特開 2024-132257 空調システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024132257

(43)【公開日】2024-09-30

(54)【発明の名称】空調システム

(51)【国際特許分類】

   F24F 1/0059 20190101AFI20240920BHJP

   F24F 13/30 20060101ALI20240920BHJP

   F24F 13/08 20060101ALI20240920BHJP

   F24F 5/00 20060101ALI20240920BHJP

   F24F 11/70 20180101ALI20240920BHJP

   F24F 13/20 20060101ALI20240920BHJP

   F24F 140/20 20180101ALN20240920BHJP

【ＦＩ】

F24F1/0059

F24F13/30

F24F13/08 B

F24F5/00 101Z

F24F11/70

F24F1/0007 401B

F24F140:20

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023042968

(22)【出願日】2023-03-17

(71)【出願人】

【識別番号】000169499

【氏名又は名称】高砂熱学工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002860

【氏名又は名称】弁理士法人秀和特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】熊谷 博英

(72)【発明者】

【氏名】松岡 慎

【テーマコード（参考）】

3L051

3L054

3L081

3L260

【Ｆターム（参考）】

3L051BE04

3L054BF01

3L054BF02

3L054BG09

3L081AA10

3L260AA06

3L260AB06

3L260BA41

3L260CB37

3L260FA10

3L260FB33

3L260FB51

(57)【要約】

【課題】熱発生源を擁する空間における空調エネルギーを可及的に抑制する空調システムを提供することを課題とする。
【解決手段】熱を発する装置が設置された空調対象室を置換空調する空調システムであって、空調対象室の下部において空気を吹き出す空調吹出口と、空調対象室の上部において空気を吸い込む空調吸込口と、空調吸込口から吸い込んだ空気が通る吸熱コイルと、外気を空調対象室へ給気する外調機であって、吸熱コイルを通過した熱媒により外気を加熱する加熱コイルを有する外調機と、を備える。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱を発する装置が設置された空調対象室を置換空調する空調システムであって、
前記空調対象室の下部において空気を吹き出す空調吹出口と、
前記空調対象室の上部において空気を吸い込む空調吸込口と、
前記空調吸込口から吸い込んだ空気が通る吸熱コイルと、
外気を前記空調対象室へ給気する外調機であって、前記吸熱コイルを通過した熱媒により外気を加熱する加熱コイルを有する外調機と、を備える、
空調システム。

【請求項2】

前記空調吹出口には、吹き出す空気に旋回成分を与えるフィンが設けられている、
請求項１に記載の空調システム。

【請求項3】

前記空調対象室には、前記熱を発する装置の仕様に基づく温度条件が前記空調対象室の下部空間に設定されており、
前記吸熱コイルは、前記空調吸込口から吸い込んだ空気により熱媒を前記温度条件より高い温度にすることが可能な熱交換能を有する、
請求項２に記載の空調システム。

【請求項4】

前記吸熱コイルから前記加熱コイルへ通じる熱媒の経路には、前記吸熱コイルを通過した熱媒が所定の温度未満の場合に熱媒を加熱するための加熱手段が設けられている、
請求項３に記載の空調システム。

【請求項5】

前記外調機は、外気を除湿する冷却コイルを更に有し、
前記空調システムは、
前記冷却コイルに熱媒で冷熱を供給する冷凍機と、
前記冷凍機に冷却水を供給する冷却塔と、を更に備え、
前記冷却塔は、前記冷凍機へ流す冷却水を前記冷凍機の運転効率が高くなる温度にする、
請求項４に記載の空調システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、空調システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、各種の空調システムが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第７０６８２６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

空調に要するエネルギーを削減する手段の一つとして、置換空調がある。置換空調は、温度成層を維持しながら空調を行うので、設備や人が居ない上部空間を空気調和することによるエネルギーロスを削減できる。このような置換空調では、例えば、空調空間の下部に設けられた給気口から吹き出す空気に旋回成分を与えると、空調空間の空気をかき乱さないので、温度成層をより確実に維持しながら置換空調を行うことができる。置換空調は、温度成層を維持しながら空調を行うものなので、天井高の比較的高い工場等で特に有効である。

【0005】

ところで、工作機械等の熱発生源が設置されている工場では、熱発生源から発生した高温の空気が天井付近へ上昇する。このため、天井付近の空気を空調機で冷却し、空調空間の下部に設けられた給気口から吹き出す循環経路を空調システムで形成する場合、空調システムには熱発生源から発生する熱が空調の負荷として加わる。

【0006】

本開示は、一側面では、このような実情を鑑みてなされたものであり、その目的は、熱発生源を擁する空間における空調エネルギーを可及的に抑制する空調システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するため、本発明では、外気を空調対象室へ給気する外調機に、熱を発する装置が設置された空調対象室の上部において吸い込んだ空気が通る吸熱コイルを通過した熱媒が流れる加熱コイルを設けることにした。

【0008】

詳細には、本発明は、熱を発する装置が設置された空調対象室を置換空調する空調システムであって、空調対象室の下部において空気を吹き出す空調吹出口と、空調対象室の上部において空気を吸い込む空調吸込口と、空調吸込口から吸い込んだ空気が通る吸熱コイルと、外気を空調対象室へ給気する外調機であって、吸熱コイルを通過した熱媒により外気を加熱する加熱コイルを有する外調機と、を備える。

