JP2005147446A - 空気調和方法と空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】等しい快適度を維持しつつ、構成が簡単で、更なる省エネルギーを可能とした空気調和方法と空気調和装置を提供すること。
【解決手段】ガスエンジン２によって駆動される圧縮機３において圧縮された冷媒と室内の空気とを熱交換し、熱交換された調和空気を室内に送風して室内温度を設定温度に制御する空気調和方法と、空気調和装置１。熱交換された室内空気と、室外から導入し、ガスエンジン２の排熱によって加熱した外気とを混合し、等快適度を満たす所定の温度と相対湿度とを有する調和空気として室内へ戻す。
【選択図】 図１

Description

この発明は、快適度を維持しつつ省エネルギーを可能とした空気調和方法と空気調和装置に関するものである。

近年、一般家庭から会社に至る社会の広い範囲で電気不足を考慮した省エネルギーが叫ばれている。このような社会状況の下で、省エネルギーを企図した空気調和装置として、デシカントタイプの空気調和装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０００−３３７６５９号公報

ところで、特許文献１に開示された空気調和装置は、外気を除湿する除湿ロータ、顕熱交換ロータ、加熱手段等を備え、除湿ロータによって外部から導入した外気を除湿し、顕熱交換ロータを通過した空気を加熱手段によって加熱することで、低湿度の快適な環境を保持している。

このため、特許文献１に開示された従来の空気調和装置においては、空気調和装置本来の機器の他に、除湿ロータ、顕熱交換ロータ、加熱手段等、複雑な構成の除湿用機器を必要とし、省エネルギーの点で満足すべきものではなかった。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、等しい快適度を維持しつつ、構成が簡単で、更なる省エネルギーを可能とした空気調和方法と空気調和装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１の発明に係る空気調和方法は、ガスエンジンによって駆動される圧縮機において圧縮された冷媒と室内の空気とを熱交換し、熱交換された調和空気を室内に送風して室内温度を設定温度に保持する空気調和方法において、熱交換された前記室内空気と、室外から導入し、前記ガスエンジンの排熱によって加熱した外気とを混合し、等快適度を満たす所定の温度と相対湿度とを有する調和空気として室内へ戻すことを特徴とする。

また、上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項２の発明に係る空気調和装置は、ガスエンジンと、圧縮機と、熱交換器とを備え、室内温度を所定温度に保持する空気調和装置において、室外から導入した外気を前記ガスエンジンの排熱によって加熱する加熱器と、前記熱交換器において熱交換された室内空気と、前記加熱器において加熱された外気とが混合された調和空気を、等快適度を満たす所定の温度と相対湿度に制御する制御手段とを設けたことを特徴とする。

請求項１，２の発明によれば、等しい快適度を維持しつつ、構成が簡単で、更なる省エネルギーを図ることができる。

以上説明したように、この発明に係る空気調和方法と空気調和装置によれば、熱交換器において熱交換された室内空気と、加熱器においてガスエンジンの排熱によって加熱された外気とを混合し、等快適度を満たす所定の温度と相対湿度とを有する調和空気として室内へ戻すように構成したので、等しい快適度を維持しつつ、構成が簡単で、更なる省エネルギーを可能とした空気調和方法と空気調和装置を提供することができるという効果を奏する。

以下、図面を参照して、この発明に係る空気調和方法と空気調和装置の好適な実施の形態について説明する。図１は、この発明の空気調和方法を適用した空気調和装置の概略構成図である。空気調和装置１は、図１に示すように、ガスエンジン２、圧縮機３、室外熱交換器４、室内熱交換器５、加熱器６及び制御手段８を備え、圧縮機３、室外熱交換器４及び室内熱交換器５は冷媒を循環させる冷媒配管７によって接続されている。

ガスエンジン２は、液化天然ガス（ＬＮＧ）等の都市ガスを燃料とするガスヒートポンプのエンジンであり、圧縮機３とシャフトやベルト等で接続されている。ガスエンジン２は、排熱である冷却後の高温の冷却水を加熱器６との間で循環させる配管２ａを有している。配管２ａには、冷却水を圧送するポンプ２ｂが設けられている。

