JP6626554B1 - 住宅用空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 冷媒漏れがなく高効率の空調ができ施工が簡単な住宅用空気調和装置を得る。【解決手段】 熱交換用水で空調用空気を熱交換して居住空間（Ｓ）に出す空調機（９）と、熱交換用水と熱源用空気とを冷媒を介して熱交換する水熱交換器（１２）と空気熱交換器（１３）と圧縮機（１４）とが一体となったヒートポンプ（１５）を有する熱源機（１）と、熱源機（１）を設置する床下収納部（２）と、熱源機（１）と空調機（９）とに熱交換用水を循環させる水配管（３）と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は住宅用空気調和装置に関するものである。

一般的に住宅では、各部屋にエアーコンディショナー（エアコン）を設置して空調している。このエアコンはセパレートタイプが主流で、分離した室内機と室外機を冷媒配管で接続する構造になっている。

特開平１０−１４８３６６号公報

そのため、部屋毎にエアコンが複数必要で、設置スペースを取り、冷媒配管施工に伴う冷媒漏れや冷暖房能力低下の問題があった。また、室外機は、エクセルギー（ある系が周囲と平衡状態に達するまでに取り出すことのできる最大エネルギー）が低い外気を熱源としているためエネルギー消費効率が悪く、騒音発生の問題がある。

本発明は上記課題を解決するため、熱交換用水と空調用空気とを熱交換して前記空調用空気を居住空間に出す空調機と、前記熱交換用水と熱源用空気とを冷媒を介して熱交換する水熱交換器と空気熱交換器と圧縮機とが一体となったヒートポンプを有する熱源機と、前記熱源機を設置する床下収納部と、前記熱源機と前記空調機とに前記熱交換用水を循環させる水配管と、を備え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、熱源機から各部屋の空調機へ水配管を介して熱交換用水を送って空調する方式なので、部屋毎のエアコン設置と冷媒配管の施工が不要となる。水熱交換器、空気熱交換器及び圧縮機が一体となったヒートポンプなので、冷媒漏れがなく、冷媒配管長の増加に伴う冷暖房能力低下がない。床下のデッドスペースに熱源機を収納するので、生活スペースが無駄に制限されない。床下収納なので熱源機の騒音漏れを防ぐことができ、近隣に迷惑がかからない。エクセルギーの高い居住空間の空気を、熱源機の熱源用空気として利用するので、熱源機のデフロスト運転の軽減と、熱交換用水の温度調整能力の高効率化を図れる。

請求項２の発明によれば、床下収納部は、住宅基礎と部屋の床を利用しているので施工が簡単でコストダウンできる。蓋部を開閉して熱源機やその他の部品を容易に保守点検でき便利である。

請求項３の発明によれば、熱源機の空気熱交換器で熱交換した空気を排気路を介して屋外に排気することで床下の換気を行える。また、居住空間の空気を熱源機の熱源用空気として利用する場合には、居住空間と床下の換気を同時に行える。しかも、別個に換気装置を設置せずに済みコストダウンできる。
請求項４の発明によれば、空調機を使って居住空間の外気冷房ができる。
請求項５の発明によれば、空調機の放射ユニットの熱放射の作用によりドラフト感や温度ムラのない快適空調を行える。

本発明の住宅用空気調和装置の簡略説明図である。 図１に示す熱源機の平面図と住宅基礎部分の断面図である。 熱源機と空調機の構造を示す簡略説明図である。 水熱交換器の構造を示す断面図である。 空調機の底面側斜視図である。 図５に示す空調機の底面図である。 図６に示す空調機のＡ−Ａ断面図である。 図７に示す空調機のＢ−Ｂ断面図である。 図７に示す空調機のＣ−Ｃ断面図である。

