JPH01107031A - ビル空調システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は、ビルディングの空調システムに係り、特に、
熱源装置側と被空調室側の間の熱搬送体にフロン等の冷
媒を用いるビル空調システムに関するものである。

【従来技術】

一般に、ビル空調システムで熱源装置と空調機との間の
熱搬送を行なう熱媒体には、通常は水が用いられる。と
ころで、この空調機を被空調室である居室側に設置する
場合もあるが、居室での漏水事故の恐れがあり、あまり
好まれない。そこで、近来のビル空調システムでは、フ
ロン等の冷媒を熱源装置から空調機の熱交換器へ直接導
くシステムが注目されている。 このシステムでは、例えばヒートポンプ等の屋外ユニッ
トを熱源装置として屋上等の屋外に設置し、一方、屋内
の居室側には、屋外ユニットから冷媒配管で直結された
室内ユニットが空調機として設置され、冷暖房が行なわ
れている。 また、本件出願人は、熱源装置側と被空調室側の間の熱
搬送手段として重力式ヒートパイプを採用したビル空調
システムの発明について既に出願（特願昭６１−２６４
３０９号）しているが、その出願に係るビル空調システ
ムでは重力式ヒートパイプの冷媒液管と冷媒ガス管がそ
れぞれ別々に配管される構成となっている。

【発明が解決しようとする問題点】

ところで、上述のごとく構成された屋外ユニットと室内
ユニットとが冷媒配管で直結されるビル空調システムは
直膨式のものであり、屋外ユニットの圧縮機の冷凍機油
がミスト状態で冷媒に混在して配管内を流れている。し
たがって室内ユニット側へ冷媒とともに運ばれるこの冷
凍機油を屋外ユニットの圧縮機へ回収する必要があり、
そのために種々の制約を受けることになる。 例えば被空調室での空調負荷の変動に対しては、各室内
ユニットに供給される冷媒の流量を制御するのが望まし
いが、冷凍機油を回収するためには冷媒配管内のガス流
速を略６　ｘ／ｓｅｃ以上に保つことが必要であり、絞
り機構を絞り過ぎるとこのガス流速が維持できなくなる
。したがって冷媒流量を制御する手段として絞り機構を
作用させろことができず、強いて室内ユニット側で負荷
変動に対応しようとするならば、送風機のオン・オフを
小刻みに繰り返し、これと略同時に絞り機構の開閉も小
刻みに繰り返すことによって能力制御を行なわなければ
ならず、このような制御方法は勿論好ましいものではな
い。 したがって、冷凍機油を回収するためには１台の屋外ユ
ニットに対応させて接続できる室内ユニットの数も制限
され、実際には、条件によっても異なるが１台の屋外ユ
ニットに対して連結できる室内ユニットは通常５台ない
し６台が限度である。 また、熱源装置は負荷のピーク値を許容できるだけの容
量を有していることが必要であり、その装置容量は大き
くならざるを得ない。また、冷媒の圧送は熱源装置に内
蔵された圧縮機の圧力により行なわれるため、装置容量
はさらに大容量が要求される。 また、上述の重力式ヒートパイプを採用したビル空調シ
ステムの場合には、冷媒配管を液管とガス管の両方を施
工しなければならず、その施工作業は大略同じことを２
回繰り返さなければならなかった。さらに、液管ではそ
の断熱を十分に施しておかないとフラッシュガスが発生
し、もしフラッシュガスが発生した場合には冷媒の自然
循環が停止するという問題を含んでいる。 本発明は上述のごとき問題点に鑑み、これらを有効に解
決すべく創案されたものである。したがってその目的は
、被空調室側に熱搬送媒体としての水の流路を設けずに
冷暖房を行ない、且つ空調機器の装置容量を小さくする
とともに各室内ユニットでの能力制御を容易にし、また
１台の屋外ユニットに対応して設置できる室内ユニット
の台数を直膨式よりも増加できるビル空調システムであ
って、重力式ヒートパイプの冷媒配管の施工が容易に行
なえ、フラッシュガスの発生を抑制するとともに冷媒の
自然循環停止を防止できるビル空調シスチー４〜 ムを提供することにある。

