JPH03148565A - ヒートポンプ装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、ヒートポンプ装置に係り、特に熱源水と冷温
水の温度変化に対応してこれらと熱媒体との間で交換さ
れる熱量を調節し、運転効率と安定性を向上させること
ができるヒートポンプ装置に関する。

（従来の技術） ヒートポンプ装置は、機械的エネルギーを消費して低温
の熱源から熱を汲上げ、その熱を高熱源で排出させる装
置であるが、第１０図にその基本的構成を模式的に示す
。

水、ジフェニルエーテルなどの熱媒体１は、液状で蒸発
器２に案内され、この蒸発器２では、蒸発器２の中を流
通する熱源水３から蒸発潜熱を与えられて定圧蒸発する
。蒸発した熱媒体１は、次いで圧縮機４に移送されるが
、この圧縮機４では電動機５による力学的な仕事によっ
て断熱圧縮されて昇温・昇圧し、熱含量を増す。圧縮器
４から吐出された熱媒体１は凝縮器６に送られる。熱媒
体１は、凝縮器６では、凝縮器６の中を流通する冷温水
フと熱交換して潜熱を奪われ凝縮する。凝縮した熱媒体
１は、次に膨脹機構８に送られ、断熱自由膨張した後蒸
発器２に導入される。以後はこの蒸発器２から凝縮器６
への熱の移動が繰り返され、ヒートポンプサイクルが構
成される。

ここで、熱源水３は、凝縮器６で熱媒体１から凝縮潜熱
を奪って昇温した冷温水フを用いることもできる。

（発明が解決しようとする課題） ところで、熱源水３と冷温水フの温度は、昼夜および季
節で変動し、これに伴って熱源水３と冷温水フの流量も
変動する。そして、このような温度および流量が変動し
た熱源水３と冷温水フが、そのまま上述のヒートポンプ
装置に適用されると、それぞれ蒸発器２と凝縮器６にお
ける熱媒体１の蒸発量と凝縮量、すなわち熱媒体の熱交
換量が変動し、ヒートポンプ装置の運転効率が低下する
。

また、熱媒体の熱交換量がヒートポンプ装置の設計基準
から外れる事態も予想されるなど、ヒートポンプ装置の
安定性にも影響する。

そこで、例えば冷温水について、ヒートポンプ装置以外
の系統から冷水を導入して冷温水の温度・流量を制御す
るなどの措置が取られているが、ヒートポンプ装置全体
のシステムが大型化して設備コストがかさむなど、満足
すべきものは得られていない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、熱源水と冷
温水の温度・流量の変化に対応して熱媒体の熱交換量を
調節し、運転効率と安定性を向上させることのできるヒ
ートポンプ装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は上記課題を解決するために、熱媒体を圧縮する
圧縮機と、この圧縮器から吐出された熱媒体と冷温水を
熱交換させる凝縮器と、凝縮された熱媒体を減圧する膨
脹機構と、減圧された熱媒体と熱源水を熱交換させる蒸
発器とを順次接続したヒートポンプ装置において、前記
蒸発器と凝縮器の少なくとも一方にこれら蒸発器と凝縮
器内を流通する熱源水と冷温水または熱媒体を中途で取
出す出口を設け、熱源水または冷温水と熱媒体との熱交
換量を制御することを特徴とするヒートポンプ装置を提
供する。

（作用） 本発明に係るヒートポンプ装置は、熱媒体と熱源水およ
び冷温水との熱交換が行われる蒸発器と凝縮器の少なく
とも一方に、これら蒸発器と凝縮器内を流通する熱源水
と冷温水または熱媒体を中途で取出す出口を設け、熱媒
体または熱源水と冷温水の蒸発器と凝縮器内における流
通量を調整可能にする。このため、熱源水と冷温水の温
度変化に対応して熱源水または冷温水と熱媒体との熱交
換量を制御し、熱媒体の蒸発量と凝縮量を適宜調節する
ことができ、ヒートポンプ装置の運転効率および安定性
を良好に保つことができる。

（実施例） 以下第１図ないし第９図を参照して本発明の実施例を説
明する。

第１図は、本発明の第１実施例に係るヒートポンプ装置
９の模式図である。ヒートポンプ装置９の基本的構成は
第１０図に示したヒートポンプサイクルと実質的に異な
らないので、対応する箇所には同一の符号を付して説明
を省略する。

本実施例に係るヒートポンプ装置９は、蒸発器２と凝縮
器６において、それぞれ熱源水３と冷温水フについて通
常の出目弁１０ａ、１０ｂの他に、中途取出口弁１１ａ
、ｌｌｂと１２ａ、１２ｂを設ける。したがって、熱源
水３と冷温水フの取出口は、複数設けられることになる
。

