JPH11351685A - 冷房システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】経済面で優れた冷房システムを提供すること 【解決手段】本発明の冷房システム１０では、凝縮器１
２として、外気を利用した空冷式凝縮器１２Ｂと、冷却
水を利用した水冷式凝縮器１２Ａとが並設される。制御
装置２４は、外気温度計４４が測定した外気温度に基づ
いて、開閉弁２６、開閉弁２８、ファン４２、冷却水供
給源３２及びポンプ３４を制御して、冷媒の凝縮に使用
する凝縮器１２を選択する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷房システムに係
り、特に年間を通じて一定の室温に冷房することが要求
されるクリーンルームや計算機室等の冷房システムに関
する。

【０００２】

【従来の技術】フロン等の冷媒によって室内を間接的に
冷房する冷房システムでは、被冷房室側に蒸発器が設置
され、冷熱源側に凝縮器が設置されると共に、蒸発器と
凝縮器との間に密閉系の循環経路が形成されている。そ
して、循環経路内にフロン等の冷媒が封入され、この冷
媒を蒸発器と凝縮器との間で循環させることにより被冷
房室内に供給するエアの冷房を行っている。即ち、凝縮
器によって凝縮した液化冷媒を蒸発器で蒸発させ、その
際に被冷房室内に供給するエアから蒸発潜熱を奪うこと
によって冷房している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
冷房システムでは、冷却水で冷却することにより冷媒を
凝縮させていたので、凝縮器で使用する冷却水の消費量
が多く、ランニングコストが高いという欠点があった。
特に、計算機室等の年間冷房が要求される場合には、常
に冷却水を供給しなければならないので、ランニングコ
ストが非常に大きくなっていた。

【０００４】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、経済面で優れた冷房システムを提供することを
目的とする。

【０００５】

【課題を解決する為の手段】本発明は前記目的を達成す
るために、被冷房室側に設置された蒸発器と冷熱源側に
設置された凝縮器とを結ぶ循環経路内に冷媒を循環させ
て、前記凝縮器内で凝縮させた冷媒を前記蒸発器内で蒸
発させることにより前記被冷房室内に供給するエアを冷
却する冷房システムにおいて、前記凝縮器は、冷却水供
給手段から供給される冷却水によって前記冷媒を冷却し
て凝縮する水冷式凝縮器と、外気供給手段から供給され
る外気によって前記冷媒を冷却して凝縮する空冷式凝縮
器と、が前記蒸発器に対して並列に設けられることを特
徴とする。

【０００６】本発明によれば、外気を利用した空冷式凝
縮器と冷却水を利用した水冷式凝縮器とを、蒸発器に対
して並設し、この空冷式凝縮器と水冷式凝縮器の一方、
もしくは両方を凝縮器として使用するようにした。例え
ば、空冷式凝縮器に利用する外気が所定の温度範囲より
低い場合には空冷式凝縮器のみを使用し、逆に外気が所
定の温度範囲より高い場合には水冷式凝縮器のみを使用
し、更に外気が所定の温度範囲内にある場合には空冷式
凝縮器と水冷式凝縮器との両方を使用するようにした。
これにより、水冷式凝縮器に用いる冷却水の消費量をシ
ステム全体として低減させることができるので、ランニ
ングコストを減少させることができる。また、本発明で
は、空冷式凝縮器と水冷式凝縮器を上記のように使用す
ることで、凝縮器の凝縮能力を外気温度に依らず安定さ
せることができ、被冷房室内の冷房を安定して行うこと
ができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下添付図面に従って、本発明に
係る冷房システムの好ましい実施の形態について詳説す
る。図１は、本発明に係る冷房システム１０の系統図で
ある。尚、ダクト２０は被冷房室に連通しており、ダク
ト４０は外気に連通している。

【０００８】同図に示すように、冷房システム１０で
は、凝縮器１２、液管１４、蒸発器１６及び蒸気管１８
によって、密閉系の循環系路が形成されている。循環経
路内には、フロン等の冷媒が封入されており、この冷媒
が蒸発器１６で蒸発すると共に凝縮器１２で凝縮するこ
とにより、循環系路内を循環している。蒸発器１６は、
被冷房室側に設置され、特に複数の蒸発器１６、１６…
が必要な場合には図１のように並設される。即ち、液管
１４は、分岐部１４ｂで分岐して枝管１４ａ、１４ａ…
がそれぞれ蒸発器１６、１６…に連結すると共に、それ
ぞれの蒸発器１６、１６…に連結した蒸気管１８の枝管
１８ａ、１８ａ…は、合流部１８ｂで合流している。

