(57)【要約】【課題】  省エネルギーで潜熱と顕熱の分離処理を行い、室内温湿度条件を快適に保持する空調機を提供する。【解決手段】  空調機１は、潜熱処理系統３が、外気ＯＡ及び還気ＲＡを冷却除湿可能な潜熱処理系統高温冷水部１１と、潜熱処理系統高温冷水部１１の下流で潜熱処理系統高温冷水部１１よりも低温な冷水を使用して外気ＯＡ及び還気ＲＡを冷却除湿可能な潜熱処理系統低温冷水部１３と、を有し、顕熱処理系統４が、潜熱処理系統低温冷水部１３よりも高温な冷水を使用して還気ＲＡを冷却除湿可能な顕熱処理系統高温冷水部１２を有し、潜熱処理系統３の潜熱処理系統高温冷水部１１と潜熱処理系統低温冷水部１３の間と、顕熱処理系統４の顕熱処理系統高温冷水部１２の下流側と、を開放又は閉鎖し、通過風量を調整可能な連通部３３をさらに備えることを特徴とする。【選択図】図１
2018063086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上流から送風される外気及び室内の還気を除湿冷却し、下流から給気として室内に送風する空調機であって、
潜熱処理系統と顕熱処理系統を有するケーシングと、
前記ケーシングに前記外気を取り入れる外気取入部と、
前記ケーシングに前記還気を取り入れる還気取入部と、
前記潜熱処理系統と前記顕熱処理系統で除湿冷却された前記外気及び前記還気を混合して前記給気を送風する送風部と、
前記ケーシングから前記送風部によって送風された前記給気を前記室内に供給する給気部と、
を備え、
前記潜熱処理系統は、
前記外気及び前記還気を冷却除湿可能な潜熱処理系統高温冷水部と、
前記潜熱処理系統高温冷水部の下流で前記潜熱処理系統高温冷水部よりも低温な冷水を使用して前記外気及び前記還気を冷却除湿可能な潜熱処理系統低温冷水部と、
を有し、
前記顕熱処理系統は、前記潜熱処理系統低温冷水部よりも高温な冷水を使用して前記還気を冷却除湿可能な顕熱処理系統高温冷水部を有し、
前記潜熱処理系統の前記潜熱処理系統高温冷水部と前記潜熱処理系統低温冷水部の間と、前記顕熱処理系統の前記顕熱処理系統高温冷水部の下流側と、を開放、閉鎖又は通過風量を調整可能な連通部をさらに備える
ことを特徴とする空調機。
【請求項２】
前記潜熱処理系統高温冷水部に対して前記外気及び前記還気を迂回させる通路を開放、閉鎖又は通過風量を調整可能なバイパス部を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の空調機。
【請求項３】
前記還気取入部は、
前記顕熱処理系統に前記還気を取り入れる第１還気取入部と、
前記潜熱処理系統に前記還気を取り入れる第２還気取入部と、
を有し、
前記第１還気取入部には、前記顕熱処理系統に取り入れる前記還気の量を調整する第１取入量調整部が設けられ、
前記第２還気取入部には、前記潜熱処理系統に取り入れる前記還気の量を調整する第２取入量調整部が設けられる
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の空調機。
【請求項４】
ピーク負荷時、前記第１取入量調整部及び前記第２取入量調整部は開放又は通過風量を調整し、前記バイパス部及び前記連通部は閉鎖する
ことを特徴とする請求項３に記載の空調機。
【請求項５】
高負荷時、前記第１取入量調整部及び前記第２取入量調整部は開放又は通過風量を調整し、前記バイパス部は閉鎖し、前記連通部は開放又は通過風量を調整する
ことを特徴とする請求項３又は４に記載の空調機。
【請求項６】
低負荷時、前記第１取入量調整部及び前記第２取入量調整部は開放又は通過風量を調整し、前記バイパス部は閉鎖し、前記連通部は開放又は通過風量を調整し、前記潜熱処理系統低温冷水部の冷水の循環を停止する
ことを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の空調機。
【請求項７】
外気冷房時、前記第１取入量調整部及び前記第２取入量調整部は開放又は通過風量を調整し、前記バイパス部及び前記連通部は開放又は通過風量を調整し、前記潜熱処理系統高温冷水部及び前記潜熱処理系統低温冷水部の冷水の循環を停止する
ことを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の空調機。
【請求項８】
前記潜熱処理系統と前記顕熱処理系統の下流それぞれに前記送風部を備える
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の空調機。
【請求項９】
前記顕熱処理系統の前記顕熱処理系統高温冷水部の下流に流量調整部を備える
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の空調機。
【請求項１０】
前記潜熱処理系統高温冷水部から前記顕熱処理系統高温冷水部へ高温冷水をカスケード利用する
