JP2009264682A - 水熱源空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】水熱交換器に流入する熱源水の温度を調節することで熱源水として使用可能な水の温度範囲を拡大できるとともに消費電力の低下、冷暖房能力の増大を図ることのできる水熱源空気調和機を提供する。
【解決手段】圧縮機３１、四方弁３２、水熱交換器３３、膨張弁３４、空調用冷媒熱交換器３５を順次配管接続したヒートポンプユニット３０と、ヒートポンプユニット３０と同一筐体内に収納され、熱源水系統１１と熱源水系統１１を通して供給される熱源水Ｗが通水するファンコイル１２とからなるファンコイルユニット１０と、熱源水Ｗの入口と水熱交換器３３の入口との間に設けられる第１の開閉弁１３と、熱源水Ｗの入口とファンコイル１２の出口とをバイパスする位置に設けられる第２の開閉弁１４と、熱源水Ｗの入口と第１の開閉弁１３との間に設けられる温度センサ１５と、第１の開閉弁１３と第２の開閉弁１４とを制御する制御手段１６とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、水熱源空気調和機に関する。

ビル等においては、蓄熱水槽内の冷温水（以下、このような水を「熱源水」という。）を建物内の空調対象室に配置したファンコイルユニットや水熱源ヒートポンプユニットに循環させて空気調和を行う水熱源空調方式が普及している。

前者のファンコイルユニットを使用する方式では、空調用コイル（空気対水熱交換器）に蓄熱水槽内の熱源水を循環させて空気と熱源水との間で熱交換を行う。この方式は、廉価に済む点が利点として挙げられる。

一方、後者の水熱源ヒートポンプユニットは、水側熱交換器に熱源水を循環させ、この水側熱交換器を凝縮器または蒸発器とし、空気側熱交換器を蒸発器または凝縮器としたヒートポンプの可動によって熱源水を熱源として空気側熱交換器で冷風又は温風を得る方式である。この方式の利点は、建物内の廃熱回収や冷房運転と暖房運転とが共存する場合に熱を無駄なく総合的に利用することができる点を挙げることができる。

そのため、前者及び後者の方式を組み合わせて利用される場合も多いが、冷凍機や冷却塔等の熱源機器のを設置するための機械室や設備が大がかりになる、空調用消費電力の平準化が困難との問題点も抱える。

そこで、以下に示す特許文献１では、これらの問題点を解決するべく、三方弁を切り替えることにより、熱源水がファンコイルと水熱交換器の両方に通水する運転と、ファンコイルをバイパスして熱源水が水熱交換器のみを通水する運転との２種類の運転を行うことができる水熱源空気調和機が開示されている。そして、熱源水の温度が高い場合の冷房運転、熱源水の温度が低い場合の暖房運転を行う場合には、後者、すなわちファンコイルをバイパスして水熱交換器にのみ熱源水を通水させてヒートポンプ冷凍サイクルの運転を行う。
特公平７−１０４０１９号公報

しかしながら、上述の特許文献１に開示されている水熱源空気調和機では、以下の点に対する考慮がなされていない。

すなわち、熱源水の温度が高い場合の冷房運転、熱源水の温度が低い場合の暖房運転を行う場合において、例えば、冷房運転において凝縮器として作用する水熱交換器に通水する熱源水の温度が高いと運転効率が低下するとともに、凝縮圧力が設計値を超えてしまうことから圧縮機が停止してしまうことが多い。

一方、暖房運転において蒸発器として作用する水熱交換器に通水する熱源水の温度が低いと運転効率が低下するだけではなく、水熱交換器の凍結や冷媒の液バックといった現象を引き起こしてしまうことが生ずる。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、水熱交換器に流入する熱源水の温度を調節することで熱源水として使用可能な水の温度範囲を拡大できるとともに消費電力の低下、冷暖房能力の増大を図ることのできる水熱源空気調和機を提供することである。

本発明の実施の形態に係る第１の特徴は、水熱源空気調和機において、圧縮機、四方弁、熱源水と冷媒との間で熱交換する水熱交換器、膨張弁、空調用冷媒熱交換器を順次配管接続したヒートポンプユニットと、ヒートポンプユニットと同一筐体内に収納され、熱源水が通水する熱源水系統と熱源水系統を通して供給される熱源水が通水するファンコイルとから構成されるファンコイルユニットと、熱源水の入口と水熱交換器の入口との間に設けられる第１の開閉弁と、熱源水の入口とファンコイルの出口とをバイパスする位置に設けられる第２の開閉弁と、熱源水の入口と第１の開閉弁との間に設けられる温度センサと、温度センサからの情報に基づいて第１の開閉弁と第２の開閉弁とを制御する制御手段とを備える。

