JP2685583B2 - ヒートポンプ熱回収装置 - Google Patents

ヒートポンプ熱回収装置

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JP2685583B2
JP2685583B2 JP1132633A JP13263389A JP2685583B2 JP 2685583 B2 JP2685583 B2 JP 2685583B2 JP 1132633 A JP1132633 A JP 1132633A JP 13263389 A JP13263389 A JP 13263389A JP 2685583 B2 JP2685583 B2 JP 2685583B2
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heat recovery
evaporator
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明洋 谷
磁郎 杉本
淳一 金子
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    • Y02A30/274Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies using waste energy, e.g. from internal combustion engine

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はヒートポンプ熱回収装置に関する。
〔従来の技術〕
圧縮機,凝縮器,蒸発器から成る冷凍サイクルにおい
て、凝縮器内の冷媒液を冷却液で飽和温度以下にすれ
ば、同じ所要動力において、冷凍能力を増加させる事は
周知である。
従来の装置ではこの過冷を冷却水により行なつてい
た。
なお、この種の装置として関連するものには例えば実
開昭47−16056号が挙げられる。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術は排熱の有効利用の点について配慮がさ
れていなかつた。
本発明の目的は冷凍機の排熱を有効に利用して、同じ
所要動力にて、冷凍能力を増加させ、省エネルギーを図
るヒートポンプ熱回収装置を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、冷凍機と熱回収装置とを備え、排熱を回
収して利用するヒートポンプ熱回収装置において、前記
冷凍機は圧縮機と、この圧縮機の吐出配管に接続した補
助熱交換器と、凝縮器と、この凝縮器の冷媒液出口配管
に接続した過冷却器と、蒸発器とから構成され、前記熱
回収装置は再生器と、凝縮器、蒸発器と、吸収器とから
構成され、前記補助熱交換器と前記熱回収装置の再生器
とを配管接続して補助熱交換器の伝熱管内を流れる水と
熱交換させ、この熱交換して加熱された水で再生器内の
媒体中の冷媒を蒸発させて媒体の濃度を上げ、前記過冷
却器と蒸発器とを配管接続して蒸発器の伝熱管内を流れ
る水と熱交換させ、この熱交換して冷却された水で前記
凝縮器の出口の冷媒液を過冷却する、ことによって達成
される。
また上記目的は、冷凍機と熱回収装置とを備え、排熱
を回収して利用するヒートポンプ熱回収装置において、
前記冷凍機は圧縮機と、凝縮器と、この凝縮器の冷媒液
出口配管に接続した過冷却器と、蒸発器とから構成さ
れ、前記熱回収装置は再生器と、凝縮器、蒸発器と、吸
収器とから構成され、前記凝縮器の熱交換器と前記熱回
収装置の再生器とを配管接続して熱交換器の伝熱管内を
流れる水と熱交換させ、この熱交換して加熱された水で
再生器内の媒体中の冷媒を蒸発させて媒体の濃度を上
げ、前記過冷却器と蒸発器とを配管接続して蒸発器の伝
熱管内を流れる水と熱交換させ、この熱交換して冷却さ
れた水で前記凝縮器の出口の冷媒液を過冷却する、こと
によって達成される。
さらにまた上記目的は、圧縮式冷凍機と吸収式冷凍機
と熱回収装置とを備え、排熱を回収して利用するヒート
ポンプ熱回収装置において、前記冷凍機は圧縮機と、凝
縮器と、この凝縮器の冷媒液出口配管に接続した過冷却
器と、蒸発器とから構成され、前記熱回収装置は再生器
