JP2008070060A - デシカント空調機の処理空気温度制御方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】処理空気ラインAと再生空気ラインBとに跨って配設されたデシカントロータ12と、CO2を冷媒とした超臨界圧サイクルを構成するヒートポンプHPとからなるデシカント空調機の処理空気温度制御において、デシカントロータ12下流側のアフタクーラ25の出口側空気温度を検出し、該温度検出値に基づいてヒートポンプHPの圧縮機駆動モータ22の回転数を潤滑油が潤滑不良を生じない範囲でインバータ制御し、かつ圧縮機21の吸入圧力を制御することにより、エアクーラ出口側空気温度を設定値に制御する。
【選択図】図1
Description
例えば特許文献1(特開2001−241693号公報)には、熱源としてヒートポンプを用いた従来のデシカント除湿空調装置が開示されている。
図15は、特許文献1に開示されたデシカント除湿空調装置の構成図である。
調湿機構030には、デシカントロータ031が設けられ、吸熱器024には、デシカントロータ031により減湿した第1空気061(空調対象室に供給される空気SA)を供給し、また放熱器022で加熱された第2空気062(空調対象室内空気RA又は外気OA等が利用される)を利用して、デシカントロータ031を再生する。そして減湿されて冷却された第1空気を空調対象室内に供給することによって、ドレンや着霜の問題を回避している。
また前述の特許文献2に開示された発明では、空調空間(空調対象室)に設定値以上の湿度を有する空気が供給されることを防止することはできるが、プレクーラ時の結露の発生や処理空気を冷却するエアクーラ(図11の吸熱器024)における結露の発生を防止することはできない。
そのためデシカント空調機の処理空気のエアクーラにおいて上記の条件を満たす必要がある。
また本発明は、排熱のない場合にも安定した再生用熱エネルギが確保できる汎用性のある高効率なデシカント空調システムを実現することを目的とする。
処理空気流路と再生空気流路とに跨って配設され、該処理空気からの吸湿と該再生空気への放湿を連続的に行なうデシカントロータと、
CO2を冷媒とした超臨界圧サイクルを構成し、前記デシカントロータ上流側の再生空気を加熱するとともに、前記デシカントロータ下流側の処理空気を冷却するヒートポンプとを備え、
前記デシカントロータで除湿され前記ヒートポンプで冷却された処理空気を空調対象室内に供給するデシカント空調機の処理空気温度制御方法において、
前記デシカントロータ下流側の処理空気を冷却するエアクーラの出口側処理空気温度を検出し、
該処理空気温度検出値に基づいて、前記ヒートポンプの圧縮機駆動モータの回転数を潤滑油の潤滑不良が生じない範囲でインバータ制御するとともに、
前記圧縮機の吸入圧力を制御することにより、前記エアクーラの出口側処理空気温度を設定値になるように制御することを特徴とする。
従来CO2ヒートポンプの超臨界圧サイクルは、放熱側(エアヒータ)で冷媒温度が一定となる凝縮過程が存在しないため、高温の空気を発生させることができる。しかしエアヒータに供給する空気の温度が変わると、冷却熱量が変化してエアクーラ(蒸発器)において冷却不足や、処理空気が過剰に冷却されたり、場合によってはエアクーラで結露が発生したりすることになる。
また圧縮機駆動モータの回転数は、潤滑油の潤滑不良が生じない範囲でインバータ制御される。圧縮機の駆動モータには通常誘導電動機が使用されており、誘導電動機の回転数は周波数に比例する。従って駆動モータの周波数が低下すると、潤滑油の潤滑不良が生じるため、潤滑不良が生じない範囲で駆動モータの回転数をインバータ制御する。
前記圧縮機駆動モータの周波数を潤滑油の潤滑不良が生じない範囲の下限値まで低下させても前記空気温度が設定値より低下する場合は、前記圧縮機駆動モータの周波数を前記下限値に固定し、前記圧縮機の吸入圧力を低下させることにより、前記空気温度が設定値となるように制御する。
