JP2006177567A - 空調システム - Google Patents

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Abstract

【課題】 安定した温湿度制御、冷凍機容量の削減及び省エネルギー化を可能とした空調システムを提供する。
【解決手段】 冷却兼加熱コイル３には、冷水供給ライン１１と返り冷水供給ライン１２が接続され、加熱コイル５には温水供給ライン１４が接続され、処理空気の湿度が所望の設定湿度となるように、冷水供給ライン１１又は返り冷水供給ライン１２から冷却兼加熱コイル３に供給される水量を制御するように構成し、加湿量が不足する場合に、温水供給ライン１４から加熱コイル５に供給される温水量を制御するように構成する。また、処理空気の温度が、所望の設定温度となるように、冷水供給ライン１１から冷却兼加熱コイル３に供給される水量、及び返り冷水供給ライン１８から再熱コイル６に供給される返り冷水量を制御するように構成し、再熱量が不足する場合に、温水供給ライン１６から第２の再熱コイル７に供給される温水量を制御するように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、処理対象となる空気の温湿度調整を行う空調システムに係り、特に、安定した温湿度制御、冷凍機容量の削減及び省エネルギー化を実現すべく改良を施した空調システムに関する。
電子工業や精密機械工業の工場、食品保存用の貯蔵庫、実験用動物飼育室、バイオロジカルクリーンルームなどにおいては、温度・湿度などの室内環境を一定に保つ必要があるため、適時、温湿度調整を行うことができる空調システムが用いられている。
このような空調システムとしては、例えば、特許文献１又は特許文献２に示すようなものがある。すなわち、特許文献１又は特許文献２に記載された発明は、冬季に外気の持つ冷却能力を利用するため、外気の温度を少し上げただけで室内に導入し、室内で水加湿を行い、室内冷却負荷を処理するものである。
特開２００２−１５６１３７号公報 特開２００２−１５６１４８号公報
しかしながら、特許文献１又は特許文献２に記載された発明では、室内へ供給する外気の分布を均一にして、これに見合った場所に水加湿装置を設置する必要があるため、空気を搬送するダクト施工のコストが増大するといった問題点があった。また、室内での水の分散とこれによる事故の恐れ、設置スペースが必要となる、温湿度の均一化が困難であるといった問題点があった。
本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、安定した温湿度制御、冷凍機容量の削減及び省エネルギー化を可能とした空調システムを提供することにある。
上記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、少なくとも水循環式の冷却兼加熱コイルを有する外気処理用空気調和機と、前記冷却兼加熱コイルに循環供給される冷水を冷却する冷凍機を備えた空調システムにおいて、前記冷却兼加熱コイルには、前記冷凍機からの冷水を供給する冷水供給ラインと、同一の配管系統の他部分で冷却に使用された後、冷凍機へ戻される返り冷水の一部を供給する返り冷水供給ラインが接続され、前記外気処理用空気調和機による処理空気の温度が、所望の設定温度となるように、前記冷水供給ライン又は返り冷水供給ラインから前記冷却兼加熱コイルに供給される水量を制御するように構成したことを特徴とするものである。
上記のような構成を有する請求項１に記載の発明においては、外気処理用空気調和機による処理空気の温度が、所望の設定温度となるように、冷水供給ライン又は返り冷水供給ラインから冷却兼加熱コイルに供給される水量を制御するように構成されているため、冬季においては、返り冷水供給ラインを用いて、冷却兼加熱コイルにより加温がなされ、夏季においては、冷水供給ラインを用いて、冷却兼加熱コイルにより冷却がなされるので、優れた省エネ効果を得ることができる。
請求項２に記載の発明は、少なくとも水循環式の冷却兼加熱コイルと、その下流側に設けられた気化式加湿器を有する外気処理用空気調和機と、前記冷却兼加熱コイルに循環供給される冷水を冷却する冷凍機を備えた空調システムにおいて、前記冷却兼加熱コイルには、前記冷凍機からの冷水を供給する冷水供給ラインと、同一の配管系統の他部分で冷却に使用された後、冷凍機へ戻される返り冷水の一部を供給する返り冷水供給ラインが接続され、前記外気処理用空気調和機による処理空気の湿度が、所望の設定湿度となるように、前記冷水供給ライン又は返り冷水供給ラインから前記冷却兼加熱コイルに供給される水量を制御するように構成したことを特徴とするものである。
上記のような構成を有する請求項２に記載の発明においては、加湿用の気化式加湿器を配設することにより、外気処理用空気調和機による処理空気の湿度が処理空気供給先の設定湿度となるように前記することができる。
この場合、冬季においては、返り冷水供給ラインを用いて、冷却兼加熱コイルにより加温され、このエネルギーにより、下流側に設けられた気化式加湿器により加湿がなされ、夏季においては、冷水供給ラインを用いて、冷却兼加熱コイルにより冷却及び除湿がなされるので、より優れた省エネ効果を得ることができる。
請求項３に記載の発明は、少なくとも水循環式の冷却兼加熱コイルと、その下流側に設けられた気化式加湿器の組み合わせを複数組有する外気処理用空気調和機と、前記冷却兼加熱コイルに循環供給される冷水を冷却する冷凍機を備えた空調システムにおいて、空気の流れの最下流側に設けられた冷却兼加熱コイルには、前記冷凍機からの冷水を供給する冷水供給ラインと、同一の配管系統の他部分で冷却に使用された後、冷凍機へ戻される返り冷水の一部を供給する返り冷水供給ラインが接続されると共に、前記最下流側の冷却兼加熱コイルから排出された冷水又は返り冷水は、順次上流側に設置された冷却兼加熱コイルに供給されるように構成され、前記外気処理用空気調和機による処理空気の湿度が、所望の設定湿度となるように、前記冷水供給ライン又は返り冷水供給ラインから前記冷却兼加熱コイルに供給される水量を制御するように構成したことを特徴とするものである。
