空調機能付外調機
【課題】快適性と省エネ性を両立できる空調機能付外調機を得る。
【解決手段】 ケーシング１内に、空調用空気を冷却・加熱するための熱交換用冷温水が流れる熱交換コイル９と、空調用空気を熱交換コイル９に通過させて室内へ送風するファン１０と、を設ける。空調用空気として外気と還気の混合比率を調整自在な風量調整機構Ｄと、熱交換コイル９の冷温水流量を調整自在な水量調整機構Ｖと、制御装置３と、を備える。制御装置３が、室内の二酸化炭素濃度が設定濃度になるように風量調整機構Ｄで空調用空気の混合比率を制御するＣＯ２制御手段２２と、熱交換コイル通過空気の給気温度が設定給気温度になるように水量調整機構Ｖで冷温水流量を制御すると共に熱交換コイル冷温水出入口水温度差が設定水温度差になるように水量調整機構Ｖで冷温水流量を制御する水量制御手段２３と、を備える。
【解決手段】 ケーシング１内に、空調用空気を冷却・加熱するための熱交換用冷温水が流れる熱交換コイル９と、空調用空気を熱交換コイル９に通過させて室内へ送風するファン１０と、を設ける。空調用空気として外気と還気の混合比率を調整自在な風量調整機構Ｄと、熱交換コイル９の冷温水流量を調整自在な水量調整機構Ｖと、制御装置３と、を備える。制御装置３が、室内の二酸化炭素濃度が設定濃度になるように風量調整機構Ｄで空調用空気の混合比率を制御するＣＯ２制御手段２２と、熱交換コイル通過空気の給気温度が設定給気温度になるように水量調整機構Ｖで冷温水流量を制御すると共に熱交換コイル冷温水出入口水温度差が設定水温度差になるように水量調整機構Ｖで冷温水流量を制御する水量制御手段２３と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は空調機能付外調機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
冷温水式の空調システムは、冷温水の温度を調整する熱源機、冷温水を受けて熱交換コイルで室内空気の温湿度を調整して室内の空調を行う空調機と、冷温水を受けて熱交換コイルと加湿器で外気の温湿度を調整して室内へ供給する外気処理空調機（外調機）と、空調機、外調機、熱源機に冷温水を循環させる配管および送水ポンプと、空調機、外調機から室内へ送風するダクトと、で構成されているが、空調機や外調機を設置する専用の機械室が必要で施工が面倒となりコストが掛かる問題があった。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２４３１４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
また、冷温水式空調システムでエネルギーを消費するのは、熱源機、空調機及び外調機のファン、送水ポンプである。
熱源機には、ヒートポンプ式チラー、ターボ冷凍機および吸収式冷凍機などがあり、空調機及び外調機の熱交換コイルで吸熱または放熱して還ってきた水を冷却または加熱し、所定温度に調整する。
なお、所定の延べ面積以上のビルに対しては、室内の二酸化炭素（ＣＯ２）濃度が１０００ｐｐｍ以下になるように外気を取入れることが定められており、外調機等のファンで外気を取り入れている。
これらのエネルギー消費量を、いかに削減するかが省エネのポイントとなる。この熱源機、ファンおよび送水ポンプのエネルギー消費量には次のような関係があることがわかっている。
（１）熱源機のエネルギー消費量は、空調機及び外調機の熱交換コイル冷温水入口温度（熱源機冷温水出口温度）の変化にともなって増減する。
（２）送水ポンプのエネルギー消費量は、空調機及び外調機の熱交換コイル冷温水出入口温度差（熱源機冷温水出入口水温度差）の変化にともなって増減する。
（３）ファンのエネルギー消費量は、空調機及び外調機の給気温度（給気風量）の変化にともなって増減する。
ところが、従来では、これらを考慮せずに空調機、外調機等を設計、運転制御しており、無駄なエネルギー消費量が増加する状況にあった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は上記課題を解決するため、天井裏又は室内の一部に設けた閉空間に、空調用空気として屋外からの外気と室内からの還気とを混合比率調整自在に導入する風量調整機構を設け、
前記閉空間内の前記空調用空気を取入れる空気取入口を有すると共に給気ダクトを連通連結したケーシングを、前記閉空間内に設置し、
前記ケーシング内に、前記空調用空気が通る熱交換コイルと、前記空調用空気を前記熱交換コイルに通過させて前記給気ダクトから前記室内へ送風するファンと、を設け、
熱交換コイル通過空気に加湿用の蒸気を放出する蒸気式加湿器と、前記室内の二酸化炭素濃度が設定濃度になるように前記風量調整機構で前記空調用空気の混合比率を制御するＣＯ２制御手段と、を備えたことを最も主要な特徴とする。
また、ケーシング内に、空調用空気を冷却・加熱するための熱交換用冷温水が流れる熱交換コイルと、前記空調用空気を前記熱交換コイルに通過させて室内へ送風するファンと、を設け、
前記空調用空気として屋外からの外気と室内からの還気との混合比率を調整自在な風量調整機構と、前記熱交換コイルの冷温水流量を調整自在な水量調整機構と、制御装置と、を備え、
前記制御装置が、
前記室内の二酸化炭素濃度が設定濃度になるように前記風量調整機構で前記空調用空気の混合比率を制御するＣＯ２制御手段と、
熱交換コイル通過空気の給気温度が設定給気温度に熱交換コイル冷温水出入口水温度差が設定水温度差に各々なるように前記水量調整機構で前記冷温水流量を制御する水量制御手段と、を備えたことを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１の発明によれば、
（１）天井裏又は室内の一部にパーティションなどで閉空間を作って空調機能付外調機を設置すればよく、風量調整機構とケーシングとを連結するダクトが不要なので、施工が容易で、工期短縮、コストダウンを図れる。閉空間を空気取入チャンバに兼用できるので送風ダクトの部材が不要となり、コスト低減を図れる。
（２）ダクトが給気用だけで済むのでケーシング周りに障害物が少なくメンテナンスが容易で、余分な送風ダクトがない分、圧力損失が少なく、省エネとなる。
（３）閉空間内で外気と還気が混ざるので混合ムラがなく均一な熱交換ができ、蒸気加湿なので室内の温湿度制御の精度向上を図れる。
（４）外気と還気を混合して熱交換するので中間期など空調負荷が少ない場合、外気処理と還気処理を空調機能付外調機単独で行うことができ、空調機能付外調機以外の空調機を停止または間欠運転できるため省エネとなる。
（５）多機能で冷却運転・加熱運転・送風運転・全外気冷却運転・冬期冷却・低温加湿ができて幅広い空調ニーズに対応し得る。
（６）外気負荷が大きい場合、在室人数減少等により二酸化炭素濃度が低くなると、ＣＯ２制御手段によって外気量を減らして空調エネルギー消費量の低減を図ることができる。
【０００７】
請求項２の発明によれば、
（１）ＣＯ２制御手段では、外気負荷が大きい場合、在室人数減少等により二酸化炭素濃度が低くなると外気量を減らして空調エネルギー消費量の低減を図ることができる。
（２）空調負荷が変動しても熱交換コイル通過空気の給気温度と熱交換コイル冷温水出入口水温度差が共に設定値になるように制御するので、空調用空気の少風量化によるファンエネルギー消費量削減と、冷温水の少水量化による送水ポンプエネルギー消費量削減と、冷温水の大温度差化による熱源機エネルギー消費量削減と、を同時に（設計屋内・屋外条件だけでなく）広範囲の空気条件で行うことができ大幅な省エネを図れる。
たとえば、熱交換コイルの冷却・加熱によって空調用空気がもつ熱エネルギーは、熱交換コイル入口空気と熱交換コイル出口空気のエンタルピ差と熱交換コイル通過風量の積なので、熱エネルギーが不変であるとエンタルピ差が大きくなるにつれて室内へ送る風量は少なくなる。
