(57)【要約】【課題】複数台の冷凍機を利用する空調設備で、最も省エネ性を発揮できる運転をすることができる空気調和設備を提供する。【解決手段】複数の空気調和機器及び冷凍機と、該複数の冷凍機と複数の空気調和機器とに接続する冷水供給ヘッダーＳＨ及び冷水返送ヘッダーＲＨとを備えた空気調和設備において、前記複数の冷凍機に運転するための優先順位を設け、優先的に運転する少なくとも１台の冷凍機を、ＲＨとＳＨとの間に設置し、前記残りの冷凍機を、ＲＨに接続して設けた冷水中間ヘッダーＭＨとＳＨとの間に設置したものであり、前記ＭＨとＳＨは、制御弁を有してもよい冷水バイパス通路で接続してもよく、前記優先的に運転する冷凍機は、該冷凍機の蒸発器を複数区間に分割して別々の蒸発温度を持つ冷凍機、排熱を駆動熱源とする冷凍機、又は、複数の冷凍機の内高効率の冷凍機とすることができる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の空気調和機器及び冷凍機と、該複数の冷凍機と複数の空気調和機器とに接続する冷水供給ヘッダー及び冷水返送ヘッダーとを備えた空気調和設備において、前記複数の冷凍機に運転するための優先順位を設け、前記優先的に運転する少なくとも１台の冷凍機を、前記冷水返送ヘッダーと前記冷水供給ヘッダーとの間に設置し、前記残りの冷凍機を、前記冷水返送ヘッダーに接続して設けた冷水中間ヘッダーと前記冷水供給ヘッダーとの間に設置することを特徴とする空気調和設備。
【請求項２】
前記冷水中間ヘッダーと前記冷水供給ヘッダーとは、前記冷凍機の流量と空気調和機器への流量とのアンバランスを解消する冷水バイパス通路又は制御弁を有する冷水バイパス通路で接続したことを特徴とする請求項１に記載の空気調和設備。
【請求項３】
前記優先的に運転する冷凍機が、該冷凍機の蒸発器を複数区間に分割して、冷水を前記複数区間に順次流して冷却し、前記複数区間で別々の蒸発温度を持つ冷凍機、又は、排熱を駆動熱源又は排熱と燃料とを駆動熱源とする冷凍機、又は、複数の冷凍機の内高効率の冷凍機であることを特徴とする請求項１又は２に記載の空気調和設備。
【請求項４】
前記冷水返送ヘッダーと冷水中間ヘッダーとを、共通ヘッダーとし、冷水返送ヘッダー部位と冷水中間ヘッダー部位とが、位置的に分離されていることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の空気調和設備。
【請求項５】
前記冷水供給ヘッダーと冷水中間ヘッダーとを、共通ヘッダーとし、冷水供給ヘッダー部位と冷水中間ヘッダー部位とが、位置的に分離されていることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の空気調和設備。
【請求項６】
前記冷水返送ヘッダーと冷水中間ヘッダーと冷水供給ヘッダーとを、共通ヘッダーとし、冷水返送ヘッダー部位、冷水中間ヘッダー部位及び冷水供給ヘッダー部位とが、位置的に分離されていることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の空気調和設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気調和設備に係り、特に、複数台の冷凍機を利用する空調設備で、負荷が変動した場合に冷凍機の運転台数を調節することができる空気調和設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平９−１７８２４８号公報
【特許文献２】特開平９−２９２１５０号公報
【特許文献３】特開２００１−９１０８７号公報
