JP2005291586A - 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、表面に吸着剤が設けられた吸着熱交換器22、23、32、33を有する潜熱系統利用側冷媒回路10a、10bと、空気熱交換器42、52を有する顕熱系統利用側冷媒回路10c、10dと、圧縮機構61と熱源側熱交換器63とを有する熱源側冷媒回路10eとを備える。空気調和システム1は、必要潜熱処理能力値Δhと必要顕熱処理能力値ΔTとを演算し、これらの値に基づいて、圧縮機構61の運転容量を制御する。
【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の除湿を行うのではなく、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。
第3の発明にかかる空気調和システムは、第2の発明にかかる空気調和システムにおいて、目標蒸発温度値と蒸発温度値とから蒸発温度差を演算し、目標凝縮温度値と蒸発温度値とから凝縮温度差を演算し、蒸発温度差及び凝縮温度差に基づいて、圧縮機構の運転容量を制御する。
この空気調和システムでは、例えば、必要顕熱処理能力値が大きくなり第2利用側冷媒回路における顕熱処理能力を大きくする必要があり、かつ、必要潜熱処理能力値が小さくなり第1利用側冷媒回路における潜熱処理能力を小さくする必要がある場合に、吸着熱交換器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して(すなわち、吸着熱交換器における顕熱処理能力比を大きくして)潜熱負荷処理システム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。
第1〜第3の発明では、必要潜熱処理能力値及び必要顕熱処理能力値を演算し、これらの値に基づいて、圧縮機構の運転容量を制御しているため、吸着熱交換器を有する潜熱負荷処理システムにおける潜熱負荷の処理と、空気熱交換器を有する顕熱負荷処理システムにおける顕熱負荷の処理とを両立させて行うことができる。これにより、潜熱負荷処理システム及び顕熱負荷処理システムの熱源を共通化した場合でも、熱源を構成する圧縮機構の運転容量の制御を良好に行うことができる。
(1)空気調和システムの構成
図1は、本発明にかかる一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、互いが並列に接続される複数台(本実施形態では、2台)の潜熱系統利用ユニット2、3と、互いが並列に接続される複数台(本実施形態では、2台)の顕熱系統利用ユニット4、5と、熱源ユニット6と、潜熱系統利用ユニット2、3及び顕熱系統利用ユニット4、5と熱源ユニット6とを接続する連絡配管7、8、9とを備えている。本実施形態において、熱源ユニット6は、潜熱系統利用ユニット2、3及び顕熱系統利用ユニット4、5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、潜熱系統利用ユニット2、3や顕熱系統利用ユニット4、5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。
潜熱系統利用ユニット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。潜熱系統利用ユニット2、3は、連絡配管8、9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。潜熱系統利用ユニット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、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(以下の説明においても、潜熱負荷処理システムという文言を使用する場合には、潜熱系統利用ユニット2、3と熱源ユニット6との組み合わせを指すものとする)として機能する。
潜熱系統利用側四路切換弁21は、潜熱系統利用側冷媒回路10aに流入す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21aは吐出ガス連絡配管8を介して熱源ユニット6の圧縮機構61(後述)の吐出側に接続されており、その第2ポート21bは吸入ガス連絡配管9を介して熱源ユニット6の圧縮機構61の吸入側に接続されており、その第3ポート21cは第1吸着熱交換器22のガス側端部に接続されており、第4ポート21dは第2吸着熱交換器23のガス側端部に接続されている。そして、潜熱系統利用側四路切換弁21は、第1ポート21aと第3ポート21cとを接続するとともに第2ポート21bと第4ポート21dとを接続(第1状態、図1の潜熱系統利用側四路切換弁21の実線を参照)したり、第1ポート21aと第4ポート21dとを接続するとともに第2ポート21bと第3ポート21cとを接続(第2状態、図1の潜熱系統利用側四路切換弁21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、潜熱系統利用ユニット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、潜熱系統利用ユニット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。
顕熱系統利用ユニット4、5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4、5は、連絡配管7、8、9及び接続ユニット14、15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。顕熱系統利用ユニット4、5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、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として機能する(以下の説明においても、潜熱負荷処理システムという文言を使用する場合には、潜熱系統利用ユニット2、3と熱源ユニット6との組み合わせを指すものとする)。そして、顕熱系統利用ユニット4は潜熱系統利用ユニット2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5は潜熱系統利用ユニット3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2と顕熱系統利用ユニット4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3と顕熱系統利用ユニット5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。
