JP5468427B2

JP5468427B2 - 空調制御システムおよび空調制御方法

Info

Publication number: JP5468427B2
Application number: JP2010056301A
Authority: JP
Inventors: 良仁春日; 雄貴久保
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2010-03-12
Filing date: 2010-03-12
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2030-03-12
Also published as: JP2011190962A

Description

本発明は、気化式加湿器を用いて調整した空気を給気ファンにより空調制御対象の室内に供給する空調制御システムおよび空調制御方法に関する。

従来、空気が乾燥する冬季には、空調制御システム内に設置された気化式加湿器により制御対象の空気を加湿し、室内に提供している。

制御対象の空気を加湿する技術として、例えば特許文献１に記載の気化式加湿器がある。この気化式加湿器では、冬季には加湿処理を行って空調を行い、夏季にはドレンホースを流れてくるドレン水を気化させて屋外へ排出している。

この気化式加湿器を空調制御システムに利用することにより、冬季に加湿処理を行うことができるとともに、ドレンホースを設置することなく夏季にも適切な空調を行うことができる。

特開平５−７９６５３号公報

しかし、この特許文献１に記載されたような従来の空調システムでは、気化式加湿器において外部から供給された水を気化するために多大なエネルギーを必要としており、これを低減させる技術が望まれていた。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、熱エネルギーを効率よく利用し、消費エネルギーを低減させることが可能な空調制御システムおよび空調制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の空調制御システムは、制御対象の空気に加湿処理を行う気化式加湿器と、前記気化式加湿器で加湿処理した空気を、空調制御対象の室内に送風する送風ファンと、前記送風ファンの駆動部を冷却水により冷却処理する冷却ユニットと、前記気化式加湿器と前記冷却ユニットとの間を接続し、前記冷却ユニットで冷却処理を実行したことにより温められた冷却水を前記気化式加湿器における加湿処理に利用させるために送水する第１送水管と、前記空調制御対象の室内からの還気を制御対象の空気として取り込む還気ダクト上に設置され、前記気化式加湿器において加湿処理で気化されなかった冷却水を取り込んで、前記還気ダクトから取り込んだ還気を用いて、前記加湿処理で気化されなかった冷却水の余熱を吸収するための熱交換処理を行う熱交換器と、前記気化式加湿器と前記熱交換器との間を接続し、前記気化式加湿器において加湿処理で気化されなかった冷却水を前記熱交換器に送水するとともに、前記熱交換器で熱交換処理された冷却水を再度前記冷却ユニットで冷却処理に利用させるために送水するように循環させる第２送水管とを備えることを特徴とする。

空調制御システムの気化式加湿器が制御対象の空気に加湿処理を行い、前記空調制御システムの送風ファンが、前記気化式加湿器で加湿処理した空気を、空調制御対象の室内に送風し、前記空調制御システムの冷却ユニットが、前記送風ファンの駆動部を冷却水により冷却する処理を行い、前記気化式加湿器と前記送風ファンとの間を接続した第１送水管により、前記冷却ユニットで冷却処理を実行したことにより温められた冷却水を前記気化式加湿器における加湿処理に利用させるために送水し、前記空調制御対象の室内からの還気を制御対象の空気として取り込む還気ダクト上に設置された熱交換器が、前記気化式加湿器において加湿処理で気化されなかった冷却水を取り込んで、前記還気ダクトから取り込んだ還気を用いて、前記加湿処理で気化されなかった冷却水の余熱を吸収するための熱交換処理を行い、前記気化式加湿器と前記熱交換器との間を接続した第２送水管により、前記気化式加湿器において加湿処理で気化されなかった冷却水を前記熱交換器に送水するとともに、前記熱交換器で熱交換処理された冷却水を再度前記冷却ユニットで冷却処理に利用させるために送水するように循環させることを特徴とする。

本発明の空調制御システムおよび空調制御方法によれば、熱エネルギーを効率よく利用し、消費エネルギーを低減させることができる。

本発明の一実施形態による空調制御システムの構成を示す全体図である。本発明の一実施形態による空調制御システムの冬季モードの動作を示すシーケンス図である。本発明の一実施形態による空調制御システムの夏季モードの動作を示すシーケンス図である。

