JPH0849877A - 空気熱源型空調システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高いＣＯＰの空気熱源型空調システムを提供
する。 【構成】 この空気熱源型空調システムは、外気および
／または還気とヒートポンプ回路内を循環する熱媒との
熱交換を行う第１の熱交換器と、前記熱媒と室内への給
気との熱交換を行う第２の熱交換器とを備え、運転モー
ドに応じて前記第１の熱交換器および前記第２の熱交換
器を選択的に凝縮器または蒸発器として機能させること
が可能な複数の空気熱源型ヒートポンプユニットを熱源
用空気の流通経路に直列に介装したことを特徴としてい
る。かかる構成により、下流側の空調機の効率を保持し
たまま、上流側の空調機の凝縮器と蒸発器の圧力差（ヘ
ッド）を低減させ、そのユニットの効率を上昇させるこ
とができるので、システム全体のＣＯＰ（成績係数）が
向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気熱源型空調システ
ムにかかり、特に個別空間ごとの空調負荷要求に柔軟に
対応することが可能であり、かつ省エネルギー、省スペ
ース、施工性に優れた空気熱源型空調システムに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、ビル機能のインテリジェント化に
よる冷房負荷が増大し、またオフィス環境の快適化要求
が高まるにつれて、オフィスビルなどの空調設備の方式
は、セントラル方式から個別分散方式に変遷しつつあ
る。このような個別分散型ビル空調方式に対応する空調
設備として、パッケージ型ヒートポンプや、マルチ方式
空気調和機や、ウォールスルー型空気調和機などが開発
されている。

【０００３】たとえば典型的なマルチ方式空調設備は、
１台の室外ユニットに複数の室内ユニットが接続され、
各室内ユニットごとに個別に運転停止や室温設定などの
制御ができるように構成されている。このようなマルチ
方式空調設備は個別運転制御特性に優れているため個別
分散方式に最適であり、しかも中央式空調と比べ熱搬送
動力を軽減することが可能なため、消費エネルギーを大
幅に抑えることができる点でも注目されている。

【０００４】しかしながら、マルチ方式空調設備の設置
にあたっては、室内ユニットと室外ユニットとを連絡す
る冷媒配管の長さや高低差が設置場所によって多様であ
り、さらに設置現場に応じて冷却能力の予測、配管径の
選定、オイル注入量の適正調整などを行う必要がある。

【０００５】また典型的なウォールスルー型空気調和機
は室内ユニットと室外ユニットとが一体に構成され、要
求される空調負荷に応じて空調空間のペリメータゾーン
に設置されるウォールスルー型空気調和機の台数を加減
することにより、各空調空間の個別分散要求に細やかに
対応することが可能である。このようなウォールスルー
型空気調和機は、マルチ方式空調設備とは異なり、冷媒
配管などを省略することが可能であるが、必要とする熱
源用空気量が非常に多く、システムのＣＯＰ（成績係
数）が低下する上、外気温度によっては十分な空調能力
を得ることができず、その設置場所や容量が限定され、
さらにダクト接続なども困難であり、したがって空気質
制御や温熱環境制御にも限界があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な技術的立脚点に立ちなされたものであり、その目的と
するところは、熱搬送動力を軽減することにより消費エ
ネルギーの低減が図れる上、熱源装置の容量や電力設備
容量を従来のシステムよりも削減することが可能なの
で、従来の設備に比較してイニシャルコスト、ランニン
グコスト、ライフサイクルコストに関して有利であり、
空調機に温熱制御機能と空気質制御機能が集約されてい
るので、各個別空調ゾーンで要求される温熱環境や空気
質制御機能が集約されているので、各個別空調ゾーンで
要求される温熱環境や空気質環境を良好に保持すること
が可能であり、したがって各個別空調空間ごとの個別制
御性に優れているので個別分散方式に最適であり、テナ
ントビルなどでは使用に応じた明快な料金分担が可能と
なり、また特に床置き型ビルトイン個別方式を採用した
場合にはシステムの保全性にも優れ、さらに多様の設置
条件にもかかわらず、冷媒配管や冷媒水配管の省略、現
場拘持の省略、簡素化、標準化を図ることが可能な新規
かつ改良された空気熱源型空調システムを提供すること
である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載の発明は、外気および／または還気
を熱源として利用する空気熱源型空調システムであっ
て、外気および／または還気とヒートポンプ回路内を循
環する熱媒との熱交換を行う第１の熱交換器と、その熱
媒と室内への給気との熱交換を行う第２の熱交換器とを
備え、運転モードに応じて第１の熱交換器および第２の
熱交換器を選択的に凝縮器または蒸発器として機能させ
ることが可能な複数の空気熱源型ヒートポンプユニット
を熱源用空気の流通経路に直列に介装したことを特徴と
している。なお請求項２に記載のように、熱源用空気の
流通経路において空気熱源型ヒートポンプユニットの上
流側に気液接触型の加湿冷却器を介装する構成を採用す
ることもできる。

【０００８】また本発明は、請求項３に記載のように、
複数の空気熱源型ヒートポンプユニットを１つのケーシ
ング内に一体的に収容した空気熱源型個別空調機に適用
することも可能であり、あるいは請求項４に記載のよう
に、複数の空気熱源型ヒートポンプユニットに加えて気
液接触型の加湿冷却器についても１つのケーシング内に
一体的に収容した空気熱源型個別空調機に適用すること
も可能である。

