JPH0289946A - 蓄熱式ヒートポンプシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はヒートポンプ、蓄熱槽、熱負荷用熱交換器とを
直列に接続する第１熱媒体循環経路を設けるとともに、
前記熱負荷用熱交換器と熱負荷とを循環する第２熱媒体
循環経路を有する蓄熱式ヒートポンプシステムであって
、更に詳しくは、夜間電力によって蓄熱槽に蓄えた蓄熱
を昼間の空調用として熱負荷に供給し、ヒートポンプシ
ステムとしてのトークルランニングコストの低減を図る
ことのできる蓄熱式ヒートポンプシステムに関する。

〔従来の技術〕

上記のような蓄熱式ヒートポンプシステムにおいては、
蓄熱槽だけで運転し乍ら、熱負荷が大きくなると、併せ
てヒートポンプを運転する等の運転モードを切換選定す
る必要があるが、従来は、蓄熱槽の出入口温度差と流量
から熱負荷の状態を想定し、運転方式を決定していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、蓄熱槽の出入口温度差と流量を制御対象として
、熱負荷の評価をカロリメータ方式の計測器で行ってい
る為にコスト面で改善の余地があることは否めなかった
。

本発明の目的は制御対象を測定する測定機器として簡易
なものを使用し乍ら、合理的な運転制御を行なえるもの
を提供する点にある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による特徴構成は、前記蓄熱槽だけと前記第１熱
媒体を熱交換させて、前記第２熱媒体を介して前記熱負
荷に冷・暖房を施す第１運転モードと、前記蓄熱槽と１
００％未満の出力で運転される前記ヒートポンプとで前
記第１熱媒体を熱交換させて前記第２熱媒体を介して前
記熱負荷に冷・暖房を施す第２運転モードと、前記蓄熱
槽と１００％出力で運転される前記ヒートポンプとで前
記第１熱媒体を熱交換させて前記第２熱媒体を介して前
記熱負荷に冷・暖房を施す第３運転モードとを設定し、
運転開始時は、一旦前記第３運転モードで運転を行い、
前記熱負荷が前記ビートポンプ能力より小さい場合には
、前記第１運転モードでの運転に切換え、前記蓄熱槽出
口での前記第１熱媒体温度が前記熱負荷の増大を指差す
れば前記第２運転モード及び第３運転モードに切換え、
運転開始後前記熱負荷が大きい場合には、前記熱負荷用
熱交換器出入口での前記第２熱媒体温度差が小さくなる
程第２運転モード及び第１運転モードに切換制御する制
御手段を有しているであり、換言すると、 ■　運転開始時は第３運転モードで行う点と、■　熱負
荷の大小に応じて、負荷の小さい場合は蓄熱槽出口側の
第１熱媒体温度を制御対象とし、負荷の大きい場合は熱
負荷用熱交換器出入口の第２熱媒体温度を制御対象とす
る点と、 にあり、その作用効果は次の通りである。

〔作　用〕

■　運転開始時点では第３運転モード（蓄熱槽と１００
％能力のヒートポンプ）でフル能力運転を行ってみて、
熱負荷との適合状態を探ってみる。又は、第２運転モー
ドで熱負荷を探ってみる。

◎　すると、例えば、第１図の回路で示すように、熱負
荷（４）の容滑に応じた変化が現われる。つまり、第１
図に示すように、第１熱媒体循環経路（３）に蓄熱槽（
２）を迂回するバイパス路（１０）が設けであるととも
に、このバイパス路（１０）と第１熱媒体循環経路（３
）との接続点に三方弁（１２）が設けてあり、ヒートポ
ンプ人口での第１熱媒体温度（図中（１３）の温度セン
サで測定）が設定温度より外れるならば、ヒートポンプ
（１）だけを運転するように、三方弁（１２）がバイパ
ス路（１０）通流側に切換わる。

そこで、このような三方弁（１２）の切換りを捉えて、
熱負荷を判断しようとするもので、第３運転モード或い
は第２運転モードでの運転屍始後、前記三方弁（１２）
がバイパス路（１０）側に切換った場合には、熱負荷（
４）はヒートポンプ（１）能力以下と判断することにし
たものである。勿論、一旦第３運転モードで運転を開始
し、熱負荷に対する温度センサの検出結果を基に熱負荷
の状態を判断する方法を採ってもよく、他にも熱負荷の
状態を知る手段としては種々考えられる。

θ　０項で示したように、熱負荷の状態が把握できると
、その大小に応じて、次のような制御対象の切換えを行
う。

つまり、熱負荷がヒートポンプ能力以下と判断すれば、
運転モードを第１運転モードに切換え、熱負荷との熱バ
ランスの適正化を図り乍ら、蓄熱の有効利用を図る。そ
して、第１運転モードに切換った後の運転状態を蓄熱槽
出口側の第１熱媒体温度を制御対象として制御を行う。

