JP3110982B2 - 熱源ユニット、その運転方法、およびその熱源ユニットを利用した空調システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱源ユニット、その運
転方法およびその熱源ユニットを利用した空調システム
にかかり、特に個別空間ごとの空調負荷要求に柔軟に対
応することが可能であり、かつ省エネルギー、省スペー
ス、施工性に優れた空調システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ビル機能のインテリジェント化に
よる冷房負荷増大への対応やオフィス環境の快適化要求
に応じて、オフィスビルなどの空調システムとして、各
空調空間において要求される個別空調負荷に柔軟に対応
することができる個別分散型の空調システムに対する需
要が高まっている。

【０００３】かかる個別分散型空調システムの典型例と
してのマルチ方式空調システムがある。このマルチ方式
空調システムでは、１台の室外ユニットに複数の室内ユ
ニットが接続され、各室内ユニットごとに個別に運転停
止や室温設定などの制御ができるように構成されてい
る。このようなマルチ方式空調システムは個別運転制御
特性に優れているため個別分散方式に最適であり、しか
も熱搬送動力を軽減することが可能なため、消費エネル
ギーを大幅に抑えることができる点でも注目されてい
る。

【０００４】しかしながら、上記のようなマルチ方式空
調設備の設置にあたっては、室内ユニットと室外ユニッ
トとを連絡する冷媒配管の長さや高低差が設置場所によ
って多様であり、さらに設置現場に応じて冷却能力の予
測、配管系の設定、オイル注入量の適正調整などを個別
に行う必要があるため、設計及び施工が煩雑であった。
また、室外ユニット用の外気空気熱源として、大きな熱
源風量が必要であった。

【０００５】また水熱源型の個別空調システムとして、
ボイラや冷却塔といった熱源器を用い、これに水熱源型
ヒートポンプユニットを配管を介して接続したシステム
が提案されている。しかしながら、かかる水熱源型の個
別空調システムでは、セントラル方式で熱源水を供給す
る必要があり、ある程度の熱源器の設置スペースが必要
とされ、さらに熱源器と各空調機との間の搬送動力が大
きくなりまたは配管長さが長くなるという問題があっ
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な従来の個別分散型の空調システムが有する問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的とするところは、従
来は利用されることなくそのまま排気されていた屋内の
排気空気を熱源として利用し、従って、見かけ上、外気
空気熱源などの熱源接続が不要であるとともに、排熱回
収による省エネルギー性に優れ、しかも各個別空調空間
の部分負荷に柔軟に対応することで個別分散方式の空調
システムの構築に有効であり、冷媒配管接続や中央から
の熱源水配管接続なども不要な、新規かつ改良された熱
源ユニット、その運転方法およびその熱源ユニットを利
用した空調システムを提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の第１の観点によれば、次のような熱源ユニ
ットが提供される。請求項１の熱源ユニットは、圧縮機
と、熱媒−水熱交換器と、熱媒の循環方向を切り換える
四方弁などの切換弁と、蓄熱槽コイルなどの熱媒−蓄熱
槽水熱交換器を備えた蓄熱槽と、熱媒−空気熱交換器
と、膨張弁とから構成され、さらに圧縮機の吐出側に熱
媒−水熱交換器を配置し、熱媒−蓄熱槽水熱交換器の一
端と熱媒空気熱交換器の一端との間に膨張弁を配置し、
切換弁の高圧側と熱媒−水熱交換器の熱媒出口、切換弁
の低圧側と圧縮機の吸込口、切換弁の第１接続口と熱媒
−蓄熱槽水熱交換器の他端、切換弁の第２接続口と熱媒
−空気熱交換器の他端とをそれぞれ接続することにより
構成される。

【０００８】また請求項２の熱源ユニットは、圧縮機
と、熱媒−水熱交換器と、熱媒の循環方向を切り換える
四方弁などの切換弁と、熱媒−蓄熱槽水熱交換器を備え
た蓄熱槽と、熱媒−空気熱交換器と、第１および第２の
膨張弁とから構成され、さらに、圧縮機の吐出側に熱媒
−水熱交換器を配置し、熱媒−蓄熱槽水熱交換器の一端
と熱媒空気熱交換器の一端との間に第１膨張弁を配置
し、さらに熱媒−蓄熱槽水熱交換器を迂回する迂回路を
設け、その迂回路中に第２膨張弁を配置し、切換弁の高
圧側と熱媒−水熱交換器の熱媒出口、切換弁の低圧側と
圧縮機の吸込口、切換弁の第１接続口と熱媒−蓄熱槽水
熱交換器の他端、切換弁の第２接続口と熱媒−空気熱交
換器の他端とをそれぞれ接続することにより構成され
る。

【０００９】上記熱源ユニットでは、請求項３に記載の
ように、蓄熱槽内の蓄熱槽水を、熱源ユニットにより熱
回収可能な熱源および／または熱源ユニットの余剰熱を
排熱可能な排熱先とするように構成することが好まし
い。

【００１０】さらに上記熱源ユニットでは、請求項４に
記載のように、熱媒−水熱交換器に、熱媒と熱交換可能
な熱源水と排気空気および／または外気空気との熱交換
を行う気液直接接触熱交換器を熱源水循環系を介して接
続するように構成することが好ましい。そして、請求項
５に記載のように、蓄熱槽内の蓄熱槽水を気液直接接触
熱交換器に選択的に循環させる蓄熱槽水循環系を設ける
こともできる。

【００１１】本発明の第２の観点によれば、上記熱源ユ
ニットの運転方法が提供される。請求項６によれば、上
記熱源ユニットは、空調空間において要求される熱負荷
状態と蓄熱槽の蓄熱状態の双方、または熱負荷状態に応
じて、熱源ユニットの熱源を、熱媒−水熱交換器を通水
する熱源水および蓄熱槽内の蓄熱槽水のいずれか一方ま
たは双方に切り換えるように運転される。

