JPH0244134A - 蓄熱式ヒートポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野〕 本発明は、１合で夏冬兼用することのできる蓄熱式４ヒ
ートポンプにｒｍ　する。

（従来の技術） 従来、ビルディングにおける蓄熱手段としては、例えば
、３０００ｒｎ”以下の小型ビルディングでは、第４図
に示すように、空気熱源ヒートポンプＨＰを屋−にＶに
設置し、屋上Ｖ、または地下室Ｓに配設した複数の水槽
Ｗに内設した蓄熱コイルＷｅへ配管ｐにより接続して水
槽Ｗの水ｗｋ、Ｊ熱する構成どしている。前記ヒートポ
ンプ）（Ｐと蓄熱コイルＷｅとの間はブラインを循環さ
セて、すは氷蓄熱、冬は温水蓄熱を行っている。そして
１該水Ｗを二次ポンプでピルディング内所要の室等に送
り空調なしている。

なお、前記ヒー　トボンブ！１Ｐは、ガス体冷媒を高圧
高温にする圧縮機Ａと、ファントにより吸引排出される
外気ａにより熱交換される空気熱交換器Ｃと、ブライン
を加熱冷却ざゼる熱交換１８どとからなり、該熱交換器
Ｂ内には、前記配管ｐに接続するコイルＢｃが設けられ
ている。

また、近年、１０，０ＯＯｒｎ”以上の大規模ビルディ
ングにおいては、第５図及び第６図に示すように、ター
ボ圧縮機によるヒーティング方式ヒートポンプも出現し
ている。

第５図は、暖房運転フローを示す概略構成図で、図にお
いて、６１は、ヒーティングタワー６２は、該タワー６
１の底部にブラインｂの濃度調節用水を補給する水補給
弁、６３はと一トボンブユニットで、冷媒ｒの蒸発器６
４と、冷却水コンデンサ６５と、温水コンデンサ６６と
、主圧縮機６７及びブースタ圧縮機６８とからなる。そ
して面記タワー６１底部からの降流管６９が、蒸発器６
４のコイル６４ｃを経てブラインポンプ７０に至り、該
ポンプ７０からはタワ−６１上部内へ昇流管７１が導か
れており、前記降流管６９に並列して、ブライン収集管
７２．ブラインタンク７３並びにブライン注入ポンプ７
４を有するブライン注入管７５が設けられている。

また、７６は送水ポンプで、水槽（この場合は温水用）
７７から温水ｗｈを吸入する吸入管７８と、温水コンデ
ンサ６６のコイル６６ｃを経由して前記水ＭＩ７７へ戻
す吐出管７９とに接続されている。

以上の構成において冬期の暖房運転時には、ヒートポン
プユニット６３により冷却され、例えば外気ａよりも低
温の一１１℃に保たれたブラインｂをヒーティングタワ
ー（夏期はクーリングタワーとなる）６１内に散布し、
外気（湿球温度−１，５℃）ａに接触させて一７℃まで
加熱する。

このブラインｂは、ビートポンプユニット６３の蒸発器
６４のコイル６４ｃに流入し、更に低温の冷媒ｒに熱を
与え一１６℃で蒸発させるが、ブラインｂは一１１℃ま
で蒸発器６４で冷却され再びヒーティングタワー６１へ
戻る。このブラインｂの循環路は、太い実線で示したも
のである。

一方、蒸発した冷媒ｒは、２台の圧縮機６７゜６８によ
って高温高圧に圧縮され、温水コンデンサ６６まで運ば
れてコイル６６ｃ内の温水ｗｈに熱を与えて５３℃で凝
縮し蒸発器６４へ戻るが、温水ｗｈは４５℃に温度上昇
して水槽７７へ帰り貯溜される。この温水ｗｈの循環路
は、太い破線でンＩ９シたものである。

また、夏期の冷房運転時には、第６図の冷房運転フロー
の概略構成図に示すように、ヒーティングタワー６１は
クーリングタワー６１′に、ブラインポンプ７０は冷却
水ポンプ７０′にそれぞれなり、ブラインｂはブライン
タンク７３に集められる一方、水補給弁６２から供給さ
れる水、すなわち冷却水ｗｒと交替する。そして、クー
リングタワー６１′からの降流管６９′は、冷却水コン
デンサ６５内のコイル６５ｃを経由して冷却水ポンプ７
０′の吸入口へ導かれ、また、送水ポンプ（この場合は
冷水用）７６′からの吐出管７９′は、蒸発器６４内の
コイル６４ｃを経て水Ｊｔ（この場合は冷水用）７７′
へ導かれ、これらによって一般のターボ冷凍機と同じ組
合せシステムとなり、冷却水ｗｒは、太い一点鎖線で示
す循環路に沿って流れ、一方、水Ｎｌ７７′内の冷水ｗ
ｃは、細い破線で示す経路に従フて循環するが、これら
の熱の授受に関する作用の説明は省略する。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような従来のビートポンプにあって
は前者の場合、大型ビルに通用するには多数台を設置し
なければならないばかりか、暖房に際してデフロスト時
には、−時的に暖房が不能になり、補助的にボイラを設
ける必要がある。

