JP6372992B2

JP6372992B2 - 空気熱源機を用いた熱回収システム

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Publication number: JP6372992B2
Application number: JP2013217152A
Authority: JP
Inventors: 桑原　健次; 健次桑原
Original assignee: Takasago Thermal Engineering Co Ltd
Current assignee: Takasago Thermal Engineering Co Ltd
Priority date: 2013-10-18
Filing date: 2013-10-18
Publication date: 2018-08-15
Anticipated expiration: 2033-10-18
Also published as: JP2015078808A

Description

本発明は、空気熱源機を用いて空調領域に冷気または暖気を供給するとともに、前記空調領域から排出された空気から温熱または冷熱を回収して温水または冷水を作る熱回収システムに関する。

例えば、建築物の内部には、発熱機器が設置された電気室などやボイラー室など、冷気を供給して温熱環境を維持することが必要な空調領域が存在する。例えば電気室などの発熱機器が存在する空調領域の設計条件は、４０℃以下とされており、機器の効率や寿命のためには極力低い温度であることが好ましい。

このような空調領域の冷房を行うためには冷熱源が必要になる。この冷熱源には、建物内に設置された冷凍機で製造した冷水、もしくは、地域冷暖房設備（DHC）から購入した冷水などが利用されている。このため、冷房に要するエネルギー消費量が過大となる傾向がある。地球環境保全と、省エネルギーの観点から、消費エネルギー（油、ガス、電気、DHC 熱源）の削減が求められている。

ここで、特許文献１には、ヒートポンプ給湯機から排出される冷排気を建物の躯体蓄熱用の空気冷熱源として活用する技術が開示されている。また、特許文献２には、ヒートポンプ給湯機から排出される冷排気を空調機の換気補助として活用する技術が開示されている。また一方、特許文献３には、電算室の空調用に設けられた空調機に循環させた水で回収した熱をヒートポンプで吸熱し、その熱エネルギーを一般系統空調機の温熱源として利用する技術が開示されている。

特開２００７−４６８２３号公報特開２００２−１３０７８４号公報特開平６−３０７６５５号公報

しかしながら、上記特許文献１、２の技術では、室内から排出される高温の排気は、そのまま建物外部へ廃棄していた。また、特許文献３の技術では、ヒートポンプから電算室に直接冷気を供給することはしていなかった。

本発明の目的は、空調領域から排出された空気から温熱を回収することに加え、さらに、空調領域に冷気を供給することが可能な熱回収システムを提供することにある。

前記の目的を達成するため、本発明によれば、空調領域に冷気を供給する空気熱源機を備えた空調システムであって、前記空気熱源機は筐体の内部に配置され、前記筐体の内部は、前記空調領域から排出された空気が導入される還気空間と、前記空調領域に供給する冷気を溜める冷気空間とに仕切られており、前記空気熱源機は、前記還気空間に導入された空気から温熱を回収して温水を加熱する温水ヒートポンプを備え、前記温水ヒートポンプで温熱を回収された空気が冷気となって前記冷気空間に導入され、前記温水ヒートポンプで加熱された温水が空調領域とは異なる二次側負荷に供給され、前記筐体の内部が２つの空間に区切られ、一方の空間の内部は第１の還気空間と第１の冷気空間に仕切られ、他方の空間の内部は第２の還気空間と第２の冷気空間に仕切られ、前記空調領域から排出された空気が、一方の空間の第１の還気空間に導入され、一方の空間において第１の還気空間から第１の冷気空間に抜けた空気は、他方の空間の第２の還気空間にされ、他方の空間において第２の還気空間から第２の冷気空間に抜けた空気は、前記空調領域に供給されることを特徴とする、空調システムが提供される。

この空調システムにあっては、空調領域から排出された空気から回収した温熱を利用して温水を加熱することに加え、温水ヒートポンプで温熱を回収することによって、空調領域に供給する冷気を作ることが可能となる。

この空調システムにおいて、前記空調領域に外気を導入する外気ダクトを備え、前記空気熱源機で作られた冷気を前記空調領域に供給する状態と、前記外気ダクトから前記空調領域に外気を導入する状態とに切り替え可能であっても良い。また、前記温水ヒートポンプで加熱された温水から温熱を回収する吸収式冷凍機を備えても良い。また、前記温水ヒートポンプは、蒸発器と凝縮器との間に設けられた熱媒配管に熱媒を循環させて熱サイクルを行い、前記蒸発器で、前記還気空間に導入された空気から温熱を回収し、前記凝縮器で、温水往き配管と温水戻り配管を通じて導入された温水と熱交換して、温水を加熱させ、前記温水往き配管と前記温水戻り配管の間には、流量調整弁を備えたバイパス流路が設けられ、前記空調領域内の空気の温度を測定する温度センサの測定値に基づいて、前記流量調整弁の開度が調整されても良い。また、前記温水ヒートポンプは、蒸発器と凝縮器との間に設けられた熱媒配管に熱媒を循環させて熱サイクルを行い、前記蒸発器で、前記還気空間に導入された空気から温熱を回収し、前記凝縮器で、温水往き配管と温水戻り配管を通じて導入された温水と熱交換して、温水を加熱させ、前記温水戻り配管に熱交換器が設けられ、前記熱交換器には、前記温水戻り配管を流れる温水と熱交換して温水を温度調節する熱媒が熱媒配管を介して供給され、前記熱媒配管には熱媒流量調整弁が設けられ、前記空調領域内の空気の温度を測定する温度センサの測定値に基づいて、前記熱媒流量調整弁の開度が調整されても良い。

