JPH06323576A - 環境試験室用熱源システムの運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低温域から高温域に至るまで制御性に優れ、
かつ保守管理の容易な環境試験室用熱源システムの運転
方法を提供する。 【構成】 本発明方法は、低温域では直膨コイルにより
冷却を行い、中高温域では水冷コイルにより冷却を行う
ので、全温度領域にわたり優れた制御性を得ることがで
きる。また、ブラインを使用しないので保守管理も容易
である。また高温サイクル運転時や外気条件が低い場合
には、冷凍機を使用せずに冷却塔により、水冷コイルを
冷却することができるので、省エネルギー運転をするこ
とができる。さらに直膨コイルを用いた外調機により、
取り入れ外気に含まれる水分を予め除去することが可能
なので、保守が難しく高価な除湿機をシステムに加える
必要がない。さらにまた、水冷コイル内の冷却水を容易
にかつ完全に除去することが可能なので、直膨コイルに
より低温サイクル運転を行う場合であっても、水冷コイ
ル内の冷却水の凍結を案ずる必要がなくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、環境試験室用熱源シス
テムに係り、特に直膨コイルと水冷コイルを併用する環
境試験室用熱源システムの運転方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】環境試験室は、自動車性能試験等に用い
られる自然の、あるいは特別に設定した環境下でのシミ
ュレーションを行う空調装置の一つで、工業を対象とし
た環境試験を目的とするものである。かかる環境試験室
は、通常温度場から区別して、夏期の気象を再現する高
温サイクル、冬期の気象を再現する低温サイクル、さら
に中間期の気象を再現する中温サイクルで運転される。

【０００３】ところで上記のような各種温度条件の環境
を環境試験室内に再現するための熱源システムとして、
従来より、直膨方式とブライン方式の２つの方式が採用
されている。

【０００４】まず直膨方式であるが、これは低温域から
高温域まですべての条件を冷媒を循環させる直膨コイル
にて実現する方式である。この直膨方式は、中間熱媒を
使用しないため立ち上がりが速く、応答性に優れ、熱交
換時のロスが少なく、さらに−４０℃までソーク可能で
あり、そして何よりも装置を簡素化できるため低価格の
システムを構築できるなど利点も多いが、その反面、制
御性が悪く、広範囲な温度制御ができず、特に蒸発温度
を高くできないため高温域における制御が困難であり、
負荷変動に弱いなどの弱点を有している。

【０００５】次にブライン方式であるが、これは低温域
でも使用できる濃度のブラインを選定し、低温域から高
温域まですべての条件をブラインを介して冷却する方式
である。このブライン方式は、立ち上がりこそ遅いもの
の、低温域から高温域まで制御性が良く、負荷変動にも
強いなど利点も多いが、ブライン循環系を追加する必要
があるため、その分システムが複雑となり、ブラインを
搬送するための動力が必要となり、特に低温域では非常
に大きな搬送動力が必要となる。さらに、低温域から高
温域まで全域にわたり安定した性能を示すブラインが少
ないこと、あるいはブライン自体の濃度、腐食性、腐
敗、毒性、燃性などの管理が面倒なことなど問題が多
い。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来の方式では、低温域から高温域にわたる全範囲で良
好な制御性を発揮しながら、しかも同時に保守管理が容
易な環境試験室用の熱源システムは存在しなかった。あ
るいはまた、従来の方式では、高温サイクルの場合や外
気条件に応じて省エネルギー運転を実施することはでき
なかった。

【０００７】本発明はかかる従来の方式の有する問題点
に鑑みなされたものであり、したがって、その目的とす
るところは、低温域から高温域に至るまで制御性に優
れ、かつ保守管理が容易であり、さらに省エネルギー運
転を実施することが可能な新規かつ改良された環境試験
室用熱源システムの運転方法を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１によれば、直膨コイルと水冷コイルとを備
え、環境試験室内の空気調和を行うための空気調和機
と；前記空気調和機の直膨コイルに選択的に連通し冷媒
を循環させる冷凍機と；前記冷凍機と選択的に連通し冷
却水を循環させるとともに、前記空気調和機の水冷コイ
ルと選択的に連通し冷却水を循環させる冷却塔と；前記
冷凍機と選択的に連通し冷媒を循環させるとともに、前
記空気調和機の水冷コイルに選択的に連通し冷水を循環
させる熱交換器と；から成る環境試験室用熱源システム
において：低温サイクル時には、前記直膨コイルと前記
冷凍機とを連通させ冷媒を循環させるとともに、前記冷
却塔と前記冷凍機とを連通させ冷却水を循環させ；中高
温サイクル時には、前記水冷コイルと前記熱交換器とを
連通させ冷水を循環させ、前記熱交換器と前記冷凍機と
を連通させ冷媒を循環させるとともに、前記冷凍機と前
記冷却塔とを連通させ冷却水を循環させ；ことを特徴と
する環境試験室用熱源システムの運転方法が提供され
る。

