JP2006292300A - 外気導入型空調機及び空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】直膨コイルと冷温水コイルを備えた外気導入タイプの空調機における省エネルギーを達成する。
【解決手段】外気を導入して冷媒により冷却あるいは加熱する直膨コイル２と、この直膨コイル２で冷却あるいは加熱された外気と室内からの還気とを混合させて混合空気を生成する混合機構（ダンパ１４、管１８，２０）と、生成された混合空気を導入して冷水又は温水により冷却又は加温して室内への給気温度を調節する冷温水コイル４とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、直膨コイルと冷温水コイルを備えた外気導入型空調機及び空調システムに関する。

ビルなどの室内用の空調機としては外気導入型空調機が知られている。この外気導入型空調機は、外気を導入して温度調節された空気を室内に給気するもので、冷水を媒体とする冷却コイルと温水を媒体とする加熱コイルとを通過経路に対して直列配置したものが一般的である。外気を処理する空調機では前記冷却コイル及び加熱コイルにそれぞれ冷水及び温水を流して、これらコイルを通過する外気の温度を制御し、ファンにより室内に給気している。

また、温度制御を容易にし、かつ、省エネルギーを図ることを目的に、特許文献１に記載の「外気処理空調機」のように、冷水又は温水を導入する冷温水コイルと、この冷温水コイルを通過した後の冷温水をコンプレッサの冷却水として導入する直膨コイルとを外気の通過経路に対して直列に配置した装置もある。この特許文献１に記載の装置構成によれば、冷温水コイルと直膨コイルとが直列配置されていることにより、冷温水コイルを通過して温度制御した外気を直膨コイルで再度温度制御することになり、冷温水コイルに供給する冷水を高めに設定することができる。
特許第２６４３６９１号

ところで、通常の空調環境においては、全量外気導入ということは必ずしもない。全量外気導入は著しい空調負荷の増大をもたらし、必要不可欠な場所以外には用いられない。そこで、一般には必要な換気量に応じて、外気と室内からの還気（リターン空気）とを混合して空調するようにしている。

しかしながら、上述した従来の外気導入型空調機においては、外気処理のみを対象としていたので、外気とリターン空気とを混合する通常の空調機に対しては適用できないという課題があった。

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、直膨コイルと冷温水コイルを備えた外気導入タイプの空調機における省エネルギーを達成することのできる外気導入型空調機及び空調システムを提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために請求項１に記載の外気導入型空調機は、外気を導入して冷媒により冷却あるいは加熱する直膨コイルと、この直膨コイルで冷却あるいは加熱された外気を冷水又は温水により冷却又は加温して室内への給気温度を調節する冷温水コイルと、この冷温水コイルに室内からの還気を供給する供給機構とを具備することを特徴としている。

請求項２に記載の外気導入型空調機は、外気を導入して冷媒により冷却あるいは加熱する直膨コイルと、この直膨コイルで冷却あるいは加熱された外気と室内からの還気とを混合させて混合空気を生成する混合機構と、生成された混合空気を導入して冷水又は温水により冷却又は加温して前記室内への給気温度を調節する冷温水コイルとを具備することを特徴としている。

請求項３に記載の外気導入型空調機は、外気を導入して冷媒により冷却あるいは加熱する直膨コイルと、室内からの還気を導入して冷水又は温水により冷却又は加温して前記室内への給気温度を調節する冷温水コイルと、前記直膨コイルで冷却あるいは加熱された外気と冷温水コイルで温度調節された還気とを混合させて混合空気を生成する混合機構とを具備することを特徴としている。

請求項４に記載の外気導入型空調機は、請求項１乃至３の何れか１項に記載の外気導入型空調機において、前記直膨コイルに冷媒を循環させるために設けられたコンプレッサ及び凝縮器の少なくとも何れかを前記冷温水コイルの冷却後の還り冷水により冷却する機構を具備することを特徴としている。

請求項５に記載の空調システムは、請求項１乃至４の何れか１項に記載の外気導入型空調機と、前記外気導入型空調機の冷温水コイルに冷水を供給するとともに、前記還り冷水を再び冷却する中央熱源と、前記外気導入型空調機が中低負荷である場合に、前記還り冷水を前記中央熱源を通さずにバイパスして自然冷却させた後、前記冷温水コイルに供給するバイパス機構とを具備することを特徴としている。

