JP2714250B2

JP2714250B2 - 空気調和装置

Info

Publication number: JP2714250B2
Application number: JP2299445A
Authority: JP
Inventors: 信行道念
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-11-05
Filing date: 1990-11-05
Publication date: 1998-02-16
Anticipated expiration: 2013-02-16
Also published as: JPH04174225A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、例えば、空気調和機と室内との間を１個の
給気ダクト及び１個の還気ダクトとによって接続した構
成の単一ダクト方式と称される空気調和装置に関するも
のである。

（従来の技術）従来、第９図にて図示するようなこの種の空気調和装
置では、通常の室内空気温、湿度制御と、通常の室内空
気温、湿度制御よりもより精密な室内空気温、湿度制御
とが行なわれている。

通常の室内空気温、湿度制御では、空気調和機101内
に一定列数設置された冷却コイル106内を通す冷水等の
冷媒の流量を可変調整するか、或いは空気調和機101内
への流入空気量を可変調整することが必要とされる。上
記通常の室内空気温、湿度制御では、室内空気温度を検
知し、この検知した室内空気温度値のみを基準として制
御を行なっているので、室内空気の湿度については正確
な制御が不可能であり、成り行きまさせとならざるを得
ない。又、より精密な室内空気温、湿度制御では、外気
と室内戻り空気との混合空気の冷却コイル106に
よる設定湿度値までの除湿と、この除湿後の空気の再
熱コイル107による加熱とが必要とされていた。このよ
り精密な室内空気温、湿度制御において用いられる再熱
コイル107は、空気調和機101内の冷却コイル106の設置
位置よりも空気移動方向下流側に設置されている。そし
て、再熱コイル107にて加熱された後の空気は、空気
調和機101内の再熱コイル107よりも更に空気移動方向下
流側の部位に設けられたファンによって、室内へと吹出
される。

（発明が解決しようとする課題）ところで、上記精密な室内空気温、湿度制御は、空気
調和機101内の空気に、第10図の湿り空気線図に表現さ
れるような状態変化が生じる。つまり、空気調和機101
に吸引された外気と室内戻り空気との混合空気
は、第10図点にて示され、冷却コイル106出口側での
空気は、点にて示され、再熱コイル107出口側での
空気は、点にて示される。更に、空気調和機107か
ら送気ダクトを通って室内へと導入され、室内から還気
ダクトを通って空気調和機101へと戻ってきた室内戻り
空気は、第10図点にて示される。即ち、空気調和機
101に吸引された第10図点にて示した外気は、空気調
和機101において、第10図点、点、点、点、点
通る軌跡を描くこととなる。この第10図点から点
に至る軌跡は、冷却コイル106が６列で固定であると仮
定すると、第７図にて示す冷却コイルが６列のときの冷
却コイルの出口空気状態を示す曲線と一致する。

このように、空気調和機101内に吸引された空気は、
第10図の軌跡にて表現されるような状態変化を生じる。
このような空気の状態変化は、点から点への移行を
伴うから、点から点、点を結ぶ曲線で示される冷
却コイル出口空気の状態を示す線（第７図、冷却コイル
が６列のときの出口空気の状態を示す曲線）上から外れ
ることとなる。この点から点への移行に際しては、
再熱コイル107による加熱が必要であり、このために精
密な室内空気の温、湿度制御を行なうには、再熱負荷が
大きくなるという問題点があった。

