JP3583536B2 - 空調機、空調システムおよびその制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は空調機、空調システムおよびその制御方法に係り、特に空調システムの制御対象である室温、給気温度などの制御対象を制御しつつ、空調システムの還水温度を一定に制御することが可能な空調システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、地域熱供給設備では、熱源設備から送られた地域熱媒を需用家側に直接供給するために、ブリードイン方式が採用されている。このブリードイン方式では、需用者が利用した後の熱媒の一部を、混合弁などで送られてきた熱媒と混合して、需要家設備に供給する方式である。かかるブリードイン方式を水熱源型地域熱供給システムに適用する場合には、還水温度が変動することが知られている。還水温度の変動を熱源設備で吸収できない場合には、往水温度を高温側にシフトさせる原因となっている。従って、ブリードイン方式の水熱源型地域熱供給システムでは、還水温度を検出し、往水温度設定値のカスケード制御を行うことにより、還水温度が一定になるようにシステム制御を行っている。
【０００３】
また、空調機においても、風導内の送風温度分布を均一化したり、空調機コイルの結露を防止するために、ブリードイン方式が採用されている。このブリードイン方式では、空調機の熱交換器内の水循環流量を一定に保持しつつ、往水量を操作して、給気温度や室温などの制御対象量を制御している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなブリードイン方式では、送水温度（空調機などの負荷に供給される熱源水の温度）が一様に操作されるので、空調系統間で熱負荷割合（設計最大熱負荷に対する現在の熱負荷）にばらつきがある場合、熱負荷割合が大きな系統では負荷が処理できない系統が発生するという問題があった。
【０００５】
また、各建物の中央熱源受け入れ設備において、還水と地域熱供給往水を混合することになり、有効エネルギーの低下を招き、個別建物内（需要家設備内）の送水搬送動力を増大させるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、空調システムの制御対象である室温、給気温度などの制御対象を制御しつつ、還水温度を一定（すなわち、往還水温度差を一定）に制御することにより、搬送動力を低減し、有効エネルギーの利用率を向上させることが可能な新規かつ改良された空調機、空調システムおよびその制御方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第１の観点によれば、熱源システムから往水配管により往水される冷水または温水を熱交換器により給気空気と熱交換して還水配管により熱源システムに還水する空調システムの制御方法が提供される。この空調システムの制御方法は、請求項１に記載のように、熱交換器出口から還水配管に戻される還水温度を検出して、その還水温度に応じて、熱源システムから往水配管を介して熱交換器へ供給される往水量を操作し、当該空調システムの制御対象量を検出し、その検出値に応じて、還水の一部を熱交換器入口に供給することにより熱交換器内の循環流量を操作して、制御対象量を目標値に制御するとともに、熱源システムへの還水温度を一定値に制御することを特徴としている。なお、この空調システムにより制御される制御対象量は、請求項２に記載のように、空調空間内の温度および／または空調空間への給気温度とすることが好ましい。
【０００８】
また、本発明の第２の観点によれば、水対空気熱交換器（１０２、２０２）を内蔵し、熱源から往水配管（１０４、２０４）により往水される冷水または温水を水対空気熱交換器（１０２、２０２）により給気空気（ＳＡ）と熱交換して還水配管（１０６、２０６）により熱源システムに還水する空調機が提供される。この空調機は、請求項３に記載のように、往水配管（１０４、２０４）と水対空気熱交換器入口（１０２ａ、２０２ａ）を結ぶ往水分岐管（１０４ａ、２０４ａ）と、還水配管（１０６、２０６）と水対空気熱交換器出口（１０２ｂ、２０２ａ）とを結ぶ還水分岐管（１０６ａ、２０６ｂ）とを連結して、還水の一部を往水に戻す循環路（１１０、２１０）と、循環路（１１０、２１０）内の流量を調整する循環流量操作手段（１１２、２１２）と、水対空気熱交換器入口（１０２ａ、２０２ａ）への往水流入量を操作する往水流入量操作手段（１０８、２０８）と、水対空気熱交換器出口（１０２ｂ、２０２ｂ）からの還水温度を検出する還水温度検出手段（１１４、２１４）と、当該空調機の制御対象量を検出する制御対象量検出手段（１１６、２１６）と、還水温度検出手段（１１４、２１４）により検出された還水温度に応じて往水流入量操作手段（１０８、２０８）を駆動し、制御対象量検出手段（１１６、２１６）により検出された制御対象量に応じて循環流量操作手段（１１２、２１２）を駆動することにより、制御対象量を目標値に制御するとともに、還水温度を設定値に制御する制御手段（１１８ａ、１１８ｂ、２１８ａ、２１８ｂ）とを備えたことを特徴としている。なお、往水流入量操作手段としては、請求項４に記載のように、往水分岐路（２０４ａ）と循環路（２１０）との結合部に設置されて、往水流入量と還水流入量との割合を操作する三方弁（２０８）を使用することもできる。
【０００９】
また本発明の第３の観点によれば、水対空気熱交換器（３０２、４０２）を内蔵し、熱源から往水配管（３０４、４０４）により往水される冷水または温水を水対空気熱交換器（３０２、４０２）により給気空気（ＳＡ）と熱交換して還水配管（３０６、４０６）により熱源システムに還水する空調機が提供される。この空調機は、請求項５に記載のように、往水配管（３０４、４０４）と水対空気熱交換器入口（３０２ａ、４０２ａ）を結ぶ往水分岐管（３０４ａ、４０４ａ）と、還水配管（３０６、４０６）と水対空気熱交換器出口（３０２ｂ、４０２ｂ）とを結ぶ還水分岐管（３０６ａ、４０６ａ）とを連結して、還水の一部を往水に戻す循環路（３１０、４１０）と、循環路（３１０、４１０）内の流量を調整する循環流量操作手段（３１２、４１２）と、水対空気熱交換器出口（３０２ｂ、４０２ｂ）からの還水流出量を操作する還水流出量操作手段（３０８、４０８）と、水対空気熱交換器出口（３０２ｂ、４０２ｂ）からの還水温度を検出する還水温度検出手段（３１４、４１４）と、当該空調機の制御対象量を検出する制御対象量検出手段（３１６、４１６）と、還水温度検出手段（３１４、４１４）により検出された還水温度に応じて還水流出量操作手段（３０８、４０８）を駆動し、制御対象量検出手段（３１６、４１６）により検出された制御対象量に応じて循環流量操作手段（３１２、４１２）を駆動することにより、制御対象量を目標値に制御するとともに、還水温度を一定に制御する制御手段（３１８ａ、３１８ｂ、４１８ａ、４１８ｂ）とを備えたことを特徴としている。なお、還水流出量操作手段として、請求項６に記載のように、還水分岐路（４０６ａ）と循環路（４１０）との結合部に設置される三方弁（４０８）を使用することもできる。
【００１０】
なお、請求項８に示すように、上記第２および第３の観点にかかる空調機において、循環路（１１０、２１０、３１０、４１０）内の流量に応じて、還水温度設定値を操作することが好ましい。また、請求項９に示すように、上記第２および第３の観点にかかる空調機において、制御対象量として、空調空間内の温度、および／または空調空間への給気温度を設定することが好ましい。
【００１１】
