(57)【要約】【課題】  冷水（または温水）の温度差を十分に確保したまま、熱源機に還水させることのできる空調機の制御方法を提供し、ポンプの搬送動力の低減、熱源機の効率・成績係数ＣＯＰの向上を図る。【解決手段】  熱交換器の流量比と空調負荷率の変化特性が、一次関数に近似する変化特性を持つ空調機の制御方法であって、熱交換器を多段に構成して、全部の熱交換器を稼動させることにより全負荷時の熱交換器の冷水（又は温水）の全負荷時流量を確保し得るように構成し、多段熱交換器の何れか一に流れる冷水（又は温水）を空調負荷の減少に伴って停止して同熱交換器の動作を停止すると共に、停止した熱交換器以外の動作中の熱交換器の流量がそれらの熱交換器の最大流量比の状態となるように制御弁を制御し、何れかの熱交換器を停止した後は、動作中の熱交換器の流量を増減することにより室内温度が設定温度となるように制御する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空調機内の熱交換器を２つに分割し、分割した２つの熱交換器に冷水（又は温水）を循還供給するとともに、これらの熱交換器に室内空気及び外気の混合空気を通過させることにより熱交換をさせる空調機の制御方法であって、
分割した上記熱交換器の各々の還管又は往管に制御弁を各々設置し、これらの制御弁により上記各熱交換器毎に熱交換器を通過する冷水（又は温水）の量を増減又は全停止し得るように構成し、
室内温度又は給気温度が設定温度となるように室内温度又は給気温度を検出し、冷水（又は温水）が循還している上記熱交換器の各制御弁を開閉することにより各熱交換器を通過する冷水（又は温水）を増減制御して室内温度又は給気温度を一定に制御し、
さらに上記各熱交換器への冷水（又は温水）の往き温度、還り温度及び各熱交換器を通過する流量に基づいて熱量を検出し、全負荷時に対して熱量が分割の段数で定めた設定値となった場合、分割した上記熱交換器に設置した上記制御弁のいずれか１つを全閉すると共に、
その他の上記制御弁の流量を増加させて２つの熱交換器の総流量より低い流量とすることにより、往き温度と還り温度との温度差を確保するように制御し、
一方、何れかの制御弁を全閉した後は、上記空調機に入力する熱交換後の室内空気と外気が、制御弁により冷水（又は温水）の循還を止められた熱交換器にて熱交換していない空気となり、また、冷水（又は温水）が循還している熱交換器にて熱交換した空気となり、２つの空気を混合して室内に給気し、かかる状態において、室内温度又は給気温度が設定温度となるように、冷水（又は温水）が循還している上記熱交換器の上記制御弁により冷水（又は温水）を増減制御することを特徴とする空調機の制御方法。
【請求項２】
上記請求項１記載の空調機の制御方法において、
上記各熱交換器への冷水（又は温水）の往き温度、還り温度及び各熱交換器を通過する流量に基づいて熱量を検出し、全負荷時に対して熱量が分割の段数で定めた設定値となった場合、分割した上記熱交換器に設置した上記制御弁のいずれか１つを全閉する制御に代えて、
上記室内空気及び外気の混合空気温度と給気温度の検出により、それらの温度差を測定し、全負荷に対して上記温度差が分割の段数で定めた設定値となった場合に、分割した上記熱交換器に設置した上記制御弁のいずれか１つを全閉する制御を行うことを特徴とする空調機の制御方法。
【請求項３】
空調機内の熱交換器を２つ以上のｎ段（ｎは２以上の整数）に分割し、分割したｎ段の熱交換器に冷水（又は温水）を循還供給するとともに、これらの熱交換器に室内空気及び外気を通過させることにより熱交換をさせる空調機の制御方法であって、
熱交換器をｎ段に分割し、分割した熱交換器ごとの還管又は往管に各々制御弁を設置し、これらの制御弁により上記熱交換器ごとに熱交換器を通過する冷水（又は温水）の量を増減又は全停止し得るように構成し、
室内温度又は給気温度が設定温度となるように、室内温度又は給気温度を検出し、冷水（又は温水）が循還している熱交換器の各制御弁を開閉することにより各熱交換器を通過する冷水（又は温水）を増減制御して室内温度を一定に制御し、
さらに上記熱交換器への往き温度、還り温度及び流量計より熱量を検出し、全負荷時に対して、熱量が分割の段数で定めた設定値となる度に、上記制御弁の何れか１つを全閉すると共に、
その他の上記制御弁の流量を増加させて全負荷時の総流量に対して１/ｎに相当する流量を低下させた状態とすることにより、往き温度と還り温度との温度差を確保するように制御し、
一方、何れかの制御弁を全閉した後は、前記空調機に入力する熱交換後の室内空気と外気が、制御弁により冷水（又は温水）の循還を止められた熱交換器にて熱交換していない空気となり、また、冷水（又は温水）が循還している熱交換器にて熱交換した空気となり、これらの空気を混合して室内に給気し、かかる状態において、室内温度又は給気温度が設定温度となるように、冷水（又は温水）が循還している上記熱交換器の上記制御弁により冷水（又は温水）を増減制御することを特徴とする空調機の制御方法。
【請求項４】
上記請求項３記載の空調機の制御方法において、
上記熱交換器への往き温度、還り温度及び流量計より熱量を検出し、全負荷時に対して、熱量が分割の段数で定めた設定値となる度に、上記制御弁の何れか１つを全閉する制御に代えて、
上記室内空気及び外気の混合空気温度と給気温度の検出によりそれらの温度差を計測し、全負荷時に対して上記温度差が分割の段数で定めた設定値となる度に、上記制御弁の何れか１つを全閉する制御を行うことを特徴とする空調機の制御方法。
【請求項５】
空調機内の熱交換器を２つ以上のｎ段（ｎは２以上の整数）に分割し、分割された熱交換器毎の還管又は往管に制御弁を各々設置し、前記空調機の熱交換器に冷水（又は温水）を循還供給するとともに、前記熱交換器に室内空気及び外気を通過させることにより、冷水（又は温水）と空気とを熱交換させるように構成し、
上記各熱交換器に共通の往管に往管温度センサーを設置すると共に、上記各熱交換器に共通の還管に還管温度センサー及び流量計を設置し、かつ給気対象の室内に給気温度センサー又は室内温度センサーを設け、
さらに上記給気温度センサー又は室内温度センサーの検出温度、上記往管温度センサー及び還管温度センサーの検出温度、上記流量計の検出流量を認識し、上記各制御弁を開閉制御し得るコントローラーを設け、
該コントローラーは、上記給気温度センサー又は上記室内温度センサーの検出温度を認識し、上記検出温度が設定値となるように上記制御弁を開閉制御する室内温度設定手段と、
上記往管温度センサーの検出温度、上記還管温度センサーの検出温度、及び上記検出流量に基づいて熱量を演算する熱量演算手段と、
熱量演算手段の熱量が全負荷時の１／ｎ以下になったことを検出する度に、動作中の制御弁の内何れか一の制御弁を全閉して対応する熱交換器の冷水（又は温水）の循還を停止する制御弁閉鎖手段と、
何れか一の制御弁の全閉と共に、稼働中の熱交換器の流量が、全負荷時の流量に対して１／ｎ低下するように動作中の制御弁を開閉制御する流量制御手段と、を具備しているものであることを特徴とする空調機。
【請求項６】
空調機内の熱交換器を２つ以上のｎ段（ｎは２以上の整数）に分割し、分割された熱交換器毎の還管又は往管に制御弁を各々設置し、前記空調機の熱交換器に冷水（又は温水）を循還供給するとともに、前記熱交換器に室内空気及び外気を通過させることにより、冷水（又は温水）と空気とを熱交換させるように構成し、
