JP2011241996A - 冷凍機モジュール、およびこれを用いた冷凍機システム - Google Patents

Abstract

【課題】床面積当たり冷凍能力が高く、現地搬入がし易く、操作性やメンテナンス性に優れ、かつ低コスト化を同時に実現できる冷凍機モジュール、およびこれを用いた冷凍機システムを提供する。
【解決手段】この発明の冷凍機モジュールＭは、少なくとも圧縮機２ａ，２ｂ、凝縮器３、蒸発器４、制御箱１１、および冷媒配管８ａ，８ｂをそれぞれ支持枠体１３に固定してこれらを一体化してなる冷凍機エレメントＥを備えるとともに、前後に延びる左右一対のガイドレール１８が上下方向に複数段配置された段積用の枠組体１を有し、冷凍機エレメントＥの支持枠体１３が左右のガイドレール１８の上にスライド可能に載置されて各冷凍機エレメントＥが段積みされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍機の１台分の要素部品を備えた冷凍機エレメントの複数台分を段積みしてなる冷凍機モジュール、およびこれを用いた冷凍機システムに関する。

一般に、冷凍機を施設に導入する際には、最大出力（冷却能力）、システムの信頼性、効率（ＣＯＰ、ＡＰＦなど）、設置スペース、設備重量、導入時のコストなどを十分に勘案することが重要である。なお、システムの信頼性とは、１台の冷凍機が故障した場合やメンテナンスを行う場合でも、別の冷凍機で施設の必要負荷をまかなえる状態を示す。さらに、ランニングコスト、冷凍機の納期、工事の納期、メンテナンス性などが付随的な勘案事項としても十分に検討する必要がある。

例えば、数階〜十数階程度の百貨店等に見られるような商用ビル施設などでは、必要とされる能力が千ｋＷ以上の場合が多く、最大出力とシステムの信頼性から判断して大型の冷凍機が設置される。このような大型の冷凍機の基本的なシステム構成の一例を図９に示す。

この構成の冷凍機１の場合、圧縮機２、凝縮器３、蒸発器４が各々一台設けられており、凝縮器３と蒸発器４との間には膨張弁５が設けられている。また、凝縮器３には、冷却水がポンプ７ａにより循環されており、冷却水と外気とを熱交換するためのクーリングタワー６を屋上や屋外に設置して、凝縮器３で冷媒と冷却水とを熱交換している。また、施設負荷側には、冷水をポンプ７ｂで循環させて蒸発器４で冷媒と冷水とを熱交換させている。また、この冷凍機１には、図示しないが、圧縮機２の制御電源、温度測定センサー、膨張弁５の制御電源、および冷凍機全体の制御回路が付随している。

図９に示したような基本的構成を有する大型の冷凍機は、設備重量が１トン以上であり、また、その大きさも幅、奥行き、高さのいずれかが２ｍを超える場合が多く、圧縮機等から出る騒音も比較的大きい。また、通常は付随設備として循環水用のポンプが数台必要であるので、ポンプからの騒音と振動も比較的大きい。さらに、冷凍機やポンプを風雨や日光から保護する必要もある。このため、大型の冷凍機は、施設の地下階や１階に、ある程度の防音と防振を施した専用の部屋を設け、機械室または動力室としてその室内に設置している。

このような大型の冷凍機を地下階に搬入設置する場合、一般に、施設建設の当初は、施設全体が工事中のため、地上階から設置場所の地下室まで直線的な大穴を明けた状態にしておき、圧縮機、凝縮器、蒸発器、制御関連機器が筐体で纏められて一つに組み立てられた冷凍機を、クレーンを使って地下室へ搬入する。

しかし、このような施設建設時に利用された搬入経路は、施設床面積の有効利用の観点から、施設完成時には埋められてしまうことが多い。このため、大型の冷凍機において、使用寿命等のために新品のものと交換する必要が生じた場合には、圧縮機、凝縮器、蒸発器、制御関連機器が連結されて一つに組み立てられた状態のままでは、元の設置場所に搬入することが難しい。

すなわち、階段や昇降機により地上階から地下階に下ろし、廊下や防火扉などを通過して、設置現場の地下室に搬入する必要があるが、階段、昇降機、廊下、扉などは、設備交換を想定して余裕のある幅や高さに確保されていない場合があり、また大型昇降機が設置されていない場合もある。

このため、装置交換が生じた場合には、圧縮機、蒸発器、凝縮器、制御関連機器などの要素部品に分割した状態で、個別に設置現場まで搬入した後に組立作業や、溶接作業、ろう付作業を設置現場で行う必要が生じる。その結果、通常は冷凍機の製造工場内で行うべき余分な組立作業が必要となり、また溶接作業、ろう付作業を設置現場で行う必要が生じ、無駄な労力を要するとともに、工事期間が長くなる。また、設置現場で溶接やろう付作業を省くには、要素部品間の配管接続にフランジ接続を多用する必要が生じ、余分なコストアップとなっていた。

