JP4255056B2 - 複合熱源システムと空調システムの連系システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、環境対応が強く望まれている空調分野の熱源システム及び空調システムにおいて、最も安全かつ成績係数（ＣＯＰ）が高い低環境負荷の自然冷媒である水だけを用いた水蒸気圧縮冷凍機システムを適用し、高温冷水を有効利用することにより、人体の健康や快適性確保の要求に応えられ、同時に大幅な省エネルギー・省資源を達成する複合熱源システムと空調システムの連系システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
空調分野における熱源システムにおいては、近年、冷媒のノンフロン化など、地球環境破壊を抑制し、省エネルギー・省資源化や設備容量の最小化に適応させると共にランニングコストを低減させることが要望されており、二次側空調システムにおいては、人体の健康面への配慮や快適性を向上させること、更には省エネルギー・省資源化を促進し、ランニングコストを低減させるなどが特に大きなテーマとして挙がっている。
【０００３】
ここで、従来の技術の一例としての水蒸気圧縮冷凍機を冷熱源とする空調システムは、例えば、図２に示すような配置構成であった。これについて説明すれば、水蒸気圧縮冷凍機１は、蒸発部２、圧縮機３及び凝縮部４を備えている。該蒸発部２は蓄熱槽５から循環水６を導くと共に、前記圧縮機３の運転によって、低圧に保持しつつ当該循環水６の一部を蒸発させ、その気化熱で冷水を製造する。該圧縮機３は当該蒸発部２から導入された水蒸気を所定の条件で加圧する。前記凝縮部４は前記圧縮機３で加圧され、かつ高温になった水蒸気を導入し、これを外部に設置した冷却塔８から導いた冷却水７で冷却し、凝縮する。
【０００４】
前記冷却塔８は、前記水蒸気圧縮冷凍機１の付帯設備であり、上水等の水でなる補給水９を導入し、前記凝縮部４から導かれた冷却水７を冷却水ポンプ１０で流送し、一部をブロー水１１として排出し、該補給水９を冷却水７に加えて、前記凝縮部４に導入する。また、前記冷却塔８は、前記凝縮部４に於いて、水蒸気を凝縮することで温度上昇した冷却水７の熱を大気に放出する機能を有する。
【０００５】
前記蓄熱槽５は、前記蒸発部２から取出された冷水を冷水ポンプ１２で流送して貯留する。そして、冷水１５は循環ポンプ１４で冷熱用熱交換器１３に圧送される。当該冷熱用熱交換器１３はいわゆる熱取出しサイクルとして冷房負荷（開示せず）や建物等に冷水ポンプ１５ａで冷水等を循環流送するものであった。
また、叙上したこの種の水蒸気圧縮冷凍機の一例としては、刊行物「建築設備と配管工事」２００２年６月号第３９〜第４５頁（日本工業出版社発行）に開示されている。
【０００６】
また従来の技術における二次側空調システムは、いわゆる空調機やファンコイルユニットなどがあり、空調室内に供給する冷温熱を空気または水に載せて搬送し、室内に強制対流を発生せしめて室内全体に行き渡らせることを主眼としていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術における熱源システム、水蒸気圧縮冷凍機及び二次側空調システムは叙上の構成であるので次の課題が存在した。
【０００８】
従来の技術における熱源システムにおいては、オゾン破壊係数（ＯＤＰ）、地球温暖化係数（ＧＷＰ）ゼロの自然冷媒としてアンモニアや炭化水素あるいは空気が使われることもあるが、前二者は可燃性や毒性があり、後者は成績係数（ＣＯＰ）が低いという問題点があった。また、従来の熱源の設計装置容量は、建物や設備の省エネルギー技術が進展しているにも拘らず、建物負荷が増大しているため少なくとも減っておらず、蓄熱システムにより僅かにピークカットができる程度であるという欠点があった。
【０００９】
そして、従来の技術における熱源システムの関連システムとしての二次側空調システムにおいては、搬送動力としての送風機動力が大きく、可変風量空気調和装置（ＶＡＶ）によってやや動力を節減している程度であるという問題点があり、当該装置容量を大幅に低減し、また運転時に省エネルギー化することが望まれる所以であった。
更に、室内環境については、当該装置の運転立ち上がり時の不快な室内温湿度や、常時ドラフトとして意識される空調送風気流の不快感などの問題が相変わらずあった。
【００１０】
更に、熱源システム全体からみれば、従来からも室内空間に於ける人体の健康面や快適性の確保のために放射冷暖房システムが有効であるとは考えられていたが、適応する熱源システムが従来のままでは所望する省エネルギー化を実現することができず、湿度制御も不十分でかつコスト高でもあるという問題点があった。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる従来の技術に於ける問題点を解消するためになされたものであり、特に、高い成績係数（ＣＯＰ）で高温冷水を製造可能な自然冷媒冷凍技術の適用やそれによる空調システムの更なる効率化を実現し、室内環境に於ける人体健康面や快適性を確保し、およびそのために採用される放射冷暖房システムの稼動時に於ける適切な動作をする湿度調整空調システムを構築し、これにより大幅な省エネルギー化、省ランニングコスト化を実現する複合熱源システムと空調システムの連系システムを提供することを目的としたものであって、次の構成、手段から成立する。
【００１２】
請求項１記載の発明によれば、複合熱源システムと空調システムとからなり、該複合熱源システムは高温冷水を製造する水蒸気圧縮冷凍機システムと、該水蒸気圧縮冷凍機システムを駆動するコージェネレーションシステムとから構成され、該空調システムは冷房時には前記水蒸気圧縮冷凍機システムから高温冷水蓄熱槽を介して約１５℃以上の高温冷水を通じ、暖房時には前記コージェネレーションシステムから排ガスボイラ及び熱交換器及び／または低温温水蓄熱槽を介して排熱を取り入れ約４０℃以下の低温温水を通じて、空調室内に冷温熱を供給する放射冷暖房システムと、前記コージェネレーションシステムから排ガスボイラ及び熱交換器及び／または低温温水蓄熱槽を介して排熱を取り入れ温湿度調節した外気を前記放射冷暖房システムを備えた空調室内に供給する湿度調整空調機システムとの構成に於いて、前記水蒸気圧縮冷凍機システムの蒸発器から冷水ポンプを介して製造される高温冷水を導くと共に前記放射冷暖房システム及び前記湿度調整空調機システムから放射冷房及び冷却の動作を終了した高温冷水を導く前記高温冷水蓄熱槽と、前記コージェネレーションシステムのエンジンからの排気ガスを導きかつ該エンジンの使用後の冷却水を温める排ガスボイラと、前記放射冷暖房システムから放射暖房の動作を終了して相対的に低温となった低温温水を導きかつ高温の冷却水が前記排ガスボイラを経てきた高温の温水から複数のバルブを介して熱交換させると共に前記複数のバルブを経由して湿度調整空調機システムの加熱コイルで加熱しかつ湿分を蒸発させる除湿ロータを備えて低温になった温水が流過される熱交換器とを有したことを特徴とする複合熱源システムと空調システムの連系システムである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明に係る複合熱源システムと空調システムの連系システムの実施の形態を説明する。
図１は、本発明に係る複合熱源システムと空調システムの連系システムについての一例を示す構成図である。
