JP4422124B2 - 空調システム - Google Patents

Description

本発明は、空気を調和する空調システムに係り、特に、熱源設備から水等の熱媒を熱交換器に供給し、熱交換後に熱媒を熱源設備に返す空調システムに関わり、更に詳しくは、中間期や冬季に冷房がなされる空調システムに関する。

従来より、熱源設備から往水配管により往水される冷水または温水を熱交換器により給気と熱交換して還水配管により熱源設備に還水しうる空調システムとして、地域熱供給システム、或いは、個別熱源システムがある。
地域熱供給設備では熱源設備から送られた地域熱媒を需用家側に直接供給するためにセントラル空調方式が採用されているが、このセントラル空調方式では、還水温度を一定に確保しなければならない。すなわち、熱源機器を効率良く運転するためには、還水温度を一定に保つことが重要であり、個別熱源システムの場合でも同じことが知られている。
このため、還水温度を一定に確保するために、熱源回りブリードイン回路が開発されており、例えば、特許文献１、２に開示されているように、往還水温度差を一定にして、水熱源型空調システムの搬送動力を軽減するために、循環ポンプにより、還水の一部を熱交換器入口に供給することにより熱交換器内の循環流量の操作を行って往還水温度差を一定にしている。
特開平９−１６６３４６号公報 特開２００６−８４１４２号公報

ところで、熱源設備から往水配管を介して熱媒としての往水を熱交換器に供給し、還水配管を介して熱源設備に還水しうる空調システムにおいて、夏季は勿論であるが中間期や冬季の冷房がなされ場合がある。中間期や冬季の冷房がなされる状態、例えば、室温を２３℃程度に維持するためには、室内には人間やパソコン等熱源があるため、空調機の給気ＳＡ温度を１４℃程度にしなければならず、この室温２３℃を空調システムに還気して冷却する。この際、空調システムにおいては、熱源設備の負荷を軽減するために、往水温度と還水温度の温度差を一定の維持することが要求され、このために、熱源設備に返す還水温度を一定の温度に維持しなければならない。
このことを、図２で説明すると、熱源設備から往水配管１から往水を熱交換器ｃに供給し、熱交換後に還水配管２から熱源設備に還水を返す空調システムａであるが、仮に、往水温度７℃とし還水温度が１４℃であることを必要とする空調システムａにおいては、中間期や冬季の冷房がなされる場合も、例えば、室温を２３℃程度に維持するためには、室内には人間やパソコン等熱源があるため、空調機からの室内に供給する給気(ＳＡ)を１４℃程度にしなければならない。

このような、給気温度ＳＡを所定の１４℃にして実際の室温が２３℃となるとすると、外気ＯＡ温度が所定の温度以下の低温(例えば、１０℃)になった時、外気ＯＡを室内からの還気ＲＡと混合してコイル列を有する熱交換器ｃで熱交換する場合に、外気ＯＡ(１０℃)と還気ＲＡ(２３℃)とを混合した吸入口a1での空気温度は、還気ＲＡ(２３℃)よりも求められる還水温度１４℃により近づくように下降し、要求される還水温度１４℃との差が少なくなって、熱交換器ｃを通過する水温を入口温度tw3(例えば、７℃)から所望の還水温度tw4を１４℃にまで上げることが困難となる。
すなわち、還水の目標温度と熱交換器ｃに入る空気との温度差が小さくなり、熱交換器ｃを通過する空気温度が、例えば、２３℃と１５℃とを比較すると、還水温度を１４℃にまで上げるとなると、１５℃の通過空気で還水温度を１４℃にまで上げるためには、２３℃と比較して熱交換器ｃのコイル列を多く(熱交換面績を大きくする)しないと、還水温度を所望の１４℃にまで上げることができない。なお、ファンｆからの空調空気は、供給口a2から給気ＳＡとして空調すべき部屋等に供給されるが、供給口a2の近傍の温度センサーTの温度値信号を制御装置TCに入力し、制御装置TCにより還水配管２に設けた流量制御弁ｂで熱源設備からの水量を制御して、給気ＳＡ温度が所望の１４℃程度になるようにしている。