【００１２】本発明の第３の観点によれば、上記熱源ユ
ニットを備えた空調システムが提供される。請求項７に
記載の空調システムは、上記熱源ユニットと、外気取入
口と室内側給気口と室内側還気口と室外側排気口とを備
え、前記外気取入口が前記室内側給気口に連通するとと
もに、前記室内側還気口が前記室外側排気口および／ま
たは前記室内側給気口に選択的に連通して成る給気系路
とを備え、外気取入口を介して外気を取り入れて空調空
気として空調空間に供給し、その取り入れ外気量以下の
排気を空調空間から室内側還気口を介して熱源ユニット
内に取り入れ、空調空間からの排気のみを気液直接接触
熱交換器により熱回収可能な熱源および／または排熱可
能な排熱先とするように構成されている。

【００１３】上記空調システムでは、請求項８に記載の
ように、 前記室内側給気口に連通する給気経路を第１
の給気経路と第２の給気経路とから構成し、熱源ユニッ
トの熱媒−空気熱交換器を第１の給気経路に介装し、蓄
熱槽の蓄熱槽水を熱源とする蓄熱槽水−空気熱交換器を
第２の給気系路に介装するように構成することが好まし
い。

【００１４】さらに上記空調システムでは、請求項９に
記載のように、第１の給気経路による給気を空調空間内
の第１の領域に供給し、第２の給気経路による給気を空
調空間内の第２の領域に供給するように構成することが
好ましい。

【００１５】さらにまた上記空調システムには、請求項
１０に記載のように、第１の給気経路の空気を第２の給
気経路および／または室外側排気口に選択的に送風する
ダクトなどの切換手段を設けることが好ましい。

【００１６】

【作用】請求項１によれば、圧縮機による凝縮熱媒の循
環方向を切り換えることにより、熱媒−空気熱交換器に
より空気加熱または空気冷却を行うことが可能となり、
各空調空間において要求される冷房負荷や暖房負荷に柔
軟に対応することができる自己完結的な熱源ユニットを
得ることができる。空調時に排熱をユニット内に設置さ
れた蓄熱槽に蓄えることにより、パッケージ型空調機の
室外機のような熱源を別途設ける必要がない。

【００１７】請求項２によれば、請求項１と同様の運転
モードに加えて、凝縮熱媒が蓄熱槽の熱媒−蓄熱槽水熱
交換器を迂回させ過冷却を行わない冷房運転を行うこと
が可能となる。

【００１８】請求項３によれば、蓄熱槽内の蓄熱槽水を
熱媒の過冷却用熱源（冷房運転時）、または熱媒−空気
熱交換器の冷温熱源として利用することにより、中央熱
源を必要としない自己完結的な熱源ユニットを得ること
ができる。また、蓄熱槽に余剰熱を回収することができ
るので、例えば夜間の廉価な電力を利用して冷熱蓄熱ま
たは温水蓄熱を行い、空調負荷の高い昼間に熱回収する
ような省エネルギー運転が可能である。

【００１９】請求項４によれば、熱媒−水熱交換器に供
給される熱源水を排気空気および／または外気空気によ
り加温冷却を行うことが可能となり、熱源として室内空
気の排熱や取り入れる外気の熱を利用するので、配管接
続は気液直接接触型熱交換器への補給水配管のみで済
む。その場合に、排気空気のみを熱源として利用した場
合には、見かけ上熱源を必要としない熱源ユニットを得
ることができる。また外気空気を熱源として利用する場
合であっても、従来の空気熱源型熱源ユニットに比較し
て、遥かに少ない外気量（例えば、１／１０程度）で運
転することが可能である。

【００２０】請求項５によれば、例えば、冷房運転時に
蓄熱槽内の蓄熱槽水の水温が上昇した場合に、蓄熱槽水
循環系を運転し、気液直接接触熱交換器をクーリングタ
ワーとして利用することができる。以上のように本発明
によれば、１つのユニットで冷暖房負荷をまかなえる自
己完結型の熱源ユニットを構成できる。また建物の熱負
荷状態や熱源水・蓄熱槽水の水温により適宜好適な運転
状態を選択できる熱源ユニットを構成できる。

【００２１】請求項６によれば、熱負荷状態と蓄熱状
態、あるいは熱負荷状態に応じて、熱源ユニットの熱源
を切り換えて最適化するので、より効率的にかつ省エネ
ルギーに熱源ユニットを運転することができる。また蓄
熱槽を熱的バッファとして利用することが可能である。

【００２２】請求項７によれば、空気質制御のために空
調空間内に導入した外気量以下の排気のみを熱源ユニッ
トの熱源または熱搬送体として利用することができるの
で、外気処理用空調機などの別体装置を省略可能な完全
分散型の見かけ上熱源を必要としない空気熱源型空調シ
ステムを構築することができる。

【００２３】請求項８によれば、蓄熱槽内の蓄熱槽水を
熱源とする蓄熱槽水−空気熱交換器により、熱媒−空気
熱交換器により第１の給気経路より給気される空調空気
と温度レベルの異なる空調空気を、第２給気経路より供
給することができ、冷房暖房同時運転、熱回収運転など
を行うことが可能となる。

【００２４】請求項９によれば、空調空間内の第１の領
域と第２の領域において、異なる空調負荷が要求された
場合であっても柔軟に対応することができる空調システ
ムを提供できる。

【００２５】請求項１０によれば、例えば第１の給気経
路と第２の給気経路の熱負荷種類（冷房／暖房）が一致
し、かつ蓄熱槽の熱源種類（冷水／温水）とその蓄熱槽
から熱取り出しを行う第２の給気経路において要求され
る熱源種類が異なる場合、あるいは蓄熱がなくなった場
合に、第２の給気経路の給気を第１の給気経路に供給
し、空調を行うことができる。

【００２６】

【実施例】以下に、添付図面を参照しながら本発明に基
づいて構成された熱源ユニット、その運転方法およびそ
の熱源ユニットを利用した空調システムの好適な実施例
について詳細に説明する。なお本発明にかかる熱源ユニ
ットおよび空調システムは、建物などの空調空間を所定
の空調単位（たとえば１００メートル程度の柱間隔）に
分割し、その空調単位ごとに設置されるものであり、そ
れにより中央熱源を必要としない柔軟な個別空調システ
ムを各空調空間ごとに構築することが可能である。

