JP4412523B2 - 空気調和システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄熱体を用いて暖房や冷房を行なう空気調和システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、熱源機から複数の空調機に冷水または温水を送り冷暖房をおこなう空気調和システムは、特開平06−294555号公報に記載されたものが知られていた。以下にそのシステムについて図4を参照しながら説明する。
【0003】
図4に示すように、複数の空調機101a、101b、101cおよびバイパス弁102とが、熱源機103に対して並列に接続されて、ポンプ104で、冷水または温水が空調機101a、101b、101cに供給されるような構成になっていた。空調機にはそれぞれ、開閉弁105a、105b、105cを内蔵していて、空調機の運転に連動して開閉するようになっていた。バイパス弁102は空調機の運転台数が少ないときに、熱源機に流通する冷水または温水の循環量を補償するために設けていた。例えば、空調機101aだけが運転しているときには、弁105aが開き、弁105b、105cは閉じているため、バイパス弁102を開くことで、ポンプ104の吐出圧力によって最低限必要な量の冷水または温水を熱源機103内部に循環させ、冷房運転時には冷水温度の過低下を防止し、暖房運転時には温水温度の過上昇を防止するような構成としていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来の空気調和システムでは、空調機の運転台数が少ない場合に、冷水または温水の循環量を補償するためバイパス弁を開け、バイパス弁側に冷水または温水を流すようにしている。バイパス回路は保有水量が少なく、熱源機から出てバイパス弁側に回った冷水または温水は、空調機で熱交換されないで、ほとんど温度が変らないまま、熱源機に戻ってくる。そのため、熱源機のサーモ動作によって熱源機は運転を停止することとなる。熱源機がサーモ復帰して再運転しても、前記と同じような原理で、熱源機は運転時間を確保できずに運転、停止を繰り返して、熱源機の性能を発揮できず、熱源機の耐久性が低下するという課題があった。
【0005】
また、従来の空気調和システムでは、暖房運転を開始する場合、冬の朝において、空調機や熱源機および接続配管内の保有水は屋内であっても10℃を下まわっているので、熱源機が加熱運転を開始してから、循環水が暖房可能な40℃程度になるまで10分程度の時間要していて、暖房立ち上がりが悪いという課題があった。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は空調機の運転台数が少ない場合でも、冷水または温水の循環水量を確保したうえさらに、水回路の保有水量を保つことにより熱源機の運転時間を確保してその性能を発揮させ、耐久性を低下させない空気調和システムを提供するために、断熱材で断熱されたコンクリート内部に冷水または温水が通水可能な配管を備えた蓄熱手段と、内部に開閉弁を備えた複数の空調機と、熱源機と、前記熱源機は蒸発により冷房し凝縮により暖房し冷水または温水を生成し、この熱源機により生成した冷水または温水を前記熱源機に配管接続された前記蓄熱手段と前記空調機とに搬送するポンプと、前記熱源機から前記蓄熱手段への配管の途中に設けた開度調節可能な蓄熱用弁と、前記熱源機が最低限必要な循環水量を確保するように前記蓄熱用弁の開度を決定する蓄熱用弁制御手段とを備え、前記空調機の運転を決める運転スイッチと、前記運転スイッチの指令を受ける空調開始判断手段を備え、前記運転スイッチの操作により前記空調開始判断手段は前記熱源機と前記ポンプと前記空調機を運転し前記開閉弁を開けて冷水または温水を流通し循環させ空調運転を行う