JPH0387535A - 空調システム及び空気調和装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は、空気調和装置の改良に関する。

【従来の技術】

一般の空気調和装置として周知の所謂空気調和機は、熱
源装置から冷水もしくは温水のかたちで熱エネルギの供
給を受けて空気を冷却し、あるいは加熱する冷温水コイ
ルを熱交換器として備えている。そして、熱交換された
冷風らしくは温風を被空調室へ供給送風する給気ファン
および、被空調室内の空気を屋外へ排出する排気フ・ア
ンもその主要構成として備えている。また、各被空調室
との間はダクトで接続されている。通常の運転では、排
気ファンによって空気調和機に還流してきた空気を総て
屋外へ排出するのではなく、所定の換気回数に応じて一
部を屋外へ排出し、残りは再び給気ファンによって被空
調室へ供給送風される。このとき、風量の不足分が外気
から導入される。 このような空調システムは、従来の通常のビルにおいて
極めて一般的に採用されているが、最近採用されている
ビル空調システムの一つに、室外ユニットに設置された
圧縮機から各被空調室に設置された室内ユニットの熱交
換器へ冷媒を供給して被空調室の空気と直接熱交換させ
、さらに室外ユニットの熱交換器へ冷媒を還流させて冷
媒を循環させる冷凍サイクル系による所謂直膨方式のも
のがある。この直膨方式で暖房を行う場合にはヒートポ
ンプ運転が行われる。

【発明が解決しようとする課題】

ところで、上述のように構成される両方のシステムを一
つのビルに併設し、熱負荷の変動に対応させて両システ
ムを使い分ける空調システムを構成することも、設計上
では当然にして考え得ることである。ところが、これら
両システムを単に別々に併設したのでは設備自体もそれ
ぞれの分が必要になるだけであり、これら両システムを
組み合わせるに際しては何等かの有効な技術的工夫がな
されるべきである。 本発明は上述のごとき技術的課題に鑑み、これを有効に
解決すべく創案されたものである。したがって本発明の
目的は、各構成において兼用できるものは兼用して部品
点数の削減と共に装置全体の小型化を図り、さらには組
み合わせにおけるそれぞれの機能を利用し合って個々の
システムの機能を高められる、そのような空気調和装置
を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

本発明に係る各空気調和装置は、上述のごとき技術的課
題を解決し、その目的を達成するために以下のような構
成を備えている。 即ち、請求項１に係る空気調和装置は、冷温水コイルに
より熱交換された１次空気を被空調領域へ供給する給気
ファンと、上記被空調領域の空気を排出する排気ファン
と、上記被空調領域に設置された室内熱交換器との間で
冷凍サイクル系を形成する室外熱交換器とを備え、上記
室外熱交換器が、上記排気ファンの吐出又は吸込側に配
設されている。 また、請求項２に係る空気調和装置は、冷温水コイルに
より熱交換された１次空気を被空調領域へ供給する給気
ファンと、上記被空調領域の空気を排出する排気ファン
と、上記冷温水コイルの下流または上流側に設置された
第２熱交換器と、上記排気ファンの吐出又は吸込側に配
設された第３熱交換器とを備え、上記第２及び第３の熱
交換器の間で冷凍サイクル系が形成される。 請求項３に係る空気調和装置は、冷温水フィルにより熱
交換された１次空気を被空調領域へ供給する給気ファン
と、上記被空調領域の空気を排出する排気ファンと、上
記被空調領域に設置された室内熱交換器との間で第１冷
