JP6903173B2 - 空気調和装置及び空調システム - Google Patents
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Description
以下、本発明に係る空気調和装置、空調システム及び熱交換ユニットの実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の実施の形態1に係る空調システム1を示す模式図である。図1に示すように、空調システム1は、空調空間8の空気を調整する空気調和装置2と、空調空間8を換気する換気装置6と、空気調和装置2及び換気装置6を制御する制御部50とを備えている。空気調和装置2は、例えば室外である非空調空間9に設けられた熱源ユニット4と、例えば天井裏空間10に設けられた熱交換ユニット3と、空調空間8を冷房又は暖房する利用側ユニット5とを備えている。
図2は、本発明の実施の形態1に係る空調システム1を示す回路図である。図2に示すように、熱源ユニット4は、圧縮機21と、流路切替装置20と、熱源熱交換器22と、熱源送風機22aと、外気温度検出部55とを有し、熱交換ユニット3に冷媒を供給する。圧縮機21は、低温且つ低圧の状態の冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮して高温且つ高圧の状態の冷媒にして吐出する。流路切替装置20は、圧縮機21から吐出された冷媒が熱源熱交換器22に流れる(図2の実線)かカスケード熱交換器24に流れる(図2の破線)かを切り替えるものであり、これにより、空気調和装置2において冷房運転及び暖房運転のいずれもが行われる。熱源熱交換器22は、例えば外気と冷媒との間で熱交換する。熱源熱交換器22は、冷房運転時には凝縮器として作用し、暖房運転時には蒸発器として作用する。熱源送風機22aは、熱源熱交換器22に室外空気を送る。外気温度検出部55は、外気の温度を検出する。
換気装置6は、空調空間8の換気を行うものであり、ケーシング41と、全熱交換器42と、給気ファン43と、排気ファン44と、給気温度検出部53と、排気温度検出部54と、熱媒体バイパス熱交換器31と、冷媒バイパス熱交換器33とを備えている。ケーシング41には、外気を取り込む外気口45と、外気口45から取り込まれた外気を空調空間8に取り込む給気口46と、空調空間8の空気を排出する還気口47と、還気口47から排出された空気を空調空間8に排気する排気口48とが形成されている。
次に、空気調和装置2の動作について説明する。本実施の形態1では、空気調和装置2は、冷房運転を行う。先ず、冷媒回路11における冷媒の流れについて説明する。冷房運転において、圧縮機21に吸入された冷媒は、圧縮機21によって圧縮されて高温且つ高圧のガス状態で吐出する。圧縮機21から吐出された高温且つ高圧のガス状態の冷媒は、流路切替装置20を通って、凝縮器として作用する熱源熱交換器22に流入し、熱源熱交換器22において、熱源送風機22aによって送られる外気と熱交換されて凝縮して液化する。凝縮された液状態の冷媒は、膨張部23に流入し、膨張部23において膨張及び減圧されて低温且つ低圧の気液二相状態の冷媒となる。
次に、換気装置6の動作について説明する。給気ファン43が動作すると、外気口45から外気が取り込まれ、全熱交換器42と熱媒体バイパス熱交換器31とを介して給気口46から空調空間8に給気される。排気ファン44が動作すると、還気口47から空調空間8の空気が取り込まれ、全熱交換器42と冷媒バイパス熱交換器33とを介して排気口48から非空調空間9に排気される。外気と還気とは、全熱交換器42において熱交換されて、それぞれ給気及び排気される。
図4は、本発明の実施の形態1に係る制御部50を示すブロック図である。制御部50は、空調システム1の動作を制御するものであり、例えばマイコン等で構成されている。制御部50は、空気調和装置2と換気装置6とを連動する制御を行う。図2に示すように、制御部50は、判定手段61及び弁調整手段62を有している。