本発明の実施の形態に係る第２の特徴は、水熱源空気調和機において、圧縮機、四方弁、熱源水と冷媒との間で熱交換する水熱交換器、膨張弁、空調用冷媒熱交換器を順次配管接続したヒートポンプユニットと、ヒートポンプユニットと同一筐体内に収納され、熱源水が通水する熱源水系統と熱源水系統を通して供給される熱源水が通水するファンコイルとから構成されるファンコイルユニットと、熱源水の入口と水熱交換器の入口との間に設けられる開閉弁と、熱源水の入口とファンコイルの入口との間に設けられる流量調整弁と、水熱交換器の入口直前であって開閉弁を通過した熱源水とファンコイルを通過した熱源水とが混合される位置に設けられる温度センサと、温度センサからの情報に基づいて開閉弁と流量調整弁とを制御する制御手段とを備える。

本発明によれば、水熱交換器に流入する熱源水の温度を調節することで熱源水として使用可能な水の温度範囲を拡大できるとともに消費電力の低下、冷暖房能力の増大を図ることのできる水熱源空気調和機を提供することができる。

（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態における水熱源空気調和機１の全体構成を示す模式図である。

図１に示すように、水熱源空気調和機１は、大きく分けてファンコイルユニット１０とヒートポンプユニット３０とから構成される。なお、本発明の実施の形態においては、ファンコイルユニット１０とヒートポンプユニット３０とは同一筐体内に収納されているが、両ユニットは別のユニットとして設置されても良い。

ファンコイルユニット１０は、図示しない蓄熱水槽に貯められている熱源水Ｗをユニット内に通水させる熱源水系統１１と、ファンコイル１２と、第１の開閉弁１３と、第２の開閉弁１４と、温度センサ１５と、第１の開閉弁１３や第２の開閉弁１４の開閉を制御する制御手段１６とから構成される。

ファンコイル１２は、いわゆる熱交換器であり熱源水系統１１内を通水する熱源水が持つ熱を利用して室内の空気との熱交換を行う。

第１の開閉弁１３は、熱源水Ｗの入口とヒートポンプユニット３０を構成する水熱交換器の入口との間に設けられる（図１においては「ＳＶ１」と表わしている。）。また、第２の開閉弁１４は、熱源水Ｗの入口とファンコイル１２の出口とをバイパスする位置に設けられる（図１においては「ＳＶ２」と表わしている。）。温度センサ１５は熱源水Ｗの入口と第１の開閉弁１３との間に設けられ熱源水Ｗの温度を測定する。なお、第１の開閉弁１３、第２の開閉弁１４は、例えば、本発明の実施の形態では水用電動２方弁を使用しているが、熱源水系統１１内を流れる熱源水Ｗの流れを制御できる弁であればどのような弁を使用しても構わない。

第１の開閉弁１３、第２の開閉弁１４、温度センサ１５は制御手段１６に接続されている。制御手段１６は、温度センサ１５からの熱源水Ｗの温度情報を基に第１の開閉弁１３や第２の開閉弁１４の開閉を制御する。なお、図１では制御手段１６は上述した３つの構成要素にのみ接続されてそれらのみを制御しているように記載されているが、他の構成要素、例えば、送風機２０や後述するヒートポンプユニット３０を構成する圧縮機や四方弁の制御も行っている。

ヒートポンプユニット３０は、圧縮機３１と、四方弁３２と、熱源水Ｗと冷媒との間で熱交換する水熱交換器３３と、膨張弁３４と、空調用冷媒熱交換器３５とからなり、これらを順次配管接続されることによりヒートポンプ式冷凍サイクルＳが構成される。このヒートポンプ式冷凍サイクルＳ内は、冷媒が循環する。水熱交換器３３には、上述したファンコイルユニット１０内に配設される熱源水系統１１が接続され熱源水Ｗが供給される。水熱交換器３３内では、冷媒と熱源水Ｗとの間で熱交換が行われる。

