JPH0737078Y2 - 空気調和設備 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、建物内の冷房や暖房システムに利用される空
気調和設備に関する。

［従来の技術］ クーリングタワーと称される熱交換塔を用いた従来の空
気調和設備は、一例として第６図に示されるように構成
されている。同図において、主管路１には熱媒としての
水が循環させられ、この主管路１の途中に周知の熱交換
塔２とヒートポンプ３が設けられている。ヒートポンプ
３は、主管路１内を流れる熱媒がもつ冷熱または温熱を
利用して、冷温水発生系４の管路５を流れる熱媒の冷却
または加熱を行なうようになっている。すなわち冷房時
には管路５の熱媒が冷却されて蓄熱槽６に冷水が蓄えら
れ、暖房時には蓄熱槽６に温水が蓄えられる。この蓄熱
槽６には熱交換器が設けられている。一方、各空調エリ
アごとに設けられた熱交換ユニット７（１つのみ代表し
て図示する）の内部には熱交換用のコイル８が設けられ
ており、このコイル８と蓄熱槽６の熱交換器とをむすぶ
管路９内の熱媒が、蓄熱槽６によって冷却または加熱さ
れることにより、熱交換ユニット７から冷風または温風
が各空調エリアに送出されるようになっている。

［考案が解決しようとする課題］ 一般的に言えば夏は冷房，冬は暖房が行なわれるが、現
在のように多種多様なOA機器が設置されるビル等におい
ては、冬期においてもOA機器の種類によってはその設置
エリアを冷房することが望まれる。また、いわゆるペリ
メータゾーンと呼ばれる窓際付近で直射日光が照り付け
る箇所などは、冬期でも局部的に冷房が必要とされるこ
とがある。しかしながら第６図に示された従来の空調設
備においては、冬期は冷温水発生系４が暖房サイクルと
して運転されるため、局部的な冷房を行なうことに困難
を伴う。

また、冷房能力は熱交換ユニット７の定格容量によって
一義的に決まってしまうため、夏期の極端に暑い時など
に冷房能力が不足することがある。また、熱交換ユニッ
ト７を定格容量いっぱいで運転させている場合に、新た
にOA機器が増設されるなどして冷房負荷が増大すると、
新たな冷房負荷に対応することができなかった。

更には、冷房負荷の小さい中間期にもヒートポンプ３を
運転することによる冷温水発生系４を使った冷房を行な
うため、運転コストが高くつくといった問題もある。

従って本考案の目的は、冷房時期には充分な冷房能力を
発揮でき、暖房時期には暖房モードを維持したまま局部
的な冷房を行なうことが可能であり、中間期には熱交換
塔から送られる低温熱媒を利用した簡易なサイクルによ
って冷房を行なえるような空気調和設備を提供すること
にある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を果たすために本考案者は、下記構成の空気調
和設備を考案した。すなわち、熱媒が循環させられる主
管路と、この主管路の途中に設けられて上記熱媒と外気
との熱交換を行なう熱交換塔と、上記主管路の途中に設
けられ主管路内を流れる熱媒のもつ冷熱または温熱を利
用して冷水または温水を発生させる冷温水発生系と、上
記冷温水発生系によって熱交換された熱媒を流通させる
メインコイルを備えていて所望の空調エリアに冷風また
は温風を送出する熱交換ユニットと、を具備した空気調
和設備において、上記メインコイル内を流れる熱媒の流
量を調整可能なメインコイル用制御弁と、上記熱交換ユ
ニットに設けられたサブコイルと、上記熱交換塔の出口
側の主管路から分岐することにより主管路内を流れる熱
媒の一部を取入れるとともにこの熱媒を上記サブコイル
を経て主管路に還流させる補助管路と、上記サブコイル
内を流れる熱媒の流量を調整可能なサブコイル用制御弁
とを有し、冷房時にメインコイル用制御弁のバルブ開度
が所定値を越えた時からサブコイル用制御弁を開弁さ
せ、暖房時にはメインコイル用制御弁の開度が最小にな
った時にサブコイル用制御弁を開弁させるようにしたこ
とを特徴とする空気調和設備である。