〈一実施形態による空調制御システムの構成〉
本発明の一実施形態による空調制御システム１の構成について、図１を参照して説明する。

本実施形態による空調制御システム１は、空調制御対象の室内Ｘに設置された湿度センサ１０と、空調制御対象の室内Ｘからの還気を取り込む還気ダクト２０と、屋外から外気を取り込む外気ダクト３０と、還気ダクト２０から取り込んだ還気および外気ダクト３０から取り込んだ外気を空調する空調機４０と、空調機４０の空調に利用する冷温水を給水する給水管５０と、空調機４０の空調に利用された冷温水を排水する排水管６０と、空調機４０で空調された空気を給気として空調制御対象の室内Ｘに供給する給気ダクト７０と、還気ダクト２０上に設置された第１熱交換器８０と、空調機４０と第１熱交換器８０とを間で循環する冷却水を送水する第２送水管９０と、還気のうち空調に利用しない空気を外部に排出する排気ダクト１００と、排気ダクト１００上に設置された第２熱交換器１１０と、空調機４０と第２熱交換器１１０との間で循環する冷却水を送水する第３送水管１２０とを有する。

空調機４０は、取り込んだ還気および外気を、冷温水を利用して目標温度に調整するコイル４１と、湿度センサ１０で計測された室内湿度計測値に基づいて、温度調整された空気を、水の気化により加湿する気化式加湿器４２と、調整した空気を給気として給気ダクト７０から室内Ｘに送風する送風ファン４３と、送風ファン４３の駆動部であるファンベアリングの摩擦熱を冷却水により冷却処理する冷却ユニット４４と、気化式加湿器４２と冷却ユニット４４との間を接続し、冷却ユニット４４で温められた冷却水を気化式加湿器４２における加湿処理に利用させるために冷却水を送水する第１送水管４５とを有する。

上記の第１送水管４５、第２送水管９０、および第３送水管１２０は、ポリチューブなどにより敷設することができる。

この空調機４０は、外気の湿度が低いときの制御に好適な冬季モードにより動作する場合と、外気の湿度が高いときの制御に好適な夏季モードにより動作する場合とがあり、冬季モードで動作する場合には気化式加湿器４２が稼働され、夏季モードで動作する場合には気化式加湿器４２が停止される。

第１熱交換器８０は差し込み型の熱交換器であり、気化式加湿器４２が稼働しているときに、気化式加湿器４２における加湿処理で気化されなかった水を取り込み、再度冷却ユニット４４における冷却処理に利用させるために、還気を用いて熱交換処理を行って余熱を吸収し冷却する。

第２送水管９０は、空調機４０の気化式加湿器４２と第１熱交換器８０との間を接続し、気化式加湿器４２において加湿処理で気化されなかった冷却水を第１熱交換器８０に送水するとともに、熱交換処理された冷却水を再度冷却ユニット４４で冷却処理に利用させるために送水するように循環させる。

第２熱交換器１１０は差し込み型の熱交換器であり、気化式加湿器４２が稼働していないときに、冷却ユニット４４で温められた冷却水を取り込み、再度ファンベアリグの冷却に利用させるために、排気を用いて熱交換処理により冷却する。

第３送水管１２０は、空調機４０の気化式加湿器４２と第２熱交換器１１０との間を接続し、冷却ユニット４４で温められた冷却水を第２熱交換器１１０に送水するとともに、この熱交換処理された冷却水を再度冷却ユニット４４で冷却処理に利用させるために送水するように循環させる。

〈一実施形態による空調制御システムの動作〉
次に、本実施形態における空調制御システム１が冬季モードで動作する場合、および夏季モードで動作する場合について説明する。この冬季モードと夏季モードとは、中央監視装置（図示せず）等から送信されるモード切り替え信号により気化式加湿器４２内の制御弁が制御されて切り替えられる。

［空調機４０が冬季モードで動作する場合］
空調機４０が冬季モードで動作する場合の例として、ここでは空調制御対象の室内Ｘの温度設定値が２２〜２８℃の範囲で設定されているものとする。

冬季モードにより空調制御システム１が稼動されると、空調制御対象の室内Ｘに設置された湿度センサ１０において計測された室内湿度計測値が所定時間間隔で空調機４０の気化式加湿器４２で取得される。