【０００９】さらに本発明は、請求項５に記載のよう
に、第２の熱交換器を、第１の給気経路中に介装される
第３の熱交換器と、第２の給気経路中に介装される第４
の熱交換器とから構成し、第３の熱交換器および前記第
２の熱交換器を運転モードに応じて蒸発器または凝縮器
として機能するように構成することも可能である。

【００１０】さらにまた本発明は、請求項６に記載のよ
うに、２つの空気熱源型ヒートポンプユニットを１つの
ケーシング内に収容するとともに、第１の空気熱源型ヒ
ートポンプユニットの第１の熱交換器と第２の空気熱源
型ヒートポンプユニットの第１の熱交換器とを熱源用空
気の流通経路内に直列に介装し、第１の空気熱源型ヒー
トポンプユニットの第２の熱交換器と第２の空気熱源型
ヒートポンプユニットの第２の熱交換器とを給気経路内
に直列に介装する構成を採用することも可能である。

【００１１】あるいは本発明は、請求項７に記載のよう
に、第１の空気熱源型ヒートポンプユニットの第３の熱
交換器と第２の空気熱源型ヒートポンプユニットの第３
の熱交換器とを第１の給気経路内に直列に介装するとと
もに、第１の空気熱源型ヒートポンプユニットの第４の
熱交換器と第２の空気熱源型ヒートポンプユニットの第
４の熱交換器とを第２の給気経路内に直列に介装する構
成とすることも可能である。

【００１２】加湿冷却器の構成に関しては、請求項８に
記載のように、加湿冷却器を第１の熱交換器と一体的に
構成し、その加湿冷却器を第１の熱交換器に冷却水を散
水または放水するように構成することも可能である。あ
るいは、請求項９に記載のように、加湿冷却器に供給す
る冷却水とヒートポンプ回路内の熱媒との熱交換を行う
ための第５の熱交換器を設ける構成を採用することも可
能である。

【００１３】さらにまた、請求項１０に記載の発明は、
空調空間を所定の容積を有する１または２以上の空調単
位に分割し、各空調単位ごとに空気熱源型個別空調機を
設置することを特徴としており、請求項１１に記載の発
明は、分割された空調単位をさらに１または２以上の個
別空調ゾーンに分割して各個別空調ゾーンごとに送風ユ
ニットを設置し、空気熱源型個別空調機の給気経路より
各送風ユニットに空調用空気を選択的に給気することが
可能なように構成したことを特徴としている。

【００１４】

【作用】請求項１に記載の空気熱源型空調システムによ
れば、複数の空気熱源型ヒートポンプユニットを、たと
えばダクトにより形成される熱源用空気の流通経路に直
列に介装するので、複数台分の空気熱源が上流側の熱交
換器に流入することになり、上流側の空気熱源型ヒート
ポンプユニットの凝縮器の凝縮圧力と蒸発器の蒸発圧力
の圧力差（ヘッド）が低減し、そのユニットの効率が上
昇する。一方、下流側の空気熱源型ヒートポンプユニッ
トの効率は、ほぼ従来のまま保持されるので、システム
全体のＣＯＰ（成績係数）を向上させることができる。
そして、特に第１の熱交換器により熱媒と室内からの還
気のみとを熱交換する構成にすれば、空気質制御のため
に室内に導入した外気量以下の排気のみを熱源または熱
搬送体として利用することが可能となり、外気処理用空
調機などの別体装置を省略可能な完全分散型の見かけ上
熱源を必要としない空気熱源型空調システムを構築する
ことができる。

【００１５】請求項２に記載の空気熱源型空調システム
によれば、冷房運転時には、加湿冷却器により熱源用空
気を加湿冷却したうえで空気熱源型ヒートポンプユニッ
トの凝縮器に導いて熱交換するので、請求項１に記載の
システムに比較してさらにシステムの効率を向上させる
ことができる。すなわち、空気熱源型の空調機の凝縮圧
力は、熱源用空気の出口乾球温度で決定づけられるた
め、本発明のように、熱源用空気を加湿冷却して飽和状
態に近づけ、乾球温度を低くすることにより、システム
の向上を図ることが可能である。

【００１６】請求項３に記載のように、複数の空気熱源
型ヒートポンプユニットを一体的に組み込んだ空気熱源
型個別空調機、あるいは請求項４に記載のように、複数
の空気熱源型ヒートポンプユニットと加湿冷却器とを一
体的に組み込んだ空気熱源型個別空調機を構成すること
により、運転効率が高く、外気処理用空調機などの別体
装置を省略可能な完全分散型の空気熱源型空調システム
を構築することが可能である。その結果、各個別空調空
間の温熱制御や空気質制御の独立性に優れた空調システ
ムを提供できる。また完全独立分散型にシステムを構成
することにより、冷媒配管や水配管などの現地での設備
工事の省略化、簡素化、標準化を図ることができるの
で、空調設備のイニシャルコストの低減および信頼性の
向上を図ることができる。

【００１７】さらに請求項５に記載のように、第２の熱
交換器を第３の熱交換器および第４の熱交換器から構成
し、それらの熱交換器をそれぞれ第１の給気経路および
第２の給気経路に設置すれば、空調空間において冷房負
荷と暖房負荷とが同時に要求された場合にも柔軟に対応
することが可能である。

【００１８】また請求項６に記載のように、２つの空気
熱源型ヒートポンプユニットから空気熱源型個別空調機
を構成することにより、各個別空調空間において要求さ
れるさまざまな熱負荷に柔軟に対応することが可能な完
全独立分散型の空調システムを構築できる。さらに請求
項７に記載のように、各熱交換器を配列することによ
り、さらに柔軟に各種熱負荷要求に対して対応すること
が可能となる。

