JP2002005594A - 採熱試験装置 - Google Patents

採熱試験装置

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JP2002005594A
JP2002005594A JP2000182569A JP2000182569A JP2002005594A JP 2002005594 A JP2002005594 A JP 2002005594A JP 2000182569 A JP2000182569 A JP 2000182569A JP 2000182569 A JP2000182569 A JP 2000182569A JP 2002005594 A JP2002005594 A JP 2002005594A
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heat exchanger
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Masahisa Fukahori
賢久 深堀
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Kubota Corp
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/10Geothermal energy

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 採熱試験において採熱特性の検査精度を向上
させる。 【解決手段】 熱媒Wを冷却する冷却手段を設け、熱媒
Wを採熱源2と熱交換させる採熱用熱交換器1と前記冷
却手段との間で熱媒Wを循環させる循環路10を設ける
採熱試験装置において、前記冷却手段としてヒートポン
プ装置3の吸熱側熱交換器8を用い、連続的又は多段階
的な出力調整が可能な熱媒加熱用の電気ヒータ14を、
前記ヒートポンプ装置3の吸熱側熱交換器8と直列又は
並列に配置して前記循環路10に装備する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、採熱用熱交換器を
用いて熱媒を採熱源と熱交換させる熱源部がどのような
採熱特性を有するかを検査するための採熱試験装置に関
し、詳しくは、熱媒を冷却する冷却手段を設け、熱媒を
採熱源と熱交換させる採熱用熱交換器と前記冷却手段と
の間で熱媒を循環させる循環路を設けてある採熱試験装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の採熱試験装置としては、
上記冷却手段として、貯留氷により循環熱媒を冷却する
氷利用冷却装置を用いるものが提案されている(特開平
8−338696号参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来装
置では、冷却源が氷であるため採熱用熱交換器の入口熱
媒温度が氷点よりも若干高い温度に成り行き的に決まっ
てしまい、試験において採熱用熱交換器の入口熱媒温度
を大きな採熱量取得が可能な氷点下温度に調整するとい
ったことや、熱媒冷却量(すなわち、冷却手段により付
与する試験上の擬似負荷)を様々に変化させて取得採熱
量の変化を見るといったができず、このように試験条件
が限られることで採熱特性の検査精度が低くなり、ひい
ては、この特性検査に基づく設備設計で大きな設計誤差
を招くなどの問題があった。
【0004】一方、この問題を解消するのに、冷却手段
として、上記の如き氷利用冷却装置に代え、いわゆるイ
ンバータ制御やアンロード制御による出力調整が可能な
ヒートポンプ装置の吸熱側熱交換器(換言すれば冷凍
機)を用い、これにより、採熱用熱交換器の入口熱媒温
度を氷点下温度にすることや、試験条件変更としての熱
媒冷却量の変更を可能にする改良装置も考えられる。
【0005】しかしながら、アンロード制御ではヒート