【０００９】また、蒸発器１６は、液管１４を介して送
液される液化冷媒を蒸発させて、被冷房室内のエアから
蒸発潜熱を奪うように構成される。例えば、図中左側の
蒸発器１６のように、蒸発器１６は、被冷房室と連通す
るダクト２０内に設置され、ファン２２によって送風さ
れた被冷房室のエアが蒸発器１６の内部を通過するよう
に構成される。これにより、冷媒は、蒸発器１６内で被
冷房室のエアから蒸発潜熱を奪って蒸発するので、被冷
房室のエアは冷却される。

【００１０】ファン２２は、送風するエア流量を調節す
ることができるように構成されると共に、信号ケーブル
を介して制御装置２４に接続されている。制御装置２４
には、被冷房室内の室温を計測する室内温度計３０が信
号ケーブルを介して接続されており、室内温度計３０か
ら制御装置２４に室温の信号が出力される。制御装置２
４は、室温の信号が出力されると、その室温が予め設定
された目標温度になるようにファン２２を制御してエア
流量を調節する。

【００１１】一方、凝縮器１２は、蒸発器１６より上方
に設置され、蒸気管１８及び液管１４によって蒸発器１
６と連通している。これにより、蒸発器１６で蒸発した
冷媒ガスは上昇気流となって凝縮器１２に自然送気され
ると共に、凝縮器１２で凝縮した液化冷媒は流下液とな
って蒸発器１６に自然送液される。凝縮器１２は、水冷
式凝縮器１２Ａと空冷式凝縮器１２Ｂを並設することに
より構成される。即ち、蒸気管１８及び液管１４はそれ
ぞれ、２つに分岐して、一方が水冷式凝縮器１２Ａに、
他方が空冷式凝縮器１２Ｂに連結される。また、分岐後
の蒸気管１８にはそれぞれ、開閉弁２６、開閉弁２８が
設けられる。開閉弁２６及び開閉弁２８は、それぞれ、
信号ケーブルを介して制御装置２４に接続され、制御装
置２４から信号が出力されると開閉して、蒸気管１８を
連通又は遮断する。

【００１２】水冷式凝縮器１２Ａは、冷媒ガスを冷却水
によって冷却して凝縮する。水冷式凝縮器１２Ａに使用
する冷却水は、ポンプ３４を駆動することによって冷却
水供給源３２から水冷式凝縮器１２Ａに供給される。ま
た、水冷式凝縮器１２Ａには、冷却水の供給側に３方弁
３６が設けられ、その弁開度を調節することにより供給
される冷却水の流量調整を行うことができる。上述した
冷却水供給源３２、ポンプ３４及び３方弁３６は、信号
ケーブルを介して制御装置２４に接続され、制御装置２
４によって冷却水供給源３２及びポンプ３４の運転又は
停止と、３方弁３６の弁開度が制御される。

【００１３】空冷式凝縮器１２Ｂは、外気を利用して冷
媒ガスを冷却して凝縮するように構成される。即ち、空
冷式凝縮器１２Ｂは、外気と連通するダクト４０内に設
置され、ファン４２によって送風された外気が、内部を
冷媒ガスが通過する管（図省略）の外側を通過するよう
に構成される。これにより、冷媒ガスは、前記管の外側
を流れる外気によって冷却されて凝縮する。

【００１４】ファン４２は、送風されるエアの流量を調
節できるように構成され、信号ケーブルを介して制御装
置２４に接続される。ファン４２の上流側のダクト４０
内には、外気の温度を計測する外気温度計４４が設けら
れる。外気温度計４４は、信号ケーブルを介して制御装
置２４に接続され、外気温度計４４から外気温度の信号
が制御装置２４に出力される。

