JP7058250B2 - 除湿機能付き空調機及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、除湿機能付き空調機及びその制御方法に関するものである。

事務室の快適性を高め、生産性を向上させるため、夏期の室内温湿度条件として２７℃、相対湿度が４０％を条件とするニーズが発生している。このような温湿度環境を実現するためには、外気の潜熱を除去して再熱し、室内側では顕熱処理のみを行う空調機が有用である。

この点に関し、従来、ケーシング内に、還気を熱交換する還気処理用冷温水コイルと、外気を熱交換する外気処理用冷温水コイル及び水熱源ヒートポンプの外気処理用直膨式コイルと、前記還気処理用冷温水コイルを通った還気と前記外気処理用冷温水コイル、前記外気処理用直膨式コイルとを備え、前記還気処理用冷温水コイルと、前記外気処理用冷温水コイル、前記外気処理用直膨式コイルとを隔てて対向配置し、熱源水が前記還気処理用冷温水コイル、前記外気処理用冷温水コイル及び前記水熱源ヒートポンプに任意の順序で１つずつ通水されるように構成すると共に、前記ケーシングの上面に、還気取入口と外気取入口と給気口と熱源水出入口配管とを設けた除湿空調機が提案されている（特許文献１）。

特許第４２０７１６６号公報

しかしながら前記した従来技術は水熱源ヒートポンプの外気処理用直膨式コイルを用いているため、冷凍サイクルの排熱を処理する際にはたとえば冷却塔などの施設が必要であった。またたとえばビル内の個々のテナントに適用する場合、コンパクトに構築するにも限界があった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、省エネ性を維持しつつ従来よりも排熱の処理が容易であり、しかも全体してコンパクトな装置として構築できる除湿機能付き空調機を提供するものである。

前記目的を達成するため、本発明は、外気を導入して潜熱を除去し、空調対象室からの還気と混合させて給気として空調対象室に送る除湿機能付き空調機であって、前記導入した外気を水と熱交換するプレクール用の第１の空気－水熱交換器と、前記第１の空気－水熱交換器の後段側に設けられ、空冷ヒートポンプの蒸発器として機能する第１の熱交換器と、前記第１の熱交換器の後段側に設けられ、前記空冷ヒートポンプの凝縮器として機能する第２の熱交換器と、前記還気と水を熱交換する第２の空気－水熱交換器と、前記第２の熱交換器を経た空気と、前記第２の空気－水熱交換器を経た空気とを混合させて給気として空調対象室へ送風する送風機とを有し、
前記第１の空気－水熱交換器は、上流側に配置される中温冷水熱交換器と、下流側に配置される低温冷水熱交換器と、によって構成され、前記中温冷水熱交換器に供給される中温冷水の温度は、前記低温冷水熱交換器に供給される低温冷水の温度よりも高い１４℃～１６℃であることを特徴としている。

かかる場合、前記低温冷水熱交換器に供給される低温冷水は、地域冷暖房により供給される冷水であってもよい。

本発明によれば、導入した外気に対する潜熱処理は第１の空気－水熱交換器でプレクールを行なった後、空冷ヒートポンプの蒸発器として機能する第１の熱交換器で冷却減湿を行ない、その後給気に必要な温度にまで昇温させる再熱には、前記空冷ヒートポンプの凝縮器として機能する第２の熱交換器によって加熱しているので、前記再熱を行なうにあたり別途温熱源を用意する必要がなく、省エネ性が高い。そしてそのような省エネ性を実現するにあたっては、空冷ヒートポンプを用いているので、排熱の処理が容易であり、しかも全体してコンパクトな装置として構築できる。

別な観点によれば、本発明は、外気を導入して潜熱を除去し、空調対象室からの還気と混合させて給気として空調対象室に供給する除湿機能付き空調機の制御方法であって、
前記除湿機能付き空調機は、
前記導入した外気を水と熱交換するプレクール用の上流側に配置される中温冷水熱交換器と、下流側に配置される低温冷水熱交換器とによって構成される第１の空気－水熱交換器と、前記第１の空気－水熱交換器の後段側に設けられ、空冷ヒートポンプの蒸発器として機能する第１の熱交換器と、前記第１の熱交換器の後段側に設けられ、前記空冷ヒートポンプの凝縮器として機能する第２の熱交換器と、前記還気と水を熱交換する第２の空気－水熱交換器と、前記第２の熱交換器を経た空気を加湿する加湿器と、前記加湿器を経た空気と、前記第２の空気－水熱交換器を経た空気とを混合させて給気として空調対象室へ送風する送風機とを有し、
前記中温冷水熱交換器に供給される中温冷水の温度は、前記低温冷水熱交換器に供給される低温冷水の温度よりも高い１４℃～１６℃である。
そして本発明は、空調対象室内の目標温湿度に相当する目標露点温度を求める工程と、前記空調対象室内の湿度の状態値を求める工程と、前記目標露点温度と前記状態値の偏差から、前記除湿機能付き空調機における前記第２の熱交換器を経た外気の露点温度設定値を設定する工程とを有し、前記第２の熱交換器を経た外気の露点温度が、前記露点温度設定値となるように、少なくとも前記中温冷水熱交換器または低温冷水熱交換器に供給する冷水の流量を調整することを特徴としている。