従って本発明の目的は、大きな再熱負荷を要せずし
て、精密な室内空気温、湿度制御を行なうことができる
空気調和装置を提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するために本発明に係る空気調和装置
は、並設されている複数個の冷却コイルと、これら各冷
却コイル間を接続する冷媒配管に設けられ、制御信号が
印加されたときに冷媒配管を開／閉する複数個の冷媒配
管開／閉手段とを有し、外気と室内戻り空気とを吸引し
て前記各冷却コイルに設けられた空気通路を通した後、
室内に吹出す空気調和機と、与えられた前記吹出し空気
の温度検出信号及び湿度検出信号を受けて予め設定され
たエンタルピを求めるためのアルゴリズムに基づき前記
吹出し空気のエンタルピを求めるとともに、与えられた
前記室内戻り空気の温度検出信号及び湿度検出信号を受
けて前記アルゴリズムに基づき前記室内戻り空気のエン
タルピを求めるエンタルピ算出手段と、前記算出された
２つのエンタルピを受けて予め設定されている顕熱比を
求めるためのアルゴリズムに基づき室内顕熱比を求め、
この求めた室内顕熱比と、与えられた室内温湿度設定値
情報とから冷媒配管と接続すべき冷却コイルの列数を決
定して、この決定したコイル列数に基づき前記複数個の
冷媒配管開／閉手段を制御するコイル列数制御手段と、
を備えた構成した。

（作用）上記構成において、空気調和機は、並設されている複
数個の冷却コイルと、これら各冷却コイル間を接続する
冷媒配管に設けられ、制御信号が印加されたときに冷媒
配管を開／閉する複数個の冷媒配管開／閉手段とを有
し、外気と室内戻り空気とを吸引して前記各冷却コイル
に設けられた空気通路を通した後、室内に吹出すになっ
ている。又、エンタルピ算出手段は、与えられた前記吹
出し空気の温度検知信号及び湿度検出信号を受けて予め
設定されたエンタルピを求めるためのアルゴリズムに基
づき前記吹出し空気のエンタルピを求めるとともに、与
えられた前記室内戻り空気の温度検出信号及び湿度検出
信号を受けて前記アルゴリズムに基づき前記室内戻り空
気のエンタルピを求めるようになっている。更に、コイ
ル列数制御手段は、前記算出された２つのエンタルピを
受けて予め設定されている顕熱比を求めるためのアルゴ
リズムに基づき室内顕熱比を求め、この求めた室内顕熱
比と、与えられた室内温湿度設定値情報とから冷媒配管
と接続すべき冷却コイルの列数を決定して、この決定し
たコイル列数に基づき前記複数個の冷媒配管開／閉手段
を制御する。このようにして、冷媒配管と接続すべき冷
却コイルの列数を決定し、制御することとしたもので、
大きな再熱負荷を要せずして、精密な室内空気温、湿度
制御を行なうことが可能となった。

（実施例）以下、図面により本発明の一実施例について説明す
る。

第１図は、本発明の一実施例に従う空気調和装置の全
体構成を示したブロック図である。第１図にて図示した
空気調和装置は、単一ダクト方式と称されるものであ
る。この空気調和装置は、空気調和機１と室内３との間
を、送気ダクト２と還気ダクト４とにより接続し、更に
空気調和機１の空気移動方向上流側に、外気ダクト５が
設けられた構成となっている。

