特許 6823316 ヒートポンプ式冷温水発生装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6823316

(24)【登録日】2021年1月13日

(45)【発行日】2021年2月3日

(54)【発明の名称】ヒートポンプ式冷温水発生装置

(51)【国際特許分類】

   F24F 5/00 20060101AFI20210121BHJP

   F24F 3/00 20060101ALI20210121BHJP

   F25B 30/02 20060101ALI20210121BHJP

   F25B 13/00 20060101ALI20210121BHJP

【ＦＩ】

   F24F5/00 102C

   F24F5/00 101B

   F24F3/00 B

   F24F5/00 101A

   F25B30/02 B

   F25B13/00 351

【請求項の数】6

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2017-33735(P2017-33735)

(22)【出願日】2017年2月24日

(65)【公開番号】特開2018-138850(P2018-138850A)

(43)【公開日】2018年9月6日

【審査請求日】2019年12月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001373

【氏名又は名称】鹿島建設株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】514009166

【氏名又は名称】株式会社久保設備

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100122781

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 寛

(74)【代理人】

【識別番号】100170818

【弁理士】

【氏名又は名称】小松 秀輝

(72)【発明者】

【氏名】大島 吉晶

(72)【発明者】

【氏名】久保 浩一

【審査官】 田中 一正

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−１２５７４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５９−０２１９３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０２５９４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−１５８９１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２９２４３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０１７６４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−２７６６３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４３７５８３１（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２４Ｆ ５／００

Ｆ２４Ｆ ３／００

Ｆ２５Ｂ １３／００

Ｆ２５Ｂ ３０／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

蓄熱タンクと、前記蓄熱タンク内の冷温水を冷媒の蒸発及び圧縮により加熱及び冷却する蓄熱コイルと、前記冷媒を圧縮する熱源機と、前記冷温水を前記蓄熱タンクから冷温水式放射空調パネルへ送り出す循環ポンプと、を有し、前記蓄熱タンク内の前記冷温水を冷温水式放射空調パネルに供給するヒートポンプ式冷温水発生装置において、
前記蓄熱タンクと前記冷温水式放射空調パネルとの間に設けられた入れ替え装置と、
前記蓄熱タンクを収納する空調熱交換チャンバーボックスと、を備え、
前記入れ替え装置は、暖房時には前記蓄熱タンクの上部から前記冷温水を取り出すと共に、前記冷温水式放射空調パネルからの還り水を前記蓄熱タンクの下部から供給し、冷房時には前記蓄熱タンクの下部から前記冷温水を取り出すと共に、前記冷温水式放射空調パネルからの還り水を前記蓄熱タンクの上部から供給し、
前記空調熱交換チャンバーボックスは、前記蓄熱タンクからの放熱を利用して、外部から取り入れた外気に対して夏季に冷却除湿し、冬季に加温加湿を行うことにより空調空気をつくり、前記空調空気を部室内に送り込む、ヒートポンプ式冷温水発生装置。

【請求項2】

前記蓄熱タンクは、前記蓄熱タンクの外面の上部に配置した第１温度センサーと、前記蓄熱タンクの外面の下部に配置した第２温度センサーと、を有する、請求項１に記載のヒートポンプ式冷温水発生装置。

【請求項3】

前記第１温度センサー及び前記第２温度センサーは、前記熱源機と連動するように構成して成る、請求項２に記載のヒートポンプ式冷温水発生装置。

【請求項4】

前記蓄熱タンクは、外面に熱交換用フィンを有する請求項１〜３のいずれか一項に記載のヒートポンプ式冷温水発生装置。

【請求項5】

前記蓄熱タンクは、冷媒貫通部と点検口とを兼ねた点検口部を有し、
前記冷媒貫通部は、鞘管構造である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のヒートポンプ式冷温水発生装置。

【請求項6】

前記冷温水式放射空調パネルから前記蓄熱タンクへの還り経路に設けられた熱交換ユニットをさらに備え、
前記熱交換ユニットは、地下水の熱を有効に取込み省エネルギー効果を高める、請求項１〜５のいずれか一項に記載のヒートポンプ式冷温水発生装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、冷温水式放射空調パネル用のヒートポンプ式冷温水発生装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の強制対流空調方式による空気空調は運転エネルギーが大きいという欠点がある。また、冷風、温風が直接身体に当たることが多くドラフトを不快に感じることがある。また、吹出口から発生する騒音や室内の温度ムラなどが問題になることがあった。これらの問題を解消する空調方式として、冷温水式放射空調パネル空調方式が採用されはじめているが、冷温水式放射空調パネルを設置する施設が大型なことが多いため、熱源システムも大型であった。システム構成機器類（冷却塔、熱交換器、循環ポンプ、冷温水発生機、タンク類、電磁弁、加湿器、除湿機等）のそれぞれを組み合わせて構成するため、機械室等の設置空間も必要であった。また、吸収式冷温水発生装置や、より熱効率の良いヒートポンプ式チラーなど冷温水発生装置が必要な場合もあった。例えば、特許文献１には、ヒートポンプ式の冷温水発生装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１１−２３７０８６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

