空気調和装置
【課題】冷却及び除湿を伴う際に潜熱及び顕熱を処理するためのエネルギー消費の無駄をなくして、省エネルギーを実現し、合わせて安全且つ自然に優しい空気調和装置を提供すること。
【解決手段】給気ダクト１１０と、調湿対象空気ＣＡの主に顕熱を除去する高段側冷却器１２０と、高段側冷却器１２０で負荷の一部を除去された調湿対象空気ＣＡの主に潜熱を除去する低段側冷却器１３０と、屋内空気ＩＡの主に顕熱を除去する屋内空気冷却器１４０とを備えている空気調和装置１００。
【解決手段】給気ダクト１１０と、調湿対象空気ＣＡの主に顕熱を除去する高段側冷却器１２０と、高段側冷却器１２０で負荷の一部を除去された調湿対象空気ＣＡの主に潜熱を除去する低段側冷却器１３０と、屋内空気ＩＡの主に顕熱を除去する屋内空気冷却器１４０とを備えている空気調和装置１００。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度及び湿度を調整する空気調和装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、二段圧縮式冷凍機として高段側吐出ガスの過熱度を制御するものがある（例えば、特許文献１参照）。
また、空気調和装置としては、エネルギー効率を高めるとともに安全性を確保するもの（例えば、特許文献２参照）や、多段圧縮運転を行って冷房運転時及び暖房運転時の両方で運転効率を向上させるものがある（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２５５８６４号公報（特許請求の範囲、図１参照。）
【特許文献２】特開２００６−０２９７４４号公報（特許請求の範囲、図１乃至図３参照。）
【特許文献３】特開２０１０−１１２６１８号公報（特許請求の範囲、図１乃至図３参照。）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、工場またはビル等の比較的大規模な空間を対象とする空調では、屋内空気等の調湿対象空気を除湿する際に冷房運転時における屋内空気の設定温度に比較して極端に低い温度まで調湿対象空気を下げて除湿を行い、空調設備の使用エネルギ−に大きな無駄を生じさせてしまうという問題点があった。
より具体的には、除湿時に空調設備にかかる負荷全体に対する割合が相対的に小さな潜熱負荷を処理する際に、調湿対象空気全体を除湿するために必要な低い温度まで調湿対象空気の温度を下げて効率の悪い運転を行っていた。
【０００５】
そこで、本発明が解決しようとする技術的課題、すなわち、本発明の目的は、冷却及び除湿を伴う際に潜熱及び顕熱を処理するためのエネルギー消費の無駄をなくして、省エネルギーを実現し、合わせて安全且つ自然に優しい空気調和装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
まず、本請求項１の発明に係る空気調和装置は、建屋の屋外空気及び屋内空気のうち少なくとも屋内空気を含んだ調湿対象空気を前記建屋の屋内に給気する給気ダクトと、該給気ダクトの途中に設けられているとともに前記調湿対象空気の主に顕熱を除去する高段側冷却器と、該高段側冷却器からみて前記給気ダクトの下流側に設けられているとともに前記高段側冷却器で負荷の一部を除去された前記調湿対象空気の主に潜熱を除去する低段側冷却器と、前記屋内空気の主に顕熱を除去する屋内空気冷却器とを備えていることにより、前述した課題を解決したものである。
【０００７】
そして、本請求項２の発明に係る空気調和装置は、請求項１の発明に係る空気調和装置において、前記高段側冷却器からみて前記給気ダクトの上流側ダクト部分に設置された第１熱回収器と、前記給気ダクトのうち前記高段側冷却器及び低段側冷却器の間の蒸発器間ダクト部分に設置された第２熱回収器とを備えていることにより、前述した課題をさらに解決したものである。
【０００８】
そして、本請求項３の発明に係る空気調和装置は、請求項１又は請求項２の発明に係る空気調和装置において、前記給気ダクトの吸入口に設置されて前記給気ダクトに前記屋内空気を取り込む屋内空気取り込み用ファンと備えていることにより、前述した課題をさらに解決したものである。
【０００９】
そして、本請求項４の発明に係る空気調和装置は、請求項３の発明に係る空気調和装置において、前記高段側冷却器、低段側冷却器及び屋内空気冷却器に供給されて前記調湿対象空気の顕熱及び潜熱と前記屋内空気の顕熱を吸収する二次側冷媒の二次側冷媒循環経路と前記二次側冷媒を冷却する一次側冷媒の一次側冷媒循環経路とを物理的に分離した状態で前記一次側冷媒及び２次側冷媒相互間の熱交換を実施する第１の冷媒間熱交換器とを備えていることにより、前述した課題をさらに解決したものである。
【００１０】
そして、本請求項５の発明に係る空気調和装置は、請求項４の発明に係る空気調和装置において、前記第１の冷媒間熱交換器が、前記建屋の屋外に設置され、前記二次側冷媒のうち前記高段側冷却器及び低段側冷却器のそれぞれで使用する冷媒と前記屋内空気冷却器で使用する冷媒が、相互に異なる種類の冷媒であり、前記屋内空気冷却器で使用する冷媒が、前記高段側冷却器及び低段側冷却器のそれぞれで使用する冷媒より安全性の高い冷媒であり、前記高段側冷却器及び低段側冷却器のそれぞれで使用する冷媒と前記屋内空気冷却器で使用する冷媒との間で熱交換を実施する第２の冷媒間熱交換器が、前記建屋の屋外に設置されていることにより、前述した課題をさらに解決したものである。
【００１１】
そして、本請求項６の発明に係る空気調和装置は、請求項４又は請求項５に係る空気調和装置において、前記一次側冷媒が、冷媒としての性能が優秀なアンモニアであり、前記二次側冷媒が、他の冷媒に比べて安全な水又はブラインであることにより、前述した課題をさらに解決したものである。
【００１２】
そして、本請求項７の発明に係る空気調和装置は、請求項４又は請求項５に係る空気調和装置において、前記一次側冷媒が、フロン、アンモニア、水、炭酸ガス、炭化水素の中の一つであり、前記二次側冷媒が、炭酸ガスであることにより、前述した課題をさらに解決したものである。
【００１３】
そして、本請求項８の発明に係る空気調和装置は、請求項１乃至請求項７のいずれか一つに係る空気調和装置において、前記高段側冷却器に接続されている高段圧縮機と前記低段側冷却器に接続されている低段圧縮機とが、ターボ冷凍機であり且つ可変速制御可能であることにより、前述した課題をさらに解決したものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の請求項１の発明に係る空気調和装置は、建屋の屋外空気及び屋内空気のうち少なくとも屋内空気を含んだ調湿対象空気を前記建屋の屋内に給気する給気ダクトと、該給気ダクトの途中に設けられているとともに前記調湿対象空気の主に顕熱を除去する高段側冷却器と、該高段側冷却器からみて前記給気ダクトの下流側に設けられているとともに前記高段側冷却器で負荷の一部を除去された前記調湿対象空気の主に潜熱を除去する低段側冷却器と、前記屋内空気の主に顕熱を除去する屋内空気冷却器とを備えていることにより、高段側冷却器で処理出来る熱負荷は、出来るだけ多く高段側冷却器で処理して、低段側冷却器の熱負荷を少なくし、不合理に低い温度まで余分に多くの調湿対象空気の温度を下げないとともに、余分に多くの調湿対象空気の温度を下げて無駄なエネルギーを消費することで生じる消費エネルギーの増大を回避して除湿時のエネルギー効率を向上させ、しかも不合理に低い温度まで冷媒の蒸発温度を下げることを回避して省エネルギーと安全性の確保及び環境保護を実現することができる。
なお、調湿対象空気を冷却して除湿するとき、冷却時の調湿対象空気の絶対湿度と調湿対象空気の温度とは一対一の関係にあるため、目的の絶対湿度より低い調湿対象空気の温度を「不合理に低い温度」という。
【００１５】
そして、本請求項２の発明に係る空気調和装置は、請求項１の発明に係る空気調和装置が奏する効果に加えて、前記高段側冷却器からみて前記給気ダクトの上流側ダクト部分に設置された第１熱回収器と、前記給気ダクトのうち前記高段側冷却器及び低段側冷却器の間の蒸発器間ダクト部分に設置された第２熱回収器とを備えていることにより、第一熱回収器、高段側冷却器、第二熱回収器、及び低段側冷却器で順次調湿対象空気から吸熱するため、高段側冷却器及び低段側冷却器のみで調湿対象空気から吸熱する場合と比較して、第２熱回収器により低段側冷却器の吸熱負担を小さくするとともに高段側冷却器の負担の割合を大きくして効率の良い運転を行い、高段側冷却器及び低段側冷却器を作動させるのに必要な高段側圧縮機及び低段側圧縮機のトータルの動力エネルギーを減少させることができる。
また、潜熱を除去するために目的の屋内空気の温度と比較して冷やし過ぎた調湿対象空気を第１熱回収器で暖めて屋内空気の温度に近づけて給気することにより屋内のドラフトすなわち低温度の調湿対象空気が屋内に流れ込むことで屋内の人間が感じる不快感を防ぐことができる。
【００１６】
そして、本請求項３の発明に係る空気調和装置は、請求項１又は請求項２の発明に係る空気調和装置が奏する効果に加えて、前記給気ダクトの吸入口に設置されて前記給気ダクトに前記屋内空気を取り込む屋内空気取り込み用ファンとを備えていることにより、屋外空気と屋内空気の潜熱負荷の割合に起因して低段側冷却器に掛る負担が最小限になるように屋内空気取り込み用ファンを制御して給気ダクトへの屋内空気の供給量を調節することができる。
