(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
年間を通じて略一定の冷房負荷を発生する設備をもつ被空調室に循環空気を送る空気循環路を設け、該空気循環路に顕熱冷却器を設置し、外気を空調して被空調室に送気する外調機を室外に設置し、顕熱冷却器と外調機で被空調室を空調する空調装置において、外調機内を通る被処理空気の流れから見て外調機内の上流側に前置熱交換器、下流側に空気冷却器を配置し、夏期は、熱媒を顕熱冷却器と空気冷却器に並列に送り、更に該空気冷却器から出た熱媒を前置熱交換器に供給し、冬季は、熱媒を顕熱冷却器に送り、該顕熱冷却器を出た熱媒を前置熱交換器に供給するように構成したことを特徴とする空調装置。
【請求項２】
被空調室に通じる空気循環路に設置した顕熱冷却器に送水する循環系冷水管と、空気冷却器と前置熱交換器を直列接続して設けた外調機に送水する外気系冷水管を並列に配置して、外気系冷水管に夏開弁を設け、顕熱冷却器と前置熱交換器を高温冷水管で接続して該高温冷水管を別の夏開弁を介して戻し主管に接続し、空気冷却器と前置熱交換器の接続管を夏閉弁と中温冷水管を介して戻し主管に接続し、夏期は、前記二つの夏開弁を開き夏閉弁を閉じて、顕熱冷却器の回路と、外調機の空気冷却器と前置熱交換器を直列接続した回路を並列して冷房運転し、冬季は、前記二つの夏開弁を閉じ夏閉弁を開いて、顕熱冷却器と前置熱交換器を直列運転して、顕熱冷却器で冷房し前置熱交換器で外気を加熱することを特徴とする空調装置。
【請求項３】
被空調室に通じる空気循環路に設置された顕熱冷却器と、被空調室に外気を調温調濕して給気する外調機と、前記顕熱冷却器と前記外調機に冷水を送る共用の熱媒主管と、顕熱冷却器と外調機から還水の戻りを受ける共用の戻し主管を備え、前記外調機には前置熱交換器と空気冷却器を取入れ外気からみて順に配置した空調装置において、前記熱媒主管を分岐させて前記顕熱冷却器と前記空気冷却器に対して並列に熱媒を送ることができるようにし、前記顕熱冷却器を出た熱媒の管路を、一方を戻し本管、他方を前置熱交換器に向けて分岐させ、更に前置熱交換器の出口は戻し本管に接続し、そして前記空気冷却器の出口を前置熱交換器の出口と戻し主管の間の管路の途中に合流させ、且つ顕熱交換器の前記出口と戻し主管の間と、熱媒主管と空気冷却器の入口の間と、空気冷却器と戻し主管の間に、それぞれ開閉弁を設けたことを特徴とする空調装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の利用分野】
本発明は、建物の内部に顕熱冷却器を設置し、被空調室の外部に外調機を設置して、冷水を熱媒として使用する空調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、冷水を熱媒として使用する従来の空調装置の一例を示し、建物ａ内に被空調室ａ1 、空気循環路ａ2 、ファンフィルタユニットａ3 、顕熱冷却器ｂが設置され、建物ａ外に外調機ｃが設置され、顕熱冷却器ｂによって室内で発生する顕熱が冷却される。外調機ｃには、空気冷却器ｄの他に加熱コイルｃ1 、蒸気加湿器ｃ2 、送風機ｃ3 が設置され、被空調室ａ1 に供給する空気の温度と湿度を制御する。図外の冷凍機からから供給される冷水が、冷水主管ｅ1 から並列の通路ｅ11, ｅ12の制御弁ｂ1 、ｄ1 を経て、顕熱冷却器ｂと空気冷却器ｄに供給され、高温になった水は、戻し主管ｅ2 から排出される。
【０００３】
