JPH02259367A - 空気冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は主にコンピユータ室や無塵室などの空気を調和
するための空気冷却装置に関し、特に消費電力量を少な
くした空気冷却装置に関する。

［従来の技術］ コンピユータ室や無塵室、無菌室などでは、四季を問わ
ずに、例えば２８℃程度に上昇した空気を１８℃程度に
冷却する必要がある。そのような室内の空気を調和する
ための空気冷却装置としては、従来例えば第６図に示す
ものがあり、これは室内６の空気を送風機４によって蒸
発器１４を通過させて冷却して室内６に戻し、圧縮機１
１、水冷式凝縮器１２、膨張弁１３及び前記蒸発器１４
の順に冷媒を循環させて蒸発器１４において空気と熱交
換をさせ、密閉式冷却塔２０と前記水冷式凝縮器１２と
の間に冷却水を循環させて水冷式凝縮器１２において冷
媒と熱交換をさせ、冷却塔２０より放熱をさせた冷却装
置である。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来の空気冷却装置では、冷却塔２０として例えば
空冷式冷却塔を使用する場合には、夏期には外気温が高
いため空冷式冷却塔による冷却水の冷却は３０℃程度ま
でが限度であり、この冷却水温度を条件として冷却装置
としての各仕様が決定される。しかるに冬期外気温度が
下がったときには、冷媒循環量の過度の低下を防ぐため
に、冷却塔２０出口の冷却水の温度を２０°Ｃ程度以上
に保つ必要があり、そのために例えば冷却塔２０を迂回
する室外機バイパス弁４４などを使用し、冷却塔２０出
口の冷却水配管４１に取付けたサーモスタット４３と組
合わせて冷却塔２０の出口水温を所定の温度にコントロ
ールする等の方法が取られていた。

したがって圧縮機１１は年歯を通して作動することにな
り、その動力費は美大なものとなってしまうという欠点
があり、冷却塔２０を密閉蒸発式冷却塔としても事情は
同じである。

また上記と同様に室内に圧縮式冷凍機を、室外に冷却塔
を設置し、圧縮式冷凍機の圧縮機の起動停止による室温
の急変を回避するために圧縮機を常時稼働させ、電熱な
どによって空気を再熱して室温の調整を行うものや、室
外の冷凍機によって得た冷水を室内に送り、室内側で該
冷水の通過量を制御することによって室温の調整を行う
ものなどもあるが、これらも年間を通じて圧縮機を運転
しているために、消費動力が大きくなるという欠点があ
った。

本発明は、上記欠点に鑑み、てなされたもので、消費電
力量を低減した空気冷却装置を提供することを目的とす
るものである。

［課題を解決するための手段］ 通常の空気調和設備では除湿を必要とするために、快適
室内空気条件、例えば温度２５℃相対湿度５５％程度に
するには、装置露点温度を１５℃以下とする必要があり
、このためには空気を冷却するための冷熱源温度として
１０℃程度が要求される。

これに対してコンピユータ室の空気調和設備では、コン
ピュータ本体や周込機器の動力消費量に比べて在室者数
が少なく外気取入量もわずかなため、除湿負荷がきわめ
て低い、また無塵室や無菌室などでは、清浄度を保つ上
から大風量が必要となり、その結果冷却して下げるべき
空気温度の幅は小さい。したがって両者とも装置露点温
度は１７℃以上で十分であり、このためには空気を冷却
するための冷熱源温度は１５℃以上で済むこととなる。

しかして１０℃の冷水を得るには冷凍機によるしかない
が、１５℃程度の冷水で済むとなれば５少なくとも冬期
には冷却塔で十分に該冷水を得ることができる。

本発明はこのことに着目ｉ−でなされたものであり、す
なわち冷却すべき空気を空気冷却器及び蒸発器の順に通
過させ、圧縮機　水冷式凝縮器、膨張弁及び前記蒸発器
の順に冷媒を循環させ（以降においてこの系統を中間サ
イクルと称する。）、密閉式冷却塔、圧縮式チラー、前
記空気冷却器及び前記水冷式凝縮器の順に冷却水を循環
させた空気冷却装置である。密閉式冷却塔としては、密
閉空冷式冷却塔であると密閉蒸発式冷却塔であるとを問
わない。

ここで水冷式凝縮器の出口もしくは入口の冷却水配管に
直列に、又は水冷式凝縮器の冷却水配管と並列に空気再
熱器を配置し、冷却すべき空気を前記蒸発器の後、更に
この空気再熱器に通過させることができる。

