JPH10171540A - 空調設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 運転コストの高騰を抑えた状態で、熱媒流体
の凍結防止をはかることができるようにする。 【解決手段】 熱媒流体１を流通自在な密閉配管系Ｐを
設け、密閉配管系Ｐ内の熱媒流体１の圧力を所定値に加
圧付勢する加圧手段２を設け、熱媒流体１と、密閉配管
系Ｐの外環境との熱交換を図る熱交換器３を密閉配管系
Ｐに設けてある空調設備において、熱交換器３を取り付
けてある密閉配管部分での熱媒流体１の温度を検知する
流体検知手段９を設け、流体検知手段９の検知温度が、
熱媒流体１の凍結危険温度に低下したら密閉配管系Ｐの
一部を開放させる開放機構１０を設けてある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱媒流体（例え
ば、水）を流通自在な密閉配管系を設け、前記密閉配管
系内の熱媒流体の圧力を所定値に加圧付勢する加圧手段
（例えば、膨張タンク）を設け、前記熱媒流体と、密閉
配管系の外環境との熱交換を図る熱交換器（例えば、フ
ァンコイルユニットや空調器の冷温水コイル）を前記密
閉配管系に設けてある空調設備に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の空調設備においては、例えば、
冬期の暖房機関において、空調運転を停止している時間
帯（熱媒流体が配管内を流通していないとき）に、密閉
配管系の外環境温度が、熱媒流体が凍結する温度まで低
下すると、特に、密閉配管系の内で断熱を図っていない
熱交換器の部分において、密閉配管内の前記熱媒流体が
凍結し易く、その結果、熱媒流体の凍結膨張が生じて配
管や熱交換器が破損することがある。従来、この種の空
調設備としては、上述のような現象を回避するために、
外環境温度が、熱媒流体の凍結する温度まで低下する状
況下において、空調運転停止時であっても熱媒流体を加
熱して密閉配管系全体を循環させるように構成してある
ものや、熱交換器部分にヒータを設けると共に、外環境
温度の低下に伴って前記ヒータを加熱運転させる加熱制
御機構を設けてあるものがあった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の空調設
備によれば、前者のものに関しては、凍結の危険信号が
発せられた時から、加熱された流体が凍結の危険性のあ
る熱交換器の配管部分に達する時までのタイムラグがあ
り、その間に凍結する危険性があると共に、密閉配管系
全体としての流体加熱循環運転を実施するわけであるか
ら、運転コストが高くなり易い問題点がある。また、後
者のものに関しては、熱交換器部分を加熱するためにヒ
ータ運転するわけであるが、ヒータ運転の時間が長時間
にわたる場合や、密閉配管系でのヒータ設置個所数が多
い場合には、電気消費が非常に大きくなり、運転コスト
が高くなり易い問題点がある。

【０００４】従って、本発明の目的は、上記問題点を解
消し、運転コストの高騰を抑えた状態で、熱媒流体の凍
結防止をはかることができる空調設備を提供するところ
にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

〔構成〕請求項１の発明の特徴構成は、図１・３に例示
するごとく、熱媒流体１を流通自在な密閉配管系Ｐを設
け、前記密閉配管系Ｐ内の熱媒流体１の圧力を所定値に
加圧付勢する加圧手段２を設け、前記熱媒流体１と、密
閉配管系Ｐの外環境との熱交換を図る熱交換器３を前記
密閉配管系Ｐに設けてある空調設備において、前記熱交
換器３を取り付けてある密閉配管部分での前記熱媒流体
１の温度を検知する流体検知手段９を設け、前記流体検
知手段９の検知温度が、前記熱媒流体１の凍結危険温度
に低下したら前記密閉配管系Ｐの一部を開放させる開放
機構１０を設けてあるところにある。

【０００６】請求項２の発明の特徴構成は、図３に例示
するごとく、前記流体検知手段９が、前記熱媒流体１の
温度降下によって熱収縮する伸縮部１３で構成してあ
り、前記開放機構１０が、前記密閉配管系Ｐに形成した
開放用穴部１１ｄと、前記伸縮部１３の収縮に伴って閉
塞してある前記穴部１１ｄを連動して開口させる栓部材
１３ａとを設けて構成してあるところにある。

