(57)【要約】【課題】空調のための設備コストや運転コストを低減する。【解決手段】  熱源装置１と、熱源装置１で温度調整された熱源水が流れる熱源水回路２と、還気を還気処理用冷温水コイルで熱交換して給気する還気処理用循環空調機４と、外気と還気の混気を負荷に応じて混気処理用冷温水コイルと水熱源ヒートポンプの一方又は両方にて熱交換して給気する混気処理用空調機７と、還気を空気熱源ヒートポンプで熱交換して給気しかつ熱回収しながら排気する排気兼用熱回収循環空調機９と、を備える。熱源水が還気処理用冷温水コイル、混気処理用冷温水コイル及び水熱源ヒートポンプの順序で直列に流れるように構成し、還気処理用循環空調機４への熱源水をバイパスさせて混気処理用空調機７の熱源水流量を制御する第１流量制御機構１０を、設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源装置１と、この熱源装置１で温度調整された熱源水が流れる熱源水回路２と、還気を還気処理用冷温水コイル３で熱交換して給気する還気処理用循環空調機４と、外気と還気の混気を負荷に応じて混気処理用冷温水コイル５と水熱源ヒートポンプ６の一方又は両方にて熱交換して給気する混気処理用空調機７と、還気を空気熱源ヒートポンプ８で熱交換して給気しかつ熱回収しながら排気する排気兼用熱回収循環空調機９と、を備え、熱源水が前記還気処理用冷温水コイル３、前記混気処理用冷温水コイル５及び前記水熱源ヒートポンプ６の順序で流れるように構成し、前記還気処理用冷温水コイル３への熱源水をバイパスさせて前記混気処理用冷温水コイル５及び前記水熱源ヒートポンプ６の熱源水流量を制御する第１流量制御機構１０を、設けたことを特徴とする大温度差空調システム。
【請求項２】
蓄熱槽１１と、熱源水回路２の熱源水をバイパスさせて前記蓄熱槽１１と熱源装置１の間を循環させる蓄熱手段１２と、を備えた請求項１記載の大温度差空調システム。
【請求項３】
還気処理用冷温水コイル３と混気処理用冷温水コイル５が、フィン群２２と、このフィン群２２に挿着される複数本の伝熱管路２３と、を備え、所定の前記伝熱管路２３の熱源水を流通・停止させることによりコイル全体の熱源水流量を調整するように構成した請求項１又は２記載の大温度差空調システム。
【請求項４】
熱源装置１を２つ備え、熱源水が２つの熱源装置１、１に直列に流れるように構成した請求項１、２又は３記載の大温度差空調システム。
【請求項５】
還気処理用冷温水コイル３と混気処理用冷温水コイル５と水熱源ヒートポンプ６の空気熱交換器１５と空気熱源ヒートポンプ８の給気側熱交換器１９及び排気側熱交換器２０の伝熱管を楕円管にした請求項１、２、３又は４記載の大温度差空調システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は大温度差空調システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に空調システムは、熱源水を使用する冷温水コイル式空調機を、循環処理と外気処理に使用して、構成しており、空調システム全体で熱源水の往きと還りの温度差を大きくとることができない。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２３２０００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そのため熱源水が多く必要となり、熱源装置や熱源水回路の配管径やポンプ容量が大きく、設備コストや熱源装置などの運転コストが高くなる問題がある。
