JPH11101518A - 熱源切替式空調機および熱源切替式空調方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱源を空気と水とに切り替えられるようにし
て、空気熱源での冷房運転時の排熱の有効利用が図れる
ようにすることである。 【解決手段】 ヒートポンプ式空調機の室外機３０側に
空気熱源用の熱交換コイル３１と、水熱源用の熱交換コ
イル３２とを、切替弁４１、４２を介して設ける。熱交
換コイル３２を、浴槽６０内と湯水の循環可能に構成さ
れた熱交換コイル浸漬用水槽７０内の湯水に浸ける。熱
交換コイル浸漬用水槽７０内に水位センサ９０を設けて
浴槽６０内の湯水の有無を確認し、湯水があるときは、
制御パネル１００の指示により自動的に空気熱源から水
熱源の空調運転に切り替える。水熱源の冷房運転では、
熱交換コイル３２で浴槽６０内の水を温め、暖房運転で
は残り湯で熱交換媒体を温めて熱エネルギーの有効利用
を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空調用の熱交換媒
体の温調時に使用する熱源を空気熱源と水熱源とに切替
できるようにする技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】ルームエアコンなどに採用されているヒ
ートポンプ式の空調機では、一般に空気を熱源として利
用している。例えば、図５に示すように、室内機１と室
外機２とからなるヒートポンプ式空調機では、室外機２
の熱交換コイル３と室内機１の熱交換コイル４とが、圧
縮機５や膨張弁６などを介して熱交換媒体の循環可能に
連結されている。

【０００３】室内の冷房時には、圧縮機５から熱交換媒
体を高温に凝縮した状態で室外機２の熱交換コイル３に
送り、この熱交換コイル３と外気との接触により外気側
へ熱を渡して熱交換媒体を冷却する。この熱交換媒体を
膨張弁６を介して、室内機１側の熱交換コイル４へ蒸発
させ、この熱交換コイル４に接触する室内空気から熱を
奪って、すなわち室内空気を冷却して、室内冷房を行な
う。

【０００４】室内の暖房時には、上記構成で、熱交換媒
体を逆に循環させる。圧縮機５から高温に凝縮された熱
交換媒体を室内機１側の熱交換コイル４に送り、この熱
交換コイル４に接触する室内空気に熱を与えて室内暖房
を行なうとともに、膨張弁６を介して室外機２の熱交換
コイル３側へ熱交換媒体を蒸発させる。蒸発に際して、
室外機２の熱交換コイル３に接触する外気から熱を奪
う。

【０００５】一方、水熱源方式は、クーラーなどで使用
されている。例えば、建物の外に設置する水冷式のタワ
ーを有する構成が知られている。この方式では、室外に
設けたタワーで放熱管を流水で冷却して管内の熱交換媒
体を冷却し、冷却された熱交換媒体を室内機側の熱交換
コイルに送り、この熱交換コイルに室内空気を接触させ
て室内空気の冷房を行っている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】家庭用のそれ程大きく
ない空調機では、水熱源用の配水管などの敷設施工の手
間がかからない空気熱源式の空調機が多く使用されてい
る。

【０００７】しかし、空気熱源方式を採用する空調機で
は、上記のように、例えば冷房時には室外機側の熱交換
コイルにより外部に熱風が、暖房時には冷風がそのまま
排気されることとなる。

【０００８】このように室外機を通して外部に熱気や冷
気を排出する空気熱源方式のヒートポンプ式の空調方法
では、例えば、外気温が高い夏場に熱気を大気中に排出
することとなり、それでも暑い周囲環境の温度を上昇さ
せることとなる。都市部のヒートアイランド現象の一因
ともなっている。

【０００９】また、冬期には、寒冷地などでは外気温が
かなり低くなり、空気熱原方式だけでは室外機における
熱交換（外気から熱を奪う）が効率よく機能しない場合
もある。

【００１０】一方、かかる空調機からの熱気は、従来は
上記のように単に外部へ排出するだけであり、ある意味
では熱エネルギーを無駄に捨てていることにもなる。本
発明者は、空調機のかかる排熱を、エネルギーの有効利
用という観点から捉え直すことも必要と考えた。

【００１１】本発明の目的は、空気熱源と水熱源とを切
替可能にして、空気熱源方式の排気熱の有効利用が図れ
るようにすることにある。

【００１２】本発明の他の目的は、空気熱源と、風呂の
湯水を利用した水熱源とに、空調機の熱源を切替可能に
して、風呂の残り湯の熱と、空気熱原方式の排気熱との
両方の有効利用を図ることにある。