このような、被空調室ａ1 への湿度制御を外調機ｃに受け持たせ、温度制御を室内循環系に設けた顕熱冷却器ｂに受け持たせる空調装置においては、所要の空調作用をさせるためには冷却器を通る冷水の水量の制御を高精度に行なう必要があるが、冷水の入口と出口の温度差が大きければ空調温度及び湿度の精度が落ちるのが実状であり、特に被空調室内の湿度が露点制御されているような場合は、顕熱冷却器ｂの結露防止のため、空気冷却器の冷水の入口と出口の温度差を５℃程度の小温度差に維持しなければならない。しかし、冷水を小温度差に維持しながら大量の空気に対して空調作用をさせるためには、大量の冷水を循環させる必要があり、冷却器及び水ポンプを大容量のものにしなければならず、設備費と動力費が高額になる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、外調機に冷水の入口と出口の温度差が大きい大温度差送水を行ないながら高精度の空調作用を行わせること及び冷凍機の負荷を低減することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための手段は、各請求項に記載したとおりであり、このうち請求項１の手段は、年間を通じて略一定の冷房負荷を発生する設備をもつ被空調室に循環空気を送る空気循環路を設け、該空気循環路に顕熱冷却器を設置し、外気を空調して被空調室に送気する外調機を室外に設置し、顕熱冷却器と外調機で被空調室を空調する空調装置において、外調機内を通る被処理空気の流れから見て外調機内の上流側に前置熱交換器、下流側に空気冷却器を配置し、夏期は、熱媒を顕熱冷却器と空気冷却器に並列に送り、更に該空気冷却器から出た熱媒を前置熱交換器に供給し、冬季は、熱媒を顕熱冷却器に送り、該顕熱冷却器を出た熱媒を前置熱交換器に供給するように構成したことを特徴とする。
【０００６】
この手段によれば、被空調室の顕熱冷却器と、外調機の前置熱交換器と空気冷却器を外気の状況に応じて組み合わせることができ、夏期は、外調機に大温度差の熱媒を供給するが、熱媒の温度差を前置熱交換器と空気冷却器に振り分けて冷却するから、大温度差の熱媒を用いても熱交換器一つ当たりの温度差を小さくでき、高い冷却効率と高い冷却精度が維持される。冬季は、顕熱冷却器を出た高温の熱媒で前置熱交換器を加熱するので特別の配管は不要である。
【０００７】
また請求項２の手段は、被空調室に通じる空気循環路に設置した顕熱冷却器に送水する循環系冷水管と、空気冷却器と前置熱交換器を直列接続して設けた外調機に送水する外気系冷水管を並列に配置して、外気系冷水管に夏開弁を設け、顕熱冷却器と前置熱交換器を高温冷水管で接続して該高温冷水管を別の夏開弁を介して戻し主管に接続し、空気冷却器と前置熱交換器の接続管を夏閉弁と中温冷水管を介して戻し主管に接続し、夏期は、前記二つの夏開弁を開き夏閉弁を閉じて、顕熱冷却器の回路と、外調機の空気冷却器と前置熱交換器を直列接続した回路を並列して冷房運転し、冬季は、前記二つの夏開弁を閉じ夏閉弁を開いて、顕熱冷却器と前置熱交換器を直列運転して、顕熱冷却器で冷房し前置熱交換器で外気を加熱することを特徴とする。
【０００８】
この手段によれば、前記夏開弁と夏閉弁を操作することにより冷却水の通路が切替えられ、年間を通じて略一定の冷房負荷を発生する設備は、顕熱冷却器で冷却され、夏期に被空調室に送気される外気は、外調機で冷却され、冬期に被空調室に送気される外気は、外調機において前置熱交換器で予熱されると共に戻りの熱媒を冷却する。
【０００９】
更に請求項３の手段は、被空調室に通じる空気循環路に設置された顕熱冷却器と、被空調室に外気を調温調濕して給気する外調機と、前記顕熱冷却器と前記外調機に冷水を送る共用の熱媒主管と、顕熱冷却器と外調機から還水の戻りを受ける共用の戻し主管を備え、前記外調機には前置熱交換器と空気冷却器を取入れ外気からみて順に配置した空調装置において、前記熱媒主管を分岐させて前記顕熱冷却器と前記空気冷却器に対して並列に熱媒を送ることができるようにし、前記顕熱冷却器を出た熱媒の管路を、一方を戻し本管、他方を前置熱交換器に向けて分岐させ、更に前置熱交換器の出口は戻し本管に接続し、そして前記空気冷却器の出口を前置熱交換器の出口と戻し主管の間の管路の途中に合流させ、且つ顕熱交換器の前記出口と戻し主管の間と、熱媒主管と空気冷却器の入口の間と、空気冷却器と戻し主管の間に、それぞれ開閉弁を設けたことを特徴とする。