特許 5911675 空調システムの運転方法、空調システムの構築方法及び空調システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5911675

(24)【登録日】2016年4月8日

(45)【発行日】2016年4月27日

(54)【発明の名称】空調システムの運転方法、空調システムの構築方法及び空調システム

(51)【国際特許分類】

   F24F 11/02 20060101AFI20160414BHJP

   F25B 1/00 20060101ALI20160414BHJP

   F24F 5/00 20060101ALI20160414BHJP

【ＦＩ】

   F24F11/02 102B

   F25B1/00 321C

   F24F5/00 102C

【請求項の数】4

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2011-136394(P2011-136394)

(22)【出願日】2011年6月20日

(65)【公開番号】特開2013-2770(P2013-2770A)

(43)【公開日】2013年1月7日

【審査請求日】2014年4月28日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000169499

【氏名又は名称】高砂熱学工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100096389

【弁理士】

【氏名又は名称】金本 哲男

(74)【代理人】

【識別番号】100095957

【弁理士】

【氏名又は名称】亀谷 美明

(74)【代理人】

【識別番号】100101557

【弁理士】

【氏名又は名称】萩原 康司

(72)【発明者】

【氏名】石井 秀一

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 健二

(72)【発明者】

【氏名】守屋 充

【審査官】 佐藤 正浩

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−１０３４５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２２７４９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１０９０８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２４９２２１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２４Ｆ １１／０２

Ｆ２４Ｆ ５／００

Ｆ２５Ｂ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

室外機と室内機の間で冷媒を循環させ、冷凍サイクルを行うことにより建築物内の空調空間を冷房する圧縮膨張方式の空調装置を有する建築物の空調システムにおいて、
前記冷媒と前記建築物に設けられた蓄熱槽からの水とを直接熱交換させる冷媒−水熱交換器と、
外気を利用して前記蓄熱槽の水を冷却する冷却塔を有し、
夜間時には前記蓄熱槽と冷却塔との間で蓄熱槽の水を循環させて蓄熱槽内の水を冷却し、
昼間の冷房時には、前記冷媒−水熱交換器により前記蓄熱槽内の水と前記冷媒とを直接熱交換し、
前記蓄熱槽の水を夜間に冷却塔に送水するポンプは、昼間において前記蓄熱槽の水を前記冷媒−水熱交換器に送水するポンプと兼用されている、
ことを特徴とする、空調システムの運転方法。

【請求項2】

蓄熱槽内の水を中央熱源方式の冷熱源として使用している空調設備を更新して、室外機と室内機の間で冷媒を循環させて冷凍サイクルを行うことにより建築物内の空調空間を冷房する圧縮膨張方式の空調装置と、前記冷媒と前記建築物に設けられた蓄熱槽からの水とを直接熱交換させる冷媒−水熱交換器と、外気を利用して前記蓄熱槽の水を冷却する冷却塔と、を有し、夜間時には前記蓄熱槽と冷却塔との間で蓄熱槽の水を循環させて蓄熱槽内の水を冷却し、昼間の冷房時には前記冷媒−水熱交換器により前記蓄熱槽内の水と前記冷媒とを直接熱交換する、ビルマルチ方式の空調システムを構築する方法であって、
前記空調設備の既設の蓄熱槽を前記空調システムの蓄熱槽として用い、
前記建築物に室外機を設置し、
前記室外機と室内機との間に前記冷媒の配管を施工し、その際、冷媒の循環路に前記冷媒−水熱交換器を設け、
前記冷媒−水熱交換器と前記蓄熱槽との間に、水の循環系配管を施工する際には、既設の蓄熱槽に配管されている既設の往管及び既設の還管を使用する、
ことを特徴とする、空調システムの構築方法。

【請求項3】

前記冷却塔と前記蓄熱槽との間に、水の循環系配管を施工し、補給水の供給管は、当該循環系配管における戻し管、または前記蓄熱槽に接続することを特徴とする、請求項２に記載の空調システムの構築方法。