したがって、熱交換コイル出入口空気エンタルピ差を大きく、すなわち空調用空気冷却時は設定給気温度を低く、空調用空気加熱時は設定給気温度を高くすればファンエネルギー消費量を削減できる。
また、熱交換コイルによる冷温水の熱交換量（貫流熱量）は、熱交換コイル冷温水流量と熱交換コイル冷温水出入口水温度差の積なので、熱交換コイル貫流熱量が不変であると熱交換コイル冷温水出入口水温度差が大きくなるにつれて熱交換コイル冷温水出入口水温度差すなわち熱源機と空調機能付外調機との間で循環する冷温水量が少なくなる。
したがって、熱交換コイル冷温水出入口の設定水温度差を大きくすれば冷温水の送水ポンプエネルギー消費量を削減できる。
さらに、熱源機冷温水出口温度が不変であるとコイル冷温水出入口の設定水温度差が大きくなるにつれて冷却運転時に平均冷水温度が上がり、加熱運転時に平均温水温度が下がるため、熱源機エネルギー消費量を削減できる。
（３）空調機能付外調機側だけで冷温水温度差と冷温水流量を制御でき、空調機能付外調機側以外の熱源機側等での制御が不要となり設備の簡略化を図れる。
（４）従来と同能力で大幅なエネルギー消費量削減が図れるので、快適性と省エネ性を両立できる。。
【０００８】
請求項３の発明によれば、
（１）ヒートポンプ式チラー等の熱源機は、冷却運転時に冷水出口温度が高くなるとエネルギー消費量が減り、加熱運時に温水出口温度が低くなるとエネルギー消費量が減る。
そのため、空調用空気冷却時の熱交換コイルの設定冷温水入口温度（熱源機の設定冷温水出口温度）は１０〜１２℃（従来７℃）、空調用空気冷却時の熱交換コイル冷温水入口温度は、バイパス空気などによる熱交換コイルの熱貫流能力の上限から給気温度より３℃以上低い冷水が必要となるので熱源機のエネルギー消費量削減のために１０℃に設定するのが最適となる。
空調用空気加熱時の熱交換コイルの設定冷温水入口温度は３５〜４０℃（従来４５℃）が望ましいが、空調用空気加熱時のコイル冷温水入口温度は、熱交換コイルの熱貫流能力の上限から給気温度より３℃以上高い温水が必要となるので熱源機のエネルギー消費量削減のために４０℃に設定するのが最適となる。
また、空調用空気冷却時の設定給気温度は、室内で人体などから発生する潜熱除去も考慮すると１２〜１４℃（従来１６℃）が望ましいが、ファンエネルギー消費量削減と、室内吹出口の結露とコールドドラフトを最小限に抑えるために１３℃に設定するのが最適となる。
空調用空気加熱時の設定給気温度は３０〜３５℃（従来２８℃）が望ましいが、熱交換コイル入口冷温水温度と給気温度の差を小さくすれば熱源機エネルギー消費量が減少することを考慮すると３０℃に設定するのが最適となる。
熱交換コイル冷温水出入口の設定水温度差は送水ポンプ及び熱源機のエネルギー消費量削減のため８〜１２℃（従来５℃）が望ましいが、一般的な熱源機で対応可能なコイル冷温水出入口水温度差から１０℃に設定するのが最適となる。
【０００９】
請求項４の発明によれば、
（１）送風制御手段では、外気を熱交換せずに室内に送風するだけで空調できるので熱源機のエネルギー消費量を削減でき省エネとなる。
（２）全外気冷却制御手段では、室内空気よりもエンタルピーが低い外気のみを冷却して空調するので還気や外気・還気混合空気を冷却するよりも熱源機のエネルギー消費量を削減でき省エネとなる。
（３）冬期冷却制御手段では、冬期に室内が暑くなった場合に外気を熱交換せずに風量調整機構で低温外気に高温還気を混ぜて設定給気温度に調整しながら空調できるので熱源機のエネルギー消費量を削減でき省エネとなる。しかも、空調用空気の冷却用冷水と再熱用温水を同時に流す４管式配管が不要となる。
（４）多機能で冷却運転・加熱運転・送風運転・全外気冷却運転・冬期冷却運転ができて幅広い空調ニーズに対応し得る。
（５）風量調整機構を、ＣＯ２制御、送風運転・全外気冷却運転・冬期冷却運転に共用でき、コストダウンを図れる。
【００１０】
請求項５の発明によれば、
（１）空調負荷が少ない場合などに、室内還気温度が設定還気温度よりも下がりすぎてしまうのを、給気風量を少なくすることで防止でき快適性が向上する。
【００１１】
請求項６の発明によれば、
（１）熱交換コイル通過空気が低温の場合や短い蒸発吸収距離の場合でも結露を防止しながら加湿ができ、結露水除去のエリミネータなどが不要となり、コストダウンとコンパクト化を図れる。
（２）還気絶対湿度で加湿するので、加湿量が成り行きとならず高精度な室内温湿度制御ができる。
【００１２】
請求項７の発明によれば、
（１）楕円管で圧力損失が少ないので、熱交換コイルの列数（熱貫流量）を増やし、熱交換コイルの設定冷温水入口温度（熱源機の設定冷温水出口温度）を冷却時は上げ、加熱時は下げることで熱源機のエネルギー消費量を（ファンのエネルギー消費量を増やさずに）減らすことができる。
さらに、熱交換コイル通過風速を下げて熱交換コイル通風断面積を増やして、給気風量と冷却・加熱能力を維持しつつ、コイル内の冷温水の流れ方（フロー）を変更することで送水距離を長くして水速低下を防止し、水速低下に伴う貫流熱量減少（能力低下）を防止し、コイル冷温水出入口温度差を大きくし送水ポンプ及び熱源機のエネルギー消費量が減らすことができる。
なお、熱交換コイルの伝熱管が丸管の場合、上記設定温度とするためにコイルの列数を増やすとファンのエネルギー消費量が大幅に増え、省エネとならない。
【実施例】
【００１３】
図１と図２は、本発明の空調機能付外調機の一実施例を示しており、この空調機能付外調機は、ケーシング１と、蒸気式加湿器２と、風量調整機構Ｄと、水量調整機構Ｖと、制御装置３と、を備えている。建物の天井裏の一部に設けられた閉空間には、空調用空気として屋外からの外気と室内からの還気との混合比率を調整自在な風量調整機構Ｄを、設け、閉空間を簡易の機械室として使用しその内部に横長のケーシング１を設置する。閉空間を成す壁部と天井板には、風量調整自在な比例式の外気ダンパ４及び還気ダンパ５を設けて、風量調整機構Ｄを構成する。図例では、閉空間は、壁部、床部、天井板、仕切部にて構成しているが、その構成変更は自由である。
【００１４】
ケーシング１は、閉空間内の空調用空気を取入れる空気取入口６と、空気取入口６と連通する空気出口７と、を有しており、空気出口７には給気ダクト８を連通連結する。ケーシング１内には、空調用空気を冷却・加熱するための熱交換用冷温水が流れる熱交換コイル９と、空調用空気を熱交換コイル９に通過させて給気ダクト８から室内へ送風するファン１０と、熱交換コイル通過空気に加湿用の蒸気を放出する蒸気式加湿器２の加湿ノズル１１と、フィルタ１２と、ドレンパン１３と、を設ける。
【００１５】
ファン１０には、熱交換コイル通過空気の給気風量を調整自在なインバータなどから成る変風量機構Ｅを、設ける。なお、蒸気式加湿器２としては、公知の電極式や電熱式、蒸気噴霧式など各種のものに変更したり、加湿器を気化式とするも自由である。図例では、ケーシング１内に加湿ノズル１１のみを配置した場合を例示しているが、ケーシング１内に、加湿ノズル１１へ蒸気を供給する蒸気発生器等の機器を、設けてもよい。
【００１６】
図例の実線及び点線の白抜き矢印は送風方向を示し、ファン１０により吸い込まれた空調用空気は、熱交換コイル９を通過して給気ダクト８及び図示省略の吹出口を介して室内に給気される。熱交換コイル９は、通風自在に設けられた多数の伝熱板１４に多数の伝熱管１５を挿着して成り、伝熱管１５内を流れる冷温水と通過空気が伝熱管１５及び伝熱板１４を介して熱交換する。この伝熱管１５は楕円管にするのが好ましいが円形管でもよい。熱交換コイル９の冷温水出入口と冷温水配管１６を配管接続して比例式の水量調整バルブ１７を設け、熱交換コイル９の冷温水流量を調整自在な水量調整機構Ｖを構成する。熱交換コイル９は、冷温水配管１６を介して図示省略の熱源機と送水ポンプに接続され、この熱源機で所定温度に調整した冷水又は温水が熱交換コイル９と前記熱源機を循環する。なお、冷温水配管１６は、冷水と温水を切換えて流す２管式、冷水と温水を同時に流す４管式の何れとするも自由である。
