(57)【要約】【課題】冷水による除湿再熱空調システムにおいて再熱のための熱源に、冷水コイルの還水を利用して省エネを実現した除湿再熱を行う空調装置を提供する。【解決手段】  外気を取り入れて冷却して再熱して給気する空調システムにおいて、冷却のために上流に中温冷水コイルを配置し、その下流に低温冷水コイルを配置し、更にその下流に再熱コイルを配置し、中温冷水コイルへの供給冷水温度は外気より低く低温冷水コイルへの冷水温度より高い温度を水温として該中温冷水コイルによって外気を予め冷却し、低温冷水コイルによって所定の目標絶対湿度にまで冷却し、中温冷水コイルの冷却後の還り冷水を再熱コイルに供給する冷水による除湿再熱空調システム。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外気を取り入れて冷却して再熱して給気する空調システムにおいて、冷却のために上流に中温冷水コイルを配置し、その下流に低温冷水コイルを配置し、更にその下流に再熱コイルを配置し、前記中温冷水コイルへの供給冷水温度は外気より低く前記低温冷水コイルへの冷水温度より高い温度を水温として該中温冷水コイルによって外気を予め冷却し、前記低温冷水コイルによって所定の目標絶対湿度にまで冷却し、前記中温冷水コイルの冷却後の還り冷水を前記再熱コイルに供給することを特徴とする冷水による除湿再熱空調システム
【請求項２】
前記再熱コイルの還水配管又は往水配管の途中に三方弁を配置し、対向する前記往水配管又は還水配管にバイパス管を設けて、該バイパス管の一端を三方弁に接続して、該三方弁によって中温冷水コイルの冷却後の還り冷水の一部を還水配管に還水させ、残りの全量を再熱コイルに往水して再熱に使用してバイパスする流量を制御することを特徴とする請求項１に記載の冷水による除湿再熱空調システム
【請求項３】
還気を排気する通路と前記中温冷水コイルの上流とに全熱交換器を設け、還気によって全熱交換器を冷却するとともに、前記中温冷水コイルの上流で全熱交換器によって外気を予め冷房することを特徴とする請求項１又は２に記載の冷水による除湿再熱空調システム
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷水による除湿再熱空調システムに関し、特に、中温冷水コイルの還水を再熱コイルに使用する除湿再熱空調システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、夏期冷房時に１系統の水入口温度６〜７℃の低温冷水を用い冷却コイルで冷却するが、温度コントロールすると除湿しきれないケースが生じることがあり、逆に除湿を優先すると給気温度が低下し室内居住者は寒さを感じるケースがある。
そこで、冷却除湿後に適切な温度にするために、例えば、特許文献１に示すように、再熱コイルを設ける除湿再熱を行う空調装置が開発されているが、再熱のために冷却熱源以外に温水熱源動力や電気ヒータによる加熱動力を消費していた。
この従来技術の構造を図１で説明すると、冷却除湿用の冷水コイルaとその下流に適切な温度にするための再熱コイルbを設置し、外気ＯＡを冷水コイルaの例えば７℃程度低温冷水で湿度コントロールし、その後の再熱コイルbで例えば４６℃前後の温水で温度コントロールして、この空調空気を給気ファンcで室内等に給気していた。これを図２の空気線図で表すと、冷却除湿には、冷水コイルaの低温冷水で大きな外気Ａ負荷（高い空気温度）を一度で露点温度Ｂまで下げる処理をしている。このため、適切な温度Ｃにするために冷却熱源以外に温水熱源動力や電気ヒータによる再熱コイルcの加熱動力を消費するという問題点があった。
