JP2001182968A - 空調用機器におけるコイルの凍結防止方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】空調用機器の運転中には、その温度制御を阻害
することなく、コイルの凍結を確実に防止することがで
き、空調用機器の停止中には、最小限のエネルギでコイ
ルの凍結を確実に防止することができる空調用機器にお
けるコイルの凍結防止方法を提供する。 【解決手段】熱源機器Ｈによって生成された温水がサプ
ライヘッダＳＨを介して空調機１０に供給され、空調機
１０によって熱交換された低温の温水がレタンヘッダＲ
Ｈを介して再び熱源機器Ｈに戻されるようになってい
る。空調機１０には、プレコイルユニット１１Ａとメイ
ンコイルユニット１１Ｂが設置されており、入口側コイ
ルヘッダの上部から供給した温水を出口側コイルヘッダ
の下部から送出し、出口側コイルヘッダから送出される
温水の温度が４℃になるように、プレコイルユニット１
１Ａへの温水の供給量を制御弁ＣＶａによって制御する
ようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、寒冷地仕様の空
調用機器に設置される温水コイル、冷水コイル、冷温水
コイル、冷却水コイル等の凍結防止方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、空調機等を用いて室内を暖房す
る場合、図６に示すように、空調機５０には、室内Ｒに
温風を供給する給気ダクトＳＤ、室内Ｒから空調機５０
に空気を戻す還気ダクトＲＤ及び空調機５０内に外気を
取り入れる外気ダクトＯＤがそれぞれ接続されており、
空調機５０内でミキシングされた還気及び外気が、空調
機５０内に設置された温水コイルユニット５１を通過す
ることによって加熱され、送風機５２によって室内Ｒに
供給されるようになっている。

【０００３】また、温水コイルユニット５１には、ボイ
ラー等の熱源機器Ｈによって生成された所定温度の温水
が、温水往管ＳＰを介して供給されるようになってお
り、温水コイルユニット５１に供給されることで熱交換
された温水が温水還管ＲＰを介して熱源機器Ｈに戻され
るようになっている。

【０００４】こういった空調機５０等の空調用機器内に
設置される温水コイルユニット５１は、図７（ａ）〜
（ｃ）に示すように、多数のフィン５１ｂが取り付けら
れた複数段のコイルチューブ５１ａと、各段のコイルチ
ューブ５１ａの一端側に接続される入口側コイルヘッダ
５１ｃと、各段のコイルチューブ５１ａの他端側に接続
される出口側コイルヘッダ５１ｄとから構成されてお
り、エア抜きを容易にするため、通常は、ボイラー等の
熱源機器Ｈによって生成された温水が入口側コイルヘッ
ダ５１ｃの下部に供給され、この温水が入口側コイルヘ
ッダ５１ｃからコイルチューブ５１ａを通って出口側コ
イルヘッダ５１ｄに導かれ、出口側コイルヘッダ５１ｄ
の上部から熱源機器Ｈに戻されるようになっている。

【０００５】また、図６に示すように、温水コイルユニ
ット５１の出口側コイルヘッダ５１ｄと熱源機器Ｈとを
接続している温水還管ＲＰには、通常、制御弁ＣＶが取
り付けられており、室内Ｒに設置された温度調節器ＴＣ
から出力される操作信号に基づいて制御弁ＣＶが開閉動
作を行うことで、室内Ｒが常時設定温度に保持されるよ
うに、温水コイルユニット５１へ供給される温水量が制
御されるようになっている。

【０００６】ところで、寒冷地に設置される空調機とし
て、例えば、最大負荷時における外気温度が−１５℃で
あるとして選定された温水コイルユニット５１が空調機
５０に設置されている場合において、実際の外気温度が
−２℃程度であった場合は、設計上の暖房負荷に比べて
実際の暖房負荷が極端に小さくなるので、温水コイルユ
ニット５１に供給される温水量は極端に少なくなる。し
かも、空調機５０内に取り込まれる外気は凍結温度以下
であるので、こういった場合は、暖房運転中であって
も、温水コイルユニット５１が凍結する可能性は十分に
考えられる。

