JP2018013255A - 空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】空気の浄化機能を有するとともに、室内空間の温度と湿度を適切な状態にコントロールすることができる宅システム提供すること。【解決手段】循環水の加熱又は冷却を行う熱源供給装置（ヒートポンプ）２と、前記熱源供給装置によって加熱又は冷却した循環水によって放熱又は吸熱を行う一又は複数の空調用放熱器３と、取り込んだ空気を浄化水との接触によって浄化する空気浄化器４とを有し、前記加熱又は冷却した循環水を、前記熱源供給装置２、前記空調用放熱器３および前記空気浄化器４との間で循環させるとともに、当該加熱又は冷却した循環水によって前記浄化水を加熱又は冷却することにより浄化する空気の温度および／又は湿度を調節するように構成したことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、住宅などの建物の冷暖房と空気浄化機能を有した空調システムに関するものである。

特許文献１記載の家屋の空気調和システムがある。この空気調和システムに用いている空気調和装置は、室内を循環させる空気を取り入れて浄化水と接触させることで空気を浄化し、浄化した空気を室内に戻すように構成したものである。また、この空気を浄化するための浄化水はヒートポンプを熱源とする浄化水加熱冷却手段によって温度調節が行われながら装置内で循環するようになっている。これにより、当該空気調和システムは、空気の浄化とともに室内を循環させる空気の温度を調節するようになっている。

特許第５４３０２８４号公報

しかし、空気調和装置のみによって室内の温度を調節しようとすると、室温を高めに設定した場合には空気に接触する浄化水の温度をかなり高くしなければならない。このため、空気の湿度を必要以上に高めてしまうことになり、快適と感じる温度と湿度を維持できなくなってしまう。また、上記の装置において室内空間を適切な温度と湿度になるようにそれぞれ調節しようとすると、浄化水の温度を調節するためのヒートポンプと、室内空間の温度を調節するためのヒートポンプが個別に必要となる。

本発明は当該事情に鑑み発明されたものであって、空気の浄化機能を有するとともに、室内空間の温度と湿度を適切な状態にコントロールすることができる空調システムを提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は以下の構成を有するものである。すなわち、循環水の加熱又は冷却を行う熱源供給装置と、前記熱源供給装置によって加熱又は冷却した循環水によって放熱又は吸熱を行う建物内に設置した一又は複数の空調用放熱器と、取り込んだ空気を浄化水との接触によって浄化して前記建物内に放出するための空気浄化器とを有し、前記加熱又は冷却した循環水を、前記熱源供給装置、前記空調用放熱器および前記空気浄化器との間で循環させるとともに、当該加熱又は冷却した循環水によって前記浄化水を加熱又は冷却することにより浄化する空気の温度および湿度の少なくとも一方を調節するように構成したことを特徴とする。

本発明は、室内に循環供給する空気からゴミやチリ等といった成分を除去する浄化機能を有した空気浄化器を備えており、当該空気浄化器によって室内に循環供給する空気の加湿又は除湿を行うことができるようになっている。この空気の加湿および除湿は、他に設置した暖房用、冷房用若しくは冷暖房兼用の空調用放熱器に熱源として供給される温冷水を利用して行うようになっている。そして、この熱源として循環供給される温冷水は、熱源供給装置の一例として設置した一台のヒートポンプによって生成されるので、冷暖房用および空気の湿度調節用として個々に装置を設ける必要がなく、快適な室内環境を提供する空調システムの設置コストを低減することができるという効果を有している。

また、本発明は、空調用放熱器に対して暖房用に温水を供給すると、この温水を利用して室内を循環する空気を加湿することができるものである。冬期のように暖房が必要な時期は空気が乾燥する時期でもあり、単に暖房だけを行うと室内の乾燥を助長することになってしまう。これに対して本発明は、暖房用の温水を利用して空気の加湿を行わせることができるものであり、熱源を有効に利用して快適な室内環境を提供することができるという効果を有するものである。
また、夏期のように冷房が必要な時期は多湿な時期でもあり、室内空気の除湿が望まれるものである。しかし、エアコン等によって空気を冷却するだけでは、空気を乾燥させ過ぎてしまう。本発明では、冷房用の冷水を利用して、空気の除湿を適度に行わせることができるものであり、熱源を有効に利用して快適な室内環境を提供することができるという効果を有するものである。

