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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