(57)【要約】【課題】温度制御域の異なる複数の被空調空間を低コストで温度制御でき、設備や運転の無駄を省けてコストを節減できる水冷ヒートポンプ式地中熱利用空調システムを得る。【解決手段】水冷ヒートポンプ式空調機３の熱源側水熱交換器と、熱媒を地中熱にて温度調節する地中熱交換器と、を熱媒が循環するように配管する。水冷ヒートポンプ式空調機３の複数の給気側空気熱交換器１２を熱源側水熱交換器１４にて共用すると共に、複数の給気側空気熱交換器１２を低温制御用と高温制御用に分け、低温制御側被空調空間Ｌに低温制御用給気側空気熱交換器１２にて冷却された空気が給気されるように連通させると共に、高温制御側被空調空間Ｈに高温制御用給気側空気熱交換器１２にて加熱された空気が給気されるように連通させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度制御域の異なる複数の被空調空間へ給気する水冷ヒートポンプ式空調機３における熱源側水熱交換器１４と、熱媒を地中熱にて温度調節する地中熱交換器９と、を熱媒が循環するように配管し、前記水冷ヒートポンプ式空調機３の複数の給気側空気熱交換器１２…を前記熱源側水熱交換器１４にて共用すると共に、複数の前記給気側空気熱交換器１２を低温制御用と高温制御用に分け、複数の前記被空調空間の低温制御側被空調空間Ｌに前記低温制御用給気側空気熱交換器１２にて冷却された空気が給気されるように連通させると共に、複数の前記被空調空間の高温制御側被空調空間Ｈに前記高温制御用給気側空気熱交換器１２にて加熱された空気が給気されるように連通させたことを特徴とする水冷ヒートポンプ式地中熱利用空調システム。
【請求項２】
水冷ヒートポンプ式空調機３の水冷ヒートポンプが、循環冷媒の蒸発工程と凝縮工程を行う熱源側水熱交換器１４及び複数の給気側空気熱交換器１２…と、循環冷媒を圧縮する圧縮機１９と、循環冷媒を膨張させる膨張弁２０と、低圧液管Ａ及び高圧液管Ｂと、低圧ガス管Ｃと高圧ガス管Ｄと、を少なくとも備え、前記圧縮機１９の冷媒出口を前記高圧ガス管Ｄに接続すると共に前記圧縮機１９の冷媒入口を前記低圧ガス管Ｃに接続し、前記熱源側水熱交換器１４の冷媒出入口の一方を、前記高圧ガス管Ｄと前記低圧ガス管Ｃに切換自在に接続し、前記熱源側水熱交換器１４の冷媒出入口の他方を、前記高圧液管Ｂと前記低圧液管Ａに切換自在に接続し、前記各給気側空気熱交換器１２の冷媒出入口の一方を、前記高圧ガス管Ｄと前記低圧ガス管Ｃに切換自在に接続し、前記各給気側空気熱交換器１２の冷媒出入口の他方を、前記高圧液管Ｂと前記低圧液管Ａに切換自在に接続し、前記高圧液管Ｂと前記低圧液管Ａとを前記膨張弁２０を介して接続した請求項１記載の水冷ヒートポンプ式地中熱利用空調システム。
【請求項３】
給気側空気熱交換器１２の伝熱管を楕円管にした請求項１又は２記載の水冷ヒートポンプ式地中熱利用空調システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水冷ヒートポンプ式地中熱利用空調システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
温室や穀物類の低温倉庫などの農産物対象の空調や、方位により日射負荷が大幅に異なる建物の空調は、通常よりも制御すべき温度範囲が広く、各々専用の空調機を用いて加熱や冷却を行い温度制御している。ところが、このような温度制御域の異なる複数の被空調空間がある場合、各々の被空調空間ごとに空調機を設置しなければならず設備コストと運転コストが高くなる問題がある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２６７２８３号公報
【特許文献２】特開昭６１−１１０８５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