次に、図１に示した水熱源空気調和機１の動作の流れを運転モードごとに説明する。図２は、本発明の実施の形態における水熱源空気調和機１において行われる運転モードとそれぞれの運転モードが行われる際の第１の開閉弁１３と第２の開閉弁１４の弁動作との関係を示す表である。なお、図２においては、第１の開閉弁１３を「ＳＶ１」と、第２の開閉弁１４を「ＳＶ２」と表わしている。

まず、「ファンコイル単独運転」モードについて説明する。ファンコイルユニット１０のみを運転し、ヒートポンプユニット３０を運転しない場合には、制御手段１６は第１の開閉弁１３及び第２の開閉弁１４のいずれも閉動作とする制御を行う。このような制御を行うことによって、熱源水Ｗの全量が、熱源水系統１１内をファンコイル１２、水熱交換器３３の順に循環する。これによって、熱源水Ｗの水温に応じた冷房、或いは暖房効果を発揮させることができる。ファンコイル１２を通水した熱源水Ｗは、水熱交換器３３においてヒートポンプ式冷凍サイクルＳの冷媒との間で熱交換を行うことなく水熱源空気調和機１の外部に排出される。

次に「ファンコイル＋ヒートポンプ運転」モードの場合についてである。この運転モードは、上述した「ファンコイル単独運転」にヒートポンプユニット３０の運転も加え、両ユニットを運転するモードであるので、第１の開閉弁１３及び第２の開閉弁１４のいずれも閉動作とする制御が行われる。両開閉弁が閉動作とされることによって、熱源水Ｗの全量が、熱源水系統１１内をファンコイル１２、水熱交換器３３の順に循環する。さらにこの運転モードではヒートポンプユニット３０も運転するので、水熱交換器３３において、冷媒と熱源水Ｗとの間で熱交換が行われる。水熱交換器３３に送られた熱源水Ｗは、冷房運転時の冷却水、或いは、暖房運転時の熱源水として使用される。その後熱交換が行われた熱源水Ｗは、水熱源空気調和機１の外部へ排出される。

熱源水Ｗの水温が高い場合に水熱源空気調和機１を用いて冷房運転を行うと、上述したように運転効率が低下するとともに、凝縮圧力が設計値を超えてしまうことから圧縮機３１が停止してしまうことも考えられる。そこで、このような状態下で冷房運転を行う場合には、制御手段１６は以下に説明する制御を行う。なお、この熱源水Ｗの水温が高い場合に水熱源空気調和機１を用いて冷房運転を行う際の運転モードを、便宜上図２の表に示すように「中間期冷房運転」と表わす。

制御手段１６は、温度センサ１５からの熱源水Ｗの温度情報に基づいて中間期冷房運転を行うか判断する。ここで中間期冷房運転に移行するかの判断基準となる熱源水Ｗの温度は、例えば、２５℃というように予め任意に定めておくことができる。従って、この場合は熱源水Ｗの温度が２５℃以上の場合に中間期冷房運転に移行する。

中間期冷房運転が行われる際には、制御手段１６は、第１の開閉弁１３を開き、第２の開閉弁１４を閉める制御を行う。このような制御が行われることによって、ファンコイルユニット１０に送られた熱源水Ｗは、第２の開閉弁１４が閉動作となっているためファンコイル１２に通水されるとともに（このような熱源水Ｗを便宜上「熱源水Ｗ１」という）、ファンコイル１２と水熱交換器３３の圧損差に応じて開動作とされる第１の開閉弁１３によってファンコイル１２には向かわずそのまま水熱交換器３３に通水される（このような熱源水Ｗを便宜上「熱源水Ｗ２」という）。

ファンコイル１２を通った熱源水Ｗ１は、ファンコイル１２での熱交換によってその温度が下がる。一方、第１の開閉弁１３を通った熱源水Ｗ２はその温度が維持されたまま水熱交換器３３に向かう。但し、水熱交換器３３の直前で熱源水Ｗ１と熱源水Ｗ２とが混合されるため、熱源水Ｗ２の温度は下がる。従って水熱交換器３３には水熱源空気調和機１に供給された熱源水Ｗ２の温度よりも低い温度の熱源水Ｗ３が供給される。水熱交換器３３に供給された熱源水Ｗ３はさらに、ヒートポンプユニット３０の冷媒との間で熱交換が行われ水熱源空気調和機１の外部に排水される。

