JPH0240463A - 三管式水冷ヒートポンプユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、三管式を用いた水冷ヒートポンプユニットに
関する。

〔従来の技術〕

従来ヒートポンプを用いた空調方式としては、各メーカ
ーの、熱源側で冷暖の切替えを行うマルチ型空冷ヒート
ポンプや各室ごとに熱源を有し、室別の冷暖要求には対
応可能で、また冷却水系を通して熱回収を行うことので
きる小型水冷ヒートポンプユニットがある。その他、フ
ァンコイル外気空調システムもある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような従来の空調方式においては、
例えば、マルチ型空冷と一トポンプでは、熱回収が不可
能であるばかりか負荷増加に適応性がなく、隣室間に冷
房、暖房の要求があるときは対応できず、冷奴配管も多
くを要しコストも高い。

方、小型水冷ヒートポンプユニットにおいては、室別の
冷暖要求には応対でき、また、冷却水系を通して熱回収
を行うことが可能でも、水配管を必要とするので漏水対
策をしなければならず、各室ユニットごとに圧縮機を有
するため、保守。

点検が容易でない。

さらに、これらの方式はいずれも、ファンコイルにはコ
イルが１台しか設置されていないため、夏期や中間期の
冷却減湿時における湿度制御が困難である。

特に最近、研究所や実験室等の空調方式では、尋人外気
量の増加（化学実験室では２０回／時以上）が必要とな
っており、また、実験、計測方法の高度化に伴い、一般
の実験室においても恒湿恒温室クラスの空調を要求され
つつある。さらに、計測機器等が高価になっているため
、漏水対策や発錆対策も要望されている。しかし、これ
らの要求に対しては、従来のファンコイル外気空調シス
テムでは対応することが困難である。

また、従来は低温用に採用されている２段圧縮サイクル
については、近年スクリュー圧縮機が各メーカー標準化
、小型化されて中間フィードによる２段圧縮サイクルを
比較的安価に得られるようになっている。

本発明は、叙上の事情に着目してなされたもので、各室
個別に冷暖房空調ができるだけでなく、余分な熱源を要
しない各室の湿度制御を可能とし、また、熱回収も効率
的に行われ、圧縮機の運転制御や冷暖切替えが順調に実
施でき、さらに、冷媒搬送のコストダウンを計るととも
に省エネルギとなる三管式水冷ヒートポンプユニットを
提供することを目的とする。

（Ｂ題を解決するための手段〕 本発明に係る三管式水冷ヒートポンプユニットは、水冷
ヒートポンプにおいて、２段圧縮サイクルのスクリュー
圧縮機と中間冷却器及び膨張ゑ圧縮機を採用し、各室の
空調機には、直膨コイルとホットガスコイルとを設けた
直膨式ファンコイルユニットを採用するとともに、冷媒
搬送を三管式で行うことにし、かつ、中間冷却器の液面
計に、各冷１頃切替弁を電磁動作させる液面センサを備
え冷暖切替手段として構成したものである。

（作用〕 本発明の三管式水冷ヒートポンプユニットでは、２段圧
縮サイクルのスクリュー圧縮機が冷媒液回収を効果的に
行うばかりでなく、ヒートポンプ運転による高圧の上昇
を抑え、冷凍効率を向上させており、また、中間冷却器
の設置と併せて冷媒搬送を三管式によることを可能とし
、冷媒回収等も容易である。

方、各室の空調については、ファンコイルに直膨式のも
のを用いたことにより、負荷増加に対する適応性を与え
、漏水対策を計るとともに５設けたホットガスコイルの
ために、減湿、再加熱による湿度ル制御を可能としてお
り、この際の再熱源は、同室ファンコイルユニットの直
膨コイルの蒸発ガス分のホットガスでまかなうため、余
分な熱源を必要としない。

また、隣室ｔＪｊＪに冷房、暖房の要求がある場合、ホ
ットガス凝縮分の液冷媒は、熱源機器に戻ることなく隣
室の冷房に消費されるので、熱回収が即時に行われるた
め効率的である。

