JPH0914694A - 水熱源型ヒートポンプユニット空調システムおよび水熱源型ヒートポンプ空調機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 排気空気を利用した省エネタイプの個別空調
システムを提供する。 【構成】 本システムは、屋内に設置されて空調室内の
冷暖房を行う水熱源型ヒートポンプユニット空調機１０
２と、その空調機１０２に通水される熱源水を排気空気
で冷却または加熱する気液直接接触型熱交換器１０４
と、熱源水循環手段１２４ｃにより空調機１０２と熱交
換器１０４との間で熱源水を循環させる熱源水循環系１
２４と、熱交換器１０４に排気空気を送気する排気ファ
ン１１４とから構成されている。従って、気液直接接触
型熱交換器１０４において排気空気により熱源水を冷却
または加熱することにより、排気空気から熱回収を行い
所望の空調空気を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は空調機および空調システ
ムに係り、特に水熱源型ヒートポンプにより冷暖房を行
う水熱源型ヒートポンプを利用した空調システムおよび
空調機に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、オフィスビルなどの空調設備の方
式は、ビル機能のインテリジェント化による冷房負荷の
増大への対応やオフィス環境の快適化要求に応じて、セ
ントラル方式から個別分散方式に変遷しつつある。この
ような個別分散型ビル空調方式に対応する空調設備とし
て、ユニット型ヒートポンプやマルチ方式空気調和器な
どの個別空調システムが提案されている。

【０００３】たとえば典型的なマルチ方式空調設備は、
１台の室外ユニットに複数の室内ユニットが接続され、
各室内ユニットごとに個別に運転停止や室温設定などの
制御ができるように構成されている。このようなマルチ
方式空調設備は個別運転制御特性に優れているため個別
分散方式に最適であり、しかも熱搬送動力を軽減するこ
とが可能なため、消費エネルギーを大幅に抑えることが
できる点でも注目されている。

【０００４】しかしながら、上記のようなマルチ方式空
調設備の設置にあたっては、室内ユニットと室外ユニッ
トとを連絡する冷媒配管の長さや高低差が設置場所によ
って多様であり、さらに設置現場に応じて冷却能力の予
測、配管系の設定、オイル注入量の適正調整などを個別
に行う必要があるため、設計及び施工が煩雑であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な従来の個別空調システムの抱える問題点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、従来は利用
されることなくそのまま排気されていた屋内の排気空気
を熱源として利用し、従って、見かけ上、熱源接続が不
要であるとともに、排熱回収による省エネルギーに優
れ、しかも各空調空間の部分負荷に柔軟に対応すること
が可能であり、特に既存の空調室内の冷房能力の増強に
有効な、新規かつ改良された水熱源型ヒートポンプユニ
ット空調システムおよび水熱源型ヒートポンプ空調機を
提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１によれば、水熱源型ヒートポンプユニット
空調システムは、屋内に設置されて空調室内の冷暖房を
行う水熱源型ヒートポンプユニット空調機と、水熱源型
ヒートポンプユニット空調機に通水される熱源水を排気
空気で冷却または加熱する気液直接接触型熱交換器と、
熱源水循環手段により水熱源型ヒートポンプユニット空
調機と気液直接接触型熱交換器との間で熱源水を循環さ
せる熱源水循環系と、気液直接接触型熱交換器に補給水
を給水する給水系と、気液直接接触型熱交換器に排気空
気を送気する排気手段とから構成される。

【０００７】また請求項２によれば、請求項１に記載の
空調システムを構成する各構成要素が同体のユニットと
して一体的に構成される態様が提供される。

【０００８】

【作用】本発明によれば、室内、例えばトイレや厨房か
らの排気空気を熱源として利用して気液直接接触熱交換
器により熱源水を冷却または加熱する。そして、冷却ま
たは加熱された熱源水を、ポンプなどの熱源水循環手段
により熱源水循環系を介して水熱源型ヒートポンプユニ
ット空調機に通水し、空調機内を循環する熱媒から抜熱
することにより、空調室内に冷気を供給することが可能
（冷房運転）となり、あるいはその熱媒に放熱すること
により、空調室内に暖気を供給することが可能（暖房運
転）となる。なお、蒸発により減じた分の熱源水は給水
系により適宜補うことができる。