請求項６に記載の空調システムは、請求項５記載の空調システムにおいて、前記中央熱源から外気導入型空調機に供給される冷水と外気導入型空調機からの還り冷水との温度差と、冷水流量とから負荷を測定し、測定された負荷が所定値以下であれば、中央熱源を停止し、還り冷水を自然冷却させる冷却塔に直接導く制御手段を有することを特徴としている。

本発明の外気導入型空調機によれば、直膨コイルと冷温水コイルを備えた外気導入タイプの空調機における省エネルギーを達成することができ、広く普及している一般的な空調機へも適用が可能となる。

また、冷温水コイル４の結露を防止できるので、中央熱源において冷水温度を上げた運用が可能となり、システム全体の効率が向上するとともに、冷温水コイルの長寿命化を達成することができる。

さらに、本発明に係る空調システムによれば、負荷の少ないとき、中央熱源の運転を省略できるので、この面からも省エネルギーを達成することができる。

〈第１の実施形態〉
図１は本発明に係る外気導入型空調機の第１の実施形態を示す構成図である。

同図に示すように、この外気導入型空調機１Ａは、外気を導入して冷媒により冷却あるいは加熱する直膨コイル２と、この直膨コイル２で冷却あるいは加熱された外気を冷水又は温水により冷却又は加温して室内への給気温度を調節する冷温水コイル４とを備え、冷温水コイル４で温度調整された空気を給気ファン６によって室内に給気する。

直膨コイル２には、冷媒を圧縮するコンプレッサ８と、圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器１０と、凝縮された冷媒を膨張させるための膨張弁１２とがこの順番で接続され、これによって冷媒サイクルが構成されている。

また、本実施形態では、冷温水コイル４には中央熱源（図示せず、図５参照）から冷水が供給されており、供給された空気を冷却して室内に供給する。冷温水コイル４を冷却した後の冷水は還り冷水として凝縮器１０に供給され、この凝縮器１０を冷却した後、中央熱源へ戻される。

また、本実施形態においては、室内からのリターン空気の一部がダンパ１４、管１８を介して管２０に供給され、この管２０内で外気と混合され混合空気として冷温水コイル４に供給される。リターン空気の一部は、ダンパ１６を介して排気されている。

上記構成において、コンプレッサ８によって圧縮された冷媒は高温、高圧のガス状態となって凝縮器１０に供給される。凝縮器１０では、高温・高圧の冷媒ガスが外気及び還り冷水によって冷却される。この状態で膨張弁１２を開くと、冷媒ガスは直膨コイル２内で急激に低圧・低温となり、導入された外気を冷却する。この冷媒サイクルを繰り返しつつ、導入された外気が冷却される。

冷却された外気は、管２０を介して冷温水コイル４に供給される。このとき、ダンパ１４，管１８を介して室内からのリターン空気の一部が管２０の接続部から外気に混合される。冷却された外気とリターン空気の一部が混合された混合空気は冷温水コイル４において中央熱源から供給される冷水によって冷却される。冷温水コイル４で冷却された混合空気は給気ファン６によって室内に給気される。

このように、第１の実施形態によれば、直膨コイル２で冷却された外気にリターン空気の一部を混合させた混合空気を冷温水コイル４で冷却した後、室内へ給気するようにしているので、省エネルギーを図りつつ、広く普及している一般的な空調機への適用が可能となる。

また、このように構成することにより、外気の水分が直膨コイル２で処理されており、冷温水コイル４には冷却後の乾いた外気と外気に比較して水分が少ないリターン空気との混合空気が供給されるので、冷温水コイル４にはほとんど結露が見られない。その結果、中央熱源において冷水温度を上げた運用が可能となり、システム全体の効率ＣＯＰ(Coefficience of performance;成績係数)が向上する。また、冷温水コイル４の長寿命化を達成することができる。

