JP2019174105A - heat pump - Google Patents

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Abstract

To provide an air refrigerant heat pump that uses a part of CAES (Compressed Air Energy Storage) technology as a heat pump and can supply hot heat and cold by using only air and water.SOLUTION: A heat pump 2 includes: a motor 6 driven by input electric power; a first compressor 8 that is mechanically connected to the motor 6 and compresses air; a first heat exchanger 14 that exchanges heat between compressed air compressed by the first compressor 8 and water; a first hot water outlet 38 for taking out the water that is heat-exchanged in the first heat exchanger 14 and is raised in temperature; an expander 10 driven by the compressed air compressed by the first compressor 8; a power generator 12 mechanically connected to the expander 10; a second heat exchanger 18 that exchanges heat between the air expanded by expander 10 and water; and a cold water outlet 30 for taking out the water that is heat exchanged in the heat exchange 18 and is lowered in temperature.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ヒートポンプに関する。より詳しくは、空気を冷媒とするヒートポンプに関する。   The present invention relates to a heat pump. More specifically, the present invention relates to a heat pump using air as a refrigerant.

従来のヒートポンプは、冷媒として主にHFC(HydroFluoroCarbon)フロン系やCOを使用している。このため、冷媒が漏洩すると、温暖化や大気中のCO増大が懸念される。従って、地球環境に悪影響を及ばさない自然冷媒による冷暖房システムが検討されている。 Conventional heat pumps mainly use HFC (HydroFluoroCarbon) chlorofluorocarbon or CO 2 as a refrigerant. Therefore, when the refrigerant leaks, CO 2 increase in the greenhouse and the atmosphere is concerned. Therefore, a cooling and heating system using a natural refrigerant that does not adversely affect the global environment is being studied.

現状のヒートポンプの成績係数COP(Coefficient Of Performance)を90°C及び7℃の熱供給条件で比較すると以下の程度である。
自然冷媒(CO)ヒートポンプ:COP3.0
吸収式ヒートポンプ:COP1.5
吸着式ヒートポンプ:COP0.6〜0.7
代替フロンヒートポンプ:COP4.5
空気冷媒冷凍機:COP0.44
When the coefficient of performance (COP) of the current heat pump is compared under the heat supply conditions of 90 ° C. and 7 ° C., it is as follows.
Natural refrigerant (CO 2 ) heat pump: COP3.0
Absorption heat pump: COP1.5
Adsorption heat pump: COP 0.6-0.7
Alternative CFC heat pump: COP4.5
Air refrigerant refrigerator: COP0.44

究極の自然冷媒である空気については空気冷媒冷凍機がある。しかし、空気冷媒冷凍機は、超低温域での凍結などに用途が限定され、且つCOP0.44程度であるため性能面で有利でない。   There is an air refrigerant refrigerator for air, which is the ultimate natural refrigerant. However, the use of the air refrigerant refrigerator is not advantageous in terms of performance because its use is limited to freezing in an ultra-low temperature range and the COP is about 0.44.

また、作動流体として空気を使用し、再生可能エネルギーのような不規則に変動する不安定な発電出力を平滑化する技術として、圧縮空気貯蔵(CAES)と呼ばれる技術が知られている。特許文献1のCAES発電装置は、余剰な発電電力が生じた際に圧縮機から吐出される圧縮空気を蓄え、必要な時に空気タービン発電機等で電気に再変換する。   A technique called compressed air storage (CAES) is known as a technique for smoothing unstable power generation output that fluctuates irregularly such as renewable energy using air as a working fluid. The CAES power generation apparatus of Patent Document 1 stores compressed air discharged from a compressor when surplus generated power is generated, and reconverts it into electricity by an air turbine generator or the like when necessary.

特開2013−512410号公報JP 2013-512410 A

特許文献1のCAES発電装置は、再生可能エネルギーのような不規則に変動する不安定な発電出力を平滑化することを目的とし、空気を冷媒とするヒートポンプとして利用することについては特段の示唆もされていない。   The CAES power generation device of Patent Document 1 aims to smooth an unstable power generation output that fluctuates irregularly such as renewable energy, and has special suggestions for use as a heat pump using air as a refrigerant. It has not been.

本発明は、CAES技術の一部をヒートポンプとして利用することで、空気と水のみを利用し、温熱および冷熱を供給できる空気冷媒ヒートポンプを提供することを課題とする。また、従来から効率を向上させた空気冷媒ヒートポンプを提供することを課題とする。   This invention makes it a subject to provide the air refrigerant | coolant heat pump which can supply warmth and cold using only air and water by utilizing a part of CAES technique as a heat pump. It is another object of the present invention to provide an air refrigerant heat pump with improved efficiency.

本発明は、入力電力により駆動される電動機と、前記電動機と機械的に接続され、空気を圧縮する第1圧縮機と、前記第1圧縮機で圧縮した圧縮空気と水とで熱交換する第1熱交換器と、前記第1熱交換器で熱交換して昇温した水を取り出す第1温水取出口と、前記第1圧縮機で圧縮した圧縮空気によって駆動される膨張機と、前記膨張機と機械的に接続された負荷発生部と、前記膨張機で膨張された空気と水とで熱交換する第2熱交換器と、前記第2熱交換器で熱交換して降温した水を取り出す冷水取出口とを備える、ヒートポンプを提供する。   The present invention provides a first motor that is driven by input power, a first compressor that is mechanically connected to the motor and compresses air, and that performs heat exchange between compressed air compressed by the first compressor and water. 1 heat exchanger, a first hot water outlet for taking out water heated by heat exchange in the first heat exchanger, an expander driven by compressed air compressed by the first compressor, and the expansion A load generator mechanically connected to the machine, a second heat exchanger that exchanges heat between the air expanded by the expander and water, and water that has been cooled and cooled by the second heat exchanger. A heat pump comprising a cold water outlet to be taken out is provided.

第1圧縮機の圧縮熱により空気温度を上昇させ、第1熱交換器で温度上昇した空気と水とで熱交換して水を昇温させて温水を作ることで第1温水取出口から温水を取り出すことができる。また、作動流体は空気及び水であるため、大気中に漏洩しても無害である。また、膨張機における膨張時の吸熱により空気を降温させ、第2熱交換器でこの降温した空気と水とで熱交換し、水を冷却して冷水取出口から冷水として取り出すことができる。また、温水だけでなく冷水も取り出すことができるため、COPを増加させ、性能を向上できる。   The temperature of the air is raised by the compression heat of the first compressor, and heat is exchanged between the air and the water whose temperature has been raised by the first heat exchanger to raise the temperature of the water to make warm water. Can be taken out. Further, since the working fluid is air and water, it is harmless even if it leaks into the atmosphere. Further, the temperature of the air can be lowered by heat absorption during expansion in the expander, heat can be exchanged between the cooled air and water in the second heat exchanger, and the water can be cooled and taken out as cold water from the cold water outlet. Moreover, since not only hot water but also cold water can be taken out, COP can be increased and performance can be improved.

