JP2005106303A - 水熱源ヒートポンプ式空調機 - Google Patents

Abstract

【課題】極寒冷地などでも空調機単独で暖房運転ができ、水熱交換器の清掃を容易に行えるようにする。
【解決手段】 循環冷媒を介して熱源水と空調用空気を熱交換する圧縮式の水熱源ヒートポンプ６を有する熱交換ユニット４と、空調用空気を被空調空間へ給気する送風機７を有する送風ユニット２５と、を接続分離自在に備える。熱交換ユニット４と送風ユニット２５とを連通連結する。水熱源ヒートポンプ６が、熱源水で循環冷媒の熱交換をするプレート式の水熱交換器８と、循環冷媒で空調用空気の熱交換をする空気熱交換器９と、圧縮機１０と、を備える。熱交換ユニット４の内部を遮断隔壁１１にて第１空室Ａと第２空室Ｂに二分し、第１空室Ａに、空気熱交換器９を除いた水熱源ヒートポンプ６の部品を、配置し、第２空室Ｂに空気熱交換器９を配置する。熱源水回路からの熱源水と洗浄装置からの洗浄液とを選択的に水熱交換器８に流通自在とする通水機構Ｄを、設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は水熱源ヒートポンプ式空調機に関するものである。

循環冷媒を介して熱源水と空調用空気を熱交換する水熱源ヒートポンプ式空調機は、熱源水で循環冷媒の熱交換をする水熱交換器、循環冷媒で空調用空気の熱交換をする空気熱交換器、圧縮機、などを備えている。

極寒冷地などで氷点下の外気を空調用空気として導入する場合、水熱交換器や水配管が凍結するので、別個に予熱コイルなどを設けて外気を予熱する必要があり、設備コストや熱源機の運転コストが余分にかかる問題がある。また、水熱交換器は能力維持のため定期的に分解清掃が必要でメンテナンスに手間がかかる問題がある。

特開２００１−５０５６２号公報 特開平１１−１４２９６号公報

解決しようとする問題点は、極寒冷地などでは空調機単独で暖房運転ができない点、水熱交換器の清掃が面倒な点である。

本発明は、上記課題を解決するため、循環冷媒を介して熱源水と空調用空気を熱交換する圧縮式の水熱源ヒートポンプを有する熱交換ユニットと、前記空調用空気を被空調空間へ給気する送風機を有する送風ユニットと、を接続・分離自在に備え、前記熱交換ユニットと前記送風ユニットとを連通連結し、前記水熱源ヒートポンプが、熱源水で循環冷媒の熱交換をするプレート式の水熱交換器と、循環冷媒で空調用空気の熱交換をする空気熱交換器と、圧縮機と、を備え、前記熱交換ユニットの内部を遮断隔壁にて第１空室と第２空室に二分し、前記第１空室に、前記空気熱交換器を除いた前記水熱源ヒートポンプの部品を、配置し、前記第２空室に前記空気熱交換器を配置し、熱源水回路からの熱源水と洗浄装置からの洗浄液とを選択的に前記水熱交換器に流通自在とする通水機構を、設け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、遮断隔壁１１により空調用空気は第２空室Ｂのみを通って第１空室Ａを通らないので、極寒冷地などで氷点下の外気を空調用空気として熱交換ユニット４に導入しても、第１空室Ａの水熱交換器８や水配管が凍結しないので、外気を予熱することなく暖房運転でき、別個に予熱コイルなどを設ける必要がなくなり、設備コストと熱源機の運転コストの節減を図れる。ユニットに分けてあるので、リニューアルや故障の際に必要なユニットのみ交換すればよく、設備コストを削減できる。プレート式の水熱交換器８を分解せずに洗浄による清掃ができメンテナンスが容易となる。
請求項２の発明によれば、部品が少なく簡単な構造で通水機構Ｄを構成でき、製作が容易でコスト節減を図れ、スペースをとらなくて済む。洗浄流路Ｅへの熱源水の流入を遮断して薬品洗浄でき、洗浄効果が大となる。
請求項３の発明によれば、ストレーナ１９を熱源流路Ｆと洗浄流路Ｅの異物除去に兼用でき、個別にストレーナを設ける必要がなくコストダウンを図れる。
請求項４の発明によれば、中間期などでは水熱源ヒートポンプ６を停止し、バイパスダンパ２３を開くことにより、圧損を防止しながら外気冷房などを行えるので省エネを図れる。
請求項５の発明では、圧力損失が減少して熱交換効率が向上するので小型の送風機７を用いることができ騒音低減を図れる。空気熱交換器９も小型化でき空調機をコンパクト化できる。