また、冷凍機の故障に対するシステムの信頼性を向上させるために、複数台の冷凍機を並設する場合がある。例えばｎ台設置して１台が故障した場合を想定すると、少なくとも（ｎ−１）台で、真夏時に全館冷房できる程度の能力を確保する必要があり、当然、設置台数ｎが少ないほど、１台当たりに要求される能力は大きくなるとともに、１台当たりのコストも高額になってしまう問題があった。

そこで、従来、商用ビル施設向けに、千ｋＷ以下の中型の冷凍機の複数台を並べて設置することで、大型の冷凍機と同様の能力をもたせるようにしたものが提供されている。例えば１０００ｋＷ以上の出力が必要な場合は、３００ｋＷ程度の中型の冷凍機を４台以上設置して大型の冷凍機と同様の能力を確保する。この場合、１台が故障しても施設の必要負荷をまかなえるので、システムの信頼性を確保することができる。また、中型の冷凍機では、１台当たりの重量が数百ｋｇと大型のものに比べて軽く、また外径寸法も廊下や扉を通過できる２ｍに満たない大きさとなるため、地上階から完成状態で地下階へ搬入して設置できるなどの利点がある。

しかし、中型の冷凍機の複数台を単純に横並びに設置する場合には、装置設置の際の床面積が、これと同様の能力をもつ大型の冷凍機を設置する際の床面積よりも大きくなってしまうといった不具合を生じる。

そこで、従来技術では、複数台の冷凍機を上下に段積することで、装置設置の際の床面積の縮小化を図るようにした技術も提案されている（例えば、下記の特許文献１〜３参照）。

特開５８−１３６９６０号公報 特開平９−１４５２３１号公報 特許第３８９９４４４号公報

しかし、上記の特許文献１〜３記載の従来技術は、冷凍機を構成するための圧縮機、凝縮器、蒸発器、および膨張弁といった要素部品が故障した場合の交換等のメンテナンスについては、未だ十分に考慮されておらず、そのため、段積みされた複数台の冷凍機の内の１台分の冷凍機が故障などして新品と交換したい場合には、２段目以上を床に下ろすか、吊上げたまま保持する必要があり、作業スペースが必要な上に、作業時間やホイスト設置など手間がかかる問題がある。

特に、中型の冷凍機の場合、一般にコスト、最大出力、制御面を考慮して、圧縮機としてスクリュー圧縮機が使用されるが、このようなスクリュー圧縮機は、その重量が単体でも一般に数百ｋｇと重く、凝縮器や蒸発器熱と合わせた全体の重量が５００ｋｇ前後となり、２段目以上のメンテナンス性が一層悪くなる。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、装置設置の床面積の縮小化を図ることができて床面積当たり冷凍能力が高く、また現地搬入がし易く、しかも操作性やメンテナンス性に優れ、さらに低コスト化を同時に実現できる冷凍機モジュール、およびこれを用いた冷凍機システムを提供することを目的としている。

この発明に係る冷凍機モジュールは、少なくとも圧縮機、凝縮器、蒸発器、制御箱、および冷媒配管をそれぞれ支持枠体に固定してこれらを一体化してなる冷凍機エレメントを備えるとともに、前後に延びる左右一対のガイドレールが上下方向に複数段配置された段積用の枠組体を有し、上記冷凍機エレメントの支持枠体が左右一対のガイドレールの上にスライド可能に載置されて各冷凍機エレメントＥが段積みされている。

また、この発明に係る冷凍機システムは、上記冷凍機モジュールの複数台を横並びに設置するとともに、この冷凍機モジュールの上記枠組体の制御箱近傍の上部に配線通路が設置され、かつ、上記枠組体よりも後方には上記凝縮器や蒸発器に対する循環水用の配管が設置されている。

この発明の冷凍機モジュールは、複数台の冷凍機エレメントを枠組体に段積みするとともに、各冷凍機エレメントをガイドレールに沿って容易に着脱できるため、冷凍機エレメントを段積みした場合でもメンテナンスが容易になる。しかも、床面積当たり冷凍能力が高く、かつ低コスト化を同時に実現することができる。

また、この発明の冷凍機システムは、上記の冷凍機モジュールの複数台を横並びに設置するとともに、冷凍機エレメント内の部品配置の構成を工夫することで、手前側に操作部、表示部、および電力線等の配線が、奥側に循環水用の配管がそれぞれ集約化される。このため、冷凍システムの操作性や搬入性、およびメンテナンス性が容易になる。しかも、多数の冷凍機エレメントを少ない設置面積で配置できるため、設置面積あたりの最大定格出力を向上することができ、かつ、従来よりも低コスト化を図ることが可能となる。

