JP6836890B2 - 空調システム - Google Patents

Description

本発明は、空調対象域の空調を行う空調システムに関する。

この種の空調システムとして、特許文献１に示すように、供給される冷水と外気との熱交換により外気を冷却除湿して室内に供給する外調機（文献中の副空調機３）と、供給される冷水と室内空気との熱交換により室内空気を冷却する室内空調機（文献中の主空調機２）と、外調機及び室内空調機に対して冷熱源から冷水を並列に循環供給自在な冷水循環供給部とが備えられた空調システムが知られている（特許文献１の図１等参照）。
この空調システムは、外調機と室内空調機の各々に冷熱源からの設定温度の低温の冷水を供給するので、外調機による潜熱負荷の処理と、室内空調機での顕熱負荷の処理を十分に行うことができ、潜熱・顕熱分離空調を適切に実現することができる。

また、特許文献２に示すように、外調機（文献中の第１コイル３１を有する空調機部分）と、室内空調機（文献中の第２コイル３２を有する空調機部分）と、外調機及び室内空調機に対して冷熱源から冷水を直列に循環供給自在な冷水循環供給部とが備えられた空調システムも知られている（特許文献２の図２、図４、段落［０００９］、［００１５］等参照）。
この空調システムは、冷熱源から低温の冷水を外調機に供給し、外調機から排出される中温の冷水の全量を室内空調機に供給するので、外調機による潜熱負荷の処理を十分に行えながら、外調機から排出される中温の冷水を利用して室内空調機による顕熱負荷の処理を行うことができる。

更に、この特許文献２に記載の空調システムでは、外調機から排出されて室内空調機に供給される中温の冷水に対して、冷熱源からの低温の冷水を混合する配管及び弁（文献中の中間配管３１３及び第２二方弁６２）が設けられ、低温の冷水の混合により中温の冷水の温度を低下させる形態で室内空調機の負荷処理度合いを調整することができる。

特開２０１１−０５８６７６号公報 特開２０１５−０５９６９２号公報

ところで、外調機を大容量化し、潜熱負荷に加えて一部の顕熱負荷をも外調機にて処理することが検討されている。このようにすれば、室内空調機が処理すべき顕熱負荷が小さくなり、室内空調機に対する冷水量の低減や配管のサイズタウン等を図ることが可能となる。

この点、特許文献１記載の空調システムは、外調機と室内空調機の各々に冷熱源からの設定温度の低温の冷水を供給するので、上述のように、外調機を大容量化し、潜熱負荷に加えて一部の顕熱負荷をも外調機で処理する場合に、処理すべき顕熱負荷が低減された処理負荷の小さな室内空調機に対して供給する冷水の温度が無用に低過ぎることになり、室内空調機への冷水送水による熱損失が大きいという問題がある。

また、特許文献２記載の空調システムは、冷熱源から低温の冷水を外調機に供給し、外調機から排出される中温の冷水の室内空調機に供給するので、上述のように、外調機を大容量化し、潜熱負荷に加えて一部の顕熱負荷をも外調機で処理する場合に、外調機から排出される中温の冷水の温度がかなり高くなる。しかも、外調機と室内空調機とに冷水を直列に供給するが故に、外調機から排出される中温の冷水の全量を室内空調機に供給するので、高温化した多量の中温の冷水に対して低温の冷水を混合して低温化を図るにしても、低温化できる範囲に限度がある。よって、室内空調機に供給する中温の冷水を適温まで低温化できず、室内空調機による顕熱負荷の処理が適切に行えなくなる虞がある。

この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、外調機と室内空調機の各々に冷熱源から冷水を供給して、外調機による潜熱負荷の処理と室内空調機による顕熱負荷の処理の両方を適切に行うことができるとともに、室内空調機への冷水送水による熱損失を効率的に抑制することができる空調システムを提供する点にある。