空気調和設備の負荷が少なくなった状態で、複数台の冷凍機の内何台かを休止し、何台かを運転するような台数制御運転になり、例えば、全負荷の１．２台相当の負荷の場合、従来の図７〜図９のような冷水ヘッダーを用いると、２台にほぼ均等の負荷がかかることになり、１台あたり約６０％の部分負荷運転となってしまう。
また、冷凍機にほぼ定流量を流す場合、冷凍機出入口温度差は全負荷時の６０％の温度差になり、通常は出口温度を目標温度に設定しているので、入口温度が低下し、冷水入口側の蒸発温度を上げて省エネを図る前述の温度差利用の冷凍機では、その省エネ性を発揮できなくなる。
【０００３】
前記の図７〜図９において、冷水出口温度を７℃に制御しながら運転する場合について説明する。
図７は、冷凍機側のポンプ吐出圧力を利用して、７℃の冷水が、サプライヘッダーＳＨから、空気調和機器（以下、空調機）に送られる。冷水は、空調機から１２℃付近まで上昇してリターンヘッダＲＨに戻り、ポンプで冷凍機に送られて、目標温度の７℃になってサプライヘッダーＳＨに入る。空調機への流量は、空調機の容量を調節する冷水弁で制御され、負荷の少ないときは流量を少なくする。全体の空調負荷が減少すると、空調機への合計流量が減り、サプライヘッダーＳＨとリターンヘッダーＲＨの差圧が上昇するが、この差圧が所定値を超えないように、ヘッダー間のバイパス弁ＶＨで冷水をＳＨからＲＨに逃がす。リターンヘッダーＲＨの冷水温度は、空調機から戻る冷水と、空調機をバイパスする冷水とが混合し、全負荷時の１２℃程度よりも低い温度になる。
冷凍機が定流量方式で、５０％負荷で全台数が運転していれば、リターンヘッダーの温度は９．５℃となる。
【０００４】
図８は、７℃の冷水を、サプライヘッダーＳＨから、空調機側のポンプを用いて、空調機に送る。
冷水は、空調機から１２℃付近まで上昇してリターンヘッダーＲＨに戻る。熱源機側ポンプでリターンヘッダーＲＨの冷水を冷凍機に送り、目標温度の７℃にして、サプライヘッダーＳＨに導く。
空調機への流量は、空調機の容量を調節する冷水弁で制御され、負荷の少ないときは流量を少なくする。全体の空調負荷が減少すると、空調機への合計流量が減り、サプライヘッダーＳＨとリターンヘッダーＲＨの差圧が上昇するが、この差圧が所定値を超えないように、ヘッダー間のバイパス弁ＶＨで冷水をＳＨからＲＨに逃がす。リターンヘッダーＲＨの冷水温度は、空調機から戻る冷水と、空調機をバイパスする冷水とが混合し、全負荷時の１２℃程度よりも低い温度になる。
冷凍機が変流量方式の場合、１００〜６０％の流量変化を許容するようなケースが多いが、５０％負荷で全台数が運転し、冷水流量が例えば８０％とすると、リターンヘッダーの温度は約１０．１℃となる。
【０００５】
図９は、７℃の冷水を、サプライヘッダーＳＨから、空調機側のポンプを用いて、空調機に送る。
冷水は、空調機から１２℃付近まで上昇してリターンヘッダーＲＨに戻る。熱源機側ポンプでリターンヘッダーＲＨの冷水を冷凍機に送り、目標温度の７℃にして、サプライヘッダーＳＨに導く。
空調機への流量は、空調機の容量を調節する冷水弁で制御され、負荷の少ないときは流量を少なくする。全体の空調負荷が減少すると、空調機への合計流量が減る。
冷凍機も変流量とする場合、冷凍機の流量が空調機への合計流量よりも多い場合、サプライヘッダーＳＨからリターンヘッダーＲＨに冷水が流れ、冷凍機への冷水温度が１２℃より低下し、逆に、冷凍機の流量が空調機への合計流量よりも少ない場合、リターンヘッダーＲＨからサプライヘッダーＳＨに冷水が流れ、空調機への冷水温度が７℃より上昇、冷凍機への冷水温度は１２℃程度あるいは少し超える程度となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術に鑑み、空気調和設備の負荷が少なくなった状態で、複数台の冷凍機の内、何台かを休止し、何台かを運転するような台数制御運転とした場合に、例えば、全負荷の１．