JP6432641B1 - 雪氷利用空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】間接外気冷房機の効果を維持しつつ省エネ効果が高い雪氷利用空調システム等を提供する。【解決手段】間接外気冷房機では、ブラインがブライン配管１６を介して内気熱交換器１１と外気熱交換器１３とを循環している。内気熱交換器１１ではブラインと還気（ＲＡ）との熱交換、外気熱交換器１３ではブラインと外気との熱交換が行われる。雪氷冷水冷房機では、冷水管２４内に、雪氷（雪山）２１の冷熱で冷却された冷水が流れている。そして、液−液熱交換器３１で、ブラインが冷水によって冷却される。【選択図】図１

Description

本発明は、雪氷を利用する空調システムに関する。

近年、降雪地域等において冬季における降雪から雪山を作成しておき、冬季以外にこの雪山の冷熱を利用する空調システムが、考えられている。

例えば、特許文献１に記載の従来技術は、室外に、雪を堆積した雪貯蔵部を備えている。そして、外気通路に外気ＯＡと雪冷外気ＳＯＡと切り換えて導き、冷却コイルに雪冷水の冷熱を導くようにしている。

特開２０１２−１４５２８９号公報

ここで、空調の対象となる空調対象室内には、室内に大量の熱を発生するサーバなどの機器があるので、室内の温度と湿度との許容範囲が狭く、温度と湿度との管理は難しい。しかしながら、上記特許文献１の空調システムは、空調対象室内に、外気を直接導入する外気冷房を行っている。従って空調対象室内に導入される外気が過度に乾燥している場合には、加湿手段を設けて加湿したり、外気に埃が多い場合には、防塵手段を設けたりする必要がある。

また、上記特許文献１の空調システムは、外気を直接、空調対象室内に導入するので、外気温に応じて、外気を用いて直接冷却するか、雪氷を利用した冷却をするかを判定して切替える必要もある。

本発明の課題は、雪氷冷水冷房機と間接外気冷房機とを併用して、エネルギー効率よく、空調対象空間を冷房可能とすることである。

本発明の雪氷利用空調システムは、
外気を取り込むファンと、該ファンによって取り込まれた外気と冷媒との熱交換を行う第１熱交換器と、空調対象空間からのリターン空気である還気と前記冷媒との熱交換を行う第２熱交換器と、冷媒ポンプとを有し、稼動中の該冷媒ポンプによって第１配管を介して前記第１熱交換器と前記第２熱交換器に前記冷媒を循環させる間接外気冷房機と、
雪氷ポンプを有し、稼動中の該雪氷ポンプによって冷水を第２配管内に循環させて雪山の冷熱により冷却させる雪氷冷水冷房機と、
前記第１熱交換器で前記熱交換が行われた後の前記冷媒と前記冷水との熱交換を行わせるための第３熱交換器と、
少なくとも、前記間接外気冷房機を単独で運転する第１モードと、前記間接外気冷房機と前記雪氷冷水冷房機を併用運転する第２モードの各モードを用いて、前記間接外気冷房機と前記雪氷冷水冷房機を制御する制御装置と、を有し、
前記制御装置は、前記第２モードで運転中、前記雪氷冷水冷房機の前記第２配管内を循環する前記冷水の流量と、前記間接外気冷房機の前記ファンの回転数とを、互いに対応付けて制御することを特徴とする。

本発明によれば、雪氷冷水冷房機と間接外気冷房機とを併用して、効率的に空調対象空間を冷房可能とすることができる。

本例の雪氷利用空調システムの構成図である。 図１に示す構成における制御装置の処理フローチャート図である。 図１に示す各構成の制御動作例である。 他の構成例における制御装置の処理フローチャート図である。 他の構成例における各構成の制御動作例である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

［実施の形態１］
図１は、本例の雪氷利用空調システムの構成図である。

図示の例の雪氷利用空調システムは、間接外気冷房機１０と雪氷冷水冷房機２０を併用する空調機である。間接外気冷房機１０自体は既存の構成であってもよい。同様に、雪氷冷水冷房機２０自体も既存の構成であってもよい。

図示の例の雪氷利用空調システムは、蒸気圧縮冷凍サイクルによる冷房機（圧縮機、蒸発器等より構成される冷房機；一般冷凍機と記すものとする）は、備えていないが、備えていても良い。つまり、本例の雪氷利用空調システムは、図示の「間接外気冷房機１０＋雪氷冷水冷房機２０」の形態であってもよいし、不図示の「間接外気冷房機１０＋雪氷冷水冷房機２０＋一般冷凍機」の形態であってもよい。

ここでは、図に示す「間接外気冷房機１０＋雪氷冷水冷房機２０」の形態を［実施の形態１］とし、不図示の「間接外気冷房機１０＋雪氷冷水冷房機２０＋一般冷凍機」の形態を[実施の形態２]として説明する。まず、［実施の形態１］について説明する。

図１に示す例のような「間接外気冷房機１０＋雪氷冷水冷房機２０」の構成の場合には、間接外気冷房機１０だけでデータセンター等の冷房対象空間の冷房に必要な冷房能力を保てる場合には（例えば後述する給気ＳＡを設定温度に維持できる場合など）、雪氷冷水冷房機２０を運転しない。そして、間接外気冷房機１０だけでは冷房対象空間の冷房に必要な冷房能力を保てなくなったら、不足した冷房能力の分だけ雪氷冷水冷房機２０を運転するように制御する。このような制御は、例えば後述する液−液熱交換器３１に流れる冷水の流量を調整制御することで実現できる。この様な制御を適切に実行できれば、雪氷の持つ冷熱エネルギーを有効に利用できる、省エネ効果が高い空調システムを提供することができる。この効果は不図示の「間接外気冷房機１０＋雪氷冷水冷房機２０＋一般冷凍機」の構成の場合でも同様である。

