JP5827717B2 - ヒートポンプ付ファンコイル式放射空調パネル用空調機 - Google Patents

Description

本発明は、放射冷暖房、空調冷暖房及び外気処理を行うヒートポンプ付ファンコイル式放射空調パネル用空調機に関するものである。

従来、ヒートポンプ式の冷凍サイクルの空調機としては、例えば、特許文献１に開示されるように、ファンコイルと、冷凍サイクルとしてのいわゆるヒートポンプとを組み合わせたものがある。

また、特許文献２には、流体を循環させ、その流体の放射熱を放出する放射空調パネルと、放射空調パネルに生じる結露により水滴が天井や室内に落下することを防止するための除湿装置とを有する空調機が開示されている。

特開平９−１９６４２２号公報 特開２００８−５１４６８号公報

ところで、特許文献２に開示されるような放射空調パネルを使用した空調機において、結露を防止するための別途の除湿装置を設ける必要があった。

この点について本発明者らは、特許文献１に開示されるファンコイル及びヒートポンプを用いた空調機と、特許文献２に開示される、放射空調パネルを用いた空調機を組み合わせることができれば、夫々の利点を生かすことができることに着目した。具体的には、ファンコイル及びヒートポンプにより潜熱負荷の処理を行い、放射空調パネルにより顕熱負荷の処理を行うと共に、ファンコイル、ヒートポンプ及び放射空調パネルの負荷配分を調整することで、空調機全体としての運転負荷をきめ細かく制御することができる。

なお、ファンコイルで使用される冷温水の温度は、例えば冷房の場合で７℃及び暖房の場合で４５℃であり、その一方で、放射空調パネルに用いられる循環水は、冷房の場合で１６℃及び暖房の場合で３４℃である。したがって、ファンコイルと、放射空調パネルとを組み合わせて用いる空調機においては、ファンコイルで使用する冷温水を供給する配管と、放射空調パネルに用いられる循環水と熱交換を行うための冷温水を供給する配管とは、内部を流れる水の温度が異なっており、夫々別個の系統として設ける必要がある。この場合、設備設計が複雑になるとともに、施工等のコストが掛かるという問題がある。

発明者らはこの点について鋭意検討し、ファンコイルにおいて熱交換を行った後の冷温水を、放射空調パネルの循環水との熱交換に用い、さらにヒートポンプ用の吸排熱用の熱源として用いるような構成とすれば、ファンコイルで使用する冷温水を供給する配管と、放射空調パネルに用いられる循環水と熱交換を行うための冷温水を供給する配管と、ヒートポンプ用の吸排熱用の熱源としての冷温水を供給する配管とを共用できるようになり、その結果、特許文献１に開示されるファンコイル及びヒートポンプを用いた空調機と、特許文献２に開示される放射空調パネルを用いた空調機を組み合わせた場合においても、配管系統が複雑化するのを避けることができると共に、空調機の省エネルギー化を図ることができるとの着想を得た。

また、上述の冷温水は通常、空調機の外部に設けられた例えばボイラや冷凍機の組み合わせからなる中央熱源から供給されるが、一般に中央熱源から供給される際の冷温水の温度と中央熱源に戻る際の冷温水の温度との差が大きいほど中央熱源における熱効率が向上する。この点、ファンコイルにおいて熱交換を行った後の冷温水を、放射空調パネルの循環水との熱交換に用い、さらにヒートポンプ用の吸排熱用の熱源として用いるような構成とすることで空調機における冷温水の熱回収ロスを最小限とし、冷温水の空調機入口と出口との温度差、即ち中央熱源から供給される際の冷温水の温度と中央熱源に戻る際の冷温水の温度との差を従来よりも大きくすることができるので、中央熱源を含めたシステム全体の省エネルギー化も期待できる。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、ヒートポンプを備えたファンコイル式の空調機に、放射空調パネルを追加し、放射空調を行うとともに、空調のピーク負荷時等に放射空調では対応することができない空調負荷を、ファンコイルとヒートポンプの空気熱交換器で処理し、放射空調では処理できない潜熱負荷をファンコイルとヒートポンプの空気熱交換器で補い、外気処理をファンコイルとヒートポンプの空気熱交換器で行うにあたり、空調機の設置コストを低減すると共に、空調機における冷温水の熱回収ロスを最小限とすることを目的としている。

前記の目的を達成するための本発明は、放射冷暖房、空調冷暖房及び外気処理を行うヒートポンプ付ファンコイル式放射空調パネル用空調機であって、空調用の冷温水を通水する冷温水配管に設けられ、送風機から送風される空気と前記冷温水配管内の冷温水との間で熱交換を行うファンコイルと、前記冷温水配管内の冷温水と圧縮機に接続された冷媒配管内の冷媒との間で熱交換を行うヒートポンプ用水対冷媒熱交換器と、空調機の外部に設けられた放射空調パネルに接続された循環水路内の循環水と前記冷温水配管内の冷温水との間で熱交換を行う放射空調用水対水熱交換器と、前記冷媒配管に設けられ、前記冷媒配管内の冷媒と前記循環水路内の循環水との間で熱交換を行う放射空調用水対冷媒熱交換器と、送風機から送風される空気と前記冷媒配管内の冷媒との間で熱交換を行う冷媒対空気熱交換器と、を有し、前記放射空調用水対水熱交換器と前記放射空調用水対冷媒熱交換器とは、前記循環水路において直列に設けられ、冷媒対空気熱交換器と前記放射空調用水対冷媒熱交換器とは、前記冷媒配管において並列に設けられ、前記放射空調用水対水熱交換器は、前記冷温水配管において前記ファンコイルと前記ヒートポンプ用水対冷媒熱交換器の間に設けられ、前記冷温水配管には、前記ファンコイルを迂回するバイパス路が形成されていることを特徴としている。