一方、熱源水Ｗの水温が低い場合に水熱源空気調和機１を用いて暖房運転を行うと、上述したように運転効率が低下するとともに、水熱交換器の凍結や冷媒の液バックといった現象を引き起こしてしまうことも考えられる。そこで、このような状態下で暖房運転を行う場合には、制御手段１６は以下に説明する制御を行う。なお、この熱源水Ｗの水温が低い場合に水熱源空気調和機１を用いて暖房運転を行う際の運転モードを、便宜上図２の表に示すように「中間期暖房運転」と表わす。

制御手段１６は、温度センサ１５からの熱源水Ｗの温度情報に基づいて中間期暖房運転を行うか判断する。ここで中間期冷房運転に移行するかの判断基準となる熱源水Ｗの温度は、例えば、２５℃というように予め任意に定めておくことができる。従って、この場合は熱源水Ｗの温度が２５℃未満の場合に中間期暖房運転に移行する。

中間期暖房運転が行われる際には、制御手段１６は、第１の開閉弁１３を開き、第２の開閉弁１４を閉める制御を行う。このような制御が行われることによって、ファンコイルユニット１０に送られた熱源水Ｗは、第２の開閉弁１４が閉動作となっているためファンコイル１２に通水されるとともに（このような熱源水Ｗを便宜上「熱源水Ｗ１」という）、ファンコイル１２と水熱交換器３３の圧損差に応じて開動作とされる第１の開閉弁１３によってファンコイル１２には向かわずそのまま水熱交換器３３に通水される（このような熱源水Ｗを便宜上「熱源水Ｗ２」という）。

ファンコイル１２を通った熱源水Ｗ１は、ファンコイル１２での熱交換によってその温度が上がる。一方、第１の開閉弁１３を通った熱源水Ｗ２はその温度が維持されたまま水熱交換器３３に向かう。但し、水熱交換器３３の直前で熱源水Ｗ１と熱源水Ｗ２とが混合されるため、熱源水Ｗ２の温度は上がる。従って水熱交換器３３にはファンコイル１２に通水された熱源水Ｗ１の温度よりも高い温度の熱源水Ｗが供給される。水熱交換器３３に供給された熱源水Ｗはさらに、ヒートポンプユニット３０の冷媒との間で熱交換が行われ水熱源空気調和機１の外部に排水される。

「送風運転」の場合は、制御手段１６は第１の開閉弁１３及び第２の開閉弁１４のいずれも開動作となるように制御する。両開閉弁を開くことによって、熱源水Ｗは水熱交換器３３にそのほぼ全量が供給される。そのため、ファンコイル１２に熱源水Ｗは供給されないことになる。

以上説明したような構成及び運転制御方法を採用することによって、ヒートポンプユニット内の水熱交換器に流入させる熱源水の温度を調整することが可能となる。そのため、これまではファンコイルユニット、ヒートポンプユニットでは利用することができなかった温度の熱源水までも利用することができるようになり、利用可能な温度範囲が拡大することで廃棄する熱源水の量を減少させることができるためより省エネルギーに資する水熱源空気調和機を提供することができる。また、ファンコイルユニット、ヒートポンプユニットの運転に最適な温度の熱源水をそれぞれのユニットに供給することができるため運転にかかる消費電力の低下、運転能力の増加を達成することが可能となる水熱源空気調和機を提供できる。さらに、送風運転の際に節水弁を外付けで取り付ける必要がないので、簡易な構成の水熱源空気調和機を提供することができる。

なお、中間期冷房運転、或いは中間期暖房運転に関し、上述した説明においては「２５℃」という具体的な温度を挙げて説明したが、いずれの運転においても、それらの運転に移行する温度は任意に設定することができる。

また、本発明の実施の形態においては温度センサ１５を設けてこの温度センサ１５で測定された温度に基づいて運転モードの切り替えを行うように説明をしたが、例えば、温度センサを設けず運転モードの切り替えは使用者の手動によって行うように構成しても構わない。

（第２の実施の形態）
次に本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第２の実施の形態において、上述の第１の実施の形態において説明した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、同一の構成要素の説明は重複するので省略する。

第１の実施の形態と相違するのは、ファンコイルユニット４０の構成機器及びそれらの設置位置である。その他の水熱源空気調和機がファンコイルユニットとヒートポンプユニットとから構成される等、主要な構成は同一である。