前記第1圧縮機で圧縮された圧縮空気を貯蔵する第1蓄圧部をさらに備え、前記膨張機は、前記第1蓄圧部から供給される圧縮空気によって駆動され、前記負荷発生部は、発電機であり、前記発電機は、前記膨張機により駆動されて発電することが好ましい。   The apparatus further comprises a first pressure accumulator that stores compressed air compressed by the first compressor, the expander is driven by compressed air supplied from the first accumulator, and the load generator is a generator The generator is preferably driven by the expander to generate power.

第1蓄圧部により圧縮空気としてエネルギーを蓄積し、必要なときに圧縮空気を膨張機に供給して発電機を駆動して発電することで、冷熱および温熱だけでなく、電力の平滑化も同時に可能である。   Energy is stored as compressed air by the first accumulator, and compressed air is supplied to the expander when necessary to generate power by driving the generator, so that not only cooling and heating, but also smoothing of power is performed simultaneously. Is possible.

前記発電機で発電した電力の供給先を、前記電動機又は需要先に切り替える切替機構をさらに備えることが好ましい。   It is preferable to further include a switching mechanism that switches a supply destination of the electric power generated by the generator to the electric motor or a demand destination.

切替機構を設けることで、必要に応じて電力の供給先を切り替えることができる。具体的には、通常時には発電機の発電電力を需要先に供給しつつ、需要先からの電力需要がない場合には電動機に電力を供給して第1圧縮機を駆動することで、発電機の発電電力を有効利用できる。特に、需要先からの電力需要がない場合には、電力をシステム内で循環利用するため、システム外から必要な供給電力を低減でき、従って成績係数COP(Coefficient Of Performance)を増加させ、性能を向上できる。   By providing the switching mechanism, the power supply destination can be switched as necessary. Specifically, the generator generates power by supplying the electric power to the motor and driving the first compressor when there is no power demand from the customer while normally supplying the power generated by the generator to the customer. Can be used effectively. In particular, when there is no power demand from the customer, the power is circulated within the system, so that the required supply power can be reduced from outside the system, thus increasing the coefficient of performance (COP) and improving the performance. It can be improved.

前記負荷発生部は、前記電動機であることが好ましい。   The load generating unit is preferably the electric motor.

電動機と負荷発生部を一体化することで、装置の構成要素を減らすことができ、装置を小型化できる。特に、負荷発生部が発電機の場合、電動発電機を使用して第1圧縮機と膨張機を機械的に接続すればよい。   By integrating the electric motor and the load generating unit, the components of the device can be reduced, and the device can be miniaturized. In particular, when the load generator is a generator, a motor generator may be used to mechanically connect the first compressor and the expander.

前記電動機及び前記負荷発生部に起因して発生する熱を回収し、前記回収した熱により水を昇温させ、第2温水取出口から温水として取り出す熱回収機構を有することが好ましい。   It is preferable to have a heat recovery mechanism that recovers heat generated by the electric motor and the load generation unit, raises the temperature of the water by the recovered heat, and takes out the hot water from the second hot water outlet.

電動機等に起因する電気ロスやメカロスによって発生する熱を回収して温水を作るために利用できる。   It can be used to make hot water by recovering heat generated by electric loss and mechanical loss caused by electric motors.

本発明によれば、空気冷媒ヒートポンプにおいて、CAES技術の一部をヒートポンプとして利用することで、空気と水のみを利用して温熱および冷熱を供給できる。また、従来から効率を向上できる。   According to the present invention, in an air refrigerant heat pump, by using a part of the CAES technology as a heat pump, it is possible to supply hot and cold heat using only air and water. Moreover, efficiency can be improved conventionally.

本発明の第1実施形態に係るヒートポンプの概略構成図。1 is a schematic configuration diagram of a heat pump according to a first embodiment of the present invention. 図1のヒートポンプの冷暖房兼発電運転時のCOPの内訳を示す棒グラフ。The bar graph which shows the breakdown of COP at the time of heating / cooling combined electric power generation operation | movement of the heat pump of FIG. 図1のヒートポンプの冷暖房専用運転時のCOPの内訳を示す棒グラフ。The bar graph which shows the breakdown of COP at the time of the heating pump exclusive operation of the heat pump of FIG. 本発明の第2実施形態に係るヒートポンプの概略構成図。The schematic block diagram of the heat pump which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係るヒートポンプの概略構成図。The schematic block diagram of the heat pump which concerns on 3rd Embodiment of this invention.

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係るヒートポンプ2の概略構成図を示している。本実施形態のヒートポンプ2は、発電装置4から入力電力を受け、空気を冷媒として2種類の温水(温水A,B)と冷水と冷気とを作り出し、暖房及び冷房に利用する。作動流体は空気及び水であるため、大気中に漏洩しても無害である。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of a heat pump 2 according to the first embodiment of the present invention. The heat pump 2 of the present embodiment receives input power from the power generation device 4, creates two types of hot water (hot water A and B), cold water, and cold air using air as a refrigerant, and uses them for heating and cooling. Since the working fluid is air and water, it is harmless to leak into the atmosphere.

本実施形態では、環境性を考慮して発電装置4として風力発電や太陽光発電等の再生可能エネルギーを利用したものを用いているが、発電装置4の種類は特に限定されない。代替的には、発電装置4は商用電源に接続された電力系統等であってもよい。   In the present embodiment, the power generation device 4 using renewable energy such as wind power generation or solar power generation is used in consideration of environmental properties, but the type of the power generation device 4 is not particularly limited. Alternatively, the power generation device 4 may be a power system connected to a commercial power source.

本実施形態のヒートポンプ2は、モータ(電動機)6、第1圧縮機8、膨張機10、発電機(負荷発生部)12、第1熱交換器14、及び第2熱交換器18を備え、空気配管20a〜20c及び給水配管22a〜22gによりこれらが流体的に接続されている。   The heat pump 2 of the present embodiment includes a motor (electric motor) 6, a first compressor 8, an expander 10, a generator (load generation unit) 12, a first heat exchanger 14, and a second heat exchanger 18. These are fluidly connected by the air pipes 20a to 20c and the water supply pipes 22a to 22g.

まず、空気配管20a〜20cの経路について説明する。   First, the path | route of the air piping 20a-20c is demonstrated.