上記熱交換器の入口側に室内空気及び外気の混合空気温度センサーを設けると共に、給気対象の室内に給気温度センサー又は室内温度センサーを設け、
さらに上記混合空気温度センサー、上記給気温度センサー又は室内温度センサーの検出温度を認識し、上記各制御弁を開閉制御し得るコントローラーを設け、
該コントローラーは、上記給気温度センサー又は上記室内温度センサーの検出温度を認識し、上記検出温度が設定値となるように上記制御弁を開閉制御する室内温度設定手段と、
上記混合空気温度センサーと給気温度センサーの検出温度に基づいて両センサーの検出温度の温度差を演算する温度差演算手段と、
上記温度差演算手段の温度差が全負荷時の温度差に対して１／ｎ減少したことを検出する度に、動作中の制御弁の内何れか一の制御弁を全閉して対応する熱交換器の冷水（又は温水）の循還を停止する制御弁閉鎖手段と、
何れか一の制御弁の全閉と共に、稼働中の熱交換器の流量が、全負荷時の流量に対して１／ｎ低下するように動作中の制御弁を開閉制御する流量制御手段と、を具備しているものであることを特徴とする空調機。
【請求項７】
上記室内温度設定手段は、何れかの制御弁を閉鎖した後は、動作中の熱交換器に対応する制御弁を開閉制御して室内温度を一定に維持するものであることを特徴とする請求項６又は７記載の空調機。
【請求項８】
熱交換器の流量比と空調負荷率の変化特性が、一次関数に近似する変化特性を持つ空調機を使用して、熱交換器の制御弁を開閉制御することにより熱交換器に流れる冷水（又は温水）の流量を増減して、給気温度又は室内温度が設定温度となるように制御する空調機の制御方法であって、
熱交換器を多段に構成して、全部の熱交換器を稼動させることにより全負荷時の熱交換器の冷水（又は温水）の全負荷時流量を確保し得るように構成し、
上記多段の熱交換器の何れか一に流れる冷水（又は温水）を空調負荷の減少に伴って停止して同熱交換器の動作を停止すると共に、
停止した熱交換器以外の動作中の熱交換器の流量がそれらの熱交換器の最大流量比の状態となるように制御弁を制御し、
上記何れかの熱交換器を停止した後は、動作中の熱交換器の流量を増減することにより給気温度又は室内温度が設定温度となるように制御することを特徴とする空調機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水方式セントラル熱源システム等の空調設備に用いて好適な空調機の制御方法及び空調機に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の空調設備に関する先行技術文献情報としては次のものがある（特許文献１、特許文献２）。
【０００３】
従来、図８に示すように、空調機５３には熱交換器（冷水コイル又は温水コイル又は冷温水コイル）５６が内蔵され、熱交換器５６は水方式セントラル熱源システムからの冷水（又は温水）往管６２と還管６３が接続される。熱交換器５６には、送風ファン８１により室内空気及び外気が供給され、熱交換器５６を通過した空気９６は熱交換されることにより、冷気（又は暖気）となって室内に供給される。
【０００４】
この種の空調機５３の熱交換器５６は分割されることなく単段であり、制御弁８６も１つだけ設置されている。空調機５３は、室内温度検出センサー７３によって検出された室内温度又は給気温度検出センサー７４によって検出された給気温度、又は除湿の要求により冷水（又は温水）の制御弁８６を流量増減制御している。
【０００５】
従って、例えば空調機が冷房運転の場合、運転と同時に制御弁８６が開かれ、冷水が熱交換器５６に循還供給されるとともに、設定温度と室内温度との温度差により、又は、設定温度と給気温度との温度差等に応じて制御弁８６が開閉制御される。
【０００６】
そして、冷気吹出しにより室温が設定温度以下まで低下すると、その温度が検出され、熱交換器５６への冷水量を削減することで、冷却能力を小さくし、室温を設定温度に維持する。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１２５３１６号
【特許文献２】特開２００８−２０１６８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記の制御方法では、例えば冷房の場合、夏期の昼間は十分な冷却負荷が空気側にあるので、冷水の往き温度と還り温度の温度差も十分に確保されるが、夏期の夜間及び中間期と冬期においては（図２の「空調負荷率―熱交換器の流量比特性」における空調負荷率７５％以下の領域においては）、空気側の冷却負荷が減少するため、熱交換器に入る空気９６の温度が下がる、又は熱交換器を通過した後の給気温度が上昇するため、熱交換器を循還する冷水は制御弁８６で減少されるものの（図２の破線（イ）〜（ロ）の流量比参照）、往き温度と還り温度との温度差が十分確保されずに、水方式セントラル熱源システムの熱源機に還らされる。これにより、冷却負荷の減少に対して冷水（又は温水）流量を十分に低減し得ず、上記熱交換器５６へ冷水（又は温水）を循還させる冷水（又は温水）ポンプの搬送動力の増大と熱源機効率・成績係数ＣＯＰの低下をもたらしている。結果として、従来の熱交換器を使用した空調機では、図２中破線で示すように、空調負荷率が低下しても熱交換器の流量比が十分に低下しない傾向が現れている。
上記特許文献１の装置は、熱交換器は単独であり、還水温度が低下した場合は対応する制御弁を開閉制御するのみであるから上記従来と同様の課題がある（同文献１「００２０」欄）。上記特許文献２の装置は、中間期及び冬期において冷却負荷が減少した場合は、温度の低い外気を熱交換器を通さずにバイパスさせることにより、熱交換器における往き温度と還り温度の温度差を確保するものであるが、熱交換器は単独であるため、上記従来と同様の課題がある。
【０００９】
本発明は上記従来の状況に鑑みてなされたもので、冷水（又は温水）の温度差を十分に確保したまま、熱源機に還水させることのできる空調機及び空調機の制御方法を提供し、ポンプの搬送動力の低減、熱源機の効率・成績係数ＣＯＰ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】
【００１０】
上記の目的を達成するため本発明は、
