JPH01121641A - 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】

本発明はビル空調システムに係り、特に重力式ヒートパ
イプによって熱移動が行なわれ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、ビル空調システムにおいて熱源側と各空調ユニ
ットの間を循環して熱搬送に寄与する熱媒体としては、
通常は蒸気や温水、あるいは冷水のかたちで水が用いら
れる。ところで、この空調ユニットを被空調室である居
室側に設置する場合があるが、居室での漏水事故の恐れ
があるため、このような配置はあまり好まれない。そこ
で近来のビル空調システムでは、熱媒体としては水に代
わってフロン等の冷媒を用い、この冷媒を熱源側から各
空調ユニットの熱交換器へ直接導くシステムが注目され
ている。 このようなビル空調システムの一つとして、本件出願人
は既に重力式ヒートパイプを用いたビル空調システムに
関する発明を出願、（特願昭６１−２６４３０９号）し
ている。この重力式ヒートパイプを用いたビル空調シス
テムでは、熱源側と各空調ユニットの間の冷媒循環系を
圧縮機のない自然循環系で構成されている。すなわちこ
の発明では、冷房用の第１の重力式ヒートパイプと暖房
用の第２の重力式ヒートパイプが構成されており、被空
調室のある建物内には各空調ユニットが設置され、その
空調ユニット内には暖房用熱交換器として第２の重力式
ヒートパイプの凝縮部と冷房用熱交換器として第１の重
力式ヒートパイプの蒸発部が設けられている。一方、各
空調ユニットよりも高所には冷房用熱交換器としての蒸
発部に対応して第１の重力式ヒートパイプの凝縮部が、
また各空調ユニットよりも低所には暖房用熱交換器とし
ての凝縮部に対応して第２の重力式ヒートパイプの蒸発
部がそれぞれ設けられている。各重力式ヒートパイプ内
には冷媒が封入されており、その冷媒が各蒸発部および
凝縮部で熱交換とともに気液相変化を生じながら各ヒー
トバイブ内を自然循環することによって熱搬送が行なわ
れる。

【発明が解決しようとする問題点】

ところで、上述のような熱搬送系を持つ空調システムに
あっては、各被空調室での熱負荷に対応して各運転モー
ドにおける暖房能力および冷房能力を制御する場合には
、それぞれの冷媒自然循環系での冷媒循環流量を制御す
ることになる。しかしながら、実際に冷媒の流量制御を
行なうとすれば種々の問題が生じ、例えば各空調ユニッ
トの設置高ざ位置が異なった場合には、それぞれの空調
ユニットに作用する冷媒液の水頭圧が異なり、各空調ユ
ニットで同等の熱交換条件を満たせなくなる。また、各
被空調室の熱負荷が異なっていれば、それぞれの被空調
室の熱負荷に応じて冷房能力あるいは暖房能力を調整制
御しなければならないが、例えば冷房モードで運転され
る場合には、冷房負荷の大きな空調ユニットはど熱交換
量が大きいため冷媒の蒸発量も多くなり、したがって冷
媒ガス管内での抵抗が大きくなってしまう。すなわち、
冷媒の流量を多く必要とする系はど抵抗が大きくなるた
め、実際には負荷がさほど大きくなくて冷媒流量もさほ
ど必要としない系へ多量の冷媒が供給されるという冷媒
の偏流を生じる。 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
、重力式ヒートパイプを用いて熱搬送を行なうビル空調
システムをより具体的に実現化する上で、その能力制御
を可能ならしめ得るビル空調システ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、そ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、室内空気加熱用熱交換器としての第１凝縮器
