JP4520370B2 - 水熱源ヒートポンプ式輻射パネル用空調機 - Google Patents

Description

本発明は、ヒートポンプの水熱交換器との間を循環する冷温水を熱源とする輻射冷暖房用輻射パネルを備えた水熱源ヒートポンプ式輻射パネル用空調機に関する。

冷媒配管に輻射パネルを接続して冷暖房を行う輻射式冷暖房システムが、従来から知られている（例えば、特許文献１，２）。このシステムは室内空気を強制対流しないので、快適な冷暖房が実現できるとされている。輻射パネルは専ら天井面に設置されていたが、輻射パネル面積を大きく確保することが重要であるとして、天井の他に床及び壁面にも輻射パネルを設置する輻射式冷暖房が提案されている（特許文献３）。
しかし、冷媒方式による輻射式冷暖房システムでは、冷房時の輻射パネル表面に結露が生じるので、結露防止又は除湿対策を講じる必要がある。
例えば特許文献１の空気調和装置は、近傍にファンを設けた除湿・冷却用熱交換器とその下流に設けられた輻射パネルとが冷媒回路に接続され、室内空気の露点温度を検知するセンサと輻射パネルの表面温度を検知するセンサとの出力に基づいて、ファンの回転数を制御することにより、輻射パネルの表面温度が室内空気の露点温度より高くなるように制御している。また、特許文献２の空気調和機は、ファンを備えた室内側熱交換器と結露センサを取り付けた輻射パネルとが冷媒配管に接続され、結露センサの出力から求められる相対湿度と結露限界値とを比較して、相対湿度が結露限界値より小さいときは除湿・冷却用熱交換器をバイパスして輻射空調を行い、相対湿度が結露限界値より大きいときは輻射パネルをバイパスするものである。

天井面等に設置された輻射パネルの配管内に冷温水を流通させる水熱源ヒートポンプ式空調装置も従来から知られている。輻射パネルを用いて冷暖房を行う場合、輻射パネル入口の水温は、輻射冷房のときが１６℃であり、輻射暖房のときが３８℃である。一方、従来の冷温水システムにおけるファンコイル入口の冷温水の温度は、冷房時の冷水で７℃に設定され、暖房時の温水で５５℃に設定されている。従って、上記冷温水システムの配管系統を共有して輻射冷暖房を行う場合、例えば、ファンコイルに代えて輻射パネルを設置するかあるいはファンコイルと共に輻射パネルを併用する場合、ヒートポンプの水熱交換器と熱交換する熱交換器あるいは冷温水循環回路に熱交換器を設けて、冷温水循環回路の冷温水を輻射空調用に適した水温に変更する別系統の配管を新設する必要があった。

冷温水循環回路に熱交換器を設けて、ファンコイルと輻射パネルを併用した冷温水システムの一例を図８に示す。この冷温水システムは、冷熱源用冷凍機ａに、輻射パネル用熱交換器ｂ、第一のファンコイルユニット群ｃ１，ｃ２，ｃ３及び第二のファンコイルユニット群ｄ１，ｄ２，ｄ３が並列接続した冷温水循環回路からなる。熱交換器ｂは、輻射パネルｅ及びポンプｆと輻射冷暖房用水循環回路を形成している。冷温水循環回路にはポンプｇ、三方切替弁ｈ及び温水ボイラｉが接続していて、循環水は、三方弁ｈの切り替えにより、暖房時に温水ボイラｉで加熱され、冷房時にボイラｉをバイパスする。また、冷凍機ａには、冷房時に駆動されるポンプｊ及びクーリングタワーｋが接続している。
冷温水システムにおいて、輻射冷暖房用水循環回路には循環水の温度を検知する水温センサｍが設けられ、輻射パネル用熱交換器ｂをバイパスするバイパス管と冷温水循環回路の接続部に冷温水の流量を比例制御する三方電動弁ｎが接続している。そして、水温センサｍで検知される水温に基づいて、熱交換器ｂを通過する冷温水の流量を三方弁ｎで調整して、輻射パネルｅを循環する循環水の温度が冷房時に１６℃に、暖房時に３８℃に維持するよう制御される。

このように、従来の冷温水システムに輻射パネルを新たに設ける輻射空調システムは、別の配管系、補機（熱交換器やポンプ）、更に輻射空調用の制御機器等が必要になり、空調システムが複雑でコストアップの要因となっていた。また、冷温水を利用するため、中間期などに冷水通水時に暖房輻射を必要とする場合あるいはその逆に温水通水時に冷房輻射が必要な場合に、迅速に対応することが困難であった。
現在輻射空調が行われているのは主として事務所や図書館等における大空間であり、病院の個室又は事務所の小スペース等に個別に対応する例は少なかった。また、輻射空調を行うと冷房時の潜熱負荷に対応できないため、前述の冷媒方式による輻射式冷暖房システムと同様に、輻射パネル表面に結露が生じるという問題がある。そのため、別途除湿器を設置するかあるいは別の結露防止対策を講じる必要があり、スペースの増大又はコストアップの要因となっていた。
特開平５−３４６２６１号公報 特開平６−２５７８３５号公報 特開平７−１７４３６８号公報

