JPS644048Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はヒートポンプシステムに係り、特に複
数の空気熱交換器を有するヒートポンプシステム
に関するものである。

一般に、既設の地下鉄等において排熱を利用し
て冷暖房等を行う場合、機械室にヒートポンプを
設置する場所がない場合やトンネル内に配管の設
置スペースがない場合などが予想されるが、通常
駅舎近傍に機械室を設けてヒートポンプを設置
し、駅舎に複数の空気熱交換器を設置して熱回収
を行うヒートポンプシステムが用いられる。

第１図はこの種のヒートポンプシステムの従来
例を示す構成図で、図中１，２は駅舎に設置され
た空気熱交換器、３は連絡水配管、４は駅舎近傍
の機械室に設置されたヒートポンプで、蒸発器
５、圧縮機６、凝縮器７より構成されている。な
お、符号８は圧縮機６を駆動するモータ、９は凝
縮器７内に利用温水を供給する利用温水循環ポン
プである。

このヒートポンプシステムの場合は２基の空気
熱交換器１，２によつて熱交換された回収冷水は
連絡水配管３を通つて蒸発器５に入り、蒸発器５
→圧縮機６→凝縮器７→蒸発器５を循環する冷媒
と熱交換される。蒸発器５内で冷媒と熱交換した
回収冷水はポンプ１０によつて連絡水配管３を通
り、再び空気熱交換器１，２に供給される。一
方、蒸発器５で回収冷水と熱交換した冷媒は圧縮
機６を経て凝縮器７に入り、利用側の温水と熱交
換されていた。

しかしながら、このような従来のヒートポンプ
システムにおいては空気熱交換器１，２で扱う空
気温度は冬期の場合10℃前後となるため、回収冷
水は回収温度差として３℃程度となるので、不凍
液等を使う必要性が生じる。また、蒸発器５にお
ける蒸発温度も０℃〜−２℃前後となるので、ヒ
ートポンプサイクルの効率が落ちると共に回収温
度差が小さいために連絡水配管３の口径を大口径
にしなければならず。設備費のコストが増加する
という欠点があつた。

これに対して上記の欠点を補うものとしていわ
ゆる直膨形のヒートポンプシステムが提案されて
いる。第２図は直膨形ヒートポンプシステムの構
成図で、図中第１図と同一部分には同一符号が付
されている。この直膨形ヒートポンプシステムの
場合は空気熱交換器１，２で熱交換された冷媒ガ
スは冷媒ガス出口管１１を通つてアキユームレー
タ１２に供給された後、圧縮機６によつて凝縮器
７に供給され、利用側の温水と熱交換される。凝
縮器７で利用側の温水と熱交換された冷媒は冷媒
液となつて受液器１３に貯溜され、冷媒液供給管
１３を通つて再び空気熱交換１，２に供給され
る。したがつて、このヒートポンプシステムの場
合は蒸発温度が３℃前後となるので成績係数が向
上し、配管サイズも小口径となるので設備費の軽
減を計ることができる。

ところが、この直膨形ヒートポンプシステムの
場合には空気熱交換器１，２が設置される場所で
空気温度に偏差があるとき、空気熱交換器１，２
への冷媒液供給量が不安定となり、冷媒ガス中へ
の液キヤリーオーバー等が生じ、二相流効果によ
る流動不安定およびヒートポンプの運転困難等を
生ずるおそれがあつた。また、駅間など遠距離で
の熱回収を行う場合は高圧令媒を遠距離移送する
ことになり、安全面からも好ましくない。さら
に、圧縮機６が遠心圧縮機の場合、ヒートポンプ
の部分負荷においてホツトガスバイパス弁が開く
と差圧が減少し、冷媒液供給に支障をきたすこと
もある。

本考案は上記の事情に鑑みなされたものであ
り、複数の空気熱交換器の設置場所に空気温度の
偏差があつても安定した冷媒液の供給を行うこと
のできるヒートポンプシステムを提供することを
目的とするものである。