前記ヒートポンプの冷媒循環経路に介在させた蒸発器から冷水タンクを経て前記デシカントロータ下流側の処理空気を冷却するエアクーラに冷水を供給し、
前記エアクーラの出口側処理空気温度を検出し、
該空気温度検出値に基づいて、前記圧縮機駆動モータの回転数を潤滑油の潤滑不良が生じない範囲でインバータ制御するとともに、
前記エアクーラに供給する冷水の温度を制御することにより、
前記エアクーラの出口側空気温度を設定値になるように制御することを特徴とする。
デシカントロータ通過後の処理空気温度が低下する場合や、エアヒータ入口側の再生空気温度が低下したときは、冷却能力が余剰になる。圧縮機駆動モータの回転数が前記下限値において冷熱が余剰になる場合は、冷水タンクの冷水温度及びCO2ヒートポンプの蒸発温度が低下する。
しかしこの第2の構成では、エアクーラに供給する冷水の温度を制御することにより、蒸発温度は、結露が発生するまで低下することはない。
逆にデシカントロータ通過後の処理空気温度が上昇した場合や、エアヒータ入口側再生空気温度が上昇した場合は冷却不足となる。このときは圧縮機駆動モータの周波数を前記下限値から次第に上げていくことにより、冷却不足を解消する。
ヒートポンプの冷媒循環経路に介在させた蒸発器から冷水タンクを経てデシカントロータ下流側の処理空気を冷却するエアクーラに冷水を供給し、
該エアクーラの出口側処理空気の湿度を検出し、
該湿度検出値に基づいて、前記圧縮機駆動モータの回転数を潤滑油の潤滑不良が生じない範囲でインバータ制御することにより前記エアクーラの出口側空気湿度を設定値になるように制御し、
前記エアクーラの出口側処理空気の温度を検出し、
該空気温度検出値に基づいて、該エアクーラに供給する冷水の温度を制御することにより、前記エアクーラの出口側空気温度を設定値になるように制御するものである。
なおエアヒータの加熱量を基準としたことで、夏季の高湿度条件下などでは、エアヒータの加熱量が大きくなり、ヒートポンプによる冷却と加熱を行なうと、冷却熱量が余剰となる。エアクーラを直接CO2冷媒で冷却すると、蒸発温度及び空気温度が低下しすぎて、IAQが低下するとともに、蒸発温度の低下によりCOPが低下する。
これによりCO2ヒートポンプの蒸発圧力の低下を抑えながら、効率の良い運転ができるとともに、室内機のチラーユニットの凝縮温度を下げることにより、室内機の効率も上げることが可能となる。
処理空気流路と再生空気流路とに跨って配設され、該処理空気からの吸湿と該再生空気への放湿を連続的に行なうデシカントロータと、
CO2を冷媒とした超臨界圧サイクルを構成し、前記デシカントロータ上流側の再生空気を加熱するとともに、前記デシカントロータ下流側の処理空気を冷却するヒートポンプとを備え、
前記デシカントロータで除湿され前記ヒートポンプで冷却された処理空気を空調対象室内に供給するデシカント空調機において、
前記ヒートポンプの圧縮機駆動モータの回転数を制御可能とするインバータ装置と、
前記圧縮機の入口側に設けられた吸入圧調整弁と、
前記デシカントロータ下流側の処理空気を冷却するエアクーラの出口側処理空気温度を検出するセンサと、
該処理空気温度検出値に基づいて、前記圧縮機の駆動モータの回転数を潤滑油の潤滑不良が生じない範囲でインバータ制御するとともに、前記圧縮機の吸入圧力を制御することにより、前記エアクーラの出口側処理空気温度を設定値になるように制御する制御装置とを備えたことを特徴とする。
なおこのような連続的な絞りを行う自動弁は高価であるため、前記吸入圧調整弁を前記圧縮機の吸入配管に並列に接続され各個にキャピラリチューブ又は手動弁及び電磁弁を付設した複数の配管で構成し、前記電磁弁を用いて段階的に冷媒流路を切り替えて吸入圧を制御するようにしてもよい。
前記ヒートポンプの冷媒循環経路に介在させた蒸発器と、
