JP5289395B2 - 直膨式空調装置 - Google Patents

Description

本発明は直膨式空調装置に関するものであり、特に、外気あるいは空調室からのリターン空気等(以下、「外気等」という)を直膨式空調装置で所定温度を有した目標空気に調整し、該調整した空気を環境試験室やクリーンルーム、あるいは冷蔵・冷凍室等の空調室に供給する直膨式空調装置に関するものである。

従来、外気等を取り入れて所定温度を有した目標空気に調整し、該調整した空気を空調室に供給する直膨式空調システムは知られている（例えば、特許文献１参照）。

これら従来の直膨式空調システムでは、使用する熱交換器は1台の場合が多い。

特開２０００−３５６４２２号公報。

しかしながら、直膨式空調システムにおいて、１台の熱交換器を使用して外気等を所定温度の目標空気に調整する際、外気温度が高い夏季のような場合、1台の熱交換器で例えば２７℃以上の外気から１５℃以下の低温空気に連続調整すると、蒸発温度と空気温度の差が大きくなるため、負荷変動が大きく冷却効率が悪くなる。そして、大きな電力を必要とすることになるとともに、エネルギー消費効率(ＣＯＰ)が低下し、エネルギー消費及び経済的な面において問題点があった。

そこで、エネルギー消費効率を高め、省エネ化及び経済性の向上を図るために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、 外気等を取り入れて所定温度を有した目標空気に調整し、該調整した空気を空調室に供給する直膨式空調装置において、
空調機ハウジングと、該空調機ハウジング外に配設された一次処理用、二次処理用複数台の室外機と、前記一次処理用、二次処理用の室外機と夫々冷媒用パイプで接続される空調機ハウジング内に配設された一次処理用、二次処理用複数台の直膨式コイルを内蔵してなる熱交換器と、
前記空調装置の負荷状況を検知し、前記各熱交換器の蒸発温度を予め設定した最適な温度として、蒸発温度と空気温度の差をほぼ一定に制御するマイクロコンピュータ又はシーケンサなる制御手段とを備え、
エネルギー消費率を高めることを特徴とする直膨式空調装置であって、
上記複数台の熱交換器は、前記空調機ハウジングの外気等の入口部から調整空気出口部に向かって順次に配設されているとともに、
上記制御手段は、前記熱交換器の蒸発温度を、前記外気等の入口部側に配置された前記熱交換器の蒸発温度が高く、前記出口部側に配置された前記熱交換器となるに従って段階的に低くなるように制御することを特徴とする直膨式空調装置を提供する。

この構成によれば、制御手段は、空調装置の負荷状況を検知し、例えば一次処理熱交換器の蒸発温度が高めの５℃、二次処理熱交換器の蒸発温度が低めの−５℃となるように、各熱交換器での蒸発温度を各々最適な状態に制御することにより、各熱交換器での蒸発温度と空気温度の差を少なくしてエネルギー消費効率を高めることが可能になる。

この構成によれば、熱交換器の蒸発温度を、外気入口部側に配置された熱交換器から調整空気出口部側に向かって順に配置された熱交換器となるに従って段階的に低くすることにより、各熱交換器における蒸発温度と空気温度の差をほぼ一定に保持して負荷変動を少なくすることができる。

請求項２記載の発明は、上記制御手段は、上記熱交換器の霜付き状況を検出するセンサを備え、該センサからの信号に応答して前記熱交換器の霜を除去するためのデフロスト除去信号をデフロスト装置に出力し、
上記制御手段は、上記デフロスト除去信号出力時に、霜取り処理を行っていない上記熱交換器に対して蒸発温度を下げる信号を出力する請求項１記載の直膨式空調装置を提供する。

この構成によれば、熱交換器に所定量以上の霜の付着が発生したとき、制御手段から出力されるデフロスト信号によりデフロスト装置が動作され、該熱交換器に付着された霜を自動的に除去することができる。

この構成によれば、霜取り処理を行っている熱交換器があるとき、霜取り処理を行っていない熱交換器の蒸発温度を下げることにより、霜取り処理時における空気温度の上昇を最小に抑えることができる。

請求項１記載の発明は、空調装置の負荷状況に応じて各熱交換器における蒸発温度を最適な状態に制御し、各熱交換器での蒸発温度と空気温度の差を少なくして負荷変動を減らすことによりエネルギー消費効率を高めることができるので、省エネ化及び経済性の向上が期待できる。

