JPH06100393B2 - ヒ−トポンプ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はヒートポンプ装置に関する。

（従来の技術及びその問題点） 従来のヒートポンプ装置の１例が第２図に示され、R114
等の高沸点冷媒を圧縮機１、凝縮器２、絞り装置３、蒸
発器４の順に循環させることにより、蒸発器４で温廃水
や廃ガス等の廃熱５が保有する熱を汲み上げ、凝縮器２
から熱を取り出して負荷６に供給する。

このヒートポンプ装置では熱源となる廃熱５の量が不足
する場合にはヒートポンプの能力、成績係数が低下する
ので負荷６に熱を安定して供給できない。

そこで、第３図に示すように、R114等の高沸点冷媒を用
いた高温ヒートポンプ20とR12、R22等の低沸点冷媒を用
いた低温ヒートポンプ30を組み合わせたカスケード型ヒ
ートポンプ装置が提案された。このカスケード型ヒート
ポンプ装置においては、高沸点冷媒を圧縮機21、凝縮器
22、絞り装置23、蒸発器24の順に循環させると同時に低
沸点冷媒を圧縮機31、蒸発器24を兼ねる凝縮器32、絞り
装置33、蒸発器34の順に循環させる。そして、蒸発器34
で空気から熱を汲み上げ、蒸発器24を兼ねる凝縮器32で
低沸点冷媒から高沸点冷媒に熱を伝達することによって
低沸点冷媒を凝縮させると同時に高沸点冷媒を蒸発さ
せ、この高沸点冷媒を凝縮器22で凝縮させることにより
熱を取り出して負荷25に供給する。

このカスケード型ヒートポンプ装置は空気を熱源として
いるので安定した運転が可能であるが総合成績係数が低
くなり、経済的な運転ができない。

そこで上記に対処するため、本発明者等は、第４図に示
すように、高沸点冷媒を用いた廃熱源式高温ヒートポン
プ40の廃熱を熱源とする蒸発器44と直列に補助蒸発器45
を設けるとともにこの補助蒸発器45の熱源となる低沸点
冷媒を用いた空気熱源式低温ヒートポンプ50を設け、前
記廃熱量に応じて前記空気熱源式低温ヒートポンプ50を
運転するようにしたヒートポンプ装置を提案した。（特
願昭61-67290号） 第４図において、40はR114等の高沸点冷媒を用いた廃熱
源式高温ヒートポンプで、圧縮機41、凝縮器42、絞り装
置43、廃熱46を熱源とする蒸発器44、補助蒸発器45から
なる。50はR12、R22等の低沸点冷媒を用いた空気熱源式
低温ヒートポンプで、圧縮機51、補助蒸発器45を兼ねる
凝縮器52、絞り装置53、空気を熱源とする蒸発器54、凝
縮器52の前後に配置された開閉弁55、56からなる。

廃熱量が十分であるときは開閉弁55、56を閉とし圧縮機
51を停止することによって空気熱源式低温ヒートポンプ
50の運転を止め、圧縮機41を駆動することによって廃熱
源式高温ヒートポンプ40を運転する。

廃熱量46の量が十分でない場合には、開閉弁55、56を開
として圧縮機51を駆動して空気熱源式低温ヒートポンプ
50を運転すると同時に圧縮機41を駆動して廃熱源式高温
ヒートポンプ40を運転する。

このヒートポンプ装置におては、廃熱46の量が十分ある
場合には空気熱源式低温ヒートポンプ50を運転せず、廃
熱源式高温ヒートポンプ40のみを運転することによっ
て、成績係数が高い効率的な運転を行い、廃熱46の量が
不足する場合には空気熱源式低温ヒートポンプ50と廃熱
源式高温ヒートポンプ40の双方を運転することによって
廃熱46の発生時間や量が不安定であっても負荷47に安定
して熱を供給し負荷を十分に加熱できる。

しかしながら、廃熱源式高温ヒートポンプ40の加熱能力
は第５図に示すように、蒸発温度の変化によって大きく
増減し、例えば、凝縮温度が120℃で一定の場合蒸発温
度が70℃から60℃に10°deg低下すると、加熱能力が12,
800KcaI/hから9800KcaI/hへ23％も低下する。そこで、
廃熱46の量が十分であってもその温度が変化する場合に
は空気熱源式低温ヒートポンプ50の運転・停止を繰り返
さなければならず、そして、この運転・停止の繰り返し
はエネルギロスが大きく、また、空気の温度は廃熱46の
温度より大巾に低いので空気熱源式低温ヒートポンプ50
のエネルギ効率が悪いため、ヒートポンプ装置全体の効
率が低下してしまうという問題があった。