前記ヒートポンプを構成し前記デシカントロータ下流側の処理空気を冷却するエアクーラと、
前記ヒートポンプの圧縮機駆動モータの回転数を制御可能とするインバータ装置と、
前記デシカントロータ下流側の処理空気を冷却するエアクーラの出口側処理空気温度を検出するセンサと、
前記蒸発器から冷水タンクを介して前記エアクーラに冷水を循環する冷水循環路と、
前記冷水タンクから前記エアクーラに循環する冷水の温度調整手段と、
前記エアクーラの出口側空気温度検出値に基づいて、前記圧縮機駆動モータの回転数と前記エアクーラに供給する冷水の温度とを制御することにより、前記エアクーラの出口側空気温度を設定値となるように制御する制御装置とを備えたものである。
建物の空調対象室内に設けたファンコイルユニットを含む既存の冷温水製造ユニットに付属した冷温水タンクの温度を検出するセンサと、
前記冷水タンク及び冷温水タンクを結ぶ水循環管路と、
該水循環管路に介設されたポンプと、
前記冷水タンクの温度が前記冷温水タンクの温度より低下したときに、前記水循環管路を介して両タンク間の水を循環させて前記冷水タンク内の水温を上昇させる制御装置とを備えるようにする。
前記エアクーラから前記冷水タンクに冷水を戻す戻し管に介設され、冷水を前記冷水タンク又は該エアクーラへの冷水供給管に切り替え可能に構成された三方弁とからなり、前記制御装置により前記三方弁を切り替え制御して、前記エアクーラに供給される冷水の温度を制御するように構成したことにより、三方弁を用いた簡単な構成で、前記エアクーラに供給される冷水の温度を調節できるため、前記エアクーラ等において結露の発生を確実に防止することができる。
図1は、本発明装置の第1実施例の全体構成図、図2は第1実施例の制御工程を示すフローチャート、図3は、吸入圧調整弁の別な例を示す構成図、図4は、本発明の第2実施例の全体構成図、図5は第2実施例の制御系を示すブロック線図、図6及び図7は、前記第2実施例の制御工程を示すフローチャートである。
処理空気経路Aと再生空気経路Bとに跨って配設された除湿ロータ(デシカントロータ)12は、前述のとおりロータ表面に多孔性の無機化合物を主成分とする固体吸着物が設けられ、駆動モータ(図示略)によって駆動されて、中心軸回りに回転し、処理空気Aからの吸湿と再生空気Bに対する放湿とを連続的に行なう。
また空調対象室11内の空気RAは、ファン15によって再生空気経路Bに導入され、CO2冷媒の超臨界ガスと室内空気RAとを熱交換するエアヒータ23により80℃程度に加熱され、除湿ロータ12の再生に使われた後、外部に排気される。
これによって安価な吸入圧調整弁17により圧縮機吸入圧力の制御を行うことができる。
またCO2を冷媒とした超臨界圧サイクルを構成するヒートポンプを用いているため、エアヒータ23で冷媒温度が一定となる凝縮過程が存在しないため、エアヒータで高温の再生空気を発生させることができ、安定した再生用熱エネルギを確保することができる。
第2実施例においては、ヒートポンプHPはCO2を冷媒とした超臨界圧サイクルを構成し、アフタクーラ25での処理空気の冷却は、CO2冷媒循環経路Cに介設された蒸発器51で製造された冷水を水タンクIを経由してアフタクーラ25の熱交換器に循環させることによって行う。
また冷水の冷却は蒸発器51で行い、圧縮機モータ22の周波数は、三方弁54の開度とアフタクーラ出口温度TE1に基づいて制御する。第2実施例の運転工程を図6のフローチャートに示す。
またファンコイルユニット16を用いた既存の冷却暖房設備を利用し、かつ三方弁54を用いた簡単な冷水温度調節機構にて簡易に結露の発生を防止することができる。
なお本データは処理風量の関係から設定条件における圧縮機駆動モータ22の周波数を30Hzとしている。
なお図3に示す構造の吸入圧調整弁を使用した場合、吸入圧力の減圧値が連続でなく段階的な調整になるため、アフタクーラ25の出口側処理空気温度の制御値は幅が生じるが、同様にして制御が可能である。