上記のような構成を有する請求項３に記載の発明においては、水循環式の冷却兼加熱コイルと、その下流側に設けられた気化式加湿器の組み合わせを複数組配設したことにより、加湿能力をさらに向上させることができる。
請求項４に記載の発明は、少なくとも水循環式の冷却兼加熱コイルと、その下流側に設けられた気化式加湿器と、再熱コイルを有する外気処理用空気調和機と、前記冷却兼加熱コイルに循環供給される冷水を冷却する冷凍機を備えた空調システムにおいて、前記冷却兼加熱コイルには、前記冷凍機からの冷水を供給する冷水供給ラインと、同一の配管系統の他部分で冷却に使用された後、冷凍機へ戻される返り冷水の一部を供給する返り冷水供給ラインが接続され、前記再熱コイルには、温水供給ラインが接続され、前記外気処理用空気調和機による処理空気の湿度が、所望の設定湿度となるように、前記冷水供給ライン又は返り冷水供給ラインから前記冷却兼加熱コイルに供給される水量を制御するように構成すると共に、前記外気処理用空気調和機による処理空気の温度が、所望の設定温度となるように、前記冷水供給ラインから前記冷却兼加熱コイルに供給される水量、及び温水供給ラインから前記再熱コイルに供給される水量を制御するように構成したことを特徴とするものである。
上記のような構成を有する請求項４に記載の発明においては、外気処理用空気調和機による処理空気の温度及び湿度を、所望の設定湿度及び設定温度となるように、高精度に調整することができる。
請求項５に記載の発明は、少なくとも水循環式の冷却兼加熱コイル及びその下流側に設けられた気化式加湿器と、加湿用の加熱コイル及びその下流側に設けられた気化式加湿器と、再熱コイルを有する外気処理用空気調和機と、前記冷却兼加熱コイルに循環供給される冷水を冷却する冷凍機を備えた空調システムにおいて、前記冷却兼加熱コイルには、前記冷凍機からの冷水を供給する冷水供給ラインと、同一の配管系統の他部分で冷却に使用された後、冷凍機へ戻される返り冷水の一部を供給する返り冷水供給ラインが接続され、前記加湿用の加熱コイル及び再熱コイルには、温水供給ラインが接続され、前記外気処理用空気調和機による処理空気の湿度が、所望の設定湿度となるように、前記冷水供給ライン又は返り冷水供給ラインから前記冷却兼加熱コイルに供給される水量及び温水供給ラインから前記加湿用の加熱コイルに供給される水量を制御するように構成すると共に、前記外気処理用空気調和機による処理空気の温度が、所望の設定温度となるように、前記冷水供給ラインから前記冷却兼加熱コイルに供給される水量、及び温水供給ラインから前記再熱コイルに供給される水量を制御するように構成したことを特徴とするものである。
上記のような構成を有する請求項５に記載の発明においては、加湿能力がさらに向上する。
請求項６に記載の発明は、請求項４又は請求項５に記載の空調システムにおいて、前記冷却兼加熱コイルとその下流側に設けられた気化式加湿器の組み合わせが、複数組配設され、前記冷凍機からの冷水を供給する冷水供給ラインと、同一の配管系統の他部分で冷却に使用された後、冷凍機へ戻される返り冷水の一部を供給する返り冷水供給ラインが、空気の流れの最下流側に設けられた冷却兼加熱コイルに接続されると共に、前記最下流側の冷却兼加熱コイルから排出された冷水又は返り冷水が、順次上流側に設置された冷却兼加熱コイルに供給されるように構成されていることを特徴とするものである。
上記のような構成を有する請求項６に記載の発明においては、水循環式の冷却兼加熱コイルと、その下流側に設けられた気化式加湿器の組み合わせを複数組配設したことにより、加湿能力をさらに向上させることができる。
請求項７に記載の発明は、請求項４乃至請求項６のいずれか一に記載の空調システムにおいて、前記再熱コイルに接続された温水供給ラインに供給される温水が、同一の配管系統の他部分で冷却に使用された後、冷凍機へ戻される返り冷水であることを特徴とするものである。
上記のような構成を有する請求項７に記載の発明においては、返り冷水を有効に活用することができるので、省エネ効果のさらなる向上を図ることができる。
請求項８に記載の発明は、請求項２乃至請求項７のいずれか一に記載の空調システムに記載の空調システムにおいて、空気の流れの最上流側に設けられた冷却兼加熱コイルの上流側に、さらに気化式加湿器を設置したことを特徴とするものである。
上記のような構成を有する請求項８に記載の発明においては、最上流側に設けられた冷却兼加熱コイルの上流側に、さらに気化式加湿器を設置したことにより、加湿能力をさらに向上させることができ、また、冬季において、返り冷水供給ラインを用いて、冷却兼加熱コイルにより加温がなされる際に、排出される返り冷水の温度がより低くなるため、冷凍機負荷が低減され、省エネ量が増大する。
請求項９に記載の発明は、請求項１乃至請求項８のいずれか一に記載の空調システムにおいて、前記冷却兼加熱コイルに接続された返り冷水供給ラインに、加熱手段が組み込まれていることを特徴とするものである。
また、請求項１０に記載の発明は、請求項７又は請求項８に記載の空調システムにおいて、前記再熱コイルに接続された返り冷水供給ラインに、加熱手段が組み込まれていることを特徴とするものである。
上記のような構成を有する請求項９又は請求項１０に記載の発明においては、返り冷水の温度が低い場合や、返り冷水の量が少ない場合など、冷却兼加熱コイルを複数段にしても加湿量が不足する場合に有効である。