【０００７】尚、上述のように、図面との対照を便利に
するために符号を記したが、該記入により本発明は添付
図面の構成に限定されるものではない。

【０００８】〔作用及び効果〕請求項１の発明の特徴構
成によれば、流体検知手段の検知温度が、前記熱媒流体
の凍結危険温度に低下したら開放機構によって前記密閉
配管系の一部を開放させることによって、前記加圧手段
で加圧状態にある密閉配管系内の熱媒流体を、解放機構
によって開放された箇所から密閉配管系外へ流出させる
ことが可能となる。そして、それに伴って配管系内の熱
媒流体が即座に移動し、特に厳しい温度条件になりやす
い熱交換器付近の配管系部分に、凍結寸前の熱媒流体が
位置したままになるのを防止して、凍結防止を図ること
が可能となる。更には、従来のような、消費電力の大き
い加熱手段を使用しなくてもよいので、凍結防止運転の
コストを低下させることが可能となる。また、加圧手段
として熱媒流体供給タイプのものを使用する場合には、
開放機構によって熱媒流体を流出させても配管系内が空
になるのを防止でき、空調運転を、即座に開始すること
が可能となる。即ち、空調運転再開に対しての対応性を
向上させることが可能となる。また、凍結防止の対象と
なるもの（配管系内の熱媒流体）の温度を、直接的に検
知して凍結防止策に反映させることができ、従来のよう
に、密閉配管系の外環境の温度によって凍結防止制御を
開始させるものに比べて、より確実に且つ無駄なく凍結
防止を図ることが可能となる。

【０００９】請求項２の発明の特徴構成によれば、熱媒
流体の温度降下によって伸縮部が熱収縮し、その収縮に
伴って栓部材が開放用穴部を開口させて、密閉配管内で
の熱媒流体の凍結を防止することができるわけである
が、熱媒流体の温度変化（降下）によって凍結防止機構
が作動するから、従来のように、電気や燃料等、駆動さ
せるための特別な資源を必要とせず、経済運転させるこ
とが可能となる。

【００１０】また、熱媒流体の温度上昇に伴って前記開
放機構の開放状態を解除して配管系を密閉状態に戻す戻
し手段を設けてあれば、直ちに熱媒流体を密閉配管系に
循環させて空調運転にとりかかることが可能になると共
に、熱媒流体の放出量を必要最小限度に抑えることが可
能となる。従って、空調運転再開時の立ち上げ速度の短
縮化と、凍結防止運転時の経済性向上とを同時に果たす
ことが可能となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００１２】図１は、本発明の空調設備の一実施形態と
して建築物の空調設備を示すもので、全体構成として
は、水（熱媒流体に相当）１を流通自在な密閉配管系Ｐ
を設け、前記密閉配管系内の熱媒流体の圧力を所定値に
加圧付勢する開放型膨張タンク（加圧手段に相当）２を
設け、前記密閉配管系Ｐ内の水１と、密閉配管系の外環
境との熱交換を図る複数の熱交換器（例えば、空調器３
ａやファンコイルユニット３ｂ）３を前記密閉配管系に
並列状態に設けて構成してある。また、前記密閉配管系
Ｐの一部には、一対の熱媒循環駆動系Ｐ１を並設状態に
設けてある。そして、各熱媒循環駆動系Ｐ１には、冷房
運転時には前記水１を冷却（冷却温度５〜７℃）し、暖
房運転時には前記水１を加熱（加熱温度４５〜６０℃）
するための複数の熱源装置４と、密閉配管系Ｐ内の水１
を循環させるための複数の一次ポンプ５・二次ポンプ６
と、両熱媒循環駆動系Ｐ１どうしを連通接続自在な複数
のヘッダー７とを、各別に設けてある。そして、前記熱
源装置４にて冷却された水１を、前記各ポンプ５・６に
よって密閉配管系Ｐを循環させ、各熱交換器３にて前記
冷却された水１と大気との熱交換を図ることによって冷
房を実施することが可能となる。また、前記熱源装置４
にて加熱された水１を、前記各ポンプ５・６によって密
閉配管系Ｐを循環させ、各熱交換器３にて前記加熱され
た水１と空気との熱交換を図ることによって暖房を実施
することが可能となる。尚、前記密閉配管系Ｐは、基本
的には、断熱被覆を施してあり、一般配管部での熱損失
を抑え、前記熱交換器３での空気と水１との熱交換をよ
り効率的に実施できるように構成してある。