本発明によれば、空調機が、冷温水配管においてファンコイルとヒートポンプ用水対冷媒熱交換器の間に設けられた放射空調用水対水熱交換器を有しているので、ファンコイルにより熱交換を行った冷温水を、再度放射空調用水対水熱交換器において循環水路の循環水との熱交換に用いることができる。したがって、従来のように、ヒートポンプを有する空調機と、放射空調パネルを用いた空調機とを組み合わせて用いる場合に別系統としていたヒートポンプの冷媒と熱交換を行うための配管と放射空調パネルの循環水と熱交換を行うための配管とを、個別の系統として設ける必要がなくなる。これにより、設備設計が複雑になることを防止して、施工等の設置コストを低減することができると共に、空調機における冷温水の熱回収ロスを最小限とすることができる。

また、前記冷温水配管における当該冷温水配管と前記バイパス路との合流箇所の下流には、放射空調用水対水熱交換器をバイパスする他のバイパス路と、当該他のバイパス路を通過する前記冷温水の量を制御する比例三方弁とが設けられていてもよい。かかる場合、前記比例三方弁は、前記循環水路における前記放射用空調パネルの入口において、前記循環水の温度を冷房時に１６℃、暖房時に３４℃となるように前記他のバイパス路を通過する冷温水の量を制御してもよい。

前記バイパス路における当該バイパス路と前記冷温水配管との合流箇所の上流には、前記放射空調用水対水熱交換器とヒートポンプ用水対冷媒熱交換器への冷温水の通水を切り替える冷温水三方弁が設けられていてもよい。

また、別な観点による本発明は、放射冷暖房、空調冷暖房及び外気処理を行うヒートポンプ付ファンコイル式放射空調パネル用の空調機であって、空調用の冷温水を通水する冷温水配管に設けられ、送風機から送風される空気と前記冷温水配管内の冷温水との間で熱交換を行うファンコイルと、前記冷温水配管内の冷温水と圧縮機に接続された冷媒配管内の冷媒との間で熱交換を行うヒートポンプ用水対冷媒熱交換器と、空調機の外部に設けられた放射空調パネルに接続された循環水路内の循環水と前記冷温水配管内の冷温水との間で熱交換を行う放射空調用水対水熱交換器と、前記冷媒配管に設けられ、前記冷媒配管内の冷媒と前記循環水路内の循環水との間で熱交換を行う放射空調用水対冷媒熱交換器と、送風機から送風される空気と前記冷媒配管内の冷媒との間で熱交換を行う冷媒対空気熱交換器と、を有し、前記放射空調用水対水熱交換器と前記放射空調用水対冷媒熱交換器とは、前記循環水路において直列に設けられ、冷媒対空気熱交換器と前記放射空調用水対冷媒熱交換器とは、前記冷媒配管において直列に設けられ、前記放射空調用水対水熱交換器は、前記冷温水配管において前記ファンコイルと前記ヒートポンプ用水対冷媒熱交換器の間に設けられ、前記冷温水配管には、前記ファンコイルを迂回するバイパス路が形成されていることを特徴としている。

本発明によれば、ヒートポンプを備えたファンコイル式の空調機に、放射空調パネルを追加し、放射空調を行うとともに、空調のピーク負荷時等に放射空調では対応することができない空調負荷を、ファンコイルとヒートポンプの空気熱交換器で補い、放射空調では処理できない潜熱負荷をファンコイルとヒートポンプの空気熱交換器で処理し、外気処理をファンコイルとヒートポンプの空気熱交換器で行うにあたり、空調機の設置コストを低減すると共に、空調機における冷温水の熱回収ロスを最小限とすることができる。

本発明の参考例に係る空調機の構成の概略を示す系統図である。 制御テーブルを示す説明図である。 本発明の他の参考例に係る空調機の構成の概略を示す系統図である。 本発明の他の参考例に係る空調機の構成の概略を示す系統図である。 本発明の他の参考例に係る空調機の構成の概略を示す系統図である。 本実施の形態に係る空調機の構成の概略を示す系統図である。 他の実施の形態に係る空調機の構成の概略を示す系統図である。 本発明の他の参考例に係る空調機の構成の概略を示す系統図である。 本発明の他の参考例に係る空調機の構成の概略を示す系統図である。 他の実施の形態に係る空調機の構成の概略を示す系統図である。 本発明の他の参考例に係る空調機の構成の概略を示す系統図である。 本発明の他の参考例に係る空調機の構成の概略を示す系統図である。 本発明の他の参考例に係る空調機の構成の概略を示す系統図である。 本発明の他の参考例に係る空調機の構成の概略を示す系統図である。 本発明の他の参考例に係る空調機の構成の概略を示す系統図である。

以下、本発明の参考例について説明する。図１は、本発明の空調機１の参考例の一例を示すものである。

図１に示すように、空調機１は、例えば室内Ｒの天井部分Ｒａに設けられたヒートポンプ回路部Ａ、ファンコイル回路部Ｂ、放射空調パネル回路部Ｃ及び制御部Ｄから構成されている。

ヒートポンプ回路部Ａは、圧縮機１０と、ヒートポンプ回路部Ａの運転モード、即ち冷房運転と暖房運転を切り換えるための四方弁１１と、ファンコイル回路部Ｂに設けられた、後述する冷温水配管２０内の冷水又は温水（以下、「冷温水」という）と圧縮機から供給される冷媒との間で熱交換を行うヒートポンプ用水対冷媒熱交換器１２と、膨張弁１３と、冷媒と空気との間で熱交換を行う冷媒対空気熱交換器１４とが、この順に冷媒配管１５に接続して構成されている。また、冷媒配管１５には、冷媒対空気熱交換器１４と並列に、後述する放射空調用水対冷媒熱交換器３４が設けられている。冷媒配管１５における冷媒対空気熱交換器１４の入口側、及び放射空調用水対冷媒熱交換器３４の入口側には、供給制御弁１６ａ、１６ｂが夫々設けられ、当該供給制御弁１６ａ、１６ｂの開閉操作を行うことで、冷媒対空気熱交換器１４及び放射空調用水対冷媒熱交換器３４への冷媒の供給を制御することができる。

