特許 6134511 直膨コイルを使用した空気調和機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6134511

(24)【登録日】2017年4月28日

(45)【発行日】2017年5月24日

(54)【発明の名称】直膨コイルを使用した空気調和機

(51)【国際特許分類】

   F24F 3/153 20060101AFI20170515BHJP

【ＦＩ】

   F24F3/153

【請求項の数】3

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2012-287145(P2012-287145)

(22)【出願日】2012年12月28日

(65)【公開番号】特開2014-129913(P2014-129913A)

(43)【公開日】2014年7月10日

【審査請求日】2015年12月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001373

【氏名又は名称】鹿島建設株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】513002500

【氏名又は名称】三和空調株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】390003333

【氏名又は名称】新晃工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100111442

【弁理士】

【氏名又は名称】小原 英一

(72)【発明者】

【氏名】坂本 和美

(72)【発明者】

【氏名】長崎 匡洋

(72)【発明者】

【氏名】毛利 富生

(72)【発明者】

【氏名】川本 光一

(72)【発明者】

【氏名】才野 忠敬

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 義高

(72)【発明者】

【氏名】塩見 將人

【審査官】 田中 一正

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭５３−０８０１６１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０２−０８２０６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５７−０１９５４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−０３１２４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０１８７６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−３２２３７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１５９９２８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２４Ｆ ３／１５３

Ｆ２４Ｆ １１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

外気を導入して冷媒により冷却あるいは加熱する２群の直膨コイルを直列に配置し、上流の第１直膨コイル群はさらに複数並列に配列し、下流の第２直膨コイル群もさらに複数並列に配列した空気調和機において、
前記第１直膨コイル群の複数の直膨コイル、及び、前記第２直膨コイル群の複数の直膨コイルはそれぞれ独立して制御可能とし、
前記第２直膨コイルの下流には再熱コイル及び加湿器を配置し、
前記再熱コイルは上流に第１再熱コイルと下流の第２再熱コイルとを設け、
前記第１再熱コイルは、前記第２直膨コイル群の冷凍サイクルにおいて、凝縮器と直列に設けられ、前記第１再熱コイルを使用しない場合に該第１再熱コイルをバイパスする機構を備えることを特徴する直膨コイルを使用した空気調和機。

【請求項2】

前記第１直膨コイル群は２台の直膨コイルを並列に配置したことを特徴する請求項１に記載の直膨コイルを使用した空気調和機。

【請求項3】

前記第２直膨コイル群は４台の直膨コイルを並列に配置したことを特徴する請求項１又は２に記載の直膨コイルを使用した空気調和機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数の直膨コイルを使用した空気調和機に関し、特に、直列２段の直膨コイル群をそれぞれ複数の並列する直膨コイルとするものであって、省エネを実現する直膨コイルを使用した空気調和機に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、水コイルを使用する空気調和機の熱媒は冷水、温水、蒸気などであるが、直膨コイルの空気調和機の冷媒コイルの熱媒は水以外の冷媒である。
従来、クリーンルームでは厳格な空調管理が要求されているが、通常、設定温度・湿度の許容範囲は、温度では±３℃以内、湿度では１０％以内の制御が求められている。
ところで、水コイルを使用する空気調和機の熱媒は冷水、温水、蒸気などであり、直膨コイルの空気調和機の冷媒コイルの熱媒は冷媒であるが、以下に述べるように、それぞれに利点や欠点がある。

【0003】

クリーンルームでの水コイル使用の基本的な空調システムは、図１に示すようなものであるが、戸外からの空気ＯＡは、冷水コイルaをバルブiで制御して熱交換され、目標の大凡の温度・湿度以下に冷房(暖房)され、再熱コイルｂと加湿器cとで微調整して求められる給気ＳＡを得ている。
この場合の空気の状態変化を、図２の空気線図を参照して図１のシステムを説明すると、外気ＯＡが図２でのＡ点の状態であると、水コイルaは冷凍機ｈやチラーから冷水（温水、蒸気）が供給されていて、バルブｉを制御することにより、コイル出口空気温度を設定した露点温度、実際は、露点温度の設定値は余裕をみて目標絶対湿度より低い露点温度まで（図２の目標絶対湿度線以下）温度をさげ、Ｂ点に移行する。
その後、ボイラｅにより高温の温水或いは蒸気をバルブｄにより制御して再加熱コイルｂに供給し、露点温度から加湿可能温度まで再熱し、空気温度を図２のＣ点まで上昇させる。 更に、ボイラｅからの蒸気を加湿器cから噴霧して、最終目標の湿度にして図２のＤ点まで上昇させている。

