JP2005291584A - 空気調和システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 空気調和システム1は、複数の利用ユニット2、3と、熱源ユニット6と、両ユニット間を接続する連絡配管7、8とを備え、屋内の潜熱負荷及び顕熱負荷を処理する。利用ユニット2は、表面に吸着剤が設けられた吸着熱交換器22、23を有し、その一方を冷媒の蒸発器として機能させて空気中の水分を吸着剤に吸着させる吸着動作と、その他方を冷媒の凝縮器として機能させて吸着剤から水分を脱離させる再生動作とを交互に行うことができる。利用ユニット3も、表面に吸着剤が設けられた吸着熱交換器32、33を有し、利用ユニット2と同様の吸着動作と再生動作とを行うことができる。熱源ユニット6は、圧縮機構11と、アキュムレータ62とを有する。
【選択図】 図1
Description
これに対して、本願発明者は、熱源側熱交換器と利用側熱交換器としての吸着熱交換器とを有する蒸気圧縮式の冷媒回路を備えた空気調和装置を発明している(例えば、特願2003−351268号参照。)。この空気調和装置は、表面に吸着剤が設けられた吸着熱交換器に空気中の水分を吸着させる吸着動作と吸着熱交換器から水分を脱離させる再生動作とを交互に行い、吸着熱交換器を通過した空気を屋内へ供給して屋内の顕熱負荷及び潜熱負荷を処理することができるものである。つまり、上記前者の空気調和装置のように空気中の水分を凝縮させて空気を除湿するのではなく、空気中の水分を吸着剤に吸着させて空気を除湿しているため、冷媒の蒸発温度を空気の露点温度よりも低く設定する必要がなく、冷媒の蒸発温度を空気の露点温度以上に設定しても空気の除湿が可能となる。このため、この空気調和装置によれば、空気を除湿する場合も冷媒の蒸発温度を従来よりも高い温度に設定することができ、冷凍サイクルの高低圧差を縮小することができる。この結果、圧縮機における消費動力を減らすことが可能となり、COPを向上させることができる。また、空気の除湿を行う場合に、吸着熱交換器において必要な冷媒の蒸発温度よりも低い温度に設定することによって、その屋内の顕熱負荷も併せて処理することができる。
この空気調和システムでは、圧縮機構の吐出側を流れる冷媒の一部を補助凝縮器によって凝縮させることによって、圧縮機構の吐出側の冷媒の圧力を低下させることができる。これにより、空気調和システムの運転負荷の変動に伴って冷媒循環量が減少することにより圧縮機構の吐出側の冷媒の圧力が一時的に増加する等の圧力変動が生じる場合であっても、吸着熱交換器を用いたマルチ空気調和システムを安定的に運転することができる。
第5の発明にかかる空気調和システムは、第4の発明にかかる空気調和システムにおいて、屋内の空気の露点温度に基づいて、圧力調節機構によって、空気熱交換器を蒸発器として機能させる際の冷媒の蒸発圧力を制御する。
第7の発明にかかる空気調和システムは、第6の発明にかかる空気調和システムにおいて、空気熱交換器における結露の有無を検出する結露検出機構を備えている。空気調和システムは、結露検出機構において結露が検出された場合に、目標蒸発圧力値を変更する。
第8の発明にかかる空気調和システムは、第3〜6の発明のいずれかにかかる空気調和システムにおいて、空気熱交換器における結露の有無を検出する結露検出機構を備えている。空気調和システムは、結露検出機構において結露が検出された場合に、第2の圧縮機構を停止する。
第9の発明にかかる空気調和システムは、第3〜6の発明のいずれかにかかる空気調和システムにおいて、空気熱交換器における結露の有無を検出する結露検出機構を備えている。第2の利用側冷媒回路は、空気熱交換器の液側に接続された利用側膨張弁を備えている。空気調和システムは、結露検出機構において結露が検出された場合に、利用側膨張弁を閉止する。
第1の発明では、吸着熱交換器を用いた空気調和装置を複数台設置する際に生じるコストアップやメンテナンス箇所の増加を抑えることができる。しかも、圧縮機構の吸入側に接続された液溜容器により、冷媒循環量の減少に伴って発生する余剰冷媒を溜めるためのレシーバを利用側冷媒回路の数、すなわち、吸着熱交換器の数に対応して接続する必要がなくなり、これによるコストアップや吸着熱交換器を内蔵するユニットのサイズが大きくなるのを抑えることができる。
第3の発明では、吸着熱交換器を有する複数の第1の利用側冷媒回路及び第1の熱源側冷媒回路のシステムを主として屋内の潜熱負荷を処理する潜熱負荷処理システムとし、そして、空気熱交換器を有する複数の第2の利用側冷媒回路及び第2の熱源側冷媒回路のシステムを顕熱負荷処理システムとする空気調和システムを構成することができるため、屋内の潜熱負荷及び顕熱負荷を2つの処理システムに分けて処理することができる。
第7の発明では、結露検出機構によって空気熱交換器における結露を確実に検出するとともに、結露が検出された場合に、例えば、目標蒸発圧力値を高くする変更を行うことによって、空気熱交換器における冷媒の蒸発温度を高くして、空気熱交換器における結露を確実に防ぐことができる。
第9の発明では、結露検出機構によって空気熱交換器における結露を確実に検出するとともに、結露が検出された場合に、利用側膨張弁を閉止するようにしているため、空気熱交換器における結露を確実に防ぐことができる。
[第1実施形態]
(1)空気調和システムの構成
図1は、本発明にかかる第1実施形態の空気調和システム1の概略の冷媒回路図である。空気調和システム1は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって、ビル等の屋内の潜熱負荷及び顕熱負荷を処理する空気調和システムである。空気調和システム1は、いわゆる、セパレート型のマルチ空気調和システムであり、主として、複数台(本実施形態では、2台)の利用ユニット2、3と、熱源ユニット6と、利用ユニット2、3と熱源ユニット6とを接続する連絡配管7、8とを備えている。本実施形態において、熱源ユニット6は、利用ユニット2、3に共通の熱源として機能する。また、本実施形態において、熱源ユニット6は、1台だけであるが、利用ユニット2、3の台数が多い場合等においては複数台を並列に接続していてもよい。
利用ユニット2、3は、ビル等の屋内の天井に埋め込みや吊り下げ等により、壁掛け等により、又は、天井裏の空間に設置されている。利用ユニット2、3は、連絡配管7、8を介して熱源ユニット6に接続されており、熱源ユニット6との間で冷媒回路10を構成している。利用ユニット2、3は、この冷媒回路10内において冷媒を循環させて蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって、屋内の潜熱負荷及び顕熱負荷を処理することが可能である。
利用ユニット2は、主として、冷媒回路10の一部を構成しており、空気を除湿又は加湿することが可能な利用側冷媒回路10aを備えている。この利用側冷媒回路10aは、主として、利用側四路切換弁21と、第1吸着熱交換器22と、第2吸着熱交換器23と、利用側膨張弁24とを備えている。
また、利用ユニット2は、詳細は図示しないが、屋外の空気(以下、屋外空気OAとする)をユニット内に吸入するための外気吸入口と、ユニット内から屋外に空気を排出するための排気口と、屋内の空気(以下、屋内空気RAとする)をユニット内に吸入するための内気吸入口と、ユニット内から屋内に吹き出される空気(以下、供給空気SAとする)を供給するための給気口と、排気口に連通するようにユニット内に配置された排気ファンと、給気口に連通するようにユニット内に配置された給気ファンと、空気流路を切り換えるためのダンパー等からなる切換機構とを備えている。これにより、利用ユニット2は、屋外空気OAを外気吸入口からユニット内に吸入して第1又は第2吸着熱交換器22、23を通過させた後に給気口から屋内に供給空気SAとして供給したり、屋外空気OAを外気吸入口からユニット内に吸入して第1又は第2吸着熱交換器22、23を通過させた後に排気口から屋外に排出空気EAとして排出したり、屋内空気RAを内気吸入口からユニット内に吸入して第1又は第2吸着熱交換器22、23を通過させた後に給気口から屋内に供給空気SAとして供給したり、屋内空気RAを内気吸入口からユニット内に吸入して第1又は第2吸着熱交換器22、23を通過させた後に排気口から屋外に排出空気EAとして排出することができるようになっている。
熱源ユニット6は、ビル等の屋上等に設置されており、連絡配管7、8を介して利用ユニット2、3に接続されており、利用ユニット2、3との間で冷媒回路10を構成している。
次に、熱源ユニット6の構成について説明する。熱源ユニット6は、主として、冷媒回路10の一部を構成しており、熱源側冷媒回路10cを備えている。この熱源側冷媒回路10cは、主として、圧縮機構61と、圧縮機構61の吸入側に接続されるアキュムレータ62とを備えている。