具体的には、図３の本発明の第２の実施の形態における水熱源空気調和機４０の全体構成を示す模式図に示されているように、ファンコイルユニット５０は、図示しない蓄熱水槽に貯められている熱源水Ｗをユニット内に通す熱源水系統１１と、ファンコイル１２と、開閉弁５１と、流量調整弁５２と、温度センサ５３と、開閉弁５１や流量調整弁５２の開閉を制御する制御手段１６とから構成される。

開閉弁５１は、熱源水Ｗの入口とヒートポンプユニット３０を構成する水熱交換器３３の入口との間に設けられる（図３においては「ＳＶ」と表わしている。）。また、流量調整弁５２は、熱源水Ｗの入口とファンコイル１２の入口との間の位置に設けられる（図３においては「ＭＶ」と表わしている。）。温度センサ５３は、水熱交換器３３の入口直前であって開閉弁５１を通過した熱源水Ｗとファンコイル１２を通過した熱源水Ｗとが混合される位置に設けられ、水熱交換器３３に供給される熱源水Ｗの温度を測定する。

なお、開閉弁５１は、例えば、本発明の実施の形態では水用電動２方弁を使用しているが、熱源水系統１１内を流れる熱源水Ｗの流れを制御できる弁であればどのような弁を使用しても構わない。また、流量調整弁５２は本発明の実施の形態においては、例えば、水用電動比例弁を使用しているが、熱源水系統１１内を流れる熱源水Ｗの流量を制御できる弁であればどのような弁を使用しても構わない。

開閉弁５１、流量調整弁５２、温度センサ５３は制御手段１６に接続されている。制御手段１６は、温度センサ５３からの熱源水Ｗの温度情報を基に開閉弁５１や流量調整弁５２の開閉を制御する。なお、図３では制御手段１６は上述した３つの構成要素にのみ接続されてそれらのみを制御しているように記載されているが、例えば、送風機２０や後述するヒートポンプユニット３０を構成する各構成機器の制御に用いられている。

ヒートポンプユニット３０の一構成機器である水熱交換器３３には、上述したファンコイルユニット５０内に配設される熱源水系統１１が接続され熱源水Ｗが供給される。水熱交換器３３内では、冷媒と熱源水Ｗとの間で熱交換が行われる。

次に、図３に示した水熱源空気調和機４０の動作の流れを運転モードごとに説明する。図４は、本発明の実施の形態における水熱源空気調和機４０において行われる運転モードとそれぞれの運転モードが行われる際の開閉弁５１と流量調整弁５２の弁動作との関係を示す表である。なお、図４においては、開閉弁５１を「ＳＶ」と、流量調整弁５２を「ＭＶ」と表わしている。

まず、「ファンコイル単独運転」モードについて説明する。ファンコイルユニット５０のみを運転し、ヒートポンプユニット３０を運転しない場合には、制御手段１６は開閉弁５１を閉状態とし、流量調整弁５２は水熱源空気調和機４０に要求された能力に応じてその開度量を調整する制御を行う。このように要求された能力に応じてファンコイル１２に供給する熱源水Ｗの量を調整することによって、きめ細かく冷暖房の能力を制御することができる。ファンコイル１２を通水した熱源水Ｗは、水熱交換器３３においてヒートポンプ式冷凍サイクルＳの冷媒との間で熱交換を行うことなく水熱源空気調和機４０の外部に排出される。

次に「ファンコイル＋ヒートポンプ運転」モードの場合についてである。この運転モードは、上述した「ファンコイル単独運転」にヒートポンプユニット３０の運転も加え、両ユニットを運転するモードであるので、ヒートポンプユニット３０の能力を最大限発揮させるように制御手段１６は流量調整弁５２を制御する。

すなわち、開閉弁５１を閉動作とするとともに、流量調整弁５２を全開にする制御が行われる。このような制御が行われることによって、熱源水Ｗの全量が、熱源水系統１１内ファンコイル１２に供給され、水熱交換器３３にも循環する。従って、水熱交換器３３に水熱源空気調和機４０に供給された熱源水Ｗの全量が供給され、冷媒と熱源水Ｗとの間で最大限熱交換が行われる。水熱交換器３３に送られた熱源水Ｗは、冷房運転時の冷却水、或いは、暖房運転時の熱源水として使用される。その後熱交換が行われた熱源水Ｗは、水熱源空気調和機４０の外部へ排出される。