図１から図６は、本発明の住宅用空気調和装置の一実施例を示している。この住宅用空気調和装置は、熱源機１、床下収納部２、水配管３、還気ダクト４、排気ダクト５、還気用ファン６、外気路７、排気路８、空調機９、吸込口１０及び制御器１１を、備えている。空調機９は、熱交換用水と空調用空気とを熱交換して、熱交換した空調用空気を居住空間Ｓに出して空調する。熱源機１は、空調機９で使用する熱交換用水の温度調整を行う。図１においてダクトは太い実線で簡略化して示す。また、各図の太い点線の矢印は外気、還気、排気、その他の空気の流れを示す。

熱源機１は、熱交換用水と熱源用空気とを冷媒を介して熱交換する水熱交換器１２と空気熱交換器１３と圧縮機１４とを一体にしたヒートポンプ１５と、空気熱交換用ファン１６と、送水ポンプ１７と、クッションタンク１８と、ケーシング１９と、を備えている。ヒートポンプ１５、空気熱交換用ファン１６、送水ポンプ１７及びクッションタンク１８は、ケーシング１９内に設ける。

ヒートポンプ１５は、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担う水熱交換器１２及び空気熱交換器１３と、冷媒を圧縮して搬送する圧縮機１４と、冷媒を膨張させる膨張弁等の減圧部２０と、水熱交換器１２及び空気熱交換器１３の蒸発工程と凝縮工程を切換えるバルブ等の切換部２１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。熱源機１による熱交換用水の冷却運転と加熱運転の切換は、切換部２１にて行う。

空気熱交換器１３は、伝熱板２２に伝熱管２３を挿着して構成する。圧縮機１４にて伝熱管２３の内部に冷媒を流し、空気熱交換用ファン１６にて伝熱板２２及び伝熱管２３に空気を接触させることで、伝熱板２２及び伝熱管２３を介して、空気と冷媒を熱交換する。

水熱交換器１２は、中空部を伝熱板２４で区画して構成する。この区画された中空部分に圧縮機１４と送水ポンプ１７にて熱交換用水と冷媒を流し、伝熱板２４を介して、熱交換用水と冷媒を熱交換する。水熱交換器１２で熱交換された熱交換用水は冷水又は温水となりクッションタンク１８に送られる。空調機９の冷房運転時は熱交換用水として冷水が使用され、空調機９の暖房運転時は熱交換用水として温水が使用される。

水配管３は往管２５と還管２６を備えている。往管２５と還管２６は、水熱交換器１２、クッションタンク１８、送水ポンプ１７、空調機９の熱交換器４０に水が循環するように配管接続する。送水ポンプ１７にて、熱源機１から空調機９に往管２５を介して熱交換用水を送り、空調機９から熱源機１に還管２６を介して熱交換用水を戻す。図例では、空調機９への供給水量確保と供給水温の安定化のためにクッションタンク１８を設けているが省略してもよい。

床下収納部２には熱源機１を設置する。床下収納部２は、住宅基礎の一部の縦壁３０で囲まれた仕切部３１と、仕切部３１の上のキッチンその他の部屋の床部３２と、床部３２に設けられて床下収納部２の熱源機１を保守点検するために開閉する蓋部３３と、を備えている。

空調機９は寝室、リビングやキッチンなどの居住空間Ｓの天井部３４に設置する。吸込口１０及び還気ダクト４は、廊下や階段、室内などの居住空間Ｓの空気を床下収納部２に送るように設けて、熱源機１の空気熱交換器１３で熱交換する熱源用空気として利用する。具体的には、空気が通るように吸込口１０と床下収納部２を還気ダクト４でつないで、還気用ファン６にて居住空間Ｓの空気（還気）を床下収納部２に送っている。還気用ファン６は保守点検のために床下収納部２に設置する。

外気路７は、屋外から床下収納部２に外気を取り入れるように設ける。図例では、床下収納部２を構成する住宅基礎のうち屋外と隣接する縦壁３０に空気が通るように外気穴３５を貫通させて、外気路７としている。図示省略するが、外気穴３５に替えてダクトを設けて外気路７としてもよい。

