(57)【要約】【課題】機械室空調に好適な二次冷媒循環型空調システムのフリークーリング運転方法を提供する。【解決手段】制御開始当初は熱源機８で発生する冷水を、冷水配管２ａ、２ｂを介して冷媒ユニット６に供給する。この間、温度センサＳ１により冷却水供給温度Ｔ１を計測し、さらにＴ１と閾値温度τ１を比較する。ここに閾値温度τ１は、フリークーリング可能温度として予め設定されている。Ｔ１≦τ１、すなわち冷却水温度が閾値温度以下となったときは、三方弁５ｃ、５ｄを切り替えて、冷却水を直接、凝縮器６ａ側に供給する。Ｓ１０３においてＴ１＞τ１、すなわち冷却水温度が閾値以上のときは、そのまま熱源機８からの冷水供給を継続する。以上の制御により外気温低下時、フリークーリング運転による省エネが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源機と、
熱源機で発生する冷水を建築物内で循環する冷水回路と、
冷水回路の冷水と熱交換する凝縮器と、冷媒タンクと、冷媒ポンプと、蒸発器と吹出ファンを含む空調機（ＡＨＵ）と、これらを結ぶ冷媒循環配管と、を備えた冷媒回路と、
冷水回路で回収した排熱を冷却塔により大気に放出する冷却水回路と、
を備えた空気調和システムであって、さらに、
熱源機をバイパスして、冷水回路と冷却水回路とを直接接続するバイパス回路と、
所定の空調条件により冷水回路をバイパス回路側に切り替える冷水回路切替手段と、
を備えて成ることを特徴とする空気調和システム。
【請求項２】
前記冷水回路は、冷熱を一旦蓄熱する蓄熱槽をさらに備え、かつ、蓄熱槽を介して上流側の一次側冷水回路と、下流側の二次側冷水回路により構成されて成ることを特徴とする請求項１に記載の空気調和システム。
【請求項３】
請求項１に記載の空気調和システムにおいて、
冷却水供給温度が第一の閾値以下のときは、熱源機をバイパスして、冷却水を直接、冷水回路側に供給することを特徴とする空気調和システムのフリークーリング運転方法。
【請求項４】
請求項３において、「冷却水供給温度」に替えて、「冷却水供給温度と要求冷水温度との差」を用いることを特徴とする空気調和システムのフリークーリング運転方法。
【請求項５】
請求項２に記載の空気調和システムにおいて、
冷却水供給温度と蓄熱槽冷水温度との差が第二の閾値以下のときは、熱源機をバイパスして、冷却水を直接、前記蓄熱槽に供給することを特徴とする空気調和システムのフリークーリング運転方法。
【請求項６】
前記第一乃至第二の閾値を、設定室温に対応して補正することを特徴とする請求項３乃至５に記載の空気調和システムのフリークーリング運転方法。
【請求項７】
前記第一乃至第二の閾値を、現在室温に対応して補正することを特徴とする請求項３乃至５に記載の空気調和システムのフリークーリング運転方法。
【請求項８】
ＡＨＵ蒸発器の蒸発圧力、ＡＨＵの吹出し温度又は室温のいずれかが所定の閾値を超えたときは、冷却水供給温度に拘らず、熱源機を介して冷水を冷水回路に供給することを特徴とする請求項３乃至７に記載の空気調和システムのフリークーリング運転方法。
【請求項９】
請求項１又は２に記載の空気調和システムにおいて、
熱源機故障時には、熱源機をバイパスして、冷却水を直接冷水回路に供給することを特徴とする空気調和システムのフリークーリング運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和システム及びその運転方法に係り、特に冷水回路と冷媒回路を組み合わせた二次冷媒循環型空気調和システムのフリークーリング・システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、多階層建物等における空調システムに関する技術として、冷水回路と冷媒回路組み合わせた空気調和システム（以下、二次冷媒循環型空調システムという）が開示されている（例えば特許文献１）。図８に示すように、このような従来の二次冷媒循環型空調システム１００は、熱源機１０１、冷却水回路１０２、冷水回路１０３及び冷媒回路１０４を主要構成とする。冷水回路１０３は、熱源機１０１で発生させた冷水を建物内で循環する冷水配管１０３ａ、循環ポンプ１０３ｃを備えている。