請求項１１に記載の発明は、請求項９又は請求項１０に記載の空調システムにおいて、前記加熱手段の加熱源が、前記冷凍機を冷却するための冷却水であることを特徴とするものである。
また、請求項１２に記載の発明は、請求項９又は請求項１０に記載の空調システムにおいて、前記加熱手段の加熱源が、蒸気であることを特徴とするものである。
また、請求項１３に記載の発明は、請求項９又は請求項１０に記載の空調システムにおいて、前記加熱手段の加熱源が、５０℃以下の冷却水であることを特徴とするものである。
上記のような構成を有する請求項１１〜請求項１３に記載の発明は、冷却兼加熱コイルに接続された返り冷水供給ライン、あるいは加熱コイルに接続された返り冷水供給ラインに設けられた加熱手段の加熱源を例示したものであって、いずれを用いても省エネ効果の向上を図ることができる。
請求項１４に記載の発明は、請求項２乃至請求項１３のいずれか一に記載の空調システムにおいて、前記気化式加湿器への補給水が純水であることを特徴とするものである。
上記のような構成を有する請求項１４に記載の発明においては、処理空気中のガス成分の除去が水道水などに比較して大きくなる。
本発明によれば、安定した温湿度制御、冷凍機容量の削減及び省エネルギー化を可能とした空調システムを提供することができる。
以下、本発明の空調システムに係る実施の形態（以下、実施形態という）について、図面を参照して具体的に説明する。
（１）第１実施形態
本実施形態は、冷凍機への冷水の返り（ＣＲＳ、以下、返り冷水という）を、外気の湿球温度＜設定露点温度の時に、冷却兼加熱コイルに導入し、また、再熱にも利用することにより、冷凍機の負荷を軽減させるものである。なお、不足分は、ＨＳ（３４℃）により加熱を行っている。
（１−１）構成
図１は、本発明に係る空調システムの第１実施形態の構成を示す模式図である。
すなわち、本実施形態の空調システムを構成する空気調和機のハウジング（図示せず）内部には、空気取入口側から、プレフィルタ１、中性能フィルタ２、冷却兼加熱コイル３、この冷却兼加熱コイル３の下流側に設置された第１の気化式加湿器４ａ、加熱コイル５、第２の気化式加湿器４ｂ、再熱コイル６、第２の再熱コイル７、処理空気をハウジング外へ吐出する送風機８、及び処理空気の供給口には、温度及び湿度センサ９が順次配設されている。
また、前記冷却兼加熱コイル３には、冷凍機（図示せず）から冷水を供給する冷水供給ライン１１と、同一の配管系統で、他部分で冷却に使用されて温度が上昇し、冷凍機へ戻る（例えば、空調空気が供給される半導体製造等のクリーンルームの顕熱処理用に設けられたドライコイルからの）返り冷水の一部を冷却兼加熱コイル３に供給する返り冷水供給ライン１２とが接続され、この冷水供給ライン１１には第１のバルブ２１が設けられ、返り冷水供給ライン１２には第２のバルブ２２が設けられている。また、前記冷却兼加熱コイル３から排出された冷水又は返り冷水は、冷水又は返り冷水戻りライン１３により、冷凍機に戻されるように構成されている。
さらに、加熱コイル５及び第２の再熱コイル７には、それぞれ温水供給ライン１４、１６が接続され、これらの温水供給ライン１４、１６にはそれぞれ第３のバルブ２４、第４のバルブ２６が設けられている。また、加熱コイル５及び第２の再熱コイル７から排出された温水は、温水排出ライン１５、１７により所定の加熱源に戻されるように構成されている。なお、この加熱源としては、冷凍機の冷却水や、生産用機器からの発熱、あるいはボイラ等が用いられる。
また、再熱コイル６には、冷凍機（図示せず）から冷水を供給する冷水供給ライン１１と同一の配管系統で、他部分で冷却に使用されて温度が上昇し、冷凍機へ戻る（例えば、空調空気が供給される半導体製造等のクリーンルームの顕熱処理用に設けられたドライコイルからの）返り冷水の一部を再熱コイル６に供給する再熱コイル側返り冷水供給ライン１８が設けられ、この再熱コイル側返り冷水供給ライン１８には、第５のバルブ２８が設けられている。さらに、前記再熱コイル６から排出された返り冷水は、返り冷水戻りライン１９により冷凍機に戻すことができるように構成されている。
なお、上記気化式加湿器４ａ、４ｂは、吸水性あるいは親水性の気化式加湿素材から構成されている。また、この加湿用給水としては純水を使用して、常時一定の補給、排水を行い、除湿・冷却を行う夏季においても、臭気あるいは半導体製造等のクリーンルームにおいて問題となる水溶性ガス成分を除去するために、気化式加湿器への給水を行っている。
（１−２）作用
以上のような構成を有する本実施形態の空調システムの作用を、室内側の温湿度を２３℃、４５％、空調機吹出口の温湿度を１６℃、６９％、冷水を７℃、返り冷水を１８℃、温水を３４℃と設定し、図２〜図４に示した空気線図を参照して、冬季−１（例えば、外気湿球温度＝ＷＢが０℃未満の厳寒期）、冬季−２（一般的な冬期の加湿期）、一般的な除湿・冷却時期（主として夏季）とに分けて説明する。なお、図２〜図４に示したＡ〜Ｇは、図１に示したＡ〜Ｇの位置における空気の状態に対応している。また、温度及び湿度等の具体的な値は例示であり、本発明がこれらの数値に限定されるものではない。また、ファンによる昇温とこれによる相対湿度低下は、理解を容易にするために、ここでは考えないものとする。
（１−２−１）冬季−１…図２参照
外気が非常に低温の場合（例えば、ＷＢが０℃よりも低い場合）には、送風機８及び第１の気化式加湿器４ａ及び第２の気化式加湿器４ｂを作動させると共に、冷却兼加熱コイル３に接続された返り冷水供給ライン１２のバルブ２２を開とし、また、加熱コイル５のバルブ２４を開とする。さらに、再熱コイル６に接続された再熱コイル側返り冷水供給ライン１８の第５のバルブ２８と、第２の再熱コイル７に接続された温水供給ライン１６の第４のバルブ２６を開とする。すると、ハウジングの空気取入口から外気が流入する（例えば、０℃、２８％ＲＨ）。
