JPWO2019155614A1

JPWO2019155614A1 - 空気調和装置及び空調システム

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Publication number: JPWO2019155614A1
Application number: JP2019570248A
Authority: JP
Inventors: 麻里夫佐藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-02-09
Filing date: 2018-02-09
Publication date: 2020-12-03
Anticipated expiration: 2038-02-09
Also published as: JP6903173B2; WO2019155614A1

Abstract

空気調和装置は、ポンプ（２５）、カスケード熱交換器（２４）及び空調空間に流れる空気と熱媒体とを熱交換する利用側熱交換器（２６）が熱媒体配管により接続され、熱媒体が流れる熱媒体回路（１２）と、利用側熱交換器から流出する熱媒体が流れる熱媒体バイパス回路（１３）と、熱媒体バイパス回路に設けられ、空調空間に給気される外気と熱媒体とを熱交換する熱媒体バイパス熱交換器（３１）と、を備える。

Description

本発明は、空調空間の空気を調整する空気調和装置、空調システム及び熱交換ユニットに関する。

従来、空調空間の空気を調整する空気調和装置と、空調空間の換気を行う換気装置とを備える空調システムが知られている。特許文献１には、冷媒が流れる冷媒回路と、ブラインが流れるブライン回路と、換気装置とが設けられた空気調和機が開示されている。特許文献１は、空調空間から排出されて非空調空間に排気される還気と冷媒とを熱交換し、排気される排熱を回収している。また、特許文献１は、ブライン回路に流れるブラインと、空調空間に給気される外気と還気とを熱交換する熱交換器を備えている。従来の空調システムは、空気調和装置と換気装置とが、別々の装置であり且つ別々の制御を行っている。

特開平９−２４３１１０号公報

特許文献１に開示された空気調和機は、ブライン回路に流れるブラインと、空調空間に給気される外気と還気とを熱交換する熱交換器を備えている。このように、換気に利用される空気調和機において、熱媒体回路に流れる熱媒体の排熱を回収且つ活用することが望まれている。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、熱媒体回路に流れる熱媒体の排熱を回収する空気調和装置、空調システム及び熱交換ユニットを提供するものである。

本発明に係る空気調和装置は、ポンプ、カスケード熱交換器及び空調空間に流れる空気と熱媒体とを熱交換する利用側熱交換器が熱媒体配管により接続され、熱媒体が流れる熱媒体回路と、利用側熱交換器から流出する熱媒体が流れる熱媒体バイパス回路と、熱媒体バイパス回路に設けられ、空調空間に給気される外気と熱媒体とを熱交換する熱媒体バイパス熱交換器と、を備える。

本発明によれば、利用側熱交換器の下流側に設けられた熱媒体バイパス回路において、熱媒体バイパス熱交換器が、利用側熱交換器で熱交換された後の熱媒体と、空調空間に給気される外気とを熱交換する。このように、利用側熱交換器で熱交換された後の熱媒体の排熱を回収して、回収した排熱を空調空間への給気に利用することができる。

本発明の実施の形態１に係る空調システム１を示す模式図である。本発明の実施の形態１に係る空調システム１を示す回路図である。変形例に係る空調システム１を示す回路図である。本発明の実施の形態１に係る制御部５０を示すブロック図である。本発明の実施の形態１に係る空調システム１の熱媒体流量調整弁３２及び冷媒流量調整弁３４の制御を示す表である。本発明の実施の形態２に係る空調システム１を示す回路図である。本発明の実施の形態２に係る空調システム１の熱媒体流量調整弁３２及び冷媒流量調整弁３４の制御を示す表である。本発明の実施の形態３に係る空調システム１の制御を示す表である。本発明の実施の形態３に係る空調システム１の熱媒体流量調整弁３２の制御を示す表である。本発明の実施の形態４に係る空調システム１００を示す回路図である。本発明の実施の形態４に係る空調システム１００の熱媒体流量調整弁３２及び冷媒流量調整弁３４の制御を示す表である。本発明の実施の形態４に係る空調システム１００の熱媒体流量調整弁３２の制御を示す表である。

実施の形態１．
以下、本発明に係る空気調和装置、空調システム及び熱交換ユニットの実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る空調システム１を示す模式図である。図１に示すように、空調システム１は、空調空間８の空気を調整する空気調和装置２と、空調空間８を換気する換気装置６と、空気調和装置２及び換気装置６を制御する制御部５０とを備えている。空気調和装置２は、例えば室外である非空調空間９に設けられた熱源ユニット４と、例えば天井裏空間１０に設けられた熱交換ユニット３と、空調空間８を冷房又は暖房する利用側ユニット５とを備えている。

（空気調和装置２）
図２は、本発明の実施の形態１に係る空調システム１を示す回路図である。図２に示すように、熱源ユニット４は、圧縮機２１と、流路切替装置２０と、熱源熱交換器２２と、熱源送風機２２ａと、外気温度検出部５５とを有し、熱交換ユニット３に冷媒を供給する。圧縮機２１は、低温且つ低圧の状態の冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮して高温且つ高圧の状態の冷媒にして吐出する。流路切替装置２０は、圧縮機２１から吐出された冷媒が熱源熱交換器２２に流れる（図２の実線）かカスケード熱交換器２４に流れる（図２の破線）かを切り替えるものであり、これにより、空気調和装置２において冷房運転及び暖房運転のいずれもが行われる。熱源熱交換器２２は、例えば外気と冷媒との間で熱交換する。熱源熱交換器２２は、冷房運転時には凝縮器として作用し、暖房運転時には蒸発器として作用する。熱源送風機２２ａは、熱源熱交換器２２に室外空気を送る。外気温度検出部５５は、外気の温度を検出する。