［作用］ 上記構成の空気調和設備は、冬期等の暖房時期には冷温
水発生系によって得られた高温の熱媒をメインコイルに
導入することにより、暖房運転が行なわれる。このメイ
ンコイル内を流れる熱媒の流量は、メインコイル用制御
弁の開度を変えることによって調整される。冬期でも過
暖の可能性のある空調エリアに対しては、メインコイル
用制御弁の開度が最小になった時点でサブコイル用制御
弁を開弁させることにより、熱交換塔から送り出された
低温の熱媒の一部が補助管路を介してサブコイルに取入
れられ、サブコイルによる補助的な冷房運転が行なわれ
る。

夏期等の冷房時期には、冷温水発生系によって冷却され
た熱媒をメインコイルに導入することにより、冷房運転
が行なわれる。メインコイルだけでは冷房能力が不足す
る場合メインコイル用制御弁の開度が所定値を越えた時
点でサブコイル用制御弁を開弁させ、熱交換塔を通った
比較的低温の熱媒の一部を補助管路を介してサブコイル
に取入れることによって、メインコイルによる主たる冷
房に加えて、サブコイルによる補助冷房を行なう。

中間期のように小規模な冷房サイクルで間に合う時期に
は、冷温水発生系を停止させるとともに、熱交換塔を通
る比較的低温の熱媒の一部を補助管路を介してサブコイ
ルに流通させることにより、サブコイルのみによる冷房
が行なわれる。

［実施例］ 以下に本考案の一実施例を第１図ないし第５図を参照し
て説明する。第１図に示された空気調和設備11は、熱媒
が循環させられる主管路12と、この主管路12の途中に設
けられた熱交換塔13およびヒートポンプ14を備えて構成
されている。主管路12を流れる熱媒は不凍液である。熱
交換塔13は密閉式構造を有するものであり、ビル等の建
屋外部に据付けられていて、上記熱媒と外気との熱交換
が行なえるようになっている。

主管路12は、熱交換塔13からヒートポンプ14に至る往路
管部12aと、ヒートポンプ14から熱交換塔13に至る復路
管部12bとからなる。本実施例の場合、往路管部12aに送
液用のポンプ16と、流量調整弁17が設けられている。

ヒートポンプ14は冷温水発生系18の一部を構成する。冷
温水発生系18は、熱媒としての水が循環させられる管路
20と、送水用のポンプ21と、熱交換器を備えた蓄熱槽22
などを備えて構成されている。このヒートポンプ14は、
周知のものと同様にフロンガス等の熱媒を圧縮するコン
プレッサや凝縮器，蒸発器，方向切換弁，減圧弁，各種
配管等（いずれも図示せず）を備えて構成され、主管路
12の往路管部12aから送られてくる熱媒のもつ冷熱また
は温熱を利用して、冷温水発生系18の管路20を流れる熱
媒を加熱または冷却するようになっている。

各空調エリアごとに設けられる熱交換ユニット25（１つ
のみ代表して図示する）は、ケーシング26の内部にメイ
ンコイル27とサブコイル28を備えている。メインコイル
27と上記蓄熱槽22の熱交換器とは管路30でつながれてお
り、この管路30を介して、熱媒としての水がメインコイ
ル27と蓄熱槽22の熱交換器との間を循環するようになっ
ている。この管路30の途中に、熱媒を循環させるための
ポンプ31と、熱媒の流量を調整するためのメインコイル
用制御弁32が設けられている。

第２図に例示したように、熱交換ユニット25のケーシン
グ26に内蔵された送風機35はモータ36によって駆動され
る。空気取入れ口37からリターン風路38（第３図参照）
に導入された空調エリアからの戻り空気は、サブコイル
28からメインコイル27を経て、送風口39から空調エリア
に送出される。すなわちサブコイル28はメインコイル27
よりも通風上流側に設けられている。サブコイル28の通
風上流側にはプレフィルタ41とメインフィルタ42が配置
されている。

