(57)【要約】【課題】装置において排出される排熱を有効に活用するとともに、装置の稼動時のコストを低減することができる空気調和装置を提供する。【解決手段】第１の冷却部と加熱部との間で熱媒体を循環可能にするとともに、第１の冷却部から排出された熱媒体を加熱部に供給し、加熱部から排出された熱媒体を第１の冷却部に供給する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入された空気を空調対象空間へ供給するまでの空気の経路において空気の温度を調整する空気調和装置であって、
第１の冷却部と第２の冷却部とを含み、かつ前記経路において前記第１の冷却部と前記第２の冷却部とのいずれか一方が他方より下流に配置された冷却手段と、
前記経路において前記冷却手段よりも下流に配置された加熱部と、
前記第１の冷却部と前記加熱部との間で熱媒体の循環を可能にして形成される第１の熱媒体経路に沿って、前記第１の冷却部から排出された前記熱媒体を熱媒として前記加熱部に供給するととともに、前記加熱部から排出された前記熱媒体を冷媒として前記第１の冷却部に供給するヒートポンプと、
前記第２の冷却部に接続される冷媒供給手段であって、前記第２の冷却部との間で形成される前記第２の熱媒体経路に沿って、前記第２の冷却部に熱媒体を冷媒として供給する冷媒供給手段と、を含むことを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】
前記冷媒供給手段は、前記第２の冷却部に冷水を前記冷媒として供給する冷温水供給手段である請求項１記載の空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空調対象空間へ供給する空気の温度を調整する空気調和装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空気調和装置は、吸入口から室内へ至るまでの空気の経路において熱交換器を設けて、熱交換器により空気の温度を調整処理し、処理した空気を室内に供給する装置である。従来の空気調和装置において、この熱交換器の下流側にヒータを設け、湿度を調整するものが知られている。例えば、特開平９−７９６４５号公報に開示されている装置は、熱交換器において通過する空気を冷却した後、熱交換器の下流に設けられているヒータによって空気を暖めることにより除湿するものであった。
【０００３】
また、従来の空気調和装置において、冷却コイルの下流側に加熱コイルを設けたものもある。例えば、特開平１０−１０３７１３号公報に開示されている装置は、空気の経路に冷却コイルとその下流に加熱コイルとを設けて、冷却コイルと加熱コイルとの間で熱媒体を循環させることにより空気の温度と湿度とを調節する装置である。この冷却コイルには、主として熱源冷凍機からの熱媒体が冷媒として供給され、加熱コイルには、主としてヒートポンプからの熱媒体が熱媒として供給されるものであった。このため、熱源冷凍機とヒートポンプとの２つの装置を用いて熱媒体を循環させることにより、空気の温度と湿度とを調整する装置であった。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−７９６４５号公報
【特許文献２】
特開平１０−１０３７１３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、熱交換器の下流側にヒータを設けた従来の空気調和装置では、熱交換器において余剰の熱が排出されるにも拘らず、別個にヒータを設ける構成としていたため、効率の低いものとならざるを得なかった。また、このヒータの代りにボイラー等の加熱装置により暖めるような構成とした場合には、配管等の構成を要し構造が複雑化・大型化するとともに、装置の製造コストのみならずいわゆるランニングコストも高くなった。
【０００６】
更に、冷却コイルの下流側に加熱コイルを設けた従来の空気調和装置は、熱源冷凍機とヒートポンプとの２つの装置を別個に要するものであり、装置の構成が複雑になるのみならず、装置のコストも高くならざるを得なかった。
【０００７】
また、空気調和装置を設置する場所は、建物等の建築物である場合が多い。近年においては、空気調和装置の普及率が高くなってきており、このような建築物には空気調和装置の稼動に必要な設備、例えば給水設備が予め備え付けられている場合が多くなってきている。
【０００８】
従前においては、このような給水設備を利用して冷水を作り出す装置、例えば冷温水チラーを用いることにより空気を冷却する装置があった。しかし、冷温水チラーのみを用いて空気を冷却した場合には、冷温水チラーの設置環境等の稼動条件の関係により十分に低い温度の冷水を作ることができず、供給すべき空気の温度や湿度を所望するところまで低くすることができなかった。
【０００９】
更にまた、最近では、建物内の環境をより改善するために、単に空気の温度を低くするだけでなく、温度と湿度との双方が適切な範囲内に含まれるように調整され得る空気調和装置に対する要望も高まってきている。このような場合に、空気調和装置の稼動に新たな設備を必要とせず、従前から建築物に備え付けられている空気調和装置用の設備をそのまま利用できる空気調和装置であればより好都合である。
【００１０】
本発明は、上述した如き課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、装置において排出される排熱を有効に活用するとともに、装置の稼動時のコストを低減することができ、装置の設置場所に予め備えられている設備を有効に活用することができるのみならず、装置の設置場所に従前から設けられている空気調和装置用の設備に変更や追加をすることなく所望する温度及び湿度の空気に調節することができる空気調和装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
以上のような目的を達成するために、本発明における空気調和装置は、第１の冷却部と加熱部との間で熱媒体を循環可能にするとともに、第１の冷却部から排出された熱媒体を加熱部に供給し、加熱部から排出された熱媒体を第１の冷却部に供給する。
【００１２】
より具体的には、本発明は以下のような空気調和装置を提供する。
（１）  吸入された空気を空調対象空間へ供給するまでの空気の経路において空気の温度を調整する空気調和装置であって、
第１の冷却部と第２の冷却部とを含み、かつ前記経路において前記第１の冷却部と前記第２の冷却部とのいずれか一方が他方より下流に配置された冷却手段と、
前記経路において前記冷却手段よりも下流に配置された加熱部と、
前記第１の冷却部と前記加熱部との間で熱媒体の循環を可能にして形成される第１の熱媒体経路に沿って、前記第１の冷却部から排出された前記熱媒体を熱媒として前記加熱部に供給するととともに、前記加熱部から排出された前記熱媒体を冷媒として前記第１の冷却部に供給するヒートポンプと、
前記第２の冷却部に接続される冷媒供給手段であって、前記第２の冷却部との間で形成される前記第２の熱媒体経路に沿って、前記第２の冷却部に熱媒体を冷媒として供給する冷媒供給手段と、を含むことを特徴とする空気調和装置。
上述した（１）の発明によれば、２つの冷却部を通過させた後、加熱部を通過させるので、適切な温度及び湿度を有する空気を空調対象空間へ供給することができる。更に、第１の冷却部から排出された熱媒体を熱媒として加熱部に供給するので、熱媒体の吸熱及び排熱を有効に活用することができ、効率よく適切な温度及び湿度の空気を供給することができるとともに、加熱するための装置を別個に設ける必要がなくなり、装置の稼動時に要するコストを低減することもできる。
尚、本明細書において、「熱媒」とは、物を加熱するための熱を運ばせるために用いる流体であり、「冷媒」とは、物を冷却するための熱を運ばせるために用いる流体であり、また、「熱媒体」とは、熱媒としての作用を奏するとともに、冷媒としての作用を奏する媒体である。
また、「上流」とは、いわゆる川上を意味し、空気の経路において相対的な位置関係がより吸入口に近い位置を示す。一方、「下流」とは、いわゆる川下を意味し、空気の経路において相対的な位置関係がより空調対象空間に近い位置を示す。
