JP2014156970A - 間接外気冷房機、複合型空調システム - Google Patents

間接外気冷房機、複合型空調システム Download PDF

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正樹 高橋
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俊輔 大賀
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Abstract

【課題】間接外気冷房機に関する何らかの不具合、特に熱交換効率を低下させる不具合を、適切に検出できる。
【解決手段】冷媒の温度、内気の吸気・排気温度、外気の吸気・排気温度を収集して(S1)、これら収集データに基づいて内気側の熱交換効率ηiまたは/及び外気側の熱交換効率ηoを算出する(S2)。そして、例えば、これらの熱交換効率の比“ηi/ηo”と、予め設定される閾値とに基づいて、例えば防塵用のフィルタの目詰まり等の不具合発生を検知する(S3,S4)。
【選択図】図2

Description

本発明は、間接外気冷房機、または間接外気冷房機の構成を有する複合型空調システム等に関する。
従来、例えば、データセンターや企業のサーバ室等には、多数のサーバ等が設置されている。このようなサーバ室は多数のサーバの発熱によって室温が上昇し、この室温上昇によってサーバが暴走または異常する可能性がある。このため、サーバ室には部屋全体の温度を常に一定に維持しておく空調システムが採用されている。また、このような空調システムは、ほぼ常時稼動され、冬季であっても稼動される。
このようなサーバ室等に対する従来の空調システムは、サーバ室の室温の安定を図るために、空調装置から吹き出されてサーバ室内に供給された低温空気(冷気)が、サーバラック内のサーバに接触しながら流れて該サーバを冷却する。それによってサーバの熱で温められた空気(暖気)は、該サーバ室から上記空調装置内に戻され、該空調装置で冷却されて再び上記冷気となって吹出されてサーバ室内に再び冷気が供給される、等という循環方式が取られている。
例えば、特許文献1に記載の発明が公知となっている。
特許文献1の発明では、一般空調機と間接外気冷房機の2種類の空調装置の構成を一体化した一体型空調システムを提案しており、小型化を図ることができる。また、従来では蒸発器、圧縮機、熱交換器、ファン等が個別に存在していたが、これらを積層させて一体化した積層体としたことにより、更に小型化を図ることができる。
上記一般空調機は、例えば、「蒸発器→圧縮機→凝縮器→膨張弁→蒸発器」という一般的な圧縮式冷凍サイクル(蒸気圧縮式冷凍サイクル等)により構成される、一般的な空調装置である。
一方、上記間接外気冷房機には圧縮機は存在せず、室内空気(内気)を通過させる熱交換器を建物内に設けると共に、外気を通過させる熱交換器を建物外に設け、これら2つの熱交換器に冷媒(冷却液、例えば水等であってもよい)を循環させる構成(ポンプと配管等)を設けた構成となっている。この構成により、間接外気冷房機は、基本的に、外気温度が内気(暖気)温度より低い場合に、有効に機能する。
特に冬季のように外気温度が非常に低い状況では、内気(暖気)冷却の効果が高いことになり、それによって省エネ効果が高いことになる。一方、特に夏季の場合には、内気(暖気)冷却の効果が小さい、または効果が無い、あるいは逆効果となる可能性もある。
国際公開番号;WO 2012/073746 A1
上記のように、特許文献1の発明は、一般空調機と間接外気冷房機の2種類の空調装置の構成を一体化した一体型空調システムである。しかし、この例に限らず、間接外気冷房機だけであってもよい。何れにしても、間接外気冷房機としての構成は、室内側に設けられる第1の熱交換器と、室外側に設けられる第2の熱交換器とに、配管やポンプ等によって冷媒(冷却液、例えば水等)を循環させる構成となっている。第1の熱交換器には上記内気を通過させ、以って内気と冷媒との熱交換を行わせる。通常は、冷媒によって内気が冷却される。また、第2の熱交換器には上記外気を通過させ、以って外気と冷媒との熱交換を行わせる。通常は(例えば夏季以外は)、外気によって冷媒が冷却される。
ここで、間接外気冷房機において、何らかの不具合が生じる場合がある。例えば、第2の熱交換器には防塵用のフィルタが備えられており、このフィルタが汚れることで通過風量が減少し、第2の熱交換器における熱交換効率が低下する。尚、内気は、通常、クリーンルームやサーバルーム等の空気であるので、ほこり等は非常に少ない。よって、通常は第1の熱交換器には防塵用のフィルタを備えない。
