JP2015007484A - 空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】省エネルギー化および省スペース化の両方を実現できる空調システムおよび空調機を提供する。【解決手段】空調システムの空調機は、混合気が流入する空調チャンバと、空調チャンバ内に配置された第１コイルと、空調チャンバ内において第１コイルの下流側に配置された第２コイルと、空調チャンバ内において第２コイルの下流側に配置され、空調室に向けて給気を送り出す送風機と、を備えている。ここで上記第１コイル、第２コイルおよび送風機は、混合気の流路に沿って直線的に並べられている。第１コイルには高温冷水が供給され、一方、第２コイルには、高温冷水よりも低温の低温冷水、または温水のいずれか一方が供給されるようになっている。【選択図】図１

Description

本発明は、顕熱と潜熱とを分離処理することができる空調システムおよび空調機に関する。

オフィスビルなどの大規模な建物を対象とする空調システムとして、建物内の複数の箇所に設置された空調チャンバに対して、冷凍機やボイラ等の熱源装置から熱媒体を循環供給するタイプのものが知られている。このタイプの空調システムにおいては、従来、夏期の冷房時に、顕熱および潜熱の両方を１つの冷却コイルを用いて処理することが一般的であった。具体的には、温度制御されるべき部屋からの還気や外気若しくはそれらが混合されたもの（以下、混合気とも称する）が冷却コイルを通過する際に、冷却と、冷却コイル表面における結露を利用した除湿とが生じるようになっていた。

ところで、結露を利用した除湿を効率的に実現するためには、冷却コイルの内部に供給される冷水の温度を十分に低く設定する必要がある。例えば、空調の設定温度が２５℃程度であり、設定相対湿度が５０％程度である場合、冷水の温度を５℃程度にする必要がある。一方、冷凍機の成績係数は、冷水の温度が低くなるほど低下していく。例えば冷水の温度が５℃程度である場合、冷凍機の成績係数は６程度であり、省エネルギーの観点からは好ましい数値とは言えない。

そこでエネルギー効率を改善することを目的として、顕熱と潜熱とを分離処理するという手法が検討されている。この手法は、顕熱のみを処理するのであれば、冷却コイルの内部に供給される冷水の温度を露点温度以上に高く設定することができ、このため顕熱を処理するために用いられる冷凍機の成績係数を向上させることができる、という考えに基づいている。例えば、顕熱のみを処理するのであれば、冷却コイルの内部に供給される冷水の温度を１５℃程度にすることができるが、この場合、冷凍機の成績係数は１０程度に向上する。従って、５℃の冷水を用いて顕熱を処理する場合に比べて、空調システム全体としてのエネルギー効率を向上させることができる。

例えば特許文献１には、はじめに、１０℃の冷水が循環供給される冷却コイルを用いて外気の顕熱および一部の潜熱を処理し、次に、より低温の冷水が循環供給される冷却コイルを用いて外気の残りの潜熱を処理するという手法が開示されている。その他にも、高温の冷水が循環供給される冷却コイルを用いて空気の顕熱を処理し、その後、除湿剤などを用いて空気を化学的に除湿するという、いわゆるデシカント空調システムが提案されている。

特開２００８−５７９３８号公報

デシカント空調システムは、除湿剤を加熱して再生するための設備や手間を必要とする。このため、空調チャンバの寸法が大きくなってしまったり、空調システムが複雑になってしまったりするという欠点を有している。

また一般に空調システムには、夏期の冷房だけでなく冬期の暖房も求められている。このため、例えば特許文献１に記載の空調システムには、顕熱処理用の冷却コイルおよび潜熱処理用の冷却コイルに加えて、その内部に温水が循環供給されるコイルがさらに設けられている。すなわち、いわゆる６管式の空調システムとして構成されている。一方、顕熱と潜熱とを１つの冷却コイルで処理する従来の空調システムは、当該冷却コイルと、その内部に温水が循環供給されるコイルとを含んでいる。すなわち、顕熱と潜熱とを１つの冷却コイルで処理する従来の空調システムは、いわゆる４管式の空調システムとして構成されている。このように、特許文献１に記載の空調システムにおいては、顕熱および潜熱の分離処理を実現することの代償として、コイルの数が従来に比べて１つ増加してしまっており、この結果、空調チャンバの寸法が増大してしまうことが考えられる。しかしながら、建物において空調システムのために利用できる空間は限られており、このため、空調システムの寸法は小さいほど好ましい。

本発明は、このような課題を効果的に解決し得る空調システムを提供することを目的とする。

第１の本発明は、建物に設置される空調システムにおいて、外気および空調室からの還気を含む混合気の温度および湿度を調整して給気として空調室に戻す空調機と、前記空調機に高温冷水を供給することができる第１冷凍機と、前記空調機に、前記高温冷水よりも低温の低温冷水を供給することができる第２冷凍機と、前記空調機に温水を供給することができる温水熱源機と、を備え、前記空調機は、前記混合気が流入する空調チャンバと、前記空調チャンバ内に配置された第１コイルと、前記空調チャンバ内において前記第１コイルの下流側に配置された第２コイルと、前記空調チャンバ内において前記第２コイルの下流側に配置され、前記空調室に向けて給気を送り出す送風機と、を備え、前記第１コイル、前記第２コイルおよび前記送風機は、混合気の流路に沿って直線的に並べられており、前記第１コイルには、前記高温冷水が供給され、前記第２コイルには、前記低温冷水、または前記温水のいずれか一方が供給される、空調システムである。
また第２の本発明は、上記空調システムにおいて用いられる上記空調機である。

