JPH11294832A

JPH11294832A - 空気調和装置

Info

Publication number: JPH11294832A
Application number: JP10134164A
Authority: JP
Inventors: Tomoko Iida; 智子飯田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-04-08
Filing date: 1998-04-08
Publication date: 1999-10-29
Anticipated expiration: 2018-04-08
Also published as: JP4022842B2

Abstract

(57)【要約】【目的】在室者１名当たりに必要な最小限度の外気
量で在室者１名分の潜熱を打ち消す事が出来る以上除湿
能力を持つように取り入れ外気の露点を約７℃まで下げ
て室内へ給気し、室内では顕熱だけを冷却する方法で、
高い温度レベルの冷水を使って空調使用時間帯の冷凍機
のエネルギー消費効率を向上し、夜間の氷蓄熱による、
低温冷水を前記除湿に使用する。一方、合理的な気流構
造を持つ送風効率の高いファンコイルユニットで大きな
風量で室内の顕熱を除去し、経済性と居住性を向上す
る。【構成】氷蓄熱チラーでキャピラリーチューブを氷
蓄熱用蒸発器に使用して直接冷媒ガスで製氷し、製氷運
転時のエネルギー消費効率と、氷蓄熱水槽の体積効率を
高め、中間期から冬季にかけては高い温度レベルの冷水
の冷却には密閉型冷却塔を使用して年間の総合エネルギ
ー消費効率を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は中規模または大規模建
のオフィスまたは商業用建物の空気調和設備の省エネル
ギー性能の向上と改善をはかることに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の空気調和設備では外気と室内循環
空気を混合して一括で冷却除湿を行うか、外気を予め室
内循環空気とは別に冷却除湿する場合でもその露点温度
のレベルは、それだけで室内の潜熱負荷を除去するには
不十分であるため、室内循環空気についても室内空気の
露点温度以下に冷却除湿して潜熱負荷に対応していた。

【０００３】氷蓄熱を利用する方式において外気系統と
室内系統を分けても、異なった温度レベルの冷水を使用
せず、同じ温度レベルの冷水を使用していた。

【０００４】更に、在来の氷蓄熱チラーユニットでは氷
を作るための熱交換器の伝熱面積を大きくする必要性か
ら熱交換器の管内容積が増し、冷媒充填量が多くなるの
を嫌って、氷蓄熱用熱交換器には不凍液を使用し、冷媒
と不凍液との熱交換を経て間接的に冷却をしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする問題点】近年、オフィスのオ
ートメーション化が進み、室内のＯＡ機器が増えて、逆
に在室者数が減る傾向にあり、これに伴って、室内の空
調負荷に占める、顕熱負荷の割合が増して、逆に潜熱負
荷の割合が減っていて、顕熱負荷が圧倒的大部分を占め
ている。

【０００６】潜熱負荷を処理するには室内空気の露点温
度、すなわち、乾球温度２５℃、相対湿度５０％の室内
空気条件では約１４℃、より数℃低い温度、すなわち１
１℃〜１３℃程度の温度まで空気を冷却除湿する必要が
あるため、１１℃〜１３℃より低い温度、熱交換器にお
ける有効温度差６℃程度を配慮すれば５℃〜７℃の冷水
または冷媒が必要となるが、顕熱負荷を処理するについ
ては基本的に室温より僅かでも低い温度の空気であれば
冷却の役に立つことになり熱交換器における温度差を配
慮しても、風量をある程度増すなどの工夫を施せば１５
℃〜１７℃の１０℃も高い温度レベルの冷水または冷媒
で充分に冷却することが可能である。

【０００７】それにも拘わらず、在来の空調設備は潜熱
と顕熱とを別々に処理できる方式になっていないため、
顕熱が圧倒的大部分を占めるに至った近年の空調負荷に
ついても相変わらず５℃〜７℃の低温の冷水を使用して
いるため、冷凍機の蒸発温度を高くすることが出来ず、
エネルギー消費効率の改善が見られない。

【０００８】更に、ここ数年来、電力の夏季昼間時間の
ピークを緩和するために夜間時間の電力を使用する氷蓄
熱方式が普及しているが、従来の５℃〜７℃の低温の冷
水に加えて、夜間、冷凍機を運転して０℃の氷を作るた
めに蒸発温度は当然氷点以下となり、さらに実際には不
凍液を使用して間接的に氷を作るために在来に比較して
１５℃〜２０℃も蒸発温度のレベルが下がり、ますます
エネルギー消費効率が低下している。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明では、高い温度レ
ベルの冷水で冷却処理できる顕熱と、室内空気の露点温
度よりさらに低い温度レベルの冷水を必要とする潜熱と
を別々に処理することによって、近年その割合が増して
来た顕熱負荷を、高い温度レベルの冷水で処理するよう
にして、この冷水の循環冷却に使用する冷凍機の蒸発温
度のレベルを上げることによって空気調和設備のエネル
ギー消費効率を高めることを実現する。また、それに伴
って生じる問題をも含めて解決する方法を提供するもの
である。

【００１０】

【作用】本発明では、顕熱負荷と潜熱負荷を別々に処理
することを可能とするため、在室者のために導入する外
気を処理する外気調和器系統の給気を低露点とし潜熱負
荷の処理に充て、室内空気を再循環して冷却する再循環
空調系統を専ら顕熱の処理に充てる。勿論、外気調和器
の系統に再循環空気を混合しても支障はない。

【００１１】在室者が対象の快感空気調和では当然、在
室者１人当たりの必要最小限度の所定の取り入れ外気量
があるが、本発明ではこの量の外気を取り入れて除湿し
て室内へ供給するに際して、空気調和を行う室内空気の
絶対湿度と取り入れ外気の除湿後の露点温度における絶
対湿度の差と、取り入れ外気量の積による水蒸気量の差
が、室内の在室者から発生する水蒸気量を打ち消すこと
が出来るような露点温度以下にまで除湿するようにし
た。

【００１２】これによって、室内の空気を再循環して冷
却する再循環空調系統では全く潜熱を処理する必要が無
くなるため、室内空気の露点温度より高い温度範囲で冷
却を行って室内の顕熱を冷却除去すれば、室内の温度、
湿度ともに所定の値に保つことが出来て、圧倒的大部分
を占める顕熱負荷の処理に、高い温度レベルの冷水を使
用することによって、これに使用する冷凍機の蒸発温度
のレベルを上げて空調装置全体のエネルギー消費効率を
向上することが出来る。

【００１３】本発明では更に、外気空調系統において冷
却除湿をした給気を再熱するために、外気調和器入口と
出口に熱交換器もうけてこの間に水を循環し、高温の入
り口空気と間接的に熱交換して、逆に外気を予冷し、外
気の冷却負荷の一部を室内負荷に移動することによっ
て、外気の高温部分の冷却を、再熱を介して、エネルギ
ー消費効率の高い室内との再循環空調系統へその負荷を
転じることも出来る。

【００１４】外気温度があまり高温ではない場合に前記
の再熱を確保するため、本発明では冷却並びに除湿のた
め作動した冷凍機の冷却水の廃熱を利用して外気調和器
出口に設置した熱交換器によって再熱をすることが出来
るようにもなる。

【００１５】冬季外気温度が低く、外気の熱で除湿空気
の再熱が出来ない場合は

【００１３】による水循環は停止するが、前記、外気調
和器の入口と出口に設けた熱交換器より低い位置に開放
水槽を設けて、水の循環を停止した場合、熱交換器内部
の水が重力によって開放水槽に流下して熱交換器の内部
が空になり、外気温度が０℃より低下した場合でも熱交
換器が凍結破損を起こさないように配慮した。

【００１６】さらに、室内との再循環空調系統の冷却に
使用した高い温度レベルの冷水をさらに請求項５にのべ
た第３のプレートフィンチューブ熱交換器に使用して外
気の高温部分の予冷却に充てることによって、外気の冷
却負荷の一部を高い温度レベルの冷水に負荷を転じると
同時にさらに冷水の温度レベルを高めて、エネルギー消
費効率の向上に資することも出来る。