また、凝縮器１０は、冷温水コイル４の冷却後の還り冷水で冷却されるようにしたので、
より一層の省エネルギーを達成することができる。

〈第２の実施形態〉
図２は本発明に係る外気導入型空調機の第２の実施形態を示す概略構成図である。なお、図１に示した第１の実施形態と同一構成部分には同一番号を付してその説明は省略する。

第２の実施形態では、直膨コイル２で冷却された外気が、冷温水コイル４を通過しないように構成したことを特徴としている。

すなわち、外気導入型空調機２１Ａは、外気を導入して冷媒により冷却する直膨コイル２と、室内からのリターン空気（還気）を導入して冷水により冷却して室内への給気温度を調節する冷温水コイル４と、直膨コイル２で冷却された外気と冷温水コイル４で温度調節された還気とを混合させて混合空気を生成する混合機構とを備えている。この場合、混合機構としては、直膨コイル２の出側に配管された管２０と、冷温水コイル４の出側に配管された管２２とを給気ファン６の手前で接合させ、外気とリターン空気を混合させる構成が採用されている。

このように第２の実施形態によれば、直膨コイル２を通過した外気が冷温水コイル４を通過しないように構成したことから、強く冷却された外気とリターン空気が触れ合うことがないので、冷温水コイル４の内部での結露の発生をより一層、抑制することが可能となる。

〈他の実施形態〉
図３は、本発明に係る外気導入型空調機の第３の実施形態を示す構成図。図４は、本発明に係る外気導入型空調機の第４の実施形態を示す構成図である。

図３に示す外気導入型空調機１Ｂは、図１に示した第１の実施形態における外気導入型空調機１Ａの構成に加えて、冷温水コイル４の還り冷水を凝縮器１０のみならず、分岐管２４を介してコンプレッサ８の冷却にも使用するようにしたものである。コンプレッサ８の冷却後の還り冷水は、凝縮器１０の冷却後の還り冷水と合流して中央熱源へ戻される。

また、図４に示す外気導入型空調機２１Ｂは、図２に示した第２の実施形態における外気導入型空調機２１Ａの構成に加えて、冷温水コイル４の還り冷水を凝縮器１０のみならず、分岐管２４を介してコンプレッサ８の冷却にも使用するようにしたものである。コンプレッサ８の冷却後の還り冷水は、凝縮器１０の冷却後の還り冷水と合流して中央熱源へ戻される。

このように、第３、第４の実施形態によれば、コンプレッサ８の冷却も還り冷水で行うようにしたので、冷媒サイクルのＣＯＰを大幅に高めることができ、より一層の省エネルギーを達成することができる。

〈空調システムの実施形態〉
図５は本発明に係る空調システムの実施形態を示す構成図である。

同図に示すように、この空調システム３１は、室Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ別に設けられた外気導入型空調機３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄと、これら空調機３０Ａ〜３０Ｄに設けられた直膨コイルの冷媒サイクルに組み込まれる冷凍機３２と、各空調機３０Ａ〜３０Ｄ毎に設けられた給気ファン３４Ａ〜３４Ｄ及び還気ファン３６Ａ〜３６Ｄを備えている。外気導入型空調機３０Ａ〜３０Ｄは、前述した第１の実施形態乃至第４の実施形態で示された外気導入型空調機１Ａ，１Ｂ，２１Ａ，２１Ｂの何れかが適用できる。

また、この空調システム３１は、外気導入型空調機３０Ａ〜３０Ｄからの還り冷水を返りポンプ３８を介して導入するするとともに、還り冷水を再び冷却して送水ポンプ４０を介して各外気導入型空調機３０Ａ〜３０Ｄの冷温水コイルに供給するための中央熱源となる中央冷凍機４２を備えている。

さらに、中低負荷時に中央冷凍機４２をバイパスさせるバイパスルートの設けられた制御弁４６と、この制御弁を介してバイパスされた還り冷水を自然冷却させる冷却塔４４と、冷却塔４４で冷却された冷水を送水する冷却水ポンプ４８と、冷却水ポンプ４８の出側のバイパスルートの設けられた制御弁５０と、バイパス制御部５２とを備えている。