冷媒回路１０４は、二次冷媒ポンプユニット（以下、冷媒ユニットという）１１２、空調機（以下、ＡＨＵという）１０８及びこれらを結ぶ冷媒配管１１３を備えている。冷媒ユニット１１２は、冷媒回路側の排熱を冷水回路側に放熱する凝縮器１０５と、凝縮冷媒液を一旦蓄える冷媒タンク１０６と、冷媒循環用の冷媒ポンプ１０７と、を備えている。また、ＡＨＵ１０８は、蒸発器１０９、吹出ファン１１０を備えている。かかる構成により、凝縮器１０５で冷水と熱交換して凝縮した冷媒を冷媒ポンプ１０７で蒸発器１０９に搬送し、ここで蒸発潜熱を奪い室内空気を冷房する。一方、蒸発器１０９において回収された排熱は、冷水回路１０３→熱源機１０１→冷却水回路１０２の順に搬送され、最終的に冷却塔１０２ｂにおいて大気放出される。
【０００３】
しかし、従来の二次冷媒循環型空調システムでは、外気温が低いときであっても、冷房運転継続のため冷水回路の稼動を継続させる必要がある。外気温がさらに低下した場合には、熱源機保護のためバイパス回路１０２ｄにより冷却水の一部を直接、熱源機１０１に戻し、冷却水の温度を一定以上に保つ制御を行っている。このように、従来の二次冷媒循環型空調システムでは低温外気の有効利用ができず、省エネ性に欠けるという問題がある。
低温外気を有効に利用するシステムとして、外気温が低いときに冷却水を直接冷水回路に導くことを特徴とするフリークーリング技術が開示されている（例えば特許文献２）。しかしながら、従来のフリークーリングは、冷却水を直接ＡＨＵに導入する方式であるため、室内配管等における漏水トラブルのおそれがある。また、冷却塔が開放型である場合には、不純物や腐食防止、スケール防止等のため薬品処理された冷却水が冷水回路内に混入するという問題がある。
【特許文献１】特開平８−２６１５１７号公報
【特許文献２】特開平７−１９５２３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、このような問題を解決するためのものであって、二次冷媒循環型空調システムにおいてフリークーリング運転を可能とする空調システム及びその運転方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は以下の内容をその要旨とする。すなわち、
請求項１の発明は、熱源機と、熱源機で発生する冷水を建築物内で循環する冷水回路と、冷水回路の冷水と熱交換する凝縮器と、冷媒タンクと、冷媒ポンプと、蒸発器と吹出ファンを含む空調機（ＡＨＵ）と、これらを結ぶ冷媒循環配管と、を備えた冷媒回路と、冷水回路で回収した排熱を冷却塔により大気に放出する冷却水回路と、を備えた空気調和システムであって、さらに、熱源機をバイパスして、冷水回路と冷却水回路とを直接接続するバイパス回路と、所定の空調条件により冷水回路をバイパス回路側に切り替える冷水回路切替手段と、を備えて成ることを特徴とする空気調和システムである。
本発明において、「冷水」とは必ずしも「水」に限定されるものではなく、一次冷媒（例えば、不凍液やフロン等を含む）を意味する概念である。
また「熱源機」とは、冷水（冷媒液）発生手段であり、例えばターボ冷凍機、吸収式冷凍機等を含む。
【０００６】
上記発明において、冷水回路は、冷熱を一旦蓄熱する蓄熱槽をさらに備え、かつ、蓄熱槽を介して上流側の一次側冷水回路と、下流側の二次側冷水回路により構成されて成ることを特徴とする（請求項２）。
請求項３の発明は、請求項１に記載の空気調和システムにおいて、冷却水供給温度が第一の閾値以下のときは、熱源機をバイパスして、冷却水を直接、冷水回路側に供給することを特徴とする空気調和システムのフリークーリング運転方法である。
この場合、「冷却水供給温度」に替えて、「冷却水供給温度と要求冷水温度との差」とすることができる（請求項４）。
要求冷水温度と冷却水供給温度の乖離が所定の値より小さくなった場合は、ＡＨＵの能力に大きな低下を生じることなく、フリークーリングを実現できる。
【０００７】
請求項５の発明は、請求項２に記載の空気調和システムにおいて、冷却水供給温度と蓄熱槽冷水温度との差が第二の閾値以下のときは、熱源機をバイパスして、冷却水を直接、前記蓄熱槽に供給することを特徴とする空気調和システムのフリークーリング運転方法である。
