、同一構成の機器が複数存在し、これらの機器に同一の番号を付し、個々の機器を同一番号の末尾にａ、ｂ、ｃ、・・・を付して区別することとする。なお、同一機器に共通した事項を説明する場合は、以後末尾のａ、ｂ、ｃ、・・・を省略して示す。

特開平７−２６９９６４号公報

最近、新規に製造される冷却庫や冷凍・冷蔵保管庫等の冷却のための空調設備の冷媒回路には地球環境にやさしい自然冷媒を使用するものが採用されてきている。しかし既設のＲ−２２等フロン系冷媒を用いた冷却施設の自然冷媒使用への転換は、改造工事が面倒で費用がかかることもあり、一向に進んでいない。冷却庫や冷凍保管庫では、空調設備の休止期間を極力短縮して、被冷却物の保冷を中断させないことが重要である。

本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、Ｒ−２２等のフロン系冷媒を用いた既設の空調設備を地球環境に無害な自然系冷媒を用いた空調設備に改造する工事で、冷却施設の空調運転を継続しながら改造工事を行うことを可能にすることによって、工事による空調設備の運転の中断を最小限に留めることにより、工事期間に融通性をもたせ、かつ工事費を低コストにすることを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明の空調設備のリニューアルユニットは、
建物に配設されフロン系冷媒使用の冷凍サイクルを構成するフロン冷凍回路を備えた既設の空調設備を自然系冷媒使用の冷凍サイクルを構成する冷凍回路を備えた空調設備に交換する改造工事を行なう場合に使用される空調設備のリニューアルユニットであって、
建物に配設された空気冷却器の蒸発器を構成するフロン系冷媒配管と接続される接続部を有し、該フロン系冷媒配管と接続されてフロン系冷媒の密閉された循環路を形成する第１の配管部分と、
該第１の配管部分から分岐して空気冷却器のドレン受け部を介して前記フロン系冷媒配管に接続される接続部を有する第２の配管部分と、
第１の配管部分に介設され自然系冷媒とフロン系冷媒とを熱交換させるカスケードコンデンサと、
第２の配管部分のドレン受け部との接続部より上流側に配置され、第２の配管部分を流れるフロン系冷媒を加熱する加熱手段と、からなり、
前記循環路内でフロン系冷媒を自然循環又は強制循環させると共に、空気冷却器のデフロスト時に第２の配管部分からドレン受け部を介して空気冷却器の蒸発器に加熱されたフロン系冷媒を流すように構成したものである。

本発明のリニューアルユニットは、第１の配管部分が既設の空気冷却器の蒸発器を構成するフロン系冷媒配管と接続されると共に、第２の配管部分が該空気冷却器のドレン受け部を介して前記フロン系冷媒配管に接続されて、フロン系冷媒が循環する密閉された循環路をもつフロン冷凍回路を構成する。フロン冷凍回路から自然系冷媒を用いた冷凍回路への改造工事途中で、自然系冷媒使用の冷凍装置を既設のフロン系冷媒使用の冷凍装置に並設した段階で、自然系冷媒使用の冷凍装置に接続された自然系冷媒配管と既設の空気冷却器間にこのリニューアルユニットを介在させるようにする。

このリニューアルユニットを介在させた状態で、改造工事期間中でも随時空気冷却器の空調運転を行なうことができる。その後、リニューアルユニットを別の空気冷却器に付け替え、前の空気冷却器を自然系冷媒使用の空気冷却器と交換する。このように、リニューアルユニットを用いることにより、改造工事期間中でも随時各空気冷却器の空調運転を行ないながら改造工事を進めていくことができる。

また、ユニット化したリニューアルユニットを用いることにより、付け替え時の取り扱いが容易になる。さらに、リニューアルユニットを別の空気冷却器に付け替え使用することで、１個又は必要とあれば数個のリニューアルユニットだけを用いて、複数の空気冷却器の改造工事を可能とするので、イニシャルコストを低減することができる。

また、このリニューアルユニットは、第２の配管部分と加熱手段を具備しているので、空気冷却器のデフロスト運転を行なうこともできる。デフロスト運転を行なうときは、第２の配管部分にドレン受け部を介して空気冷却器の蒸発器を構成するフロン系冷媒配管に加熱されたフロン系冷媒を流すようにする。これによって、該フロン系冷媒配管で溶解し落下した水滴がドレン受け部で凍結するのを防止できる。