【００１７】
制御装置３は、外気の温湿度を検出する外気温湿度検出器１８と、還気の温湿度を検出する還気温湿度検出器１９と、熱交換コイル通過空気（給気）の温湿度を検出する給気温湿度検出器３１と、熱交換コイル９の冷温水出入口水温度差を検出する水温度差検出器２０と、還気（室内）の二酸化炭素濃度を検出するＣＯ２検出器２１と、ＣＯ２制御手段２２と、水量制御手段２３と、送風制御手段２４と、全外気冷却制御手段２５と、冬期冷却制御手段２６と、過冷却防止制御手段２７と、飽和防止加湿制御手段２８と、設定手段２９と、モード判断手段３０と、を備え、センサやアクチュエータ、マイコン等にて構成される。
【００１８】
図３は冷水モード運転、図４は温水モード運転、図５はモード判断処理のフローチャートである。ＣＯ２制御手段２２は、ＣＯ２検出器２１で検出した室内の二酸化炭素濃度が設定濃度になるように風量調整機構Ｄで空調用空気の混合比率を制御する。たとえば、在室人数の増減等により設定濃度よりも二酸化炭素濃度が低くなると還気ダンパ５と外気ダンパ４により空調用空気の外気比率を減らして二酸化炭素濃度を上げ、設定濃度よりも二酸化炭素濃度が高くなると還気ダンパ５と外気ダンパ４により空調用空気の外気比率を増やして二酸化炭素濃度を下げるように制御する。
【００１９】
水量制御手段２３は、給気温湿度検出器３１で検出した熱交換コイル通過空気の給気温度が設定給気温度になるように水量調整機構Ｖで冷温水流量を制御すると共に水温度差検出器２０で検出した熱交換コイル冷温水出入口水温度差が設定水温度差になるように水量調整機構Ｖで冷温水流量を制御する。たとえば、冷却運転の場合には設定給気温度よりも給気温度が低くなると水量調整バルブ１７で冷温水流量を減らして給気温度を高くし、設定給気温度よりも給気温度が高くなると水量調整バルブ１７で冷温水流量を増やして給気温度を低くするように制御する。給気温度が設定給気温度になると、水温度差が小さいときには水量調整バルブ１７で冷温水流量を減らして水温度差を大きくし、設定水温度差よりも水温度差が大きいときには水量調整バルブ１７で冷温水流量を増やして水温度差を小さくするように制御する。また、加熱運転の場合には設定給気温度よりも給気温度が低くなると水量調整バルブ１７で冷温水流量を増やして給気温度を高くし、設定給気温度よりも給気温度が高くなると水量調整バルブ１７で冷温水流量を減らして給気温度を低くするように制御する。給気温度が設定給気温度になると、水温度差が小さいときには水量調整バルブ１７で冷温水流量を減らして水温度差を大きくし、設定水温度差よりも水温度差が大きいときには水量調整バルブ１７で冷温水流量を増やして水温度差を小さくするように制御する。これにより、熱交換コイル通過空気の給気温度と熱交換コイル冷温水出入口水温度差が共に設定値になるように制御する。
【００２０】
上述の設定値は、空調用空気を熱交換コイル９で冷却する場合、熱交換コイル９の冷温水入口水温度を１０〜１２℃（好ましくは１０℃）、熱交換コイル９の冷温水出入口水温度差を８〜１２℃（好ましくは１０℃）、熱交換コイル通過空気の給気温度を１２〜１４℃（好ましくは１３℃）に設定すると共に、空調用空気を熱交換コイル９で加熱する場合、熱交換コイル９の冷温水入口水温度を３５〜４０℃（好ましくは４０℃）、熱交換コイル９の冷温水出入口水温度差を８〜１２℃（好ましくは１０℃）、熱交換コイル通過空気の給気温度を３０〜３５℃（好ましくは３０℃）、に設定する。
【００２１】
送風制御手段２４は、外気温湿度検出器１８で検出した外気温度が熱交換コイル通過空気の設定給気温度になった場合に、水量調整機構Ｖで熱交換コイル９に冷温水が流れるのを停止しかつ風量調整機構Ｄで空調用空気を全て外気にするように制御する。たとえば、空調負荷が少ない場合に、給気温度が設定給気温度になると水量調整バルブ１７で冷温水流量をゼロにして還気ダンパ５と外気ダンパ４により空調用空気の外気比率を１００％に制御する。これはいわゆる夏期における外気冷房である。
【００２２】
全外気冷却制御手段２５は、外気温湿度検出器１８で検出した外気温度が設定給気温度を超えかつ屋外の外気エンタルピーが室内の還気エンタルピー未満の場合に、風量調整機構Ｄで空調用空気を全て外気にすると共に熱交換コイル通過空気の給気温度が設定給気温度になるように水量調整機構Ｖで冷温水流量を制御する。たとえば、夏期に外気が室内還気より低くて設定給気温度よりも高い場合に、還気ダンパ５と外気ダンパ４により空調用空気の外気比率を１００％にして、熱交換コイル通過空気の給気温度が設定給気温度になるように水量調整バルブ１７で冷温水流量を制御する。前記外気エンタルピーは、外気温湿度検出器１８で検出した外気温湿度から演算し、上記還気エンタルピーは還気温湿度検出器１９で検出した還気温湿度から演算する。
【００２３】
冬期冷却制御手段２６は、還気温湿度検出器１９で検出した還気温度が設定還気温度を超えかつ外気温湿度検出器１８で検出した外気温度が設定給気温度未満でＣＯ２検出器２１で検出した室内の二酸化炭素濃度が設定濃度未満の場合に、水量調整機構Ｖで熱交換コイル９に冷温水が流れるのを停止しかつ給気温湿度検出器３０で検出した熱交換コイル通過空気の給気温度が設定給気温度になるように風量調整機構Ｄで空調用空気の還気比率を制御する。たとえば、冬期に室内還気温度が設定還気温度を超え、外気が設定給気温度より低い場合に、水量調整バルブ１７で冷温水流量をゼロにして還気ダンパ５と外気ダンパ４により空調用空気の還気比率を増やして温度を上げ、熱交換コイル通過空気の給気温度が設定給気温度になるように制御する。ＣＯ２検出器２１で検出した室内の二酸化炭素濃度が設定濃度となるまで還気比率を増やしても給気温度が設定給気温度未満となる場合は、熱交換コイル９の温水で空調用空気を加熱して給気温度が設定給気温度となるように制御する。
【００２４】
過冷却防止制御手段２７は、還気温湿度検出器１９で検出した還気温度が設定還気温度未満でＣＯ２検出器２１で検出した室内の二酸化炭素濃度が設定濃度未満の場合に、設定還気温度になるように変風量機構Ｅで給気風量を制御する。たとえば、各種モードの運転中に、室内還気温度が設定還気温度未満となった場合に、水量調整バルブ１７で冷温水流量を最少にし、変風量機構Ｅによりファン１０の給気風量を減らして還気温度を上げ、設定還気温度になるように制御する。
【００２５】
飽和防止加湿制御手段２８は、還気温湿度検出器１９で検出した室内の還気絶対湿度が設定還気絶対湿度未満の場合に還気絶対湿度が熱交換コイル通過空気の給気上限絶対湿度を超えないように蒸気式加湿器２の蒸気放出量を制御する。たとえば、室内の設定還気絶対湿度が給気上限絶対湿度以下の場合は、設定還気絶対湿度を目標にして蒸気式加湿器２で加湿し、室内の設定還気絶対湿度が給気上限絶対湿度を超える場合には、給気上限絶対湿度を目標にして加湿し制御する。給気上限絶対湿度は、熱交換コイル通過空気が設定給気温度のときに飽和湿り空気となって凝縮（結露）する手前の絶対湿度で演算等により設定された値である。
【００２６】
設定手段２９は、熱交換コイル通過空気の設定給気温度と、室内の設定還気温度と、室内の設定還気絶対湿度と、室内の二酸化炭素の設定濃度と、熱交換コイル９の冷温水出入口設定水温度差と、給気上限絶対湿度と、の各々の設定を行う。これらの設定値は、単一の数値の場合と、しきい値を含んだ所定範囲の数値の場合があり、何れを選択するかは自由である。
【００２７】