以上において中間サイクルの圧縮機と水冷式凝縮器との
少なくともいずれか一方を、空気冷却器及び蒸発器、並
びに空気再熱器を配置したときはその空気再熱器と離隔
して配置することができ、また中間サイクルの圧縮機、
水冷式凝縮器及び圧縮式チラーを密閉式冷却塔の内部に
組み込むことも、空気冷却器及び中間サイクルの蒸発器
を複数台配置することもできる。

［作用］ 冬期に外気温度が低いときは、必要装置露点温度まで空
気を冷却することができる冷却水の温度、すなわち概ね
１５℃以下に該冷却水を冷却するには、冷却塔のみの運
転で十分である。したがって圧縮式チラーと中間サイク
ルの圧縮機との運転は停止し、冷却塔のみを運転して冷
却水を空気冷却器に送ると、空気の熱は空気冷却器にお
いて冷却水に伝達され、冷却水の熱は冷却塔において外
気に放熱され、こうして空気を所定の温度まで冷却する
ことができる。

春秋間に外気の温度が上昇して、冷却塔のみの運転では
前記概ね１５℃の冷却水が得られなくなったときは、圧
縮式チラーの運転は停止したまま、冷却塔の他果に中間
サイクルの圧縮機を運転すると、空気の熱は空気冷却器
において冷却水に伝達され更に中間サイクルの蒸発器に
おいて冷媒に伝達され、冷媒の熱は中間サイクルの水冷
式凝縮器において冷却水に伝達され、冷却水の熱は冷却
塔において外気に放熱され、こうして空気を所定の温度
まで冷却することができる。

なお春秋間において中間サイクルの圧縮機の運転は停止
し、冷却塔と圧縮式チラーを運転することにより、空気
の熱を空気冷却器において冷却水に伝達し、冷却水の熱
を冷却塔と圧縮代チラーにおいて外気に放熱することも
できる。

夏期に至り冷却塔と申開サイクルの圧縮機との運転、又
は冷却塔と圧縮式チラーとの運転によっては空気を十分
に冷却できないときは、冷却塔と圧縮式チラーと中間サ
イクルとのすべてを運転すると、空気の熱は空気冷却器
において冷却水に伝達され更に中間サイクルの蒸発器に
おいて冷媒に伝達され、冷媒の熱は中間サイクルの水冷
式凝縮器において冷却水に伝達され、冷却水の熱は冷却
塔と圧縮式チラーとにおいて外気に放熱され、こうして
空気を所定の温度まで冷却することができる。

［実施例］ 以下本発明の実施例を図面に基づき説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示す空気冷却装置の系統
図であり、室内機１内には、空気濾過器２、空気冷却器
３、送風機４が設けられており、更に中間サイクル１０
の圧縮機１１、水冷式凝縮器１２、膨張弁１３及び蒸発
器１４か設けられており、室内６の空気は空気濾過器２
．空気冷却器３、中間サイクルの蒸発器１４を通過して
送風機４によってダクト５を経由して室内６に戻るよう
に構成されている。

中間サイクル１０の圧縮機１１、水冷式凝縮器１２、膨
張弁１３及び蒸発器１４にはその順に冷媒が循環するよ
うに構成されており、冷媒は膨張弁１３を介して蒸発器
１４内で蒸発して吸熱し、圧縮機１１において圧縮され
て高温となり、水冷式凝縮器１２において液化して放熱
するサイクルを繰り返す。

２０は密閉式冷却塔であり、本実施例では該冷却塔２０
は密閉蒸発式冷却塔によって構成されており、ファン２
２によって空気吸入口より外気を吸入して蒸発式冷却コ
イル２１に送風し、且つ散水ポンプ２４によって散水槽
２３内の水を散水ヘッダー２５から冷却コイル２１に散
布して、冷却コイル２１内の冷却水を冷却している。

３０は圧縮式チラーであり、該圧縮式チラー３０は圧縮
機３１、凝縮器３２、膨張弁３３及び蒸発器３４とこれ
らを循環する冷媒とを有し、冷媒は膨張弁３３を介して
蒸発器３４内で蒸発して冷却水を冷却し、圧縮機３１に
おいて圧縮されて高温となり、凝縮器３２において液化
して放熱するサイクルを繰り返す８圧縮弐チラー３０の
蒸発器３４出口の冷却水は、ポンプ４０によって昇圧さ
れ、入口管４１を通って室内機１に至り、空気冷却器３
と中間サイクルの水冷式凝縮器１２を通過し、出口管４
２を通って室外に至リ、冷却塔の冷却コイル２１を通過
して圧縮式チラーの蒸発器３４に戻る。