空気調和システムにおいて、前記運転スイッチの操作により、前記空調開始判断手段は前記蓄熱用弁制御手段に指令し前記蓄熱用弁制御手段により前記蓄熱用弁の開度が前記空調機と前記蓄熱手段の前記配管に流れる水量の合計が前記熱源機が最低必要とする冷水または温水量となるように前記蓄熱用弁を開けて前記蓄熱手段の前記配管に冷水または温水を流し循環させ、その循環する冷水または温水が前記蓄熱手段の前記配管を循環して前記熱源機に戻ってくるまでの時間が前記熱源機の安定運転に必要な時間よりも長くなるように前記蓄熱手段の前記配管の保有水量を確保した空気調和システムを構成した。
【0007】
請求項1の発明によれば、空調機の運転台数が少ないときには、たとえば、1台の空調機だけを運転するように前記運転スイッチを操作した場合には、蓄熱用弁制御手段によって、蓄熱用弁の開度を中間開度で開き、空調機と蓄熱手段の配管に流れる水量の合計が熱源機が最低必要とする冷水または温水量となるように蓄熱用弁を開けて蓄熱手段の配管に冷水または温水を流し循環させて熱源機が最低必要量とする冷水または温水量が流れるようにするとともに、循環する冷水または温水が蓄熱手段の配管を循環して熱源機に戻ってくるまでの時間が熱源機の安定運転に必要な時間よりも長くなるように蓄熱手段の配管の保有水量を確保することにより熱源機は安定して運転でき、熱源機の運転時間を確保し、熱源機の性能を発揮し、熱源機の耐久性を保つ空気調和システムを提供できる。
【0008】
請求項2の発明は、熱源機が加熱運転を開始してから、循環水が暖房可能な温度となるまでの時間を短くして、暖房立ち上がりをよくする空気調和システムを提供するために、請求項1の空気調和システムに対して、熱源機と空調機を接続する配管に温度センサーを設けて空気調和システムを構成した。
【0009】
請求項2の発明によれば、暖房運転開始時に温度センサーの検知温度があらかじめ設定した温度をに達するまでの間、蓄熱用弁を全開または中間開度で開き、蓄熱手段内の配管にある温水を熱源機と空調機側の配管側に流入混合させて、熱源機の加熱能力を補助し、空調機を循環する温水の温度を速やかに暖房可能な温度まで上昇させることにより、暖房の立ち上がりを早くする空気調和システムを提供できる。
【0010】
請求項3の発明は、請求項1の開度調節可能な蓄熱用弁に代えて開閉弁と定流量弁を並列に配置した回路として空気調和システムを構成した。
【0011】
請求項3の発明によれば、空調機の運転中は、定流量弁側から、蓄熱手段に最低必要量の冷水または温水量が流れるようにするとともに、蓄熱手段の大きな保有水量を、熱源機に循環させることにより、熱源機の運転時間を確保し、熱源機の性能を発揮し、熱源機の耐久性を保つ空気調和システムを提供できる。
【0012】
また、請求項3の発明によれば、暖房運転開始時に定流量から蓄熱手段内の配管にある温水を熱源機と空調機側の配管側に流入混合させて、熱源機の加熱能力を補助し、空調機を循環する温水の温度を速やかに暖房可能な温度まで上昇させることにより、暖房の立ち上がりを早くする空気調和システムを提供できる。
【0013】
【発明の実施の形態】
請求項1の発明は、断熱材で断熱されたコンクリート内部に冷水または温水が通水可能な配管を備えた蓄熱手段と、内部に開閉弁を備えた複数の空調機と、熱源機と、前記熱源機は蒸発により冷房し凝縮により暖房し冷水または温水を生成し、この熱源機により生成した冷水または温水を前記熱源機に配管接続された前記蓄熱手段と前記空調機とに搬送するポンプと、前記熱源機から前記蓄熱手段への配管の途中に設けた開度調節可能な蓄熱用弁と、前記熱源機が最低限必要な循環水量を確保するように前記蓄熱用弁の開度を決定する蓄熱用弁制御手段とを備え、前記空調機の運転を決める運転スイッチと、前記運転スイッチの指令を受ける空調開始判断手段を備え、前記運転スイッチの操作により前記空調開始判断手段は前記熱源機と前記ポンプと前記空調機を運転し前記開閉弁を開けて冷水または温水を流通し循環させ空調運転を行う空気調和システムにおいて、前記運転スイッチの操作により、前記空調開始判断手段は前記蓄熱用弁制御手段に指令し前記蓄熱用弁制御手段により前記蓄熱用弁の開度が前記空調機と前記蓄熱手段の前記配管に流れる水量の合計が前記熱源機が最低必要とする冷水または温水量となるように前記蓄熱用弁を開けて前記蓄熱手段の前記配管に冷水または温水を流し循環させ、その循環する冷水または温水が前記蓄熱手段の前記配管を循環して前記熱源機に戻ってくるまでの時間が前記熱源機の安定運転に必要な時間よりも長くなるように前記蓄熱手段の前記配管の保有水量を確保した空気調和システムを構成したことにより、空調機の運転中は、空調機の運転台数が少ないときでも、たとえば、1台の空調機だけを運転するように前記運転スイッチを操作した場合には、空調機と蓄熱手段の配管に流れる水量の合計が熱源機が最低必要とする冷水または温水量となるように開度調節可能な蓄熱用弁を開けて蓄熱手段の配管に冷水または温水を流し循環させて熱源機は最低限必要な循環水量を確保するとともに、循環する冷水または温水が蓄熱手段の配管を循環して熱源機に戻ってくるまでの時間が熱源機の安定運転に必要な時間よりも長くなるように蓄熱手段の配管の保有水量を確保することにより熱源機は安定して運転できるという作用を有する。
【0014】
請求項2の発明は、請求項1の空気調和システムに対して、熱源機と空調機を接続する配管に温度センサーを設けて空気調和システムを構成したことにより、暖房運転開始時に温度センサーの検知温度があらかじめ設定した温度をに達するまでの間、蓄熱用弁を全開または中間開度で開き、蓄熱手段内の配管にある温水を熱源機と空調機側の配管側に流入混合させるという作用を有する。
【0015】
請求項3の発明は、請求項1の開度調節可能な蓄熱用弁に代えて蓄熱開閉弁と定流量弁を並列に配置した回路として空気調和システムを構成にしたことにより、空調機の運転中は、定流量弁側から、蓄熱手段に熱源機が最低必要とする量の冷水または温水量が流れるようにするとともに、蓄熱手段の大きな保有水量を、熱源機に循環させるという作用を有する。
【0016】
また、請求項3の発明は、暖房運転開始時に定流量から蓄熱手段内の配管にある温水を熱源機と空調機側の配管側に流入混合させるという作用も有する。
【0017】
以下、本発明の実施例について図1〜図3を参照しながら説明する。
【0018】
【実施例】
(実施例1)
以下、本発明の実施例1について、図1を参照しながら説明する。
【0019】
図1において、蓄熱手段1は建物の床下に断熱材で断熱されたコンクリート内部に冷水または温水が通水可能な配管2と開度調節可能な蓄熱用弁3を備え、熱源機4により生成された冷水または温水がポンプ5によって通水されるように配管接続されている。複数の空調機6a、6b、6cは建物内に設置され、蓄熱手段1と同様に熱源機4により生成された冷水または温水がポンプ5によって通水されるように、それぞれ内蔵の開閉弁7a、7b、7cを介して配管接続されている。
【0020】
制御装置8は蓄熱開始判断手段9、蓄熱用弁制御手段10、熱源機制御手段11、空調開始判断手段12、空調機制御手段13によって構成され、空調開始判断手段12は運転スイッチ14の指令を受けるようになっている。
【0021】
上記構成において、蓄熱開始判断手段9は電気料金の安価な夜間に蓄熱の運転開始を自動で判断し、熱源機制御手段11を介して熱源機4とポンプ5を運転するとともに、蓄熱用弁制御手段10を介して開度調節可能な蓄熱用弁3を全開し、蓄熱手段1の配管2に冷水または温水を流通するようにして蓄熱運転をおこなう。
【0022】