熱源水Ｗの水温が高い場合に水熱源空気調和機４０を用いて冷房運転を行うと、上述したように運転効率が低下するとともに、凝縮圧力が設計値を超えてしまうことから圧縮機３１が停止してしまうことも考えられる。そこで、このような状態下で冷房運転を行う場合には、制御手段１６は以下に説明する制御を行う。なお、この熱源水Ｗの水温が高い場合に水熱源空気調和機１を用いて冷房運転を行う際の運転モードを、便宜上図４の表に示すように「中間期冷房運転」と表わす。

制御手段１６は、温度センサ５３からの熱源水Ｗの温度情報に基づいて中間期冷房運転を行うか判断する。ここで中間期冷房運転に移行するかの判断基準となる熱源水Ｗの温度は予め任意に定めておくことができる。特に、第２の実施の形態においては、開状態か閉状態の２つの状態しかない開閉弁ではなく流量調整弁５２を使用することからきめ細かく熱源水系統１１内に流れる熱源水Ｗの量を調整することができるので、判断基準となる温度も細かく設定することが可能となる。

第２の実施の形態においては、例えば、水熱交換器３３に供給される熱源水Ｗの温度を「２５℃以上３５℃未満」と「３５℃以上」の２段階に分けて設定している。水熱交換器３３に供給される熱源水Ｗの温度が「３５℃以上」である場合には、制御手段１６は開閉弁５１を開状態にし、流量調整弁５２を全開となるように制御する。このような制御が行われることによって、ファンコイルユニット５０に送られた熱源水Ｗは、流量調整弁５２が全開状態となっているためファンコイル１２に通水されるとともに（このような熱源水Ｗを便宜上「熱源水Ｗ１」という）、ファンコイル１２と水熱交換器３３の圧損差に応じて同じく開状態とされる開閉弁５１によってファンコイル１２には向かわずそのまま水熱交換器３３に通水される（このような熱源水Ｗを便宜上「熱源水Ｗ２」という）。

ファンコイル１２を通った熱源水Ｗ１は、ファンコイル１２での熱交換によってその温度が下がる。一方、開閉弁５１を通った熱源水Ｗ２はその温度が維持されたまま水熱交換器３３に向かう。但し、水熱交換器３３の直前で熱源水Ｗ１と熱源水Ｗ２とが混合されるため、熱源水Ｗ２の温度は下がる。従って水熱交換器３３には水熱源空気調和機４０に供給された熱源水Ｗ２の温度よりも低い温度の熱源水Ｗ３が供給される。水熱交換器３３に供給された熱源水Ｗ３はさらに、ヒートポンプユニット３０の冷媒との間で熱交換が行われ水熱源空気調和機４０の外部に排水される。

さらに、温度センサ５３からの情報によって制御手段１６が水熱交換器３３に供給される熱源水Ｗの温度が「２５℃以上３５℃未満」であると判断した場合には、上述したような高温の熱源水Ｗが水熱交換器３３に供給されることによる弊害は生じないと考えられる。そこで、水熱源空気調和機４０の冷房能力を発揮させる点に重点を置き、温度センサ５３からの情報に基づいて制御手段１６は流量調整弁５２の開度量を調整する。このような制御によって、上述したような冷房運転時に発生しうる弊害が生ずることを回避しつつ最大限冷房能力を高めることができる。

一方、熱源水Ｗの水温が低い場合に水熱源空気調和機４０を用いて暖房運転を行うと、上述したように運転効率が低下するとともに、水熱交換器の凍結や冷媒の液バックといった現象を引き起こしてしまうことも考えられる。そこで、このような状態下で暖房運転を行う場合には、制御手段１６は以下に説明する制御を行う。なお、この熱源水Ｗの水温が低い場合に水熱源空気調和機４０を用いて暖房運転を行う際の運転モードを、便宜上図４の表に示すように「中間期暖房運転」と表わす。

制御手段１６は、温度センサ５３からの熱源水Ｗの温度情報に基づいて中間期暖房運転を行うか判断する。ここで中間期暖房運転に移行するかの判断基準となる熱源水Ｗの温度は予め任意に定めておくことができる。特に、第２の実施の形態においては、流量調整弁５２を使用することからきめ細かく熱源水系統１１内に流れる熱源水Ｗの量を調整することができるので、判断基準となる温度も細かく設定することが可能となる。