【0009】

上記の空調システムであれば、空調対象室に設置されている装置の稼働により装置から熱が発生すると、発生した熱が空調対象室の空気を介して吸熱コイルへ伝わり、吸熱コイルを通過する熱媒を加熱する。装置の熱で昇温された熱媒は、吸熱コイルから加熱コイルへ流れ、外調機で外気を加熱コイルが加熱する。よって、上記の空調システムによれば、外調機における空気の加熱に、装置で発生した熱が有効利用され、空調システム全体が消費する空調エネルギーが抑制されることになる。

【0010】

上記の空調システムであれば、吸熱コイルを通過した熱媒が外調機の加熱コイルを流れ、外調機における空気の加熱が行われるので、例えば、吸熱コイルを通過する熱媒と加熱コイルを通過する熱媒とを分離する系統構成とし、各熱媒の系統間をヒートポンプ等で熱交換する２段階方式の熱輸送方式を採る場合に比べると、系統構成が簡略である。よって、吸熱コイルから加熱コイルへの熱輸送に要する空調エネルギーが可及的に削減される。

【0011】

また、上記の空調システムであれば、吸熱コイルを通過した熱媒が外調機の加熱コイルを流れ、外調機における空気の加熱が行われるので、例えば、空調対象室の上部の空気と、外調機において冷却コイルにより除湿された外気とを熱交換器で熱交換する場合に比べて、空調対象室の上部の空気が有する熱を、外調機における空気の加熱に効率よく利用することができる。

【0012】

なお、空調吹出口には、吹き出す空気に旋回成分を与えるフィンが設けられていてもよい。これによれば、空調吹出口が設けられている高さの範囲内において、温度差の小さい温度成層による置換空調を実現することができる。よって、吹き出す空気に旋回成分を与えない空調吹出口を用いた一般的な置換空調の場合に比べて、空調対象室へ供給する冷気の温度を高くすることができるため、空調システムが冷気の製造に要する空調エネルギーの抑制を図ることが可能である。

【0013】

また、空調対象室には、熱を発する装置の仕様に基づく温度条件が空調対象室の下部空間に設定されており、吸熱コイルは、空調吸込口から吸い込んだ空気により熱媒を温度条件より高い温度にすることが可能な熱交換能を有していてもよい。これによれば、加熱コイルへ流れる熱媒をより高温にすることが可能な熱交換能を吸熱コイルが有することになるため、空調対象室の装置から発せられる熱を外調機における空気の加熱に可及的に利用可能である。

【0014】

また、吸熱コイルから加熱コイルへ通じる熱媒の経路には、吸熱コイルを通過した熱媒が所定の温度未満の場合に熱媒を加熱するための加熱手段が設けられていてもよい。ここで、所定の温度とは、加熱コイルに流す熱媒の温度条件であり、例えば、空調対象室に設定された温度条件等から定まる値である。これによれば、空調対象室の装置から発せられる熱で外調機における空気を十分に加熱できない場合であっても、外調機から空調対象室へ適切な温度の空気を供給することが可能となる。

【0015】

また、上記の外調機は、外気を除湿する冷却コイルを更に有し、上記の空調システムは、冷却コイルに熱媒で冷熱を供給する冷凍機と、冷凍機に冷却水を供給する冷却塔と、を更に備え、冷却塔は、冷凍機へ流す冷却水を冷凍機の運転効率が高くなる温度にしてもよい。これによれば、冷凍機へ流す冷却水の温度を、例えば、外調機における空気の加熱に適した温度にする必要が無いため、冷凍機の運転効率を高めて空調システム全体の空調エネルギーの消費を抑制することが可能となる。

【発明の効果】

【0016】

上記の空調システムであれば、熱発生源を擁する空間における空調エネルギーを可及的に抑制することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１は、実施形態に係る空調システムの概略図である。

【図2】図２は、室内機ユニットの外観斜視図である。

【図3】図３は、室内機ユニットの内部構造図である。

【図4】図４は、空調対象室内の高さ方向における温度勾配を表したイメージ図である。

【図5】図５は、熱源システムの系統図である。

【図6】図６は、空調システムの第１変形例を示した図である。

【図7】図７は、空調システムの第２変形例を示した図である。

【図8】図８は、変形例に係る熱源システムの系統図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態は、本発明の実施形態の一例であり、本発明の技術的範囲を以下の態様に限定するものではない。

【0019】

＜実施形態＞
図１は、実施形態に係る空調システムの概略図である。空調システム１は、装置３が設置されている空調対象室２を空調する空調システムである。本実施形態では、空調システム１を適用する空調対象室２として、高い空気清浄度を要する半導体装置の製造工場のクリーンルームを例示する。半導体装置の製造工場のクリーンルームには、熱を発する各種の半導体製造装置が配置される。そこで、本実施形態では、装置３として、このような半導体製造装置を想定する。半導体製造装置は、例えば、エッチング装置やＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置等である。図１では、装置３が２つ図示されているが、空調対象室２には適宜の個数の装置３が配置される。なお、本実施形態の空調システム１は、このような半導体装置の製造工場への適用に限定されるものでなく、例えば、リチウムイオン電池、精密な光学機器、その他の各種工業製品の製造工場に適用してもよい。

【0020】

空調システム１が空調を行う空調対象室２では、装置３に定められている温度条件を満たす必要がある。図１に示すように、装置３が空調対象室２の床面に設置されている場合、基本的には装置３付近の雰囲気温度が温度条件を満たしていればよく、装置３より上部の空間の雰囲気温度が温度条件を満たすように空調を行う必要は無い。そこで、本実施形態の空調システム１では、置換空調方式を採用することで、空調対象室２の空調に要する動力を可及的に抑制する。すなわち、空調システム１は、外調機ユニット６で処理した外気を空調対象室２へ供給するための吹出口ユニット４の他に、空調対象室２の上部において吸い込んだ空気を冷却して空調対象室２の下部で吹き出す室内機ユニット５を備える。図１では、吹出口ユニット４と室内機ユニット５が空調対象室２の壁面付近に１台ずつ配置されているが、吹出口ユニット４と室内機ユニット５は、壁面から離れた位置に配置されていてもよいし、各々が２台以上配置されていてもよい。

