(57)【要約】  空気調和システムでは、冷媒の循環経路において、圧縮機と、冷房時に凝縮器として機能するコンデンサと、冷房時に蒸発器として機能する室内機とが順に設けられており、冷房時での冷媒の循環サイクルにおいて、コンデンサと室内機との間となる箇所に追加熱交換器が、冷媒配管を介し接続されている。そして、追加熱交換器は、冷却装置における冷却槽内に設置されている。冷却装置では、冷却槽への水の供給により、追加熱交換器の冷却を行う。ここで、冷却槽への水の供給量は、制御弁の開閉制御を以って調整される。
2012053184.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒体の循環経路中に、圧縮機と、冷房時に凝縮器として機能する第１の熱交換器と、冷房時に蒸発器として機能する第２の熱交換器とが、この順に挿設されており、
冷房時の熱媒体の循環経路における前記第１の熱交換器の下流であって前記第２の熱交換器の上流の少なくとも一部、または前記第１の熱交換器に対し、液による温調を実行する温調装置が付設されている
ことを特徴とする熱交換システム。
【請求項２】
冷房時の熱媒体の循環経路における前記第１の熱交換器の下流であって、前記第２の熱交換器の上流となる箇所に第３の熱交換器がさらに挿設されており、
前記温調装置は、前記液の貯留のための液槽を備えており、
前記液槽には、前記第３の熱交換器が収納されている
ことを特徴とする請求項１に記載の熱交換システム。
【請求項３】
前記第３の熱交換器の出口側での前記熱媒体の温度を計測する第１の温度センサと、
前記液槽内の温度を計測する第２の温度センサと、
前記第１の熱交換器の周囲温度を計測する第３の温度センサと、
前記温調装置における前記液槽内へ供給する液の温度を計測する第４の温度センサと、
前記第１から第４までの各温度センサからの温度情報に基づいて、前記温調装置における温調条件を制御する制御装置と、
を備える
ことを特徴とする請求項２に記載の熱交換システム。
【請求項４】
前記温調装置における前記液槽には、前記液を供給するための注液路と、前記液を排出するための排液路とが接続されており、
前記注液路および前記排液路の各々には、前記液の流量制御をする制御弁が設けられており、
前記制御装置は、前記温度情報に基づいて前記制御弁の開閉制御を行うことにより、前記温調条件の制御を行う
ことを特徴とする請求項３に記載の熱交換システム。
【請求項５】
前記第１の温度センサで計測された温度をＴ１、
前記第２の温度センサで計測された温度をＴ２、
前記第３の温度センサで計測された温度をＴ３、
前記第４の温度センサで計測された温度をＴ４、
とするとき、
前記制御装置は、
Ｔ１＞Ｔ４
Ｔ３＞Ｔ４
Ｔ４≦Ｔ２＜Ｔ３
の全ての条件を満足すると判断した場合に、前記注液路の制御弁を閉状態とし、且つ、前記排液路の制御弁を開状態とする
ことを特徴とする請求項４に記載の熱交換システム。
【請求項６】
前記温調装置における前記液槽には、前記液を供給するための注液路と、前記液を排出するための排液路とが接続されており、
前記注液路は、前記液槽内にも延設されているとともに、当該液槽内において、前記第３の熱交換器に対して前記液を散液する散液口を有し、
前記注液路には、前記液の流れを制御する制御弁が設けられており、
前記制御装置は、前記制御弁の開閉制御を行うことにより、前記温調条件の制御を行う
ことを特徴とする請求項３に記載の熱交換システム。
【請求項７】
前記第１の温度センサで計測された温度をＴ１、
前記第２の温度センサで計測された温度をＴ２、
前記第３の温度センサで計測された温度をＴ３、
前記第４の温度センサで計測された温度をＴ４、
とするとき、
前記制御装置は、
Ｔ１＞Ｔ４
Ｔ３＞Ｔ４
Ｔ４≦Ｔ２＜Ｔ３
の全ての条件を満足すると判断した場合に、前記注液路の制御弁を閉状態とする
ことを特徴とする請求項６に記載の熱交換システム。
【請求項８】
前記温調装置は、コイル式熱交換器またはリービッヒ式熱交換器であって、冷房時の熱媒体の循環経路における前記第３の熱交換器と前記第２の熱交換器との間の配管に対して付設されている
こと特徴とする請求項２に記載の熱交換システム。
【請求項９】
前記第３の熱交換器と前記第２の熱交換器との間における前記熱媒体の経路中に設けられ、当該部分での前記熱媒体の圧力を計測する第１の圧力センサと、
前記第２の熱交換器と前記圧縮機との間における前記熱媒体の経路中に設けられ、当該部分での前記熱媒体の圧力を計測する第２の圧力センサと、
前記第１の圧力センサおよび第２の圧力センサからの圧力情報に基づいて、前記温調装置における温調条件を制御する制御装置と、
を備える
ことを特徴とする請求項２に記載の熱交換システム。
【請求項１０】
前記温調装置における前記液槽には、前記液を供給するための注液路と、前記液を排出するための排液路とが接続されており、
前記注液路および前記排液路の各々には、前記液の流量制御をする制御弁が設けられており、
前記制御装置は、前記圧力情報に基づいて前記制御弁の開閉制御を行うことにより、前記温調条件の制御を行う
ことを特徴とする請求項９に記載の熱交換システム。
【請求項１１】
熱媒体の経路が互いに独立した複数の循環経路を備え、
前記複数の循環経路の各々には、圧縮機と、冷房時に凝縮器として機能する第１の熱交換器と、冷房時に蒸発器として機能する第２の熱交換器とが、この順に挿設されているとともに、冷房時に前記第１の熱交換器と前記第２の熱交換器との間となる箇所に第３の熱交換器がさらに挿設されており、
前記複数の循環経路に挿設された複数の前記第３の熱交換器は、液による温調を実行する温調装置が備える一の液槽内に設置されている
ことを特徴とする熱交換システム。
【請求項１２】
前記複数の循環経路の各々における前記第３の熱交換器の出口側での前記熱媒体の温度を計測する第１の温度センサと、
前記液槽内の温度を計測する第２の温度センサと、
前記複数の循環経路の各々における前記第１の熱交換器の周囲温度を計測する第３の温度センサと、
前記温調装置における前記液槽内へ供給する液の温度を計測する第４の温度センサと、
を備え、
前記複数の循環経路の各々における第１および第３の各温度センサからの温度情報と、前記第２および第４の各温度センサからの温度情報とに基づいて、前記複数の第３の熱交換器の各温調条件を制御する制御装置を備える
ことを特徴とする請求項１１に記載の熱交換システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換システムに関し、特に、環境負荷の低減を図るための構成を有する熱交換システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、熱交換システムの一種である空気調和システムは、家庭やオフィスあるいは店舗の空気調和を行うために、広く普及している。空気調和システムでは、室内機と室外機との間で冷媒を循環させ、吸熱と放熱とを繰り返すシステム構成となっている。【０００３】
ところで、近年では、オゾン層の破壊に起因するＲ１２（ＣＦ２Ｃｌ２）やＲ５０２（ＨＣＦＣ２２／ＣＦＣ１１５）などの冷媒の使用が全面的に出来なくなり、その代替となるオゾン破壊係数の低い冷媒（例えば、ＨＣＦＣやＨＦＣなど）が用いられている。このような代替の冷媒を用いてシステムを駆動する場合には、従来のＲ１２やＲ５０２などの冷媒を用いる場合に比べて、熱交換効率が低下することがある。【０００４】
上記のような代替冷媒を用いた場合の熱交換効率の低下という問題に対して、例えば、冷媒の凝縮促進を図り、熱交換効率の低下を補おうとする技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。この技術を用いた空気調和システムの構成について、図１０を用い説明する。【０００５】
図１０に示すように、従来技術に係る空気調和システムは、室内機９１と室外機９２とが冷媒配管Ｌ９１，Ｌ９７で接続されている。室内機９１は、冷房時において蒸発器として機能する熱交換器と、膨張弁とを有し構成されている。室外機９２には、圧縮機９２１、コンデンサ９２２、および流路切替装置９２３が設けられており、圧縮機９２１と流路切替装置９２３とが冷媒配管Ｌ９２で接続され、流路切替装置９２３とコンデンサ９２２とが冷媒配管Ｌ９３，Ｌ９４で接続されている。【０００６】
