(57)【要約】【課題】大型化を抑制しつつ低エクセルギー熱源の有効利用を図る気体調和システムを提供する。【解決手段】気体調和システム１は、被温調気体Ａの流れ方向で順に配設されたプレ変温部１１、中間変温部１２、下流変温部１３と、中間変温部１２に導入するのを大温度差熱媒体ＣＨと小温度差熱媒体Ｗとで切り替える手段５１と、プレ変温部１１に導入する小温度差熱媒体Ｗを中間導出流路４３を流れるものと中間変温部１２を介さないものとで切り替える手段５２と、中間導出流路４３を流れる熱媒体ＣＨ、Ｗをプレ導入流路４４へ流すのと中間排出流路２６へ流すのとを切り替える手段５３とを備える。被温調気体Ａの冷却時は小温度差熱媒体Ｗを中間変温部１２及びプレ変温部１１に導入させることで小温度差熱媒体Ｗが保有する熱を最大限に利用することができ、加熱時は大温度差熱媒体ＣＨを下流変温部１３及び中間変温部１２に導入させて２段加湿を行うことができる。【選択図】図１
2015183996.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度が調節される気体である被温調気体の温度を変化させるプレ変温部と；
前記被温調気体の流れ方向で前記プレ変温部よりも下流に配設され、前記被温調気体の温度を変化させる中間変温部と；
前記被温調気体の流れ方向で前記中間変温部よりも下流に配設され、前記被温調気体の温度を変化させる下流変温部と；
前記被温調気体に熱を伝達する液体の熱媒体のうち、前記下流変温部を通過する前記被温調気体及び前記中間変温部を通過する前記被温調気体に熱を伝達する前記熱媒体である大温度差熱媒体を、前記下流変温部及び前記中間変温部に向けて流す大温度差熱媒体供給流路と；
前記プレ変温部に導入される前記被温調気体との温度差が、前記大温度差熱媒体供給流路を流れる前記大温度差熱媒体よりも小さい前記熱媒体である小温度差熱媒体を、前記プレ変温部及び前記中間変温部に向けて流す小温度差熱媒体供給流路と；
前記大温度差熱媒体供給流路を流れる前記大温度差熱媒体を前記下流変温部へ導く下流導入流路と；
前記小温度差熱媒体供給流路を流れる前記小温度差熱媒体を前記中間変温部へ導く中間導入流路と；
前記大温度差熱媒体供給流路を流れる前記大温度差熱媒体を前記中間導入流路へ導く大温度差中間導入流路と；
前記中間変温部に、前記大温度差熱媒体を導入するのと、前記小温度差熱媒体を導入するのと、を切り替える大小切替手段と；
前記中間変温部から導出された前記熱媒体を流す中間導出流路と；
前記中間導出流路を流れる前記小温度差熱媒体を前記プレ変温部へ導くプレ導入流路と；
前記小温度差熱媒体供給流路を流れる前記小温度差熱媒体を、前記中間変温部を介さずに、前記プレ変温部へ導く小温度差プレ導入流路と；
前記プレ変温部に、前記中間導出流路を流れる前記小温度差熱媒体を導入するのと、前記小温度差熱媒体供給流路を流れる前記小温度差熱媒体を前記中間変温部を介さずに導入するのと、を切り替える中間バイパス切替手段と；
前記中間導出流路を流れる前記大温度差熱媒体を、前記プレ変温部へ導かずに外部へ導く中間排出流路と；
前記中間導出流路を流れる前記熱媒体を、前記プレ導入流路へ流すのと前記中間排出流路へ流すのとを切り替える内外切替手段とを備える；
気体調和システム。
【請求項２】
前記中間変温部に前記小温度差熱媒体を導入させるときは、前記中間導出流路を流れる前記小温度差熱媒体を前記プレ導入流路へ流入させ、
前記中間変温部に前記大温度差熱媒体を導入させるときは、前記中間導出流路を流れる前記大温度差熱媒体を前記中間排出流路へ流入させると共に、前記小温度差熱媒体を前記中間変温部を介さずに前記プレ変温部に導入させるように、
前記大小切換手段、前記中間バイパス切替手段、及び前記内外切替手段を制御する制御装置を備える；
請求項１に記載の気体調和システム。
【請求項３】
前記プレ変温部が、
不凍液と前記被温調気体とで熱交換を行わせるプレコイルと、
前記不凍液と前記小温度差熱媒体とで熱交換を行わせる熱交換器と、
前記プレコイルと前記熱交換器との間で前記不凍液を循環させる不凍液循環部とを有する；
請求項１又は請求項２に記載の気体調和システム。
【請求項４】
前記プレ導入流路を流れる前記小温度差熱媒体を、前記プレ変温部に導入させずに前記プレ変温部の下流側に導くプレバイパス流路と；
前記プレ導入流路を流れる前記小温度差熱媒体を、前記プレ変温部へ導入するのと、前記プレバイパス流路へ流すのとを切り替えるプレバイパス切替手段とを備える；
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の気体調和システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は気体調和システムに関し、特に大型化を抑制しつつ低エクセルギー熱源の有効利用を図る気体調和システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギーの有効利用の観点から、自然エネルギーの活用が推奨されている。低エクセルギーな地中熱（地下水の熱を含む）や河川水等の自然エネルギーを熱源として利用して空調を行うものとして、被空調ゾーンから吸込んだ還気を低エクセルギー冷温水で熱交換する冷温水コイルを設けた冷温水側ユニットと、被空調ゾーンから吸込んだ還気を圧縮式空気熱源用ヒートポンプの循環冷媒で熱交換する給気用空気熱交換器を設けたヒーポン側ユニットと、冷温水コイルの通過還気と給気用空気熱交換器の通過還気とを混合して被空調ゾーンへ吹出す吹出ユニットと、冷温水コイルの通水流量とヒートポンプの圧縮機容量とを制御する制御手段とを備えたミックス形空調機が公知である（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１０３４１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載されたミックス形空調機は、還気を低エクセルギー冷温水で熱交換する冷温水コイルを設けた冷温水側ユニットと、還気を圧縮式空気熱源用ヒートポンプの循環冷媒で熱交換するヒーポン側ユニットとを別々に設けているため、空調機の大型化を招来してしまう。また、低エクセルギー冷温水を還気の冷却に最大限に利用するには、冷温水コイルの列数を多くすることが求められるが、コイルの列数の増加は空調機のさらなる大型化を引き起こすこととなる。