第１に、空調機内の熱交換器を２つ（６，７）に分割し、分割した２つの熱交換器（６，７）に冷水（又は温水）を循還供給するとともに、これらの熱交換器（６，７）に室内空気及び外気の混合空気（４６，４７）を通過させることにより熱交換をさせる空調機の制御方法であって、分割した上記熱交換器（６，７）の各々の還管又は往管に制御弁（３６，３７）を各々設置し、これらの制御弁（３６，３７）により上記各熱交換器（６，７）毎に熱交換器（６，７）を通過する冷水（又は温水）の量を増減又は全停止し得るように構成し、室内温度又は給気温度が設定温度となるように室内温度又は給気温度を検出し、冷水（又は温水）が循還している上記熱交換器（６，７）の各制御弁（３６，３７）を開閉することにより各熱交換器（６，７）を通過する冷水（又は温水）を増減制御して室内温度又は給気温度を一定に制御し、さらに上記各熱交換器（６，７）への冷水（又は温水）の往き温度（Ｔ１１）、還り温度（Ｔ１２）及び各熱交換器（６，７）を通過する流量（Ｑ）に基づいて熱量を検出し、全負荷時に対して熱量が分割の段数で定めた設定値となった場合、分割した上記熱交換器（６，７）に設置した上記制御弁（３６，３７）のいずれか１つ（例えば３７）を全閉すると共に、その他の上記制御弁（３６）の流量を増加させて２つの熱交換器の総流量より低い流量とすることにより、往き温度と還り温度との温度差を確保するように制御し、一方、何れかの制御弁（３７）を全閉した後は、上記空調機に入力する熱交換後の室内空気と外気が、制御弁（３７）により冷水（又は温水）の循還を止められた熱交換器（７）にて熱交換していない空気となり、また、冷水（又は温水）が循還している熱交換器（６）にて熱交換した空気となり、２つの空気を混合して室内に給気し、かかる状態において、室内温度又は給気温度が設定温度となるように、冷水（又は温水）が循還している上記熱交換器（６）の上記制御弁（３６）により冷水（又は温水）を増減制御することを特徴とする空調機の制御方法により構成される。
【００１１】
空調機の処理熱量は例えば式（１）（熱量Ｑ［ｋＷ］＝流量Ｍ［Ｌ／ｈ］×（Ｔ１２−Ｔ１１）［℃］×比熱）に基づいて演算により求めることができ、例えばコントローラー（２１）により演算することができる。全負荷時とは分割した熱交換器の全てが処理可能最大熱量（空調負荷率１００％、熱交換器の流量比１００％）で動作している状態をいう。全負荷時に対して熱量が分割の段数で定めた設定値とは、例えば全負荷時に対して熱量が１／２以下に低下したときをいい、空調機の処理熱量が空調機の処理可能最大熱量の１／２以下になったときを設定値とすることができる。その他の上記制御弁（３６）の流量を増加させて２つの熱交換器の総流量より低い流量とするとは、例えば全負荷時に対して１／２に低下した流量、即ち、何れかの制御弁を閉鎖した後、閉鎖していない制御弁に対応する熱交換器（６）を最大流量比で運転している状態をいう。
【００１２】
第２に、上記第１記載の空調機の制御方法において、上記各熱交換器への冷水（又は温水）の往き温度、還り温度及び各熱交換器を通過する流量に基づいて熱量を検出し、全負荷時に対して熱量が分割の段数で定めた設定値となった場合、分割した上記熱交換器に設置した上記制御弁のいずれか１つを全閉する制御に代えて、上記室内空気及び外気の混合空気温度と給気温度の検出により、それらの温度差（ｔ１−ｔ２）を測定し、全負荷に対して上記温度差が分割の段数で定めた設定値となった場合に、分割した上記熱交換器に設置した上記制御弁のいずれか１つを全閉する制御を行うことを特徴とする空調機の制御方法により構成される。
【００１３】
混合空気と給気の温度差は例えば式（２）（温度差Δｔ[℃]＝ｔ１−ｔ２[℃]）に基づいて演算により求めることができ、例えばコントローラー（２１）により演算することができる。全負荷時とは分割した熱交換器の全てが処理可能最大温度差（空調負荷率１００％、熱交換器の流量比１００％）で動作している状態をいう。全負荷時に対して温度差が分割の段数で定めた設定値とは、例えば全負荷時に対して温度差が１／２以下に低下した例えば中間期等の状態をいい、空調機の処理可能最大温度差の１／２以下になったときを設定値とすることができる。
【００１４】
第３に、空調機内の熱交換器を２つ以上のｎ段（ｎは２以上の整数）に分割し、分割したｎ段の熱交換器に冷水（又は温水）を循還供給するとともに、これらの熱交換器に室内空気及び外気を通過させることにより熱交換をさせる空調機の制御方法であって、熱交換器をｎ段に分割し、分割した熱交換器ごとの還管又は往管に各々制御弁を設置し、これらの制御弁により上記熱交換器ごとに熱交換器を通過する冷水（又は温水）の量を増減又は全停止し得るように構成し、室内温度又は給気温度が設定温度となるように、室内温度又は給気温度を検出し、冷水（又は温水）が循還している熱交換器の各制御弁を開閉することにより各熱交換器を通過する冷水（又は温水）を増減制御して室内温度を一定に制御し、さらに上記熱交換器への往き温度、還り温度及び流量計より熱量を検出し、全負荷時に対して、熱量が分割の段数で定めた設定値となる度に、上記制御弁の何れか１つを全閉すると共に、その他の上記制御弁の流量を増加させて全負荷時の総流量に対して１/ｎに相当する流量を低下させた状態とすることにより、往き温度と還り温度との温度差を確保するように制御し、一方、何れかの制御弁を全閉した後は、前記空調機に入力する熱交換後の室内空気と外気が、制御弁により冷水（又は温水）の循還を止められた熱交換器にて熱交換していない空気となり、また、冷水（又は温水）が循還している熱交換器にて熱交換した空気となり、これらの空気を混合して室内に給気し、かかる状態において、室内温度又は給気温度が設定温度となるように、冷水（又は温水）が循還している上記熱交換器の上記制御弁により冷水（又は温水）を増減制御することを特徴とする空調機の制御方法により構成される。
【００１５】
ｎ段は２以上の整数であるが、好ましくは２以上８以下の整数をいう。熱量が分割の段数で定めた設定値となる度とは、例えば全負荷時（空調機の処理可能最大熱量）に対して熱量が１／ｎ以下に低下する度、即ち全負荷に対して分割した熱交換器の数（ｎ）で除した熱負荷だけ低下する度をいい、例えば３段に分割した場合は、上記処理熱量が処理可能最大熱量の２／３になったとき、及び、上記処理熱量が処理可能最大熱量の１／３になったときの各々をいう。全負荷時の流量（流量比１００％）に対して１/ｎに相当する流量を低下させた状態とは、何れかの制御弁を閉鎖後、閉鎖していない制御弁によって動作中の熱交換器の流量比を最大とした状態をいい、ｎ段の熱交換器の総流量より減少した状態をいう。例えば、熱交換器を３段に分割した場合においては、処理熱量が処理可能最大熱量の２／３になったときは、１／３に相当する流量が低下され、結果的に総流量の２／３の流量となり、処理熱量が処理可能最大熱量の１／３になったときは、さらに１／３に相当する流量が低下され、結果として総流量の１／３の流量となるような制御を行う。
【００１６】
この空調機の制御方法では、往管と還管の冷水（又は温水）温度及び流量により熱交換の熱量が検出され、例えば２分割の場合、この空調機の処理可能熱量を分割した熱交換器の数２で割った値以下となると、分割された熱交換器にそれぞれ取り付けられた制御弁のいずれか１つを全閉とすることで、循還を止めた熱交換器での冷水（又は温水）と空気との熱交換が止まる。これにより、冷水（又は温水）の流量が１／２以下となるが、全閉としていない制御弁が設置されている熱交換器だけで必要な熱量の熱交換を集中して行うことになるため、室内空気又は外気と十分に熱交換可能となり、かつ要求された適正な熱交換が確保されると共に、往管と還管との十分な温度差が常時確保されるようになる。この結果、冷水量（又は温水量）が小水量に制御されて、ポンプの搬送動力の低減、熱源機の効率、成績係数ＣＯＰの向上が可能となる。
【００１７】
第４に、上記第３記載の空調機の制御方法において、上記熱交換器への往き温度、還り温度及び流量計より熱量を検出し、全負荷時に対して、熱量が分割の段数で定めた設定値となる度に、上記制御弁の何れか１つを全閉する制御に代えて、上記室内空気及び外気の混合空気温度と給気温度の検出によりそれらの温度差を計測し、全負荷時に対して上記温度差が分割の段数で定めた設定値となる度に、上記制御弁の何れか１つを全閉する制御を行うことを特徴とする空調機の制御方法により構成される。