２台相当の負荷の場合、優先的に使用したい冷凍機にほぼ１００％の負荷をかけ、不足分を別の冷凍機で賄うような運転を行い、優先的に使用する冷凍機の省エネ性を発揮することができる空気調和設備を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、複数の空気調和機器及び冷凍機と、該複数の冷凍機と複数の空気調和機器とに接続する冷水供給ヘッダー及び冷水返送ヘッダーとを備えた空気調和設備において、前記複数の冷凍機に運転するための優先順位を設け、前記優先的に運転する少なくとも１台の冷凍機を、前記冷水返送ヘッダーと前記冷水供給ヘッダーとの間に設置し、前記残りの冷凍機を、前記冷水返送ヘッダーに接続して設けた冷水中間ヘッダーと前記冷水供給ヘッダーとの間に設置することとしたものである。
前記空気調和設備において、冷水中間ヘッダーと前記冷水供給ヘッダーとは、前記冷凍機の流量と空気調和機器への流量とのアンバランスを解消する冷水バイパス通路又は制御弁を有する冷水バイパス通路で接続することができる。
【０００８】
前記空気調和機器において、優先的に運転する冷凍機は、該冷凍機の蒸発器を複数区間に分割して、冷水を前記複数区間に順次流して冷却し、前記複数区間で別々の蒸発温度を持つ冷凍機、又は、排熱を駆動熱源又は排熱と燃料とを駆動熱源とする冷凍機、又は、複数の冷凍機の内高効率の冷凍機とすることができる。
また、本発明の空気調和機器では、前記冷水返送ヘッダーと冷水中間ヘッダーとを、共通ヘッダーとし、冷水返送ヘッダー部位と冷水中間ヘッダー部位とが、位置的に分離されていることとするか、前記冷水供給ヘッダーと冷水中間ヘッダーとを、共通ヘッダーとし、冷水供給ヘッダー部位と冷水中間ヘッダー部位とが、位置的に分離されていることとするか、前記冷水返送ヘッダーと冷水中間ヘッダーと冷水供給ヘッダーとを、共通ヘッダーとし、冷水返送ヘッダー部位、冷水中間ヘッダー部位及び冷水供給ヘッダー部位とが位置的に分離されていることとすることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
複数の冷凍機を利用する空調設備において、排熱を駆動熱源とする冷凍機が設備中にある場合、なるべく多くの排熱を利用するには、その排熱駆動冷凍機を優先的に利用する必要がある。
また、複数台の冷凍機中に、効率に差がある場合、省エネのためには高効率の冷凍機を優先的に運転することが望ましい。
冷水の温度差を大きくし、冷水の搬送動力を低減させると共に、冷水の出入口温度差を利用して、冷水入口側の蒸発温度を上げて省エネを図る冷凍機を採用する場合には、温度差をなるべく大きく、即ち大きな負荷をその冷凍機にかけることが望ましい。
本発明では、前記のように、優先的に利用したい、あるいは優先的に負荷をかけたい冷凍機がある場合の冷凍機の被冷却水となる冷水の流し方を規定するものである。
通常空調設備では、冷凍機の冷水温度の定格を、入口１２℃、出口７℃とすることが多く、また、冷水出口制御とすることが多い。冷凍機の容量制御は、冷水出口温度を７℃にしながら運転する場合が多い。
【００１０】
以下、本発明を図面を用いて、前記条件で説明する。
図１〜図６は、本発明の空気調和設備を説明するためのフロー構成図である。
図において、ＳＨはサプライヘッダー（供給ヘッダー）、ＲＨはリターンヘッダー（返送ヘッダー）、ＭＨは中間ヘッダー、ＶＨはバイパス弁（制御弁）である。