【０００９】さらに請求項２によれば、高温サイクル時
または外気温度が環境試験室の室内温度よりも低い時期
の中高温サイクル時には、前記水冷コイルと前記冷却塔
とを連通させ冷却水を循環させることにより、上記環境
試験室用熱源システムを省エネルギー運転することが好
ましい。

【００１０】さらにまた請求項３によれば、前記空気調
和機に選択的に連通する直膨型外調機を設置し、除湿が
必要な場合に前記空気調和機と前記直膨型外調機とを連
通させ、前記直膨型外調機を介して外気を導入し、外気
中に含まれる水分を除去することにより上記環境試験室
用熱源システムを運転することが好ましい。

【００１１】あるいはまた請求項４によれば、前記水冷
コイルが、上部ヘッダと下部ヘッダを備えた縦型コイル
であり、前記上部ヘッダは選択的にエアブロー源または
冷却水戻し系に連通するとともに、前記下部ヘッダは選
択的に排水口または冷却水送り系に連通しており、排水
サイクル時には、前記上部ヘッダを前記エアブロー源に
連通させるとともに、前記下部ヘッダを前記排水口に連
通させ、前記上部ヘッダ側から前記縦型コイルを介して
前記下部ヘッダ側に空気流を流通させ、水冷コイル動作
時には、前記下部ヘッダを前記冷却水送り系に連通させ
るとともに、前記上部ヘッダを前記冷却水戻し系に連通
させ、前記下部ヘッダ側から前記縦型コイルを介して前
記上部ヘッダ側に冷却水を流通させることにより、上記
環境試験室用熱源システムを運転することが好ましい。

【００１２】

【作用】請求項１によれば、低温域は直膨方式で運転さ
れ、中高温域は水冷方式で運転されるため、低温域から
高温域に至るまで全範囲にわたり、立ち上がりおよび応
答性に優れた制御を行うことができる。特に低温域では
直膨方式で直接冷却が可能なため効果的な運転を行うこ
とができる。また直膨方式では装置の露点温度が２０℃
を越えるシステムを得ることができなかったが、本発明
によれば、例えば１５℃以上は冷水方式で運転可能なの
で装置の露点温度を高くすることができる。またブライ
ンを用いないため、ブラインの保守管理が全く不要であ
り、しかも低温サイクル時にも高揚程ポンプは不要であ
る。

【００１３】請求項２によれば、高温サイクル時または
外気温度が環境試験室の室内温度よりも低い時期の中高
温サイクル時には、冷却塔が冷却能力を有するため、冷
凍機を用いない省エネルギーの運転を実施することがで
きる。

【００１４】請求項３によれば、低温域運転の場合であ
っても外調機の直膨式冷却コイルにより除湿された外気
を導入することが可能なので、保守が難しく、また高価
な除湿機を設置する必要がない。なお、低温域運転の場
合には直膨式コイルにて本体の空気調和機が運転される
ので、外調機で未処理の水分も本体の直膨式コイルによ
り除去することが可能である。

【００１５】請求項４によれば、低温域において直膨式
コイルで運転する場合にも、予め上部ヘッダ側から縦型
コイルを介して下部ヘッダ側に空気流を流通させること
により完全な水抜きが可能なので、水冷式コイルの凍結
を防止することができる。

【００１６】

【実施例】以下に本発明の好適な実施例について添付図
面を参照しながら説明する。まず図１および図２を参照
しながら本発明方法を適用可能な環境試験室用熱源シス
テムの構成について説明する。なお図１は熱源システム
全体のフローシートであり、図２は熱源システムの水系
統のフローシートである。

【００１７】図１に示すように、本発明方法を適用可能
な環境試験室用熱源システム１は、送気口２および排気
口３を備えた環境試験室４と、空気調和機５と、冷凍機
６と、冷却塔７と、熱交換器８とから構成されており、
さらに外気取り入れ用の外調機９が設けられている。

【００１８】空気調和機５は、上流側から直膨コイル１
０、水冷コイル１１、加熱装置１２、加湿装置１３およ
び送風機１４が配置されており、外調機９または排気口
３から管路１５を介して送られた空気を条件に応じて調
整し、管路１６を介して環境試験室４内に送り込むこと
が可能である。また、外調機９は、上流側から外気取入
口１７、直膨コイル１８および送風機１９が配置されて
おり、後述するように循環系２０を介して直膨コイル１
８に冷媒を循環させることにより、外気取入口１７から
導入された空気中に含まれる水分を除去して管路１５か
ら送り出すことが可能である。