図５に示すように、モード判断手段３０は、冷温水配管１６に冷水が流れている場合に、外気温度が設定給気温度であれば送風運転、外気温度が設定給気温度を超えかつ屋外外気エンタルピーが室内還気エンタルピー未満であれば全外気冷却運転、外気温度が設定給気温度を超えかつ還気温度が設定還気温度以上であれば冷却運転、と判断する。また、冷温水配管１６に温水が流れている場合に、外気温度が設定給気温度であれば送風運転、外気温度が設定給気温度未満でかつ還気温度が設定還気温度を超えれば冬期冷却運転、外気温度が設定給気温度未満でかつ還気温度が設定還気温度未満であれば加熱運転、と判断する。
【００２８】
図３は冷水モード運転の一例で、運転開始時は、熱交換コイル９に冷水を所定水量流し、空調用空気の外気比率を１００％にして室内へ一定風量給気する。次に、送風運転の場合は、冷水を止めて空調用空気を全て外気にする。全外気冷却運転の場合は、空調用空気を全て外気にし給気温度と熱交換コイル冷温水出入口水温度差が設定値になるように冷水流量を制御する。冷却運転の場合は、空調用空気の二酸化炭素濃度が設定値になるように外気比率を制御し給気温度と熱交換コイル冷温水出入口水温度差が設定値になるように冷水流量を制御する。送風運転、全外気冷却運転及び冷却運転中に還気温度が設定値を下回ると二酸化炭素濃度が設定値を超えない範囲で給気風量を少なくして還気温度が設定値になるように制御する。
【００２９】
図４は温水モード運転の一例で、運転開始時は、熱交換コイル９に温水を所定水量流し、空調用空気の外気比率を１００％にして室内へ一定風量給気し、室内の湿度を設定値になるように制御する。次に、送風運転の場合は、温水を止めて空調用空気を全て外気にする。冬期冷却運転の場合は、温水を止めて空調用空気を一旦全て外気にし二酸化炭素濃度が設定値を超えない範囲で給気温度が設定値になるように空調用空気の還気比率を制御する。加熱運転の場合は、空調用空気の二酸化炭素濃度が設定値になるように外気比率を制御し給気温度と熱交換コイル冷温水出入口水温度差が設定値になるように温水流量を制御する。送風運転、冬期冷却運転及び加熱運転中に還気温度が設定値を下回ると二酸化炭素濃度が設定値を超えない範囲で給気風量を少なくして還気温度が設定値になるように制御する。
【００３０】
図６は他の実施例で、簡易の機械室として天井裏以外の室内の一部に設けた閉空間に縦長のケーシング１を設置した場合を示している。閉空間を成す壁部には、風量調整自在な外気ダンパ４及び還気ダンパ５を設ける。図例では、閉空間は、壁部、床部、仕切部にて構成しているが、その構成変更は自由である。仕切部はパーティションなどを利用することができる。
【００３１】
本発明は上述の実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更自由で、たとえば、熱交換コイル９は、ヒートポンプの冷媒で空調用空気を冷却・加熱切換自在に熱交換する方式とするも自由である。また、制御装置３の各検出器及び各制御手段のうちで必要なものだけ選択して組合わせて用いても良く、その構成変更は自由である。たとえば、水量制御手段２３において熱交換コイル冷温水出入口水温度差制御を省略して給気温度制御のみにしたり、もしくは、過冷却防止制御手段２７を省略して還気温度制御しないようにするも自由である。また、冷水モード運転及び温水モード運転の順序や処理内容の変更は自由である。たとえば、冷水モード運転及び温水モード運転の開始直後に空調用空気を全て外気にしているが、ＣＯ２制御手段２２で二酸化炭素濃度が設定濃度になるように空調用空気の混合比を調整する処理に変更するも自由である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】空調機能付外調機の設置状態を示す側面図である。
【図２】空調機能付外調機の全体構成を示す簡略説明図である。
【図３】冷水モード運転のフローチャートである。
【図４】温水モード運転のフローチャートである。
【図５】モード判断のフローチャートである。
【図６】他の実施例を示す側面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１ ケーシング
２ 蒸気式加湿器
３ 制御装置
６ 空気取入口
８ 給気ダクト
９ 熱交換コイル
１０ ファン
１５ 伝熱管
２２ ＣＯ２制御手段
２３ 水量制御手段
２４ 送風制御手段
２５ 全外気冷却制御手段
２６ 冬期冷却制御手段
２７ 過冷却防止制御手段
２８ 飽和防止加湿制御手段
Ｄ 風量調整機構
Ｅ 変風量機構
Ｖ 水量調整機構
【技術分野】
【０００１】
本発明は空調機能付外調機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
冷温水式の空調システムは、冷温水の温度を調整する熱源機、冷温水を受けて熱交換コイルで室内空気の温湿度を調整して室内の空調を行う空調機と、冷温水を受けて熱交換コイルと加湿器で外気の温湿度を調整して室内へ供給する外気処理空調機（外調機）と、空調機、外調機、熱源機に冷温水を循環させる配管および送水ポンプと、空調機、外調機から室内へ送風するダクトと、で構成されているが、空調機や外調機を設置する専用の機械室が必要で施工が面倒となりコストが掛かる問題があった。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２４３１４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
また、冷温水式空調システムでエネルギーを消費するのは、熱源機、空調機及び外調機のファン、送水ポンプである。
熱源機には、ヒートポンプ式チラー、ターボ冷凍機および吸収式冷凍機などがあり、空調機及び外調機の熱交換コイルで吸熱または放熱して還ってきた水を冷却または加熱し、所定温度に調整する。
なお、所定の延べ面積以上のビルに対しては、室内の二酸化炭素（ＣＯ２）濃度が１０００ｐｐｍ以下になるように外気を取入れることが定められており、外調機等のファンで外気を取り入れている。
これらのエネルギー消費量を、いかに削減するかが省エネのポイントとなる。この熱源機、ファンおよび送水ポンプのエネルギー消費量には次のような関係があることがわかっている。
（１）熱源機のエネルギー消費量は、空調機及び外調機の熱交換コイル冷温水入口温度（熱源機冷温水出口温度）の変化にともなって増減する。
（２）送水ポンプのエネルギー消費量は、空調機及び外調機の熱交換コイル冷温水出入口温度差（熱源機冷温水出入口水温度差）の変化にともなって増減する。
（３）ファンのエネルギー消費量は、空調機及び外調機の給気温度（給気風量）の変化にともなって増減する。
ところが、従来では、これらを考慮せずに空調機、外調機等を設計、運転制御しており、無駄なエネルギー消費量が増加する状況にあった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は上記課題を解決するため、天井裏又は室内の一部に設けた閉空間に、空調用空気として屋外からの外気と室内からの還気とを混合比率調整自在に導入する風量調整機構を設け、
前記閉空間内の前記空調用空気を取入れる空気取入口を有すると共に給気ダクトを連通連結したケーシングを、前記閉空間内に設置し、
前記ケーシング内に、前記空調用空気が通る熱交換コイルと、前記空調用空気を前記熱交換コイルに通過させて前記給気ダクトから前記室内へ送風するファンと、を設け、
熱交換コイル通過空気に加湿用の蒸気を放出する蒸気式加湿器と、前記室内の二酸化炭素濃度が設定濃度になるように前記風量調整機構で前記空調用空気の混合比率を制御するＣＯ２制御手段と、を備えたことを最も主要な特徴とする。
また、ケーシング内に、空調用空気を冷却・加熱するための熱交換用冷温水が流れる熱交換コイルと、前記空調用空気を前記熱交換コイルに通過させて室内へ送風するファンと、を設け、
前記空調用空気として屋外からの外気と室内からの還気との混合比率を調整自在な風量調整機構と、前記熱交換コイルの冷温水流量を調整自在な水量調整機構と、制御装置と、を備え、