次にこの実施例の作用について説明すると冬期において
は、外気温度が１０℃程度の場合に、通常冷却塔２０の
みの能力で１５℃程度の冷却水が取り出せるから、中間
サイクル１０と圧縮式チラー３０は停止し、冷却塔２０
のみを作動させる７このとき室内６の２８℃程度の空気
は、空気冷却器３を通過することによって１８℃程度に
冷却されて室内６に戻る。

他方入口管４１の１５℃程度の冷却水は、空気冷却器３
を通過することによって２６℃程度に加熱されて出口管
４２に入り、冷却塔２０を通過することによって１５°
Ｃ程度に冷却されて入口管４１に戻る。

冷却負荷又は外気温度の変動に関する調整については次
のようにして行う。すなわち各室毎の冷却能力の調整に
ついては、各室毎に設けたサーモスタット７による検出
温度に基づいて、電動混合３方弁で構成した空気冷却器
バイパス弁８の開度を調節する。外気温度の変動に伴う
装置全体の冷却能力の調整については、入口管４１に設
けたサーモスタット４３による検出温度に基づいて、冷
却塔のファン２２もしくは散水流量又はその両方を調節
する。但し装置全体の冷却能力は、入口管４１と出口管
４２とを連絡する室外機バイパス弁４４の開度調節を併
せて行ってもよく、またこれのみによって行ってもよい
。

以上によって冬期には消費電力量の大きな中間サイクル
ＩＯと圧縮式チラー３０とを停止したまま、必要な冷却
効果を得ることができる。

次に春秋期において、空気冷却器バイパス弁８を全ｍと
し冷却塔２０を全出力運転どしても、いずれかの室内６
においてなお十分な冷却効果を得られないときは、当該
室内６の中間サイクル１０を稼働させると、室内６の２
８℃程度の空気は、空気冷却器３を通過することによっ
て２３°Ｃ程度に冷却され、中間サイクルの蒸発器１４
を通過することによって更に１８℃程度に冷却されて室
内６に戻る。中間サイクル１０では蒸発器１４で吸熱し
た熱を水冷式凝縮器１２で放熱する。他方入口管４１の
２〕°Ｃ程度の冷却水は、空気冷却器３を通過すること
によって２５°Ｃ程度に加熱され、中間サイクルの水冷
式凝縮器１２を通過することによって更に２９℃程度に
加熱されて出口管４２に至り、冷却塔２０を通過するこ
とによって２１℃程度に冷却されて入口管４１に戻る。

この場合冷却負荷又は外気温度の変動に関する調整につ
いては、冬期のときと同様の調整のほか、中間サイクル
１０の冷却能力の調整を行うこともできる。また空気冷
却器３と中盲サイクルの蒸発器１４どの２段によって空
気の冷却を行っているから、中口サイクル１０の起動・
停止による影響度が小さく、すなわち該起動・停止に伴
う空気温度の過渡変化は従来の冷却装置と比べて小さい
。更に該過渡変化の緩和については、中間サイクル１０
の起動時にはこれと同期させて空気冷却器バイパス弁８
を調節して空気冷却器３への冷却水の流量を若干絞り込
み、中間サイクル１０の停止時にはこれと同期させて空
気冷却器バイパス弁８を調節して空気冷却器３への冷却
水の流量を若干増すことによって容易に行うことができ
る。

なお室内機１が１台のとき、又は各室６毎の冷却負荷に
大きな相違がないときには、春秋期における運転方法と
して、中間サイクル１０の運転を停止して、冷却塔２０
と圧縮式チラー３０とを運転することもできる。この場
合冷却塔１０と圧縮式チラー３０との２段によって冷却
水の冷却を行っているから、圧縮式チラー３０の起動・
停止に伴う冷却水温度の過渡変化は小さい。また該過渡
変化の緩和については、圧縮式チラー３０の起動時には
これど同期させて冷却塔２０の送風量又は散水量を若干
減少させ、圧縮代チラー３０の停止時にはこれと同期さ
せて冷却塔２０の送風量又は散水量を若干増大させるこ
とによって容易に行うことができる。また圧縮式チラー
３０の起動・停止に伴う過渡変化の緩和については、こ
れと同期させた室外機バイパス弁４４の開度調整を併せ
て行ってもよいし、これのみによって行うこともできる
６ 次に夏期において冷却塔２０と中間サイクル１０との運
転、又は冷却塔２０と圧縮代チラー３０との運転によっ
ては十分な冷却効果が得られないどきは、冷却塔２０と
中間サイクル１０と圧縮式チラー３０どのすべてを稼働
させると、室内６の２８℃程度の空気は、空気冷却器３
を通過することによって２３℃程度に冷却され、中間サ
イクルの蒸発器１４を通過することによって更に１８℃
程度に冷却されて室内６に戻る。中間サイクル１０では
蒸発器１４安吸熱した熱を水冷式凝縮器１２で放熱する
。他方入口管４１の２１℃程度の冷却水は、空気冷却器
３を通過することによって２６℃程度に加熱され、中間
サイクルの水冷式凝縮器１２を通過することによって更
に３２℃程度に加熱されて出口管４２に至る。次いで冷
却塔２０において湿球温度２６℃程度の外気をファン２
２によって送風し、散水温度２８℃程度の散布水を散水
ヘッダー２５から散水すると、冷却水は冷却塔２０の冷
却コイル２１を通過することによって２８℃程度に冷却
され、更に圧縮式チラー２０を通過することによって２
１℃程度に冷却されて入口管４１に戻る。