また、後者のヒーティングタワ一方式のものにあフては
、一番重要な要素である氷蓄熱ができないという致命的
な欠点がある。

なお、近年ビルディングの冷暖房には蓄熱が叫ばれてお
り、特に、夏期の冷房時には氷蓄熱のようなコンパクト
でしかも高効率な装置が要望されている。しかも、年間
冷暖房用として１台で夏冬兼用できる装置の開発を急務
としているのが現状である。

本発明は、以上の事情に鑑みてなされたもので、構成も
簡単で、冷房と暖房との運転状態変換を、タワー系統循
環路内のブラインと冷却水との相力久替λによって行い
、しかも変換操作も棒めて部活１へ：実施ｅき、さらに
省エネルギ〜効果１ｚ富み、効率にすぐわた蓄熱式ヒー
）−ポンプを（−することを目的と１７でいる。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る蓄熱式ヒートポンプは、屋上−の冷却加熱
塔からのタワー系統循環路と、水槽内コイルからの水（
Ｇ系統循環路とに、複ａの三方弁と、こ打らにそ２１ぞ
れ接続する連結管とでなる転換系統路を組み合わゼ′、
面記二力介の通路変更を行うことによりと一］・２Ｆン
ブユニットの凝縮器と蒸発器とにそ第１ｆｉれ連通ｊ−
る前記２つの循環路どの組み合せを・Ｖ明、冬期に千打
ぞわ対応し１″交持し、ブラインと氷とを入れｈ−λ−
て使用１−る構成としたものである。

なｊ３、冬期の場合、水槽系統循環ｍに空調用の水槽内
水を直接、使用するように配管１ノ、往流カブ「及び１
７７彦工方庁を１役Ｃ・づる構１表もある。

（作用） 叙−１の構成により、夏期冷房１Ｎ′：際しＣは、冷却
加熱塔（冷却用）からのタワー系統循環路は水る・充填
し″ｒ凝縮器１ζ接続し、水槽系統循環路に（７支、ブ
ラインを充填して蒸発器に接続し、モわ、ぞ、ｉｌ−１
−”熱交換を行って氷梢内；ｌイルにより水槽内水ｌ−
冷）、１する。

また、冬期腰房に際しては、転換系統路の二方弁全部を
切りｇλて、冷ノ、（１加熱塔（加熱用）からのタワー
系統循環路「は蒸発器な含ま１５でブラインを充填１ツ
、一方、水ＭＩ系統循環路には凝縮器を・含まゼて水を
充填１ノ、ｆれイ゛Ｊ″１．に熱交１＾・を行っ゛Ｃ−
水槽内コイル＋、：より、水槽内水を加熱４る。

なお、１期、他の１段：とし′〔十記水楕系統循環路か
ら往流、還流下刃弁の切替ス−により、水槽内コ１′ル
を除夕Ｉし、水槽内水へ連通さぜｌζ場合ｊＺ二は、水
槽内水を凝縮器に導いて加熱づろどとＰ）に、柔゛のま
ま水槽内水・２空調器へ送って暖房を行う。

（実施例） 以下、本発明の一実７Ｊｉ例を第１図及び第２図にＪ、
！′１づい−Ｃ説明する１、 まず、構成を述べる７ 本実施例の概略構成をｙ期使用の状態でノｈ１″第１図
１へておい−Ｃ，１は、建造−物の屋上に設置ざｉｌ、
７ｙン１ｆＴ吸入排出′：５１Ｖ、るＭ気ａｉＳよりで
、内設さＡまた散ｔ５器１′ｌからの水、、イｌ〒冷Ｍ
　Ｆる冷加ＩＩＩＩ熱塔・（３二の場合、クー　リング
タワー１Ｃ：と１２で作用する）、２はヒートポンプ：
Ｌニラ［・で、圧縮機３と凝縮器４及び蒸発器５とが組
み６ってなる。５は、地下室に複数個配設さｈ、ｌ、ド
゛ｅ連ヌ１ηした水槽ｅある。