このように、従来の冷温水システムに輻射パネルを組み入れた輻射空調では、輻射空調用に別系統の配管を設置しなければならず、コスト高となっていた。そのため、大空間の空調用に対応せざるを得ず、個別の小スペースに対応することが困難であった。しかも、一般空調用冷温水と輻射パネル用冷温水の２つの制御系が必要であり、複雑な制御となる。また、上記輻射空調の場合、運転モードは冷水利用の冷房と温水利用の暖房とをほぼ同様の条件下に運転しなければならず、中間期における冷暖房の切り替えが困難であった。更に、冷房時に輻射パネル表面に結露が生じるため、潜熱負荷の除去対策を講じる必要があり、コストアップの要因となるばかりか、スペース的にも不利であった。
そこで、本発明の目的は、上述の従来技術の問題点を解消することにあり、水熱源の冷温水の配管系及び制御系を統一し、冷房と暖房の切り替えが容易であり、個別分散輻射空調が可能な水熱源ヒートポンプ式輻射パネル用空調機を提供することにある。また、本発明の別の目的は、別途除湿器を設置することなく、かつ特別大きなスペースを要することなく、冷房時の除湿を可能とする水熱源ヒートポンプ式輻射パネル用空調機を提供することにある。

上述の目的を達成すべく、本発明の水熱源ヒートポンプ式輻射パネル用空調機は、圧縮機として定速型圧縮機又は可変型圧縮機を用い、圧縮機、四方弁、第一水熱交換器、減圧弁、第二水熱交換器、四方弁及び圧縮機の順に冷媒が循環する冷媒回路と、第二水熱交換器に輻射冷暖房用輻射パネル及び循環ポンプが接続された冷温水循環回路とからなり、室内空気の温度を検知する室温センサ及び冷温水循環回路を循環する冷温水の温度を検知する水温センサがそれぞれ設けられ、室温センサで検知された室温及び水温センサで検知された水温とそれぞれの設定温度とを比較して、冷房時の室温及び水温が共に各設定温度より高い場合、また、暖房時の室温及び水温が共に各設定温度より低い場合に、定速型圧縮機を稼働させるかあるいは可変型圧縮機の回転数を高め、且つ、輻射冷暖房用輻射パネルの水温が、冷房時の設定温度の場合、又は、暖房時の設定温度の場合には、定速型圧縮機を停止させるかあるいは可変型圧縮機の回転数を上記回転数よりも低めることを特徴とする。
本発明において、上記冷温水循環回路内の水温のみに基づいて、圧縮機を発停又はその回転数を制御するのではなく、更に室内空気の温度を検知する室温センサを設けて、室温センサで検知された室温及び水温センサで検知された水温とそれぞれの設定温度とを比較して、冷房時の室温及び水温が共に各設定温度より高い場合、また、暖房時の室温及び水温が共に各設定温度より低い場合に、定速型圧縮機を稼働させるかあるいは可変型圧縮機の回転数を高め、且つ、輻射冷暖房用輻射パネルの水温が、冷房時の設定温度の場合、又は、暖房時の設定温度の場合には、定速型圧縮機を停止させるかあるいは可変型圧縮機の回転数を上記回転数よりも低める。

本発明においては、前記第二水熱交換器と四方弁の間の冷媒配管に除湿用空気熱交換器を介装させることが好ましい。更に、前記四方弁と第一水熱交換器の間の冷媒配管に再熱用空気熱交換器を介装させたり、あるいは、前記第一水熱交換器及び減圧弁の間と四方弁及び圧縮機の吸入側の間との冷媒配管をバイパス管で接続し、バイパス管に開閉弁及び副減圧弁を介装させることが好ましい。
また、本発明の水熱源ヒートポンプ式輻射パネル用空調機は、前記四方弁と第一水熱交換器の間の冷媒配管に排気用空気熱交換器が接続され、前記第二水熱交換器と四方弁の間の冷媒配管に給気用空気熱交換器が接続されると共に、室内空気を排気用空気熱交換器と熱交換させて排出すると同時に、外気を給気用空気熱交換器と熱交換させて室内に導入することを特徴とする。
更に、上記除湿用空気熱交換器を設けた本発明の輻射パネル用空調機において、前記第二水熱交換器に複数の冷温水循環回路が接続され、この冷温水循環回路と複数の前記除湿用空気熱交換器が並列接続されると共に、上記冷温水循環回路を構成する各輻射冷暖房用輻射パネルと各除湿用空気熱交換器とを同一の空調空間に個別に配置することもできる。

従来の冷温水システムによる空調の水熱源の水温（冷房７℃、暖房５５℃）と輻射空調の水温（冷房１６℃、暖房３８℃）とに開きがあり、冷温水システムで輻射空調を行うには別系統の配管が必要になり、コスト的に導入の障害になっていた。しかし、本発明の水熱源ヒートポンプ式輻射パネル用空調機は、輻射冷暖房用輻射パネルがヒートポンプを構成する第二水熱交換器と同じ冷温水循環回路に組み込まれ、輻射パネルの出入口の水温を検知する水温センサの出力に基づいて、圧縮機の運転又は回転数を制御するものである。従って、水熱源の冷温水の配管系及び空調機の制御系を統一することが可能であるので、従来のシステムと比較して低コストで輻射空調を行うことができ、冷房と暖房の切り替えも容易である。
また、本発明の水熱源ヒートポンプ式輻射パネル用空調機を採用することにより、冷温水システムによる空調と輻射空調の併用が可能であり、新規建物だけでなく既存の建物にも容易に輻射空調を導入することができる。
本発明は、輻射パネルの冷熱源として水を使用するものであり、ヒートポンプの熱効率が向上するので、輻射パネルユニット及び空調機全体がコンパクトになり、省エネ及び省資源化に貢献できる。また、輻射パネルを個別分散した輻射空調が可能になる。しかも、水は熱容量が大きいので、負荷の変動に対し熱変動の小さい輻射空調が達成でき、かつ、輻射パネルを追加する場合にも、冷媒方式の輻射パネルに比較して柔軟に対応できる。また、輻射パネルを追加して設置する際の施工時に冷媒の漏洩の虞れがなく、地球環境に対して優しいシステムといえる。