図１０に示す従来技術に係る空気調和システムでは、室外機９２に追加熱交換器９３が追加設置されている。追加熱交換器９３は、室外機９２における流路切替装置９２３に対して、冷媒配管Ｌ９５，Ｌ９６を介し接続されている。【０００７】
なお、図１０では、冷房時における冷媒の循環経路（サイクル）を一例として示している。【０００８】
図１０に示す従来技術に係る空気調和システムでは、コンデンサ９２２に加え、追加熱交換器９３を追設することにより、二段階での減圧および凝縮をすることができ、冷媒を液相の状態として容積減少を図ることができる。これより、この空気調和システムでは、冷媒の容積減少を以って、圧縮機９２１の負荷の低減を図ることができ、高い効率での熱交換が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第３２１８２８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、図１０に示す空気調和システムをはじめとする熱交換システムには、更なる省エネルギ化が求められているが、上記従来技術に係る空気調和システムの構成では、外気温の変動により追加熱交換器９３の追設による凝縮促進が必ずしも効率的になされない事態が生じる。特に、近年のヒートアイランド現象に代表される外気温の上昇により、熱変換効率の向上を図ることがますます困難な状況となってきている。【００１１】
本発明は、上記問題の解決を図ろうとなされたものであって、種々の環境下においても高い効率での熱変換が可能であって、熱交換効率の高い熱変換システムを提供することを目的とする。より詳しくは、既に設置されている空冷式の熱交換システムについて、安価に、且つ、容易に、熱交換効率の向上を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
そこで、本発明では、次の構成を採用することとした。【００１３】
本発明に係る熱交換システムでは、熱媒体の循環経路中に、圧縮機と、冷房時に凝縮器として機能する第１の熱交換器と、冷房時に蒸発器として機能する第２の熱交換器とが、この順に挿設されている。そして、本発明に係る熱交換システムでは、冷房時の熱媒体の循環経路における第１の熱交換器の下流であって第２の熱交換器の上流の少なくとも一部、または第１の熱交換器に対し、液による温調を実行する温調装置が付設されていることを特徴とする。【００１４】
また、本発明に係る熱交換システムでは、熱媒体の経路が互いに独立した複数の循環経路を備え、複数の循環経路の各々には、圧縮機と、冷房時に凝縮器として機能する第１の熱交換器と、冷房時に蒸発器として機能する第２の熱交換器とが、この順に挿設されているとともに、冷房時に第１の熱交換器と第２の熱交換器との間となる箇所に第３の熱交換器がさらに挿設されている。そして、本発明に係る熱交換システムでは、複数の循環経路に挿設された複数の第３の熱交換器が、液による温調を実行する温調装置が備える一の液槽内に設置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る熱交換システムでは、冷房時の熱媒体の循環経路における第１の熱交換器の下流であって第２の熱交換器の上流の少なくとも一部、または第１の熱交換器に対し、液による温調を実行する温調装置が付設されている。このため、第２の熱交換器において、単に空気との間で熱交換を行う上記従来技術に係る熱交換（空気調和）システムに比べて、環境に影響を受け難く、確実に熱媒体（冷媒）の圧縮・凝縮が可能であり、消費電力の低減を図ることができる。これは、温調装置が液により温調を行うことで、環境に大きく左右されることなく熱媒体の圧縮・凝縮が行われるためである。【００１６】
さらに、本発明に係る熱変換システムは、既存の熱交換システムに対し、温調装置を付設するだけで構築できるので、既存の熱交換システムを活用することができる。よって、設備コストの低減を図ることができる。また、本発明に係る構成の場合には、既存の熱交換システムに対する温調装置の付設だけでよく、そのメインテナンスが簡単であり、設備コストの低減と広範囲な利用を促すことができる。【００１７】
従って、本発明に係る熱交換システムは、種々の環境下においても高い効率での熱変換が可能であって、熱交換効率の高いという効果を奏する。なお、本発明に係る熱交換システムには、具体的に、空気調和システム、冷蔵システム、冷凍システムなどが含まれる。【００１８】
本発明に係る熱交換システムは、次のようなバリエーションの構成を採用することができる。【００１９】
本発明に係る熱交換システムでは、上記構成において、冷房時の熱媒体の循環経路における第１の熱交換器の下流であって、第２の熱交換器の上流となる箇所に第３の熱交換器がさらに挿設されており、当該第３の熱交換器が、温調装置が備える液槽内に収納されている、という構成を採用することができる。【００２０】
このように、第３の熱交換器を備える構成を採用する場合には、第１の熱交換器と第３の熱交換器とにより、二段階の減圧・凝縮を行うことができ、消費電力の低減を図ることができる。そして、第３の熱交換器が温調装置の液槽内に設置されており、温調装置の液による温調を実行できるので、環境に影響を受け難く、確実に熱媒体の圧縮・凝縮が可能である。よって、消費電力の低減を図ることができる。また、第３の熱交換器は、第１の熱交換器に付設されるものであって、そのサイズも第１の熱交換器に比べて小さなものでよい。このため、システムのサイズを大型化することなく、消費電力の低減が可能となる。【００２１】
本発明に係る熱交換システムでは、上記構成において、第３の熱交換器の出口側での前記熱媒体の温度を計測する第１の温度センサと、液槽内の温度を計測する第２の温度センサと、第１の熱交換器の周囲温度を計測する第３の温度センサと、温調装置における液槽内へ供給する液の温度を計測する第４の温度センサとを備え、且つ、第１から第４までの各温度センサからの温度情報に基づいて、温調装置における温調条件を制御する制御装置を更に備えるという構成を採用することができる。このように、制御装置により、最適な温調条件で温調装置の駆動を行うことで、より確実に減圧・凝縮を行うことができ、消費電力の低減を図ることができる。【００２２】
本発明に係る熱交換システムでは、上記構成において、温調装置における液槽には、液を供給するための注液路と、液を排出するための排液路とが接続されており、注液路および排液路の各々には、液の流量制御をする制御弁が設けられており、制御装置は、制御弁の開閉制御を行うことにより、温調条件の制御を行うという構成を採用することができる。このように、各測定温度に基づき、液の流入量と排液量とを制御することで確実な温調制御が可能となる。【００２３】
より具体的には、第１の温度センサで計測された温度をＴ１、第２の温度センサで計測された温度をＴ２、第３の温度センサで計測された温度をＴ３、第４の温度センサで計測された温度をＴ４、とするとき、制御装置は、次の全ての条件を満足すると判断した場合に、注液路の制御弁を閉状態とし、且つ、排液路の制御弁を開状態とする。【００２４】
［数１］Ｔ１＞Ｔ４
［数２］Ｔ３＞Ｔ４
［数３］Ｔ４≦Ｔ２＜Ｔ３
また、本発明に係る熱交換システムでは、温調装置における液槽には、液を供給するための注液路と、液を排出するための排液路とが接続されており、注液路は、液槽内にも延設されているとともに、当該液槽内において、第３の熱交換器に対して前記液を散液する散液口を有するという構成を採用することもできる。そして、この構成を採用する場合においては、注液路に液の流れを制御する制御弁を設けておき、制御装置は、制御弁の開閉制御を行うことにより、温調条件の制御を行うようにすることができる。この構成を採用する場合には、上記効果に加え、使用する液量の低減、および気化熱効果による高い温調制御を図ることができる。この構成を採用する場合には、  第１の温度センサで計測された温度をＴ１、第２の温度センサで計測された温度をＴ２、第３の温度センサで計測された温度をＴ３、第４の温度センサで計測された温度をＴ４、とするとき、制御装置は、次の全ての条件を満足すると判断した場合に、注液路の制御弁を閉状態とするという構成とすることができる。【００２５】