冷却負荷又は外気温度の変動に関するｍ整については、
冬期又は春秋間のときと同様の調整が行え、更に圧縮式
チラーの冷却能力調整を行うこともできる。圧縮代チラ
ーの起動・停止に伴う過渡変化の緩和は５これと同期さ
せた冷却塔の送風量又は散水量の調節によって、又は室
外機バイパス弁の開度調整によって行うことができ、中
間サイクル１０の起動・停止に伴う過渡変化の緩和は、
これと同期させた空気冷却器バイパス弁の開度調整によ
って行うことができる。

以上のように消費電力量の大きな中間サイクル１０と圧
縮式チラー３０とを共に作動させるのは夏期のみとなり
、春秋間には中間サイクルと圧縮式チラーとのいずれか
を運転する必要がなくなり、冬期には中間サイクルも圧
縮代チラーも運転する必要がなくなる。また冷却水は空
気冷却器３と中間サイクルの水冷式凝縮器１２とで加熱
されるから、冷却塔２０の熱効率が高まり、その結果圧
縮式チラーを運転させる必要が低くなる。これらの結果
として年間を通しての冷却装置の消費電力量を、従来方
式に比べて約５０％程度低減することができる。

また空気の冷却も冷却水の冷却も２段によって行ってい
るから、中間サイクル１０又は圧縮式チラー３０の起動
・停止による影響度は小さく、且つ該起動・停止による
過渡変化を容易に緩和することができる。更に複数の室
内６の各々に対して空気冷却器３と中間サイクル１０と
を設ければ、各室６毎の熱負荷の相違に容易に対処する
ことができるし、上記のように冷却塔１０の熱効率が高
くなっているから、冷却水配管４１．４２の口径を小さ
くすることができ、循環ポンプ４０の動力の節約や配管
工事費の節減なども図ることができる。

次に第２図から第４図は本発明の空気冷却装置の別の実
施例の要部系統図であり、空気冷却器３で若しくは中間
サイクルの蒸発器１４で、又はその両方で除湿した後、
空気を所定温度まで再加熱するためのレヒート装置に関
し、中間サイクルの蒸発器１４の空気流後段に空気再熱
器５０を設けたものである。このうち第２図は中間サイ
クルの水冷式凝縮器１２出口の冷却水を空気再熱器５０
を介して出口管４２に導き、かつ空気再熱器５０を迂回
する空気再熱器バイパス弁５１を設けたものであり、本
装置の冷却水として利用できる最も高い温度を熱源とし
、かつその熱源の量を調整自在としたものである。

また第３図は空気冷却器３出口の冷却水を空気再熱器５
０を介して水冷式凝縮器Ｉ２に導き、かつ空気再熱器バ
イパス弁５１を設けたものであり、夏期・春秋間の中間
サイクル１０稼働時に、上記第２図の構成における熱源
はど高温の熱源を要しない場合には、この第３図の構成
とすることができる。

第４図は空気冷却器３出口の冷却水を分岐させて空気再
熱器５０に導き、調整弁５２を介して出口管４２に合流
させたものであり、冬期に中間サイクル１０を運転しな
いときにのみ除湿が必要である場合には、このような構
成によって水冷式凝縮器１２を通過することによる圧力
損失を回避することができる。なおこの第４図の構成は
水冷式凝縮器１２と空気再熱器５０とを並列に配置して
いるから、前者の圧力損失が後者の圧力損失よりも十分
に大きいときには、上記調整弁５２に代えて、空気再熱
器５０に直列に流量制御弁を配置してもよい 以上のように空気再熱器５０を配置したときには、各室
毎の冷却能力の調整や、中間サイクル１ｏの起動・停止
に伴う過渡変化の緩和は、空気冷却器バイパス弁８の開
度調整に代えて、又はそれと共に、上記空気再熱器バイ
パス弁５１又は調整弁５２の開度調整によって行うこと
もできる。