【００１７】この予冷却の回路は冬季には外気の予熱に
働き、室内の顕熱負荷を利用して外気による暖房負荷を
打ち消す事も出来る。

【００１８】本発明では更に、主熱交換器を直接接触形
の熱交換器として冷水と空気の間で熱伝達に要する温度
差を減らして、必要な冷水の温度レベルを少しでも高く
保つようにし、それと同時に請求項５に述べた室内の顕
熱冷却除去に使用した冷水を利用して外気を予冷または
予熱するプレートフィンチューブ熱交換器をその上流側
に組み合わせて、複数段に分割し空気流に沿って直列に
配列して２０℃程度の冷水で冬季の乾燥した外気の加湿
を容易に行えるようにすることも出来る。

【００１９】本発明では、室内との再循環空調系統にお
いて潜熱負荷の処理をする必要を無くして空調負荷の大
部分を占める顕熱の冷却処理を専門にし、その冷却系統
の冷水温度のレベルを上げることによって、そこに使用
する冷凍機の蒸発温度のレベルを上げエネルギー消費効
率を向上するために、取り入れ外気で室内の潜熱負荷全
部を打ち消す事が出来る低露点まで取り入れ外気を冷却
除湿するために、氷蓄熱によって得た氷を融解した氷点
に極く近い温度の冷水を使用するようにした。

【００２０】本発明では氷蓄熱運転に際して、冷凍機の
蒸発温度が低下してエネルギー消費効率が低下する率を
抑える目的で、在来、使用している不凍液の使用を取り
やめ、氷を作るための熱伝達の段階を１段減らし、また
効率良く氷を作るために伝熱面積を大きく採ることによ
って生じる冷媒の熱交換器の内容積の増大を抑えて圧縮
機とのバランスを良好に保つために、蒸発器の伝熱管と
して極めて多本数のキャピラリーチューブを並列に使用
して在来の蒸発器よりも小さな内容積で大きい伝熱面積
を持てるように改良した。

【００２１】さらに、本発明では実用上、据え付け品質
管理の難しい現場での冷媒配管による品質の低下を防止
するため、冷媒回路を構成する部品の全てを共通架台上
に組立て工場生産を可能にした氷蓄熱チラーを使用する
ようにした。

【００２２】本発明に使用するチラーは空調使用時間帯
においては通常より高い温度レベルの蒸発温度で運転す
るために外気温度が高い時間では空冷式凝縮器では圧縮
機の過負荷を招く虞れがあり、これを防止するため、本
発明では空冷式チラーの凝縮器に散水を掛けてその蒸発
潜熱によって凝縮温度を抑えるようにした。

【００２３】本発明の空気調和装置に使用するチラーは
空調非使用時間帯、即ち、夜間時間帯にあっては氷蓄熱
運転を行い、空調使用時間帯、即ち、昼間時間帯にあっ
ては冷媒回路を弁操作で切り替えて氷蓄熱運転用の蒸発
器とは別に設けた空調用蒸発器を使用して、室内との再
循環空調系統での顕熱冷却に使用する温度レベルの高い
冷水を循環冷却する。

【００２４】これによって昼間時間帯の運転では夜間の
氷蓄熱運転時間帯よりその蒸発温度を大幅に上げること
ができるばかりでなく、さらに氷蓄熱によって出来た氷
を融解して得られる氷点に極く近い低温冷水を高い温度
レベルの冷水のファンコイルユニットまたは空調器への
往管部分で混合することによって更に蒸発器での冷媒の
蒸発温度を高くすることが可能で、冷凍機のエネルギー
消費効率を大幅に改善する事が出来る。

【００２５】本発明では、冷凍サイクルの凝縮器を散水
を掛けて蒸発の潜熱を利用して凝縮温度のレベルを低く
抑える様にするが、この凝縮器とは別に直列または並列
に第２の凝縮器を必要に応じて設け、中間期、冬季など
冷房と同時に部分的に暖房が必要な系統に温水をおくる
ことが出来るようにした。

【００２６】本発明では前記高い温度レベルの冷水の回
路に冷凍機の蒸発器に並列または直列または直・並列切
り替え可能に密閉冷却塔を接続して、室内との再循環空
調系統からの還管の冷水温度以下の温度の冷却水が前記
密閉冷却塔で得られる場合は密閉冷却塔を作動させて、
冷凍機の運転を低減するか中止して省エネルギーを図る
様にした。

【００２７】本発明では室内との再循環空調系統に送水
する高い温度レベルの冷水の配管を、空調をする部屋の
天井懐に通すについて、外気を取り入れて外気調和器で
低温の露点まで冷却除湿した給気を前記天井懐をチャン
バーとしてここへ導入した後にファンコイルユニットな
どから吸い込んで室内に供給するようにしたので、前記
天井懐の内部は低露点の空気で満たされていて、前記冷
水の配管に結露を生じる虞れがないので断熱、防露を必
要としない。

【００２８】本発明による空気調和装置を複数階の建物
に応用し、かつ、各階共通の熱源装置を使用する場合、
室内との再循環空調系統に使用する高い温度レベルの冷
水循環系統の配管を各階の横走り配管と、各階を縦に貫
通して熱源装置に接続する立ち上り主管とを熱交換器を
介して間接的に接続し、立ち上り管内部の圧力が横走り
管に掛からないようにすることも出来る。

【００２９】本発明では、前記の様に圧力的に独立した
各階の高い温度レベルの冷水循環系統の配管経路につい
て、それぞれ開放水槽を設け、該開放水槽を弁の切り替
え操作によって循環ポンプの吸込管と吐出管の双方に別
々に接続できるようにしたので、開放水槽を循環ポンプ
の吸込管に接続している間は冷水循環系統の配管内部の
圧力は大気圧より高く、循環ポンプの吐出管に接続して
いる間は冷水循環系統の配管内部の圧力は大気圧より低
く保つ事が出来る。

【００３０】本発明による空気調和装置において使用す
る天井設置形のファンコイルユニットは、軸垂直の下面
開放の輻流式回転翼車の下方に接して同じく下面に開放
してドレンパンの無いプレートフィンチューブ熱交換器
を置き、その下面に沿って不織布製のフィルター並びに
吸込口を設けて天井面に露出させ、前記輻流式回転翼車
の上面及び周辺をディフューザー板で囲って、前記吸込
口の周囲に同じく天井面に開口露出した空気吹出口へ連
接するような構造のものを主とした。

【００３１】この構造によればファンコイルユニットの
中央の天井面から空気を吸い込んで、これをフィルター
で濾過、プレートフィンチューブ熱交換器で冷却、輻流
式ファンで加圧し周囲の天井面の吹出口へ達する空気の
流通経路が極めて短く、屈曲が少なく極めて効率的な空
気の循環が可能である。

【００３２】本発明の空気調和装置で使用する前記ファ
ンコイルユニットはその輻流式回転翼車の回転円盤の中
心付近に複数個の穴を空け、さらに上方のケーシング板
にも輻流式回転翼車の中心に開口部を設けて、輻流式回
転翼車を回転すると、輻流式回転翼車の翼の間にある空
気が遠心力によって外周へ移動するにつれて、回転円盤
の中心付近に空けた前記複数個の穴を介して上方のケー
シングの前記開口部から、該ファンコイルユニットの設
置されている天井懐から、外気調和器から給気ダクトを
経て供給されている外気を吸い込んで、一方、下方の天
井面から空気吸込口、フィルターを経て、プレートフィ
ンチューブ熱交換器で冷却されて吸い込まれて来た室内
からの循環空気と、輻流式回転翼車の翼の間で平均的に
混合して外周からディフューザー、空気吹出口を経て室
内へ給気する。

【００３３】本発明の空気調和装置に使用するファンコ
イルユニットに取り付けられる前記フィルターは正方形
または長方形の平面形状を持つプレートフィンチューブ
熱交換器の下面に接して、ほぼプレートフィンチューブ
熱交換器と同じの不織布製のフィルターメディアを配置
したものとするが、この長さ方向の両端をロールに巻き
付けて両ロールを同一方向に右回転、左回転すると、前
記フィルターメディアが両ロールの間の長さを往復する
ように取り付け、片方のロールに沿ってスリット式また
は多穴式の真空除塵管をフィルターメディアの空気吸込
面にそのスリットまたは穴列を向けて圧接するように設
け、ロールを回転させながら真空除塵管に接続した中央
式真空除塵装置を駆動するとフィルターメディアに付着
した塵埃を吸い取り、フィルターメディアが自動的に逆
洗滌、再生されるようにした。