上記以外にも、何らかの理由で、第1の熱交換器または第2の熱交換器における熱交換効率が低下する場合がある。当然、これによって間接外気冷房機の冷房能力が低下することになる。
本発明の課題は、間接外気冷房機に関する何らかの不具合、特に熱交換効率を低下させる不具合を、適切に検出することができる間接外気冷房機、複合型空調システム等を提供することである。
本発明の間接外気冷房機は、屋内側に設けられて内気が通過する第1の熱交換器と、屋外側に設けられて外気が通過する第2の熱交換器とに、配管を介して冷媒が循環する構成の間接外気冷房機であって、下記の構成を有する。
すなわち、前記第1/第2の熱交換器を通過前と通過後の前記冷媒の温度を計測する第1、第2の温度計と、前記第1の熱交換器を通過前と通過後の前記内気の温度を計測する第3、第4の温度計または/及び前記第2の熱交換器を通過前と通過後の前記外気の温度を計測する第5、第6の温度計と、該各温度計による各計測温度を入力する制御装置とを有する。
そして、上記制御装置は、下記の各手段を有する。
・前記第1、第2の温度計と前記第3、第4の温度計による各計測温度に基づいて前記第1の交換器における前記内気と前記冷媒に係る熱交換効率である内気側熱交換効率を算出し、または/及び、第1、第2の温度計と前記第5、第6の温度計による各計測温度に基づいて前記第2の交換器における前記外気と前記冷媒に係る熱交換効率である外気側熱交換効率を算出する熱交換効率算出手段;
・該熱交換効率算出手段で算出された熱交換効率と所定の閾値とに基づいて、不具合発生を判定する不具合判定手段;
本発明の間接外気冷房機、複合型空調システム等によれば、間接外気冷房機に関する何らかの不具合、特に熱交換効率を低下させる不具合を、適切に検出することができる。
本例の間接外気冷房機の構成例である。 制御装置の処理フローチャート図である。 (a)〜(d)は、熱交換効率η等の具体例である。 本手法を一体型空調システムに適用した場合の例である。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本例の間接外気冷房機の構成例である。
尚、本手法は、このような間接外気冷房機単体の構成に限らず、例えば上記特許文献1のような一般空調機と間接外気冷房機の構成を一体化した一体型空調システムや後述する複合型空調システム等であっても適用可能である。これについては後に他の構成例を図示・説明するものとする。あるいは、図1の構成は、特許文献1の一体型空調システムや後述する複合型空調システムから、一般空調機の構成を削除したものと見做すこともできる。
図1において、まず、壁1を境にして、図上左側が屋外、右側が屋内である。尚、以降の説明で屋外/屋内との表記は、室外/室内に相当する場合もある。いずれの場合も、本例においては、内外の大気の温度差を利用し間接的に熱交換を行なう構成を有するものであって、一般的な屋外/屋内、室外/室内の構成により発明を限定するものでは無い。
屋内側には、ファン11と第1の熱交換器12が設置されている。尚、ここでは上記特許文献1と略同様に、これらの構成は何らかの筐体内に収容されており、この筐体及び筐体内の構成全体を内気ユニット10と呼ぶものとする。但し、筐体は必須の構成ではない。内気ユニット10は、例えば不図示の空調対象空間(サーバー室等)、または隣接する空間(機械室等)に設けられる。
上記ファン11によって、上記内気ユニット10内に、内気を通過させる。すなわち、ファン11を運転中は、不図示の空調対象空間(サーバー室等)からのリターン空気(暖気)を内気ユニット10に吸気し、第1の熱交換器12を通過させた後、内気ユニット10の外へ排気する。通常は(特に冬季であれば)、上記暖気は第1の熱交換器12を通過することで冷却されることになる。そして、冷却されて温度低下した内気(冷気)が、排気されることになる。排気された内気(冷気)は、上記不図示の空調対象空間へと供給され、サーバ装置等を冷却し、それによって上記暖気となる。
尚、上記内気ユニット10内に吸気する空気を還気RA、排気する空気を給気SAと記すものとする。そして、還気RAの温度Traを計測する為の温度計(Tra)13と、給気SAの温度Tsaを計測するための温度計(Tsa)14が、備えられている。
一方、屋外側には、ファン21と第2の熱交換器22が設置されている。更に、防塵用のフィルタ23が備えられている。尚、上記の通り、内気は基本的に清浄な空気であるので、屋内側にはこの様なフィルタは設置されていない。尚、ここでは上記特許文献1と略同様に、これらの構成は何らかの筐体内に収容されており、この筐体及び筐体内の構成全体を外気ユニット20と呼ぶものとする。但し、筐体は必須の構成ではない。