このように、熱源設備から往水配管を介して往水を熱交換器に供給して還水配管を介して熱源設備に還水しうる空調システムにおいて、中間期や冬季に冷房がなされる状態で、外気が所定温度以下の低温になった場合に、往還温度差を確保すべく還水温度を所定の温度まで上げるためには、熱交換器のコイル列の列数を増やす必要があり、その結果、装置が大型になり、部品点数も増えることから高価になってしまうという問題点があった。

本発明は、前記の問題点に鑑みなされたもので、熱源設備からの熱媒を熱交換器に供給し、熱交換後に熱媒を熱源設備に返す空調システムにおいて、中間期や冬季の冷房がなされる状態で、外気が所定温度以下になっても、熱交換器のコイル列の列数を増やすことなく、往還温度差を確保して空調機を稼働することができる空調システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、熱源設備からの熱媒としての往水を熱交換器に供給し、熱交換後に還水を熱源設備に返す空調システムにおいて、
戸外の外気を室内からの還気と混合して熱交換器に送る第１の通路と、外気を熱交換器を迂回してファンに送る第２の通路とを設け、前記第１の通路と第２の通路を切り換える切換手段を設け、
冷房がなされている状態で、外気が所定温度以上の場合には前記切換手段によって前記第１の通路を開放し前記第２の通路を遮断し、
外気が所定温度以下の場合には前記切換手段によって前記第１の通路を遮断し、前記第２の通路を開放して往還水温度差を確保するようにし、
前記熱交換器の入口に接続される接続配管と出口に接続される接続配管の間に循環ポンプを設けて、出入口での熱媒の温度差を所定の値になるようなブリードイン回路を組み合わせたことを特徴とする空調システムである。

本発明によれば、熱源設備からの熱媒としての往水を熱交換器に供給し熱交換後に還水を熱源設備に返す空調システムにおいて、中間期や冬季の冷房がなされる状態で、外気が所定外気温度以下になっても、熱交換器のコイル列の列数を増やすことなく、往還温度差を確保して空調機を稼働することができる。
また、熱交換器に入口に接続される接続配管と出口に接続される接続配管の間に循環ポンプを設けて、往還水の温度差を所定の値になるようなブリードイン回路を組み合わせることによって、熱源設備の負担を軽減することが出来る。

本発明の好適な実施例を図面に沿って説明するが、図１は、実施例１の全体の概略を示すもので、図１において、地域熱供給システム或いは個別熱源システムで、熱源設備から送られる熱媒を直接あるいは熱交換器を介し、熱媒として水を使用し、配備された往水配管１と還水配管２によって熱媒を各熱交換システムに供給するが、往水配管１と還水配管２とに接続する複数の熱交換システムのうちの１実施例を図示している。
本実施例において、熱交換システム(空調システム)の本体３は、先ず、還気ＲＡ又は還気ＲＡと外気ＯＡとを混合した空気を吸い込む吸込口３１が設けられて空調すべき空気を吸い込み、吸込口３１の下流には複数のコイル列からなる熱交換器４がファン５の上流に設けられ、前記往水配管１が熱交換器４の入口に接続され、前記還水配管２が熱交換器４の熱媒出口に接続され、熱源設備から送られる熱媒(冷暖水)が熱交換器に供給されている。