前記制御装置が、
前記室内の二酸化炭素濃度が設定濃度になるように前記風量調整機構で前記空調用空気の混合比率を制御するＣＯ２制御手段と、
熱交換コイル通過空気の給気温度が設定給気温度に熱交換コイル冷温水出入口水温度差が設定水温度差に各々なるように前記水量調整機構で前記冷温水流量を制御する水量制御手段と、を備えたことを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１の発明によれば、
（１）天井裏又は室内の一部にパーティションなどで閉空間を作って空調機能付外調機を設置すればよく、風量調整機構とケーシングとを連結するダクトが不要なので、施工が容易で、工期短縮、コストダウンを図れる。閉空間を空気取入チャンバに兼用できるので送風ダクトの部材が不要となり、コスト低減を図れる。
（２）ダクトが給気用だけで済むのでケーシング周りに障害物が少なくメンテナンスが容易で、余分な送風ダクトがない分、圧力損失が少なく、省エネとなる。
（３）閉空間内で外気と還気が混ざるので混合ムラがなく均一な熱交換ができ、蒸気加湿なので室内の温湿度制御の精度向上を図れる。
（４）外気と還気を混合して熱交換するので中間期など空調負荷が少ない場合、外気処理と還気処理を空調機能付外調機単独で行うことができ、空調機能付外調機以外の空調機を停止または間欠運転できるため省エネとなる。
（５）多機能で冷却運転・加熱運転・送風運転・全外気冷却運転・冬期冷却・低温加湿ができて幅広い空調ニーズに対応し得る。
（６）外気負荷が大きい場合、在室人数減少等により二酸化炭素濃度が低くなると、ＣＯ２制御手段によって外気量を減らして空調エネルギー消費量の低減を図ることができる。
【０００７】
請求項２の発明によれば、
（１）ＣＯ２制御手段では、外気負荷が大きい場合、在室人数減少等により二酸化炭素濃度が低くなると外気量を減らして空調エネルギー消費量の低減を図ることができる。
（２）空調負荷が変動しても熱交換コイル通過空気の給気温度と熱交換コイル冷温水出入口水温度差が共に設定値になるように制御するので、空調用空気の少風量化によるファンエネルギー消費量削減と、冷温水の少水量化による送水ポンプエネルギー消費量削減と、冷温水の大温度差化による熱源機エネルギー消費量削減と、を同時に（設計屋内・屋外条件だけでなく）広範囲の空気条件で行うことができ大幅な省エネを図れる。
たとえば、熱交換コイルの冷却・加熱によって空調用空気がもつ熱エネルギーは、熱交換コイル入口空気と熱交換コイル出口空気のエンタルピ差と熱交換コイル通過風量の積なので、熱エネルギーが不変であるとエンタルピ差が大きくなるにつれて室内へ送る風量は少なくなる。
したがって、熱交換コイル出入口空気エンタルピ差を大きく、すなわち空調用空気冷却時は設定給気温度を低く、空調用空気加熱時は設定給気温度を高くすればファンエネルギー消費量を削減できる。
また、熱交換コイルによる冷温水の熱交換量（貫流熱量）は、熱交換コイル冷温水流量と熱交換コイル冷温水出入口水温度差の積なので、熱交換コイル貫流熱量が不変であると熱交換コイル冷温水出入口水温度差が大きくなるにつれて熱交換コイル冷温水出入口水温度差すなわち熱源機と空調機能付外調機との間で循環する冷温水量が少なくなる。
したがって、熱交換コイル冷温水出入口の設定水温度差を大きくすれば冷温水の送水ポンプエネルギー消費量を削減できる。
さらに、熱源機冷温水出口温度が不変であるとコイル冷温水出入口の設定水温度差が大きくなるにつれて冷却運転時に平均冷水温度が上がり、加熱運転時に平均温水温度が下がるため、熱源機エネルギー消費量を削減できる。
（３）空調機能付外調機側だけで冷温水温度差と冷温水流量を制御でき、空調機能付外調機側以外の熱源機側等での制御が不要となり設備の簡略化を図れる。
（４）従来と同能力で大幅なエネルギー消費量削減が図れるので、快適性と省エネ性を両立できる。。
【０００８】
請求項３の発明によれば、
（１）ヒートポンプ式チラー等の熱源機は、冷却運転時に冷水出口温度が高くなるとエネルギー消費量が減り、加熱運時に温水出口温度が低くなるとエネルギー消費量が減る。
そのため、空調用空気冷却時の熱交換コイルの設定冷温水入口温度（熱源機の設定冷温水出口温度）は１０〜１２℃（従来７℃）、空調用空気冷却時の熱交換コイル冷温水入口温度は、バイパス空気などによる熱交換コイルの熱貫流能力の上限から給気温度より３℃以上低い冷水が必要となるので熱源機のエネルギー消費量削減のために１０℃に設定するのが最適となる。
空調用空気加熱時の熱交換コイルの設定冷温水入口温度は３５〜４０℃（従来４５℃）が望ましいが、空調用空気加熱時のコイル冷温水入口温度は、熱交換コイルの熱貫流能力の上限から給気温度より３℃以上高い温水が必要となるので熱源機のエネルギー消費量削減のために４０℃に設定するのが最適となる。
また、空調用空気冷却時の設定給気温度は、室内で人体などから発生する潜熱除去も考慮すると１２〜１４℃（従来１６℃）が望ましいが、ファンエネルギー消費量削減と、室内吹出口の結露とコールドドラフトを最小限に抑えるために１３℃に設定するのが最適となる。
空調用空気加熱時の設定給気温度は３０〜３５℃（従来２８℃）が望ましいが、熱交換コイル入口冷温水温度と給気温度の差を小さくすれば熱源機エネルギー消費量が減少することを考慮すると３０℃に設定するのが最適となる。
熱交換コイル冷温水出入口の設定水温度差は送水ポンプ及び熱源機のエネルギー消費量削減のため８〜１２℃（従来５℃）が望ましいが、一般的な熱源機で対応可能なコイル冷温水出入口水温度差から１０℃に設定するのが最適となる。
【０００９】
請求項４の発明によれば、
（１）送風制御手段では、外気を熱交換せずに室内に送風するだけで空調できるので熱源機のエネルギー消費量を削減でき省エネとなる。
（２）全外気冷却制御手段では、室内空気よりもエンタルピーが低い外気のみを冷却して空調するので還気や外気・還気混合空気を冷却するよりも熱源機のエネルギー消費量を削減でき省エネとなる。
（３）冬期冷却制御手段では、冬期に室内が暑くなった場合に外気を熱交換せずに風量調整機構で低温外気に高温還気を混ぜて設定給気温度に調整しながら空調できるので熱源機のエネルギー消費量を削減でき省エネとなる。しかも、空調用空気の冷却用冷水と再熱用温水を同時に流す４管式配管が不要となる。
（４）多機能で冷却運転・加熱運転・送風運転・全外気冷却運転・冬期冷却運転ができて幅広い空調ニーズに対応し得る。
（５）風量調整機構を、ＣＯ２制御、送風運転・全外気冷却運転・冬期冷却運転に共用でき、コストダウンを図れる。
【００１０】
請求項５の発明によれば、
（１）空調負荷が少ない場合などに、室内還気温度が設定還気温度よりも下がりすぎてしまうのを、給気風量を少なくすることで防止でき快適性が向上する。
【００１１】
請求項６の発明によれば、
（１）熱交換コイル通過空気が低温の場合や短い蒸発吸収距離の場合でも結露を防止しながら加湿ができ、結露水除去のエリミネータなどが不要となり、コストダウンとコンパクト化を図れる。
（２）還気絶対湿度で加湿するので、加湿量が成り行きとならず高精度な室内温湿度制御ができる。
【００１２】
請求項７の発明によれば、
（１）楕円管で圧力損失が少ないので、熱交換コイルの列数（熱貫流量）を増やし、熱交換コイルの設定冷温水入口温度（熱源機の設定冷温水出口温度）を冷却時は上げ、加熱時は下げることで熱源機のエネルギー消費量を（ファンのエネルギー消費量を増やさずに）減らすことができる。
さらに、熱交換コイル通過風速を下げて熱交換コイル通風断面積を増やして、給気風量と冷却・加熱能力を維持しつつ、コイル内の冷温水の流れ方（フロー）を変更することで送水距離を長くして水速低下を防止し、水速低下に伴う貫流熱量減少（能力低下）を防止し、コイル冷温水出入口温度差を大きくし送水ポンプ及び熱源機のエネルギー消費量が減らすことができる。