以上に述べた大型熱源システムや空調用ヒートポンプ式冷温水発生装置、吸収式冷温水発生装置あるいは、ヒートポンプ式チラー等はいずれも大型で、共同住宅のベランダやバルコニーに設置する際、火災時に避難の妨げにならない大きさが必要であった。また、従来の強制対流空調方式の空気空調に必要なエネルギーが大きく、冷温水式放射空調パネル空調に適した必要最低限の冷温水発生装置がなかった。また、従来の冷温水式放射空調パネルを用いた空調では、湿度コントロールには別の機械が必要であった。上記理由が冷温水式放射空調パネル空調の普及の妨げになっていた。従って、小スペースに設置されている従来の壁掛ルームエアコンや天井カセット型空調機等の代替として冷温水式放射空調パネル空調が設置可能になるように、冷温水発生装置を小型化する必要があった。

【0005】

そこで、本発明は、小型化が可能なヒートポンプ式冷温水発生装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一形態は、蓄熱タンクと、蓄熱タンク内の冷温水を冷媒の蒸発及び圧縮により加熱及び冷却する蓄熱コイルと、冷媒を圧縮する熱源機と、冷温水を蓄熱タンクから冷温水式放射空調パネルへ送り出す循環ポンプと、を有し、蓄熱タンク内の冷温水を冷温水式放射空調パネルに供給するヒートポンプ式冷温水発生装置において、蓄熱タンクと冷温水式放射空調パネルとの間に設けられた入れ替え装置を備え、入れ替え装置は、暖房時には蓄熱タンクの上部から冷温水を取り出すと共に、冷温水式放射空調パネルからの還り水を蓄熱タンクの下部から供給し、冷房時には蓄熱タンクの下部から冷温水を取り出すと共に、冷温水式放射空調パネルからの還り水を蓄熱タンクの上部から供給する。

【0007】

この構成によれば、蓄熱タンクは熱源機から提供される冷媒の熱を回路内の水に伝える熱交換器の機能を奏する。従って、熱源機によって冷媒の温度を制御することにより、蓄熱タンク内の水を冷水又は温水にすることが可能になる。そうすると、冷水のみを貯留する冷水貯留タンクと温水のみを貯留する温水貯留タンクをそれぞれ準備しなくてもよいので、冷温水発生装置を構成するための部品点数が低減する。すなわち、蓄熱タンクが複数の機能を有するので、熱システムを形成する部品点数が低減する。従って、ヒートポンプ式冷温水発生装置の小型化が可能になると共に軽量化も可能になる。

【0008】

いくつかの形態において、ヒートポンプ式冷温水発生装置は、蓄熱タンクを収納する空調熱交換チャンバーボックスをさらに備え、空調熱交換チャンバーボックスは、蓄熱タンクからの放熱を利用して、外部から取り入れた外気に対して夏季に冷却除湿し、冬季に加温加湿を行うことにより空調空気をつくり、空調空気を部室内に送り込んでもよい。この構成によれば、蓄熱タンクを新たな熱システムの熱源として利用できるので、部品点数の増加を抑制しながら空調空気を作り出すことができる。さらに、夏季の湿気による室内や冷温水式放射空調パネルの結露が防止されると共に、冬季の乾燥が低減される。従って、室内環境を快適にすることができる。

【0009】

いくつかの形態において、蓄熱タンクは、蓄熱タンクの外面の上部に配置した第１温度センサーと、蓄熱タンクの外面の下部に配置した第２温度センサーと、を有してもよい。この構成によれば、第１温度センサー及び第２温度センサーにより得られた情報を用いて熱源機を制御することができる。

【0010】

いくつかの形態において、第１温度センサー及び第２温度センサーは、熱源機と連動するように構成してもよい。この構成によれば、熱源機の動作が第１温度センサー及び第２温度センサーによって制御されるので、蓄熱タンク内の水の温度を冷房及び暖房のそれぞれに適した温度に制御することが可能になる。従って、省エネルギー化に寄与することができる。

【0011】

いくつかの形態において、蓄熱タンクは、外面に熱交換用フィンを有してもよい。この構成によれば、蓄熱タンクの熱を好適に放出することができる。

【0012】

いくつかの形態において、蓄熱タンクは、冷媒貫通部と点検口とを兼ねた点検口部を有し、冷媒貫通部は、鞘管構造であってよい。この構成によれば、水密性を奏しながら蓄熱タンク内に蓄熱コイルを好適に導入することができる。