発電装置4により発電された電力は、モータ6に供給される。以降、発電装置4からモータ6に供給される電力を入力電力という。モータ6は、入力電力により駆動される。   The electric power generated by the power generation device 4 is supplied to the motor 6. Hereinafter, the power supplied from the power generation device 4 to the motor 6 is referred to as input power. The motor 6 is driven by input power.

第1圧縮機8は、モータ6と機械的に接続されており、モータ6によって駆動される。第1圧縮機8の吐出口8bは、空気配管20bを通じて膨張機10の給気口10aと流体的に接続されている。第1圧縮機8は、モータ6により駆動されると、吸気口8aより空気を吸気し、圧縮して吐出口8bより吐出し、空気配管20bを通じて膨張機10に圧縮空気を圧送する。空気配管20bには、第1熱交換器14が設けられている。   The first compressor 8 is mechanically connected to the motor 6 and is driven by the motor 6. The discharge port 8b of the first compressor 8 is fluidly connected to the air supply port 10a of the expander 10 through the air pipe 20b. When driven by the motor 6, the first compressor 8 sucks air from the intake port 8a, compresses and discharges it from the discharge port 8b, and pumps the compressed air to the expander 10 through the air pipe 20b. The first heat exchanger 14 is provided in the air pipe 20b.

第1熱交換器14では、第1圧縮機8から膨張機10へと延びる空気配管20b内の圧縮空気と、後述する給水部28から第1温水取出口38へと延びる給水配管22b内の水とで熱交換し、第1圧縮機8で発生した圧縮熱で給水配管22b内の水を加熱している。即ち、第1熱交換器14では、圧縮空気の温度は低下し、水の温度は上昇する。第1熱交換器14では、熱交換量を調整することでそれぞれ所定の温度に調整でき、本実施形態では水を常温以上に昇温させ、圧縮空気を常温以下に降温させている。ここで、水の常温とは、工業用水の温度や、クーリングタワーを用いて大気と熱交換した後の水の温度等であり、一般的には5〜30℃の範囲で、地域や季節によって変動する。また、空気の常温とは、大気の温度であり、一般的には0〜40℃の範囲で、地域や季節によって変動する。   In the 1st heat exchanger 14, the compressed air in the air piping 20b extended from the 1st compressor 8 to the expander 10, and the water in the water supply piping 22b extended from the water supply part 28 mentioned later to the 1st warm water outlet 38 are shown. The water in the water supply pipe 22b is heated by the compression heat generated in the first compressor 8. That is, in the 1st heat exchanger 14, the temperature of compressed air falls and the temperature of water rises. The first heat exchanger 14 can be adjusted to a predetermined temperature by adjusting the amount of heat exchange. In the present embodiment, the temperature of water is raised to room temperature or higher and the temperature of compressed air is lowered to room temperature or lower. Here, the normal temperature of water refers to the temperature of industrial water, the temperature of water after heat exchange with the atmosphere using a cooling tower, etc., and generally varies between 5 and 30 ° C. depending on the region and season. To do. Moreover, the normal temperature of air is the temperature of air | atmosphere, Generally it is the range of 0-40 degreeC, and it fluctuates with an area and a season.

膨張機10は、発電機12と機械的に接続されている。給気口10aから圧縮空気を給気された膨張機10は、給気された圧縮空気により作動し、発電機12を駆動する。発電機12はスイッチ24を介して電力系統16及びモータ6に電気的に接続されている(図1の一点鎖線参照)。従って、発電機12で発電した電力(以降、発電電力という)は、電力系統16又はモータ6に供給される。発電電力の供給先は、スイッチ(切替機構)24を切りかえることで変更できる。スイッチ24の切り替えは、電力系統16から要求される需要電力に応じて切り替えられてもよい。具体的には、発電機12から電力系統16に電力送電が不要な場合、冷暖房専用運転として、スイッチ24を切り替えて発電機12の発電電力を第1圧縮機8のモータ6に供給する。発電機12から電力系統16に電力送電が必要な場合、冷暖房発電兼用運転として、スイッチ24を切り替えて発電機12の発電電力を電力系統16に供給する。特に、需要先からの電力需要がなく、発電機12から電力系統16に電力送電が不要な場合、冷暖房専用運転として電力をシステム内で循環利用するため、モータ6を駆動するために必要なシステム外からの供給電力を低減でき、従って成績係数COP(Coefficient Of Performance)を増加させ、性能を向上できる。   The expander 10 is mechanically connected to the generator 12. The expander 10 that is supplied with compressed air from the air supply port 10a is operated by the supplied compressed air and drives the generator 12. The generator 12 is electrically connected to the power system 16 and the motor 6 via a switch 24 (see the one-dot chain line in FIG. 1). Therefore, the power generated by the generator 12 (hereinafter referred to as generated power) is supplied to the power system 16 or the motor 6. The supply destination of the generated power can be changed by switching the switch (switching mechanism) 24. The switch 24 may be switched according to demand power required from the power system 16. Specifically, when power transmission from the generator 12 to the power system 16 is not required, the switch 24 is switched to supply the generated power of the generator 12 to the motor 6 of the first compressor 8 as a dedicated cooling / heating operation. When power transmission from the generator 12 to the power system 16 is necessary, the switch 24 is switched to supply the generated power of the generator 12 to the power system 16 as a combined cooling / heating operation. In particular, when there is no power demand from the customer and power transmission from the generator 12 to the power system 16 is not necessary, the system is necessary for driving the motor 6 in order to circulate and use power in the system as a dedicated cooling / heating operation. The power supplied from the outside can be reduced, so that the coefficient of performance (COP) can be increased and the performance can be improved.

膨張機10で膨張された空気は、膨張時の吸熱により冷却され、排気口10bから空気配管20c内に送出される。膨張機10の給気口10aに供給された圧縮空気は、第1熱交換器14により常温以下に降温されているため、膨張機10でさらに冷却されることで確実に常温以下の冷気として空気配管20c内に送出される。空気配管20cには第2熱交換器18が設けられている。常温以下に降温した冷気は、空気配管20cを通じて第2熱交換器18に供給される。   The air expanded by the expander 10 is cooled by heat absorption during expansion, and is sent out from the exhaust port 10b into the air pipe 20c. Since the compressed air supplied to the air supply port 10a of the expander 10 is cooled to the normal temperature or lower by the first heat exchanger 14, it is cooled as the cold air at the normal temperature or lower by being further cooled by the expander 10. It is sent into the pipe 20c. A second heat exchanger 18 is provided in the air pipe 20c. The cold air that has fallen below the normal temperature is supplied to the second heat exchanger 18 through the air pipe 20c.

