JPH10103713A - ヒートポンプ付き空気調和装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外気調和機に小型のヒートポンプを組み合わ
せて、二管式の外気調和機に湿度調整機能を付与し、こ
れによって四管式の場合と同等の機能を有しながら熱源
配管系統を簡素化できるヒートポンプ付き空気調和装置
を提供する。 【解決手段】 外気Ｆと還気Ｒとを外気調和機５で混合
して温調処理し、それをインテリア空間１に供給して同
空間内を空調するセントラル方式の空気調和装置におい
て、前記外気調和機５内に熱源冷凍機９からの冷熱媒体
を流す冷却コイル７を設けると共に、その下流側に加熱
コイル８を設け、同加熱コイル８に対し前記冷却コイル
７に供給される冷熱媒体を熱源として温熱媒体を製造供
給するヒートポンプ１２を設けてなるヒートポンプ付き
空気調和装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特に屋内のインテ
リア空間の空調に適した、外気調和機に小型のヒートポ
ンプを組み込んで加熱及び除湿再熱を可能とするセント
ラル方式のヒートポンプ付き空気調和装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年、オフィスビルの空調には、個別空
調が可能なマルチ方式の空気調和機の採用が主流を占め
つつある。マルチ方式の空気調和機による空調は、温湿
度制御が充分満足し得るまでには到っておらず、換気等
にも問題が残されてはいるものの、使用状況の計量がし
易くテナントビル向けであると共に、大量生産が可能な
ためにコストが安いこと等が採用される主たる要因とな
っている。

【０００３】しかしながら、用途がはっきり決まってい
る自社ビル等では、快適な環境を求めてセントラル方式
の空調が検討される場合が多く、このためセントラル方
式の空気調和装置では、コストダウンと制御性の向上が
求められている。特に、通常のオフィスビルの空調で
は、インテリア（内側）とペリメータ（窓側）をゾーン
分けして空調するのが一般的であり、ペリメータにはフ
ァンコイルユニットが多く使用されてきたが、最近、執
務空間に水配管が持ち込まれるのを嫌って、ペリメータ
にマルチ方式の空気調和機、インテリアにセントラル方
式の外気調和機を設置するケースが増えつつある。

【０００４】ゾーン分けして空調負荷を計算する今日の
計算体系からすると、最上階以外のインテリア空間は外
壁と接していないため、外気処理（加湿を含む）や除湿
再熱を除くと冷房負荷しか発生しないことになり、セン
トラル系統は負荷量から見るとほぼ冷房専用のシステム
となる。しかし、冷房専用の二管式の外気調和機を採用
すると、加熱や除湿再熱といった湿度制御が成り行き任
せとなり、提供される熱環境の質がマルチ方式の場合と
ほとんど変わらなくなってしまう問題がある。

【０００５】一方、セントラル方式として屋内の熱環境
の向上を図るには、四管式が不可欠となる。図４はこの
四管式の外気調和機を採用してインテリア空間を空調す
るセントラル方式の空気調和装置の概念図である。５１
は四管式の外気調和機であり、この外気調和機５１内に
冷却コイル５２と加熱コイル５３を設け、冷却コイル５
２を冷熱用配管５４を介して熱源冷凍機に接続すると共
に、加熱コイル５３を温熱用配管５５を介してボイラ
ー、ヒートポンプ等の加熱用熱源機器に接続し、外気Ｆ
とインテリア空間５６から排出される排気Ｅの一部を還
気Ｒとして取り入れ、混合、冷却、除湿再熱等の温調処
理を行い、この空調風Ａをインテリア空間５６に供給す
るよう構成されている。