利用側ユニット５は、利用側熱交換器２６と、利用側送風機２６ａとを有し、熱交換ユニット３から供給された熱媒体によって空調空間８の空気を調整する。利用側熱交換器２６は、例えば室内空気と熱媒体との間で熱交換するものである。利用側熱交換器２６は、冷房運転時には蒸発器として作用し、暖房運転時には凝縮器として作用する。利用側送風機２６ａは、利用側熱交換器２６に室内空気を送る。

熱交換ユニット３は、冷媒配管口１１ａにおいて熱源ユニット４に接続され、熱媒体配管口１２ａにおいて利用側ユニット５に接続される。熱交換ユニット３は、ポンプ２５と、カスケード熱交換器２４と、膨張部２３と、熱媒体バイパス回路１３と、熱媒体流量調整弁３２とを有する。なお、膨張部２３は、熱源ユニット４に設けられてもよい。また、ポンプ２５は、熱交換ユニット３とは別のポンプユニットに設けられてもよい。また、熱交換ユニット３は、冷媒バイパス回路１４と、冷媒流量調整弁３４と、熱媒体温度検出部５１と、冷媒温度検出部５２とを有する。

ポンプ２５は、熱媒体を搬送する。カスケード熱交換器２４は、冷媒と熱媒体との間で熱交換する。膨張部２３は、冷媒を減圧して膨張する減圧弁又は膨張弁であり、例えば開度が調整される電子式膨張弁からなる。熱媒体バイパス回路１３は、カスケード熱交換器２４とポンプ２５との間の熱媒体配管をバイパスし、ポンプ２５から搬送された熱媒体の一部が流れる。熱媒体流量調整弁３２は、熱媒体回路１２に設けられ、カスケード熱交換器２４に流入する熱媒体の流量を調整する。熱媒体温度検出部５１は、熱媒体回路１２に設けられ、ポンプ２５から搬送された熱媒体の温度を検出する。

冷媒バイパス回路１４は、カスケード熱交換器２４と圧縮機２１との間の冷媒配管をバイパスし、カスケード熱交換器２４から流出する冷媒の一部が流れる。冷媒流量調整弁３４は、冷媒回路１１に設けられ、カスケード熱交換器２４から流出する冷媒の流量を調整する。冷媒温度検出部５２は、冷媒回路１１に設けられ、カスケード熱交換器２４から流出する冷媒の温度を検出する。本実施の形態１では、冷媒温度検出部５２は、冷房用センサ５２ａ及び暖房用センサ５２ｂからなる。冷房用センサ５２ａは、熱源熱交換器２２と冷媒流量調整弁３４との間に設けられ、冷房運転時における制御に用いられる。暖房用センサ５２ｂは、膨張部２３と冷媒流量調整弁３４との間に設けられ、暖房運転時における制御に用いられる。このように、冷媒温度検出部５２は、冷房運転及び暖房運転のそれぞれにおいて、冷媒バイパス回路１４の上流に設けられていることが好ましい。なお、冷媒温度検出部５２は、１個としてもよい。

ここで、圧縮機２１、熱源熱交換器２２、膨張部２３及びカスケード熱交換器２４が冷媒配管により接続されて冷媒回路１１が構成されている。また、ポンプ２５、カスケード熱交換器２４及び利用側熱交換器２６が熱媒体配管により接続されて熱媒体回路１２が構成されている。

（換気装置６）
換気装置６は、空調空間８の換気を行うものであり、ケーシング４１と、全熱交換器４２と、給気ファン４３と、排気ファン４４と、給気温度検出部５３と、排気温度検出部５４と、熱媒体バイパス熱交換器３１と、冷媒バイパス熱交換器３３とを備えている。ケーシング４１には、外気を取り込む外気口４５と、外気口４５から取り込まれた外気を空調空間８に取り込む給気口４６と、空調空間８の空気を排出する還気口４７と、還気口４７から排出された空気を空調空間８に排気する排気口４８とが形成されている。

全熱交換器４２は、ケーシング４１内に設けられ、還気と外気との間で熱交換する。給気ファン４３は、外気口４５から外気を取り込み、外気を給気口４６から空調空間８に送る。排気ファン４４は、還気口４７から空調空間８の空気を取り込み、空気を排気口４８から非空調空間９に排出する。給気温度検出部５３は、空調空間８への給気温度を検出する。排気温度検出部５４は、空調空間８からの排気温度を検出する。熱媒体バイパス熱交換器３１は、熱媒体バイパス回路１３に設けられ、空調空間８に供給される外気と熱媒体との間で熱交換する。冷媒バイパス熱交換器３３は、冷媒バイパス回路１４に設けられ、空調空間８から排出されて非空調空間９に排気される還気と冷媒との間で熱交換する。

熱媒体流量調整弁３２が開かれると、ポンプ２５から搬送された熱媒体は、熱媒体回路１２を通ってカスケード熱交換器２４に流入する熱媒体と、熱媒体バイパス回路１３を通って熱媒体バイパス熱交換器３１に流入する熱媒体とに分岐する。一方、熱媒体流量調整弁３２が閉じられると、ポンプ２５から搬送された熱媒体は、熱媒体回路１２における熱媒体流量調整弁３２が設けられている部分を通らず、熱媒体バイパス回路１３を通って熱媒体バイパス熱交換器３１に流入する。

なお、本実施の形態１では、熱媒体流量調整弁３２の開閉にかかわらず、熱媒体が熱媒体バイパス回路１３に流入するように構成されているが、これに限らない。例えば、熱媒体流量調整弁３２が熱媒体回路１２及び熱媒体バイパス回路１３のいずれにも設けられることによって、熱媒体が熱媒体回路１２にのみ流れるか熱媒体バイパス回路１３にのみ流れるかが選択されてもよい。熱媒体は、水でもよいしブラインでもよい。