第2熱交換器18では、膨張機10から冷気取出口26まで延びる空気配管20c内の常温以下の空気と、後述する分流部36から冷水取出口30まで延びる給水配管22c内の水とで熱交換し、水を常温以下に降温させている。即ち、第2熱交換器18では、空気の温度は上昇し、水の温度は低下する。ただし、第2熱交換器18では、熱交換量を調整することで、空気は加熱されるものの常温以下に維持されている。第2熱交換器18での熱交換後、常温以下に維持された空気、即ち冷気は空気配管20cを通じて冷気取出口26に供給され、冷気取出口26からヒートポンプの外部に取り出され、冷房に利用される。冷房の需要先は、例えば、コンピュータの冷却に膨大な冷房が求められるデータセンタや、製造工程における制約から一定温度に調整しておくことが求められる精密機械工場及び半導体工場等がある。   In the second heat exchanger 18, heat is generated by air at a room temperature or lower in the air pipe 20 c extending from the expander 10 to the cold air outlet 26 and water in the water supply pipe 22 c extending from the diverter 36 described later to the cold water outlet 30. It is exchanged, and the water is cooled to below normal temperature. That is, in the 2nd heat exchanger 18, the temperature of air rises and the temperature of water falls. However, in the second heat exchanger 18, by adjusting the amount of heat exchange, the air is heated but maintained at room temperature or lower. After the heat exchange in the second heat exchanger 18, the air maintained at room temperature or lower, that is, the cold air is supplied to the cold air outlet 26 through the air pipe 20c, and is taken out of the heat pump from the cold air outlet 26 and used for cooling. Is done. The cooling customers include, for example, data centers that require enormous cooling for computer cooling, precision machine factories and semiconductor factories that are required to be adjusted to a certain temperature due to restrictions in the manufacturing process.

次に、給水配管22a〜22gの経路について説明する。   Next, the route of the water supply pipes 22a to 22g will be described.

給水部28から供給された水は、給水配管22a内でポンプ32aにより加圧され流動する。給水配管22aには、クーリングタワー34が設けられており、給水配管22a内の水はクーリングタワー34により一定温度まで冷却される。冷却温度は、例えば常温程度あってもよいし、個々の熱交換器14,18,40,42における熱交換量に基づいて決定されてもよい。給水配管22aは、クーリングタワー34下流の分流部36で給水配管22b〜22eに分かれる。   The water supplied from the water supply unit 28 is pressurized and flows by the pump 32a in the water supply pipe 22a. The water supply pipe 22a is provided with a cooling tower 34, and the water in the water supply pipe 22a is cooled to a constant temperature by the cooling tower 34. The cooling temperature may be, for example, about room temperature, or may be determined based on the amount of heat exchange in the individual heat exchangers 14, 18, 40, 42. The water supply pipe 22a is divided into water supply pipes 22b to 22e at a branching portion 36 downstream of the cooling tower 34.

給水配管22bは、一端が分流部36、他端が第1温水取出口38に接続されている。給水配管22bに設けられた第1熱交換器14において常温以上に昇温した水は、第1温水取出口38から温水Aとしてヒートポンプの外部に取り出され、暖房等に利用される。   One end of the water supply pipe 22 b is connected to the flow dividing portion 36 and the other end is connected to the first hot water outlet 38. The water whose temperature has been raised to normal temperature or higher in the first heat exchanger 14 provided in the water supply pipe 22b is taken out of the heat pump as hot water A from the first hot water outlet 38 and used for heating or the like.

給水配管22cは、一端が分流部36、他端が冷水取出口30に接続されている。給水配管22cに設けられた第2熱交換器18において常温以下に降温した水は、冷水取出口30から冷水としてヒートポンプの外部に取り出され、冷房等に利用される。このように、温水だけでなく冷水も取り出すことができるため、成績係数COPを増加させ、性能を向上できる。   One end of the water supply pipe 22 c is connected to the flow dividing portion 36 and the other end is connected to the cold water outlet 30. The water that has fallen below the normal temperature in the second heat exchanger 18 provided in the water supply pipe 22c is taken out of the heat pump as cold water from the cold water outlet 30 and used for cooling or the like. Thus, since not only hot water but also cold water can be taken out, the coefficient of performance COP can be increased and the performance can be improved.

給水配管22dは、一端が分流部36、他端が第2温水取出口44に接続されている。給水配管22eは、一端が分流部36、他端が第3熱交換器40下流の給水配管22dに合流している。給水配管22d及び給水配管22eには、内部の水を昇温させるために、第3熱交換器40及び第4熱交換器42がそれぞれ設けられている。   One end of the water supply pipe 22 d is connected to the flow dividing portion 36 and the other end is connected to the second hot water outlet 44. One end of the water supply pipe 22e is joined to the flow dividing section 36 and the other end is joined to the water supply pipe 22d downstream of the third heat exchanger 40. A third heat exchanger 40 and a fourth heat exchanger 42 are provided in the water supply pipe 22d and the water supply pipe 22e, respectively, in order to raise the temperature of the internal water.

本実施形態では、モータ6及び発電機12に起因する電気ロスやメカニカルロスのような圧縮熱と比較すると小さいが温水を作り出すことのできる熱も回収するために、第3熱交換器40及び第4熱交換器42が設けられている。電気ロスには、モータ6及び発電機12に起因する図示しないインバータロス及びコンバータロスを含む。第3熱交換器40及び第4熱交換器42では、給水配管22d及び給水配管22e内の水と、モータ6及び発電機12から熱回収しポンプ32b,32cにより循環する熱媒配管21a,21b内の潤滑油等の熱媒とでそれぞれ熱交換している。即ち、第3熱交換器40及び第4熱交換器42では、水の温度は上昇し、熱媒の温度は低下する。所定の温度まで昇温された水は、温水Bとして第2温水取出口44よりヒートポンプの外部に取り出される。従って、熱媒配管21a,21b、第3熱交換器40、及び第4熱交換器42は、本発明の熱回収機構46に含まれる。第2温水取出口44より取り出された温水Bは、第1温水取出口38より取り出された温水Aより、通常温度が低いため、比較的低温でも利用可能な温浴施設、温水プール、及び農業施設等で暖房に利用することが考えられる。   In the present embodiment, the third heat exchanger 40 and the second heat exchanger 40 and the second heat exchanger 40 are used to recover heat that can generate hot water although it is small compared to compression heat such as electrical loss and mechanical loss caused by the motor 6 and the generator 12. A four heat exchanger 42 is provided. The electrical loss includes an inverter loss and a converter loss (not shown) caused by the motor 6 and the generator 12. In the third heat exchanger 40 and the fourth heat exchanger 42, the heat medium pipes 21a and 21b that recover heat from the water in the water supply pipe 22d and the water supply pipe 22e and the motor 6 and the generator 12 and circulate by the pumps 32b and 32c. Heat is exchanged with a heating medium such as lubricating oil inside. That is, in the 3rd heat exchanger 40 and the 4th heat exchanger 42, the temperature of water rises and the temperature of a heat carrier falls. The water whose temperature has been raised to a predetermined temperature is taken out as the hot water B from the second hot water outlet 44 to the outside of the heat pump. Therefore, the heat medium pipes 21a and 21b, the third heat exchanger 40, and the fourth heat exchanger 42 are included in the heat recovery mechanism 46 of the present invention. The hot water B taken out from the second hot water outlet 44 has a normal temperature lower than that of the hot water A taken out from the first hot water outlet 38, so that it can be used even at relatively low temperatures, a hot water pool, and an agricultural facility It is conceivable to use it for heating.