【０００７】このため、従来は、図８に示すように、温
水コイルユニット５１を、プレコイル５１Ａとメインコ
イル５１Ｂとに分割し、低負荷時にはある程度の温水流
量を確保することのできるプレコイル５１Ａに設計流量
の温水を供給したり、プレコイル５１Ａの出口空気温度
が例えば１０℃程度になるように温水流量を制御するこ
とで、メインコイル５１Ｂの凍結を防止するようにして
いた。

【０００８】また、空調機５０の運転を停止した状態で
は、制御弁ＣＶを強制的に全閉にすることで温水コイル
ユニット５１に温水を供給しないようにするのが一般的
であるが、寒冷地に設置される空調機５０では、プレコ
イル５１Ａに強制的に設計流量の温水を供給すること
で、空調機５０の停止中においてもメインコイル５１Ｂ
の凍結を防止するようにしている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、空調機
５０の運転中に、凍結防止の観点からプレコイル５１Ａ
に強制的に設計流量（定流量）の温水を供給したり、プ
レコイル５１Ａの出口空気温度で温水量の制御を行うよ
うにすると、上述したように、暖房負荷が極端に小さく
なってメインコイル５１Ｂによって加熱する必要がなく
なったような場合には、最早、室温をコントロールする
ことができなくなるといった問題がある。

【００１０】こういった問題を解決するために、プレコ
イル５１Ａの出口水温が凍結温度付近の温度（例えば、
２〜４℃程度）になるように、プレコイル５１Ａに供給
する温水量を制御することも考えられるが、上述したよ
うに、プレコイル５１Ａの入口側コイルヘッダ５１ｃの
下部から温水を供給して出口側コイルヘッダ５１ｄの上
部から熱交換された温水を送出するようにすると、プレ
コイル５１Ａに供給される温水量が少なくなった時に
は、図９に示すように、入口側コイルヘッダ５１ｃの下
部から供給された、温度が高く、比重の小さい温水がそ
の浮力によって下方側のコイルチューブ５１ａを通過す
ることなく入口側コイルヘッダ５１ｃ内を上昇し、上部
側のコイルチューブ５１ａのみを通過して出口側コイル
ヘッダ５１ｄを介して送出されることになり、各コイル
チューブ５１ａに均一に温水が供給されない状態とな
る。このため、実際には、下方側のコイルチューブ５１
ａに滞留した温水が徐々に冷却されて凍結し始めた状態
になっていても、出口側コイルヘッダ５１ｄからは比較
的温度の高い温水が送出されることになるので、出口水
温でプレコイル５１Ａに供給する温水量を制御していた
のでは、こういった状態を的確に検知することができ
ず、逆に、プレコイル５１Ａが凍結してしまうといった
新たな問題が発生する。

【００１１】また、空調機５０の運転を停止していると
きは、プレコイル５１Ａに供給する温水量を多くするこ
とで、メインコイル５１Ｂの凍結を確実に防止すること
ができるが、プレコイル５１Ａに必要以上に温水を供給
すると、エネルギの無駄が多くなって効率よくメインコ
イル５１Ｂの凍結防止を図ることができないといった問
題もある。

【００１２】そこで、この発明の課題は、空調用機器の
運転中には、その温度制御を阻害することなく、コイル
の凍結を確実に防止することができると共に、空調用機
器の停止中には、最小限のエネルギでコイルの凍結を確
実に防止することができる空調用機器におけるコイルの
凍結防止方法を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段及びその効果】上記の課題
を解決するため、この発明は、入口側コイルヘッダと出
口側コイルヘッダとを複数のコイルチューブによって接
続したコイルユニットにおける前記入口側コイルヘッダ
の上部から温水、冷水または冷却水を供給して前記出口
側コイルヘッダの下部から送出し、前記出口側コイルヘ
ッダから送出される温水、冷水または冷却水の温度に基
づいて、温水、冷水または冷却水の前記コイルユニット
への供給量を制御するようにしたのである。