本発明の実施の形態１における冷凍機モジュールを示す右側面図である。 本発明の実施の形態１における冷凍機モジュールを示す正面図である。 本発明の実施の形態１における冷凍機エレメントを示す右側面図である。 本発明の実施の形態１における冷凍機エレメントを示す平面図である。 本発明の実施の形態１における冷凍機エレメントの冷凍サイクルを示す構成図である。 本発明の実施の形態１における段積用階層構造の枠組体を示す右側面図である。 本発明の実施の形態２における冷凍システムを示す正面図である。 本発明の実施の形態２における冷凍システムを示す右側面図である。 従来の大型の冷凍機の冷凍サイクルを示す構成図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１における冷凍機モジュールを示す右側面図、図２は同冷凍機モジュールの正面図、図３は冷凍機モジュールを構成する冷凍機エレメントを示す右側面図、図４は同冷凍機エレメントを示す平面図、図５は冷凍機エレメントの冷凍サイクルを示す構成図、図６は冷凍機モジュールを構成するために使用される段積用階層構造の枠組体を示す右側面図である。

この実施の形態１の冷凍機モジュールＭは、上下２台の冷凍機エレメントＥと、これらの各冷凍機エレメントＥを上下に階層保持する段積用の枠組体１とを備えている。

そして、各冷凍機エレメントＥは、２つの圧縮機２ａ，２ｂ、凝縮器３、電子制御式の２つの膨張弁５ａ，５ｂ、蒸発器４、冷媒配管８ａ，８ｂ、制御箱１１、および配線１２が支持枠体１３に配設固定されて一体化されている。

ここに、圧縮機２ａ，２ｂとしてはスクロール圧縮機が適用され、また凝縮器３および蒸発器４は、それぞれ１台のプレート式熱交換器が適用されている。そして、２台の圧縮機２ａ，２ｂに対して、それぞれ独立して２系統の冷媒経路８ａ，８ｂが設けられている。このように、凝縮器３と蒸発器４にプレート式熱交換器を用いることで、２台の圧縮機２ａ，２ｂに対して、２系統の冷媒経路８ａ，８ｂを独立してコンパクトに形成することが可能となる。また、各系統の冷媒経路８ａ，８ｂは互いに独立しているため、圧縮機２ａ，２ｂに対して均油管等を設置する必要はない。なお、圧縮機２ａ，２ｂとしてはスクロール圧縮機に代えてロータリ圧縮機を使用することも可能である。

凝縮器３や蒸発器４に使用されるプレート式熱交換器の内部構造は、冷媒と冷水または冷却水が、金属の板を介して交互に積層されて熱交換する構造である。金属の板は０．５ｍｍ程度の板厚のＳＵＳ３１６などのオーステナイト系のステンレス鋼が良く用いられる。すなわち、このようなスレンレス鋼の板材を波形形状にプレス成形し、銅箔をろう材として、ステンレス板と銅箔を交互に積層してからポートを載せて、炉中ろう付して製造される。なお、このプレート式熱交換器の構造自体は既に公知であるから、ここではさらに詳しい説明は省略する。

また、制御箱１１には、図示しないが、圧縮機２の制御電源、膨張弁５ａ，５ｂの制御電源、および冷却水温度や冷水温度を測定してその測定結果に基づいて圧縮機２の回転数および膨張弁５ａ，５ｂの開度を自動制御する回路などが内包されている。

また、支持枠体１３は、例えば板厚が約３ｍｍの構造用鋼板を用い、横幅が約０．７ｍ、奥行きが約１．２ｍの略長方形の枠状とし、周囲の４辺に高さ０．０５ｍ程度のフランジ部を上向きに屈曲して設置することで略お盆形に形成されている。このようなお盆形に形成すれば、その周囲のフランジ部により強固な枠体とすることができるとともに、支持枠体１３の間に図示しない支持板を架け渡しすることで、冷凍機エレメントＥの各要素部品である圧縮機２ａ，２ｂ、凝縮器３、蒸発器４、制御箱１１を自由な位置に配置することができる。

次に、圧縮機２ａ，２ｂ、凝縮器３、蒸発器４、および膨張弁５ａ，５ｂに対する冷媒経路８ａ，８ｂ、および循環水用の配管となる冷却水配管９と冷水配管１０の接続関係について説明する。

図４および図５に示すように、一方の圧縮機２ａに対しては、凝縮器３、膨張弁５ａ、および蒸発器４が冷媒経路８ａを介して順次接続され、また、他方の圧縮機２ｂに対しては、凝縮器３、膨張弁５ｂ、および蒸発器４が冷媒経路８ｂを介して順次接続されている。

