JP2804697B2 - 排熱回収型ヒートポンプシステム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、排熱回収型ヒートポン
プシステムに関する。

【０００２】

【背景技術】エネルギー資源を有効に利用するため、諸
分野の省エネルギー化が叫ばれて久しい。また、今日で
は、地球温暖化等、環境問題の観点からも熱エネルギー
の有効利用が重要な課題となっている。一方、近年で
は、情報機器（電算機等）の飛躍的な進歩発展により、
これらを適性に機能させるための環境設備の構築が不可
欠となっている。例えば、大型の電算機が複数台設置さ
れる電算センター等では、電算室内部を年間を通じて恒
温恒湿（例えば、乾球温度２４°Ｃ、相対湿度５０％程
度）に保持しなければならない。これらの電算機からは
常時発熱があり、この発熱が空調機器により排熱される
ことで、上述の恒温恒湿が保持されるのである。また、
この発熱量は、冬期においても排熱が必要とされる程多
量なものとなることが多い。

【０００３】従来、このような状況下にある電算センタ
ーでは、冬期においても電算室内部の発熱を外部へ排熱
する一方、同一建物内のその他の一般室では、別個の空
調機により室内への給熱（暖房、又は再熱）を行ってい
た。このように相反する環境設定の要求に対して、従来
では空調機が全く独立していたため、結果的には同一建
物内の一方では給熱を行い、他方では排熱を行うという
熱エネルギーの無駄な使用があり、また、排熱を行うこ
と自体も上述した地球温暖化等の環境問題の観点から好
ましいものでなかった。

【０００４】

【発明の目的】本発明は上記状況に鑑みてなされたもの
で、無駄な排熱を生じさせることなく排熱を有効に利用
（排熱回収）することで、他の空調機の暖房負荷を軽減
することができる排熱回収型ヒートポンプシステムを提
供し、もって建物全体の空調ランニングコストの低減を
図ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、温水熱交換器と吸熱器とを内蔵した排熱回
収ヒートポンプと、上記吸熱器に冷水往管及び冷水還管
を介して接続された発熱系統空調機の熱交換器と、上記
温水熱交換器に温水往管及び温水還管を介して接続され
た一般室系統空調機の熱交換器とを有し、発熱系統空調
機の熱交換器での吸熱を前記排熱回収ヒートポンプで回
収して一般室系統空調機の熱交換器に供給する排熱回収
型ヒートポンプシステムにおいて、空冷チラーと温水ボ
イラともう一つの熱交換器とを備えたことを特徴として
いる。上記空冷チラーは、上記冷水往管及び冷水還管の
それぞれに往管及び還管を介して接続されている。ま
た、上記温水ボイラは、上記温水還管に往管及び還管を
介して接続されている。さらに、上記もう一つの熱交換
器は、一般室系統排気ダクト内に配置され、上記温水往
管及び上記温水還管のそれぞれに往管及び還管を介して
接続されている。

【０００６】

【作用】上記構成の排熱回収型ヒートポンプシステムで
は、排熱回収ヒートポンプの吸熱器と発熱系統空調機の
熱交換器とを接続する冷水往管及び冷水還管に空冷チラ
ーが接続されている。このため、夏期等、一般室系統空
調機の熱交換器での暖房負荷が無くなり、発熱系統空調
器の熱交換器での吸熱が排熱回収ヒートポンプで回収で
きなくなった際、空冷チラーによって補助的に吸熱が行
われる。一方、排熱回収ヒートポンプの温水熱交換器と
一般室系統空調機の熱交換器とを接続する温水還管に
は、温水ボイラともう一つの熱交換器が接続されてい
る。このため、冬期等、一般室系統空調機の熱交換器で
の暖房負荷が増大し、排熱回収ヒートポンプでの熱回収
が暖房負荷に対して不足した際、温水ボイラによって補
助的に不足熱量が補われるだけではなく、一般室系統排
気ダクト内において上記もう一つの熱交換器で回収され
た熱（排熱）によっても上記不足熱量が補われる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明に係る排熱回収型ヒートポンプ
システムの好適な実施例を図面を参照して詳細に説明す
る。図１は本発明排熱回収型ヒートポンプシステムの概
略系統図である。電算室を有する建物（電算センター
等）内には水熱源排熱回収ヒートポンプ（すなわち、請
求項に示す排熱回収ヒートポンプであり、以下「ヒート
ポンプ」という）１が設けられ、ヒートポンプ１は図示
しない温水熱交換器、吸熱器を内蔵している。電算室に
は電算室機器発熱系統空調機（すなわち、請求項に示す
発熱系統空調機）が設けられ、その熱交換器３はヒート
ポンプ１の吸熱器と冷水往管（Ｃ）５、冷水還管（Ｃ
Ｒ）７により接続されている。したがって、電算室で発
生した熱は、熱交換器３で熱交換され、冷水還管７を介
してヒートポンプ１へ移送され、ヒートポンプ１の吸熱
器により吸熱されることとなる。つまり、吸熱器により
吸熱された電算室の発熱は、ヒートポンプ１の温熱源と
して利用（熱回収）されるのである。そして、冷水往管
５、冷水還管７には往管、還管を介して空冷チラー９が
接続されている。