【００１４】この凍結防止方法では、入口側コイルヘッ
ダの上部から温水、冷水または冷却水を供給して出口側
コイルヘッダの下部から送出するようにしたため、入口
側コイルヘッダの下部から温水等を供給して出口側コイ
ルヘッダの上部から送出する従来の温水コイルユニット
のように、温水の供給量が少なくなった場合に、供給さ
れた温水がコイルチューブを通過せずに入口側コイルヘ
ッダ内をショートサーキットするといったことがなく、
入口側コイルヘッダの上部から供給された比較的温度の
高い温水、冷水または冷却水が、コイルチューブ内で冷
却された温度が低く、比重の大きい温水、冷水または冷
却水を確実に下方側に押し出すことになるので、温水、
冷水または冷却水の供給量が少なくなった場合における
コイルユニットの凍結を確実に防止することができる。

【００１５】また、この凍結防止方法では、出口側コイ
ルヘッダから送出される温水、冷水または冷却水の温度
に基づいて、温水、冷水または冷却水のコイルユニット
への供給量を制御するようにしたため、出口側コイルヘ
ッダから送出される温水、冷水または冷却水の温度が凍
結温度付近の温度になるようにその供給量を制御するこ
とで、コイルユニットへの温水、冷水または冷却水の供
給量を最小限に抑えることができ、空調用機器の運転中
であっても、その温度制御をほとんど阻害することな
く、最小限のエネルギによってコイルユニットの凍結を
確実に防止することができる。なお、空調用機器の停止
中にも、最小限のエネルギによって効率よくコイルユニ
ットの凍結を防止することができることはいうまでもな
い。

【００１６】また、請求項２に記載の凍結防止方法のよ
うに、前記出口側コイルヘッダから送出される温水、冷
水または冷却水が４℃付近の温度になるように、温水、
冷水または冷却水の前記コイルユニットへの供給量を制
御するようにしておくと、最も比重の大きい４℃の温
水、冷水または冷却水が順次出口側コイルヘッダの下部
から送出されることになり、この４℃の温水、冷水また
は冷却水を確実に検知することができるので制御性が向
上し、より確実にコイルユニットの凍結を防止すること
ができるという効果がある。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、実施の形態について図面を
参照して説明する。図１は、寒冷地における暖房システ
ムを示している。この暖房システムは、同図に示すよう
に、温水を生成するボイラー等の熱源機器Ｈを備えた１
次側と、温風を供給することで室内Ｒを暖房する寒冷地
仕様の空調機１０を備えた２次側とから構成されてお
り、ボイラー等の熱源機器Ｈによって生成された温水が
サプライヘッダＳＨを介して空調機１０に供給され、こ
の空調機１０によって熱交換された低温の温水がレタン
ヘッダＲＨを介して再び熱源機器Ｈに戻されるようにな
っている。

【００１８】空調機１０には、室内Ｒに温風を供給する
給気ダクトＳＤ、室内Ｒから空調機１０に空気を戻す還
気ダクトＲＤ及び空調機１０内に外気を取り入れる外気
ダクトＯＤがそれぞれ接続されており、空調機１０内で
ミキシングされた還気及び外気が、空調機１０内に設置
された温水コイルユニット１１を通過することによって
加熱され、送風機１２によって室内Ｒに供給されるよう
になっている。

【００１９】温水コイルユニット１１は、同図に示すよ
うに、主として室内Ｒの暖房用（温度調整用）として使
用されるメインコイルユニット１１Ｂと、このメインコ
イルユニット１１Ｂの凍結を防止するために使用され
る、メインコイルユニット１１Ｂの上流側に配置された
プレコイルユニット１１Ａとから構成されており、プレ
コイルユニット１１Ａ及びメインコイルユニット１１Ｂ
には、ボイラー等の熱源機器Ｈによって生成された所定
温度の温水が、温水往管ＳＰを介してそれぞれ供給さ
れ、プレコイルユニット１１Ａ及びメインコイルユニッ
ト１１Ｂによって熱交換された温水が温水還管ＲＰを介
して熱源機器Ｈに戻されるようになっている。

