JP2007139262A

JP2007139262A - 水冷ヒートポンプ式空調機

Info

Publication number: JP2007139262A
Application number: JP2005331246A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Kimura; 恵一木村; Matsuo Morita; 満津雄森田; Nobuo Urata; 暢夫浦田
Original assignee: Kimura Kohki Co Ltd
Current assignee: Kimura Kohki Co Ltd
Priority date: 2005-11-16
Filing date: 2005-11-16
Publication date: 2007-06-07
Also published as: CN1967093A; KR20070052193A; KR100805247B1

Abstract

【課題】コンパクトで搬送・設置・保守などが容易な水冷ヒートポンプ式空調機を得る。
【解決手段】ケーシング１と、ケーシング１に対して並列に取出・収納自在な複数の水冷ヒートポンプユニット２と、を備える。水冷ヒートポンプユニット２が、複数の圧縮機３と、複数の圧縮機３に共用される空気熱交換器４及び水熱交換器５と、減圧機構と、これらを取付けるフレーム７と、を少なくとも有する。空気熱交換器４の空気入口面側において複数の圧縮機３を上下に分けて配置する。水熱交換器５の熱源水出入口を、ケーシング１に内設した熱源水導入管１０と熱源水排出管１１に接続・分離自在に構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は水冷ヒートポンプ式空調機に関するものである。

圧縮機と給気側空気熱交換器及び熱源側水熱交換器とを一体に備えた水冷ヒートポンプ式空調機では、大風量で大能力を得ようとすると、どうしても大型化しやすい。

特開２００５−２２６９２２号公報特開平１０−２３２０００号公報

そのため、製作に手間がかかり、設置場所への搬入・搬出や、冷媒回路の現場での保守などが面倒となる。また、熱源機で温度調整された熱源水が流れる熱源水回路の水路を複数に分け、それぞれの水路に冷温水コイル式空調機を接続した空調システムでは、各水路に対して並列に熱源水を流している。そのため熱源水が多く必要となり、熱源機や熱源水回路の配管径やポンプ容量が大きくなり、設備コストや熱源機などの運転コストが高くなる問題がある。

本発明は上記課題を解決するため、ケーシングと、このケーシングに対して並列に取出・収納自在な複数の水冷ヒートポンプユニットと、を備え、この水冷ヒートポンプユニットが、循環冷媒を圧縮する複数の圧縮機と、この複数の圧縮機に共用される給気側の空気熱交換器及び熱源側の水熱交換器と、循環冷媒を膨張させる減圧機構と、これらを取付けるフレームと、を少なくとも有し、前記空気熱交換器の空気入口面側において複数の前記圧縮機を上下に分けて配置し、上側の前記圧縮機の下に上側ドレンパンを設けると共に前記下側圧縮機と前記空気熱交換器と前記水熱交換器の下に下側ドレンパンを設け、前記水熱交換器を、前記ケーシングに内設した熱源水導入管と熱源水排出管に接続・分離自在に構成したことを最も主要な特徴とする。