【０００９】

【実施例】以下に添付図面を参照しながら、本発明に係
る水熱源型ヒートポンプユニット空調システムおよび水
熱源型ヒートポンプ空調機の好適な実施例について詳細
に説明する。なお、図１及び図２には、本発明にかかる
水熱源型ヒートポンプユニット空調システムの一実施例
が示されており、図１はその構成の略側面図であり、図
２はその構成の略平面図を示している。また、図３に
は、単体ユニットとして構成された本発明にかかる水熱
源型ヒートポンプ空調機の一実施例が示されている。

【００１０】図１に示すように、空調室１０８の天井部
には水熱源型ヒートポンプユニット１０２が設置されて
おり、所望の冷気または暖気を空調室内に供給すること
ができる。この水熱源型ヒートポンプユニット１０２
は、圧縮機、凝縮器、蒸発器、膨張弁が同体のユニット
内に一体的に収容されて構成されたものであり、例え
ば、冷房運転時には、凝縮器として機能する水−熱媒熱
交換器１０２ａに冷却された熱源水を通水することによ
り熱媒から抜熱し、蒸発器として機能する熱媒−空気熱
交換器より冷気を室内に供給することができる。また、
暖房運転時には、加熱された熱源水をヒートポンプに送
り、冷房時とは逆サイクルでヒートポンプを運転し、凝
縮器として機能する熱媒−空気熱交換器より暖気を室内
に供給することができる。

【００１１】また空調室１０８の天井部には排気ユニッ
ト１１２も設置されている。この排気ユニット１１２内
には排気ファン１１４が収納されており、ダクト１１６
ａを介して排気空気を気液直接接触型熱交換器１０４に
送ることができる。排気空気は、気液直接接触型熱交換
器１０４において熱源水と熱交換された後、ダクト１１
６ｂを介して室外に開口する排気口１１８より排気され
る。気液直接接触型熱交換器１０４は、例えば、充填
材、エリミネータ、散水管、水槽から構成される小型の
冷却塔仕様のものを使用することが可能であり、散水管
から熱源水を散水しながら排気空気と接触させて熱交換
し、冷却または加熱して回収することができる。また気
液直接接触型熱交換器１０４には、管路１２０を介して
ポンプ１２２により、蒸発などにより減じた分の熱源水
を適宜給水することが可能である。

【００１２】また、上記水熱源型ヒートポンプユニット
１０２と気液直接接触型熱交換器１０４とは熱源水循環
系１２４により接続されている。この熱源水循環系１２
４は、熱交換器１０４からヒートポンプユニット１０２
に冷却または加熱された熱源水を送る往路１２４ａと、
ヒートポンプユニット１０２において熱交換された戻り
水を熱交換器１０４に戻す復路１２４ｂと、熱源水を循
環させる循環ポンプ１２４ｃとから構成される。

【００１３】次に、上記のように構成された水熱源型ヒ
ートポンプユニット空調システムの動作を冷房運転時を
例に挙げて説明する。

【００１４】まず、排気手段１１４により空調室１０８
からの排気空気を天井裏１０６に設置された気液直接接
触型熱交換器１０４に送り、そこで散水管から散水され
る熱源水を冷却する。適当な温度に冷却された熱源水
は、往路１２４ａを介して水熱源型ヒートポンプユニッ
ト空調機１０２の凝縮器１０２ａに送られる。凝縮器１
０２ａにおいて熱源水はヒートポンプユニット空調機１
０２内を循環する熱媒を冷却し、冷却された熱媒は、不
図示の熱媒−空気熱交換器において空調室１０８内に給
気される空気より抜熱し、空調室１０８内には所望の温
度に冷却された冷風が供給される。なお、暖房運転を行
う場合には、気液直接接触型熱交換器１０４において排
気空気により熱源水を加熱し、加熱された熱源水をヒー
トポンプユニット空調機１０２に送り、ヒートポンプユ
ニット空調機１０２を冷房運転時とは逆サイクルで運転
させることにより、空調室１０８内に所望の温度に暖め
られた温風を供給することができる。

【００１５】以上説明したように、本実施例の空調シス
テムでは、排気空気を熱源として使用し、見かけ上、熱
源供給が不要のシステムを構築している。従って、本空
調システムの加熱冷却能力は、利用できる空気量と熱源
の利用温度差によりほぼ決定され、それに応じて消費電
力（ヒートポンプの成績係数）も求めることができる。

