(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水冷媒以外の冷媒液を蒸発させて冷媒ガスとする放射パネルと、前記放射パネルより高所に設置されて、前記冷媒ガスを冷却液化させて冷媒液とする凝縮器と、前記凝縮器で冷却液化した前記冷媒液を前記放射パネルに送る液管路と、前記放射パネルで蒸発した前記冷媒ガスを前記凝縮器に戻すガス管路とを備え、
前記放射パネルの入口側の前記液管路は、膨張弁及び該膨張弁をバイパスするバイパス管路を有すると共に、前記バイパス管路には、該バイパス管路を開閉する電磁弁が設けられ、
前記放射パネルの出口側の前記ガス管路は、並列な複数のバイパス管路を有すると共に、各バイパス管路には、該バイパス管路を開閉する電磁弁がそれぞれ設けられる、
ことを特徴とする冷房システム。
【請求項２】
前記放射パネルの出口側の前記ガス管路には、制御弁が設けられ、前記各バイパス管路は、前記制御弁が設けられた前記ガス管路に並列に設けられる、
請求項１に記載の冷房システム。
【請求項３】
前記凝縮器で冷却液化した前記冷媒液を前記放射パネルに送る液管路は、放射パネル側が複数に分岐される一方、前記放射パネルで蒸発した前記冷媒ガスを前記凝縮器に戻すガス管路は、放射パネル側が複数に分岐されて、冷媒が循環する複数の系統が形成され、各系統に対応する放射パネルの出口側のガス管路には、前記複数のバイパス管路及び前記電磁弁がそれぞれ設けられる、
請求項１または２に記載の冷房システム。
【請求項４】
前記放射パネルの温度を検出する温度センサと、
前記温度センサの検出温度に基づいて、前記電磁弁の開閉を制御する制御部と、
を備える請求項１ないし３のいずれかに記載の冷房システム。
【請求項５】
水冷媒以外の冷媒液を蒸発させて冷媒ガスとする放射パネルと、前記放射パネルより高所に設置されて、前記冷媒ガスを冷却液化させて冷媒液とする凝縮器と、前記凝縮器で冷却液化した前記冷媒液を前記放射パネルに送る液管路と、前記放射パネルで蒸発した前記冷媒ガスを前記凝縮器に戻すガス管路とを備える冷房システムを制御する方法であって、
前記放射パネルの入口側の前記液管路は、膨張弁及び該膨張弁をバイパスするバイパス管路を有すると共に、前記バイパス管路には、該バイパス管路を開閉する電磁弁が設けられ、
前記放射パネルの出口側の前記ガス管路は、並列な複数のバイパス管路を有すると共に、各バイパス管路には、該バイパス管路を開閉する電磁弁がそれぞれ設けられ、
前記放射パネルの温度に基づいて、該放射パネルに対応する前記複数のバイパス管路の前記電磁弁の開閉を制御する、
ことを特徴とする冷房システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷房システム及びその制御方法に関し、更に詳しくは、自然循環を用いた冷房システム及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水冷媒を用いて多層階の冷房を行なう空調システムとして、例えば、特許文献１に示されるものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２７０７４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１の空調システムでは、熱源装置からの水冷媒を、各階にそれぞれ設置されている空調用熱交換器へ送込んで循環させるために、循環ポンプを備えると共に、各階の空調用熱交換器に対応する個別ポンプを備えており、ポンプ等の設置工数や設置費用がかかると共に、大きな搬送動力を必要とするために、ランニングコストが増大するといった難点がある。また、各階毎に、ポンプの動力を制御して水冷媒の流量を調整し、冷房温度を調節するのは面倒である。
【０００５】
本発明は、上記のような点に鑑みて為されたものであって、搬送動力を不要としてコストの低減を図ると共に、冷房温度の調節が容易な冷房システム及びその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明では次のように構成している。
【０００７】
（１）本発明に係る冷房システムは、水冷媒以外の冷媒液を蒸発させて冷媒ガスとする放射パネルと、前記放射パネルより高所に設置されて、前記冷媒ガスを冷却液化させて冷媒液とする凝縮器と、前記凝縮器で冷却液化した前記冷媒液を前記放射パネルに送る液管路と、前記放射パネルで蒸発した前記冷媒ガスを前記凝縮器に戻すガス管路とを備え、前記放射パネルの入口側の前記液管路は、膨張弁及び該膨張弁をバイパスするバイパス管路を有すると共に、前記バイパス管路には、該バイパス管路を開閉する電磁弁が設けられ、前記放射パネルの出口側の前記ガス管路は、並列な複数のバイパス管路を有すると共に、各バイパス管路には、該バイパス管路を開閉する電磁弁がそれぞれ設けられる。