また空気再熱器５０の熱源については上記の他に、入口
管４１の冷却水を調整弁を介して空気再熱器５０に導き
、出口管４２に合流させることもできる。また春秋間又
は夏期において中間サイクルの圧縮機１１が運転してい
る場合に、従来と同様圧縮機１１出口の冷媒を調整弁を
介して空気再熱器５０に導き、水冷式凝縮器１２出口の
冷媒に合流させることもできるし、更に空気再熱器５０
の熱源として電熱を用いることもできる。

以上において本冷却装置の配置については、中間サイク
ルの圧縮機１１を室外に配置すれば、室内機１の運転音
を減少させることができ、水冷式凝縮器１２を室外に配
置すれば、室内機１がコンバク１〜となる。また冷却塔
２０の中に圧縮式チラー３０を組み込めば、室外機の設
置面積を減少させることができる。これらの例として第
５図に、冷却塔２０の中に圧縮式チラー３０と中間サイ
クルの圧縮機１１及び水冷式凝縮器１２を組み込んだも
のを示す。

また以上説明した各系統のいずれか又はすべての系統を
複数とすることができる６例えば室内機１については、
各室６毎に空気冷却器３と中間サイクルの蒸発器１４を
及び必要により空気再熱器５０を配置することができる
し、室外機については、冷却塔２０と圧縮式チラー３０
とのいずれか又は双方を複数台配置することができる、 ［発明の効果］ 本発明は、以上説明のごとく冷却塔によって中間サイク
ルの水冷式凝縮器の冷却のほか空気冷却器をも冷却し、
また冷却塔に圧縮式チラーを附設しであるから、中間サ
イクルと圧縮式チラーとの運転時間を大幅に減らすこと
ができ、年間当たりの冷却装置の消費電力を大幅に低減
できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図と第５図は本発明の一実施例を示す系統図、第２
図から第４図は本発明の別の実施例の要部を示す系統図
、第６図は従来の冷却システムの系統図である。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧縮機、水冷式凝縮器、膨張弁及び蒸発器の順に
   冷媒を循環させて前記蒸発器で空気と熱交換をさせて該
   空気を冷却する空気冷却装置において、前記蒸発器を通
   過する空気流の前段側に空気冷却器を附設し、密閉式冷
   却塔、圧縮式チラー、前記空気冷却器及び前記水冷式凝
   縮器の順に冷却水を循環させて前記空気冷却器で前記空
   気と熱交換をさせると共に前記水冷式凝縮器で前記冷媒
   と熱交換をさせ、前記密閉式冷却塔及び前記圧縮式チラ
   ーにおいて放熱をさせたことを特徴とする空気冷却装置
   。
2. （２）前記空気冷却器と蒸発器とを通過する空気流の後
   段側に空気再熱器を附設し、前記水冷式凝縮器出口の前
   記冷却水を前記空気再熱器を介して前記密閉式冷却塔に
   導いた請求項１記載の空気冷却装置。
3. （３）前記空気冷却器と蒸発器とを通過する空気流の後
   段側に空気再熱器を附設し、前記空気冷却器出口の前記
   冷却水を前記空気再熱器を介して前記水冷式凝縮器に導
   いた請求項１記載の空気冷却装置。
4. （４）前記空気冷却器と蒸発器とを通過する空気流の後
   段側に空気再熱器を附設し、前記空気冷却器出口より分
   岐させた前記冷却水を前記空気再熱器に通過させた後前
   記水冷式凝縮器出口の前記冷却水に合流させた請求項１
   記載の空気冷却装置。
5. （５）前記圧縮機と水冷式凝縮器との少なくともいずれ
   か一方を前記空気冷却器及び蒸発器より離隔して配置し
   た請求項１、２、３又は４記載の空気冷却装置。
6. （６）前記圧縮機、水冷式凝縮器及び前記圧縮式チラー
   を前記密閉式冷却塔の内部に組み込んだ請求項１、２、
   ３又は４記載の空気冷却装置。
7. （７）前記空気冷却器及び蒸発器を複数台配置した請求
   項１から６のいずれかに記載の空気冷却装置。