(57)【要約】【課題】発電設備の排熱を利用する空調システムが停止した場合の空調システムのバックアップと、バックアップ用空調システムを併設した場合においても、空調システムの設置スペースの低減が図られる空調システムを提供する。【解決手段】蒸発器８、圧縮機９、膨張弁１１および送風機７を収容した室内機１と、凝縮器１０および送風機７を収容した室外機２と、冷凍機３、凝縮ユニット４および冷却塔５とにより少なくとも構成される空調システムであって、通常は冷凍機３の運転用の熱を、冷凍機３に接続された外部熱供給源から取り込み、室内機１、冷凍機３、凝縮ユニット４および冷却塔５の運転により冷房を行い、外部熱供給源から冷凍機３の運転に必要な熱が得られない場合、もしくは冷凍機３、凝縮ユニット４および冷却塔５のいずれか一つが正常に動作しない場合には、室内機１および室外機２の運転により冷房を行う空調システムとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発器、圧縮機、膨張弁および送風機を収容した室内機と、凝縮器および送風機を収容した室外機と、冷凍機、凝縮ユニットおよび冷却塔とにより少なくとも構成される空調システムであって、通常は冷凍機の運転用の熱を、上記冷凍機に接続された外部熱供給源から取り込み、上記室内機、冷凍機、凝縮ユニットおよび冷却塔の運転により冷房を行い、上記外部熱供給源から上記冷凍機の運転に必要な熱が得られない場合、もしくは上記冷凍機、凝縮ユニット、冷却塔のいずれか一つが正常に動作しない場合には、上記室内機および室外機の運転により冷房を行うことを特徴とする空調システム。
【請求項２】
請求項１に記載の空調システムにおいて、上記室内機、冷凍機、凝縮ユニットおよび冷却塔の運転による冷房から、上記室内機および室外機の運転による冷房への切り換え、もしくは逆に、上記室内機および室外機の運転による冷房から、上記室内機、冷凍機、凝縮ユニットおよび冷却塔の運転による冷房への切り換えを、自動制御により直ちに行い、上記冷房の継続により所定の温度に維持することを特徴とする空調システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の空調システムにおいて、上記室内機は、上記冷凍機、凝縮ユニットおよび冷却塔と共に運転して冷房を行う場合に必要となる機能と、上記室外機と共に運転して冷房を行う場合に必要となる機能とが一体化されていることを特徴とする空調システム。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の空調システムにおいて、上記冷凍機の外部熱供給源として発電装置の排熱を利用することを特徴とする空調システム。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の空調システムにおいて、上記冷凍機は、熱を受け取り冷水を作る機能を有する吸収式冷凍機もしくは吸着式冷凍機を用いることを特徴とする空調システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は冷房を行う空調システムに関するもので、特に、発電装置の排熱を利用するコージェネレーション（熱電併給）での空調システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
【非特許文献１】
「冷媒自然循環空調機、製品ガイドブック、２ページ目、製造販売元：日立空調システム、平成１２年７月印刷」
上記非特許文献１には、コジェネシステムを低動力で実現するとして、コジェネ機器よりの冷却水（７℃→１２℃）を凝縮ユニット（１台用）に通水し、室内ユニットの送風機を運転するだけで室内空気を冷却する。冷媒は凝縮ユニット、室内ユニットの高低差（２．５ｍ以上）を利用し、自然に循環させる方法が開示されている。
【０００３】
従来の発電設備の排熱を利用する空調システムの構成を、図５に示す。空調システムとしては、室内機１、冷凍機３、凝縮ユニット４および冷却塔５で構成されている。発電設備６には、ディーゼルエンジンや、ガスエンジン、ガスタービン、燃料電池等が用いられる。