【０００５】
本発明は上述の課題に鑑み、大型化を抑制しつつ低エクセルギー熱源の有効利用を図る気体調和システム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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様に係る気体調和システムは、例えば図１に示すように、温度が調節される気体である被温調気体Ａの温度を変化させるプレ変温部１１と；被温調気体Ａの流れ方向でプレ変温部１１よりも下流に配設され、被温調気体Ａの温度を変化させる中間変温部１２と；被温調気体Ａの流れ方向で中間変温部１２よりも下流に配設され、被温調気体Ａの温度を変化させる下流変温部１３と；被温調気体Ａに熱を伝達する液体の熱媒体のうち、下流変温部１３を通過する被温調気体Ａ及び中間変温部１２を通過する被温調気体Ａに熱を伝達する熱媒体である大温度差熱媒体ＣＨを、下流変温部１３及び中間変温部１２に向けて流す大温度差熱媒体供給流路２１と；プレ変温部１１に導入される被温調気体Ａとの温度差が、大温度差熱媒体供給流路２１を流れる大温度差熱媒体ＣＨよりも小さい熱媒体である小温度差熱媒体Ｗを、プレ変温部１１及び中間変温部１２に向けて流す小温度差熱媒体供給流路３１と；大温度差熱媒体供給流路２１を流れる大温度差熱媒体ＣＨを下流変温部１３へ導く下流導入流路２２と；小温度差熱媒体供給流路３１を流れる小温度差熱媒体Ｗを中間変温部１２へ導く中間導入流路３２、４２と；大温度差熱媒体供給流路２１を流れる大温度差熱媒体ＣＨを中間導入流路４２へ導く大温度差中間導入流路２３と；中間変温部１２に、大温度差熱媒体ＣＨを導入するのと、小温度差熱媒体Ｗを導入するのと、を切り替える大小切替手段５１と；中間変温部１２から導出された熱媒体ＣＨ、Ｗを流す中間導出流路４３と；中間導出流路４３を流れる小温度差熱媒体Ｗをプレ変温部１１へ導くプレ導入流路４４、４５と；小温度差熱媒体供給流路３１を流れる小温度差熱媒体Ｗを、中間変温部１２を介さずに、プレ変温部１１へ導く小温度差プレ導入流路３３と；プレ変温部１１に、中間導出流路４３を流れる小温度差熱媒体Ｗを導入するのと、小温度差熱媒体供給流路３１を流れる小温度差熱媒体Ｗを中間変温部１２を介さずに導入するのと、を切り替える中間バイパス切替手段５２と；中間導出流路４３を流れる大温度差熱媒体ＣＨを、プレ変温部１１へ導かずに外部へ導く中間排出流路２６と；中間導出流路４３を流れる熱媒体ＣＨ、Ｗを、プレ導入流路４４、４５へ流すのと中間排出流路２６へ流すのとを切り替える内外切替手段５３とを備える。ここで、大温度差熱媒体は、典型的には熱源器等で温度が調節された温調流体であり、小温度差熱媒体は、典型的には意図した温度調節が行われていない非温調流体である。
【０００７】
このように構成すると、被温調気体の冷却時は小温度差熱媒体を中間変温部及びプレ変温部に導入させることで小温度差熱媒体が保有する熱を最大限に利用することができ、被温調気体の加熱時は大温度差熱媒体を下流変温部及び中間変温部に導入させることで被温調気体の２段加熱による２段の気化式加湿を行うことが可能となって大温度差熱媒体の供給温度を下げることができ、省エネルギーを図ることができる。また、中間変温部を、被温調気体の冷却時及び加熱時の両方で利用することで、大型化を抑制することができる。
【０００８】
また、本発明の第２の態様に係る気体調和システムは、例えば図１に示すように、上記本発明の第１の態様に係る気体調和システム１において、中間変温部１２に小温度差熱媒体Ｗを導入させるときは、中間導出流路４３を流れる小温度差熱媒体Ｗをプレ導入流路４４、４５へ流入させ、中間変温部１２に大温度差熱媒体ＣＨを導入させるときは、中間導出流路４３を流れる大温度差熱媒体ＣＨを中間排出流路２６へ流入させると共に、小温度差熱媒体Ｗを中間変温部１２を介さずにプレ変温部１１に導入させるように、大小切換手段５１、中間バイパス切替手段５２、及び内外切替手段５３を制御する制御装置６０を備える。
【０００９】
このように構成すると、確実かつ簡便に省エネルギー運転を行うことができる。
【００１０】
また、本発明の第３の態様に係る気体調和システムは、例えば図４に示すように、上記本発明の第１の態様又は第２の態様に係る気体調和システムにおいて、プレ変温部１１０が、不凍液Ｂと被温調気体Ａとで熱交換を行わせるプレコイル１１と、不凍液Ｂと小温度差熱媒体Ｗとで熱交換を行わせる熱交換器１１２と、プレコイル１１と熱交換器１１２との間で不凍液Ｂを循環させる不凍液循環部１１５とを有する。
【００１１】
このように構成すると、小温度差熱媒体の保有する熱を最大限に利用することを損なわず、プレコイルに小温度差熱媒体を直接導入する場合よりもプレコイルの凍結リスクを抑制することができる。
【００１２】
また、本発明の第４の態様に係る気体調和システムは、例えば図１に示すように、上記本発明の第１の態様乃至第３の態様のいずれか１つの態様に係る気体調和システム１において、プレ導入流路４４を流れる小温度差熱媒体Ｗを、プレ変温部１１に導入させずにプレ変温部１１の下流側に導くプレバイパス流路４６と；プレ導入流路４４を流れる小温度差熱媒体Ｗを、プレ変温部１１へ導入するのと、プレバイパス流路４６へ流すのとを切り替えるプレバイパス切替手段５４、５６とを備える。