【００１８】
温度差が分割の段数で定めた設定値となる度とは、例えば全負荷時（空調機の処理可能最大温度差）に対して温度差が１／ｎ以下に低下する度、即ち全負荷に対して分割した熱交換器の数（ｎ）で除した熱負荷だけ低下する度をいい、例えば３段に分割した場合は、上記温度差が処理可能最大温度差の２／３になったとき、及び、上記処理温度差が処理可能最大温度差の１／３になったときの各々をいう。
【００１９】
この空調機の制御方法では、混合空気温度と給気温度より温度差が検出され、例えば２分割の場合、この空調機の処理可能温度差を分割した熱交換器の数２で割った値以下となると、分割された熱交換器にそれぞれ取り付けられた制御弁のいずれか１つを全閉とすることで、循還を止めた熱交換器での冷水（又は温水）と空気との熱交換が止まる。これにより、冷水（又は温水）の流量が１／２以下となるが、全閉としていない制御弁が設置されている熱交換器だけで必要な温度差の熱交換を集中して行うことになるため、室内空気又は外気と十分に熱交換可能となり、かつ要求された適正な熱交換が確保されると共に、往管と還管との十分な温度差が常時確保されるようになる。この結果、冷水量（又は温水量）が小水量に制御されて、ポンプの搬送動力の低減、熱源機の効率、成績係数ＣＯＰの向上が可能となる。
【００２０】
第５に、空調機内の熱交換器を２つ以上のｎ段（ｎは２以上の整数）に分割し、分割された熱交換器毎の還管又は往管に制御弁を各々設置し、前記空調機の熱交換器に冷水（又は温水）を循還供給するとともに、前記熱交換器に室内空気及び外気を通過させることにより、冷水（又は温水）と空気とを熱交換させるように構成し、上記各熱交換器に共通の往管に往管温度センサーを設置すると共に、上記各熱交換器に共通の還管に還管温度センサー及び流量計を設置し、かつ給気対象の室内に給気温度センサー又は室内温度センサーを設け、さらに上記給気温度センサー又は室内温度センサーの検出温度、上記往管温度センサー及び還管温度センサーの検出温度、上記流量計の検出流量を認識し、上記各制御弁を開閉制御し得るコントローラーを設け、該コントローラーは、上記給気温度センサー又は上記室内温度センサーの検出温度を認識し、上記検出温度が設定値となるように上記制御弁を開閉制御する室内温度設定手段と、上記往管温度センサーの検出温度、上記還管温度センサーの検出温度、及び上記検出流量に基づいて熱量を演算する熱量演算手段と、熱量演算手段の熱量が全負荷時の１／ｎ以下になったことを検出する度に、動作中の制御弁の内何れか一の制御弁を全閉して対応する熱交換器の冷水（又は温水）の循還を停止する制御弁閉鎖手段と、何れか一の制御弁の全閉と共に、稼働中の熱交換器の流量が、全負荷時の流量に対して１／ｎ低下するように動作中の制御弁を開閉制御する流量制御手段と、を具備しているものであることを特徴とする空調機により構成される。
【００２１】
この空調機では、往管と還管の冷水（又は温水）温度を検出する温度センサーと（往管又は）還管の流量を検出する流量計により、空調機で消費される熱量を検出することにより、２つ以上の多段に分割された熱交換器は、それぞれの熱交換器ごとに設置された制御弁により冷水（又は温水）量を増減又は全停止制御することで、多段に分割された熱交換器のいくつかを、室内空気及び外気と熱交換をさせないで通過させる。一方、全閉された熱交換器とは異なる熱交換器では、十分な熱交換がされるようになり、循還する冷水（又は温水）の冷房（又は暖房）能力を十分に引き出して、往き温度と還り温度との温度差を十分確保できるように制御される。
【００２２】
第６に、空調機内の熱交換器を２つ以上のｎ段（ｎは２以上の整数）に分割し、分割された熱交換器毎の還管又は往管に制御弁を各々設置し、前記空調機の熱交換器に冷水（又は温水）を循還供給するとともに、前記熱交換器に室内空気及び外気を通過させることにより、冷水（又は温水）と空気とを熱交換させるように構成し、上記熱交換器の入口側に室内空気及び外気の混合空気温度センサーを設け、かつ給気対象の室内に給気温度センサー又は室内温度センサーを設け、さらに上記混合空気温度センサー、上記給気温度センサー又は室内温度センサーの検出温度を認識し、上記各制御弁を開閉制御し得るコントローラーを設け、該コントローラーは、上記給気温度センサー又は上記室内温度センサーの検出温度を認識し、上記検出温度が設定値となるように上記制御弁を開閉制御する室内温度設定手段と、上記混合空気温度センサーと給気温度センサーの検出温度に基づいて両センサーの検出温度の温度差を演算する温度差演算手段と、上記温度差演算手段の温度差が全負荷時の温度差に対して１／ｎ減少したことを検出する度に、動作中の制御弁の内何れか一の制御弁を全閉して対応する熱交換器の冷水（又は温水）の循還を停止する制御弁閉鎖手段と、何れか一の制御弁の全閉と共に、稼働中の熱交換器の流量が、全負荷時の流量に対して１／ｎ低下するように動作中の制御弁を開閉制御する流量制御手段と、を具備しているものであることを特徴とする空調機により構成される。
【００２３】
この空調機では、室内空気及び外気の混合空気温度と給気温度とを検出する温度センサーにより、空調機で低下（又は上昇）される温度差を検出することにより、２つ以上の多段に分割された熱交換器は、それぞれの熱交換器ごとに設置された制御弁により冷水（又は温水）量を増減又は全停止制御することで、多段に分割された熱交換器のいくつかを、室内空気及び外気と熱交換をさせないで通過させる。一方、全閉された熱交換器とは異なる熱交換器では、十分な熱交換がされるようになり、循還する冷水（又は温水）の冷房（又は暖房）能力を十分に引き出して、往き温度と還り温度との温度差を十分確保できるように制御される。
【００２４】
第７に、上記室内温度設定手段は、何れかの制御弁を閉鎖した後は、動作中の熱交換器に対応する制御弁を開閉制御して室内温度を一定に維持するものであることを特徴とする上記第６又は７記載の空調機。
【００２５】
第８に、熱交換器の流量比と空調負荷率の変化特性が、一次関数に近似する変化特性を持つ空調機を使用して、熱交換器の制御弁を開閉制御することにより熱交換器に流れる冷水（又は温水）の流量を増減して、給気温度又は室内温度が設定温度となるように制御する空調機の制御方法であって、熱交換器を多段に構成して、全部の熱交換器を稼動させることにより全負荷時の熱交換器の冷水（又は温水）の全負荷時流量を確保し得るように構成し、上記多段の熱交換器の何れか一に流れる冷水（又は温水）を空調負荷の減少に伴って停止して同熱交換器の動作を停止すると共に、停止した熱交換器以外の動作中の熱交換器の流量がそれらの熱交換器の最大流量比の状態となるように制御弁を制御し、上記何れかの熱交換器を停止した後は、動作中の熱交換器の流量を増減することにより給気温度又は室内温度が設定温度となるように制御することを特徴とする空調機の制御方法により構成される。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係る空調機の制御方法及び空調機によれば、室内温度又は給気温度を検出し、熱交換器を通過する冷水（又は温水）の量を増減制御する一方、往き温度と還り温度及び流量の検出により処理熱量を算出し、熱交換器ごとに設置した制御弁のいずれかを全閉することにより、空気と熱交換させる熱交換器と、熱交換させない熱交換器とに分け、空調機全体の流量を低下させることで、熱交換させる熱交換器では十分に熱交換させることができて、結果として往管と還管の温度差を十分に確保できるようになる。この結果、ポンプ動力の低減、熱源機の効率・成績係数ＣＯＰの向上を実現することができるものである。