また本発明によれば、空調領域に暖気を供給する空気熱源機を備えた空調システムであって、前記空気熱源機は筐体の内部に配置され、前記筐体の内部は、前記空調領域から排出された空気が導入される還気空間と、前記空調領域に供給する暖気を溜める暖気空間とに仕切られており、前記空気熱源機は、前記還気空間に導入された空気から冷熱を回収して水を冷却する冷水ヒートポンプを備え、前記冷水ヒートポンプで冷熱を回収された空気が暖気となって前記暖気空間に導入され、前記冷水ヒートポンプで加熱された冷水が空調領域とは異なる二次側負荷に供給され、前記筐体の内部が２つの空間に区切られ、一方の空間の内部は第１の還気空間と第１の暖気空間に仕切られ、他方の空間の内部は第２の還気空間と第２の暖気空間に仕切られ、前記空調領域から排出された空気が、一方の空間の第１の還気空間に導入され、一方の空間において第１の還気空間から第１の暖気空間に抜けた空気は、他方の空間の第２の還気空間にされ、他方の空間において第２の還気空間から第２の暖気空間に抜けた空気は、前記空調領域に供給されることを特徴とする、空調システムが提供される。

この空調システムにあっては、空調領域から排出された空気から回収した冷熱を利用して水を冷却することに加え、冷水ヒートポンプで冷熱を回収することによって、空調領域に供給する暖気を作ることが可能となる。

本発明によれば、空調領域からの廃熱を温水ヒートポンプの温熱源として活用して温水を作ることにより、給湯加熱エネルギーの削減を行うことができ、同時に、温水ヒートポンプからの冷廃熱を利用して冷気を作り、空調領域の冷房を行うことができる。また同様に、空調領域からの廃熱を冷水ヒートポンプの冷熱源として活用して冷水を作ることにより、エネルギーの削減を行うことができ、同時に、冷水ヒートポンプからの温廃熱を利用して暖気を作り、空調領域の暖房を行うことができる。つまり、これまで外部へ廃熱として捨てていた熱エネルギーを有効活用することで、省エネルギーと省コストを同時に達成することが可能となる。また、筐体の内部を壁体によって仕切ることにより、いわゆる空気のショートカットが回避され、空調領域内を安定して冷房空調または暖房空調することができる。

本実施の形態にかかる空調システムの構成の概略を示す説明図である。空気熱源機の説明図である。別の実施の形態にかかる空調システムの構成の概略を示す説明図である。別の実施の形態にかかる空調システムの構成の概略を示す説明図である。別の実施の形態にかかる空調システムの構成の概略を示す説明図である。別の実施の形態にかかる空調システムの構成の概略を示す説明図である。別の実施の形態にかかる空調システムの構成の概略を示す説明図である。別の実施の形態にかかる空調システムの構成の概略を示す説明図である。空調領域を暖房空調する本実施の形態にかかる空調システムの構成の概略を示す説明図である。図９の空調システムが備える空気熱源機の説明図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１に示す本発明の実施の形態にかかる空調システム１は、建物内に形成された空調領域１０に冷気を供給して、空調領域１０を冷房空調するものである。空調領域１０として、変圧器などの発熱源が内部に設置された室、すなわち電気室やボイラー室が例示される。空調領域１０の内部は、機器の効率や寿命のためには極力低い温度であることが好ましい。また、在室人員に対する室内温熱環境を維持するために、空調領域１０内は、例えば４０℃以下に温度設定される。

空調領域１０の外部には、空気熱源機１１を内部に収納した筐体１２が設置されている。筐体１２は、空調領域１０と同じ建物内に設けられている。筐体１２は、空気吸込口と空気吹出口の両開口を有し、ダクト、フランジを介する等して空調領域１０に接続される。筐体１２の内部は、壁体１５によって上下に仕切られ、後述する還気ＲＡと冷気（給気ＳＡ）が混合しないようになっている。空気熱源機１１の内部において、壁体１５の下側は還気空間１６になっており、壁体１５の上側は冷気空間１７になっている。還気空間１６内の空気は、空気熱源機１１を通過して冷気空間１７に抜けるようになっている。

筐体１２の還気空間１６には、還気ダクト２０の一端が接続され、この還気ダクト２０の他端が、空調領域１０に接続されている。還気ダクト２０には還気ファン２１が設けられており、この還気ファン２１の稼働により、空調領域１０から排出された空気（還気ＲＡ）が還気ダクト２０を通って還気空間１０に導入される。

同様に、筐体１２の冷気空間１７には、給気ダクト２２の一端が接続され、この給気ダクト２２の他端が、空調領域１０に接続されている。給気ダクト２２には給気ファン２３が設けられており、この給気ファン２３の稼働により、冷気空間１７に溜められた冷気（給気ＳＡ）が給気ダクト２３を通って空調領域１０に供給される。

図２に示すように、空気熱源機１１は、蒸発器３０と凝縮器３１との間に設けられた熱媒配管３２に熱媒を循環させて熱サイクルを行う温水ヒートポンプ３３を備えている。この温水ヒートポンプ３３は、熱媒配管３２に、蒸発器３０、圧縮器３５、凝縮器３１、膨張弁３６を順に配置した構成を有する。蒸発器３０には、送風ファン３７が取り付けてある。この送風ファン３７の稼動により、筐体１２の還気空間１６に導入された空気（還気ＲＡ）が、温水ヒートポンプ３３の蒸発器３０に引き込まれる。