【００１５】制御装置２４は、外気温度の信号が出力さ
れると、その外気温度と予め設定された所定の温度範囲
とを比較し、その結果によって開閉弁２６、開閉弁２
８、冷却水供給源３２、ポンプ３４及びファン４２を制
御する。即ち、外気温度が所定の温度範囲より低い場合
には、制御装置２４は、前記開閉弁２８を開いて開閉弁
２６を閉じると共に、冷却水供給源３２及びポンプ３４
を停止させてファン４２を駆動させる。逆に、外気温度
が所定の温度範囲より高い場合には、開閉弁２８を閉じ
て開閉弁２６を開くと共に、冷却水供給源３２及びポン
プ３４を駆動させてファン４２を停止させる。更に、外
気温度が所定の温度範囲内にある場合には、開閉弁２６
と開閉弁２８を開くと共に、冷却水供給源３２、ポンプ
３４及びファン４２を駆動させる。これにより、外気温
度が比較的低い場合に、冷却水の消費量を削減すること
ができる。尚、所定の温度範囲は、使用する冷却水の温
度等によって決定され、例えば、冷却水の温度が１２℃
のとき、７℃〜１５℃に設定されている。

【００１６】また、制御装置２４は、外気温度計４４が
測定した外気温度に基づいて３方弁３６及びファン４２
を制御して、水冷式凝縮器１２Ａに送液される冷却水量
及び空冷式凝縮器１２Ｂに送風される外気量を調節す
る。例えば、外気温度が所定の温度範囲より低い場合に
おいて、外気温度が下降したときには外気量を少なく
し、外気温度が上昇したときには外気量を多くする。ま
た、外気温度が所定の温度範囲内にある場合において、
外気温度が下降したときには外気量や冷却水量を少なく
し、外気温度が上昇したときには外気量や冷却水量を多
くする。これにより、外気温度が変化した際に生じる凝
縮器１２の凝縮能力の変動を抑えることができる。

【００１７】次に、上記の如く構成された冷房システム
１０の作用について説明する。冷房システム１０では、
凝縮器１２、液管１４、蒸発器１６及び蒸気管１８によ
って形成された循環経路内を冷媒が循環している。即
ち、冷媒は、蒸発器１６内で被冷房室のエアから蒸発潜
熱を奪って蒸発して冷媒ガスとなる。この冷媒ガスは、
上方に設置された凝縮器１２に蒸気管１８を介して自然
送気され、凝縮器１２内で外気や冷却水によって冷却さ
れて凝縮する。そして、この液化冷媒は、液管１４を介
して下方の蒸発器１６に自然送液され、蒸発器１６で再
び蒸発する。このように冷媒が循環経路を循環すると、
被冷房室のエアは、冷媒が蒸発する際に蒸発潜熱を奪わ
れて冷却される。冷却されたエアは、ファン２２によっ
て被冷房室に送風され、被冷房室が冷房される。上述し
たように、ファン２２は、被冷房室の室温が予め設定さ
れた目標温度になるように制御装置２４によって流量調
節されているので、被冷房室は確実に目標温度に冷房さ
れる。

【００１８】ところで、冷房システム１０では、凝縮器
１２として水冷式凝縮器１２Ａと空冷式凝縮器１２Ｂと
が並設され、制御装置２４によってその運転が制御され
ている。制御装置２４は、冷媒の凝縮を行う凝縮器１２
を外気温度によって以下のように切り換えている。先
ず、外気温度が所定の温度範囲より高い場合には、水冷
式凝縮器１２Ａのみで冷媒ガスを凝縮する。即ち、制御
装置２４は、開閉弁２６を開いて水冷式凝縮器１２Ａに
冷媒を送気すると共に、冷却水供給源３２とポンプ３４
を駆動して冷却水を水冷式凝縮器１２Ａに供給する。こ
れにより、冷媒ガスは、水冷式凝縮器１２Ａ内で冷却水
によって冷却され、凝縮される。

【００１９】次に、外気温度が所定の温度範囲より低い
場合には、水冷式凝縮器１２Ａの運転を停止し、空冷式
凝縮器１２Ｂのみで冷媒ガスを凝縮する。即ち、制御装
置２４は、開閉弁２８を開いて冷媒ガスを空冷式凝縮器
１２Ｂに送気すると共に、ファン４２によって外気を空
冷式凝縮器１２Ｂに供給する。これにより、冷媒ガス
は、低温である外気に冷却されて、凝縮される。そし
て、外気が低温である場合には空冷式凝縮器１２Ｂのみ
でも十分に冷媒ガスを凝縮することができるので、水冷
式凝縮器１２Ａの運転は停止する。即ち、制御装置２４
は、開閉弁２６を閉じて水冷式凝縮器１２Ａへの冷媒ガ
スの送気を停止すると共に、冷却水供給源３２及びポン
プ３４を停止して冷却水の供給を停止する。これによ
り、冷却水の消費量を抑えることができ、コストを低減
させることができる。

