JPH04194528A - 不凍液利用のヒートポンプ式暖房設備 - Google Patents

不凍液利用のヒートポンプ式暖房設備

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JPH04194528A
JPH04194528A JP2320788A JP32078890A JPH04194528A JP H04194528 A JPH04194528 A JP H04194528A JP 2320788 A JP2320788 A JP 2320788A JP 32078890 A JP32078890 A JP 32078890A JP H04194528 A JPH04194528 A JP H04194528A
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Katsuaki Yabe
克明 矢部
Yasuhiro Kanzui
澗随 康弘
Kenichiro Jin
神賢 一郎
Kohei Tsuchiyama
土山 公平
Masahiko Fujise
藤瀬 正彦
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Takasago Thermal Engineering Co Ltd
Kansai Electric Power Co Inc
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Takasago Thermal Engineering Co Ltd
Kansai Electric Power Co Inc
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    • Y02P80/15On-site combined power, heat or cool generation or distribution, e.g. combined heat and power [CHP] supply

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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、冬期の外気温度で凍結しない不凍液をヒート
ポンプ装置の水側熱交換器(蕉発器)に通液してヒート
ポンプを暖房運転するヒートポンプ式空調設備に係り、
詳しくは、この暖房運転によって冷却された不凍液をヒ
ーテングタワーで外気によって加熱すると同時に建物内
で発生した廃熱を有利に回収できるようにした不凍液利
用のヒートポンプ式暖房設備に関する。
〔従来の技術〕 熱源水を建物内に配置されたヒートポンプ装置の水側熱
交換器に循環させ、冷房時にはこの水側熱交換器を凝縮
器2ml房時には参発器として機能させることによって
冷暖房を行ういわゆる水熱源空調方式が普及しているが
、この方式では、冷房運転時には加温された熱源水を冷
却塔で放熱し。
暖房運転時には冷却された熱源水を別の熱源で加熱する
のが通常である。この水熱源方式は、蓄熱水槽を用いる
ことによって冷熱または温熱を蓄熱できるという利点が
あり、また冷房運転では冷却塔で放熱すればよいので合
理的でもある。しかし暖房運転ではボイラー等による化
石燃料の使用。
或いは電力による熱源水の加熱が必要である点において
、空気を熱源とする方式よりも設備費用やエネルギー消
費が大きくなるという問題がある。
このため、水熱源方式で冷房運転を実施すると同時に、
この冷房運転で使用する冷却塔(クーリングタワー)を
、暖房運転では加熱塔(ヒーテングタワー)として機能
させる方式が提案されている。すなわち冷房運転では加
温された熱源水を冷却塔で外気に放熱し、暖房運転では
冷却された熱源液を加熱塔で外気から採熱する方式であ
る。
この場合、暖房運転時期では外気温度が一般に低いので
、この低温の外気から採熱するには、加熱塔に供給する
熱源液はこの外気温度よりさらに低温にすることが必要
であり、零度°C以下となるのが普通である。従って、
この熱源液は零度°C以下でも凍らない不凍液を使用す
ることになる。かような不凍厳としては例えば冷凍機で
零度°C以下の冷水を製造する場合のブラインと同種の
もの。
例えばエチレングリコール、プロピレングリコール、塩
化カルシウム等を熔解した水溶液を使用することになる
この方式では、夏期や中間期の冷房運転シーズンでは不
凍液を使用する必要はないので、冷房シーズンでは通常
の熱源水を使用し、不凍液の使用は冬期の暖房運転ンー
ズ/だけに限られることになる。
(発明が解決しようとする問題点〕 前記のように冷房シーズンで使用されていた冷却塔を暖
房ンーズンでは加熱塔に利用する方式においては、冷房
シーズンで使用する冷却塔は外気と直接気液接触させる
開放式のものが効率がよいので普通にはこれが採用され
ているが、この開放式冷却塔を暖房シーズンでも加熱塔
として利用しようとすると、不凍液が希釈されるという