上記ファン21によって、上記外気ユニット20内に、内気を通過させる。すなわち、ファン21を運転中は、屋外の空気である外気を外気ユニット20内に吸気し、第2の熱交換器22を通過させた後、外気ユニット20の外へ排気する。
尚、上記外気ユニット20内に吸気する空気を外気OA、排気する空気を排気EAと記すものとする。そして、外気OAの温度Toaを計測する為の温度計(Toa)24と、排気EAの温度Teaを計測するための温度計(Tea)25が、備えられている。
続けて、以下に屋外側及び屋内側の両方に関係する構成に関して説明する。
配管31が、上記第1の熱交換器12と上記第2の熱交換器22とに接続されている。また、配管31上の任意の位置に、ポンプ32が設置されている。これら配管31とポンプ32によって、冷媒(冷却液、例えば水等)が上記第1の熱交換器12と上記第2の熱交換器22とを循環している。
ここで、上記配管31に関して、上記冷媒が第1の熱交換器12から上記第2の熱交換器22へと流れる部分を往路管31a、上記冷媒が第2の熱交換器22から上記第1の熱交換器12へと流れる部分を復路管31bと言うものとする。また、往路管31aを流れる冷媒を往路冷媒WO、復路管31bを流れる冷媒を復路冷媒WIと記すものとする。
また、往路冷媒WOの温度Twoを計測する為の温度計(Two)33と、復路冷媒WIの温度Twiを計測するための温度計(Twi)34が、備えられている。
更に、制御装置40が設けられている。制御装置40は、入力部41、演算部42、出力部43等を有する。演算部42は、不図示のCPU/MPUやメモリ等から成る。入力部41は、後述する各種温度センサ等に接続し、各種温度計測値等が入力される。出力部43は、ファン11、21やポンプ32等に接続している(接続線は不図示)。
演算部42は、出力部43を介してファン11、21やポンプ32等を制御する(例えばON/OFF制御や回転数制御等)。この様な制御自体は、従来と略同様であってよいが、本手法では更に後述する不具合検出処理等も実行される。この処理は、上記各温度計による各種温度計測値等に基づいて実行される。尚、上記不図示のメモリには予め所定のアプリケーションプログラムが記憶されており、上記CPU/MPUがこのプログラムを読出し・実行することにより、上記ポンプ32等の制御や、本手法による不具合検出処理等が実現される。
尚、制御装置40の設置場所は何処でもよい。
また、制御装置40は、不具合検出装置と言っても良い。不具合検出装置は、特に図2の処理等によってフィルタ目詰まり等の熱交換効率を低下させるような何らかの不具合が生じていることを検出する(異常判定する)装置である。
図2に、上記制御装置40の処理フローチャート図を示す。
尚、これは異常判定に係る処理であり、上記の通り、制御装置40は他の処理も実行している。
図2に示す処理は、例えば定期的に実行するものであり、処理開始すると、まず、上記各種温度計測値を収集する(ステップS1)。すなわち、例えば、上記還気温度Tra、給気温度Tsa、外気温度Toa、排気温度Tsa、往路冷媒温度Two、復路冷媒温度Twiを、入力部41を介して収集する。但し、後述する理由により、必ずしもこれら温度データ全てを収集する必要はない。これに伴って必ずしも上記6つの温度計全てを設置する必要もない。
例えば後述する内気側の熱交換効率ηiのみを用いる例であれば、Tra、Two、Tsa、Twiの4つだけを収集すればよい。また、これに伴ってこれら4つの温度に対応する4つの温度計13、33、14、34のみを設置する構成であっても構わない。同様に、後述する外気側の熱交換効率ηoのみを用いる例であれば、Two、Tea、Twi、Toaの4つだけを収集すればよい。また、これに伴ってこれら4つの温度に対応する4つの温度計33、25、34、24設置する構成であっても構わない。
そして、ステップS1で収集した各種温度計測値に基づいて、熱交換効率ηを算出する(ステップS2)。これは、後述する内気側の熱交換効率ηiを算出するものであってもよいし、後述する外気側の熱交換効率ηoを算出するものであってもよいし、これらηiとηoの両方を算出するものであってもよい。算出方法については後述する。
そして、ステップS2で算出した熱交換効率ηと、例えば予め設定されている閾値等に基づいて、異常(不具合)の有無を判定する(ステップS3)。もし、異常ありと判定された場合には(ステップS4,YES)、アラート出力等を行う(ステップS5)。もし、異常なしと判定された場合には(ステップS4,NO)、そのまま本処理を終了する。
