JPS6231824Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の目的〕 （産業上の利用分野） 本考案は、ヒートポンプを夜間運転して熱媒体
に蓄熱し、この蓄積熱量を昼間運転するヒートポ
ンプの蒸発熱の熱源として吸収させることにより
所望の高温度を得るような時間差運転に好適なヒ
ートポンプ装置に関するものである。

（従来の技術） この種の技術を温水プールについて考えてみる
に、温水プールの運営については、プール用温水
の温度管理のみならず、シヤワー及び暖房用温水
の温度管理もしなければならないが、従来これ等
の温水はボイラー等を介して重油燃焼により加温
する例が多く見られた。しかしながら燃焼加温よ
りもヒートポンプ方式の方が熱効率が良好な場合
があることが知られており、ヒートポンプ方式で
も一段圧縮よりも二段圧縮の方が効率が高いこと
は言うまでもない。

しかしながら、第２図に示すような二段圧縮機
によるヒートポンプサイクルは、第３図に示すモ
リエル線図で明らかなように、線は一段圧縮
機低段圧縮、線は中間冷却器による中間
冷却、線は二段圧縮機高段圧縮、線は凝
縮器による凝縮、線は管Ｖ内の液の過冷
却、線は第一膨脹弁による膨脹、線は中
間冷却器による過冷却、線は第二膨脹弁
による膨脹、及びは蒸発器及び中間冷却
器による一段及び二段圧縮の蒸発の各状態変化
を遂行する。この場合、線を中間冷却器を介
して外部からの熱による冷却であるとするなら
ば、ヒートポンプの熱勘定から言つてエンタルピ
ーの損失となる。

すなわち、二段圧縮によるヒートポンプで凝縮
熱量の線を得ようとするとき、線に相当す
る熱量が損失となる欠点を有する。一方、中間冷
却を外部からの熱による冷却でなく自己冷媒方式
によつて線に相当する熱量を冷却するとして
も、線に相当する熱量だけ二段圧縮機の熱容
量を大にしなければならず、従つて、二段圧縮機
がその分だけ大型となる欠点を有することにな
る。

また、従来の二段圧縮機を用いる冷凍装置例え
ば実開昭54−60754号公報所載のものは低段側と
高段側の圧縮機を同時運転しなければならないも
のであるから、これをヒートポンプに応用しても
低段側を高段側より先行運転させて夜間の安い電
力料金を利用して熱量を蓄積するような作動をさ
せることはできない。

（考案が解決しようとする問題点） 本考案は、前記従来技術の欠点を解決し、熱効
率がよく、圧縮機が小型化でき、電力の平準化に
とつても望ましい経済的な効率的な昇温を実施で
きるヒートポンプ装置を提供することを目的とす
る。

〔考案の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本考案のヒートポンプ装置は前記の問題点を解
決するために、低段側の圧縮機と、蒸発器と、前
記圧縮機から吐出された冷媒ガスを凝縮させる低
温側加熱器と、前記低温側加熱器と第１送水管に
より連結される温水設備とを有する低温側ヒート
ポンプサイクルと、前記第１送水管から分岐され
る第２送水管が連通する水熱源蒸発器と、高温側
加熱器と、前記水熱源蒸発器から冷媒ガスを吸入
し圧縮して前記高温側加熱器に吐出する高段側の
圧縮機と、前記高温側加熱器と第３送水管により
連結される貯湯槽とを有する高温側ヒートポンプ
サイクルとからなるものである。

（作用） 低段側の圧縮機を運転することによつて冷媒が
蒸発器において熱を吸上げて低温側加熱器にヒー
トポンプサイクルとして熱を供給し、温水設備内
の第一熱媒体に十分の熱量を貯えることができ
る。また、高段側の圧縮機を運転することによつ
て、第１送水管から分岐される第２送水管を介し
て低温側ヒートポンプサイクルの第一熱媒体の保
有する熱量の一部が水熱源蒸発器に導入されるの
で該蒸発器内で冷媒が該熱を吸上げて高温側加熱
器にヒートポンプサイクルとして熱を供給し、貯
湯槽内の第二の熱媒体の温度を高温に上昇させる
ことができる。そして、低段側の圧縮機を夜間運
転して第一熱媒体に十分の熱量を貯えることによ
り該熱媒体が昼間の使用時に必要とする温度より
も高い温度にまで上昇させておけば、昼間におい
て低段側と高段側の両方の圧縮機を共に運転して
前記第一熱媒体の温度を昼間使用時の温度まで下
げる熱量分を利用して第二熱媒体の温度を高温に
上昇させることができる。