【0013】

いくつかの形態において、冷温水式放射空調パネルから蓄熱タンクへの還り経路に設けられた熱交換ユニットをさらに備え、熱交換ユニットは、地下水の熱を有効に取込み省エネルギー効果を高めてもよい。この構成によれば、ヒートポンプ式冷温水発生装置のエネルギー効率をさらに高めることができる。

【発明の効果】

【0014】

上述したように本発明によれば、小型化が可能なヒートポンプ式冷温水発生装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】冷温水式放射空調パネル用のヒートポンプ式冷温水発生装置のシステム図である。

【図2】空調熱交換チャンバーボックスのシステム図である。

【図3】蓄熱タンク詳細図である。

【図4】冷温水式放射空調システムの構成を概略的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

【0017】

図１に示されるように、ヒートポンプ式冷温水発生装置（以下、「冷温水発生装置５０」と言う）は、冷温水式放射空調システム（以下「空調システム９０」と言う）に用いられる。放射とは、熱の移動方法の一種で、温度の高い方から低い方へ、熱が遠赤外線で移動する現象で、放射空調は人体（温度の高い方）から天井、壁、床（温度の低い方）へ熱が移動することにより温度感を感じる。

【0018】

以下、本発明の実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。なお、図１において破線の矢印は温水が流れる方向を示す。また、図１において実線の矢印が冷水が流れる方向を示す。空調システム９０は、冷温水発生装置５０と冷温水式放射空調パネル１１とを備える。冷温水発生装置５０は、冷温水式放射空調パネル１１に供給する冷水及び温水を発生させるものである。冷温水発生装置５０は、例えば、集合住宅のベランダといった室外に設置される。一方、冷温水式放射空調パネル１１は、例えば、室内の天井に設置される。

【0019】

熱源機１は、例えば、空冷ヒートポンプ式壁掛ルームエアンの室外機（三菱電機ＭＸＺ−ＹＸ４４８Ｓ）である。室外機は強制対流空調方式による空気空調専用だが、該ルームエアコンの室内機の内部部品である銅管とアルミフィンで構成された空気式放熱コイルを蓄熱タンク２に水没させ冷温水式の蓄熱コイル３に用途を変更している。これにより熱源機１は冷温水式放射空調方式用の冷温水発生装置５０のための熱源機１に用途を変えている。熱源機１は冷媒管１４にて蓄熱コイル３に接続されている。

【0020】

蓄熱タンク２は熱源機１からの冷媒熱を回路内の水に伝える熱交換器の機能を備えると同時に、冷水貯留タンク及び温水貯留タンクの機能も備える。このように、蓄熱タンク２がいくつかの機能を有するので、熱システムを形成する部品点数が低減する。従って、熱システムを、小型且つ軽量化することに寄与している。

【0021】

図１において熱源機１は、例えば、空冷ヒートポンプ式壁掛ルームエアンの室外機（三菱電機ＭＸＺ−ＹＸ４４８Ｓ）である。その暖房能力は３．２ｋｗであり、冷房能力は２．２ｋｗである。これに対し強制対流方式の壁掛ルームエアコンにより１６畳の室内を空調する場合に必要な最低限の能力は、一般的に暖房能力が６．３ｋｗであり、冷房能力が５．０ｋｗである。従って、本実施形態に係る冷温水発生装置５０の消費電力は約２倍の効率があり、省エネルギー効果が大きい。

【0022】

鞘管構造を有する鞘管付点検口１６（点検口部、冷媒貫通部）は、蓄熱タンク２の内部及び、蓄熱コイル３を点検する鞘管付点検口で、冷媒管１４の貫通部材を兼ねている。該鞘管部分は冷媒配管（６．３５φ×９．５２φ）のフレア継手ごと貫通できる２５Ａ（外径：３５φ）の鋼管である。該鞘管部分は長さを１５０ｍｍ程度とし、熱源機１に向けて例えば３０度ほど鋭角に傾けている。これは冷媒配管を熱源機１の方向に無理なく配管するためと漏水を防止するためである。空調システム９０の稼働中は０．２〜０．３５ＭＰａ程度の圧力と、冷温水による熱膨張、熱伸縮があるので、鞘管付点検口１６に冷媒管１４を通した後、シリコンコーキング材等の止水材を充填し漏水を防ぐ。

