JPH0350470A - ヒートポンプシステムおよびこのシステム内の蒸発装置の着氷検出方法 - Google Patents

ヒートポンプシステムおよびこのシステム内の蒸発装置の着氷検出方法

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JPH0350470A
JPH0350470A JP18175689A JP18175689A JPH0350470A JP H0350470 A JPH0350470 A JP H0350470A JP 18175689 A JP18175689 A JP 18175689A JP 18175689 A JP18175689 A JP 18175689A JP H0350470 A JPH0350470 A JP H0350470A
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JP
Japan
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heat exchanger
heat
temperature
icing
refrigerant
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JP18175689A
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Kenichi Hashizume
健一 橋詰
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPH0350470A publication Critical patent/JPH0350470A/ja
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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、河川水等の低温水を熱源とするヒートポンプ
システムおよび低温水をヒートボンプの熱源として採熱
する峙に生じる着氷を検出するための着氷検出方法に関
する。
(従来の技術) 寒冷地において、ヒートポンプシステムを暖房や融雪に
利用する際、熱源としては空気、地下熱、河川水等が候
捕となる。中でも、水量が豊富な河川を有する地域では
、河川水はヒートポンプシステムの熱源として有望視さ
れている。その理由は、空気は寒冷地では時には、マイ
ナス10℃以下になり、また地下熱は上記ヒートボンプ
システム内の蒸発装置の熱交換部における伝熱抵抗が大
である。これに対し、河川水は、流れている限りプラス
の温度を保っており、伝熱抵抗も小さいからである。
従来のヒートボンプシステムはこの河川水等を熱源とし
て用いるとき、上記蒸発装置内に配管された伝熱管を介
して、上記河川水と熱交換させる形式を採っていた。
(発明が解決しようとする課題) ところが、豪雪地帯においては、除雪した後の雪を捨て
る場所として河川が選ばれることが多い。
しかしこのため河川水等の温度がO℃近くなる場合もあ
り、この低温の河川水を熱源とすると、運転中に伝熱管
の表面に着氷が生じる可能性がある。
そして着氷が起こればこれが熱抵抗となって上記熱交換
部の性能を大幅に低下させることになる。
このため、なんらかの方法で上記伝熱管の表面上の着氷
を検出して、伝熱管内の冷媒の流れを止めるか、冷媒を
高温にして除氷する必要がある。また、タイマーにより
一定運転時間ごとに着氷の有無に拘らず除氷することが
可能であるが、これでは、着氷していないときにも除氷
のためこのシステムの運転が一時中止することにもなり
、ヒートボンプシステムを効率よく運転させることがで
きない。
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、
その目的とするところは、0℃近い河川水等を熱源とし
た場合でも、上記伝熱管の表面への着氷を防止できる液
相流動床熱交換器を提供し、さらに、万一、着氷を生じ
た場合にこれを確実に検出することができる信頼性の高
い液相流動床熱交換器の着氷検出方法を提供することに
ある。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 上記課題を解決するために、ヒートポンプシステムの蒸
発装置を液相流動床熱交換器とし、また上記液相流動床
熱交換器の低温熱源流体の人口温度と出口温度との温度
差を測定することで着氷を検出する。
(作用) 本発明によれば、蒸発装置として流動可能な粒子層を形