また、運転スイッチ14の操作によって空調開始判断手段12は、熱源機制御手段11を介して熱源機4とポンプ5を運転し、空調機制御手段13を介して空調機6a、6b、6cを運転すると同時に開閉弁7a、7b、7cを開けて冷水または温水を流通し、空調運転をおこなう。空調機6a、6b、6cのいずれを運転するかは、運転スイッチ14の任意の操作によって決まる。蓄熱運転は夜間におこなうので、空調運転の時間とは通常は重なりあわない。
【0023】
熱源機4を循環する水量が少ないと熱源機4の運転に悪影響が出る。すなわち、冷房運転では熱源機4に内蔵される熱交換器(図示せず)の蒸発温度が下がりすぎて氷結する恐れが生じ、暖房時には熱交換器(図示せず)の凝縮温度が上がりすぎて、高圧保護装置が動作する。したがって、熱源機4は最低限必要な循環水量を確保する必要がある。
【0024】
運転する空調機の台数が少ないとき、たとえば、空調機6aだけを運転するように運転スイッチ14を操作した場合には、空調開始判断手段12は、熱源機制御手段11を介して熱源機4とポンプ5を運転し、空調機制御手段13を介して空調機6aを運転すると同時に開閉弁7aを運転して空調運転をおこなうことになる。このとき、空調開始判断手段は運転台数が少ないことを察知しているので、蓄熱用弁制御手段10に指令して、開度調節可能な蓄熱用弁3の開度が、あらかじめ空調機1台と配管2に流れる水量の合計が、熱源機が最低必要とする冷水または温水量となるように決められた中間開度になるようにして開けて、蓄熱手段1の配管2にも冷水または温水を流すようにする。たとえば、熱源機4の最低限必要な循環水量が仮に10L/minであり、空調機1台あたりの循環水量が6L/minであるとすると、配管2に4L/min流れるように蓄熱用弁3を開けるようにして、熱源機4の最低限必要な循環水量を確保するようにする。
【0025】
ここで、配管2は蓄熱するために十分長い配管経路で構成されているので、その保有水量は配管2に流れる流量に対して十分に大きく、配管2に入った冷水または温水がふたたび熱源機4に戻ってくるまでの時間は熱源機4の安定運転に必要な時間よりも長いこととなる。
【0026】
たとえば、配管2の保有水量は28L程度なのに対して、配管2の流量が4L/minなので、配管2を循環して、熱源機4に戻ってくるまでの時間は8分間あり、熱源機4の安定運転に必要な時間3分よりも長いので、配管2を循環する冷水または温水がほとんど温度変化なしで熱源機4に戻り熱源機4がサーモ停止したとしても、熱源機4は安定して運転できる。
【0027】
このように、空調機6a、6b、6cの運転台数が少ないときに、開度調節可能な蓄熱用弁3を中間開度で開くことにより、熱源機4が最低必要とする冷水または温水量を循環させるとともに、蓄熱手段の大きな保有水量を、熱源機に循環させることにより、熱源機の運転時間を確保し、熱源機の性能を発揮し、熱源機の耐久性を保つことができる。
【0028】
(実施例2)
次に本発明の実施例2について、図2を参照しながら説明する。なお、実施例1と同一部分は同一番号とし、同一の作用効果を有するものとし、詳細な説明は省略する。
【0029】
図2において、熱源機4と空調機6a、6b、6cを接続する戻り管15に温度センサー16を設け、検知温度は蓄熱用弁制御手段10Aに通信するようになっている。
【0030】
上記構成において、運転スイッチ14の操作で暖房にすると、空調開始判断手段12は、熱源機制御手段11を介して熱源機4を加熱運転し、ポンプ5を運転し、空調機制御手段13を介して空調機6a、6b、6cを運転すると同時に開閉弁7a、7b、7cを運転して暖房運転を開始する。冬の早朝などでに暖房運転開始した直後は、熱源機4と空調機6a、6b、6cを接続する配管内の水温は通常10℃を下回っているので、温度センサー16の検知温度があらかじめ設定された温度(仮にこれを20℃と設定する)になるまでの間、蓄熱用弁制御手段10Aの指令によって、蓄熱用弁3を全開または中間開度で開けておく。