凍サイクル系を形成し、上記排気ファンの吐出又は吸込
側に配設される室外熱交換器と、上記冷温水コイルの下
流または上流側に設置された第４熱交換器とを備え、上
記室外熱交換器と第４熱交換器との間に、上記第１冷凍
サイクル系と切り替え可能な第２冷凍サイクル系が形成
される。 請求項４に係る空気調和装置は、請求項１または３に記
載の空気調和装置において、請求項１の冷凍サイクル系
または請求項３の第１冷凍サイクル系がヒートポンプ運
転可能であり、ヒートポンプ運転時における上記室内熱
交換器の冷媒液出口から分岐されたバイパス経路が、該
冷凍サイクル系のコンプレッサの吸入側へ戻り、上記バ
イパス経路の途中には、上記ヒートポンプ運転時におい
て局所冷房が可能な冷房専用熱交換器が介設される。 請求項５に係る空気調和装置は、請求項１ないし４のい
ずれかに記載の空気調和装置において、上記排気ファン
の吸入側に、外気導入用ダンパが配設されている。 尚、上記用語における「室内」は単に被空調領域を示す
意味で用い、「室外」は被空調領域外を示す意味で用い
ている。したがって、必ずしもその領域が室の形態をと
ることを要件とするものではない。また、上記「冷温水
コイル」は、冷水と温水とが切り替え通水される単一の
コイル熱交換器のみを表すものではなく、従来の技術的
水準から明らかに理解できるように、冷水コイルと温水
コイルとが別々に併設されている場合も含むことは勿論
である。

【作用及び発明の効果】

請求項１に係る空気調和装置では、排気ファンが冷凍サ
イクル系の室外熱交換器用ファンの機能を兼ねるので、
その分だけ部品点数が削減され全体の装置としては小型
化を具体化する。さらに、従来の外気を熱源として運転
される冷凍サイクル系における室外熱交換器用ファンに
よる送風では、室外熱交換器の熱交換効率が外気温度に
大きく依存してその放熱効果ないしは吸熱効果が十分に
は発揮されないが、本発明の排気ファンによる送風では
、冷房運転時には外気よりも低温の冷風が、暖房運転時
には外気よりも高温の温風が室外熱交換器に送風される
ので、廃熱利用による省エネルギ化を達成するのをはじ
め、外気を熱源とする通常の冷凍サイクル系の運転より
も格段に冷暖房能力が高められる。特に、暖房運転時に
は温風が送風されるので、室外熱交換器の除霜が不必要
になり、特別な除霜機構を設けなくともよく、部品点数
の削減並びに装置の小型化にさらに寄与する。 さらには、冷凍サイクル糸長び冷温水コイル系の２系統
による冷暖房運転を系統別に使い分けることによって負
荷の変動に対して省エネルギ的に対応でき、通常は冷温
水コイル系であるがメインとなる系の冷暖房能力を低く
設定することも可能になる。 請求項２に係る空気調和装置では、排気ファンが冷凍サ
イクル系の第３熱交換器用フアンの機能を兼ねるので、
その分だけ部品点数が削減され全体の装置としては小型
化を具体化する。また、冷房運転時には外気よりも低温
の冷風が、暖房運転時には外気よりも高温の温風が熱源
側熱交換器としての第３熱交換器に送風されるので、廃
熱利用による省エネルギ化を達成するのをはじめ、外気
との熱交換による通常の冷凍サイクル系の運転よりも負
荷側熱交換器である第２熱交換器の冷却加熱能力が格段
に高められる。特に、暖房運転時には温風が送風される
ので、第３熱交換器の除霜が不必要になり、特別な除霜
機構を設けなくともよく、部品点数の削減並びに装置の
小型化にさらに寄与する。第３熱交換器を冷温水コイル
の下流側に設けた場合には、除湿運転の際に冷温水コイ
ルで過冷却された空気の再熱用直膨コイルとして該第３
熱交換器を利用でき、第３熱交換器を冷温水コイルの上