本発明によれば、外気の負荷変動に対して、少なくとも前記中温冷水熱交換器または低温冷水熱交換器に供給する冷水の流量を調整すればよいので、制御が容易であり、しかも安定した露点温度の処理済みの外気を得ることができる。したがって、空調対象室に供給する給気を安定させて空調対象室を所定の温湿度にすることが容易である。

本発明によれば、省エネ性を維持しつつ従来よりも排熱の処理が容易であり、しかも全体してコンパクトな装置として構築できる。

実施の形態にかかる除湿機能付き空調機の構成の概略を示す説明図である。 図１の除湿機能付き空調機の冷房時の運転例の空気線図である。 図１の除湿機能付き空調機の冷房時の他の運転例の空気線図である。 図１の除湿機能付き空調機の構成の概略をブロック化して示した説明図である。 他の除湿機能付き空調機の構成の概略をブロック化して示した説明図である。 図５の除湿機能付き空調機の構成の概略を示す説明図である。 他の除湿機能付き空調機の構成の概略をブロック化して示した説明図である。 他の除湿機能付き空調機の構成の概略をブロック化して示した説明図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は実施の形態にかかる除湿機能付き空調機１の構成の概略を示しており、この除湿機能付き空調機１は、ケーシング２を有している。ケーシング２内は、仕切部材３によって、外気用流路４と還気用流路５とに区画されている。そして外気用流路４と還気用流路５の下流側には混合空間６が形成されている。

外気ＯＡは、ダクトなどによって構成された外気導入流路１０からケーシング２に設けられた外気取り入れ口１１からケーシング２内の外気用流路４に導入され、外気用流路４に設置されたエアフィルタ１２によって清浄化された後、まずプレクール用の中温冷水熱交換器１３を通過する。

中温冷水熱交換器１３には、中温冷水（例えば１４℃～１６℃）が供給されており、清浄化された外気ＯＡは、まずこの中温冷水熱交換器１３において、中温冷水と熱交換される。中温冷水の配管１３ａには、バルブ１３ｂが設けられている。

次いで中温冷水熱交換器１３を経て降温した外気ＯＡは、次段プレクール用の低温冷水熱交換器１４を通過する。低温冷水熱交換器１４には、低温冷水（例えば８℃）が供給されており、中温冷水熱交換器１３を経て降温した外気ＯＡは、低温冷水と熱交換されてさらに降温する。低温冷水の配管１４ａには、バルブ１４ｂが設けられている。この実施の形態では、中温冷水熱交換器１３と低温冷水熱交換器１４とで第１の空気－水熱交換器を構成している。

低温冷水と熱交換されて降温した外気ＯＡは、次いで第１の熱交換器２１、さらにその後第２の熱交換器２２を通過する。第１の熱交換器２１、第２の熱交換器２２及び、第１の熱交換器２１と第２の熱交換器２２との間の冷媒配管に設けられた膨張弁２３、そして前記冷媒配管内を流れる冷媒を圧縮する圧縮機２４とによって、空冷ヒートポンプが構成されている。

より詳述すると、圧縮機２４で圧縮された高温の冷媒は、第２の熱交換器２２に送られ、その後膨張弁２３を経て降温し、第１の熱交換器２１へと送られる。第１の熱交換器２１を経た冷媒は、再び圧縮機２４へと送られ、冷凍サイクルが形成される。したがって、第２の熱交換器２２は凝縮器として機能し、第１の熱交換器２１は蒸発器として機能する。

第１の熱交換器２１、第２の熱交換器２２はかかる構成、機能を有しているので、低温冷水と熱交換されて降温した外気ＯＡは第１の熱交換器２１を通過する際にさらに降温し、その後第２の熱交換器２２を通過する際に加熱される。

第２の熱交換器２２の下流側には、加湿器、例えば気化式加湿器２５が配置されており、第２の熱交換器２２を通過した外気ＯＡは、気化式加湿器２５を通過する際に所定の湿度まで加湿される。気化式加湿器２５への原料水の配管２５ａには、バルブ２５ｂが設けられている。そして気化式加湿器２５を通過した外気ＯＡは、混合空間６へと流入する。なお気化式加湿器２５は、たとえば冬期の暖房運転の際に使用される。

一方空調対象室（図示せず）からの還気ＲＡは、ダクトなどによって構成された還気導入流路３０からケーシング２に設けられた還気取り入れ口３１からケーシング２内の還気用流路５に導入される。導入された還気ＲＡは、還気用流路５に設けられているエアフィルタ３２によって清浄化された後、第２の空気－水熱交換器３３で熱交換される。