加えて、高段側冷却器及び低段側冷却器で除去した顕熱負荷の残りを、高段側に接続された蒸発器等の屋内空気冷却器で処理して、装置全体のエネルギー効率を更に向上させることができる。
さらに、不合理に低い温度まで調湿対象空気の温度を下げなくても目的の除湿を行うことが可能である。
【００１７】
そして、本請求項４の発明に係る空気調和装置は、請求項３の発明に係る空気調和装置が奏する効果に加えて、前記高段側冷却器、低段側冷却器及び屋内空気冷却器に供給されて前記調湿対象空気の顕熱及び潜熱と前記屋内空気の顕熱を吸収する二次側冷媒の二次側冷媒循環経路と前記二次側冷媒を冷却する一次側冷媒の一次側冷媒循環経路とを物理的に分離した状態で前記一次側冷媒及び２次側冷媒相互間の熱交換を実施する第１の冷媒間熱交換器とを備えていることにより、一次側から屋内へ一次冷媒を漏れ出させないため、エネルギー効率を優先して人体に有害な一次冷媒を用いた場合でも空調時のエネルギー効率を向上させるとともに屋内にいる人間に有害な影響を与えないで安全確保をより一層実現することができる。
【００１８】
そして、本請求項５の発明に係る空気調和装置は、請求項４の発明に係る空気調和装置が奏する効果に加えて、前記第１の冷媒間熱交換器が、前記建屋の屋外に設置され、前記二次側冷媒のうち前記高段側冷却器及び低段側冷却器のそれぞれで使用する冷媒と前記屋内空気冷却器で使用する冷媒が、相互に異なる種類の冷媒であり、前記屋内空気冷却器で使用する冷媒が、前記高段側冷却器及び低段側冷却器のそれぞれで使用する冷媒より安全性の高い冷媒であり、前記高段側冷却器及び低段側冷却器のそれぞれで使用する冷媒と前記屋内空気冷却器で使用する冷媒との間で熱交換を実施する第２の冷媒間熱交換器が、前記建屋の屋外に設置されていることにより、一次冷媒又は二次冷媒が屋内に大量に漏洩することを防止するため、エネルギー効率を優先して人体に有害な一次冷媒又は二次冷媒を用いた場合でも空調時のエネルギー効率を向上させるとともに屋内にいる人間に有害な影響を与えないで安全確保をより一層実現することができる。
【００１９】
そして、本請求項６の発明に係る空気調和装置は、請求項４又は請求項５の発明に係る空気調和装置が奏する効果に加えて、前記一次側冷媒が、冷媒としての性能が優秀なアンモニアであり、前記二次側冷媒が、他の冷媒に比べて安全な水又はブラインであることにより、人体に有害なアンモニアを屋外のみで循環させるため、屋内の安全確保を実現した状態で、自然冷媒を使用して環境に優しいとともに空調時のエネルギー効率の優れた空気調和装置を実現することができる。
なお、「冷媒としての性能が優秀」とは、他の冷媒に比べて成績係数が良いことを意味する。
【００２０】
そして、本請求項７の発明に係る空気調和装置は、請求項４又は請求項５の発明に係る空気調和装置が奏する効果に加えて、前記一次側冷媒が、フロン、アンモニア、水、炭酸ガス、炭化水素の中の一つであり、前記二次側冷媒が、炭酸ガスであることにより、炭酸ガスによる潜熱による熱輸送をおこない、一次側冷媒及び二次側冷媒にアンモニア及び水をそれぞれ用いる場合の水の顕熱による熱輸送の欠点である冷媒温度と調湿対象空気との温度差の増大による冷凍機のエネルギー効率低下と水を循環させるためのポンプ動力増大とを回避するとともに、比較的安全な炭酸ガスを二次冷媒として使用することにより安全性を確保することができる。
【００２１】
そして、本請求項８の発明に係る空気調和装置は、請求項１乃至請求項７のいずれか一つの発明に係る空気調和装置が奏する効果に加えて、前記高段側冷却器に接続されている高段圧縮機と前記低段側冷却器に接続されている低段圧縮機とが、ターボ冷凍機であり且つ可変速制御可能であることにより、高段側圧縮機及び低段側圧縮機ともに圧縮比が小さくなるため、効率良く調湿対象空気を冷却及び除湿し、しかも高段側圧縮機又は低段側圧縮機の回転数制御を行って高段側蒸発温度及び低段側蒸発温度を最適な温度に調整して空気調和装置全体のエネルギー効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施例に係る空気調和装置の構成を示したブロック図。
【図２】本発明の第２実施例に係る空気調和装置の構成を示したブロック図。
【図３】本発明の第３実施例に係る空気調和装置の構成を示したブロック図。
【図４】本発明の第４実施例に係る空気調和装置の構成を示したブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の空気調和装置は、建屋の屋外空気及び屋内空気のうち少なくとも屋内空気を含んだ調湿対象空気を前記建屋の屋内に給気する給気ダクトと、この給気ダクトの途中に設けられているとともに調湿対象空気の主に顕熱を除去する高段側冷却器と、この高段側冷却器からみて給気ダクトの下流側に設けられているとともに高段側冷却器で負荷の一部を除去された調湿対象空気の主に潜熱を除去する低段側冷却器と、屋内空気の主に顕熱を除去する屋内空気冷却器とを備えているものであれば、その具体的な実施の態様は、如何なるものであっても何ら構わない。
【００２４】
例えば、ヒートパイプ等の第１熱回収器及び第２熱回収器によって吸熱された熱エネルギーを除湿後の調湿対象空気に供給することにより、給気ダクトを通過して冷え過ぎた調湿対象空気の温度を上昇させるため、屋内に給気される調湿対象空気のドラフトを回避することができる。
ここで、「ドラフト」とは、冷房空調において冷却した調湿対象空気を屋内に供給するとき、屋内の温度に比べて低過ぎる温度の調湿対象空気が屋内の人間に直接当たることで人間が不快に感じる現象をいう。
【００２５】
また、給気ダクトの吸入口は、屋内空気及び屋外空気のそれぞれを給気可能なように屋内空気及び屋外空気のそれぞれに対応して複数設けられていてもよい。
【００２６】
以下、図１乃至図４を参照しながら、本発明に係る空気調和装置の第１実施例乃至第４実施例を説明する。
ここで、図１は、本発明の第１実施例に係る空気調和装置の構成を示したブロック図であり、図２は、本発明の第２実施例に係る空気調和装置の構成を示したブロック図であり、図３は、本発明の第３実施例に係る空気調和装置の構成を示したブロック図であり、図４は、本発明の第４実施例に係る空気調和装置の構成を示したブロック図である。
［第１実施例］
【００２７】
まず、図１を参照しながら、本発明の第１実施例に係る空気調和装置１００を説明する。
図１に示すように、空気調和装置１００は、給気ダクト１１０、二段圧縮式冷凍機１００Ａ、屋内空気冷却器１４０及び屋内空気取り込み用ファン１５０を備えている。
二段圧縮式冷凍機１００Ａは、高段側冷却器１２０、低段側冷却器１３０、エバコンＥＣ、高段圧縮機ＨＰ、高圧受液器ＨＲ、中間受液器ＭＲ、低段圧縮機ＬＰ、及び低圧受液器ＬＲを備え、冷媒Ｃを高段側冷却器１２０、低段側冷却器１３０及び屋内空気冷却器１４０に供給して調湿対象空気ＣＡを冷却する。
【００２８】
エバコンＥＣは、低い凝縮温度が効率良く実現できるように低揚程、大容量のファンが有効に働く通風面積の大きなもので、凝縮温度を制御するためのファンの回転数制御を実行可能なように構成されている。
高段圧縮機ＨＰは、低圧縮比で効率の良いベーン特性を持つターボ圧縮機であり、インバータで回転数容量制御される。
中間受液器ＭＲは、二段圧縮二段膨張を安定して運転できるための機器であり、満液式空気冷却器である高段側冷却器１２０及び屋内空気冷却器１４０に液体状の冷媒Ｃを送り、戻ってきた液ガス混合冷媒を分離してガスだけを高段圧縮機ＨＰに戻す働きをするとともに低段圧縮機ＬＰの吐出ガスを冷却するインタークーラーの働きをする。
低段圧縮機ＬＰは、低圧縮比で効率の良いベーン特性を持つターボ圧縮機であり、インバータにより回転数容量制御される。
そして、高段側圧縮機ＨＰ及び低段側圧縮機ＬＰの回転制御により効率の良い中間圧力を設定することができる。
なお、高段側圧縮機ＨＰ及び低段側圧縮機ＬＰの回転数は、それぞれ別々に制御可能である。
低圧受液器ＬＲは、潜熱回収用としての満液式の蒸発器である低段側冷却器１３０に液体状の冷媒Ｃを送り、戻ってきた液ガス混合冷媒を分離してガスだけを低段圧縮機ＬＰに戻す働きをする。
高段側冷却器１２０及び屋内空気冷却器１４０は、比較的高い蒸発温度で調湿対象空気ＣＡ及び屋内空気ＩＡの顕熱負荷を効率良く処理する。
低段側冷却器１３０は、絶対湿度が設定値になるまで調湿対象空気ＣＡの温度を下げて調湿対象空気ＣＡ中の水分を凝縮させて除去する。
【００２９】
空気調和装置１００は、建屋Ｂの屋外空気ＯＡ及び屋内空気ＩＡのうち少なくとも屋内空気ＩＡを含んだ調湿対象空気ＣＡを建屋Ｂの屋内に給気する給気ダクト１１０と、給気ダクト１１０の途中に設けられているとともに調湿対象空気ＣＡの主に顕熱を除去する高段側冷却器１２０と、この高段側冷却器１２０からみて給気ダクト１１０の下流側に設けられているとともに高段側冷却器１２０で負荷の一部を除去された調湿対象空気ＣＡの主に潜熱を除去する低段側冷却器１３０と、屋内空気ＩＡの主に顕熱を除去する屋内空気冷却器１４０とを備えていることにより、高段側冷却器１２０で処理出来る熱負荷は、出来るだけ多く高段側冷却器１２０で処理して、低段側冷却器１３０の熱負荷を少なくし、不合理に低い温度まで余分に多くの調湿対象空気ＣＡの温度を下げないとともに、余分に多くの調湿対象空気ＣＡの温度を下げて無駄なエネルギーを消費することで生じる消費エネルギーの増大を回避して除湿時のエネルギー効率を向上させ、しかも不合理に低い温度まで冷媒Ｃの蒸発温度を下げることを回避して省エネルギーと安全性の確保及び環境保護を実現するようになっている。
