JP2014119133A

JP2014119133A - 空気調和システム

Info

Publication number: JP2014119133A
Application number: JP2012272313A
Authority: JP
Inventors: Norio Mitani; 典夫三谷; Goji Omote; 剛司表
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2012-12-13
Filing date: 2012-12-13
Publication date: 2014-06-30
Anticipated expiration: 2032-12-13
Also published as: JP6154123B2

Abstract

【課題】簡易な構成で、かつ大容量の液媒体が熱交換器内に流れる場合でも高い熱交換効率を有する空気調和システムを提供する。
【解決手段】複数のチューブ４３のそれぞれは、上部タンク４１および下部タンク４２をつなぎ、かつ上部タンク４１から下部タンク４２へ向かう方向に延びている。配管５１は下部タンク４２に接続されている。配管５１は、上部タンク４１のチューブ４３が接続された位置（Ａ１−Ａ１線）以上の高さに位置する部分を有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、空気調和システムに関するものである。

空気調和システムは、空気調和（温度・湿度・空気清浄度などの室内環境の調整）をするためのシステムである。このような空気調和システムは、たとえば特表平８−５０４２６３号公報などに開示されている。この公報における空気調和システムでは、室空間から吸引された空気が、ラジエータにより加熱または冷却された後に、吸引空気送風機へ導かれて室空間へ吹き込まれる。

特表平８−５０４２６３号公報

上記のラジエータでは、ラジエータの熱交換部分に十分に熱媒体が溜まることなく熱交換部分から排出されていく場合がある。このような場合には、熱媒体が熱交換部分を通過する瞬間だけ熱交換が行われることになり、熱交換の効率が悪くなる。

またラジエータの熱交換部分は通常、熱媒体を通すための多数のチューブで構成されている。そのチューブの中を熱媒体が流れる場合、熱媒体の流れ（流速）はどのチューブにおいても一定で可能な限り同一であることが望ましい。チューブ内における熱媒体の流速が個々のチューブごとに異なり不均一になると、熱交換も不均一となり熱交換器の熱交換効率が著しく低下するからである。

しかしながら、従来のラジエータなどの熱交換器においては、熱媒体の流速が個々のチューブごとに不均一な場合があり、かかる場合に熱交換の効率が悪くなる。特に大容量の熱媒体が熱交換器内を流れる場合、チューブの数も多くなり、また流量も大きいため、各細管内の熱媒体の流れが不均一な流れになりやすい。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡易な構成で、かつ大容量の液媒体が熱交換器内に流れる場合でも高い熱交換効率を有する空気調和システムを提供することである。

本発明の空気調和システムは、第１の熱交換器と、第１の配管とを備えている。第１の熱交換器は、液冷媒を通す経路を内部に有しており、第１の上部タンクと、第１の下部タンクと、複数の第１のチューブと、第１のフィンとを含んでいる。第１の下部タンクは第１の上部タンクの下側に配置されている。複数の第１のチューブのそれぞれは、第１の上部タンクおよび第１の下部タンクをつなぎ、かつ第１の上部タンクから第１の下部タンクへ向かう方向に延びている。第１のフィンは第１のチューブに取り付けられている。第１の配管は第１の下部タンクに接続されている。第１の配管は、第１の上部タンクの第１のチューブが接続された位置以上の高さに位置する部分を有している。

本発明の空気調和システムによれば、第１の配管は、第１の上部タンクの第１のチューブが接続された位置以上の高さに位置する部分を有している。これにより、第１の熱交換器の熱交換部分（第１のフィンが取り付けられた第１のチューブの部分）の全体を液冷媒で満たすことが容易となる。このため、第１の配管の配置を変えるという簡易な構成で、液冷媒を用いた熱交換の効率を向上させることが可能となる。

また第１のチューブは第１の上部タンクから第１の下部タンクに向かう方向に延びている。このため、第１のチューブ内における抵抗を極力少なくすることができ、第１のチューブが左右に折り曲がったり、上下に折り返されている場合よりも個々の第１のチューブ内における熱媒体の流速を均一化することが容易である。よって、この点からも熱交換の効率を向上させることが可能となる。

上記より個々の第１のチューブ内における液冷媒の流速を均一化することが容易であるため、大容量の熱媒体を流した場合でも熱交換を均一化することが容易で、熱交換効率を向上させることができる。