【００２７】［第１実施例］図１には、本発明の第１実
施例にかかる熱源ユニット１００の概略構成が示されて
いる。この熱源ユニット１００は、圧縮機１０２と、熱
媒−水熱交換器１０４と、熱媒の循環方向を切り換える
四方弁（切換弁）１０６と、熱媒が管内を流れるコイル
などの熱媒−蓄熱槽水熱交換器１０８を備えた蓄熱槽１
１０と、熱媒−空気熱交換器１１２と、膨張弁（第１の
膨張弁）１１４とから主に構成されている。さらに、圧
縮機１０２の吐出側に熱媒−水熱交換器１０４を配置
し、熱媒−蓄熱槽水熱交換器１０８の一端と熱媒空気熱
交換器１１２の一端との間に膨張弁１１４を配置し、四
方弁１０６の高圧側と熱媒−水熱交換器１０４の熱媒出
口、四方弁１０６の低圧側と圧縮機１０２の吸込口、四
方弁１０６の第１接続口と熱媒−蓄熱槽水熱交換器１０
８の他端、四方弁１０６の第２接続口と熱媒−空気熱交
換器１１２の他端とをそれぞれ熱媒循環系を介して接続
することによりヒートポンプ回路が構成される。

【００２８】なお図中１１８（１１８ａ、１１８ｂ）は
熱媒−水熱交換器１０４に熱源水を通水するための熱源
水循環系である。この熱源水循環系には任意の水熱源を
接続することができる。例えば、図２に示す熱源ユニッ
ト１００’のように、循環ポンプ１２０が介装された熱
源水循環系１２２を介して、気液直接接触熱交換器１２
４に接続することができる。この気液直接接触熱交換器
１２４としては、例えば、充填材、エリミネータ、散水
管、水槽から構成される小型の冷却塔仕様のものを使用
することが可能であり、散水管から熱源水を散水しなが
ら排気空気や外気空気と接触させて熱交換し、熱源水を
冷却または加熱してヒートポンプ回路に戻すことができ
る。あるいは、図３に示す熱源ユニット１００”’のよ
うに、循環ポンプ１２６が介装された熱源水循環系１２
８に接続することができる。この場合には、後述する冷
熱蓄熱運転モードあるいは温熱蓄熱運転モードにより蓄
熱槽１１０内に蓄熱された冷水、氷または温水を熱源と
してヒートポンプ回路に戻すことができる。この他に
も、本実施例によれば、任意の水熱源を熱媒−水熱交換
器１０４に接続して利用することができる。

【００２９】次に、上記の如く構成された熱源ユニット
１００の動作について説明する。この第１実施例にかか
る熱源ユニット１００は以下のモードで運転することが
可能である。

【００３０】（ａ）冷房運転モード 冷房運転時には、四方弁１０６を切り換えて、熱媒を、
圧縮機１０２→熱媒−水熱交換器１０４→四方弁１０６
→熱媒−蓄熱槽水熱交換器１０８→膨張弁１１４→熱媒
−空気熱交換器１１２→四方弁１０６→圧縮機１０２と
順次循環させる。そして、熱媒−水熱交換器１０４を凝
縮器として機能させ、凝縮熱媒を蓄熱槽１１０内で過冷
却した後、膨張弁１１４で減圧し、熱媒−空気熱交換器
１１２において空気冷却に使用することにより、冷風を
空調空間に供給することができる。

【００３１】（ｂ）冷熱蓄熱運転モード 蓄熱槽１１０内に冷水または氷として冷熱を蓄熱する場
合には、夜間に四方弁１０６を切り換えて、熱媒を、圧
縮機１０２→熱媒−水熱交換器１０４→四方弁１０６→
熱媒−空気熱交換器１１２→膨張弁１１４→熱媒−蓄熱
槽水熱交換器１０８→四方弁１０６→圧縮機１０２と順
次循環させる。そして、熱媒−水熱交換器１０４により
凝縮された凝縮熱媒を、不図示の給気ファンを停止する
などして熱媒−空気熱交換器１１２を単に通過させ、膨
張弁１１４において減圧した後、蓄熱槽１１０に送る。
蓄熱槽１１０内において熱媒−蓄熱槽水熱交換器１０８
を介して熱媒の冷熱が蓄熱槽水に伝熱される。この結
果、蓄熱槽内に冷水または氷として冷熱が蓄熱される。

【００３２】（ｃ）暖房運転モード 暖房運転時には、四方弁１０６を切り換えて、熱媒を、
圧縮機１０２→熱媒−水熱交換器１０４→四方弁１０６
→熱媒−空気熱交換器１１２→膨張弁１１４→熱媒−蓄
熱槽水熱交換器１０８→四方弁１０６→圧縮機１０２と
順次循環させる。そして、圧縮機１０２により加圧され
た熱媒を熱媒−空気熱交換器１１２において空気を加熱
するために利用し、膨張弁１１４において減圧した後、
蓄熱槽１１０に送られる。減圧された熱媒は、蓄熱槽１
１０内の蓄熱槽水を冷却した後（あるいは、蓄熱槽１１
０内に蓄熱された温熱を回収した後）、再び圧縮機１０
２に送られる。このようにして、蓄熱槽１１０から回収
した温熱により加熱された温風が熱媒−空気熱交換器１
１２から空調空間に供給される。

【００３３】（ｄ）温水蓄熱運転モード 蓄熱槽１１０内に温水として温熱を蓄熱する場合には、
夜間に四方弁１０６を切り換えて、熱媒を、圧縮機１０
２→熱媒−水熱交換器１０４→四方弁１０６→熱媒−蓄
熱槽水熱交換器１０８→膨張弁１１４→熱媒−空気熱交
換器１１２→四方弁１０６→圧縮機１０２と順次循環さ
せる。そして、圧縮機１０２により加圧された熱媒を、
熱媒−水熱交換器１０４を単に通過させた後、蓄熱槽１
１０に送る。蓄熱槽１１０の熱媒−蓄熱槽水熱交換器１
０８を凝縮器として機能させ、蓄熱槽水を加熱した後、
凝縮熱媒は、膨張弁１１４を介して熱媒−空気熱交換器
１１２に送られ、そこで空気中に冷熱が排熱される。こ
のように、熱媒−蓄熱槽水熱交換器１０８を凝縮器とし
て機能させることにより、温熱を蓄熱槽１１０内に蓄熱
することができる。

【００３４】［第２実施例］図４には本発明の第２実施
例にかかる熱源ユニット１３０の概略構成が示されてい
る。なお本実施例および後述の実施例において、図１〜
図３に示す第１実施例と同じ構成および機能を有する構
成部材については、同一の参照番号を付することにより
重複説明を省略することにする。