【問題点を解決するための手段】

本発明に係るビル空調システムは、従来技術の問題点を
解決し、本発明の目的を達成するために以下のような構
成を備えている。 すなわち、空調する建物のたとえば屋上等の高所に冷熱
源としての第１蓄熱槽が設けられ、一方、その建物の地
下室等の低所には温熱源としての第２蓄熱槽が設けられ
る。さらに、冷熱源である第１蓄熱槽と温熱源である第
２蓄熱槽との間の高さ位置となる各被空調室あるいはこ
れらの被空調領域に空調機が設けられる。これら第１蓄
熱槽と空調機との間、およびこの空調機と第２蓄熱槽と
の間はそれぞれ重力式ヒートパイプで接続される。 この重力式ヒートパイプは、冷媒液管と冷媒ガス管とが
該冷媒液管の外周を冷媒ガス管が囲繞する２重管に構成
された部分を有している。なお、この２重管構造の場合
は、管壁によって冷媒液管と冷媒ガス管が直接分離され
る２層の２重管構造であってもよく、あるいは冷媒液管
と冷媒ガス管の間に断熱材層が形成された３層の２重管
構造であってもよい。また、好ましくは、冷熱源として
の第１蓄熱槽は氷蓄熱槽によって構成される。

【作用】

本発明に係るビル空調システムは、従来技術の問題点を
解決し、本発明の目的を達成するために以下のように作
用する。 まず、重力式のヒートパイプは、フロン等の冷媒を用い
、この冷媒の相変化と重力とを利用することにより被空
調室側の空調機と各熱源との間を自然循環して熱移動に
供する。冷房運転時には、被空調室側の熱負荷を空調機
内の熱交換器で吸収した冷媒が液相から気相に変化し、
ヒートパイプ内を上昇して冷熱源の第１蓄熱槽に至る。 気相の冷媒は第１蓄熱槽内で冷却されて凝縮し、重力に
よりヒートパイプ内を下降して空調機へ戻る。また、暖
房運転時には、被空調室側の熱負荷を空調機内の熱交換
器で吸収した冷媒が気相から液相に変化し、重力により
ヒートパイプ内を下降して温熱源の第２蓄熱槽に至る。 液相の冷媒は第２蓄熱槽内で加熱されて気化し、ヒート
パイプ内を上昇して空調機へ戻る。ヒートパイプを構成
する冷媒配管の２重管構造部分では、１本の配管を施工
するだけで冷媒液管および冷媒ガス管の両方を施工でき
る。また、内部の冷媒液管に対して外部の冷媒ガス管が
断熱作用をなし、冷媒液管内でフラッシュガスが発生す
るのを抑制する。特に断熱材層を形成した３層の２重管
構造の場合にはその断熱効果が高い。 本発明のビル空調システムでは、熱源装置側で強制循環
される冷媒の系と重力式ヒートパイプ内で自然循環する
冷媒の系との間で熱交換が行なわれ、ヒートパイプと熱
源装置とはそれぞれ分離されて互いに独立した冷媒循環
系を構成するので、室内ユニット側へ冷凍機油が運ばれ
ることはなく、その回収の必要もない。このため、重力
式ヒートパイプ内を自然循環する冷媒の流速に制約はな
くなり、各室内ユニッ゛ト側での冷媒流量は、各被空調
室の負荷に応じた熱交換量に相当する冷媒流量に制御で
きる。 また、室内ユニットの設置台数に関しては、冷媒が十分
に自然循環できる程度にヒートパイプの管路抵抗が小さ
ければよく、冷凍機油回収のために必要となる冷媒ガス
流速には下限がない。 なお、第１蓄熱槽が氷蓄熱槽で構成される場合には、ビ
ルの屋上等の高所であっても大容量（蓄熱量）の蓄熱槽
を設置することが可能である。

【発明の効果】

以上の説明より明らかなように、本発明によれば次のご
とき優れた効果が発揮される。 すなわち、被空調室側に熱搬送媒体としての水の流路を
設けずに冷暖房を行なうので、居室内での漏水事故の発
生が防止できる。また、空調機器の装置容量を小さくし
ても、十分に空調負荷のピークに対応できる。各室内ユ
ニット側での冷媒流量制御が可能になり能力制御が容易
になる。また１台の屋外ユニットに対応して設置できる
室内ユニットの台数を直膨式よりも増加できる。重力式
ヒートパイプの冷媒配管の施工が容易に行なえ、冷媒液
管内でのフラッシュガスの発生を抑制する一８＝ とともに冷媒の自然循環停止を防止できる。