冷媒流量調整弁３４が開かれると、膨張部２３から流出した冷媒は、冷媒回路１１を通って熱源熱交換器２２に流入する冷媒と、冷媒バイパス回路１４を通って冷媒バイパス熱交換器３３に流入する冷媒とに分岐する。一方、冷媒流量調整弁３４が閉じられると、膨張部２３から流出した冷媒は、冷媒回路１１における冷媒流量調整弁３４が設けられている部分を通らず、冷媒バイパス回路１４を通って冷媒バイパス熱交換器３３に流入する。

なお、本実施の形態１では、冷媒流量調整弁３４の開閉にかかわらず、冷媒が冷媒バイパス回路１４に流入するように構成されているが、これに限らない。例えば、冷媒流量調整弁３４が冷媒回路１１及び冷媒バイパス回路１４のいずれにも設けられることによって、冷媒が冷媒回路１１にのみ流れるか冷媒バイパス回路１４にのみ流れるかが選択されてもよい。

図３は、変形例に係る空調システム１を示す回路図である。変形例では、図３に示すように、熱媒体流量調整弁３２は、三方弁３２ａ及び三方弁３２ｂからなる。三方弁３２ａは、ポンプ２５の出口側と熱媒体バイパス回路１３との接続箇所に設けられており、熱媒体が熱媒体バイパス回路１３に流れるか否かを切り替える。三方弁３２ｂは、熱媒体バイパス回路１３とカスケード熱交換器２４の入口側との接続箇所に設けられている。三方弁３２ａ及び三方弁３２ｂが切り替えられることによって、熱媒体バイパス回路１３に熱媒体が流れるか否かを一義的に決定することができる。

冷媒流量調整弁３４は、三方弁３４ａ及び三方弁３４ｂからなる。三方弁３４ａは、膨張部２３と冷媒バイパス回路１４との接続箇所に設けられており、冷媒が冷媒バイパス回路１４に流れるか否かを切り替える。三方弁３４ｂは、冷媒バイパス回路１４と冷房時の熱源熱交換器２２の出口側との接続箇所に設けられている。三方弁３４ａ及び三方弁３４ｂが切り替えられることによって、冷媒バイパス回路１４に冷媒が流れるか否かを一義的に決定することができる。

（空気調和装置２の動作）
次に、空気調和装置２の動作について説明する。本実施の形態１では、空気調和装置２は、冷房運転を行う。先ず、冷媒回路１１における冷媒の流れについて説明する。冷房運転において、圧縮機２１に吸入された冷媒は、圧縮機２１によって圧縮されて高温且つ高圧のガス状態で吐出する。圧縮機２１から吐出された高温且つ高圧のガス状態の冷媒は、流路切替装置２０を通って、凝縮器として作用する熱源熱交換器２２に流入し、熱源熱交換器２２において、熱源送風機２２ａによって送られる外気と熱交換されて凝縮して液化する。凝縮された液状態の冷媒は、膨張部２３に流入し、膨張部２３において膨張及び減圧されて低温且つ低圧の気液二相状態の冷媒となる。

そして、気液二相状態の冷媒は、蒸発器として作用するカスケード熱交換器２４に流入し、カスケード熱交換器２４において、熱媒体と熱交換されて蒸発してガス化する。このとき、熱媒体が冷やされる。蒸発した低温且つ低圧のガス状態の冷媒は、流路切替装置２０を通って、圧縮機２１に吸入される。ここで、熱源熱交換器２２から流出した冷媒の一部は、冷媒バイパス回路１４に流入し、冷媒バイパス熱交換器３３に至る。冷媒は、冷媒バイパス熱交換器３３において排気と熱交換され、再び冷媒回路１１に戻る。なお、図３に示すように、冷媒流量調整弁３４が、三方弁３４ａ及び三方弁３４ｂからなる場合、冷媒は、冷媒バイパス回路１４に流れないように制御することが可能である。

次に、熱媒体回路１２における熱媒体の流れについて説明する。ポンプ２５に搬送される熱媒体は、カスケード熱交換器２４に流入し、カスケード熱交換器２４において、冷媒と熱交換されて冷却される。カスケード熱交換器２４から流出した熱媒体は、利用側熱交換器２６に流入し、利用側熱交換器２６において、利用側送風機２６ａによって送られる空調空間８の空気と熱交換されて加熱される。このとき、空調空間８の空気が冷却されて冷房が行われる。利用側熱交換器２６から流出した熱媒体は、ポンプ２５に吸入される。ここで、ポンプ２５に搬送される熱媒体の一部は、熱媒体バイパス回路１３に流入し、熱媒体バイパス熱交換器３１に至る。熱媒体は、熱媒体バイパス熱交換器３１において給気と熱交換され、再び熱媒体回路１２に戻る。なお、図３に示すように、熱媒体流量調整弁３２が、三方弁３２ａ及び三方弁３２ｂからなる場合、熱媒体は、熱媒体バイパス回路１３に流れないように制御することが可能である。

（換気装置６の動作）
次に、換気装置６の動作について説明する。給気ファン４３が動作すると、外気口４５から外気が取り込まれ、全熱交換器４２と熱媒体バイパス熱交換器３１とを介して給気口４６から空調空間８に給気される。排気ファン４４が動作すると、還気口４７から空調空間８の空気が取り込まれ、全熱交換器４２と冷媒バイパス熱交換器３３とを介して排気口４８から非空調空間９に排気される。外気と還気とは、全熱交換器４２において熱交換されて、それぞれ給気及び排気される。

（制御部５０）
図４は、本発明の実施の形態１に係る制御部５０を示すブロック図である。制御部５０は、空調システム１の動作を制御するものであり、例えばマイコン等で構成されている。制御部５０は、空気調和装置２と換気装置６とを連動する制御を行う。図２に示すように、制御部５０は、判定手段６１及び弁調整手段６２を有している。