流側に設けた場合には、逆に該第３熱交換器によって過
冷却除湿を行い、冷温水コイルに温水を流してこれを再
熱器とすることができる。 したがっていずれの場合にも再熱のための熱源を別途設
ける必要かなくなる。さらには、冷温水コイルと同種の
熱交換、即ち冷温水コイルが冷却なら冷却、冷温水コイ
ルが加熱なら加熱を行う場合には、冷凍サイクル系及び
冷温水コイル系の２系統による冷暖房運転を系統別に使
い分けることによって負荷の変動に対して省エネルギ的
に対応でき、通常は冷温水コイル系であるがメインとな
る系の冷暖房能力を低く設定することも可能になる。 請求項３に係る空気調和装置では、排気ファンが第１及
び第２の冷凍サイクル系の室外熱交換器用ファンの機能
を兼ねるので、その分だけ部品点数が削減され全体の装
置としては小型化を具体化する。また、廃熱利用による
省エネルギ化を達成するのをはじめ、外気を熱源とする
通常の冷凍サイクル系よりも負荷側熱交換器である室内
熱交換器及び第４熱交換器の冷却加熱能力が格段に高め
られる。特に、第１または第２の冷凍サイクル系による
暖房運転時には、室外熱交換器に温風が送風されるので
、室外熱交換器での除霜が不必要になって特別な除霜機
構を設けなくともよく、部品点数の削減並びに装置の小
型化にさらに寄与する。 また、第１冷凍サイクル系から第２冷凍サイクル系゛へ
運転を切り替えることによって、第４熱交換器を冷温水
コイルの下流側に設けた場合には、除湿運転の際に冷温
水コイルで過冷却された空気の再熱用直膨コイルとして
該第４熱交換器を利用でき、第４熱交換器を冷温水コイ
ルの上流側に設けた場合には、逆に該第４熱交換器によ
って過冷却除湿を行い、冷温水コイルに温水を流してこ
れを再熱器とすることができる。したがっていずれの場
合にも再熱のための熱源を別途設ける必要がなくなる。 さらには、第２冷凍サイクル系の第４熱交換器と冷温水
コイルとで同種の熱交換、即ち冷温水コイルが冷却なら
第４熱交換器も冷却、冷温水コイルが加熱なら第４熱交
換器も加熱を行うようにして、あるいは第１冷凍サイク
ル系と冷温水コイル系とで同種の運転（冷房もしくは暖
房）を行うようにして、いずれかの冷凍サイクル系と冷
温水コイル系との２系統による冷暖房運転を系統別に使
い分ければ、負荷の変動に対して省エネルギ的に対応で
き、通常は冷温水コイル系であるがメインとなる系の冷
暖房能力を低く設定することも可能になる。 請求項４に係る空気調和装置では、請求項１における冷
凍サイクル系あるいは請求項３における第１冷凍サイク
ル系がヒートポンプ運転を行うに際して、室内熱交換器
での放熱により凝縮した冷媒液が、この室内熱交換器か
ら出てバイパス経路の途中の冷房専用熱交換器に流入す
ることにより、その冷房専用熱交換器の設置場所におけ
る冷房負荷に対して冷媒液は吸熱と共に蒸発して局所冷
房を行い、冷媒ガスとなってコンプレッサの吸入側へ戻
る。このように、室内熱交換器で冷媒が放熱した熱エネ
ルギを再び冷房専用熱交換器で熱回収することによって
、省エネルギ効果が得られる。 また、局所冷房のための設備を特別に設ける必要もなく
なる。 請求項５に係る空気調和装置では、請求項１．３または
４における室外熱交換器あるいは請求項２における第３
熱交換器への排気ファンによる送風量を、外気導入用ダ
ンパから吸入した外気で補充することにより必要風量に
維持するとともに、排気ファンからの被空調領域内空気
の排出量を換気回数に応じた適正な量に制御できる。

【実施例】

以下に本発明の好適な実施例に係る空気調和装置につい
て、第１図ないし第５図を参照して説明する。第１図に