問題が生ずる。例えば、零度°C以下に冷却された不凍
液を冬期の低温の外気に直接接触させて外気温度近傍ま
で加熱する場合に、不凍液中に外気中の水分が移行し、
エチレングリコール等の凍結防止剤の濃度が徐々に低く
なるという現象が生ずる。この凍結防止剤の濃度が低く
なると不凍液の凝固点が高くなり、凍結トラブルを惹起
することになる。
濃度が低下した不凍液の凝縮を図るには、不凍液中の水
分を蒸発させればよいが、この蒸発のために外部熱源を
備えた濃縮装置を施設することはそれだけ余分の設備を
必要とし且つ蒸発用の熱エネルギーも必要である。
本発明はかような開放型のヒーテングタワーを用いて不
凍液の加熱を図る暖房運転において、建物内で発生する
廃熱や安価な夜間電力を不凍液の濃縮熱源として有効利
用できるようなシステムの提供を目的としたものである
〔発明の構成〕
本発明は、建物内に配置したヒートポンプ装置の蒸発器
とヒーテングタワーとの間に不凍液の循環路を形成し、
該蒸発器で冷却された不凍液をヒーテングタワーで外気
と熱交換して昇温させる不凍液利用のヒートポンプ式暖
房設備において、建、動向で発生する廃熱を不凍液に付
与するための廃熱回収用熱交換器を該不凍液の循環路に
配置したことを特徴とする不凍液利用のヒートポンプ式
暖房設備を提供する。
また、この設備に希釈不凍液を濃縮するための濃縮設備
(夜間電力を利用した不凍液加熱手段および加熱された
不凍液を外気と気液接触させる濃縮塔からなる)を付設
した暖房設備を提供する。
〔作用〕
最近のビル等では電気室や変電室、場合によって自家発
電室を備えたものがあり、このような室では内部発生熱
が多量に生成する。またコンピユータ室やOA機器類の
密集する作業室でも冬期に冷房を必要とする程の内部発
生熱がある0本発明では不凍液の循環路にかような内部
発生熱を取入れる熱交換器を配置することによって、昼
間は暖房熱源として、また夜間は循環不凍液を温めて濃
縮熱源として利用する−ことができ、また、不凍液の濃
縮によって潜熱蓄熱ができる。
夜間において廃熱を不凍液の濃縮熱源とする場合には廃
熱で加熱された不凍液をヒーテングタワーで外気と接触
させることによって、不凍液中の水分を外気に放出して
濃縮を図ることができる。
そのさい、不凍液を十分に加熱するだけの廃熱がない場
合や建物については夜間電力を利用した不凍液加熱手段
を用いて不凍液を加熱し、これを非常用に設置した濃縮
塔で外気と接触させて不凍液の濃縮を図ることができる
[実施例] 第1図は1本発明設備の基本構成を示したものであり、
1は建物の各所に配置されたヒートポンプ装置、2はヒ
ーテングタワーを示す、ヒートポンプ装置1は水側熱交
換器と空気側熱交換器との間で冷凍サイクルを形成する
冷暖房装置であり。
暖房運転では水側熱交換器が蒸発器、空気側熱交換器が
凝縮器として機能し、冷房運転では水側熱交換器が凝縮
器、空気側熱交換器が蒸発器として機能するように冷媒
回路を切替えるものである。
冷房運転では通常の熱源水を使用して水側熱交換器に通
液し、これを冷却塔で放熱する。この冷却塔を暖房運転
時のヒーテングタワーに使用することができる。もっと
も、11房運転では熱源水に代えて外気温度でも凍結し
ない不凍液を使用することになる0本発明ではこの不凍
液を使用した暖房運転に特徴があるので、以下、冷房運
転についての説明は省略する。
暖房運転ではヒートポンプ装置の水側熱交換器は蒸発器
として機能する0図において、この蒸発器を3で示した
。昼間の暖房運転中はこの蒸発器3に主循環ポンプ4に
よって不凍液を送液し、暴発器3でヒートポンプの冷媒
に抜熱されて冷却された不凍液はヒーテングタヮ−2に
送液され、ここで外気と直接的に接触して加熱される。
ヒーテングタヮ−2は、冷房時には冷却塔として効率よ
く機能するために開放式のものが使用されており1図示
の例では上部水槽5に送り込まれた不凍液がその底部か
ら充填物層6に散液され。
送風機7の駆動によって充填物層6を横切る取入れ外気
と不凍液の散液とが充填物層6において直接的に気液接
触するようにした構造のものが使用されている。これに
よって外気温度近くまで加熱された不凍液は下部水槽8
に溜まり、これがヒートポンプ装f1の蒸発器3に循環
される。この不凍液の主循環路を9と10で示す、11
は不凍液タンクであり9例えば夏期の冷房シーズンでは
この不凍液タンク11に不凍液を蓄えておき2代わりに
熱源水を配管系内に装填する。
本発明設備ではかようなヒーテングタワーを用いる暖房
方式において、建物内で発生する廃熱を不凍液に付与す
るための廃熱回収用熱交換器12を配置した点に一つの
特徴がある。この熱交換器12は不凍液と空気との間で
熱交換を行うフィンチューブ熱交換器を使用し1図示の
例では、ケーシング内にファン13と熱交換器12を配
置したファンコイルユニット14を用いている。このフ
ァンコイルユニッ)14は電気室、変電室、自家発電室
、コンピユータ室等の内部発生熱が大きい部屋に設置さ
れる。そして不凍液の主循環路9から補助循環路15.