また、熱源側熱交換器と圧縮機と複数の給気側熱交換器を備え、例えば一方の給気側熱交換器で空気冷却（冷房）し、他方の給気側熱交換器で空気加熱（暖房）できる空調用ヒートポンプ回路として、特開昭６１−１１０８５９号公報のものがある。これは、圧縮機の冷媒出口を高圧ガス管に、冷媒入口を低圧ガス管に接続し、熱源側熱交換器の冷媒出入口の一方を、高圧ガス管と低圧ガス管に切換自在に接続し、熱源側熱交換器の冷媒出入口の他方を膨張弁を介して液管に接続し、各給気側熱交換器の冷媒出入口の一方を、高圧ガス管と低圧ガス管に切換自在に接続し、各給気側熱交換器の冷媒出入口の他方を、膨張弁を介して液管に接続し、構成している。このような構成では、熱交換器毎に膨張弁が必要となり回路が複雑で製作に手間がかかりコストアップとなる問題がある。また、電子膨張弁を用いた場合、個々の膨張弁制御が必要で制御が複雑となる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は上記課題を解決するため、温度制御域の異なる複数の被空調空間へ給気する水冷ヒートポンプ式空調機における熱源側水熱交換器と、熱媒を地中熱にて温度調節する地中熱交換器と、を熱媒が循環するように配管し、前記水冷ヒートポンプ式空調機の複数の給気側空気熱交換器を前記熱源側水熱交換器にて共用すると共に、複数の前記給気側空気熱交換器を低温制御用と高温制御用に分け、複数の前記被空調空間の低温制御側被空調空間に前記低温制御用給気側空気熱交換器にて冷却された空気が給気されるように連通させると共に、複数の前記被空調空間の高温制御側被空調空間に前記高温制御用給気側空気熱交換器にて加熱された空気が給気されるように連通させたことを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１の発明によれば、１台の空調機で温度制御域の異なる複数の被空調空間を温度制御でき、設備コストと運転コストの削減を図り得る。共用の熱源側水熱交換器内で冷媒蒸発と冷媒凝縮が同時に行われる分、省エネとなり、熱源側水熱交換器の負荷ひいては地中熱交換器の設備（能力）を小さくできて、設備コストと運転コストの削減を図れる。しかも地中熱交換器を熱源としているのでボイラーなどの熱源機と比べてＣＯ２の排出がなくクリーンである。熱源側水熱交換器を共用しているので部品点数の削減とコンパクト化を図れる。
請求項２の発明によれば、高価な膨張弁が１つで済み、構造が簡略化されて配管作業などが容易となるので小型化でき、コストダウンを図れ、制御も簡単になる。
請求項３の発明によれば、圧力損失が減少して熱交換効率が向上するので小型の送風機を用いることができ騒音低減を図れる。給気側空気熱交換器も小型化でき空調機をコンパクト化できる。
【実施例】
【０００７】
図１〜図４は、本発明の水冷ヒートポンプ式地中熱利用空調システムの一実施例で、実線及び点線の白抜き矢印は風向きを示す。この空調システムは、温度制御域の異なる複数の被空調空間へ給気する水冷ヒートポンプ式空調機３における熱媒を熱源とする熱源側水熱交換器１４と、熱媒を地中熱にて温度調節する地中熱交換器９と、を熱媒が循環するように配管したもので、熱源水などの熱媒は、図示省略の送水ポンプにより矢印方向に送られて水冷ヒートポンプ式空調機３の熱源側水熱交換器１４にて熱交換された後、地中熱交換器９にて温度調節され、これらを循環する。地中熱交換器９は建物の下の地中や屋外などの地中に埋設して地中熱にて熱媒を熱交換する。図例では、地中熱交換器９は、Ｕ字管式を示しているが他のものでもよい。
【０００８】
この水冷ヒートポンプ式空調機３の複数（図例では２つ）の給気側空気熱交換器１２…を熱源側水熱交換器１４にて共用すると共に、複数の給気側空気熱交換器１２を低温制御用と高温制御用に分け、複数の被空調空間の低温制御側被空調空間Ｌに低温制御用給気側空気熱交換器１２にて冷却された空気が給気されるように連通させると共に、複数の被空調空間の高温制御側被空調空間Ｈに高温制御用給気側空気熱交換器１２にて加熱された空気が給気されるように連通させる。なお、低温制御側被空調空間Ｌの例をあげると茸類や穀物などの保存倉庫などで、高温制御側被空調空間Ｈを例をあげるとは野菜や果物栽培などの温室などであり、両者Ｌ、Ｈは同一建屋内の異なる階に設ける場合や、互いに隔絶された同一フロアに設ける場合など種々自由である。温度制御域の一例としては、低温制御側被空調空間Ｌは５℃〜１５℃、高温制御側被空調空間Ｈは２０℃〜３５℃である。
【０００９】
