JP3582755B2 - 熱源装置、熱回収装置および熱供給方法 - Google Patents
熱源装置、熱回収装置および熱供給方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は熱源装置に係り、特に負荷側の空調空間において要求される個別多様な空調負荷要求に柔軟に対応することが可能な個別空調システムに用いられる熱源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、冷凍機やボイラーなどの熱源機器により冷水や温水を製造し、ファンコイルユニットや空調機に供給する中央方式の空調システムは周知である。しかし、かかる中央方式の空調システムでは、冷却塔などの補機も含め装置規模が大がかりとなり、これらの機器を設置する機械室などのスペースも大きくならざるを得ず、建物のレンタブル比を低下させていた。そこで、近年、オフィスビルなどの空調システムの方式は、ビル機能のインテリジェント化により増えた冷房負荷への対応やオフィス環境の快適化要求とも相俟って、中央方式から個別分散方式へと変遷している。このような個別分散型ビル空調方式に対応する空調設備として、マルチ方式空調設備やユニット型ヒートポンプなどを用いた個別分散式空調システムが提案されている。
【０００３】
たとえば典型的なマルチ方式空調設備は、１台の熱源装置に複数の空調ユニットが接続され、各空調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の空調設備は、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。また、近時、冷媒として利用されるフロンによるオゾン層破壊の問題が指摘されているが、上記のような方式では、現地工事が多く、フロン漏洩の可能性がつきまとっていた。
【０００５】
また、ユニット型ヒートポンプとして、熱源との熱交換効率の良い水を用いた水熱源型ヒートポンプユニットも知られている。しかし、補助ボイラや冷却塔といった熱源機器を設ける必要があり、これらの機器への熱源水の搬送動力は無視できない。また熱源機器についても一応の能力制御はできるものの、負荷側の要求に応答する柔軟性という点では改善の余地があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年、上記の如き個別空調システムでは、各個別空調空間で要求される空調負荷の種類および容量が多様化するとともに、各空調システムの構成自体も多様化してきている。そこで、上記のような各種個別空調システムに柔軟に対応することができるように汎用性が高く、しかも各設備の標準化を図ることが可能な個別空調システムに好適な熱源装置の開発が要求されている。
【０００７】
また熱源装置として従来のような大規模な設備構成を必要とせず、各空調ゾーンの居住者が必要に応じて自由に調整することが可能であり、さらに空調単位ごとの負荷要求に応じて、たとえば冷暖房同時負荷をもまかなえ、さらに地球環境にも配慮した熱源装置の開発が要求されている。
【０００８】
本発明はかかる技術的要求に立脚してなされたものであり、その目的とするところは、各空調空間において要求される多様な空調要求に柔軟に対応することが可能であり、しかも機器施工や建物内の機器配置の標準化を達成することが可能な、個別空調システム用の熱源設備として採用するに好適な、新規かつ改良された熱源装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために，本発明によれば，蒸発器として機能する第１熱交換器（２１６）と凝縮器として機能する第２熱交換器（２１８）と圧縮機（２１４）と減圧装置（２２０）を少なくとも備え，相変化する第１熱媒が循環するヒートポンプ（２１０）と，負荷側に温熱および／または冷熱を供給する循環系（２６０）とを少なくとも備えた熱源装置が提供される。減圧装置（２２０）としては，膨張弁やキャビラリーチューブが挙げられる。この熱源装置は，請求項１に記載のように，第１熱交換器および第２熱交換器により生じた温熱および冷熱を負荷側に供給するために，その循環系（２６０）は，第１循環手段（２６２ａ）により，第２熱媒を循環させ負荷（１００）側に温熱または冷熱を供給する第２熱媒循環系（２６２）と，第２循環手段（２６４ａ）により熱源水を循環させ負荷側を温熱または冷熱を供給する熱源水循環系（２６４）とから構成される。また，上記ヒートポンプ（２１０）において，第１熱交換器（２１６）は，第１熱媒と第２熱媒との熱交換を行う熱交換器として，第２熱交換器（２１８）は，第１熱媒と熱源水との熱交換を行う熱交換器として，それぞれ構成される。さらに，第２熱媒循環系（２６２）には，第２熱媒と空気との熱交換を行うことで該第２熱媒に生じた余剰熱を排熱する第３熱交換器（２４２）が介装されている。さらに，熱源水循環系（２６４）には，熱源水と空気との熱交換を行うことで該熱源水に生じた余剰熱を排熱する気液直接接触型の第４熱交換器（２４４）が介装されている。ここで，気液直接接触型の第４熱交換器（２４４）としては，例えば，充填材，エリミネータ，散水管，水槽などから構成される小型の開放型冷却塔使用のものや，蒸発式凝縮器，さらには熱媒を噴霧して気流と熱交換するエゼクター型の熱交換器などを使用することができる。そして，建物の空調単位に対応させてヒートポンプ（２１０）と，第３熱交換器（２４２）および第４熱交換器（２４４）とが設置され，負荷側に供給された第２熱媒の還液は第３熱交換器に供給され，負荷側に供給された熱源水の還液は第４熱交換器に供給され，かつ第３熱交換器および／または第４熱交換器は上記供給された還液を熱交換する。なお本明細書にいわゆる空調単位とは，ペリメータ側空調ゾーン，インテリア側空調ゾーンのみならず，建物の北側・南側，各階（地上階，地下階，中間階，最上階を含む。）などの熱源と負荷側を組み合わせることができるあらゆる空間単位を含むものと了解される。
【００１０】
かかる構成によれば、第１熱媒−第２熱媒の熱交換を行って蒸発器として機能する第１熱交換器（２１６）と、第１熱媒−熱源水の熱交換を行って凝縮器として機能する第２熱交換器（２１８）とを内蔵するヒートポンプユニット（２１０）を運転することにより、第２熱媒は冷却されて低温となり、第２熱媒循環系（２６２）を介して負荷側に冷熱が供給される。一方、ヒートポンプユニット（２１０）の運転により、熱源水は加熱された温水となり、熱源水循環系（２６４）を介して負荷（１００）側に温熱が供給される。ヒートポンプユニット（２１０）の運転能力は負荷側の負荷要求に応じて制御され、第２熱媒に生じた余剰熱は第２熱媒−空気の熱交換を行う第３熱交換器（２４２）により排熱され、熱源水に生じた余剰熱は気液直接接触型の第４熱交換器（２４４）により排熱される。
【００１１】
以上のように，請求項１にかかる熱源装置によれば，第２熱媒により冷熱を，熱源水により温熱を，それぞれ負荷側に供給することが可能なので，各空調空間において要求される多様な空調負荷に柔軟に対応することができる。特に，請求項１の構成においては，温熱と空気との熱交換には気液直接接触型の第４熱交換器（２４４）を用い，冷熱と空気との熱交換には気液直接接触型の熱交換器では非効率なため，第３熱交換器（２４２）のような第２熱媒対空気熱交換器を用いているので，空調システムの効率化が図れる。さらにまた，気液直接接触型の第４熱交換器（２４４）を建物の空調単位に対応させて設けるので，熱源として，非空調室からの排気や空調空間を温調した後の還気などの熱源用空気を利用することができる。さらに，請求項１の熱源装置によれば，設備の標準化を容易に図れ，設備設計や施工の効率化に寄与する。また空調単位ごとにヒートポンプ（２１０）と気液直接接触型の第４熱交換器（２４４）を設置するため，熱源が分散され，各負荷の要求への対応が容易である。さらに熱源水の搬送も空調単位で行うので，熱源搬送動力の軽減も図れる。また，ヒートポンプ内の熱媒とは異なる熱媒により冷温熱を搬送する二次冷媒方式を採用するため，熱源の維持管理が容易で，計装配線などの工事も容易になり，しかも負荷側のリニューアルにも対応が容易である。そして，フロン漏洩のおそれも少ない。
【００１２】
さらに，請求項２に記載のように，第３熱交換器（２４２）および第４熱交換器（２４４）は，建物に取り入れた取り入れ外気量以下の空調空間からの還気を熱源として利用し，第３熱交換器は，負荷側からの還液である第２熱媒と還気との熱交換で生じた余剰熱を排熱するとともに，第４熱交換器は，負荷側からの還液である熱源水と還気との熱交換で生じた余剰熱を排熱するように構成すれば，生成させた熱を以降の熱の生成のために再利用でき，より省エネルギーで効率的なシステムを構築できる。
【００１３】
さらにまた、上記熱源装置において、請求項３に記載のように、第２熱媒循環系（２６２）は、第３熱交換器（２４２）を選択的に迂回する第１迂回路（２６２ｂ）を備え、熱源水循環系（２６４）は、第４熱交換器（２４４）を選択的に迂回する第２迂回路（２６４ｂ）を備えていることが好ましい。
【００１４】
かかる構成によれば、負荷（１００）側で要求される空調負荷要求にヒートポンプの能力が一致する場合、現在循環している第２熱媒および熱源水の還液温度で十分に運転できる時点では、第２熱媒および／または熱源水に排熱系（気液直接接触型の第４熱交換器（２４４）および／または第２熱媒−空気熱交換用の第３熱交換器（２４２））を迂回させることにより、より省エネルギーの運転を行うことができる。また冬期など暖房と、場合によってはそれに加えて給湯の負荷と冷房の負荷が拮抗している場合も同様の省エネルギー運転を行うことができる。さらに暖房や給湯の負荷と冷房負荷が同時に存在するときに、迂回路への通液量を制御することにより負荷側の期待する温度の熱媒をヒートポンプ（２１０）を安定的に運転しながら送液できる。
【００１５】
さらに、第４熱交換器（２４４）は、熱源水循環系（２６４）の主要部および第２熱交換器（２１８）よりも低い位置に設置されており、熱源水循環系（２６４）は、それぞれ独立に駆動可能な第４熱交換器（２４４）に通水する排熱系と負荷（１００）側に通水する熱供給系とから構成されていることが好ましい。なお、本明細書において、熱源水循環系（２６４）の主要部とは、機器の設置条件などにより、第４熱交換器（２４４）よりも高い位置に設置せざるを得なくなる構成要素（例えば、気液接触のための散水管路や、気液直接接触型の第４熱交換器（２４４）への接続部分）を除く部分を言うものとする。
【００１６】