、本実施例の空気調和装置の概略構成を模式的に示す。 図中ｌはフィン型コイルの冷温水コイルであり、熱源装
置（図示せず）から冷水もしくは温水が切り替え供給さ
れ、このコイル１を通過する空気と熱交換してこの空気
を所望の温度に冷却もしくは加熱する。本実施例の場合
は冷水と温水の供給を切り替えて用いるタイプのもので
ある。１６は冷温水の流量を制御する電動弁である。冷
温水コイル１の前方には、コイルの目詰まりを防止する
ためのエアフィルタ４が配設され、冷温水コイル１の後
方には除湿運転時の再熱器等の熱交換器として用いられ
る直膨コイル５　、、５　、が２列に配設されている。 この直膨コイル５１＋　５．の冷凍サイクル系に関して
は後述する。直膨コイル５．．５．のさらに後方には加
湿器６が配設されている。本実施例では蒸気噴霧器を使
用した場合を例示している。 ７は電磁弁であり、蒸気供給のオン・オフを切り替える
。これら各熱交換器や加湿器によってこれらを通過する
空気を温・湿度の調整された調和空気に加工する。 尚、ここで前方・後方と称すのは、気流方向に関して上
流側を前方、下流側を後方とする。 加湿器６の後方にはインバータ制御された給気ファン２
が設置されている。この給気ファン２は、上記調和空気
を吸入し、その吐出口に接続された給気ダクト３を介し
て各被空調室へこの調和空気を供給する。 図中８は還気ダクトであり、被空調室内の空気がこの還
気ダクト８を通って本空調機へ還流する。 この還気ダクト８から本空調機に流入した空気は、換気
回数に応じた比率で一部が外気へ排出され、残りは回収
されて再び調和空気に加工され、給気ファン２により被
空調室へ供給される。この排出性と回収分とを分割する
のがモータダンパ９，１０である。モータダンパ９．１
０のそれぞれの開度を調整することによって所望の比率
で還気を排出性と回収分とに分割できる。排出性はイン
バータ制御された排気ファン１１によって外気へ排出さ
れるが、この排気ファン１１に吸入される前に全熱交換
器１２を通過することによって一部熱回収される。排気
ファンｔｉの後方、即ち吐出側には、後述の冷凍サイク
ル系の一部を構成する室外熱交換Ｈｉ：１３．，１３．
が配設され、これら室外熱交換器１３．．１３．に上記
還気の排出性が通風されるように構成されている。 上記エアフィルタ４に流入する空気は、運気の回収分と
新鮮外気である。この新鮮外気はモータダンパ１４から
取り入れられ、全熱交換器１２を経て予熱もしくは予冷
されて上記回収分と共にエアフィルタ４に流入する。 外気取り入れ用のモータダンパとしては、上述のモータ
ダンパ１４の他に排気ファン１１の吸入側にも今一つモ
ータダンパ１５が設けられている。 モータダンパｉ４．ｉｓの開度によって、新鮮外気の一
部が排気ファン１１にも吸い込まれ、還気排出性と共に
上記室外熱交換器１３□１３．に通風される。この構成
によれば、例えば還気排出性だけでは室外熱交換器１３
．．１３．の必要風量を満たせない場合に、外気を補充
して必要風量を確保することができる。 図中１６．．１６．はコンプレッサであり、各被空調室
に設けられている室内ユニッＮ７１．１？。 および室外熱交換器１３．．１３．との間をそれぞれ冷
媒管で連結して第１冷凍サイクル系Ｒ１１，が形成され
、また、直膨コイル５．．５．および室外熱交換器＋３
．．１３．との間をそれぞれ冷媒管で連結して第２冷凍
サイクル系ｒ８１．が形成されている。図中１８　＋＋
ｅのそれぞれは、第１冷凍サイクル系Ｒ１，と第２冷凍
サイクル系ｒ１１．との切替弁である。 第２図は本実施例の空調機を用いたビル空調システムの