と、室内空気冷却用熱交換器としての第１蒸発器とを有
する空調ユニットを備え、前記空調ユニットよりも下方
に設置され、前記第１凝縮器に対応する温熱源用熱交換
器としての第２蒸発器を備え、前記空調ユニットよりも
上方に設置され、前記第１蒸発器に対応する冷熱源用熱
交換器としての第２凝縮器を備え、前記第１凝縮器と前
記第２蒸発器とを、且つ前記第１蒸発器と前記第２凝縮
器とを、それぞれ冷媒液管および冷媒ガス管で連結し、
それぞれに冷媒自然循環系を形成してなるビル空調シス
テムにして、前記第１凝縮器および第１蒸発器の各冷媒
流入口には、設定された室温の目標値と前記空調ユニッ
トへの還流空気温度との差を縮小すべく、それぞれの開
度が相互に連慣して制御される流量制御弁がそれぞれ設
けられ、前記第１蒸発器は、該蒸発器内の冷媒液位が所
定の高さ位置であることを検知するとともにその検知信
号を出力する液位検知手段を備え、前記流量制御弁のう
ち前記第１蒸発器の冷媒流入口に設けられる流量制御弁
は、前記液位検知手段からの検知信号により閉じられる
ように構成されている。

【作用】

本発明に係るビル空調システムによれば、第１凝縮器と
第２蒸発器と、これらの間を連結する冷媒液管および冷
媒ガス管とによって構成される冷媒自然循環系で暖房運
転が行なわれる。一方、第１蒸発器と第２凝縮器と、こ
れらの間を連結する冷媒液管および冷媒ガス管とによっ
て構成される冷媒自然循環系によって冷房運転が行なわ
れる。 空調ユニット内の第１凝縮器および第１蒸発器に供給さ
れる冷媒の流量は、それぞれの各冷媒流入口に設けられ
た流量制御弁によって制御される。 その制御は、空調ユニットへ還流する被空調室内の空気
温度が、その被空調室に設定されている室温の目標値に
近付くように弁開度が相互に関連して調整され、例えば
、還流空気温度が目標値よりも高い場合には冷房運転を
行なうべく第１蒸発器の流量制御弁が開かれ、あるいは
開度が大きくされる。したがって第１凝縮器の流量制御
弁は全閉にされる。また、還流空気温度が目標値よりも
低い場合には暖房運転を行なうべく第１凝縮器の流量制
御弁が開かれ、あるいは開度が大きくされる。 したがって第１蒸発器の流量制御弁は全閉にされる。こ
のように、各空調ユニットにおける負荷に応じて弁開度
が制御されて冷媒供給量が制御されるので、熱交換量す
なわち蒸発量の多少による冷媒の偏流を抑制できる。な
お、各流量制御弁の開度制御は、開閉だけの２値制御で
もよく、あるいは開度を段階的あるいは無段階に制御し
てもよい。 また、第１蒸発器の流量制御弁は、第１蒸発器内に満た
される冷媒の液位が所定の高さを超えないようにも制御
される。すなわち、第１蒸発器の流量制御弁が開かれて
冷媒液がこの蒸発器内に流入するとき、蒸発器内での冷
媒液位は冷媒液管内の液位に等しくなろうとして蒸発器
の最上部よりも高い位置にまで流入しようとするが、こ
の第１蒸発器に設けられた液位検知手段が第１蒸発器内
の冷媒液位を監視しており、この液位検知手段が流量制
御弁を閉じさせる検知信号を百方する液位を、例えば最
も熱交換効率の高くなる液位に設定しておけば、流入し
た冷媒がその液位に達したときに流量制御弁が閉じられ
る。したがって、第１蒸発器への冷媒供給量は還流空気
温度と室温目標値との差に基づいて制御されつつ、さら
に第１蒸発器内での液位が所定の高さを超えないように
も規制される。 さらには、第１凝縮器および第１蒸発器を通過する風量
とともに上記各流量制御弁を制御することら可能である
。

【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、重力式ヒートパイプを用いて熱搬送を行なう
ビル空調システムをより具体的に実現化する上で、被空
調室の負荷に応じてその能力制御を可能ならしめ得る。 特に、各空調ユニットの設置される高さ位置がそれぞれ