本発明による空調機において、前記第２コイルに供給される前記低温冷水の温度は、５〜１０℃の範囲内であり、前記第２コイルに前記低温冷水が供給されているときの前記第１コイルに供給される前記高温冷水の温度は、１０〜２０℃の範囲内であってもよい。

本発明による空調機は、前記第１コイルに供給される前記高温冷水の流量または温度を調整する流量調整手段と、前記流量調整手段を制御する制御手段と、をさらに備えていてもよい。この場合、制御手段は、前記第１コイルを通過した混合気の状態が空気線図上において所定の等相対湿度線に到達するまでの範囲内で、前記第１コイルを用いて前記混合気を冷却するよう、前記流量調整手段を制御してもよい。

本発明による空調機は、第１コイルと第２コイルとの間に配置され、前記第１コイルを通過した混合気の状態を検知する第１混合気センサをさらに備えていてもよい。この場合、前記制御手段は、前記第１混合気センサからの情報に基づいて、空気線図において混合気の状態が所定の等相対湿度線に到達するまでに通る等絶対湿度線を算出し、この結果に基づいて、前記流量調整手段の上限値を設定してもよい。

本発明による空調機は、空調チャンバに流入する混合気の状態を検知する検知手段をさらに備えていてもよい。この場合、前記制御手段は、検知手段からの情報に基づいて、空気線図において混合気の状態が所定の等相対湿度線に到達するまでに処理される顕熱負荷の最大値を算出し、この結果に基づいて、前記流量調整手段の上限値を設定してもよい。

本発明による空調機は、前記第２コイルと前記送風機との間に配置された加湿器をさらに備えていてもよい。この場合、第１コイル、前記第２コイル、前記加湿器および前記送風機は、好ましくは、混合気の流路に沿って直線的に並べられている。

本発明によれば、第１コイルには高温冷水が供給され、第２コイルには、高温冷水よりも低温の低温冷水が供給され得るようになっている。このため、低温冷水のみを用いて混合気の顕熱処理および潜熱処理を行う場合に比べて、空調システム全体でのエネルギー効率を向上させることができる。また第２コイルには、低温冷水、または温水のいずれか一方が、設定温度や環境に応じて供給され得るようになっている。このため、低温冷水用のコイルと温水用のコイルとをそれぞれ別々に設ける場合に比べて、空調システムによって占有される空間を小さくすることができる。また第１コイル、第２コイルおよび送風機は、混合気の流路に沿って直線的に並べられている。このため、それらが非直線的に並べられている場合に比べて、第１コイル、第２コイルおよび送風機によって占有される空間をさらに小さくすることができる。これらのことにより、本発明によれば、空調システムの省エネルギー化と省スペース化とを同時に実現することができる。

図１は、本発明の実施の形態における空調機を示す図。 図２は、本発明の実施の形態における空調システム全体を示す図。 図３は、熱源装置の構成の一例を示す図。 図４は、夏期の冷房運転の際における空気の状態遷移の一例を示す空気線図。 図５は、給気温度の設定値に応じて高温冷水および低温冷水の流量を調整する方法の一例を示す図。 図６は、実施例１における空調機を示す図。 図７は、実施例１における混合気の状態遷移を示す空気線図。 図８は、実施例２における空調機を示す図。 図９は、実施例２における混合気の状態遷移を示す空気線図。

以下、図１乃至図５を参照して、本発明の実施の形態について説明する。まず図２により、本実施の形態における空調システム１全体について説明する。

空調システム
図２は、建物に設置された空調システム１全体を示す図である。空調システム１は、オフィスやＯＡ機器室などの温度制御されるべき部屋（以下、空調室とも称する）からの還気と、換気のために導入される外気と、を含む混合気の温度および湿度を調整して給気として空調室に戻すためのものである。図２に示すように、空調システム１は、建物内の複数の箇所に設置された空調機１０と、各空調機１０に高温冷水を供給する第１冷凍機６０と、各空調機１０に低温冷水を供給する第２冷凍機７０と、各空調機１０に温水を供給する温水熱源機８０と、を備えている。図２に示すように、第１冷凍機６０および第２冷凍機７０はそれぞれ冷却塔６１および冷却塔７１と組み合わされていてもよい。なお本実施の形態において一般に、高温冷水や低温冷水などの冷水とは、空調室からの還気と、所定の外気とを含む混合気の温度よりも低温の水を意味しており、また温水とは、当該混合気よりも高温の水を意味している。また本実施の形態において、低温冷水とは、混合気の結露点よりも低温の水を意味しており、高温冷水とは、上記低温冷水よりも高温の水を意味している。高温冷水を生成するための第１冷凍機６０の成績係数を十分に高くすることができる限りにおいて、後述する第１コイルに供給される高温冷水の温度は、上記混合気の結露点よりも高くなっていてもよく、若しくは上記混合気の結露点よりも低くなっていてもよい。

