JPH05280771A - 空調システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 熱媒体の相変化を利用して冷暖房を行うもの
で配管系の簡略化，ランニングコストの低減，さらに排
熱回収のできる安全性の高い空調システム。 【構成】 建物の各階毎に設置する複数の室内器と、建
物の各階または複数階毎に設置する凝縮器及びヒートポ
ンプ、冷水を蓄え冷熱源として作用する蓄熱槽，蓄熱槽
からの冷水を運転サイクルに応じ凝縮器またはヒートポ
ンプの１次側のいずれか一方或は凝縮器を通してヒート
ポンプの１次側へ供給し蓄熱槽へ還流する冷水主管から
なる１次配管系と、各室内器で蒸発した，冷媒蒸気を凝
縮器に移動させる冷媒蒸気管、凝縮器で冷水により液化
した冷媒液リザーブタンク，このタンクに蓄積した冷媒
液を，各室内器へ還流する冷媒液管からなる２次配管系
と、各室内器とヒートポンプの２次側との間で冷媒蒸気
を移動させる冷媒蒸気管，室内器とヒートポンプの２次
側間で冷媒液を移動させる３次配管系とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱媒体の相変化を利用
して建物の冷房または暖房を行う空調システムに関し、
特に熱媒体の搬送を自然循環によって無動力で行うこと
の出来る空調システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、情報化時代が進むなかで、オフィ
スビルの変貌には目ざましいものがある。これに伴って
ビル内で働く作業者の作業環境やオフィス・オートメー
ション（ＯＡ）機器類の排熱を考慮した様々な空調方式
が導入され始めている。その一方で、ビル空調に伴うラ
ンニングコストの低減、省エネルギー化およびエネルギ
ーの有効利用等が求められている。

【０００３】ここで、現在使用されている熱媒体の相変
化を用いた２つの空調システムについて説明する。第１
の空調システムは室外器と室内器とを冷媒配管で接続
し、配管途中で配管系統を変更し、かつ管内の圧力制御
を行うことによって、高圧冷媒ガス、低圧冷媒ガスおよ
び冷媒液を使い分けることにより、室内での冷房および
暖房運転を自由に選択できるシステムである。

【０００４】また、第２の空調システムは冷房サイクル
と暖房サイクルとが独立した２系統で構成されており、
冷房サイクルの場合はビル最上部に凝縮器を設置して下
部の室内器と冷媒ガス管および冷媒液管で接続する。凝
縮器は氷蓄熱ユニット等からの氷の溶液によって冷媒ガ
スを凝縮させ、冷媒液を重力によって室内器へ戻して自
然循環を行う。暖房サイクルの場合はビル最下階に蒸発
器を設置し、上部の室内器と冷媒ガス管および冷媒液管
で接続する。蒸発器によって蒸発した冷媒ガスは室内器
で凝縮され、重力により冷媒液が蒸発部へ戻り無動力で
自然循環を行う（特開昭６４─３４４７号参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前述した第
１のシステムでは、 室外器と室内器の配管途中で配管系統を変更し、か
つ系内の圧力を制御するため、冷媒制御器の構造が複雑
になる。 自由に冷暖房を選定できるようにすることから１台
の室外器で受け持てる室内器の台数に制限があるため、
室外器の台数が増加して配管が複雑になる。 このシステムに用いる冷媒は物性上フロンＲ−２２
であるが、この媒体は使用状態で高圧となるため、機器
の構造が複雑になると漏洩の危険性が高まる。 室外器は空気により熱交換させるため、例えば安価
な深夜電力を用いて蓄熱を行ったり、地域熱源への対応
が不可能である。 といった不都合がある。

【０００６】また、前述した第２のシステムでは、 冷房サイクルと暖房サイクルとが独立しており、凝
縮器はビルの最上階に設置され、蒸発器は最下階に設置
されているため、階方向の配管が増加する。 冷房時に階方向の液配分を行うため冷媒流量制御が
必要となるうえ、制御が非常に難しい。 蒸発器および凝縮器のいずれにおいてもビル内の熱
回収ができない。 といった不都合がある。

【０００７】そこで、本発明は空調システムの配管系の
簡略化を図り、ランニングコストを低減させ、さらに排
熱回収を可能とした省エネルギー効果を有する安全性の
高い空調システムを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による空調システ
ムは、建物の各階毎に設置する複数の熱交換器と、冷水
を蓄え冷熱源として作用する蓄熱槽、建物の各階または
複数階毎に設置する凝縮器およびヒートポンプ、蓄熱槽
からの冷水を運転サイクルに応じて凝縮器またはヒート
ポンプの１次側のいずれか一方あるいは凝縮器を通して
ヒートポンプの１次側へ供給し蓄熱槽へ還流する冷水主
管からなる１次配管系と、熱交換器で蒸発した冷媒ガス
を凝縮器に移動させる冷媒ガス管、凝縮器で冷水により
凝縮して得られる冷媒液を蓄積するリザーブタンク、こ
のリザーブタンクに蓄積した冷媒液を熱交換器へ還流す
る冷媒液管からなる２次配管系と、熱交換器とヒートポ
ンプの２次側との間で冷媒ガスを移動させる冷媒ガス
管、熱交換器とヒートポンプの２次側との間で冷媒液を
移動させる冷媒液管からなる３次配管系とを設けるよう
に構成する。

【０００９】また、この場合、冷房運転時には冷水主管
を凝縮器に接続すると共に複数の熱交換器を２次配管系
の冷媒ガス管および冷媒液管に接続し、暖房運転時には
冷水主管をヒートポンプの１次側に接続すると共に複数
の熱交換器を３次配管系の冷媒ガス管および冷媒液管に
接続し、冷暖房運転時には冷水主管を凝縮器を通してヒ
ートポンプの１次側に接続すると共に複数の熱交換器の
一部を２次配管系の冷媒ガス管および冷媒液管に接続し
他の熱交換器を３次配管系の冷媒ガス管および冷媒液管
に接続するように構成する。