上記発明において、第一乃至第二の閾値を、設定室温に対応して補正することを特徴とする（請求項６）。
設定室温が高ければ、冷却水温度が高い場合であってもフリークーリング運転が可能であり、無駄のないフリークーリングを実現できる。
上記発明において、第一乃至第二の閾値を、現在室温に対応して補正することを特徴とする（請求項７）。
本発明は、現在室温が高いときは設定室温に拘らず、フリークーリング開始条件を緩くするものである。設定室温補正方式ではフリークーリング条件に適合しない場合であっても、本発明によればフリークーリングを行える場合が生じる。これにより、さらなる省エネ性向上を図ることが可能となる。
さらに、ＡＨＵ蒸発器の蒸発圧力、ＡＨＵの吹出し温度又は室温のいずれかが所定の閾値を超えたときは、冷却水供給温度に拘らず、熱源機を介して冷水を冷水回路に供給することを特徴とする（請求項８）。
さらに、請求項１又は２に記載の空気調和システムにおいて、熱源機故障時には、熱源機をバイパスして、冷却水を直接冷水回路に供給することを特徴とする（請求項９）。
【発明の効果】
【０００８】
上記各発明によれば、二次冷媒循環型空調システムにおいて外気温が低いときにフリークーリング運転を実現することができる。
また、本発明の二次冷媒循環型空調システムによれば、室内に冷却水を持ち込むことなくフリークーリング運転が可能となり、漏水トラブルの問題を解消できるという効果がある。
また、冷水回路中に蓄熱槽を介在させる発明においては、例えば夜間等の外気温の低いときに蓄冷熱しておき、冷房必要時に冷熱を供給するという、いわゆるタイムシフト運転が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明に係る空調システムの各実施形態について、図１乃至７を参照してさらに詳細に説明する。重複説明回避のため、各図において同一構成には同一符号を用いて示している。なお、本発明の範囲は特許請求の範囲記載のものであって、以下の実施形態に限定されないことはいうまでもない。
【００１０】
＜第一の実施形態＞
図１、２を参照して本発明の第一の実施形態について説明する。本実施形態は、冷却水供給温度が閾値温度以下のときに、熱源機をバイパスして冷却水を直接、冷水回路側に供給するものである。図１は、本実施形態に係る空気調和システム１を示す図である。空気調和システム１は、冷水発生源である熱源機８、冷水回路２、冷媒回路３、冷却水回路４、冷却水バイパス回路５により構成されている。
冷水回路２は、熱源機８で発生させた冷水を建物内で循環するための冷水配管２ａ、２ｂ及び循環ポンプ２ｃ、冷却水流入防止用の逆止弁２ｄを備えている。
【００１１】
また、冷媒回路３は、冷媒ユニット６、ＡＨＵ７、及びこれらを結ぶ冷媒配管３ａ、３ｂを主要構成として備えている。冷媒ユニット６は、冷媒回路側の排熱を冷水回路側に放熱する凝縮器６ａ、凝縮冷媒液を一旦蓄える冷媒タンク６ｂ、冷媒循環用の冷媒ポンプ６ｃを主要構成として備えている。また、ＡＨＵ７は、蒸発器７ａ及び吹出ファン７ｂを備えている。以上の構成により、冷媒回路３は、凝縮器６ａにおいて冷水に放熱して凝縮した冷媒を、冷媒タンク６ｂに一旦蓄え、さらに冷媒ポンプ６ｃで蒸発器７ａに搬送して、室内空気から蒸発潜熱を奪い蒸発した冷媒を凝縮器６ａに戻す、ことにより冷凍サイクルを構成する。
【００１２】
冷却水回路４は、建物の屋上部等に配置される空冷式冷却塔４ｃ、冷却水配管４ａ、４ｂ及び冷却水循環ポンプ４ｄを主要構成として備え、熱源機８で回収した排熱を冷却塔４ｃにおいて大気放出するように構成されている。冷却水配管４ａには、冷却塔出側温度計測用の温度センサＳ１が配設されている。
冷却水バイパス回路５は、冷却水配管と冷水配管とを直接結ぶ冷却水バイパス配管５ａ、５ｂと、回路切替用三方弁５ｃ、５ｄとを備えており、三方弁を適宜切り替えることにより、冷却塔４ｃで冷却した冷却水を、熱源機８を介さず直接、凝縮器６ａに導入可能に構成されている。
【００１３】