また、本発明の空調設備の施工方法は、
本発明の前記リニューアルユニットを用いて、建物に配設されフロン系冷媒使用の冷凍サイクルを構成するフロン冷凍回路を備えた既設の空調設備を自然系冷媒使用の冷凍サイクルを構成する冷凍回路を備えた空調設備に交換する空調設備の施工方法において、
建物に自然系冷媒使用の冷凍サイクルを構成する冷凍回路を設ける第１ステップと、
前記フロン冷凍回路に介設され各被空調フロア又は各被空調室ごとに配設された空気冷却器の近傍に、自然系冷媒使用の冷凍回路を構成する自然系冷媒配管を配設する第２ステップと、
ひとつの空気冷却器の近傍に前記リニューアルユニットを配設し、該フロン冷凍回路を構成する既設のフロン系冷媒配管を用いて該リニューアルユニットを構成するカスケードコンデンサと該空気冷却器とを接続する密閉された循環管路を形成することにより、該循環管路内でフロン系冷媒を自然循環又は強制循環させる流路を形成する第３ステップと、
該リニューアルユニットを取り外すと共に、フロン系冷媒を用いる既設の空気冷却器を撤去し、代わりに自然系冷媒を用いる空気冷却器を設置し、該空気冷却器と前記自然系冷媒配管とを接続する第４ステップと、からなり、
前記第３ステップ及び第４ステップを各空気冷却器毎に順次行いながら他の空気冷却器では空調運転を継続するものである。

本発明の施工方法では、まず、第１ステップで建物に自然系冷媒使用の冷凍回路を設けると共に、第２ステップで該冷凍回路を構成する自然系冷媒配管を空気冷却器の近傍に配設する。次に、第３ステップで、空気冷却器のひとつをリニューアルユニットを介して該ＣＯ_２冷媒循環配管に接続する。この段階で該空気冷却器の稼動が可能になる。その後、頃合いをみて第４ステップを実施して、空気冷却器を自然系冷媒使用の空気冷却器に交換する。リニューアルユニットを別の空気冷却器に付け替えながら、これらのステップを各空気冷却器毎に順次行なうようにしている。

本発明のリニューアルユニットを用いることによって、各空気冷却器を稼動しながら改造工事を進めることができる。しかも、１個のリニューアルユニットを複数の空気冷却器に順次付け替えるので、１個のリニューアルユニットを用意すれば足り、イニシャルコストを低減できる。また、該リニューアルユニット２０を用いて密閉された循環路を形成するので、フロン系冷媒が外部に漏れるおそれはない。

本発明のリニューアルユニットにおいて、カスケードコンデンサと第２の配管部分との分岐部との間の第１の配管部分に小容量の受液器を介設してもよい。かかる構成とすれば、該受液器でフロン系冷媒の液溜めを行うことにより、第１の配管部分と空気冷却器の蒸発器を構成するフロン系冷媒配管とで形成される循環路内部の冷媒挙動を安定化させることができる。また、受液器の内部で液状の冷媒による液頭を形成するので、液状冷媒の液頭圧により循環路内でのフロン系冷媒の自然循環を容易に形成できる。また、フロン系冷媒の気相を含まずに確実にフロン系冷媒を送ることができるようになり、このため、熱輸送量を増大でき、熱効率を高めることができる。

また、リニューアルユニットを構成するカスケードコンデンサに、フロン系冷媒の流路を密閉可能なシェルアンドチューブ型熱交換器、プレートシェル型熱交換器又はプレート型熱交換器を使用すれば、該カスケードコンデンサにおいて、フロン冷凍回路からフロン系冷媒が漏洩するのを防止することができる。

また、前記加熱手段を電熱ヒータ又は、自然系冷媒使用の冷凍回路の圧縮機出口側の自然系冷媒の保有熱をドレン受け部の上流側を流れるフロン系冷媒に吸収させて該フロン系冷媒を加熱する熱交換器で構成することができる。これによって、圧縮機吐出側のアンモニア冷媒の保有熱を有効利用できるため、余分な熱源を必要としない利点がある。

また、自然系冷媒使用の冷凍サイクルを構成する冷凍回路が、ＮＨ_３冷媒使用の冷凍サイクルを構成するＮＨ_３冷凍回路と、ＣＯ_２冷媒使用の冷凍サイクルを構成し、該ＮＨ_３冷凍回路との間に高段側カスケードコンデンサを介して接続するＣＯ_２冷凍回路と、からなり、第１の配管部分が前記カスケードコンデンサを介してＣＯ_２冷凍回路と接続され、該カスケードコンデンサでＣＯ_２冷媒とフロン系冷媒とを熱交換させるように構成することができる。

