JP5660873B2

JP5660873B2 - モジュール及びモジュール組立方法

Info

Publication number: JP5660873B2
Application number: JP2010269344A
Authority: JP
Inventors: 靖大越; 拓也伊藤; 山口　博; 博山口; 大塚　修; 修大塚
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-12-02
Filing date: 2010-12-02
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2030-12-02
Also published as: JP2012117778A

Description

本発明は、圧縮機、熱交換器を含む冷凍サイクルの機器類を収納するモジュール及びモジュール組立方法に係り、特にメンテナンス性と工場生産性、設置方法の自由度の改善に関する。

従来の冷凍空調装置において、ほぼ直方体の筐体（以下、キャビネットあるいはモジュールと呼ぶこともある）内に圧縮機、熱交換器などの機器及びそれらを配管で接続して成る冷媒回路を収納した比較的小型の空冷式チラーまたは水冷式チラーを、モジュール（１つのキャビネット内に冷凍サイクルまたはヒートポンプサイクルを組み込んだもの）単位で幅方向または奥行方向に連続して連結させることにより設置場所の憩所に適した方向及び連結数を選択できるものが開示されている（例えば、特許文献１を参照）。
また、比較的大型の冷凍空調装置において、筐体（以下、ケーシングあるいはモジュールと呼ぶこともある）と、このケーシングに対して並列に取り出し・収納自在な複数の水冷ヒートポンプユニット（以下、機械室と呼ぶこともある）とを備え、この水冷ヒートポンプユニット内に複数の圧縮器と、空気熱交換器、水熱交換器、減圧機構、フレーム（以下、これらを単体で呼ぶ場合には機器と称する）などを収納し、圧縮機を上下に分けて配置し、水熱交換器をケーシング内に設け熱源導入管と熱源水排出管に接続・分離自在に構成した冷凍空調装置が開示されている（例えば、特許文献２を参照）。

特開２００３−２７９０７４号公報（第１頁〜第２頁、図４〜図５、図７〜図１１）特開２００７−１３９２６２号公報

しかしながら、特許文献１および特許文献２に示される従来の冷凍空調装置は、モジュール自体が大型であり、１モジュールは約１０００ｋｇ程度の重量物であるため、引き出すための段取り及び工事が大掛かりとなり、迅速なメンテナンスが困難という課題があった。
また、１モジュールの高さは通常２．０ｍ程度であり、モジュールを設置する際の機器の搬入経路が限られる（例えば、１１人乗りのエレベーターに乗せることができないなど）という課題があり、また、１台のモジュールで冷凍空調装置を構成する場合もあるが、図１３に示すように複数のモジュール同士を連結して冷凍空調装置を構成することが多いので、設置場所の広さと高さを確保することが必要になるという課題があった。
また、特許文献１に示される従来の冷凍空調装置では、図１４に示すように圧縮機１、制御部２、水熱交換器（蒸発器）３、水熱交換器（凝縮器）６はフレームに固定されており、冷水配管４、５は水熱交換器（蒸発器）３に固定され、冷却水配管７、８は水熱交換器（凝縮器）６に固定されているので、図１３に示すように複数のモジュールを連続的に連結して冷凍空調装置を構成する場合、図１５に示すように複数のモジュールの中間部に位置するモジュール（図１５の例では、３台のモジュール１００〜３００が連結され、これらの内の中間部に位置するモジュール２００）内の機器のメンテナンスを行う場合は、このモジュール２００をまるごと前方へ、すなわち重量物である１モジュール全体を前方へ引き出す必要があり、引き出し作業に手間がかかるという課題があった。
また、メンテナンスを行うためには特殊な設備、準備が必要となりメンテナンス性が悪いという課題もあった。
また、特許文献２に示される従来の冷凍空調装置では、機械室のみを小型化して引き出すことは可能であるが、この機械室を引き出す場合には、金属製のフレームを有するこの機械室自体が複数連結された状態で引き出す必要があり、サイズが大きく重量もかなり重いという問題があり、機器の設置や搬入が困難であるという課題があった。
また、従来の水冷チラーモジュールを横方向に連続して複数台設置した場合のメンテナンスにおいて、従来はモジュール全体を前面に引き出す必要があり、機器を引き出すスペースを事前に確保する必要があり、機器の設置スペースが大きくなるという課題があった。
また、従来の水冷チラーは工場内での組立生産において、必要な部品を組み込む際に、上側から順次部品を取り付けて作業を進めていくため、モジュールの枠を取り付ける組立作業と冷媒配管のロウ付け・組立作業が混在し、それぞれの作業の段取りが都度必要となるため作業性が悪いという課題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、連続設置されたモジュールをモジュール単位での良好なメンテナンス性、工場内での組立生産性の向上を実現し、また、機器の設置自由度が拡大するモジュール及びモジュール組立方法を提供することにある。