本発明の第１特徴構成は、供給される冷水と外気との熱交換により外気を冷却除湿して室内に供給する外調機と、
供給される冷水と室内空気との熱交換により室内空気を冷却する室内空調機と、
前記外調機及び前記室内空調機に対して冷熱源から冷水を並列に循環供給自在な冷水循環供給部と、が備えられている空調システムであって、
前記冷水循環供給部には、前記冷熱源にて生成した往き冷水を前記外調機及び前記室内空調機に供給する往路と、前記外調機及び前記室内空調機からの還り冷水を前記冷熱源に還す還路と、が備えられ、
前記往路には、前記冷熱源に接続された主往路と、前記主往路の下流側から分岐して前記外調機に往き冷水を供給する外調機用往路と、前記主往路の下流側から分岐して前記室内空調機に往き冷水を供給する室内空調機用往路と、が備えられ、
前記還路には、前記外調機からの還り冷水が通流する外調機用還路と、前記室内空調機からの還り冷水が通流する室内空調機用還路と、前記外調機用還路と前記室内空調機用還路と前記冷熱源とに接続されて前記外調機用還路を通流する還り冷水と前記室内空調機用還路を通流する還り冷水とを合流させて前記冷熱源に還す主還路と、が備えられ、
前記冷水循環供給部は、前記冷熱源にて生成した冷水を前記主往路、前記外調機用往路、前記外調機用還路、前記主還路を通じて前記外調機に循環供給しながら、前記冷熱源にて生成した冷水を前記主往路、前記室内空調機用往路、前記室内空調機用還路、前記主還路を通じて前記室内空調機にも循環供給するように構成され、
前記冷熱源にて生成した冷水を前記冷水循環供給部にて前記外調機と前記室内空調機の両方に循環供給している状態で前記外調機用還路を通流する前記外調機からの還り冷水の一部を前記室内空調機用往路を通流する前記室内空調機への往き冷水に混合して当該往き冷水を昇温させる混合部と、前記混合部による冷水の混合割合を調整自在な混合割合調整部と、前記室内空調機への往き冷水の温度が設定温度範囲内になるように前記混合割合調整部を制御する制御部と、が備えられている点にある。

本構成によれば、外気を冷却除湿して室内に供給する外調機と、室内空気を冷却して室内に供給する室内空調機に対して冷熱源から冷水を並列に循環供給することにより、外調機による潜熱負荷の処理と室内空調機による顕熱負荷の処理の両方を適切に行うことができる。
更に、外調機にて潜熱負荷に加えて一部の顕熱負荷をも処理することが可能となり、その場合、室内空調機が処理すべき顕熱負荷が小さくなり、室内空調機に対する冷水量の低減や配管のサイズタウン等を図ることができる。
しかも、混合部での冷水の混合により外調機からの還り冷水を活用して室内空調機への往き冷水を昇温するので、上述のように外調機にて潜熱負荷に加えて一部の顕熱負荷をも処理する場合でも、処理負荷の小さな室内空調機への冷水送水による熱損失を効率的に抑制することができる。
これらのことから、システム全体としての省エネルギ化を効果的に実現することができる。
しかも、本構成によれば、混合割合調整部により混合部での冷水の混合割合を調整することにより、室内空調機への往き冷水の温度を調整することができる。そして、制御部により混合割合調整部を制御することにより、室内空調機への往き冷水の温度を設定温度範囲内に維持することができる。
よって、混合部での冷水の混合による室内空調機への往き冷水の昇温により、室内空調機への冷水送水による熱損失を抑制しながら、室内空調機への往き冷水の温度のバラツキによって室内空調機の空調温度が不安定になるのを回避することができる。

本発明の第２特徴構成は、前記室内空調機が複数備えられ、
前記冷水循環供給部が、複数の前記室内空調機に対して冷熱源から冷水を並列に循環供給自在に構成され、
前記混合部が、複数の前記室内空調機への往き冷水に対して、前記外調機からの還り冷水の一部を混合するように構成されている点にある。

本構成によれば、複数の室内空調機により室内の顕熱負荷を適切に処理することができる。そして、複数の室内空調機への往き冷水に対して外調機からの還り冷水の一部を混合するので、外調機からの還り冷水を更に活用して複数の室内空調機への往き冷水を昇温することができる。
よって、外調機にて潜熱負荷に加えて顕熱負荷の一部も処理する場合に、複数の室内空調機への冷水送水による熱損失を効率的に抑制することができ、更なる省エネルギ化を実現することができる。

本発明の第３特徴構成は、前記混合部が、複数の前記室内空調機よりも前記外調機に近い部位に配置されている点にある。

冷水循環供給部において、外調機側の配管は複数の室内空調機側の配管よりも配管サイズが大きくなる傾向にある。本構成によれば、外調機に近い部位にて冷水の混合処理を行うので、配管サイズの大きい外調機側の配管径路を短く構成し易くなり、冷水循環供給部を効率的に構成することが可能となる。

空調システムの概念図

本発明に係る空調システムの実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係る空調システムの構成を概念的に示したものである。同図１に示すように、この空調システムには、外気を冷却除湿して室内に供給する外調機１と、室内空気を冷却する複数の室内空調機２と、これらの冷熱源としての冷凍機（熱源機）３と、外調機１及び室内空調機２に対して冷凍機３から冷水Ｒを並列に循環供給自在な冷水循環供給部４と、空調システムを制御する制御装置１０（制御部の一例）とが備えられている。当該空調システムは、外調機１にて潜熱負荷と一部の顕熱負荷の処理とを行い、複数の室内空調機２にて残りの顕熱負荷の処理を行うように構成されている。