加えて、調湿対象空気ＣＡを必要最小限の流量に抑えて調湿対象空気ＣＡの冷却負荷を最小限に抑え、効率の良い屋内空気冷却器１４０、例えば、二段圧縮式冷凍機１００Ａの高段側に接続された蒸発器等からなる屋内空気冷却器１４０を使用して必要な顕熱負荷の処理を行うことにより、消費エネルギーを最小限に抑えることができる。
【００３０】
より具体的には、例えば、真夏の気温３５℃、湿球温度２７℃のとき、大部分の顕熱を処理するのに高段側の蒸発温度を２０℃、大部分の潜熱を処理するのに低段側の蒸発温度を１０℃、屋内温度２８℃、凝縮温度３２℃と設定すれば可能であるが、この時の二段圧縮式冷凍機１００Ａの高段側及び低段側のそれぞれの圧縮比が、ともに１．４程度であるため、空気調和装置１００は、高段圧縮機ＨＰ及び低段圧縮機ＬＰにターボ冷凍機を使用した時の二段圧縮式冷凍機１２０の成績係数を１２以上にすることができる。
また、空気調和装置１００は、除湿時の環境条件及び装置の設定条件を最適化して二段圧縮式冷凍機１００Ａの成績係数を１０以上にすることができる。
【００３１】
なお、蒸気圧縮式冷凍機において、蒸発温度をＴＥ、凝縮温度をＴＣとした時の理想的な冷凍機の場合、成績係数＝ＴＥ／（ＴＣ−ＴＥ）の関係があり、現実の冷凍機の場合も成績係数は蒸発温度が高ければ高いほど、凝縮温度が低ければ低いほど成績係数は大きい。
空気調和装置１００の場合、冷凍負荷に潜熱負荷と顕熱負荷があるが、顕熱負荷は目標の屋内温度より低い蒸発温度であれば目的を果たすことが可能であるが、潜熱負荷は目標絶対湿度相対飽和温度より低い蒸発温度が必要であり、顕熱負荷用の蒸発温度よりかなり低い。
一般には顕熱と潜熱をまとめて一つの蒸発器で処理しているので、潜熱除去するための蒸発温度になっていて、不合理に低い温度での運転となり、エネルギーを過剰に消費していたという問題があった。
上述の空気調和装置１００によれば、このような問題を解消して効率良く空調を行うことができる。
【００３２】
また、空気調和装置１００は、給気ダクト１１０の吸入口１１１に設置されて給気ダクト１１０に屋内空気ＩＡを取り込む屋内空気取り込み用ファン１５０を備えていることにより、屋内空気ＩＡと屋外空気ＯＡの潜熱負荷の割合に起因して低段側冷却器１３０に掛る負担が最小限になるように屋内空気取り込み用ファン１５０を制御して給気ダクト１１０への屋内空気ＩＡの供給量を調節するようになっている。
さらに、空気調和装置１００は、不合理に低い温度まで調湿対象空気ＣＡの温度を下げなくても目的の除湿を行うことが可能である。
【００３３】
また、空気調和装置１００は、屋内発生潜熱負荷が多く、屋外空気ＯＡの除湿だけでは目的の湿度を保つことができなかったら低段側冷却器１３０の蒸発温度を過度に下げることが必要となるため、屋内空気取り込み用ファン１５０で屋内空気ＩＡを調湿対象空気ＣＡの少なくとも一部として給気ダクト１１０に取り込むことにより、効率の良い二段圧縮式冷凍機１００Ａの運転状態を維持するようになっている。
【００３４】
また、エネルギー効率を向上させる点のみに注目すれば、空気調和装置１００に用いられる冷媒Ｃとしてフロンを用いてもよい。
加えて、空気調和装置１００は、高段側冷却器１２０及び低段側冷却器１３０で除去した顕熱負荷の残りを、高段側に接続された蒸発器等の屋内空気冷却器１４０で処理して、装置全体のエネルギー効率を更に向上させるようになっている。
［第２実施例］
【００３５】
次に、図２を参照しながら、本発明の第２実施例に係る空気調和装置２００を説明する。
なお、以下の第２実施例、第３実施例及び第４実施例に係る空気調和装置では、上述の空気調和装置１００と共通する部分の符号を１００番台から２００番台、３００番台、及び４００番台にそれぞれ付け替えてその詳細な説明を省略する。
【００３６】
図２に示すように、第２実施例に係る空気調和装置２００は、建屋Ｂの屋内に設置された給気ダクト２１０、第１熱回収器２６０及び第２熱回収器２７０を備えている。
空気調和装置２００は、高段側冷却器２２０からみて給気ダクト２１０の上流側ダクト部分２１０Ａに設置されたヒートパイプ等の第１熱回収器２６０と、給気ダクト２１０のうち高段側冷却器２６０及び低段側冷却器２７０の間の蒸発器間ダクト部分２１０Ｂに設置されたヒートパイプ等の第２熱回収器２７０とを備えていることにより、第一熱回収器２６０、高段側冷却器２２０、第二熱回収器２７０、及び低段側冷却器２３０で順次調湿対象空気ＣＡから吸熱するため、高段側冷却器２２０及び低段側冷却器２３０のみで調湿対象空気ＣＡから吸熱する場合と比較して、第２熱回収器２７０により低段側冷却器２３０の吸熱負担を小さくするとともに高段側冷却器２２０の負担の割合を大きくして効率の良い運転を行い、高段側冷却器２２０及び低段側冷却器２３０を作動させるのに必要な高段側圧縮機ＨＰ及び低段側圧縮機ＬＰのトータルの動力エネルギーを減少させるようになっている。
【００３７】
より具体的には、除湿用の低段側冷却器２３０で冷却された調湿対象空気ＣＡの温度が１４℃、屋内空気ＩＡの目的温度が２８℃の時、高段側に接続された蒸発器からなる屋内空気冷却器２４０の屋内負荷による顕熱の大部分を除去して３０℃になるはずの屋内空気ＩＡと１４℃の調湿対象空気ＣＡとを混合させて２８℃を保つ運転をした時、不可逆変化が起きてエントロピが増加し無駄が発生していることが分かる。
より具体的には、１０℃の蒸発器で冷却された１４℃の調湿対象空気ＣＡを３０℃になるはずの屋内空気ＩＡに混合して２８℃を保つ時と、屋内空気ＩＡを２８℃に保つのに２０℃の蒸発器で行う場合とでは当然前者に無駄がある。
この無駄を第１熱回収器２６０及び第２熱回収器２７０により回収して、例えば１４℃の空気を２１℃まで温めて屋内に供給すれば、無駄を約５０％軽減できることになる。
【００３８】
また、空気調和装置２００は、潜熱を除去するために目的の屋内空気ＩＡの温度と比較して冷やし過ぎた調湿対象空気ＣＡを第１熱回収器２６０で暖めて屋内空気ＩＡの温度に近づけることにより、屋内のドラフトすなわち低温度の調湿対象空気ＣＡが吸気口２１２から屋内に流れ込むことで屋内の人間が感じる不快感を防ぐようになっている。
［第３実施例］
【００３９】
次に、図３を参照しながら、本発明の第３実施例に係る空気調和装置３００を説明する。
図３に示すように、第３実施例に係る空気調和装置３００は、それぞれが第１の冷媒間熱交換器の一例である高段側チラー３８０Ａ及び低段側チラー３８０Ｂと、高段側冷却器３２０と、低段側冷却器３３０と、エバコンＥＣと、高段圧縮機ＨＰと、高圧受液器ＨＲと、中間受液器ＭＲと、低段圧縮機ＬＰと、低圧受液器ＬＲと、冷水タンクＷＴ１、ＷＴ２と、冷水ポンプＷＰ１及び冷水ポンプＷＰ２とを備えている。
二段圧縮式冷凍機３００Ａは、二次側冷媒Ｃ２を高段側冷却器３２０及び低段側冷却器３３０に供給して調湿対象空気ＣＡを冷却する。
【００４０】
空気調和装置３００は、高段側冷却器３２０、低段側冷却器３３０及び屋内空気冷却器３４０に供給されて調湿対象空気ＣＡの顕熱及び潜熱と屋内空気ＩＡの顕熱を吸収する二次側冷媒Ｃ２の二次側冷媒循環経路Ｐ２と二次側冷媒Ｃ２を冷却する一次側冷媒Ｃ１の一次側冷媒循環経路Ｐ１とを物理的に分離した状態で一次側冷媒Ｃ１及び二次側冷媒Ｃ２相互間の熱交換を実施する高段側チラー３８０Ａ及び低段側チラー３８０Ｂとを備えていることにより、一次側から屋内へ一次側冷媒Ｃ１を漏れ出させないため、エネルギー効率を優先して人体に有害な一次冷媒を用いた場合でも空調時のエネルギー効率を向上させるとともに屋内にいる人間に有害な影響を与えないで安全確保をより一層実現するようになっている。
【００４１】
また、空気調和装置３００は、一次側冷媒Ｃ１が、冷媒としての性能が優秀なアンモニアであり、二次側冷媒Ｃ２が、他の冷媒に比べて安全な水又はブラインであることにより、人体に有害なアンモニアを屋外のみで循環させるため、屋内の安全確保を実現した状態で、自然冷媒を使用して環境に優しいとともに空調時のエネルギー効率の優れた空気調和装置を実現するようになっている。
なお、一次側冷媒Ｃ１としてアンモニアを用いた場合、一次側冷媒Ｃ１として水を用いる場合に比べて、効率、価格、物性、装置を含めた経済的な観点で優位である。
空気調和装置３００では、一次側冷媒Ｃ１が、フロン、アンモニア、水、炭酸ガス、炭化水素の中の一つであり、二次側冷媒Ｃ２が、炭酸ガスであってもよい。
このような一次側冷媒Ｃ１及び二次側冷媒Ｃ２を用いることにより、炭酸ガスによる潜熱による熱輸送をおこない、一次側冷媒Ｃ１及び二次側冷媒Ｃ２にアンモニア及び水をそれぞれ用いる場合の水の顕熱による熱輸送の欠点である冷媒温度と調湿対象空気との温度差の増大による冷凍機のエネルギー効率低下と水を循環させるためのポンプ動力増大とを回避するとともに、比較的安全な炭酸ガスを二次側冷媒Ｃ２として使用することにより安全性を確保することができる。
【００４２】
一次側冷媒Ｃ１が、フロン、アンモニア、水、炭酸ガス、炭化水素の中の一つであり、二次側冷媒Ｃ２が、炭酸ガスである場合、一次側冷媒Ｃ１及び二次側冷媒Ｃ２にアンモニア及び水をそれぞれ用いる場合に比べて顕熱輸送による蒸発温度及び調湿対象空気の温度相互の温度差増大と水を循環させるポンプ動力増大とを回避するとともに相対的に二次側冷媒Ｃ２より大量に用いられる一次側冷媒Ｃ１を屋内に漏出させてしまうことを無くして屋内における酸欠状態を回避し、しかも水に比べて相対的に調湿対象空気ＣＡ及び炭酸ガス間相互の熱交換を効率良く行うため、安全性確保を実現するとともに熱交換におけるエネルギー損失負担を回避して装置全体のエネルギー効率をより一層向上させることができる。