【００１９】空気調和機５の直膨コイル１８は管路２１
および管路２２を介して冷凍機６に連通しており、冷媒
の循環系を形成している。また空気調和機５の水冷コイ
ル１１は管路２３および管路２４を介して熱交換器８に
連通しており、さらに管路２５および管路２６を介して
冷却塔７に連通し、切換弁を切り換えることにより水冷
コイル１１と、熱交換器８または冷却塔７との間に冷却
水の循環系が形成される。

【００２０】さらに空気調和機５の水冷コイル１１には
空気源２７および排水経路２８が接続されており、後述
するように低温時に水冷コイル１１が凍結するおそれが
ある場合には、空気源２７と排水経路２８とから構成さ
れるコイルブローシステムによりコイル内の水を排水す
ることが可能である。また排水経路２８にはタンク２９
が接続されており、排水されたコイル内保有水を回収す
ることが可能である。なお上記例では、水冷コイル１１
が凍結する問題をコイルブローシステムにより解決して
いるが、代替方法として、この冷却水系に不凍液を混入
し凍結を防止することが可能である。

【００２１】また冷凍機６は管路３０および管路３１を
介して冷却塔７に連通しており、冷媒の循環系を形成し
ている。さらにまた冷凍機６は管路３２および管路３３
を介して冷却塔７に連通しており、冷却水の循環系を形
成している。

【００２２】本発明は上記のような構成を有する環境試
験室用熱源システムを運転する際に適用可能であるが、
本発明方法の理解を容易にするために、次に本発明方法
を図示の環境試験室用熱源システムに適用した一実施例
について、各運転モード別に説明することにする。

【００２３】１．低温サイクル 冬期のような低温域の環境を実現するためには、直膨コ
イル１０、管路２１、冷凍機６および管路２２により冷
媒を循環させ、冷凍機６により冷却された冷媒により直
接空気を冷却することが可能である。その結果、立ち上
がりおよび応答性の速い制御を行うことができる。

【００２４】なお、環境試験用熱源システム１は直膨コ
イル１０と併せて水冷コイル１１も使用しているため、
熱源システム１を低温サイクル運転する場合には、水冷
コイル１１内の水の凍結が問題となる。しかしこの点に
関しては、本発明によれば図３に関連して後述するコイ
ルブローシステムにより対処することが可能である。あ
るいはまた、図２に示す上記冷却水系に不凍液を混入
し、凍結防止策とすることも可能である。この場合、ブ
ライン方式のような高揚程ポンプは必要ない。

【００２５】また、低温サイクル運転時には導入される
外気から水分を除去する必要があるが、本発明によれ
ば、外調機９を用いて後述するような取り入れ外気の水
分除去を実施することが可能なので、保守が難しく高価
な除湿機を使用する必要がなくなる。

【００２６】２．中高温サイクル 上記のような直膨コイルを用いた運転では、装置露点温
度が２０℃を越えることは無理があるため、環境試験室
内に例えば１５℃以上の中高温域の環境を実現するため
には、本発明方法によれば水冷コイルを用いた水冷方式
が採用される。そのために、まず水冷コイル１１、管路
２４、熱交換器８および管路２３により冷水循環系が形
成されるとともに、熱交換器８、管路３０、冷凍機８お
よび管路３１により冷媒循環系が形成される。同時に、
冷凍機８、管路３２、冷却塔７および管路３３により冷
却水循環系が形成される。

【００２７】この結果、冷却塔７および冷凍機８により
適宜冷却された冷媒を熱交換器８に送ることが可能にな
り、この冷媒を介して水冷コイル１１内を循環する冷水
を冷却することが可能になる。このように本発明によれ
ば、中高温域では水冷方式を利用するので応答性が高
く、負荷変動にも強い、制御性に優れた運転を行うこと
ができる。さらに、本発明方法では濃度、腐食性、腐敗
性、毒性、燃性などの管理が難しいブラインを使用しな
いので、冷却水系の保守管理が容易である。

【００２８】３．省エネルギーサイクル 本発明に方法によれば、高温サイクル時、あるいは中温
サイクル時であっても冬期などのように冷却塔の冷却水
が利用できる場合には、省エネルギー運転を行うことが
できる。この場合には、水冷コイル１１、管路２４、管
路２５、冷却塔７および管路２６により冷却水循環系が
形成され、冷却塔７において外気により冷却された冷却
水を直接水冷コイル１１に送ることが可能になる。その
結果、冷凍機６を使用せずに空気の冷却を行うことがで
きるので、熱源システム１の省エネルギー運転を実施す
ることが可能である。

