(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容量可変型の圧縮機と、この圧縮機から吐出されたガス冷媒を凝縮液化する凝縮側熱交換器と、上記凝縮側熱交換器からの液化冷媒を減圧する絞り装置と、上記絞り装置によって減圧された冷媒を蒸発ガス化する蒸発側熱交換器と、上記蒸発側熱交換器の吸込側もしくは吹出側の温度を検出する乾球温度検出手段と、上記蒸発側熱交換器の吸込側の湿度を検出する湿度検出手段と、上記蒸発側熱交換器の蒸発温度を検出する蒸発温度検出手段と、上記蒸発温度を露点温度以上に制御する制御装置とを備え、目標蒸発温度を露点温度に設定すると共に、運転時の蒸発温度が上記目標蒸発温度を含む所定の範囲内となるように上記制御装置を所定の時間毎に動作させ、運転時の蒸発温度が上記所定の範囲の上限を越えた時は、圧縮機の容量を大きくすると共に、絞り装置の絞り流量を増加し、上記所定の範囲の下限を越えた時は、圧縮機の容量を小さくすると共に、絞り装置の絞り流量を少なくするようにしたことを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】
上記吸込側乾球温度及び湿度と、湿り空気線図での同一絶対湿度線と飽和曲線との交点を対応させた露点温度マトリックスを設け、この露点温度マトリックスから露点温度を得るようにしたことを特徴とする請求項１記載の空気調和装置。
【請求項３】
上記蒸発側熱交換器から吹出された冷却空気は、上記蒸発側熱交換器が設置された室の二重床の内側を経由して電算機等の負荷が収納されたラックに供給されるようにされたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の空気調和装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の空気調和装置において、吸込温度もしくは吹出温度の目標温度を設定すると共に、運転時の吸込温度もしくは吹出温度が上記目標温度を含む所定の範囲内となるように上記制御装置を所定の時間毎に動作させ、運転時の吸込温度もしくは吹出温度が上記所定の範囲の上限を越えた時は、目標蒸発温度を露点温度以下とならない範囲で低くし、上記所定の範囲の下限を越えた時は、目標蒸発温度を高くするようにしたことを特徴とする空気調和装置の制御方法。
【請求項５】
目標湿度を設定すると共に、蒸発側熱交換器の吸込側湿度が上記目標湿度を含む所定の範囲内となるように上記制御装置を所定の時間毎に動作させ、吸込側湿度が上記所定の範囲の上限を越えた時は、目標蒸発温度を露点温度以下とならない範囲で低くし、上記所定の範囲の下限を越えた時は、目標蒸発温度を高くするようにしたことを特徴とする請求項４記載の空気調和装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、空気調和装置及びその制御方法、特に電算機室用空調機として用いられる空気調和装置及びその制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来の電算機室用空気調和装置の構成を示す冷媒回路図である。
この図において、１は容量可変型の圧縮機、２は圧縮機１から吐出されたガス冷媒を凝縮液化する凝縮側熱交換器、３は凝縮側熱交換器２からの液化冷媒を減圧する流量可変型の絞り装置、４は減圧された冷媒を蒸発ガス化する蒸発側熱交換器、５は上記各機器を接続し冷媒回路を構成する冷媒配管、６は蒸発側熱交換器４に設けられた送風機で、矢印６Ａで示す風路を形成する。
７は蒸発側熱交換器４の風路の吸込側に設けられ、吸込側の温度を検出する吸込側乾球温度検出手段、８は同じく吹出側の温度を検出する吹出側乾球温度検出手段、９は蒸発側熱交換器４の流入側に設けられ、蒸発温度を検出する蒸発温度検出手段である。
【０００３】
図６は、従来の空気調和装置における顕熱比（ＳＨＦ）の変化を示す概略空気線図である。ここでは、一例としてある設計ポイントＡ（吸込空気温度２４℃（乾球温度）、湿度（ＲＨ）４５％の条件でＳＨＦ＝１、風量３００ｍ３／ｍｉｎ、顕熱能力５６ｋＷでの吸込、吹出空気の状態と露点温度を示す）で設計された熱交換器、送風機仕様に対して、設定湿度条件が異なる場合の吸込口、熱交換器部、吹出口の空気の状態を示している。
