JP2011075218A - 空調熱源ユニット及び空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な配管施工で省エネ化が可能になる空調システムを提供する。
【解決手段】地下水流入口１と地下水流出口２を設け、空調用熱媒流入口３と空調用熱媒流出口４とを設け、ヒートポンプＨを内蔵し、地下水とヒートポンプＨの凝縮器又は蒸発器のいずれか一方と熱交換する第１熱交換器１２、地下水と空調用熱媒流入口３から取り入れた空調用熱媒と熱交換する第２熱交換器１３を設け、ヒートポンプＨの凝縮器又は蒸発器のいずれか他方と空調用熱媒流入口３からの空調用熱媒とを熱交換する第３熱交換器１４を設け、地下水を第１熱交換器１２と第２熱交換器１３とに分流する分流装置１５を設け、第１熱交換器１２と第２熱交換器１３への分流装置１５による分流割合を制御する制御装置１６を設け、空調用熱媒を第２熱交換器１３からそれに直列接続した第３熱交換器１４を通して取り出す空調用熱媒流路１７を設けてある。
【選択図】図１

Description

地下水を利用した空調熱源ユニット及び空調システムに関する。

従来、地下水を利用する空調システムとしては、空調用ヒートポンプの熱源として地下水を利用するシステムが考えられていた（例えば、特許文献１参照）。
また、上記の構成に加えてヒートポンプを通さずに、地下水を直接空調装置の室内機に供給する地下水供給配管を別途併設する空調システムも考えられていた（例えば、特許文献２参照）。

特開２００２−５４８５６号公報 特開２００６−８４１４９号公報

上述した従来の前者のシステムでは、常にヒートポンプを作動しなければならないために、電力等のエネルギーが多く必要であるという欠点がある。これに対し、後者のシステムでは、特に冷房空調運転時などに、地下水の熱エネルギーのみで空調するのに充分な場合、ヒートポンプを作動させずに空調が行なえるために、省エネ効果が得られるという利点がある。しかし、地下水の汲み上げ井戸から空調用室内機までの配管が多く必要で、施工に手間が多くかかるという問題があった。

従って、本発明の目的は、上記問題点を解消し、簡単な配管施工で自然エネルギーを利用した省エネ化が可能になる空調システムを提供するところにある。

本発明の第１の空調熱源ユニットの特徴構成は、地下水を受け入れる地下水流入口を設け、空調用熱媒に対する空調用熱媒流入口と空調用熱媒流出口とを設け、ヒートポンプを内蔵し、前記地下水流入口から取り入れた地下水と前記ヒートポンプの凝縮器又は蒸発器のいずれか一方と熱交換する第１熱交換器を設け、前記地下水流入口から取り入れた地下水と前記空調用熱媒流入口から取り入れた空調用熱媒と熱交換する第２熱交換器を設け、前記ヒートポンプの凝縮器又は蒸発器のいずれか他方と前記空調用熱媒流入口から取り入れた空調用熱媒とを熱交換する第３熱交換器を設け、前記地下水流入口から取り入れた地下水を、前記第１熱交換器と前記第２熱交換器とに分流する分流装置を設け、前記第１熱交換器と前記第２熱交換器への前記分流装置による分流割合を制御する制御装置を設け、前記分流装置によって前記第１熱交換器と前記第２熱交換器とに分流された地下水を外方に排出する地下水流出口を設け、前記空調用熱媒流入口から取り入れた空調用熱媒を前記第２熱交換器からそれに直列接続した前記第３熱交換器を通して前記空調用熱媒流出口から取り出す空調用熱媒流路を設けてあるところにある。

本発明の第１の特徴構成によれば、地下水を汲み出して取り入れる配管及び排出する配管と、空調用熱媒を導入する配管及び取り出して供給する配管とを接続するだけの単純な配管施工をするだけで済む。しかも、空調熱源ユニット内で、地下水のエネルギーのみによる空調と、地下水の熱エネルギーにヒートポンプによる熱エネルギーが加わった空調とを、制御装置により使い分けることができ、簡単な配管施工でありながら省エネ効果を得ることができる。

本発明の第２の特徴構成は、前記空調用熱媒が液体であるところにある。

本発明の第２の特徴構成によれば、本発明の第１の特徴構成による上述の作用効果を叶えることができるのに加えて、液体を空調用熱媒に使用することにより、細い配管で多くの熱エネルギーを空調熱源ユニットから空調装置に運ぶことができ、配管設備のコンパクト化が可能になり、その上、大きな配管スペースをとらない液体配管によって、遠く離れた箇所にでも熱エネルギーを運んで空調をすることができる。