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の空調機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、潜熱処理と顕熱処理を分離して行う潜熱顕熱分離用の空調機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、潜熱顕熱分離用空調機として、デシカントローター等を用いずに外調機だけで室内潜熱負荷を処理することは、外気導入量と外調機の除湿能力の点から困難であった。そこで、２次側空調機でコイルを２つに分けて潜熱と顕熱を分離処理する方法が開示されている（特許文献１）。また、２つのコイルを直線上に並べ、高温冷水でできるだけ除湿し、低温冷水で最終的に必要な除湿量を確保する方法が開示されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−０７００９７号公報
【特許文献２】特開２０１５−００７４８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の技術は、室内設定条件を変えることで、負荷を減らし、省エネルギーを実現しているが、同一条件での負荷は同じであり、消費エネルギーを減らすことはできない。
【０００５】
特許文献２に記載の技術は、２つのコイルを使用しているが、全風量を直線的に配置された２段コイルで処理しているので、最終的な出口の空気状態は、１つのコイルで冷却除湿したものと同じである。そのため、梅雨期等の外気が高湿度で室内負荷が小さい低顕熱負荷の場合、除湿を優先すると吹き出し温度が低下し、室温が低下してしまう。したがって、快適性を損ない、部屋の顕熱負荷を大きくすることになり、負荷が大きくなり、全体の効率が低下する。
【０００６】
本発明は上記課題を解決し、省エネルギーを確保しつつ潜熱と顕熱の分離処理を行い、室内温湿度条件を快適に保持する空調機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にかかる空調機は、
上流から送風される外気及び室内の還気を除湿冷却し、下流から給気として室内に送風する空調機であって、
潜熱処理系統と顕熱処理系統を有するケーシングと、
前記ケーシングに前記外気を取り入れる外気取入部と、
前記ケーシングに前記還気を取り入れる還気取入部と、
前記潜熱処理系統と前記顕熱処理系統で除湿冷却された前記外気及び前記還気を混合して前記給気を送風する送風部と、
前記ケーシングから前記送風部によって送風された前記給気を前記室内に供給する給気部と、
を備え、
前記潜熱処理系統は、
前記外気及び前記還気を冷却除湿可能な潜熱処理系統高温冷水部と、
前記潜熱処理系統高温冷水部の下流で前記潜熱処理系統高温冷水部よりも低温な冷水を使用して前記外気及び前記還気を冷却除湿可能な潜熱処理系統低温冷水部と、
を有し、
前記顕熱処理系統は、前記潜熱処理系統低温冷水部よりも高温な冷水を使用して前記還気を冷却除湿可能な顕熱処理系統高温冷水部を有し、
前記潜熱処理系統の前記潜熱処理系統高温冷水部と前記潜熱処理系統低温冷水部の間と、前記顕熱処理系統の前記顕熱処理系統高温冷水部の下流側と、を開放、閉鎖又は通過風量を調整可能な連通部をさらに備える
ことを特徴とする。
【０００８】
本発明にかかる空調機は、
前記潜熱処理系統高温冷水部に対して前記外気及び前記還気を迂回させる通路を開放、閉鎖又は通過風量を調整可能なバイパス部を備える
ことを特徴とする。
【０００９】
本発明にかかる空調機では、
前記還気取入部は、
前記顕熱処理系統に前記還気を取り入れる第１還気取入部と、
前記潜熱処理系統に前記還気を取り入れる第２還気取入部と、
を有し、
前記第１還気取入部には、前記顕熱処理系統に取り入れる前記還気の量を調整する第１取入量調整部が設けられ、
前記第２還気取入部には、前記潜熱処理系統に取り入れる前記還気の量を調整する第２取入量調整部が設けられる
ことを特徴とする。
【００１０】
本発明にかかる空調機では、
ピーク負荷時、前記第１取入量調整部及び前記第２取入量調整部は開放又は通過風量を調整し、前記バイパス部及び前記連通部は閉鎖する
ことを特徴とする。
【００１１】
本発明にかかる空調機では、
高負荷時、前記第１取入量調整部及び前記第２取入量調整部は開放又は通過風量を調整し、前記バイパス部は閉鎖し、前記連通部は開放又は通過風量を調整する
ことを特徴とする
【００１２】
本発明にかかる空調機では、
低負荷時、前記第１取入量調整部及び前記第２取入量調整部は開放又は通過風量を調整し、前記バイパス部は閉鎖し、前記連通部は開放又は通過風量を調整し、前記潜熱処理系統低温冷水部の冷水の循環を停止する
ことを特徴とする。
【００１３】
本発明にかかる空調機では、
外気冷房時、前記第１取入量調整部及び前記第２取入量調整部は開放又は通過風量を調整し、前記バイパス部及び前記連通部は開放又は通過風量を調整し、前記潜熱処理系統高温冷水部及び前記潜熱処理系統低温冷水部の冷水の循環を停止する
ことを特徴とする。
【００１４】
本発明にかかる空調機は、
前記潜熱処理系統と前記顕熱処理系統の下流それぞれに前記送風部を備える
ことを特徴とする。
【００１５】
本発明にかかる空調機は、
前記顕熱処理系統の前記顕熱処理系統高温冷水部の下流に流量調整部を備える