第２の空気－水熱交換器３３には、中温冷水（例えば１４℃～１６℃）が供給されており、還気ＲＡは、第２の空気－水熱交換器３３で熱交換されて降温する。中温冷水の配管３３ａには、バルブ３３ｂが設けられている。

第２の空気－水熱交換器３３の下流側には、低温冷水熱交換器３４が設けられている。この低温冷水熱交換器３４には、低温冷水（例えば８℃）が供給されており、第２の空気－水熱交換器３３を経て降温した還気ＲＡは、当該低温冷水と熱交換されてさらに降温する。低温冷水の配管３４ａには、バルブ３４ｂが設けられている。この低温冷水熱交換器３４は、主として冬期に冷房を行なうために使用される。なお低温冷水熱交換器３４に供給される低温冷水は、既述したプレクール用の低温冷水熱交換器１４に供給される低温冷水と同じ供給源からの低温冷水を用いてもよい。

そして、低温冷水熱交換器３４を通過した還気ＲＡは、混合空間６へと流入し、気化式加湿器２５を通過した外気ＯＡと混合される。

混合空間６には、ファン４１が設けられており、ケーシング２に設けられた給気口４２から、混合空間６内の空調空気を給気ＳＡとして送風し、給気口４２に接続されたダクトなどによって構成される給気流路４３から空調対象室へと供給する。

一方でケーシング２には、外気冷房用の外気取り入れ口５１が設けられており、外気導入流路１０から分岐した外気冷房用導入流路５２と接続されている。したがって外気による冷房が可能な時期、例えば中間期には、この外気取り入れ口５１から外気ＯＡを導入して、外気取り入れ口５１の下流側に設けられたエアフィルタ５３で清浄化した後、混合空間６にて外気用流路４を経た空調空気と混合してから給気ＳＡとして空調対象室に供給することが可能になっている。外気冷房用導入流路５２及び還気導入流路３０には、各々対応するダンパ５２ａ、３０ａが設けられている。かかる場合、還気ＲＡに代えて当該外気冷房用導入流路５２から導入された外気ＯＡが混合空間６へと送られる。

実施の形態にかかる除湿機能付き空調機１は以上のような構成を有しており、次にその運転例について説明する。

［運転例１］
まず、図２にも示したように、夏期において外気ＯＡの条件が例えば３４．８℃、相対湿度が５３％のとき（図２の点ａ－１）、還気ＲＡの条件が例えば２７℃、相対湿度が４０％（図２の点ｂ－１）、給気ＳＡの条件が例えば２０℃、絶対湿度が８．４０ｇ／ｋｇ´（図２の点ｃ）とする。また外気ＯＡ導入量は５，０００ＣＭＨ、還気ＲＡは１７，０００、給気ＳＡは２２，０００ＣＭＨとする。そして中温冷水熱交換器１３、第２の空気－水熱交換器３３に供給される中温冷水の温度は１５℃、低温冷水熱交換器１４に供給される低温冷水の温度は８℃とする。

以上の条件で実施の形態にかかる除湿機能付き空調機１を運転すると、まず中温冷水熱交換器１３によるプレクールによって外気ＯＡは２２℃まで降温し、相対湿度は９５％となった（図２の点ａ－２）。次いで低温冷水熱交換器１４によるさらなるプレクールによって外気ＯＡは１２．８℃まで降温し、相対湿度はそのまま９５％となった（図２の点ａ－３）。

次いでヒートポンプの第１の熱交換器２１を通過する際にさらに降温し外気ＯＡは７．７℃まで降温し、相対湿度は１００％となった（図２の点ａ－４）。以上の潜熱処理によって所定の露点温度まで達した外気ＯＡはヒートポンプの第２の熱交換器２２を通過する際に加熱され、２０℃まで昇温する。

一方で還気ＲＡについては、第２の空気－水熱交換器３３による顕熱処理によって室内温度が目標値を満足するように制御弁を制御する。例えば、２０℃まで降温する（図２の点ｂ－２）。この還気ＲＡと前記した露点温度の外気ＯＡ（気化式加湿器２５を経た後の外気ＯＡ）を混合することで、所定の温湿度の給気ＳＡが得られる（図２の点ｃ）。

このように実施の形態にかかる除湿機能付き空調機１によれば、まず外気ＯＡに対してのみケーシング２内の外気用流路４において潜熱処理を行ない、一方還気ＲＡについては、還気用流路５において顕熱処理のみを行なっている。したがって潜熱顕熱分離処理を行なっているので、一般空調と比べて省エネ性が高い。また顕熱処理を行なう第２の空気－水熱交換器３３の熱源は、ＣＯＰが高い１５℃の中温冷水であるから、顕熱処理に対する冷却エネルギーの低減が図れる。