この発明は、外気入口部側に配置された熱交換器から調整空気出口部側に向かって順に配置された前記熱交換器となるに従って熱交換器の蒸発温度が段階的に低くなるので、各熱交換器における蒸発温度と空気温度との差をさらに少なくすることができ、前記の効果に加えて、さらに省エネ化及び経済性の向上が期待できる。例えば前記一次処理熱交換器の蒸発温度が高めの５℃、前記二次処理熱交換器の蒸発温度が低めの−５℃となるように、各熱交換器の蒸発温度を段階的に低くなるように制御する。これにより、各熱交換器２４，２６での蒸発温度と空気温度の差が少なくなり、負荷変動が減り、エネルギー消費効率を高めて省エネ化及び経済性を向上させることができることとなる。

請求項２記載の発明は、熱交換器に所定量以上の霜が付着したと判断した場合に、霜が付着した熱交換器に対してデフロスト処理を行い、自動的に霜取りを行うので、前記の効果に加えて、冷却効率をさらに安定化させる効果が期待できる。

この発明は、霜取り処理を行っている熱交換器があるとき、霜取り処理を行っていない熱交換器の蒸発温度を下げることにより、霜取り処理での空気温度上昇を最小に抑えることができるので、前記の効果に加えて、冷却効率をより一層安定化させる効果が期待できる。

本発明に係る直膨式空調装置における外気処理システムの全体概略構成を示す配置図。 同上直膨式空調装置における外気処理システムの要部制御回路図。 同上直膨式空調装置における外気処理システムの運転シミュレーションの一例を示す図。

本発明は、エネルギー消費効率を高め、省エネ化及び経済性の向上を図るという目的を達成するために、外気等を取り入れて所定温度を有した目標空気に調整し、該調整した空気を空調室に供給する直膨式空調装置において、空調機ハウジングと、該空調機ハウジング外に配設された室外機と、前記室外機と接続されて前記空調機ハウジング内に配設された複数台の熱交換器と、前記空調装置の負荷状況を検知し、前記各熱交換器の蒸発温度を予め設定した最適な温度に制御する制御手段と、を備えてなることにより実現した。

以下、本発明に係る直膨式空調装置の一実施例を、添付図面を参照して説明する。図１及び図２は本発明に係る直膨式空調装置を示すもので、図１はその全体概略構成を示す配置図、図２はその要部制御回路図である。

図１及び図２において、空調室１０の内部(例えば天井)にはダクト１１が設けられており、該ダクト１１に設けた開放口１２から該空調室１０内に、所定の温度に冷却調整されたエア、すなわち調整空気が供給されるようになっている。なお、空調室１０は、環境試験室やクリーンルーム、あるいは冷蔵・冷凍室等であり、該空調室１０には使用目的に応じて、設定温度に調整された空気が順次供給されるものであるが、本実施例では冷蔵室を一例として以下説明する。

また、前記空調室１０の外側には、外気調整用空調機２０が設けられている。該外気調整用空調機２０は、図１及び図２に示すように外気入口部としての外気取り入れ口２１と調整空気出口部としての調整空気供給ダクト接続口２２を両端に備えた空調機ハウジング２３を備えている。

前記空調機ハウジング２３の内側には、直膨式コイル(図示せず)を内蔵してなる一次処理用熱交換器２４と、加湿用の水を噴霧可能な気化式加湿器２５と、直膨式コイル(図示せず)を内蔵してなる二次処理用熱交換器２６と、該空調機ハウジング２３内の調整された空気を前記空調室１０側へ前記ダクト１１を介して送る送風機２７と、該空調機ハウジング２３内に取り込まれる外気中に含まれている塵を除去する中性能フィルター２８が設けられている。

一方、該空調機ハウジング２３の外側には、２台の一次処理用室外機２９,２９と３台の二次処理用室外機３０,３０,３０が設けられている。なお、これら一次処理用室外機２９,２９と二次処理用室外機３０,３０,３０の台数は、冷却システムにおける設備の規模に応じて適宜変更されるものである。

前記一次処理用室外機２９,２９は、冷媒用パイプ３１を介して前記一次処理用熱交換器２４と接続されており、前記二次処理用室外機３０,３０,３０は、冷媒用パイプ３２を介して前記二次処理用熱交換器２６と接続されている。すなわち、前記一次処理用室外機２９,２９と前記一次処理用熱交換器２４は冷媒用パイプ３１を介して一次処理用冷媒が流れる一次冷凍サイクルを構成し、前記二次処理用室外機３０,３０,３０と前記二次処理用熱交換器２６は冷媒用パイプ３２を介して二次処理用冷媒が流れる二次冷凍サイクルを構成している。

