JP5624443B2 - 冷房装置 - Google Patents

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Description

本発明は，除湿器と放射パネルとを併用した冷房装置に関するものである。
一般に，室内等の空間領域における冷房は，例えば，特許文献１等に記載されているように，前記空間領域への供給する空気，又は前記空間領域内における空気を，間接熱交換式の除湿器において，冷凍機等の冷媒液源装置で冷却した冷媒液にて間接的な熱交換にて冷却することによって行なうというものであった。
しかし，この方式による冷房は，空気の冷却（顕熱負荷の除去）と空気の除湿（潜熱負荷の除去）とが同時に行なわれるため，除湿能力と冷却能力との間は相対的な関係があって，湿度を低い所定値に設定すると温度が低くなり過ぎることになり，温度を高い所定値に設定すると所定の除湿ができなくなったりするという問題があった。
そこで，最近では，例えば，特許文献２及び３等に記載されているように，空間領域における空気を，当該空間領域の天井面又は壁面に配設した放射パネルからの放射によって冷却することが提案されている。
この放射パネルは，その裏面等に取付けた冷却用パイプ内に，冷凍機等の冷媒液源装置で冷却した水等の冷媒液を流すことによって，空間領域における空気を，熱輻射の原理で放射冷却するという構成である。
そして，前記放射パネルと前記した間接熱交換式の除湿器との両方を併用することにより，空気の除湿（潜熱負荷の除去）と空気の冷却（顕熱負荷の除去）とを別々に行なうことができるから，最適な湿度で，最適な温度に冷房することができる。
特開平０９−１３７９６４号公報 特開２００６−１７０５５１号公報 特開２００８−１２２０３６号公報
さて、空気の除湿（潜熱負荷の除去）に前記した間接熱交換式の除湿器を使用する場合，この除湿器には，所定の除湿効果を得ることのためには，前記除湿器に対して，冷凍機等の冷媒液源装置において可成り低い温度（例えば，７℃）に冷却した冷媒液を供給しなければならない。
これに対し，空気の冷却（顕熱負荷の除去）に前記した放射パネルを使用する場合，この放射パネルには，前記除湿器に供給する冷媒液よりも高い温度にした冷媒液を供給することが，当該放射パネルによる過冷却を防止し，且つ，結露の発生を抑制すること，及び省エネルギー等の観点から好ましい。
従って，空気の除湿及び冷却に前記した間接熱交換式の除湿器と前記した放射パネルとの両方を併用する場合には，その冷媒液源装置としては，前記除湿器に対して約７℃と可成り低い温度の冷媒液を供給する低温用の冷媒液源装置と，前記放射パネルに対して約１５〜２０℃と可成り高い温度の冷媒液を供給する高温用の冷媒液源装置とを別々に設置しなければならず，すると、冷媒液源装置の台数が多くなるばかりか，前記低温用の冷媒液源装置から前記除湿器への冷媒液管路と，前記高温用の冷媒液源装置から前記放射パネルへの冷媒液管路とを別々に必要とするから，冷房設備が著しく大型化するばかりか，設備費及び運転経費が大幅にアップするという問題があった。
本発明は，空間領域に対する空気の除湿及び冷却に間接熱交換式の除湿器と放射パネルとの両方を併用する場合に，前記した各種の問題を招来することがないようにすることを技術的課題としている。
この技術的課題を達成するため請求項１は，
「空間領域における空気の除湿を行なう間接熱交換式の除湿器と，前記空間領域に設置した放射パネルと，冷媒液の冷却を行なう冷媒液源装置とを備え，更に，前記冷媒液源装置から前記除湿器に至る冷媒液供給管路と，前記除湿器から前記冷媒液源装置に戻る冷媒液戻り管路とを備えており，
前記放射パネルは前記冷媒液戻り管路の冷媒液で間接的に冷却される構成において，
前記冷媒液供給管路に，当該冷媒液供給管路における冷媒液の一部を，前記除湿器をバイパスして前記冷媒液戻り管路に導くようにしたバイパス管路を設け，このバイパス通路に，前記冷媒液戻り管路における冷媒液の温度に応じて開閉作動する流量制御弁を設けている一方，
前記放射パネルには，当該放射パネルの冷媒液出口から出て当該放射パネルの冷媒液入口に戻る循環管路が接続されており，前記循環管路の冷媒液と前記冷媒液戻り管路の冷媒液とを間接的に熱交換させる熱交換器を備えている。」
