(57)【要約】【課題】従来よりも確実に冷水凍結を防止可能な、空気調和機用の凍結防止システム、及び空気調和機用の制御装置を提供する。【解決手段】制御装置１２は、冷水温度が所定の凍結防止閾値温度未満であるときに、冷水温度と制御弁３０の開度とが関連付けられた温度−開度マップから、水温センサ３２から取得した冷水温度に対応する第１の開度Ａ１を求める。さらに、冷水温度と冷水流量とが関連付けられた温度−流量マップから、水温センサ３２から取得した冷水温度に対応する第１の冷水流量Ｑ１を求める。続いて、冷水流量と前記制御弁の開度とが関連付けられた流量−開度マップから、第１の冷水流量Ｑ１に対応する第２の開度Ａ２を求める。制御装置１２は、第１及び第２の開度Ａ１，Ａ２のうち、より大きい開度を制御弁３０の開度指令値Ａ＊に設定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送水配管から冷水が供給され、自身を通過する空気との熱交換が行われる、冷水コイルと、
前記冷水コイルからの戻り冷水が送られる還水配管に設けられ、戻り冷水の流量を調整する制御弁と、
前記還水配管に設けられた水温センサと、
前記水温センサから取得した冷水温度に基づいて、前記制御弁の開度指令を生成する制御装置と、
を備える、空気調和機用凍結防止システムであって、
前記制御装置は、前記冷水温度が所定の凍結防止閾値温度未満であるときに、
冷水温度と前記制御弁の開度とが関連付けられた温度−開度マップから、前記水温センサから取得した冷水温度に対応する第１の開度を求め、
冷水温度と冷水流量とが関連付けられた温度−流量マップから、前記水温センサから取得した冷水温度に対応する第１の冷水流量を求め、
冷水流量と前記制御弁の開度とが関連付けられた流量−開度マップから、前記第１の冷水流量に対応する第２の開度を求め、
前記第１及び第２の開度のうち、より大きい開度を前記制御弁の開度指令に設定する、
ことを特徴とする、空気調和機用凍結防止システム。
【請求項２】
送水配管から冷水が供給され、自身を通過する空気との熱交換が行われる、冷水コイルと、
前記冷水コイルからの戻り冷水が送られる還水配管に設けられ、戻り冷水の流量を調整する制御弁と、
前記還水配管に設けられた水温センサと、
を備える空気調和機に設けられ、前記水温センサから取得した冷水温度に基づいて、前記制御弁の開度指令を生成する、空気調和機用の制御装置であって、
前記冷水温度が所定の凍結防止閾値温度未満であるときに、冷水温度と前記制御弁の開度とが関連付けられた温度−開度マップから、前記水温センサから取得した冷水温度に対応する第１の開度を求める、温度ベース開度算出部と、
前記水温センサが取得した冷水温度が所定の凍結防止閾値温度未満であるときに、冷水温度と冷水流量とが関連付けられた温度−流量マップから、前記水温センサから取得した冷水温度に対応する第１の冷水流量を求める、温度ベース流量算出部と、
冷水流量と前記制御弁の開度とが関連付けられた流量−開度マップから、前記第１の冷水流量に対応する第２の開度を求める、流量ベース開度算出部と、
前記第１及び第２の開度のうち、より大きい開度を前記制御弁の開度指令に設定する開度設定部と、
を備えることを特徴とする、空気調和機用の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和機用の凍結防止システム及び空気調和機用の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば中央式の空調設備には、空気調和機（空調機）が設けられる。空気調和機は外気を取り込み、加熱（加温）または冷却し、また必要に応じて除湿または加湿して調和空気を生成し、これをテナントやオフィススペース等の空調対象空間に供給する。
【０００３】
外気の冷却に当たり、空気調和機には冷水が供給される冷水コイルが設けられる。また外気の加熱に当たり、空気調和機には温水が供給される温水コイルが設けられる。これらのコイルは空気調和機の外気導入口から送気ファンまでの間に設けられる。例えば、外気導入口→冷水コイル→温水コイル→送気ファンの順に各機器が配置される。空気調和機内に導入された外気（導入外気）が各コイルを通過することで冷却または加熱される。
【０００４】