温水ヒートポンプ３３の凝縮器３１には、温水を循環させる温水往き配管４０と温水戻り配管４１が接続されている。温水往き配管４０と温水戻り配管４１は、建物に敷設された貯湯槽や給湯設備などの２次側負荷（図示せず）に適宜接続されている。温水戻り配管４１には、送水ポンプ４５が設けられている。この送水ポンプ４５の稼動により、温水往き配管４０と温水戻り配管４１を通じて、温水ヒートポンプ３３の凝縮器３１と建物内の貯湯槽や給湯設備などといった２次側負荷との間で温水が循環させられる。

図１に示すように、温水往き配管４０と温水戻り配管４１の間には、流量調整弁４６を備えたバイパス流路４７が設けられている。この流量調整弁４６を開方向に動作させると、バイパス流路４７を流れる温水の量が増加し、温水ヒートポンプ３３の凝縮器３１に供給される温水の負荷が減少する。逆に、この流量調整弁４６を閉方向に動作させると、バイパス流路４７を流れる温水の量が減少し、温水ヒートポンプ３３の凝縮器３１に供給される温水の負荷が増加する。

空調領域１０には、空調領域１０内の空気の温度（室温）を測定する温度センサ５０が設けられている。この温度センサ５０の測定値に基づいて、流量調整弁４６の開度が調整されるようになっている。

以上のように構成された本発明の実施の形態にかかる空調システム１において、空気熱源機１１が備える温水ヒートポンプ３３の作用により作られた冷気（給気ＳＡ）が筐体１２の冷気空間１７に溜められる。そして、給気ファン２３の稼働により、冷気空間１７に溜められた冷気（給気ＳＡ）が給気ダクト２３を通って空調領域１０に供給される。これにより、空調領域１０内は、機器の効率や寿命のために適した冷熱環境に維持される。

一方、空調領域１０において、発熱機器などの発熱源に熱的に接触することにより高温となった空気（還気ＲＡ）が、還気ファン２１の稼働により空調領域１０から排出され、還気ダクト２０を通って筐体１２の還気空間１０に導入される。

そして、筐体１２の内部では、空気熱源機１１に設けられた送風ファン３７の稼動により、還気空間１６に導入された空気（還気ＲＡ）が、温水ヒートポンプ３３の蒸発器３０に引き込まれる。これにより、蒸発器３０では、温水ヒートポンプ３３の熱媒が、空気（還気ＲＡ）から温熱を回収して、蒸発させられる。そして、空気（還気ＲＡ）から温熱を回収して蒸発した温水ヒートポンプ３３の熱媒（ガス）は、圧縮器３５で圧縮された後、凝縮器３１にて、温水往き配管４０と温水戻り配管４１を通じて導入された温水と熱交換し、温水を加熱させる。こうして温水を加熱させることにより冷却されて凝縮させられた温水ヒートポンプ３３の熱媒（液）は、膨張弁３６を経て、再び蒸発器３０に循環供給される。

そして、蒸発器３０では、上述のように、温水ヒートポンプ３３の熱媒（液）が空気（還気ＲＡ）から温熱を回収して蒸発させられ、この熱交換により、空気（還気ＲＡ）は冷却されて冷気となる。こうして低温となった冷気（給気ＳＡ）が筐体１２の冷気空間１７に溜められた後、給気ファン２３の稼働により、給気ダクト２３を通って空調領域１０に供給される。

こうして、空気熱源機１１によって、空調領域１０内を冷房空調し、機器の効率や寿命のために適した冷熱環境に維持する一方で、空調領域１０から排出される高温の空気（還気ＲＡ）から温熱を回収して温水を加熱する。このように、温水ヒートポンプ３３の凝縮器３１では、空調領域１０内からの廃熱を活用して温水を加熱することにより、２次側負荷で要求される加熱エネルギーの削減を行うことができる。また同時に、温水ヒートポンプ３３の蒸発器３０では、熱媒（液）を蒸発させて空気（還気ＲＡ）から温熱を回収することにより、空気（還気ＲＡ）を冷却して冷気（給気ＳＡ）を作り出すことができる。つまり、これまで外部へ廃熱として捨てていた熱エネルギーを有効活用することで、省エネルギーと省コストを達成することが可能となる。特に、電気室など発熱源を有する空調領域１０からの廃熱は、年間を通じてほぼ一定に得られ、安定した温熱源の活用が可能となる。

また、この空調システム１では、空調領域１０内の空気の温度（室温）を温度センサ５０で測定して、流量調整弁４６の開度を調整することにより、室温を一定に制御することが可能である。すなわち、温度センサ５０の測定値が高い（室温が高い）場合には、流量調整弁４６の開度が小さくなり、バイパス流路４７を流れる温水の量が減少し、温水ヒートポンプ３３の凝縮器３１に供給される温水の負荷が増加させられる。これにより、凝縮器３１における温水の加熱負荷が増加し、空調領域１０から排出される高温の空気（還気ＲＡ）から回収される温熱の量が増加する。その結果、温水ヒートポンプ３３の蒸発器３０では、熱媒（液）の入り口温度が下がり、より冷たい冷気（給気ＳＡ）を作り出すことができる。一方、温度センサ５０の測定値が低い（室温が低い）場合には、流量調整弁４６の開度が大きくなり、バイパス流路４７を流れる温水の量が増加し、温水ヒートポンプ３３の凝縮器３１に供給される温水の負荷が減少させられる。これにより、凝縮器３１における温水の加熱負荷が減少し、空調領域１０から排出される高温の空気（還気ＲＡ）から回収される温熱の量が減少する。その結果、温水ヒートポンプ３３の蒸発器３０では、熱媒（液）の入り口温度が上がり、比較的高温の冷気（給気ＳＡ）を作り出すことができる。このように空調領域１０内の空気の温度（室温）に応じて凝縮器３１における温水の加熱負荷が調整され、室温が一定に維持される。