流入した空気は、フィルタ１、２を介して塵埃が濾過された後、返り冷水（１８℃）が循環供給された冷却兼加熱コイル３を通過後（Ｂ点、１４℃）、第１の気化式加湿器４ａを経て（Ｃ点、６℃）、加熱コイル５に導入され、加熱コイル５によって加熱される（Ｄ点、２０．５℃）。このとき、気化式加湿は温度低下を伴うので、図２のＢとＣとを結ぶ実線で示すように、乾球温度及び相対湿度が推移する（Ｃ点、６℃）。
加熱コイル５で加熱された空気は、第２の気化式加湿器４ｂによって加湿が行われた後（Ｅ点、１１．５℃）、再熱コイル６に導入される。このとき、気化式加湿は温度低下を伴うので、図２のＤとＥとを結ぶ実線で示すように、乾球温度及び相対湿度が推移する（１１．５℃、約９５％ＲＨ）。そして、再熱コイル６及び第２の再熱コイル７により１６℃まで加温されて室内に供給される。これにより、図２のＡとＧとを結ぶ実線で示すように、空気の温湿度状態が推移する。
なお、再熱コイル６には、冷却兼加熱コイル３に供給されるＣＲＳと同じ返り冷水、すなわち、同一の配管系統で、他部分で冷却に使用されて温度が上昇し、冷凍機へ戻る（例えば、空調空気が供給される半導体製造等のクリーンルームの顕熱処理用に設けられたドライコイルからの）返り冷水（１８℃）が供給されるため、この返り冷水によって処理空気は加温され、さらに、第２の再熱コイル７によって加温されて、室内に供給される。
（１−２−２）冬季−２…図３参照
一般的な冬季の加湿期（例えば、ＷＢが０℃以上）の場合には、送風機８及び第１の気化式加湿器４ａ、第２の気化式加湿器４ｂを作動させるとともに、冷却兼加熱コイル３に接続された返り冷水供給ライン１２のバルブ２２を開とする。さらに、再熱コイル６に接続された再熱コイル側返り冷水供給ライン１８の第５のバルブ２８と、第２の再熱コイル７に接続された温水供給ライン１６の第４のバルブ２６を開とする。
すると、ハウジングの空気取入口から外気が流入する（９℃、８０％ＲＨ）。流入した空気は、フィルタ１、２を介して塵埃が濾過された後、返り冷水（１８℃）が循環供給された冷却兼加熱コイル３を通過後（Ｂ点、１５．３℃）、第１の気化式加湿器４ａ（Ｃ点、１１．４℃）及び第２の気化式加湿器４ｂを経て（Ｅ点、１０．５℃）、再熱コイル６及び第２の再熱コイル７により１６℃まで加温されて室内に供給される。これにより、図３のＡとＧとを結ぶ実線で示すように、空気の温湿度状態が推移する。
なお、再熱コイル６には、冷却兼加熱コイル３に供給されるＣＲＳと同じ返り冷水、すなわち、同一の配管系統で、他部分で冷却に使用されて温度が上昇し、冷凍機へ戻る（例えば、空調空気が供給される半導体製造等のクリーンルームの顕熱処理用に設けられたドライコイルからの）返り冷水（１８℃）が供給されるため、この返り冷水によって処理空気は加温され、さらに、第２の再熱コイル７によって加温されて、室内に供給される。
（１−２−３）夏季…図４参照
夏季などの空気の除湿が必要な場合には、送風機８を作動させるとともに、冷却兼加熱コイル３に接続された冷水供給ライン１１のバルブ２１を開とする。さらに、再熱コイル６に接続された再熱コイル側返り冷水供給ライン１８の第５のバルブ２８と、第２の再熱コイル７に接続された温水供給ライン１６の第４のバルブ２６を開とする。
すると、ハウジングの空気取入口から外気（３３℃、６２％ＲＨ）が流入する。流入した空気は、フィルタ１、２を介して塵埃が濾過された後、冷却兼加熱コイル３によって冷却される（Ｂ点、１１．２℃）。続いて、気化式加湿器により加湿され（Ｃ点、１０．３℃、Ｅ点、１０．５℃）、さらに再熱コイル６に導入されて加温される。
この再熱コイル６には、冷却兼加熱コイル３ｂに供給されるＣＲＳと同じ返り冷水、すなわち、同一の配管系統で、他部分で冷却に使用されて温度が上昇し、冷凍機へ戻る（例えば、空調空気が供給される半導体製造等のクリーンルームの顕熱処理用に設けられたドライコイルからの）返り冷水（１８℃）が供給されるため、この返り冷水によって処理空気は加温される（Ｆ点、１５℃）。そして、さらに、第２の再熱コイル７によって加温されて（Ｇ点、１６℃）、室内Ｍに供給される。これにより、図４のＡとＧとを結ぶ実線で示すように、空気の温湿度状態が推移する。
（１−３）効果
このように、本実施形態によれば、冷却兼加熱コイルに冷水と返り冷水を所望の湿度が得られるように必要流量供給するように構成すると共に、返り冷水を再熱コイルの熱源として利用することにより、優れた省エネ効果を得ることができる。
（１−４）変形例
本実施形態は、冷却兼加熱コイルと気化式加湿器の組み合わせを多段に構成することにより、さらに、加湿能力を向上させることができるものであり、この組み合わせを２段としたものを図５に示す。
（１−４−１）構成
すなわち、図５に示したように、空調システムを構成する空気調和機のハウジング（図示せず）内部には、空気取入口側から、プレフィルタ１、中性能フィルタ２、多段に構成された第１の冷却兼加熱コイル３ａ及び第２の冷却兼加熱コイル３ｂ、第１の冷却兼加熱コイル３ａと第２の冷却兼加熱コイル３ｂとの間に設置された第１の気化式加湿器４ａ、第２の冷却兼加熱コイル３ｂの下流側に設置された第２の気化式加湿器４ｂ、加熱コイル５、第３の気化式加湿器４ｃ、再熱コイル６、第２の再熱コイル７、及び、処理空気をハウジング外へ吐出する送風機８が順次配設されている。
また、前記第２の冷却兼加熱コイル３ｂには、冷凍機（図示せず）から冷水を供給する冷水供給ライン１１と同一の配管系統で、他部分で冷却に使用されて温度が上昇し、冷凍機へ戻る（例えば、空調空気が供給される半導体製造等のクリーンルームの顕熱処理用に設けられたドライコイルからの）返り冷水の一部を第２の冷却兼加熱コイル３ｂに供給する返り冷水供給ライン１２とが接続され、この冷水供給ライン１１には第１のバルブ２１が設けられ、返り冷水供給ライン１２には第２のバルブ２２が設けられている。