例えば冬季等、導入外気を専ら加熱し、冷却する必要が無い場合には、冷水コイルへの冷水供給が止められる。これにより冷水コイル内に冷水が滞留する。寒冷地における寒波の通過時等に、導入外気が冷水コイルを通過することで、冷水コイル内に滞留した冷水が凍結・膨張し、冷水コイルの破損に繋がるおそれがある。
【０００５】
そこで例えば特許文献１では、冷水コイルに循環する冷水温度を監視し、その温度に応じて、循環水の流量を調整している。また特許文献２では、冷水コイルに流れる冷水温度が凍結防止設定温度となるように、例えば熱源設備から送出された時点での冷水温度とほぼ等しくなるように、冷水配管の制御弁の開度を調整している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実開平１−１０００４４号公報
【特許文献２】特開２００９−２１６３２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、冷水の凍結防止の制御パラメータとして、流量のみを用いる場合、例えば冷水流量が目標流量に到達したか否かのみに基づいた凍結防止制御を行う場合は、例えば冷水を供給するポンプの吐出圧が高いと、制御弁の開度が小さくてもその流量が目標流量に到達する可能性がある。このような場合、制御弁の開度が小さいために配管内の冷水の流れが滞り、その滞留箇所で凍結が生じるおそれがある。
【０００８】
また、冷水の凍結防止の制御パラメータとして、制御弁の開度のみを用いる場合、例えば制御弁の開度が目標開度に到達したか否かのみに基づいた凍結防止制御を行う場合、例えば冷水を供給するポンプの吐出圧が低いと、制御弁の開度が大きくても十分な流量が得られず、冷水の流れが緩慢となって凍結に至るおそれがある。
【０００９】
上記課題に鑑みて、本発明は、従来よりも確実に冷水凍結を防止可能な、空気調和機用の凍結防止システム、及び空気調和機用の制御装置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】
【００１０】
本発明は、空気調和機用凍結防止システムに関する。当該システムは、送水配管から冷水が供給され、自身を通過する空気との熱交換が行われる、冷水コイルと、前記冷水コイルからの戻り冷水が送られる還水配管に設けられ、戻り冷水の流量を調整する制御弁と、前記還水配管に設けられた水温センサと、前記水温センサから取得した冷水温度に基づいて、前記制御弁の開度指令を生成する制御装置と、を備える。前記制御装置は、前記冷水温度が所定の凍結防止閾値温度未満であるときに、冷水温度と前記制御弁の開度とが関連付けられた温度−開度マップから、前記水温センサから取得した冷水温度に対応する第１の開度を求める。また、前記制御装置は、冷水温度と冷水流量とが関連付けられた温度−流量マップから、前記水温センサから取得した冷水温度に対応する第１の冷水流量を求める。また、前記制御装置は、冷水流量と前記制御弁の開度とが関連付けられた流量−開度マップから、前記第１の冷水流量に対応する第２の開度を求める。また、前記制御装置は、前記第１及び第２の開度のうち、より大きい開度を前記制御弁の開度指令に設定する。
【００１１】
また、本発明は、空気調和機用の制御装置に関する。空気調和機は、送水配管から冷水が供給され、自身を通過する空気との熱交換が行われる、冷水コイルと、前記冷水コイルからの戻り冷水が送られる還水配管に設けられ、戻り冷水の流量を調整する制御弁と、前記還水配管に設けられた水温センサと、を備える。制御装置は、前記水温センサから取得した冷水温度に基づいて、前記制御弁の開度指令を生成する。前記制御装置は、前記冷水温度が所定の凍結防止閾値温度未満であるときに、冷水温度と前記制御弁の開度とが関連付けられた温度−開度マップから、前記水温センサから取得した冷水温度に対応する第１の開度を求める、温度ベース開度算出部と、前記水温センサが取得した冷水温度が所定の凍結防止閾値温度未満であるときに、冷水温度と冷水流量とが関連付けられた温度−流量マップから、前記水温センサから取得した冷水温度に対応する第１の冷水流量を求める、温度ベース流量算出部と、冷水流量と前記制御弁の開度とが関連付けられた流量−開度マップから、前記第１の冷水流量に対応する第２の開度を求める、流量ベース開度算出部と、前記第１及び第２の開度のうち、より大きい開度を前記制御弁の開度指令に設定する開度設定部と、を備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、冷水の凍結防止の制御パラメータとして、流量と制御弁の開度の両者を用いるため、どちらか一方を用いた場合と比較して、より確実に冷水凍結を防止可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態に係る空気調和機の凍結防止システムを含む。空調システムの構成を例示する図である。