冷房及び暖房に利用された冷水及び温水A,Bは、給水配管22f,22gを通じて排水部48から回収される。排水部48と給水部28は図示しない配管により接続されており、排水部48から回収された水は再び給水部28から給水配管22aを通じてクーリングタワー34を介して個々の熱交換器14,18,40,42に供給される。即ち、本実施形態で使用される水は、給水配管22a〜22gにおいて循環使用されている。   Cold water and hot water A and B used for cooling and heating are collected from the drainage part 48 through the water supply pipes 22f and 22g. The drainage part 48 and the water supply part 28 are connected by a pipe (not shown), and the water recovered from the drainage part 48 is again supplied from the water supply part 28 through the water supply pipe 22a through the cooling tower 34 to the individual heat exchangers 14, 18, 40. , 42. That is, the water used in the present embodiment is circulated in the water supply pipes 22a to 22g.

好ましくは、第1熱交換器14及び第2熱交換器18は、所望の温度の温水A,B、冷水、及び冷気を得るために大容量の熱交換が可能であるプレート熱交換器を使用する方がよい。   Preferably, the first heat exchanger 14 and the second heat exchanger 18 use plate heat exchangers capable of large-capacity heat exchange to obtain hot water A and B, cold water, and cold air having desired temperatures. Better to do.

なお、本実施形態の第1圧縮機8及び膨張機10は、その種類は限定されず、スクリュ式、スクロール式、ターボ式、及びレシプロ式などであってもよい。ただし、本実施形態の発電装置4に対応するように再生可能エネルギーなどの不規則に変動する入力電力に対しては、応答性高くリニアに追従するためにスクリュ式が好ましい。また、本実施形態の第1圧縮機8及び膨張機10の数は共に1台であるが、台数は特に限定されず、2台以上を並列に設けてもよい。   The types of the first compressor 8 and the expander 10 of the present embodiment are not limited, and may be a screw type, a scroll type, a turbo type, a reciprocating type, or the like. However, the screw type is preferable in order to follow linearly with high responsiveness to input power that fluctuates irregularly such as renewable energy so as to correspond to the power generation device 4 of the present embodiment. Moreover, although the number of the 1st compressor 8 of this embodiment and the expander 10 is one each, the number is not specifically limited, You may provide 2 or more units | sets in parallel.

ヒートポンプ2の性能について説明する。   The performance of the heat pump 2 will be described.

ヒートポンプ2のような冷暖房システムの性能を評価するための係数として成績係数COPがある。COPはシステムへの供給電力Liを発生電熱量LQで割ることにより求められる(COP=LQ/Li)。本実施形態では、スイッチ24により、冷暖房発電兼用運転と冷暖房専用運転とが切り替え可能である。従って、両運転モードについて、以下、システムへの供給電力Liや発生電熱量LQの個々の回収熱量を例示しつつ説明するが、例示する数値については特に本発明の範囲を限定する意図ではない。   There is a coefficient of performance COP as a coefficient for evaluating the performance of an air conditioning system such as the heat pump 2. The COP is obtained by dividing the power supplied Li to the system by the amount of generated heat LQ (COP = LQ / Li). In the present embodiment, the switch 24 can switch between the cooling / heating power generation combined operation and the cooling / heating dedicated operation. Therefore, although both operation modes are demonstrated below, exemplifying each collect | recovered calorie | heat amount of the electric power Li supplied to the system, and the generated electric heat amount LQ, it does not intend to limit the range of this invention in particular about the illustrated numerical value.

図2Aは本実施形態の冷暖房発電兼用運転の場合、図2Bは冷暖房専用運転の場合のCOPの内訳を示す棒グラフである。   FIG. 2A is a bar graph showing the breakdown of COP in the case of the cooling / heating power generation combined operation of this embodiment, and FIG.

まず、図2Aを参照して冷暖房発電兼用運転の場合について説明する。   First, with reference to FIG. 2A, the case of the combined cooling and heating power generation operation will be described.

システムへの供給電力Liは、発電装置4により発電され、モータ6を駆動するために発電装置4から90kW程度の電力として供給される。   The electric power Li supplied to the system is generated by the power generation device 4 and is supplied from the power generation device 4 as about 90 kW to drive the motor 6.

発生電熱量LQは、取り出した温水A、温水B、冷水、及び冷気の熱量の合計に、発電機12で発電して電力系統16に供給した電力量Lgを加算したもので表される。   The amount of generated heat LQ is represented by adding the amount of power Lg generated by the generator 12 and supplied to the power system 16 to the total amount of heat of the extracted hot water A, hot water B, cold water, and cold air.

第1温水取出口38から取り出される温水Aは、第1圧縮機8における圧縮熱を利用して第1熱交換器14で加熱された温水である。本実施形態では、例えば90℃程度の温水Aを回収でき、回収熱量は65kW程度である。温水Aの回収温度は、第1圧縮機8の吐出空気温度が−10℃〜60℃程度となるように第1熱交換器14の仕様を調整して決定してもよい。   Hot water A taken out from the first hot water outlet 38 is hot water heated by the first heat exchanger 14 using the compression heat in the first compressor 8. In the present embodiment, for example, hot water A of about 90 ° C. can be recovered, and the recovered heat amount is about 65 kW. The recovery temperature of the hot water A may be determined by adjusting the specifications of the first heat exchanger 14 so that the discharge air temperature of the first compressor 8 is about −10 ° C. to 60 ° C.