「間接外気冷房機１０＋雪氷冷水冷房機２０」の構成によれば、一般冷凍機を使わないので省エネ効果が高いと共に、雪氷の冷熱を利用することで、外気温が高くなって間接外気冷房機１０だけでは有効に機能しない状態となっても、全体として有効に機能するようにできる。尚、“有効に機能する”とは、ここでは、例えば冷房対象空間の冷房に必要な冷房能力を保てることであり、一例としては給気温度を設定温度に維持することを意味する。

また、「間接外気冷房機１０＋雪氷冷水冷房機２０＋一般冷凍機」の構成の場合でも、雪氷の冷熱を利用することで外気温がある程度以上高くなるまでは一般冷凍機を稼動しなくて済むので、高い省エネ効果が得られる。

また、上記の各効果を、間接外気冷房機による効果を維持したまま実現できる。間接外気冷房機の効果は、上記のように、直接外気冷房と比べて、加湿手段や外気中の埃などへの防塵対策が、必要ない点などである。

図１において、間接外気冷房機１０に係わる構成は、内気熱交換器１１、内気ファン１２、外気熱交換器１３、外気ファン１４、ブラインポンプ１５、ブライン配管１６である。建物内に設けられた室内機１内に、内気熱交換器１１と内気ファン１２が設けられている。建物外に設けられた室外機２内に、外気熱交換器１３と外気ファン１４が設けられている。

また、雪氷冷水冷房機２０に係わる構成は、雪氷（雪山）２１、融水槽２２、雪氷ポンプ２３、冷水管２４である。

そして、間接外気冷房機１０と雪氷冷水冷房機２０との間で熱交換を行う為の構成として、図示の液−液熱交換器３１が設けられている。液−液熱交換器３１では、冷媒同士（ここではブラインと冷水）の熱交換が行われ、空気との熱交換は行われないので、小型化が図れる。

間接外気冷房機１０においては、ブラインポンプ１５の稼動中には、ブライン（冷媒）がブライン配管１６を介して内気熱交換器１１と外気熱交換器１３とを循環している。そして、内気ファン１２によって、還気（ＲＡ）を室内機１内に取り込んで内気熱交換器１１を通過させてブラインと熱交換させる。これによって、基本的には、還気（ＲＡ）を冷却して冷気にして給気（ＳＡ）として冷却対象空間に供給する。但し、当然、ブラインの温度が還気（ＲＡ）の温度より高いと、還気（ＲＡ）を冷却できないことになる。

尚、冷却対象空間は例えばサーバルーム等であり、給気（ＳＡ）はサーバ装置等を冷却することで温度上昇して上記、還気（ＲＡ）となる。また、ブラインは上記内気熱交換器１１における還気（ＲＡ）との熱交換により温度上昇して、外気熱交換器１３に戻され、外気熱交換器１３において外気（ＯＡ）との熱交換が行われる。

外気ファン１４は、稼動中には、外気（ＯＡ）を室外機２内に取り込んで外気熱交換器１３を通過させてブラインと熱交換させた後、排気（ＥＡ）として室外機２の外へ排出する。

間接外気冷房機１０は、ブラインを介して間接的に、還気（ＲＡ）と外気（ＯＡ）との熱交換を行う構成である。よって、外気（ＯＡ）は冷却対象空間内には流入しないので、埃などが冷却対象空間内に流入する心配はなく、また加湿手段などを設ける必要もない。

雪氷冷水冷房機２０においては、雪氷ポンプ２３が稼動中には、冷水管２４内を冷水が循環している。冷水管２４は、融水槽２２内を通過する形で設けられている。融水槽２２には雪氷（雪山）２１から融けだした水（雪解け水）が通過／貯留する。これより、冷水管２４内を循環する冷水は、融水槽２２内において、雪解け水との熱交換によって冷却されるようになっている。これは、つまり、雪氷（雪山）２１の冷熱によって冷水を冷却することになる。尚、この例に限らず、例えば雪解け水そのものが上記冷水として冷水管２４内を流れるようにしてもよい。

ここで、間接外気冷房機１０は、上記一般冷凍機とは異なり、圧縮機などが無いので、一般冷凍機に比べて省エネ運転出来るが、外気（ＯＡ）の温度がブラインの温度より高い場合には実質的に機能しなくなる。また、外気（ＯＡ）の温度がブラインの温度より低い場合でも、外気（ＯＡ）がある程度高くなると、ブラインを十分に冷却することができず、以って冷房対象空間の冷房に必要な冷房能力を維持できなくなる。この様な場合、液−液熱交換器３１において、雪氷冷水冷房機２０の冷熱によってブラインを更に冷却することで、冷房対象空間の冷房に必要な冷房能力を維持する。尚、本説明における外気温度は、基本的に、外気（ＯＡ）の温度を意味する。

液−液熱交換器３１には、図示のように、上記冷水管２４とブライン配管１６が通っており、ブラインポンプ１５と雪氷ポンプ２３を稼動中には、液−液熱交換器３１において上記ブラインと冷水との熱交換が行われるように構成されている。基本的には、冷水によってブラインが冷却されることになる。

本例の雪氷利用空調システムには、更に、当該雪氷利用空調システム全体を制御する制御装置４０が、設けられている。また、給気（ＳＡ）の温度を計測する為の温度センサ３が、設けられている。

制御装置４０は、不図示の通信線を介して、温度センサ３、内気ファン１２、外気ファン１４、ブラインポンプ１５、雪氷ポンプ２３等と接続している。そして、この通信線を介して、これら各構成を制御している。つまり、制御装置４０は、例えば、内気ファン１２、外気ファン１４の起動／停止や、ファン回転数の制御を、不図示の通信線を介して実行する。あるいは、制御装置４０は、例えば、ブラインポンプ１５、雪氷ポンプ２３の起動／停止や、ポンプ回転数の制御を、不図示の通信線を介して実行する。