（熱媒体流量調整弁３２の制御）
図５は、本発明の実施の形態１に係る空調システム１の熱媒体流量調整弁３２及び冷媒流量調整弁３４の制御を示す表である。先ず、空気調和装置２の熱媒体回路１２と、換気装置６の給気側との連動制御について説明する。図５に示すように、判定手段６１は、冷房運転時に、熱媒体温度検出部５１によって検出された熱媒体温度が、給気温度検出部５３によって検出された給気温度より低いかを判定する。弁調整手段６２は、判定手段６１によって熱媒体温度が給気温度より低いと判定された場合、熱媒体流量調整弁３２を閉じる。これにより、熱媒体回路１２に流れる熱媒体の全てが熱媒体バイパス回路１３に流れる。従って、給気から熱媒体に移動する温熱の量が増えるため、換気装置６において給気口４６から空調空間８に給気される空気の温度を下げることができる。

また、弁調整手段６２は、冷房運転時に、熱媒体温度検出部５１によって検出された熱媒体温度が、給気温度検出部５３によって検出された給気温度以上の場合、熱媒体流量調整弁３２を開く。これにより、熱媒体回路１２に流れる熱媒体の一部が熱媒体バイパス回路１３に流れ、残りの一部は熱媒体バイパス回路１３に流れない。従って、熱媒体から給気に移動する温熱の量が減るため、換気装置６において給気口４６から空調空間８に給気される空気の温度が上がることを抑制することができる。なお、熱媒体流量調整弁３２の代わりに三方弁３２ａ及び三方弁３２ｂを用いた場合、熱媒体が熱媒体バイパス回路１３に流れないように制御することができるため、熱媒体から給気に移動する温熱の量を更に低減することができる。

（冷媒流量調整弁３４の制御）
空気調和装置２の冷媒回路１１と、換気装置６の排気側との連動制御について説明する。図５に示すように、判定手段６１は、冷房運転時に、冷房用センサ５２ａによって検出された冷媒温度が、排気温度検出部５４によって検出された排気温度より高いかを判定する。弁調整手段６２は、判定手段６１によって冷媒温度が排気温度より高いと判定された場合、冷媒流量調整弁３４を閉じる。これにより、冷媒回路１１に流れる冷媒の全てが冷媒バイパス回路１４に流れる。従って、冷媒から排気に移動する温熱の量が増えるため、過冷却することができる。また、弁調整手段６２は、冷房運転時に、冷房用センサ５２ａによって検出された冷媒温度が、排気温度検出部５４によって検出された排気温度以下の場合、冷媒流量調整弁３４を開く。これにより、冷媒回路１１に流れる冷媒の一部が冷媒バイパス回路１４に流れ、残りの一部は冷媒バイパス回路１４に流れない。従って、排気から冷媒に移動する温熱の量が減るため、過冷却度を維持することができる。なお、冷媒流量調整弁３４の代わりに三方弁３４ａ及び三方弁３４ｂを用いた場合、冷媒が冷媒バイパス回路１４に流れないように制御することができるため、排気から冷媒に移動する温熱の量を更に低減することができる。

本実施の形態１によれば、利用側熱交換器２６の下流側に設けられた熱媒体バイパス回路１３において、熱媒体バイパス熱交換器３１が、利用側熱交換器２６で熱交換された後の熱媒体と、空調空間８に給気される外気とを熱交換する。このように、本実施の形態１は、利用側熱交換器２６で熱交換された後の熱媒体の排熱を回収して、回収した排熱を空調空間８への給気に利用することができる。また、熱媒体バイパス熱交換器３１は、カスケード熱交換器２４に流入する熱媒体と、空調空間８に給気される外気とを熱交換するため、冷房運転時には給気に冷風を供給して冷媒回路１１の冷房運転の補助をすることができる。このように、排熱回収によって、給気後の空調空間８の快適性を向上させることができる。

また、本実施の形態１のように、冷媒回路１１と冷媒バイパス回路１４と冷媒バイパス熱交換器３３とを有している場合、冷媒バイパス熱交換器３３は、非空調空間９に排気される還気と、熱源熱交換器２２で熱交換された後の冷媒とを熱交換する。このように、本実施の形態１は、非空調空間９に排気される空気の排熱を回収して、冷媒回路１１の冷凍サイクルに排熱を利用することができる。

弁調整手段６２は、冷房運転時に、熱媒体温度が給気温度より低いと判定された場合、熱媒体流量調整弁３２を閉じる。これにより、熱媒体回路１２に流れる熱媒体の全てが熱媒体バイパス回路１３に流れる。従って、給気から熱媒体に移動する温熱の量が増えるため、換気装置６において給気口４６から空調空間８に給気される空気の温度を下げることができる。また、弁調整手段６２は、冷房運転時に、冷媒温度が排気温度より高いと判定された場合、冷媒流量調整弁３４を閉じる。これにより、冷媒回路１１に流れる冷媒の全てが冷媒バイパス回路１４に流れる。従って、冷媒から排気に移動する温熱の量が増えるため、過冷却することができる。

従来、全熱交換器を有する換気装置において、全熱交換器において熱交換された後の排気の排熱を回収するものはない。これに対し、本実施の形態１では、全熱交換器４２において熱交換された後の排気の排熱を空調に利用している。なお、本実施の形態１では、空気調和装置２で空気調和する空間と換気装置６で給気及び排気する空間とは、同一空間であるが、別の空間でもよい。別の空間である場合、それぞれの空間のいずれもが暖められるか冷やされるかされるときに、本実施の形態１と同様の効果を奏する。