本発明に係るモジュールは、第１の媒体と熱交換を行い前記第１の媒体を冷却する第１の熱交換器、第２の媒体と熱交換を行い前記第２の媒体を加熱する第２の熱交換器、冷媒を圧縮する圧縮機、前記第２の熱交換器から出た冷媒量を制御する減圧装置、温度と圧力を検知するセンサー類及び制御装置で構成される機器群と、前記第１の熱交換器、前記第２の熱交換器、前記圧縮機及び前記減圧装置を接続する冷媒配管と、前記機器群で使用される配線類と、前記機器群、前記冷媒配管及び前記配線類を載置する機器群支持台と、前記機器群と前記機器群支持台とから成る複数のエレメントを所定の方向に出し入れ自在に載置するエレメント出入用ガイドと、上面、側面、正面及び背面をそれぞれ覆う外装パネルを有し、前記エレメントを収納する筐体と、前記筐体のパネルを支持し、上下方向へ円接された複数の柱を有する外枠と、を備え、前記エレメント出入用ガイドは前記柱の上下方向の複数の位置に固定され、前記複数のエレメントは複数段の前記エレメント出入用ガイドにそれぞれ載置されるものである。

本発明によれば、機器群と機器群支持台とから成るエレメントを所定の方向に出し入れ自在のエレメント出入用ガイドの上に載置したので、モジュール単位での運搬・搬入が容易になり搬入経路や設置場所の自由度が拡大する。また、設置工事の段取りも不要となり、迅速な設置、迅速なメンテナンスが可能となる。
また、モジュールを構成する最小単位である機器群が機器群支持台とともにエレメントとしてまとめられているので、モジュールを連結した場合に中間に配置されたモジュールでもエレメント単位で前面に引き出すことができ、モジュール全体を引出すことが不要なためメンテナンスが容易となり、メンテナンス時間および費用を大幅に削減することが可能となる。

