(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空調機と、
屋外に設けられた、前記空調機への流体の供給源である冷却塔と、
前記冷却塔に貯留された前記流体を冷却する冷却装置と、
前記冷却塔に貯留された前記流体を前記空調機へ供給するポンプと、
前記空調機、前記冷却装置及び前記ポンプの駆動を制御する制御装置と、
前記冷却塔から前記空調機へ供給される前記流体の流体温度を検出する第一の流体温度センサと、
を備える空調システムであって、
前記空調機は、
前記冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機によって圧縮された前記冷媒を、前記流体を用いて冷却する冷媒−流体熱交換器と、
空気を、前記圧縮機によって圧縮された前記冷媒を用いて冷却する空気−冷媒熱交換器と、
空気を、前記流体を用いて冷却する空気−流体熱交換器と、
前記空気−冷媒熱交換器又は前記空気−流体熱交換器によって冷却された前記空気を送風する送風機と、
前記空気−冷媒熱交換器への前記空気の流通を許容しつつ前記空気−流体熱交換器への空気の流通を遮断する第一の状態と、前記空気−冷媒熱交換器への前記空気の流通を遮断しつつ前記空気−流体熱交換器への空気の流通を許容する第二の状態と、を切換可能なシャッタ部と、
前記冷却塔と、前記冷媒−流体熱交換器及び前記空気−流体熱交換器と、の間に設けられ、前記供給源から供給された前記流体の流れる方向を切り換える弁部と、
前記冷却塔が設けられた前記屋外の外気温度を検出する外気温度センサと、
を備え、
前記シャッタ部は、
前記空気−冷媒熱交換器に対応して設けられた第一のシャッタと、
前記空気−流体熱交換器に対応して設けられた第二のシャッタと、
を備え、
前記制御装置は、
前記第一の流体温度センサによって検出された前記流体温度が第一の所定温度以上となった場合には、前記圧縮機、前記冷却装置及び前記ポンプを駆動させ、前記冷媒−流体熱交換器への前記流体の流通を許容しつつ前記空気−流体熱交換器への前記流体の流通を遮断するように前記弁部を制御し、前記第一のシャッタ部及び前記第二のシャッタ部を前記第一の状態とするとともに、前記外気温度センサによって検出された前記外気温度、及び、前記圧縮機の負荷率に基づいて、当該空調システムの消費電力が最小となるように、前記圧縮機、前記冷却装置及び前記ポンプの駆動を制御し、
前記第一の流体温度センサによって検出された前記流体温度が前記第一の所定温度以下の第二の所定温度未満となった場合には、前記冷却装置及び前記ポンプを駆動させ、前記圧縮機を停止させ、前記冷媒−流体熱交換器への前記流体の流通を遮断しつつ前記空気−流体熱交換器への前記流体の流通を許容するように前記弁部を制御するとともに、前記第一のシャッタ部及び前記第二のシャッタ部を前記第二の状態とする
ことを特徴とする空調システム。
【請求項２】
前記空調機へ供給される前記流体の流量、又は、前記空調機から排出される前記流体の流量を検出する流量センサと、
前記空調機から排出される前記流体の流体温度を検出する第二の流体温度センサと、
をさらに備え、
前記制御装置は、前記圧縮機の負荷率に関連する数値として、前記流量センサによって検出された流量、前記第一の流体温度センサによって検出された流体温度、及び、前記第二の流体温度センサによって検出された流体温度に基づいて、前記圧縮機、前記冷却装置及び前記ポンプの駆動を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の空調システム。
【請求項３】
前記空調機は、
当該空調機が設けられた室内の室温を検出する室温センサと、
前記圧縮機によって圧縮された前記冷媒の流れる方向を、冷房運転時には前記冷媒−流体熱交換器、暖房運転時には前記空気−冷媒熱交換器、に切り換える四方弁と、を備え、
前記制御装置は、
前記室温センサによって検出された室温が第三の所定温度以上となった場合には、前記四方弁を切り換えることによって前記空調機に冷房運転を行わせ、
前記室温センサによって検出された室温が前記第三の所定温度以下の第四の所定温度未満となった場合には、前記四方弁を切り換えることによって前記空調機に暖房運転を行わせる
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の空調システム。
【請求項４】
前記空調機を複数備える
ことを特徴とする請求項３に記載の空調システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、施設の冷房に用いられる空調システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、施設の屋内を冷却する空調システムとして、いわゆるヒートポンプ方式を採用したものが知られている（特許文献１参照）。かかる空調システムにおいて、空調機は、冷媒を用いて空気を冷却することによって、冷房を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２２８２２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、施設に複数の空調機を設置して施設内の各空調エリアに冷房を行うことがあり、この場合には、各空調機における冷媒を冷却するために流体を用いることが考えられる。このような知見の下では、効率的な冷房を実現することが可能な技術が望まれる。