【0021】

以下、空調システム１のシステム構成について詳述する。

【0022】

外調機ユニット６は、屋外の外気を取り込んで浄化し、温度や湿度の調整を行ってダクト７経由で吹出口ユニット４へ供給するユニットであり、フィルタ６Ａ、加熱コイル６Ｂ、冷却コイル６Ｃ、再熱コイル６Ｄ、電動ファン６Ｅを有する。フィルタ６Ａは、空気中の塵や埃等の異物を捕獲する。加熱コイル６Ｂは、外調機ユニット６に取り込まれた空気を加熱する。冷却コイル６Ｃは、空気を冷却することにより、空気中の湿分を除去する。再熱コイル６Ｄは、冷却コイル６Ｃによって冷却された空気を加熱し、空気を空調対象室２へ供給するのに適した温度にする。電動ファン６Ｅは、電動モータの動力でファンを回転させて空気を送る。

【0023】

吹出口ユニット４は、外調機ユニット６が処理した空気を空調対象室２内で吹き出すためのユニットであり、空気が吹き出る吹出口や、吹き出す空気を浄化するためのフィルタ４Ｃを有する。空調システム１では置換空調方式を採用しているため、吹出口ユニット４は、空気を横向き（床面と平行）に吹き出す装置構成となっており、空調対象室２内の床面に設置される。

【0024】

室内機ユニット５は、空調対象室２の上部から吸い込んだ空気を冷却して空調対象室２の下部で吹き出す装置であるため、電動ファン５Ａや吸熱コイル５Ｂを有する。また、室内機ユニット５には、吹き出す空気を浄化するためのフィルタ５Ｃも有する。空調システム１では置換空調方式を採用しているため、室内機ユニット５も吹出口ユニット４と同様、空気を横向きに吹き出す装置構成となっており、空調対象室２内の床面に設置される。

【0025】

図２は、室内機ユニット５の外観斜視図である。また、図３は、室内機ユニット５の内部構造図である。図２に示すように、室内機ユニット５の上面には空調吸込口５Ｄが設けられている。また、室内機ユニット５の正面には空調吹出口５Ｅが設けられている。空調吸込口５Ｄでは、電動ファン５Ａの吸引力により空調対象室２の上部の空気が吸い込まれる。また、空調吹出口５Ｅでは、電動ファン５Ａから送り出された空気が吹き出る。

【0026】

図２を見ると判るように、空調吹出口５Ｅは、円形のものが室内機ユニット５の正面において複数個縦横に配列されている。各空調吹出口５Ｅは、互いに隙間を空けて室内機ユニット５正面の高さ方向及び幅方向に並んで配置されている。そして、各空調吹出口５Ｅには、空調吹出口５Ｅの中央を中心とした旋回流を発生させるためのフィンが、空調吹出口５Ｅの中心軸周りで円周方向に等間隔且つ放射状に設けられている。空調吹出口５Ｅの中央の中心周りに設けられたこれらのフィンは、空調吹出口５Ｅの中心軸に対して傾斜して配置されている。これにより、空調吹出口５Ｅから吹き出る空気には、空調吹出口５Ｅの中心を通る中心軸周りに旋回する旋回成分が与えられて、空調吹出口５Ｅ周辺の空調対象室２内の空気を誘引することができる。

【0027】

また、複数の空調吹出口５Ｅのうち上下で隣り合う空調吹出口５Ｅでは、互いにフィンの傾斜方向が逆になっていることで、互いに冷気に与える旋回成分が逆になる。例えば、図２において細い矢印で示すように、上から１番目の空調吹出口５Ｅで反時計回り方向の旋回成分を空気に与える場合には、上から２番目の空調吹出口５Ｅでは時計回り方向の旋回成分を空気に与える。これにより、これらの空調吹出口５Ｅの間では、上から１番目の空調吹出口５Ｅによる旋回成分と上から２番目の空調吹出口５Ｅによる旋回成分が同じ方向（図２では、右方向）となり、互いに旋回成分が助長し合うようになる。また、この場合には、上から３番目の空調吹出口５Ｅでは反時計回り方向の旋回成分を冷気に与える。これにより、上から２番目の空調吹出口５Ｅと上から３番目の吹出口１８との間では、上から２番目の空調吹出口５Ｅによる旋回成分と上から３番目の空調吹出口５Ｅによる旋回成分が同じ方向（図２では、左方向）となり、互いに旋回成分が助長し合うようになる。

【0028】

この結果、空調吹出口５Ｅから吹き出した冷気に誘引される空調吹出口５Ｅ周辺の空調対象室２内の空気の誘引量（誘引比）が増加するので、室内機ユニット５の正面方向に向かって空調対象室２内に冷気を拡散させることができる。これにより、冷気に旋回成分を与えない場合よりもドラフト感の無い吹き出しを行うことができる。また、空調対象室２内の空間のうち最下段の空調吹出口５Ｅから最上段の空調吹出口５Ｅまでの高さの範囲内において、上側から下側まで温度差の小さい温度成層による置換空調を実現することができる。