さらに、負荷側（ファンコイルユニット群）の冷暖房の
要求の結果が中間冷却器の液面に表示されることとなり
、液面センサの信号により各冷暖切替弁が動作するため
、圧縮機の運転ｉｌ＋御が容易に行われ、運転の安定化
が得られる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

また、構成を述べる。

この三管式水冷ヒートポンプユニットは、第１図に示す
ように、水冷ヒートポンプｌと、各室毎に配設される直
膨式ファンコイルユニット（以下「ファンコイル」とい
う）２と、冷媒の三管式配管３とから主要構成されてい
る。

水冷ヒートポンプ１は、２段圧縮サイクルのスクリュー
圧縮機（以下「圧縮機」という）１１と中間冷却器１２
及び蒸発器兼凝縮器１３とからなり、その冷媒配管１４
は、圧縮機１１の高圧ポート１１ｈから第１冷暖切替弁
１５ａを介して蒸発器兼凝縮器１３に導かれ、さらに、
第２冷暖切替介１５ｂ及び第１膨張弁１６ａを介して中
間冷却器１２に到達する第１経路１４Ａと、中間冷却器
１２から第３冷暖切替弁１５ｃ及び第２膨張弁１６ｂを
介し蒸発器兼凝縮器１３に導かれ、さらに第４冷暖切替
弁１５ｄを介して圧縮機１１の低圧ポート１１１に到達
する第２経路１４Ｂと、圧縮機１１の中間ポート１．１
ｍからガス用中間圧力調整弁１７を介し、中間冷却器１
２に至る第３経路１４Ｃとからなる。ただし、第２経路
１４Ｂは第１経路１４Ａの一部を共用している。

なお、１８は、中間冷却ｒ３１２の液面計で、液面に応
じて各冷暖切替弁１５に信号を送り開閉動作させるため
の液面センサ１８Ｓを備え冷暖切替手段１９を構成して
いる。

次に、１号室（図示省略）に設置されたファンコイル２
Ａは、ファン２２ｇにより外気ＯＡを、エアフィルタ２
１ａを介して吸入し、膨張弁２４ａを有する直膨コイル
２３ａ及びホットガスコイル２５ａを通し室内へ供給す
るものである。

また、２号室（図示省略）のファンコイル２Ｂは、同一
構造なのでその説明は省略するが、１号室と同一の部材
の符号はａの代りにｂを付して表示する。

次に、三管式配管３は、中間冷却器１２から流用中間圧
力調整弁３７又は、逆止弁３６を介してそれぞれの室に
導かれ、液用電磁弁３８ａを経て前記膨張弁２４ａに到
達する中圧液ライン３１と、直膨コイル２３ａと圧縮機
１１の低圧ポート！１１とを接続する低圧ガスライン３
２と、前記高圧ポート１１ｈとガス用電磁弁３９ａを介
してホットガスコイル２５ａとを接続する高圧ガスライ
ン３０とからなる。なお、ホットガスライン２５ａから
は、高圧液ライン３３ａが、逆止弁３４ａ及び塞止弁３
５ａを具備して液出電磁弁３８ａの人［１側に合流する
ように設けられている。

次に、作用について述べる。

第２図以下の各図における配管の使用状態は、高圧ガス
を二重実線で、低圧ガスを二重破線で、高圧液を太い実
線で、中圧液を太い破線で、液ガス混在を一点鎖線でそ
れぞれ表示し、また、各種弁の閉鎖は黒塗りで示す。

また、第２図には、ファンコイル２Ａ、２Ｂともに冷房
運転の場合を示す。

圧縮機１１の高圧ポート１１ｈを出た高圧ガスは、第１
経路１４Ａを通り凝縮器として動作する蒸発器兼凝縮器
１３において液化し、第１膨張弁１６ａで中間圧力まで
減圧されるとともに一部気化し、中間冷却器１２に入っ
て液冷媒を自冷する。気化したガスは、第３経路１４Ｃ
を通り中間ポートｌ１ｍから圧縮機ｌｌ内へ吸い込まれ
る。