と、凝縮器と、蒸発器と、吸収器とから構成され、前記
吸収式冷凍機には吸収式冷凍機の再生器の蒸気又は排ガ
スの排出口に補助熱交換器を備え、この蒸気又は排ガス
の排出口の補助熱交換器と前記熱回収装置の再生器とを
配管接続して熱交換器の伝熱管内を流れる水と熱交換さ
せ、この熱交換して加熱された水で再生器内の媒体中の
冷媒を蒸発させて媒体の濃度を上げ、前記過冷却器と蒸
発器とを配管接続して蒸発器の伝熱管内を流れる水と熱
交換させ、この熱交換して冷却された水で前記凝縮器の
出口の冷媒液を過冷却する、ことによって達成される。
〔作用〕
補助熱交換器により吐出ガスのスーパーヒート熱を取
り出し、この熱により熱回収装置内の蓄熱媒体を濃縮す
る。次に熱回収装置内の濃縮された媒体を希釈すること
によつて得られる冷却効果を利用して、過冷却器での熱
を熱回収装置に放熱する。この過冷却器と熱回収装置を
使用した運転の際に同じ所要動力にて、冷凍能力の増加
が可能になる。
また、補助熱交換器により吸収式冷凍機の回収器の蒸
気又はガスの排熱を取り出し、この熱により熱回収装置
内の蓄熱媒体を濃縮する。次に熱回収装置内の濃縮され
た媒体を希釈することによつて得られる冷却効果を利用
して、本体冷凍機から取り出した過冷却器での熱を熱回
収装置に放熱する。この過冷却器と熱回収装置を使用し
た運転の際に同じ所要動力にて、冷凍能力の増加が可能
になる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。
最初に本装置の構成について説明する。本体の冷凍機
は圧縮機1と、その吐出配管に接続した補助熱交換器4
と、凝縮器2と、凝縮器2の冷媒液出口配管に接続した
過冷却器5と、膨張オリフイス6と、それに接続した蒸
発器3と、これと圧縮機1を接続した配管より成つてい
る。熱回収装置7は、再生器7a,凝縮器7b,蒸発器7c,吸
収器7dより成り、それらに接続配管と冷媒ポンプ8、冷
媒ポンプ10,媒体ポンプ9,媒体ポンプ11と、切かえ用の
弁12,弁13,弁14,弁15,弁16を設けてある。本体の冷凍機
と熱回収装置7は配管で接続してあり、これに水ポンプ
17、水ポンプ18を設けてある。
次に、動作について説明する。まず熱回収運転につい
て説明する。本体の冷凍機の吐出冷媒ガスのスーパーヒ
ート熱により、補助熱交換器4にて、伝熱管内を流れる
水を加熱する。この水は熱回収装置7の再生器7aの伝熱
管内に流入し、再生器7a内の媒体と熱交換し冷却され、
再び補助熱交換器4へ戻る。再生器7aでは、熱出力運転
の時に希釈されて吸収器7dにたまつた希媒体を媒体ポン
プ11により、再生器7aの伝熱管外へ散布する。この希媒
体は、伝熱管内を流れる水と熱交換し加熱されて、媒体
中の冷媒が蒸発して、媒体の濃度が上がる。これを再び
媒体ポンプ9にて再生器7aの伝熱管へ散布して濃度を上
げる。こうして希媒体が濃媒体になる。
この蒸発した冷媒は、凝縮器7bで伝熱管内を流れる中
水等と熱交換して放熱し、凝縮して冷媒液になる。こう
して熱回収運転を行なう。次に熱出力運転について説明
する。本体の冷凍機の過冷却器5で凝縮器2の出口の冷
媒液を過冷した水は、加熱され、接続配管を通つて、熱
回収装置7の蒸発器7cの伝熱管内へ流入する。この水は
蒸発器7c内の冷媒と熱交換し、冷却され再び過冷却器5
へ戻る。蒸発器7cでは、熱回収運転の時に凝縮器7bにた
まつた冷媒液を冷媒ポンプ8により、蒸発器7cの伝熱管
外へ散布する。冷媒液は伝熱管内を流れる水と熱交換
し、加熱されて蒸発する。蒸発しきれずに底に落下した
冷媒液は、再び冷媒ポンプ10により伝熱管へ散布する。
この蒸発した冷媒は吸収器7dへ流入する。吸収器7dで
は、熱回収運転の時に濃縮されて再生器7aにたまつた濃
媒体を、媒体ポンプ9により吸収器7dの伝熱管外に散布
する。この濃媒体に、蒸発器7cに蒸発した冷媒が吸収さ
れると共に、吸収器7dの伝熱管内を流れる中水等と熱交
換し放熱して、濃度が下がる。この媒体を、くり返し媒
体ポンプ11により吸収器7dの伝熱管へ散布して、濃媒体
を希媒体にする。こうして熱出力運転を行なう。
まず熱回収運転により、本体の冷凍機の排熱を利用
し、熱回収装置の媒体の濃縮を行なつて熱出力運転の準