【0029】

図４は、空調対象室２内の高さ方向における温度勾配を表したイメージ図である。図４のグラフにおいて、実線は本実施形態の空調システム１における温度勾配を示し、一点鎖線は冷気に旋回成分を与えない一般的な置換空調における温度勾配を示している。本実施形態の空調システム１では、空調吹出口５Ｅにより空気に旋回成分を与える室内機ユニット５を用いているため、図４のグラフの実線が示すように、空調対象室２内の空間のうち最下段の空調吹出口５Ｅから最上段の空調吹出口５Ｅまでの高さの範囲内において、温度差の小さい温度成層による置換空調を実現することができる。一方、冷気に旋回成分を与
えない一般的な置換空調においては、温度条件が設定されている領域の上部を温度条件に適合させる場合、図４のグラフの一点鎖線が示すように、温度条件が設定される空調対象室２内の下部の領域において、空調システム１が空調吹出口５Ｅから吹き出す冷気よりも低い温度で冷気を吹き出す必要があり、温度差の大きい温度成層が不可避的に形成される。故に、一般的な置換空調の場合には、上限温度と下限温度との差分が比較的狭い範囲で温度条件が設定されている領域内で、空気を上限温度以下且つ下限温度以上にすることは困難である。本実施形態の空調システム１であれば、旋回成分を与えた冷気により上下間で温度差が小さい置換空調を行うことが可能なので、上限温度と下限温度との差分が比較的狭い範囲で温度条件が設定されている領域内で、空気を上限温度以下且つ下限温度以上に収めることが可能である。旋回成分を与えない気流で置換空調を行う場合に温度条件を満たそうとする場合は多大な送風量が必要であるが、本実施形態の空調システム１のように旋回成分を与えた気流であれば、送風量を減らしても温度条件を満たすことが可能であり、空調システム１全体の送風に係る動力を削減可能である。また、旋回成分を与えた冷気により上下間で温度差が小さい置換空調を行うことが可能なので、旋回成分を与えない一般的な置換空調よりも吹出温度を高く設定しても温度条件を満たすことができる。吹出温度を高くするということは、吸熱コイル５Ｂに通す熱媒温度を高くすることができるため、熱源効率の向上を図ることができる。また、送風量が減ることで、空調対象室２の上部空間の熱を回収する吸熱コイル５Ｂを通過した熱媒がより高温化され、後述するような吸熱コイル５Ｂを通過した熱媒の熱による外気の加熱を効率的に行うことができる。

【0030】

次に、空調システム１の熱源システムについて説明する。図５は、熱源システムの系統図である。空調システム１には、図５に示すような熱源システム８が備わっている。熱源システム８には、例えば、熱媒系統８Ａ、冷却水系統８Ｂ、温水系統８Ｃが備わっている。

【0031】

熱媒系統８Ａは、室内機ユニット５や外調機ユニット６といった空調対象の空気を取り扱う機器へ冷熱や温熱を供給するための熱媒が循環する系統である。熱媒系統８Ａには、冷熱を製造するための冷凍機８Ａ１、熱媒を循環させるための熱媒循環ポンプ８Ａ２、熱媒を各空調機器へ送る熱媒送りヘッダ８Ａ３、各空調機器へ分配供給された熱媒が還る熱媒還りヘッダ８Ａ４が設けられている。熱媒系統８Ａでは、冷凍機８Ａ１の蒸発器を通過した熱媒が、冷凍機８Ａ１から熱媒送りヘッダ８Ａ３へ繋がる熱媒配管８Ａ１０の途中に設けられた熱媒循環ポンプ８Ａ２により、熱媒送りヘッダ８Ａ３へ送られる。熱媒送りヘッダ８Ａ３へ送られた熱媒は、室内機ユニット５の吸熱コイル５Ｂへ繋がる熱媒配管８Ａ１２や、外調機ユニット６の冷却コイル６Ｃへ繋がる熱媒配管８Ａ１３へ流れる。そして、室内機ユニット５の吸熱コイル５Ｂへ流れた熱媒は熱媒配管８Ａ１５を通って熱媒還りヘッダ８Ａ４へ還り、外調機ユニット６の冷却コイル６Ｃへ流れた熱媒は熱媒配管８Ａ１６を通って熱媒還りヘッダ８Ａ４へ還る。熱媒還りヘッダ８Ａ４へ還った熱媒は、熱媒配管８Ａ１１を通って再び冷凍機８Ａ１の蒸発器を通過する。なお、図５では、熱媒系統８Ａに室内機ユニット５と外調機ユニット６と冷凍機８Ａ１が１台ずつしか設けられていないが、各機器や弁、配管、ポンプ類は熱媒系統８Ａに適宜設けられる。

