JPH09243110A

JPH09243110A - 空気調和機

Info

Publication number: JPH09243110A
Application number: JP8481096A
Authority: JP
Inventors: Toshio Hayashi; 利雄林; Kimio Kouda; 祈実男国府田; Masakazu Fujimoto; 正和藤本; Hitoshi Saito; 斉斎藤
Original assignee: Takasago Thermal Engineering Co Ltd; Ebara Corp
Current assignee: Takasago Thermal Engineering Co Ltd; Ebara Corp
Priority date: 1996-03-13
Filing date: 1996-03-13
Publication date: 1997-09-16
Anticipated expiration: 2016-03-13
Also published as: JP3078746B2; CN1168962A; CN1117249C

Abstract

(57)【要約】【課題】簡便な構成で多様な空調負荷に対応できる空
気熱源型の完全独立型の空気調和機を提供する。【解決手段】外気取入口ＯＡと還気口ＲＡと排気口Ｅ
Ａと給気口ＳＡと；排気空気と第１熱媒とで熱交換する
気液接触型の第１熱交換器ＥＸ１と第１熱媒と第２熱媒
とで熱交換する第２熱交換器ＥＸ２と圧縮機ＣＯＭと膨
張弁ＥＶとから成り切換弁手段ＱＶで第１熱媒循環方向
を切り換える第１熱媒循環路と；給気空気と第２熱媒と
で熱交換する第３熱交換器と第２熱交換器ＥＸ２と循環
ポンプＰ１とから成る第２熱媒循環路とを備えた空気調
和機の機体内に還気口から第３熱交換器を介して給気口
に至る第１空気流路ＡＦ１と；外気取入口と連通し第３
熱交換器より上流側で第１空気流路と合流する第２空気
流路ＡＦ２と；外気取入口／還気口と連通し第３熱交換
器を経由せずに分流し第１熱交換器を介して排気口に連
通する第３空気流路ＡＦ３とが設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気調和機にかか
り、特に外気および／または還気を熱源とするヒートポ
ンプユニットを内蔵し、個別空調空間ごとの空調負荷要
求に柔軟に対応することが可能な空気調和機に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、オフィスビルなどの空調設備の方
式は、ビル機能のインテリジェント化による冷房負荷の
増大への対応や、オフィス環境の快適化要求などに応じ
て、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する空調設
備として、特開平７−１９８１６１号公報に開示されて
いるような空気熱源型空調機が知られている。

【０００３】上記空気熱源型空調機は、複数台の熱交換
器を備えたヒートポンプ回路と、気液接触型熱交換器を
備えた排熱径路と、必要に応じ蓄熱槽とを内蔵すること
により、空調室内の室内空気質を維持するために取り入
れた外気量以下の空気のみを熱源として使用する、した
がって見かけ上熱源を必要としない完全独立分散型の空
気熱源型空調システムとして構成されている。

【０００４】そしてかかる構成により、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を図り、廉価な
夜間電力を利用することにより高い稼働率を実現し、さ
らに熱源装置の容量や電力設備容量を削減することによ
り、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おいて有利なシス
テムの構築が可能となっている。さらに、上記構成によ
れば、空気調和機に、温熱制御機能と、複数の熱交換器
を採用したことによる多様な空調ゾーンへの適切な温度
の給気の供給が実現されているので、各個別空調空間に
おいて要求される温熱環境を良好に保持することが可能
であり、従って各個別空調空間に応じた個別制御が可能
であり、またテナントビルなどでは使用状況に応じた明
快な料金分担が可能であり、またシステムの保全性にも
優れ、さらに多様な設備条件にもかかわらず、冷媒配管
や熱源水配管の省略、現場工事の工事量低減、簡素化、
標準化を図ることが可能である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記空調シス
テムの構成は比較的複雑であり、従って、比較的複雑な
制御方法を採用せざるを得ないと言う問題があった。す
なわち、上記空調システムでは、ヒートポンプ回路がマ
ルチ方式であり専用の制御装置が必要であること、また
蓄熱槽コイルが直膨方式であり冷媒の封入量が増えるこ
と、さらにまた給気空気と熱交換する空調機コイルは直
膨型熱交換器と水用熱交換器とが直列に配置してあり制
御が重複することなどの問題点があった。従って、同等
以上の効果をより簡便な構成および制御方法により達成
したいという技術的要求項目が存在している。本発明
は、かかる技術的立脚点に鑑みて成されたものであり、
比較的簡単な構成により、各個別空調空間において要求
される多様な空調要求に柔軟に対応することが可能であ
り、しかもイニシャルコスト、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、さらに施工や建
物内の機器配置の標準化を達成することが可能な、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
を目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の第１の観点によれば、外気および／または
還気を熱源とするヒートポンプユニットを内蔵した空気
調和機において：外気を取り入れる外気取入口（ＯＡ）
と、室内からの還気を取り入れる還気口（ＲＡ）と、屋
外へ排気を行う排気口（ＥＡ）と、空調対象空間に給気
を行う給気口（ＳＡ）と；排気空気と第１熱媒との間で
熱交換する気液接触型の第１熱交換器（ＥＸ１）と第１
熱媒と第２熱媒との間で熱交換する第２熱交換器（ＥＸ
２）と圧縮機（ＣＯＭ）と膨張弁（ＥＶ）とから少なく
とも構成され、切換弁手段（ＱＶ）により第１熱媒の循
環方向を切り換えることが可能な第１熱媒循環路と；給
気空気と第２熱媒との間で熱交換する第３熱交換器（Ｅ
Ｘ３）と第２熱交換器（ＥＸ２）と循環ポンプ（Ｐ１）
とから少なくとも構成される第２熱媒循環路とを備え；
機体内には、還気口（ＲＡ）から第３熱交換器（ＥＸ
３）を介して給気口（ＳＡ）に至る第１空気流路（ＡＦ
１）と、外気取入口（ＯＡ）と連通し第３熱交換器（Ｅ
Ｘ３）よりも上流側において第１空気流路（ＡＦ１）と
合流する第２空気流路（ＡＦ２）と、前記外気取入口
（ＯＡ）および／または還気口（ＲＡ）と連通し前記第
３熱交換器（ＥＸ３）を経由することなく分流し第１熱
交換器（ＥＸ１）を介して排気口（ＥＡ）に連通する第
３空気流路（ＡＦ３）とが形成されたことを特徴とする
ものが提供される。

