JP4062663B2 - 過冷却水および温水の製造システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、空調用氷蓄熱システムに関し、特に、過冷却水および温水の製造システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、水を０℃未満にまで冷却して得られる過冷却水から相変化によってシャーベット状の氷を製造しこれを氷蓄熱槽に貯蔵する空調用氷蓄熱装置が知られている。
【０００３】
これを図１により説明すると、氷蓄熱槽１内の水が水循環ポンプ２によりフィルタ３を経て熱源機（冷凍機）４に供給され、熱源機４により水が氷点下（過冷却）まで冷却された後、過冷却水解除装置５にてシャーベット状の氷が製造され氷蓄熱槽１内に供給される。氷蓄熱槽１の下部の水は、ポンプ６により空調装置７を循環し氷蓄熱槽１に戻される。
【０００４】
上記空調用氷蓄熱装置は冷房用に氷蓄熱を行っているが、熱源機４としてヒートポンプを採用し、暖房用に熱源機４を温水製造に切り替えて温水蓄熱を行うことが多い。
【０００５】
その場合の従来のヒートポンプ冷媒系統図を図２および図３に示す。図２は、製氷運転を、図３は温水運転を示している。
【０００６】
製氷（過冷却水製造）運転時には、図２に示すように、冷媒は、コンプレッサ１５、四方弁１６、熱源側熱交換器１７（凝縮器として機能）、逆止弁１９、レシーバ２０、利用側副熱交換器２１、冷却用膨張弁２２、利用側主熱交換器２３（蒸発器として機能）、四方弁１６の順に循環される。一方、蓄熱槽１（図１）からの水は、利用側副熱交換器２１、開閉弁２４、フィルタ２５を経て利用側主熱交換器２３に流れ、ここで過冷却状態に冷却された後、蓄熱槽１へ流れる。このとき、利用側副熱交換器２１は、蓄熱槽１からの０℃の水を０．５℃程度に上昇させ、利用側主熱交換器２３の凍結を防止し、安定して過冷却水の製造ができるようにしている。
【０００７】
温水運転時には、図３に示すように、冷媒は、コンプレッサ１５、四方弁１６、利用側主熱交換器２３（凝縮器として機能）、逆止弁２６、利用側副熱交換器２１、レシーバ２０、加熱用膨張弁２７、熱源側熱交換器１７（蒸発器として機能）、四方弁１６の順に循環される。一方、蓄熱槽１（図１）からの水は、利用側副熱交換器２１、フィルタ２５を経て利用側主熱交換器２３に流れ、ここで温水にされた後、蓄熱槽１へ流れる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように温水製造には、過冷却水を製造するときに使用する熱交換器を用いることが一般的であるが、蓄熱運転時に何度まで温度を上げることができるかを決めるのは、この熱交換器の耐圧性能に関わっている。
【０００９】
従来、一般的に使われるプレートタイプの熱交換器では蓄熱温水温度を４５℃程度までしか上げることができなかった。その理由は、利用側主熱交換器２３で過冷却水を製造する際、凍結を防止するために蒸発温度を０℃に近づくよう上げる必要があり、熱交換器容量を大きくする必要があるが、大型の利用側主熱交換器２３の耐圧が２．０ＭＰａと低くもたないからである。
【００１０】
しかし、暖房時の立上がり能力の増加と蓄熱量の増加の観点から蓄熱温水温度を高くしたいという要望がある。これまでは、▲１▼４５℃程度まで蓄えられる温水蓄熱とする、あるいは▲２▼温水用として高圧まで耐えられる別のタイプの（例えばシェルアンドチューブ型）熱交換器を組み込み、蓄熱温水温度を上げる、の２方式をとらざるを得なかった。
【００１１】
上記▲２▼の方式は、図４に示すように、利用側主熱交換器２３と利用側副熱交換器２１に並列に、耐圧性能が高い別の温水蓄熱用熱交換器２９を設け、温水蓄熱運転時に開閉弁３０ａ、３０ｂを切り替えて、温水蓄熱用熱交換器２９により５５℃程度の温水を蓄熱槽１に蓄える方式である。しかしながら、この方式ではイニシャルコストが増大してしまうという問題を有している。