上記の空気調和システムにおいて、第１の熱交換器に接続されたポンプがさらに備えられている。

ポンプの第１の熱交換器への送液動作が脈動をなす場合、液冷媒が第１のチューブ内を通過する瞬間だけ熱交換が行われて熱交換の効率が悪くなる。しかし上記の空気調和システムにおいては、上記のように第１の配管が構成されているため第１の熱交換器の熱交換部分の全体を液冷媒で満たすことが容易となる。このため、第１の配管の配置を変えるという簡易な構成で、液冷媒を用いた熱交換の効率を向上させることが可能となる。

上記の空気調和システムにおいて、ポンプは第１の熱交換器の第１の上部タンク側に接続されている。これにより、第１の上部タンクから第１の下部タンクへ重力に従って液冷媒を第１のチューブ内で流すことができる。このため、重力に逆らって液冷媒を流す場合と比較して、液冷媒の流れに生じる重力抵抗を抑制できる。よって、第１のチューブ内の液冷媒の流速が個々の第１のチューブごとに不均一になることが抑制できる。

上記の空気調和システムにおいて、第２の熱交換器と、第２の配管とがさらに備えられている。第２の熱交換器は第１の熱交換器に接続されており、第２の上部タンクと、第２の下部タンクと、複数の第２のチューブと、第２のフィンとを含んでいる。第２の上部タンクは第１の配管に接続されている。第２の下部タンクは第２の上部タンクの下側に配置されている。複数の第２のチューブのそれぞれは、第２の上部タンクおよび第２の下部タンクをつなぎ、かつ第２の上部タンクから第２の下部タンクへ向かう方向に延びている。第２のフィンは第２のチューブに取り付けられている。第２の配管は、第２の下部タンクに接続されており、かつ第２の下部タンクから第２の上部タンク側へ延びて、第２の上部タンクの第２のチューブが接続された位置以上の高さに位置する部分を有している。

これにより第１の熱交換器と同様に、第２の熱交換器の熱交換部分の全体を液冷媒で満たすことが容易となる。このため、第２の配管の配置を変えるという簡易な構成で、液冷媒を用いた熱交換の効率を向上させることが可能となる。また第２のチューブは第２の上部タンクから第２の下部タンクに向かう方向に延びている。このため、第１の熱交換器と同様に、第２のチューブ内における抵抗を極力少なくすることができるため、この点からも熱交換の効率を向上させることが可能となる。

以上説明したように本発明によれば、簡易な構成で、かつ大容量の液媒体が熱交換器内に流れる場合でも高い熱交換効率を有する空気調和システムを実現することができる。

本発明の一実施の形態における空気調和システムの構成を概略的に示す図である。図１の空気調和システムの熱交換装置として用いられる熱交換器の構成を概略的に示す正面図である。図１の空気調和システムにおける熱交換装置付近を拡大して示す図である。室外の空気取り入れのための第２ダクトに熱交換装置から排出された熱媒体を掛け流す様子を示す概略斜視図である。室外の空気取り入れのための第２ダクトが、熱交換装置から排出された熱媒体を流すための溝部材の溝内に配置された様子を示す概略斜視図である。室外の空気取り入れのための第２ダクトと熱交換装置内から熱媒体を排出するための配管とが２重管を構成する状態を示す概略斜視図である。本発明の一実施の形態における空気調和システムに設けられたセンサ、制御部などを示す機能ブロック図である。

以下、本発明の一実施の形態について図に基づいて説明する。
まず本発明の一実施の形態における空気調和システムの構成について図１〜図７を用いて説明する。

図１を参照して、本実施の形態の空気調和システム１は、熱媒体供給源９から供給される熱媒体を用いて室２の内部（室内）２ａの空気を調和するための空気調和システムである。この熱媒体供給源９から供給される熱媒体は、たとえば天然の地下水であってもよく、また工場設備の排熱により冷却・加熱された熱媒体であってもよく、またこれらの双方であってもよい。

つまり本実施の形態の空気調和システム１は、熱媒体が予め有している熱エネルギー（地下水の冷熱、工場設備から排出される温熱など）を利用して室内２ａの空気を調和するものである。この空気調和システム１は、第１ダクト３と、熱交換装置４と、送風機５と、第２ダクト６と、ポンプ７と、貯槽８と、配管１０ａ、１０ｂとを主に有している。