ところで、近年の社会情勢での要請は電力消費量の削減であって、環境省が中心となって環境対策として行っているクールビズでは、服装を工夫して、室内設定温度を２８℃に行うキャンペーンを行っているが、冷却方式(通常空調)の空調システムでは、湿度が高くなり室内温度２８℃では不快となり、結局、設定温度を下げているのが実情であり、それを解決させるには、同じ室内温度２８℃でも湿度を下げる除湿再熱空調システムを用いる必要があるが、この除湿再熱空調システムも上述した問題点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−７８３１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたもので、湿度と温度を個別に制御できる除湿再熱空調システムにおいて、再熱のための熱源に、冷水コイルの還水を利用して省エネを実現した冷水による除湿再熱空調システムを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、外気を取り入れて冷却して再熱して給気する空調システムにおいて、冷却のために上流に中温冷水コイルをその下流に低温冷水コイルを配置し、更にその下流に再熱コイルを配置し、前記中温冷水コイルへの供給冷水温度は外気より低く前記低温冷水コイルへの冷水温度より高い温度を水温であり該中温冷水コイルによって外気を予め冷却し、前記低温冷水コイルによって所定の目標露点温度まで冷却し、前記中温冷水コイルの冷却後の還り冷水を前記再熱コイルに供給することを特徴とする冷水による除湿再熱空調システムである。
請求項２の発明は、請求項１に記載の冷水による除湿再熱空調システムにおいて、前記再熱コイルの還水配管又は往水配管の途中に三方弁を配置し、対向する前記往水配管又は還水配管にバイパス管を設けて、該バイパス管の一端を三方弁に接続して、該三方弁によって中温冷水コイルの冷却後の還り冷水の一部を還水配管に還水させ、残りの全量を再熱コイルに往水して再熱に使用してバイパスする流量を制御することを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の冷水による除湿再熱空調システムにおいて、還気を排気する通路と前記中温冷水コイルの上流とに全熱交換器を設け、還気によって全熱交換器を冷却するとともに、前記中温冷水コイルの上流で全熱交換器によって外気を予め冷房することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の冷水による除湿再熱空調システムによれば、冷却除湿に、低温冷水用コイルと中温冷水用コイルの２系統の冷水コイルを配置して、従来システムの再熱のための再熱加熱コイルや電気ヒータの代わりに、中温冷水での冷却後の還り冷水を再熱コイルに設けたので、再熱の熱源が不要となる。すなわち、中温冷水の還り水を再熱コイル(ＣＯ３)に使用することにより、温水熱源動力(蒸気生成燃料)もしくは加熱電力が不要となり、省エネ効果を高めることができる
また、大きな外気負荷をはじめに高ＣＯＰ(冷房ＣＯＰ＝冷房能力(kW)÷冷房消費電力(kW))の中温冷水で処理し、比較的ＣＯＰが低い低温冷水の使用量を削減することにより、省エネ効果を高めることができる。
中温冷水の還り水を再熱コイル(ＣＯ３)に使用することにより、還り水が冷却（冷熱回収）されて、中温冷水の冷却負荷が低減できる。
更に、低温冷水コイルで潜熱、中温冷水コイル(ＣＯ１)と再熱コイル(ＣＯ３)で顕熱をコントロールできる。
このように、例えば、室内設定温度を２８℃に設定した状態でも、湿度も従来よりも省エネで湿度を下げることができるので、快適な空調下でクールビズを実行できる画期的なシステムである
請求項２の冷水による除湿再熱空調システムによれば、中温冷水用コイルと再熱コイルをほぼ別々の制御が可能となる。