【００１３】
このように構成すると、被温調気体の冷却時に、導入される被温調気体の温度と小温度差熱媒体の温度との差が大きいピーク時には、小温度差熱媒体を中間変温部及びプレ変温部に供給して、小温度差熱媒体の出入口温度差を大きく（小温度差熱媒体の流量を少なく）することができ、導入される被温調気体の温度と小温度差熱媒体の温度との差が小さいオフピーク時には、小温度差熱媒体をプレ変温部には供給せずに中間変温部に供給して、小温度差熱媒体の流動抵抗を小さくすることができ、小温度差熱媒体の搬送動力を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、被温調気体の冷却時は小温度差熱媒体を中間変温部及びプレ変温部に導入させることで小温度差熱媒体が保有する熱を最大限に利用することができ、被温調気体の加熱時は大温度差熱媒体を下流変温部及び中間変温部に導入させることで被温調気体の２段加熱による２段の気化式加湿を行うことが可能となって大温度差熱媒体の供給温度を下げることができて、省エネルギーを図ることができ、被温調気体の冷却時及び加熱時の両方で中間変温部を利用することで、大型化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に係る外調機システムの模式的系統図である。
【図２】（Ａ）は空気の冷却時の冷温水及び井水の流路を示す系統図、（Ｂ）は空気の冷却時の空気線図である。
【図３】（Ａ）は空気の加熱時の冷温水及び井水の流路を示す系統図、（Ｂ）は空気の加熱時の空気線図である。
【図４】本発明の実施の形態の変形例に係る外調機システムのプレ変温部まわりの部分系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において互いに同一又は相当する部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。
【００１７】
まず図１を参照して、本発明の実施の形態に係る外調機システム１を説明する。図１は、外調機システム１の模式的系統図である。外調機システム１は、気体調和システムの一形態である。外調機システム１は、被温調気体としての空気Ａの温度を調節する外調機１０と、外調機１０に供給する大温度差熱媒体としての冷温水ＣＨを流す往冷温水管２１と、外調機１０に供給する小温度差熱媒体としての井水Ｗを流す往井水管３１と、外調機１０まわりの各種の冷温水ＣＨを流す配管と、外調機１０まわりの各種の井水Ｗを流す配管と、制御装置６０とを備えている。空気Ａは、本実施の形態では外気である。また、往冷温水管２１は大温度差熱媒体供給流路に相当し、往井水管３１は小温度差熱媒体供給流路に相当する。
【００１８】
外調機１０は、空気Ａ並びに冷温水ＣＨ及び井水Ｗを導入し、冷温水ＣＨ及び井水Ｗが保有する冷熱又は温熱により、空気Ａの温度を調節する機器である。外調機１０は、プレ変温部としてのプレコイル１１と、中間変温部としての中間コイル１２と、下流変温部としての下流コイル１３と、空気Ａを圧送するファン１５とが、筐体１６に収容されて構成されている。プレコイル１１は、井水Ｗを導入するコイルである。中間コイル１２は、井水Ｗ又は冷温水ＣＨを選択的に導入するコイルである。下流コイル１３は、冷温水ＣＨを導入するコイルである。外調機１０の筐体１６には、温度を調節する前の空気Ａを導入する導入ダクト１８と、温度が調節された後の空気Ａを流す供給ダクト１９とが接続されている。外調機１０は、導入ダクト１８から供給ダクト１９に向けて筐体１６内を流れる空気Ａの流れ方向に、プレコイル１１、中間コイル１２、下流コイル１３、ファン１５が、この順で配列されて構成されている。換言すれば、筐体１６に流入した空気Ａは、ファン１５によって、プレコイル１１、中間コイル１２、下流コイル１３の順に通過するように構成されている。中間コイル１２及び下流コイル１３には、それぞれ、加湿材に水を通した面に空気Ａを通過させて気化した水分により加湿を行う気化式加湿器１２ｈ、１３ｈが設けられている。
【００１９】
往冷温水管２１の一方の端部は、冷温水供給管９２を介して熱源機９１に接続されている。熱源機９１は、冷温水ＣＨの温度を調節する機器である。熱源機９１は、外調機１０で空気Ａの冷却が行われるときは冷温水ＣＨを冷却し、外調機１０で空気Ａの加熱が行われるときは冷温水ＣＨを加熱するように構成されている。熱源機９１には、上述の冷温水供給管９２のほか、外調機１０から排出された冷温水ＣＨを導入する冷温水導入管９３が接続されている。冷温水導入管９３には、冷温水ＣＨを流動させる大温度差熱媒体ポンプとしての冷温水ポンプ９８が配設されている。以下の説明において、熱源機９１で温度が調節されて外調機１０に供給される冷温水ＣＨを「往冷温水ＣＨＳ」といい、外調機１０で熱が利用された後に熱源機９１に戻ってくる冷温水ＣＨを「還冷温水ＣＨＲ」といい、両者を区別しない場合は単に「冷温水ＣＨ」ということとする。
【００２０】
往冷温水管２１の、冷温水供給管９２が接続されていない方の端部には、下流導入流路としての下流導入管２２と、大温度差中間導入流路としての冷温水中間導入管２３とが接続されている。換言すれば、往冷温水管２１を流れる往冷温水ＣＨＳは、下流導入管２２と冷温水中間導入管２３とに分流することができるように構成されている。下流導入管２２は、他方の端部が下流コイル１３に接続されており、下流コイル１３の内部に往冷温水ＣＨＳを導入することができるように構成されている。下流コイル１３には、内部に導入された往冷温水ＣＨＳが空気Ａと熱交換した後の還冷温水ＣＨＲを流す下流導出管２５が接続されている。下流導出管２５の他端には、還冷温水ＣＨＲを熱源機９１に向けて流す還冷温水管２８の一端が接続されている。還冷温水管２８の他端は、冷温水導入管９３に接続されている。