第２の実施の形態においては、例えば、水熱交換器３３に供給される熱源水Ｗの温度を「１５℃ないし２５℃」の範囲と「１５℃以下」の範囲の２つの範囲に分けて設定している。水熱交換器３３に供給される熱源水Ｗの温度が「１５℃以下」である場合には、制御手段１６は開閉弁５１を開状態にし、流量調整弁５２を全開となるように制御する。このような制御が行われることによって、ファンコイルユニット５０に送られた熱源水Ｗは、流量調整弁５２が全開状態となっているためファンコイル１２に通水されるとともに（このような熱源水Ｗを便宜上「熱源水Ｗ１」という）、ファンコイル１２と水熱交換器３３の圧損差に応じて同じく開状態とされる開閉弁５１によってファンコイル１２には向かわずそのまま水熱交換器３３に通水される（このような熱源水Ｗを便宜上「熱源水Ｗ２」という）。

ファンコイル１２を通った熱源水Ｗ１は、ファンコイル１２での熱交換によってその温度が上がる。一方、開閉弁５１を通った熱源水Ｗ２はその温度が維持されたまま水熱交換器３３に向かう。但し、水熱交換器３３の直前で熱源水Ｗ１と熱源水Ｗ２とが混合されるため、熱源水Ｗ２の温度は上がる。従って水熱交換器３３には水熱源空気調和機４０に供給された熱源水Ｗ２の温度よりも高い温度の熱源水Ｗ３が供給される。水熱交換器３３に供給された熱源水Ｗ３はさらに、ヒートポンプユニット３０の冷媒との間で熱交換が行われ水熱源空気調和機４０の外部に排水される。

さらに、温度センサ５３からの情報によって制御手段１６が水熱交換器３３に供給される熱源水Ｗの温度が「１５℃ないし２５℃」の範囲内にあると判断した場合には、上述したような低温の熱源水Ｗが水熱交換器３３に供給されることによる弊害は生じないと考えられる。そこで、水熱源空気調和機４０の暖房能力を発揮させる点に重点を置き、温度センサ５３からの情報に基づいて制御手段１６は流量調整弁５２の開度量を調整する。このような制御によって、上述したような暖房運転時に発生しうる弊害が生ずることを回避しつつ最大限暖房能力を高めることができる。

「送風運転」の場合は、制御手段１６は開閉弁５１を開状態とし、流量調整弁５２を全閉状態となるように制御する。このように制御することによって、熱源水Ｗは水熱交換器３３にそのほぼ全量が供給される。そのため、ファンコイル１２に熱源水Ｗは供給されないことになる。

以上説明したような構成及び運転制御方法を採用することによって、ヒートポンプユニット内の水熱交換器に流入させる熱源水の温度を調整することが可能となる。そのため、これまではファンコイルユニット、ヒートポンプユニットでは利用することができなかった温度の熱源水までも利用することができるようになり、利用可能な温度範囲が拡大することで廃棄する熱源水の量を減少させることができるためより省エネルギーに資する水熱源空気調和機を提供することができる。特に流量調整弁を利用することによって温度センサからの情報に基づいたきめ細かな制御を行うことができるため、ファンコイルユニット、ヒートポンプユニットの運転に最適な温度の熱源水をそれぞれのユニットに供給することができる。従って運転にかかる消費電力の低下、運転能力の増加を達成することが可能となる水熱源空気調和機を提供できる。さらに、送風運転の際に節水弁を外付けで取り付ける必要がないので、簡易な構成の水熱源空気調和機を提供することができる。

なお、この発明は、上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成できる。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の第１の実施の形態における水熱源空気調和機の全体構成を示す模式図である。 本発明の第１の実施の形態における水熱源空気調和機において行われる運転モードとそれぞれの運転モードが行われる際の第１の開閉弁と第２の開閉弁の弁動作との関係を示す表である。 本発明の第２の実施の形態における水熱源空気調和機の全体構成を示す模式図である。 本発明の第２の実施の形態における水熱源空気調和機において行われる運転モードとそれぞれの運転モードが行われる際の第１の開閉弁と第２の開閉弁の弁動作との関係を示す表である。

符号の説明

１…水熱源空気調和機、１０…ファンコイルユニット、１１…熱源水系統、１２…ファンコイル、１３…第１の開閉弁、１４…第２の開閉弁、１５…温度センサ、１６…制御手段、２０…ファン、３０…ヒートポンプユニット、３１…圧縮機、３２…四方弁、３３…水熱交換器、３４…膨張弁、Ｓ…ヒートポンプ式冷凍サイクル、Ｗ…熱源水