【0031】
ここで、蓄熱手段1のコンクリート(図示せず)は夜間に蓄熱されており、配管2内の温水は空調機6a、6b、6c側の配管に流入、混合し、熱源機の加熱4の加熱能力を補助し、熱源機4と空調機6a、6b、6cを循環する温水の温度を速やかに暖房可能な40℃程度まで上昇させることができる。
【0032】
(実施例3)
次に本発明の実施例3について、図3を参照しながら説明する。なお、実施例1と同一部分は同一番号とし、同一の作用効果を有するものとし、詳細な説明は省略する。
【0033】
図3において、蓄熱手段1Aは配管2と蓄熱開閉弁17と、蓄熱開閉弁17に対して並列に設けられた定流量弁18を備え、熱源機4に配管接続されている。複数の空調機6a、6b、6cは熱源機4に、それぞれ開閉弁7a、7b、7cを介して配管接続されている。制御装置8は蓄熱開始判断手段9、蓄熱開閉弁制御手段19、熱源機制御手段11、空調開始判断手段12、空調機制御手段13によって構成され、空調開始判断手段は運転スイッチ14の指令を受けるようになっている。
【0034】
上記構成において、蓄熱開始判断手段9は電気料金の安価な夜間に蓄熱の運転開始を自動で判断し、熱源機制御手段11を介して熱源機4とポンプ5を運転するとともに、蓄熱開閉弁制御手段19を介して蓄熱開閉弁17を開にし、蓄熱手段1Aの配管2に冷水または温水を流通するようにして蓄熱運転をおこなう。蓄熱運転をおこなわないときには蓄熱開閉弁15は閉じているが、蓄熱開閉弁17と並列に設けられた定流量弁18によって熱源機4と蓄熱手段1Aの配管2は通じている。
【0035】
また、運転スイッチ14の操作によって空調開始判断手段12は、熱源機制御手段11を介して熱源機4とポンプ5を運転し、空調機制御手段13を介して空調機6a、6b、6cを運転すると同時に開閉弁7a、7b、7cを運転して空調運転をおこなう。空調機6a、6b、6cのいずれを運転するかは、運転スイッチ14の任意の操作によって決まる。
【0036】
空調機の運転台数が最も少ないとき、たとえば、空調機6aだけを運転するときには、開閉弁7aだけが開となり、空調機系の冷水または温水循環水量は少ないけれども、定流量弁18によって熱源機4と蓄熱手段1Aの配管2は常時通じている。
【0037】
また、定流量弁18の設定流量は、空調機を1台、たとえば空調機6aを運転したときの空調機側の流量と定流量弁の合計が、熱源機4が最低限必要とする流量以上になるようにあらかじめ設定しておく。
【0038】
そのため、空調機の運転台数が最も少ないときであっても、熱源機4を循環する流量は、熱源機4が最低限必要とする流量以上となる。
【0039】
たとえば、熱源機4の最低限必要な循環水量が仮に10L/minであり、空調機1台あたりの循環水量が6L/minであるとすると、定流量弁16の設定流量を4L/minにして、熱源機4の最低限必要な循環水量を確保するようにする。
【0040】
ここで、配管2は蓄熱するために十分長い配管経路で構成されているので、その保有水量は配管2に流れる流量に対して十分に大きく、配管2に入った冷水または温水がふたたび熱源機4に戻ってくるまでの時間は熱源機4の安定運転に必要な時間よりも長いこととなる。
【0041】
このように、空調機6a、6b、6cの運転台数が少ないときであっても、定流量弁18によって熱源機4と配管2は常時通じているので、熱源機4が最低必要とする冷水または温水量を循環させるとともに、配管2の大きな保有水量を、熱源機に循環させることにより、熱源機の運転時間を確保し、熱源機の性能を発揮し、熱源機の耐久性を保つことができる。
【0042】