ファンコイル回路部Ｂは、図示しないポンプにより供給される冷温水を通水する冷温水配管２０と、送風機２１から送風される空気と冷温水配管２０内の冷温水との間で熱交換を行う、冷温水配管２０に設けられたファンコイル２２と、を有している。冷温水配管２０には、ファンコイル２２を迂回する、即ち冷温水配管２０におけるファンコイル２２の入口側とファンコイル２２の出口側とを接続するバイパス路２３が形成されている。冷温水配管２０からバイパス路２３が分岐する箇所には、ファンコイル２２への冷温水の通水を制御する冷温水三方弁２４が設けられている。また、冷温水配管２０におけるヒートポンプ用水対冷媒熱交換器１２の入口には、冷温水配管２０内の冷温水の温度を測定する冷温水温度センサ２５が設けられている。なお、冷温水配管２０に供給される冷温水は、中央熱源（図示せず）において所定の温度に調整されている。また、図１においては、送風機２１は室内Ｒから循環する空気の空調を行う例を描図しているが、送風機２１により送風する空気に外気を混合する、即ち、空調機１を外気処理に用いるようにしてもよい。

放射空調パネル回路部Ｃは、当該放射空調パネル回路部Ｃの外部、即ち空調機１の外部に設けられた放射空調パネル３０に、当該放射空調パネル３０用の循環水を循環させる循環水路３１と、循環水路３１に設けられた循環ポンプ３２と、循環水路３１内の循環水と冷温水配管２０内の冷温水との間で熱交換を行う放射空調用水対水熱交換器３３と、冷媒配管１５内の冷媒と循環水路３１内の循環水との間で熱交換を行う放射空調用水対冷媒熱交換器３４と、を有している。循環水路３１には、放射空調用水対水熱交換器３３を迂回する、即ち循環水路３１における放射空調用水対水熱交換器３３の入口側と放射空調用水対水熱交換器３３の出口側とを接続するバイパス路３５が形成されている。循環水路３１とバイパス路３５とが合流する箇所には、バイパス路３５を通過する循環水の流量を制御する比例三方弁３６が設けられている。なお、放射空調パネル３０は、室温２７℃の雰囲気下で１６℃の所定の量の循環水を通水した場合に、当該放射空調パネル３０の出口での循環水温度が１８℃となり、室温２０℃の雰囲気下で３４℃の所定の量の循環水を通水した場合においては、当該放射空調パネル３０の出口での循環水温度が３２℃となるようにその伝熱面積が決定されている。なお、上述の放射空調パネル３０に通水する循環水の温度は本参考例に限定されるものではなく、任意に設定が可能である。

また、循環水路３１とバイパス路３５とが分岐する箇所の下流側には、放射空調用水対水熱交換器３３を迂回するように他の循環水路３７が設けられ、当該他の循環水路３７は循環水路３１における比例三方弁３６の上流側に接続されている。放射空調用水対冷媒熱交換器３４はこの他の循環水路３７に設けられており、放射空調用水対水熱交換器３３とは循環水路３１において並列の関係となっている。循環水路３１と他の循環水路３７とが分岐する箇所には循環水三方弁３８が設けられ、当該循環水三方弁３８を操作することで、放射空調用水対水熱交換器３３と放射空調用水対冷媒熱交換器３４のいずれに循環水を通水するかを切替えることができる。また、循環水路３１における放射空調パネル３０の入口には、当該循環水路３１内の循環水の温度を測定する水温センサ３９が設けられている。

送風機２１の上流側には、空調機１による空調の対象となる室内の温度及び湿度を測定する室温センサ５０及び湿度センサ５１が設けられている。また、ヒートポンプ回路部Ａの冷媒対空気熱交換機１４の下流側の温度、即ち送風機２１により送風された空気がファンコイル２２及び冷媒対空気熱交換機１４と熱交換を行った後の温度を測定する、吹出温度センサ５２が設けられている。なお、図１においては、室温センサ５０及び湿度センサ５１は天井部分Ｒａに設置されている状態を描図しているが、室温センサ５０及び湿度センサ５１は、例えば図１に破線で示すように室内Ｒに設置されていてもよい。

制御部Ｄには、各センサでの測定結果及び冷温水配管２０に供給される冷温水の温度が入力される。また、制御部Ｄには、当該制御部Ｄに入力された各センサの測定結果に基づいて圧縮機１０や循環ポンプ３２といった、空調機１の各機器の動作を制御するためのパターンとしての、例えば図２に示す制御テーブルを構成するプログラムが格納されている。また、制御部Ｄには、室温の設定温度や空調機１の運転モードを切替えるための操作部（図示せず）が設けられている。

制御テーブルについて説明する。図２に示すように、制御テーブルには、冷房及び暖房の各運転モードについて、制御部Ｄに入力される冷温水の温度並びに冷温水温度センサ２５、室温センサ５０及び湿度センサ５１の各測定結果に対応する、空調機１を構成する各機器の動作のパターンが予め設定されている。なお、図２の「運転モード」の欄の「ＦＣＵ」はファンコイル２２を「ＨＰ」は圧縮機１０を夫々示しており、また、「循環水三方弁」の欄の「水水」は循環水三方弁３８を放射空調用水対水熱交換器３３側に切り替えていることを、「水冷媒」は循環水三方弁３８を放射空調用水対冷媒熱交換器３４側に切り替えていることを示している。

室温センサ５０の測定結果は、圧縮機１０、ファンコイル２２及び循環ポンプ３２の運転、停止の制御に反映される。制御テーブルに示されるパターン１〜３の冷房運転を例にして具体的に説明すると、室温センサ５０での測定温度が、室温の設定温度を所定の温度以上上回っている場合は、空調機１の運転負荷が室内の熱負荷や外気温に対して十分なものとなっていないと判断できる。したがって、室温センサ５０での測定温度が、室温の設定温度を第１の所定の温度以上上回っている場合は、空調機１を最大運転負荷で運用できるように、圧縮機１０、ファンコイル２２及び放射空調パネル３０を全て運転するように設定されている（図２の運転パターン１）。なお、図２の制御テーブルにおいては、第１の所定の温度は２℃としているが、この温度は本参考例の内容に限定されるものではなく、任意に設定が可能である。