【図２】コントローラの機能ブロックを例示する図である。
【図３】温度−開度マップ（Ｔ−Ａマップ）を例示する図である。
【図４】温度−流量マップ（Ｔ−Ｑマップ）を例示する図である。
【図５】流量−開度マップ（Ｑ−Ａマップ）を例示する図である。
【図６】本実施形態に係る、制御弁の開度設定フローを例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１に、本実施形態に係る空気調和機用の凍結防止システムを例示する。このシステムには、空気調和機１０及びコントローラ１２（制御装置）が含まれる。なお、信号線を一点鎖線で示す。また、フィルタやフィルタ詰まりを検知する微差圧スイッチや、加湿機構等の、冷水コイル１４の凍結防止との関連が低い機器については、適宜図示を省略している。
【００１５】
空気調和機１０は、外気を導入して調和空気を生成し、これをテナントやオフィススペース等の空調対象空間に供給する。空気調和機１０は、外気側から順に、ダンパ１６、ダンパモータ１８、冷水コイル１４、温水コイル２０、及び送気ファン２２を備える。
【００１６】
ダンパ１６は外気ダクト２４の開度を調節することで、外気（ＯＡ）の導入量を調節する、いわゆる風量調節ダンパ（ＶＤ）である。ダンパ１６は、例えば板部材から構成される。ダンパモータ１８はダンパ１６を駆動させて外気ダクト２４の開度を調整する。ダンパモータ１８は例えばパルスモータから構成される。
【００１７】
冷水コイル１４では、外気ダクト２４から導入され自身を通過する空気（外気）との熱交換が行われる。図１に示す実施形態では、冷水コイル１４と熱交換する空気として、外気に加えて、空調対象空間から戻された還気の一部が含まれる。冷水コイル１４は送水配管２６に接続され、図示しない熱源設備から冷水の供給を受ける。冷水コイル１４を通過した冷水は、還水配管２８から熱源設備に戻される。
【００１８】
還水配管２８には、当該還水配管２８を流れる戻り冷水の流量を調整する制御弁３０と、戻り冷水の温度を測定する水温センサ３２と、戻り冷水の流量を測定する流量センサ３４が設けられる。後述するように、コントローラ１２は、水温センサ３２及び流量センサ３４の測定値に基づいて、制御弁３０の開度を調整し、冷水コイル１４内の冷水凍結を防ぐ。
【００１９】
温水コイル２０は、冷水コイル１４と同様に、外気ダクト２４から導入され自身を通過する空気（外気）及び一部の還気との熱交換が行われる。温水コイル２０は送水配管３６に接続され、図示しない熱源設備から温水の供給を受ける。温水コイル２０を通過した温水は、還水配管３８から熱源設備に戻される。還水配管３８には、当該還水配管３８を流れる戻り温水の流量を調整する制御弁４０が設けられる。
【００２０】
冷水コイル１４と温水コイル２０とは、基本的には一方のみが使用される。例えば外気を冷却させる際には冷水コイル１４に冷水が供給される一方で温水コイル２０への温水の供給が停止される（制御弁４０閉止）。また外気を加熱（加温）させる際には温水コイル２０に温水が供給される一方で冷水コイル１４への冷水の供給が停止される（制御弁３０閉止）。なお、導入外気の除湿を行う、いわゆるドライ運転では、目標温度を下回る温度まで外気を冷却（過冷却）させた後に加熱する再熱制御が実行される場合がある。このような場合には、冷水コイル１４と温水コイル２０とにそれぞれ冷水と温水とが供給される。冷却、加熱、除湿、または必要に応じて加湿された調和空気は、送気ファン２２から送気ダクト４２を介してそれぞれの空調対象空間に送られる。
【００２１】