輻射空調を冷房運転する場合、潜熱負荷に対応できないため、何らかの除湿対策を講じる必要があり、有効スペースの減少及びコストアップの要因となっていた。しかし、前記第二水熱交換器と四方弁の間の冷媒配管に空気熱交換器を接続させた請求項２に係る発明によれば、空気熱交換器が除湿器として機能するので、スペースの有効利用を図ることができる。請求項３に係る発明によれば、冷却・除湿機能を有する上記除湿用空気熱交換器と再熱機能を有する再熱用空気熱交換器を備えているので、中間期や梅雨時の吹出温度の低下を防止することができる。請求項４に係る発明によれば、冷媒回路の減圧弁の上流と四方弁の下流との間に開閉弁及び副減圧弁を介装したバイパス管を接続したものであるから、開閉弁を開弁させると、弱冷房と除湿処理を同時に行える。
請求項５に係る発明によれば、輻射空調に加えて、排気用及び給気用空気熱交換器の組合せからなる両熱交換器を外気処理機として動作させることができる。また、排気用空気熱交換器側で室内空気を熱源としてその熱の回収を給気用空気熱交換器側で行うので、冷暖房時のエネルギーロスが少なくなる。
また、請求項６に係る発明によれば、輻射パネルと除湿器として機能する空気熱交換器を個別分散したものであり、対をなす輻射パネル及び除湿用空気熱交換器を容易に増設でき、空調空間毎に輻射空調と除湿処理をきめ細かく行うことができる。

以下、本発明について詳細に説明する。
（第一の実施の形態）
図１は、本発明の水熱源ヒートポンプ式輻射パネル用空調機の基本的な回路図である。図１中の符号Ａは上記輻射パネル用空調機である。空調機Ａの冷媒回路１は、圧縮機２、四方弁３、第一水熱交換器４、減圧弁５、第二水熱交換器６、更に四方弁３、アキュムレータ７及び圧縮機２の順に冷媒が循環する。圧縮機２としては、定速型圧縮機でもインバータ方式等の可変型圧縮機のいずれであってもよい。
また、第一水循環回路８が、第一水熱交換器４、温水ボイラ９、クーリングタワー１０及び第一循環ポンプ１１から形成され、第二水循環回路（冷温水循環回路）１２が、第二水熱交換器６、輻射冷暖房用輻射パネル１３及び第二循環ポンプ１４から形成される。第一水循環回路８を形成する構成要素９〜１１の接続順序は任意であり、三方弁等の切替弁を介して温水ボイラ９とクーリングタワー１０を並列接続することが好ましい。第二水循環回路１２の第二循環ポンプ１４は往水管又は還水管のいずれに接続されていてもよい。第一水熱交換器４及び第二水熱交換器６は水−冷媒式熱交換器であり、水熱交換器４，６の内部に冷媒回路１を構成するパイプが配管接続されていて、空調機Ａの運転時に冷媒の潜熱と循環水とが熱交換する。
上記輻射パネル１３は、第二水循環回路１２に対して、ユニット化された複数のパネルを直列接続又は並列接続してもよい。更に、図８に示す冷凍機ａを第一水熱交換器４及び第二水熱交換器６に置き換えて、図８に示す１つ又は複数のファンコイルユニット群を空調機Ａに併設することができる。その場合、温水ボイラは、冷温水循環回路（図８）又は第一水循環回路８（図１）のいずれに接続していてもよい。

熱源側の第一水循環回路８を循環する水の温度は、一般に１５〜４５℃の範囲にあり、より具体的には冷房時で３２±２℃、暖房時で２５±２℃である。循環水は、冷房時にクーリングタワー１０により冷却され、暖房時に温水ボイラ９により加熱される。ボイラ９としては、水−燃焼ガス式熱交換器でも電気ヒータを加熱源とするものであってもよい。
利用側の第二水循環回路１２には、サーミスタ等で構成される水温センサ１５−１が取り付けられている。即ち、水温センサ１５−１は、輻射パネル１３の入口側水配管（往水管）又は出口側水配管（還水管）のいずれに取り付けてもよい。水温センサ１５−１で検知された水温は、空調機Ａのコントローラ１６に記憶させている設定温度と比較される。また、圧縮機２の制御と共に、第二循環ポンプ１４として可変型ポンプを用いて冷温水の循環流量を増減させることもできる。
本発明においては、室内空気の温度を検知する室温センサ１５−２を更に設置して、上記水温センサ１５−１との併用により、圧縮機２の発停又はその回転数を制御する。即ち、水温センサ１５−１で検知された水温及び室温センサ１５−２で検知された室温とそれぞれの設定温度とを比較して、冷房時の室温及び水温が共に各設定温度より高い場合、また、暖房時の室温及び水温が共に各設定温度より低い場合に、コントローラ１６を介して定速型圧縮機を稼働させるかあるいは可変型圧縮機の回転数を高める。室温センサ１５−２は、輻射パネル１３からの輻射熱など、熱的影響をさほど受けない空調室内の壁面等に設置され、空調機として後述の除湿用空気熱交換器やファンコイル等が設けられる場合には、これらに付属する送風機の吸込み経路に配設することもできる。