成した液相流動床熱交換器を用いたのでこの粒子層が流
動し、0℃近い河川水を熱源として取り入れた場合でも
、上記伝熱管の表面上を拡散流動する粒子層によって、
上記伝熱管の表面への着氷が防止される。また、万一着
氷を生じ始めたときにおいても、この河川水すなわち低
温熱源流体の入口および出口の温度差で、着氷を簡単で
しかも高い信頼性で検出できる。
(実施例) 第1図は、本発明の第1の実施例であり、この第1図に
示されたヒートポンプシステムの一部を構成する蒸発装
置1は、本実施例では液相流動床熱交換器2から成る。
この液相流動床熱交換器2は、入口プレナム3、バッフ
ル板4、液分散板5、直径数ミリ程度の粒子から成る流
動粒子層6、出自ブレナム7から成っており、流動粒子
層6の内部には冷媒Bが流れる伝熱管8が埋設配管され
ている。バッフル板4は、液分散板5へ熱源として取り
込む河川水等の低温熱源流体Aの流れを整えるためのも
のであるが、必ずしも必要としない。
液相流動床熱交換器2に取込まれる低温熱源流体Aは、
入口プレナム3から液分散板5を経て流動粒子層6内に
埋設配管されている伝熱管8を通過し、出口ブレナム7
から流出する。
上記液相流動床熱交換器2に流れ込む上記低温熱源流体
Aが保有している熱は、上記液相流動床熱交換器2内の
流動粒子層6の内部に埋設配管されている上記伝熱管8
を介して、この伝熱管8内を流れている冷媒Bに取込ま
れる。このとき、上記液相流動床熱交換器2内に形成し
ている上記流動粒子層6は、低温熱源流体Aが流入する
と流動化して伝熱管8内を流れている冷媒Bに効率よく
熱を伝えると共に伝熱管8の表面への着氷を防止する働
きをも有する。すなわち上記流動粒子層6内の粒子が拡
散流動して伝熱管8の表面に温度境界層の形成を阻止す
ることから、上記伝熱管には着氷しないのである。この
採熱により気化した冷媒Bは、順次配管連結されている
ヒートポンプシステム内を循環し、圧縮機10で高温高
圧ガス状となり、凝縮器11で暖房や融雪等に利用され
る温水Cへ熱を与える。温水Cに熱を与えた後、液化し
た冷媒Bは、膨脹弁12を経て再び上記液相流動床熱交
換器2に戻る。
第2図は、本発明の第2の実施例を示す。第2図に示さ
れたヒートポンプシステムの一部を構成する蒸発装置1
は、本実施例では液相流動床熱交換器2および気液分離
用の装置であるドラム9から成る。
なお、第2の実施例であるヒートポンプシステムの構成
は上述の第1の実施例のものと同一であることから、そ
の説明は省略する。
第2図に記載のヒートボンプシステムにおいては、気液
を分離して一時貯蔵するためのドラム9からの蒸気のみ
が上記圧縮機10へ吸入されるので、伝熱管8内で冷媒
Bを過熱蒸気になるまで蒸発させる必要はない。しかも
伝熱管8内を冷媒Bの気液二相流状態に保てるから、高
い熱伝達率を維持することができ、蒸発装置の大型化を
避けることができる。さらに、冷媒Bを過熱蒸気になる
まで蒸発させる必要がないので、低温熱源流体Aの温度
と冷媒Bの蒸発温度をより接近させることができる。す
なわち、ヒートボンプシステムの蒸発圧力をより高める
ことができるので、ヒートポンプシステムを成績係数(
C O P)が高い状態で、運転することが可能となる
しかし第1図および第2図に記載の蒸発装置1において
も、流入する低温熱源流体あるいは冷媒の温度が過度に
低下した場合には、着氷を生じる可能性がある。このよ
うな万一の着氷に備えて以下の手段によって着水を検出
する。
すなわち第1図においては、入口ブレナム3、および伝
熱管8へ流れ込む冷媒Bの入口部、出口プレナム7にそ
れぞれ温度測定素子( la, lb, lc)が設け
られており、液相流動床熱交換器2に流れ込む低温熱源
流体Aの人口、および上記液相流動床熱交換器2から流
れ出る低温熱源流体Aの出口温度(Two. Two)
 、および伝熱管8に流れ込む冷媒Bの入口温度(TR
I)が711定され、その信号が演算装置13に送られ
る。この演算装置13では、 TWI− TRI l / l TWI− TWOI 
  − ( f )を計算してこの値と上記液相流動床
熱交換器2を設置する環境条件により定まる設定値とを
比較し、(f)式の値が上記設定値を越えれば着氷と判
断して、外部に着氷信号Sを出す。
一方、第2図においては、入口プレナム3、および伝熱
管8から流れ出る冷媒Bの出口部、出口プレナム7にそ
れぞれ温度測定素子( 2a.2b.2e)が設けられ
ており、液相流動床熱交換器2へ流れ込む低温熱源流体
Aの入口、および上記液相流動床熱交換器2から流れ出
る低温熱源流体Aの出口温度(Tw+,Two) 、お