（実施例） 本考案の実施例を図に基づいて説明する。

第４図において、低温側のヒートポンプはサイ
クルを画いている。冷媒ガスは圧力P₁から
圧力P₃に昇圧し（線）、線の熱量を凝縮器
で放熱し、更に、過冷却器により線に相当す
る熱量を放熱する。次に膨脹弁により線に沿
つて圧力P₃からP₁に減圧し、蒸発器により線
の熱量を吸収し熱サイクルを終了する。一方、高
温側のヒートポンプは、サイクルを画いて
いる。すなわち、高温側の冷媒は圧力P₂からP₄に
昇圧し（線）、線（OP）の熱量を凝縮器で放
熱し、更に過冷却器により線に相当する熱量
を放熱過冷却する。次に膨脹弁により線に沿
つて圧力P₄からP₂に減圧し、蒸発器により線
の熱量を吸収し熱サイクルを終了する。

そして、高温側のヒートポンプサイクルの吸熱
作用（線）において吸熱するための熱源と、
低温側のヒートポンプサイクルの放熱作用（線
）において放熱するための被加熱源とを同一
の第一の熱媒体とすることによつて、低温側及び
高温側のヒートポンプサイクルは、それぞれを低
圧縮比で効率よく運転しながら、高温側のヒート
ポンプサイクルの放熱作用（線）により第二
の熱媒体に容易に高温の熱を与えることができ
る。

次に、前記のヒートポンプサイクルを温水プー
ルに適用した一実施例につき説明する。第１図に
おいて、低段側の圧縮機１は、吐出管２を介して
低温側加熱器（凝縮器）３に連通され、液管４は
途中に液過冷却器３５及び膨脹弁５を介して空気
熱源蒸発器６又はその他の吸熱器に接続され、前
記空気熱源蒸発器６と低段側の圧縮機１との間は
吸入ガス管７で連通されている。液管４は途中で
分岐管８により分岐され、膨脹弁９を介して冷房
用水冷却器又は他の目的の冷却器１０に連通さ
れ、ガス管１１は前記ガス管７に合流されてい
る。一方、高段側の圧縮機１２は、吐出管１３を
介し高温側加熱器（凝縮器）１４に連通され、液
管１５は途中に液過冷却器３６及び膨脹弁１６を
介して水熱源蒸発器１７に連通される。ガス管３
４はこの水熱源蒸発器１７と高段側の圧縮機１２
を連通している。さて、低温側加熱器３と温水プ
ール１８とは、第１送水管１９，２０により連通
され、この第１送水管１９，２０より分岐し夫々
適宜の開閉弁を有する第２送水管２１，２２は高
温側の水熱源蒸発器１７に連通されている。ま
た、第１送水管１９は分岐管２３を介してクーリ
ングタワー２４に連通し、このクーリングタワー
２４は途中にポンプ２５を介し分岐管２６に次い
で第１送水管２０に連通されている。クーリング
タワー２４は温水プールの温度上昇又は下降を調
整し、熱の過不足を補足する役目をする。温水プ
ール１８の第１送水管２０には図示していないポ
ンプ、浄化装置等が配設されている。

次に、高温加熱器１４は第３送水管２７，２８
により貯湯槽２９に連通し、第３送水管２７には
複数個のシヤワー３０暖房その他の高温水使用部
及び圧力調整弁３１が配設され、第３送水管２８
にはポンプ３２が配設されている。符号３３は貯
湯槽２９へ水を補給する補給水管を示している。