空気調和機１の空気移動方向上流側には、冷却コイル
６が複数個配列されている。本実施例では、冷媒として
冷水が用いられており、この複数個配列されている冷却
コイル６の冷水移動方向最下流側には、冷水電動２方弁
（MV₁）８が設けられている。この冷水電動２方弁８
は、エンタルピ算出手段及びコイル列数制御手段、例え
ばダイレクトディジタルコントローラ（以下「DDC」と
略記する）10から出力される制御信号によって開／閉動
作する。空気調和機１の冷却コイル６の設置位置より空
気移動方向下流側には、再熱コイル７が設けられてい
る。この再熱コイル７の温水移動方向下流側には、温水
電動２方弁（MV₂）９が設けられている。この温水電動
２方弁９は、DDC10から出力される制御信号によって開
／閉動作する。空気調和機１の再熱コイル７の設置位置
より空気移動方向下流側には、温度計（T₁）11と湿度計
（H₁）12とが取付けられている。温度計11は、再熱コイ
ル７の設置位置を通って流れ出る空気（即ち、吹出し空
気SA）の温度を測定し、この測定結果をアナログ信号と
してDDC10に出力するようになっている。湿度計12も温
度計11と同様に、再熱コイル７の設置位置を通って流れ
出る吹出し空気SAの湿度を測定し、この測定結果をアナ
ログ信号としてDDC10に出力するようになっている。更
に、空気調和機１の空気移動方向最下流端には、ファン
13が設けられている。ファン13は、例えば、DDC10から
出力される制御信号によってその回転数が制御される。
ファン13は、回転することによって空気調和機１内を負
圧状態とし、外気ダクト５、還気ダクト４を通して外気
OAと室内戻り空気RAとを夫々空気調和気１内に吸引し
て、外気OAと室内戻り空気RAとの混合空気を形成する。
ファン13は、回転することによってこの混合空気を冷却
コイル６、再熱コイル７の設置位置へと導いた後、送気
ダクト２を通して室内３に吹出す。ファン13の回転によ
って、外気が外気ダクト５を通して空気調和機１内に吸
引されるともに、空気調和機１から送気ダクト２に吹出
された空気SAは、送気ダクト２、室内３、還気ダクト４
を通って室内戻り空気RAとして空気調和機１内に還流す
る。

還気ダクト４には、温度計T₂）14と湿度計（H₂）15と
が取付けられている。温度計14は、室内３から還気ダク
ト４に流出した空気（即ち、室内戻り空気RA）の温度を
測定し、この測定結果をアナログ信号としてDDC10に出
力するようになっている。湿度計15も温度計14と同様
に、室内３から還気ダクト４に流出した室内戻り空気RA
の湿度を測定し、この測定結果をアナログ信号としてDD
C10に出力するようになっている。

本実施例では、第１図にて示した冷却コイル６は、例
えば、第２図にて示したように複数列（４列）設けられ
ており、各冷却コイル61,62,63,64には、空気調和機１
内を移動する空気を通すフィン61a,62a,63a,64aが夫々
設けられている。本実施例では、冷却コイル６の配列数
を４個としたが、冷却コイル６の配列数は４個に限定さ
れない。冷媒配管、例えば、冷水配管21には、冷水移動
方向最上流側に設置されている冷却コイル61と、冷媒配
管開／閉手段、例えば、３方電磁弁25,28及び上述した
冷水電動２方弁８とが接続されている。冷水配管22に
は、２列目の冷却コイル62と、冷媒配管開／閉手段、例
えば、３方電磁弁26とが接続されており、その冷水移動
方向上流側は、３方電磁弁25を通して、又、その冷水移
動方向下流側は、３方電磁弁28を通して夫々冷水配管21
と接続されている。冷水配管23には、３列目の冷却コイ
ル63が接続されており、その冷水移動方向上流側は、３
方電磁弁26を通して冷水配管22と、又、その冷水移動方
向下流側は、冷媒配管開／閉手段、例えば、３方電磁弁
27を通して冷水配管21と続く冷水配管23、冷水配管24と
夫々接続されている。更に、冷水配管24には、４列目の
冷却コイル64が接続されており、その冷水移動方向上流
側は、３方電磁弁27を通して冷水配管23と、又、その冷
水移動方向下流側は、冷水配管22と接続されている。各
３方電磁弁25,26,27,28は、DDC10から出力される制御信
号に従って動作する。上記構成において、例えば、１列
目の冷却コイル61のみに冷水を流入させる場合には、３
方電磁弁25の冷水配管22側、３方電磁弁27の冷水配管23
側が閉じるように、３方電磁弁25,27が夫々制御され
る。又、３方電磁弁28の冷水配管22側が閉じるように３
方電磁弁28が制御される。１列目の冷却コイル61と２列
目の冷却コイル62に冷水を流入させる場合には、３方電
磁弁25よりも冷水移動方向下流側の冷水配管21を閉じる
ように、３方電磁弁25が制御される。又、冷水配管23側
が閉じるように、３方電磁弁26が制御され、且つ３方電
磁弁28よりも冷水移動方向上流側の冷水配管21を閉じる
ように、３方電磁弁28が制御される。又、１列目の冷却
コイル61、２列目の冷却コイル62、３列目の冷却コイル
63に冷水を流入させる場合には、３方電磁弁25について
は、該３方電磁弁25よりも冷水移動方向下流側の冷水配
管21を閉じるように３方電磁弁25が制御される。３方電
磁弁26については、該３方電磁弁26よりも冷水移動方向
下流側の冷水配管22を閉じるように３方電磁弁26が制御
される。３方電磁弁27については、冷水配管24側を閉じ
るように制御される。そして、３方電磁弁28について
は、冷水配管22側を閉じるように制御されることとな
る。更に、４列全部の冷却コイル（61,62,63,64）に冷
水を流入させる場合には、３方電磁弁25,26に関しては
３列の冷却コイル（61,62,63）に冷水を流入させる制御
と同様な制御が行なわれる。一方、３方電磁弁27につい
ては、冷水配管21と続く冷水配管23側が閉じるように、
又、３方電磁弁28については、該３方電磁弁28よりも冷
水移動方向上流側の冷水配管21を閉じるように、夫々制
御されることとなる。

