JP2007198655A - 空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】蒸発器の気化過程での気化熱の有効活用及び気化効率の向上を図ることができ、気化過程で発生する靄による視界悪化が及ぼす人への危険性を防止することができ、吹出し場所変更に伴うダクト系統変更に掛かるコストを低減することができ、空調対象となる全領域の最適な省エネルギー化を図ること。
【解決手段】内部に低温液化ガスを通過させることで外部の空気と熱交換を行い、液化ガスを気化させる蒸発器２１−１〜３を用い、その熱交換で得られた冷気を空調機１３−１〜３で使用する。この際、空調機に連結したダクトの開口を蒸発器の近傍に配置し、その開口に向かって送風する押込ファン２６−１〜３を蒸発器を挟んで開口と対向する位置に配置し、開口から吸込んだ気体を空調機へ送り込む吸込ファン２４−１〜３をダクト中に配置する。また、空調機に接続されたマトリクス空調ダクト１５−１〜６、１６−１〜ｎ及び１７を設けた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、工場やビル、展示場などの屋内の冷暖房を行う空調システムに関し、特に、未利用エネルギーの利用、省エネルギー、運転コストの低減、運転分析・評価及び地球環境に対する配慮等の各側面において最適な運転を可能とする空調システムに関する。

従来、例えば工場に配備される空調システムにおいては、外気または還気を空調用ダクトに吸い込み、更に工場内に配備された複数の空調機により空調処理されたのち工場内の天井などに張り巡らされたダクトに送り込まれ、最終的にダクトの吹出し口から作業空間等に排出されるようになっている。
この種の従来の空調システムとして、例えば特許文献１及び２に記載のものがある。
特開平１０−２４６４９４号公報 特開２００４−１６９９７２号公報

ところで、液体窒素、液体酸素、液化天然ガス等の液化ガスをガス化するのに用いられる液化ガス蒸発器（空温式気化器）においては、液化ガスが蒸発器内の伝熱管を順次流れる間に外部空気と熱交換され、それによって液化ガスが気化されるが、その際、液化ガスの気化による相転移過程にて発生する気化熱（顕熱及び潜熱）は決して小さくない。しかし、その蒸発器の構造的な困難性や取扱いの困難性から熱回収方法が確立しておらず、このため、その気化熱が利用されているケースは殆ど無いのが現状である。換言すれば、気化熱が有効活用されていないという問題がある。

しかも、気化過程で発生する霜等が蒸発器自体に慢性的に付着することによって気化効率が低減するという問題がある。また、蒸発器は一般的に屋外の道路脇に設置されているが、気化過程で発生する霧状の靄によって道路上の視界が遮られ、歩行者や運転者の安全性を損なうという問題がある。
また、空気搬送による空調システムにおいては、供給元である空調機、搬送ルートのダクト、吹出し口が建設時に固定されているので、吹出し場所が変更された場合、これに適合するように吹出し口を含むダクト系統を変更しなければならない。このため、吹出し場所の変更の都度、設備費や修繕費等のコストが掛かるという問題がある。これは、吹出し場所の変更が大規模で有れば有る程、高額のコストが掛かることになる。

また、空調システムにおける制御として、吹出し場所の温度、湿度、風量、風速等の必要条件によって空調機の回転数を制御する省エネルギー方法がとられている。この他、複数の空調機が連携して並列運転を行う制御方法も考えられるが、搬送ダクト内の静圧のバランスや気流の乱れ等の要因からその並列運転の制御方法については確立されていない。
このため、上記のような吹出し場所の変更を行った場合、吹出し場所の要求量に応じた空調機個別の運転制御、例えばインバータによるファンの回転数制御等は行えるものの、吹出し場所の変化に応じて複数の空調機を選択運転したり、複数の空調機に連携して空調負荷を分担させたりする柔軟な省エネルギー制御を行うことができない。このため、空調対象となる全領域の最適な省エネルギー化を図ることができないという問題がある。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、蒸発器の気化過程での気化熱の有効活用及び気化効率の向上を図ることができ、気化過程で発生する靄による視界悪化が及ぼす人への危険性を防止することができ、吹出し場所変更に伴うダクト系統変更に掛かるコストを低減することができ、空調対象となる全領域の最適な省エネルギー化を図ることができる空調システムを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１による空調システムは、内部に低温液化ガスを通過させることで外部の空気と熱交換を行い、前記液化ガスを気化させる蒸発器を用い、その熱交換で得られた冷気を空調機で使用する空調システムであって、前記空調機に連結したダクトの開口を前記蒸発器の近傍に配置し、前記開口に向かって送風する第１の送風手段を前記蒸発器を挟んで前記開口と対向する位置に配置し、前記開口から吸込んだ気体を前記空調機へ送り込む第２の送風手段を前記ダクトの中に配置したことを特徴とする。

この構成によれば、第１の送風手段による送風がダクトの開口に向かっているので、蒸発器の熱交換で得られた冷気がダクトの開口へ移動する。この移動した冷気は第２の送風手段によって開口から吸込まれて空調機へ送り込まれる。従って、蒸発器の周囲に発生した冷気を効率良く回収して空調機を利用することが可能となる。換言すれば、蒸発器の気化過程での気化熱の有効活用を図ることができる。また、その回収によって、蒸発器から冷気が周囲に霧状の靄として発生しないので、従来のように道路上の視界が遮られ、歩行者や運転者の安全性が損なわれることも無くなる。