アキュムレータ62は、利用側冷媒回路10a、10bの運転負荷の変動に伴う冷媒循環量の増減により発生する余剰冷媒を溜める容器である。
次に、本実施形態の空気調和システム1の動作について説明する。空気調和システム1は、以下のような各種の除湿運転や加湿運転を行うことができる。
<全換気モード>
まず、全換気モードにおける除湿運転及び加湿運転について説明する。全換気モードにおいては、利用ユニット2、3の給気ファン及び排気ファンを運転すると、屋外空気OAが外気吸入口を通じてユニット内に吸入されて給気口を通じて供給空気SAとして屋内に供給され、屋内空気RAが内気吸入口を通じてユニット内に吸入されて排気口を通じて排出空気EAとして屋外に排出される運転が行われる。
除湿運転中には、図2及び図3に示されるように、例えば、利用ユニット2においては、第1吸着熱交換器22が凝縮器となって第2吸着熱交換器23が蒸発器となる第1動作と、第2吸着熱交換器23が凝縮器となって第1吸着熱交換器22が蒸発器となる第2動作とが交互に繰り返される。利用ユニット3においても同様に、第1吸着熱交換器32が凝縮器となって第2吸着熱交換器33が蒸発器となる第1動作と、第2吸着熱交換器33が凝縮器となって第1吸着熱交換器32が蒸発器となる第2動作とが交互に繰り返される。
第1動作では、第1吸着熱交換器22、32についての再生動作と、第2吸着熱交換器23、33についての吸着動作とが並行して行われる。第1動作中は、図2に示されるように、利用側四路切換弁21、31が第1状態(図2の利用側四路切換弁21、31の実線を参照)に設定される。この状態で、圧縮機構61から吐出された高圧のガス冷媒は、吐出ガス連絡配管7、利用側四路切換弁21、31を通じて第1吸着熱交換器22、32に流入し、第1吸着熱交換器22、32を通過する間に凝縮する。そして、凝縮された冷媒は、利用側膨張弁24、34で減圧されて、その後、第2吸着熱交換器23、33を通過する間に蒸発し、利用側四路切換弁21、31、吸入ガス連絡配管8、アキュムレータ62を通じて圧縮機構61に再び吸入される(図2の冷媒回路10に付された矢印を参照)。
まず、リモコン11、12によって屋内の空気の目標温度及び目標相対湿度が設定されると、利用ユニット2、3の利用側制御部28、38には、これらの目標温度値及び目標相対湿度値とともに、RA吸入温度・湿度センサ25、35によって検出されたユニット内に吸入される屋内の空気の温度値及び相対湿度値と、OA吸入温度・湿度センサ26、36によって検出されたユニット内に吸入される屋外の空気の温度値及び相対湿度値とが入力される。
全換気モードの加湿運転中の動作について、図6及び図7を用いて説明する。ここで、図6及び図7は、空気調和システム1における全換気モードの加湿運転時の動作を示す概略の冷媒回路図である。尚、空気調和システム1において行われているシステム制御については、上述の全換気モードの除湿運転と同様であるため、説明を省略する。
このように、この空気調和システム1では、全換気モードの加湿運転において、屋外の空気を加湿するとともに、切換時間間隔に応じて得られる顕熱処理能力によって加熱を行って屋内に供給する加湿運転を行うことができる。
次に、循環モードにおける除湿運転及び加湿運転について説明する。循環モードにおいては、利用ユニット2、3の給気ファン及び排気ファンを運転すると、屋内空気RAが内気吸入口を通じてユニット内に吸入されて給気口を通じて供給空気SAとして屋内に供給され、屋外空気OAが外気吸入口を通じてユニット内に吸入されて排気口を通じて排出空気EAとして屋外に排出される運転が行われる。
除湿運転中には、図8及び図9に示されるように、例えば、利用ユニット2においては、第1吸着熱交換器22が凝縮器となって第2吸着熱交換器23が蒸発器となる第1動作と、第2吸着熱交換器23が凝縮器となって第1吸着熱交換器22が蒸発器となる第2動作とが交互に繰り返される。利用ユニット3においても同様に、第1吸着熱交換器32が凝縮器となって第2吸着熱交換器33が蒸発器となる第1動作と、第2吸着熱交換器33が凝縮器となって第1吸着熱交換器32が蒸発器となる第2動作とが交互に繰り返される。以下、第1動作及び第2動作中における冷媒回路10内の冷媒の流れについては、上述の全換気モードの除湿運転と同様であるため、説明を省略し、第1動作及び第2動作中における空気の流れについてのみ説明する。
このように、この空気調和システム1では、循環モードの除湿運転において、屋内の空気を除湿するとともに、切換時間間隔に応じて得られる顕熱処理能力によって冷却を行って屋内に供給する除湿運転を行うことができる。
加湿運転中には、図10及び図11に示されるように、例えば、利用ユニット2においては、第1吸着熱交換器22が凝縮器となって第2吸着熱交換器23が蒸発器となる第1動作と、第2吸着熱交換器23が凝縮器となって第1吸着熱交換器22が蒸発器となる第2動作とが交互に繰り返される。利用ユニット3においても同様に、第1吸着熱交換器32が凝縮器となって第2吸着熱交換器33が蒸発器となる第1動作と、第2吸着熱交換器33が凝縮器となって第1吸着熱交換器32が蒸発器となる第2動作とが交互に繰り返される。以下、第1動作及び第2動作中における冷媒回路10内の冷媒の流れについては、上述の全換気モードの除湿運転と同様であるため、説明を省略し、第1動作及び第2動作中における空気の流れについてのみ説明する。
このように、この空気調和システム1では、循環モードの加湿運転において、屋内の空気を加湿するとともに、切換時間間隔に応じて得られる顕熱処理能力によって加熱を行って屋内に供給する加湿暖房運転を行うことができる。
次に、給気モードにおける除湿運転及び加湿運転について説明する。給気モードにおいては、利用ユニット2、3の給気ファン及び排気ファンを運転すると、屋外空気OAが外気吸入口を通じてユニット内に吸入されて給気口を通じて供給空気SAとして屋内に供給され、屋外空気OAが外気吸入口を通じてユニット内に吸入されて排気口を通じて排出空気EAとして屋外に排出される運転が行われる。
除湿運転中には、図12及び図13に示されるように、例えば、利用ユニット2においては、第1吸着熱交換器22が凝縮器となって第2吸着熱交換器23が蒸発器となる第1動作と、第2吸着熱交換器23が凝縮器となって第1吸着熱交換器22が蒸発器となる第2動作とが交互に繰り返される。利用ユニット3においても同様に、第1吸着熱交換器32が凝縮器となって第2吸着熱交換器33が蒸発器となる第1動作と、第2吸着熱交換器33が凝縮器となって第1吸着熱交換器32が蒸発器となる第2動作とが交互に繰り返される。以下、第1動作及び第2動作中における冷媒回路10内の冷媒の流れについては、上述の全換気モードの除湿運転と同様であるため、説明を省略し、第1動作及び第2動作中における空気の流れについてのみ説明する。
このように、この空気調和システム1では、給気モードの除湿運転において、屋外の空気を除湿するとともに、切換時間間隔に応じて得られる顕熱処理能力によって冷却を行って屋内に供給する除湿運転を行うことができる。
加湿運転中には、図14及び図15に示されるように、例えば、利用ユニット2においては、第1吸着熱交換器22が凝縮器となって第2吸着熱交換器23が蒸発器となる第1動作と、第2吸着熱交換器23が凝縮器となって第1吸着熱交換器22が蒸発器となる第2動作とが交互に繰り返される。利用ユニット3においても同様に、第1吸着熱交換器32が凝縮器となって第2吸着熱交換器33が蒸発器となる第1動作と、第2吸着熱交換器33が凝縮器となって第1吸着熱交換器32が蒸発器となる第2動作とが交互に繰り返される。以下、第1動作及び第2動作中における冷媒回路10内の冷媒の流れについては、上述の全換気モードの除湿運転と同様であるため、説明を省略し、第1動作及び第2動作中における空気の流れについてのみ説明する。
このように、この空気調和システム1では、給気モードの加湿運転において、屋外の空気を加湿するとともに、切換時間間隔に応じて得られる顕熱処理能力によって加熱を行って屋内に供給する加湿運転を行うことができる。
次に、排気モードにおける除湿運転及び加湿運転について説明する。排気モードにおいては、利用ユニット2、3の給気ファン及び排気ファンを運転すると、屋内空気RAが内気吸入口を通じてユニット内に吸入されて給気口を通じて供給空気SAとして屋内に供給され、屋内空気RAが内気吸入口を通じてユニット内に吸入されて排気口を通じて排出空気EAとして屋外に排出される運転が行われる。