一方、液冷媒は、中圧液ライン３１を通って各ファンコ
イル２Ａ、２Ｂに供給され、膨張ブｒ２４ａ、２４ｂで
減圧し、直膨コイル２３ａ。

２３ｂで気化し吸入された外気ＯＡを冷却する。

そして、それぞれ低圧ガスライン３２に合流して圧縮機
１１に低圧ポート１１１から吸い込まれて冷凍サイクル
を完結する。

次に、夏期及び中間期における冷房主体の運転サイクル
を第３図に示す。この場合、ファンコイル２Ａは冷房運
転、ファンコイル２Ｂは過冷却減湿再熱運転を行う。

冷凍サイクルは、基本的には前述の冷房運転と同じであ
るが、この場合は、ファンコイル２Ｂのガス用電磁弁３
９ｂが開かれ、ホットガスコイル２５ｂに圧縮機１１の
高圧ポートｌｌｂからの高圧ガスが通されて液化する。

高圧ガスの液化による凝縮熱は、ファンコイル２Ｂの直
膨コイル２３ｂによって湿度制御のため過冷却減湿され
た外気ＯＡを加熱し、室温の維持を計るように制御され
る。

ホットガスコイル２５ｂで液化した冷媒は、主に直膨コ
イル２３ｂへ、塞止弁３５ｂにより中間圧まで減圧され
中圧液ライン３１に合流し流れ込む。

次に、中間期の暖房主体の運転サイクルを第４図に示す
。この場合、ファンコイル２Ａは暖房運転、ファンコイ
ル２Ｂは過冷却減湿再熱運転を行う。したがって、ファ
ンコイル２Ａ、２Ｂ側での冷媒の液化が増大して中圧液
ライン３１からの液冷媒は必要がなくなり、該ライン３
１の内圧が上昇する。そこで、流用中間圧力ｖ４整弁３
７が開かれ、液冷媒は逆に中間冷却器１２に流入する。

そのため液面が上昇し液面計１８の液面センサ１８Ｓに
よる信号で第１．第２冷暖切替弁１５ａ、１５ｂが閉と
なり、第３．第４冷暖切替弁１５ｃ、１５ｄが開となり
、冷房サイクルでは、蒸発器兼凝縮器１３で使用してい
た熱交換器１３ｘを蒸発器として使用される。

中間冷却器１２に戻った液冷媒は、成用中間圧力調整弁
３７の圧損分だけ多少気化し、気化した分は、中間ポー
トｌ１ｍから圧縮機１１に吸い込まれる。一方、大部分
は、中間冷却器１２がら第２膨張弁１６ｂを通り減圧さ
れ前記熱交換器１３ｘで蒸発気化して熱源水ｗｈを冷却
し、低圧ガスとなって第２経路１４Ｂを通って低圧ポー
ト１１１から圧縮機１１に吸入される。圧縮された高圧
ガスは、第１冷暖切替弁１５ａが閉じているので、すべ
て高圧ガスライン３０へ流れ、開いているガス用電磁弁
３９ａ、３９ｂからそれぞれホットガスコイル２５ａ、
２５ｂに供給され暖房及び加熱に使われる。該ホットガ
スコイル２５ａ、２５ｂで液化した高圧液は、高圧液ラ
イン３３を通り中圧液ライン３１の中圧液に合流するが
、ファンコイル２Ａは、成用電磁弁３８ａが閉鎖されて
いるので、直膨コイル２３ａは休止状態にあり、１号室
の暖房にのみ使用され、一方、ファンコイル２Ｂは、成
用電磁弁３８ｂを開いているので、膨張弁２４ｂを通り
直膨コイル２３ｂで気化し、吸入外気ＯＡを過冷却減湿
する。この動作で冷媒は、低圧ガスとなり低圧ガスライ
ン３２により圧縮機１１に低圧ポートｔｔｉから吸引さ
れる。なお、過冷却減湿された外気ＯＡは、１）１述の
ようにホットガスコイル２５ｂにより再加熱されて２号
室へ供給される。