以下、図面に示す実施例に基づいて本考案を詳
細に説明する。

第３図は本考案の一実施例であるヒートポンプ
システムで、２基の空気熱交換器の場合の構成を
示す図で、図中第１図及び第２図と同一部分には
同一符号が付されている。同図において符号２１
は空気熱交換器１，２からの冷媒ガスとヒートポ
ンプ４からの冷媒液とを貯溜するレシーバタン
ク、２２はレシーバタンク２１内の冷媒液レベル
を制御するレベル制御器、２３はレベル制御器２
２からの信号に基づいてレシーバタンク２１への
冷媒液供給量をを制御する制御弁、２４，２５は
レシーバタンク２１内の冷媒液を空気熱交換器
１，２へ各々強制的に供給する供給ポンプであ
る。

レシーバタンク２１内の冷媒液は供給ポンプ２
４，２５によつて昇圧され、それぞれ冷媒液供給
管１４および冷媒液供給量制御弁１５を介して空
気熱交換器１，２に供給される。空気熱交換器
１，２に供給された冷媒液は空気熱によつてレシ
ーバタンク圧力に応じた圧力で蒸発し、冷媒ガス
となつて冷媒ガス出口管１１を通つてレシーバタ
ンク２１に供給される。レシーバタンク２１では
空気熱交換器１，２で発生した冷媒ガスをタンク
内部に設けられた適当なミスト分離器（図示せ
ず）によりミストを分離した後、冷媒ガスのみが
圧縮機６により圧縮され凝縮器７に送気される。
このようにしてレシーバタンク２１から送気され
た冷媒ガスは凝縮器７で利用側の温水と熱交換
し、凝縮して冷媒液となる。凝縮器７で凝縮した
冷媒液は凝縮圧力と等しい圧力で受液器１３に貯
溜され、レベル制御器２２および制御弁２３とに
より供給量が制御されながら冷媒液供給管１４を
介してレシーバタンク２１に供給される。そし
て、レシーバタンク２１に供給された冷媒液は、
再び供給ポンプ２４，２５によつて空気熱交換器
１，２に供給され、上述した流路を循環する。

このように本実施例においては、ヒートポンプ
４からの冷媒液をレシーバタンク２１で減圧して
貯溜し、供給ポンプ２４，２５によつてレシーバ
タンク２１内の冷媒液を空気熱交換器１，２にそ
れぞれ強制的に供給するようにしたので、直接供
給の場合に比べてヒートポンプの部分負荷および
熱交換器設置場所に空気温度の偏差がある場合で
も冷媒液、冷媒ガスの差圧偏差による冷媒液供給
の不安定を抑制できる。また、強制供給であるの
で低圧冷媒が利用でき、遠距離の移送に際しての
安全性が向上する。さらに、本ヒートポンプシス
テムは冷媒による潜熱利用であるので、冷水や不
凍液利用の場合に比べて配管サイズおよび熱交換
器が小型となり設備費のコストアツプが低減され
る。

次に本考案の他の実施例について説明する。第
４図は本考案のヒートポンプシステムに除霜機能
を付加した場合を示す構成図で、図中第３図と同
一部分には同一符号が付されている。同図におい
て３１は空気熱交換器１に設置された着霜感知
器、３２はレシーバタンク２１の冷媒ガス入口側
に設けられた入口側遮断弁、３３はレシーバタン
ク２１の冷媒液出口側に設けられた出口側遮断
弁、３４は冷媒ガス貯溜タンク、３５は冷媒液フ
ロースイツチ、３６，３７はリリーフ弁、３８は
気液分離器である。なお、図示は省略したが空気
熱交換器２側も同様の構成となつている。