第１ダクト３は、室２の外部（室外）２ｂに配置されている。この第１ダクト３は、室内２ａに通じる複数の吸気口３ａと、複数の排気口３ｂと、内部経路３ｃとを有している。この内部経路３ｃにより、複数の吸気口３ａと複数の排気口３ｂとは互いにつながっている。

熱交換装置４は、内部に熱媒体を通すための通路（図示せず）を有し、かつその通路内の熱媒体と第１ダクト３内の空気との間で熱交換するように配置されている。具体的には熱交換装置４は、第１ダクト３の内部経路３ｃ内に配置されている。

ただし熱交換装置４の配置位置は第１ダクト３の内部経路３ｃ内に限定されず、第１ダクト３の外部に配置されていてもよい。また熱交換装置４は、第１ダクト３の外部に配置されながら、その一部のみが第１ダクト３の内部経路３ｃに露出するように配置されていてもよい。

送風機５は第１ダクト３内の空気を吸気口側３ａから排気口３ｂ側へ送るように配置されている。この送風機５によって、熱交換装置４で熱交換された第１ダクト３内の空気を排気口３ｂを通じて室内２ａへ送り出すことが可能となる。

送風機５は、第１ダクト３の内部経路３ｃ内に配置されている。ただし送風機５の配置位置は第１ダクト３の内部経路３ｃ内に限定されない。送風機５は第１ダクト３の内部経路３ｃにおいて吸気口３ａ側から排気口３ｂ側への空気を送ることができれば第１ダクト３外に配置されていてもよい。

この送風機５は、シロッコファン（多翼ファン）、プロペラファン（軸流ファン）、ラジアルファン、ターボファン（後向きファン）などのいずれであってもよく、またこれ以外の空気を送る機能を有するものでもよい。

第２ダクト６は、室外２ｂに通じる開口６ａを有し、かつ第１ダクト３に接続されている。第２ダクト６は、第１ダクト３に対する熱交換装置４の配置位置よりも吸気口３ａ側の位置において第１ダクト３に接続されている。これにより第２ダクト６は室外の空気を第１ダクト３の内部経路３ｃ内に導入することが可能である。

熱媒体供給用の配管１０ａは、熱媒体供給源９から延びて熱交換器４ａの内部の通路に接続されている。ポンプ７は、この熱媒体供給用の配管１０ａに接続されている。このポンプ７は、熱媒体供給源９から供給される熱媒体を熱交換装置４内部の通路に送るためのものである。

貯槽８は、熱交換装置４から排出された熱媒体を貯蔵するためのものである。熱媒体排出用の配管１０ｂは、熱交換装置４の内部の通路に接続され、かつ貯槽８の内部に達するように延びている。これにより熱媒体排出用の配管１０ｂから排出された熱媒体を貯槽８の内部に貯蔵することが可能となる。

上記の熱交換装置４は複数（たとえば４個）の熱交換器４ａを含んでいてもよい。複数の熱交換器４ａは、第１ダクト３の内部経路３ｃ内に配置されており、かつ互いに直列かつ並列に接続されていることが好ましい。つまり、直列に接続された複数（たとえば２個）の熱交換器４ａを１組としたとき、複数組（たとえば２組）の熱交換器４ａが互いに並列に接続されていることが好ましい。

図２を参照して、複数の熱交換器４ａの各々は、上部タンク４１と、下部タンク４２と、複数のチューブ（細管）４３と、複数のフィン４４とを主に有している。上部タンク４１にはエアー抜き管５７が接続されている。下部タンク４２は上部タンク４１の下方に配置されている。複数のチューブ４３の各々は、上部タンク４１から下部タンク４２へ向かってたとえば直線状に一方向に延びることにより、上部タンク４１と下部タンク４２とを接続している。複数のフィン４４は、複数のチューブ４３のそれぞれの外周に取り付けられている。

複数のチューブ４３の各々の径（熱媒体の流れる方向に垂直な断面における径）は、上部タンク４１および下部タンク４２の各々の径よりも小さく設定されている。これにより熱媒体がチューブ４３と接する面積が大きく確保されている。

この複数の熱交換器４ａの各々は、上部タンク４１が鉛直方向上側に、かつ下部タンク４２が鉛直方向下側に位置するように配置されている。複数の熱交換器４ａの各々は、作業車両（たとえばショベル、ブルドーザ、ホイールローダ）に用いられるラジエータであってもよい。