コントローラ１２は、例えばＰＬＣ（プログラマブルロジックコンピュータ）から構成される。コントローラ１２は、例えばＢＡ（Building Automation）に対応可能とするために、通信プロトコルであるＢＡＣｎｅｔ（Building Automation and Control Network）に準拠するものであってよい。このＢＡＣｎｅｔに則り、コントローラ１２は中央監視装置（図示せず）と通信可能となっている。
【００２２】
図１にはコントローラ１２のハード構成図が例示されている。コントローラ１２は、内部バスに接続された種々の機器を制御可能となっている。
【００２３】
コントローラ１２は、ＣＰＵ４４、メモリ４６、ユーザインターフェース４８（ＵＩ）、及び外部インターフェース５０を備える。ユーザインターフェース４８は、ユーザの情報を入力する際に用いられ、また情報を表示する際にも用いられる。
【００２４】
外部インターフェース５０は外部機器との接続やデータ通信に用いられる。具体的には、水温センサ３２から、還水配管２８を流れる戻り冷水温度の測定値Ｔｍが送られる。また、流量センサ３４から、還水配管２８を流れる戻り冷水流量の測定値Ｑｍが送られる。また、送気ダクト４２の送気温度センサ５２から、送気温度の測定値が送られる。
【００２５】
メモリ４６はＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）等の不揮発性及び揮発性メモリを含んで構成される。メモリ４６には、ＣＰＵ４４を後述する機能ブロックに構成するためのプログラム、後述する制御弁３０の開度設定フローを実行するためのプログラム、後述する温度−開度マップ（Ｔ−Ａマップ）、温度−流量マップ（Ｔ−Ｑマップ）、及び流量−開度マップ（Ｑ−Ａマップ）等が記憶されている。
【００２６】
ＣＰＵ４４は、メモリ４６に記憶された開度設定フローを実行し、制御弁３０の開度を設定する。設定された開度は、外部インターフェース５０を介して制御弁３０に送られる。また、ＣＰＵ４４から外部インターフェース５０を介して、温水の還水配管３８に設けられた制御弁４０への開度指令が送られる。さらに、ＣＰＵ４４から外部インターフェース５０を介して、ダンパモータ１８に外気ダクト２４の開度指令が送られる。
【００２７】
図２に、コントローラ１２の機能ブロック図が例示されている。コントローラ１２は、温度ベース開度算出部５４、温度ベース流量算出部５６、流量ベース開度算出部５８、及び開度設定部６０を含んで構成される。
【００２８】
温度ベース開度算出部５４は、図３に例示する温度−開度マップ（Ｔ−Ａマップ）を有する。温度−開度マップは、横軸に戻り冷水の温度、縦軸に制御弁３０の目標開度を取り、冷水温度と制御弁３０の開度とが関連付けられている。温度−開度マップは、冷水コイル１４内の冷水凍結を防止するために作成されており、例えば過去データから、凍結を回避可能な制御弁３０の開度が、戻り冷水の温度別にプロットされている。温度ベース開度算出部５４は、水温センサ３２から取得した戻り冷水温度Ｔ１（Ｔｍ＝Ｔ１）を温度−開度マップにプロットし、温度Ｔ１に対応する制御弁の目標開度Ａ１（第１の開度）を求める。
【００２９】
温度ベース流量算出部５６は、図４に例示する温度−流量マップ（Ｔ−Ｑマップ）を有する。温度−流量マップは、横軸に戻り冷水の温度、縦軸に制御弁３０を通過する戻り冷水の目標流量を取り、冷水温度と冷水流量とが関連付けられている。温度−流量マップは、冷水コイル１４内の冷水凍結を防止するために作成されており、例えば過去データから、凍結を回避可能な戻り冷水の流量が、戻り冷水の温度別にプロットされている。温度ベース流量算出部５６は、水温センサ３２から取得した戻り冷水温度Ｔ１を温度−流量マップにプロットし、温度Ｔ１に対応する戻り冷水の流量Ｑ１（第１の冷水流量）を求める。
【００３０】
流量ベース開度算出部５８は、図５に例示する流量−開度マップ（Ｑ−Ａマップ）を有する。流量−開度マップは、横軸に戻り冷水の流量、縦軸に制御弁３０の目標開度を取り、冷水流量と制御弁３０の開度とが関連付けられている。流量−開度マップは、例えば過去データから、任意の流量に対応する制御弁３０の開度がプロットされている。
【００３１】