請求項１の発明では、空気熱交換器と水熱交換器を複数の圧縮機に共用して部品点数を減らし、かつ、水熱交換器や圧縮機を二段に分けて配置しているので水冷ヒートポンプユニットがコンパクトとなり、大風量・大能力を得ながら空調機も小型化でき、製作が容易となる。しかも水冷ヒートポンプユニットをモジュール化してあるので、ヒートポンプの修理、取替、冷媒回収作業などの保守を迅速かつ容易に行えて手間がかからない。万一１つの水冷ヒートポンプユニットが故障しても残りのユニットで空調機を応急的に運転することもできる。任意の水冷ヒートポンプユニットを個別に運転・停止するだけで能力調整できて制御が容易である。さらに、水冷ヒートポンプユニットだけ交換することにより、リニューアル時のコストダウンも図れる。
請求項２の発明では、空調機をブロックに分けてモジュール化してあるので、設置場所への搬入・搬出が容易で、設置作業などを迅速に行える。ファンブロックと複数のヒーポンブロックでケーシングを構成した場合、空気熱交換器による複数回の空気冷却で低温空気を供給することにより、少風量化できる。したがって空気搬送用ダクト径を縮小でき、送風動力が大幅削減され省エネとなる。また、外調機として用いる場合は、複数回の空気冷却で強力除湿することにより室内機の負担を軽減でき、室内機の台数削減や輻射空調が可能となり、室内の空調環境が良好となる。四季および日中夜間の負荷変動に対し複数段階で適応運転でき、省エネとなる。
請求項３の発明では、空調機をブロックに分けてモジュール化してあるので、設置場所への搬入・搬出が容易で、設置作業などを迅速に行える。冷温水コイル及び水冷ヒートポンプユニットの空気熱交換器による二段階の空気冷却で低温空気を供給することにより、少風量化できる。したがって空気搬送用ダクト径を縮小でき、送風動力が大幅削減され省エネとなる。また、外調機として用いる場合は、二段階の空気冷却で強力除湿することにより室内機の負担を軽減でき、室内機の台数削減や輻射空調が可能となり、室内の空調環境が良好となる。四季および日中夜間の負荷変動に対し複数段階で適応運転でき、省エネとなる。
請求項４の発明によれば、１本の上流側水路から熱源水を分流させて複数本の下流側水路へ流しているので、分流させずに複数の水路に並列に熱源水を流す場合と比べて水量が１水路分だけ（１／水路数）で済み、熱源機や熱源水回路の配管径やポンプ容量が小さくなるため、設備コストや熱源機などの運転コストを低減できる。たとえば熱源水回路の上流側水路に１台又は複数台の冷温水コイル式空調機を接続し、下流側水路に１台又は複数台の水冷ヒートポンプ式空調機を接続することにより、熱源水回路の出入口の水温差が１５〜２０℃以上となって熱源水のエクセルギー効率が高まり、少水量化し、熱源機の効率化、ポンプ動力の削減、配管工事の大幅合理化が図れる。
請求項５の発明では、高風速で使用しても圧力損失が増加せずかつ熱交換能力も低下しないので小型の空気熱交換器を使用でき空調機を大幅にコンパクト化できる。また、通常風速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を用いることができ騒音低減を図れる。

図１〜図４は、本発明の水冷ヒートポンプ式空調機の一実施例を示しており、この空調機は、ケーシング１と、ケーシング１に対して並列（白抜き矢印で示す送風方向に対して横並び）に取出・収納自在かつ着脱自在に取付けられる複数の水冷ヒートポンプユニット２と、を備えている。ケーシング１は、少なくともファンブロックＡとヒーポンブロックＢとを接続分離自在に設けて構成し、ヒーポンブロックＢに取出・収納自在な複数の水冷ヒートポンプユニット２を設ける。図例ではケーシング１は、フィルタ１８を内設したフィルタブロックＤと、ヒーポンブロックＢと、送風機１７を内設したファンブロックＡと、を接続分離自在に設けて構成している。

水冷ヒートポンプユニット２は、循環冷媒に対して蒸発・圧縮・凝縮・膨張の工程順を繰返し、この循環冷媒と熱交換する空気や熱源水などに対して冷媒蒸発工程で吸熱を冷媒凝縮工程で放熱を各々行うもので、循環冷媒を圧縮する複数の圧縮機３と、この複数の圧縮機３に共用されると共に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の空気熱交換器４及び熱源側の水熱交換器５と、循環冷媒を膨張させる膨張弁等の減圧機構６と、空気熱交換器４及び水熱交換器５の蒸発工程と凝縮工程を切換えるバルブ等の切換機構１９と、これらを取付けるフレーム７と、を少なくとも有し、空気熱交換器４、水熱交換器５、圧縮機３、減圧機構６及び切換機構１９などを冷媒が循環するように配管接続してある。２２は加湿器である。なお、図示省略するが、水冷ヒートポンプユニット２に再熱器を設けるも自由である。

この空気熱交換器４の空気入口面側において複数（図例では２つ）の圧縮機３を上下に分けて配置し、上側の圧縮機３の下にフレーム補強兼用の上側ドレンパン８を水平状に設けると共に下側の圧縮機３と空気熱交換器４と下側の水熱交換器５の下にフレーム補強兼用の下側ドレンパン９を水平状に設け、水熱交換器５の熱源水接続口を、ケーシング１に内設した熱源水導入管１０と熱源水排出管１１に接続・分離自在に構成する。空気熱交換器４のフィンチューブ１６は圧損の少ない楕円管（図５参照）にするのが好ましいが円形管でもよい。空気熱交換器４は、フィンを複数の圧縮機３の冷媒循環回路のフィンチューブ１６で共用して成る。水熱交換器５はプレート式熱交換器とし、複数の圧縮機３の冷媒循環回路で共用し、水熱交換器５内において熱源水流通路と複数の冷媒流通路とを互いに熱交換自在に配設して成る。このプレート式熱交換器は、たとえば幾枚もの伝熱板（プレート）を重ねその伝熱板と伝熱板の間を熱源水と２つの冷媒が交互に流れて互いに熱交換するように構成する。