アフタクーラ25入口空気温度が65℃の場合、圧縮機駆動モータ周波数30Hzで水タンクIの温度は20℃となり、三方弁54のバイパス路57c全閉(冷水を水タンクIにすべて返す)でアフタクーラ25出口空気温度は26℃になる。
またCO2ヒートポンプHPの冷却熱量は21.01kwであり、アフタクーラ25の冷却熱量が16.31kwであるから、この差4.7kwが既存の冷水ユニットの補助熱源として利用される。
本実施例システムの運転では冷熱量が余剰となり、冷水タンクI内の水温が低下するため、タンク75の排熱水から排熱を冷水タンクIに供給して、冷水タンクI内の冷水温度が低下しすぎないように制御を行う。
図11に記入された運転値は一例であり、この条件では、エアヒータ23の加熱量は34.88kW、アフタクーラ25の冷却熱量は15.57kW、余剰冷熱量は9.66kWとなり、この余剰熱量により室内機が冷却される。また、本実施例において、除湿ロータ12出口とエアクーラ25の間と、全熱交換器71とエアヒータの間の空気を熱交換させる顕熱熱交換器を設けるようにしてもよい。
本実施例では、除湿ロータ12の脱着に必要となる加熱量を基準として圧縮機21を制御するため、冷却熱量が余剰となり、ヒートポンプHPの蒸発器をアフタクーラ25と排熱回収用蒸発器82の二つ設けて、再生空気経路Bを通って除湿ロータ12通過後に戸外に排気される再生空気の一部を用いて蒸発圧力の低下を防ぐものである。本実施例の制御系を図14に示す。
12 除湿ロータ(デシカントロータ)
16 ファンコイルユニット
17 アフタクーラ出口側空気温度センサ
21 圧縮機
22 圧縮機駆動モータ
23 エアヒータ(ガスクーラ)
25 アフタクーラ(蒸発器)
26 吸入圧調整弁
27 インバータ
31,64,77,82 制御装置
42 手動弁又はキャピラリチューブ
43 電磁弁
51 蒸発器
52 水タンクI温度センサ
53 水タンクII温度センサ
54,81 電動三方弁
55,57,59 冷水循環経路
58,60 ポンプ
57b 戻り管
57c 分岐管
A 処理空気経路
B 再生空気経路
D 既設冷暖房設備
EA 排気
HP CO2ヒートポンプ
OA 外気
RA 室内空気
SA 処理空気
Claims (12)
- 処理空気流路と再生空気流路とに跨って配設され、該処理空気からの吸湿と該再生空気への放湿を連続的に行なうデシカントロータと、
CO2を冷媒とした超臨界圧サイクルを構成し、前記デシカントロータ上流側の再生空気を加熱するとともに、前記デシカントロータ下流側の処理空気を冷却するヒートポンプとを備え、
前記デシカントロータで除湿され前記ヒートポンプで冷却された処理空気を空調対象室内に供給するデシカント空調機の処理空気温度制御方法において、
前記デシカントロータ下流側の処理空気を冷却するエアクーラの出口側処理空気温度を検出し、
該処理空気温度検出値に基づいて、前記ヒートポンプの圧縮機駆動モータの回転数を潤滑油の潤滑不良が生じない範囲でインバータ制御するとともに、
前記圧縮機の吸入圧力を制御することにより、前記エアクーラの出口側処理空気温度を設定値になるように制御することを特徴とするデシカント空調機の処理空気温度制御方法。 - 前記圧縮機駆動モータの回転数を潤滑油の潤滑不良が生じない範囲の下限値まで低下させても前記空気温度が設定値より低下する場合は、
前記圧縮機駆動モータの回転数を前記下限値に固定し、
次に前記圧縮機の吸入圧力を低下させることにより、前記空気温度が設定値となるように制御することを特徴とする請求項1記載のデシカント空調機の処理空気温度制御方法。 - 処理空気流路と再生空気流路とに跨って配設され、該処理空気からの吸湿と該再生空気への放湿を連続的に行なうデシカントロータと、
CO2を冷媒とした超臨界圧サイクルを構成し、前記デシカントロータ上流側の再生空気を加熱するとともに、前記デシカントロータ下流側の処理空気を冷却するヒートポンプとを備え、
