JP2006162207A

JP2006162207A - 地熱利用水冷ヒートポンプ空調システム

Info

Publication number: JP2006162207A
Application number: JP2004357725A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Kimura; 恵一木村; Matsuo Morita; 満津雄森田; Katsuhiro Urano; 勝博浦野
Original assignee: Kimura Kohki Co Ltd
Current assignee: Kimura Kohki Co Ltd
Priority date: 2004-12-10
Filing date: 2004-12-10
Publication date: 2006-06-22

Abstract

【課題】設備コストや運転コストを節減できる地熱利用水冷ヒートポンプ空調システムを得る。
【解決手段】第１と第２の水槽１ａ、１ｂと、第１水槽１ａから第２水槽１ｂへ水を送る熱源水回路２と、熱源水回路２の水が通水される空調用水冷ヒートポンプ式空調機３と、第２水槽１ｂから第１水槽１ａへ水を流量調節自在に送りかつ地熱にて水温調節する地熱交換水路４と、を備える。第２水槽１ｂと第１水槽１ａをバイパス水路８にて連通すると共にバイパス水路８に開閉弁１０を設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は地熱利用水冷ヒートポンプ空調システムに関するものである。

地中熱を利用して空調するシステムとして、空調用水冷ヒートポンプ式空調機と、空調機に使用する熱媒を地中熱にて温度調節する地中熱交換器（地中熱交換井）と、備え、この空調機と地中熱交換器を配管で直結して循環させ、地中熱交換器で温度調節した熱媒を空調機に流して空調するものがある。

特開２００３−２０７１７４号公報

このシステムでは、複数の空調機で冷房運転と暖房運転を同時にするなど熱媒中における相互熱移動により熱源負荷が相殺されて地中熱交換器での温度調節が不要となる場合でも、熱媒を地中熱交換器に常時搬送しなければならないため、運転コストが高くなる問題がある。また、熱媒に不凍液を使用しているので水質管理や廃棄処理が面倒である。

本発明は上記課題を解決するため、水槽と、この水槽の水が循環する熱源水回路と、この熱源水回路の水が通水される空調用水冷ヒートポンプ式空調機と、前記水槽の水を流量調節自在に循環させかつ地中熱にて水温調節する地熱交換水路と、を備えたことを最も主要な特徴とする。

請求項１の発明によれば、複数の水冷ヒートポンプ式空調機で冷暖同時運転をする場合など、地熱交換水路への水搬送を止めて水槽と空調機の間だけで熱源水を循環させることができ運転コストの節減を図れ、省エネとなる。また、空調機運転前に熱源水を所定水温範囲にするためにウォーミングアップする場合など、熱源水回路への水搬送を止めて水槽と地熱交換水路の間だけで熱源水を循環させることができ運転コストの節減を図れ、省エネとなる。空調機と地熱交換水路の間に水槽を設けるだけで良く、構造が簡単で設備コストも安くつく。
請求項２の発明によれば、地熱と補助熱源の両方で安定した水温調節ができ、かつ水凍結による不具合も防止でき、水を熱源水としているので不凍液とくらべて水質管理や廃棄処理に手間がかからない。また、地熱と補助熱源の一方のみを使用し他方を故障時のバックアップ用として使用することもできる。
請求項３の発明によれば、複数の水冷ヒートポンプ式空調機で冷暖同時運転をする場合など、地熱交換水路への水搬送を止めて水槽と空調機の間だけで熱源水を循環させることができ運転コストの節減を図れ、省エネとなる。また、空調機運転前に熱源水を所定水温範囲にするためにウォーミングアップする場合など、熱源水回路への水搬送を止めて水槽と地熱交換水路の間だけで熱源水を循環させることができ運転コストの節減を図れ、省エネとなる。空調機と地熱交換水路の間に水槽を設けるだけで良く、構造が簡単で設備コストも安くつく。空調機で熱交換して水温が変化した返り水を第２水槽に送るので、第１水槽では前記返り水混合による水温変化が無くて空調機の熱源水温が安定し、水冷ヒートポンプの圧縮機負荷が減るうえ、第２水槽からの水と地中との温度差が大きくなるので自然の地熱エネルギーをより多く利用でき、省エネを図れる。
請求項４の発明によれば、地熱と補助熱源の両方で安定した水温調節ができ、かつ水凍結による不具合も防止でき、水を熱源水としているので不凍液とくらべて水質管理や廃棄処理に手間がかからない。また、地熱と補助熱源の一方のみを使用し他方を故障時のバックアップ用として使用することもできる。片方の第１水槽のみの水量を補助的に水温調節すればよいので補助熱源機の容量が小さくて済み省エネを図れる。

