JP2004316980A

JP2004316980A - 空気調和装置

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Publication number: JP2004316980A
Application number: JP2003109114A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Miyahara; 洋宮原; Goji Shimozono; 剛司下園
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2003-04-14
Filing date: 2003-04-14
Publication date: 2004-11-11

Abstract

【課題】再熱のための格別な熱源を必要とせず、簡単な構成で省エネルギを達成する。
【解決手段】冷却塔４６で冷却した冷却水を冷熱源とする冷凍機３２と、この冷凍機３２と冷却塔４６との間で冷却水を循環させる冷却水循環ライン４４と、冷凍機３２から供給された冷水３４によって取り入れ空気１４を冷却する冷却コイル２２と、この冷却コイル２２で冷却された空気を加熱する再熱コイル２４と、冷凍機３２での熱交換によって昇温した冷却水の一部を冷却水循環ライン４４から抜き出し再熱コイル２４に供給して熱交換させた後に冷却水循環ライン４４に戻すようにした冷却水抜出しライン５０とを具備する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は冷房装置に係り、特に冷却塔を用いた空気調和装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
冷却塔を用いた空気調和装置はオフィスビルの中央式空調や工場空調など比較的大容量の空気調和装置として従来から多用されている。図２はその一例を示す概略系統図である。装置本体１は冷却コイル２と再熱コイル３とを備えている。夏季などの高温多湿な時期では取り入れ空気４を冷却コイル２で過冷却することによって除湿した後に再熱コイル３で加熱し、給気５として図示しない被空調エリアに送り込む。冷却コイル２には冷凍機６で冷却された冷水などの冷却体７が供給される。冷却コイル２で取り入れ空気４との熱交換によって昇温した冷却体７は冷凍機６に戻り、再冷却されて循環使用される。冷凍機６には冷却塔８が接続し、冷却塔８で冷却された冷却水９が冷凍機６の冷熱源として利用される。冷凍機６での熱交換によって昇温した冷却水９は冷却塔８に戻り、再冷却されて循環使用される。再熱コイル３には温水又は蒸気などの熱媒１０を供給し、空気を加熱する。
【０００３】
このように、高温多湿な時期に冷却コイル２で過冷却した空気を再熱コイル３で再熱する主な理由は、給気５の相対湿度を所定値に調整するためである。しかしながら、このような方法は過冷却のために冷凍機８の負荷が増大し、さらに再熱のために温熱源を必要とするので、二重の意味で省エネルギの目的に反する。この従来技術の欠点を改善するために、特許文献１には空気調和器に供給される空気中の湿分を予め除湿器によって除去する構成が記載されている。また、特許文献２には過冷却や再熱の負荷を最小限に抑制するための制御システムが開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−１４１７０６号公報
【特許文献２】
特開平１１−１０１４８６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載された構成は、空気中の湿分を予め除湿するための除湿機構が複雑となり、また除湿のために廃熱などの新たな熱源を必要とする問題点がある。また、特許文献２に開示された構成は制御の手法が複雑であり、実用装置に適用し難いという問題点がある。