ここで、一般的に、例えばフィルタ23に対する粉塵等の付着量が増大するに従って、外気ユニット20における熱交換効率ηoは低下していくことになる。但し、図1の構成では、これに伴って内気ユニット10における熱交換効率ηiも低下していくことになる。
すなわち、まず、内気ユニット10における熱交換量Qoと、外気ユニット20における熱交換量Qiは、どちらも、流入する冷媒の温度と流出する冷媒の温度との温度差によって決まる。つまり、図1の例では、両方とも温度差|Two−Twi|に基づいて決まることになる。例えば、冷媒が水である場合には、下記の(1)式によって熱交換量Qi、Qoが算出されることになる。
内気側熱交換量Qi=C3(|Two−Twi|)=外気側熱交換量Qo ・・(1)式
(C3=Cpw×mw;Cpwは水定圧比熱、mwは水質量流量)
外気ユニット20における熱交換効率ηoが低下すれば、上記外気側熱交換量Qoは低下することになり、内気側熱交換量Qiも低下することになり、以って内気ユニット10における熱交換効率ηiも低下することになる。
ここで、熱交換量Qの一般的な算出式として下記の(2)式もある。
Q=η×A×Δtm ・・・(2)式
(A;伝熱面積、Δtm;平均温度差)
尚、Δtmは、具体例を後述する(4)式、(5)式に示す。
尚、上記伝熱面積Aは、明確な定義はないが、例えば一般的には熱交換器の開口部の面積あるいはフィンの総面積等が用いられる場合が多い。
上記(2)式を変形させて、下記の熱交換効率ηの算出式(3)が得られる。
η=Q/(A×Δtm)・・・(3)式
これより、上記(3)式を用いて、下記の(4)式、(5)式のように内気側の熱交換効率ηi、外気側の熱交換効率ηoを、それぞれ、算出することができる。尚、下記のAiは内気側の伝熱面積(例えば第1の熱交換器12の不図示の開口部の面積や不図示のフィンの総面積等)、Aoは外気側の伝熱面積(例えば第2の熱交換器22の不図示の開口部の面積や不図示のフィンの総面積等)であり、開発者等が任意に決めて予め設定しておくものである。また、下記のQ=Qi=Qo=C3(|Two−Twi|)である。
内気側の熱交換効率ηi
=(Q×C1)/((|Tra−Two|+|Tsa−Twi|)/2)・・・(4)式
(但し、C1=1/Ai)
外気側の熱交換効率ηo
=(Q×C2)/((|Two−Tea|+|Twi−Toa|)/2)・・・(5)式
(但し、C2=1/Ao)
上記内気側の熱交換効率ηiは、例えば、第1の熱交換器12における内気と冷媒(水等)とに係る熱交換効率であると言える。同様に、上記外気側熱交換効率ηoは、例えば、第2の熱交換器22における外気と冷媒(水等)とに係る熱交換効率であると言える。
尚、上記(4)式、(5)式では平均温度差を求める意味で‘2’で除算しているが、これは必須ではなく、‘2’で除算しなくても構わない。換言すれば本発明においては、熱交換効率の‘値’の算出が目的ではなく、熱交換効率と所定の閾値との比較、或いは熱交換効率の比率により判定するので、定数による除算は計算過程に過ぎない。
上記ステップS2の処理では、まず、上記(1)式によって熱交換量Qを算出し、この熱交換量Qと各種温度計測値を用いて上記(4)式または/及び(5)式によって、内気側の熱交換効率ηiまたは/及び外気側の熱交換効率ηoを算出する。
そして、上記ステップS3では、算出した熱交換効率ηiまたは/及び熱交換効率ηoを用いて、異常(不具合)の有無を判定する。
尚、本説明における「または/及び」における“/”は、“あるいは”を意味する。従って、例えば、「熱交換効率ηiまたは/及び熱交換効率ηo」とは、「熱交換効率ηi」または「熱交換効率ηo」、あるいは「熱交換効率ηiと熱交換効率ηoの両方」を意味する。
ここで、本手法による検出対象の異常(不具合)は、熱交換効率ηを低下させるような異常である。この様な異常は、例えばフィルタ23の目詰まり等である。あるいは、ポンプ32に何らかの異常が生じて冷媒の流量が減少する場合等である。これら以外にも、第1の熱交換器12または第2の熱交換器22に何らかの異常が生じた為に熱交換効率ηが低下する場合も有り得る。
一例として、フィルタ23の目詰まりを検知する場合には、例えば外気側の熱交換効率ηoのみを算出すると共に、これに関して予め設定されている第1閾値と比較して(例えば図3(a))、「ηo<第1閾値」である場合には異常(不具合)の有りと判定するようにしてもよい。尚、この場合、ステップS5のアラートは、例えばフィルタ交換サインを出力するものとなる。