【０００７】また本発明の第２の観点によれば、冷暖同
時負荷にも柔軟に対応することができるように、外気お
よび／または還気を熱源とするヒートポンプユニットを
内蔵した空気調和機において：外気を取り入れる外気取
入口（ＯＡ）と、室内からの還気を取り入れる還気口
（ＲＡ）と、屋外へ排気を行う排気口（ＥＡ）と、第１
の空調対象空間に給気を行う第１給気口（ＳＡ１）と、
第２の空調対象空間に給気を行う第２給気口（ＳＡ２）
と；排気空気と第１熱媒との間で熱交換する気液接触型
の第１熱交換器（ＥＸ１）と第１熱媒と第２熱媒との間
で熱交換する第２熱交換器（ＥＸ２）と圧縮機（ＣＯ
Ｍ）と膨張弁（ＥＶ）とから少なくとも構成され、切換
弁手段（ＱＶ）により第１熱媒の循環方向を切り換える
ことが可能な第１熱媒循環路と；給気空気と第２熱媒と
の間で熱交換する第３熱交換器（ＥＸ３）と第２熱交換
器（ＥＸ２）と循環ポンプ（Ｐ１）とから少なくとも構
成される第２熱媒循環路とを備え；機体内には、還気口
（ＲＡ）から第３熱交換器（ＥＸ３）を介して第１給気
口（ＳＡ１）に至る第１空気流路（ＡＦ１）と、外気取
入口（ＯＡ）と連通し第３熱交換器（ＥＸ３）よりも上
流側において第１空気流路（ＡＦ１）と合流する第２空
気流路（ＡＦ２）と、前記外気取入口（ＯＡ）および／
または還気口（ＲＡ）と連通し前記第３熱交換器（ＥＸ
３）を経由することなく分流し前記第１熱交換器を介し
て前記排気口に連通する第３空気流路（ＡＦ３）と、外
気取入口（ＯＡ）と第２給気口（ＳＡ２）とを連通する
第４空気流路（ＡＦ４）と、還気口（ＲＡ）と第２給気
口（ＳＡ２）とを連通する第５空気流路（ＡＦ５）と、
第１給気口（ＳＡ１）と第２給気口（ＳＡ２）とを連通
する第６空気流路（ＡＦ６）とが形成され；第４空気流
路（ＡＦ４）を流れる空気量、および／または第５空気
流路（ＡＦ６）を流れる空気量、および／または前記第
６空気流路（ＡＦ６）を流れる空気量を調整するダンパ
手段（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３）とを備え；ダンパ手段（Ｄ
１、Ｄ２、Ｄ３）を操作して、所望量の外気および／ま
たは所望量の還気および／または所望量の第３熱交換器
（ＥＸ３）を通過した空気を第２給気口（ＳＡ２）に送
るように構成されたことを特徴とするものが提供され
る。

【０００８】上記第１および第２の観点に基づいて構成
された空気調和機において、蓄熱槽（ＨＢ）を設置し、
蓄熱槽（ＨＢ）内には第２熱媒循環路内の第３熱交換器
（ＥＸ３）と直列に接続される熱交換コイル（ＥＸ４）
を設ける構成を採用しても良い。

【０００９】さらに、上記空気調和機の第３熱交換器
（ＥＸ３）内および熱交換コイル（ＥＸ４）内の第２熱
媒の循環量はそれぞれ個別独立に調整可能であるととも
に、熱交換コイル（ＥＸ４）は選択的に迂回可能である
ように構成すれば、より多様な負荷に対応できる。

【００１０】また、上記空気調和機の第２熱媒循環路に
おいて、第３熱交換器（ＥＸ３）の下流側に第２熱交換
器（ＥＸ２）および熱交換コイル（ＥＸ４）が順次直列
に接続するように構成すれば、より成績係数の高いシス
テムを構築できる。

【００１１】また、必要に応じて、蓄熱槽（ＨＢ）内の
蓄熱水を加熱する加熱手段（Ｈ１）を設けたり、、第２
熱媒循環路を循環する第２熱媒に放熱する加熱手段（Ｈ
２）、あるいは第３空気流路（ＡＦ３）を流れる排気空
気を加熱する加熱手段（Ｈ３）を設けても良い。

【００１２】

【発明の実施の形態】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気調和機の好
適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の
説明において、同一の機能構成を有する構成要素につい
ては、同一の参照符号を付することにより、重複説明を
省略することにする。

【００１３】まず図１〜図４を参照しながら、本発明に
かかる空気熱源型空気調和機の第１の実施の形態および
その修正例について説明する。図１には、１つの給気口
ＳＡを備えたタイプの空気熱源型空気調和機の基本構成
が示されている。図示のように、空気熱源型空気調和機
を構成するヒートポンプ回路などの各構成機器は、設置
場所に合わせて選択された所定形状のケーシングＣ内に
収容されている。また、ケーシングＣには、外気を取り
入れる外気取入口ＯＡと、室内からの還気を取り入れる
還気口ＲＡと、屋外への排気を行う排気口ＥＡと、空調
対象空間に給気を行う給気口ＳＡとが設けられており、
所定のダクトなどの給排気設備を介して、ケーシングＣ
内に形成される後述の空気流路から所定の空気を給排気
することが可能である。

【００１４】ケーシングＣ内には、ヒートポンプ回路を
構成する第１熱媒循環路（フロン系冷媒やアンモニアな
ど、気体−液体の相変化を利用する熱媒を用いたヒート
ポンプ回路であり、以下「冷媒回路」と称することがあ
る。）と、空調空気を形成するための第２熱媒循環路
（水または不凍液を熱媒とする回路であり、以下「ブラ
イン回路」と称することがある。）と、後述する気液接
触型の第１熱交換器ＥＸ１に対して散布水を供給する散
布水循環路（第１熱交換器ＥＸ１が凝縮器として作用す
る際にこれを冷却するための回路。以下「冷却水回路」
と称することがある。）とが形成されている。