圧縮機３は、ガスエンジン２を駆動源として運転され、冷媒を圧縮し、高温高圧のガス冷媒を冷媒配管７に吐出する。

室外熱交換器４は、圧縮機３から圧送されてきた高温高圧のガス冷媒を放熱によって凝縮液化し、あるいは室内熱交換器５から圧送されてくる液冷媒を放熱によって凝縮させる。

室内熱交換器５は、図１に示すように、空気調和室１０に外気を導入するダクト１０ａに配置され、室外熱交換器４から圧送されてくる液冷媒を蒸発させて低温低圧の液冷媒とし、あるいは圧縮機３から圧送されてきた高温高圧のガス冷媒を放熱によって凝縮液化させる。ここで、空気調和室１０は、内部の空気を換気する換気手段１１が設けられ、ダクト１０ａには室外の空気を導入すると共に、室内の空気を室内熱交換器５へと吸い込むファン等の換気手段（図示せず）が設けられている。また、空気調和室１０は、室内の温度を検出する温度センサＳTと相対湿度を検出する湿度センサＳHが設けられている。

加熱器６は、ダクト１０ａの室外側に配置され、ダクト１０ａに導入された室外の空気を高温の冷却水と熱交換させ、相対湿度を低下させた高温の空気にする。

冷媒配管７は、図示しない四方弁が設けられ、図示の状態が冷房時に冷媒が流れる経路を示している。

制御手段８は、熱室内熱交換器５において熱交換された室内空気と、加熱器６において加熱された外気とが混合された調和空気を、等快適度を満たす所定の温度と相対湿度に制御する。制御手段８は、この制御を行う際、例えば、空気調和室１０に設けた温度センサＳTと湿度センサＳHを使用する。

空気調和装置１は、以上のように構成され、冷房時には、ガスエンジン２によって駆動された圧縮機３により、図中矢印で示すように、冷媒が室外熱交換器４から室内熱交換器５を経て圧縮機３に戻る経路を通って流れる。このため、吸込み口１０ｂからダクト１０ａに吸い込まれ、室内熱交換器５において熱交換された室内空気と、室外から導入され、加熱器６においてガスエンジン２の高温の冷却水によって加熱された外気とが、制御手段８に制御されてダクト１０ａにおいて混合される。この結果、等快適度を満たす所定の温度と相対湿度とを有する調和空気が吹出し口１０ｃから室内へ戻され、空気調和室１０を冷房する。このとき、空気調和室１０は、換気手段１１によって内部の空気が換気されている。一方、暖房時には、図示しない四方弁が切り替えられて、冷媒が室内熱交換器５から室外熱交換器４を経て圧縮機３に戻る逆の経路を通って流れ、空気調和室１０が、換気手段１１によって換気されながら暖房される。

このとき、一般に、空気調和装置における空調負荷は、室内温度ＴR、外気温度ＴA、室内と外気を仕切る壁の熱通過率Ｋ及び壁の代表的表面積Ａによって概略次式で与えられる侵入熱量Ｑによって決まることが知られている。
Ｑ＝Ａ×Ｋ×(ＴA−ＴR）

一方、快適度は、国際規格ＩＳＯ７７３０に規定された温熱環境評価指標であるＰＭＶ指標で表現される。このとき、ＰＭＶ値の支配的要因である相対湿度と室内温度とに着目すると、室内温度は相対湿度の関数であり、任意の室内温度に対して相対湿度が決まる。また、快適度にはある程度の幅があり、例えば、相対湿度５０％，室内温度２６℃の冷房状態と、相対湿度３０％，室内温度３０℃の冷房状態とは、快適度において同等である。このため、快適度が同じ場合、室内温度は、相対湿度を変更することで高い設定することも、低く設定することも可能になる。従って、空気調和装置１においては、同一の快適度に対して高い室内温度を設定することで空調負荷を小さくすることができ、快適度を変えることなく省エネルギーを達成することができる。

制御手段８は、この原理に基づいて、室内熱交換器５において熱交換された室内空気と、室外から導入され、加熱器６においてガスエンジン２の高温の冷却水によって加熱された外気とが混合された調和空気を、等快適度を満たす範囲において相対湿度を変更することで室内温度を高く制御している。制御手段８は、この他、配管２ａを流れる冷却水の流量を制御することで加熱器６における外気と冷却水の熱交換率を変更すること、吸込み口１０ｂから吸い込まれ、ダクト１０ａを流れる室内空気の流量を変更すること、或いは室外から導入する外気の量を変更すること等によっても相対湿度と室内温度の制御を行うことができる。