第2温水取出口44から取り出される温水Bは、モータ6及び発電機12における電気ロスやメカニカルロスにより発生する熱を利用して第3熱交換器40及び第4熱交換器42で加熱された温水である。本実施形態では、例えば70℃程度の温水Bを回収でき、回収熱量は15kW程度である。   The hot water B taken out from the second hot water outlet 44 was heated by the third heat exchanger 40 and the fourth heat exchanger 42 using heat generated by electric loss and mechanical loss in the motor 6 and the generator 12. Hot water. In this embodiment, for example, hot water B of about 70 ° C. can be recovered, and the recovered heat amount is about 15 kW.

冷気取出口26から取り出される冷気は、膨張機10における膨張時の吸熱により冷却された冷気である。本実施形態では、例えば膨張機10の排気口10bから送出される冷気が−50℃から−110℃程度であり、そこから第2熱交換器18で加熱されて最終的に10℃〜17℃程度の冷気を回収でき、回収熱量は7kW程度である。   The cold air taken out from the cold air outlet 26 is cold air that has been cooled by heat absorption during expansion in the expander 10. In the present embodiment, for example, the cool air delivered from the exhaust port 10b of the expander 10 is about −50 ° C. to −110 ° C., and is then heated by the second heat exchanger 18 to finally be 10 ° C. to 17 ° C. About the amount of cold air can be recovered, and the amount of recovered heat is about 7 kW.

冷水取出口30から取り出される冷水は、膨張機10から送出される冷気により第2熱交換器18で冷却された冷水である。本実施形態では、例えば7℃程度の冷水を回収でき、回収熱量は40kW程度である。   The cold water taken out from the cold water outlet 30 is cold water cooled by the second heat exchanger 18 with the cold air sent from the expander 10. In this embodiment, for example, cold water of about 7 ° C. can be recovered, and the recovered heat amount is about 40 kW.

発電機12で発電して電力系統16に供給する電力量Lgは、40kw程度である。   The amount of power Lg generated by the generator 12 and supplied to the power system 16 is about 40 kw.

発生電熱量LQは、これらの合計であるためLQ=167(=15+65+40+7+40)kWとなる。   Since the amount of generated heat LQ is the sum of these, LQ = 167 (= 15 + 65 + 40 + 7 + 40) kW.

従って、本実施形態における冷暖房発電兼用運転時のヒートポンプ2の成績係数は、COP=1.86(=167kW/90kW)となる。   Accordingly, the coefficient of performance of the heat pump 2 during the cooling / heating power generation combined operation in the present embodiment is COP = 1.86 (= 167 kW / 90 kW).

次に、図2Bを参照して冷暖房専用運転の場合について説明する。   Next, with reference to FIG. 2B, the case of the cooling / heating only operation will be described.

システムへの供給電力Liは、風力発電や太陽光発電等の再生可能エネルギーを利用した発電装置4により発電され、モータ6を駆動するために50kW程度の電力として供給される。モータ6を駆動するためには90kW程度の電力が必要であるが、冷暖房専用運転の場合、発電機12から残りの40kW程度の電力がシステム内で循環供給される。従って、システムへの供給電力Liは50kW程度となる。   The power supply Li to the system is generated by the power generation device 4 using renewable energy such as wind power generation or solar power generation, and is supplied as about 50 kW power to drive the motor 6. In order to drive the motor 6, about 90 kW of electric power is required. In the case of the cooling and heating exclusive operation, the remaining electric power of about 40 kW is circulated and supplied from the generator 12 in the system. Therefore, the power supply Li to the system is about 50 kW.

発生電熱量LQは、個々に取り出す熱量(温水A,B、冷水、及び冷気)は、冷暖房発電兼用運転の場合と変わらないが、発電機12で発電して電力系統16に供給する電力量Lgは存在しないため0kWとなる。従って、発生電熱量LQは、これらの合計であるためLQ=127(=15+65+40+7+0)kWとなる。   The amount of generated heat LQ is the amount of heat taken out individually (warm water A, B, cold water, and cold air), which is the same as in the case of the combined cooling and heating operation, but the amount of power Lg generated by the generator 12 and supplied to the power system 16 Is 0 kW because it does not exist. Accordingly, since the generated electric heat amount LQ is the sum of these, LQ = 127 (= 15 + 65 + 40 + 7 + 0) kW.

従って、本実施形態における冷暖房専用運転時のヒートポンプ2の成績係数は、COP=2.54(=127kW/50kW)となり、従来までの空気冷媒のヒートポンプから大きく性能が改善され、従来まで困難であったCOP=2.0を超える。   Therefore, the coefficient of performance of the heat pump 2 during the cooling / heating-only operation in this embodiment is COP = 2.54 (= 127 kW / 50 kW), which greatly improves the performance of the conventional air refrigerant heat pump, and has been difficult until now. COP = 2.0.

(第2実施形態)
図3は、第2実施形態のヒートポンプ2の概略構成図を示している。本実施形態のヒートポンプ2は、モータと発電機が一体となった電動発電機50が使用されていることに関する以外は図1の第1実施形態の構成と実質的に同様である。従って、図1に示した構成と同様の部分については説明を省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 3 shows a schematic configuration diagram of the heat pump 2 of the second embodiment. The heat pump 2 of this embodiment is substantially the same as the configuration of the first embodiment of FIG. 1 except that a motor generator 50 in which a motor and a generator are integrated is used. Therefore, the description of the same parts as those shown in FIG. 1 is omitted.

本実施形態では、モータと発電機が一体となった電動発電機50を介して同軸に第1圧縮機8と膨張機10が機械的に接続されている。電動発電機50を使用して第1圧縮機8と膨張機10を接続することで、圧縮空気の大気膨張トルクを空気圧縮トルクの補助として使用でき、電動発電機50への入力電力を低減できる。第1実施形態から発電機12(図1参照)が実質的に省略されたことで、熱回収機構46が簡略化され、第1実施形態から熱媒配管21b(図1参照)、ポンプ32c、及び第4熱交換器42(図1参照)が省略されている。このため、システムコストを低減できると共に、発電機における電気ロスやメカロス、さらに発電機用インバータロス及びコンバータロスを削減できる。   In the present embodiment, the first compressor 8 and the expander 10 are mechanically connected coaxially via a motor generator 50 in which a motor and a generator are integrated. By connecting the first compressor 8 and the expander 10 using the motor generator 50, the atmospheric expansion torque of the compressed air can be used as an auxiliary to the air compression torque, and the input power to the motor generator 50 can be reduced. . Since the generator 12 (see FIG. 1) is substantially omitted from the first embodiment, the heat recovery mechanism 46 is simplified. From the first embodiment, the heat medium pipe 21b (see FIG. 1), the pump 32c, And the 4th heat exchanger 42 (refer FIG. 1) is abbreviate | omitted. For this reason, while being able to reduce system cost, the electrical loss and mechanical loss in a generator, and also the inverter loss and converter loss for generators can be reduced.

