JP4550127B2 - 水熱源ヒートポンプ空調システム - Google Patents

Description

本発明は水熱源ヒートポンプ空調システムに関するものである。

建物の被空調空間を複数の水熱源ヒートポンプ式空調機で空調するシステムでは、水熱源ヒートポンプ式空調機を運転するための熱源水が循環する熱源水回路と、水熱源ヒートポンプ式空調機の運転可能水温範囲に前記熱源水を調節するボイラー及びクーリングタワーなどの熱源装置と、を備えていた。

特開２００１−３０４６１８号公報

このような熱源装置を運転するには石油やガス、電気などのエネルギーが必要で、運転コストが高く、ＣＯ２増加やヒートアイランドの原因となる。

本発明は上記課題を解決するため、建物の被空調空間を空調する複数の水熱源ヒートポンプ式空調機と、この水熱源ヒートポンプ式空調機を運転するための熱源水が循環する熱源水回路と、前記建物で発生する生活排水を溜めて蓄熱水とすると共にこの蓄熱水を排水自在な複数の水槽と、を備え、前記熱源水回路に、前記蓄熱水で前記熱源水を熱交換して水温調節する熱源用熱交換器を、前記水槽毎に設け、複数の前記水槽のうちの一つで前記熱源水をヒーポン運転可能水温範囲に水温調節させると共にこのヒーポン運転可能水温範囲に前記熱源水を水温調節困難な状態へ前記蓄熱水が移行する場合に他の前記水槽で前記熱源水を前記ヒーポン運転可能水温範囲に水温調節させかつ前記水温調節困難な状態の前記蓄熱水を前記水槽から排水させて空き水槽とすると共にこの空き水槽に前記建物で発生する生活排水を注水させて溜めるサイクルを繰返させる制御手段を、設けたことを最も主要な特徴とする。

請求項１の発明によれば
（１）ボイラー及びクーリングタワーなどの熱源装置が不要で、低コストで水熱源ヒートポンプ空調システムを構築できる。熱源装置運転用の石油やガス、電気が不要で、無駄に捨てられていた生活排水の熱エネルギーを再利用して低コストで水熱源ヒートポンプ式空調機を冷暖房運転できるので、大幅な省エネとヒートアイランド防止に効果大である。
（２）水槽ひとつで熱源水を連続して熱交換すると蓄熱水温が変化し続けて、ヒーポン運転可能水温範囲に熱源水を水温調節困難な状態へ蓄熱水が移行し、水熱源ヒートポンプ式空調機の連続運転が困難となるが、本発明では、水槽を切換えてヒーポン運転可能水温範囲に熱源水を水温調節できる蓄熱水を常時使用するので、水熱源ヒートポンプ式空調機を確実に連続運転できて、冷暖房運転が安定し、快適な空調を行える。しかも、連続運転のため余分に水槽を大きくする必要がなく、水槽のコンパクト化を図れる。
（３）水槽の数を増減するだけで、水熱源ヒートポンプ式空調機の連続運転時間を自由に設定でき、各種条件に応じた最適な水熱源ヒートポンプ空調システムを設計構築できる。
（４）水槽ひとつで生活排水を継ぎ足しながら熱源水を熱交換すると蓄熱水と熱源水との温度差が小さくて、熱源水の保有する水量当たりのヒーポン運転用熱エネルギーが少なくなるが、本発明では水槽の蓄熱水を全て入替えて、常に蓄熱水と熱源水の温度差を大きくしているので、熱源水の保有する水量当たりのヒーポン運転用熱エネルギーが多くなり、水熱源ヒートポンプ式空調機運転時のＣＯＰが向上し、水槽のコンパクト化を図れる。

図１は、本発明の水熱源ヒートポンプ空調システムの一実施例を示しており、この水熱源ヒートポンプ空調システムは、冷房運転・暖房運転切換自在として図示省略の建物の被空調空間を空調する複数の水熱源ヒートポンプ式空調機１…と、この水熱源ヒートポンプ式空調機１を運転するための熱源水が循環する熱源水回路２と、前記建物で発生する生活排水を溜めて蓄熱水とすると共にこの蓄熱水を排水自在な複数の水槽３…と、を備えている。熱源水回路２は送水ポンプ４を備え、水熱源ヒートポンプ式空調機１のヒーポン用水熱交換器５が通水自在に接続される。熱源水は、送水ポンプ４により流量調節自在として白抜きの矢印方向に送られて、水熱源ヒートポンプ式空調機１に入り、ヒーポン用水熱交換器５にて後述の循環冷媒と熱交換された後、熱源水回路２に戻り循環する。