なお、顕熱輸送とは、温度変化による熱の授受を利用することをいう。
これに対して潜熱輸送とは、相変化による熱の授受を利用して熱を移送することをいう。
［第４実施例］
【００４３】
次に、図４を参照しながら、第４実施例に係る空気調和装置４００を説明する。
図４に示すように、第３実施例に係る空気調和装置４００は、給気ダクト４１０、二段圧縮式冷凍機４００Ａ、第１熱回収器４６０、第２熱回収器４７０、及び屋内空気取り込み用ファン４５０を備えている。
【００４４】
二段圧縮式冷凍機４００Ａは、それぞれが第１の冷媒間熱交換器の一例である高段側カスケードコンデンサ４９０Ａ及び低段側カスケードコンデンサ４９０Ｂと、高段側に接続された蒸発器である高段側冷却器４２０と、低段側に接続された蒸発器である低段側冷却器４３０と、エバコンＥＣと、高段圧縮機ＨＰと、高圧受液器ＨＲと、中間受液器ＭＲと、低段圧縮機ＬＰと、低圧受液器ＬＲと、第２の冷媒間熱交換器の一例である高段炭酸ガス受液器ＨＧＲと、低段炭酸ガス受液器ＬＧＲ、及び冷媒ポンプＣＰ１−１、ＣＰ１−２、ＣＰ２を備え、二次側冷媒Ｃ２を高段側冷却器４２０及び低段側冷却器４３０に供給して調湿対象空気ＣＡを冷却する。
【００４５】
高段側カスケードコンデンサ４９０Ａで冷却され液化された液体炭酸ガスは、高段炭酸ガス受液器ＨＧＲに入り液ヘッド差又は液ポンプにより高段側冷却器４２０及び屋内空気冷却器４４０に送られる。
高段側カスケードコンデンサ４９０Ａ及び低段側カスケードコンデンサ４９０Ｂに送られたアンモニアなどの一次側冷媒Ｃ１は、高段側カスケードコンデンサ４９０Ａ及び低段側カスケードコンデンサ４９０Ｂの屋内側に接続された部分の炭酸ガス等の二次側冷媒Ｃ２−１、Ｃ２−２を液化する。
液化した屋内側の炭酸ガスなどの二次側冷媒Ｃ２−２は、液ヘッド差又は液ポンプにより低段側冷却器４３０に送られ、主に潜熱負荷を取って蒸発し低段側カスケードコンデンサ４９０Ｂに戻る。
【００４６】
一方、高段側冷却器４２０に送られた液体炭酸ガスなどの二次側冷媒Ｃ２−１は、調湿対象空気ＣＡの負荷の一部を比較的高い蒸発温度で処理して、高段炭酸ガス受液器ＨＧＲに戻る。
この時、炭酸ガスによる熱交換と熱輸送は、潜熱変化を伴って行われるので、水を介在させる顕熱利用の時と比較して格段に効率が良くなる。
【００４７】
この例のような高段側カスケードコンデンサ４９０Ａ及び低段側カスケードコンデンサ４９０Ｂは、屋内でガス漏れがあった時、二段圧縮式冷凍機４００Ａの本体における大量の一次側冷媒Ｃ１すなわちアンモニアと繋がっていると中毒や酸欠等の大事故に結び付く可能性がある場合に使用し、大空間を持ち比較的換気しやすい工場等では必要としないことがある。
【００４８】
空気調和装置４００では、高段側カスケードコンデンサ４９０Ａ及び低段側カスケードコンデンサ４９０Ｂが、建屋Ｂの屋外に設置され、二次側冷媒Ｃ２のうち高段側冷却器４２０及び低段側冷却器４３０のそれぞれで使用する冷媒Ｃ２−１、Ｃ２−２と屋内空気冷却器４４０で使用する冷媒Ｃ２−３が、相互に異なる種類の冷媒であり、屋内空気冷却器４４０で使用する冷媒Ｃ２−３が、高段側冷却器４２０及び低段側冷却器４３０のそれぞれで使用する冷媒Ｃ２−１、Ｃ２−２より安全性の高い冷媒であり、高段側冷却器４２０及び低段側冷却器４３０のそれぞれで使用する冷媒Ｃ２−１、Ｃ２−２と屋内空気冷却器４４０で使用する冷媒Ｃ２−３との間で熱交換を実施する高段炭酸ガス受液器ＨＧＲが、建屋Ｂの屋外に設置されていることにより、空気調和装置４００は、一次側冷媒Ｃ１が屋内に大量に漏洩することを防止するため、エネルギー効率を優先して人体に有害な一次側冷媒Ｃ１を用いた場合でも空調時のエネルギー効率を向上させるとともに屋内にいる人間に有害な影響を与えないで安全確保をより一層実現するようになっている。
【００４９】
また、空気調和装置４００では、空気調和装置３００と同様に、一次側冷媒Ｃ１が、アンモニアであり、二次側冷媒Ｃ２が、水又はブラインであってもよいし、一次側冷媒Ｃ１が、フロン、アンモニア、水、炭酸ガス、炭化水素の中の一つであり、二次側冷媒Ｃ２が、炭酸ガスであってもよく、空気調和装置３００と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００５０】
１００、２００、３００、４００ ・・・ 空気調和装置
１１０、２１０、３１０、４１０ ・・・ 給気ダクト
２１０Ａ、３１０Ａ、４１０Ａ ・・・ 上流側ダクト部分
２１０Ｂ、３１０Ｂ、４１０Ｂ ・・・ 蒸発器間ダクト部分
２１０Ｃ、３１０Ｃ、４１０Ｃ ・・・ 下流側ダクト部分
１１１、２１１、３１１、４１１ ・・・ 吸入口
１００Ａ、２００Ａ、３００Ａ、４００Ａ ・・・ 二段圧縮式冷凍機
１２０、２２０、３２０、４２０ ・・・ 高段側冷却器
１３０、２３０、３３０、４３０ ・・・ 低段側冷却器
１４０、２４０、３４０、４４０ ・・・ 屋内空気冷却器
２１２、３１２、４１２ ・・・ 吸気口
２６０、３６０、４６０ ・・・ 第１熱回収器
２７０、３７０、４７０ ・・・ 第２熱回収器
１５０、２５０、３５０、４５０ ・・・ 屋内空気取り込み用ファン
３８０Ａ ・・・ 高段側チラー
３８０Ｂ ・・・ 低段側チラー
４９０Ａ ・・・ 高段側カスケードコンデンサ
４９０Ｂ ・・・ 低段側カスケードコンデンサ
ＥＣ ・・・ エバコン
ＨＰ ・・・ 高段圧縮機
ＨＲ ・・・ 高圧受液器
ＭＲ ・・・ 中間受液器
ＬＰ ・・・ 低段圧縮機
ＬＲ ・・・ 低圧受液器
ＣＡ ・・・ 調湿対象空気
ＯＡ ・・・ 屋外空気
ＩＡ ・・・ 屋内空気
Ｃ ・・・ 冷媒
Ｃ１ ・・・ 一次側冷媒
Ｃ２−１、Ｃ２−２、Ｃ２−３ ・・・ 二次側冷媒
Ｐ１ ・・・ 一次側冷媒循環経路
Ｐ２ ・・・ 二次側冷媒循環経路
Ｂ ・・・ 建屋
ＷＴ１、ＷＴ２ ・・・ 冷水タンク
ＷＰ１、ＷＰ２ ・・・ 冷水ポンプ
ＣＰ１−１、ＣＰ１−２、ＣＰ２ ・・・ 冷媒ポンプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度及び湿度を調整する空気調和装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、二段圧縮式冷凍機として高段側吐出ガスの過熱度を制御するものがある（例えば、特許文献１参照）。
また、空気調和装置としては、エネルギー効率を高めるとともに安全性を確保するもの（例えば、特許文献２参照）や、多段圧縮運転を行って冷房運転時及び暖房運転時の両方で運転効率を向上させるものがある（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２５５８６４号公報（特許請求の範囲、図１参照。）
【特許文献２】特開２００６−０２９７４４号公報（特許請求の範囲、図１乃至図３参照。）
【特許文献３】特開２０１０−１１２６１８号公報（特許請求の範囲、図１乃至図３参照。）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、工場またはビル等の比較的大規模な空間を対象とする空調では、屋内空気等の調湿対象空気を除湿する際に冷房運転時における屋内空気の設定温度に比較して極端に低い温度まで調湿対象空気を下げて除湿を行い、空調設備の使用エネルギ−に大きな無駄を生じさせてしまうという問題点があった。
より具体的には、除湿時に空調設備にかかる負荷全体に対する割合が相対的に小さな潜熱負荷を処理する際に、調湿対象空気全体を除湿するために必要な低い温度まで調湿対象空気の温度を下げて効率の悪い運転を行っていた。
【０００５】
そこで、本発明が解決しようとする技術的課題、すなわち、本発明の目的は、冷却及び除湿を伴う際に潜熱及び顕熱を処理するためのエネルギー消費の無駄をなくして、省エネルギーを実現し、合わせて安全且つ自然に優しい空気調和装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
まず、本請求項１の発明に係る空気調和装置は、建屋の屋外空気及び屋内空気のうち少なくとも屋内空気を含んだ調湿対象空気を前記建屋の屋内に給気する給気ダクトと、該給気ダクトの途中に設けられているとともに前記調湿対象空気の主に顕熱を除去する高段側冷却器と、該高段側冷却器からみて前記給気ダクトの下流側に設けられているとともに前記高段側冷却器で負荷の一部を除去された前記調湿対象空気の主に潜熱を除去する低段側冷却器と、前記屋内空気の主に顕熱を除去する屋内空気冷却器とを備えていることにより、前述した課題を解決したものである。
【０００７】
そして、本請求項２の発明に係る空気調和装置は、請求項１の発明に係る空気調和装置において、前記高段側冷却器からみて前記給気ダクトの上流側ダクト部分に設置された第１熱回収器と、前記給気ダクトのうち前記高段側冷却器及び低段側冷却器の間の蒸発器間ダクト部分に設置された第２熱回収器とを備えていることにより、前述した課題をさらに解決したものである。
【０００８】
そして、本請求項３の発明に係る空気調和装置は、請求項１又は請求項２の発明に係る空気調和装置において、前記給気ダクトの吸入口に設置されて前記給気ダクトに前記屋内空気を取り込む屋内空気取り込み用ファンと備えていることにより、前述した課題をさらに解決したものである。