異なっていても、それぞれの第１蒸発器内において適切
な冷媒液位を確保でき、且つ負荷に対する冷媒の偏流を
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第１図ないし第３
図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。本システムでは、各構成の位置が高さ位置に
関して特定されている。すなわち、建物内の各被空調室
に各空調ユニットｌが設置され、この空調ユニットｌ内
には暖房運転用すなわち室内空気加熱用の熱交換器とし
て第１凝縮器２と、冷房運転用すなわち室内空気冷却用
の熱交換器として第１蒸発器３とが設けられているのに
対して、第１凝縮器２とともに暖房用冷媒循環系を構成
する第２蒸発器５が空調ユニット１よりも低い位置に設
けられ、一方、第１蒸発器３とともに冷房用冷媒循環系
を構成する第２凝縮器４が空調ユニットｌよりも高い位
置に設けられ、それぞれの冷媒循環系において蒸発器と
凝縮器との間が冷媒液管６．７および冷媒ガス管８．９
で連結されている。第２凝縮器４は例えば建物の屋上等
に設置された冷熱源側としての水蓄熱槽ｌθ内に設けら
れ、第２蒸発器５は建物の地下等に設置された温熱源側
としての温水蓄熱槽１１内に設けられている。各蓄熱槽
１０．１１に蓄冷ないし蓄熱するための熱源装置は、製
氷器１２および温水器１３を内蔵したヒートポンプチラ
ー１４である。氷蓄熱＄９１１０と製氷器１２の間には
、製氷器１２で作られた氷を氷蓄熱槽ｌＯへ圧送するス
ラリーポンプ１５が介設されている。また、温水蓄熱槽
１１と温水器１３の間には、温水器１３で作られた温水
を温水蓄熱槽１１へ圧送する温水ポンプ１６が介設され
ている。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は圧縮機である。 各空調ユニットｌは、上述の第１凝縮器２および第１蒸
発器３の他の主な構成として送風機２１と、この送風機
２１へ吸入される還流室内空気の温度を検知するサーミ
スタ２２とを備えている。 その他、第１蒸発器３の冷媒液流入口および第１凝縮器
２の冷媒流出口のそれぞれには、流量制御弁２３．２４
が設けられ、特に第１蒸発器３の上端部には液位検知手
段としての液面検知センサ２６が取り付けられている。 サーミスタ２２および液面検知センサ２６からは、それ
ぞれの検知信号が出力されて制御器２５に入力される。 制御器２５は、これらの信号に基づいて演算処理し、各
流量制御弁２３．２４のそれぞれの開度および送風機２
１の回転数を算出して、各流量制御弁２３．２４および
送風機２１に各開度および回転数を指示する操作命令信
号を出力する。 第２図は、本実施例における第１凝縮器２および第１蒸
発器３のそれぞれの弁開度と、送風機２１の回転数とに
もいて、還流室内空気温度に関する制御状態を示すグラ
フ図である。図中、上段が第１凝縮器２の流量制御弁２
４の開度、中段が第１蒸発器３の流量制御弁２３の開度
、下段が送風機２１の回転数をそれぞれ示している。本
実施例では、設定された室温目標値を設定ポイントＳＰ
とし、大略的に見て還流室内空気温度が設定ポイントよ
りも低くなった場合には暖房運転を行ない、高くなった
場合には冷房運転を行なうように制御される。 まず弁開度について、本実施例では各流量制御弁２３．
２４はオン・オフだけで全開もしくは全開の２億制御が
なされ、設定された室温目標値を設定ポイン）ＳＰとし
て、還流室内空気温度が設定ポイントよりも高い場合に
は冷房運転を行なうべく第１凝縮器２の流量制御弁２４
が閉じられ、第１蒸発器３の流量制御弁２３が開かれる
。また逆に還流室内空気温度が設定ポイントよりも低い
場合には、暖房運転を行なうべく第１凝縮器２の流量制