更に、「第１の熱媒体経路」及び「第２の熱媒体経路」は、熱媒体が通過し得る道筋を意味し、熱媒体が流動する流れの道筋を示す。例えば、「第１の冷却部」と「加熱部」とを接続する配管や、「第２の冷却部」と「冷媒供給手段」とを接続する配管が存在する場合には、これらの配管内で流動する熱媒体の道筋を含む。また、「第１の冷却部」と「加熱部」とが直接接続されている場合や、「第２の冷却部」と「冷媒供給手段」とが直接接続されている場合においては、これらの機器の中で熱媒体が流動する道筋を示す。
【００１３】
（２）  前記冷媒供給手段は、前記第２の冷却部に冷水を前記冷媒として供給する冷温水供給手段である請求項１記載の空気調和装置。
上述した（２）の発明によれば、冷媒供給手段は、冷温水供給手段であるので、建物等の建築物に予め備えられている空気調和装置用の設備を有効に活用することができるとともに、従前から設けられている空気調和装置用の設備に変更や追加をすることなく所望する温度及び湿度の空気に調節することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施例について図面に基づいて説明する。
本発明の第１の実施形態における空気調和装置の構成を図１に示す。
【００１５】
空気調和装置１０は、空調対象空間である室内１２へ吸気口１４から吸入した空気を供給する。吸気口１４は、吸気管１６の端部に形成されている。後述するファン３６が駆動されることにより、吸気口１４から外気が吸気管１６に吸入される。
【００１６】
吸気管１６の上流の所定の位置には、冷却コイル１８が設けられている。冷却コイル１８には、供給管２０を介して冷温水チラー２２が接続されている。冷温水チラー２２は、被冷却物である水を凍結温度以下の温度までは下げずに冷却する。冷温水チラー２２によって冷却された水は、供給管２０を介して冷却コイル１８に供給される。
【００１７】
冷却コイル１８は、熱媒体である水が内側を通過し得る管（図示せず）からなり、管の外側の表面に空気を接触させて、管の内側を通過する水と空気との間で熱の交換をして、管に接触した空気を冷却する。具体的には、冷温水チラー２２から供給された水が、冷却コイル１８の管の内側を通過するとともに、吸気口１４から吸入された空気が、冷却コイル１８の管の外側の表面に接触する。このとき、冷却コイル１８の管の内側を通過する水が、管に接触した空気の熱を吸収し、空気は冷却される。冷却コイル１８の管の内側で熱を吸収した水は、再び冷温水チラー２２に戻されて冷却される。
【００１８】
このように、冷温水チラー２２を用いて空気を冷却する構成としたことにより、建物等の建築物に予め備えられている空気調和装置用の設備を活用することができるとともに、従前から設けられている空気調和装置用の設備に変更や追加をすることなく所望する温度及び湿度の空気に調節することができる。
【００１９】
この冷却コイル１８の処理によって、例えば、外気の温度が約３３度で相対湿度が約６０％（絶対湿度１９．５グラム／ｋｇＤＡ）であるときに、空気が冷却コイル１８を通過することにより、空気の温度は約１５度まで下がるとともに、空気の相対湿度は、約１００％（絶対湿度１１グラム／ｋｇＤＡ）になる。尚、本明細書において、絶対湿度は、乾き空気（ｄｒｙ  ａｉｒ）１ｋｇ当りに含まれる水蒸気の量（グラム）である。
【００２０】
吸気管１６において、冷却コイル１８の下流の所定の位置には、別の冷却コイル２４が設けられている。更にその下流の所定の位置には、加熱コイル２６が設けられている。冷却コイル２４と加熱コイル２６とは、上述した冷却コイル１８と同様に、熱媒体、例えばフロンが内側を通過し得る管（図示せず）からなる。冷却コイル２４の管と加熱コイル２６の管とは、配管２８によって連通されている。配管２８には、膨張弁２９が設けられている。
【００２１】
また、冷却コイル２４と加熱コイル２６との各々は、配管３０及び３２によって圧縮機３４に接続されている。圧縮機３４は、熱媒体の圧力を高めるものであり、配管３０を介して冷却コイル２４から供給された熱媒体の圧力を高め、配管３２を介して加熱コイル２６に圧力を高めた熱媒体を供給する。尚、図１においては、配管２８、３０及び３２の近傍に示した白抜きの矢印は、熱媒体が配管に沿って流れる方向を示す。