本発明の目的は前記従来技術の問題点を解決し、高温多湿な時期における過冷却や再熱という従来式の構成を踏襲しつつ、再熱のための格別な熱源を必要とせず、簡単な構成で省エネルギを達成することが可能な空気調和装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る空気調和装置は、冷却塔と、この冷却塔で冷却した冷却水を冷熱源とする冷凍機と、この冷凍機と前記冷却塔との間で前記冷却水を循環させる冷却水循環ラインと、前記冷凍機から供給され冷却体によって取り入れ空気を冷却する冷却コイルと、この冷却コイルで冷却された空気を加熱する再熱コイルとを備えた空気調和装置において、前記冷凍機での熱交換によって昇温した前記冷却水の一部を前記冷却水循環ラインから抜き出し、前記再熱コイルに供給して熱交換させた後に前記冷却水循環ラインに戻すようにした冷却水抜出しラインを設けたことを特徴とする。
【０００７】
上記の構成において、前記再熱コイルの出口空気の温度に基づき前記冷却水抜出しラインから前記再熱コイルに供給する冷却水の流量を制御する手段を設けたことが好ましい。また、前記冷却水循環ラインに前記冷却塔をバイパスするバイパスラインを付設し、冷却水循環ラインを循環する冷却水の温度に基づき前記バイパスラインに通す冷却水の流量を制御する手段を設けたことが好ましい。
【０００８】
【作用】
本発明によれば、冷凍機での熱交換によって昇温した冷却水の一部を再熱コイルに供給し、この冷却水を空気の再熱に利用する。このため、再熱コイルに温水や蒸気などの熱源を供給することなく、空気を再熱することができる。また、再熱コイルに供給された冷却水は空気との熱交換によって熱を放散し、冷却されて冷却塔に戻るので、冷却塔での冷却負荷が低減する。
【０００９】
また、再熱コイルの出口空気の温度に基づき、再熱コイルに供給する冷却水の流量を制御することによって、給気の温度を所望の設定値に安定に維持できる。さらに、冷却水循環ラインを循環する冷却水の温度に基づき前記バイパスラインに通す冷却水の流量を制御することによって、再熱コイルに供給する冷却水の温度を再熱に有効な温度に調整することができ、安定運転に寄与する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る空気調和装置の実施形態を示す装置系統図である。装置本体１２は取り入れ空気１４を空気調和し、給気１６として図示しない被空調エリアに供給する。装置本体１２は上流側から順番にフィルタ１８、加熱コイル２０、冷却コイル２２、再熱コイル２４，加湿器２６及び送風機２８を備える。
【００１１】
フィルタ１８は取り入れ空気１４に含まれる塵埃を除去する。加熱コイル２０は冬季などにおいて取り入れ空気１４を加熱し、被空調エリアを暖房するために使われる。加熱コイル２０を使う際には、当該加熱コイル２０に温水や蒸気などの熱源３０が供給され、取り入れ空気１４が熱源３０によって所定の温度までに加温される。
【００１２】
冷却コイル２２は夏季や梅雨などの高温多湿時において取り入れ空気１４を冷却し、被空調エリアを冷房するために使われる。冷却コイル２２を使う際には、当該冷却コイル２２に冷凍機３２から冷却体として冷水３４が供給され、取り入れ空気１４が冷水３４によって所定の温度までに冷却される。この冷却の際に空気中の湿分がコイル表面に凝縮して除湿が同時に進行する。多湿時には除湿を目的として取り入れ空気１４を過冷却する。再熱コイル２４は前段の冷却コイル２２で過冷却が行われた場合に、空気を加熱して目標の空調温度に戻す。加湿器２６は空気の湿度が低い時に所定の湿度となるように加湿する。送風機２８は所定の温度、湿度に調和された空気を給気１６として図示しない被空調エリアに強制送風する。
【００１３】
冷却コイル２２用の冷水３４を冷却する冷凍機３２は圧縮式冷凍機であり、主に圧縮機３６、凝縮器３８、膨張弁４０及び蒸発器４２によって構成される。凝縮器３８は冷却水循環ライン４４を介して冷却塔４６と接続している。これらの機器を閉ループで循環する冷媒４８はガス状で圧縮機３６によって昇圧され、凝縮器３８で冷却塔４６からの冷却水によって冷却されて凝縮する。凝縮した冷媒４８は膨張弁４０で断熱膨張して温度が急低下し、蒸発器４２に送られる。蒸発器４２では冷媒４８と冷水３４とが熱交換し、冷水３４は冷却され前記冷却コイル２２に送られる。冷却コイル２２で取り入れ空気１４との熱交換によって昇温した冷水は蒸発器４２に戻り、循環使用される。蒸発器４２で冷水３４と熱交換した冷媒４８は蒸発し、ガス状で圧縮機３６に戻る。
【００１４】