【請求項4】

室外機と室内機の間で冷媒を循環させ、冷凍サイクルを行うことにより建築物内の空調空間を冷房する圧縮膨張方式の空調装置を有する建築物の空調システムであって、
前記冷媒と前記建築物に設けられた蓄熱槽からの水とを直接熱交換させる冷媒−水熱交換器と、
外気を利用して前記蓄熱槽の水を冷却する冷却塔を有し、
夜間時には前記蓄熱槽と冷却塔との間で蓄熱槽の水を循環させて蓄熱槽内の水を冷却し、昼間の冷房時には、前記冷媒−水熱交換器により前記蓄熱槽内の水と前記冷媒とを直接熱交換するように構成され、
前記蓄熱槽の水を夜間に冷却塔に送水するポンプは、昼間において前記蓄熱槽の水を前記冷媒−水熱交換器に送水するポンプと兼用されている、ことを特徴とする、空調システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、空調システムの運転方法、空調システムの構築方法及び空調システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、図１に示したような、蓄熱槽１とターボ冷凍機２などのセントラル熱源を有する空調システムを採用している建築物３においては、設備更新の際に、図２に示したような、一台の室外機１１に対して複数台の室内機１２を接続したマルチ空調システム（いわゆる、ビルマルチ方式の空調システム）を単純に導入し、蓄熱槽１の利用を放棄する例が増えている。

【0003】

しかしながらそのように単純にビルマルチ方式の空調システムを採用すると、折角設置した蓄熱槽１を利用する機会がなくなり、設備が無駄になるばかりでなく、蓄熱調整契約やピーク時間調整契約の恩恵が受けられなくなる。蓄熱調整契約とは、氷蓄熱空調システムなどの運転により昼間時間から夜間時間へ負荷移行できる需要家と電力会社との間で結ばれる電力料金の割引契約であり、またピーク時間調整契約とは、電力需要旺盛期の需要ピーク時に負荷を調整することで割引を受けられる契約である。そこでビルマルチ方式空調システムに設備更新する際に、これまで使用していた蓄熱槽１をそのまま用いてこれを有効に利用することが望まれている。

【0004】

他方、ビルマルチ方式空調システムについては、可能な限り省エネ効果を高めた技術として、室外機と室内機との間を循環する冷媒を、冷却塔からの冷却水で冷却する、いわゆる冷媒サブクールシステムが提案されている（特許文献１、２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００６−５２９３４号公報

【特許文献2】特開２００６−２８４０８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、冷却塔の冷却水の温度は外気湿球温度に依存するため、冷房負荷の高い盛夏の日中には、水温が上昇し、冷媒サブクールシステムの所期の省エネ効果やピークカット効果が得られないおそれがある。そして既述したように、設備更新の際に、従来利用していた蓄熱槽を放棄する点については、たとえこれを非常用の水源や防火水槽に利用するにしても、いわゆる死に水が長期間滞留することになってしまい、藻や昆虫が発生したり、悪臭の原因になったりする。

【0007】

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、蓄熱槽内の水を、中央熱源方式の冷熱源として使用している空調設備を更新してビルマルチ方式空調システムを構築する際にも、既設の蓄熱槽を有効に利用することができ、しかも冷房負荷の高い盛夏においても、外気を利用した省エネ効果の高い空調を実施することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

前記目的を達成するため、本発明は、室外機と室内機の間で冷媒を循環させ、冷凍サイクルを行うことにより建築物内の空調空間を冷房する圧縮膨張方式の空調装置を有する建築物の空調システムにおいて、前記冷媒と前記建築物に設けられた蓄熱槽からの水とを直接熱交換させる冷媒−水熱交換器と、外気を利用して前記蓄熱槽の水を冷却する冷却塔を有し、夜間時には前記蓄熱槽と冷却塔との間で蓄熱槽の水を循環させて蓄熱槽内の水を冷却し、昼間の冷房時には、前記冷媒−水熱交換器により前記蓄熱槽内の水と前記冷媒とを直接熱交換し、前記蓄熱槽の水を夜間に冷却塔に送水するポンプは、昼間において前記蓄熱槽の水を前記冷媒−水熱交換器に送水するポンプと兼用されていることを特徴としている。

【0010】

本発明によれば、夜間時に前記蓄熱槽と冷却塔との間で蓄熱槽の水を循環させて冷却塔によって蓄熱槽内の水を冷却し、この蓄熱槽内の冷却された水を、昼間時の冷房時に、室外機と室内機の間で循環する冷媒と直接熱交換するようにしたので、冷房負荷の高い盛夏の日中であっても、省エネ効果の高い空調を実施することができる。しかもその際に利用する蓄熱槽は、既存の設備のものをそのまま利用することができ、遊休蓄熱槽を効果的に用いることが可能である。しかも蓄熱槽内の水が、冷媒−水熱交換器や冷却塔との間を循環するので、循環時間が１年中、あるいは２４時間中でなくとも、藻や昆虫の発生を大きく抑えることができ、また異臭の発生も抑制できる。