また、前記一次冷凍サイクルの一部を構成している前記一次処理用室外機２９,２９の運転動作、及び、前記二次冷凍サイクルの一部を構成している前記二次処理用室外機３０,３０,３０の運転動作は、制御手段３３により制御される。

前記制御手段３３は、図２に示すように、前記一次処理用室外機２９,２９、前記二次処理用室外機３０,３０,３０、前記送風機２７、前記気化式加湿器２５を制御するための制御部３４を備えている。該制御部３４は、該外気処理システム全体の動作を予め決められた手順に従って制御するためのプログラムを内蔵してなるマイクロコンピュータ(図示せず)を有している。

また、該制御部３４には、前記外気取り入れ口２１から取り入れられて前記一次処理用熱交換器２４に吸い込まれる外気の温度を検出する一次側吸い込み温度センサ３５と、前記一次処理用熱交換器２４と前記気化式加湿器２５を通って前記二次処理用熱交換器２６に吸い込まれる一次処理済みの空気の温度を検出する二次側吸い込み温度センサ３６と、前記一次処理用熱交換器２４に付着した霜を検出する一次側霜付着センサ３７と、前記二次処理用熱交換器２６に付着した霜を検出する二次側霜付着センサ３８が接続されている。

なお、図示しないが前記一次処理用熱交換器２４と前記二次処理用熱交換器２６には、該一次処理用熱交換器２４と該二次処理用熱交換器２６に各々付着した霜を除去するデフロスト装置(図示せず)が設けられている。該デフロスト装置は制御部３４から出力されるデフロスト除去信号に応答して動作し、各熱交換器２４,２６に付着した霜を除去することができるようになっている。

以上のように構成された本発明の直膨式空調装置における外気処理システムの作用を次に説明する。

まず、システムが運転されると、外気が前記外気取り入れ口２１を通って前記空調機ハウジング２３内に吸い込まれ、前記中性能フィルター２８で塵が除去され、その後、前記一次処理用熱交換器２４側に吸い込まれる。前記一次処理用熱交換器２４側に吸い込まれた外気は、該一次処理用熱交換器２４及び前記気化式加湿器２５で一次処理された後、前記二次処理用熱交換器２６に吸い込まれる。そして、該二次処理用熱交換器２６で所定の温度とした目標空気に調整、すなわち調整空気とされ、この調整空気が前記開放口１２から該空調室１０内に供給される。なお、前記気化式加湿器２５による湿度調整は、冬期等、必要に応じてのみ実行される。

また、システム運転開始時、前記制御部３４は、前記一次側吸い込み温度センサ３５及び前記二次側吸い込み温度センサ３６からの信号と、前記一次処理用室外機２９,２９及び前記二次処理用室外機３０,３０,３０等の運転状態から空調装置における負荷の状況を検知し、前記一次処理用熱交換器２４と、前記二次処理用熱交換器２６の蒸発温度をそれぞれ予め設定した温度となるように制御する。

なお、本実施例において、前記一次処理用熱交換器２４と前記二次処理用熱交換器２６は、空気の入口部である外気取り入れ口２１から出口部である調整空気供給ダクト接続口２２に向かって順に一列に並んで設けられている。また、前記制御部３４は、前記熱交換器２４,２６の蒸発温度を、外気取り入れ口２１側に配置された前記一次処理用熱交換器２４の蒸発温度を高くし、調整空気供給ダクト接続口２２側に配置された前記二次処理熱交換器２６の蒸発温度が低くなるように段階的に制御する。すなわち、例えば前記一次処理熱交換器２４の蒸発温度が高めの５℃、前記二次処理熱交換器２６の蒸発温度が低めの−５℃となるように、各熱交換器２４,２６の蒸発温度を段階的に低くなるように制御する。これにより、各熱交換器２４,２６での蒸発温度と空気温度の差が少なくなり、負荷変動が減り、エネルギー消費効率を高めて省エネ化及び経済性を向上させることができることとなる。

