(57)【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一次側冷水回路と、
一次側冷水回路の冷水と熱交換する第一の凝縮器と、冷媒タンクと、冷媒ポンプと、第一の蒸発器と吹出ファンを含む空調機（ＡＨＵ）と、これらを結ぶ第一の冷媒配管と、を備えた二次側冷媒回路と、
第一の凝縮器出側の冷媒と熱交換する第二の蒸発器と、第二の蒸発器入り側に膨張弁と、第一の凝縮器出側の冷水と熱交換する第二の凝縮器と、圧縮機と、これらを結ぶ第二の冷媒配管と、を備えた補助冷媒回路と、
を備えて成る空気調和システムにおいて、
ＡＨＵ吸込空気の露点温度計測値と、目標露点温度とを比較し、
露点温度計測値が目標露点温度より高いときは、ＡＨＵファン風量を減少させ、
ＡＨＵファン風量が下限値に至ったときに、なお第一の蒸発器における冷媒蒸発温度が目標露点温度より高いときは、補助冷媒回路の運転を開始し、
その後、ＡＨＵ吸込空気の露点温度計測値が目標露点温度を下回ったときは、補助冷媒回路の運転を停止し、ＡＨＵファン風量をデフォルト値に戻す、
ことを特徴とする空気調和システムの湿度制御運転方法。
【請求項２】
前記空気調和システムは、ＡＨＵの吹出空気温度、除湿量、又は第一の蒸発器熱交換量のいずれか一以上を制御するための、ＡＨＵファン風量制御手段及び圧縮機回転数制御手段を、さらに備えたものであ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の湿度制御運転方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の空気調和システムにおいて、
一次側冷水温度又は第一の蒸発器の冷媒蒸発圧力の少なくとも一方が、設定温度以上又は設定圧力以上となったときは、前記補助冷媒回路の運転を開始し、
その後、一次側冷水温度が設定温度を下回り、かつ、蒸発圧力が設定圧力を下回ったとき、又は一定時間以上、設定温度及び設定圧力を下回らないとき、は補助冷媒回路の運転を停止する、ことを特徴とする空気調和システムの能力補償運転方法。
【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、特に一次側冷水回路と二次側冷媒回路により構成される二次冷媒循環型空気調和システムに好適な空気調和システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、多階層建物等における空気調和システムに関する技術として、一次側冷水回路と二次側冷媒回路により構成される空気調和システム（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、特許文献２）。このような従来の二次冷媒循環型空調システム１００は、図７に示すように一次側冷水回路１０３と二次側冷媒回路１０４により構成されている。一次側冷水回路１０３は、熱源機１０１と、熱源機で発生する冷水を建物内で循環する一次側冷水配管１０３ａ、１０３ｂと、循環ポンプ１０３ｃを主要構成とする。熱源機１０１には、冷却水配管１０２ａと冷却塔１０２ｂ、冷却水ポンプ１０２ｃにより構成される冷却水回路１０２が接続されている。二次側冷媒回路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と、空調機（以下、ＡＨＵという）１０８と、これらを結ぶ冷媒配管１１３と、を備えている。冷媒ユニット１１２は、内部に一次側冷水回路１０３より供給される冷水と熱交換する凝縮器１０５と、冷媒タンク１０６と、冷媒ポンプ１０７と、を格納している。また、ＡＨＵ１０８は、蒸発器１０９と、吹出ファン１１０と、冷媒ユニットと蒸発器１０９を結ぶ冷媒配管１１３と、を格納している。このような構成により建物内に冷水配管を行う必要がなくなり、漏水等によるトラブルを解消できるという特徴を有する。
【特許文献１】特開２００４−２８４８４号公報
【特許文献２】特開平８−２６１５１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような従来の二次冷媒循環型空調システムを、ＩＣＴ装置等を収容する機械室空調に適用する場合には、以下のような問題があった。