【実施例】

【００３４】次に本発明による空気調和装置の実施例を
図面に沿って説明する。

【図１】は本発明による空気調和装置の系統図を示す。
図中１はチラーユニットを示し、冷凍サイクルを構成す
る圧縮機２、冷媒の流れ方向を切り替える四方弁３、空
冷式凝縮器４、空冷式凝縮器４と弁５、６、７、８の操
作により切り替え又は並列使用出来るようにした温水用
の第２の凝縮器９、絞り弁１０、極めて多本数のキャピ
ラリーチューブを並列接続して構成した氷蓄熱用蒸発器
１１、氷蓄熱用蒸発器１１と切り替え弁１２、１３によ
り並列接続されて切り替え使用出来るようにした空調使
用時間帯用蒸発器１４、冷媒接続管１５などと、氷蓄熱
水槽１６、空冷式凝縮器に散水を掛ける散水装置１７、
凝縮器用送風機１８、低温冷水循環ポンプ１９、低温冷
水往管２０、低温冷水還管２１、高い温度レベルの冷水
循環ポンプ２２、高い温度レベルの冷水往管２３、高い
温度レベルの冷水還管２４、高い温度レベルの冷水と低
温冷水の自動混合弁２５、高い温度レベルの往冷水温度
のセンサー２６、温水循環ポンプ２７、ケーシング２８
などで構成し、これら全てを１つの共通架台２９の上に
纏めてユニット化し、建物の屋上３０に設置する。

【００３５】図中３１は外気調和器で、空気吸込口３
２、外気フィルター３３、第１のプレートフィンチュー
ブ熱交換器３４、第２のプレートフィンチューブ熱交換
器３５、第３のプレートフィンチューブ熱交換器３６、
第４のプレートフィンチューブ熱交換器３７、主プレー
トフィンチューブ熱交換器３８、加湿器３９、送風機４
０、ドレンパン４１、第１のプレートフィンチューブ熱
交換器と第２のプレートフィンチューブ熱交換器を連絡
する水循環配管４２、水循環ポンプ４３、開放水槽４
４、外気調和器ケーシング４５などで構成し、建物の屋
上３０に設置する。

【００３６】図中４６は外気給気ダクトで屋上３０の外
気調和器３１から下方各階に立ち下がり、各階に分岐し
て各階の空調を行う部屋４７の天井懐をチャンバーとし
て気密性を持たせた天井懐スペース４８に達して、ここ
で外気調和器３１からの７℃の低露点まで冷却除湿、か
つ、ほぼ室温近い温度２５℃まで再熱調整された外気を
吹き出す。

【００３７】図中４９は顕熱冷却専用のファンコイルユ
ニットで、空調を行う部屋４７の天井面に５４台が設置
され、チラーユニット１の高い温度レベル１６℃の冷水
往管２３、高い温度レベル２１℃の冷水還管２４とそれ
ぞれに接続された高い温度レベルの冷水往主縦管５０、
高い温度レベルの冷水還主縦管５１、各階の熱交換器５
２を介して、連結接続された各階の高い温度レベル、往
温度１７℃、還温度２２℃の冷水循環系統配管５３に接
続され、高い温度レベルの各階冷水循環ポンプ５４によ
って高い温度レベルの冷水を循環供給され、空調を行う
部屋４７の空気を循環冷却して顕熱の除去を行うと同時
に、外気調和器３１で調整、外気給気ダクト４６を経て
天井懐スペース４８に給気された外気を吸って室内へ供
給する。

【００３８】前記各階の高い温度レベルの冷水循環系統
配管５３に関連して各階開放水槽５５を設けて、これを
高い温度レベルの各階冷水循環ポンプの吸込側と吐出側
に各々設けた弁５６，５７でいずれか一方に切り替えて
接続可能とした。

【００３９】本発明による空気調和装置はチラーユニッ
ト１を空調非使用時間帯、即ち、１８時〜翌日８時まで
の１４時間の夜間時間帯には氷蓄熱運転を行って氷蓄熱
水槽１６に氷を作って蓄える。この場合はチラーユニッ
ト１の氷蓄熱用蒸発器１１を冷媒が通過するように、切
り替え弁１２、１３を操作して、また四方弁を冷房位置
にして圧縮機２を運転し、空冷式凝縮器４に散水装置１
７を作動させて散水を掛け、凝縮器用送風機１８で放熱
冷却用外気を通過させて、氷蓄熱水槽１６内にある水か
ら氷蓄熱用蒸発器１１をへて熱を奪って、散水装置１７
によって散水を掛けられ、その蒸発潜熱で温度を低く抑
えられた空冷式凝縮器８から放熱する。

【００４０】本実施例では氷蓄熱用蒸発器を構成するキ
ャピラリーチューブは内径１．５ｍｍ外形２．１ｍｍで
４９６０ｍｍの直管を中央部で５Ｒに１８０゜に曲げて
ヘアピン状に整形加工した銅管で、深さ２６５０ｍｍ、
幅１２００ｍｍ、長さ１２５０ｍｍのＦＲＰ製の氷蓄熱
水槽１６の内部に垂直に、曲げ部分を下にして縦横１０
ｍｍピッチで７５００本を上部両端をそれぞれ直径９ｍ
ｍ、長さ１２００ｍｍの６０本の冷媒出口ヘッダー、同
じく６０本の冷媒入口ヘッダーに接続され、全伝熱面積
は２４５ｍ^２を有する反面、その体積は１２６リットル
未満、氷蓄熱水槽１６に２４００ｍｍまで水を収納した
有効な容積３６００リットルの僅か３．５％に留まる。
また、蒸発器の容積は７０リットルとなり上記圧縮機に
よる冷凍サイクル内部の冷媒保有量の限界に照らして適
切であり、冷媒で直接に氷蓄熱水槽の水を冷却すること
を可能にする。

【００４１】在来、商品化されている氷蓄熱水槽の熱交
換器の様に、直径１６ｍｍの伝熱管を使用すると、同じ
２４５ｍ^２の伝熱面積を得るには、全長４８８０ｍを要
し、体積は９８０リットルにも達して、氷蓄熱水槽の容
積を２７％以上狭くしてしまう結果となり、さらに内容
積も７５０リットルとなって冷媒で直接冷却を行うには
圧縮機２の構造による冷媒量の上限を遥かに超過し、全
く適していない。

【００４２】前記の２４５ｍ^２の伝熱面積は蒸発温度−
０．５℃でチラーユニット１に組み込まれた冷却能力２
６ｋｗ、入力６ｋｗの圧縮機２の運転によってキャピラ
リーチューブ製の氷蓄用蒸発器１１の外面に着氷を生じ
ることが出来る。運転時間の経過に伴って、着氷の厚さ
が増し、外径２．１ｍｍのキャピラリーチューブの外周
に円筒状の氷が発達するが、キャピラリーチューブの間
隔は１０ｍｍになっているので氷の厚さが４ｍｍ未満で
隣同志の氷の円筒は接することになる。

【００４３】さらに圧縮機２の運転を継続して行くと、
氷の円筒は互いに接して、つぎの段階では相互の隙間を
埋めて行く形となる。氷の体積が氷蓄熱水槽の容積の９
５％に達した時点でも氷の厚さは残った隙間に面する部
分で僅かに４．５ｍｍしかない。この時点での氷の体積
は３４１０リットルで、この氷の潜熱による蓄熱量は２
９０ｋｗｈ、空調時間帯に使用して氷蓄熱水槽１６内の
水の温度が１７℃まで上昇することで有効になる水の顕
熱による蓄熱量６７ｋｗｈを加えて合計３５７ｋｗｈの
蓄熱量となり、これは冷却能力２６ｋｗの圧縮機１の１
３．７時間分の運転による冷却能力に当たり、夜間時間
帯の１４時間とよく一致している。

【００４４】氷の熱伝導率は鋼の８５、銅の４００に対
して非常に低く僅か２．２に留まっているので氷蓄熱完
了時点の氷の厚さが氷蓄熱用蒸発器の性能を大きく左右
する。したがって、氷を含めた管内外の熱伝達率は着氷
開始前と蓄熱完了時では異なる値を示し、４．５ｍｍの
氷の厚さでは開始前に較べて２８％減に留まり、在来の
不凍液を使用する場合の様に、例えば４０ｍｍの氷の厚
さでは８０％も減となって、氷と冷媒の温度差が着氷開
始初期に０．５℃の場合で、氷蓄熱完了時では前者で
０．７℃、後者では５倍の２．５℃も必要となる。