というものである。
請求項４は，
「前記請求項１の記載において，前記冷媒液戻り管路における冷媒液の一部が，当該冷媒液戻り管路から分岐した上流側管路にて取り出して前記熱交換器に供給され，次いで，前記熱交換器からの触媒液が，前記分岐部分よりも下流側から分岐した下流側管路にて前記冷媒液戻り管路にされる。」
ことを特徴としている。
加えて，請求項３は，
「前記請求項１又は２の記載において，前記放射パネルにおける冷媒液の循環管路の途中に真空タンクを設けている。」
ことを特徴としている。
請求項１の記載において，冷媒液源装置で，空気の除湿に必要な可成り低い供給温度（例えば，約７℃）に冷却された冷媒液は，冷媒液供給管路を介して除湿器に送られ，ここで，大気から取り入れた空気との間接的な熱交換による冷却にて除湿（潜熱負荷の除去）を行なうことにより，この除湿によって適宜温度（例えば，５℃程度）だけ上昇する。
この温度上昇した冷媒液は，冷媒液戻り管路を介して前記冷媒液源装置に戻るが，その途中において，放射パネルに間接的に供給される。
つまり，放射パネルには，除湿によって温度上昇した冷媒液が間接的に供給される。
これにより，前記除湿器に供給する冷媒液を除湿に最適な低い温度（例えば，約７℃）にすることと，前記放射パネルにおける冷媒液を，前記除湿器に供給する冷媒液より高い温度にすることとを，一台の冷媒液源装置によって達成することができる。換言すると，一台の冷媒液源装置を，前記除湿器と放射パネルとの両方に適用できるのであり，その分，冷媒液源装置の台数を少なくできる。
しかも，前記放射パネルは，前記冷媒液戻り管路に間接的に接続されていることにより，前記冷媒液戻り管路を，前記放射パネルに対する冷媒液管路の一部に共用できて，管路構成が簡単になるのであり，このことと，前記冷媒液源装置の台数を少なくできることとによって，冷房設備の全体を大幅に小型化できるとともに，設備費を低減でき，しかも，運転経費を節減できる。
ところで，前記冷媒液戻り管路における冷媒液の温度は，前記除湿器における除湿負荷に応じて変動するから，前記放射パネルへの冷媒液の温度も変動する。
この場合，本願発明では、前記冷媒液源装置からの冷媒液供給管路には，前記冷媒液戻り管路へのバイパス管路が設けられていて，前記冷媒液戻り管路から冷媒液源装置に戻る冷媒液の温度は，前記バイパス通路を流れる流量を多くすると低くなり，前記バイパス通路を流れる流量を少なくすると高くなるから，前記冷媒液戻り管路における冷媒液の温度，ひいては，前記放射パネルにおける冷媒液の温度を，前記バイパス管路における流量制御弁の温度制御によって，任意に設定することができ，且つ，この設定温度に維持することができるから，前記した効果を助長できるともに，前記除湿器による除湿及び前記放射パネルによる冷却を，これらにおける負荷の変動にかかわらず，安定して行なうことができる。
また，請求項２によると，前記冷媒液戻り管路における冷媒液を前記放射パネルに導く場合において，前記冷媒液戻り管路から前記放射パネルに向かう冷媒液の流量を，前記冷媒液戻り管路における冷媒液の全てを放射パネルを経て冷媒液源装置に戻す場合に比べて少なくできるから，この分だけ，前記放射パネルを小型にできるとともに，前記冷媒液戻り管路と前記放射パネルとの間における管路を小径にできる利点がある。
更に，請求項１によると，前記冷媒液戻り管路における冷媒液は，前記熱交換器において，放射パネルにおいて循環する冷媒液と間接的に熱交換する。
そして、前記熱交換器での間接的な熱交換に際しては，前記冷媒液戻り管路における冷媒液と，前記放射パネルにおいて循環する冷媒液との間には，前記した熱交換に必要な温度差（例えば，３〜４℃）が存在するから，前記放射パネルにおいて循環する冷媒液の温度は，前記冷媒液戻り管路における冷媒液の温度よりも，前記熱交換に必要な温度差（例えば，３〜５℃）の分だけ高い温度になる。
これにより，一台の冷媒液源装置から前記放射パネルに供給する冷媒液の温度を，更に高くでき，ひいては，当該放射パネルにおける過冷却を防止でき，結露の発生を抑制できる等のように，放射パネルにおいて好都合の好ましい温度にすることができる。