本発明の実施の形態１における冷凍空調装置外略図である。本発明の実施の形態１における冷凍空調装置の冷媒回路を示す図である。本発明の実施の形態１における冷凍空調装置のエレメントの概略構成を示す斜視図である。本発明の実施の形態１におけるエレメントの搭載状況を示す図である。本発明の実施の形態１におけるモジュールを横方向に連結した場合の概略図である。本発明の実施の形態１におけるメンテナンス時の状況を示すイメージ図である。本発明の実施の形態１における冷凍空調装置の概略組立手順を示す図である。本発明の実施の形態２における冷凍空調装置の外装パネルを取外した状態を示す側面図である。本発明の実施の形態２における冷凍空調装置の概略組立手順を示す図である。本発明の実施の形態３における冷凍空調装置の外装パネルを取外した状態を示す側面図である。本発明の実施の形態４における冷凍空調装置の外装パネルを取外した状態を示す側面図である。本発明の実施の形態５における冷凍空調装置の外装パネルを取外した状態を示す側面図である。本発明の実施の形態６における冷凍空調装置の外装パネルを取外した状態を示す側面図である。従来の冷凍空調装置を設置したときの外観を示す外観図である。従来の冷凍空調装置のモジュールの内部構成を概略的に示す内部構造図である。従来の冷凍空調装置のメンテナンス時のモジュール移動操作を示す概略外観図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における冷凍空調装置の外装パネルを取り外した状態を示す外観図である。図１（ａ）はモジュール１段で構成された冷凍空調装置の側面図、図１（ｂ）はモジュール１段で構成された冷凍空調装置の正面図である。また、図１（ｃ）はモジュール２段で構成された冷凍空調装置の側面図、図１（ｄ）はモジュール２段で構成された冷凍空調装置の正面図である。
冷凍空調装置は図１（ａ）、（ｂ）に示すように１段積みモジュールで構成される場合もあるし、図１（ｃ）、（ｄ）に示すように２段積みモジュールで構成される場合もある。一般に、モジュールの積上げ段数をｎ（ｎは１以上の整数）とすると、モジュールをｎ段積んで構成されたモジュールをｎ段積みモジュールと呼ぶ。例えば、モジュールが１段で構成された場合には１段積みモジュールと呼び、モジュールを２段積んだ場合には、２段積みモジュールと呼び、モジュールを３段積んだ場合には３段積みモジュールと呼ぶ。冷凍空調装置は、１つのモジュール単体で構成される場合もあるし、２段以上のモジュールを積み上げた複数段積みモジュールだけで構成される場合もある。また、複数のｎ（ｎは１以上の整数）段積みモジュールを水平面上の横方向に連結して構成される場合もあるし、複数のｎ（ｎは１以上の整数）段積みモジュールを水平面上の縦方向に連結して構成される場合もある。

次に、本実施の形態１におけるモジュールの構成について説明する。ｎ段積みモジュールでもこれらが連結されたものでもすべて、全く同じ構成の１段のモジュール１台をベースとして構成されているため、便宜上、以下の説明では、１台の１段モジュール１００について説明する。
図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、１段のモジュール１００ａは、圧縮機１、制御コントローラー２、水熱交換器（蒸発器）３、冷水配管４、５、水熱交換器（凝縮器）６、冷却水配管７、８、機器群支持台９、エレメント出入用ガイド１０、板金で構成された横枠１１、板金で構成された柱１２から構成されている。水熱交換器（蒸発器）３において、冷水配管４、５内を流れる冷水と図示しない冷媒配管内を流れる冷媒との間で熱交換が行われる。同様に、水熱交換器（凝縮器）６において、冷却水配管７、８内を流れる冷水と図示しない冷媒配管内を流れる冷媒との間で図１Ａに示すように熱交換が行われる。なお、図１Ａの減圧装置５１は、水熱交換器（凝縮器）６によって熱交換されて冷却した冷媒がここで減圧されて、高圧から低圧に変わる部分である。また、冷水側は図示しないが、別の熱交換器により、利用者側の室内空気と熱交換するように構成されている。また、冷却水は例えば建屋の屋上に設けられている冷却塔により外気と熱交換することで冷却されるように構成されている。

図２は本発明の実施の形態１における冷凍空調装置のエレメントの概略構成を示す斜視図である。図２に示すようにエレメント２０は、冷凍サイクルを構成する圧縮機１、制御コントローラー２、水熱交換器（蒸発器）３、水熱交換器（凝縮器）６、図示しない減圧装置、及び各種センサー（温度センサー、圧力センサーなど）の機器群を密集配置し、冷凍サイクルを構成する各機器を接続する冷媒配管、および機器群で使用される配線類とともに一括して機器群支持台９の上に実装することで構成される。即ち、エレメント２０は機器群と機器群支持台９を合わせた構成になっている。なお、図１Ａ及び図２に示すように、圧縮機１を２台搭載し、１台の水熱交換器３と１台の水熱交換器６を共有させることで能力を２倍に引き上げると共にエレメント２０の小型化、軽量化を図っている。これにより、このエレメント２０で構成されたモジュールの小形化軽量化が可能となり、設置時の搬送、搬入作業が容易となる。なお、図１Ａの一点鎖線で囲まれた部分がエレメント２０に搭載される部分である。