備をする。次に熱出力運転により、熱回収装置の媒体の
希釈を行なつて、本体の冷凍機の過冷却を行なう。過冷
却を行なえば周知のように、同じ所要動力でも、冷凍容
量は増加する。
例えば夜間に熱回収運転を行ない、昼間のピーク負荷
時に熱出力運転を行なつて、排熱を有効に利用できる。
これを図によつて説明する。
例えば、第4図の様な負荷パターンのビルの冷房を行
なうとする。熱回収装置の冷凍機の場合はピーク負荷で
もオーバーロードせぬ様に、210〔USRT〕の容量の冷凍
機を選定する。この所要動力は260〔KW〕である。熱回
収装置を付けた冷凍機の場合は、熱回収運転時は170〔U
SRT〕で212〔KW〕、熱出力運転時は200〔USRT〕で212
〔KW〕である。一方負荷は第4図の様に、昼間は170〔U
SRT〕×4〔時間〕+200〔USRT〕×6〔時間〕=1880
〔USRT・h〕。夜間は170〔USRT〕×14〔時間〕=2380
〔USRT・h〕であり、1日の合計は1880+2380=4260
〔USRT・h/日〕である。冷凍機を全負荷で運転したとす
ると、ビルの負荷率を55%として、熱回収装置なしの冷
凍機は年間で、(4260〔USRT・h/日〕×365〔日〕×0.5
5)/210〔USRT〕=4072〔時間〕の運転時間になる。一
方熱回収装置付冷凍機は、1日にピーク負荷時の200〔U
SRT〕に熱出力運転を6〔時間〕、通常負荷時の170〔US
RT〕に熱回収運転を14+4=18〔時間〕行なうとする
と、日平均では(170〔USRT〕×18〔時間〕+200〔USR
T〕×6〔時間〕)/24〔時間〕=177.5〔USRT〕にな
る。年間運転時間は、(4260〔USRT・h/日〕×365
〔日〕×0.55/177.5〔USRT〕=4818〔時間〕である。年
間の消費電力は、熱回収装置なしの場合は、4072〔時
間〕×260〔KW〕=1058720〔KW・h〕,熱回収装置付の
場合は4818〔時間〕×212〔KW〕=1021416〔KW・h〕と
なる。両者の差は1058720−1021416=37304〔KW・h〕
となり、熱回収装置を付けると年間で37304〔KW・h〕
の省エネルギーになる。
次に、他の実施例を第2図により説明する。
最初に本装置の構成について説明する。本体の冷凍機
は圧縮機1と、その吐出口管に接続した凝縮器2と、凝
縮器2の冷媒液出口配管に接続した過冷却器5と、膨張
オリフイス6と、それに接続した蒸発器3と、これと圧
縮機1を接続した配管より成つている。熱回収装置7
は、再生器7a,凝縮器7b,蒸発器7c,吸収器7dより成り、
それらに接続配管と冷媒ポンプ8,冷媒ポンプ10,媒体ポ
ンプ9,媒体ポンプ11と、切かえ用の弁12,弁13,弁14,弁1
5,弁16を設けてある。本体の冷凍機と熱回収装置7は水
配管で接続してあり、これに水ポンプ18を設けてある。
次に動作について説明する。まず熱回収運転について
説明する。第1図の実施例では、補助熱交換器4によ
り、圧縮機1の吐出ガスのスーパーヒート熱を利用して
いたが、本例では凝縮器2の排熱を利用して、この冷却
水を熱回収装置7の再生器7aへ送り、熱回収運転を行な
う。その他は第1図の実施例と同じである。次に熱出力
運転については第1図の実施例と同じなので説明を省略
する。
第1図実施例と同じ様に、まず熱回収運転を行ない、
次に熱出力運転を行なう。
また更に他の実施例を第3図により説明する。
最初に本装置の構成について説明する。第1図の実施
例の補助熱交換器4を、吸収式冷凍機19の再生器の蒸気
又はガスの排出口に取り付けた。これ以外は第1図の実
施例と同じである。
次に動作について説明する。まず熱回収運転について
説明する。第1図の実施例では、補助熱交換器4によ
り、圧縮機1の吐出ガスのスーパーヒート熱を利用して
いたが、本例では、吸収式冷凍機19の再生器の蒸気又は
ガスの排熱を利用して、補助熱交換器4にて、この排熱
により水を加熱して、熱回収装置7の再生器7aへ送り、
熱回収運転を行なう。その他は第1図の実施例と同じで
ある。次に熱出力運転については第1図の実施例と同じ
なので説明を省略する。
第1図実施例と同じ様に、まず熱回収運転を行ない、
次に熱出力運転を行なう。
以上の3つの実施例で述べた本体の冷凍機としては、