ポンプ装置の出力を2段階〜4段階程度の極荒くにしか
変更できず、また、インバータ制御では連続的な出力調
整が可能になるものの、出力低下側への調整に限界があ
って低出力側のかなり大きな範囲(例えば0%出力〜3
0%出力)については出力調整を行なえず、これらのこ
とから、上記の改良装置にしても、試験条件の変更面で
未だ制限があり、採熱特性の検査精度を高める上でなお
改善の余地があった。
【0006】この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、
熱媒温度の調整について合理的な調整構成を採ることに
より、装置の複雑化や大型化を回避しながら、採熱特性
検査の効果的な精度向上を可能にする点にある。
【0007】
【課題を解決するための手段】〔1〕請求項1に係る発
明では、熱媒を冷却する冷却手段を設け、熱媒を採熱源
と熱交換させる採熱用熱交換器と前記冷却手段との間で
熱媒を循環させる循環路を設ける構成の採熱試験装置に
おいて、前記冷却手段としてヒートポンプ装置の吸熱側
熱交換器を用い、連続的又は多段階的な出力調整が可能
な熱媒加熱用の電気ヒータを、前記ヒートポンプ装置の
吸熱側熱交換器と直列又は並列に配置して前記循環路に
装備する。
【0008】つまり、電気ヒータであれば段階的な出力
調整にしても、アンロード制御によるヒートポンプ装置
の出力調整に比べはるかに細かく多段階に出力を調整で
きることから、上記の構成において、ヒートポンプ装置
による熱媒冷却下で、電気ヒータの出力を連続的又は多
段階的に調整すれば、循環熱媒に対する冷却量(すなわ
ち、試験装置全体としての熱媒冷却量=ヒートポンプ装
置での熱媒冷却量―電気ヒータでの熱媒加熱量)を連続
的に又は多段階的に細かく調整することができる。
【0009】したがって、上記構成において電気ヒータ
に適当な能力のものを選定しておけば、熱媒冷却量を、
インバータ制御やアンロード制御によるヒートポンプ装
置の出力調整だけでは実現できない小冷却量から、ヒー
トポンプ装置による熱媒冷却をもって採熱用熱交換器の
入口熱媒温度を氷点下の極低い温度にする大冷却量ま
で、大きな調整範囲にわたって細かく調整することがで
き、また必要であれば、ヒートポンプ装置を停止した状
態での電気ヒータの出力調整により、採熱量が負になる
放熱領域で熱媒加熱量を変化させる試験も実施でき、こ
れにより、多様な条件下での試験を可能にして、採熱特
性の検査精度を効果的に高めることができる。
【0010】そしてまた、熱媒加熱に電気ヒータを用い
ることにより、例えば、ヒートポンプ装置の放熱側熱交
換器を用いて熱媒を加熱したり(特願平11−2897
73号参照)、蒸気ヒータや温水ヒータを用いて熱媒を
加熱するに比べ、ヒートポンプ装置の構造やヒートポン
プ装置周りの熱媒配管を簡単にできる点で、また、蒸気
配管や温水配管を不要にできる点で、装置の複雑化や大
型化を回避して試験装置の全体構成を小型でコンパクト
なものにすることができる。
【0011】なお、請求項1に係る発明の実施におい
て、ヒートポンプ装置はインバータ制御やアンロード制
御による出力調整が可能なものである必要は特になく、
固定出力のヒートポンプ装置であってもよい。
【0012】〔2〕請求項2に係る発明では、請求項1
に係る発明の実施にあたり、前記採熱用熱交換器におけ
る入口熱媒温度の検出情報に基づいて、その入口熱媒温
度を目標温度に維持するように前記電気ヒータを出力調
整するヒータ制御手段を設ける。
【0013】つまり、この構成によれば、目標温度を設
定するだけで、上記ヒータ制御手段による電気ヒータの
連続的な又は多段階的な出力調整により採熱用熱交換器
の入口熱媒温度をその目標温度に精度良く安定的に維持
することができて、採熱用熱交換器の入口熱媒温度が安
定的に維持された定常状態(略言すれば、外乱の少ない
状態)で採熱量を正確に測定することができ、これによ
り、採熱特性の検査精度を一層効果的に高めることがで