ことを特徴とする。
【００１６】
本発明にかかる空調機は、
前記潜熱処理系統高温冷水部から前記顕熱処理系統高温冷水部へ高温冷水をカスケード利用する
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明にかかる空調機によれば、省エネルギーで潜熱と顕熱の分離処理を行い、室内温湿度条件を快適に保持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態の空調機を示す。
【図２】ピーク時の第１実施形態の空調機の状態を示す。
【図３】高負荷時の第１実施形態の空調機の状態を示す。
【図４】低負荷時の第１実施形態の空調機の状態を示す。
【図５】外気冷房時の第１実施形態の空調機の状態を示す。
【図６】一般的な空調機の各ポイントを示す。
【図７】一般的な空調機の空気線図を示す。
【図８】第１実施形態の空調機の各ポイントを示す。
【図９】第１実施形態の空調機の空気線図を示す。
【図１０】潜熱負荷100%、顕熱負荷52%の場合の第１実施形態の空調機の空気線図を示す。
【図１１】潜熱負荷100%、顕熱負荷52%の場合の一般的な空調機の空気線図を示す。
【図１２】本実施形態の空調機の冷却除湿のイメージを示す。
【図１３】第２実施形態の空調機を示す。
【図１４】第３実施形態の空調機を示す。
【図１５】第４実施形態の空調機を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明にかかる空調機１の実施形態を説明する。
【００２０】
図１は、第１実施形態の空調機１を示す。
【００２１】
第１実施形態の空調機１は、潜熱処理系統３と顕熱処理系統４を有するケーシング２と、ケーシング２に外気ＯＡを取り入れる外気取入部２１と、ケーシング２に室内からの還気ＲＡを取り入れる還気取入部２２と、空気を冷却除湿可能な潜熱処理系統高温冷水コイル１１と、空気を冷却可能な顕熱処理系統高温冷水コイル１２と、通過する空気を冷却除湿可能な潜熱処理系統低温冷水コイル１３と、潜熱通路３内で潜熱処理系統高温冷水コイル１１を空気が迂回する通路を形成可能なバイパスダンパ３２と、潜熱処理系統３と顕熱処理系統４を連通可能な連通ダンパ３３と、各コイルで冷却及び除湿された空気を室内に送風する送風機４０と、ケーシング２から給気を室内に供給する給気部２３と、を備える。
【００２２】
ケーシング２は、外気取入部２１と還気取入部２２を有する側で分離され、給気部２３を有する側で連結される潜熱処理系統３と顕熱処理系統４を有する。潜熱処理系統３には、潜熱処理系統高温冷水コイル１１と潜熱処理系統低温冷水コイル１３とが設けられる。顕熱処理系統４には、顕熱処理系統高温冷水コイル１２が設けられる。潜熱処理系統３と
顕熱処理系統４は、最終的に混合され、その位置に送風機４０が設けられる。
【００２３】
外気取入部２１は、ケーシング２の潜熱処理系統３に外気ＯＡを取り入れる部分である。還気取入部２２は、ケーシング２に還気ＲＡを取り入れる部分である。第１還気取入部２２ａは、ケーシング２の顕熱処理系統４に第１還気ＲＡ１を取り入れる部分である。第２還気取入部２２ｂは、ケーシング２の潜熱処理系統３に第２還気ＲＡ２を取り入れる部分である。
【００２４】
第１還気取入部２２ａには、ケーシング２の顕熱処理系統４に取り入れる第１還気ＲＡ１の量を調整する第１調整バンパ３１ａが設けられる。第２還気取入部２２ｂには、ケーシング２の潜熱処理系統３に取り入れる第２還気ＲＡ２の量を調整する第２調整バンパ３１ｂが設けられる。
【００２５】
潜熱処理系統高温冷水コイル１１は、約１４℃の水又は冷媒が流れるコイルを有し、潜熱処理系統３に設けられる。潜熱処理系統高温冷水コイル１１は、コイルの隙間を通過する外気ＯＡ又は第２還気ＲＡ２を冷却除湿する熱交換器である。潜熱処理系統高温冷水コイル１１に冷水を流さない場合、通過する外気ＯＡ又は第２還気ＲＡ２は、冷却除湿されない。
【００２６】
顕熱処理系統高温冷水コイル１２は、約１４℃の水又は冷媒が流れるコイルを有し、顕熱処理系統４に設けられる。顕熱処理系統高温冷水コイル１２は、コイルの隙間を通過する還気ＲＡを冷却する熱交換器である。顕熱処理系統高温冷水コイル１２に冷水を流さない場合、通過する外気ＯＡ又は第１還気ＲＡ１は、冷却されない。
【００２７】
潜熱処理系統低温冷水コイル１３は、約５〜７℃の水又は冷媒が流れるコイルを有し、潜熱処理系統３に設けられる。潜熱処理系統低温冷水コイル１３は、コイルの隙間を通過する外気ＯＡ又は還気ＲＡを冷却除湿（主に除湿）する熱交換器である。潜熱処理系統低温冷水コイル１３に冷水を流さない場合、通過する外気ＯＡ又は還気ＲＡは、冷却除湿されない。
【００２８】
バイパスダンパ３２は、開閉可能であって、開放状態において、潜熱通路３内の潜熱処理系統高温冷水コイル１１を迂回させる外気又は還気の通路を形成する。連通ダンパ３３は、開閉可能であって、開放状態において、潜熱処理系統３の潜熱処理系統高温冷水コイル１１と潜熱処理系統低温冷水コイル１３の間と顕熱処理系統４の顕熱処理系統高温冷水コイル１２の送風機４０側とを連通し、潜熱処理系統高温冷水コイルコイル１１を通過した気流の一部を顕熱処理系統４へバイパスさせる。