例えば、気液直接接触型の第４熱交換器（２４４）として、開放型の水槽が採用される場合などには、落水対策のために、第４熱交換器（２４４）を、熱源水循環系（２６４）の主要部、およびヒートポンプユニット（２１０）の第１熱媒−熱源水熱交換用の第２熱交換器（２１８）よりも低い位置に設置することがあるが、その場合であっても、排熱系と熱供給系とを独立に運転すれば、熱源水を気液直接熱交換器に効率的に送ることができる。
【００１７】
さらに、第１伝熱手段（３０４）と第２伝熱手段（３０６）とを備えた蓄熱槽（３００）を有し、第１伝熱手段（３０４）と第１熱交換器（２１６）とが接続され、第２伝熱手段（３０６）と第２水熱交換器（２１８）とが接続されるように構成してもよい。このように、蓄熱槽（３００）による蓄熱機能を付加すれば、第２熱媒を蓄熱槽（３００）に送り、余剰熱を氷または冷水として蓄熱槽（３００）内に蓄熱し、あるいは熱源水を蓄熱槽（３００）に送り、余剰熱を温水として蓄熱槽（３００）に蓄熱し、必要に応じて冷熱または温熱を取り出すことができる。従って、例えば電力料金が廉価な夜間に蓄熱を行い、負荷要求の高い昼間に熱を汲み上げることにより、より省エネルギータイプの熱源装置が提供される。
【００１８】
また，本発明の別の観点によれば，請求項４に記載のように，蒸発器として機能する第１熱交換器と凝縮器として機能する第２熱交換器と圧縮機と減圧装置とを少なくとも備え第１熱媒が循環するヒートポンプを用いて供給される冷熱媒と温熱媒を空調空間からの還気と熱交換する装置であって，負荷側からの還液である冷熱媒を乾式熱交換器（２４２）により熱交換し，負荷側からの還液である温熱媒を気液直接接触型熱交換器（２４４）により熱交換し，乾式熱交換器（２４２）を気液直接接触型熱交換器（２４４）よりも還気気流の上流側に気液直接接触型熱交換器と一体的に配置したことを特徴とする熱回収装置が提供される。
【００１９】
かかる構成によれば、還気は最初に乾式熱交換器（２４２）と熱交換されるので（気流が冷却される）、気液直接接触型熱交換器（２４４）での熱交換効率が良好になる。また、熱負荷の変動にかかわらず、熱媒の供給温度を所望のものに制御するに際し、この熱回収装置への熱媒の流量制御により、還液温度を調整できる。従って、従来の装置のようにポンプをインバータ制御するなどの措置は不要となる。さらに、この熱回収装置によれば、機器の示す設置スペースが小さく、還気（排気）ダクトのダクト経路が簡素化される。また計装配線や熱媒配管なども集約することができる。
【００２０】
さらにまた、本発明の別の観点によれば、請求項５に記載のように、蒸発器として機能する第１熱交換器（２１６）と凝縮器として機能する第２熱交換器（２１８）と圧縮機（２１４）と減圧装置（２２０）とを少なくとも備え第１熱媒が循環するヒートポンプ（２１０）と、第１熱媒と熱交換された第２熱媒または熱源水により負荷（１００）側に温熱および／または冷熱を供給する熱供給方法であって、負荷側に供給された第２熱媒または熱源水の還液温度は、建物に取り入れた取り入れ外気量以下の空調空間からの還気と熱交換されて、所定の温度に調整されることを特徴とする熱供給方法が提供される。減圧装置（２２０）としては、膨張弁やキャビラリーチューブが挙げられる。かかる構成によれば、建物に取り入れた取り入れ外気量以下の空調空間からの還気を熱源として利用するので、見かけ上熱源を必要としない、より省エネルギーな空調システムを構築することができる。ポンプにインバータを介装するなどの格別の設備を要することなく、熱負荷の変動に対応した所望の熱を供給することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照しながら本発明にかかる熱源装置の好適な実施例について詳細に説明する。
【００２２】
図１には、本発明の第１実施例にかかる熱源装置を備えた個別空調システムの概略的な構成が示されている。この個別空調システムは、各個別空調空間に各種構成の空調設備が設置された負荷側１００と熱源装置２００とから構成されている。熱源装置２００は、たとえば各階のペリメータゾーンの腰壁下のペリカバーに収容できる。負荷側としては、天吊ファンコイルユニットが各階に設置されている。この図１に示す構成を一単位として、ゾーニングされた建物部位ごとに設けられる。
【００２３】
熱源装置２００は、ヒートポンプユニット部２１０と排熱部２４０と循環系２６０とから主に構成されている。ヒートポンプユニット部２１０は、ケーシング２１２内に第１熱媒が循環するヒートポンプ回路が一体的に収納されたものである。ヒートポンプ回路には圧縮機２１４、第１熱媒−第２熱媒熱交換器（第１熱交換器）２１６、第１熱媒−熱源水熱交換器（第２熱交換器）２１８、膨張弁２２０が介装されている。そして運転時には、例えば第１熱媒−第２熱媒熱交換器２１６を蒸発器として機能させ、第１熱媒−熱源水熱交換器２１８を凝縮器として機能させ、第１熱媒を介して冷熱を、熱源水を介して温熱をそれぞれ後述の循環系２６０を介して負荷側１００に供給することができる。
【００２４】
排熱部２４０は、第２熱媒（例えば、ブライン）からの排熱を行う第２熱媒−空気熱交換器（第３熱交換器）２４２と熱源水からの排熱を行う気液直接接触熱交換器（第４熱交換器）２４４と、これらの第３および第４熱交換器２４２、２４４に排気空気または外気を送気する送気ファン２４６とを備えている。第２熱媒−空気熱交換器２４２は、例えば、通常のプレートフィンコイルであり、排気空気または外気から吸熱して第２熱媒を暖めることができる。また、気液直接接触熱交換器２４４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開放型冷却塔仕様のものであり、散水管から熱源水を散水しながら排気空気または外気と接触させて熱交換し、熱源水を冷却することができる。これらの第３および第４熱交換器２４２、２４４を一体的に構成し、図示のように、熱源用空気を第３熱交換器２４２、第４熱交換器２４４と順次通気させるように構成することも可能である。この際には、第３熱交換器２４２に導かれる第２熱媒の残余冷熱により第４熱交換器２４４での熱源水の冷却採用を促すことができ、以下に示す多種の運転制御により、負荷側へ供給する冷・温熱を安定化させることができる。なお２４４ａは給水系であり、蒸発などにより減じた熱源水を適宜補うためのものである。
【００２５】
循環系２６０は、ポンプ（第１循環手段）２６２ａによりヒートポンプユニット２１０の第１熱媒−第２熱媒熱交換器２１６により冷却された第２熱媒を負荷側１００に供給し、負荷側１００から戻された第２熱媒を排熱部２４０の第２熱媒−空気熱交換器２４２に送ることができる第２熱媒循環系２６２と、ポンプ（第２循環手段）２６４ａによりヒートポンプユニット２１０の第１熱媒−熱源水熱交換器２１８により暖められた熱源水を負荷側１００に供給し、負荷側１００からの還水を排熱部２４０の気液直接接触熱交換器２４４に送ることができる熱源水循環系２６４とから構成されている。
【００２６】
さらに、第２熱源循環系２６２は第１迂回路２６２ｂを備えており、三方弁２６２ｃを切り換えることにより、負荷側１００から戻された第２熱媒に排熱部２４０（第２熱媒−空気熱交換器２４２）を迂回させて、直接ヒートポンプユニット２１０に戻すことができる。同様に、熱源水循環系２６４は第２迂回路２６４ｂを備えており、三方弁２６４ｃを切り換えることにより、負荷側１００からの還水に排熱部２４０（気液直接接触熱交換器２４４）を迂回させて、直接ヒートポンプユニット２１０に戻すことができる。さらに、各循環系２６２、２６４には温度センサ２６２ｄ、２６４ｄが設置されており、第２熱媒の循環温度および熱源水の循環温度を適宜検出することができる。さらに、各循環系２６２、２６４の負荷側１００への往路には三方弁２６２ｅ、２６４ｅが介装されており、先の三方弁２６２ｃ、２６４ｃと組み合わせて、熱源水または第２熱媒の全流量を排熱部２４０に送水して、後述するように負荷側１００において、冷房負荷のみ、または暖房負荷のみが要求される場合にも対応することができる。
【００２７】
なお、図示の例では、第１熱媒−第２熱媒熱交換器２１６および第１熱媒−熱源水熱交換器２１８の入口温度をそれぞれ測定するように構成されているが、各循環系の任意の場所の温度を測定するように構成することができる。さらに、検出された温度は不図示の制御器に送られ、空調システムを構成する各機器および循環系を運転制御するために用いることができる。なお負荷側は使用勝手に応じた機器構成や配管システムが考えられるが、前記の迂回路に通液する運転に対応し、送水を負荷側空調機器に送らず迂回させるバルブを適宜設けることが望ましい。
【００２８】
以上のように本発明の第１実施例にかかる個別空調システムは構成されている。次に、かかる個別空調システムの運転動作の一実施例について、図２〜図５に示すフローチャートを参照しながら説明する。なお、図２は冷房負荷のみの運転状態（暖房は行わず、給湯は別途ボイラを補う場合などで、夏季、中間期などに行われる。）を示し、図３は冬季の空調立ち上がり時などの運転状態を示し、図４は冬季の（給湯）暖房と冷房の負荷が同時に存在する場合を例示している。なお、以下の運転動作の説明において、計測・監視され判定の対象となる「温度」は負荷側からの還液温度である。
【００２９】
（ａ）冷房運転のみ
まず、冷房運転のみを行う場合には、図２に示すように、ステップＳ１０において、三方弁２６４ｃ、２６４ｅを切り換えて、熱源水の全流量を気液直接接触熱交換器２４４に送水するように熱源水循環系２６４を構成し、ヒートポンプユニット２１０を駆動する。その結果、第１熱媒−第２熱媒熱交換器（蒸発器）２１６により冷却された第２熱媒のみが負荷側１００に供給され、第１熱媒−熱源水熱交換器（凝縮器）２１８により加温された熱源水は負荷側１００に供給されず、気液直接接触熱交換器２４４に送水され、そこで排気空気中に排熱される。この間、温度センサ２６２ｄにより第２熱媒循環系２６２を循環する第２熱媒の温度が監視されている。
【００３０】
そして、ステップＳ１２において第２熱媒温度が設定範囲内（例えば、７℃〜１０℃）にあるかどうかが判定される。この判定の結果、第２熱媒温度が設定範囲内にある場合には、ステップＳ１４に進み、現在のヒートポンプユニット２１０の運転状態が保持される。その後、ステップＳ１０に戻り、第２熱媒温度を再び監視して、ヒートポンプユニット２１０の運転状態を最適に制御する。
【００３１】