この場合に、熱負荷の状態をより直接的に知ることので
きる前記熱負荷用熱交換器出入口の第２熱媒体温度を制
御対象とすることもできるが、熱負荷が小さい為に第２
熱媒体温度の変動が激しく、その為に却って制御が不安
定になるのを、熱負荷変動に対して第２熱媒よりも穏や
かな追従を行う第１熱媒体を制御対象として安定した制
御を行うことにした。

又、熱負荷が大である場合には、第２熱媒体の温度変動
も比較的穏やかであるので、熱負荷の状態を第１熱媒体
に比べて直接知ることのできる第２熱媒体の熱負荷用熱
交換器出入口温度差を制御対象とした。

〔発明の効果〕

したがって、運転開始時は低圧側に冷媒が溜って立上り
時に十分な能力の出せないヒートポンプの欠点を蓄熱槽
との同時運転によってふぎない乍ら、熱負荷の大小によ
って制御対象を切換えることによって、より安定した冷
暖房制御を行うことができる。

〔実施例〕

この蓄熱式ヒートポンプシステムは、ヒートポンプ（１
）、熱負荷（４）としての熱負荷用熱交換器（４Ａ）、
蓄熱槽（２）　とを直列に接続する第１熱媒体としての
ブライン循環経路（３）を設けるとともに、前記熱負荷
（４）と熱負荷用熱交換器（４Ａ）とを循還する第２熱
媒体としての水循環経路（８）を設けて構成しである。

前記ヒートポンプ（１）は膨張弁（１ｄ）、蒸発器（１
ａ）、圧縮機（１ｂ）、凝縮器（ＩＣ）からなり、凝縮
器（ＩＣ）で前記ブラインを加熱する構成を採っている
。前記蓄熱槽（２）は分割された４つの槽（２ａ）、　
（２ｂ）、　（２ｃ）、　（２ｄ）からなり、図示する
第１槽（２ａ）を温熱蓄熱槽にかつ他の３つの槽（２ｂ
）。

（２ｃ）、　（２ｄ）を冷熱蓄熱槽に構成して、冬期に
於ても冷房を必要とするビル冷房等に対応させた冷房重
視型蓄熱形態となっている。

前記ブライン循環経路（３）には、前記熱負荷用熱交換
器（４Ａ）を迂回する第１バイパス路（９）と前記蓄熱
槽（２）を迂回する第２バイパス路（１０）とが設けて
あり、夜間に蓄熱だけを行う場合には、第１バイパス路
（９）を介してブラインを循環させる方法を採ることが
できる。又、前記ブライン循環経路（３）の前記蓄熱槽
（２）出口側にブライン温度（Ｔａ）を検出する第１温
度センサ（７）と水循環経路（８）の前記熱負荷用熱交
換器（４Ａ）出口側の水温（’ｒａ）を検出する第２温
度センサ（１１）、及び、前記熱負荷用熱交換器（４Ａ
）人口側の水温（’ｒｏ’）を検出する第３温度センサ
（５）とが設けてあり、これらセンサ（５）、　（７）
、　（１１）からの信号に基づいて、ブライン温度（Ｔ
ｌｌ）及び出入口水温差△Ｔ　＝Ｔｏ　　Ｔｏｏを制御
対象として、前記ヒートポンプ（１）及びその他の電磁
弁等を制御するコンピュータ内蔵の制御手段（６）とが
設けである。

前記第２バイパス路（１０）とブライン循環経路（３）
との交点には三方弁（１２）が設けてあり、前記第２バ
イパス路（１０）を通してブラインを循環させることが
できるとともに、ブライン循環経路（３）のヒートポン
プ（１）入口側に第４温度センサ（１３）が設けてあり
、この第４温度センサ（１３）が設定温度（７℃）を検
出したならば、三方弁（１２）を切換えてヒートポンプ
（１）のみの運転に切換える。したがって、三方弁（１
２）にはブライン（１３）を第２バイパス路（１０）か
ら短絡させる状態に切換ったどうかを感知する接点が設
けである。

次に、冷房時の運転制御形態を説明する。まず、運転モ
ードとしては３形態あり、 第１運転モードは、蓄熱槽（２）だけでブラインを冷却
する運転を行い、ヒートポンプ（１）は停止させる。

第２運転モードは、蓄熱槽（２）とともに５０％能力で
ヒートポンプ（１）を運転してブラインを冷却する。こ
こで、５０％能力とは圧縮機の実稼動気筒数を半分にし
て運転する能力制御形態をいう。

第３運転モードは、蓄熱槽（２）とともに１００％能力
でヒートポンプ（１）を運転してブラインを冷却する。

従って、熱負荷（４）より吸熱したブラインは蓄熱槽（
２）と凝縮器（ＩＣ）で冷却され冷却能力が高まる。

上記した３つの運転モードを基に第２図のフロートチャ
ートを参考に冷房制御を説明する。

まず、運転開始時点は第３運転モードで行う。

運転開始後前記三方弁（１２）が第２バイパス路（１０
）よりブラインを短絡迂回させるべく切換ったことを知
らせる前記三方弁（１２）接点からの信号（槽バイパス
）が入ったならば、熱負荷がヒートポンプ能力以下であ
ると判断して第１運転モードに切換える。そして、この
場合は熱負荷（４）が小であるから前記蓄熱槽（２）出
口側のブライン温度（Ｔｏ）で温度制御を行う。