なお、流量調整弁４６の開度の調整に代えて、送水ポンプ４５の送液量を変えることにより、温水ヒートポンプ３３の凝縮器３１に供給される温水の負荷を増減させることもできる。このように送水ポンプ４５の送液量を変えて温水ヒートポンプ３３の凝縮器３１に供給される温水の負荷を増減させる場合、流量調整弁４６とバイパス流路４７を省略しても良い。なお、送水ポンプ４５として定流量ポンプを用いた場合は、流量調整弁４６の開度の調整によって、温水ヒートポンプ３３の凝縮器３１に供給される温水の負荷を増減させる手段が有効である。また、ブリードイン制御を採用することもできる。

このように、本発明の実施の形態にかかる空調システム１によれば、空調領域１０内を常に一定に冷房空調することにより、電気室に配置される種々の機器などの効率や寿命を向上させることが可能となる。加えて、壁体１５によって還気空間１６と冷気空間１７に仕切られた筐体１２の内部に空気熱源機１１が設けられているので、空調領域１０から還気空間１６に導入された高温の空気（還気ＲＡ）が、冷気空間１７に直接流れ込むことがなく、温水ヒートポンプ３３の蒸発器３０で冷却した冷気（給気ＳＡ）を確実に空調領域１０内に供給することができる。このため、いわゆる空気のショートカットが回避され、空調領域１０内を安定して冷房空調することができる。なお、還気ダクト２０に還気ファン２１を設けて、空調領域１０から空気（還気ＲＡ）を還気空間１０に導入し、給気ダクト２２に給気ファン２３を設けて冷気（給気ＳＡ）を空調領域１０に供給することにより、空調領域１０と筐体１２との間で安定した空気の循環を行うことができる。但し、空気熱源機１１の蒸発器３０に設けられた送風ファン３７の動力のみで空気の循環が可能であれば、これら還気ファン２１、給気ファン２３の一方もしくは両方を省略することもできる。また、筐体１２の内部には、空気熱源機１１を複数台設置しても良い。

次に、本発明の空調システムについて、別の実施の形態を例示する。なお、以下は例示であり、本発明の空調システムを限定するものではない。また、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図３に示す空調システム２は、共通の空気熱源機１１から複数の空調領域１０に冷気を供給して冷房空調するものである。この空調システム２にあっては、給気ダクト２２に温度センサ５１が設けられており、この温度センサ５１の測定値に基づいて、流量調整弁４６の開度が調整されるようになっている。この空調システム２にあっては、温度センサ５１の測定値が高い（冷気（給気ＳＡ）の温度が高い）場合には、流量調整弁４６の開度が小さくなり、バイパス流路４７を流れる温水の量が減少し、温水ヒートポンプ３３の凝縮器３１に供給される温水の負荷が増加させられる。これにより、凝縮器３１における温水の加熱負荷が増加し、空調領域１０から排出される高温の空気（還気ＲＡ）から回収される温熱の量が増加する。その結果、温水ヒートポンプ３３の蒸発器３０では、熱媒（液）の入り口温度が下がり、より冷たい冷気（給気ＳＡ）を作り出すことができる。一方、温度センサ５１の測定値が低い（冷気（給気ＳＡ）の温度が低い）場合には、流量調整弁４６の開度が大きくなり、バイパス流路４７を流れる温水の量が増加し、温水ヒートポンプ３３の凝縮器３１に供給される温水の負荷が減少させられる。これにより、凝縮器３１における温水の加熱負荷が減少し、空調領域１０から排出される高温の空気（還気ＲＡ）から回収される温熱の量が減少する。その結果、温水ヒートポンプ３３の蒸発器３０では、熱媒（液）の入り口温度が上がり、比較的高温の冷気（給気ＳＡ）を作り出すことができる。このように空調領域１０内の空気の温度（室温）に応じて凝縮器３１における温水の加熱負荷が調整され、空調領域１０に供給される冷気（給気ＳＡ）の温度が一定に維持される。

図４に示す空調システム３では、温水往き配管４０を温水往きヘッダ５５に接続し、温水戻り配管４１を温水戻りヘッダ５６に接続している。そして、建物に敷設された貯湯槽や給湯設備などといった２次側負荷５７に対して、温水往きヘッダ５５から温水往き主配管５８を介して温水を供給し、２次側負荷５７で熱を消費した温水を、温水戻り主配管５９を介して温水戻りヘッダ５６に戻す構成になっている。また、この空調システム３では、温水戻りヘッダ５６から抜出配管６０に抜き出した温水を熱源装置６１に導入し、熱源装置６１で温度調節した温水を、供給配管６２を介して温水往きヘッダ５５に注入する構成になっている。熱源装置６１には、例えばボイラー、熱交換器、冷凍機などが用いられる。抜出配管６０にはポンプ６３が設けられており、温水ヒートポンプ３３の凝縮器３１と２次側負荷５７の間で循環している温水の一部が、このポンプ６３の稼働で温水戻りヘッダ５６から抜出配管６０に抜き出され、その温水が、熱源装置６１で温度調節された後、供給配管６２を通って温水往きヘッダ５５に注入される。

この空調システム３によれば、２次側負荷５７に循環させる温水の温度を熱源装置６１によって所望の温度に調整することが可能である。上述のように、空調領域１０の室温を一定に保つために、流量調整弁４６の開度の調整や送水ポンプ４５の送液量の調整により、温水ヒートポンプ３３の凝縮器３１に供給される温水の負荷が増減される場合がある。かかる場合、２次側負荷５７に循環される温水の量の増減に伴う温水の温度の変動を、熱源装置６１の稼働で補うことにより、２次側負荷５７に循環させる温水の温度を一定に保つことができる。また、２次側負荷５７の要望に応じて、温水の温度を調整することができる。