これに対して、ステップＳ１２において、第２熱媒温度が設定範囲内にないと判断された場合には、ステップＳ１６に進み、第２熱媒温度が設定範囲よりも上か下かが判断される。冷熱を伝達する第２熱媒の温度が設定範囲を上回っていると判断された場合には、ステップＳ１８に進み、ヒートポンプユニット２１０の運転能力がアップされる。その後、ステップＳ１０に戻り、第２熱媒温度を再び監視して、ヒートポンプユニット２１０の運転状態を最適に制御する。
【００３２】
さらにステップＳ１６において、冷熱を伝達する第２熱媒温度が設定範囲を下回っていると判断された場合には、ステップＳ２０に進み、ヒートポンプユニット２１０の運転能力をダウンさせて対応する。その後、ステップＳ１０に戻り、第２熱媒温度を再び監視して、ヒートポンプユニット２１０の運転状態を最適に制御する。
【００３３】
（ｂ）暖房運転のみ
次に、暖房運転のみを行う場合には、図３に示すように、ステップＳ２２において、三方弁２６２ｃ、２６２ｅを切り換えて、第２熱媒の全流量を第２熱媒−空気熱交換器２４２に通液するように第２熱媒循環系２６２を構成し、ヒートポンプユニット２１０を駆動する。その結果、第１熱媒−熱源水熱交換器（凝縮器）２１８により加温された熱源水のみが負荷側１００に供給され、第１熱媒−第２熱媒熱交換器（蒸発器）２１６により冷却された第２熱媒は負荷側１００に供給されず、第２熱媒−空気熱交換器２４２に通液され、そこで排気空気中に排熱される。この間、温度センサ２６４ｄにより循環系２６４を循環する熱源水の温度が監視されている。
【００３４】
そして、ステップＳ２４において熱源水の温度が設定範囲内（例えば、３７℃〜４２℃）にあるかどうかが判定される。この判定の結果、熱源水の温度が設定範囲内にある場合には、ステップＳ２６に進み、現在のヒートポンプユニット２１０の運転状態が保持される。その後、ステップＳ２２に戻り、熱源水の温度を再び監視して、ヒートポンプユニット２１０の運転状態を最適に制御する。
【００３５】
これに対して、ステップＳ２４において、熱源水の温度が設定範囲内にないと判断された場合には、ステップＳ２８に進み、熱源水の温度が設定範囲よりも上か下かが判断される。温熱を伝達する熱源水の温度が設定範囲を下回っていると判断された場合には、ステップＳ３０に進み、ヒートポンプユニット２１０の運転能力がアップされる。その後、ステップＳ２２に戻り、熱源水の温度を再び監視して、ヒートポンプユニット２１０の運転状態を最適に制御する。
【００３６】
さらにステップＳ２８において、温熱を伝達する熱源水の温度が設定範囲を上回っていると判断された場合には、ステップＳ３２に進み、ヒートポンプユニット２１０の運転能力をダウンさせて対応する。その後、ステップＳ２２に戻り、熱源水の温度を再び監視して、ヒートポンプユニット２１０の運転状態を最適に制御する。
【００３７】
（ｃ）冷暖房同時運転
まず、冷暖房同時運転時には、ヒートポンプユニット２１０を駆動して、第１熱媒−第２熱媒熱交換器（蒸発器）２１６により冷却された第２熱媒を第２熱媒循環系２６２を介して二次負荷１００側に供給するとともに、第１熱媒−熱源水熱交換器（凝縮器）２１８により加温された熱源水を熱源水循環系２６４を介して負荷側１００に供給する。この間、温度センサ２６２ｄ、２６４ｄにより循環系２６０を循環する第１熱媒および熱源水の温度が監視されている。
【００３８】
そして、図４に示すように、ステップＳ３４において第２熱媒温度が設定範囲内（例えば、７℃〜１０℃）にあるかどうかが判定され、さらにステップＳ３６において熱源水温度が設定範囲内（例えば、３７℃〜４２℃）にあるかどうかが判定される。この判定の結果、第２熱媒温度および熱源水温度がともに所定の設定範囲内にある場合には、ステップＳ３８に進み、現在のヒートポンプユニット２１０の運転状態が保持される。その後、ステップＳ３４に戻り、第２熱媒温度および熱源水温度を再び監視して、ヒートポンプユニット２１０の運転状態を最適に制御する。
【００３９】
これに対して、ステップＳ３４において、第２熱媒温度が設定範囲内にないと判断された場合には、図５に示すように、ステップＳ４６に進み、第２熱媒温度が設定範囲よりも上か下かが判断される。冷熱を伝達する第２熱媒温度が設定範囲を上回っている場合には、ステップＳ４８に進み、ヒートポンプユニット２１０の運転能力がアップされる。その後、図４のステップＳ３４に戻り、第２熱媒温度および熱源水温度を再び監視して、ヒートポンプユニット２１０の運転状態を最適に制御する。
【００４０】
さらにステップＳ４６において、冷熱を伝達する第２熱媒温度が設定範囲を下回っている場合には、さらにステップＳ５０において、下限値（たとえば、５℃）を下回っているかどうか判定される。第２熱媒温度が設定範囲以下であるが下限値を上回っている場合には、ステップＳ５２において、ヒートポンプユニット２１０の運転能力をダウンさせて対応する。その後、図４のステップＳ３４に戻り、第２熱媒温度および熱源水温度を再び監視して、ヒートポンプユニット２１０の運転状態を最適に制御する。
【００４１】
これに対して、ステップＳ５０において、第２熱媒温度が下限値をも下回っていると判断された場合には、ステップＳ５４に進み、さらに熱源水の水温が設定範囲内にあるかどうかが判断される。熱源水の水温が設定範囲内にある場合には、ステップＳ５６に進み、三方弁２６２ｃ、２６２ｅを操作して負荷側１００に送られる第２熱媒の流量を制御し（たとえば、負荷側へ送液する第２熱媒の液量を絞ったり、第３熱交換器２４２への流量を多くする。）、対応する。その後、図４のステップＳ３４に戻り、第２熱媒温度および熱源水温度を再び監視して、ヒートポンプユニット２１０の運転状態を最適に制御する。
【００４２】
しかし、ステップＳ５４において、熱源水の水温が設定範囲内にないと判断された場合には、ステップＳ５８に進み、熱源水の水温が設定範囲よりも上か下かが判断される。熱源水の水温が設定範囲を下回っていると判断された場合には、ステップＳ５９に進み、いったんヒートポンプの能力をアップする。すなわち、暖房負荷の不足への対応を優先し、冷房負荷が過小であることに対する対応は、以降のステップＳ３４に戻った後で対応する。
【００４３】
これに対して、ステップＳ５８において、熱源水の水温が設定範囲を上回っていると判断された場合には、ステップＳ５２に進み、ヒートポンプユニット２１０の運転能力をダウンさせることにより対応する。その後、図４のステップＳ３４に戻り、第２熱媒温度および熱源水温度を再び監視して、ヒートポンプユニット２１０の運転状態を最適に制御する。
【００４４】
再び図４のステップＳ３４に戻り、第２熱媒の温度は設定範囲にあると判断されたが、熱源水の水温は設定範囲にないと判断された場合には（ステップＳ３６）、ステップＳ４０に進み、熱源水の水温が設定範囲を上回っているか下回っているかが判断される。熱源水の水温が設定範囲を下回っている場合には、ステップＳ４２に進み、ヒートポンプユニット２１０の運転能力をアップさせて対応する。その後、ステップＳ３４に戻り、第２熱媒温度および熱源水温度を再び監視して、ヒートポンプユニット２１０の運転状態を最適に制御する。
【００４５】
これに対して、ステップＳ４０において、熱源水の水温が設定範囲を上回っていると判断された場合には、ステップＳ４４に進み、三方弁２６２ｃ、２６２ｅを操作して負荷側１００に送られる熱源水（温熱）の流量を制御し（たとえば、全量を送水し、あるいは流量制御を行い残余分を迂回路２６４ｂに流す。）対応する。その後、図４のステップＳ３４に戻り、第２熱媒温度および熱源水温度を再び監視して、ヒートポンプユニット２１０の運転状態を最適に制御する。
【００４６】
なお、本実施形態には、ヒートポンプユニット２１０の運転のみにより二次負荷１００側の空調負荷に十分に対応できる場合には、三方弁２６２ｃ、２６４ｃを切り換えて、第２熱媒および熱源水に排熱部２４０を迂回させることができる。
【００４７】
以上説明したように、本実施例によればヒートポンプユニット２１０の運転能力の制御、並びに第２熱媒−空気熱交換器２４２および気液接触熱交換器２４４の運転制御を行うことにより、負荷側１００において要求されるさまざまな空調負荷に柔軟に対応することができる。なお、図２〜図５に示すフローチャートは図１の装置を運転制御するための一実施例にすぎず、当業者であれば、図１に示す装置を負荷側１００の条件に応じて任意の方法で運転制御することが可能であり、それらの運転制御方法についても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。
【００４８】
次に図６を参照しながら、本発明の第２実施例にかかる熱源装置について説明する。なおこの第２実施例の基本的構成は、図１に示した第１実施例と実質的に同一なので、同一の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。ただし、第２実施例の場合には、熱源水循環系が、第１ポンプ２７０ａにより気液直接接触熱交換器２４４に通水する熱交換系２７０と、第２ポンプ２７２ａにより負荷側１００に通水する循環系２７２とから構成されている。そして、かかる構成に対応して、熱交換系２７０と循環系２７２をそれぞれ独立に駆動させることができるように、ヒートポンプ２１０の第１熱媒−熱源水熱交換器２１８が、第１熱媒から抜熱して負荷側１００に暖めれられた熱源水を供給する熱源供給部２１８ａと、熱源供給部２１８ｄの加熱能力を制御すべく気液接触熱交換器２４４に凝縮器の冷却水を送水する排熱部２１８ｂとから構成されている。
【００４９】
このように、本実施形態では、排熱系２７０と負荷系２７２とを独立に駆動させることができるので、第１実施例と異なり、気液接触熱交換器２４４を選択的に迂回する第２迂回路２６２ｂは省略されている。すなわち、本実施例の場合に、熱源水に気液接触熱交換器２４４を迂回させたい場合（例えば、暖房負荷が勝っており、熱源水から排熱する必要がない場合）には、第１ポンプ２７０ａを停止すれば良い。また、迂回させない場合には、熱源供給部２１８ａの加熱能力を制御するには第１ポンプ２７０ｄの回転数をインバータ制御することで対応することもできる。
【００５０】
次に、図７を参照しながら本発明の第３実施例にかかる熱源装置について説明する。この第３実施例の基本的構成についても、第１実施例および第２実施例と実質的に同一である。従って、本実施例の場合にも、同一の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。ただし、この第３実施例の場合には、図１に示す第１実施例に加えて、蓄熱部３００が付加されている。
【００５１】