前記外調機１は、例えば、熱交換器や送風機やエアフィルター等を備えたエアハンドリングユニット等から構成され、冷水循環供給部４により供給される冷水Ｒと外気とを熱交換させることで、外気を露点温度以下に冷却して所望の湿度に除湿し、低温の除湿外気を室内に供給する。外調機１は、このように低温の除湿外気を室内に供給することで、潜熱負荷の処理と一部の顕熱負荷の処理とを行う。

前記室内空調機２は、例えば、熱交換器や送風機等を備えたファンコイルユニット等から構成され、冷水循環供給部４により供給される冷水Ｒと室内空気とを熱交換させることで、室内空気を所望の温度まで冷却し、その冷却空気を室内に供給する。室内空調機２は、このように室内空気を冷却して室内に供給することで、残りの顕熱負荷の処理を行う。

前記冷凍機３は、例えば、インバータ制御等により能力調整が可能なターボ冷凍機や吸収冷凍機等から構成され、差圧制御等により還り冷水Ｒを設定温度に冷却し、設定温度の往き冷水Ｒを生成する。また、制御装置１０は、例えば、通信部や演算部を備えたコンピュータ等から構成され、空調システムの各部との通信により空調システムの作動状態を制御する。

前記冷水循環供給部４は、冷凍機３にて生成した往き冷水Ｒを外調機１及び複数の室内空調機２に供給する往路５と、外調機１及び複数の室内空調機２からの還り冷水Ｒを冷凍機３に還す還路６と、ポンプＰとが備えられ、ポンプＰの吐出圧により、外調機１と室内空調機２に対して冷凍機３から冷水Ｒを並列に循環供給するとともに、複数の室内空調機２の各々に対しても冷凍機３から冷水Ｒを並列に循環供給するように構成されている。

冷水循環供給部４の往路５には、例えば、冷凍機３に接続された主往路５Ａと、主往路５Ａの下流側から分岐して外調機１に接続された外調機用往路５Ｂと、主往路５Ａの下流側から分岐して室内空調機２側に向かう室内空調機用往路５Ｃと、室内空調機用往路５Ｃの下流側から分岐して複数の室内空調機２の各々に接続された複数の室内空調機用個別往路５Ｄとが備えられている。

冷水循環供給部４の還路６には、例えば、外調機１に接続された外調機用還路６Ａと、複数の室内空調機２の各々に接続された複数の室内空調機用個別還路６Ｂと、複数の室内空調機用個別還路６Ｂが合流した室内空調機用還路６Ｃと、外調機用還路６Ａと室内空調機用還路６Ｃとが合流した主還路６Ｄとが備えられており、主還路６Ｄが冷凍機３に接続されている。

冷水循環供給部４は、冷凍機３、主往路５Ａ、外調機用往路５Ｂ、外調機１、外調機用還路６Ａ、主還路６Ｄの順に冷水Ｒを通流させることで、外調機１に対して冷凍機３から冷水Ｒを循環供給する。
また、冷水循環供給部４は、冷凍機３、主往路５Ａ、室内空調機用往路５Ｃ、各々の室内空調機用個別往路５Ｄ、各々の室内空調機２、各々の室内空調機用個別還路６Ｂ、室内空調機用還路６Ｃ、主還路６Ｄの順に冷水Ｒを通流させることで、冷凍機３から冷水Ｒを複数の室内空調機２に循環供給する。
このようにして、冷水循環供給部４は、外調機１と室内空調機２に対して冷凍機３から冷水Ｒを並列に循環供給するとともに、複数の室内空調機２の各々に対して冷凍機３から冷水Ｒを並列に循環供給する。

なお、冷水循環供給部４の外調機用還路６Ａには、外調機１の処理負荷に応じて外調機１に通流させる冷水Ｒの流量を制御する流量制御弁Ｖ１が介装されている。また、冷水循環供給部４の室内空調機用個別還路６Ｂの各々にも、当該還路６Ｂに設けられた室内空調機２の処理負荷に応じて室内空調機２に通流させる冷水Ｒの流量を制御する流量制御弁Ｖ２が介装されている。

そして、この空調システムには、外調機１からの還り冷水Ｒの一部を複数の室内空調機２への往き冷水Ｒに混合して当該往き冷水Ｒを昇温させる混合部７が備えられている。
本実施形態では、冷水循環供給部４に、外調機１からの還り冷水Ｒが通流する外調機用往路５Ｂと、複数の室内空調機２への往き冷水Ｒが通流する室内空調機用往路５Ｃとを接続する混合路８が備えられており、この混合路８と室内空調機用往路５Ｃとの接続部位にて混合部７が構成されている。