【００１３】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００１５】すなわち、本発明では、ヒートポンプ式の
空調機で、その熱源を、空気熱源と、浴槽内の湯水を利
用した水熱源とに、必要に応じて選択的に切り替えられ
るようにした。

【００１６】浴槽内の水を水熱源として使用するには、
例えば、浴槽内の水に熱交換コイルを浸けることができ
るように、浴槽内の水を別の熱交換コイル浸漬用水槽に
循環可能に取り出し、熱交換コイル浸漬用水槽内の水と
熱交換コイルとの間で熱交換を行なうようにした。

【００１７】このようにして、浴槽内に水がある場合に
は、空調運転を空気熱源運転から、水熱源運転に切り替
える。

【００１８】水熱源運転で冷房を行なうには、圧縮機か
ら高温状態に凝縮された熱交換媒体を熱交換コイル浸漬
用水槽内の熱交換コイルに送り、そこで水に熱を与えて
熱交換媒体を冷却する。冷却された熱交換媒体を室内機
の熱交換コイル中に蒸発させ、その際にこの熱交換コイ
ルに接触する室内空気の冷却を行なって、室内冷房を行
なう。

【００１９】熱交換コイル浸漬用水槽内の水は、熱交換
コイルにより温められ、これが浴槽内に循環させられる
ので、浴槽内の水は温められる。そのため、浴槽内に水
を貯めておけば、例えば、昼間水熱源方式により冷房運
転を行うと、夕方などの風呂を沸かすときには幾分かで
も浴槽内の水が温められているので、沸かす時間を短縮
することができて経済的である。

【００２０】また、浴槽内に残り湯がある場合には、水
熱源運転で暖房を行なう。熱交換媒体を上記冷房運転時
とは逆に循環させる。圧縮機から高温で凝縮状態の熱交
換媒体を熱交換コイルに送り、そこで室内空気と熱交換
媒体との間で熱交換を行い、室内空気を温めて暖房を行
なう。

【００２１】室内機側の熱交換コイルを通過した熱交換
媒体は、室外機の熱交換コイル浸漬用水槽内の湯で温め
られて蒸発して圧縮機に戻る。残り湯の熱を利用して熱
交換媒体の蒸発を促進させることができ、寒冷地などの
冬期の外気温度が極端に低くなる地域でもヒートポンプ
能力を発揮できる。

【００２２】さらに、浴槽内に湯水がない場合には、空
調運転を空気熱源方式に切り替えて行なえばよい。この
ようにして、空気と浴槽内の水との間に熱源の切り替え
がでできるようにすることにより、従来の空気熱源方式
の空調ではそのまま捨てられていた熱を浴槽内の水を温
めることに使用して、排気熱の有効利用が図れる。

【００２３】また、暖房時には、風呂の残り湯の熱をそ
のまま放熱させずに、熱交換媒体の加温用に使用して熱
の有効利用が図れる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。

【００２５】（実施の形態１）本実施の形態では、熱源
として空気と水とを選択的に切替可能な熱源切替式空調
機について説明する。

【００２６】本実施の形態では、図１に示すように、圧
縮機１０を介して、室内機２０の熱交換コイル２１と、
室外機３０の熱交換コイル３１、３２とが、熱交換媒体
の循環ができるように、ヒートポンプ方式で連結されて
いる。

【００２７】さらに、室外機３０の側の熱交換コイル３
１と熱交換コイル３２は、切替弁４１、４２を介して連
結されている。切替弁４１、４２の切り替えにより、熱
交換媒体を熱交換コイル３１、３２のいずれか一方に選
択的に流すことができるようになっている。切替弁４
１、４２の切り替えに際しては、同時切り替えできるよ
うに構成され、熱媒体が熱交換コイル３１、３２の両方
に流れないようになっている。

【００２８】また、本実施の形態では、図１に示すよう
に、膨張弁５０が室内機２０側の熱交換コイル２１と、
切替弁４２との間に設けられている。

【００２９】なお、切替弁４２と膨張弁５０との取り付
け位置の関係は、図２に示すように、切替弁４２と熱交
換コイル３１、３２との間にそれぞれ膨張弁５１、５２
を設けるようにしても構わない。

【００３０】熱交換コイル３１は、外気との熱交換がで
きるように構成されて室外機３０内に設けられている。
熱交換コイル３１の背面側には、空気熱源方式の空調機
の室外機の従来構成と同様にファン（図示せず）が設け
られ、室外機３０内に吸引した外気を、熱交換コイル３
１側を通過させて、室外機３０の正面側から排気するこ
とができるように設けられている。