【００２０】プレコイルユニット１１Ａ及びメインコイ
ルユニット１１Ｂは、図２（ａ）〜（ｃ）に示すよう
に、多数のフィン１１ｂが取り付けられた多段のコイル
チューブ１１ａと、各段のコイルチューブ１１ａの一端
側に接続される入口側コイルヘッダ１１ｃと、各段のコ
イルチューブ１１ａの他端側に接続される出口側コイル
ヘッダ１１ｄとから構成されており、同図（ｂ）、
（ｃ）に示すように、入口側コイルヘッダ１１ｃの上部
及び出口側コイルヘッダ１１ｄの下部に、温水往管ＳＰ
ａ、ＳＰｂ及び温水還管ＲＰａ、ＲＰｂがそれぞれ接続
されている。

【００２１】従って、ボイラー等の熱源機器Ｈによって
生成された温水は、まず、入口側コイルヘッダ１１ｃの
上部に供給され、この温水が入口側コイルヘッダ１１ｃ
から各コイルチューブ１１ａを通って出口側コイルヘッ
ダ１１ｄに導かれ、出口側コイルヘッダ１１ｄの下部か
ら送出されて熱源機器Ｈに戻されるようになっている。
なお、このように、入口側コイルヘッダ１１ｃの上部か
ら温水を供給して出口側コイルヘッダ１１ｄの下部から
送出することで、従来のコイルユニットに比べて、コイ
ルユニット内のエアが抜けにくくなるので、入口側コイ
ルヘッダ１１ｃ及び出口側コイルヘッダ１１ｄの上端部
には、予め、エア抜き装置１１ｅが取り付けられてい
る。

【００２２】メインコイルユニット１１Ｂに接続された
温水還管ＲＰｂには制御弁ＣＶｂが設置されており（図
１参照）、この制御弁ＣＶｂが、室内Ｒに設置された温
度調節器ＴＣから出力される操作信号に基づいて開閉動
作を行うことによって、室内Ｒが設定温度に保たれるよ
うになっている。

【００２３】また、プレコイルユニット１１Ａに接続さ
れた温水還管ＲＰａにも制御弁ＣＶａが設置されており
（図１参照）、この制御弁ＣＶａが、プレコイルユニッ
ト１１Ａの出口側コイルヘッダ１１ｄの下部に設置され
た温度検出器Ｔ（図１及び図２（ｃ）参照）からの温度
検出信号に基づいて開閉動作を行うことによって、プレ
コイルユニット１１Ａの出口水温が４℃に保持されるよ
うに、プレコイルユニット１１Ａへの温水の供給量が制
御されるようになっている。

【００２４】また、プレコイルユニット１１Ａ及びメイ
ンコイルユニット１１Ｂは、図３に示すように、空調機
１０内の空気の流れに対して上流側に入口側コイルヘッ
ダ１１ｃが配置された、所謂「パラレルフロー」が採用
されており、プレコイルユニット１１Ａ及びメインコイ
ルユニット１１Ｂが凍結しにくいようになっている。

【００２５】以上のように、この暖房システムでは、２
次側の空調用機器である空調機１０に設置される温水コ
イルユニット１１を、プレコイルユニット１１Ａとメイ
ンコイルユニット１１Ｂとに分割し、プレコイルユニッ
ト１１Ａとメインコイルユニット１１Ｂの入口側コイル
ヘッダ１１ｃの上部から温水を供給して出口側コイルヘ
ッダ１１ｄの下部から送出するようにしたため、入口側
コイルヘッダの下部から温水等を供給して出口側コイル
ヘッダの上部から送出する従来の温水コイルユニットの
ように、温水の供給量が少なくなった場合に、供給され
た温水がコイルチューブを通過せずに入口側コイルヘッ
ダ内をショートサーキットするといったことがなく、図
４（ａ）、（ｂ）に示すように、入口側コイルヘッダ１
１ｃの上部から供給された比較的温度の高い温水Ｗｈ
が、コイルチューブ内で冷却された温度が低く、比重の
大きい温水Ｗｌを確実に下方側に押し出すことになるの
で、温水の供給量が少なくなった場合における温水コイ
ルユニット１１、特に、プレコイルユニット１１Ａの凍
結を確実に防止することができる。