［数４］Ｔ１＞Ｔ４
［数５］Ｔ３＞Ｔ４
［数６］Ｔ４≦Ｔ２＜Ｔ３
また、本発明に係る熱交換システムでは、温調装置が、コイル式熱交換器またはリービッヒ式熱交換器であって、冷房時の熱媒体の循環経路における第３の熱交換器と第２の熱交換器との間の配管に対して付設されている、という構成を採用することができる。このような構成を採用する場合にあっても、上記同様に、確実に熱媒体の圧縮・凝縮が可能であり、消費電力の低減を図ることができる。【００２６】
また、本発明に係る熱交換システムでは、上記構成において、第３の熱交換器と第２の熱交換器との間における熱媒体の経路中に設けられ、当該部分での熱媒体の圧力を計測する第１の圧力センサと、第２の熱交換器と圧縮機との間における熱媒体の経路中に設けられ、当該部分での熱媒体の圧力を計測する第２の圧力センサと、第１の圧力センサおよび第２の圧力センサからの圧力情報に基づいて、温調装置における温調条件を制御する制御装置とを備える、という構成を採用することもできる。このように、本発明に係る熱交換システムでは、熱媒体の圧力情報に基づいて制水調整を実行し、これにより温調条件を制御することもできる。この構成を採用する場合においても、より確実に減圧・凝縮を行うことができ、消費電力の低減を図ることができる。また、本構成の場合には、２つの圧力センサを備えるだけでよく、コスト面でも優位である。【００２７】
また、複数の循環経路を備える本発明に係る熱交換システムでは、一の液槽内に複数の第３の熱交換器を設置しているので、上記効果に加えて、設備コストの低減、およびシステムサイズの小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る空気調和システム１の構成を示す模式ブロック図である。
【図２】空気調和システム１において、冷房時に、制御装置１５が実行する制御を示すフロー図である。
【図３】暖房運転時における空気調和システム１の構成を示す模式ブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る空気調和システム２の特徴となる部分の構成を示す模式図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係る空気調和システム３の構成を示す模式ブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態４に係る空気調和システム４の構成を示す模式ブロック図である。
【図７】（ａ）は、変形例１に係る冷却装置の一部構成を示す模式斜視図であり、（ｂ）は、変形例２に係る冷却装置の一部構成を示す模式断面図である。
【図８】本発明の実施の形態５に係る空気調和システム７の構成を示す模式ブロック図である。
【図９】空気調和システム７において、冷房時に、制御装置７５が実行する制御を示すフロー図である。
【図１０】従来技術に係る空気調和システムの構成を示す模式ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下では、本発明を実施するための最良の形態について、図面に沿って説明する。なお、以下で説明する実施の形態については、本発明の構成上の特徴および当該構成から奏される作用効果を分かりやすく説明するために一例として用いるものであって、本発明は、その本質的な技術的特徴部分を除き、以下の内容に何ら限定を受けるものではない。
【００３０】
［実施の形態１］
１．システムの概略
本実施の形態１に係る熱交換システムの概略について、図１を用い説明する。なお、本実施の形態では、熱交換システムの一例として、空気調和システム１を採用する。
【００３１】
図１に示すように、空気調和システム１は、室内機１１と室外機１２、および追加熱交換器１３、並びに冷却装置１４および制御装置１５を有し構成されている。室外機１２は、室内機１１に対し冷媒配管Ｌ１を介して接続されており、圧縮機１２１、コンデンサ１２２および流路切替弁１２３，１２４を主な要素として構成されている。
【００３２】
室内機１１は、冷房時に蒸発器となる熱交換器と、キャピラリーチューブなどの膨張弁とを有し構成されている（詳細な図示を省略）。なお、膨張弁については、必ずしも室内機１１の構成要素として設けられている必要はなく、例えば、冷媒配管Ｌ７中に介挿されていてもよい。
【００３３】
室外機１２において、圧縮機１２１と流路切替弁１２３とは、冷媒配管Ｌ２により接続されており、流路切替弁１２３とコンデンサ１２２とは、冷媒配管Ｌ３を介して接続されている。また、室外機１２におけるコンデンサ１２２は、冷媒配管Ｌ４、流路切替弁１２４および冷媒配管Ｌ５を介して追加熱交換器１３に接続されている。そして、追加熱交換器１３と室内機１１とは、冷媒配管Ｌ７を介して接続されている。
【００３４】
流路切替弁１２３と流路切替弁１２４との間は、冷媒配管Ｌ６を介して接続されている。なお、図１に示す状態は、冷房時における接続状態を示すものであり、流路切替装置１２３において、冷媒配管Ｌ２と冷媒配管Ｌ３が接続され、流路切替弁１２４において、冷媒配管Ｌ４と冷媒配管Ｌ５が接続されている。このため、冷房時には、冷媒配管Ｌ６には、冷媒は流れない。
【００３５】
図１に示すように、追加熱交換器１３は、冷房時の冷媒循環経路中において、室外機１２のコンデンサ１２２と室内機１１との間に挿設されているものであって、冷却装置１４の冷却槽１４１内に設置されている。
【００３６】
冷却装置１４は、冷却槽１４１の他に、冷却槽１４１に対し設けられた注水路１４２、流水出口１４３および排水路１４４と、注水路１４２および排水路１４４のそれぞれに設けられた制御弁１４５，１４６を備える。制御弁１４５，１４６の各々は、制御装置１５からの制御信号に基づいて開閉を実行する。
【００３７】
制御装置１５には、複数の温度センサ１６１〜１６５で計測された温度情報が入力されるように信号線が接続されている。温度センサ１６１は、室外機１２におけるコンデンサ１２２の近傍に設置され、その周囲温度を計測できるようになっている。温度センサ１６２は、冷媒配管Ｌ５を通る冷媒の温度を計測できるように冷媒配管Ｌ５に対し設置され、温度センサ１６３は、冷媒配管Ｌ７を通る冷媒の温度を計測できるように冷媒配管Ｌ７に対し設置されている。ここで、冷房時においては、温度センサ１６２が計測するのは追加熱交換器１３の入口部分における冷媒の温度であり、温度センサ１６３が計測するのは追加熱交換器１３の出口部分における冷媒の温度である。
【００３８】
なお、図１に示すように、本実施の形態においては、温度センサ１６１について、室外機１２におけるコンデンサ１２２の近傍に設置されている形態を採用したが、温度センサ１６１の設置場所については、これに限定されるものではない。具体的には、温度センサ１６１をコンデンサ１２２から離し、外気温を計測する形態とすることもできる。
【００３９】
温度センサ１６４は、冷却装置１４における注水路１４２を通る水の温度を計測できるように注水路１４２に対し設置され、温度センサ１６５は、冷却槽１４１内の温度を計測できるように冷却槽１４１内に設置されている。
【００４０】
なお、図示を省略しているが、冷媒配管Ｌ５，Ｌ６では、冷却槽１４１への挿入部分にフレアナットが介挿されている。これは、追加熱交換器１３の補修や交換を容易にするためである。
【００４１】
空気調和システム１においては、室内機１１、室外機１２および追加熱交換器１３が介挿されてなる冷媒の循環経路が形成され、追加熱交換器１３に対して冷却装置１４が付設されるとともに、制御装置１５がこれを制御する構成となっている。
【００４２】
本実施の形態に係る空気調和システム１では、室外機１２におけるコンデンサ１２２と、これに接続された追加熱交換器１３とにより、二段階の減圧・凝縮を行うことができ、消費電力の低減を図ることができる。なお、本実施の形態に係る空気調和システム１では、冷房時の冷媒の循環経路中において、室外機１２のコンデンサ１２２よりも下流となる箇所に追加熱交換器１３を挿設しているので、コンデンサ１２２の上流側に挿設する場合に比べて冷媒の圧縮をより確実に行うことができる。これより、室外機１２におけるコンデンサ１２２内における冷媒についても、液相が殆どを占める状態となり、圧縮機１２１の負荷も低減され、また、コンデンサ１２２内での冷媒の状態を液相とすることで環境負荷の低減を図ることができ、高い熱交換効率を実現することができる。