また、図４に示すように、温水往きヘッダ５５から配管６５を介して吸収式冷凍機６６に温水を導入し、吸収式冷凍機６６から配管６７を介して温水戻りヘッダ５６に温水を戻す構成としても良い。かかる構成によれば、温水ヒートポンプ３３で加熱された温水から吸収式冷凍機６６で温熱を回収することも可能となる。このように、温水ヒートポンプ３３で加熱された温水を活用する手段として、貯湯槽や給湯設備などの他、吸収式冷凍機６６を用いても良い。

吸収式冷凍機６６の使用例としては、例えば次のような場合が挙げられる。すなわち夏季は電気室等を冷却する必要もエネルギーも大きく、一方で暖房や給湯の需要は少ない。そのため冷気供給が大きく多くなるにつれ、空気熱源機１１で放出する温水の熱量も大きくなる。この温水を吸収式冷凍機６６の再生器に直接導くか、または予熱源として利用することで、夏季に必要とされる冷熱生成のエネルギーを節約できることになる。

図５に示す空調システム４では、筐体７０の内部が、パンチングメタル、エキスパンドメタル等の通気性部材７１によって上空間７２と下空間７３に区切られている。さらに、これら上空間７２の内部と下空間７３の内部は、壁体７４によってそれぞれ上下に仕切られており、下空間７３において、壁体７４の下側は第１の還気空間７５になっており、壁体７４の上側は第１の冷気空間７６になっている。同様に、上空間７２において、壁体７４の下側は第２の還気空間７７になっており、壁体７４の上側は第２の冷気空間７８になっている。また、上空間７２と下空間７３には、先に説明したものと同様の温水ヒートポンプ３３を備えた空気熱源機１１がそれぞれ設置されており、下空間７３において、第１の還気空間７５の空気は、下空間７３に設置された空気熱源機１１を通過して第１の冷気空間７６に抜けるようになっている。同様に、上空間７２において、第２の還気空間７７の空気は、上空間７２に設置された空気熱源機１１を通過して第２の冷気空間７８に抜けるようになっている。

なお、下空間７３の第１の冷気空間７６と上空間７２の第２の還気空間７７は通気性部材７１を介して連通している。このため、下空間７３において第１の還気空間７５から空気熱源機１１を通過して第１の冷気空間７６に抜けた空気は、通気性部材７１を通過して上空間７２の第２の還気空間７７に略同温度で導入される。

この空調システム４では、下空間７３の第１の還気空間７５に還気ダクト２０が接続されており、還気ファン２１の稼働により、空調領域１０から排出された空気（還気ＲＡ）が、下空間７３の第１の還気空間７５に導入される。また、上空間７２の第２の冷気空間７８に給気ダクト２２が接続されており、給気ファン２３の稼働により、上空間７２の第２の冷気空間７８に溜められた冷気（給気ＳＡ）が給気ダクト２３を通って空調領域１０に供給される。

この空調システム４にあっては、空調領域１０から排出された高温の空気（還気ＲＡ）が、還気ファン２１の稼働により還気ダクト２０を通って筐体７０内の下空間７３の第１の還気空間７５に導入される。そして先ず、下空間７３に設置された空気熱源機１１の蒸発器３０で冷却された中間空気ＭＡが、下空間７３の第１の冷気空間７６に導入される。そして、この中間空気ＭＡが、通気性部材７１を通過して上空間７２の第２の還気空間７７に導入される。

次に、上空間７２の第２の還気空間７７に導入された中間空気ＭＡが、上空間７３に設置された空気熱源機１１の蒸発器３０でさらに冷却され、冷気となって上空間７２の第２の冷気空間７８に導入される。こうして低温となった冷気（給気ＳＡ）が、給気ファン２３の稼働により、上空間７２の第２の冷気空間７８から給気ダクト２３を通って空調領域１０に供給される。

この空調システム４によれば、空調領域１０から排出された高温の空気（還気ＲＡ）を、筐体７０の内部において、上下２段に配置された二つの空気熱源機１１によって連続して冷却することにより、より低温の冷気（給気ＳＡ）を作り出すことができ、空調領域１０に対する冷房能力が向上する。

図６に示す空調システム５では、２次側負荷（図示せず）から空気熱源機１１（温水ヒートポンプ３３）の凝縮器３１に温水を供給する温水戻り配管４１の途中に熱交換器８０を設けている。熱交換器８０には、温水戻り配管４１を流れる温水と熱交換して温水を温度調節する熱媒が、熱媒配管８１を介して供給されている。また、熱媒配管８１には熱媒流量調整弁８２が設けられており、この熱媒流量調整弁８２の開度が、空調領域１０内の室温を測定する温度センサ５０の測定値に基づいて調整されるようになっている。

この空調システム５では、例えば、２次側負荷側に負荷が無く、温水ヒートポンプ３３の凝縮器３１に供給される温水の温度が高い場合、熱交換器８０で温水を冷却することで、温水ヒートポンプ３３の熱媒を凝縮器３１で確実に凝縮させることが可能となる。その結果、温水ヒートポンプ３３の蒸発器３０では、空気（還気ＲＡ）が有効に冷却され、空調領域１０に対する冷房能力を担保できるようになる。このように、この空調システム５によれば、２次側負荷側の負荷の変動によらずに、空調領域１０に対する冷房能力を有効に維持することができる。

