JP2020051714A - ヒートポンプ装置 - Google Patents

ヒートポンプ装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2020051714A
JP2020051714A JP2018183856A JP2018183856A JP2020051714A JP 2020051714 A JP2020051714 A JP 2020051714A JP 2018183856 A JP2018183856 A JP 2018183856A JP 2018183856 A JP2018183856 A JP 2018183856A JP 2020051714 A JP2020051714 A JP 2020051714A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat exchanger
water
refrigerant
pump device
storage tank
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2018183856A
Other languages
English (en)
Other versions
JP7359361B2 (ja
Inventor
雅久 石井
Masahisa Ishii
雅久 石井
里美 奥島
Satomi Okujima
里美 奥島
森山 英樹
Hideki Moriyama
英樹 森山
遼太 土屋
Ryota Tsuchiya
遼太 土屋
高杉 真司
Shinji Takasugi
真司 高杉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Agriculture and Food Research Organization
Geo System Co Ltd
Original Assignee
National Agriculture and Food Research Organization
Geo System Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Agriculture and Food Research Organization, Geo System Co Ltd filed Critical National Agriculture and Food Research Organization
Priority to JP2018183856A priority Critical patent/JP7359361B2/ja
Publication of JP2020051714A publication Critical patent/JP2020051714A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7359361B2 publication Critical patent/JP7359361B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A40/00Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
    • Y02A40/10Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in agriculture
    • Y02A40/25Greenhouse technology, e.g. cooling systems therefor

Landscapes

  • Compression-Type Refrigeration Machines With Reversible Cycles (AREA)

Abstract

【課題】クローズドループ方式よりも低コストでありながら熱交換効率もよい、オープンループ方式でかつ直接膨張方式のヒートポンプ装置を提供する。【解決手段】冷媒を圧縮する圧縮機110、四方弁120、室外熱交換器130、膨張弁140および室内熱交換器210を冷媒配管2,3を介して接続してなる冷凍サイクルを含み、四方弁120の切り替えにより、冷房運転時には室外熱交換器130が凝縮器、室内熱交換器210が蒸発器として作用し、暖房運転時には室内熱交換器210が凝縮器、室外熱交換器130が蒸発器として作用するヒートポンプ装置において、地下水等の水が溜められる貯水槽160を有し、室外熱交換器130を上記貯水槽内の水中に浸漬し、上記水と上記冷媒との間で熱交換が行われる直接膨張式の水−冷媒熱交換器とする。【選択図】図1