更に，請求項３によると，前記放射パネルにおける冷媒液の循環管路内の全体が，これに設けた真空タンクによって大気圧より低い負圧になるから，この循環管路における管継ぎ手等に冷媒液の漏れが発生することを防止できる。
参考例を示す配管図である。 放射パネルの斜視図である。 図２のII−II視断面図である。 本発明の実施の形態を示す配管図（回路図）である。
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図３は参考例を示し，図４は本発明における第２の実施の形態を示している。まず、参考例を説明する。
図１において，符号１は冷房を行なう空間領域を示し，事務室又は各種の作業室等がこれに該当する。
符号２は除湿器を示し，この除湿器２は，除湿用冷却コイル２ａ及び図示しない送風フアン等を内蔵し，大気中から外気ダクト３を介して取り入れた空気を，前記冷却コイル２ａの箇所を通過したのち，送風ダクト４を介して前記各空間領域１内における床等の適宜箇所に噴出するものであり，前記各空間領域１内における空気は，天井等における排気口５から大気中に排気される。
符号６は，水等の冷媒液を冷却する冷凍機等の冷媒液源装置を示し，この冷媒液源装置６において所定の低い温度（例えば，７℃）に冷却された冷媒液は，冷媒液供給管路７から送出され，この冷媒液供給管路７より分岐した供給枝管路２ａ′を介して前記除湿器２における除湿用冷却コイル２ａに供給される。
一方，前記除湿器２における除湿用冷却コイル２ａから排出枝管路２ａ″を介して排出される冷媒液は，前記冷媒液供給管路７に並べて設けた冷媒液戻り管路８を通って前記冷媒液源装置６に戻って冷却されることを繰り返すのであり，これにより，前記各空間領域１に取り入れる空気の除湿が行なわれる。
なお，本実施の形態の場合，前記除湿器２には，大気から外気ダクト３を介して取り入れた空気と，前記冷却コイル２ａにて間接的に冷却することで除湿したあとの空気との間で，間接的に熱交換する空気予冷器２ｂを設けている。
また，他の例として，前記除湿器２を，前記各空間領域１内に設置することによって，前記各空間領域１内における空気の間接的な冷却による除湿を行なうことができる。
前記各空間領域１における天井又は壁面等には，放射パネル９が配設されている。
この放射パネル９は，図２及び図３に示すように，アルミニウム等のように熱伝達性に優れた金属製の放射板９ａを備え，その表裏両面のうちいずれか一方又は両方に，冷却パイプ９ｂを配設して，この冷却バイプ９ｂに水等の冷媒液を流すことによって，前記放射板９ａの全体を冷却するという構成になっている。
また，前記放射板９ａのうち空間領域１内に面する表面には，放熱用フィン９ｃが設けられている。
前記冷媒液戻り管路８には，上流側管路１１及び下流側管路１２を接続している。
この場合，前記上流側管路１１と下流側管路１２との間を閉ループの管路に構成することに加えて，前記下流側管路１２が前記冷媒液戻り管路８に合流する部分１２ａを，前記上流側管路１１が前記冷媒液戻り管路８から分岐する部分１１ａよりも下流側に位置させことにより，前記冷媒液戻り管路８における冷媒液の一部を，前記上流側管路１１より取り出しのち，前記下流側管路１２を介して再び前記冷媒液戻り管路８に合流するように構成している。
そして，前記上流側管路１１と下流側管路１２とから成る閉ループ管路に，循環ポンプ１３を設けることに加えて，前記各空間領域１における放射パネル９のポンプ１７付き入口管路１６及び出口管路１８を並列に接続することにより，前記冷媒液戻り管路８における冷媒液が，上流側管路１１を経て各放射パネル９を流れたのち，前記下流側管路１２を経て前記冷媒液戻り管路８に戻るように構成している。
なお，ポンプ１７は出口管路１８に設けても良い。
この構成において，前記冷媒液源装置６で空気の除湿に必要な例えば約７℃程度に冷却された冷媒液は，前記冷媒液供給管路７から前記供給枝管路２ａ′を介して除湿器２における除湿用冷却コイル２ａに送られ，ここで，外気ダクト３から取り入れた空気を間接的な熱交換にて冷却して除湿（潜熱負荷の除去）を行ない，この除湿によって例えば約５℃程度だけ温度上昇する。