水熱源ヒートポンプ式輻射パネル用空調機Ａの動作を説明する。
冷房運転時には、四方弁３が実線で示すように切り替えられていて、第一水熱交換器４内部の冷媒配管は凝縮器として機能し、第二水熱交換器６内部の冷媒配管は蒸発器として機能する。また、冷房時には温水ボイラ９の運転は休止していて、第一水循環回路８の第一水熱交換器４内部を冷媒が通過する際に、冷媒は循環水と熱交換して凝縮し、循環水が例えば３７℃程度に加温される。加温された循環水は、クーリングタワー１０で例えば３２℃程度に冷却される。
一方、第二水循環回路１２の第二水熱交換器６内部を冷媒が通過する際に、冷媒は循環水と熱交換して蒸発し、循環水は冷却されて例えば１６℃程度の冷水となる。冷水は、室内に設置された冷房輻射パネル１３で加温される。冷水が輻射パネル１３内を通過する時の水温は、第二水循環回路１２に設けられた水温センサ１５-1で検知される。また、室温が室温センサ１５-2で検知され、センサ１５-1，１５-2で検知された水温及び室温は前記設定温度と比較される。冷房負荷が大きく、水温センサ１５-1で検知された水温が設定温度（例えば１８℃）より高く、かつ、室温センサ１５-2で検知された室温が設定温度より高いときは、例えば輻射パネル１３出口の水温が１６℃程度に低下するまで、コントローラ１６からの出力信号により定速型圧縮機を稼働させるか、あるいは容量可変型圧縮機を高速回転させる。なお、例えば輻射パネル１３出口の水温が１６〜１８℃の範囲にあるときは、圧縮機２の運転を停止するか又は低速回転させる。

空調機Ａの暖房運転時には、四方弁３が破線で示すように切り替えられ、第一水熱交換器４内部の冷媒配管は蒸発器として機能し、第二水熱交換器６内部の冷媒配管は凝縮器として機能する。また、暖房時にはクーリングタワー１０の運転は休止していて、第一水熱交換器４内部を冷媒が通過する際に、冷媒は循環水と熱交換して蒸発し、循環水が例えば２３℃程度に冷却される。そのため、ボイラ９で循環水を例えば２５℃程度に加温する。
また、第二水熱交換器６内部を冷媒が通過する際に、冷媒は循環水と熱交換して凝縮し、これにより加熱される循環水は例えば３８℃程度の温水となる。暖房輻射パネル１３内を通過する温水は、室内を加温しながら室内空気によって冷却され、その水温が前記水温センサ１５-1で検知される。また、室温が室温センサ１５-2で検知され、センサ１５-1，１５-2で検知された水温及び室温は、コントローラ１６に記憶された設定温度と比較される。暖房負荷が大きく、水温センサ１５-1で検知された水温が設定温度（例えば３６℃）より低く、かつ、室温センサ１５-2で検知された室温が設定温度より低いときは、例えば輻射パネル１３出口の水温が３９℃程度に上昇するまで、コントローラ１６からの出力信号により定速型圧縮機を運転させるか、あるいは容量可変型圧縮機を高速回転させる。なお、例えば輻射パネル１３出口の水温が３６〜３９℃の範囲にあるときは、圧縮機２の運転を停止するか又は低速回転させる。
ここで、容量可変型圧縮機としてインバータ方式の圧縮機２を採用することにより、第二水熱交換器６からの送水温度をよりきめ細かく制御することができる。また、冷暖房負荷の増大、例えば空調すべき居室の増設等で圧縮機２の能力の増強が必要になったときなど、空調機を新たに追加することなく素早く対応できる。

（第二の実施の形態）
図２は、本発明の水熱源ヒートポンプ式輻射パネル用空調機の第一変形例の回路図である。なお、図１に示す構成部材と同様の構成部材には図２以降の図面にも同じ符号を付して、重複する説明は省略する。
図２に示す空調機Ｂは、前記空調機Ａにおいて、除湿機能を持たせるために、第二水熱交換器６と四方弁３の間の冷媒配管に除湿用空気熱交換器１７を接続すると共に、空気熱交換器１７に室内空気を送風する除湿用ファン１８を追加したものである。空調機Ｂによれば、空気熱交換器１７で室内空気を冷却して、輻射パネル１３で処理できない潜熱負荷の処理を可能にするものである。