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、9を介して潜熱系統利用ユニット2、3及び顕熱系統利用ユニット4、5に接続されており、潜熱系統利用ユニット2、3及び顕熱系統利用ユニット4、5の間で冷媒回路10を構成している。
圧縮機構61は、本実施形態において、インバータ制御により運転容量を可変することが可能な容積式圧縮機である。本実施形態において、圧縮機構61は、1台の圧縮機であるが、これに限定されず、利用ユニットの接続台数等に応じて、2台以上の圧縮機が並列に接続されたものであってもよい。
また、熱源ユニット6には、各種のセンサが設けられている。具体的には、熱源ユニット6は、圧縮機構61の吸入圧力を検出する吸入圧力センサ66と、圧縮機構61の吐出圧力を検出する吐出圧力センサ67と、熱源ユニット6を構成する各部の動作を制御する熱源側制御部65とを備えている。そして、熱源側制御部65は、熱源ユニット6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、潜熱系統利用ユニット2、3の潜熱系統利用側制御部28、38や顕熱系統利用ユニット4、5の顕熱系統利用側制御部48、58との間で制御信号を伝送できるようになっている。また、熱源側制御部65は、熱源側制御部65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。
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、屋内の潜熱負荷を潜熱負荷処理システムで処理し、屋内の顕熱負荷を主として顕熱負荷処理システムで処理することができる。各種の運転動作について説明するのに先だって、まず、空気調和システム1の潜熱負荷処理システムの単独運転時(すなわち、顕熱系統利用ユニット4、5を運転しない場合)の動作について説明する。
<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、潜熱系統利用ユニット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、潜熱系統利用ユニット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。潜熱系統利用ユニット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、潜熱系統利用側四路切換弁21、31が第1状態(図2の潜熱系統利用側四路切換弁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8、潜熱系統利用側四路切換弁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、潜熱系統利用側膨張弁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、潜熱系統利用側四路切換弁21、31、吸入ガス連絡配管9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)。この際、顕熱系統利用ユニット4、5の顕熱系統利用側膨張弁41、51は閉止されているため、顕熱系統利用ユニット4、5には、冷媒が流れないようになっている。
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、潜熱系統利用ユニット2、3の潜熱系統利用側制御部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の潜熱負荷処理システムのみ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、潜熱負荷処理システムのみの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、潜熱系統利用ユニット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。
このように、この空気調和システム1では、潜熱負荷処理システムのみの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。
このように、この空気調和システム1では、潜熱負荷処理システムのみの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、潜熱系統利用ユニット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。
このように、この空気調和システム1では、潜熱負荷処理システムのみの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。
このように、この空気調和システム1では、潜熱負荷処理システムのみの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、潜熱系統利用ユニット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。
このように、この空気調和システム1では、潜熱負荷処理システムのみの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、潜熱負荷処理システムのみの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。