図１は、本発明の地熱利用水冷ヒートポンプ空調システムの第１の実施例を示しており、この地熱利用水冷ヒートポンプ空調システムは、水槽１と、この水槽１の水が循環する熱源水回路２と、この熱源水回路２の水が通水される空調用水冷ヒートポンプ式空調機３と、水槽１の水を流量調節自在に循環させかつ地中熱にて水温調節する地熱交換水路４と、備え、地熱交換水路４で調節した水温が所定範囲外のときに水槽１の水温を調節する補助熱源機５を、設けている。

水冷ヒートポンプ式空調機３は、図示省略するが、ケーシング内に水冷ヒートポンプと給気用送風機とを備え、この水冷ヒートポンプは、熱源水と冷媒を熱交換する水熱交換器と、冷媒と空調用空気を熱交換する空気熱交換器と、圧縮機と、膨張弁と、冷媒循環方向の正逆の切換弁と、受液器等と、を配管接続して冷媒循環回路を構成しかつ切換弁により水熱交換器と空気熱交換器の吸熱と放熱（蒸発機能と凝縮機能）を切換自在に構成している。この水冷ヒートポンプの空気熱交換器にて空調用空気を冷却又は加熱し、冷房運転と暖房運転を切換自在に行い、被空調空間に給気して空調する。

熱源水回路２は、往き管２ａと返り管２ｂと送水ポンプ６とを備え、水槽１と水冷ヒートポンプ式空調機３を往き管２ａと返り管２ｂを介して通水自在に連通させる。熱源水は、送水ポンプ６により流量調節自在として矢印方向に送られて、往き管２ａから空調機３に入り、水熱交換器にて熱交換された後、返り管２ｂに出て水槽１に戻り、熱源水回路２を循環する。

地熱交換水路４は、往き管４ａと返り管４ｂと送水ポンプ７と地中熱交換器９とを備え、水槽１と地中熱交換器９を往き管４ａと返り管４ｂを介して通水自在に連通させる。地中熱交換器９は地中に埋設して地中熱にて熱源水を熱交換する。図例では、地中熱交換器９は、Ｕ字管式の地中熱交換井を示しているが他のものでもよい。熱源水は、送水ポンプ７により流量調節自在として矢印方向に送られて、往き管４ａから地中熱交換器９に入り、地中熱にて熱交換された後、返り管４ｂに出て水槽１に戻り、地熱交換水路４を循環する。補助熱源機５としてはボイラー、チラー、電気ヒーターや太陽熱温水器など加熱や冷却の自在な各種機器を用いることができ、地熱交換水路４で調整した水温が所定水温以下の場合には補助熱源機５にて加熱し所定範囲内に調節するので熱源水の凍結防止も図れて不凍液を使わずに済む。

たとえば、冷暖同時運転の場合などのように水槽１と熱源水回路２の間だけで熱源水を循環させるには送水ポンプ７を止めればよく、また空調機運転前に熱源水を所定水温範囲にするためにウォーミングアップする場合などのように水槽１と地熱交換水路４の間だけで熱源水を循環させるには送水ポンプ６を止めればよく、無駄な搬送動力を使わずに済む。

図２は本発明の第２の実施例で、この地熱利用水冷ヒートポンプ空調システムは、第１と第２の水槽１ａ、１ｂと、この第１水槽１ａから第２水槽１ｂへ水を送る熱源水回路２と、この熱源水回路２の水が通水される空調用水冷ヒートポンプ式空調機３と、第２水槽１ｂから第１水槽１ａへ水を流量調節自在に送りかつ地熱にて水温調節する地熱交換水路４と、を備え、第２水槽１ｂと第１水槽１ａをバイパス水路８にて連通すると共にこのバイパス水路８に開閉弁１０を設け、地熱交換水路４で調節した水温が所定範囲外のときに第１水槽１ａの水温を調節する補助熱源機５を、設けている。水冷ヒートポンプ式空調機３と地中熱交換器９と補助熱源機５は前記実施例と同様のものであるので説明は省略する。