そして、タワー系統循環路１０は、り−リングタワー　
ｌ（：の底部に接続さ狛Ｉ：・隙流管１１−第１力弁３
１−吸水管１２−送水ボンダ１３−導入管１４−凝縮器
内ロイル４Ｃ−導出管１５−第２方ブＦ　：３２−　Ｈ
−流管ｘ６−ｊ汝布器１７とから形成される一方、次槽
系統循環路２０（は、複数の木４９６の名・水槽内］ニ
ヌイル６Ｃから）ｒち［−った往治、枝管２１５を・合
流さゼる什流管２１−第３ミ方ブ（′３３−吸ｆｉ、ｆ
へ２２−ブライノボノブ２３−導入管２４−蒸発器内コ
イル５Ｃ−導出管２５−第４二方介３４−ｉ２流管２６
−遠流技管２６３−水槽内コイル６Ｃの回路により形成
さ２１１Ｓいろ。

まｌ、：、転換系統路：３（Ｊは、前記第１−ヨ一方弁
３１から方岐し′τ吸液管２２に接続ざわ、ろ第１連結
管３５、第２て方プ’Ｆ３２から分岐し℃速流１管２（
１１ζτ接続ざ第１る第２連結管３６．第３正方介３３
から分−１支して吸水管１２に接続ざｉする第３連結管
３７及び第４玉方弁３４から分岐１ツて昇流管１６に：
接続される第４連結＋ｑ・３８とからなる。

なお、空調系統循環路４０４：ｔ、水槽６の側壁６　Ｓ
の１部に接続δ狛たＭ主管４１に１部列ｔりｊｌｆ、：
第５三方弁４５．二次ポンプ４３．第Ｇ玉万弁４６を軒
山した後、各室の空調機Ａ　ＨＵ　ｊ、二は分岐管４９
　ａ　ｋ”’Ｍより導か２するＭ経路ど、＋’ｔｉ記側
？　６　Ｓの１一部に取り４＝ＪりらＪ１ｋＮ主管４２
ら＝並５゛された第７三方弁４７．第８三方弁４８を経
由１ノＩ′：後、面記空謳１機Ａ　ＨＵに分岐管４９１
１により導かわるＮ経路と、８三り弁４５．４６，４７
．４８からそれぞれ他の］ミ管４１又は４２へ接続され
る連絡管４５ｒ、　４６ｒ、４７　ｒ、　４８　＋−と
から構成ざれている。

なお、図示省略したが、地下室に設置されたブラインタ
ンクからブライン補給ポンプを介して導出管２５（又は
導入管２４）に接続する塞止弁付き注入管と、該導出管
２５からブラインタンクへの塞止弁付き収集管とが設け
られており、また、導出管１５（又は導入管１４）には
、屋上の高架水槽から水補給弁付き給水管が導かれ、か
つ、排水弁も設けである。

従って、冷房用と暖房用との切替えに対しては、第１〜
第４三方弁３１〜３４の切替え操作だけでなく、ブライ
ンｂと水Ｗどの入替えを行う。

すなわち、ブラインｂは前記ブラインタンクに１度収納
し、他の配管系から水Ｗを完全に抜いた後、前記三方弁
３１〜３４の切替えを行ってからブライン補給ポンプを
用いて該配管系へ充填する。そして、ブラインｂを抜い
た配管系へは前記高架水槽から水Ｗを補給する。

次に、作用について述べる。

夏期冷房の場合、第１図に見られるように、各三方弁３
１，３２．３３．３４をすべて直通状態に設定して使用
する。

まず、タワー系統循環路１０においては、送水ポンプ１
３から送り出された３２℃の水Ｗは、ヒートポンプ２の
凝縮器内コイル４Ｃにより、凝縮器４内の冷媒ｒから熱
を奪い３７℃に温度上昇し導出管１５．第２三方弁３２
を通り昇流管１６から散布器１７に到達してクーリング
タワーＩＣ内へ放散される。そこで、３２℃の外気ａに
より放散された水Ｗは熱を奪われて冷却し、前記タワー
ＩＣの底部に溜り、次いで降流管１１を流下して第１三
方弁３１．吸水管１２を通り送水ポンプ１３に戻る太い
実線で示した水Ｗによる冷却サイクルを行う。