本発明のシステムの全体は、複合熱源システムと空調システムとから構成され、更に、前者は水蒸気圧縮冷凍機システムＡと、コージェネレーションシステムＢとからなり、後者は放射冷暖房システムＣと、湿度調整空調機システムＤとからなっている。そして、上記各システムの結合部には、水蒸気圧縮冷凍機における自然冷媒としての水が各システム間でやり取りされる媒体として通じており、特に低エクセルギー媒体つまり高温冷水又は低温温水として利用され、その熱交換手段、例えば、高温冷水蓄熱槽、熱交換器、排ガスボイラが設けられている。以下順次説明する。
【００１４】
先ず、水蒸気圧縮冷凍機システムＡは、主要な構成要素として、蒸発器１６、圧縮機１７、凝縮器１８及び冷却塔１９を備えている。該蒸発器１６は水蒸気圧縮冷凍機システムＡと接続している高温冷水蓄熱槽２０の上部の所定位置に設けた流出口２０ａより、後述する放射冷暖房システムＣ及び／または湿度調整空調機システムDでの放射冷房及び／または冷却の動作を終えて相対的に高温となっている高温冷水ｗ１を導くと共に、前記圧縮機１７の運転によって、低圧に保持しつつ当該高温冷水ｗ１の一部を蒸発させ、その気化熱で相対的に低温の高温冷水ｗ２を新たに製造する。該圧縮機１７は、後述するコージェネレーションシステムＢの発電機、例えば発電機２１から供給された駆動電力で動作して、当該蒸発器１６から導入された水蒸気を所定の条件で加圧する。前記凝縮器１８は前記圧縮機１７で加圧されかつ高温になった水蒸気を導入し、これを冷却塔１９から導いた冷却水ｗ３で冷却し、凝縮する。凝縮した冷水は相対的に高温となった冷却水ｗ4に含まれ、冷却水ポンプ２２が冷却塔１９に流送する。
【００１５】
前記高温冷水蓄熱槽２０は、その下部の所定位置に設けた流入口２０ｂより、前記蒸発器１６から冷水ポンプ２３を介して新たに製造された前記高温冷水ｗ２を導き貯留する。前記高温冷水蓄熱槽２０の上部の所定位置に設けた流入口２０ｃより、放射冷暖房システムＣ及び／または湿度調整空調機システムDから放射冷房及び／または冷却の動作を終了した高温冷水ｗ５を導き、同じく貯留する。一方、該高温冷水蓄熱槽２０の下部の所定位置に設けられた流出口２０ｄより、所定の温度を得られるように例えば三方弁２７にて前記高温冷水（還）ｗ５や高温冷水蓄熱槽２０の流量を調整して取り出した後、高温冷水（冷房時）ｗ７を循環ポンプ２５で放射冷暖房システムＣに圧送する。
尚、水蒸気圧縮冷凍機システムＡは、コージェネレーションシステムＢ又は、商用電力系統より動力用電力の供給を受け、約15℃以上の高温冷水を製造し、高温冷水蓄熱槽２０に貯留する。該高温冷水蓄熱槽２０における貯留状況及び必要に応じて冷水の需要予測により、水蒸気圧縮冷凍機システムＡの運転を停止させる。
また尚、一般的にＣＯＰに関して不利ではあるが、水蒸気圧縮冷凍機の代わりに他の電動冷凍機や吸収冷凍機に置き換えて構成してもよい。
【００１６】
次に、コージェネレーションシステムＢは、主要な構成要素として、エンジン２１ａの例えばガスエンジンの駆動により動作する発電機２１及び密閉冷却塔２６を備えている。エンジン２１ａが燃料のガスｇ１を導入することにより動作し、該エンジン２１ａに内蔵された駆動軸を回転させて発電機２１により発電する。そして、該エンジン２１ａの排ガスｇ２は排ガスボイラ２８に導かれ、エンジン２１ａから該排ガスボイラ２８へポンプ２９で圧送された該エンジン２１ａの使用後の冷却水ｗ８を温める。すなわち、排ガスｇ２の有する排熱を当該冷却水ｗ８に熱回収させ、後述する放射冷暖房システムＣのパネル（暖房時）で及び後述する湿度調整空調機システムＤの再生回路（冷房時）及び加熱回路（暖房時）で利用するものである。
【００１７】
前記密閉冷却塔２６からエンジン２１ａに導かれた冷却水ｗ９は、動作を終えて前記ポンプ２９を経由した後、分岐して、一方は前記エンジン２１ａの使用後の冷却水ｗ８となり、他方は湿度調整空調機システムＤより流送された該湿度調整空調機システムＤの再生回路における温水ｗ１０と合流する。該温水ｗ１０は、その一部を前記冷却水ｗ９に合流させた後、密閉冷却塔２６へ循環させる。
なお、図中、３０ａ〜３０ｋは冷却水や冷温水の流量を調整しまたは流路を切り替えるバルブである。
【００１８】
熱交換器２４は低温温水ｗ６を製造するためのものであって、放射冷暖房システムＣから放射暖房の動作を終了して相対的に低温となった低温温水（還）ｗ１１を導き、高温の冷却水（還）ｗ８が排ガスボイラ２８を経てきた高温の温水ｗ１４から熱交換させることにより新たに循環温水としての低温温水（往）ｗ６を得る。熱交換器２４で熱交換を終えた相対的に低温の温水ｗ１５は、湿度調整空調機システムＤの再生回路において除湿した湿分を蒸発させるための再生用加熱源温水ｗ１３として使用されたあと相対的に低温になった温水ｗ１２と合流して温水ｗ１０となり、直接または密閉冷却塔２６を経由して冷却水ｗ９としてエンジン２１ａへ戻る。
尚、前記ガスエンジン駆動の発電機２１は、例えばディーゼルエンジン駆動の発電機やガスタービン駆動の発電機あるいはその他の原動機駆動の発電機に置き換えて構成してもよい。
尚、前記エンジン２１ａ及び発電機２１は、そのような原動機駆動の発電機でなく燃料電池のような発電システムに置き換えて構成してもよい。
【００１９】
尚、コージェネレーションシステムＢは、原動機冷却水を通常はバルブ３０ｅを開放し、バルブ３０ｆを閉成して熱回収回路を構成し、排ガスボイラ２８で更に熱回収した後、暖房期は、バルブ３０ｃ，バルブ３０ａを開放して、熱交換器２４において後述する放射冷暖房システムＣのための熱利用側に熱交換すると共に、バルブ３０ｄ、バルブ３０ｂも開放して、後述する湿度調整空調システムＤの加熱コイル３６ｂにおいて外気加熱用に利用する。また除湿需要がある時期はバルブ３０ｃ、バルブ３０ａを閉成し、バルブ３０ｄ、バルブ３０ｂを開放して湿度調整空調機システムＤの加熱コイル３５ｂにおいて除湿ロータの再生用に熱利用する。熱回収利用の需要がない時期にあっては、基本的にはコージェネレーションシステムＢの運転を停止するが、なんらか別の理由で運転する場合、熱利用が全く無い場合は、バルブ３０ｅ、バルブ３０ｍを閉成し、バルブ３０ｆ、バルブ３０ｇを開放して密閉冷却塔２６の熱廃棄回路を使用する。
また尚、回収熱の利用量が少ない場合には、まず排ガスボイラ２８の排ガス回路を切り替えるなどにより回収量を低減し、次に残余の熱の放散量をバルブ３０ｇを徐々に開放するなどにより調整し、必要なエンジン冷却水温度を確保する。
以上により、水蒸気圧縮冷凍機システムＡは高温冷水蓄熱槽２０を介して高温冷水ｗ７を、コージェネレーションシステムＢは熱交換器２４を介して低温温水ｗ６を、それぞれ後述する放射冷暖房システムＣへ供給することができ、複合熱源システムを構成することとなる。
尚、前記熱交換器２４を経由して製造利用される低温温水の回路、すなわち低温温水ｗ１１と熱交換器２４及び低温温水ｗ６と熱交換器２４で形成される回路に、前記高温冷水蓄熱槽２０と同様の低温温水蓄熱槽を設け、あるいは熱交換器２４を組み込んだ形式の低温温水蓄熱槽を設け、後述する放射冷暖房システムCで低温温水を利用するように構成してもよい。
また尚、前記高温冷水蓄熱槽２０に貯留する高温冷水を、低温温水製造における前記熱交換器２４に類する熱交換器を経由して製造する構成としてもよい。
【００２０】