図5は、本発明の実施の形態1に係る空調システム1の熱媒体流量調整弁32及び冷媒流量調整弁34の制御を示す表である。先ず、空気調和装置2の熱媒体回路12と、換気装置6の給気側との連動制御について説明する。図5に示すように、判定手段61は、冷房運転時に、熱媒体温度検出部51によって検出された熱媒体温度が、給気温度検出部53によって検出された給気温度より低いかを判定する。弁調整手段62は、判定手段61によって熱媒体温度が給気温度より低いと判定された場合、熱媒体流量調整弁32を閉じる。これにより、熱媒体回路12に流れる熱媒体の全てが熱媒体バイパス回路13に流れる。従って、給気から熱媒体に移動する温熱の量が増えるため、換気装置6において給気口46から空調空間8に給気される空気の温度を下げることができる。
空気調和装置2の冷媒回路11と、換気装置6の排気側との連動制御について説明する。図5に示すように、判定手段61は、冷房運転時に、冷房用センサ52aによって検出された冷媒温度が、排気温度検出部54によって検出された排気温度より高いかを判定する。弁調整手段62は、判定手段61によって冷媒温度が排気温度より高いと判定された場合、冷媒流量調整弁34を閉じる。これにより、冷媒回路11に流れる冷媒の全てが冷媒バイパス回路14に流れる。従って、冷媒から排気に移動する温熱の量が増えるため、過冷却することができる。また、弁調整手段62は、冷房運転時に、冷房用センサ52aによって検出された冷媒温度が、排気温度検出部54によって検出された排気温度以下の場合、冷媒流量調整弁34を開く。これにより、冷媒回路11に流れる冷媒の一部が冷媒バイパス回路14に流れ、残りの一部は冷媒バイパス回路14に流れない。従って、排気から冷媒に移動する温熱の量が減るため、過冷却度を維持することができる。なお、冷媒流量調整弁34の代わりに三方弁34a及び三方弁34bを用いた場合、冷媒が冷媒バイパス回路14に流れないように制御することができるため、排気から冷媒に移動する温熱の量を更に低減することができる。
図6は、本発明の実施の形態2に係る空調システム1を示す回路図である。本実施の形態2は、暖房運転が行われる場合について例示するものであり、本実施の形態2の回路図は、実施の形態1の回路図と同様である。
次に、空気調和装置2の動作について説明する。本実施の形態2では、空気調和装置2は、暖房運転を行う。先ず、冷媒回路11における冷媒の流れについて説明する。圧縮機21に吸入された冷媒は、圧縮機21によって圧縮されて高温且つ高圧のガス状態で吐出する。圧縮機21から吐出された高温且つ高圧のガス状態の冷媒は、流路切替装置20を通って、凝縮器として作用するカスケード熱交換器24に流入し、カスケード熱交換器24において、熱媒体と熱交換されて凝縮して液化する。
図7は、本発明の実施の形態2に係る空調システム1の熱媒体流量調整弁32及び冷媒流量調整弁34の制御を示す表である。次に、熱媒体流量調整弁32の制御について説明する。図7に示すように、判定手段61は、暖房運転時に、熱媒体温度検出部51によって検出された熱媒体温度が、給気温度検出部53によって検出された給気温度より高いかを判定する。弁調整手段62は、判定手段61によって熱媒体温度が給気温度より高いと判定された場合、熱媒体流量調整弁32を閉じる。これにより、熱媒体回路12に流れる熱媒体の全てが熱媒体バイパス回路13に流れる。従って、熱媒体から給気に移動する温熱の量が増えるため、給気口46から空調空間8に給気される空気の温度を上げることができる。