一方、水槽系統循環路２０においては、ブラインポンプ
２３から送り出された一４℃のブラインｂは、蒸発器内
コイル５Ｃにより蒸発器５内の冷媒ｒに熱を奪われて一
８℃に冷却し、導出管２５、第４三方弁３４．ａ流管２
６を通って還流枝管２６ｓからそれぞれの水槽内コイル
６Ｃに入り、水槽６内の水Ｗ６から熱を奪いこれを冷却
して一８℃にするが、自らは一４℃に昇温して注流枝管
２１ｓ、往流管２１．第３三方弁３３．吸液管２２を通
り再びブラインポンプ２３へ戻る二重線で示したブライ
ンｂによる冷却サイクルを行う。

この冷却サイクルで水槽内水Ｗ６を冷やすだけでなく、
水槽内コイル６Ｃの周囲に氷を作成し、これを生長させ
る。このことによって小さな蓄熱水槽で大容壕の冷熱を
蓄熱できる。

さらに、夜間このブラインヒートポンプを運転すること
によって安価な夜間料金を利用することができる。

なお、この水槽内水Ｗ６は、空調系統循環路４０のＮ経
路によって所要の室の空調機ＡＨＵへ送られ、Ｎ経路を
通って水ＮＩ６へ戻る循環経路により、ビルディング内
の冷房を実施する。

また、冬期暖房に際しては、転換系統路３０の各三方ｆ
ｐ３１〜３４を、第２図に示すように、夏期冷房の直通
状態から９０度逆時計方向へ回動して折曲通路状態に設
定する。そこで、タワー系統循環路１０′は、ブライン
ポンプ２３−導入管２４−蒸発器内コイル５Ｃ−導出管
２５−第４三方弁３４−第４連結管３８−昇流管１６−
散布器１７−ヒーチイングタワーＩＨ−降流管１１−第
１三方弁３１−第１連結管３５−吸液管２２−ブライン
ポンプ２３の二重線で示した経路に形成され、該ブライ
ンポンプ２３から送り出された０℃のブラインｂは、蒸
発器内コイル５Ｃにより蒸発器５内の冷媒ｒに熱を奪わ
れて一１１℃に冷却し、前記経路に沿って散布器１７に
導かれヒーティングタワーＩＨ内に散布される。このと
き、０℃の外気ａから熱を奪って一７℃に昇温したブラ
インｂは、降流管１１を経て再びブラインポンプ２３へ
戻る二ｆｆ１Ｍで示したブラインｂによる加熱サイクル
を行う。

一方、水槽系統循環路２０′は、送水ポンプ１３−導入
管１４−凝縮器内コイル４Ｃ−導出管１５−第２三方弁
３２−第２連結管３６−還流管２６−還流枝管２６５−
水槽内：Ｔイル６ｃｍ社楡枝管２１Ｓ−往流管２１−第
３三方弁３３−第３連結管：３７−吸水管１２−送水ボ
ンブ１３の太い実線で示しｉニー経路に形成さ、ｔＬ、
該送水ポンプ１３から送り出：５ｈ　ｋ　４０℃の水Ｗ
は、凝縮器内フィル４ｃにより凝縮器４内の冷媒「から
熱を奪って４５℃に昇温し、水槽内コイル６Ｃに導かわ
て水Ｊｆｆｓ内の水ν輸に熱をＩＪ−オーで４５℃に昇
温ざヤ“る反面、自ら（・ま４０℃となって送水ポンプ
１３へ戻る太い実線で示１／　Ｉｔ水Ｗによる加熱ザイ
クルを行う。（Ｔ　Ｉ、て、４５℃に加熱されｊ３水槽
内水ｗ６は、空調系統循環路４０の各モ方弁４５，４６
゜４７．４ＢをｑＯ度断時３１方向同動して各連絡管４
５ｒ”＝４８Ｆにそ第１ぞれ連通、′５ゼた後、水槽６
の側壁６Ｓの土部から実線で示す往路に従いニー次ポン
プ４３により空調機Ａ　ＨＩ　ＩＮへ送られ、同じく実
線で示す復＃に沿い側壁６Ｓの下部に戻る循種紅路によ
って、ビルディング内の暖房を実施する。

次に、他の実施例を第３図に基づいτ述べる。

ネ実旅例は、千の水槽系統循環路２０”を、９期のＮ！
ｊ房運転に際−４−るる熱回路としτ゛は、水槽内コイ
ル６Ｃを経路から除外し、水槽内水Ｗ６をヒートポンプ
ユニット２の凝縮器内、コイル４ｃに直接専〈ように、
水槽内水直接加温系統路５０を付設したものであって、
千の他の構成は、面述の水４ｆＩ系統循環路２０′ど同
様である６航記加温系統路５０は、送氷ポンプ１：３の
吸入「丁１千前において、往流管２１に設けｆ；往治、
三方イＦ５　Ｎと、水槽６の一力の側壁６Ｓ下部とを連
絡する往水管５２を設け、まｌこ、第２連結管３６と還
流技１ｔτ２６ｓとの間において還流管２Ｇに設けた還
流二〕ｆ弁５３と、水槽６の他方の側壁６Ｓ’　Ｊｌ部
とを連絡′１″る還木榮−５４を設けた構成としてオ、
へる。