Description

本発明は、地下水等の水を採熱・放熱の熱源とするヒートポンプ装置に関し、さらに詳しく言えば、冷媒を水と直接的に熱交換を行わせるオープンループ方式でかつ直接膨張方式のヒートポンプ装置に関するものである。
近年、節電やCO排出削減、ヒートアイランド対策等の観点から地中熱の利用が注目されている。地中熱とは、地表からおおよそ地下200mの深さまでの地中に存在している熱のことを言い、このうち深さ10m以深の地中温度は季節に関わらずほぼ安定していて、夏場は外気温よりも冷たく、冬場は外気温よりも暖かい性質を持っている。
地中熱を利用する方法の一つとして、直接膨張式と呼ばれる地中熱ヒートポンプシステムがある。直接膨張式地中熱ヒートポンプシステムとは、現在一般に市場に供給されている空気熱源のエアコン(空気調和機)の室外熱交換器の冷媒管(通常は銅管)を地中熱交換器として例えば住宅用鋼管杭内に挿入し、冷媒(例えば、代替フロン冷媒)と地中熱とを直接的に熱交換するヒートポンプシステムである(例えば、非特許文献1参照)。
この直接膨張式地中熱ヒートポンプシステムによれば、間接式で必要とされている水−冷媒熱交換器や循環ポンプが不要となり、熱交換ロスが少なくなり、また、循環ポンプ等の補機の動力が不要となることから、システム全体としての消費エネルギーが少なくて済む、という利点がある。
依田修ら共著:「F131 住宅用鋼管杭を用いた地中熱ヒートポンプの実施例」2017年度日本冷凍空調学会年次大会講演論文集(2017.9.26−29,東京)
しかしながら、これまでの直接膨張式地中熱ヒートポンプシステムの多くは、地中に掘削した熱交換井内に地中熱交換器を挿入したクローズドループ方式を採用している。クローズドループ方式では、地中に熱交換井(代用として住宅用鋼管杭等)を掘削する必要があるため、まず設置コストがかかるという問題がある。
また、地中熱(深さ10m以深の地中温度)は、季節に関わらずほぼ安定しているものの地層内での熱移動が遅いため、特に急激な放熱・採熱時に熱交換井周囲が熱的に飽和状態になり易く熱交換が促進されない、という問題もある。
したがって、本発明の課題は、クローズドループ方式よりも低コストでありながら熱交換効率もよい、オープンループ方式でかつ直接膨張方式のヒートポンプ装置を提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明は、冷媒を圧縮する圧縮機、四方弁、室外熱交換器、膨張弁および室内熱交換器を冷媒配管を介して接続してなる冷凍サイクルを含み、上記四方弁の切り替えにより、冷房運転時には上記室外熱交換器が凝縮器、上記室内熱交換器が蒸発器として作用し、暖房運転時には上記室内熱交換器が凝縮器、上記室外熱交換器が蒸発器として作用するヒートポンプ装置において、
地下水等の水が溜められる貯水槽を有し、上記室外熱交換器が上記貯水槽内の水中に浸漬され、上記水と上記冷媒との間で熱交換が行われる水−冷媒熱交換器であることを特徴としている。
本発明において、上記貯水槽内での水の流方向と上記水−冷媒熱交換器の冷媒の流方向とが逆方向の対向流であることが好ましい。
また、上記貯水槽内には上記水−冷媒熱交換器の下側から空気を噴出する空気供給パイプが設けられることが好ましい。
また、上記圧縮機は、好ましくはインバータ制御による可変速型の圧縮機であり、上記貯水槽内での上記水−冷媒熱交換器の熱交換量に応じて回転数が制御されるとよい。
さらには、上記水−冷媒熱交換器の冷媒管は、耐腐食性の塗料が塗布されるか、もしくは耐腐食性の樹脂で被覆されることが好ましい。
本発明によれば、室外熱交換器(水−冷媒熱交換器)を貯水槽内に浸漬するオープンループ方式であるため、構築コストがクローズドループ方式よりも低コストであり、また、貯水槽内を流水とすることにより、熱交換効率を高めることができる。
本発明によるヒートポンプ装置の一実施形態を示す模式図。 上記実施形態において、貯水槽と室外熱交換器を示す模式図。 対向流方式とした水−冷媒熱交換器を示す平面図。
次に、図1ないし図3を参照して、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図1に示すように、この実施形態に係るヒートポンプ装置1は、熱源側の室外機10と利用側の室内機20とを備えている。この実施形態において、室内機20は、農業等の栽培ハウス内に設置されることを想定しているが、通常の住居家屋やビルもしくは産業用として工場施設等に設置されてもよい。
室外機10は、基本的な構成として、冷媒を圧縮する圧縮機110、四方弁120、室外熱交換器130、膨張弁140およびアキュムレータ150とを備えている。冷媒には例えばR410A,R32やR452BなどHFO混合冷媒などが用いられてよい。
室内機20には、基本的な構成として、室内熱交換器210と室内送風機211とが設けられている。なお、床暖房等を行う場合には、室内熱交換器210は図示しない温水タンク内に入れられる。室外機10と室内機20は、液側配管2とガス側配管3を介して接続される。
本発明において、室外熱交換器130は、オープンループ方式の水−冷媒直接膨張式の熱交換器であり、図2に示すように、貯水槽160内に浸漬される。
この実施形態において、貯水槽160は地表に設置された貯水タンクで、揚水ポンプP1を有する給水管161より地下水(井戸水)が汲み上げられる。貯水槽160内で、貯留水が下から上に向けて流れるようにするため、給水管161の先端は貯水槽160の底部にまで引き込まれることが好ましいが、給水管161を貯水槽160の底部から引き込んでもよい。また、貯水槽160には、オーバーフロー水を排水する排水管162が設けられる。
室外熱交換器130は、その冷媒配管(パスとも呼ばれる銅管)131が貯水槽160内に浸漬されることにより、水−冷媒熱交換器として作用する。浸漬される冷媒配管131にはフィンが取り付けられてもよい。ジグザク状ではなく、例えば螺旋条に巻回された状態で浸漬されてもよい。
冷媒配管131に銅管以外の材質の管が用いられてもよいが、いずれにしても、その冷媒配管131には、耐腐食性の金属材料製の配管、耐腐食性の塗料(例えば、一般的な金属管内外面のライニング処理に用いられるエポキシ樹脂塗料)が塗布された配管もしくは耐腐食性の例えばポリエチレン樹脂で被覆された配管が用いられることが好ましい。
図2に示すように、貯水槽160内に、端部側の管壁に複数の空気噴出孔166を有する空気供給パイプ165を配置して、ブロワーP2より空気供給パイプ165内に空気を送り込んで空気噴出孔166から空気を噴出させて貯留水の対流を促進させることが好ましい。この場合、空気供給パイプ165の空気噴出孔166が設けられている端部側を貯水槽160の底部に沿って配置するとよい。
空気供給パイプ165に代えて、もしくは空気供給パイプ165とともに貯水槽160内に、例えばプロペラ状の撹拌羽根が設けられてもよい。
別の態様として、図3(貯水槽160の平面図)に示すように、貯水槽160内に仕切板167(この例では3枚の仕切板)によりジグザグ状の水路を形成し、その水路に沿って室外熱交換器130の冷媒配管131をジグザグ状に配管し、水路内の水の流れ方向(実線矢印)と、冷媒配管131内の冷媒の流れ方向(鎖線矢印)とを逆方向の対向流とすることにより、水−冷媒の熱交換効率を高めることもできる。
また、水温センサーを設け水温が所定温度内に収まるように揚水ポンプP1を駆動することもできる。貯水槽160は掘削による貯水池等であってもよく、熱交換用の水は井戸水のほかに、河川水、工業用の排水や農業用水等であってもよい。
圧縮機110は、好ましくはインバータ制御による可変速型の圧縮機で、貯水槽160内での室外熱交換器(水−冷媒熱交換器)130の熱交換量に応じてその回転数が制御されるとよい。
冷房運転時には、四方弁120が図示実線の状態に切り替えられ、圧縮機110にて生成された高温高圧のガス冷媒が室外熱交換器130に送られ、室外熱交換器130で貯水槽160内の水と熱交換して凝縮され、膨張弁140にて所定に減圧されたのち、室内熱交換器210で室内の空気と熱交換して蒸発し、低温低圧のガス冷媒となって四方弁120を経由してアキュムレータ150に至り、再度圧縮機110に吸入される。
暖房運転時には、四方弁120が図示鎖線の状態に切り替えられ、圧縮機110にて生成された高温高圧のガス冷媒が室内熱交換器210に送られ、室内熱交換器210で室内の空気と熱交換して凝縮され、膨張弁140を経て室外熱交換器130で貯水槽160内の水と熱交換して蒸発し、低温低圧のガス冷媒となって四方弁120を経由してアキュムレータ150に至り、再度圧縮機110に吸入される。
このように、冷房運転時、室外熱交換器130は凝縮器(放熱器)、室内熱交換器210は蒸発器(採熱器)として作用し、これに対して、暖房運転時には、室外熱交換器130は蒸発器(採熱器)、室内熱交換器210は凝縮器(放熱器)として作用するが、本発明によれば、室外熱交換器(水−冷媒熱交換器)130を貯水槽160内に浸漬するオープンループ方式であるため、構築コストがクローズドループ方式よりも低コストであり、また、貯水槽内を流水とすることにより、熱交換効率を高めることができる。
1 ヒートポンプ装置
2 液側配管
3 ガス側配管
10 室外機
110 圧縮機
120 四方弁
130 室外熱交換器(水−冷媒直接膨張式熱交換器)
131 冷媒配管
140 膨張弁
150 アキュムレータ
160 貯水槽
20 室内機
210 室内熱交換器