また、前記第２の冷却兼加熱コイル３ｂから排出された冷水又は返り冷水は、上流側に設置された前記第１の冷却兼加熱コイル３ａに供給され、さらに、第１の冷却兼加熱コイル３ａから排出された冷水又は返り冷水は、冷水又は返り冷水戻りライン１３により、冷凍機に戻されるように構成されている。その他の構成は、図１に示した第１実施形態と同様であるので、説明は省略する。
（１−４−２）作用・効果
図５に示した変形例においては、冷却兼加熱コイルと気化式加湿器の組み合わせを２段に構成し、下流側の冷却兼加熱コイルに冷水と返り冷水を選択的に供給し、この返り冷水を上流側に設置された冷却兼加熱コイルに供給するように構成すると共に、その中間及び下流側に気化式加湿器を設置することにより、返り冷水の温度をより低くすることができるので、冷凍負荷のさらなる低減を図ることができると共に、加湿能力をさらに向上させることができる。
（２）第２実施形態
（２−１）構成
図６は、本発明に係る空調システムの構成を示す模式図である。
すなわち、本実施形態の空調システムを構成する空気調和機のハウジング（図示せず）内部には、空気取入口側から、プレフィルタ１、中性能フィルタ２、多段に構成された第１の冷却兼加熱コイル３ａ及び第２の冷却兼加熱コイル３ｂ、第１の冷却兼加熱コイル３ａの上流側に設置された第１の気化式加湿器４ａ、第１の冷却兼加熱コイル３ａと第２の冷却兼加熱コイル３ｂとの間に設置された第２の気化式加湿器４ｂ、第２の冷却兼加熱コイル３ｂの下流側に設置された第３の気化式加湿器４ｃ、加熱コイル５、第４の気化式加湿器４ｄ、再熱コイル６、第２の再熱コイル７、及び、処理空気をハウジング外へ吐出する送風機８が順次配設されている。
また、前記第２の冷却兼加熱コイル３ｂには、冷凍機（図示せず）から冷水を供給する冷水供給ライン１１と、同一の配管系統で、他部分で冷却に使用されて温度が上昇し、冷凍機へ戻る（例えば、空調空気が供給される半導体製造等のクリーンルームの顕熱処理用に設けられたドライコイルからの）返り冷水の一部を第２の冷却兼加熱コイル３ｂに供給する返り冷水供給ライン１２とが接続され、この冷水供給ライン１１には第１のバルブ２１が設けられ、返り冷水供給ライン１２には第２のバルブ２２が設けられている。
また、前記第２の冷却兼加熱コイル３ｂから排出された冷水又は返り冷水は、上流側に設置された前記第１の冷却兼加熱コイル３ａに供給され、さらに、第１の冷却兼加熱コイル３ａから排出された冷水又は返り冷水は、冷水又は返り冷水戻りライン１３により、冷凍機に戻されるように構成されている。
さらに、加熱コイル５及び第２の再熱コイル７には、それぞれ温水供給ライン１４、１６が接続され、これらの温水供給ライン１４、１６にはそれぞれ第３のバルブ２４、第４のバルブ２６が設けられている。また、加熱コイル５及び第２の再熱コイル７から排出された温水は、温水排出ライン１５、１７により所定の加熱源に戻されるように構成されている。なお、この加熱源としては、冷凍機の冷却水や、生産用機器からの発熱、あるいはボイラ等が用いられる。
また、再熱コイル６には、冷凍機（図示せず）から冷水を供給する冷水供給ライン１１と同一の配管系統で、他部分で冷却に使用されて温度が上昇し、冷凍機へ戻る（例えば、空調空気が供給される半導体製造等のクリーンルームの顕熱処理用に設けられたドライコイルからの）返り冷水の一部を再熱コイル６に供給する再熱コイル側返り冷水供給ライン１８が設けられ、この再熱コイル側返り冷水供給ライン１８には、第５のバルブ２８が設けられている。さらに、前記再熱コイル６から排出された返り冷水は、返り冷水戻りライン１９により冷凍機に戻すことができるように構成されている。
なお、上記気化式加湿器４ａ〜４ｄは、吸水性あるいは親水性の気化式加湿素材から構成されており、その下部にはそれぞれ水槽９ａ〜９ｄが配設され、これらの水槽９ａ〜９ｄに回収された加湿用給水が、第１のポンプ１０ａ〜第３のポンプ１０ｃによって、再度気化式加湿器４ａ〜４ｄの上部に循環供給されるように構成されている。また、この加湿用給水としては純水を使用して、常時一定の補給、排水を行い、除湿・冷却を行う夏季においても、臭気あるいは半導体製造等クリーンルームにおいて問題となる水溶性ガス成分を除去するために、気化式加湿器への給水を行っている。
（２−２）作用
以上のような構成を有する本実施形態の空調システムの作用を、室内側の温湿度を２３℃、４５％、空調機吹出口の温湿度を１６℃、６９％、冷水を７℃、返り冷水を１８℃、温水を３４℃と設定し、図８、図１０、図１２に示した空気線図を参照して、冬季−１（例えば、外気湿球温度＝ＷＢが０℃未満の厳寒期）、冬季−２（一般的な冬期の加湿期）、一般的な除湿・冷却時期（主として夏季）とに分けて説明する。なお、図８、図１０、図１２に示したＡ〜Ｊは、図６に示したＡ〜Ｊの位置における空気の状態に対応している。また、温度及び湿度等の具体的な値は例示であり、本発明がこれらの数値に限定されるものではない。また、ファンによる昇温とこれによる相対湿度低下は、理解を容易にするために、ここでは考えないものとする。
（２−２−１）冬季−１…図７、図８参照
外気が非常に低温の場合（例えば、ＷＢが０℃よりも低い場合）であって、最上流側に設置された水膜（第１の気化式加湿器４ａ）の下流側（Ｂ点）が０℃以下の場合、図７に示したように、第１のポンプ１０ａを停止し、送風機８及び第２の気化式加湿器４ｂ及び第３の気化式加湿器４ｃを作動させるとともに、第２の冷却兼加熱コイル３ｂに接続された返り冷水供給ライン１２のバルブ２２を開とし、また、加熱コイル５のバルブ２４を開とする。さらに、再熱コイル６に接続された再熱コイル側返り冷水供給ライン１８の第５のバルブ２８と、第２の再熱コイル７に接続された温水供給ライン１６の第４のバルブ２６を開とする。すると、ハウジングの空気取入口から外気が流入する（例えば、−２℃、６０％ＲＨ）。
