JP6113687B2

JP6113687B2 - 室外機システム

Info

Publication number: JP6113687B2
Application number: JP2014142592A
Authority: JP
Inventors: 木村　太; 太木村
Original assignee: 株式会社育水舎アクアシステム
Priority date: 2014-07-10
Filing date: 2014-07-10
Publication date: 2017-04-12
Anticipated expiration: 2034-07-10
Also published as: JP2016017721A

Description

本発明は、空調装置の室外機を含む室外機システムに関する。

一般的に、空調装置において、室内機と室外機との間に熱媒体を循環させ、室内機において室内空気と熱媒体との間で熱交換させるとともに、室外機において外気と熱媒体との間で熱交換させる（例えば、特許文献１参照）。

特開昭６０−１４７０７８号公報

本発明の目的は、エネルギー消費効率を向上させる室外機システムを提供することにある。

上記課題の解決手段として、請求項１に記載した発明は、空調装置１の室外機３に導入する前の外気の温度を調整する気体温度調整装置１１が備えられ、前記気体温度調整装置１１は、前記室外機３に導入する前の外気と中間熱媒体との間で熱交換させる第一熱交換器１２と、前記中間熱媒体と再生可能エネルギーに由来する熱源との間で熱交換させる第二熱交換器１３と、が備えられている室外機システムであって、前記中間熱媒体は純水であり、前記気体温度調整装置１１は、前記第一熱交換器１２と前記第二熱交換器１３との間を循環する前記中間熱媒体の一部を、前記室外機３の前記外気導入口３ａ若しくはこの外気導入口３ａ内の前記室外機３の熱交換部３ｃに散布して、外気を気化熱により冷却する熱媒散布装置１９が備えられていることを特徴とする。

この構成によれば、気体温度調整装置１１により温度調整された気体が室外機３に導入されて空調装置１の熱媒体と熱交換することとなり、空調装置１のエネルギー消費効率を高めることができる。気体温度調整装置１１は第二熱交換器１３において中間熱媒体と地熱等の再生可能エネルギーに由来する熱源との間で熱交換させるので、ヒートポンプのようなシステムを用いることなく気体温度調整装置１１を運転することができる。

また、この構成によれば、例えば地熱相当の温度に調整した中間熱媒体を室外機３の熱交換部３ｃに散布し、室外機３の熱交換部３ｃを直接的に地熱相当の温度に調整することができる。

請求項２に記載した発明は、前記第二熱交換器１３は、前記中間熱媒体と、前記再生可能エネルギーに由来する熱源である地下水との間で熱交換を行う構成とされていることを特徴とする。

この構成によれば、通年１５度ほどに安定した地下水の熱を利用し、中間熱媒体を効率よく冷却又は加温することができる。

請求項３に記載した発明は、前記中間熱媒体は純水であり、請求項４に記載した発明は、前記気体温度調整装置１１は、前記熱媒散布装置１９が散布した前記中間熱媒体を回収して循環経路に戻す熱媒回収装置２０が備えられていることを特徴とする。

この構成によれば、中間熱媒体はスケーリングを起こさない程度に浄化されたものであるが、この中間熱媒体の散布による消費量を抑えてコストダウンを図ることができる。

また、請求項５に記載した発明は、気体温度調整装置１１により温度調整された気体が室外機３に導入されて空調装置１の熱媒体と熱交換することとなり、空調装置１のエネルギー消費効率を高めることができる。気体温度調整装置１１は第二熱交換器１３において中間熱媒体と地熱等の再生可能エネルギーに由来する熱源との間で熱交換させるので、ヒートポンプのようなシステムを用いることなく気体温度調整装置１１を運転することができる。

しかも、前記気体温度調整装置１１は、前記第一熱交換器１２と前記第二熱交換器１３との間を循環する前記中間熱媒体の一部を、前記室外機３の前記外気導入口３ａ若しくはこの外気導入口３ａ内の前記室外機３の熱交換部３ｃに散布して、外気を気化熱により冷却する熱媒散布装置１９が備えられているから、例えば地熱相当の温度に調整した中間熱媒体を室外機３の熱交換部３ｃに散布し、室外機３の熱交換部３ｃを直接的に地熱相当の温度に調整することができ、更に前記気体温度調整装置１１は、前記熱媒散布装置１９が散布した前記中間熱媒体を回収して循環経路に戻す熱媒回収装置２０が備えられているから、中間熱媒体はスケーリングを起こさない程度に浄化されたものであるが、この中間熱媒体の散布による消費量を抑えてコストダウンを図ることができる。