これにより，前記除湿器２から前記冷媒液戻り管路８を介して前記冷媒液源装置６に戻る冷媒液の温度は，前記冷媒液供給管路７における約７℃程度の温度よりも前記除湿にて上昇する約５℃程度だけ高い温度，例えば約１２℃程度になる。
そして，前記冷媒液戻り管路８における冷媒液は，上流側管路１１を介して各放射パネル９に供給される。
つまり，各放射パネル９には，除湿によって温度上昇した冷媒液が供給される。
これにより，前記除湿器２ａに供給する冷媒液を除湿に最適な低い温度（例えば，約７℃）にすることと，前記各放射パネル９における冷媒液を，前記除湿器２ａに供給する冷媒液より高い温度にすることとを，一台の冷媒液源装置６によって達成することができる。
また，前記冷媒液戻り管路８から前記各放射パネル９に，前記冷媒液戻り管路８における冷媒液の一部が，当該冷媒液戻り管路８から分岐する上流側管路１１を介して供給され，各放射パネル９から下流側管路１２を介して前記冷媒液戻り管路８に戻される。
この構成によると，前記冷媒液戻り管路８から前記各放射パネル９への流量を，前記冷媒液戻り管路８における冷媒液の全てを各放射パネル９を経て冷媒液源装置６に戻すように構成する場合に比べて少なくできる。
更に，前記した例においては，前記冷媒液供給管路７と前記冷媒液戻り管路８との間には，前記除湿器２ａに対する供給枝管路２ａ′及び排出枝管路２ａ″の接続箇所よりも上流側の部位に，前記冷媒液供給管路７における冷媒液の一部が前記除湿器２における除湿用冷却コイル２ａをバイパス（迂回）して前記冷媒液戻り管路８に導かれるバイパス管路２１を設けている。
この場合，前記冷媒液戻り管路８から冷媒液源装置６に戻る冷媒液の温度は，前記バイパス管路２１を流れる流量を多くすると低くなり，前記バイパス管路２１を流れる流量を少なくすると高くなる。
そこで，前記バイパス管路２１に流量制御弁２２を設け，この流量制御弁２２を前記冷媒液戻り管路８に設けた温度センサ２３によって開閉制御することにより，前記冷媒液戻り管路８における冷媒液の温度を任意に設定することができるとともに，その設定温度に維持することができる。
この場合，前記温度センサ２３は，図示したように，前記冷媒液戻り管路８のうち，前記バイパス管路２１よりも下流側で，且つ，前記下流側管路１２の合流部分１２ａと前記冷媒液源装置６との間の部位に設けることが好ましい。
また，別の例として，前記温度センサ２３を，前記冷媒液戻り管路８のうち，前記バイパス管路２１よりも下流側で，且つ，前記除湿器２ａからの排出枝管路２ａ″の接続部と前記上流側管路１１の分岐部分１１ａとの間の部位に設けることができる。これにより，前記各放射パネル９に対する冷媒液の温度を任意に設定することができるとともに，その設定温度に維持することができる。
次に，図４に示す本願発明の実施の形態を説明する。
本実施の形態は，前記冷媒液戻り管路８と前記各放射パネル９との間に，間接式の熱交換器１０を設けており，その他の構成は，参考例と同様である。
前記熱交換器１０は，前記冷媒液戻り管路８における冷媒液が流れる一次側１０ａと，前記放射パネル９における冷媒液が流れる二次側１０ｂとを備え，その間において熱交換するものである。
前記熱交換器１０の一次側１０ａには，その入口側に前記冷媒液戻り管路８から分岐する上流側管路１１が，その出口側に前記冷媒液戻り管路８に合流する下流側管路１２が各々接続されている。
更に，前記上流側管路１１及び下流側管路１２のうちいずれか一方又は両方に循環ポンプ１３を設けることにより，前記冷媒液戻り管路８における冷媒液の一部が、当該冷媒液戻り管路８から前記上流側管路１１を介して一旦取り出されて前記熱交換器１０の一次側１０ａに供給されたのち，前記下流側管路１２を介して前記上流側管路１１よりも下流側の部位において再び当該冷媒液戻り管路８に戻されるように構成している。
一方，前記熱交換器８の二次側８ｂにおける入口側と出口側との間を閉ループの循環管路１４に形成して，この閉ループの循環管路１４に，循環ポンプ１５を設けることに加えて，前記各空間領域１における放射パネル９のポンプ１７付き入口管路１６及び出口管路１８を並列に接続することにより，前記各放射パネル９における冷媒液が，前記各放射パネル９と前記熱交換器８の二次側８ｂとの間を循環するように構成している。