【実施例】

以下に本発明の好適一実施例について添付図面を参照し
て説明する。 第１図は本発明に係るビル空調システムを示す概略構成
図である。本ンステムの各構成はそれぞれの設置位置が
高さ位置に関して特定されている。 冷熱源である第１蓄熱槽としての氷蓄熱槽１は建物の例
えば屋」二のような高所に設置され、一方、温熱源であ
る第２蓄熱槽としての温氷蓄熱槽２は建物の地下のよう
な低所に設置されている。氷蓄熱槽ｌは顕熱に比べて約
８０倍もの潜熱も含めて蓄熱するので、顕然のみによっ
て蓄熱する冷氷蓄熱槽よりも大きな蓄熱容量を有してお
り、したがって同等容量の蓄熱槽を得るには蓄熱槽をは
るかに小さくすることができ、屋上設置も可能となる。 また、室内ユニットとしての空調機３は氷蓄熱槽ｌと温
氷蓄熱槽２との間の高さ位置となる各階の居室に設置さ
れている。 これら各蓄熱槽１．２と各被空調室に設けられた空調機
３との間は重力式のヒートパイプ４，５によって接続さ
れている。それぞれのヒートパイプ４，５において、冷
媒液管２２と冷媒ガス管２３が大略同じ配管経路をとる
部分では、冷媒液管２２の外周を冷媒ガス管２３が囲繞
するように２重管に構成されている。したがって、この
部分での配管施工に費やされる手間は通常の場合の２分
の１ですむ。また、このように２重管に構成されている
部分では、冷媒ガス管２３が冷媒液管２２に対して断熱
作用をなし、特に冷房用回路をなすヒートパイプ４にあ
っては、液相の冷媒が冷媒液管２２内で一部気化してし
まい、これがフラッシュガスとなって発生するのを防止
する。また、外周側の冷媒ガス管２３のさらに外周側に
断熱材を巻き付けておけば断熱効果を十分に発揮でき、
フラッシュガスの発生およびこれに伴う冷媒の自然循環
の停止の問題を大略完全に解決できる。これらヒートパ
イプ４，５内の冷媒（図中実線矢印は液流、破線矢印は
ガス流を示す）は、それぞれ空調機３といずれか一方の
蓄熱槽１もしくは２内で熱交換することによって相変化
し、これらの間を往復するようにヒートパイプ４，５内
を循環して流れる。氷蓄熱槽１を経由するヒートパイプ
４の液流部分には、各空調機３へ液体の冷媒を分配する
前の位置に受液器６が介設され、さらにその下流側に各
空調機３に対応して流量調整弁７が設けられている。 したがって、各被空調室における冷房負荷に応じて受液
器６から対応空調機へ必要量の冷媒を供給することがで
きる。また、温氷蓄熱槽２を経由するヒートパイプ５の
液流部分には、各空調機３から温氷蓄熱槽２へ還流する
液体の冷媒が合流する位置に受液器８が介設され、さら
にその上流側で各空調機３に対応する流量調整弁９と、
下流側で全冷媒流量を調整する流量調整弁１０とが設け
られている。したがって、熱搬送媒体として被空調室側
へ導かれるのは水ではなく冷媒であり、たとえこれが配
管から漏れたとしてもすぐに気化するので居室を汚すよ
うな恐れはない。 各蓄熱槽１．２に蓄冷ないし蓄熱するための熱源装置は
製氷器Ｉ２を内蔵したヒートポンプチラ−１１であり、
氷蓄熱槽１と製氷器１２との間にスラリーポンプ１３が
介設され、製氷器１２で作られた氷がスラリーポンプ１
３によって氷蓄熱槽ｌへ圧送される。温氷蓄熱槽２は、
ヒートポンプチラー１１の凝縮器に形成された熱交換器
１４との間に温水熱回収管１５が設けられ、これに介設
されたポンプ１６によって温水が温氷蓄熱槽２へ圧送さ
れる。 本実施例では、ヒートポンプチラー１１は夜間の低電力
料金で運転され、その熱エネルギを蓄熱槽１または２に
蓄えるので、基本的には各蓄熱槽ｌまたは２の蓄熱量に
よって空調負荷に対応するが、例えば図示しない別の熱
源装置が各空調機３に対して直結されている場合、この
熱源装置の出力と蓄熱槽１または２の熱エネルギと併用
することによって熱源装置の負荷を小さくできる。特に
、熱源装置を主熱源とし、蓄熱槽の熱エネルギを補助的