【０００９】
そして、本請求項４の発明に係る空気調和装置は、請求項３の発明に係る空気調和装置において、前記高段側冷却器、低段側冷却器及び屋内空気冷却器に供給されて前記調湿対象空気の顕熱及び潜熱と前記屋内空気の顕熱を吸収する二次側冷媒の二次側冷媒循環経路と前記二次側冷媒を冷却する一次側冷媒の一次側冷媒循環経路とを物理的に分離した状態で前記一次側冷媒及び２次側冷媒相互間の熱交換を実施する第１の冷媒間熱交換器とを備えていることにより、前述した課題をさらに解決したものである。
【００１０】
そして、本請求項５の発明に係る空気調和装置は、請求項４の発明に係る空気調和装置において、前記第１の冷媒間熱交換器が、前記建屋の屋外に設置され、前記二次側冷媒のうち前記高段側冷却器及び低段側冷却器のそれぞれで使用する冷媒と前記屋内空気冷却器で使用する冷媒が、相互に異なる種類の冷媒であり、前記屋内空気冷却器で使用する冷媒が、前記高段側冷却器及び低段側冷却器のそれぞれで使用する冷媒より安全性の高い冷媒であり、前記高段側冷却器及び低段側冷却器のそれぞれで使用する冷媒と前記屋内空気冷却器で使用する冷媒との間で熱交換を実施する第２の冷媒間熱交換器が、前記建屋の屋外に設置されていることにより、前述した課題をさらに解決したものである。
【００１１】
そして、本請求項６の発明に係る空気調和装置は、請求項４又は請求項５に係る空気調和装置において、前記一次側冷媒が、冷媒としての性能が優秀なアンモニアであり、前記二次側冷媒が、他の冷媒に比べて安全な水又はブラインであることにより、前述した課題をさらに解決したものである。
【００１２】
そして、本請求項７の発明に係る空気調和装置は、請求項４又は請求項５に係る空気調和装置において、前記一次側冷媒が、フロン、アンモニア、水、炭酸ガス、炭化水素の中の一つであり、前記二次側冷媒が、炭酸ガスであることにより、前述した課題をさらに解決したものである。
【００１３】
そして、本請求項８の発明に係る空気調和装置は、請求項１乃至請求項７のいずれか一つに係る空気調和装置において、前記高段側冷却器に接続されている高段圧縮機と前記低段側冷却器に接続されている低段圧縮機とが、ターボ冷凍機であり且つ可変速制御可能であることにより、前述した課題をさらに解決したものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の請求項１の発明に係る空気調和装置は、建屋の屋外空気及び屋内空気のうち少なくとも屋内空気を含んだ調湿対象空気を前記建屋の屋内に給気する給気ダクトと、該給気ダクトの途中に設けられているとともに前記調湿対象空気の主に顕熱を除去する高段側冷却器と、該高段側冷却器からみて前記給気ダクトの下流側に設けられているとともに前記高段側冷却器で負荷の一部を除去された前記調湿対象空気の主に潜熱を除去する低段側冷却器と、前記屋内空気の主に顕熱を除去する屋内空気冷却器とを備えていることにより、高段側冷却器で処理出来る熱負荷は、出来るだけ多く高段側冷却器で処理して、低段側冷却器の熱負荷を少なくし、不合理に低い温度まで余分に多くの調湿対象空気の温度を下げないとともに、余分に多くの調湿対象空気の温度を下げて無駄なエネルギーを消費することで生じる消費エネルギーの増大を回避して除湿時のエネルギー効率を向上させ、しかも不合理に低い温度まで冷媒の蒸発温度を下げることを回避して省エネルギーと安全性の確保及び環境保護を実現することができる。
なお、調湿対象空気を冷却して除湿するとき、冷却時の調湿対象空気の絶対湿度と調湿対象空気の温度とは一対一の関係にあるため、目的の絶対湿度より低い調湿対象空気の温度を「不合理に低い温度」という。
【００１５】
そして、本請求項２の発明に係る空気調和装置は、請求項１の発明に係る空気調和装置が奏する効果に加えて、前記高段側冷却器からみて前記給気ダクトの上流側ダクト部分に設置された第１熱回収器と、前記給気ダクトのうち前記高段側冷却器及び低段側冷却器の間の蒸発器間ダクト部分に設置された第２熱回収器とを備えていることにより、第一熱回収器、高段側冷却器、第二熱回収器、及び低段側冷却器で順次調湿対象空気から吸熱するため、高段側冷却器及び低段側冷却器のみで調湿対象空気から吸熱する場合と比較して、第２熱回収器により低段側冷却器の吸熱負担を小さくするとともに高段側冷却器の負担の割合を大きくして効率の良い運転を行い、高段側冷却器及び低段側冷却器を作動させるのに必要な高段側圧縮機及び低段側圧縮機のトータルの動力エネルギーを減少させることができる。
また、潜熱を除去するために目的の屋内空気の温度と比較して冷やし過ぎた調湿対象空気を第１熱回収器で暖めて屋内空気の温度に近づけて給気することにより屋内のドラフトすなわち低温度の調湿対象空気が屋内に流れ込むことで屋内の人間が感じる不快感を防ぐことができる。
【００１６】
そして、本請求項３の発明に係る空気調和装置は、請求項１又は請求項２の発明に係る空気調和装置が奏する効果に加えて、前記給気ダクトの吸入口に設置されて前記給気ダクトに前記屋内空気を取り込む屋内空気取り込み用ファンとを備えていることにより、屋外空気と屋内空気の潜熱負荷の割合に起因して低段側冷却器に掛る負担が最小限になるように屋内空気取り込み用ファンを制御して給気ダクトへの屋内空気の供給量を調節することができる。
加えて、高段側冷却器及び低段側冷却器で除去した顕熱負荷の残りを、高段側に接続された蒸発器等の屋内空気冷却器で処理して、装置全体のエネルギー効率を更に向上させることができる。
さらに、不合理に低い温度まで調湿対象空気の温度を下げなくても目的の除湿を行うことが可能である。
【００１７】
そして、本請求項４の発明に係る空気調和装置は、請求項３の発明に係る空気調和装置が奏する効果に加えて、前記高段側冷却器、低段側冷却器及び屋内空気冷却器に供給されて前記調湿対象空気の顕熱及び潜熱と前記屋内空気の顕熱を吸収する二次側冷媒の二次側冷媒循環経路と前記二次側冷媒を冷却する一次側冷媒の一次側冷媒循環経路とを物理的に分離した状態で前記一次側冷媒及び２次側冷媒相互間の熱交換を実施する第１の冷媒間熱交換器とを備えていることにより、一次側から屋内へ一次冷媒を漏れ出させないため、エネルギー効率を優先して人体に有害な一次冷媒を用いた場合でも空調時のエネルギー効率を向上させるとともに屋内にいる人間に有害な影響を与えないで安全確保をより一層実現することができる。
【００１８】
そして、本請求項５の発明に係る空気調和装置は、請求項４の発明に係る空気調和装置が奏する効果に加えて、前記第１の冷媒間熱交換器が、前記建屋の屋外に設置され、前記二次側冷媒のうち前記高段側冷却器及び低段側冷却器のそれぞれで使用する冷媒と前記屋内空気冷却器で使用する冷媒が、相互に異なる種類の冷媒であり、前記屋内空気冷却器で使用する冷媒が、前記高段側冷却器及び低段側冷却器のそれぞれで使用する冷媒より安全性の高い冷媒であり、前記高段側冷却器及び低段側冷却器のそれぞれで使用する冷媒と前記屋内空気冷却器で使用する冷媒との間で熱交換を実施する第２の冷媒間熱交換器が、前記建屋の屋外に設置されていることにより、一次冷媒又は二次冷媒が屋内に大量に漏洩することを防止するため、エネルギー効率を優先して人体に有害な一次冷媒又は二次冷媒を用いた場合でも空調時のエネルギー効率を向上させるとともに屋内にいる人間に有害な影響を与えないで安全確保をより一層実現することができる。
【００１９】
そして、本請求項６の発明に係る空気調和装置は、請求項４又は請求項５の発明に係る空気調和装置が奏する効果に加えて、前記一次側冷媒が、冷媒としての性能が優秀なアンモニアであり、前記二次側冷媒が、他の冷媒に比べて安全な水又はブラインであることにより、人体に有害なアンモニアを屋外のみで循環させるため、屋内の安全確保を実現した状態で、自然冷媒を使用して環境に優しいとともに空調時のエネルギー効率の優れた空気調和装置を実現することができる。
なお、「冷媒としての性能が優秀」とは、他の冷媒に比べて成績係数が良いことを意味する。
【００２０】
そして、本請求項７の発明に係る空気調和装置は、請求項４又は請求項５の発明に係る空気調和装置が奏する効果に加えて、前記一次側冷媒が、フロン、アンモニア、水、炭酸ガス、炭化水素の中の一つであり、前記二次側冷媒が、炭酸ガスであることにより、炭酸ガスによる潜熱による熱輸送をおこない、一次側冷媒及び二次側冷媒にアンモニア及び水をそれぞれ用いる場合の水の顕熱による熱輸送の欠点である冷媒温度と調湿対象空気との温度差の増大による冷凍機のエネルギー効率低下と水を循環させるためのポンプ動力増大とを回避するとともに、比較的安全な炭酸ガスを二次冷媒として使用することにより安全性を確保することができる。
【００２１】
そして、本請求項８の発明に係る空気調和装置は、請求項１乃至請求項７のいずれか一つの発明に係る空気調和装置が奏する効果に加えて、前記高段側冷却器に接続されている高段圧縮機と前記低段側冷却器に接続されている低段圧縮機とが、ターボ冷凍機であり且つ可変速制御可能であることにより、高段側圧縮機及び低段側圧縮機ともに圧縮比が小さくなるため、効率良く調湿対象空気を冷却及び除湿し、しかも高段側圧縮機又は低段側圧縮機の回転数制御を行って高段側蒸発温度及び低段側蒸発温度を最適な温度に調整して空気調和装置全体のエネルギー効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施例に係る空気調和装置の構成を示したブロック図。