また、図３は、本発明の実施の形態１におけるエレメントの搭載状況を示す図である。
図３の波線で示した波線部１４に示すようにエレメント出入用ガイド１０は断面形状がＬ字形の板金で構成され、外枠を構成する底面に載置させ、両側の柱１２のそれぞれの内面に接触させた状態でとりつけ、図１（ａ）に示すようにネジ止めなどのエレメント出入用ガイド固定具１３により固定される。
また、機器群支持台９は、エレメント出入用ガイド１０の上に載置された状態で設置されており、機器群支持台９をある一定の方向（例えば図２における機器群支持台９の長手方向）に引き出すことができる。この場合、背面側から機器群支持台９を押し出すことにより引き出すこともできるが、機器群支持台９の縁を利用して前方から引くことにより引き出すこともできる。滑りを良くするために車輪付きのスライド機構を設けてもよいが、コスト低減を図るために簡易テープを貼り付けても良い。
また、エレメント２０に搭載された水熱交換器６は、設備側の水配管との接続箇所１５、１６において、ジョイントやフランジにより接続されメンテナンス時には容易に取り外しが可能な構造となっている。
なお、メンテナンス時には、エレメント２０が振動などの影響により勝手に出入り方向に移動してしまうのを回避するために外枠にストッパーを設けるのが好ましい。

図４は、図１（ｃ）（ｄ）に示す２段積みモジュールを横方向に連結した場合の概略図を示し、図４（ａ）は外装パネルを取り外した状態を示す正面図であり、図４（ｂ）は外装パネルを取り付けた状態を示す外観図である。
同図に示すように、モジュール１００、２００、３００は図示しないボルトとナットなどを利用して連結される。
また、図５は、本実施の形態１におけるメンテナンス時の状況を示すイメージ図である。
図５に示すように、メンテナンスを行う際はエレメント２０を前方に引き出すことで対応することが可能であり、従来のような重量物の取り扱いが不要となるためメンテナンス作業のための準備や時間が削減可能となる。
図６に本モジュールを組み立てる場合の概略手順を示す。
（手順１）図６（ａ）に示すように機器群支持台９の上に、冷凍空調装置を構成する主要機器（圧縮機１、水熱交換器３、６等）をまとめて搭載し、各機器を接続するロウ付け作業および配線作業を実施する。
（手順２）図６（ｂ）に示すよう機器群支持台９にエレメント出入用ガイド１０、外枠を構成する横枠１１、柱１２を順次取り付けてモジュール１００ａを構成する。
以上で最小単位のモジュール１００ａを構成することができるが、２段積みモジュール１００ｂを構成する場合には、さらに次の手順を必要とする。
（手順３）図６（ｃ）に示すように手順１及び手順２によって作成した２つのモジュール１００ａを上下方向に２段に積み上げて２段積みモジュール１００ｂを構成する。
上記の手順により組み立てることで、手順１〜手順２の作業、即ち、エレメント２０の組立時に必要な冷媒配管のロウ付け作業、制御コントローラー２取り付け時の配線作業と、モジュール１００ａを構成する外枠とエレメント２０を取り付ける作業を分割して行うことで組立作業の高効率化が可能となり、安価に機器を生産することができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、１段積みモジュールを上下方向に複数段積み上げて複数段モジュールを構成する場合について説明したが、この場合、外枠を構成する横枠が重複している。そこで、横枠を省略してもよい。本実施の形態２では、このような場合について説明する。
図７は、本発明の実施の形態２における冷凍空調装置の外装パネルを取外した状態を示す側面図であり、図１（ａ）と異なる点は、横枠を一部省略し、実施の形態１で用いられた柱１２に代えて、上下方向に延設された柱１２Ａを用いた点である。柱１２Ａにエレメント２０を上下に接続し、柱１２Ａを共通化する。これにより、モジュールのコスト低減を図ることができる。
本実施の形態２では、機器群支持台９とエレメント出入用ガイド１０をエレメント出入用ガイド固定具１３にて仮固定する構造としている。