図７に示す空調システム６は、先に図５で説明した空調システム４と同様に、筐体７０の内部を通気性部材７１によって上空間７２と下空間７３に区切り、さらに、これら上空間７２の内部と下空間７３の内部を、壁体７４によって第１の還気空間７５と第１の冷気空間７６、第２の還気空間７７と第２の冷気空間７８に仕切った構成である。また、上空間７２と下空間７３には、先に説明したものと同様の空気熱源機１１がそれぞれ設置されている。さらにこの空調システム６では、先に図６で説明した空調システム５と同様に、２次側負荷（図示せず）から空気熱源機１１（温水ヒートポンプ３３）の凝縮器３１に温水を供給する温水戻り配管４１の途中に熱交換器８０を設けている。熱交換器８０には、温水戻り配管４１を流れる温水と熱交換して温水を温度調節する熱媒が、熱媒配管８１を介して供給されている。また、熱媒配管８１には熱媒流量調整弁８２が設けられている。この熱媒流量調整弁８２の開度は、給気ダクト２２に設けられた温度センサ５１の測定値に基づいて調整されるようになっている。

この空調システム６によれば、先に図５で説明した空調システム４と同様に、空調領域１０から排出された高温の空気（還気ＲＡ）を、筐体７０の内部において、上下２段に配置された二つの空気熱源機１１によって連続して冷却することにより、より低温の冷気（給気ＳＡ）を作り出すことができ、空調領域１０に対する冷房能力が向上する。また、先に図６で説明した空調システム５と同様に、例えば、２次側負荷側に負荷が無く、温水ヒートポンプ３３の凝縮器３１に供給される温水の温度が高い場合、熱交換器８０で温水を冷却することで、温水ヒートポンプ３３の熱媒を凝縮器３１で確実に凝縮させることが可能となり、２次側負荷側の負荷の変動によらずに、空調領域１０に対する冷房能力を有効に維持することができる。

図８に示す空調システム７は、給気ダクト２２に外気ダクト９０が接続され、還気ダクト２０に排気ダクト９１が接続されている。また、これら給気ダクト２２、外気ダクト９０、還気ダクト２０、排気ダクト９１には、開閉ダンパ９２がそれぞれ設けられている。

この空調システム７によれば、給気ダクト２２に設けられた開閉ダンパ９２を開いて外気ダクト９０に設けられた開閉ダンパ９２を閉じ、還気ダクト２０に設けられた開閉ダンパ９２を開いて排気ダクト９１に設けられた開閉ダンパ９２を閉じれば、先に図１で説明した空調システム１と同様に、空気熱源機１１によって、空調領域１０内を冷房空調しつつ、空調領域１０から排出される高温の空気（還気ＲＡ）から温熱を回収して温水を加熱することができる。

また一方、例えば冬季などのように外気温が低い場合は、給気ダクト２２に設けられた開閉ダンパ９２を閉じて外気ダクト９０に設けられた開閉ダンパ９２を開き、還気ダクト２０に設けられた開閉ダンパ９２を閉じて排気ダクト９１に設けられた開閉ダンパ９２を開く。これにより、空調領域１０内を外気冷房することが可能となる。

以上、本発明の好適な実施の形態を例示して説明したが、本発明はここに示した形態に限定されない。例えば、空気熱源機１１が備える温水ヒートポンプ３３として、図２に示した構成の他、「第１２版空気調和・衛生工学便覧３空気調和設備設計篇編集・発行／社団法人空気調和・衛生工学会第１９４ページ図４・１７各種ヒートポンプ方式の比較」に記載されたような各種の方式のヒートポンプを用いることができる。また、図５に示した空調システム４や図７に示した空調システム６のように、二つの空気熱源機１１を上下２段に配置するヒートポンプとして、東芝キヤリア株式会社製の循環加温ヒートポンプＣＡＯＮＳなどが利用できる。例えば図７に示した空調システム６によれば、２次側負荷から戻される温水の水温が８３℃で、下空間７３の第１の還気空間７５に導入される空気（還気ＲＡ）の温度（室温）が３４．８℃の場合、中間空気ＭＡの温度は２８．４℃で、冷気空間７８に導入される冷気（給気ＳＡ）の温度は２２．０℃となり、２次側負荷に供給される温水の水温が８８℃となる。

また、以上の実施の形態ではいずれも空調領域１０を冷房空調し、空調領域１０から排出された空気から回収した温熱を利用して温水を加熱する例を説明したが、ヒートポンプの特性上、空調領域１０を暖房空調し、空調領域１０から排出された空気から回収した冷熱を利用して水を冷却するといった、逆の形態も同様に実現できる。

図９に示す本発明の実施の形態にかかる空調システム８は、建物内に形成された空調領域１０に暖気を供給して、空調領域１０を暖房空調するものである。空調領域１０として、電池製造工程などで利用される各種熱処理室、エイジングなどに利用される恒温室が例示される。

この空調システム８では、筐体１２の内部が、壁体１５によって下側の還気空間１６と、上側の暖気空間１００に分かれている。還気空間１６内の空気は、空気熱源機１０１を通過して暖気空間１００に抜けるようになっている。還気空間１６には、還気ダクト２０の一端が接続され、この還気ダクト２０の他端が、空調領域１０に接続されている。還気ダクト２０には還気ファン２１が設けられており、この還気ファン２１の稼働により、空調領域１０から排出された空気（還気ＲＡ）が還気ダクト２０を通って還気空間１０に導入される。暖気空間１００には、給気ダクト２２の一端が接続され、この給気ダクト２２の他端が、空調領域１０に接続されている。給気ダクト２２には給気ファン２３が設けられており、この給気ファン２３の稼働により、暖気空間１００に溜められた暖気（給気ＳＡ）が給気ダクト２３を通って空調領域１０に供給される。