【００１０】また、この場合、複数の熱交換器のそれぞ
れに簡易弁を付加し、各熱交換器を、２次配管系の冷媒
ガス管および冷媒液管または３次配管系の冷媒ガス管お
よび冷媒液管に運転サイクルに応じて選択的に切り換え
て接続するように構成する。また、この場合、冷暖房運
転時に２次配管系の冷媒ガス管および冷媒液管に接続す
る熱交換器は建物のインテリアゾーンに設置し、３次配
管系の冷媒ガス管および冷媒液管に接続する熱交換器は
建物のペリメータゾーンに設置するように構成する。ま
た、この場合、蓄熱槽は氷蓄熱システムを用いるように
構成する。

【００１１】

【作用】本発明の構成において、冷房運転時には、１次
配管系における冷水主管の接続を、蓄熱槽の冷水が凝縮
器に供給されるように接続し、かつ複数の熱交換器の全
てを２次配管系の冷媒ガス管および冷媒液管に接続す
る。この接続によって熱交換器で冷房負荷により蒸発し
た冷媒ガスは２次配管系内の冷媒ガス管を通って凝縮器
に送られ、凝縮器で冷水によって凝縮して冷媒液とな
り、リザーブタンクに流下する。リザーブタンクに蓄積
された冷媒液は、冷媒液管を通って重力で各熱交換器に
戻り、再び冷房負荷によって蒸発して凝縮器に送られ
る。こうして、冷媒の相変化による自然循環が行われ、
搬送動力を必要としない冷房運転が行われる。

【００１２】暖房運転時には、１次配管系における冷水
主管の接続を、蓄熱槽の冷水がヒートポンプの１次側に
供給されるように接続し、かつ複数の熱交換器の全てを
３次配管系の冷媒ガス管および冷媒液管に接続する。こ
の接続によって熱交換器で暖房負荷により液化した冷媒
液は３次配管系内の冷媒液管を通ってヒートポンプに送
られ、ヒートポンプで蒸発して冷媒ガスとして熱交換器
に戻る。熱交換器に戻った冷媒ガスはここで熱を放出し
て液化し、冷媒液となって再びヒートポンプに戻り、冷
媒の自然循環が行われる。

【００１３】暖房と冷房とを同時に行う冷暖房運転時に
は、１次配管系における冷水主管の接続を、蓄熱槽の冷
水が凝縮器を通ってヒートポンプの１次側に供給するよ
うに接続する。そして、複数の熱交換器のうちの一部は
３次配管系の冷媒ガス管および冷媒液管に接続してヒー
トポンプの２次側と連通し、他の熱交換器は２次配管系
内の冷媒ガス管および冷媒液管に接続する。

【００１４】この接続によって２次配管系内の熱交換器
は前述の冷房運転サイクルによって冷房運転される。冷
房運転に伴って室内から回収された熱は凝縮器で冷水の
温度を上昇させ、この上昇した冷水はヒートポンプの１
次側に供給される。ヒートポンプは回収した冷房排熱を
冷水から取り出して３次配管系内の熱交換器で暖房負荷
により液化した冷媒液を蒸発させ、冷媒ガスとして熱交
換器に戻す。熱交換器に戻った冷媒ガスはここで熱を放
出して液化し、冷媒液となって再びヒートポンプに戻
り、冷媒の自然循環が行われる。この場合、暖房運転す
る３次配管系内の熱交換器は建物のペリメータゾーンに
設置し、冷房運転する２次配管系内の熱交換器は建物の
インテリアゾーンに設置するのが望ましい。

【００１５】

【実施例】図１は、本発明による空調システムの第１の
実施例を示す部分模式図である。この図では、建物の構
造については詳述していないが、図において上部が建物
の高所を示している。図１において、建物の最上階に
は、安価な深夜電力を用いて冷熱を蓄熱できる氷蓄熱シ
ステム（蓄熱槽）を構成する氷蓄熱ユニット１０および
冷凍機１１が設置されている。また、建物の各階Ｆ１，
Ｆ２，…には、凝縮器としてのターミナル熱交換器２
０、リザーブタンク２１、水冷式の改良型ヒートポンプ
ユニット（ＨＰＵ）２２が設置されている。また、各階
には熱交換器として２管式のファンコイルユニット（Ｆ
ＣＵ）２３が複数台設置されている。この例では建物の
外周部（ペリメータゾーン）ＰＺに１台、建物の内周部
（インテリアゾーン）ＩＺに３台のＦＣＵ２３を示して
いる。

【００１６】氷蓄熱ユニット１０と各階のターミナル熱
交換器２０およびＨＰＵ２２とは冷水主管を構成する冷
水往管３０および冷水還管３１で連通され、１次配管系
を構成している。冷水往管３０はターミナル熱交換器２
０内を通過してバルブ２４および２５に至り、バルブ２
４は冷水還管３１に、バルブ２５はＨＰＵ２２の１次側
の熱交換器２２ａを経て冷水還管３１に、それぞれ連通
している。

【００１７】一方、各階に設置されているターミナル熱
交換器２０、リザーブタンク２１およびＦＣＵ２３は冷
媒ガス管４０および冷媒液管４１で連通され、２次配管
系を構成している。冷媒ガス管４０は各ＦＣＵ２３の上
部、ターミナル熱交換器２０の底部およびリザーブタン
ク２１の上部に連通し、冷媒液管４１はリザーブタンク
２１の底部および各ＦＣＵ２３の下部に連通している。

【００１８】また、ペリメータゾーンＰＺ内のＦＣＵ２
３は簡易弁としてのバルブ２６および２７によって３次
配管系を構成する冷媒ガス管４２および冷媒液管４３と
切り換えられる。３次配管系の冷媒ガス管４２および冷
媒液管４３はＨＰＵ２２の２次側の熱交換器２２ｂに連
通している。