この空調システムの冷房動作について説明する。まず、冷凍機３は、発電設備６の排熱を熱源として、冷凍機内部の冷媒の作用により冷水を作り出す。ここで、冷凍機３内部の冷媒は、冷却水によって冷やす必要があるため、冷却塔５を利用して、冷却水を冷凍機３に送っている。次に、冷凍機３が作り出した冷水は、凝縮ユニット４に供給される。凝縮ユニット４内部では、ガス冷媒が冷水によって冷やされ液化冷媒となる。液化冷媒は室内機１に送られ、内部で液化冷媒により空気を冷やし冷熱が発生する。空気により温められた液化冷媒は、ガス冷媒となり凝縮ユニット４に戻される。この一連のサイクルを繰り返すことにより冷房が確保される。
【０００４】
この空調システムでは、発電設備６の排熱、冷却水および冷水はポンプ１２にて循環されており、冷媒は凝縮ユニット４と室内機１の設置位置の高低差を利用し自然循環させている。また、冷凍機３、冷却塔５およびポンプ１２は電気を駆動源とし、室内機１は内部機器である送風機７等で電気を駆動源としている。
【０００５】
次に図６に、従来の空冷方式の空調システムの構成を示す。
空調システムは、室外機２と室内機１で構成されている。冷房動作について説明すると、室外機２内部では、ガス冷媒が外気によって冷やされ液化冷媒となる。液化冷媒は室内機１に送られ、内部で液化冷媒により空気を冷やし冷熱が発生する。空気により温められた液化冷媒は、ガス冷媒となり室外機２に戻される。この一連のサイクルを繰り返すことにより冷房が確保される。
この空調システムでは、室内機２の内部機器である圧縮機９の運転により、室内機１と室外機２で冷媒を循環させている。また、室外機２の内部機器である送風機７や室内機１の内部機器である圧縮機９、送風機７等が電気で駆動している。
【０００６】
次に図７に、運転中に冷房を必要とする装置が収容されているビルにおける空調システムの標準的な設置状況を示す。図７中の実線で示す矢印は電気の流れ、破線が排熱、冷却水、冷水および冷媒の流れを示している。運転中に冷房を必要とする装置とは、交換機やサーバー機器が代表的なものであり、運転に伴い装置自身から熱を発生する。ここで、これらの装置は通常、運転可能温度の上限が決められているため、装置の運転中の温度上昇を抑えるためには冷房が必要となる。図７において、１は室内機、２は室外機、３は冷凍機、４は凝縮ユニット、５は冷却塔、６は発電設備、６ａは商用電源、６ｂは非常用予備発電設備、１５は機械室を示す。
【０００７】
そこで、一般的には、図７に示すような、発電設備の排熱を利用する空調システムや、空冷方式の空調システムが設置されている。室内機１や凝縮ユニット４、室外機２の設置場所として、発電設備６の排熱を利用する空調システムでは、室内機１より上部に凝縮ユニット４を設置し高低差を確保する必要がある。また、空冷方式の空調システムでは、室外機２は外気との熱交換ができればよいので、設置場所は限定されず、各フロアの軒下でも屋上でも設置可能である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
通年的に無瞬断で運転が必要な装置には、運転中に冷房を必要とするものが多く、このような装置が空調システムの停止に伴い運転可能温度の上限を超えて停止した場合、多大な損失を受けることが想定される。したがって、空調システムの機能維持が重要となってくる。空冷方式の空調システムは、通常は商用電源からの供給を受け、停電により商用電源が喪失された場合は、非常用予備発電設備により電気の供給を受けることができるため長時間停止する可能性は低い。また、複数の空冷方式の空調システムが設置されている場合、複数が同時に故障を起こし停止してしまう確率は非常に低いので、万一の故障に備え予備の空調システムを一つ設置しておけば、装置の運転可能温度の上限を超えるような事態は防ぐことができる。
【０００９】
一方、発電設備の排熱を利用する空調システムは、発電設備の停止、冷凍機の停止、冷却塔の停止およびポンプの停止等多くの原因によって長時間停止してしまう可能性がある。さらに、上記原因により空調システムが停止する場合は、ビル内の発電設備の排熱を利用する空調システムはすべてが停止してしまうので、装置の温度も一気に上昇し、運転可能温度の上限を超える可能性も高くなるという問題点が生じる。
そこで、発電設備の排熱を利用する空調システムを導入する場合は、全システムの長時間停止に備え、発電設備の排熱を利用する空調システムと同等の冷房能力を有する空冷方式の空調システムをバックアップとして併設することにより、上記装置の温度上昇を抑えることが可能となる。
【００１０】