なお、熱交換コイルの伝熱管が丸管の場合、上記設定温度とするためにコイルの列数を増やすとファンのエネルギー消費量が大幅に増え、省エネとならない。
【実施例】
【００１３】
図１と図２は、本発明の空調機能付外調機の一実施例を示しており、この空調機能付外調機は、ケーシング１と、蒸気式加湿器２と、風量調整機構Ｄと、水量調整機構Ｖと、制御装置３と、を備えている。建物の天井裏の一部に設けられた閉空間には、空調用空気として屋外からの外気と室内からの還気との混合比率を調整自在な風量調整機構Ｄを、設け、閉空間を簡易の機械室として使用しその内部に横長のケーシング１を設置する。閉空間を成す壁部と天井板には、風量調整自在な比例式の外気ダンパ４及び還気ダンパ５を設けて、風量調整機構Ｄを構成する。図例では、閉空間は、壁部、床部、天井板、仕切部にて構成しているが、その構成変更は自由である。
【００１４】
ケーシング１は、閉空間内の空調用空気を取入れる空気取入口６と、空気取入口６と連通する空気出口７と、を有しており、空気出口７には給気ダクト８を連通連結する。ケーシング１内には、空調用空気を冷却・加熱するための熱交換用冷温水が流れる熱交換コイル９と、空調用空気を熱交換コイル９に通過させて給気ダクト８から室内へ送風するファン１０と、熱交換コイル通過空気に加湿用の蒸気を放出する蒸気式加湿器２の加湿ノズル１１と、フィルタ１２と、ドレンパン１３と、を設ける。
【００１５】
ファン１０には、熱交換コイル通過空気の給気風量を調整自在なインバータなどから成る変風量機構Ｅを、設ける。なお、蒸気式加湿器２としては、公知の電極式や電熱式、蒸気噴霧式など各種のものに変更したり、加湿器を気化式とするも自由である。図例では、ケーシング１内に加湿ノズル１１のみを配置した場合を例示しているが、ケーシング１内に、加湿ノズル１１へ蒸気を供給する蒸気発生器等の機器を、設けてもよい。
【００１６】
図例の実線及び点線の白抜き矢印は送風方向を示し、ファン１０により吸い込まれた空調用空気は、熱交換コイル９を通過して給気ダクト８及び図示省略の吹出口を介して室内に給気される。熱交換コイル９は、通風自在に設けられた多数の伝熱板１４に多数の伝熱管１５を挿着して成り、伝熱管１５内を流れる冷温水と通過空気が伝熱管１５及び伝熱板１４を介して熱交換する。この伝熱管１５は楕円管にするのが好ましいが円形管でもよい。熱交換コイル９の冷温水出入口と冷温水配管１６を配管接続して比例式の水量調整バルブ１７を設け、熱交換コイル９の冷温水流量を調整自在な水量調整機構Ｖを構成する。熱交換コイル９は、冷温水配管１６を介して図示省略の熱源機と送水ポンプに接続され、この熱源機で所定温度に調整した冷水又は温水が熱交換コイル９と前記熱源機を循環する。なお、冷温水配管１６は、冷水と温水を切換えて流す２管式、冷水と温水を同時に流す４管式の何れとするも自由である。
【００１７】
制御装置３は、外気の温湿度を検出する外気温湿度検出器１８と、還気の温湿度を検出する還気温湿度検出器１９と、熱交換コイル通過空気（給気）の温湿度を検出する給気温湿度検出器３１と、熱交換コイル９の冷温水出入口水温度差を検出する水温度差検出器２０と、還気（室内）の二酸化炭素濃度を検出するＣＯ２検出器２１と、ＣＯ２制御手段２２と、水量制御手段２３と、送風制御手段２４と、全外気冷却制御手段２５と、冬期冷却制御手段２６と、過冷却防止制御手段２７と、飽和防止加湿制御手段２８と、設定手段２９と、モード判断手段３０と、を備え、センサやアクチュエータ、マイコン等にて構成される。
【００１８】
図３は冷水モード運転、図４は温水モード運転、図５はモード判断処理のフローチャートである。ＣＯ２制御手段２２は、ＣＯ２検出器２１で検出した室内の二酸化炭素濃度が設定濃度になるように風量調整機構Ｄで空調用空気の混合比率を制御する。たとえば、在室人数の増減等により設定濃度よりも二酸化炭素濃度が低くなると還気ダンパ５と外気ダンパ４により空調用空気の外気比率を減らして二酸化炭素濃度を上げ、設定濃度よりも二酸化炭素濃度が高くなると還気ダンパ５と外気ダンパ４により空調用空気の外気比率を増やして二酸化炭素濃度を下げるように制御する。
【００１９】
水量制御手段２３は、給気温湿度検出器３１で検出した熱交換コイル通過空気の給気温度が設定給気温度になるように水量調整機構Ｖで冷温水流量を制御すると共に水温度差検出器２０で検出した熱交換コイル冷温水出入口水温度差が設定水温度差になるように水量調整機構Ｖで冷温水流量を制御する。たとえば、冷却運転の場合には設定給気温度よりも給気温度が低くなると水量調整バルブ１７で冷温水流量を減らして給気温度を高くし、設定給気温度よりも給気温度が高くなると水量調整バルブ１７で冷温水流量を増やして給気温度を低くするように制御する。給気温度が設定給気温度になると、水温度差が小さいときには水量調整バルブ１７で冷温水流量を減らして水温度差を大きくし、設定水温度差よりも水温度差が大きいときには水量調整バルブ１７で冷温水流量を増やして水温度差を小さくするように制御する。また、加熱運転の場合には設定給気温度よりも給気温度が低くなると水量調整バルブ１７で冷温水流量を増やして給気温度を高くし、設定給気温度よりも給気温度が高くなると水量調整バルブ１７で冷温水流量を減らして給気温度を低くするように制御する。給気温度が設定給気温度になると、水温度差が小さいときには水量調整バルブ１７で冷温水流量を減らして水温度差を大きくし、設定水温度差よりも水温度差が大きいときには水量調整バルブ１７で冷温水流量を増やして水温度差を小さくするように制御する。これにより、熱交換コイル通過空気の給気温度と熱交換コイル冷温水出入口水温度差が共に設定値になるように制御する。
【００２０】
上述の設定値は、空調用空気を熱交換コイル９で冷却する場合、熱交換コイル９の冷温水入口水温度を１０〜１２℃（好ましくは１０℃）、熱交換コイル９の冷温水出入口水温度差を８〜１２℃（好ましくは１０℃）、熱交換コイル通過空気の給気温度を１２〜１４℃（好ましくは１３℃）に設定すると共に、空調用空気を熱交換コイル９で加熱する場合、熱交換コイル９の冷温水入口水温度を３５〜４０℃（好ましくは４０℃）、熱交換コイル９の冷温水出入口水温度差を８〜１２℃（好ましくは１０℃）、熱交換コイル通過空気の給気温度を３０〜３５℃（好ましくは３０℃）、に設定する。
【００２１】
送風制御手段２４は、外気温湿度検出器１８で検出した外気温度が熱交換コイル通過空気の設定給気温度になった場合に、水量調整機構Ｖで熱交換コイル９に冷温水が流れるのを停止しかつ風量調整機構Ｄで空調用空気を全て外気にするように制御する。たとえば、空調負荷が少ない場合に、給気温度が設定給気温度になると水量調整バルブ１７で冷温水流量をゼロにして還気ダンパ５と外気ダンパ４により空調用空気の外気比率を１００％に制御する。これはいわゆる夏期における外気冷房である。
【００２２】
全外気冷却制御手段２５は、外気温湿度検出器１８で検出した外気温度が設定給気温度を超えかつ屋外の外気エンタルピーが室内の還気エンタルピー未満の場合に、風量調整機構Ｄで空調用空気を全て外気にすると共に熱交換コイル通過空気の給気温度が設定給気温度になるように水量調整機構Ｖで冷温水流量を制御する。たとえば、夏期に外気が室内還気より低くて設定給気温度よりも高い場合に、還気ダンパ５と外気ダンパ４により空調用空気の外気比率を１００％にして、熱交換コイル通過空気の給気温度が設定給気温度になるように水量調整バルブ１７で冷温水流量を制御する。前記外気エンタルピーは、外気温湿度検出器１８で検出した外気温湿度から演算し、上記還気エンタルピーは還気温湿度検出器１９で検出した還気温湿度から演算する。
【００２３】