【００１９】次に、この構成を有する空調システムの各
運転サイクルとについて説明する。まず、冷房運転サイ
クルについて説明する。この運転サイクルでの１次配管
系はバルブ２４を開いてバルブ２５を閉じ、氷蓄熱ユニ
ット１０の冷熱源を冷水往管３０を経てターミナル熱交
換器２０に供給し、バルブ２４および冷水還管３１を経
て氷蓄熱ユニット１０に還流する。２次配管系はバルブ
２６および２７を冷媒ガス管４０および冷媒液管４１側
に開き、各ＦＣＵ２３を冷媒ガス管４０および冷媒液管
４１で連通する。

【００２０】この運転サイクルでは各ＦＣＵ２３のコイ
ル部が冷却コイルとして機能し、室内の冷房負荷に追従
して冷媒液が蒸発して冷媒ガスとなる。冷媒ガスは冷媒
ガス管４０を通ってターミナル熱交換器２０に移動し、
冷水往管３０からの冷水によって凝縮する。凝縮して液
化した冷媒液はリザーブタンク２１に流下し、冷媒液管
４１を通って重力で再び各ＦＣＵ２３に戻る。このと
き、リザーブタンク２１は各ＦＣＵ２３内の冷媒液の液
面調整に利用される。こうして冷媒の相変化による自然
循環が行われ、搬送動力を必要としない冷房運転が実現
できる。また、氷蓄熱ユニット１０との組み合わせによ
って安価な深夜電力が利用でき、ランニングコストの低
減に貢献できる。

【００２１】次に、暖房運転サイクルについて説明す
る。この運転サイクルでは、１次配管系のバルブ２４を
閉じてバルブ２５を開き、氷蓄熱ユニット１０の冷熱源
を冷水往管３０を経てターミナル熱交換器２０に供給
し、バルブ２５、ＨＰＵ２２の熱交換器２２ａおよび冷
水還管３１を経て氷蓄熱ユニット１０に還流させる。

【００２２】また、２次配管系はバルブ２６および２７
を冷媒ガス管４２および冷媒液管４３側に開き、ペリメ
ータゾーンＰＺ内のＦＣＵ２３を冷媒ガス管４２および
冷媒液管４３によってＨＰＵ２２の熱交換器２２ｂに連
通し、インテリアゾーンＩＺ内のＦＣＵ２３は冷媒ガス
管４０および冷媒液管４１によってターミナル熱交換器
２０およびリザーブタンク２１に連通する。

【００２３】この実施例による暖房運転サイクルでは、
インテリアゾーンＩＺ内のＦＣＵ２３が冷房運転サイク
ルになっている。暖房運転時に冷房運転を行うのは、最
近では電子計算機やＯＡ機器等の普及により建物内の冷
房負荷が増加して冬期でも冷房を必要とするものが増え
てきたためで、冷房運転で回収した熱、すなわちインテ
リアゾーンＩＺ内のＦＣＵ２３のコイル部で蒸発した冷
媒ガスをターミナル熱交換器２０に供給し、冷水往管３
０の冷水温度を上昇させる。

【００２４】温度が上昇した冷水は、ＨＰＵ２２の１次
側の熱交換器２２ａに入り、冷媒液管４３から送られて
くるペリメータゾーンＰＺ内で暖房運転中のＦＣＵ２３
からの冷媒液を、２次側の熱交換器２２ｂで蒸発させ、
熱を放出して温度は下がり、冷水還管３１を通って氷蓄
熱ユニット１０に戻る。ＨＰＵ２２で蒸発した冷媒ガス
はいわゆる暖房熱源として働き、冷媒ガス管４２を通っ
てペリメータゾーンＰＺ内のＦＣＵ２３の上部にいた
り、ここで熱を放出して凝縮し液化する。凝縮した冷媒
液は冷媒液管４３を通って再びＨＰＵ２２に戻り、冷媒
の自然循環が行われる。このように、ＨＰＵ２２はイン
テリアゾーンＩＺの冷房排熱をターミナル熱交換器２０
を通して回収し、ペリメータゾーンＰＺの暖房熱源とし
て利用されている。

【００２５】図２は、インテリアゾーンＩＺ内の各ＦＣ
Ｕ２３にも簡易弁としてのバルブ２６および２７を設
け、各ＦＣＵ２３毎に２次配管系の冷媒管４０および４
１と３次配管系の冷媒管４２および４３とに選択的に接
続するように構成したものである。この実施例によれ
ば、冷房運転時には各ＦＣＵ２３をバルブ２６および２
７によって２次配管系の冷媒管４０および４１に接続
し、暖房運転時にはペリメータゾーンＰＺ内のＦＣＵ２
３およびインテリアゾーンＩＺ内の一部または全てのＦ
ＣＵ２３をバルブ２６および２７によって３次配管系の
冷媒管４２および４３に接続する。

【００２６】図３は、２次配管系の各機器、すなわちタ
ーミナル熱交換器２０、リザーブタンク２１、複数の各
ＦＣＵ２３を天井裏に収納し、ＨＰＵ２２は床面上に設
置した場合の実施例で、冷房時または暖房時の運転サイ
クルは前述した図１の実施例と同様である。

【００２７】図４は、２次配管系の各機器を天井裏に収
納し、インテリアゾーンＩＺ内の各ＦＣＵ２３は前述の
実施例と同様に冷媒の自然循環によって冷房運転を行
い、ペリメータゾーンＰＺ内のＦＣＵ２３はＨＰＵ２２
によって直接冷媒を強制循環して冷房運転または暖房運
転を行うようにした実施例である。

