JP7061170B1 - 住宅空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】 省エネ性と快適性を両立する住宅空調システムを得る。【解決手段】 コイルユニット、ファンユニット、給気ユニット及び制御装置（８）を備える。コイルユニットの熱交換器（９）が、伝熱管群（２０）を複数のグループ（Ｇ）に分配しかつ一部又は全部のグループ（Ｇ）の限界通水量の割合が異なるように分配した分流回路（１８）を、備える。熱交換器（９）を通る空気の気流方向から見たときに、分流回路（１８）の第１グループ（Ｇ１）を除いた第２グループ（Ｇ２）に、第１グループ（Ｇ１）と重ならない不重複ゾーン（Ｆ）が、形成されるように構成すると共に、第１グループ（Ｇ１）が不重複ゾーン（Ｆ）で挟まれるように分流回路（１８）を構成する。【選択図】図４

Description

本発明は住宅空調システムに関するものである。

特許文献１のように住宅の天井に冷温水式の放射空調機を設けて、各室を空調する住宅用空気調和装置が知られている。

特開２０２０－６７２００号公報

この放射空調機の熱交換器は、熱交換用水の下限通水量の制御が難しく低空調負荷の場合、能力過多となって冷やし過ぎや温め過ぎが生じ、省エネ性と快適性に問題が生じやすかった。

本発明は上記課題を解決するため、熱交換器を有するコイルユニットと、室内空気と屋外空気の一方又は両方を前記コイルユニットに取込んで前記熱交換器で熱交換して空調用空気として送風するファンユニットと、前記ファンユニットから送風された前記空調用空気を室内に給気する給気ユニットと、前記コイルユニットと複数台の前記ファンユニットとをつなぐ送風ダクトと、制御装置と、を備え、前記熱交換器が、熱交換用水が通水される伝熱管群を複数のグループに分配しかつ一部又は全部の前記グループの前記熱交換用水の限界通水量の割合が異なるように分配した分流回路を、備え、前記制御装置が、前記室内が低空調負荷の場合に前記分流回路の最少限界通水量の第１の前記グループで前記熱交換用水の通水量を増減させる空調負荷対応部を、備え、前記熱交換器を通過する空気の気流方向から見たときに、前記分流回路の前記第１グループを除いた第２の前記グループに、前記第１グループと重ならない不重複ゾーンが、形成されるように構成すると共に、前記第１グループが前記不重複ゾーンで挟まれるように前記分流回路を構成し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、低空調負荷の場合に熱交換器の分流回路の第１グループで熱交換用水の通水量を増減させて下限通水量をさらに最少化できる。そのため、熱交換器の下限能力制御範囲が広がって低空調負荷の場合でも能力過多とならず、エネルギー浪費及び冷やし過ぎや温め過ぎが無くなって省エネ性と快適性が向上する。
冷房時に熱交換用水を熱交換器の分流回路の第１グループに流通させて第２グループに流通させないようにし、第１グループを通過して過冷却除湿した空気を、不重複ゾーンを通過した前記過冷却除湿空気よりも高温のバイパス空気で再熱し、不快な冷感がないドライエアーを得ることができる。このとき、前記過冷却除湿空気が逃げないように前記バイパス空気で挟むので混合が促進されて確実に再熱することができる。そのため、湿度が高くてジメジメする中間期でも、コールドドラフトのないカラッとした気流で空調ができ快適性が向上する。しかも、バイパスダンパ等の機器が不要でコストダウンとコンパクト化を図れる。

請求項２の発明によれば、在室の所のファンユニット（全台数より少ない台数）で送風量（給気風量）を制御して任意時間空調したり、全台数のファンユニットで、最大から最小までのうちの最小の送風量に制御して２４時間住宅の全館空調をすることができる。
請求項３の発明によれば、給気ユニットで空調用空気と室内空気を誘引混合して、混合空気の温度を室内の温度に近づけることができるため、コールドドラフトがなく冷房時の結露防止効果が得られる。誘引放射ユニットの熱放射の作用によりドラフト感や温度ムラがなく快適性が向上する。