実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２に係る空調システム１を示す回路図である。本実施の形態２は、暖房運転が行われる場合について例示するものであり、本実施の形態２の回路図は、実施の形態１の回路図と同様である。

（空気調和装置２の動作）
次に、空気調和装置２の動作について説明する。本実施の形態２では、空気調和装置２は、暖房運転を行う。先ず、冷媒回路１１における冷媒の流れについて説明する。圧縮機２１に吸入された冷媒は、圧縮機２１によって圧縮されて高温且つ高圧のガス状態で吐出する。圧縮機２１から吐出された高温且つ高圧のガス状態の冷媒は、流路切替装置２０を通って、凝縮器として作用するカスケード熱交換器２４に流入し、カスケード熱交換器２４において、熱媒体と熱交換されて凝縮して液化する。

凝縮された液状態の冷媒は、膨張部２３に流入し、膨張部２３において膨張及び減圧されて低温且つ低圧の気液二相状態の冷媒となる。そして、気液二相状態の冷媒は、蒸発器として作用する熱源熱交換器２２に流入し、熱源熱交換器２２において、熱源送風機２２ａによって送られる外気と熱交換されて蒸発してガス化する。蒸発した低温且つ低圧のガス状態の冷媒は、流路切替装置２０を通って、圧縮機２１に吸入される。ここで、圧縮機２１から吐出された冷媒の一部は、冷媒バイパス回路１４に流入し、冷媒バイパス熱交換器３３に至る。冷媒は、冷媒バイパス熱交換器３３において排気と熱交換され、再び冷媒回路１１に戻る。なお、図３に示すように、冷媒流量調整弁３４が、三方弁３４ａ及び三方弁３４ｂからなる場合、冷媒は、冷媒バイパス回路１４に流れないように制御することが可能である。

次に、熱媒体回路１２における熱媒体の流れについて説明する。ポンプ２５に搬送される熱媒体は、カスケード熱交換器２４に流入し、カスケード熱交換器２４において、冷媒と熱交換されて加熱される。カスケード熱交換器２４から流出した熱媒体は、利用側熱交換器２６に流入し、利用側熱交換器２６において、利用側送風機２６ａによって送られる空調空間８の空気と熱交換されて冷却される。このとき、空調空間８の空気が加熱されて暖房が行われる。利用側熱交換器２６から流出した熱媒体は、ポンプ２５に吸入される。ここで、ポンプ２５に搬送される熱媒体の一部は、熱媒体バイパス回路１３に流入し、熱媒体バイパス熱交換器３１に至る。熱媒体は、熱媒体バイパス熱交換器３１において給気と熱交換され、再び熱媒体回路１２に戻る。なお、図３に示すように、熱媒体流量調整弁３２が、三方弁３２ａ及び三方弁３２ｂからなる場合、熱媒体は、熱媒体バイパス回路１３に流れないように制御することが可能である。

（熱媒体流量調整弁３２の制御）
図７は、本発明の実施の形態２に係る空調システム１の熱媒体流量調整弁３２及び冷媒流量調整弁３４の制御を示す表である。次に、熱媒体流量調整弁３２の制御について説明する。図７に示すように、判定手段６１は、暖房運転時に、熱媒体温度検出部５１によって検出された熱媒体温度が、給気温度検出部５３によって検出された給気温度より高いかを判定する。弁調整手段６２は、判定手段６１によって熱媒体温度が給気温度より高いと判定された場合、熱媒体流量調整弁３２を閉じる。これにより、熱媒体回路１２に流れる熱媒体の全てが熱媒体バイパス回路１３に流れる。従って、熱媒体から給気に移動する温熱の量が増えるため、給気口４６から空調空間８に給気される空気の温度を上げることができる。

また、弁調整手段６２は、暖房運転時に、熱媒体温度検出部５１によって検出された熱媒体温度が、給気温度検出部５３によって検出された給気温度以下の場合、熱媒体流量調整弁３２を開く。これにより、熱媒体回路１２に流れる熱媒体の一部が熱媒体バイパス回路１３に流れ、残りの一部は熱媒体バイパス回路１３に流れない。従って、給気から熱媒体に移動する温熱の量が減るため、換気装置６において給気口４６から空調空間８に給気される空気の温度が下がることを抑制することができる。

（冷媒流量調整弁３４の制御）
次に、冷媒流量調整弁３４の制御について説明する。判定手段６１は、暖房運転時に、暖房用センサ５２ｂによって検出された冷媒温度が、排気温度検出部５４によって検出された排気温度より低いかを判定する。弁調整手段６２は、判定手段６１によって冷媒温度が排気温度より低いと判定された場合、冷媒流量調整弁３４を閉じる。これにより、冷媒回路１１に流れる冷媒の全てが冷媒バイパス回路１４に流れる。従って、排気から冷媒に移動する温熱の量が増えるため、蒸発を補助することができる。また、熱源送風機２２ａの回転数を低減させることもできる。更に、弁調整手段６２は、暖房運転時に、暖房用センサ５２ｂによって検出された冷媒温度が、排気温度検出部５４によって検出された排気温度以上の場合、冷媒流量調整弁３４を開く。これにより、冷媒回路１１に流れる冷媒の一部が冷媒バイパス回路１４に流れ、残りの一部は冷媒バイパス回路１４に流れない。従って、冷媒から排気に移動する温熱の量が減るため、過熱度を維持することができる。

熱媒体バイパス熱交換器３１は、カスケード熱交換器２４に流入する熱媒体と、空調空間８に給気される外気とを熱交換するため、暖房運転時には給気に温風を供給して冷媒回路１１の暖房運転の補助をすることができる。このように、排熱回収によって、給気後の空調空間８の快適性を向上させることができる。