【0004】

しかしながら、図１に示すような、従来の水コイル使用の基本的な空調システムは、(１)冷却・再熱のための熱源機器を設置するための熱源機械室が必要であり、(２)バックアップを考えた場合もう１セットのシステム設置が必要であり、(３)分散している空気調和機の運転台数に関わらず大型の熱源機器が運転し、冷水の搬送動力が低減し難く、（４)熱源機器、冷水・再熱コイル・加湿のバルブ制御が異なる工事区分となり、施工後の管理項目が煩雑となるといった問題点があった。

【0005】

また、直膨コイルは間接的な熱の受け渡しがないため、直膨コイルのシステムの冷暖房効率は水コイルを上回るはずであるが、直膨コイルは水以外の冷媒であることから、液体や気体といった異なった相にするための圧力・温度の制御が難しく、きめ細かい制御の管理が厄介であるといった問題点があった。
例えば、クリーンルームでの直膨コイル使用の基本的な空調システムは、図３に示すようなものであるが、図１の水コイルaの使用と異なるのは、水コイルaの変わりに、３台の直膨コイルｇ１,ｇ２,ｇ３を並列配置した構成である。直膨コイルで広範囲な空調制御が難しく、そこで、直膨コイルを３台並列にして、低負荷の場合は１台稼働にし、高負荷の場合には全台を稼働して、広範囲の空調制御を可能としている。

【0006】

この場合の空気の状態変化を、図２の空気線図を参照して図３のシステムを説明すると、外気ＯＡが図４でのＡ点の状態であると、ファンと圧縮機からなる室外機ｋ１,ｋ２,ｋ３の全機運転し、直膨コイルｇ１,ｇ２,ｇ３のコイル出口空気温湿度を設定した露点温度以下、露点温度の設定値は余裕をみて目標絶対湿度より低い露点温度にさげ、Ｂ点に移行する。
その後は、水コイルの空調機と同様に、ボイラｅにより高温の温水或いは蒸気をバルブｆにより制御して再加熱コイルｂに供給し、露点温度から加湿可能温度まで再熱し、空気温度を図２のＣ点まで上昇させる。更に、ボイラｅからの蒸気を加湿器cから噴霧して、最終目標の湿度にして図２のＤ点まで上昇させている。

【0007】

しかしながら、図３に示すような、直膨コイル使用の基本的な空調システムは、(１)直膨コイルが並列設置の為、除湿能力を考慮すると負荷による室外機の停止が困難となり、台数制御運転やメンテナンス時・故障時の対応が出来ない。例えば、図４の空気線図で説明すると、直膨コイルｇ２,ｇ３が停止してバイパス状態であって、直膨コイルｇ１だけが稼働してる場合は、直膨コイルｇ１の出口空気温湿度はＢ点にはなるが、直膨コイルｇ２,ｇ３がバイパス状態であるので、これらを混合した空気は、Ｂmix点となり設定した露点温度以下にはならない。したがって、常時全数運転する必要がある。
また、(２)直膨コイル出口温度を目標露点温度以下にするため、常時すべての室外機が運転が必要となり、低負荷時はコイル出口空気温湿度は目標値よりもかなり低くなる。そのため、Ｂ→Ｃの再熱能力及びＣ→Ｄの加湿能力が大きくなる為、結果として、省エネルギー運転とならない。