【００２２】
加熱コイル２６から液体状態で送出された熱媒体は、配管２８を介して冷媒として冷却コイル２４に供給される。このとき、熱媒体は、膨張弁２９を通過するときに霧状となる。冷却コイル２４においては、供給された熱媒体が、冷却コイル２４の管の内側を通過するとともに、冷却コイル１８を通過してきた空気が、冷却コイル２４の管の外側の表面に接触する。このとき、冷却コイル２４の管の内側を通過する熱媒体が、管に接触した空気の熱を吸収し、空気はさらに冷却される。冷却コイル２４の管の内側で熱を吸収した熱媒体は蒸発し、配管３０を介して圧縮機３４に供給される。供給された熱媒体は、圧縮機３４において加圧されて、熱媒として加熱コイル２６に供給される。
【００２３】
この冷却コイル２４の処理によって、例えば、冷却コイル１８を通過した空気の温度が約１５度で相対湿度が約１００％（絶対湿度１１グラム／ｋｇＤＡ）であるときには、冷却コイル２４を通過することにより、温度は約７度まで下がるとともに、相対湿度は、約１００％（絶対湿度６．５グラム／ｋｇＤＡ）になる。
【００２４】
このように、冷却コイル１８と冷却コイル２４とによって吸気口１４から吸入した外気を処理することにより、絶対湿度を低くすることができる。
【００２５】
加熱コイル２６においては、圧縮機３４から熱媒として供給された熱媒体が、加熱コイル２６の管の内側を通過するとともに、冷却コイル２４を通過してきた空気が、加熱コイル２６の管の外側の表面に接触する。このとき、管に接触した空気は、加熱コイル２６の管の内側を通過する熱媒体から熱を奪い、空気は暖められる。一方、加熱コイル２６の管の内側で熱を奪われた熱媒体は液化し、配管２８を介して冷却コイル２４に供給される。
【００２６】
この加熱コイル２６の処理によって、例えば、冷却コイル２４を通過した空気の温度が約７度で相対湿度が約１００％であるときには、加熱コイル２６を通過することにより、温度は約１８度まで上がるとともに、相対湿度は、約５０％まで低くなる。
【００２７】
吸気管１６において、空調対象空間である室内１２の近傍に、ファン３６が設けられている。ファン３６は、吸気口１４から外気を吸入し、上述した温度及び湿度の調整処理をした後、図中の白抜きの矢印で示すように室内１２に処理した空気を供給する。
【００２８】
上述した構成により、吸気管１６から「空気の経路」が構成され、冷却コイル１８から「第２の冷却部」が構成され、冷温水チラー２２から「冷媒供給手段」又は「冷温水供給手段」が構成される。また、冷却コイル２４から「第１の冷却部」が構成され、加熱コイル２６から「加熱部」が構成され、圧縮機３４から「ヒートポンプ」が構成される。更に、配管２８、３０及び３２が、「第１の熱媒体経路」に対応し、供給管２０が「第２の熱媒体経路」に対応する。
【００２９】
本発明の第２の実施形態における空気調和装置の構成を図２に示す。尚、図１に示した要素と同様のものについては同一の符号を付して示した。
【００３０】
吸気管１６の上流の所定の位置には、冷却コイル２４が設けられ、その下流に、別の冷却コイル１８が設けられ、更にその下流に加熱コイル２６が設けられている。冷却コイル１８には、第１の実施形態と同様に、冷温水チラー２２が接続されており、冷却コイル１８の管の外側の表面に空気が接触したとき、空気は冷却される。
【００３１】
また、冷却コイル２４と加熱コイル２６とは、配管３８によって接続されている。冷却コイル２４と加熱コイル２６との各々は、第１の実施形態と同様に、配管３０及び３２によって圧縮機３４に接続されている。尚、図２においては、図１と同様に、配管３８、３０及び３２の近傍に示した白抜きの矢印は、熱媒体が配管に沿って流れる方向を示す。
【００３２】
冷却コイル２４においては、加熱コイル２６から冷媒として供給された熱媒体、例えばフロンが、冷却コイル２４の管（図示せず）の内側を通過するとともに、吸気口１４から吸入された空気が、冷却コイル２４の管の外側の表面に接触する。このとき、冷却コイル２４の管の内側を通過する熱媒体が、管に接触した空気の熱を吸収し、空気の温度は下がるとともに相対湿度は高くなる。冷却コイル２４の管の内側で熱を吸収した熱媒体は蒸発した後、配管３０と圧縮機３４と配管３２とを介して熱媒として加熱コイル２６に供給される。