【００２７】
また、本発明に係る空調機の制御方法及び空調機によれば、室内空気及び外気の混合空気温度と給気温度を検出することにより処理温度差を算出し、熱交換器ごとに設置した制御弁のいずれかを全閉することにより、空気と熱交換させる熱交換器と、熱交換させない熱交換器とに分け、空調機全体の流量を低下させることで、熱交換させる熱交換器では十分に熱交換させることができて、結果として往管と還管の温度差を十分に確保できるようになる。この結果、ポンプ動力の低減、熱源機の効率・成績係数ＣＯＰの向上を実現することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明に係る空調機の制御方法及び空調機の好適な実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００２９】
図１は本発明に係る実施形態としての空調機（多段式熱交換器・コイルによる冷水（又は温水）往き還り温度差確保型空調機）の概略を示す構成図である。
【００３０】
本実施形態による空調機３は、２つ以上の多段に分割された熱交換器が内臓されている。図１は２つに分割された２段式の場合で、熱交換機６と熱交換器７に冷水（又は温水）を循還供給するとともに、この熱交換器６と熱交換器７にほぼ均等に室内空気（還気ＲＡ）及び外気（ＯＡ）を通過させることにより、冷水（又は温水）と室内空気及び外気とを熱交換させる。尚、これらの熱交換器６，７は、冷水コイル又は温水コイル又は冷温水コイルにより構成されている。
【００３１】
熱交換器６と熱交換器７は、水方式セントラル冷暖房システム（冷凍機及びボイラ等の熱源設備）からの冷水（又は温水）往管１２及び冷水（又は温水）還管１３が接続されている。また、空調機３には送風ファン３１が内蔵され、送風ファン３１は室内空気及び外気を吸い込み、熱交換器６と熱交換器７に通過させることで熱交換させ、冷風（又は温風）となった空気を室内へ吹き出す。また、この送風ファン３１は、例えばインバータコントローラー３２等により、送風量が可変制御可能となっている。
【００３２】
熱交換器６の還管には制御弁３６が、熱交換器７の還管には制御弁３７が取り付けてあり、熱交換器６と熱交換器７に接続した熱交換器６，７共通の往管１２には往管温度センサー２６が、熱交換器６，７共通の還管１３には還管温度センサー２７及び流量計３３が取り付けてあり、往管温度センサー２６、還管温度センサー２７及び流量計３３からの検出信号により、コントローラー２１にて熱交換器６と熱交換器７で熱交換する処理熱量を検出する。
【００３３】
制御弁３６と制御弁３７は弁開度が無段階制御可能となっている。すなわち、この制御弁３６と制御弁３７は、室内温度（室内温度センサー２５）又は給気温度（給気温度センサー２４）が設定温度となるように、熱交換器６と熱交換器７を通過する冷水（又は温水）の量を増減制御するようになっている。さらに、往管温度センサー２６と還管温度センサー２７及び流量計３３にて検出されて、コントローラー２１により熱量が算出され、例えば２分割された２段式熱交換器の場合は、この空調機３の処理可能最大熱量の１／２以下になると、又は外気（ＯＡ）と還気（ＲＡ）の混合空気の温度センサー２３と給気温度センサー２４により温度が検出されて、混合空気と給気温度との温度差が所定値になると、制御弁３６又は制御弁３７のいずれか一方を全閉として、それに対応する熱交換器の冷水（又は温水）の循還を止める。そして、他方の制御弁のみにて室内温度又は給気温度が設定温度となるように冷水（又は温水）の循還量を制御するようになっている。
【００３４】
尚、上記熱量による制御と、上記温度差による制御は、何れか一方を選択して行う。
【００３５】
制御弁３６と制御弁３７は、室内温度センサー２５又は給気温度センサー２４から検出された温度が設定温度に保持されるように制御を行う。この制御はコントローラー２１に、混合空気温度センサー２３、室内温度センサー２５、給気温度センサー２４、往管温度センサー２６、還管温度センサー２７及び流量計３３からの検出信号が入力することにより実現する。
【００３６】
したがって熱交換器６、熱交換器７では、全風量が通過する時、処理可能最大熱量の熱交換が行われ、定格の往き温度と還り温度及び温度差が確保される。
【００３７】
空調機３には、２つに分割された２段式熱交換器に、室内空気（還気ＲＡ）及び外気（ＯＡ）を熱交換器６と熱交換器７にほぼ均等に通過される。したがって空調機３に吸引された空気のうち、熱交換器６を通過した空気と熱交換器７を通過した空気が混合された後、送風ファン３１を介して室内へと供給される。
【００３８】
この時、制御弁３６又は制御弁３７のいずれかが全閉となっている場合は、熱交換した空気と熱交換しない空気が混合されて室内へと供給される。この室内には、室内温度センサー２５を設けている。また、空調機３の吹き出し口近傍には、給気温度を検出する給気温度センサー２４を設けている。
【００３９】
なお、多段式熱交換器空調機３にて、室内空気及び外気を２つ以上に分割された熱交換器において、熱交換した空気と熱交換しない空気を混合する方式は、一般空調機５３にて、空気を全て均一に熱交換させる熱交換器５６を通過させる方式よりも冷却除湿能力は高くなり、この方式では再熱が軽減される効果がある。
【００４０】
次にこのような構成を有する空調機３の動作を説明する。
図２は、熱交換器の流量比と空調負荷率の変化特性であり、細実線で示す一次関数が最も効率の高い理想的な流量比変化特性を示す。本発明は、熱交換器を２段以上の多段とすることにより、この一次関数に近似した変化特性を持つ空調機を実現する。尚、上記図２の特性図において、夏場の冷房において最大冷房負荷での最大冷房熱量に対して、冷凍機の最も効率の良い往き温度と還り温度との温度差と流量のとき、その流量を「熱交換器の流量比」の１００％流量（最大流量比）とする。また、その時の最大冷房負荷を「空調負荷率」の１００％とする。冬場の暖房においても同様に、暖房において最大負荷での最大熱量に対して、冷凍機の最も効率の良い往き温度と還り温度との温度差と流量のとき、その流量を「熱交換器の流量比」の１００％流量とし、また、その時の最大負荷を「空調負荷率」の１００％とする。
【００４１】
また、上記空調負荷率１００％でかつ１００％流量のときを（図２のａ点）を「最大流量比」という。また、「最大流量比」を各熱交換器毎に捉えると、熱交換器を多段に分割したとき、例えば熱交換器を２段に分割した場合は、各熱交換器毎の最大流量比は各々５０％となり（図２のｂ点）、３段に分割したときは各熱交換器の最大流量比は各々３３％（図６のｂ’点、ｃ’点）となり、各々各熱交換器を合計したときに空調機全体の最大流量比１００％が確保されるものとする。
【００４２】