【００４３】
また、空気調和システム１では、追加熱交換器１３が冷却装置１４の冷却槽１４１内に設置されており、冷却装置１４の水による温調（冷却）を実行できるようになっている。このため、追加熱交換器が単に空気との熱交換を行う上記従来技術に係る空気調和システムに比べて、確実に冷媒の圧縮・凝縮が可能であり、消費電力の低減を図ることができる。これは、空気との間での熱交換に比べて、外気温に比べて変動の小さな液体である水による温調を行うことで、環境に大きく左右されることなく冷媒の圧縮・凝縮が行われるためである。
【００４４】
また、本実施の形態に係る空気調和システム１では、冷却槽１４１に供給される水は、一定のレベル以上となった場合に流水出口１４３から排出される構成となっているので、貯留した水により冷却を行う場合に比べて、冷却槽１４１内での冷却効率を高く維持することができ、冷却槽１４１の容量を小さく抑えることができる。
【００４５】
さらに、本実施の形態に係る空気調和システム１は、既存の空気調和システムに対し、冷却装置１４を追設し、その冷却槽１４１内に追加熱交換器１３を設置するだけで構築できるので、既存の空気調和システムを活用することができる。よって、設備コストの低減を図ることができる。
【００４６】
２．制御装置１５の制御
制御装置１５が実行する制御弁１４５，１４６の開閉制御について、図２を用い説明する。なお、以下では、ＯＮ−ＯＦＦ制御を一例として、制御装置１５の制御動作を説明する。
【００４７】
図２に示すように、空気調和システム１の駆動が開始されると、制御装置１５は、制御弁１４５を“閉”状態とし（ステップＳ１）、制御弁１４６を“開”状態とする（ステップＳ２）。これにより、システムの駆動の初期状態では、冷却槽１４１へ水は流入しないようになっている。そして、制御装置１５は、各温度センサ１６１〜１６５からの温度情報を取得し（ステップＳ３）、次の数式を満足するか否かについての判断を実行する（ステップＳ４〜ステップＳ６）。
【００４８】
［数７］Ｔｅｍｐ１６３＞２０［℃］
［数８］Ｔｅｍｐ１６１＞２０［℃］
［数９］Ｔｅｍｐ１６４≦Ｔｅｍｐ１６５＜Ｔｅｍｐ１６１
なお、上記の数式は、外気温が３５［℃］で、冷却槽１４１へ供給される水の温度が一定であるとの条件の下でのものである。
【００４９】
制御装置１５は、上記［数７］〜［数９］の全ての条件を満足すると判断した場合には、制御弁１４５を“開”状態とし（ステップＳ７）、制御弁１４６を“閉”状態とする（ステップＳ８）。これにより、冷却槽１４１に対して水が流入し、追加熱交換器１３が水冷される。そして、制御装置１５は、電源ＯＦＦでないことを確認の上（ステップＳ９；Ｎｏ）、ステップＳ３〜Ｓ６の判断の実行を繰り返す。
【００５０】
逆に、制御装置１５が、上記［数７］〜［数７］の一の条件でも満足しないと判断した場合には（ステップＳ４〜Ｓ６；Ｎｏ）、電源ＯＦＦでないことを確認の上（ステップＳ１２；Ｎｏ）、上記実行を繰り返す。
【００５１】
電源ＯＦＦとなった場合には（ステップＳ９，Ｓ１２；Ｙｅｓ）、制御装置１５は、制御弁１４５を“閉”状態とし（ステップＳ１０）、制御弁１４６を“開”状態として制御の実行を終了する。システムの駆動が停止されている状態においては、冷却槽１４１への水の流入は停止され、排水路１４４は開かれた状態となっている。
【００５２】
本実施の形態に係る空気調和システム１について、上記のような制御により、追加熱交換器１３の冷却を実行した場合にあっては、図１０に示す従来技術に係る空気調和システムに比べて、追加熱交換器１３の周囲温度を略１５［ｄｅｇ．］低減することができ、室内機１１における吸気−排気温度差を従来よりも２〜３［ｄｅｇ．］拡大することができる。このため、本実施の形態に係る空気調和システム１は、上記従来技術に係る空気調和システムに比べて、２０〜３０［％］の消費電力の削減を図ることができる。
【００５３】
なお、本実施の形態では、上述のように、制御装置１５がＯＮ−ＯＦＦ制御を実行することとしたが、上記のような取得温度情報に基づいて、制御弁１４５，１４６の開閉を比例制御することも可能である。この場合には、さらに密な制御の実行により、更なる消費電力の低減を図ることが可能となる。
【００５４】
３．暖房運転時における空気調和システム１
本実施の形態に係る空気調和システム１は、暖房運転時においても、上記のような制御の実行が可能であるが、暖房運転時におけるシステム構成について、図３を用い説明する。
【００５５】
図３に示すように、暖房運転時においては、流路切替装置１２３，１２４における流路の切り替えにより、冷媒配管Ｌ２が冷媒配管Ｌ５と接続される。即ち、圧縮機１２１から送り出された冷媒は、室内機１１を通り追加熱交換器１３へと送られる。そして、室外機１２のコンデンサ１２２を介することなく、冷媒配管Ｌ５，Ｌ２を通り圧縮機１２１へと戻される。
【００５６】
このように、流路切替装置１２３，１２４による冷媒の経路切り替えで暖房運転を実行する際にも、温度センサ１６１〜１６５で計測された温度情報に基づいて、制御装置１５が制御弁１４５，１４６の開閉を制御することで圧縮機１２１の負荷を低減することができ、消費電力の低減を図ることが可能となる。
【００５７】
さらに、工場などの空気調和システムとして本実施の形態に係る熱交換システム１を用いる場合には、工場で使用済みの排水あるいは排蒸気を冷却装置１４の冷却槽１４１へと送り込むことにより、暖房時における除霜の実行ができる。このような構成とすれば、例えば、暖房運転の起動時において、着氷があっても運転が可能となる。
【００５８】
４．暖房運転時における空気調和システム１の制御のバリエーション
暖房運転時における空気調和システム１の制御について、図３を用い上述したが、暖房運転時における空気調和システム１については、例えば、次のようなバリエーションに係る制御を行うことができる。
【００５９】
（ｉ）
暖房運転時において、図１に示すシステム構成をそのまま利用し、冷房運転時とは逆向きに、冷媒を循環させる制御を行うことができる。具体的には、図１において、室内機１１から冷媒配管Ｌ７を介して追加熱交換器１３に送り、その後、冷媒配管Ｌ５を介してコンデンサ１２２へと送る。そして、コンデンサ１２２から冷媒配管Ｌ２、圧縮機１２１、および冷媒配管Ｌ１を介して室内機１１へと冷媒を循環させる。
【００６０】
例えば、上記のような冷媒の循環をさせて、外気温度が５［℃］以下で暖房運転を行う場合に、冷媒配管Ｌ７を通過する冷媒温度が０［℃］近い温度であったと仮定すると、冷却槽１４１に対して井戸水を温度の減衰なく流入させると、冷却槽１４１内の水温が１５［℃］近くになる。
【００６１】
このとき、冷媒配管Ｌ７を介して送られてきた冷媒は、追加熱交換器１３で１０［℃］近くまで温められる。このため、コンデンサ１２２において５［℃］以下の外気温度のために冷やされ、冷媒が温度を失って通過した場合にも、８〜６［℃］の温度で圧縮機１２１に送られる。
【００６２】
さらに、コンデンサ１２２での熱交換が１００［％］効いた場合にも、外気温度に近似した５［℃］金辺で圧縮機１２１に送られることになる。
【００６３】
（ｉｉ）
また、暖房運転時における制御として、次のような形態を採用することも考えられる。
【００６４】
具体的な構成として、図１のシステム構成に対して、冷媒配管Ｌ７と冷媒配管Ｌ５との間に、追加熱交換器１３を介さないバイパス経路を設け、上記同様に、冷媒を図１に矢印で示すのとは逆向きに冷媒を循環させることで暖房運転を実現することができる。
【００６５】
例えば、冷媒配管Ｌ７から追加熱交換器１３を通らずに冷媒配管Ｌ５に直接送られた冷媒は、コンデンサ１２２に対し０［℃］近辺の温度で送られることになる。そして、コンデンサ１２２での熱交換により、冷媒は、５［℃］の温度の外気から熱を受け取るが、コンデンサ１２２通過後における冷媒は、２〜３［℃］の温度で圧縮機１２１に送られる。
【００６６】