前記デシカントロータで除湿され前記ヒートポンプで冷却された処理空気を空調対象室内に供給するデシカント空調機の処理空気温度制御方法において、
前記ヒートポンプの冷媒循環経路に介在させた蒸発器から冷水タンクを経て前記デシカントロータ下流側の処理空気を冷却するエアクーラに冷水を供給し、
前記エアクーラの出口側処理空気温度を検出し、
該空気温度検出値に基づいて、前記ヒートポンプの圧縮機駆動モータの回転数を潤滑油の潤滑不良が生じない範囲でインバータ制御するとともに、
前記エアクーラに供給する冷水の温度を制御することにより、前記エアクーラの出口側空気温度を設定値になるように制御することを特徴とするデシカント空調機の処理空気温度制御方法。 - 前記冷水タンクの温度及び建物の空調対象室内に設けたファンコイルユニットを含む既存の冷温水製造ユニットに付設された冷温水タンクの温度を検出し、
該冷水タンクの温度が該冷温水タンクの温度より低下した場合に、前記冷水タンク及び冷温水タンク間で水を循環させて前記冷水タンク内の水温を上昇させることを特徴とする請求項3記載のデシカント空調機の処理空気温度制御方法。 - 処理空気流路と再生空気流路とに跨って配設され、該処理空気からの吸湿と該再生空気への放湿を連続的に行なうデシカントロータと、
CO2を冷媒とした超臨界圧サイクルを構成し、前記デシカントロータ上流側の再生空気を加熱するとともに、前記デシカントロータ下流側の処理空気を冷却するヒートポンプとを備え、
前記デシカントロータで除湿され前記ヒートポンプで冷却された処理空気を空調対象室内に供給するデシカント空調機の処理空気温度制御方法において、
前記ヒートポンプの冷媒循環経路に介在させた蒸発器から冷水タンクを経て前記デシカントロータ下流側の処理空気を冷却するエアクーラに冷水を供給し、
前記エアクーラの出口側処理空気の湿度を検出し、
該湿度検出値に基づいて、前記ヒートポンプの圧縮機駆動モータの回転数を潤滑油の潤滑不良が生じない範囲でインバータ制御することにより前記エアクーラの出口側空気湿度を設定値になるように制御し、
前記エアクーラの出口側処理空気の温度を検出し、
該空気温度検出値に基づいて、該エアクーラに供給する冷水の温度を制御することにより、前記エアクーラの出口側空気温度を設定値になるように制御することを特徴とするデシカント空調機の処理空気温度制御方法。 - 前記冷水タンクの温度及び建物の空調対象室内に設けたファンコイルユニットを含む既存の冷温水製造ユニットに付設された排熱水タンクの温度を検出し、
該冷水タンクの温度が前記排熱水タンクの温度より低下した場合に、前記冷水タンク及び排熱水タンク間で水を循環させて前記冷水タンク内の水温を上昇させることを特徴とする請求項5記載のデシカント空調機の処理空気温度制御方法。 - 処理空気流路と再生空気流路とに跨って配設され、該処理空気からの吸湿と該再生空気への放湿を連続的に行なうデシカントロータと、
CO2を冷媒とした超臨界圧サイクルを構成し、前記デシカントロータ上流側の再生空気を加熱するとともに、前記デシカントロータ下流側の処理空気を冷却するヒートポンプとを備え、
前記デシカントロータで除湿され前記ヒートポンプで冷却された処理空気を空調対象室内に供給するデシカント空調機の処理空気温度制御方法において、
前記デシカントロータ下流側の処理空気を冷却するエアクーラの出口側処理空気の湿度を検出し、
該湿度検出値に基づいて、前記ヒートポンプの圧縮機駆動モータの回転数を潤滑油の潤滑不良が生じない範囲でインバータ制御することにより前記エアクーラの出口側空気湿度を設定値になるように制御し、
前記エアクーラの出口側処理空気の温度を検出し、
前記デシカントロータ下流側の再生空気の一部を前記ヒートポンプを構成する蒸発器と熱交換させ、該蒸発器の冷媒蒸発温度の低下を抑えることにより前記エアクーラの出口側空気温度を設定値になるように制御することを特徴とするデシカント空調機の処理空気温度制御方法。 - 処理空気流路と再生空気流路とに跨って配設され、該処理空気からの吸湿と該再生空気への放湿を連続的に行なうデシカントロータと、