【００４５】在来、商品化されている不凍液を使用する
氷蓄熱チラーの場合は不凍液自身の温度の変化によって
熱移動を行うため、伝熱管の入口部分と出口部分では温
度差が生じて、この温度差がさらに蒸発器における冷媒
の蒸発温度と不凍液との温度差に加わることとなり、本
発明の空気調和装置に使用される、直接、冷媒によって
氷を作るチラーユニットに比較して蒸発温度が１０℃〜
１５℃も低くなるばかりでなく、不凍液の出入口におけ
る温度差によって伝熱管表面の着氷の不均一が生じるな
どの欠点もあった。

【００４６】氷蓄熱運転が完了して、空調使用時間帯、
即ち、昼間時間帯になると、チラーユニット１の低温冷
水循環ポンプ１９を運転し、外気調和器３１の主プレー
トフィンチューブ熱交換器３８に氷点に極めて近い温度
の低温の冷水を循環供給する。外気調和器３１では、送
風機４０を運転し、空気吸込口３２から外気フィルター
３３、第１、第３、のレートフィンチューブ熱交換器、
３４、３６、主プレートフィンチューブ熱交換器３８、
第４のプレートフィンチューブ熱交換器３７、第２のプ
レートフィンチューブ熱交換器３５を順次通過して温度
調節された外気を吸い込み加圧して、外気給気ダクト４
６を経て、空調を行う部屋４７の天井懐スペース４８に
給気する。本実施例の外気調和器は風量は１２５０ｍ^２
／ｈで、各熱交換器の通過面積は０．３ｍ^２、高さ５０
０ｍｍ、幅６００ｍｍとなっている。

【００４７】夏季には、水循環ポンプ４３を運転し、開
放水槽４４から水を吸い上げて第１のプレートフィンチ
ューブ熱交換器３４を通し、水循環配管４２を経て、第
２のプレートフィンチューブ熱交換器３５を通して開放
水槽４４へ戻し、再循環させる。この水循環によって乾
球温度３２℃、相対湿度７０％の外気は第１のプレート
フィンチューブ熱交換器３４を通過する際に、第２のプ
レートフィンチューブ熱交換器３５で７℃の低露点の除
湿空気と熱交換して温度が１７℃に下がった循環水と熱
交換して７．５ｋｗ熱量を奪われ２３℃の飽和点まで冷
却除湿され、循環水は逆に２９℃まで昇温する。

【００４８】これと引き換えに第２のプレートフィンチ
ューブ熱交換器３５では主プレートフィンチューブ熱交
換器３８でチラーユニットの氷蓄熱水槽１６から低温冷
水循環ポンプ１９によって低温冷水往管２０を経て送ら
れてくる氷点に極めて近い低温冷水と熱交換して７℃ま
で冷却除湿された低温の空気と、第１のプレートフィン
チューブ熱交換器３４で２９℃まで昇温して水循環配管
４２を経て供給される水と熱交換して出口空気は２５℃
まで再熱され、逆に２９℃の循環水は１７℃まで冷却さ
れる。この第２のプレートフィンチューブ熱交換器３５
での交換熱量は第１のプレートフィンチューブ熱交換器
３４での交換熱量と同じとなる。

【００４９】外気温度が低く、７℃の低露点の冷却除湿
空気の再熱に役立たない季節には水循環ポンプ４３を停
止すると、循環水は当該水循環系統の最下部に位置して
設けた開放水槽へ流下し、第１のプレートフィンチュー
ブ熱交換器３４、第２のプレートフィンチューブ熱交換
器の中は空になる。

【００５０】第３のプレートフィンチューブ熱交換器３
６には高い温度レベルの冷水還主縦管５１から、室内と
の循環空調系統で室内の発生顕熱を冷却除去した熱を各
階の熱交換器５２で受けて２１℃まで温度の上昇した高
い温度レベルの戻り冷水、１８０ｌｉｔ／ｍｉｎを通水
して、第１のプレートフィンチューブ熱交換器３４を経
て２３℃の飽和空気となった外気と熱交換させて２２℃
の飽和点まで１．５ｋｗの冷却除湿を行う。

【００５１】この第３のプレートフィンチューブ熱交換
器３６での熱交換量は夏季には少ない値であるが冬季に
は外気温度が０℃の場合、２１℃の高い温度レベルの戻
り冷水の熱を受けて６．７ｋｗの熱量を与えられて１６
℃まで温度上昇し、超音波式加湿器３９で断熱加湿され
６℃の飽和空気となり室内に供給されて室内空気の相対
湿度を４０％以上に保つための熱源として十分の加熱量
となるのみならず、室内の顕熱除去の約１１％を担うこ
とになる。

【００５２】第４のプレートフィンチューブ熱交換器３
７は外気温度があまり高温ではなく、第１、第２のプレ
ートフィンチューブ熱交換器、３４、３５による再熱が
不足して７℃の低露点の外気の再熱温度が２５℃に達し
ない場合、チラーユニット１の第２の凝縮器９を弁５、
６、７、８を適宜に操作、切り替えて、空冷式凝縮器４
と併用出来るようにし、これを通して３５℃の温水を温
水循環ポンプ２７により循環供給して２５℃まで７．５
ｋｗの再熱を行う能力をもつ。

【００５３】前記、第２の凝縮器９からの温水は、冬
季、一部分に暖房が必要になる空調系統がある場合に、
その空調系統へ同じ温水を供給出来るように、弁を切り
替えて、建物の大部分が冷房している場合でも、当該空
調系続には温水を供給して暖房に供することも出来る。

【００５４】主プレートフィンチューブ熱交換器３８で
は第３のプレートフィンチューブ熱交換器３６で２２℃
の飽和点まで予冷却された外気と、氷蓄熱水槽１６から
低温冷水循環ポンプ１９によって低温冷水往管２０を経
て送られる氷点に近い低温の冷水とを１７．４ｋｗの熱
交換を行って、外気を７℃の露点まで冷却除湿する。

【００５５】前記、主プレートフィンチューブ熱交換器
３８は別形式の熱交換器、例えば薄い樹脂製の多数のシ
ートで成型した充填材のような直接接触形熱交換器を使
用してもよい。また、第３のプレートフィンチューブ熱
交換器３６と前記直接接触形熱交換器を組み合わせて、
複数段に分割し、直列に並べて使用してもよく、さら
に、第３のプレートフィンチューブ熱交換器３６と主プ
レートフィンチューブ熱交換器３８とを組み合わせて、
複数段に分割し各段に蒸発式加湿器または超音波加湿器
などの断熱式加湿器を挟んで直列に並べて使用してもよ
い。

【００５６】前記、７℃の低温の露点までの冷却は氷蓄
熱による氷点に近い低温冷水で初めて経済的に成り立つ
もので、在来の５℃〜７℃の冷水では経済的理由により
実現出来ない。

【００５７】この７℃の低温の露点の空気が含む水蒸気
量は湿り空気中の乾燥空気１ｋｇ当たり６．２ｇ／ｋｇ
で、空調を行う部屋４７の室内空気の条件を乾球温度２
５℃相対湿度５０％とすると、その室内空気が含む水蒸
気量は、同じく乾燥空気１ｋｇ当たり１０ｇ／ｋｇであ
るため、７℃の露点の空気の方が１０ｇ／ｋｇ−６．２
ｇ／ｋｇ＝３．８ｇ／ｋｇ含有水蒸気量が少ない。

【００５８】この含有水蒸気量の３．８ｇ／ｋｇ少ない
露点７℃の空気を１２５０ｍ^２／ｈ室内へ給気すれば
３．８ｇ／ｋｇ×１２５０ｍ^２／ｈ×１．２ｋｇ／ｍ^２
（空気の密度）＝５７００ｇ／ｈの室内で発生する水蒸
気の負荷を打ち消すことが出来る。在室者１名当たりの
通常の水蒸気発生量は１００ｇ／ｈ程度とされるので、
前記５７００ｇの水蒸気負荷は在室者５７名分に相当
し、在室者１名分の慣行的に実用される外気取入量２５
ｍ^２／ｈで本実施例の外気取入量１２５０ｍ^２／ｈを除
すると丁度、在室者５０名分に相当することから、除湿
能力に１４％程度の余裕を持つ状態で、無駄に外気取入
量を増す事なく、室内の潜熱負荷を１００％外気調和器
の系統に委ねて、室内との再循環空調系統では顕熱のみ
を除去すれば済む。