きる。
【0014】〔3〕請求項3に係る発明では、請求項1
又は2に係る発明の実施にあたり、前記ヒートポンプ装
置として、連続的又は段階的な出力調整が可能なヒート
ポンプ装置を用いる。
【0015】つまり、この構成によれば、ヒートポンプ
装置の連続的な出力調整において、前述の如きかなり大
きな調整不能範囲があるにしても、また、ヒートポンプ
装置の段階的な出力調整が2段階〜4段階程度の極荒い
ものであるにしても、それらヒートポンプ装置の連続的
な又は段階的な出力調整と、前記電気ヒータの出力調整
との組み合わせによる試験装置全体としての熱媒冷却量
の調整により、電気ヒータを小能力の小型なもの(すな
わち、熱媒加熱量の調整範囲が小さいもの)で済ませな
がらも、熱媒冷却量を大きな調整範囲にわたって細かく
調整することができ、この点、試験装置の小型化及びコ
ンパクト化の面で一層有利になる。
【0016】
【発明の実施の形態】図1は、熱媒Wを地中熱交換器1
に通過させることで地中2から採熱する熱源部につい
て、どのような採熱特性を有するかを検査するための採
熱試験装置を示し、3は圧縮式ヒートポンプ回路hを備
えるヒートポンプ装置であり、このヒートポンプ装置3
には、放熱側熱交換器4(冷媒凝縮器)での発生熱をフ
ァン5による通風外気Aに放熱する空冷式のもの(換言
すれば、空冷式の冷凍機)を用いている。
【0017】上記ヒートポンプ回路hにおいて、6は圧
縮機、7は膨張弁、8は冷媒蒸発器としての吸熱側熱交
換器であり、9はインバータ制御(すなわち圧縮機の回
転数制御)又はアンロード制御(すなわち圧縮機の有効
吐出量制御)によりヒートポンプ装置3の出力を調整す
るヒートポンプ制御器である。
【0018】10は地中熱交換器1とヒートポンプ装置
3の吸熱側熱交換器8との間で熱媒Wを循環ポンプ11
により循環させる循環路、12a,12bは地中熱交換
器1の入口熱媒温度t1及び出口熱媒温度t2を測定す
る温度測定器、13は熱媒Wの循環流量gを測定する流
量測定器、Vは流量調整弁である。
【0019】つまり、この試験装置では、ヒートポンプ
装置3の吸熱側熱交換器8を擬似負荷用の冷却手段とし
てその吸熱側熱交換器8で循環熱媒Wを冷却しながら、
地中熱交換器1で循環熱媒Wを対地熱交換させて地中2
から採熱する。そして、その際の採熱量qを温度測定器
12a,12bによる測定熱媒温度t1,t2及び流量
測定器13による測定熱媒流量gに基づき算出(q=
(t2―t1)×g)し、これら測定結果及び算出採熱
量から採熱特性を判定する。
【0020】14はヒートポンプ装置3の吸熱側熱交換
器8と直列に配置して循環路10に介装した熱媒加熱用
の電気ヒータ、15は電気ヒータ14に対する電源であ
り、ヒートポンプ装置3のインバータ制御による出力調
整では低出力側に比較的大きな調整不能範囲が存在し、
また、ヒートポンプ装置3のアンロード制御による出力
調整では極荒い段階的調整しか行なえないのに対し、こ
れらの調整不能範囲を電気ヒータ14の出力調整をもっ
て補う形態で、ヒートポンプ装置3による上記の熱媒冷
却下において電気ヒータ14の出力を連続的又は多段階
的に調整することにより、試験装置全体としての熱媒冷
却量(=ヒートポンプ装置3での熱媒冷却量―電気ヒー
タ14での熱媒加熱量)を、0からヒートポンプ装置3
での最大熱媒冷却量にわたって連続的に又は多段階的に
細かく調整できるように、また必要に応じ、ヒートポン
プ装置3を停止した状態での電気ヒータ14の出力調整
により、採熱量が負になる放熱領域で熱媒加熱量を連続
的ないし多段階的に変化させる試験も実施できるように
してある。
【0021】16は温度検出器17により検出される地
中熱交換器1の入口熱媒温度t1(本例では電気ヒータ
14の出口熱媒温度)に基づき、地中熱交換器1の入口
熱媒温度t1を設定の目標温度tsに維持するように電
気ヒータ14の出力を連続的又は多段階的に調整するヒ
ータ制御器であり、採熱試験では、ヒートポンプ制御器