除湿運転中には、図16及び図17に示されるように、例えば、利用ユニット2においては、第1吸着熱交換器22が凝縮器となって第2吸着熱交換器23が蒸発器となる第1動作と、第2吸着熱交換器23が凝縮器となって第1吸着熱交換器22が蒸発器となる第2動作とが交互に繰り返される。利用ユニット3においても同様に、第1吸着熱交換器32が凝縮器となって第2吸着熱交換器33が蒸発器となる第1動作と、第2吸着熱交換器33が凝縮器となって第1吸着熱交換器32が蒸発器となる第2動作とが交互に繰り返される。以下、第1動作及び第2動作中における冷媒回路10内の冷媒の流れについては、上述の全換気モードの除湿運転と同様であるため、説明を省略し、第1動作及び第2動作中における空気の流れについてのみ説明する。
このように、この空気調和システム1では、排気モードの除湿運転において、屋内の空気を除湿するとともに、切換時間間隔に応じて得られる顕熱処理能力によって冷却を行って屋内に供給する除湿運転を行うことができる。
このように、この空気調和システム1では、排気モードの加湿運転において、屋内の空気を加湿するとともに、切換時間間隔に応じて得られる顕熱処理能力によって加熱を行って屋内に供給する加湿運転を行うことができる。
次に、空気調和システム1を部分負荷運転する場合の動作について説明する。例として、図20及び図21に示されるように、全換気モードにおける除湿運転状態において、利用ユニット3の運転を停止し、利用ユニット2のみが運転している場合について説明する。ここで、図20及び図21は、空気調和システム1における全換気モードの除湿運転時の部分負荷運転の動作を示す概略の冷媒回路図である。
すると、冷媒回路10内を循環する冷媒量が減少して、冷媒回路10内に余剰冷媒が発生する。この余剰冷媒は、吸着熱交換器22、23、32、33内に溜まり込むことなく、アキュムレータ62に溜まることになる。これにより、圧縮機構61の吸入圧力の低下や吐出圧力の上昇、又は、吸着熱交換器22、23、32、33内への冷媒の溜まり込み等が抑えられて、部分負荷運転が安定的に行われる。
本実施形態の空気調和システム1には、以下のような特徴がある。
(A)
本実施形態の空気調和システム1では、吸着熱交換器22、23、32、33の吸着動作及び再生動作を交互に行うことで吸着熱交換器22、23、32、33を通過する空気を除湿又は加湿することによって主として屋内の潜熱負荷を処理することが可能な複数の利用側冷媒回路10a、10bを備えた利用ユニット2、3が、吐出ガス連絡配管7及び吸入ガス連絡配管8を介して、圧縮機構61を有する熱源側冷媒回路10cを備えた熱源ユニット6に接続されることによって、いわゆる、マルチ空気調和システムを構成している。つまり、利用側冷媒回路との間で蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うための熱源を複数の利用側冷媒回路に共通の1つの熱源にまとめるようにしている。これにより、吸着熱交換器を用いた空気調和装置を複数台設置する際に生じるコストアップやメンテナンス箇所の増加を抑えることができる。
しかも、熱源側冷媒回路10cは、圧縮機構61の吸入側に接続された液溜容器としてのアキュムレータ62を有しており、空気調和システム1の運転負荷の変動に伴い、冷媒循環量が減少した場合に増加する余剰冷媒を溜めておくことができる。これにより、冷媒循環量の減少に伴って発生する余剰冷媒を溜めるためのレシーバを、利用側冷媒回路10a、10bの数、すなわち、吸着熱交換器22、23、32、33の数に対応して接続する必要がなくなり、これによるコストアップや吸着熱交換器22、23、32、33を内蔵する利用ユニット2、3のサイズが大きくなるのを抑えることができる。
上述の実施形態の熱源ユニット6の熱源側冷媒回路10cにおいて、図22に示されるように、圧縮機構61の吐出側に補助凝縮器66を接続して、圧縮機構61から吐出されて利用ユニット2、3に送られる高圧のガス冷媒の一部を凝縮させることができるようにしてもよい。
[第2実施形態]
(1)空気調和システムの構成
図23は、本発明にかかる第2実施形態の空気調和システム101の概略の冷媒回路図である。空気調和システム101は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって、ビル等の屋内の潜熱負荷及び顕熱負荷を処理する空気調和システムである。空気調和システム101は、いわゆる、セパレート型のマルチ空気調和システムであり、主として屋内の潜熱負荷を処理する潜熱負荷処理システム201と、主として屋内の顕熱負荷を処理する顕熱負荷処理システム301とを備えている。
顕熱負荷処理システム301は、主として、複数台(本実施形態では、2台)の顕熱系統利用ユニット302、303と、顕熱系統熱源ユニット306と、顕熱系統利用ユニット302、303と顕熱系統熱源ユニット306とを接続する顕熱系統連絡配管307、308とを備えている。本実施形態において、顕熱系統熱源ユニット306は、顕熱系統利用ユニット302、303に共通の熱源として機能する。また、本実施形態において、顕熱系統熱源ユニット306は、1台だけであるが、顕熱系統利用ユニット302、303の台数が多い場合等においては複数台を並列に接続していてもよい。
顕熱系統利用ユニット302、303は、ビル等の屋内の天井に埋め込みや吊り下げ等により、壁掛け等により、又は、天井裏の空間に設置されている。顕熱系統利用ユニット302、303は、顕熱系統連絡配管307、308を介して顕熱系統熱源ユニット306に接続されており、顕熱系統熱源ユニット306との間で顕熱系統冷媒回路310を構成している。顕熱系統利用ユニット302、303は、この顕熱系統冷媒回路310内において冷媒を循環させて蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって、主として屋内の顕熱負荷を処理することが可能である。そして、顕熱系統利用ユニット302は潜熱系統利用ユニット202と同じ空調空間に設置されており、顕熱系統利用ユニット303は潜熱系統利用ユニット203と同じ空調空間に設置されている。すなわち、潜熱系統利用ユニット202と顕熱系統利用ユニット302とがペアになって、ある空調空間の潜熱負荷及び顕熱負荷を処理しており、潜熱系統利用ユニット203と顕熱系統利用ユニット303とがペアになって、別の空調空間の潜熱負荷及び顕熱負荷を処理している。
顕熱系統熱源ユニット306は、ビル等の屋上等に設置されており、顕熱系統連絡配管307、308を介して顕熱系統利用ユニット302、303に接続されており、顕熱系統利用ユニット302、303との間で顕熱系統冷媒回路310を構成している。
次に、顕熱系統熱源ユニット306の構成について説明する。顕熱系統熱源ユニット306は、主として、顕熱系統冷媒回路310の一部を構成しており、顕熱系統熱源側冷媒回路310cを備えている。この顕熱系統熱源側冷媒回路310cは、主として、顕熱系統圧縮機構361と、顕熱系統熱源側四路切換弁362と、顕熱系統熱源側熱交換器363と、顕熱系統熱源側膨張弁364と、顕熱系統レシーバ368とを備えている。
顕熱系統熱源側四路切換弁362は、冷房運転と暖房運転との切り換え時に、顕熱系統熱源側冷媒回路310c内における冷媒の流路を切り換えるための弁であり、その第1ポート362aは顕熱系統圧縮機構361の吐出側に接続されており、その第2ポート362bは顕熱系統圧縮機構361の吸入側に接続されており、その第3ポート362cは顕熱系統熱源側熱交換器363のガス側端部に接続されており、その第4ポート362dは顕熱系統ガス連絡配管308に接続されている。そして、顕熱系統熱源側四路切換弁362は、第1ポート362aと第3ポート362cとを接続するとともに第2ポート362bと第4ポート362dとを接続(冷房運転状態、図23の顕熱系統熱源側四路切換弁362の実線を参照)したり、第1ポート362aと第4ポート362dとを接続するとともに第2ポート362bと第3ポート362cとを接続(暖房運転状態、図23の顕熱系統熱源側四路切換弁362の破線を参照)する切り換えを行うことが可能である。
また、顕熱系統熱源ユニット306には、各種のセンサが設けられている。具体的には、顕熱系統熱源ユニット306は、顕熱系統圧縮機構361の吸入圧力を検出する顕熱系統吸入圧力センサ366と、顕熱系統圧縮機構361の吐出圧力を検出する顕熱系統吐出圧力センサ367と、顕熱系統熱源ユニット306を構成する各部の動作を制御する顕熱系統熱源側制御部365とを備えている。そして、顕熱系統熱源側制御部365は、顕熱系統熱源ユニット306の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータやメモリを有しており、顕熱系統利用ユニット302、303の顕熱系統利用側制御部328、338との間で制御信号を伝送できるようになっている。また、顕熱系統熱源側制御部365は、潜熱系統熱源側制御部265との間でも制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。さらに、顕熱系統熱源側制御部365は、潜熱系統熱源側制御部265を介して潜熱系統利用側制御部228、238との間でも制御信号のやりとりを行うことができるようになっている。