一方で潜熱処理を行なう外気用流路４内の処理については、まず中温冷水熱交換器１３によってプレクールを行なった後に低温冷水熱交換器１４によってプレクールを行なっているが、中温冷水熱交換器１３の熱源は、１５℃の中温冷水であるから、ＣＯＰが高い熱源機による供給が可能であり、冷却エネルギーの低減が図れる。また低温冷水熱交換器１４の熱源は８℃の低温冷水であるが、この８℃の低温冷水は、ＤＨＣ（地域冷暖房）による冷水の供給温度であるから、ＤＨＣシステムが適用されている地域においてはこれを有効に利用することができる。

ただし８℃の低温冷水によっては、給気ＳＡに必要な湿度条件が得られないことがある。実施の形態では、この必要な絶対湿度を得るために空冷ヒートポンプの蒸発器として機能する第１の熱交換器２１を採用している。これによって低温冷水熱交換器１４を経て降温した外気ＯＡを、さらに７．７℃まで降温させて必要な露点温度を達成している。そしてかかる空気は、そのままでは空調対象室に供給する給気ＳＡとして使用できないので再熱する必要があるが、再熱源として実施の形態にかかる除湿機能付き空調機１では、空冷ヒートポンプの凝縮器として機能する第２の熱交換器２２を採用している。したがって再熱のための熱源（例えば蒸気や温水など）は別途用意する必要はなく、圧縮機２４に必要な電力のみで足りる。それゆえ空冷ヒートポンプに要するエネルギーを最小限に抑え、全体として極めて省エネ性の高い空調機となっている。

中間期など負荷が軽い場合には、外気側の乾球温度が２０℃では、還気側の第２の空気－水熱交換器３３のバルブ３３ｂを絞っても冷えすぎとなる場合がある。このような場合は、当該バルブ３３ｂの開度が小さいことを検出して、外気側の乾球温度の制御目標値を２０℃から少し高い温度へと上昇させることで、軽負荷時の効率向上を図ることができる。

一般的に、夏期においては温水や蒸気の供給が停止される場合が多く、通常はビルなどでは温熱源は存在しない。この点実施の形態にかかる除湿機能付き空調機１は、加熱のための熱源に、空冷ヒートポンプにおける前段の第１の熱交換器２１による冷却除湿の際に発生する熱を利用している。したがって、実施の形態にかかる除湿機能付き空調機１によれば、冷却除湿ニーズと再熱加熱ニーズの双方を同時に成立させることで無駄なエネルギーは使用していない。かかる点からしても、実施の形態にかかる除湿機能付き空調機１の省エネ性は高いものである。

また実施の形態にかかる除湿機能付き空調機１によれば、除湿を行う際の低温操作を行う空調機でありつつ、前記したように加熱が行えるという特徴を有している。
すなわち、給気ＳＡの温度制御は、最終的には還気側の熱交換器として機能している第２の空気－水熱交換器３３、低温冷水熱交換器３４の少なくともいずれかによって室温が設定値となるようその中温水、冷水の供給量によって制御されるが、外気側の処理において所定の湿度まで除湿された低温空気に対して再熱を実施しないと、室内負荷が低負荷の時に室温が低下してしまうことが避けられず、快適空調上問題点となる。

したがって室内湿度を所定の低湿度に保つために、外気側の処理後の送風露点温度（混合空間６に流入する処理後空気の露点温度）を一定の低湿度に制御することはもちろん必要であるが、同時に混合空間６に流入する処理後空気の温度は、例えば２０℃まで安定して加熱制御できることも重要である。
この場合、外気ＯＡを処理して床吹出し方式で室内に供給する場合は、還気ＲＡ側の空気量が少ないか、または還気ＲＡが無い状態での外調機の処理となってしまう。このとき、加熱が行えないと、室内に吹き出す空気温度が低すぎて、システムとして成り立たない。
また加熱源がない場合、室内温度の還気ＲＡと混合して昇温させてから給気ＳＡとして室内に送風することになるが、室内の冷房負荷が少ない梅雨時などには、室温が低下しすぎてしまうことになる。

この点、実施の形態にかかる除湿機能付き空調機１によれば、前記したように、再熱のための熱源は格別用意する必要はなく、圧縮機２４によって実現している。
したがって、圧縮機２４の能力の調整、例えばモータの回転数を制御することで、再熱のニーズに応じた適切な加熱制御を実施することが可能である。

この場合、除湿制御については、主として低温冷水熱交換器１４に供給する冷水量で行うから、それぞれ独立して行うことができ、安定した制御が可能である。
そしてそのように主として低温冷水熱交換器１４に供給する冷水量で除湿制御を行なうという観点からすれば、制御的には空冷ヒートポンプによる冷凍サイクルは加熱機能が主体で制御され、冷却除湿機能は補助的な機能といえる。そして８℃の冷水が供給される低温冷水熱交換器１４によっては到達不可能な７．７℃まで当該補助的な機能によって外気ＯＡを冷却できることも実施の形態にかかる除湿機能付き空調機１の大きな特徴である。

そして実施の形態にかかる除湿機能付き空調機１は空冷ヒートポンプを用いているから、従来よりも排熱の処理が容易であり、しかも全体してコンパクトな装置として構築できる。