ケーシング１（ヒーポンブロックＢ）には、水冷ヒートポンプユニット２を出し入れする開口部を形成し、この開口部を、着脱又は開閉自在な外装板にて施蓋し、水冷ヒートポンプユニット２を出し入れするためのスライド機構を、設ける。図例では組立や保守作業が容易なように複数の水冷ヒートポンプユニット２を側方から順次押込んで収納する構造としてあるが、それ以外の方向から収納可能に構成するも自由である。スライド機構は、図示省略するが例えばフレーム７に車輪を複数設け、この車輪を走行案内するレールをケーシング１（ヒーポンブロックＢ）に設けて構成すればよく、その構成は変更自由である。また、前述以外の構成で水冷ヒートポンプユニット２を取出・収納自在に設けるも自由である。ケーシング１には、空気取入口と給気口を形成し、ダクト等を介して屋外や屋内と連通連結し、空気熱交換器４にて空調用空気を冷却又は加熱して、冷房運転と暖房運転を切換自在に行い、被空調空間に給気して空調する。なお、図６のように、少なくともファンブロックＡと複数のヒーポンブロックＢとを接続分離自在に設けてケーシング１を、構成すれば、複数のヒーポンブロックＢの空気熱交換器４による複数回の空気冷却で低温空気を供給し、少風量化できる。また、外調機として用いる場合は、複数回の空気冷却で強力除湿することができる。

図７は、少なくともファンブロックＡとヒーポンブロックＢとコイルブロックＣとを接続分離自在に設けてケーシング１を、構成し、コイルブロックＣに、水冷ヒートポンプユニット２と熱源水を共用する冷温水コイル１２を、設けた実施例で、その他の構成は前記実施例と同様である。この場合は冷温水コイル１２及び水冷ヒートポンプユニット２の空気熱交換器４による２回の空気冷却で低温空気を供給し、少風量化できる。また、外調機として用いる場合は、２回の空気冷却で強力除湿することができる。このように、接続分離自在なファンブロックＡと複数のヒーポンブロックＢとコイルブロックＣとを少なくとも備え、これらから選択したブロックを接続してケーシング１を構成すれば、所定のブロックを選択して組合わせるだけで図１、図６、図７の実施例のような異なる機能を備えた空調機を容易に製作できる。

図８は、本発明の空調機を用いたシステム例を示し、上流側水路１３から分岐して流れる複数の下流側水路１４を備えた熱源水回路１５のうち、下流側水路１４のみに１又は複数のケーシング１の熱源水出入口を接続したもので、上流側水路１３の水量に対して下流側水路１４の水量が（１／水路数）ずつとなるようにし、熱源水回路１５の出入口の水温差が１５℃〜３０℃になるように構成して、熱源機２１の運転効率を良くし省エネ化を図る。上流側水路１３には１台又は複数台の冷温水コイル式空調機２０を接続する。冷温水コイル式空調機２０にはエアハンドリングユニットやファンコイルユニットなど各種のものが適用される。熱源水回路１５の熱源水は熱源機２１で温度調整されて送水ポンプにて矢印方向に送られて循環する。熱源機２１は、たとえば温水用のボイラーと冷水用の冷却塔又はチラーなどと図示省略の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。

このシステムにおいて全ての空調機で冷房運転する場合、熱源水として例えば７℃の冷水を流すことにより、上流側水路１３では冷温水コイル式空調機２０の冷温水コイルにより熱源水が例えば７℃から１２℃へ温度上昇（水温差５℃）する。このとき上流側水路１３の水量に対して各下流側水路１４の水量が１／２ずつとなるので、空調運転により上流側水路１３と下流側水路１４、１４が各々同じ熱量を必要とする場合、上流側水路１３の水温差に対して各下流側水路１４の水温差が２倍になるため、下流側水路１４、１４では水冷ヒートポンプユニット２により熱源水が例えば１２℃から２２℃へ温度上昇（水温差１０℃）し、熱源水回路１５の出入口の水温差が１５℃となる。熱源機２１に戻った熱源水は温度調整され、熱源水回路１５を循環する。