かかる構成とすれば、ＮＨ_３冷凍回路とフロン冷凍回路との間にＣＯ_２冷媒冷凍回路を介在させているので、ＮＨ_３冷媒の使用量を低減することができる。また、高段側にＮＨ_３冷媒を循環したＮＨ_３冷凍回路を使用し、低段側にＣＯ_２冷媒を循環したＣＯ_２冷凍回路としたため、毒性がありかつ可燃性のあるＮＨ_３冷媒を用いたＮＨ_３冷凍回路を構成する機器を屋外に配置し、安全なＣＯ_２冷媒を用いたＣＯ_２冷凍回路の構成機器を屋内に配置できるので、漏れが生じた場合の危険性を小さくすることができる。

また、本発明では、空気冷却器の蒸発器を構成するフロン系冷媒配管にリニューアルユニットの第１の配管部分を接続することによって構成される循環路でフロン系冷媒を自然循環させるようにすれば、フロン系冷媒を循環させるための動力を不要とする。一方、該循環路でフロン系冷媒を強制循環させれば、リニューアルユニットを構成するカスケードコンデンサを空気冷却器より上方に設置する必要がなく、該カスケードコンデンサの設置場所の制約が自然循環の場合より緩和される。

本発明において、デフロスト運転中は空気冷却器に付設されたファンは停止するため、該ファンに要する動力を該加熱手段の作動動力として使用することができる。従ってホットガス供給のために余分な動力を必要としない。また、第１の配管部分に前記受液器を介設した場合、デフロスト運転中はデフロストに使用したフロン系冷媒を該受液器に回収するようにする。
加熱されたフロン系冷媒をドレン受け部を経由させる理由は、ドレン受け部をフロン系冷媒で加熱することにより、空気冷却器に付着した霜を融解した融解水がドレン受け部に落ちたとき再び凍らないようにするためである。

本発明の空調設備のリニューアルユニット及び該リニューアルユニットを用いた空調設備の施工方法によれば、フロン系冷媒使用の冷凍回路から自然系冷媒使用の冷凍回路に改造する場合に、このリニューアルユニットを各空気冷却器に順次付け替えることにより、各空気冷却器を随時稼動させながら改造工事を進めることができる。
従って、工事期間中各空気冷却器の停止期間を短縮することができると共に、工事による空調設備の運転の中断を最小限に留めると共に、工事期間に融通性をもたせて工事費を低コストにすることができる。

また、ユニット化したリニューアルユニットを用いることにより、付け替え時の取り扱いが容易になる。さらに、リニューアルユニットを別の空気冷却器に付け替え使用することで、１個又は必要とあれば数個のリニューアルユニットだけを用いて、複数の空気冷却器の改造工事を可能とするので、イニシャルコストを低減することができる。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。

（実施形態１）
次に本発明の第１実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。図１は、本発明を適用して、Ｒ−２２冷媒使用の空調設備を自然系冷媒使用の空調設備に改造する手順を示す説明図である。図１（ａ）は改造前の状態を示す。図１（ａ）において、低温庫１の屋上に設けられたＲ−２２冷凍装置０２は、図７の破線内の冷凍装置と冷却塔０７から構成される。低温庫１内の各被空調フロア１ａ〜ｃには、夫々空気冷却器０１１ａ〜ｃが配設され、Ｒ−２２冷凍装置０２と空気冷却器０１１とは、循環ライン０３及び分岐ライン０１３で接続され、空気冷却器０１１の上流側の分岐ライン０１３には膨張弁０１２が介設されている。

以下、本実施形態に係る改造工事の手順を図１の（ｂ）及び（ｃ）に基づいて説明する。まず、低温庫１の屋上にＮＨ_３／ＣＯ_２冷凍装置２が設けられる。ＮＨ_３／ＣＯ_２冷凍装置２の構成を図２に基づいて説明する。図２において、ＮＨ_３／ＣＯ_２冷凍装置２は、アンモニア冷媒が循環する循環ライン３で冷凍サイクルを構成する冷凍回路と、ＣＯ_２冷媒が循環する循環ライン１１及び１２で冷凍サイクルを構成する冷凍回路とが高段側カスケードコンデンサ１０で接続された冷凍装置である。