【００１３】また、前記熱交換器３を取り付けてある部
分は、特に、外気を取り入れる必要がある関係上、大気
に直接的に接触する状態に構成してあり、例えば冬期の
夜間（又は夜明け）のように当該空調設備の運転を停止
している時、即ち、配管内の水１が循環しない状態で大
気温度が下がる場合には、熱交換器３や近傍の配管内の
水１が熱を奪われ、内部で凍結しやすい状態となる。こ
れを防止するために、この配管部分に凍結防止弁８を設
けてある。

【００１４】前記凍結防止弁８は、図２・３に示すよう
に、前記熱交換器３を取り付けてある密閉配管部分での
前記水１の温度を検知する流体検知手段９を設け、前記
流体検知手段９の検知温度が、前記熱媒流体の凍結危険
温度（本実施形態においては、２〜３℃）に低下したら
前記密閉配管系の一部を開放させる開放機構１０を設け
て構成してある。前記凍結防止弁８を更に詳しく説明す
ると、密閉配管系に介在させる有底筒状の弁本体１１を
設け、前記弁本体１１に対する蓋部材１２を設け、有底
筒形状で、且つ、後述する弁駆動部材（伸縮部に相当）
１３を筒内空部に保持自在な保持筒部材１４を、前記蓋
部材１２と弁本体１１との間に設けて構成してある。前
記弁本体１１は、両側部に、密閉配管系を構成する配管
の端部を連通接続自在な取付穴部１１ａを各別に設け、
上縁部内周部には、前記蓋部材１２の雄ネジ部１２ａと
螺合自在な雌ネジ部１１ｂを設け、底部には、密閉配管
系を開放自在な開放用穴部１１ｄを設けて構成してあ
る。前記蓋部材１２は、上述のように、弁本体１１との
取付のための雄ネジ部１２ａを設けてあると共に、前記
雄ネジ部１２ａの裏側内周面には、前記保持筒部材１４
を取り付けるための雌ネジ部１２ｂを形成してある。ま
た、上端部には、前記弁駆動部材１３を弁本体１１内空
部で付勢状態に保持するための第一コイルスプリング１
５の上端部を付勢力調整自在に支持するための調整ボル
ト１６を、貫通状態に螺着してある。この調整ボルト１
６を締め込むことによって、前記第一コイルスプリング
１５の付勢力が強まり、第一コイルスプリング１５と前
記保持筒部材１４との間に、前記弁駆動部材１３を安定
的に固定することが可能となる。前記保持筒部材１４
は、上述のように、蓋部材１２との取付のための雄ネジ
部１４ａを、上端部外周部に形成してある。また、両側
部には、前記弁本体１１の取付穴部１１ａに対応する箇
所に、水流通用の貫通孔１４ｂを形成してあり、前記弁
駆動部材１３が前記水１の温度を直接的に検知しやすい
ように構成してある。また、底部には、前記弁駆動部材
１３の下端部に設けた栓部材１３ａが貫通する貫通孔１
４ｄを形成してある。一方、保持筒部材１４の内周部に
は、前記弁駆動部材１３の設置用の段差部からなる座ぐ
り部１４ｅを形成してある。