また、本発明の請求項２による空調システムは、請求項１において、前記蒸発器の温度を検出する温度検出手段と、前記第１及び第２の送風手段を前記温度検出手段での検出温度が所定の温度以下となった場合に運転し、所定の温度を超えた場合に停止する送風制御手段とを更に備えたことを特徴とする。
この構成によれば、送風制御手段により蒸発器の運転／停止を検出温度に応じて制御することによって、無駄な電力消費を費やすこと無く気化熱の有効活用を図ることができる。この制御は蒸発器が複数台ある場合、より有効となる。

また、本発明の請求項３による空調システムは、前記蒸発器が複数台設けられ、各蒸発器の運転、停止が選択制御される構成において、前記選択制御の信号に応じて前記第１及び第２の送風手段の運転、停止の制御を行う送風制御手段を更に備えたことを特徴とする。
この構成によれば、運転中の蒸発器用の第１及び第２の送風手段のみが運転されるので、無駄な電力消費を費やすこと無く気化熱の有効活用を図ることができる。
また、本発明の請求項４による空調システムは、請求項１から３の何れか１項において、前記蒸発器に温水又は水を掛ける手段を更に備えたことを特徴とする。
この構成によれば、蒸発器に霜が付着しないので、熱交換率が良くなり、また、靄の発生を防止することができる。

また、本発明の請求項５による空調システムは、請求項１から４の何れか１項において、前記回収された冷気と、前記空調機に導入される外気又は当該空調機と空調領域間の循環気との各々の気体のエンタルピから各々の気体を混合した場合のエンタルピを求め、この求めたエンタルピ値と予め設定したエンタルピ値とを比較して前記冷気と前記外気又は循環気との混合比率を決定し、この混合比率で前記冷気及び前記外気又は循環気が導入されて混合されるように前記空調機のダンパの開閉率を制御する空調制御手段を更に備えたことを特徴とする。
この構成によれば、蒸発器から回収した冷気又は循環気を有効に利用して空調対象領域の空調を行うことができるので、空調における省エネルギー化を図ることができる。

また、本発明の請求項６による空調システムは、１乃至は複数の空調機の送風口から単独又は分岐されて延長されるダクトの空気の吹出し口を空調対象領域に設置してその領域の空調を行う空調システムにおいて、前記空調対象領域に、前記ダクトを上下に交差させて格子状に配設し、その交差部分の上下のダクトを風量調整用のダンパが内蔵された接続ダクトで接続し、下のダクトに複数の開閉自在な開口部を設け、これら開口部に１乃至は複数の吹出し口を有する最下層ダクトを着脱自在に取付けて成るマトリクス空調ダクトを備えたことを特徴とする。

この構成によれば、空調対象領域が例えば広い場所である場合に空調の需要箇所が移動又は変更になった場合、それに応じて吹出し口を有する最下層ダクトを移動、取外し、取付けすればよいので、容易に対応可能となる。従って、従来構成のように吹出し口が建設時に固定されているため、吹出し場所の変更の都度、吹出し口を含むダクト系統を変更することによって多額の設備費や修繕費等のコストが掛かるといったことが無くなり、吹出し場所変更に伴うダクト系統変更に掛かるコストを大幅に低減することができる。

また、本発明の請求項７による空調システムは、請求項６において、前記マトリクス空調ダクトのうち格子状に固定された上下のダクトの交点を前記ダンパの位置座標と見做すと共に、その交点に前記空調機が位置すれば該当交点を、位置しなければ空調機に最寄の交点を空調機の位置座標と見做し、空調が必要な空調対象領域に位置する各ダンパと、当該ダンパが内蔵されたダクトに繋がる空調機との距離を双方の位置座標から求めると共に各ダンパの要求風量を求め、この求められた距離に反比例すると共に要求風量に比例する係数を空調機毎に求め、この求められた係数が大きいほど順位が高くなるように空調機に優先順位を付け、前記空調が必要な空調対象領域の全要求風量を、互いの静圧を均衡させた際の合計風量で供給可能な複数の空調機を前記優先順位に従って選択し、この選択された複数の空調機を運転する空調制御手段を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、空調が必要な領域の全要求風量が供給できるように複数の空調機を所定の静圧を保ちながら連携運転することができるので、各空調機の動力を下げることができ、合計風量で賄うことにより効率の良い送風を行うことができる。これによって省エネルギー化を図ることができる。

また、本発明の請求項８による空調システムは、請求項７において、前記空調制御手段は、前記空調が必要な空調対象領域の全要求風量を、互いの静圧を均衡させた際の合計風量で供給可能な複数の空調機の運転制御条件に応じたシミュレーションにより予測した予測エネルギー消費量と、同運転制御条件での運転時の実エネルギー消費量との差を、前記係数に反映させる制御を行うことを特徴とする。
この構成によれば、より適正な係数を得ることが可能となるので、より省エネルギー化を図ることができる。