本発明の空気調和装置１は、前記快適度に基づき、従来、冷房時における快適標準とされていた相対湿度５０％，室内温度２６℃の空気を、制御手段８によって相対湿度３０％，室内温度３０℃の空気に変更し、空気調和室１０を冷房するものである。

即ち、例えば、室外から導入された外気が温度３５℃，相対湿度６０％のとき、加熱器６においてガスエンジン２の高温の冷却水によって加熱されると、外気は温度４５℃，相対湿度２０％となる。このとき、空気調和室１０は、制御手段８によって室内温度３０℃，相対湿度３０％の冷房条件に設定され、例えば、吸込み口１０ｂからダクト１０ａに吸い込まれる室内空気は温度３０℃，相対湿度３０％であり、室内熱交換器５において熱交換されることにより、温度１８℃，相対湿度４０％となる。この室内空気が、ダクト１０ａにおいて加熱器６によって加熱された温度４５℃，相対湿度２０％の外気と混合され、相対湿度５０％，室内温度２６℃の空気と同じ快適度を有する外気温度と室内温度との差が小さい温度３０℃，相対湿度３０％の空気として吹出し口１０ｃから室内へ戻され、空気調和室１０を冷房する。

この場合、従来、冷房時における快適標準とされていた相対湿度５０％，室内温度２６℃に比べると、温度３０℃，相対湿度３０％の調和空気は、温度が高く涼しさが感じられるようには思われない。しかし、温度３０℃，相対湿度３０％の調和空気は、ＰＭＶ指標で表現される快適度のうえでは相対湿度５０％，室内温度２６℃の調和空気と等価であり、冷房上、同じ涼感を有している。また、空気調和装置１による温度３０℃，相対湿度３０％の冷房条件においては、相対湿度５０％，室内温度２６℃とする従来の冷房条件に比べて１５％も消費エネルギーを低減することができた。

以上のように、空気調和装置１は、空気調和室１０の外部から導入した外気を加熱器６においてガスエンジン２の排熱と熱交換させることで相対湿度を低下させている。このため、空気調和装置１は、空気調和装置本来の機器だけで、外気の相対湿度を低下させており、相対湿度を低下させる除湿用の機器を別途設けていないことから、構成が複雑となることがない。しかも、空気調和装置１は、室内熱交換器５において冷媒と熱交換された室内空気と、加熱器６において加熱された外気とを混合することで、等快適度を満たす所定温度と相対湿度とを有する調和空気としている。このため、前記式によって与えられる侵入熱量Ｑが従来よりも減少するので、空気調和装置１は、侵入熱量Ｑによって決まる空調負荷が小さくなり、ガスエンジン２の使用と相俟って、消費エネルギーを十分低減することができる。

以上のように、本発明にかかる空気調和方法と空気調和装置は、等しい快適度を維持しつつ、更なる省エネルギーを図るのに適している。

この発明の空気調和方法を適用した空気調和装置の概略構成図である。

符号の説明

１ 空気調和装置
２ ガスエンジン
２ａ 配管
２ｂ ポンプ
３ 圧縮機
４ 室外熱交換器
５ 室内熱交換器
６ 加熱器
７ 冷媒配管
１０ 空気調和室
１０ａ ダクト
１０ｂ 吸込み口
１０ｃ 吹出し口
１１ 換気手段
ＳT 温度センサ
ＳH 湿度センサ

Claims (2)

1. ガスエンジンによって駆動される圧縮機において圧縮された冷媒と室内の空気とを熱交換し、熱交換された調和空気を室内に送風して室内温度を設定温度に保持する空気調和方法において、
   熱交換された前記室内空気と、室外から導入し、前記ガスエンジンの排熱によって加熱した外気とを混合し、等快適度を満たす所定の温度と相対湿度とを有する調和空気として室内へ戻すことを特徴とする空気調和方法。
2. ガスエンジンと、圧縮機と、熱交換器とを備え、室内温度を所定温度に保持する空気調和装置において、
   室外から導入した外気を前記ガスエンジンの排熱によって加熱する加熱器と、
   前記熱交換器において熱交換された室内空気と、前記加熱器において加熱された外気とが混合された調和空気を、等快適度を満たす所定の温度と相対湿度に制御する制御手段と
   を設けたことを特徴とする空気調和装置。

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