請求項４の発明によれば、全熱交換器で省エネ性能を一層向上させることができる。
請求項５の発明によれば、蒸気加湿なので加湿不足がなく快適性が向上し、加湿暖房もできる。
請求項６の発明によれば、伝熱管群の通風抵抗が小さくてさらに省エネとなり、熱交換効率が向上するので、熱交換器及びコイルユニットの小型化を図れる。

請求項７と８の発明によれば、通常一体設置されているコイルユニットとファンユニットを分けてセパレート化して各室に分散設置し、床下や屋外に熱源装置を設置するので、生活スペースが無駄に制限されず、保守点検も容易となる。
請求項８の発明によれば、熱源装置が、エクセルギーの高い室内空気を混ぜて熱源用空気として利用するので、デフロスト運転の軽減と熱交換用水の温度調整能力の高効率化を図れる。

本発明の住宅空調システムを正面から見た簡略説明図である。 熱交換器を示す斜視図である。 図２のＤ矢視の簡略説明図である。 図２のＥ矢視の簡略説明図である。 誘引放射ユニットの斜視図である。 誘引放射ユニットの断面図である。

図１は本発明の住宅空調システムの一実施例で、この住宅空調システムは、コイルユニット１、ファンユニット２、給気ユニット３、排気ファン４、送風ダクト５、水配管６、熱源装置７及び制御装置８を備えている。コイルユニット１は住宅内中央部（図例では２階建て住宅Ｈの中央廊下）に設置し、ファンユニット２及び給気ユニット３は各室に分散設置する。

送風ダクト５は、コイルユニット１と複数台のファンユニット２、ファンユニット２と給気ユニット３、排気口１０と排気ファン４、の間で互いに空気が流れるように接続する。室内空気（還気）、屋外空気（外気）、給気、排気などの空気の流れる方向は太い点線の矢印で図示する。図中の符号ＲＡは室内空気、ＯＡは屋外空気、ＳＡは給気、ＥＡは排気を示し、住宅Ｈの内壁、外壁、床、天井等に穴部を設けて、これらの空気が通るようにする。

コイルユニット１は、熱交換用水を通水させる熱交換器９と、室内空気で屋外空気を熱交換する全熱交換器１１と、室内Ｓに給気される空調用空気を加湿する蒸気加湿器１２と、を備えている。熱交換器９、全熱交換器１１及び蒸気加湿器１２の噴霧ノズルはケーシング内に設けるが、全熱交換器１は省略するも自由である。熱交換用水は、熱源装置７にて、屋外空気及び室内空気の混合空気と、熱交換用水と、を内蔵のヒートポンプ（図示省略）を用いて熱交換して熱交換用水の温度を調整し、冷房用の冷水又は暖房用の温水にする。この冷水と温水を季節に応じて切換えて水配管６を介して熱交換器９と熱源装置７の間で循環させる。熱源装置７は、住宅Ｈの床下又は屋外に設置する。

ファンユニット２は、ケーシング内に送風ファンを設けたもので、室内空気と屋外空気の一方又は両方（図例では両方）をコイルユニット１に取込んで熱交換器９の熱交換用水で熱交換して空調用空気として給気ユニット３に送風する。給気ユニット３は、ファンユニット２から送風された空調用空気を室内Ｓに給気する。給気ユニット３は、誘引放射ユニット１３と誘引レジスタ１４の一方又は両方を用いる。誘引放射ユニット１３は、ファンユニット２から送風された空調用空気で室内空気を誘引して混合すると共にこの混合空気を室内Ｓに給気しつつ混合空気の熱を放射する。誘引レジスタ１４は、ファンユニット２から送風された空調用空気で室内空気を誘引して混合すると共にこの混合空気を室内Ｓに給気する。図例では、１台のファンユニット２に２台の給気ユニット３を接続しているが、１台のファンユニット２に１台の給気ユニット３を接続してもよく、接続台数の増減は自由である。