【０００８】
本発明によると、放射パネルよりも高所に設置された凝縮器からの冷媒液は、その自重によって液管路を介して下方の放射パネルに流れ、放射パネルによって、冷房対象空間を冷房し、この放射パネルを通って蒸発した冷媒ガスは、比重が軽いためガス管路を上昇して高所の凝縮器に戻り、凝縮器に戻った冷媒ガスは、冷却されて冷媒液に戻って前記液管路から再び放射パネルに向かう、という循環を繰り返す自然循環方式によって冷房を行うので、ポンプ等による搬送動力を必要とすることなく、冷房を行うことができ、コストの低減を図ることができる。
【０００９】
しかも、放射パネルの放射熱によって冷房を行うので、気流を強制的に発生させずに冷房を行うことができ、局所的な気流が人体にあたる不快感や気流を強制的に発生させるためのファンの騒音を伴うといった問題がない。
【００１０】
更に、放射パネルの出口側のガス管路は、並列な複数のバイパス管路を有すると共に、各バイパス管路には、該バイパス管路を開閉する電磁弁がそれぞれ設けられるので、各バイパス管路の電磁弁の開閉を制御することによって、放射パネルにおける冷媒液の蒸発圧力を制御することができ、これによって、放射パネルの温度、したがって、放射パネルによる冷房温度を調節することができる。したがって、複数の電磁弁の開閉を制御するという簡単で安価な構成によって、放射パネルによる冷房温度を調節することができる。
【００１１】
（２）本発明の好ましい実施態様では、前記放射パネルの出口側の前記ガス管路には、制御弁が設けられ、前記各バイパス管路は、前記制御弁が設けられた前記ガス管路に並列に設けられる。
【００１２】
この実施態様によると、複数のバイパス管路は、制御弁が設けられたガス管路に並列に設けられるので、全てのバイパス管路の電磁弁が閉じても制御弁によって最低流量を確保することができるので、冷房運転時に自然循環の流れが停止することがない。
【００１３】
（３）本発明の他の実施態様では、前記凝縮器で冷却液化した前記冷媒液を前記放射パネルに送る液管路は、放射パネル側が複数に分岐される一方、前記放射パネルで蒸発した前記冷媒ガスを前記凝縮器に戻すガス管路は、放射パネル側が複数に分岐されて、冷媒が循環する複数の系統が形成され、各系統に対応する放射パネルの出口側のガス管路には、前記複数のバイパス管路及び前記電磁弁がそれぞれ設けられる。
【００１４】
この実施態様によると、例えば、多層階の屋上に設置された凝縮器からの冷媒を、各階の放射パネルを介して前記凝縮器にそれぞれ戻すように冷媒が循環する複数の系統を形成することによって、各系統に対応する放射パネル、すなわち、各階の放射パネルの出口側の複数のバイパスガス管路の電磁弁を開閉することによって、各階の放射パネル毎に冷媒液の蒸発温度を制御することができ、これによって、各階の放射パネル毎に温度を調節する、すなわち、各階の冷房温度を個別に調節することができる。
【００１５】
あるいは、冷房対象空間を、複数の領域に区分し、凝縮器からの冷媒を、前記複数の各領域にそれぞれ設置された各放射パネルを介して前記凝縮器にそれぞれ戻すように冷媒が循環する複数の系統を形成することによって、各系統に対応する放射パネル、すなわち、各領域に設置された放射パネルの出口側の複数のバイパスガス管路の電磁弁を開閉することによって、複数の領域毎に、冷房温度を調節することができる。
【００１６】
（４）本発明の更に他の実施態様では、前記放射パネルの温度を検出する温度センサと、前記温度センサの検出温度に基づいて、前記電磁弁の開閉を制御する制御部とを備える。
【００１７】
この実施態様によると、制御部が、放射パネルの出口側の複数のバイパス管路の各電磁弁の開閉を制御することによって、放射パネルにおける冷媒液の蒸発圧力、したがって、蒸発温度を制御して、放射パネルの温度が、設定温度になるように調節することができる。
【００１８】