例えば熱源設備における運転状況や、熱源設備を共有する他の空気調和機１０の稼働状況に応じて、送水配管２６への冷水の吐出圧等は変動し、これに応じて流量と開度との対応関係も変動する。本実施形態では、例えば過去の実績から、所定の流量に対応する開度として最も頻度の高い開度を抽出し、これを流量−開度マップ（Ｑ−Ａマップ）にプロットしている。流量ベース開度算出部５８は、温度ベース流量算出部５６が求めた目標流量Ｑ１を流量−開度マップにプロットし、流量Ｑ１に対応する制御弁３０の目標開度Ａ２（第２の開度）を求める。
【００３２】
開度設定部６０では、温度ベース開度算出部５４が求めた開度Ａ１（第１の開度）と、温度ベース流量算出部５６を経て流量ベース開度算出部５８が求めた開度Ａ２（第２の開度）を比較して、より高い値（より大きい開度）を制御弁３０の開度設定値Ａ＊（開度指令）とする。
【００３３】
このように、単純に温度と開度との関係から求められた開度Ａ１と、流量を加味した開度Ａ２の、両者の要求を満足するような開度設定をすることで、開度のみに基づく開度設定や、流量のみに基づく開度設定と比較して、より確実に冷水コイル１４内の冷水凍結を防止可能となる。
【００３４】
＜凍結防止フロー＞
図６に、コントローラ１２による開度設定フローが例示されている。コントローラ１２は、水温センサ３２から、還水配管２８を流れる戻り冷水の温度Ｔｍを取得する（Ｓ１０）。続いてコントローラ１２は、戻り冷水温度Ｔｍが所定の閾値温度未満（凍結防止閾値温度未満）であるか否かを判定する（Ｓ１２）。閾値温度は、例えば制御弁３０を全閉しても冷水コイル１４内で冷水が凍結しない温度であり、例えば−１０℃である。
【００３５】
戻り冷水温度Ｔｍが閾値温度以上である場合には、本フローの末尾（Ｒｅｔｕｒｎ）まで進み、再度フローの起点（Ｓｔａｒｔ）まで戻る。戻り冷水温度Ｔｍが閾値温度未満（凍結防止閾値温度未満）である場合には、コントローラ１２は還水配管２８を流れる戻り冷水の流量Ｑｍを取得する（Ｓ１４）。続いてコントローラ１２は、戻り冷水流量Ｑｍが所定の閾値流量未満であるか否かを判定する（Ｓ１６）。閾値流量は、例えば温度−流量マップ（図４）で設定されている温度の最低値であっても凍結に至らないような流量である。コントローラ１２は、戻り冷水流量Ｑｍが閾値流量以上である場合には、本フローの末尾（Ｒｅｔｕｒｎ）まで進み、再度フローの起点まで戻る。
【００３６】
一方、戻り冷水流量Ｑｍが閾値流量未満である場合には、コントローラ１２は、凍結防止のため、制御弁３０の開度を設定する。まず温度ベース開度算出部５４が、戻り冷水温度ＴｍとＴ−Ａマップ（図３）に基づいて目標開度Ａ１（第１の開度）を求める（Ｓ１８）。これと並行に、温度ベース流量算出部５６が、戻り冷水温度ＴｍとＴ−Ｑマップ（図４）に基づいて目標流量Ｑ１（第１の流量）を求める（Ｓ２０）。さらに流量ベース開度算出部５８が目標流量Ｑ１とＱ−Ａマップ（図５）に基づいて目標開度Ａ２（第２の開度）を求める（Ｓ２２）。開度設定部６０は、目標開度Ａ１，Ａ２のうち、より大きい開度を制御弁３０の開度指令値Ａ＊に設定する（Ｓ２４）。
【００３７】
なお、上述した実施形態では、冷水コイル１４内の冷水の凍結防止を目的として制御弁３０の開度調整を行っていたが、この形態に限らない。例えば温水コイル２０内の温水供給が停止されているとき、温水コイル２０内に滞留する温水が温水コイル２０を通過する外気により凍結するおそれがある。そこで、温水の還水配管３８にも水温センサ及び流量センサを設けるとともに、図６の開度設定フローを還水配管３８の制御弁４０に対して実行してもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１０  空気調和機、１２  コントローラ（制御装置）、１４  冷水コイル、１６  ダンパ、１８  ダンパモータ、２０  温水コイル、２２  送気ファン、２４  外気ダクト、２６  冷水の送水配管、２８  冷水の還水配管、３０  制御弁、３２  水温センサ、３４  流量センサ、４２  送気ダクト、５２  送気温度センサ、５４  温度ベース開度算出部、５６  温度ベース流量算出部、５８  流量ベース開度算出部、６０  開度設定部。
【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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