【0008】

このため、直膨コイルは空気の温度・湿度管理の要求が厳格ではない家庭用の空気調和機等の室内機１個に対し室外機も１個ずつ使っている小型のエアコンを部屋ごとに設置する方法がむしろ好まれる傾向にあり、直膨コイルだけの空調設備は大きな工場等では採用され難い傾向にあり、特許文献１、２に開示されているように、直膨コイルと水コイルとの併用によって大きな工場等でも採用できる空気調和システムが提案されている。

【0009】

そこで、発明者らは、特許文献３として、直膨コイルだけを使用した空気調和機であって、水コイルのための冷水をつくる熱源機が不要で省スペース化とし、ローテーション運転を可能として耐久性を向上させ、また、故障時のバックアップ運転が容易に対応でき、かつ、従来の冷水コイルや並列配置と同様に、広範囲での温度・湿度をきめ細かく制御が可能で、再熱コイル・加湿器を設置し恒温恒湿条件を満足できる空気調和機を提供している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開２００６−２９２３００号公報

【特許文献2】特開２００８−７５９７８号公報

【特許文献3】特願２０１１−２０２３２９

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

本発明は、前掲の特許文献３の発明を更に省エネの効率を向上させることを課題としたもので、直膨コイルだけを使用した空気調和機であって、水コイルのための冷水をつくる熱源機が不要で省スペース化とし、ローテーション運転を可能として耐久性を向上させ、また、故障時のバックアップ運転が容易に対応でき、従来の冷水コイルや並列配置と同様に、広範囲での温度・湿度をきめ細かく制御が可能した構成に加えて、直膨コイルの冷凍サイクルの排熱を再熱に用いて、省エネを実現し、恒温恒湿条件を満足できる空気調和機を提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、外気を導入して冷媒により冷却あるいは加熱する２群の直膨コイルを直列に配置し、上流の第１直膨コイル群はさらに複数並列に配列し、下流の第２直膨コイル群もさらに複数並列に配列した空気調和機において、
前記第１直膨コイル群の複数の直膨コイル、及び、前記第２直膨コイル群の複数の直膨コイルはそれぞれ独立して制御可能とし、
前記第２直膨コイルの下流には再熱コイル及び加湿器を配置し、
前記再熱コイルは上流に第１再熱コイルと下流の第２再熱コイルとを設け、前記第１再熱コイルは、前記第２直膨コイル群の冷凍サイクルにおいて凝縮器と直列に設けられ、前記第１再熱コイルを使用しない場合に該第１再熱コイルをバイパスする機構を備えることを特徴する直膨コイルを使用した空気調和機である。
請求項２の発明は、請求項１に記載の直膨コイルを使用した空気調和機において、前記第１直膨コイル群は２台の直膨コイルを並列に配置したことを特徴する。
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の直膨コイルを使用した空気調和機において、前記第２直膨コイル群は４台の直膨コイルを並列に配置したことを特徴する。

【発明の効果】

【0013】

本発明の直膨コイルを使用した空気調和機によれば、従来の水コイル使用の空調機とは異なり、冷水による冷却が必要なくなるため冷水をつくるための熱源機が不要となって、室外機設置スペースだけとなり冷熱源の機械室が不要になる。
また、並列配置の直膨コイル群と並列配置の直膨コイル群を２段の直列設置の組み合わせにより、ローテーション運転を可能として、１部の直膨コイル群や室外機等の運転を休ませることにより装置の長寿命化が可能となり、更に、一部の直膨コイルの故障時のバックアップ運転が容易に対応できる。
しかも、従来の冷水コイルや並列配置の直膨コイルに代えて、複数の並列配置した直膨コイル群を２段に直列に配置して給気露点温度制御を行うので、上流の直膨コイル群で大まかな冷房制御を行った後、下流の直膨コイル群で温度・湿度をきめ細かく制御が可能で、かつ、広範囲の温度・湿度管理が可能であり、更に、風下に従来の水コイルの場合同様に再熱コイル・加湿器を設置し正確に恒温恒湿条件を満足する制御が可能となる。
さらに、再熱コイルの熱源として、直膨コイルの冷凍サイクルの排熱を再熱に用いているので、別途にボイラ等の熱源が不必要となるか、必要としても熱源の負荷を著しく軽減でき、より省エネが実現する。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】従来の水コイル使用の空調システムの構成概略図、