【図２】本発明の第２実施例に係る空気調和装置の構成を示したブロック図。
【図３】本発明の第３実施例に係る空気調和装置の構成を示したブロック図。
【図４】本発明の第４実施例に係る空気調和装置の構成を示したブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の空気調和装置は、建屋の屋外空気及び屋内空気のうち少なくとも屋内空気を含んだ調湿対象空気を前記建屋の屋内に給気する給気ダクトと、この給気ダクトの途中に設けられているとともに調湿対象空気の主に顕熱を除去する高段側冷却器と、この高段側冷却器からみて給気ダクトの下流側に設けられているとともに高段側冷却器で負荷の一部を除去された調湿対象空気の主に潜熱を除去する低段側冷却器と、屋内空気の主に顕熱を除去する屋内空気冷却器とを備えているものであれば、その具体的な実施の態様は、如何なるものであっても何ら構わない。
【００２４】
例えば、ヒートパイプ等の第１熱回収器及び第２熱回収器によって吸熱された熱エネルギーを除湿後の調湿対象空気に供給することにより、給気ダクトを通過して冷え過ぎた調湿対象空気の温度を上昇させるため、屋内に給気される調湿対象空気のドラフトを回避することができる。
ここで、「ドラフト」とは、冷房空調において冷却した調湿対象空気を屋内に供給するとき、屋内の温度に比べて低過ぎる温度の調湿対象空気が屋内の人間に直接当たることで人間が不快に感じる現象をいう。
【００２５】
また、給気ダクトの吸入口は、屋内空気及び屋外空気のそれぞれを給気可能なように屋内空気及び屋外空気のそれぞれに対応して複数設けられていてもよい。
【００２６】
以下、図１乃至図４を参照しながら、本発明に係る空気調和装置の第１実施例乃至第４実施例を説明する。
ここで、図１は、本発明の第１実施例に係る空気調和装置の構成を示したブロック図であり、図２は、本発明の第２実施例に係る空気調和装置の構成を示したブロック図であり、図３は、本発明の第３実施例に係る空気調和装置の構成を示したブロック図であり、図４は、本発明の第４実施例に係る空気調和装置の構成を示したブロック図である。
［第１実施例］
【００２７】
まず、図１を参照しながら、本発明の第１実施例に係る空気調和装置１００を説明する。
図１に示すように、空気調和装置１００は、給気ダクト１１０、二段圧縮式冷凍機１００Ａ、屋内空気冷却器１４０及び屋内空気取り込み用ファン１５０を備えている。
二段圧縮式冷凍機１００Ａは、高段側冷却器１２０、低段側冷却器１３０、エバコンＥＣ、高段圧縮機ＨＰ、高圧受液器ＨＲ、中間受液器ＭＲ、低段圧縮機ＬＰ、及び低圧受液器ＬＲを備え、冷媒Ｃを高段側冷却器１２０、低段側冷却器１３０及び屋内空気冷却器１４０に供給して調湿対象空気ＣＡを冷却する。
【００２８】
エバコンＥＣは、低い凝縮温度が効率良く実現できるように低揚程、大容量のファンが有効に働く通風面積の大きなもので、凝縮温度を制御するためのファンの回転数制御を実行可能なように構成されている。
高段圧縮機ＨＰは、低圧縮比で効率の良いベーン特性を持つターボ圧縮機であり、インバータで回転数容量制御される。
中間受液器ＭＲは、二段圧縮二段膨張を安定して運転できるための機器であり、満液式空気冷却器である高段側冷却器１２０及び屋内空気冷却器１４０に液体状の冷媒Ｃを送り、戻ってきた液ガス混合冷媒を分離してガスだけを高段圧縮機ＨＰに戻す働きをするとともに低段圧縮機ＬＰの吐出ガスを冷却するインタークーラーの働きをする。
低段圧縮機ＬＰは、低圧縮比で効率の良いベーン特性を持つターボ圧縮機であり、インバータにより回転数容量制御される。
そして、高段側圧縮機ＨＰ及び低段側圧縮機ＬＰの回転制御により効率の良い中間圧力を設定することができる。
なお、高段側圧縮機ＨＰ及び低段側圧縮機ＬＰの回転数は、それぞれ別々に制御可能である。
低圧受液器ＬＲは、潜熱回収用としての満液式の蒸発器である低段側冷却器１３０に液体状の冷媒Ｃを送り、戻ってきた液ガス混合冷媒を分離してガスだけを低段圧縮機ＬＰに戻す働きをする。
高段側冷却器１２０及び屋内空気冷却器１４０は、比較的高い蒸発温度で調湿対象空気ＣＡ及び屋内空気ＩＡの顕熱負荷を効率良く処理する。
低段側冷却器１３０は、絶対湿度が設定値になるまで調湿対象空気ＣＡの温度を下げて調湿対象空気ＣＡ中の水分を凝縮させて除去する。
【００２９】
空気調和装置１００は、建屋Ｂの屋外空気ＯＡ及び屋内空気ＩＡのうち少なくとも屋内空気ＩＡを含んだ調湿対象空気ＣＡを建屋Ｂの屋内に給気する給気ダクト１１０と、給気ダクト１１０の途中に設けられているとともに調湿対象空気ＣＡの主に顕熱を除去する高段側冷却器１２０と、この高段側冷却器１２０からみて給気ダクト１１０の下流側に設けられているとともに高段側冷却器１２０で負荷の一部を除去された調湿対象空気ＣＡの主に潜熱を除去する低段側冷却器１３０と、屋内空気ＩＡの主に顕熱を除去する屋内空気冷却器１４０とを備えていることにより、高段側冷却器１２０で処理出来る熱負荷は、出来るだけ多く高段側冷却器１２０で処理して、低段側冷却器１３０の熱負荷を少なくし、不合理に低い温度まで余分に多くの調湿対象空気ＣＡの温度を下げないとともに、余分に多くの調湿対象空気ＣＡの温度を下げて無駄なエネルギーを消費することで生じる消費エネルギーの増大を回避して除湿時のエネルギー効率を向上させ、しかも不合理に低い温度まで冷媒Ｃの蒸発温度を下げることを回避して省エネルギーと安全性の確保及び環境保護を実現するようになっている。
加えて、調湿対象空気ＣＡを必要最小限の流量に抑えて調湿対象空気ＣＡの冷却負荷を最小限に抑え、効率の良い屋内空気冷却器１４０、例えば、二段圧縮式冷凍機１００Ａの高段側に接続された蒸発器等からなる屋内空気冷却器１４０を使用して必要な顕熱負荷の処理を行うことにより、消費エネルギーを最小限に抑えることができる。
【００３０】
より具体的には、例えば、真夏の気温３５℃、湿球温度２７℃のとき、大部分の顕熱を処理するのに高段側の蒸発温度を２０℃、大部分の潜熱を処理するのに低段側の蒸発温度を１０℃、屋内温度２８℃、凝縮温度３２℃と設定すれば可能であるが、この時の二段圧縮式冷凍機１００Ａの高段側及び低段側のそれぞれの圧縮比が、ともに１．４程度であるため、空気調和装置１００は、高段圧縮機ＨＰ及び低段圧縮機ＬＰにターボ冷凍機を使用した時の二段圧縮式冷凍機１２０の成績係数を１２以上にすることができる。
また、空気調和装置１００は、除湿時の環境条件及び装置の設定条件を最適化して二段圧縮式冷凍機１００Ａの成績係数を１０以上にすることができる。
【００３１】
なお、蒸気圧縮式冷凍機において、蒸発温度をＴＥ、凝縮温度をＴＣとした時の理想的な冷凍機の場合、成績係数＝ＴＥ／（ＴＣ−ＴＥ）の関係があり、現実の冷凍機の場合も成績係数は蒸発温度が高ければ高いほど、凝縮温度が低ければ低いほど成績係数は大きい。
空気調和装置１００の場合、冷凍負荷に潜熱負荷と顕熱負荷があるが、顕熱負荷は目標の屋内温度より低い蒸発温度であれば目的を果たすことが可能であるが、潜熱負荷は目標絶対湿度相対飽和温度より低い蒸発温度が必要であり、顕熱負荷用の蒸発温度よりかなり低い。
一般には顕熱と潜熱をまとめて一つの蒸発器で処理しているので、潜熱除去するための蒸発温度になっていて、不合理に低い温度での運転となり、エネルギーを過剰に消費していたという問題があった。
上述の空気調和装置１００によれば、このような問題を解消して効率良く空調を行うことができる。
【００３２】
また、空気調和装置１００は、給気ダクト１１０の吸入口１１１に設置されて給気ダクト１１０に屋内空気ＩＡを取り込む屋内空気取り込み用ファン１５０を備えていることにより、屋内空気ＩＡと屋外空気ＯＡの潜熱負荷の割合に起因して低段側冷却器１３０に掛る負担が最小限になるように屋内空気取り込み用ファン１５０を制御して給気ダクト１１０への屋内空気ＩＡの供給量を調節するようになっている。
さらに、空気調和装置１００は、不合理に低い温度まで調湿対象空気ＣＡの温度を下げなくても目的の除湿を行うことが可能である。
【００３３】
また、空気調和装置１００は、屋内発生潜熱負荷が多く、屋外空気ＯＡの除湿だけでは目的の湿度を保つことができなかったら低段側冷却器１３０の蒸発温度を過度に下げることが必要となるため、屋内空気取り込み用ファン１５０で屋内空気ＩＡを調湿対象空気ＣＡの少なくとも一部として給気ダクト１１０に取り込むことにより、効率の良い二段圧縮式冷凍機１００Ａの運転状態を維持するようになっている。
【００３４】
また、エネルギー効率を向上させる点のみに注目すれば、空気調和装置１００に用いられる冷媒Ｃとしてフロンを用いてもよい。
加えて、空気調和装置１００は、高段側冷却器１２０及び低段側冷却器１３０で除去した顕熱負荷の残りを、高段側に接続された蒸発器等の屋内空気冷却器１４０で処理して、装置全体のエネルギー効率を更に向上させるようになっている。
［第２実施例］
【００３５】
次に、図２を参照しながら、本発明の第２実施例に係る空気調和装置２００を説明する。
なお、以下の第２実施例、第３実施例及び第４実施例に係る空気調和装置では、上述の空気調和装置１００と共通する部分の符号を１００番台から２００番台、３００番台、及び４００番台にそれぞれ付け替えてその詳細な説明を省略する。
【００３６】
図２に示すように、第２実施例に係る空気調和装置２００は、建屋Ｂの屋内に設置された給気ダクト２１０、第１熱回収器２６０及び第２熱回収器２７０を備えている。