本発明に係る空調システムの一例を表した説明図である。 本実施の形態において使用する空調用放熱器の概略を表した説明図である。 本実施の形態において使用する空気浄化器の概略を表した説明図である。 ヒートポンプに対して空調用放熱器と空気浄化器を並列に設けた場合の説明図である。 ヒートポンプに対して空調用放熱器と空気浄化器を直列的に設けた場合の説明図である。 ヒートポンプに対する空気浄化器と空調用放熱器の他の接続例を表した説明図である。

以下、本発明を実施するための形態を図を用いて説明する。図１は、住宅Ｊ内に設置した空調システム１の一例を表した説明図である。空調システム１は、熱源供給装置を構成するヒートポンプ２と複数個の空調用放熱器３（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）と一台の空気浄化器４を有している。
ヒートポンプ２は、フロンガスや代替フロンガス等の冷媒（循環水）の圧縮や膨張に伴って発生する発熱や吸熱作用を利用した装置であり、エアコンの室外機として一般的に使用されているものと同等の機能を有する装置である。なお、本実施例では、循環水の圧縮・膨張を利用したヒートポンプを使用するが、循環可能な循環水の加熱や冷却ができる他の熱源供給装置によって代替しても差し支えがないものである。なお、循環水は循環可能な液体状のものであればよく水に限定されるものではない。

ヒートポンプ２には、上述した仕組みによって加熱した温水又は冷却した冷水（以下「循環水」という）を送り出す配管１０と、循環に伴って熱交換が終了した循環水を回収する配管１１が接続されている。ヒートポンプ２は、住宅Ｊの屋外に設置されており、前記配管１０、１１を床Ｙの床下空間Ｕに設置した空調用放熱器３と空気浄化器４に接続している。
図２は、空調用放熱器３の概略を表した説明図である。空調用放熱器３は、ヒートポンプ２が出力した加熱又は冷却した循環水を循環させる配管１０、１１を直接又は他の機器を介して接続したものであり、循環水との熱交換によって空調用放熱器３の上面側に設けた放熱部１４を加熱又は冷却するように形成したものである。放熱部１４は、加熱又は冷却に伴って生じる輻射熱によって床Ｙの裏面および床下空間Ｕの空気を加熱又は冷却するようになっている。本実施例に係る住宅Ｊでは、室内の温度調節をこの空調用放熱器３による加熱、冷却によって行っている。

図３は、空気浄化器４の概略を表した説明図である。
空気浄化器４は気液接触室１５と、気液接触室１５に接続した循環空気取り込み口１６および循環空気排出口１７と、気液接触室１５内の上部に配置した浄化水放出ノズル１８および浄化水排出用のドレン口１９を有している。
空気浄化器４は、浄化水放出ノズル１８に供給する浄化水を加熱又は冷却する熱交換器２０を有しており、上水道を供給する配管２１から取り込んだ水を熱交換器２０によって加熱若しくは冷却を行い又はそのままの温度で、浄化水として気液接触室１５に滴下若しくは噴霧する浄化水放出ノズル１８に送るようになっている。

浄化水放出ノズル１８から放出された浄化水はドレン口１９を介して排出される。なお、浄化水放出ノズル１８から放出された浄化水の一部を循環させて再度浄化水放出ノズル１８から放出させるようにしてもよい。
熱交換器２０は、ヒートポンプ２に接続した配管１０、１１と直接又は他の機器を介して接続されており、ヒートポンプ２が出力した加熱又は冷却した循環水を取り込むことで浄化水を加熱又は冷却し、熱交換が終了した後の循環水を再びヒートポンプ２に戻すようになっている。

空気浄化器４に設けた循環空気取り込み口１６および循環空気排出口１７は、床下空間Ｕ内に配設した配管２２、２３を介して、床Ｙに複数箇所設けたグリル２４、２５と接続されている。本実施の形態では、グリル２４から配管２２を介して空気浄化器４に空気を取り込み、空気浄化器４から送り出した空気を、配管２３を介してグリル２５から放出するようになっている。このような構成により、空気浄化器４内を通過した空気を室内において循環させるようになっている。