【００５９】このようにして、室内との再循環空調系統
では顕熱の冷却除去のみを行い、潜熱負荷を受け持つこ
とがないので、冷却のための空気を室内空気の露点温度
以下に下げる必要がなく、一例を挙げれば室温より６℃
低い１９℃程度まで冷却するだけでも済むことになり、
この冷却を行うためには露点温度より高い温度レベルの
冷水、例えばファンコイルユニット４９の入口で１７
℃、出口で２２℃のような高い温度レベルの冷水で間に
合う。

【００６０】本実施例では空調使用時間帯、８時〜１８
時の１０時間の昼間時間帯には夜間時間帯と同様圧縮機
の運転を行うが、夜間時間帯と異なり、切り替え弁１
２、１３により冷媒回路を切り替えて空調使用時間帯用
蒸発器１４を使用し、１５℃の高い蒸発温度で圧縮機２
を運転して、室内との再循環空調系統のファンコイルユ
ニットから各階冷水循環ポンプ５４によって各階の高い
温度レベルの冷水循環系統配管５３を経て送られてくる
２２℃の高い温度レベルの冷水を各階熱交換器５２で熱
交換して１７℃まで冷却した結果２１℃まで昇温した高
い温度レベルの還冷水１８０ｌｉｔ／ｍｉｎの内、２０
ｌｉｔ／ｍｉｎを氷蓄熱水槽１６へ戻して、残り１６０
ｌｉｔ／ｍｉｎを１８℃まで冷却して、これに氷蓄熱水
槽１６からからの氷点に極く近い低温の冷水を自動混合
弁２５で混合して、高い温度レベルの冷水温度センサー
２６の信号により１６℃になるようにして高い温度レベ
ルの冷水往主縦管５０、同還主縦管５１を経由してチラ
ーユニット１内部の高い温度レベルの冷水循環ポンプ２
２によって循環させる。

【００６１】このようにして、チラーユニット１の圧縮
機２は夜間時間帯の１４時間については、蓄熱運転初期
においては−０．５℃、氷蓄熱完了時には−０．７℃の
蒸発温度となり、平均蒸発温度は−０．６℃で運転さ
れ、昼間時間帯の１０時間については、１５℃の蒸発温
度で運転されることになる。他方、凝縮温度については
空冷式凝縮器４に散水装置１７によって散水を掛けて、
散水の蒸発潜熱で凝縮温度を低く抑えているために、昼
間時間帯は平均３７℃、夜間時間帯は平均３５℃程度と
なり、その結果、圧縮機２の高い蒸発温度での運転で起
こり勝ちな過負荷運転を回避できると同時に、冷却能力
も向上して、昼間時間帯における冷却能力は４４ｋｗ、
同入力は６．５ｋｗ、１０時間ではそれぞれ４４０ｋｗ
ｈ、６５ｋｗｈとなり、一方、夜間時間帯での冷却能力
は２６ｋｗ、同入力は６．１ｋｗ、１４時間ではそれぞ
れ３６４ｋｗｈ、８５．４ｋｗｈとなって、１日２４時
間では８０４ｋｗｈの冷却効果に対して僅か１５０．４
ｋｗｈの電力消費で済む結果となり、エネルギー消費効
率は５．４にも達する。

【００６２】この値に凝縮器用送風機１８の電力０．１
ｋｗ、高い温度レベルの冷水循環ポンプ１９と５４の合
計の電力０．９ｋｗ、低温冷水循環ポンプ２２の電力
０．１ｋｗ、送風機４０の電力０．４ｋｗ、ファンコイ
ルユニット５４台分０．５４ｋｗなどを、その各々の運
転時間を乗じて加えた１日の消費電力２１．８ｋｗｈを
加味した総合エネルギー消費効率でも４．５より大きい
値となる。

【００６３】図中５８は空調使用時間帯用蒸発器１４と
直列または並列にまたは各々単独で使用し得るように２
個の３方切り替え弁５９、６０を介して高い温度レベル
の冷水管で連結した標準冷却能力４５ｋｗの密閉型冷却
塔で、外気温度が低く、密閉型冷却塔５８の出口温度が
高い温度レベルの冷水の戻り温度より低い場合はこれに
通水、運転して空調時間帯用蒸発器１４の負荷を減少
し、圧縮機２の消費電力を節減する。前記、密閉型冷却
塔は空冷式凝縮器を水冷式凝縮器に替えてこれと組み合
わせてチラーの圧縮機冷凍サイクルの放熱手段として使
用してもよい。

【００６４】外気温度がさらに低下して密閉型冷却塔５
８の出口温度が高い温度レベルの冷水の往温度より低く
なった場合は切り替え弁５９、６０を操作、切り替え
て、空調時間帯用蒸発器１４を使用せず、密閉型冷却塔
５８のみで冷却が可能となる。高い温度レベルの冷水往
温度を１７℃とする場合、関東地方を例に取れば、平均
外気湿球温度が１２℃より低い１１月から翌年の４月ま
での半年の間は密閉型冷却塔５８のみにて冷却が可能
で、さらに大形の密閉型冷却塔を使用すれば１０月から
翌年の５月までをこの大形の密閉型冷却塔のみで冷却す
ることが出来る。

【００６５】また、外気温度が高く、密閉型冷却塔の出
口温度が高い温度レベルの冷水戻り温度より高い場合は
切り替え弁５９、６０を操作、切り替えて、密閉型冷却
塔５８には通水せずに、空調使用時間帯用蒸発器１４を
専門に使用する。

【００６６】

【図２】は本発明による空気調和装置に主として使用す
るファンコイルユニット４９の詳細説明図で、図中６１
は直径５００ｍｍの回転円盤６２に放射状に取り付けら
れた１８０ｍｍ×６０ｍｍの厚さ２ｍｍの３６枚の翼で
回転円盤６２とともに樹脂製とし輻流式回転翼車６３を
構成する。図中６４は６００ｍｍ×５００ｍｍの平面寸
法を持つ高さ４０ｍｍのプレートフィンチューブ熱交換
器で、上部中央に軸垂直に取り付けられたファンモータ
ー６５はその軸の先端に前記輻流式回転翼車６３を直結
している。なお、本実施例における前記ファンコイルユ
ニットの冷却能力は１．２ｋｗで、風量は１０ｍ^２／ｍ
ｉｎ、送風機の消費電力は１０ワットである。

【００６７】図中６６はプレートフィンチューブ熱交換
器６４の下方に隣接して設置したプレートフィンチュー
ブ熱交換器６４とほぼ同じ幅６００ｍｍのフィルターメ
ディアで、両端部をプレートフィンチューブ熱交換器６
４の両端部に平行に設置された直径３０ｍｍで駆動モー
ター６７によって正・逆転を可能にした駆動ロール６８
とロールスプリング６９で常にフィルターメディア６６
に張力を与えてフィルターメディア６６を平面状に保ち
なから、駆動ロール６８の正転、逆転の回転によってフ
ィルターメディア６６をプレートフィンチューブ熱交換
器６５の下面に接してその全長５００ｍｍに亙って平行
移動できるようにした同じく直径３０ｍｍの巻き取りロ
ール７０とに巻かれている。さらにフィルターメディア
６６の下方には天井面に沿って空調を行う部屋４７へ開
口する空気吸込口７１が連接している。

【００６８】図中７２は輻流式回転翼車６３を囲い、周
囲をディフューザー７３として成型して輻流式回転翼車
６３の周囲から送出される空気を周囲の天井面で空調を
行う部屋４７へ開口する空気吹出口７４に導く様に取り
付けた上部ケーシングで、中央部に防虫網７５の付いた
直径１００ｍｍ開口部７６を持っていて、天井懐スペー
ス４８へ開口している。

【００６９】輻流式回転翼車６３の回転円盤６２の中央
付近には３６枚の翼６１の間隙に位置して３６個の直径
１０ｍｍの翼車吸気口７７があり、輻流式回転翼車６３
が回転すると、下方の空調を行う部屋４７から空気吸込
口７１、フィルターメディア６６を経由してプレートフ
ィンチューブ熱交換器６４で高い温度レベルの冷水で冷
却された空気を輻流式回転翼車６３の翼６１の間隙に吸
い込むと同時に、天井懐スペース４８から、上部ケーシ
ング７２の中央部の直径１００ｍｍの開口部７６を、さ
らに輻流式回転翼車６４の中央付近の３６個の直径１０
ｍｍの翼車吸気口７７を経て同じく、輻流式回転翼車６
４の翼６２の間隙に吸い込み、両方の空気は平均的に混
合されながら遠心力により加圧されて周囲のディフュー
ザー７３と空気吹出口７４を経て、空調を行う部屋４７
へ吹き出す。