【００３１】一方、熱交換コイル３２は、浴槽６０内の
湯水との間に熱交換ができるように構成されている。本
実施の形態では、室外機３０には、熱交換コイル３２を
湯水中に浸けることができるように熱交換コイル浸漬用
水槽７０が設けられている。この熱交換コイル浸漬用水
槽７０は、循環用ポンプ８０を介した循環パイプ８１、
８２とで、湯水の循環可能に、浴室Ａ内の浴槽６０と連
結させられている。

【００３２】本実施の形態では、図３に示すように、浴
槽６０と熱交換コイル浸漬用水槽７０とが連結施工がし
易いように、室外機３０は浴室Ａの建物外側に面して設
置されている。

【００３３】このように室外機３０を浴室Ａ側に近い箇
所に設置する場合には、室外機３０と居室Ｂ内に設けた
室内機２０との連結は、図３に示すように、天井裏を使
用した空調用配管で連結しておけばよい。あるいは、建
物の外壁面上を居室Ｂの外壁側まで這わせて、その外壁
部分から居室Ｂ内へ直接引き込むようにしても構わな
い。

【００３４】また、上記説明では、熱交換コイル浸漬用
水槽７０を室外機３０内部に設置するように構成してい
るが、室外機３０とは別体に、室外機３０の外側に設け
るようにしても構わない。

【００３５】本実施の形態の熱源切替式空調機では、例
えば冷房時には、浴槽６０内に水がないときは、圧縮機
１０で高い温度に凝縮された熱交換媒体は、図１に示す
ように、切替弁４１、４２で、熱交換コイル３２側への
入り口、出口を塞ぐことにより、空気熱源用の熱交換コ
イル３１側に流して、空気熱源による空調運転ができる
ようになっている。

【００３６】一方、浴槽６０内に風呂を沸かすために水
が張ってあるときは、上記切替弁４１、４２を切り替え
て、熱交換媒体が熱交換コイル３１側に入らないように
すればよい。

【００３７】このようにして、上記構成の熱源切替式空
調機では、浴槽６０内の水の有無により適宜に空気熱源
方式、水熱源方式に切り替えて、その時々に応じた適切
な空調運転が行なえるようになっている。

【００３８】さらに、本実施の形態では、熱交換コイル
浸漬用水槽７０内には、水位センサ９０が設けられ、こ
の水位センサ９０が制御パネル１００に連絡されてい
る。熱交換コイル浸漬用水槽７０内の湯水の水位が、熱
交換コイル３２が十分に浸かる程高くない場合には、水
位センサ９０から制御パネル１００に警報信号が出さ
れ、水熱源による空調運転が停止され、空気熱源の空調
運転に自動的に切り替えられるようになっている。併せ
て、切替弁４１、４２の切り替えも行なわれる。

【００３９】また、熱交換コイル浸漬用水槽７０内に湯
水が十分に満たされ、水位センサ９０からの警報信号が
解除され場合には、空気熱源による空調運転から水熱源
による空調運転に、切替弁４１、４２の切り替えと同時
に自動的に切り替えられる。

【００４０】かかる制御系統については、図１中に破線
矢印で表示した。制御パネル１００としては、空調機正
面側に設ける操作パネル、あるいはリモコン操作パネル
などに構成しておけばよい。

【００４１】（実施の形態２）本実施の形態では、上記
実施の形態１で説明した構成を有する熱源切替式空調機
を使用した熱源切替式空調方法について説明する。

【００４２】本実施の形態の熱原切替式空調方法では、
浴槽６０内の湯水があるときは、水熱源のヒートポンプ
式の空調運転を行い、浴槽内の湯水がない場合には空気
熱源のヒートポンプ式の空調運転を行なうように構成さ
れている。

【００４３】かかる空調運転の構成を、図４に示す。図
４に示すように、夏場などの冷房運転では、浴槽６０内
に水が張ってあるときは水熱源のヒートポンプ方式の空
調運転が行なわれる。

【００４４】本実施の形態では、浴槽６０内に水が入っ
ているか否かは、浴槽６０と湯水の循環可能に連結させ
られている熱交換コイル浸漬用水槽７０内の水位で判断
できるようになっている。

【００４５】図１に示すように、熱交換コイル浸漬用水
槽７０内に設けた水位センサ９０により、熱交換コイル
３２が機能できない程に水位が下がっている場合には制
御パネル１００に警報信号が送られ、空調運転は空気熱
源により行なわれる。