Claims (5)

  1. 冷媒を圧縮する圧縮機、四方弁、室外熱交換器、膨張弁および室内熱交換器を冷媒配管を介して接続してなる冷凍サイクルを含み、上記四方弁の切り替えにより、冷房運転時には上記室外熱交換器が凝縮器、上記室内熱交換器が蒸発器として作用し、暖房運転時には上記室内熱交換器が凝縮器、上記室外熱交換器が蒸発器として作用するヒートポンプ装置において、
    地下水等の水が溜められる貯水槽を有し、上記室外熱交換器が上記貯水槽内の水中に浸漬され、上記水と上記冷媒との間で熱交換が行われる水−冷媒熱交換器であることを特徴とするヒートポンプ装置。
  2. 上記貯水槽内での水の流方向と上記水−冷媒熱交換器の冷媒の流方向とが逆方向の対向流であることを特徴とする請求項1に記載のヒートポンプ装置。
  3. 上記貯水槽内には上記水−冷媒熱交換器の下側から空気を噴出する空気供給パイプが設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載のヒートポンプ装置。
  4. 上記圧縮機はインバータ制御による可変速型の圧縮機であり、上記貯水槽内での上記水−冷媒熱交換器の熱交換量に応じて回転数が制御されることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載のヒートポンプ装置。
  5. 上記水−冷媒熱交換器の冷媒管は、耐腐食性の塗料が塗布されるか、もしくは耐腐食性の樹脂で被覆されることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載のヒートポンプ装置。
JP2018183856A 2018-09-28 2018-09-28 ヒートポンプ装置 Active JP7359361B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018183856A JP7359361B2 (ja) 2018-09-28 2018-09-28 ヒートポンプ装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018183856A JP7359361B2 (ja) 2018-09-28 2018-09-28 ヒートポンプ装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020051714A true JP2020051714A (ja) 2020-04-02
JP7359361B2 JP7359361B2 (ja) 2023-10-11