［運転例２］
先に説明した運転例１では導入した外気ＯＡに対するプレクールを中温冷水熱交換器１３と低温冷水熱交換器１４とで２段に亘って行うようにしていたが、前段側の中温冷水熱交換器１３のみで行うようにしてもよい。

図３の空気線図は、そのように中温冷水熱交換器１３のみでプレクールを行ない、次いで第１の熱交換器２１によって降温させ、その後第２の熱交換器２２によって再熱した場合を示している。なおかかる場合の外気ＯＡ、還気ＲＡ、給気ＳＡの条件は運転例１と同じである。また中温冷水熱交換器１３に供給する中温冷水の温度は１７℃とした。

まず中温冷水熱交換器１３によるプレクールによって外気ＯＡは２２℃まで降温し、相対湿度は９５％となった（図３の点ａ－２）。次いでヒートポンプの第１の熱交換器２１を通過する際にさらに降温し外気ＯＡは７．７℃まで降温し、相対湿度は１００％となった（図３の点ａ－３）。以上の潜熱処理によって露点温度まで達した外気ＯＡはヒートポンプの第２の熱交換器２２を通過する際に加熱され、２０℃まで昇温する。後は、運転例１と同様、第２の空気－水熱交換器３３による顕熱処理によって２０℃まで降温した還気ＲＡ（図３の点ｂ－２）と混合させることで、所定の温湿度の給気ＳＡが得られる（図３の点ｃ）。

かかる場合は、空冷ヒートポンプの負荷が増大するが、８℃の低温冷水の供給が受けられない場合であっても、運転例１と同一の除湿機能付き空調機１を用いて同様な条件の給気ＳＡを得ることができる。すなわち、８℃の低温冷水を使用せず、ＣＯＰが高い中温冷水のみで冷却除湿再熱を行うことができるため、省エネルギーを図ることができる。

なおそのように中温冷水熱交換器１３のプレクールだけで、第１の熱交換器２１で所定の露点温度まで冷却除湿し、２０℃まで再熱する場合は、加熱熱量が余剰となるので外部に放熱する必要があるが、当該余剰の熱はたとえば中温冷水熱交換器１３の戻し側の中温冷水に放熱すればよい。

次に運転例１における制御例について説明する。
［送風空気湿度制御］
（Ａ－１）まず除湿機能付き空調機１が給気ＳＡを供給し冷暖房を行う対象室内の温湿度（Ｔｒ℃、Ｈｒ％ＲＨ）を設定する。次いで当該設定温湿度に相当する露点温度（ＴｄｐｒＳＶ℃）を演算する。

（Ａ－２）前記対象室内の湿度を露点温度センサまたは、室内温湿度センサからの露点温度演算値により、対象室内の湿度の状態値（室内露点温度ＴｄｐｒＰＶ）を求める。

（Ａ－３）前記した室内露点温度の設定値（ＴｄｐｒＳＶ値）と状態値（ＴｄｐｒＰＶ値）の偏差から除湿機能付き空調機１機の外気側出口露点温度設定値（ＴｄｐＳＶ値）を設定する。

（Ａ－４）そして室内湿度が設定値（ＴｄｐｒＳＶ値）より高い場合は、前記した室内露点温度の当初設定値よりも低い送風露点温度で送風し、設定値（ＴｄｐｒＳＶ値）より低い場合は、前記した室内露点温度の当初設定値よりも高い送風露点温度で送風するようＴｄｐＳＶは変更される。

（Ａ－５）一方、除湿機能付き空調機１本体側の制御は、圧縮機２４が常時運転されて規定の除湿幅で第１の熱交換器２１による除湿、第２の熱交換器２２による再熱運転を行うため、外気側出口露点温度の制御は前段に設けられた中温冷水熱交換器１３と低温冷水熱交換器１４によって行われる。そのため中温冷水熱交換器１３に供給される中温冷水の量を、バルブ１３ｂによって調整して、外気ＯＡを２２℃まで冷却する。
（Ａ－６）また低温冷水熱交換器１４は２２℃まで降温された外気ＯＡに対して冷却除湿し、外気側出口露点温度ＴｄｐＰＶ℃が、設定値ＴｄｐＳＶ℃となるよう低温冷水の供給流量をバルブ１４ｂで調整する。

このように導入した外気ＯＡの負荷の変動に対しては、この２つのバルブ１３ｂ、１４ｂで制御するため、常に安定した露点温度の給気状態を実現することができ、かつその制御を容易に行うことができる。かかる場合、２つのバルブ１３ｂ、１４ｂのうちの１のバルブで制御が可能な場合には、いずれか一方で制御するようにしてもよい。
なお中温冷水熱交換器１３の出口温度の設定は、外気ＯＡの負荷が減少する６月、９月には、例えば夏期の２２℃よりも低い、２０℃程度に変更し、低温冷水熱交換器１４に供給する低温冷水の量を減らすことでさらなる省エネルギーを図ることができる。発明者らの試算によれば、一般空調に比して消費電力を約２５％減じることができる。