弁調整手段６２は、暖房運転時に、熱媒体温度が給気温度より高いと判定された場合、熱媒体流量調整弁３２を閉じる。これにより、熱媒体回路１２に流れる熱媒体の全てが熱媒体バイパス回路１３に流れる。従って、熱媒体から給気に移動する温熱の量が増えるため、給気口４６から空調空間８に給気される空気の温度を上げることができる。また、弁調整手段６２は、暖房運転時に、冷媒温度が排気温度より低いと判定された場合、冷媒流量調整弁３４を閉じる。これにより、冷媒回路１１に流れる冷媒の全てが冷媒バイパス回路１４に流れる。従って、排気から冷媒に移動する温熱の量が増えるため、蒸発を補助することができる。

実施の形態３．
図８は、本発明の実施の形態３に係る空調システム１の制御を示す表である。本実施の形態３は、例えば冬季における電算室の冷房等、主に低外気下において冷房を行う場合の制御であり、外気温度による制御を行う点で、実施の形態１と相違する。本実施の形態３では、実施の形態１と同一の部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

図８に示すように、制御部５０は、外気温度検出部５５によって検出された外気の温度が外気温度閾値より低い場合、圧縮機２１を含む熱源ユニット４を停止する。その際、制御部５０は、ポンプ２５の運転を継続させる。ポンプ２５によって搬送される熱媒体は、熱媒体バイパス熱交換器３１によって、低温の外気と熱交換されるため、冷却される。従って、熱源ユニット４を動作させることなく、空調空間８の冷房を行うことができる。なお、制御部５０は、外気温度検出部５５によって検出された外気の温度が外気温度閾値以上の場合、圧縮機２１を含む熱源ユニット４の運転を継続させる。

図９は、本発明の実施の形態３に係る空調システム１の熱媒体流量調整弁３２の制御を示す表である。次に、本実施の形態３のように低外気における冷房運転時の制御について説明する。図９に示すように、判定手段６１は、冷房運転時に、熱媒体温度検出部５１によって検出された熱媒体温度が、給気温度検出部５３によって検出された給気温度より高いかを判定する。弁調整手段６２は、判定手段６１によって熱媒体温度が給気温度より高いと判定された場合、熱媒体流量調整弁３２を閉じる。これにより、熱媒体回路１２に流れる熱媒体の全てが熱媒体バイパス回路１３に流れる。従って、熱媒体から給気に移動する温熱の量が増えるため、熱媒体を冷却することができる。よって、圧縮機２１が停止されて、カスケード熱交換器２４における冷却量が減っても、熱媒体が冷却されて冷房運転を行うことができる。これにより、省エネ運転を実現することができる。なお、圧縮機２１が停止した状態で冷房運転が可能か否かは、外気温度に依存するだけではなく、利用側ユニット５の設定温度及び還気の温度等にも依存する。

実施の形態４．
図１０は、本発明の実施の形態４に係る空調システム１００を示す回路図である。本実施の形態４は、給気側ドレンパン１６１、排気側ドレンパン１６２、ホース１６３及び気化フィルタ１６４を備えている点で、実施の形態１と相違する。本実施の形態４では、実施の形態１と同一の部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

図１０に示すように、給気側ドレンパン１６１は、熱媒体バイパス熱交換器３１の下方に設置され、熱媒体バイパス熱交換器３１に付着する結露水を受ける。排気側ドレンパン１６２は、冷媒バイパス熱交換器３３の下方に設置され、冷媒バイパス熱交換器３３に付着する結露水を受ける。ホース１６３は、排気側ドレンパン１６２と気化フィルタ１６４とを接続する。気化フィルタ１６４は、全熱交換器４２と吸気ファンとの間に設けられ、水分を気化する。

暖房運転時、冷媒バイパス熱交換器３３において排気が冷媒と熱交換されて冷却され、排気に含まれる水分が結露する。結露水は、冷媒バイパス熱交換器３３から排気側ドレンパン１６２に流れ落ちる。排気側ドレンパン１６２が受けた結露水は、ホース１６３を通って気化フィルタ１６４に至る。水は、気化フィルタ１６４によって気化され、気化フィルタ１６４を通った給気に取り込まれる。これにより、暖房運転時に、給水を必要とすることなく、空調空間８を加湿することができる。なお、例えば熱帯植物等を栽培する温室では、夏季でも暖房している。このような夏季の暖房用途において、熱媒体温度が給気温度より低い場合、弁調整手段６２が熱媒体流量調整弁３２を閉じることによって、実施の形態３と同様に、圧縮機２１を停止しても空調空間８を暖房することができる。

図１１は、本発明の実施の形態４に係る空調システム１００の熱媒体流量調整弁３２及び冷媒流量調整弁３４の制御を示す表である。ここで、上記の加湿暖房運転時の制御について説明する。図１１に示すように、判定手段６１は、暖房運転時に、暖房用センサ５２ｂによって検出された冷媒温度が、排気温度検出部５４によって検出された排気温度より低いかを判定する。弁調整手段６２は、判定手段６１によって冷媒温度が排気温度より低いと判定された場合、冷媒流量調整弁３４を閉じる。これにより、排気から冷媒に移動する温熱の量が増えるため蒸発を補助することができる。また、排気側ドレンパン１６２に結露水が溜まり、その結露水はホース１６３を通って気化フィルタ１６４に流れる。即ち、気化フィルタ１６４に水分を供給することができる。

更に、判定手段６１は、暖房運転時に、熱媒体温度検出部５１によって検出された熱媒体温度が、給気温度検出部５３によって検出された給気温度より高いかを判定する。弁調整手段６２は、判定手段６１によって熱媒体温度が給気温度より高いと判定された場合、熱媒体流量調整弁３２を閉じる。これにより、熱媒体から給気に移動する温熱の量が増えるため、給気口４６から空調空間８に給気される空気の温度を上げることができる。その際、給気口４６から空調空間８に給気される空気は、冷媒バイパス熱交換器３３で結露した水分が供給された気化フィルタ１６４から水を受け取る。これにより、空調空間８に加湿温風を供給することができる。