図３を参照して、直列に接続された複数の熱交換器４ａは、第１ダクト３の内部経路３ｃ内において排気口３ｂ側に配置された熱交換器４ａから吸気口３ａ側に配置された熱交換器４ａへ熱媒体を順次流すように構成されていることが好ましい。

排気口３ｂ側に配置された熱交換器４ａの上部タンク４１には熱媒体供給用の配管１０ａが接続されている。また排気口３ｂ側に配置された熱交換器４ａの下部タンク４２には熱交換器接続用の配管５１の一方端５１ａが接続されている。

この熱交換器接続用の配管５１は、排気口３ｂ側に配置された熱交換器４ａの下部タンク４２から排気口３ｂ側に配置された熱交換器４ａの上部タンク４１側へ上方に延びて、その上部タンク４１の底部の高さ位置（破線Ａ１−Ａ１）以上の高さに位置する部分を有していることが好ましい。ここで上部タンク４１の底部の高さ位置（破線Ａ１−Ａ１）は、上部タンク４１に複数のチューブ４３が接続された箇所の位置である。これにより熱媒体が液冷媒の場合に、排気口３ｂ側に配置された熱交換器４ａの熱交換部（フィン４４が取り付けられたチューブ４３の部分）の全体を液冷媒で満たすことが可能である。

熱交換器接続用の配管５１の他方端５１ｂは、吸気口３ａ側に配置された熱交換器４ａの上部タンク４１に接続されている。また吸気口３ａ側に配置された熱交換器４ａの下部タンク４２には熱媒体排出用の配管１０ｂが接続されている。

この熱媒体排出用の配管１０ｂは、Ｕ字管１０ｃの部分を有している。つまり熱媒体排出用の配管１０ｂは、下部タンク４２から吸気口３ａ側に配置された熱交換器４ａの上部タンク４１側へ上方に延びて頂部１０ｄに達した後に湾曲して下方に延びることで逆Ｕ字の形状となる部分１０ｃを有している。

この熱媒体排出用の配管１０ｂの逆Ｕ字形状の頂部１０ｄは、吸気口３ａ側に配置された熱交換器４ａの上部タンク４１の底部の高さ位置（破線Ａ２−Ａ２）以上の高さに位置していることが好ましい。これにより熱媒体が液冷媒の場合に、吸気口３ａ側に配置された熱交換器４ａの熱交換部（フィン４４が取り付けられたチューブ４３の部分）の全体を液冷媒で満たすことが可能である。このＵ字管１０ｃの頂部１０ｄよりも下流側において下方に延びる箇所に排水受けロート５２が配置されていてもよい。なお上部タンク４１の底部の高さ位置（破線Ａ２−Ａ２）は、上部タンク４１に複数のチューブ４３が接続された箇所の位置である。

また排気口３ｂ側に配置された熱交換器４ａの上部タンク４１と、吸気口３ａ側に配置された熱交換器４ａの上部タンク４１との各々には、エアー抜き管５７が接続されている。

また各配管１０ａ、１０ｂ、５７には適宜、バルブ６１〜６４が設けられている。熱媒体供給用の配管１０ａには電動バルブ６１が接続されている。この電動バルブ６１は、弁体に開閉動作の駆動力を与えるモータ６１ａを有し、かつ送風機５と連動するように構成されている。また熱媒体供給用の配管１０ａには、電動バルブ６１の下流側において流量調整バルブ６２が接続されている。また熱媒体排出用の配管１０ｂには、Ｕ字管１０ｃの上流側にバルブ６３が接続されている。またエアー抜き管５７には、エアー抜き管５７の開閉を制御することで各熱交換器４ａ内のエアーの排出を制御するためのバルブ６４が接続されている。

図１を参照して、第１ダクト３はドレン配管３１を有していることが好ましい。このドレン配管３１は、熱交換器４ａの間をつなぐ熱交換器接続用の配管５１や熱交換器４ａのチューブ４３、フィン４４で生じた結露を排出するためのものである。

本実施の形態において第２ダクト６は、熱交換装置４から排出された熱媒体に接するように配置されている。具体的には、第２ダクト６は、第２ダクト６の少なくとも一部が貯槽８内に位置するように配置されている。これにより第２ダクト６の少なくとも一部を、貯槽８内に貯めた熱媒体１１内を通すことができ、かつその熱媒体１１内に浸からせることが可能である。