設計ポイントＡにおける１００％負荷時（負荷５６ｋＷ）の吹出温度は、顕熱比（ＳＨＦ）＝１から以下の式でΔＴを求めることにより得られる。
Ｑ＝６０×Ｖａ×Ｃｐ／ｖ×ΔＴ／８６０        （１）
Ｑ  ：顕熱能力（ｋＷ）
Ｖａ：風量（ｍ３／ｍｉｎ）
Ｃｐ：空気の比熱（ｋｃａｌ／ｋｇ・℃）
ｖ  ：空気の比容積（ｍ３／ｋｇ）
ΔＴ：吸込側と吹出側の乾球温度差（℃）
【０００４】
ここでは、簡易的に説明するために、式（１）においてＣｐ＝０．２４、ｖ＝０．８５としてΔＴを算出すると共に、吹出温度を算出すると、図６に示すように１４．５℃となる。この時の露点温度はＳＨＦ＝１ということと湿り空気線図から、吸込空気温度２４℃で設計ポイントＡを通るＳＨＦ＝１の同一絶対湿度線Ｂと飽和曲線との交点として求められ、１１℃となる。この露点温度を目標蒸発温度として制御すれば、除湿することなく、顕熱能力も満足することができる。従来は、ある設計ポイントにおける露点温度＋αを目標蒸発温度とし、そこから例えば吸込温度設定値と吸込温度との差（負荷）をみながら目標蒸発温度を調整するのが一般的であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の空気調和装置は以上のように構成されていたため、吸込状態が図６の設計ポイントＡより少し高湿度条件、例えば湿度（ＲＨ）５０％の場合には、１００％負荷時（負荷５６ｋＷ）の吹出温度は、湿度（ＲＨ）４５％の場合と同様に式（１）から１４．５℃と算出されるが、この時の露点温度は図６の吸込空気温度２４℃と５０％ＲＨとの交点Ｃを通るＳＨＦ＝１の同一絶対湿度線Ｄと飽和曲線との交点として求められ、１３℃となり、吹出温度と露点温度との差が小さくなる。つまり、吸込空気の湿度状態を知ることなしに、目標蒸発温度を設定し、吸込側乾球温度情報のみで上述の４５％ＲＨ時と同様に目標蒸発温度を１１℃に設定して制御を行なうと、５％の湿度に相当する分を除湿してしまうことになる。特にプルダウン時（５０％ＲＨ以上の時）には除湿が顕著となり、過渡的に過剰な除湿が行なわれる結果、設計条件である４５％ＲＨを大きく下回り、低湿度環境下での静電気発生などによるコンピュ−タなどの電算機器への悪影響が出る可能性があるという問題点があった。
【０００６】
また、従来の高顕熱制御方法として、例えば特公平７−９２２５９号公報に示されるように、結露水検知手段を設け、この手段によって結露水（除湿されたドレン水）を検知（除湿したことを検知）した場合に、目標蒸発温度を上げるという方式もあるが、この方式は、高負荷、高湿度条件下で結露水を出さない蒸発温度制御であるがためにプルダウン時などに顕熱能力が出せなくなる可能性があるという問題点があった。
従来はこうした万が一の低湿度条件に陥った場合のバックアップとして、低湿度状態を検知して加湿器による加湿が行なわれているが、この場合には加湿量と加湿容量の増加を招くという問題点があった。
また、コンピュータなどの電算機器周囲の空気状態と蒸発側熱交換器の蒸発温度制御とがアンマッチになった場合には非効率運転となり、消費電力が増大するという問題点もあった。
【０００７】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、蒸発側熱交換器に湿度検出手段を設けて吸込側の湿度を検出すると共に、吸込空気に対する露点温度を検知することにより、過剰に除湿することなく、負荷に応じた高顕熱制御が可能で、除湿量を最小限に抑えることができる空気調和装置及びその制御方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる空気調和装置は、また、容量可変型の圧縮機と、この圧縮機から吐出されたガス冷媒を凝縮液化する凝縮側熱交換器と、この凝縮側熱交換器からの液化冷媒を減圧する絞り装置と、この絞り装置によって減圧された冷媒を蒸発ガス化する蒸発側熱交換器と、この蒸発側熱交換器の吸込側もしくは吹出側の温度を検出する乾球温度検出手段と、蒸発側熱交換器の吸込側の湿度を検出する湿度検出手段と、蒸発側熱交換器の蒸発温度を検出する蒸発温度検出手段と、蒸発温度を露点温度以上に制御する制御装置とを備え、目標蒸発温度を露点温度に設定すると共に、運転時の蒸発温度が上記目標蒸発温度を含む所定の範囲内となるように上記制御装置を所定の時間毎に動作させ、運転時の蒸発温度が上記所定の範囲の上限を越えた時は、圧縮機の容量を大きくすると共に、絞り装置の絞り流量を増加し、上記所定の範囲の下限を越えた時は、圧縮機の容量を小さくすると共に、絞り装置の絞り流量を少なくするようにしたものである。