【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、熱源装置と、この熱源装置で温度調整された熱源水が流れる熱源水回路と、還気を還気処理用冷温水コイルで熱交換して給気する還気処理用循環空調機と、外気と還気の混気を負荷に応じて混気処理用冷温水コイルと水熱源ヒートポンプの一方又は両方にて熱交換して給気する混気処理用空調機と、還気を空気熱源ヒートポンプで熱交換して給気しかつ熱回収しながら排気する排気兼用熱回収循環空調機と、を備え、熱源水が前記還気処理用冷温水コイル、前記混気処理用冷温水コイル及び前記水熱源ヒートポンプの順序で流れるように構成し、前記還気処理用冷温水コイルへの熱源水をバイパスさせて前記混気処理用冷温水コイル及び前記水熱源ヒートポンプの熱源水流量を制御する第１流量制御機構を、設け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、還気処理用冷温水コイルで使用（熱交換）した熱源水を混気処理用冷温水コイル及び水熱源ヒートポンプで再利用（熱交換）することにより、空調システム全体において熱源水が往きと還りで大温度差（従来の倍以上）となり、熱源水回路の循環水量が少水量（半分以下）となるので、熱源装置や熱源水回路の配管径やポンプ容量が小さくて済み、設備コストと運転コストを大幅削減できる。しかも排気兼用熱回収循環空調機による熱回収効果でさらに省エネとなり、局所空調もできる。
混気処理用空調機は、混気処理用冷温水コイルと水熱源ヒートポンプにより二段階で混気を冷却又は加熱できるので、処理できる負荷範囲が広がり、酷暑や極寒などの過酷な外気条件にも対応できる。冷却の場合、混気処理用空調機の混気処理用冷温水コイルと水熱源ヒートポンプで混気を二段階で冷却して低温送風することで少風量化できる。その分、還気処理用循環空調機の能力や空気搬送ダクト径や搬送動力が小さくて済み、設備コストと運転コストを大幅削減できる。
また、冷温水コイルで通常負荷までをカバー、通常負荷からピーク負荷までは水熱源ヒートポンプでカバーできるので、熱源装置関係の設備が通常負荷を処理できるだけの能力規模で済み、冷温水コイルのみの空調機で空調システムを構成した場合と比べて、余分な設備コストを削減できる。
室内負荷変動によって還気処理用循環空調機の還気処理用冷温水コイルへの熱源水流量を減少させても、第１流量制御機構でバイパスさせて混気処理用空調機に必要な熱源水流量を確保し、能力低下を防止できる。
請求項２の発明によれば、夜間蓄熱ができ、大温度差少水量運転ができるので超小型の蓄熱槽で済み、設備コストと運転コストを大幅削減できる。
請求項３の発明によれば、簡単にコイル全体の微少な流量制御ができ、変動負荷による少負荷時にも空調システム全体での熱源水の温度差が保証され、空調機の能力低下を防止できる。フィン群を複数の伝熱管路で共用してあるので、所定の伝熱管路への熱源水を止めても、伝熱面積が大きく交換熱量を多くとれ、熱交換能力が高い。
請求項４の発明によれば、空調システム全体で熱源水に大温度差（たとえば熱源水の往きと還りで２０℃の温度差）がついても２つの熱源装置による２段階の冷却又は加熱で確実に水温調整でき、直列運転により平均ＣＯＰも向上し、運転コストの削減が図れる。
請求項５の発明によれば、楕円管なので圧力損失が少なく、送風動力を増やすことなく伝熱管有効長を長くとることができ、大温度差化に最適である。
【実施例】
【０００７】
図１〜図４は、本発明の大温度差空調システムの一実施例を示しており、この大温度差空調システムは、熱源装置１と、この熱源装置１で温度調整された熱源水が流れる配管等から成る熱源水回路２と、熱源水を矢印方向に送る送水ポンプＰと、還気を還気処理用冷温水コイル３で熱交換して給気する還気処理用循環空調機４と、外気と還気の混気を負荷に応じて混気処理用冷温水コイル５と水熱源ヒートポンプ６の一方又は両方にて一段階又は二段階で選択的に熱交換して給気する混気処理用空調機７と、還気を空気熱源ヒートポンプ８で熱交換して給気しかつ熱回収しながら排気する排気兼用熱回収循環空調機９と、熱源水の蓄熱槽１１と、熱源水回路２の熱源水をバイパスさせて蓄熱槽１１と熱源装置１を循環させる夜間蓄熱などを行うための蓄熱手段１２と、を備えている。
【０００８】