水冷ヒートポンプ式空調機３のケーシング１１内には、複数の給気側送風路１５…（図例では２つ）を備え、この各給気側送風路１５ごとに個別に冷媒蒸発・冷媒凝縮切換自在な給気側空気熱交換器１２と送風機１３を設けて、１台の水冷ヒートポンプ式空調機３で、低温制御側被空調空間Ｌで冷房し、高温制御側被空調空間Ｈで暖房するような冷暖同時運転自在とする。また、加湿器１８は必要に応じてケーシング１１内又は室内に別置き（図示省略）として湿度調節を行う。低温制御用給気側空気熱交換器１２を設けた給気側送風路１５には低温制御側被空調空間Ｌと空気循環するようにダクト等の給気路５と還気路６を介して連通し、高温制御用給気側空気熱交換器１２を設けた給気側送風路１５には高温制御側被空調空間Ｈと空気循環するようにダクト等の給気路５と還気路６を介して連通する。ケーシング１１には風量制御自在な外気取入口を設け、給気側空気熱交換器１２に外気通風されるように給気側送風路１５に連通する。排気や換気が必要な場合は排気口１６や図示省略の換気扇にて行う。図例では、還気と外気を混合給気しているが、還気循環のみ、あるいは外気の給気のみなどに構成を変更するも自由で、還気や外気、給気はダンパなどにて風量調整自在にするも自由である。
【００１０】
水冷ヒートポンプ式空調機３の水冷ヒートポンプは、循環冷媒に対して蒸発・圧縮・凝縮・膨張の工程順を繰返し、この循環冷媒と熱交換する空気や熱媒に対して冷媒蒸発工程で吸熱を冷媒凝縮工程で放熱を各々行うもので、循環冷媒の蒸発工程と凝縮工程を行う熱源側水熱交換器１４及び複数の給気側空気熱交換器１２…と、循環冷媒を圧縮する圧縮機１９と、循環冷媒を膨張させる温度自動膨張弁や電子膨張弁などの膨張弁２０と、低圧液管Ａ及び高圧液管Ｂと、低圧ガス管Ｃと高圧ガス管Ｄと、を少なくとも備え、圧縮機１９の冷媒出口を高圧ガス管Ｄに接続すると共に圧縮機１９の冷媒入口を低圧ガス管Ｃに接続し、熱源側水熱交換器１４の冷媒出入口の一方を、高圧ガス管Ｄと低圧ガス管Ｃとに開閉弁２３ａ、２３ｂを介して分岐接続して、高圧ガス管Ｄと低圧ガス管Ｃに切換自在に接続し、熱源側水熱交換器１４の冷媒出入口の他方を、高圧液管Ｂと低圧液管Ａに分岐接続すると共に、高圧液管側の第一分岐管には高圧液管方向へのみ冷媒を流す第一逆止弁２１ａを設け、かつ低圧液管側の第二分岐管には熱源側水熱交換器方向へのみ冷媒を流す第二逆止弁２１ｂを設けて、高圧液管Ｂと低圧液管Ａに切換自在に接続し、熱源側水熱交換器１４の冷媒出入口の他方と第一・第二分岐管との間に開閉弁２５を設ける。
【００１１】
各給気側空気熱交換器１２の冷媒出入口の一方は、高圧ガス管Ｄと低圧ガス管Ｃとに開閉弁２３ａ、２３ｂを介して分岐接続して、高圧ガス管Ｄと低圧ガス管Ｃに切換自在に接続し、各給気側空気熱交換器１２の冷媒出入口の他方を、高圧液管Ｂと低圧液管Ａに分岐接続すると共に、高圧液管側の第三分岐管には高圧液管方向へのみ冷媒を流す第三逆止弁２２ａを設け、かつ低圧液管側の第四分岐管には給気側空気熱交換器方向へのみ冷媒を流す第四逆止弁２２ｂを設けて、高圧液管Ｂと低圧液管Ａに切換自在に接続し、各給気側空気熱交換器１２の冷媒出入口の他方と前記第三・第四分岐管との間に開閉弁２４を設け、高圧液管Ｂと低圧液管Ａとを膨張弁２０を介して接続する。このように第一・第二・第三・第四逆止弁２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂを設けた構成とすれば、各給気側空気熱交換器１２の冷媒出入口の他方と高圧液管Ｂと低圧液管Ａとの接続切換の制御と、熱源側水熱交換器１４の冷媒出入口の他方と高圧液管Ｂと低圧液管Ａとの接続切換の制御と、が各々不要で、かつ高価な３方弁や電磁開閉弁を使わずに済み、コストダウンを図れる。なお、図示省略するが、膨張弁２０を電子膨張弁とした場合は、圧縮機１９の冷媒温度と冷媒圧力により膨張弁操作を行い制御する。開閉弁２４、２３ａ、２３ｂ、２５は電磁弁などを用いる。給気側空気熱交換器１２の伝熱管は圧損の少ない楕円管にするのが好ましいが円形管でもよい。熱源側水熱交換器１４は、たとえば幾枚もの伝熱板（プレート）を重ねその伝熱板と伝熱板の間を熱媒と冷媒が交互に流れて互いに熱交換するように構成されたプレート式熱交換器とする。この水冷ヒートポンプの給気側空気熱交換器１２にて空調用空気を冷却又は加熱し、各被空調空間に給気して空調する。
【００１２】