【００２８】この実施例では２次配管系と３次配管系と
が完全に独立しており、冷房運転時には、冷水往管３０
とＨＰＵ２２との間に新たに設けたバルブ２８を開き、
蓄熱槽１０からの冷水によって、冷媒ガス管４２を通っ
てペリメータゾーンＰＺ内のＦＣＵ２３から送られてく
る冷媒ガスを凝縮し、冷媒液管４２を通ってペリメータ
ゾーンＰＺ内のＦＣＵ２３に戻す。暖房運転時には、バ
ルブ２４および２８を閉じてバルブ２５を開き、前述の
実施例と同様にインテリアゾーンＩＺの冷房排熱をター
ミナル熱交換器２０を通してＨＰＵ２２で回収し、ペリ
メータゾーンＰＺの暖房熱源として利用する。

【００２９】図５は、２次配管系の冷媒管４０および４
１と、３次配管系の冷媒管４２および４３とを室内の２
重床を利用して床下に収納し、ペリメータゾーンＰＺ内
のＦＣＵ２３に接続するもので、インテリアゾーンＩＺ
内の空調は他の型式の熱交換器としてのエアハンドリン
グユニット（ＡＨＵ）５０を用いて行うようにした実施
例である。

【００３０】ＡＨＵ５０は室内の炭酸ガス濃度を希釈す
るために外気を導入する空調ユニットで、冷房時および
暖房時にリザーブタンク２１からの冷媒液を蒸発させて
冷媒ガスをターミナル熱交換器２１に送る冷却コイル５
１と、暖房時にＨＰＵ２２からの冷媒ガスを凝縮して液
化する加熱コイル５２と、ダクト５３に空気を送る送風
機５４とを有し、冷却コイル５１は２次配管系に、加熱
コイル５２は３次配管系にそれぞれ属している。

【００３１】この実施例において、冷房運転時には、２
次配管系を構成するＡＨＵ５０内の冷却コイル５１によ
ってインテリアゾーンＩＺが冷却され、ペリメータゾー
ンＰＺ内のＦＣＵ２３によってペリメータゾーンＰＺが
冷却される。また、暖房運転時には、３次配管系を構成
するＡＨＵ５０内の加熱コイル５１によってインテリア
ゾーンＩＺが暖房され、ペリメータゾーンＰＺ内のＦＣ
Ｕ２３によってペリメータゾーンＰＺが暖房される。暖
房運転時において、インテリアゾーンＩＺを冷房する場
合は、ＡＨＵ５０内の冷却コイル５１によってインテリ
アゾーンＩＺの冷房排熱を吸収し、ターミナル熱交換器
２０を通してＨＰＵ２２で回収してペリメータゾーンＰ
Ｚの暖房熱源として利用できることは、前述の実施例と
同様である。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、２次配管系では、冷媒
の自然循環の利用により搬送動力を必要としないため、
ランニングコストの低減を図ることができ、かつ各熱交
換器（ＦＣＵ）の制御機構を簡略化することができる。
また、冷暖房運転時にはインテリアゾーン内の冷房排熱
をペリメータゾーンの暖房熱源として利用することが出
来るので、エネルギーの有効利用および省エネルギー化
に貢献できる。

【００３３】また、ターミナル熱交換器（凝縮器）およ
びヒートポンプを介して１次配管系と２次および３次配
管系とを容易に分離・接続することができるので、各階
を貫通する配管は冷水主管のみでよく、配管系を簡略化
でき、特にリニューアル時での適用が可能となる。ま
た、氷蓄熱システムとの組み合わせにより安価な深夜電
力が利用でき、ランニングコストの低減につながる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す部分模式図であ
る。

【図２】本発明の第２の実施例を示す部分模式図であ
る。

【図３】本発明の第３の実施例を示す部分模式図であ
る。

【図４】本発明の第４の実施例を示す部分模式図であ
る。

【図５】本発明の第５の実施例を示す部分模式図であ
る。

【符号の説明】

１０ 氷蓄熱ユニット １１ 冷凍機 ２０ ターミナル熱交換器（凝縮器） ２１ リザーブタンク ２２ ヒートポンプユニット（ＨＰＵ） ２３ ファンコイルユニット（ＦＣＵ） ２４，２５，２６，２７，２８ バルブ ３０ 冷水往管 ３１ 冷水還管 ４０ 冷媒ガス管（２次配管系） ４１ 冷媒液管（２次配管系） ４２ 冷媒ガス管（３次配管系） ４３ 冷媒液管（３次配管系） ５０ エアハンドリングユニット（ＡＨＵ） ５１ 冷却コイル ５２ 加熱コイル ５３ ダクト ５４ 送風機 ＩＺ インテリアゾーン ＰＺ ペリメータゾーン

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年２月１９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】 明細書

【発明の名称】 空調システム

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱媒体の相変化を利用
して建物の冷房または暖房を行う空調システムに関し、
特に上記熱媒体の搬送を、重力を用いた自然循環によっ
て無動力で行うことの出来る空調システムに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年、情報化時代が進むなかで、オフィ
スビルの変貌には目ざましいものがある。これに伴って
ビル内で働く作業者の作業環境やオフィス・オートメー
ション（ＯＡ）機器類の排熱を考慮した様々な空調方式
が導入され始めている。その一方で、ビル空調に伴うラ
ンニングコストの低減、省エネルギー化およびエネルギ
ーの有効利用等が求められている。

【０００３】ここで、現在使用されている熱媒体の相変
化を用いた２つの空調システムについて説明する。第１
の空調システムは室外器と室内器とを圧縮器を含む冷媒
配管で接続し、配管途中で配管系統を変更し、かつ管内
の圧力制御を行うことによって、高圧冷媒蒸気、低圧冷
媒蒸気および冷媒液を使い分けることにより、室内での
冷房および暖房運転を自由に選択できるシステムであ
る。