【００１５】まず、ヒートポンプ回路を構成する第１熱
媒循環路（冷媒回路）について説明すると、この第１熱
媒循環路は、排気空気と熱交換を行う気液接触型の第１
熱交換器ＥＸ１と、圧縮機ＣＯＭと、四方弁ＱＶと、第
１熱媒と第２熱媒との間で熱交換を行う第２熱交換器Ｅ
Ｘ２と、第１膨張弁ＥＶ１と、第２膨張弁ＥＶ２と、液
分離器ＡＣとを配管により結んだもので、四方弁ＱＶを
切り換えることにより、所定の冷媒を所定方向に循環さ
せて所定のヒートポンプ回路を構成するものである。機
械式の第１膨張弁ＥＶ１と第２膨張弁ＥＶ２には、チャ
ッキ弁Ｖ１、Ｖ２が介挿されたバイパス路が設けられて
おり、冷媒の循環方向に応じて、冷媒が通過する膨張弁
を選択することが可能である。かかる構成により、第１
熱媒循環路は、暖房運転時には、四方弁ＱＶを切り換え
ることにより、冷媒を、圧縮機ＣＯＭ→四方弁ＱＶ→第
２熱交換器（凝縮器）ＥＸ２→チャッキ弁１→第２膨張
弁ＥＶ２→第１熱交換器（蒸発器）ＥＸ１→四方弁ＱＶ
→液分離器ＡＣ→圧縮機ＣＯＭと順次循環させることに
より、後述するブライン回路に温熱を供給することがで
きる。これに対して、冷房運転時には、四方弁ＱＶを切
り換えることにより、冷媒を、圧縮機ＣＯＭ→四方弁Ｑ
Ｖ→第１熱交換器（凝縮器）ＥＸ１→チャッキ弁２→第
１膨張弁ＥＶ１→第２熱交換器（蒸発器）ＥＸ２→四方
弁ＱＶ→液分離器ＡＣ→圧縮機ＣＯＭと順次循環させる
ことにより、後述するブライン回路に冷熱を供給するこ
とができる。

【００１６】次に、第２熱媒循環路（ブライン回路）に
ついて説明すると、第２熱媒循環路は、第１熱媒（冷
媒）との間で熱交換を行う第２熱交換器ＥＸ２と、空気
と第２熱媒（ブライン）との間で熱交換を行う第３熱交
換器ＥＸ３と、ポンプＰ１とから構成される。そして、
上記ヒートポンプ回路の運転モードに応じて、第２熱交
換器ＥＸ２により温熱または冷熱を取得し、第３熱交換
器ＥＸ３により給気を加熱または冷却することにより、
最適な温調を行うことができる。

【００１７】次に、散布水循環路（冷却水回路）と気液
接触型の第１熱交換器ＥＸ１の構成について説明する
と、散布水循環路は、散水管ＳＰと、散水を貯留する冷
却水槽（下部水槽）ＷＢと、ポンプＰ２と、冷却水を循
環する配管路と、図示しないが配管路に取付けられるス
トレーナと、散布水の飛散を低減するためのエリミネー
タと、飛散および蒸発した散布水の水量分を補う給水管
を備えている。第１熱交換器ＥＸ１は、例えば蒸発式凝
縮器であり、第１熱交換器ＥＸ１に対して散水管ＳＰよ
り散水することにより、熱交換器から蒸発潜熱を奪うと
ともに、発生した蒸気を排気空気で搬送させ、高密度な
熱の搬送を実現する。散水された冷却水は冷却水槽ＷＢ
で受けられた後、冷却水循環ポンプＰ２により汲み上げ
られ、再び散水管ＳＰから第１熱交換器ＥＸ１に散水さ
れる。もちろん、冷却水を散水しなくても、十分な熱交
換が行われる場合には、散布水循環路を運転する必要は
ない。

【００１８】次に、ケーシングＣ内に形成される空気流
路について説明する。本実施の形態にかかる空気調和機
では、ケーシングＣ内に主に３つの空気流路ＡＦ１、Ａ
Ｆ２、ＡＦ３が形成される。第１空気流路ＡＦ１は、還
気口ＲＡと給気口ＳＡとを結ぶ空気流路であり、途中、
空気中の塵埃を除去するためのフィルタＦ２と空気量を
調整するためのダンパＲＤが介挿されている。第２空気
流路ＡＦ２は、外気取入口ＯＡと第１空気流路ＡＦ１と
を結ぶ空気流路であり、途中、空気中の塵埃を除去する
ためのフィルタＦ１と空気量を調整するためのダンパＯ
Ｄが介挿されている。さらに、第３空気流路ＡＦ３は、
排気口ＥＡと第１空気空気流路ＡＦ１とを結ぶ空気流路
であり、ただし、第３空気流路ＡＦ３は、外気を導入す
る第２空気流路ＡＦ２よりも還気口ＲＡに近い位置で第
１空気流路ＡＦ１と連通している。そして、排気口ＥＡ
付近には、排気用ファンＥＦが、給気口ＳＡ付近には、
給気用ファンＳＦがそれぞれ設置されている。