通常、機械室空調においては省エネ等の観点から除湿を行わず、高顕熱運転制御とするのが一般的であるが、室内環境条件によっては積極的に除湿を行う必要がある場合がある。しかし、二次冷媒循環型空調システムの場合、蒸発器における冷媒蒸発温度が一次側冷水温度に依存するため、冷水温度が比較的高い場合には除湿運転制御が困難となる。この場合、一次側冷水温度を下げて蒸発温度をコントロールすることは、熱源機につながる他系統の空調機の制御を阻害することから困難である。
【０００４】
さらに、熱源機故障など何らかの理由により冷水温度が上昇した場合、ＡＨＵの吹出し空気温度が上昇してしまう。
本発明は、上記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、一次側冷水温度に影響されず、ＡＨＵごとに湿度制御、吹出温度制御等を安定的に行うことができる制御技術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、
（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一次側冷水回路と、一次側冷水回路の冷水と熱交換する第一の凝縮器と、冷媒タンクと、冷媒ポンプと、第一の蒸発器と吹出ファンを含む空調機（ＡＨＵ）と、これらを結ぶ第一の冷媒配管と、を備えた二次側冷媒回路と、第一の凝縮器出側の冷媒と熱交換する第二の蒸発器と、第二の蒸発器入り側に膨張弁と、第一の凝縮器出側の冷水と熱交換する第二の凝縮器と、圧縮機と、これらを結ぶ第二の冷媒配管と、を備えた補助冷媒回路と、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。
【０００６】
（２）上記において、ＡＨＵの吹出空気温度、除湿量、又は第一の蒸発器熱交換量のいずれか一以上を制御するためのＡＨＵファン風量制御手段及び圧縮機回転数制御手段を、さらに備えたことを特徴とする。
（３）上記各発明において、ＡＨＵファン風量の増減又は圧縮機回転数の増減のいずれか一方又は両方を行うことにより、ＡＨＵの吹出空気温度、除湿量、又は蒸発器熱交換量のいずれか一以上を目標範囲に制御することを特徴とする空気調和システムの運転方法である。
【０００７】
この場合、さらに第一の蒸発器出口において気液二相状態を維持するように、二次側冷媒回路の冷媒流量を制御することができ（４）、又は気相状態となるように制御することもできる（５）。
【０００８】
（６）上記各空気調和システムにおいて、ＡＨＵ吸込空気の露点温度計測値と、目標露点温度とを比較し、露点温度計測値が目標露点温度より高いときは、ＡＨＵファン風量を減少させ、ＡＨＵファン風量が下限値に至ったときに、なお第一の蒸発器における冷媒蒸発温度が目標露点温度より高いときは、補助冷媒回路の運転を開始し、その後、ＡＨＵ吸込空気の露点温度計測値が目標露点温度を下回ったときは、補助冷媒回路の運転を停止し、ＡＨＵファン風量をデフォルト値に戻す、ことを特徴とする空気調和システムの湿度制御運転方法である。
【０００９】
（７）上記各空気調和システムにおいて、一次側冷水温度又は第一の蒸発器の冷媒蒸発圧力の少なくとも一方が、設定温度以上又は設定圧力以上となったときは、前記補助冷媒回路の運転を開始し、その後、一次側冷水温度が設定温度を下回り、かつ、蒸発圧力が設定圧力を下回ったとき、又は一定時間以上、設定温度及び設定圧力を下回らないとき、は補助冷媒回路の運転を停止する、ことを特徴とする空気調和システムの能力補償運転方法である。
【００１０】
以下、上記各発明の作用について説明する。表１及び表２は、各制御手段と空調効果の関係をまとめたものである。気相（ガス）戻りの場合と気液２相戻りの場合に分けたのは、冷媒流量の多少によって蒸発器における冷媒過熱度が変化し、冷房能力に影響を与えるためである。図５は、冷媒流量と冷房能力の関係を示すグラフである。同図において、Ｒ１は気相戻り領域であって、この範囲では冷媒流量の増加に伴って冷房能力が増加する。Ｒ１とＲ２の境界で過熱度０となり、この冷媒流量のとき冷房能力が最大となる。さらに冷媒流量が増加するに従い気液２相戻り領域（Ｒ２）となる。この領域では気液比が下がるのに伴って蒸発器の熱交換効率は低下するものの、冷房能力はほぼ一定である。さらに冷媒流量が増加すると液戻り領域（Ｒ３）となる。この領域では、管内流速の増加に伴いわずかではあるが冷房能力が上昇する。
