JPS6358042A

JPS6358042A - ヒ−トポンプ装置

Info

Publication number: JPS6358042A
Application number: JP20052386A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Yamada; 山田　鐵男; Yoshinori Inoue; 良則井上; Makoto Hoshino; 誠星野; Masao Endo; 正雄遠藤
Original assignee: Takenaka Komuten Co Ltd
Current assignee: Takenaka Komuten Co Ltd
Priority date: 1986-08-27
Filing date: 1986-08-27
Publication date: 1988-03-12
Anticipated expiration: 2011-02-21
Also published as: JPH0816535B2

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〕本発明は冷暖房や給湯等に用いるヒートポンプ装置に関
し、詳しくは、熱媒圧縮機、凝縮器、熱媒膨張手段、及
び、蒸発器としての製氷器の順に熱媒を循環させる熱媒
回路を設け、前記製氷器により製造された氷を貯留する
氷蓄熱槽、並びに、その氷蓄熱槽における蓄熱冷熱を冷
熱源とする冷熱消費系を設け、前記凝縮器における発生
凝縮熱を温熱源とする温熱消費系を設けたヒートポンプ
装置に関する。

〔従来の技術〕

上記の如きヒートポンプ装置は、冷熱蓄熱を氷を利用し
て行うことにより、冷熱蓄熱槽の小型化を図り、かつ、
熱媒凝縮熱として回収される温熱の利用効率を向上する
ようにしたものであるが、従来、この種のヒートポンプ
装置においては、第２図に示すように、氷蓄熱槽（８）
における蓄熱冷熱は、蓄熱槽自身の放熱損失を考えない
とすれば、単に冷熱消費系での冷房等を目的とした冷熱
消費にのみ費やされる構成となっていた（文献を示すこ
とができない）。

図中（１）は熱媒圧縮機、（３）は凝縮器、（４）は膨
張弁、（５）は蒸発器としての製氷器である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、上述従来の構成では、冷熱消費量と温熱消費量
とがバランスしている状態では特に問題はないが、季節
条件等により冷熱消費量に比して温熱消費量が大となり
、その状態で氷蓄熱槽における蓄熱量が上限に達した時
には、それ以上の製氷が不能となることから凝縮器から
の温熱取出をも断念せざるを得す、温熱消費系における
暖房や給湯等の温熱消費に対して氷蓄熱槽の容量に起因
した多大の制約が生じる問題があった。

本発明の目的は、氷を利用した冷熱蓄熱の利点を十分に
生かしながら、氷蓄熱槽の容量に起因した温熱消費に対
する制約を解消する点にある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明によるヒートポンプ装置の特徴構成は、氷蓄熱槽
における蓄熱冷熱量を減じるように氷蓄熱槽に対して付
与する温熱を系外から回収する集熱器を設け、前記氷蓄
熱槽に対する前記集熱器からの温熱付与を断続する運転
状態切換手段を設けたことにあり、その作用・効果は次
の通りである。

〔作　用〕

つまり、通常は集熱器から氷蓄熱槽に対する温熱付与を
断って、冷房等の冷熱消費のために氷蓄熱槽の蓄熱冷熱
を保全しながら圧縮・凝縮・膨張・蒸発という一連のサ
イクル運転を継続するが、その運転において氷蓄熱槽に
おける蓄熱量が上限に達してそれ以上の製氷が不能とな
ったとしても、運転状態切換手段により運転状態を、氷
蓄熱槽に対して集熱器から温熱を付与する状態に切換え
れば、氷蓄熱槽の蓄熱冷熱を系外に逃がす状態で継続し
ての製氷が可能となり、それによって、圧縮・凝縮・膨
張・蒸発という一連のサイクル運転を継続させて凝縮器
からの温熱取出を継続維持できる。

〔発明の効果〕

その結果、氷を利用した冷熱蓄熱の本来利点、すなわち
、冷熱蓄熱槽の小型化、並びに、温熱利用効率の向上を
十分にいかしながら、氷蓄熱槽の容量に起因した温熱消
費に対する制約をも解消できて、暖房や給湯等の温度消
費を季節条件等にかかわらず一層安定的に実施できるよ
うになり、全体として、設備コスト面並びに実用性能の
いずれにも優れたヒートポンプ装置にできた。

〔実施例〕

次に本発明の実施例を第１図に基づいて説明する。

熱媒圧縮機（１）、凝縮器（３）、膨張弁（４）、及び
、蒸発器としての製氷器（５）の順に熱媒を循環させる
熱媒回路（７）を設け、圧縮・凝縮・膨張・蒸発という
一連の過程を繰返す所謂ヒートポンプ回路を構成しであ
る。