あるいは、例えば内気側の熱交換効率ηiのみを算出すると共に、これに関して予め設定されている第2閾値と比較して(不図示)、「ηi<第2閾値」である場合には内気ユニット側に異常(不具合)有りと判定(第1の熱交換器12関連の異常ありと判定)するようにしてもよい。
但し、上記第1閾値を用いる構成において、内気ユニット10側に何らかの異常がある場合でも「ηo<第1閾値」となることが起こり得る。上記のように、熱交換効率ηoが低下すれば熱交換効率ηiも低下するが、当然、その逆も起こり得るからである。
つまり、内気ユニット10側に何らかの異常が生じた為に、例えば図3(b)に示すように、内気側の熱交換効率ηiが低下する事態となった場合、上記冷媒を介してその影響を受けて、図示のように外気側の熱交換効率ηoも低下することになる。
但し、内気ユニット10側に異常がある場合には、図3(b)に示すように、熱交換効率ηiの方が大きく下落することになる。よって、特に図示しないが、両者の比“ηi/ηo”は、通常時よりも下落することになる。
一方、外気ユニット20側に異常がある場合(ここではフィルタ23の目詰まりを想定する)、図3(c)に示すように、外気側の熱交換効率ηoの方が内気側の熱交換効率ηiよりも大きく下落することになる。従って、図3(d)に示すように、両者の比“ηi/ηo”は、通常時よりも上昇することになる。これより、図3(d)に示すように、両者の比“ηi/ηo”に対して、通常時の値に比べて大きな値の第3閾値を設定しておき、比“ηi/ηo”が第3閾値を越えた場合に、外気ユニット20側の異常発生(フィルタ23の目詰まり)(ステップS4,YES)と判定するようにしてもよい。
勿論、これは一例であり、上記“比”を用いた方法に限らないが、熱交換効率ηiと熱交換効率ηoの両方を用いた判定を行うことが望ましい。正常時における熱交換効率ηiと熱交換効率ηoそれぞれの値を基準値(内気用基準値、外気用基準値とする)として記憶しておき、上記図3(a)の例によって「ηo<閾値」と判定された場合、ηiとηoとそれぞれの基準値とに基づいて、外気側の異常であるか内気側の異常であるかを判定するようにしてもよい。例えば、ηiと上記内気用基準値との差分/下落率等が、ηoと上記外気用基準値との差分/下落率等よりも大きければ内気側の異常、小さければ外気側の異常(フィルタ23の目詰まり等)と判定するようにしてもよい。
何れにしても、外気側の熱交換効率ηoだけを用いて判定する場合よりも、より的確な異常判定を行えるようになる。これは、逆の場合も同様である。すなわち、内気ユニット10側の異常を判定する場合でも、内気側の熱交換効率ηi(それに応じた閾値)だけを用いて判定してもよいが、ηi、ηoの両方を用いて上記と略同様の判定を行った方が、より的確な異常判定を行えるようになる。
図4に、上記本手法を上記特許文献1の一体型空調システムに適用した場合の例を示す。
図示の一体型空調システムは、図示の内気ユニット60と外気ユニット70とから成る。建物の壁1を境にして、屋外と屋内とに分けられるが、外気ユニット70は屋外に設置されて外気を通過させ、内気ユニット60は屋内に設置される。
内気ユニット60は、積層体61等を有する。積層体61は、蒸発器61a、第1の熱交換器61b、ファン61c等を有し、これらが図示のように積層されて一体となった構成となっている。
外気ユニット70は、積層体71等を有する。積層体71は、凝縮器71a、第2の熱交換器71b、ファン71c、防塵用のフィルタ71d等を有し、これらが図示のように積層されて一体となった構成となっている。
第1の熱交換器61bと第2の熱交換器71bには、配管51と循環ポンプ53によって第1の冷媒(冷却液、例えば水等)が循環している。これらが、図1に示す間接外気冷房機に相当する構成である。また、フィルタ71dは上記フィルタ23に相当する。
また、上記蒸発器61aと凝縮器71aに対して、図示の冷媒管52、膨張弁54、圧縮機55が設けられている。これら各構成自体は、既存の一般空調機の構成と見做してよい。つまり、冷凍機等で用いられる一般的な冷媒(ここでは第2の冷媒と呼ぶものとする)が、冷媒管52を介して「蒸発器61a→圧縮機55→凝縮器71a→膨張弁54→蒸発器61a」という一般的な圧縮式冷凍サイクル(蒸気圧縮式冷凍サイクル等)で循環している。