【0023】

熱源機１によって作り出された熱は、蓄熱コイル３にて蓄熱タンク２内の水１７の温度を変化させ冷水又は温水となる。蓄熱タンク２は、例えば、平地・二段式空調用室外機架台（パクマ工業Ｂ−ＨＷＴ４）の下段に納まる最大限の大きさ（約２５０φ（直径）×７００Ｌ（長さ）、約３４Ｌ（容量））である。蓄熱タンク２はステンレス製とし、本体を１．５ｍｍ〜３．０ｍｍ厚のステンレス鋼板、鞘管付点検口１６を３．０ｍｍ厚のステンレス鋼板とし、蓄熱タンク２を軽量化した。配管回路もステンレス管を溶接接合し軽量化した。なお、耐久性のある素材であれば各種材料が採用できる。熱源機１にて変温された冷温水は、循環ポンプ４（荏原製作所２０ＬＰＮ５．０４Ｓ３０Ｌ／ｍｉｎ×２．５ｍ^２×０．０４ｋｗ）にて冷温水式放射空調パネル１１に循環を繰り返し放射空調を行う。

【0024】

水は４℃の時にいちばん比重が重くなり、４℃より水温が高くても、低くても比重が軽くなってしまう。なお、従来は、冷水を４℃以下にすることで蓄熱タンク２の上部に冷水を移動して強制対流空調方式の熱源として利用していた。

【0025】

今回の冷温水式放射空調方式に必要な冷温水温度が１０℃〜４０℃程度と従来の強制対流空調方式に必要な冷温水温度に比べ、冷水は高い温度帯、温水は低い温度帯にて使用するので４℃以下の冷水が必要ではなく省エネルギーである。そのため、蓄熱タンク２内部の冷温水に熱ムラがあり、蓄熱タンク２の上部が暖まりやすく、蓄熱タンク２の下部は冷え易い状態になる。蓄熱タンク２内の熱ムラを有効に利用するため冷暖房運転の切替に合わせて冷温水の循環経路を入れ替える必要がある。

【0026】

冷温水の循環経路は入れ替え装置４０にて行う。入れ替え装置４０は電磁弁５，６と配管とで構成されている。暖房運転時は２箇所の電磁弁６を閉じ、温水を蓄熱タンク２の上部から取出し、冷温水式放射空調パネル１１にて熱移動した後、蓄熱タンク２の下部に還る。冷房運転時は２箇所の電磁弁５を閉じ、冷水を蓄熱タンク２の下部から取出し、冷温水式放射空調パネル１１にて熱移動した後、蓄熱タンク２の上部に還る。電磁弁５，６は、Ｘポート式の４方向型が小型で望ましいが２方向弁を４個用いることもできる。電磁弁５，６は、例えば既製品（日本バルブコントロールＣＡ１Ａ−２０５ＹＹＦ−００２０）である。

【0027】

冷温水回路の保護のために、膨張タンク７を備える。膨張タンク７は、蓄熱タンク２の上部に設けられた取り出し口に接続されている。

【0028】

運転制御は、リモコン３０による熱源機１の暖房・冷房の運転切替に追随する。蓄熱タンク２の外面に設置された温度センサー８にて冷温水の温度を測定し運転制御を行う。暖房運転時は蓄熱タンク２の上部の温度センサー８Ａ（第１温度センサー）で冷温水の温度を測定する。冷房運転時は蓄熱タンク２の下部の温度センサー８Ｂ（第２温度センサー）にて測定する。温度センサー８Ａ，８Ｂは冷暖運転の切替にて選択され、暖房運転時は温度センサー８Ａを選択し、冷房運転時は温度センサー８Ｂを選択する。温度センサー８Ａ，８Ｂは必ずどちらか一方を選択する。温度センサー８Ａ，８Ｂは、熱源機１と連動する。具体的には、測定した温度により、暖房運転時は温度センサー８Ａが上限ピークカット温度（仮に４１℃）を検知したときに熱源機１を停止する。その後、温度センサー８Ａが復旧温度（仮に２９℃）を検知したときに自動復旧し、熱源機１の運転を再開する。冷房運転時には温度センサー８Ｂが温度下限ピークカット温度（仮に９℃）を検知したときに熱源機１を停止する。その後、温度センサー８Ｂが復旧温度（仮に１６℃）を検知した時に自動復旧し、熱源機１の運転を再開する。

【0029】

温度センサー８Ａ，８Ｂの設置場所を蓄熱タンク２の外面の上部及び、下部に設置するのは、万が一配管路で漏水が発生した場合、配管内のエアーだまりが生じ冷温水温度が測定できず制御不能になるのを防止するためである。

【0030】

冷温水が出来上がるまでのスタートアップに時間（約３０分）が掛かる。そのため、運転方法は、冷暖房それぞれの運転モードにての連続運転を基本とする。スタートアップに要するエネルギーは大きいが、冷温水が出来た後は少ないエネルギーで空調運転が維持できる。