【００７０】前記フィルターメディア６６はファンコイ
ルユニット４９の運転中は空調を行う部屋４７から吸い
込まれる空気を濾過し、空気中の塵埃がここに付着す
る。この付着した塵埃によってフィルターメディア６６
が目詰まりを生じない様に再生するために、駆動ロール
６８とフィルーメディア６６を挟んで向いあって、フィ
ルターメディア６６とその多穴列またはスリットを接す
る状態で取り付け、一端を盲にした真空除塵管７８を設
け、他端を電動弁７９を経て、中央式真空除塵装置８０
に配管連結する。

【００７１】駆動ロール６８の正転、逆転により、フィ
ルターメディア６６をプレートフィンチューブ熱交換器
６４の全長５００ｍｍに亙って往復平行移動させなが
ら、中央式真空除塵装置８０を運転し、電動弁７９を開
放して、フィルターメディア６６に付着した塵埃を吸い
取り、逆洗して、フィルターメディア６６を再生する。

【００７２】本発明による空気調和装置ではファンコイ
ルユニット４９では、天井懐スペース４８を経て外気調
和器３１から低露点の給気を供給されているため、室内
の潜熱負荷を除去する必要がなく、室内空気の露点温度
より高い温度レベルの冷水を使用して顕熱専門に冷却除
去を行うため、ドレンパンを付属していない。

【００７３】然し乍ら、急遽、在室者数が極端に増加す
るなどの原因で室内空気の水蒸気量が増加し、プレート
フィンチューブ熱交換器６４に結露が生じて、漏水事故
になるのを防止することが望ましい。そのため、プレー
トフィンチューブ熱交換器６４の適した箇所に水分を感
知する電子回路８１のセンサー８２を取り付けてこの電
子回路８１の信号で高い温度レベルの冷水の入口管８３
の部分に設けた電磁弁８４を閉じて、高い温度レベルの
冷水の流入を停止して、それ以上の結露が生じない様に
した。また他の実施例では前記、電子回路８１の信号で
ファンの回転数を上げ、風量を増加し、入口空気温度と
出口空気温度の差を小さくして、結露を生じない様にし
た。この水分の感知は出口空気の相対湿度の感知に替え
ても良い。

【００７４】

【発明の効果】本発明は以上に述べたように構成したの
で、次のとおり多くの効果を上げることが出来る。ま
ず、近年のＯＡ化に伴って顕熱負荷の割合が増したオフ
ィスビルなどの空調で、取り入れ外気の系統の給気露点
温度を７℃程度と十分に低くして、これによって室内の
潜熱負荷を１００％処理するようにしたので、室内顕熱
負荷については在来より１０℃以上高い温度レベル、す
なわち、往温度１６℃程度の冷水で冷却できるようにな
り、このためにチラーの圧縮機の冷凍サイクルの蒸発温
度を大幅に引き上げることが出来、エネルギー消費効率
を２倍近く向上した。

【００７５】本発明ではさらに中間期から冬季にかけて
も冷房が必要なこれらのインテリジェントビルでは高い
温度レベルの冷水循環系統に大形の密閉式冷却塔をチラ
ーの蒸発器に連携して使用出来るように接続したから、
１０月から翌年の５月までの半年以上の間を空調使用時
間帯の冷凍機の運転をしないで、外気で冷房することが
可能で年間のエネルギー消費効率を大幅に高めることが
出来た。

【００７６】本発明では、取り入れ外気の系統の給気露
点温度を十分に低くするため、在来の冷却方法と異な
り、氷蓄熱による低温の冷水を使用するが、本発明で
は、在来の氷蓄熱チラーが不凍液を使用して氷を作って
いるため製氷時の蒸発温度が低く、従って、エネルギー
消費効率が低いと言う点を改めて、キャピラリーチュー
ブによる、伝熱面積が大きく容積が極めて小さい蒸発器
を使用して冷媒ガスで直接製氷出来るようにして製氷時
のエネルギー消費効率をも２倍にも向上させた。

【００７７】このキャピラリーチューブによる蒸発器の
発明は伝熱管のピッチを小さくして着氷の厚さを低減
し、熱伝達率向上を図るのみならず、氷蓄熱水槽におけ
る蓄氷効率を３０％近く向上し、不凍液の設備を不必要
とし、チラーユニット全体を小型化、軽量化することが
でき、１つの共通架台上に纏めて、チラーユニットを工
場生産とし、現場組み立てによる品質管理の難点を除去
することも出来た。

【００７８】本発明のチラーユニットではエネルギー消
費効率を向上するため在来より１０℃以上も高い蒸発温
度で圧縮機を運転するが、そのため空冷式では、外気温
度が高い場合に市販の圧縮機では過負荷となる。これを
防止するため空冷式凝縮器に散水装置を取り付け、散水
の蒸発潜熱を利用して凝縮温度を低く抑えた。これは水
冷式凝縮器の凝縮温度よりさらに５℃以上の凝縮温度引
き下げの効果があり、水冷式より設備が簡単、廉価でし
かも冷凍サイクルの省エネルギーの向上に大幅に寄与し
ている。

【００７９】本発明では７℃まで外気給気の露点温度を
下げることでその特色を発揮するが、この外気を低温の
まま室内へ供給すると、途上のダクトなどで結露による
漏水事故を引き起こす可能性があり、温度分布にも影響
を与えるなどの虞れがあるのを防止するため、またさら
に、高い温度レベルのエネルギー消費効率の高い冷水に
負荷を移して装置全体のエネルギー消費効率の向上を図
るため、７℃の低露点化した外気を室温の２５℃近くま
で再熱する。

【００８０】そのために本発明では空冷式の凝縮器の他
に水冷式の第２の凝縮器を設け、この廃熱を前記再熱の
熱源として利用して外気の再熱を行い、さらにそうする
ことにより、圧縮機の凝縮温度を下げて、両面でエネル
ギー消費効率の向上を図った。また前記第２の水冷式凝
縮器はその建物の殆どが冷房負荷であるにも拘わらず、
一部分の系統で暖房が必要な場合、その系統に温水を供
給することも出来る。

【００８１】本発明では在来より１０℃以上も高い温度
レベルの冷水を使用して室内の顕熱冷却を行うので、在
来より２倍に近い空調風量を必要とするが、本発明によ
るファンコイルユニットは輻流式回転翼車を採り入れた
輻流ファンを軸垂直に使用して、本発明の空調方式によ
ってドレンパンの必要が無くなった熱交換器との巧みな
組み合わせでユニット内部で極めて方向転換の回数が少
ない、低速の気流構造を形成し、空気の圧力損失を低減
し、送風の機械効率を３倍近くにまで向上した。

【００８２】その結果、空調風量が２倍近くに増えて
も、送風動力は逆に低減することが出来て、さらに空調
風量が増すことで、室内の風量分布、温度分布が良好と
なって、在来の空調方式より居住性が向上した。特に在
来の氷蓄熱式空調による吹き出し空気の低温化、少量化
による居住性の低下を、氷蓄熱を使用しながらも、逆に
大幅に改善することが出来た。

【００８３】本発明によるファンコイルユニットは前記
の通り輻流ファンを使用しているがその回転円盤の中央
付近に穴を明け、ほぼ同位置に上部ケーシングにも開口
部を作り、ファンコイルユニットの設置される天井懐か
ら全く曲折なしに、天井懐の空気を吸込んで室内からの
再循環空気と輻流回転翼車のなかで平均的に混合できる
ようにしたので、外気の流れの機械効率が向上し、外気
の分布も良好となり、また、天井懐を外気チャンバーと
して機能させるようにしたので、天井懐は低露点の空気
で満たされていて、このスペースにあるファンコイルユ
ニットなどへ冷水を供給するための高い温度レベルの冷
水管などについては配管の保温・防露を不必要とし、設
備費の低減を図ることが出来た。

【００８４】本発明による空気調和システムは前記の送
風の機械効率の高いファンコイルユニットを使用するこ
とが経済的に当方式を成り立たせる条件となるが、本発
明では在来ファンコイルユニット方式の欠点となってい
る水配管からの漏水事故の可能性とフィルターの保守交
換の問題点を解決した。