次に、図８に本形態での組み立て手順を示す。
（手順１）図８（ａ）に示すように機器群支持台９の上に、冷凍空調装置を構成する主要機器（圧縮機１、水熱交換器３、６等）をまとめて実装することによって、各機器を接続するロウ付け作業および配線作業を実施する。
（手順２）図８（ｂ）に示すように機器群支持台９にエレメント出入用ガイド１０を仮取り付けし、矩形状の台の形に構成された横枠１１の上に設置する。
（手順３）図８（ｃ）に示すようにほぼ１つのエレメントの空間領域を占有するエレメント取り付け治具１７を用いて４本の柱１２Ａとエレメント出入用ガイド１０を固定する。
（手順４）手順１および手順２によって組み立てた上部エレメント２０ａを上方から機器群支持台９に組み込み、柱を組み立てる。
（手順５）図８（ｄ）に示すように取り付け治具１７を取り除き、手順２で組み立てた下部エレメント２０ｂの上に手順４で組み立てた上部エレメント２０ａを設置して上部横枠を取り付けることによってモジュール１００ｃを組み立てる。
本実施の形態によれば、実施の形態１と同様に組立作業の高効率化が可能となり、安価に機器を生産することができる。

実施の形態３．
実施の形態１及び２では、モジュールを上下方向に２段積んだ例について説明したが、これに限る必要はなく、メンテナンス容易性及び省スペースなどの観点から３段以上に積み上げてもよいことはいうまでもない。
図９に実施の形態１で説明した１段モジュールを上下方向に３つ接続して３段積みモジュール１００ｄを構成した場合の例を示す。

実施の形態４．
また、図１０に実施の形態２で説明したエレメントを上下方向に３つ接続し、柱を共通化することでモジュール１００ｅを構成しコスト低減を図った例を示す。

実施の形態５．
図１１に１段モジュール１００ａを横方向に２つ接続して構成した冷凍空調装置の例を示す。
本実施の形態では、モジュールの高さ方向を約１／２とすることができ、従来設置ができなかった、高さが確保できないスペースへの機器の設置が可能となる。

実施の形態６．
図１２に１段モジュール１００ａを横方向に３つ接続して構成した冷凍空調装置の例を示す。
なお、上記の例では、水冷式の冷凍空調装置について説明したが、これに限る必要はなく、水と冷媒の熱交換を行う熱交換器を空気と冷媒の熱交換を行う熱交換器に取り替えても良く同様の効果を得ることができる。

１圧縮機、２制御コントローラー、３水熱交換器（蒸発器）、４冷水配管、５冷水配管、６水熱交換器（凝縮器）、７冷却水配管、８冷却水配管、９機器群支持台、１０エレメント出入用ガイド、１１横枠、１２柱（外枠）、１２Ａ柱、１３エレメント出入用ガイド固定具、１４波線部、１５設備側の水配管との接続箇所、１６設備側の水配管との接続箇所、１７エレメント取り付け治具、２０エレメント、２０ａ上部エレメント、２０ｂ下部エレメント、５１減圧装置、１００モジュール、１００ａ（１段積み）モジュール、１００ｂ２段積みモジュール、１００ｃモジュール（エレメント２段積み）、１００ｄ３段積みモジュール、１００ｅモジュール（エレメント３段積み）。