図中（２）はオイルセパレータである。

製氷器（５）で製造された氷は氷蓄熱槽（８）に貯留し
、その氷蓄熱槽（８）における蓄熱冷熱を後述する冷熱
消費系で適時、消費するようにしてあり、製氷器（５）
と氷蓄熱槽（８）とは、出水路（１０）と還水路（９）
とから成る循環路で接続しである。（９ａ）は還水ポン
プである。

又、凝縮器（３）は、循環ポンプ（３ａ）による循環水
を発生凝縮熱をもって加熱する水熱交換器としてあり、
その循環水により持ち出される温熱を後述する温熱消費
系で消費するようにしてある。

前記温熱消費系は、室内への送風と加熱循環水とを熱交
換させる複数の暖房用室内熱交換器（１３）と、外気と
加熱循環水とを熱交換させる室外熱交換器（１４）とか
ら構成されており、前記暖房用室内熱交換器（１３）群
に対する温水分散へ。

ダ（１３Ａ）への暖房用温水往路（１５Ａ）と、前記室
外熱交換器（１４）の入口路（１４Ａ）への放熱用温水
往路（１６Ａ）とは、前記水熱交換器（３）の温水取出
路（３八）に接続されている。また、前記暖房用室内熱
交換器（１３）群に対する温水集合ヘッダ（１３Ｂ）か
らの暖房用温水復路（１５Ｂ）と、前記室外熱交換器（
１４）の出口路（１４Ｂ）からの放熱用温水復路（１６
Ｂ）とは、前記水熱交換器（３）の温水入口路（３Ｂ）
に接続されている。そして、前記温水取出路（３八）、
温水入口路（３Ｂ）、暖房用温水往路（１５＾）、暖房
用温水復路（１５Ｂ）、放熱用温水往路（１６Ａ）、放
熱用温水復路（１６Ｂ）からなる温水配管系には、温水
の流れを第１状態、第２状態、第３状態に切換えるため
のバルブ（ｖｌ）群が設けられている。

前記第１状態は、水熱交換器（３）と暖房用室内熱交換
器（１３）との間で温水を循環させる状態である。

前記第２状態は、水熱交換器（３）と室外熱交換器（１
４）との間で温水を循環させる状態である。

前記第３状態は、水熱交換器（３）と暖房用室内熱交換
器（１３）との間および、水熱交換器（３）と室外熱交
換器（１４）との間でともに温水を循環させる状態であ
る。

したがって、第１状態においては、暖房用室内熱交換器
（１３）での放熱により、室内への送風が加熱されて室
内暖房が行われると同時に、温水が冷却されて水熱交換
器（３）での凝縮作用が維持され、第２状態においては
、室外熱交換器（１４）での放熱により、温水が冷却さ
れて水熱交換器（３）での凝縮作用が維持される。また
、第３状態においては、前記、暖房用室内熱交換器（１
３）および室外熱交換器（１４）での放熱により、暖房
と凝縮作用の維持とが行われる。

前記氷蓄熱槽（８）に蓄熱された冷熱を消費する冷熱消
費系は、室内への送風と冷水とを熱交換させる複数の冷
房用室内熱交換器（１７）と、外気と冷水とを熱交換さ
せる室外熱交換器（１８）とから構成されており、前記
氷蓄熱槽（８）の冷水取出路（８Ａ）には、前記冷房用
室内熱交換器（１７）群に対する冷水分散ヘッダ（１７
Ａ）への冷房用冷水往路（１９Ａ）と、前記室外熱交換
器（１８）における入口路（１８Ａ）への冷水往路（２
０Ａ）　とが接続されており、前記氷蓄熱槽（８）の冷
水返り路（８Ｂ）には、前記冷房用室内熱交換器（１７
）群に対する冷水集合ヘッダ（１７Ｂ）からの冷房用冷
水復路（１９Ｂ）と、前記室外熱交換器（１８）の出口
路（１８Ｂ）からの冷水復路（２０Ｂ）とが接続されて
いる。前記冷水取出路（８八）および冷水往路（２ＯＡ
）には、それぞれポンプ（８ａ）　、　（２０ａ）が介
装されている。

更に、前記冷水復路（２０Ｂ）は、その途中箇所（ａ）
において前記冷房用冷水往路（１９Ａ）に接続されてお
り、前記冷房用冷水復路（１９Ｂ）は、接続路（１９ａ
）を介して前記冷水取出路（８八）に接続されている。

そして、前記冷水取出路（８Ａ）、冷水返り路（８Ｂ）
、冷房用冷水往路（１９Ａ）、冷房用冷水復路（１９Ｂ
）、冷水往路（２０Ａ）、冷水復路（２０Ｂ）、接続路
（１９ａ）からなる冷水配管系には、冷水の流れを第１
状態、第２状態、第３状態、第４状態に切換えるための
パルプ（ｖ２）群が設けられている。