空調機
次に図１を参照して、空調機１０について詳細に説明する。図１に示すように、空調機１０は、空調チャンバ１１と、空調チャンバ１１内に配置され、第１熱媒体が供給される第１コイル２０と、空調チャンバ１１内において第１コイル２０の下流側に配置され、第２熱媒体が供給される第２コイル３０と、空調チャンバ１１内において第２コイル３０の下流側に配置され、空調室に向けて給気を送り出す送風機５２と、第１コイル２０、第２コイル３０や送風機５２を制御する空調機コントローラ（制御手段）１９と、を備えている。空調チャンバ１１には、図１に示すように、外気を取り入れる外気取入口１２が設けられた外気ダクト１３と、還気を取り入れる還気口１４が設けられた還気ダクト１５と、が接続されている。このため空調チャンバ１１には、外気および還気を含む混合気が流入する。なお図１においては、外気ダクト１３と還気ダクト１５とが空調チャンバ１１の外部において接続されており、このため外気および還気が予め混合された状態で混合気ダクト１８を介して空調チャンバ１１に流入する例が示されているが、これに限られることはない。例えば、外気ダクト１３および還気ダクト１５がそれぞれ別個に空調チャンバ１１に接続されており、外気および還気が空調チャンバ１１の内部において混合されて混合気が形成されてもよい。

空調チャンバ１１に流入した混合気は、第１コイル２０および第２コイル３０による熱処理を経た後、送風機５２に到達する。送風機５２に到達した混合気は、送風機５２によって空調室に向けて送り出され、給気ダクト１７を介して給気口１６から空調室に給気として戻される。ここで、空調チャンバ１１に流入した混合気が送風機５２によって空調室に向けて送り出されるまでに混合気が辿る経路を混合気の流路と称する場合、第１コイル２０、第２コイル３０および送風機５２は、混合気の流路に沿って直線的に並べられている。ここで「直線的に並べられている」とは、混合気の流路に沿って見た場合に、第１コイル２０、第２コイル３０および送風機５２が少なくとも部分的に重なって見えることを意味している。このように第１コイル２０、第２コイル３０および送風機５２を直線的に並べることにより、空調チャンバ１１の寸法をより小さくすることができる。なお、送風機５２は、第１コイル２０の手前（上流側）に設けられてもよい。

図１に示すように、第１コイル２０には、第１コイル２０に第１熱媒体を供給する往路側第１循環路２１と、第１コイル２０から排出される第１熱媒体を回収する復路側第１循環路２２と、が接続されている。また、往路側第１循環路２１または復路側第１循環路２２の少なくともいずれか一方には、第１コイル２０を通る第１熱媒体の流量を調整する流量調整手段２３、例えば二方弁が設けられていてもよい。さらに往路側第１循環路２１には、第１コイル２０に供給される第１熱媒体の状態、例えば温度を検知する往路側第１熱媒体センサ４６が設けられていてもよい。同様に復路側第１循環路２２には、第１コイル２０から排出される第１熱媒体の状態、例えば温度を検知する復路側第１熱媒体センサ４７が設けられていてもよい。これら往路側第１熱媒体センサ４６および復路側第１熱媒体センサ４７が設けられている場合、第１コイル２０を通る前後での第１熱媒体の温度差を算出することができる。この場合、この温度差に、第１コイル２０における第１熱媒体の単位時間当たりの流量を掛けることにより、第１コイル２０において単位時間当たりに実施される、混合気との間での熱交換の量（すなわち第１コイル２０において利用される高温冷水の熱量）を算出することが可能になる。

第１コイル２０と同様に、第２コイル３０には、第２コイル３０に第２熱媒体を供給する往路側第２循環路３１と、第２コイル３０から排出される第２熱媒体を回収する復路側第２循環路３２と、が接続されている。また、往路側第２循環路３１または復路側第２循環路３２の少なくともいずれか一方には、第２コイル３０を通る第２熱媒体の流量を調整する流量調整手段３３、例えば二方弁が設けられていてもよい。さらに、往路側第２循環路３１には、第２コイル３０に供給される第２熱媒体の状態、例えば温度を検知する往路側第２熱媒体センサ４８が設けられていてもよい。同様に復路側第２循環路３２には、第２コイル３０から排出される第２熱媒体の状態、例えば温度を検知する復路側第２熱媒体センサ４９が設けられていてもよい。

図１に示すように、空調機１０には、各位置における気体の状態を検知するためのセンサ４１〜４５が設けられていてもよい。センサ４１〜４５はそれぞれ、外気取入口１２から取り入れられる外気（OA: Outside Air）の状態を検知する外気センサ４１、還気口１４から取り入れられる還気（RA:Return Air）の状態を検知する還気センサ４２、第１コイル２０を通過した混合気の状態、および、空調室に供給される給気（SA:Supply Air）の状態を検知する給気センサ４５である。上述の空調機コントローラ１９は、各センサ４１〜４９からの情報に基づいて第１コイル２０の流量調整手段２３や第２コイル３０の流量調整手段３３を制御するよう構成されていてもよい。

第１熱媒体および第２熱媒体
次に図１および図２を参照して、第１コイル２０に供給される第１熱媒体および第２コイル３０に供給される第２熱媒体について説明する。本実施の形態において、第１コイル２０に供給される第１熱媒体としては、上述の高温冷水が用いられる。このため図２に示すように、往路側第１循環路２１には、第１冷凍機６０において生成された高温冷水を送り出す高温冷水供給路６２が連結されており、また復路側第１循環路２２には、混合気の冷却に利用された高温冷水を第１冷凍機６０に戻す高温冷水回収路６３が連結されている。

