JP4694905B2 - 空調システム - Google Patents

Description

本発明は、空気を調和する空調システムに係り、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、熱源システムへの還水温度を一定値に制御して往還水温度差を所定値以上に維持するようにしたセントラル冷暖房システムに用いる空調システムに関する。

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が、この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。また、個別熱源システムの場合でも同じことが知られている。

このシステムは、往還水温度差が小さいと熱交換効率が低下するので、冷温水を十分な温度差で熱源側へ還水させ、ポンプ搬送動力の低減、冷温水配管の小口径化、冷凍機成績効率の向上、蓄熱層における温度成層の乱れを防止する必要があった。
このため、本出願人らは、特許文献１に開示されているような空調システムを提案している。この技術は、図５に示すように、ファンコイル装置Ａの熱交換器ａに冷温水を循環供給するとともに、この熱交換器aに外気及び室内空気を通過させることにより冷温水と空気とを熱交換させ、熱交換器ａに接続した還水配管ｂの冷温水温度を検出し、この冷温水温度が所定温度となるように熱交換器ａを通過させる冷温水の量を増減制御し、一方、熱交換器ａを迂回するバイパス路ｃを設けて、このバイパス路ｃには熱交換機ａを迂回する空気量を可変にするバイパス風量可変ダンパdを配置し、検出器ｅにより、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、バイパス風量可変ダンパdを制御して、熱交換器ａを通過した空気が所望温度となるようにしており、結果、バイパス路ｃを通過する空気量と熱交換器ａを通過する空気量との比率を制御することになる。
特開２００４−１２５３１６号公報

ところで、本出願人らが提案した上記の特開２００４−１２５３１６号公報に開示された発明は、熱交換器ａを迂回するバイパス路ｃとそれに付随する風量可変ダンパｄを設けるだけの簡単な構成で、室内空気の空調と往還水温度差を一定に保つことが出来るという利点を有するが、次に述べるような問題点があった。
すなわち、通常状態では風量可変ダンパｄの開度を制御して、熱交換器ａの通過風量とバイパス路ｃの風量の割合を変えて給気温度を制御するが、バイパス路の風量可変ダンパｄを全開にすると、それ以上の割合に通過風量を制御することができず、必要とする給気温度にすることができないといった問題点があった。この問題点を解消するためには、バイパス路を更に広くしてバイパス風量を増加させれば良いが、ダンパの装置が大型化してしまうという問題点があった。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、バイパス路を大型にすることなく、広範囲に室内空気の空調と往還水温度差を一定に保つことが出来る空調システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、ファンコイル装置の熱交換器に冷温水を循環供給するとともに、該熱交換器に空気を通過させることにより、前記冷温水と該空気とを熱交換させる空調システムにおいて、
前記熱交換器に接続した還水配管の冷温水温度が所定温度となるように前記熱交換器を通過させる冷温水の量を増減制御する一方、前記ファンコイル装置を通過した熱交換後の空気が所望温度となるように、該熱交換器を迂回するバイパス路を設けて該バイパス路を通過する空気量を調整するバイパス風量可変ダンパを設けるとともに、前記熱交換器には通過する空気量を調整する熱交換器風量可変ダンパを設け、前記熱交換器風量可変ダンパと前記バイパス風量可変ダンパとを連動して駆動する駆動機構を設け、該駆動機構は前記熱交換器風量可変ダンパとバイパス風量可変ダンパとの各ブレード軸を同軸として、該ブレード軸を駆動機構により回動させて、熱交換器風量可変ダンパの開度傾向とバイパス路風量可変ダンパの開度傾向とが逆作動するように制御して、前記熱交換器に接続した往水配管と還水配管の冷温水の温度差が所望の値になるようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、熱交換器に接続した往水配管と還水配管の冷温水の温度差が所望の値になるようにした空調システムにおいて、簡単な構成で、バイパス路を大型にすることなく、広範囲に室内空気の空調と往還水温度差を一定に保つことが出来るという効果が得られる。
また、熱交換器風量可変ダンパと前記バイパス風量可変ダンパとを連動させ、熱交換器風量可変ダンパの開度傾向とバイパス路風量可変ダンパの開度傾向とが逆作動するよう駆動するので、制御が極めて容易になり、特に、前記熱交換器風量可変ダンパとバイパス風量可変ダンパとの各ブレード軸を同軸にできるので、構造が簡単になり、部品点数を少なくでき、保守が簡単となり、制作費を安価にすることができる。