【０００４】また、第２の空調システムは冷房サイクル
と暖房サイクルとが独立した２系統で構成されており、
冷房サイクルの場合はビル最上部に凝縮器を設置して下
部の室内器と冷媒蒸気管および冷媒液管で接続する。凝
縮器は氷蓄熱ユニット等からの冷水によって冷媒蒸気を
凝縮させ、凝縮した冷媒液を重力によって室内器へ戻し
て自然循環を行う。暖房サイクルの場合はビル最下階に
蒸発器を設置し、上部の室内器と冷媒蒸気管および冷媒
液管で接続する。蒸発器によって蒸発した冷媒蒸気は室
内器で凝縮され、重力により冷媒液が蒸発部へ戻り無動
力で自然循環を行う（特開昭６４−３４４７号参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前述した第
１のシステムでは、 室外器と室内器の配管途中で配管系統を変更し、か
つ系内の圧力を制御するため、冷媒制御器の構造が複雑
になる。 自由に冷暖房を選定できるようにすることから１台
の室外器で受け持てる室内器の台数に制限があるため、
室外器の台数が増加して配管が複雑になる。 このシステムに用いる冷媒は物性上フロンＲ−２２
であるが、この媒体は使用状態で高圧となるため、機器
の構造が複雑になると漏洩の危険性が高まる。 室外器は空気により熱交換させるため、例えば安価
な深夜電力を用いて蓄熱を行ったり、地域熱源への対応
が不可能である。 といった不都合がある。

【０００６】また、前述した第２のシステムでは、 冷房サイクルと暖房サイクルとが独立しており、凝
縮器はビルの最上階に設置され、蒸発器は最下階に設置
されているため、階方向の配管が増加する。 冷房時に階方向の液配分を行うため冷媒流量制御が
必要となるうえ、制御が非常に難しい。 蒸発器および凝縮器のいずれにおいてもビル内の熱
回収ができない。 といった不都合がある。

【０００７】そこで、本発明は空調システムの配管系の
簡略化を図り、ランニングコストを低減させ、さらに排
熱回収を可能とした省エネルギー効果を有する安全性の
高い空調システムを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による空調システ
ムは、建物の各階毎に設置する複数の室内器と、冷水を
蓄え冷熱源として作用する蓄熱槽、建物の各階または複
数階毎に設置する凝縮器およびヒートポンプ、蓄熱槽か
らの冷水を運転サイクルに応じて凝縮器またはヒートポ
ンプの１次側のいずれか一方あるいは凝縮器を通してヒ
ートポンプの１次側へ供給し蓄熱槽へ還流する冷水主管
からなる１次配管系と、室内器で蒸発した冷媒蒸気を凝
縮器に移動させる冷媒蒸気管、凝縮器で冷水により凝縮
して得られる冷媒液を蓄積するリザーブタンク、このリ
ザーブタンクに蓄積した冷媒液を室内器へ還流する冷媒
液管からなる２次配管系と、室内器とヒートポンプの２
次側との間で冷媒蒸気を移動させる冷媒蒸気管、室内器
とヒートポンプの２次側との間で冷媒液を移動させる冷
媒液管からなる３次配管系とを設けるように構成する。

【０００９】また、この場合、冷房運転時には冷水主管
を凝縮器に接続すると共に複数の室内器を２次配管系の
冷媒蒸気管および冷媒液管に接続し、暖房運転時には冷
水主管をヒートポンプの１次側に接続すると共に複数の
室内器を３次配管系の冷媒蒸気管および冷媒液管に接続
し、冷暖房運転時には冷水主管を凝縮器を通してヒート
ポンプの１次側に接続すると共に複数の室内器の一部を
２次配管系の冷媒蒸気管および冷媒液管に接続し他の室
内器を３次配管系の冷媒蒸気管および冷媒液管に接続す
るように構成する。

【００１０】また、この場合、複数の室内器のそれぞれ
に簡易弁を付加し、各室内器を、２次配管系の冷媒蒸気
管および冷媒液管または３次配管系の冷媒蒸気管および
冷媒液管に運転サイクルに応じて選択的に切り換えて接
続するように構成する。また、この場合、冷暖房運転時
に２次配管系の冷媒蒸気管および冷媒液管に接続する室
内器は建物のインテリアゾーンに設置し、３次配管系の
冷媒蒸気管および冷媒液管に接続する室内器は建物のペ
リメータゾーンに設置するように構成する。また、この
場合、蓄熱槽は氷蓄熱システムを用いるように構成す
る。

【００１１】

【作用】本発明の構成において、冷房運転時には、１次
配管系における冷水主管の接続を、蓄熱槽の冷水が凝縮
器に供給されるように接続し、かつ複数の室内器の全て
を２次配管系の冷媒蒸気管および冷媒液管に接続する。
この接続によって室内器で冷房負荷により蒸発した冷媒
蒸気は２次配管系内の冷媒蒸気管を通って凝縮器に送ら
れ、凝縮器で冷水によって凝縮して冷媒液となり、リザ
ーブタンクに流下する。リザーブタンクに蓄積された冷
媒液は、冷媒液管を通って重力で各室内器に戻り、再び
冷房負荷によって蒸発して凝縮器に送られる。こうし
て、冷媒の相変化による自然循環が行われ、搬送動力を
必要としない冷房運転が行われる。

【００１２】暖房運転時には、１次配管系における冷水
主管の接続を、蓄熱槽の冷水がヒートポンプの１次側に
供給されるように接続し、かつ複数の室内器の全てを３
次配管系の冷媒蒸気管および冷媒液管に接続する。この
接続によって室内器で暖房負荷により液化した冷媒液は
３次配管系内の冷媒液管を通ってヒートポンプに送ら
れ、ヒートポンプで蒸発して冷媒蒸気として室内器に戻
る。室内器に戻った冷媒蒸気はここで熱を放出して液化
し、冷媒液となって再びヒートポンプに戻り、冷媒の自
然循環が行われる。