Family

ID=69996561

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018183856A Active JP7359361B2 (ja) 2018-09-28 2018-09-28 ヒートポンプ装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7359361B2 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023228412A1 (ja) * 2022-05-27 2023-11-30 三菱電機株式会社 冷凍サイクル装置
WO2024161748A1 (ja) * 2023-01-31 2024-08-08 株式会社Screenホールディングス 基板処理装置、および、基板処理方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008164237A (ja) * 2006-12-28 2008-07-17 Jfe Steel Kk ヒートポンプシステム
JP2013024457A (ja) * 2011-07-19 2013-02-04 Onishi Kensetsu Kk 地熱利用熱交換システム
WO2013172166A1 (ja) * 2012-05-18 2013-11-21 三菱電機株式会社 ヒートポンプ装置
WO2014054310A1 (ja) * 2012-10-05 2014-04-10 三菱電機株式会社 ヒートポンプ装置
JP2016133232A (ja) * 2015-01-16 2016-07-25 ジオシステム株式会社 揚水型熱交換装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008164237A (ja) * 2006-12-28 2008-07-17 Jfe Steel Kk ヒートポンプシステム
JP2013024457A (ja) * 2011-07-19 2013-02-04 Onishi Kensetsu Kk 地熱利用熱交換システム
WO2013172166A1 (ja) * 2012-05-18 2013-11-21 三菱電機株式会社 ヒートポンプ装置
WO2014054310A1 (ja) * 2012-10-05 2014-04-10 三菱電機株式会社 ヒートポンプ装置
JP2016133232A (ja) * 2015-01-16 2016-07-25 ジオシステム株式会社 揚水型熱交換装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023228412A1 (ja) * 2022-05-27 2023-11-30 三菱電機株式会社 冷凍サイクル装置
WO2024161748A1 (ja) * 2023-01-31 2024-08-08 株式会社Screenホールディングス 基板処理装置、および、基板処理方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP7359361B2 (ja) 2023-10-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7617697B2 (en) In-ground geothermal heat pump system
JP7357324B2 (ja) マルチ熱源ヒートポンプ装置
JP4642579B2 (ja) 地熱採熱システム
US20130037236A1 (en) Geothermal facility with thermal recharging of the subsoil
CN101344347A (zh) 热管地源热泵系统
CN103890503A (zh) 热泵热水器中的制冷剂充注量管理
CN102393049A (zh) 一种地源热管热泵空调
JP2011007476A (ja) 冷熱式、温熱式、冷・温熱式ヒートポンプシステム
JP2010038507A (ja) 地下蓄熱利用のヒートポンプ
JP4632905B2 (ja) 地中熱利用空調システム
JP7359361B2 (ja) ヒートポンプ装置
Momin Experimental investigation of geothermal air conditioning
EP2775234A2 (en) Water source heat pump and the optimization method of the heat pump operation
KR101641507B1 (ko) 블리딩 지하수를 열교환하여 재활용하는 냉난방 시스템
WO2018186250A1 (ja) 空気調和機
JP2012057836A (ja) 地中熱交換器、及びそれを利用したヒートポンプ
US20080006046A1 (en) Self contained water-to-water heat pump
KR101186883B1 (ko) 집수조를 이용한 지하철 역사의 냉난방 시스템
EP3594588B1 (en) Geothermal heat pump device
JP3219819U (ja) 地中熱利用システム
KR200430990Y1 (ko) 수중의 지중 지열을 이용한 히트 펌프식 냉난방 장치
KR101337353B1 (ko) 골프장 배수지의 관개용수를 이용한 히트펌프 시스템
KR101547875B1 (ko) 이중 저수지를 이용한 냉난방 시스템
JP2014115016A (ja) 地中熱利用冷暖房システム
KR100620907B1 (ko) 지열 집열체 및 이 지열 집열체를 이용한 히트펌프식냉난방장치

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210908

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20220610

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220616

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20220812

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20221015

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230216

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230417

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230817

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230919

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7359361

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150