制御装置８は、コイルユニット１の熱交換器９の通水量と、ファンユニット２の送風量と、蒸気加湿器１２の加湿量と、を制御する。ファンユニット２の送風量はインバーターなどで増減させる。制御装置８は運転制御部１５を備え、運転制御部１５は、ファンユニット２の運転台数を制限して室内Ｓを任意時間空調すると共に、ファンユニット２の全台数で室内Ｓを２４時間空調する。

図２から図４に示すように、熱交換器９は、フィン群１７と分流回路１８とを備えている。フィン群１７は、空気が通る隙間をあけて配置した多数のプレートフィン１９から成る。分流回路１８は、熱交換用水が通水される伝熱管群２０を複数のグループＧに分配しかつ一部又は全部のグループＧの熱交換用水の限界通水量（熱交換量）の割合が異なるように分配して構成する。たとえば、太い一点鎖線で示す第１のグループＧ（Ｇ１）と、細い一点鎖線で示す第２のグループＧ（Ｇ２）と、に分け、第１グループＧ１は単独で最少の限界通水量となるように構成し、第１グループＧ１を除いた第２グループＧ２は、第１グループＧ１よりも限界通水量が多くなるように構成する。

第１グループＧ１の熱交換用水の入口は第１の分岐ヘッダ２１に接続し、第２グループＧ２の熱交換用水の入口は第２の分岐ヘッダ２１に接続する。第１グループＧ１と第２グループＧ２の熱交換用水の出口は両方とも合流ヘッダ２２に接続する。分岐ヘッダ２１はバルブ２３を介して水配管６の往管に接続し、合流ヘッダ２２は水配管６の還管に接続する。伝熱管群２０はフィン群１７を通過する空気の気流方向を横切るように蛇行させてフィン群１７と接続する。伝熱管群２０の直管部は楕円管にて構成するのが望ましいが円形管としてもよい。

制御装置８は、空調負荷対応部１６と、熱交換用水の通水量を調整するバルブ２３と、を備える。バルブ２３は通水量（弁開度）を無段階に調整することができる比例制御弁とし、分流回路１８のグループＧごとに設ける。空調負荷対応部１６は、室内Ｓが低空調負荷の場合に分流回路１８の最少限界通水量の第１グループＧ１で熱交換用水の通水量を増減させる。

また、空調負荷対応部１６は、高空調負荷の場合に全グループＧで熱交換用水の通水量を増減させると共に、高空調負荷と低空調負荷域との間の通常空調負荷の場合に第２グループＧ２で熱交換用水の通水量を増減させる。これにより真夏や真冬などのように最大の熱交換量が必要となる高空調負荷の場合から、中間期などのように僅少な熱交換量で足りる低空調負荷の場合まで幅広く対応できる。

分流回路１８は、熱交換器９のフィン群１７を通過する空気の気流方向から見たときに、分流回路１８の第２グループＧ２に、第１グループＧ１と重ならない不重複ゾーンＦが、複数形成されるように構成すると共に、第１グループＧ１が不重複ゾーンＦで挟まれるように構成する。なお、図例では分流回路１８のグループＧを２つのグループＧ１とＧ２に分配しているが、３つ以上のグループＧに分配してそのうちの１つのグループＧを最少限界通水量とするも自由である。

図５と図６に示すように、誘引放射ユニット１３は、空気供給部２４、空気誘引部２５及び空気混合部２６を備え、天井板の開口部から空気混合部２６の底面を室内Ｓに向けた状態で設置する。空気供給部２４はファンユニット２からの送風された空調用空気を噴流し、空気誘引部２５は噴流空気の誘引作用にて室内Ｓの還気を引き込んで空調用空気と混合する。空気混合部２６は、混合空気の熱を蓄熱するプレート２７と貫孔２８の群を備え、貫孔２８を介してプレート２７から熱を室内Ｓへ放射しつつ混合空気を室内Ｓへ放出する。