本発明によれば、エネルギー消費効率を向上させる室外機システムを提供することができる。

本実施例の室外機システムを含む空調装置の構成図である。本実施例の室外機システムの概略構成説明図である。本実施例の室外機システムの室外機の要部の概略構成説明図である。

以下、本発明の実施形態（実施例）について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態（実施例）における室外機システム１０を含む空調装置１の構成図である。空調装置１は、公知のヒートポンプ式の空調装置とされる。空調装置１は、空調対象の室内に設置される室内機２と、室外機３と、室内機２及び室外機３の間で熱媒体を循環させる循環路４に設けられる圧縮機５及び膨張弁６と、を有する。

図２は本実施例の室外機システム１０の概略構成説明図、図３は本実施例の室外機システム１０の要部である室外機３周辺の概略構成説明図である。室外機３は、室内機２において吸熱又は放熱した熱媒体と外気との間で熱交換を行う。室外機３における熱媒体と熱交換する外気を取り入れる外気導入口３ａには、再生可能エネルギーを利用して前記外気の温度を調整可能とする気体温度調整装置１１の第一熱交換器１２が設けられる。

気体温度調整装置１１は、室外機３において熱媒体と熱交換する気体（外気）の温度を調整可能であれば特に限定されないが、本実施例では地下水熱を利用したシステムを構成する。地下水の温度は通年１５度ほどに安定しており、外気温が高いとき（３０度ほど）の冷房時には室外機３に導入する外気を冷やし、外気温が低いとき（０度ほど）の暖房時には室外機３に導入する外気を温める。室外機３に導入する外気を１５度前後に調温することで、冷暖房平均エネルギー消費効率（ＣＯＰ）を高めることが可能である。

なお、気体温度調整装置１１は、地下水のように年間を通じて温度が安定しているものであれば、例えば河川の流水のような地表水を利用してもよい。また、地下の地熱を直接利用したり、太陽光、風力、波力、潮力、流水、バイオマス等の再生可能エネルギーに由来する電源により温度調整が可能なシステムであってもよい。すなわち、種々の再生可能エネルギーに由来する熱源を利用したシステムであればよい。

室外機３には、外気を導入する外気導入口３ａと、導入した外気を排出する排気口３ｂとが設けられる。外気導入口３ａには、気体温度調整装置１１の第一熱交換器１２が設置される。第一熱交換器１２の外気流路１２ｃを通過した外気は、地下水熱相当の温度に調温された状態で、外気導入口３ａ内の熱交換部３ｃに供給される。排気口３ｂ内には吸排気ファン３ｄが設けられる。

気体温度調整装置１１は、第一熱交換器１２に対して中間熱媒体を介して地下水熱を供給する。気体温度調整装置１１は、第一熱交換器１２と、第一熱交換器１２で吸熱又は放熱した中間熱媒体の温度を地下水熱により調整する第二熱交換器１３と、第二熱交換器１３の地下水導入部１３ａに接続される地下水導入路１４と、第二熱交換器１３の地下水排出部１３ｂに接続される地下水排出路１５と、第二熱交換器１３の熱媒導出部１３ｃと第一熱交換器１２の熱媒導入部１２ａとに渡る第一熱媒流路１６と、第一熱交換器１２の熱媒導出部１２ｂと第二熱交換器１３の熱媒導入部１３ｄとに渡る第二熱媒流路１７と、第一熱媒流路１６及び第二熱媒流路１７の両中間部に跨って設けられる熱媒循環装置１８と、第一熱媒流路１６の熱媒循環装置１８よりも下流側（第一熱媒流路１６側）に設けられて中間熱媒体の一部を室外機３の外気導入口３ａに向けて散布する熱媒散布装置１９と、熱媒散布装置１９が散布した後に室外機３の下方に流下した中間熱媒体を受け止めて熱媒循環装置１８に還流させる熱媒回収装置２０と、を備える。

第一熱交換器１２は、例えばフィンチューブ式熱交換器であり、少ない設置スペースで効率よく外気に伝熱可能である。これにより、第一熱交換器１２を含む室外機３の設置スペースの増大が抑えられるとともに、既設の室外機３に第一熱交換器１２を追加設置する場合にもこれが容易になる。なお、第一熱交換器１２はフィンチューブ式に限らず、気液接触式等の種々の熱交換器を採用可能である。