まず、空気調和システム1の潜熱負荷処理システムを全換気モードで除湿運転を行いつつ、空気調和システム1の顕熱負荷処理システム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20、図21、図22及び図23を用いて説明する。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冷房運転時の動作を示す概略の冷媒回路図である。図22は、空気調和システム1における通常運転時の制御フロー図である。図23は、空気調和システム1における通常運転時の制御フロー図である(吸着熱交換器22、23、32、33の切換時間間隔の変更を行う場合)。尚、図22及び図23においては、潜熱系統利用ユニット2及び顕熱系統利用ユニット4のペアと潜熱系統利用ユニット3及び顕熱系統利用ユニット5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3及び顕熱系統利用ユニット5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の潜熱系統利用ユニット2においては、上述の潜熱負荷処理システムの単独運転時の場合と同様に、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。潜熱系統利用ユニット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20に示されるように、潜熱系統利用側四路切換弁21、31が第1状態(図20の潜熱系統利用側四路切換弁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8、潜熱系統利用側四路切換弁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、潜熱系統利用側膨張弁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、潜熱系統利用側四路切換弁21、31、吸入ガス連絡配管9を通じて圧縮機構61に再び吸入される(図20の冷媒回路10に付された矢印を参照)。ここで、顕熱系統利用ユニット4、5の顕熱系統利用側膨張弁41、51は、上述の潜熱負荷処理システムのみの運転の場合と異なり、冷房運転を行うために、空気熱交換器42、52に冷媒を流すために開けられて開度調節された状態になっているため、圧縮機構61において圧縮され吐出された高圧のガス冷媒の一部が潜熱系統利用ユニット2、3を流れていることになる。
まず、リモコン11、12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2、3の潜熱系統利用側制御部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。
顕熱系統利用ユニット4、5の冷房運転を行う場合、熱源ユニット6の3方切換弁62は、凝縮運転状態(第1ポート62aと第3ポート62cとが接続された状態)になっている。また、接続ユニット14、15の冷暖切換弁71、81は、冷房運転状態(第1ポート71a、81aと第2ポート71b、81b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4、5の顕熱系統利用側膨張弁41、51は、冷媒を減圧するように開度調節されている。熱源側膨張弁64は開けられた状態になっている。
まず、リモコン11、12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4、5の顕熱系統利用側制御部48、58には、これらの目標温度値とともに、RA吸入温度センサ45、55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。
次に、空気調和システム1の潜熱負荷処理システムを全換気モードで加湿運転を行いつつ、空気調和システム1の顕熱負荷処理システム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22、図23、図24及び図25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1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の潜熱系統利用ユニット2においては、上述の潜熱負荷処理システムの単独運転時の場合と同様に、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。潜熱系統利用ユニット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24に示されるように、潜熱系統利用側四路切換弁21、31が第1状態(図24の潜熱系統利用側四路切換弁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8、潜熱系統利用側四路切換弁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、潜熱系統利用側膨張弁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、潜熱系統利用側四路切換弁21、31、吸入ガス連絡配管9を通じて圧縮機構61に再び吸入される(図24の冷媒回路10に付された矢印を参照)。ここで、顕熱系統利用ユニット4、5の顕熱系統利用側膨張弁41、51は、上述の潜熱負荷処理システムのみの運転の場合と異なり、暖房運転を行うために、空気熱交換器42、52に冷媒を流すために開けられて開度調節された状態になっているため、圧縮機構61において圧縮され吐出された高圧のガス冷媒の一部が潜熱系統利用ユニット2、3を流れていることになる。