次に、冷媒流量調整弁34の制御について説明する。判定手段61は、暖房運転時に、暖房用センサ52bによって検出された冷媒温度が、排気温度検出部54によって検出された排気温度より低いかを判定する。弁調整手段62は、判定手段61によって冷媒温度が排気温度より低いと判定された場合、冷媒流量調整弁34を閉じる。これにより、冷媒回路11に流れる冷媒の全てが冷媒バイパス回路14に流れる。従って、排気から冷媒に移動する温熱の量が増えるため、蒸発を補助することができる。また、熱源送風機22aの回転数を低減させることもできる。更に、弁調整手段62は、暖房運転時に、暖房用センサ52bによって検出された冷媒温度が、排気温度検出部54によって検出された排気温度以上の場合、冷媒流量調整弁34を開く。これにより、冷媒回路11に流れる冷媒の一部が冷媒バイパス回路14に流れ、残りの一部は冷媒バイパス回路14に流れない。従って、冷媒から排気に移動する温熱の量が減るため、過熱度を維持することができる。
図8は、本発明の実施の形態3に係る空調システム1の制御を示す表である。本実施の形態3は、例えば冬季における電算室の冷房等、主に低外気下において冷房を行う場合の制御であり、外気温度による制御を行う点で、実施の形態1と相違する。本実施の形態3では、実施の形態1と同一の部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態1との相違点を中心に説明する。
図10は、本発明の実施の形態4に係る空調システム100を示す回路図である。本実施の形態4は、給気側ドレンパン161、排気側ドレンパン162、ホース163及び気化フィルタ164を備えている点で、実施の形態1と相違する。本実施の形態4では、実施の形態1と同一の部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態1との相違点を中心に説明する。
Claims (12)
- ポンプ、カスケード熱交換器及び空調空間に流れる空気と熱媒体とを熱交換する利用側熱交換器が熱媒体配管により接続され、熱媒体が流れる熱媒体回路と、
前記利用側熱交換器から流出する熱媒体が流れる熱媒体バイパス回路と、
前記熱媒体バイパス回路に設けられ、前記空調空間に給気される外気と熱媒体とを熱交換する熱媒体バイパス熱交換器と、
前記熱媒体回路に設けられ、前記カスケード熱交換器に流入する熱媒体の流量を調整する熱媒体流量調整弁と、
前記カスケード熱交換器に流入する熱媒体温度を検出する熱媒体温度検出部と、
前記空調空間への給気温度を検出する給気温度検出部と、
前記熱媒体流量調整弁の動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
冷房運転時に、前記熱媒体温度検出部によって検出された熱媒体温度が、前記給気温度検出部によって検出された給気温度より低いかを判定する判定手段と、
前記判定手段によって前記熱媒体温度が前記給気温度より低いと判定された場合、前記熱媒体流量調整弁を閉じる弁調整手段と、を有する
空気調和装置。 - ポンプ、カスケード熱交換器及び空調空間に流れる空気と熱媒体とを熱交換する利用側熱交換器が熱媒体配管により接続され、熱媒体が流れる熱媒体回路と、
前記利用側熱交換器から流出する熱媒体が流れる熱媒体バイパス回路と、
前記熱媒体バイパス回路に設けられ、前記空調空間に給気される外気と熱媒体とを熱交換する熱媒体バイパス熱交換器と、
前記熱媒体回路に設けられ、前記カスケード熱交換器に流入する熱媒体の流量を調整する熱媒体流量調整弁と、
前記カスケード熱交換器に流入する熱媒体温度を検出する熱媒体温度検出部と、
前記空調空間への給気温度を検出する給気温度検出部と、
前記熱媒体流量調整弁の動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
暖房運転時に、前記熱媒体温度検出部によって検出された熱媒体温度が、前記給気温度検出部によって検出された給気温度より高いかを判定する判定手段と、
前記判定手段によって前記熱媒体温度が前記給気温度より高いと判定された場合、前記熱媒体流量調整弁を閉じる弁調整手段と、を有する
空気調和装置。 - 前記熱媒体バイパス熱交換器に付着する結露水を受ける給気側ドレンパンを更に備える
請求項1又は2記載の空気調和装置。 - ポンプ、カスケード熱交換器及び空調空間に流れる空気と熱媒体とを熱交換する利用側熱交換器が熱媒体配管により接続され、熱媒体が流れる熱媒体回路と、