【００３５】この第２実施例に係る熱源ユニット１３０
の基本的な構成および機能は図１に示す第１実施例に係
る熱源ユニット１００と同様である。ただし、本実施例
の場合には、熱媒−蓄熱槽水熱交換１０８の他端（四方
弁１０６の接続側）と熱媒−空気熱交換器１１２の一端
（膨張弁１１４の接続側）との間に、熱媒−蓄熱槽水熱
交換器１０８を迂回する迂回路１３２を設け、この迂回
路中に第２の膨張弁１３４が介装されている。

【００３６】従って、本実施例の場合には、第１の膨張
弁１１４を全閉として、第２の膨張弁１３４により熱媒
流量を操作して、凝縮熱媒が蓄熱槽１１０の熱媒−蓄熱
槽熱交換器１０８を迂回するように運転することにより
第１実施例に係る熱源ユニット１００の運転モード
（ａ）〜（ｄ）に加えて、次の運転モードで動作させる
ことが可能である。

【００３７】（ｅ）冷房（冷媒過冷却なし）運転モード この冷房（冷媒過冷却なし）運転モードでは、熱媒を、
圧縮機１０２→熱媒−水熱交換器１０４→四方弁１０６
→迂回路１３２→第２膨張弁１３４→熱媒−空気熱交換
器１１２と順次循環させる。そして、（ａ）冷房運転モ
ードとは異なり、凝縮器として機能する熱媒−水熱交換
器１０４を出た凝縮熱媒を、蓄熱槽１１０を迂回させ
て、第２の膨張弁１３４に送り、そこで減圧された熱媒
を利用して熱媒−空気熱交換１１２で空気を冷却するこ
とができる。従って、本実施例の場合には凝縮熱媒の過
冷却を行わないので、（ａ）冷房運転モードよりも弱い
冷房負荷に対応する場合に、効率的な運転ができる。

【００３８】［第３実施例］図５には、本発明の第３実
施例にかかる空調システム２００の概略構成が示されて
いる。この空調システム２００は、第１実施例にかかる
熱源ユニット１００を組み込んだもので、熱源ユニット
部２０２と空調部２０４とから主に構成される。熱源ユ
ニット部２０２の基本的構成および動作については、図
１に関連して既に説明したので、重複説明は省略する。
ただし、本実施例の場合には、熱媒−水熱交換器１０４
の熱源水吐出側の熱源水循環系１１８ａには、循環ポン
プ２０６が介装された管路２０８により気液直接接触熱
交換器１２４が接続される。また、循環ポンプ２１０が
介装された管路２１２により、蓄熱槽１１０と気液直接
接触熱交換器１２４とが接続され、蓄熱槽１１０内の蓄
熱槽水を気液直接接触熱交換器１２４に送水することが
できる。気液直接接触熱交換器２１４からの還路２１４
は二路に分岐して、一方はバルブ２１６が介装された管
路１１８ｂを介して熱媒−水熱交換器１０４の熱源水入
口に連通し、他方はバルブ２１８が介装された管路２２
０を介して蓄熱槽１１０に連通している。還路２１４に
はストレーナ２２２が介装されており、循環する熱源水
中に含まれる異物を濾過することができる。なお、図示
はしていないが、これらの熱源水循環系１１８に補給水
給水系を設け、蒸発等により不足した熱源水を適宜補給
するように構成することができる。

【００３９】空調部２０４は、ケーシング２２４内に、
空気経路と、熱媒−空気熱交換器１１２と、給気ファン
（第１給気ファン）２２６と、気液直接接触熱交換器１
２４と、排気ファン２２８とが収容されることにより構
成されている。空気経路は、外気取入口２３０と、室内
側給気口（第１の室内側給気口）２３２と、室内側還気
口２３４と、室外側排気口２３６とを備えている。そし
て、給気ファン２２６を駆動することにより、外気取入
口２３０からの外気（ＯＡ）および／または室内側還気
口２３４からの還気（ＲＡ）を熱媒−空気熱交換器１１
２により空調して、冷風または温風を、室内側還気口２
３２からの給気（ＳＡ）（第１の給気（ＳＡ１））とし
て空調空間に供給することができる。また、排気ファン
２３６を駆動することにより、外気取入口２３０からの
外気（ＯＡ）および／または室内側還気口２３４からの
還気（ＲＡ）を気液直接接触熱交換器１２４を通過さ
せ、熱源水と熱交換させて、排気（ＥＡ）として室外側
排気口２３６から室外に排気することができる。なお、
外気（ＯＡ）を気液直接接触熱交換器１２４に送風する
空気経路中には、ダンパ２３８が設置されており、ダン
パ２３８を閉止することにより、室外からの外気（Ｏ
Ａ）を遮断し室内からの還気（ＲＡ）のみを気液直接接
触熱交換器１２４の熱源として使用するように構成でき
る。

【００４０】次に上記の如く構成された空調システム２
００の動作について、図６を参照しながら説明する。こ
の空調システム２００は、（ａ）冷房運転モード、
（ｂ）冷熱蓄熱運転モード、（ｃ）温水蓄熱運転モー
ド、（ｄ）暖房運転モードの各モードで運転することが
可能であり、図６には、各運転モードにおける各構成機
器の運転状態が示されている。図示のように、これらの
運転モードについては、図１に関連して説明した本発明
の第１実施例にかかる熱源ユニット１００の運転モード
と対応しており、熱源ユニット部２０２は熱源ユニット
１００と同様に動作させることができるので、重複説明
は省略する。

【００４１】（ａ）冷房運転モード ヒートポンプ回路の動作については既に説明した通りで
ある。空気経路については、冷房運転時には、給気ファ
ン２２６と排気ファン２２８をともに駆動する。これに
より、外気（ＯＡ）および還気（ＲＡ）を熱媒−空気熱
交換器１１２により冷却して、空調空間に冷風を供給す
ることができる。なお排熱は、熱媒−水熱交換器（凝縮
器）１０４および／または蓄熱槽（過冷却用熱交換器）
１１０を介して気液直接接触熱交換器１２４に送られ、
そこで排気（ＥＡ）中に放熱される。その際に、ダンパ
２３８を閉止すれば、室内側還気口２３８からの還気
（ＲＡ）のみを熱源として気液直接接触熱交換器１２４
で利用することが可能となり、見かけ上熱源を必要とし
ない運転ができる。