本発明に係る２つ以上の多段に分割された熱交換器のうち（図２参照）、２つに分割した２段式熱交換器の場合の想定値として、低負荷時又は部分負荷時において全閉としない制御弁３６を設置した熱交換器６を流れる冷水（又は温水）の流量比を「１点鎖線」にて、低負荷時には全閉とする制御弁を設置した熱交換器７を流れる冷水（又は温水）の流量比を「２点鎖線」にて、熱交換器６と熱交換器７の合計の流量比を「太実線」で、さらに一般空調機の熱交換器５６を流れる冷水（又は温水）の流量比を「破線」にて示す。
【００４３】
ここで、本発明の２段式熱交換器も、一般空調機の熱交換器も空調負荷率１００％では往き温度と還り温度の十分な温度差が確保されているが、２分割した熱交換器の１つの熱交換器の最少必要流量比を３０％（従来の１つの熱交換器５６の最小必要流量比の１／２）と仮定し、流量比３０％では、往き温度と還り温度の温度差が５０％しか確保されないと想定している。
【００４４】
よって、一般空調機の熱交換器５６の流量比は、空調負荷率１００％では流量比１００％（最大流量比）、空調負荷率５０％では流量比７０％、空調負荷率３０％では流量比６０％となる（図２破線参照）。
【００４５】
一方、２段式熱交換器の場合、空調負荷率１００％では、熱交換器６の流量比５０％（最大流量比）と熱交換器７の流量比５０％（最大流量比）の計１００％、空調負荷率５０％では熱交換器６の流量比３５％と熱交換器７の流量比３５％の計７０％となり、一般空調機と同時と想定される。
【００４６】
しかし例えば空調負荷率４９％では、熱交換器６の流量比４９％と熱交換器７の流量比０％の計４９％、空調負荷率３０％では、熱交換器６の流量比４０％と熱交換器７の流量比０％の計４０％となり、一般空調機の６０％と比較して流量が小水量（２０％減）となることで温度差の十分な確保が可能となる。さらに最小必要流量が１／２となるので、最小流量比３０％、空調負荷率１５％まで制御可能となる。
【００４７】
なお、図２に示した多段熱交換空調機は２段式熱交換器の流量比を説明の簡略化のために示したものであり、３段式、４段式と段数が増えるに従って、往き温度と還り温度との温度差確保はさらに十分確実なものとなっていく。
【００４８】
上記コントローラー２１は、実際にはＣＰＵを備えた制御手段であり、当該ＣＰＵは図４乃至図６に示す動作手順に従って上記制御弁３６，３７を開閉制御するものであり、その機能を図３に機能ブロック図として示す。上記コントローラー２１における室内温度設定手段２１ａは、混合空気温度センサー２３、給気温度センサー２４又は室内温度センサー２５からの温度の検出信号を受けて、これらの検出信号を設定値（設定温度）と比較し、当該比較の結果、検出温度が設定温度より高い場合（又は低い場合）は制御弁３６及び制御弁３７を開いて冷水（又は温水）の流量を増加させ、熱交換器６，７を通過する空気４６、４７の温度を低下させる（又は上昇させる）方向に制御を行い、検出温度が設定温度より低い場合（又は高い場合）は制御弁３６及び制御弁３７を絞って冷水（又は温水）の流量を減少させ、熱交換器６，７を通過する空気４６、４７の温度を上昇させる（又は下降させる）方向に制御を行い、室内温度を一定に維持する。また、この室内温度設定手段２１ａは、制御弁３７が全閉された後は、制御弁３６のみの開閉制御を行うことで室内温度を一定に制御する動作を行う。
【００４９】
熱量演算手段２１ｂは、往管温度センサー２６の温度の検出信号Ｔ１１、還管温度センサー２７の温度の検出信号Ｔ１２、流量計３３からの流量の検出信号を受けて、次式により処理熱量Ｑの演算を行う。
【００５０】
熱量Ｑ［ｋＷ］＝流量Ｍ［Ｌ／ｈ］×（Ｔ１２−Ｔ１１）［℃］×比熱  （１）
そして、上記熱量Ｑが空調機３の処理可能最大熱量Ｑｍａｘ（空調負荷率１００％）の１／２以下になったか否かを判断し、熱量演算手段２１ｂが処理熱量が処理可能最大熱量Ｑｍａｘの１／２以下になったことを検出すると、制御弁閉鎖手段２１ｃが制御弁３７を全閉する動作を行うものである。また、熱量演算手段２１ｂが上記処理熱量が処理可能最大熱量Ｑｍａｘの１／２になったことを検出すると、同時に流量制御手段２１ｄは制御弁３６の流量を増加して、熱交換器６の最大能力運転状態（最大流量比の状態）とするものである。
【００５１】
熱量ではなく、温度差で制御を行う場合は、上記熱量演算手段２１ｂが温度差演算手段として機能し、以下の制御を行う。温度差演算手段２１ｂは、室内空気及び外気の混合空気温度センサー２３の温度の検出信号ｔ１、給気温度センサー２４の温度の検出信号ｔ２を受けて、次式により処理温度差Δｔの演算を行う。
温度差Δｔ[℃]＝ｔ１−ｔ２[℃]  （２）
そして、上記温度差Δｔが空調機３の処理可能最大温度差Δｔｍａｘ（空調負荷率１００％、例えばΔｔ＝１５℃〜１６℃）の１／２（Δｔ＝７．５℃〜８℃）になったか否かを判断し、温度差演算手段２１ｂが処理温度差が処理可能最大温度差Δｔの１／２以下になったことを検出すると、制御弁閉鎖手段２１ｃが制御弁３７を全閉する制御を行うものである。また、温度差演算手段２１ｂが上記処理温度差が処理可能最大温度差Δｔｍａｘの１／２になったことを検出すると、同時に流量制御手段２１ｄは制御弁３６の流量を増加して、熱交換器６の最大能力運転状態（最大流量比の状態）とするものである。
【００５２】
上記熱量で制御する場合及び上記温度差で制御する場合の何れの場合も、その後は、室内温度設定手段２１ａが給気温度センサー２４又は室内温度センサー２５からの検出信号に基づいて、制御弁３６のみを開閉制御して室内温度を一定に制御する動作を行う。
【００５３】
次に、本発明に係る空調機の動作を図４乃至図６のフローチャートに基づいて具体的に説明する。
【００５４】
空調負荷率１００％〜５０％の間は（図２の（ハ）の領域）、制御弁３６，３７が共に開いており、コントローラー２１（室内温度設定手段２１ａ）により開閉制御される。即ち、コントローラー２１（室内温度設定手段２１ａ）は、室内温度センサー２５及び給気温度センサー２４を検出し、室内温度が設定値にあるか否か、又は給気温度が設定値にあるか否かを判断し（図４Ｐ１，Ｐ２）、設定値にない場合は、制御弁３６及び制御弁３７を開閉制御して熱交換器６及び熱交換器７の流量を制御し（図４Ｐ３）、これによって熱交換器６及び７を通過する空気の温度を低下又は上昇せしめ、室内の温度が設定値（一定）になるように制御している。
【００５５】
例えば、真夏等の最大負荷時、還気４６及び外気４７の混合温度が３０℃、往管１２の冷水温度が７℃であるとすると、還気４６及び外気４７は熱交換器６，７で１５℃〜１６℃に冷却され、送風ファン３１により室内に給気される。室内に給気された空気温度は室内の顕熱負荷等により上昇し、設定温度の２６℃となるように制御される。このとき冷水は還管１３において１２℃〜１７℃に上昇しており、図示しない水方式セントラル冷暖房システムで再度７℃に冷却されて往管１２に流れていく。
【００５６】
上記コントローラー２１（熱量演算手段２１ｂ）は、往管温度センサー２６の温度Ｔ１１、還管温度センサー２７の温度Ｔ１２、及び流量計３３の流量Ｍを検出し（図４Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６）、上記（１）式により処理熱量を演算する（図４Ｐ７）。
【００５７】