よび伝熱管8から流れ出る冷媒Bの出口温度( T t
ro)が測定され、その信号が演算装rIl13に送ら
れる。この演算装置13では、 l Tw+−Tgol / l Tw+  Twol 
 − ( f ’ )を計算してこの値と上記液相流動
床熱交換器2を設定する環境条件により定まる設定値と
を比較し、(f′)式の値が上記設定値を越えれば着氷
と判断して、外部に着氷信号Sを出す。すなわち、上記
伝熱管8の外表面に着氷が生じると、熱交換率が低下す
るため、上記(f)、(f゜)式の値が大きくなり上記
着氷信号Sが出される。なお、液相流動床熱交換器2の
低温熱源流体A側の圧力損失は、主として液分散板5と
流動粒子層6により定まり、また、低温熱源流体Aの供
給と排出のために比較的長い配管を要するから、たとえ
伝熱管8の外表面に着氷が起こっても圧力損失にはほと
んど影響を与えず、したがって、低温熱源流体Aの流量
は一定のままである。
上記の着氷信号Sにより、簡単に着氷時を検出すること
ができ、ヒートポンブを効率よく運転することができる
なお、本発明は上記実施例のものに限定されるものでは
なく、例えば、第1図の実施例において、温度測定素子
1bを上記冷媒Bが流れ出る伝熱管8の出口に設置して
もよい。また第2図の丈施例において、温度測定素子2
bを上記冷媒Bが流れ込む伝熱管8の入口に設置しても
よい。また、第2図の実施例において、配管14゜にボ
ンブを設けて冷媒Bを強制的に循環させてもよい。
[発明の効果] 上述したように本発明によれば、0℃近い低温水を熱源
として用いても液相流動床熱交換器内に形成されている
流動粒子層の働きにより、広熱管の表面には着氷が起こ
り難く、また、着氷が生じた場合においても着氷検出装
置の働きで、ヒートボンブを効率良く運転することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は、本発明の実施例を夫々示すヒー
トポンプシステムの概略図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、圧縮機、凝縮器、膨脹弁、蒸発装置を、冷媒配管で
    順次連結してサイクルを構成しているヒートポンプシス
    テムにおいて、上記蒸発装置は、内部に流通する冷媒と
    外部を流通する低温熱源流体との間で熱交換をおこなわ
    せる伝熱管とこの伝熱管の外部に充填された粒子層とを
    備え、この流通する低温熱源流体によって上記粒子層が
    流動され、この粒子層が上記伝熱管の表面上を拡散流動
    してこの伝熱管外表面の着氷を防止する液相流動床熱交
    換器であることを特徴とするヒートポンプシステム。 2、圧縮機、凝縮器、膨脹弁、蒸発装置を、冷媒配管で
    順次連結してサイクルを構成しているヒートポンプシス
    テムにおいて、上記蒸発装置は、内部に流通する冷媒と
    外部を流通する低温熱源流体との間で熱交換をおこなわ
    せる伝熱管とこの伝熱管の外部に充填された粒子層とを
    備え、この流通する低温熱源流体によって上記粒子層が
    流動され、この粒子層が上記伝熱管の表面上を拡散流動
    して着氷を防止する液相流動床熱交換器と上記冷媒の気
    液を分離するための装置とから構成されていることを特
    徴とするヒートポンプシステム。3、請求項1および2
    に記載のヒートポンプシステムにおける上記液相流動床
    熱交換器内の伝熱管の表面に生じる着氷を検出する着氷
    検出方法において、上記伝熱管へ流れ込む上記冷媒の入
    口温度と上記液相流動床熱交換器の熱源となる低温水の
    温度との温度差、および上記低温水の入口と出口との温
    度差の比を、上記液相流動床熱交換器を設置する環境条
    件により定まる設定値と比較することで上記伝熱管への
    着氷を検出することを特徴とした上記液相流動床熱交換
    器の着氷検出方法。
JP18175689A 1989-07-14 1989-07-14 ヒートポンプシステムおよびこのシステム内の蒸発装置の着氷検出方法 Pending JPH0350470A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007225158A (ja) * 2006-02-21 2007-09-06 Mitsubishi Electric Corp 除霜運転制御装置および除霜運転制御方法

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