また、本発明の第４の観点によれば、熱源から冷水または温水を往水する主往水配管（５０２、６０２）と還水を熱源に戻す主還水配管（５０４、６０４）と、主往水配管（５０２、６０４）から分岐する分岐往水配管（５０２ａ、６０２ａ）と主還水配管（５０４、６０４）から分岐する分岐還水配管（５０４ａ、６０４ａ）と、分岐往水配管（５０２ａ、６０２ａ）と分岐還水配管（５０４ａ、６０４ａ）に対して並列に接続された、水対熱交換器（５０８（１）…５０８（ｎ）、６０８（１）…６０８（ｎ））を内蔵する複数の空調機（５０６（１）…５０６（ｎ）、６０６（１）…６０６（ｎ））とを備えた空調システムが提供される。この空調システムは、請求項９に記載のように、接続されたすべての空調機（５０６（１）…５０６（ｎ）、６０６（１）…６０６（ｎ））よりも上流側の分岐往水配管（５０２ａ、６０２ａ）と接続されたすべての空調機（５０６（１）…５０６（ｎ）、６０６（１）…６０６（ｎ））よりも下流側の分岐還水配管（５０２ｂ、６０２ｂ）とを連結して、還水の一部を往水に戻す循環路（５１０、６１０）と、循環路（５１０、６１０）内の流量を調整する循環流量操作手段（５１２、６１２）と、分岐往水配管（５０２ａ、６０２ａ）への往水流入量を操作する往水流入量操作手段（５１４、６１４）と、分岐還水配管（５０４ａ、６０４ａ）の還水温度を検出する還水温度検出手段（５１６、６１６）と、空調機（５０６（１）…５０６（ｎ）、６０６（１）…６０６（ｎ））の制御対象量を検出する制御対象量検出手段（５１８、６１８）と、還水温度検出手段（５１６、６１６）により検出された完遂温度に応じて往水流入量操作手段（５１４、６１４）を駆動し、制御対象量検出手段（５１８、６１８）により検出された制御対象量に応じて循環流量操作手段（５１２、６１２）を駆動することにより、制御対象量を目標値に制御するとともに、還水温度を設定値に制御する制御手段（５２０ａ、５２０ｂ、６２０ａ、６２０ｂ）とを備えたことを特徴としている。なお、請求項１０に記載のように、往水流入量操作手段として、分岐往水分岐路（６０２ａ）と循環路（６１０）との結合部に設置されて、往水流入量と還水流入量との割合を操作する三方弁（６１４）を使用することも可能である。
【００１２】
また、本発明の第５の観点によれば、熱源から冷水または温水を往水する主往水配管（７０２、８０２）と還水を熱源に戻す主還水配管（７０４、８０４）と、主往水配管（７０２、８０４）から分岐する分岐往水配管（７０２ａ、８０２ａ）と主還水配管（７０４、８０４）から分岐する分岐還水配管（７０４ａ、８０４ａ）と、分岐往水配管（７０２ａ、８０２ａ）と分岐還水配管（７０４ａ、８０４ａ）に対して並列に接続された、水対熱交換器（７０８（１）…７０８（ｎ）、８０８（１）…８０８（ｎ））を内蔵する複数の空調機（７０６（１）…７０６（ｎ）、８０６（１）…８０６（ｎ））とを備えた空調システムが提供される。この空調システムは、請求項１１に記載のように、接続されたすべての空調機（７０６（１）…７０６（ｎ）、８０６（１）…８０６（ｎ））よりも上流側の分岐往水配管（７０２ａ、７０２ａ）と接続されたすべての空調機（７０６（１）…７０６（ｎ）、８０６（１）…８０６（ｎ））よりも下流側の分岐還水配管（７０２ｂ、８０２ｂ）とを連結して、還水の一部を往水に戻す循環路（７１０、８１０）と、循環路（７１０、８１０）内の流量を調整する循環流量操作手段（７１２、８１２）と、分岐還水配管（７０４ａ、８０４ａ）の還水流出量を操作する還水流出量操作手段（７１４、８１４）と、分岐還水配管（７０４ａ、８０４ａ）の還水温度を検出する還水温度検出手段（７１６、８１６）と、空調機（７０６（１）…７０６（ｎ）、８０６（１）…８０６（ｎ））の制御対象量を検出する制御対象量検出手段（７１８、８１８）と、還水温度検出手段（７１６、８１６）により検出された完遂温度に応じて往水流入量操作手段（７１４、８１４）を駆動し、制御対象量検出手段（７１８、８１８）により検出された制御対象量に応じて循環流量操作手段（７１２、８１２）を駆動することにより、制御対象量を目標値に制御するとともに、還水温度を設定値に制御する制御手段（７２０ａ、７２０ｂ、８２０ａ、８２０ｂ）とを備えたことを特徴としている。なお請求項１２に記載のように、還水流出量操作手段として、還水分岐路（８０２ａ）と循環路（８１０）との結合部に設置されて、往水流入量と還水流入量との割合を操作する三方弁（８１４）を使用することも可能である。
【００１３】
さらに、上記第４および第５の観点にかかる空調システムにおいて、請求項１３に記載のように、各空調機の水対空気熱交換器に、定流量弁を取り付けても良い。あるいは、請求項１４に記載のように、循環路（５１０、６１０、７１０、８１０）内の流量に応じて、還水温度設定値を操作するように構成しても良い。さらには、請求項１５に記載のように、制御対象量として、空調空間内の温度および／または空調空間への給気温度を制御するように構成することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照しながら、本発明にかかる空調機、空調システムおよびその制御方法のいくつかの好適な実施の形態について詳細に説明する。
【００１５】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態は、本発明の基本的な制御原理に関すものであり、特に、熱源システムから往水配管により往水される冷水または温水を熱交換器により給気空気と熱交換して還水配管により熱源システムに還水する空調システムを制御する方法に関するものである。
【００１６】
すなわち、この制御方法によれば、まず、熱交換器出口から還水配管に戻される還水温度を検出して、その還水温度に応じて、熱源システムから往水配管を介して熱交換器へ供給される往水量を操作する。同時に、し、空調空間内の温度、空調空間への給気温度などの当該空調システムの制御対象量を検出し、その検出値に応じて、還水の一部を熱交換器入口に供給することにより熱交換器内の循環流量の操作を行う。このように、本発明の第１の実施の形態においては、空調空間内の温度や空調空間への給気温度などの制御対象量を目標値に制御するとともに、熱源システムへの還水温度を一定値に制御することにより、搬送動力を軽減し、有効エネルギーの利用効率の向上が図れる。
【００１７】
次に、本発明の第１の実施の形態の動作原理を説明する。
熱交換量（Ｑ）は、伝熱係数（ｋ）、伝熱面積（Ａ）と流体間の温度差（Δｔ）により定まる。
Ｑ＝Ｋ・Ａ・Δｔ
【００１８】
一般に、水対空気熱交換器では、伝熱面積（Ａ）は装置により定まる定数であり、水側の水量の操作や水側と空気側の流量を操作することにより伝熱係数と流体間の温度差を変え、熱交換量を制御している。具体的には、水側の熱伝達率、空気側の熱伝達率、流体間の温度差を変え、熱交換量を制御している。
【００１９】
熱交換量と還水温度の同時制御は、還水を往水に還流させ熱交換器内の水側流速を変え、水側の熱伝達率を操作することにより制御できる。
すなわち、一般に、水側の熱伝達率（ｈｗ）は、
ｈｗ＝ｎｕ・λ／ｄ＝Ｃ・Ｒｅａ・Ｐｒｂ
Ｃ：定数
ａ：２／３〜０．８
ｂ：１／３〜
で表すことができる。
一方、流体間の温度差（Δｔ）は、
Δｔ＝（Δｔ１−Δｔ２）／ｌｎ（Δｔ１／Δｔ２）
Δｔ１：熱交換器入口部の流体間の温度差
Δｔ２：熱交換器出口部の流体間の温度差
で表せる。
【００２０】
ここで、空気側条件（温度、流量）を同一にして、還水を往水に還流させる場合の伝熱の効果を検討してみる。
単純化のため、還水温度は同じと仮定し、還水から熱交換器入口に戻す水量の割合（ｒｂ）は、往水量（Ｗｓ）、還水から熱交換器入口に戻す水量（Ｗｒｒ）とすると、
ｒｂ＝Ｗｒｒ／Ｗｓ
である。
【００２１】
（１）水側の熱伝達率（ｈｗ）
ａ） 還流のない場合
ｈｗ＝λ／ｄ・Ｃ・Ｒｅｎ ａ・Ｐｒｂ
ｂ） 還流する場合
ｈｗ＝λ／ｄ・Ｃ・（（１＋ｒｂ）・ｒｅ）ａ・Ｐｒｂ
（２）流体間の温度差（Δｔ）
ａ） 還流のない場合
Δｔ＝（Δｔ１−Δｔ２）／ｌｎ（Δｔ１／Δｔ２）
Δｔ１：熱交換器空気入口部の流体間の温度差
Δｔ１＝ｔａ１−ｔｗ１ ｔａ１：空気
ｔｗ１：水
Δｔ２：熱交換器空気出口部の流体間の温度差
Δｔ２＝ｔａ２−ｔｗ２ ｔａ１：空気
ｔｗ１：水
ｂ） 還流する場合