CO2を冷媒とした超臨界圧サイクルを構成し、前記デシカントロータ上流側の再生空気を加熱するとともに、前記デシカントロータ下流側の処理空気を冷却するヒートポンプとを備え、
前記デシカントロータで除湿され前記ヒートポンプで冷却された処理空気を空調対象室内に供給するデシカント空調機において、
前記ヒートポンプの圧縮機駆動モータの回転数を制御可能とするインバータ装置と、
前記圧縮機の入口側に設けられた吸入圧調整弁と、
前記デシカントロータ下流側の処理空気を冷却するエアクーラの出口側処理空気温度を検出するセンサと、
該処理空気温度検出値に基づいて、前記圧縮機駆動モータの回転数を潤滑油の潤滑不良が生じない範囲でインバータ制御するとともに、前記圧縮機の吸入圧力を制御することにより、前記エアクーラの出口側処理空気温度を設定値となるように制御する制御装置とを備えたことを特徴とするデシカント空調機の処理空気温度制御装置。 - 前記吸入圧調整弁が前記圧縮機の吸入配管に並列に接続され各個にキャピラリチューブ又は手動弁及び電磁弁を付設した複数の配管で構成されていることを特徴とする請求項8記載のデシカント空調機の処理空気温度制御装置。
- 処理空気流路と再生空気流路とに跨って配設され、該処理空気からの吸湿と該再生空気への放湿を連続的に行なうデシカントロータと、
CO2を冷媒とした超臨界圧サイクルを構成し、前記デシカントロータ上流側の再生空気を加熱するとともに、前記デシカントロータ下流側の処理空気を冷却するヒートポンプとを備え、
前記デシカントロータで除湿され前記ヒートポンプで冷却された処理空気を空調対象室内に供給するデシカント空調機において、
前記ヒートポンプの冷媒循環経路に介在させた蒸発器と、
前記ヒートポンプを構成し前記デシカントロータ下流側の処理空気を冷却するエアクーラと、
前記ヒートポンプの圧縮機駆動モータの回転数を制御可能とするインバータ装置と、
前記デシカントロータ下流側の処理空気を冷却するエアクーラの出口側処理空気温度を検出するセンサと、
前記蒸発器から冷水タンクを介して前記エアクーラに冷水を循環する冷水循環経路と、
前記冷水タンクから前記エアクーラに循環する冷水の温度調整手段と、
前記エアクーラの出口側空気温度検出値に基づいて、前記圧縮機駆動モータの回転数と前記エアクーラに供給する冷水の温度とを制御することにより、前記エアクーラの出口側空気温度を設定値となるように制御する制御装置とを備えたことを特徴とするデシカント空調機の処理空気温度制御装置。 - 前記冷水温度調整手段が、
前記冷水タンクから前記エアクーラに冷水を循環する冷水循環経路に介設されたポンプと、
前記エアクーラから前記冷水タンクに冷水を戻す戻し管に介設され、冷水を前記冷水タンク又は該エアクーラへの冷水供給管に切り替え可能に構成された三方弁とからなり、
前記制御装置により前記三方弁を切り替え制御して、前記エアクーラに供給される冷水の温度を制御するように構成したことを特徴とする請求項10記載のデシカント空調機の処理空気温度制御装置。 - 前記冷水タンクの温度を検出するセンサと、
建物の空調対象室内に設けたファンコイルユニットを含む既存の冷温水製造ユニットに付属した冷温水タンクの温度を検出するセンサと、
前記冷水タンク及び冷温水タンクを結ぶ水循環管経路と、
該水循環管路に介設されたポンプと、
前記冷水タンクの温度が前記冷温水タンクの温度より低下したときに、前記水循環管路を介して両タンク間の水を循環させて前記冷水タンク内の水温を上昇させる制御装置とを備えたことを特徴とする請求項10記載のデシカント空調機の処理空気温度制御装置。
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