【０００６】すなわち、外気Ｆと還気Ｒとが外気調和機
５１内で混合され、冷却コイル５２を通過する際に冷
却、除湿され、更に加熱コイル５３を通過して再熱され
ることにより、所定の温度と湿度に制御され、インテリ
ア空間５６に供給される。この間、除湿再熱に要する温
熱の負荷量は顕熱分のみであり、冷却コイル５２で要す
る冷熱の負荷量よりも相当少ないにも係わらず、冷却コ
イル５２と加熱コイル５３には、それぞれ別個に冷熱媒
体と温熱媒体を循環させるサプライとリターンの計４本
の配管が必要であり、特に温熱用配管の２本の寄与度
は、質的には重要であるものの、量的には小さいため、
熱源系統（機器と配管）のコストアップに繋がる他、温
熱源が排熱利用以外の場合には、省エネルギーにも反す
ることになるという問題がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、外気
調和機に比較的小型のヒートポンプを組み合わせること
により、二管式の外気調和機に湿度調整機能を付与し、
これによって四管式の場合と同等の機能を有しながら熱
源配管系統の簡素化を図ることができるヒートポンプ付
き空気調和装置を提供することにある。本発明のもう一
つの課題は、冬期のインテリア空間における朝夕の暖房
負荷の処理を効率的に行うことができるヒートポンプ付
き空気調和装置を提供することにある。また、本発明の
更なる課題は、上記した二つの課題を同時に解決するこ
とができる機能を持つヒートポンプ付き空気調和装置を
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ため、本発明にかかるヒートポンプ付き空気調和装置
は、外気と還気とを外気調和機で混合して温調処理し、
それをインテリア空間に供給して同空間内を空調するセ
ントラル方式の空気調和装置において、前記外気調和機
内に熱源冷凍機からの冷熱媒体を流す冷却コイルを設け
ると共に、その下流側に加熱コイルを設け、同加熱コイ
ルに対し前記冷却コイルに供給される冷熱媒体を熱源と
して温熱媒体を製造供給するヒートポンプを設けてなる
ことを特徴とするもので、このように冷却コイルに供給
される冷熱媒体を熱源として、加熱コイルに温熱媒体を
製造供給するヒートポンプを設けたことにより、二管式
の外気調和機でありながら、冷却コイルで冷却除湿した
空気を再熱して湿度調整をする機能を持たせることがで
きるため、加熱コイルに対しての熱源配管系統を省略し
て、その簡素化を図ることができる。

【０００９】また、本発明にかかるヒートポンプ付き空
気調和装置は、外気と還気とを外気調和機で混合して温
調処理し、それをインテリア空間に供給して同空間内を
空調するセントラル方式の空気調和装置において、前記
外気調和機内に加熱コイルを設け、同加熱コイルに対し
前記インテリア空間から排出される排気を熱源として温
熱媒体を製造供給するヒートポンプを設けると共に、前
記加熱コイルの下流側に加湿器を設けてなることを特徴
とするもので、このようにインテリア空間から排出され
る排気を熱源とし、加熱コイルに温熱媒体を製造供給す
るヒートポンプを設けているため、冬期のインテリア空
間における朝夕の暖房負荷を対しては、排気から熱を汲
み上げて加熱、加湿に供することができるので、混合損
失を発生せず、効率的に暖房負荷を処理することができ
る。

【００１０】更に、本発明にかかるヒートポンプ付き空
気調和装置は、外気と還気とを外気調和機で混合して温
調処理し、それをインテリア空間に供給して同空間内を
空調するセントラル方式の空気調和装置において、前記
外気調和機内を開閉可能な仕切りによって上流側室と下
流側室との２室に仕切り、各室に外気と還気とを並列的
に切替え取り入れ可能とし、前記上流側室に熱源冷凍機
からの冷熱媒体を流す冷却コイルを設けると共に、前記
下流側室に加熱コイルを設け、同加熱コイルに対し前記
冷却コイルに供給される冷熱媒体及び前記インテリア空
間から排出される排気を熱源として温熱媒体を製造供給
するヒートポンプを設けてなることを特徴とするもの
で、このように外気調和機内を開閉可能な仕切りにより
２室に仕切り、各室に外気と還気とを並列的に切替え取
り入れ可能とすると共に、上流側室に冷却コイル、下流
側室に加熱コイルを設け、この加熱コイルに対し冷却コ
イルに供給される冷熱媒体を熱源として温熱媒体を製造
供給するヒートポンプを設けているため、二管式の外気
調和機でありながら、冷却コイルで冷却除湿した空気を
再熱して湿度調整をする機能と、冬期のインテリア空間
における朝夕の暖房負荷に対し、外気と還気を加熱して
暖房する機能を併せ持たせることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図１
乃至図３に基づいて説明する。図１は本発明の第１の実
施形態にかかるヒートポンプ付き空気調和装置の概念
図、図２は本発明の第２の実施形態にかかるヒートポン
プ付き空気調和装置の概念図、図３は本発明の第３の実
施形態にかかるヒートポンプ付き空気調和装置の概念図
である。