【００４２】（ｂ）冷熱蓄熱運転モード ヒートポンプ回路の動作については既に説明した通りで
ある。空気経路については、この冷熱蓄熱運転モードで
は、凝縮熱媒に熱媒−空気熱交換器１１２を通過させる
のみなので、給気ファン２３２の運転は行わない。ま
た、循環ポンプ２０６を駆動して、熱媒−水熱交換器１
０４により暖められた熱源水を気液直接接触熱交換器１
２４に送り、排気ファン２２８により排気（ＥＡ）中に
排熱を行う。なお、この運転モードでは、蓄熱槽１１０
内に蓄熱された熱を排熱する必要はないので、循環ポン
プ２１０を停止するとともにバルブ２１８を閉止し、蓄
熱槽１１０と気液直接接触熱交換器１２４とは切り離
す。

【００４３】（ｃ）暖房運転モード ヒートポンプ回路の動作については既に説明した通りで
ある。この暖房運転モードでは、給気ファン２２６を運
転し、熱媒−空気熱交換器１１２により給気（ＳＡ）を
暖め、温風を空調空間に供給する。このモードでは、通
常は、熱媒−水熱交換器１０４による熱交換は行わず、
低圧熱媒の冷熱は蓄熱槽１１０内に排熱するので、循環
ポンプ２０６、２１０は停止し、熱源水循環系１１８は
駆動しない。従って、排気ファン２３６は停止し、気液
直接接触熱交換器１２４による熱交換も行わない。ただ
し、暖房運転時に蓄熱槽内の水温が低下した場合（気液
直接接触熱交換器１２４による熱交換が可能な温度レベ
ルに達した場合）には、循環ポンプ２１０を駆動し（循
環ポンプ２０６は停止、バルブ２１６は閉止、バルブ２
１８は開放）、管路２１２により蓄熱槽水を気液直接接
触熱交換器１２４に送水し、気液直接接触熱交換器１２
４をヒーティングタワーとして利用することができる。

【００４４】（ｄ）温水蓄熱運転モード ヒートポンプ回路の動作については既に説明した通りで
ある。この温水蓄熱運転モードでは、凝縮熱媒の温熱を
蓄熱槽１１０内に排熱することにより蓄熱を行うので、
熱媒−水熱交換器１０４による熱交換は行わず、循環ポ
ンプ２０６、２１０は停止し、熱源水循環系１１８は駆
動しない。従って、排気ファン２３６は停止し、気液直
接接触熱交換器１２４による熱交換も行わない。ただ
し、この運転モードでは、冷熱の排熱を熱媒−空気熱交
換器１１２を介して給気（ＳＡ）に行う必要があるの
で、給気ファン２２６は駆動する。

【００４５】以上説明した本発明の第３実施例にかかる
空調システムにおいては、図１に示す本発明の第１実施
例にかかる熱源ユニットを用いたが、蓄熱槽迂回路を有
する図４に示す本発明の第２実施例にかかる熱源ユニッ
トを適用することも可能である。この場合には、さらに
過冷却を行わない冷房運転モードを行うことが可能であ
ることは、既に説明したとおりである。また以下に説明
する第４実施例および第５実施例にかかる空調システム
においても、蓄熱槽迂回路を有する図４に示す本発明の
第２実施例にかかる熱源ユニットを適用できることは言
うまでもない。

【００４６】［第４実施例］図７には、本発明の第４実
施例にかかる空調システム２４０の概略構成が示されて
いる。図示のように、本実施例の空調システム２４０の
基本的構成およびその動作については、図５に示した本
発明の第３実施例にかかる空調システム２００と同様で
あるので、重複説明は省略する。ただし、本実施例の場
合には、第３実施例にかかる空調システム２００に加え
て、さらに蓄熱槽水回路２４２が設けられている。

【００４７】この蓄熱槽水回路２４２は、蓄熱槽１１０
と空調部２０４に設置された蓄熱槽水−空気熱交換器２
４４とを結ぶもので、途中に介装された循環ポンプ２４
６を駆動することにより、蓄熱槽１１０内の蓄熱槽水を
蓄熱槽水−空気熱交換器２４４に送水し、第２給気ファ
ン２４８により第２の室内側給気口２５０を介して空調
空間に供給される第２の給気（ＳＡ２）を加熱または冷
却することができる。なお、本実施例の場合には、給気
経路は、先の第３実施例と同様に、第１給気ファン２２
６を駆動して熱媒−空気熱交換器１１２により加熱また
は冷却された第１の給気（ＳＡ１）を第１の室内側給気
口２３２を介して空調空間に供給する第１の給気経路
と、本実施例において付加されたように、第２給気ファ
ン２４８を駆動して蓄熱槽水−空気熱交換器２４４によ
り加熱または冷却された第２の給気（ＳＡ２）を第２の
室内側給気口２５０を介して空調空間に供給する第２の
給気経路とから構成される。

【００４８】従って、本実施例によれば、第１および第
２の給気経路より温度レベルの異なる第１および第２の
給気（ＳＡ１、ＳＡ２）を空調空間に供給することがで
きる。その際に、第１および第２の給気経路を空調空間
内の異なる領域（第１の領域および第２の領域）に連通
させれば、第１の領域および第２の領域に対して、温度
レベルの異なる給気（冷房暖房同時運転も含む）を行う
ことができる。さらに、蓄熱槽水−空気熱交換器２４４
により蓄熱槽１１０内に蓄熱された温熱または冷熱を汲
み上げる熱取り出し運転を行うことができる。

【００４９】［第５実施例］図８には本発明の第５実施
例にかかる空調システム２６０の概略構成が示されてい
る。図示の通り、この第５実施例にかかる空調システム
２６０の基本的構成および機能については、図７に関連
して説明した本発明の第４実施例にかかる空調システム
２４０と実質的に同一なので、重複説明は省略する。た
だし、本実施例の場合には、第１の給気経路２６２、第
２の給気経路２６４、排気経路２６６に、それぞれダン
パ２６２ａ、２６４ａ、２６６ａが介装され、さらに第
１の給気経路２６２と第２の給気経路２６４とがダンパ
２６８ａが介装された第１連通路２６８により連通さ
れ、第１の給気経路２６２と排気経路２６６とがダンパ
２７０ａが介装された第２連通路２７０により連通され
ている。従って、各ダンパを開閉することにより、第１
の給気経路２６２を第２の給気経路２６４および／また
は排気経路２６６に選択的に連通させることができる。