凝縮器３８と冷却塔４６とを接続する冷却水循環ライン４４は、凝縮器３８に対して冷却水の流入側の往路管４４Ａと、流出側の復路管４４Ｂとからなる。往路管４４Ａは循環ポンプ４５を備え、冷却水を凝縮器３８，復路管４４Ｂ，冷却塔４６の順に強制循環させる。この往路管４４Ａから例えば３０℃程度で凝縮器３８に流入した冷却水は、冷媒４８との熱交換によって例えば３５℃程度に加熱され、復路管４４Ｂから冷却塔４６に送られる。冷却塔４６に散水された冷却水は外気との接触によって、その一部が蒸発した際の気化熱が奪われることによって再び３０℃程度に冷却される。この冷却塔４６で冷却した冷却水を往路管４４Ａに設けた循環ポンプ４５によって凝縮器３８に循環させて、冷凍機３２の冷熱源とする。以上に説明した事項は従来技術でも同様である。
【００１５】
本実施形態では、冷却水の一部を冷却水循環ライン４４から抜き出し、再熱コイル２４に供給して熱交換させた後に冷却水循環ライン４４に戻すようにした冷却水抜出しライン５０を備えている。この冷却水抜出しライン５０は再熱往管５０Ａと再熱復管５０Ｂとからなる。再熱往管５０Ａは一端が復路管４４Ｂの上流側から分岐し、他端が再熱コイル２４の入口側に接続している。また、再熱復管５０Ｂは一端が再熱コイル２４の出口側に接続し、他端が復路管４４Ｂの下流側に設けた三方式の第１流量調節弁５２に接続している。さらに、復路管４４Ｂの流量調節弁５２の下流側には冷却塔４６をバイパスするバイパス管５４の一端が分岐し、その他端が往路管４４Ａの途中に設けた三方式の第２流量調節弁５６に接続している。
【００１６】
上記の構成において、高温多湿時の除湿を目的として冷却コイル２２では取り入れ空気１４を例えば１２℃程度にまで過冷却し、再熱コイル２４ではこの過冷却した空気を再熱して例えば１６℃程度の目標の空調温度に戻す。この場合に、前記復路管４４Ｂに流れる冷却水の一部が再熱往管５０Ａを介して再熱コイル２４に供給される。復路管４４Ｂを流れる冷却水の温度は前記したように例えば３５℃程度であるから、再熱コイル２４での加熱源として十分に利用できる。再熱コイル２４における熱交換によって冷却され例えば３０℃程度に降温した冷却水は再熱復管５０Ｂから第１流量調節弁５２を介して復路管４４Ｂに流れる残部の冷却水と合流する。なお、再熱コイル２４の空気側の出口に温度センサ５８が配置されている。この温度センサ５８によって検出される空気の温度が目標の空調温度となるように第１流量調節弁５２の開度が調節され、再熱コイル２４に供給する冷却水の流量が制御される。
【００１７】
上述のとおり、本実施形態によれば再熱コイル２４での加熱源として復路管４４Ｂを流れる冷却水を利用でき、温水や蒸気などの格別の加熱源を必要としない。このため、省エネルギな空気調和装置を実現することができる。また、再熱コイル２４で冷却され降温した冷却水が再熱復管５０Ｂから復路管４４Ｂに合流するので、冷却塔４６に流入する冷却水の温度がその分低下する。このため、冷却塔４６の冷却負荷を低減することができ、酷熱時対策として特に有効である。
【００１８】
なお、外気の温度が比較的低い時期には、冷凍機３２の冷凍負荷が小さくなり、それに伴って冷却水循環ライン４４を循環する冷却水の温度も低くなる。すると、凝縮器３８出口の冷却水、すなわち復路管４４Ｂに流れる冷却水の温度が例えば２５℃以下になり、再熱コイル２４用の加熱源として不適切になる場合がある。したがって、このような場合には第２流量調節弁５６の開度を調節し、復路管４４Ｂに流れる冷却水の一部をバイパス管５４から直接に往路管４４Ａにバイパスさせる。すると、冷却水循環ライン４４を循環する冷却水の温度が上昇する。バイパス管５４から流すバイパス流量の制御は、往路管４４Ａを流れる冷却水の温度を温度センサ６０で検出し、この温度センサ６０の検出値が常に例えば３０℃となるように、第２流量調節弁５６の開度を調節することによって行う。このような制御を行えば、凝縮器３８出口の冷却水の温度を再熱コイル２４用の加熱源として有効な例えば３５℃程度に引き上げることができる。なお、バイパス流量の制御では、凝縮器３８出口の冷却水の温度を検出し、この冷却水の温度が加熱源として有効な例えば３５℃となるように第２流量調節弁５６の開度を調節するようにしてもよい。
【００１９】