【0011】

また空調システムを構築する方法としては、蓄熱槽内の水を中央熱源方式の冷熱源として使用している空調設備を更新して、室外機と室内機の間で冷媒を循環させて冷凍サイクルを行うことにより建築物内の空調空間を冷房する圧縮膨張方式の空調装置と、前記冷媒と前記建築物に設けられた蓄熱槽からの水とを直接熱交換させる冷媒−水熱交換器と、外気を利用して前記蓄熱槽の水を冷却する冷却塔と、を有し、夜間時には前記蓄熱槽と冷却塔との間で蓄熱槽の水を循環させて蓄熱槽内の水を冷却し、昼間の冷房時には前記冷媒−水熱交換器により前記蓄熱槽内の水と前記冷媒とを直接熱交換する、ビルマルチ方式の空調システムを構築する方法であって、前記空調設備の既設の蓄熱槽を前記空調システムの蓄熱槽として用い、前記建築物に室外機を設置し、前記室外機と室内機との間に前記冷媒の配管を施工し、その際、冷媒の循環路に前記冷媒−水熱交換器を設け、前記冷媒−水熱交換器と前記蓄熱槽との間に、水の循環系配管を施工する際には、既設の蓄熱槽に配管されている既設の往管及び既設の還管を使用する、ことを特徴としている。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、蓄熱槽内の水を、中央熱源方式の冷熱源として使用している空調設備を更新してビルマルチ方式空調システムを構築する際にも、既存設備の蓄熱槽を有効に利用することができ、しかも冷房負荷の高い盛夏においても、外気を利用した省エネ効果の高い空調を実施することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】設備更新前の蓄熱槽とセントラル熱源を有する空調システムの系統の概略を示す説明図である。

【図2】従来の設備更新後のビルマルチ方式の空調システムの系統の概略を示す説明図である。

【図3】本実施の形態に従って構築した空調システムの系統の概略を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施の形態について説明すると、実施の形態が対象とする更新前の空調設備は、前記した図１に示した蓄熱槽とセントラル熱源を有する空調システムを採用している。すなわち、この更新前の空調設備は、地下階に蓄熱槽１を有している。蓄熱槽１は、取水槽１ａと冷却槽１ｂとに分割され、仕切壁１ｃに形成された連通口１ｄによって両槽は、連通している。冷却槽１ｂの水は、ポンプで取水され、ターボ冷凍機２において冷媒と熱交換して降温された後、取水槽１ａの水面近くに送水される。ターボ冷凍機２の冷媒は、屋外に設置された冷却塔４において冷却された冷却水によって冷却される。

【0015】

そして取水槽１ａ内の冷水（たとえば７℃）は、底部近傍に設置された取水口からポンプ５によって取水され、往管Ａを通じて建築物内の各階に設置されている室内機（たとえばファンコイルユニット）１２に送水され、これによって冷房運転を実施するようになっている。室内機１２のコイルにおいて昇温した水は、還管Ｂを通じて蓄熱槽１の冷却槽１ｂへと戻される。

【0016】

またこの既存の空調設備は、暖房運転用にボイラ６を有しており、ボイラによって昇温された温水は、ポンプ７によって各室内機１２へと往管Ａを通じて供給され、暖房に供された後、還管Ｂを経由して再びボイラ６へと戻される。なお建築物３の屋上には、還管Ｂに通ずる膨張タンク８が設置され、配管系の温度変化による水の膨張、収縮を吸収するようになっている。

【0017】

このような蓄熱槽１内の水を、中央熱源方式の冷熱源として使用している建築物３の空調設備をビルマルチ方式の空調システムに更新する場合、本実施の形態によれば、蓄熱槽１をそのまま使用することができる。すなわち、まず、通常のビルマルチ方式の空調システムと同様、膨張タンク８が撤去され、たとえば建築物３の屋上に、冷媒の圧縮機を備えた室外機１１が所定の台数設置される。この例では、図３に示したように、各階に置かれている膨張弁を備えた室内機群に対して１台の割合で、屋上に設置されている、

【0018】

そして各室外機１１と各階の室内機１２と間で冷媒が循環する配管が施工される。その際、冷媒の循環経路に、冷媒−水熱交換器２１が設けられる。

【0019】

他方、既設の蓄熱槽１周りについては、ターボ冷凍機２及び当該ターボ冷凍機２と冷却槽１ｂとの間の配管が撤去される。またボイラ６及び温水系統の配管、ボイラの煙突等も撤去される。