ＮＨ_３循環ライン３には、圧縮機４、蒸発式凝縮器５、膨張弁６及び蒸発器として機能する高段側カスケードコンデンサ１０が介設され、ＮＨ_３冷媒が循環される。ＮＨ_３循環ライン３では、圧縮機４で圧縮されたＮＨ_３冷媒は、蒸発式凝縮器５で凝縮され、膨張弁６を経て高段側カスケードコンデンサ１０でＣＯ_２循環ライン１１を流れるＣＯ_２冷媒から蒸発潜熱を奪って蒸発する。ＣＯ_２循環ライン１１は、高段側カスケードコンデンサ１０と受液器１３との間を繋ぐ循環ラインを形成し、高段側カスケードコンデンサ１０が受液器１３の上方に設置されている。

ＣＯ_２循環ライン１１では、気化したＣＯ_２が受液器１３から高段側カスケードコンデンサ１０に流入し、高段側カスケードコンデンサ１０で冷却されて液化し受液器１３に流下する自然循環を行う流路を形成している。

図１（ｂ）に戻り、次に、ＮＨ_３／ＣＯ_２冷凍装置２の受液器１３に接続され、低温庫１の内部に垂下されるＣＯ_２循環ライン１２が配設される。ＮＨ_３／ＣＯ_２冷凍装置２及びＣＯ_２循環ライン１２の配設工事中に、空調設備は、既設のＲ−２２冷凍装置０２で空調運転を行なう。次に、この改造工事には、図３（ａ）に図示される本発明のリニューアルユニット２０が用いられる。以下、リニューアルユニット２０の構成を図３（ａ）に基づいて説明する。

図３（ａ）において、リニューアルユニット２０は、配管部分２１ａ及び２１ｂと、配管部分２１に介設された小さな受液容量のミニ受液器２２と、ミニ受液器２２に接続された循環路２３と、循環路２３に介設されたカスケードコンデンサ２４と、配管部分２１から分岐した分岐路２５と、配管部分２１ａに介設された開閉弁２６と、分岐路２５に介設された開閉弁２７及び流量調整弁２８と、分岐路２５の近傍でかつ分岐路２５に沿って配置された電熱ヒータ２９とから構成されている。

カスケードコンデンサ１０及び２４は、各流路を密閉可能なシェルアンドチューブ型熱交換器、シェルアンドプレート型熱交換器又はプレート型熱交換器を用いる。そのため、該カスケードコンデンサを流れる冷媒が漏洩したり、他の冷媒と混ざったりすることはない。特に、Ｒ−２２冷媒が循環路２３から漏れるおそれはない。

改造工事においては、ＣＯ_２循環ライン１２が配設された後で、リニューアルユニット２０が既設の空気冷却器０１１のひとつに接続される。即ち、まず、配管部分２１ａ及び２１ｂが、Ｒ−２２冷媒が流れ空気冷却器０１１の蒸発器０１１２を構成する蒸発配管０１１３とコネクタ３０ａ及び３０ｂで接続される。また、分岐路２５がコネクタ３０ｃでドレンパン０１１４に接続された配管０１１４ａと接続される。次に、カスケードコンデンサ２４がコネクタ３０ｄ及び３０ｅでＣＯ_２循環ライン１２と接続される。

ドレンパン０１１４は蒸発配管０１１３と配管０１１５で接続されているので、これによって、Ｒ−２２冷媒が分岐路２５からドレンパン０１１４を介して蒸発配管０１１３に流れる流路が形成される。そして、ＣＯ_２循環ライン１２では、ＣＯ_２冷媒がポンプ１４により強制循環される。

図１（ｂ）では、リニューアルユニット２０が、空気冷却器０１１のひとつである空気冷却器０１１ｃに接続された状態を示す。この状態で、空気冷却器０１１ａ及び０１１ｂは既存のＲ−２２冷凍装置０２で空調運転を続行し、空気冷却器０１１ｃでは、自然系冷媒を用いたＮＨ_３／ＣＯ_２冷凍装置２で空調運転を行なう。従って、本実施形態では、工事期間中に空調運転が休止される時間が短縮される。

本実施形態では、ミニ受液器２２が空気冷却器０１１より上方に配置されるように構成されている。この配置でミニ受液器２２に液状Ｒ−２２冷媒が貯留され、液状Ｒ−２２冷媒がミニ受液器２２から自重により配管部分２１に落下することで、Ｒ−２２冷媒が自然循環される。

Ｒ−２２冷媒は空気冷却器０１１の蒸発配管０１１３で、ケーシング０１１１内に形成される空気流ａと熱交換して、空気流ａを冷却し、Ｒ−２２冷媒は空気流ａから蒸発潜熱を得て気化し、ミニ受液器２２に戻る。