この蓄熱部３００は、蓄熱槽３０２と、その蓄熱槽３０２内に設置される第１伝熱管３０４と第２伝熱管３０６とを備えている。この第１伝熱管３０４は第１の蓄熱用循環系３０８により第１熱媒−第２熱交換器２１６に接続されている。この第１の蓄熱用循環系３０８は、切り換えバルブ３０８ａ、３０８ｂを閉止し、バルブ３０８ｃ、３０８ｄを開放することにより、第２熱媒循環系２６４に切り換え可能に接続されている。従って、負荷側のバルブ３０８ａ、３０８ｂを閉止し、３０８ｃ、３０８ｄを開放して、循環ポンプ３０８ｅを駆動することにより、第２熱媒の循環方向を蓄熱槽３０２側に切り換えることにより、第２熱媒を蓄熱槽３０２側に送り、第１伝熱管３０４を介して蓄熱槽３０２内に冷水または氷として蓄熱することができる。その間、ポンプ２６２ａは停止する。
【００５２】
同様に第２伝熱管３０６は第２の蓄熱用循環系３１０により第１熱媒−熱源水熱交換器２１８に接続されている。この第２の蓄熱用循環系３１０は切り換えバルブ３１０ａ、３１０ｂを閉止して、３１０ｃ、３１０ｄを開放することにより、熱源水循環系２６４に切り換え可能に接続されている。従って、負荷側のバルブ３１０ａ、３１０ｂを閉止して、バルブ３１０ｃ、３１０ｄを開放して、循環ポンプ３１０ｅを駆動することにより、熱源水の循環方向を蓄熱槽３０２側に切り換えることにより、熱源水を蓄熱槽３０２側に送り、第２伝熱管３０６を介して蓄熱槽３０２内に温熱を温水として蓄熱することができる。その間、ポンプ２６４ａは停止する。
【００５３】
以上説明したように、この第３実施例によれば、ヒートポンプユニット２１０の排熱を蓄熱部３００に温熱または冷熱として蓄熱することができる。たとえば、夜間には前記のようにして蓄熱し、空調時にはバルブ３０８ａ〜３０８ｄ、バルブ３１０ａ〜３１０ｄを開放した状態でヒートポンプユニット２１０の運転を停止して、蓄熱した熱を利用することができる。蓄熱槽水の温度が熱源として利用不能になった時は、バルブ３０８ｃ、３０８ｄ、バルブ３１０ｃ、３１０ｄを閉止し、ヒートポンプユニット２１０を稼働して対応する。その際には、循環ポンプ３０８ｅ、３１０ｅは停止する。このように第３実施例によれば、例えば廉価な夜間電力を利用して蓄熱槽３０２内に温熱または冷熱を蓄熱し、必要な場合に汲み出すことができるので、より省エネルギーな空調システムを構築することができる。
【００５４】
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。当業者であれば、特許請求の範囲に記載した技術的思想の範疇において様々な変更および修正に想到することが可能であり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に含まれるものと了解される。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように，請求項１にかかる熱源装置によれば，第２熱媒により冷熱を，熱源水により温熱を，それぞれ負荷側に供給することが可能なので，各空調空間において要求される多様な空調負荷に柔軟に対応することができる。特に，請求項１の構成においては，温熱と空気との熱交換には気液直接接触型の第４熱交換器（２４４）を用い，冷熱と空気との熱交換には気液直接接触型の熱交換器では非効率なため，第３熱交換器（２４２）のような第２熱媒対空気熱交換器を用いているので，空調システムの効率化が図れる。さらにまた，気液直接接触型の第４熱交換器（２４４）を建物の空調単位に対応させて設けるので，熱源として，非空調室からの排気や空調空間を温調した後の還気などの熱源用空気を利用することができる。さらに，請求項１の熱源装置によれば，設備の標準化を容易に図れ，設備設計や施工の効率化に寄与する。また空調単位ごとにヒートポンプ（２１０）と気液直接接触型の第４熱交換器（２４４）を設置するため，熱源が分散され，各負荷の要求への対応が容易である。さらに熱源水の搬送も空調単位で行うので，熱源搬送動力の軽減も図れる。また，ヒートポンプ内の熱媒とは異なる熱媒により冷温熱を搬送する二次冷媒方式を採用するため，熱源の維持管理が容易で，計装配線などの工事も容易になり，しかも負荷側のリニューアルにも対応が容易である。そして，フロン漏洩のおそれも少ない。
【００５６】
さらに、請求項２に記載のように、第３熱交換器（２４２）および第４熱交換器（２４４）は、建物に取り入れた取り入れ外気量以下の空調空間からの還気を熱源として利用するように構成すれば、生成させた熱を以降の熱の生成のために再利用でき、より省エネルギーで効率的なシステムを構築できる。
【００５７】
さらにまた、請求項３の熱源装置によれば、負荷（１００）側で要求される空調負荷要求にヒートポンプの能力が一致する場合、現在循環している第２熱媒および熱源水の還液温度で十分に運転できる時点では、第２熱媒および／または熱源水に排熱系（気液直接接触型の第４熱交換器（２４４）および／または第２熱媒−空気熱交換用の第３熱交換器（２４２））を迂回させることにより、より省エネルギーの運転を行うことができる。また冬期など暖房と、場合によってはそれに加えて給湯の負荷と冷房の負荷が拮抗している場合も同様の省エネルギー運転を行うことができる。さらに暖房や給湯の負荷と冷房負荷が同時に存在するときに、迂回路への通液量を制御することにより負荷側の期待する温度の熱媒をヒートポンプ（２１０）を安定的に運転しながら送液できる。すなわち、ヒートポンプの能力と熱負荷との差を、冷熱・温熱それぞれについて解消できる。例えば、一方の負荷が勝っているときには、排熱部の当該熱交換器を利用し、還液温度がヒートポンプの安定運転に十分な場合には、迂回路を利用する。これにより熱媒供給のためのポンプをインバータ制御するなどの必要がなくなる。
【００５８】
さらに、請求項４に記載の熱回収装置によれば、還気は最初に乾式熱交換器（２４２）と熱交換されので（気流が冷却される）、気液直接接触型熱交換器（２４４）での熱交換効率が良好になる。また、熱負荷の変動にかかわらず、熱媒の供給温度を所望のものに制御するに際し、この熱回収装置への熱媒の流量制御により、還液温度を調整できる。従って、従来の装置のようにポンプをインバータ制御するなどの措置は不要となる。さらに、この熱回収装置によれば、機器の示す設置スペースが小さく、還気（排気）ダクトのダクト経路が簡素化される。また計装配線や熱媒配管なども集約することができる。
【００５９】
さらにまた、請求項５に記載の熱供給方法によれば、建物に取り入れた取り入れ外気量以下の空調空間からの還気を熱源として利用するので、見かけ上熱源を必要としない、より省エネルギーな空調システムを構築することができる。ポンプにインバータを介装するなどの格別の設備を要することなく、熱負荷の変動に対応した所望の熱を供給することができる。また還液温度を計測して、これを一体にすべく制御するので、システムの維持管理も容易である。さらに、排熱部の熱交換器への熱源用空気は、温度の安定した室内空調空気の還気を利用するので、排熱量を容易に制御でき、熱負荷が低いときなどに熱供給の温度の安定に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる熱源装置を備えた個別空調システムの第１実施例の概略構成を示す構成図である。
【図２】図１に示す個別空調システムの運転制御（冷房運転のみ）を説明するフローチャートである。
【図３】図１に示す個別空調システムの運転制御（暖房運転のみ）を説明するフローチャートである。
【図４】図１に示す個別空調システムの運転制御（冷暖房同時負荷運転）を説明するフローチャートの第１の部分である。
【図５】図１に示す個別空調システムの運転制御（冷暖房同時負荷運転）を説明するフローチャートの第２の部分である。
【図６】本発明にかかる熱源装置を備えた個別空調システムの第２実施例の概略構成を示す構成図である。
【図７】本発明にかかる熱源装置を備えた個別空調システムの第３実施例の概略構成を示す構成図である。
【符号の説明】
１００ 負荷
２００ 熱源装置
２１０ ヒートポンプ部
２１４ 圧縮機
２１６ 第１熱媒−第２熱媒熱交換器
２１８ 第１熱媒−熱源水熱交換器
２２０ 膨張弁
２４０ 排熱部
２４２ 第２熱媒−空気熱交換器
２４４ 気液直接接触熱交換器
２４６ 送気ファン
２６０ 循環系
２６２ 第２熱媒循環系
２６２ａ 第１循環手段
２６２ｂ 第１迂回路
２６４ 熱源水循環系
２６４ａ 第２循環手段
２６４ｂ 第２迂回路
【発明の属する技術分野】
本発明は熱源装置に係り、特に負荷側の空調空間において要求される個別多様な空調負荷要求に柔軟に対応することが可能な個別空調システムに用いられる熱源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、冷凍機やボイラーなどの熱源機器により冷水や温水を製造し、ファンコイルユニットや空調機に供給する中央方式の空調システムは周知である。しかし、かかる中央方式の空調システムでは、冷却塔などの補機も含め装置規模が大がかりとなり、これらの機器を設置する機械室などのスペースも大きくならざるを得ず、建物のレンタブル比を低下させていた。そこで、近年、オフィスビルなどの空調システムの方式は、ビル機能のインテリジェント化により増えた冷房負荷への対応やオフィス環境の快適化要求とも相俟って、中央方式から個別分散方式へと変遷している。このような個別分散型ビル空調方式に対応する空調設備として、マルチ方式空調設備やユニット型ヒートポンプなどを用いた個別分散式空調システムが提案されている。
【０００３】
たとえば典型的なマルチ方式空調設備は、１台の熱源装置に複数の空調ユニットが接続され、各空調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の空調設備は、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。また、近時、冷媒として利用されるフロンによるオゾン層破壊の問題が指摘されているが、上記のような方式では、現地工事が多く、フロン漏洩の可能性がつきまとっていた。
【０００５】