本発明の第３の特徴構成は、前記空調用熱媒が空気であるところにある。

本発明の第３の特徴構成によれば、空調用熱媒としての空気を、空調用熱媒流入口から空調熱源ユニットに取り込んで、熱交換した後、空調用熱媒流出口から排出することによって、空調熱源ユニットを空調空間に置くだけでもその場で簡便に空調が可能になる。
また例えば、空調ダクトを使って空調エネルギーを空調熱源ユニットから空調空間に運べば、液体配管に比べて液漏れに伴うトラブル等の心配がなく、熱媒搬送経路の管理が簡単にできる。

本発明の第４の特徴構成は、前記制御装置は、冷房空調運転時に、前記第１熱交換器を前記ヒートポンプにおける凝縮器にすると共に、前記第３熱交換器を前記ヒートポンプにおける蒸発器にして、空調用冷房負荷が設定値より小さい場合に、前記地下水流入口から取り入れた地下水を前記第２熱交換器のみに地下水を供給するように前記分流装置を調整し、空調用冷房負荷が設定値よりも大きい場合に、前記地下水流入口から取り入れた地下水を前記第２熱交換器と前記第１熱交換器に地下水を分流しながら負荷の量に応じて分流量を調整するように前記分流装置を制御するところにある。

本発明の第４の特徴構成によれば、制御装置により分流装置を調整して、空調用冷房負荷が設定値より小さい場合に、前記地下水流入口から取り入れた地下水を前記第２熱交換器のみに地下水を供給するようにすることにより、特に、冷房運転時の比較的気温の高くない季節や時間帯などに、ヒートポンプを作動させずとも地下水の冷熱を利用して空調を行なうことができ、省エネルギー化を進めることができる。
また、例えば夏期の昼間などで空調冷房負荷の高い時間帯などには、地下水を第１熱交換器と第２熱交換器とに分流することにより、地下水の冷熱では不足する分をヒートポンプにより補うことができ、空調運転をより効率よく行なうことができる。

本発明の第５の空調システムの特徴構成は、地下水を受け入れる地下水流入口を設け、空調用熱媒に対する空調用熱媒流入口と空調用熱媒流出口とを設け、ヒートポンプを内蔵し、前記地下水流入口から取り入れた地下水と前記ヒートポンプの凝縮器又は蒸発器のいずれか一方と熱交換する第１熱交換器を設け、前記地下水流入口から取り入れた地下水と前記空調用熱媒流入口から取り入れた空調用熱媒と熱交換する第２熱交換器を設け、前記ヒートポンプの凝縮器又は蒸発器のいずれか他方と前記空調用熱媒流入口から取り入れた空調用熱媒とを熱交換する第３熱交換器を設け、前記地下水流入口から取り入れた地下水を、前記第１熱交換器と前記第２熱交換器とに分流する分流装置を設け、前記第１熱交換器と前記第２熱交換器への前記分流装置による分流割合を制御する制御装置を設け、前記分流装置によって前記第１熱交換器と前記第２熱交換器とに分流された地下水を外方に排出する地下水流出口を設け、前記空調用熱媒流入口から取り入れた空調用熱媒を前記第２熱交換器からそれに直列接続した前記第３熱交換器を通して前記空調用熱媒流出口から取り出す空調用熱媒流路を設けてある空調熱源ユニットを設け、地下水汲み上げ井戸から汲み上げた地下水を前記地下水流入口に供給すると共に、前記地下水流出口から排出する地下水を還元井戸に戻す地下水循環路を設け、空調用熱媒を、空調用放熱器から前記空調用熱媒流入口に供給すると共に、前記空調用熱媒流出口から取り出した熱媒を前記空調用放熱器に循環させる空調用熱媒循環路を形成した空調装置を設けてあるところにある。

本発明の第５の特徴構成によれば、前記空調熱源ユニットと地下水循環路と空調用熱媒循環路を形成した空調装置とを、相互に接続するだけで空調システムが簡単にでき、システム全体の施工及び管理が容易になった。