【００１２】図１中において、１は屋内のインテリア空
間を示し、このインテリア空間１を空調するため、外気
Ｆをダクト２を介して取り入れると共に、インテリア空
間１からダクト３を介して排出される排気Ｅの一部を分
岐ダクト４により還気Ｒとして取り入れ、これらを混合
して温調処理する外気調和機５を備え、同外気調和機５
で処理した空調風Ａをインテリア空間１にダクト６を介
して供給し、同空間１内を空調するセントラル方式の空
気調和装置が構成されている。

【００１３】外気調和機５内には、空気流れ方向に沿っ
て上流側から冷却コイル７、加熱コイル８が順次設置さ
れており、この冷却コイル７には、熱源冷凍機９から冷
熱媒体を供給するサプライ配管１０と、冷熱媒体を熱源
冷凍機９に戻すリターン配管１１が接続されている。な
お、冷熱媒体としては、水、ブライン等が用いられる
他、直膨張方式の場合は冷媒自体が循環されることにな
る。

【００１４】また、加熱コイル８には、熱源冷凍機９か
ら供給される冷熱媒体を熱源とするヒートポンプ１２で
製造された温熱媒体が、配管１３、１４を介して循環さ
れるようになっている。ヒートポンプ１２は、除湿再熱
に要する温熱の負荷量を賄う容量の比較的小型のヒート
ポンプで、熱源冷凍機９からのサプライ配管１０に三方
弁１５を設けて冷熱媒体の一部を取り入れ、それを熱源
として熱を汲み上げ、熱を奪われて冷やされた冷熱媒体
を再びサプライ配管１０に戻し、冷却コイル７に供給で
きるよう構成されている。なお、１６はヒートポンプ１
２の電源を示す。

【００１５】しかして、上記のヒートポンプ付き空気調
和装置によると、ダクト２を介して取り入れられた外気
Ｆと分岐ダクト４から取り入れられた還気Ｒは、外気調
和機５内で混合され、外気冷房の場合はそのままダクト
６を経てインテリア空間１内に供給される。一方、冷房
負荷が大きくなり冷却が必要となった場合、外気調和機
５内に取り入れられた外気Ｆと還気Ｒとの混合空気は、
冷却コイル７を通過する際に熱源冷凍機９から供給され
る冷熱媒体と熱交換して冷却除湿され、ダクト６を経て
インテリア空間１内に供給されることによりインテリア
空間１内の冷房に供されることになる。

【００１６】また、湿度調整、すなわち除湿再熱が必要
な場合は、ヒートポンプ１２を運転し、熱源冷凍機９か
ら冷却コイル７に供給される冷熱媒体の一部を取り込
み、同冷熱媒体を熱源としてヒートポンプ１２により温
熱媒体を製造し、この温熱媒体を配管１３、１４を介し
て加熱コイル８に循環させ、ここで冷却コイル７で冷却
除湿された空気を再熱することによって、適温に制御し
てインテリア空間１内に供給することができる。なお、
ヒートポンプ１２に取り込まれた冷熱媒体は、ここで熱
を奪われて更に冷却された後、再びサプライ配管１０に
戻されて冷却コイル７に供給され、混合空気の冷却除湿
に供される。