【００１９】次に、上記のように構成された空気調和機
の動作について簡単に説明すると、まず、外気取入口Ｏ
Ａより取り入れられて給気口ＳＡより空調対象空間に供
給された空気は、還気口ＲＡよりケーシングＣ内に取り
入られる。そして、本空気調和機によれば、排気ファン
ＥＦを駆動することにより、還気の一部が第３空気流路
ＡＦ３を介して気液接触型の第１熱交換器ＥＸ１に送ら
れ、そこで第１熱媒（冷媒）と熱交換される。そして、
第１熱媒循環路（冷媒回路）を所定のモード（暖房モー
ドまたは冷房モード）で駆動することにより、温熱また
は冷熱が第２熱媒循環路（ブライン回路）に供給され、
第３熱交換器ＥＸ３により第１空気流路ＡＦ１を流れる
外気および／または還気は所望の温度に加熱または冷却
され空調対象空間に供給される。このように、本空気調
和機のヒートポンプ機構は、実質的に取り入れ外気量以
下の排気空気を熱源として利用するので、空調室内の室
内空気質を維持するために取り入れた外気量以上の空気
を熱源として使用しない。従って、見かけ上熱源を必要
としない完全独立分散型の空気熱源型空気調和機を構築
することが可能である。また熱媒循環路を熱源用と空気
調和用とに各々構成しているので、例えば第２熱交換器
ＥＸ２の配置上の制約が緩和されるなど、装置構成の自
由度が増している。さらに、第１、第２それぞれの熱媒
循環装置は、ポンプの回転数制御が独立して行えるの
で、公知の制御方法を駆使して多種の運転モードの中か
ら応答性・省エネルギー性等が最適な運転モードを選択
できる。

【００２０】図２には、図１に示す空気調和機の第１の
変更例が示されている。図２に示す空気調和機の基本構
成は、図１に示す空気調和機と実質的に同じであるが、
図２に示す空気調和機は、蓄熱槽ＨＢを備えており、そ
の蓄熱槽ＨＢ内には第２熱媒循環路の第３熱交換器ＥＸ
３と直列に接続される熱交換コイルＥＸ４が配置されて
いる。蓄熱槽コイルは、例えば氷蓄熱を行う場合には、
コイル外側周囲に着氷していき、解氷もコイル内側を流
れる流体と間接的な熱交換が行われる内融式のものを採
用することが便宜である。槽内水が自然対流のみとな
り、槽構造が単純になるからである。また、直列接続す
ることにより、特開平７−１９８１６１号の熱交換器の
配置に比べ、構成が簡素化されている。第２熱媒循環路
中には、バルブＶ３〜Ｖ６が介挿されており、これらの
バルブＶ３〜Ｖ６を適当に開閉することにより、所望の
循環路を構成することができる。すなわち、夜間の廉価
な電力を利用して、蓄熱槽ＨＢ内に蓄熱を行う場合に
は、バルブＶ３、Ｖ６を閉止して、バルブＶ４、Ｖ５を
開放して、第２熱交換器ＥＸ２と熱交換コイルＥＸ４を
直列に接続する。これに対して、蓄熱槽ＨＢ内に蓄熱さ
れた熱を回収する場合には、バルブＶ４、Ｖ６を閉止し
て、バルブＶ３、Ｖ５を開放することにより、第２熱媒
を、熱交換コイルＥＸ４→第２熱交換器ＥＸ２→第３熱
交換器ＥＸ３と順次循環させる。このように、図２に示
す構成によれば、蓄熱槽ＨＢ内に蓄熱された熱を回収
（取り出す）ことができる。また圧縮機ＣＯＭを運転
し、第２熱交換器ＥＸ２で第２熱媒を冷却または加熱し
ながら蓄熱槽ＨＢ内に蓄熱された熱を回収（取り出す）
ことができ、この場合ヒートポンプ回路で生成された余
剰の熱を蓄熱槽に蓄熱することが可能であり、圧縮機Ｃ
ＯＭの容量制御運転を行わないでも、運転が可能であ
る。なお、蓄熱槽ＨＢに蓄熱されている熱がない場合、
あるいは熱の取り出しが不要な場合には、バルブＶ４、
Ｖ５を閉止し、バルブＶ３、Ｖ６を開放することによ
り、蓄熱槽ＨＢの熱交換器コイルＥＸ４を迂回させ、図
１に示す構成と同様の運転を行うことも可能である。ま
た、図示の例では、蓄熱槽ＨＢをケーシングＣの内部に
設置しているが、蓄熱槽ＨＢおよび熱交換コイルＥＸ４
は必ずしも他の熱交換器群と一体的に設置する必要はな
く、例えば、図１に示す空気調和機に隣接するように蓄
熱槽ＨＢを設置して、適当な管路で接続するように構成
しても良い。また、機内には第１および第２熱媒循環路
のみを備え、蓄熱水を利用するための配管取出口（タッ
ピング）を設けるように本機を構成すれば、蓄熱槽ＨＢ
の設置位置の自由度が増し、あるいは既設建物の冷房増
強工事に際して既設の水槽を利用することも可能にな
る。

【００２１】図３には、図２に示す空気調和機の一部変
更例が示されている。図３に示す空気調和機と図２に示
す空気調和機との相違は、第２熱媒循環路（ブライン回
路）を循環するブラインの循環方向である。もちろん、
図２に示すように、ブラインを、ポンプＰ１→第２熱交
換器ＥＸ２→第３熱交換器ＥＸ３→熱交換コイルＥＸ４
→ポンプＰ１と順次循環させても、本発明の優れた効果
を奏することができるが、図３に示すように、ブライン
を、ポンプＰ１→熱交換コイルＥＸ４→第３熱交換器Ｅ
Ｘ３→第２熱交換器ＥＸ２→ポンプＰ１と順次循環させ
るように構成すれば、より効率的な運転を行うことがで
きる。すなわち、かかる構成によれば、第１熱媒の蒸発
温度または凝縮温度が、第３熱交換器ＥＸ３出口の第２
熱媒温度、すなわち還気空気温度に近くなり、第１熱媒
回路の成績係数を高めることができる。なお、ポンプＰ
１は、第３熱交換器ＥＸ３と第２熱交換器ＥＸ２の間に
設けることができる。このように構成することにより、
冷房運転時にはポンプの発熱を吸収して高温になった第
２熱媒が第２熱交換器に供給され、効率的な運転が可能
になる。