第２図は第１図で模式的に示した蒸発器２の側面図、第
３図および第４図はそれぞれ第２図の■−ｍ線矢視図お
よびＩＶ−ＩＶ線断面図である。

蒸発器２の内部は、中央室１３およびこの中央室１３の
両側に位置する左水室１４と右水室１５の３つに仕切ら
れる。そして中央室１３には、左水室１４と右水室１５
を連通して多数の伝熱管１６が収められる。本実施例に
おいては、各伝熱管１６の管壁が伝熱面（熱交換面）と
なる。また中央室１３には、熱媒体人口１８ａ、１８ｂ
と熱媒体出口１９ａ、１９ｂが互いに対向する位置に設
置され、熱媒体人口１８ａ、１８ｂと熱媒体出口１９ａ
、１９ｂは、それぞれ熱媒体入ロティ−２０および熱媒
体用ロティ−２１に接続する。

他方、右水室１５と左水室１４には、それぞれ熱源水入
口２２と熱源水第２中途取出口２３および熱源水第１中
途取出口２４と熱源水出口２５が設置される。このため
本実施例においては、熱源水３の取出口は複数（３個）
となる。そして、熱源水第１中途取出口２４、熱源水第
２中途取出口２３および熱源水出口２５は、それぞれ熱
源水第１中途取出口弁２６、熱源水第２中途取出口弁２
７および熱源水出口弁２８に接続する。また右水室１５
と左水室１４の内部には、それぞれ仕切板２９ａと２９
ｂが、熱源水入口２２と熱源水第２中途取出口２３およ
び熱源水第１中途取出口２４と熱源水出口２５が互いに
連通しないように設けられる。

このような構成の蒸発器２においては、膨脹機構８とし
ての膨張弁（キャピラリチューブでもよい）で減圧され
た熱媒体１が、熱媒体入ロティ−２０を通過して二股に
別れ、熱媒体人口１８ａ。

１８ｂを通って蒸発器２の中央室１３に入る。中央室１
３の内部に入った熱媒体１は、この後多数の伝熱管１６
の管壁に接触しながら、熱媒体出口１９ａ、１９ｂに向
かう。したがって、このとき伝熱管１６に熱源水３が流
れている場合には、熱媒体１は伝熱管１６を介して熱源
水３から熱を受け、蒸発する。熱媒体出口１９ａ、１９
ｂを通過した熱媒体は、熱媒体用ロティ−２１で合流し
た後圧縮機４へ向かう。

一方、熱源水３は、熱源水入口２２を通って蒸発器２の
右水室１５に導入されるが、この後仕切板２９ａに衝突
して進路を左に曲げ、仕切板２９ａより熱源水入口２２
側にある伝熱管１６に入る。

そして、伝熱管１７を経て左水室１４に到達した熱源水
３は、もし熱源水第１バイパス出口２４が閉じていれば
、仕切板２９ｂに衝突して進路を右に曲げ、今度は仕切
板２９ａと仕切板２９ｂの間にある伝熱管１６に入る。

こうして熱源水３は、再度右水室１５に案内されるが、
ここで熱源水第２バイパス出口２３が閉じているときは
、進路を再度左に曲げ、仕切板２９おより熱媒体出口２
５側にある伝熱管１６に入り、最後に左水室１４の熱源
水出口２５から蒸発器２の外に排出される。

この熱源水３の経路は、第３図に破線で示した。

ところが、上述の熱源水３の流通において、もし熱源水
第１中途取出口弁２６または熱源水第２中途取出口弁２
７が開いていれば、熱源水３はそれぞれ熱源水第１中途
取出口２４または熱源水第２中途取出口２３から蒸発器
２外へ排出され、熱源水３の伝熱管流通量は、熱源水出
口２５から排出される場合に比べ、それぞれ１／３およ
び２／３になる。この場合は、伝熱管１６を通じて熱源
水３から熱媒体１に伝えられる熱量も、熱源水３の伝熱
管流通量に応じて減少する。

したがって、本実施例においては、熱源水第１中途取出
口弁２６および熱源水第２中途取出口弁２７の開閉を制
御することにより、熱媒体ｌの蒸発量を調節することが
できる。

例えば熱源水３の温度が高いときは、従来のように熱源
水３を熱源水出口２５から排出したのでは、熱源水３か
ら与えられる熱量が大きすぎて、熱媒体の蒸発量が過大
になる。しかし、本実施例によれば、熱源水第１中途取
出口弁２６または熱源水第２中途取出口弁２７を開くこ
とにより、熱源水３からの伝熱量を抑え、熱源水３の温
度が平常のときに得られる熱媒体１の蒸発量とほぼ等し
い蒸発量を得ることができる。