【００４６】水位が十分にある場合には、水位センサ９
０から制御パネル１００への警報信号が解除され、それ
に基づき空調運転が水熱源により行なわれる。

【００４７】このように本実施の形態では、浴槽６０内
の湯水の有無を、熱交換コイル３２の機能が発揮できる
程度に熱交換コイル浸漬用水槽７０の水位により間接的
に判断しているが、浴槽６０内に水位センサ９０を設け
て直接的に判断するようにしても一向に構わない。要
は、水熱源を熱源として使用する熱交換コイル３２が機
能を発揮できる程度に湯水が入っていることが確認でき
ればよい。

【００４８】このようにして水位センサ９０により湯水
が確認されて水熱源で空調運転が行なわれる場合には、
切替弁４１、４２の切り替えが行なわれ、熱交換コイル
３１の前後で熱交換コイル３１側へのルートが閉じられ
る。

【００４９】切替弁４１、４２の切り替え後、圧縮機に
より高温状態に凝縮された熱交換媒体が、切替弁４１を
通過して熱交換コイル３２側に送られる。熱交換コイル
３２は、熱交換コイル浸漬用水槽７０内に、浴槽６０内
と循環可能に連通させられた水に浸けられ、熱交換コイ
ル３２内を凝縮した熱交換媒体が流れる間に、熱交換媒
体の熱が水に与えられる。すなわち、浴槽６０内の水が
温められる一方、熱交換媒体が冷却されることとなる。

【００５０】その後、熱交換コイル３２を通過した熱交
換媒体は切替弁４２を経由して、室内機２０側の熱交換
コイル２１側に送られる。熱交換コイル２１の手前側に
は膨張弁５０が設けられ、この膨張弁５０を通過するこ
とにより凝縮させられていた熱交換媒体が熱交換コイル
２１内に蒸発させられる。

【００５１】熱交換コイル２１内での熱交換媒体の蒸発
により、熱交換コイル２１の外面側を通過する室内空気
は、その熱が熱交換媒体側に奪われて冷却され、室内側
にこの冷気を排出して室内冷房を行なう。

【００５２】熱交換コイル２１を通過した熱交換媒体
は、圧縮機１０に送られ一巡することとなる。水熱源に
よる空調運転では上記要領の熱交換媒体の循環を繰り返
すこととなる。この循環を繰り返すうちに、熱交換コイ
ル浸漬用水槽７０内で熱交換コイル３２に接触する水が
温められ、それが浴槽６０内に循環させられて風呂の水
が温められることとなる。

【００５３】すなわち、本実施の形態では、空気熱源に
よる空調運転では、外気にそのまま捨てられていた熱エ
ネルギーを、風呂の水を温める形で回収することができ
る。夏場など冷房運転の時間が長い期間には、かなりの
水温の上昇が見込まれ、風呂を沸かす際の時間短縮が行
なえ経済的である。

【００５４】一方、水熱源で暖房運転を行なう場合は、
以下のように熱交換媒体を逆回転させるようにすればよ
い。なお、本実施の形態では、かかる暖房運転の水熱源
は、浴槽６０内の残り湯を使用して行なわれる。

【００５５】この際も上記冷房時の場合と同様に、切替
弁４１、４２は、熱交換媒体が熱交換コイル３２の側に
流れ込むように切り替える。このようにして、切替弁４
１、４２を切り替えた状態で、圧縮機から凝縮されて高
温にされた熱交換媒体が室内機２０の熱交換コイル２１
に送られる。

【００５６】熱交換コイル２１では熱交換媒体の熱が、
熱交換コイル２１の外面側を通過する室内空気側に移動
して、暖気が室内側に送られ室内暖房が行なわれる。こ
のようにして、熱交換コイル２１を通過した熱交換媒体
は、膨張弁５０を介して、熱交換コイル３２側に蒸発さ
せられる。

【００５７】本実施の形態では、膨張弁５０は切替弁４
２の手前に設けられているが、熱交換媒体は、膨張弁５
０から切替弁４２を経由して熱交換コイル３２側に蒸発
させられる。熱交換コイル浸漬用水槽７０内の熱交換コ
イル３２では、熱交換媒体が残り湯により温められるこ
ととなる。

【００５８】このように、本実施の形態では、浴槽６０
内の残り湯の熱を、熱交換媒体を温めるのに利用して、
従来はそのまま捨てられていた残り湯の熱エネルギーを
有効利用することができる。

【００５９】また、空気熱源方式では、外気が極端に冷
え込む寒冷地では、そのヒートポンプ機能による暖房が
十分に発揮できないことがあるが、このような残り湯を
利用する場合には、かかる不都合が発生しない。

【００６０】このようにして熱交換コイル３２を通過し
た熱交換媒体は、切替弁４１を通って圧縮機１０に戻り
一巡することとなる。かかる熱交換媒体の循環を繰り返
すことにより、水熱源による暖房運転が行なえる。