熱源水回路２には、水槽３内において蓄熱水と熱源水を熱交換して熱源水の水温調節をする熱源用熱交換器６を、水槽３毎に設ける。８は制御手段で、複数の水槽３のうちの一つで熱源水をヒーポン運転可能水温範囲に水温調節させると共にこのヒーポン運転可能水温範囲に熱源水を水温調節困難な状態へ蓄熱水が移行する場合に他の水槽３で熱源水をヒーポン運転可能水温範囲に水温調節させかつ前記水温調節困難な状態の蓄熱水を水槽３から排水させて空き水槽とすると共にこの空き水槽に建物で発生する生活排水を注水させて溜めるサイクルを繰返させるものである。熱源水のヒーポン運転可能水温範囲（水熱源ヒートポンプ式空調機１の冷暖運転可能水温範囲）は、例えば１０〜４５℃である。なお、本発明において、生活排水とは、建物内の生活機器９で使用された洗面、風呂、調理、湯沸などの排水と、雨水とを含むものとする。

この生活排水が大量に発生するホテルや病院などの各種施設の建物では、例えば生活排水を水槽３に集めて浄化し、送水ポンプでトイレ１０…の給水管に流して、略常温（例えば夏期では２０〜２５℃、冬期では１０℃〜１５℃）のし尿処理水を建物外へ排水している。熱源用熱交換器６は管状で、水槽３内に熱源用熱交換器６を、蓄熱水と熱源水を熱交換自在として内設させているが、これ以外の構造構成としたり、水槽３を浄化用以外の水槽とするも自由である。水槽３の蓄熱水は、常温排水と風呂や湯沸などの高温排水が混合されるため常温を超える温度（例えば２０℃〜２５℃）となる。

一部図示省略するが、水熱源ヒートポンプ式空調機１は、ケーシング内にヒートポンプ１３と給気用ファン１４とを備え、このヒートポンプ１３は、循環冷媒の蒸発工程と凝縮工程であって互いに異なる工程を行う給気用空気熱交換器１５及びヒーポン用水熱交換器５と、循環冷媒を圧縮する圧縮機１６と、循環冷媒を膨張させる膨張弁等の減圧機構と、給気用空気熱交換器１５及びヒーポン用水熱交換器５の蒸発工程と凝縮工程を切換えるバルブ等の冷媒流路切換機構と、を少なくとも備え、これらを冷媒が循環するように配管接続して成る。このヒートポンプ１３の空気熱交換器１５にて空調用空気を冷却又は加熱し、冷房運転と暖房運転を切換自在に行い、被空調空間に給気して空調する。

制御手段８は、水槽３の蓄熱水温度を検出する蓄熱水温度検出器１８と、ヒーポン用水熱交換器５の熱源水入口側の熱源水温度を検出する熱源水入口温度検出器２５と、複数の熱源用熱交換器６のひとつへ選択的に熱源水を流す熱源水路切換機構７と、複数の水槽３のひとつから選択的に蓄熱水を排水させる蓄熱水排水機構１９と、複数の水槽３のひとつへ選択的に生活排水を注水する生活排水注水路切換機構２０と、複数の水槽３のひとつから選択的にトイレ１０への給水管へトイレ処理用水を供給するトイレ処理水路切換機構２４と、蓄熱水温度検出器１８又は／及び熱源水入口温度検出器２５で検出された蓄熱水温度又は／及び熱源水温度に応じて空き水槽とすべき水槽３（ヒーポン運転可能水温範囲に熱源水を水温調節困難な状態へ蓄熱水が移行する水槽３）及び他の水槽３（ヒーポン運転可能水温範囲に熱源水を水温調節できる蓄熱水を溜めた水槽３）を選定し常時ヒーポン運転可能水温範囲内に熱源水を水温調節するように熱源水路切換機構７と蓄熱水排水機構１９と生活排水注水路切換機構２０とトイレ処理水路切換機構２４へ制御信号を出力する制御器２１と、を備え、水熱源ヒートポンプ式空調機１の省エネ連続運転を自動的に行えるようにしている。