図４は、空気冷却器０１１全体の縦断立面図である。図４において、ケーシング０１１１の上流側端にはファン０１１６が設けられてケーシング０１１１内で空気流ａを形成する。ケーシング０１１１の出口には、デフロスト時にケーシング０１１１の出口を閉鎖して加熱能力を増大させるダンパ０１１７が設けられている。また、ドレンパン０１１４には、蒸発器０１１２に付着した霜が融解し、ドレンパン０１１４に落下した融解水を排出するための排水管０１１８が付設されている。

図３（ｂ）に示すように、空調運転時には、電磁弁２６が開、電磁弁２７が閉となり、ファン０１１６が稼動することで、ケーシング０１１１内に空気流ａが形成される。この時、電熱ヒータ２９は非稼動とする。そして、フロン系冷媒がミニ受液器２２から配管部分２１ａを介して蒸発器０１１２に流れる。

デフロスト実施時においては、電磁弁２６が閉、電磁弁２７が開となり、ファン０１１６が停止し、電熱ヒータ２９が作動する。また、ダンパ０１１７を空気冷却器０１１の空気流路を閉鎖するように作動させる。これによって、Ｒ−２２冷媒は分岐路２５を通って電熱ヒータ２９で加熱され、高温のガス状となってドレンパン０１１４を経由して蒸発器０１１２に導入される。分岐路２５を通るＲ−２２冷媒の流量は流量調整弁２８で調整される。

Ｒ−２２冷媒が加熱されてなるホットガスが蒸発器０１１２を構成する蒸発配管０１１３の内部を流れることによって該蒸発配管０１１３の外表面に付着した霜が融解し、融解水となってドレンパン０１１４に流れ落ちる。そして、ドレンパン０１１４に設けられた排水管０１１８から外部に排出される。なお、ケーシング０１１１の入口側に入口フード０１２ａが設けられ、かつデフロスト時にダンパ０１１７で空気冷却器０１１の出口を閉鎖することにより、ケーシング０１１１内でデフロスト時の熱の放散を防止し、熱効率を向上させている。

デフロスト時においては、ファン０１１６を停止させ、ファン０１１６のモータ動力分を電熱ヒータ２９の加熱源として使用するので、電熱ヒータ２９の作動に余分な動力を必要としない。

その後、頃合いを見計らって、リニューアルユニット２０を空気冷却器０１１ｃとＣＯ_２循環ライン１２から取り外し、被空調フロア１ｂに配設された空気冷却器０１１ｂに接続する。

そして、被空調フロア１ｃでは、既設のＲ−２２冷媒用空気冷却器０１１ｃをＣＯ_２冷媒用空気冷却器３１ｃと交換し、空気冷却器３１ｃとＣＯ_２循環ライン１２とを分岐路３２ｃで接続する。この状態で空気冷却器３１ｃでは、自然冷媒のみを用いた冷凍装置による空調運転が可能となる。
空気冷却器０１１ａ及び０１１ｂを設置した被空調フロア１ａ及び１ｂでも、順々に被空調フロア０１１ｃと同様の改造工程を行なうことにより、最終的に図１（ｃ）の状態となる。この間、工事を行なう被空調フロア以外のフロアでは空調運転を続行することができる。

次に、図１（ｃ）で、空調設備のデフロスト設備４０の構成を説明する。図１（ｃ）において、デフロスト水槽４１から給水ポンプ４３が介設された給水ライン４２が低温庫１に導設され、給水ライン４２から分岐した枝管４４ａ〜ｃが各空気冷却器３１ａ〜ｃに導設されている。そして、各空気冷却器の図示しない蒸発器にデフロスト水が散水装置４５ａ〜ｃで散布されて、該蒸発器の表面に付着した霜を取り除く。

除霜に供された後のデフロスト水は、空気冷却器３１の下部に設けられたドレンパン４６ａ〜ｃに落ち、そこから排水ライン４７ａ〜ｃに排水される。そして、エアカット弁４８ａ〜ｃで空気が除去され、排水ライン４９を経てデフロスト水槽４１に戻される。
なお、デフロスト設備４０は、Ｒ−２２冷媒冷凍装置０２に付設された既存の散水式デフロスト設備があれば、それをそのまま利用すればよい。この場合、デフロスト設備を新たに付設する必要がないので、介装工事を簡素化できる。既存のデフロスト設備がなければ、新設する必要がある。