16を施設し、各熱交換器12に不凍液を通液する。こ
れによって廃熱で昇温した空気と不凍液とが熱交換器1
2で熱交換され不凍液は加熱される。
17は各ファンコイルユニット14に不凍液を循環させ
るための熱回収用ポンプであり、18と19は補助循環
路15.16に不凍液の循環を発停する電動弁である。
また、ファンコイルユニット14によって加熱される不
凍液が所定の温度になるまで、不凍液を補助循環路15
.16内に再循環させる三方弁20が取付けられている
。この三方弁2Gの制御は管路内の不凍液温度を検出す
る温度調節計21によって行われる。
この熱交換器12による熱回収運転を例えば昼間の暖房
運転を実施しているときに並行して行えば建物の廃熱を
暖房熱源の一部として利用できることになる。また熱回
収運転を夜間に実施し、不凍液温度が外気温度より高く
することができれば。
この不凍液をヒーテングタワ−2で外気と直接気液接触
させることによって不凍液中の水分が大気に蒸発し不凍
液の濃縮が行なえる。
この熱回収運転だけで不凍液を濃縮させるに必要な熱源
が不足する場合には、安価の夜間電力を用いて不凍液を
加熱する。23はこのための熱交換器を示している。こ
の熱交換器23は液封液熱交換器が使用されており、一
方の液には不凍液が、他方の液には電気ヒータ式ボイラ
24で加温された温ブラインが通液される。ボイラ24
での加熱温度はそれ程高くなくてもよく、また零度°C
以下の不凍液と熱交換されることもあるので、ボイラ2
4での加熱媒体としてはブラインを使用する。このブラ
インは不凍液と同じ液であってもよい。
なお、ファンコイルユニット14では廃熱回収として機
能するほか、場合によっては冷房機としても機能するこ
とが必要となることがある。このために、補助循環路1
5.16に冷水を通液させる管路25.26を施設しで
ある。特に夏期ではこの冷水の通水によって高温室の冷
却を行うことが有利となる。
第2図は、不凍液の濃縮運転がより効率よく且つ確実に
行なえるようにした本発明に従う設備を示しており、不
凍液タンク11内の不凍液を別途に設置した濃縮塔30
に送って濃縮運転を行うようにした・以外は第1図の設
備と実質的に同一である。
図中の参照数字のうち第1図と同じものは第1図で説明
したものに対応している。第2図の設備でも第1図と同
様に廃熱回収を行うものであるが。
さらに濃縮塔30を用いて不凍液濃縮が確実に行なえる
ようにしたものである。まず、夜間などに不凍液タンク
ll内に導出された希釈不凍液は、濃縮用ポンプ31に
よって濃縮用タンク32.33に送液される。このタン
ク32.33内の不凍液はポンプ34の駆動によって熱
交換器23を経て濃縮塔30に送液され、ここで外気と
直接的に蒐液接触したあと再びタンク32.33に戻る
。熱交換器23は不凍液を加熱するための液封液熱交換
器が使用され、第1図の場合と同様に、夜間電力利用の
電気ヒータボイラ24で加温された温ブラインが通液さ
れる。この温ブラインによって加熱される不凍液の温度
を所定の温度に制御するために、不凍液温度の温度調節
器35によって温ブライン管路の三方弁36を調節して
ブラインの通液温度をコントロールする。またタンク3
2.33には液面検出計37.38が取付けられるとと
もに、濃縮塔30から出る不凍液濃度を検出する不凍液
濃度計39が設置され、これら液面検出計37 、38
と濃度計39の検出値に基づいてタンク32または33
から濃縮塔30に循環させる不凍液量を電動弁40〜4
3の開度制御によって調節し、所定の濃度に達したら、
電動弁44〜45の動作でこの不凍液を主循環路9.1
0に戻す、なお、濃縮塔3oでは送風機46の駆動によ
って外気取入口47がら外気を塔内に取入れ、この外気
が通過する充填物層48に向けて加温された希釈不凍液
を散液することによって不凍液中の水分が外気に暴発し
、その分、不凍液濃度が高くなる。この濃縮塔3oを用
いる濃縮運転は夜間に実施するのが実際的であるが、最
