JP4182961B2 - 地熱利用ヒートポンプ式空調装置 - Google Patents
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Description
請求項2の発明によれば、水熱源ヒートポンプ9で給気用空気を設定温度まで冷却又は加熱する前に、給気用空気を前記設定温度に近づけるように水コイル8の熱媒で冷却又は加熱することにより、水熱源ヒートポンプ9の負荷を削減でき、大幅省エネとなる。さらに、冷房負荷が少ない時期では、水コイル8のみで給気用空気を冷却することにより、水熱源ヒートポンプ9の運転が不要となり、省エネとなる。地域により異なるが深度1m位までの地中温度は外気の影響を受けて冬は低く夏は高くなるが、熱媒が採熱(冬期)・放熱(夏期)可能な温度差が地中に対してあるため、地中熱交換器7の往路管部1を細くて長い蛇行状として地表近くに埋め、熱媒を地熱流に対してカウンターフローで流して、熱交換効率を良くしつつ地中で広範囲に分散して少しずつ熱交換させることにより、熱媒を温度調節するために必要とされる地熱量を得ることができ、かつ地中から奪う単位体積当りの地熱量を少なくできる。そのため、地中温度が回復しやすく、長時間の連続空調運転も可能となり、環境汚染の心配の無い水を熱媒として使用でき、不凍液を使わずに済む。さらに往路管部1は蛇行状にして伸縮性をもたせてあるので免震性に優れ、地震に対する耐久性が十分で、破損による熱媒漏れなどを防止できる。地中熱交換器7の復路管部2は地上に熱媒を戻すだけでよいので短くてよく、地中との再熱交換による熱ロスが皆無で、熱交換効率の向上を図れて熱媒温度が安定する。往路管部1の埋設用穴は地表近くをパワーショベルなどの普通の掘削機械で浅く掘るだけでよく、掘削の時間と費用の削減を図れて施工が容易となる。往路管部1、1を対向させて幅を狭くできるので、狭く細長い土地にも容易に埋設することができる。一蛇行毎に地中熱交換器7の往路管部1、1の間隔の広さを変えることで管部同士の熱交換領域の重複部をなくし、地中の広い範囲で満遍なく熱交換させて地中温度の早期回復を図り、かつ熱交換効率を向上させることができる。間隔が下方に向かって順次広がるように配設した往路管部1、1では、往路管部1、1を埋める際、間隔の中央部から土を盛ることにより、往路管部1の形に沿った山形となり、往路管部1の形を崩さずに容易に埋めることができる。間隔が下方に向かって順次狭くなるように配設した往路管部1、1では、その形状に合わせて埋設用穴はV溝状でよいので掘りやすく、一層施工が容易となる。
請求項3の発明によれば、冷房運転時、水熱源ヒートポンプ9の給気側空気熱交換器4に生じる凝縮水で水コイル8を湿潤させて、水コイル8での冷却効果を増大させ、水熱源ヒートポンプ9の負荷を削減でき、省エネとなる。しかも、凝縮水を利用するので給水装置が不要で無駄がない。
請求項4の発明によれば、地中熱交換器7の往路管部1が扁平管なので短径側外面から管中央部の熱媒への伝熱が早く、熱交換効率がさらに良くなる。扁平管なので曲げやすく、往路管部1を渦巻き状や蛇行状に簡単に形成することができる。地中熱交換器7の往路管部1が扁平管で長径側が尖状なので熱媒が乱流となって強制対流により伝熱が促進され、熱交換効率がさらに向上する。
請求項5の発明によれば、地中熱交換器7の往路管部1の外周壁が蛇行状なので伝熱面積が増えかつ内部では熱媒の乱流効果をさらに高めることができ、一層熱交換効率が向上する。
請求項6の発明によれば、水コイル8と空気熱交換器4の圧力損失が減少して熱交換効率が向上するので小型のファンを用いることができ騒音低減を図れる。水コイル8と空気熱交換器4も小型化でき空調装置全体のコンパクト化を図れる。
請求項7の発明によれば、設置スペースや給気個所に応じて自由に給気ファンユニット14の位置を選択設置でき、施工が容易となる。ファン自体で風量調節して、給気ファンユニット14毎に個別に変風量運転でき、制御が容易である。VAVを用いないので圧力損失がなくファンの小型化を図れ低騒音となる。