【００２９】
送風機４０は、各コイルで冷却及び除湿された空気を室内に送風する。送風機４０が送風した給気ＳＡは、ケーシング２の給気部２３から室内に送風される。
【００３０】
次に、第１実施形態の空調機１の各部の制御について説明する。
【００３１】
本実施形態では、空調機１のエネルギー消費効率（ＣＯＰ：Coefficient of Performance）を向上させることを目的とする。エネルギー消費効率は、冷水の温度が上がれば向上する。したがって、潜熱の負荷に応じて以下の表１のように各部を制御する（「開」は流量調整を含む。）。
【表１】
2018063086.tif 000003
【００３２】
図２は、ピーク時の第１実施形態の空調機１の状態を示す。
【００３３】
ピーク負荷時、空調機１は、第１還気取入部２２ａの第１取入量調整ダンパ３１ａ及び第２還気取入部２２ｂの第２取入量調整ダンパ３１ｂを開放して通過風量を最大とし、顕熱処理系統４に第１還気ＲＡ１を取り入れ、潜熱処理系統３に第２還気ＲＡ２を取り入れる。バイパスダンパ３２と連通ダンパ３３は、閉鎖状態とする。
【００３４】
室内の潜熱負荷が大きい場合、外気ＯＡの風量だけでは潜熱処理能力が不足するため、合計の除湿量と潜熱負荷が合致するまで、第２還気取入部２２ｂの第２取入量調整ダンパ３１ｂを開放して通過風量を調整し、室内の還気ＲＡを外気ＯＡに混合する。空調機１の潜熱処理系統３では、まず潜熱処理系統高温冷水コイル１１の高温冷水で、外気ＯＡと還気ＲＡをできるだけ除湿する。続いて、外気ＯＡと還気ＲＡを潜熱処理系統低温冷水コイル１３の低温冷水で最終の除湿量となる温度まで下げる。顕熱処理系統４の顕熱処理系統高温冷水コイル１２は、必要な温度差となるように、流れる冷水の量が制御される。
【００３５】
図３は、高負荷時の第１実施形態の空調機１の状態を示す。
【００３６】
高負荷時、空調機１は、第２還気取入部２２ｂの第２取入量調整ダンパ３１ｂを開放して通過風量を調整し、潜熱処理系統３に第２還気ＲＡ２を取り入れる。バイパスダンパ３２は閉鎖状態、連通ダンパ３３は開放して、潜熱負荷に合致した通過風量に調整する。
【００３７】
高負荷時の空調機１は、潜熱処理系統３に、外気取入部２１から外気ＯＡを取り入れ、第２還気取入部２２ｂから室内の還気ＲＡを取り入れ、外気ＯＡと第２還気ＲＡ２を混合する。混合された外気ＯＡと第２還気ＲＡ２は、まず潜熱処理系統高温冷水コイル１１の高温冷水で冷却除湿される。冷却除湿された外気ＯＡと第２還気ＲＡ２の潜熱負荷に見合う風量分は、潜熱処理系統低温冷水コイル１３を通過する。残りの冷却除湿された外気ＯＡと第２還気ＲＡ２の一部は、連通ダンパ３３を通過し、顕熱処理系統４に流れる。潜熱処理系統低温冷水コイル１３を通過する外気ＯＡと第２還気ＲＡ２は、さらに冷却除湿される。
【００３８】
高負荷時の空調機１は、顕熱処理系統４に第１還気取入部２２ａから室内の第１還気ＲＡ１を取り入れる。第１還気取入部２２ａから取り入れられた第１還気ＲＡ１は、顕熱処理系統高温冷水コイル１２の高温冷水で冷却除湿（主に冷却）される。顕熱処理系統高温冷水コイル１２は、必要な温度差となるように、流れる冷水の量が制御される。冷却除湿された（主に冷却）第１還気ＲＡ１は、連通ダンパ３３を通過した外気ＯＡと第２還気ＲＡ２と混合される。
【００３９】
その後、潜熱処理系統３で潜熱処理系統低温冷水コイル１３を通過した外気ＯＡと第２還気ＲＡ２及び顕熱処理系統４で顕熱処理系統高温冷水コイル１２を通過した第１還気ＲＡ１は、送風機４０によって、給気ＳＡとして室内に送風される。
【００４０】
図４は、低負荷時の第１実施形態の空調機１の状態を示す。
【００４１】
低負荷時、空調機１は、第２還気取入部２２ｂの第２取入量調整ダンパ３１ｂを開放状態とし、潜熱処理系統３に第２還気ＲＡ２を取り入れる。バイパスダンパ３２は閉鎖状態、連通ダンパ３３は開放状態とする。外気が十分低湿度の場合、潜熱処理系統低温冷水コイル１３には冷水を循環させない。
【００４２】
低負荷時の空調機１は、潜熱処理系統３に、外気取入部２１から外気ＯＡを取り入れ、第２還気取入部２２ｂから室内の第２還気ＲＡ２を取り入れ、外気ＯＡと第２還気ＲＡ２を混合する。混合された外気ＯＡと第２還気ＲＡ２は、潜熱処理系統高温冷水コイル１１の高温冷水で冷却除湿される。冷却除湿された外気ＯＡと第２還気ＲＡ２の一部は、潜熱処理系統低温冷水コイル１３を通過する。残りの冷却除湿された外気ＯＡと第２還気ＲＡ２の一部は、連通ダンパ３３を通過し、顕熱処理系統４に流れる。潜熱処理系統低温冷水コイル１３には、冷水が流されていないので、混合された外気ＯＡと第２還気ＲＡ２は、冷却除湿されないが、潜熱処理系統低温冷水コイル１３を通過することで、ファン静圧を低くすることが可能となる。
【００４３】