（５）本発明に係る冷房システムの制御方法は、水冷媒以外の冷媒液を蒸発させて冷媒ガスとする放射パネルと、前記放射パネルより高所に設置されて、前記冷媒ガスを冷却液化させて冷媒液とする凝縮器と、前記凝縮器で冷却液化した前記冷媒液を前記放射パネルに送る液管路と、前記放射パネルで蒸発した前記冷媒ガスを前記凝縮器に戻すガス管路とを備える冷房システムを制御する方法であって、前記放射パネルの入口側の前記液管路は、膨張弁及び該膨張弁をバイパスするバイパス管路を有すると共に、前記バイパス管路には、該バイパス管路を開閉する電磁弁が設けられ、前記放射パネルの出口側の前記ガス管路は、並列な複数のバイパス管路を有すると共に、各バイパス管路には、該バイパス管路を開閉する電磁弁がそれぞれ設けられ、前記放射パネルの温度に基づいて、該放射パネルに対応する前記複数のバイパス管路の前記電磁弁の開閉を制御する。
【００１９】
本発明によると、放射パネルの温度に基づいて、該放射パネルに対応する複数のバイパス管路の電磁弁の開閉を制御するので、放射パネルの温度が、例えば、設定温度より低下すると、対応するバイパス管路の電磁弁を閉じて、放射パネルにおける冷媒液の蒸発圧力を上昇させて、放射パネルの温度を上昇させ、逆に、放射パネルの温度が、設定温度より上昇すると、対応するバイパス管路の電磁弁を開いて、放射パネルにおける冷媒液の蒸発圧力を低下させて、放射パネルの温度を低下させ、これによって、放射パネルの温度、したがって、冷房温度を設定温度に制御することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、放射パネルよりも高所に設置された凝縮器からの冷媒液は、その自重によって液管路を介して下方の放射パネルに流れ、放射パネルによって、冷房対象空間を冷房し、この放射パネルを通って蒸発した冷媒ガスは、比重が軽いためガス管路を上昇して高所の凝縮器に戻り、凝縮器に戻った冷媒ガスは、冷却液化されて冷媒液に戻って前記液管路から再び放射パネルに向かう、という循環を繰り返す自然循環方式によって冷房を行うので、ポンプ等による搬送動力を必要とすることなく、冷房を行うことができ、コスト等の低減を図ることができる。
【００２１】
しかも、放射パネルの放射熱によって冷房を行うので、気流を強制的に発生させずに冷房を行うことができ、局所的な気流が人体にあたる不快感や気流を強制的に発生させるためのファンの騒音を伴うといった問題がない。
【００２２】
更に、放射パネルの出口側の複数のバイパス管路の各電磁弁の開閉を制御することによって、放射パネル毎に温度を制御することができるので、簡単で安価な構成で、放射パネル毎に冷房温度を調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係る冷房システムの概略構成図である。
【図２】本発明の他の実施形態の要部の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明の一実施形態に係る冷房システムの概略構成図である。
【００２６】
この実施形態の冷房システムは、例えば、多層階のビルに設置されてビルの室内を冷房する冷房専用のシステムである。
【００２７】
この冷房システム１は、高所、例えば、ビルの屋上に設置される凝縮器２と、例えば、ビルの１階から最上層階までの各階に対応してそれぞれ設置される複数の冷房用熱交換器としての放射パネル３とを備えている。
【００２８】
凝縮器２は、チラー４からの冷水と、沸点の低い代替フロン等の冷媒とを熱交換させて冷媒を凝縮させるものであり、冷熱源となっている。
【００２９】
各放射パネル３は、冷媒が流れる蛇行した冷媒流通管３ａと放射板３ｂとを備えており、各階の天井等にそれぞれ設置される。
【００３０】
凝縮器２と各放射パネル３とは、凝縮器２で凝縮した冷媒液を各放射パネル３へ供給するために、ビルの屋上から最下層階に向って垂直方向に配管された主液管路５と、主液管路５の途中から各階毎に分岐して水平方向に配管された分岐液管路６とによって接続されている。
【００３１】
また、各放射パネル３と凝縮器２とは、各放射パネル３で蒸発した比重の軽い冷媒ガスを、凝縮器２へ戻すために、ビルの屋上から最下層階に向って垂直方向に配管された主ガス管路７と、主ガス管路７の途中から各階毎に分岐して水平方向に配管された分岐ガス管路８とによって接続されている。
【００３２】
各放射パネル３の入口側の各分岐液管路６には、膨張弁９が設置されると共に、膨張弁９に並列にバイパス管路１０が設けられ、このバイパス管路１０には、第４電磁弁１１が設置される。膨張弁９は、放射パネル３の入口側及び出口側の温度をそれぞれ検出する第１，第２温度センサ１２，１３の検出温度に基づいて、第１温度調節器１４によってその開度が制御される。バイパス管路１０の第４電磁弁１１は、後述のように、冷房運転の起動時に開かれて、冷房運転の立ち上げを早くする。