【図2】図１、図３の従来の空気の状態変化を説明する空気線図、

【図3】従来の直膨コイルを３台並列した空調システムの構成概略図、

【図4】図３の空気調和機での問題点を説明する空気線図、

【図5】本発明の実施例１の直膨コイル群を使用し、再熱コイルに直膨コイルの排熱を用いた空気調和機の概略図、

【図6】実施例１の再熱コイルの空気線図、

【図7】実施例１の冷凍サイクルのモリエル線図、

【図8】実施例１での外気ＯＡの状態と各直膨コイルの稼働状態を説明する空気線図、

【図9】実施例１の外気ＯＡの状態の変化に対応した運転状況の測定結果のグラフの図、

【図10】実施例１でのローテーション及びバックアップ運転の組み合わせ例を説明する説明図、

【図11】本発明の実施例２の直膨コイル群を使用し、再熱コイルに直膨コイルの排熱を用いた空気調和機の概略図、

【図12】実施例２の再熱コイルの空気線図、

【図13】実施例２の冷凍サイクルのモリエル線図である。

【発明を実施するための最良の形態】

【0015】

本発明の直膨コイルを使用した空気調和機の好適な実施例を図面に沿って説明する。
［実施例１］
図５は、実施例１の直膨コイルを使用したクリーンルーム用の空気調和機１の全体の系統図で、外気ＯＡ(図５で右側から)を導入し、まず、上流側に冷媒により冷却する第１直膨コイル群２を配置し、下流に第２直膨コイル群３を配置し、更に、その下流に第１再熱コイル４１と第２再熱コイル４２、及び第１加湿器５１と第２加湿器５２を配置している。なお、本実施例の空気調和機１はクリーンルームに用いるが、通常、室内には加熱機器等が存在して室内温度を上昇させるので、冷却機能を使用した場合で説明する。なお、本発明で「外気」とは、戸外の空気のみを意味するものではなく、空調を対象の空気調和機の外から取り入れる空気のことである。
前記第１直膨コイル群２は、２台の直膨コイルである直膨コイル２１と直膨コイル２２を空気流の対して並列２段に配置したもので、この２台の直膨コイルにはそれぞれ膨張(制御)弁２１１と２２１を介して圧縮機２３１と凝縮器２３３及びファン２３２等からなる室外機２３に接続され、それぞれ独立して制御される。

【0016】

前記第１直膨コイル群２の下流には前記第２直膨コイル群３が配置されるが、この直膨コイル群３は４台の直膨コイルである直膨コイル３１乃至３４が空気流の対して並列４段に配置され、それぞれ独立して運転・制御される。
これらの第１直膨コイル群２と第２直膨コイル群３の間には、空気ＯＡを給気ＳＡとして送風する送風機(ファン)７が配置され、この送風機７は第１直膨コイル群２の一部が運転停止しても、吸気した空気を攪拌し冷却を均一にして、下流の複数の第２直膨コイル群３に送風するものである。
第２直膨コイル群３の４台の直膨コイル３１乃至３４は独立して運転・制御され、第２直膨コイル群３の下流には 空調状態を微調整して目標の温度・湿度にするために、第１再熱コイル４１と第２再熱コイル４２及び第１加湿器５１と第２加湿器５２が配備される。

【0017】

ここで、第２直膨コイル群３の複数の直膨コイルのうち、直膨コイル３１を例として冷房サイクルを説明する。
直膨コイル３１で冷房を終えた冷媒は、圧縮機３５、三方弁３６、室外機３７１を構成する凝縮器３７、ファン３７１に接続され、圧縮機３５で圧縮され温度上昇した冷媒は三方弁３６で、通常、上昇した熱の一部は第１再熱コイル４１で使用され、残りは凝縮器３７で排熱する。そして、凝縮器３７で排熱された冷媒は、膨張弁３８によって冷却され直膨コイル３１に循環させ、送風機７からの攪拌された空気を冷房する。なお、第１再熱コイル４１を使用しない場合は、圧縮機３５で温度上昇した冷媒は、三方弁３６でバイパスされされて全部凝縮器３７に送られ排熱して、膨張弁３８によって冷却され直膨コイル３１に送られる。他の直膨コイル３２、３３、３４も同様の構成であり、それぞれ独立して制御される。なお、圧力センサ３１１や温度センサ３１２は、圧縮機３５の制御をするためのものである。