次に、この室内Ｘの所定量の還気が空調機４０に取り込まれる。このとき室内Ｘの還気が還気ダクト２０を通ることにより、例えば１５℃程度に冷やされる。

また、必要に応じて屋外から、例えば１０℃程度の所定量の外気が外気ダクト３０から空調機４０に取り込まれる（Ｓ１）。

空調機４０では、取り込んだ還気および外気が、コイル４１において給水管５０から給水された冷温水が利用され目標温度に調整される（Ｓ２）。コイル４１で利用された冷温水は排水管６０から排水される。

そして、冬季モードにおいては気化式加湿器４２が稼働されており、コイル４１で温度調整された空気が、気化式加湿器４２において湿度センサ１０で計測された室内湿度計測値に基づいて加湿される（Ｓ３）。空調制御システム１の起動直後は、この気化式加湿器４２における加湿に利用される水は、外部から給水管５０を通って供給される。

気化式加湿器４２により加湿された空気は、送風ファン４３により空調制御対象の室内Ｘに給気として供給される（Ｓ４）。

このとき送風ファン４３では、稼働によりファンベアリングに摩擦熱が発生しており、この摩擦熱が冷却ユニット４４により冷却水で冷却される（Ｓ５）。空調制御システム１の起動直後は、この冷却ユニット４４における冷却に利用される水は、外部から給水管５０、気化式加湿器４２、および第１送水管４５を通って供給される。

冷却ユニット４４においてファンベアリングの冷却に利用された冷却水は、この冷却処理による熱交換で水温が例えば３０℃程度に上昇する。この水温が上昇した冷却水は第１送水管４５を通って気化式加湿器４２に送水され、加湿処理に利用される（Ｓ６）。

このように温度が上昇した冷却水が加湿処理に利用されることにより、気化式加湿器４２の負荷が低減される。

次に、気化式加湿器４２において加湿処理で気化されなかった冷却水が、第２送水管９０を通って第１熱交換器８０に送水され（Ｓ７）、第１熱交換器８０において還気が用いられて熱交換処理が行われ、この冷却水が持つ余熱が吸収され冷却される（Ｓ８）。

冷却された冷却水は第２送水管９０、気化式加湿器４２、および第１送水管を通って冷却ユニット４４に戻され（Ｓ９）、再度ファンベアリングの冷却のために利用される（Ｓ１０）。

また第１熱交換器８０において、冷却水の冷却に利用された還気は、熱交換により温度が上昇し、上述した例における還気ダクト２０内の温度である１５℃よりも上昇するため、コイル４１の負荷が低減される。

［空調機４０が夏季モードで動作する場合］
空調機４０が夏季モードで動作する場合の例として、ここでは空調制御対象の室内Ｘの温度設定値が２２〜２８℃の範囲で設定されているものとする。

夏季モードにより空調制御システム１が稼動されると、この室内Ｘの還気が還気ダクト２０を通って所定量が空調機４０に取り込まれる。また、必要に応じて屋外から、例えば３０℃程度の所定量の外気が外気ダクト３０から空調機４０に取り込まれる（Ｓ１１）。

空調機４０では、取り込んだ還気および外気が、コイル４１において給水管５０から給水された冷温水が利用され目標温度に調整される（Ｓ１２）。コイル４１で利用された冷温水は排水管６０から排水される。

そして、夏季モードにおいては気化式加湿器４２が停止されており、コイル４１で温度調整された空気は、加湿処理されず送風ファン４３により空調制御対象の室内Ｘに給気として供給される（Ｓ１３）。

このとき送風ファン４３では、稼働により発生した摩擦熱が、外部から給水管５０、気化式加湿器４２、および第１送水管４５を通って供給された冷却水で冷却される（Ｓ１４）。

冷却ユニット４４においてファンベアリングの冷却に利用された冷却水は、この冷却処理による熱交換で水温が例えば３０℃程度に上昇する。この水温が上昇した冷却水は、停止している気化式加湿器４２および第３送水管１２０を通って第２熱交換器１１０に送水され（Ｓ１５）、第２熱交換器１１０において例えば２５℃程度の排気が用いられて熱交換処理が行われ、この冷却水が冷却される（Ｓ１６）。

冷却された冷却水は第３送水管１２０、気化式加湿器４２、および第１送水管を通って冷却ユニット４４に戻され（Ｓ１７）、再度ファンベアリングの冷却のために利用される（Ｓ１８）。