上記第1の熱交換器61bが図1の第1の熱交換器12に相当し、上記第2の熱交換器71bが図1の第2の熱交換器22に相当する。また、上記配管51と循環ポンプ53が、図1の配管31とポンプ32に相当する。これら配管51と循環ポンプ53によって、第1の冷媒(冷却液、例えば水等)が上記第1の熱交換器61bと上記第2の熱交換器71bとを循環している。
また、配管51に関しても、上記配管31と同様に、上記第1の冷媒が第1の熱交換器61bから上記第2の熱交換器71bへと流れる部分を往路管51a、上記第1の冷媒が第2の熱交換器71bから上記第1の熱交換器61bへと流れる部分を復路管51bと言うものとする。また、同様に、往路管51aを流れる第1の冷媒を往路冷媒WO、復路管51bを流れる第1の冷媒を復路冷媒WIと記すものとする。そして、図1と同様、往路冷媒WOの温度Twoを計測する為の温度計(Two)33と、復路冷媒WIの温度Twiを計測するための温度計(Twi)34が、備えられている。
また、各空気や各空気温度を計測する各温度計についても、図1に示すものと実質的に略同様の存在には同一の記号を用いるものとする。
すなわち、まず、図示の内気取入口62から内気ユニット60内に吸気する空気を還気RA、この還気RAが第1の熱交換器61bを通過後の空気を通過給気PSA、排気する空気をSAと記すものとする。そして、還気RAの温度Traを計測するための温度計(Tra)13と、通過給気PSAの温度Tpsaを計測するための温度計(Tpsa)15が、設けられている。また必要に応じて、給気SAの温度Tsaを計測するための温度計(Tsa)14も設けられる。
ここで、図1では、SAを給気SAと記し、給気SAの温度Tsaを計測するための温度計(Tsa)14と説明したが、正確には、図1における温度計(Tsa)14は、第1の熱交換器12を通過後の内気温度を計測するものである。
図1の構成の場合、「第1の熱交換器12を通過後の内気温度」=排気する内気の温度と見做しよい。しかし、図4の構成では、第1の熱交換器61bを通過後に更に蒸発器61aを通過して(蒸発器61aで更に冷却されて)から排気されている。これより、図4に示すように、温度計(Tpsa)15の設置位置は、第1の熱交換器61bと蒸発器61aの間となっており、上記通過 給気SAを計測するものとなっている。そして内気ユニット60から給気SAが生じる。
上記のことは、外気ユニット70に関しても略同様である。
すなわち、まず、図示の外気取入口72から外気ユニット70内に吸気する空気を外気OA、この外気OAが第2の熱交換器71bを通過後の空気を通過排気PEA、排気する空気をEAと記すものとする。そして、外気OAの温度Toaを計測するための温度計(Toa)24と、通過排気PEAの温度Tpeaを計測するための温度計(Tpea)26が、設けられている。また必要に応じて、排気EAの温度Teaを計測するための温度計(Tea)25も設けられる。
ここで、図1では、EAを排気EAと記し、排気EAの温度Teaを計測するための温度計(Tea)25と説明したが、正確には、図1における温度計(Tea)25は、第2の熱交換器22を通過後の外気温度を計測するものである。
図1の構成の場合、「第2の熱交換器22を通過後の外気温度」=排気する外気の温度と見做しよい。しかし、図4の構成では、第2の熱交換器71bを通過後に更に凝縮器71aを通過してから排気されている。これより、図4に示すように、温度計(Tpea)26の設置位置は、第2の熱交換器71bと凝縮器71aの間となっており、上記通過排気PEAを計測するものとなっている。 外気ユニット70から排気EAが生じる。
上記還気RAが、内気取入口62を介して内気ユニット60内に流入すると、まず、この暖気が第1の熱交換器61b内を通過することで、当該暖気と上記第1の冷媒との間で熱交換が行われ、基本的には還気RAは冷却されて温度低下して上記通過給気PSAとなる。この通過給気PSAが蒸発器61aを通過することで、当該通過給気PSAが蒸発器61aで冷却されて更に温度低下して冷気となって、内気ユニット60から上記給気SAとして排出される。
上記外気OAが、外気取入口72を介して外気ユニット70内に流入すると、まず、この外気が第2の熱交換器71b内を通過することで、当該外気と上記第1の冷媒との間で熱交換が行われ、基本的には外気OAは冷却されて温度低下して上記通過排気PEAとなる。この通過排気PEAが凝縮器71aを通過して上記排気EAとして外気ユニット70外へ排出される。
上記にて説明した通り、図1と図4とにおける給気SAや外気EAは、外気ユニット/内気ユニットの外側からみれば同じでも、一体型空調システムの制御における意味合いが異なる。即ち上述の(4)式、(5)式に用いるTsa及びTeaは図1に適応したものであり、図4の場合は夫々Tpsa及びTpeaが相当する。そこで図4における熱交換率の式は、