また、ユニット型ヒートポンプとして、熱源との熱交換効率の良い水を用いた水熱源型ヒートポンプユニットも知られている。しかし、補助ボイラや冷却塔といった熱源機器を設ける必要があり、これらの機器への熱源水の搬送動力は無視できない。また熱源機器についても一応の能力制御はできるものの、負荷側の要求に応答する柔軟性という点では改善の余地があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年、上記の如き個別空調システムでは、各個別空調空間で要求される空調負荷の種類および容量が多様化するとともに、各空調システムの構成自体も多様化してきている。そこで、上記のような各種個別空調システムに柔軟に対応することができるように汎用性が高く、しかも各設備の標準化を図ることが可能な個別空調システムに好適な熱源装置の開発が要求されている。
【０００７】
また熱源装置として従来のような大規模な設備構成を必要とせず、各空調ゾーンの居住者が必要に応じて自由に調整することが可能であり、さらに空調単位ごとの負荷要求に応じて、たとえば冷暖房同時負荷をもまかなえ、さらに地球環境にも配慮した熱源装置の開発が要求されている。
【０００８】
本発明はかかる技術的要求に立脚してなされたものであり、その目的とするところは、各空調空間において要求される多様な空調要求に柔軟に対応することが可能であり、しかも機器施工や建物内の機器配置の標準化を達成することが可能な、個別空調システム用の熱源設備として採用するに好適な、新規かつ改良された熱源装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために，本発明によれば，蒸発器として機能する第１熱交換器（２１６）と凝縮器として機能する第２熱交換器（２１８）と圧縮機（２１４）と減圧装置（２２０）を少なくとも備え，相変化する第１熱媒が循環するヒートポンプ（２１０）と，負荷側に温熱および／または冷熱を供給する循環系（２６０）とを少なくとも備えた熱源装置が提供される。減圧装置（２２０）としては，膨張弁やキャビラリーチューブが挙げられる。この熱源装置は，請求項１に記載のように，第１熱交換器および第２熱交換器により生じた温熱および冷熱を負荷側に供給するために，その循環系（２６０）は，第１循環手段（２６２ａ）により，第２熱媒を循環させ負荷（１００）側に温熱または冷熱を供給する第２熱媒循環系（２６２）と，第２循環手段（２６４ａ）により熱源水を循環させ負荷側を温熱または冷熱を供給する熱源水循環系（２６４）とから構成される。また，上記ヒートポンプ（２１０）において，第１熱交換器（２１６）は，第１熱媒と第２熱媒との熱交換を行う熱交換器として，第２熱交換器（２１８）は，第１熱媒と熱源水との熱交換を行う熱交換器として，それぞれ構成される。さらに，第２熱媒循環系（２６２）には，第２熱媒と空気との熱交換を行うことで該第２熱媒に生じた余剰熱を排熱する第３熱交換器（２４２）が介装されている。さらに，熱源水循環系（２６４）には，熱源水と空気との熱交換を行うことで該熱源水に生じた余剰熱を排熱する気液直接接触型の第４熱交換器（２４４）が介装されている。ここで，気液直接接触型の第４熱交換器（２４４）としては，例えば，充填材，エリミネータ，散水管，水槽などから構成される小型の開放型冷却塔使用のものや，蒸発式凝縮器，さらには熱媒を噴霧して気流と熱交換するエゼクター型の熱交換器などを使用することができる。そして，建物の空調単位に対応させてヒートポンプ（２１０）と，第３熱交換器（２４２）および第４熱交換器（２４４）とが設置され，負荷側に供給された第２熱媒の還液は第３熱交換器に供給され，負荷側に供給された熱源水の還液は第４熱交換器に供給され，かつ第３熱交換器および／または第４熱交換器は上記供給された還液を熱交換する。なお本明細書にいわゆる空調単位とは，ペリメータ側空調ゾーン，インテリア側空調ゾーンのみならず，建物の北側・南側，各階（地上階，地下階，中間階，最上階を含む。）などの熱源と負荷側を組み合わせることができるあらゆる空間単位を含むものと了解される。
【００１０】
かかる構成によれば、第１熱媒−第２熱媒の熱交換を行って蒸発器として機能する第１熱交換器（２１６）と、第１熱媒−熱源水の熱交換を行って凝縮器として機能する第２熱交換器（２１８）とを内蔵するヒートポンプユニット（２１０）を運転することにより、第２熱媒は冷却されて低温となり、第２熱媒循環系（２６２）を介して負荷側に冷熱が供給される。一方、ヒートポンプユニット（２１０）の運転により、熱源水は加熱された温水となり、熱源水循環系（２６４）を介して負荷（１００）側に温熱が供給される。ヒートポンプユニット（２１０）の運転能力は負荷側の負荷要求に応じて制御され、第２熱媒に生じた余剰熱は第２熱媒−空気の熱交換を行う第３熱交換器（２４２）により排熱され、熱源水に生じた余剰熱は気液直接接触型の第４熱交換器（２４４）により排熱される。
【００１１】
以上のように，請求項１にかかる熱源装置によれば，第２熱媒により冷熱を，熱源水により温熱を，それぞれ負荷側に供給することが可能なので，各空調空間において要求される多様な空調負荷に柔軟に対応することができる。特に，請求項１の構成においては，温熱と空気との熱交換には気液直接接触型の第４熱交換器（２４４）を用い，冷熱と空気との熱交換には気液直接接触型の熱交換器では非効率なため，第３熱交換器（２４２）のような第２熱媒対空気熱交換器を用いているので，空調システムの効率化が図れる。さらにまた，気液直接接触型の第４熱交換器（２４４）を建物の空調単位に対応させて設けるので，熱源として，非空調室からの排気や空調空間を温調した後の還気などの熱源用空気を利用することができる。さらに，請求項１の熱源装置によれば，設備の標準化を容易に図れ，設備設計や施工の効率化に寄与する。また空調単位ごとにヒートポンプ（２１０）と気液直接接触型の第４熱交換器（２４４）を設置するため，熱源が分散され，各負荷の要求への対応が容易である。さらに熱源水の搬送も空調単位で行うので，熱源搬送動力の軽減も図れる。また，ヒートポンプ内の熱媒とは異なる熱媒により冷温熱を搬送する二次冷媒方式を採用するため，熱源の維持管理が容易で，計装配線などの工事も容易になり，しかも負荷側のリニューアルにも対応が容易である。そして，フロン漏洩のおそれも少ない。
【００１２】
さらに，請求項２に記載のように，第３熱交換器（２４２）および第４熱交換器（２４４）は，建物に取り入れた取り入れ外気量以下の空調空間からの還気を熱源として利用し，第３熱交換器は，負荷側からの還液である第２熱媒と還気との熱交換で生じた余剰熱を排熱するとともに，第４熱交換器は，負荷側からの還液である熱源水と還気との熱交換で生じた余剰熱を排熱するように構成すれば，生成させた熱を以降の熱の生成のために再利用でき，より省エネルギーで効率的なシステムを構築できる。
【００１３】
さらにまた、上記熱源装置において、請求項３に記載のように、第２熱媒循環系（２６２）は、第３熱交換器（２４２）を選択的に迂回する第１迂回路（２６２ｂ）を備え、熱源水循環系（２６４）は、第４熱交換器（２４４）を選択的に迂回する第２迂回路（２６４ｂ）を備えていることが好ましい。
【００１４】
かかる構成によれば、負荷（１００）側で要求される空調負荷要求にヒートポンプの能力が一致する場合、現在循環している第２熱媒および熱源水の還液温度で十分に運転できる時点では、第２熱媒および／または熱源水に排熱系（気液直接接触型の第４熱交換器（２４４）および／または第２熱媒−空気熱交換用の第３熱交換器（２４２））を迂回させることにより、より省エネルギーの運転を行うことができる。また冬期など暖房と、場合によってはそれに加えて給湯の負荷と冷房の負荷が拮抗している場合も同様の省エネルギー運転を行うことができる。さらに暖房や給湯の負荷と冷房負荷が同時に存在するときに、迂回路への通液量を制御することにより負荷側の期待する温度の熱媒をヒートポンプ（２１０）を安定的に運転しながら送液できる。
【００１５】
さらに、第４熱交換器（２４４）は、熱源水循環系（２６４）の主要部および第２熱交換器（２１８）よりも低い位置に設置されており、熱源水循環系（２６４）は、それぞれ独立に駆動可能な第４熱交換器（２４４）に通水する排熱系と負荷（１００）側に通水する熱供給系とから構成されていることが好ましい。なお、本明細書において、熱源水循環系（２６４）の主要部とは、機器の設置条件などにより、第４熱交換器（２４４）よりも高い位置に設置せざるを得なくなる構成要素（例えば、気液接触のための散水管路や、気液直接接触型の第４熱交換器（２４４）への接続部分）を除く部分を言うものとする。
【００１６】
例えば、気液直接接触型の第４熱交換器（２４４）として、開放型の水槽が採用される場合などには、落水対策のために、第４熱交換器（２４４）を、熱源水循環系（２６４）の主要部、およびヒートポンプユニット（２１０）の第１熱媒−熱源水熱交換用の第２熱交換器（２１８）よりも低い位置に設置することがあるが、その場合であっても、排熱系と熱供給系とを独立に運転すれば、熱源水を気液直接熱交換器に効率的に送ることができる。
【００１７】
さらに、第１伝熱手段（３０４）と第２伝熱手段（３０６）とを備えた蓄熱槽（３００）を有し、第１伝熱手段（３０４）と第１熱交換器（２１６）とが接続され、第２伝熱手段（３０６）と第２水熱交換器（２１８）とが接続されるように構成してもよい。このように、蓄熱槽（３００）による蓄熱機能を付加すれば、第２熱媒を蓄熱槽（３００）に送り、余剰熱を氷または冷水として蓄熱槽（３００）内に蓄熱し、あるいは熱源水を蓄熱槽（３００）に送り、余剰熱を温水として蓄熱槽（３００）に蓄熱し、必要に応じて冷熱または温熱を取り出すことができる。従って、例えば電力料金が廉価な夜間に蓄熱を行い、負荷要求の高い昼間に熱を汲み上げることにより、より省エネルギータイプの熱源装置が提供される。
【００１８】
また，本発明の別の観点によれば，請求項４に記載のように，蒸発器として機能する第１熱交換器と凝縮器として機能する第２熱交換器と圧縮機と減圧装置とを少なくとも備え第１熱媒が循環するヒートポンプを用いて供給される冷熱媒と温熱媒を空調空間からの還気と熱交換する装置であって，負荷側からの還液である冷熱媒を乾式熱交換器（２４２）により熱交換し，負荷側からの還液である温熱媒を気液直接接触型熱交換器（２４４）により熱交換し，乾式熱交換器（２４２）を気液直接接触型熱交換器（２４４）よりも還気気流の上流側に気液直接接触型熱交換器と一体的に配置したことを特徴とする熱回収装置が提供される。
【００１９】
かかる構成によれば、還気は最初に乾式熱交換器（２４２）と熱交換されるので（気流が冷却される）、気液直接接触型熱交換器（２４４）での熱交換効率が良好になる。また、熱負荷の変動にかかわらず、熱媒の供給温度を所望のものに制御するに際し、この熱回収装置への熱媒の流量制御により、還液温度を調整できる。従って、従来の装置のようにポンプをインバータ制御するなどの措置は不要となる。さらに、この熱回収装置によれば、機器の示す設置スペースが小さく、還気（排気）ダクトのダクト経路が簡素化される。また計装配線や熱媒配管なども集約することができる。