【００２２】さらに、図４には、図２に示す空気調和機
の構成に加えて、いくつかの加熱装置Ｈ１〜Ｈ３を加え
た変更例が示されている。すなわち、この変更例では、
蓄熱槽ＨＢ内に蓄熱槽水を加熱するためのヒータＨ１が
設置されており、第２熱媒循環路中には、途中、ブライ
ンを加熱するためのヒータＨ２が設置されており、さら
に、第３空気流路ＡＦ３に、熱源用の排気空気を加熱す
るためのヒータＨ３が設置されている。かかる構成によ
り、たとえば冬期などに、十分な温熱を確保することが
できない場合に、各ヒータＨ１〜Ｈ３により、所定の媒
体を加熱し、空気調和機の運転効率を高めることが可能
である。特に、冬期の暖房運転時にヒータＨ３は、第１
熱交換器を蒸発器として作用させる必要があるため、散
布水の散布（気液接触機能）を停止し、外気や、場合に
よっては温調された室内からの排気でも不足し勝ちな冷
媒気化のための熱を補うものである。

【００２３】次に、図２〜図４にかかる蓄熱槽付の空気
調和機のいくつかの運転モードについて簡単に説明す
る。

【００２４】（蓄冷モード）蓄熱槽ＨＢに氷または冷水
として冷熱を蓄熱する場合には、第１熱媒循環路におい
て、第２熱交換器ＥＸ２を蒸発器とするとともに、第１
熱交換器ＥＸ１を凝縮器として第３空気流路ＡＦ３を流
れる空気に放熱するように構成する。このとき、冷却水
を循環させ、第１熱交換器ＥＸ１に冷却水を散布するこ
とにより、空気への放熱量を増大させることもできる。
そして、第２熱媒循環路において、第２熱交換器ＥＸ２
により第１熱媒循環路からの冷熱を受け取り、熱交換コ
イルＥＸ４を介して、蓄熱槽内に冷熱を氷または冷水と
して蓄熱する。

【００２５】（温水蓄熱モード）蓄熱槽ＨＢ内に温熱を
温水として蓄熱する場合には、第１熱媒循環路におい
て、第１熱交換器ＥＸ１を蒸発器として第３空気流路Ａ
Ｆ３を流れる空気に放冷するとともに、第２熱交換器Ｅ
Ｘ２を凝縮器として第２熱媒へ放熱するように構成す
る。このとき、図４に示す装置のように、第３空気流路
ＡＦ３に設けられたヒータＨ３を稼働させることによ
り、空気への放冷を安定的に増大させることも可能であ
る。そして、第２熱媒循環路において、第２熱交換器Ｅ
Ｘ２により第１熱媒循環路からの温熱を受け取ることに
より、蓄熱槽ＨＢに温熱を温水として蓄熱することがで
きる。このとき、図４に示す装置のように、第２熱媒循
環路の任意の位置に配置されたヒータＨ２を稼働させ、
第２熱媒の吸熱量を増大させたり、さらには蓄熱槽内に
配置されたヒータＨ１を稼働させ、蓄熱槽水をさらに加
温するなどして、蓄熱量を増大させることもできる。

【００２６】（冷房運転モード）空調対象空間において
冷房負荷が要求されている場合には、第２熱媒循環路に
おいて、蓄熱槽ＨＢから第２熱媒に蓄冷熱を放出し、第
３熱交換器ＥＸ３を介して第１空気流路ＡＦ１を流れる
空気を冷却する。また必要に応じて、ヒートポンプ回路
を稼働させ、第１熱媒から第２熱媒に第２熱交換器ＥＸ
２を介して冷熱を放出させることもできる。このとき、
散布水循環路を稼働させ、第１熱交換器ＥＸ１に冷却水
を散布することにより、空気への放熱量を増大させても
良い。

【００２７】（暖房運転モード）空調対象空間において
暖房負荷が要求されている場合には、第２熱媒循環路に
おいて、蓄熱槽ＨＢから第２熱媒に蓄温熱を放出し、第
３熱交換器ＥＸ３を介して第１空気流路ＡＦ１を流れる
空気を加熱する。また必要に応じて、ヒートポンプサイ
クルを稼働させ、第１熱媒から第２熱媒に第２熱交換器
ＥＸ２を介して、温熱を放出することもできる。このと
き、図４に示す装置のように、第３空気流路ＡＦ３のヒ
ータＨ３を稼働することにより、空気からの熱取得量を
増大させることもできる。また、第２熱媒循環路の任意
の位置に配置されたヒータＨ２を稼働させ、第２熱媒へ
の放熱量を増大させたり、さらには蓄熱槽内に配置され
たヒータＨ１を稼働させ、蓄熱槽水をさらに加温するな
どして、第１空気流路ＡＦ１を流れる空気への加熱量を
増大させることもできる。

【００２８】次に図５〜図８を参照しながら、本発明に
かかる空気熱源型空気調和機の第２の実施の形態および
その修正例について説明する。この第２の実施の形態に
かかる空気調和機は、たとえばインテリア側とペリメー
タ側において異なる熱負荷が要求される場合にも対応で
きるように、第１給気口ＳＡ１および第２給気口ＳＡ２
を設け、それに応じて空気流路を変更した点を除けば、
図１〜図４に関連して説明した第１の実施の形態にかか
る空気調和機と同様の構成を有している。特に、第１熱
媒循環路、第２熱媒循環路および散布水循環路の構成に
ついては、第１および第２の実施の形態にかかる空気調
和機は全く同じ構成を有しているので、同じ参照符号を
付することにより重複説明は省略する。ただし、図１の
構成は図５に、図２の構成は図６に、図３の構成は図７
に、図４の構成は図８にそれぞれ対応している。