そして、空調機１の運転により、室温の設定温度と室温センサ５０の測定結果との差が小さくなり、その差が第１の所定の温度より小さい第２の所定の温度以上となった場合は、空調機１を最大運転負荷で運用する必要がないものと判断し、例えば圧縮機１０、すなわちヒートポンプ回路部Ｂを停止させる（図２の運転パターン２）。そして、さらに室温の設定温度と室温センサ５０の測定結果との差が小さくなり、その差が第２の所定の温度より小さくなった場合は、さらにファンコイル２２を停止させ、放射空調パネル３０のみによる運転となる（図２の運転パターン３）。なお、ここでいうファンコイル２２の停止とは、送風機２１の運転状態に依らず、ファンコイル回路部Ｂの冷温水三方弁２４をバイパス路２３側に切り換えて、ファンコイル２２への冷温水の通水を停止した状態をいう。また、第２の所定の温度は図２の制御テーブルにおいて１℃としているが、第１の所定の温度と同様に、任意に設定が可能である。

冷温水温度センサ２５の測定結果は、放射空調パネル回路部Ｃに設けられた循環水三方弁３８の制御に反映される。上述の通り、放射空調パネル３０は、例えば冷房運転においては、１６℃の循環水を通水することで所定の冷却能力を得ることができるが、冷温水温度センサ２５における循環水の測定温度が１８℃以上となる場合は、放射空調パネル３０が所定の冷却能力を得ることができない。したがって、冷温水温度センサ２５における循環水の測定温度が１８℃以上となった場合は、放射空調パネル回路部Ｃの切換三方弁３８を、放射空調用水対水熱交換器３３側から放射空調用水対冷媒熱交換器３４側に切り替え、ヒートポンプ回路部Ａにより循環水路３１の循環水の冷却を行うように設定されている。

湿度センサ５１の測定結果は、例えば、室内Ｒの湿度が高い場合は放射空調パネル３０において結露が生じる可能性がある。したがってその場合は、室温センサ５０と湿度センサ５１との測定結果から制御部Ｄにより露点温度を算出すると共に、水温センサ３９の測定温度と比較を行い、放射空調パネル３０において結露が生じないようにヒートポンプ回路部Ａ又はファンコイル回路部Ｂの運転を行うために用いられる。

図２に示す制御テーブルには、上記の冷水を用いた冷房運転のパターンの他に、温水を使った冷房運転、温水を使った暖房運転及び冷水を使った暖房運転並びに、各運転モードにおいて冷温水配管から供給される冷温水の温度が変化した場合についても同様に設定されている。

本発明の参考例にかかる空調機１は以上のように構成されており、次にこの空調機１による空調方法について説明する。空調方法の第１の例として、冷房運転により室温を２７℃にする場合であって、冷温水配管２０に供給される冷温水が７℃の場合（図２のパターン１〜３）について説明する。

先ず、空調機１の運転を開始するにあたり、空調機１による室内の空調温度を２７℃に設定すると共に、冷温水配管２０に冷温水を通水する。なお、この状態においては、室温センサ５０における測定温度が設定温度の２７℃を２℃以上上回っているものとする。

次いで、制御部Ｄによりファンコイル回路部Ｂの冷温水三方弁２４をファンコイル２２側に、放射空調パネル回路部Ｃの循環水三方弁３８を放射空調用水対水熱交換器３３側に切替えると共に、循環水が通水されない他の循環水路３７に設けられた放射空調用水対冷媒熱交換器３４の冷媒配管１５の供給制御弁１６ａを閉止する。その後、圧縮機１０、循環水ポンプ３２及び送風機２１の運転が開始される。

そして、制御部Ｄにより、放射空調パネル回路部Ｃの水温センサ３９での検出温度が１６℃となるように比例三方弁３６の開度を調整して、放射空調用水対水熱交換器３３において冷温水と熱交換を行う循環水の量を制御する。

水温センサ３９での検出温度が１６℃に安定すると、制御部Ｄは圧縮機１０の負荷を調整し、室温が設定温度の２７℃に達するように制御を行う（図２の運転パターン１）。なお、この場合においては、冷温水温度センサ２５における冷温水の測定温度は、例えば１７℃であり、循環水の冷却には、放射空調用水対水熱交換器３３が用いられる。

その後、例えば外気温の低下や空調機１の運転によって、室温センサ５０での測定温度が設定温度＋１℃以上で且つ設定温度＋２℃未満になると、空調機１は、制御テーブルの運転パターン１から運転パターン２の状態に移行する。具体的には圧縮機１０の運転を停止し、空調機１の負荷調整は送風機２１の風量を調整することにより行われる（図２の運転パターン２）。

その後、さらに室温センサ５０での測定温度が低下し、当該測定温度が設定温度＋１℃未満になると、制御テーブルに従い制御部Ｄによりファンコイル２２が停止させられると共に、ファンコイル回路部Ｂの冷温水三方弁２４がバイパス路２３側に切り替えられ、空調機１は放射空調パネル回路部Ｃのみの運転となる（図２の運転パターン３）。放射空調パネル回路部Ｃのみの運転となった状態における空調機１の負荷調整は、比例三方弁３６により、バイパス路３５を流れる循環水の量、即ち放射空調用水対水熱交換器３３において冷温水配管２０内を流れる冷温水と循環水との間の熱交換量を制御して、水温センサ３９での検出温度を１６℃に保つことで行われる。その後、室温センサ５０における測定温度が室温の設定温度に達すると、循環ポンプ３２が停止する。また、循環ポンプ３２の停止により室温が上昇した場合は、再度循環ポンプ３２が起動し、放射空調パネル回路部Ｃによる冷房運転が行われる。