【００１９】さらに請求項８に記載のように、加湿冷却
器と第１の熱交換器とを一体に構成することにより、さ
らに簡単な構造により、如上のシステムと同様の優れた
作用効果を奏することが可能となる。

【００２０】また請求項９に記載のように、第５の熱交
換器を設け、この熱交換器により加湿冷却器に供給する
冷却水とヒートポンプ回路内の熱媒との熱交換を行う構
成により、さらにシステムの効率の向上が図れる。

【００２１】さらにまた請求項１０に記載のように、空
調空間を所定の容積を有する１または２以上の空調単位
に分割し、各空調単位ごとに上記のように構成された空
気熱源型個別空調機を設置することにより、完全個別分
散型の空調システムを構築することが可能となり、空調
単位ごとの在室者がユニットを専有するように扱うこと
ができる。そして、請求項１１に記載のように、分割さ
れた各空調単位をさらに細かく１または２以上の個別空
調ゾーンに分割し、各個別空調ゾーンごとに送風ユニッ
トを設置することにより、各個別空調ゾーンごとに要求
される熱負荷分布に応じて柔軟に温熱環境制御を行うこ
とが可能である。

【００２２】

【実施例】以下に添付図面を参照しながら本発明に基づ
いて構成された空気熱源型空調システムの好適な実施例
について詳細に説明する。

【００２３】図１には、本発明に基づいて構成された空
気熱源型空調システムの第１の実施例が示されている。
図示のように、本発明によれば室内の天井裏などに配置
される複数の空気熱源型ヒートポンプ１ａ、１ｂ、１ｃ
を熱源空気用ダクト２を介して直列に設置し、外気取入
口（ＯＡ）より取り入れた外気を各ヒートポンプを順次
循環させ、排気口（ＥＡ）より排気する構成を採用して
いる。

【００２４】各空気熱源型ヒートポンプは、たとえば図
２に示すように、外気および／または還気とヒートポン
プ回路内を循環する熱媒との熱交換を行う第１の熱交換
器３と、熱媒と室内への給気との熱交換を行う第２の熱
交換器４と、圧縮機５と、膨張弁６と、四方弁７とから
構成され、これらの機器がケーシング８内に一体的に収
容されている。さらに、ケーシング８内には、熱源用空
気をユニット内に導入するための熱源空気用送風機９お
よび室内に空調空気を供給するための給気用送風機１０
がそれぞれ設けられている。

【００２５】以上のように構成された空気熱源型ヒート
ポンプは、暖房運転時には、第１の熱交換器３を凝縮器
として機能させ、熱源用空気より抜熱し、その熱を蒸発
器として機能する第２の熱交換器４を介して給気中に放
熱することにより温風を供給することが可能である。ま
た冷房運転時には、第２の熱交換器４を凝縮器として機
能させ、室内への給気中より抜熱し、その熱を熱源用空
気中に排熱することにより、室内に冷風を供給すること
が可能である。

【００２６】そして、かかる構成になる空気熱源型ヒー
トポンプが、本発明によれば、図１に示すごとく、熱源
用空気の流通経路に複数直列に介装されているので、上
流側の空気熱源型ヒートポンプユニットの凝縮器と蒸発
器の圧力差（ヘッド）が低減し、そのユニットの効率が
上昇する。一方、下流側の空気熱源型ヒートポンプユニ
ットの効率は、ほぼ従来のまま保持されるので、システ
ム全体のＣＯＰ（成績係数）を向上させることができ
る。

【００２７】図３には、本発明に基づいて構成された空
調システムの第２の実施例が示されている。図示のよう
に、この実施例では、図１に示す構成と同様に熱源空気
用ダクト２を介して直列に設置された複数の各空気熱源
型ヒートポンプ１ａ、１ｂ、１ｃの間に、それぞれ、加
湿冷却器１１ａ、１１ｂ、１１ｃが介装されている。か
かる構成により、冷房運転時には、各空気熱源型ヒート
ポンプ１ａ、１ｂ、１ｃの上流に配置された各加湿冷却
器１１ａ、１１ｂ、１１ｃにより熱源用空気を加湿冷却
したうえで各空気熱源型ヒートポンプ１１ａ、１１ｂ、
１１ｃの各凝縮器に導いて熱交換するので、図１に示す
システムに比較して、さらに一層システムのＣＯＰを向
上させることができる。

【００２８】図４には、本発明に基づいて構成された空
調システムの第３の実施例が示されている。この実施例
では２つの空気熱源型ヒートポンプユニット１２Ａ、１
２Ｂおよび２つの気液接触型の加湿冷却器１３Ａ、１３
Ｂが１つのケーシング１４内に収容されている。なお第
１および第２の空気熱源型ヒートポンプユニット１２
Ａ、１２Ｂの構成は実質的に同一であり、したがって、
以下の説明では、同じ機能を有する構成部材については
同一の参照番号を付すとともに、それぞれの構成部材が
属するヒートポンプユニットを添え字のアルファベット
文字（ａまたはｂ）で表すことにして、重複説明を省略
することにする。