【００２０】
さらにまた、本発明の別の観点によれば、請求項５に記載のように、蒸発器として機能する第１熱交換器（２１６）と凝縮器として機能する第２熱交換器（２１８）と圧縮機（２１４）と減圧装置（２２０）とを少なくとも備え第１熱媒が循環するヒートポンプ（２１０）と、第１熱媒と熱交換された第２熱媒または熱源水により負荷（１００）側に温熱および／または冷熱を供給する熱供給方法であって、負荷側に供給された第２熱媒または熱源水の還液温度は、建物に取り入れた取り入れ外気量以下の空調空間からの還気と熱交換されて、所定の温度に調整されることを特徴とする熱供給方法が提供される。減圧装置（２２０）としては、膨張弁やキャビラリーチューブが挙げられる。かかる構成によれば、建物に取り入れた取り入れ外気量以下の空調空間からの還気を熱源として利用するので、見かけ上熱源を必要としない、より省エネルギーな空調システムを構築することができる。ポンプにインバータを介装するなどの格別の設備を要することなく、熱負荷の変動に対応した所望の熱を供給することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照しながら本発明にかかる熱源装置の好適な実施例について詳細に説明する。
【００２２】
図１には、本発明の第１実施例にかかる熱源装置を備えた個別空調システムの概略的な構成が示されている。この個別空調システムは、各個別空調空間に各種構成の空調設備が設置された負荷側１００と熱源装置２００とから構成されている。熱源装置２００は、たとえば各階のペリメータゾーンの腰壁下のペリカバーに収容できる。負荷側としては、天吊ファンコイルユニットが各階に設置されている。この図１に示す構成を一単位として、ゾーニングされた建物部位ごとに設けられる。
【００２３】
熱源装置２００は、ヒートポンプユニット部２１０と排熱部２４０と循環系２６０とから主に構成されている。ヒートポンプユニット部２１０は、ケーシング２１２内に第１熱媒が循環するヒートポンプ回路が一体的に収納されたものである。ヒートポンプ回路には圧縮機２１４、第１熱媒−第２熱媒熱交換器（第１熱交換器）２１６、第１熱媒−熱源水熱交換器（第２熱交換器）２１８、膨張弁２２０が介装されている。そして運転時には、例えば第１熱媒−第２熱媒熱交換器２１６を蒸発器として機能させ、第１熱媒−熱源水熱交換器２１８を凝縮器として機能させ、第１熱媒を介して冷熱を、熱源水を介して温熱をそれぞれ後述の循環系２６０を介して負荷側１００に供給することができる。
【００２４】
排熱部２４０は、第２熱媒（例えば、ブライン）からの排熱を行う第２熱媒−空気熱交換器（第３熱交換器）２４２と熱源水からの排熱を行う気液直接接触熱交換器（第４熱交換器）２４４と、これらの第３および第４熱交換器２４２、２４４に排気空気または外気を送気する送気ファン２４６とを備えている。第２熱媒−空気熱交換器２４２は、例えば、通常のプレートフィンコイルであり、排気空気または外気から吸熱して第２熱媒を暖めることができる。また、気液直接接触熱交換器２４４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開放型冷却塔仕様のものであり、散水管から熱源水を散水しながら排気空気または外気と接触させて熱交換し、熱源水を冷却することができる。これらの第３および第４熱交換器２４２、２４４を一体的に構成し、図示のように、熱源用空気を第３熱交換器２４２、第４熱交換器２４４と順次通気させるように構成することも可能である。この際には、第３熱交換器２４２に導かれる第２熱媒の残余冷熱により第４熱交換器２４４での熱源水の冷却採用を促すことができ、以下に示す多種の運転制御により、負荷側へ供給する冷・温熱を安定化させることができる。なお２４４ａは給水系であり、蒸発などにより減じた熱源水を適宜補うためのものである。
【００２５】
循環系２６０は、ポンプ（第１循環手段）２６２ａによりヒートポンプユニット２１０の第１熱媒−第２熱媒熱交換器２１６により冷却された第２熱媒を負荷側１００に供給し、負荷側１００から戻された第２熱媒を排熱部２４０の第２熱媒−空気熱交換器２４２に送ることができる第２熱媒循環系２６２と、ポンプ（第２循環手段）２６４ａによりヒートポンプユニット２１０の第１熱媒−熱源水熱交換器２１８により暖められた熱源水を負荷側１００に供給し、負荷側１００からの還水を排熱部２４０の気液直接接触熱交換器２４４に送ることができる熱源水循環系２６４とから構成されている。
【００２６】
さらに、第２熱源循環系２６２は第１迂回路２６２ｂを備えており、三方弁２６２ｃを切り換えることにより、負荷側１００から戻された第２熱媒に排熱部２４０（第２熱媒−空気熱交換器２４２）を迂回させて、直接ヒートポンプユニット２１０に戻すことができる。同様に、熱源水循環系２６４は第２迂回路２６４ｂを備えており、三方弁２６４ｃを切り換えることにより、負荷側１００からの還水に排熱部２４０（気液直接接触熱交換器２４４）を迂回させて、直接ヒートポンプユニット２１０に戻すことができる。さらに、各循環系２６２、２６４には温度センサ２６２ｄ、２６４ｄが設置されており、第２熱媒の循環温度および熱源水の循環温度を適宜検出することができる。さらに、各循環系２６２、２６４の負荷側１００への往路には三方弁２６２ｅ、２６４ｅが介装されており、先の三方弁２６２ｃ、２６４ｃと組み合わせて、熱源水または第２熱媒の全流量を排熱部２４０に送水して、後述するように負荷側１００において、冷房負荷のみ、または暖房負荷のみが要求される場合にも対応することができる。
【００２７】
なお、図示の例では、第１熱媒−第２熱媒熱交換器２１６および第１熱媒−熱源水熱交換器２１８の入口温度をそれぞれ測定するように構成されているが、各循環系の任意の場所の温度を測定するように構成することができる。さらに、検出された温度は不図示の制御器に送られ、空調システムを構成する各機器および循環系を運転制御するために用いることができる。なお負荷側は使用勝手に応じた機器構成や配管システムが考えられるが、前記の迂回路に通液する運転に対応し、送水を負荷側空調機器に送らず迂回させるバルブを適宜設けることが望ましい。
【００２８】
以上のように本発明の第１実施例にかかる個別空調システムは構成されている。次に、かかる個別空調システムの運転動作の一実施例について、図２〜図５に示すフローチャートを参照しながら説明する。なお、図２は冷房負荷のみの運転状態（暖房は行わず、給湯は別途ボイラを補う場合などで、夏季、中間期などに行われる。）を示し、図３は冬季の空調立ち上がり時などの運転状態を示し、図４は冬季の（給湯）暖房と冷房の負荷が同時に存在する場合を例示している。なお、以下の運転動作の説明において、計測・監視され判定の対象となる「温度」は負荷側からの還液温度である。
【００２９】
（ａ）冷房運転のみ
まず、冷房運転のみを行う場合には、図２に示すように、ステップＳ１０において、三方弁２６４ｃ、２６４ｅを切り換えて、熱源水の全流量を気液直接接触熱交換器２４４に送水するように熱源水循環系２６４を構成し、ヒートポンプユニット２１０を駆動する。その結果、第１熱媒−第２熱媒熱交換器（蒸発器）２１６により冷却された第２熱媒のみが負荷側１００に供給され、第１熱媒−熱源水熱交換器（凝縮器）２１８により加温された熱源水は負荷側１００に供給されず、気液直接接触熱交換器２４４に送水され、そこで排気空気中に排熱される。この間、温度センサ２６２ｄにより第２熱媒循環系２６２を循環する第２熱媒の温度が監視されている。
【００３０】
そして、ステップＳ１２において第２熱媒温度が設定範囲内（例えば、７℃〜１０℃）にあるかどうかが判定される。この判定の結果、第２熱媒温度が設定範囲内にある場合には、ステップＳ１４に進み、現在のヒートポンプユニット２１０の運転状態が保持される。その後、ステップＳ１０に戻り、第２熱媒温度を再び監視して、ヒートポンプユニット２１０の運転状態を最適に制御する。
【００３１】
これに対して、ステップＳ１２において、第２熱媒温度が設定範囲内にないと判断された場合には、ステップＳ１６に進み、第２熱媒温度が設定範囲よりも上か下かが判断される。冷熱を伝達する第２熱媒の温度が設定範囲を上回っていると判断された場合には、ステップＳ１８に進み、ヒートポンプユニット２１０の運転能力がアップされる。その後、ステップＳ１０に戻り、第２熱媒温度を再び監視して、ヒートポンプユニット２１０の運転状態を最適に制御する。
【００３２】
さらにステップＳ１６において、冷熱を伝達する第２熱媒温度が設定範囲を下回っていると判断された場合には、ステップＳ２０に進み、ヒートポンプユニット２１０の運転能力をダウンさせて対応する。その後、ステップＳ１０に戻り、第２熱媒温度を再び監視して、ヒートポンプユニット２１０の運転状態を最適に制御する。
【００３３】
（ｂ）暖房運転のみ
次に、暖房運転のみを行う場合には、図３に示すように、ステップＳ２２において、三方弁２６２ｃ、２６２ｅを切り換えて、第２熱媒の全流量を第２熱媒−空気熱交換器２４２に通液するように第２熱媒循環系２６２を構成し、ヒートポンプユニット２１０を駆動する。その結果、第１熱媒−熱源水熱交換器（凝縮器）２１８により加温された熱源水のみが負荷側１００に供給され、第１熱媒−第２熱媒熱交換器（蒸発器）２１６により冷却された第２熱媒は負荷側１００に供給されず、第２熱媒−空気熱交換器２４２に通液され、そこで排気空気中に排熱される。この間、温度センサ２６４ｄにより循環系２６４を循環する熱源水の温度が監視されている。
【００３４】
そして、ステップＳ２４において熱源水の温度が設定範囲内（例えば、３７℃〜４２℃）にあるかどうかが判定される。この判定の結果、熱源水の温度が設定範囲内にある場合には、ステップＳ２６に進み、現在のヒートポンプユニット２１０の運転状態が保持される。その後、ステップＳ２２に戻り、熱源水の温度を再び監視して、ヒートポンプユニット２１０の運転状態を最適に制御する。
【００３５】
これに対して、ステップＳ２４において、熱源水の温度が設定範囲内にないと判断された場合には、ステップＳ２８に進み、熱源水の温度が設定範囲よりも上か下かが判断される。温熱を伝達する熱源水の温度が設定範囲を下回っていると判断された場合には、ステップＳ３０に進み、ヒートポンプユニット２１０の運転能力がアップされる。その後、ステップＳ２２に戻り、熱源水の温度を再び監視して、ヒートポンプユニット２１０の運転状態を最適に制御する。