そして、凝縮器３に対する各冷媒経路８ａ，８ｂの接続は、冷媒と冷却水の熱交換を促進させるため、冷媒経路８ａ，８ｂの入口が左上ならば出口は右下、入口が右上ならば出口は左下というように、凝縮器３内部を上から下に斜めに向かって冷媒が通過するように接続されている。また、蒸発器４に対する各冷媒経路８ａ，８ｂの接続は、凝縮器３の場合とは逆に、冷媒経路８ａ，８ｂの入口が左下ならば出口は右上、入口が右下ならば出口は左上というように、蒸発器４内部を下から上に斜めに向かって冷媒が通過するように接続されている。

このように、凝縮器３と蒸発器４とでは、冷媒経路８ａ，８ｂの出入口の上下関係を逆転配置している理由は、凝縮器３では冷媒がガスから液へ相転移し、蒸発器４では液からガスへ相転移するので、その気液相転移という体積と密度の急激な変化に応じて冷媒の上下方向の流れを確保するようにしないと、重力の影響によって冷媒の円滑な流れが阻害されるからである。

また、凝縮器３に対する冷却水配管９の接続は、冷却水入口９ｉｎ（図示せず）を下側に、冷却水出口９ｏｕｔを上側に設置して対交流配置にしている。また、蒸発器４に対する冷水配管１０の接続は、凝縮器３の場合と逆に、冷水入口１０ｉｎを上側に、冷水出口１０ｏｕｔを下側に設置して対交流配置にしている。

なお、この実施の形態１では、冷媒経路８ａ，８ｂを２系統設けているが、冷媒経路を１系統のみとすることも可能である。その場合には、冷媒経路となる配管を各圧縮機２ａ，２ｂの前後で、合流、分岐することが必要になると伴に、冷凍機油の循環を２台の圧縮機２ａ，２ｂでなるべく均等に行えるようにするため、均油管等を設置する措置が必要になる。

次に、冷凍機エレメントＥの各要素部品である圧縮機２ａ，２ｂ、凝縮器３、蒸発器４、制御箱１１の各々の具体的な大きさ、およびこれらの配置位置について、冷凍機エレメントＥの最大定格出力を９０ｋＷ前後とした場合を例にとって説明する。

先ず、制御箱１１については、圧縮機２ａ，２ｂの制御電源を含むので、ＩＰＭからの発熱を放出するためのヒートシンクが大きいこと、また回路全体の発熱と放熱を考慮して、幅０．６ｍ、高さ０．４ｍ、奥行き０．４ｍ程度の大きさである。一般に制御箱１１は、手動で操作するスイッチ類が存在するため、操作しやすい場所に設置すべきである。よって、図３、図４に示すように支持枠体１３の正面手前側（前方側）に設置している。

次に、凝縮器３と蒸発器４として使用する各プレート式熱交換器については、高さ０．５ｍ、幅０．３ｍ、奥行き０．３ｍ程度の大きさで、プレートの積層枚数が１２０枚前後のものを使用している。また、冷凍機モジュールＭの設置現場をビル施設の地下室と想定した場合、施設側の冷却水配管９と冷水配管１０との配置スペースおよびそれらの配管の見た目が整然と設置されること、冷凍機エレメントＥの正面手前側に制御箱１１が配置されること、冷凍機エレメントＥは複数台を設置することをそれぞれ考慮して、凝縮器３と蒸発器４は、圧縮機２よりも奥側（後方側）に配置している。

また、冷却水配管９や冷水配管１０などの循環水用の配管は、一般に厚み４０ｍｍ前後の断熱材を配管外側に取付けることが多いことと、冷凍機モジュールＭを複数台設置する場合には、配管を分岐、合流する必要があり、その際の配管が通るスペースを確保するため、配管の出入口は、それぞれ合流した配管の太さ以上離れていることが望ましい。この点を勘案し、図３、図４に示すように、凝縮器３と蒸発器４の冷却水配管９や冷水配管１０の各出入口９ｉｎ，９ｏｕｔ、１０ｉｎ，１０ｏｕｔを凝縮器３や蒸発器４よりもさらに後方に向くように集中的に設置している。

そして、上記のように、制御箱１１は支持枠体１３の手前側に、凝縮器３と蒸発器４は奥側に設置される関係上、本例では、制御箱１１の直後に各圧縮機２ａ，２ｂを設置し、これらと凝縮器３および蒸発器４の間に、冷媒配管８ａ，８ｂと膨張弁５ａ，５ｂを設置している。これにより、冷凍機エレメントＥ全体がコンパクト化される。

各冷媒経路８ａ，８ｂは銅管で形成している。銅管は、圧縮機２の吐出側から凝縮器３と膨張弁５とを通って蒸発器４に至るまでは内径１４ｍｍ程度のものを、また蒸発器４から圧縮機２の吸込み側に至るまで内径２３ｍｍ程度のものをそれぞれ適用し、各部品と銅管の接合部や銅管同士の接合には、銀ろうまたはりん銅ろうおよびフラックスを使用してトーチろう付により接合している。