かかる構成の本実施形態によれば、ＮＨ_３／ＣＯ_２冷凍装置２とＣＯ_２循環ライン１２を配設した後、リニューアルユニット２０を各空気冷却器０１１に順々に接続しながら、Ｒ−２２冷凍使用の空調設備からＮＨ_３／ＣＯ_２冷媒使用の空調設備に切り換えていくので、各空気冷却器を随時稼動させながら改造工事を進めることができる。従って、改造工事期間中でも工事中の1個の空気冷却器０１１の運転を休止させるだけで、他の空気冷却器０１１は運転可能である。

このように、工事期間中各空気冷却器０１１の停止期間を短縮することができると共に、工事による空調設備の運転の中断を最小限に留めることができるので、低温庫１内に収容された被冷却物の保温を支障なく継続することができる。また、リニューアルユニット２０を使って、空調運転を継続できるので、工事期間に融通性をもたせることができ、工事費を低コストにすることができる。

また、ユニット化したリニューアルユニット２０を用いることにより、付け替え時の取り扱いが容易になる。さらに、リニューアルユニット２０を別の空気冷却器０１１に付け替え使用することで、1個のリニューアルユニット２０だけで複数の空気冷却器０１１の改造を可能とし、設備費を低減できる。また、1個のリニューアルユニット２０を複数の空気冷却器０１１に切り替え接続していくので、改造工事を簡素化できる。

なお、前記第１実施形態のリニューアルユニット２０では、ミニ受液器２２を配管部分２１に介設したが、ミニ受液器２２がなくても、空気冷却器０１１の空調運転を行なうことができる。従って、ミニ受液器２２のないリニューアルユニット２０も本発明に適用できる。

また、配管部分２１を流れるＲ−２２冷媒を自然循環させる場合は、ミニ受液器２２やカスケードコンデンサ２４を空気冷却器０１１より上方に位置させる必要があったが、配管部分２１にＲ−２２冷媒を強制循環させるポンプを介設して、Ｒ−２２冷媒を強制循環させるようにしてもよい。強制循環させる場合は、ミニ受液器２２やカスケードコンデンサ２４を空気冷却器０１１より上方に位置させる制約がなくなるので、リニューアルユニット２０の各機器の配置に融通性を持たせることができる。

（実施形態２）
次に、本発明の第２実施形態を図５に基づいて説明する。図５（ａ）に図示するリニューアルユニット２０’において、配管部分２１ｂ’は、図３（ａ）の配管部分２１ｂと異なり、カスケードコンデンサ２４に接続されている。その他の構成は前記第１実施形態と同一である。そのため、蒸発配管０１１３で空気流ａから蒸発潜熱を奪って気化したＲ−２２冷媒は、上昇してカスケードコンデンサ２４に戻る循環流路を形成している。カスケードコンデンサ２４に戻ったＲ−２２冷媒は、そこで凝縮してミニ受液器２２に戻る。

かかる構成において、リニューアルユニット２０’の作動動作を図５（ｂ）で説明する。空気冷却器０１１の冷却運転時は、図３（ｂ）に示す場合と同様に、電磁弁２６が開、電磁弁２７が閉となっていて、Ｒ−２２冷媒が蒸発器０１１２に導入され、ファン０１１６が作動して空気流ａを形成し、該空気流ａを蒸発器０１１２で冷却する。このとき電熱ヒータ２９はオフとなっている。
次にデフロスト移行時においては、電磁弁２６を閉、電磁弁２７を開として、Ｒ−２２冷媒を分岐路２５からドレンパン０１１４を経由して蒸発器０１１２に導入する。なお、ファン０１１６は作動状態とし、電熱ヒータ２９は非作動状態としたままとする。

次にデフロスト実施時には、電磁弁２６及び２７を閉とし、ファン０１１６を停止させ、電熱ヒータ２９を稼動させる。この操作によって、配管部分２１ａ及び分岐路２５を流れるＲ−２２冷媒の流れを止め、Ｒ−２２冷媒の流れが止まった状態で電熱ヒータ２９により分岐路２５に溜まっているＲ−２２冷媒を加熱する。

これによって、分岐ライン２５の下流側、即ち、ドレンパン０１１４及び蒸発器０１１２の蒸発配管０１１３内に溜まったＲ−２２冷媒を加熱し、蒸発配管０１１３外表面の霜を融解させると共に、循環管２１ｂ’を通ってミニ受液器２２に戻る。かかる操作によって、蒸発配管０１１３の加熱能力を向上させることができる。なお本実施形態においても、ファン０１１６を停止させた状態で電熱ヒータ２９を稼動させるので、電熱ヒータ２９はファン０１１６に要する動力を使用でき、電熱ヒータ２９のために余分な熱源を必要としない。