空気調和装置２００は、高段側冷却器２２０からみて給気ダクト２１０の上流側ダクト部分２１０Ａに設置されたヒートパイプ等の第１熱回収器２６０と、給気ダクト２１０のうち高段側冷却器２６０及び低段側冷却器２７０の間の蒸発器間ダクト部分２１０Ｂに設置されたヒートパイプ等の第２熱回収器２７０とを備えていることにより、第一熱回収器２６０、高段側冷却器２２０、第二熱回収器２７０、及び低段側冷却器２３０で順次調湿対象空気ＣＡから吸熱するため、高段側冷却器２２０及び低段側冷却器２３０のみで調湿対象空気ＣＡから吸熱する場合と比較して、第２熱回収器２７０により低段側冷却器２３０の吸熱負担を小さくするとともに高段側冷却器２２０の負担の割合を大きくして効率の良い運転を行い、高段側冷却器２２０及び低段側冷却器２３０を作動させるのに必要な高段側圧縮機ＨＰ及び低段側圧縮機ＬＰのトータルの動力エネルギーを減少させるようになっている。
【００３７】
より具体的には、除湿用の低段側冷却器２３０で冷却された調湿対象空気ＣＡの温度が１４℃、屋内空気ＩＡの目的温度が２８℃の時、高段側に接続された蒸発器からなる屋内空気冷却器２４０の屋内負荷による顕熱の大部分を除去して３０℃になるはずの屋内空気ＩＡと１４℃の調湿対象空気ＣＡとを混合させて２８℃を保つ運転をした時、不可逆変化が起きてエントロピが増加し無駄が発生していることが分かる。
より具体的には、１０℃の蒸発器で冷却された１４℃の調湿対象空気ＣＡを３０℃になるはずの屋内空気ＩＡに混合して２８℃を保つ時と、屋内空気ＩＡを２８℃に保つのに２０℃の蒸発器で行う場合とでは当然前者に無駄がある。
この無駄を第１熱回収器２６０及び第２熱回収器２７０により回収して、例えば１４℃の空気を２１℃まで温めて屋内に供給すれば、無駄を約５０％軽減できることになる。
【００３８】
また、空気調和装置２００は、潜熱を除去するために目的の屋内空気ＩＡの温度と比較して冷やし過ぎた調湿対象空気ＣＡを第１熱回収器２６０で暖めて屋内空気ＩＡの温度に近づけることにより、屋内のドラフトすなわち低温度の調湿対象空気ＣＡが吸気口２１２から屋内に流れ込むことで屋内の人間が感じる不快感を防ぐようになっている。
［第３実施例］
【００３９】
次に、図３を参照しながら、本発明の第３実施例に係る空気調和装置３００を説明する。
図３に示すように、第３実施例に係る空気調和装置３００は、それぞれが第１の冷媒間熱交換器の一例である高段側チラー３８０Ａ及び低段側チラー３８０Ｂと、高段側冷却器３２０と、低段側冷却器３３０と、エバコンＥＣと、高段圧縮機ＨＰと、高圧受液器ＨＲと、中間受液器ＭＲと、低段圧縮機ＬＰと、低圧受液器ＬＲと、冷水タンクＷＴ１、ＷＴ２と、冷水ポンプＷＰ１及び冷水ポンプＷＰ２とを備えている。
二段圧縮式冷凍機３００Ａは、二次側冷媒Ｃ２を高段側冷却器３２０及び低段側冷却器３３０に供給して調湿対象空気ＣＡを冷却する。
【００４０】
空気調和装置３００は、高段側冷却器３２０、低段側冷却器３３０及び屋内空気冷却器３４０に供給されて調湿対象空気ＣＡの顕熱及び潜熱と屋内空気ＩＡの顕熱を吸収する二次側冷媒Ｃ２の二次側冷媒循環経路Ｐ２と二次側冷媒Ｃ２を冷却する一次側冷媒Ｃ１の一次側冷媒循環経路Ｐ１とを物理的に分離した状態で一次側冷媒Ｃ１及び二次側冷媒Ｃ２相互間の熱交換を実施する高段側チラー３８０Ａ及び低段側チラー３８０Ｂとを備えていることにより、一次側から屋内へ一次側冷媒Ｃ１を漏れ出させないため、エネルギー効率を優先して人体に有害な一次冷媒を用いた場合でも空調時のエネルギー効率を向上させるとともに屋内にいる人間に有害な影響を与えないで安全確保をより一層実現するようになっている。
【００４１】
また、空気調和装置３００は、一次側冷媒Ｃ１が、冷媒としての性能が優秀なアンモニアであり、二次側冷媒Ｃ２が、他の冷媒に比べて安全な水又はブラインであることにより、人体に有害なアンモニアを屋外のみで循環させるため、屋内の安全確保を実現した状態で、自然冷媒を使用して環境に優しいとともに空調時のエネルギー効率の優れた空気調和装置を実現するようになっている。
なお、一次側冷媒Ｃ１としてアンモニアを用いた場合、一次側冷媒Ｃ１として水を用いる場合に比べて、効率、価格、物性、装置を含めた経済的な観点で優位である。
空気調和装置３００では、一次側冷媒Ｃ１が、フロン、アンモニア、水、炭酸ガス、炭化水素の中の一つであり、二次側冷媒Ｃ２が、炭酸ガスであってもよい。
このような一次側冷媒Ｃ１及び二次側冷媒Ｃ２を用いることにより、炭酸ガスによる潜熱による熱輸送をおこない、一次側冷媒Ｃ１及び二次側冷媒Ｃ２にアンモニア及び水をそれぞれ用いる場合の水の顕熱による熱輸送の欠点である冷媒温度と調湿対象空気との温度差の増大による冷凍機のエネルギー効率低下と水を循環させるためのポンプ動力増大とを回避するとともに、比較的安全な炭酸ガスを二次側冷媒Ｃ２として使用することにより安全性を確保することができる。
【００４２】
一次側冷媒Ｃ１が、フロン、アンモニア、水、炭酸ガス、炭化水素の中の一つであり、二次側冷媒Ｃ２が、炭酸ガスである場合、一次側冷媒Ｃ１及び二次側冷媒Ｃ２にアンモニア及び水をそれぞれ用いる場合に比べて顕熱輸送による蒸発温度及び調湿対象空気の温度相互の温度差増大と水を循環させるポンプ動力増大とを回避するとともに相対的に二次側冷媒Ｃ２より大量に用いられる一次側冷媒Ｃ１を屋内に漏出させてしまうことを無くして屋内における酸欠状態を回避し、しかも水に比べて相対的に調湿対象空気ＣＡ及び炭酸ガス間相互の熱交換を効率良く行うため、安全性確保を実現するとともに熱交換におけるエネルギー損失負担を回避して装置全体のエネルギー効率をより一層向上させることができる。
なお、顕熱輸送とは、温度変化による熱の授受を利用することをいう。
これに対して潜熱輸送とは、相変化による熱の授受を利用して熱を移送することをいう。
［第４実施例］
【００４３】
次に、図４を参照しながら、第４実施例に係る空気調和装置４００を説明する。
図４に示すように、第３実施例に係る空気調和装置４００は、給気ダクト４１０、二段圧縮式冷凍機４００Ａ、第１熱回収器４６０、第２熱回収器４７０、及び屋内空気取り込み用ファン４５０を備えている。
【００４４】
二段圧縮式冷凍機４００Ａは、それぞれが第１の冷媒間熱交換器の一例である高段側カスケードコンデンサ４９０Ａ及び低段側カスケードコンデンサ４９０Ｂと、高段側に接続された蒸発器である高段側冷却器４２０と、低段側に接続された蒸発器である低段側冷却器４３０と、エバコンＥＣと、高段圧縮機ＨＰと、高圧受液器ＨＲと、中間受液器ＭＲと、低段圧縮機ＬＰと、低圧受液器ＬＲと、第２の冷媒間熱交換器の一例である高段炭酸ガス受液器ＨＧＲと、低段炭酸ガス受液器ＬＧＲ、及び冷媒ポンプＣＰ１−１、ＣＰ１−２、ＣＰ２を備え、二次側冷媒Ｃ２を高段側冷却器４２０及び低段側冷却器４３０に供給して調湿対象空気ＣＡを冷却する。
【００４５】
高段側カスケードコンデンサ４９０Ａで冷却され液化された液体炭酸ガスは、高段炭酸ガス受液器ＨＧＲに入り液ヘッド差又は液ポンプにより高段側冷却器４２０及び屋内空気冷却器４４０に送られる。
高段側カスケードコンデンサ４９０Ａ及び低段側カスケードコンデンサ４９０Ｂに送られたアンモニアなどの一次側冷媒Ｃ１は、高段側カスケードコンデンサ４９０Ａ及び低段側カスケードコンデンサ４９０Ｂの屋内側に接続された部分の炭酸ガス等の二次側冷媒Ｃ２−１、Ｃ２−２を液化する。
液化した屋内側の炭酸ガスなどの二次側冷媒Ｃ２−２は、液ヘッド差又は液ポンプにより低段側冷却器４３０に送られ、主に潜熱負荷を取って蒸発し低段側カスケードコンデンサ４９０Ｂに戻る。
【００４６】
一方、高段側冷却器４２０に送られた液体炭酸ガスなどの二次側冷媒Ｃ２−１は、調湿対象空気ＣＡの負荷の一部を比較的高い蒸発温度で処理して、高段炭酸ガス受液器ＨＧＲに戻る。
この時、炭酸ガスによる熱交換と熱輸送は、潜熱変化を伴って行われるので、水を介在させる顕熱利用の時と比較して格段に効率が良くなる。
【００４７】
この例のような高段側カスケードコンデンサ４９０Ａ及び低段側カスケードコンデンサ４９０Ｂは、屋内でガス漏れがあった時、二段圧縮式冷凍機４００Ａの本体における大量の一次側冷媒Ｃ１すなわちアンモニアと繋がっていると中毒や酸欠等の大事故に結び付く可能性がある場合に使用し、大空間を持ち比較的換気しやすい工場等では必要としないことがある。
【００４８】
空気調和装置４００では、高段側カスケードコンデンサ４９０Ａ及び低段側カスケードコンデンサ４９０Ｂが、建屋Ｂの屋外に設置され、二次側冷媒Ｃ２のうち高段側冷却器４２０及び低段側冷却器４３０のそれぞれで使用する冷媒Ｃ２−１、Ｃ２−２と屋内空気冷却器４４０で使用する冷媒Ｃ２−３が、相互に異なる種類の冷媒であり、屋内空気冷却器４４０で使用する冷媒Ｃ２−３が、高段側冷却器４２０及び低段側冷却器４３０のそれぞれで使用する冷媒Ｃ２−１、Ｃ２−２より安全性の高い冷媒であり、高段側冷却器４２０及び低段側冷却器４３０のそれぞれで使用する冷媒Ｃ２−１、Ｃ２−２と屋内空気冷却器４４０で使用する冷媒Ｃ２−３との間で熱交換を実施する高段炭酸ガス受液器ＨＧＲが、建屋Ｂの屋外に設置されていることにより、空気調和装置４００は、一次側冷媒Ｃ１が屋内に大量に漏洩することを防止するため、エネルギー効率を優先して人体に有害な一次側冷媒Ｃ１を用いた場合でも空調時のエネルギー効率を向上させるとともに屋内にいる人間に有害な影響を与えないで安全確保をより一層実現するようになっている。