一方、本実施の形態において、第２コイル３０に供給される第２熱媒体としては、空調室の設定温度や外部の環境に応じて、上述の低温冷水または上述の温水のいずれか一方が用いられ得るようになっている。例えば夏期には、混合気の潜熱を処理するため、低温冷水が第２熱媒体として第２コイル３０に供給される。一方、冬期には、混合気を加熱するため、温水が第２熱媒体として第２コイル３０に供給される。このように第２コイル３０に二種類の水を設定温度や外部環境に応じて供給できるようにしておくことにより、第１コイル２０および第２コイル３０という２つのコイルのみによって、夏期の冷房および冬期の暖房の両方に対応するとともに、後述するように顕熱潜熱分離処理による省エネルギー化を実現することができる。また、６管式で顕熱潜熱分離処理を実現する従来の空調機の場合に比べて、空調機１０の寸法を小さくすることができる。

第２コイル３０に供給される第２熱媒体を切り替えるための構成の一例について説明する。図２に示すように、往路側第２循環路３１には、第２冷凍機７０において生成された低温冷水を送り出す低温冷水供給路７２、および、温水熱源機８０において生成された温水を送り出す温水供給路８２の両方が、往路側第２ヘッダー７７を介して連結されている。同様に、復路側第２循環路３２には、低温冷水回収路７３および温水回収路８３の両方が復路側第２ヘッダー７８を介して連結されている。このため、第２コイル３０に低温冷水または温水のいずれか一方を選択的に供給することができる。

熱源装置
次に図３を参照して、第１冷凍機６０、第２冷凍機７０や温水熱源機８０などの熱源装置の構成の一例について説明する。第１冷凍機６０および第２冷凍機７０としては、別個の型式の冷凍機が用いられてもよく、若しくは、同一の型式の低温／高温冷水熱源機６５が第１冷凍機６０または第２冷凍機７０として振り分けられてもよい。例えば図３に示すように、空調システム１は、熱源装置として、４台の低温／高温冷水熱源機６５および２台の温水熱源機８０を備えていてもよい。低温／高温冷水熱源機６５の供給側は、高温冷水供給路６２および低温冷水供給路７２の両方に連結されており、また低温／高温冷水熱源機６５の回収側は、高温冷水回収路６３および低温冷水回収路７３の両方に連結されている。この場合、総合熱源コントローラ９０は、外部環境や空調室の設定などに応じて、４台の低温／高温冷水熱源機６５を、第１コイル２０に高温冷水を供給するための第１冷凍機６０、または、第２コイル３０に低温冷水を供給するための第２冷凍機７０として振り分ける。このうち第１冷凍機６０として振り分けられた低温／高温冷水熱源機６５においては、高温冷水熱源コントローラ６４によってその冷水の温度が高温冷水として設定される。また第２冷凍機７０として振り分けられた低温／高温冷水熱源機６５は、低温冷水熱源コントローラ７４によってその冷水の温度が低温冷水として設定される。図３に示す構成例によれば、導入される冷凍機の型式を１種類に限定することができるので、空調システム１の導入コストを低減することができる。また、従来の４管式の空調システムにおいて用いられていた冷凍機をそのまま本実施の形態による第１冷凍機６０および第２冷凍機７０として利用することが可能になる。

次に、このような構成からなる本実施の形態の作用および効果について説明する。

（夏期）
はじめに、空調システム１を用いて夏期に顕熱潜熱分離処理を行う方法について説明する。夏期の間、第１コイル２０に高温冷水が供給されており、第２コイル３０に低温冷水が供給されている。第２コイル３０に供給される低温冷水の温度は、例えば５〜１０℃の範囲内となっている。また、第２コイル３０に低温冷水が供給されているときに第１コイル２０に供給される高温冷水の温度は、例えば１０〜２０℃の範囲内となっている。

図４は、夏期の冷房運転の際における空気の状態遷移を示す空気線図である。以下、図４に示す空気線図を参照しながら、顕熱潜熱分離処理について説明する。なお図４において示されている、丸で囲まれた符号Ａ，Ｂ，Ｃ，ＤおよびＥ（以下、単に符号Ａ，Ｂ，Ｃ，ＤおよびＥとも称する）が付された点における空気の状態は、それぞれ図１中における符号Ａ，Ｂ，Ｃ，ＤおよびＥが付された位置における空気の状態に対応している。すなわち図４において、符号Ａの点は、外気の状態を表しており、符号Ｂの点は、還気の状態を表しており、符号Ｃの点は、第１コイル２０によって処理される前の混合気の状態を表しており、符号Ｄの点は、第１コイル２０によって処理された後の混合気の状態を表しており、符号Ｅの点は、第２コイル３０によって処理された後の混合気の状態を表している。また点Ｉは、点Ｃを通る等絶対湿度線と、所定の等相対湿度線（例えば９０％の相対湿度線）との交点を意味している。

空調システム１を用いた顕熱潜熱分離処理においては、はじめに、一定の流量で外気取入口１２から取り込まれた外気と、空調室からの還気とが混合されて混合気が生成される。混合気の状態を示す点Ｃは、図４に示すように、点Ａと点Ｂとを結ぶ直線上の一点に存在する。当該直線上における点Ｃの位置は、外気の流量と還気の流量との比に応じて決定される。例えば図４に示す例において、点Ｃは、乾球温度が約２８℃であり、相対湿度が約５３％である位置に存在している。