【０００８】一方、ヒートポンプ１の温水熱交換器には
温水往管（Ｈ）１１、温水還管（ＨＲ）１３が接続さ
れ、温水往管１１、温水還管１３は一般室系統空調機の
熱交換器１５に接続されている。したがって、ヒートポ
ンプ１内の熱移動を考えると、上述の吸熱器により吸熱
された電算室の発熱が温水熱交換器側へ移行され、この
熱量、即ち、回収された電算室の排熱が一般室系統空調
機の熱交換器１５へ寄与されることとなるのである。そ
して、温水還管１３には往管、還管を介して温水ボイラ
１７が接続されている。

【０００９】さらに、温水往管１１、温水還管１３に
は、往管、還管を介してもう一つの熱交換器１９が接続
されている。この熱交換器１９は、一般室系統排気ダク
ト内に設けられている。このようにして温水往管１１、
温水還管１３を分岐して接続された温水ボイラ１７、熱
交換器１９は、それぞれの分岐部に設けられた三方弁等
により、所定の制御信号に基づき切り替えられるように
なっている。

【００１０】図２、図３は熱源運転制御部の制御系統図
である。なお、図２において符号Ｘ、Ｙ、Ｚを付した部
分は、図３における符号Ｘ、Ｙ、Ｚの部分に対応して接
続されるものである。電算室排熱回収型ヒートポンプシ
ステムは、所謂自動制御装置２１によりヒートポンプ１
における負荷を感知し、空冷チラー９、温水ボイラ１７
の台数制御運転を行っている。自動制御装置２１にはヒ
ートポンプ１、空冷チラー９、温水ボイラ１７の駆動制
御部が接続されるとともに、温水往ヘッダー２３、温水
還ヘッダー２５等に挿入された挿入型温度検出器２７が
アナログ入力変換器２９を介して接続されている。ま
た、その他の配管部分においても挿入型温度検出器２７
が取り付けられ、これらにより検出された温度値は、自
動制御装置２１に送出されるとともに、図示しない中央
制御部へと送出され、その他の総合制御の条件値として
入力されるようになっている。

【００１１】自動制御装置２１は、これらの挿入型温度
検出器２７等により冷水量、温水量の熱量計算を行い、
その温度差から温水の需要量と冷水の供給量を制御する
信号を送出するようになっている。具体的には、例え
ば、熱量計算で温水に移行できる熱量がいくらであるか
を感知し、暖房負荷に見合った温水量を決定する。この
場合、温水の供給はヒートポンプ１からのものを主体的
に使うが、熱回収による排熱が利用され更に暖房能力が
不足する場合等には、温水ボイラ１７に駆動信号を送出
し、不足分を補う制御を行うのである。

【００１２】したがって、電算室排熱回収型ヒートポン
プシステムにおける熱源機器の切替制御は、冬期、中間
期には、ベース運転機器をヒートポンプ１とするととも
に、補助熱源を温水ボイラ１７、空冷チラー９に設定
し、夏期には、ベース運転機器を空冷チラー９、再熱用
補助熱源をヒートポンプ１に設定するように行われるの
である。そして、冬期、中間期の電算室冷房運転時の排
熱回収量は、ヒートポンプ１の冷房能力容量に相当し、
この熱量が一般居室の暖房能力、又は再熱源に寄与され
るのである。