熱源水回路２の熱源水は、還気処理用冷温水コイル３、混気処理用冷温水コイル５及び水熱源ヒートポンプ６の順序で直列に流れるように構成し、還気処理用冷温水コイル３への熱源水の一部又は全部をバイパスさせて混気処理用冷温水コイル５及び水熱源ヒートポンプ６の熱源水流量を制御する第１流量制御機構１０を、設ける。図例では第１流量制御機構１０は、還気処理用冷温水コイル３の熱源水出入口をバイパスするバイパス流路１３と流量調整弁１４などにて構成しているが構成の変更は自由である。冷水や温水を作るチラーや冷温水機などの熱源装置１は、図例では２つ備えており、熱源水が熱源装置１、１に直列に流れるように構成し、熱源水を負荷に応じて熱源装置１、１の一方又は両方にて一段階又は二段階で選択的に熱交換して温度調整をするようにしている。図例では蓄熱手段１２は、三方弁などの流路切換機構２８と、流路切換機構２８と蓄熱槽１１をつなぐバイパス流路２９などにて構成しているが構成の変更は自由である。
【０００９】
還気処理用循環空調機４は、ケーシング内に、熱源水が通水される還気処理用冷温水コイル３と、給気用ファンと、を備え、この還気処理用冷温水コイル３にて還気を冷却又は加熱し、冷房運転と暖房運転を切換自在に行い、被空調空間に給気して空調する。還気処理用循環空調機４は図例のファンコイルユニットのみならずエアハンドリングユニットなど各種のものに変更自由である。
【００１０】
混気処理用空調機７は、ケーシング内に、混気処理用冷温水コイル５と、水熱源ヒートポンプ６と、加湿器２７と、給気用ファンと、を備えている。水熱源ヒートポンプ６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源水など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であって互いに異なる工程を行う空気熱交換器１５及び熱源水が通水される水熱交換器１６と、循環冷媒を圧縮する圧縮機１７と、循環冷媒を膨張させる膨張弁等の減圧機構と、空気熱交換器１５及び水熱交換器１６の蒸発工程と凝縮工程を切換えるバルブ等の切換機構と、を少なくとも備え、これらを冷媒が循環するように配管接続して成る。この混気処理用冷温水コイル５と空気熱交換器１５の一方又は両方にて空調用空気を冷却又は加熱し、冷房運転と暖房運転を切換自在に行い、被空調空間に給気して外気処理をしながら空調する。
【００１１】
混気処理用空調機７には、混気処理用冷温水コイル５への熱源水の一部又は全部をバイパスさせて混気処理用冷温水コイル５の熱源水流量を制御する第２流量制御機構１８を、設ける。これにより、混気処理用空調機７において、第２流量制御機構１８で混気処理用冷温水コイル５への熱源水をバイパスさせて水熱源ヒートポンプ６のみに流し、混気処理用冷温水コイル５で冷却できない温水でも水熱源ヒートポンプ６で冷却、または混気処理用冷温水コイル５で加熱できない冷水でも水熱源ヒートポンプ６で加熱ができる。図例では第２流量制御機構１８は、三方弁やバイパス流路などにて構成しているが構成の変更は自由である。
【００１２】
排気兼用熱回収循環空調機９は、ケーシング内に、空気熱源ヒートポンプ８と、給気用ファンと、排気用ファンと、を備えている。空気熱源ヒートポンプ８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であって互いに異なる工程を行う給気側熱交換器１９及び排気側熱交換器２０と、循環冷媒を圧縮する圧縮機２１と、循環冷媒を膨張させる膨張弁等の減圧機構と、給気側熱交換器１９及び排気側熱交換器２０の蒸発工程と凝縮工程を切換えるバルブ等の切換機構と、を少なくとも備え、これらを冷媒が循環するように配管接続して成る。この空気熱源ヒートポンプ８の排気側熱交換器２０にて排気から熱回収しながら給気側熱交換器１９にて空調用空気を冷却又は加熱し、冷房運転と暖房運転を切換自在に行い、被空調空間に給気して空調しながら排気する。