DDC10は、演算処理部を始め、記憶部、ディジタルア
ウトプット（以下「DO」と略述する）10a、ディジタル
インプット（以下、「DI」と略述する）10b、アナログ
アウトプット（以下「AO」と略述する）10c、アナログ
インプット（以下、「AI」と略述する）10dを備えてい
る。

DO10aは、上記演算処理部の制御下で、各３方電磁弁2
5,26,27,28に対し、制御信号（ディジタル信号）を出力
することによって、これら各３方電磁弁25,26,27,28を
上述したように制御する。A010cは、DO10aと同様に、演
算処理部の制御下で、冷水電動２方弁８、温水電動２方
弁９に対し、比例制御するための信号（アナログ信号）
を出力することによって、冷水電動２方弁８、温水電動
２方弁９を比例制御するようになっている。AI10dは、
温度計11から出力される吹出し空気温度測定値と湿度計
12から出力される吹出し空気湿度測定値とを読込んで、
演算処理部に与える。AI10dは、又、温度計14から出力
される室内戻り空気温度測定値と湿度計15から出力され
る室内戻り空気湿度測定値とを読込んで、演算処理部に
与えるようになっている。

DDC10の記憶部には、例えば、第３図にて図示するよ
うな湿り空気のｈ−ｘ線図データが記憶されている。こ
の湿り空気のｈ−ｘ線図データは、空気調和機１から室
内３に吹出された吹出し空気のエンタルピ及び室内３か
ら還気ダクト４を通って空気調和機１に還流した室内戻
り空気のエンタルピを求めるために用いられるものであ
る。上記湿り空気のｈ−ｘ線図データは、これら求めた
吹出し空気のエンタルピ及び室内戻り空気のエンタルピ
から、室内顕熱比（SHF）を算出するためにも用いられ
る。第３図において、直線は、エンタルピを表わして
おり、曲線は、相対湿度100％を示しており、点
は、温度計11、湿度計12によって夫々検出された室内吹
出し空気の温、湿度を、点は、温度計14、湿度計15に
よって夫々検出された室内戻り空気の温、湿度を夫々示
している。上記点ととを結ぶ直線は、室内顕熱比
（室内SHF）を示している。なお、第３図縦軸は、絶対
湿度値を、又、第３図横軸は、温度値を、夫々示してい
る。上記室内SHFは、の算式によって求められる。