【００２９】次に図３〜図５を参照しながら、本発明を
適用可能な熱源システム１に使用される水冷コイル１１
の凍結防止方法について説明する。上述のように、本熱
源システム１では、直膨コイル１０と水冷コイル１１を
併用しているため、低温サイクル時に直膨コイル１０を
用いた場合に、水冷コイル１１内の保有水の凍結を防止
する必要がある。そのために本発明によれば、図３およ
び図４に示す構成の水冷コイル１１を採用することが可
能である。

【００３０】この水冷コイルは、複数のフィン４０と、
上部ヘッダ管４１と、下部ヘッダ管４２と、上部ヘッダ
管４１と下部ヘッダ管４２とを連通する縦型パイプ４３
とから構成されている。

【００３１】上部ヘッダ管４１は、管路４２によりブロ
ー用電磁弁Ｖ３を介して空気源４４に連通するととも
に、管路４５により切換弁Ｖ１および切換弁４７を介し
て冷却水戻り経路４８に連通している。

【００３２】下部ヘッダ管４２は、管路４９によりブロ
ー用電磁弁Ｖ４を介して排水管５１に連通している。な
お図３および図４には図示していないが、この排水管５
１を図１および図２に示すようなタンク２９に連通する
ように構成することもできる。さらにまた下部ヘッダ管
４２は管路５２により切換弁Ｖ２を介して冷却水供給経
路５４に連通している。なお図４に示すように、切換弁
Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４はそれぞれ制御器５５により開
閉駆動可能であり、切換弁４７は温度センサ５６により
開閉駆動可能である。

【００３３】かかる構成の水冷コイル１１により通常の
水冷運転を行う場合には、図５に示すように、切換弁Ｖ
１およびＶ２が開放され、切換弁Ｖ３およびＶ４が閉止
されることにより、冷却水が下部ヘッダ側から縦型パイ
プ４３を通って上部ヘッダ側に流通することが可能であ
り、かかる動作により水冷運転が行われる。

【００３４】これに対して、直膨コイル１０による低温
サイクル運転を行うために水冷コイル１１内の冷却水を
排水する場合には、図５に示すように、切換弁Ｖ１およ
びＶ２を閉止し冷却水の供給を止めるとともに、切換弁
Ｖ３およびＶ４を開放してエアーブローを上部ヘッダ側
から縦型パイプ４３を通って下部ヘッダ側に流通させる
ことにより管路４９を介して水冷ポンプ１１内の冷却水
を完全に排水することが可能である。また、切換弁Ｖ３
をタイマーおよびパルス動作の組合わせにより断続的に
開閉させる構成を採用することも可能である。

【００３５】以上のような構成により、本発明によれば
直膨コイル１０による低温サイクル運転を行う前に、水
冷コイル１１内の冷却水を完全に排水することが可能な
ので、凍結の心配をする必要がなくなる。

【００３６】最後に本発明に係るシステムにおける外気
処理の方法について簡単に説明する。一般に低温の試験
室を維持するためには、内部で発生する熱負荷の対応と
取り入れ外気の処理が必要であり、特に取り入れ外気の
処理にあたっては、従来の方式では除湿機が必要であっ
た。しかしながら、本発明方法によれば、主冷却コイル
として除湿能力のある直膨コイル１０を採用しているた
め、除湿機を設ける必要がなくなる。

【００３７】ただし、取り入れ外気の水分をすべて主冷
却コイルに負担させるとコイル表面が氷結して、長時間
の連続運転ができなくなるおそれがある。そのため、本
発明方法では、取り入れ外気を外調機９にて、一次処理
して主冷却コイルの負担を軽減させることができる。そ
の結果、例えば４８時間を越える連続運転が可能なシス
テムを構築することができる。

【００３８】この場合、外調機９の直膨コイル表面が凍
結しないように、吹き出し温度は氷結が生じない温度、
例えば７℃程度に設定することにより、外調機９の連続
運転も可能となる。さらにまた、フィンに付着する霜の
厚みは蒸発温度に対して、図６のような分布を示すの
で、主冷却コイルの水分除湿能力はコイルのフィンピッ
チを変化させることにより所望に応じて調節することが
できる。以上説明したように、本発明方法によれば、デ
フロスト運転と通常運転の切り換え無しで安定した連続
運転が可能である。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
低温域では直膨コイルにより冷却が行われ、中高温域で
は水冷コイルにより冷却が行われるので、全温度領域に
わたり制御性に優れた熱源システムを提供することがで
きるとともに、ブラインを使用しないので保守管理が容
易な熱源システムを提供することができる。