次に、放射冷暖房システムＣは、主要な構成要素として、空調室Ｅの広さ等に応じて所望の数、例えば複数個の例えば天井放射冷暖房パネル３２、３２または壁放射パネル、及び／または所望の数、例えば複数個の自立型放射冷暖房パネル３３を備えている。前記高温冷水蓄熱槽２０から導かれた前記高温冷水であるかまたは前記熱交換器２４から導かれた前記低温温水であるｗ７は、空調室内Ｅの所定の温度を得ることができるよう、各々の流路に設けた三方弁２７、３１等により流量・温度を調整した後、循環ポンプ２５により循環冷水又は循環温水ｗ１６として天井放射冷暖房パネル３２、３２及び／または自立型放射冷暖房パネル３３へ圧送される。
該天井放射冷暖房パネル３２、３２や自立型放射冷暖房パネル３３の内部には樹脂製または金属製等のパイプが配管されており、循環冷水又は循環温水ｗ１６は所定の流速にて流過させ放射冷房または放射暖房を行うこととなる。
【００２１】
尚、上記空調室内Ｅを放射冷房する際、天井放射冷暖房パネル３２、３２及び／または自立型放射冷暖房パネル３３の表面上に結露が生じることがある。本発明においては１７℃程度の高温冷水を通じると共に後述する湿度調整空調機システムＤにより湿度調整を行うことによってこれを解消している。
【００２２】
最後に、湿度調整空調機システムＤは、主要な構成要素として、エアフィルター３４、除湿ロータ３５ａ及び再生用加熱コイル３５ｂを備えた除湿装置３５、顕熱交換ロータ３６ａ、加熱コイル３６ｂ、及び補助ヒータ３６ｃを備えかつ還気予冷手段３６ｄ、加湿手段及び／または再冷手段３６ｅを備えた温湿度調整装置３６を、有している。該湿度調整空調機システムＤは、乾燥剤（吸湿剤）を用いて空気中の湿気を除去する機能を有する空調機システムであって、除湿装置３５の前記除湿ロータ３５ａは、円盤の形状をなしており、面積比で略１／２を占める下半円部で湿分を吸着し、同じく面積比で略１／２を占める上半円部で吸着した水分を放出させ、低速回転することによって、湿分の吸着と放出を連続的に行っている。また、前記顕熱交換ロータ３６ａは前記除湿ロータ３５ａの後段に配置してあって、ダクト３７を介して室調室内Ｅへ給気する前の除湿・加熱された外気を、ダクト３８を介して空調室Ｅからの還気を通じ、熱交換して冷却する機能を有する。
尚、図中３９、４０はダクト、４１，４２はファンである。その他の構成要素については、後述の動作にて説明する。
【００２３】
次に、本発明に係る複合熱源及び空調システムの実施の形態の動作の概要を説明する。
先ず、コージェネレーションシステムＢのエンジン２１ａに燃料ガスｇ１を供給し、該エンジン２１ａ動作させる。発生した回転力が駆動軸を回転させると共に、発電機２１を回転駆動する。該発電機２１からの電力は一般に商用電力と連系し館内負荷電力及び水蒸気圧縮冷凍機システムＡへ圧縮機１７の駆動電力として供給する。このように、発電機２１の発電量の全部ないし一部が該水蒸気圧縮冷凍機システムＡの圧縮動力すなわち駆動電力として使用できることで当該水蒸気圧縮冷凍機システムＡは別異の電源を必要としないか又は大幅に軽減できる特徴を有し、また後述する排熱回収とともに省エネルギー化を実現する。また、駆動軸を回転させた後、エンジン２１ａからの排ガスｇ２は完全に排ガスボイラ２８に取込まれ、該排ガスボイラ２８によりエンジン２１ａからの排出された冷却水ｗ８を温めその排熱が無駄なく有効に活用される。
【００２４】
前記コージェネレーションシステムＢからの動力を得た前記水蒸気圧縮冷凍機システムＡは、蒸発器１６からポンプ２３を介して高温冷水ｗ２を高温冷水蓄熱槽２０に貯留する。つまり、高温冷水ｗ２は熱交換器２４を経由せずに直接製造することとなる。そして、該高温冷水蓄熱槽２０から取り出した高温冷水ｗ７を循環ポンプ２５で放射冷暖房システムＣに圧送し、天井放射冷暖房パネル３２、３２及び／または自立型放射冷暖房パネル３３等に流送して空調室内Ｅを放射冷房する。高温冷水蓄熱槽２０から高温冷水を取り出す際には、高温冷水蓄熱槽２０の下部の流出口２０ｄから取り出せるようにし、また三方弁２７を使用するなどにより放射冷暖房システムＤへ供給する高温冷水の温度調節を一定範囲で可能としている。
【００２５】
また、放射暖房のための低温温水は、前記エンジン２１ａからの排ガスｇ２を排ガスボイラ２８に導入して、同じく該排ガスボイラ２８に導いたエンジン２１ａの使用後の冷却水ｗ８に熱回収させた後熱交換器２４に導入し、放射冷暖房システムＣから循環してくる相対的に低温の低温温水ｗ１１に熱交換させることにより製造している。
【００２６】
本実施例では、季節に応じて約３０℃以下で供給される冷却水ｗ３を用い、約１７℃の高温冷水ｗ２を供給するものと想定すると、年間平均成績係数（ＣＯＰ）約１０以上で高温冷水を製造する水蒸気圧縮冷凍機システムＡの適用を基本として、天井放射冷暖房パネル３２、３２及び／または自立型放射冷暖房パネル３３に約１７℃の高温冷水または約３０ないし３５℃の低温温水を流通させる技術である。
【００２７】
次に、放射冷房時の湿度制御は、除湿装置３５の除湿ロータ３５ａを核とする湿度調整空調機システムＤを活用し、その再生回路にはコージェネレーションシステムＢから排出される排ガスｇ２から回収された熱を利用している。すなわち、外気は除湿ロータ３５ａの下半円部に導入され、低速回転している除湿ロータ３５ａを通過する際、ハニカムに湿分が吸着つまり除湿され吸着時に発生する吸着熱により比較的温度が高い乾燥空気となる。ここで、前記排ガスボイラ２８により熱回収した温水ｗ１３は、湿度調整空調機システムＤに設けられた再生用加熱コイル３６ｂへ流送され、除湿ロータ３５ａで吸着した湿分を蒸発させ、ロータを乾燥再生するための加熱源として利用される。
【００２８】
除湿された外気は顕熱交換ロータ３６ａに送られる。そして、該顕熱交換ロータ３６ａは、一方では前記除湿ロータ３５ａからの乾燥空気を導入し、他方では空調室内Ｅの還気と温度交換させ、快適な除湿空気を給気として空調室内Ｅにダクト３７を介して供給する。また、前記除湿ロータ３５ａの上半円部では、空調室内Ｅからの還気を送風機４２により屋外に放出する。
尚、本発明に係る湿度調整空調機システムＤにおいては、前記循環冷水としての高温冷水ｗ７を利用して還気の予冷及び給気の再冷を行う還気予冷、加湿再冷手段３６ｄ、３６ｅを備えた温湿度調整装置３６を設けている。尚、図中４３ａ〜４３ｆは各々バルブである。
【００２９】
暖房時の湿度制御は、空調室内Ｅの還気と外気との間で顕熱交換すると共に、加湿装置を併用して湿度調整を行えるようにしている。また、前記排ガスボイラ２８により熱回収した温水ｗ１３は、加熱コイル３６ｂにも流送されて取り入れた外気の加熱源としても利用される。
次に冷房期に於いて、放射冷暖房システムＣはバルブ３０ｈ、バルブ３０ｊを開放し、バルブ３０ｉ、バルブ３０ｋを閉成して高温冷水蓄熱槽２０の貯留水を利用する。冷水温度の調整が必要である場合に三方弁２７を使用するが、定温変流量制御である場合は三方弁２７を使用しなくてもよい。
また、湿度調整空調機システムＤは主として外調機であり、冷房期においてはいわゆるデシカント空調機として運転されバルブ４３ｅ、バルブ４３ｆを経由して予冷及び再冷用の高温冷水ｗ１７が供給され還気予冷手段３６ｄで還気を冷却し、必要に応じて加湿再冷手段３６ｅで給気を冷却すると共に、バルブ３０ｄ、バルブ３０ｂ、バルブ４３ａ、バルブ４３ｂを経由して加熱コイル３５ｂで加熱し、除湿ロータ３５ａを再生する。このとき、外気は、エアフィルタ３４を通過後、除湿され温度が上昇した後、顕熱交換ロータ３６ａ及び加湿再冷手段３６ｅ等で冷却され空調室内Ｅに給気される。
【００３０】
更に、暖房期に於いて、放射冷暖房システムＣは、バルブ３０ｈ、バルブ３０ｊを閉成し、バルブ３０ｉ、バルブ３０ｋを開放し、熱交換器２４より温水の供給を受ける。温水温度を外気条件など負荷の状況に応じて可変させたい場合は、三方弁３１を制御する。