［送風空気温度制御］
（Ｂ－１）外気側出口空気乾球温度の設定値ＴｏａＳＶ℃は２０℃とする。なお外気側出口空気乾球温度とは、混合空間６に流入する冷却除湿された外気ＯＡの乾球温度である。かかるＴｏａＰＶ℃を２０℃とするための加熱はヒートポンプによる第２の熱交換器２２によって行われる。

（Ｂ－２）一方第２の熱交換器２２による加熱前の冷却除湿空気は、前述の湿度制御により、最大負荷時に７．７℃、最低負荷時は約１２℃まで冷却されている。この空気の温度ＴｏａＰＶ℃を設定値ＴｏａＳＶ＝２０℃となるよう、ヒートポンプ回路の圧縮機２４の周波数を制御して加熱量を調整する。

（Ｂ－３）還気ＲＡ側の温度制御は、室内温度が目標値になるように第２の空気－水熱交換器３３に供給される中温冷水のバルブ３３ｂを制御して行う。

かかる場合も、中間期など負荷が軽い場合には、外気側の乾球温度が２０℃では、還気側のバルブ３３ｂ、３４ｂを絞っても冷えすぎとなる場合がある。このような場合は、還気側のバルブ３３ｂ、３４ｂの開度が小さいことを検出して、外気側の乾球温度の制御目標値を２０℃から少し高い温度へと上昇させることで、軽負荷時の効率向上を図る。

（Ｂ－４）対象室の室内温度は、給気ＳＡの供給経路である給気流路４３の系統に設置されるＶＡＶユニット（変風量制御ユニット）によって、室内各部の負荷変動状態に応じて、送風空気量を調整することによって行う。このＶＡＶユニット（図示せず）の動作によって給気量の必要量が変動するため、送風圧力または必要送風量の演算によって、除湿機能付き空調機１の送風量に必要風量がフィードバックされて、例えばファン４１の送風量が調整される。

以上のように、実施の形態にかかる除湿機能付き空調機によれば、負荷の変動に対する温度制御、空調対象室に必要な給気ＳＡの露点温度の制御が容易である。

なお前記した実施の形態にかかる除湿機能付き空調機１においては、中温冷水熱交換器１３、低温冷水熱交換器１４、第２の空気－水熱交換器３３、低温冷水熱交換器３４は、供給される熱源水は各々１５℃の中温冷水、８℃の冷水であったが、もちろんこれに限らず、たとえば設置されるビル環境に応じて得られる種々の温度の熱源水を用いることができる。またこれら中温冷水熱交換器１３、低温冷水熱交換器１４、第２の空気－水熱交換器３３、低温冷水熱交換器３４の数、その配列は、前記実施の形態に限られるものではない。

すなわち、前記した実施の形態にかかる除湿機能付き空調機１は、図４に示したように、既述の中温冷水熱交換器１３、低温冷水熱交換器１４、圧縮機２４と膨張弁２３とで空冷ヒートポンプを構成する第１の熱交換器２１、第２の熱交換器２２を有して外気ＯＡを処理する外気処理セクション６０と、既述の第２の空気－水熱交換器３３、低温冷水熱交換器３４とを有して還気ＲＡを処理する還気処理セクション６1とによって構成されていた。

かかる構成を有する実施の形態にかかる除湿機能付き空調機１は、外気風量に対して還気風量が大きい場合に効果的な構成であった。しかしながら、外気風量に対して還気風量が小さい場合には、還気空気側で加熱や冷却の処理を行っても、処理熱量が少なく、効果的ではない。したがって、外気風量に対して還気風量が小さい場合には、図５に示した除湿機能付き空調機７１が適している。

すなわち、図５に示した除湿機能付き空調機７１は、外気処理セクション６０においては先の除湿機能付き空調機１と同様に外気処理を行い、外気処理セクション６０で処理された後の空気と還気ＲＡとを混合した後、混合処理セクション６２にて加熱や冷却処理を行うようにしたものである。以下、かかる構成を有する除湿機能付き空調機７１のより詳しい構成について、図６に基づいて説明する。なお図６中、図１に示した除湿機能付き空調機１と同一の符号で示されるものは、除湿機能付き空調機１において当該同一の符号で示されるものと実質的に同一の機能、構成を有する要素であり、重複した説明は適宜省略している。

この除湿機能付き空調機７１のケーシング２における仕切部材３の下側が、外気処理セクション６０を構成している。すなわち、外気用流路４に設置されたエアフィルタ１２によって外気ＯＡが清浄化された後、中温冷水熱交換器１３によってプレクールされる。この除湿機能付き空調機７１は、温水も供給可能な配管とされてもよい。そして次段には低温冷水熱交換器１４が配置されている。

