JP2561701B2 - 空気熱源ヒートポンプ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、空気熱源ヒートポンプ装置に係り、特に、
例えば地域冷暖房用大容量空調設備等の省エネルギ運転
に好適な空気熱源ヒートポンプ装置に関するものであ
る。

［従来の技術］ 一般に、地域冷暖房用大容量空調設備では、複数台の
冷凍機が並列に配置される。

第２図は、従来の空気熱源ヒートポンプ式冷凍機を２
台並列配置した装置の系統図である。

第２図に示す１号機、２号機は全く同形式の空気熱源
ヒートポンプ式冷凍機であり、１は圧縮機、２は空気熱
交換器、３は逆止弁、４は流量制御弁、５はレシーバ、
６は液面制御弁、７は液面発振器、８は水熱交換器、９
は冷暖切換弁、10は膨張弁である。

なお、前記１号機、２号機の圧縮機１の吐出，吸込配
管部の符号を付さない弁は、冷，暖房時に冷媒流路に切
り替えるための切換弁を示す。

空気熱源ヒートホンプ装置は、夏期の冷房および冬期
の暖房いずれも利用できるシステムである。

冷房サイクルでは、圧縮機１で圧縮された高圧高温の
冷媒ガスは、空気熱交換器２（凝縮器として作用）に流
入し、冷却空気により冷却され凝縮液化する。液化した
冷媒は、逆止弁３、流量制御弁４を経てレシーバ５に溜
まり、液面制御弁６を経て水熱交換器８（蒸発器として
作用）に流入する。この過程で管内を流れる冷水が冷却
される。

一方、暖房サイクルでは、圧縮機１で圧縮された高
圧，高温の冷媒ガスは、水熱交換器８（凝縮器として作
用）に流入し管内を流れる温水で冷却され凝縮液化す
る。凝縮液化した冷媒液はレシーバ５に溜まり、冷暖切
換弁９、膨張弁10を経て空気熱交換器２（蒸発器として
作用）に流入する。このとき、減圧した冷媒液は空気か
ら吸熱して蒸発ガス化し圧縮機１に吸込まれる。

１号機、２号機が並列配置されている第２図の設備で
は、負荷に応じて両者が稼働したり、いずれかが休止し
たりする。

なお、この種の装置として関連するものは、例えば特
開昭61-184361号公報記載のものが挙げられる。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術においては、総合的な省エネルギ運転が
考慮されておらず、例えば、空気熱源ヒートポンプ式冷
凍機が２台設置されている熱源設備において、全体負荷
が50％以下の場合には、例えば１号機のみ運転され、２
号機は休止している。このため、２号機の水熱交換器、
空気熱交換器が有効に利用されていないという問題点が
あった。

本発明は、上記従来技術における課題を解決するため
になされたもので、休止している熱源設備の熱交換器を
有効に利用することにより、冷房サイクルでは凝縮温度
を低下させ、暖房サイクルでは蒸発温度を高めることが
でき、熱源設備トータルの省エネルギの図りうる空気熱
源ヒートポンプ装置を提供することを、その目的とする
ものである。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明に係る空気熱源ヒ
ートポンプ装置の構成は、冷媒ガスを圧縮する圧縮機、
この圧縮機によって圧縮され高温高圧になった冷媒ガス
を空気で冷却して液化する空気熱交換器、この空気熱交
換器からの液化冷媒を膨張させて減圧する減圧手段、こ
の減圧手段からの減圧された液化冷媒を一時溜めるレシ
ーバ、このレシーバからの液化冷媒と冷水とを熱交換さ
せて冷水を取り出す水熱交換器の順に冷媒ガスもしくは
液化冷媒を流して冷房サイクルを構成し、圧縮機、水熱
交換器、レシーバ、減圧手段、空気熱交換器の順に冷媒
ガスもしくは液化冷媒を流して暖房サイクルを構成する
空気熱源ヒートポンプ式冷凍機の複数台備えた空気熱源
ヒートポンプ装置において、前記複数台の空気熱源ヒー
トポンプ式冷凍機のそれぞれの水熱交換器に並列に配管
接続され、かつ、前記複数台の空気熱源ヒートポンプ式
冷凍機のそれぞれの空気熱交換器に並列に配管接続され
た共用のレシーバを設けるとともに、この共用のレシー
バと前記複数台の空気熱源ヒートポンプ式冷凍機のそれ
ぞれの水熱交換器とを接続する配管に、前記それぞれの
水熱交換器内の液化冷媒の液面を制御する液面制御弁を
設けたものである。

特に、前記複数台の空気熱源ヒートポンプ式冷凍機の
いずれかが運転され、他のいずれかが休止しているとき
に、前記複数台の空気熱源ヒートポンプ式冷凍機のいず
れの空気熱交換器にも冷媒を流すことのできるように、
それぞれの空気熱交換器を結ぶ配管を設けたものであ
る。