まず、リモコン11、12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2、3の潜熱系統利用側制御部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。
顕熱系統利用ユニット4、5の暖房運転を行う場合、熱源ユニット6の3方切換弁62は、蒸発運転状態(第2ポート62bと第3ポート62cとが接続された状態)になっている。また、接続ユニット14、15の冷暖切換弁71、81は、暖房運転状態(第1ポート71a、81aと第3ポート71c、81c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4、5の顕熱系統利用側膨張弁41、51は、冷媒を減圧するように開度調節されている。熱源側膨張弁64は減圧するように開度調節されている。
まず、リモコン11、12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4、5の顕熱系統利用側制御部48、58には、これらの目標温度値とともに、RA吸入温度センサ45、55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。
また、加湿暖房運転時においても、除湿暖房運転時と同様、上述の空気調和システム1のシステム制御においては、必要顕熱処理能力値ΔTが大きくなり(すなわち、能力UP信号K2が「a」)、かつ、必要潜熱処理能力値Δhが小さくなる(すなわち、能力UP信号K1が「B」)場合において、圧縮機構61の運転容量を増加させるように制御がなされる。また、必要潜熱処理能力値Δhが大きくなる(すなわち、能力UP信号K1が「A」)場合にも、基本的に、圧縮機構61の運転容量を増加させるように制御がなされる。このため、本実施形態の空気調和システム1では、加湿暖房運転時においても、図23に示される制御フローにしたがって、吸着熱交換器22、23、32、33の切換時間間隔の変更を伴うシステム制御を行うことができる。すなわち、除湿冷房運転時と同様に、必要潜熱処理能力値Δhは小さく、かつ、必要顕熱処理能力値ΔTが大きい場合には、切換時間間隔を長くすること(具体的には、通常運転時の時間Cから時間Dに変更、図5参照)によって顕熱処理能力比を大きくして、顕熱負荷の増加に対応することができる。しかも、このシステム制御では、ステップS16のように、潜熱負荷が大きくなる場合には、潜熱優先モードに戻すことができるようになっているため、屋内の潜熱負荷の処理を行いつつ、顕熱負荷の増加に対応することができる。 尚、ここでは、加湿暖房運転の例として、空気調和システム1の潜熱負荷処理システムを全換気モードの加湿運転を行いながら顕熱負荷処理システムの暖房運転を行う場合について説明したが、潜熱負荷処理システムを循環モードや給気モード等の他のモードで除湿運転を行う場合であっても適用可能である。
次に、空気調和システム1の潜熱負荷処理システムを全換気モードで除湿及び加湿の同時運転を行いつつ、空気調和システム1の顕熱負荷処理システムで冷房及び暖房の同時運転を行う除湿冷房及び加湿暖房の同時運転における動作について、図26及び図27を用いて説明する。ここで、図26及び図27は、空気調和システム1における全換気モードの除湿冷房及び加湿暖房の同時運転時の動作を示す概略の冷媒回路図である。尚、ここでは、潜熱系統利用ユニット2及び顕熱系統利用ユニット4のペアは除湿冷房運転を行い、潜熱系統利用ユニット3及び顕熱系統利用ユニット5のペアは加湿暖房運転を行うものとし、熱源ユニット6全体としては、3方切換弁62が凝縮運転状態であり、システム全体としては、冷房負荷が大きい場合について説明する。尚、空気調和システム1のシステム制御については、上述の除湿冷房運転及び加湿暖房運転の場合と同様であるため、説明を省略する。
潜熱系統利用ユニット2においては、上述の除湿冷房運転時における全換気モードの除湿運転と同様な運転が行われる。一方、潜熱系統利用ユニット3においては、上述の加湿暖房運転時における全換気モードの加湿運転と同様な運転が行われる。
次に、空気調和システム1の顕熱負荷処理システムの動作について説明する。潜熱系統利用ユニット2とペアで運転される顕熱系統利用ユニット4においては、上述の除湿冷房運転時における冷房運転と同様な運転が行われる。一方、潜熱系統利用ユニット3とペアで運転される顕熱系統利用ユニット5においては、上述の加湿暖房運転時における暖房運転と同様な運転が行われる。ここで、熱源ユニット6では、3方切換弁62が凝縮運転状態となっているため、熱源側冷媒回路10e内における冷媒の流れは、冷房運転時と同様になっている。
(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を有する潜熱系統利用側冷媒回路10a、10bと空気熱交換器42、52を有する顕熱系統利用側冷媒回路10c、10dが、共通の熱源側冷媒回路10eに接続されることによって、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とが構成されている。つまり、この空気調和システム1では、空気調和システム全体として処理しなければならない潜熱負荷(すなわち、必要潜熱処理能力)と、空気調和システム1全体として処理しなければならない顕熱負荷(すなわち、必要顕熱処理能力)とが、潜熱系統利用側冷媒回路10a、10b、顕熱系統利用側冷媒回路10c、10d及び熱源側冷媒回路10eからなる潜熱負荷処理システム及び顕熱負荷処理システムを用いて処理されている。つまり、潜熱系統利用側冷媒回路10a、10b及び顕熱系統利用側冷媒回路10c、10dのすべてを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。
また、本実施形態の空気調和システム1では、潜熱系統利用側冷媒回路10a、10bが熱源側冷媒回路10eの圧縮機構61の吐出側及び吸入側に吐出ガス連絡配管8及び吸入ガス連絡配管9を介して接続されて蒸気圧縮式の冷媒回路(すなわち、潜熱負荷処理システム)を構成しているため、吸着熱交換器22、23、32、33を蒸発器として機能させたり凝縮器として機能させることで、屋内のある空調空間では除湿を行いつつ、他の空調空間では加湿を行う等のように、屋内の各空調空間のニーズに応じて、除湿又は加湿を行うことが可能である。