も外気温度が低くなる早朝、場合によっては昼間でも実
施することもできる。また、第2図の設備でもファンコ
イルユニット14の稼働によって、建物内の廃熱で不凍
液を加熱し、暖房用熱源或いは不凍液濃縮用の熱源とし
て有効利用を図ることには第1図の場合と同様である。
以上のようにして1本発明ではヒーテングタワーを用い
たヒートポンプ式暖房システムにおいて建物の廃熱が暖
房熱源および不凍液濃縮熱源として有効利用されるので
、省エネルギーが達成されると共に不凍液濃度管理が容
易化し、しかもこのための設備は低廉であるという優れ
た効果が発揮される。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明設備の基本構成を示した機器配置系統図
、第2図は第1図の設備に濃縮塔を付設した機器配置系
統図である。 1・・ヒートポンプ装置。 2・・ヒーテングタワー 3・・ヒートポンプ装置の蒸発器。 9.10  ・・不凍液の主循環路。 11・・不凍液タンク。 12・・廃熱回収用熱交換器。 14・・ファンコイルユニット。 15、16・・不凍液の補助循環路。 23・・夜間電力利用の不凍液加熱用熱交換器。 24・・電気ヒータ式ボイラ。 30・・濃縮塔。 32.33・・濃縮用タンク。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)建物内に配置したヒートポンプ装置の蒸発器とヒ
    ーテングタワーとの間に不凍液の循環路を形成し、該蒸
    発器で冷却された不凍液をヒーテングタワーで外気と熱
    交換して昇温させる不凍液利用のヒートポンプ式暖房設
    備において、建物内で発生する廃熱を不凍液に付与する
    ための廃熱回収用熱交換器を該不凍液の循環路に配置し
    たことを特徴とする不凍液利用のヒートポンプ式暖房設
    備。
  2. (2)廃熱回収用熱交換器はフィンチューブ式熱交換器
    からなり、この熱交換器において、建物内廃熱で昇温し
    た空気と不凍液とが熱交換される請求項1に記載の暖房
    設備。
  3. (3)ヒートポンプ装置の蒸発器とヒーテングタワーと
    の間を循環する不凍液の循環路に、ファンコイルユニッ
    トに不凍液が循環する補助循環路が接続され、このファ
    ンコイルユニットが発熱源をもつ部屋に配置される請求
    項1または2に記載の暖房設備。
  4. (4)建物内に配置したヒートポンプ装置の蒸発器とヒ
    ーテングタワーとの間に不凍液の循環路を形成し、該蒸
    発器で冷却された不凍液をヒーテングタワーで外気と熱
    交換して昇温させる不凍液利用のヒートポンプ式暖房設
    備において、建物内で発生する廃熱を不凍液に付与する
    ための廃熱回収用熱交換器を該不凍液の循環路に配置し
    、さらに夜間電力利用の不凍液加熱手段を該不凍液の循
    環路に配置したことを特徴とする不凍液利用のヒートポ
    ンプ式暖房設備。
  5. (5)建物内に配置したヒートポンプ装置の蒸発器とヒ
    ーテングタワーとの間に不凍液の循環路を形成し、該蒸
    発器で冷却された不凍液をヒーテングタワーで外気と熱
    交換して昇温させる不凍液利用のヒートポンプ式暖房設
    備において、建物内で発生する廃熱を不凍液に付与する
    ための廃熱回収用熱交換器を該不凍液の循環路に配置し
    、夜間電力利用の不凍液加熱手段を該不凍液の循環路に
    配置し、さらに外気温度以上に加熱された不凍液を外気
    と直接接触させるための濃縮塔を設置したことを特徴と
    する不凍液利用のヒートポンプ式暖房設備。
  6. (6)不凍液加熱手段は、電気ヒータで加温された熱媒
    と不凍液とを熱交換する熱交換器からなる請求項4また
    は5に記載の暖房設備。
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