上述のように第１コイル２０には１０〜２０℃の高温冷水が供給されている。このため、混合気が第１コイル２０を通過する間に混合気は第１コイル２０によって冷却（顕熱処理）される。混合気や高温冷水の状態、または第１コイルの列数や性能によっては、第１コイル２０の表面に結露が生じ、これによって混合気の除湿が行われることもある。

また第２コイル３０には上述のように５〜１０℃の低温冷水が供給されている。第２コイル３０に供給される低温冷水の温度は混合気の結露点よりも低温になっており、このため第２コイル３０の表面には結露が生じる。従って、第２コイル３０を用いて混合気の除湿（潜熱処理）を行うことができる。なお第１コイル２０による混合気の顕熱処理が不十分である場合、第２コイル３０において混合気の顕熱処理が行われることもある。

第１コイル２０および第２コイル３０を通過する混合気の状態は、図４に示す空気線図上で以下のように遷移する。はじめに、点Ｃから低温側に向かって、所定の等絶対湿度線、例えば０．０１３の絶対湿度線に沿って遷移する。すなわち混合気が顕熱処理される。その後、０．０１３の絶対湿度線が所定の等相対湿度線、例えば９０％の相対湿度線に到達すると、第１コイル２０および／または第２コイル３０の表面において結露が生じるようになる。この結果、混合気が潜熱処理される。このとき空気線図においては、混合気の状態が所定の相対湿度線に沿って左下方向へ遷移する。図４において、顕熱処理の前後での混合気の比エンタルピーの差がΔＨ_１で表されており、潜熱処理の前後での混合気の比エンタルピーの差がΔＨ_２で表されている。

ところで、顕熱処理だけ行えばよい条件下では、低温冷水を活用せず、極力高温冷水を活用することによって、冷凍機の成績係数の向上が可能となる。また低温冷水の活用が不要な時は、低温冷水の製造も行わないため、省エネルギー運用も可能になる。すなわち、顕熱と潜熱とを分離処理することの目的は、このような冷凍機の成績係数の向上や省エネルギー運用を可能にすることである。従って本実施の形態において、好ましくは、第１コイル２０に供給される高温冷水の温度および／または流量は、第１コイル２０が混合気の顕熱のみを処理し潜熱を処理しないように制御されている。なお、第１コイル２０が混合気の顕熱を完全に処理するとともに潜熱を全く処理しない場合、第１コイルを通過した混合気の状態を示す点Ｄは、点Ｃを通る等絶対湿度線と、第１コイル２０の表面で結露が生じるようになる所定の相対湿度線とが交わる位置、すなわち点Ｉの位置に存在するようになる。

上述のように、第１冷凍機６０の成績係数を向上させる上では、第１コイル２０に混合気の潜熱を処理させないことが好ましい。そのような処理を実現するための方法としては、第１コイル２０に供給される高温冷水の温度や流量などを調整することが考えられるが、ここでは、流量調整手段２３を用いて高温冷水の流量を調整する方法について説明する。

混合気が第１コイル２０によって奪われる熱量は、第１コイル２０の内部を循環する高温冷水の流量が大きいほど大きくなる。従って、流量調整手段２３を用いて高温冷水の流量を調整することによって、第１冷凍機６０の負荷を最適化することができる。具体的には、第１コイル２０を通過した混合気の状態が空気線図上において所定の等相対湿度線に到達するまでの範囲内（図４に示す点Ｃと点Ｉの間の範囲内）で、第１コイル２０を用いて混合気を冷却するよう、空調機コントローラ１９が流量調整手段２３を制御する。これによって、第１冷凍機６０の成績係数を向上させることができ、このことにより、空調システム１全体としての省エネルギー化を実現することができる。

図５は、このような第１冷凍機６０の成績係数の向上を実現するための流量制御方法の一例を示す図である。図５において、縦軸は、高温冷水用の流量調整手段（二方弁）２３および低温冷水用の流量調整手段（二方弁）３３の開度を示しており、横軸は、空調チャンバ１１に流入する混合気の温度を示している。

空調チャンバ１１に流入する混合気の温度と、空調室に戻される給気の温度の設定値との差が大きくなるほど、顕熱を処理するために必要になる高温冷水の流量が大きくなる。このため流量調整手段２３の開度は、図５の右側に行くほど大きくなる。一方、上述のように、高温冷水の流量が大きくなるほど、第１冷凍機６０の負荷が大きくなり、この結果、第１冷凍機６０の成績係数が低下してしまう。また高温冷水の流量が過剰に大きいと、第１コイル２０が混合気の顕熱だけでなく潜熱をも処理するようになってしまう。このため図５に示すように、流量調整手段２３の開度には上限値が設定されていることが好ましい。この上限値は、例えば、流量調整手段２３の開度が当該上限値のときに第１コイル２０を通過した混合気の状態が点Ｉの位置にあるよう、設定されている。そして図５に示すように、流量調整手段２３の開度が上限値に達した後には、流量調整手段３３が開き、第２コイル３０によって混合気の潜熱が処理されるようになっている。このように流量調整手段２３の開度に上限値を設けることにより、第１冷凍機６０の成績係数を良好に保ちながら顕熱潜熱分離処理を行うことができる。なお、流量調整手段２３の上限値を設定する具体的な方法については、後述する実施例１および実施例２において説明する。