【００３６】
さらにステップＳ２８において、温熱を伝達する熱源水の温度が設定範囲を上回っていると判断された場合には、ステップＳ３２に進み、ヒートポンプユニット２１０の運転能力をダウンさせて対応する。その後、ステップＳ２２に戻り、熱源水の温度を再び監視して、ヒートポンプユニット２１０の運転状態を最適に制御する。
【００３７】
（ｃ）冷暖房同時運転
まず、冷暖房同時運転時には、ヒートポンプユニット２１０を駆動して、第１熱媒−第２熱媒熱交換器（蒸発器）２１６により冷却された第２熱媒を第２熱媒循環系２６２を介して二次負荷１００側に供給するとともに、第１熱媒−熱源水熱交換器（凝縮器）２１８により加温された熱源水を熱源水循環系２６４を介して負荷側１００に供給する。この間、温度センサ２６２ｄ、２６４ｄにより循環系２６０を循環する第１熱媒および熱源水の温度が監視されている。
【００３８】
そして、図４に示すように、ステップＳ３４において第２熱媒温度が設定範囲内（例えば、７℃〜１０℃）にあるかどうかが判定され、さらにステップＳ３６において熱源水温度が設定範囲内（例えば、３７℃〜４２℃）にあるかどうかが判定される。この判定の結果、第２熱媒温度および熱源水温度がともに所定の設定範囲内にある場合には、ステップＳ３８に進み、現在のヒートポンプユニット２１０の運転状態が保持される。その後、ステップＳ３４に戻り、第２熱媒温度および熱源水温度を再び監視して、ヒートポンプユニット２１０の運転状態を最適に制御する。
【００３９】
これに対して、ステップＳ３４において、第２熱媒温度が設定範囲内にないと判断された場合には、図５に示すように、ステップＳ４６に進み、第２熱媒温度が設定範囲よりも上か下かが判断される。冷熱を伝達する第２熱媒温度が設定範囲を上回っている場合には、ステップＳ４８に進み、ヒートポンプユニット２１０の運転能力がアップされる。その後、図４のステップＳ３４に戻り、第２熱媒温度および熱源水温度を再び監視して、ヒートポンプユニット２１０の運転状態を最適に制御する。
【００４０】
さらにステップＳ４６において、冷熱を伝達する第２熱媒温度が設定範囲を下回っている場合には、さらにステップＳ５０において、下限値（たとえば、５℃）を下回っているかどうか判定される。第２熱媒温度が設定範囲以下であるが下限値を上回っている場合には、ステップＳ５２において、ヒートポンプユニット２１０の運転能力をダウンさせて対応する。その後、図４のステップＳ３４に戻り、第２熱媒温度および熱源水温度を再び監視して、ヒートポンプユニット２１０の運転状態を最適に制御する。
【００４１】
これに対して、ステップＳ５０において、第２熱媒温度が下限値をも下回っていると判断された場合には、ステップＳ５４に進み、さらに熱源水の水温が設定範囲内にあるかどうかが判断される。熱源水の水温が設定範囲内にある場合には、ステップＳ５６に進み、三方弁２６２ｃ、２６２ｅを操作して負荷側１００に送られる第２熱媒の流量を制御し（たとえば、負荷側へ送液する第２熱媒の液量を絞ったり、第３熱交換器２４２への流量を多くする。）、対応する。その後、図４のステップＳ３４に戻り、第２熱媒温度および熱源水温度を再び監視して、ヒートポンプユニット２１０の運転状態を最適に制御する。
【００４２】
しかし、ステップＳ５４において、熱源水の水温が設定範囲内にないと判断された場合には、ステップＳ５８に進み、熱源水の水温が設定範囲よりも上か下かが判断される。熱源水の水温が設定範囲を下回っていると判断された場合には、ステップＳ５９に進み、いったんヒートポンプの能力をアップする。すなわち、暖房負荷の不足への対応を優先し、冷房負荷が過小であることに対する対応は、以降のステップＳ３４に戻った後で対応する。
【００４３】
これに対して、ステップＳ５８において、熱源水の水温が設定範囲を上回っていると判断された場合には、ステップＳ５２に進み、ヒートポンプユニット２１０の運転能力をダウンさせることにより対応する。その後、図４のステップＳ３４に戻り、第２熱媒温度および熱源水温度を再び監視して、ヒートポンプユニット２１０の運転状態を最適に制御する。
【００４４】
再び図４のステップＳ３４に戻り、第２熱媒の温度は設定範囲にあると判断されたが、熱源水の水温は設定範囲にないと判断された場合には（ステップＳ３６）、ステップＳ４０に進み、熱源水の水温が設定範囲を上回っているか下回っているかが判断される。熱源水の水温が設定範囲を下回っている場合には、ステップＳ４２に進み、ヒートポンプユニット２１０の運転能力をアップさせて対応する。その後、ステップＳ３４に戻り、第２熱媒温度および熱源水温度を再び監視して、ヒートポンプユニット２１０の運転状態を最適に制御する。
【００４５】
これに対して、ステップＳ４０において、熱源水の水温が設定範囲を上回っていると判断された場合には、ステップＳ４４に進み、三方弁２６２ｃ、２６２ｅを操作して負荷側１００に送られる熱源水（温熱）の流量を制御し（たとえば、全量を送水し、あるいは流量制御を行い残余分を迂回路２６４ｂに流す。）対応する。その後、図４のステップＳ３４に戻り、第２熱媒温度および熱源水温度を再び監視して、ヒートポンプユニット２１０の運転状態を最適に制御する。
【００４６】
なお、本実施形態には、ヒートポンプユニット２１０の運転のみにより二次負荷１００側の空調負荷に十分に対応できる場合には、三方弁２６２ｃ、２６４ｃを切り換えて、第２熱媒および熱源水に排熱部２４０を迂回させることができる。
【００４７】
以上説明したように、本実施例によればヒートポンプユニット２１０の運転能力の制御、並びに第２熱媒−空気熱交換器２４２および気液接触熱交換器２４４の運転制御を行うことにより、負荷側１００において要求されるさまざまな空調負荷に柔軟に対応することができる。なお、図２〜図５に示すフローチャートは図１の装置を運転制御するための一実施例にすぎず、当業者であれば、図１に示す装置を負荷側１００の条件に応じて任意の方法で運転制御することが可能であり、それらの運転制御方法についても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。
【００４８】
次に図６を参照しながら、本発明の第２実施例にかかる熱源装置について説明する。なおこの第２実施例の基本的構成は、図１に示した第１実施例と実質的に同一なので、同一の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。ただし、第２実施例の場合には、熱源水循環系が、第１ポンプ２７０ａにより気液直接接触熱交換器２４４に通水する熱交換系２７０と、第２ポンプ２７２ａにより負荷側１００に通水する循環系２７２とから構成されている。そして、かかる構成に対応して、熱交換系２７０と循環系２７２をそれぞれ独立に駆動させることができるように、ヒートポンプ２１０の第１熱媒−熱源水熱交換器２１８が、第１熱媒から抜熱して負荷側１００に暖めれられた熱源水を供給する熱源供給部２１８ａと、熱源供給部２１８ｄの加熱能力を制御すべく気液接触熱交換器２４４に凝縮器の冷却水を送水する排熱部２１８ｂとから構成されている。
【００４９】
このように、本実施形態では、排熱系２７０と負荷系２７２とを独立に駆動させることができるので、第１実施例と異なり、気液接触熱交換器２４４を選択的に迂回する第２迂回路２６２ｂは省略されている。すなわち、本実施例の場合に、熱源水に気液接触熱交換器２４４を迂回させたい場合（例えば、暖房負荷が勝っており、熱源水から排熱する必要がない場合）には、第１ポンプ２７０ａを停止すれば良い。また、迂回させない場合には、熱源供給部２１８ａの加熱能力を制御するには第１ポンプ２７０ｄの回転数をインバータ制御することで対応することもできる。
【００５０】
次に、図７を参照しながら本発明の第３実施例にかかる熱源装置について説明する。この第３実施例の基本的構成についても、第１実施例および第２実施例と実質的に同一である。従って、本実施例の場合にも、同一の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。ただし、この第３実施例の場合には、図１に示す第１実施例に加えて、蓄熱部３００が付加されている。
【００５１】
この蓄熱部３００は、蓄熱槽３０２と、その蓄熱槽３０２内に設置される第１伝熱管３０４と第２伝熱管３０６とを備えている。この第１伝熱管３０４は第１の蓄熱用循環系３０８により第１熱媒−第２熱交換器２１６に接続されている。この第１の蓄熱用循環系３０８は、切り換えバルブ３０８ａ、３０８ｂを閉止し、バルブ３０８ｃ、３０８ｄを開放することにより、第２熱媒循環系２６４に切り換え可能に接続されている。従って、負荷側のバルブ３０８ａ、３０８ｂを閉止し、３０８ｃ、３０８ｄを開放して、循環ポンプ３０８ｅを駆動することにより、第２熱媒の循環方向を蓄熱槽３０２側に切り換えることにより、第２熱媒を蓄熱槽３０２側に送り、第１伝熱管３０４を介して蓄熱槽３０２内に冷水または氷として蓄熱することができる。その間、ポンプ２６２ａは停止する。
【００５２】
同様に第２伝熱管３０６は第２の蓄熱用循環系３１０により第１熱媒−熱源水熱交換器２１８に接続されている。この第２の蓄熱用循環系３１０は切り換えバルブ３１０ａ、３１０ｂを閉止して、３１０ｃ、３１０ｄを開放することにより、熱源水循環系２６４に切り換え可能に接続されている。従って、負荷側のバルブ３１０ａ、３１０ｂを閉止して、バルブ３１０ｃ、３１０ｄを開放して、循環ポンプ３１０ｅを駆動することにより、熱源水の循環方向を蓄熱槽３０２側に切り換えることにより、熱源水を蓄熱槽３０２側に送り、第２伝熱管３０６を介して蓄熱槽３０２内に温熱を温水として蓄熱することができる。その間、ポンプ２６４ａは停止する。
【００５３】
以上説明したように、この第３実施例によれば、ヒートポンプユニット２１０の排熱を蓄熱部３００に温熱または冷熱として蓄熱することができる。たとえば、夜間には前記のようにして蓄熱し、空調時にはバルブ３０８ａ〜３０８ｄ、バルブ３１０ａ〜３１０ｄを開放した状態でヒートポンプユニット２１０の運転を停止して、蓄熱した熱を利用することができる。蓄熱槽水の温度が熱源として利用不能になった時は、バルブ３０８ｃ、３０８ｄ、バルブ３１０ｃ、３１０ｄを閉止し、ヒートポンプユニット２１０を稼働して対応する。その際には、循環ポンプ３０８ｅ、３１０ｅは停止する。このように第３実施例によれば、例えば廉価な夜間電力を利用して蓄熱槽３０２内に温熱または冷熱を蓄熱し、必要な場合に汲み出すことができるので、より省エネルギーな空調システムを構築することができる。