【００２９】図５〜図８に示す空気調和機においても、
図１〜図４に示す空気調和機と同様に、ケーシングＣ内
に３つの空気流路ＡＦ１、ＡＦ２、ＡＦ３が形成されて
いる。第１空気流路ＡＦ１は、還気口ＲＡと第１給気口
ＳＡ１とを結ぶ空気流路であり、途中、空気中の塵埃を
除去するためのフィルタＦ２と空気量を調整するための
ダンパＲＤが介挿されている。第２空気流路ＡＦ２は、
外気取入口ＯＡと第１空気流路ＡＦ１とを結ぶ空気流路
であり、途中、空気中の塵埃を除去するためのフィルタ
Ｆ１と空気量を調整するためのダンパＯＤが介挿されて
いる。さらに、第３空気流路ＡＦ３は、第１空気空気流
路ＡＦ１から分岐し排気口ＥＡに至る空気流路であり、
ただし、第３空気流路ＡＦ３は、外気を導入する第２空
気流路ＡＦ２よりも還気口ＲＡに近い位置において第１
空気流路ＡＦ１と連通している。これら３つの空気流路
ＡＦ１、ＡＦ２、ＡＦ３に加えて、本実施の形態におい
ては、さらに第４〜第６空気流路ＡＦ４〜ＡＦ６が形成
されている。第４空気流路ＡＦ４は、第２給気口ＳＡ２
と第２空気流路ＡＦ２とを連通するものであり、途中、
導入空気量を調整するためのダンパＤ１が介挿されてい
る。第５空気流路ＡＦ５は、第３熱交換器ＥＸ３の上流
側の第１空気流路ＡＦ１と第４空気流路ＡＦ４とを連通
するものであり、途中、導入空気量を調整するためのダ
ンパＤ２が介挿されている。さらに、第６空気流路ＡＦ
６は、第３熱交換器ＥＸ３の下流側の第１空気流路ＡＦ
１と第４空気流路ＡＦ４とを連通するものであり、途
中、導入空気量を調整するためのダンパＤ３が介挿され
ている。また、第１および第２給気口ＳＡ１、ＳＡ２付
近には、それぞれ第１および第２給気ファンＳＦ１、Ｓ
Ｆ２が設けられている。インテリア側の空調負荷に応じ
て、第４空気流路は冬期や中間期における外気冷房対応
として、第５空気流路は冬期での、換気運転対応として
利用される。第６空気流路は第３熱交換器ＥＸ３により
温調された空気を導く流路である。

【００３０】かかる構成により、ダンパＤ１〜Ｄ３を操
作することにより、第１給気口（ペリメータ側給気口）
ＳＡ１および第２給気口（インテリア側給気口）ＳＡ２
において、異なる熱負荷が要求される場合であっても、
外気、還気および第３熱交換器により空調された空気を
所望に混合して、第２給気口に供給することにより、柔
軟に対応することができる。例えば、ダンパＤ１、Ｄ２
を開にすれば、外気や還気を直接第２給気口ＳＡ２に導
入することが可能である。また、ダンパＤ３を開にし、
ダンパＤ１、Ｄ２を閉にすれば、第１および第２給気口
ＳＡ１、ＳＡ２において同じ種類の負荷が要求されてい
る場合に対応することが可能であり、ダンパＤ３を閉に
すれば、第１給気口ＳＡ１にのみ調和空気を供給するこ
とができる。これら空気流路と該流路に設けられたダン
パの作動について以下に記す。インテリアゾーンをすべ
て外気冷房で賄う場合には、ダンパＤ１を開、ダンパＤ
２、Ｄ３を閉とする。これにより送風機ＳＦ２により外
気が第４空気流路ＡＦ４を経由して導かれる。インテリ
アゾーンにペリメータゾーンに供給するのと同種の空気
を送る場合にはダンパＤ３のみを開、ダンパＤ１、Ｄ２
を閉とする。

【００３１】以下、図６〜図８に示す蓄熱槽ＨＢ付きの
空気調和機のいくつかの運転モードについて、簡単に説
明する。（冷熱蓄熱、冷房／冷房運転）冷熱が蓄熱されており、
かつ第１および第２給気口ＳＡ１、ＳＡ２において冷房
負荷が要求されている場合には、循環水回路を稼働させ
るとともに、第１熱交換器ＥＸ１を凝縮器として作用さ
せる。また、第２熱媒循環路において、蓄熱槽ＨＢから
冷熱を取り出す。このとき第４熱交換器ＥＸ４からの通
液量は、例えば定格運転する圧縮機ＣＯＭＰの冷房能力
と室内冷房負荷との差、蓄熱槽の残熱量、など多様なパ
ラメータをもとにバルブＶ３〜Ｖ６を自動制御し、バル
ブＶ４、Ｖ６を通すバイパス通液量が決定される。そし
て、ダンパＤ３を開放し、ダンパＤ１、Ｄ２を閉止し
て、第３熱交換器ＥＸ３により冷却された空気を、第１
および第２給気口ＳＡ１、ＳＡ２に供給する。典型的に
は夏期の昼間の運転モードである。

【００３２】（温熱蓄熱、冷房／冷房運転）温熱が蓄熱
されており、かつ第１および第２給気口ＳＡ１、ＳＡ２
において冷房負荷要求されている場合には、第１熱媒循
環路を稼働させて第２熱媒を冷却する点は前記とかわり
ないが、バルブＶ３〜Ｖ６を操作して蓄熱槽ＨＢを迂回
する。すなわち、Ｖ５を閉止、Ｖ６を全開にし、Ｖ３お
よびＶ４に要求負荷に応じて開度を制御する。ペリメー
タゾーンには、第１給気口ＳＡ１から温調された冷気を
供給するとともに、ダンパＤ３を開け、Ｄ１、Ｄ２を閉
じ、ペリメータゾーン・インテリアゾーンとも温調され
た冷気を供給する。典型的には冬期昼間の運転である。

【００３３】（冷熱蓄熱、冷房／暖房運転）冷熱が蓄熱
されており、かつ冷暖房負荷が同時に要求されている場
合には、バルブＶ３〜Ｖ６を前記のように操作して蓄熱
槽ＨＢを迂回して、第１熱媒循環路の運転により第２熱
媒を加熱する。そして、第３熱交換器ＥＸ３により温風
空気を第１給気口ＳＡ１に供給するとともに、第２給気
口ＳＡ２には第４空気流路ＡＦ４を経由して外気を導入
することにより省エネルギー的に冷房負荷に対応するこ
とができる。典型的には、ＯＡ機器が多数設けられた事
務所ビル、集客により人体からの発熱量の大きい大規模
店舗など、建物内部負荷の高い建物での、中間期など屋
外負荷の変動の激しい時期の運転モードである。