【００１３】暖房と冷房とを同時に行う冷暖房運転時に
は、１次配管系における冷水主管の接続を、蓄熱槽の冷
水が凝縮器を通ってヒートポンプの１次側に供給するよ
うに接続する。そして、複数の室内器のうちの一部は３
次配管系の冷媒蒸気管および冷媒液管に接続してヒート
ポンプの２次側と連通し、他の室内器は２次配管系内の
冷媒蒸気管および冷媒液管に接続する。

【００１４】この接続によって２次配管系内の室内器は
前述の冷房運転サイクルによって冷房運転される。冷房
運転に伴って室内から回収された熱は凝縮器で冷水の温
度を上昇させ、この上昇した冷水はヒートポンプの１次
側に供給される。ヒートポンプは回収した冷房排熱を冷
水から取り出して３次配管系内の室内器で暖房負荷によ
り液化した冷媒液を蒸発させ、冷媒蒸気として室内器に
戻す。室内器に戻った冷媒蒸気はここで熱を放出して液
化し、冷媒液となって再びヒートポンプに戻り、冷媒の
自然循環が行われる。この場合、暖房運転する３次配管
系内の室内器は建物のペリメータゾーンに設置し、冷房
運転する２次配管系内の室内器は建物のインテリアゾー
ンに設置するのが望ましい。

【００１５】

【実施例】図１は、本発明による空調システムの第１の
実施例を示す部分模式図である。この図では、建物の構
造については詳述していないが、図において上部が建物
の高所を示している。図１において、建物の最上階に
は、安価な深夜電力を用いて冷熱を蓄熱できる氷蓄熱シ
ステム（蓄熱槽）を構成する氷蓄熱ユニット１０および
冷凍機１１が設置されている。また、建物の各階Ｆ１，
Ｆ２，…には、凝縮器としてのターミナル室内器２０、
リザーブタンク２１、水冷式の改良型ヒートポンプユニ
ット（ＨＰＵ）２２が設置されている。また、各階には
室内器として単管式のファンコイルユニット（ＦＣＵ）
２３が複数台設置されている。この例では建物の外周部
（ペリメータゾーン）ＰＺに１台、建物の内周部（イン
テリアゾーン）ＩＺに３台のＦＣＵ２３を示している。

【００１６】氷蓄熱ユニット１０と各階のターミナル室
内器２０およびＨＰＵ２２とは冷水主管を構成する冷水
往管３０および冷水還管３１で連通され、１次配管系を
構成している。冷水往管３０はターミナル室内器２０内
を通過してバルブ２４および２５に至り、バルブ２４は
冷水還管３１に、バルブ２５はＨＰＵ２２の１次側の室
内器２２ａを経て冷水還管３１に、それぞれ連通してい
る。

【００１７】一方、各階に設置されているターミナル室
内器２０、リザーブタンク２１およびＦＣＵ２３は冷媒
蒸気管４０および冷媒液管４１で連通され、２次配管系
を構成している。冷媒蒸気管４０は各ＦＣＵ２３の上
部、ターミナル室内器２０の底部およびリザーブタンク
２１の上部に連通し、冷媒液管４１はリザーブタンク２
１の底部および各ＦＣＵ２３の下部に連通している。

【００１８】また、ペリメータゾーンＰＺ内のＦＣＵ２
３は簡易弁としてのバルブ２６および２７によって３次
配管系を構成する冷媒蒸気管４２および冷媒液管４３と
切り換えられる。３次配管系の冷媒蒸気管４２および冷
媒液管４３はＨＰＵ２２の２次側の室内器２２ｂに連通
している。

【００１９】次に、この構成を有する空調システムの各
運転サイクルについて説明する。まず、冷房運転サイク
ルについて説明する。この運転サイクルでの１次配管系
はバルブ２４を開いてバルブ２５を閉じ、氷蓄熱ユニッ
ト１０の冷熱源を冷水往管３０を経てターミナル室内器
２０に供給し、バルブ２４および冷水還管３１を経て氷
蓄熱ユニット１０に還流する。２次配管系はバルブ２６
および２７を冷媒蒸気管４０および冷媒液管４１側に開
き、各ＦＣＵ２３を冷媒蒸気管４０および冷媒液管４１
で連通する。

【００２０】この運転サイクルでは各ＦＣＵ２３のコイ
ル部が蒸発器として機能し、室内の冷房負荷に追従して
冷媒液が蒸発して冷媒蒸気となる。冷媒蒸気は冷媒蒸気
管４０を通ってターミナル室内器２０に移動し、冷水往
管３０からの冷水によって凝縮する。凝縮して液化した
冷媒液はリザーブタンク２１に流下し、冷媒液管４１を
通って重力で再び各ＦＣＵ２３に戻る。このとき、リザ
ーブタンク２１は各ＦＣＵ２３内の冷媒液の液面調整に
利用される。こうして冷媒の相変化による自然循環が行
われ、搬送動力を必要としない冷房運転が実現できる。
また、氷蓄熱ユニット１０との組み合わせによって安価
な深夜電力が利用でき、ランニングコストの低減に貢献
できる。

【００２１】次に、暖房運転サイクルについて説明す
る。この運転サイクルでは、１次配管系のバルブ２４を
閉じてバルブ２５を開き、氷蓄熱ユニット１０の冷熱源
を冷水往管３０を経てターミナル室内器２０に供給し、
バルブ２５、ＨＰＵ２２の室内器２２ａおよび冷水還管
３１を経て氷蓄熱ユニット１０に還流させる。

【００２２】また、２次配管系はバルブ２６および２７
を冷媒蒸気管４２および冷媒液管４３側に開き、ペリメ
ータゾーンＰＺ内のＦＣＵ２３を冷媒蒸気管４２および
冷媒液管４３によってＨＰＵ２２の室内器２２ｂに連通
し、インテリアゾーンＩＺ内のＦＣＵ２３は冷媒蒸気管
４０および冷媒液管４１によってターミナル室内器２０
およびリザーブタンク２１に連通する。