図１０に示すように、この空調システム８の空気熱源機１０１は、蒸発器１０２と凝縮器１０３との間に設けられた熱媒配管１０４に熱媒を循環させて熱サイクルを行う冷水ヒートポンプ１０５を備えている。この冷水ヒートポンプ１０５は、熱媒配管１０４に、蒸発器１０２、圧縮器１０６、凝縮器１０３、膨張弁１０７を順に配置した構成を有する。凝縮器１０３には、送風ファン１０８が取り付けてある。この送風ファン１０８の稼動により、筐体１２の還気空間１６に導入された空気（還気ＲＡ）が、冷水ヒートポンプ１０５の凝縮器１０３に引き込まれる。

冷水ヒートポンプ１０５の蒸発器１０２には、水を循環させる冷水往き配管１１０と冷水戻り配管１１１が接続されている。冷水往き配管１１０と冷水戻り配管１１１は、建物に敷設された冷却設備などの２次側負荷（図示せず）に適宜接続されている。冷水戻り配管１１１には、送水ポンプ１１２が設けられている。この送水ポンプ１１２の稼動により、冷水往き配管１１０と冷水戻り配管１１１を通じて、冷水ヒートポンプ１０５の蒸発器１０２と建物内の冷却設備などといった２次側負荷との間で水が循環させられる。

図９に示すように、冷水往き配管１１０と冷水戻り配管１１１の間には、流量調整弁１１５を備えたバイパス流路１１６が設けられている。この流量調整弁１１５を開方向に動作させると、バイパス流路１１６を流れる水の量が増加し、冷水ヒートポンプ１０５の蒸発器１０２に供給される水の負荷が減少する。逆に、この流量調整弁１１５を閉方向に動作させると、バイパス流路１１６を流れる水の量が減少し、冷水ヒートポンプ１０５の蒸発器１０２に供給される水の負荷が増加する。

空調領域１０には、空調領域１０内の空気の温度（室温）を測定する温度センサ５０が設けられている。この温度センサ５０の測定値に基づいて、流量調整弁１１５の開度が調整されるようになっている。

以上のように構成された本発明の実施の形態にかかる空調システム８において、空気熱源機１０１が備える冷水ヒートポンプ１０５の作用により作られた暖気（給気ＳＡ）が筐体１２の暖気空間１００に溜められる。そして、給気ファン２３の稼働により、暖気空間１００に溜められた暖気（給気ＳＡ）が給気ダクト２３を通って空調領域１０に供給される。これにより、空調領域１０内は、各種熱処理やエイジングなどに適した温熱環境に維持される。

一方、空調領域１０において、各種熱処理やエイジングなどに利用されて低温となった空気（還気ＲＡ）が、還気ファン２１の稼働により空調領域１０から排出され、還気ダクト２０を通って筐体１２の還気空間１０に導入される。

そして、筐体１２の内部では、空気熱源機１０１に設けられた送風ファン１０８の稼動により、還気空間１６に導入された空気（還気ＲＡ）が、冷水ヒートポンプ１０５の凝縮器１０３に引き込まれる。これにより、凝縮器１０３では、冷水ヒートポンプ１０５の熱媒が、空気（還気ＲＡ）から冷熱を回収して凝縮させられる。そして、空気（還気ＲＡ）から冷熱を回収して凝縮した冷水ヒートポンプ１０５の熱媒（液）は、膨張弁１０７を経て蒸発器１０２に循環供給される。そして、蒸発器１０２では、温水往き配管４０と温水戻り配管４１を通じて導入された水と熱交換し水を冷却する。これにより、冷水ヒートポンプ１０５の熱媒は蒸発させられる。こうして、水から温熱を回収して蒸発した温水ヒートポンプ１０５の熱媒（ガス）は、圧縮器１０６で圧縮された後、再び凝縮器１０３に循環供給される。

こうして、空気熱源機１０１によって、空調領域１０内を暖房空調し、各種熱処理やエイジングなどに適した温熱環境に維持する一方で、空調領域１０から排出される低温の空気（還気ＲＡ）から冷熱を回収して水を冷却する。このように、冷水ヒートポンプ１０５の圧縮器１０２では、空調領域１０内からの廃熱を活用して水を冷却することにより、２次側負荷で要求される冷熱エネルギーの削減を行うことができる。また同時に、温水ヒートポンプ１０５の凝縮器１０３では、熱媒（ガス）を凝縮させて空気（還気ＲＡ）から冷熱を回収することにより、空気（還気ＲＡ）を加熱して暖気（給気ＳＡ）を作り出すことができる。つまり、これまで外部へ廃熱として捨てていた熱エネルギーを有効活用することで、省エネルギーと省コストを達成することが可能となる。例えば、液化天然ガスを気化させる施設が港湾周辺にみられる。この冷排熱をダクトで導き暖房等の加熱源とすることができる。そのほか、以下の実施形態も提示できる。

この空調システム８でも同様に、空調領域１０内の空気の温度（室温）を温度センサ５０で測定して、流量調整弁１１５の開度を調整することにより、室温を一定に制御することが可能である。さらに、この空調システム８でも同様に、先に図３〜８で説明した場合と同様な設計変更を適宜行うことが可能である。

本発明は、電気室やボイラー室などの冷房空気と所望の設備に給湯を行う空調システムや各種熱処理室、恒温室などの暖房空気と所望の設備に冷水を供給する空調システムに有用である。