（実施形態３）
次に、本発明の第３実施形態を図６に基づいて説明する。図６において、ＮＨ_３／ＣＯ_２冷凍装置５０には、図示しないＮＨ_３冷凍回路が設けられ、該ＮＨ_３冷凍回路には図示しない凝縮器が介設されている。そして、該凝縮器と冷却塔５２が冷却水ライン５１及び５４で接続されている。該凝縮器で圧縮機出口側の高温のＮＨ_３冷媒と熱交換して暖められた冷却水ｃが冷却水ライン５１を通って冷却塔５２に供給される。冷却水ｃは冷却塔５２で冷却されて、ポンプ５３により冷却水ライン５４を経て再び該凝縮器に戻される。冷却水ライン５１及び５４には分岐管５５及び５６が設けられている。

本実施形態のリニューアルユニット２０’’は、該分岐管５５及び５６にコネクタ３０ｆ及び３０ｇで接続される配管部分５７ａ及び５７ｂと、該配管部分５７ａ、５７ｂに接続される熱交換器５８と、熱交換器５８と熱交換器６０に架設されたブラインｂの循環路５９と、循環路５９と分岐路２５に接続された熱交換器６０で構成される。リニューアルユニット２０’’のその他の構成は前記第１実施形態又は第２実施形態と同一である。

本実施形態のリニューアルユニット２０’’では、配管部分５７ａ、及び５７ｂが分岐管５５及び５６にコネクタ３０ｆ及び３０ｇで接続された状態で、分岐管５５及び配管部分５７ａを介して暖められた冷却水ｃの一部が熱交換器５８に供給される。冷却水ｃは熱交換器５８で不凍液からなるブラインｂと熱交換してブラインｂを加熱する。加熱されたブラインｂは、熱交換器６０で図３又は図５に図示された分岐路２５を流れるＲ−２２冷媒と熱交換して、Ｒ−２２冷媒を加熱する。

加熱されたＲ−２２冷媒は、高温のガス状となってドレンパン０１１４を経由して蒸発器０１１２導入される。そして、Ｒ−２２冷媒が加熱されたホットガスが蒸発器０１１２を構成する蒸発配管０１１３の内部を流れることによって該蒸発配管０１１３の外表面に付着した霜が融解する。このように、本実施形態によれば、ＮＨ_３／ＣＯ_２冷凍装置５０のＲ−２２冷媒の圧縮機出口側の高温のＮＨ_３冷媒の保有熱を利用して蒸発器０１１２のデフロストを可能にするので、デフロストのための余分な熱源を必要としない。

本発明によれば、フロン系冷媒を用いた既設の空調設備を地球環境に無害な空調設備に改造する場合に、空調設備の休止期間を短縮でき、かつ工事費用を節減することができる。

本発明の第１実施形態に係る空調設備の施工方法の手順を示す説明図である。 前記第１実施形態に係るＮＨ_３／ＣＯ_２冷凍装置２の構成図である。 （ａ）は前記第１実施形態に係るリニューアルユニット２０の構成図、（ｂ）はその作動手順を示す図表である。 前記第２実施形態の空気冷却器０１１の縦断面図である。 本発明の第２実施形態に係るリニューアルユニット２０の構成図、（ｂ）はその作動手順を示す図表である。 本発明の第３実施形態に係るリニューアルユニット２０の一部拡大図である。 従来のＲ−２２冷媒を用いた空調設備を示す全体構成図である。

符号の説明

０２ Ｒ−２２冷凍装置
０１１ａ〜ｃ 空気冷却器
０１１２ 蒸発器
０１１３，０１１５ フロン系冷媒配管
０１１４ ドレンパン（ドレン受け部）
１ 低温庫
１ａ〜ｃ 被空調フロア
２ ＮＨ_３／ＣＯ_２冷凍装置
３ ＮＨ_３循環ライン（ＮＨ_３冷凍回路）
１０ 高段側カスケードコンデンサ
１１，１２ ＣＯ_２循環ライン
２０，２０’、２０’’ リニューアルユニット
２１ａ、２１ｂ、２１ｂ’ 配管部分（第１の配管部分）
２２ ミニ受液器
２３ 循環路
２４ カスケードコンデンサ
２５ 配管部分（第２の配管部分）
２９ 電熱ヒータ（加熱手段）
３０ａ〜ｇ 接続部
５８，６０ 熱交換器（加熱手段）