【００５０】かかる構成により、本実施例によれば、図
７に示した第４実施例の作用効果に加えて、空調システ
ムを次のように動作させることができる。

【００５１】先の実施例の場合には、温水蓄熱運転モー
ド時に、蒸発器として機能する熱媒−空気熱交換器１１
２の排熱（冷熱）は第１の給気経路２６２を介して空調
空間に排気されていた。従って、温水蓄熱運転を行える
時間帯は、空調空間に人員がいない夜間などに限定され
ていた。しかし、本実施例の場合には、ダクト２６２ａ
を閉止し、ダクト２７０ａを開放することにより、熱媒
−空気熱交換器１１２の排熱（冷熱）を室外に排気する
ことが可能となるので、例えば、空調空間に人員がいる
いないにかかわらず、空調空間で要求される暖房負荷が
少ない時に温水蓄熱を行い、暖房負荷が増えたときに備
えることができる。従って、より効率的な省エネルギー
運転を行える。

【００５２】さらに本実施例によれば、第１の給気経路
２６２と第２の給気経路２６４において要求される熱負
荷の種類（冷房／暖房）が同じであり、かつ蓄熱槽１１
０の熱源の種類（冷水・氷／温水）とその蓄熱槽１１０
から熱回収を行う第２の給気経路２６４において要求さ
れる熱負荷の種類（冷房／暖房）が異なる場合（あるい
は、蓄熱槽１１０から回収できる熱源がなくなった場
合）には、ダンパ２６４ａを閉止し、ダンパ２６２ａお
よびダンパ２６８ａを開放することにより第１の給気経
路２６２を通過する空調空気の一部を第２の給気経路２
６４に送風することが可能となり、同じ熱負荷種類の空
調空気を第１および第２の給気経路２６２、２６４から
空調空間に供給することができる。

【００５３】図９に示す表は、本実施例を運転する際
の、蓄熱槽１１０内の蓄熱状態、空調モード、熱源ユニ
ットの運転モード、各ダンパの開閉状態の関係を示すも
のである。以下、各運転モードの動作について説明す
る。

【００５４】（ａ１）蓄熱槽１１０内に冷熱が蓄熱され
ており、第１および第２の給気経路双方で冷房負荷が要
求されている場合には、熱源ユニットを冷房運転モード
で駆動して第１の給気経路２６２から冷風を供給すると
ともに、蓄熱槽水回路２４２を駆動して第２の給気経路
２６４からも冷風を供給する。従って、ダンパ２６２
ａ、２６４ａを開放して各給気経路を有効にするととも
に、ダンパ２６８ａ、２７０ａを閉止して各連通経路は
無効にする。なお、冷房運転時には、気液直接接触熱交
換器１２４を駆動する必要があるので、ダンパ２６６ａ
は開放する。

【００５５】（ａ２）蓄熱槽１１０内に温熱が蓄熱され
ており、第１および第２の給気経路２６２、２６４双方
で冷房負荷が要求されている場合には、蓄熱槽水回路２
４２によって第２の給気経路２６４から冷風を供給する
ことができない。従って、この場合には、熱源ユニット
を冷房運転モードで駆動して第１の給気経路２６２から
冷風を供給するとともに、ダンパ２６８ａを開放して第
１の給気経路２６２と第２の給気経路２６８との連通経
路を有効にし、熱媒−空気熱交換器１１２により冷却さ
れた空気を第２の給気経路２６４に送り、第１および第
２の給気経路２６２、２６４双方から空調空間に冷風を
供給する。この場合にも、気液直接接触熱交換器１２４
を駆動する必要があるので、ダンパ２６６ａは開放す
る。また蓄熱槽水−空気熱交換器２４４は使用しないの
で、ダンパ２６４ａは閉止し、排気経路２７０も使用し
ないのでダンパ２７０ａも閉止する。

【００５６】（ｂ）冷熱蓄熱時には、熱源ユニットを冷
熱蓄熱運転モードで駆動する。冷熱蓄熱運転モード時に
は、気液直接接触熱交換器１２４を駆動して排熱を行う
必要があるので、ダンパ２６６ａは開放し、ダンパ２７
０ａは閉止する。この場合、空調は行わないので、ダン
パ２６２ａ、２６４ａ、２６８ａの制御は行わない。

【００５７】（ｃ１）蓄熱槽１１０内に冷熱が蓄熱され
ており、第１の給気経路２６２において暖房負荷、第２
の給気経路で冷房負荷が要求されている場合には、熱源
ユニットを暖房運転モードで駆動して第１の給気経路２
６２から温風を供給するとともに、蓄熱槽水回路２４２
を駆動して第２の給気経路２６４からも冷風を供給す
る。従って、ダンパ２６２ａ、２６４ａを開放して各給
気経路を有効にするとともに、ダンパ２６８ａ、２７０
ａを閉止して各連通経路は無効にする。この場合、気液
直接接触熱交換器２６６ａの駆動は行わないので、ダン
パ２６６ａの制御は行わない。

【００５８】（ｃ２）蓄熱槽１１０内に冷熱が蓄熱され
ており、第１および第２の給気経路２６２、２６４双方
で暖房負荷が要求されている場合には、蓄熱槽水回路２
４２によって第２の給気経路２６４から温風を供給する
ことができない。従って、この場合には、熱源ユニット
を暖房運転モードで駆動して第１の給気経路２６２から
温風を供給するとともに、ダンパ２６８ａを開放して第
１の給気経路２６２と第２の給気経路２６８との連通経
路を有効にし、熱媒−空気熱交換器１１２により加熱さ
れた空気を第２の給気経路２６４に送り、第１および第
２の給気経路２６２、２６４双方から空調空間に温風を
供給する。この場合には、気液直接接触熱交換器１２４
は駆動しないので、ダンパ２６６ａの制御は行わない。
また蓄熱槽水−空気熱交換器２４４は使用しないので、
ダンパ２６４ａは閉止し、排気経路２７０も使用しない
のでダンパ２７０ａも閉止する。