二次冷媒循環型空調システム１は以上のように構成されており、次に図２をも参照して、二次冷媒循環型空調システム１における運転制御フローについて説明する。なお、以下のフローでは制御の安定化を考慮して、各ステップは所定の時間間隔で行われるものとする。また、必要な制御は、不図示の制御部からの指令により行われる。
制御開始に伴い、当初は熱源機８で発生する冷水を冷水配管２ａ、２ｂを介して冷媒ユニット６に供給する（Ｓ１０１）。この間、温度センサＳ１により冷却水供給温度Ｔ１を計測し（Ｓ１０２）、さらにＴ１と閾値温度τ１を比較する（Ｓ１０３）。ここに閾値温度τ１は、フリークーリング可能温度として予め設定されている。Ｔ１≦τ１、すなわち冷却水温度が閾値温度以下となったときは（Ｓ１０３においてＹＥＳ）、三方弁５ｃ、５ｄを切り替えて、冷却水を直接、凝縮器６ａ側に供給する（Ｓ１０４）。Ｓ１０３においてＴ１＞τ１、すなわち冷却水温度が閾値以上のときは、そのまま熱源機８からの冷水供給を継続する。以上の制御により外気温低下時、フリークーリング運転による省エネが可能となる。
【００１４】
なお、本実施形態では、冷却水温度が閾値温度以下のときにフリークーリング運転を実施する形態としたが、冷却水温度と要求冷水温度の差を判定基準とする形態とすることもできる。
【００１５】
さらに、本実施形態では閾値温度τ１を一定温度としたが、空調対象室（空間）の設定室温に対応して補正する形態とすることもできる。図７はこのような形態の一例であり、制御部に格納される閾値補正テーブルを概念的に示す図である。同図において閾値温度τ１は設定室温Ｔ０の関数であり、設定室温が高くなるに従い閾値温度も高くなるように設定されている。このような補正テーブルを用いて閾値を補正することにより、設定室温が高ければ、冷却水温度が高いときであってもフリークーリング運転が可能となり、より省エネ性の向上に資する。
さらに、閾値補正テーブルを現在室温に対して設定することもできる。例えば、冷却水温度２５℃、設定室温２０℃、現在室温４０℃の状態を想定すると、設定室温補正方式ではフリークーリング条件に適合しないが、現在室温補正方式によればフリークーリングを行える。従って、室温が３０℃程度になるまではフリークーリングを行い、それ以降、設定室温（２０℃）になるまで、通常の熱源機冷水による空調を行うことができる。これにより、さらなる省エネ性向上を図ることができる。
【００１６】
＜第二の実施形態＞
さらに、図３、４を参照して本発明の他の実施形態について説明する。図３を参照して、本実施形態に係る二次冷媒循環型空調システム２０の構成が上述の二次冷媒循環型空調システム１と異なる点は、蒸発器７ａにおける冷媒蒸発温度Ｔ２計測のための温度センサＳ２、及び吸込口７ｃ近傍に吸込空気温度（≒室温）Ｔ３計測のための温度センサＳ３を備えていることである。その他の構成については、二次冷媒循環型空調システム１と同一であるので、重複説明を省略する。
【００１７】
次に図４をも参照して、二次冷媒循環型空調システム２０の運転制御フローについて説明する。制御開始当初は、熱源機８で発生させる冷水を冷水配管２ａ、２ｂを介して冷媒ユニット６に供給する（Ｓ２０１）。この間、温度センサＳ１乃至Ｓ３により冷却水供給温度Ｔ１、冷媒蒸発温度Ｔ２及び吸込空気温度Ｔ３を計測する（Ｓ２０２）。次いで、冷却水供給温度Ｔ１と閾値温度τ１を比較する（Ｓ２０３）。Ｔ１＞τ１（Ｓ２０３においてＮＯ）、すなわち冷却水温度が閾値以上のときは、熱源機８からの冷水供給を継続する（Ｓ２０５）。
【００１８】
Ｓ２０３においてＴ１≦τ１、すなわち冷却水温度が閾値温度以下のときは、次いで、冷媒蒸発温度Ｔ２と閾値温度τ２とを比較する（Ｓ２０４）。冷媒蒸発温度が閾値以上（Ｔ２≧τ２）のときは、そのまま熱源機８からの冷水供給を継続する（Ｓ２０５）。
冷媒蒸発温度が閾値を下回る（Ｔ２＜τ２）のときは、さらに吸込空気温度Ｔ３と閾値温度τ３とを比較する（Ｓ２０６）。吸込空気温度が閾値以上（Ｔ３≧τ３）のときは、そのまま熱源機８からの冷水供給を継続する（Ｓ２０５）。吸込空気温度が閾値を下回る（Ｔ３＜τ３）のときは冷却水による室内冷房が可能と判定し、三方弁５ｃ、５ｄを切り替えて冷却水を直接、凝縮器６ａに供給する（Ｓ２０７）。
以上の制御により、室内側条件をも考慮したフリークーリング運転が可能となる。