以上のように構成されたヒートポンプの作用に
ついて説明する。

冷媒は、低段側の圧縮機１により、第４図にあ
る如く圧力P₁から圧力P₃に昇圧して吐出管２を通
つて低温側加熱器３に入り、温水プールの第一熱
媒体たる温水と熱交換を行ない、凝縮液は液管４
に入り、液過冷却器３５を通り、一部は膨脹弁５
を介して空気熱源蒸発器６に入つて外気空気等熱
源と熱交換し、他部は膨脹弁９を介して冷房用水
冷却器１０に入つて、図示していない空調器用水
と熱交換し再び圧縮機１戻る。この場合、冷却器
１０はスケートリンク等の負荷であつてもよい。

次に、高段側の圧縮機１２のサイクルの冷媒
は、圧力P₂から圧力P₄に昇圧し、吐出管１３を通
つて高温側加熱器（凝縮器）１４に入り、貯湯槽
２９からの第二熱媒体たる温水と熱交換を行な
い、液管１５及び液過冷却器３６を経て、膨脹弁
１６により減圧し水熱源蒸発器１７に入る。この
水熱源蒸発器１７において、冷媒は前記温水プー
ル１８からの蓄熱分温水と熱交換し再び圧縮機１
２に戻る。すなわち、低段側の圧縮機１は空気熱
源蒸発器６及び冷房用冷却器、及びその他の熱源
１０からそれぞれ外気熱源及び冷房負荷を吸上
げ、熱源として低温側加熱器３にヒートポンプサ
イクルとして熱量を与え、プールの水を温水とす
る。夜間プール使用停止の負荷のない中には前記
低段側の圧縮機１のみの運転続行によりプール水
温は、日中のプールの使用負荷の減少により例え
ばほぼ29℃のプールの常用温度からほぼ33℃に昇
温される。

次に、翌日の昼間プール使用時には、高段側の
圧縮機１２を低段側の圧縮機１と共に運転し、高
温側加熱器１２の水熱源蒸発器１７の熱源として
前夜プールに蓄熱しておいた33℃の温水を33℃か
ら29℃までの蓄熱量を熱源として利用する。プー
ルの温水は第１送水管１９，２０より分岐する第
２送水管２１，２２を介して水熱源蒸発器１７と
連通しており、この水熱源蒸発器１７おける熱交
換により、温水の温度は33℃からプールの常用保
持温度29℃に低下して温水プール１８に戻る。一
方、低温側のヒートポンプはプール温水を29℃に
保持する。すなわち、４℃×（水熱源蒸発器１７
と熱交換する温水量）の熱量分が高段側の圧縮機
の熱源として有効に利用されたことになる。高温
側のヒートポンプの水熱源蒸発器１７から流出す
る冷媒は、前記熱量に相当する熱分量を吸熱して
高段側の圧縮機１２に吸入されるので、高温側加
熱器１４で加熱するほぼ45℃〜70℃の高温シヤワ
ー及び暖房用温水は、前記熱量に更に高段側の圧
縮機１２の動力熱当量分を加えた熱として高温の
温水（45℃〜70℃）を圧縮比が小さい状態で得る
ことができる。

このように、低温側のヒートポンプでプールに
蓄熱したほぼ33℃の熱量の一部を高温側のヒート
ポンプの吸上げ熱量として使用することができる
から、従来、単段圧縮機による１つのヒートポン
プで外気熱源から温水プールの水温を29℃に昇温
し、また単段圧縮機による他のヒートポンプで同
じく冬期の外気熱源０℃以下からシヤワーや暖房
用温水を45℃〜70℃に昇温する場合に比較して、
高段側の圧縮機の圧縮比は低くすることができる
ので体積効率は高く性能上優れた効果を奏し、一
方前記の夜間の蓄熱分だけ低段側の圧縮機を小型
にすることができる。従つて、Ｖ_L／Ｖ_H＝２：１
の比を夜間運転の延長により、１：１の容量比で
も稼動できるものであり、高段側の圧縮機を低段
より大なる圧縮機に選定できるものである。ま
た、本実施例では温水プールを蓄熱槽に兼用した
ので、別に蓄熱水槽を設ける必要がなく、廉価に
できる利点を有すると共に、プールは容積が大き
く放熱量も少なくてすむので放熱損失が少なくて
すむ利点も有している。