【００２９】各空気熱源型ヒートポンプユニット１２
Ａ、１２Ｂは、それぞれ、外気取入口（ＯＡ）から取り
入れた外気と、各ヒートポンプ回路内を循環する冷媒と
の熱交換を行う第１の熱交換器１５ａ、１５ｂと、第１
および第２の給気口（ＳＡ１、ＳＡ２）から室内に給気
される空気と各ヒートポンプ回路内を循環する冷媒との
熱交換を行う第２の熱交換器１６ａ、１６ｂ、１７ａ、
１７ｂと、膨張弁１８ａ、１８ｂと、圧縮機１９ａ、１
９ｂとから主に構成されている。なお、この実施例で
は、第２の熱交換器は、第１の給気用送風機２０により
第１の給気口（ＳＡ１）より送気される空気の流通経路
内に直列に介装される第３の熱交換器１６ａ、１６ｂ
と、第２の給気用送風機２１により第２の給気口（ＳＡ
２）より送気される空気の流通経路内に直列に介装され
る第４の熱交換器１７ａ、１７ｂとから構成されてい
る。さらに、各ヒートポンプ回路には、四方弁２２ａ、
２２ｂ、切換弁２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂ、２５
ａ、２５ｂがそれぞれ介装されており、後述するよう
に、これらの各弁を運転モードに応じて開閉することに
より、さまざまな熱負荷に対応することが可能である。

【００３０】各加湿冷却器１３Ａ、１３Ｂは、たとえば
小型の冷却塔仕様で、充填層に加湿冷却水を散水するこ
とにより、外気を加湿冷却することが可能な気液接触型
熱交換器２８ａ、２８ｂと、水循環配管２９ａ、２９ｂ
と、加湿冷却水用循環ポンプ３０ａ、３０ｂと、散水さ
れた加湿冷却水を受ける水槽３１ａ、３１ｂとから主に
構成され、さらに図示はしていないが、蒸発により減少
した加湿冷却水を適宜補うための補給水配管を設けるこ
とも可能である。

【００３１】そして、本発明によれば、排気用送風機４
４により外気取入口（ＯＡ）と排気口（ＥＡ）との間に
形成される熱源用空気流通路に、上記のように構成され
た、第１の加湿冷却器１３Ａ、第１の空気熱源型ヒート
ポンプユニット１２Ａの第１の熱交換器１５ａ、第２の
加湿冷却器１３Ｂ、第２の空気熱源型ヒートポンプユニ
ット１２Ｂの第１の熱交換器１５ｂとが、順次直列に介
装されるので、上流側の第１の空気熱源型ヒートポンプ
ユニット１２Ａの凝縮器と蒸発器の圧力差（ヘッド）を
低減し、その効率を高めることが可能である。一方、下
流側の空気熱源型ヒートポンプユニット１２Ｂの効率
は、ほぼ従来のまま保持されるので、空調システムのＣ
ＯＰを向上させることができる。また、図示の構成によ
れば、冷房運転時に、凝縮器として機能する各第１の熱
交換器１５ａ、１５ｂの排熱先である熱源用空気が、各
加湿冷却器１３Ａ、１３Ｂにより予め加湿冷却されてい
るので、より高いＣＯＰでシステムを駆動することが可
能である。

【００３２】つぎに図４に示す空調システムの各種運転
モードについて簡単に説明する。 （１）冷房運転モード 冷房運転時には、各ヒートポンプユニット１２Ａ、１２
Ｂの四方弁および各切換弁を切り換えて、ヒートポンプ
回路の冷媒を、圧縮機１９ａ、１９ｂ→四方弁２２ａ、
２２ｂ→第１の熱交換器１５ａ、１５ｂ→切換弁２４
ａ、２４ｂ→膨張弁１８ａ、１８ｂ→第３の熱交換器１
６ａ、１６ｂ→四方弁２２ａ、２２ｂ→圧縮機１９ａ、
１９ｂと順次循環させることにより、第１の熱交換器１
５ａ、１５ｂを凝縮器として機能させるとともに、第３
の熱交換器１６ａ、１６ｂを蒸発器として機能させるこ
とにより、第１の給気口（ＳＡ１）から室内に給気され
る空気から抜熱して、その熱を、加湿冷却器１３Ａ、１
３Ｂにより予め加湿冷却された熱源用空気中に排熱する
ことにより、高いＣＯＰで所望の冷気を第１の給気口
（ＳＡ１）より室内に供給することが可能である。

【００３３】（２）暖房運転モード 暖房運転時には、各ヒートポンプユニット１２Ａ、１２
Ｂの四方弁および各切換弁を切り換えて、ヒートポンプ
回路の冷媒を、圧縮機１９ａ、１９ｂ→四方弁２２ａ、
２２ｂ→第３の熱交換器１６ａ、１６ｂ→膨張弁１８
ａ、１８ｂ→切換弁２４ａ、２４ｂ→第１の熱交換器１
５ａ、１５ｂ→四方弁２２ａ、２２ｂ→圧縮機１９ａ、
１９ｂと順次循環させ、第１の熱交換器１５ａ、１５ｂ
を蒸発器として機能させるとともに、第３の熱交換器１
６ａ、１６ｂを凝縮器として機能させることにより、排
気より抜熱した熱を室内への給気中に放熱することによ
り、第１の給気口（ＳＡ１）より温風を室内に供給する
ことが可能である。なお暖房運転時には、加湿冷却水用
ポンプ３０ａ、３０ｂを停止し、外気取入口（ＯＡ）か
ら吸気した外気の空気状態を保持したまま第１の熱交換
器１５ａ、１５ｂに直接供給する。