【００１５】前記弁駆動部材１３は、図２に示すよう
に、内部に温度変化によって膨張収縮する駆動体Ｑを封
入した一対のピストン容器片１７を設け、前記一対のピ
ストン容器片１７の内の固定側の第一容器片１７ａを前
記座ぐり部１４ｅに固定するためのワッシャ１８と前記
第一コイルスプリング１５を設け、前記一対のピストン
容器片１７の内の駆動側の第二容器片１７ｂに外嵌させ
てあって、前記貫通孔１４ｄを通して前記弁本体１１の
開放用穴部１１ｄを開閉自在な前記栓部材１３ａを設
け、前記栓部材１３ａに対して開付勢（前記開放用穴部
１１ｄを開くように付勢）を行う第二コイルスプリング
１９を設けて構成してある。前記駆動体Ｑは、温度変化
に伴う相変化（固相と液相）の過程で急激に体積膨張
（又は収縮）する性質を有し、本実施形態においては、
水凍結を防止する目的から約２〜３℃（凍結危険温度に
相当）の環境下で体積膨張（又は収縮）の度合いが大き
くなるように構成してある。この駆動体Ｑの温度と体積
膨張との関係は図４に示すとおりである。前記水１が常
温の状態においては、この駆動体Ｑの膨張によって、固
定された第一容器片１７ａから第二容器片１７ｂを前記
開放用穴部１１ｄ側へ突出させ、それに伴って栓部材１
３ａが開放用穴部１１ｄを塞ぐことによって密閉配管系
Ｐの密閉を図ることができる一方、前記水１の温度が前
記凍結危険温度以下に下がると駆動体Ｑが収縮し、それ
に伴って前記第二コイルスプリング１９の付勢力が作用
して前記栓部材１３ａが、開放用穴部１１ｄから離れて
密閉配管系Ｐを部分的に開く状態となる（図３参照）。
前記開放用穴部１１ｄが開かれることによって、密閉配
管系Ｐの中でも特に外気温の影響を受けやすい熱交換器
３設置部分やその近傍の配管内の水１を、開放用穴部１
１ｄから外部に逃がし、管内で滞留したまま凍結するの
を防止することが可能となる。また、この水１の放出に
伴って、熱交換器３設置部分やその近傍の配管内には、
断熱されている他の配管部分からの水１が順次移動して
くる訳であるが、それらの水１も、同様に、凍結する前
に管外に放出され続け、該当部分での凍結を防止するこ
とができる。前記第一容器１７ａは、図に示すように、
長手方向中間部に大径部２０を設けてあり、この部分を
前記ワッシャ１８と前記第一コイルスプリング１５とに
よって挟む状態で、前記保持筒部材１４・蓋部材１２に
固定されている。そして、前記第二容器１７ｂとは、長
手方向（上下方向）に沿って相対的に出退自在な状態に
嵌合させてある。一方、前記第二容器１７ｂには、前述
のように、有底筒状の栓部材１３ａを外嵌させてある。
そして、栓部材１３ａは、上端部に鍔部２１を形成して
あり、この鍔部２１と、弁本体１１の底部との間に前記
開放用穴部の開付勢用の第二コイルスプリング１９を介
在させてある。因に、本実施形態においては、前記開放
用穴部１１ｄと前記栓部材１３ａとによって開放機構１
０が構成してあり、前記弁駆動部材１３によって流体検
知手段９が構成してある。

【００１６】尚、前記凍結防止弁８は、金属によって形
成してあり、特に、配管内の水１の温度降下にスピーデ
ィーに対応するために、ピストン容器片１７は、熱伝導
率の大きな（例えば、銅や銀）材料で構成してあること
が好ましい。また、外気と直接的に接触する弁本体１１
・蓋部材１２は、断熱性の高い材料（例えば、金属以外
にも、合成樹脂）で構成することも可能である。