［作用］ 上記技術的手段による働きは次のとおりである。

例えば１号機、２号機の２台の空気熱源ヒートポンプ
式冷凍機を備えた熱源設備で、熱源設備の負荷が50％以
下に減少した部分負荷の場合、一般に１号機を運転し、
２号機を休止するが、本発明では、２号機の空気熱交換
器を利用して運転する。

ところで、複数の空気熱交換器の配管接続して共通化
することにより、例えば１号機と２号機との冷媒量のバ
ランス取りが問題となる。これは、１台運転と２台運転
では、冷凍サイクル内の必要冷媒量が異なるため、１台
運転および２台運転いずれにも対応できるようにするた
めにバランス取りが必要となるものである。本発明で
は、共用のレシーバを設置するとともに、空気熱交換器
への流量制御、および水熱交換器への液面制御を採用す
ることにより正常な運転ができるものである。

本発明を開発した考え方は、１号機を稼働させ、休止
している２号機の空気熱交換器のみを利用するものであ
り、所要動力としては空気熱交換器のファンの動力が増
加するが、その代りに、２号機の空気熱交換器を使用す
ることで、暖房運転の場合には蒸発圧力が上り、冷房運
転の場合には凝縮圧力が下がり、システム全体の成績係
数は向上する。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を第１図を参照して説明す
る。

第１図は、本発明の一実施例に係る空気熱源ヒートポ
ンプ装置の冷凍サイクル系統図である。

第１図の装置は、空気熱源ヒートポンプ式冷凍機を１
号機,2号機と２台備えたものであるが、１号機と２号機
との同一機器について、２号機の符号は１号機の符号
に′を付して示している。

すなわち、第１図に示す１号機,2号機において、1,
1′は圧縮機、2,2′は空気熱交換器、3,3′は逆止弁、
6,6′は液面制御弁、7,7′は液面発信器、8,8′は水熱
交換器、10,10は膨張弁である。

4Aは流量制御弁、5Aは、１号機,2号機共用のレシー
バ、9Aは冷房切換弁であり、これらは２号機側に配設さ
れている。

なお、前記１号機、２号機の圧縮機1,1′の吐出，吸
込配管部の符号を付さない弁は、冷，暖房時に冷媒流路
を切り替えるための切換弁を示すものであることは、第
２図の従来技術と同様である。

また、11は、空気熱交換器2,2′と接続し共用のレシ
ーバ5Aに通じる配管に係る連通管、12は、水熱交換器８
と共用レシーバ5Aとを結ぶ配管に係る連通管、13は、空
気熱交換器2,2′を結ぶ配管に係る連通管、14は、共用
レシーバ5Aと水熱交換器8,8′とを並列に接続する配管
に係る連通管である。

すなわち、本実施例の空気熱源ヒートポンプ装置にお
いては、１号機、２号機の空気熱源ヒートポンプ式冷凍
機のそれぞれの水熱交換器8,8′に並列に配管接続さ
れ、かつ、前記１号機、２号機の空気熱源ヒートポンプ
式冷凍機のそれぞれの空気熱交換器2,2′に並列に配管
接続された共用のレシーバ5Aを設けるとともに、この共
用のレシーバ5Aと前記１号機、２号機の空気熱源ヒート
ポンプ式冷凍機のそれぞれの水熱交換器8,8′とを接続
する配管14に、前記それぞれの水熱交換器8,8′内の液
化冷媒の液面を制御する液面制御弁6,6′を設けたもの
である。さらに、前記１号機、２号機の空気熱源ヒート
ポンプ式冷凍機の１号機が運転され、２号機が休止して
いるときに、前記２号機の空気熱交換器２′にも冷媒を
流すことのできるように、それぞれの空気熱交換器2,
2′を結ぶ配管13を設けたものである。

次に、このような空気熱源ヒートポンプ装置（熱源設
備）の動作を説明する。

ここでは、熱源設備の負荷が50％以下に減少した部分
負荷の場合、１号機が運転され、２号機が休止している
場合について説明する。

冷房サイクルにおいては、圧縮機１で圧縮された高
圧，高温の冷媒ガスは、空気熱交換器２（凝縮器として
作用）に流入する。このとき、連通管13を経て１号機の
冷媒ガスの一部は、休止中の２号機の空気熱交換器２′
にも流入し、冷媒ガスは空気から吸熱して凝縮液化す
る。