【0018】

また、第１再熱コイル４１の下流には、第２再熱コイル４２が配置されているが、大まかに第１再熱コイル４１で加熱し第２再熱コイル４２で再熱の微調整を行うもので、ボイラ６の水を加熱して温水或いは蒸気を作り、これらを膨張(制御)弁(バルブ)４２１を介して第２再熱コイル４２に供給し加熱し、最終的に空調状態を微調整して目標の温度にする。
更に、ボイラ６の水を加熱した蒸気によって上流の第１加湿器５１によって大まかな加湿を行い、下流の第２加湿器５２で最終的な目標湿度に供給空気ＳＡを加湿する。

【0019】

ここで、実施例１での第２直膨コイル群３での冷房サイクルで再熱としての排熱利用が省エネになることを、図６、図７で説明する。
図６の空気線図で、外気ＯＡはｊ点から第１直膨コイル群２でｋ点まで冷やされ、更に、第２直膨コイル群３でｌ点まで冷やされ、次に、第１再熱コイル４１でおよその室温にｍ点まで加熱され、さらに第２再熱コイル４２で微調整されてｎ点まで再熱・加熱される。なお、第１、第２加湿器５１,５２は冬季に稼働するので、第２直膨コイル群３等が稼働する夏期の冷房時には稼働しない。この空気線図で必要エネルギーは、Ａ１とＢ１よりは少ないα(ｎ−ｍの加熱関与分)だけであるので、Ｂ１は第２直膨コイル群３で賄うので、従来のようにＡ１＋Ｂ１とはならない。

【0020】

次に、実施例１の第２直膨コイル群３での冷凍サイクルで排熱利用を、図７のモリエル線図で説明すると、溶媒を圧縮器３５で圧力(Ｍｐａ)を上昇(Ｕ)させるとともに温度も上昇させ、凝縮器３７でエンタルピー(ＫＪ／ｋｇ)を低下(Ｖ)させ、膨張弁３８で圧力(Ｍｐａ)を低下(Ｗ)させるとともに温度も下げ、低温になった溶媒は第２直膨コイル群３で空気を暖めることでエンタルピー(ＫＪ／ｋｇ)を上昇(Ｘ)させて、再び圧縮器３５で圧力(Ｍｐａ)を上昇(Ｕ)させる。この際、第１再熱コイル４１で費やされるエンタルピー(ＫＪ／ｋｇ)は、凝縮器３７でエンタルピー(ＫＪ／ｋｇ)(Ｖ)のうちの一部(Ｙ)を使用させる。したがって、別途に再熱用にボイラ６等の大量の熱源：エンタルピー(ＫＪ／ｋｇ)(エネルギー)を使用する必要がなく、必要としても熱源の負荷を著しく軽減できる。

【0021】

ここで、本実施例１での上記の構成での実験結果を説明する。
運転実験例
設計風量：5000m³/h （外気取入量：20％）
給気目標：12.6℃
コイル組み合わせ：直列・・・２列
段数・・・ （風上側）室外機１台・２段
（風下側）室外機２台・４段
一般に、直膨コイルは、高温源と低温源の温度差が小さいほど理論上の効率は良くなるものであり、定格運転が効率がよい。

【0022】

これを本実施例の６台の直膨コイル21,22,31,32,33,34ついて考えると、図８の空気線図に示すように、外気ＯＡが高温高湿のＡ領域の状態では、目標温度・湿度にするためには高負荷となり、全直膨コイルを稼働させる。
次に、外気ＯＡが高温高湿のＡ領域よりも多少湿度が低いＢ領域の状態では、負荷が多少下がるので、６台のうちどれか１台を休ませることができ、本実施例では直膨コイル３４を停止させることができる。
更に、外気ＯＡがＢ領域よりも更に湿度が低いＣ領域の状態では、負荷が更に下がるので、６台のうちどれか２台を休ませることができ、本実施例では直膨コイル３３,３４を停止させることができる。なお、直膨コイル３３,３４を停止させるときは、当然のことながら空調空気の通過はダンパ等で停止することになる。