と整理できる。
【００２２】
このように、還水を往水側に還流させることにより、流体間の温度差は縮小する。結果として、熱伝達率が上昇し、伝熱性能（熱交換量）が上昇する。したがって、本発明によれば、循環量を操作することにより熱交換量が操作できるので、往水流入量とは独立に還水温度が制御できる。
【００２３】
（第２の実施の形態）
図１および図２には、本発明にかかる空調機の第２の実施の形態が示されている。
図示のように、この空調機１００は、水対空気熱交換器１０２と、給気ファン１０３を内蔵している。熱源（不図示）から往水配管１０４により往水される冷水または温水は、水対空気熱交換器１０２により、給気空気ＳＡと熱交換され、空調空間に温調された空気が供給される。水対空気熱交換器１０２により熱交換された還水は、還水配管１０６により熱源システムに戻される。なお図示の例では、往水配管１０４および還水配管１０６に対して１台の空調機のみを設置しているが、複数台の空調機を並列に接続し、各空調機に対して本実施の形態を構成することも可能である。
【００２４】
往水配管１０４の水対空気熱交換器１０２の入口１０２ａ側には、水対空気熱交換器１０２への往水流入量を操作することができる流量制御弁１０８が、往水流入量操作手段として設けられている。この流量制御弁１０８と水対空気熱交換器入口１０２ａとの間には、第１分岐１１０ａが設けられ、他方、水対空気熱交換器出口１０２ｂ側の還水配管１０６ａには第２分岐１１０ｂが設けられ、これらの第１分岐１１０ａと第２分岐１１０ｂとの間に還水配管１０６ａ中の還水を往水配管１０４ａに戻す循環管路１１０が形成される。この循環管路１１０中には循環流量操作手段として循環ポンプ１１２が介装されている。なお、この循環ポンプ１１２は、必ずしも循環管路１１０に介装する必要はなく、還水を往水に戻すことができれば、例えば往水配管１０４ａ中に設置しても良い。
【００２５】
さらに、還水配管１０６ａには、水対空気熱交換器出口１０２ｂ側の還水温度を検出するための還水温度検出センサ１１４が設けられている。この還水温度検出センサ１１４の検出値は、還水温度調整用制御器１１８ｂに送られ、検出された還水温度に応じて流量制御弁１０８を駆動することにより、還水温度が一定に制御される。
【００２６】
また、空調空間には、当該空調機による制御対象である室温や給気温度などの制御対象量を検出する制御対象量検出センサ１１６が設置されている。この制御対象量検出センサ１１６の検出値は、制御対象量調整用制御器１１８ａに送られ、検出された制御対象量に応じて循環ポンプ１１２を駆動することにより、制御対象量を目標値に制御することができる。また、制御にあたっては、循環路１１０、２１０内の流量に応じて、制御目標値である還水温度設定値を操作することにより、より効率的に空調機の運転を行うことができる。
【００２７】
また、図１に示す実施の形態においては、流量制御弁１０８として二方弁を使用していたが、往水流入量操作手段としては、図２に示すように、往水分岐路２０４ａと循環路２１０との結合部に設置されて、往水流入量と還水流入量との割合を操作する三方弁２０８を使用することもできる。なお、図２に示す実施の形態の基本的構成は、上記往水流入量操作手段の構成を除き、図１に示すものと同様なので、同じ機能構成を有する部材については、下二桁に同一の参照番号を付することにより、重複説明を省略している。
【００２８】
（第３の実施の形態）
図３および図４には、本発明にかかる空調機の第３の実施の形態が示されている。第２の実施の形態においては、往水配管１０４ａ、２０４ａ中に往水流入量操作手段１０８、２０８を設けた構成を採用しているのに対して、この第３の実施の形態においては、還水配管３０６ａ、４０６ａ中に還水流出量操作手段３０８、４０８を配することにより、同様の効果を得ることができるように構成している。なお、これらの構成上の相違を除き、第２の実施の形態にかかる構成と第３の実施の形態にかかる構成とは同様なので、同じ機能構成を有する部材については、下二桁に同一の参照番号を付することにより重複説明を省略することにする。ただし、図３に示す空調機は、図１に対応して、還水流出量操作手段として流量制御型の二方弁３０８を使用した例であり、図４に示す空調機は、図２に対応して、還水配管４０６ａと循環路４１０との結合部に三方弁４０８を配した構成を示している。
【００２９】
（第４の実施の形態）
次に、図５および図６を参照しながら本発明の第４の実施の形態にかかる空調システムについて説明する。
この空調システムは、不図示の熱源から冷水または温水を往水する主往水配管５０２と還水を熱源に戻す主還水配管５０４とを備えており、さらに主往水配管５０２および主還水配管５０４には、それぞれ分岐管、すなわち分岐往水配管５０２ａと分岐還水配管５０４ａが設けられている。そして、分岐往水配管５０２ａと前記分岐還水配管５０４ａに対して、複数台の空調機５０６（１）…５０６（ｎ）（ただし、ｎは任意の整数）が並列に接続されている。各空調機は、それぞれ、水対熱交換器５０８（１）…５０８（ｎ）（ただし、ｎは任意の整数）および給気ファン（不図示）を内蔵している。さらに各空調機５０６（１）…５０６（ｎ）の水対空気熱交換器５０８（１）…５０８（ｎ）には、定流量弁が取り付けられており、各熱交換器の循環流量を一定に保持することができる。なお、図示の例では、一対の分岐管のみを配した構成を示しているが、複数対の分岐管を並列に接続し、各分岐管について、本実施の形態と同様に複数台の空調機を並列に接続する構成を採用することもできる。
【００３０】
本実施の形態によれば、接続されたすべての空調機５０６（１）…５０６（ｎ）よりも上流側（従って、空調機５０６（１）よりも上流側）の分岐往水配管５０２ａと、接続されたすべての空調機５０６（１）…５０６（ｎ）よりも下流側（従って、空調機５０６（１）よりも下流側）の分岐還水配管５０２ｂとを連結して、還水の一部を往水に戻す循環路５１０が形成されている。そして、この循環路５１０内の流量を調整するための循環流量操作手段５１２として循環ポンプが介装されている。さらに、分岐往水配管５０２ａの上流側には、分岐往水配管５０２ａ内を流通する往水流入量を操作する往水流入量操作手段として、流量制御弁５１４が介装されている。
【００３１】
さらに、分岐還水配管５０６ａには、各空調機５０６（１）…５０６（ｎ）からの還水温度を検出するための還水温度検出センサ５１６が設けられている。この還水温度検出センサ５１６の検出値は、還水温度調整用制御器５２０ｂに送られ、検出された還水温度に応じて流量制御弁５１４を駆動することにより、還水温度が一定に制御される。
【００３２】
また、空調空間には、当該空調機５０６（１）…５０６（ｎ）による制御対象である室温や給気温度などの制御対象量を検出する制御対象量検出センサ５１８が設置されている。この制御対象量検出センサ５１６の検出値は、制御対象量調整用制御器５２０ａに送られ、検出された制御対象量に応じて循環ポンプ５１２を駆動することにより、制御対象量を目標値に制御することができる。また、制御にあたっては、循環路５１０内の流量に応じて、制御目標値である還水温度設定値を操作することにより、より効率的に空調機の運転を行うことができる。
【００３３】
また、図５に示す実施の形態においては、流量制御弁５１４として二方弁を使用していたが、往水流入量操作手段としては、図６に示すように、分岐往水配管６０２ａと循環路６１０との結合部に設置されて、往水流入量と還水流入量との割合を操作する三方弁６１４を使用することもできる。なお、図６に示す実施の形態の基本的構成は、上記往水流入量操作手段の構成を除き、図５に示すものと同様なので、同じ機能構成を有する部材については、下二桁に同一の参照番号を付することにより、重複説明を省略している。
【００３４】
（第５の実施の形態）