また、湿度調整空調機システムＤは、還気が顕熱変換され、外気の予熱に利用され排気する。該外気は、顕熱交換ロータ３６ａで予熱され、バルブ３０ｄ、バルブ３０ｂ、及びバルブ４３ｃ、バルブ４３ｄを経由して熱回収温水が供給された、加熱コイル３６ｂで加熱され、更に、必要に応じて補助ヒータ３６ｃで再加熱された後、バルブ４３ｅ、バルブ４３ｆを経由して加湿用の低温温水ｗ１７が供給された加湿再冷手段３６ｅ等で加湿され空調室内Ｅに給気する。
尚、加湿手段３６ｅの供給温水は、上水、イオン交換水等の他の給水に置き換えて構成してもよい。
【００３１】
このように、湿度調整空調機システムＤは、前記エンジン２１ａから排出された排ガスｇ２を湿度調整空調機システムＤの除湿ロータ３５ａに吸着した湿分を蒸発させるための加熱源とし有効活用するので、該湿度調整空調機システムＤのランニングコストの低減及び省エネルギー化を図ことができる。
【００３２】
尚、前記複合熱源システムをコージェネレーションシステムとヒートポンプチラーの組合せに置換え、あるいは吸収冷温水機に置き換えて構成することもできる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明に係る複合熱源システムと空調システムの連系システムは上述の構成及び動作を有するので、次の効果がある。
【００３４】
請求項１記載の発明によれば、複合熱源システムと空調システムとからなり、該複合熱源システムは高温冷水を製造する水蒸気圧縮冷凍機システムと、該水蒸気圧縮冷凍機システムを駆動するコージェネレーションシステムとから構成され、該空調システムは冷房時には前記水蒸気圧縮冷凍機システムから高温冷水蓄熱槽を介して約１５℃以上の高温冷水を通じ、暖房時には前記コージェネレーションシステムから排ガスボイラ及び熱交換器及び／または低温温水蓄熱槽を介して排熱を取り入れ約４０℃以下の低温温水を通じて、空調室内に冷温熱を供給する放射冷暖房システムと、前記コージェネレーションシステムから排ガスボイラ及び熱交換器及び／または低温温水蓄熱槽を介して排熱を取り入れ温湿度調節した外気を前記放射冷暖房システムを備えた空調室内に供給する湿度調整空調機システムとの構成に於いて、前記水蒸気圧縮冷凍機システムの蒸発器から冷水ポンプを介して製造される高温冷水を導くと共に前記放射冷暖房システム及び前記湿度調整空調機システムから放射冷房及び冷却の動作を終了した高温冷水を導く前記高温冷水蓄熱槽と、前記コー ジェネレーションシステムのエンジンからの排気ガスを導きかつ該エンジンの使用後の冷却水を温める排ガスボイラと、前記放射冷暖房システムから放射暖房の動作を終了して相対的に低温となった低温温水を導きかつ高温の冷却水が前記排ガスボイラを経てきた高温の温水から複数のバルブを介して熱交換させると共に前記複数のバルブを経由して湿度調整空調機システムの加熱コイルで加熱しかつ湿分を蒸発させる除湿ロータを備えて低温になった温水が流過される熱交換器とを有したことを特徴とする複合熱源システムと空調システムの連系システムを提供する。
このような構成としたので、約１５℃以上の高温冷水を製造し、高温冷水蓄熱槽に貯留してその貯留状況及び必要に応じて冷水の需要予測により、水蒸気圧縮冷凍機システムの運転を停止させることができるという効果がある。また、排ガスの有する排熱を当該冷却水に熱回収させ、放射冷暖房システムのパネル（暖房時）で及び湿度調整空調機システムの再生回路（冷房時）及び加熱回路（暖房時）で利用することができるという効果がある。また、新たに循環温水としての低温温水（往）を得て、熱交換器で熱交換を終えた相対的に低温の温水は、湿度調整空調機システムの再生回路において除湿した湿分を蒸発させるための再生用加熱源温水として使用されたあと相対的に低温になった温水と合流して温水となり、直接または密閉冷却塔を経由して冷却水としてエンジンへ戻すことができるという効果がある。また、暖房期にバルブを開放して、熱交換器で放射冷暖房システムのための熱利用側に熱交換すると共にバルブも開放して、湿度調整空調システムの加熱コイルにおいて外気加熱用に利用できるという効果がある。また、除湿需要がある時期はバルブを閉成し、開放して湿度調整空調機システムの加熱コイルにおいて除湿ロータの再生用に熱利用することができるという効果がある。さらに、回収熱の利用量が少ない場合には、まず排ガスボイラの排ガス回路を切り替えるなどにより回収量を低減し、次に残余の熱の放散量をバルブを徐々に開放するなどにより調整し、必要なエンジン冷却水温度を確保することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る複合熱源システムと空調システムの連系システムに於ける実施の形態を示す構成図である。
【図２】従来の技術のシステムの一例を示す水蒸気圧縮冷凍機の構成図である。
【符号の説明】
１ 水蒸気圧縮冷凍機
２ 蒸発部
３ 圧縮機
４ 凝縮部
５ 蓄熱槽
６ 循環水
７ 冷却水
８ 冷却塔
９ 補給水
１０ 冷却水ポンプ
１１ ブロー水
１２ 冷水ポンプ
１３ 冷熱用熱交換器
１４ 循環ポンプ
１５ 冷水
１５ａ 冷水ポンプ
１６ 蒸発器
１７ 圧縮機
１８ 凝縮器
１９ 冷却塔
２０ 高温冷水蓄熱槽
２０ａ 高温冷水蓄熱槽の流出口
２０ｂ 高温冷水蓄熱槽の流入口
２０ｃ 高温冷水蓄熱槽の流入口
２０ｄ 高温冷水蓄熱槽の流出口
２１ 発電機
２１ａ エンジン
２２ 冷却水ポンプ
２３ 冷水ポンプ
２４ 熱交換器
２５ 循環ポンプ
２６ 密閉冷却塔
２７ 三方弁
２８ 排ガスボイラ
２９ ポンプ
３０ａ〜３０ｋ バルブ
３０ｍ バルブ
３１ 三方弁
３２ 天井放射冷暖房パネル
３３ 自立型冷暖房パネル
３４ エアフィルター
３５ 除湿装置
３５ａ 除湿ロータ
３５ｂ 加熱コイル
３６ 気化冷却加湿装置
３６ａ 顕熱交換ロータ
３６ｂ 加熱コイル
３６ｃ 補助ヒータ
３６ｄ 還気予冷手段
３６ｅ 加湿再冷手段
３７〜４０ ダクト
４１、４２ 送風機
４３ａ〜４３ｆ バルブ
Ａ 水蒸気圧縮冷凍機システム
Ｂ コージェネレーションシステム
Ｃ 放射冷暖房システム
Ｄ 湿度調整空調機システム
Ｅ 空調室内
ｗ１、ｗ２ 高温冷水（還、往）
ｗ３、ｗ４ 冷却水（往、還）
ｗ５ 高温冷水（還）
ｗ６ 低温温水（往）
ｗ７ 高温冷水または低温温水
ｗ８、ｗ９ 冷却水（還、往）
ｗ10 冷却水（往）または回収熱利用後の温水
ｗ１１ 低温温水（還）
ｗ１２、ｗ１３ 低温温水（往、還）
ｗ１４、ｗ１５ 熱回収した温水（往、還）
ｗ１６ 循環冷水又は温水
ｗ１７ 予冷再冷用の高温冷水又は加湿用の低温温水
【発明の属する技術分野】
本発明は、環境対応が強く望まれている空調分野の熱源システム及び空調システムにおいて、最も安全かつ成績係数（ＣＯＰ）が高い低環境負荷の自然冷媒である水だけを用いた水蒸気圧縮冷凍機システムを適用し、高温冷水を有効利用することにより、人体の健康や快適性確保の要求に応えられ、同時に大幅な省エネルギー・省資源を達成する複合熱源システムと空調システムの連系システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
空調分野における熱源システムにおいては、近年、冷媒のノンフロン化など、地球環境破壊を抑制し、省エネルギー・省資源化や設備容量の最小化に適応させると共にランニングコストを低減させることが要望されており、二次側空調システムにおいては、人体の健康面への配慮や快適性を向上させること、更には省エネルギー・省資源化を促進し、ランニングコストを低減させるなどが特に大きなテーマとして挙がっている。