上述のとおり、本実施形態によれば冷房負荷が比較的低い時期においても、冷却塔４６を通さない冷却水のバイパス流量を制御することによって、再熱コイル２４に供給する冷却水の温度を再熱に有効な温度に調整することができる。このため、再熱コイル２４での再熱を必要とするすべての時期に、凝縮器３８出口の冷却水を再熱用の加熱源として有効に利用できる。
【００２０】
前記実施形態に係る空気調和装置は、暖房と冷房の機能を備えたものについて説明した。しかしながら本発明はこれに限らず、冷房専用に冷却コイルと再熱コイルを備えた暖房機能を有しない空気調和装置にも適用することができる。また、前記実施形態では冷凍機として圧縮式冷凍機３２を用いた場合について説明した。しかしながら本発明はこれに限らず、冷凍機として吸収式冷凍機を用いた場合や、ヒートポンプ式冷凍機の場合にも適用することができる。また、前記実施形態では冷却コイル２２に供給する冷凍機３２からの冷却体として冷水３４を用いた場合について説明した。しかしながら本発明に係る冷却体はこれに限らず、例えば圧縮式冷凍サイクルに使用される冷媒を直接に冷却コイルに供給するようにし、蒸発器を冷却コイルとして兼用させた直膨式のものにも適用することができる。また、再熱コイル２４に供給する冷却水やバイパス管５４でバイパスさせる冷却水の流量制御は三方式の流量調節弁に限らず、通常の二方式流量調節弁を用いて制御することも可能である。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、冷凍機での熱交換によって昇温した冷却水の一部を再熱コイルに供給し、この冷却水を空気の再熱に利用する。このため、再熱コイルに温水や蒸気などの熱源を供給することなく、空気を再熱することができ省エネルギを達成できる。また、再熱コイルに供給された冷却水は空気との熱交換によって熱を放散し、冷却されて冷却塔に戻るので、冷却塔での冷却負荷が低減する。
【００２２】
また、再熱コイルの出口空気の温度に基づき、再熱コイルに供給する冷却水の流量を制御することによって、給気を目標温度に維持できる。さらに、冷却水循環ラインを循環する冷却水の温度に基づきバイパスラインに通す冷却水の流量を制御することによって、再熱コイルに供給する冷却水の温度を再熱に有効な温度に調整することができ、安定運転に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る空気調和装置の実施形態を示す装置系統図である。
【図２】従来技術に係る空気調和装置の一例を示す概略系統図である。
【符号の説明】
１２………装置本体、１４………取り入れ空気、１６………給気、２０………加熱コイル、２２………冷却コイル、２４………再熱コイル、２６………加湿器、３２………冷凍機、３４………冷水、３６………圧縮機、３８………凝縮器、４２………蒸発器、４４………冷却水循環ライン、４６………冷却塔、５０………冷却水抜出しライン、５２………第１流量調節弁、５４………バイパス管、５６………第２流量調節弁、５８，６０………温度センサ。

Claims

冷却塔と、この冷却塔で冷却した冷却水を冷熱源とする冷凍機と、この冷凍機と前記冷却塔との間で前記冷却水を循環させる冷却水循環ラインと、前記冷凍機から供給され冷却体によって取り入れ空気を冷却する冷却コイルと、この冷却コイルで冷却された空気を加熱する再熱コイルとを備えた空気調和装置において、前記冷凍機での熱交換によって昇温した前記冷却水の一部を前記冷却水循環ラインから抜き出し前記再熱コイルに供給して熱交換させた後に前記冷却水循環ラインに戻すようにした冷却水抜出しラインを設けたことを特徴とする空気調和装置。
前記再熱コイルの出口空気の温度に基づき、前記冷却水抜出しラインから前記再熱コイルに供給する冷却水の流量を制御する手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
前記冷却水循環ラインに前記冷却塔をバイパスするバイパスラインを付設し、冷却水循環ラインを循環する冷却水の温度に基づき前記バイパスラインに通す冷却水の流量を制御する手段を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の空気調和装置。