１ コイルユニット
２ ファンユニット
３ 給気ユニット
５ 送風ダクト
７ 熱源装置
８ 制御装置
９ 熱交換器
１１ 全熱交換器
１２ 蒸気加湿器
１３ 誘引放射ユニット
１５ 運転制御部
１６ 空調負荷対応部
１８ 分流回路
２０ 伝熱管群
Ｆ 不重複ゾーン
Ｇ グループ
Ｈ 住宅
Ｓ 室内

Claims (8)

1. 熱交換器（９）を有するコイルユニット（１）と、室内空気と屋外空気の一方又は両方を前記コイルユニット（１）に取込んで前記熱交換器（９）で熱交換して空調用空気として送風するファンユニット（２）と、前記ファンユニット（２）から送風された前記空調用空気を室内（Ｓ）に給気する給気ユニット（３）と、前記コイルユニット（１）と複数台の前記ファンユニット（２）とをつなぐ送風ダクト（５）と、制御装置（８）と、を備え、
   前記熱交換器（９）が、熱交換用水が通水される伝熱管群（２０）を複数のグループ（Ｇ）に分配しかつ一部又は全部の前記グループ（Ｇ）の前記熱交換用水の限界通水量の割合が異なるように分配した分流回路（１８）を、備え、
   前記制御装置（８）が、前記室内（Ｓ）が低空調負荷の場合に前記分流回路（１８）の最少限界通水量の第１の前記グループ（Ｇ１）で前記熱交換用水の通水量を増減させる空調負荷対応部（１６）を、備え、
   前記熱交換器（９）を通過する空気の気流方向から見たときに、前記分流回路（１８）の前記第１グループ（Ｇ１）を除いた第２の前記グループ（Ｇ２）に、前記第１グループ（Ｇ１）と重ならない不重複ゾーン（Ｆ）が、形成されるように構成すると共に、前記第１グループ（Ｇ１）が前記不重複ゾーン（Ｆ）で挟まれるように前記分流回路（１８）を構成したことを特徴とする住宅空調システム。
2. 前記制御装置（８）が、前記ファンユニット（２）の運転台数を制限して前記室内（Ｓ）を任意時間空調すると共に前記ファンユニット（２）全台数で前記室内（Ｓ）を２４時間空調する運転制御部（１５）を、備えた請求項１に記載の住宅空調システム。
3. 前記給気ユニット（３）が、前記ファンユニット（２）から送風された前記空調用空気で前記室内空気を誘引して混合すると共にこの混合空気を前記室内（Ｓ）に給気しつつ前記混合空気の熱を放射する誘引放射ユニット（１３）、である請求項１又は２に記載の住宅空調システム。
4. 前記コイルユニット（１）が、前記室内空気で前記屋外空気を熱交換する全熱交換器（１１）を、備えた請求項１から３のいずれかに記載の住宅空調システム。
5. 前記室内（Ｓ）に給気される空調用空気を加湿する蒸気加湿器（１２）を、備えた請求項１から４のいずれかに記載の住宅空調システム。
6. 前記コイルユニット（１）の前記熱交換器（９）の伝熱管群（２０）を楕円管にて構成した請求項１から５のいずれかに記載の住宅空調システム。
7. 前記コイルユニット（１）を住宅内中央部に設置すると共に前記ファンユニット（２）及び前記給気ユニット（３）を各室に分散設置にした請求項１から６のいずれかに記載の住宅空調システム。
8. 前記屋外空気及び前記室内空気の混合空気と前記熱交換用水とをヒートポンプを介して熱交換して前記熱交換用水の温度を調整する熱源装置（７）を、備え、前記熱源装置（７）を床下又は屋外に設置した請求項１から７のいずれかに記載の住宅空調システム。

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