次に、本実施形態の空気調和システム101の動作について説明する。空気調和システム101は、屋内の潜熱負荷を潜熱負荷処理システム201で処理し、屋内の顕熱負荷を主として顕熱負荷処理システム301で処理することができる。以下に、各種の運転動作について説明する。
まず、潜熱負荷処理システム201を全換気モードで除湿運転を行いつつ、顕熱負荷処理システム301で冷房運転を行う冷房除湿運転における動作について、図24、図25及び図26を用いて説明する。ここで、図24及び図25は、空気調和システム101における全換気モードの除湿冷房運転時の動作を示す概略の冷媒回路図である。図26は、空気調和システム101における通常運転時の制御フロー図である。尚、図26においては、潜熱系統利用ユニット202及び顕熱系統利用ユニット302のペアと潜熱系統利用ユニット203及び顕熱系統利用ユニット303のペアとは同様の制御フローであるため、潜熱系統利用ユニット202及び顕熱系統利用ユニット303のペアの制御フローの図示を省略している。
潜熱負荷処理システム201の潜熱系統利用ユニット202においては、上述の潜熱負荷処理システム201の単独運転時の場合と同様に、第1吸着熱交換器222が凝縮器となって第2吸着熱交換器223が蒸発器となる第1動作と、第2吸着熱交換器223が凝縮器となって第1吸着熱交換器222が蒸発器となる第2動作とが交互に繰り返される。潜熱系統利用ユニット203においても同様に、第1吸着熱交換器232が凝縮器となって第2吸着熱交換器233が蒸発器となる第1動作と、第2吸着熱交換器233が凝縮器となって第1吸着熱交換器232が蒸発器となる第2動作とが交互に繰り返される。
第1動作では、第1吸着熱交換器222、232についての再生動作と、第2吸着熱交換器223、233についての吸着動作とが並行して行われる。第1動作中は、図24に示されるように、潜熱系統利用側四路切換弁221、231が第1状態(図24の潜熱系統利用側四路切換弁221、231の実線を参照)に設定される。この状態で、潜熱系統圧縮機構261から吐出された高圧のガス冷媒は、潜熱系統吐出ガス連絡配管207、潜熱系統利用側四路切換弁221、231を通じて第1吸着熱交換器222、232に流入し、第1吸着熱交換器222、232を通過する間に凝縮する。そして、凝縮された冷媒は、潜熱系統利用側膨張弁224、234で減圧されて、その後、第2吸着熱交換器223、233を通過する間に蒸発し、潜熱系統利用側四路切換弁221、231、潜熱系統吸入ガス連絡配管208、潜熱系統アキュムレータ262を通じて潜熱系統圧縮機構261に再び吸入される(図24の潜熱系統冷媒回路210に付された矢印を参照)。
まず、リモコン111、112によって目標温度及び目標相対湿度が設定されると、潜熱系統利用ユニット202、203の潜熱系統利用側制御部228、238には、これらの目標温度値及び目標相対湿度値とともに、RA吸入温度・湿度センサ225、235によって検出されたユニット内に吸入される屋内の空気の温度値及び相対湿度値と、OA吸入温度・湿度センサ226、236によって検出されたユニット内に吸入される屋外の空気の温度値及び相対湿度値とが入力される。
顕熱負荷処理システム301の顕熱系統熱源ユニット306の顕熱系統熱源側四路切換弁362が冷房運転状態(第1ポート362aと第3ポート362cとが接続され、かつ、第2ポート362bと第4ポート362dとが接続された状態)になっている。また、顕熱系統利用ユニット302、303の顕熱系統利用側膨張弁321、331は、冷媒を減圧するように開度調節されている。顕熱系統熱源側膨張弁364は開けられた状態になっている。
まず、リモコン111、112によって目標温度が設定されると、顕熱系統利用ユニット302、303の顕熱系統利用側制御部328、338には、これらの目標温度値とともに、RA吸入温度センサ325、335によって検出されたユニット内に吸入される屋内の空気の温度値が入力される。
まず、潜熱系統利用側制御部228、238においては、上述のRA吸入温度・湿度センサ225、235によって検出されたユニット内に吸入される屋内の空気の温度値及び相対湿度値等とともに、SA供給温度センサ227、237によって検出されたユニット内から屋内に供給される空気の温度値が入力されているため、ステップS18において、RA吸入温度・湿度センサ225、235によって検出された温度値と、SA供給温度センサ227、237によって検出された温度値との温度差である発生顕熱能力値Δtを演算する。そして、この発生顕熱能力値Δtの値を、顕熱系統利用ユニット302、303の処理能力を下げる必要があるかどうかを顕熱系統熱源側制御部365に知らせるための顕熱処理信号K3に変換する。例えば、Δtの絶対値が所定値よりも小さい場合(すなわち、潜熱系統利用ユニット202、203から屋内に供給される空気の温度値が屋内の空気の温度値に近い値であり、顕熱系統利用ユニット302、303の処理能力を増減する必要がない場合)には顕熱処理信号K3を「0」とし、Δtの絶対値が所定値よりも顕熱系統利用ユニット302、303の処理能力を下げなければならない方向に大きい場合(すなわち、冷房運転においては潜熱系統利用ユニット202、203から屋内に供給される空気の温度値が屋内の空気の温度値よりも低い値であり、顕熱系統利用ユニット302、303の処理能力を下げる必要がある場合)には顕熱処理信号K3を「a’」とする。
このようにして決定された顕熱系統圧縮機構361の運転容量を用いて、顕熱系統圧縮機構361の運転容量を制御することで、顕熱系統利用ユニット302、303の目標温度に近づけるシステム制御を行っている。例えば、温度差ΔTe2が正値の場合には顕熱系統圧縮機構361の運転容量を減少させ、逆に、温度差ΔTe2が負値の場合には顕熱系統圧縮機構361の運転容量を増加させるように制御する。
<加湿暖房運転>
次に、潜熱負荷処理システム201を全換気モードで加湿運転を行いつつ、顕熱負荷処理システム301で暖房運転を行う加湿暖房運転における動作について、図26〜図28を用いて説明する。ここで、図27及び図28は、空気調和システム101における全換気モードの加湿暖房運転時の動作を示す概略の冷媒回路図である。
潜熱負荷処理システム201の潜熱系統利用ユニット202においては、上述の潜熱負荷処理システム201の単独運転時の場合と同様に、第1吸着熱交換器222が凝縮器となって第2吸着熱交換器223が蒸発器となる第1動作と、第2吸着熱交換器223が凝縮器となって第1吸着熱交換器222が蒸発器となる第2動作とが交互に繰り返される。潜熱系統利用ユニット203においても同様に、第1吸着熱交換器232が凝縮器となって第2吸着熱交換器233が蒸発器となる第1動作と、第2吸着熱交換器233が凝縮器となって第1吸着熱交換器232が蒸発器となる第2動作とが交互に繰り返される。
第1動作では、第1吸着熱交換器222、232についての再生動作と、第2吸着熱交換器223、233についての吸着動作とが並行して行われる。第1動作中は、図27に示されるように、潜熱系統利用側四路切換弁221、231が第1状態(図27の潜熱系統利用側四路切換弁221、231の実線を参照)に設定される。この状態で、潜熱系統圧縮機構261から吐出された高圧のガス冷媒は、潜熱系統吐出ガス連絡配管207、潜熱系統利用側四路切換弁221、231を通じて第1吸着熱交換器222、232に流入し、第1吸着熱交換器222、232を通過する間に凝縮する。そして、凝縮された冷媒は、潜熱系統利用側膨張弁224、234で減圧されて、その後、第2吸着熱交換器223、233を通過する間に蒸発し、潜熱系統利用側四路切換弁221、231、潜熱系統吸入ガス連絡配管208、潜熱系統アキュムレータ262を通じて潜熱系統圧縮機構261に再び吸入される(図27の潜熱系統冷媒回路210に付された矢印を参照)。
まず、リモコン111、112によって目標温度及び目標相対湿度が設定されると、潜熱系統利用ユニット202、203の潜熱系統利用側制御部228、238には、これらの目標温度値及び目標相対湿度値とともに、RA吸入温度・湿度センサ225、235によって検出されたユニット内に吸入される屋内の空気の温度値及び相対湿度値と、OA吸入温度・湿度センサ226、236によって検出されたユニット内に吸入される屋外の空気の温度値及び相対湿度値とが入力される。