【０００５】
本発明は、前記した事情に鑑みて創案されたものであり、効率的な冷房を実現することが可能な空調システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明の空調システムは、空調機と、屋外に設けられた、前記空調機への流体の供給源である冷却塔と、前記冷却塔に貯留された前記流体を冷却する冷却装置と、前記冷却塔に貯留された前記流体を前記空調機へ供給するポンプと、前記空調機、前記冷却装置及び前記ポンプの駆動を制御する制御装置と、前記冷却塔から前記空調機へ供給される前記流体の流体温度を検出する第一の流体温度センサと、を備える空調システムであって、前記空調機は、前記冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機によって圧縮された前記冷媒を、前記流体を用いて冷却する冷媒−流体熱交換器と、空気を、前記圧縮機によって圧縮された前記冷媒を用いて冷却する空気−冷媒熱交換器と、空気を、前記流体を用いて冷却する空気−流体熱交換器と、前記空気−冷媒熱交換器又は前記空気−流体熱交換器によって冷却された前記空気を送風する送風機と、前記空気−冷媒熱交換器への前記空気の流通を許容しつつ前記空気−流体熱交換器への空気の流通を遮断する第一の状態と、前記空気−冷媒熱交換器への前記空気の流通を遮断しつつ前記空気−流体熱交換器への空気の流通を許容する第二の状態と、を切換可能なシャッタ部と、前記冷却塔と、前記冷媒−流体熱交換器及び前記空気−流体熱交換器と、の間に設けられ、前記供給源から供給された前記流体の流れる方向を切り換える弁部と、前記冷却塔が設けられた前記屋外の外気温度を検出する外気温度センサと、を備え、前記シャッタ部は、前記空気−冷媒熱交換器に対応して設けられた第一のシャッタと、前記空気−流体熱交換器に対応して設けられた第二のシャッタと、を備え、前記制御装置は、前記第一の流体温度センサによって検出された前記流体温度が第一の所定温度以上となった場合には、前記圧縮機、前記冷却装置及び前記ポンプを駆動させ、前記冷媒−流体熱交換器への前記流体の流通を許容しつつ前記空気−流体熱交換器への前記流体の流通を遮断するように前記弁部を制御し、前記第一のシャッタ部及び前記第二のシャッタ部を前記第一の状態とするとともに、前記外気温度センサによって検出された前記外気温度、及び、前記圧縮機の負荷率に基づいて、当該空調システムの消費電力が最小となるように、前記圧縮機、前記冷却装置及び前記ポンプの駆動を制御し、前記第一の流体温度センサによって検出された前記流体温度が前記第一の所定温度以下の第二の所定温度未満となった場合には、前記冷却装置及び前記ポンプを駆動させ、前記圧縮機を停止させ、前記冷媒−流体熱交換器への前記流体の流通を遮断しつつ前記空気−流体熱交換器への前記流体の流通を許容するように前記弁部を制御するとともに、前記第一のシャッタ部及び前記第二のシャッタ部を前記第二の状態とすることを特徴とする。
【０００７】
かかる構成によると、流体及び冷媒を用いて空気を冷却する第一の冷房運転と、流体のみを用いて空気を冷却する第二の冷房運転と、を切換可能であるので、流体の温度に応じた運転を採用することができ、効率的な冷房を実現することができる。
【０００９】
かかる構成によると、空気を冷却する熱交換器へ空気を選択的に供給することができる。
【００１１】
かかる構成によると、流体が空気を十分に冷却することができる場合には、圧縮機を駆動させずに冷房を行うので、消費電力を抑えることができる。
【００１３】
また、前記空調システムは、前記空調機へ供給される前記流体の流量、又は、前記空調機から排出される前記流体の流量を検出する流量センサと、前記空調機から排出される前記流体の流体温度を検出する第二の流体温度センサと、をさらに備え、前記制御装置は、前記圧縮機の負荷率に関連する数値として、前記流量センサによって検出された流量、前記第一の流体温度センサによって検出された流体温度、及び、前記第二の流体温度センサによって検出された流体温度に基づいて、前記圧縮機、前記冷却装置及び前記ポンプの駆動を制御することを特徴とする。
【００１４】
かかる構成によると、外気温度が流体を十分に冷却することができない場合でも、消費電力を抑えることができる。
【００１５】