熱源としてもちいるような場合でも、ピーク負荷に対応
する熱源装置の装置容量を小さくすることが可能となる
。またこのことは、別の熱源袋置を用いずともヒートポ
ンプチラー１１の蒸発器を二つの切り替え可能な系統に
分岐し、一方の系統の蒸発器は上記実施例と同様に製氷
器１２へ導き、もう一方の系統の蒸発器については、ヒ
ートパイプ４の冷媒を直接凝縮させる冷熱源として氷蓄
熱槽ｌとは別に直接ヒートパイプ４へ導くことによって
も同様の作用効果が得られる。上記は冷房用回路に関す
る説明であるが、暖房用回路に関してもヒートポンプチ
ラー１１の凝縮器を二つの切り替え可能な系統に分岐し
、一方の系統を温氷蓄熱槽２へ、もう一方の系統をヒー
トパイプ４の冷媒を直接蒸発させる温熱源として温氷蓄
熱槽２とは別に直接ヒートパイプ４へ導くことによって
も同様の作用効果が得られる。因に、冷房の場合の蓄熱
運転の成績係数は約２．５程度であるが、ヒートパイプ
４を直接冷却する場合の成績係数は約４．５程度が見込
める。 なお、図中１７はアキュムレータ、１８は膨張弁、１９
は空気熱交換器、２０は圧縮機、２１はファンである。 第２図は本発明に係るビル空調システムの一実施例を示
す概略構成図である。本実施例では、単一の重力式ヒー
トパイプ３１が冷房用および暖房用に切り替えられて兼
用できるように構成されている。したがって、各空調機
３内の熱交換器３２もそれぞれ−っずっ設けられている
。すなわち、重力式ヒートパイプ３１をなす冷媒管は、
建物の高所に設置された冷熱源側熱交換器（以下この実
施例においては、ヒートパイプ３Ｉ内の冷媒を凝縮させ
る熱交換器として凝縮器と称す）３３．３３’建物の低
所に設置された温熱源側熱交換器（以下この実施例にお
いては、ヒートパイプ３１内の冷媒を蒸発させる熱交換
器として蒸発器と称す）３４との間に配管されている液
系縦主管３５とガス系縦主管３８とを有しており、さら
にこれら液系縦主管３５とガス系縦主管３８からそれぞ
れの階で液系横主管３６とガス系横主管３９とが分岐さ
れており、これら液系横主管３６およびガス系横主管３
９から各空調機３への液系分岐管３７およびガス系分岐
管４０が取り出されて各冷媒回路を形成している。この
ヒートパイプ３１の液系縦主管３５とガス系縦主管３８
が大略同じ配管経路をとる部分では、液系縦主管３５の
外周をガス系縦主管３８が囲繞するように２重管に構成
されている。 したがって、この部分での配管施工に費やされる手間は
通常の場合の２分の１ですむ。また、このように２重管
に構成されている部分では、ガス系縦主管３８が液系縦
主管３５に対して断熱作用をなし、特にヒートパイプ３
１が冷房用回路をなす場合にあっては、液相の冷媒が液
系縦主管３５内で一部気化してしまい、これがフラッシ
ュガスとなって発生するのを防止する。また、外周側の
ガス系縦主管３５のさらに外周側に断熱材を巻き伺けて
おけば断熱効果を十分に発揮でき、フラッシュガスの発
生およびこれに伴う冷媒の自然循環の停止の問題を大略
完全に解決できる。なお、冷房運転時の液系配管および
その流れ方向については図中実線矢印で示し、ガス系配
管およびその流れ方向については図中破線矢印で示す。 また、暖房運転時については（）内の矢印で示す。冷房
回路・暖房回路の切り替えは、液系縦主管３５およびガ
ス系縦主管３８に介設された切り替え弁４１゜４２．４
２’、４３．４４によって行なわれる。なお、図中５０
は暖房運転用の冷媒流量調整弁である。 切り替え弁４１は、液系横主管３６の最も高い分岐部よ
りも高い位置に、切り替え弁４２．４２’はガス系横主
管３９の最も高い分岐部よりも高い位置に、切り替え弁
４３は液系横主管３６の最も低い分岐部よりも低い位置
に、切り替え弁４４はガス系横主管３９の最も低い分岐
部よりも低い位置にそれぞれ設けられており、冷房運転