【００２１】
往井水管３１には、小温度差熱媒体ポンプとしての井水ポンプ（不図示）により井戸から汲み上げられた井水Ｗが流れる。井戸から汲み上げられた井水Ｗは、外調機１０で熱が利用された後に地中に戻される。以下の説明において、井戸から汲み上げられて外調機１０に供給される井水Ｗを「往井水ＷＳ」といい、外調機１０で熱が利用された後に地中に戻される井水Ｗを「還井水ＷＲ」といい、外調機１０で一旦熱が利用されたもののさらに外調機１０で熱が利用される予定の井水Ｗを「中間井水ＷＭ」といい、これらを区別しない場合は単に「井水Ｗ」ということとする。往井水管３１の井戸側とは逆の端部には、井水中間導入管３２と、小温度差プレ導入流路としての井水直入管３３とが接続されている。換言すれば、往井水管３１を流れる往井水ＷＳは、井水中間導入管３２と井水直入管３３とに分流することができるように構成されている。井水中間導入管３２の他端は、冷温水中間導入管２３及び共用中間導入管４２に接続されている。共用中間導入管４２は、他端が中間コイル１２に接続されている。このような構成により、往井水管３１を流れる往井水ＷＳは、井水中間導入管３２及び共用中間導入管４２を介して中間コイル１２に導入することができる。このため、井水中間導入管３２及び共用中間導入管４２が中間導入流路に相当する。
【００２２】
冷温水中間導入管２３、井水中間導入管３２、共用中間導入管４２の交点には、大小切換手段としての大小切替弁５１が配設されている。大小切替弁５１として、３方向にポートを有する電動式の自動三方弁が用いられている。大小切替弁５１は、流体の流れ方向を切り替えることにより、冷温水中間導入管２３を流れる往冷温水ＣＨＳを共用中間導入管４２に流入させるか、井水中間導入管３２を流れる往井水ＷＳを共用中間導入管４２に流入させるかを切り替えることができるように構成されている。この構成により、中間コイル１２の内部に、往冷温水ＣＨＳ又は往井水ＷＳを選択的に導入することができるようになっている。中間コイル１２には、内部に導入された往冷温水ＣＨＳが空気Ａと熱交換した後の還冷温水ＣＨＲ、又は内部に導入された往井水ＷＳが空気Ａと熱交換した後の中間井水ＷＭを流す中間導出流路としての中間導出管４３が接続されている。
【００２３】
中間導出管４３の他端には、中間排出流路としての冷温水中間導出管２６と、中間プレ導入管４４とが接続されている。冷温水中間導出管２６は、他端が還冷温水管２８に接続されており、中間導出管４３を還冷温水ＣＨＲが流れるときに、還冷温水管２８と協働して、外調機システム１の外部となる熱源機９１に還冷温水ＣＨＲを導く配管である。中間プレ導入管４４は、中間導出管４３を中間井水ＷＭが流れるときに、中間井水ＷＭをプレコイル１１に向けて流す配管である。中間導出管４３、冷温水中間導出管２６、中間プレ導入管４４の交点には、内外切替手段としての内外切替弁５３が配設されている。内外切替弁５３として、３方向にポートを有する電動式の自動三方弁が用いられている。内外切替弁５３は、流体の流れ方向を切り替えることにより、中間導出管４３を流れる流体を、冷温水中間導出管２６に流入させるか中間プレ導入管４４に流入させるかを切り替えることができるように構成されている。
【００２４】
中間プレ導入管４４の他端は、井水直入管３３及び井水プレ導入管４５に接続されている。井水プレ導入管４５は、他端がプレコイル１１に接続されている。このような構成により、中間導出管４３から中間プレ導入管４４に流入した中間井水ＷＭは、井水プレ導入管４５を介してプレコイル１１に導入することができる。このため、中間プレ導入管４４及び井水プレ導入管４５がプレ導入流路に相当する。井水直入管３３、中間プレ導入管４４、井水プレ導入管４５の交点には、中間バイパス切替手段としての中間バイパス切替弁５２が配設されている。中間バイパス切替弁５２として、３方向にポートを有する電動式の自動三方弁が用いられている。中間バイパス切替弁５２は、流体の流れ方向を切り替えることにより、中間プレ導入管４４を流れる中間井水ＷＭを井水プレ導入管４５に流入させるか、井水直入管３３を流れる往井水ＷＳを井水プレ導入管４５に流入させるかを、切り替えることができるように構成されている。換言すれば、中間バイパス切替弁５２を切り替えることにより、プレコイル１１の内部に、中間井水ＷＭ又は往井水ＷＳを選択的に導入することができるようになっている。
【００２５】
プレコイル１１には、内部に導入された中間井水ＷＭ又は往井水ＷＳが空気Ａと熱交換した後の還井水ＷＲを流すプレ導出管３５が接続されている。プレ導出管３５の他端には、還井水ＷＲを地中に戻す還井水管３８が接続されている。プレ導出管３５と還井水管３８との接続部には、プレバイパス流路としてのプレバイパス管４６の一端が接続されている。プレバイパス管４６は、中間プレ導入管４４を流れる中間井水ＷＭを、プレコイル１１に導かずに（プレコイル１１をバイパスして）還井水管３８に導く配管である。プレバイパス管４６の他端は、中間プレ導入管４４に接続されている。プレバイパス管４６との接続点よりも下流側（中間バイパス切替弁５２側）の中間プレ導入管４４には、流路を遮断可能な中間プレ遮断弁５４が配設されている。プレバイパス管４６には、流路を遮断可能なプレバイパス遮断弁５６が配設されている。中間プレ遮断弁５４及びプレバイパス遮断弁５６として、それぞれ、電動式の自動二方弁が用いられている。中間プレ遮断弁５４を開けてプレバイパス遮断弁５６を閉じることにより、プレバイパス管４６との接続点よりも上流側の中間プレ導入管４４を流れる中間井水ＷＭを、プレコイル１１に向けてそのまま下流側の中間プレ導入管４４に流入させることができる。他方、中間プレ遮断弁５４を閉じてプレバイパス遮断弁５６を開けることにより、プレバイパス管４６との接続点よりも上流側の中間プレ導入管４４を流れる中間井水ＷＭを、プレバイパス管４６に流入させることができる。このように、中間プレ遮断弁５４及びプレバイパス遮断弁５６の開閉を切り替えることにより、プレバイパス管４６との接続点よりも上流側の中間プレ導入管４４を流れる中間井水ＷＭを、プレコイル１１に向けてそのまま下流側の中間プレ導入管４４に流入させるか、プレバイパス管４６に流入させるかを切り替えることができるように構成されている。このため、中間プレ遮断弁５４及びプレバイパス遮断弁５６で、プレバイパス切替手段を構成している。