図１と図２は、本発明の水熱源ヒートポンプ式空調機の一実施例を示しており、この水熱源ヒートポンプ式空調機は、循環冷媒を介して熱源水と空調用空気を熱交換する圧縮式の水熱源ヒートポンプ６を有する熱交換ユニット４と、空調用空気を被空調空間へ給気する送風機７を有する送風ユニット２５と、を接続・分離自在に備え、熱交換ユニット４と送風ユニット２５とをキャンバス継手などにて接続して連通連結する。熱交換ユニット４の内部は遮断隔壁１１にて第１空室Ａと第２空室Ｂに二分し、第１空室Ａに、空気熱交換器９を除いた水熱源ヒートポンプ６の部品を、配置し、第２空室Ｂに空気熱交換器９と加湿器５を配置し、熱源水回路２からの熱源水と洗浄装置３からの洗浄液とを選択的に水熱交換器８に流通自在とする通水機構Ｄを、設ける。熱交換ユニット４には、空気熱交換器９に対して空調用空気をバイパスさせるバイパスダンパ２３を、設ける。各図において実線及び点線の白抜き矢印は風向きを示す。水熱源ヒートポンプ６は、熱源機１で温度調整された熱源水が流れる熱源水回路２に接続される。熱源機１は、温水用のボイラーと冷水用の冷却塔又はチラーなどと切換機構とにより熱源水を温水と冷水に切換え自在として構成する。

水熱源ヒートポンプ６は、熱源水で循環冷媒の熱交換をするプレート式の水熱交換器８と、循環冷媒で空調用空気の熱交換をする空気熱交換器９と、圧縮機１０と、膨張弁と、冷媒循環方向の正逆の切換弁（四方弁）と、図示省略の受液器等と、を備え、これらを配管接続して冷媒循環回路を構成しかつ切換弁により水熱交換器８と空気熱交換器９の吸熱と放熱（蒸発機能と凝縮機能）を切換自在に構成する。この水熱源ヒートポンプ６の空気熱交換器９にて空調用空気を冷却又は加熱し、冷房と暖房を行う。図例では空気熱交換器９を２つ設け、風上側の空気熱交換器９が蒸発器として機能する場合に風下側の空気熱交換器９が再熱器として機能するように、たとえば水熱交換器８に流れる冷媒（ホットガス）の一部を風下側の空気熱交換器９にバイパスさせて過冷却・除湿・再熱自在に構成しているが、２つの空気熱交換器９のうち再熱器として機能する風下側の空気熱交換器９を省略し、空気熱交換器９を１つとして水熱源ヒートポンプ６を構成するも自由である。この水熱源ヒートポンプ６で冷房と暖房を行うときの熱源水の使用限界水温範囲の一例を上げると１０℃〜４５℃である。空気熱交換器９のフィンチューブは圧損の少ない楕円管にするのが好ましいが円形管でもよい。プレート式の水熱交換器８は、幾枚もの伝熱板（プレート）を重ねその伝熱板と伝熱板の間を熱源水と冷媒が交互に流れて互いに熱交換するように構成された公知のものである。