顕熱負荷処理システム301の顕熱系統熱源ユニット306の顕熱系統熱源側四路切換弁362が暖房運転状態(第1ポート362aと第4ポート362dとが接続され、かつ、第2ポート362bと第3ポート362cとが接続された状態)になっている。また、顕熱系統利用ユニット302、303の顕熱系統利用側膨張弁321、331は、顕熱系統利用ユニット302、303の暖房負荷に応じて、開度調節されている。顕熱系統熱源側膨張弁364は、冷媒を減圧するように開度調節されている。
まず、リモコン111、112によって目標温度が設定されると、顕熱系統利用ユニット302、303の顕熱系統利用側制御部328、338には、これらの目標温度値とともに、RA吸入温度センサ325、335によって検出されたユニット内に吸入される屋内の空気の温度値が入力される。
このため、この空気調和システム101では、除湿冷房運転時と同様のシステム制御を行っている。
このようにして決定された顕熱系統圧縮機構361の運転容量を用いて、顕熱系統圧縮機構361の運転容量を制御することで、顕熱系統利用ユニット302、303の目標温度に近づけるシステム制御を行っている。例えば、温度差ΔTc2が正値の場合には顕熱系統圧縮機構361の運転容量を増加させ、逆に、温度差ΔTc2が負値の場合には顕熱系統圧縮機構361の運転容量を減少させるように制御する。
<システム起動>
次に、空気調和システム101の起動時の動作について、図5、図24、図25、図29及び図30を用いて説明する。ここで、図29は、空気調和システム101における第1のシステム起動時の動作を示す概略の冷媒回路図である。図30は、空気調和システム101における第2のシステム起動時の動作を示す概略の冷媒回路図である。
リモコン111、112から運転指令がされると、顕熱負荷処理システム301が起動して冷房運転が行われる。ここで、顕熱負荷処理システム301の冷房運転時の動作については、上述の除湿冷房運転時と同様であるため説明を省略する。
すると、潜熱系統利用ユニット202、203の吸着熱交換器222、223、232、233において冷媒と空気とが熱交換しない状態となっているため、潜熱系統熱源ユニット306の潜熱系統圧縮機構261が起動されず、潜熱負荷処理システム201において潜熱処理を行わない状態となる。
リモコン111、112から運転指令がされると、顕熱負荷処理システム301が起動して冷房運転が行われる。ここで、顕熱負荷処理システム301の冷房運転時の動作については、上述と同様であるため説明を省略する。
リモコン111、112から運転指令がされると、顕熱負荷処理システム301が起動して冷房運転が行われる。ここで、顕熱負荷処理システム301の冷房運転時の動作については、上述と同様であるため説明を省略する。
本実施形態の空気調和システム101には、以下のような特徴がある。
(A)
本実施形態の空気調和システム101では、潜熱負荷処理システム201が第1実施形態の空気調和システム1と同じ構成であるため、この第1実施形態の空気調和システム1と同様な特徴を有している。
本実施形態の空気調和システム101では、空気調和システム101全体として処理しなければならない潜熱負荷である必要潜熱処理能力(Δhに相当)と、空気調和システム101全体として処理しなければならない顕熱負荷である必要顕熱処理能力(ΔTに相当)とが、潜熱負荷処理システム201の潜熱系統冷媒回路210及び顕熱負荷処理システム301の顕熱系統冷媒回路310を用いて処理されている。ここで、潜熱系統冷媒回路210の処理能力の増減は、主として潜熱系統圧縮機構261の運転容量の制御によって行われている。また、顕熱系統冷媒回路310の処理能力の増減は、主として顕熱系統圧縮機構361の運転容量の制御によって行われている。つまり、潜熱系統冷媒回路210の処理能力の増減と、顕熱系統冷媒回路310の処理能力の増減とは、基本的に別々に行われている。
本実施形態の空気調和システム101では、システム起動時において、顕熱系統利用ユニット302、303の空気熱交換器322、332において熱交換された空気を屋内に供給することにより主として顕熱処理を行い、かつ、屋外の空気を潜熱系統利用ユニット202、203の吸着熱交換器222、223、232、233を通過させないようにして外気導入を行わないようにすることができるため、システム起動時に、潜熱負荷処理システムの空調能力が発揮されていない状態において外気からの熱負荷を導入することを防ぐことができるようになり、屋内の空気の目標温度に速く到達させることができる。これにより、これにより、吸着熱交換器222、223、232、233を有し主として屋内の潜熱負荷を処理する潜熱負荷処理システム201と、空気熱交換器322、332を有し主として屋内の顕熱負荷を処理する顕熱負荷処理システム301とから構成される空気調和システム101において、システム起動時に速く冷房及び暖房を行うことができる。
(4)変形例
本実施形態の潜熱系統熱源ユニット206においても、図31に示されるように、第1実施形態の熱源ユニット6と同様に、潜熱系統補助凝縮器266を接続して、潜熱系統圧縮機構261から吐出されて潜熱系統利用ユニット202、203に送られる高圧のガス冷媒の一部を凝縮させることができるようにしてもよい。
(1)空気調和システムの構成
図32は、本発明にかかる第3実施形態の空気調和システム401の概略の冷媒回路図である。空気調和システム401は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって、ビル等の屋内の潜熱負荷及び顕熱負荷を処理する空気調和システムである。空気調和システム401は、いわゆる、セパレート型のマルチ空気調和システムであり、主として屋内の潜熱負荷を処理する潜熱負荷処理システム201と、主として屋内の顕熱負荷を処理する顕熱負荷処理システム501とを備えている。
顕熱負荷処理システム501は、顕熱系統利用ユニット502、503に結露センサ526、536が設けられている点及びRA吸入温度・湿度センサ525、535が設けられている点が第2実施形態の顕熱負荷処理システム301と異なるが、他の構成については第2実施形態の空気調和システム101の顕熱負荷処理システム301と同様の構成であるため、第2実施形態の顕熱負荷処理システム301の各部を示す符号をすべて500番台の符号に変えるのみとし、ここでは、各部の説明を省略する。
RA吸入温度・湿度センサ525、535は、ユニット内に吸入される屋内空気RAの温度及び相対湿度を検出する温度・湿度センサである。
しかも、上述のとおり、潜熱負荷処理システム201に使用されている潜熱系統利用ユニット202、203は、吸着熱交換器222、223、232、233の吸着動作及び再生動作によって潜熱処理できるようになっているため、顕熱系統利用ユニット502、503と同様、ドレン配管が接続されていない。つまり、本実施形態の空気調和システム401全体として、ドレンレスシステムが実現されている。
次に、本実施形態の空気調和システム401の動作について説明する。空気調和システム401は、屋内の潜熱負荷を潜熱負荷処理システム201で処理し、屋内の顕熱負荷のみを顕熱負荷処理システム501で処理することができる。以下に、各種の運転動作について説明する。
潜熱負荷処理システム201を全換気モードで除湿運転を行いつつ、顕熱負荷処理システム501で顕熱冷房運転を行うドレンレス除湿冷房運転における動作について、図33、図34及び図35を用いて説明する。ここで、図33及び図34は、空気調和システム401における全換気モードのドレンレス除湿冷房運転時の動作を示す概略の冷媒回路図である。図35は、空気調和システム401における通常運転時の制御フロー図である。尚、図35においては、潜熱系統利用ユニット202及び顕熱系統利用ユニット502のペアと潜熱系統利用ユニット203及び顕熱系統利用ユニット503のペアとは同様の制御フローであるため、潜熱系統利用ユニット203及び顕熱系統利用ユニット503のペアの制御フローの図示を省略している。
潜熱負荷処理システム201の潜熱系統利用ユニット202においては、第2実施形態の空気調和システム101における除湿冷房運転時の場合と同様に、第1吸着熱交換器222が凝縮器となって第2吸着熱交換器223が蒸発器となる第1動作と、第2吸着熱交換器223が凝縮器となって第1吸着熱交換器222が蒸発器となる第2動作とが交互に繰り返される。潜熱系統利用ユニット203においても同様に、第1吸着熱交換器232が凝縮器となって第2吸着熱交換器233が蒸発器となる第1動作と、第2吸着熱交換器233が凝縮器となって第1吸着熱交換器232が蒸発器となる第2動作とが交互に繰り返される。