内気側の熱交換効率ηi
=(Q×C1)/((|Tra−Two|+|Tpsa−Twi|)/2)・・・(6)式
(但し、C1=1/Ai)
外気側の熱交換効率ηo
=(Q×C2)/((|Two−Tpea|+|Twi−Toa|)/2)・・・(7)式
(但し、C2=1/Ao)
となる。
尚、上記(4)式、(5)式と、上記(6)式、(7)式とは、本質的には略同様と見做してよい。上記図1、図4の例についてまとめて説明するならば、例えば下記のようになる。
第1/第2の熱交換器12/22を通過前と通過後の冷媒の温度を計測する第1、第2の温度計と、第1の熱交換器12を通過前と通過後の内気の温度を計測する第3、第4の温度計または/及び第2の熱交換器22を通過前と通過後の外気の温度を計測する第5、第6の温度計とが、設けられている。
図1の構成の場合には、上記第1、第2の温度計は上記温度計33,34となり、上記第3、第4の温度計は上記温度計13,14となり、上記第5、第6の温度計は上記温度計24,25となる。
また、図4の構成の場合には、上記第1、第2の温度計は上記温度計33,34となり、上記第3、第4の温度計は上記温度計13,15となり、上記第5、第6の温度計は上記温度計24,26となる。
そして、第1、第2の温度計と第3、第4の温度計による各計測温度に基づいて、第1の交換器における内気と冷媒に係る熱交換効率である内気側熱交換効率ηiを算出する。算出式は、上記(4)式または(6)式である。
同様に、第1、第2の温度計と第5、第6の温度計による各計測温度に基づいて、第2の交換器における外気と冷媒に係る熱交換効率である外気側熱交換効率ηoを算出する。算出式は、上記(5)式または(7)式である。
尚、上述したように、冷媒に関しては、第1の熱交換器12を通過前の冷媒の温度は、第2の熱交換器22を通過後の冷媒の温度と同じであり、第1の熱交換器12を通過後の冷媒の温度は、第2の熱交換器22を通過前の冷媒の温度と同じであると見做してよいものである。上記「第1/第2の熱交換器12/22を通過前と通過後の冷媒の温度」とは、この事を意味している。つまり、“第1の熱交換器12を通過前と通過後の冷媒の温度”であってもよいし”第2の熱交換器22を通過前と通過後の冷媒の温度“であってもよい(どちらでも同じことである)。
図示の一体型空調システムは、更に、制御装置80も有する。制御装置80は、上記制御装置40と略同様の構成であってよく(図示の入力部81、演算部82、出力部83等;入力部81には上記各種温度計の計測結果が入力される)、上記制御装置40と略同様の処理を行うが、更に上記一般空調機の制御等も行うものである。一般空調機自体は、本手法とは直接関係はないので、これ以上詳細には説明しない。
図4に示すように、一体型空調システムにおいても、本手法により、間接外気冷房機に係る異常(不具合;フィルタ71dの目詰まり等)を検出することができ、アラートを発することができる(フィルタ交換サインやフィルタ清掃サイン等の出力等)。
また、本手法の適用先は、上記一体型空調システムに限らない。特許文献1の一体型空調システムは、例えば上記図4に示すように、一般空調機と間接外気冷房機の構成を筐体内に一体化した構成となっているので“一体型”空調システムと呼んでいるが、単に一般空調機と間接外気冷房機の両方の構成がある空調システム(複合型空調システムと呼ぶものとする)であっても、本手法は適用可能である。当該“複合型空調システム”では、例えば上記積層体61、71のような一般空調機の構成と間接外気冷房機の構成とが積層されて一体となった構成は、必ずしも必要ない。一般空調機の構成と間接外気冷房機の構成の両方があればよく、各構成の配置や形状等は、任意であってよい。また、“複合型空調システム”では、必ずしも一般空調機の構成と間接外気冷房機の構成の両方が、屋内側、屋外側それぞれで、1つの筐体内に収容されている必要もない。
10 内気ユニット
11 ファン
12 第1の熱交換器
13 温度計(Tra)
14 温度計(Tsa)
15 温度計(Tpsa)
20 外気ユニット
21 ファン
22 第2の熱交換器
23 フィルタ
24 温度計(Toa)
25 温度計(Tea)
26 温度計(Tpea)
31 配管
31a 往路管
31b 復路管
32 ポンプ
33 温度計(Two)
34 温度計(Twi)
40 制御装置
41 入力部
42 演算部
43 出力部
51 配管
51a 往路管
51b 復路管
52 冷媒管
53 循環ポンプ