【００２３】この実施例による暖房運転サイクルでは、
インテリアゾーンＩＺ内のＦＣＵ２３が冷房運転サイク
ルになっている。暖房運転時に冷房運転を行うのは、最
近では電子計算機やＯＡ機器等の普及により建物内の冷
房負荷が増加して冬期でも冷房を必要とするものが増え
てきたためで、冷房運転で回収した熱、すなわちインテ
リアゾーンＩＺ内のＦＣＵ２３のコイル部で蒸発した冷
媒蒸気をターミナル室内器２０に供給し、冷水往管３０
の冷水温度を上昇させる。

【００２４】温度が上昇した冷水は、ＨＰＵ２２の１次
側の室内器２２ａに入り、冷媒液管４３から送られてく
るペリメータゾーンＰＺ内で暖房運転中のＦＣＵ２３か
らの冷媒液を、２次側の室内器２２ｂで蒸発させ、熱を
放出して温度は下がり、冷水還管３１を通って氷蓄熱ユ
ニット１０に戻る。ＨＰＵ２２で蒸発した冷媒蒸気はい
わゆる暖房熱源として働き、冷媒蒸気管４２を通ってペ
リメータゾーンＰＺ内のＦＣＵ２３の上部にいたり、こ
こで熱を放出して凝縮し液化する。凝縮した冷媒液は冷
媒液管４３を通って再びＨＰＵ２２に戻り、冷媒の自然
循環が行われる。このように、ＨＰＵ２２はインテリア
ゾーンＩＺの冷房排熱をターミナル室内器２０を通して
回収し、ペリメータゾーンＰＺの暖房熱源として利用さ
れている。

【００２５】図２は、インテリアゾーンＩＺ内の各ＦＣ
Ｕ２３にも簡易弁としてのバルブ２６および２７を設
け、各ＦＣＵ２３毎に２次配管系の冷媒管４０および４
１と３次配管系の冷媒管４２および４３とに選択的に接
続するように構成したものである。この実施例によれ
ば、冷房運転時には各ＦＣＵ２３をバルブ２６および２
７によって２次配管系の冷媒管４０および４１に接続
し、暖房運転時にはペリメータゾーンＰＺ内のＦＣＵ２
３およびインテリアゾーンＩＺ内の一部または全てのＦ
ＣＵ２３をバルブ２６および２７によって３次配管系の
冷媒管４２および４３に接続する。

【００２６】図３は、２次配管系の各機器、すなわちタ
ーミナル室内器２０、リザーブタンク２１、複数の各Ｆ
ＣＵ２３を天井裏に収納し、ＨＰＵ２２は床面上に設置
した場合の実施例で、冷房時または暖房時の運転サイク
ルは前述した図１の実施例と同様である。

【００２７】図４は、２次配管系の各機器を天井裏に収
納し、インテリアゾーンＩＺ内の各ＦＣＵ２３は前述の
実施例と同様に冷媒の自然循環によって冷房運転を行
い、ペリメータゾーンＰＺ内のＦＣＵ２３はＨＰＵ２２
によって直接冷媒を強制循環して冷房運転または暖房運
転を行うようにした実施例である。

【００２８】この実施例では２次配管系と３次配管系と
が完全に独立しており、冷房運転時には、冷水往管３０
とＨＰＵ２２との間に新たに設けたバルブ２８を開き、
蓄熱槽１０からの冷水によって、冷媒蒸気管４２を通っ
てペリメータゾーンＰＺ内のＦＣＵ２３から送られてく
る冷媒蒸気を凝縮し、冷媒液管４３を通ってペリメータ
ゾーンＰＺ内のＦＣＵ２３に戻す。暖房運転時には、バ
ルブ２４および２８を閉じてバルブ２５を開き、前述の
実施例と同様にインテリアゾーンＩＺの冷房排熱をター
ミナル室内器２０を通してＨＰＵ２２で回収し、ペリメ
ータゾーンＰＺの暖房熱源として利用する。

【００２９】図５は、２次配管系の冷媒管４０および４
１と、３次配管系の冷媒管４２および４３とを室内の２
重床を利用して床下に収納し、ペリメータゾーンＰＺ内
のＦＣＵ２３に接続するもので、インテリアゾーンＩＺ
内の空調は他の型式の室内器としてのエアハンドリング
ユニット（ＡＨＵ）５０を用いて行うようにした実施例
である。

【００３０】ＡＨＵ５０は室内の炭酸ガス濃度を希釈す
るために外気を導入する空調ユニットで、冷房時および
暖房時にリザーブタンク２１からの冷媒液を蒸発させて
冷媒蒸気をターミナル室内器２１に送る冷却コイル５１
と、暖房時にＨＰＵ２２からの冷媒蒸気を凝縮して液化
する加熱コイル５２と、ダクト５３に空気を送る送風機
５４とを有し、冷却コイル５１は２次配管系に、加熱コ
イル５２は３次配管系にそれぞれ属している。