[実施例１]
本発明の好適な実施例を図面に沿って説明するが、図１は、第１の実施例の全体の概略を示すもので、図１において、地域熱供給システム(セントラルヒーティング)あるいは個別熱源システムで熱源設備から送られる熱媒を直接あるいは熱交換器を介し、配備された往水配管１と還水配管２によって熱媒を各熱交換システムのファンコイル装置の熱交換器３に供給するが、往水配管１と還水配管２に接続する複数の熱交換システムのうちの１つを図示している。
実施例１においては、熱交換システムのファンコイル装置Ａは、ファンＦにより外気ＯＡや還気ＲＡを吸い込んで、室内温度センサーＳ１により室内温度を検出して空気調和した空気ＳＡを供給するに際して、制御手段ＴＣ１により供給装置Ｂで室内への供給量を制御して室内Ｒに供給する。

熱交換システムのファンコイル装置Ａにおいて、外気ＯＡや還気ＲＡの空気の吸込み空気通路は、２本の分岐流路に分岐され、分岐した一方の空気流路９１は熱交換器３に連接され、他の空気流路９２はバイパス路４を形成している。
そして、熱交換器３を通過した空気と、バイパス路４を通過した空気は、再び合流してファンＦにより吐出口より送風し室内に供給されるが、熱交換器３の上流には風量可変ダンパ(ＭＤ２)５が、バイパス路４にも風量可変ダンパ（ＭＤ１）６が設けられ、この熱交換器風量可変ダンパ５はブレードの回動により全開から、完全に風量を零にしうるような全閉までモータ等の駆動手段により操作できるように構成され、バイパス風量可変ダンパ６は、ブレードの回動により風量を零の全閉から全開までモータ等の駆動手段で回動出来るよう構成され、開度センサーＳ４が設けられている。
また、風量可変ダンパ５，６は給気温度センサーＳ２の検出値によりダンパ制御手段TC3により制御され、結果として、給気温度を制御する。
また、熱交換器３には熱媒の流量を制御する流量制御弁７が環水配管２に設けられ、この流量制御弁７は還水接続配管２に設けた温度センサーＳ３の検出値に基づいて弁制御装置TC2により制御される。

[動作]
次に、この構成の動作を、冷水循環時の場合を図２に沿って説明すると、先ず、往水配管１の温度(温度既知)と温度センサーＳ３の還水温度との温度差を算出し、温度差が所定以上であれば、この場合は従来の特許文献１(特開2004-125316号公報)と同じ作動で稼働される。
すなわち、冷水循環時、室内の空調冷房負荷が低下した場合、還水配管２側の空気の温度が低下し、それにより、図２のＡ点で、還水配管２側の冷水温度が所定温度より低くなる。それを還管センサーＳ３が検出し、その検出信号に基づき制御弁７が、図２のＢ点で絞られ、還水量が減少される。これにより、冷水が熱交換器３で十分に熱交換されることとなり、Ｃ点から、再び還り側の冷水温度が所定温度に保持される。

それと同時に、上記の動作により、還水配管２側の冷水温度が所定温度に保持される状態において、図２のＤ点で、室温又は給気温度が下がって(負荷が減って)基準温度より低下すると、それを吹出温度検出センサーＳ２が検出し、その検出信号に基づきバイパス風量可変ダンパ６がＥ点で開かれる。これにより、バイパス路４へ空気がバイパスされると同時に、図２のＦ点から、熱交換器３側への通過風量が減少する。この結果、熱交換器３における冷水と通過空気との熱交換量が減少して、図２のＤ点から、室内の空気温度が上昇して、基準温度に保持される。
しかし、還り側の冷水温度が所定温度に保持される状態において、室温（又は給気温度）の負荷が更に減って、基準温度より低下すると、それを吹出温度検出センサーＳ２が検出し、その検出信号に基づきバイパス風量可変ダンパ６が、更に開かれ、図２のＨ点で、バイパス風量可変ダンパ６が全開になってしまう。ここで、従来の特許文献１(特開2004-125316号公報)では、熱交換器３側への通過風量が減少はしているものの、それ以上の室温（又は給気温度）の制御は不能になってしまう。

そこで、本実施例１では、熱交換器３にも風量可変ダンパ５を設けて、バイパス風量可変ダンパ６を全開して通過する空気量を最大にした後には、熱交換器３側への通過風量が強制的に減少させる構成としたものである。これを図２で続けて説明すると、バイパス風量可変ダンパ６が全開となったＨ点で、ダンパの開度センサーＳ４がこれを感知するが、更に、Ｉ点で、室温又は給気温度が下がって(負荷が減って)基準温度より低下すると、それを吹出温度検出センサＳ２が検出し、Ｋ点で、熱交換器３の風量可変ダンパ５が閉じる方向に作動し、更に、熱交換器３側への通過風量を強制的に減少させる。この結果、熱交換器３における冷水と通過空気との熱交換量を更に減少させて、図２のＩ点からＪ点に空気温度が上昇して、基準温度に保持される。