また、本発明の請求項９による空調システムは、請求項１〜５に記載の空調機に連結したダクト、第１及び第２の送風手段、温度検出手段、送風制御手段、蒸発器に温水又は水を掛ける手段、空調制御手段の各構成要素と、請求項６〜８に記載のマトリクス空調ダクト、空調制御手段の各構成要素とを組み合わせたことを特徴とする。
この構成によれば、蒸発器の気化過程での気化熱の有効活用及び気化効率の向上を図ることができ、気化過程で発生する靄による視界悪化が及ぼす人への危険性を防止することができ、吹出し場所変更に伴うダクト系統変更に掛かるコストを低減することができ、空調対象となる全領域の最適な省エネルギー化を図ることができる。

以上説明したように本発明によれば、蒸発器の気化過程での気化熱の有効活用及び気化効率の向上を図ることができ、気化過程で発生する靄による視界悪化が及ぼす人への危険性を防止することができ、吹出し場所変更に伴うダクト系統変更に掛かるコストを低減することができ、空調対象となる全領域の最適な省エネルギー化を図ることができるという効果がある。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る空調システムの構成を示す図である。
図１に示す空調システム１０は、工場１１の屋内に設けられた第１〜第３の空調機１３−１〜１３−３と、これら空調機１３−１〜１３−３の送風口に接続され、工場１１の天井にマトリクス状に張り巡らされた空調ダクト１５−１〜１５−６、１６−１〜１６−ｎ及び１７と、各空調機１３−１〜１３−３の運転制御を行う空調制御部１８とを備える。

更に、空調システム１０は、工場１１の外に、第１〜第３の蒸発器２１−１，２１−２，２１−３と、これら蒸発器２１−１〜２１−３の近傍に配置されたフード２２−１，２２−２，２２−３に取り付けられると共に工場１１の外壁を貫通して各空調機１３−１〜１３−３の吸気口に取り付けられたダクト２３−１，２３−２，２３−３と、これらダクト２３−１〜２３−３の通気路中に配置された吸込ファン２４−１，２４−２，２４−３と、各蒸発器２１−１〜２１−３を挟んだ各フード２２−１〜２２−３の対向位置に配置されたノズル装置２５−１，２５−２，２５−３と、これらノズル装置２５−１〜２５−３の内部に配置された押込ファン２６−１，２６−２，２６−３と、各蒸発器２１−１〜２１−３の温度を検出する温度センサ２７−１，２７−２，２７−３と、ファン制御部２８とを備えて構成されている。

このような構成要素を備える空調システム１０の特徴を、以下の（１）〜（６）にて説明する。
（１）冷気の回収。
各蒸発器２１−１〜２１−３は、図２（ａ）のフィン部の平面図、（ｂ）のフィン部の側面図に示すように、複数枚の板状のフィン２１ａが真上から見て星型に組合されて構成されている。更に、各フィン２１ａの内部は空洞となり互いの空洞が連接されており、図３に第１の蒸発器２１−１を代表して示すように、コンクリート製の台座２１ｂの上に固定された各フィン２１ａに液体窒素（又は液体酸素）を通す配管２１ｃが組み合わされることによって、図示せぬ液体窒素タンクから矢印Ｙ１ａで示すように液体窒素が流入され、これが全てのフィン２１ａの内部を通り矢印Ｙ１ｂで示すように排出される。
なお、その排出された液体窒素は、例えば図示せぬ貯蔵タンクに回収される等の構成で再利用されるようになっている。

各フィン２１ａの内部を液体窒素が通過する際に、フィン２１ａの周囲の空気が熱交換によって冷却され、気化熱である冷気が大量に発生する。この冷気は矢印Ｙ２で示すように下方へ流れる。
この冷気をダクト２３−１へ取り込むために、押込ファン２６−１でノズル装置２５−１の３つのノズルから矢印Ｙ３で示すように空気を送風し、吸込ファン２４−１によってフード２２−１から吸込むようになっている。この冷気が吸込まれるまでの流れを矢印Ｙ４で示した。
更に説明すると、その送風は、フィン２１ａにおいて霜が一番付着し易い液体窒素流入側の反対側で且つフィン２１ａの下半分位の高さから地面までの範囲に対して行っている。

これを実現するために、フード２２−１を、蒸発器２１−１の矢印Ｙ１ａで示す液体窒素の流入側で且つ下方の近傍位置に配置し、ノズル装置２５−１を、蒸発器２１−１の矢印Ｙ１ｂで示す液体窒素の排出側で且つ下半分の近傍位置に配置している。
このように配置された押込ファン２６−１と吸込ファン２４−１とを、ファン制御部２８により運転することによって、ノズル装置２５−１から矢印Ｙ３で示すフード２２−１方向に送風が行われ、冷気が矢印Ｙ４で示すように送風方向へ移動する。更に、フード２２−１の開口付近は吸込ファン２４−１で吸込み状態にあるので、その移動した冷気が効率良くフード２２−１内に吸込まれ、矢印Ｙ５で示すようにダクト２３−１を通って空調機１３−１へ送り込まれる。