【００３４】（温熱蓄熱、冷房／暖房運転）温熱が蓄熱
されており、かつ冷暖房負荷が同時に要求されている場
合には、第１熱媒循環路を稼働して第２熱媒を加熱す
る。このさい散布水は循環させず、空内排気の熱と場合
によりヒータＨ３の熱により、蒸発器として作用する第
１熱交換器ＥＸ１を加熱する。そして、蓄熱槽ＨＢから
は温熱を取り出す。このときバルブＶ３〜Ｖ６は第１熱
媒循環路の暖房能力を補うに見合うよう開度が制御され
る。バルブＶ３、Ｖ５が全開となっても不足する場合に
はヒータＨ２を稼働させる。そして、第３熱交換器ＥＸ
３を経由した温風空気を第１給気口ＳＡ１に供給すると
ともに、第２給気口ＳＡ２には前記と同様外気を導入す
ることにより冷房負荷に対応することができる。典型的
には、前記のような内部負荷の大きい建物での、冬期お
よび中間期の一般的な運転モードである。

【００３５】（冷熱蓄熱、暖房／暖房運転）冷熱が蓄熱
されており、第１および第２給気口ＳＡ１、ＳＡ２にお
いてともに暖房負荷が要求されている場合には、バルブ
Ｖ３〜Ｖ６を前記のように操作して蓄熱槽ＨＢを迂回し
て、第１熱媒循環路の運転により第２熱媒を加熱する。
そして、第３熱交換器ＥＸ３を経由して加熱された空気
を、第１および第２給気口ＳＡ１、ＳＡ２に供給して暖
房負荷に対応する。

【００３６】（温熱蓄熱、暖房／暖房運転）温熱が蓄熱
されており、かつ第１および第２給気口ＳＡ１、ＳＡ２
において暖房負荷が要求されている場合には、第２熱媒
循環路においてはバルブＶ３〜Ｖ６をペリメータ、イン
テリア各ゾーンの要求する熱量を賄うに足るよう制御
し、蓄熱槽ＨＢから温熱を取り出す。そして、第３熱交
換器ＥＸ３を経由して加熱された空気を、第１および第
２給気口ＳＡ１、ＳＡ２に供給する。典型的には冬期の
早朝などの運転モードである。

【００３７】なお、前記説明で示唆したように、図８に
示すように加熱装置（ヒータ）Ｈ１〜Ｈ３を設けた場合
には、ヒートポンプが冷房能力に対して暖房能力が不足
勝ちとなることを補うことができ、前記説明の範囲にと
どまらず多様な温熱の利用が図れる。また、図５に示す
装置構成の場合には、蓄熱槽ＨＢが接続されていないの
で、蓄熱槽ＨＢからの冷熱または温熱の回収を行わず
に、第１熱媒循環路の運転のみによって、暖房負荷また
は冷房負荷に対応し、冷暖房同時負荷が要求される場合
には、外気を導入することにより、対応することが可能
である。さらに、図７に示す装置構成によれば、図３に
関連して説明したように、第１熱媒循環路の成績係数を
高めることができる。

【００３８】なお、本発明に係る装置の具体的な空気系
構成要素の配置例を図９に示す。ペリメータ用としての
送風機ＳＦ１はファンチャンバＳＦ１’に、インテリア
用の送風機ＳＦ２はファンチャンバＳＦ２’に収容され
ている。取入れ外気および還気はファンチャンバＳＦ
１’に接続する連絡ケーシングＣＡＳＥを経由して温調
のために取入れられる。ダンパＤ３はこの温調された空
気をファンチャンバＳＦ２’に取入れるためのもので、
機器ケーシング中仕切に設けられている。外気冷房対応
を可能にするダンパＤ１は、外気冷房のさいはファンチ
ャンバＳＦ２’側が開口するよう構成されている。還気
をファンチャンバＳＦ２’に取入れるには、同様にダン
パＤ２をファンチャンバＳＦ２’が開口するように開
く。また図１〜図８は膨張弁に機械式のものを用いてい
るためそれぞれ２台ずつの膨張弁が設けられているが、
図９では電子式を採用して１台の膨張弁ＥＶとしてい
る。なお、符号でＳはストレーナ、Ｔはボールタップを
示す。

【００３９】なお、以上では室内還気を熱源とする実施
例にて説明したが、本発明は外気を熱源としても実施可
能である。すなわち、ＯＡ機器が多数設置されているゾ
ーン、デパート等の売場、電算センターなどでは、例え
ば冷房の場合に還気よりも外気の方が温度が低くなって
いる。その場合にはより低温の外気に対する水散布によ
り凝縮器を冷却する方が好ましい。その際第１熱交換器
ＥＸ１には、外気取入口から第３熱交換器に至る空気流
路から分岐流路を取出し、導入することができる。この
分岐流路は、外気と還気の合流点より上流側でもよい
し、下流側でもよい。

【００４０】以上、添付図面を参照しながら本発明にか
かる空気調和機のいくつかの実施の形態について説明し
たが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれ
ば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内に
おいて、各種の変更および修正例に想到しうることは明
らかであり、それらについても、当然に本発明の技術的
範囲に属するものと了解される。例えばダンパについて
も、図示の位置によらず、各合流点、分岐点に三方ダン
パを設けてもよい。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
第２熱媒循環路を採用することにより、第１熱媒循環路
の装置構成と制御が単純化される。例えば特開平７−１
９８１６１号公報に記載されている従来の装置では、蒸
発器に対して複数の凝縮器が必要だったのが１台で良く
なり、ヒートポンプ回路が単純化される。また蓄熱槽Ｈ
Ｂ内の熱交換器ＥＸ４が第２熱媒方式になり、第１熱媒
の封入量が低減する。さらにまた給気空気と熱交換する
空調器コイルが熱交換器ＥＸ３が１台となり装置構成と
制御が単純化される。