【００１２】
本発明は、上記の問題を解決するものであって、簡単な構成および低コストで高温の温水蓄熱運転を行うことができる過冷却水および温水の製造システムを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の過冷却水および温水の製造システムは、コンプレッサ、四方弁、熱源側熱交換器、加熱用膨張弁と逆止弁の並列回路、利用側副熱交換器、冷却用膨張弁と逆止弁の並列回路および利用側主熱交換器の順に配管接続されるとともに、前記四方弁と利用側副熱交換器との間にバイパス管が接続されたヒートポンプと、前記利用側副熱交換器および利用側主熱交換器に配管にて接続された蓄熱槽とを備え、製氷運転時には、蓄熱槽からの水を前記利用側副熱交換器で加熱した後、前記利用側主熱交換器で過冷却状態とし、温水運転時には、利用側副熱交換器および利用側主熱交換器で温水を製造し、温水蓄熱運転時には、前記バイパス管を経て利用側副熱交換器のみに冷媒を流し温水運転時よりも高温の温水を製造することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図５〜図７は、本発明の過冷却水および温水の製造システムの１実施形態を示す冷媒系統図であり、図５は製氷運転、図６は温水運転、図７は温水蓄熱運転を示している。
【００１５】
過冷却水および温水の製造システムを構成するヒートポンプ３１は、コンプレッサ１５、四方弁１６、熱源側熱交換器１７、加熱用膨張弁２７と逆止弁１９の並列回路、レシーバ２０、利用側副熱交換器２１、冷却用膨張弁２２と逆止弁２６の並列回路、利用側主熱交換器２３は配管にて接続されている。また、四方弁１６と利用側副熱交換器２１間にはバイパス管３２が接続され、バイパス管３２に開閉弁３３ａが設けられ、かつ、バイパス管３２と利用側主熱交換器２３との間に開閉弁３３ｂが設けられている。
【００１６】
利用側主熱交換器２３は、過冷却水を製造する際、凍結を防止するために蒸発温度を上げる必要があり、熱交換器容量を大きくしている（例えば伝熱面積８５ｍ2）。また、利用側副熱交換器２１は、製氷運転で必要とされる熱交換器容量（例えば伝熱面積１ｍ2）では能力が小さいため、多少大きめ（例えば伝熱面積５ｍ2）なものにしている。このように利用側副熱交換器２１が小型であるため、耐圧が２．８ＭＰａと高く、５５℃程度までの温水蓄熱運転が可能である。
【００１７】
蓄熱槽１（図１）からの水は、利用側副熱交換器２１、開閉弁２４、フィルタ２５を経て利用側主熱交換器２３に流れるように配管接続されている。また、利用側副熱交換器２１をバイパスするバイパス管２８が接続されている。
【００１８】
上記構成からなる本発明の過冷却水および温水の製造装置における作用について説明する。
【００１９】
製氷運転時には、図５において、開閉弁３３ａを閉、開閉弁３３ｂを開とし、冷媒は、コンプレッサ１５、四方弁１６、熱源側熱交換器１７（凝縮器として機能）、逆止弁１９、レシーバ２０、利用側副熱交換器２１、冷却用膨張弁２２、利用側主熱交換器２３（蒸発器として機能）、四方弁１６の順に循環される。一方、蓄熱槽１（図１）からの水は、利用側副熱交換器２１、開閉弁２４、フィルタ２５を経て利用側主熱交換器２３に流れ、ここで過冷却状態に冷却された後、蓄熱槽１へ流れる。このとき、利用側副熱交換器２１は、蓄熱槽１からの０℃の水を０．５℃程度に上昇させ、利用側主熱交換器２３の凍結を防止し、安定して過冷却水の製造ができるようにしている。
【００２０】
昼間等の温水運転時には、図６において、開閉弁３３ａを閉、開閉弁３３ｂを開とし、冷媒は、コンプレッサ１５、四方弁１６、利用側主熱交換器２３（凝縮器として機能）、逆止弁２６、利用側副熱交換器２１、レシーバ２０、加熱用膨張弁２７、熱源側熱交換器１７（蒸発器として機能）、四方弁１６の順に循環される。一方、蓄熱槽１（図１）からの水は、バイパス管２８、フィルタ２５を経て利用側主熱交換器２３に流れ、ここで４５℃程度の温水にされた後、蓄熱槽１へ流れる。