更に、請求項３の冷水による除湿再熱空調システムの発明によれば、更に効率よく冷却ができ、更に省エネ運転が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】従来の水コイル使用の除湿再熱空調装置の概略図、
【図２】従来の空気の状態変化を説明する空気線図、
【図３】実施例１の冷水による除湿再熱空調システム(装置)の構成概略図、
【図４】実施例１の空気の状態変化を説明する空気線図、
【図５】実施例２の冷水による除湿再熱空調システム(装置)の構成概略図、
【図６】実施例３の冷水による除湿再熱空調システム(装置)の構成概略図、
【図７】実施例３の空気の状態変化を説明する空気線図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の２系統の冷水コイルを配置した冷水による除湿再熱空調システム及びその装置を図面に沿って説明する。
［実施例１］
実施例１の冷水による除湿再熱空調システム(装置)は、冷却除湿用として冷却は中温冷水を使用する中温冷水コイル(ＣＯ１)１と、低温冷水を使用する低温冷水コイル(ＣＯ２)２と中温冷水の２系統の冷水を利用し、再熱用の再熱コイル(ＣＯ３)３に中温冷水コイル(ＣＯ１)１の中温冷水での冷却後の還り冷水をそのまま全量を供給して再熱するもので、別途に再熱加熱コイルや電気ヒータを用いる必要がない。
【０００９】
この実施例１の具体的構成を、図３及び図４に沿って説明すると、図３に示すように、除湿再熱を行う空調装置Ａの外気ＯＡを取り込む側から順に中温冷水を使用する中温冷水コイル１、低温冷水を使用する低温冷水コイル２、再熱用の再熱コイル３、給気ファン４が配置されている。
例えば、目標温度１７.８℃、湿度６９.８％(絶対湿度８.８６g/kg')と設定したとすると、外気ＯＡが３３.０℃(ＤＢ)10.000m3/ｈ、相対湿度６０％(ＲＨ)、絶対湿度１９.１g/kg’、全熱(エンタルピ)８２.１kＪ/kg’、露点温度２４.２℃(ＤＰ)であるとき、中温冷水コイル１は、コイル往水口１１に１４℃の中温冷温水を１４０Ｌ／min(６１.０ｋＷ)(ＣＯＰ＝４.０７)で供給し、外気を冷やした中温冷水コイル１の中温冷水はコイル還水口１２から２１.９℃に上昇する。
この結果、中温冷水コイル１により外気ＯＡは冷却され、２１.０℃(ＤＢ)、相対湿度９５％(ＲＨ)、絶対湿度１４.６g/kg'、全熱(エンタルピ)５８.８４kＪ/kg'、露点温度２０.２℃(ＤＰ)となる。図４の空気線図では、Ａ点からＢ１点まで移行する。
【００１０】
次に、低温冷水コイル２で、目標の絶対湿度８.８６g/kg'まで冷却しなければならいないが、このため低温冷水コイル２は、コイル往水口２１に７℃の低温冷水を７７.０ｋＷ(ＣＯＰ＝３.５８)の熱量分を供給し、外気を更に１３℃まで冷やして低温冷水コイル２の低温冷水自体はコイル還水口２２の時点で１２℃まで上昇する。、
この結果、低温冷水コイル２により外気ＯＡは更に冷却され、１３.０℃(ＤＢ)、相対湿度９５％(ＲＨ)、絶対湿度８.８６g/kg'、全熱(エンタルピ)３５.４４kＪ//kg'、露点温度１２.２℃(ＤＰ)となる。図４の空気線図では、Ｂ１点からＢ２点まで移行する。
【００１１】
ここで、絶対湿度は目標値の８.８６g/kg'となったが、温度が目標温度１７.８℃より低い１３.０℃(ＤＢ)であるので、再熱コイル３で外気ＯＡの温度だけを１７.８℃に上昇させる必要がある。このため、前記中温冷水コイル１の冷却後の２１.９℃まで暖まった還り冷水を利用するが、この暖まった還り冷水をコイル還水口１２から、再熱コイル３の往水口３１に供給し、下がり過ぎた外気ＯＡを再熱する。再熱を終了した再熱コイル３の還水口３２からは再熱のため２０.２℃に下がった還水が、冷却施設に戻り、再び１４℃に冷却して循環させるが、この中温冷水の冷却負荷が低減できる。