【0032】

冷却水系統８Ｂは、熱媒系統８Ａに設けられている冷凍機８Ａ１の凝縮器を冷却するための冷却水が循環する系統である。冷却水系統８Ｂには、冷却水を循環させるための冷却水循環ポンプ８Ｂ１、冷却水を冷却する冷却塔８Ｂ２が設けられている。冷却水系統８Ｂでは、冷凍機８Ａ１の凝縮器を通過した熱媒が、冷凍機８Ａ１から冷却塔８Ｂ２へ繋がる冷却水配管８Ｂ４の途中に設けられた冷却水循環ポンプ８Ｂ１により、冷却塔８Ｂ２へ送られる。冷却塔８Ｂ２へ送られた冷却水は、冷却塔８Ｂ２内で上部から滴下し、冷却塔８Ｂ２の下部に溜まる。冷却塔８Ｂ２の下部に溜まった冷却水は、冷却水配管８Ｂ３を通って再び冷凍機８Ａ１の凝縮器へ流れる。冷却塔８Ｂ２には、内部に上昇気流を発生させることが可能な電動ファンが設けられており、冷却水配管８Ｂ３を流れる冷却水の温度に応
じて電動ファンが適宜発停することで冷却水が気化熱の原理により冷却される。電動ファンの発停は、冷却水配管８Ｂ３を流れる冷却水の温度が、冷凍機８Ａ１の運転効率が高くなる温度となるように制御されることが好ましい。また、冷却塔８Ｂ２には、冷却塔８Ｂ２下部に溜まる冷却水の水位が一定レベルを維持するように冷却水を補給するボールタップ弁等の給水手段が設けられている。なお、図５では、冷却水系統８Ｂに冷凍機８Ａ１と冷却塔８Ｂ２と冷却水循環ポンプ８Ｂ１が１台ずつしか設けられていないが、各機器や弁、配管、ポンプ類は冷却水系統８Ｂに適宜設けられる。

【0033】

温水系統８Ｃは、空調システム１が設置されている建物の各所へ温水を供給する系統である。温水系統８Ｃの温熱源には適宜のものが採用されている。温水系統８Ｃの温熱源に採用される温熱源としては、例えば、ヒートポンプやボイラーといった熱源機の熱、コンプレッサーといったユーティリティ設備で発生する排熱が挙げられる。

【0034】

空調設備で空気を加熱する場合、一般的には温水系統８Ｃで製造されるような温熱が利用される。しかし、本実施形態の空調システム１では、外気を処理する外調機ユニット６の加熱コイル６Ｂと再熱コイル６Ｄに、吸熱コイル５Ｂを通過した熱媒を流すことにより、空気の加熱に要する動力の削減を図っている。すなわち、図５の系統図に示すように、吸熱コイル５Ｂから熱媒還りヘッダ８Ａ４へ繋がる熱媒配管８Ａ１５の途中には、熱媒を加熱コイル６Ｂと再熱コイル６Ｄへ分流するための熱媒配管８Ａ１４が分岐経路として接続されている。熱媒配管８Ａ１４へ分岐した熱媒は、更に熱媒配管８Ａ１８を経由して加熱コイル６Ｂと再熱コイル６Ｄへ流れる。そして、加熱コイル６Ｂと再熱コイル６Ｄを通過した熱媒は、熱媒配管８Ａ１９経由で熱媒配管８Ａ１５へ再び合流し、熱媒還りヘッダ８Ａ４へ流れる。

【0035】

熱源システム８の熱媒系統８Ａには、このように、吸熱コイル５Ｂを通過した熱媒を加熱コイル６Ｂと再熱コイル６Ｄへ送る経路が設けられている。よって、空調対象室２に設置されている各装置３の稼働により装置３から熱が発生すると、発生した熱が空調対象室２の空気を介して吸熱コイル５Ｂへ伝わり、吸熱コイル５Ｂを通過する熱媒を加熱する。熱媒系統８Ａには吸熱コイル５Ｂを通過した熱媒を加熱コイル６Ｂと再熱コイル６Ｄへ送る経路が設けられているため、装置３の熱で昇温された熱媒は、吸熱コイル５Ｂから加熱コイル６Ｂと再熱コイル６Ｄへ流れ、外気を加熱コイル６Ｂで加熱し、また、外気を除湿する冷却コイル６Ｃによって冷却された空気を再熱コイル６Ｄで加熱する。よって、空調システム１によれば、外調機ユニット６に取り込まれた外気の加熱や、外気を冷却コイル６Ｃで除湿した後の空気の加熱に、装置３で発生した熱が有効利用され、空調システム１全体が消費する空調エネルギーが抑制されることになる。なお、このような熱の有効利用の仕組みに鑑みれば、吸熱コイル５Ｂは、空調対象室２の下部空間に設定されている温度条件より高い温度に熱媒を昇温可能な程度の熱交換能を有していることが熱利用の観点から好ましい。

【0036】

本実施形態の熱媒系統８Ａでは、吸熱コイル５Ｂを通過した熱媒が外調機ユニット６の加熱コイル６Ｂと再熱コイル６Ｄを流れ、外調機ユニット６における空気の加熱が行われるので、例えば、吸熱コイル５Ｂを通過する熱媒と加熱コイル６Ｂ及び再熱コイル６Ｄを通過する熱媒とを分離する系統構成とし、各熱媒の系統間をヒートポンプ等で熱交換する２段階方式の熱輸送方式を採る場合に比べると、系統構成が簡略である。よって、吸熱コイル５Ｂから再熱コイル６Ｄへの熱輸送に要する空調エネルギーが可及的に削減される。

【0037】

また、本実施形態の熱媒系統８Ａでは、吸熱コイル５Ｂを通過した熱媒が外調機ユニット６の加熱コイル６Ｂと再熱コイル６Ｄを流れ、外調機ユニット６における空気の加熱が行われるので、例えば、空調対象室２の上部の空気と、外調機ユニット６に取り込まれた外気及び外調機ユニット６において冷却コイル６Ｃにより除湿された外気とを熱交換器で
熱交換する場合に比べて、空調対象室２の上部の空気が有する熱を、外調機ユニット６における空気の加熱に効率よく利用することができる。