ここで、潜熱とは、例えば、人が発する蒸気である。

DDC10の記憶部には、又、第４図にて図示するような
データが記憶されている。第４図にて図示したデータ
は、縦軸に絶対湿度値が、横軸には、温度値が夫々設定
されている。第４図にて図示したデータ中には、例えば
冷却コイル６の配列数が全部で６個あるときに、６個全
部に冷水を通したとき、５個の冷却コイル６に冷水を通
したとき、４個の冷却コイル６に冷水を通したとき、３
個の冷却コイル６に冷水を通したとき、２個の冷却コイ
ル６に冷水を通したとき、及び１個の冷却コイル６に冷
水を通したときの、夫々の空気調和機１の出口空気の状
態を示す曲線が書込まれている。記憶部は、演算処理部
からのデータ読出し要求に応じて、上記各データを演算
処理部に与える。

記憶部は、更に、第４図符号にて示すような室内
温、湿度設定値を記憶する。この室内空気温、湿度設定
値は、例えばDDC10と接続されている操作部（図示し
ない）のオペレータによるキー操作によって設定される
ようになっている。

演算処理部は、温度計11、湿度計12から出力され、AI
10dを通して与えられた吹出し空気温度測定値、吹出し
空気湿度測定値を受ける。そして、これら吹出し空気温
度測定値、吹出し空気湿度測定値と、記憶部に記憶され
ている第３図にて示す湿り空気のｈ−ｘ線図データとか
ら、吹出し空気のエンタルピ（第３図、符号）を求め
る。演算処理部は、温度計14、湿度計15から出力され、
AI10dを通して与えられた室内戻り空気温度測定値、室
内戻り空気湿度測定値を受ける。そして、これら室内戻
り空気温度測定値、室内戻り空気湿度測定値と、記憶部
に記憶されている上記湿り空気のｈ−ｘ線図データとか
ら、室内戻り空気のエンタルピ（第３図、符号）を求
める。上記プロセスにより求めた吹出し空気のエンタル
ピ（第３図、符号）と室内戻り空気のエンタルピ（第
３図、符号）と、上記湿り空気のｈ−ｘ線図データと
から、第３図直線−にて示される室内SHFを求め
る。

演算処理部は、上記求めた室内SHFと、記憶部に記憶
されている上述した冷却コイル６の列数毎の出口空気状
態を示すデータと、室内空気温、湿度設定値とから第４
図にて示す、吹出し空気状態点を求める。即ち、第４
図において、符号にて示す室内空気温、湿度設定値を
基に、前記第３図直線−にて示した室内SHFと同一
勾配で直線を引いて、吹出し空気状態点を求めるわけ
である。このようにして得られた吹出し空気状態点と
最も近い出口空気状態を示す曲線を求め、この曲線に対
応するコイル列数を、冷水配管に対して接続すべき冷却
コイル６の列数と判断する。

演算処理部は、上記のようなプロセスを経て求めた列
数値に従い、各３方電磁弁25,26,27,28を開／閉動作さ
せ、冷却コイル６の列数制御を行なう。このようにして
冷却コイル６の列数制御を行なった後、予め前述した操
作部（図示しない）によって設定されている空気温度基
準値と温度計14から出力される室内戻り空気温度測定値
とに基づいて、例えば、冷水電動２方弁８を比例制御
し、冷却コイル６を流れる冷水流量を調整することによ
って、所定の出口空気状態（即ち、第４図符号にて示
す）を得ることとなる。

なお、上記のように冷却コイル６の列数制御を行なう
ことによって、冷却コイル６の必要出口空気状態が第４
図、第８図にて示した出口空気状態を示す曲線が複数本
引かれている領域内に存在しているときには、第５図、
第７図にて示した従来のコイル列数固定の空気調和装置
とは異なって再熱負荷が不要となる。又、冷却コイル６
の必要出口空気状態が第４図、第８図にて示した領域か
ら外れている場合でも、第５図と第６図とを比較対照し
て明らかなように、従来装置のようなコイル列数固定の
ものと比較して再熱負荷を大幅に低減することができ
る。