【００２６】
制御装置６０は、外調機システム１の運転を制御する機器である。制御装置６０は、大小切替弁５１、中間バイパス切替弁５２、内外切替弁５３と、それぞれ、信号ケーブルで接続されており、各弁５１、５２、５３の流路を切り替えることができるように構成されている。また、制御装置６０は、中間プレ遮断弁５４及びプレバイパス遮断弁５６とそれぞれ信号ケーブルで接続されており、各弁５４、５６の開閉を切り替えることができるように構成されている。また、制御装置６０は、外調機１０と信号ケーブルで接続されており、ファン１５の発停や気化式加湿器１２ｈ、１３ｈの作動の有無を制御することができるように構成されている。また、制御装置６０は、間接的に（例えば他の制御盤を介して）又は直接、冷温水ポンプ９８及び井水ポンプ（不図示）に信号を送信して、発停を制御することができるように構成されている。
【００２７】
引き続き、外調機システム１の作用を説明する。なお、以下の説明において、理解の容易のために、冷温水ＣＨ及び井水Ｗの具体的な温度を示すこととするが、示す温度はあくまでも例示である。
まず、図２を参照して、空気Ａを冷却する際の作用を説明する。空気Ａの冷却は、典型的には夏季に行われるが、空気Ａが通年で冷房負荷のある工場等へ供給される場合は夏季以外に行われる場合もある。空気Ａの冷却が行われるとき、熱源機９１では、導入した還冷温水ＣＨＲを冷却して、温度が低下した往冷温水ＣＨＳとするように運転される。つまり、冷温水ＣＨは冷水として機能することとなる。空気Ａの冷却が行われる場合、制御装置６０は、各切替弁５１、５２、５３及び各遮断弁５４、５６を以下の状態にする。
【００２８】
大小切替弁５１は、井水中間導入管３２を流れる往井水ＷＳを共用中間導入管４２に流入させ、冷温水中間導入管２３から共用中間導入管４２への往冷温水ＣＨＳの流入をさせないような流路が構成される。中間バイパス切替弁５２は、中間プレ導入管４４を流れる中間井水ＷＭを井水プレ導入管４５に流入させ、井水直入管３３から井水プレ導入管４５への往井水ＷＳの流入をさせないような流路が構成される。内外切替弁５３は、中間導出管４３を流れる中間井水ＷＭを、中間プレ導入管４４に流入させて冷温水中間導出管２６には流入させないような流路が構成される。また、中間プレ遮断弁５４が開き、プレバイパス遮断弁５６が閉じて、中間プレ導入管４４を流れる中間井水ＷＭを、中間バイパス切替弁５２に到達させ、プレバイパス管４６に流入させないような流路が構成される。
【００２９】
制御装置６０は、各切替弁５１、５２、５３及び各遮断弁５４、５６を上述のような状態にしたら、冷温水ポンプ９８及び井水ポンプ（不図示）を起動する。また、制御装置６０は、外調機１０のファン１５を起動する。ファン１５の起動により、空気Ａが導入ダクト１８から外調機１０に流入する。外調機１０内に流入した空気Ａは、プレコイル１１、中間コイル１２、下流コイル１３の順に通過し、井水Ｗ及び冷却された冷温水ＣＨとの熱交換により、段階的にエンタルピが下がる。エンタルピが下がった空気Ａは、供給ダクト１９を介して、空気Ａの供給先に搬送される。空気Ａのエンタルピを低下させる井水Ｗ及び冷温水ＣＨは、上述の各切替弁５１、５２、５３及び各遮断弁５４、５６の設定により、以下のように流れる。
【００３０】
冷温水ポンプ９８の起動により、冷温水ＣＨが流動する。冷温水ＣＨの大まかな流れを説明すると、熱源機９１から導出されて往冷温水管２１を流れる７℃の往冷温水ＣＨＳは、下流コイル１３に流入し、空気Ａと熱交換して１２℃の還冷温水ＣＨＲとなる。１２℃の還冷温水ＣＨＲは、還冷温水管２８を流れて熱源機９１に導入される。熱源機９１に導入された１２℃の還冷温水ＣＨＲは、冷却されて７℃の往冷温水ＣＨＳとなり、再び熱源機９１から導出され、以降、上述のように、下流コイル１３と熱源機９１との間を循環する。また、井水ポンプ（不図示）の起動により、井戸から汲み上げられて往井水管３１を流れる１０℃の往井水ＷＳは、まず、中間コイル１２に流入し、空気Ａと熱交換して１５℃の中間井水ＷＭとなる。１５℃の中間井水ＷＭは、次に、プレコイル１１に流入し、空気Ａと熱交換して２０℃の還井水ＷＲとなる。２０℃の還井水ＷＲは、還井水管３８を流れて地中に戻される。
【００３１】
図２（Ｂ）の空気線図に、上述した冷却時の空気Ａの状態の変化を示す。状態Ｓｃ１で外調機１０に入った空気Ａｃ１は、プレコイル１１で中間井水ＷＭと熱交換することで、まず、飽和線に近づきながらエンタルピが下がり、次に飽和線に沿って絶対湿度が減少しながらエンタルピが下がって、状態Ｓｃ２の空気Ａｃ２となる。状態Ｓｃ２となった空気Ａｃ２は、中間コイル１２で往井水ＷＳと熱交換することで、飽和線に沿って絶対湿度が減少しながらエンタルピが下がって、状態Ｓｃ３の空気Ａｃ３となる。状態Ｓｃ３となった空気Ａｃ３は、下流コイル１３で往冷温水ＣＨＳと熱交換することで、飽和線に沿って絶対湿度が減少しながらエンタルピが下がって、状態Ｓｃ４の空気Ａｃ４となる。このように、空気Ａの冷却時に、冷温水ＣＨに比べて低エクセルギーの井水Ｗを、中間コイル１２及びプレコイル１１に直列に流すことで、コイルの列数を増加させたのと同じ効果を奏し、井水Ｗが保有する冷熱を最大限に利用することができる。