図７および図８には、本発明にかかる空調機の第５の実施の形態が示されている。第４の実施の形態においては、分岐往水配管５０２ａ、６０４ａ中に往水流入量操作手段５１４、６１４を設けた構成を採用しているのに対して、この第５の実施の形態においては、分岐還水配管７０４ａ、８０４ａ中に還水流出量操作手段７１４、８１４を配することにより、同様の効果を得ることができるように構成している。なお、これらの構成上の相違を除き、第４実施の形態にかかる構成と第５の実施の形態にかかる構成とは同様なので、同じ機能構成を有する部材については、下二桁に同一の参照番号を付することにより重複説明を省略することにする。ただし、図７に示す空調機は、図５に対応して、還水流出量操作手段として流量制御型の二方弁７１４を使用した例であり、図８に示す空調機は、図６に対応して、還水配管８０４ａと循環路８１０との結合部に三方弁８１４を配した構成を示している。
【００３５】
以上、添付図面を参照しながら、本発明にかかる空調機、空調システムおよびその制御方法の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更および修正に想到することが可能であり、それらについても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、空調空間内の温度や空調空間への給気温度などの制御対象量を目標値に制御するとともに、熱源システムへの還水温度を一定値に制御することにより、次のような優れた効果を奏することができる。
（１）往還水温度差の縮小は相対的に送水量の増大につながるので搬送動力の浪費になるが、本発明によれば、還水温度を一定（すなわち、往還水温度差を一定）にすることが可能なので、搬送動力が低減する。
（２）本発明は各種熱源システムに適用することが可能であるが、特に、蓄熱槽方式の熱源システムでは、往還水温度差が縮小した場合、還水槽側に往水槽側に近い温度領域が生じ、蓄熱槽内の蓄熱が有効に利用できない。しかし、本発明により、還水温度を一定に保持し、往還水温度差を拡大すれば、蓄熱の有効利用を図ることができる。
一方、水槽内に往還水温度差の大きい領域がある場合、熱源システムによって冷却または加熱しても、所定の往水温度に到達しない場合が生じる。
（３）さらに、地域熱供給システムでは、往還水温度差が縮小すると、循環水量が増加し、搬送動力の浪費になる。しかし、本発明により、還水温度を一定（すなわち、往還水温度差を一定）に制御することにより搬送動力を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を空調機に適用した第２の実施の形態の概略を示すシステム構成図である。
【図２】図１に示す第２の実施の形態の変形例を示すシステム構成図である。
【図３】本発明を空調機に適用した第３の実施の形態の概略を示すシステム構成図である。
【図４】図３に示す第３の実施の形態の変形例を示すシステム構成図である。
【図５】本発明を空調機に適用した第４の実施の形態の概略を示すシステム構成図である。
【図６】図５に示す第４の実施の形態の変形例を示すシステム構成図である。
【図７】本発明を空調機に適用した第５の実施の形態の概略を示すシステム構成図である。
【図８】図７に示す第５の実施の形態の変形例を示すシステム構成図である。
【符号の説明】
１０２ 水対空気熱交換器
１０３ 給気ファン
１０４（１０４ａ） 往水配管
１０６（１０６ａ） 還水配管
１０８ 往水流入量制御手段
１１０ 循環路
１１２ 循環ポンプ
１１４ 還水温度検出手段
１１６ 制御量検出手段
１１８ａ、１１８ｂ 制御器
【発明の属する技術分野】
本発明は空調機、空調システムおよびその制御方法に係り、特に空調システムの制御対象である室温、給気温度などの制御対象を制御しつつ、空調システムの還水温度を一定に制御することが可能な空調システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、地域熱供給設備では、熱源設備から送られた地域熱媒を需用家側に直接供給するために、ブリードイン方式が採用されている。このブリードイン方式では、需用者が利用した後の熱媒の一部を、混合弁などで送られてきた熱媒と混合して、需要家設備に供給する方式である。かかるブリードイン方式を水熱源型地域熱供給システムに適用する場合には、還水温度が変動することが知られている。還水温度の変動を熱源設備で吸収できない場合には、往水温度を高温側にシフトさせる原因となっている。従って、ブリードイン方式の水熱源型地域熱供給システムでは、還水温度を検出し、往水温度設定値のカスケード制御を行うことにより、還水温度が一定になるようにシステム制御を行っている。
【０００３】
また、空調機においても、風導内の送風温度分布を均一化したり、空調機コイルの結露を防止するために、ブリードイン方式が採用されている。このブリードイン方式では、空調機の熱交換器内の水循環流量を一定に保持しつつ、往水量を操作して、給気温度や室温などの制御対象量を制御している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなブリードイン方式では、送水温度（空調機などの負荷に供給される熱源水の温度）が一様に操作されるので、空調系統間で熱負荷割合（設計最大熱負荷に対する現在の熱負荷）にばらつきがある場合、熱負荷割合が大きな系統では負荷が処理できない系統が発生するという問題があった。
【０００５】
また、各建物の中央熱源受け入れ設備において、還水と地域熱供給往水を混合することになり、有効エネルギーの低下を招き、個別建物内（需要家設備内）の送水搬送動力を増大させるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、空調システムの制御対象である室温、給気温度などの制御対象を制御しつつ、還水温度を一定（すなわち、往還水温度差を一定）に制御することにより、搬送動力を低減し、有効エネルギーの利用率を向上させることが可能な新規かつ改良された空調機、空調システムおよびその制御方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第１の観点によれば、熱源システムから往水配管により往水される冷水または温水を熱交換器により給気空気と熱交換して還水配管により熱源システムに還水する空調システムの制御方法が提供される。この空調システムの制御方法は、請求項１に記載のように、熱交換器出口から還水配管に戻される還水温度を検出して、その還水温度に応じて、熱源システムから往水配管を介して熱交換器へ供給される往水量を操作し、当該空調システムの制御対象量を検出し、その検出値に応じて、還水の一部を熱交換器入口に供給することにより熱交換器内の循環流量を操作して、制御対象量を目標値に制御するとともに、熱源システムへの還水温度を一定値に制御することを特徴としている。なお、この空調システムにより制御される制御対象量は、請求項２に記載のように、空調空間内の温度および／または空調空間への給気温度とすることが好ましい。
【０００８】
また、本発明の第２の観点によれば、水対空気熱交換器（１０２、２０２）を内蔵し、熱源から往水配管（１０４、２０４）により往水される冷水または温水を水対空気熱交換器（１０２、２０２）により給気空気（ＳＡ）と熱交換して還水配管（１０６、２０６）により熱源システムに還水する空調機が提供される。この空調機は、請求項３に記載のように、往水配管（１０４、２０４）と水対空気熱交換器入口（１０２ａ、２０２ａ）を結ぶ往水分岐管（１０４ａ、２０４ａ）と、還水配管（１０６、２０６）と水対空気熱交換器出口（１０２ｂ、２０２ａ）とを結ぶ還水分岐管（１０６ａ、２０６ｂ）とを連結して、還水の一部を往水に戻す循環路（１１０、２１０）と、循環路（１１０、２１０）内の流量を調整する循環流量操作手段（１１２、２１２）と、水対空気熱交換器入口（１０２ａ、２０２ａ）への往水流入量を操作する往水流入量操作手段（１０８、２０８）と、水対空気熱交換器出口（１０２ｂ、２０２ｂ）からの還水温度を検出する還水温度検出手段（１１４、２１４）と、当該空調機の制御対象量を検出する制御対象量検出手段（１１６、２１６）と、還水温度検出手段（１１４、２１４）により検出された還水温度に応じて往水流入量操作手段（１０８、２０８）を駆動し、制御対象量検出手段（１１６、２１６）により検出された制御対象量に応じて循環流量操作手段（１１２、２１２）を駆動することにより、制御対象量を目標値に制御するとともに、還水温度を設定値に制御する制御手段（１１８ａ、１１８ｂ、２１８ａ、２１８ｂ）とを備えたことを特徴としている。なお、往水流入量操作手段としては、請求項４に記載のように、往水分岐路（２０４ａ）と循環路（２１０）との結合部に設置されて、往水流入量と還水流入量との割合を操作する三方弁（２０８）を使用することもできる。