第５図は第１図で模式的に示した凝縮器６の側面図、第
６図および第７図はそれぞれ第５図の■−■線矢視図お
よび■−■線断面図である。

凝縮器６の内部は、中央室３２およびこの中央室３２の
両側に位置する左水室３３と右水室３４の３つに仕切ら
れる。そして中央室３２には、左水室３３と右水室３４
を連通して多数の伝熱管３６が収められる。本実施例に
おいては、各伝熱管１６の管壁が伝熱面となる。また中
央室３２には、熱媒体入口３７ａ、３７ｂと熱媒体出口
３８ａ。

３８ｂが互いに対向する位置に設置され、熱媒体人口３
７ａ、３７ｂと熱媒体出口３８ａ、３８ｂは、それぞれ
熱媒体入ロティ−３９および熱媒体重ロティ−４０に接
続する。また、伝熱管３６と熱媒体人口３７ａの間には
、気化した熱媒体１を流通させる散布網４１を設ける。

他方、右水室３４と左水室３３には、それぞれ冷温水入
口４２と冷温水第２中途取出口４３および冷温水第１中
途取出口４４と冷温水出口４５が設置される。このため
本実施例においては、冷温水フの取出口は複数（３個）
となる。そして、冷温水第１中途取出口４４、冷温水第
２中途取出口４３および冷温水出口４５は、それぞれ冷
温水第１中途取出口弁Ａ６、冷温水第２中途取出口弁４
７および冷温水出口弁４８に接続する。また右水室３４
と左水室３３の内部には、それぞれ仕切板４９ａと４９
ｂが、冷温水入口４２と冷温水第２中途取出口４３およ
び冷温水第１中途取出口４４と冷温水出口４５が互いに
連通しないように設けられる。

このような構成の凝縮器６においては、圧縮機４から吐
出された気体状の熱媒体１は、熱媒体入ロティ−３９を
通過して二股に別れた後、熱媒体人口３　フ　ａ、　３
　フ　ｂを通って凝縮器６の中央室３２に入る。中央室
３２の内部に入った熱媒体１は、散布網４１を通過した
後、多数の伝熱管３６に接触しながら、熱媒体出口３８
ａ、３８ｂに向かう。

したがって、このとき伝熱管３６に冷温水フが流れてい
る場合には、熱媒体１は伝熱管３６を介して冷温水フに
熱を奪われ、凝縮する。熱媒体出口３８ａ、３８ｂを通
過した熱媒体は、熱媒体重ロティ−４０で合流した後膨
張弁８へ向かう。

一方、冷温水フは、冷温水入口４２を通って凝縮器６の
右水室３４に導入されるが、この後仕切板３８ａに衝突
して進路を左に曲げ、仕切板３８ａより冷温水入口４２
側にある伝熱管３６に入る。

そして、伝熱管３６を経て左水室３３に到達した冷温水
フは、もし冷温水第１中途取出口４４が閉じていれば、
仕切板３８ｂに衝突して進路を右に曲げ、今度は仕切板
３８ａと仕切板３８ｂの間にある伝熱管３６に入る。こ
うして冷温水フは、再度右水室３４に案内されるが、こ
こで冷温水第２中途取出口４３が閉じているときは、進
路を再度左に曲げ、仕切板３８おより熱媒体出口４５側
にある伝熱管３６に入り、最後に左水室３３の冷温水出
口４５から凝縮器６の外に排出される。この冷温水７の
経路は、第６図に破線で示した。

ところが、上述の冷温水フの経路において、もし冷温水
第１中途取出口弁４６または冷温水第２中途取出口弁４
７が開いていれば、冷温水フはそれぞれ冷温水第１中途
取出口４４または冷温水第２中途取出口４３から凝縮器
６外へ排出され、冷温水フの伝熱管流通量は、冷温水出
口４５から排出される場合に比べ、それぞれ１／３およ
び２／３になる。この場合は、伝熱管３６を通じて冷温
水フが熱媒体１から奪う熱量も、冷温水フの伝熱管流通
量に応じて減少する。

したがって、本実施例においては、冷温水第１中途取出
口弁４６および冷温水第２中途取出口弁４７の開閉を制
御することにより、熱媒体１の凝縮量を調節することが
できる。

例えば冷温水フの温度が低いときは、従来のように冷温
水フを冷温水出口４５から排出したのでは、冷温水フに
奪われ−る熱量が大きすぎて、熱媒体の凝縮量が過大に
なる。しかし、本実施例によれば、冷温水第１中途取出
口弁４６または冷温水第２中途取出口弁４７を開くこと
により、冷温水フに奪われる熱量を抑え、冷温水フの温
度が平常のときに得られる熱媒体１の凝縮量とほぼ等し
い凝縮量を得ることができる。