【００３２】
なお、夏季のオフピーク時等、冷却される空気Ａが、ピーク時に比べて低いエンタルピの状態で外調機１０に導入される場合（例えば状態Ｓｃ２の空気が外調機１０に導入される場合）、制御装置６０は、プレバイパス遮断弁５６を開け、中間プレ遮断弁５４を閉じることで、井水Ｗがプレコイル１１に流れないようにするとよい。つまり、制御装置６０は、中間コイル１２から導出されて中間プレ導入管４４を流れる中間井水ＷＭが、プレバイパス管４６との接続点の下流側の中間プレ導入管４４に導入されずに、プレバイパス管４６に流入するように、プレバイパス遮断弁５６及び中間プレ遮断弁５４を切り替える。これにより、空気Ａと井水Ｗとの熱交換は、プレコイル１１では行われず、中間コイル１２で行われる。このようにすると、井水Ｗがプレコイル１１を流れなくなるため、井水Ｗの流動抵抗が少なくなり、井水ポンプ（不図示）の動力が低減され、省エネルギーに資する。あるいは、井水Ｗをプレコイル１１に流入させないことに代えて、井水Ｗを中間コイル１２に流入させずにプレコイル１１に流入させるようにしてもよい。この場合、制御装置６０は、図２（Ａ）に示す各切替弁５１、５２、５３及び各遮断弁５４、５６の状態から、中間バイパス切替弁５２を、井水Ｗが、井水直入管３３から井水プレ導入管４５に流入するが、中間プレ導入管４４から井水プレ導入管４５へは流入しないように切り替える。低いエンタルピの空気Ａが外調機１０に導入される場合は常に井水Ｗを中間コイル１２に流入させずにプレコイル１１に流入させるようにする場合、中間プレ遮断弁５４及びプレバイパス遮断弁５６並びにプレバイパス管４６を省略してもよい。
【００３３】
次に、図３を参照して、空気Ａを加熱する際の作用を説明する。空気Ａの加熱は、典型的には冬季に行われる。空気Ａの加熱が行われるとき、熱源機９１では、導入した還冷温水ＣＨＲを加熱して、温度が上昇した往冷温水ＣＨＳとするように運転される。つまり、冷温水ＣＨは温水として機能することとなる。空気Ａの加熱が行われる場合、制御装置６０は、各切替弁５１、５２、５３及び各遮断弁５４、５６を以下の状態にする。
【００３４】
大小切替弁５１は、冷温水中間導入管２３を流れる往冷温水ＣＨＳを共用中間導入管４２に流入させ、井水中間導入管３２から共用中間導入管４２への往井水ＷＳの流入をさせないような流路が構成される。中間バイパス切替弁５２は、井水直入管３３を流れる往井水ＷＳを井水プレ導入管４５に流入させ、中間プレ導入管４４から井水プレ導入管４５への中間井水ＷＭの流入をさせないような流路が構成される。内外切替弁５３は、中間導出管４３を流れる還冷温水ＣＨＲを、冷温水中間導出管２６に流入させて中間プレ導入管４４には流入させないような流路が構成される。中間プレ遮断弁５４及びプレバイパス遮断弁５６は、特に作動させなくてよく、そのままでよい。
【００３５】
制御装置６０は、各切替弁５１、５２、５３及び各遮断弁５４、５６を上述のような状態にしたら、冷温水ポンプ９８及び井水ポンプ（不図示）を起動する。また、制御装置６０は、外調機１０のファン１５を起動する。ファン１５の起動により、空気Ａが導入ダクト１８から外調機１０に流入する。外調機１０内に流入した空気Ａは、プレコイル１１、中間コイル１２、下流コイル１３の順に通過し、井水Ｗ及び加熱された冷温水ＣＨとの熱交換により、段階的に温度が上昇する。また、本実施の形態では、中間コイル１２の気化式加湿器１２ｈ及び下流コイル１３の気化式加湿器１３ｈによって空気Ａの加湿が行われ、空気Ａの絶対湿度も上昇する。温度及び絶対湿度が上がった空気Ａは、供給ダクト１９を介して、空気Ａの供給先に搬送される。空気Ａの温度を上昇させる井水Ｗ及び冷温水ＣＨは、上述の各切替弁５１、５２、５３及び各遮断弁５４、５６の設定により、以下のように流れる。
【００３６】
冷温水ポンプ９８の起動により、冷温水ＣＨが流動する。冷温水ＣＨの大まかな流れを説明すると、熱源機９１から導出されて往冷温水管２１を流れる４０℃の往冷温水ＣＨＳは、下流コイル１３及び中間コイル１２に並行して流入し、下流コイル１３及び中間コイル１２のそれぞれで空気Ａと熱交換して３５℃の還冷温水ＣＨＲとなる。３５℃の還冷温水ＣＨＲは、還冷温水管２８を流れて熱源機９１に導入される。熱源機９１に導入された３５℃の還冷温水ＣＨＲは、加熱されて４０℃の往冷温水ＣＨＳとなり、再び熱源機９１から導出され、以降、上述のように、下流コイル１３及び中間コイル１２と熱源機９１との間を循環する。また、井水ポンプ（不図示）の起動により、井戸から汲み上げられて往井水管３１を流れる１０℃の往井水ＷＳは、プレコイル１１のみに流入し、空気Ａと熱交換して５℃の還井水ＷＲとなる。比較的低エクセルギーな井水Ｗを用いて空気Ａの予熱を行うことで、省エネルギーを図ることができる。また、井水Ｗをプレコイル１１のみに通水することで、空気Ａの冷却時のように中間コイル１２及びプレコイル１１に直列に井水Ｗを通水する場合に比べて、空気Ａとの過剰な熱交換による井水Ｗの温度低下を抑制することができ、プレコイル１１の凍結リスクを低減することができる。５℃の還井水ＷＲは、還井水管３８を流れて地中に戻される。
【００３７】