【００１９】
＜第三の実施形態＞
さらに、図５、６を参照して本発明の他の実施形態について説明する。図５を参照して、本実施形態に係る二次冷媒循環型空調システム３０の構成が上述の二次冷媒循環型空調システム１と異なる点は、以下の通りである。まず、熱源機８と凝縮器６ａとを結ぶ冷水回路中に冷熱を一旦蓄熱する蓄熱槽３１を備えている。蓄熱槽３１槽内には、水温計測用温度センサＳ４が配設されている。これに伴い、本実施形態の冷水回路は、熱源機８と蓄熱槽３１とを結ぶ一次冷水回路３２と、蓄熱槽３１と凝縮器６ａとを結び、冷水配管３３ａ、３３ｂ及び循環ポンプ３３ｃを備えた二次冷水回路３３と、の２つの冷水回路により構成されている。さらに冷却水バイパス配管５ａ、５ｂは、一次冷水回路３２の冷水配管３２ａ、３２ｂに接続している。その他の構成については、二次冷媒循環型空調システム１と同一であるので、重複説明を省略する。
【００２０】
次に図６をも参照して、二次冷媒循環型空調システム３０における運転制御フローについて説明する。制御開始当初は、熱源機８で発生させる冷水を一次冷水回路３２を介して蓄熱槽３１に導く。ここで一旦冷熱を蓄熱したのち、さらに二次冷水回路３３を介して冷媒ユニット６に供給する（Ｓ３０１）。この間、温度センサＳ４により蓄熱槽内温度Ｔ４を計測し（Ｓ３０２）、次いで温度センサＳ１により冷却水供給温度Ｔ１を計測する（Ｓ３０３）。さらに冷却水温度と蓄熱槽温度の差、（Ｔ１―Ｔ４）と閾値温度差τ４を比較する（Ｓ３０４）。その差が閾値温度差以下となったときは（Ｓ３０４においてＹＥＳ）、冷却水による直接蓄冷熱可能と判定し、三方弁５ｃ、５ｄを切り替えて、冷却水を直接蓄熱槽３１に導いて冷却水による蓄冷熱を行う（Ｓ３０５）。冷却水による直接蓄冷熱の間は、温度センサＳ１による冷却水供給温度Ｔ１計測ステップ（Ｓ３０３）に戻る。
【００２１】
Ｓ３０４において（Ｔ１―Ｔ４）＞τ４、すなわち温度差が閾値以上のときは、そのまま熱源機８からの蓄冷熱を継続する。
以上の制御により、外気温低下時の省エネ運転が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明は、熱源、冷凍方式、一次側・二次側を問わず冷媒種類、建物構造等を問わず二次冷媒循環型空調システムに広く適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第一の実施形態に係る二次冷媒循環型空調システム１の構成を示す図である。
【図２】二次冷媒循環型空調システム１のフリークーリング運転制御フローを示す図である。
【図３】第二の実施形態に係る二次冷媒循環型空調システム２０の構成を示す図である。
【図４】二次冷媒循環型空調システム２０のフリークーリング運転制御フローを示す図である。
【図５】第三の実施形態に係る二次冷媒循環型空調システム３０の構成を示す図である。
【図６】二次冷媒循環型空調システム３０のフリークーリング運転制御フローを示す図である。
【図７】設定室温に対応して閾値温度を変化させるための補正テーブルの概念図である。
【図８】従来の二次冷媒循環型空調システム１００を示す図である。
【符号の説明】
【００２４】
１、２０，３０・・・二次冷媒循環型空調システム
２・・・冷水回路
３・・・冷媒回路
４・・・冷却水回路
４ｃ・・・空冷式冷却塔
５・・・冷却水バイパス回路
６ａ・・・凝縮器
６ｂ・・・冷媒タンク
６ｃ・・・冷媒ポンプ
７ａ・・・蒸発器
７ｂ・・・吹出ファン
８・・・熱源機
３１・・・蓄熱槽
３２・・・一次冷水回路
３３・・・二次冷水回路
Ｓ１〜Ｓ４・・・温度センサ
Ｔ０・・・設定室温
Ｔ１・・・冷却水供給温度
Ｔ２・・・冷媒蒸発温度
Ｔ３・・・吸込空気温度
Ｔ４・・・蓄熱槽内温度
τ１〜τ４・・・閾値温度
【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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【図８】
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