ここで、コンデンサ１２２での熱交換が１００［％］効いたとしても、冷媒の温度は外気温度に近似した５［℃］程度である。
【００６７】
以上の（ｉ）と（ｉｉ）とを比較するとき、（ｉ）で説明した形態の方が、圧縮機１２１に入力される冷媒温度が高く、圧縮機１２１の暖房運転時における冷媒温度上昇を助力することができる。よって、追加熱交換器１３および冷却装置１４を採用する（ｉ）の形態の方が、暖房運転時における消費電力についても削減することができる。
【００６８】
［実施の形態２］
実施の形態２に係る空気調和システム２の構成について、図４を用い説明する。なお、図４では、上記実施の形態１に係る空気調和システム１との構成上の相違点のみを図示し、共通の部分については、図示を省略している。
【００６９】
図４に示すように、本実施の形態に係る空気調和システム２では、冷却装置２４の冷却槽２４１において、注水路２４２の先端部分、即ち、冷却槽２４１内部における注水路２４２に、散水口２４２ａが設けられている。また、本実施の形態に係る空気調和システム２では、冷却槽２４１に対して注水路２４２および流水出口２４３が設けられているが、排水路は設けられていない。このため、制御装置が開閉制御するのは、注水路２４２に設けられた制御弁２４５だけである。
【００７０】
本実施の形態に係る空気調和システム２では、上記［数７］〜［数９］の全てを満足すると制御装置１５が判断した場合には、制御弁２４５を“開”状態とする。それ以外の場合には、制御弁２４５を“閉”状態とする。
【００７１】
他の構成については、上記実施の形態１に係る空気調和システム１と変わるところがないので説明を省略する。
【００７２】
本実施の形態に係る空気調和システム２では、追加熱交換器１３の冷却において、注水路２４２を介して供給された水をシャワー状あるいはミスト状にして吹きかけるので、上記実施の形態１に係る冷却装置１４に比べて、少ない水量で同等の冷却効果を得ることができる。そして、上記実施の形態１に係る空気調和システム１が有する効果はそのまま有することができる。
【００７３】
なお、散水口２４２ａについては、所謂、ドライミストとするような開口径の非常に小さなものとすることもでき、この場合においても、気化熱効果により追加熱交換器１３の冷却を行うことができる。そして、この場合には、追加熱交換器１３の錆びといった問題の発生を抑制することができる。
【００７４】
なお、本実施の形態では、追加熱交換器１３の冷却において、注水路２４２を介して供給された水をシャワー状あるいはミスト状にして吹きかける構成を一例としたが、水をミスト状にして吹きかけること（水の噴霧）には、水の粒径について種々の大きさを採用することができる。このようにミスト状にした水を噴霧する場合にも、水の気化熱を利用して高効率に熱交換を行うことが可能となる。
【００７５】
なお、粒径の小さなミストを用いる場合には、噴霧後、素早く気化するため、追加熱交換器１３の錆の発生を防止するという観点から優れている。ここで、ミストという用語は、水の粒径が数μｍ〜数十μｍであって、１ｃｍ３の空間中に数個〜数十個の水の粒子が含まれた状態のものをいう。
【００７６】
［実施の形態３］
実施の形態３に係る空気調和システム３の構成について、図５を用い説明する。
【００７７】
図５に示すように、本実施の形態３に係る空気調和システム３は、それぞれの冷媒の循環経路が独立した状態の７系統の循環経路を有している。
【００７８】
なお、図５では、室外機３２ａ〜３２ｇの内部構成を図示していないが、上記実施の形態１に係る空気調和システム１における室外機１１の内部構成と同様である。
【００７９】
本実施の形態に係る空気調和システム３においても、各室外機３２ａ〜３２ｇに対し追加熱交換器３３ａ〜３３ｇがそれぞれ接続されている。そして、７つの追加熱交換器３３ａ〜３３ｇは、一の冷却槽３４１内に設置されている。
【００８０】
冷却槽３４１を備える冷却装置３４には、上記実施の形態１に係る空気調和システム１の冷却装置１４と同様に、冷却槽３４１に対し注水路３４２、流水出口３４３および排水路３４４が設けられている。そして、注水路３４２および排水路３４４の各々には、それらの水の流量制御をするための制御弁３４５，３４６が設けられている。これらの制御弁３４５，３４６の開閉制御は、制御装置３５が実行する。
【００８１】
空気調和システム３においても、各室外機３２ａ〜３２ｇに温度センサ３６１ａ〜３６１ｇがそれぞれ設けられ、室外機３２ａ〜３２ｇと追加熱交換器３３ａ〜３３ｇとの間を接続する各冷媒配管には、温度センサ３６２ａ〜３６２ｇ，３６３ａ〜３６３ｇがそれぞれ設けられている。また、冷却槽３４１には、温度センサ３６５が設けられ、注水路３６４には、温度センサ３６４が設けられている。
【００８２】
図５に示す構成の空気調和システム３においては、各温度センサ３６１ａ〜３６１ｇ，３６２ａ〜３６２ｇ，３６３ａ〜３６３ｇ，３６４，３６５からの温度情報が制御装置３５に入力され、制御装置３５は、これらの温度情報に基づいて制御弁３４５の開閉制御を実行する。
【００８３】
なお、制御装置３５が実行する制御弁３４５の開閉制御については、７系統の循環経路の内の少なくとも一つでも上記［数７］〜［数９］の条件を満足するか否かで行うこととすることもできるし、全ての系統について、上記［数７］〜［数９］の条件を満足するか否かで行うこともできる。さらに、各温度センサ３６１ａ〜３６１ｇ，３６２ａ〜３６２ｇ，３６３ａ〜３６３ｇから取得した測定値を平均化し、これに基づいて制御を実行することもできる。
【００８４】
このように、複数の系統の冷媒の循環経路を有する空気調和システム３において、複数の追加熱交換器３３ａ〜３３ｇを一の冷却槽３４１内に設置して冷却を実行することとする場合、設備コストの低減を図ることができるという観点から優れる。そして、本実施の形態に係る空気調和システム３においても、上記実施の形態１に係る空気調和システム１が有するのと同様の効果を有する。
【００８５】
なお、冷却槽３４１を追加熱交換器３３ａ〜３３ｇ毎に仕切り、これらの各々に対して注水側の制御弁を設けたり、排水側の制御弁を設けたりすることも勿論可能である。
【００８６】
［実施の形態４］
実施の形態４に係る空気調和システム４の構成について、図６を用い説明する。なお、図６では、上記実施の形態３に係る空気調和システム３との構成上の相違点のみを図示し、共通の部分については、図示を省略している。
【００８７】
図６に示すように、本実施の形態に係る空気調和システム４では、冷却装置４４における冷却槽４４１が、設置されている追加熱交換器４３ａ〜４３ｇ毎のブロック４４１ａ〜４４１ｇに仕切られている。各ブロック４４１ａ〜４４１ｇに対しては、注水路４４２の散水口４４２ａ〜４４２ｇが設けられており、また、排水路４４３が接続されている。
【００８８】
注水路４４２には、注水する水の温度を計測するための温度センサ４６４が設けられており、また、各散水口４４２ａ〜４４２ｇに対応して制御弁４４５ａ〜４４５ｇが設けられている。これによって、追加熱交換器４３ａ〜４３ｇへの注水は、個別に行われる。
【００８９】
冷却槽４４１の各ブロック４４１ａ〜４４１ｇには、各ブロック４４１ａ〜４４１ｇの温度を計測するための温度センサ４６５ａ〜４６５ｇが設けられている。これにより、各追加熱交換器４３ａ〜４３ｇの周辺での温度計測がなされる。
【００９０】
本実施の形態に係る空気調和システム４では、冷却槽４４１が追加熱交換器４３ａ〜４３ｇに対応してブロック４４１ａ〜４４１ｇに仕切られており、また、各ブロック４４１ａ〜４４１ｇ毎に散水口４４２ａ〜４４２ｇが設けられている。さらに、各散水口４４２ａ〜４４２ｇからの散水は、制御弁４４５ａ〜４４５ｇの開閉動作により制御される。よって、本実施の形態に係る空気調和システム４では、上記実施の形態３に係る空気調和システム３よりもきめ細かな制御の実行が可能であり、更なる消費電力の低減が可能である。
【００９１】
なお、本実施の形態においても、上記実施の形態２に係る空気調和システム２と同様に、種々の散水形態を採用することが可能である。
【００９２】