第1動作では、第1吸着熱交換器222、232についての再生動作と、第2吸着熱交換器223、233についての吸着動作とが並行して行われる。第1動作中は、図33に示されるように、潜熱系統利用側四路切換弁221、231が第1状態(図33の潜熱系統利用側四路切換弁221、231の実線を参照)に設定される。この状態で、潜熱系統圧縮機構261から吐出された高圧のガス冷媒は、潜熱系統吐出ガス連絡配管207、潜熱系統利用側四路切換弁221、231を通じて第1吸着熱交換器222、232に流入し、第1吸着熱交換器222、232を通過する間に凝縮する。そして、凝縮された冷媒は、潜熱系統利用側膨張弁224、234で減圧されて、その後、第2吸着熱交換器223、233を通過する間に蒸発し、潜熱系統利用側四路切換弁221、231、潜熱系統吸入ガス連絡配管208、潜熱系統アキュムレータ262を通じて潜熱系統圧縮機構261に再び吸入される(図33の潜熱系統冷媒回路210に付された矢印を参照)。
まず、リモコン411、412によって目標温度及び目標相対湿度が設定されると、潜熱系統利用ユニット202、203の潜熱系統利用側制御部228、238には、これらの目標温度値及び目標相対湿度値とともに、RA吸入温度・湿度センサ225、235によって検出されたユニット内に吸入される屋内の空気の温度値及び相対湿度値と、OA吸入温度・湿度センサ226、236によって検出されたユニット内に吸入される屋外の空気の温度値及び相対湿度値とが入力される。
顕熱負荷処理システム501の顕熱系統熱源ユニット506の顕熱系統熱源側四路切換弁562が冷房運転状態(第1ポート562aと第3ポート562cとが接続され、かつ、第2ポート562bと第4ポート562dとが接続された状態)になっている。また、顕熱系統利用ユニット502、503の顕熱系統利用側膨張弁521、531は、冷媒を減圧するように開度調節されている。顕熱系統熱源側膨張弁564は開けられた状態になっている。
まず、リモコン411、412によって目標温度が設定されると、顕熱系統利用ユニット502、503の顕熱系統利用側制御部528、538には、これらの目標温度値とともに、RA吸入温度・湿度センサ525、535によって検出されたユニット内に吸入される屋内の空気の温度値及び相対湿度値が入力される。
まず、ステップS52において、顕熱系統利用側制御部528、538は、RA吸入温度・湿度センサ525、535によって検出されたユニット内に吸入される屋内の空気の温度値及び相対湿度値から露点温度を演算し、空気熱交換器522、532において空気が結露しないように、すなわち、少なくともこの露点温度以上になるように空気熱交換器522、532内を流れる冷媒の最低蒸発温度値Te3を演算する。
一方、潜熱系統利用側制御部228、238においては、ステップS42において、吸着熱交換器222、223及び吸着熱交換器232、233における吸着動作及び再生動作の切換時間間隔が顕熱優先モード(例えば、図5の時間D)であり、かつ、能力UP信号K2が「b」である場合(顕熱系統利用側ユニット502、503における必要顕熱処理能力が小さくなった場合)には、ステップS54において、切換時間間隔を潜熱優先モード(例えば、図5の時間C)に変更する。逆に、その他の条件の場合には、ステップS43に移行する。
次に、空気調和システム401の起動時の動作について、図36、図37、図38及び図39を用いて説明する。空気調和システム401では、顕熱系統利用ユニット502、503の空気熱交換器522、532において結露が生じさせることなく、システム起動を行うドレンレスシステム起動が行われる。ここで、図36は、空気調和システム401における第1のドレンレスシステム起動時の動作を示す概略の冷媒回路図である。図37は、空気調和システム401のドレンレスシステム起動時の屋内の空気の状態を示す空気線図である。図38及び図39は、空気調和システム401における第2のドレンレスシステム起動時の動作を示す概略の冷媒回路図である。
リモコン411、412から運転指令がされると、顕熱負荷処理システム501を停止した状態で、潜熱負荷処理システム201が起動して除湿運転が行われる。ここで、潜熱負荷処理システム201の除湿運転時の動作については、上述のドレンレス除湿冷房運転時の動作(但し、切換時間間隔は潜熱優先モードの時間Cに固定)と同様であるため説明を省略する。
このように、空気調和システム401では、顕熱負荷処理システム301による屋内の顕熱負荷の処理よりも潜熱負荷処理システム201による屋内の潜熱負荷の処理を優先するようにしているため、潜熱負荷処理システム201による潜熱処理を行うことで屋内の空気の湿度を十分に低下させて空気熱交換器522、532における冷媒の蒸発温度を低くできるようにした後に、顕熱負荷処理システム501によって顕熱処理を行うことができるようにしている。これにより、主として屋内の潜熱負荷を処理する吸着熱交換器222、223、232、233を有する潜熱系統利用ユニット202、203を備えた潜熱負荷処理システム201と、空気熱交換器522、532を有し空気熱交換器522、532において空気中の水分が結露しないように運転して屋内の顕熱負荷のみを処理する顕熱系統利用ユニット502、503を備えた顕熱負荷処理システム501とから構成される空気調和システム401において、屋内の空気の露点温度が高い条件の下で、システム起動を行う場合であっても、速く冷房を行うことができる。
リモコン411、412から運転指令がされると、第1のドレンレスシステム起動時と同様に、顕熱負荷処理システム501を停止した状態で、潜熱負荷処理システム201が起動して除湿運転が行われる。ここで、潜熱負荷処理システム201の除湿運転時の動作については、全換気モードではなく、循環モードによって除湿運転を行う。尚、潜熱負荷処理システム501の潜熱系統冷媒回路210の制御については、ドレンレス除湿冷房運転時の動作(但し、切換時間間隔は潜熱優先モードの時間Cに固定)と同様である。また、潜熱負荷処理システム501の潜熱系統利用ユニット202、203の空気の流れについては、潜熱系統利用側四路切換弁221、231、給気ファン、排気ファンやダンパー等の操作により、屋内空気RAが内気吸入口を通じてユニット内に吸入されて給気口を通じて供給空気SAとして屋内に供給され、屋外空気OAが外気吸入口を通じてユニット内に吸入されて排気口を通じて排出空気EAとして屋外に排出される運転が行われる。
本実施形態の空気調和システム401には、以下のような特徴がある。
(A)
本実施形態の空気調和システム101では、潜熱負荷処理システム201が第1実施形態の空気調和システム1と同じ構成であるため、この第1実施形態の空気調和システム1と同様な特徴を有している。
本実施形態の空気調和システム401では、必要顕熱処理能力が大きくなり、顕熱負荷処理システム501における顕熱処理能力を大きくする必要がある場合に、潜熱負荷処理システム201を構成する吸着熱交換器222、223、232、233の吸着動作及び再生動作の切換時間間隔を大きくすることによって、吸着熱交換器222、223、232、233において処理される潜熱処理能力を小さくするとともに顕熱処理能力を大きくする、すなわち、潜熱負荷処理システム201の顕熱処理能力比を大きくして、潜熱負荷処理システム201における顕熱処理能力を大きくすることができるようになっている。
本実施形態の空気調和システム401では、システム起動時において、顕熱負荷処理システム501による屋内の顕熱負荷の処理よりも潜熱負荷処理システム201による屋内の潜熱負荷の処理を優先するようにしているため、潜熱負荷処理システム201による潜熱処理を行うことで屋内の空気の湿度を十分に低下させて空気熱交換器522、532の冷媒の蒸発温度を低くした後に、顕熱負荷処理システム501によって顕熱処理を行うことができるようになる。
これにより、主として屋内の潜熱負荷を処理する吸着熱交換器222、223、232、233を有する潜熱負荷処理システム201と、空気熱交換器522、532を有し空気熱交換器522、532において空気中の水分が結露しないように運転して屋内の顕熱負荷のみを処理する顕熱負荷処理システム501とを組み合わせた空気調和システム401において、屋内の空気の露点温度が高い条件の下で、システム起動を行う場合であっても、空気熱交換器522、532における結露を防ぎつつ、速く冷房を行うことができる。
本実施形態の空気調和システム401では、結露センサ526、536によって空気熱交換器522、532における結露を確実に検出するとともに、結露が検出された場合に、露点温度から演算される最低蒸発圧力値P3を変更することによって空気熱交換器522、532における冷媒の蒸発圧力を変更できるようにしたり、顕熱系統熱源ユニット506を構成する顕熱系統圧縮機構761を停止するようにしたり、顕熱系統利用ユニット502、503の顕熱系統利用側膨張弁521、531を閉止するようにしているため、空気熱交換器522、532における結露を確実に防ぐことができる。