【００２０】また、外気温度が所定の温度範囲内にある
場合には、水冷式凝縮器１２Ａと空冷式凝縮器１２Ｂの
両方を使用する。即ち、制御装置２４は、開閉弁２６と
開閉弁２８を開くと共に、冷却水供給源３２、ポンプ３
４及びファン４２を駆動する。これにより、冷媒ガス
は、冷却水と外気によって冷却されて凝縮される。この
ように、水冷式凝縮器１２Ａと空冷式凝縮器１２Ｂをの
両方を利用して冷媒を凝縮するので、水冷式凝縮器１２
Ａと空冷式凝縮器１２Ｂの運転を切り換えた際に発生す
る凝縮器１２の凝縮能力の変動を抑えることができる。
また、外気温度が所定の温度範囲内にある場合、水冷式
凝縮器１２Ａと空冷式凝縮器１２Ｂの凝縮能力は殆ど等
しくなる。従って、両者の凝縮能力の差が著しく大きく
なった場合、例えば、外気温度が所定の温度範囲より高
いときにも空冷式凝縮器１２Ｂを使用し続けた場合のよ
うに、被冷房室の冷房効果が上がらなくなったり、被冷
房室の室温が不安定になったりすることはない。

【００２１】また、制御装置２４は、上述したように冷
媒の凝縮を行う凝縮器１２を切り換えるだけでなく、空
冷式凝縮器２４を使用する場合には、外気温度の変化に
対応させて冷却水や外気の供給量を変動させている。即
ち、制御装置２４は、外気温度が上昇した場合には、３
方弁の弁開度を大きくしたりファン２２の送風量を増や
すことによって冷却水や外気の供給量を増大させる。逆
に、外気温度が下降した場合には、冷却水や外気の供給
量を減少させる。これにより、外気温度の変化によって
凝縮器１２の凝縮能力が変動するのを抑えることがで
き、安定した冷房システムを提供することができる。

【００２２】このように、冷房システム１０では、水冷
式凝縮器１２Ａと空冷式凝縮器１２Ｂを並設して利用す
るので、水冷式凝縮器１２Ａに使用する冷却水の消費量
を減少させることができる。これにより、冷房システム
１０のランニングコストを低減することができる。ま
た、冷房システム１０は、冷媒の凝縮に使用する凝縮器
１２を外気温度に基づいて決定すると共に、外気温度に
よって水冷式凝縮器１２Ａに送液される冷却水量や空冷
式凝縮器１２Ｂに送気される外気量を調節するので、外
気温度によって凝縮器１２の凝縮能力が変動するのを抑
えることができる。従って、冷媒ガスを安定して凝縮さ
せることができ、確実な冷房システムを提供することが
できる。

【００２３】尚、上述した実施の形態では、ファン２２
の送風量を調節することによって被冷房室の室温を調節
したが、液管１４の枝管１４ａに電動バルブを設けて、
その弁開度を調節してもよい。これにより、蒸発器１６
内に送液される液化冷媒の流量を調節できるので、被冷
房室の室温を調節することができる。また、水冷式凝縮
器１２Ａに送液される冷却水量や空冷式凝縮器１２Ｂに
送気される外気量を調節する代わりに、開閉弁２６や開
閉弁２８の弁開度を調節してもよい。

【００２４】また、上述した実施の形態では、被冷房室
の冷房を行ったが、凝縮器１２と蒸発器１６を逆に設置
して暖房を行ってもよい。例えば、水冷式凝縮器１２Ａ
の冷却水供給源３２の代わりに温水供給源を設けて、こ
の水冷式凝縮器１２Ａを蒸発器１６の下方に設置する。
これにより、冷媒は、水冷式凝縮器１２Ａ内で温水供給
源から供給された温水によって蒸発し、室側に設置され
た蒸発器１６で凝縮して室内を暖房する。