【００４０】また本発明によれば、高温サイクル運転時
や外気条件が低い場合には、冷凍機を使用せずに冷却塔
により、水冷コイルを冷却することができるので、省エ
ネルギー運転をすることが可能である。

【００４１】さらに本発明によれば、直膨コイルを用い
た外調機により、取り入れ外気に含まれる水分を予め除
去することが可能なので、保守が難しく高価な除湿機を
システムに加える必要がなくなる。

【００４２】さらにまた本発明によれば、水冷コイル内
の冷却水を容易にかつ完全に除去することが可能なの
で、直膨コイルにより低温サイクル運転を行う場合であ
っても、水冷コイル内の冷却水の凍結を案ずる必要がな
くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく方法を適用可能な環境試験室用
熱源システム全体のフローシートである。

【図２】図１の環境試験室用熱源システムの水系統のフ
ローシートである。

【図３】本発明を適用可能な水冷コイルの見取図であ
る。

【図４】図３の水冷コイルの概略的なフローシートであ
る。

【図５】図３の水冷コイルの弁の開閉状態を示す表であ
る。

【図６】本発明を適用可能な直膨コイルのフィンに付着
する霜の量と蒸発温度との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 環境試験室用熱源システム ４ 環境試験室 ５ 空気調和機 ６ 冷凍機 ７ 冷却塔 ８ 熱交換器 ９ 外調機 １０ 直膨コイル １１ 水冷コイル

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直膨コイルと水冷コイルとを備え、環境試
   験室内の空気調和を行うための空気調和機と；前記空気
   調和機の直膨コイルに選択的に連通し冷媒を循環させる
   冷凍機と；前記冷凍機と選択的に連通し冷却水を循環さ
   せるとともに、前記空気調和機の水冷コイルと選択的に
   連通し冷却水を循環させる冷却塔と；前記冷凍機と選択
   的に連通し冷媒を循環させるとともに、前記空気調和機
   の水冷コイルに選択的に連通し冷水を循環させる熱交換
   器と；から成る環境試験室用熱源システムにおいて：低
   温サイクル時には、前記直膨コイルと前記冷凍機とを連
   通させ冷媒を循環させるとともに、前記冷却塔と前記冷
   凍機とを連通させ冷却水を循環させ；中高温サイクル時
   には、前記水冷コイルと前記熱交換器とを連通させ冷水
   を循環させ、前記熱交換器と前記冷凍機とを連通させ冷
   媒を循環させるとともに、前記冷凍機と前記冷却塔とを
   連通させ冷却水を循環させ；ことを特徴とする環境試験
   室用熱源システムの運転方法。
2. 【請求項２】さらに高温サイクル時または外気温度が環
   境試験室の室内温度よりも低い時期の中高温サイクル時
   には、前記水冷コイルと前記冷却塔とを連通させ冷却水
   を循環させることを特徴とする、請求項１に記載の環境
   試験室用熱源システムの運転方法。
3. 【請求項３】さらに前記空気調和機に選択的に連通する
   直膨型外調機を設置し、除湿が必要な場合に前記空気調
   和機と前記直膨型外調機とを連通させ、前記直膨型外調
   機を介して外気を導入し、外気中に含まれる水分を除去
   することを特徴とする、請求項１または２のいずれかに
   記載の環境試験室用熱源システムの運転方法。
4. 【請求項４】さらに前記水冷コイルが、上部ヘッダと下
   部ヘッダを備えた縦型コイルであり、前記上部ヘッダは
   選択的にエアブロー源または冷却水戻し系に連通すると
   ともに、前記下部ヘッダは選択的に排水口または冷却水
   送り系に連通しており、 排水サイクル時には、前記上部ヘッダを前記エアブロー
   源に連通させるとともに、前記下部ヘッダを前記排水口
   に連通させ、前記上部ヘッダ側から前記縦型コイルを介
   して前記下部ヘッダ側に空気流を流通させ、 水冷コイル動作時には、前記下部ヘッダを前記冷却水送
   り系に連通させるとともに、前記上部ヘッダを前記冷却
   水戻し系に連通させ、前記下部ヘッダ側から前記縦型コ
   イルを介して前記上部ヘッダ側に冷却水を流通させるこ
   とを特徴とする、請求項１、２または３のいずれかに記
   載の環境試験室用熱源システムの運転方法。