なお、排気温度が冷媒温度よりもかなり高い場合、排気側ドレンパン１６２に溜まる結露水が増加し、気化フィルタ１６４の水分量が増加するため、加湿効果がさらに高まる。また、熱媒体温度が給気温度よりもかなり高い場合、給気が気化フィルタ１６４から受け取る水が増えるため、加湿効果が高まる。また、全熱交換器４２によって、外気に含まれる水分が還気に移り、排気の相対湿度が高くなった場合、加湿効果がさらに高まる。更に、全熱交換器４２によって、外気が還気に暖められ、給気の相対湿度が低くなった場合、加湿効果がさらに高まる。

冷房運転時、熱媒体バイパス熱交換器３１において給気が熱媒体と熱交換されて冷却され、給気に含まれる水分が結露する。結露水は、熱媒体バイパス熱交換器３１から給気側ドレンパン１６１に流れ落ちる。これにより、冷房運転時に、給気による空調空間８の湿度が上昇することを抑制することができる。

図１２は、本発明の実施の形態４に係る空調システム１００の熱媒体流量調整弁３２の制御を示す表である。ここで、上記の除湿冷房運転時の制御について説明する。図１２に示すように、判定手段６１は、冷房運転時に、熱媒体温度検出部５１によって検出された熱媒体温度が、給気温度検出部５３によって検出された給気温度より低いかを判定する。弁調整手段６２は、判定手段６１によって熱媒体温度が給気温度より低いと判定された場合、熱媒体流量調整弁３２を閉じる。これにより、熱媒体回路１２に流れる熱媒体の全てが熱媒体バイパス回路１３に流れる。従って、給気から熱媒体に移動する温熱の量が増えるため、換気装置６において給気口４６から空調空間８に給気される空気の温度を下げることができる。ここで、熱媒体バイパス熱交換器３１で結露した水が給気側ドレンパン１６１に流れるため、空調空間８に除湿冷風が送られる。なお、全熱交換器４２によって、外気が還気によって冷却されて、給気の相対湿度が高くなったとき、除湿効果が高まる。また、給気温度が熱媒体温度よりもかなり高い場合、除湿効果が高まる。

１空調システム、２空気調和装置、３熱交換ユニット、４熱源ユニット、５利用側ユニット、６換気装置、８空調空間、９非空調空間、１０天井裏空間、１１冷媒回路、１１ａ冷媒配管口、１２熱媒体回路、１２ａ熱媒体配管口、１３熱媒体バイパス回路、１４冷媒バイパス回路、２０流路切替装置、２１圧縮機、２２熱源熱交換器、２２ａ熱源送風機、２３膨張部、２４カスケード熱交換器、２５ポンプ、２６利用側熱交換器、２６ａ利用側送風機、３１熱媒体バイパス熱交換器、３２熱媒体流量調整弁、３２ａ三方弁、３２ｂ三方弁、３３冷媒バイパス熱交換器、３４冷媒流量調整弁、３４ａ三方弁、３４ｂ三方弁、４１ケーシング、４２全熱交換器、４３給気ファン、４４排気ファン、４５外気口、４６給気口、４７還気口、４８排気口、５０制御部、５１熱媒体温度検出部、５２冷媒温度検出部、５２ａ冷房用センサ、５２ｂ暖房用センサ、５３給気温度検出部、５４排気温度検出部、５５外気温度検出部、６１判定手段、６２弁調整手段、１００空調システム、１６１給気側ドレンパン、１６２排気側ドレンパン、１６３ホース、１６４気化フィルタ。

本発明は、空調空間の空気を調整する空気調和装置及び空調システムに関する。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、熱媒体回路に流れる熱媒体の排熱を回収する空気調和装置及び空調システムを提供するものである。

本発明に係る空気調和装置は、ポンプ、カスケード熱交換器及び空調空間に流れる空気と熱媒体とを熱交換する利用側熱交換器が熱媒体配管により接続され、熱媒体が流れる熱媒体回路と、利用側熱交換器から流出する熱媒体が流れる熱媒体バイパス回路と、熱媒体バイパス回路に設けられ、空調空間に給気される外気と熱媒体とを熱交換する熱媒体バイパス熱交換器と、熱媒体回路に設けられ、カスケード熱交換器に流入する熱媒体の流量を調整する熱媒体流量調整弁と、カスケード熱交換器に流入する熱媒体温度を検出する熱媒体温度検出部と、空調空間への給気温度を検出する給気温度検出部と、熱媒体流量調整弁の動作を制御する制御部と、を備え、制御部は、冷房運転時に、熱媒体温度検出部によって検出された熱媒体温度が、給気温度検出部によって検出された給気温度より低いかを判定する判定手段と、判定手段によって熱媒体温度が給気温度より低いと判定された場合、熱媒体流量調整弁を閉じる弁調整手段と、を有する。