外気ＯＡの空気通路(ダクト)６の上流は外気に開放され、下流は二股に分かれるが、二股の一方の空気通路６１(第１の通路)は還気ＲＡと混合するように還気ＲＡの空気通路７に合流するように形成され、他方の空気通路６２(第２の通路)は熱交換器４とファン５の間に設けられた空気吸込口３２に接続されており、二股に分かれた各空気通路６１,６２の途中にはそれぞれ、空気を通過・遮断又は空気量を調整するすダンパ６１１(MD1),６２１(MD2)が設けられており、これらのダンパ611,621は、戸外の温度センサーT3からの温度値信号により制御装置TC3を介して開閉状態が制御される。
また、空調すべき部屋等への供給口３３に設けられた温度センサーＴ１の検出温度の値信号を制御装置TC1に入力し、この制御装置TC1により還水配管２にもうけられた二方弁(MV1)８が制御され、給気(ＳＡ)の温度を所定温度になるように制御され、熱交換器４を通過しファン５から吹き出される空調された空気は、供給口３３から給気ＳＡは空調すべき部屋等にダクトを介して供給される。

本熱交換システムには、図１に示されるように、本体３にブリードイン回路９が組み込まれるが、このブリードイン回路９は、熱源設備に接続する往水配管１と還水配管２との間に、往水配管１から還水配管２に熱源からの往水をバイパスさせる二方弁(MV2)９２と、還水配管２から往水配管１に循環させる可変速循環ポンプ９１とが設けられ、往水配管１の出口近傍に設けられた温度センサーＴ２の検出温度の値信号を制御装置TC2に入力して、この制御装置TC2は二方弁(MV2)９２と可変速循環ポンプ９１の回転数をインバータ(INV)を介して制御する。

[作動]
次に、上記構成の作動を説明するが、図１において、通常、室温を２０〜２６℃程度に維持するためには、室内には人間やパソコン等熱源があるため、空調機の給気(ＳＡ)温度を室温より１０℃程度低めにしなければならない。この際、空調システムにおいては、熱源設備の負荷を軽減するために、往水温度と還水温度の温度差を一定に維持することが要求され、これを例えば、往水温度が７℃で、理想の還水温度が１４℃に設定されているとし、このために、熱源設備に返す還水温度１４℃の温度に維持することが求められている空調システム３である。

（１）このように、中間期や冬季でも冷房運転がなされるが、冷房がなされる状態で、戸外の温度センサーT3からの温度値信号が所定温度(例えば、１５℃）以上の状態であれば、切換手段であるダンパ６１１(MD1)が開口して第１の通路である二股の一方の空気通路６１(第１の通路)が連通し還気ＲＡの空気通路７と合流し、切換手段であるダンパ６２１(MD2)は遮断し空気通路６２も遮断されている。
したがって、１５℃以上の外気と通常２０℃〜２６℃程度の還気ＲＡと混合され、吸込口３１から熱交換器４に送られるが、混合空気の温度は、還水温度に求められる設定温度(例えば１４℃）より十分高く、通常運転でも熱交換器４を通過する過程で還水温度を１４℃程度に高めることができる。
かつ、外気(ＯＡ)と還気(ＲＡ)とを混合した空気温度も、供給口33の近傍の温度センサーT1の温度値信号を制御装置TC１に入力し、制御装置TC１により還水配管２に設けた流量制御弁８で熱源設備からの水量を制御して、給気ＳＡ温度が所望温度(例えば、１４℃程度）になるようにしている。

（２）そして、冷房される状態で、戸外の温度センサーT3からの温度値信号が所定温度(例えば、１５℃）以下の状態であれば、切換手段であるダンパ６１１(MD1)が遮断して第１の通路である二股の一方の空気通路６１を遮断し、切換手段であるダンパ６２１(MD2)が開口し、空気通路６２(第２の通路)が連通し、外気(ＯＡ)は直接、熱交換器４の下流に設けられた空気吸込口３２に供給される。
したがって、還気ＲＡの２０℃〜２６℃程度だけが熱交換器４に供給され、還気ＲＡの空気の温度は、２０℃〜２６℃程度あるので還水温度に求められる設定温度(例えば１４℃）より十分高く、熱交換器４を通過する過程で還水温度を１４℃程度に高めることができる。
一方、熱交換器４を迂回してファン５の上流に供給された外気(ＯＡ)は空調された還気(ＲＡ)と混合され、ファン５によって供給口33から空調すべき部屋に給気され、この際、供給口33の近傍の温度センサーT1の温度値信号を制御装置TC１に入力し、制御装置TC１により還水配管２に設けた流量制御弁８で熱源設備からの水量を制御して、給気ＳＡ温度が所望温度(例えば１４℃程度）になるようにしている。