このように、本実施例は数多くの優れた効果を
有しているが、本実施は、第一熱媒体としてプー
ル温水に限るものではなく、また熱媒体の温度領
域も29℃や45℃に限定するものでもない。

すなわち、第一熱媒体は昼間のみ所要の目的に
使用されるものであり、したがつて第一の熱媒体
の不取用時である夜間を利用して、ヒートポンプ
により、第一熱媒体の温度を使用時の常用温度よ
り高い温度にまで上昇させ第一熱媒体を蓄熱用に
利用し、昼間においてはこの余分に蓄積された熱
を利用して昼間のヒートポンプの運転を経済的に
行わせるようにする点に本実施例は特徴がある。
したがつて、このヒートポンプ装置はこのような
第一熱媒体と第二熱媒体とを必要とする色々な目
的にきわめて有利に適用することができる。

なお、前記実施例において、第一熱媒体を空気
とし、ソーラハウス内の暖気を蓄熱して夜間利用
するものであつてもよく、また、前記実施例にお
けるプール表面から蒸発し、温水プールの室内天
井部に滞溜する暖飽和空気熱を吸熱して利用する
ものであつてもよい。更に、第二熱媒体もシヤワ
ーや暖房用温水に限定するものでないことは勿論
である。

〔考案の効果〕

本考案によれば、低段側の圧縮機を運転するこ
とによつて低温側加熱器で温水設備内の第一熱媒
体に十分の熱量を貯えられるとともに、高段側の
圧縮機を運転することによつて第一熱媒体の保有
する熱量の一部が水熱源蒸発器に導入されるので
これにより第二熱媒体の温度を能率よく所要の高
温にまで上昇させることができる。

また、低温側ヒートポンプサイクルを夜間運転
して第一熱媒体を昼間において必要とされる温度
より高い中間温度に上昇させる行程を先行して行
わせ、次に低温側と高温側のヒートポンプサイク
ルを共に昼間運転し、夜間運転において余分に蓄
えておいて熱量を高温側ヒートポンプの熱源とし
て使用することができるので、成績係数を向上さ
せ運転するヒートポンプの圧縮機を小型化するこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案のヒートポンプ装置の一実施例
のフローシートダイヤグラム、第２図は従来技術
のヒートポンプ装置のフローシートダイヤグラ
ム、第３図と第４図はそれぞれ第２図と第１図の
状態変化を示すモリエル線図である。 １……低段側の圧縮機、３……低温側加熱器、
６……蒸発器としての空気熱源蒸発器、１０……
蒸発器としての冷却器、１２……高段側の圧縮
機、１４……高温側加熱器、１７……水熱源蒸発
器、１８……温水設備としての温水プール、１
９，２０……第１送水管、２１，２２……第２送
水管、２７，２８……第３送水管、２９……貯湯
槽。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 低段側の圧縮機と、蒸発器と、前記圧縮機か
   ら吐出された冷媒ガスを凝縮させる低温側加熱
   器と、前記低温側加熱器と第１送水管により連
   結される温水設備とを有する低温側ヒートポン
   プサイクルと、前記第１送水管から分岐される
   第２送水管が連通する水熱源蒸発器と、高温側
   加熱器と、前記水熱源蒸発器から冷媒ガスを吸
   入し圧縮して前記高温側加熱器に吐出する高段
   側の圧縮機と、前記高温側加熱器と第３送水管
   により連結される貯湯槽とを有する高温側ヒー
   トポンプサイクルとからなることを特徴とする
   ヒートポンプ装置。 (2) 低温側ヒートポンプサイクルの蒸発器が空気
   熱源蒸発器と冷房用水冷却器とからなり、温水
   設備が温水プールであることを特徴とする実用
   新案登録請求の範囲第１項記載のヒートポンプ
   装置。 (3) 高温側ヒートポンプサイクルの第３送水管に
   シヤワーを有することを特徴とする実用新案登
   録請求の範囲第２項記載のヒートポンプ装置。