【００５９】（ｃ３）蓄熱槽１１０内に温熱が蓄熱され
ており、第１および第２の給気経路双方で暖房負荷が要
求されている場合には、熱源ユニットを暖房運転モード
で駆動して第１の給気経路２６２から温風を供給すると
ともに、熱源回収回路２４２を駆動して第２の給気経路
２６４からも温風を供給する。従って、ダンパ２６２
ａ、２６４ａを開放して各給気経路を有効にするととも
に、ダンパ２６８ａ、２７０ａを閉止して各連通経路は
無効にする。なお、暖房運転時には、気液直接接触熱交
換器１２４は駆動しないので、ダンパ２６６ａの制御は
行わない。

【００６０】（ｄ）温水蓄熱運転モード時には、熱媒−
空気熱交換器１１２を駆動して、排熱（冷熱）を行う必
要があるので、その排気空気が排気経路２６６に送られ
るように、ダンパ２６６ａ、２６８ａは閉止し、ダンパ
２６２ａ、２７０ａは開放する。また蓄熱槽水−空気熱
交換器２４４は駆動しないので、ダンパ２６４ａの運転
は行わない。

【００６１】このように、本実施例によれば、空調空間
において要求されるさまざまな空調負荷（温度レベルの
大小、冷房暖房同時負荷など）に柔軟に対応することが
可能であり、しかも蓄熱運転と併用することにより効率
的かつ省エネルギー性に優れた空調システムを構築でき
る。

【００６２】以上本発明の好適な実施例について添付図
面を参照しながら説明したが、本発明はかかる実施例の
記載に限定されないことは言うまでもない。たとえば、
ダンパを機外のダクトではなく機内に設けるなどは当業
者の容易に成しうる設計事項である。このように、特許
請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、
当業者であればさまざまな変更および修正を行うことが
可能であり、これらについても本発明の技術的範囲に属
するものと了解される。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１によれ
ば、圧縮機による凝縮熱媒の循環方向を切り換えること
により、熱媒−空気熱交換器により空気加熱または空気
冷却を行うことが可能となり、各空調空間において要求
される冷房負荷や暖房負荷に柔軟に対応することができ
る自己完結的な熱源ユニットを得ることができる。また
空調時に排熱をユニット内に設置された蓄熱槽に蓄える
ことにより、パッケージ型空調機の室外機のような熱源
を別途設ける必要がない。

【００６４】請求項２によれば、請求項１と同様の運転
モードに加えて、凝縮熱媒が蓄熱槽の熱媒−蓄熱槽水熱
交換器を迂回させ過冷却を行わない冷房運転を行うこと
が可能となる。

【００６５】請求項３によれば、蓄熱槽内の蓄熱槽水を
熱媒の過冷却用熱源（冷房運転時）、または熱媒−空気
熱交換器の冷温熱源として利用することにより、中央熱
源を必要としない自己完結的な熱源ユニットを得ること
ができる。また、蓄熱槽に余剰熱を回収することができ
るので、例えば夜間の廉価な電力を利用して冷熱蓄熱ま
たは温水蓄熱を行い、空調負荷の高い昼間に熱回収する
ような省エネルギー運転が可能である。

【００６６】請求項４によれば、熱媒−水熱交換器に供
給される熱源水を排気空気および／または外気空気によ
り加温冷却を行うことが可能となり、より効率的な熱源
ユニットを提供できる。その場合に、排気空気のみを熱
源として利用した場合には、見かけ上熱源を必要としな
い熱源ユニットを得ることができる。また外気空気を熱
源として利用する場合であっても、従来の空気熱源型熱
源ユニットに比較して、遥かに少ない外気量（例えば、
１／１０程度）で運転することが可能である。

【００６７】請求項５によれば、例えば、冷房運転時に
蓄熱槽内の蓄熱槽水の水温が低下した場合に、蓄熱槽水
循環系を運転し、気液直接接触熱交換器をクーリングタ
ワーとして利用することができる。以上の本発明によれ
ば、１つのユニットで冷暖房負荷をまかなえる自己完結
型の熱源ユニットを構成できる。また建物の熱負荷状態
や、熱源水・蓄熱槽水の水温により適宜好適な運転態様
を選択できる熱源ユニットを構成できる。

【００６８】請求項６によれば、熱負荷状態と蓄熱状
態、あるいは熱負荷状態に応じて、熱源ユニットの熱源
を切り換えて最適化するので、より効率的にかつ省エネ
ルギーに熱源ユニットを運転することができる。

【００６９】請求項７によれば、空気質制御のために空
調空間内に導入した外気量以下の排気のみを熱源ユニッ
トの熱源または熱搬送体として利用することができるの
で、外気処理用空調機などの別体装置を省略可能な完全
分散型の見かけ上熱源を必要としない空気熱源型空調シ
ステムを構築することができる。

【００７０】請求項８によれば、蓄熱槽内の蓄熱槽水を
熱源とする蓄熱槽水−空気熱交換器により、熱媒−空気
熱交換器により第１の給気経路より給気される空調空気
と温度レベルの異なる空調空気を、第２給気経路より供
給することができ、冷房暖房同時運転、熱回収運転など
を行うことが可能となる。

【００７１】請求項９によれば、空調空間内の第１の領
域と第２の領域において、異なる空調負荷が要求された
場合であっても柔軟に対応することができる空調システ
ムを提供できる。

【００７２】請求項１０によれば、例えば第１の給気経
路と第２の給気経路の熱負荷種類（冷房／暖房）が一致
し、かつ蓄熱槽の熱源種類（冷水／温水）とその蓄熱槽
から熱取り出しを行う第２の給気経路において要求され
る熱源種類が異なる場合、あるいは蓄熱がなくなった場
合に、第２の給気経路の給気を第１の給気経路に供給
し、空調を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例にかかる熱源ユニットの概
略構成を示す構成図である。