なお、上記の第１の例においては、冷温水配管２０に供給される冷温水の温度が７℃であったが、供給される冷温水の温度が７℃より高い、例えば１３℃であった場合は、ファンコイル２２において熱交換された冷温水の、冷温水温度センサ２５における測定温度が１８℃以上となる。この場合、上述の通り循環水三方弁３８により、循環水路３１の循環水が放射空調用水対冷媒熱交換器３４により熱交換されるように操作される（図２の運転パターン４）。なお、冷温水の温度が１３℃の場合においては、例えば室温の低下により冷媒対空気熱交換器１４の熱交換用として圧縮機１０の運転が不要となっても、圧縮機１０は、放射空調用水対冷媒熱交換器３４による循環水の冷却に用いられるので、この場合は圧縮機１０の運転が継続される（図２のパターン５）。そして、さらに空調機１の運転負荷が低下すると、ファンコイル２２の運転が停止されるが、この場合、冷温水三方弁２４がバイパス路２３側に切り替えられることにより、ファンコイル２２が運転されているときよりも放射空調用水対水熱交換器３３の入口における冷温水の温度が低下し、放射空調用水対水熱交換器３３による循環水の冷却が可能となるので、圧縮機１０は停止され、空調機１は放射空調パネル回路部Ｃのみの運転となる（図２のパターン６）。なお、このパターン６においては空調機１の各機器の運転状態が、上述のパターン３の状態と同一となるが、パターン３とパターン６とでは、冷温水配管２０に供給される冷温水の温度の違いにより、比例三方弁３６によってバイパス路３５に通水される循環水の量に違いが生じる。

冷温水配管２０に供給される冷温水の温度が１３℃よりさらに高い、例えば２０℃の場合においては、冷温水によるファンコイル２２の冷却能力が十分でないため、当該冷温水はファンコイル２２の運転には使用できないが、ヒートポンプ用水対冷媒熱交換器１２における冷媒の冷却には用いることができるので、図２のパターン７に示すように、ヒートポンプ回路部Ａにより冷媒対空気熱交換器１４と放射空調用水対冷媒熱交換器３４に対して冷媒が供給されるように循環水三方弁３８の動作が制御される。そして、室温が低下すると、図２のパターン８に示すように冷媒対空気熱交換器１４への冷媒の供給が停止され、空調機１は放射空調パネル回路部Ｃによる冷房運転となるが、この場合においては、放射空調用水対冷媒熱交換器３４における循環水の冷却のために、圧縮機１０の運転、即ちヒートポンプ回路部Ａ運転は継続される。

次に、空調機１による空調方法の第２の例として、空調機１の冷房運転を行うにあたり、除湿再熱を行う場合について説明する。空調機１により除湿再熱を行う場合は、四方弁１１を切替えて冷媒が冷媒対空気熱交換器１４からヒートポンプ用水対冷媒熱交換器１２に向かって流れるようにする。四方弁１１を切替えることで、冷媒対空気熱交換器１４には高温の冷媒が供給される。かかる場合、ファンコイル２２により冷却されて、例えば湿度が飽和状態となった空気が、冷媒対空気熱交換器１４において除湿再熱される（図２の運転パターン９）。これにより空調機１において除湿再熱が可能となる。

次に、空調機１による空調方法の第３の例として、暖房運転により室温を２０℃にする場合であって、冷温水配管２０に供給される冷温水が４５℃の場合について説明する。

空調機１により暖房運転を行う場合も、空調機１により冷房運転を行う場合と同様に、空調機１の運転を開始するにあたり室内の空調温度を設定する。なお、暖房運転においては、空調温度は例えば２０℃に設定される。次いで、冷温水配管２０に冷温水を通水すると共に、制御部Ｄによりファンコイル回路部Ｂの冷温水三方弁２４をファンコイル２２側に、放射空調パネル回路部Ｃの循環水三方弁３８を放射空調用水対水熱交換器３３側に切替えると共に、循環水が通水されない他の循環水路３７に設けられた放射空調用水対冷媒熱交換器３４の冷媒配管１５の供給制御弁１６ａを閉止する。次いで、圧縮機１０、循環水ポンプ３２及び送風機２１の運転が開始される。

そして、制御部Ｄにより、放射空調パネル回路部Ｃの水温センサ３９での検出温度が３４℃となるように比例三方弁３６の開度が調整され、放射空調用水対水熱交換器３３において冷温水と熱交換を行う循環水の量が制御される。

水温センサ３９での検出温度が３４℃に達すると、制御部Ｄは圧縮機１０の負荷を調整し、室温が設定温度の２０℃に達するように制御を行う（図２の運転パターン１０）。なお、この場合においては、冷温水温度センサ２５における冷温水の測定温度は、例えば３５℃であり、循環水の加熱には、放射空調用水対水熱交換器３３が用いられる。

その後、例えば外気温の上昇や空調機１の運転によって、室温センサ５０での測定温度が設定温度−１℃以下で且つ設定温度−２℃を越えて高くなると、空調機１は、制御テーブルの運転パターン１０から運転パターン１１の状態に移行する。具体的には圧縮機１０の運転を停止し、空調機１の負荷調整は送風機２１の風量の調整により行われる。

その後、さらに室温センサ５０での測定温度が上昇し、当該測定温度が設定温度−１℃を越えて高くなると、制御テーブルに従い制御部Ｄによりファンコイル２２が停止させられると共に、ファンコイル回路部Ｂの冷温水三方弁２４がバイパス路２３側に切り替えられ、空調機１は放射空調パネル回路部Ｃのみの運転となる（図２の運転パターン１２）。放射空調パネル回路部Ｃのみの運転となった状態における空調機１の負荷調整は、冷房運転時と同様に、比例三方弁３６により水温センサ３９での検出温度を３４℃に保つことで行われる。その後、室温センサ５０における測定温度が室温の設定温度に達すると、循環ポンプ３２が停止する。また、循環ポンプ３２の停止により室温が低下した場合は、再度循環ポンプ３２が起動し、放射空調パネル回路部Ｃによる暖房運転が行われる。

なお、空調機１の暖房運転において、冷温水配管２０に供給される冷温水の温度が４５℃以下の温度である場合には、冷温水の温度がファンコイル２２の暖房運転に用いることができない場合であっても、図２の運転パターン１３〜１５に示すように、ヒートポンプ回路部Ａ及びファンコイル回路部Ｂの運用を制御することで、空調機１により暖房運転を行うことができる。また、冷温水の供給温度が、図２の運転パターン１〜３の冷房運転に用いられる場合と同様の７℃であっても、ヒートポンプ回路部Ａにより冷温水から熱の汲み上げを行うことにより、図２の運転パターン１８及び１９に示すように暖房運転を行うことができる。