御弁２４が開かれて第！蒸発器３の流量制御弁２３が閉
じられる。すなわち、設定ポイントを中心として暖房運
転と冷房運転とが切り替えられる。この切り替えには、
それぞれの流量制御弁２３゜２４が開かれる温度差と閉
じられる温度差とに幅が持たされており、冷房運転から
暖房運転に切り替えられる場合には、グラフ図中に実線
で示されるように還流室内空気温度が設定ポイントを僅
かに下回ったときに第１蒸発器３の流量制御弁２３が閉
じられ、さらに還流室内空気温度が下がったときに第１
凝縮器２の流量制御弁２４が開かれる。 また、暖房運転から冷房運転に切り替えられる場合には
、グラフ図中に２点鎖線で示されるように還流室内空気
温度が設定ポイントを僅かに上回ったときに第１凝縮器
２の流量制御弁２４が閉じられ、さらに還流室内空気温
度が上がったときに第１蒸発器３の流量制御弁２３が開
かれる。ただし、冷房運転中で第１蒸発器３の流量制御
弁２３が開かれるような還流室内空気温度であっても、
第１蒸発器３内の冷媒が器内を満たしているような所定
の高さの液位にある場合には、液位面検知センサ２６か
ら検知信号が出力され、この流量制御弁２３が閉じられ
る。 次に送風器の回転数について、本実施例では低・中・高
の３段階に制御され、暖房運転の場合も冷房運転の場合
も、還流室内空気温度が設定ポイントＳＰから離れるほ
ど回転数が高くされている。 また、冷房運転から暖房運転に切り替えられる場合は実
線で、暖房運転から冷房運転に切り替えられる場合は２
点鎖線で示しているように、回転数が低い方へ切り替え
られる場合よりも回転数が高い方へ切り替えられる場合
の方が、還流室内空気温度は設定ポイントから離れるよ
うに設定されており、特に、回転数が低から中へ切り替
えられるときは、暖房運転および冷房運転のそれぞれの
場合にお（−で、第１凝縮器２の流量制御弁２４が開か
れるとき、および第１蒸発器３の流量制御弁２３が開か
れるときと大略同時に設定されている。 また、送風機２１の回転数は一定とし、第３図のグラフ
図に示すように、第１凝縮器２および第１蒸発器３のそ
れぞれの流量制御弁２３．２４の開度だけについて、還
流室内空気温度が設定ポイントＳＰから離れるほど弁開
度が大きくなるように比例制御してもよい。なお図中、
実線は流量制御弁２３の弁開度、破線は流量制御弁２４
の弁開度をそれぞれ示す。 上述の実施例では、液位検知手段として液面検知センサ
２６を用いられているが、例えば、第１蒸発器３の冷媒
流入口および冷媒流出口のそれぞれに温度センサ（図示
せず）を取り付け、双方の温度センサが検知する温度に
よって第１蒸発器３内の冷媒液位を検知することも可能
である。すなわち、第１蒸発器３内で熱交換されて蒸発
した冷媒は幾分スーパーヒートされた状態となっている
ので、もし第１蒸発器３内の冷媒液位が低く、冷媒流入
口に取り付けられた温度センサは浸漬していても冷媒流
出口に取り付けられた温度センサの高さ位置まで冷媒液
面が達していない場合には、流入口の温度センサよりも
流出口の温度センサの方が高い温度を計測することにな
る。逆に、第１蒸発器３内の冷媒液位が十分に高く、流
入口および流出口に取り付けられた双方の温度センサを
浸漬している状態では、いずれの温度センサも同じ温度
を計測することになる。したがって、双方の温度センサ
の計測値を比較することによって第１蒸発器３内の冷媒
液位を検知することができ、上述の液面検知センサ２６
と同様に液位検知手段として利用できる。 以上のように、弁開度を還流室内空気温度と室温目標値
との差に基づいて制御すれば、特に第１蒸発器３内での
熱交換量すなわち蒸発量に依存して冷媒循環系内の抵抗
が変動するよりも、むしろ流量制御弁２３．２４の開度
に依存してその抵抗が変動するかたちとなって冷媒の流
量が制御されるので、冷媒の供給を必要としている空調