【００３３】
この実施形態では、各階の放射パネル３による各階の冷房温度を調節するために、次のように構成している。
【００３４】
すなわち、各放射パネル３の出口側には、主制御弁１８が設けられた分岐ガス管路８に並列な複数、この例では３つのバイパス管路２１〜２３が設けられ、各バイパス管路２１〜２３には、各管路２１〜２３を開閉する第１〜第３電磁弁１５〜１７がそれぞれ設置されている。
【００３５】
これら電磁弁１５〜１７の開閉を制御することによって、放射パネル３における冷媒液の蒸発圧力を調整し、放射パネル３による各階の冷房温度を調節する。
【００３６】
各分岐ガス管路８に設けられる主制御弁１８は、冷房運転時に、全ての電磁弁１５〜１７が閉じられても、最低限の開度を保持し、最低流量を確保するためのものである。
【００３７】
このように最低流量を確保することによって、循環する冷媒の流れが停止するのを防止し、円滑な制御を行うことが可能となる。この最低流量は、設置される現場等に応じて異なるので、例えば、試運転による調整によって主制御弁１８の開度を設定する。
【００３８】
この制御弁１８が設けられた分岐ガス管路８に並列に、３つの第１〜第３電磁弁１５〜１７を備えるバイパス管路２１〜２３が設けられているので、各電磁弁１５〜１７を開閉することによって、段階的に放射パネル３の出口側の流路の抵抗を切換えることができる。これによって、放射パネル３における冷媒液の蒸発圧力、したがって、蒸発温度を段階的に切換えて、放射パネル３の温度を段階的に調整するようにしている。
【００３９】
具体的には、各放射パネル３は、その表面温度が第３温度センサ１９によってそれぞれ検出され、検出された温度が、設定温度になるように、第２温度調節器２０によって第１〜第３電磁弁１５〜１７の開閉が制御される。これによって、各階の各放射パネル３の温度が制御され、各階の冷房温度を調節することができる。
【００４０】
更に、上記のように、膨張弁９は、放射パネル３の入口側及び出口側の温度をそれぞれ検出する第１，第２温度センサ１２，１３の検出温度に基づいて、第１温度調節器１４によってその開度が制御されるので、この膨張弁９の開度の制御、及び、各バイパス管路２１〜２３の各電磁弁１５〜１７の開閉制御によって、放射パネル３毎、すなわち、放射パネル３が設置されている各階毎に、冷房温度を調節することができる。
【００４１】
次に、上記構成の冷房システムの動作について説明する。
【００４２】
先ず、凝縮器２には、チラー４から冷水が供給され、この冷水と冷媒ガスとが熱交換して冷媒ガスを凝縮させる。凝縮した冷媒液は、自然落下によって主液管路５から各階に対応した複数の分岐液管路６を流れ、それぞれ膨張弁９を介して放射パネル３に流入する。その際、放射パネル３に流入する冷媒液は、膨張弁９を通るので、冷媒循環量が調整されると共に、所定の冷媒圧力に調整される。
【００４３】
放射パネル３に流入した冷媒液は、放射パネル３で室内空気と熱交換して蒸発し、室内空気を冷却する。
【００４４】
ここで、この実施形態の冷房システムおける室内温度の制御方法について説明する。
【００４５】
例えば、室内の負荷が小さくなり、放射パネル３の温度及び圧力が低下すると、冷媒液の流量が低下するので、第１温度調節器１４によって膨張弁９の開度が絞られ、更に、低下した放射パネル３内の圧力、したがって、放射パネル３の温度を設定温度に戻すために、第２温度調節器２０が、放射パネル３の出口側のバイパス管路２１〜２３の閉じていない電磁弁１５〜１７を順次閉めていき、放射パネル３における冷媒液の蒸発圧力を上昇させて、放射パネル３の温度を設定温度に制御する。すなわち、放射パネル３の温度が、設定温度になるまで、閉じていない電磁弁１５〜１７を順番に閉じ、設定温度になると、その状態を保持する。
【００４６】
逆に、室内の負荷が大きくなって、放射パネル３の温度及び圧力が上昇し、冷媒液の流量が増大すると、第１温度調節器１４によって膨張弁９の開度を大きくし、更に、上昇した放射パネル３内の圧力、したがって、放射パネル３の温度を設定温度に戻すために、第２温度調節器２０が、放射パネル３の出口側のバイパス管路２１〜２３の開いていない電磁弁１５〜１７を順次開いて、放射パネル３における冷媒液の蒸発圧力を低下させて、放射パネル３の温度を設定温度に制御する。すなわち、放射パネル３の温度が、設定温度になるまで、開いていない電磁弁１５〜１７を順番に開き、設定温度になると、その状態を保持する。
【００４７】