低負荷時の空調機１は、顕熱処理系統４に第１還気取入部２２ａから室内の第１還気ＲＡ１を取り入れる。第１還気取入部２２ａから取り入れられた第１還気ＲＡ１は、顕熱処理系統高温冷水コイル１２の高温冷水で冷却除湿される。顕熱処理系統高温冷水コイル１２は、必要な温度差となるように、流れる冷水の量が制御される。冷却除湿された第１還気ＲＡ１は、連通ダンパ３３を通過した外気ＯＡと第２還気ＲＡ２と混合される。
【００４４】
その後、潜熱処理系統３で潜熱処理系統低温冷水コイル１３を通過した外気ＯＡと還気ＲＡ及び顕熱処理系統４で顕熱処理系統高温冷水コイル１２を通過した還気ＲＡは、送風機４０によって、給気ＳＡとして室内に送風される。
【００４５】
図５は、外気冷房時の第１実施形態の空調機１の状態を示す。
【００４６】
外気冷房時、空調機１は、第２還気取入部２２ｂの第２取入量調整ダンパ３１ｂを開放状態とし、潜熱処理系統３に第２還気ＲＡ２を取り入れる。バイパスダンパ３２及び連通ダンパ３３は開放状態とする。外気が十分低湿度の場合、潜熱処理系統高温冷水コイル１１及び潜熱処理系統低温冷水コイル１３には冷水を流さない。
【００４７】
外気冷房時の空調機１は、潜熱処理系統３に、外気取入部２１から外気ＯＡを取り入れ、第２還気取入部２２ｂから室内の第２還気ＲＡ２を取り入れ、外気ＯＡと第２還気ＲＡ２を混合する。混合された外気ＯＡと第２還気ＲＡ２は、潜熱処理系統高温冷水コイル１１又はバイパスダンパ３２を通過する。潜熱処理系統高温冷水コイル１１又はバイパスダンパ３２を通過した外気ＯＡと第２還気ＲＡ２の一部は、潜熱処理系統低温冷水コイル１３を通過する。残りの外気ＯＡと第２還気ＲＡ２の一部は、連通ダンパ３３を通過し、顕熱処理系統４に流れる。空調機内の全通過経路を開放することで、圧力損失を最小化し、ファン静圧を低くすることが可能となる。
【００４８】
次に、第１実施形態の空調機１と一般的な空調機１０と従来技術とを比較する。
【００４９】
図６は、一般的な空調機１０の各ポイントを示す。図７は、一般的な空調機１０の空気線図を示す。図８は、第１実施形態の空調機１の各ポイントを示す。図９は、第１実施形態の空調機１の空気線図を示す。なお、図６及び図８に示す空調機１，１０は、外気ＯＡを熱交換器５で熱交換してケース２に送風する。図６に示した一般的な空調機１０は、潜熱処理低温冷水コイル１３のみで冷却除湿する。
【００５０】
表２は、第１実施形態の空調機１の各ポイントにおける温度、絶対湿度、及びエンタルピーを示す。表３は、一般的な空調機１０、第１実施形態の空調機１、及び特許文献２に記載の空調機の省エネルギー率の比較を示す。
【表２】
2018063086.tif 000004
【表３】
2018063086.tif 000005
【００５１】
表３に示すように、特許文献２の空調機のように潜熱処理を低温冷水でおこなった場合、７％の省エネルギーとなる。これに対して、第１実施形態の空調機１のように、潜熱処理系統高温冷水コイル１１と潜熱処理系統低温冷水コイル１３をカスケードに配置した場合、１２．９％の省エネルギーとなる。これは、高温冷水の冷凍機の成績係数（COP：Coefficient Of Performance）が高いためであり、カスケードに配置することで、高温冷水
を最大限利用できるからである。
【００５２】
ここで、外気ＯＡのみで室内潜熱負荷を処理しようとすると、一般的な冷水温度（５〜７℃）では、十分に除湿することができない。そのため、第１実施形態の空調機１は、還気ＲＡを外気ＯＡに混合し、全体風量を増加させることで、外気ＯＡを除湿するだけでは処理しきれない潜熱負荷を処理することができる。そして、潜熱処理系統高温冷水コイル１１と潜熱処理系統低温冷水コイル１３をカスケードに配置することで、高温冷水を最大限利用することができ、ＣＯＰを向上させることが可能となる。
【００５３】
また、潜熱処理系統３と顕熱処理系統４の間に連通ダンパ３３を設けることで、潜熱処理系統高温冷水コイル１１を通過した空気を潜熱処理系統３と顕熱処理系統４のそれぞれに分配することができる。
【００５４】
もし、連通ダンパ３３がない場合、潜熱負荷が小さく潜熱処理系統３に還気ＲＡを混合する必要がないと、混合しない還気ＲＡを含めたすべての還気は、顕熱処理系統高温冷水コイル１２で処理することになる。この場合、顕熱処理系統高温冷水コイル１２のコイル面積は、還気ＲＡの量にあわせて設計される。したがって、顕熱処理系統高温冷水コイル１２のコイル面積が大きくなり、空調機１全体を大きくしなければならず、コストが増加する要因となる。
【００５５】
例えば、一般的な事務所ビルの設計条件の場合、外気ＯＡの風量(6m3/h/m2)に混合する還気ＲＡの風量はほぼ同等であるため、給気ＳＡの風量(26m3/h/m2)から計算した還気Ｒ
Ａの風量((26-6-6=)14m3/h/m2)の増加割合は、43%((14+6)/14=1.43)となる。この場合、
顕熱処理系統高温冷水コイル１２のコイル面積を43%大きくしなければならない。
【００５６】
これに対して、連通ダンパ３３を設けることによって、除湿不要な空気をバイパスすることで、顕熱処理系統高温冷水コイル１２のコイル面積を最小化することが可能となる。その結果、空調機１全体を小さくすることが可能となる。また、潜熱負荷が外気ＯＡ同量