(第3実施形態)
図4は、第3実施形態のヒートポンプ2の概略構成図を示している。本実施形態のヒートポンプ2は、圧縮空気貯蔵(CAES)発電装置2である。具体的には、CAES発電装置2は、図1に示す第1実施形態のヒートポンプ2の構成に加えて、第1蓄圧タンク(第1蓄圧部)52及び第2蓄圧タンク(第2蓄圧部)54を備える。CAES発電装置2は、圧縮空気の形式でエネルギーを貯蔵でき、必要に応じて電力に変換できるため、風力発電や太陽光発電等の再生可能エネルギーを利用した発電装置4のように発電する電力が不規則に変動する不安定な発電を平滑化できる。本実施形態では、第1実施形態と構成を共通する部分が多いため、図1に示した構成と同様の部分については説明を省略する。
(Third embodiment)
FIG. 4 shows a schematic configuration diagram of the heat pump 2 of the third embodiment. The heat pump 2 of the present embodiment is a compressed air storage (CAES) power generator 2. Specifically, in addition to the configuration of the heat pump 2 of the first embodiment shown in FIG. 1, the CAES power generation device 2 includes a first pressure accumulation tank (first pressure accumulation portion) 52 and a second pressure accumulation tank (second pressure accumulation portion). 54. Since the CAES power generation device 2 can store energy in the form of compressed air and can be converted into electric power as necessary, electric power generated like the power generation device 4 using renewable energy such as wind power generation or solar power generation is generated. Unstable fluctuations of unstable power generation can be smoothed. In this embodiment, since there are many parts that have the same configuration as that of the first embodiment, the description of the same parts as those shown in FIG. 1 is omitted.

本実施形態のCAES発電装置2は、第1圧縮機8から膨張機10へと延びる空気配管20bに第1圧縮機8から吐出された圧縮空気を貯蔵する第1蓄圧タンク52が設けられている。即ち、第1蓄圧タンク52には圧縮空気の形式でエネルギーを蓄積できる。第1蓄圧タンク52で蓄えられた圧縮空気は、空気配管20cを通じて膨張機10に供給される。空気配管20cにはバルブ56が設けられており、バルブ56を開閉することで膨張機10への圧縮空気の供給を許容又は遮断できる。第1蓄圧タンク52により圧縮空気としてエネルギーを貯蔵し、必要に応じて膨張機10に圧縮空気を供給して発電機12を駆動して発電することで再生可能エネルギーによる発電装置4の発電出力を平滑化できる。   In the CAES power generation device 2 of the present embodiment, a first pressure accumulation tank 52 that stores compressed air discharged from the first compressor 8 is provided in an air pipe 20 b that extends from the first compressor 8 to the expander 10. . That is, energy can be stored in the first accumulator tank 52 in the form of compressed air. The compressed air stored in the first pressure accumulation tank 52 is supplied to the expander 10 through the air pipe 20c. The air pipe 20c is provided with a valve 56, and the supply of compressed air to the expander 10 can be allowed or blocked by opening and closing the valve 56. The first accumulator tank 52 stores energy as compressed air, and if necessary, supplies the compressed air to the expander 10 to drive the generator 12 to generate power, thereby generating the power generation output of the power generator 4 using renewable energy. Can be smoothed.

また、本実施形態のCAES発電装置2は、第1圧縮機8よりも空気を高圧に圧縮する第2圧縮機58と、第1蓄圧タンク52の許容蓄圧値よりも高圧の許容蓄圧値を有する第2蓄圧タンク54とを備える。ここで許容蓄圧値とは、蓄圧タンクの故障や破壊につながらない最高使用圧力のことをいう。   Further, the CAES power generation device 2 of the present embodiment has an allowable pressure accumulation value that is higher than the allowable pressure accumulation value of the second compressor 58 that compresses air to a higher pressure than the first compressor 8 and the first pressure accumulation tank 52. And a second pressure accumulation tank 54. Here, the allowable pressure accumulation value refers to the maximum operating pressure that does not lead to failure or destruction of the pressure accumulation tank.

第2圧縮機58には、第1圧縮機8と同様にモータ7が機械的に接続されている。第2圧縮機58は、モータ7に駆動されて、吸気口58aより吸気し、第1圧縮機8よりも高圧に空気を圧縮して、吐出口58bから第2蓄圧タンク54に圧縮空気を供給する。従って、第2蓄圧タンク54内の圧力は、通常、第1蓄圧タンク52内の圧力よりも高い。第1蓄圧タンクと第2蓄圧タンク54の圧力(蓄圧値)の例として、第1蓄圧タンク52を0.98MPa未満とし、第2蓄圧タンク54を4.5MPa程度とすることが考えられる。   Similarly to the first compressor 8, the motor 7 is mechanically connected to the second compressor 58. The second compressor 58 is driven by the motor 7 and sucks air from the intake port 58a, compresses air to a pressure higher than that of the first compressor 8, and supplies compressed air to the second pressure accumulation tank 54 from the discharge port 58b. To do. Therefore, the pressure in the second pressure accumulation tank 54 is usually higher than the pressure in the first pressure accumulation tank 52. As an example of the pressure (accumulated pressure value) of the first accumulator tank and the second accumulator tank 54, the first accumulator tank 52 may be less than 0.98 MPa and the second accumulator tank 54 may be approximately 4.5 MPa.

第2蓄圧タンク54は、第1蓄圧タンク52及び膨張機10と空気配管20dを通じて流体的に接続されている。具体的には、空気配管20dの一端は第2蓄圧タンク54に流体的に接続され、他端は空気配管20cに流体的に接続されている。空気配管20dには流量調整バルブ60が設けられており、流量調整バルブ60の開度を調整することで第1蓄圧タンク52及び膨張機10に供給する空気の流量を調整できる。膨張機10に減圧した高圧空気を供給することで発電機12を駆動して発電し、第1蓄圧タンク52に減圧した高圧空気を供給することで減少した第1蓄圧タンク52に貯蔵された圧縮空気量を補うことができる。   The second pressure accumulation tank 54 is fluidly connected to the first pressure accumulation tank 52 and the expander 10 through the air pipe 20d. Specifically, one end of the air pipe 20d is fluidly connected to the second pressure accumulation tank 54, and the other end is fluidly connected to the air pipe 20c. The air pipe 20d is provided with a flow rate adjustment valve 60. By adjusting the opening degree of the flow rate adjustment valve 60, the flow rate of air supplied to the first pressure accumulation tank 52 and the expander 10 can be adjusted. The compressed pressure stored in the first pressure accumulation tank 52 decreased by supplying the decompressed high pressure air to the expander 10 to drive the generator 12 to generate power and supplying the decompressed high pressure air to the first pressure accumulation tank 52. The amount of air can be supplemented.