図１は、冷凍機側のポンプ吐出圧力を利用して、７℃の冷水が、サプライヘッダーＳＨから、空調機に送られる。冷水は、空調機から１２℃付近まで上昇してリターンヘッダーＲＨに戻る。リターンヘッダーＲＨの１２℃の冷水の一部は、優先運転機に送られ、残りの冷水は中間ヘッダーＭＨを経て、他の冷凍機に送られる。冷水は、各冷凍機で目標温度の７℃になってサプライヘッダーＳＨに入る。空調機への流量は、空調機の容量を調節する冷水弁で制御され、負荷の少ないときは流量を少なくする。全体の空調負荷が減少すると空調機への合計流量が減り、サプライヘッダーＳＨと中間ヘッダーＭＨの差圧が上昇するが、この差圧が所定値を超えないようにヘッダー間のバイパス弁ＶＨで冷水をＳＨからＭＨに逃がす。
【００１１】
中間ヘッダーＭＨの冷水温度は、空調機から戻る冷水と、空調機をバイパスする冷水とが混合し、全負荷時の１２℃程度よりも低い温度になるが、優先運転機には１２℃の冷水が入る。
冷凍機が定流量方式で、合計５０％負荷、全３台（容量同一とする）の内、１台を休止し、２台が運転していれば、優先機が１００％、もう１台の冷凍機が５０％運転となり、中間ヘッダーＭＨの温度は９．５℃となる。
優先機には、リターンヘッダーＲＨから１２℃の冷水が送られる。
図１の空調機の冷水弁は、二方弁で示しているが、三方弁あるいは二方弁と三方弁を混在して用いることもある。他図も同様である。
また、リターンヘッダーＲＨと中間ヘッダーＭＨの関係は、図２のように流れ方向で位置的に分離されていれば、図１のように、完全な別ヘッダーとしなくてもよい。
【００１２】
図３は、７℃の冷水を、サプライヘッダーＳＨから、空調機側のポンプを用いて、空調機に送るところが、図１と異なる。もう一度説明すれば、冷水は、空調機から１２℃付近まで上昇してリターンヘッダーＲＨに戻る。リターンヘッダーＲＨの１２℃の冷水の一部は、優先機用熱源機ポンプで優先運転機に送り、残りの冷水は、中間ヘッダーＭＨを経て、熱源機側ポンプで他の冷凍機に送る。冷水は、各冷凍機で目標温度の７℃になってサプライヘッダーＳＨに入る。空調機への流量は、空調機の容量を調節する冷水弁で制御され、負荷の少ないときは流量を少なくする。全体の空調負荷が減少すると空調機への合計流量が減り、サプライヘッダーＳＨと中間ヘッダーＭＨの差圧が上昇するが、この差圧が所定値を超えないように、ヘッダー間のバイパス弁ＶＨで冷水をＳＨからＭＨに逃がす。中間ヘッダーＭＨの冷水温度は、空調機から戻る冷水と、空調機をバイパスする冷水とが混合し、全負荷時の１２℃程度よりも低い温度になるが、優先運転機には１２℃の冷水が入る。
【００１３】
冷凍機が変流量方式で、合計５０％負荷、全３台（容量同一とする）の内、３台が運転していれば、優先機が１００％、もう１台の冷凍機が５０％運転となり、部分負荷運転機の流量を８０％流量とすれば、中間ヘッダーＭＨの冷水温度は約１０．１℃となる。優先機には、リターンヘッダーから１２℃が送られる。
また、リターンヘッダーＲＨと中間ヘッダーＭＨの関係は、図４のように流れ方向で位置的に分離されていれば、図３のように、完全な別ヘッダーとしなくてもよい。
図５は、７℃の冷水を、サプライヘッダーＳＨから、空調機側のポンプを用いて、空調機に送る。
冷水は、空調機から１２℃付近まで上昇してリターンヘッダーＲＨに戻る。リターンヘッダーＲＨの１２℃の冷水の一部は、優先機用熱源機ポンプで優先運転機に送り、残りの冷水は、中間ヘッダーＭＨを経て、熱源機側ポンプで他の冷凍機に送る。冷水は、各冷凍機で目標温度の７℃になってサプライヘッダーＳＨに入る。空調機への流量は、空調機の容量を調節する冷水弁で制御され、負荷の少ないときは流量を少なくする。全体の空調負荷が減少すると空調機への合計流量が減る。
【００１４】