また第２ダクト６は、熱媒体排出用の配管１０ｂの排出口の真下に位置するように配置されている。これにより、図４に示すように熱媒体排出用の配管１０ｂの排出口から排出された熱媒体を第２ダクト６の少なくとも一部に掛け流すことが可能となる。なお第２ダクト６に掛け流された後の熱媒体は、図１に示すように貯槽８の内部に貯めることができる。

熱交換装置４から排出された熱媒体を第２ダクト６に接触させる構成は上記に限定されるものではなく、たとえば図５および図６に示すような他の構成が用いられてもよい。

図５を参照して、熱交換装置４から排出された熱媒体を通すための溝１１ａ₁を有する溝部材１１ａが設けられ、その溝１１ａ₁内を流れる熱媒体に第２ダクト６の少なくとも一部が浸かるように、溝部材１１ａの溝１１ａ₁内に第２ダクト６の少なくとも一部が配置されていてもよい。

図６を参照して、熱交換装置４内から熱媒体を排出するための配管１１ｂと第２ダクト６とが２重管を構成していてもよい。２重管を構成する場合、熱媒体を排出するための配管１１ｂが第２ダクト６の長さ方向の全体もしくは一部において外周を取り囲むように配置されていてもよく、また第２ダクト６の長さ方向の全体もしくは一部において内周側に配置されていてもよい。

図７を参照して、この機能ブロック図に示すように第１ダクト３の内部経路３ｃ内であって排気口３ｂ付近には、室内２ａへの送風温度を測定するための温度センサ２１が設けられている。また室内２ａには、室内２ａの温度を測定するための温度センサ２３が設けられている。また送風機５に駆動力を与えるための動力源（たとえばモータ）２２が設けられている。これらの温度センサ２１、２３、動力源２２およびポンプ７は制御部２４に接続されており、制御部２４によって管理・制御されている。

次に、本実施の形態の空気調和システムの動作および制御方法について説明する。
図７を参照して、空気調和システム１の動作が開始すると、制御部２４により送風機５を駆動させるための動力源２２およびポンプ７が作動させられるとともに、このポンプ７の動作に連動して図３に示す電動バルブ６１が開状態となる。

図１を参照して、送風機５の作動により、室内２ａの空気が複数の吸気口３ａから第１ダクト３の内部経路３ｃ内に吸入される。また室外２ｂの空気が第２ダクト６の開口６ａから第２ダクト６内に吸入される。室内２ａからの空気と室外２ｂからの空気とは、熱交換装置４の上流側で互いに混ざり合う。この混ざり合った空気が熱交換装置４を通過する。

なお空気の流れる方向に垂直な断面における径において、第２ダクト６の径は第１ダクト３の径よりも小さくなるように設計されている。これにより第２ダクト６の開口６ａから吸入された室外２ｂの空気は、第１ダクト３の吸気口３ａから室内２ａに入りことはなく、送風機５の送風により熱交換装置４側へ送られる。

一方、上記のポンプ７の作動により熱媒体供給源９から熱媒体供給用の配管１０ａを通じて熱媒体が熱交換装置４へ送られる。

図３を参照して、熱媒体供給用の配管１０ａを通じて熱交換装置４に送られた熱媒体は、まず排気口３ｂ側に配置された熱交換器４ａの上部タンク４１に導入される。熱媒体は上部タンク４１から複数のチューブ４３内を通って下部タンク４２へ入る。この際、熱交換器接続用の配管５１が上部タンク４１の底部の高さ位置（破線Ａ１−Ａ１）以上にまで延びているため、下部タンク４２およびチューブ４３内に熱媒体が溜まる。そして熱媒体は複数のチューブ４３内においてフィン４４から吸熱または放熱することにより、第１ダクト３の内部経路３ｃ内の空気と熱交換をする。