熱交換ユニット４の空気入口は還気取入用や外気取入用としてダクトなどを介して室内などの被空調空間や屋外と連通させ、送風ユニット２５の空気出口は給気用としてダクトなどを介して室内などの被空調空間に連通させる。この水熱源ヒートポンプ６の水熱交換器８に熱源水を流し、バイパスダンパ２３を閉じて送風機７で送風することにより、水熱源ヒートポンプ６の空気熱交換器９にて外気や還気などの空調用空気を熱交換して被空調空間に給気し、冷房運転や暖房運転などを行う。冷房運転の場合は、循環冷媒が水熱交換器８で凝縮（放熱）し風上側空気熱交換器９で蒸発（吸熱）するように機能させ、空気熱交換器９で冷風にする。暖房運転の場合は、循環冷媒が水熱交換器８で蒸発（吸熱）し風上側空気熱交換器９で凝縮（放熱）するように機能させ、空気熱交換器９で温風にする。

図２（ｂ）は、水熱交換器８を清掃する洗浄装置３を接続した状態を示し、図２（ａ）は洗浄装置３を外した状態を示している。通水機構Ｄは、熱源水回路２と水熱交換器８を接続する熱源水入口路１６ａ及び熱源水出口路１６ｂと、熱源水入口路１６ａと熱源水出口路１６ｂに個別に設けられて洗浄装置３の洗浄液入口路２０ａ及び洗浄液出口路２０ｂを接続・分離自在なプラグ付接続口１７、１７と、洗浄装置３と水熱交換器８を洗浄液入口路２０ａ及び洗浄液出口路２０ｂで接続することにより構成される洗浄流路Ｅへの熱源水の流入を遮断する開閉弁１８、１８と、を備え、熱源水回路２と水熱交換器８を熱源水入口路１６ａ及び熱源水出口路１６ｂで接続して成る熱源流路Ｆと、洗浄流路Ｅとの共用部にストレーナ１９を設ける。空調運転時は図２（ａ）の状態で接続口１７、１７のプラグを閉め、開閉弁１８、１８を開いて熱源水を流し、ストレーナ１９は適宜清掃する。水熱交換器８の清掃時は第１空室Ａを露出させ、図２（ｂ）のように接続口１７、１７のプラグを外して洗浄装置３の洗浄液入口路２０ａ及び洗浄液出口路２０ｂを接続し、開閉弁１８、１８を閉じて水熱交換器８に洗浄液を流して洗浄し、洗浄後にストレーナ１９を清掃する。なお、ストレーナ１９は図例以外の位置に変更自由である。

図３は、前記実施例において、熱交換ユニット４の遮断隔壁１１に、空気熱交換器９に対して空調用空気の一部を第１空室Ａにバイパスさせるダンパ機構Ｃを、設けたものである。ダンパ機構Ｃは入口ダンパ１３と出口ダンパ１４からなり、入口ダンパ１３は空気熱交換器９の風上に、出口ダンパ１４は空気熱交換器９の風下に、それぞれ配置する。冷房運転時は入口ダンパ１３と出口ダンパ１４を閉じ、凍結しない空気温度において暖房運転時に入口ダンパ１３と出口ダンパ１４を開いて、空気熱交換器９に対して空調用空気の一部を第１空室Ａにバイパスさせ、圧縮機１０や水熱交換器８の排熱で空気を加熱し、空気熱交換器９で加熱した空気と共に被空調空間に給気する。このように、暖房運転時、ダンパ機構Ｃにより空調用空気の一部を第１空室Ａにバイパスさせて、圧縮機１０や水熱交換器８の排熱を回収でき、省エネを図れる。

図４は、図３の実施例において、熱交換ユニット４に、排気口１５と、第１空室Ａの空気を排気口１５から排気させる排気ダンパ１２と、を設けたものである。排気口１５はダクトなどを介して屋外と連通させる。排気ダンパ１２は気温が高い夏期などに開いて、第１空室Ａの圧縮機１０や水熱交換器８からの排熱空気を排出する。後述のように押込み式に送風する場合には、入口ダンパ１３を開いて強制的に排気ダンパ１２から排気することもできる。このように、排気口１５と排気ダンパ１２により第１空室Ａの圧縮機１０や水熱交換器８からの排熱空気を排出して過熱を防止することができ、信頼性が向上する。