流入した空気は、フィルタ１、２を介して塵埃が濾過された後、返り冷水（１８℃）が循環供給された第１の冷却兼加熱コイル３ａを通過後（Ｃ点、１０．２℃）、第２の気化式加湿器４ｂを経て（Ｄ点、４℃）、第２の冷却兼加熱コイル３ｂに導入される。このとき、気化式加湿は温度低下を伴うので、図８のＣ点とＤ点とを結ぶ実線で示すように、乾球温度及び相対湿度が推移する（Ｄ点、４℃）。そして、第２の冷却兼加熱コイル３ｂを通過後（Ｅ点、１２．５℃）、第３の気化式加湿器４ｃを経て（Ｆ点、８．２℃）、加熱コイル５によって加熱される（Ｇ点、１４．７℃）。このとき、気化式加湿は温度低下を伴うので、図８のＥ点とＦ点とを結ぶ実線で示すように、乾球温度及び相対湿度が推移する（Ｆ点、８．２℃）
加熱コイル５で加熱された空気は、第４の気化式加湿器４ｄによって加湿が行われた後（Ｈ点、１１．６℃）、再熱コイル６に導入される。このとき、気化式加湿は温度低下を伴うので、図８のＧ点とＨ点とを結ぶ実線で示すように、乾球温度及び相対湿度が推移する（Ｈ点、１１．６℃、約９０％ＲＨ）。そして、再熱コイル６及び第２の再熱コイル７により１６℃まで加温されて室内に供給される。これにより、図８のＡ点とＪ点とを結ぶ実線で示すように、空気の温湿度状態が推移する。
なお、再熱コイル６には、冷却兼加熱コイル３ｂに供給されるＣＲＳと同じ返り冷水、すなわち、同一の配管系統で、他部分で冷却に使用されて温度が上昇し、冷凍機へ戻る（例えば、空調空気が供給される半導体製造等のクリーンルームの顕熱処理用に設けられたドライコイルからの）返り冷水（１８℃）が供給されるため、この返り冷水によって処理空気は加温され、さらに、第２の再熱コイル７によって加温されて、室内に供給される。
（２−２−２）冬季−２…図９，図１０参照
一般的な冬季の加湿期（例えば、ＷＢが０℃以上）の場合には、図９に示したように、第１のポンプ１０ａを停止させずに、送風機８及び第１の気化式加湿器４ａ〜第３の気化式加湿器４ｃを作動させるとともに、第２の冷却兼加熱コイル３ｂに接続された返り冷水供給ライン１２のバルブ２２を開とする。さらに、再熱コイル６に接続された再熱コイル側返り冷水供給ライン１８の第５のバルブ２８と、第２の再熱コイル７に接続された温水供給ライン１６の第４のバルブ２６を開とする。
すると、ハウジングの空気取入口から外気が流入する（１０℃、４０％ＲＨ）。流入した空気は、フィルタ１、２を介して塵埃が濾過された後、第１の気化式加湿器４ａに導入されて、図１０のＡ点とＢ点とを結ぶ実線で示すように、乾球温度及び相対湿度が推移する（Ｂ点、５．４℃、約８９％ＲＨ）。
続いて、返り冷水（１８℃）が循環供給された第１の冷却兼加熱コイル３ａを通過後（Ｃ点、１３℃）、第２の気化式加湿器４ｂを経て（Ｄ点、９．５℃）、第２の冷却兼加熱コイル３ｂに導入される。そして、第２の冷却兼加熱コイル３ｂを通過後（Ｅ点、１４．６℃）、第３の気化式加湿器４ｃを経て（Ｆ点、１１．２℃）、再熱コイル６及び第２の再熱コイル７により１６℃まで加温されて室内に供給される。これにより、図１０のＡ点とＪ点とを結ぶ実線で示すように、空気の温湿度状態が推移する。
なお、再熱コイル６には、冷却兼加熱コイル３ｂに供給されるＣＲＳと同じ返り冷水、すなわち、同一の配管系統で、他部分で冷却に使用されて温度が上昇し、冷凍機へ戻る（例えば、空調空気が供給される半導体製造等のクリーンルームの顕熱処理用に設けられたドライコイルからの）返り冷水（１８℃）が供給されるため、この返り冷水によって処理空気は加温され、さらに、第２の再熱コイル７によって加温されて、室内に供給される。
（２−２−３）夏季…図１１、図１２参照
夏季などの空気の除湿が必要な場合には、図１１に示したように、送風機８を作動させるとともに、第２の冷却兼加熱コイル３ｂに接続された冷水供給ライン１１のバルブ２１を開とする。さらに、再熱コイル６に接続された再熱コイル側返り冷水供給ライン１８の第５のバルブ２８と、第２の再熱コイル７に接続された温水供給ライン１６の第４のバルブ２６を開とする。
すると、ハウジングの空気取入口から外気（３３℃、６０％ＲＨ）が流入する。流入した空気は、フィルタ１、２を介して塵埃が濾過された後、第１の気化式加湿器４ａによって加湿された後（図１２のＡ〜Ｂ）、第１の冷却兼加熱コイル３ａによって冷却され（Ｂ〜Ｃ、１５．２℃）、さらに、第２の気化式加湿器４ｂによって加湿される（Ｃ〜Ｄ）。続いて、第２の冷却兼加熱コイル３ｂによってさらに冷却され（Ｄ〜Ｅ）、第３の気化式加湿器４ｃ及び第４の気化式加湿器４ｄによって加湿された後（Ｅ〜Ｈ）、再熱コイル６に導入される。
この再熱コイル６には、冷却兼加熱コイル３ｂに供給されるＣＲＳと同じ返り冷水、すなわち、同一の配管系統で、他部分で冷却に使用されて温度が上昇し、冷凍機へ戻る（例えば、空調空気が供給される半導体製造等のクリーンルームの顕熱処理用に設けられたドライコイルからの）返り冷水（１８℃）が供給されるため、この返り冷水によって処理空気は加温される（Ｆ〜Ｉ、１４．５℃）。そして、さらに、第２の再熱コイル７によって加温されて（Ｉ〜Ｊ、１６℃）、室内Ｍに供給される。これにより、図１２のＡ点とＪ点とを結ぶ実線で示すように、空気の温湿度状態が推移する。
（２−３）効果