【０００９】
また本発明の第３の観点によれば、水対空気熱交換器（３０２、４０２）を内蔵し、熱源から往水配管（３０４、４０４）により往水される冷水または温水を水対空気熱交換器（３０２、４０２）により給気空気（ＳＡ）と熱交換して還水配管（３０６、４０６）により熱源システムに還水する空調機が提供される。この空調機は、請求項５に記載のように、往水配管（３０４、４０４）と水対空気熱交換器入口（３０２ａ、４０２ａ）を結ぶ往水分岐管（３０４ａ、４０４ａ）と、還水配管（３０６、４０６）と水対空気熱交換器出口（３０２ｂ、４０２ｂ）とを結ぶ還水分岐管（３０６ａ、４０６ａ）とを連結して、還水の一部を往水に戻す循環路（３１０、４１０）と、循環路（３１０、４１０）内の流量を調整する循環流量操作手段（３１２、４１２）と、水対空気熱交換器出口（３０２ｂ、４０２ｂ）からの還水流出量を操作する還水流出量操作手段（３０８、４０８）と、水対空気熱交換器出口（３０２ｂ、４０２ｂ）からの還水温度を検出する還水温度検出手段（３１４、４１４）と、当該空調機の制御対象量を検出する制御対象量検出手段（３１６、４１６）と、還水温度検出手段（３１４、４１４）により検出された還水温度に応じて還水流出量操作手段（３０８、４０８）を駆動し、制御対象量検出手段（３１６、４１６）により検出された制御対象量に応じて循環流量操作手段（３１２、４１２）を駆動することにより、制御対象量を目標値に制御するとともに、還水温度を一定に制御する制御手段（３１８ａ、３１８ｂ、４１８ａ、４１８ｂ）とを備えたことを特徴としている。なお、還水流出量操作手段として、請求項６に記載のように、還水分岐路（４０６ａ）と循環路（４１０）との結合部に設置される三方弁（４０８）を使用することもできる。
【００１０】
なお、請求項８に示すように、上記第２および第３の観点にかかる空調機において、循環路（１１０、２１０、３１０、４１０）内の流量に応じて、還水温度設定値を操作することが好ましい。また、請求項９に示すように、上記第２および第３の観点にかかる空調機において、制御対象量として、空調空間内の温度、および／または空調空間への給気温度を設定することが好ましい。
【００１１】
また、本発明の第４の観点によれば、熱源から冷水または温水を往水する主往水配管（５０２、６０２）と還水を熱源に戻す主還水配管（５０４、６０４）と、主往水配管（５０２、６０４）から分岐する分岐往水配管（５０２ａ、６０２ａ）と主還水配管（５０４、６０４）から分岐する分岐還水配管（５０４ａ、６０４ａ）と、分岐往水配管（５０２ａ、６０２ａ）と分岐還水配管（５０４ａ、６０４ａ）に対して並列に接続された、水対熱交換器（５０８（１）…５０８（ｎ）、６０８（１）…６０８（ｎ））を内蔵する複数の空調機（５０６（１）…５０６（ｎ）、６０６（１）…６０６（ｎ））とを備えた空調システムが提供される。この空調システムは、請求項９に記載のように、接続されたすべての空調機（５０６（１）…５０６（ｎ）、６０６（１）…６０６（ｎ））よりも上流側の分岐往水配管（５０２ａ、６０２ａ）と接続されたすべての空調機（５０６（１）…５０６（ｎ）、６０６（１）…６０６（ｎ））よりも下流側の分岐還水配管（５０２ｂ、６０２ｂ）とを連結して、還水の一部を往水に戻す循環路（５１０、６１０）と、循環路（５１０、６１０）内の流量を調整する循環流量操作手段（５１２、６１２）と、分岐往水配管（５０２ａ、６０２ａ）への往水流入量を操作する往水流入量操作手段（５１４、６１４）と、分岐還水配管（５０４ａ、６０４ａ）の還水温度を検出する還水温度検出手段（５１６、６１６）と、空調機（５０６（１）…５０６（ｎ）、６０６（１）…６０６（ｎ））の制御対象量を検出する制御対象量検出手段（５１８、６１８）と、還水温度検出手段（５１６、６１６）により検出された完遂温度に応じて往水流入量操作手段（５１４、６１４）を駆動し、制御対象量検出手段（５１８、６１８）により検出された制御対象量に応じて循環流量操作手段（５１２、６１２）を駆動することにより、制御対象量を目標値に制御するとともに、還水温度を設定値に制御する制御手段（５２０ａ、５２０ｂ、６２０ａ、６２０ｂ）とを備えたことを特徴としている。なお、請求項１０に記載のように、往水流入量操作手段として、分岐往水分岐路（６０２ａ）と循環路（６１０）との結合部に設置されて、往水流入量と還水流入量との割合を操作する三方弁（６１４）を使用することも可能である。
【００１２】
また、本発明の第５の観点によれば、熱源から冷水または温水を往水する主往水配管（７０２、８０２）と還水を熱源に戻す主還水配管（７０４、８０４）と、主往水配管（７０２、８０４）から分岐する分岐往水配管（７０２ａ、８０２ａ）と主還水配管（７０４、８０４）から分岐する分岐還水配管（７０４ａ、８０４ａ）と、分岐往水配管（７０２ａ、８０２ａ）と分岐還水配管（７０４ａ、８０４ａ）に対して並列に接続された、水対熱交換器（７０８（１）…７０８（ｎ）、８０８（１）…８０８（ｎ））を内蔵する複数の空調機（７０６（１）…７０６（ｎ）、８０６（１）…８０６（ｎ））とを備えた空調システムが提供される。この空調システムは、請求項１１に記載のように、接続されたすべての空調機（７０６（１）…７０６（ｎ）、８０６（１）…８０６（ｎ））よりも上流側の分岐往水配管（７０２ａ、７０２ａ）と接続されたすべての空調機（７０６（１）…７０６（ｎ）、８０６（１）…８０６（ｎ））よりも下流側の分岐還水配管（７０２ｂ、８０２ｂ）とを連結して、還水の一部を往水に戻す循環路（７１０、８１０）と、循環路（７１０、８１０）内の流量を調整する循環流量操作手段（７１２、８１２）と、分岐還水配管（７０４ａ、８０４ａ）の還水流出量を操作する還水流出量操作手段（７１４、８１４）と、分岐還水配管（７０４ａ、８０４ａ）の還水温度を検出する還水温度検出手段（７１６、８１６）と、空調機（７０６（１）…７０６（ｎ）、８０６（１）…８０６（ｎ））の制御対象量を検出する制御対象量検出手段（７１８、８１８）と、還水温度検出手段（７１６、８１６）により検出された完遂温度に応じて往水流入量操作手段（７１４、８１４）を駆動し、制御対象量検出手段（７１８、８１８）により検出された制御対象量に応じて循環流量操作手段（７１２、８１２）を駆動することにより、制御対象量を目標値に制御するとともに、還水温度を設定値に制御する制御手段（７２０ａ、７２０ｂ、８２０ａ、８２０ｂ）とを備えたことを特徴としている。なお請求項１２に記載のように、還水流出量操作手段として、還水分岐路（８０２ａ）と循環路（８１０）との結合部に設置されて、往水流入量と還水流入量との割合を操作する三方弁（８１４）を使用することも可能である。
【００１３】
さらに、上記第４および第５の観点にかかる空調システムにおいて、請求項１３に記載のように、各空調機の水対空気熱交換器に、定流量弁を取り付けても良い。あるいは、請求項１４に記載のように、循環路（５１０、６１０、７１０、８１０）内の流量に応じて、還水温度設定値を操作するように構成しても良い。さらには、請求項１５に記載のように、制御対象量として、空調空間内の温度および／または空調空間への給気温度を制御するように構成することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照しながら、本発明にかかる空調機、空調システムおよびその制御方法のいくつかの好適な実施の形態について詳細に説明する。