（冬期）
次に、空調システム１を用いて冬期に暖房を行う方法について説明する。ここでは、第２コイルに供給される熱媒が低温冷水から温水に切り替えられていることを前提とする。はじめに、空調チャンバ１１に流入する混合気の状態を検知する。検知の結果、混合気の温度が空調室に戻される給気の温度の設定値よりも高い場合、第１コイル２０に高温冷水が供給されているので、第１コイル２０を用いて混合気を冷却する。一方、混合気の温度が空調室に戻される給気の温度の設定値よりも低い場合、第２コイル３０に温水が供給されているので、第２コイル３０を用いて混合気を加熱する。このようにして、所望の温度に調整された混合気を給気として空調室に戻すことができる。

以下、本実施の形態によって得られる効果についてまとめる。
本実施の形態によれば、第１コイル２０には、高温冷水が供給され、第２コイル３０には、高温冷水よりも低温の低温冷水が供給され得るようになっている。このため、高温冷水用の第１冷凍機６０の成績係数を高くすることができる。従って、低温冷水のみを用いて混合気の顕熱処理および潜熱処理を行う従来の４管式の空調システムに比べて、空調システム１全体でのエネルギー効率を向上させることができる。
また第２コイル３０には、低温冷水または温水のいずれか一方が、給気の設定温度や環境に応じて供給され得るようになっている。このため、低温冷水用のコイルと温水用のコイルとがそれぞれ別々に設けられる従来の６管式の空調システムに比べて、空調システム１によって占有される空間を小さくすることができる。また本実施の形態によれば、第１コイル２０、第２コイル３０および送風機５２は、混合気の流路に沿って直線的に並べられている。このため、それらが非直線的に並べられている場合に比べて、第１コイル２０、第２コイル３０および送風機５２によって占有される空間をさらに小さくすることができる。
このため、例えば従来の４管式の空調システムとほぼ同一の空調機スペースに対して、本実施の形態による空調機１０を設置することが可能である。従って、従来の４管式の空調機が設置されている建物に対して、低い改修コストで本実施の形態による空調機１０を導入することができる。このことにより、低いコストでエネルギー効率の向上を実現することができる。

また上述のように、同一の型式の低温／高温冷水熱源機６５を、それらで生成される冷水の設定温度を調整することによって第１冷凍機６０または第２冷凍機７０として用いることができる。すなわち、本実施の形態による省エネルギー化の効果を得る上で、従来から設置されている熱源装置を大幅に改修する必要はない。この点からも、本実施の形態によれば、低いコストでエネルギー効率の向上を実現することができると言える。

なお空調チャンバ１１には、第１コイル２０および第２コイル３０以外にも、混合気の熱処理を行うための構成要素がさらに設けられていてもよい。例えば図１に示すように、空調機１０は、第２コイル３０と送風機５２との間に配置された加湿器５１をさらに備えていてもよい。この加湿器５１は、例えば、第２コイル３０を通過した混合気の状態を示す点Ｅ（図４参照）が、給気の設定値から大きくずれている場合に用いられ得る。

好ましくは、第１コイル２０、第２コイル３０、加湿器５１および送風機５２は、混合気の流路に沿って直線的に並べられている。これによって、空調機１０の省スペース化を実現することができる。

次に、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例の記載に限定されるものではない。

（実施例１）
図６は、本実施例に係る空調機１０の構成を示す図である。図６に示す本実施の形態による空調機１０に関して、図１に示す上述の空調機１０と同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。

図６に示すように、本実施例に係る空調機１０は、第１コイル２０と第２コイル３０との間に配置され、第１コイル２０を通過した混合気の状態を検知する第１混合気センサ４３を備えている。第１コイル２０を通過した混合気の、空気線図における座標を決定することができる限りにおいて、第１混合気センサ４３の構成が特に限られることはない。

図７は、夏期の冷房運転の際の空気の状態遷移を示す空気線図である。以下、図７に示す空気線図に沿って、本実施例において行われる顕熱潜熱分離処理について説明する。はじめに空調機コントローラ１９は、第１コイル２０用の流量調整手段２３を所定の開度で開き、その際の混合気の状態を、第１混合気センサ４３を用いて検知する。次に空調機コントローラ１９は、流量調整手段２３の開度を変化させ、開度を変化させた後の混合気の状態を、第１混合気センサ４３を用いて再び検知する。その後、開度を変化させる前後で得られた混合気の状態に基づいて、第１コイル２０を通過した混合気が、所定の等絶対湿度線上に存在するか（すなわち、図７に示す点Ｄ’の状態にあるか）どうかを判断する。このことは、第１コイル２０が混合気の顕熱のみを処理しているのか若しくは混合気の顕熱および潜熱の両方を処理しているのかを判断することに相当する。

第１コイル２０を通過した混合気が図７に示す点Ｄ’の状態にある場合、流量調整手段２３の開度を徐々に大きくしていくことにより、空気線図において混合気の状態が所定の等相対湿度線に到達するまでに通る等絶対湿度線を算出し、また点Ｉの位置を算出する。そして、第１コイル２０を通過した混合気の状態が点Ｉに位置するようになる流量調整手段２３の開度を、流量調整手段２３の上限値として設定する。