例えば、冷凍機３にて５℃の冷水Ｒを生成する場合、外調機１に対する循環経路での冷水Ｒの温度変化（以下、括弧内に温度を示す。）は、主往路５Ａ（５℃）→外調機用往路５Ｂ（５℃）→外調機１→外調機用還路６Ａ（１５℃）→主還路６Ｄ（１７℃）となる。
これに対して、複数の室内空調機２に対する循環経路での冷水Ｒの温度変化は、混合部７による冷水Ｒの混合により複数の室内空調機２への往き冷水Ｒが昇温することで、主往路５Ａ（５℃）→室内空調機用往路５Ｃにおける混合部７の上流側（５℃）→室内空調機用往路５Ｃにおける混合部７の下流側（１０℃）→室内空調機用個別往路５Ｄ（１０℃）→複数の室内空調機２→室内空調機用個別還路６Ｂ（２０℃）→室内空調機用還路６Ｃ（２０℃）→主還路６Ｄ（１７℃）となる。
つまり、複数の室内空調機２への往き冷水Ｒ、換言すれば、室内空調機用往路５Ｃにおける混合部７の下流側、及び、室内空調機用個別往路５Ｄを通流する冷水Ｒは、冷凍機３で生成されて主往路５Ａを通流する冷水Ｒの温度（５℃）よりも高い温度（１０℃）となる。なお、勿論、冷水Ｒの具体的な温度は適宜に変更可能である。

このように、外調機１からの還り冷水Ｒを活用して複数の室内空調機２への往き冷水Ｒを昇温することで、処理負荷の小さな室内空調機２への冷水送水による熱損失を効率的に抑制することができる。

混合部７は、複数の室内空調機２よりも外調機１に近い部位に配置されている。このようにすることで、配管サイズが大きくなる傾向にある外調機１に近い部位にて冷水Ｒの混合処理を行うことができる。よって、配管サイズの大きい外調機１側の配管径路を短く構成し易くなり、冷水循環供給部４を効率的に構成することが可能となる。

図示は省略するが、例えば、混合路８と、混合路８と室内空調機用往路５Ｃとの接続部位である混合部７と、混合路８と外調機用還路６Ａとの接続部位とを、外調機１の隣接部位に集合配置することにより、複数の室内空調機２よりも外調機１に近い部位の一例として、外調機１の隣接部位に混合部７を配置することができる。

また、この空調システムには、混合部７による冷水Ｒの混合割合を調整自在な混合割合調整部９が備えられている。この混合割合調整部９により混合部７での冷水Ｒの混合割合を調整することにより、複数の室内空調機２への往き冷水Ｒの温度を調整することができる。

この混合割合調整部９は、外調機用還路６Ａから混合路８に流入させる冷水Ｒの流量を調整することで、混合部７による冷水Ｒの混合割合を調整するように構成されている。混合割合調整部９は、例えば、外調機用還路６Ａと混合路８との接続部位に三方弁９ａを介装して構成することができる。この場合、三方弁９ａにて、混合路８に流入させる冷水Ｒと外調機用還路６Ａの下流側に流入させる冷水Ｒとに分流する割合を調整することで、外調機用往路５Ｂから混合路８に流入させる冷水Ｒの流量を調整し、混合部７による冷水Ｒの混合割合を調整することができる。
この他、混合割合調整部９は、混合路８、及び、外調機用還路６Ａにおける混合路８との接続部位よりも下流側の部位の各々に流量制御弁を介装して構成することもできる。

制御装置１０は、複数の室内空調機２への往き冷水Ｒの温度が設定温度範囲内になるように混合割合調整部９を制御するように構成されている。例えば、制御装置１０は、室内空調機用往路５Ｃの上流側を通流する冷水Ｒの温度が５℃、外調機１での熱交換で昇温した外調機１からの還り冷水Ｒの温度が１５℃であるとき、室内空調機用往路５Ｃの下流側を通流する複数の室内空調機２への往き冷水Ｒの温度が１０℃以内になるように混合割合調整部９を制御する。

この制御装置１０は、室内空調機用往路５Ｃの混合部７よりも下流側に備えられた温度センサ１１による検出温度が設定温度範囲内になるように混合割合調整部９を制御することで、複数の室内空調機２への往き冷水Ｒの温度を設定温度範囲内に調整する。具体的には、制御装置１０は、温度センサ１１の検出温度を取得し、取得した検出冷水温度と設定温度範囲とに基づいて冷水Ｒの混合割合を演算する。そして、制御装置１０は、その演算した混合割合となるように混合割合調整部９を制御する制御信号を混合割合調整部９に出力し、混合割合調整部９を制御する。