また、前記空調機は、当該空調機が設けられた室内の室温を検出する室温センサと、前記圧縮機によって圧縮された前記冷媒の流れる方向を、冷房運転時には前記冷媒−流体熱交換器、暖房運転時には前記空気−冷媒熱交換器、に切り換える四方弁と、を備え、前記制御装置は、前記室温センサによって検出された室温が第三の所定温度以上となった場合には、前記四方弁を切り換えることによって前記空調機に冷房運転を行わせ、前記室温センサによって検出された室温が前記第三の所定温度以下の第四の所定温度未満となった場合には、前記四方弁を切り換えることによって前記空調機に暖房運転を行わせることを特徴とする。
ここで、前記空調システムは、前記空調機を複数備える構成とすることができる。
【００１６】
かかる構成によると、冷暖房運転を行うことによって、室温を第四の所定温度以上第三の所定温度未満（第三の所定温度と第四の所定温度が等しい場合は、その温度）に調節することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、効率的な冷房を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る空調システムを模式的に示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る空調機を模式的に示す図であり、第一の冷房運転の動作例を説明するための図である。
【図３】本発明の実施形態に係る空調機を模式的に示す図であり、暖房運転の動作例を説明するための図である。
【図４】本発明の実施形態に係る空調機を模式的に示す図であり、第二の冷房運転の動作例を説明するための図である。
【図５】本発明の実施形態に係る空調システムの制御例を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら説明する。同様の部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２０】
＜空調システム＞
図１に示すように、本発明の実施形態に係る空調システム１は、施設の屋内の冷暖房を行うためのシステムであり、冷却塔１０と、ファン２０と、温熱源３０と、ポンプ４０と、施設の室ごとに設けられた複数の空調機１００と、三方弁５０と、制御装置６０と、を備える。制御装置６０以外の各装置は、流体が流通可能なパイプによって互いに接続され、図１に示すような回路を構成している。
【００２１】
＜冷却塔＞
冷却塔１０は、施設の屋外（例えば、屋上）に設けられており、その内部には、流体（本実施形態では、水）が貯留されている。この冷却塔１０は、冷房運転時において複数の空調機１００へ流体を供給する供給源である。
【００２２】
＜ファン＞
ファン２０は、制御装置６０による制御に基づいて、冷却塔１０に貯留された流体に送風することによって、当該流体を冷却する冷却装置である。このファン２０は、インバータ制御可能に構成されている。なお、冷却装置は、前記したファン２０に限定されず、空冷式冷却装置（冷凍機）等であってもよい。
【００２３】
＜温熱源＞
温熱源３０は、冷却塔１０に対して並列に設けられており、暖房運転時に、制御装置６０による制御に基づいて、流体を加熱するヒータである。この温熱源３０は、暖房運転時において複数の空調機１００へ温熱（加熱された流体）を供給する供給源であり、負荷制御可能に構成されている。なお、温熱源３０は、前記したヒータに限定されず、ヒートポンプ式温水供給装置等であってもよい。
【００２４】
＜ポンプ＞
ポンプ４０は、冷却塔１０及び温熱源３０の下流側、すなわち、冷却塔１０から排出された流体と、温熱源３０から排出された流体と、が合流した後に設けられており、制御装置６０による制御に基づいて、流体を複数の空調機１００へ供給するための流れを生成する。このポンプ４０は、インバータ制御可能に構成されている。
【００２５】
＜空調機＞
複数の空調機１００は、施設の屋内に、互いに並列に設けられており、冷却塔１０又は温熱源３０から供給された流体を用いて施設の屋内の各空調エリア（各室）の冷暖房を行う。空調機１００の詳細な構成に関しては、後に説明する。
【００２６】
＜三方弁５０＞
三方弁５０は、冷却塔１０及び温熱源３０の上流側、すなわち、複数の空調機１００と、冷却塔１０及び温熱源３０と、の間に設けられており、制御装置６０による制御に基づいて、複数の空調機１００から排出された流体の冷却塔１０への流通を許容するとともに温熱源３０への流通を遮断する状態と、複数の空調機１００から排出された流体の冷却塔１０への流通を遮断するとともに温熱源３０への流通を許容する状態と、を切換可能な弁である。
【００２７】
すなわち、流体は、冷房運転時には、冷却塔１０→ポンプ４０→空調機１００（詳細には、後記する冷媒−流体熱交換器１２０又は空気−流体熱交換器１４０（図２参照））→三方弁５０→冷却塔１０→・・・という流路を循環し、暖房運転時には、温熱源３０→ポンプ４０→空調機１００（詳細には、後記する冷媒−流体熱交換器１２０（図２参照））→三方弁５０→温熱源３０→・・・という流路を循環する。
【００２８】
なお、三方弁５０に代えて、二方向弁を複数組み合わせることによって、三方弁５０と同様の機能を有する弁部を構成することが可能である。
【００２９】
＜制御装置＞