【０００３】
ここで、従来の技術の一例としての水蒸気圧縮冷凍機を冷熱源とする空調システムは、例えば、図２に示すような配置構成であった。これについて説明すれば、水蒸気圧縮冷凍機１は、蒸発部２、圧縮機３及び凝縮部４を備えている。該蒸発部２は蓄熱槽５から循環水６を導くと共に、前記圧縮機３の運転によって、低圧に保持しつつ当該循環水６の一部を蒸発させ、その気化熱で冷水を製造する。該圧縮機３は当該蒸発部２から導入された水蒸気を所定の条件で加圧する。前記凝縮部４は前記圧縮機３で加圧され、かつ高温になった水蒸気を導入し、これを外部に設置した冷却塔８から導いた冷却水７で冷却し、凝縮する。
【０００４】
前記冷却塔８は、前記水蒸気圧縮冷凍機１の付帯設備であり、上水等の水でなる補給水９を導入し、前記凝縮部４から導かれた冷却水７を冷却水ポンプ１０で流送し、一部をブロー水１１として排出し、該補給水９を冷却水７に加えて、前記凝縮部４に導入する。また、前記冷却塔８は、前記凝縮部４に於いて、水蒸気を凝縮することで温度上昇した冷却水７の熱を大気に放出する機能を有する。
【０００５】
前記蓄熱槽５は、前記蒸発部２から取出された冷水を冷水ポンプ１２で流送して貯留する。そして、冷水１５は循環ポンプ１４で冷熱用熱交換器１３に圧送される。当該冷熱用熱交換器１３はいわゆる熱取出しサイクルとして冷房負荷（開示せず）や建物等に冷水ポンプ１５ａで冷水等を循環流送するものであった。
また、叙上したこの種の水蒸気圧縮冷凍機の一例としては、刊行物「建築設備と配管工事」２００２年６月号第３９〜第４５頁（日本工業出版社発行）に開示されている。
【０００６】
また従来の技術における二次側空調システムは、いわゆる空調機やファンコイルユニットなどがあり、空調室内に供給する冷温熱を空気または水に載せて搬送し、室内に強制対流を発生せしめて室内全体に行き渡らせることを主眼としていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術における熱源システム、水蒸気圧縮冷凍機及び二次側空調システムは叙上の構成であるので次の課題が存在した。
【０００８】
従来の技術における熱源システムにおいては、オゾン破壊係数（ＯＤＰ）、地球温暖化係数（ＧＷＰ）ゼロの自然冷媒としてアンモニアや炭化水素あるいは空気が使われることもあるが、前二者は可燃性や毒性があり、後者は成績係数（ＣＯＰ）が低いという問題点があった。また、従来の熱源の設計装置容量は、建物や設備の省エネルギー技術が進展しているにも拘らず、建物負荷が増大しているため少なくとも減っておらず、蓄熱システムにより僅かにピークカットができる程度であるという欠点があった。
【０００９】
そして、従来の技術における熱源システムの関連システムとしての二次側空調システムにおいては、搬送動力としての送風機動力が大きく、可変風量空気調和装置（ＶＡＶ）によってやや動力を節減している程度であるという問題点があり、当該装置容量を大幅に低減し、また運転時に省エネルギー化することが望まれる所以であった。
更に、室内環境については、当該装置の運転立ち上がり時の不快な室内温湿度や、常時ドラフトとして意識される空調送風気流の不快感などの問題が相変わらずあった。
【００１０】
更に、熱源システム全体からみれば、従来からも室内空間に於ける人体の健康面や快適性の確保のために放射冷暖房システムが有効であるとは考えられていたが、適応する熱源システムが従来のままでは所望する省エネルギー化を実現することができず、湿度制御も不十分でかつコスト高でもあるという問題点があった。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる従来の技術に於ける問題点を解消するためになされたものであり、特に、高い成績係数（ＣＯＰ）で高温冷水を製造可能な自然冷媒冷凍技術の適用やそれによる空調システムの更なる効率化を実現し、室内環境に於ける人体健康面や快適性を確保し、およびそのために採用される放射冷暖房システムの稼動時に於ける適切な動作をする湿度調整空調システムを構築し、これにより大幅な省エネルギー化、省ランニングコスト化を実現する複合熱源システムと空調システムの連系システムを提供することを目的としたものであって、次の構成、手段から成立する。
【００１２】
請求項１記載の発明によれば、複合熱源システムと空調システムとからなり、該複合熱源システムは高温冷水を製造する水蒸気圧縮冷凍機システムと、該水蒸気圧縮冷凍機システムを駆動するコージェネレーションシステムとから構成され、該空調システムは冷房時には前記水蒸気圧縮冷凍機システムから高温冷水蓄熱槽を介して約１５℃以上の高温冷水を通じ、暖房時には前記コージェネレーションシステムから排ガスボイラ及び熱交換器及び／または低温温水蓄熱槽を介して排熱を取り入れ約４０℃以下の低温温水を通じて、空調室内に冷温熱を供給する放射冷暖房システムと、前記コージェネレーションシステムから排ガスボイラ及び熱交換器及び／または低温温水蓄熱槽を介して排熱を取り入れ温湿度調節した外気を前記放射冷暖房システムを備えた空調室内に供給する湿度調整空調機システムとの構成に於いて、前記水蒸気圧縮冷凍機システムの蒸発器から冷水ポンプを介して製造される高温冷水を導くと共に前記放射冷暖房システム及び前記湿度調整空調機システムから放射冷房及び冷却の動作を終了した高温冷水を導く前記高温冷水蓄熱槽と、前記コージェネレーションシステムのエンジンからの排気ガスを導きかつ該エンジンの使用後の冷却水を温める排ガスボイラと、前記放射冷暖房システムから放射暖房の動作を終了して相対的に低温となった低温温水を導きかつ高温の冷却水が前記排ガスボイラを経てきた高温の温水から複数のバルブを介して熱交換させると共に前記複数のバルブを経由して湿度調整空調機システムの加熱コイルで加熱しかつ湿分を蒸発させる除湿ロータを備えて低温になった温水が流過される熱交換器とを有したことを特徴とする複合熱源システムと空調システムの連系システムである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明に係る複合熱源システムと空調システムの連系システムの実施の形態を説明する。
図１は、本発明に係る複合熱源システムと空調システムの連系システムについての一例を示す構成図である。
本発明のシステムの全体は、複合熱源システムと空調システムとから構成され、更に、前者は水蒸気圧縮冷凍機システムＡと、コージェネレーションシステムＢとからなり、後者は放射冷暖房システムＣと、湿度調整空調機システムＤとからなっている。そして、上記各システムの結合部には、水蒸気圧縮冷凍機における自然冷媒としての水が各システム間でやり取りされる媒体として通じており、特に低エクセルギー媒体つまり高温冷水又は低温温水として利用され、その熱交換手段、例えば、高温冷水蓄熱槽、熱交換器、排ガスボイラが設けられている。以下順次説明する。
【００１４】