流量調整手段２３の上限値を設定した後、空調機コントローラ１９は、以下のように流量調整手段２３および流量調整手段３３を制御する。
給気温度の設定値が点Ｉの温度よりも高い場合、空調機コントローラ１９は、第１コイル２０のみを用いて混合気の熱処理を行う。この場合、流量調整手段２３の開度は、流量調整手段２３から得られる情報に基づいて空調機コントローラ１９により制御される。
一方、給気温度の設定値が点Ｉの温度よりも低い場合、空調機コントローラ１９は、流量調整手段２３の開度を上限値に制御する。すなわち、点Ｄの位置を点Ｉの位置に一致させる。また流量調整手段３３を開いて第２コイル３０に低温冷水を供給する。
いずれの場合でも、第１コイル２０によっては混合気の顕熱のみが処理される。なお上記の制御が実施される場合、混合気が第１コイル２０によって点Ｉよりも低温まで冷却されることがない。このことは、第１コイル２０の出口における高温冷水の温度が、点Ｉよりも低温になることはないことを意味している。従って本実施例においては、点Ｉの温度が、第１コイル２０の出口における高温冷水の下限温度になる。

本実施例によれば、第１混合気センサ４３からの情報に基づいて流量調整手段２３の上限値を設定することにより、第１コイル２０が混合気の顕熱のみを処理し潜熱を処理しないようにすることができる。このことにより、第１冷凍機６０の成績係数を高くすることができ、これによって、空調システム１全体としての省エネルギー化を実現することができる。

（実施例２）
図８は、本実施例に係る空調機１０の構成を示す図である。図８に示す本実施の形態による空調機１０に関して、図１に示す上述の空調機１０と同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。

本実施例に係る空調機１０は、空調チャンバ１１に流入する混合気の状態を検知する検知手段を備えている。空調チャンバ１１に流入する混合気の、空気線図における座標を決定することができる限りにおいて、上記の検知手段の構成が特に限られることはない。例えば検知手段は、外気の温度および絶対湿度または相対湿度並びに流量を検知する外気センサ４１と、還気の温度および絶対湿度または相対湿度並びに流量を検知する還気センサ４２と、を含んでいる。

図９は、夏期の冷房運転の際の空気の状態遷移を示す空気線図である。以下、図９に示す空気線図に沿って、本実施例において行われる顕熱潜熱分離処理について説明する。はじめに空調機コントローラ１９は、外気センサ４１からの情報に基づいて、空気線図における点Ａの位置を定め、また還気センサ４２からの情報に基づいて、空気線図における点Ｂの位置を定める。また空調機コントローラ１９は、外気センサ４１および還気センサ４２から得られる、外気の流量および還気の流量に関する情報に基づいて、空気線図における点Ｃの位置を算出する。

その後、空調機コントローラ１９は、空気線図における点Ｃの位置に基づいて、第１コイル２０によって処理される混合気の顕熱負荷の最大値を算出する。具体的には、空調機コントローラ１９は、空気線図において混合気の状態が所定の等絶対湿度線（図９では０．０１３の絶対湿度線）に沿って点Ｃから所定の等相対湿度線（図９では９０％の相対湿度線）上の点Ｉに到達するまでに処理される、混合気の顕熱負荷を、図９に示すΔＨ_１に基づいて算出する。ΔＨ_１は、点Ｃから点Ｉに至る顕熱処理の前後での混合気の比エンタルピーの差[kJ/kg]である。この場合、混合気の流量[m³/h]および混合気の密度[kg/m³]をΔＨ_１[kJ/kg]に掛けることにより、第１コイル２０によって単位時間当たりに処理される混合気の顕熱負荷の最大値[kJ/h]を算出することができる。

ところで、第１コイル２０の定格冷却能力[kJ/h]に対する混合気の顕熱負荷の最大値[kJ/h]の割合が、流量調整手段２３の最大開度（例えば１００％）に対する流量調整手段２３の上限値の割合と同値であると仮定する場合、以下のように高温冷水の流量の上限値を設定することができる。

ここでは、混合気の顕熱負荷の最大値を第１コイル２０の定格冷却能力で除し、その結果に流量調整手段２３の最大開度（例えば１００％）を掛けることで得られる流量調整手段２３の開度を、流量調整手段２３の上限値として設定する。

流量調整手段２３の上限値を設定した後、空調機コントローラ１９は、以下のように流量調整手段２３および流量調整手段３３を制御する。
給気温度の設定値が点Ｉの温度よりも高い場合、空調機コントローラ１９は、第１コイル２０のみを用いて混合気の熱処理を行う。この場合、流量調整手段２３の開度は、流量調整手段２３から得られる情報に基づいて空調機コントローラ１９により制御される。
一方、給気温度の設定値が点Ｉの温度よりも低い場合、制御手段１９は、流量調整手段２３の開度を上限値に制御する。すなわち、点Ｄの位置を点Ｉの位置に一致させる。また流量調整手段３３を開いて第２コイル３０に低温冷水を供給する。
いずれの場合でも、第１コイル２０によっては混合気の顕熱のみが処理される。なお上記のような制御が実施される場合、混合気が第１コイル２０によって点Ｉよりも低温まで冷却されることがない。従って本実施例においても、上述の実施例１の場合と同様に、点Ｉの温度が、第１コイル２０の出口における高温冷水の下限温度になる。