制御装置６０は、キーボード、マウス等からなる入力部と、ディスプレイ等からなる出力部と、ＣＰＵ等からなる制御部と、を備える、いわゆるコンピュータであり、ユーザによる入力部の操作によって入力された冷暖房の目標温度等に基づいて、ファン２０、温熱源３０及びポンプ４０の駆動を制御する。
【００３０】
＜センサ＞
また、空調システム１は、各種センサとして、第一の流体温度センサ７１と、第二の流体温度センサ７２と、第三の流体温度センサ７３と、外気温度センサ７４と、外気湿度センサ７５と、流量センサ７６と、を備える。
【００３１】
第一の流体温度センサ７１は、ポンプ４０と空調機１００との間に設けられており、冷却塔１０又は温熱源３０から空調機１００へ供給される流体の流体温度を検出し、検出結果を制御装置６０へ出力する。第二の流体温度センサ７２は、各空調機１００に対応して設けられており、各空調機１００から排出された流体の流体温度を検出し、検出結果を制御装置６０へ出力する。第三の流体温度センサ７３は、空調機１００と三方弁５０との間に設けられており、三方弁５０を介して冷却塔１０又は温熱源３０へ供給される流体の流体温度を検出し、検出結果を制御装置６０へ出力する。
【００３２】
外気温度センサ７４は、冷却塔１０が設けられた屋外の外気温度を検出し、検出結果を制御装置６０へ出力する。外気湿度センサ７５は、冷却塔１０が設けられた屋外の外気湿度を検出し、検出結果を制御装置６０へ出力する。流量センサ７６は、複数の空調機１００の上流側に設けらており、冷却塔１０又は温熱源３０から複数の空調機１００へ供給される流体の流量を検出し、検出結果を制御装置６０へ出力する。なお、流量センサ７６は、複数の空調機１００の下流側（かつ、三方弁５０の上流側）に設けられて、複数の空調機１００から冷却塔１０又は温熱源３０へ供給される流体の流量を検出する構成であってもよい。
【００３３】
制御装置６０は、これらのセンサ７１〜７６の検出結果を空調機１００の制御部２２０（図２参照）へ出力したり、これらのセンサ７１〜７６の検出結果に基づいて、ファン２０及びポンプ４０をインバータ制御したりする。例えば、制御装置６０は、第三の流体温度センサ７３によって検出された流体温度に基づいて、流体を冷却すべき場合には当該流体を冷却塔１０へ戻し、流体を加熱すべき場合には当該流体を温熱源３０へ戻すように三方５０の状態を切り換えることができる。
【００３４】
＜空調機の詳細な構成＞
続いて、空調機１００の詳細な構成について、冷房運転時の機能を中心に、図２を参照して説明する（適宜図１参照）。図２に示すように、空調機１００は、圧縮機１１０と、冷媒−流体熱交換器１２０と、膨張弁１３０と、空気−冷媒熱交換器１４０と、空気−流体熱交換器１５０と、送風機１６０と、シャッタ部１７０と、四方弁１８０と、三方弁１９１，１９２と、絞り弁２００と、室温センサ２１０と、制御部２２０と、を備える。なお、空調機１００内には、空気の吸込口から吹出口へと繋がる通風路Ｒが形成されており、当該通風路Ｒには、空気−冷媒熱交換器１４０、空気−流体熱交換器１５０、送風機１６０及びシャッタ部１７０が設けられている。
【００３５】
≪圧縮機≫
圧縮機１１０は、制御装置６０による制御に基づいて、空調機１００内を循環する冷媒を圧縮する。この圧縮機１１０は、インバータ制御可能に構成されている。圧縮された冷媒は、四方弁１８０を介して冷媒−流体熱交換器１２０へ供給される。
【００３６】
≪冷媒−流体熱交換器≫
冷媒−流体熱交換器１２０は、圧縮機１１０の下流側に冷媒流通可能に接続されており、圧縮機１１０によって圧縮された冷媒と、冷却塔１０から供給された流体と、を熱交換することによって、冷媒を冷却する。冷却された冷媒は、膨張弁１３０へ供給される。
【００３７】
≪膨張弁≫
膨張弁１３０は、冷媒−流体熱交換器１２０の下流側に冷媒流通可能に接続されており、冷媒を膨張させて空気−冷媒熱交換器１４０へ供給する。かかる膨張弁１３０は、暖房運転時には、空気−冷媒熱交換器１４０から供給された冷媒を膨張させて冷媒−流体熱交換器１２０へ供給する。
【００３８】
≪空気−冷媒熱交換器≫
空気−冷媒熱交換器１４０は、膨張弁１３０の下流側に冷媒流通可能に接続されており、吸込口から通風路Ｒに吸い込まれた室内の空気と、冷媒−流体熱交換器１２０によって冷却されて膨張弁１３０によって膨張された冷媒と、を熱交換することによって、空気を冷却する。本実施形態において、冷媒はコイル状の冷媒流路内を流通しており、空気は、冷媒流路外を流通する際に冷却される。熱交換された冷媒は、四方弁１８０を介して圧縮機１１０へ供給され、再度圧縮される。
【００３９】
すなわち、流体及び冷媒を用いた冷房運転（第一の冷房運転）時には、冷媒は、圧縮機１１０→四方弁１８０→冷媒−流体熱交換器１２０→膨張弁１３０→空気−流体熱交換器１４０→四方弁１８０→圧縮機１１０→・・・という流路を循環する。
【００４０】
≪空気−流体熱交換器≫