【0031】

圧力センサー９にて圧力を測定し、異常圧力を検知した場合、熱源機１を停止する。圧力センサー９は、冷温水式放射空調パネル１１と循環ポンプ４との間に配置されている。

【0032】

空調システム９０内に水道水を充填するため及び、加湿用に補給水弁１２と、水抜き弁１３、加湿給水１５を備える。これら補給水弁１２、水抜き弁１３は、蓄熱タンク２の下側に設けられた取り出し口に接続されている。加湿給水１５は蓄熱タンク２への給水配管から分岐している。

【0033】

本実施形態に係る冷温水発生装置５０は熱交換ユニット３３を水配管を冷温水式放射空調パネル１１から蓄熱タンク２への還り経路の一部に備える。具体的には、冷温水式放射空調パネル１１と循環ポンプ４との間に配置されている。この構成により、地下水３４の熱を有効に取込み省エネルギー効果を高めことができる。

【0034】

図２において空調熱交換チャンバーボックス（以下、単に「チャンバーボックス１９」という）を表す。平地・二段式用空調室外機架台の下段の６面を鋼製パネルにて囲い、チャンバーボックス１９を構成する。該パネルの内面は断熱し放熱を防ぐ。チャンバーボックス１９内には、蓄熱タンク２（蓄熱コイル３内蔵）と、循環ポンプ４と、膨張タンク７と、電磁弁５，６と、温度センサー８Ａ，８Ｂと、圧力センサー９と、加湿給水１５と、ボール弁１０（図１参照）及び、制御装置１８を配管回路にて接続したシステムを構築した。なお、図２には、チャンバーボックス１９内に蓄熱タンク２と噴霧ノズル２５とのみを示し、その他の構成要素については図示を省略している。

【0035】

チャンバーボックス１９の端壁には外気取入口２３と給気ダクト接続口２６とがある。外気取入口２３はフィルター２３ａを備える。外気取入口２３から取り入れられた外気２８は蓄熱タンク２の放熱により熱交換される。蓄熱タンク２の表面には熱交換用フィン２０（空気用）が取付られており熱交換効率を向上させている。

【0036】

外気２８がチャンバーボックス１９内で空調される過程で、夏季の冷房運転時には、冷却と同時に湿気が結露水として、蓄熱タンク２と熱交換用フィン（空調用）２０に付着し除湿される。冷房除湿された空調空気２９は給気ダクト接続口２６に導かれ、給気ダクト２７にて部室内に給気される。

【0037】

また、冬季暖房運転時には、加温と共に加湿を行う。加湿は冬季のみ行う。補給水弁１２（図１参照）を開くと、補給水管２４を通じ水道水が供給され、噴霧ノズル２５から極少量の霧状の水が連続的に噴霧され加湿される。空調空気２９は給気ダクト接続口２６に導かれ、給気ダクト２７にて室内に接続する。空調空気２９は室内に既設されている換気ファンに追随し、換気量に応じて第三種換気方式にて室内に供給される。

【0038】

チャンバーボックス１９の下面１９Ａにはドレンパン２１が設けてあり、結露水や余剰水分は排水弁２２より排出される。

【0039】

ヒートポンプ式の冷温水発生装置５０によれば、小型軽量化され、従来のルームエアコン室外機の上下二段置きタイプを設置すると同じ大きさで、共同住宅のベランダやバルコニーに設置することを目的のーつとし、火災時に避難の妨げにならない大きさを実現したそのうえ、ヒートポンプ式の冷温水発生装置５０は、重量も軽量化し人力による可搬性が向上し設置し易くなった。

【0040】

また、空調システム９０は、チャンバーボックス１９にて空調空気２９をつくり部室内に送り込むことにより、冬季は加温加湿、夏季は冷却除湿することができ、室内の乾燥、除湿、冷温水式放射空調パネル１１の結露を低減できた。

【0041】

上記の構成を有する空調システム９０について別の側面からさらに説明する。図４に示されるように、空調システム９０は、第１の熱システム７１、第２の熱システム７２及び第３の熱システム７３を有する。

【0042】

第１の熱システム７１は、冷温水式放射空調パネル１１により室内１０１の温度調整を行う。第１の熱システム７１は、冷温水式放射空調パネル１１と蓄熱タンク２と配管系７４とを含む。冷温水式放射空調パネル１１は、室内１０１に配置され、蓄熱タンク２は室外１０２に配置される。冷温水式放射空調パネル１１は、蓄熱タンク２から供給される冷水又は温水を流通させることにより、冷水又は温水が有する熱を室内１０１に放射する。蓄熱タンク２は、冷温水式放射空調パネル１１へ供給される冷水又は温水の供給源であり、冷水又は温水の温度を所定の温度に制御し、配管系７４を介して当該冷水又は温水を冷温水式放射空調パネル１１へ供給する。配管系７４は、蓄熱タンク２から冷温水式放射空調パネル１１へ冷水又は温水を導く。