先ず、水蒸気圧縮冷凍機システムＡは、主要な構成要素として、蒸発器１６、圧縮機１７、凝縮器１８及び冷却塔１９を備えている。該蒸発器１６は水蒸気圧縮冷凍機システムＡと接続している高温冷水蓄熱槽２０の上部の所定位置に設けた流出口２０ａより、後述する放射冷暖房システムＣ及び／または湿度調整空調機システムDでの放射冷房及び／または冷却の動作を終えて相対的に高温となっている高温冷水ｗ１を導くと共に、前記圧縮機１７の運転によって、低圧に保持しつつ当該高温冷水ｗ１の一部を蒸発させ、その気化熱で相対的に低温の高温冷水ｗ２を新たに製造する。該圧縮機１７は、後述するコージェネレーションシステムＢの発電機、例えば発電機２１から供給された駆動電力で動作して、当該蒸発器１６から導入された水蒸気を所定の条件で加圧する。前記凝縮器１８は前記圧縮機１７で加圧されかつ高温になった水蒸気を導入し、これを冷却塔１９から導いた冷却水ｗ３で冷却し、凝縮する。凝縮した冷水は相対的に高温となった冷却水ｗ4に含まれ、冷却水ポンプ２２が冷却塔１９に流送する。
【００１５】
前記高温冷水蓄熱槽２０は、その下部の所定位置に設けた流入口２０ｂより、前記蒸発器１６から冷水ポンプ２３を介して新たに製造された前記高温冷水ｗ２を導き貯留する。前記高温冷水蓄熱槽２０の上部の所定位置に設けた流入口２０ｃより、放射冷暖房システムＣ及び／または湿度調整空調機システムDから放射冷房及び／または冷却の動作を終了した高温冷水ｗ５を導き、同じく貯留する。一方、該高温冷水蓄熱槽２０の下部の所定位置に設けられた流出口２０ｄより、所定の温度を得られるように例えば三方弁２７にて前記高温冷水（還）ｗ５や高温冷水蓄熱槽２０の流量を調整して取り出した後、高温冷水（冷房時）ｗ７を循環ポンプ２５で放射冷暖房システムＣに圧送する。
尚、水蒸気圧縮冷凍機システムＡは、コージェネレーションシステムＢ又は、商用電力系統より動力用電力の供給を受け、約15℃以上の高温冷水を製造し、高温冷水蓄熱槽２０に貯留する。該高温冷水蓄熱槽２０における貯留状況及び必要に応じて冷水の需要予測により、水蒸気圧縮冷凍機システムＡの運転を停止させる。
また尚、一般的にＣＯＰに関して不利ではあるが、水蒸気圧縮冷凍機の代わりに他の電動冷凍機や吸収冷凍機に置き換えて構成してもよい。
【００１６】
次に、コージェネレーションシステムＢは、主要な構成要素として、エンジン２１ａの例えばガスエンジンの駆動により動作する発電機２１及び密閉冷却塔２６を備えている。エンジン２１ａが燃料のガスｇ１を導入することにより動作し、該エンジン２１ａに内蔵された駆動軸を回転させて発電機２１により発電する。そして、該エンジン２１ａの排ガスｇ２は排ガスボイラ２８に導かれ、エンジン２１ａから該排ガスボイラ２８へポンプ２９で圧送された該エンジン２１ａの使用後の冷却水ｗ８を温める。すなわち、排ガスｇ２の有する排熱を当該冷却水ｗ８に熱回収させ、後述する放射冷暖房システムＣのパネル（暖房時）で及び後述する湿度調整空調機システムＤの再生回路（冷房時）及び加熱回路（暖房時）で利用するものである。
【００１７】
前記密閉冷却塔２６からエンジン２１ａに導かれた冷却水ｗ９は、動作を終えて前記ポンプ２９を経由した後、分岐して、一方は前記エンジン２１ａの使用後の冷却水ｗ８となり、他方は湿度調整空調機システムＤより流送された該湿度調整空調機システムＤの再生回路における温水ｗ１０と合流する。該温水ｗ１０は、その一部を前記冷却水ｗ９に合流させた後、密閉冷却塔２６へ循環させる。
なお、図中、３０ａ〜３０ｋは冷却水や冷温水の流量を調整しまたは流路を切り替えるバルブである。
【００１８】
熱交換器２４は低温温水ｗ６を製造するためのものであって、放射冷暖房システムＣから放射暖房の動作を終了して相対的に低温となった低温温水（還）ｗ１１を導き、高温の冷却水（還）ｗ８が排ガスボイラ２８を経てきた高温の温水ｗ１４から熱交換させることにより新たに循環温水としての低温温水（往）ｗ６を得る。熱交換器２４で熱交換を終えた相対的に低温の温水ｗ１５は、湿度調整空調機システムＤの再生回路において除湿した湿分を蒸発させるための再生用加熱源温水ｗ１３として使用されたあと相対的に低温になった温水ｗ１２と合流して温水ｗ１０となり、直接または密閉冷却塔２６を経由して冷却水ｗ９としてエンジン２１ａへ戻る。
尚、前記ガスエンジン駆動の発電機２１は、例えばディーゼルエンジン駆動の発電機やガスタービン駆動の発電機あるいはその他の原動機駆動の発電機に置き換えて構成してもよい。
尚、前記エンジン２１ａ及び発電機２１は、そのような原動機駆動の発電機でなく燃料電池のような発電システムに置き換えて構成してもよい。
【００１９】
尚、コージェネレーションシステムＢは、原動機冷却水を通常はバルブ３０ｅを開放し、バルブ３０ｆを閉成して熱回収回路を構成し、排ガスボイラ２８で更に熱回収した後、暖房期は、バルブ３０ｃ，バルブ３０ａを開放して、熱交換器２４において後述する放射冷暖房システムＣのための熱利用側に熱交換すると共に、バルブ３０ｄ、バルブ３０ｂも開放して、後述する湿度調整空調システムＤの加熱コイル３６ｂにおいて外気加熱用に利用する。また除湿需要がある時期はバルブ３０ｃ、バルブ３０ａを閉成し、バルブ３０ｄ、バルブ３０ｂを開放して湿度調整空調機システムＤの加熱コイル３５ｂにおいて除湿ロータの再生用に熱利用する。熱回収利用の需要がない時期にあっては、基本的にはコージェネレーションシステムＢの運転を停止するが、なんらか別の理由で運転する場合、熱利用が全く無い場合は、バルブ３０ｅ、バルブ３０ｍを閉成し、バルブ３０ｆ、バルブ３０ｇを開放して密閉冷却塔２６の熱廃棄回路を使用する。
また尚、回収熱の利用量が少ない場合には、まず排ガスボイラ２８の排ガス回路を切り替えるなどにより回収量を低減し、次に残余の熱の放散量をバルブ３０ｇを徐々に開放するなどにより調整し、必要なエンジン冷却水温度を確保する。
以上により、水蒸気圧縮冷凍機システムＡは高温冷水蓄熱槽２０を介して高温冷水ｗ７を、コージェネレーションシステムＢは熱交換器２４を介して低温温水ｗ６を、それぞれ後述する放射冷暖房システムＣへ供給することができ、複合熱源システムを構成することとなる。
尚、前記熱交換器２４を経由して製造利用される低温温水の回路、すなわち低温温水ｗ１１と熱交換器２４及び低温温水ｗ６と熱交換器２４で形成される回路に、前記高温冷水蓄熱槽２０と同様の低温温水蓄熱槽を設け、あるいは熱交換器２４を組み込んだ形式の低温温水蓄熱槽を設け、後述する放射冷暖房システムCで低温温水を利用するように構成してもよい。
また尚、前記高温冷水蓄熱槽２０に貯留する高温冷水を、低温温水製造における前記熱交換器２４に類する熱交換器を経由して製造する構成としてもよい。
【００２０】
次に、放射冷暖房システムＣは、主要な構成要素として、空調室Ｅの広さ等に応じて所望の数、例えば複数個の例えば天井放射冷暖房パネル３２、３２または壁放射パネル、及び／または所望の数、例えば複数個の自立型放射冷暖房パネル３３を備えている。前記高温冷水蓄熱槽２０から導かれた前記高温冷水であるかまたは前記熱交換器２４から導かれた前記低温温水であるｗ７は、空調室内Ｅの所定の温度を得ることができるよう、各々の流路に設けた三方弁２７、３１等により流量・温度を調整した後、循環ポンプ２５により循環冷水又は循環温水ｗ１６として天井放射冷暖房パネル３２、３２及び／または自立型放射冷暖房パネル３３へ圧送される。
該天井放射冷暖房パネル３２、３２や自立型放射冷暖房パネル３３の内部には樹脂製または金属製等のパイプが配管されており、循環冷水又は循環温水ｗ１６は所定の流速にて流過させ放射冷房または放射暖房を行うこととなる。
【００２１】
尚、上記空調室内Ｅを放射冷房する際、天井放射冷暖房パネル３２、３２及び／または自立型放射冷暖房パネル３３の表面上に結露が生じることがある。本発明においては１７℃程度の高温冷水を通じると共に後述する湿度調整空調機システムＤにより湿度調整を行うことによってこれを解消している。