【００５４】
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。当業者であれば、特許請求の範囲に記載した技術的思想の範疇において様々な変更および修正に想到することが可能であり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に含まれるものと了解される。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように，請求項１にかかる熱源装置によれば，第２熱媒により冷熱を，熱源水により温熱を，それぞれ負荷側に供給することが可能なので，各空調空間において要求される多様な空調負荷に柔軟に対応することができる。特に，請求項１の構成においては，温熱と空気との熱交換には気液直接接触型の第４熱交換器（２４４）を用い，冷熱と空気との熱交換には気液直接接触型の熱交換器では非効率なため，第３熱交換器（２４２）のような第２熱媒対空気熱交換器を用いているので，空調システムの効率化が図れる。さらにまた，気液直接接触型の第４熱交換器（２４４）を建物の空調単位に対応させて設けるので，熱源として，非空調室からの排気や空調空間を温調した後の還気などの熱源用空気を利用することができる。さらに，請求項１の熱源装置によれば，設備の標準化を容易に図れ，設備設計や施工の効率化に寄与する。また空調単位ごとにヒートポンプ（２１０）と気液直接接触型の第４熱交換器（２４４）を設置するため，熱源が分散され，各負荷の要求への対応が容易である。さらに熱源水の搬送も空調単位で行うので，熱源搬送動力の軽減も図れる。また，ヒートポンプ内の熱媒とは異なる熱媒により冷温熱を搬送する二次冷媒方式を採用するため，熱源の維持管理が容易で，計装配線などの工事も容易になり，しかも負荷側のリニューアルにも対応が容易である。そして，フロン漏洩のおそれも少ない。
【００５６】
さらに、請求項２に記載のように、第３熱交換器（２４２）および第４熱交換器（２４４）は、建物に取り入れた取り入れ外気量以下の空調空間からの還気を熱源として利用するように構成すれば、生成させた熱を以降の熱の生成のために再利用でき、より省エネルギーで効率的なシステムを構築できる。
【００５７】
さらにまた、請求項３の熱源装置によれば、負荷（１００）側で要求される空調負荷要求にヒートポンプの能力が一致する場合、現在循環している第２熱媒および熱源水の還液温度で十分に運転できる時点では、第２熱媒および／または熱源水に排熱系（気液直接接触型の第４熱交換器（２４４）および／または第２熱媒−空気熱交換用の第３熱交換器（２４２））を迂回させることにより、より省エネルギーの運転を行うことができる。また冬期など暖房と、場合によってはそれに加えて給湯の負荷と冷房の負荷が拮抗している場合も同様の省エネルギー運転を行うことができる。さらに暖房や給湯の負荷と冷房負荷が同時に存在するときに、迂回路への通液量を制御することにより負荷側の期待する温度の熱媒をヒートポンプ（２１０）を安定的に運転しながら送液できる。すなわち、ヒートポンプの能力と熱負荷との差を、冷熱・温熱それぞれについて解消できる。例えば、一方の負荷が勝っているときには、排熱部の当該熱交換器を利用し、還液温度がヒートポンプの安定運転に十分な場合には、迂回路を利用する。これにより熱媒供給のためのポンプをインバータ制御するなどの必要がなくなる。
【００５８】
さらに、請求項４に記載の熱回収装置によれば、還気は最初に乾式熱交換器（２４２）と熱交換されので（気流が冷却される）、気液直接接触型熱交換器（２４４）での熱交換効率が良好になる。また、熱負荷の変動にかかわらず、熱媒の供給温度を所望のものに制御するに際し、この熱回収装置への熱媒の流量制御により、還液温度を調整できる。従って、従来の装置のようにポンプをインバータ制御するなどの措置は不要となる。さらに、この熱回収装置によれば、機器の示す設置スペースが小さく、還気（排気）ダクトのダクト経路が簡素化される。また計装配線や熱媒配管なども集約することができる。
【００５９】
さらにまた、請求項５に記載の熱供給方法によれば、建物に取り入れた取り入れ外気量以下の空調空間からの還気を熱源として利用するので、見かけ上熱源を必要としない、より省エネルギーな空調システムを構築することができる。ポンプにインバータを介装するなどの格別の設備を要することなく、熱負荷の変動に対応した所望の熱を供給することができる。また還液温度を計測して、これを一体にすべく制御するので、システムの維持管理も容易である。さらに、排熱部の熱交換器への熱源用空気は、温度の安定した室内空調空気の還気を利用するので、排熱量を容易に制御でき、熱負荷が低いときなどに熱供給の温度の安定に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる熱源装置を備えた個別空調システムの第１実施例の概略構成を示す構成図である。
【図２】図１に示す個別空調システムの運転制御（冷房運転のみ）を説明するフローチャートである。
【図３】図１に示す個別空調システムの運転制御（暖房運転のみ）を説明するフローチャートである。
【図４】図１に示す個別空調システムの運転制御（冷暖房同時負荷運転）を説明するフローチャートの第１の部分である。
【図５】図１に示す個別空調システムの運転制御（冷暖房同時負荷運転）を説明するフローチャートの第２の部分である。
【図６】本発明にかかる熱源装置を備えた個別空調システムの第２実施例の概略構成を示す構成図である。
【図７】本発明にかかる熱源装置を備えた個別空調システムの第３実施例の概略構成を示す構成図である。
【符号の説明】
１００ 負荷
２００ 熱源装置
２１０ ヒートポンプ部
２１４ 圧縮機
２１６ 第１熱媒−第２熱媒熱交換器
２１８ 第１熱媒−熱源水熱交換器
２２０ 膨張弁
２４０ 排熱部
２４２ 第２熱媒−空気熱交換器
２４４ 気液直接接触熱交換器
２４６ 送気ファン
２６０ 循環系
２６２ 第２熱媒循環系
２６２ａ 第１循環手段
２６２ｂ 第１迂回路
２６４ 熱源水循環系
２６４ａ 第２循環手段
２６４ｂ 第２迂回路
Claims (5)
- 蒸発器として機能する第１熱交換器と凝縮器として機能する第２熱交換器と圧縮機と減圧装置とを少なくとも備え第１熱媒が循環するヒートポンプと，負荷側に温熱および／または冷熱を供給する循環系とを少なくとも備えた熱源装置において：
前記第１熱交換器および前記第２熱交換器により生じた温熱および冷熱を負荷側に供給するために，前記循環系は，第１循環手段により第２熱媒を循環させ負荷側に温熱または冷熱を供給する第２熱媒循環系と，第２循環手段により熱源水を循環させ負荷側に温熱または冷熱を供給する熱源水循環系とから成り；
前記第１熱交換器は，第１熱媒と第２熱媒との熱交換を行う熱交換器であり；
前記第２熱交換器は，第１熱媒と熱源水との熱交換を行う熱交換器であり；
前記第２熱媒循環系には，第２熱媒と空気との熱交換を行うことで該第２熱媒に生じた余剰熱を排熱する第３熱交換器が介装され；
前記熱源水循環系には，前記熱源水と空気との熱交換を行うことで該熱源水に生じた余剰熱を排熱する気液直接接触型の第４熱交換器が介装され；
さらに，建物の空調単位に対応させて前記ヒートポンプと，前記第３熱交換器および前記第４熱交換器とが設置され，前記負荷側に供給された前記第２熱媒の還液は前記第３熱交換器に供給され，前記負荷側に供給された前記熱源水の還液は前記第４熱交換器に供給され，かつ前記第３熱交換器および／または第４熱交換器は前記供給された還液を熱交換することを特徴とする，熱源装置。 - 蒸発器として機能する第１熱交換器と凝縮器として機能する第２熱交換器と圧縮機と減圧装置とを少なくとも備え第１熱媒が循環するヒートポンプと，負荷側に温熱および／または冷熱を供給する循環系とを少なくとも備えた熱源装置において：
前記第１熱交換器および前記第２熱交換器により生じた温熱および冷熱を負荷側に供給するために，前記循環系は，第１循環手段により第２熱媒を循環させ負荷側に温熱または冷熱を供給する第２熱媒循環系と，第２循環手段により熱源水を循環させ負荷側に温熱または冷熱を供給する熱源水循環系とから成り；
前記第１熱交換器は，第１熱媒と第２熱媒との熱交換を行う熱交換器であり；
前記第２熱交換器は，第１熱媒と熱源水との熱交換を行う熱交換器であり；
前記第２熱媒循環系には，第２熱媒と空気との熱交換を行うことで該第２熱媒に生じた余剰熱を排熱する第３熱交換器が介装され；
前記熱源水循環系には，前記熱源水と空気との熱交換を行うことで該熱源水に生じた余剰熱を排熱する気液直接接触型の第４熱交換器が介装され；
前記第３熱交換器および前記第４熱交換器は，建物に取り入れた取り入れ外気量以下の空調空間からの還気を熱源として利用し，前記第３熱交換器は，前記負荷側からの還液である前記第２熱媒と前記還気との熱交換で生じた余剰熱を排熱するとともに，前記第４熱交換器は，前記負荷側からの還液である前記熱源水と前記還気との熱交換で生じた余剰熱を排熱することを特徴とする，熱源装置。 - 前記第２熱媒循環系は，前記第３熱交換器を選択的に迂回する第１迂回路を備え，前記熱源水循環系は，前記第４熱交換器を選択的に迂回する第２迂回路を備えていることを特徴とする，請求項１または２のいずれかに記載の熱源装置。
- 蒸発器として機能する第１熱交換器と凝縮器として機能する第２熱交換器と圧縮機と減圧装置とを少なくとも備え第１熱媒が循環するヒートポンプを用いて供給される冷熱媒と温熱媒を空調空間からの還気と熱交換する装置であって，前記負荷側からの還液である冷熱媒を乾式熱交換器により熱交換し，前記負荷側からの還液である温熱媒を気液直接接触型熱交換器により熱交換し，前記乾式熱交換器を前記気液直接接触型熱交換器よりも還気気流の上流側に前記気液直接接触型熱交換器と一体的に配置したことを特徴とする，熱回収装置。
- 蒸発器として機能する第１熱交換器と凝縮器として機能する第２熱交換器と圧縮機と減圧装置とを少なくとも備え第１熱媒が循環するヒートポンプを用い，第１熱媒と熱交換された第２熱媒および／または熱源水により負荷側に温熱および／または冷熱を供給する熱供給方法であって，
前記負荷側に供給された前記第２熱媒および／または熱源水の還液は，建物に取り入れた取り入れ外気量以下の空調空間からの還気と熱交換されて，さらに所定の温度に調整されて，前記ヒートポンプに導かれることを特徴とする，熱供給方法。
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