このように、蒸発器２１−１の下部からファン２６−１，２４−１により押込み又は吸引することにより効率的に冷気を回収することが可能となる。ここでは、蒸発器２１−１及びこの系統を代表して説明したが、他の蒸発器２１−２，２１−３系統においても同様である。
このように、各蒸発器２１−１〜２１−３の気化過程での気化熱の有効活用を図ることができる。
また、蒸発器２１−１〜２１−３から冷気が周囲に霧状の靄として発生しないので、従来のように道路上の視界が遮られ、歩行者や運転者の安全性が損なわれることも無くなる。換言すれば、蒸発器２１−１〜２１−３の気化過程で発生する靄による視界悪化が及ぼす人への危険性を防止することができる。

（２）押込及び吸込ファンの運転／停止制御。
蒸発器２１−１〜２１−３が複数台ある場合は、常時全てが運転されるとは限らず停止中のものも存在する。蒸発器２１−１〜２１−３が停止中の場合はフィン２１ａに液体窒素が流入されていないので、そのフィン表面温度を検出すれば運転／停止状態が分かる。
そこで、図１に示すように、温度センサ２７−１〜２７−３を各蒸発器２１−１〜２１−３の温度変化が最も顕著に現れる位置、例えば下面側に設置して蒸発器２１−１〜２１−３の温度を検出し、ファン制御部２８へ伝送する。

ファン制御部２８は、その検出温度が運転状態を示す温度（運転温度と称す）である場合に、押込及び吸込ファン２６−１〜２６−３，２４−１〜２４−３を運転する。一方、ファン運転中に検出温度が運転温度よりも高くなった場合、押込及び吸込ファン２６−１〜２６−３，２４−１〜２４−３を停止する。
このように、蒸発器２１−１〜２１−３が複数台ある場合に、それらの運転／停止を検出温度に応じて制御することによって、無駄な電力消費を費やすこと無く気化熱の有効活用を図ることができる。
また、押込及び吸込ファン２６−１〜２６−３，２４−１〜２４−３を、常時又は所定時間間隔で運転させるようにすれば、各フィン２１ａに霜が慢性的に付着して氷状に固化するのを初期の段階で防止することが可能となる。

上記構成の他、図４に示すように、各蒸発器２１−１〜２１−３に図示せぬタンクからの液体窒素が、バルブ切替制御部３５により制御される選択バルブ３４によって何れか又は全ての蒸発器２１−１〜２１−３へ選択的に流入される構成の場合は、次のようにファン運転／停止制御を行う。即ち、ファン制御部２８によって、バルブ切替制御部３５の切替制御信号をもとに押込及び吸込ファン２６−１〜２６−３，２４−１〜２４−３の運転／停止制御を行うようにする。

例えば、液体窒素が第１の蒸発器２１−１のみへ液体窒素を流入するための選択バルブ３４の制御を行っている場合は、この制御信号を受けたファン制御部２８が押込及び吸込ファン２６−１，２４−１のみを運転するように制御する。
このような制御によっても、上記同様に、無駄な電力消費を費やすこと無く気化熱の有効活用を図ることができる。

（３）蒸発器の霜取り。
図２（ｂ）に示すように、温水を流入する配管３６と、その流入された温水を複数のノズル３８ａから流出させる配管３８とが接続された流水制御装置３７を用いて、各フィン２１ａに霜が付着した場合、又は霜が付着して氷状に固化した場合、それを融かして除去するようにしてもよい。
このため、各フィン２１ａの上方に複数のノズル３８ａを配置し、これらノズル３８ａから各フィン２１ａに温水が落下するようにした。
これによって、フィン２１ａに霜が付着しないので、熱交換率が良くなり、前述のような靄の発生を防止することができる。また、温水を工場設備である炉の廃熱を利用して作れば無駄なエネルギーを費やすことがない。更に、外気温によっては、温水でなくとも常温の水で霜や氷を溶解することが可能となる。

（４）回収冷気と外気との混合制御。
上述のように、冷気を回収して空調機１３−１〜１３−３へ導入するが、この際、回収冷気の量が足りない場合、所定温度以上とならないように外気又は工場内の循環気を混ぜて必要量とする。このため、外気取り入れアルゴリズムに基づいた演算により外気の取り入れの可否及び取り入れ量を決定し、回収冷気と取り入れた外気を適切に混合する。

このように、空調制御部１８で混合制御を行う。この場合、回収冷気及び外気（又は循環気）における各々のエンタルピから各々を混合した場合のエンタルピをシミュレーション計算し、予め設定した値と比較することにより回収冷気と外気との混合比率を決定する。そして、その混合比率で回収冷気及び外気（又は循環気）が導入されて混合されるように空調機１３−１〜１３−３のダンパの開閉率を制御する。
これによって、回収冷気を有効に利用して工場１１の空調を行うことができるので、空調における省エネルギー化を図ることができる。

（５）マトリクス空調ダクト構造。
図１に示すように、マトリクス空調ダクトは、工場１１の作業スペースの天井に各々が水平且つ平行状態に配置された６本の上層ダクト１５−１〜１５−６と、これら上層ダクト１５−１〜１５−６の下に当該上層ダクトと平行で且つ直交状態、即ち上下で格子状になるように配置されたｎ本の中層ダクト１６−１〜１６−ｎと、これら中層ダクト１６−１〜１６−ｎの下に所定間隔で作業スペース全体に行き渡るように配置された多数の下層ダクト１７とを備えて構成されている。