【００２２】
最後に、湿度調整空調機システムＤは、主要な構成要素として、エアフィルター３４、除湿ロータ３５ａ及び再生用加熱コイル３５ｂを備えた除湿装置３５、顕熱交換ロータ３６ａ、加熱コイル３６ｂ、及び補助ヒータ３６ｃを備えかつ還気予冷手段３６ｄ、加湿手段及び／または再冷手段３６ｅを備えた温湿度調整装置３６を、有している。該湿度調整空調機システムＤは、乾燥剤（吸湿剤）を用いて空気中の湿気を除去する機能を有する空調機システムであって、除湿装置３５の前記除湿ロータ３５ａは、円盤の形状をなしており、面積比で略１／２を占める下半円部で湿分を吸着し、同じく面積比で略１／２を占める上半円部で吸着した水分を放出させ、低速回転することによって、湿分の吸着と放出を連続的に行っている。また、前記顕熱交換ロータ３６ａは前記除湿ロータ３５ａの後段に配置してあって、ダクト３７を介して室調室内Ｅへ給気する前の除湿・加熱された外気を、ダクト３８を介して空調室Ｅからの還気を通じ、熱交換して冷却する機能を有する。
尚、図中３９、４０はダクト、４１，４２はファンである。その他の構成要素については、後述の動作にて説明する。
【００２３】
次に、本発明に係る複合熱源及び空調システムの実施の形態の動作の概要を説明する。
先ず、コージェネレーションシステムＢのエンジン２１ａに燃料ガスｇ１を供給し、該エンジン２１ａ動作させる。発生した回転力が駆動軸を回転させると共に、発電機２１を回転駆動する。該発電機２１からの電力は一般に商用電力と連系し館内負荷電力及び水蒸気圧縮冷凍機システムＡへ圧縮機１７の駆動電力として供給する。このように、発電機２１の発電量の全部ないし一部が該水蒸気圧縮冷凍機システムＡの圧縮動力すなわち駆動電力として使用できることで当該水蒸気圧縮冷凍機システムＡは別異の電源を必要としないか又は大幅に軽減できる特徴を有し、また後述する排熱回収とともに省エネルギー化を実現する。また、駆動軸を回転させた後、エンジン２１ａからの排ガスｇ２は完全に排ガスボイラ２８に取込まれ、該排ガスボイラ２８によりエンジン２１ａからの排出された冷却水ｗ８を温めその排熱が無駄なく有効に活用される。
【００２４】
前記コージェネレーションシステムＢからの動力を得た前記水蒸気圧縮冷凍機システムＡは、蒸発器１６からポンプ２３を介して高温冷水ｗ２を高温冷水蓄熱槽２０に貯留する。つまり、高温冷水ｗ２は熱交換器２４を経由せずに直接製造することとなる。そして、該高温冷水蓄熱槽２０から取り出した高温冷水ｗ７を循環ポンプ２５で放射冷暖房システムＣに圧送し、天井放射冷暖房パネル３２、３２及び／または自立型放射冷暖房パネル３３等に流送して空調室内Ｅを放射冷房する。高温冷水蓄熱槽２０から高温冷水を取り出す際には、高温冷水蓄熱槽２０の下部の流出口２０ｄから取り出せるようにし、また三方弁２７を使用するなどにより放射冷暖房システムＤへ供給する高温冷水の温度調節を一定範囲で可能としている。
【００２５】
また、放射暖房のための低温温水は、前記エンジン２１ａからの排ガスｇ２を排ガスボイラ２８に導入して、同じく該排ガスボイラ２８に導いたエンジン２１ａの使用後の冷却水ｗ８に熱回収させた後熱交換器２４に導入し、放射冷暖房システムＣから循環してくる相対的に低温の低温温水ｗ１１に熱交換させることにより製造している。
【００２６】
本実施例では、季節に応じて約３０℃以下で供給される冷却水ｗ３を用い、約１７℃の高温冷水ｗ２を供給するものと想定すると、年間平均成績係数（ＣＯＰ）約１０以上で高温冷水を製造する水蒸気圧縮冷凍機システムＡの適用を基本として、天井放射冷暖房パネル３２、３２及び／または自立型放射冷暖房パネル３３に約１７℃の高温冷水または約３０ないし３５℃の低温温水を流通させる技術である。
【００２７】
次に、放射冷房時の湿度制御は、除湿装置３５の除湿ロータ３５ａを核とする湿度調整空調機システムＤを活用し、その再生回路にはコージェネレーションシステムＢから排出される排ガスｇ２から回収された熱を利用している。すなわち、外気は除湿ロータ３５ａの下半円部に導入され、低速回転している除湿ロータ３５ａを通過する際、ハニカムに湿分が吸着つまり除湿され吸着時に発生する吸着熱により比較的温度が高い乾燥空気となる。ここで、前記排ガスボイラ２８により熱回収した温水ｗ１３は、湿度調整空調機システムＤに設けられた再生用加熱コイル３６ｂへ流送され、除湿ロータ３５ａで吸着した湿分を蒸発させ、ロータを乾燥再生するための加熱源として利用される。
【００２８】
除湿された外気は顕熱交換ロータ３６ａに送られる。そして、該顕熱交換ロータ３６ａは、一方では前記除湿ロータ３５ａからの乾燥空気を導入し、他方では空調室内Ｅの還気と温度交換させ、快適な除湿空気を給気として空調室内Ｅにダクト３７を介して供給する。また、前記除湿ロータ３５ａの上半円部では、空調室内Ｅからの還気を送風機４２により屋外に放出する。
尚、本発明に係る湿度調整空調機システムＤにおいては、前記循環冷水としての高温冷水ｗ７を利用して還気の予冷及び給気の再冷を行う還気予冷、加湿再冷手段３６ｄ、３６ｅを備えた温湿度調整装置３６を設けている。尚、図中４３ａ〜４３ｆは各々バルブである。
【００２９】
暖房時の湿度制御は、空調室内Ｅの還気と外気との間で顕熱交換すると共に、加湿装置を併用して湿度調整を行えるようにしている。また、前記排ガスボイラ２８により熱回収した温水ｗ１３は、加熱コイル３６ｂにも流送されて取り入れた外気の加熱源としても利用される。
次に冷房期に於いて、放射冷暖房システムＣはバルブ３０ｈ、バルブ３０ｊを開放し、バルブ３０ｉ、バルブ３０ｋを閉成して高温冷水蓄熱槽２０の貯留水を利用する。冷水温度の調整が必要である場合に三方弁２７を使用するが、定温変流量制御である場合は三方弁２７を使用しなくてもよい。
また、湿度調整空調機システムＤは主として外調機であり、冷房期においてはいわゆるデシカント空調機として運転されバルブ４３ｅ、バルブ４３ｆを経由して予冷及び再冷用の高温冷水ｗ１７が供給され還気予冷手段３６ｄで還気を冷却し、必要に応じて加湿再冷手段３６ｅで給気を冷却すると共に、バルブ３０ｄ、バルブ３０ｂ、バルブ４３ａ、バルブ４３ｂを経由して加熱コイル３５ｂで加熱し、除湿ロータ３５ａを再生する。このとき、外気は、エアフィルタ３４を通過後、除湿され温度が上昇した後、顕熱交換ロータ３６ａ及び加湿再冷手段３６ｅ等で冷却され空調室内Ｅに給気される。
【００３０】
更に、暖房期に於いて、放射冷暖房システムＣは、バルブ３０ｈ、バルブ３０ｊを閉成し、バルブ３０ｉ、バルブ３０ｋを開放し、熱交換器２４より温水の供給を受ける。温水温度を外気条件など負荷の状況に応じて可変させたい場合は、三方弁３１を制御する。
また、湿度調整空調機システムＤは、還気が顕熱変換され、外気の予熱に利用され排気する。該外気は、顕熱交換ロータ３６ａで予熱され、バルブ３０ｄ、バルブ３０ｂ、及びバルブ４３ｃ、バルブ４３ｄを経由して熱回収温水が供給された、加熱コイル３６ｂで加熱され、更に、必要に応じて補助ヒータ３６ｃで再加熱された後、バルブ４３ｅ、バルブ４３ｆを経由して加湿用の低温温水ｗ１７が供給された加湿再冷手段３６ｅ等で加湿され空調室内Ｅに給気する。
尚、加湿手段３６ｅの供給温水は、上水、イオン交換水等の他の給水に置き換えて構成してもよい。
【００３１】
このように、湿度調整空調機システムＤは、前記エンジン２１ａから排出された排ガスｇ２を湿度調整空調機システムＤの除湿ロータ３５ａに吸着した湿分を蒸発させるための加熱源とし有効活用するので、該湿度調整空調機システムＤのランニングコストの低減及び省エネルギー化を図ことができる。