制御装置４０は、その内蔵メモリに給気（ＳＡ）に対する設定温度を記憶している。制御装置４０は、温度センサ３による給気（ＳＡ）の温度の計測値を、随時、不図示の通信線を介して取得して、この計測値や上記設定温度等に基づいて、上記各種構成（１２，１４，１５，２３）の制御を行う。これは、基本的には、給気（ＳＡ）の温度を設定温度に維持するように制御する。

尚、制御装置４０は、例えば不図示のＣＰＵやメモリ等の記憶装置や通信インタフェース等を備えており、記憶装置には予め所定のアプリケーションプログラムが記憶されている。ＣＰＵが、このアプリケーションプログラムを実行することで、上記様々な制御を行って、あるいは後述する図２や図４の処理を行って、給気（ＳＡ）の温度を温度設定値に維持する。

以下、図２、図３を参照して、図１に示す構成例の雪氷利用空調システムの動作例について説明する。尚、以下の説明では逐一述べないが、図２の各処理は制御装置４０により実行され、この処理により図３に示す各構成要素の動作が実現される。また、図３には、各構成要素の動作例を示す。この動作は、上記制御装置４０が図２の処理に伴って各構成要素を制御することで実現される。

図２は、制御装置４０の処理動作の一例を表わす図である。但し、図２は、外気温度が非常に低い状態から上昇していく場合を想定して示している。

また、図３は、横軸を、例えば還気（ＲＡ）の温度を一定とした場合の外気温であるものとする。図示の左端が外気温が非常に低く、右にいくほど外気温が高くなっていく。

そして、図３に示すように、外気温が低いときには間接外気冷房機１０のみで対応できるが、外気温が高くなると「間接外気冷房機１０＋雪氷冷水冷房機２０」で運転する必要がある。また、後述する図５の場合には外気温が更に高くなると、更に一般冷凍機も運転することになる。

そして、制御装置４０は、図示の各種モードで雪氷利用空調システムを制御するものであり、給気（ＳＡ）の温度等に基づいて制御するが、これは結果的に現在の外気温に応じたモードで運転制御することになる。各種モードは、図３に示す例では、外気温が低いものから順に、モード“A0-1”、モード“A0-2”、モードＡ１、モードＡ２、モードＢ１があるものとする。つまり、外気温に応じたモードで運転することになり、例えば外気温が非常に低いときには、モード“A0-1”で運転することになる。

但し、実際には、外気温だけでなく還気（ＲＡ）の温度（負荷に相当する）の影響も受けるので、外気温と還気（ＲＡ）の温度に応じたモードで運転することになるが、ここでは、上記の通り、還気（ＲＡ）の温度は一定と見做すことで、外気温に応じたモード制御が行われるものとして説明する。

図２において、まず、ステップＳ１１〜Ｓ１４は、図３におけるモード“A0-1”における制御装置４０の処理動作を示している。図３に示すように、上記モード“A0-1”では、外気ファン１４は停止状態であり、ブラインポンプ１５を間欠運転している（ＯＮ／ＯＦＦを繰り返して運転している）。尚、この間欠運転における運転時には、ブラインポンプ１５の回転数は最低にしている。この様な動作は、制御装置４０によるステップＳ１１〜Ｓ１４の制御処理により実現している。尚、図２において、初期状態では、外気ファン１４、ブラインポンプ１５、雪氷ポンプ２３は、全て停止状態となっている。内気ファン１２の制御は、別途行われており、ここでは特に説明しないものとする。

ステップＳ１１〜Ｓ１４の処理では、ステップＳ１１，Ｓ１３，Ｓ１４によってブラインポンプ１５を間欠運転すると共に、随時、ステップＳ１２によって、ブラインポンプ１５を間欠運転では冷房不足になっていないか否かをチェックする。給気（ＳＡ）の温度を設定温度に維持できない場合に、冷房不足と判定する。つまり、ステップＳ１２では、例えば、「給気（ＳＡ）の測定温度＞ＳＡ設定温度」であるか否かを判定して、判定がＹＥＳである場合には、ステップＳ１５に移行する。これは、図３におけるモード“A0-2”に移行することを意味する。

尚、ステップＳ１１〜Ｓ１４の処理は、ブラインポンプ１５を起動して回転数を最低にして運転し（ステップＳ１１）、所定時間（例えば１分）経過したら上記ステップＳ１２の判定を行い、「給気（ＳＡ）の測定温度≦ＳＡ設定温度」である場合には（ステップＳ１２，ＮＯ）、ブラインポンプ１５を停止する（ステップＳ１３）。そして、タイマーをセット・起動してタイマアップしたら（例えば１分経過したら）（ステップＳ１４）、再びブラインポンプ１５を起動して回転数を最低にして運転する（ステップＳ１１）。

そして、「給気（ＳＡ）の測定温度＞ＳＡ設定温度」である場合には（ステップＳ１２，ＹＥＳ）、ステップＳ１５〜Ｓ１８の処理を行うモードへ移行する。これは、図３におけるモード“A0-2”における制御装置４０の処理動作を示している。図３に示すように、上記モード“A0-2”では、ブラインポンプ１５は上記ステップＳ１１のまま最低回転数で運転しており、外気ファン１４を間欠運転している。尚、この間欠運転における運転時には、外気ファン１４の回転数は最低にしている。

ステップＳ１５〜Ｓ１８の処理は、外気ファン１４を起動して回転数を最低にして運転し（ステップＳ１５）、所定時間（例えば１分）経過したらステップＳ１６の判定を行う。尚、ステップＳ１６の判定自体は上記ステップＳ１２と同じであり、「給気（ＳＡ）の測定温度≦ＳＡ設定温度」であるか否か（冷房不足か否か）を判定する。違いは、ステップＳ１２が「ブラインポンプ１５の間欠運転」の状態で冷房不足か否かを判定しているのに対して、ステップＳ１６では「外気ファン１４の間欠運転＋ブラインポンプ１５の回転数最低運転」の状態で冷房不足か否かを判定している点である。