更に説明すると、各空調機１３−１〜１３−３に上層ダクト１５−１〜１５−６、中層ダクト１６−１〜１６−ｎ、下層ダクト１７を、格子状に多段階層別に配管し、例えば、各空調機１３−１〜１３−３に直結される最上層である上層ダクト１５−１〜１５−６を空気供給層、次の階層である中層ダクト１６−１〜１６−ｎを空気搬送階層、下層ダクト１７を吹出し層として機能を分けた。つまり、下層ダクト１７には１乃至は複数の吹出し口が設けられている。

また、上層ダクト１５−１〜１５−６と中層ダクト１６−１〜１６−ｎは、図５に示すように、上層及び中層ダクトの直交位置に垂直に配置された接続ダクト３１によって通気状態に接続されている。接続ダクト３１の内部には、ＶＤ（風量調節ダンパ）、ＭＤ（モータダンパ）等の開閉ダンパや、ＣＡＶ(Constant Air Valve)、ＶＡＶ(Variable Air Valve)等のエアバルブ、その他類する開閉装置（以降これらを総称してダンパ３２と称す）が組み込まれており、このダンパ３２で上層ダクト１５−１〜１５−６から中層ダクト１６−１〜１６−ｎへの風量を調整可能なようになっている。

中層ダクト１６−１〜１６−ｎには、下層ダクト１７を抜き差しして取り付けるための多数の開口部が設けられており、この開口部に下層ダクト１７が取り付けられている。開口部は、下層ダクト１７を取り付けない場合はバネ構造で自動的に開口を閉状態とする蓋で塞がれるようになっている。
このようにマトリクス空調ダクト構造とすることによって、例えば、工場１１の製造ラインの変更等で空調の需要箇所が移動又は変更になった場合、それに応じて吹出し口を有する下層ダクト１７を移動、取外し、取付けすればよいので、容易に対応可能となる。

従って、従来構成のように吹出し口が建設時に固定されているため、吹出し場所の変更の都度、吹出し口を含むダクト系統を変更することによって多額の設備費や修繕費等のコストが掛かるといったことを解消することができる。換言すれば、吹出し場所変更に伴うダクト系統変更に掛かるコストを大幅に低減することができる。特に、従来では、吹出し場所の変更が大規模で有れば有る程、高額のコストが掛かっていたが、本実施の形態では、その変更が大規模であってもそれほどコストを掛けないで対応することができる。

（６）空調機の連携運転制御。
この空調機の連携運転制御は空調制御部１８に行い、上記のような吹出し場所の変更を行った場合、吹出し場所の変化に応じて複数の空調機１３−１〜１３−３を選択運転したり、各空調機１３−１〜１３−３に連携して空調負荷を分担させたりする柔軟な省エネルギー制御を行うものである。
この空調制御部１８による連携運転制御について、次のステップＳ１〜Ｓ１０で説明する。
ステップＳ１において、空調条件が変更されたか否かを判断する。空調条件は、上記のような製造ラインの変更のような空調場所の物理的な変更で変わるが、この他、製造ラインの運転停止や作業時間帯など、空調対象場所において空調が必要か否かの状態（空調要否状態）に応じても変わる。

そこで、空調条件が変更されたか否かを判断する手段として、本実施の形態では、製造ラインの照明のオン／オフとした。即ち、照明電源１９からの照明オン／オフ信号を受けて判断を行う。なお、その他、製造ラインの動力電源のオン／オフ、空調要否状態を人が手動で行う際の手動信号、空調要否状態をタイマで管理する際のタイマ信号、温湿度計からの信号などを受けて判断を行っても良い。

また、空調条件が変更となったか否かの判断結果は、空調条件変更ビットを用いて示すようにした。
即ち、空調条件が変更された場合は、ステップＳ２において、空調条件変更ビットを「１」に変更する。また、後述で説明するステップＳ５で空調省エネ係数Ｅｊを計算した後はステップＳ２で空調条件変更ビットを「０」とする。

空調条件変更ビットが「１」の場合は、ステップＳ３において、空調条件変更後に吹出しが必要なエリアの空調系、例えば図６に示すような空調系の座標グリッドを形成して各空調機１３−１〜１３−３及び各ダンパ３２の位置を示す座標を求める。
即ち、マトリクス空調ダクト構造の上層ダクト１５−１〜１５−６及び中層ダクト１６−１〜１６−ｎを座標グリッドと見做し、これら交点から空調機１３−１〜１３−３の位置を示す座標と、接続ダクト３１に設けられたダンパ３２の位置を示す座標とを求める。

但し、空調条件変更後に吹出しが必要な空調系は、例えば照明オン／オフ信号と、この信号のオン／オフで分かるエリアとを対応付けておき、オンのエリアのみの空調系の座標グリッドを形成する。
上層ダクト１５−１〜１５−６と中層ダクト１６−１〜１６−ｎとの交点には、ダンパ３２が存在するので、図６に示すように、上層ダクト１５−１〜１５−６を行方向の直線、中層ダクト１６−１〜１６−７を列方向の直線で表し、各々の交点をダンパ３２の位置を示す座標とする。