例えば、高温制御用の給気側空気熱交換器１２で空気加熱（暖房運転）し、低温制御用の給気側空気熱交換器１２で空気冷却（冷房運転）し、暖房負荷と冷房負荷に差があり冷房負荷の方が大きい場合は、熱源側水熱交換器１４の冷媒出入口の一方の高圧ガス管側の開閉弁２３ａを開および低圧ガス管側の開閉弁２３ｂを閉にし、高温制御用の給気側空気熱交換器１２の冷媒出入口の一方の高圧ガス管側の開閉弁２３ａを開および低圧ガス管側の開閉弁２３ｂを閉にし、低温制御用の給気側空気熱交換器１２の冷媒出入口の一方の高圧ガス管側の開閉弁２３ａを閉および低圧ガス管側の開閉弁２３ｂを開にし、開閉弁２４、２５を開にする。これにより冷媒が、圧縮機１９から高圧ガス状態で熱源側水熱交換器１４と高温制御用の給気側空気熱交換器１２に分流し、各々凝縮して高圧液状態で合流して膨張弁２０に流れ、減圧して低圧液状態で低温制御用の給気側空気熱交換器１２に流れ、蒸発して低圧ガス状態で圧縮機１９に戻り、このサイクルを繰返す。このようにして高温制御用の給気側空気熱交換器１２にて給気用空気の加熱を行い、低温制御用の給気側空気熱交換器１２にて給気用空気の冷却を行う。
【００１３】
また、高温制御用の給気側空気熱交換器１２で空気加熱（暖房運転）し、低温制御用の給気側空気熱交換器１２で空気冷却（冷房運転）し、暖房負荷と冷房負荷に差があり暖房負荷の方が大きい場合は、熱源側水熱交換器１４の冷媒出入口の一方の高圧ガス管側の開閉弁２３ａを閉および低圧ガス管側の開閉弁２３ｂを開にし、高温制御用の給気側空気熱交換器１２の冷媒出入口の一方の高圧ガス管側の開閉弁２３ａを開および低圧ガス管側の開閉弁２３ｂを閉にし、低温制御用の給気側空気熱交換器１２の冷媒出入口の一方の高圧ガス管側の開閉弁２３ａを閉および低圧ガス管側の開閉弁２３ｂを開にし、開閉弁２４、２５を開にする。これにより冷媒が、圧縮機１９から高圧ガス状態で高温制御用の給気側空気熱交換器１２に流れ、凝縮して高圧液状態で膨張弁２０に流れ、減圧して低圧液状態で熱源側水熱交換器１４と低温制御用の給気側空気熱交換器１２に分流し、各々蒸発して低圧ガス状態で合流して圧縮機１９に戻り、このサイクルを繰返す。このようにして高温制御用の給気側空気熱交換器１２にて給気用空気を加熱を行い、低温制御用の給気側空気熱交換器１２にて給気用空気の冷却を行う。また、暖房負荷と冷房負荷が釣り合う場合、開閉弁２５を閉にすることにより、熱源側水熱交換器１４を使わずに冷暖房同時運転を行えて省エネとなる。
【００１４】
なお、本発明は図例のものに限定されず、低温制御側被空調空間Ｌ、高温制御側被空調空間Ｈ、給気側送風路１５、給気側空気熱交換器１２、送風機１３、開閉弁２４、２３ａ、２３ｂ及び第三・第四逆止弁２２ａ、２２ｂの数の増減や、開閉弁２５を省略するも自由である。また、給気側空気熱交換器１２の冷媒出入口の一方を、高圧ガス管Ｄと低圧ガス管Ｃとに三方弁を介して分岐接続して、高圧ガス管Ｄと低圧ガス管Ｃに切換自在に接続したり、熱源側水熱交換器１４の冷媒出入口の一方を、高圧ガス管Ｄと低圧ガス管Ｃとに三方弁を介して分岐接続して、高圧ガス管Ｄと低圧ガス管Ｃに切換自在に接続してもよい。同様に、給気側空気熱交換器１２の冷媒出入口の他方を、高圧液管Ｂと低圧液管Ａとに三方弁を介して分岐接続して、高圧液管Ｂと低圧液管Ａに切換自在に接続したり、熱源側水熱交換器１４の冷媒出入口の他方を、高圧液管Ｂと低圧液管Ａとに三方弁を介して分岐接続して、高圧液管Ｂと低圧液管Ａに切換自在に接続してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】水冷ヒートポンプ式地中熱利用空調システムの斜視図。
【図２】同側面図。
【図３】水冷ヒートポンプ式空調機の正面図。
【図４】水冷ヒートポンプの簡略説明図。
【符号の説明】
【００１６】
３    水冷ヒートポンプ式空調機
９    地中熱交換器
１２  給気側空気熱交換器
１４  熱源側水熱交換器
１９  圧縮機
２０  膨張弁
Ａ    低圧液管
Ｂ    高圧液管
Ｃ    低圧ガス管
Ｄ    高圧ガス管
Ｌ    低温制御側被空調空間
Ｈ    高温制御側被空調空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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