分より小さい場合は、除湿不要な空気をバイパスすることで除湿量を制御し、低温冷水負荷を減らすことで冷凍機全体の効率を上げることができる。また、潜熱処理系統低温冷水コイル１３の通過風量を小さくすることで、コイル除湿能力を向上させることができる。
【００５７】
さらに、第１実施形態の空調機１は、外気ＯＡ及び第２還気ＲＡ２の混合気の一部を冷却除湿し、残りの第１還気ＲＡ１は、顕熱処理する。したがって、第１実施形態の空調機１は、従来の空調機よりも低顕熱負荷除湿時に室内が過冷却となる可能性が少なくなり、梅雨期等の外気多湿低顕熱負荷時の除湿能力に優れている。
【００５８】
従来の空調機は、顕熱負荷が小さくなると、コイル出口湿度が高くなり、コイル表面が露点温度まで達しないため、除湿が効かず、室内湿度が上昇していた。そのため、除湿するためには設定温度を下げて給気温度（コイル出口温度）が空調機入口空気の露点以下となるようにしなければならない。
【００５９】
図１０は、潜熱負荷100%、顕熱負荷52%の場合の第１実施形態の空調機１の空気線図を
示す。図１１は、潜熱負荷100%、顕熱負荷52%の場合の一般的な空調機１０の空気線図を
示す。
【００６０】
例えば、以下の表４は、潜熱負荷100%、顕熱負荷52%の場合の第１実施形態の空調機１
の各ポイントにおける温度、絶対湿度、及びエンタルピーを示す。表５は、潜熱負荷100%、顕熱負荷52%で室温を26℃とした場合の一般的な空調機１０の各ポイントにおける温度
、絶対湿度、相対湿度、及びエンタルピーを示す。表６は、潜熱負荷100%、顕熱負荷52%
で室内湿度を10.5g/kgとした場合の一般的な空調機１０の各ポイントにおける温度、絶対湿度、相対湿度、及びエンタルピーを示す。
【表４】
2018063086.tif 000006
【表５】
2018063086.tif 000007
【表６】
2018063086.tif 000008
【００６１】
一般の空調機では、表５に示すように、室温を設定値にあわせると、固定風量の場合に相対湿度69.7%となり、建築物環境衛生管理基準の上限70%をクリアするが、快適とはいえない。また、表６に示すように、一般の空調機で絶対湿度を設定値にあわせると、室温20.96℃、相対湿度67.8%となり、同じく建築物環境衛生管理基準をクリアするが、一般的な設計条件である室温26℃、相対湿度50%からは大きくはずれてしまう。これに対して、表
４に示すように、第１実施形態の空調機１は、ほぼ室温26℃、相対湿度50%を達成するこ
とができる。すなわち、潜熱処理系統低温冷水コイル１３の風量を調整することで、室内環境の制御性能を向上させることができる。
【００６２】
図１２は、本実施形態の空調機１の冷却除湿のイメージを示す。
【００６３】
本実施形態の空調機１は、外気ＯＡ及び還気ＲＡの混合気を潜熱処理系統高温冷水コイル１１で下げられる温度まで下げ、潜熱負荷に見合う除湿量となるように潜熱処理系統低温冷水コイル１３で最も低温となる状態で冷却除湿を行いつつコイル通過風量を調整することで、一般空調機のように、一定風量でコイル出口温度を上げて全体除湿量を制御するよりも少ない低温冷水量とすることができる。これは、空気の性質上、露点まで達しないと除湿が始まらないためである。これにより、最も少ない低温冷水で除湿が行える。すなわち、高温冷水を最も利用できることになり、潜熱処理系統高温冷水コイル１１の高い効率が最大限利用することができ、システム効率が向上する。
【００６４】
図１２に示すように、湿度差（１）の２倍の湿度差である湿度差（２）まで除湿する場合、高温冷水での冷却後に必要な低温冷水の必要エネルギー差（２）は、湿度差（１）まで除湿するエネルギー差（１）の２倍より少なくなり、その分、低温冷水を使用しなくてよく、より効率の高い高温冷水を使用できるため、省エネルギーとなる。
【００６５】
また、本実施形態の空調機１は、外気ＯＡ及び室内負荷の状態に応じて、ダンパ切替を行い、コイル圧力損失を小さくし、送風機４０の動力を低減できる。また、外気冷房の場合は連通ダンパ３３を全開とすることで、設計外気量以上の外気を導入でき、一層の省エネルギーを図ることができる。
【００６６】
図１３は、第２実施形態の空調機１を示す。
【００６７】
第２実施形態の空調機１は、潜熱処理系統３に第１送風機４０ａを設け、顕熱処理系統４に第２送風機４０ｂを設ける。このように、潜熱処理系統３と顕熱処理系統４のそれぞれに送風機４０を設けることによって、各送風機４０ａ，４０ｂは各々の圧力損失分を負担するため、潜熱処理系統３の大きな圧力損失を補うことができ、結果的にファン動力の省エネルギーとなる。
【００６８】
図１４は、第３実施形態の空調機１を示す。
【００６９】
第３実施形態の空調機１は、第２還気取入部２２ｂ及びバイパスダンパ３２を設けず、顕熱処理系統４の顕熱処理系統高温冷水コイル１２の下流側に流量調整ダンパ３４を設ける。流量調整ダンパ３４は、顕熱処理系統高温冷水コイル１２から送風機４０に送られる還気の風量を絞り、還気の一部を、連通ダンパ３３を通して、顕熱処理系統４から潜熱処理系統３へ通過させる。そして、潜熱処理系統３へ通過された還気は、外気ＯＡと混合し、潜熱処理系統低温冷水コイル１３を通過し、冷却除湿される。なお、第２還気取入部２２ｂの第１取入量調整ダンパ３１ｂ及びバイパスダンパ３２を設け、閉鎖しておいてもよい。