【００１１】
このことを考慮して、表１は気相戻り、気液２相戻りの場合において、ＡＨＵファン風量又は補助冷媒回路の圧縮機回転数を増減させたときの、蒸発器熱交換量（冷房能力に相当）、吹出し空気温度、蒸発器最低温度に与える効果を示したものである。効果各欄の記号は、以下の内容を表す。すなわち、
「＋」：「大きくなる・高くなる」
「−」：「小さくなる・低くなる」
「０」：「ほとんど変化しない」
【００１２】
（３）上記において、優先空調機の設定を所定の時間ごと、又は前記優先空調機以外の空調機が運転開始温度条件に至ったときごと、に更新することができる。
室外機熱交換器の劣化は日々進行し、また、室外機設置場所の温度条件は日射条件、周囲の室外機の運転状態等により刻々変化するため、優先空調機の設定を一定期間ごとに行うことにより、最新の情報に基づいて優先空調機の選定が可能となり、省エネルギー効果の一層の向上を図ることができる。
【００１３】
表１の制御手段を単独又は組み合わせて制御することにより、冷房能力、吹き出し温度、蒸発器最低温度をコントロールすることができる。各制御手段による制御可能性を表２に示す。
【００１４】
【表２】
0004970170.tif 000002
一例として、気相戻り条件において「除湿制御」を行うためには、ＡＨＵファンについては蒸発器最低温度欄を（−）とする風量減少（Ａ２）が必要となる。これにより目標値に達しないときは、補助冷媒回路（コンプレッサ）の運転を行えばよい（Ｂ１）。
【００１５】
次に図６を参照して、補助冷媒回路稼動が二次側冷媒回路に与える影響について説明する。冷房負荷一定として、当初、二次側冷媒回路のみ稼動状態のときの冷凍サイクルをＬ１とする。サイクルＬ１において、Ａ→Ｂは冷媒ポンプによる昇圧過程、Ｂ→Ｃは第一の蒸発器までの圧損過程、Ｃ→Ｄは第一の蒸発器における蒸発過程、Ｄ→Ｅは第一の蒸発器から凝縮器までの圧損過程、Ｅ→Ａは第一の凝縮器における凝縮過程である。このときの蒸発温度はＴ１である。その後、例えば冷水温度の上昇による凝縮温度の上昇に伴い蒸発温度も上昇し、冷凍サイクルはＬ２のようになる。このときの蒸発温度はＴ２となる。この段階で補助冷媒回路を稼動させることにより、二次側冷媒回路の凝縮温度を下げることができ、冷凍サイクルはＬ３＝Ｌ１となり、当初の蒸発温度を維持することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、一次側冷水温度に拘らずＡＨＵごとに吹出温度制御、湿度制御等が可能となり、二次側冷媒回路のみの運転では負荷に対応できない場合でも、補助冷媒回路を稼動させることにより対応が可能となる。
また、熱源機故障など、何らかの理由により冷水温度が上昇した場合であっても、補助冷媒回路を稼動させることにより、ＡＨＵの吹出し空気温度上昇を回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る二次冷媒循環型空気調和システムの各実施形態について、図１乃至４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。
【００１８】
＜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、ＡＨＵファン風量操作及び補助冷媒回路運転により除湿制御を実現するものである。本実施形態は、冷媒の戻り状態のいかんにかかわらず適用可能である。図１は、本実施形態に係る二次冷媒循環型空気調和システム１を示す図である。二次冷媒循環型空気調和システム１は、一次側冷水回路２と、二次側冷媒回路３と、補助冷媒回路４と、により構成されている。
一次側冷水回路２は、建物の屋上部に配置され冷水発生源である熱源機１０、冷水を建物内で循環する一次側冷水配管５及び分岐冷水配管５ａを主要構成として備えている。
【００１９】