冷却塔４４は、戻り冷水の熱を外気に逃がすものであり、ポンプで冷却塔４４の上部に送られた水が上部で散水され、冷却塔ファンからの気流と接触して一部が蒸発して自らの温度が下がり、下部のタンクに貯水した後、設備に再循環される仕組となっている。さらに、前記送水ポンプ４０は、負荷に応じて1台運転と2台運転を切り替える送水ポンプ４０Aと４０Bとから構成されている。

バイパス制御部５２は、中低負荷時に中央冷凍機４２をバイパスさせる制御を実行する。このため、中央冷凍機側の冷水の行きと帰りの温度差と冷水流量から負荷を演算する。負荷は温度差×冷水流量で決定されるので、この負荷が所定値以下であれば、中央冷凍機４２を停止するとともに、制御弁４６を開制御して、還り冷水を直接冷却塔４４に導く。冷却塔４４にて冷水温度を低下させ、再度冷水として制御弁５０、送水ポンプ４０を介し空調機３０Ａ〜３０Ｄへ送り出す。

このように、この実施形態によれば、負荷の少ないとき、中央熱源である中央冷凍機４２の運転の無駄を省くことができ、省エネルギーを達成することができる。

本発明に係る外気導入型空調機の第１の実施形態を示す構成図。 本発明に係る外気導入型空調機の第２の実施形態を示す構成図。 本発明に係る外気導入型空調機の第３の実施形態を示す構成図。 本発明に係る外気導入型空調機の第４の実施形態を示す構成図。 本発明に係る空調システムの実施形態を示す構成図。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ，２１Ａ，２１Ｂ 外気導入型空調機
２ 直膨コイル
４ 冷温水コイル
６ 給気ファン
８ コンプレッサ
１０ 凝縮器
１２ 膨張弁
１４ ，１６，２４，２８，４０ ダンパ
１８，２０，２２ 管
２４ 分岐管

Claims (6)

1. 外気を導入して冷媒により冷却あるいは加熱する直膨コイルと、
   この直膨コイルで冷却あるいは加熱された外気を冷水又は温水により冷却又は加温して室内への給気温度を調節する冷温水コイルと、
   この冷温水コイルに室内からの還気を供給する供給機構と、
   を具備することを特徴とする外気導入型空調機。
2. 外気を導入して冷媒により冷却あるいは加熱する直膨コイルと、
   この直膨コイルで冷却あるいは加熱された外気と室内からの還気とを混合させて混合空気を生成する混合機構と、
   生成された混合空気を導入して冷水又は温水により冷却又は加温して前記室内への給気温度を調節する冷温水コイルと、
   を具備することを特徴とする外気導入型空調機。
3. 外気を導入して冷媒により冷却あるいは加熱する直膨コイルと、
   室内からの還気を導入して冷水又は温水により冷却又は加温して前記室内への給気温度を調節する冷温水コイルと、
   前記直膨コイルで冷却あるいは加熱された外気と冷温水コイルで温度調節された還気とを混合させて混合空気を生成する混合機構と、
   を具備することを特徴とする外気導入型空調機。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載の外気導入型空調機において、
   前記直膨コイルに冷媒を循環させるために設けられたコンプレッサ及び凝縮器の少なくとも何れかを前記冷温水コイルの冷却あるいは加熱後の還り冷水により冷却あるいは加熱する機構 を具備することを特徴とする外気導入型空調機。
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載の外気導入型空調機と、
   前記外気導入型空調機の冷温水コイルに冷水を供給するとともに、前記還り冷水を再び冷却する中央熱源と、
   前記外気導入型空調機が中低負荷である場合に、前記還り冷水を前記中央熱源を通さずにバイパスして冷却塔により自然冷却させた後、前記冷温水コイルに供給するバイパス機構と、
   を具備することを特徴とする空調システム。
6. 請求項５記載の空調システムにおいて、
   前記中央熱源から外気導入型空調機に供給される冷水と外気導入型空調機からの還り冷水との温度差と、冷水流量とから負荷を測定し、測定された負荷が所定値以下であれば、中央熱源を停止し、還り冷水を自然冷却させる冷却塔に直接導く制御手段を有することを特徴とする空調システム。

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