「給気（ＳＡ）の測定温度≦ＳＡ設定温度」である場合には（ステップＳ１６，ＮＯ）、外気ファン１４を停止する（ステップＳ１７）。そして、タイマーをセット・起動してタイマアップしたら（例えば１分経過したら）（ステップＳ１８）、再び外気ファン１４を起動して最低回転数で運転する（ステップＳ１５）。

尚、モード“A0-2”とモード“A0-1”とを比較した場合、モード“A0-2”の方が、消費電力が大きく、且つ、冷房能力が高い。

上記ステップＳ１６がＹＥＳの場合、すなわち「外気ファン１４の間欠運転＋ブラインポンプ１５の回転数最低運転」では冷房不足と判定された場合には、ステップＳ１９へ移行する。これは、図３におけるモードＡ１に遷移することを意味する。

図３に示すように、モードＡ１では、外気ファン１４を最低回転数一定で運転すると共に、ブラインポンプ１５をＰＩＤ制御する（ステップＳ１９）。このＰＩＤ制御（Proportional-Integral-Differential Controller）は、一般的な制御であり、給気ＳＡの温度（給気温度）が、設定温度となるように制御する。例えば、「給気（ＳＡ）の測定温度＞ＳＡ設定温度」であればブラインポンプ１５の回転数を一定数上げるが、「給気（ＳＡ）の測定温度＜ＳＡ設定温度」であればブラインポンプ１５の回転数を一定数下げ、「給気（ＳＡ）の測定温度＝ＳＡ設定温度」であればブラインポンプ１５の回転数を現状維持とする。

そして、ブラインポンプ１５の回転数を最大（１００％）にしても「給気（ＳＡ）の測定温度＞ＳＡ設定温度」であれば（ステップＳ２０，ＹＥＳ）、ステップＳ２１へ移行する。これは、図３においては、モードＡ２へと遷移することになる。

図３に示すように、モードＡ２では、ブラインポンプ１５を最大回転数一定で運転すると共に、外気ファン１４をＰＩＤ制御する（ステップＳ２１）。この場合もステップＳ１９と同様に、給気温度が設定温度となるようにＰＩＤ制御する。例えば、「給気（ＳＡ）の測定温度＞ＳＡ設定温度」であれば外気ファン１４の回転数を一定数上げるが、「給気（ＳＡ）の測定温度＜ＳＡ設定温度」であれば外気ファン１４の回転数を一定数下げ、「給気（ＳＡ）の測定温度＝ＳＡ設定温度」であれば外気ファン１４の回転数を現状維持とする。

そして、外気ファン１４の回転数を最大（１００％）にしても「給気（ＳＡ）の測定温度＞ＳＡ設定温度」であれば（ステップＳ２２，ＹＥＳ）、ステップＳ２３へ移行する。これは、図３においては、モードＢ１へと遷移することになる。

図３に示すように、モードＢ１では、雪氷ポンプ２３を稼動するものであり、以って雪氷冷水冷房機２０を運転状態にする。上記モード“A0-1”、モード“A0-2”、モードＡ１、モードＡ２は、何れも、雪氷冷水冷房機２０は停止状態であり、間接外気冷房機１０を単独運転する状態であった。

これに対して、モードＢ１では、間接外気冷房機１０と雪氷冷水冷房機２０とを併用運転する。

これより、上記ステップＳ２２がＹＥＳの場合、まず、雪氷ポンプ２３を起動する（ステップＳ２３）。そして、雪氷ポンプ２３をＰＩＤ制御する（ステップＳ２４）。この場合もステップＳ１９と同様に、給気温度が設定温度となるようにＰＩＤ制御する。

但し、図３の例では、雪氷ポンプ２３のＰＩＤ制御と連動させて、外気ファン１４の回転数を制御する。これは、例えば、予め、雪氷ポンプ２３の回転数と外気ファン１４の回転数とを対応付けた対応付けテーブル（不図示）をユーザが任意に作成して上記メモリ等に記憶しておく。これより、雪氷ポンプ２３のＰＩＤ制御によって雪氷ポンプ２３の回転数を新たに決定する毎に、この回転数に対応する外気ファン１４の回転数を上記対応付けテーブルから求める。

上記対応付けテーブルは、例えば、雪氷ポンプ２３の回転数が２０％に対しては、外気ファン１４の回転数は８０％、雪氷ポンプ２３の回転数が７０％に対しては、外気ファン１４の回転数は３０％のように、雪氷ポンプ２３の回転数が大きくなるほど外気ファン１４の回転数は小さくなるように設定されているが、この例に限らない。尚、例えば２０％は最大回転数の２０％に相当する回転数を意味する。

尚、図示の例では、ステップＳ２４の処理を実行しつつステップＳ２５の「雪氷ポンプ２３を最大で（１００％で）運転か？」の判定を行い、判定がＮＯであればステップＳ２４に戻るループ処理となるが、判定がＹＥＳであってもＮＯの場合と同様にステップＳ２４に戻るループ処理となる。ステップＳ２５の判定がＹＥＳの場合、単に確認的な意味で、例えば空調出力最大の状態で運転中であることを表示／通知等するだけである。

上記のように雪氷ポンプ２３のＰＩＤ制御に連動して、雪氷ポンプ２３の回転数が大きくなるほど外気ファン１４の回転数は小さくなるようにする理由は、間接外気冷房機１０の単独運転では対応出来ないほどに外気温度が上昇している状況では、外気によるブラインの冷却効果が小さくなっており、更に場合によっては逆効果になる可能性があるからである。逆効果とは、例えば、外気ＯＡとの熱交換でブラインが温度上昇するケースであるが、このケースに限らない。