上述の顕熱負荷処理システム501では、RA吸入温度・湿度センサ525、535によって検出された屋内の空気の温度及び相対湿度から屋内の空気の露点温度を演算して、空気熱交換器522、532における冷媒の最低蒸発温度値Te3を演算して、システム制御に使用しているが、図40に示されるように、顕熱系統利用ユニット502、503に露点センサ527、537を設けて、この露点センサ527、537によって検出された露点温度をシステム制御に使用するようにしてもよい。
本実施形態の潜熱系統熱源ユニット206においても、図41に示されるように、第1実施形態の熱源ユニット6と同様に、潜熱系統補助凝縮器266を接続して、潜熱系統圧縮機構261から吐出されて潜熱系統利用ユニット202、203に送られる高圧のガス冷媒の一部を凝縮させることができるようにしてもよい。
[第4実施形態]
(1)空気調和システムの構成
図42は、本発明にかかる第4実施形態の空気調和システム601の概略の冷媒回路図である。空気調和システム601は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって、ビル等の屋内の潜熱負荷及び顕熱負荷を処理する空気調和システムである。空気調和システム701は、いわゆる、セパレート型のマルチ空気調和システムであり、主として屋内の潜熱負荷を処理する潜熱負荷処理システム201と、主として屋内の顕熱負荷を処理する顕熱負荷処理システム701とを備えている。
顕熱負荷処理システム701は、顕熱系統利用ユニット702、703と顕熱系統ガス連絡配管708との間に接続された接続ユニット741、751を有する点のみが異なるが、他の構成については第3実施形態の空気調和システム401の顕熱負荷処理システム501と同様の構成であるため、第3実施形態の顕熱負荷処理システム501の各部を示す符号をすべて700番台の符号に変えるのみとし、ここでは、各部の説明を省略する。
次に、本実施形態の空気調和システム601の動作について説明する。空気調和システム601は、屋内の潜熱負荷を潜熱負荷処理システム201で処理し、屋内の顕熱負荷のみを顕熱負荷処理システム701で処理することができる。以下に、各種の運転動作について説明する。
潜熱負荷処理システム201を全換気モードで除湿運転を行いつつ、顕熱負荷処理システム701で顕熱冷房運転を行うドレンレス冷房運転における動作について、図43、図44、図45及び図46を用いて説明する。ここで、図43及び図44は、空気調和システム601における全換気モードのドレンレス除湿冷房運転時の動作を示す概略の冷媒回路図である。図45は、空気調和システム601における第1のドレンレス除湿冷房運転時の制御フロー図である。また、図46は、空気調和システム601における第2のドレンレス冷房運転時の制御フロー図である。尚、図45及び図46においては、潜熱系統利用ユニット202及び顕熱系統利用ユニット702のペアと潜熱系統利用ユニット203及び顕熱系統利用ユニット703のペアとは同様の制御フローであるため、潜熱系統利用ユニット203及び顕熱系統利用ユニット703のペアの制御フローの図示を省略している。
まず、潜熱負荷処理システム201の動作について説明する。尚、ここでは、顕熱負荷処理システム701の顕熱冷房運転を実現するために必要な動作については後述するものとし、潜熱負荷処理システム201の基本的な動作について先に説明する。
第1動作では、第1吸着熱交換器222、232についての再生動作と、第2吸着熱交換器223、233についての吸着動作とが並行して行われる。第1動作中は、図43に示されるように、潜熱系統利用側四路切換弁221、231が第1状態(図43の潜熱系統利用側四路切換弁221、231の実線を参照)に設定される。この状態で、潜熱系統圧縮機構261から吐出された高圧のガス冷媒は、潜熱系統吐出ガス連絡配管207、潜熱系統利用側四路切換弁221、231を通じて第1吸着熱交換器222、232に流入し、第1吸着熱交換器222、232を通過する間に凝縮する。そして、凝縮された冷媒は、潜熱系統利用側膨張弁224、234で減圧されて、その後、第2吸着熱交換器223、233を通過する間に蒸発し、潜熱系統利用側四路切換弁221、231、潜熱系統吸入ガス連絡配管208、潜熱系統アキュムレータ262を通じて潜熱系統圧縮機構261に再び吸入される(図43の潜熱系統冷媒回路210に付された矢印を参照)。
まず、リモコン611、612によって目標温度及び目標相対湿度が設定されると、潜熱系統利用ユニット202、203の潜熱系統利用側制御部228、238には、これらの目標温度値及び目標相対湿度値とともに、RA吸入温度・湿度センサ225、235によって検出されたユニット内に吸入される屋内の空気の温度値及び相対湿度値と、OA吸入温度・湿度センサ226、236によって検出されたユニット内に吸入される屋外の空気の温度値及び相対湿度値とが入力される。
顕熱負荷処理システム701の顕熱系統熱源ユニット706の顕熱系統熱源側四路切換弁762が冷房運転状態(第1ポート762aと第3ポート762cとが接続され、かつ、第2ポート762bと第4ポート762dとが接続された状態)になっている。また、顕熱系統利用ユニット702、703の顕熱系統利用側膨張弁721、731は、冷媒を減圧するように開度調節されている。顕熱系統熱源側膨張弁764は開けられた状態になっている。
まず、リモコン611、612によって目標温度が設定されると、顕熱系統利用ユニット702、703の顕熱系統利用側制御部728、738には、これらの目標温度値とともに、RA吸入温度・湿度センサ725、735によって検出されたユニット内に吸入される屋内の空気の温度値及び相対湿度値が入力される。
上述の第1のドレンレス除湿冷房運転の方法では、屋内の潜熱負荷の処理が潜熱負荷処理システム201において行われており、顕熱負荷処理システム701において蒸発圧力調節弁742、752を用いて屋内の顕熱負荷のみを処理する顕熱冷房運転が行われている。つまり、潜熱負荷処理システム201及び顕熱負荷処理システム701で処理しなければならない潜熱処理能力(必要潜熱処理能力、Δhに相当)と、潜熱負荷処理システム801及び顕熱負荷処理システム701で処理しなければならない顕熱処理能力(必要顕熱処理能力、ΔTに相当)とは、潜熱負荷処理システム201及び顕熱負荷処理システム701を用いて処理されている。ここで、潜熱負荷処理システム201の処理能力の増減は、主として潜熱系統圧縮機構261の運転容量制御によって行われている。また、顕熱負荷処理システム701の処理能力の増減は、主として顕熱系統圧縮機構761の運転容量制御によって行われている。
空気調和システム601のドレンレスシステム起動運転は、第3実施形態の空気調和システム401におけるドレンレス起動運転と同様であるため、説明を省略する。
(3)空気調和システムの特徴
本実施形態の空気調和システム601には、以下のような特徴がある。
本実施形態の空気調和システム601では、潜熱負荷処理システム201が第1実施形態の空気調和システム1と同じ構成であるため、空気調和システム1と同様な特徴を有している。
しかも、本実施形態の空気調和システム601では、吸着熱交換器222、223、232、233を有する潜熱系統利用側冷媒回路210a、210bを含む潜熱系統利用ユニット202、203と潜熱系統熱源側冷媒回路210cを含む潜熱系統熱源ユニット206とを備えた潜熱負荷処理システム201に加えて、空気熱交換器722、732を有する顕熱系統利用側冷媒回路710a、710bを含む顕熱系統利用ユニット702、703と顕熱系統熱源側冷媒回路710cを含む顕熱系統熱源ユニット706とを備えた顕熱負荷処理システム701をさらに備えている。これにより、屋内の潜熱負荷及び顕熱負荷を2つの処理システム201、701に分けて処理することができる。
本実施形態の空気調和システム601は、第3実施形態の空気調和システム401と同様、必要顕熱処理能力が大きくなり、顕熱負荷処理システム701における顕熱処理能力を大きくする必要がある場合に、潜熱負荷処理システム201を構成する吸着熱交換器222、223、232、233の吸着動作及び再生動作の切換時間間隔を長くすることによって、吸着熱交換器222、223、232、233において処理される潜熱処理能力を小さくするとともに顕熱処理能力を大きくする、すなわち、潜熱負荷処理システム201の顕熱処理能力比を大きくして、潜熱負荷処理システム201における顕熱処理能力を大きくすることができるため、顕熱負荷処理システム701において空気中の水分が結露しないように運転して屋内の顕熱負荷のみを処理しつつ、顕熱処理能力の変動に追従させることができる。