逆に、室内の空調冷房負荷が増大した場合、前記の動作とは逆になり、先ず熱交換器３の風量可変ダンパ５が開く方向に作動し、次いで、バイパス風量可変ダンパ６が閉じる方向に作動し、バイパス風量可変ダンパ６が全閉状態になると、流量制御弁７が開いて還水量が増大する。
なお、図２に示した制御は、説明の簡略化のために温度を高低、或いは還水量・風量を大小とした２値的な動作を例に説明したが、本発明に係る空調機の制御方法は、これらの温度・還水量・風量を無段階に増減制御可能としている。また、温水循環時の場合も、冷水循環時の場合と逆の作動をすることになるが、広範囲に室内空気の空調と往還水温度差を一定に保つことが出来る。

上記実施例１では、バイパス風量可変ダンパ６が全開となったＨ点で、熱交換器３の風量可変ダンパ５の開度に司るブレード操作を行ったが、両風量可変ダンパ５、６を同時に逆作動、すなわち、冷水循環時の熱交換器３だけの操作では制御が難しい場合に、風量可変ダンパ５を開く方向に作動させると同時に、風量可変ダンパ６を閉める方向に作動させれば、前述した作動と同様、広範囲に室内空気の空調と往還水温度差を一定に保つことが出来る。

[実施例２]
次に、第２の実施例を図３〜図６に沿って説明するが、実施例２と実施例１とは次の構成は同じである。
すなわち、図３を参照すれば、ファンコイル装置Ａの熱交換器３に冷温水を循環供給するとともに、熱交換器３に空気を通過させることにより、冷温水と空気とを熱交換させる空調システムである構成、及び、熱交換器３に接続した還水配管２の冷温水温度が所定温度となるように熱交換器３を通過させる冷温水の量を増減制御する構成は実施例１と同じである。一方、ファンコイル装置Ａを通過した熱交換後の空気が所望温度となるように、熱交換器３を迂回するバイパス路４を設けて、このバイパス路４には通過する空気量を調整するバイパス風量可変ダンパ６’を設け、熱交換器３にも通過する空気量を調整する熱交換器可変ダンパ５’を設ける構成も実施例１と同じである。
そして、前記バイパス路４を通過する空気量と、前記熱交換器３を通過する空気量とを両風量可変ダンパにより制御して、熱交換器３に接続した往水配管１と還水配管２の冷温水の温度差が所望の値になるようにしたものである。
したがって、前述した構成は実施例１の空調システムでは同じであり、これらの具体的説明は実施例１の説明を用いることで省略する。

実施例と異なるのは、熱交換器風量可変ダンパ５’とバイパス風量可変ダンパ６’とをブレード軸を１軸とした二段ダンパ(マルチＭＤ)を設けて連動させ、両ダンパのブレード軸を回動させ、両ダンパのブレード方向を互いに直角方向に設定し、熱交換器風量可変ダンパ５’の開度傾向とバイパス路風量可変ダンパ６’の開度傾向とが逆作動するよう駆動する駆動機構８を設けて制御する構成にしたものである。この構成と作動を図４で、具体的に説明する。

そこで、図４に沿って、実施例２の作動の概略を説明すると、上部にバイパス路４の流路(ダクト)９２が、下部に熱交換器３が設けられている。そして、ダクト４１の上流側にはバイパス風量可変ダンパ６’が設けられ、風量可変ダンパ６’は複数のブレード６１が回動軸８１によって回動できるように構成されている。また、熱交換器風量可変ダンパ５’も複数のブレード５１が回動軸８１によって回動できるように構成されている。
そして、熱交換器風量可変ダンパのブレード５１の回動軸８１と、バイパス風量可変ダンパ６’とのブレード６１の回動軸８１とを同軸として、この回動軸８１の駆動機構８のリンク８２により一斉に回動させている。
図４に示す状態は、熱交換器３の風量可変ダンパ５’は全開状態であり、バイパス路の風量可変ダンパ６’は全閉状態であり、熱交換器３だけで十分に空気調和制御ができる状態である。
この場合の作動は、実施例１で述べたものとほぼ同じであるが、冷水循環時の場合を説明すると、室内の空調冷房負荷が低下した場合、還水配管２側の空気の温度が低下し、それにより、還水配管２の冷水温度が所定温度より低くなる。それを温度センサーＳ３が検出し、その検出信号に基づき環水配管２に設けた制御弁７が絞られ、還水量が減少される。これにより、冷水が熱交換器３で十分に熱交換されることとなり、再び還り側の冷水温度が所定温度に保持される。