空調システムの全体概略図である。 空調システムの作用図である。 空調システムの作用図である。 別実施形態の空調システムの概略図である。 分流量の変化を示すグラフである。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、空調を行なうために、地下水を熱源として、直接利用するシステムと間接的に利用するヒートポンプシステムとを一体化させ、この２つのシステムを効率的に制御することにより、極めて省エネルギーなシステムとするために、地下水を受け入れる地下水流入口１を設けると共に、地下水を外方に排出する地下水流出口２を設け、空調用熱媒に対する空調用熱媒流入口３と空調用熱媒流出口４とを設け、ヒートポンプＨを内蔵して空調熱源ユニット５を構成してある。
そして、前記空調熱源ユニット５に対して、地下水汲み上げ井戸６から汲み上げポンプＰ１により汲み上げた地下水を地下水流入口１に供給すると共に、地下水流出口２から排出する地下水を還元井戸７に戻す地下水循環路８を設け、液体を使用した空調用熱媒を、一般的な空調機やファンコイルユニットや放射パネル等の空調用放熱器９から空調用熱媒流入口３に供給すると共に、空調用熱媒流出口４から取り出した熱媒を、送風機Ｆを備えた空調用放熱器９に熱媒ポンプＰ２により循環させる空調用熱媒循環路１０を形成した空調装置１１を設けて空調システムを構成してある。

前記空調熱源ユニット５には、地下水流入口１から取り入れた地下水とヒートポンプＨの凝縮器又は蒸発器のいずれか一方と熱交換する第１熱交換器１２を設け、地下水流入口１から取り入れた地下水と空調用熱媒流入口３から取り入れた空調用熱媒と熱交換する第２熱交換器１３を設け、ヒートポンプＨの凝縮器又は蒸発器のいずれか他方と空調用熱媒流入口３から取り入れた空調用熱媒とを熱交換する第３熱交換器１４を設け、地下水流入口１から取り入れた地下水を、第１熱交換器１２と第２熱交換器１３とに分流する３方弁等で構成された分流装置１５を設け、分流装置１５によって第１熱交換器１２と第２熱交換器１３とに分流された地下水を、地下水流出口２から外方に排出するように構成してある。更には、第１熱交換器１２と第２熱交換器１３への分流装置１５による分流割合を制御する制御装置１６を設け、空調用熱媒流入口３から取り入れた空調用熱媒を第２熱交換器１３からそれに直列接続した第３熱交換器１４を通して空調用熱媒流出口４から取り出す空調用熱媒流路１７を設けてある。
尚、図１〜図３で、１８は膨張弁で、１９は圧縮機、２０は四方弁である。

前記制御装置１６は、特に冷房空調運転時に、第１熱交換器１２をヒートポンプＨにおける凝縮器にすると共に、第３熱交換器１４をヒートポンプＨにおける蒸発器にして、空調用冷房負荷が設定値より小さい場合に、図３に示すように、地下水流入口１から取り入れた地下水を第２熱交換器１３のみに地下水を供給するように分流装置１５を調整して、極力ヒートポンプＨを利用せずにエネルギー消費を抑え、空調用冷房負荷が設定値よりも大きい場合に、図２に示すように、地下水流入口１から取り入れた地下水を第２熱交換器１３と第１熱交換器１２に地下水を分流しながら負荷の量に応じて分流量を調整するように分流装置１５を制御するものである。空調対象の室温が設定温度（例えば２６℃〜２８℃）以下では、図５のＢの領域で示すように、第２熱交換器１３にのみ地下水を供給し、設定温度以上に上昇するに伴って、図５のＢの領域で示すように第２熱交換器１３に定量の地下水を供給しながら、図５のＡの領域で示すように、第１熱交換器１２にも地下水を負荷に応じて供給して冷熱の不足分をヒートポンプＨの作動で補うようにしてある。

尚、暖房空調運転時には、通常室温が地下水より低くなることは少ないために、第１熱交換器１２にのみ地下水を供給することが多く、例外的に、厳冬期などの暖房立上げ時などに室温が下がりすぎている場合には、第２熱交換器１３にも地下水を供給するのが適切なことがある。
〔別実施形態〕
以下に他の実施の形態を説明する。

〈１〉 図４に示すように、空調用熱媒を液体に代えて空気で行なう場合、空調装置１１は、空調熱源ユニット５に組み込まれ、内蔵した送風機Ｆにより室内から空調用熱媒流入口３を介して取り込まれた空気が、第２熱交換器１３と第３熱交換器１４とを直列に通過して、空調用熱媒流出口４から再び室内に供給されるようになっていてもよい。

尚、上述のように、図面との対照を便利にするために符号を記したが、該記入により本発明は添付図面の構成に限定されるものではない。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