また、運転パターン１８及び１９とは反対に、空調機１の冷房運転において、冷却水配管２０に供給される冷温水の温度が、図２の運転パターン１０〜１２の暖房運転に用いられる場合と同様の４５℃であっても、ヒートポンプ回路部Ａにより冷温水に熱を排出することにより図２の運転パターン２０及び２１のように冷房運転を行うことができる。

本発明の参考例によれば、空調機１が、冷温水配管２０においてファンコイル２２とヒートポンプ用水対冷媒熱交換器１２の間に設けられた放射空調用水対水熱交換器３３を有しているので、ファンコイル２２により熱交換を行った冷温水を、再度放射空調用水対水熱交換器３３において循環水路３１の循環水との熱交換に用いることができる。したがって、従来のように、ヒートポンプを有する空調機と、放射空調パネルを用いた空調機とを組み合わせて用いる場合に別系統としていたヒートポンプの冷媒と熱交換を行うための配管と放射空調パネルの循環水と熱交換を行うための配管とを、個別の系統として設ける必要がなくなる。これにより、設備設計が複雑になることを防止して施工等のコストを低減することができると共に、空調機における冷温水の熱回収ロスを最小限とすることができる。

また、空調機１は、放射空調では処理できない潜熱負荷をファンコイル回路部Ｂとヒートポンプ回路部Ａにより補うことができる。

さらには、図２に示す運転パターン２０及び２１のように、冷温水の温度が、例えば４５℃の場合においても冷房運転が可能であり、また、冷温水の温度が７℃の場合であっても運転パターン１８及び１９のように暖房運転が可能となるので、例えば、ビル内に１系統の冷温水配管２０のみが設けられている場合であっても、各空調機１の運転モードを選択できる。したがって、冷温水の温度条件によらず、空調機１が設けられた部屋ごとに最適な空調を行うことができる。

なお、以上の参考例においては、循環水三方弁３８を用いて循環水の熱交換を放射空調用水対水熱交換器３３と放射空調用水対冷媒熱交換器３４のいずれかで行うことを選択していたが、例えば図３に示すように、循環水三方弁３８を設ける代わりに循環水路３１と他の循環水路３７との合流箇所に比例三方弁３６を設け、当該比例三方弁３６により、各熱交換器３３、３４に分配する循環水の量を調整することで、循環水の温度を制御するようにしてもよい。なお、図３に示す系統における比例三方弁３６の制御は、図２の制御テーブルに示す循環水三方弁３８の切り替えを行った場合に準じて行われる。かかる場合、循環水三方弁３８及びバイパス路３５が不要となるため、放射空調パネル回路部Ｃを簡素化することができる。

また、循環水路３１の循環水の温度を制御するにあたっては、放射空調用水対水熱交換器３３を通過する循環水の流量を制御するのではなく、放射空調用水対水熱交換器３３を通過する冷温水の流量を制御して行ってもよい。具体的には、例えば図４の系統図に示すように、上述の比例三方弁３６を用いる代わりに、冷温水配管２０において放射空調用水対水熱交換器３３の入口側から出口側にバイパスする、他のバイパス路６０を設け、冷温水配管２０と他のバイパス路６０が合流する箇所に比例三方弁６１を設けてもよい。なお、図４に示す系統における比例三方弁６１の制御についても、図２の制御テーブルに示す循環水三方弁３８の切り替えを行った場合に準じて行われる。かかる場合も、比例三方弁６１により放射空調用水対水熱交換器３３における冷温水と循環水との熱交換量を制御できる。

上述のように、冷却水配管２０に他のバイパス路６０と比例三方弁６１を設ける場合、例えば図５に示すようにバイパス路２３に代えて、ファンコイル２２と放射空調用水対水熱交換器２３を迂回する、即ち冷温水配管２０におけるファンコイル２２の入口側と放射空調用水対水熱交換器２３の出口側とを接続するバイパス路６３を設けてもよい。かかる場合、冷温水配管２０を流れる冷温水の全量を、バイパス路６３と冷温水三方弁２４とによりファンコイル２２と放射空調用水対水熱交換器２３を迂回して流すことができる。

なお、冷温水配管２０に設けた比例三方弁６１により放射空調用水対水熱交換器３３における冷温水と循環水との熱交換量を制御する場合には、本実施の形態としての例えば図６に示すように、循環水三方弁３８を設けずに、放射空調用水対水熱交換器３３と放射空調用水対冷媒熱交換器３４を循環水路２０に対して直列に設けるようにしてもよい。本実施の形態に係る図６の系統においても、例えば比例三方弁６１により冷温水配管２０に供給される冷温水の全量を他のバイパス路６０に通水することで、図２の制御テーブルのパターン４と同じ運転状態とすることができる。かかる場合、放射空調パネル回路部Ｃに三方弁が一切不要となるため、系統を簡素化することができる。

なお、冷温水配管２０に比例三方弁６１を設ける場合、放射空調用水対水熱交換器３３と放射空調用水対冷媒熱交換器３４を循環水路２０に対して直列に設けることに加え、例えば図７に示すように、ヒートポンプ用水対冷媒熱交換器１２と、冷媒対空気熱交換器１４と、放射空調用水対冷媒熱交換器３４とを、冷媒配管１５に対して直列に設けてもよい。かかる場合、冷媒配管１５の供給制御弁１６ａ、１６ｂ及びそれに付随する配管も不要となるので、空調機１の系統をさらに簡素化することができる。

また、以上の参考例においては、循環水の温度を、比例三方弁３６及び比例三方弁６１を用いて制御したが、循環ポンプ３２の回転数を、例えばインバータモータなどにより調整することで循環水の温度を制御してもよい。以下、循環水の温度制御に循環ポンプの回転数制御を用いる空調機１００について、図８を参照して説明する。なお、図８において図１と同符号を付したものについては説明を省略する。