次に、実施例２の両風量可変ダンパが作動する場合を説明すると、上記の動作により、還水配管２の冷水温度が所定温度に保持される状態において、室温（又は給気温度）が負荷が減って基準温度より低下すると、それを吹出温度センサーＳ２が検出し、その検出信号に基づきバイパス風量可変ダンパ６’が開かれる。これにより、バイパス路４へ空気がバイパスされると同時に、熱交換器風量可変ダンパ５’が少し開状態となり、通過空気はバイパス路に迂回し、熱交換器３の風量可変ダンパ６’の通路も強制的に狭められるので、熱交換器３側への通過風量が減少する。この結果、熱交換器３における冷水と通過空気との熱交換量が減少し、室内の空気温度が上昇して、基準温度に保持される。
この動作は図２の(Ａ)から(Ｇ)の動作とほぼ同じであるが、風量可変ダンパ５’を開く方向に作動させると同時に、風量可変ダンパ６’を閉める方向に作動させているので、従来の風量可変ダンパ６だけの場合と異なり、より広範囲に室内空気の空調と往還水温度差を一定に保つことが出来る。

逆に、室内の空調冷房負荷が増大した場合、前記の動作とは逆になり、先ず熱交換器３の風量可変ダンパ５’が開く方向に作動し、同時に、バイパス風量可変ダンパ６’が閉じる方向に作動し、熱交換器風量可変ダンパ５’が全開状態で、同時にバイパス風量可変ダンパ６’が全閉状態になると、制御弁７が開いて還水量が増大する。
実施例２では、熱交換器風量可変ダンパ５’とバイパス風量可変ダンパ６’とのブレード５１，６１を同軸として、このブレード回動軸を駆動機構８により回動させ、熱交換器風量可変ダンパの開度傾向とバイパス路風量可変ダンパの開度傾向とが逆作動するようにしたので、構造が簡単になり、部品点数を少なくでき、保守が簡単となり、制作費が安価になる。

以上のように、各実施例においては、熱交換器３の単体では熱交換量が少なくなり、往水と還水との温度差が所定値或いは所定値以上に制御することが困難になっても、熱源システムへの還水温度を常に所定値以上に維持することができ、且つ、高い冷房能力が要求さる場合でも、バイパス路４とバイパス風量可変ダンパ６．６’の迂回風量の制御と、熱交換器３の熱交換器風量可変ダンパ５，５’の風量制御をすることで対処できる。また、暖房時の場合は、往水と還水との温度が逆になるだけで、基本的な動作は同じである。
なお、本発明の特徴を損うものでなければ、上記の各実施例に限定されるものでないことは勿論である。

本発明の実施例１の系統図である。 実施例１の制御動作を冷水循環時の例で示した作動説明図である。 本発明の実施例２の系統図である。 実施例２の装置の概略を示す作動説明図である。 従来の空調システムの系統図である。

符号の説明

１…往水配管、
２…還水配管、
３…熱交換器、
４…バイパス路、４１…ダクト
５,５’…熱交換器風量可変ダンパ、５１…ブレード
６,６’…バイパス風量可変ダンパ、６１…ブレード
７…流量制御弁、
８…駆動機構、８１…回動軸、８２…リンク
91…空気流路、92…空気流路、
A…ファンコイル装置、B…供給装置、F…ファン、
S1,S2,S3…温度センサー、S4…ダンパ開度センサー、
TC1,TC2,TC3…制御装置

Claims (1)

1. ファンコイル装置の熱交換器に冷温水を循環供給するとともに、該熱交換器に空気を通過させることにより、前記冷温水と該空気とを熱交換させる空調システムにおいて、
   前記熱交換器に接続した還水配管の冷温水温度が所定温度となるように前記熱交換器を通過させる冷温水の量を増減制御する一方、
   前記ファンコイル装置を通過した熱交換後の空気が所望温度となるように、該熱交換器を迂回するバイパス路を設けて該バイパス路を通過する空気量を調整するバイパス風量可変ダンパを設けるとともに、前記熱交換器には通過する空気量を調整する熱交換器風量可変ダンパを設け、
   前記熱交換器風量可変ダンパと前記バイパス風量可変ダンパとを連動して駆動する駆動機構を設け、
   該駆動機構は前記熱交換器風量可変ダンパとバイパス風量可変ダンパとの各ブレード軸を同軸として、該ブレード軸を駆動機構により回動させて、熱交換器風量可変ダンパの開度傾向とバイパス路風量可変ダンパの開度傾向とが逆作動するように制御して、
   前記熱交換器に接続した往水配管と還水配管の冷温水の温度差が所望の値になるようにしたことを特徴とする空調システム。

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