【0043】

冷温水式放射空調パネル１１は、配管系７４を介して蓄熱タンク２に接続されている。具体的には、冷温水式放射空調パネル１１の給水部１１ａは、配管系７４のパネル側排水部７４ａに接続されている。冷温水式放射空調パネル１１の排水部１１ｂは、配管系７４のパネル側給水部７４ｂに接続されている。蓄熱タンク２の上側給排水部２ａは、配管系７４の第１タンク側給排水部７４ｃに接続されている。蓄熱タンク２の下側給排水部２ｂは、配管系７４の第２タンク側給排水部７４ｄに接続されている。このような接続構成によれば、蓄熱タンク２から供給された熱媒体である冷水又は温水は、配管系７４を介して冷温水式放射空調パネル１１に供給される。冷温水式放射空調パネル１１の内部を通過した冷水又は温水は、配管系７４を介して再び蓄熱タンク２に戻る。

【0044】

ここで、配管系７４は、入れ替え装置４０を有し、当該入れ替え装置４０によって蓄熱タンク２から冷水又は温水を取り出す取り出し口を切り替える機能を奏する。取り出し口とは、上記上側給排水部２ａ及び下側給排水部２ｂである。例えば、冷温水式放射空調パネル１１により暖房を行う場合には、上側給排水部２ａから温水を取り出し、下側給排水部２ｂへ還り水を送り込む。一方、冷温水式放射空調パネル１１により冷房を行う場合には、下側給排水部２ｂから冷水を取り出し、上側給排水部２ａへ還り水を送り込む。

【0045】

図３に示されるように、蓄熱タンク２は、円筒状の中空形状を呈する。なお、蓄熱タンク２の形状は、円筒状に限定されず、直方体の中空形状であってもよい。蓄熱タンク２は、タンク本体２Ｂと、タンク本体２Ｂの外周面に設けられた熱交換用フィン２０と、鞘管付点検口１６とを有する。鞘管付点検口１６は、タンク本体２Ｂに対してパッキン３１及びボルトナット３２を用いて取り付けられている。上側給排水部２ａは、タンク本体２Ｂの周面において上側に設けられる。下側給排水部２ｂは、タンク本体２Ｂの周面において下側に設けられる。例えば、円筒状のタンク本体２Ｂを側面視したとき、円筒状のタンク本体２Ｂの鉛直方向に沿った上側に上側給排水部２ａが設けられ、下側に下側給排水部２ｂが設けられる。さらに、上側給排水部２ａは、端壁２Ｃに近い側に設けられる。一方、下側給排水部２ｂは、上側給排水部２ａが近接する端壁２Ｃとは逆側の端壁２Ｃに近い側に設けられる。このような上側給排水部２ａ及び下側給排水部２ｂによれば、蓄熱タンク２を側面視したとき冷温水が対角方向（矢印Ｗ１（温水），Ｗ２（冷水）参照）に流れる。従って、蓄熱タンク２内蔵の蓄熱コイル３からの熱交換効率を高めることができる。また、上側給排水部２ａ及び下側給排水部２ｂを周面に設けることにより、これらを端壁２Ｃ，２Ｄに設ける必要がなくなる。そうすると、鞘管付点検口１６が設けられた端壁２Ｄに設けられる配管が少なくなるので、点検作業を容易に行うことができる。

【0046】

タンク本体２Ｂは、水密構造を有し、その内部には冷水又は温水が満たされている。例えば、冷温水式放射空調パネル１１によって冷房を行う場合には、蓄熱タンク２内の水温は１０℃〜１５℃程度に制御される。従って、本実施形態でいう、「冷水」とは、１０℃〜１５℃程度の温度を有する水をいう。また、冷温水式放射空調パネル１１によって暖房を行う場合には、蓄熱タンク２内の水温は３０℃〜４０℃程度に制御される。従って、本実施形態でいう「温水」とは、３０℃〜４０℃程度の温度を有する水をいう。

【0047】

上述したように、蓄熱タンク２内の冷水又は温水には熱ムラが存在する。例えば、蓄熱タンク２に満たされた水は、その上部と下部とでおよそ５℃程度の温度差が生じる。

【0048】

冷水又は温水は、上側給排水部２ａ及び下側給排水部２ｂによりタンク本体２Ｂの外部へ排出されると共に受け入れられる。上側給排水部２ａは、タンク本体２Ｂに満たされた冷水又は温水の深さ方向における上側に設けられている。例えば、上側給排水部２ａは、下側給排水部２ｂよりも上側に設けられているともいえる。また、タンク本体２Ｂに満たされた冷水又は温水の温度分布を基準として説明することもできる。タンク本体２Ｂに満たされた冷水又は温水の温度は、上側が比較的高く、下側が比較的低い。従って、上側給排水部２ａは、比較的高温となる領域に設けられており、下側給排水部２ｂは、比較的低温となる領域に設けられているともいえる。