【００１６】たとえば、気液直接接触型熱交換器１０４
の設計を起点として検討し、利用可能な排気空気量を１
００立方メートル／時間、水空気比を４と設定すると、 利用可能な排気空気量： １００立方メートル／時間 利用温度差： 気液直接接触型熱交換器入口空気湿球温度 １５℃ 同 出口空気湿球温度 約３８．５℃ 同 入口水温 ４３℃ 同 出口水温 約３６℃ 同 水量 ４８０リットル／時間 同 交換熱量 約３３００キロカロリー／時間 となり、２０００キロカロリー／時間以上の冷房能力を
有する水熱源型ヒートポンプユニット空調システムを構
築することができる。

【００１７】以上、本発明の一実施例について説明した
が、本発明はかかる実施例に限定されない。当業者であ
れば、特許請求の範囲に記載される技術的思想の範疇に
おいて様々な変更および修正を行うことが可能であり、
それらについても本発明の技術的範囲に属するものと了
解される。

【００１８】例えば、図１および図２においては、水熱
源型ヒートポンプユニットが天井裏に設置される天井隠
蔽型の空調システムを示したが、本発明はかかる例に限
定されず、水熱源型ヒートポンプユニットを、ウォール
スルー型として、あるいは床置隠蔽型として、あるいは
天吊カセット型としてさまざまな態様で構成することも
可能である。本発明の要旨は、室内空気の排気経路中に
気液直接接触型熱交換器を配置し、そこで排気空気より
熱回収を行い、水熱源型ヒートポンプユニットへ熱源水
を供給することにより、見かけ上熱源を必要としない自
己完結的な空調システムを構築することにあるので、か
かる目的を達成できる構造であれば、いかなる構成を採
用することも可能である。

【００１９】また、図示の実施例では、同一の空調空間
より熱源用の排気空気を回収するとともに、その排気空
気により空調された冷風または温風を同一の空調空間に
供給する構成を示しているが、例えば、排気空気をトイ
レや厨房など空調空間とは別の空間から回収するように
構成することもできる。その場合に、トイレ等からの排
気は、空調室からのパスダクトや扉のグリルによる流入
により、空調室に近い温度になっているものを利用する
ことが好ましい。

【００２０】また、図示の実施例では、排気ファン１１
４を天井に設置される排気ユニット１１２内に収容され
る態様を示したが、排気空気を送るダクト経路が長い場
合には中間ファンを設けることももちろん可能である。

【００２１】さらにまた、図示の実施例では、空調空間
として約２０平方メートルほどの空間を想定し、その空
調空間からの排気空気から熱回収し同じ空調空間の空調
を行うものとして、１台の水熱源型ヒートポンプユニッ
トに対して１台の気液直接接触型熱交換器を接続した構
成を示したが、対象となる空調空間の大きさ及び利用で
きる排気空気の空気量及び温度に応じて、任意の台数の
水熱源型ヒートポンプユニットに対して任意の台数の気
液直接接触型熱交換器を接続することが可能である。

【００２２】さらにまた、図示の実施例では、水熱源型
ヒートポンプユニットと気液直接接触型熱交換器とを別
体に構成した例を示したが、これらの構成要素を単一の
ユニットとして一体的に構成することも可能である。次
に、単一ユニットのユニットとして水熱源型ヒートポン
プ空調機を構成した別の実施例について、図３を参照し
ながら説明する。

【００２３】図３に示すように、本空調機は、ハウジン
グ２０２内に、水熱源型ヒートポンプ２０４と、気液直
接接触型熱交換器２０６と、熱源水循環系２０８と、排
気ファン２１０と、給気ファン２１２とが一体に収容さ
れて、床据置型の空調機として構成されている。

【００２４】水熱源型ヒートポンプ２０４は、熱媒循環
系を介して、圧縮機２０４ａと、熱媒−水熱交換器２０
４ｂと、膨張弁２０４ｃと、熱媒−空気熱交換器２０４
ｄとが、四方弁２０４ｅにより熱媒の流れ方向を切り換
えることができるように接続することで構成される。ま
た、熱源水循環系２０８は、循環ポンプ２０８ａにより
気液直接接触型熱交換器２０６とヒートポンプ２０４の
熱媒−水熱交換器２０４ｂとの間で加熱または冷却され
た熱源水を循環させることができるように配管されてい
る。また、排気ファン２１０は、不図示の排気口より室
内からの排気空気を気液直接接触型熱交換器２０６に送
り、その熱で熱源水を加熱または冷却した後、不図示の
排気口より排気空気を室外に排気するためのものであ
る。また、給気ファン２１２はヒートポンプ２０４の熱
媒−空気熱交換器２０４ｄにより加熱または冷却された
空調空気を空調空間に供給するためのものである。さら
に、気液直接接触型熱交換器２０６には給水管２１４が
接続されており、蒸発等により不足した熱源水を適宜補
うことができる。