第二熱交換器１３は、例えばプレート式熱交換器であり、コンパクトで伝熱性能が高く、メンテナンス性にも優れる。これにより、気体温度調整装置１１の設置がより容易になるとともに、地下水の循環に伴うメンテナンスも容易になる。なお、第二熱交換器１３はプレート式に限らず、スパイラル式等の種々の熱交換器を採用可能である。

第二熱交換器１３に接続される地下水導入路１４には、スケール防止用の触媒フィルターユニット１４ａが設けられる。なお、地下水を汲み上げるポンプの図示は略すが、このポンプが地下水導入路１４の触媒フィルターユニット１４ａより下流側（第二熱交換器１３側）や地下水排出路１５にあれば、ポンプにおいても触媒フィルターユニット１４ａによるスケール防止効果を得られる。また、地下水排出路１５は、第二熱交換器１３で吸熱又は放熱した地下水を単に下水道等に排出してもよいが、不図示の廃熱利用装置に供給する構成としてもよい。

熱媒循環装置１８は、ポンプ等の駆動源を有して中間熱媒体を圧送し、第一熱交換器１２及び第二熱交換器１３の間で中間熱媒体を循環させる。熱媒循環装置１８には、中間熱媒体の散布による揮発等によって不足した中間熱媒体を補給可能とする補給路２１を接続する熱媒補給部１８ａと、熱媒回収装置２０の熱媒回収路２０ｂを接続する熱媒回収部１８ｂと、が設けられる。

熱媒散布装置１９は、第一熱媒流路１６から分岐して延びる散布ノズル１９ａを有する。散布ノズル１９ａは、熱媒循環装置１８から圧送された中間熱媒体を室外機３の外気導入口３ａに向けて滴状又は霧状に散布する。これにより、外気導入口３ａ内の熱交換部３ｃを直接冷却又は加温することが可能である。

熱媒回収装置２０には、熱交換器の下方に設けられて熱交換器の下方に流下した中間熱媒体を受け止める回収トレー２０ａと、回収トレー２０ａと熱媒循環装置１８の熱媒回収部１８ｂとを接続する熱媒回収路２０ｂと、が設けられる。回収トレー２０ａが受け止めた中間熱媒体は、不図示のフィルター等を経た後に熱媒循環装置１８内で第一熱媒流路１６に合流し、第一熱交換器１２への供給及び室外機３への散布に再利用される。

中間熱媒体には脱塩水（純水、イオン交換水）が用いられており、中間熱媒体の循環経路や散布装置及び散布相手にスケールが生じることを抑止するとともに、代替フロン等を用いる場合と比べて環境に影響を与えない。中間熱媒体としては、雨水程度に浄化された水であればよく、人為的に生成した脱塩水の他、貯留した雨水をろ過して用いたり補給することも可能である。中間熱媒体は、補給路２１を介して熱媒循環装置１８内の循環経路に補給可能である。また、熱媒回収装置２０を用いることで、中間熱媒体としての純水等を生成するためのコストが抑えられる。

次に、室外機システム１０の作用について説明する。

一般に、空調装置１が冷房運転の場合に、室外機３において熱交換する外気の温度が高いと、冷暖房平均エネルギー消費効率が低くなる。一方、空調装置１が暖房運転の場合に、室外機３において熱交換する外気の温度が低いと、冷暖房平均エネルギー消費効率が低くなる。

これに対し、室外機システム１０では、室外機３に導入して熱媒体と熱交換する外気を、室外機３への導入直前に気体温度調整装置１１によって適宜冷却又は加温するので、室外機３で熱交換に供される外気は、その温度が外気温そのままではなく、地熱利用により温度が制御された気体として室外機３に導入されることとなる。

第一熱交換器１２を通過して室外機３に導入される外気は、熱交換部３ｃで中間熱媒体との熱交換がなされる。中間熱媒体は、第二熱交換器１３においてほぼ地下水温となるように温度を制御される。例えば中間熱媒体の温度が地下水温と同等の１５度であり、外気温が１５度よりも高い温度であるときには、第一熱交換器１２を通過した外気は、地下水と同等の温度まで冷却される。逆に、外気温が１５度よりも低い温度であるときには、外気温が１５度よりも高い温度まで加温される。