前記第１状態は、氷蓄熱槽（８）と冷房用室内熱交換器
（１７）との間で冷水を循環させる状態である。

前記第２状態は、氷蓄熱槽（８）と室外熱交換器（１８
）との間で冷水を循環させる状態である。

前記第３状態は、氷蓄熱槽（８）と冷房用室内熱交換器
（Ｉ７）との間および、氷蓄熱槽（８）と室外熱交換器
（１８）との間でともに冷水を循環させる状態である。

前記第４状態は、前記冷房用室内熱交換器（１７）と室
外熱交換器（１８）との間で冷水を循環させる状態であ
る。

したがって、第１状態においては、冷房用室内熱交換器
（１７）での吸熱により、室内への送風が冷却されて室
内冷房が行われると同時に、冷水が加熱されて製氷機（
５）での蒸発作用が維持され、第２状態においては、室
外熱交換器（１８）での吸熱により、冷水が加熱されて
製氷機（５）での蒸発作用が維持される。また、第３状
態においては、冷房用室内熱交換器（１７）および室外
熱交換器（１８）での吸熱により、前述したように、冷
房と蒸発作用の維持とが行われる。更に、第４状態にお
いては、冷房用室内熱交換器（１７）での吸熱と室外熱
交換器（１８）での放熱とによって、外気を冷熱源とす
る室内冷房が行われる。

なお、図においては、前記暖房用室内熱交換器（１３）
と冷房用室内熱交換器（１７）とを組込んだ空調器（２
１）で示しであるが、両種の室内熱交換器（１３）　、
　（１７）は、前記の如く空調器（２１）への組込み形
態で設けられる他、暖房必要箇所、冷房必要箇所に単独
に設けられるものである。

かつ、前記２つの室外熱交換器（１４）　、　（１Ｂ）
は、密閉型クーリングタワー（２２）の熱交換器（２３
）をもって兼用構成されている。もちろん、配管系には
、室外熱交換器（２３）を暖房用と冷房用とに切換える
ようにするため、前記放熱用温水往路（１６Ａ）および
放熱用温水復路（１６Ｂ）と、前記冷水往路（２０Ａ）
および冷水復路（２０Ｂ）とを室外熱交換器（２３）の
入口路（２３Ａ）および出口路（２３Ｂ）に択一的に接
続させる選択バルブ（ｖ３）群が設けられている。

（２４）は、前記空調器（２１）の送風ファン、（２５
）と（２６）と（２７）は、前記クーリングタワー（２
２）の送風ファンと水供給ポンプと供給水を室外熱交換
器（２３）に噴射するノズルである。つまり、室外熱交
換器（２３）は、外気のみならず、水とも熱交換するも
のである。

以上の如く構成されたヒートポンプ装置においては、製
氷機（５）で氷を作成して氷蓄熱槽（８）に貯溜する一
方、水熱交換器（３）で温水を発生するのであって、温
水配管系、冷水配管系を適宜切換えることにより、次の
ような各種の運転が行える。

［１］温水配管系を第１状態に切換えることにより、暖
房が行える。この暖房に必要な熱は、製氷機（５）での
製氷に伴う吸熱によって得られるのであって、一般に、
昼間等、外気温が０℃以上で外気からの吸熱が可能な場
合には、冷水配管系を第２状態に切換えて、室外熱交換
器（２３）により外気から吸熱し、この吸熱で氷蓄熱槽
（８）内の氷を溶かすことにより、製氷５（５）での製
氷による吸熱を継続させ、夜間等、外気温が０℃以下で
外気からの吸熱が不可能な場合には、氷蓄熱槽（８）内
に氷を貯溜することで製氷機（５）での製氷による吸熱
を保証する。つまり、氷蓄熱槽（８）内が氷で一杯にな
り、製氷限界に至るまで外気からの吸熱なしに暖房を行
えるのである。そして、製氷限界に至り、これ以上製氷
機（５）による吸熱が行えなくなったとき、あるいは、
それに近くなったときには、冷水配管系を第２状態また
第３状態に切換えて氷蓄熱槽（８）と室外熱交換器（２
３）との間で冷水を循環させ、室外熱交換器（２３）で
の外気からの吸熱により氷蓄熱槽（８）内の氷を溶かし
て、製氷機（５）による吸熱、つまり、暖房運転を保証
するのである。つまり、室外熱交換器（２３）により集
熱器（八）が構成され、冷水取出路（８Ａ）、冷水往路
（２ＯＡ）、入口路（２３Ａ）、出口路（２３Ｂ）、冷
水復路（２０Ｂ）、冷水返り路（８Ｂ）により、蓄熱冷
熱を系外に逃がすための熱媒体流路（Ｂ）が構成される
のである。もちろん、このとき、冷水配管系を第１状態
または第３状態にすることにより、冷房も行えるのであ
る。