なお、本実施の形態においても、追加熱交換器４３ａ〜４３ｇの冷却において、散水口４４２ａ〜４４２ｇからの散水を行っているが、上述のように、水をミスト状にして噴霧してもよい。この場合には、水の粒径について種々の大きさを採用することができる。水の粒径、およびその作用効果については、呪術の通りである。このようにミスト状にした水を噴霧する場合にも、水の気化熱を利用して高効率に熱交換を行うことが可能となる。
【００９３】
［変形例１］
変形例１に係る冷却装置の構成について、図７（ａ）を用い説明する。
【００９４】
図７（ａ）に示すように、変形例１に係る冷却装置では、冷媒配管Ｌ７、即ち、冷媒の循環経路における追加熱交換器１３と室内機１１との間の配管に対して、コイル式熱交換器の冷却コイル５４が付設されている。そして、冷却コイル５４内を水が流れるようになっている。このように冷媒配管Ｌ７に対して冷却コイル５４を付設して冷媒の冷却を実行する場合にも、上記実施の形態１〜４と同様に、消費電力の低減が可能となる。なお、他の構成については、上記実施の形態１〜４の各熱交換システム１〜４と同様とすることが可能である。
【００９５】
なお、本変形例では、冷媒の循環経路における追加熱交換器１３と室内機１１との間の配管に対して、コイル式熱交換器の冷却コイル５４を付設することとしたが、本発明では、付設する箇所について、これに限定されない。例えば、冷媒の循環経路における室外機からの出口側の配管（冷媒管）、および室外機内部における冷媒管にも取り付けることが可能である。
【００９６】
また、本発明では、システム内に２つ以上の冷却コイルを付設することとしてもよい。複数の冷却コイルを付設する場合には、付設箇所についても、上述のように、冷媒の循環経路中の何れの配管を対象とするものである。このように、冷媒の循環経路に対して、図７（ａ）に示すような冷却コイルを付設することによって、室外機ハウジング内の既存コンデンサの能力が十分に発揮できない場合、または、既存コンデンサが十分に機能していない場合、または、既存コンデンサを省略した場合などにおいても、本変形例に係る構成を採用することにより、熱交換機能を十分に確保することができる。
【００９７】
［変形例２］
変形例２に係る冷却装置の構成について、図７（ｂ）を用い説明する。
【００９８】
図７（ｂ）に示すように、変形例２に係る冷却装置は、リービッヒ熱交換器であって、冷媒配管Ｌ７に対して水が流通する冷却外管６４が付設されている。本変形例に係る冷却装置でも、冷却外管６４内を水が流通することによって、冷媒を冷却することができ、消費電力の低減を図ることができる。
【００９９】
なお、本変形例においても、冷媒配管Ｌ７に対して、コイル式熱交換器の冷却外管６４を付設することとしたが、本発明では、付設する箇所について、これに限定されない。例えば、冷媒の循環経路における室外機からの出口側の配管（冷媒管）、および室外機内部における冷媒管にも取り付けることが可能である。
【０１００】
また、本発明では、システム内に２つ以上の冷却外管を付設することとしてもよい。複数の冷却外管を付設する場合には、付設箇所についても、上述のように、冷媒の循環経路中の何れの配管を対象とするものである。このように、冷媒の循環経路に対して、図７（ｂ）に示すような冷却外管を付設することによって、室外機ハウジング内の既存コンデンサの能力が十分に発揮できない場合、または、既存コンデンサが十分に機能していない場合、または、既存コンデンサを省略した場合などにおいても、本変形例に係る構成を採用することにより、熱交換機能を十分に確保することができる。
【０１０１】
［実施の形態５］
１．システムの概略
本実施の形態５に係る熱交換システムの概略について、図８を用い説明する。なお、本実施の形態では、熱交換システムの一例として、空気調和システム７を採用する。
【０１０２】
本実施の形態５に係る空気調和システム７は、概略、上記実施の形態１に係る空気調和システム１と類似の構成を有する。同一構成の部分については、図面において、同一符号を付し、詳細な説明を省略する。
【０１０３】
図８に示すように、空気調和システム７においては、追加熱交換器１３と室内機１１との間の冷媒配管Ｌ７７に、具体的には、冷媒配管Ｌ７７における追加熱交換器１３出口部分に、圧力センサ１７１が介挿されている。同様に、室内機１１と室外機７２における圧縮機１２１との間の冷媒配管Ｌ７１に、具体的には、冷媒配管Ｌ７１における圧縮機１２１入口部分に、圧力センサ１７２が介挿されている。
【０１０４】
圧力センサ１７１，１７２は、制御装置７５に接続されており、介挿部分において計測した冷媒の圧力情報は、制御装置７５へと送られる。
【０１０５】
ここで、本実施の形態においては、室外機７２、冷媒配管Ｌ５，Ｌ７７、さらには、冷却装置７４に温度センサは設けられていない。
【０１０６】
本実施の形態５に係る空気調和システム７では、圧力センサ１７１，１７２で取得された圧力情報に基づいて、冷却装置７４における制御弁１４５，１４６の開閉制御を実行する。
【０１０７】
２．制御装置７５の制御
制御装置７５が実行する制御弁１４５，１４６の開閉制御について、図９を用い説明する。なお、本実施の形態においても、上記実施の形態１と同様に、ＯＮ−ＯＦＦ制御を一例として、制御装置７５の制御動作を説明する。なお、以下で用いる各条件は、冷媒としてＲ２２を採用した場合の一例である。
【０１０８】
図８に示すように、空気調和システム７の駆動が開始されると、制御装置７５は、制御弁１４５を“閉”状態とし（ステップＳ７１）、制御弁１４６を“開”状態とする（ステップＳ７２）。これにより、システムの駆動の初期状態では、冷却槽１４１へ水は流入しないようになっている。そして、制御装置７５は、圧力センサ１７１，１７２からの圧力情報を取得し（ステップＳ７３）、次の数式を満足するか否かについての判断を実行する（ステップＳ７４，ステップＳ７５）。
【０１０９】
［数１０］Ｐ１７１＞１．５［ＭＰａ］
［数１１］Ｐ１７２＞０．３［ＭＰａ］
なお、上記の数式は、外気温が３５［℃］、室内温度が２７［℃］で、冷却槽１４１へ供給される水の温度が一定であるとの条件の下でのものである。
【０１１０】
制御装置７５は、上記［数１０］および［数１１］の両条件を満足すると判断した場合には、制御弁１４５を“開”状態とし（ステップＳ７６）、制御弁１４６を“閉”状態とする（ステップＳ７７）。これにより、冷却槽１４１に対して水が流入し、追加熱交換器１３が水冷される。そして、制御装置７５は、電源ＯＦＦでないことを確認の上（ステップＳ７９；Ｎｏ）、ステップＳ７３〜ステップＳ７７の判断の実行を繰り返す。
【０１１１】
逆に、制御装置７５が、上記［数１０］、［数１１］の一方の条件でも満足しないと判断した場合には（ステップＳ７４、Ｓ７５；Ｎｏ）、電源ＯＦＦでないことを確認の上（ステップＳ７８；Ｎｏ）、上記実行を繰り返す。
【０１１２】
電源ＯＦＦとなった場合には（ステップＳ７９；Ｙｅｓ）、制御装置７５は、制御弁１４５を“閉”状態とし（ステップＳ８０）、制御弁１４６を“開”状態として（ステップＳ８１）、制御の実行を終了する。同様に、ステップＳ７８で制御装置７５が電源ＯＦＦと判断した場合（ステップＳ７８；Ｙｅｓ）にも、制御の実行を終了する。
【０１１３】
本実施の形態５に係る空気調和システム７について、上記のような制御により、追加熱交換器１３の冷却を実行した場合にあっては、図１０に示す従来技術に係る空気調和システムに比べて、室内機１１における吸気−排気温度差を従来よりも拡大することができる。例えば、冷房能力が２１［ｋＷ］、熱負荷が１５．４［ｋＷ］、外気温が３５［℃］、室内設定温度が２７［℃］、室内容積が９９００［ｍｍ］×２７００［ｍｍ］×３０００［ｍｍ］である場合には、１時間当たりの消費電力を、８５９３［Ｗｈ］から５１００［Ｗｈ］へと低減することができ、約４０［％］〜５０［％］の消費電力削減が可能となる。
【０１１４】
なお、追加熱交換器１３の水冷を実行しない場合には、追加熱交換器１３からの出口部分での冷媒圧力（高圧圧力；吐出管圧力）が２．０［ＭＰａ］であり、圧縮機１２１の入口部分での冷媒圧力（低圧圧力；吸入管圧力）が０．４［ＭＰａ］である。
【０１１５】
これに対して、上記条件に基づき、追加熱交換器１３の水冷を実行することにより、高圧圧力を１．５［ＭＰａ］に低下させ、室内機における吹き出し温度を低下させることができ（吹き出し最低温度を７．８［℃］から４．０［℃］へ低下］、吸い込み温度と吹き出し温度との差を拡大することができる。具体的には、温度差を４［ｄｅｇ．］〜５［ｄｅｇ．］拡大することができる。