【0049】

再び図４に示されるように、第２の熱システム７２は、蓄熱タンク２内の冷水又は温水を所定の温度に制御する。第２の熱システム７２は、熱源機１と、蓄熱コイル３とを有する。熱源機１は、配管を介して蓄熱コイル３に接続されている。具体的には、熱源機１の熱媒体送出部１ａは、蓄熱コイル３の熱媒体受入部３ａに接続されている。熱源機１の熱媒体受入部１ｂは、蓄熱コイル３の熱媒体送出部３ｂに接続されている。熱源機１によって発生した熱は、熱媒体によって蓄熱コイル３に送られる。この熱媒体は、配管を通じて熱源機１と蓄熱コイル３との間の往復する。蓄熱コイル３は、蓄熱タンク２の内部に配置されている。蓄熱コイル３は、その内部に熱媒体を流動させることにより、蓄熱タンク２に満たされた水へ熱を与える。

【0050】

熱源機１の動作は、温度センサー８Ａ，８Ｂ（図３参照）の出力値を用いて制御する。なお、温度センサー８Ａは、蓄熱タンク２の外面に取り付けられてもよいし、上側給排水部２ａと接続される配管経路上に配置されてもよい。温度センサー８Ｂは、蓄熱タンク２の外面に取り付けられてもよいし、下側給排水部２ｂと接続される配管経路上に配置されてもよい。要するに、冷温水式放射空調パネル１１へ送られる温水又は冷水に対応する温度を得ることができる場所に設ければよい。

【0051】

第３の熱システム７３は、温度と湿度とが調整された調整空気を室内１０１へ提供する。第３の熱システム７３は、チャンバーボックス１９と給気ダクト２７とを有する。例えば、集合住宅や戸建て住宅は、室内１０１の換気のための通気口１０３が外壁に設けられている。室内１０１に設置された換気扇を動作させると、室内１０１が負圧となり通気口１０３から外気が流入する。ここで、通気口１０３は単なる貫通孔であるので、夏場の熱い外気や、冬場の冷たい外気が直接に室内１０１に流入してしまう。そこで、第３の熱システム７３により、外気取入口２３から吸い込んだ外気に対してある程度の温度及び湿度の調整を行うことにより調整空気をつくりだす。そして、当該調整空気を給気ダクト接続口２６及び給気ダクト２７を介して室内１０１に送り込む。この室内１０１とは、冷温水式放射空調パネル１１が設置された場所でもよいし、冷温水式放射空調パネル１１が設置されていない別の場所であってもよい。

【0052】

チャンバーボックス１９については既に説明をしたが、図２を参照しつつ、さらに補足的に説明する。チャンバーボックス１９は、中空の箱状を呈する。蓄熱タンク２は、チャンバーボックス１９の高さ方向、縦方向及び幅方向のそれぞれの略中央近傍において、その中心軸が水平方向に向くように収納されている。そして、蓄熱タンク２の一方の端壁２Ｃと対面するチャンバーボックス１９の端壁１９Ｃにおいて、端壁２Ｃと向き合う領域には、外気取入口２３が設けられる。また、蓄熱タンク２の他方の端壁２Ｄと対面するチャンバーボックス１９の端壁１９Ｄにおいて、端壁２Ｄと向き合う領域には、給気ダクト接続口２６が設けられる。すなわち、外気取入口２３と、蓄熱タンク２の端壁２Ｃ，２Ｄと、給気ダクト接続口２６とは、同一の水平線上に配置されている。このような配置によれば、外気取入口２３から取り入れられた外気は、蓄熱タンク２の軸線方向に沿って給気ダクト接続口２６まで流れる。そうすると、外気は、比較的長く蓄熱タンク２の熱交換用フィン２０と接することになるので、交換される熱量を増加させることができる。

【0053】

さらに、チャンバーボックス１９の内部には、湿度を調整するための噴霧ノズル２５が配置されている。噴霧ノズル２５は、蓄熱タンク２の上方に配置され、蓄熱タンク２に向けて水を噴霧する。

【0054】

要するに、一形態に係るヒートポンプ式の冷温水発生装置５０は、蓄熱タンクと、蓄熱タンク内の冷水又は温水を冷媒の蒸発及び圧縮により加熱及び冷却する蓄熱コイルと、冷媒を圧縮する熱源機と、冷水又は温水を蓄熱タンクから冷温水式放射空調パネルへ送り出す循環ポンプと、蓄熱タンクと冷温水式放射空調パネルとの間に設けられた入れ替え装置を備える。入れ替え装置は、暖房時には蓄熱タンクの上部から冷水又は温水を取り出すと共に、冷温水式放射空調パネルからの還り水を蓄熱タンクの下部から供給し、冷房時には蓄熱タンクの下部から冷温水を取り出すと共に、冷温水式放射空調パネルからの還り水を蓄熱タンクの上部から供給する。