このように、制御装置１０により混合割合調整部９を制御することにより、複数の室内空調機２への往き冷水Ｒの温度を設定温度範囲内に維持することができる。よって、混合部７での冷水Ｒの混合による複数の室内空調機２への往き冷水Ｒの昇温により、複数の室内空調機２への冷水送水による熱損失を抑制しながら、複数の室内空調機２への往き冷水Ｒの温度のバラツキによって複数の室内空調機２の空調温度が不安定になるのを回避することができる。

〔別実施形態〕
（１）前述の実施形態では、外調機１が１つである場合を例に示したが、複数備えられていてもよい。その場合、冷水循環供給部４が、複数の外調機１に対して冷熱源から冷水Ｒを並列に循環供給自在に構成されていてもよい。なお、室内空調機２も、複数に限らず１つであってもよい。

（２）前述の実施形態では、混合部７が、複数の室内空調機２への往き冷水Ｒに対して、外調機１からの還り冷水Ｒの一部を混合するように構成されている場合を例に示したが、例えば、複数の室内空調機２のうちの一部の室内空調機２への往き冷水Ｒに対して、外調機１からの還り冷水Ｒの一部を混合するように構成されていてもよい。

（３）前述の実施形態では、制御装置１０にて室内空調機２への往き冷水Ｒの温度が設定温度範囲内になるように混合割合調整部９を制御する場合を例に示したが、このような制御を省き、外調機１からの還り冷水Ｒの一定量を室内空調機２への往き冷水Ｒに混合するように構成されていてもよい。

１ 外調機
２ 室内空調機
３ 冷凍機（冷熱源）
４ 冷水循環供給部
７ 混合部
９ 混合割合調整部
１０ 制御装置（制御部）
Ｒ 冷水

Claims (3)

1. 供給される冷水と外気との熱交換により外気を冷却除湿して室内に供給する外調機と、
   供給される冷水と室内空気との熱交換により室内空気を冷却する室内空調機と、
   前記外調機及び前記室内空調機に対して冷熱源から冷水を並列に循環供給自在な冷水循環供給部と、が備えられている空調システムであって、
   前記冷水循環供給部には、前記冷熱源にて生成した往き冷水を前記外調機及び前記室内空調機に供給する往路と、前記外調機及び前記室内空調機からの還り冷水を前記冷熱源に還す還路と、が備えられ、
   前記往路には、前記冷熱源に接続された主往路と、前記主往路の下流側から分岐して前記外調機に往き冷水を供給する外調機用往路と、前記主往路の下流側から分岐して前記室内空調機に往き冷水を供給する室内空調機用往路と、が備えられ、
   前記還路には、前記外調機からの還り冷水が通流する外調機用還路と、前記室内空調機からの還り冷水が通流する室内空調機用還路と、前記外調機用還路と前記室内空調機用還路と前記冷熱源とに接続されて前記外調機用還路を通流する還り冷水と前記室内空調機用還路を通流する還り冷水とを合流させて前記冷熱源に還す主還路と、が備えられ、
   前記冷水循環供給部は、前記冷熱源にて生成した冷水を前記主往路、前記外調機用往路、前記外調機用還路、前記主還路を通じて前記外調機に循環供給しながら、前記冷熱源にて生成した冷水を前記主往路、前記室内空調機用往路、前記室内空調機用還路、前記主還路を通じて前記室内空調機にも循環供給するように構成され、
   前記冷熱源にて生成した冷水を前記冷水循環供給部にて前記外調機と前記室内空調機の両方に循環供給している状態で前記外調機用還路を通流する前記外調機からの還り冷水の一部を前記室内空調機用往路を通流する前記室内空調機への往き冷水に混合して当該往き冷水を昇温させる混合部と、前記混合部による冷水の混合割合を調整自在な混合割合調整部と、前記室内空調機への往き冷水の温度が設定温度範囲内になるように前記混合割合調整部を制御する制御部と、が備えられている空調システム。
2. 前記室内空調機が複数備えられ、
   前記冷水循環供給部が、複数の前記室内空調機に対して冷熱源から冷水を並列に循環供給自在に構成され、
   前記混合部が、複数の前記室内空調機への往き冷水に対して、前記外調機からの還り冷水の一部を混合するように構成されている請求項１記載の空調システム。
3. 前記混合部が、複数の前記室内空調機よりも前記外調機に近い部位に配置されている請求項２記載の空調システム。

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