【００３４】（３）冷暖房同時運転モード（冷房運転
時） 冷房運転時に空調空間において冷暖房が同時に要求され
ている場合には、上記冷房運転モードから各ヒートポン
プ１２Ａ、１２Ｂの四方弁および各切換弁を切り換え
て、ヒートポンプ回路の冷媒を、圧縮機１９ａ、１９ｂ
→四方弁２２ａ、２２ｂ→第１の熱交換器１５ａ、１５
ｂ→切換弁２３ａ、２３ｂ→第４の熱交換器１７ａ、１
７ｂ→切換弁２５ａ、２５ｂ→膨張弁１８ａ、１８ｂ→
第３の熱交換器１７ａ、１７ｂ→四方弁２２ａ、２２ｂ
→圧縮機１９ａ、１９Ｂと順次循環させ、第１の熱交換
器１５ａ、１５ｂおよび第４の熱交換器１７ａ、１７ｂ
を凝縮器として機能させるとともに、第３の熱交換器１
６ａ、１６ｂを蒸発器として機能させるヒートポンプ回
路を構成し、第１の給気経路（ＳＡ１）より冷風を供給
し、第２の給気経路（ＳＡ２）より温風を供給すること
が可能である。

【００３５】（４）冷暖房同時運転モード（暖房運転
時） これに対して、暖房運転時に空調空間で冷房負荷も同時
に要求される場合には、上記暖房運転モードから各ヒー
トポンプ１２Ａ、１２Ｂの四方弁および各切換弁を切り
換えて、ヒートポンプ回路の熱媒を、圧縮機１９ａ、１
９ｂ→四方弁２２ａ、２２ｂ→第３の熱交換器１６ａ、
１６ｂ→膨張弁１８ａ、１８ｂ→切換弁２５ａ、２５ｂ
→第４の熱交換器１７ａ、１７ｂ→切換弁２３ａ、２３
ｂ→第１の熱交換器１５ａ、１５ｂ→四方弁２２ａ、２
２ｂ→圧縮機１９ａ、１９ｂと順次循環させ、第１の熱
交換器１５ａ、１５ｂおよび第４の熱交換器１７ａ、１
７ｂを蒸発器として機能させるとともに、第３の熱交換
器１７を凝縮器として機能させるヒートポンプ回路を構
成し、第１の給気経路（ＳＡ１）より温風を供給し、第
２の給気経路（ＳＡ２）より冷風を供給することが可能
である。

【００３６】図５には、本発明に基づいて構成された空
気熱源型空調システムのさらに別の実施例が示されてい
る。この空調機の基本的構成は、図４に示した空調機と
ほぼ同様である。したがって、同一の機能を有する構成
部品については、同一の番号を付することにより詳細な
説明は省略する。ただし、図５に示す空調機では、図４
に示す空調機とは異なり、外気取入口（ＯＡ）が省略さ
れ、還気口（ＲＡ）から吸気された室内からの還気の一
部（ＳＲＡ）を、第１の熱交換器１５ａ、１５ｂおよび
加湿冷却器２８ａ、２８ｂに送り、熱源として用いる構
成を採用している。このように、図５に示す実施例で
は、室内からの排気を熱源として使用するので、見かけ
上熱源を必要としない自己完結的なヒートポンプユニッ
ト空調機を構成することが可能である。

【００３７】次に図６を参照しながら、本発明に基づい
て構成された空気熱源型空調システムのさらに別の実施
例について説明する。

【００３８】この実施例では、先の実施例に関連して説
明した空調機の加湿冷却器と加湿冷却された空気を熱源
としてヒートポンプ回路の熱媒との熱交換を行う第１の
熱交換器とが一体化され、第６の熱交換器３１ａ、３１
ｂを構成している。この第６の熱交換器３１ａ、３１ｂ
は、例えば、密閉式小型冷却塔仕様で、コンデンサフィ
ンに散水することにより熱媒を冷却することが可能な気
液直接接触型の熱交換器であり、循環ポンプ３２ａ、３
２ｂにより冷却水を循環させ、第６の熱交換器３１ａ、
３１ｂに散水または放水することにより、空気の熱源と
しての能力を高めているので、より簡便な構成でより高
いＣＯＰを有する空気熱源型空調システムを提供でき
る。なお、この実施例も先の実施例と同様に、１のケー
シング内に２対のヒートポンプ回路および加湿冷却器を
設置した構成であり、各ユニットの構成および機能はは
実質的に同一であるので、以下の説明では、同じ機能を
有する構成部材については同一の参照番号を付すととも
に、それぞれの構成部材が属するヒートポンプユニット
を添え字のアルファベット文字（ａまたはｂ）で表すこ
とにして、重複説明を省略することにする。

【００３９】この実施例のヒートポンプ回路は、上記第
６の熱交換器３１ａ、３１ｂと、第１の給気用送風機３
３を有する第１の給気経路（ＳＡ１）に設置され、室内
への給気とヒートポンプ回路の熱媒との熱交換を行う第
７の熱交換器３４ａ、３４ｂと、第２の給気用送風機３
５を有する第２の給気経路（ＳＡ２）に設置され、室内
への給気とヒートポンプ回路の熱媒との熱交換を行う第
８の熱交換器３６ａ、３６ｂと、圧縮機３７ａ、３７ｂ
と、四方弁３８ａ、３８ｂと、切換弁３９ａ、３９ｂ、
４０ａ、４０ｂ、４１ａ、４１ｂと、膨張弁４２ａ、４
２ｂとから構成されている。そして、排気用送風機４３
により、還気口（ＲＡ）から取り入れた室内からの還気
の一部（ＳＲＡ）を第６の熱交換器３１ａ、３１ｂの熱
源として使用することにより、第１および第２の給気経
路（ＳＡ１、ＳＡ２）より所望の空気を室内供給するこ
とが可能である。そして、本発明によればケーシング内
に設置される２つのヒートポンプユニットの第６の熱交
換器３１ａ、３１ｂが熱源用空気の経路に直列に介装さ
れるので、高いＣＯＰでシステムを駆動することが可能
となる。なお図示の例では、室内から室外へ排気される
空気を熱源として用いて、見かけ上熱源を用いない構成
としているが、本発明はかかる構成に限定されない。た
とえば、本発明とほぼ同様の構成で、外気取入口（Ｏ
Ａ）より取り入れた外気を熱源として用いる構成を採用
することも可能である。