更にこの熱交換ユニット25は、メインコイル27とサブコ
イル28を迂回するバイパス風路45とこの風路45を開閉す
るダンパ46を備えている。バイパス風路45はリターン風
路38に隣接して設けられているが、リターン風路38とバ
イパス風路45との間は仕切り壁47によって仕切られてい
る。バイパス風路45の入口部50はサブコイル28の吸込み
側近傍に開口し、バイパス風路45の出口部51はメインコ
イル27の吹出し側近傍に開口している。

上記サブコイル28に補助管路55が接続されている。補助
管路55は、熱交換塔13の出口側に位置する主管路12の往
路管部12aから分岐してサブコイル28の入口に至る第１
管路部55aと、サブコイル28の出口部と補助タンク56と
をむすぶ第２管路部55bと、補助タンク56の出口部から
主管路12に至る第３管路部55cとからなる。第３管路部5
5cは、流量調整弁17とヒートポンプ14との間において主
管路12に合流する。また、サブコイル28内を流れる熱媒
の流量を調整するためサブコイル用制御弁57が設けられ
ている。

次に上記構成の空気調和設備の作用について説明する。

夏期等の冷房時期には、第１図中の矢印Ａ方向に流れる
主管路12内の熱媒の冷熱を利用したヒートポンプ14の冷
却サイクルによって、冷温水発生系18に冷水が作られ
る。この冷水は管路20内を矢印Ｂ方向に流れて蓄熱槽22
に蓄えられる。ヒートポンプ14を通過して温度が上昇し
た復路管部12b内の熱媒は熱交換塔13を通ることによっ
て外気と接触し冷却される。蓄熱槽22に蓄えられた冷熱
は管路30内を矢印Ｃ方向に流れる熱媒と熱交換され、冷
却された熱媒がメインコイル27を通る。

熱交換ユニット25の送風機35の働きによって空気取入れ
口37に導入された空調エリアからの戻り空気は、リター
ン風路38を通ってプレフィルタ41およびメインフィルタ
42を通過し、メインコイル27を通る時にこのコイル27の
冷熱と熱交換されるため、冷風が送風機35から所定の空
調エリアに送出される。リターン風路38を通過する空気
の温度は図示しない温度センサによって検出され、この
検出温度と設定温度との差に応じてメインコイル用制御
弁32の開度がマイクロコンピュータを用いたコントロー
ラによって自動制御される。例えば第４図に実線で示さ
れるように、冷房時の制御弁32のバルブ開度がリターン
温度（検出温度）と設定温度の差に比例して０〜100％
の範囲で制御される。この制御弁32が全開以外の時は、
サブコイル用制御弁57は閉じられている。また、バイパ
ス風路45のダンパ46も閉じている。なお、リターン温度
を検出する代りに、空調エリアに設置された温度センサ
によって室温を検出するようにしてもよい。

上記冷房モードにおいて、メインコイル27だけでは冷房
能力が不足する場合、すなわちメインコイル用制御弁32
が全開になっても室温が下がらない時に、サブコイル用
制御弁57が開弁させられる。サブコイル用制御弁57が開
弁すると、熱交換塔13を経て主管路12を流れる低温の熱
媒の一部が、第１図に矢印Ｄで示されるように補助管路
55の第１管路部55aに取入れられ、サブコイル28を流れ
るようになる。こうしてサブコイル28が冷却されると、
熱交換ユニット25内に導入されてくる空調エリアからの
戻り空気がサブコイル28によって予冷された状態でメイ
ンコイル27を通過するようになるため、冷房能力が格段
に向上する。こうしてサブコイル28を併用した場合、メ
インコイル27のみの定格能力に比べて約1.5倍の能力ア
ップが見込める。サブコイル用制御弁57の開度も、第４
図に実線で示したようにリターン温度と設定温度の差に
比例して０〜100％の範囲で制御される。