冬期冷却制御手段２６は、還気温湿度検出器１９で検出した還気温度が設定還気温度を超えかつ外気温湿度検出器１８で検出した外気温度が設定給気温度未満でＣＯ２検出器２１で検出した室内の二酸化炭素濃度が設定濃度未満の場合に、水量調整機構Ｖで熱交換コイル９に冷温水が流れるのを停止しかつ給気温湿度検出器３０で検出した熱交換コイル通過空気の給気温度が設定給気温度になるように風量調整機構Ｄで空調用空気の還気比率を制御する。たとえば、冬期に室内還気温度が設定還気温度を超え、外気が設定給気温度より低い場合に、水量調整バルブ１７で冷温水流量をゼロにして還気ダンパ５と外気ダンパ４により空調用空気の還気比率を増やして温度を上げ、熱交換コイル通過空気の給気温度が設定給気温度になるように制御する。ＣＯ２検出器２１で検出した室内の二酸化炭素濃度が設定濃度となるまで還気比率を増やしても給気温度が設定給気温度未満となる場合は、熱交換コイル９の温水で空調用空気を加熱して給気温度が設定給気温度となるように制御する。
【００２４】
過冷却防止制御手段２７は、還気温湿度検出器１９で検出した還気温度が設定還気温度未満でＣＯ２検出器２１で検出した室内の二酸化炭素濃度が設定濃度未満の場合に、設定還気温度になるように変風量機構Ｅで給気風量を制御する。たとえば、各種モードの運転中に、室内還気温度が設定還気温度未満となった場合に、水量調整バルブ１７で冷温水流量を最少にし、変風量機構Ｅによりファン１０の給気風量を減らして還気温度を上げ、設定還気温度になるように制御する。
【００２５】
飽和防止加湿制御手段２８は、還気温湿度検出器１９で検出した室内の還気絶対湿度が設定還気絶対湿度未満の場合に還気絶対湿度が熱交換コイル通過空気の給気上限絶対湿度を超えないように蒸気式加湿器２の蒸気放出量を制御する。たとえば、室内の設定還気絶対湿度が給気上限絶対湿度以下の場合は、設定還気絶対湿度を目標にして蒸気式加湿器２で加湿し、室内の設定還気絶対湿度が給気上限絶対湿度を超える場合には、給気上限絶対湿度を目標にして加湿し制御する。給気上限絶対湿度は、熱交換コイル通過空気が設定給気温度のときに飽和湿り空気となって凝縮（結露）する手前の絶対湿度で演算等により設定された値である。
【００２６】
設定手段２９は、熱交換コイル通過空気の設定給気温度と、室内の設定還気温度と、室内の設定還気絶対湿度と、室内の二酸化炭素の設定濃度と、熱交換コイル９の冷温水出入口設定水温度差と、給気上限絶対湿度と、の各々の設定を行う。これらの設定値は、単一の数値の場合と、しきい値を含んだ所定範囲の数値の場合があり、何れを選択するかは自由である。
【００２７】
図５に示すように、モード判断手段３０は、冷温水配管１６に冷水が流れている場合に、外気温度が設定給気温度であれば送風運転、外気温度が設定給気温度を超えかつ屋外外気エンタルピーが室内還気エンタルピー未満であれば全外気冷却運転、外気温度が設定給気温度を超えかつ還気温度が設定還気温度以上であれば冷却運転、と判断する。また、冷温水配管１６に温水が流れている場合に、外気温度が設定給気温度であれば送風運転、外気温度が設定給気温度未満でかつ還気温度が設定還気温度を超えれば冬期冷却運転、外気温度が設定給気温度未満でかつ還気温度が設定還気温度未満であれば加熱運転、と判断する。
【００２８】
図３は冷水モード運転の一例で、運転開始時は、熱交換コイル９に冷水を所定水量流し、空調用空気の外気比率を１００％にして室内へ一定風量給気する。次に、送風運転の場合は、冷水を止めて空調用空気を全て外気にする。全外気冷却運転の場合は、空調用空気を全て外気にし給気温度と熱交換コイル冷温水出入口水温度差が設定値になるように冷水流量を制御する。冷却運転の場合は、空調用空気の二酸化炭素濃度が設定値になるように外気比率を制御し給気温度と熱交換コイル冷温水出入口水温度差が設定値になるように冷水流量を制御する。送風運転、全外気冷却運転及び冷却運転中に還気温度が設定値を下回ると二酸化炭素濃度が設定値を超えない範囲で給気風量を少なくして還気温度が設定値になるように制御する。
【００２９】
図４は温水モード運転の一例で、運転開始時は、熱交換コイル９に温水を所定水量流し、空調用空気の外気比率を１００％にして室内へ一定風量給気し、室内の湿度を設定値になるように制御する。次に、送風運転の場合は、温水を止めて空調用空気を全て外気にする。冬期冷却運転の場合は、温水を止めて空調用空気を一旦全て外気にし二酸化炭素濃度が設定値を超えない範囲で給気温度が設定値になるように空調用空気の還気比率を制御する。加熱運転の場合は、空調用空気の二酸化炭素濃度が設定値になるように外気比率を制御し給気温度と熱交換コイル冷温水出入口水温度差が設定値になるように温水流量を制御する。送風運転、冬期冷却運転及び加熱運転中に還気温度が設定値を下回ると二酸化炭素濃度が設定値を超えない範囲で給気風量を少なくして還気温度が設定値になるように制御する。
【００３０】
図６は他の実施例で、簡易の機械室として天井裏以外の室内の一部に設けた閉空間に縦長のケーシング１を設置した場合を示している。閉空間を成す壁部には、風量調整自在な外気ダンパ４及び還気ダンパ５を設ける。図例では、閉空間は、壁部、床部、仕切部にて構成しているが、その構成変更は自由である。仕切部はパーティションなどを利用することができる。
【００３１】
本発明は上述の実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更自由で、たとえば、熱交換コイル９は、ヒートポンプの冷媒で空調用空気を冷却・加熱切換自在に熱交換する方式とするも自由である。また、制御装置３の各検出器及び各制御手段のうちで必要なものだけ選択して組合わせて用いても良く、その構成変更は自由である。たとえば、水量制御手段２３において熱交換コイル冷温水出入口水温度差制御を省略して給気温度制御のみにしたり、もしくは、過冷却防止制御手段２７を省略して還気温度制御しないようにするも自由である。また、冷水モード運転及び温水モード運転の順序や処理内容の変更は自由である。たとえば、冷水モード運転及び温水モード運転の開始直後に空調用空気を全て外気にしているが、ＣＯ２制御手段２２で二酸化炭素濃度が設定濃度になるように空調用空気の混合比を調整する処理に変更するも自由である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】空調機能付外調機の設置状態を示す側面図である。
【図２】空調機能付外調機の全体構成を示す簡略説明図である。
【図３】冷水モード運転のフローチャートである。
【図４】温水モード運転のフローチャートである。
【図５】モード判断のフローチャートである。
【図６】他の実施例を示す側面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１ ケーシング
２ 蒸気式加湿器
３ 制御装置
６ 空気取入口
８ 給気ダクト
９ 熱交換コイル
１０ ファン
１５ 伝熱管
２２ ＣＯ２制御手段
２３ 水量制御手段
２４ 送風制御手段
２５ 全外気冷却制御手段
２６ 冬期冷却制御手段
２７ 過冷却防止制御手段
２８ 飽和防止加湿制御手段
Ｄ 風量調整機構
Ｅ 変風量機構
Ｖ 水量調整機構
【特許請求の範囲】
【請求項１】
天井裏又は室内の一部に設けた閉空間に、空調用空気として屋外からの外気と室内からの還気とを混合比率調整自在に導入する風量調整機構Ｄを設け、
前記閉空間内の前記空調用空気を取入れる空気取入口６を有すると共に給気ダクト８を連通連結したケーシング１を、前記閉空間内に設置し、
前記ケーシング１内に、前記空調用空気が通る熱交換コイル９と、前記空調用空気を前記熱交換コイル９に通過させて前記給気ダクト８から前記室内へ送風するファン１０と、を設け、
熱交換コイル通過空気に加湿用の蒸気を放出する蒸気式加湿器２と、前記室内の二酸化炭素濃度が設定濃度になるように前記風量調整機構Ｄで前記空調用空気の混合比率を制御するＣＯ２制御手段２２と、
を備えたことを特徴とする空調機能付外調機。
【請求項２】