この結果、再熱コイル３により外気ＯＡは逆に加熱され、最終目標値の１７．８℃(ＤＢ)、相対湿度６９.８％(ＲＨ)、絶対湿度８.８６g/kg'、全熱(エンタルピ)４０.３５kＪ/kg'、露点温度１２.２℃(ＤＰ)となる。図４の空気線図では、Ｂ２点からＣ点まで温度だけが移行し、目標の温度１７.８℃、湿度６９.８％(絶対湿度８.８６g/kg')とすることができる。
【００１２】
実施例１は、以上のような構成であるので、従来システムの再熱のための再熱加熱コイルや電気ヒータの代わりに、中温冷水での冷却後の還り冷水を再熱コイル３に設けたので、別途の再熱の熱源が不要となる。すなわち、中温冷水の還り水を再熱コイル３に使用することにより、温水熱源動力(蒸気生成燃料)もしくは加熱電力が不要となり、省エネ効果を高めることができる。
また、大きな外気負荷をはじめに高ＣＯＰの中温冷水で処理し、比較的ＣＯＰが低い低温冷水の使用量を削減することにより、省エネ効果を高めることができる。
すなわち、図３において、中温冷水コイル１での消費熱量ａ＝７７.０ｋＷであるが、再熱コイル３でｂ＝−１６.０ｋＷの分の熱量で温められ、中温冷水コイル１と再熱コイル３との合計ａ＋ｂ＝６１.０ｋＷを消費することになる。これをシステム全体でみれば、冷却には中温冷水コイル１と低温冷水コイル２とでａ＋ｃ＝１５５.０ｋＷが消費されるが、再熱コイル３で熱回収されるので、ａ＋ｂ＋ｃ＝１３９.０ｋＷとなる。このように、図１のような従来例のそのまま排熱した場合はａ+ｂ-ｃ＝１７１.０ｋＷに対して、図３の実施例１では１３９.０ｋＷであるので、その熱量の差は３２.０ｋＷが省エネとなり、１８.７％の省エネ効果が得られる。
【００１３】
これを冷凍機効率ＣＯＰを加味して消費電力について実施例１と従来例と比較する。図３の実施例１において、低温冷水で７８.０ｋＷでＣＯＰ＝３.５８(７℃)で消費電力は７８.０／３.５８＝２１.８ｋＷであり、中温冷水で６１.０ｋＷでＣＯＰ＝４.０７(１４℃)であるので消費電力は６１.０／４.０７＝１５.０ｋＷで、合計で３６.８ｋＷである。
図１の従来例においては、、低温冷水で１５５.０ｋＷでＣＯＰ＝３.５８(７℃)であるので消費電力は１５５.０／３.５８＝４３.３ｋＷであり、温水で１６.０ｋＷでＣＯＰ＝４.５１(４６℃)であるので消費電力は１６.０／４.５１＝３.５ｋＷで、合計で４６.８ｋＷである。したがって、消費電力は従来の４６.８ｋＷに対し、実施例１では３６.８ｋＷであるので、２１.４％の省エネ効果になる。
このように、中温冷水の還り水を再熱コイル３に使用することにより、還り水が冷却（冷熱回収）されて、中温冷水の冷却熱源が低減できる。
更に、低温冷水コイル２で潜熱、再熱コイル３で顕熱(温度制御)をコントロールできる。
【００１４】
[実施例２]
実施例２の冷水による除湿再熱空調システム(装置)は、冷却除湿用として冷却は中温冷水を使用する中温冷水コイル１と、低温冷水を使用する低温冷水コイル２と中温冷水の２系統の冷水を利用し、再熱用の再熱コイル３に中温冷水コイル１の中温冷水での外気冷却後の暖まった還り冷水の全量を使用するのではなく、三方弁５を用いて再熱コイル３への水量を制御して、その他を三方弁を用いてバイパスさせて還水するもので、中温冷水コイル１と再熱コイル３とを別々に水量を可変にして、それぞれを制御可能にするもので、別途に再熱加熱コイルや電気ヒータを用いる必要がないのは実施例１と同じである。
【００１５】