また、各圧縮機２ａ，２ｂは、１５馬力前後のものを用いている。各圧縮機２ａ，２ｂの大きさは、直径０．２ｍ、高さ０．５ｍ程度である。圧縮機２ａ，２ｂは、一般に回転軸方向に沿って長くなるので、回転軸を概略上下方向にして設置している。これにより、冷凍機エレメントＥ全体の前後左右の大きさを縮小することができる。

なお、この実施の形態１のように２台の圧縮機２ａ，２ｂを設ける代わりに、圧縮機を１台のみとすることも可能であるが、冷凍機エレメントＥのコンパクト化や、凝縮器３や蒸発器４に使用するプレート式熱交換器の大きさのバランスを考慮すれば、図５に示した構成にすることが最大定格出力を最も大きくできるとともに、冷凍機エレメントＥ自体の大きさも小型化できるので好ましい。

次に、冷凍機エレメントＥの要素部品である圧縮機２ａ，２ｂ、凝縮器３、蒸発器４、制御箱１１を支持枠体１３へ固定する仕方について説明する。

各圧縮機２ａ，２ｂについては、当該圧縮機２ａ，２ｂの底部にそれぞれ板状の支持金を溶接し、その支持金の下に防振ゴムを介在させた上で、支持金をボルトとナットで支持枠体１３に固定している。

また、凝縮器３と蒸発器４については、凝縮器３と蒸発器４のそれぞれの正面と背面に４ｍｍ程度の肉厚のステンレス板等のＬ字状の支持金をろう付けし、この支持金をボルトとナットで支持枠体１３に取り付けることで、凝縮器３と蒸発器４を支持枠体１３に一体固定している。

冷却水配管９の凝縮器３への接続や、冷水配管１０の蒸発器４への接続は、炉中ろう付により取り付けられたポート端に、同径で長さ０．１ｍ程度の短管を溶接し、短管のもう一方の端部にフランジを溶接している。その場合の短管の外形は８０ｍｍ程度、肉厚は４ｍｍ程度のものを用いている。

冷媒経路８ａ，８ｂと膨張弁５ａ，５ｂについては、冷媒経路８ａ，８ｂとなる配管自体の強度で形状を保持しつつ、圧縮機２ａ，２ｂと凝縮器３や蒸発器４にろう付して固定している。

制御箱１１は発熱する部品が多いので、底面から吸気し、上部から放熱するのが放熱設計上必要である。よって、制御箱１１の下に支持金を挿入し、支持枠体１３から０．１ｍ程度浮かした状態で固定している。また、圧縮機２ａ，２ｂと制御箱１１との間、膨張弁５ａ，５ｂと制御箱１１との間は、それぞれ配線１２で接続している。

このように、冷凍機エレメントＥの各要素部品である圧縮機２ａ，２ｂ、凝縮器３、蒸発器４、制御箱１１を、各部品の役割を考慮した上で支持枠体１３上に配置固定して一体化することにより、冷凍機エレメントＥの機能を十分に確保しつつ、全体形状をコンパクト化することが可能となる。

次に、上記構成を有する冷凍機エレメントＥを階層保持する段積用の枠組体１の構成について、図６を参照して説明する。

図６は枠組体１の構成を示す右側面図である。
この枠組体１は、その最下部に台枠１９が設けられている。この台枠１９は、例えば７５ｍｍ×５０ｍｍの溝形鋼を適用し、この溝形鋼を長さ０．７５ｍ程度のものと１．２ｍ程度のものとをそれぞれ２本切断し、計４本の各溝形鋼の端部を組み合わせて溶接して幅０．７５ｍｍ、奥行き１．３ｍ程度の長方形の枠状に形成している。

そして、台枠１９の四隅にそれぞれ支柱１６を立設している。この場合の各支柱１６の高さは１．６ｍ程度で、３ｍｍ程度の構造用鋼板を用いて、断面形状がコの字状になるように曲げて形成している。コの字断面の寸法は、フランジ部が３０ｍｍ程度、ウェブ部は長さ５０ｍｍ程度としている。そして、支柱１６と台枠１９との固定は、Ｌ形状の支持金具を用いてボルト締結している。

支柱１６の上部には、各支柱１６間を固定するために、奥行き方向に沿って左右２本の天枠材１７ａを並列して固定するとともに、これに直交する左右方向に沿って前後２本の天枠材１７ｂを並列して固定して天枠１７を形成している。この場合の各天枠材１７ａ，１７ｂは、３ｍｍ程度の構造用鋼板を用いて、断面をＬ字形状に曲げて形成し、Ｌ字の長尺側は４０ｍｍ程度に、短尺側は３０ｍｍ程度にしている。