54 膨張弁
55 圧縮機
60 内気ユニット
61 積層体
61a 蒸発器
61b 第1の熱交換器
61c ファン
70 外気ユニット
71 積層体
71a 凝縮器
71b 第2の熱交換器
71c ファン
71d フィルタ
80 制御装置
81 入力部
82 演算部
83 出力部

Claims (7)

  1. 屋内側に設けられて内気が通過する第1の熱交換器と、屋外側に設けられて外気が通過する第2の熱交換器とに、配管を介して冷媒が循環する構成の間接外気冷房機であって、
    前記第1/第2の熱交換器を通過前と通過後の前記冷媒の温度を計測する第1、第2の温度計と、前記第1の熱交換器を通過前と通過後の前記内気の温度を計測する第3、第4の温度計または/及び前記第2の熱交換器を通過前と通過後の前記外気の温度を計測する第5、第6の温度計と、該各温度計による各計測温度を入力する制御装置とを有し、
    前記制御装置は、
    前記第1、第2の温度計と前記第3、第4の温度計による各計測温度に基づいて前記第1の交換器における前記内気と前記冷媒に係る熱交換効率である内気側熱交換効率を算出し、または/及び、第1、第2の温度計と前記第5、第6の温度計による各計測温度に基づいて前記第2の交換器における前記外気と前記冷媒に係る熱交換効率である外気側熱交換効率を算出する熱交換効率算出手段と、
    該熱交換効率算出手段で算出された熱交換効率と所定の閾値とに基づいて、不具合発生を判定する不具合判定手段と、
    を有することを特徴とする間接外気冷房機。
  2. 前記第2の熱交換器に対して防塵用のフィルタが備えられており、
    前記熱交換効率算出手段は、前記外気側熱交換効率を算出し、
    前記不具合判定手段は、該外気側熱交換効率が所定の第1の閾値未満となったら、前記フィルタの目詰まりと判定することを特徴とする請求項1記載の間接外気冷房機。
  3. 前記熱交換効率算出手段は、前記内気側熱交換効率を算出し、
    前記不具合判定手段は、該内気側熱交換効率が所定の第2の閾値未満となったら、前記第1の熱交換器関連の不具合発生と判定することを特徴とする請求項1記載の間接外気冷房機。
  4. 前記第2の熱交換器に対して防塵用のフィルタが備えられており、
    前記熱交換効率算出手段は、前記外気側熱交換効率及び前記内気側熱交換効率を算出し、
    前記不具合判定手段は、前記外気側熱交換効率と前記内気側熱交換効率とに基づいて、前記不具合発生を判定することを特徴とする請求項1記載の間接外気冷房機。
  5. 前記不具合判定手段は、前記内気側熱交換効率と前記外気側熱交換効率との比が、所定の第3の閾値を越えた場合に、前記フィルタの目詰まりと判定することを特徴とする請求項4記載の間接外気冷房機。
  6. 屋内側に設けられて内気が通過する第1の熱交換器と屋外側に設けられて外気が通過する第2の熱交換器とに配管を介して第1の冷媒が循環する構成の間接外気冷房機と、蒸発器と圧縮機と凝縮器と膨張弁との第2の冷媒が循環する構成の一般空調機とを有する複合型空調システムであって、
    前記第1/第2の熱交換器を通過前と通過後の前記冷媒の温度を計測する第1、第2の温度計と、前記第1の熱交換器を通過前と通過後の前記内気の温度を計測する第3、第4の温度計または/及び前記第2の熱交換器を通過前と通過後の前記外気の温度を計測する第5、第6の温度計と、該各温度計による各計測温度を入力する制御装置とを有し、
    前記制御装置は、
    前記第1、第2の温度計と前記第3、第4の温度計による各計測温度に基づいて前記第1の交換器における前記内気と前記冷媒に係る熱交換効率である内気側熱交換効率を算出し、または/及び、第1、第2の温度計と前記第5、第6の温度計による各計測温度に基づいて前記第2の交換器における前記外気と前記冷媒に係る熱交換効率である外気側熱交換効率を算出する熱交換効率算出手段と、
    該熱交換効率算出手段で算出された熱交換効率と所定の閾値とに基づいて、不具合発生を判定する不具合判定手段と、
    を有することを特徴とする複合型空調システム。
  7. 前記第2の熱交換器に対して防塵用のフィルタが備えられており、
    前記熱交換効率算出手段は、前記外気側熱交換効率及び前記内気側熱交換効率を算出し、
    前記不具合判定手段は、前記外気側熱交換効率と前記内気側熱交換効率とに基づいて、前記不具合発生を判定することを特徴とする請求項6記載の複合型空調システム。
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