【0055】

また、別の形態に係る冷温水式放射空調システムは、冷温水式放射空調パネルと、ヒートポンプ式冷温水発生装置とを備える。ヒートポンプ式冷温水発生装置は、蓄熱タンクと、蓄熱タンク内の冷水又は温水を冷媒の蒸発及び圧縮により加熱及び冷却する蓄熱コイルと、冷媒を圧縮する熱源機と、冷水又は温水を蓄熱タンクから冷温水式放射空調パネルへ送り出す循環ポンプと、蓄熱タンクと冷温水式放射空調パネルとの間に設けられた入れ替え装置を備える。入れ替え装置は、暖房時には蓄熱タンクの上部から冷水又は温水を取り出すと共に、冷温水式放射空調パネルからの還り水を蓄熱タンクの下部から供給し、冷房時には蓄熱タンクの下部から冷温水を取り出すと共に、冷温水式放射空調パネルからの還り水を蓄熱タンクの上部から供給する。

【0056】

上述したように、本実施形態に係る空調システム９０では、第１の熱システム７１と第２の熱システム７２との間で熱交換がなされると共に、第２の熱システム７２と第３の熱システム７３との間で熱交換がなされる。そして、これら２つの熱交換は、蓄熱コイル３と蓄熱タンク２とチャンバーボックス１９とにより構成される熱交換ユニット８０により行われる。つまり、熱交換の態様ごとに装置を設ける必要がなく、一つの熱交換ユニット８０により２つの熱交換を行うことができる。従って、空調システム９０を容易に小型化できる。さらに、調整空気を作り出す際に、蓄熱タンク２から放出される熱を利用する。従って、システム全体の熱損失が低減され、熱効率を高めることができる。

【0057】

以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。

【0058】

例えば、本実施形態に係るヒートポンプ式の冷温水発生装置５０は、設置する部屋の種類に特に制限はなく、種々の部屋に設置できる。ヒートポンプ式の冷温水発生装置５０は、運転時の静かさとドラフトや、室内の熱ムラが少なく緩やかに冷暖房する特徴から、一般住宅・マンションの居室にとどまらず、図書室、病室、研究室、透析室、オーディオルーム、シアタールーム、和室、茶室、浴室、便所、新生児室、音楽室、と言ったあらゆる小スペースに適しており、冷温水式放射空調パネル１１の普及に大いに活用できるものである。

【0059】

例えば、上述した温水及び冷水の温度範囲は例示であり、この数値範囲に限定されることはない。温度範囲は、天候、室内温度、冷温水式放射空調パネル１１の熱交換率によって上記と異なる範囲に設定されてもよい。

【符号の説明】

【0060】

１ 熱源機
１ａ 熱媒体送出部
１ｂ 熱媒体受入部
２ 蓄熱タンク
２ａ 上側給排水部
２ｂ 下側給排水部
２Ｂ タンク本体
３ 蓄熱コイル
３ａ 熱媒体受入部
３ｂ 熱媒体送出部
４ 循環ポンプ
５，６ 電磁弁
７ 膨張タンク
８，８Ａ，８Ｂ 温度センサー
９ 圧力センサー
１０ ボール弁
１１ 冷温水式放射空調パネル
１１ａ 給水部
１１ｂ 排水部
１２ 補給水弁
１３ 水抜き弁
１４ 冷媒管
１５ 加湿給水
１６ 鞘管付点検口
１７ 水
１８ 制御装置
１９ チャンバーボックス（空調熱交換チャンバーボックス）
２０ 熱交換用フィン（空気用）
２１ ドレンパン
２２ 排水弁
２３ 外気取入口
２４ 補給水管
２５ 噴霧ノズル
２６ 給気ダクト接続口
２７ 給気ダクト
２８ 外気
２９ 空調空気
３０ リモコン
３１ パッキン
３２ ボルトナット
３３，８０ 熱交換ユニット
３４ 地下水
４０ 入れ替え装置
５０ 冷温水発生装置
７１ 第１の熱システム
７２ 第２の熱システム
７３ 第３の熱システム
７４ 配管系
７４ａ パネル側排水部
７４ｂ パネル側給水部
７４ｃ 第１タンク側給排水部
７４ｄ 第２タンク側給排水部
９０ 空調システム
１０１ 室内
１０２ 室外
１０３ 通気口

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】