【００６１】また、浴槽６０内に水または残り湯がない
場合には、従来の空気熱源による空調を行なえばよい。

【００６２】切替弁４１、４２の切り替えにより、熱交
換コイル３２側に熱交換媒体が流れ込まないように切り
替えるとともに、熱交換コイル３１の外面側に外気を導
入して、熱交換コイル３１と外気との間に熱交換を行な
うようにすればよい。

【００６３】また、上記実施の形態１、２では、家庭用
の空調機を例にとり説明したが、本発明の構成は、例え
ば、業務用空調機などのように大規模な構成の空調機に
も適用できる。

【００６４】以上、本発明者によってなされた発明を実
施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記の
形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない
範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

【００６５】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００６６】（１）．本発明では、熱源を水または空気
に適宜に切り替えられるので、運転効率、あるいは運転
コストの面からその状況に合わせた空調運転の選択がで
きる。

【００６７】（２）．本発明では、浴槽内の湯水を水熱
源として使用できるので、例えば、冷房時には、浴槽内
の水を温め、暖房時には浴槽内の残り湯から熱を回収し
て、従来はそのまま捨てられていた熱の有効利用が図れ
る。そのため、風呂沸かしの節約が行える。

【００６８】（３）．本発明では、水熱源により冷房運
転が行なえるので、従来の空気熱源によるヒートポンプ
方式とは異なり、ヒートアイランド現象の一因ともなる
熱の外気側への直接排出を行なわずに済む。

【００６９】（４）．本発明では、浴槽内の残り湯を水
熱源として暖房運転が行なえるので、従来はそのまま捨
てていた残り湯の熱を熱回収して、室内暖房に有効利用
することができる。

【００７０】（５）．本発明では、浴槽内の残り湯を水
熱源として使用できるため、寒冷地でもヒートポンプの
能力を発揮できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の熱源切替式空調機の構成を模式的に示
す説明図である。

【図２】膨張弁と切替弁の取り付け位置の変形例を示す
要部説明図である。

【図３】本発明の熱源切替式空調機の取り付け状況をを
示す説明図である。

【図４】本発明の熱源切替式空調方法の手順を示す説明
図である。

【図５】従来の空気熱源によるヒートポンプ式空調機の
構成を模式的に示す説明図である。

【符号の説明】

１ 室内機 ２ 室外機 ３ 熱交換コイル ４ 熱交換コイル ５ 圧縮機 ６ 膨張弁 １０ 圧縮機 ２０ 室内機 ２１ 熱交換コイル ３０ 室外機 ３１ 熱交換コイル ３２ 熱交換コイル ４１ 切替弁 ４２ 切替弁 ５０ 膨張弁 ５１ 膨張弁 ５２ 膨張弁 ６０ 浴槽 ７０ 熱交換コイル浸漬用水槽 ８０ 循環用ポンプ ８１ 循環パイプ ８２ 循環パイプ ９０ 水位センサ １００ 制御パネル Ａ 浴室 Ｂ 居室

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空調用の熱交換媒体の温度調節を空気熱
   源と水熱源とに切り替え可能に構成されてなることを特
   徴とする熱源切替式空調機。
2. 【請求項２】 請求項１記載の熱源切替式空調機におい
   て、 前記水熱源には、浴槽内の湯水が使用されることを特徴
   とする熱源切替式空調機。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の熱源切替式空調
   機において、 前記熱源切替式空調機は、室内機の熱交換コイルと室外
   機の熱交換コイルとが、圧縮機を介してヒートポンプ式
   に連結されて構成されるとともに、 前記室外機の熱交換コイルが、外気との熱交換可能な空
   気熱源用熱交換コイルと、浴槽内の湯水に浸けられた水
   熱源用熱交換コイルとが、切替可能に構成されてなるこ
   とを特徴とする熱源切替式空調機。
4. 【請求項４】 熱源を空気と浴槽内の湯水とに選択的に
   切り替えて行なう空調方法であって、 浴槽内に湯水があるときは、空調運転を水熱源方式に切
   り替えるとともに、前記浴槽内に湯水がないときは、前
   記空調運転を空気熱源方式に切り替え、 前記水熱源方式の空調運転では、冷房時には、前記浴槽
   内の水を利用して冷却した熱交換媒体を室内機の熱交換
   コイルに送って室内空気を冷却するとともに、 暖房時には、前記浴槽内の湯を利用して温めた熱交換媒
   体を室内機の熱交換コイルに送って室内空気を温めるこ
   とを特徴とする熱源切替式空調方法。