以上の本実施形態によれば、加湿処理を要するときに、送風ファンのファンベアリングを冷却したことにより温度が上昇した冷却水を気化式加湿器における加湿処理に利用することにより、熱エネルギーを有効に利用し、無駄な消費エネルギーを低減させることができる。またこのとき、加湿処理において気化されなかった冷却水を還気により熱交換処理を行うことにより、再度冷却水をファンベアリングの冷却に利用して循環させることを可能にするとともに、還気の温度を上昇させることでコイルの負荷を低減させることができ、さらに無駄な消費エネルギーを低減させることができる。

また加湿処理を要しないときにも、送風ファンのファンベアリングを冷却したことにより温度が上昇した冷却水を排気により熱交換処理を行うことにより、再度冷却水をファンベアリングの冷却に利用して循環させることを可能にし、熱エネルギーを有効に利用することができる。

また本実施形態によれば、送風ファンのファンベアリングに水冷式の冷却ユニットを設けたため、ファンベアリングの寿命を長期化することができる。

また、本実施形態においては送風ファンにファンベアリングを冷却する冷却ユニットを設ける場合について説明したが、送風ファンにインバータを搭載している場合にはさらに小型熱交換器を設置し、この小型熱交換器により発生する熱エネルギーを気化式加湿器の動作に利用するようにしてもよい。

１…空調制御システム
１０…湿度センサ
２０…還気ダクト
３０…外気ダクト
４０…空調機
４１…コイル
４２…気化式加湿器
４３…送風ファン
４４…冷却ユニット
４５…第１送水管
５０…給水管
６０…排水管
７０…給気ダクト
８０…第１熱交換器
９０…第２送水管
１００…排気ダクト
１１０…第２熱交換器
１２０…第３送水管

Claims

制御対象の空気に加湿処理を行う気化式加湿器と、
前記気化式加湿器で加湿処理した空気を、空調制御対象の室内に送風する送風ファンと、
前記送風ファンの駆動部を冷却水により冷却処理する冷却ユニットと、
前記気化式加湿器と前記冷却ユニットとの間を接続し、前記冷却ユニットで冷却処理を実行したことにより温められた冷却水を前記気化式加湿器における加湿処理に利用させるために送水する第１送水管と、
前記空調制御対象の室内からの還気を制御対象の空気として取り込む還気ダクト上に設置され、前記気化式加湿器において加湿処理で気化されなかった冷却水を取り込んで、前記還気ダクトから取り込んだ還気を用いて、前記加湿処理で気化されなかった冷却水の余熱を吸収するための熱交換処理を行う熱交換器と、
前記気化式加湿器と前記熱交換器との間を接続し、前記気化式加湿器において加湿処理で気化されなかった冷却水を前記熱交換器に送水するとともに、前記熱交換器で熱交換処理された冷却水を再度前記冷却ユニットで冷却処理に利用させるために送水するように循環させる第２送水管と
を備えることを特徴とする空調制御システム。
空調制御システムの気化式加湿器が制御対象の空気に加湿処理を行い、
前記空調制御システムの送風ファンが、前記気化式加湿器で加湿処理した空気を、空調制御対象の室内に送風し、
前記空調制御システムの冷却ユニットが、前記送風ファンの駆動部を冷却水により冷却する処理を行い、
前記気化式加湿器と前記送風ファンとの間を接続した第１送水管により、前記冷却ユニットで冷却処理を実行したことにより温められた冷却水を前記気化式加湿器における加湿処理に利用させるために送水し、
前記空調制御対象の室内からの還気を制御対象の空気として取り込む還気ダクト上に設置された熱交換器が、前記気化式加湿器において加湿処理で気化されなかった冷却水を取り込んで、前記還気ダクトから取り込んだ還気を用いて、前記加湿処理で気化されなかった冷却水の余熱を吸収するための熱交換処理を行い、
前記気化式加湿器と前記熱交換器との間を接続した第２送水管により、前記気化式加湿器において加湿処理で気化されなかった冷却水を前記熱交換器に送水するとともに、前記熱交換器で熱交換処理された冷却水を再度前記冷却ユニットで冷却処理に利用させるために送水するように循環させる
ことを特徴とする空調制御方法。