【００１３】
還気処理用冷温水コイル３と混気処理用冷温水コイル５と水熱源ヒートポンプ６の空気熱交換器１５と空気熱源ヒートポンプ８の給気側熱交換器１９及び排気側熱交換器２０の伝熱管は楕円管するのが好ましいが円形管でもよい。図５と図６に示すように、還気処理用冷温水コイル３と混気処理用冷温水コイル５は、フィン群２２と、このフィン群２２に挿着される複数本（図例では２つ）の伝熱管路２３と、を備え、所定の伝熱管路２３の熱源水を熱源水流通制御手段２４にて流通・停止させることによりコイル全体の熱源水流量を調整するように構成する。図例では熱源水流通制御手段２４は、伝熱管路２３の入口に個別に設けた流量制御用又は開閉用のバルブ２５と、バルブ２５を制御する図示省略の制御器と、を備えているが、その構成変更は自由である。このバルブ２５を流量制御用とすればバルブ単体での流量制御に加えて所定の伝熱管路２３の熱源水を流通・停止させることによりコイル全体の熱源水流量をさらに少水量に調整できる。図６は、フィン群２２の伝熱管路挿着面方向から見た簡略図で、伝熱管路２３がコイル通風空気に対して直交流となるように設けてあるので、バイパス空気が少なくてコイル通風空気との交換熱量を多くとれ、熱交換能力が高い。なお、伝熱管路２３とバルブ２５の数の変更は自由である。
【００１４】
この空調システムにおいて冷房運転する場合、熱源水として例えば７℃の冷水を流すと、還気処理用循環空調機４の還気処理用冷温水コイル３による熱交換で熱源水が例えば７℃から１７℃へ温度上昇（水温差１０℃）し、さらに混気処理用空調機７の混気処理用冷温水コイル５及び水熱源ヒートポンプ６の水熱交換器１６による熱交換で熱源水が例えば１７℃から２７℃へ温度上昇（水温差１０℃）し、空調システム全体において熱源水が往きと還りでΔｔ２０℃の温度差となる。熱源装置１に戻った熱源水は温度調整され、熱源水回路２を循環する。
【００１５】
同様に暖房運転する場合は、熱源水として例えば５０℃の温水を流すと、還気処理用循環空調機４の還気処理用冷温水コイル３による熱交換で熱源水が例えば５０℃から４０℃へ温度降下（水温差１０℃）し、さらに混気処理用空調機７の混気処理用冷温水コイル５及び水熱源ヒートポンプ６の水熱交換器１６による熱交換で熱源水が例えば４０℃から３０℃へ温度降下（水温差１０℃）し、空調システム全体において熱源水が往きと還りでΔｔ２０℃の温度差となる。この熱源水の温度差の増減、設定変更は自由である。
【００１６】
なお、前記実施例において、還気処理用循環空調機４と混気処理用空調機７と排気兼用熱回収循環空調機９と熱源装置１の数の増減は自由である。また、混気処理用空調機７の加湿器２７や蓄熱槽１１、蓄熱手段１２を省略するも自由である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】大温度差空調システムの全体簡略説明図である。
【図２】還気処理用循環空調機の簡略説明図である。
【図３】混気処理用空調機の簡略説明図である。
【図４】排気兼用熱回収循環空調機の簡略説明図である。
【図５】冷温水コイルの簡略平面図である。
【図６】冷温水コイルの簡略側面図である。
【符号の説明】
【００１８】
１    熱源装置
２    熱源水回路
３    還気処理用冷温水コイル
４    還気処理用循環空調機
５    混気処理用冷温水コイル
６    水熱源ヒートポンプ
７    混気処理用空調機
８    空気熱源ヒートポンプ
９    排気兼用熱回収循環空調機
１０  第１流量制御機構
１１  蓄熱槽
１２  蓄熱手段
１５  空気熱交換器
１９  給気側熱交換器
２０  排気側熱交換器
２２  フィン群
２３  伝熱管路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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