また、２台の冷凍機エレメントＥを出し入れ可能に段積みするため、支柱１６の台枠１９付近と支柱１６の中間部付近の上下２カ所に、それぞれ左右一対のガイドレール１８が互いに並列して前後方向に沿って配置されている。この場合の各ガイドレール１８は、３ｍｍ程度の構造用鋼板を用いて、断面をＬ字形状に曲げて形成し、Ｌ字の長辺側は１００ｍｍ程度、短辺側は５０ｍｍ程度としている。そして、各ガイドレール１８の長辺側の前後端部と前後の支柱１６のウェブ部とを、直径１０ｍｍ程度の４本のボルト２０で接合している。

また、各ガイドレール１８には、冷凍機エレメントＥを構成する支持枠体１３と擦れる部分に、表面が平滑な０．５ｍｍ程度の厚みのフッ素樹脂板を取り付け、これによって摩擦係数を下げることで冷凍機エレメントＥが円滑に出し入れできるようにしている。

また、冷凍機エレメントＥが地震等の外力によって枠組体１から不意に飛び出すのを防止するため、Ｌ字状のガイドレール１８の長辺側になる側部に形成した貫通穴を通じて外側から位置決めピンを差し込み、支持枠体１３の前後方向に沿う側部に形成した穴に位置決めピンを挿入することにより、冷凍機エレメントＥを枠組体１に係止している。なお、ボルトとナットを用いて冷凍機エレメントＥを枠組体１のガイドレール１８に締結固定することも可能である。

このように、左右一対のガイドレール１８を上下２段に設けることで、２台の冷凍機エレメントＥを階層保持できるとともに、冷凍機エレメントＥをガイドレール１８に沿って枠組体１の正面手前側からに奥側に向かって挿入したり、逆に枠組体１から引き出すことが可能になる。よって、例えば、一つの冷凍機エレメントＥの圧縮機２ａ，２ｂ、凝縮器３、蒸発器４などの要素部品の一部が故障したような場合には、取替え用の冷凍機エレメントＥを設置現場に持ってきて交換さえすれば、短時間で故障した状況から復帰できると伴に、故障した冷凍機エレメントＥを容易に修理することができる。

なお、冷凍機エレメントＥはコンパクト化されているとはいえ、圧縮機２ａ，２ｂの重量は４０ｋｇ程度、凝縮器３や蒸発器４の重量は５０ｋｇ程度あり、制御箱１１もＩＰＭなど特殊な制御電源を内包するために重量が３０ｋｇ程度となり、冷凍機エレメントＥの総重量は２５０ｋｇ程度となる。よって、冷凍機エレメントＥの交換に際しては、単純に手作業で冷凍機エレメントＥを枠組体１から取り外したり、再び枠組体１内に挿入したりする際には、ハンドリフターや上下に油圧で可動する方式のリフト台車などを作業時に併用することが好ましい。

また、この実施の形態１の冷凍機モジュールＭは、冷凍機エレメントＥを上下２段にわたって配置した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、３段以上に段積みしたものであってもよい。このようにすれば、設置面積に対して大型冷凍機以上の最大定格を出力し得る。

実施の形態２．
図７は、図１および図２に示した実施の形態１における冷凍機モジュールＭを横に６台並設して構成された冷凍機システムの正面図、図８は同冷凍機システムの右側側面図であり、実施の形態１における図１ないし図６と対応もしくは相当する構成部分に同一の符号を付す。

この実施の形態２の冷凍機システムは、設置場所が地下室の場合であって、６台の冷凍機モジュールＭが横に並列配置して構成されている。また、ビル施設側には、各冷凍機モジュールＭの並列方向に沿って、凝縮器３に連なる冷却水配管９となる冷却水流入側配管９ｘと冷却水吐出側配管９ｙ、および蒸発器４に連なる冷水配管１０となる冷水流出側配管１０ｘと冷水吐出側配管１０ｙが天井から吊るした状態で設置されている。

この場合の各配管９ｘ，９ｙ，１０ｘ，１０ｙは、外直径が１２０ｍｍ程度で、互いが接触しないように、正面から見て奥行き方向に各軸位置を２００ｍｍ程度ずらして順次階段状に設置されている。また、各配管９ｘ，９ｙ，１０ｘ，１０ｙに直交して配管チーズ等で分岐された分岐配管９ｖ，９ｗ，１０ｖ，１０ｗが設けられている。この場合の各分岐配管９ｖ，９ｗ，１０ｖ，１０ｗの外直径は８０ｍｍ程度のものである。なお、各分岐配管９ｘ，９ｙ，１０ｘ，１０ｙの適宜位置に、各々開閉弁を取付けておくと、冷凍機エレメントＥを交換する際に、冷却水や冷水を循環させたまま交換することができるので都合がよい。