Claims (10)

1. 圧縮機、四方弁、熱源水と冷媒との間で熱交換する水熱交換器、膨張弁、空調用冷媒熱交換器を順次配管接続したヒートポンプユニットと、
   前記ヒートポンプユニットと同一筐体内に収納され、前記熱源水が通る熱源水系統と前記熱源水系統を通して供給される前記熱源水が通るファンコイルとから構成されるファンコイルユニットと、
   前記熱源水の入口と前記水熱交換器の入口との間に設けられる第１の開閉弁と、
   前記熱源水の入口と前記ファンコイルの出口とをバイパスする位置に設けられる第２の開閉弁と、
   前記熱源水の入口と前記第１の開閉弁との間に設けられる温度センサと、
   前記温度センサからの情報に基づいて前記第１の開閉弁と前記第２の開閉弁とを制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする水熱源空気調和機。
2. 前記ヒートポンプ式冷凍サイクルが冷房運転を行うときであって、前記温度センサからの情報である熱源水の温度が所定の温度以上であるときは、前記制御手段は前記第１の開閉弁を開き、前記第２の開閉弁を閉じる制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の水熱源空気調和機。
3. 前記ヒートポンプ式冷凍サイクルが暖房運転を行うときであって、前記温度センサからの情報である熱源水の温度が所定の温度以下であるときは、前記制御手段は前記第１の開閉弁を開き、前記第２の開閉弁を閉じる制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の水熱源空気調和機。
4. 前記ヒートポンプ式冷凍サイクルが送風運転を行うとき、或いは、前記熱源水が供給停止となるときは、前記制御手段は前記第１の開閉弁及び前記第２の開閉弁を開く制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の水熱源空気調和機。
5. 圧縮機、四方弁、熱源水と冷媒との間で熱交換する水熱交換器、膨張弁、空調用冷媒熱交換器を順次配管接続したヒートポンプユニットと、
   前記ヒートポンプユニットと同一筐体内に収納され、前記熱源水が通る熱源水系統と前記熱源水系統を通して供給される前記熱源水が通るファンコイルとから構成されるファンコイルユニットと、
   前記熱源水の入口と前記水熱交換器の入口との間に設けられる開閉弁と、
   前記熱源水の入口と前記ファンコイルの入口との間に設けられる流量調整弁と、
   前記水熱交換器の入口直前であって前記開閉弁を通過した熱源水と前記ファンコイルを通過した熱源水とが混合される位置に設けられる温度センサと、
   前記温度センサからの情報に基づいて前記開閉弁と前記流量調整弁とを制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする水熱源空気調和機。
6. 前記ヒートポンプ式冷凍サイクルが冷房運転を行うときであって、前記温度センサからの情報である混合熱源水の温度が所定の範囲内であるときは、前記制御手段は前記開閉弁を開き、前記流量調整弁を前記混合熱源水の温度に応じた開度とする制御を行うことを特徴とする請求項５に記載の水熱源空気調和機。
7. 前記ヒートポンプ式冷凍サイクルが冷房運転を行うときであって、前記温度センサからの情報である混合熱源水の温度が所定の範囲の上限を超えたときは、前記制御手段は前記開閉弁を開き、前記流量調整弁を全開とする制御を行うことを特徴とする請求項５に記載の水熱源空気調和機。
8. 前記ヒートポンプ式冷凍サイクルが暖房運転を行うときであって、前記温度センサからの情報である混合熱源水の温度が所定の範囲内であるときは、前記制御手段は前記開閉弁を開き、前記流量調整弁を前記混合熱源水の温度に応じた開度とする制御を行うことを特徴とする請求項５に記載の水熱源空気調和機。
9. 前記ヒートポンプ式冷凍サイクルが暖房運転を行うときであって、前記温度センサからの情報である混合熱源水の温度が所定の範囲の下限を下回ったときは、前記制御手段は前記開閉弁を開き、前記流量調整弁を全開とする制御を行うことを特徴とする請求項５に記載の水熱源空気調和機。
10. 前記ヒートポンプ式冷凍サイクルが送風運転を行うとき、或いは、前記熱源水が供給停止となるときは、前記制御手段は前記開閉弁を全開にし、前記流量調整弁を全閉とする制御を行うことを特徴とする請求項５に記載の水熱源空気調和機。

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