尚、図３に示すように、モードＢ１における制御は、本質的には、液−液熱交換器３１を流れる冷水の量を制御するものであり、その為の一例として上記のように雪氷ポンプ２３の回転数を制御するが、この例に限らない。例えば、不図示の三方弁とバイパス管を更に設けて、雪氷ポンプ２３から供給される冷水の一部は液−液熱交換器３１をバイパスするように三方弁の弁開度を制御することで、液−液熱交換器３１を流れる冷水の量を調整制御するようにしてもよい。

また、モードＢ１においては、外気温度上昇により最終的には図示のように外気ファン１４が停止状態（回転数が‘０’）となるが、この状態は“実質的に間接外気冷房機１０は機能していない”と見做し、以って雪氷冷水冷房機２０の単独運転状態と略同等の状態と見做して構わない。つまり、この状態ではブラインポンプ１５が運転しているのでブラインは循環しているが、外気ファン１４が停止していることで外気（ＯＡ）との熱交換は殆ど無く、液−液熱交換器３１による冷水との熱交換のみが行われると見做してよい。つまり、雪氷冷水冷房機２０単独で、ブラインを介して間接的に、冷水の冷熱によって還気（ＲＡ）を冷却する状態であると見做せる。

また、上記のように、図２は、低温状態から温度上昇し続ける状況を前提にして示しており、温度下降の場合は示していないので、以下、説明する。

まず、上記モードＢ１で運転中には、外気温度が下降すると、これに応じて雪氷ポンプ２３の回転数を減少させる制御が行われることになる。そして、外気温度が下降し続けると何れは雪氷ポンプ２３を停止状態（回転数＝０）とすることになるので、そのときはモードＡ２に移行する。モードＢ１では、図２は示していないが、ステップＳ２４の雪氷ポンプ２３のＰＩＤ制御を実行しつつ、随時、ステップＳ２５だけでなく例えば「雪氷ポンプ２３が停止状態（回転数＝０）であるか否か」を判定する処理（不図示）も行う。そして、雪氷ポンプ２３が停止状態であればステップＳ２１に移行し、以ってモードＡ２へ移行する。

モードＡ２で運転中には、外気温度が下降すると、これに応じて外気ファン１４の回転数を減少させる制御が行われることになる。そして、外気温度が下降し続けると何れは外気ファン１４を最低回転数で運転する状態になるので、そのときはモードＡ１に移行する。モードＡ２では、図２は示していないが、ステップＳ２１の外気ファン１４のＰＩＤ制御を実行しつつ、随時、ステップＳ２２だけでなく例えば「外気ファン１４が最低回転数であるか否か」を判定する処理（不図示）も行う。そして、外気ファン１４が最低回転数で運転の状態であればステップＳ１９に移行し、以ってモードＡ１へ移行する。

モードＡ１で運転中には、外気温度が下降すると、これに応じてブラインポンプ１５の回転数を減少させる制御が行われることになる。そして、外気温度が下降し続けると何れはブラインポンプ１５を最低回転数で運転する状態になるので、そのときはモード“A0-2”に移行する。モードＡ１では、図２は示していないが、ステップＳ１９のブラインポンプ１５のＰＩＤ制御を実行しつつ、随時、ステップＳ２０だけでなく例えば「ブラインポンプ１５が最低回転数か否か」を判定する処理（不図示）も行う。そして、ブラインポンプ１５が最低回転数で運転の状態であればステップＳ１５に移行し、以ってモード“A0-2”へ移行する。

モード“A0-2”で運転中には、外気温度に応じた制御ではなく、既に説明したようにブラインポンプ１５は最低回転数で運転し、外気ファン１４は間欠運転している。そして、モード“A0-2”では随時上記ステップＳ１６の判定（冷房不足か否かの判定）を行うが、これに加えて不図示の“冷房過剰か否かの判定”も行うようにしてもよい。そして、冷房過剰と判定した場合には、モード“A0-1”へ移行する。

尚、冷房過剰か否かの判定方法は、例えば、給気（ＳＡ）の測定温度が、ＳＡ設定温度よりもある程度以上低い場合に、冷房過剰と判定する。つまり、「給気（ＳＡ）の測定温度＋α≦ＳＡ設定温度」（α；予め任意に設定される正の値）であるか否かを判定し、判定ＹＥＳである場合には冷房過剰と判定する。

また、特に図示しないが、上述したように、本例の雪氷利用空調システムの構成は、図１の構成に限らず、上記「間接外気冷房機１０＋雪氷冷水冷房機２０＋一般冷凍機」の構成であっても構わない。

一般冷房機は、特に図示しないが一般的な構成であってよく、すなわち例えば、蒸発器、圧縮機、凝縮器、膨張弁を有し、これらの構成に冷媒を循環させる為の配管を有している。冷媒は、蒸発器→圧縮機→凝縮器→膨張弁→蒸発器の順に循環する。

蒸発器は、例えば、室内機１内に設置され且つ内気熱交換器１１の下流側に設置される。尚、下流／上流とは、空気の流れを基準とする。従って、この構成の場合、還気（ＲＡ）はまず内気熱交換器１１を通過し、その後、蒸発器を通過することになる。基本的には、還気（ＲＡ）は、まず内気熱交換器１１を通過する際に上記ブラインとの熱交換で温度低下し、続いて、蒸発器を通過する際に上記冷媒との熱交換で更に温度低下することになる。