空調機Ｂの冷房運転時には、冷媒は、圧縮機２で圧縮された後四方弁３を通り、第一水熱交換器４で凝縮し、減圧弁５を経て減圧され、第二水熱交換器６及び除湿用空気熱交換器１７で蒸発し、四方弁３及びアキュムレータ７を経由して圧縮機２に戻り、冷媒回路１を循環する。この間、空調機Ａと同様に、第二循環ポンプ１４を駆動すると、冷媒は第二水熱交換器６内部で循環水と熱交換し、冷水が第二水循環回路１２の輻射パネル１３に送水されて輻射冷房に供される。更に、冷媒は空気熱交換器１７で除湿用ファン１８によって送風される室内空気と熱交換し、冷却された空気は強制対流により冷房に供される。この時、室内空気の露点温度が空気熱交換器１７内の冷媒の蒸発温度以上のときは除湿される。除湿用空気熱交換器１７での冷媒の蒸発温度を調整して、空気熱交換器１７で除湿される室内空気の露点温度より、輻射パネル１３の表面温度（例えば１６℃程度）は高く設定されているので、輻射パネル１３表面に結露が発生するようなことはない。
輻射パネル１３と除湿用空気熱交換器１７とを備えた空調機Ｂでは、冷房開始時に室内空気が所定の温度に低下するまで強制対流により室内を冷房し、その後空気熱交換器１７による弱冷房と輻射パネル１３による輻射冷房を組み合わせることが好ましい。
空調機Ｂの暖房運転時には、除湿用ファン１８の駆動を停止して空気熱交換器１７での室内空気との熱交換を行わない。暖房時にも冷媒は空気熱交換器１７内を流れるので、必要に応じて、三方弁又は電磁開閉弁及び逆止弁を接続したバイパス回路を設けて、空気熱交換器１７をバイパスするようにしてもよい。

（第三の実施の形態）
図３は、本発明の輻射パネル用空調機の第二変形例の回路図である。図３に示す空調機Ｃは、前記空調機Ｂにおいて、吹出温度の低下を防止するために、四方弁３と第一水熱交換器４の間の冷媒配管に再熱用空気熱交換器１９を接続したものである。
空調機Ｃの冷房運転時には、冷媒は、圧縮機２から四方弁３を通り、空気熱交換器１９及び第一水熱交換器４で凝縮し、減圧弁５を経て減圧され、第二水熱交換器６及び除湿用空気熱交換器１７で蒸発し、四方弁３及びアキュムレータ７を経由して圧縮機２に戻り、冷媒回路１を循環する。この間、室内空気は、空調機Ｂと同様に、除湿用空気熱交換器１７で冷却されて冷房に供され、その露点温度が空気熱交換器１７内の冷媒の蒸発温度以上のときは除湿される。更に、冷却・除湿された室内空気は、除湿用ファン１８によって再熱用空気熱交換器１９に送風され、冷媒と熱交換して再熱された後、空調機Ｃの吹出口から室内に送風される。
空調機Ｃの暖房運転時には、除湿用ファン１８の駆動を停止して空気熱交換器１７及び空気熱交換器１９での室内空気との熱交換を行わない。暖房時でも冷媒は空気熱交換器１７，１９内を流れるので、必要に応じて、三方弁又は電磁開閉弁及び逆止弁を接続したバイパス回路を設けてもよい。
上述の空調機Ｃは、冷却・除湿機能と再熱機能を備えているので、例えば梅雨時に除湿運転のみを行うことができる。

（第四の実施の形態）
図４は、本発明の輻射パネル用空調機の第三変形例の回路図である。図４に示す空調機Ｄは、前記空調機Ｂにおいて、第一水熱交換器４及び減圧弁５の間の冷媒配管と四方弁３及びアキュムレータ７の間の冷媒配管とをバイパス管２０で接続し、バイパス管２０に電磁開閉弁２１及び副減圧弁２２を接続したものである。
空調機Ｄの冷暖房運転は、空調機Ｂと同様に行われる。ただし、空調機Ｄは、前記空調機Ｃの再熱用空気熱交換器１９に代えてバイパス管２０を設けたものであり、冷房時に前記水温センサ１５-1で検知された水温が設定温度、例えば１６℃より低いときに電磁開閉弁２１を開弁させる。また、室温センサ１５-2で検知された室温が設定温度より低いときに、あるいは、センサ１５-1，１５-2で検知された水温及び室温が共に設定温度より低いときに、電磁開閉弁２１を開弁させてもよい。電磁開閉弁２１が開弁すると、除湿用空気熱交換器１７に流れる冷媒量が減少し、空気熱交換器１７内の冷媒の蒸発温度が上昇する。従って、空調機Ｄは、空気熱交換器１７による弱冷房運転を行いながら、室内空気の除湿処理を行うことができる。

（第五の実施の形態）
図５は、本発明の輻射パネル用空調機の第四変形例の回路図である。図５に示す空調機Ｅは、図１に示す空調機Ａにおいて、外気処理機能を持たせるために、四方弁３及び第一水熱交換器４と第二水熱交換器６及び四方弁３との間の冷媒配管に、それぞれ排気用空気熱交換器２３及び給気用空気熱交換器２４を接続すると共に、排気ファン２５及び給気ファン２６をそれぞれ排気用空気熱交換器２３及び給気用空気熱交換器２４に追加したものである。
空調機Ｅの冷房運転時には、四方弁３が実線で示すように切り替えられていて、排気用空気熱交換器２３は凝縮器として機能し、給気用空気熱交換器２４は蒸発器として機能する。そして、給気ファン２６によって室内に導入される外気を給気用熱交換器２４で熱交換して冷房・除湿に供すると同時に、室内空気を排気ファン２５によって排気用熱交換器２３で熱交換して室外に排出する。
空調機Ｅの暖房運転時には、四方弁３が破線で示すように切り替えられ、給気用空気熱交換器２４は凝縮器として機能し、排気用空気熱交換器２３は蒸発器として機能する。そして、給気ファン２６によって室内に導入される外気を給気用熱交換器２４で熱交換して暖房に供すると同時に、室内空気を排気ファン２５によって排気用熱交換器２３で熱交換して室外に排出する。