【0038】

なお、再熱コイル６Ｄを通過した空気が過冷却されるのを防ぐため、熱媒系統８Ａには再熱コイル６Ｄを通過する熱媒の流量を調整する調整弁８Ａ８と調整弁８Ａ９が設けられている。調整弁８Ａ８と調整弁８Ａ９は、再熱コイル６Ｄを通過した熱媒の温度を測定する温度センサ８Ａ７の測定値に基づいて開度調整される弁である。例えば、温度センサ８Ａ７の測定値が設定値より高ければ、調整弁８Ａ８の開度が減少し、調整弁８Ａ９の開度が増加するように制御される。また、例えば、温度センサ８Ａ７の測定値が設定値より低ければ、調整弁８Ａ８の開度が増加し、調整弁８Ａ９の開度が減少するように制御される。これにより、再熱コイル６Ｄを通過した空気が適切な温度に調整される。

【0039】

また、装置３が停止または起動直後である等の理由により、吸熱コイル５Ｂを通過する熱媒を装置３から発生する熱では十分に加熱できない場合に備え、吸熱コイル５Ｂから加熱コイル６Ｂと再熱コイル６Ｄへ流れる熱媒を温水系統８Ｃの温水の熱で加熱する手段が熱源システム８には設けられている。すなわち、熱源システム８には、熱媒系統８Ａの熱媒配管８Ａ１４と熱媒配管８Ａ１８との間に、熱源システム８の温水と熱交換をするための熱交換器８Ｃ２や、熱交換器８Ｃ２を通過する熱媒の流量を増減させるためのバイパス経路に調整弁８Ａ１７が設けられている。また、温水系統８Ｃには、熱交換器８Ｃ２を通過した熱媒が所定の温度となるように、熱交換器８Ｃ２から熱媒配管８Ａ１８へ流れる熱媒の温度を測定する温度センサ８Ａ６の測定値に応じて熱交換器８Ｃ２の温水の流量を調整する調整弁８Ｃ１が設けられている。また、熱媒配管８Ａ１４には、熱媒が熱交換器８Ｃ２を通過する際の圧力損失による流量不足を補うための熱媒ブースターポンプ８Ａ５が設けられている。調整弁８Ａ１７は、熱媒配管８Ａ１４と熱媒配管８Ａ１８との差圧が適当な大きさとなるように弁開度の増減動作をすることで、加熱コイル６Ｂと再熱コイル６Ｄを通過する熱媒の流量をコントロールする。これにより、例えば、吸熱コイル５Ｂを通過する熱媒を装置３から発生する熱では十分に加熱できないために、吸熱コイル５Ｂを通過した熱媒が所定の温度未満の場合は、熱交換器８Ｃ２を通過した熱媒が所定の温度に達するまで調整弁８Ｃ１の開度が増加することにより、吸熱コイル５Ｂから加熱コイル６Ｂと再熱コイル６Ｄへ流れる熱媒が温水系統８Ｃの温水の熱で加熱される状態となる。また、例えば、吸熱コイル５Ｂを通過する熱媒が装置３から発生する熱で十分に加熱されるために、吸熱コイル５Ｂを通過した熱媒が所定の温度以上の場合は、熱交換器８Ｃ２を通過した熱媒が所定の温度未満となるように調整弁８Ｃ１の開度が減少することで調整弁８Ｃ１が閉弁状態に至り、吸熱コイル５Ｂから加熱コイル６Ｂと再熱コイル６Ｄへ流れる熱媒が温水系統８Ｃの温水の熱で加熱されない状態となる。熱源システム８がこのように構成されているため、空調システム１は、装置３の稼働時においては空調システム１全体が消費する空調エネルギーの抑制を図りつつ、装置３が停止または起動直後等においては外調機ユニット６から空調対象室２へ適切な温度の空気を供給することが可能となる。

【0040】

例えば、図５に示されるように、熱媒送りヘッダ８Ａ３の熱媒の温度を１４℃として設計した場合について説明する。冷凍機８Ａ１の制御器に設定されている熱媒の温度目標値が１４℃となっている場合、熱媒送りヘッダ８Ａ３の熱媒は１４℃となる。熱媒送りヘッダ８Ａ３の１４℃の熱媒は、上述したように、室内機ユニット５の吸熱コイル５Ｂや外調機ユニット６の冷却コイル６Ｃへ送られる。外調機ユニット６の冷却コイル６Ｃへ送られた１４℃の熱媒は、電動ファン６Ｅの吸引によって外調機ユニット６に流入する外気を冷却する。

【0041】

一方、室内機ユニット５の吸熱コイル５Ｂへ送られた１４℃の熱媒は、電動ファン５Ａの吸引によって室内機ユニット５に流入する空調対象室２内の空気を冷却することにより、例えば、２６℃程度に加熱される。吸熱コイル５Ｂで２６℃程度に加熱された熱媒は、
上述したように、吸熱コイル５Ｂから加熱コイル６Ｂと再熱コイル６Ｄへ送られる。このため、外調機ユニット６では、外調機ユニット６に流入した外気が、加熱コイル６Ｂにおいて２６℃の熱媒で加熱されることになる。また、外調機ユニット６では、冷却コイル６Ｃにおいて１４℃の熱媒で冷却された外気が、再熱コイル６Ｄにおいて２６℃の熱媒で加熱されることになる。

【0042】

本実施形態の空調システム１では、このように、熱媒送りヘッダ８Ａ３から分岐して室内機ユニット５と外調機ユニット６へ分流した熱媒をそのまま熱媒還りヘッダ８Ａ４へ戻すのではなく、室内機ユニット５を通過した熱媒の一部を外調機ユニット６における加熱に利用する。よって、簡単な系統構成により熱輸送に要する空調エネルギーが可及的に削減され、また、空調対象室２内の空気に含まれる熱の有効利用が図られることになる。