また、凝縮器は、例えば室外機２内に設置され且つ外気熱交換器１３の下流側に設けられる。これより、外気（ＯＡ）は、まず外気熱交換器１３を通過し、その後、凝縮器を通過することになる。外気（ＯＡ）は、まず外気熱交換器１３を通過する際に上記ブラインと熱交換し、続いて、凝縮器において、圧縮機で圧縮されて高温・高圧状態となった冷媒と熱交換することになる。尚、この構成は、外気ファン１４を、間接外気冷房機１０と一般冷凍機とに共通の構成としたものと言える。

但し、この例に限らない。例えば、凝縮器は外気熱交換器１３や外気ファン１４とは別に設けると共に、凝縮器用のファンを更に設けて、凝縮器用のファンによって外気（ＯＡ）が凝縮器を通過するように構成してもよい。この構成の場合、例えば外気ファン１４を停止することで実質的に間接外気冷房機１０を運転停止状態にするが、凝縮器用のファンを稼動することで一般冷凍機は機能させることができる（勿論、圧縮機を稼動させることは前提となる）。

尚、本発明に係る間接外気冷房機は、例えば、外気と冷媒（ブライン）との熱交換を行う第１熱交換器と、空調対象空間からのリターン空気である還気と冷媒との熱交換を行う第２熱交換器と、冷媒ポンプとを有し、稼動中の該冷媒ポンプによって第１配管を介して第１熱交換器と第２熱交換器に冷媒を循環させる構成と言うこともできる。例えば上記外気熱交換器１３が第１熱交換器の一例であり、上記内気熱交換器１１が第２熱交換器の一例であり、上記ブラインポンプ１５が冷媒ポンプの一例であり、上記ブライン配管１６が第１配管の一例であると見做してもよい。

また、本発明に係る雪氷冷水冷房機は、雪氷ポンプ（一例が上記雪氷ポンプ２３）を有し、稼動中の該雪氷ポンプによって冷水を第２配管内に循環させて雪山（一例が雪氷（雪山）２１）の冷熱により冷却させる構成ということもできる。尚、上記冷水管２４が第２配管の一例である。

そして、本発明に係る雪氷利用空調システムは、例えば、上記間接外気冷房機と上記雪氷冷水冷房機と、記第１熱交換器で熱交換が行われた後の冷媒と冷水との熱交換を行わせるための第３熱交換器（一例が液−液熱交換器３１）を有するものと見做すこともできる。

また、本発明に係る雪氷利用空調システムは、例えば更に制御装置（一例が上記制御装置４０）を有し、該制御装置は、例えば、雪氷ポンプを停止状態で間接外気冷房機を運転中に、所定の条件を満たせなくなったら、雪氷ポンプを稼動させることで、第３熱交換器によって冷媒を冷水によって冷却させる。

また、本発明に係る雪氷利用空調システムは、例えば、第２熱交換器による冷媒との熱交換後の還気を給気（冷気）として空調対象空間へ供給する構成であり、この給気の温度を計測する温度計測手段（一例が温度センサ３）を更に有するものであってもよい。そして、この場合において、上記所定の条件を満たせない場合とは、例えば、（制御装置の制御により）間接外気冷房機を最大冷房能力で運転させても、給気の温度の計測値が設定温度を維持できない場合である。

上記制御装置は、例えば、間接外気冷房機を単独で運転する第１モード、間接外気冷房機と雪氷冷水冷房機を併用運転する第２モードの各モードを用いて、前記間接外気冷房機と前記雪氷冷水冷房機を制御する。第１モードには、例えば、上記モード“A0-1”、モード“A0-2”、モードＡ１、モードＡ２の各モードが含まれる。但し、この例に限らない。例えば第１モードには、モードＡ１、モードＡ２だけが含まれるようにしてもよい（つまり、この例では、モードＡ１で運転中に外気温が低下しても、モード“A0-1”やモード“A0-2”に移行することはなく、モードＡ１で運転続行する）。

また、上記制御装置は、例えば、第１モードで運転中に間接外気冷房機を最大冷房能力で運転しても給気温度を設定温度に維持できない場合には、第２モードに切り換える制御を行う。

また、本発明に係る雪氷利用空調システムは、後述する[実施の形態２]のように、圧縮機を有する冷凍冷房機である一般冷房機を更に有する構成であってもよい。この場合、制御装置は、例えば、上記第２モードで運転中に上記雪氷冷水冷房機を最大冷房能力で運転しても給気温度を設定値に維持できない場合には、上記一般冷房機も運転させるモードである第３モードに切り換える制御を行う。この第３モードは、一例としては例えば、後述するモードＣ１であるが、この例に限らない。

［実施の形態２］
以下、図４、図５を参照して、上記不図示の「間接外気冷房機１０＋雪氷冷水冷房機２０＋一般冷凍機」の構成例の雪氷利用空調システムの動作例について説明する。

「間接外気冷房機１０＋雪氷冷水冷房機２０＋一般冷凍機」の雪氷利用空調システムには、不図示の制御装置が備えられている。

この不図示の制御装置も、上記制御装置４０と同様、ＣＰＵやメモリ等を有しており、メモリに予め記憶されるアプリケーションプログラムを、ＣＰＵが実行することで、図４や図５に示す処理動作が実現される。

図４は、上記不図示の制御装置の処理動作を例示するフローチャート図である。但し、図４は、図２と同様、外気温度が非常に低い状態から上昇していく場合を想定して示している。

また、図４において、図２と同一の処理には同一符号を付してあり、その説明は省略または簡略化する。また、図５についても、図示のモード“A0-1”、モード“A0-2”、モードＡ１、モードＡ２、モードＢ１の動作は、図３と同じであり、その説明は省略する。

以下、図４、図５を参照して、上記「間接外気冷房機１０＋雪氷冷水冷房機２０＋一般冷凍機」の雪氷利用空調システムの動作例について説明する。尚、以下の説明では逐一述べないが、図４の各処理は上記不図示の制御装置により実行され、この処理により図５に示す各構成要素の動作が実現される。また、図５には、各構成要素の動作例を示す。この動作は、上記不図示の制御装置が図４の処理に伴って各構成要素を制御することで実現される。