サブコイル28を通過することによって熱交換された熱媒
は第２管路部55bを通って補助タンク56に流入し、更に
第３管路部55cを通ってヒートポンプ14の入口側にて主
管路12に合流する。このため主管路12からヒートポンプ
14に導入される熱媒の総流量は、サブコイル28に流れる
分岐流量にかかわらず一定である。

一方、冬期等の暖房時期においては、主管路12内を流れ
る熱媒から採熱するヒートポンプ14の加熱サイクルによ
って冷温水発生系18に温水が作られ、この温水は第１図
中の矢印Ｂ方向に流れて蓄熱槽22に蓄えられる。第１図
中の矢印Ａ方向に流れる主管路12内の熱媒はヒートポン
プ14を通過することにより熱が奪われて温度が低下する
が、熱交換塔13において外気と熱交換され、再び温度が
上昇した状態でヒートポンプ14に送られる。蓄熱槽22に
蓄えられた熱は、第１図中の矢印Ｃ方向に流れる熱媒と
熱交換され、温度の上昇した熱媒がメインコイル27を通
る。

送風機35の働きによって空調エリアから送られてきた戻
り空気は、空気取入れ口37→リターン風路38→プレフィ
ルタ41→メインフィルタ42をこの順に通過し、更にメイ
ンコイル27を通る時にこのコイル27内の高温の熱媒と熱
交換されることによって、温風が送風機35から所定の空
調エリアに送出される。リターン風路38を通過する際に
空気の温度は図示しない温度センサによって検出され
る。そして検出温度と設定温度との差に応じて、例えば
第４図に破線で示されるようにメインコイル用制御弁32
の開度が０〜100％の範囲で制御される。この制御弁32
が僅かでも開弁しているうちは、サブコイル用制御弁57
は閉弁状態が維持される。また、バイパス風路45のダン
パ46は閉じたままである。

上記暖房モードにおいて、例えば発熱源としてのOA機器
が設置されている箇所や日の当たる窓際のように局部的
な冷房が必要な箇所、あるいは暖房負荷が減少して過暖
になりそうな場合、メインコイル用制御弁32が閉じると
ともに、リターン温度に応じてサブコイル用制御弁57が
開弁させられる。サブコイル用制御弁57が開弁すると、
熱交換塔13を経た主管路12内の熱媒の一部が、第１図に
矢印Ｄで示されるように補助管路55を通ってサブコイル
28に導入される。暖房モードにおいては熱交換塔13を通
過してきた熱媒はある程度温度が上昇しているが、冷房
用として利用可能な温度であるから、この低温熱媒の一
部をサブコイル28に導入することにより、熱交換ユニッ
ト25から特定の空調エリアに冷風を送出することができ
る。

このように暖房時期に熱交換塔13から送られてくる低温
熱媒を利用してサブコイル28を冷やすようにしたから、
冷温水発生系18を暖房サイクルに維持した状態のまま局
部的な冷房が可能である。この場合、サブコイル用制御
弁57は、メインコイル用制御弁32の開度が最小になった
時、すなわち温風の吹出しを停止した時点で開弁させる
ようにする。

暖房と冷房の中間期においては冷温水発生系18が停止さ
せられる。この中間期に冷房が必要となった場合、サブ
コイル用制御弁57のみが開弁させられる。メインコイル
用制御弁32は閉じたままである。サブコイル用制御弁57
が開弁すると、第５図に矢印Ｅで示されるように、熱交
換塔13を経て主管路12内を流れてくる低温の熱媒が補助
管路55に取入れられ、サブコイル28を冷やしたのち補助
タンク56に流入し、更に復路管部12bを経て熱交換塔13
に戻されるようになる。熱交換塔13を経過した熱媒は外
気と熱交換されることにより中間期の冷房用として利用
可能な温度まで下がるから、これをサブコイル28に流入
させることで所定の空調エリアに冷風を送出することが
できる。この場合、冷温水発生系18を停止したまま冷房
が行なわれる。