本実施形態の空気調和システム601では、屋内の空気の露点温度に基づいて、例えば、空気熱交換器722、732における冷媒の蒸発温度が屋内の空気の露点温度以下にならないように、蒸発圧力調節弁742、752を制御することによって、空気熱交換器722、732の表面において空気中の水分が結露しないようにして、空気熱交換器722、732におけるドレン水の発生を抑えることができる。これにより、第2の利用側冷媒回路710a、710bを有するユニットにドレン配管が不要となり、第2の利用側冷媒回路710a、710bを有するユニットの設置工事の省力化を図ることができる。
本実施形態の空気調和システム601では、結露センサ726、736によって空気熱交換器722、732における結露を確実に検出するとともに、結露が検出された場合に、露点温度から演算される最低蒸発圧力値P3を変更することによって空気熱交換器722、732における冷媒の蒸発圧力を変更できるようにしたり、顕熱系統熱源ユニット706を構成する顕熱系統圧縮機構761を停止するようにしたり、顕熱系統利用ユニット702、703の顕熱系統利用側膨張弁721、731を閉止するようにしているため、空気熱交換器722、732における結露を確実に防ぐことができる。
上述の顕熱負荷処理システム601では、RA吸入温度・湿度センサ725、735によって検出された屋内の空気の温度及び相対湿度から屋内の空気の露点温度を演算して、空気熱交換器722、732における冷媒の最低蒸発温度値Te3を演算して、システム制御に使用しているが、図47に示されるように、顕熱系統利用ユニット702、703に露点センサ727、737を設けて、この露点センサ727、737によって検出された露点温度をシステム制御に使用するようにしてもよい。
上述の顕熱負荷処理システム601では、蒸発圧力調節弁742、752及び蒸発圧力センサ743、753が顕熱系統利用ユニット702、703とは別の接続ユニット741、751に内蔵されているが、図48に示されるように、蒸発圧力調節弁742、752及び蒸発圧力センサ743、753が顕熱系統利用ユニット702、703が内蔵されていてもよい。この場合、顕熱系統利用側制御部728、738が接続ユニット制御部744、754の機能も内蔵することになる。
本実施形態の潜熱系統熱源ユニット206においても、図49に示されるように、第1実施形態の熱源ユニット6と同様に、潜熱系統補助凝縮器266を接続して、潜熱系統圧縮機構261から吐出されて潜熱系統利用ユニット202、203に送られる高圧のガス冷媒の一部を凝縮させることができるようにしてもよい。
[他の実施形態]
以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
上述の第2、第3及び第4実施形態の空気調和システムにおいては、顕熱負荷処理システムとして、冷房及び暖房切換運転が可能なマルチ空気調和システムを適用しているが、これに限定されず、冷房専用のマルチ空気調和システムや冷房及び暖房同時運転が可能なマルチ空気調和システムを適用してもよい。
上述の第3及び第4実施形態の空気調和システムにおいては、顕熱系統利用ユニットに結露センサを設けているが、顕熱負荷処理システムの顕熱冷房運転を確実に行うことができる場合には、必ずしも設けておく必要はない。
10a、10b、210a、210b 利用側冷媒回路、潜熱系統利用側冷媒回路(第1の利用側冷媒回路)
10c、210c 熱源側冷媒回路、潜熱系統熱源側冷媒回路(第1の熱源側冷媒回路)
22、23、32、33、222、223、232、233 吸着熱交換器
61、261 圧縮機構、潜熱系統圧縮機構(第1の圧縮機構)
62、262 アキュムレータ、潜熱系統アキュムレータ(液溜容器)
7、207 吐出ガス連絡配管、潜熱系統吐出ガス連絡配管
8、208 吸入ガス連絡配管、潜熱系統吸入ガス連絡配管
66、266 補助凝縮器、潜熱系統補助凝縮器
310a、310b、510a、510b、710a、710b 顕熱系統利用側冷媒回路(第2の利用側冷媒回路)
310c、510c、710c 顕熱系統熱源側冷媒回路(第2の熱源側冷媒回路)
322、332、522、532、722、732 空気熱交換器
361、561、761 顕熱系統圧縮機構(第2の圧縮機構)
363、563、763 顕熱系統熱源側熱交換器
521、531、721、731 顕熱系統利用側膨張弁(利用側膨張弁)
526、536、726、736 結露センサ(結露検出機構)
742、752 蒸発圧力調節弁(圧力調節機構)
743、753 蒸発圧力センサ(圧力検出機構)
P3 最低蒸発圧力値(目標蒸発圧力値)
Claims (9)
- 蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって、屋内の潜熱負荷及び顕熱負荷を処理する空気調和システムであって、
表面に吸着剤が設けられた吸着熱交換器(22、23、32、33)(222、223、232、233)を有しており、冷媒の蒸発器として前記吸着熱交換器を機能させて空気中の水分を前記吸着剤に吸着させる吸着動作と、冷媒の凝縮器として前記吸着熱交換器を機能させて前記吸着剤から水分を脱離させる再生動作とを交互に行うことで空気を除湿又は加湿することが可能な複数の利用側冷媒回路(10a、10b)(210a、210b)と、
圧縮機構(61)(261)と、前記圧縮機構の吸入側に接続される液溜容器(62)(262)とを有する熱源側冷媒回路(10c)(210c)と、
前記圧縮機構の吐出側に接続されており前記利用側冷媒回路と前記熱源側冷媒回路とを接続する吐出ガス連絡配管(7、207)と、
前記圧縮機構の吸入側に接続される吸入ガス連絡配管(8)(208)とを備え、
前記吸着熱交換器を通過した空気を屋内に供給することが可能である、
空気調和システム(1)(101)(201)(401)(601)。 - 前記熱源側冷媒回路(10c)(210c)は、前記圧縮機構(61)(261)の吐出側に接続される補助凝縮器(66)(266)を備えている、請求項1に記載の空気調和システム(1)(101)(201)(401)(601)。
- 空気熱交換器(322、332)(522、532)(722、732)を有しており、冷媒と空気との熱交換を行うことが可能な複数の第2の利用側冷媒回路(310a、310b)(510a、510b)(710a、710b)と、
前記第2の利用側冷媒回路に接続されており、第2の圧縮機構(361)(561)(761)と熱源側熱交換器(363)(563)(763)とを有する第2の熱源側冷媒回路(310c)(510c)(710c)とを備え、
前記空気熱交換器を通過した空気を屋内に供給することが可能である、
請求項1又は2に記載の空気調和システム(101)(401)(601)。 - 前記空気熱交換器(722)(732)のガス側に接続され、前記空気熱交換器を冷媒の蒸発器として機能させる際の前記空気熱交換器における冷媒の蒸発圧力を制御する圧力調節機構(742)(752)を備えている、請求項3に記載の空気調和システム(610)。
- 屋内の空気の露点温度に基づいて、前記圧力調節機構(742)(752)によって、前記空気熱交換器(722)(732)を蒸発器として機能させる際の冷媒の蒸発圧力を制御する、請求項4に記載の空気調和システム(601)。
- 前記空気熱交換器(722)(732)における冷媒の圧力を検出する圧力検出機構(743、753)を備えており、
屋内の空気の露点温度から目標蒸発圧力値(P3)を演算し、前記圧力調節機構によって、前記圧力検出機構によって検出された冷媒の蒸発圧力が前記目標蒸発圧力値以上となるように制御する、
請求項5に記載の空気調和システム(601)。 - 前記空気熱交換器(722、732)における結露の有無を検出する結露検出機構(726、736)を備えており、
前記結露検出機構において結露が検出された場合に、前記目標蒸発圧力値(P3)を変更する、
請求項6に記載の空気調和システム(601)。 - 前記空気熱交換器(522、532)(722、732)における結露の有無を検出する結露検出機構(526、536)(726、736)を備えており、
前記結露検出機構において結露が検出された場合に、前記第2の圧縮機構(561)(761)を停止する、
請求項3〜6のいずれかに記載の空気調和システム(401)(601)。 - 前記空気熱交換器(522、532)(722、732)における結露の有無を検出する結露検出機構(526、536)(726、736)を備えており、
前記第2の利用側冷媒回路(510a、510b)(710a、710b)は、前記空気熱交換器の液側に接続された利用側膨張弁(521、531)(721、731)を備えており、
前記結露検出機構において結露が検出された場合に、前記利用側膨張弁を閉止する、
請求項3〜6のいずれかに記載の空気調和システム(401)(601)。
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