【００１７】〔別実施形態〕以下に他の実施の形態を説
明する。

【００１８】〈１〉 熱媒流体は、先の実施形態で説明
した水に限るものではなく、一般的に空調設備に用いら
れる熱媒流体を使用することが可能である。但し、その
場合には、前記開放機構を作動させる基準となる凍結危
険温度の設定を、それぞれの熱媒流体の凍結温度をもと
に各別に実施する必要がある。 〈２〉 加圧手段は、先の実施形態で説明した開放型の
膨張タンクに限るものではなく、密閉型膨張タンクであ
ってもよい。 〈３〉 密閉配管系に設けられた各機器は、先の実施形
態で説明した種類のものや台数に限るものではなく、空
調設備として構成されうる形態をとるものであればよ
い。 〈４〉 流体検知手段、及び、開放機構は、先の実施形
態で説明したように、一体的に形成された凍結防止弁で
構成するものに限るものではなく、例えば、図５に示す
ように、個別に設けてあってもよい。流体検知手段９
は、配管内の熱媒流体１の温度を検知自在に設けた温度
センサ（例えば、サーミスター）２１で構成し、開放機
構１０は、前記温度センサ２１での検出結果から熱媒流
体１が凍結する危険がある場合に開放指令を出す制御装
置Ｃからの開放指令によって、密閉配管系の一部を開放
する開閉弁２２であってもよい。前記開閉弁２２は、図
に示すように、先の実施形態で説明したピストン容器１
７を使用し、前記制御装置Ｃからの開放指令によって通
電される電気ヒータＨをピストン容器１７に取り付けて
構成してある。そして、電気ヒータＨへの通電でピスト
ン容器１７内の熱媒流体１の温度を上昇させて素早く膨
張させ、その膨張によって突出する第二容器片１７ｂで
栓部材１３ａを開付勢できるように構成してある。ここ
に説明した別実施形態によれば、微電力の消費でありな
がら、熱媒流体１の温度降下に対して俊敏に反応して、
前記開放用穴部から、熱媒流体１を放出しながら管内で
の凍結防止を図ることが可能となる。 〈５〉 また、空調設備としては、例えば、図６に示す
ように、凍結防止弁８からの排水経路に漏水センサー８
ａを設け、その漏水センサー８ａからの信号を受けて警
報を出す警報盤Ｅを設け、前記凍結防止弁８の作動によ
り熱媒流体１が流出すると、前記漏水センサー８ａによ
ってその熱媒流体１を検出して前記警報盤Ｅに流出のあ
る旨の信号を送るように構成してもよい。この場合、前
記警報盤Ｅによる警報で、どの箇所の熱交換器が凍結寸
前であるかを把握することができると共に、その結果に
よって空調運転開始の判断をすることもでき、無駄な空
調運転を減らし、必要最小限の空調運転の実施によって
無駄なエネルギーの消費を抑制することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】空調設備を示す概念図

【図２】凍結防止弁を示す分解斜視図

【図３】凍結防止弁の作用を示す断面図

【図４】駆動体の温度と体積との関係を示す図

【図５】別実施形態の凍結防止弁を示す断面図

【図６】別実施形態の空調設備を示す概念図

【符号の説明】

１ 熱媒流体 ２ 加圧手段 ３ 熱交換器 ９ 流体検知手段 １０ 開放機構 １３ 伸縮部 １３ａ 栓部材 Ｐ 密閉配管系

フロントページの続き (72)発明者 佐橋 政人 愛知県名古屋市中区錦一丁目18番22号 株 式会社竹中工務店名古屋支店内 (72)発明者 本原 隆治 愛知県小牧市大字入鹿出新田字宮前955― ５ 株式会社ヨシタケ小牧工場内 (72)発明者 青山 豊 愛知県小牧市大字入鹿出新田字宮前955― ５ 株式会社ヨシタケ小牧工場内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱媒流体を流通自在な密閉配管系を設
   け、前記密閉配管系内の熱媒流体の圧力を所定値に加圧
   付勢する加圧手段を設け、前記熱媒流体と、密閉配管系
   の外環境との熱交換を図る熱交換器を前記密閉配管系に
   設けてある空調設備であって、 前記熱交換器を取り付けてある密閉配管部分での前記熱
   媒流体の温度を検知する流体検知手段を設け、前記流体
   検知手段の検知温度が、前記熱媒流体の凍結危険温度に
   低下したら前記密閉配管系の一部を開放させる開放機構
   を設けてある空調設備。
2. 【請求項２】 前記流体検知手段が、前記熱媒流体の温
   度降下によって熱収縮する伸縮部で構成してあり、前記
   開放機構が、前記密閉配管系に形成した開放用穴部と、
   前記伸縮部の収縮に伴って閉塞してある前記穴部を連動
   して開口させる栓部材とを設けて構成してある請求項１
   に記載の空調設備。