そして、コントローラー２１（熱量演算手段２１ｂ）は上記熱量Ｑが、空調機３の処理可能最大熱量の１／２以下になったか否かを判断する（図４Ｐ８）。上記コントローラー２１（熱量演算手段２１ｂ）は、上記熱量Ｑが処理可能最大熱量の１／２（空調負荷率５０％）より大きい場合は、ステップＰ１に戻り、上記室内温度設定手段２１ａが上記制御弁３６、３７の両方を制御して、２つの熱交換器６，７による熱交換を行って室内温度を設定値に維持する動作を継続する（図４Ｐ１〜Ｐ３）。即ち、空調負荷率１００％から５０％に至るまでは（図２の（ハ）の領域）、このように２つの熱交換器６，７を使用して熱交換を行う動作を行うので、例えば空調負荷率が８０％のときは熱交換器６，７の流量比は約９０％となり（図２太実線参照）、単独の熱交換器５６を使用した従来と同様の特性（図２破線参照）となる。
【００５８】
次に、夏場の夜間或いは中間期、冬期において、上記熱量が処理最大熱量の１／２（空調負荷率が５０％）となった場合は（図２の（イ））、以下の動作となる。即ち、コントローラー２１（熱量演算手段２１ｂ）が上記（１）式の演算により、上記熱量が処理可能最大熱量の１／２（空調負荷率が５０％）になったことを検出すると、上記コントローラー２１（制御弁閉鎖手段２１ｃ）は上記制御弁３７を全閉し、対応する熱交換器７の流量を０にすると共に（図２の（ニ）から（ホ）参照、図６Ｐ１）、上記コントローラー２１（流量制御手段２１ｂ）は、制御弁３６を開いて、熱交換器６の流量比が３５％から５０％となるように流量を増加させ（図２の（ニ）から（へ）参照）、熱交換器６の最大能力運転状態とする（図６Ｐ２）。
【００５９】
熱量ではなく、温度差で制御を行う場合は、以下の制御となる（図５）。尚、図５におけるステップＰ１１，Ｐ１２は上記ステップＰ１，Ｐ２と同様の制御となる。上記コントローラー２１（温度差演算手段２１ｂ）は、室内空気と外気の混合空気温度センサー２３の温度ｔ１、給気温度センサー２４の温度ｔ２を検出し（図５Ｐ１４，Ｐ１５）、上記式（２）より温度差を演算する（図５Ｐ１６）。
【００６０】
そして、コントローラー２１（温度差演算手段２１ｂ）は上記熱温度差Δｔが、空調機３の処理可能最大温度差（例えば１５℃）の１／２（例えば７．５℃）以下になったか否かを判断する（図５Ｐ１７）。上記コントローラー２１（温度差演算手段２１ｂ）は、上記温度差Δｔが処理可能最大温度差の１／２より大きい場合は、ステップＰ１１に戻り、上記室内温度設定手段２１ａが上記制御弁３６、３７の両方を制御して、２つの熱交換器６，７による熱交換を行って室内温度を設定値に維持する動作を継続する（図５Ｐ１１〜Ｐ１３）。即ち、空調負荷率１００％から５０％に至るまでは（図２の（ハ）の領域）、このように２つの熱交換器６，７を使用して熱交換を行う動作を行うので、例えば空調負荷率が８０％のときは熱交換器６，７の流量比は約９０％となり（図２太実線参照）、単独の熱交換器５６を使用した従来と同様の特性（図２点線参照）となる。
【００６１】
次に、夏場の夜間或いは中間期、冬期において、上記温度差が処理最大温度差（１５℃）の１／２（７．５℃、空調負荷率が５０％に相当）となった場合は（図２の（イ））、以下の動作となる。即ち、コントローラー２１（温度差演算手段２１ｂ）が上記（２）式の演算により、上記温度差が処理可能最大温度差の１／２（空調負荷率が５０％）になったことを検出すると、上記コントローラー２１（制御弁閉鎖手段２１ｃ）は上記制御弁３７を全閉し、対応する熱交換器７の流量を０にすると共に（図２の（ニ）から（ホ）参照、図６Ｐ１）、上記コントローラー２１（流量制御手段２１ｄ）は、制御弁３６を開いて、熱交換器６の流量比が３５％から５０％となるように流量を増加させ（図２の（ニ）から（へ）参照）、熱交換器６の最大能力運転状態とする（図６Ｐ２）。
【００６２】
上記熱量制御の場合、又は温度差制御の場合の何れも、上記熱交換器７の流量を０とした後は、以下の制御となる。
【００６３】
上記熱交換器７の運転が停止されると、熱交換器６のみの最大能力運転（最大流量比５０％の状態）に切り換えられる（図２の（イ）から（へ）参照）。空調負荷率５０％以下の負荷率の範囲（図２の（ト）の領域）では、このように熱交換器６のみが動作した状態で空調機３の運転が行われる。
【００６４】
このとき、上記空調機３に入力する熱交換後の室内空気（還気ＲＡ）と外気（ＯＡ）が、制御弁３７により冷水（又は温水）の循還を止められた熱交換器７にて熱交換していない空気となり、また、冷水（又は温水）が循還している熱交換器６にて熱交換した空気となり、２つの空気が送風ファン３１により混合されて室内に給気され、かかる状態において、上記コントローラー２１（室内温度設定手段２１ａ）は、室内温度又は給気温度が設定温度となるように、冷水（又は温水）が循還している上記熱交換器６の上記制御弁３６により冷水（又は温水）の流量を増減制御する。即ち、還気４６及び外気４７は全量の約半分が動作中の熱交換器６を通過し、全量の約半分が停止中の熱交換器７を通過する。
【００６５】
例えば、熱交換後の室内空気（還気ＲＡ：２６℃）と外気ＯＡ（２８℃）との混合気４６，４７の温度が２７℃であるとすると、室内温度を２６℃に制御する場合は、熱交換器６を通過した空気は例えば１５℃に低下するように制御弁３６を制御し、停止中の熱交換器７を通過した空気は熱交換されずに２７℃のまま熱交換器７を通過し、送風機３１にて１５℃の空気と２７℃の空気が混合され、その結果、約２１℃の空気として室内に給気される。
【００６６】
そして、空調負荷率が５０％以下の領域（ト）においては、上記コントローラー２１（室内温度設定手段２１ａ）は、同様に室内温度センサー２５、又は給気温度センサー２４の温度が設定温度（例えば室内温度２６℃、給気温度２１℃）にあるか否かを監視しており（図６Ｐ３、Ｐ４）、給気温度又は室内温度が設定温度より高い場合、或いは給気温度又は室内温度が設定温度より低い場合は、制御弁３６のみを開閉制御して熱交換器６の流量を制御し（図６Ｐ５）、室内温度及び給気温度が設定温度を維持するように制御を行う（図２の（ト）の領域）。
【００６７】
ここで、空調負荷率５０％以下の流量比（図２の太実線）を従来の１台の熱交換器５６の特性（図２の破線）と比較すると、流量比において全体として約２０％低減しており、空調負荷率５０％以下の領域（ト）において、より少ない流量での運転が可能であることがわかる。例えば空調負荷率３０％における流量比は１台の熱交換器５６の場合は、６０％の流量比を必要とするが、本発明においては４０％の流量比で運転が可能であることがわかる。よって、熱交換させる熱交換器（本実施形態の場合は熱交換器６）において少ない流量で十分に熱交換させることができ、結果として、往管１２と還管１３の温度差を十分に確保できるようになる。この結果、往管１２及び還管１３に冷水（又は温水）を循還させるポンプ動力の低減を実現することができ、よって熱源機の効率・成績計数ＣＯＰの向上、２ポンプ方式のシステムにおいて、大幅なバイパス流量の削減が可能となる。
【００６８】
また、上述のように空調負荷率５０％以下の領域（図２の（ト））において、例えば空気の結露温度が１８℃以下であったとすると、上述のように上記熱交換器６において空気温度を１５℃まで減少させると、熱交換器６において結露が生じるので、該熱交換器６を通過した空気の除湿を行うことができるという効果がある。空調負荷率５０％以下の中間期等においては、従来の１台の熱交換器５６において室内温度を２６℃に設定するとすれば、熱交換器５６において空気を２１℃に低下させることになるが、これでは空気温度を結露温度まで低下させることができず、熱交換器５６を通過する空気の除湿を行うことが難しくなる。このように、本発明は上述の流量の低減効果に加えて、中間期等において除湿能力が高いという効果をも奏し得るものである。