図１に示す空調機１においては、放射空調パネル３０の入口側の温度の制御用として、循環水路２０に比例三方弁３６を設けたが、図８に示す空調機１００においては比例三方弁３６と循環ポンプ３２に代えて、インバータモータにより回転数制御を行う循環ポンプ１０１を設けている。そして、当該循環ポンプ１０１の回転数を制御することにより循環水路３１を流れる循環水の流量を制御し、空調用水対水熱交換器３３又は放射空調用水対冷媒熱交換器３４における循環水の熱交換量を調整する。

また、空調機１００においても、水温センサ３９における循環水の測定温度を循環ポンプ１０１により行う点を除いては、図２に示す制御テーブルに従って空調機１００の各機器の運転が制御される。

かかる場合においても空調機１と同様の運転を行うことができ、また、空調機１００においては、比例三方弁を設ける必要がないので系統を簡素化できる。さらには、循環ポンプ１０１の回転数制御を行うことで、放射空調パネル回路部Ｃを中間負荷で運転する場合に循環ポンプ１０１での消費電力を削減できる。

なお、空調機１００のように、循環ポンプ１０１の回転数制御により放射空調用水対水熱交換器３３における循環水の熱交換量を制御する場合においては、図６に示す他のバイパス路６０及び比例三方弁６１に代えて、例えば図９に示すように、冷温水配管２０のバイパス路２３を放射空調用水対水熱交換器３３の出口側に合流するように設けるようにしてもよい。なお、この場合、放射空調用水対水熱交換器３３と放射空調用水対冷媒熱交換器３４とは循環水路３１に対して直列に設けられる。かかる場合においても、放射空調用水対水熱交換器３３における熱交換量を循環ポンプ１０１の回転数制御で、放射空調用水対冷媒熱交換器３４における循環水の熱交換の有無を供給制御弁１６ａで夫々制御することができるので、空調機１と同様の運転を行うことができる。

また、バイパス路２３を放射空調用水対水熱交換器３３の出口側に合流するように設ける場合は、他の実施の形態としての図１０に示すように、バイパス路２３に、さらに他の冷温水三方弁６２を設け、冷温水を放射空調用水対水熱交換器３３の入口側あるいは出口側に供給するように切り替えを行うようにしてもよい。他の冷温水三方弁６２を設けることで、冷温水がファンコイル２２をバイパスしている場合においても、放射空調用水対水熱交換器３３への冷温水の通水が可能となり、図９に示す参考例の場合より、さらに細かな空調機１００の負荷制御が可能となる。

なお、空調機１００のように、循環ポンプ１０１の回転数制御により放射空調用水対水熱交換器３３における循環水の熱交換量を制御する場合においても、図１１に示すように、ヒートポンプ用水対冷媒熱交換器１２と、冷媒対空気熱交換器１４と、放射空調用水対冷媒熱交換器３４とを、冷媒配管１５に対して直列に設けると共に、放射空調用水対水熱交換器３３と放射空調用水対冷媒熱交換器３４とを循環水路３１に対して並列に設け、循環水三方弁３８により放射空調用水対水熱交換器３３と放射空調用水対冷媒熱交換器３４への循環水の通水を切り替えるようにしてもよい。かかる場合においても、空調機１００の機能を確保したうえで、系統を簡素化することができる。

図１１に示す系統図においては、循環ポンプ１０１により循環水路３１を流れる循環水の流量を調整することで、放射空調用水対水熱交換器３３または放射空調用水対冷媒熱交換器３４における熱交換量を制御したが、例えば図１２に示すように循環ポンプ１０１を用いずに、循環ポンプ３２を用いた場合においても、図１に示す系統と同様に循環水路３１にバイパス路３５と比例三方弁３６とを設けることで、放射空調用水対水熱交換器３３または放射空調用水対冷媒熱交換器３４における熱交換量を制御するようにしてもよい。

また、図１２に示すように循環ポンプ１０１を用いずに、循環ポンプ３２を用いた場合、バイパス路３５と比例三方弁３６とに代えて、例えば図１３に示すように循環水路３１と放射空調用水対冷媒熱交換器３４の出口側の他の循環水路３７とが合流する箇所に、比例三方弁６４を設けるようにしてもよい。かかる場合、図１２の系統と比較してバイパス路３５を省略することができるので、系統が簡素化され、配管施工のコストを低減することができる。

以上の実施の形態においては、膨張弁１３は圧縮機１０を冷房運転する場合における、放射空調用水対冷媒熱交換器３４の冷媒の入口側にのみ設けられていたが、例えば図１４に示すように、冷媒対空気熱交換器１４及び放射空調用水対冷媒熱交換器３４の冷媒の入口側に夫々膨張弁７０を設け、さらに、放射空調用水対冷媒熱交換器３４の冷媒の出口側に他の膨張弁７１を設けてもよい。かかる場合、例えば空調機１を冷房モードで運転し、且つ四方弁１１を切り換えることでヒートポンプ回路部Ａを暖房運転して冷媒対空気熱交換器１４により除湿再熱を行う場合においても、冷媒対空気熱交換器１４で除湿再熱を行いながら、他の膨張弁で冷媒を減圧することで、放射空調用水対冷媒熱交換器３４においては循環水の冷却を行うことができる。これにより、除湿再熱を行うにあたり、他の膨張弁７１を有しない空調機１、１００よりもさらに大きな冷房能力を得ることができる。

なお、図１４においては、冷媒対空気熱交換器１４と放射空調用水対冷媒熱交換器３４とを冷媒配管１５に並列に設けていたが、例えば、図１５に示すように冷媒対空気熱交換器１４と放射空調用水対冷媒熱交換器３４とを冷媒配管１５に直列に設ける場合、膨張弁７０及び他の膨張弁７１は、放射空調用水対冷媒熱交換器３４の入口側及び出口側に夫々設ければよい。かかる場合においても、例えば冷媒対空気熱交換器１４において除湿再熱を行った後の冷媒を他の膨張弁７１により減圧することで、放射空調用水対冷媒熱交換器３４において循環水の冷却を行うことができる。また、図１１の場合と比較して膨張弁７０も一つ不要となり、設備費用が低減できる。