低温冷水熱交換器１４の下流側には、第１の熱交換器２１と第２の熱交換器２２が配置されている。第１の熱交換器２１、第２の熱交換器２２には、2台の圧縮機２４ａ、２４ｂとの間で２系統の冷媒配管が設けられ、各冷媒配管には各々独立した膨張弁２３ａ、２３ｂが設けられている。したがって２つの系統の冷凍サイクルが採用されており、かかる構成により、１台の圧縮機が故障しても、他の１台の圧縮機での運転が可能である。

また第２の熱交換器２２の下流側に配置される気化式加湿器も、２分割型の気化式加湿器２５´が配置されており、気化式加湿器２５´への原料水も、各々分割されたセクションに独立して供給するように配管２５ａ、２５ｃの２系統が配管されている。各配管２５ａ、２５ｃには、対応するバルブ２５ｂ、２５ｄが設けられている。

そして気化式加湿器２５´を経た外気ＯＡは、還気導入流路３０からケーシング２の下流側に設けられた還気取り入れ口３１から導入された還気ＲＡと混合空間6で混合された後に、混合処理セクション６２となる還気用流路５内に配置された第２の空気－水熱交換器３３によって、冷水と熱交換される。また除湿機能付き空調機７１では、先の除湿機能付き空調機１で採用されていた低温冷水熱交換器３４に代えて、例えば冬季暖房用の温水と熱交換される温水熱交換器３５が配置されている。温水熱交換器３５には、配管３５ａが接続され、配管３５ａにはバルブ３５ｂが設けられている。

そして温水熱交換器３５の下流側には、ファン４１が配置されている。したがって、第２の空気－水熱交換器３３や温水熱交換器３５によって処理された空気は、このファン４１によって、給気口４２から給気流路４３を通じて、給気ＳＡとして目的空間に供給される。

また除湿機能付き空調機７１では、ファン４１の他に、外気取り入れ口１１の下流側に、ブースターファン４４が配置されている。これによって先の除湿機能付き空調機１と比べて外気取り入れ口１１から給気口４２までの距離が長くなっても、所定の風量、風速を実現することが可能になっている。

また除湿機能付き空調機７１では、外気導入流路１０から分岐して、還気導入流路３０と接続される、ダクトなどで構成された外気分岐流路４５が施工されており、条件に応じて外気ＯＡを還気ＲＡと混合させた後にケーシング２内に取り入れて、混合処理セクションに送気することが可能になっている。なお外気分岐流路４５には、ダンパ４５ａが設けられている。

除湿機能付き空調機７１は以上の構成を有しており、この除湿機能付き空調機７１によれば、外気導入流路１０から導入する外気ＯＡに対して、還気ＲＡの風量が少ない場合に、外気を処理した後の空気と外気ＯＡを混合空間6で一旦混合させてから、混合処理セクションを構成する第２の空気－水熱交換器３３や温水熱交換器３５で処理して、給気ＳＡとして供給するので、先の除湿機能付き空調機１よりも効果的に所定の温湿度の給気ＳＡを供給することが可能である。

前記したように図６に示した除湿機能付き空調機７１は、システム構成的には図５に示したように、外気処理セクション６０においては先の除湿機能付き空調機１と同様に外気処理を行い、外気処理セクション６０で処理された後の空気と還気ＲＡとを混合した後、混合処理セクション６２にて加熱や冷却処理を行うようにしたものである。しかしながら、以下に述べるように他のシステム構成も提案できる。

図７に示した除湿機能付き空調機８１は、還気ＲＡと外気ＯＡを混合した後に外気処理セクション６０に導入して、その後混合処理セクション６２にて一括して加熱または冷却処理するようにしたものである。かかる構成を有する除湿機能付き空調機８１によれば、外気風量に対して還気風量が少ない場合に両者を混合した後に外気処理を行い、次いで混合処理するので、空調機自体を単純化することができ、コンパクト化することが可能である。ただし、外気処理セクション６０で処理する熱量が多くなるので、冷凍サイクルの容量が大きくなり、それに伴って圧縮機を大型化したり、台数を増やす必要性が生ずる場合がある。

図８に示したシステム構成にかかる除湿機能付き空調機９１は、還気風量がなく外気ＯＡのみを処理して給気ＳＡを供給する構成を有している。たとえば空調対象空間に別途輻射パネルを設置したり、異なった空調機からの給気を供給して、還気を除湿機能付き空調機９１に導入しないケースに対応するものである。

以上示した除湿機能付き空調機７１、８１、９１はいずれも導入した外気に対する潜熱処理は第１の空気－水熱交換器でプレクールを行なった後、空冷ヒートポンプの蒸発器として機能する第１の熱交換器で冷却減湿を行ない、その後給気に必要な温度にまで昇温させる再熱には、前記空冷ヒートポンプの凝縮器として機能する第２の熱交換器によって加熱しているので、再熱を行なうにあたり別途温熱源を用意する必要がなく、省エネ性が高い。また排熱の処理が容易であり、しかも全体してコンパクトな装置として構築できるという本発明の作用効果が得られるものである。