【００７０】
外気ＯＡと還気ＲＡの系路が分離できるため、吹き出し湿度が高く、外気ＯＡのみの処理で除湿が充分な場合、外気ＯＡのみ潜熱処理系統高温冷水コイル１１でぎりぎりまで冷却除湿し、さらに必要な除湿負荷まで除湿できる。このため、第１実施形態のように、還気ＲＡの一部を必要以上に冷却することがないため、より省エネルギーとなる。また、還気ダクトの接続を一箇所にできるため、機器周りのスペース効率向上と、ダクト材コストを低減できる。
【００７１】
図１５は、第４実施形態の空調機１を示す。
【００７２】
第４実施形態の空調機１は、高温冷水を潜熱処理系統高温冷水コイル１１から顕熱処理系統高温冷水コイル１２へカスケードする例である。このように、高温冷水を潜熱処理系統高温冷水コイル１１から顕熱処理系統高温冷水コイル１２へカスケードすることで、潜熱処理系統高温冷水コイル１１が低温度差で冷水を利用できるため、一般設計の温度差よりも除湿能力を高めることができる。
【００７３】
以上、本実施形態の空調機１は、上流から送風される外気ＯＡ及び室内の還気ＲＡを除湿冷却し、下流から給気ＳＡとして室内に送風する空調機１であって、潜熱処理系統３と顕熱処理系統４を有するケーシング２と、ケーシング２に外気ＯＡを取り入れる外気取入部２１と、ケーシング２に還気ＲＡを取り入れる還気取入部２２と、潜熱処理系統３と顕熱処理系統４で除湿冷却された外気ＯＡ及び還気ＲＡを混合して給気ＳＡを送風する送風部４０と、ケーシング２から送風部４０によって送風された給気ＳＡを室内に供給する給気部２３と、を備え、潜熱処理系統３は、外気ＯＡ及び還気ＲＡを冷却除湿可能な潜熱処理系統高温冷水部１１と、潜熱処理系統高温冷水部１１の下流で潜熱処理系統高温冷水部１１よりも低温な冷水を使用して外気ＯＡ及び還気ＲＡを冷却除湿可能な潜熱処理系統低温冷水部１３と、を有し、顕熱処理系統４は、潜熱処理系統低温冷水部１３よりも高温な冷水を使用して還気を冷却除湿可能な顕熱処理系統高温冷水部１２を有し、潜熱処理系統３の潜熱処理系統高温冷水部１１と潜熱処理系統低温冷水部１３の間と、顕熱処理系統４の顕熱処理系統高温冷水部１２の下流側と、を開放又は閉鎖又は通過風量を調整可能な連通部３３をさらに備える。
【００７４】
したがって、空調機１は、潜熱と顕熱の分離処理を行うことで、効率の良い高温冷水の利用が可能となり、冷凍機の効率を高め、省エネルギーとなり、且つ、室内温湿度条件を快適に保持することが可能となる。また、空調機１は、還気ＲＡを外気ＯＡに混合し、全体風量を増加させることで、外気ＯＡを除湿するだけでは処理しきれない潜熱負荷を処理することができる。そして、潜熱処理系統高温冷水コイル１１と潜熱処理系統低温冷水コイル１３をカスケードに配置することで、高温冷水を最大限利用することができ、ＣＯＰを向上させることが可能となる。さらに、潜熱処理系統３と顕熱処理系統４の間に連通ダンパ３３を設けることで、潜熱処理系統低温冷水部１３を通過する風速が下がり、除湿性能が上がる。また、顕熱処理系統高温冷水コイル１２のコイル面積を最小化することが可能となる。その結果、空調機１全体を小さくすることが可能となる。
【００７５】
本実施形態の空調機１は、潜熱処理系統高温冷水部１１に対して外気ＯＡ及び還気ＲＡを迂回させる通路を開放又は閉鎖又は通過風量を調整可能なバイパス部３２を備える。したがって、空調機１は、外気冷却時などでファン動力を下げることができ、より省エネルギーとすることが可能となる。
【００７６】
本実施形態の空調機１では、還気取入部２２は、顕熱処理系統４に還気ＲＡを取り入れる第１還気取入部２２ａと、潜熱処理系統３に還気ＲＡを取り入れる第２還気取入部２２ｂと、を有し、第１還気取入部２２ａには、顕熱処理系統４に取り入れる還気ＲＡの量を調整する第１取入量調整部３１ａが設けられ、第２還気取入部２２ｂには、潜熱処理系統３に取り入れる還気ＲＡの量を調整する第２取入量調整部３１ｂが設けられる。したがって、顕熱処理系統高温冷水コイル１２のコイル面積を最小化することが可能となり、コストを下げることが可能となる。
【００７７】
本実施形態の空調機１では、ピーク負荷時、第１取入量調整部２２ａ及び第２取入量調整部２２ｂは開放して通過風量を調整し、バイパス部３２及び連通部３３は閉鎖する。したがって、除湿に必要な空気が潜熱処理系統高温冷水部１１と潜熱処理系統低温冷水部１
３を順に通過し、高温冷水を使用する潜熱処理系統高温冷水部１１を最大限に活用することができ、且つ、顕熱処理系統高温冷水コイル１２の高温冷水により顕熱を処理することができるので、低温冷水による処理を最小にすることが可能となる。
【００７８】