１フロア分を例示する平面図である。図中、＾Ｈは空調
機、３は給気ダクト、８は還気ダクト、Ｉ９は吹出口、
２０は吸込口、Ｒ，、Ｒ，は第１冷凍サイクル系、１７
．．１７．は室内ユニット、またＶＡＶは可変風ｉ１Ｍ
節機である。 上述のように構成された空調機Ａ）Ｉ並びにその他の各
種空調機器からなるビル空調システムでは、例えば第３
図に示すように、８時から１８時までの時間帯の基本熱
負荷ＰＲを冷温水コイル１で賄い、該時間帯の過剰熱負
荷ＥＲ，，あるいは該時間帯以外の熱負荷ＥＲ，に対し
ては第１冷凍サイクル系Ｒｌｅ！で補うというような運
転形態が可能となり、また、被空調室での局所的な熱負
荷の変動にも室内ユニット１７Ｉ、１７ｔの個別運転に
より柔軟に対応できるようになる。また中間期には、外
気冷房を行いながら、熱負荷によっては一部で室内ユニ
ｙトによる暖房および冷房を同時に行うことも可能であ
る。本空気調和装置１基の採用により、極めて細やか且
つ柔軟なビル空調が行える。 上述の実施例では、例えば一方の第１冷凍サイクル系Ｒ
，の中に設けられている三つの室内ユニット１７．につ
いては、いずれのユニットも同一モードで運転されるこ
とになる。そこで、これらコンプレッサ１６．、室内ユ
ニ・ノド１７．および室外熱交換器１３１を含む冷凍サ
イクル系Ｒ１において、例えば第４図に示すように、コ
ンプレッサ１６゜から室外熱交換器１３．を経て室内ユ
ニ・ノド１７゜に至る液配管を、室内ユニットＩＬに接
続される直前で分岐し、一方の分岐管をそのまま室内ユ
ニット１７．に接続すると共に、他方の分岐管をさらに
設けられた冷房専用ユニット２１に接続すると、この冷
凍サイクル系Ｒ１で暖房モードの運転を行うときに、室
内ユニット１７１で暖房運転を行いながら、同時に冷房
専用ユニ・ノド２１による同一室内での局所冷房が可能
になる。そのような運転が行われる場合の具体例として
は、例えばコンピュータやその他のＯＡ機器が設置され
ているような部屋では、その部屋全体としては暖房が必
要であっても、個々のコンピュータやＯＡ機器自体は冷
却されるのが望ましく、そのような場合にはこの変形実
施例による運転が好適である。なお、冷房専用ユニット
２１からコンプレッサ１６゜へ戻る冷媒ガス管は、コン
プレッサ１６．と室外熱交換器１３．との間の液配管（
暖房運転時には室外熱交換器１３．からコンプレッサ１
６１へ冷媒ガスが流れる）に合流するように接続される
。即ち、第４図に示す点Ｐ１から冷房専用ユニット２１
を経て冷凍サイクル系Ｒ，に合流する点Ｐ、までがバイ
パス経路Ｂとして第１図の実施例に付加されることにな
る。冷凍サイクル系旧が暖房運転時に冷房専用ユニット
２１で冷房運転を行う場合には、切替弁２２を閉じて切
替弁２３を開く。この切替弁２３が開かれると、室内ユ
ニット１７１で放熱することにより凝縮した冷媒は、さ
らに冷房専用ユニット２１へ流入し、その場所での冷房
負荷に応して吸熱すると共に蒸発し、上記合流接続部を
経てコンプレッサ１６．の吸入側へ戻る。なお、冷凍サ
イクル系Ｒ１が冷房運転時では冷房専用ユニット２１の
運転はなされず、切替弁２３は閉じられる。勿論、暖房
運転時で冷房専用ユニット２１の運転を行わない場合に
も切替弁２３は閉じられ第５図に、上述した変形実施例
の冷凍サイクル系Ｒ，について、その詳細な構成を示し
ておく。 図中、２４は四方切替弁、２５はアキュムレータ、２６
は高圧遮断装置、２７は低圧遮断装置、２８はチエツク
ジヨイント、２９は冷媒ガス用ノくイノくスミ磁弁、３
０は冷媒液用バイノくスミ磁弁、３１はキャピラリチュ
