JPH0340304B2

JPH0340304B2 -

Info

Publication number: JPH0340304B2
Application number: JP58056232A
Authority: JP
Priority date: 1983-03-31
Filing date: 1983-03-31
Publication date: 1991-06-18
Also published as: JPS59183268A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、主としてビル、工場等の冷暖房に
用いられるヒートポンプシステムに関する。

近年、ビル、工場等の冷暖房に、ヒートポンプ
方式による冷暖房システム（ヒートポンプシステ
ム）が多く用いられる。このシステムは通常電気
式モータによつて駆動されるが、最近エンジン駆
動によるものが開発され、実用化されている。こ
のエンジン駆動によるシステムは従来のボイラお
よび冷凍機による冷暖房システムに比較し、ラン
ニングコストを30〜50％も低減することができ、
したがつて省エネルギー化を図る上で極めて有用
であるが、イニシヤルコストが高いという欠点が
あり、これが普及の阻害要因となつている。

第１図イは従来のエンジン駆動によるヒートポ
ンプシステムの概略構成を示す図である。こ図に
おいて、符号１は水と冷媒（フロンガス）との熱
交換を行う熱交換器、２は冷媒ガスを圧縮する圧
縮機、３は空気と冷媒ガスとの熱交換を行う空気
熱交換器、４は冷媒を断熱膨張させる膨張弁、５
は圧縮機２を駆動するエンジン、６はエンジン５
において発生する熱を回収する熱交換器、７はエ
ンジン５の排ガス中の熱を回収する熱交換器、８
〜１１はヘツダ、１２，１３はポンプ、１４，１
５は冷媒回路を変える四方弁、１６は液化した冷
媒をとめる受液器である。

以下の構成において、冷房用の冷水を製造する
時は、熱交換器１が蒸発器として機能し、また、
空気熱交換器３が凝縮器として機能する。すなわ
ち、熱交換器１を通過する冷媒は、ポンプ１３に
よつて送られる水から熱を吸収して気化し、冷媒
ガスとして圧縮機２へ送られる。圧縮機２は冷媒
ガスを圧縮し高温高圧の冷媒ガスとして空気熱交
換器３へ送る。この空気熱交換器３へ送られた冷
媒ガスは、ここで熱を空気中に放出して液化す
る。この液化した冷媒ガスは膨張弁４において断
熱膨張し、低温低圧の冷媒となり、熱交換器１へ
戻る。しかして、ヘツダ１０へ供給された水は熱
交換器１において冷却され、冷房用の冷水として
ヘツダ１１へ送られる。

一方、ヘツダ９へ供給された水はポンプ１２に
よつて熱交換器６および７へ送られここでエンジ
ン５から発生する熱およびエンジン５の排ガス中
の熱を吸収して温水となり、ヘツダ８へ送られ
る。この温水は給湯用あるいは暖房用として用い
られる。

次に、暖房用の温水を製造する時は、第１図ロ
に示すように四方弁１４，１５により冷媒回路が
変えられる。そして、この場合、熱交換器１が凝
縮器として、また、空気熱交換器３が蒸発器とし
て機能する。すなわち、空気熱交換器３において
空気中の熱を吸収して気化した冷媒ガスは、圧縮
機２において圧縮され、熱交換器１において熱を
放出して液化される。ポンプ１３によつて熱交換
器１へ送られた水は、熱交換器１おいて冷媒ガス
が放出する熱を吸収して温水となり、ヘツダ１１
へ送られる。

ところで、上述した従来のヒートポンプシステ
ムは空気熱交換器３を用いているため、次の様な
種々の問題があつた。

価格が高価になる。

空気熱交換器３の外形が大きく、このため、
広い設置面積を必要とする。

外気温が低い場合に効率が悪くなり、極端な
場合は使用不能となる。

通常、空気熱交換器３は建物の屋上に、圧縮
機２、熱交換器１等は地下室に設置され、この
た、長い冷媒配管が必要になる。なお、冷媒配
管は内部をフロンガスが通るため、水の配管に
比較して高価になると共に、施工もむずかし
く、したがつて、長い冷媒配管は極めて好まし
くない。

この発明は以上と各問題点をいずれも解決する
ことができるヒートポンプシステムを提供するも
ので、空気熱交換器に変えて水等の媒体と冷媒と
の熱交換を行う熱交換器を設けると共に、上記媒
体を冷却する冷却塔を設けたことを特徴としてい
る。