また、二次側冷媒回路３は、冷媒ユニット６、ＡＨＵ７、及びこれらを結ぶ冷媒配管８を主要構成として備えている。冷媒ユニット６は、分岐冷水配管５ａを介して供給される冷水と冷媒とを熱交換する凝縮器６ａ、冷媒タンク６ｂ、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。蒸発器７ａ下方には、熱交換により発生する結露水を受けて外部に排出するための、ドレンパン７ｅ及びドレン配管７ｄを備えている。さらに、ＡＨＵ７の吸込口７ｃ近傍には吸込み空気露点温度Ｔｄ検出用センサＳ１が、また、蒸発器７ａの冷媒管内には冷媒圧力Ｐａ検出用の圧力センサＳ２が、それぞれ配設されている。
以上の構成により、二次側冷媒回路３は、凝縮器６ａで冷水と熱交換して凝縮した冷媒を冷媒タンク６ｂに一旦蓄えた後、冷媒ポンプ６ｃで蒸発器７ａに搬送し、ここで室内吸込み空気を冷却して蒸発した冷媒を凝縮器６ａに戻すという冷凍サイクルを構成している。
【００２０】
次に、補助冷媒回路４は、一次側冷水回路２の凝縮器６ａ出側冷水と熱交換する補助凝縮器４ａと、二次側冷媒回路３の凝縮器６ａ出側冷媒と熱交換する補助蒸発器４ｂと、補助蒸発器４の入り側に膨張弁４ｅと、圧縮機４ｃと、これらを結ぶ補助冷媒配管４ｄを主要構成として備えている。以上の構成により補助冷媒回路４において、圧縮機４ｃで高圧とした冷媒ガスは補助凝縮器４ａに搬送され、ここで熱源機１０に戻る冷水に放熱して自らは凝縮して高圧冷媒液となる。さらに膨張弁４ｅにおいて断熱膨張により自己蒸発しつつ補助蒸発器４ｂに搬送され、ここで二次側冷媒回路３の冷媒から吸熱して蒸発し、冷媒ガスとなって圧縮機４ｃに戻る。このように二次側冷媒回路と補助冷媒回路により、全体として凝縮器６ａで冷却した二次側冷媒を、補助蒸発器４ｂでさらに冷却してＡＨＵ７に供給するというシステムが構築されている。
【００２１】
二次冷媒循環型空気調和システム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、二次冷媒循環型空気調和システム１における湿度制御運転フローについて説明する。なお、制御に必要な指令等はシステム内に設けられた制御部（図示せず）により行われる。
制御開始に伴い、露点温度センサＳ１により吸込空気の露点温度Ｔｄを計測する（Ｓ１０１）。次いで、露点温度Ｔｄと目標露点温度Ｔ０を比較する（Ｓ１０２）。ここに、目標露点温度Ｔ０は、室温及び目標相対湿度に対応して一定時間ごとに更新される数値である。
【００２２】
Ｔｄ≦Ｔ０、すなわち目標露点温度以下のときは、これ以上の除湿を回避するためファン風量をデフォルト値に戻す（Ｓ１１５）。Ｔｄ＞Ｔ０、すなわち現在露点温度の方が目標露点温度より高いときは、除湿制御を継続（又は移行）する。まず、ファン風量が既に下限値となっているか否かを判定し（Ｓ１０３）、下限値に至っていないときはファン風量を１段階ダウンする（Ｓ１０５）。これにより循環空気量が減少して蒸発器温度が下がり、顕熱比が低下するため、結露条件に近づけることができる。
【００２３】
ファン風量が既に下限値に至っているときは下限回転数を維持する（Ｓ１０４）。さらに圧力センサＳ２により冷媒圧力Ｐａを計測し（Ｓ１０６）、計測値に基づいて冷媒蒸発温度Ｔｖを演算する（Ｓ１０７）。次いで、冷媒蒸発温度Ｔｖと目標露点温度Ｔｄを比較する（Ｓ１０８）。Ｔｖ＜Ｔｄのときは除湿条件に該当しているため、そのまま運転を継続する（Ｓ１０８においてＹＥＳ）。
【００２４】
Ｔｖ≧Ｔｄのときは蒸発温度を下げて除湿条件に適合させるため、圧縮機４ｃを運転開始して補助冷媒回路４を稼動させる（Ｓ１０９）。運転開始後、所定の時間ごとに吸込空気の露点温度Ｔｄを計測する（Ｓ１１０）。次いで、現在露点温度と目標露点温度Ｔ０を比較する（Ｓ１１１）。Ｔｄ＞Ｔ０のときは、さらに所定時間、補助冷媒回路４の稼動を続ける（Ｓ１１４）。Ｔｄ≦Ｔ０、すなわち目標露点温度以下となったときは、圧縮機４ｃの運転を停止して二次側冷媒回路のみの運転に戻る（Ｓ１１２）。
以上の制御を適当なインターバルで行うことにより、除湿をしつつ室内湿度を目標湿度に維持することができる。
【００２５】
＜第二の実施形態＞