【００１５】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態は、本発明の基本的な制御原理に関すものであり、特に、熱源システムから往水配管により往水される冷水または温水を熱交換器により給気空気と熱交換して還水配管により熱源システムに還水する空調システムを制御する方法に関するものである。
【００１６】
すなわち、この制御方法によれば、まず、熱交換器出口から還水配管に戻される還水温度を検出して、その還水温度に応じて、熱源システムから往水配管を介して熱交換器へ供給される往水量を操作する。同時に、し、空調空間内の温度、空調空間への給気温度などの当該空調システムの制御対象量を検出し、その検出値に応じて、還水の一部を熱交換器入口に供給することにより熱交換器内の循環流量の操作を行う。このように、本発明の第１の実施の形態においては、空調空間内の温度や空調空間への給気温度などの制御対象量を目標値に制御するとともに、熱源システムへの還水温度を一定値に制御することにより、搬送動力を軽減し、有効エネルギーの利用効率の向上が図れる。
【００１７】
次に、本発明の第１の実施の形態の動作原理を説明する。
熱交換量（Ｑ）は、伝熱係数（ｋ）、伝熱面積（Ａ）と流体間の温度差（Δｔ）により定まる。
Ｑ＝Ｋ・Ａ・Δｔ
【００１８】
一般に、水対空気熱交換器では、伝熱面積（Ａ）は装置により定まる定数であり、水側の水量の操作や水側と空気側の流量を操作することにより伝熱係数と流体間の温度差を変え、熱交換量を制御している。具体的には、水側の熱伝達率、空気側の熱伝達率、流体間の温度差を変え、熱交換量を制御している。
【００１９】
熱交換量と還水温度の同時制御は、還水を往水に還流させ熱交換器内の水側流速を変え、水側の熱伝達率を操作することにより制御できる。
すなわち、一般に、水側の熱伝達率（ｈｗ）は、
ｈｗ＝ｎｕ・λ／ｄ＝Ｃ・Ｒｅａ・Ｐｒｂ
Ｃ：定数
ａ：２／３〜０．８
ｂ：１／３〜
で表すことができる。
一方、流体間の温度差（Δｔ）は、
Δｔ＝（Δｔ１−Δｔ２）／ｌｎ（Δｔ１／Δｔ２）
Δｔ１：熱交換器入口部の流体間の温度差
Δｔ２：熱交換器出口部の流体間の温度差
で表せる。
【００２０】
ここで、空気側条件（温度、流量）を同一にして、還水を往水に還流させる場合の伝熱の効果を検討してみる。
単純化のため、還水温度は同じと仮定し、還水から熱交換器入口に戻す水量の割合（ｒｂ）は、往水量（Ｗｓ）、還水から熱交換器入口に戻す水量（Ｗｒｒ）とすると、
ｒｂ＝Ｗｒｒ／Ｗｓ
である。
【００２１】
（１）水側の熱伝達率（ｈｗ）
ａ） 還流のない場合
ｈｗ＝λ／ｄ・Ｃ・Ｒｅｎ ａ・Ｐｒｂ
ｂ） 還流する場合
ｈｗ＝λ／ｄ・Ｃ・（（１＋ｒｂ）・ｒｅ）ａ・Ｐｒｂ
（２）流体間の温度差（Δｔ）
ａ） 還流のない場合
Δｔ＝（Δｔ１−Δｔ２）／ｌｎ（Δｔ１／Δｔ２）
Δｔ１：熱交換器空気入口部の流体間の温度差
Δｔ１＝ｔａ１−ｔｗ１ ｔａ１：空気
ｔｗ１：水
Δｔ２：熱交換器空気出口部の流体間の温度差
Δｔ２＝ｔａ２−ｔｗ２ ｔａ１：空気
ｔｗ１：水
ｂ） 還流する場合
【００２２】
このように、還水を往水側に還流させることにより、流体間の温度差は縮小する。結果として、熱伝達率が上昇し、伝熱性能（熱交換量）が上昇する。したがって、本発明によれば、循環量を操作することにより熱交換量が操作できるので、往水流入量とは独立に還水温度が制御できる。
【００２３】
（第２の実施の形態）
図１および図２には、本発明にかかる空調機の第２の実施の形態が示されている。
図示のように、この空調機１００は、水対空気熱交換器１０２と、給気ファン１０３を内蔵している。熱源（不図示）から往水配管１０４により往水される冷水または温水は、水対空気熱交換器１０２により、給気空気ＳＡと熱交換され、空調空間に温調された空気が供給される。水対空気熱交換器１０２により熱交換された還水は、還水配管１０６により熱源システムに戻される。なお図示の例では、往水配管１０４および還水配管１０６に対して１台の空調機のみを設置しているが、複数台の空調機を並列に接続し、各空調機に対して本実施の形態を構成することも可能である。
【００２４】
往水配管１０４の水対空気熱交換器１０２の入口１０２ａ側には、水対空気熱交換器１０２への往水流入量を操作することができる流量制御弁１０８が、往水流入量操作手段として設けられている。この流量制御弁１０８と水対空気熱交換器入口１０２ａとの間には、第１分岐１１０ａが設けられ、他方、水対空気熱交換器出口１０２ｂ側の還水配管１０６ａには第２分岐１１０ｂが設けられ、これらの第１分岐１１０ａと第２分岐１１０ｂとの間に還水配管１０６ａ中の還水を往水配管１０４ａに戻す循環管路１１０が形成される。この循環管路１１０中には循環流量操作手段として循環ポンプ１１２が介装されている。なお、この循環ポンプ１１２は、必ずしも循環管路１１０に介装する必要はなく、還水を往水に戻すことができれば、例えば往水配管１０４ａ中に設置しても良い。
【００２５】
さらに、還水配管１０６ａには、水対空気熱交換器出口１０２ｂ側の還水温度を検出するための還水温度検出センサ１１４が設けられている。この還水温度検出センサ１１４の検出値は、還水温度調整用制御器１１８ｂに送られ、検出された還水温度に応じて流量制御弁１０８を駆動することにより、還水温度が一定に制御される。
【００２６】
また、空調空間には、当該空調機による制御対象である室温や給気温度などの制御対象量を検出する制御対象量検出センサ１１６が設置されている。この制御対象量検出センサ１１６の検出値は、制御対象量調整用制御器１１８ａに送られ、検出された制御対象量に応じて循環ポンプ１１２を駆動することにより、制御対象量を目標値に制御することができる。また、制御にあたっては、循環路１１０、２１０内の流量に応じて、制御目標値である還水温度設定値を操作することにより、より効率的に空調機の運転を行うことができる。
【００２７】
また、図１に示す実施の形態においては、流量制御弁１０８として二方弁を使用していたが、往水流入量操作手段としては、図２に示すように、往水分岐路２０４ａと循環路２１０との結合部に設置されて、往水流入量と還水流入量との割合を操作する三方弁２０８を使用することもできる。なお、図２に示す実施の形態の基本的構成は、上記往水流入量操作手段の構成を除き、図１に示すものと同様なので、同じ機能構成を有する部材については、下二桁に同一の参照番号を付することにより、重複説明を省略している。
【００２８】
（第３の実施の形態）
図３および図４には、本発明にかかる空調機の第３の実施の形態が示されている。第２の実施の形態においては、往水配管１０４ａ、２０４ａ中に往水流入量操作手段１０８、２０８を設けた構成を採用しているのに対して、この第３の実施の形態においては、還水配管３０６ａ、４０６ａ中に還水流出量操作手段３０８、４０８を配することにより、同様の効果を得ることができるように構成している。なお、これらの構成上の相違を除き、第２の実施の形態にかかる構成と第３の実施の形態にかかる構成とは同様なので、同じ機能構成を有する部材については、下二桁に同一の参照番号を付することにより重複説明を省略することにする。ただし、図３に示す空調機は、図１に対応して、還水流出量操作手段として流量制御型の二方弁３０８を使用した例であり、図４に示す空調機は、図２に対応して、還水配管４０６ａと循環路４１０との結合部に三方弁４０８を配した構成を示している。
【００２９】
（第４の実施の形態）
次に、図５および図６を参照しながら本発明の第４の実施の形態にかかる空調システムについて説明する。