還気用ファン６と空気熱交換用ファン１６にて送風することにより、還気ダクト４と床下収納部２を介して居住空間Ｓの還気が熱源機１に取り入れられつつ、屋外から床下収納部２を介して外気が熱源機１に取り入れられる。この外気と還気が、空気熱交換器１３にて冷媒と熱交換される。空気熱交換器１３を通過した空気は空気熱交換用ファン１６にて熱源機１から外部へ出る。

排気路８は、熱源機１の空気熱交換器１３で熱交換した空気を床下収納部２から床下３６を介して屋外に出すように設ける。図例では、住宅基礎のうち屋外と隣接する縦壁３０と、床下３６を仕切っている住宅基礎の縦壁３０と、床下収納部２を構成する住宅基礎の縦壁３０と、に排気穴３７を貫通させて空気が通るようにつなぐと共に、熱源機１と床下収納部２の排気穴３７を空気が通るように排気ダクト５でつないで、排気路８としている。

図５から図９に示すように、空調機９は、放射ユニットＲと、外気と居住空間Ｓの空気（還気）を空調用空気として熱交換する熱交換器４０と、空調用空気を放射ユニットＲに送る給気用ファン４１と、ドレンパン４２と、ケーシング４３と、を備えている。放射ユニットＲは、空調用空気が流れる第１チャンバ部４４と、第１チャンバ部４４から入った空調用空気を室内などの居住空間Ｓに出しつつ空調用空気の熱を放射する第２チャンバ部４５と、第１チャンバ部４４から第２チャンバ部４５に出る空調用空気の風速及び分布を調節する気流調節部４６と、を備えている。

空調機９は、第２チャンバ部４５の底面を居住空間Ｓに向けた状態で、居住空間Ｓの天井に設置する。熱交換器４０、給気用ファン４１及び第１チャンバ部４４は、ケーシング４３の内部に設ける。ケーシング４３は、天井チャンバＴや図示省略のダクト等を介して居住空間Ｓの空気（還気）を取入れる還気入口部４７と、外気を取入れる外気入口部４８と、を有している。外気取入口４８は、外気ダクト４９を介して屋外に接続する。

図３に示すように、熱交換器４０は、伝熱板５０に伝熱管５１を挿着して構成する。伝熱管５１の水入口には水配管３の往管２５を接続し、伝熱管５１の水出口には水量調整弁５２を介して水配管３の還管２６を接続する。送水ポンプ１７にて伝熱管５１の内部に熱交換用水を流し、給気用ファン４１にて伝熱板５０及び伝熱管５１に空気を接触させることで、伝熱板５０及び伝熱管５１を介して、空気と熱交換用水を熱交換する。伝熱管５１は、外周を楕円形にするのが好ましいが円形でもよい。

図５から図９に示すように、気流調節部４６は、空調用空気を第２チャンバ部４５に出す第１貫孔５３の群を備え、第２チャンバ部４５は、空調用空気を居住空間Ｓに出す第２貫孔５４の群を備えている。第１チャンバ部４４は、第２チャンバ部４５に接して第２チャンバ部４５に空調用空気を出す平板形状の第１通気部５５を、備えている。この第１通気部５５に第１貫孔５３の群を形成する。第１チャンバ部４４の空調用空気が通過する断面積（図８の切断面と平行な方向の面積）は、風上側から風下側に向かって狭める。

第２チャンバ部４５は、居住空間Ｓに接して居住空間Ｓに空調用空気を出す平板形状の第２通気部５６と、蓄熱部５７と、第２通気部５６及び蓄熱部５７を取付ける鍔付の枠体５８と、を備えている。この第２通気部５６に第２貫孔５４の群を形成する。第２貫孔５４の群の全体の開口面積は第１貫孔５３の群の開口面積よりも大きく設定する。第１貫孔５３と第２貫孔５４の形状は、真円、楕円、長穴、細溝など各種の形状に変更するも自由である。