図３（Ｂ）の空気線図に、上述した加熱時の空気Ａの状態の変化を示す。状態Ｓｈ１で外調機１０に入った空気Ａｈ１は、プレコイル１１で往井水ＷＳと熱交換することで温度が上昇し、状態Ｓｈ２の空気Ａｈ２となる。状態Ｓｈ２となった空気Ａｈ２は、中間コイル１２で往冷温水ＣＨＳと熱交換することでさらに温度が上昇して状態Ｓｈ３の空気となり、次いで気化式加湿器１２ｈによって加湿されることで絶対湿度が上昇し、状態Ｓｈ４の空気Ａｈ４となる。このとき、気化式加湿器１２ｈは、常温水を自然気化（蒸発）させて加湿する構成であるので、空気Ａが状態Ｓｈ３から状態Ｓｈ４へ移行するに際し、温度が低下しながら絶対湿度が上昇することとなる。状態Ｓｈ４となった空気Ａｈ４は、下流コイル１３で往冷温水ＣＨＳと熱交換することで温度が上昇して状態Ｓｈ５の空気となり、次いで気化式加湿器１３ｈによって加湿されることで絶対湿度が上昇し、状態Ｓｈ６の空気Ａｈ６となる。気化式加湿器１３ｈにおいても、空気Ａが状態Ｓｈ５から状態Ｓｈ６へ移行するに際し、温度が低下しながら絶対湿度が上昇することとなる。このように、空気Ａの加熱時に、冷温水ＣＨを下流コイル１３及び中間コイル１２に並行して流入させることで、２段加熱による２段の気化式加湿を行うことができ、往冷温水ＣＨＳの温度を過度に上昇させることを回避することができて、省エネルギーを図ることができる。仮に、空気Ａの加熱を、冷却時と同じ流路（図２（Ａ）参照）で冷温水ＣＨを下流コイル１３のみに導入させて行う場合、状態Ｓｈ６の空気にするためには、状態Ｓｈ２の空気を状態Ｓｈｐまで加熱してから加湿することとなり、高温の往冷温水ＣＨＳが必要となって、往冷温水ＣＨＳの製造に必要なエネルギーが増大することとなる。本実施の形態に係る外調機システム１では、上述のように、空気Ａの加熱時に２段加熱による２段の気化式加湿を行うことができ、熱源機９１から供給される往冷温水ＣＨＳの温度を下げることができて、省エネルギーを図ることができるという利点がある。
【００３８】
以上で説明したように、本実施の形態に係る外調機システム１によれば、空気Ａの冷却の観点から見れば井水Ｗを導入するコイルを分割し、空気Ａの加熱の観点から見れば冷温水ＣＨを導入するコイルを分割して、専ら井水Ｗを流すコイル（プレコイル１１）と、専ら冷温水ＣＨを流すコイル（下流コイル１３）と、冷温水ＣＨ又は井水Ｗを選択的に導入するコイル（中間コイル１２）とを設け、空気Ａの冷却時は下流コイル１３に冷温水ＣＨを導入すると共に中間コイル１２及びプレコイル１１に井水Ｗを直列に導入し、空気Ａの加熱時は下流コイル１３及び中間コイル１２に冷温水ＣＨを並列に導入すると共にプレコイル１１に井水Ｗを導入する構成としている。このような構成により、冷温水ＣＨ及び井水Ｗの導入先を、空気Ａの冷却時及び加熱時の別（典型的には季節別）に、最適な組み合わせとすることができ、空気Ａの冷却時及び加熱時の両方においてすべてのコイルを働かせる（利用する）ことができて、外調機１０の大型化を抑制しつつ、比較的低エクセルギーな井水Ｗの有効利用を図ることができ、少ないエネルギーで冬季の加湿を行うことができ、コイルの凍結が生じ得る過剰な熱交換による井水Ｗの温度低下を抑制することができる。また、中間コイル１２を冷温水ＣＨ又は井水Ｗを選択的に導入する構成とすることで、空気Ａの冷却時及び加熱時の両方で中間コイル１２を利用することができ、空気Ａの冷却用と加熱用とで別々にコイルを設ける場合に比べて、空気Ａが通過するコイルの数を少なくすることができ、ファン１５の搬送動力を低減することができる。
【００３９】
次に図４を参照して、本発明の実施の形態の変形例に係る気体調和システムとしての外調機システム１Ａを説明する。図４は、外調機システム１Ａのプレ変温ユニット１１０まわりの部分系統図である。外調機システム１Ａでは、プレ変温部としてのプレ変温ユニット１１０が、凝固点が井水Ｗよりも低い不凍液としてのブラインＢを介して、空気Ａと井水Ｗとが間接的に熱交換するように構成されている。プレ変温ユニット１１０は、プレコイル１１と、熱交換器１１２と、ブライン管１１３と、ブラインポンプ１１４とを含んで構成されている。
【００４０】
プレコイル１１は、外調機システム１（図１参照）におけるプレコイル１１と同様に構成されたコイルであるが、井水ＷではなくブラインＢが内部に導入されるようになっている。換言すれば、本変形例におけるプレコイル１１は、空気ＡとブラインＢとで熱交換が行われるように構成されている。ブラインＢとして、例えば、塩化ナトリウム水溶液あるいは塩化カルシウム水溶液や、エチレングリコール水溶液あるいはアルコール等を用いることができる。熱交換器１１２は、井水ＷとブラインＢとで熱交換を行わせる機器であり、典型的にはプレート型熱交換器が用いられるが、他の形態の熱交換器が用いられることとしてもよい。ブライン管１１３は、プレコイル１１と熱交換器１１２との間でブラインＢを循環させる流路であり、クローズド配管となっている。ブラインポンプ１１４は、ブライン管１１３内のブラインＢを流動させる機器である。ブラインポンプ１１４は、制御装置６０（図１参照）と信号ケーブルで接続されており、制御装置６０からの指令で発停するように構成されている。本変形例では、ブライン管１１３とブラインポンプ１１４とで、不凍液循環部としてのブライン循環部１１５を構成している。プレコイル１１には、ブライン管１１３が接続されている。熱交換器１１２には、ブラインＢの導入出口にブライン管１１３が接続されており、井水Ｗの導入口に井水プレ導入管４５が接続され、井水Ｗの導出口にプレ導出管３５が接続されている。密閉回路となっているブライン循環部１１５には、典型的には膨張タンク（不図示）が設けられる。外調機システム１Ａの、上記以外の構成は、外調機システム１（図１参照）と同様である。つまり、図４では図示を省略しているが、外調機システム１Ａにおいても、下流コイル１３及び中間コイル１２並びにこれらの周囲の配管やダクト等が設けられている。
【００４１】