しかも、本実施形態の空気調和システム1では、顕熱系統利用側冷媒回路10c、10dが熱源側冷媒回路10eの熱源側熱交換器63の液側に液連絡配管7を介して接続されるとともに、圧縮機構61の吐出側及び吸入側に吐出ガス連絡配管8及び吸入ガス連絡配管9を介して接続されて蒸気圧縮式の冷媒回路(すなわち、顕熱負荷処理システム)を構成しており、しかも、圧縮機構61の吐出側及び吸入側との接続状態が切換機構としての接続ユニット14、15の冷暖切換弁71、81によって切り換え可能になっているため、吐出ガス連絡配管8を介して接続されるように冷暖切換弁71、81を切り換えることで、空気熱交換器42、52を凝縮器として機能させて屋内の暖房を行ったり、吸入ガス連絡配管9を介して接続されるように冷暖切換弁71、81を切り換えることで、空気熱交換器42、52を蒸発器として機能させて屋内の冷房を行うことが可能である。しかも、複数の顕熱系統利用側冷媒回路10c、10dのそれぞれを、空気熱交換器42、52を蒸発器として機能させたり凝縮器として機能させることで、屋内のある空調空間では冷房を行いつつ、他の空調空間では暖房を行う等のように、屋内の各空調空間のニーズに応じて、冷房又は暖房を同時に行う、いわゆる、冷暖同時運転が可能な空気調和システムを構成することが可能である。
本実施形態の空気調和システム1では、潜熱負荷処理システムの処理能力の増減及び顕熱負荷処理システムの処理能力の増減は、主として共通の圧縮機構61の運転容量の制御によって行われている。そして、この空気調和システム1では、必要潜熱処理能力値Δh及び必要顕熱処理能力値ΔTを演算し、これらの値に基づいて、圧縮機構61の運転容量を制御しているため、吸着熱交換器22、23、32、33を有する潜熱負荷処理システムにおける潜熱負荷の処理と、空気熱交換器42、52を有する顕熱負荷処理システムにおける顕熱負荷の処理とを両立させて行うことができる。これにより、潜熱負荷処理システム及び顕熱負荷処理システムの熱源を共通化した場合でも、熱源を構成する圧縮機構の運転容量の制御を良好に行うことができる。
本実施形態の空気調和システム1では、例えば、必要顕熱処理能力値ΔTが大きくなり顕熱系統利用側冷媒回路10c、10dにおける顕熱処理能力を大きくする必要があり、かつ、必要潜熱処理能力値Δhが小さくなり潜熱系統利用側冷媒回路10a、10bにおける潜熱処理能力を小さくする必要がある場合に、吸着熱交換器22、23、32、33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22、23、32、33の顕熱処理能力比を大きくして潜熱負荷処理システム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。
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。
例えば、上述の実施形態においては、顕熱負荷処理システムとして、冷房及び暖房の同時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の切替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。
7、8、9 液連絡配管、吐出ガス連絡配管、吸入ガス連絡配管(連絡配管)
10a、10b 潜熱系統利用側冷媒回路(第1利用側冷媒回路)
10c、10d 顕熱系統利用側冷媒回路(第2利用側冷媒回路)
10e 熱源側冷媒回路
22、23、32、33 吸着熱交換器
42、52 空気熱交換器
61 圧縮機構
63 熱源側熱交換器
TcS 目標凝縮温度値
TeS 目標蒸発温度値
Tc 凝縮温度値
Te 蒸発温度値
Δh 必要潜熱処理能力値
ΔT 必要顕熱処理能力値
ΔTc 凝縮温度差
ΔTe 蒸発温度差
Claims (4)
- 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)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第1利用側冷媒回路(10a、10b)と、
空気熱交換器(42、52)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第2利用側冷媒回路(10c、10d)と、
前記第1利用側冷媒回路及び前記第2利用側冷媒回路が連絡配管(7、8、9)を介して接続される圧縮機構(61)と熱源側熱交換器(63)とを有する熱源側冷媒回路(10e)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り、
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り、
必要潜熱処理能力値(Δh)と必要顕熱処理能力値(ΔT)とを演算し、前記必要潜熱処理能力値及び前記必要顕熱処理能力値に基づいて、前記圧縮機構の運転容量を制御する、
空気調和システム(1)。 - 前記必要潜熱処理能力値(Δh)及び前記必要顕熱処理能力値(ΔT)に基づいて、システム全体の目標蒸発温度値(TeS)と目標凝縮温度値(TcS)とを演算し、前記目標蒸発温度値及び前記目標凝縮温度値に基づいて、前記圧縮機構(61)の運転容量を制御する、請求項1に記載の空気調和システム(1)。
- 前記目標蒸発温度値(TeS)と蒸発温度値(Te)との蒸発温度差(ΔTe)を演算し、前記目標凝縮温度値(TcS)と凝縮温度値(Tc)との凝縮温度差(ΔTc)を演算し、前記蒸発温度差及び前記凝縮温度差に基づいて、前記圧縮機構(61)の運転容量を制御する、請求項2に記載の空気調和システム(1)。
- 前記吸着熱交換器(22、23、32、33)の吸着動作と再生動作との切換時間間隔を変更することが可能である、請求項1〜3のいずれかに記載の空気調和システム(1)。
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