なお，ポンプ１７は，出口管路１８に設けても良い。
また，前記各放射パネル９における循環管路１４中には，内部を真空ポンプ１９にて大気圧より低い負圧にした真空タンク２０が設けられていて，この真空タンク２０によって，前記循環管路１４の全体における圧力を，大気圧より低い負圧にするように構成している。
本実施形態によると，前記冷媒液戻り管路８における冷媒液は，前記熱交換器１０において，各放射パネル９において循環する冷媒液と間接的に熱交換する。
前記熱交換器１０での間接的な熱交換に際しては，前記冷媒液戻り管路８における冷媒液と，前記各放射パネル９において循環する冷媒液との間には，前記した熱交換に必要な温度差（例えば，３〜４℃）が存在するから，前記各放射パネル９において循環する冷媒液の温度を，前記冷媒液戻り管路８における冷媒液の温度よりも，前記熱交換に必要な温度差（例えば，３〜５℃）の分だけ高い温度にすることができる。
また，前記冷媒液戻り管路８から前記熱交換器１０における一次側１０ａには，前記冷媒液戻り管路８における冷媒液の一部が，当該冷媒液戻り管路８から分岐する上流側管路１１を介して供給され，一次側１０ａから下流側管路１２を介して前記冷媒液戻り管路８に戻される。
この構成によると，前記冷媒液戻り管路８から前記熱交換器１０への流量を，前記冷媒液戻り管路８における冷媒液の全てを熱交換器１０に経て冷媒液源装置６に戻すように構成する場合に比べて少なくできる。
また，前記した実施の形態においては，前記冷媒液戻り管路８と前記熱交換器１０とを接続する上流側管路１１又は下流側管路１２に設けた循環ポンプ１３を，前記各放射パネル９に対する循環通路１４に設けた温度センサ２４にて，回転数等の運転を制御するように構成している。
これにより，前記各放射パネル９における冷媒液の温度を，任意に設定することができるとともに，その設定温度に維持することができる。
１ 冷房の空間領域
２ 除湿器
２ａ 除湿用冷却コイル
３ 外気ダクト
４ 送風ダクト
５ 排気口
６ 冷媒液源装置
７ 冷媒液供給管路
８ 冷媒液戻り管路
９ 放射パネル
９ａ 放射板
９ｂ 冷却パイプ
１０ 冷媒液の熱交換器
１０ａ 熱交換器の一次側
１０ｂ 熱交換器の二次側
１１ 上流側管路
１２ 下流側管路
１４ 放射パネルの循環管路
１５ 循環ポンプ
２０ 真空タンク
２１ バイパス管路
２２ 流量制御弁
２３ 温度センサ

Claims (3)

  1. 空間領域における空気の除湿を行なう間接熱交換式の除湿器と，前記空間領域に設置した放射パネルと，冷媒液の冷却を行なう冷媒液源装置とを備え，更に，前記冷媒液源装置から前記除湿器に至る冷媒液供給管路と，前記除湿器から前記冷媒液源装置に戻る冷媒液戻り管路とを備えており，
    前記放射パネルは前記冷媒液戻り管路の冷媒液で間接的に冷却される構成であって，
    前記冷媒液供給管路に，当該冷媒液供給管路における冷媒液の一部を，前記除湿器をバイパスして前記冷媒液戻り管路に導くようにしたバイパス管路を設け，このバイパス通路に，前記冷媒液戻り管路における冷媒液の温度に応じて開閉作動する流量制御弁を設けている一方，
    前記放射パネルには，当該放射パネルの冷媒液出口から出て当該放射パネルの冷媒液入口に戻る循環管路が接続されており，前記循環管路の冷媒液と前記冷媒液戻り管路の冷媒液とを間接的に熱交換させる熱交換器を備えている，
    冷房装置。
  2. 前記冷媒液戻り管路における冷媒液の一部が，当該冷媒液戻り管路から分岐した上流側管路にて取り出されて前記熱交換器に供給され，次いで，前記熱交換器からの触媒液が，前記前記上流側管路の分岐部分よりも下流側から分岐した下流側管路にて前記冷媒液戻り管路に戻される、
    請求項１に記載した冷房装置。
  3. 前記放射パネルにおける冷媒液の循環管路の途中に真空タンクを設けている，
    請求項１又は２に記載した冷房装置。
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