【0043】

一般的な置換空調の場合には、上限温度と下限温度との差分が比較的狭い範囲で温度条件が設定されている領域内で、空気を上限温度以下且つ下限温度以上にすることは困難であった。故に、一般的な置換空調は、例えば、温度条件の厳しい半導体製造工場のクリーンルームのような箇所（例えば、温度条件が２３℃±３℃）への適用は困難であった。本実施形態の空調システム１であれば、旋回成分を与えた冷気により上下間で温度差が小さい置換空調を行うことが可能なので、上限温度と下限温度との差分が比較的狭い範囲で温度条件が設定されている領域内で、空気を上限温度以下且つ下限温度以上に収めることが可能であり、このような温度条件の厳しい箇所への適用が可能となる。

【0044】

また、本実施形態の空調システム１では、旋回成分を与えた冷気により上下間で温度差が小さい置換空調を行うことが可能なので、旋回成分を与えない一般的な置換空調よりも吹出温度を高く設定しても温度条件を満たすことができる。例えば、旋回成分を与えない置換空調の場合には、室内機ユニットの給気温度を１９～２０℃にすると、温度条件（２３℃±３℃）が設定されている領域を上限温度以下に適合させることが不可能であった。しかし、本実施形態の空調システム１では、旋回成分を与えた冷気により上下間で温度差が小さい置換空調を行うことが可能なので、室内機ユニット５の給気温度を１９～２０℃にしても、温度条件（２３℃±３℃）が設定されている領域を上限温度以下に適合させることが可能である。このため、熱媒送りヘッダ８Ａ３が１４℃という比較的高温の熱媒を室内機ユニット５へ供給する形態を採っても、温度条件が設定されている領域を上限温度以下に適合させることが可能となる。

【0045】

熱媒系統８Ａが冷凍機８Ａ１から供給する熱媒の温度を１４℃という比較的高温の温度帯に設定できるということは、冷凍機８Ａ１を低負荷で運転することができるので、冷凍機８Ａ１の動力を削減できる。この結果、熱媒系統８Ａ全体を高効率で運用することが可能となる。

【0046】

また、加熱コイル６Ｂや再熱コイル６Ｄで利用する熱の熱源としては、例えば、冷却水系統８Ｂにおいて冷凍機８Ａ１から出た冷却水の熱を利用することも考えられるが、その場合、外調機ユニット６で外気を適切に加熱するためには、冷却水系統８Ｂの冷却水を比較的高い温度帯（例えば、３２℃）で運用する必要が生じる。冷却水系統８Ｂの冷却水をそのような温度帯で運用すると、冷凍機８Ａ１の凝縮器における凝縮能力が低下するため、冷凍機８Ａ１の運転効率が悪い。この点、本実施形態の空調システム１では、加熱コイル６Ｂや再熱コイル６Ｄで利用する熱の熱源として、吸熱コイル５Ｂを通過した熱媒の熱を利用しているため、冷却水系統８Ｂの冷却水を、冷凍機８Ａ１の運転効率に適した温度帯で運用することができる。すなわち、本実施形態の空調システム１では、冷却水系統８Ｂの冷却水を、冷凍機８Ａ１の凝縮器が十分な凝縮能力を発揮できる低温の温度帯で運用することができる。よって、冷凍機８Ａ１の運転効率を高い状態にすることができる。

【0047】

本実施形態の空調システム１では、空調対象室２の装置３が排出する熱量や建物の断熱性能にもよるが、空調対象室２上部の空気の温度が概ね３０℃から３５℃程度の範囲を想定する。多種多様な機器から排出される排熱の中でも比較的低温の排熱であり、一般的には、このような温度帯の排熱を温熱として温水等の熱媒で回収することは困難である。しかし、本実施形態の空調システム１では、旋回成分を与えた気流による置換空調により、一般的な置換空調よりも高温の給気で温度条件を満たすことができることに着目し、室内機ユニット５における吸熱コイル５Ｂを流す熱媒でこのような温度帯の排熱を回収できることを見出したものである。このような温度帯の排熱を、外調機ユニット６における外気の加熱等に利用することができるのは、旋回成分を与えた気流による置換空調を用いることで高温の給気でも温度条件を満たせるようにしたが故であり、一般的な置換空調ではこのような熱の有効利用は実現不可能である。

【0048】

なお、上記実施形態では、外調機ユニット６において冷却コイル６Ｃで外気を除湿する前提で説明したが、このような除湿処理は、例えば、湿度の高い夏期のみ行い、湿度の低い冬期は除湿を省略してもよい。例えば、冬期において除湿を省略する場合、空調システム１は、冷却コイル６Ｃの熱媒の流通を弁で停止し、加熱コイル６Ｂと再熱コイル６Ｄで外気の加熱のみを行うようにしてもよい。

【0049】

また、上記実施形態では、外調機ユニット６が加熱コイル６Ｂと再熱コイル６Ｄの両方を備える形態であったが、空調システム１は、例えば、外調機ユニット６から加熱コイル６Ｂを省略したものであってもよい。再熱は加熱の一種であるため、この場合、再熱コイル６Ｄが本願でいう「加熱コイル」の一例に該当することになる。