【００３３】
冷却コイル１８においては、冷温水チラー２２から供給された熱媒体である水が、冷却コイル１８の管（図示せず）の内側を通過するとともに、冷却コイル２４を通過してきた空気が、冷却コイル１８の管の外側の表面に接触する。このとき、冷却コイル１８の管の内側を通過する熱媒体が、管に接触した空気の熱を吸収し、空気の温度はさらに下がるとともに、相対湿度はさらに高くなる。
【００３４】
冷却コイル２４の管の内側で熱を吸収した熱媒体は、上述したように、配管３０と圧縮機３４と配管３２とを介して熱媒として加熱コイル２６に供給される。加熱コイル２６においては、圧縮機３４から供給された熱媒体が、加熱コイル２６の管の内側を通過するとともに、冷却コイル１８を通過してきた空気が、加熱コイル２６の管の外側の表面に接触する。このとき、管に接触した空気が、加熱コイル２６の管の内側を通過する熱媒体から熱を奪い、空気の温度は上がるとともに、相対湿度は低くなる。加熱コイル２６の管の内側で熱を奪われた熱媒体は液化し、配管３８を介して冷却コイル２４に供給される。
【００３５】
上述した処理をした後、処理された空気は、図中の白抜きの矢印で示すように室内１２に供給される。
【００３６】
上述した構成により、吸気管１６から「空気の経路」が構成され、冷却コイル１８から「第２の冷却部」が構成され、冷温水チラー２２から「冷媒供給手段」又は「冷温水供給手段」が構成される。また、冷却コイル２４から「第１の冷却部」が構成され、加熱コイル２６から「加熱部」が構成され、圧縮機３４から「ヒートポンプ」が構成される。更に、配管３０、３２及び３８が、「第１の熱媒体経路」に対応し、供給管２０が「第２の熱媒体経路」に対応する。
【００３７】
尚、上述した第１の実施形態及び第２の実施形態において、「第１の冷却部」として冷却コイル２４である場合を示したが、「第１の冷却部」は、いわゆる蒸発器として作用するものであればよい。また、第１の実施形態及び第２の実施形態において、「加熱部」として加熱コイル２６である場合を示したが、いわゆる凝縮器として作用するものであればよい。
【００３８】
更に、第１の実施形態及び第２の実施形態において、「ヒートポンプ」として圧縮機３４を用いる場合を示した。この圧縮機は、いわゆる往復圧縮機、遠心圧縮機、ロータリー圧縮機、又はスクロール圧縮機等の装置を適宜選択して用いてよい。
【００３９】
即ち、「第１の冷却部」と「加熱部」と「ヒートポンプ」とによって、熱媒体を循環させて熱交換をする際に、冷凍サイクルとヒートポンプサイクルとを実現し得るものであればよい。
【００４０】
また、上述した第１の実施形態及び第２の実施形態においては、「冷媒供給手段」又は「冷温水供給手段」として冷温水チラー２２を用いる場合を示したが、他の冷媒、例えばフロン等の蒸発しやすい熱媒体を用いてもよい。
【００４１】
【発明の効果】
装置において排出される排熱を有効に活用するとともに、装置の稼動時のコストを低減することができ、装置の設置場所に予め備えられている空気調和装置用の設備を有効に活用することができるのみならず、従前から設置されている空気調和装置用の設備に変更や追加をすることなく所望する温度及び湿度の空気に調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による第１の実施形態に係る空気調和装置を示す概略図である。
【図２】本発明による第２の実施形態に係る空気調和装置を示す概略図である。
【符号の説明】
１０  空気調和装置
１２  室内（空調対象空間）
１６  吸気管（空気の経路）
１８  冷却コイル（第２の冷却部）
２２  冷温水チラー（冷温水供給手段）
２４  冷却コイル（第１の冷却部）
２６  加熱コイル（加熱部）
３４  圧縮機（ヒートポンプ）
【図１】
2004197977.tif 000003
【図２】
2004197977.tif 000004