【００４９】
また、空気調和装置４００では、空気調和装置３００と同様に、一次側冷媒Ｃ１が、アンモニアであり、二次側冷媒Ｃ２が、水又はブラインであってもよいし、一次側冷媒Ｃ１が、フロン、アンモニア、水、炭酸ガス、炭化水素の中の一つであり、二次側冷媒Ｃ２が、炭酸ガスであってもよく、空気調和装置３００と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００５０】
１００、２００、３００、４００ ・・・ 空気調和装置
１１０、２１０、３１０、４１０ ・・・ 給気ダクト
２１０Ａ、３１０Ａ、４１０Ａ ・・・ 上流側ダクト部分
２１０Ｂ、３１０Ｂ、４１０Ｂ ・・・ 蒸発器間ダクト部分
２１０Ｃ、３１０Ｃ、４１０Ｃ ・・・ 下流側ダクト部分
１１１、２１１、３１１、４１１ ・・・ 吸入口
１００Ａ、２００Ａ、３００Ａ、４００Ａ ・・・ 二段圧縮式冷凍機
１２０、２２０、３２０、４２０ ・・・ 高段側冷却器
１３０、２３０、３３０、４３０ ・・・ 低段側冷却器
１４０、２４０、３４０、４４０ ・・・ 屋内空気冷却器
２１２、３１２、４１２ ・・・ 吸気口
２６０、３６０、４６０ ・・・ 第１熱回収器
２７０、３７０、４７０ ・・・ 第２熱回収器
１５０、２５０、３５０、４５０ ・・・ 屋内空気取り込み用ファン
３８０Ａ ・・・ 高段側チラー
３８０Ｂ ・・・ 低段側チラー
４９０Ａ ・・・ 高段側カスケードコンデンサ
４９０Ｂ ・・・ 低段側カスケードコンデンサ
ＥＣ ・・・ エバコン
ＨＰ ・・・ 高段圧縮機
ＨＲ ・・・ 高圧受液器
ＭＲ ・・・ 中間受液器
ＬＰ ・・・ 低段圧縮機
ＬＲ ・・・ 低圧受液器
ＣＡ ・・・ 調湿対象空気
ＯＡ ・・・ 屋外空気
ＩＡ ・・・ 屋内空気
Ｃ ・・・ 冷媒
Ｃ１ ・・・ 一次側冷媒
Ｃ２−１、Ｃ２−２、Ｃ２−３ ・・・ 二次側冷媒
Ｐ１ ・・・ 一次側冷媒循環経路
Ｐ２ ・・・ 二次側冷媒循環経路
Ｂ ・・・ 建屋
ＷＴ１、ＷＴ２ ・・・ 冷水タンク
ＷＰ１、ＷＰ２ ・・・ 冷水ポンプ
ＣＰ１−１、ＣＰ１−２、ＣＰ２ ・・・ 冷媒ポンプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
建屋の屋外空気及び屋内空気のうち少なくとも屋内空気を含んだ調湿対象空気を前記建屋の屋内に給気する給気ダクトと、
該給気ダクトの途中に設けられているとともに前記調湿対象空気の主に顕熱を除去する高段側冷却器と、
該高段側冷却器からみて前記給気ダクトの下流側に設けられているとともに前記高段側冷却器で負荷の一部を除去された前記調湿対象空気の主に潜熱を除去する低段側冷却器と、
前記屋内空気の主に顕熱を除去する屋内空気冷却器と
を備えていることを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】
前記高段側冷却器からみて前記給気ダクトの上流側ダクト部分に設置された第１熱回収器と、
前記給気ダクトのうち前記高段側冷却器及び低段側冷却器の間の蒸発器間ダクト部分に設置された第２熱回収器と
を備えていることを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
【請求項３】
前記給気ダクトの吸入口に設置されて前記給気ダクトに前記屋内空気を取り込む屋内空気取り込み用ファンと
を備えていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の空気調和装置。
【請求項４】
前記高段側冷却器、低段側冷却器及び屋内空気冷却器に供給されて前記調湿対象空気の顕熱及び潜熱と前記屋内空気の顕熱を吸収する二次側冷媒の二次側冷媒循環経路と前記二次側冷媒を冷却する一次側冷媒の一次側冷媒循環経路とを物理的に分離した状態で前記一次側冷媒及び２次側冷媒相互間の熱交換を実施する第１の冷媒間熱交換器と
を備えていることを特徴とする請求項３に記載の空気調和装置。
【請求項５】
前記第１の冷媒間熱交換器が、前記建屋の屋外に設置され、
前記二次側冷媒のうち前記高段側冷却器及び低段側冷却器のそれぞれで使用する冷媒と前記屋内空気冷却器で使用する冷媒が、相互に異なる種類の冷媒であり、
前記屋内空気冷却器で使用する冷媒が、前記高段側冷却器及び低段側冷却器のそれぞれで使用する冷媒より安全性の高い冷媒であり、
前記高段側冷却器及び低段側冷却器のそれぞれで使用する冷媒と前記屋内空気冷却器で使用する冷媒との間で熱交換を実施する第２の冷媒間熱交換器が、前記建屋の屋外に設置されていること
を特徴とする請求項４に記載の空気調和装置。
【請求項６】
前記一次側冷媒が、冷媒としての性能が優秀なアンモニアであり、
前記二次側冷媒が、他の冷媒に比べて安全な水又はブラインであること
を特徴とする請求項４又は請求項５に記載の空気調和装置。
【請求項７】
前記一次側冷媒が、フロン、アンモニア、水、炭酸ガス、炭化水素の中の一つであり、
前記二次側冷媒が、炭酸ガスであること
を特徴とする請求項４又は請求項５記載の空気調和装置。
【請求項８】
前記高段側冷却器に接続されている高段圧縮機と前記低段側冷却器に接続されている低段圧縮機とが、ターボ冷凍機であり且つ可変速制御可能であること
を特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一つに記載の空気調和装置。
【請求項１】
建屋の屋外空気及び屋内空気のうち少なくとも屋内空気を含んだ調湿対象空気を前記建屋の屋内に給気する給気ダクトと、
該給気ダクトの途中に設けられているとともに前記調湿対象空気の主に顕熱を除去する高段側冷却器と、
該高段側冷却器からみて前記給気ダクトの下流側に設けられているとともに前記高段側冷却器で負荷の一部を除去された前記調湿対象空気の主に潜熱を除去する低段側冷却器と、
前記屋内空気の主に顕熱を除去する屋内空気冷却器と
を備えていることを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】
前記高段側冷却器からみて前記給気ダクトの上流側ダクト部分に設置された第１熱回収器と、
前記給気ダクトのうち前記高段側冷却器及び低段側冷却器の間の蒸発器間ダクト部分に設置された第２熱回収器と
を備えていることを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
【請求項３】
前記給気ダクトの吸入口に設置されて前記給気ダクトに前記屋内空気を取り込む屋内空気取り込み用ファンと
を備えていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の空気調和装置。
【請求項４】
前記高段側冷却器、低段側冷却器及び屋内空気冷却器に供給されて前記調湿対象空気の顕熱及び潜熱と前記屋内空気の顕熱を吸収する二次側冷媒の二次側冷媒循環経路と前記二次側冷媒を冷却する一次側冷媒の一次側冷媒循環経路とを物理的に分離した状態で前記一次側冷媒及び２次側冷媒相互間の熱交換を実施する第１の冷媒間熱交換器と
を備えていることを特徴とする請求項３に記載の空気調和装置。
【請求項５】
前記第１の冷媒間熱交換器が、前記建屋の屋外に設置され、
前記二次側冷媒のうち前記高段側冷却器及び低段側冷却器のそれぞれで使用する冷媒と前記屋内空気冷却器で使用する冷媒が、相互に異なる種類の冷媒であり、
前記屋内空気冷却器で使用する冷媒が、前記高段側冷却器及び低段側冷却器のそれぞれで使用する冷媒より安全性の高い冷媒であり、
前記高段側冷却器及び低段側冷却器のそれぞれで使用する冷媒と前記屋内空気冷却器で使用する冷媒との間で熱交換を実施する第２の冷媒間熱交換器が、前記建屋の屋外に設置されていること
を特徴とする請求項４に記載の空気調和装置。
【請求項６】
前記一次側冷媒が、冷媒としての性能が優秀なアンモニアであり、
前記二次側冷媒が、他の冷媒に比べて安全な水又はブラインであること
を特徴とする請求項４又は請求項５に記載の空気調和装置。
【請求項７】
前記一次側冷媒が、フロン、アンモニア、水、炭酸ガス、炭化水素の中の一つであり、
前記二次側冷媒が、炭酸ガスであること
を特徴とする請求項４又は請求項５記載の空気調和装置。
【請求項８】
前記高段側冷却器に接続されている高段圧縮機と前記低段側冷却器に接続されている低段圧縮機とが、ターボ冷凍機であり且つ可変速制御可能であること
を特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一つに記載の空気調和装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−５３７７２（Ｐ２０１３−５３７７２Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９０８８３（Ｐ２０１１−１９０８８３）
【出願日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【出願人】（０００２３５０５９）八洋エンジニアリング株式会社 (15)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【出願人】（０００２３５０５９）八洋エンジニアリング株式会社 (15)
【Ｆターム（参考）】
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