また、本実施例では、前記外気取り入れ口２１と前記調整空気供給ダクト接続口２２の間に前記一次処理用熱交換器２４と前記二次処理用熱交換器２６の、二つの熱交換器を設置した構造を示しているが、三つ以上の熱交換器を設けた場合では、熱交換器の蒸発温度を入口部側に配置された熱交換器から出口部側に向かって配置された熱交換器となるに従って段階的に順に低くなるように制御する。このように制御すると、三つ以上の熱交換器を配置しても、各熱交換器での蒸発温度と空気温度の差(負荷変動)をそれぞれ小さくすることができる。

さらに、前記制御部３４は、前記一次側霜付着センサ３７及び二次側霜付着センサ３８からの信号により、該一次処理用熱交換器２４及び該二次処理用熱交換器２６に所定量以上の霜が付着していることが検出されると、デフロスト除去信号をデフロスト装置に出力する。そして、該デフロスト装置を駆動させ、前記各熱交換器２４,２６に付着した霜を該デフロスト装置により除去する。また、この場合、霜取り処理を行っている熱交換器２４(または２６)があるとき、霜取り処理を行っていない熱交換器２６(または２４)の蒸発温度を下げるように制御して、霜取り処理での空気温度上昇を最小に抑え、冷却効率を安定化させる。

図３は、本実施例での運転シミュレーションの一例を示す図である。図３では、空調機ハウジング２３内に取り入れられた外気温度(例えば３５℃)は、まず前記一次処理用熱交換器２４でＰＣＩＮ(３５℃)からＰＣＯＵＴ(１９℃)まで冷やして外気を一次処理(図中の「外気一次処理範囲」に対応)した後、前記二次処理用熱交換器２６でＡＣＯＵＴ(９℃)まで冷やして二次処理(図中の「外気二次処理範囲」に対応)することを示している。

したがって、本実施形態の運転では、前記一次処理用熱交換器２４において外気の一次処理を行い、次いで該二次処理用熱交換器２６において外気の二次処理を行うようにすることにより、各熱交換器２４,２６における蒸発温度と空気温度の差を少なくしてエネルギー消費効率を高めることができる。

なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

以上説明したように、本発明は冷蔵・冷凍室を冷却する以外に、環境試験室やクリーンルームを冷却する場合にも応用できる。

１０ 空調室
１１ ダクト
１２ 開放口
２０ 外気調整用空調機
２１ 外気取り入れ口(外気入口部)
２２ 調整空気供給ダクト接続口(調整空気出口部)
２３ 空調機ハウジング
２４ 一次処理用熱交換器
２５ 気化式加湿器
２６ 二次処理用熱交換器
２７ 送風機
２８ 中性能フィルター
２９ 一次処理用室外機
３０ 二次処理用室外機
３１ 冷媒用パイプ
３２ 冷媒用パイプ
３３ 制御手段
３４ 制御部
３５ 一次側吸い込み温度センサ
３６ 二次側吸い込み温度センサ
３７ 一次側霜付着センサ
３８ 二次側霜付着センサ

Claims (2)

1. 外気等を取り入れて所定温度を有した目標空気に調整し、該調整した空気を空調室に供給する直膨式空調装置において、
   空調機ハウジングと、該空調機ハウジング外に配設された一次処理用、二次処理用複数台の室外機と、前記一次処理用、二次処理用の室外機と夫々冷媒用パイプで接続される空調機ハウジング内に配設された一次処理用、二次処理用複数台の直膨式コイルを内蔵してなる熱交換器と、
   前記空調装置の負荷状況を検知し、前記各熱交換器の蒸発温度を予め設定した最適な温度として、蒸発温度と空気温度の差をほぼ一定に制御するマイクロコンピュータ又はシーケンサなる制御手段とを備え、
   エネルギー消費率を高めることを特徴とする直膨式空調装置であって、
   上記複数台の熱交換器は、前記空調機ハウジングの外気等の入口部から調整空気出口部に向かって順次に配設されているとともに、
   上記制御手段は、前記熱交換器の蒸発温度を、前記外気等の入口部側に配置された前記熱交換器の蒸発温度が高く、前記出口部側に配置された前記熱交換器となるに従って段階的に低くなるように制御することを特徴とする直膨式空調装置。
2. 上記制御手段は、上記熱交換器の霜付き状況を検出するセンサを備え、該センサからの信号に応答して前記熱交換器の霜を除去するためのデフロスト除去信号をデフロスト装置に出力して霜を除去し、
   上記制御手段は、上記デフロスト除去信号出力時に、霜取り処理を行っていない上記熱交換器に対して蒸発温度を下げる信号を出力することを特徴とする請求項１記載の直膨式空調装置。
   

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