第2蓄圧タンク54と第2圧縮機58を設けることで、停電等の非常時に長時間にわたって緊急電源と冷房を供給できる。具体的には、通常時、流量調整バルブ60が閉じられており、第2蓄圧タンク54の内圧が高く保たれている。停電等が起きて多くの発電量が必要な場合や、長時間発電して第1蓄圧タンク52の内圧が低下した場合に、流量調整バルブ60を開き、第2蓄圧タンク54から膨張機10に多くの圧縮空気を供給する。これにより、膨張機10によって駆動される発電機12の発電量の低下を防止でき、同時に冷気及び冷水を取り出すこともできる。これは、データセンタや大型のコンピュータ等の大量の冷熱が必要な需要家に対して特に有効である。   By providing the second accumulator tank 54 and the second compressor 58, it is possible to supply emergency power and cooling for a long time in an emergency such as a power failure. Specifically, the flow rate adjustment valve 60 is normally closed and the internal pressure of the second pressure accumulation tank 54 is kept high. When a power outage occurs and a large amount of power is required, or when power is generated for a long time and the internal pressure of the first pressure accumulation tank 52 decreases, the flow rate adjustment valve 60 is opened and the second pressure accumulation tank 54 is connected to the expander 10. Supply a lot of compressed air. Thereby, the fall of the electric power generation amount of the generator 12 driven by the expander 10 can be prevented, and cold air and cold water can also be taken out simultaneously. This is particularly effective for customers who require a large amount of cold heat such as data centers and large computers.

2 ヒートポンプ(圧縮空気貯蔵(CAES)発電装置)
4 発電装置
6,7 モータ(電動機)
8 第1圧縮機
8a 吸気口
8b 吐出口
10 膨張機
10a 給気口
10b 排気口
12 発電機(負荷発生部)
14 第1熱交換器
16 電力系統
18 第2熱交換器
20a,20b,20c,20d 空気配管
21a,21b 熱媒配管
22a,22b,22c,22d,22e,22f,22g 給水配管
24 スイッチ(切替機構)
26 冷気取出口
28 給水部
30 冷水取出口
32a,32b,32c ポンプ
34 クーリングタワー
36 分流部
38 第1温水取出口
40 第3熱交換器
42 第4熱交換器
44 第2温水取出口
46 熱回収機構
48 排水部
50 電動発電機
52 第1蓄圧タンク(第1蓄圧部)
54 第2蓄圧タンク(第2蓄圧部)
56 バルブ
58 第2圧縮機
58a 吸気口
58b 吐出口
60 流量調整バルブ
2 Heat pump (compressed air storage (CAES) power generator)
4 Power generator 6, 7 Motor (electric motor)
8 First compressor 8a Intake port 8b Discharge port 10 Expander 10a Inlet port 10b Exhaust port 12 Generator (load generating unit)
14 First heat exchanger 16 Power system 18 Second heat exchanger 20a, 20b, 20c, 20d Air piping 21a, 21b Heat medium piping 22a, 22b, 22c, 22d, 22e, 22f, 22g Water supply piping 24 Switch (switching mechanism) )
26 Cold air outlet 28 Water supply part 30 Cold water outlet 32a, 32b, 32c Pump 34 Cooling tower 36 Dividing part 38 First hot water outlet 40 Third heat exchanger 42 Fourth heat exchanger 44 Second hot water outlet 46 Heat recovery mechanism 48 Drainage section 50 Motor generator 52 First pressure accumulation tank (first pressure accumulation section)
54 2nd pressure accumulation tank (2nd pressure accumulation part)
56 Valve 58 Second compressor 58a Intake port 58b Discharge port 60 Flow rate adjustment valve

Claims (5)

入力電力により駆動される電動機と、
前記電動機と機械的に接続され、空気を圧縮する第1圧縮機と、
前記第1圧縮機で圧縮した圧縮空気と水とで熱交換する第1熱交換器と、
前記第1熱交換器で熱交換して昇温した水を取り出す第1温水取出口と、
前記第1圧縮機で圧縮した圧縮空気によって駆動される膨張機と、
前記膨張機と機械的に接続された負荷発生部と、
前記膨張機で膨張された空気と水とで熱交換する第2熱交換器と、
前記第2熱交換器で熱交換して降温した水を取り出す冷水取出口と
を備える、ヒートポンプ。
An electric motor driven by input power;
A first compressor mechanically connected to the electric motor and compressing air;
A first heat exchanger for exchanging heat between the compressed air compressed by the first compressor and water;
A first hot water outlet for taking out water heated by heat exchange in the first heat exchanger;
An expander driven by compressed air compressed by the first compressor;
A load generator mechanically connected to the expander;
A second heat exchanger for exchanging heat between the air expanded by the expander and water;
A heat pump comprising: a cold water outlet for taking out water that has been cooled by heat exchange with the second heat exchanger.
前記第1圧縮機で圧縮された圧縮空気を貯蔵する第1蓄圧部をさらに備え、
前記膨張機は、前記第1蓄圧部から供給される圧縮空気によって駆動され、
前記負荷発生部は、発電機であり、
前記発電機は、前記膨張機により駆動されて発電する、請求項1に記載のヒートポンプ。
A first accumulator that stores the compressed air compressed by the first compressor;
The expander is driven by compressed air supplied from the first pressure accumulating unit,
The load generator is a generator,
The heat pump according to claim 1, wherein the generator is driven by the expander to generate electric power.
前記発電機で発電した電力の供給先を、前記電動機又は需要先に切り替える切替機構をさらに備える、請求項2に記載のヒートポンプ。   The heat pump according to claim 2, further comprising a switching mechanism that switches a supply destination of electric power generated by the generator to the electric motor or a demand destination. 前記負荷発生部は、前記電動機である、請求項1に記載のヒートポンプ。   The heat pump according to claim 1, wherein the load generation unit is the electric motor. 前記電動機及び前記負荷発生部に起因して発生する熱を回収し、前記回収した熱により水を昇温させ、第2温水取出口から温水として取り出す熱回収機構を有する、請求項2から請求項4のいずれか1項に記載のヒートポンプ。   The heat recovery mechanism which collects the heat generated due to the electric motor and the load generation unit, raises the temperature of the water by the collected heat, and takes out the hot water from the second hot water outlet is provided from claim 2 to claim 3. 5. The heat pump according to any one of 4 above.
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