図８に、通常使用の空冷方式の空調システムと発電設備の排熱を利用する空調システム、そしてバックアップ用途の空冷方式の空調システムを併設した場合の機械室の室内機設置状況を示す。図８において、１ａは空冷方式の室内機、１ｂは空冷方式の発電設備の排熱利用方式バックアップ型の室内機、１ｃは発電設備の排熱利用方式の室内機、１５は機械室を示す。図８によると、バックアップ用途の空冷方式の空調システムを併設することにより、室内機１ｂの設置スペースが増大し、機械室１５に室内機１ｂが入りきらないという新たな問題点が生じる。
【００１１】
本発明の目的は、上記従来技術における問題点を解消するものであって、発電設備の排熱を利用する空調システムが長時間停止した場合の空調システムのバックアップという課題と、バックアップ用途の空調システムを併設した場合でも、空調システムの設置スペースの低減を図るという課題を解決する空調システムを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は特許請求の範囲に記載のような構成とするものである。すなわち、
請求項１に記載のように、蒸発器、圧縮機、膨張弁および送風機を収容した室内機と、凝縮器および送風機を収容した室外機と、冷凍機、凝縮ユニットおよび冷却塔とにより少なくとも構成される空調システムであって、通常は冷凍機の運転用の熱を、上記冷凍機に接続された外部熱供給源から取り込み、上記室内機、冷凍機、凝縮ユニットおよび冷却塔の運転により冷房を行い、上記外部熱供給源から上記冷凍機の運転に必要な熱が得られない場合、もしくは上記冷凍機、凝縮ユニット、冷却塔のいずれか一つが正常に動作しない場合には、上記室内機および室外機の運転により冷房を行う空調システムとするものである。
【００１３】
また、請求項２に記載のように、請求項１に記載の空調システムにおいて、上記室内機、冷凍機、凝縮ユニットおよび冷却塔の運転による冷房から、上記室内機および室外機の運転による冷房への切り換え、もしくは逆に、上記室内機および室外機の運転による冷房から、上記室内機、冷凍機、凝縮ユニットおよび冷却塔の運転による冷房への切り換えを、自動制御により直ちに行い、上記冷房の継続により所定の温度に維持する空調システムとするものである。
【００１４】
また、請求項３に記載のように、請求項１または請求項２に記載の空調システムにおいて、上記室内機は、上記冷凍機、凝縮ユニットおよび冷却塔と共に運転して冷房を行う場合に必要となる機能と、上記室外機と共に運転して冷房を行う場合に必要となる機能とが一体化されている空調システムとするものである。
【００１５】
また、請求項４に記載のように、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の空調システムにおいて、上記冷凍機の外部熱供給源として発電装置の排熱を利用する空調システムとするものである。
【００１６】
また、請求項５に記載のように、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の空調システムにおいて、上記冷凍機は、熱を受け取り冷水を作る機能を有する吸収式冷凍機もしくは吸着式冷凍機を用いる空調システムとするものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態の一例である空調システムの構成を示す図である。図１において、空調システムは室内機１、室外機２、冷凍機３、凝縮ユニット４および冷却塔５で構成されている。室内機１の内部には、発電設備６の排熱利用と空冷の両方式により運転が可能となるよう二系統の冷媒循環ルートを確保する。また、両方式に対応できるよう、送風機７、蒸発器８、圧縮機９および膨張弁１１といった内部機器を備えている。なお、図１において、６ａは商用電源、６ｂは非常用予備発電設備、１０は凝縮器、１２はポンプを示す。
【００１８】
図２（空調システムの構成部品は図１と同じ）により通常の運転動作を説明すると、発電設備６の排熱を熱源として供給を受けた冷凍機３は冷水を作り出す。冷水を作り出すために必要な冷凍機３内部の冷媒は、冷却水によって冷やされる必要がある。冷却塔５はこの冷却水を供給する機器である。冷凍機３が作り出した冷水は凝縮ユニット４に供給される。凝縮ユニット４内部では、ガス冷媒が冷水によって冷やされ液化冷媒となる。液化冷媒は室内機１に送られ、内部で液化冷媒により空気を冷やし冷熱が発生する。空気により温められた液化冷媒は、ガス冷媒となり凝縮ユニット４に戻される。この一連のサイクルを繰り返すことにより冷房が確保される。なお、室内機１の内部機器の圧縮機９と室外機２は停止しており、室内機１と室外機２間で冷媒の循環も行われていない。よって、室外機２に電気は供給されていない。室内機１は内部機器である送風機７等で一部電気を駆動源として使用する。