そして、冷却水流入側配管９ｘは、分岐配管９ｖを介して下段側の冷凍機エレメントＥの凝縮器３の冷却水入口に接続され、この下段側の凝縮器３の冷却水出口が図示しないコの字形状の直列接続用配管を経由して上段側の冷凍機エレメントＥの凝縮器３の冷却水入口に接続され、また、この上段側の凝縮器３の冷却水出口が分岐配管９ｗを介して冷却水吐出側配管９ｙに接続されている。これにより、上下の各凝縮器３内において、冷却水が下から上へ向けて流れるようにしている。

また、冷水流入側配管１０ｘは、分岐配管１０ｖを介して上段側の冷凍機エレメントＥの蒸発器４の冷水入口に接続され、この上段側の蒸発器４の冷水出口がコの字形状の直列接続用配管２７を経由して下段側の冷凍機エレメントＥの蒸発器４の冷水入口に接続され、また、この下段側の冷凍機エレメントＥの蒸発器４の冷水出口が分岐配管１０ｗを介して冷水吐出側配管１０ｙに接続されている。これにより、上下の各蒸発器４内において、冷水が上から下へ向けて流れるようにしている。

複数台の冷凍機モジュールＭが横に集中して並列配置された設置状況の下では、各冷凍機エレメントＥへの電力線の配線においても考慮が必要になる。すなわち、電力線は２００Ｖ３相電源の場合、１台分の冷凍機エレメントＥの電流が１２０Ａ程度になるため、単線あたりの導電断面積が３８ｍｍ^２程度必要となり、仕上がり直径が１３ｍｍ程となる。よって、１２台分の冷凍機エレメントＥの電線を束ねると、直径８０ｍｍ程度の配線通路が必要となる。また、配線の重量も重いので、重量を受け止めることができる確実な配線経路を設ける必要がある。

このため、本例では、支柱１６や天枠１７を利用し、制御箱１１の上部付近に、凹溝状の配線ダクト２１を冷凍機モジュールＭの並列方向に沿って設置して、その凹溝内に電力線２２を配線している。この場合の配線ダクト２１は、板厚１ｍｍの板金を左右のフランジ部が高さ９０ｍｍ、底部の幅が１００ｍｍ程度に屈曲して凹溝状に形成している。

そして、配線ダクト２１に直径４０ｍｍ程度の孔を空け、この孔を通して電力線２２を下方に引き出して各制御箱１１の端子台に接続している。その場合、電力線２２を引き出す孔には配線保護用にゴム製グロメット等を取り付け、電力線２２と配線ダクト２１の板金とが直接触しないようにしている。なお、電力線２２は、例えば配線ダクト２１の端部から天井に向かって這わせられて施設側の配電盤などに天井配線を経て接続される。

このような電力線２２や循環水用の各配管９，１０の設置構造とすれば、制御箱１１の操作部や表示部は正面手前側へ集約化され、各配管９，１０との接続箇所は各冷凍機モジュールＭよりも奥側に集約化され、電力用の配線は上部に集約化される。このため、枠組体１によって段積みされた上下いずれの冷凍機エレメントＥを取り出す場合でも、配線や配管が邪魔にならず、工事時間を削減することができる。また、配線のみを交換する場合には、冷凍機モジュールＭの手前側で作業ができるので実施し易い。

また、６台並列された冷凍機モジュールＭの最左端または最右端に電源盤を設置し、配線ダクト２１を通して電力線２２を電源盤に引き込んで冷凍機モジュールＭ毎に、あるいは各冷凍機エレメントＥ毎に遮断機や電流計を設置して電源盤内で電力線２２を集約化し、電源盤の上部から集約化した電線を施設側に引くことができる。例えば、電力線２２の１本あたり３８ｍｍ^２の断面積のものを、集約化して２００ｍｍ^２程度の電線に変換すると、全体の本数が３６本から９本にすることができるので施設側の作業が行い易い。

次に、冷凍機モジュールＭを横に並列配置して冷凍機システムを構成する場合の、エレメントＥあるいは冷凍機モジュールＭの搬入性について説明する。

冷凍機エレメントＥは、幅が０．７ｍ程度、奥行きが１．２ｍ程度、高さ０．６ｍ程度で、重量は２５０ｋｇ程度となる。また、冷凍機モジュールＭでは、幅０．７５ｍ、奥行き１．３ｍ程度であり、重量は６００ｋｇ程度である。よって、冷凍機エレメントＥは、９人乗り程度の小型エレベータに、冷凍機モジュールＭでは１１人乗りエレベータに積載できる大きさと重量となる。このため、小型の昇降機により地下階または屋上等まで運ぶことが可能である。

また、運搬通路について、例えば地下室への出入口には扉が設置されているが、扉の一般的な大きさとして、高さが１．９ｍ程度の場合が散見される。このような比較的小型の扉の場合でも、冷凍機モジュールＭは問題なく通過することができる。冷凍機モジュールＭは支柱１６の高さが１．６ｍ程度、台枠の高さが７５ｍｍであるので、およそ１．７ｍ程度の高さであり、扉の軒と冷凍機モジュールＭの頂部との間隔が２００ｍｍ程の余裕がある。よって、冷凍機モジュールＭを低床タイプのリフトに乗せて運搬することが可能である。