したがフて２水槽内水Ｗ６は、（１流三方弁５１どｊ７
流三方弁５３とを折曲通路状態に設定し水槽系統循環路
２０″により凝縮器内コイル４Ｃから直接受熱し丁４温
するとともに、空Ａ系統循８路４０により空調機Ａ　Ｈ
ｉＪ　１ｆｆｉ−送られた暖房を行うメ・・め、熱効率
がさらに向トする。

なよ５、本実旅例を夏期に使用する場合等（１：ｌは、
往ｌλ三方弁５１ど還流子方＊　５　：３どを逆時計方
向に９０度回動じて的線通路状態に設定することにより
前記加温系統路５０を除外して運転−１ｉ−Ｊｌばよｊ
ハ （発明の効果） 以り説明しノとように本発明によりば、夏冬兼用の冷ｔ
」加、！、８塔７　ヒートポンプユニット及び水槽とを
、転換系統路を組み合わしたタワー系統循環路と水槽系
統循環路とで接続Ｌノで１つのシステムとした蓄熱式１
テートポツプを構成したため、転換系統路における複数
の三方弁の切持えだｚ、ｌ虹より、グラインど水との流
路交替が極めて円滑ｆ７Ｓｉ易に行えるので、１合の機
械で冷房用にも暖房用にも効率よく使用することかでさ
、従来、大型ビルでは不可能どしていた年間蓄熱運転を
可能にし得１辷ばかりか、部品点数も少く費用も安上り
で済むという効果かある。

な↓５、名聞暖房用として水槽系統循月１、：、水槽内
水直接加温系統路を４＝Ｉ設置７に場合には、空調用の
水槽内水を凝縮器により直接加温“棒ることとなるので
暖房効率をざらに向−■、することができるという効果
が得ら第１る。。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の夏期使用の状態で示す概
略構成図、第２図は、同じく名器使用の状態な丞ず概略
構成図、第３図１改、他の実施例の冬期使用の状態を示
す概略構成図、第４図は、従来の小型ビルディングに↓
５ける空気熱源じ−１−ポンプの概Ｗ１４構成図、第５
図は、従来のドープインゲタワーカ式ヒートポンプの暖
房運転状態を示す概略構成１図、第６図は、同じく冷房
運転状態を示す概略構成図である。 １・・・・・・冷却加熱塔 ２・・−・・・ヒートポンプＪ−ニット４・・・・−凝
縮器 ５　＋＋　、、、蒸発ヰ７ ６０’−””・−水槽内コイル １０．１０’　・・・・・・タワー系統循環路１・−・
−降流管 ２−−−−一吸水管 ５・−一導出管 ６・−一昇流管 ２・−一吸液管 ５−・−導出管 ６−一還流管 ０−−−−転換系統路 １−−−−第１三方弁 ２−−−−−第２三方弁 ３−−−−−−第３三方弁 ４・−・−第４三方弁 ５−一第１連結管 ６−−−−−第２連結管 ７・−・−第３連結管 ８・−一第４連結管 ０・−一水槽内水直接加温系統路 １・−一往流三方弁 ５２・・・・・・往水管 ５３−−−−−・還流三方弁 ５４−−−−一遠水管 ｗ−−一水 ｗ６””−水槽内水 ｂ・・・・・・ブライン

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）冷却加熱塔からのタワー系統循環路と、水槽内コ
   イルからの水槽系統循環路とをヒートポンプユニットに
   組み合わせてなる蓄熱式ヒートポンプにおいて、両循環
   路のそれぞれの配管途中に、他方の循環路の配管に接続
   する連結管を有する三方弁複数を設けてなる転換系統路
   を組み付け、前記ヒートポンプユニットの凝縮器と蒸発
   器とにそれぞれ連通する前記両循環路との組合せを、夏
   期冷房、冬期暖房に対応して三方弁の切替えによりブラ
   インと水とを入れ替えて使用する構成としたことを特徴
   とする蓄熱式ヒートポンプ。
2. （２）前記水槽系統循環路に、水槽内水を通水する水槽
   内水直接加温系統路を、水槽内コイルに対し切替え可能
   に並列して設けたことを特徴とする請求項１記載の蓄熱
   式ヒートポンプ。