【００１３】上記構成の排熱回収ヒートポンプシステム
によれば、夏期等、一般室系統空調機を備えた他の部屋
が全て冷房となり、当該一般空室系統空調機での冷房負
荷が無くなってヒートポンプ１による吸熱が行えなくな
った際、電算室からの発熱が空冷チラー９によって補助
的に吸熱される。また、冬期等暖房負荷が増大し、ヒー
トポンプ１の暖房能力が不足した際には、温水ボイラ１
７によって不足熱量が補われるだけではなく、一般室系
統排気ダクト内において熱交換器１９で回収された熱
（排熱）によっても上記不足熱量を補うことができ、当
該熱交換器１９は一般居室における再熱サイクルで使用
される。なお、通常、除湿を行う再熱サイクルでは、本
実施例と異なり、その再熱源に電気ヒータが使用され、
その消費電力はヒートポンプ圧縮機の消費電力量の数倍
が必要になるものであった。また、自動制御装置２１と
挿入型温度検出器２７とを設けたことで、空冷チラー９
と温水ボイラ１７の駆動が自動的に行われる。

【００１４】そして、本実施形態の排熱回収型ヒートポ
ンプシステムによれば、この回収熱により暖房熱源容量
を１０％程度軽減できることが実測されている。また、
本実施例によれば、夜間残業時は温水ボイラ１７を運転
することなく、排熱回収によるヒートポンプ１のみの運
転で暖房が可能となる。さらに、排熱回収により、冷温
水同時供給による恒温恒湿制御への対応が容易に行える
とともに、寒冷地におけるヒートポンプの採用、及びエ
ネルギー供給の信頼性向上を図ることができる。また、
将来の電算機増設計画への建築、設備対応の整合性を良
好に確保することができ、しかも、熱回収は発熱源とヒ
ートポンプ１の接続のみにより行えるため、メンテナン
スも容易なものとなる。

【００１５】なお、上述の実施例では、発熱源が電算機
であるものを例に説明したが、本発明はその他の機器発
熱の多い工場、研究所、インテリジェントビル等、種々
な建物に応用できるものである。

【００１６】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
る排熱回収型ヒートポンプシステムによれば、発熱系統
空調機での吸熱を排熱回収ヒートポンプで回収して一般
系統空調機での暖房に用いる際、吸熱の不足を空冷チラ
ーで補い暖房の不足を温水ボイラー及び一般室系統排気
ダクト内に配置された熱交換器で補うことで、無駄な排
熱を生じさせることなく排熱を有効に利用（排熱回収）
することが可能になる。この結果、他の空調機の暖房負
荷を軽減することができ、建物全体の空調ランニングコ
ストを低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明排熱回収型ヒートポンプシステムの概略
系統図である。

【図２】熱源運転制御部の制御系統図である。

【図３】熱源運転制御部の制御系統図である。

【符号の説明】

１ 排熱回収ヒートポンプ ３ 発熱系統空調機の熱交換器 ５ 冷水往管 ７ 冷水還管 ９ 空冷チラー １１ 温水往管 １３ 温水還管 １５ 一般室系統空調機の熱交換器 １７ 温水ボイラ １９ 熱交換器

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F24F 5/00 101 F24D 3/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 温水熱交換器と吸熱器とを内蔵した排熱
   回収ヒートポンプと、前記吸熱器に冷水往管及び冷水還
   管を介して接続された発熱系統空調機の熱交換器と、前
   記温水熱交換器に温水往管及び温水還管を介して接続さ
   れた一般室系統空調機の熱交換器とを有し、前記発熱系
   統空調機の熱交換器での吸熱を前記排熱回収ヒートポン
   プで回収して前記一般室系統空調機の熱交換器に供給す
   る排熱回収型ヒートポンプシステムにおいて、 前記冷水往管及び冷水還管のそれぞれに往管及び還管を
   介して接続された空冷チラーと、 前記温水還管に往管及び還管を介して接続された温水ボ
   イラと、 一般室系統排気ダクト内に配置され、前記温水往管及び
   前記温水還管のそれぞれに往管及び還管を介して接続さ
   れた熱交換器と、 を備えたことを特徴とする排熱回収型ヒートポンプシス
   テム。