放射パネル３で蒸発した冷媒ガスは、分岐ガス管路８の制御弁１８及び開いている電磁弁１５〜１７を介して主ガス管路７を流れて凝縮器２に戻り、凝縮されて冷媒液となり、循環を繰り返す。この冷媒の循環は、凝縮器２と各階の放射パネル３との間の複数の系統によって行われ、これによって、各階の室内を冷房する。
【００４８】
このように、各階の放射パネル３よりも高所に設置された凝縮器２からの冷媒液は、その自重によって主液管路５及び分岐液管路６を介して下方の各放射パネル３に流れ、放射パネル３によって、各階の室内空気を冷却し、各放射パネル３を通って蒸発した比重の軽い冷媒ガスは、分岐ガス管路８、バイパス管路２１〜２３及び主ガス管路７を通って凝縮器２に戻り、冷媒ガスは、凝縮器２で冷却されて冷媒液に戻って再び各放射パネル３に向かう、という循環を繰り返す自然循環方式によって冷房を行うので、ポンプ等による搬送動力を必要とすることなく、冷房を行うことができ、コストの低減を図ることができる。
【００４９】
また、放射パネル３の放射熱によって冷房を行うので、気流を強制的に発生させずに冷房を行うことができ、局所的な気流が人体にあたる不快感や気流を強制的に発生させるためのファンの騒音を伴うといった問題がない。
【００５０】
更に、各放射パネル３の出口側の各バイパス管路２１〜２３の各電磁弁１５〜１７の開閉を制御することによって、放射パネル３毎に温度を調節する、すなわち、各階の冷房温度を個別に調節することができ、各階毎に、搬送動力を制御して水冷媒の流量を調整し、冷房温度を調節する従来例に比べて簡単に温度調節することができる。
【００５１】
しかも、複数の各電磁弁１５〜１７の開閉を制御するという簡単かつ安価な構成で、各放射パネル３の温度を制御することができる。
【００５２】
また、上記のように、各放射パネル３に入口側の各分岐液管路６の膨張弁９に並列にバイパス管路１０が設けられ、各バイパス管路１０には、第４電磁弁１１が設置されるので、この第４電磁弁１１を、冷房運転の起動時に開くことによって、冷房運転を素早く立ち上げることができる。
【００５３】
すなわち、冷房運転の起動時には、凝縮器２の内部の温度が低下して凝縮器２の内圧が低下することに起因して、主液管路５の下部にガス（フォーミングガス、フラッシュガス）が発生することがある。
【００５４】
そして、発生したガスによって膨張弁９を挟んだ両側で圧力差が殆どなくなってしまって、冷媒液の循環が行われず、冷房機能が発揮できなくなってしまう。
【００５５】
この実施形態では、冷房運転の起動時には、第４電磁弁１１を開き、主液管路５に発生したガスを、バイパス管路１０でバイパスさせて膨張弁９の下流側へ排出させる。このように、ガスの排除を迅速に行って、主液管路５及び分岐液管路６が、冷媒液で満たされた状態を早期に実現し、冷媒が自然循環する条件を早期に整えて、冷房運転を素早く立ち上げることができる。
【００５６】
(その他の実施形態)
上記実施形態では、多層階の各階毎に、放射パネル３によって冷房を行ったけれども、例えば、図２に示すように、各階において、主液管路５及び分岐液管路６をそれぞれ複数に分岐すると共に、各分岐管路に対応するように放射パネル３を配置して冷媒が循環する複数の系統を形成し、各系統の放射パネル３によって、系統毎に、例えば、同一の階において、複数の領域（ゾーン）毎に冷房を行うようにし、複数の各領域毎に冷房温度を調節できるようにしてもよい。なお、各領域の冷房運転の動作は、上記実施形態と同様である。
【００５７】
上記実施形態では、放射パネル３の出口側には、３つのバイパス管路２１〜２３及び電磁弁１５〜１７を設けたけれども、３つに限らず、２つ、あるいは、
４つ以上設けてもよい。
【００５８】
上記実施形態では、多層階のビルに適用して説明したけれども、本発明は、多層階に限らず、単層階の建物等に適用してもよいのは勿論である。
【符号の説明】
【００５９】
１              冷房システム
２              凝縮器
３              放射パネル
５              主液管路
６              分岐液管路
７              主ガス管路
８              分岐ガス管路
９              膨張弁
１５〜１７      第１〜第３電磁弁
１８            制御弁
１９            第３温度センサ
２０            第２温度調節器
２１〜２３      第１〜第３バイパス管路
【図１】
0006608586.tif 000002
【図２】
0006608586.tif 000003