【0050】

＜変形例＞
図６は、空調システム１の第１変形例を示した図である。上記実施形態の空調システム１は、例えば、図６に示すように、空調対象室２の天井面に設けられた空調吸込口から吸い込んだ空気を空調対象室２の内部または外部の空調機器で処理し、吹出口ユニット４の空調吹出口から吹き出す形態に変形してもよい。このような変形例であっても、空調対象室２の天井面に設けられた空調吸込口から吸い込んだ空気に含まれる装置３の熱を、外調機ユニット６における空気の加熱に利用することが可能である。よって、外調機ユニット６に取り込まれた外気の加熱や、外気を冷却コイル６Ｃで除湿した後の空気の加熱に、装置３で発生した熱が有効利用され、空調システム１全体が消費する空調エネルギーを抑制することが可能である。本第１変形例においても、上記実施形態と同様に、冬期において除湿を省略する場合は冷却コイル６Ｃの熱媒の流通を弁で停止し、加熱コイル６Ｂと再熱コイル６Ｄで外気の加熱のみを行うようにしてもよい。

【0051】

図７は、空調システム１の第２変形例を示した図である。上記実施形態の空調システム１は、例えば、外調機ユニット６から送られる冷気を、吹出口ユニット４の代わりに室内機ユニット５へ送る形態に変形してもよい。このような変形例っであっても、室内機ユニット５が吸い込んだ空気に含まれる装置３の熱を、外調機ユニット６における空気の加熱に利用することが可能である。よって、外調機ユニット６に取り込まれた外気の加熱や、外気を冷却コイル６Ｃで除湿した後の空気の加熱に、装置３で発生した熱が有効利用され、空調システム１全体が消費する空調エネルギーを抑制することが可能である。本第２変形例においても、上記実施形態と同様に、冬期において除湿を省略する場合は冷却コイル６Ｃの熱媒の流通を弁で停止し、加熱コイル６Ｂと再熱コイル６Ｄで外気の加熱のみを行うようにしてもよい。

【0052】

図８は、変形例に係る熱源システムの系統図である。空調システム１の熱源システム８は、例えば、図８に示すように変形してもよい。すなわち、熱源システム８は、上述した室内機ユニット５に相当する室内機ユニット５１の他に、例えば、吸熱コイル５Ｂを通過
した熱媒が外調機ユニット６を通らずに熱媒還りヘッダ８Ａ４へ直接戻る室内機ユニット５２を含んでいてもよい。空調システム１が処理する空調対象室２が広大であり、空調対象室２に多数の室内機ユニット５が設置されるような形態の場合、室内機ユニット５が吸い込む空気の温度は装置３や室内機ユニット５のレイアウトに応じて大きく異なる場合がある。そこで、例えば、吸い込む空気の温度が空調対象室２の中でも比較的低い箇所に設置される箇所に室内機ユニット５２を配置し、吸い込む空気の温度が空調対象室２の中でも比較的高い箇所に設置される箇所に室内機ユニット５１を配置すれば、装置３で発生した熱を有効利用し、空調システム１全体が消費する空調エネルギーを抑制することが可能である。

【0053】

また、空調システム１の熱源システム８は、上記の熱媒系統８Ａの他に、外調機ユニット６に流入する空気を冷却コイル６Ｃよりも低温にするための冷水系統を有しており、外調機ユニット６に当該冷水系統の冷水が流れる冷却コイルが備わっていてもよい。このような冷水系統と冷却コイルが備わっていれば、例えば、気象条件等により外気が高湿の場合であり、且つ、空調対象室２に導入可能な外気の湿分条件が低湿な場合であっても、空調システム１は、低湿にした外気を空調対象室２へ導入することが可能である。

【0054】

その他、空調システム１は適宜の形態に変形可能である。例えば、上記実施形態の空調システム１では、吸熱コイル５Ｂを通過する熱媒を装置３から発生する熱では十分に加熱できない場合に備え、吸熱コイル５Ｂから加熱コイル６Ｂと再熱コイル６Ｄへ流れる熱媒を温水系統８Ｃの温水の熱で加熱する手段が熱源システム８に設けられていたが、このような加熱手段を省略してもよいし、或いは、温水系統８Ｃの温水を外調機ユニット６内のコイルに通水して温水系統８Ｃが空気を直接加熱する形態を採ってもよい。

【符号の説明】

【0055】

１・・空調システム
２・・空調対象室
３・・装置
４・・吹出口ユニット
４Ｃ・・フィルタ
５・・室内機ユニット
５Ａ・・電動ファン
５Ｂ・・吸熱コイル
５Ｃ・・フィルタ
５Ｄ・・空調吸込口
５Ｅ・・空調吹出口
６・・外調機ユニット
６Ａ・・フィルタ
６Ｂ・・加熱コイル
６Ｃ・・冷却コイル
６Ｄ・・再熱コイル
６Ｅ・・電動ファン
７・・ダクト
８・・熱源システム
８Ａ・・熱媒系統
８Ｂ・・冷却水系統
８Ｃ・・温水系統
８Ａ１・・冷凍機
８Ａ２・・熱媒循環ポンプ
８Ａ３・・熱媒送りヘッダ
８Ａ４・・熱媒還りヘッダ
８Ａ５・・熱媒ブースターポンプ
８Ａ６，８Ａ７・・温度センサ
８Ａ８，８Ａ９，８Ａ１７・・調整弁
８Ａ１０～８Ａ１６，８Ａ１８，８Ａ１９・・熱媒配管
８Ｂ１・・冷却水循環ポンプ
８Ｂ２・・冷却塔
８Ｂ３，８Ｂ４・・冷却水配管
８Ｃ１・・調整弁
８Ｃ２・・熱交換器
８Ｃ３，８Ｃ４・・温水配管

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】