Claims

ポンプ、カスケード熱交換器及び空調空間に流れる空気と熱媒体とを熱交換する利用側熱交換器が熱媒体配管により接続され、熱媒体が流れる熱媒体回路と、
前記利用側熱交換器から流出する熱媒体が流れる熱媒体バイパス回路と、
前記熱媒体バイパス回路に設けられ、前記空調空間に給気される外気と熱媒体とを熱交換する熱媒体バイパス熱交換器と、
を備える空気調和装置。
前記熱媒体回路に設けられ、前記カスケード熱交換器に流入する熱媒体の流量を調整する熱媒体流量調整弁を更に備える
請求項１記載の空気調和装置。
前記カスケード熱交換器に流入する熱媒体温度を検出する熱媒体温度検出部と、
前記空調空間への給気温度を検出する給気温度検出部と、
前記熱媒体流量調整弁の動作を制御する制御部を更に備える
請求項２記載の空気調和装置。
前記制御部は、
冷房運転時に、前記熱媒体温度検出部によって検出された熱媒体温度が、前記給気温度検出部によって検出された給気温度より低いかを判定する判定手段と、
前記判定手段によって前記熱媒体温度が前記給気温度より低いと判定された場合、前記熱媒体流量調整弁を閉じる弁調整手段と、を有する
請求項３記載の空気調和装置。
前記制御部は、
暖房運転時に、前記熱媒体温度検出部によって検出された熱媒体温度が、前記給気温度検出部によって検出された給気温度より高いかを判定する判定手段と、
前記判定手段によって前記熱媒体温度が前記給気温度より高いと判定された場合、前記熱媒体流量調整弁を閉じる弁調整手段と、を有する
請求項３又は４記載の空気調和装置。
前記熱媒体バイパス熱交換器に付着する結露水を受ける給気側ドレンパンを更に備える
請求項１〜５のいずれか１項に記載の空気調和装置。
圧縮機、熱源熱交換器、膨張部及び冷媒と熱媒体との間で熱交換する前記カスケード熱交換器が冷媒配管により接続され、冷媒が流れる冷媒回路と、
前記膨張部と前記熱源熱交換器との間に流れる冷媒をバイパスする冷媒バイパス回路と、
前記冷媒バイパス回路に設けられ、前記空調空間から排出されて非空調空間に排気される還気と冷媒とを熱交換する冷媒バイパス熱交換器と、を更に備える
請求項１〜６のいずれか１項に記載の空気調和装置。
前記冷媒回路に設けられ、前記カスケード熱交換器から流出する冷媒の流量を調整する冷媒流量調整弁を更に備える
請求項７記載の空気調和装置。
前記カスケード熱交換器から流出する冷媒温度を検出する冷媒温度検出部と、
前記空調空間からの排気温度を検出する排気温度検出部と、
前記冷媒流量調整弁の動作を制御する制御部と、を更に備える
請求項８記載の空気調和装置。
前記制御部は、
冷房運転時に、前記冷媒温度検出部によって検出された冷媒温度が、前記排気温度検出部によって検出された排気温度より高いかを判定する判定手段と、
前記判定手段によって前記冷媒温度が前記排気温度より高いと判定された場合、前記冷媒流量調整弁を閉じる弁調整手段と、を有する
請求項９記載の空気調和装置。
前記制御部は、
暖房運転時に、前記冷媒温度検出部によって検出された冷媒温度が、前記排気温度検出部によって検出された排気温度より低いかを判定する判定手段と、
前記判定手段によって前記冷媒温度が前記排気温度より低いと判定された場合、前記冷媒流量調整弁を閉じる弁調整手段と、を有する
請求項９又は１０記載の空気調和装置。
前記冷媒バイパス熱交換器に付着する結露水を受ける排気側ドレンパンと、
前記排気側ドレンパンに溜まった結露水を気化して給気を加湿する気化フィルタと、を更に備える
請求項７〜１１のいずれか１項に記載の空気調和装置。
外気の温度を検出する外気温度検出部と、
前記外気温度検出部によって検出された外気の温度が外気温度閾値より低い場合、前記圧縮機を停止する制御部と、を更に備える
請求項７〜１２のいずれか１項に記載の空気調和装置。
前記カスケード熱交換器に流入する熱媒体温度を検出する熱媒体温度検出部と、
前記空調空間への給気温度を検出する給気温度検出部と、を更に備え、
前記制御部は、
前記熱媒体温度検出部によって検出された熱媒体温度が、前記給気温度検出部によって検出された給気温度より高いかを判定する判定手段と、
前記判定手段によって前記熱媒体温度が前記給気温度より高いと判定された場合、前記熱媒体流量調整弁を閉じる弁調整手段と、を有する
請求項２に従属する請求項７に従属する請求項１３記載の空気調和装置。
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の空気調和装置と、
外気を取り込む外気口と、前記外気口から取り込まれた外気を前記空調空間に給気する給気口と、前記空調空間の空気を排出する還気口と、前記還気口から排出された空気を非空調空間に排気する排気口と、が形成され前記空調空間の換気を行う換気装置と、
を備える空調システム。
前記換気装置は、
前記外気口から取り込まれた外気と前記還気口から排出された還気とを熱交換する全熱交換器を有する
請求項１５記載の空調システム。
利用側熱交換器を有し、空調空間の空気を調整する利用側ユニットを備える空気調和装置であって、
圧縮機と、熱源熱交換器と、を有する熱源ユニットと、
前記熱源ユニットから供給される冷媒と、前記利用側ユニットに供給される熱媒体との間で熱交換するカスケード熱交換器と、膨張部と、前記熱媒体を搬送するポンプと、前記利用側熱交換器から流出する熱媒体が流れ、空調空間に給気される外気と熱媒体とを熱交換する熱媒体バイパス熱交換器が設けられる熱媒体バイパス回路と、を有する熱交換ユニットと、
を備える空気調和装置。
圧縮機と熱源熱交換器とを有する熱源ユニットと、利用側熱交換器を有し空調空間の空気を調整する利用側ユニットとに接続される熱交換ユニットであって、
前記熱源ユニットから供給される冷媒と、前記利用側ユニットに供給される熱媒体との間で熱交換するカスケード熱交換器と、膨張部と、前記熱媒体を搬送するポンプと、前記利用側熱交換器から流出する熱媒体が流れ、空調空間に給気される外気と熱媒体とを熱交換する熱媒体バイパス熱交換器が設けられる熱媒体バイパス回路と、を有する
熱交換ユニット。