【００２１】
夜間等の温水蓄熱運転時には、図７において、開閉弁３３ａを開、開閉弁３３ｂを閉とし、冷媒は、コンプレッサ１５、四方弁１６、開閉弁３３ａ、利用側副熱交換器２１（凝縮器として機能）、レシーバ２０、加熱用膨張弁２７、熱源側熱交換器１７（蒸発器として機能）、四方弁１６の順に循環される。一方、蓄熱槽１（図１）からの水は、利用側副熱交換器２１で５５℃程度の温水にされた後、開閉弁２４、フィルタ２５、利用側主熱交換器２３を経て蓄熱槽１へ流れる。
【００２２】
この温水蓄熱運転においては、コンプレッサ１５のアンロード運転を行うことも可能である。例えば、能力５０％のアンロード運転を行っても、安価な夜間電力時間（１０時間）に蓄熱槽内の水温を５５℃まで上昇させればよいのであるから、通常の蓄熱槽では十分な能力であり問題とはならない。
【００２３】
また、温水運転４５℃の運転であっても、１００％の高い能力で運転した場合には、図６において開閉弁２４を開き、利用側副熱交換器２１と利用側主熱交換器２３の両方を使用することによって、大きな能力を出す運転も可能である。
【００２４】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、従来公知または周知の技術を必要に応じて置換または付加することが可能である。
【００２５】
例えば、上記実施形態においては、二つの開閉弁３３ａ、３３ｂを設けているが、一つの切替弁を設けるようにしてもよい。
【００２６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、過冷却水および温水の製造装置において、簡単な構成および低コストで高温の温水蓄熱運転を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される空調用氷蓄熱装置の１例を示す全体構成図である。
【図２】従来のヒートポンプ冷媒系統図（製氷運転）を示す図である。
【図３】従来のヒートポンプ冷媒系統図（温水運転）を示す図である。
【図４】従来のヒートポンプ冷媒系統図（温水蓄熱運転）を示す図である。
【図５】本発明の過冷却水および温水の製造システムの１実施形態を示す冷媒系統図（製氷運転）である。
【図６】本発明の過冷却水および温水の製造システムの１実施形態を示す冷媒系統図（温水運転）である。
【図７】本発明の過冷却水および温水の製造システムの１実施形態を示す冷媒系統図（温水蓄熱運転）である。
【符号の説明】
１…蓄熱槽
１５…コンプレッサ
１６…四方弁
１７…熱源側熱交換器
１９、２６…逆止弁
２１…利用側副熱交換器
２２…冷却用膨張弁
２３…利用側主熱交換器
２７…加熱用膨張弁
３１…ヒートポンプ
３２…バイパス管
Claims (1)
- コンプレッサ、四方弁、熱源側熱交換器、加熱用膨張弁と逆止弁の並列回路、利用側副熱交換器、冷却用膨張弁と逆止弁の並列回路および利用側主熱交換器の順に配管接続されるとともに、前記四方弁と利用側副熱交換器との間にバイパス管が接続されたヒートポンプと、前記利用側副熱交換器および利用側主熱交換器に配管にて接続された蓄熱槽とを備え、
製氷運転時には、蓄熱槽からの水を前記利用側副熱交換器で加熱した後、前記利用側主熱交換器で過冷却状態とし、温水運転時には、利用側副熱交換器および利用側主熱交換器で温水を製造し、温水蓄熱運転時には、前記バイパス管を経て利用側副熱交換器のみに冷媒を流し温水運転時よりも高温の温水を製造することを特徴とする過冷却水および温水の製造システム。
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