【００２５】また、上述した実施の形態では、凝縮器１
２を蒸発器１６の上方に設置して、冷媒を自然循環させ
る自然循環冷房システムの例で説明したがこれに限定す
るものではなく、冷媒をファンやポンプを用いて循環さ
せてもよい。また、空冷式凝縮器１２Ｂは、上述した構
造に限定するものではなく、散水手段を設けて、内部を
冷媒が流れる管の外表面に水を散布してもよい。これに
より、散布された水によって外気が冷却されると共に、
散布された水が蒸発して冷媒ガスから蒸発潜熱を奪うの
で、冷媒の凝縮をより効果的に行うことができる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る冷房
システムでは、冷却水を利用した水冷式凝縮器と外気を
利用した空冷式凝縮器を並設し、使用する凝縮器を外気
温度に基づいて決定すると共に、外気温度の変動に対応
させてその凝縮器の凝縮能力を調整するので、冷却水の
消費量を低減させることができると共に安定して室内を
冷房することができる。これにより、ランニングコスト
を低減させることができ、経済面で優れた冷房システム
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る冷房システムの系統図

【符号の説明】

１０…冷房システム １２…凝縮器 １２Ａ…水冷式凝縮器 １２Ｂ…空冷式凝縮器 １４…液管 １６…蒸発器 １８…蒸気管 ２４…制御装置 ２６…開閉弁 ２８…開閉弁 ３０…室内温度計 ４４…外気温度計

フロントページの続き (72)発明者 平田 順太 東京都千代田区内神田１丁目１番14号 日 立プラント建設株式会社内 (72)発明者 大島 昇 東京都千代田区内神田１丁目１番14号 日 立プラント建設株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被冷房室側に設置された蒸発器と冷熱源側
   に設置された凝縮器とを結ぶ循環経路内に冷媒を循環さ
   せて、前記凝縮器内で凝縮させた冷媒を前記蒸発器内で
   蒸発させることにより前記被冷房室内に供給するエアを
   冷却する冷房システムにおいて、 前記凝縮器は、 冷却水供給手段から供給される冷却水によって前記冷媒
   を冷却して凝縮する水冷式凝縮器と、 外気供給手段から供給される外気によって前記冷媒を冷
   却して凝縮する空冷式凝縮器と、 が前記蒸発器に対して並列に設けられることを特徴とす
   る冷房システム。
2. 【請求項２】前記空冷式凝縮器に供給する外気の温度を
   測定する外気温測定手段と、 前記外気温度測定手段の測定温度に基づいて前記水冷式
   凝縮器及び／又は前記空冷式凝縮器の運転を切り換え制
   御する制御手段と、を設け、 前記制御手段は、 前記外気温度測定手段の測定温度が所定の温度範囲にあ
   る場合には、前記水冷式凝縮器及び前記空冷式凝縮器の
   両方を運転し、前記所定の温度範囲より低い場合には前
   記空冷式凝縮器のみを運転し、前記所定の温度範囲より
   高い場合には前記水冷式凝縮器のみを運転することを特
   徴とする請求項１の冷房システム。
3. 【請求項３】前記水冷式凝縮器には、前記水冷式凝縮器
   に供給される冷却水の流量を調節する水量調節手段が備
   えられ、 前記空冷式凝縮器には、前記空冷式凝縮器に供給される
   外気の流量を調節するエア量調節手段が備えられると共
   に、 前記制御手段は、前記外気温測定手段の測定温度に基づ
   いて、前記水量調節手段又は前記エア量調節手段を制御
   して前記冷却水又は前記外気の流量を調節することを特
   徴とする請求項１又は２の冷房システム。
4. 【請求項４】前記凝縮器は、前記蒸発器より上方に設置
   され、前記蒸発器で蒸発した冷媒が上昇気流となって前
   記凝縮器に送気されると共に、前記凝縮器で凝縮した冷
   媒が流下液となって前記蒸発器に送液されることを特徴
   とする請求項１、２又は３の冷房システム。
5. 【請求項５】前記被冷房室内の温度を測定する室温測定
   手段と、 前記蒸発器で冷却される被冷房室のエアの冷却量を調節
   する冷却量調節手段と、 前記室温測定手段の測定温度に基づいて前記冷却量調節
   手段を制御し、被冷房室内の温度を調節する室温調節手
   段と、 を備えたことを特徴とする請求項１、２、３又は４の冷
   房システム。
6. 【請求項６】前記空冷式凝縮器の内部には、水を散布す
   る散水手段が設けられ、該散水手段が散布した水の蒸発
   潜熱を利用して前記冷媒を冷却することを特徴とする請
   求項１、２、３、４又は５の冷房システム。