この例の場合、１行目の上層ダクト１５−１と１列目の中層ダクト１６−１との交点を座標（１，１）、１行目の上層ダクト１５−１と２列目の中層ダクト１６−２との交点を座標（１，２）、１行目の上層ダクト１５−１と３列目の中層ダクト１６−３との交点を座標（１，３）、１行目の上層ダクト１５−１と４列目の中層ダクト１６−４との交点を座標（１，４）、…、１行目の上層ダクト１５−１とｎ列目の中層ダクト１６−ｎとの交点を座標（１，ｎ）とした。

また、２行目の上層ダクト１５−２と１列目の中層ダクト１６−１との交点を座標（２，１）、２行目の上層ダクト１５−２と２列目の中層ダクト１６−２との交点を座標（２，２）、２行目の上層ダクト１５−２と３列目の中層ダクト１６−３との交点を座標（２，３）、２行目の上層ダクト１５−２と４列目の中層ダクト１６−４との交点を座標（２，４）、…、２行目の上層ダクト１５−２とｎ列目の中層ダクト１６−ｎとの交点を座標（２，ｎ）とした。この他、３行目〜６行目の上層ダクト１５−３〜１５−６においても同様に中層ダクト１６−１〜１６−ｎとの交点をダンパ３２の位置座標とする。各ダンパ３２（記号ＤＡで表す）に１行目のものから順に番号を付けると、ｉ番目のダンパＤＡ（ｉ）の座標は（ｘｉ，ｙｉ）となる。

また、各空調機１３−１〜１３−３の位置座標は、空調機１３−１〜１３−３が上記の交点に位置すればその交点に定めるが、交点に位置しない場合は、空調機１３−１〜１３−３に最も近い上層ダクト１５−１〜１５−６と中層ダクト１６−１〜１６−ｎとの交点を座標とする。本例では空調機１３−１〜１３−３は３つであるが、これ以上存在する場合に空調機（記号ＡＨで表す）に順に番号を付けると、ｊ番目の空調機ＡＨ（ｊ）の座標は（Ｘｊ，Ｙｊ）となる。

次に、ステップＳ４において、空調系の要求風量の計算を行う。この計算は、まず、各ダンパ３２における要求風量を計算し、これらを加算して空調系でのトータル要求風量を計算する。
例えば製造ラインにおける吹出し口の数は１０個などと決まっており、この個数分の風量が各ダンパ３２の要求風量となる。１つのダンパＤＡ（ｉ）の要求風量Ｑｉは次式（１）で表される。
Ｑｉ＝ｋｉ×Ｑｉ＿ｍａｘ …（１）
但し、ｋｉ：ダンパ開度係数、Ｑｉ＿ｍａｘ：最大風量である。

ダンパ開度係数ｋｉと最大風量Ｑｉ＿ｍａｘとの関係は、例えば１０個の吹出し口の風量を賄うためにはダンパ開度を７０％とする等の関係に繋がるものである。また、空調機から送風する場合、最も近い吹出し口に最大風量Ｑｉ＿ｍａｘで送風するのが最も効率が良く、遠くの吹出し口へ送風するのは効率が悪いことが分かっている。
１つのダンパＤＡ（ｉ）の要求風量Ｑｉを計算した後は、Ｑ＿ｔｏｔａｌ＝ΣＱｉにより空調系でのトータル要求風量Ｑ＿ｔｏｔａｌを計算する。

次に、ステップＳ５において、各空調機ＡＨ（ｊ）における空調省エネ係数Ｅｊを下式（２）より算出する。
空調省エネ係数Ｅｊとは、複数の空調機を連携運転する際に極力省エネルギーにて運転するための指標となる係数であり、下式（３）で算出される空調機からダンパまでの距離（空調機ダンパ間距離）Ｐｉ，ｊが小さいほど大きくなり、また、要求風量Ｑｉが大きいほど大きくなるものである。

Ｅｊ＝Σ（ｍ×ａ×Ｐｍｉｎ／Ｐｉ，ｊ＋ｎ×ｂ×Ｑｉ／Ｑｍａｘ） …（２）
ｍ：距離重み係数、ｎ：風量重み係数。
Ｐｍｉｎは空調系の最小距離であり、Ｐｍｉｎ＝ＭＩＮ（Ｐｉ，ｊ）。
Ｑｍａｘは空調系の最大風量であり、Ｑｍａｘ＝ＭＡＸ（Ｑｉ＿ｍａｘ）。
ａ，ｂ：補正係数（通常はａ，ｂ共に１に設定されている）。
Ｐｉ，ｊは、空調機ダンパ間距離であり、ＡＨ（ｊ）とＤＡ（ｉ）の空調機ダンパ間距離Ｐｉ，ｊは、次式（３）から求められる。
Ｐｉ，ｊ＝ＡＢＳ（Ｘｊ−ｘｉ）＋ＡＢＳ（Ｙｊ−ｙｉ） …（３）
但し、ＡＢＳ：絶対値を求める関数である。