【0023】

同様に、外気ＯＡがＣ領域よりも更に湿度と温度が低いＤ領域の状態では、負荷が更に下がるので、６台のうちどれか３台を休ませることができ、本実施例では直膨コイル３２,３３,３４を停止させることができる。
同様に、外気ＯＡがＤ領域よりも更に湿度と温度が低いＥ領域の状態では、負荷も小さくなるので、６台のうちどれか４台を休ませることができ、本実施例では第２直膨コイル群３の直膨コイル３１乃至３４を停止させ、第１直膨コイル群２だけを稼働して、省エネを実現している。

【0024】

この時の実際の実施例１での運転状態の測定結果をグラフにした図９に沿って説明すると、図７は、空気調和機１での入口空気条件(エンタルピを減少)を変化させた場合の出口での温度・湿度を測定したグラフである。
先ず、湿度について説明すると、図９の上側（細線）は湿度の変化に関するグラフであり、空気調和機１への入口湿度:Ｖが９０〜８０％程度であって外気(入口)ＯＡの状態がＡからＥ領域に変化しても、直膨コイル群１,２をこれに対応した運転状態に切り換え、ＡからＥ領域に対応して直膨コイルの稼働台数を徐々に減らしていっても、出口湿度:Ｗは５０〜６０％を維持していることが判る。

【0025】

次に、温度について説明すると、図９の下側は温度の変化に関するグラフであるが、空気調和機１の入口温度:Ｙが３３℃から１８℃程度まで下がり、外気(入口)ＯＡの状態がＡからＥ領域に変化し、直膨コイルの稼働状態に伴って切り換え、直膨コイルの稼働台数を徐々に減らしていっても、途中、領域切換えで新たに直膨コイルの運転を停止する際に多少温度が上昇するが、それでも出口温度:Ｚは１０.３〜１２.６℃の範囲を維持している。
このように、高温高湿のＡ領域以外では直膨コイルの１部を停止することができ、ローテンションを組めば効率的に直膨コイルや室外機等を休ませることができ、更に、計画的にローテーション運転を行って直膨コイルや室外機等の長寿命化を実現できる。

【0026】

また、実施例１によれば、故障時のバックアップ運転が容易に対応できるが、これをローテーションの実例と併せて、図１０に沿って説明する。
図１０において、高温・高湿のＡ領域においては６台の全直膨コイルを稼働させるが、負荷が減少したＣ領域においては、各直膨コイル21,22,31,32,33,34は独立して制御可能であるので２台の直膨コイル及びこれらに付随する室外機等を休ませることができる。この場合、各直膨コイル21,22,31,32,33,34は独立して制御可能であるので、能力が同じ場合には２台の選択は任意であり、例えば、Ｃ領域運転１のように直膨コイル３１，３２を休ませることができ、また、Ｃ領域運転２のように直膨コイル３３，３４及びこれらに付随する室外機等を休ませることができ、次のＣ領域運転１と２を交互に稼働させるようにしてもよい。

【0027】

また、故障時について説明すると、通常運転では、図１０の中段の両端に示されるように、Ｅ領域で直膨コイル２１と２２を稼働して直膨コイル３１乃至３４の４台を停止しているが、図１０の下段の両端(a)(f)に示すように、直膨コイル２１と２２が故障或いは保守で停止せざるを得ない場合は、直膨コイル３１乃至３４の４台を稼働させれば、通常通りの冷房能力を確保できる。
同様に、図１０のＣ領域運転１のように直膨コイル３１，３２を休ませている場合、図１０の下段の(b)に示すように、直膨コイル３３と３４が故障或いは保守で停止せざるを得ない場合は、直膨コイル３１、３２、及び、直膨コイル２１,２２の４台を稼働させれば、通常通りの冷房能力を確保でき、また、図１０の下段の(ｃ)に示すように、直膨コイル２１と２２が故障或いは保守で停止せざるを得ない場合は、直膨コイル３１乃至３４の４台を稼働させれば、通常通りの冷房能力を確保できる。