この実施例２の具体的構成を図５に沿って説明するが、大凡の構成は実施例１と同じで、中温冷水コイル１の冷却後の還り冷水を再熱コイル３に注水する往水配管３４に分岐するバイパス管５１を設けるとともに、再熱コイル３の還水配管３４の途中に三方弁５を設けて、この三方弁５に他の入口に前記バイパス管５１の一端に接続する。
この三方弁５で往水配管３４での温冷水コイル１の外気冷却後の暖まった還り冷水の一部をバイパス管によって直接還水させ、残りを再熱コイル３に注水して再熱に使用する。すなわち、三方弁５を用いて再熱コイル３への水量を制御して、その他を三方弁を用いてバイパスさせて熱源装置へ還水させ、出来る限り中温冷水コイル１への水量を多くして、冷房効率や省エネ効率を向上させている。
なお、三方弁５を往水配管３４の途中に設けて、還水配管３４に分岐するバイパス管５１を設けて、バイパス管５１の三方弁５の他の出口に接続して、一部をバイパス管によって直接還水させ、残りを再熱コイル３に往水して再熱に使用する。
【００１６】
これを実際の運転でその作用を説明すると、入力と出力の空気状態は実施例１と同じであるが、中温冷水コイル１では１４℃の中温冷水を実施例１では１４０Ｌ／minであるが、実施例２では１５０Ｌ／minと多くして、中温冷水コイル１の能力を６１.０ｋＷの熱量から８２.０ｋＷの熱量に高めて、エネルギーを多く費やす低温冷水コイル２での負担を７８.０ｋＷから５７.０ｋＷと下げることができる。すなわち、低温冷水コイル２を出た空気状態は実施例１と同じである。
この際、中温冷水コイル１での冷却後の還り冷水の全量を使用すると、再熱コイル３を再熱し過ぎるので、一部である２８Ｌ／minを再熱コイル３に通水し、残りをバイパスさせて還水に合流させる。このため再熱コイル３からの還水温度の実施例１での２０.２℃より若干高い２１.９℃となる。
【００１７】
ここで、冷凍機効率ＣＯＰを加味して消費電力について図５の実施例２と図１の従来例と比較すると、従来の消費電力が４６.８ｋＷであるのに対して、実施例２の消費電力は、低温冷水で５７.０ｋＷでＣＯＰ＝３.５８(７℃)であるので消費電力は５７.０／３.５８＝１５.９ｋＷであり、中温冷水で８２.０ｋＷでＣＯＰ＝４.０７(１４℃)であるので消費電力は８２.０／４.０７＝２０.１ｋＷで、合計で３６.０ｋＷである。
したがって、従来の４６.８ｋＷに対し、実施例２では３６.０ｋＷであるので、２３.０％の省エネ効果になる。
実施例２は、以上のような構成であるので、中温冷水コイル１と再熱コイル３の作動を別個に制御できるので、実施例１の作用・効果に加えて、中温冷水コイル１の能力を目一杯発揮させ、全体としてより省エネ運転を実現できる。特に、実施例１では目標値まで再熱しきれない場合でも、その範囲を含む広い範囲での制御が可能となる。
【００１８】
[実施例３]
実施例３の冷水による除湿再熱空調システム(装置）は、大部分の構成が実施例１又は実施例２と同じであるが、全熱交換器６を使用する点が異なる。
このため、図６に示すように、還気ＲＡを全熱交換器６を介して排気ＥＡする空気通路Ｂを、実施例１又は実施例２の処理通路Ａと平行又は近接して設け、中温冷水コイル１の上流と前記空気通路Ｂとに全熱交換器６を設け、還気ＲＡによって全熱交換器６を冷却するとともに、前記中温冷水コイル１の上流で全熱交換器６によって外気ＯＡを予めに冷房して、更なる省エネを実現している。
【００１９】
この実施例３の具体的構成を図６に沿って説明するが、処理工程の構成は実施例１と同じで(実施例２の三方弁５等は点線、括弧の数値は実施例２を使用した場合)あるが、例えば、外気ＯＡは３３.０℃で全熱交換器６により２８.８℃に下げその分だけ中温冷水コイル１の負担が軽減され、具体的には実施例１の中温冷水コイル１の６１.０ｋＷが、実施例１を全熱交換器６を設けた実施例３では２４.２ｋＷに軽減し、冷温冷水コイル２の７８.０ｋＷが５７.２ｋＷに軽減される。