前記利用側熱交換器から流出する熱媒体が流れる熱媒体バイパス回路と、
前記熱媒体バイパス回路に設けられ、前記空調空間に給気される外気と熱媒体とを熱交換する熱媒体バイパス熱交換器と、
圧縮機、熱源熱交換器、膨張部及び冷媒と熱媒体との間で熱交換する前記カスケード熱交換器が冷媒配管により接続され、冷媒が流れる冷媒回路と、
前記膨張部と前記熱源熱交換器との間に流れる冷媒をバイパスする冷媒バイパス回路と、
前記冷媒バイパス回路に設けられ、前記空調空間から排出されて非空調空間に排気される還気と冷媒とを熱交換する冷媒バイパス熱交換器と、をえる
空気調和装置。 - 前記冷媒回路に設けられ、前記カスケード熱交換器から流出する冷媒の流量を調整する冷媒流量調整弁を更に備える
請求項4記載の空気調和装置。 - 前記カスケード熱交換器から流出する冷媒温度を検出する冷媒温度検出部と、
前記空調空間からの排気温度を検出する排気温度検出部と、
前記冷媒流量調整弁の動作を制御する制御部と、を更に備える
請求項5記載の空気調和装置。 - 前記制御部は、
冷房運転時に、前記冷媒温度検出部によって検出された冷媒温度が、前記排気温度検出部によって検出された排気温度より高いかを判定する判定手段と、
前記判定手段によって前記冷媒温度が前記排気温度より高いと判定された場合、前記冷媒流量調整弁を閉じる弁調整手段と、を有する
請求項6記載の空気調和装置。 - 前記制御部は、
暖房運転時に、前記冷媒温度検出部によって検出された冷媒温度が、前記排気温度検出部によって検出された排気温度より低いかを判定する判定手段と、
前記判定手段によって前記冷媒温度が前記排気温度より低いと判定された場合、前記冷媒流量調整弁を閉じる弁調整手段と、を有する
請求項6又は7記載の空気調和装置。 - 前記冷媒バイパス熱交換器に付着する結露水を受ける排気側ドレンパンと、
前記排気側ドレンパンに溜まった結露水を気化して給気を加湿する気化フィルタと、を更に備える
請求項4〜8のいずれか1項に記載の空気調和装置。 - 外気の温度を検出する外気温度検出部と、
前記外気温度検出部によって検出された外気の温度が外気温度閾値より低い場合、前記圧縮機を停止する制御部と、を更に備える
請求項4〜9のいずれか1項に記載の空気調和装置。 - 前記熱媒体回路に設けられ、前記カスケード熱交換器に流入する熱媒体の流量を調整する熱媒体流量調整弁と、
外気の温度を検出する外気温度検出部と、
前記外気温度検出部によって検出された外気の温度が外気温度閾値より低い場合、前記圧縮機を停止する制御部と、
前記カスケード熱交換器に流入する熱媒体温度を検出する熱媒体温度検出部と、
前記空調空間への給気温度を検出する給気温度検出部と、を更に備え、
前記制御部は、
前記熱媒体温度検出部によって検出された熱媒体温度が、前記給気温度検出部によって検出された給気温度より高いかを判定する判定手段と、
前記判定手段によって前記熱媒体温度が前記給気温度より高いと判定された場合、前記熱媒体流量調整弁を閉じる弁調整手段と、を有する
請求項10記載の空気調和装置。 - ポンプ、カスケード熱交換器及び空調空間の空気と熱媒体とを熱交換する利用側熱交換器が熱媒体配管により接続され、熱媒体が流れる熱媒体回路と、
前記利用側熱交換器から流出する熱媒体が流れる熱媒体バイパス回路と、
前記熱媒体バイパス回路に設けられ、前記空調空間に給気される外気と熱媒体とを熱交換する熱媒体バイパス熱交換器と、を備える空気調和装置と、
外気を取り込む外気口と、前記外気口から取り込まれた外気を前記空調空間に給気する給気口と、前記空調空間の空気を排出する還気口と、前記還気口から排出された空気を非空調空間に排気する排気口と、が形成され前記空調空間の換気を行う換気装置と、を備え、
前記換気装置は、
前記外気口から取り込まれた外気と前記還気口から排出された還気とを熱交換する全熱交換器を有し、
前記熱媒体バイパス熱交換器は、前記全熱交換器の下流側に設けられている
空調システム。
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