【００４０】上記のように構成された空気熱源型空調シ
ステムは、四方弁３８ａ、３８ｂおよび切換弁３９ａ、
３９ｂ、４０ａ、４０ｂ、４１ａ、４１ｂを切り換える
ことにより、以下のような運転を行うことができる。

【００４１】（１）冷房運転モード 循環ポンプ３２ａ、３２ｂを駆動して、第６の熱交換器
３１ａ、３１ｂに対して散水を行うとともに、ヒートポ
ンプ回路の熱媒を、圧縮機３７ａ、３７ｂ→四方弁３８
ａ、３８ｂ→第６の熱交換器３１ａ、３１ｂ→切換弁３
９ａ、３９ｂ→膨張弁４２ａ、４２ｂ→第７の熱交換器
３４ａ、３４ｂ→四方弁３８ａ、３８ｂ→圧縮機３７
ａ、３７ｂと順次循環させ、第６の熱交換器３１ａ、３
１ｂを凝縮器として機能させるとともに、第７の熱交換
器３４ａ、３４ｂを蒸発器として機能させるヒートポン
プ回路を構成し、第１の給気経路（ＳＡ１）より冷風を
室内に供給することが可能である。

【００４２】（２）冷暖房同時運転モード（冷房運転
時） また冷房運転時に暖房負荷も要求される場合には、各切
換弁を切り換えて、ヒートポンプ回路の熱媒を、圧縮機
３７ａ、３７ｂ→四方弁３８ａ、３８ｂ→第６の熱交換
器３１ａ、３１ｂ→切換弁４０ａ、４０ｂ→第８の熱交
換器３６ａ、３６ｂ→切換弁４１ａ、４１ｂ→膨張弁４
２ａ、４２ｂ→第７の熱交換器３４ａ、３４ｂ→四方弁
３８ａ、３８ｂ→圧縮機３７ａ、３７ｂと順次循環さ
せ、第６の熱交換器３１ａ、３１ｂおよび第８の熱交換
器３６ａ、３６ｂを凝縮器として機能させるとともに、
第７の熱交換器３４ａ、３４ｂを蒸発器として機能させ
るヒートポンプ回路を構成し、第１の給気経路（ＳＡ
１）より冷風を、第２の給気経路（ＳＡ２）より温風
を、それぞれ、室内に供給することが可能である。

【００４３】（３）暖房運転モード 暖房運転時には、循環ポンプ３２ａ、３２ｂを停止し、
第６の熱交換器３１ａ、３１ｂに対する散水を行わな
い。そして、ヒートポンプ回路の熱媒を、圧縮機３７
ａ、３７ｂ→四方弁３８ａ、３８ｂ→第７の熱交換器３
４ａ、３４ｂ→膨張弁４２ａ、４２ｂ→切換弁３９ａ、
３９ｂ→第６の熱交換器３１ａ、３１ｂ→四方弁３８
ａ、３８ｂ→圧縮機と順次循環させ、第６の熱交換器３
１ａ、３１ｂを蒸発器として機能させるとともに、第７
の熱交換器３４ａ、３４ｂを凝縮器として機能させるヒ
ートポンプ回路を構成し、第１の給気経路（ＳＡ１）よ
り温風を室内に供給することが可能である。

【００４４】（４）冷暖房同時運転モード（暖房運転
時） また暖房運転時に、冷房負荷も要求される場合には、各
切換弁を切り換えて、ヒートポンプ回路の熱媒を、圧縮
機３７ａ、３７ｂ→四方弁３８ａ、３８ｂ→第７の熱交
換器３４ａ、３４ｂ→膨張弁４２ａ、４２ｂ→切換弁４
１ａ、４１ｂ→第８の熱交換器３６ａ、３６ｂ→切換弁
４０ａ、４０ｂ→第６の熱交換器３１ａ、３１ｂ→四方
弁３８ａ、３８ｂ→圧縮機３７ａ、３７ｂと順次循環さ
せ、第７の熱交換器３４ａ、３４ｂを凝縮器として機能
させ、第６の熱交換器３１ａ、３１ｂおよび第８の熱交
換器３６ａ、３６ｂを蒸発器として機能させるヒートポ
ンプ回路を構成し、第１の給気経路（ＳＡ１）より温風
を、第２の給気経路（ＳＡ２）より冷風を、それぞれ、
室内に供給することが可能である。