2 復路管部
4 空気熱交換器
7 地中熱交換器
8 水コイル
9 水熱源ヒートポンプ
13 本体ケーシング
14 ファンユニット
Claims (7)
- 地中の地表近くで熱媒が渦巻き状に下りながら流れる樹脂製の往路管部1とこの往路管部1から出た前記熱媒を地上へ戻す復路管部2とから成る地中熱交換器7と、この地中熱交換器7にて温調した前記熱媒を通水させて給気用空気を熱交換する水コイル8と、前記熱媒を通水させて循環冷媒を熱交換すると共に前記水コイル8を経た給気用空気を前記循環冷媒で熱交換する水熱源ヒートポンプ9と、この水熱源ヒートポンプ9と前記水コイル8を設けた本体ケーシング13と、を備え、前記水熱源ヒートポンプ9は、前記循環冷媒の蒸発工程と凝縮工程であって互いに異なる工程を行う給気側空気熱交換器4及び熱源側水熱交換器5と、前記循環冷媒を圧縮する圧縮機6と、前記循環冷媒を膨張させる減圧機構と、前記給気側空気熱交換器4及び前記熱源側水熱交換器5の蒸発工程と凝縮工程を切換える切換機構と、を少なくとも備え、前記給気側空気熱交換器4は前記水コイル8の風下に配置し、給気用空気を前記水コイル8と前記給気側空気熱交換器4の一方又は両方で温度調節して給気するように前記水コイル8と前記水熱源ヒートポンプ9のいずれか一方のみの単独運転または併用運転に切換え自在に構成し、前記地中熱交換器7の前記往路管部1を、下方に向かって順次拡径するように、又は、下方に向かって順次縮径するように、巻設したことを特徴とする地熱利用ヒートポンプ式空調装置。
- 地中の地表近くで所定間隔を隔てて対向すると共に熱媒が蛇行状に下りながら流れる一対の樹脂製の往路管部1、1とこの往路管部1から出た前記熱媒を地上へ戻す復路管部2とから成る地中熱交換器7と、この地中熱交換器7にて温調した前記熱媒を通水させて給気用空気を熱交換する水コイル8と、前記熱媒を通水させて循環冷媒を熱交換すると共に前記水コイル8を経た給気用空気を前記循環冷媒で熱交換する水熱源ヒートポンプ9と、この水熱源ヒートポンプ9と前記水コイル8を設けた本体ケーシング13と、を備え、前記水熱源ヒートポンプ9は、前記循環冷媒の蒸発工程と凝縮工程であって互いに異なる工程を行う給気側空気熱交換器4及び熱源側水熱交換器5と、前記循環冷媒を圧縮する圧縮機6と、前記循環冷媒を膨張させる減圧機構と、前記給気側空気熱交換器4及び前記熱源側水熱交換器5の蒸発工程と凝縮工程を切換える切換機構と、を少なくとも備え、前記給気側空気熱交換器4は前記水コイル8の風下に配置し、前記水コイル8と前記水熱源ヒートポンプ9のいずれか一方のみの単独運転または併用運転に切換え自在に構成し、前記地中熱交換器7の一対の前記往路管部1、1の間隔が、下方に向かって順次広がるように、又は、下方に向かって順次狭くなるように、配設したことを特徴とする地熱利用ヒートポンプ式空調装置。
- 給気側空気熱交換器4は水コイル8の風下でかつ上方に配置し、給気側空気熱交換器4に生じる凝縮水を水コイル8の熱交換部に供給して湿潤させるようにした請求項1又は2記載の地熱利用ヒートポンプ式空調装置。
- 地中熱交換器7の往路管部1を、長径側を両外側に向かって細くなる尖状にした扁平管に形成した請求項1、2又は3記載の地熱利用ヒートポンプ式空調装置。
- 地中熱交換器7の往路管部1を丸管とし、その外周壁を周方向に向かって蛇行状となるように形成した請求項1、2又は3記載の地熱利用ヒートポンプ式空調装置。
- 給気側空気熱交換器4と水コイル8の各伝熱管を楕円管にした請求項1、2、3、4又は5記載の地熱利用ヒートポンプ式空調装置。
- 本体ケーシング13にダクトを介して連通連結する個別風量制御自在な給気ファンユニット14を、備えた請求項1、2、3、4、5又は6記載の地熱利用ヒートポンプ式空調装置。
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