空調機Ｅによれば、輻射パネル１３による輻射冷暖房の他に、ファン２５，２６によって外気処理することができる。この外気処理機能付き空調機Ｅは、室内空気の排出量及び外気の導入量を任意に調整できるように、室内空気排出口及び外気取入口近傍に例えばダンパを設けることができる。更に、給気ファン２６の吸引側経路に外気と室内空気の導入を切り替える切替ダンパを設けておき、排気ファン２５の駆動停止とダンパの切り替えにより、給気ファン２６を一時的に室内空気循環ファンとして機能させることができる。
また、空調機Ｅによれば、冷房時には室外空気ではなく冷却された室内空気により排気用空気熱交換器２３で熱交換されるものであるから、凝縮温度が低下し、給気用熱交換器２４の冷房性能が向上する。一方、暖房時には室外空気ではなく暖かい室内空気が排気用空気熱交換器２３で熱交換されるものであるから、給気用熱交換器２４の暖房性能が向上する。従って、排気用空気熱交換器２３側で室内空気を熱源とし、その熱源を給気用空気熱交換器側で回収するので、空調機Ｅ全体のエネルギーロスが少なくなる。

（第六の実施の形態）
図６は、本発明の輻射パネル用空調機の第五変形例の回路図である。図６に示す空調機Ｆは、図２に示す空調機Ｂにおいて、各部屋毎に冷暖房及び除湿処理が行えるよう、輻射パネル１３及び除湿用空気熱交換器１７を互いに並列に接続した輻射パネル用空調機の回路図である。
空調機Ｆは、第二水熱交換器６に第二水循環回路１２ａ〜１２ｃが併設され、水循環回路１２ａ〜１２ｃにはそれぞれ冷暖房用輻射パネル１３ａ〜１３ｃ及び第二循環ポンプ１４ａ〜１４ｃが接続されると共に、各水循環回路１２ａ〜１２ｃに水温センサ１５-1ａ〜１５-1ｃが取り付けられている。また、第二水熱交換器６と四方弁３の間の冷媒配管に除湿用空気熱交換器１７ａ〜１７ｃが並列に接続し、この並列回路と上記冷媒配管との接続部に三方弁２７ａ，２７ｂを接続して空気熱交換器１７ａ〜１７ｃをバイパスできるようなっている。各空気熱交換器１７ａ〜１７ｃには、室内空気を送風する送風機１８ａ〜１８ｃが付設されており、各熱交換器１７ａ〜１７ｃの入口に接続する冷媒配管に電磁弁２８ａ〜２８ｃが介装されている。更に、各部屋毎に又は各送風機１８ａ〜１８ｃの吸込み経路に室温センサ１５-2ａ〜１５-2ｃが設置されている。
このような空調機Ｆは、輻射パネル１３ａと送風機１８ａ及び除湿用空気熱交換器１７ａとが１つの部屋に設置され、同様に、輻射パネル１３ｂ，…と送風機１８ｂ，…及び除湿用空気熱交換器１７ｂ，…とが別の１つ又は複数の部屋に設置される。

例えば、輻射パネル１３ａと除湿用空気熱交換器１７ａとが設置された部屋を冷房・除湿する場合、第二水熱交換器６を通過した冷媒は、三方弁２７ａ、電磁弁２８ａ、空気熱交換器１７ａ、三方弁２７ｂを通って、四方弁３及びアキュムレータ７を経由して圧縮機２に戻る。そして、前記空調機Ｂと同様にして、送風機１８ａの回転による冷房・除湿及び第二循環ポンプ１４ａの駆動による輻射冷房が行われる。また、複数の除湿用空気熱交換器１７ａ，１７ｂ，…のうちのいずれか１つを作動させると、冷媒は上述のように流れる。しかし、空気熱交換器１７ａ，１７ｂ，…の全てが不作動状態にある時、第二水熱交換器６を通過した冷媒は、空気熱交換器１７ａ，１７ｂ，…をバイパスして三方弁２７ａから直接三方弁２７ｂに流れる。
空調機Ｆの暖房運転時には、空気熱交換器１７ａ〜１７ｃを利用しないので、圧縮機２により加圧された冷媒は四方弁３を通過して三方弁２７ｂから直接三方弁２７ａに流れ、第二水熱交換器６で凝縮される。そして、前記空調機Ｂと同様にして、第二循環ポンプ１４ａ，１４ｂ，…の駆動による１つ又は複数の部屋の輻射暖房が行われる。