蓄熱部５７は、空調用空気が通る隙間をあけて配置されると共に空調用空気の熱を蓄めて放射するプレート５９の群にて構成する。プレート５９と第２通気部５６は、熱伝達及び熱放射率が高いアルミ等を用いる。このプレート５９の群を空調用空気が分流拡散しながら整流状に通過して第２通気部５６の第２貫孔５４から居住空間Ｓへ出る。空調用空気の熱はプレート５９の群と第２通気部５６に熱伝達し、第２貫孔５４の群を通してプレート５９の群から、及び、第２通気部５６から、居住空間Ｓへ放射される。

第１チャンバ部４４及び第２チャンバ部４５は、厚みが薄い箱形に形成し、厚みの方向へ第１チャンバ部４４と第２チャンバ部４５を隣り合わせて設ける。図例では、第１チャンバ部４４と第２チャンバ部４５は長方形の扁平形状としたが細長、真四角、丸など各種の扁平形状に変更するも自由である。

図１と図３に示すように、制御器１１は、空調機９から居住空間Ｓに出す空調用空気の風量を増減調整すると共に熱交換器４０で空調用空気と授受する熱交換用水の熱エネルギーを増減調整する。具体的には、制御器１１の操作で、空調機９の給気用ファン４１の回転数を増減させると共に、熱交換器４０の熱交換用水の通水量を水量調整弁５２にて増減させることで、室内の温度調整をして複数の居住空間Ｓを個別に空調する。制御器１１は、部屋毎又は一部屋にまとめて設ける。

なお、本発明は上述の実施例に限定されない。たとえば、吸込口１０、還気ダクト４及び還気用ファン６を省略し、熱源機１の空気熱交換器１３で冷媒と外気のみとを熱交換するも自由である。さらに、空調機９の外気入口部４８及び外気ダクト４９を省略し、居住空間Ｓの空気（還気）のみを空調用空気として熱交換してもよい。また、空調機９は、放射ユニットＲのない従来公知のファンコイルユニットとするも自由である。

１ 熱源機
２ 床下収納部
４ 還気ダクト
８ 排気路
９ 空調機
１２ 水熱交換器
１３ 空気熱交換器
１４ 圧縮機
１５ ヒートポンプ
３０ 縦壁
３１ 仕切部
３２ 床部
３３ 蓋部
３６ 床下
４９ 外気ダクト
Ｒ 放射ユニット
Ｓ 居住空間

Claims (5)

1. 熱交換用水と空調用空気とを熱交換して前記空調用空気を居住空間（Ｓ）に出す空調機（９）と、前記熱交換用水と熱源用空気とを冷媒を介して熱交換する水熱交換器（１２）と空気熱交換器（１３）と圧縮機（１４）とが一体となったヒートポンプ（１５）を有する熱源機（１）と、前記熱源機（１）を設置する床下収納部（２）と、前記熱源機（１）と前記空調機（９）とに前記熱交換用水を循環させる水配管（３）と、を備え、
   前記ヒートポンプ（１５）の前記空気熱交換器（１３）で熱交換する前記熱源用空気として利用するように前記居住空間（Ｓ）の空気を前記床下収納部（２）に送る還気ダクト（４）を、備えたことを特徴とする住宅用空気調和装置。
2. 前記床下収納部（２）が、住宅基礎の一部の縦壁（３０）で囲まれた仕切部（３１）と、前記仕切部（３１）の上の床部（３２）と、前記床部（３２）に設けられて前記床下収納部（２）の前記熱源機（１）を保守点検するために開閉する蓋部（３３）と、を備えた請求項１に記載の住宅用空気調和装置。
3. 前記熱源機（１）の前記空気熱交換器（１３）で熱交換した空気を前記床下収納部（２）から床下（３６）を介して前記屋外に出す排気路（８）を、備えた請求項１又は２に記載の住宅用空気調和装置。
4. 屋外から前記空調機（９）に外気を取り入れる外気ダクト（４９）を、備えた請求項１から３のいずれかに記載の住宅用空気調和装置。
5. 前記空調機（９）が、前記居住空間（Ｓ）に前記空調用空気を出しつつ前記空調用空気の熱を放射する放射ユニット（Ｒ）を、備えた請求項１から４のいずれかに記載の住宅用空気調和装置。

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