【００８５】すなわち、水配管についてはドレン配管は
本発明による空調方式では方式の特性上不必要であるた
めドレン配管を無くし、冷水循環配管については、上階
の熱源装置との圧力関係を切り離すため、各階に熱交換
器を設置して、各階を独立した循環回路とし、ここに開
放水槽を設けて、循環ポンプの吸入側、吐出側のいずれ
かに切り替え接続出来るようにしたので、試運転時には
開放水槽を循環ポンプの吸入側へ接続し配管系に水を張
り、エアを抜いて後、吐出側へ切り替えることによって
水循環配管系の内部を大気圧より低い圧力に保ちながら
冷水循環を行うことが出来、配管からの漏水事故を完全
に防止できる。

【００８６】本発明によるファンコイルユニットは吸込
口に接してロール駆動形の自動再生式フィルターメディ
アを備え多数設置されるユニットを１系列の中央式真空
除塵装置の配管にそれぞれ電動弁を介して接続し，１台
ずつ再生操作を可能にしたのでフィルターの交換は不必
要となり、全自動で保守できるようになった。

【００８７】本発明による外気調和器は夏季には、外気
の熱で、低露点まで除湿した外気を再熱すると同時に外
気を冷却する第１、第２のプレートフィンチューブ熱交
換器を設置して、水循環ポンプを運転して双方の熱交換
器の間に水を循環して熱交換をさせたので、外気負荷を
在来より低減し、高い温度レベルの冷水に外気負荷の一
部分を移してエネルギー消費効率を高めることが出来
た。

【００８８】前記装置において外気温度が低く低露点の
除湿空気を再熱する効力が無い時季にはポンプを停止す
れば、循環水は下方に設置した開放水槽に自然流下して
熱交換器内部が空になり冬季、低温の外気による熱交換
器の凍結事故を自然に防止出来る。

【００８９】本発明では第３のプレートフィンチューブ
熱交換器を設置することによって、夏季の外気負荷を、
高い温度レベルの還冷水を利用してさらに一段温度レベ
ルの高い冷水に移すと同時にさらに温度レベルを向上
し、冬季には室内の発生熱を利用して外気の加熱、加湿
の熱源に充てることが出来、廃熱利用によってエネルギ
ー消費効率を高めることができる。

【００９０】また第３のプレートフィンチューブ熱交換
器と主熱交換器を組み合わせて数段に分割し、直列に配
置し、その各々の間隙に加湿器を備えた本発明による外
気調和器の方式を採用すれば、前記室内の発生熱が少な
く、高い温度レベルの冷水の還温度があまり上昇しない
場合でも、外気を段階的に加熱・加湿する方法で熱源と
して有効に利用することができる。

【００９１】本発明の外気調和器において主熱交換器を
直接接触形の熱交換器とした方式では、冷水と空気との
直接接触により熱交換効率が向上される他、外気の塵埃
や水溶性有害ガスを除去し、外気フィルターの保守を簡
便にしたり、別途、加湿器の設置を不必要にするなどの
大きい効果がある。