排気口３ｂ側に配置された熱交換器４ａの下部タンク４２から出た熱媒体は、熱交換器接続用の配管５１を通じて、吸気口３ａ側に配置された熱交換器４ａの上部タンク４１に導入される。熱媒体は上部タンク４１から複数のチューブ４３内を通って下部タンク４２へ入る。この際、熱媒体排出用の配管１０ｂのＵ字管１０ｃの頂部１０ｄが上部タンク４１の底部の高さ位置（破線Ａ２−Ａ２）以上の高さに位置しているため、下部タンク４２およびチューブ４３内に熱媒体が溜まる。そして熱媒体は複数のチューブ４３内においてフィン４４から吸熱または放熱することにより、第１ダクト３の内部経路３ｃ内の空気と熱交換をする。

図１を参照して、上記の熱交換装置４により熱交換されて冷却または加熱された空気は、送風機５により複数の排気口３ｂから室内２ａに供給される。これにより室内２ａの温度が調整される。

吸気口３ａ側に配置された熱交換器４ａの下部タンク４２から出た熱媒体は熱媒体排出用の配管１０ｂを通じて貯槽８内に排出される。この際、その配管１０ｂから排出された熱媒体は第２ダクト６に掛け流された後、貯槽８内に貯蔵される。そして貯槽８内に貯蔵された熱媒体１１によって第２ダクトの少なくとも一部が浸される。これにより熱交換装置４から排出された熱媒体の残存熱エネルギーを用いて第２ダクト６で導入される外気の温度を調整することができる。

上記の空気調和システムの動作においては、送風温度、室温などが自動で検知されて、その検知した結果に基づいて熱交換装置４内に流す熱媒体の流量と送風量とが自動で制御されることが好ましい。

図７を参照して、具体的には制御部２４にて送風機５の動力源２２を制御することにより送風機５による送風量が一定とされ、温度センサ２３により測定された室内２ａの温度に基づいて制御部２４にてポンプ７の動作を制御することにより熱交換装置４内に流す熱媒体の流量が制御されてもよい。

また制御部２４にてポンプ７の動作を制御することにより熱交換装置４内に流す熱媒体の流量が一定とされ、温度センサ２３により測定された室内２ａの温度に基づいて制御部２４にて送風機５の動力源２２を制御することにより送風機５による送風量が制御されてもよい。

また温度センサ２３により測定された室内２ａの温度に基づいて、制御部２４にて、ポンプ７の動作を制御することにより熱交換装置４内に流す熱媒体の流量が制御されるとともに、送風機５の動力源２２を制御することにより送風機５による送風量が制御されてもよい。

なお上記の制御においては、温度センサ２３により測定された室内２ａの温度が用いられているが、その温度に代えて、温度センサ２１により測定された空気の送風温度が用いられてもよく、また温度センサ２１、２３の双方の温度が用いられてもよい。

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
図２を参照して、熱媒体が液冷媒の場合、通常、ポンプ７の熱交換器４ａへの送液動作は周期的に寸断されることにより脈動をなしている。このため仮に熱交換器４ａの下部タンク４２に接続された配管５１が下部タンク４２と同じ高さ位置または下部タンク４２よりも低い高さ位置に延びている場合、上部タンク４１から下部タンク４２に達した熱媒体は下部タンク４２やチューブ４３内に溜まることなく熱交換器４ａから配管５１を通じて排出されていく。よって、熱媒体がチューブ内を通過する瞬間だけ熱交換が行われることになり、熱交換の効率が悪くなる。

これに対して本実施の形態においては、図３に示すように熱交換器接続用の配管５１は、排気口３ｂ側に配置された熱交換器４ａの下部タンク４２から排気口３ｂ側に配置された熱交換器４ａの上部タンク４１側へ延びて、その上部タンク４１の底部の高さ位置（破線Ａ１−Ａ１）以上の高さに位置する部分を有している。このため、ポンプ７による送液動作が脈動をなしている場合においても熱媒体は下部タンク４２およびチューブ４３内の全体に溜まることになる。これにより排気口３ｂ側に配置された熱交換器４ａの熱交換部（フィン４４が取り付けられたチューブ４３の部分）の全体を液冷媒で満たすことが可能である。このため、液冷媒を用いた熱交換の効率を向上させることができる。

また熱媒体排出用の配管１０ｂは、吸気口３ａ側に配置された熱交換器４ａの下部タンク４２から吸気口３ａ側に配置された熱交換器４ａの上部タンク４１側へ延びて、その上部タンク４１の底部の高さ位置（破線Ａ２−Ａ２）以上の高さに位置する部分を有している。これにより吸気口３ａ側に配置された熱交換器４ａの場合も上記と同様に、熱交換部（フィン４４が取り付けられたチューブ４３の部分）の全体を液冷媒で満たすことが可能であるため、液冷媒を用いた熱交換の効率を向上させることができる。