さらに、室外機システム１０では、熱媒散布装置１９により中間熱媒体を室外機３の外気導入口３ａに散布することで、外気温が１５度よりも高い温度であるときには、中間熱媒体の冷熱によって外気導入口３ａ内の熱交換部３ｃが直接冷却されるとともに、中間熱媒体の一部の気化熱によっても前記熱交換部３ｃが冷却される。一方、外気温が１５度よりも低い温度であるときには、中間熱媒体の気化熱として５度程度を差し引いても、中間熱媒体の温熱により外気導入口３ａ内の熱交換部３ｃが直接加温される。

このように、室外機３に温度を調整した外気を取り込むとともに、室外機３の熱交換部３ｃを中間熱媒体により直接冷却又は加温することで、空調装置１の冷暖房平均エネルギー消費効率を高め、高い省エネルギー効果を得ることができる。

また、室外機３からの廃熱が過度に高温化又は低温化することを避け、夏場のヒートアイランド対策や冬場のデフロスト運転の回避を図ることができる。

さらに、中間熱媒体と地下水との間で熱交換を行うことで、通年１５度ほどに安定した地下水を利用して中間熱媒体を効率よく冷却又は加温することができる。

しかも、中間熱媒体に純水を用いることで、中間熱媒体の循環経路や散布装置及び散布相手にスケールが生じることを抑止するとともに、環境に対してローインパクトとすることができる。中間熱媒体の補給は比較的容易であるが、散布した中間熱媒体を回収する熱媒回収装置２０をさらに備えることで、中間熱媒体の補給コストを抑えることができる。

なお、上記実施形態における構成は本発明の一例であり、実施形態の構成要素を周知の構成要素に置き換える等、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

１空調装置
３室外機
３ａ外気導入口
３ｃ熱交換部
１１気体温度調整装置
１２第一熱交換器
１３第二熱交換器
１９熱媒散布装置
２０熱媒回収装置

Claims

空調装置の室外機に導入する前の外気の温度を調整する気体温度調整装置が備えられ、
前記気体温度調整装置は、前記室外機に導入する前の外気と中間熱媒体との間で熱交換させる第一熱交換器と、前記中間熱媒体と再生可能エネルギーに由来する熱源との間で熱交換させる第二熱交換器と、が備えられている室外機システムであって、前記気体温度調整装置は、前記第一熱交換器と前記第二熱交換器との間を循環する前記中間熱媒体の一部を、前記室外機の前記外気導入口若しくはこの外気導入口内の前記室外機の熱交換部に散布して、外気を気化熱により冷却する熱媒散布装置が備えられていることを特徴とする室外機システム。
前記第二熱交換器は、前記中間熱媒体と、前記再生可能エネルギーに由来する熱源である地下水との間で熱交換を行う構成とされていることを特徴とする請求項１に記載の室外機システム。
前記中間熱媒体は純水であることを特徴とする請求項１又は２に記載の室外機システム。
前記気体温度調整装置は、前記熱媒散布装置が散布した前記中間熱媒体を回収して循環経路に戻す熱媒回収装置が備えられていることを特徴とする請求項３に記載の室外機システム。
空調対象の室内に設置される室内機と、外気を熱交換部に導入して、前記室内機との間で循環させる熱媒体を冷却又は加温する室外機と、この室内機と室外機の間で前記熱媒体を循環させる循環路に設けた圧縮機と膨張弁とから成る空調装置に設けられる室外機システムであって、前記室外機に導入する前の前記外気の温度を調整する気体温度調整装置が備えられ、この気体温度調整装置は、前記室外機に導入する前の外気と中間熱媒体との間で熱交換させる第一熱交換器と、前記中間熱媒体と再生可能エネルギーに由来する熱源との間で熱交換させる第二熱交換器とが備えられているとともに、前記気体温度調整装置は、前記第一熱交換器と前記第二熱交換器との間で前記中間熱媒体を循環させる熱媒循環装置と、この中間熱媒体の一部を、前記室外機に導入される外気へ散布して外気を気化熱により冷却する熱媒散布装置と、前記熱媒散布装置が散布した前記中間熱媒体を回収して前記熱媒循環装置の循環経路に戻す熱媒回収装置が備えられていることを特徴とする室外機システム。