空気−流体熱交換器１５０は、空気−冷媒熱交換器１４０と並列に設けられており、吸込口から通風路Ｒに吸い込まれた室内の空気と、冷却塔１０から供給された流体と、を熱交換することによって、空気を冷却する。本実施形態において、流体はコイル状の流体流路内を流通しており、空気は、流体流路外を流通する際に冷却される。熱交換された流体は、三方弁５０を介して、冷却塔１０へ供給される。
【００４１】
≪送風機≫
送風機１６０は、室内の空気を吸込口から通風路Ｒへと吸い込み、空気−冷媒熱交換器１４０又は空気−流体熱交換器１５０によって冷却された空気を吹出口から室内へ送風する。
【００４２】
≪シャッタ部≫
シャッタ部１７０は、空気−冷媒熱交換器１４０への室内の空気の流通を許容しつつ空気−流体熱交換器１５０への室内の空気の流通を遮断する第一の状態（図２参照）と、空気−冷媒熱交換器１４０への室内の空気の流通を遮断しつつ空気−流体熱交換器１５０への室内の空気の流通を許容する第二の状態（図４参照）と、を切換可能なシャッタであり、本実施形態では、第一のシャッタ１７１と、第二のシャッタ１７２と、を備える。
【００４３】
≪第一のシャッタ≫
第一のシャッタ１７１は、空気−冷媒熱交換器１４０に対応して設けられており、本実施形態では、空気−冷媒熱交換器１４０と送風機１６０との間に設けられている。第一のシャッタ１７１は、制御部２２０によって開閉可能に構成された機械式シャッタである。制御部２２０は、制御装置６０から出力された第一の流体温度センサ７１の検出結果が、流体温度が上昇して所定温度（第一の所定温度。例えば、２２℃）以上となった場合には、第一のシャッタ１７１を開いて空気の流通を許容し、流体温度が低下して所定温度（第一の所定温度以下の第二の所定温度。例えば、２０℃）未満となった場合には、第一のシャッタ１７１を閉じて空気の流通を遮断するように第一のシャッタ１７１の状態を切り換える。
【００４４】
≪第二のシャッタ≫
第二のシャッタ１７２は、空気−流体熱交換器１５０に対応して設けられており、本実施形態では、空気−流体熱交換器１５０と送風機１６０との間に設けられている。第二のシャッタ１７２は、制御部２２０によって開閉可能に構成された機械式シャッタである。制御部２２０は、制御装置６０から出力された第一の流体温度センサ７１の検出結果が所定温度（第一の所定温度。例えば、２２℃）以上となった場合には、第二のシャッタ１７２を閉じて空気の流通を遮断し、所定温度（第一の所定温度以下の第二の所定温度。例えば、２０℃）未満となった場合には、第二のシャッタ１７２を開いて空気の流通を許容するように第二のシャッタ１７２の状態を切り換える。
【００４５】
なお、第一のシャッタ１７１及び第二のシャッタ１７２は、それぞれ、空気−冷媒熱交換器１４０及び空気−流体熱交換器１５０よりも吸込口側に設けられていてもよい。
【００４６】
≪四方弁≫
四方弁１８０は、圧縮機１１０と、冷媒−流体熱交換器１２０及び空気−冷媒熱交換器１４０と、の間に設けられており、制御部２２０による制御に基づいて、圧縮機１１０によって圧縮された冷媒の供給先を、冷媒−流体熱交換器１２０及び空気−冷媒熱交換器１４０のいずれかに切り換える弁部である。
【００４７】
≪三方弁≫
三方弁１９１は、ポンプ４０と、冷媒−流体熱交換器１２０の流体流路上流端及び空気−流体熱交換器１５０の流体流路上流端と、の間に設けられており、制御部２２０による制御に基づいて、ポンプ４０から排出された流体の冷媒−流体熱交換器１２０への流通を許容するとともに空気−流体熱交換器１５０への流通を遮断する状態と、冷媒−流体熱交換器１２０への流通を遮断するとともに空気−流体熱交換器１５０への流通を許容する状態と、を切換可能な弁部である。
【００４８】
三方弁１９２は、冷媒−流体熱交換器１２０の流体流路下流端及び空気−流体熱交換器１５０の流体流路下流端と、三方弁５０と、の間に設けられており、制御部２２０による制御に基づいて、冷媒−流体熱交換器１２０から排出された流体の三方弁５０への流通を許容するとともに空気−流体熱交換器１５０への流通を遮断する状態と、空気−流体熱交換器１５０から排出された流体の三方弁５０への流通を許容するとともに冷媒−流体熱交換器１２０への流通を遮断する状態と、を切換可能な弁部である。
【００４９】
なお、これらの弁部は、三方弁１９１，１９２に限定されず、二方向弁を複数組み合わせることによって、三方弁１９１，１９２と同様の機能を有する弁部を構成することが可能である。
【００５０】
≪絞り弁≫
絞り弁２００は、三方弁１９１と空気−流体熱交換器１５０との間に設けられており、制御部２２０による制御に基づいて、空気−流体熱交換器１５０へ供給される流体の流量を調節することが可能な弁部である。
【００５１】
≪室温センサ≫
室温センサ２１０は、空調機１００が設けられた室内の室温を検出するセンサである。検出結果は、制御部２２０へ出力される。
【００５２】
≪制御部≫
制御部２２０は、室温センサ２１０の検出結果に基づいて、圧縮機１１０及び送風機１６０をインバータ制御したり、第一のシャッタ１７１及び第二のシャッタ１７２を開閉制御したり、四方弁１８０及び三方弁１９１，１９２（図２参照）を切り換えたり、絞り弁２００を制御したりする。かかる制御部２２０は、制御装置６０とともに特許請求の範囲における「制御装置」を構成する。