また図２に示す本実施の形態の熱交換器４ａにおいては、大容量の熱媒体を流す空気調和システムに適している。以下、そのことを説明する。

熱交換器の熱交換部分は通常、多数の細管（チューブ）で構成されている。その細管の中を熱媒体が流れる場合、熱媒体の流れ（流速）はどの細管においても一定で可能な限り同一であることが望ましい。細管内における熱媒体の流速が個々の細管ごとに異なり不均一になると、熱交換も不均一となり熱交換器の熱交換効率が著しく低下するからである。

一方、たとえば熱媒体を熱交換器の下部から上部へ流した場合、熱媒体の流れは重力に逆らって流れることになり、細管内の抵抗だけでなく重力抵抗も加わるため、細管内における熱媒体の流速は個々の細管ごとにより不均一になりやすい。特に大容量の熱媒体が熱交換器内を流れる場合、細管の数も多くなり、また流量も大きいため、各細管内の熱媒体の流れが不均一な流れになりやすい。この点からも、重力抵抗などは排除することが望ましい。

また１個の熱交換器において細管の延びる方向を左右に折り曲げたり、上下に折り返した場合は、なおさら個々の細管内における熱媒体の流速が不均一となりやすい。

これに対して本実施の形態の熱交換器４ａにおいては、図２に示すようにポンプ７が上部タンク４１側に接続され、かつチューブ４３が上部タンク４１側から下部タンク４２側へ熱媒体を流すように構成されている。このように鉛直方向上側から下側に向けて熱媒体を流すことができるため、重力抵抗を低減することができ、チューブ４３内における熱媒体の流速を均一化することが容易である。

また本実施の形態の熱交換器４ａにおいては、図２に示すようにチューブ４３は上部タンク４１から下部タンク４２に向かって直線状に一方向に延びている。このため、細管内における抵抗も極力少なくすることができ、左右に折り曲げたり、上下に折り返したりした場合よりも個々のチューブ４３内における熱媒体の流速を均一化することが容易である。

このように本実施の形態における熱交換器４ａでは個々のチューブ４３内における熱媒体の流速を均一化することが容易であるため、大容量の熱媒体を流した場合でも熱交換を均一化することが容易で熱交換効率も向上させることができる。

また図３に示す吸気口３ａ側の熱交換器４ａも、排気口３ｂ側の熱交換器４ａと同様、大容量の熱媒体を流す空気調和システムに適している。

また本実施の形態によれば、熱冷媒としてたとえば天然の地下水や、工場設備の排熱により冷却・加熱された熱媒体が用いられ、それらの熱媒体が予め有する冷熱もしくは温熱エネルギーが利用されるため、圧縮機を用いて熱媒体を圧縮する必要がない。よって、圧縮機が不要になるとともに、圧縮機による電気消費量を節約することができる。よって簡易な構成で、かつ面積の大きなスペースの空気調和を低消費電力で行なうことが可能となる。

また図１に示すように第２ダクト６は室外２ｂに通じる開口６ａを有しているため、室２に設置された窓などの外気取り入れ部を開放することなく、第２ダクト６からフレッシュな外気を室内２ａに導入することが可能となる。

また第２ダクト６は熱交換装置４の配置位置よりも吸気口３ａ側の位置において第１ダクト３に接続されている。このため第２ダクト６から導入された外気は熱交換装置４により熱交換された後に室内２ａに導入される。よって、外気が室内２ａに直接導入される場合よりも、空調効果を高めることができる。

つまり空調時に窓などの外気取り入れ部を開放すると空調の効果が低下する。しかし本実施の形態では空調時に窓などの外気取り入れ部を開放することなく第２ダクト６からフレッシュな外気を室内２ａに導入することが可能である。さらにそのフレッシュな外気を熱交換装置４で熱交換した後に室内２ａに供給できるため、空調の効果を高く維持することができる。

また第２ダクト６は、熱交換装置４から排出された熱媒体に接するように構成されている。これにより熱交換装置４から排出された熱媒体に残っている残存熱エネルギを用いて第２ダクト６で導入される外気の温度を調整することができる。このように熱媒体の残存熱エネルギを有効活用することにより、簡易な構成で、かつ低消費電力で室内の空気を調和することが可能となる。