【００３２】
尚、前記複合熱源システムをコージェネレーションシステムとヒートポンプチラーの組合せに置換え、あるいは吸収冷温水機に置き換えて構成することもできる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明に係る複合熱源システムと空調システムの連系システムは上述の構成及び動作を有するので、次の効果がある。
【００３４】
請求項１記載の発明によれば、複合熱源システムと空調システムとからなり、該複合熱源システムは高温冷水を製造する水蒸気圧縮冷凍機システムと、該水蒸気圧縮冷凍機システムを駆動するコージェネレーションシステムとから構成され、該空調システムは冷房時には前記水蒸気圧縮冷凍機システムから高温冷水蓄熱槽を介して約１５℃以上の高温冷水を通じ、暖房時には前記コージェネレーションシステムから排ガスボイラ及び熱交換器及び／または低温温水蓄熱槽を介して排熱を取り入れ約４０℃以下の低温温水を通じて、空調室内に冷温熱を供給する放射冷暖房システムと、前記コージェネレーションシステムから排ガスボイラ及び熱交換器及び／または低温温水蓄熱槽を介して排熱を取り入れ温湿度調節した外気を前記放射冷暖房システムを備えた空調室内に供給する湿度調整空調機システムとの構成に於いて、前記水蒸気圧縮冷凍機システムの蒸発器から冷水ポンプを介して製造される高温冷水を導くと共に前記放射冷暖房システム及び前記湿度調整空調機システムから放射冷房及び冷却の動作を終了した高温冷水を導く前記高温冷水蓄熱槽と、前記コー ジェネレーションシステムのエンジンからの排気ガスを導きかつ該エンジンの使用後の冷却水を温める排ガスボイラと、前記放射冷暖房システムから放射暖房の動作を終了して相対的に低温となった低温温水を導きかつ高温の冷却水が前記排ガスボイラを経てきた高温の温水から複数のバルブを介して熱交換させると共に前記複数のバルブを経由して湿度調整空調機システムの加熱コイルで加熱しかつ湿分を蒸発させる除湿ロータを備えて低温になった温水が流過される熱交換器とを有したことを特徴とする複合熱源システムと空調システムの連系システムを提供する。
このような構成としたので、約１５℃以上の高温冷水を製造し、高温冷水蓄熱槽に貯留してその貯留状況及び必要に応じて冷水の需要予測により、水蒸気圧縮冷凍機システムの運転を停止させることができるという効果がある。また、排ガスの有する排熱を当該冷却水に熱回収させ、放射冷暖房システムのパネル（暖房時）で及び湿度調整空調機システムの再生回路（冷房時）及び加熱回路（暖房時）で利用することができるという効果がある。また、新たに循環温水としての低温温水（往）を得て、熱交換器で熱交換を終えた相対的に低温の温水は、湿度調整空調機システムの再生回路において除湿した湿分を蒸発させるための再生用加熱源温水として使用されたあと相対的に低温になった温水と合流して温水となり、直接または密閉冷却塔を経由して冷却水としてエンジンへ戻すことができるという効果がある。また、暖房期にバルブを開放して、熱交換器で放射冷暖房システムのための熱利用側に熱交換すると共にバルブも開放して、湿度調整空調システムの加熱コイルにおいて外気加熱用に利用できるという効果がある。また、除湿需要がある時期はバルブを閉成し、開放して湿度調整空調機システムの加熱コイルにおいて除湿ロータの再生用に熱利用することができるという効果がある。さらに、回収熱の利用量が少ない場合には、まず排ガスボイラの排ガス回路を切り替えるなどにより回収量を低減し、次に残余の熱の放散量をバルブを徐々に開放するなどにより調整し、必要なエンジン冷却水温度を確保することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る複合熱源システムと空調システムの連系システムに於ける実施の形態を示す構成図である。
【図２】従来の技術のシステムの一例を示す水蒸気圧縮冷凍機の構成図である。
【符号の説明】
１ 水蒸気圧縮冷凍機
２ 蒸発部
３ 圧縮機
４ 凝縮部
５ 蓄熱槽
６ 循環水
７ 冷却水
８ 冷却塔
９ 補給水
１０ 冷却水ポンプ
１１ ブロー水
１２ 冷水ポンプ
１３ 冷熱用熱交換器
１４ 循環ポンプ
１５ 冷水
１５ａ 冷水ポンプ
１６ 蒸発器
１７ 圧縮機
１８ 凝縮器
１９ 冷却塔
２０ 高温冷水蓄熱槽
２０ａ 高温冷水蓄熱槽の流出口
２０ｂ 高温冷水蓄熱槽の流入口
２０ｃ 高温冷水蓄熱槽の流入口
２０ｄ 高温冷水蓄熱槽の流出口
２１ 発電機
２１ａ エンジン
２２ 冷却水ポンプ
２３ 冷水ポンプ
２４ 熱交換器
２５ 循環ポンプ
２６ 密閉冷却塔
２７ 三方弁
２８ 排ガスボイラ
２９ ポンプ
３０ａ〜３０ｋ バルブ
３０ｍ バルブ
３１ 三方弁
３２ 天井放射冷暖房パネル
３３ 自立型冷暖房パネル
３４ エアフィルター
３５ 除湿装置
３５ａ 除湿ロータ
３５ｂ 加熱コイル
３６ 気化冷却加湿装置
３６ａ 顕熱交換ロータ
３６ｂ 加熱コイル
３６ｃ 補助ヒータ
３６ｄ 還気予冷手段
３６ｅ 加湿再冷手段
３７〜４０ ダクト
４１、４２ 送風機
４３ａ〜４３ｆ バルブ
Ａ 水蒸気圧縮冷凍機システム
Ｂ コージェネレーションシステム
Ｃ 放射冷暖房システム
Ｄ 湿度調整空調機システム
Ｅ 空調室内
ｗ１、ｗ２ 高温冷水（還、往）
ｗ３、ｗ４ 冷却水（往、還）
ｗ５ 高温冷水（還）
ｗ６ 低温温水（往）
ｗ７ 高温冷水または低温温水
ｗ８、ｗ９ 冷却水（還、往）
ｗ10 冷却水（往）または回収熱利用後の温水
ｗ１１ 低温温水（還）
ｗ１２、ｗ１３ 低温温水（往、還）
ｗ１４、ｗ１５ 熱回収した温水（往、還）
ｗ１６ 循環冷水又は温水
ｗ１７ 予冷再冷用の高温冷水又は加湿用の低温温水
Claims (1)
- 複合熱源システムと空調システムとからなり、該複合熱源システムは高温冷水を製造する水蒸気圧縮冷凍機システムと、該水蒸気圧縮冷凍機システムを駆動するコージェネレーションシステムとから構成され、該空調システムは冷房時には前記水蒸気圧縮冷凍機システムから高温冷水蓄熱槽を介して約１５℃以上の高温冷水を通じ、暖房時には前記コージェネレーションシステムから排ガスボイラ及び熱交換器及び／または低温温水蓄熱槽を介して排熱を取り入れ約４０℃以下の低温温水を通じて、空調室内に冷温熱を供給する放射冷暖房システムと、前記コージェネレーションシステムから排ガスボイラ及び熱交換器及び／または低温温水蓄熱槽を介して排熱を取り入れ温湿度調節した外気を前記放射冷暖房システムを備えた空調室内に供給する湿度調整空調機システムとの構成に於いて、前記水蒸気圧縮冷凍機システムの蒸発器から冷水ポンプを介して製造される高温冷水を導くと共に前記放射冷暖房システム及び前記湿度調整空調機システムから放射冷房及び冷却の動作を終了した高温冷水を導く前記高温冷水蓄熱槽と、前記コージェネレーションシステムのエンジンからの排気ガスを導きかつ該エンジンの使用後の冷却水を温める排ガスボイラと、前記放射冷暖房システムから放射暖房の動作を終了して相対的に低温となった低温温水を導きかつ高温の冷却水が前記排ガスボイラを経てきた高温の温水から複数のバルブを介して熱交換させると共に前記複数のバルブを経由して湿度調整空調機システムの加熱コイルで加熱しかつ湿分を蒸発させる除湿ロータを備えて低温になった温水が流過される熱交換器とを有したことを特徴とする複合熱源システムと空調システムの連系システム。
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