【００４２】また、蓄熱槽が空調負荷と第１熱媒循環路
の冷暖房能力との差を吸収する熱的バッファとして機能
する場合があり、装置構成と制御が単純化する。このよ
うに、本発明によれば、空調機の第１熱媒循環路の構成
が簡素化されるとともに、２次側制御（室温制御、給気
温度制御）が容易になり、第２熱交換器ＥＸ２の配置上
の制御がなくなるなど、装置構成の自由度が増大する。

【００４３】そして、このような比較的簡単な構成によ
り、各個別空調空間において要求される多様な空調要求
に柔軟に対応することが可能となり、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、さらに機器施工や建物内の機器配置の標準
化を達成することが可能な、新規かつ改良された空気熱
源型空気調和機が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる空気調和機
の基本構成を示す構成図である。

【図２】図１に示す空気調和機にさらに蓄熱槽を設けた
変形例の基本構成を示す構成図である。

【図３】図２に示す空気調和機の第２熱媒循環路の循環
方向を限定した変形例の基本構成を示す構成図である。

【図４】図２に示す空気調和機にさらに加熱装置を設け
た変形例の基本構成を示す構成図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態にかかる空気調和機
の基本構成を示す構成図である。

【図６】図５に示す空気調和機にさらに蓄熱槽を設けた
変形例の基本構成を示す構成図である。

【図７】図６に示す空気調和機の第２熱媒循環路の循環
方向を限定した変形例の基本構成を示す構成図である。

【図８】図６に示す空気調和機にさらに加熱装置を設け
た変形例の基本構成を示す構成図である。

【図９】本発明に係る装置の構成要素の配置例を示す構
成図である。

【符号の説明】

ＣケーシングＥＸ１第１熱交換器ＥＸ２第２熱交換器ＥＸ３第３熱交換器ＣＯＭ圧縮機ＥＶ１、ＥＶ２膨張弁Ｐ１、Ｐ２循環ポンプＥＦ排気ファンＳＦ給気ファンＯＤ外気取入用ダンパＲＤ還気用ダンパＡＦ１第１空気流路ＡＦ２第２空気流路ＡＦ３第３空気流路

フロントページの続き (72)発明者藤本正和東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内 (72)発明者斎藤斉東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外気および／または還気を熱源とするヒ
ートポンプユニットを内蔵した空気調和機において：外
気を取り入れる外気取入口と、室内からの還気を取り入
れる還気口と、屋外へ排気を行う排気口と、空調対象空
間に給気を行う給気口と；排気空気と第１熱媒との間で
熱交換する気液接触型の第１熱交換器と前記第１熱媒と
第２熱媒との間で熱交換する第２熱交換器と圧縮機と膨
張弁とから少なくとも構成され、切換弁手段により前記
第１熱媒の循環方向を切り換えることが可能な第１熱媒
循環路と；給気空気と前記第２熱媒との間で熱交換する
第３熱交換器と前記第２熱交換器と循環ポンプとから少
なくとも構成される第２熱媒循環路とを備え；機体内に
は、前記還気口から前記第３熱交換器を介して前記給気
口に至る第１空気流路と、前記外気取入口と連通し前記
第３熱交換器よりも上流側において前記第１空気流路と
合流する第２空気流路と、前記外気取入口および／また
は還気口と連通し前記第３熱交換器を経由することなく
分流し前記第１熱交換器を介して前記排気口に連通する
第３空気流路とが形成されたことを特徴とする、空気調
和機。
【請求項２】外気および／または還気を熱源とするヒ
ートポンプユニットを内蔵した空気調和機において：外
気を取り入れる外気取入口と、室内からの還気を取り入
れる還気口と、屋外へ排気を行う排気口と、第１の空調
対象空間に給気を行う第１給気口と、第２の空調対象空
間に給気を行う第２給気口とを備え；排気空気と第１熱
媒との間で熱交換する気液接触型の第１熱交換器と前記
第１熱媒と第２熱媒との間で熱交換する第２熱交換器と
圧縮機と膨張弁とから少なくとも構成され、切換弁手段
により前記第１熱媒の循環方向を切り換えることが可能
な第１熱媒循環路と；給気空気と前記第２熱媒との間で
熱交換する第３熱交換器と前記第２熱交換器と循環ポン
プとから少なくとも構成される第２熱媒循環路とを備
え；機体内には、前記還気口から前記第３熱交換器を介
して前記第１給気口に至る第１空気流路と、前記外気取
入口と連通し前記第３熱交換器よりも上流側において前
記第１空気流路と合流する第２空気流路と、前記外気取
入口および／または還気口と連通し前記第３熱交換器を
経由することなく分流し前記第１熱交換器を介して前記
排気口に連通する第３空気流路と、前記外気取入口と前
記第２給気口とを連通する第４空気流路と、前記還気口
と前記第２給気口とを連通する第５空気流路と、前記第
１給気口と前記第２給気口とを連通する第６空気流路と
が形成され；前記第４空気流路を流れる空気量、および
／または前記第５空気流路を流れる空気量、および／ま
たは前記第６空気流路を流れる空気量を調整するダンパ
手段とを備え；前記ダンパ手段を操作して、所望量の外
気および／または所望量の還気および／または所望量の
前記第３熱交換器を通過した空気を前記第２給気口に送
るように構成されたことを特徴とする、空気調和機。
【請求項３】さらに蓄熱槽を備え、前記蓄熱槽内には
前記第２熱媒循環路内の前記第３熱交換器と直列に接続
される熱交換コイルが設置されることを特徴とする、請
求項１または２に記載の空気調和機。
【請求項４】前記第３熱交換器内および前記熱交換コ
イル内の前記第２熱媒の循環量はそれぞれ個別独立に調
整可能であるとともに、前記熱交換コイルは選択的に迂
回可能であることを特徴とする、請求項３に記載の空気
調和機。
【請求項５】前記第２熱媒循環路において、前記第３
熱交換器の下流側に前記第２熱交換器および前記熱交換
コイルが順次直列に接続されることを特徴とする、請求
項３または４に記載の空気調和機。