【００１０】
この発明に係わる空気調和装置は、また、吸込側乾球温度及び湿度と、湿り空気線図での同一絶対湿度線と飽和曲線との交点を対応させた露点温度マトリックスを設け、この露点温度マトリックスから露点温度を得るようにしたものである。
【００１１】
この発明に係わる空気調和装置は、また、蒸発側熱交換器から吹出された冷却空気を、蒸発側熱交換器が設置された室の二重床の内側を経由して電算機等の負荷が収納されたラックに供給するようにしたものである。
【００１３】
この発明に係わる空気調和装置の制御方法は、また、吸込温度もしくは吹出温度の目標温度を設定すると共に、運転時の吸込温度もしくは吹出温度が目標温度を含む所定の範囲内となるように制御装置を所定の時間毎に動作させ、運転時の吸込温度もしくは吹出温度が所定の範囲の上限を越えた時は、目標蒸発温度を露点温度以下とならない範囲で低くし、所定の範囲の下限を越えた時は、目標蒸発温度を高くするようにしたものである。
【００１４】
この発明に係わる空気調和装置の制御方法は、また、目標湿度を設定すると共に、蒸発側熱交換器の吸込側湿度が目標湿度を含む所定の範囲内となるように制御装置を所定の時間毎に動作させ、吸込側湿度が所定の範囲の上限を越えた時は、目標蒸発温度を露点温度以下とならない範囲で低くし、所定の範囲の下限を越えた時は、目標蒸発温度を高くするようにしたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１.
以下、この発明の実施の形態１を図にもとづいて説明する。図１は、実施の形態１の構成を示す冷媒回路図である。この図において、１は容量可変型の圧縮機、２は圧縮機１から吐出されたガス冷媒を凝縮液化する凝縮側熱交換器、３は凝縮側熱交換器２からの液化冷媒を減圧する流量可変型の絞り装置、４は減圧された冷媒を蒸発ガス化する蒸発側熱交換器、５は上記各機器を接続し冷媒回路を構成する冷媒配管、６は蒸発側熱交換器４に設けられた送風機で、矢印６Ａで示す風路を形成する。７は蒸発側熱交換器４の風路の吸込側に設けられ、吸込側の温度を検出する吸込側乾球温度検出手段、８は同じく吹出側の温度を検出する吹出側乾球温度検出手段、９は蒸発側熱交換器４の流入側に設けられ、蒸発温度を検出する蒸発温度検出手段、１０は蒸発側熱交換器４の吸込側に設けられた湿度検出手段、１１は吸込側乾球温度検出手段７または吹出側乾球温度検出手段８及び蒸発温度検出手段９並びに湿度検出手段１０の検出値にもとづいて圧縮機を容量制御する容量制御手段、１２は蒸発温度検出手段９の検出値にもとづいて絞り装置３の冷媒流量を制御する流量制御手段である。
【００１６】
図２は、実施の形態１の空気調和装置を電算機室に設置した状態を示す概略図である。この図において、２０は電算機室、２１はフリーアクセスの床面を形成する二重床で、その内側が後述する室内ユニットから吹出された冷却空気の通路とされている。２２は空気調和装置の室内ユニットで、蒸発側熱交換器４、絞り装置３、送風機６、吸込側及び吹出側乾球温度検出手段７，８、湿度検出手段１０、流量制御手段１２等を収容すると共に、上部の吸込口２３から電算機室空気を吸込み、下部の吹出口２４から床面２１の内側に冷却空気を吹出す構成とされている。なお、この実施の形態では上部を吸込口２３、下部を吹出口２４としているが、この構成を逆にして下部の吹出口２４を吸込口とし、上部の吸込口２３を吹出口とすることもできる。
【００１７】
また、この実施の形態では、室内ユニットの設置面積を小さくするため、圧縮機、アキュムレータ等の冷媒回路構成部品を図示しない室外ユニットに収容するスプリット方式を前提とした構成を示しているが、上記の各冷媒回路構成部品を室内ユニットに収容するリモート方式とすることもできる。
また、２５は電算機器を収容しているラックで、下面が二重床２１の内側に連通するようにされている。
【００１８】
