JP2005283037A - 水熱源ヒートポンプ式空調機 - Google Patents

Abstract

【課題】空調機のコンパクト化を図り、水熱交換器のメンテナンスを容易にする。
【解決手段】 ケーシング４内に、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と、空調用空気を取入れて被空調空間へ給気する第１と第２の送風機７ａ、７ｂと、を備える。ケーシング４内の上側に給気送風路Ａを形成すると共に給気送風路Ａに第１送風機７ａと水熱源ヒートポンプ６の空気熱交換器９と第２送風機７ｂを送風方向へ順に配設する。ケーシング４の給気送風路Ａの下の空室部Ｂにおいて、第１と第２の送風機７ａ、７ｂの下方に電気関係装置１２ａ、１２ｂを各々配設すると共に空気熱交換器９の下方近傍に、水熱源ヒートポンプ６の他の構成部品と、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と、を配設する。
【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、空調用空気を給気するための送風機、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。

この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。また、空調用空気入口と空調用空気出口をケーシングの上側に設けた場合、空気熱交換器をケーシングの下側に配置し、水熱交換器や圧縮機などを上側に配置すると、ケーシング内の送風路がＵ字状となって長大化し、空調機が大型化する問題がある。

特開平１１−１４２９６号公報

解決しようとする問題点は、空調機が大型化する点と、水熱交換器のメンテナンスが面倒な点であり、さらに、冷暖同時運転が可能で熱交換能力の高い水熱源ヒートポンプ式空調機を提供する。

本発明は、上記課題を解決するため、ケーシング内に、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と、前記空調用空気を取入れて被空調空間へ給気する第１と第２の送風機と、を備え、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、前記ケーシング内の上側に給気送風路を形成すると共にこの給気送風路に前記第１送風機と前記空気熱交換器と前記第２送風機を送風方向へ順に配設し、前記ケーシングの給気送風路の下の空室部において、前記第１と第２の送風機の下方に電気関係装置を各々配設すると共に前記空気熱交換器の下方近傍に、前記水熱源ヒートポンプの他の構成部品と、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と、を配設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、第１と第２の送風機７ａ、７ｂで給気を遠距離搬送できる。ケーシング４の上側に空気熱交換器９を挟むようにして第１と第２の送風機７ａ、７ｂを配置して給気送風路Ａを短くし、その下の空室部Ｂに電気関係装置１２ａ、１２ｂや水熱源ヒートポンプ６の他の構成部品などを配置して、無駄な空きスペースをなくすことができるので、ケーシング４（空調機）のコンパクト化を図れる。電気関係装置１２ａ、１２ｂを第１と第２の送風機７ａ、７ｂの下に配置してあるので第１と第２の送風機７ａ、７ｂと圧縮機１０に最短で配線でき製作が容易となる。空気熱交換器９以外の水熱源ヒートポンプ６の構成部品をケーシング４の下部に配設してあるので振動を低くできる。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、空室部をとらなくて済む。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、水熱源ヒートポンプ６は冷水で暖房、温水で冷房ができるので、同じ熱源水を用いて水熱源ヒートポンプ６と冷温水コイル１３で冷房運転、暖房運転、冷暖同時運転など各種の運転や、水熱源ヒートポンプ６のみ又は冷温水コイル１３のみによる冷暖房運転が自由に選択でき、個別制御が容易となる。
請求項５の発明によれば、水熱交換器８と空気熱交換器９を共用しているので部品点数の削減とコンパクト化を図れる。空気熱交換器９はフィン群を共用してあるので伝熱面積が大きくなって１つの圧縮機１０の単独運転でも熱交換能力が高くなる。しかも残りの圧縮機１０をバックアップ用にも使える。
請求項６の発明によれば、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〜図３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、ケーシング４内に、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と、空調用空気を取入れて被空調空間へ給気する第１と第２の送風機７ａ、７ｂと、第１と第２の送風機７ａ、７ｂや水熱源ヒートポンプ６の圧縮機１０などの容量を制御する各種の制御基板やスイッチなどにて構成される制御装置やインバータや動力盤などにて構成される動力装置などの電気関係装置１２ａ、１２ｂと、を備えている。水熱源ヒートポンプ６は、水熱交換器８と、空気熱交換器９と、圧縮機１０と、を備える。ケーシング４内の上側には給気送風路Ａを形成すると共にこの給気送風路Ａに第１送風機７ａと空気熱交換器９と加湿器５と第２送風機７ｂを送風方向へ順に配設し、ケーシング４の給気送風路Ａの下の空室部Ｂにおいて、第１と第２の送風機７ａ、７ｂの下方に電気関係装置１２ａ、１２ｂを各々配設すると共に空気熱交換器９の下方近傍に、水熱源ヒートポンプ６の他の構成部品と、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と、を配設する。