以下、図面を参照しこの発明の一実施例につい
て説明する。第２図はこの発明によるヒートポン
プシステムの構成を示す図であり、この図におい
て第１図イの各部に対応する部分には同一の符号
を付し、その説明を省略する。第２図において、
符号１６は第１図イにおける空気熱交換器３の代
わりに設けられた熱交換器であり、冷媒と水との
間の熱交換を行うものである。また、１７は冷却
塔、１８，３０はポンプ、１９は水と水との間の
熱交換を行う熱交換器（第３の熱交換器）、２０
〜２８は各々管路の開閉用と弁である。

この図に示すシステムにおいて、冷房用の冷水
を製造する場合は、弁２０，２２，２６を各々開
状態、弁２１，２３，２４，２５，２７，２８を
各々閉状態とする。これにより、破線によつて示
す管路が使用されない状態となる。この場合、ヘ
ツダ１０へ供給された水（非制御体）はポンプ１
３によつて熱交換器１９を通して熱交換器１へ送
られ、ここで冷却された後、ヘツダ１１へ送られ
る。このヘツダ１１へ送られた冷水が冷房用に用
いられる。なおこの場合、弁２７が閉状態にあ
り、したがつて熱交換器１９における熱交換は行
われない。熱交換器１において水の熱を吸収して
気化した冷媒は、圧縮機２によつて圧縮され、熱
交換器２９において熱を放出して液化する。熱交
換器２９において冷媒から放出された熱は、熱交
換器２９を通過する水（媒体）に吸収される。冷
媒から熱を吸収し、温められた水は弁２０を介し
て冷却塔１７へ送られ、ここで冷却される。そし
て、この冷却された水がポンプ１８によつて、弁
２２を介して再び熱交換器２９へ送られる。

このように、冷水製造時においては、冷媒が熱
交換器１において水の熱を吸収し、この吸収した
熱を熱交換器２９において放出する。すなわち、
この場合熱交換器１が蒸発器として、また、熱交
換器２９が凝縮器として機能する。

一方、ヘツダ９へ供給された水（媒体）は、第
１図イまたはロに示す場合と同様に、ポンプ１２
によつて熱交換器６および７へ送られ、ここでエ
ンジン５の廃熱を回収して温水となり、ヘツダ８
へ供給される。この温水は暖房用あるいは給湯用
として用いられる。

次に、暖房用の温水を製造する場合を第３図を
参照して説明する。この場合、冷水製造時と逆
に、弁２０，２２，２６を閉状態、弁２１，２
３，２４，２５，２７，２８を開状態とする。こ
れにより、第３図に破線にて示す管路が使用され
ない状態となる。またこの場合、熱交換器１およ
び２９は各々、冷水製造時と同時に蒸発器、凝縮
器として機能する。

すなわち、ヘツダ９へ供給された水（非制御
体）は、弁２５、ポンプ３０、弁２３を介して熱
交換器２９へ送られ、ここで、冷媒から放出され
る熱を吸収して温水となる。この温水は、一部は
さらに弁２１，２４、ポンプ１２を介して熱交換
器６，７へ送られて温められ、ヘツダ８へ供給さ
れ、一部は直接ヘツダ８へ供給される。このヘツ
ダ８へ供給された温水が暖房用および給湯用に用
いられ、また、その一部が熱交換器１９へ送られ
る。一方、熱交換器２９において熱を放出し、液
化した冷媒は、膨張弁４において断熱膨張し、低
温低圧の冷媒となり、熱交換器１へ供給される。
この熱交換器１へ供給された冷媒は熱交換器１を
通過する水から熱を吸収して気化し、冷媒ガスと
なり、圧縮機２を介して熱交換器１６へ戻る。熱
交換器１において冷却された水は、ヘツダ１１、
弁２８、ヘツダ１０、ポンプ１３を介して熱交換
器１９へ送られ、ここでヘツダ８を介して供給さ
れる温水によつて温められ、再び熱交換器１へ戻
る。ヘツダ８から熱交換器１９へ供給された温水
は、熱交換器１９においてポンプ１３を介して供
給される水へ熱を放出した後、弁２７を介してヘ
ツダ９へ供給され、このヘツダ９から弁２５、ポ
ンプ３０、弁２３を介して熱交換器２９へ送られ
る。