このような構成において、室内ユニット２２の吹出口２４から吹出された冷却空気は、矢印６Ａで示すようにフリーアクセスの床面２１の内側を通過し、負荷となる電算機器が収納されているラック２５に吸い込まれ、電算機器を冷却し終えた空気は、ラック２５から上方に向けて電算機室２０に排出され、室内ユニット２２の吸込口２３へ吸い込まれる。室内ユニット２２では、蒸発温度検出手段９によって蒸発側熱交換器４の蒸発温度を検出し、この温度が露点温度以上となるように圧縮機容量と絞り装置の冷媒流量が制御される。
【００１９】
図３は、実施の形態１における露点温度検知の手順を示すブロック図である。
図３（Ａ）に示すように、吸込側乾球温度検出手段７で検出した吸込側乾球温度と、湿度検出手段１０で検出した湿度（ここでは相対湿度として説明するが絶対湿度でもよい）とから、図６に例示した湿り空気線図上の乾球温度と湿度曲線との交点を求め、この交点を通る顕熱比（ＳＨＦ）＝１即ち、同一絶対湿度線と飽和曲線との交点から露点温度を求める。この場合、図３（Ｂ）に示すように、縦軸に吸込側乾球温度、横軸に湿度をとり、その交点位置に上述のようにして求めた露点温度を表示した露点温度マトリックスをあらかじめ用意しておくことにより、乾球温度と湿度が分かれば簡単に露点温度を得ることができる。
この露点温度マトリックスの乾球温度は１℃間隔、湿度は５％間隔であるが、それぞれの中間の値に対しては内挿近似とし、マトリックス範囲外については外挿近似とする。
【００２０】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２を図にもとづいて説明する。この実施の形態の冷媒回路図及び温度、湿度の検出手段は図１と同様であるため、図１を流用して説明を省略し、図４のフローチャート図にもとづいて実施の形態２の制御方法について説明する。
【００２１】
まず、ステップＳ１で目標とする湿度ＲＨｍと、目標とする吸込温度もしくは吹出温度ＴＬｍを設定する。次に、ステップＳ２で目標湿度ＲＨｍと吸込側乾球温度検出手段７で検出した吸込温度Ｔｉｎとから実施の形態１で述べた手順により露点温度ＴＲを求める。次いで、ステップＳ３で目標蒸発温度の初期設定値Ｔｅｍ０を、Ｔｅｍ０＝ＴＲと設定し、ステップＳ４において、蒸発温度Ｔｅに対してあらかじめ設定しておいた温度差ΔＴｅにて
Ｔｅｍ０−ΔＴｅ≦Ｔｅ≦Ｔｅｍ０＋ΔＴｅ  となるように、蒸発温度Ｔｅをある設定された経過時間毎に制御する。蒸発温度Ｔｅが上記の範囲を越えた場合はステップＳ５でチェックし、Ｔｅｍ０＋ΔＴｅ＜Ｔｅ  の場合には、ステップＳ６で圧縮機の容量制御手段１１により圧縮機容量Ｆをアップすると共に、絞り装置３の流量制御手段１２により絞り流量Ｌをアップする。反面、Ｔｅｍ０―ΔＴｅ＞Ｔｅの場合には、ステップＳ７で圧縮機の容量制御手段１１により圧縮機容量Ｆをダウンすると共に、絞り装置３の流量制御手段１２により絞り流量Ｌをダウンする。
【００２２】
そして、ステップＳ８で、ある設定された経過時間毎に現在の吸込温度もしくは吹出温度ＴＬが目標設定温度ＴＬｍに接近したかどうかを判定し、接近していなければ目標蒸発温度Ｔｅｍを変更する。即ち、接近していなければステップＳ９でチェックし、吸込温度もしくは吹出温度ＴＬに対してあらかじめ設定しておいた温度差ΔＴＬにて、ＴＬｍ０＋ΔＴＬ＜ＴＬの場合には、ステップＳ１０で目標蒸発温度Ｔｅｍをダウンさせる。ただし、この時Ｔｅ≧ＴＲとする。
反面、ＴＬｍ０―ΔＴＬ＞ＴＬの場合には、ステップＳ１１で目標蒸発温度Ｔｅｍをアップさせる。吸込温度もしくは吹出温度ＴＬが目標設定温度ＴＬｍに接近した場合には、ステップＳ１２で現在の湿度ＲＨが目標湿度ＲＨｍに接近したかどうかを判定し、接近している場合には、ステップＳ１６で目標蒸発温度Ｔｅｍ、圧縮機容量Ｆ及び絞り装置の流量Ｌを現状のままとし、接近していなければ、目標蒸発温度Ｔｅｍを変更する。即ち、接近していなければステップＳ１３でチェックし、湿度ＲＨに対してあらかじめ設定しておいた湿度差ΔＲＨにて、ＲＨｍ＋ΔＲＨ＜ＲＨの場合には、ステップＳ１４で目標蒸発温度Ｔｅｍをダウンさせる。ただし、この時Ｔｅ≧ＴＲとする。反面、ＲＨｍ―ΔＲＨ＞ＲＨの場合には、ステップＳ１５で目標蒸発温度Ｔｅｍをアップさせる。
【００２３】
このような制御を行なうことによって、吸込もしくは吹出温度の設定温度ＴＬｍに対して必要負荷能力を満足させながら、温度が露点温度を下回らずに、除湿量を抑制することができる。