なお、上述したことから、以下、図４、図５について、モードＢ１の動作状態から説明を開始する。

図２、図３で説明したように、モードＢ１においては、雪氷ポンプ２３を起動して（ステップＳ２３）ＰＩＤ制御を行うことで（ステップＳ２４）、液−液熱交換器３１に流れる冷水の流量を調整制御し、以って給気（ＳＡ）の温度を設定温度に維持するように制御する。また、上記のように、雪氷ポンプ２３の出力制御と連動する形で外気ファン１４の出力制御も行う。これは、上述したように、雪氷ポンプ２３の回転数を増加させると外気ファン１４の回転数は減少させるように制御する。

そして、雪氷ポンプ２３の出力（液−液熱交換器３１に流れる冷水の流量）が最大になったら（最大にしても、給気（ＳＡ）の温度を設定温度に維持出来なくなったら）（ステップＳ２５，ＹＥＳ）、ステップＳ２６へ移行する。これは、図５においては、モードＣ１へと遷移することになり、つまり一般冷凍機も運転するモードへと移行することになる。

モードＣ１では、雪氷ポンプ２３は引き続き稼動状態とすると共に、ブラインポンプ１５も引き続き稼動状態とする。図１の構成では、雪氷ポンプ２３を稼動していても、ブラインポンプ１５が停止していると、雪氷の冷熱でブラインを冷却することができず、実質的に雪氷冷水冷房機２０は機能しない状態となる。モードＣ１は「雪氷冷水冷房機２０＋一般冷房機」で運転するモードであり、雪氷冷水冷房機２０も機能させるので、上記の通り、雪氷ポンプ２３とブラインポンプ１５を稼動状態とする。そして、図示の例では雪氷ポンプ２３とブラインポンプ１５の両方を最大能力で運転する。

尚、モードＣ１では、上記のように雪氷冷水冷房機２０を機能させる為にブラインポンプ１５を停止できず、また一般冷凍機（その凝縮器）の為に外気ファン１４を運転する必要があるので、間接外気冷房機１０は実質的に運転している状態と言える。但し、制御の意図としてはモードＣ１では間接外気冷房機１０は運転停止させたいので、ここではモードＣ１は「雪氷冷水冷房機２０＋一般冷房機」で運転させるモードであるものとして扱うものとする。

また、モードＣ１では、外気ファン１４による風量が「圧縮機運転に最低限必要な風量」となるように外気ファン１４の回転数を制御する。「圧縮機運転に最低限必要な外気ファン１４の風量」は、凝縮器からの冷媒の出口温度を、ある温度以上に上げない風量である。この様にする理由は、外気温がある程度高い状態では間接外気冷房機１０を運転すると却って悪影響が出る為、この様な悪影響を抑止する為である。この様な外気ファン１４による風量を「圧縮機運転に最低限必要な風量」とする制御方法は、既存の制御方法であり、ここでは特に説明しない。また、ここでは、給気ＳＡの温度は、圧縮機の回転数を制御することで設定値に維持させる。

但し、この例に限らず、例えば上述した凝縮器用のファンを別途設ける構成であれば、モードＣ１では外気ファン１４を停止状態とすると共に凝縮器用のファンを起動・運転するようにしてもよい。この様にすることでも上記悪影響を抑止することができる。尚、この場合には、モードＣ２においても、外気ファン１４は停止状態のままで凝縮器用のファンを引き続き運転することになる。

図４のステップＳ２６では、一般冷凍機の構成である圧縮機を起動して、当該圧縮機をＰＩＤ制御する。これは、上記のように、給気ＳＡの温度を設定温度に維持するように、圧縮機の回転数を制御するものである。また、上記のように外気ファン１４の回転数を制御する。そして、例えば随時、外気（ＯＡ）の温度の計測値と、還気（ＲＡ）の温度の計測値を取得して、「外気温度＜還気温度」であるか否かをチェックする（ステップＳ２７）。尚、図１には示していないが、本例の場合には、外気（ＯＡ）の温度を計測する温度センサと、還気（ＲＡ）の温度を計測する温度センサが、設けられている。

そして、「外気温度≧還気温度」である場合には（ステップＳ２７，ＮＯ）、ブラインポンプ１５と雪氷ポンプ２３を停止して（ステップＳ２８）、ステップＳ２６に戻る。つまり、雪氷冷水冷房機２０は停止状態とし、一般冷凍機の単独運転状態とする。これは、図５に示すモードＣ２に遷移することに相当する。

図５に示す例では、モードＣ２では、圧縮機は引き続きＰＩＤ制御すると共に、外気ファン１４は最大出力で運転する。モードＣ２では実質的に間接外気冷房機１０も停止状態となるので、上記悪影響を考慮する必要は無く、外気ファン１４は最大出力で運転できる。

また、図では一般冷凍機（圧縮機）を最大能力で運転する状態になったら（ステップＳ２９，ＹＥＳ）、ループを抜けて「空調出力最大」とするが、これは例えば単に「空調出力最大」で運転中であることを表示等するだけであり、また、ループを抜けることなくステップＳ２６に戻ってよい。

また、図示していないが、モードＣ２で運転中には不図示の“「外気温度＜還気温度」であるか否かを判定する処理”を行い、判定ＹＥＳの場合（つまり、「外気温度＜還気温度」となったら）モードＣ１に遷移するようにしてもよい。この場合、ブラインポンプ１５と雪氷ポンプ２３を起動して常に最大回転数で運転することになる。そして、モードＣ１で運転中には、不図示の「圧縮機が最低出力で運転状態であるか否か」を判定する処理を行い、判定ＹＥＳの場合には圧縮機を停止すると共にステップＳ２４へ移行することで、モードＢ１に遷移するようにしてもよい。