【００４５】図７には、本発明に基づいて構成された空
気熱源型空調システムのさらに別の実施例が示されてい
る。この空調機の基本的構成は、図５に示した空調機と
ほぼ同様である。したがって、同一の機能を有する構成
部品については、同一の番号を付することにより詳細な
説明は省略する。ただし、図７に示す空調機では、図５
に示す空調機とは異なり、ヒートポンプ回路内を循環す
る熱媒と加湿冷却器２８ａ、２８ｂに供給する冷却水と
の熱交換を行うための第５の熱交換器４５ａ、４５ｂが
設けられており、切換弁４６ａ、４６ｂ、４７ａ、４７
ｂを切り換えることにより、第５の熱交換器４５ａ、４
５ｂをヒートポンプ回路に組み入れることが可能な構成
となっている。その結果、図５に関連して説明した動作
モードに加えて、冷房負荷モード時には、ヒートポンプ
回路の熱媒を、圧縮機１９ａ、１９ｂ→四方弁２２ａ、
２２ｂ→切換弁４７ａ、４７ｂ→第５の熱交換器４５
ａ、４５ｂ→切換弁４６ａ、４６ｂ→膨張弁１８ａ、１
８ｂ→第３の熱交換器１６ａ、１６ｂ→四方弁２２ａ、
２２ｂ→圧縮機１９ａ、１９ｂと順次循環させ、第５の
熱交換器４５ａ、４５ｂを凝縮器として機能させ、第３
の熱交換器１６ａ、１６ｂを蒸発器として機能させるヒ
ートポンプ回路を構成することが可能となり、第３の熱
交換器１６ａ、１６ｂにより室内へ供給する空気中より
抜熱した熱を、熱媒／冷媒熱交換器である第５の熱交換
器４５ａ、４５ｂを介して、気液直接接触型熱交換器で
ある加湿冷却器２８ａ、２８ｂにより、排気用送風機４
４により供給された還気（ＳＲＡ）に放熱することが可
能である。その場合に、本発明によれば、２つのヒート
ポンプ回路の第１の熱交換器１５ａ、１５ｂが熱源用空
気の経路に直列に介装されているので、高いＣＯＰでシ
ステムを運転することが可能となる。

【００４６】本発明に基づく空気熱源型空調システムは
以上のように構成されており、施工時には空調空間のイ
ンテリア側に空調機を設置することが可能となる。空調
システムを実際に設置するにあたっては、オフィスビル
などの空調空間を所定の容積を有する１または２以上の
空調単位に分割してモジュール化し、各空調単位ごとに
空調機を設置することにより完全個別分散型の空調シス
テムを構築することが可能である。この空調単位は任意
の容積に設定することが可能であるが、たとえばオフィ
スビルなどにおいては柱間隔に規定される空間とするこ
とが可能であり、近年のビルでは、たとえば７×１４ｍ
が標準とされているため、これに適用する空調単位とし
て外壁面に７ｍ幅接する約１００ｍ²と設定することが
可能である。したがって、ビルなどの空調空間全体の空
調システムは、この空調単位の反復により構築すること
ができる。

【００４７】図８には、各空調単位に設置される空調機
５０と複数の送風ユニット５１ａ、５１ｂ…５１ｎの配
置の様子が示されている。空調機５０は、たとえば図４
〜図７に示すように第１の給気口（ＳＡ１）および第２
の給気口（ＳＡ２）を有するタイプのものであり、かか
る空調機５０と各送風ユニット５１ｎは、各給気口に対
応する第１および第２の送風ダクト５２ａ、５２ｂによ
り接続されており、冷風または温風を各送風ユニット５
１ｎに供給し、送風ユニット５１ｎから最適な量および
温度の空気が各個別空調ゾーンに供給される。各空調ゾ
ーンにはゾーン内の温湿度環境を検出するためのセンサ
５３ａ、５３ｂ…５３ｎが、それぞれ設けられており、
これらのセンサ３３ｎの検出信号を各送風ユニット５１
ｎおよび／または空調機５０に送ることにより、各運転
モードで空気熱源型空調システムを駆動することが可能
となる。

【００４８】各空調ゾーンに設置される送風ユニット５
１は、たとえば図９に示すような温風または冷風切換部
５４と可変風量部（ＶＡＶ：Variable Air Volume）５
５とから構成されている。空調機５０の第１のおよび第
２の給気口（ＳＡ１、ＳＡ２）にそれぞれ対応する第１
および第２のダクト５２ａ、５２ｂを介して各送風ユニ
ット５１に供給された冷風または温風は、各取入口５
６、５７より切換部５４に導入され、ダクト内の開閉子
５８、５９を開閉することにより、温風または冷風の選
択的な切換を行うことができる。そして、選択された空
気は可変風量部５５において、中子６０の移動により絞
り口６１から給気される空気の送風量を帰ることにより
送気口６２から送風される空気を調整し、室内温度を最
適値に調節することができる。

【００４９】以上、本発明のいくつかの好適な実施例に
ついて図１〜図９を参照しながら説明したが、本発明は
かかる実施例に限定されることなく、特許請求の範囲に
記載された技術的思想の範囲内で、さまざまな変更およ
び修正が可能であり、かかる変更および修正について
も、本発明の範囲に当然に含まれるものと了解される。
特に熱源配管、加湿冷却水配管、各熱交換器の配置およ
び空気経路については、上記実施例の他にも、当業者で
あればさまざまな変更例および修正に想到することが可
能であるが、それらについても本発明の範囲に当然に含
まれるものと了解される。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
熱源用空気の流通経路内に空気熱源型ヒートポンプユニ
ットを直列に接続するので、下流側の空調機の効率を下
げることなく、上流側の空調機の凝縮器と蒸発器の圧力
差（ヘッド）を減少させ効率を上げることが可能であ
る。またさらに加湿冷却手段を併用し、加湿および／ま
たは冷却した空気を熱源として用いる構成によれば、さ
らにＣＯＰの高い空気熱源型空調システムを提供するこ
とが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づいて構成された空気熱源型空調シ
ステムの一実施例に関する概略的な構成を示す説明図で
ある。