ーブ、３２はストレーナ、３３は圧力センサ、３４はデ
ィストリビュータ、３５は温度膨張弁、３６は受液器、
３７は阻止弁、３８は逆止弁、３９はフィルタドライヤ
、４０はサイトグラスである。また、実線矢印は、この
系Ｒ１における冷房サイクルを示し、破線矢印は暖房サ
イクルを示している。 尚、上述の各実施例では、直膨コイル５　、、５　。 を冷温水コイル１の下流側に配設したが、これら直膨コ
イルと冷温水コイルとの配置を入れ替えて構成すること
も可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る空気調和装置の概略構
成を示す模式図、第２図は本実施例の空気調和装置を用
いたビル空調システムの１フロア分を例示する平面図、
第３図は本実施例の空気調和装置を用いたビル空調シス
テムにおける熱負荷配分の一例を示すグラフ図、第４図
は本発明の変形実施例に係る空気調和装置の概略構成を
示す模式図、第５図は第４図の実施例における冷凍サイ
クル系の詳細を示す図である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）、冷温水コイル（１）により熱交換された１次空
   気を被空調領域へ供給する給気ファン（２）と、上記被
   空調領域の空気を排出する排気ファン（１１）と、 上記被空調領域に設置された室内熱交換器（１７）との
   間で冷凍サイクル系（Ｒ）を形成する室外熱交換器（１
   ３）とを備え、 上記室外熱交換器（１３）が、上記排気ファン（１１）
   の吐出又は吸込側に配設されたことを特徴とする空気調
   和装置。
2. （２）、冷温水コイル（１）により熱交換された１次空
   気を被空調領域へ供給する給気ファン（２）と、上記被
   空調領域の空気を排出する排気ファン（１１）と、 上記冷温水コイル（１）の下流または上流側に設置され
   た第２熱交換器（５）と、 上記排気ファン（１１）の吐出又は吸込側に配設された
   第３熱交換器（１３）とを備え、上記第２及び第３の熱
   交換器（５、１３）の間で冷凍サイクル系（ｒ）が形成
   されることを特徴とする空気調和装置。
3. （３）、冷温水コイル（１）により熱交換された１次空
   気を被空調領域へ供給する給気ファン（２）と、上記被
   空調領域の空気を排出する排気ファン（１１）と、 上記被空調領域に設置された室内熱交換器（１７）との
   間で第１冷凍サイクル系（Ｒ）を形成し、上記排気ファ
   ン（１１）の吐出又は吸込側に配設される室外熱交換器
   （１３）と、 上記冷温水コイル（１）の下流または上流側に設置され
   た第４熱交換器（５）とを備え、上記室外熱交換器（１
   ３）と第４熱交換器（５）との間に、上記第１冷凍サイ
   クル系（Ｒ）と切り替え可能な第２冷凍サイクル系（ｒ
   ）が形成されることを特徴とする空気調和装置。
4. （４）、上記冷凍サイクル系（Ｒ）ないし第１冷凍サイ
   クル系（Ｒ）はヒートポンプ運転可能であり、ヒートポ
   ンプ運転時における上記室内熱交換器（１７）の冷媒液
   出口から分岐されたバイパス経路（Ｂ）が、該冷凍サイ
   クル系（Ｒ）のコンプレッサ（１６）の吸入側へ戻り、 上記バイパス経路（Ｂ）の途中には、上記ヒートポンプ
   運転時において局所冷房が可能な冷房専用熱交換器（２
   １）が介設されることを特徴とする請求項１または３記
   載の空気調和装置。
5. （５）、上記排気ファン（１１）の吸入側に、外気導入
   用ダンパ（１５）が配設されたことを特徴とする請求項
   １ないし４のいずれかに記載の空気調和装置。