この手段は、請求項１及び２の発明をを実施するための具体的手段である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１において、１は建物で、その内部に通気床２ａを有する被空調室２と、空気を濾過し循環させるためのファンフィルタユニット３を有する空気循環路４が設けられ、空気循環路４に顕熱冷却器５が設置されている。被空調室２は、クリーンルームであり、図示しない生産装置が多数配備されている。
【００１１】
建物１の外部には外気調和機すなわち外調機６が設置されており、その内部に、空気冷却器７と前置熱交換器８が接続管１１で連結されて設置され、送風機９と冬季用の加熱コイルや電気ヒータを備える加熱器１０が設置され、外調機６で空調された空気を送風機９によって被空調室２に送るための送気管９ａが建物１内に連通している。なお、加熱器１０の下流側には、図示しない加湿器が設けられている。
【００１２】
冷水主管１２は、図外の冷凍機で冷却された７℃の熱媒すなわち冷水を供給するためのもので、循環系冷水管１３と外気系冷水管１４に分岐され、循環系冷水管１３は、空気循環路４に設けた顕熱冷却器５に接続されている。外気系冷水管１４は、外調機６に熱媒としての冷水を供給するもので、空気冷却器７に接続され、該空気冷却器７の下流側には接続管１１を介して前置熱交換器８が接続されている。そして、外気系冷水管１４の途中には、夏期など外気温度が高いときは開き、冬季など外気温度が低いときは閉じる夏開弁１５が設けられている。また顕熱冷却器５の出口側は、被空調室２内で発生した熱を吸収した高温冷水を流すための高温冷水管１６が接続され、該高温冷水管１６は、前置熱交換器８に高温冷水を供給できるように接続されると共に、別の夏開弁１７を介して戻し主管１８に接続されている。
【００１３】
そして前記接続管１１は、夏期などの気温の高い時期は閉じ、冬季などの気温の低い時期は開く夏閉弁１９と中温冷水管２０を介して戻し主管１８に接続されている。図中、５ａ，７ａ，８ａは、流量調節用のバイパス路であり、三方弁により、顕熱冷却器５と空気冷却器７を通る熱媒の流量を制御する。該三方弁のほかに制御弁５ｂ，７ｂも設けられる。
【００１４】
図２は夏期などの気温の高い時期の作動状態を示し、夏閉弁１９は閉じられて中温冷水管２０は不連通になる。冷水主管１２から循環系冷水管１３を経て顕熱冷却器５に流入する７℃の冷水は、顕熱冷却器５を冷却して１７℃の高温冷水となり、該高温冷水は、高温冷水管１６から戻し主管１８に流れる。外気系冷水管１４と夏開弁１５を経て流入する７℃の冷水は、空気冷却器７と接続管１１と前置熱交換器８を直列した回路を流れて１７℃の高温冷水となり、高温冷水管１６に流れて、顕熱冷却器５を出た高温冷水に合流し、夏開弁１７を経て戻し主管１８から流出する。なお、場合によっては前記の直列回路にブースタポンプを介装させることがある。
【００１５】
この顕熱冷却器５と外調機６を流れる冷水は、入口温度が７℃、出口温度が１７℃であるから、１０℃差の大温度差送水が行なわれており、例えば５℃差の小温度差送水を行なうものにくらべて送水量が少なくて済み、水ポンプ、顕熱冷却器５、空気冷却器７、前置熱交換器８が小容量のもので済む。
【００１６】
このように外調機６に対しても１０℃差の大温度差送水が行なわれるから、空気冷却器７の入口温度を７℃、出口温度を１２℃とし、前置熱交換器８の入口温度を同じ１２℃、出口温度を１７℃となるように設定することができる。この設定によって、空気冷却器７と前置熱交換器８が５℃ずつの温度変化をするから、冷却器一つ当たりの水温の変化が少なく、冷却される空気の温度の変動幅も小さく保たれ、高精度の温度制御ができる。また空気冷却器７の他に前置熱交換器８を設けたので、空気冷却器７の負荷を小さくできる上、空気冷却器７を通った熱媒の余冷熱を前置熱交換器８で利用でき、冷熱が有効に利用される。更に前記大温度差送水が行なわれるので、装置が小形化すると共に熱媒搬送用の動力が低減する。