以上説明したように、本例の雪氷利用空調システム等によれば、雪氷を利用する空調システムであって、間接外気冷房機の効果を維持しつつ高い省エネ効果が得られる。

本例の雪氷利用空調システム等によれば、雪氷を利用する空調システムであって、間接外気冷房機と雪氷冷水冷房機とを効率的に運用することで、間接外気冷房機の効果を維持しつつ、より高い省エネ効果が得られる。

また、特許文献１の構成は、外気を直接、空調対象室内に導入するシステムであり、外気温に応じて、外気を用いて直接冷却するか、雪氷を利用するかを判定して切替える必要がある。これに対して、本例の雪氷利用空調システムによれば、外気を空調対象室内に導入しないので、外気の湿度や埃などの影響を受けることなく、また基本的には外気温に応じた切替制御は必要ない。本例の雪氷利用空調システムでは、給気（ＳＡ）の温度を測定することで、間接外気冷房機単独運転とするか雪氷冷水冷房機も利用するかを判定できる。

１ 室内機
２ 室外機
３ 温度センサ
１０ 間接外気冷房機
１１ 内気熱交換器
１２ 内気ファン
１３ 外気熱交換器
１４ 外気ファン
１５ ブラインポンプ
１６ ブライン配管
２０ 雪氷冷水冷房機
２１ 雪氷（雪山）
２２ 融水槽
２３ 雪氷ポンプ
２４ 冷水管
３１ 液−液熱交換器
４０ 制御装置

Claims (6)

1. 外気を取り込むファンと、該ファンによって取り込まれた外気と冷媒との熱交換を行う第１熱交換器と、空調対象空間からのリターン空気である還気と前記冷媒との熱交換を行う第２熱交換器と、冷媒ポンプとを有し、稼動中の該冷媒ポンプによって第１配管を介して前記第１熱交換器と前記第２熱交換器に前記冷媒を循環させる間接外気冷房機と、
   雪氷ポンプを有し、稼動中の該雪氷ポンプによって冷水を第２配管内に循環させて雪山の冷熱により冷却させる雪氷冷水冷房機と、
   前記第１熱交換器で前記熱交換が行われた後の前記冷媒と前記冷水との熱交換を行わせるための第３熱交換器と、
   少なくとも、前記間接外気冷房機を単独で運転する第１モードと、前記間接外気冷房機と前記雪氷冷水冷房機を併用運転する第２モードの各モードを用いて、前記間接外気冷房機と前記雪氷冷水冷房機を制御する制御装置と、
   を有し、
   前記制御装置は、前記第２モードで運転中、前記雪氷冷水冷房機の前記第２配管内を循環する前記冷水の流量と、前記間接外気冷房機の前記ファンの回転数とを、互いに対応付けて制御することを特徴とする雪氷利用空調システム。
2. 前記制御装置は、前記第１モードでは、前記雪氷ポンプを停止状態で前記間接外気冷房機を単独で運転し、該第１モードでの運転中に、所定の条件を満たせなくなったら前記第２モードへ移行し、該第２モードでは、前記雪氷ポンプを稼動させることで、前記第３熱交換器によって前記冷媒を前記冷水によって冷却させることを特徴とする請求項１記載の雪氷利用空調システム。
3. 前記第２熱交換器による前記冷媒との熱交換後の前記還気を給気として前記空調対象空間へ供給し、
   前記給気の温度を計測する温度計測手段を更に有し、
   前記所定の条件を満たせない場合とは、該間接外気冷房機を最大冷房能力で運転させても該給気の温度の計測値が設定温度を維持できない場合であることを特徴とする請求項２記載の雪氷利用空調システム。
4. 外気を取り込むファンと、該ファンによって取り込まれた外気と冷媒との熱交換を行う第１熱交換器と、空調対象空間からのリターン空気である還気と前記冷媒との熱交換を行う第２熱交換器と、冷媒ポンプとを有し、稼動中の該冷媒ポンプによって第１配管を介して前記第１熱交換器と前記第２熱交換器に前記冷媒を循環させる間接外気冷房機と、
   雪氷ポンプを有し、稼動中の該雪氷ポンプによって冷水を第２配管内に循環させて雪山の冷熱により冷却させる雪氷冷水冷房機と、
   前記第１熱交換器で前記熱交換が行われた後の前記冷媒と前記冷水との熱交換を行わせるための第３熱交換器と、
   少なくとも、前記間接外気冷房機を単独で運転する第１モードと、前記間接外気冷房機と前記雪氷冷水冷房機を併用運転する第２モードの各モードを用いて、前記間接外気冷房機と前記雪氷冷水冷房機を制御する制御装置と、
   を有し、
   前記制御装置は、前記第２モードで運転中、前記雪氷冷水冷房機の前記冷水の流量が大きくなるほど、前記間接外気冷房機の前記ファンの回転数が小さくなるように制御することを特徴とする雪氷利用空調システム。
5. 前記雪氷冷水冷房機の前記冷水の流量と、前記間接外気冷房機の前記ファンの回転数とを対応付けた対応付けテーブルを更に有し、
   前記制御装置は、前記第２モードで運転中に、前記対応付けテーブルを用いて、前記冷水の流量と前記ファンの回転数とを対応付けることを特徴とする請求項４記載の雪氷利用空調システム。
6. 圧縮機を有する冷凍冷房機である一般冷房機を更に有し、
   前記制御装置は、前記第２モードで運転中に前記雪氷冷水冷房機を最大冷房能力で運転しても前記給気の温度を設定値に維持できない場合には、前記一般冷房機も運転させるモードである第３モードに切り換える制御を行うことを特徴とする請求項３記載の雪氷利用空調システム。