さらに冬期の暖房についても、実施の形態にかかる除湿機能付き空調機１をはじめとして、図５～図８に示した除湿機能付き空調機７１、８１、９１は実施可能であり、かかる場合、空冷ヒートポンプは休止して、中温冷水熱交換器１３、低温冷水熱交換器１４、第２の空気－水熱交換器３３、低温冷水熱交換器３４に所定温度の温水を供給することで、容易に暖房運転を行なうことができる。

本発明は、ビルの個々のテナントの空調に対して有用であり、特に冷却塔を持たない、または設置できない施設、供給冷水温度が７～９℃に限られ、かつ再熱に温水を併用しては熱コストが膨大で省エネ性も極めて悪化してしまうＤＨＣシステムが適用されている地域に効果が大きい。

１、７１、８１、９１ 除湿機能付き空調機
２ ケーシング
３ 仕切部材
４ 外気用流路
５ 還気用流路
６ 混合空間
１０ 外気導入流路
１１ 外気取り入れ口
１２、３２、５３ エアフィルタ
１３ 中温冷水熱交換器
１３ａ、１４ａ、２５ａ、３３ａ 配管
１３ｂ、１４ｂ、２５ｂ、３３ｂ バルブ
１４、３４ 低温冷水熱交換器
２１ 第１の熱交換器
２２ 第２の熱交換器
２３、２３ａ、２３ｂ 膨張弁
２４、２４ａ、２４ｂ 圧縮機
２５ 気化式加湿器
３０ 還気導入流路
３０ａ、５２ａ ダンパ
３１ 還気取り入れ口
３３ 第２の空気－水熱交換器
３５ 温水熱交換器
４１ ファン
４２ 給気口
４３ 給気流路
４４ ブースターファン
４５ 外気分岐流路
５１ 外気取り入れ口（外気冷房用）
５２ 外気冷房用導入流路

Claims (3)

1. 外気を導入して潜熱を除去し、空調対象室からの還気と混合させて給気として空調対象室に送る除湿機能付き空調機であって、
   前記導入した外気を水と熱交換するプレクール用の第１の空気－水熱交換器と、
   前記第１の空気－水熱交換器の後段側に設けられ、空冷ヒートポンプの蒸発器として機能する第１の熱交換器と、
   前記第１の熱交換器の後段側に設けられ、前記空冷ヒートポンプの凝縮器として機能する第２の熱交換器と、
   前記還気と水を熱交換する第２の空気－水熱交換器と、
   前記第２の熱交換器を経た空気と、前記第２の空気－水熱交換器を経た空気とを混合させて給気として空調対象室へ送風する送風機とを有し、
   前記第１の空気－水熱交換器は、上流側に配置される中温冷水熱交換器と、下流側に配置される低温冷水熱交換器と、によって構成され、
   前記中温冷水熱交換器に供給される中温冷水の温度は、前記低温冷水熱交換器に供給される低温冷水の温度よりも高い１４℃～１６℃であることを特徴とする、除湿機能付き空調機。
2. 前記低温冷水熱交換器に供給される低温冷水は、地域冷暖房により供給される冷水であることを特徴とする、請求項１に記載の除湿機能付き空調機。
3. 外気を導入して潜熱を除去し、空調対象室からの還気と混合させて給気として空調対象室に供給する除湿機能付き空調機の制御方法であって、
   前記除湿機能付き空調機は、
   前記導入した外気を水と熱交換するプレクール用の上流側に配置される中温冷水熱交換器と、下流側に配置される低温冷水熱交換器とによって構成される第１の空気－水熱交換器と、
   前記第１の空気－水熱交換器の後段側に設けられ、空冷ヒートポンプの蒸発器として機能する第１の熱交換器と、
   前記第１の熱交換器の後段側に設けられ、前記空冷ヒートポンプの凝縮器として機能する第２の熱交換器と、
   前記還気と水を熱交換する第２の空気－水熱交換器と、
   前記第２の熱交換器を経た空気を加湿する加湿器と、
   前記加湿器を経た空気と、前記第２の空気－水熱交換器を経た空気とを混合させて給気として空調対象室へ送風する送風機とを有し、
   前記中温冷水熱交換器に供給される中温冷水の温度は、前記低温冷水熱交換器に供給される低温冷水の温度よりも高い１４℃～１６℃であり、
   空調対象室内の目標温湿度に相当する目標露点温度を求める工程と、
   前記空調対象室内の湿度の状態値を求める工程と、
   前記目標露点温度と前記状態値の偏差から、前記除湿機能付き空調機における前記第２の熱交換器を経た外気の露点温度設定値を設定する工程とを有し、
   前記第２の熱交換器を経た外気の露点温度が、前記露点温度設定値となるように、少なくとも前記中温冷水熱交換器または低温冷水熱交換器に供給する冷水の流量を調整することを特徴とする、除湿機能付き空調機の制御方法。

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