給気送風路Ａと空室部Ｂは仕切部１１にて上下に二分する。空調用空気入口２２と空調用空気出口２１はケーシング４の上部に設け、空調用空気入口２２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、空調用空気出口２１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。第１送風機７ａはケーシング４の一側端であって空調用空気入口２２付近に押込式に配設し、第２送風機７ｂはケーシング４の他側端であって空調用空気出口２１付近に吸込式に配設して、給気送風路Ａを短くする。各図において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、これらを冷媒循環自在に配管接続しかつ切換弁により水熱交換器８と空気熱交換器９での吸熱と放熱（蒸発機能と凝縮機能）を切換自在に構成する。図例では、水熱源ヒートポンプ６が複数の圧縮機１０を備え、この圧縮機１０毎に独立した冷媒循環回路Ｃ…を設け、この複数の冷媒循環回路Ｃ…に１つの水熱交換器８と１つの空気熱交換器９を共用させているが、冷媒循環回路Ｃと圧縮機１０の数の増減は自由で、冷媒循環回路Ｃと圧縮機１０を１つのみとして水熱交換器８と空気熱交換器９を共用させないようにしてもよい。共用させる場合は、空気熱交換器９を、フィンチューブ１列毎、フィンチューブ１段毎又はフィンチューブ１本毎に、流れる冷媒が異なるように構成し、空気との熱交換ムラをなくし性能の安定化を図る。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。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。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。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、第１と第２の送風機７ａ、７ｂ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。

ケーシング４内には、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。図３（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３（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３（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の清掃時はケーシング４内を露出させ、図３（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。また、通水機構Ｄは、ケーシング４内でなく、全て外部に設けたり、一部を外部に設けるも自由である。

前記実施例において、図１と図３の仮想線のごとく、給気送風路Ａに、熱源水で空調用空気の熱交換をする冷温水コイル１３を設け、空調用空気を冷温水コイル１３と空気熱交換器９の一方のみ又は両方で冷却又は加熱する空調運転状態と一方で冷却し他方で加熱する空調運転状態とに切換自在に構成してもよい。冷温水コイル１３は熱源水入口路１６ａと熱源水出口路１６ｂとバルブ１４などを介して熱源水回路２に接続する。バルブ１４には流量制御弁や開閉弁を用いる。たとえば、ピーク負荷の場合などでは冷温水コイル１３と水熱源ヒートポンプ６の水熱交換器８の両方に熱源水（冷水又は温水）を流して第１と第２の送風機７ａ、７ｂで送風することにより、冷温水コイル１３と水熱源ヒートポンプ６の空気熱交換器９にて空調用空気を熱交換して被空調空間に給気し、冷房運転や暖房運転を行う。通常負荷の場合などでは冷温水コイル１３に熱源水を流し、水熱源ヒートポンプ６の空気熱交換器９に冷媒が流れないようにして送風することにより、冷温水コイル１３のみにて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を行う。少負荷の場合などでは冷温水コイル１３の熱源水が流れないようにし、水熱源ヒートポンプ６の水熱交換器８に熱源水を流して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を行う。除湿再熱運転の場合は、冷温水コイル１３と水熱源ヒートポンプ６の水熱交換器８の両方に熱源水（冷水）を流して送風することにより、冷温水コイル１３で過冷却除湿したのち水熱源ヒートポンプ６の空気熱交換器９で除湿空気を再熱する。なお、本発明は前記実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更自由であり、たとえば、冷温水コイル１３と空気熱交換器９は何れを風上側に配置するも自由である。

水熱源ヒートポンプ式空調機の実施例を示す断面図。 水熱源ヒートポンプ式空調機の斜視図。 水熱源ヒートポンプの簡略説明図。

符号の説明

２ 熱源水回路
３ 洗浄装置
４ ケーシング
６ 水熱源ヒートポンプ
７ａ 第１送風機
７ｂ 第２送風機
８ 水熱交換器
９ 空気熱交換器
１０ 圧縮機
１２ａ 電気関係装置
１２ｂ 電気関係装置
１３ 冷温水コイル
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
Ａ 給気送風路
Ｂ 空室部
Ｃ 冷媒循環回路
Ｄ 通水機構
Ｅ 洗浄流路
Ｆ 熱源流路

Claims (6)

1. ケーシング４内に、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と、前記空調用空気を取入れて被空調空間へ給気する第１と第２の送風機７ａ、７ｂと、を備え、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、前記ケーシング４内の上側に給気送風路Ａを形成すると共にこの給気送風路Ａに前記第１送風機７ａと前記空気熱交換器９と前記第２送風機７ｂを送風方向へ順に配設し、前記ケーシング４の給気送風路Ａの下の空室部Ｂにおいて、前記第１と第２の送風機７ａ、７ｂの下方に電気関係装置１２ａ、１２ｂを各々配設すると共に前記空気熱交換器９の下方近傍に、前記水熱源ヒートポンプ６の他の構成部品と、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と、を配設し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. 給気送風路Ａに、熱源水で空調用空気の熱交換をする冷温水コイル１３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. 水熱源ヒートポンプ６が複数の圧縮機１０を備え、この圧縮機１０毎に独立した冷媒循環回路Ｃ…を設け、この複数の冷媒循環回路Ｃ…に１つの水熱交換器８と１つの空気熱交換器９を共用させた請求項１、２、３又は４記載の水熱源ヒートポンプ式空調機。
6. 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、４又は５記載の水熱源ヒートポンプ式空調機。

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