本発明の水熱源ヒートポンプ式輻射パネル用空調機Ｆにおいて、各第二水循環回路１２ａ〜１２ｃに対応して循環ポンプ１４ａ〜１４ｃを接続する必要はなく、第二水熱交換器６と水循環回路１２ａ〜１２ｃの並列回路との間の水配管に１つの循環ポンプを設けることができる。また、図４に示すバイパス管２０を前述の冷媒配管に接続してもよい。その場合、冷房時に水温センサ１５-1ａ，１５-1ｂ，…で検知された水温、あるいは室温センサ１５-2ａ，１５-2ｂ，…で検知された室内温度が設定値以下に低下した時に、当該部屋に設置された水温センサ１５-1及び／又は室温センサ１５-2の出力信号により、対応する電磁開閉弁２１ａ，２１ｂ，…を開弁させればよい。
本発明において、図３に示す再熱用空気熱交換器１９を前記除湿用空気熱交換器１７ａ〜１７ｃと同様に並列接続し、複数の各再熱用空気熱交換器を個別の部屋に設置して、前記空調機Ｆと組み合わせることにより、各部屋毎に吹出温度の低下を防止してもよい。同様に、図５に示す排気用空気熱交換器２３及び給気用熱交換器２４をそれぞれ並列接続し、これらの各排気用及び給気用空気熱交換器を個別の部屋に設置して、各部屋毎に外気処理を行えるようにしてもよい。

（第七の実施の形態）
図７は、本発明の輻射パネル用空調機の第六変形例の回路図である。図７に示す空調機Ｇは、図１に示す水熱源ヒートポンプ式空調機Ａを複数並列に接続して、第一水熱交換器４の水配管系を統合したものである。
具体的には、符号３０は図１に示す冷媒回路１からなる水熱源ヒートポンプであり、第二水熱交換器６と四方弁３の間の冷媒配管に冷暖房用空気熱交換器（図示せず）が接続されている。ヒートポンプ３０-1ａ，３０-1ｂ，…，３０-1ｎ；３０-2ａ，３０-2ｂ，…，３０-2ｎの各々には、第二水熱交換器６、輻射冷暖房用輻射パネル１３-1ａ〜１３-1ｎ；１３-2ａ〜１３-2ｎ及び第二循環ポンプ１４-1ａ〜１４-1ｎ；１４-2ａ〜１４-2ｎからなる第二水循環回路１２-1ａ〜１２-1ｎ；１２-2ａ〜１２-2ｎが形成されている（便宜上、図７にはヒートポンプ３０-1ｎ，３０-2ｎにしか図示していない）。
一方、ヒートポンプ群３０-1ａ〜３０-1ｎ及びヒートポンプ群３０-2ａ〜３０-2ｎの第一水熱交換器４は並列接続していて、これらの第一水熱交換器４の水配管系は１つの第一水循環回路３１に統合されている。第一水循環回路３１には、クーリングタワー３２、温水ボイラ３３及び第一循環ポンプ３４が接続している。更に、第一水循環回路３１には、クーリングタワー３２をバイパスする第一バイパス管３５、及び温水ボイラ３３をバイパスする第二バイパス管３６が接続している。第一バイパス管３５及び第二バイパス管３６と第一水循環回路３１の接続部には、それぞれ第一の三方弁３７及び第二の三方弁３８が接続している。第一水循環回路３１内の循環水は、冷房時にクーリングタワー３２により約３２℃に冷却され、暖房時に温水ボイラ３３により約２５℃に加熱される。

空調機Ｇは、個別分散型水熱源ヒートポンプ３０-1ａ〜３０-1ｎ；３０-2ａ〜３０-2ｎの冷却水システムに輻射冷暖房用輻射パネル１３-1ａ〜１３-1ｎ；１３-2ａ〜１３-2ｎを付設したものである。ヒートポンプ３０は、各部屋毎に分散設置され、個別でもグループ毎にでも冷暖房が行える。しかも、冷房運転中のヒートポンプと暖房運転中のヒートポンプが混在した場合、冷房運転中のヒートポンプは第一水循環回路３１の熱源水に熱を放出するが、暖房運転中のヒートポンプは第一水循環回路３１の熱源水から熱を奪うので、両者は相互に熱の授受を行うことになる。従って、クーリングタワー３２や温水ボイラ３３の負荷が軽減され、冷房運転中のヒートポンプと暖房運転中のヒートポンプの負荷がバランスしたときは、第一水循環回路３１中の第一循環ポンプ３４のみを稼働させて、クーリングタワー３２及び温水ボイラ３３の運転を休止すればよい。
以上のような水熱源ヒートポンプ式輻射パネル用空調機Ｇは、冷房と暖房の切り替えが個別に行える。特に、中間期等に冷房及び暖房運転の空調機が混在すると、水熱源の第一水熱交換器４に接続するクーリングタワー３２又は温水ボイラ３３の負荷が軽減され、空調機の省エネ運転が可能となる。しかも、水熱源の冷温水の配管系及び空調機の制御系が統一されているので、従来の冷温水システムと異なって、輻射空調を行うための別系統の配管を敷設する必要がなく、輻射冷暖房用輻射パネル１３を比較的簡単に付設ないしは増設できる。また、ヒートポンプ３０の利用側水熱交換器である各第二水熱交換器６に輻射パネル１３が個別に配管接続されるため、輻射パネル１３を追加する場合、冷媒方式の輻射パネルに比較して柔軟に対応できる。