上述のように構成された外調機システム１Ａでは、プレ変温ユニット１１０が利用されるとき、制御装置６０がブラインポンプ１１４を起動する。ブラインポンプ１１４が起動すると、ブライン管１１３をブラインＢが循環する。循環するブラインＢは、熱交換器１１２において井水Ｗと熱交換して、空気Ａの冷却時は温度が低下し、加熱時は温度が上昇する。熱交換器１１２を出たブラインＢは、プレコイル１１に流入して空気Ａとの熱交換を行い、空気Ａの冷却時は空気Ａの温度を低下させ、加熱時は空気Ａの温度を上昇させる。なお、空気Ａの冷却時は往井水ＷＳを中間コイル１２に導入しつつ往冷温水ＣＨＳを下流コイル１３に導入し、空気Ａの加熱時は往冷温水ＣＨＳを中間コイル１２及び下流コイル１３に並列的に導入するのは、外調機システム１（図１参照）と同様である。外調機システム１Ａでは、冬季に、導入した温度が低い空気Ａが最初に通過するプレコイル１１にブラインＢが導入されるので、プレコイル１１に井水Ｗが直接導入される場合に比べて、プレコイル１１の凍結リスクを小さくすることができる。また、外調機システム１Ａでは、ブラインＢの利用がプレ変温ユニット１１０に限定されているので、濃度や廃棄の管理が必要なブラインＢの使用量を抑制することができる。また、外調機システム１Ａでは、空気Ａの冷却時に往井水ＷＳを中間コイル１２に直接導入するので、中間コイル１２において往井水ＷＳの供給温度を直接に空気Ａとの熱交換に利用することができ、中間コイル１２の出口の空気Ａのエンタルピを、外調機システム１（図１参照）における中間コイル１２出口の空気Ａｃ３（図２（Ａ）参照）のエンタルピと同じまで下げることができて、往井水ＷＳの保有する熱を最大限に利用することができる。
【００４２】
また、外調機システム１Ａでは、オフピーク時（冷却される空気Ａがピーク時に比べて低いエンタルピの状態で外調機に導入される場合）の、中間コイル１２とプレ変温ユニット１１０のいずれか一方に井水Ｗを供給すれば足りる場合、井水Ｗが、中間コイル１２のみに導入されてプレ変温ユニット１１０をバイパスすることとすると、往井水ＷＳの供給温度を直接に空気Ａとの熱交換に利用することで、ピーク時と同様に往井水ＷＳの保有する熱を空気Ａの冷却に有効に利用することができ、ブラインポンプ１１４を停止させて搬送動力を削減することができると共に、井水Ｗの流動抵抗を低減することができ、省エネルギーに資することとなって好適である。つまり、プレバイパス管４６並びに中間プレ遮断弁５４及びプレバイパス遮断弁５６を設けることは、ブラインＢを介して井水Ｗと空気Ａとを間接的に熱交換させるプレ変温ユニット１１０を有する外調機システム１Ａで、特に有用である。しかしながら、このことは、オフピーク時に、井水Ｗが、プレ変温ユニット１１０に導入されて中間コイル１２をバイパスすることを妨げるものではない。
【００４３】
以上の説明では、プレ変温部、中間変温部、下流変温部が、３つのコイル１１、１２、１３を含んで構成されて、これらがファン１５と共に１つの筐体１６に収容された外調機で構成されていることとしたが、これらが１つの筐体に収容された外調機の形態に限らず、これらが例えばダクト内に個別に配設されて構成されていてもよい。
【００４４】
以上の説明では、外調機１０で温度が調節される空気Ａが外気であるとしたが、空気Ａは、外気以外の例えば室内からの還気であってもよい。また、気体調和システムで温度が調節される気体（被温調気体）が空気Ａであるとしたが、空気以外の温度調節が求められる、例えば工場のプロセス等で利用される気体であってもよい。
【００４５】
以上の説明では、冷温水ＣＨが、熱源機９１で温度が調節されることとしたが、地域冷暖房等から供給される冷温水であってもよい。また、大温度差熱媒体は、冷温水ＣＨ以外の熱媒体でもよい。また、小温度差熱媒体としては、井水以外の地中熱や工水等の自然エネルギーや、冬季の冷房排熱を利用して直接的に又は熱交換器を介して間接的に供給される低エクセルギーな熱媒体をも適用することができ、中温熱源機（熱源機９１で製造される冷温水ＣＨよりも周囲環境との温度差が小さい熱媒体を製造する機器）から供給される熱媒体であってもよい。
【００４６】
以上の説明では、各切替弁５１、５２、５３が、それぞれ三方弁であるとしたが、同等の機能・作用を奏するように配置された２つの二方弁で構成されていてもよい。また、各切替弁５１、５２、５３及び各遮断弁５４、５６が、それぞれ電動式の自動弁であるとしたが、空気式の自動弁、あるいは電磁式の自動弁であってもよく、季節の変わり目に手動で操作する手動弁であってもよい。
【００４７】
以上の説明では、図１に示す外調機システム１におけるプレ変温部、中間変温部、下流変温部が、それぞれ、冷温水ＣＨ又は井水Ｗと空気Ａとが直接熱交換するプレコイル１１、中間コイル１２、下流コイル１３であるとしたが、これらの変温部のうちの１つ又は２つ以上が、図４に示すような、冷温水ＣＨ又は井水Ｗと空気Ａとが間接的に熱交換する構成であってもよい。この場合、冷温水ＣＨ又は井水Ｗと空気Ａとの間で熱を媒介する流体は、ブラインＢ（不凍液）に限らず、水や他の流体であってもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１、１Ａ  外調機システム
１１  プレコイル
１２  中間コイル
１３  下流コイル
２１  往冷温水管
２２  下流導入管
２３  冷温水中間導入管
２６  冷温水中間導出管
３１  往井水管
３３  井水直入管
４２  共用中間導入管
４３  中間導出管
４４  中間プレ導入管
４５  井水プレ導入管
４６  プレバイパス管
５１  大小切替弁
５２  中間バイパス切替弁
５３  内外切替弁
５４  中間プレ遮断弁
５６  プレバイパス遮断弁
６０  制御装置
１１０  プレ変温ユニット
１１２  熱交換器
１１３  ブライン管
１１４  ブラインポンプ
１１５  ブライン循環部
Ａ    空気
Ｂ    ブライン
ＣＨ  冷温水
Ｗ    井水
【図１】
2015183996.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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