（暖房を行う場合）
住宅Ｊの室内を暖房する場合、ヒートポンプ２は配管１０に対して加熱した循環水を送り出し、空調用放熱器３と空気浄化器４によって冷却された循環水を配管１１を介して回収する。この場合、空調用放熱器３は床下暖房器として機能するものであり主として床Ｙを暖める。また空気浄化器４は、循環水によって温度を高めた浄化水によって室内を循環させる空気のホコリ等を吸着するようになっている。この際、温度を高めた浄化水と空気が接触すると、接触した空気の温度に伴って露点が上昇し、空気中に取り込むことができる水分の量が増える。また、水（温水）と空気を直接接触させる構造になっており、これにより空気の湿度を上昇させることが可能になっている。

上記実施例として示した空調システム１は、水道水として取り込んだ浄化水を、空気の浄化と熱交換を行った後に下水道に排出するようになっている。なお、空気浄化器４の内部で浄化水を循環させるように構成しても差し支えない。この場合、空気浄化器４の内部で循環する浄化水は、空気との接触（熱交換）およびヒートポンプ２の循環水との熱交換によって次第に温度が変化（上昇）する。

暖房が必要な冬期の例として、ある市における１月の上水道の水温は７℃程度であった。そして、室内空気の状態が温度２２℃、相対湿度４０％、露点温度７．８℃である場合に、この空気に露点温度よりも水温が低い７℃程度の浄化水が接触しても、空気の加湿量は僅かである。
この場合、循環水を単に循環させるだけでも次第に浄化水の温度が上昇するので、それに伴い加湿量が増加する。さらに、浄化水の温度をヒートポンプ２の循環水によって暖めることによって、加湿量が増加して加湿の効果が高くなる。

出願人においてヒートポンプ２によって浄化水を４５℃まで加温したときには、水温＝室温のときの加湿量と比べ、加湿量が約１０倍に増えることを確認している。また、輻射暖房を行うためにヒートポンプ２から空調用放熱器３に対して４５℃程度の送水を行うと、空調用放熱器３からの戻り温度は大凡４０℃程度となる。この温水は空気の加湿に必要な浄化水を暖める循環水の温度として適当な温度となる。
なお、空気の加湿量を抑えたいときには、ヒートポンプ２と空気浄化器４との熱交換を停止し、さらに加湿量を低下させたい場合には上水道として取り込んだ浄化水を加熱することなくそのままの温度で使用する。

（冷房を行う場合）
住宅Ｊの室内を冷房する場合には、ヒートポンプ２は配管１０から冷却した循環水を送り出し、空調用放熱器３と空気浄化器４によって温度が上昇した循環水を配管１１を介して回収する。この際、空調用放熱器３は冷却器として機能し主として床Ｙと床下空間Ｕの空気を冷却する。また空気浄化器４は、循環水によって冷却された浄化水によって、室内を循環させる空気のホコリ等を吸着するようになっている。
冷却した浄化水と空気が接触すると、接触した空気の温度が低下して露点が下がり、空気中に取り込むことができる水分の量が低下する。また、空気が飽和水蒸気量を超えた水分を保持している場合には液化して浄化水とともに排出され、湿度を低下させた空気が送り出される。

冷房が必要な夏期の例として、室内空気の状態が温度２８℃、相対湿度７０％、露点温度２２℃である場合、浄化水の温度が２２℃を超えてしまうと余計な加湿をしてしまう。ある市における８月の上水道の水温は２８℃程度であるが、この水温のままの上水道を浄化水として使用すると余計な加湿をしてしまう。
このような場合、ヒートポンプ２によって循環水を冷却し、空調用放熱器に１５℃程度の冷水を送水すると空調用放熱器からの戻り温度は２０℃弱となる。この戻りの循環水によって浄化水の温度を低下させると除湿に適切な温度になる。