この空調システムは、不図示の熱源から冷水または温水を往水する主往水配管５０２と還水を熱源に戻す主還水配管５０４とを備えており、さらに主往水配管５０２および主還水配管５０４には、それぞれ分岐管、すなわち分岐往水配管５０２ａと分岐還水配管５０４ａが設けられている。そして、分岐往水配管５０２ａと前記分岐還水配管５０４ａに対して、複数台の空調機５０６（１）…５０６（ｎ）（ただし、ｎは任意の整数）が並列に接続されている。各空調機は、それぞれ、水対熱交換器５０８（１）…５０８（ｎ）（ただし、ｎは任意の整数）および給気ファン（不図示）を内蔵している。さらに各空調機５０６（１）…５０６（ｎ）の水対空気熱交換器５０８（１）…５０８（ｎ）には、定流量弁が取り付けられており、各熱交換器の循環流量を一定に保持することができる。なお、図示の例では、一対の分岐管のみを配した構成を示しているが、複数対の分岐管を並列に接続し、各分岐管について、本実施の形態と同様に複数台の空調機を並列に接続する構成を採用することもできる。
【００３０】
本実施の形態によれば、接続されたすべての空調機５０６（１）…５０６（ｎ）よりも上流側（従って、空調機５０６（１）よりも上流側）の分岐往水配管５０２ａと、接続されたすべての空調機５０６（１）…５０６（ｎ）よりも下流側（従って、空調機５０６（１）よりも下流側）の分岐還水配管５０２ｂとを連結して、還水の一部を往水に戻す循環路５１０が形成されている。そして、この循環路５１０内の流量を調整するための循環流量操作手段５１２として循環ポンプが介装されている。さらに、分岐往水配管５０２ａの上流側には、分岐往水配管５０２ａ内を流通する往水流入量を操作する往水流入量操作手段として、流量制御弁５１４が介装されている。
【００３１】
さらに、分岐還水配管５０６ａには、各空調機５０６（１）…５０６（ｎ）からの還水温度を検出するための還水温度検出センサ５１６が設けられている。この還水温度検出センサ５１６の検出値は、還水温度調整用制御器５２０ｂに送られ、検出された還水温度に応じて流量制御弁５１４を駆動することにより、還水温度が一定に制御される。
【００３２】
また、空調空間には、当該空調機５０６（１）…５０６（ｎ）による制御対象である室温や給気温度などの制御対象量を検出する制御対象量検出センサ５１８が設置されている。この制御対象量検出センサ５１６の検出値は、制御対象量調整用制御器５２０ａに送られ、検出された制御対象量に応じて循環ポンプ５１２を駆動することにより、制御対象量を目標値に制御することができる。また、制御にあたっては、循環路５１０内の流量に応じて、制御目標値である還水温度設定値を操作することにより、より効率的に空調機の運転を行うことができる。
【００３３】
また、図５に示す実施の形態においては、流量制御弁５１４として二方弁を使用していたが、往水流入量操作手段としては、図６に示すように、分岐往水配管６０２ａと循環路６１０との結合部に設置されて、往水流入量と還水流入量との割合を操作する三方弁６１４を使用することもできる。なお、図６に示す実施の形態の基本的構成は、上記往水流入量操作手段の構成を除き、図５に示すものと同様なので、同じ機能構成を有する部材については、下二桁に同一の参照番号を付することにより、重複説明を省略している。
【００３４】
（第５の実施の形態）
図７および図８には、本発明にかかる空調機の第５の実施の形態が示されている。第４の実施の形態においては、分岐往水配管５０２ａ、６０４ａ中に往水流入量操作手段５１４、６１４を設けた構成を採用しているのに対して、この第５の実施の形態においては、分岐還水配管７０４ａ、８０４ａ中に還水流出量操作手段７１４、８１４を配することにより、同様の効果を得ることができるように構成している。なお、これらの構成上の相違を除き、第４実施の形態にかかる構成と第５の実施の形態にかかる構成とは同様なので、同じ機能構成を有する部材については、下二桁に同一の参照番号を付することにより重複説明を省略することにする。ただし、図７に示す空調機は、図５に対応して、還水流出量操作手段として流量制御型の二方弁７１４を使用した例であり、図８に示す空調機は、図６に対応して、還水配管８０４ａと循環路８１０との結合部に三方弁８１４を配した構成を示している。
【００３５】
以上、添付図面を参照しながら、本発明にかかる空調機、空調システムおよびその制御方法の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更および修正に想到することが可能であり、それらについても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、空調空間内の温度や空調空間への給気温度などの制御対象量を目標値に制御するとともに、熱源システムへの還水温度を一定値に制御することにより、次のような優れた効果を奏することができる。
（１）往還水温度差の縮小は相対的に送水量の増大につながるので搬送動力の浪費になるが、本発明によれば、還水温度を一定（すなわち、往還水温度差を一定）にすることが可能なので、搬送動力が低減する。
（２）本発明は各種熱源システムに適用することが可能であるが、特に、蓄熱槽方式の熱源システムでは、往還水温度差が縮小した場合、還水槽側に往水槽側に近い温度領域が生じ、蓄熱槽内の蓄熱が有効に利用できない。しかし、本発明により、還水温度を一定に保持し、往還水温度差を拡大すれば、蓄熱の有効利用を図ることができる。
一方、水槽内に往還水温度差の大きい領域がある場合、熱源システムによって冷却または加熱しても、所定の往水温度に到達しない場合が生じる。
（３）さらに、地域熱供給システムでは、往還水温度差が縮小すると、循環水量が増加し、搬送動力の浪費になる。しかし、本発明により、還水温度を一定（すなわち、往還水温度差を一定）に制御することにより搬送動力を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を空調機に適用した第２の実施の形態の概略を示すシステム構成図である。
【図２】図１に示す第２の実施の形態の変形例を示すシステム構成図である。
【図３】本発明を空調機に適用した第３の実施の形態の概略を示すシステム構成図である。
【図４】図３に示す第３の実施の形態の変形例を示すシステム構成図である。
【図５】本発明を空調機に適用した第４の実施の形態の概略を示すシステム構成図である。
【図６】図５に示す第４の実施の形態の変形例を示すシステム構成図である。
【図７】本発明を空調機に適用した第５の実施の形態の概略を示すシステム構成図である。
【図８】図７に示す第５の実施の形態の変形例を示すシステム構成図である。
【符号の説明】
１０２ 水対空気熱交換器
１０３ 給気ファン
１０４（１０４ａ） 往水配管
１０６（１０６ａ） 還水配管
１０８ 往水流入量制御手段
１１０ 循環路
１１２ 循環ポンプ
１１４ 還水温度検出手段
１１６ 制御量検出手段
１１８ａ、１１８ｂ 制御器
Claims (10)
- 水対空気熱交換器（１０２、２０２）を内蔵し、熱源システムから往水配管（１０４、２０４）により往水される冷水または温水を前記水対空気熱交換器（１０２、２０２）により給気空気（ＳＡ）と熱交換して還水配管（１０６、２０６）により熱源システムに還水する空調機において、往水配管（１０４、２０４）と前記水対空気熱交換器入口（１０２ａ、２０２ａ）を結ぶ往水分岐管（１０４ａ、２０４ａ）と、還水配管（１０６、２０６）と前記水対空気熱交換器出口（１０２ｂ、２０２ｂ）とを結ぶ還水分岐管（１０６ａ、２０６ａ）とを連結して、還水の一部を往水に戻す循環路（１１０、２１０）と、前記循環路（１１０、２１０）内の流量を調整する循環流量操作手段（１１２、２１２）と、前記水対空気熱交換器入口（１０２ａ、２０２ａ）への往水流入量を操作する往水流入量操作手段（１０８、２０８）と、前記水対空気熱交換器出口（１０２ｂ、２０２ｂ）からの還水温度を検出する還水温度検出手段（１１４、２１４）と、当該空調機の、空調空間内の温度および／または空調空間への給気温度を検出する制御対象量検出手段（１１６、２１６）と、前記還水温度検出手段（１１４、２１４）により検出された還水温度に応じて前記往水流入量操作手段（１０８、２０８）を駆動し、前記制御対象量検出手段（１１６、２１６）により検出された、空調空間内の温度および／または空調空間への給気温度に応じて前記循環流量操作手段（１１２、２１２）を駆動することにより、前記空調空間内の温度および／または空調空間への給気温度を目標値に制御するとともに、前記還水温度を設定値に制御する制御手段（１１８ａ、１１８ｂ、２１８ａ、２１８ｂ）とを備えたことを特徴とする、空調機。