このように、本実施形態によれば、冷却兼加熱コイルの上流側に気化式加湿器を設置することにより、返り冷水の温度をより低くして冷凍機に戻すことができる。また、夏季においては、冷却除湿により生じた結露水、及び臭気と水溶性ガス成分の連続除去を行うための排水は低温となっており、最上流側に滴下することにより、その冷却能力を空気側への予冷として有効に使用することができるため、さらに優れた省エネ効果を得ることができる。
（２−４）他の構成
本実施形態においては、多段に構成した冷却兼加熱コイルへの冷水及び返り冷水の供給方法として、図１３に示したような、冷水及び返り冷水を、一つのコイルへは対向流で流し、複数のコイルへは並列に流す「同時供給方式」や、図１４に示したような、冷水及び返り冷水を対向流で並列に、且つ制御を分割した「最適選択式」を用いることもできる。
（３）第３実施形態
本実施形態は、冷却兼加熱コイル及び再熱コイルに供給するＣＲＳ系統に加熱装置を組み込んだものである。
すなわち、本実施形態においては、図１５に示したように、第２の冷却兼加熱コイル３ｂに返り冷水を供給する返り冷水供給ライン１２と、再熱コイル６に返り冷水を供給する再熱コイル側返り冷水供給ライン１８のそれぞれに、加熱手段３０が設けられている。
以上のような構成を有する本実施形態の空調システムによれば、返り冷水の温度が低い場合や、返り冷水の量が少ない場合など、冷却兼加熱コイルを複数段にしても加湿量が不足する場合に有効である。
（４）他の実施形態
本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、気化式加湿器は、親水性あるいは吸水性の膜に限定されず、例えば、水スプレー等のように、加湿に伴う蒸発潜熱により、対象空気の乾球温度が低下するものであれば良い。また、ファン、フィルタは、本発明の必須構成要件ではなく、その有無は特に限定されない。
また、外気、室内の温湿度条件、返り冷水の温度及び安定性により、温水による加湿能力増加を目的とした補助加熱コイル（請求項にいう加湿用加熱コイル）、返り冷水及び温水による再熱コイルは不要となる場合もある。また、気化式加湿器への給水方法は、循環滴下方式、あるいは１パス方式（余剰分は排水）のいずれでも良く、給水の水質は純水でなく市水でも良い。
また、上記第２、第３実施形態において、最上流側の気化式加湿装置として水スプレー方式を採用することにより、冬季−１（厳寒期）においても運転可能となる。また、温湿度のみを対象とする場合は、冬季加湿期のみ、加湿装置部分を運転するようにしても良い。
さらに、第３実施形態において、加熱装置は共通として、返り冷水供給ライン１２と再熱コイル側返り冷水供給ライン１８系統を同温度としても良い。また、第３実施形態において、加熱装置の能力を増やし、加熱コイル５、第２の再熱コイル７を不要としても良い。
本発明に係る空調システムの第１実施形態の構成を示す模式図である。 第１実施形態の空調システムの作用を説明する空気線図（冬季−１）である。 第１実施形態の空調システムの作用を説明する空気線図（冬季−２）である。 第１実施形態の空調システムの作用を説明する空気線図（夏季）である。 本発明に係る空調システムの第１実施形態の変形例の構成を示す模式図である。 本発明に係る空調システムの第２実施形態の構成を示す模式図である。 図６に示した空調システムの厳寒期における使用ラインを示す模式図である。 第２実施形態の空調システムの作用を説明する空気線図（冬季−１）である。 図６に示した空調システムの冬季における使用ラインを示す模式図である。 第２実施形態の空調システムの作用を説明する空気線図（冬季−２）である。 図６に示した空調システムの夏季における使用ラインを示す模式図である。 第２実施形態の空調システムの作用を説明する空気線図（夏季）である。 多段に構成した冷却兼加熱コイルへの冷水及び返り冷水の供給方法の一例を示す図である。 多段に構成した冷却兼加熱コイルへの冷水及び返り冷水の供給方法の一例を示す図である。 本発明に係る空気調和装置の第３実施形態の構成を示す模式図である。
符号の説明
１…プレフィルタ
２…中性能フィルタ
３…冷却兼加熱コイル
４…気化式加湿器
５…加熱コイル
６…再熱コイル
７…第２の再熱コイル
８…送風機
９…温度及び湿度センサ
１１…冷水供給ライン
１２…返り冷水供給ライン
１３…冷水又は返り冷水戻りライン
１４…温水供給ライン
１６…温水供給ライン
１８…再熱コイル側返り冷水供給ライン

Claims (14)

  1. 少なくとも水循環式の冷却兼加熱コイルを有する外気処理用空気調和機と、前記冷却兼加熱コイルに循環供給される冷水を冷却する冷凍機を備えた空調システムにおいて、
    前記冷却兼加熱コイルには、前記冷凍機からの冷水を供給する冷水供給ラインと、同一の配管系統の他部分で冷却に使用された後、冷凍機へ戻される返り冷水の一部を供給する返り冷水供給ラインが接続され、
    前記外気処理用空気調和機による処理空気の温度が、所望の設定温度となるように、前記冷水供給ライン又は返り冷水供給ラインから前記冷却兼加熱コイルに供給される水量を制御するように構成したことを特徴とする空調システム。
  2. 少なくとも水循環式の冷却兼加熱コイルと、その下流側に設けられた気化式加湿器を有する外気処理用空気調和機と、前記冷却兼加熱コイルに循環供給される冷水を冷却する冷凍機を備えた空調システムにおいて、
    前記冷却兼加熱コイルには、前記冷凍機からの冷水を供給する冷水供給ラインと、同一の配管系統の他部分で冷却に使用された後、冷凍機へ戻される返り冷水の一部を供給する返り冷水供給ラインが接続され、
    前記外気処理用空気調和機による処理空気の湿度が、所望の設定湿度となるように、前記冷水供給ライン又は返り冷水供給ラインから前記冷却兼加熱コイルに供給される水量を制御するように構成したことを特徴とする空調システム。