【図２】本発明の第１実施例にかかる熱源ユニットの別
の構成を示す構成図である。

【図３】本発明の第１実施例にかかる熱源ユニットのさ
らに別の構成を示す構成図である。

【図４】本発明の第２実施例にかかる熱源ユニットの概
略構成を示す構成図である。

【図５】本発明の第３実施例にかかる空調システムの概
略構成を示す構成図である。

【図６】本発明の第３実施例にかかる空調システムの動
作を示す図表である。

【図７】本発明の第４実施例にかかる空調システムの概
略構成を示す構成図である。

【図８】本発明の第５実施例にかかる空調システムの概
略構成を示す構成図である。

【図９】本発明の第５実施例にかかる空調システムの動
作を示す図表である。

【符号の説明】

１００ 熱源ユニット １０２ 圧縮機 １０４ 熱媒−水熱交換器 １０６ 切換弁（四方弁） １０８ 熱媒−蓄熱槽水熱交換器 １１０ 蓄熱槽 １１２ 熱媒−空気熱交換器 １１４ 膨張弁 １１６ 熱媒循環系 １１８ 熱源水循環系 １２４ 気液直接接触熱交換器 ２４２ 蓄熱回収回路 ２４４ 蓄熱槽水−空気熱交換器 ＯＡ 外気 ＲＡ 還気 ＳＡ 給気 ＥＡ 排気

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 榎本 均 神奈川県藤沢市亀井野３−９−12 メイ プルタウン六会103 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F24F 3/044

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機と、熱媒−水熱交換器と、熱媒の
   循環方向を切り換える切換弁と、熱媒−蓄熱槽水熱交換
   器を備えた蓄熱槽と、熱媒−空気熱交換器と、膨張弁と
   から構成される熱源ユニットにおいて、 前記圧縮機の吐出側に前記熱媒−水熱交換器を配置し、 前記熱媒−蓄熱槽水熱交換器の一端と前記熱媒空気熱交
   換器の一端との間に前記膨張弁を配置し、 前記切換弁の高圧側と前記熱媒−水熱交換器の熱媒出
   口、前記切換弁の低圧側と前記圧縮機の吸込口、前記切
   換弁の第１接続口と前記熱媒−蓄熱槽水熱交換器の他
   端、前記切換弁の第２接続口と前記熱媒−空気熱交換器
   の他端とをそれぞれ接続して成ることを特徴とする、熱
   源ユニット。
2. 【請求項２】 圧縮機と、熱媒−水熱交換器と、熱媒の
   循環方向を切り換える切換弁と、熱媒−蓄熱槽水熱交換
   器を備えた蓄熱槽と、熱媒−空気熱交換器と、第１およ
   び第２の膨張弁とから構成される熱源ユニットにおい
   て、 前記圧縮機の吐出側に前記熱媒−水熱交換器を配置し、 前記熱媒−蓄熱槽水熱交換器の一端と前記熱媒空気熱交
   換器の一端との間に前記第１膨張弁を配置し、 前記熱媒−蓄熱槽水熱交換器を迂回する迂回路を設け、
   その迂回路中に前記第２膨張弁を配置し、 前記切換弁の高圧側と前記熱媒−水熱交換器の熱媒出
   口、前記切換弁の低圧側と前記圧縮機の吸込口、前記切
   換弁の第１接続口と前記熱媒−蓄熱槽水熱交換器の他
   端、前記切換弁の第２接続口と前記熱媒−空気熱交換器
   の他端とをそれぞれ接続して成ることを特徴とする、熱
   源ユニット。
3. 【請求項３】 前記蓄熱槽内の蓄熱槽水を、前記熱源ユ
   ニットにより熱回収可能な熱源および／または前記熱源
   ユニットの余剰熱を排熱可能な排熱先とする如く構成さ
   れることを特徴とする、請求項１または２に記載の熱源
   ユニット。
4. 【請求項４】 前記熱媒−水熱交換器は、熱媒と熱交換
   可能な熱源水と排気空気および／または外気空気との熱
   交換を行う気液直接接触熱交換器に熱源水循環系を介し
   て接続されていることを特徴とする、請求項１〜３のい
   ずれかに記載の熱源ユニット。
5. 【請求項５】 前記蓄熱槽内の蓄熱槽水を前記気液直接
   接触熱交換器に選択的に循環させる蓄熱槽水循環系を備
   えていることを特徴とする、請求項４に記載の熱源ユニ
   ット。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかに記載の熱源ユ
   ニットの運転方法であって、 空調空間において要求される熱負荷状態と前記蓄熱槽の
   蓄熱状態の双方、または前記熱負荷状態に応じて、前記
   熱源ユニットの熱源を、前記熱媒−水熱交換器を通水す
   る熱源水および前記蓄熱槽内の蓄熱槽水のいずれか一方
   または双方に切り換えることを特徴とする、熱源ユニッ
   トの運転方法。
7. 【請求項７】 請求項４に記載の熱源ユニットと、 外気取入口と室内側給気口と室内側還気口と室外側排気
   口とを備え、前記外気取入口が前記室内側給気口に連通
   するとともに、前記室内側還気口が前記室外側排気口お
   よび／または前記室内側給気口に選択的に連通して成る
   給気系路とを備え、 前記外気取入口を介して外気を取り入れて空調空気とし
   て空調空間に供給し、その取り入れ外気量以下の排気を
   前記空調空間から前記室内側還気口を介して前記熱源ユ
   ニット内に取り入れ、前記空調空間からの排気のみを前
   記気液直接接触熱交換器により熱回収可能な熱源および
   ／または排熱可能な排熱先とする如く構成されたことを
   特徴とする、空調システム。
8. 【請求項８】 前記室内側給気口に連通する給気経路が
   第１の給気経路と第２の給気経路とから構成され、 前記熱源ユニットの前記熱媒−空気熱交換器を前記第１
   の給気経路に介装し、前記蓄熱槽の蓄熱槽水を熱源とす
   る蓄熱槽水−空気熱交換器を前記第２の給気系路に介装
   したことを特徴とする、請求項７に記載の空調システ
   ム。
9. 【請求項９】 前記第１の給気経路による給気を空調空
   間内の第１の領域に供給し、前記第２の給気経路による
   給気を空調空間内の第２の領域に供給する如く構成され
   たことを特徴とする、請求項８に記載の空調システム。
10. 【請求項１０】 さらに、前記第１の給気経路の空気を
    前記第２の給気経路および／または前記室外側排気口に
    選択的に送風する切換手段を備えていることを特徴とす
    る、請求項８または９に記載の空調システム。