以上説明した本発明に従う一実施例に係る装置は、室
内を除湿し過ぎることがなく、再熱負荷を小さくするこ
とも可能であり、簡易なクリーンルームや、コンピュー
タ室等、室内SHFの大きい環境に特に好適に用いられ
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、与えられた吹
出し空気の温度検出信号及び湿度検出信号を受けて予め
設定されたエンタルピを求めるためのアルゴリズムに基
づき吹出し空気のエンタルピを求めるとともに、与えら
れた室内戻り空気の温度検出信号及び湿度検出信号を受
けて前記アルゴリズムに基づき室内戻り空気のエンタル
ピを求め、これら求められた２つのエンタルピを受けて
予め設定されている顕熱比を求めるためのアルゴリズム
に基づき室内顕熱比を求め、この求めた室内顕熱比と、
与えられた室内温、湿度設定値情報とから冷媒配管と接
続すべき冷却コイルの列数を決定して、この決定したコ
イル列数に基づき複数個の冷媒配管開／閉手段を制御す
ることとしたので、大きな再熱負荷を要せずして、精密
な室内空気温、湿度制御を行なうことが可能な空気調和
装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に従う空気調和装置の全体
構成を示したブロック図、第２図は、本発明の一実施例
に従う空気調和装置が備えている列数可変冷却コイルを
示した図、第３図は、本発明の一実施例に従う湿り空気
のｈ−ｘ線図データを示した図、第４図は、本発明の一
実施例に従う空気調和装置における冷却コイル吹出し空
気の状態点を求めるプロセスを示した図、第５図、第７
図は、従来の空気調和装置における列数固定の冷却コイ
ル出口空気の状態曲線を示した図、第６図、第８図は、
本発明の一実施例に従う列数可変冷却コイルにおける各
列毎の冷却コイル出口空気の状態曲線を示した図、第９
図は、従来技術に従う空気調和機の構成を示した説明
図、第10図は、従来技術に従う空気調和装置における精
密な室内空気温、湿度制御を行なったときの空気調和機
内における空気状態を示した空気線図である。１…空気調和機、６…冷却コイル、７…再熱コイル、10
…ダイレクトディジタルコントローラ、11,14…温度
計、12,15…湿度計、13…ファン、21,22,23,24…冷水配
管、25,26,27,28…３方電磁弁。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】並設されている複数個の冷却コイルと、こ
れら各冷却コイル間を接続する冷媒配管に設けられ、制
御信号が印加されたときに冷媒配管を開／閉する複数個
の冷媒配管開／閉手段とを有し、外気と室内戻り空気と
を吸引して前記各冷却コイルに設けられた空気通路を通
した後、室内に吹出す空気調和機と、与えられた前記吹出し空気の温度検出信号および湿度検
出信号を受けて予め設定されたエンタルピを求めるため
のアルゴリズムに基づき前記吹出し空気のエンタルピを
求めるとともに、与えられた前記室内戻り空気の温度検
出信号及び湿度検出信号を受けて前記アルゴリズムに基
づき前記室内戻り空気のエンタルピを求めるエンタルピ
算出手段と、前記算出された２つのエンタルピを受けて予め設定され
ている顕熱比を求めるためのアルゴリズムに基づき室内
顕熱比を求め、この求めた室内顕熱比と、与えられた室
内温湿度設定値情報とから冷媒配管と接続すべき冷却コ
イルの列数を決定して、この決定したコイル列数に基づ
き前記複数個の冷媒配管開／閉手段を制御するコイル列
数制御手段と、を備えたことを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】請求項１記載の空気調和装置において、前
記空気調和機は、前記冷却コイルの設置位置より空気移
動方向下流側に、供給された温水を受けて空気調和機内
を通る空気を加熱する再熱コイルを有していることを特
徴とする空気調和装置。