【００１７】このようにヒートポンプ１２で汲み上げら
れ、加熱コイル８に供給される熱のほとんどは、サプラ
イ配管１０の冷熱媒体からのものであり、冷熱媒体から
熱を得て加熱コイル８に熱を供給していることになるた
め、除湿再熱に要する温熱の負荷量は、ヒートポンプ１
２による僅かな動力の消費だけで賄うことができ、これ
によって冷熱と温熱を相殺することができるので、混合
損失がほとんど発生せず、四管式のものに比べて大きな
省エネルギー効果が発揮される。

【００１８】また、実質的に二管式の外気調和機５であ
りながら、上記のように四管式のものと同様の除湿再熱
機能を有するため、熱源配管系統の構成を大幅に簡素化
してコストダウンを図ることができる。つまり、四管式
の場合の加熱用熱源機器と同加熱用熱源機器から加熱コ
イルに温熱媒体を供給する配管の代わりに、外気調和機
５に小型のヒートポンプ１２を組み込み、同ヒートポン
プ１２と加熱コイル８間に温熱媒体を循環する短い配管
を設ければよく、熱源配管系統の大幅な簡素化を実現す
ることができる。

【００１９】従って、このヒートポンプ付き空気調和装
置によると、温湿度の制御性を高めて屋内の熱環境の質
的向上を図ることができると共に、構成の簡素化による
設備費のコストダウン並びに省エネルギー化によるラン
ニングコストの低減等の経済的効果を達成することがで
きる。

【００２０】次に、図２に示す第２の実施形態にかかる
ヒートポンプ付き空気調和装置を説明する。冬期におけ
るインテリア空間１では、朝夕には暖房負荷、日中には
冷房負荷が発生することになる。これを二管式で対応し
ようとすると、冷暖房の切替え時に混合損失が発生する
問題があるので、図２に示すように小型のヒートポンプ
１７を組み込むことによって、これに対応することがで
きる。

【００２１】つまり、冬期におけるインテリア空間１の
暖房負荷は、主に外気処理と加湿であり、これに対して
外気調和機１８内に、図２に示すように加熱コイル１９
と加湿器２０を順次設け、この加熱コイル１９に、イン
テリア空間１から排出される排気を熱源とするヒートポ
ンプ１７により製造された温熱媒体を、配管２１、２２
を介して循環されるようにし、この加熱コイル１９によ
って外気Ｆと還気Ｒの混合空気を加熱することにより、
上記の暖房負荷に対応することができる。

【００２２】ヒートポンプ１７は、インテリア空間１か
ら排出される排気のダクト３中に排気熱交換器２３を設
け、この排気熱交換器２３によって排気Ｅから熱回収
し、この回収熱を熱源として加熱コイル１９に供給する
温熱媒体を製造するよう構成されている。なお、上記以
外は図１に示す第１の実施形態と同様につき、説明は省
略する。

【００２３】しかして、上記のヒートポンプ付き空気調
和装置によると、ヒートポンプ１７は、インテリア空間
１から排気ダクト３を介して外部に捨てられる暖かく湿
気を含んだ排気Ｅから排気熱交換器２３で熱を回収し、
この熱を熱源として温熱媒体を製造し、加熱コイル１９
に循環するよう機能する。この排気Ｅから得られる熱量
は、インテリア空間１の加熱、加湿に要する負荷量とほ
ぼ等しく、外気調和機１８内で混合損失を発生させるこ
となく、効率的に混合空気を加熱することができる。な
お、加湿は、加熱コイル１９で加熱された空気に対し
て、加湿器２０から水蒸気を発生させて付加することに
より行うことができる。

【００２４】次に、本発明の第３の実施形態にかかるヒ
ートポンプ付き空気調和装置について、図３を参照して
説明する。この第３の実施形態にかかるヒートポンプ付
き空気調和装置は、上記した第１の実施形態と第２の実
施形態にかかるヒートポンプ付き空気調和装置の両方の
機能を併せ持つよう構成されるものである。