【００２５】
【発明の効果】
この発明に係わる空気調和装置は、また、容量可変型の圧縮機と、この圧縮機から吐出されたガス冷媒を凝縮液化する凝縮側熱交換器と、この凝縮側熱交換器からの液化冷媒を減圧する絞り装置と、この絞り装置によって減圧された冷媒を蒸発ガス化する蒸発側熱交換器と、この蒸発側熱交換器の吸込側もしくは吹出側の温度を検出する乾球温度検出手段と、蒸発側熱交換器の吸込側の湿度を検出する湿度検出手段と、蒸発側熱交換器の蒸発温度を検出する蒸発温度検出手段と、蒸発温度を露点温度以上に制御する制御装置とを備え、目標蒸発温度を露点温度に設定すると共に、運転時の蒸発温度が上記目標蒸発温度を含む所定の範囲内となるように上記制御装置を所定の時間毎に動作させ、運転時の蒸発温度が上記所定の範囲の上限を越えた時は、圧縮機の容量を大きくすると共に、絞り装置の絞り流量を増加し、上記所定の範囲の下限を越えた時は、圧縮機の容量を小さくすると共に、絞り装置の絞り流量を少なくするようにしたものであるため、プルダウン時などのような実使用環境条件が設計ポイントよりずれた場合においても、高顕熱運転が可能となる他、必要負荷能力を満足させながら蒸発温度が露点温度を下回ることなく、除湿量を抑制することができる。
【００２６】
この発明に係わる空気調和装置は、また、吸込側乾球温度及び湿度と、湿り空気線図での同一絶対湿度線と飽和曲線との交点を対応させた露点温度マトリックスを設け、この露点温度マトリックスから露点温度を得るようにしたため、露点温度を容易に得ることができ、的確な制御が可能となるものである。
【００２７】
この発明に係わる空気調和装置は、また、蒸発側熱交換器から吹出された冷却空気を、蒸発側熱交換器が設置された室の二重床の内側を経由して電算機等の負荷が収納されたラックに供給するようにしたものであるため、電算機室の空気調和を容易に的確に行なうことができる。
【００２９】
この発明に係わる空気調和装置の制御方法は、また、吸込温度もしくは吹出温度の目標温度を設定すると共に、運転時の吸込温度もしくは吹出温度が目標温度を含む所定の範囲内となるように制御装置を所定の時間毎に動作させ、運転時の吸込温度もしくは吹出温度が所定の範囲の上限を越えた時は、目標蒸発温度を露点温度以下とならない範囲で低くし、所定の範囲の下限を越えた時は、目標蒸発温度を高くするようにしたものであるため、高効率で除湿量の少ない高顕熱運転を行なうことができる。
【００３０】
この発明に係わる空気調和装置の制御方法は、また、目標湿度を設定すると共に、蒸発側熱交換器の吸込側湿度が目標湿度を含む所定の範囲内となるように制御装置を所定の時間毎に動作させ、吸込側湿度が所定の範囲の上限を越えた時は、目標蒸発温度を露点温度以下とならない範囲で低くし、所定の範囲の下限を越えた時は、目標蒸発温度を高くするようにしたものであるため、必要負荷能力を満足させながら蒸発温度が露点温度を下回ることなく、除湿量を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１の構成を示す冷媒回路図である。
【図２】  実施の形態１の空気調和装置を電算機室に設置した状態を示す概略図である。
【図３】 実施の形態１における露点温度検知の手順を示すブロック図である。
【図４】 この発明の実施の形態２の制御方法を示す高顕熱制御フローチャート図である。
【図５】 従来の空気調和装置の構成を示す冷媒回路図である。
【図６】 従来の空気調和装置におけるＳＨＦ変化を示す概略空気線図である。
【符号の説明】
１  圧縮機、  ２  凝縮側熱交換器、  ３  絞り装置、  ４  蒸発側熱交換器、  ５  冷媒配管、  ６  送風機、  ６Ａ  風路、  ７  吸込側乾球温度検出手段、  ８  吹出側乾球温度検出手段、  ９  蒸発温度検出手段、  １０  湿度検出手段、  １１  容量制御手段、  １２  流量制御手段、  ２０  電算機室、  ２１  二重床、  ２２  室内ユニット、  ２３  吸込口、  ２４  吹出口、  ２５  ラック。
【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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