JPS60245975A - 氷蓄熱を兼ねたヒ−トポンプ - 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Ｗｆ） 本発明ｆ；４　、深夜電力の有効利用や、熱＃Ｉ機械の
能力を小ざくして契約電力量を低減する等の目的に使用
される蓄熱式ヒートポンプ特に氷蓄熱ケ兼ねたヒートポ
ンプに関する。

（従来の技術） 従来の蓄熱式ヒートポンプは、蓄熱槽の構築費がかｇ−
ｖ、’ｔｉスペースの制限のためなどから、必すしも十
分に利用されてはいなかった。蓄熱槽の構築費、スペー
スを少なくする一力法として。

氷蓄熱その他の潜熱を利用する蓄熱が検討され。

一部実施された例もあるが、この蓄熱検音冬期などの温
熱蓄熱に利用する場合、ヒートポンプ自体の栴造及び周
辺設備を含めたシステムとしては、未だ優れ皮設備は出
現していない。

第３図は、既知の氷蓄熱を含めたヒートポンプシステム
であって、空気熱交換器／、圧圧縮ココ水熱交換器３（
、内部に冷却管４ｔｆ具えた蓄熱槽！。

及びこれらの各機器を連結する冷却回路ｔから構成され
ている。なお、図中、７は四方切替弁（夏期は火線位置
に、冬期は点線位置に切替えられも）、ｒは膨張弁、り
は循環ポンプ、！ａは蓄熱体上水す。

作動Ｖζ当り、夏期には、四方切替弁７を実線通路位置
に切換えると、圧縮機ｌから吐出された冷媒ガスは、空
気熱交換器ｌで空気に接触して冷却されて液化し７、膨
張弁♂で減圧され、水熱交換器（蒸発器に相当する）３
内で、蓄熱槽ｊ内の冷却管グよシ送り込まれる被冷却液
（熱源水）により加熱されて蒸発し、ここで発生した蒸
発熱（潜熱）葡冷却管４Ｉ−會経て蓄熱槽ｊ内に氷蓄熱
し、冷媒ガスは再び圧縮機／に吸込まれる。

一方、冬期には、四方切替弁７を点線通路位置に切替え
ると、圧縮機／から吐出された冷媒ガスは水熱交換器３
で凝縮され、そのとき発生り、ｆｃ凝縮熱（潜熱）？１
１−蓄熱槽ｊに蓄熱シ２．冷媒液は膨張弁Ｃ図には明示
し７ていない）を経て空気熱交換器／へ送られ、ここで
外気より熱を吸収して蒸発し、再び圧縮＠ｌへ吸込まれ
る。

上記のようにこのヒートポンプシステムによれは、夏期
には氷蓄熱を行ないながらここで汲み上けた熱を空気熱
交換器／から大気に放熱し、冬期には、空気熱交換器ｌ
で大気から集熱全行ない、ヒートポンプで昇温しで温水
に熱を与えている。

（７か１７ながら、上記従来のヒートポンプシステムで
は、伝熱性の惑い空気熱交換器ｌが大形になシ、コスト
上昇が生じるはかｐでなく、夏期の冷媒凝縮温度か高い
ために余計な動力全消費し、また空気熱交換部での冬期
集熱でも冷媒蒸発温度が低いために余計な動力を消費す
るという欠点からり、更に、冬期集熱では、外気条件に
よっては空気熱交換器での着霜１着氷による伝熱低下か
ら、能力及び効率の低下か顕著に現われるときもあって
、これが大きな欠点になる場合があつ几。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、上記した従来技、術の欠点を除去し。

伝熱性の悪い空気熱交換器の使用を止め、また省エオル
ギとするために、夏期の冷媒凝縮温度を低くシ、冬の冷
媒蒸発温度を高くシ、また冬期の集熱において着霜１着
氷を生じないようにすることにある。