  3. 少なくとも水循環式の冷却兼加熱コイルと、その下流側に設けられた気化式加湿器の組み合わせを複数組有する外気処理用空気調和機と、前記冷却兼加熱コイルに循環供給される冷水を冷却する冷凍機を備えた空調システムにおいて、
    空気の流れの最下流側に設けられた冷却兼加熱コイルには、前記冷凍機からの冷水を供給する冷水供給ラインと、同一の配管系統の他部分で冷却に使用された後、冷凍機へ戻される返り冷水の一部を供給する返り冷水供給ラインが接続されると共に、
    前記最下流側の冷却兼加熱コイルから排出された冷水又は返り冷水は、順次上流側に設置された冷却兼加熱コイルに供給されるように構成され、
    前記外気処理用空気調和機による処理空気の湿度が、所望の設定湿度となるように、前記冷水供給ライン又は返り冷水供給ラインから前記冷却兼加熱コイルに供給される水量を制御するように構成したことを特徴とする空調システム。
  4. 少なくとも水循環式の冷却兼加熱コイルと、その下流側に設けられた気化式加湿器と、再熱コイルを有する外気処理用空気調和機と、前記冷却兼加熱コイルに循環供給される冷水を冷却する冷凍機を備えた空調システムにおいて、
    前記冷却兼加熱コイルには、前記冷凍機からの冷水を供給する冷水供給ラインと、同一の配管系統の他部分で冷却に使用された後、冷凍機へ戻される返り冷水の一部を供給する返り冷水供給ラインが接続され、
    前記再熱コイルには、温水供給ラインが接続され、
    前記外気処理用空気調和機による処理空気の湿度が、所望の設定湿度となるように、前記冷水供給ライン又は返り冷水供給ラインから前記冷却兼加熱コイルに供給される水量を制御するように構成すると共に、
    前記外気処理用空気調和機による処理空気の温度が、所望の設定温度となるように、前記冷水供給ラインから前記冷却兼加熱コイルに供給される水量、及び温水供給ラインから前記再熱コイルに供給される水量を制御するように構成したことを特徴とする空調システム。
  5. 少なくとも水循環式の冷却兼加熱コイル及びその下流側に設けられた気化式加湿器と、加湿用の加熱コイル及びその下流側に設けられた気化式加湿器と、再熱コイルを有する外気処理用空気調和機と、前記冷却兼加熱コイルに循環供給される冷水を冷却する冷凍機を備えた空調システムにおいて、
    前記冷却兼加熱コイルには、前記冷凍機からの冷水を供給する冷水供給ラインと、同一の配管系統の他部分で冷却に使用された後、冷凍機へ戻される返り冷水の一部を供給する返り冷水供給ラインが接続され、
    前記加湿用の加熱コイル及び再熱コイルには、温水供給ラインが接続され、
    前記外気処理用空気調和機による処理空気の湿度が、所望の設定湿度となるように、前記冷水供給ライン又は返り冷水供給ラインから前記冷却兼加熱コイルに供給される水量及び温水供給ラインから前記加湿用の加熱コイルに供給される水量を制御するように構成すると共に、
    前記外気処理用空気調和機による処理空気の温度が、所望の設定温度となるように、前記冷水供給ラインから前記冷却兼加熱コイルに供給される水量、及び温水供給ラインから前記再熱コイルに供給される水量を制御するように構成したことを特徴とする空調システム。
  6. 前記冷却兼加熱コイルとその下流側に設けられた気化式加湿器の組み合わせが、複数組配設され、
    前記冷凍機からの冷水を供給する冷水供給ラインと、同一の配管系統の他部分で冷却に使用された後、冷凍機へ戻される返り冷水の一部を供給する返り冷水供給ラインが、空気の流れの最下流側に設けられた冷却兼加熱コイルに接続されると共に、
    前記最下流側の冷却兼加熱コイルから排出された冷水又は返り冷水が、順次上流側に設置された冷却兼加熱コイルに供給されるように構成されていることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の空調システム。
  7. 前記再熱コイルに接続された温水供給ラインに供給される温水が、同一の配管系統の他部分で冷却に使用された後、冷凍機へ戻される返り冷水であることを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれか一に記載の空調システム。
  8. 空気の流れの最上流側に設けられた冷却兼加熱コイルの上流側に、さらに気化式加湿器を設置したことを特徴とする請求項２乃至請求項７のいずれか一に記載の空調システム。
  9. 前記冷却兼加熱コイルに接続された返り冷水供給ラインに、加熱手段が組み込まれていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一に記載の空調システム。
  10. 前記再熱コイルに接続された返り冷水供給ラインに、加熱手段が組み込まれていることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の空調システム。
  11. 前記加熱手段の加熱源が、前記冷凍機を冷却するための冷却水であることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の空調システム。
  12. 前記加熱手段の加熱源が、蒸気であることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の空調システム。
  13. 前記加熱手段の加熱源が、５０℃以下の冷却水であることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の空調システム。
  14. 前記気化式加湿器への補給水が純水であることを特徴とする請求項２乃至請求項１３のいずれか一に記載の空調システム。
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