本実施形態の空調機１では、高負荷時、第１取入量調整部及び第２取入量調整部は開放して通過風量を調整し、バイパス部は閉鎖し、連通部は開放して通過風量を調整する。第１還気ＲＡ１の風量は最大負荷にあわせることができる。したがって、潜熱負荷にあわせた場合に不要な外気ＯＡ及び還気ＲＡを連通部３３によって潜熱処理系統低温冷水コイル１３を通過させないことができる。また、顕熱は、顕熱処理系統高温冷水コイル１２によって調整される。そのため、潜熱と顕熱を分離して制御することができ、より快適な空調が可能となる。また、効率の高い高温冷水を最大限利用することができ、省エネルギーとすることができる。さらに、連通部３３によって潜熱処理系統低温冷水コイル１３の通過風量が減り、抵抗が減るため、ファン動力が下がり、省エネルギーとすることができる。
【００７９】
本実施形態の空調機１では、低負荷時、第１取入量調整部及び第２取入量調整部は開放して通過風量を調整し、バイパス部は閉鎖し、連通部は開放して通過風量を調整し、潜熱処理系統低温冷水部の冷水の循環を停止する。第１還気ＲＡ１の風量は最大負荷にあわせることができる。また、顕熱は、顕熱処理系統高温冷水コイル１２によって調整される。そのため、潜熱と顕熱を分離して制御することができ、より快適な空調が可能となる。また、効率の高い高温冷水を最大限利用することができ、省エネルギーとすることができる。さらに、潜熱処理系統低温冷水コイル１３と連通部３３を通過する抵抗が同じになり、圧力損失が最小となって、ファン動力が下がり、省エネルギーとすることができる。
【００８０】
本実施形態の空調機１では、外気冷房時、第１取入量調整部及び第２取入量調整部は開放して通過風量を調整し、バイパス部及び連通部は開放して通過風量を調整し、潜熱処理系統高温冷水部及び潜熱処理系統低温冷水部の冷水の循環を停止する。したがって、空調機１の圧力損失が最小となって、ファン動力が下がり、省エネルギーとすることができる。
【００８１】
本実施形態の空調機１は、潜熱処理系統３と顕熱処理系統４の下流それぞれに送風部４０ａ，４０ｂを備える。したがって、各送風機４０ａ，４０ｂは各々の圧力損失分を負担するため、潜熱処理系統３の大きな圧力損失を送風機４０ａのみが負担するため、結果的に全体として省エネルギーとなる。
【００８２】
本実施形態の空調機１は、顕熱処理系統の顕熱処理系統高温冷水部の下流に流量調整部を備える。したがって、外気ＯＡと還気ＲＡの系路が分離できるため、吹き出し湿度が高く、外気ＯＡのみの処理で除湿が充分な場合、外気ＯＡのみ潜熱処理系統高温冷水コイル１１でぎりぎりまで冷却除湿し、さらに必要な除湿負荷まで除湿できる。このため、第１実施形態のように、還気ＲＡの一部を必要以上に冷却することがないため、より省エネルギーとなる。また、還気ダクトの接続を一箇所にできるため、機器周りのスペース効率向上と、ダクト材コストを低減できる。
【００８３】
本実施形態の空調機１は、潜熱処理系統高温冷水部から顕熱処理系統高温冷水部へ高温冷水をカスケード利用する。したがって、潜熱処理系統高温冷水コイル１１が低温度差で冷水を利用できるため、一般設計の温度差よりも除湿能力を高めることができる。
【００８４】
なお、この実施形態によって本発明は限定されるものではない。すなわち、実施形態の説明に当たって、例示のために特定の詳細な内容が多く含まれるが、当業者であれば、これらの詳細な内容に色々なバリエーションや変更を加えてもよい。
【００８５】
例えば、第１取入量調整ダンパ３１ａ及び第２取入量調整ダンパ３１ｂは手動としてもよく、バイパスダンパ３２は無くても除湿は可能である。また、床吹出し空調との組み合わせにより、高温冷水の温度を１６℃とすることも可能である。
【符号の説明】
【００８６】
１…空調機
２…ケーシング
３…潜熱処理系統
４…顕熱処理系統
１１…潜熱処理系統高温冷水コイル（潜熱処理系統高温冷水部）
１２…顕熱処理系統高温冷水コイル（顕熱処理系統高温冷水部）
１３…潜熱処理系統低温冷水コイル（潜熱処理系統低温冷水部）
２１…外気取入部
２２…還気取入部
２２ａ…第１還気取入部
２２ｂ…第２還気取入部
２３…給気部
３１ａ…第１取入量調整ダンパ（第１取入量調整部）
３１ｂ…第２取入量調整ダンパ（第２取入量調整部）
３２…バイパスダンパ（バイパス部）
３３…連通ダンパ（連通部）
３４…流量調整ダンパ（流量調整部）
４０…送風機（送風部）
【図１】
2018063086.tif 000009
【図２】
2018063086.tif 000010
【図３】
2018063086.tif 000011
【図４】
2018063086.tif 000012
【図５】
2018063086.tif 000013
【図６】
2018063086.tif 000014
【図７】
2018063086.tif 000015
【図８】
2018063086.tif 000016
【図９】
2018063086.tif 000017
【図１０】
2018063086.tif 000018
【図１１】
2018063086.tif 000019
【図１２】
2018063086.tif 000020
【図１３】
2018063086.tif 000021
【図１４】
2018063086.tif 000022
【図１５】
2018063086.tif 000023