（３）本実施例は、以上の構成だけでも、中間期や冬季の冷房がなされる状態で、外気が所定外気温度以下になっても、熱交換器のコイル列の列数を増やすことなく、往還温度差を確保することができるが、ブリードイン回路９が組み込むことによって、より効果的に運転することができる。
このブリードイン回路９は、熱源設備(図示せず)と本体３の間に設けるが、通常二方弁(MV2)９２が閉じており、熱源設備からの往水は往水配管１から熱交換器４に供給し、熱媒である水は熱交換後に全て、還水配管２を介して熱源設備に戻っていく。しかし、往水配管１の出口近傍に設けられた温度センサーＴ２の検出温度の温度値信号が所定温度差に達していなければ、制御装置TC2により二方弁(MV2)９２が開くとともに、可変速循環ポンプ９１が運転され、熱交換器４より排出された還水は可変速循環ポンプ９１を通過して、再び熱交換器４の入口に戻され、還水が求められる所定の温度になるまで循環させる。この際、可変速循環ポンプ９１の回転数をインバータ(INV)を介して制御され、循環する水量を調整して適切な還水温度になるようにする。
したがって、(２)応答速度を必要に応じて早めることができ、熱源設備からの供給水量を省くことができる。

以上のように、上記実施例２においては、熱源設備からの熱媒を熱交換器に供給し熱交換後に熱媒を熱源設備に返す空調システムにおいて、中間期や冬季の冷房がなされる状態で、外気が所定外気温度以下になっても、熱交換器のコイル列の列数を増やすことなく、往還温度差を確保して空調機を稼働することができ、熱交換器の入口に接続される接続配管と出口に接続される接続配管の間に循環ポンプを設けたブリードイン回路を組み合わせ、熱媒の水の温度差を効率よく所定の値になるようにして、熱源設備の負担を軽減する。
なお、本発明の特徴を損うものでなければ、上記の各実施例に限定されるものでないことは勿論である。

本発明の実施例の空調システムの系統図である。 従来の空調システムの系統図である。

符号の説明

１…往水配管、２…還水配管、
３…熱交換システム(空調システム)本体、31,32…空気吸込口、33…供給口,
４…熱交換器、５…ファン、
６,61,62…外気(ＯＡ)空気通路、611、621…ダンパ
７…還気(ＲＡ)空気通路、
８…二方弁(流量制御弁)、
９…ブリードイン回路、91…可変速循環ポンプ、92…二方弁、
T1,T2,T3…温度センサー、TC1,TC2,TC3…制御装置
INV…インバータ

Claims (1)

1. 熱源設備からの熱媒としての往水を熱交換器に供給し、熱交換後に還水を熱源設備に返す空調システムにおいて、
   戸外の外気を室内からの還気と混合して熱交換器に送る第１の通路と、外気を熱交換器を迂回してファンに送る第２の通路とを設け、前記第１の通路と第２の通路を切り換える切換手段を設け、
   冷房がなされている状態で、外気が所定温度以上の場合には前記切換手段によって前記第１の通路を開放し前記第２の通路を遮断し、
   外気が所定温度以下の場合には前記切換手段によって前記第１の通路を遮断し、前記第２の通路を開放して往還水温度差を確保するようにし、
   前記熱交換器の入口に接続される接続配管と出口に接続される接続配管の間に循環ポンプを設けて、出入口での熱媒の温度差を所定の値になるようなブリードイン回路を組み合わせたことを特徴とする空調システム。

Images