次に、この冷凍機システムの低コスト化について説明する。
各冷凍機エレメントＥの冷媒経路８ａ，８ｂを構成するための配管は、比較的細い銅管を使用しており、配管の接合も管端を拡径するなどして、トーチろう付で直接接合しており、フランジなどの継手部品を余分には使用しない構成となっている。また、当該冷凍機エレメントＥで使用する程度の直径の銅管加工は、冷間加工で可能であり、簡便な設備で加工でき、加工時間も比較的短くすることができ、この点でコストダウンが図られている。

また、この冷凍機システムにおいては、大型冷凍機と同じ出力を得るためには、同じ冷凍機エレメントＥを多数作らなければならないので工数が増える一面があるが、同じ構成のものを数多く作ることで量産の効果が期待でき、結果的には大型冷凍機よりも加工費を下げることができる。

次に、この冷凍機システムのメンテナンス性について説明する。
例えば、一つの冷凍機エレメントＥの圧縮機２ａ，２ｂ、凝縮器３、蒸発器４などの要素部品の一部が故障したような場合、分岐配管９ｖ，９ｗ，１０ｖ，１０ｗに設置された図示しない開閉弁を全て閉じるとともに、電源盤の遮断機を閉じる。そして、分岐配管９ｖ，９ｗ，１０ｖ，１０ｗや直列接続用配管２７に接続されている各フランジを外し、また、電力線２２を制御箱１１に設置された端子台から外し、さらに、冷凍機エレメントＥの支持枠体１３をガイドレール１８に係止している位置決めピン等を外せば、不具合のある冷凍機エレメントＥを枠組体１から容易に取り出すことができる。また、逆に交換用の冷凍機エレメントＥを枠組体１内に挿入して取り付ければ直ちに復旧することができる。

以上のように、この実施の形態２では、複数台の冷凍機エレメントＥが段積みされた構造の冷凍機モジュールＭを左右方向に６台詰めて並べて手間側に制御部を集中させ、背面に循環水用の配管を集中させた状態で冷凍機システムを構成することができる。そして、冷凍機エレメントＥは計１２台で、最大定格出力が１８００ｋＷのもとなり、従来の大型冷凍機に匹敵する出力を得ることができる。しかも、大型冷凍機よりも全体が小型化されて設置面積は略６．７ｍ^２となり、かつ大型冷凍機よりも安価に実現することができる。しかも、設置場所が地下にあるような場合でも、冷凍機エレメントＥを枠組体１に対して容易に着脱できるとともに、冷凍機エレメントＥあるいは冷凍機モジュールＭを容易に搬入、搬出できる。このため、メンテナンス性を確保することができる。

なお、この実施の形態２では冷凍機モジュールＭを左右方向に６台横並びに設置しているが、冷凍機モジュールＭの台数は６台に限るものではなく、複数台を並設して冷凍機システムを構成する場合に本発明は適用可能である。

Ｍ 冷凍機モジュール、Ｅ 冷凍機エレメント、１ 枠組体、２ａ，２ｂ 圧縮機、
３ 凝縮器、４ 蒸発器、５ａ，５ｂ 膨張弁、８ａ，８ｂ 冷媒経路、
９ 冷却水配管、１０ 冷水配管、１１ 制御箱、１３ 支持枠体、１６ 支柱、
１８ ガイドレール、１９ 台枠、２１ 配線ダクト、２２ 電力線、
２７ 直列接続用配管。

Claims (3)

1. 少なくとも圧縮機、凝縮器、蒸発器、制御箱、および冷媒配管をそれぞれ支持枠体に固定してこれらを一体化してなる冷凍機エレメントを備えるとともに、前後に延びる左右一対のガイドレールが上下方向に複数段配置された段積用の枠組体を有し、上記冷凍機エレメントの上記支持枠体が上記左右一対のガイドレールの上にスライド可能に載置されている冷凍機モジュール。
2. 上記冷凍機エレメントを構成する上記圧縮機はスクロール圧縮機またはロータリ圧縮機であり、上記凝縮器および蒸発器はプレート式熱交換器であって、上記支持枠体の前方側に上記制御箱が、後方側に上記凝縮器と蒸発器が、これらの中間部に上記圧縮機と上記冷媒配管が、それぞれ設置されている請求項１記載の冷凍機モジュール。
3. 請求項２記載の上記冷凍機モジュールの複数台を横並びに設置するとともに、この冷凍機モジュールの上記枠組体の制御箱近傍の上部に配線通路が設置され、かつ、上記枠組体よりも後方には上記凝縮器や蒸発器に対する循環水用の配管が設置されている冷凍機システム。

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