この第１運転モードで前記ブライン温度（ＴＢ）が４℃
以上になれば負荷が増大したと判断して第２運転モード
に切換え、前記ブライン温度（ＴＢ）が４℃未満であれ
ば３時間経過する間逐次ブライン温度（ＴＢ）を見て、
２℃以上であれば第２運転モードに切換え、それ以外で
あれば第１運転モードを維持する。ここで、３時間経過
した後にブライン温度（ＴＩ、）をチエツクするのは蓄
熱槽（２）の容量が最大６時間の連続運転に対応して設
定されているためである。更に、第２運転モードにおい
ても前記ブライン温度（ＴＢ）が７℃以上になれば第３
運転モードに切換える（ステップ■）。

一方、第３運転モードで前記三方弁（１２）の切換つが
なかったならば、熱負荷（４）が大であるとして、３０
分経過後熱負荷の安定をまって、前記熱負荷用熱交換器
（４Ａ）の出入口温度差（ΔＴ）が４．５℃以下であれ
ば冷却し過ぎとして第２運転モードに切換え、４．５℃
を越える温度であれば第３運転モードを維持する。又、
第２運転モードに切換った状態で前記ブライン温度（’
ｒａ）が２．５℃以上であれば第３運転モードに戻し、
前記ブライン温度（ＴＢ）が２．５℃に達しなければ、
前記出入口温度差（ΔＴ）が５，５℃以上あれば熱負荷
が大きいとして第３運転モードに切換え、５．５℃に達
しなければ第２運転モードを維持する（ステップ■）。

〔別実施例〕

■　上記実施例では冷房の場合のみについて述べたが、
暖房を行う場合も、第３運転モードで運転を開始し、前
記三方弁（１２）の切換り状態で熱負荷の大小を判断し
、熱負荷（４）が小であればブライン温度（ＴＢ）によ
って運転モードの切換を行い、又反対に、熱負荷（４）
が大であれば前記出入口温度差（ΔＴ）によって運転モ
ードの切換を行う構成を採ってもよい。

■　又、運転モードの切換操作等は人為的操作によって
行ってもよい。

■　運転モード切換にかかるブライン温度（ＴＢ）等は
任意に選定でき、上記実施例のものに限られない。

■　第１、第２熱媒体としては、ブライン、工場用温水
、井戸水等各種のものが使用可能である。

■　圧縮機の能力制御としてはインバータ制御を採って
もよい。

■　運転開始時は第２運転モードで行ってもよい。

■　又、制御形態としては、第１運転モードと第２運転
モード、及び、第１運転モードと第３運転モードとの組
合せを採ってもよい。

尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にする為
に符号を記すが、該記入により本発明は添付図面の構造
に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る蓄熱式ヒートポンプシステムの実施
例を示し、第１図は全体構成図、第２図はフローチャー
ト図である。 （１）・・・・・・ヒートポンプ、（２）・・・・・・
蓄熱槽、（３）・・・・・・第１熱媒体循環経路、（４
）・・・・・・熱負荷、 （４ａ）・・・・・・熱負荷用熱交換器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ヒートポンプ（１）、蓄熱槽（２）、熱負荷用熱交換器
   （４Ａ）とを直列に接続する第１熱媒体循環経路（３）
   を設けるとともに、前記熱負荷用熱交換器（４Ａ）と熱
   負荷（４）とを循環する第２熱媒体循環経路（８）を有
   する蓄熱式ヒートポンプシステムであって、前記蓄熱槽
   （２）だけと前記第１熱媒体を熱交換させて、前記第２
   熱媒体を介して前記熱負荷（４）に冷・暖房を施す第１
   運転モードと、前記蓄熱槽（２）と１００％未満の出力
   で運転される前記ヒートポンプ（１）とで前記第１熱媒
   体を熱交換させて前記第２熱媒体を介して前記熱負荷（
   ４）に冷・暖房を施す第２運転モードと、前記蓄熱槽（
   ２）と１００％出力で運転される前記ヒートポンプ（１
   ）とで前記第１熱媒体を熱交換させて前記第２熱媒体を
   介して前記熱負荷（４）に冷・暖房を施す第３運転モー
   ドとを設定し、運転開始時は、一旦前記第３運転モード
   或いは第２運転モードで運転を行い、前記熱負荷（４）
   が前記ヒートポンプ（１）能力より小さい場合には、前
   記第１運転モードでの運転に切換え、前記蓄熱槽（２）
   出口での前記第１熱媒体温度（Ｔ＿Ｂ）が前記熱負荷（
   ４）の増大を指差すれば前記第２運転モード及び第３運
   転モードに切換え、運転開始後前記熱負荷（４）が大き
   い場合には、前記熱負荷用熱交換器（４Ａ）出入口での
   前記第２熱媒体温度差（Δｔ）が小さくなる程第２運転
   モード及び第１運転モードに切換制御する制御手段（６
   ）を有している蓄熱式ヒートポンプシステム。