１ 地下水流入口
２ 地下水流出口
３ 空調用熱媒流入口
４ 空調用熱媒流出口
５ 空調熱源ユニット
８ 地下水循環路
１０ 空調用熱媒循環路
１１ 空調装置
１２ 第１熱交換器
１３ 第２熱交換器
１４ 第３熱交換器
１５ 分流装置
１６ 制御装置
１７ 空調用熱媒流路
Ｈ ヒートポンプ

Claims (5)

1. 地下水を受け入れる地下水流入口を設け、
   空調用熱媒に対する空調用熱媒流入口と空調用熱媒流出口とを設け、
   ヒートポンプを内蔵し、
   前記地下水流入口から取り入れた地下水と前記ヒートポンプの凝縮器又は蒸発器のいずれか一方と熱交換する第１熱交換器を設け、
   前記地下水流入口から取り入れた地下水と前記空調用熱媒流入口から取り入れた空調用熱媒と熱交換する第２熱交換器を設け、
   前記ヒートポンプの凝縮器又は蒸発器のいずれか他方と前記空調用熱媒流入口から取り入れた空調用熱媒とを熱交換する第３熱交換器を設け、
   前記地下水流入口から取り入れた地下水を、前記第１熱交換器と前記第２熱交換器とに分流する分流装置を設け、
   前記第１熱交換器と前記第２熱交換器への前記分流装置による分流割合を制御する制御装置を設け、
   前記分流装置によって前記第１熱交換器と前記第２熱交換器とに分流された地下水を外方に排出する地下水流出口を設け、
   前記空調用熱媒流入口から取り入れた空調用熱媒を前記第２熱交換器からそれに直列接続した前記第３熱交換器を通して前記空調用熱媒流出口から取り出す空調用熱媒流路を設けてある空調熱源ユニット。
2. 前記空調用熱媒が液体である請求項１に記載の空調熱源ユニット。
3. 前記空調用熱媒が空気である請求項１に記載の空調熱源ユニット。
4. 前記制御装置は、冷房空調運転時に、前記第１熱交換器を前記ヒートポンプにおける凝縮器にすると共に、前記第３熱交換器を前記ヒートポンプにおける蒸発器にして、
   空調用冷房負荷が設定値より小さい場合に、前記地下水流入口から取り入れた地下水を前記第２熱交換器のみに地下水を供給するように前記分流装置を調整し、
   空調用冷房負荷が設定値よりも大きい場合に、前記地下水流入口から取り入れた地下水を前記第２熱交換器と前記第１熱交換器に地下水を分流しながら負荷の量に応じて分流量を調整するように前記分流装置を制御する請求項１〜３のいずれかに記載の空調熱源ユニット。
5. 地下水を受け入れる地下水流入口を設け、
   空調用熱媒に対する空調用熱媒流入口と空調用熱媒流出口とを設け、
   ヒートポンプを内蔵し、
   前記地下水流入口から取り入れた地下水と前記ヒートポンプの凝縮器又は蒸発器のいずれか一方と熱交換する第１熱交換器を設け、
   前記地下水流入口から取り入れた地下水と前記空調用熱媒流入口から取り入れた空調用熱媒と熱交換する第２熱交換器を設け、
   前記ヒートポンプの凝縮器又は蒸発器のいずれか他方と前記空調用熱媒流入口から取り入れた空調用熱媒とを熱交換する第３熱交換器を設け、
   前記地下水流入口から取り入れた地下水を、前記第１熱交換器と前記第２熱交換器とに分流する分流装置を設け、
   前記第１熱交換器と前記第２熱交換器への前記分流装置による分流割合を制御する制御装置を設け、
   前記分流装置によって前記第１熱交換器と前記第２熱交換器とに分流された地下水を外方に排出する地下水流出口を設け、
   前記空調用熱媒流入口から取り入れた空調用熱媒を前記第２熱交換器からそれに直列接続した前記第３熱交換器を通して前記空調用熱媒流出口から取り出す空調用熱媒流路を設けてある空調熱源ユニットを設け、
   地下水汲み上げ井戸から汲み上げた地下水を前記地下水流入口に供給すると共に、前記地下水流出口から排出する地下水を還元井戸に戻す地下水循環路を設け、
   空調用熱媒を、空調用放熱器から前記空調用熱媒流入口に供給すると共に、前記空調用熱媒流出口から取り出した熱媒を前記空調用放熱器に循環させる空調用熱媒循環路を形成した空調装置を設けてある空調システム。

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