同様に暖房運転する場合は、熱源水として例えば４５℃の温水を流すことにより、上流側水路１３では冷温水コイル式空調機２０の冷温水コイルにより熱源水が例えば４５℃から４０℃へ温度降下（水温差５℃）し、下流側水路１４、１４では水冷ヒートポンプユニット２により熱源水が例えば４０℃から３０℃へ温度降下（水温差１０℃）し、熱源水回路１５の出入口の水温差が１５℃となる。この熱源水回路１５の出入口の水温差の増減、設定変更は自由であるが（例えば４０℃以下）、熱源機２１の運転効率面から１５℃〜３０℃が好ましい。

なお、上流側水路１３と下流側水路１４の両方に、１又は複数のケーシング１の熱源水出入口を接続するも自由で、下流側水路１４の数の増減は自由である。また、水路毎に設ける空調機の種類を入換えたりするも自由である。上流側水路１３内、下流側水路１４内はダイレクトレターン方式、リバースレターン方式やこれらの併用方式など各種の方式に変更自由である。また、水冷ヒートポンプユニット２、圧縮機３、ヒーポンブロックＢおよびコイルブロックＣの数の増減は自由である。

本発明の一実施例を示す側面図である。水冷ヒートポンプユニットの簡略斜視図である。全体の簡略斜視図である。水冷ヒートポンプユニットの簡略説明図である。空気熱交換器の断面図である。他の実施例を示す側面図である。別の実施例を示す側面図である。使用例を示す簡略説明図である。

符号の説明

１ケーシング
２水冷ヒートポンプユニット
３圧縮機
４空気熱交換器
５水熱交換器
６減圧機構
７フレーム
８上側ドレンパン
９下側ドレンパン
１０熱源水導入管
１１熱源水排出管
１２冷温水コイル
１３上流側水路
１４下流側水路
１５熱源水回路
１６フィンチューブ
Ａファンブロック
Ｂヒーポンブロック
Ｃコイルブロック

Claims

ケーシング１と、このケーシング１に対して並列に取出・収納自在な複数の水冷ヒートポンプユニット２と、を備え、この水冷ヒートポンプユニット２が、循環冷媒を圧縮する複数の圧縮機３と、この複数の圧縮機３に共用される給気側の空気熱交換器４及び熱源側の水熱交換器５と、循環冷媒を膨張させる減圧機構６と、これらを取付けるフレーム７と、を少なくとも有し、前記空気熱交換器４の空気入口面側において複数の前記圧縮機３を上下に分けて配置し、上側の前記圧縮機３の下に上側ドレンパン８を設けると共に前記下側の圧縮機３と前記空気熱交換器４と前記水熱交換器５の下に下側ドレンパン９を設け、前記水熱交換器５を、前記ケーシング１に内設した熱源水導入管１０と熱源水排出管１１に接続・分離自在に構成したことを特徴とする水冷ヒートポンプ式空調機。
少なくともファンブロックＡと１又は複数のヒーポンブロックＢとを接続分離自在に設けてケーシング１を、構成し、前記ヒーポンブロックＢに取出・収納自在な複数の水冷ヒートポンプユニット２を設けた請求項１記載の水冷ヒートポンプ式空調機。
少なくともファンブロックＡとヒーポンブロックＢとコイルブロックＣとを接続分離自在に設けてケーシング１を、構成し、前記ヒーポンブロックＢに取出・収納自在な複数の水冷ヒートポンプユニット２を設けると共に前記コイルブロックＣに、前記水冷ヒートポンプユニット２と熱源水を共用する冷温水コイル１２を、設けた請求項１記載の水冷ヒートポンプ式空調機。
上流側水路１３から分岐して流れる複数の下流側水路１４を備えた熱源水回路１５のうち、前記下流側水路１４のみに、又は、前記上流側水路１３と前記下流側水路１４の両方に、１又は複数のケーシング１の熱源水出入口を接続した請求項１、２又は３記載の水冷ヒートポンプ式空調機。
空気熱交換器４のフィンチューブ１６を楕円管にした請求項１、２、３又は４記載の水冷ヒートポンプ式空調機。