Claims (7)

1. 建物に配設されフロン系冷媒使用の冷凍サイクルを構成するフロン冷凍回路を備えた既設の空調設備を自然系冷媒使用の冷凍サイクルを構成する冷凍回路を備えた空調設備に交換する改造工事を行なう場合に使用される空調設備のリニューアルユニットであって、
   建物に配設された空気冷却器の蒸発器を構成するフロン系冷媒配管と接続される接続部を有し、該フロン系冷媒配管と接続されてフロン系冷媒の密閉された循環路を形成する第１の配管部分と、
   該第１の配管部分から分岐して空気冷却器のドレン受け部を介して前記フロン系冷媒配管に接続される接続部を有する第２の配管部分と、
   第１の配管部分に介設され自然系冷媒とフロン系冷媒とを熱交換させるカスケードコンデンサと、
   第２の配管部分のドレン受け部との接続部より上流側に配置され、第２の配管部分を流れるフロン系冷媒を加熱する加熱手段と、からなり、
   前記循環路内でフロン系冷媒を自然循環又は強制循環させると共に、空気冷却器のデフロスト時に第２の配管部分からドレン受け部を介して空気冷却器の蒸発器に加熱されたフロン系冷媒を流すように構成したことを特徴とする空調設備のリニューアルユニット。
2. 前記カスケードコンデンサと第２の配管部分との分岐部との間の第１の配管部分に小容量の受液器を介設したことを特徴とする請求項１に記載の空調設備のリニューアルユニット。
3. 前記カスケードコンデンサが密閉型のシェルアンドチューブ型熱交換器、シェルアンドプレート型熱交換器又はプレート型熱交換器であることを特徴とする請求項１に記載の空調設備のリニューアルユニット。
4. 前記加熱手段が電熱ヒータであることを特徴とする請求項１に記載の空調設備のリニューアルユニット。
5. 前記加熱手段が、自然系冷媒使用の冷凍回路の圧縮機出口側の自然系冷媒の保有熱を前記ドレン受け部の上流側を流れるフロン系冷媒に吸収させて該フロン系冷媒を加熱する熱交換器からなることを特徴とする請求項１に記載の空調設備のリニューアルユニット。
6. 自然系冷媒使用の冷凍サイクルを構成する前記冷凍回路が、ＮＨ_３冷媒使用の冷凍サイクルを構成するＮＨ_３冷凍回路と、ＣＯ_２冷媒使用の冷凍サイクルを構成し、該ＮＨ_３冷凍回路との間に高段側カスケードコンデンサを介して接続するＣＯ_２冷凍回路と、からなり、
   前記第１の配管部分が前記カスケードコンデンサを介してＣＯ_２冷凍回路と接続され、該カスケードコンデンサでＣＯ_２冷媒とフロン系冷媒とを熱交換させるように構成してなることを特徴とする請求項１に記載の空調設備のリニューアルユニット。
7. 請求項１に記載の空調設備のリニューアルユニットを用いて、建物に配設されフロン系冷媒使用の冷凍サイクルを構成するフロン冷凍回路を備えた既設の空調設備を自然系冷媒使用の冷凍サイクルを構成する冷凍回路を備えた空調設備に交換する空調設備の施工方法において、
   建物に自然系冷媒使用の冷凍サイクルを構成する冷凍回路を設ける第１ステップと、
   前記フロン冷凍回路に介設され各被空調フロア又は各被空調室ごとに配設された空気冷却器の近傍に、自然系冷媒使用の冷凍回路を構成する自然系冷媒配管を配設する第２ステップと、
   ひとつの空気冷却器の近傍に前記リニューアルユニットを配設し、該フロン冷凍回路を構成する既設のフロン系冷媒配管を用いて該リニューアルユニットを構成するカスケードコンデンサと該空気冷却器とを接続する密閉された循環管路を形成することにより、該循環管路内でフロン系冷媒を自然循環又は強制循環させる流路を形成する第３ステップと、
   該リニューアルユニットを取り外すと共に、フロン系冷媒を用いる既設の空気冷却器を撤去し、代わりに自然系冷媒を用いる空気冷却器を設置し、該空気冷却器と前記自然系冷媒配管とを接続する第４ステップと、からなり、
   前記第３ステップ及び第４ステップを各空気冷却器毎に順次行いながら他の空気冷却器では空調運転を継続することを特徴とする空調設備の施工方法。

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