冷凍機も変流量とする場合、冷凍機の流量が空調機への合計流量よりも多い場合、サプライヘッダーＳＨから中間ヘッダーＭＨ側に冷水が流れ、冷凍機への冷水温度が１２℃より低下し、逆に、冷凍機の流量が空調機への合計流量よりも少ない場合、中間ヘッダーＭＨ側からサプライヘッダーＳＨに冷水が流れ、空調機への冷水温度が７℃より上昇、冷凍機への冷水温度は１２℃程度あるいは少し超える程度となる。
いずれにしろ、優先機にはリターンヘッダーＲＨから１２℃あるいは少し超える温度の冷水が優先的に送られる。
なお、中間ヘッダーＭＨ側からサプライヘッダーＳＨへの冷水の流れ、あるいは逆の流れをなくすよう、冷凍機の変流量制御をすると、冷凍機の流量と空調機への合計流量とが一致する。
しかし、冷凍機の部分負荷時でも冷凍機の流量が、例えば６０％流量に制限されているような場合、前記の一致流量は途中までしか利用できない。
また、サプライヘッダーＳＨ、リターンヘッダーＲＨ、中間ヘッダーＭＨの関係は、図６のように、流れ方向で位置的に分離されていれば、一体型ヘッダーでも差支えない。
【００１５】
本発明では、冷水の出入口温度差を利用して、冷水入口側の蒸発温度を上げて省エネを図る冷凍機などを優先機とすることができる。
該優先機は、例えば、圧縮機を２台、蒸発器を２基持って、冷水を蒸発器に直列に流して、蒸発温度を変えて、高温側蒸発器の圧縮ヘッドを減らして省エネを図る圧縮冷凍機や、吸収冷凍機の吸収器を低圧吸収器と高圧吸収器に、蒸発器を低圧蒸発器と高圧蒸発器に区分し、冷水を先ず高圧蒸発器に導き、冷却された冷水を次いで低圧蒸発器に導くこととして、高圧蒸発器側の凝縮器との間の温度ヘッドを下げ、省エネを図る吸収冷凍機などである。
また、複数台の冷凍機中に、効率に差がある場合、省エネのためには高効率の冷凍機を優先的に運転することが望ましく、高効率機を優先機とする。
排熱を駆動熱源とする冷凍機が設備中にある場合、なるべく多くの排熱を利用するには、その排熱駆動冷凍機を優先的に利用する必要があり、優先機とする。この排熱冷凍機に前述の二段吸収型を用いた場合には、その効果が倍増することになる。
【００１６】
【発明の効果】
本発明によれば、空気調和設備の負荷が少なくなった状態で、複数台の冷凍機の内、何台かを休止し、何台かを運転するような台数制御運転になった場合に、例えば、全負荷の１．２台相当の負荷の場合、優先的に使用したい冷凍機にほぼ１００％の負荷をかけ、不足分を別の冷凍機で賄うような運転を行い、優先的に使用する冷凍機の省エネ性を発揮することができる空気調和設備を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の空気調和設備の一例を示すフロー構成図。
【図２】本発明の空気調和設備の他の例を示すフロー構成図。
【図３】本発明の空気調和設備の他の例を示すフロー構成図。
【図４】本発明の空気調和設備の他の例を示すフロー構成図。
【図５】本発明の空気調和設備の他の例を示すフロー構成図。
【図６】本発明の空気調和設備の他の例を示すフロー構成図。
【図７】従来の空気調和設備の一例を示すフロー構成図。
【図８】従来の空気調和設備の他の例を示すフロー構成図。
【図９】従来の空気調和設備の他の例を示すフロー構成図。
【符号の説明】
ＳＨ：サプライヘッダー（供給ヘッダー）、ＲＨ：リターンヘッダー（返送ヘッダー）、ＭＨ：中間ヘッダー、ＶＨ：バイパス弁（制御弁）
【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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【図９】
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