【0020】

そして冷媒−水熱交換器２１と蓄熱槽１の取水槽１ａとの間に、水の循環系等の配管が施工される。この場合、既設の蓄熱槽１からの往管Ａ、蓄熱槽１に戻すための還管Ｂの大部分をそのまま使用することができ、また往管Ａを通じて取水槽１ａ内の冷水を供給するポンプ５もそのまま使用することができる。

【0021】

一方、蓄熱槽１の冷却槽１ｂと冷却塔４との間には、水の循環配管である取水管２３、戻し管２４が施工される。この循環配管によって、ポンプ２２によって取水された水は、取水管２３を通じて冷却塔４に送られ、冷却塔４において降温した水は、戻し管２４を通じて再び冷却槽１ｂの底部付近へと戻される。この場合、冷却塔４は既設のものをそのまま使用してもよいが、より能力の小さい冷却塔に交換してもよい。これによって冷却塔で消費される電力等を軽減させることができる。なお補給水の供給管は、たとえば戻し管２４や蓄熱槽１に適宜接続すればよい。

【0022】

以上の施工により、実施の形態にかかる運転方法を実施するための空調システムが構築される。そしてまず夜間において、蓄熱槽１内の水は、冷却塔４によって冷却されて蓄熱槽１内に貯留される。そして通常の昼間の冷房運転を実施する場合には、室外機１１からの冷媒は、減圧膨張前の段階で、冷媒−水熱交換器２１において、蓄熱槽１の取水槽１ａから取水した、たとえば１０℃〜２０℃の冷水によって過冷却され、室内機１２に供給される。したがって、室内機１２では、その分冷房能力が向上し、またいわゆるピークカット効果が得られる。

【0023】

発明者らの試算によれば、東京における８月１５時における冷却塔によって得られる冷却水の温度は平均２９℃であるが、そのように夜間において冷却塔４によって外気を利用して冷却することで、２〜３℃低下させることができる。その結果、冷媒−水熱交換器２１による冷媒の事前過冷却によるピークカット効果は、東京の８月の平均気象条件では、２１％から２７％程度へと向上する。

【0024】

また冷房能力も１２％から１９％程度に向上するので、室外機１１の容量を、図２の従来の一般的なビルマルチ方式の空調システムよりも小さくすることができ、それに伴って室外機設置スペースや設備費を低減することができる。

【0025】

そして蓄熱槽１内の水は、夜間において冷却塔４との間で循環し、また昼間においても冷媒−水熱交換器２１との間で循環するので、いわゆる死に水となることはなく、藻や昆虫の発生、異臭の発生を抑えることができ、水質管理の手間も省くことが可能である。もちろん蓄熱槽１内の水は、断水時の非常用水源や防火用水源として使用することができる。

【0026】

そしてそのように空調システムを構築するにあたっては、既設の蓄熱槽１をそのまま使用することができ、また往管Ａ、還管Ｂの大部分もそのまま利用することができるから、施工のコストも抑えることができる。

【0027】

なお夜間において冷却塔４に送水するためのフリーリング用のポンプ２２は、昼間において冷媒−水熱交換器２１に送水するポンプ５と兼用としてもよい。これによってさらに設備費の低減を図ることができる。また冷却塔４に変えて、空冷式のチラーを設置してもよい。

【0028】

また既設の蓄熱槽１の容量が大きい場合には、その分蓄熱容量が大きいので、たとえば盛夏に入る前の段階から、冷却塔４を作動させて、水温を下げておくいわゆる季間蓄熱することが可能である。

【産業上の利用可能性】

【0029】

本発明は、熱槽内の水を、中央熱源方式の冷熱源として使用している空調設備を更新してビルマルチ方式空調システムを構築する際に有用である。

【符号の説明】

【0030】

１ 蓄熱槽
１ａ 取水槽
１ｂ 冷却槽
１ｃ 仕切り壁
１ｄ 連通口
２ ターボ冷凍機
３ 建築物
４ 冷却塔
５、７、２２ ポンプ
６ ボイラ
８ 膨張タンク
１１ 室外機
１２ 室内機
２１ 冷媒−水熱交換器
２３ 取水管
２４ 戻し管
Ａ 往管
Ｂ 還管

【図1】

【図2】

【図3】