【００２５】このため、図３に示すように外気調和機２
４内を開閉可能に仕切り２５によって上流側室２６と下
流側室２７との２室に仕切り、この上流側室２６と下流
側室２７とに、それぞれ外気Ｆとインテリア空間１から
の排気Ｅの一部を還気Ｒとして並列的に切替え取り入れ
できるように、分岐ダクト４の他に、ダクト２に対して
分岐ダクト６０、ダクト３に対して分岐ダクト２８、２
９をそれぞれ設けると共に、分岐ダクト４、６０、２９
の分岐部にそれぞれダンパ３１、３０、３２を設けてい
る。

【００２６】そして、上流側室２６に冷却コイル３３を
設け、この冷却コイル３３と熱源冷凍機との間を冷熱媒
体のサプライ配管３４及びリターン配管３５で接続する
と共に、下流側室２７に加熱コイル３６を設け、この加
熱コイル３６に対し、サプライ配管３４中の冷熱媒体及
びインテリア空間１から排出される排気から熱を回収
し、それを熱源としてヒートポンプ３７で温熱媒体を製
造し、これを配管３８、３９を介して循環できるように
している。

【００２７】このヒートポンプ３７は、仕切り２５を開
け、冷却コイル３３及び加熱コイル３６を機能させて除
湿再熱する際には、熱源冷凍機からサプライ配管３４を
経て冷却コイル３３に供給される冷熱媒体の一部を三方
弁４０を介して取り込み、これを熱源として温熱媒体を
製造し、配管３８、３９を介して加熱コイル３６に温熱
媒体を供給すると共に、熱を奪われて冷却された冷熱媒
体を再びサプライ配管３４に戻すよう構成されている。

【００２８】また、冬期の朝夕においてインテリア空間
１の暖房負荷に対応する場合には、図示のように仕切り
２５を閉め、ダンパ３０、３１、３２を切替え、更に三
方弁４０、４１を切替えることにより冷却コイル３３と
ヒートポンプ３７間で冷熱媒体が循環されるクローズ回
路を形成し、このクローズ回路中の冷熱媒体を介して冷
却コイル３３で還気Ｒから熱を回収し、この熱を熱源と
して加熱コイル３６に供給する温熱媒体を製造できるよ
うになっている。なお、上記以外は図１に示す第１の実
施形態と同様につき、説明は省略する。

【００２９】しかして、このヒートポンプ付き空気調和
装置によると、図１に示したヒートポンプ付き空気調和
装置と同様に、実質的に二管式の外気調和機２４であり
ながら、四管式のものと同様の除湿再熱機能を有し、混
合損失がほとんど発生せず、省エネルギー効果が高く、
かつ熱源配管系統の構成を大幅に簡素化できるヒートポ
ンプ付き空気調和装置を提供でき、温湿度の制御性を高
めて屋内の熱環境の質的向上を図ることができると共
に、構成の簡素化によるコストダウン並びに省エネルギ
ー化によるランニングコスト低減等の経済的効果を得る
ことができる。

【００３０】また、冬期におけるインテリア空間１の朝
夕の暖房負荷に対しては、インテリア空間１から排気ダ
クト３を介して外部に捨てられる暖かく湿気を含んだ排
気Ｅから冷却コイル３３を利用して冷熱媒体に熱を回収
し、この熱を熱源としてヒートポンプ３７により温熱媒
体を製造し、加熱コイル３６に循環させることによって
対応することができる。この熱量は、インテリア空間１
の加熱に要する負荷量とほぼ等しく、外気調和機２４内
で混合損失を発生させることなく、効率的に混合空気を
加熱することができる。

【００３１】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明にかかる
ヒートポンプ付き空気調和装置によると、冷却コイルに
供給される冷熱媒体を熱源として、加熱コイルに温熱媒
体を製造供給するヒートポンプを設けことにより、二管
式の外気調和機でありながら、冷却コイルで冷却除湿し
た空気を再熱して湿度調整をする機能を持たせることが
できるため、温湿度の制御性を高めて屋内のインテリア
空間の熱環境の質的向上を図ることができる。また、熱
源配管系統を省略してその簡素化を図ることができると
共に、混合損失をなくして省エネルギー化を図ることが
できるため、相応のコストダウンによる経済的効果を得
ることができる。