【図２】図１に示す空気熱源型空調システムに適用可能
な空気熱源型ヒートポンプユニットの一例を示す概略的
な構成図である。

【図３】本発明に基づいて構成された空気熱源型空調シ
ステムの他の実施例に関する概略的な構成を示す説明図
である。

【図４】本発明に基づいて構成された一体型の空気熱源
型空調機の一実施例の冷媒配管および水配管を示す構成
図である。

【図５】本発明に基づいて構成された一体型の空気熱源
型空調機の他の実施例の冷媒配管および水配管を示す構
成図である。

【図６】本発明に基づいて構成された一体型の空気熱源
型空調機の他の実施例の冷媒配管および水配管を示す構
成図である。

【図７】本発明に基づいて構成された一体型の空気熱源
型空調機の他の実施例の冷媒配管および水配管を示す構
成図である。

【図８】本発明に基づいて構成された空気熱源型空調シ
ステムに採用可能な空調機と送風ユニットの概略的な配
置を示す説明図である。

【図９】本発明に基づいて構成された空気熱源型空調シ
ステムに採用可能な送風ユニットの概略的な構成を示す
説明図である。

【符号の説明】

１５ａ、１５ｂ 第１の熱交換器 １６ａ、１６ｂ 第３の熱交換器 １７ａ、１７ｂ 第４の熱交換器 １８ａ、１８ｂ 膨張弁 １９ａ、１９ｂ 圧縮機 ２８ａ、２８ｂ 加湿冷却器 ３０ａ、３０ｂ 加湿冷却水ポンプ

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外気および／または還気を熱源として利
   用する空気熱源型空調システムであって、外気および／
   または還気とヒートポンプ回路内を循環する熱媒との熱
   交換を行う第１の熱交換器と、前記熱媒と室内への給気
   との熱交換を行う第２の熱交換器とを備え、運転モード
   に応じて前記第１の熱交換器および前記第２の熱交換器
   を選択的に凝縮器または蒸発器として機能させることが
   可能な複数の空気熱源型ヒートポンプユニットを熱源用
   空気の流通経路に直列に介装したことを特徴とする、空
   気熱源型空調システム。
2. 【請求項２】 前記熱源用空気の流通経路において前記
   空気熱源型ヒートポンプユニットの上流側に気液接触型
   の加湿冷却器を介装したことを特徴とする、請求項１に
   記載の空気熱源型空調システム。
3. 【請求項３】 前記複数の空気熱源型ヒートポンプユニ
   ットが１つのケーシング内に一体的に収容される空気熱
   源型個別空調機を構成していることを特徴とする、請求
   項１または２に記載の空気熱源型空調システム。
4. 【請求項４】 前記複数の空気熱源型ヒートポンプユニ
   ットおよび前記気液接触型の加湿冷却器が１つのケーシ
   ング内に一体的に収容される空気熱源型個別空調機を構
   成していることを特徴とする、請求項２に記載の空気熱
   源型空調システム。
5. 【請求項５】 前記第２の熱交換器が、第１の給気経路
   中に介装される第３の熱交換器と、第２の給気経路中に
   介装される第４の熱交換器とから構成され、前記第３の
   熱交換器および前記第２の熱交換器が運転モードに応じ
   て蒸発器または凝縮器として機能するように構成したこ
   とを特徴とする、請求項１、２、３または４のいずれか
   に記載の空気熱源型空調システム。
6. 【請求項６】 ２つの空気熱源型ヒートポンプユニット
   を１つのケーシング内に収容し、第１の空気熱源型ヒー
   トポンプユニットの第１の熱交換器と第２の空気熱源型
   ヒートポンプユニットの第１の熱交換器とを熱源用空気
   の流通経路内に直列に介装するとともに、前記第１の空
   気熱源型ヒートポンプユニットの第２の熱交換器と前記
   第２の空気熱源型ヒートポンプユニットの第２の熱交換
   器とが給気経路内に直列に介装されていることを特徴と
   する、請求項１、２、３、４または５のいずれかに記載
   の空気熱源型空調システム。
7. 【請求項７】 前記第１の空気熱源型ヒートポンプユニ
   ットの第３の熱交換器と前記第２の空気熱源型ヒートポ
   ンプユニットの第３の熱交換器とが前記第１の給気経路
   内に直列に介装されるとともに、前記第１の空気熱源型
   ヒートポンプユニットの第４の熱交換器と前記第２の空
   気熱源型ヒートポンプユニットの第４の熱交換器とが前
   記第２の給気経路内に直列に介装されていることを特徴
   とする、請求項６に記載の空気熱源型空調システム。
8. 【請求項８】 前記加湿冷却器が前記第１の熱交換器と
   一体的に構成され、前記第１の熱交換器に冷却水を散水
   または放水するように構成されていることを特徴とす
   る、請求項２、３、４、５、６または７のいずれかに記
   載の空気熱源型空調システム。
9. 【請求項９】 さらに前記加湿冷却器に供給する冷却水
   とヒートポンプ回路内の熱媒との熱交換を行うための第
   ５の熱交換器を設けたことを特徴とする、請求項２、
   ３、４、５、６または７のいずれかに記載の空気熱源型
   空調システム。
10. 【請求項１０】 空調空間を所定の容積を有する１また
    は２以上の空調単位に分割し、前記各空調単位ごとに前
    記空気熱源型個別空調機を設置することを特徴とする、
    請求項３、４、５、６、７、８または９のいずれかに記
    載の空気熱源型空調システム。
11. 【請求項１１】 前記空調単位をさらに１または２以上
    の個別空調ゾーンに分割して各個別空調ゾーンごとに送
    風ユニットを設置し、前記空気熱源型個別空調機の給気
    経路より前記各送風ユニットに空調用空気を選択的に給
    気することが可能であることを特徴とする、請求項１０
    に記載の空気熱源型空調システム。