次に除霜運転下での動作について説明する。空
気熱交換器１に設置された着霜感知器３１によつ
て着霜状態が感知されると、感知器３１からの着
霜信号によつて入口側遮断弁３２が全閉されると
共に冷媒液供給量制御弁１５が全開となる。な
お、このとき供給ポンプ２４は運転状態が維持さ
れている。このようにして空気熱交換器１および
入口側遮断弁３２との間に閉じ込められた冷媒ガ
スは、供給ポンプ２４の吐出圧力により加圧され
て液化し、空気熱交換器１と入口側遮断弁３２と
の間の管内は冷媒液で充満する。管内の圧力がリ
リーフ弁３６の設定圧力に達するとリリーフ弁３
６が開放となり、冷媒液が冷媒液供給管１４に戻
されリサイクルとなる。なお、このとき冷媒液フ
ロースイツチ３５がリリーフ弁３６からの冷媒液
の流れを感知し、出口側遮断弁３３を全閉にして
レシーバタンク２１からの冷媒液供給を遮断す
る。

冷媒液供給管１４に戻された冷媒は再び供給ポ
ンプ２４によつて空気熱交換器１に供給され、空
気熱交換器１→冷媒ガス出口管１１→気液分離器
３８→リリーフ弁３６→冷媒液供給管１４→空気
熱交換器１と短絡ループを形成して循環する。そ
して、このように上述した流路を循環するうちに
供給ポンプ２４の動力により循環冷媒が昇温し、
空気熱交換器１に付着した霜が融解される。

一方、気液分離器３８では空気熱交換器１から
の循環冷媒中に含まれる不凝縮縮性ガスの気泡や
除霜終了時近辺での発生冷媒液泡を冷媒ガス貯溜
タンク３４に貯溜し、供給ポンプ２４での気泡吸
込みによるキヤビテーシヨンの発生を防止してい
る。

除霜が終了すると着霜感知器３１からの除霜信
号により供給ポンプ２４が停止し、出口側遮断弁
３３が除々に開となり、短絡ループが均圧となつ
た後に出入口側遮断弁３２，３３が全開され、通
常の熱回収運転に入る。なお、リリーフ弁３６は
供給ポンプ２４の停止時に自動的に閉となる。ま
た、リリーフ弁３７は除霜終了時に出入口側遮断
弁３２，３３が正常動作しなかつた際、管内の高
温化による圧力の上昇をバイパス管を経てレシー
バタンク２１に逃がしている。

このように本実施例では着霜時にレシーバタン
ク２１と熱回収系とを切離し、１基の空気熱交換
器が着霜しても個別に除霜運転ができるので、全
系を停止して熱回収を中断する必要がなく、安定
した熱供給を使用側に送ることもできる。

以上述べたように本考案によれば、複数の空気
熱交換器からの冷媒ガスとヒートポンプからの冷
媒液とをレシーバタンクに貯溜し、このレシーバ
タンク内の冷媒液をレベル制御器からの制御信号
により制御弁で所定レベルに制御しながら供給ポ
ンプによつて複数の空気熱交換器に各々強制的に
供給するようにしたので、複数の空気熱交換器の
設置場所に空気温度の偏差があつたとしても安定
した冷媒液の供給を行うことのできるヒートポン
プシステムを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はいずれも従来のヒートポ
ンプシステムの構成を示す図で、第１図は水配管
にて熱回収を行うヒートポンプシステムの構成
図、第２図は直膨形ヒートポンプシステムの構成
図、第３図は本考案の一実施例であるヒートポン
プシステムの構成図、第４図は同実施例のヒート
ポンプシステムに除霜機能を付加した場合を示す
構成図である。 １，２……空気熱交換器、６……圧縮機、７…
…凝縮器、１２……アキユームレータ、２１……
レシーバタンク、２２……レベル制御器、２３…
…制御弁、２４，２５……供給ポンプ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 複数の空気熱交換器からの冷媒ガスとヒートポ
   ンプからの冷媒液とを貯溜するレシーバタンク
   と、このレシーバタンク内の冷媒液レベルを制御
   するレベル制御器と、このレベル制御器からの信
   号に基づいてレシーバタンクへの冷媒液供給量を
   制御する制御弁と、この制御弁によつてレシーバ
   タンクへ供給された冷媒液を前記複数の空気熱交
   換器に供給する供給ポンプとを具備したことを特
   徴とするヒートポンプシステム。