１、２、３、４、５、６、７、８空調システム
１０空調領域
１１空気熱源機
１２筐体
１５壁体
１６還気空間
１７冷気空間
２０還気ダクト
２１還気ファン
２２給気ダクト
２３給気ファン
３０蒸発器
３１凝縮器
３２熱媒配管
３３温水ヒートポンプ
３５圧縮器
３６膨張弁
３７送風ファン
４０温水往き配管
４１温水戻り配管
４５送水ポンプ
４６流量調整弁
４７バイパス流路
５０温度センサ
５１温度センサ
５５温水往きヘッダ
５６温水戻りヘッダ
５７２次側負荷
５８温水往き主配管
５９温水戻り主配管
６０抜出配管
６１熱源装置
６２供給配管
６３ポンプ
７０筐体
７１通気性部材
７２上空間
７３下空間
７４壁体
７５第１の還気空間
７６第１の冷気空間
７７第２の還気空間
７８第２の冷気空間
８０熱交換器
８１熱媒配管
８２熱媒流量調整弁
９０外気ダクト
９１排気ダクト
９２開閉ダンパ
１００暖気空間
１０１空気熱源機
１０２蒸発器
１０３凝縮器
１０４熱媒配管
１０５冷水ヒートポンプ
１０６圧縮器
１０７膨張弁
１０８送風ファン
１１０冷水往き配管
１１１冷水戻り配管
１１２送水ポンプ
１１５流量調整弁
１１６バイパス流路

Claims

空調領域に冷気を供給する空気熱源機を備えた空調システムであって、
前記空気熱源機は筐体の内部に配置され、
前記筐体の内部は、前記空調領域から排出された空気が導入される還気空間と、前記空調領域に供給する冷気を溜める冷気空間とに仕切られており、
前記空気熱源機は、前記還気空間に導入された空気から温熱を回収して温水を加熱する温水ヒートポンプを備え、前記温水ヒートポンプで温熱を回収された空気が冷気となって前記冷気空間に導入され、前記温水ヒートポンプで加熱された温水が空調領域とは異なる二次側負荷に供給され、
前記筐体の内部が２つの空間に区切られ、
一方の空間の内部は第１の還気空間と第１の冷気空間に仕切られ、
他方の空間の内部は第２の還気空間と第２の冷気空間に仕切られ、
前記空調領域から排出された空気が、一方の空間の第１の還気空間に導入され、
一方の空間において第１の還気空間から第１の冷気空間に抜けた空気は、他方の空間の第２の還気空間にされ、
他方の空間において第２の還気空間から第２の冷気空間に抜けた空気は、前記空調領域に供給されることを特徴とする、空調システム。
前記空調領域に外気を導入する外気ダクトを備え、
前記空気熱源機で作られた冷気を前記空調領域に供給する状態と、前記外気ダクトから前記空調領域に外気を導入する状態とに切り替え可能であることを特徴とする、請求項１に記載の空調システム。
前記温水ヒートポンプで加熱された温水から温熱を回収する吸収式冷凍機を備えることを特徴とする、請求項１または２のいずれかに記載の空調システム。
空調領域に暖気を供給する空気熱源機を備えた空調システムであって、
前記空気熱源機は筐体の内部に配置され、
前記筐体の内部は、前記空調領域から排出された空気が導入される還気空間と、前記空調領域に供給する暖気を溜める暖気空間とに仕切られており、
前記空気熱源機は、前記還気空間に導入された空気から冷熱を回収して水を冷却する冷水ヒートポンプを備え、
前記冷水ヒートポンプで冷熱を回収された空気が暖気となって前記暖気空間に導入され、前記冷水ヒートポンプで加熱された冷水が空調領域とは異なる二次側負荷に供給され、
前記筐体の内部が２つの空間に区切られ、
一方の空間の内部は第１の還気空間と第１の暖気空間に仕切られ、
他方の空間の内部は第２の還気空間と第２の暖気空間に仕切られ、
前記空調領域から排出された空気が、一方の空間の第１の還気空間に導入され、
一方の空間において第１の還気空間から第１の暖気空間に抜けた空気は、他方の空間の第２の還気空間にされ、
他方の空間において第２の還気空間から第２の暖気空間に抜けた空気は、前記空調領域に供給されることを特徴とする、空調システム。
前記温水ヒートポンプは、蒸発器と凝縮器との間に設けられた熱媒配管に熱媒を循環させて熱サイクルを行い、
前記蒸発器で、前記還気空間に導入された空気から温熱を回収し、
前記凝縮器で、温水往き配管と温水戻り配管を通じて導入された温水と熱交換して、温水を加熱させ、
前記温水往き配管と前記温水戻り配管の間には、流量調整弁を備えたバイパス流路が設けられ、
前記空調領域内の空気の温度を測定する温度センサの測定値に基づいて、前記流量調整弁の開度が調整されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の空調システム。
前記温水ヒートポンプは、蒸発器と凝縮器との間に設けられた熱媒配管に熱媒を循環させて熱サイクルを行い、
前記蒸発器で、前記還気空間に導入された空気から温熱を回収し、
前記凝縮器で、温水往き配管と温水戻り配管を通じて導入された温水と熱交換して、温水を加熱させ、
前記温水戻り配管に熱交換器が設けられ、
前記熱交換器には、前記温水戻り配管を流れる温水と熱交換して温水を温度調節する熱媒が熱媒配管を介して供給され、
前記熱媒配管には熱媒流量調整弁が設けられ、
前記空調領域内の空気の温度を測定する温度センサの測定値に基づいて、前記熱媒流量調整弁の開度が調整されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の空調システム。