【００２６】また、プレコイルユニット１１Ａの出口側
コイルヘッダ１１ｄから送出される温水の温度が凍結温
度に近い４℃になるように、プレコイルユニット１１Ａ
への温水の供給量を制御弁ＣＶａによって制御するよう
にしたため、プレコイルユニット１１Ａへの温水の供給
量を最小限に抑えることができる。従って、空調機１０
の運転中において、暖房負荷が大きく低下した場合、即
ち、メインコイルユニット１１Ｂへの温水の供給量が大
幅に低下した場合でも、メインコイルユニット１１Ｂに
よる室内Ｒの温度制御をほとんど阻害することなく、最
小限のエネルギによってプレコイルユニット１１Ａ及び
メインコイルユニット１１Ｂの凍結を確実に防止するこ
とができる。

【００２７】特に、４℃の水が最も比重が大きいので、
出口側コイルヘッダ１１ｄから送出される温水が４℃に
なるように、プレコイルユニット１１Ａへの温水の供給
量を制御すると、プレコイルユニット１１Ａのコイルチ
ューブ１１ａ内に存在している温水のうち、最も比重の
大きい４℃の温水から順次出口側コイルヘッダ１１ｄ内
に送出されることになり、温水還管ＲＰａに設置された
温度検出器Ｔによってプレコイルユニット１１Ａ内の温
度状態をある程度正確に検知することができるので制御
性が向上し、より確実にプレコイルユニット１１Ａの凍
結を防止することができるという効果がある。

【００２８】また、空調機１０の停止中にも、出口側コ
イルヘッダ１１ｄから送出される温水が４℃になるよう
に、プレコイルユニット１１Ａへの温水の供給量を制御
すると、最小限の温水をプレコイルユニット１１Ａに供
給しながら、プレコイルユニット１１Ａ及びメインコイ
ルユニット１１Ｂの凍結を確実に防止することができる
ので、最小限のエネルギによって効率よくコイルユニッ
トの凍結防止を図ることができる。

【００２９】なお、上述した実施形態では、プレコイル
ユニット１１Ａとメインコイルユニット１１Ｂとに分割
された温水コイルユニット１１のみを有する空調機１０
を使用した暖房システムについて説明したが、これに限
定されるものではなく、メインコイルユニット１１Ｂは
冷温水コイルユニットであってもよく、図５（ａ）に示
すように、夏場に除湿再熱を行うことができるように、
プレ温水コイルユニット１１Ａ、冷水コイルユニット１
１Ｃ、メイン温水コイルユニット１１Ｂといった具合に
３つのコイルユニットを設置することも可能である。

【００３０】また、空調機１０内には、必ずプレコイル
ユニットを設置しなければならないというものではな
く、空調機の運転停止中におけるコイルユニットの凍結
を防止することができればよいのであれば、同図（ｂ）
に示すように、温水コイルユニット１１のみを設置し、
上述した実施形態と同様に、空調機の運転停止中に温水
の供給量を制御しながら温水コイルユニット１１に強制
的に温水を供給すればよい。

【００３１】また、夏場に除湿再熱を行う必要がない場
合は、同図（ｃ）に示すように、温水コイルユニット１
１の下流側に冷水コイルユニット１１Ｃを設置し、空調
機の運転停止中に温水の供給量を制御しながら温水コイ
ルユニット１１に強制的に温水を供給すると、空調機の
運転停止中における冷水コイルユニット１１Ｃの凍結防
止を図ることも可能である。

【００３２】また、上述した実施形態では、本発明の凍
結防止方法を空調機に設置されたコイルユニットの凍結
防止方法として採用しているが、密閉型の冷却塔に設置
される冷却水コイル等、種々の空調用機器に設置されて
いるコイルの凍結防止方法として採用することができる
ことは言うまでもない。