【0028】

更に、図１０のＣ領域運転２のように直膨コイル３３，３４を休ませている場合、図１０の下段の(ｄ)に示すように、直膨コイル３１と３２が故障或いは保守で停止せざるを得ない場合は、直膨コイル３３、３４、及び、直膨コイル２１,２２の４台を稼働させれば、通常通りの冷房能力を確保でき、また、図１０の下段の(ｅ)に示すように、直膨コイル２１と２２が故障或いは保守で停止せざるを得ない場合は、直膨コイル３１乃至３４の４台を稼働させれば、通常通りの冷房能力を確保できる。

【0029】

［実施例２］
次に、実施例２について説明する。実施例２と実施例１との違いは、図１１〜１３に示すように、第２直膨コイル群３に連なる第１再熱コイル４１の構成・作用が異なり、第２直膨コイル群３及び第１再熱コイル４１でのエネルギーが、実施例１に比べて更に省エネとなる。このことを以下に詳しく説明する。
図１１において、ここで、第２直膨コイル群３の複数の直膨コイルのうち、直膨コイル３１を例として冷房サイクルを説明する。
直膨コイル３１で冷房を終えた冷媒は、圧縮機３５、凝縮器３７及びファン３７１からなる室外機３７１、三方弁３６及び第１再熱コイル４１とに接続される。先ず、圧縮機３５で圧縮され温度上昇した冷媒は凝縮器３７に送られ、凝縮器３７では１部がファン３７１等で排熱され(冷やされ)、三方弁３６の実線に沿って第１再熱コイル４１に送られ、更に第１再熱コイル４１で残りの熱を排熱し、膨張弁３８で冷媒を冷却して直膨コイル３１に循環させる。
なお、第１再熱コイル４１を使用しない場合は、三方弁３６でバイパスされされ凝縮器３７で排熱して温度が低下した溶媒は、全部が膨張弁３８によって冷却され直膨コイル３１に送られる。他の直膨コイル３２、３３、３４も同様の構成であり、それぞれ独立して制御される。また、他の構成・作用は、実施例１と同じなので、説明は省略する。

【0030】

ここで、本実施例２での第２直膨コイル群３での冷房サイクルで再熱としての排熱利用が実施例１より省エネになることを、図１２、図１３で説明する。
図１２の空気線図で、外気ＯＡはｊ点から第１直膨コイル群２でｋ点まで冷やされ、更に、第２直膨コイル群３でｌ点まで冷やされ、次に、第１再熱コイル４１でおよその室温にｍ点まで加熱され、さらに第２再熱コイル４２で微調整されてｎ点まで再熱・加熱される。なお、第１、第２加湿器５１,５２は冬季のみ稼働し第２直膨コイル群３等が稼働する夏期には稼働しない。この空気線図で必要エネルギーは、Ａ１うちＢ１−α(α＝ｎ−ｍの加熱関与分)と同等のＢ２−αは結果として第２直膨コイル群３で賄うので、必要なエネルギーはＣ１＋αであり、実施例１でのＡ１よりも更に少ないエネルギーで所定の冷房を達成することができる。

【0031】

次に、実施例２の第２直膨コイル群３での冷凍サイクルで排熱利用を、図１３のモリエル線図で説明すると、溶媒を圧縮器３５で圧力(Ｍｐａ)を上昇(Ｕ)させるとともに温度も上昇させ、凝縮器３７でエンタルピー(ＫＪ／ｋｇ)を低下(Ｖ)させ、次に、三方弁３６で第１再熱コイル４１に導き、更に第１再熱コイル４１でエンタルピー(ＫＪ／ｋｇ)を低下(Ｙ)させ、膨張弁３８で圧力(Ｍｐａ)を低下(Ｗ)させるとともに温度も下げ、低温になった溶媒は第２直膨コイル群３で空気を暖めることでエンタルピー(ＫＪ／ｋｇ)を上昇(Ｘ)させて、再び圧縮器３５で圧力(Ｍｐａ)を上昇(Ｕ)させる。この際、第１再熱コイル４１で費やされるエンタルピー(ＫＪ／ｋｇ)だけ、第２直膨コイル群３の冷却能が向上し、逆にいえば、所定の冷房をより少ないエネルギーで実現できる。勿論、実施例１と同様に、別途に再熱用にボイラ６等の大量の熱源：エンタルピー(ＫＪ／ｋｇ)(エネルギー)を使用する必要がないか、必要としても熱源の負荷を著しく軽減できる。