9に対する設定をもってヒートポンプ装置3の出力をイ
ンバータ制御又はアンロード制御により地中熱交換器1
の容量に応じた出力に荒調整的に基本調整した状態の下
で、上記目標温度tsの設定変更により試験条件を種々
に変化させて試験を実施し、それら複数条件での試験結
果から採熱特性を判定する。
【0022】〔別実施形態〕前述の実施形態では、循環
路10においてヒートポンプ装置3からの熱媒出口箇所
に電気ヒータ14を介装したが、これに代え、電気ヒー
タ14をヒートポンプ装置3の吸熱側熱交換器8と直列
に配置するのに、循環路10におけるヒートポンプ装置
3への熱媒入口箇所に電気ヒータ14を介装するように
してもよい。
【0023】また、電気ヒータ14をヒートポンプ装置
3の吸熱側熱交換器8と直列に配置するに代え、図2に
示す如く、循環路10にヒートポンプ装置3に対するバ
イパス路10aを設け、このバイパス路10aに電気ヒ
ータ14を介装して、電気ヒータ14とヒートポンプ装
置3の吸熱側熱交換器8とを並列に配置するようにして
もよい。
【0024】なお、図2に示す構成において、V′はヒ
ートポンプ装置3を通過させる熱媒Wと電気ヒータ14
を通過させる熱媒W′との流量比を調整する弁であり、
この流量比は、ヒートポンプ装置3の吸熱側熱交換器8
での熱媒冷却及び電気ヒータ14での熱媒加熱を考慮し
て、その両方を極力効率的に行なえる比に設定する。
【0025】前述の実施形態では、熱媒Wを対地熱交換
させる地中熱交換器1を試験対象の採熱用熱交換器とす
る例を示したが、本発明は、河川水、湖沼水、海水、井
水、地下水、下水などを採熱源とする熱交換器や、大気
空気などの気体を採熱源する熱交換器など、各種形式・
構造の熱交換器を試験対象の採熱用熱交換器とすること
ができる。
【0026】また、地中熱交換器を試験対象の採熱用熱
交換器とする場合、その地中熱交換器は、二重管式やU
字管式など、どのような形式・構造のものであってもよ
い。
【0027】採熱源と熱交換させる熱媒Wには、ブライ
ンや水を初め、種々の液熱媒あるいは気体熱媒を採用で
きる。
【0028】ヒートポンプ装置3は、出力調整が可能な
ものに限らず、出力固定のものであってもよく、また、
空冷式のものに代え水冷式のものを用いたり、圧縮式に
代え吸収式や吸着式のものを用いるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態を示す装置構成図
【図2】別実施形態を示す装置構成図
【符号の説明】
1 採熱用熱交換器 2 採熱源 3 ヒートポンプ装置 8 吸熱側熱交換器 10 循環路 14 電気ヒータ 16 ヒータ制御手段 t1 採熱用熱交換器の入口熱媒温度 ts 目標温度 W 熱媒

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 熱媒を冷却する冷却手段を設け、熱媒を
    採熱源と熱交換させる採熱用熱交換器と前記冷却手段と
    の間で熱媒を循環させる循環路を設けてある採熱試験装
    置であって、 前記冷却手段としてヒートポンプ装置の吸熱側熱交換器
    を用い、 連続的又は多段階的な出力調整が可能な熱媒加熱用の電
    気ヒータを、前記ヒートポンプ装置の吸熱側熱交換器と
    直列又は並列に配置して前記循環路に装備してある採熱
    試験装置。
  2. 【請求項2】 前記採熱用熱交換器における入口熱媒温
    度の検出情報に基づいて、その入口熱媒温度を目標温度
    に維持するように前記電気ヒータを出力調整するヒータ
    制御手段を設けてある請求項1記載の採熱試験装置。
  3. 【請求項3】 前記ヒートポンプ装置として、連続的又
    は段階的な出力調整が可能なヒートポンプ装置を用いて
    ある請求項1又は2記載の採熱試験装置。
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