空気浄化器４における循環空気の湿度の調整は、浄化水の温度を変化させることによって行うことができる。この浄化水の温度を調節する方法には、ヒートポンプ２から出力される循環水の温度を調節する方法と、空気浄化器４が取り込む循環水の流量を調節する方法と、これら循環水の温度と流量の双方を調節する方法がある。本実施例では、第１にヒートポンプ２から出力される循環水の温度を調節することによって浄化水の温度を調節するようになっているが、必要に応じて配管中に閉鎖弁若しくは流量調整弁等のバルブを設置して、空気浄化器４が取り込む循環水の流量調節や断続的な通水を行うようにしてもよい。

次に、ヒートポンプ２、空調用放熱器３、空気浄化器４を接続する順序と配管例に関する例をいくつか説明図する。
図４は、ヒートポンプ２に対して複数の空調用放熱器３（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）と空気浄化器４を並列に設けた例を表している。
すなわち、ヒートポンプ２の循環水の送り出し部に接続した配管１０を配管１０ａと配管１０ｂに分岐させ、一方の配管１０ａを複数の空調用放熱器３（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）からなる空調用放熱器群に接続し、他方の配管１０ｂを空気浄化器４に接続したものである。

図４に示した例は、空調用放熱器群を構成する個々の空調用放熱器（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）を直列的に接続した場合を表している。しかしながら、これら空調用放熱器３の配置は、設置する住宅に適するように、並列的に配置したり、並列させた空調用放熱器群と直列的に配置した空調用放熱器群を混在した形にするなど適宜変えても差し支えがないものである。末端の空調用放熱器３ｄからヒートポンプ２に戻る配管１１ａは、空気浄化器４からの戻り配管１１ｂとともにヒートポンプ２の循環水の戻り部に接続した配管１１に合流する。

循環水を供給する配管１０から分岐した他方の配管１０ｂは、途中にバルブ３０を設けた状態で空気浄化器４に接続している。また、供給された循環水は、配管１１ｂを経由してヒートポンプ２に戻るようになっている。
上記の構成によって、ヒートポンプ２が送出した温水、冷水といった循環水は各空調用放熱器３と空気浄化器４に供給され、所定の熱交換をした後にヒートポンプ２に戻るようになっている。
また、この例の場合、空調用放熱器群と空気浄化器４には同じ温度の循環水が供給されるので、空気浄化器４において行われる空気の加湿あるいは除湿といった効果が、最も顕著に行われる形態となっている。この場合、空気の加湿あるいは除湿が過度に行われる場合には、自動制御又は手動によって行われるバルブ３０の開閉や開閉度の調節によって循環水の流量を調節することで、空気浄化器４において行われる空気の加湿あるいは除湿の程度を調節することができるようになっている。

図５は、ヒートポンプ２に対して複数の空調用放熱器３（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）と空気浄化器４を直列的に設けた例を表している。
すなわち、ヒートポンプ２の循環水の送り出し部に接続した配管１０を、複数の空調用放熱器３（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）を直列的に配置した空調用放熱器群の一端に接続し、空調用放熱器群の末端の配管１１ａを、空気浄化器４に対する供給部につながる配管１０ｂに接続したものである。
この例の場合、循環水は各空調用放熱器３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを通過するごとに温度が低下し、室内の暖房や冷房のための熱交換を行った後の循環水を空気浄化器４に供給する。このため、空気浄化器４において行われる空気の加湿あるいは除湿は、初期の熱量が減少した循環水によって行われることになるため、加湿あるいは除湿の程度は前述の図４に示した並列配置タイプと比較して穏やかになる。

また、空気の加湿あるいは除湿が過度に行われる場合には、自動制御又は手動によって行われるバルブ３０、３１の開閉や開閉度の調節によって循環水の流量を調節することで、空気浄化器４において行われる空気の加湿あるいは除湿の程度を調節することができるようになっている。
この場合、空気浄化器４の供給部に接続した配管１０ｂにバルブ３０を設けるとともに、同配管１０ｂに循環水を供給する配管経路と空気浄化器４から循環水を送り出す配管１１ｂとをバイパス的に接続するバイパス配管を設ける。そして、このバイパス配管にバルブ３１を設ける。
この構成では、バルブ３０の開・閉に応じて、バルブ３１の閉・開を行う。すなわち、バルブ３０を閉じて空気浄化器４に対する循環水の供給を制限する場合には、循環水の流れが滞らないようにバルブ３１を開くという自動又は手動による制御を行う。以上のような構成により、空気浄化器４において行われる空気の加湿あるいは除湿の程度を調節することができるようになっている。