【００５３】
＜動作例＞
続いて、空調システム１の動作例について、図１〜図４を参照し、暖房運転、第一の冷房運転、第二の冷房運転の順に説明する。以下の動作例は、冷房運転（第一の冷房運転又は第二の冷房運転）から暖房運転への切換を行う室内温度が２２℃、暖房運転から冷房運転（第一の冷房運転又は第二の冷房運転）への切換を行う室内温度が２６℃である場合の動作例である。なお、空調システム１は、当該システム１の起動時において室温センサ２１０によって検出された室温が第四の所定温度（例えば、２２℃）以上第三の所定温度（例えば、２６℃）未満である場合には、冷房運転及び暖房運転のいずれも行わず、室温が第四の所定温度未満となった場合に暖房運転を開始するか、室温が第三の所定温度以上となった場合に冷房運転を開始する。
【００５４】
≪暖房運転≫
まず、暖房運転について、図３を参照して説明する（適宜図１参照）。制御部２２０は、室温センサ２１０によって検出された室温が、所定温度（第四の所定温度。例えば、２２℃）未満である場合には、暖房運転を行うと判定し、判定結果を制御装置６０へ出力する。制御装置６０は、三方弁５０を所定の状態に切り換えるとともに、ファン２０を停止させ、温熱源３０及びポンプ４０を駆動させる。また、制御部２２０は、四方弁１８０及び三方弁１９１，１９２を所定の状態に切り換えるとともに、第一のシャッタ１７１を開きつつ第二のシャッタ１７２を閉じ、圧縮機１１０及び送風機１６０を駆動させる。
【００５５】
ここで、三方弁５０は、空調機１００の下流端と冷却塔１０の上流端とを遮断するとともに、空調機１００の下流端と温熱源３０の上流端を流体流通可能に接続する。また、四方弁１８０は、圧縮機１１０の下流端と空気−冷媒熱交換器１４０の一端（ここでは、上流端）とを冷媒流通可能に接続するとともに、冷媒−流体熱交換器１２０の一端（ここでは、下流端）と圧縮機１１０の上流端とを冷媒流通可能に接続する。また、三方弁１９１は、ポンプ４０から排出された流体の冷媒−流体熱交換器１２０への流通を許容するとともに空気−流体熱交換器１５０への流通を遮断する。また、三方弁１９２は、冷媒−流体熱交換器１２０から排出された流体の三方弁５０への流通を許容するとともに空気−流体熱交換器１５０への流通を遮断する。
【００５６】
かかる状態において、圧縮機１１０によって圧縮された冷媒は、空気−冷媒熱交換器１４０へ供給される。空気−冷媒熱交換器１４０において、吸い込まれた空気は、圧縮された冷媒によって加熱される。加熱された空気は、送風機１６０によって室内へ送風される。一方、空気−冷媒熱交換器１４０において放熱した冷媒は、膨張弁１３０を介して冷媒−流体熱交換器１２０へ供給される。冷媒−流体熱交換器１２０において、冷媒は、温熱源３０によって加熱された流体によって加熱される。加熱された冷媒は、圧縮機１１０によって再度圧縮される。
【００５７】
なお、条件によっては、制御装置６０が、三方弁５０を所定の状態（三方弁５０は、空調機１００の下流端と冷却塔１０の上流端とを流体流通可能に接続するとともに、空調機１００の下流端と温熱源３０の上流端を遮断した状態）に切り換えるとともに、ファン２０及びポンプ４０を駆動させても、暖房運転を行うことが可能である。
【００５８】
≪第一の冷房運転≫
続いて、第一の冷房運転について、図２を参照して説明する（適宜図１参照）。制御部２２０は、室温センサ２１０によって検出された室温が、所定温度（第四の所定温度以上に設定された第三の所定温度。例えば、２６℃）以上である場合には、冷房運転を行うと判定し、判定結果を制御装置６０へ出力する。制御装置６０及び制御部２２０は、冷房運転時において、第一の流体温度センサ７１によって検出された流体温度が所定温度（第一の所定温度。例えば、２２℃）以上である場合には、第一の冷房運転を行う。すなわち、制御装置６０は、三方弁５０を所定の状態に切り換えるとともに、温熱源３０を停止させ、ファン２０及びポンプ４０を駆動させる。また、制御部２２０は、四方弁１８０及び三方弁１９１，１９２を所定の状態に切り換えるとともに、第一のシャッタ１７１を開きつつ第二のシャッタ１７２を閉じ、圧縮機１１０及び送風機１６０を駆動させる。
【００５９】
ここで、三方弁５０は、空調機１００の下流端と冷却塔１０の上流端とを流体流通可能に接続するとともに、空調機１００の下流端と温熱源３０の上流端を遮断する。また、四方弁１８０は、圧縮機１１０の下流端と冷媒−流体熱交換器１２０の一端（ここでは、上流端）とを冷媒流通可能に接続するとともに、空気−冷媒熱交換器１４０の一端（ここでは、下流端）と圧縮機１１０の上流端とを冷媒流通可能に接続する。また、三方弁１９１は、ポンプ４０から排出された流体の冷媒−流体熱交換器１２０への流通を許容するとともに空気−流体熱交換器１５０への流通を遮断する。また、三方弁１９２は、冷媒−流体熱交換器１２０から排出された流体の三方弁５０への流通を許容するとともに空気−流体熱交換器１５０への流通を遮断する。
【００６０】