【００１７】
図３は冬季など気温の低い時期の作動状態を示し、夏開弁１５、１７を閉じ、夏閉弁１９を開き、外気系冷水管１４を空気冷却器７に対して不連通にし、夏開弁１７の下流側と戻し主管１８に間を不連通にする。すなわち冷水主管１２から空気冷却器７に至る分岐と、高温冷水管１６から戻し主管１８への合流は、機能させない。これにより冷水は、循環系冷水管１３から顕熱冷却器５に流れて被空調室２を冷房して１７℃の高温冷水になり、該高温冷水は、高温冷水管１６を流れて前置熱交換器８に入り、外調機６に吸入する低温の外気を該前置熱交換器８で加熱して水温を低下させ、１２℃の中温冷水になって中温冷水管２０から戻し主管１８に戻される。
【００１８】
冬季のこの作動によって、顕熱冷却器５を出た１７℃の高温冷水は、前置熱交換器８で外調機６に入る外気を予熱するから、加熱コイル１０における熱源の使用量を節減し又は加熱コイル１０の設備を小型にでき、且つ冷水温度が１２℃に低下することによって、冷熱源の前記冷凍機の負荷を低減させることができる。更に、加熱コイル１０の加熱負荷が少ないときに、加熱コイル１０内の水や蒸気が低流量のため凍結するという現象を、被空調室２から取得した熱を前置熱交換器８から放熱して回避することができる。
【００１９】
なお、図示の夏開弁１９は、中温冷水管２０を開閉する２方弁であるが、これに代えて、接続管１１を空気冷却器７の出口管７ｂと中温冷水管２０側に切り替える３方弁として設けることができる。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したとおり、請求項１の手段によれば、外調機に空気冷却器と前置熱交換器を直列して設け、夏期は、この直列した冷却器と熱交換器に冷却水を供給して冷却水の温度変化を分担させるので、少ない送水量ですむ大温度差送水ができ、空気冷却器、前置熱交換器、送水ポンプなどを小型、小動力のもにすることができる。また冷却器一つ当たりの水温の変化量が少ないので、空気温度の変動幅も小さく、高精度の制御ができる効果がある。冬季は、冬季にも存在する冷房負荷を冷却して生じた高温冷水を、外調機に吸入する外気の加熱に利用すると共に外気で冷却するので、暖房負荷と冷凍機の負荷を低減できる効果がある。
【００２１】
また請求項２又は請求項３の手段によれば、冷却水の通路を、季節に応じて夏開弁と夏閉弁又は開閉弁で切替える簡単な操作で、請求項１について述べたと同じ効果を奏することができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態を示す各要素の配置図
【図２】  夏期の作用説明図
【図３】  冬季の作用説明図
【図４】  従来装置の配置図
【符号の説明】
２  被空調室            ４  空気循環路          ５  顕熱冷却器
６  外調機              ７  空気冷却器          ８  前置熱交換器
１１  接続管            １２  冷水主管          １３  循環系冷水管
１４  外気系冷水管      １５、１７  夏開弁      １６  高温冷水管
１８  戻し主管          １９  夏閉弁            ２０  中温冷水管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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