なお、暖房と同時に冷房も行う場合（ビル等に
おいては、建物の中心部の部屋を冷房し、外周部
の部屋を暖房する場合がある）は、弁２８を閉状
態とし、ヘツダ１１に得られる冷水を冷房用に用
いればよい。この場合、ヘツダ１０へ供給される
水の温度によつてはヘツダ８から熱交換器１９へ
供給する温水の量を減らし、あるいは零とするこ
とが可能になる。

以上が第２図および第３図に示すこの発明の一
実施例の詳細である。この実施例によれば、冷房
時において、冷水製造の成績係数（COP）が1.3、
エンジン５の廃熱回収による成績係数が0.5、合
計1.8という高い成績係数が得られる。また、暖
房時においては、温水需要のみの場合においてほ
ぼボイラ並みの成績係数0.8が得られ、また、冷
水需要もある場合には、温水製造の成績係数が
1.8、冷水製造の成績係数が1.0、合計2.8という高
い成績係数が得られる。

なお、本システムは空気熱交換器を用いること
も勿論可能である。

以上説明したように、この発明によれば従来の
ヒートポンプシステムにおける空気熱交換器に代
えて水（媒体）と冷媒との熱交換器を行う熱交換
器を設け、かつ、この熱交換器を通過する水を冷
却する冷却塔を設けたので、次の各利点を得るこ
とができる。

従来の空気熱交換器を用いたエンジン駆動ヒ
ートポンプに比較し、価格を30〜50％下げるこ
とが可能になる。

空気熱交換器を設置する場合に比較し、外部
設置面積を半分以下にすることができる。

外気温が低い場合においても充分使用するこ
とができる。

第１、第２の熱交換器を共に地下室に設置
し、冷却塔のみを屋上に設置することが可能と
なり、この結果、冷媒配管を極めて短かくする
ことができる。

空気熱交換器を用いたヒートポンプシステム
に比較し、冷水製造時の成績係数が向上する。

なお、この発明によれば、従来のボイラおよび
冷凍器による冷暖房システムに比較し、ランニン
グコストを大幅に減らることができるなほ勿論で
ある。

特に、本発明では、冷房、暖房負荷変動に対し
てはエンジンの回転速度を変え、ヒートポンプの
能力を制御し、冷、温熱量を自在に調節すること
ができ、また、冷暖房のバランスが崩れた場合、
冷房のみの運転、暖房のみの運転が可能となり、
冷房では、冷却塔で暖熱を大気へ放出さるが、特
に、暖房では、エンジンの廃熱回収熱をヒートポ
ンプの冷水側に送り、エンジン出力とこの廃熱回
収による熱量を暖房用として利用できるといつた
優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図イ，ロは共に従来のヒートポンプシステ
ムの一例を示す概略構成図であり、同図イは冷水
製造時、ロは温水製造時の構成を示す図、第２
図、第３図は共にこの発明の一実施例の構成を示
す概略構成図であり、第２図は冷水製造時、第３
図は温水製造時の構成を示す図である。１……熱交換器（第１の熱交換器）、２……圧
縮器、４……膨張弁、１６……受液器、１７……
冷却塔、２９……熱交換器（第２の熱交換器）。

Claims

【特許請求の範囲】

１冷媒を蒸発させる第１の熱交換器と、この第
１の熱交換器によつて気化された前記冷媒を圧縮
するエンジン駆動式圧縮器と、この圧縮器によつ
て圧縮された前記冷媒を凝縮させる第２の熱交換
器と、この第２の熱交換器によつて液化された前
記冷媒を断熱膨張させて前記第１の熱交換器へ供
給する膨張弁と、非制御体を冷却する場合におい
て前記第２の熱交換器を通過する媒体を冷却する
冷却塔と、前記エンジンの廃熱を媒体を介して回
収する廃熱回収回路と、この廃熱回収回路の媒体
と前記第１の熱交換器を通過する非制御体との間
で熱交換可能な第３の熱交換器とを具備し、前記
非制御体を冷却するときは、前記非制御体を前記
第１の熱交換器を通して移動させると共に、前記
第２の熱交換器を通過する媒体を前記冷却塔へ供
給して冷却し、一方、前記非制御体を加熱すると
きは、前記非制御体を前記第２の熱交換器を通し
て移動させると共に、この非制御体に前記廃熱回
収回路の媒体の少なくとも一部を合流させること
を特徴とするヒートポンプシステム。