- 前記往水流入量操作手段は、前記往水分岐路（２０４ａ）と前記循環路（２１０）との結合部に設置されて、往水流入量と還水流入量との割合を操作する三方弁（２０８）であることを特徴とする、請求項１に記載の空調機。
- 水対空気熱交換器（３０２、４０２）を内蔵し、熱源から往水配管（３０４、４０４）により往水される冷水または温水を前記水対空気熱交換器（３０２、４０２）により給気空気（ＳＡ）と熱交換して還水配管（３０６、４０６）により熱源システムに還水する空調機において、往水配管（３０４、４０４）と前記水対空気熱交換器入口（３０２ａ、４０２ａ）を結ぶ往水分岐管（３０４ａ、４０４ａ）と、還水配管（３０６、４０６）と前記水対空気熱交換器出口（３０２ｂ、４０２ｂ）とを結ぶ還水分岐管（３０６ａ、４０６ａ）とを連結して、還水の一部を往水に戻す循環路（３１０、４１０）と、前記循環路（３１０、４１０）内の流量を調整する循環流量操作手段（３１２、４１２）と、前記水対空気熱交換器出口（３０２ｂ、４０２ｂ）からの還水流出量を操作する還水流出量操作手段（３０８、４０８）と、前記水対空気熱交換器出口（３０２ｂ、４０２ｂ）からの還水温度を検出する還水温度検出手段（３１４、４１４）と、当該空調機の、空調空間内の温度および／または空調空間への給気温度を検出する制御対象量検出手段（３１６、４１６）と、前記還水温度検出手段（３１４、４１４）により検出された還水温度に応じて前記還水流出量操作手段（３０８、４０８）を駆動し、前記制御対象量検出手段（３１６、４１６）により検出された、空調空間内の温度および／または空調空間への給気温度に応じて前記循環流量操作手段（３１２、４１２）を駆動することにより、前記空調空間内の温度および／または空調空間への給気温度を目標値に制御するとともに、前記還水温度を一定に制御する制御手段（３１８ａ、３１８ｂ、４１８ａ、４１８ｂ）とを備えたことを特徴とする、空調機。
- 前記還水流出量操作手段は、前記還水分岐路（４０６ａ）と前記循環路（４１０）との結合部に設置される三方弁（４０８）であることを特徴とする、請求項３に記載の空調機。
- 前記循環路（１１０、２１０、３１０、４１０）内の流量に応じて、前記還水温度設定値が操作されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の空調機。
- 熱源から冷水または温水を往水する主往水配管（５０２、６０２）と還水を熱源に戻す主還水配管（５０４、６０４）と、前記主往水配管（５０２、６０４）から分岐する分岐往水配管（５０２ａ、６０２ａ）と前記主還水配管（５０４、６０４）から分岐する分岐還水配管（５０４ａ、６０４ａ）と、前記分岐往水配管（５０２ａ、６０２ａ）と前記分岐還水配管（５０４ａ、６０４ａ）に対して並列に接続された、水対熱交換器（５０８（１）…５０８（ｎ）、６０８（１）…６０８（ｎ））を内蔵する複数の空調機（５０６（１）…５０６（ｎ）、６０６（１）…６０６（ｎ））とを備えた空調システムにおいて、接続されたすべての空調機（５０６（１）…５０６（ｎ）、６０６（１）…６０６（ｎ））よりも上流側の前記分岐往水配管（５０２ａ、６０２ａ）と接続されたすべての空調機（５０６（１）…５０６（ｎ）、６０６（１）…６０６（ｎ））よりも下流側の前記分岐還水配管（５０２ｂ、６０２ｂ）とを連結して、還水の一部を往水に戻す循環路（５１０、６１０）と、前記循環路（５１０、６１０）内の流量を調整する循環流量操作手段（５１２、６１２）と、前記分岐往水配管（５０２ａ、６０２ａ）への往水流入量を操作する往水流入量操作手段（５１４、６１４）と、前記分岐還水配管（５０４ａ、６０４ａ）の還水温度を検出する還水温度検出手段（５１６、６１６）と、前記空調機（５０６（１）…５０６（ｎ）、６０６（１）…６０６（ｎ））の、空調空間内の温度および／または空調空間への給気温度を検出する制御対象量検出手段（５１８、６１８）と、前記還水温度検出手段（５１６、６１６）により検出された還水温度に応じて前記往水流入量操作手段（５１４、６１４）を駆動し、前記制御対象量検出手段（５１８、６１８）により検出された、空調空間内の温度および／または空調空間への給気温度に応じて前記循環流量操作手段（５１２、６１２）を駆動することにより、前記空調空間内の温度および／または空調空間への給気温度を目標値に制御するとともに、前記還水温度を設定値に制御する制御手段（５２０ａ、５２０ｂ、６２０ａ、６２０ｂ）とを備えたことを特徴とする、空調システム。
- 前記往水流入量操作手段は、前記分岐往水分岐路（６０２ａ）と前記循環路（６１０）との結合部に設置されて、往水流入量と還水流入量との割合を操作する三方弁（６１４）であることを特徴とする、請求項６に記載の空調システム。
- 熱源から冷水または温水を往水する主往水配管（７０２、８０２）と還水を熱源に戻す主還水配管（７０４、８０４）と、前記主往水配管（７０２、８０４）から分岐する分岐往水配管（７０２ａ、８０２ａ）と前記主還水配管（７０４、８０４）から分岐する分岐還水配管（７０４ａ、８０４ａ）と、前記分岐往水配管（７０２ａ、８０２ａ）と前記分岐還水配管（７０４ａ、８０４ａ）に対して並列に接続された、水対熱交換器（７０８（１）…７０８（ｎ）、８０８（１）…８０８（ｎ））を内蔵する複数の空調機（７０６（１）…７０６（ｎ）、８０６（１）…８０６（ｎ））とを備えた空調システムにおいて、接続されたすべての空調機（７０６（１）…７０６（ｎ）、８０６（１）…８０６（ｎ））よりも上流側の前記分岐往水配管（７０２ａ、７０２ａ）と接続されたすべての空調機（７０６（１）…７０６（ｎ）、８０６（１）…８０６（ｎ））よりも下流側の前記分岐還水配管（７０２ｂ、８０２ｂ）とを連結して、還水の一部を往水に戻す循環路（７１０、８１０）と、前記循環路（７１０、８１０）内の流量を調整する循環流量操作手段（７１２、８１２）と、前記分岐還水配管（７０４ａ、８０４ａ）の還水流出量を操作する還水流出量操作手段（７１４、８１４）と、前記分岐還水配管（７０４ａ、８０４ａ）の還水温度を検出する還水温度検出手段（７１６、８１６）と、前記空調機（７０６（１）…７０６（ｎ）、８０６（１）…８０６（ｎ））の、空調空間内の温度および／または空調空間への給気温度を検出する制御対象量検出手段（７１８、８１８）と、前記還水温度検出手段（７１６、８１６）により検出された還水温度に応じて前記往水流入量操作手段（７１４、８１４）を駆動し、前記制御対象量検出手段（７１８、８１８）により検出された、空調空間内の温度および／または空調空間への給気温度に応じて前記循環流量操作手段（７１２、８１２）を駆動することにより、前記空調空間内の温度および／または空調空間への給気温度を目標値に制御するとともに、前記還水温度を設定値に制御する制御手段（７２０ａ、７２０ｂ、８２０ａ、８２０ｂ）とを備えたことを特徴とする、空調システム。
- 前記還水流出量操作手段は、前記還水分岐路（８０２ａ）と前記循環路（８１０）との結合部に設置されて、往水流入量と還水流入量との割合を操作する三方弁（８１４）であることを特徴とする、請求項８に記載の空調システム。
- 前記循環路（５１０、６１０、７１０、８１０）内の流量に応じて、前記還水温度設定値が操作されることを特徴とする、請求項６〜１０に記載の空調システム。
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