熱源水回路２は、往き管２ａと返り管２ｂと送水ポンプ６とを備え、第１水槽１ａと水冷ヒートポンプ式空調機３を往き管２ａを介して、第２水槽１ｂと水冷ヒートポンプ式空調機３を返り管２ｂを介して通水自在に連通させる。熱源水は、送水ポンプ６により流量調節自在として第１水槽１ａから矢印方向に送られて、往き管２ａから空調機３に入り、水熱交換器にて熱交換された後、返り管２ｂに出て第２水槽１ｂに出る。

地熱交換水路４は、往き管４ａと返り管４ｂと送水ポンプ７と地中熱交換器９とを備え、第２水槽１ｂと地中熱交換器９を往き管４ａを介して、第１水槽１ａと地中熱交換器９を返り管４ｂを介して通水自在に連通させる。熱源水は、送水ポンプ７により流量調節自在として第２水槽１ｂから矢印方向に送られて、往き管４ａから地中熱交換器９に入り、地中熱にて熱交換された後、返り管４ｂに出て第１水槽１ａに出る。

たとえば、空調機の通常運転では、開閉弁１０を閉じて第１と第２の水槽１ａ、１ｂの水を熱源水回路２と地熱交換水路４の間で循環させる。冷暖同時運転の場合などのように第１と第２の水槽１ａ、１ｂと熱源水回路２の間だけで熱源水を循環させるには送水ポンプ７を止めて開閉弁１０を開放すればよく、また空調機運転前に熱源水を所定水温範囲にするためにウォーミングアップする場合などのように水槽１ａ、１ｂと地熱交換水路４の間だけで熱源水を循環させるには送水ポンプ６を止めて開閉弁１０を開放すればよく、無駄な搬送動力を使わずに済む。

なお、前記各実施例において水冷ヒートポンプ式空調機３の台数の増減は自由である。熱源水回路２はダイレクトレターン方式、リバースレターン方式やこれらの併用方式など各種の方式に変更自由である。

地熱利用水冷ヒートポンプ空調システムの第１の実施例である。地熱利用水冷ヒートポンプ空調システムの第２の実施例である。

符号の説明

１水槽
１ａ第１水槽
１ｂ第２水槽
２熱源水回路
３水冷ヒートポンプ式空調機
４地熱交換水路
５補助熱源機
８バイパス路
１０開閉弁

Claims

水槽１と、この水槽１の水が循環する熱源水回路２と、この熱源水回路２の水が通水される空調用水冷ヒートポンプ式空調機３と、前記水槽１の水を流量調節自在に循環させかつ地中熱にて水温調節する地熱交換水路４と、を備えたことを特徴とする地熱利用水冷ヒートポンプ空調システム。
地熱交換水路４で調節した水温が所定範囲外のときに水槽１の水温を調節する補助熱源機５を、設けた請求項１記載の地熱利用水冷ヒートポンプ空調システム。
第１と第２の水槽１ａ、１ｂと、この第１水槽１ａから前記第２水槽１ｂへ水を送る熱源水回路２と、この熱源水回路２の水が通水される空調用水冷ヒートポンプ式空調機３と、前記第２水槽１ｂから前記第１水槽１ａへ水を流量調節自在に送りかつ地熱にて水温調節する地熱交換水路４と、を備え、前記第２水槽１ｂと前記第１水槽１ａをバイパス水路８にて連通すると共にこのバイパス水路８に開閉弁１０を設けたことを特徴とする地熱利用水冷ヒートポンプ空調システム。
地熱交換水路４で調節した水温が所定範囲外のときに第１水槽１ａの水温を調節する補助熱源機５を、設けた請求項３記載の地熱利用水冷ヒートポンプ空調システム。