Ｃ問題点を解決するための手段） 本発明は、圧縮機、凝縮器（コンデンサ）及び蒸発器（
クーラ）の外、潜熱又は顕熱會使用して蓄熱蓄冷する蓄
熱槽と冷却塔とを備え、凝縮器で加熱される被加熱流体
と蒸発器で冷却される被冷却流体とを、それぞれ別々に
前記蓄熱槽及び冷却塔と連通させる回路全段け、夏期な
どに蓄冷を行なう場合にＡｉＪ記蒸発器での被冷却流体
ｒ蓄熱槽内の冷却管内に流；−且つ前記凝縮器での被加
熱流体を冷却塔に給送して放熱を行う回路を構成し、ま
た冬期などで温熱を蓄熱する場合に前記凝縮器又は別に
設けた凝縮器での被加熱流体を蓄熱槽内の冷却管外に流
し且つ前記蒸発器での被冷却流体をヒーティングタワー
として使用される冷却塔に給送して集熱を行なう回路葡
格成するように、それぞれ切換えられる弁を前記の回路
に設けたことを特徴としている。

（作用） 上記Ｖように構成し危ことにより、ヒートポンプ内の冷
媒（・ゴ１通常のヒートポンプ（冷凍］サイクルを繰返
えしておシ、夏期などに蓄冷を行なう場合には、前記回
路内１ｃａけられ几各弁を開閉操作することにより、蒸
発器での被冷却流体は蓄熱槽内の冷却管内１−＊れて蓄
熱体音冷却して蓄冷し。

一方、＃線群での被加熱流体は、冷却塔Ｙζおいて空気
とじかに接触して冷ｉ（Ｉされ、４１＋ひ凝縮器に戻さ
れ、これ１１″繰返見し強制ｍｓされる。これｒｃよｐ
冷媒凝絹濡ｉ忙低くしている。

また冬期などで温熱を蓄熱する場合には、前記回路内に
設けられた各弁１！−切換え操作することにより、凝縮
器での被加熱流体は蓄熱槽内の冷却管外を流れてそれ自
体が蓄熱体となって蓄熱し、一方、蒸発器での被冷却流
体は、ヒーティングタワーとして使用される冷却塔にお
いて外気から隻熱して再び蒸発器へ戻され、これを輌返
見し強制循環される。これによシ冷媒蒸発温＃Ｌを高く
している。

Ｃ丈施例） 次に、本発明の実施例を図面と共に説明する。

第１図は、本発明の第１実施例會示す氷蓄熱を兼ねたヒ
ートポンプの説明図であって、この図に示す符号のうち
、第３図に示す符号と同一のものは同一ないし同類部分
上水すものとする、図において、圧縮機コによって圧縮
され友冷媒ガスは、冷媒回路を會経て凝縮器（コンデン
サ）／λに吐出され、該凝縮器／２内を流れる被加熱流
体（負荷流体）によって冷却されて液化し、該冷媒液は
冷媒回路／’３ｆ経て膨張弁ｔで減圧されて蒸発器（ク
ーラ）／／ＶＣ送り込まれ、該蒸発器内を流れる被冷却
流体（熱源水）によって加熱されて蒸発し、冷媒回路６
を経て圧縮機コに吸込まれることは、従来のヒートポン
プと変りはない。

そしてこの実施例では、凝縮器７．２内會流れる被加熱
流体全冷却塔１０によって冷却するための、循環ポン−
ゾＰを含む第１回路Ｃ１が構成され、また該凝縮器１２
と並列に温水コンデンサ／コａが設けられておシ、該温
水コンデンサ／、２ａの被加熱流体ケ、冬期、蓄熱槽ｊ
内の冷却管ψ外へ導いてむ第２回路Ｃ２が構成されてい
る、 一方、蒸発器／／内を流れる被冷却流体音、夏期に蓄熱
槽ｊ内の冷却管グヘ導いて蓄熱体ｊａＶｃ蓄冷するため
の、ボンブタ上台む第３回路Ｃ３，及び冬期ＶＣ＃被冷
却流体をヒーティングタワー１０ａへ導いて外気から集
熱するための第１回路Ｃ１がそれぞれ形成されている。

なお１図中、Ｖ２Ｆ′ｉ、第一回路Ｃ２に設けられ夏期
は閉じ、冬期は開くように操作される弁、■３は第１回
路Ｃ１に設けられ冬期は閉じ夏期は開くように操作され
る弁、ｖ４は第１回路Ｃ４Ｖｃ設けられ夏期は閉じ冬期
は開くように操作される弁を示す。