【0032】

以上詳述したように、実施例１及び実施例２によれば、(１）多段(２段)並列の直膨コイル群を更に配置したので、細かな段数制御により直膨コイル出口温度を設定した露点温度に制御可能となる。特に、実施例１では第２直膨コイル群３を４段並列としたので、給気に近い位置で正確な温度・湿度の制御が出来る。また、(２)熱源（室外機）やバルブの制御をパッケージ化することができ、施工後の管理が容易、増設・改修に対応しやすい。更に、(３)細かな段数制御により、従来システムよりも少エネルギー成績係数が良く、直膨コイル出口空気温度の誤差が±３℃程度のため、再熱や加湿の使用エネルギーが少ない。なお、この装置では再熱コイルやヒートポンプ(冷媒)にも対応可能である。

【0033】

更に、(４)本実施例の直膨コイルを使用した空気調和機は、従来の水コイル使用の空調機とは異なり、冷水による冷却が必要でなくなるため冷水をつくるための熱源機が不要となって、室外機設置スペースだけとなり、水コイルのための冷熱源の機械室が不要になる。また、(５)並列配置の直膨コイル群と並列配置の直膨コイル群を２段の直列設置の組み合わせにすることにより、ローテーション運転が可能で、ローテーション運転により直膨コイル群や室外機の長寿命化が可能となり、また、一部の直膨コイルや室外機が故障時のバックアップ運転が容易に対応できる。しかも、(６)複数の並列配置した直膨コイル群を２段に直列に配置して給気露点温度制御を行うので、上流の直膨コイル群で大まかな冷房制御を行った後、下流の直膨コイル群で温度・湿度をきめ細かく制御が可能で、かつ、広範囲の温度・湿度管理が可能であり、更に、風下に従来の水コイルの場合同様に再熱コイル・加湿器を設置し正確に恒温恒湿条件を満足する制御が可能となる。
また、(７)再熱コイルの熱源として、直膨コイルの冷凍サイクルの排熱を再熱に用いているので、別途にボイラ等の熱源が不必要となか、必要としても熱源の負荷を著しく軽減でき、より省エネが実現する。
なお、本発明の特徴を損なうものでなければ、上記の各実施例に限定されるものでないことは勿論である。

【符号の説明】

【0034】

ａ・・冷水コイル、ｂ・・再熱コイル、ｃ・・加湿器、ｄ・・バルブ、
ｅ・・ボイラ、ｆ・・バルブ、ｇ１,ｇ２,ｇ３・・直膨コイル、
h・・冷凍機、ｉ・・バルブ、ｋ１,ｋ２,ｋ３・・室外機、
１・・空気調和機、
２・・第１の直膨コイル群、２１,２２・・直膨コイル、
２１１,２２１・・膨張(制御)弁、
２３・・室外機、２３１・・圧縮機、２３２・・ファン、２３３・・凝縮器、
３・・第２の直膨コイル群、３１,３２,３３,３４・・直膨コイル、
３１１・・圧力センサ、３１２・・温度センサ、
３５・・圧縮器、３６・・三方弁、
３７・・凝縮器、３７１・・室外機、
３８,３８２,３８３,３８４・・膨張弁、
４１・・第１再熱コイル、４２・・第２再熱コイル、４２１・・制御弁(バルブ)、
５１・・第１加湿器、５１１・・制御弁(バルブ)、
５２・・第２加湿器、５２１・・制御弁(バルブ)、
６・・ボイラ、
７・・送風機(ファン)

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】