また、熱源水３に、凝縮器６で熱媒体１から凝縮潜熱を
奪って昇温した冷温水フを用いる場合において熱源水の
温度が高くなったときは、上述のように冷温水フの伝熱
管通過量を減少させれば、熱媒体１から凝縮潜熱を奪っ
て温度上昇する冷温水フの昇温幅が抑えられ、熱源水の
温度を低下させることができる。

なお、熱源水３と冷温水フの取出口は、本実施例のよう
に３個に限られるものではない。第８図は、本発明の第
２実施例に係るヒートポンプ装置５０の模式図である。

ヒートポンプ５０の基本的構成は第１図に示したヒート
ポンプ装置９と実質的に異ならないので、対応する箇所
には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施例に係るヒートポンプ装置５０は、蒸発器２と凝
縮器６において、それぞれ熱源水３と冷温水フについて
通常の出口弁１０ａ、１０ｂの他に、中途取出口弁５１
ａ、５１ｂ、５１ｃと５２ａ、５２ｂ、５２ｃを設ける
。したがって、熱源水３と冷温水フの取出口は４個得ら
れることになり、伝熱面を介して行われる熱源水３およ
び冷温水フと熱媒体１との間の熱交換は、第１実施例と
比べより細かく調節することが可能になる。

ところで上述の実施例においては、いずれも蒸発器２お
よび凝縮器６において、通過量を調節するのは熱源水３
と冷温水フであったが、熱媒体１の流通量を調節するこ
ともできる。第９図は、本発明の第３実施例に係るヒー
トポンプ装置６０の模式図である。ヒートポンプ装置６
０の基本的構成は索１０図に示したヒートポンプサイク
ルと実質的に異ならないので、対応する箇所には同一の
符号を付して説明を省略する。

本実施例に係るヒートポンプ装置６０は、蒸発器２と凝
縮器６において、それぞれ熱媒体１の中途取出口弁６１
ａ、６１ｂと６２ａ、６２ｂを設ける。したがって、蒸
発器２と凝縮器６において、熱媒体１の取出口はそれぞ
れ２個得られることになり、これらの中途取出口弁６１
ａ、６１ｂと６２ａ、６２ｂを介して熱媒体１の蒸発器
流通量と凝縮器流通量を制御すれば、前述の実施例と同
じように、伝熱面を介して行われる熱源水３および冷温
水フと熱媒体１との間の熱交換量を調節することができ
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明に係るヒートポンプ装置は
、熱媒体と熱源水および冷温水との熱交換が行われる蒸
発器と凝縮器の少なくとも一方に、これら蒸発器と凝縮
器内を流通する熱源水と冷温水または熱媒体を中途で取
出す出口を設け、熱媒体または熱源水と冷温水の蒸発器
と凝縮器内における流通量を調整可能にする。このため
、熱源水と冷温水の温度変化に対応して熱源水または冷
温水と熱媒体との熱交換量を制御し、熱媒体の蒸発量と
凝縮量を適宜調節することができ、ヒートポンプ装置の
運転効率および安定性を良好に保つことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係るヒートポンプ装置の
模式図、第２図は本発明の第１実施例に係る蒸発器の側
面図、第３図および第４図はそれぞれ第２図のｍ−ｍ線
矢視図およびＩＶ−ＩＶ線断面図、第５図は本発明の第
１実施例に係る凝縮器の側面図、第６図および第７図は
それぞれ第５図のＶｌ−ＶＩ線矢視図および■−■線断
面図、第８図および第９図はそれぞれ本発明の第２およ
び第３実施例に係るヒートポンプ装置の模式図、第１０
図は従来のヒートポンプサイクルの模式図である。 ２−蒸発器、６・・・凝縮器、２３−・・熱源水第２中
途取出口、２４・・・熱源水第１中途取出口、４３・・
・冷温水第２中途取出口、４４・・・冷温水第１中途取
出口。 第１ｒｌｌ Ｌ−１，ｏ　ｌ　　　　　　　　ｌ　ｏ、ｌ−」３３　
ｙｓｔｉｊ　　　Ｊ８ｂ−ｊ　　　Ｊｉフー　　　１　
　　　　？ｒ−１ 第８図 、−一一、７Ｌヨｒ　６０ 第９図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 熱媒体を圧縮する圧縮機と、この圧縮器から吐出された
   熱媒体と冷温水を熱交換させる凝縮器と、凝縮された熱
   媒体を減圧する膨脹機構と、減圧された熱媒体と熱源水
   を熱交換させる蒸発器とを順次接続したヒートポンプ装
   置において、前記蒸発器と凝縮器の少なくとも一方にこ
   れら蒸発器と凝縮器内を流通する熱源水と冷温水または
   熱媒体を中途で取出す出口を設け、熱源水または冷温水
   と熱媒体との熱交換量を制御することを特徴とするヒー
   トポンプ装置。