かかる状態において、圧縮機１１０によって圧縮された冷媒は、冷媒−流体熱交換器１２０へ供給される。冷媒−流体熱交換器１２０において、冷媒は、冷却塔１０から供給された流体によって冷却される。冷却された冷媒は、膨張弁１３０を介して空気−冷媒熱交換器１４０へ供給される。空気−冷媒熱交換器１４０において、吸い込まれた空気は、冷媒によって冷却される。冷却された空気は、送風機１６０によって室内へ送風される。一方、空気−冷媒熱交換器１４０において採熱した冷媒は、圧縮機１１０によって再度圧縮される。
【００６１】
第一の冷房運転時において、制御装置６０及び制御部２２０は、外気温度センサ７４によって検出された外気温度、外気湿度センサ７５によって検出された外気湿度、及び、圧縮機１１０の負荷率に基づいて、当該空調システム１の消費電力が最小となるように、ファン２０、ポンプ３０、圧縮機１１０及び絞り弁２００の駆動を制御する。
【００６２】
より詳細には、制御装置６０は、圧縮機１１０の負荷率に関連する数値として、流量センサ７６によって検出された流量、第一の流体温度センサ７１によって検出された流体温度、及び、第二の流体温度センサ７２によって検出された流体温度に基づいて、流体の最適温度及び最適流量を決定し、決定された最適温度及び最適流量に基づいて、ファン２０及びポンプ４０の駆動を制御するとともに、制御部２２０は、決定された最適温度及び最適流量に基づいて、圧縮機１１０の駆動を制御する。
【００６３】
≪第二の冷房運転≫
続いて、第二の冷房運転について、図４を参照して説明する（適宜図１参照）。制御部２２０は、室温センサ２１０によって検出された室温が、所定温度（例えば、２６℃）以上である場合には、冷房運転を行うと判定し、判定結果を制御装置６０へ出力する。制御装置６０は、冷房運転時において、第一の流体温度センサ７１によって検出された流体温度が所定温度（第一の所定温度以下の第二の所定温度。例えば、２０℃）未満である場合には、第二の冷房運転を行う。すなわち、制御装置６０は、三方弁５０を所定の状態に切り換えるとともに、温熱源３０を停止させ、ファン２０及びポンプ４０を駆動させる。また、制御部２２０は、四方弁１８０及び三方弁１９１，１９２を所定の状態に切り換えるとともに、第一のシャッタ１７１を閉じつつ第二のシャッタ１７２を開き、絞り弁２００を制御して当該絞り弁２００を通過する流体の流量を調節するとともに、圧縮機１１０を停止させ、送風機１５０を駆動させる。
【００６４】
ここで、三方弁５０は、空調機１００の下流端と冷却塔１０の上流端とを流体流通可能に接続するとともに、空調機１００の下流端と温熱源３０の上流端を遮断する。また、四方弁１８０は、圧縮機１１０の下流端と冷媒−流体熱交換器１２０の一端（ここでは、上流端）とを冷媒流通可能に接続するとともに、空気−冷媒熱交換器１４０の一端（ここでは、下流端）と圧縮機１１０の上流端とを冷媒流通可能に接続する。また、三方弁１９１は、ポンプ４０から排出された流体の冷媒−流体熱交換器１２０への流通を遮断するとともに空気−流体熱交換器１５０への流通を許容する。また、三方弁１９２は、空気−流体熱交換器１５０から排出された流体の三方弁５０への流通を許容するとともに冷媒−流体熱交換器１２０への流通を遮断する。
【００６５】
かかる状態において、冷却塔１０から供給された流体は、冷媒−流体熱交換器１２０ではなく空気−流体熱交換器１５０へ供給される。空気−流体熱交換器１５０において、吸い込まれた空気は、流体によって冷却される。冷却された空気は、送風機１６０によって室内へ送風される。一方、空気−流体熱交換器１５０において採熱した流体は、三方弁５０を介して冷却塔１０へ供給される。
【００６６】
第二の冷房運転は、流体が室内の空気を十分に冷却することが可能な場合の動作であり、空調システム１は、圧縮機１１０を駆動させずに冷房を行うので、消費電力を抑えることができる。
【００６７】
なお、第一の冷房運転又は第二の冷房運転の実行中には、制御部２２０は、室温が２２℃未満となった場合に、暖房運転に切り換える制御を行い、暖房運転の実行中には、制御部２２０は、室温が２６℃以上となった場合に、冷房運転に切り換える制御を行う。また、第一の冷房運転の実行中には、制御部２２０は、流体温度が２０℃未満となった場合に、第二の冷房運転に切り換える制御を行い、第二の冷房運転の実行中には、制御部２２０は、流体温度が２２℃以上となった場合に、第一の冷房運転に切り換える制御を行う。また、本実施形態では、暖房運転から冷房運転に切り換える場合において、第一の流体温度センサ７１によって検出された流体温度が第二の所定温度（例えば、２０℃）以上第一の所定温度（例えば、２２℃）未満である場合には、制御装置６０及び制御部２２０は、第二の冷房運転を行う構成とするが、第一の冷房運転を行う構成であってもよい。
【００６８】
≪冷暖房同時運転≫
なお、かかる空調システム１は、一の空調機１００が冷房運転を行いつつ他の空調機１００が暖房運転を行うことも可能である。
【００６９】
≪制御例≫