同様に、実施例２の中温冷水コイル１の８２.０ｋＷが、実施例２を全熱交換器６を設けた実施例３(括弧書き)では３３.６ｋＷに軽減し、冷温冷水コイル２の５７.２ｋＷが４７.９ｋＷに軽減される
【００２０】
このことを、図７の空気線図で説明すると、外気ＯＡのＡ点から全熱交換器６によってＢ３点に移行し、次いで中温冷水コイル１でＢ３点からＢ１点に移行し、その後は実施例１、２と同様に、Ｂ１点からＢ２に移行し、所定の絶対湿度にした後に、再熱を行いＢ２点からＣに移行して、目標の温度・湿度に空気調和することになる。
実施例３は、以上のような構成であるので、実施例１又は実施例２の作用・効果に加えて、全体としてより省エネ運転を実現できるという作用・効果が得られる。特に、実施例１及び実施例２では目標値まで再熱しきれない場合でも、その範囲を含むさらに広い範囲での制御が可能となる。
【００２１】
以上説明したように、本発明の除湿再熱空調システムの各実施例によれば、冷却除湿に、低温冷水用コイルと中温冷水用コイルの２系統の冷水コイルを配置して、従来システムの再熱のための再熱加熱コイルや電気ヒータの代わりに、中温冷水での冷却後の還り冷水を再熱コイルに設けたので、再熱の熱源が不要となる。すなわち、中温冷水の還り水を再熱コイル(ＣＯ３)に使用することにより、温水熱源動力(蒸気生成燃料)もしくは加熱電力が不要となり、省エネ効果を高めることができる。また、大きな外気負荷をはじめに高ＣＯＰの中温冷水で処理し、比較的ＣＯＰが低い低温冷水の使用量を削減することにより、省エネ効果を高めることができる。さらに、中温冷水の還り水を再熱コイル(ＣＯ３)に使用することにより、還り水が冷却（冷熱回収）されて、中温冷水の冷却負荷が低減できる。また、低温冷水コイルで潜熱、中温冷水コイル(ＣＯ１)と再熱コイル(ＣＯ３)で顕熱をコントロールできる。
【００２２】
また、再熱コイルの還水配管又は往水配管の途中に三方弁を配置し、対向する往水配管又は還水配管にバイパス管を設けて、バイパス管の一端を三方弁に接続して、三方弁によって中温冷水コイルの冷却後の還り冷水の一部を還水配管に還水させ、残りの全量を再熱コイルに往水して再熱に使用してバイパスする流量を制御するようにすれば、中温冷水用コイルと再熱コイルをほぼ別々の制御が可能となる。
更に、還気を排気する通路と中温冷水コイルの上流とに全熱交換器を設け、還気によって全熱交換器を冷却するとともに、中温冷水コイルの上流で全熱交換器によって外気を予め冷房すれば、更に効率よく冷却ができ、更に省エネ運転が可能となる。
ところで、近時、室内設定温度を２８℃に行うキャンペーンを行なわれているが、冷却方式の空調システムでは、湿度が高くなり室内温度２８℃では不快となり、それを解決させるために本実施例等のような除湿再熱空調システムを用い、同じ室内温度２８℃で湿度を下げる必要があるが、本発明の各実施例の除湿再熱空調システムを用いれば、省エネ運転でもクールビズを快適に実行でき、画期的な除湿再熱空調システムである
なお、本発明の特徴を損なうものでなければ、上記の各実施例に限定されるものでないことは勿論である。
【符号の説明】
【００２３】
１・・中温冷水コイル、
１１,２１,３１・・往水口、
１２,２２,３２・・還水口、
２・・低温冷水コイル、
３・・再熱コイル、３３・・往水配管、３４・・還水配管
４・・給気ファン、
５・・三方弁、５１・・バイパス管
６・・全熱交換器
【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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