図６は、ヒートポンプ２に対して、複数の空調用放熱器３（３ａ、３ｂ）と空気浄化器４を混在させた第１のグループと、複数の空調用放熱器３（３ｃ、３ｄ、３ｅ）を直列的に並べた第２のグループを並列に設けた例を表している。一例として、第１のグループは空調用放熱器３ａ、空気浄化器４、空調用放熱器３ｂの順序で直列的に配置したものであり、第２のグループは空調用放熱器３ｃ、３ｄ、３ｅを直列的に配置したものである。そして、ヒートポンプ２の循環水の送り出し部に接続した配管１０を配管１０ａと配管１０ｂに分岐させ、その一方の配管１０ａを第１のグループに接続し、他方の配管１０ｂを第２のグループに接続している。

第１のグループ内における複数の空調用放熱器３と空気浄化器４の並び順は、設置する住宅の事情に合わせて適宜変更されるものである。また、第１のグループ内で、空調用放熱器３と空気浄化器４を並列的に配置するなどの変更も可能であり、住宅の事情に合わせて適宜変更されるものである。
第１のグループと第２のグループの違いは空気浄化器４を有するか否かであり、空気浄化器４を有する第１のグループに接続される配管１０から分岐した他方の配管１０ａにはバルブ３０を設けている。末端の機器（一例として空調用放熱器３ｂ）から戻る配管１１ａは、空気浄化器４からの戻り配管１１ｂとともにヒートポンプ２の循環水の戻り部に接続した配管１１に合流する。この例では、バルブ３０の開閉によって、空気浄化器４を有するグループに循環水を供給するか否かを制御できるようになっている。

以上の説明したように、ヒートポンプ２に接続する空調用放熱器３と空気浄化器４の接続方法や制御方法は様々であり、各種の住宅事情や設計方針に基づいて適宜選択されるものである。
また、以上説明した各種の実施例は、種々組み合わせて実施することが出来るものであり、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々設計変更できるものである。

１ 空調システム
２ ヒートポンプ（熱源供給装置）
３ 空調用放熱器
４ 空気浄化器
１４ 放熱部
１５ 気液接触室
１６ 循環空気取り込み口
１７ 循環空気排出口
１８ 浄化水放出ノズル
１９ ドレン口
２０ 熱交換器
２４ グリル
２５ グリル

Claims (7)

1. 循環水の加熱又は冷却を行う熱源供給装置と、
   前記熱源供給装置によって加熱又は冷却した循環水によって放熱又は吸熱を行う建物内に設置した一又は複数の空調用放熱器と、
   取り込んだ空気を浄化水との接触によって浄化して前記建物内に放出するための空気浄化器とを有し、
   前記加熱又は冷却した循環水を、前記熱源供給装置、前記空調用放熱器および前記空気浄化器との間で循環させるとともに、当該加熱又は冷却した循環水によって前記浄化水を加熱又は冷却することにより浄化する空気の温度および湿度の少なくとも一方を調節するように構成したことを特徴とする空調システム。
2. 前記熱源供給装置がヒートポンプであることを特徴とする請求項１記載の空調システム。
3. 前記浄化する空気の温度調節は、循環させる循環水の温度を調節することによって行うことを特徴とする請求項１又は２記載の空調システム。
4. 前記浄化する空気の温度調節は、循環させる循環水の流量を調節することによって行うことを特徴とする請求項１又は２記載の空調システム。
5. 前記循環水を循環させる前記熱源供給装置と空調用放熱器とを接続する経路の間に、前記空気浄化器を配置したことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項記載の空調システム。
6. 前記循環水を循環させる前記熱源供給装置と空気浄化器とを接続する経路の間に、前記空調用放熱器を配置したことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項記載の空調システム。
7. 前記循環水を循環させる前記熱源供給装置と空気浄化器とを接続する経路の間に、前記空調用放熱器を配置しないことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項記載の空調システム。