また貯槽８内に貯められた熱媒体１１に第２ダクト６の少なくとも一部が浸かるように、貯槽８内に第２ダクト６の少なくとも一部が配置されている。このため、貯槽８内に熱媒体を貯めることができるとともに、貯槽８内で熱媒体が第２ダクト６に接する状態にすることができる。これにより、熱交換装置４から排出された熱媒体に残っている残存熱エネルギを用いて第２ダクト６で導入される外気の温度を調整することができ、熱媒体の残存熱エネルギを有効活用することができる。

図３に示すように、複数の熱交換器４ａは、排気口３ｂ側に配置された熱交換器４ａ側から吸気口３ａ側に配置された熱交換器４ａ側へ熱媒体を順次流すように構成されている。これにより室内２ａ側から離れた吸気口３ａ側の熱交換器４ａよりも室内２ａ側に近い排気口３ｂ側の熱交換器４ａに先に熱媒体が流されるため、熱交換により得られた熱をより効果的に室内２ａに送ることが可能となる。

図１に示すように、第１ダクト３は、複数の熱交換器４ａの間をつなぐ熱交換器接続用の配管５１や熱交換器４ａのチューブ４３、フィン４４で生じた結露を排出するためのドレン配管３１を有している。これにより特に室内２ａへの冷風送風時の湿度を低下させることができ、冷房の快適性を向上させることができる。

図１に示すように上記の空気調和システムにおいて、熱媒体は、天然の地下水と工場設備の排熱により冷却・加熱された熱媒体との少なくともいずれかを含む。これにより、電気消費量を節約することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１空気調和システム、２室、２ａ室内、２ｂ室外、３第１ダクト、３ａ吸気口、３ｂ排気口、３ｃ内部経路、４熱交換装置、４ａ熱交換器、５送風機、６第２ダクト、６ａ開口、７ポンプ、８貯槽、９熱媒体供給源、１０ａ，１０ｂ，１１ｂ，５１配管、１０ｃＵ字管、１０ｄ頂部、１１貯槽８の貯められた熱媒体、１１ａ₁ 溝、１１ａ溝部材、２１，２３温度センサ、２２動力源、２４制御部、３１ドレン配管、４１上部タンク、４２下部タンク、４３チューブ、４４フィン、５１ａ一方端、５１ｂ他方端、５２排水受けロート、５７エアー抜き管、６１電動バルブ、６１〜６４バルブ、６１ａモータ。

Claims

液冷媒を通す経路を内部に有する第１の熱交換器を備え、
前記第１の熱交換器は、
第１の上部タンクと、
前記第１の上部タンクの下側に配置された第１の下部タンクと、
それぞれが前記第１の上部タンクおよび前記第１の下部タンクをつなぎ、かつ前記第１の上部タンクから前記第１の下部タンクへ向かう方向に延びる複数の第１のチューブと、
前記第１のチューブに取り付けられた第１のフィンとを含み、さらに
前記第１の下部タンクに接続された第１の配管を備え、
前記第１の配管は、前記第１の上部タンクの前記第１のチューブが接続された位置以上の高さに位置する部分を有している、空気調和システム。
前記第１の熱交換器に接続されたポンプをさらに備えた、請求項１に記載の空気調和システム。
前記ポンプは前記第１の熱交換器の前記第１の上部タンク側に接続されている、請求項２に記載の空気調和システム。
前記第１の熱交換器に接続された第２の熱交換器をさらに備え、
前記第２の熱交換器は、
前記第１の配管に接続された第２の上部タンクと、
前記第２の上部タンクの下側に配置された第２の下部タンクと、
それぞれが前記第２の上部タンクおよび前記第２の下部タンクをつなぎ、かつ前記第２の上部タンクから前記第２の下部タンクへ向かう方向に延びる複数の第２のチューブと、
前記第２のチューブに取り付けられた第２のフィンとを含み、さらに
前記第２の下部タンクに接続された第２の配管を備え、
前記第２の配管は、前記第２の下部タンクから前記第２の上部タンク側へ延びて、前記第２の上部タンクの前記第２のチューブが接続された位置以上の高さに位置する部分を有している、請求項１〜３のいずれか１項に記載の空気調和システム。