この実施例では、夏期には弁Ｖ、とｖ４奮閉じ、弁Ｖａ
？ｒｌＪいて該ヒートポンプシステムを作動すると。

凝縮器／２内の冷媒ガスは、冷却塔１０によって冷却さ
れる第１回路Ｃ１内の被加熱流体によって冷却されて液
化し、また蒸発器／／によって冷却された被冷却流体は
、第３回路Ｃｓの一部ケ構成する冷却管弘を介して蓄熱
体ｊａ１ｉ冷却して蓄冷する。

ま７ｊ冬期には、弁■３とＶ４に開き、弁■３ヲ閉じる
ことＶてよシ、温水コンデンサ／　、２ａ　ｉＣおいて
加熱されｆｃ被加熱流体は第２回路Ｃ２會経て蓄熱体ｊ
ａで蓄熱し、蒸発器／／ＶＣおいて冷却された被冷却流
体は、第弘回ｗｔｃ４葡経′〔ヒーティングタワー１０
ａによって外気から集熱し７て加熱される。

この実施例によれは、（１）伝熱性が悪いためコスト高
になる従来（第３図）使用されｆｃ空気熱交換器を有し
ておらず１代りに水熱交換器／　２　、　／　２ａと冷
却塔（ヒーティングタワ　）１０，１０ａが追加されて
いるが、これらはコストが低いため全体的なコスト面で
有利ＶＣな凱ｔｆｃ各機器は標準機器の組合せ又は僅か
の特殊設計品の組合わせで対応できる利点もめる。（１
１）冷却塔とヒーティングタワーを使用しているので夏
の冷媒温度が低く、冬の冷媒蒸発温度は冒くできるので
、年間を通じて所要動力の低減が行なえ、省エネルギに
なる。

（１１ｐヒーテイングタワーを設けているので、冬期の
集熱においては着霜、着氷がなく、このための動力の増
大や、能力の低下がなく、また薄箱１看氷が生じたとし
た場合のデフロスト用の無駄なエネルギの投入もなくて
済む。翰従来システムでは夏期に充填されていた（り及
び（り）？ｌｌ−含む系内の不凍液（被冷却体）全冬期
には抜き、系内を洗浄し、代シに水を入れて運転する必
要があったものを、この手間が不要になる。或いはその
ままにしておくと、凝縮温度が高くなって、所要動力が
増大する不利が伴なう。

第２図は１本発明の第２実施例會示す第１図と同様の図
面であって、凝縮器として、放熱用コンデンサ兼用温水
コンデンサ／２ｂ’＜備え、該コンデンサ／２ｂの被加
熱流体ケ冷却塔兼用ヒーティングタワー１０ｂｌ／ｃよ
って冷却するようにした点で第１実施例と相違し、放熱
用コンデンサ兼用温水コンデンサｌλｂと冷却塔兼用ヒ
ーティングタワーｔｏｂｙ＜接続する第１回路Ｃ１６，
前記コンデンサ／、Ｚｂと蓄熱槽！全接続する第１回路
Ｃ１、蒸発器ｉ’ｉと蓄熱槽ｊを接続する第３回路０３
及び蒸発器／／と前記冷却塔／　Ｏｂｆ接続する第１回
路Ｃ１５がそれぞれ形成されておｐ１第１回路Ｃｉ　、
には冬期に閉じ夏期に開く２個の弁Ｖ、、Ｖ１．が、第
２回路Ｃ２゜ｖｃは夏期に閉じ冬期に開く２個の弁ｖｍ
　ｂ’　、ｖ、ｂが、第３回路Ｃ，ＶＣは冬期に閉じ夏
期に開く２個の弁ｖ３゜ｖ３が、ｔた第グ回路Ｃ４，に
は夏期に閉じ冬期に開く２（至）の弁ｖ４．　、Ｖ４．
がそれぞれ設けられている。

この実施例では、冷却塔兼用ヒーティングタワー１０ｂ
は、夏期には冷却塔として、まＬ冬期にはヒーティング
タワーとして兼用しており、また放熱用コンデンサ兼用
温水コンデンサｌλｂ？ユ、夏期の放熱用コンデンサを
冬期に温水コンデンサとして流用している。従って、第
ｌ実施例と比べて機器省略によるコスト低減が可能であ
るが、蒸発器ｌｌ側に流す流体（一般ｖｃはブライン）
が水以外の場合（は、冷却塔１０ｂ及びその周辺配管は
、夏冬の切替運転に際して洗浄作業を行わなけれはない
欠点があること以外、第１実施例と基本的に差異はない
。