３つの空調機１００を備えた空調システム１の制御例について、図５を参照して説明する。ここで、空調システム１において、３つの空調機１００は、各室が所定温度（例えば、２４℃）となるように冷暖房運転を行い、３つの空調機１００のうち、空調機Ａは、室内の発熱機器が少ないため冷房負荷が比較的小さく、空調機Ｂは、室内の発熱機器が中程度であるため冷房負荷が比較的中程度であり、空調機Ｃは、データセンタ等のように室内の発熱機器が多いため冷房負荷が比較的大きいものとする。
制御装置６０は、外気温度センサ７４によって検出された外気温度（乾球温度）と、外気湿度センサ７５によって検出された外気湿度と、に基づいて、外気湿球温度を算出し、算出された外気湿球温度に基づいて、ファン２０、温熱源３０、ポンプ４０及び三方弁５０の駆動を制御する。
また、制御装置６０及び制御部２２０は、第一の流体温度センサ７１によって検出された往路の流体温度と、第二の流体温度センサ７２によって検出された復路の流体温度と、に基づいて、システム全体の消費電力が最小となるように、ファン２０、温熱源３０、ポンプ４０、圧縮機１１０及び絞り弁２００の駆動を制御する。
【００７０】
ここで、外気湿球温度が７℃以上１１℃未満で前記した冷房負荷状況の場合における空調機Ａ〜Ｃの動作例について説明する。空調機Ａの室温センサ２１０によって検出された室温が２２℃未満となった場合には、空調機Ａは、冷却塔１０又は温熱源３０（温熱源３０が停止している状態を含む）から供給された流体（例えば、空調機Ｂ，Ｃから採熱されて停止状態の温熱源３０を通過した流体）を用いて暖房運転を行い、空調機Ａの室温センサ２１０によって検出された室温が２６℃以上となった場合には、空調機Ａは、冷却塔１０から供給された流体を用いて第二の冷房運転を行う。また、空調機Ｂは、冷房負荷が中程度であるため暖房運転は想定されず、空調機Ｂの室温センサ２１０によって検出された室温が２６℃以上となった場合には、空調機Ｂは、冷却塔１０から供給された流体を用いて第二の冷房運転を行う。また、空調機Ｂは、冷房負荷が大きいため暖房運転は想定されず、空調機Ｃの室温センサ２１０によって検出された室温が２２℃未満となった場合には、空調機Ｃは、運転を停止し、空調機Ｃの室温センサ２１０によって検出された室温が２６℃以上である場合には、空調機Ｃは、冷却塔１０から供給された流体を用いて、流体温度が２２℃以上となった場合には第一の冷房運転を行い、流体温度が２０℃未満となった場合には第二の冷房運転を行う。
【００７１】
本発明の実施形態に係る空調機１００は、流体及び冷媒を用いて空気を冷却する第一の冷房運転と、流体のみを用いて空気を冷却する第二の冷房運転と、を切換可能であるので、流体の温度に応じた運転を採用することができ、効率的な冷房を実現することができる。
【００７２】
また、本発明の実施形態に係る空調システム１は、流体が室内の空気を十分に冷却することができる場合には、圧縮機１１０を駆動させずに冷房を行うので、消費電力を抑えることができ、かつ、流体が室内の空気を十分に冷却することができない場合でも、流体の温度が通常よりも低く圧縮機１１０の効率を高めることができるので、消費電力を抑えることができる。
【００７３】
また、本発明の実施形態に係る空調システム１は、複数の空調機１００がそれぞれ冷暖房運転を行うので、冷房の排熱を暖房の採熱に利用して温熱源３０による加熱を用いずに暖房を行うこともあり、消費電力を抑えることができる。
【００７４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更可能である。例えば、第一のシャッタ１７１及び第二のシャッタ１７２は、機械式のシャッタに限定されず、参考形態として、形状記憶合金製のシャッタであってもよい。また、制御装置６０は、外気湿球温度ではなく、単なる外気温度（乾球温度）に基づいてファン２０等を制御する構成であってもよい。
【００７５】
また、空調システム１が暖房を行わずに冷房のみを行うシステムである場合には、温熱源３０及び三方弁５０を省略することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１      空調システム
１０    冷却塔
２０    ファン（冷却装置）
４０    ポンプ
６０    制御装置
７１    第一の流体温度センサ
７２    第二の流体温度センサ
７４    外気温度センサ
７６    流量センサ
１００  空調機
１１０  圧縮機
１２０  冷媒−流体熱交換器
１４０  空気−冷媒熱交換器
１５０  空気−流体熱交換器
１６０  送風機
１７０  シャッタ部
１７１  第一のシャッタ
１７２  第二のシャッタ
１９１  三方弁（弁部）
１９２  三方弁（弁部）
２１０  室温センサ
２２０  制御部
【図１】
0005485114.tif 000002
【図２】
0005485114.tif 000003
【図３】
0005485114.tif 000004
【図４】
0005485114.tif 000005
【図５】
0005485114.tif 000006