【０１１６】
ここで、本実施の形態５では、定格に対して２５［％］ダウンの運転状況を実現し、これにより消費電力の低減を図ろうとしている。即ち、上述のように、高圧圧力（追加熱交換器１３からの出口部分での冷媒圧力）を定格の２．０［ＭＰａ］に対し２５［％］ダウンの１．５［ＭＰａ］とし、低圧圧力（圧縮機１２１の入口部分での冷媒圧力）の０．４［ＭＰａ］に対し２５［％］ダウンの０．３［ＭＰａ］を各上限値とした。このため、高圧圧力および低圧圧力の上限値については、設置環境（室外の負荷）および室内の負荷、さらにはシステムの構成に含まれる各機器の能力などにより、上限値は変動させることが必要となる。変動における考え方を次に説明する。
【０１１７】
例えば、室外の負荷と室内の負荷とを勘案するときには、次のように上限値を変動させることになる。なお、以下の値については、Ｒ２２による冷房時のものである。
【０１１８】
（ｉ）室外の負荷および室内の負荷が共に高い場合
この場合には、高圧圧力の上限値を、１．５［ＭＰａ］よりも高く、２．０［ＭＰａ］よりも低い値とする。また、低圧圧力の上限値を、０．３［ＭＰａ］よりも高く、０．４［ＭＰａ］よりも低い値とする。定格値（高圧圧力：２．０［ＭＰａ］、低圧圧力：０．４［ＭＰａ］）に対する設定上限値の比率が、消費電力の低減できる分となる。
【０１１９】
（ｉｉ）室外の負荷および室内の負荷が共に低い場合
この場合には、上記（ｉ）の場合とは逆に、高圧圧力の上限値を、１．５［ＭＰａ］よりも低い値とし、低圧圧力の上限値を、０．３［ＭＰａ］よりも低い値とする。
【０１２０】
（ｉｉｉ）室外の負荷が高く、室内の負荷が低い場合
この場合には、高圧圧力の上限値を、１．５［ＭＰａ］よりも低い値とし、低圧圧力の上限値を、０．３［ＭＰａ］よりも高く、０．４［ＭＰａ］よりも低い値とする。
【０１２１】
（ｉｖ）室外の負荷が低く、室内の負荷が高い場合
この場合には、上記（ｉｉｉ）の場合とは逆に、高圧圧力の上限値を、１．５［ＭＰａ］よりも高く、２．０［ＭＰａ］よりも低い値とし、低圧圧力の上限値を、０．３［ＭＰａ］よりも低い値とする。
【０１２２】
以上のように上限値を設定することにより、消費電力の削減が可能となる。
【０１２３】
［その他の事項］
上記実施の形態１〜５および変形例１，２では、熱交換システムの一例として空気調和システム１〜４，７を採用したが、本発明は、この他に、例えば、冷蔵システムや冷凍システムなどに適用することも可能であり、それらに適用した場合にあっても、上記同様の効果を得ることができる。
【０１２４】
また、上記実施の形態１〜５では、冷却装置１４〜４４，７４の水の供給源については、特に言及しなかったが、水道水を用いることもできるし、地下水を汲み上げて用いることもできる。特に、地下水を用いる場合には、外気温による温度の影響を受け難く、所定範囲の温度に維持されているという点で適する。さらに、上記実施の形態１〜５および変形例１，２の各空気調和システム１〜４，７を工場内に設置する場合には、工場の工程などから出る排水あるいは排蒸気を利用することもできる。特に、排蒸気を用いる場合には、その温度が外気温よりも少しでも高い場合には、暖房時における除霜のために用いることができる。全体としてのエネルギ効率を高めることができる。
【０１２５】
また、上記実施の形態１〜５および変形例１，２の冷却装置１４〜４４，７４では、冷却媒体として水を用いたが、これ以外に熱交換効率の高い液体、例えば、油などを用いることもできる。ただし、この場合には、排液された液を回収することが必要となる。
【０１２６】
また、上記実施の形態１〜５に係る空気調和システム１〜４，７のように、追加熱交換器１３，３３ａ〜３３ｇ，４３ａ〜４３ｇを液冷する形態に限らず、室外機１２，３２ａ〜３２ｇ，７２を直接液冷する構成とすることもできる。具体的には、室外機１２，３２ａ〜３２ｇ，７２を冷却槽に収納し、当該冷却槽に冷却液を流すという構成とすることもできる。
【０１２７】
また、上記実施の形態５に係る空気調和システム７のように、冷媒の圧力を計測し、当該圧力情報に基づいて冷却液の制御を実行する構成について、上記実施の形態２〜実施の形態４の構成に対して適用することもできる。
【０１２８】
また、外気温度より高い温度の流水と熱交換をさせる場合には、暖房時においても能力の向上と電力消費の削減という効果を得ることができる。
【０１２９】
さらに、暖房運転時における制御に関し、システム中における冷媒の循環方向を逆向きとするバリエーションを、上記実施の形態１についてのみ説明したが、他の実施の形態２〜５などについても、同様の考え方で冷媒の逆進による暖房運転を実現することが可能である。この場合においても、上述のように、消費電力の削減を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【０１３０】
本発明は、環境負荷の低減が可能であって、高い熱交換効率を有する熱交換システムを実現するのに有用である。既設の空冷式の空気調和システム（熱交換システム）について、安価に、且つ、容易に熱交換効率の向上を図ることができ、また、メインテナンスも容易である。
【符号の説明】
【０１３１】
１，２，３，４，７．空気調和システム
１１，３１ａ〜３１ｇ．室内機
１２，３２ａ〜３２ｇ，７２．室外機
１３，３３ａ〜３３ｇ，４３ａ〜４３ｇ．追加熱交換器
１４，２４，３４，４４，７４．冷却装置
１５，３５，７５．制御装置
５４．冷却コイル
６４．冷却外管
１２１．圧縮機
１２２．コンデンサ
１２３，１２４．流路切替弁
１４１，２４１，３４１，４４１．冷却槽
１４２，２４２，３４２．注水路
１４３，２４３，３４３．流水出口
１４４，３４４．排水路
１４５，１４６，２４５，３４５，３４６．制御弁
１６１〜１６５，３６１ａ〜３６１ｇ，３６２ａ〜３６２ｇ，３６３ａ〜３６３ｇ，３６４，３６５．温度センサ
１７１，１７２．圧力センサ
４４１ａ〜４４１ｇ．冷却室
Ｌ１〜Ｌ７，Ｌ７１，Ｌ７７．冷媒配管
【図１】
2012053184.tif 000003
【図２】
2012053184.tif 000004
【図３】
2012053184.tif 000005
【図４】
2012053184.tif 000006
【図５】
2012053184.tif 000007
【図６】
2012053184.tif 000008
【図７】
2012053184.tif 000009
【図８】
2012053184.tif 000010
【図９】
2012053184.tif 000011
【図１０】
2012053184.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成25年3月1日(2013.3.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒体の循環経路中に、圧縮機と、冷房時に凝縮器として機能する第１の熱交換器と、冷房時に蒸発器として機能する第２の熱交換器とが、この順に挿設されており、
冷房時の熱媒体の循環経路における前記第１の熱交換器の下流であって前記第２の熱交換器の上流の少なくとも一部、または前記第１の熱交換器に対し、液による温調を実行する温調装置が付設されている
ことを特徴とする熱交換システム。
【請求項２】
冷房時の熱媒体の循環経路における前記第１の熱交換器の下流であって、前記第２の熱交換器の上流となる箇所に第３の熱交換器がさらに挿設されており、
前記温調装置は、前記液の貯留のための液槽を備えており、
前記液槽には、前記第３の熱交換器が収納されている
ことを特徴とする請求項１に記載の熱交換システム。
【請求項３】
前記第３の熱交換器の出口側での前記熱媒体の温度を計測する第１の温度センサと、
前記液槽内の温度を計測する第２の温度センサと、
前記第１の熱交換器の周囲温度を計測する第３の温度センサと、
前記温調装置における前記液槽内へ供給する液の温度を計測する第４の温度センサと、
前記第１から第４までの各温度センサからの温度情報に基づいて、前記温調装置における温調条件を制御する制御装置と、