Claims

第１の媒体と熱交換を行い前記第１の媒体を冷却する第１の熱交換器、第２の媒体と熱交換を行い前記第２の媒体を加熱する第２の熱交換器、冷媒を圧縮する圧縮機、前記第２の熱交換器から出た冷媒量を制御する減圧装置、温度と圧力を検知するセンサー類及び制御装置で構成される機器群と、
前記第１の熱交換器、前記第２の熱交換器、前記圧縮機及び前記減圧装置を接続する冷媒配管と、
前記機器群で使用される配線類と、
前記機器群、前記冷媒配管及び前記配線類を載置する機器群支持台と、
前記機器群と前記機器群支持台とから成る複数のエレメントを所定の方向に出し入れ自在に載置するエレメント出入用ガイドと、
上面、側面、正面及び背面をそれぞれ覆う外装パネルを有し、前記エレメントを収納する筐体と、
前記筐体のパネルを支持し、上下方向へ円接された複数の柱を有する外枠と、を備え、
前記エレメント出入用ガイドは前記柱の上下方向の複数の位置に固定され、
前記複数のエレメントは複数段の前記エレメント出入用ガイドにそれぞれ載置される
ことを特徴とするモジュール。
前記機器群支持台は、複数の圧縮機を備え、この複数の圧縮機は、前記第１の熱交換器と第２の熱交換器を共有することを特徴とする請求項１記載のモジュール。
前記外装パネルは出し入れ方向に着脱可能に設けられ、
前記エレメントは、前記機器群に背面側から正面側の方向へ押される外力が作用することで前記反対側へ押し出されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のモジュール。
前記外装パネルは出し入れ方向に着脱可能に設けられ、
前記エレメントは、前記機器群支持台を背面側から正面側の方向へ引き込む外力が作用することで前記一方向へ引き出されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のモジュール。
前記第１の熱交換器の出入口と前記第２の熱交換器の出入口は一端が外部の配管と接続するジョイントあるいはフランジの他端により接続され、メンテナンス時には前記配管と取り外しが可能であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のモジュール。
前記第１の媒体は利用側に用いられる冷水であり、前記第２の媒体は外気に排熱するための冷却水であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のモジュール。
前記第１の媒体は利用側に用いられる冷水であり、前記第２の媒体は外気であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のモジュール。
請求項１記載の機器群及び冷媒配管を第１の機器群支持台の上に載置し、ロウ付け作業及び配線作業を実施して第１のエレメントを作成する第１工程と、
機器群支持台にエレメント出入用ガイド、外枠を構成する横枠、柱を順次取り付けて１段積みモジュールを構成する第２工程と、
前記第１の工程及び前記第２の工程によって作成した２つの１段積みモジュールを上下方向にｎ（ｎは２以上の整数）段に積み上げてｎ段積みモジュール構成する第３の工程と、を備えたことを特徴とするモジュール組立方法。
第１の媒体と熱交換を行い前記第１の媒体を冷却する第１の熱交換器、第２の媒体と熱交換を行い前記第２の媒体を加熱する第２の熱交換器、冷媒を圧縮する圧縮機、前記第２の熱交換器から出た冷媒量を制御する減圧装置、温度と圧力を検知するセンサー類及び制御装置で構成される機器群と、
前記第１の熱交換器、前記第２の熱交換器、前記圧縮機及び前記減圧装置を接続する冷媒配管と、を備え、
前記第１の熱交換器の出入口と前記第２の熱交換器の出入口は一端が外部の配管と接続するジョイントあるいはフランジの他端により接続され、メンテナンス時には前記配管と取り外しが可能であるモジュールの組立方法であって、
前記機器群及び前記冷媒配管を第１の機器群支持台の上に載置し、ロウ付け作業及び配線作業を実施して第１のエレメントを作成する第１工程と、
第１工程で作成した第１のエレメントの機器群支持台にエレメント出入用ガイドを仮取り付けし、矩形状の台の形に構成された下部横枠の上に設置して第１ブロックを作成する第２工程と、
ほぼ１つのエレメントの空間領域を占有するエレメント取り付け治具を用いて４本の柱とエレメント出入用ガイドを固定する第３の工程と、
前記第１の工程から前記第３の工程完了までの間に行われ、前記機器群及び前記冷媒配管を第２の機器群支持台の上に載置し、ロウ付け作業及び配線作業を実施して第２のエレメントを作成する第２エレメント作成工程と、
前記第２エレメント作成工程で作成した第２のエレメントを、前記第３の工程で前記柱に取付け固定された第２のエレメント出入用ガイドの上に載置し、ロウ付けなどにより固定して第２ブロックを構成する第４工程と、
前記第２ブロックから前記治具を取り除き、前記第２工程で作成された第１ブロックの上に被せ、上枠を前記柱に取り付ける第５工程と、を備えたことを特徴とするモジュール組立方法。