なお、以上の実施の形態及び参考例では、空調機１、１００に設けられた圧縮機１０等の運転を制御テーブルに基づき制御したが、例えば制御部Ｄは空調機１の運転負荷に応じて圧縮機１０の負荷を調整し、圧縮機１０が所定の負荷を下回った状態が一定時間継続した場合に圧縮機１０を停止させるような、いわゆるフィードバック制御により制御してもよい。当業者であれば、本発明の参考例や本実施の形態に係る空調機１、１００の制御について様々な変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、空調機で放射冷暖房、空調冷暖房及び外気処理を行う際に有用である。

１ 空調機
１０ 圧縮機
１１ 四方弁
１２ ヒートポンプ用水対冷媒熱交換器
１３ 膨張弁
１４ 冷媒対空気熱交換器
１５ 冷媒配管
１６ａ、１６ｂ 供給制御弁
２０ 冷温水配管
２１ 送風機
２２ ファンコイル
２３ バイパス路
２４ 冷温水三方弁
２５ 冷温水温度センサ
３０ 放射空調パネル
３１ 循環水路
３２ 循環ポンプ
３３ 放射空調用水対水熱交換器
３４ 放射空調用水対冷媒熱交換器
３５ バイパス路
３６ 比例三方弁
３７ 他の循環水路
３８ 循環水三方弁
３９ 水温センサ
５０ 室温センサ
５１ 湿度センサ
５２ 吹出温度センサ
６０ 他のバイパス路
６１ 比例三方弁
６２ 他の冷温水三方弁
６３ バイパス路
６４ 比例三方弁
７０ 膨張弁
７１ 他の膨張弁
Ａ ヒートポンプ回路部
Ｂ ファンコイル回路部
Ｃ 放射空調パネル回路部
Ｄ 制御部
Ｒ 室内
Ｒａ 天井部分

Claims (5)

1. 放射冷暖房、空調冷暖房及び外気処理を行うヒートポンプ付ファンコイル式放射空調パネル用の空調機であって、
   空調用の冷温水を通水する冷温水配管に設けられ、送風機から送風される空気と前記冷温水配管内の冷温水との間で熱交換を行うファンコイルと、
   前記冷温水配管内の冷温水と圧縮機に接続された冷媒配管内の冷媒との間で熱交換を行うヒートポンプ用水対冷媒熱交換器と、
   空調機の外部に設けられた放射空調パネルに接続された循環水路内の循環水と前記冷温水配管内の冷温水との間で熱交換を行う放射空調用水対水熱交換器と、
   前記冷媒配管に設けられ、前記冷媒配管内の冷媒と前記循環水路内の循環水との間で熱交換を行う放射空調用水対冷媒熱交換器と、送風機から送風される空気と前記冷媒配管内の冷媒との間で熱交換を行う冷媒対空気熱交換器と、を有し、
   前記放射空調用水対水熱交換器と前記放射空調用水対冷媒熱交換器とは、前記循環水路において直列に設けられ、
   冷媒対空気熱交換器と前記放射空調用水対冷媒熱交換器とは、前記冷媒配管において並列に設けられ、
   前記放射空調用水対水熱交換器は、前記冷温水配管において前記ファンコイルと前記ヒートポンプ用水対冷媒熱交換器の間に設けられ、
   前記冷温水配管には、前記ファンコイルを迂回するバイパス路が形成されていることを特徴とする、ヒートポンプ付ファンコイル式放射空調パネル用空調機。
2. 放射冷暖房、空調冷暖房及び外気処理を行うヒートポンプ付ファンコイル式放射空調パネル用の空調機であって、
   空調用の冷温水を通水する冷温水配管に設けられ、送風機から送風される空気と前記冷温水配管内の冷温水との間で熱交換を行うファンコイルと、
   前記冷温水配管内の冷温水と圧縮機に接続された冷媒配管内の冷媒との間で熱交換を行うヒートポンプ用水対冷媒熱交換器と、
   空調機の外部に設けられた放射空調パネルに接続された循環水路内の循環水と前記冷温水配管内の冷温水との間で熱交換を行う放射空調用水対水熱交換器と、
   前記冷媒配管に設けられ、前記冷媒配管内の冷媒と前記循環水路内の循環水との間で熱交換を行う放射空調用水対冷媒熱交換器と、送風機から送風される空気と前記冷媒配管内の冷媒との間で熱交換を行う冷媒対空気熱交換器と、を有し、
   前記放射空調用水対水熱交換器と前記放射空調用水対冷媒熱交換器とは、前記循環水路において直列に設けられ、
   冷媒対空気熱交換器と前記放射空調用水対冷媒熱交換器とは、前記冷媒配管において直列に設けられ、
   前記放射空調用水対水熱交換器は、前記冷温水配管において前記ファンコイルと前記ヒートポンプ用水対冷媒熱交換器の間に設けられ、
   前記冷温水配管には、前記ファンコイルを迂回するバイパス路が形成されていることを特徴とする、ヒートポンプ付ファンコイル式放射空調パネル用空調機。
3. 前記冷温水配管における当該冷温水配管と前記バイパス路との合流箇所の下流には、放射空調用水対水熱交換器をバイパスする他のバイパス路と、当該他のバイパス路を通過する前記冷温水の量を制御する比例三方弁とが設けられていることを特徴とする、請求項１または２のいずれか一項に記載のヒートポンプ付ファンコイル式放射空調パネル用空調機。
4. 前記比例三方弁は、前記循環水路における前記放射用空調パネルの入口において、前記循環水の温度を冷房時に１６℃、暖房時に３４℃となるように前記他のバイパス路を通過する冷温水の量を制御することを特徴とする、請求項３に記載のヒートポンプ付ファンコイル式放射空調パネル用空調機。
5. 前記バイパス路における当該バイパス路と前記冷温水配管との合流箇所の上流には、前記放射空調用水対水熱交換器とヒートポンプ用水対冷媒熱交換器への冷温水の通水を切り替える冷温水三方弁が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載のヒートポンプ付ファンコイル式放射空調パネル用空調機。

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