なお、蓄熱水温度検出器１８と熱源水入口温度検出器２５の一方を省略するも自由で、蓄熱水温度検出器１８のみの場合は、ヒーポン運転可能水温範囲に熱源水を水温調節できる水温範囲を設定し、これと蓄熱水温度検出器１８で検出された蓄熱水温度とを比較して上記制御をし、熱源水入口温度検出器２５のみの場合は、ヒーポン運転可能水温範囲を設定し、これと熱源水入口温度検出器２５で検出された熱源水温度とを比較して上記制御をする。

図例では、生活排水注水路切換機構２０と蓄熱水排水機構１９は落差を利用して生活排水を注水、蓄熱水を排水するようにしているが、送水ポンプを用いて生活排水を注水、蓄熱水を排水するも自由である。なお、生活排水の注水、蓄熱水の排水のシーケンスは図示省略のタイマーや水量検出器などを用いて制御すればよく、その手段や構成の変更は自由である。また、熱源水路切換機構７は、三方弁などの制御弁で流路を切換えて熱源水が所定の熱源用熱交換器６に流れるように構成し、蓄熱水排水機構１９は、水槽３に設けた排水管１１と、排水管１１に設けた開閉弁や流量調整弁などの制御弁１２と、にて蓄熱水を水槽３から排水自在として構成し、生活排水注水路切換機構２０は、水槽３への給水管２２と三方弁などの制御弁２３で流路を切換えて生活排水が所定の水槽３に供給されるように構成し、トイレ処理水路切換機構２４は、汲上管と三方弁などの制御弁で流路を切換えて所定の水槽３から蓄熱水を汲み上げるように構成しているが、トイレ処理水路切換機構２４、熱源水路切換機構７、蓄熱水排水機構１９及び生活排水注水路切換機構２０の構成の変更は自由である。また、水槽３の数を２以上とするも自由である。

なお、前記実施例において、水熱源ヒートポンプ式空調機１の台数の増減は自由である。熱源水回路２はダイレクトレターン方式、リバースレターン方式やこれらの併用方式など各種の方式に変更自由である。さらに、トイレ処理水路切換機構２４を省略し、水槽３の蓄熱水をトイレ処理に利用しないようにするも自由である。また、必要に応じてクーリングタワーやボイラーなどの熱源装置を熱源水回路２に併設するも自由である。

本発明の水熱源ヒートポンプ空調システムの実施例である。

符号の説明

１ 水熱源ヒートポンプ式空調機
２ 熱源水回路
３ 水槽
６ 熱源用熱交換器
８ 制御手段

Claims (1)

1. 建物の被空調空間を空調する複数の水熱源ヒートポンプ式空調機（１）と、この水熱源ヒートポンプ式空調機（１）を運転するための熱源水が循環する熱源水回路（２）と、前記建物で発生する生活排水を溜めて蓄熱水とすると共にこの蓄熱水を排水自在な複数の水槽（３）と、を備え、前記熱源水回路（２）に、前記水熱源ヒートポンプ式空調機（１）のヒーポン用水熱交換器（５）を通水自在に接続すると共に、前記熱源水回路（２）に、前記水槽（３）内において前記蓄熱水と前記熱源水を熱交換して前記熱源水の水温調節をする熱源用熱交換器（６）を、前記水槽（３）毎に設け、複数の前記水槽（３）のうちの一つで前記熱源水をヒーポン運転可能水温範囲に水温調節させると共にこのヒーポン運転可能水温範囲に前記熱源水を水温調節困難な状態へ前記蓄熱水が移行する場合に他の前記水槽（３）で前記熱源水を前記ヒーポン運転可能水温範囲に水温調節させかつ前記水温調節困難な状態の前記蓄熱水を前記水槽（３）から排水させて空き水槽とすると共にこの空き水槽に前記建物で発生する生活排水を注水させて溜めるサイクルを繰返させる制御手段（８）を、設けたことを特徴とする水熱源ヒートポンプ空調システム。

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