ユニット１へ必要量の冷媒を供給できる。また、それぞ
れの空調ユニットｌの設置高さ位置が異なっていても、
各空調ユニットｌ内の第１蒸発器３に満たされる冷媒液
位の上限が液面検知センサ２６と流量制御弁２３とによ
って抑制されるので、低位置に設置された空調ユニット
が高位置に設置される空調ユニットの影響を受けること
はなく、それぞれの空調ユニットｌで適切な冷媒液位が
得られる。 なお、第１蒸発器３で過冷却除湿を行ない、第１凝縮器
２を再熱器として用いれば除湿運転を行なうことも可能
である。この場合には、両方の流量制御弁２３．２４が
それぞれ開かれる。

【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を示す概略構成
図である。第２図は、本発明に係るビル空調システムの
一実施例において、第１凝縮器および第１蒸発器のそれ
ぞれの弁開度と、送風機の回転数とについて、還流室内
空気温度に関する制御の一実施例を示すグラフ図である
。第３図は、本発明に係るビル空調システムの一実施例
において、第１凝縮器および第１蒸発器のそれぞれの弁
開度について還流室内空気温度に関する制御の他の実施
例を示すグラフ図である。 ｌ・・・空調ユニット、２・・・第１凝縮器、３・・・
第１蒸発器、４・・・第２凝縮器、訃・・第２蒸発器、
６．７・・・冷媒液管、８．９・・・冷媒ガス管、１０
・・・水蓄熱槽、１１・・・温′水蓄熱槽、１２・・・
製氷器、１３・・・温水器、１４・・・ヒートポンプチ
ラー、１５・・・スラリーポンプ、１６・・・温水ポン
プ、１７・・・アキュムレータ、１８・・・膨張弁、１
９・・・空気熱交換器、２０・・・圧縮機、２１・・・
送風機、２２・・・サーミスタ、２３．２４・・・流量
制御弁、２５・・・制御器、２６・・・液位検知手段と
しての液面検知センサ 特　許　出　願　人　　　株式会社竹中工務店（ほか１
名） 代　理　人　弁理士　　　青白　葆（ほか２名）ノ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）、室内空気加熱用熱交換器としての第１凝縮器（
   ２）と、室内空気冷却用熱交換器としての第１蒸発器（
   ３）とを有する空調ユニット（１）を備え、前記空調ユ
   ニット（１）よりも下方に設置され、前記第１凝縮器（
   ２）に対応する温熱源用熱交換器としての第２蒸発器（
   ５）を備え、 前記空調ユニット（１）よりも上方に設置され、前記第
   １蒸発器（３）に対応する冷熱源用熱交換器としての第
   ２凝縮器（４）を備え、 前記第１凝縮器（２）と前記第２蒸発器（５）とを、且
   つ前記第１蒸発器（３）と前記第２凝縮器（４）とを、
   それぞれ冷媒液管（６、７）および冷媒ガス管（８、９
   ）で連結し、それぞれに冷媒自然循環系を形成してなる
   ビル空調システムにして、 前記第１凝縮器（２）および第１蒸発器（３）の各冷媒
   流入口には、設定された室温の目標値と前記空調ユニッ
   ト（１）への還流空気温度との差を縮小すべく、それぞ
   れの開度が相互に連携して制御される流量制御弁（２３
   および２４）がそれぞれ設けられ、前記第１蒸発器（３
   ）は、該蒸発器（３）内の冷媒液位が所定の高さ位置で
   あることを検知するとともにその検知信号を出力する液
   位検知手段（２６）を備え、 前記流量制御弁のうち前記第１蒸発器（３）の冷媒流入
   口に設けられる流量制御弁（２３）は、前記液位検知手
   段（２６）からの検知信号により閉じられることを特徴
   とするビル空調システム。
2. （２）、前記空調ユニット（１）は、前記設定された室
   温の目標値と前記空調ユニット（１）への還流空気温度
   との差によりその送風量が制御される特許請求の範囲第
   １項記載のビル空調システム。