ケーシング１内に、空調用空気を冷却・加熱するための熱交換用冷温水が流れる熱交換コイル９と、前記空調用空気を前記熱交換コイル９に通過させて室内へ送風するファン１０と、を設け、
前記空調用空気として屋外からの外気と室内からの還気との混合比率を調整自在な風量調整機構Ｄと、前記熱交換コイル９の冷温水流量を調整自在な水量調整機構Ｖと、制御装置３と、を備え、
前記制御装置３が、
前記室内の二酸化炭素濃度が設定濃度になるように前記風量調整機構Ｄで前記空調用空気の混合比率を制御するＣＯ２制御手段２２と、
熱交換コイル通過空気の給気温度が設定給気温度になるように前記水量調整機構Ｖで前記冷温水流量を制御すると共に前記熱交換コイル冷温水出入口水温度差が設定水温度差になるように前記水量調整機構Ｖで前記冷温水流量を制御する水量制御手段２３と、
を備えたことを特徴とする空調機能付外調機。
【請求項３】
空調用空気を熱交換コイル９で冷却する場合は、熱交換コイル冷温水入口水温度を１０〜１２℃、熱交換コイル冷温水出入口水温度差を８〜１２℃、熱交換コイル通過空気の給気温度を１２〜１４℃に設定すると共に、
前記空調用空気を前記熱交換コイルで加熱する場合は、前記熱交換コイル冷温水入口水温度を３５〜４０℃、前記熱交換コイル冷温水出入口水温度差を８〜１２℃、前記熱交換コイル通過空気の給気温度を３０〜３５℃、
に設定した請求項２記載の空調機能付外調機。
【請求項４】
制御装置３が、
外気温度が熱交換コイル通過空気の設定給気温度になった場合に水量調整機構Ｖで熱交換コイル９に冷温水が流れるのを停止しかつ風量調整機構Ｄで空調用空気を全て外気にする送風制御手段２４と、
前記外気温度が前記設定給気温度を超えかつ外気エンタルピーが還気エンタルピー未満の場合に前記風量調整機構Ｄで前記空調用空気を全て外気にすると共に前記熱交換コイル通過空気の給気温度が前記設定給気温度になるように前記水量調整機構Ｖで冷温水流量を制御する全外気冷却制御手段２５と、
前記外気温度が前記設定給気温度未満でかつ還気温度が設定還気温度を超える場合に前記熱交換コイル通過空気の給気温度が前記設定給気温度になるように前記風量調整機構Ｄで前記空調用空気の還気比率を制御する冬期冷却制御手段２６と、
を備えた請求項２又は３記載の空調機能付外調機。
【請求項５】
ファン１０により室内へ送られる熱交換コイル通過空気の給気風量を調整自在な変風量機構Ｅを、備え、
制御装置３が、還気温度が設定還気温度未満の場合に設定還気温度になるように前記変風量機構Ｅで熱交換コイル通過空気の給気風量を制御する過冷却防止制御手段２７を、備えた請求項２、３又は４記載の空調機能付外調機。
【請求項６】
熱交換コイル通過空気に加湿用の蒸気を放出する蒸気式加湿器２を、備え、
制御装置３が、還気絶対湿度が設定還気絶対湿度未満の場合に前記還気絶対湿度が熱交換コイル通過空気の給気上限絶対湿度を超えないように蒸気式加湿器２の蒸気放出量を制御する飽和防止加湿制御手段２８を、備えた請求項２、３、４又は５記載の空調機能付外調機。
【請求項７】
熱交換コイル９の伝熱管１５を楕円管にした請求項１、２、３、４、５又は６記載の空調機能付外調機。
【請求項１】
天井裏又は室内の一部に設けた閉空間に、空調用空気として屋外からの外気と室内からの還気とを混合比率調整自在に導入する風量調整機構Ｄを設け、
前記閉空間内の前記空調用空気を取入れる空気取入口６を有すると共に給気ダクト８を連通連結したケーシング１を、前記閉空間内に設置し、
前記ケーシング１内に、前記空調用空気が通る熱交換コイル９と、前記空調用空気を前記熱交換コイル９に通過させて前記給気ダクト８から前記室内へ送風するファン１０と、を設け、
熱交換コイル通過空気に加湿用の蒸気を放出する蒸気式加湿器２と、前記室内の二酸化炭素濃度が設定濃度になるように前記風量調整機構Ｄで前記空調用空気の混合比率を制御するＣＯ２制御手段２２と、
を備えたことを特徴とする空調機能付外調機。
【請求項２】
ケーシング１内に、空調用空気を冷却・加熱するための熱交換用冷温水が流れる熱交換コイル９と、前記空調用空気を前記熱交換コイル９に通過させて室内へ送風するファン１０と、を設け、
前記空調用空気として屋外からの外気と室内からの還気との混合比率を調整自在な風量調整機構Ｄと、前記熱交換コイル９の冷温水流量を調整自在な水量調整機構Ｖと、制御装置３と、を備え、
前記制御装置３が、
前記室内の二酸化炭素濃度が設定濃度になるように前記風量調整機構Ｄで前記空調用空気の混合比率を制御するＣＯ２制御手段２２と、
熱交換コイル通過空気の給気温度が設定給気温度になるように前記水量調整機構Ｖで前記冷温水流量を制御すると共に前記熱交換コイル冷温水出入口水温度差が設定水温度差になるように前記水量調整機構Ｖで前記冷温水流量を制御する水量制御手段２３と、
を備えたことを特徴とする空調機能付外調機。
【請求項３】
空調用空気を熱交換コイル９で冷却する場合は、熱交換コイル冷温水入口水温度を１０〜１２℃、熱交換コイル冷温水出入口水温度差を８〜１２℃、熱交換コイル通過空気の給気温度を１２〜１４℃に設定すると共に、
前記空調用空気を前記熱交換コイルで加熱する場合は、前記熱交換コイル冷温水入口水温度を３５〜４０℃、前記熱交換コイル冷温水出入口水温度差を８〜１２℃、前記熱交換コイル通過空気の給気温度を３０〜３５℃、
に設定した請求項２記載の空調機能付外調機。
【請求項４】
制御装置３が、
外気温度が熱交換コイル通過空気の設定給気温度になった場合に水量調整機構Ｖで熱交換コイル９に冷温水が流れるのを停止しかつ風量調整機構Ｄで空調用空気を全て外気にする送風制御手段２４と、
前記外気温度が前記設定給気温度を超えかつ外気エンタルピーが還気エンタルピー未満の場合に前記風量調整機構Ｄで前記空調用空気を全て外気にすると共に前記熱交換コイル通過空気の給気温度が前記設定給気温度になるように前記水量調整機構Ｖで冷温水流量を制御する全外気冷却制御手段２５と、
前記外気温度が前記設定給気温度未満でかつ還気温度が設定還気温度を超える場合に前記熱交換コイル通過空気の給気温度が前記設定給気温度になるように前記風量調整機構Ｄで前記空調用空気の還気比率を制御する冬期冷却制御手段２６と、
を備えた請求項２又は３記載の空調機能付外調機。
【請求項５】
ファン１０により室内へ送られる熱交換コイル通過空気の給気風量を調整自在な変風量機構Ｅを、備え、
制御装置３が、還気温度が設定還気温度未満の場合に設定還気温度になるように前記変風量機構Ｅで熱交換コイル通過空気の給気風量を制御する過冷却防止制御手段２７を、備えた請求項２、３又は４記載の空調機能付外調機。
【請求項６】
熱交換コイル通過空気に加湿用の蒸気を放出する蒸気式加湿器２を、備え、
制御装置３が、還気絶対湿度が設定還気絶対湿度未満の場合に前記還気絶対湿度が熱交換コイル通過空気の給気上限絶対湿度を超えないように蒸気式加湿器２の蒸気放出量を制御する飽和防止加湿制御手段２８を、備えた請求項２、３、４又は５記載の空調機能付外調機。
【請求項７】
熱交換コイル９の伝熱管１５を楕円管にした請求項１、２、３、４、５又は６記載の空調機能付外調機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−５３８３６（Ｐ２０１３−５３８３６Ａ）
【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２０１１−１９４３４３（Ｐ２０１１−１９４３４３）
【出願日】平成２３年９月６日（２０１１．９．６）
【出願人】（０００２４４９５８）木村工機株式会社 (59)
【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６日（２０１１．９．６）
【出願人】（０００２４４９５８）木村工機株式会社 (59)
【Ｆターム（参考）】
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