なお、前記“第１及び第２実施例において、冷却塔全開
放形に形成しているけれども、Ｃれを密閉形にすること
も可能である。なお、密閉形とは、冷却塔内に伝熱管が
あシ被冷却体が空気に直接接触しないタイプをいう、 また、循環する被冷却体として不凍液（プライン）が使
用されるときは、濃度が低下するために濃度コントロー
ルが必要であるが、既に２０年を超す類似システムでの
運転システムからみる限りは、左程大きな欠点とはいえ
ず、また新しい技術會付加してこの欠点全取除くことも
可能である。

なお、本発明の回路の切換えに使用される弁は。

弁に相当する切換装置を含むものである。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば ：１）従来使用されていた伝熱性が悪くコスト高ににな
る空気熱交換器をなく１代シに水熱交換器と冷却塔（ヒ
ーティングタワー）が追加されているが、これらはコス
トが低いため全体的なコスト面で有利になる。

（１１）夏の冷媒凝縮温度を低く冬の冷媒蒸発温度を高
くできるので、年間を通じて所要動力の低減が行なえ、
省エネルギとなる。

また従来のシステムではＲ１２、陀２などの高圧ガス冷
媒が使用されているのに対し、本発明のシステムでは冷
媒ａｌｌも使用でき、この場合には、冷媒のサイクル効
率が高いので省エネルギとなり、低圧で安全な冷媒であ
ることにより、高圧ガス取締法で規定される諸制約（運
転、保守のための廟資格者の選任の要上台む〕會受けな
い利点も生じる。

（ｌｉｔ）　ヒづイングタワ−を設けたシステムである
ので、冬期の集熱においては着霜、着氷かなく。

このための動力の増大や能力の低下がない。また着霜１
着氷か生したとした場合のデフロスト用の無駄なエネル
ギの投入もなくて済む。

【図面の簡単な説明】

第７図及び第２図は、本発明の第１及び第２実施例を示
す氷蓄熱會兼ねたヒートポンプのｎ見明図、第３図は従
来のヒートヂンゾシステムの言見明図である。 ２・・・圧縮機、≠・・・蓄熱槽内冷却管、ｊ・・・蓄
熱槽、ｊａ・・・蓄熱体、６・・・冷媒回路、１！′・
・・膨張弁、？・・・ポンプ、１０・・・冷却塔。 １０ａ・・・ヒーティングタワー ｌＯｂ・・・冷却塔兼用ヒーティングタワー。 ／ｌ・・・蒸発器、／２・・・凝縮器、／、２ａ・・・
温水コンデンサ。 ／Ｊｂ・・・放熱用コンデンサ兼用温水コンデンサＣＩ
　＋Ｃ１ｌ＋・・・第１回路 ｃ、、ｃ柿・・・第２回路 Ｃ３・・・第３回路 Ｃ４＋Ｃ４，・・・第弘回路 ｖｔ　、　、ｖ３・・・冬閉じ、夏開く弁ｖ、　ｌ　ｖ
、、　ｌ　Ｖ４　＊　ｖ、５・・・夏閉じ、冬開く弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 圧縮機、凝縮器及び蒸発器からなるヒートポンプにおい
   て、潜熱又は顕熱全使用して蓄熱する蓄熱槽及び冷却塔
   を備え、凝縮器で加熱される被加熱流体と蒸発器で冷却
   される被冷却流体とを、それぞれ別々に前記蓄熱槽及び
   冷却塔と連通させる回路１１−設け、これらの回路には
   、夏期などに蓄冷を行なう場合に、前記蒸発器での被冷
   却流体を蓄熱槽内の冷却管内に流し且つ前記凝縮器での
   被加熱流体を冷却塔に給送（７て放熱上行なう回路を構
   成し、また冬期などで温熱を蓄熱する場合に、前記凝縮
   器での被加熱流体を蓄熱槽内の冷却管外を流し且つ前記
   蒸発器での被冷却流体をヒーティングタワーとして使用
   される冷却塔に給送して集熱を行なう回路ヶ構成するよ
   うに、それぞれ切換えられる弁を設けたことを特徴とす
   る氷蓄熱を兼ねたヒートポンプ。