次に、完全暖房のサイクルを第５図に示す。

この場合、ファンコイル２Ａ、２Ｂともに暖房運転を行
うので、ファンコイル側では液冷媒の消費が無くなり、
すべてホットガスコイル２５ａ。

２５ｂで液化した冷媒は、高圧液ライン３３ａ。

３３ｂ及び中圧液ライン３１を通って液用中間圧力調整
弁３７を開き中間冷却器１２に戻り、一部は気化して中
間ポートｌ１ｍから圧縮機１１に吸引さ！Ｌ、大部分は
、第２膨張弁１６ｂを経て液化し蒸発器兼凝縮器１３へ
入る。この熱交換器１３ｘにおいて、熱源水ｗｈにより
蒸発し、低圧ガスとなって第２経路１４Ｂを通り、低圧
ポート１１２から圧縮機１１へ吸引され、暖房サイクル
を完結する。

なお、通常、このようなユニットにおける冷熱、温熱の
両熱媒の搬送には４管の配管を必要とするが、本発明で
は中間冷却器を設置することによって、三管式の配管方
法を可能としている。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、水冷ヒートポンプ
と直膨式ファンコイルユニットとを三管式冷媒配管で接
続して水冷ヒートポンプユニットを構成したため、水配
管を要せず漏水や発錆の惧れもなく、しかも各室個別の
冷暖房空調を可能にするとともに、過冷却再熱による湿
度制御もできる空調機が得られた。このとき再熱のため
の余分な熱源は必要としない。

また、晴室間における冷房、ｌｌ房の要求に対しても空
調機内で熱の授受をさせることができるので、熱回収も
即時実施となって効率的である。

さらに、負荷側の冷暖房要求の結果が中間冷却器の液面
に表示され液面センサによる配管系の冷暖切替えが適時
に行えるため、圧縮機の制御が容易で、運転の安定化を
図ることができる。

さらにまた、三管式配管であるため、管の代価や設備費
についてコストダウンを可能としている。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る三管式水冷ヒートポンプユニッ
トの一実施例を示す概要構成図、第２図は、冷房運転時
の冷媒の流れる状態を示す説明図、第３図は、夏期及び
中間期における冷房主体の運転時の第２図相当図、第４
図は、中間期における暖房主体の運転時の第２図相当図
、第５図は、完全暖房時の第２図相当図である。 ！・・・・・・水冷ヒートポンプ ２・・・・・・直膨式ファンフィルユニット３・・・・
・・三管式配管 １・・・・・・スクリュー圧縮機 Ｊ２−−−−−−低圧ポート ｈ−・・・・・高圧ポート ｍ・・・・・・中間ポート ２・・・・・・中間冷却器 ３・・・・・・膨張兼凝縮器 ４−−−−−−冷媒配管 ５　、、、　＋＋＋冷暖切替弁

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧縮機と中間冷却器及び蒸発器兼凝縮器とからな
   る水冷ヒートポンプに、直膨コイルとホットガスコイル
   とを設置した、少なくとも１台以上の直膨式ファンコイ
   ルユニットを組み合わして構成した水冷ヒートポンプユ
   ニットであって、水冷ヒートポンプにおける配管は、圧
   縮機の高圧ポート−第１冷暖切替弁−蒸発器兼凝縮器−
   第２冷暖切替弁−第１膨張弁−中間冷却器の系と、中間
   冷却器−第３冷暖切替弁−第２膨張弁−蒸発器兼凝縮器
   −第４冷暖切替弁−圧縮機の低圧ポートの系と、圧縮機
   の中間ポート−ガス用中間圧力調整弁−中間冷却器の系
   とからなり、また、水冷ヒートポンプと直膨式ファンコ
   イルユニットとを連結する配管は、中間冷却器から液用
   中間圧力調整弁又は逆止弁−液用電磁弁−膨張弁−直膨
   コイルの系による中圧液ラインと、圧縮機の高圧ポート
   −ガス用電磁弁−ホットガスコイルの系による高圧ガス
   ラインと、直膨コイル−圧縮機の低圧ポートの系による
   低圧ガスラインとの３管とからなり、さらに、ホットガ
   スコイルから逆止弁及び塞止弁を介し前記中圧液ライン
   へ合流する高圧液ラインを設けて構成したことを特徴と
   する三管式水冷ヒートポンプユニット。
2. （２）中間冷却器の液面計に設けた液面センサにより各
   冷暖切替弁の開閉動作を行わせる冷暖切替手段を備えた
   ことを特徴とする請求項１記載の三管式水冷ヒートポン
   プユニット。