［２］冷水配管系を第１状態に切換えることにより冷房
が行える。この冷房において必要となる排熱処理は、温
水配管系を第２状態に切換えて、水熱交換器（３）と室
外熱交換器（２３）との間で温水を循環させ、室外熱交
換器（２３）での外気への放熱により行う。もちろん、
このとき、温水配管系を第３状態に切換えることにより
、暖房も行えるのである。

［３］冷水配管系を、氷蓄熱槽（８）から冷水を取出さ
ない状態にして運転することにより、氷蓄熱槽（８）内
に氷を貯溜する冷熱蓄熱が行える。この場合の排熱処理
は、前記冷房運転と同様に行う。もちろん、この場合に
おいても、冷水配管系を第１状態に切換えることにより
冷房を行え、温水配管系を第１状態また第３状態に切換
えることにより、暖房を行える。

このように、上記のヒートポンプ装置においては、暖房
運転、冷房運転、冷暖房同時運転および、冷熱蓄熱運転
を行えるのみならず、次のような運転も行える。

つまり、百貨店等においては、朝方、暖房負荷が大で、
冷房負荷が小であり、昼間以降、冷房負荷が大となる場
合がある。このような場合、朝方には、温水配管系を第
１状態に、冷水配管系を第４状態に切換えて、暖房と製
氷（蓄熱）とを行いつつ、室外熱交換器（２３）と冷房
用室内熱交換器（１７）との間で冷水を循環させること
により、外気を冷熱源として冷房を行い、昼間以降は、
冷水配管系を第１状態に、温水配管系を第２状態に切換
えて、前述した冷房運転を行うのである。

〔別実施例〕

以下、本発明の別実施例を示す。

［１］上記実施例では、製氷器（５）として、熱媒と水
とを熱交換させてその場で氷を作成する製氷器を示した
が、製氷器（５）としては、凝固点が０℃以下の熱運搬
流体を冷却するものであっても良い。この場合は、冷却
された熱運搬流体の冷熱で製氷するのである。

［２］上記実施例では、凝縮器としての水熱交換器（３
）で発生された温水を暖房用熱源のみに用いたが、前記
の温水を給湯用の熱源に用いても良い。

［３］上記実施例では、氷蓄熱槽（８）に対して付与す
る温熱を回収する集熱器（Ａ）として、外気から集熱す
る室外熱交換器（２３）を示したが、集熱器（Ａ）とし
ては、太陽熱を集熱する太陽熱コレクタや、ホテル等か
らの排水、河川水等から温熱を回収する熱交換器であっ
ても良い。

（４〕前記熱媒膨張手段（４）としては膨張弁の他に種
々の型式のものを適用できる。

［５コ氷蓄熱槽（８）に対する集熱器（Ａ）からの温熱
付与を断続する運転状態切換手段は、前述の実施例構成
の他に種々の構成変更が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す回路図であり、第２図は
従来例を示す回路図である。（１）・・・・・・熱媒圧縮機、（３）・・・・・・４
ｉ縮器、（４）・・・・・・膨張手段、（５）・・・・
・・製氷器、（７）・・・・・・熱媒回路、（８）・・
・・・・氷蓄熱槽、（Ａ）・・・・・・集熱器。

Claims

【特許請求の範囲】［１］熱媒圧縮機（１）、凝縮器（３）、熱媒膨張手段
（４）、及び、蒸発器としての製氷器（５）の順に熱媒
を循環させる熱媒回路（７）を設け、前記製氷器（５）
により製造された氷を貯留する氷蓄熱槽（８）、並びに
、その氷蓄熱槽（８）における蓄熱冷熱を冷熱源とする
冷熱消費系を設け、前記凝縮器（３）における発生凝縮
熱を温熱源とする温熱消費系を設けたヒートポンプ装置
であって、前記氷蓄熱槽（８）における蓄熱冷熱量を減
じるように氷蓄熱槽（８）に対して付与する温熱を系外
から回収する集熱器（Ａ）を設け、前記氷蓄熱槽（８）
に対する前記集熱器（Ａ）からの温熱付与を断続する運
転状態切換手段を設けたヒートポンプ装置。［２］前記集熱器（Ａ）が、前記氷蓄熱槽（８）に対し
て付与する温熱として大気保有熱を回収する熱交換器で
ある特許請求の範囲第［１］項に記載のヒートポンプ装
置。［３］前記集熱器（Ａ）が、前記氷蓄熱槽（８）に対し
て付与する温熱として太陽熱を集熱する太陽熱コレクタ
ーである特許請求の範囲第［１］項に記載のヒートポン
プ装置。［４］前記集熱器（Ａ）が、前記氷蓄熱槽（８）に対し
て付与する温熱として産業廃熱を回収する廃熱回収器で
ある特許請求の範囲第［１］項に記載のヒートポンプ装
置。