液化冷媒は、空気熱交換器2,2′から逆止弁3,3′、連
通管11、流量制御弁4Aを経て共用レシーバ5Aに溜り、さ
らに連通管14を経て１号機の水熱交換器８（蒸発器とし
て作用）に流入し、管内を流れる冷水を冷却し冷媒は気
化する。このとき、水熱交換器８の液量は、液面制御弁
6,液面発信器７によって適量に制御される。気化した冷
媒は圧縮機１に戻り、以下同じサイクルを繰り返す。

一方、暖房サイクルにおいては、圧縮機１から吐出さ
れた冷媒ガスは、水熱交換器８（凝縮器として作用）に
流入し、管内を流れる温水を温めて冷媒は凝縮液化す
る。液化冷媒は、連通管12を経て共用レシーバ5Aに溜
り、冷暖切換弁9A、連通管11、膨張弁10,10′を経て１
号,2号機の空気熱交換器2,2′（蒸発器として作用）に
流入する。冷媒は空気を熱源として蒸発気化し、気化し
た冷媒は圧縮機１に戻り以下同じサイクルを繰り返す。
このとき、２号機の空気熱交換器２で蒸発気化した冷媒
は連通管13を通って圧縮機１へ流れる。

本実施例によれば、熱源設備の負荷が50％以下に減少
して、１号機が運転、２号機が休止の部分負荷時に、休
止している２号機の空気熱交換器２′を有効に利用でき
るので、運転効率が向上する効果がある。

例えば、１号機の冷房運転時に、２号機の空気熱交換
器を２′を作動させると、凝縮器の伝熱面積が２倍とな
ることになり、凝縮圧力，凝縮温度ともに低下し、シス
テムの成績係数が高くなる。

また、暖房運転時には、同様に２号機の空気熱交換器
２′を作動させると、蒸発器の伝熱面積が２倍となるこ
とになり、蒸発圧力，蒸発温度ともに上昇し、システム
の成績係数が向上し、省エネルギ運転が達成できる。

なお、上記の実施例では、空気熱源ヒートポンプ式冷
凍機を２台備えた装置の例を説明したが、本発明は、前
記冷凍機を３台以上の複数台備えた装置にも適用できる
ことは言うまでもない。

［発明の効果］ 以上詳細に説明したように、本発明によれば、休止し
ている熱源設備の熱交換器を有効に利用することによ
り、冷房サイクルでは凝縮温度を低下させ、暖房サイク
ルでは蒸発温度を高めることができ、熱源設備トータル
の省エネルギを図りうる空気熱源ヒートポンプ装置を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る空気熱源ヒートポン
プ装置の冷凍サイクル系統図、第２図は、従来の空気熱
源ヒートポンプ式冷凍機を２台並列配置した装置の系統
図である。 1,1′……圧縮機、2,2′……空気熱交換器、5A……共用
レシーバ、6,6′……液面制御弁、8,8′……水熱交換
器、10,10′……膨張弁、11,12,13,14……連通管。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】冷媒ガスを圧縮する圧縮機、この圧縮機に
   よって圧縮され高温高圧になった冷媒ガスを空気で冷却
   して液化する空気熱交換器、この空気熱交換器からの液
   化冷媒を膨張させて減圧する減圧手段、この減圧手段か
   らの減圧された液化冷媒を一時溜めるレシーバ、このレ
   シーバからの液化冷媒と冷水とを熱交換させて冷水を取
   り出す水熱交換器の順に冷媒ガスもしくは液化冷媒を流
   して冷房サイクルを構成し、圧縮機、水熱交換器、レシ
   ーバ、減圧手段、空気熱交換器の順に冷媒ガスもしくは
   液化冷媒を流して暖房サイクルを構成する空気熱源ヒー
   トポンプ式冷凍機を複数台備えた空気熱源ヒートポンプ
   装置において、 前記複数台の空気熱源ヒートポンプ式冷凍機のそれぞれ
   の水熱交換器に並列に配管接続され、かつ、前記複数台
   の空気熱源ヒートポンプ式冷凍機のそれぞれの空気熱交
   換器に並列に配管接続された共用のレシーバを設けると
   ともに、 この共用のレシーバと前記複数台の空気熱源ヒートポン
   プ式冷凍機のそれぞれの水熱交換器とを接続する配管
   に、前記それぞれの水熱交換器内の液化冷媒の液面を制
   御する液面制御弁を設けたことを特徴とする空気熱源ヒ
   ートポンプ装置。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載のものにおい
   て、前記複数台の空気熱源ヒートポンプ式冷凍機のいず
   れかが運転され、他のいずれかが休止しているときに、
   前記複数台の空気熱源ヒートポンプ式冷凍機のいずれの
   空気熱交換器にも冷媒を流すことのできるように、それ
   ぞれの空気熱交換器を結ぶ配管を設けたことを特徴とす
   る空気熱源ヒートポンプ装置。