図７に示す空調機Ｇは、各ヒートポンプ３０-1ａ〜３０-1ｎ；３０-2ａ〜３０-2ｎ全てに輻射冷暖房用輻射パネル１３-1ａ〜１３-1ｎ；１３-2ａ〜１３-2ｎを付設しなくてもよく、任意に増設することが可能である。また、ヒートポンプ３０に組み込まれている冷暖房用空気熱交換器に代えて、輻射パネル１３が接続される第二水熱交換器６にファンコイル式熱交換器を接続することができる。
空調機Ｇにおいて、各ヒートポンプ３０の冷媒回路１中に、図２に示す除湿用空気熱交換器１７を介在させてもよい。あるいは、上記冷暖房用空気熱交換器を除湿用空気熱交換器として利用することもできる。更に上記除湿用空気熱交換器１７に加えて、図３に示す再熱用空気熱交換器１９、図４に示すバイパス管２０、又は図５に示す排気用空気熱交換器２３及び給気用熱交換器２４を冷媒回路１中に介在させることもできる。

本発明の一実施例を示す水熱源ヒートポンプ式輻射パネル用空調機の回路図である。 本発明の輻射パネル用空調機の第一変形例を示す回路図である。 本発明の輻射パネル用空調機の第二変形例を示す回路図である。 本発明の輻射パネル用空調機の第三変形例を示す回路図である。 本発明の輻射パネル用空調機の第四変形例を示す回路図である。 図２に示す輻射パネル及び除湿用空気熱交換器を個別に分散した水熱源ヒートポンプ式輻射パネル用空調機の回路図である。 個別分散型水熱源ヒートポンプの冷却水システムに輻射冷暖房用輻射パネルを付設した本発明の輻射パネル用空調機の回路図である。 従来の水熱源ヒートポンプ式空調装置の一例を示す回路図である。

符号の説明

１・・・ 冷媒回路、２・・・ 圧縮機、３・・・ 四方弁、４・・・ 第一水熱交換器、５・・・ 減圧弁、６・・・ 第二水熱交換器、８・・・ 第一水循環回路、１２・・・ 第二水循環回路、１３・・・ 輻射冷暖房用輻射パネル、１４・・・ 第二循環ポンプ、１５-1・・・ 水温センサ、１５-2・・・ 室温センサ、１６・・・ コントローラ、１７・・・ 除湿用空気熱交換器、１８・・・ 除湿用ファン、１９・・・ 再熱用空気熱交換器、２０・・・ バイパス管、２１・・・ 電磁開閉弁、２２・・・ 減圧弁、２３・・・ 排気用空気熱交換器、２４・・・ 給気用空気熱交換器、２５・・・ 排気ファン、２６・・・ 給気ファン、３０・・・ 水熱源ヒートポンプ、Ａ〜Ｇ・・・ 水熱源ヒートポンプ式輻射パネル用空調機。

Claims (6)

1. 圧縮機として定速型圧縮機又は可変型圧縮機を用い、圧縮機、四方弁、第一水熱交換器、減圧弁、第二水熱交換器、四方弁及び圧縮機の順に冷媒が循環する冷媒回路と、第二水熱交換器に輻射冷暖房用輻射パネル及び循環ポンプが接続された冷温水循環回路とからなり、室内空気の温度を検知する室温センサ及び冷温水循環回路を循環する冷温水の温度を検知する水温センサがそれぞれ設けられ、室温センサで検知された室温及び水温センサで検知された水温とそれぞれの設定温度とを比較して、冷房時の室温及び水温が共に各設定温度より高い場合、また、暖房時の室温及び水温が共に各設定温度より低い場合に、定速型圧縮機を稼働させるかあるいは可変型圧縮機の回転数を高め、且つ、輻射冷暖房用輻射パネルの水温が、冷房時の設定温度の場合、又は、暖房時の設定温度の場合には、定速型圧縮機を停止させるかあるいは可変型圧縮機の回転数を上記回転数よりも低めることを特徴とする水熱源ヒートポンプ式輻射パネル用空調機。
2. 前記第二水熱交換器と四方弁の間の冷媒配管に、除湿用空気熱交換器が接続されていることを特徴とする請求項１記載の水熱源ヒートポンプ式輻射パネル用空調機。
3. 前記四方弁と第一水熱交換器の間の冷媒配管に、再熱用空気熱交換器が接続されていることを特徴とする請求項２記載の水熱源ヒートポンプ式輻射パネル用空調機。
4. 前記第一水熱交換器及び減圧弁の間の冷媒配管と四方弁及び吸入側の圧縮機の間の冷媒配管とをバイパス管で接続し、バイパス管に開閉弁及び副減圧弁が接続されていることを特徴とする請求項２記載の水熱源ヒートポンプ式輻射パネル用空調機。
5. 前記四方弁と第一水熱交換器の間の冷媒配管に排気用空気熱交換器が接続され、前記第二水熱交換器と四方弁の間の冷媒配管に給気用空気熱交換器が接続されると共に、室内空気を排気用空気熱交換器と熱交換させて排出すると同時に、外気を給気用空気熱交換器と熱交換させて室内に導入することを特徴とする請求項１記載の水熱源ヒートポンプ式輻射パネル用空調機。
6. 前記第二水熱交換器に複数の冷温水循環回路が接続され、複数の前記除湿用空気熱交換器が並列接続されると共に、上記冷温水循環回路を構成する各輻射冷暖房用輻射パネルと各除湿用空気熱交換器とが同一の空調空間に個別に配置されていることを特徴とする請求項２記載の水熱源ヒートポンプ式輻射パネル用空調機。

Images