【００９２】

【図面の簡単な説明】

【図１】は本発明による空気調和装置の全体を示す系統
説明図、

【図２】は本発明による空気調和装置に使用されるファ
ンコイルユニットの詳細説明図である。

【００９３】

【符号の説明】

１．チラーユニット２．圧縮機３．四方弁４．空冷式凝縮器５．冷媒管の弁６．同上７．同上８．同上９．第２の凝縮器１０．絞り弁１１．氷蓄熱用蒸発器１２．冷媒切り替え弁１３．同上１４．空調使用時間帯用蒸発器１５．冷媒接続管１６．氷蓄熱水槽１７．散水装置１８．凝縮器用送風機１９．低温冷水循環ポンプ２０．低温冷水往管２１．低温冷水還管２２．高い温度レベルの冷水循環ポンプ２３．高い温度レベルの冷水往管２４．高い温度レベルの冷水還管２５．高い温度レベルの冷水と低温冷水の自動混合弁２６．高い温度レベルの冷水温度センサー２７．温水循環ポンプ２８．チラーユニットケーシング２９．共通架台３０．建物の屋上３１．外気調和器３２．空気吸込口３３．外気フィルター３４．第１のプレートフィンチューブ熱交換器３５．第２のプレートフィンチューブ熱交換器３６．第３のプレートフィンチューブ熱交換器３７．第４のプレートフィンチューブ熱交換器３８．主プレートフィンチューブ熱交換器３９．加湿器４０．送風機４１．ドレンパン４２．水循環配管４３．水循環ポンプ４４．開放水槽４５．外気調和器ケーシング４６．外気給ダクト４７．空調を行う部屋４８．天井懐スペース４９．ファンコイルユニット５０．高い温度レベルの冷水往主縦管５１．高い温度レベルの冷水還主縦管５２．各階の熱交換器５３．各階の冷水循環系統配管５４．高い温度レベルの各階冷水循環ポンプ５５．各階の開放水槽５６．切り替え弁５７．同上５８．密閉型冷却塔５９．切り替え弁６０．同上６１．翼６２．回転円盤６３．輻流式回転翼車６４．プレートフィンチューブ熱交換器６５．ファンモーター６６．フィルターメディア６７．駆動モーター６８．駆動ロール６９．ロールスプリング７０．巻き取りロール７１．空気吸込口７２．上部ケーシング７３．ディフューザー７４．空気吹出口７５．防虫網７６．開口部７７．翼車吸気口７８．真空除塵管７９．電動弁８０．中央式真空除塵装置８１．電子回路８２．センサー８３．高い温度レベルの冷水入口管８４．電磁弁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】空気調和を行う部屋の在室者１名当たり
に必要最小限度の外気の取り入れ量で、同じく在室者１
名分の潜熱負荷を処理吸収できるより以上の除湿能力を
保持するような低露点まで外気調和器で取り入れ外気を
冷却除湿して室内に送風し、それによって室内空気の絶
対湿度を所定の値に保ち、室内側では空調使用時の室内
空気の露点温度より高い範囲でファンコイルユニットな
どの空調器によって空気を冷却し、室内と循環して室内
の顕熱負荷を処理吸収して室内空気の温度を所定の値に
保つことによって、室内空気の乾球温度・相対湿度を所
定の値に保つことを特色とする空気調和装置。
【請求項２】氷蓄熱装置を運転して得られる氷を融解
して水となった極めて氷点に近い温度の冷水を用いて、
取り入れ外気を所要の低露点まで冷却除湿することを特
色とする請求項１の空気調和装置。
【請求項３】外気調和器の空気入口に第１のプレート
フィンチューブ熱交換器を設けて、これに温湿度未調整
の外気を通し、同じく外気調和器の出口に第２のプレー
トフィンチューブ熱交換器を設け、第１のプレートフィ
ンチューブ熱交換器の後位にある主冷却器で低露点まで
冷却除湿された外気を通すようにして、かつ、第１と第
２のプレートフィンチューブ熱交換器双方の間に水循環
回路を設けて、循環ポンプによって水を循環し、夏季、
高温の外気と低露点の除湿空気の間で、循環水を介して
間接的に熱交換を行い、外気を冷却すると同時に低露点
の除湿空気を再熱することを特色とする請求項１の空気
調和装置。
【請求項４】請求項３における第１並びに第２のプレ
ートフィンチューブ熱交換器の間を循環する水循環回路
上で双方のプレートフィンチューブ熱交換器より低い位
置に開放水槽を設けて、循環ポンプを停止した場合は重
力によってプレートフィンチューブ熱交換器内部の水が
開放水槽に流下して空になるように配置したことを特色
とする請求項１の空気調和装置。
【請求項５】請求項３の第１のプレートフィンチュー
ブ熱交換器の次位に第３のプレートフィンチューブ熱交
換器を設けて、室内空気の循環冷却のためにファンコイ
ルユニットなどの空調機で使用して温度の上昇した冷水
をこれに通して夏季は外気を予冷し、冬季は外気を予熱
することを特色とする請求項１の空気調和装置。
【請求項６】請求項３における第２のプレートフィン
チューブ熱交換器の前又は後に隣接して第４のプレート
フィンチューブ熱交換器を設けて、外気を冷却除湿また
は室内の顕熱負荷を冷却除去するために冷凍機を運転し
た結果として生じる凝縮器側の排熱を利用して、低露点
まで冷却除湿された給気をこの第４のプレートフィンチ
ューブ熱交換器で再熱するようにしたことを特色とする
請求項１の空気調和装置。
【請求項７】請求項５における第３のプレートフィン
チューブ熱交換器の次位に低露点までの冷却除湿を目的
とする主プレートフィンチューブ熱交換器を設置し、氷
蓄熱によって得た氷点に究めて近い温度の冷水で外気の
冷却除湿を行うことを特色とする請求項１の空気調和装
置。
【請求項８】請求項７における主プレートフィンチュ
ーブ熱交換器を散水式の直接接触形の主熱交換器に入れ
替えた請求項１の空気調和装置。
【請求項９】請求項５における第３のプレートフィン
チューブ熱交換器と請求項８における直接接触形の主熱
交換器を同数の複数段に分割して、交互に気流に沿って
直列に配置したことを特色とする請求項１の空気調和装
置。
【請求項１０】１０００本以上の極めて多数の内径２．
５ｍｍ以下のキャピラリーチューブを並列に接続して、
これを氷蓄熱運転時用の冷媒の蒸発器として氷蓄熱槽の
中に配列し、不凍液を使用せずに直接冷媒と熱交換冷却
して氷を作り、空調使用時間帯にこの氷を融解して得ら
れる氷点に極めて近い温度の冷水を用いて外気の冷却除
湿に使用することを特色とする請求項１の空気調和装
置。
【請求項１１】請求項１０における冷凍機の回路をその
空調使用時間帯には氷蓄熱用の蒸発器とは別に設けた空
調使用時間帯用蒸発器に弁操作で切り替えて運転し、蒸
発温度を室内空気の露点温度またはそれより高い温度で
運転して得られる高い温度の冷水を、空調非使用時間帯
に蓄熱運転して作った氷を融解して得られる氷点に究め
て近い低温の冷水と混合して、室内の顕熱の冷却除去に
必要な温度でかつ室内空気の露点温度を越えた高い温度
レベルの冷水として室内の顕熱冷却用のファンコイルユ
ニットまたは空調器で使用することを特色とする請求項
１の空気調和装置。
【請求項１２】請求項１１の冷凍機において空調使用時
間帯に通常の冷凍機より高い蒸発温度で運転する場合に
備えて、空冷式凝縮器に散水を掛けて、その蒸発潜熱に
よって凝縮温度を低く抑えるか、または水冷式凝縮器を
用いて密閉形圧縮機の過負荷を防止したチラーユニット
を使用することを特色とする請求項１の空気調和装置。
【請求項１３】請求項１０の氷蓄熱槽とその内部に収納
された蓄熱用蒸発器を圧縮機、空冷式凝縮器、空調使用
時間帯用蒸発器など冷媒回路を構成するすべての部品と
ともに１つの共通架台の上に纏めたチラーユニットを使
用することを特色とする請求項１の空気調和装置。
【請求項１４】中間期または冬季に大部分の室内を冷房
しながら、外周に面した室内を暖房する必要がある場合
に応じ、冷水を大部分の配管系統に送水すると同時に温
水を外周に面したファンコイルユニットの配管系統に送
水するため、空冷式凝縮器に並列または直列に水冷式凝
縮器を設けて前記配管系統の温水を加熱するようにした
チラーユニットを使用することを特色とする請求項１の
空気調和装置。
【請求項１５】請求項１１のファンコイルユニットまた
は空調器に供給する高い温度レベルの冷水の冷熱源回路
に直列または並列にまたは直列・並列切り替え可能に密
閉形冷却塔を接続して外気温度が充分に低く、密閉冷却
塔の出口でファンコイルユニットまたは空調器の出口の
冷水温度より低い水温が得られる場合はこれを利用して
冷凍機による冷却を減じるか、停止しても所要の冷却が
可能なようにした請求項１の空気調和設備。
【請求項１６】請求項１に述べたように低露点まで除湿
し、再熱した外気を、空気調和を行う部屋の天井懐を外
気チャンバーとしてここに導入したのち、天井に設置し
たファンコイルユニットで吸い込んで、室内へ給気する
ようにして、天井懐の空気を低露点に保ち、ファンコイ
ルユニットへの天井懐内部の冷水管の保温・防露を省い
たことを特色とする請求項１の空気調和装置。
【請求項１７】平面形状が正方形または長方形、円形な
どのプレートフィンチューブ熱交換器の上方に近接して
軸垂直で下面開放の状態で輻流式回転翼車をモーター直
結にて設置し、その上方をケーシングで囲み、プレート
フィンチューブ熱交換器の下方、室内天井面より空気吸
込口、フィルターを経て、空気を吸い込んでプレートフ
ィンチューブ熱交換器を通過させて冷却または加熱し、
該輻流式回転翼車を回転し加圧して、周囲に設けたディ
フューザー、空気吹出口を経て天井面より室内へ吹き出
して循環するようにした天井面に接して設置されるファ
ンコイルユニットを使用することを特色とする請求項１
の空気調和設備。
【請求項１８】請求項１７におけるファンコイルユニッ
トにおいて、輻流式回転翼車の回転円盤の中央に近く、
複数個の穴を空けて、かつ、輻流式回転翼車の上方のケ
ーシングにも輻流式回転翼車の中心に開口部を作って、
輻流式回転翼車を回転させる時に、前記ケーシングの開
口部から前記回転円盤に空けた複数個の穴を通して、フ
ァンコイルユニットの設置されている天井懐の空気を吸
い込んで、一方、下方の室内から空気吸込口、フィルタ
ー、プレートフィンチューブ熱交換器をへて来た再循環
空気と、回転している輻流式回転翼車の内部で平均的に
混合してディフューザー、空気吹出口を経て室内へ混合
空気を供給するようにしたファンコイルユニットを使用
することを特色とした請求項１の空気調和装置。
【請求項１９】請求項１に述べた室内の顕熱負荷を冷却
除去するために使用する請求項１１のファンコイルユニ
ットにおいて空調使用時の室内空気の露点温度より高い
温度の冷水を用いることによって、ファンコイルユニッ
ト周りのドレンパン、ドレン配管、保温などを省いて、
顕熱冷却専用のファンコイルユニットとしたファンコイ
ルユニットを使用する事を特色とする請求項１の空気調
和装置。
【請求項２０】請求項１９におけるファンコイルユニッ
トにおいて、熱交換器の最も結露を生じ易い部分に水分
センサーを設けるか、出口空気の相対湿度のセンサーを
設けて結露の生じる状況を検知し、この信号によってフ
ァンの回転数を上げて風量を増加し、空気入口温度と出
口温度の差を小さくして結露を防止するか、または、冷
水出入口に設けた電磁弁を閉じて冷水の流れを停止して
結露を防止するか、または双方の方法で結露を防止する
機能を備えたファンコイルユニットを使用することを特
色とする請求項１の空気調和装置。
【請求項２１】請求項１７におけるファンコイルユニッ
トのプレートフィンチューブ熱交換器の下方に、不織布
製のフィルターを設け、このフィルターの両端をロール
に巻いてこのロールを回転させることによりプレートフ
ィンチューブ熱交換器全長に亙ってフィルターメディア
を往復移動させるようにして、この移動方向に直角にフ
ィルターメディアの下面の一端に接して多孔式またはス
リット式の真空除塵管を設けて、これを電動弁を介して
集中式真空掃除設備に接続し、電動弁を開放して集中式
真空掃除設備を運転し、フィルターメディアを往復移動
させる事によって逆洗浄し、フィルターメティアを自動
再生して半永久的に使用できるようにしたファンコイル
ユニットを使用することを特色とする請求項１の空気調
和装置。
【請求項２２】多層階建物において、熱源装置を屋上な
どに集中的に設置して、各階にファンコイルユニットま
たは空調器を多数設置してなる空気調和装置において、
請求項１１におけるファンコイルユニットまたは空調器
にて使用する温度レベルの高い冷水の回路上に各階に熱
交換器を設置して屋上からの圧力の掛かった配管と縁を
切り、各階に開放水槽と循環ポンプをもつ独立した冷水
循環回路を設けて、前記各階の熱交換器で熱交換して当
該階の冷却を可能とし、かつ、前記開放水槽を前記循環
ポンプの吐出側と吸込側に切り替えて接続出来るように
したことを特色とする請求項１の空気調和装置。