【００３２】また、本発明にかかるヒートポンプ付き空
気調和装置によると、インテリア空間から排出される排
気を熱源とし、加熱コイルに温熱媒体を製造供給するヒ
ートポンプを設けることにより、冬期のインテリア空間
における朝夕の暖房負荷を対し、排気から熱を汲み上げ
て加熱、加湿に供することができるため、混合損失を発
生せず、効率的にこの暖房負荷を処理することができ
る。

【００３３】更に、本発明にかかるヒートポンプ付き空
気調和装置によると、外気調和機内を開閉可能な仕切り
により２室に仕切り、各室に外気と還気とを並列的に切
替え取り入れ可能とすると共に、上流側室に冷却コイ
ル、下流側室に加熱コイルを設け、この加熱コイルに対
し冷却コイルに供給される冷熱媒体を熱源として温熱媒
体を製造供給するヒートポンプを設けることにより、二
管式の外気調和機でありながら、除湿再熱によって湿度
を調整する機能と、冬期のインテリア空間における朝夕
の暖房負荷を効率的に処理する機能を併せ持たせること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態にかかるヒートポンプ
付き空気調和装置の概念図である。

【図２】本発明の第２の実施形態にかかるヒートポンプ
付き空気調和装置の概念図である。

【図３】本発明の第３の実施形態にかかるヒートポンプ
付き空気調和装置の概念図である。

【図４】従来の空気調和装置の概念図である。

【符号の説明】

１ インテリア空間 ５、１８、２４ 外気調和機 ７、３３ 冷却コイル ８ １９ ３６ 加熱コイル ９ 熱源冷凍機 １２、１７、３７ ヒートポンプ ２０ 加湿器 ２５ 仕切り ２６ 上流側室 ２７ 下流側室 Ｅ 排気 Ｆ 外気 Ｒ 還気

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外気と還気とを外気調和機で混合して温
   調処理し、それをインテリア空間に供給して同空間内を
   空調するセントラル方式の空気調和装置において、 前記外気調和機内に熱源冷凍機からの冷熱媒体を流す冷
   却コイルを設けると共に、その下流側に加熱コイルを設
   け、同加熱コイルに対し前記冷却コイルに供給される冷
   熱媒体を熱源として温熱媒体を製造供給するヒートポン
   プを設けてなることを特徴とするヒートポンプ付き空気
   調和装置。
2. 【請求項２】 外気と還気とを外気調和機で混合して温
   調処理し、それをインテリア空間に供給して同空間内を
   空調するセントラル方式の空気調和装置において、 前記外気調和機内に加熱コイルを設け、同加熱コイルに
   対し前記インテリア空間から排出される排気を熱源とし
   て温熱媒体を製造供給するヒートポンプを設けると共
   に、前記加熱コイルの下流側に加湿器を設けてなること
   を特徴とするヒートポンプ付き空気調和装置。
3. 【請求項３】 外気と還気とを外気調和機で混合して温
   調処理し、それをインテリア空間に供給して同空間内を
   空調するセントラル方式の空気調和装置において、 前記外気調和機内を開閉可能な仕切りによって上流側室
   と下流側室との２室に仕切り、各室に外気と還気とを並
   列的に切替え取り入れ可能となし、前記上流側室に熱源
   冷凍機からの冷熱媒体を流す冷却コイルを設けると共
   に、前記下流側室に加熱コイルを設け、同加熱コイルに
   対し前記冷却コイルに供給される冷熱媒体及び前記イン
   テリア空間から排出される排気を熱源として温熱媒体を
   製造供給するヒートポンプを設けてなることを特徴とす
   るヒートポンプ付き空気調和装置。