冷房も暖房も行なわずに換気のみを行なう時、すなわち
メインコイル用制御弁32とサブコイル用制御弁57がいず
れも閉弁状態にある時には、ダンパ46が全開させられる
ことによりバイパス風路45が開放される。この換気モー
ドでは、送風機35によって空調エリアら空気取入れ口37
に導入された戻り空気は、リターン風路38→プレフィル
タ41→メインフィルタ42→バイパス風路の入口部50→バ
イパス風路45→バイパス風路の出口部51→送風機35の経
路をとり、再び空調エリアに送出される。この換気モー
ドでは、空気はメインコイル27とサブコイル28を迂回し
て主にバイパス風路45を通るため、圧力損失を少なくす
ることができる。

［考案の効果］ 本考案によれば、冷房時期にはメインコイルとサブコイ
ルを同時に機能させることによって強力な冷房が行な
え、暖房時期には暖房サイクルを維持したまま特定エリ
アの冷房を行なうことができ、また中間期には熱交換塔
からの熱媒を利用した冷房を行なうことができる。

従って、冷房時期における能力不足を補えるとともに、
OA機器の新規導入等に伴う空調負荷の増大にも容易に対
応でき、更には暖房時の局部的な過暖の防止が図れる。
また、中間期にはチラーユニットを使用しない簡易な冷
房サイクルによって低コストな運転が可能である。しか
もサブコイルに導入される低温熱媒は熱交換塔を経由し
てくる低温の熱媒をそのまま利用でき、特別な冷熱源は
不要である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す空気調和設備の系統
図、第２図と第３図はそれぞれ第１図中の熱交換ユニッ
トの内部を示す縦断正面図と縦断側面図、第４図は第１
図中のコイル用制御弁の開度と温度との関係を示す図、
第５図は中間期における熱媒の流れを示す系統図、第６
図は従来の空気調和設備の系統図である。 11……空気調和設備、12……主管路、13……熱交換塔、
14……ヒートポンプ、18……冷温水発生系、22……蓄熱
槽、25……熱交換ユニット、27……メインコイル、28…
…サブコイル、32……メインコイル用制御弁、38……リ
ターン風路、45……バイパス風路、46……ダンパ、55…
…補助管路、57……サブコイル用制御弁。

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】熱媒が循環させられる主管路と、 この主管路の途中に設けられて上記熱媒と外気との熱交
   換を行なう熱交換塔と、 上記主管路の途中に設けられ主管路内を流れる熱媒のも
   つ冷熱または温熱を利用して冷水または温水を発生させ
   る冷温水発生系と、 上記冷温水発生系によって熱交換された熱媒を流通させ
   るメインコイルを備えていて所望の空調エリアに冷風ま
   たは温風を送出する熱交換ユニットと、 を具備した空気調和設備において、 上記メインコイル内を流れる熱媒の流量を調整可能なメ
   インコイル用制御弁と、 上記熱交換ユニットに設けられたサブコイルと、 上記熱交換塔の出口側の主管路から分岐することにより
   主管路内を流れる熱媒の一部を取入れるとともにこの熱
   媒を上記サブコイルを経て主管路に還流させる補助管路
   と、 上記サブコイル内を流れる熱媒の流量を調整可能なサブ
   コイル用制御弁とを有し、 冷房時にメインコイル用制御弁のバルブ開度が所定値を
   越えた時からサブコイル用制御弁を開弁させ、暖房時に
   はメインコイル用制御弁の開度が最小になった時にサブ
   コイル用制御弁を開弁させるようにしたことを特徴とす
   る空気調和設備。
2. 【請求項２】上記サブコイルが上記熱交換ユニット内に
   おける通風上流側に配置され、かつメインコイルが通風
   下流側に配置されている請求項１記載の空気調和設備。
3. 【請求項３】上記熱交換ユニットには上記メインコイル
   とサブコイルを迂回するバイパス風路とこの風路を開閉
   するダンパが設けられており、上記メインコイル用制御
   弁とサブコイル用制御弁の双方が閉じた時に上記ダンパ
   を開放させる請求項１記載の空気調和設備。