次に、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。本実施形態は、一次側冷水温度異常時に、緊急避難的に二次側冷媒回路と補助冷媒回路のみで、最低限の空調を担保するものである。本実施形態は気液２相戻りまたは過熱度制御によって気相戻りに制御している条件で適用可能である。図３を参照して、本実施形態に係る二次冷媒循環型空気調和システム２０の構成が上述の二次冷媒循環型空気調和システム１と異なる点は、一次側冷水回路の冷水供給温度Ｔｃ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、二次冷媒循環型空気調和システム１と同一であるので、重複説明を省略する。
【００２６】
次に図４を参照して、本実施形態における運転制御フローについて説明する。制御開始に伴い、冷水温度Ｔａ及び二次側冷媒回路の冷媒蒸発圧力Ｐａを計測する（Ｓ２０１）。次いで、現在冷水温度Ｔａと限界冷水温度Ｔｃ、及び現在蒸発圧力Ｐａと限界蒸発圧力Ｐｃを比較する。Ｔａ＞Ｔｃ、かつＰａ＞Ｐｃ、すなわちいずれも限界値を超えたときは（Ｓ２０２においてＹＥＳ）、圧縮機４ｃの運転を開始して補助冷媒回路を稼動（既に稼動しているときは継続）させる（Ｓ２０３）。Ｔａ≦Ｔｃ、又はＰａ≦Ｐｃ、すなわちいずれかの値が限界値以下となったときは（Ｓ２０２においてＮＯ）、圧縮機４ｃの運転を停止して補助冷媒回路を停止（既に停止しているときは、停止継続）させる（Ｓ２０４）。
【００２７】
なお、本実施形態ではＳ２０２以下において、補助冷媒回路稼動条件としてＴａ＞Ｔｃ、かつＰａ＞Ｐｃとしたが、判定基準としてＴａ＞Ｔｃ  又は  Ｐａ＞Ｐｃとすることもできる。さらに、冷水温度Ｔａ又は蒸発圧力Ｐａの一方のみを判定基準として制御することもできる。
【００２８】
また、本実施形態では２つの冷媒循環系統を備えた空調機を用いる形態としたが、３以上の冷媒循環系統を備えたものとしてもよい。さらに複数の空調機を連携制御する形態としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、熱源方式、冷媒、空調方式、建築構造等を問わず、二次冷媒循環型空気調和システムに広く適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】第一の実施形態に係る二次冷媒循環型空気調和システム１を示す図である。
【図２】第一の実施形態における湿度制御運転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気調和システム２０を示す図である。
【図４】第二の実施形態における能力補償運転制御フローを示す図である。
【図５】冷媒流量と冷房能力の関係を示す図である。
【図６】補助冷媒回路稼動が二次側冷媒回路に与える効果を説明する図である。
【図７】従来の二次冷媒循環型空気調和システム１００を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１、２０・・・・二次冷媒循環型空気調和システム
２・・・・・一次側冷水回路
３・・・・・二次側冷媒回路
４・・・・・補助冷媒回路
４ａ・・・・補助凝縮器
４ｂ・・・・補助蒸発器
４ｃ・・・・圧縮機
４ｄ・・・・補助冷媒配管
５・・・・・一次側冷水配管
６・・・・・冷媒ユニット
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
７ｃ・・・・吸込口
７ｄ・・・・ドレン配管
７ｅ・・・・ドレンパン
８・・・・・冷媒配管
１０・・・・熱源機
Ｓ１・・・・露点温度センサ
Ｓ２・・・・圧力センサ
Ｓ３・・・・温度センサ
【図１】
0004970170.tif 000003
【図２】
0004970170.tif 000004
【図３】
0004970170.tif 000005
【図４】
0004970170.tif 000006
【図５】
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【図６】
0004970170.tif 000008
【図７】
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