【００３３】また、上述した実施形態では、プレコイル
ユニット１１Ａ及びメインコイルユニット１１Ｂの配置
について、パラレルフローを採用しているが、必ずしも
パラレルフローを採用しなければならないというもので
はなく、一般的な空調機のように、カウンタフローを採
用することも可能である。ただし、コイルの凍結防止を
考慮すると、パラレルフローを採用することが望まし
い。

【００３４】また、上述した実施形態では、プレコイル
ユニット１１Ａの出口側コイルヘッダ１１ｄから送出さ
れる温水の温度が凍結温度に近い４℃になるように、プ
レコイルユニット１１Ａへの温水の供給量を制御するよ
うにしているが、必ずしも４℃に限定されるものではな
く、凍結温度付近の任意の温度に設定することが可能で
ある。設定温度は、凍結温度である０℃に近ければ近い
ほど温水の供給量を抑えることができるが、凍結を確実
に防止するためには、２〜４℃程度に設定しておくこと
が望ましい。

【００３５】また、上述した実施形態では、２列２パス
のコイルについて説明したが、これに限定されるもので
はなく、２列４パス、２列６パス、４列４パス、６列６
パス等種々のコイルについて適用することができる。た
だし、入口側コイルヘッダと出口側コイルヘッダとを接
続している各コイルチューブは、入口側コイルヘッダか
ら出口側コイルヘッダに向かって、ベンド管による上が
り接続部分が存在しないようにしておくことが望まし
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかるコイルの凍結防止方法を採用
した暖房システムの一実施形態を示す概略構成図であ
る。

【図２】（ａ）は同上の暖房システムに使用されている
空調機に設置されたコイルユニットの基本構造を示す平
面図、（ｂ）は同上のコイルユニットを示す正面図、
（ｃ）は同上のコイルユニットを示す側面図である。

【図３】同上の空調機内におけるコイルユニットの配置
を示す概略図である。

【図４】（ａ）は、同上のコイルユニットにおける入口
側コイルヘッダに供給された温度の高い温水の挙動を概
念的に示す図、（ｂ）は同上のコイルユニットにおける
出口側コイルヘッダにおける温度の低い温水の挙動を概
念的に示す図である。

【図５】同上の空調機の変形例を示す概略図である。

【図６】一般的な暖房システムを示す概略構成図であ
る。

【図７】（ａ）は同上の暖房システムに使用されている
空調機に設置されたコイルユニットの基本構造を示す平
面図、（ｂ）は同上のコイルユニットを示す正面図、
（ｃ）は同上のコイルユニットを示す側面図である。

【図８】寒冷地仕様の空調機を使用した一般的な暖房シ
ステムを示す概略構成図である。

【図９】同上のコイルユニットに供給された温水の挙動
を概念的に示す図である。

【符号の説明】

１０ 空調機 １１ 温水コイルユニット １１Ａ プレコイルユニット １１Ｂ メインコイルユニット １１ａ コイルチューブ １１ｂ フィン １１ｃ 入口側コイルヘッダ １１ｄ 出口側コイルヘッダ １１ｅ エア抜き装置 １２ 送風機 ＣＶａ、ＣＶｂ 制御弁 ＴＣ 温度調節器 Ｔ 温度検出器 ＳＰａ、ＳＰｂ 温水往管 ＲＰａ、ＲＰｂ 温水還管 Ｈ 熱源機器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入口側コイルヘッダと出口側コイルヘッ
   ダとを複数のコイルチューブによって接続したコイルユ
   ニットにおける前記入口側コイルヘッダの上部から温
   水、冷水または冷却水を供給して前記出口側コイルヘッ
   ダの下部から送出し、 前記出口側コイルヘッダから送出される温水、冷水また
   は冷却水の温度に基づいて、温水、冷水または冷却水の
   前記コイルユニットへの供給量を制御するようにしたこ
   とを特徴とする空調用機器におけるコイルの凍結防止方
   法。
2. 【請求項２】 前記出口側コイルヘッダから送出される
   温水、冷水または冷却水が４℃付近の温度になるよう
   に、温水、冷水または冷却水の前記コイルユニットへの
   供給量を制御するようにした請求項１に記載の空調用機
   器におけるコイルの凍結防止方法。