また、ｍ、ｎは、ｍ＋ｎ＝１となるように設定され、それら係数の決め方はバランスを考慮して決定される。この理由を説明する。要求風量Ｑｉと空調機ダンパ間距離Ｐｉ，ｊとの関係は１：１だが、実際はダクトの空気漏れなどのロス等が原因となり必ずしもそうでない。そこで、その誤差を調整するための風量Ｑｉと距離Ｐｉ，ｊとにおける係数ｍ、ｎが必要となる。

次に、ステップＳ６において、各空調機を運転する際の優先順位を空調機毎に付ける。これは、上述のように算出された空調省エネ係数Ｅｊが大きいほど優先順位が高くなるように優先順位を付ける。空調省エネ係数Ｅｊが同じものは空調能力の小さいものを高優先順位とする。
次に、ステップＳ７において、空調エリア決定済みのトータル要求風量Ｑ＿ｔｏｔａｌを供給可能な複数の空調機１３−１〜１３−３の制御条件を決定する。これは、トータル要求風量Ｑ＿ｔｏｔａｌが供給できるように複数の空調機１３−１〜１３−３を同時に運転する場合、所定の静圧を保ちながら連携運転するための制御条件である。

更に説明すると、インバータ制御で何パーセント運転した時に必要な静圧−風量となるかは空調機毎に予め分かっているので、必要な静圧−風量となるパラメータに応じて（必要な静圧−風量となるように）各空調機をインバータ制御する。
風量と動力との関係は３乗の関係にある。動力を下げるためには風量を落した方が良く、風量を落として複数台で送風した方が効率が良い。つまり、ある風量を１台で賄うよりも複数台で賄った方が効率が良い。従来は例えば５台全てを運転してインバータ制御しているが、これを３台運転するようにして効率アップを図るようにするには、どのような制御条件で何台運転すればよいか決定する。

その制御条件を決定する場合、まず、各空調機１３−１〜１３−３のファンの静圧−風量の関数を決定する。この決定に際しては、空調機ファンの仕様上の静圧−風量の関数を参考にし、空調機の経年劣化及びその他条件を加味しながら関数及び各種パラメータを決定し、これを空調機ファンの静圧−風量関数と定義する。この静圧−風量関数の設定に際しては、実機における静圧−風量の実験によるデータも加味したものとする。

次に、上記の優先順位１及び２の例えば空調機１３−１，１３−２について静圧を均衡させながら供給できる風量をＱ＿ｓｕｐｐｌｙとし、静圧の高い値から順にＱ＿ｔｏｔａｌ＜Ｑ＿ｓｕｐｐｌｙとなる条件を導き出す。但し、空調機の最低周波数まで計算しても風量が満たされない場合には、次の優先度３、４、…の空調機を１台ずつ順々に条件にいれなから解が得られるまで計算を繰り返す。最終的に得られた解を制御条件とする。

換言すると、空調省エネ係数Ｅｊが大きい上位２台の空調機１３−１，１３−２の静圧を均衡させた際のトータル供給風量Ｑ＿ｓｕｐｐｌｙが、要求ダクト系統全体の必要風量であるトータル要求風量Ｑ＿ｔｏｔａｌを賄えれば、それら空調機１３−１，１３−２を使用する。また、トータル要求風量Ｑ＿ｔｏｔａｌを賄えなければ、３台目、４台目、…を使用してゆく。
なお、トータル要求風量Ｑ＿ｔｏｔａｌを賄えない場合に、各空調機の静圧を賄えるまで下げてもよい。これでも賄えなければ、上記の通り３台目、４台目、…を使用する。

次に、ステップＳ８において、上記決定された制御条件によって複数の空調機１３−１，１３−２を運転した場合のエネルギー消費量を、シミュレーションにより予測する。
また、ステップＳ９において、上記決定された制御条件によって複数の空調機１３−１，１３−２を実際に運転する。この時のエネルギー消費量を測定する。

そして、ステップＳ１０において、上記の予測エネルギー消費量と実エネルギー消費量とを比較し、ニューラルネットワーク等の演算処理装置を用いてエネルギーの予測値と実測値との差を、空調省エネ係数Ｅｊの式（２）における係数ａ，ｂの補正に反映させる。これによって、より適正な空調省エネ係数Ｅｊを得ることが可能となる。
また、実際の複数の空調機１３−１，１３−２の連携運転制御は、上記ステップＳ１〜Ｓ１０の処理ループにおいて空調省エネ係数Ｅｊが収束した時点で、このＥｊを用いてステップＳ９の実運転を行うようにする。

以上説明したように本実施の形態の空調システム１０によれば、蒸発器２１−１〜２１−３の気化過程での気化熱の有効活用及び気化効率の向上を図ることができる。また、蒸発器２１−１〜２１−３の気化過程で発生する靄による視界悪化が及ぼす人への危険性を防止することができる。更に、工場１１の吹出し場所変更に伴うダクト系統変更に掛かるコストを低減することができ、また、空調対象となる全領域の最適な省エネルギー化を図ることができる。