時には切り替え弁４１，４２，４２°が開かれ、切り替
え弁４３．４４が閉じられる。一方、暖房運転時には切
り替え弁４３，４４が開かれ、切り替え弁４１゜４２．
４２°が閉じられる。このように、冷房運転時および暖
房運転時の冷媒回路を単一の重力式ヒートパイプ３１で
切り替えて兼用するので、各空調機３の熱交換器３２は
一つでよく、また、この熱交換器３２への冷媒供給量を
調整する流量調整弁４９も熱交換器３２に対応して一つ
でよい。 ヒートパイプ３１内の冷媒を冷却する凝縮器としては３
３および３３゛が並列に設置されている。 一方の凝縮器３３は、これと氷蓄熱槽ｌとの間を往復循
環すべく冷水ポンプ４５を有する冷水管系４６により冷
水が供給され、ヒートパイプ３１の上端側凝縮部を冷却
する。氷蓄熱槽１はヒートポンプチラーＩＩの製氷器１
２との間の水スラリ管系（スラリポンプ１３を介設して
いる）が選択可能に分岐されてその一方が接続されてい
る。また、分岐された氷スラリ管系の他方は凝縮器３３
゛へ直結されている。冷水ポンプ４５は構造的にはスラ
リポンプであり、冷水はもちろん氷スラリを圧送するこ
とも可能である。また、製氷器１２の蒸発温度を上げる
ことによって製氷器１２が冷水器として作用させること
ができ、この場合、氷蓄熱槽１は冷氷蓄熱槽として、氷
スラリ管系は冷水管系として、スラリポンプ１３は冷水
ポンプとしてそれぞれ作用する。 上述のように凝縮器３３および３３°が並列に設置され
ていることによって、安価な夜間電力を得られる時間帯
には氷蓄熱槽ｌを専ら用いて蓄熱（蓄冷）運転を行ない
、且つ空調負荷の高低に応じて凝縮器３３だけによる運
転（低負荷時）と凝縮器３３および３３°の双方による
運転（高負荷時）とを使い分けられる。 ヒートパイプ３１の蒸発器３４は、これと温氷蓄熱槽２
との間を往復循環すべく温水ポンプ４７を有する温水管
系４８により温水が供給され、ヒートパイプ３！の下端
側蒸発部を加熱する。 その他、本発明の基本的な構成で第１図と同様の構成に
ついては第１図と同一番号で図示されている。 なお、フラッシュガスの発生を大略完全に抑制するため
に、冷媒液管と冷媒ガス管の間に断熱材層を形成して断
熱機能を高めてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るビル空調システムの一実施例を示
す概略構成図、第２図は本発明に係るビル空調システム
の他の一実施例を示す概略構成図である。 ■・・・第１蓄熱槽としての氷蓄熱槽、２・・第２蓄熱
槽としての温氷蓄熱槽、３・・・空調機、４，５゜３１
・・・ヒートパイプ、２２・・・冷媒液管、３５・冷媒
液管としての液系縦主管、２３・・・冷媒ガス管、３８
・・・冷媒ガス管としてのガス系縦主管特　許　出　願
　人　　　株式会社竹中工務店（ほか１名）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）、建物の高所に冷熱源としての第１蓄熱槽（１）
   を設け、 前記建物の低所に温熱源としての第２蓄熱槽（２）を設
   け、 前記第１蓄熱槽（１）と第２蓄熱槽（２）との間の高さ
   位置に空調機（３）を設け、 前記第１蓄熱槽（１）と空調機（３）との間および該空
   調機（３）と前記第２蓄熱槽（２）との間をそれぞれ重
   力式ヒートパイプ（４、５、３１）で接続してなるビル
   空調システムにして、 前記重力式ヒートパイプ（４、５、３１）を構成する冷
   媒液管（２２、３５）と冷媒ガス管（２３、３８）とが
   、該冷媒液管（２２、３５）の外周を冷媒ガス管（２３
   、３８）が囲繞する２重管に構成された部分を有してい
   ることを特徴とするビル空調システム。
2. （２）、前記第１蓄熱槽（１）は氷蓄熱槽である特許請
   求の範囲第１項記載のビル空調システム。