遠心圧縮機式冷凍機,スクリユー圧縮機式冷凍機,往復
動圧縮機式冷凍機,スクロール圧縮機式冷凍機等があ
る。
〔発明の効果〕
本発明によれば、熱回収装置のない冷凍機と比べる
と、同じ所要動力でも大きい冷凍容量を得ることができ
るので、省エネルギーの効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、冷凍機に補助熱交換器,過冷却器を設けて、
熱回収装置を組合わせた実施例の系統図、第2図は冷凍
機に過冷却器を設けて、熱回収装置を組合わせた他の実
施例の系統図、第3図は冷凍機に過冷却器を設け、吸収
式冷凍機に補助熱交換器を設けて、熱回収装置を組合わ
せた更に他の実施例の系統図、第4図は負荷パターンの
一例を示す図である。 1……圧縮機、2……凝縮器、3……蒸発器、4……補
助熱交換器、5……過冷却器、6……膨張オリフイス、
7……熱回収装置、7a……再生器、7b……凝縮器、7c…
…蒸発器、7d……吸収器、8……冷媒ポンプ、9……媒
体ポンプ、10……冷媒ポンプ、11……媒体ポンプ、12…
…弁、13……弁、14……弁、15……弁、16……弁、17…
…水ポンプ、18……水ポンプ、19……吸収式冷凍機。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】圧縮式冷凍機と熱回収装置とを備え、排熱
    を回収して利用するヒートポンプ熱回収装置において、
    前記冷凍機は圧縮機と、この圧縮機の吐出配管に接続し
    た補助熱交換器と、凝縮器と、この凝縮器の冷媒液出口
    配管に接続した過冷却器と、蒸発器とから構成され、前
    記熱回収装置は再生器と、凝縮器、蒸発器と、吸収器と
    から構成され、前記補助熱交換器と前記熱回収装置の再
    生器とを配管接続して補助熱交換器の伝熱管内を流れる
    水と熱交換させ、この熱交換して加熱された水で再生器
    内の媒体中の冷媒を蒸発させて媒体の濃度を上げ、前記
    過冷却器と蒸発器とを配管接続して蒸発器の伝熱管内を
    流れる水と熱交換させ、この熱交換して冷却された水で
    前記凝縮器の出口の冷媒液を過冷却することを特徴とす
    るヒートポンプ熱回収装置。
  2. 【請求項2】圧縮式冷凍機と熱回収装置とを備え、排熱
    を回収して利用するヒートポンプ熱回収装置において、
    前記冷凍機は圧縮機と、凝縮器と、この凝縮器の冷媒液
    出口配管に接続した過冷却器と、蒸発器とから構成さ
    れ、前記熱回収装置は再生器と、凝縮器、蒸発器と、吸
    収器とから構成され、前記凝縮器の熱交換器と前記熱回
    収装置の再生器とを配管接続して熱交換器の伝熱管内を
    流れる水と熱交換させ、この熱交換して加熱された水で
    再生器内の媒体中の冷媒を蒸発させて媒体の濃度を上
    げ、前記過冷却器と蒸発器とを配管接続して蒸発器の伝
    熱管内を流れる水と熱交換させ、この熱交換して冷却さ
    れた水で前記凝縮器の出口の冷媒液を過冷却することを
    特徴とするヒートポンプ熱回収装置。
  3. 【請求項3】圧縮式冷凍機と吸収式冷凍機と熱回収装置
    とを備え、排熱を回収して利用するヒートポンプ熱回収
    装置において、前記冷凍機は圧縮機と、凝縮器と、この
    凝縮器の冷媒液出口配管に接続した過冷却器と、蒸発器
    とから構成され、前記熱回収装置は再生器と、凝縮器、
    蒸発器と、吸収器とから構成され、前記吸収式冷凍機に
    は吸収式冷凍機の再生器の蒸気又は排ガスの排出口に補
    助熱交換器を備え、この蒸気又は排ガスの排出口の補助
    熱交換器と前記熱回収装置の再生器とを配管接続して熱
    交換器の伝熱管内を流れる水と熱交換させ、この熱交換
    して加熱された水で再生器内の媒体中の冷媒を蒸発させ
    て媒体の濃度を上げ、前記過冷却器と蒸発器とを配管接
    続して蒸発器の伝熱管内を流れる水と熱交換させ、この
    熱交換して冷却された水で前記凝縮器の出口の冷媒液を
    過冷却することを特徴とするヒートポンプ熱回収装置。
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