また、冬期の早朝などに暖房運転を始める前には、熱源機4、空調機6a、6b、6c、およびそれらを接続する配管の水温は通常10℃を下まわっているが、熱源機4を加熱運転すれば、定流量弁18から夜間に蓄熱で暖められた配管2の温水と混ざり合うことによって、速やかに暖房可能な40℃程度まで上昇させることができる。
【0043】
【発明の効果】
以上の実施例から明らかなように、本発明の請求項1によれば、空調機の運転台数が少ないときでも、たとえば、1台の空調機だけを運転するように前記運転スイッチを操作した場合には、冷水または温水の循環水量を確保したうえさらに、循環する水回路の保有水量を熱源機の安定運転に必要なだけ確保し、熱源機を安定して運転させ、熱源機の性能を発揮させ、耐久性を低下させない空気調和システムを提供できる。
【0044】
また、請求項2によれば、熱源機や空調機を循環する水温が暖房可能な水温に達する時間が短くなり、早く暖房効果が発揮できる空気調和機を提供できる。
【0045】
また、請求項3によれば、請求項1および請求項2とは別の手段で、空調機の運転台数が少ないときでも、冷水または温水の循環水量を確保したうえさらに、循環する水回路の保有水量を熱源機の安定運転に必要なだけ確保し、熱源機の性能を発揮させ、耐久性を低下させない空気調和システムを提供できるとともに、熱源機や空調機を循環する水温が暖房可能な水温に達する時間が短くなり、早く暖房効果が発揮できる空気調和機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1の空気調和システムの概略図
【図2】本発明の実施例2の空気調和システムの概略図
【図3】本発明の実施例3の空気調和システムの概略図
【図4】従来の空気調和システムの概略図
【符号の説明】
1 蓄熱手段
2 配管
3 蓄熱用弁
4 熱源機
5 ポンプ
6a 空調機
6b 空調機
6c 空調機
7a 開閉弁
7b 開閉弁
7c 開閉弁
10 蓄熱用弁制御手段
16 温度センサー
17 蓄熱開閉弁
18 定流量弁
Claims (3)
- 断熱材で断熱されたコンクリート内部に冷水または温水が通水可能な配管を備えた蓄熱手段と、内部に開閉弁を備えた複数の空調機と、熱源機と、前記熱源機は蒸発により冷房し凝縮により暖房し冷水または温水を生成し、この熱源機により生成した冷水または温水を前記熱源機に配管接続された前記蓄熱手段および前記空調機に搬送するポンプと、前記熱源機から前記蓄熱手段への配管の途中に設けた開度調節可能な蓄熱用弁と、前記熱源機が最低限必要な循環水量を確保するように前記蓄熱用弁の開度を決定する蓄熱用弁制御手段とを備え、前記空調機の運転を決める運転スイッチと、前記運転スイッチの指令を受ける空調開始判断手段を備え、前記運転スイッチの操作により前記空調開始判断手段は前記熱源機と前記ポンプと前記空調機を運転し前記開閉弁を開けて冷水または温水を流通し循環させ空調運転を行う空気調和システムにおいて、前記運転スイッチの操作により、前記空調開始判断手段は前記蓄熱用弁制御手段に指令し前記蓄熱用弁制御手段により前記蓄熱用弁の開度が前記空調機と前記蓄熱手段の前記配管に流れる水量の合計が前記熱源機が最低必要とする冷水または温水量となるように前記蓄熱用弁を開けて前記蓄熱手段の前記配管に冷水または温水を流し循環させ、その循環する冷水または温水が前記蓄熱手段の前記配管を循環して前記熱源機に戻ってくるまでの時間が前記熱源機の安定運転に必要な時間よりも長くなるように前記蓄熱手段の前記配管の保有水量を確保した空気調和システム。
- 配管に温度センサーを設けて、配管内の温度によって蓄熱用弁の開閉を制御する機能を持たせた請求項1記載の空気調和システム。
- 開度調節可能な蓄熱用弁に代えて蓄熱開閉弁と定流量弁を並列に配置した回路とした請求項1記載の空気調和システム。
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