【００３１】この実施例において、冷房運転時には、２
次配管系を構成するＡＨＵ５０内の冷却コイル５１によ
ってインテリアゾーンＩＺが冷却され、ペリメータゾー
ンＰＺ内のＦＣＵ２３によってペリメータゾーンＰＺが
冷却される。また、暖房運転時には、３次配管系を構成
するＡＨＵ５０内の加熱コイル５２によってインテリア
ゾーンＩＺが暖房され、ペリメータゾーンＰＺ内のＦＣ
Ｕ２３によってペリメータゾーンＰＺが暖房される。暖
房運転時において、インテリアゾーンＩＺを冷房する場
合は、ＡＨＵ５０内の冷却コイル５１によってインテリ
アゾーンＩＺの冷房排熱を吸収し、ターミナル熱交換器
２０を通してＨＰＵ２２で回収してペリメータゾーンＰ
Ｚの暖房熱源として利用できることは、前述の実施例と
同様である。なお、図１〜図５の実施例においては、凝
縮器およびヒートポンブを各階に設置した場合について
のみ示したが、複数階毎に設置することは可能であり、
また凝縮器とヒートポンプを異なった階に設置すること
も可能である。さらには、使用空調面積によっては、同
一階に複数台の凝縮器およびヒートポンプを設置するこ
とも可能である。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、２次配管系では、重力
を利用した冷媒の自然循環により、搬送動力を必要とし
ないため、ランニングコストの低減を図ることができ、
かつ各室内器（ＦＣＵ）の制御機構を簡略化することが
できる。また、冷暖房運転時にはインテリアゾーン内の
冷房排熱をペリメータゾーンの暖房熱源として利用する
ことが出来るので、エネルギーの有効利用および省エネ
ルギー化に貢献できる。

【００３３】また、ターミナル室内器（凝縮器）および
ヒートポンブを介して１次配管系と２次および３次配管
系とを容易に分離・接続することができるので、各階を
貫通する配管は冷水主管あるいは１部の冷媒管のみでよ
く、配管系を簡略化でき、特にリニューアル時での適用
が可能となる。また、氷蓄熱システムとの組み合わせに
より安価な深夜電力が利用でき、ランニングコストの低
減につながる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す部分模式図であ
る。

【図２】本発明の第２の実施例を示す部分模式図であ
る。

【図３】本発明の第３の実施例を示す部分模式図であ
る。

【図４】本発明の第４の実施例を示す部分模式図であ
る。

【図５】本発明の第５の実施例を示す部分模式図であ
る。

【符号の説明】 １０ 氷蓄熱ユニット １１ 冷凍機 ２０ ターミナル室内器（凝縮器） ２１ リザーブタンク ２２ ヒートポンプユニット（ＨＰＵ） ２３ ファンコイルユニット（ＦＣＵ） ２４，２５，２６，２７，２８ バルブ ３０ 冷水往管 ３１ 冷水還管 ４０ 冷媒蒸気管（２次配管系） ４１ 冷媒液管（２次配管系） ４２ 冷媒蒸気管（３次配管系） ４３ 冷媒液管（３次配管系） ５０ エアハンドリングユニット（ＡＨＵ） ５１ 冷却コイル ５２ 加熱コイル ５３ ダクト ５４ 送風機 ＩＺ インテリアゾーン ＰＺ ペリメータゾーン

フロントページの続き (72)発明者 素谷 順二 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 (72)発明者 橋本 信行 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 (72)発明者 佐川 祐一郎 東京都新宿区西新宿１丁目25番１号 大成 建設株式会社内 (72)発明者 大井 亨 東京都新宿区西新宿１丁目25番１号 大成 建設株式会社内 (72)発明者 森 直樹 東京都新宿区西新宿１丁目25番１号 大成 建設株式会社内 (72)発明者 神谷 是行 神奈川県横浜市栄区東上郷町18番７号

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 建物の各階毎に設置する複数の熱交換器
   と、 冷水を蓄え冷熱源として作用する蓄熱槽、前記建物の各
   階または複数階毎に設置する凝縮器およびヒートポン
   プ、前記蓄熱槽からの冷水を運転サイクルに応じて前記
   凝縮器または前記ヒートポンプの１次側のいずれか一方
   あるいは前記凝縮器を通して前記ヒートポンプの１次側
   へ供給し前記蓄熱槽へ還流する冷水主管からなる１次配
   管系と、 前記熱交換器で蒸発した冷媒ガスを前記凝縮器に移動さ
   せる冷媒ガス管、前記凝縮器で前記冷水により凝縮して
   得られる冷媒液を蓄積するリザーブタンク、前記リザー
   ブタンクに蓄積した冷媒液を前記熱交換器へ還流する冷
   媒液管からなる２次配管系と、 前記熱交換器と前記ヒートポンプの２次側との間で冷媒
   ガスを移動させる冷媒ガス管、前記熱交換器と前記ヒー
   トポンプの２次側との間で冷媒液を移動させる冷媒液管
   からなる３次配管系とを備えることを特徴とする空調シ
   ステム。
2. 【請求項２】 請求項１において、冷房運転時には前記
   冷水主管を前記凝縮器に接続すると共に前記複数の熱交
   換器を前記２次配管系の冷媒ガス管および冷媒液管に接
   続し、暖房運転時には前記冷水主管を前記ヒートポンプ
   の１次側に接続すると共に前記複数の熱交換器を前記３
   次配管系の冷媒ガス管および冷媒液管に接続し、冷暖房
   運転時には前記冷水主管を前記凝縮器を通して前記ヒー
   トポンプの１次側に接続すると共に前記複数の熱交換器
   の一部を前記２次配管系の冷媒ガス管および冷媒液管に
   接続し他の熱交換器を３次配管系の冷媒ガス管および冷
   媒液管に接続することを特徴とする空調システム。
3. 【請求項３】 請求項１および２において、前記複数の
   熱交換器のそれぞれに簡易弁を付加し、前記各熱交換器
   を、前記２次配管系の冷媒ガス管および冷媒液管または
   前記３次配管系の冷媒ガス管および冷媒液管に運転サイ
   クルに応じて選択的に切り換えて接続することを特徴と
   する空調システム。
4. 【請求項４】 請求項２において、前記冷暖房運転時に
   前記２次配管系に接続する前記熱交換器は建物のインテ
   リアゾーンに設置し、前記３次配管系に接続する前記熱
   交換器は建物のペリメータゾーンに設置することを特徴
   とする空調システム。
5. 【請求項５】 請求項１において、前記蓄熱槽は、氷蓄
   熱システムであることを特徴とする空調システム。