を備える
ことを特徴とする請求項２に記載の熱交換システム。
【請求項４】
前記温調装置における前記液槽には、前記液を供給するための注液路と、前記液を排出するための排液路とが接続されており、
前記注液路および前記排液路の各々には、前記液の流量制御をする制御弁が設けられており、
前記制御装置は、前記温度情報に基づいて前記制御弁の開閉制御を行うことにより、前記温調条件の制御を行う
ことを特徴とする請求項３に記載の熱交換システム。
【請求項５】
前記第１の温度センサで計測された温度をＴ1、
前記第２の温度センサで計測された温度をＴ2、
前記第３の温度センサで計測された温度をＴ3、
前記第４の温度センサで計測された温度をＴ4、
とするとき、
前記制御装置は、
Ｔ1＞Ｔ4
Ｔ3＞Ｔ4
Ｔ4≦Ｔ2＜Ｔ3
の全ての条件を満足すると判断した場合に、前記注液路の制御弁を開状態とし、且つ、前記排液路の制御弁を閉状態とする
ことを特徴とする請求項４に記載の熱交換システム。
【請求項６】
前記温調装置における前記液槽には、前記液を供給するための注液路と、前記液を排出するための排液路とが接続されており、
前記注液路は、前記液槽内にも延設されているとともに、当該液槽内において、前記第３の熱交換器に対して前記液を散液する散液口を有し、
前記注液路には、前記液の流れを制御する制御弁が設けられており、
前記制御装置は、前記制御弁の開閉制御を行うことにより、前記温調条件の制御を行う
ことを特徴とする請求項３に記載の熱交換システム。
【請求項７】
前記第１の温度センサで計測された温度をＴ1、
前記第２の温度センサで計測された温度をＴ2、
前記第３の温度センサで計測された温度をＴ3、
前記第４の温度センサで計測された温度をＴ4、
とするとき、
前記制御装置は、
Ｔ1＞Ｔ4
Ｔ3＞Ｔ4
Ｔ4≦Ｔ2＜Ｔ3
の全ての条件を満足すると判断した場合に、前記注液路の制御弁を開状態とする
ことを特徴とする請求項６に記載の熱交換システム。
【請求項８】
前記温調装置は、コイル式熱交換器またはリービッヒ式熱交換器であって、冷房時の熱媒体の循環経路における前記第３の熱交換器と前記第２の熱交換器との間の配管に対して付設されている
こと特徴とする請求項２に記載の熱交換システム。
【請求項９】
前記第３の熱交換器と前記第２の熱交換器との間における前記熱媒体の経路中に設けられ、当該部分での前記熱媒体の圧力を計測する第１の圧力センサと、
前記第２の熱交換器と前記圧縮機との間における前記熱媒体の経路中に設けられ、当該部分での前記熱媒体の圧力を計測する第２の圧力センサと、
前記第１の圧力センサおよび第２の圧力センサからの圧力情報に基づいて、前記温調装置における温調条件を制御する制御装置と、
を備える
ことを特徴とする請求項２に記載の熱交換システム。
【請求項１０】
前記温調装置における前記液槽には、前記液を供給するための注液路と、前記液を排出するための排液路とが接続されており、
前記注液路および前記排液路の各々には、前記液の流量制御をする制御弁が設けられており、
前記制御装置は、前記圧力情報に基づいて前記制御弁の開閉制御を行うことにより、前記温調条件の制御を行う
ことを特徴とする請求項９に記載の熱交換システム。
【請求項１１】
熱媒体の経路が互いに独立した複数の循環経路を備え、
前記複数の循環経路の各々には、圧縮機と、冷房時に凝縮器として機能する第１の熱交換器と、冷房時に蒸発器として機能する第２の熱交換器とが、この順に挿設されているとともに、冷房時に前記第１の熱交換器と前記第２の熱交換器との間となる箇所に第３の熱交換器がさらに挿設されており、
前記複数の循環経路に挿設された複数の前記第３の熱交換器は、液による温調を実行する温調装置が備える一の液槽内に設置されている
ことを特徴とする熱交換システム。
【請求項１２】
前記複数の循環経路の各々における前記第３の熱交換器の出口側での前記熱媒体の温度を計測する第１の温度センサと、
前記液槽内の温度を計測する第２の温度センサと、
前記複数の循環経路の各々における前記第１の熱交換器の周囲温度を計測する第３の温度センサと、
前記温調装置における前記液槽内へ供給する液の温度を計測する第４の温度センサと、
を備え、
前記複数の循環経路の各々における第１および第３の各温度センサからの温度情報と、前記第２および第４の各温度センサからの温度情報とに基づいて、前記複数の第３の熱交換器の各温調条件を制御する制御装置を備える
ことを特徴とする請求項１１に記載の熱交換システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
より具体的には、第１の温度センサで計測された温度をＴ1、第２の温度センサで計測された温度をＴ2、第３の温度センサで計測された温度をＴ3、第４の温度センサで計測された温度をＴ4、とするとき、制御装置は、次の全ての条件を満足すると判断した場合に、注液路の制御弁を開状態とし、且つ、排液路の制御弁を閉状態とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
［数１］Ｔ1＞Ｔ4
［数２］Ｔ3＞Ｔ4
［数３］Ｔ4≦Ｔ2＜Ｔ3
また、本発明に係る熱交換システムでは、温調装置における液槽には、液を供給するための注液路と、液を排出するための排液路とが接続されており、注液路は、液槽内にも延設されているとともに、当該液槽内において、第３の熱交換器に対して前記液を散液する散液口を有するという構成を採用することもできる。そして、この構成を採用する場合においては、注液路に液の流れを制御する制御弁を設けておき、制御装置は、制御弁の開閉制御を行うことにより、温調条件の制御を行うようにすることができる。この構成を採用する場合には、上記効果に加え、使用する液量の低減、および気化熱効果による高い温調制御を図ることができる。この構成を採用する場合には、  第１の温度センサで計測された温度をＴ1、第２の温度センサで計測された温度をＴ2、第３の温度センサで計測された温度をＴ3、第４の温度センサで計測された温度をＴ4、とするとき、制御装置は、次の全ての条件を満足すると判断した場合に、注液路の制御弁を開状態とするという構成とすることができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
なお、図示を省略しているが、冷媒配管Ｌ5，Ｌ7では、冷却槽１４１への挿入部分にフレアナットが介挿されている。これは、追加熱交換器１３の補修や交換を容易にするためである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６２】
さらに、コンデンサ１２２での熱交換が１００［％］効いた場合にも、外気温度に近似した５［℃］近辺で圧縮機１２１に送られることになる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９２】
なお、本実施の形態においても、追加熱交換器４３ａ〜４３ｇの冷却において、散水口４４２ａ〜４４２ｇからの散水を行っているが、上述のように、水をミスト状にして噴霧してもよい。この場合には、水の粒径について種々の大きさを採用することができる。水の粒径、およびその作用効果については、上述の通りである。このようにミスト状にした水を噴霧する場合にも、水の気化熱を利用して高効率に熱交換を行うことが可能となる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９４】
図７（ａ）に示すように、変形例１に係る冷却装置では、冷媒配管Ｌ7、即ち、冷媒の循環経路における追加熱交換器１３と室内機１１との間の配管に対して、コイル式熱交換器の冷却コイル５４が付設されている。そして、冷却コイル５４内を水が流れるようになっている。このように冷媒配管Ｌ7に対して冷却コイル５４を付設して冷媒の冷却を実行する場合にも、上記実施の形態１〜４と同様に、消費電力の低減が可能となる。なお、他の構成については、上記実施の形態１〜４の各熱交換システム１〜４と同様とすることが可能である。
【国際調査報告】
2012053184.tif 000013
2012053184.tif 000014
2012053184.tif 000015
2012053184.tif 000016