なお、第１空室Ａと第２空室Ｂは縦に二分する以外に横に二分するも自由である。また図示省略するが、送風ユニット２５と熱交換ユニット４を逆に連結して送風ユニット２５から熱交換ユニット４へ押込み式に送風するように構成したり、熱交換ユニット４のみを冷温水コイルで空気を熱交換するエアハンドリングユニットなどの空調機と接続して運転してもよい。

水熱源ヒートポンプ式空調機の実施例を示す正面図である。 水熱源ヒートポンプの簡略説明図である。 水熱源ヒートポンプ式空調機の他の実施例を示す正面図である。 水熱源ヒートポンプ式空調機の別の実施例を示す正面図である。

符号の説明

２ 熱源水回路
３ 洗浄装置
４ 熱交換ユニット
６ 水熱源ヒートポンプ
７ 送風機
８ 水熱交換器
９ 空気熱交換器
１０ 圧縮機
１１ 遮断隔壁
１６ａ 熱源水入口路
１６ｂ 熱源水出口路
１７ プラグ付接続口
１８ 開閉弁
１９ ストレーナ
２０ａ 洗浄液入口路
２０ｂ 洗浄液出口路
２３ バイパスダンパ
２５ 送風ユニット
Ａ 第１空室
Ｂ 第２空室
Ｄ 通水機構
Ｅ 洗浄流路
Ｆ 熱源流路

Claims (5)

1. 循環冷媒を介して熱源水と空調用空気を熱交換する圧縮式の水熱源ヒートポンプ６を有する熱交換ユニット４と、前記空調用空気を被空調空間へ給気する送風機７を有する送風ユニット２５と、を接続・分離自在に備え、前記熱交換ユニット４と前記送風ユニット２５とを連通連結し、前記水熱源ヒートポンプ６が、熱源水で循環冷媒の熱交換をするプレート式の水熱交換器８と、循環冷媒で空調用空気の熱交換をする空気熱交換器９と、圧縮機１０と、を備え、前記熱交換ユニット４の内部を遮断隔壁１１にて第１空室Ａと第２空室Ｂに二分し、前記第１空室Ａに、前記空気熱交換器９を除いた前記水熱源ヒートポンプ６の部品を、配置し、前記第２空室Ｂに前記空気熱交換器９を配置し、熱源水回路２からの熱源水と洗浄装置３からの洗浄液とを選択的に前記水熱交換器８に流通自在とする通水機構Ｄを、設けたことを特徴とする水熱源ヒートポンプ式空調機。
2. 通水機構Ｄが、熱源水回路２と水熱交換器８を接続する熱源水入口路１６ａ及び熱源水出口路１６ｂと、前記熱源水入口路１６ａと前記熱源水出口路１６ｂに個別に設けられて洗浄装置３の洗浄液入口路２０ａ及び洗浄液出口路２０ｂを接続・分離自在なプラグ付接続口１７、１７と、前記洗浄装置３と前記水熱交換器８を前記洗浄液入口路２０ａ及び前記洗浄液出口路２０ｂで接続することにより構成される洗浄流路Ｅへの熱源水の流入を遮断する開閉弁１８、１８と、を備えた請求項１記載の水熱源ヒートポンプ式空調機。
3. 熱源水回路２と水熱交換器８を熱源水入口路１６ａ及び熱源水出口路１６ｂで接続して成る熱源流路Ｆと、洗浄流路Ｅとの共用部にストレーナ１９を設けた請求項２記載の水熱源ヒートポンプ式空調機。
4. 熱交換ユニット４に、空気熱交換器９に対して空調用空気をバイパスさせるバイパスダンパ２３を、設けた請求項１、２又は３記載の水熱源ヒートポンプ式空調機。
5. 空気熱交換器９のフィンチューブを楕円管にした請求項１、２、３又は４記載の水熱源ヒートポンプ式空調機。

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