本実施例によれば、空調チャンバ１１に流入した混合気の状態に基づいて流量調整手段２３の上限値を設定することにより、第１コイル２０が混合気の顕熱のみを処理し潜熱を処理しないようにすることができる。このことにより、第１冷凍機６０の成績係数を高くすることができ、これによって、空調システム１全体としての省エネルギー化を実現することができる。

１ 空調システム
１０ 空調機
１１ 空調チャンバ
１９ 空調機コントローラ（制御手段）
２０ 第１コイル
２３ 流量調整手段（二方弁）
３０ 第２コイル
３２ 復路側第２循環路
３３ 流量調整手段（二方弁）
４１〜４５ 気体用センサ
４６〜４９ 熱媒体用センサ
５１ 加湿器
５２ 送風機
６０ 第１冷凍機
６１ 冷却塔
６２ 高温冷水供給路
６３ 高温冷水回収路
６４ 高温冷水熱源コントローラ
７０ 第２冷凍機
７２ 低温冷水供給路
７３ 低温冷水回収路
７４ 低温冷水熱源コントローラ
７５ 往路側第１ヘッダー
７６ 復路側第１ヘッダー
７７ 往路側第２ヘッダー
７８ 復路側第２ヘッダー
８０ 温水熱源機
８２ 温水供給路
８３ 温水回収路
８４ 温水熱源コントローラ
９０ 総合熱源コントローラ

Claims (4)

1. 建物に設置される空調システムにおいて、
   外気および空調室からの還気を含む混合気の温度および湿度を調整して給気として空調室に戻す空調機と、
   前記空調機に高温冷水を供給することができる第１冷凍機と、
   前記空調機に、前記高温冷水よりも低温の低温冷水を供給することができる第２冷凍機と、
   前記空調機に温水を供給することができる温水熱源機と、を備え、
   前記空調機は、
   前記混合気が流入する空調チャンバと、
   前記空調チャンバ内に配置された第１コイルと、
   前記空調チャンバ内において前記第１コイルの下流側に配置された第２コイルと、
   前記空調チャンバ内において前記第２コイルの下流側に配置され、前記空調室に向けて給気を送り出す送風機と、を備え、
   前記第１コイル、前記第２コイルおよび前記送風機は、混合気の流路に沿って直線的に並べられており、
   前記第１コイルには、前記高温冷水が供給され、
   前記第２コイルには、前記低温冷水または前記温水のいずれか一方が供給され、
   前記第２コイルに供給される前記低温冷水の温度は、５〜１０℃の範囲内であり、
   前記第２コイルに前記低温冷水が供給されているときの前記第１コイルに供給される前記高温冷水の温度は、１０〜２０℃の範囲内であり、
   前記空調機は、前記第１コイルに供給される前記高温冷水の流量または温度を調整する流量調整手段と、前記流量調整手段を制御する制御手段と、をさらに備え、
   前記制御手段は、前記第１コイルを通過した混合気の状態が空気線図上において所定の等相対湿度線に到達するまでの範囲内で、前記第１コイルを用いて前記混合気を冷却するよう、前記流量調整手段を制御する、空調システム。
2. 請求項１に記載の空調システムにおいて用いられる空調機において、
   前記混合気が流入する空調チャンバと、
   前記空調チャンバ内に配置された第１コイルと、
   前記空調チャンバ内において前記第１コイルの下流側に配置された第２コイルと、
   前記空調チャンバ内において前記第２コイルの下流側に配置され、前記空調室に向けて給気を送り出す送風機と、を備え、
   前記第１コイル、前記第２コイルおよび前記送風機は、混合気の流路に沿って直線的に並べられており、
   前記第１コイルには、高温冷水が供給され、
   前記第２コイルには、前記高温冷水よりも低温の低温冷水、または温水のいずれか一方が供給され、
   前記第２コイルに供給される前記低温冷水の温度は、５〜１０℃の範囲内であり、
   前記第２コイルに前記低温冷水が供給されているときの前記第１コイルに供給される前記高温冷水の温度は、１０〜２０℃の範囲内であり、
   前記空調機は、前記第１コイルに供給される前記高温冷水の流量または温度を調整する流量調整手段と、前記流量調整手段を制御する制御手段と、をさらに備え、
   前記制御手段は、前記第１コイルを通過した混合気の状態が空気線図上において所定の等相対湿度線に到達するまでの範囲内で、前記第１コイルを用いて前記混合気を冷却するよう、前記流量調整手段を制御する、空調機。
3. 第１コイルと第２コイルとの間に配置され、前記第１コイルを通過した混合気の状態を検知する第１混合気センサをさらに備え、
   前記制御手段は、前記第１混合気センサからの情報に基づいて、空気線図において混合気の状態が所定の等相対湿度線に到達するまでに通る等絶対湿度線を算出し、この結果に基づいて、前記流量調整手段の上限値を設定する、請求項２に記載の空調機。
4. 空調チャンバに流入する混合気の状態を検知する検知手段をさらに備え、
   前記制御手段は、検知手段からの情報に基づいて、空気線図において混合気の状態が所定の等相対湿度線に到達するまでに処理される顕熱負荷の最大値を算出し、この結果に基づいて、前記流量調整手段の上限値を設定する、請求項２に記載の空調機。