【００１９】
次に図３（空調システムの構成部品は図１と同じ）により、通常の運転での冷房が不可能となり空冷方式に切り換える場合の運転動作を説明する。室内機１の故障以外の原因、例えば発電設備６の停止、冷凍機３の停止、冷却塔５の停止およびポンプ１２の停止等が起こると、凝縮ユニット４と室内機１間で循環する冷媒の液化、ガス化ができなくなり、冷媒循環が止まってしまう。凝縮ユニット４と室内機１間での冷媒循環の停止を検知した室内機１は、内部機器の圧縮機９の運転を開始し、また圧縮機９の運転に伴い室内機１と室外機２間での冷媒循環が始まり、室外機２も運転を開始する。室外機２内部では、ガス冷媒が外気によって冷やされ液化冷媒となる。液化冷媒は室内機１に送られ、内部で液化冷媒により空気を冷やし冷熱が発生する。空気により温められた液化冷媒は、ガス冷媒となり室外機２に戻される。この一連のサイクルを繰り返すことにより冷房が確保される。この切り換えを短時間に行うことにより、装置の運転可能温度の上限を超えるような事態を防ぐことができる。
【００２０】
また、空冷方式による運転時に通常での運転が可能となると、凝縮ユニット４と室内機１間での冷媒循環が再開され、冷媒循環を検知した室内機１は内部機器の圧縮機９の運転を停止し、また圧縮機９の停止に伴い室内機１と室外機２間での冷媒循環が止まり、室外機２も運転を停止する。この切り換えを短時間に行うことにより、装置の運転可能温度の上限を超えるようなことなく、通常の運転に復帰させることができる。
【００２１】
次に図４に、通常使用の空冷方式の空調システム（図８参照）と本発明の実施の形態である空調システムの機械室１５での室内機（空冷方式）１ａ、室内機（発電設備の排熱利用と空冷の両方に対応できる室内機）１ｂの設置状況を示す。本発明の実施の形態である空調システムでは、発電設備の排熱利用と空冷の両方式に対応できる一体化した室内機（空冷方式：排熱利用方式バックアップ）としているので、機械室１５内での室内機の設置スペースの低減が図られる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、室内機、室外機、冷凍機、凝縮ユニットおよび冷却塔で構成される空調システムを構築することにより、発電設備の排熱利用方式による冷房が停止した場合、空冷方式に短時間で切り替え冷房を確保することができる。これにより空調システムが長時間停止することがなくなり、装置の運転可能温度の上限を超えるような事態を防げる。さらに、発電設備の排熱利用方式で運転する場合の室内機と、空冷方式で運転する場合の室内機を一体化させることにより、機械室内での室内機設置スペースの低減を図ることができ、室内機が設置できないような事態を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態である空調システムの構成の一例を示す模式図。
【図２】本発明の実施の形態である空調システムの通常時における運転動作を示す模式図。
【図３】本発明の実施の形態である空調システムの、発電設備の排熱利用方式の冷房が不可能となり空冷方式に切り変わった場合の運転動作を示す模式図。
【図４】通常使用の空冷方式の空調システムと、本発明の実施の形態である空調システムの機械室の室内機の設置状況を示す配置図。
【図５】従来の発電設備の排熱利用方式の空調システムの構成を示す模式図。
【図６】従来の空冷方式の空調システムの構成を示す模式図。
【図７】運転中に冷房を必要とする装置が収容されているビルにおける空調システムの標準的な設置状況を示す配置図。
【図８】通常使用の空冷方式の空調システムと発電設備の排熱利用方式の空調システム、そしてバックアップ用途の空冷方式の空調システムを併設した場合の機械室の室内機の設置状況を示す配置図。
【符号の説明】
１…室内機
１ａ…室内機（空冷方式）
１ｂ…室内機（空冷方式：排熱利用方式バックアップ）
１ｃ…室内機（発電設備の排熱利用方式）
２…室外機
３…冷凍機
４…凝縮ユニット
５…冷却塔
６…発電設備
６ａ…商用電源
６ｂ…非常用予備発電設備
７…送風機
８…蒸発器
９…圧縮機
１０…凝縮器
１１…膨張弁
１２…ポンプ
１５…機械室
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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