【００２５】次に、図３に示す水熱源型ヒートポンプ空
調機の動作について簡単に説明する。冷房運転時には、
熱媒−水熱交換器２０４ｂに気液直接接触型熱交換器２
０６において排気空気により冷却された熱源水をヒート
ポンプ２０４の熱媒−水熱交換器２０４ｂに送るととも
に、四方弁２０４ｅを切り換えて、熱媒を圧縮機２０４
ａ→四方弁２０４ｅ→熱媒−水熱交換器２０４ｂ（凝縮
器）→膨張弁２０４ｃ→熱媒−空気熱交換器２０４ｄ
（蒸発器）→四方弁２０４ｅ→圧縮機２０４ａと循環さ
せ、蒸発器２０４ｄにより空調空気を冷却し、給気ファ
ン２１２により冷風を空調空間に供給することができ
る。これに対して暖房運転時には、排気空気により熱源
水を加熱するとともに、ヒートポンプ２０４を冷房時と
は逆サイクルで運転し、凝縮器として機能する熱媒−空
気熱交換器２０４ｄにより空調空気を暖め、給気ファン
２１２により温風を空調空間に供給することができる。

【００２６】以上のように、図３に示す水熱源型ヒート
ポンプ空調機によれば、コンパクトな見かけ上熱源が不
要な自己完結型の空調ユニットを構成することができる
ので、所定の局所空間（例えば、２０平方メートル）ご
とにかかる空調ユニットを設置することにより、局所空
間ごとに異なる熱負荷に対して細やかに対応し快適な空
調環境を提供することができる。

【００２７】なお図３に示す空調ユニットは、本発明に
かかる水熱源型ヒートポンプ空調機の一実施例に過ぎ
ず、当業者であれば、特許請求の範囲に記載された本発
明の技術的思想の範疇内において各種変更および修正を
加えることが可能であり、それらについても本発明の技
術的範囲に属することは言うまでもない。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来は利用されることなくそのまま排気されていた屋内
の排気空気を熱源として利用して空調を行うので、従っ
て、見かけ上、熱源接続が不要であるとともに、排熱回
収による省エネルギーに優れた空調システムを構築する
ことができる。また、本発明によれば、自己完結型の空
調システムを構築できるので、各所定の局所空間ごとに
各空調システムを設置することにより、局所空間ごとに
異なる熱負荷要求にも柔軟に対応することが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる水熱源型ヒートポンプユニット
空調システムの一実施例にかかる概略構成を示す略側面
図である。

【図２】図１に示す空調システムの略平面図である。

【図３】本発明にかかる水熱源型ヒートポンプ空調機の
一実施例にかかる概略構成を示す略構成図である。

【符号の説明】

１０２ 水熱源型ヒートポンプユニット １０４ 気液接触型熱交換器 １０８ 空調空間 １１４ 排気ファン １１６ａ、１１６ｂ 排気ダクト １２２ 給水ポンプ １２４ 熱源水循環系

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 榎本 均 神奈川県藤沢市亀井野３−９−12 メイプ ルタウン六会103

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 屋内に設置されて空調室内の冷暖房を行
   う水熱源型ヒートポンプユニット空調機と、前記水熱源
   型ヒートポンプユニット空調機に通水される熱源水を排
   気空気で冷却または加熱する気液直接接触型熱交換器
   と、熱源水循環手段により前記水熱源型ヒートポンプユ
   ニット空調機と前記気液直接接触型熱交換器との間で熱
   源水を循環させる熱源水循環系と、前記気液直接接触型
   熱交換器に補給水を給水する給水系と、前記気液直接接
   触型熱交換器に排気空気を送気する排気手段とを備えて
   成る水熱源型ヒートポンプユニット空調システム。
2. 【請求項２】 空調室内の冷暖房を行う水熱源型ヒート
   ポンプと、前記水熱源型ヒートポンプユニット空調機に
   通水される熱源水を排気空気で冷却または加熱する気液
   直接接触型熱交換器と、熱源水循環手段により前記水熱
   源型ヒートポンプユニット空調機と前記気液直接接触型
   熱交換器との間で熱源水を循環させる熱源水循環系と、
   前記気液直接接触型熱交換器に排気空気を送気する排気
   手段と、前記気液直接接触型熱交換器に補給水を給水す
   る給水系の少なくとも一部とが、同体のユニットとして
   一体的に構成されていることを特徴とする水熱源型ヒー
   トポンプ空調機。