本発明の実施の形態に係る空調システムの構成を示す図である。 上記実施の形態の空調システムにおける蒸発器のフィン部の構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 上記実施の形態の空調システムにおける工場の外に配置された構成設備を示す図である。 上記実施の形態の空調システムにおいて各蒸発器への流入液体窒素がバルブ切替選択制御の場合の構成を示す図である。 上記実施の形態の空調システムにおけるマトリクス空調ダクトの構造を示す斜視図である。 空調系の座標グリッドを示す図である。 上記実施の形態の空調システムにおける複数の空調機の連携運転制御を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１０ 空調システム
１１ 工場
１３−１〜１３−３ 空調機
１５−１〜１５−６ 上層ダクト
１６−１〜１６−ｎ 中層ダクト
１７ 下層ダクト
１８ 空調制御部
１９ 照明電源
２１−１〜２１−３ 蒸発器
２１ａ フィン
２１ｂ 台座
２１ｃ，３６，３８ 配管
２２−１〜２２−３ フード
２３−１〜２３−３ ダクト
２４−１〜２４−３ 吸込ファン
２５−１〜２５−３ ノズル装置
２６−１〜２６−３ 押込ファン
２７−１〜２７−３ 温度センサ
２８ ファン制御部
３１ 接続ダクト
３２ ダンパ
３４ 選択バルブ
３５ バルブ切替制御部
３７ 流水制御装置
３８ａ ノズル

Claims (9)

1. 内部に低温液化ガスを通過させることで外部の空気と熱交換を行い、前記液化ガスを気化させる蒸発器を用い、その熱交換で得られた冷気を空調機で使用する空調システムであって、
   前記空調機に連結したダクトの開口を前記蒸発器の近傍に配置し、前記開口に向かって送風する第１の送風手段を前記蒸発器を挟んで前記開口と対向する位置に配置し、前記開口から吸込んだ気体を前記空調機へ送り込む第２の送風手段を前記ダクトの中に配置したことを特徴とする空調システム。
2. 前記蒸発器の温度を検出する温度検出手段と、前記第１及び第２の送風手段を前記温度検出手段での検出温度が所定の温度以下となった場合に運転し、所定の温度を超えた場合に停止する送風制御手段とを更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の空調システム。
3. 前記蒸発器が複数台設けられ、各蒸発器の運転、停止が選択制御される構成において、前記選択制御の信号に応じて前記第１及び第２の送風手段の運転、停止の制御を行う送風制御手段を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の空調システム。
4. 前記蒸発器に温水又は水を掛ける手段を更に備えたことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の空調システム。
5. 前記回収された冷気と、前記空調機に導入される外気又は当該空調機と空調領域間の循環気との各々の気体のエンタルピから各々の気体を混合した場合のエンタルピを求め、この求めたエンタルピ値と予め設定したエンタルピ値とを比較して前記冷気と前記外気又は循環気との混合比率を決定し、この混合比率で前記冷気及び前記外気又は循環気が導入されて混合されるように前記空調機のダンパの開閉率を制御する空調制御手段を更に備えたことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の空調システム。
6. １乃至は複数の空調機の送風口から単独又は分岐されて延長されるダクトの空気の吹出し口を空調対象領域に設置してその領域の空調を行う空調システムにおいて、
   前記空調対象領域に、前記ダクトを上下に交差させて格子状に配設し、その交差部分の上下のダクトを風量調整用のダンパが内蔵された接続ダクトで接続し、下のダクトに複数の開閉自在な開口部を設け、これら開口部に１乃至は複数の吹出し口を有する最下層ダクトを着脱自在に取付けて成るマトリクス空調ダクトを備えたことを特徴とする空調システム。
7. 前記マトリクス空調ダクトのうち格子状に固定された上下のダクトの交点を前記ダンパの位置座標と見做すと共に、その交点に前記空調機が位置すれば該当交点を、位置しなければ空調機に最寄の交点を空調機の位置座標と見做し、空調が必要な空調対象領域に位置する各ダンパと、当該ダンパが内蔵されたダクトに繋がる空調機との距離を双方の位置座標から求めると共に各ダンパの要求風量を求め、この求められた距離に反比例すると共に要求風量に比例する係数を空調機毎に求め、この求められた係数が大きいほど順位が高くなるように空調機に優先順位を付け、前記空調が必要な空調対象領域の全要求風量を、互いの静圧を均衡させた際の合計風量で供給可能な複数の空調機を前記優先順位に従って選択し、この選択された複数の空調機を運転する空調制御手段を備えたことを特徴とする請求項６に記載の空調システム。
8. 前記空調制御手段は、前記空調が必要な空調対象領域の全要求風量を、互いの静圧を均衡させた際の合計風量で供給可能な複数の空調機の運転制御条件に応じたシミュレーションにより予測した予測エネルギー消費量と、同運転制御条件での運転時の実エネルギー消費量との差を、前記係数に反映させる制御を行うことを特徴とする請求項７に記載の空調システム。
9. 請求項１〜５に記載の空調機に連結したダクト、第１及び第２の送風手段、温度検出手段、送風制御手段、蒸発器に温水又は水を掛ける手段、空調制御手段の各構成要素と、請求項６〜８に記載のマトリクス空調ダクト、空調制御手段の各構成要素とを組み合わせたことを特徴とする。

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