【００６９】
上記の説明は熱交換器を２段に分割した場合の例を中心に行ったが、例えば３段に分割した場合の空調負荷率―流量比特性は概略図７の太破線に示すようになる。この場合、領域（リ）では３台の熱交換器を動作させて対応する３つの制御弁を制御することにより、室内温度を一定に保持しており、従来の１台の熱交換器を使用した場合と同等の制御となる。尚、各熱交換器の最大流量比は各々３３％であり（図７ｂ’，ｃ’点）、３段の熱交換器を合計すると最大流量比１００％（図７ａ’点）となる。
【００７０】
処理熱量Ｑが処理可能最大熱量（空調負荷率１００％）の１／３に相当する量低下したとき（図７の（ヌ））、３つの制御弁の１つを全閉すると共に、全閉しない制御弁を開いて流量を増加させ、残りの２台の熱交換器の最大流量比（１００％流量比の２／３）の状態とする（図７の（ル））。以下、領域（オ）では、稼動中の２つの熱交換器に対応する制御弁の開閉制御を行って室内温度を一定に制御する。この状態においては、一般熱交換器５６の流量（図７破線）に比較して約１０％流量比が低下しており、より少ない流量にて運転が可能となっている。
【００７１】
さらに熱量Ｑが処理可能最大熱量（空調負荷率１００％）の１／３に相当する量低下したとき（図７の（ワ））、動作中の２つの制御弁の１つを全閉すると共に、全閉しない制御弁を開いて流量を増加させ、１台の熱交換器の最大流量比（１００％流量比の１／３）の状態とする（図７の（カ））。そして、領域（ヨ）では、稼動中の１台の熱交換器に対応する制御弁の開閉制御を行って室内温度を一定に制御する。この領域（ヨ）では２段の熱交換器の場合（図７の太実線）と比較しても、さらに少ない流量にて運転が可能であり、しかも最低流量比を１５％まで低下させることができ、より効率的な運転が可能となる。
【００７２】
このように、熱交換器の段数を増加させて同様の制御を行うことにより、熱交換器の流量比と空調負荷率の変化特性を、細実線で示す最も効率の高い理想的な流量比特性に近づけていくことができる。
【００７３】
上述のように、熱交換器をｎ段に分割し、分割した熱交換器ごとの還管又は往管に各々制御弁を設置し、これらの制御弁により上記熱交換器ごとに熱交換器を通過する冷水（又は温水）の量を増減又は全停止し得るように構成し、室内温度又は給気温度が設定温度となるように、室内温度又は給気温度を検出し、冷水（又は温水）が循還している熱交換器の各制御弁を開閉することにより各熱交換器を通過する冷水（又は温水）を増減制御して室内温度を一定に制御し、さらに、上記室内空気及び外気の混合空気温度と給気温度より温度差を検出し、全負荷時に対して温度差が分割の段数で定めた設定値になる度に（例えば処理温度差が処理可能最大温度差の１／ｎに低下する度に）、又は、上記熱交換器への往き温度、還り温度及び流量計より熱量を検出し、全負荷時に対して、熱量が分割の段数で定めた設定値となる度に（例えば、処理熱量が処理可能最大熱量の１/ｎ低下する度に）、上記制御弁の何れか１つを全閉すると共に、その他の上記制御弁の流量を増加させて全負荷時の総流量に対して１/ｎに相当する流量を低下させた状態とし、一方、何れかの制御弁を全閉した後は、動作している熱交換器に対応する制御弁を開閉制御して、室内の温度を一定に制御するものである。
【００７４】
尚、熱交換熱量の代わりに、流量計３３の位置に流量増減用の制御弁を設置し、その制御弁のバルブ開度に応じて制御弁３６、３７をＯＮ−ＯＦＦ制御とする制御でもできる。
【００７５】
以上、詳細に説明したように、本発明に係る空調機の２つ以上に分割した多段式熱交換器及び制御方法によれば、室内温度又は給気温度を検出し、熱交換器を通過する冷水（又は温水）の量を増減制御する一方、室内空気及び外気の混合空気温度と給気温度の検出により、処理温度差を検出し、又は、往き温度と還り温度及び流量の検出により処理熱量を算出し、熱交換器ごとに設置した制御弁のいずれかを全閉することにより、空気と熱交換させる熱交換器と、熱交換させない熱交換器とに分けることで、熱交換させる熱交換器では十分に熱交換させることができて、結果として往管と還管の温度差を十分に確保できるようになる。この結果、ポンプ動力の低減、熱源機の効率・成績係数ＣＯＰの向上及び、２ポンプ方式のシステムにおいて、大幅なバイパス流量の削減が可能となる効果を得ることができる。
【００７６】
さらに、冷水一次ポンプと冷水二次ポンプの設置された２ポンプ方式のシステムにおいて、大幅なバイパス配管内流量の削減が可能となる。
【００７７】
上記実施形態では、中間期等において、空調機の空調負荷率が５０％になったことを検出する基準として、熱量の演算による実施形態と、温度差の演算による実施形態を示したが、何れを用いるかは空調機の設置状況等に応じて選択すればよい。例えば、工場等において機械のみが稼動し人が存在しない場合は熱量に基づく制御を行い、人が存在し還気だけでなく外気導入が重要な必要な場合は温度差による制御を行うことが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明に係る空調機の制御方法及び空調機によれば、水方式セントラル熱源システムにおいて効率的な空調機の制御方法及び空調機を実現するものであるから、ビル、ホテル、研究施設、工場等の空調システムとして広く利用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明に係る空調機の制御方法を使用する空調機の概略を表わす構成図である。
【図２】本発明に係る制御方法を空調負荷率と熱交換器の流量比で表わした動作説明図である。
【図３】本発明に係る空調機のコントローラーの機能ブロック図である。
【図４】同上空調機のコントローラーの動作手順を示すフローチャートである。
【図５】同上空調機のコントローラーの動作手順を示すフローチャートである。
【図６】同上空調機のコントローラーの動作手順を示すフローチャートである。
【図７】本発明に係る制御方法を空調負荷率と熱交換器の流量比で表わした動作説明図である。
【図８】従来の空調機の概略を表わす構成図である。
【符号の説明】
【００８０】
３          空調機
６          熱交換器
７          熱交換器
１２        往管
１３        還管
２１        コントローラー
２１ａ      室内温度設定手段
２１ｂ      熱量演算手段（温度差演算手段）
２１ｃ      制御弁閉鎖手段
２１ｄ      流量制御手段
２３        混合空気温度センサー
２４        給気温度センサー
２５        室内温度センサー
２６        往管温度センサー
２７        還管温度センサー
３３        流量計
３６        制御弁
３７        制御弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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