（問題点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発明されたものであ
って、その要旨とするところは、高沸点冷媒が圧縮機4
1、負荷47に熱を放出する凝縮器42、絞り装置43、補助
蒸発器45、廃熱46を熱源とする蒸発器44をこの順に循環
する廃熱源式高温ヒートポンプ40と、低沸点冷媒が圧縮
機51、上記補助蒸発器45を兼ねる凝縮器52、絞り装置5
3、空気を熱源とする蒸発器54この順に循環する空気熱
源式低温ヒートポンプ50を備えたヒートポンプ装置にお
いて、上記廃熱源式高温ヒートポンプ40の圧縮機41をイ
ンバータ駆動圧縮機とし、上記廃熱46の量及び又は温度
の増減に応じて上記インバータ駆動圧縮機41をインバー
タ制御することによりその能力を増減する手段と、上記
廃熱46の量及び又は温度の変動巾が上記インバータ制御
の範囲を越えて不足するときのみ上記空気熱源低温ヒー
トポンプ50を運転する手段を設けたことを特徴とするヒ
ートポンプ装置にある。

（作用） 本発明においては、廃熱46の量及び又は温度の変動巾が
インバータ駆動圧縮機41のインバータ制御の範囲内にあ
るときは空気熱源低温ヒートポンプ50の運転を行うこと
なく廃熱源式高温ヒートポンプ40のインバータ駆動圧縮
機41をインバータ制御することによって負荷47への加熱
能力を確保する。廃熱46の量及び又は温度がインバータ
制御の範囲を越えて不足するときのみ空気熱源式低温ヒ
ートポンプ50を運転することにより負荷47への加熱能力
を確保する。

（実施例） 本発明の１実施例が第１図に示されている。

第１図において、40はR114等の高沸点冷媒を用いた廃熱
源式高温ヒートポンプで、電源48からインバータ制御回
路49を介して駆動される圧縮機41、凝縮器42、絞り装置
43、廃熱46を熱源とする蒸発器44、この蒸発器44と直列
に設けられた補助蒸発器45からなる。50はR12、R22等の
低沸点冷媒を用いた空気熱源式低温ヒートポンプで、圧
縮機51、補助蒸発器45を兼ねる凝縮器52、絞り装置53、
空気を熱源とする蒸発器54、凝縮器52の前後に配置され
た開閉弁55、56からなる。

廃熱の量及び温度が十分でその変動巾が小さいときは、
開閉弁55、56を閉とし圧縮機51を停止することによって
空気熱源式低温ヒートポンプ50の運転を止め、圧縮機41
を駆動することによって廃熱源式高温ヒートポンプ40を
運転する。

すると、圧縮機41から吐出された高沸点冷媒ガスは凝縮
器42で負荷47に熱を放出することによって凝縮した後、
絞り装置43で断熱膨張し、補助蒸発器45をここで吸熱す
ることなく流過して蒸発器44に入り、ここで廃熱46から
吸熱することにより蒸発気化して圧縮機41に戻る。

廃熱46の量又は温度が低下することによって、負荷47へ
の加熱能力が不足する場合にはインバータ制御回路49で
駆動周波数を増大させることによって圧縮機41の能力を
増大させて負荷47への加熱能力を確保する。

廃熱46の量及び温度がインバータ制御回路49の制御範囲
を越えて低下した場合には、開閉弁55、56を開とし圧縮
機51を駆動して空気熱源式低温ヒートポンプ50を運転す
ると同時に圧縮機41を駆動して廃熱源式高温ヒートポン
プ40を運転する。

すると、高沸点冷媒は上記と同様圧縮機41、凝縮器42、
絞り装置43を経て補助蒸発器45に入り、ここで低沸点冷
媒と熱交換して低沸点冷媒から熱を奪った後蒸発器44に
入り、ここで廃熱46から吸熱することによって蒸発気化
して、圧縮機41に戻る。一方、低沸点冷媒は圧縮機51か
ら開閉弁55を経て補助蒸発器45を兼ねる凝縮器52に入
り、ここで高沸点冷媒と熱交換して凝縮した後開閉弁56
を経て絞り装置53で断熱膨張し、次いで、蒸発器54で空
気から吸熱することにより蒸発気化した後、圧縮機41に
戻る。

（発明の効果） 本発明においては、廃熱46の量及び又は温度の変動巾が
小さく、インバータ駆動圧縮機41のインバータ制御の範
囲内にあるときは、空気熱源式低温ヒートポンプ50を運
転せず廃熱源式高温ヒートポンプ40のみを運転し、その
インバータ駆動圧縮機41をインバータ制御することによ
って成績係数が高い効率的な運転を行って負荷47に対す
る所期の加熱能力を得ることができる。

そして、廃熱46の量及び又は温度の変動巾がインバータ
制御の範囲を越えて不足するときのみ空気熱源式低温ヒ
ートポンプ50と廃熱源式高温ヒートポンプ40を同時に運
転することによって負荷46に対する加熱能力を得ること
ができる。

この結果、廃熱46の量及び又は温度が変動する場合であ
ってもその変動巾が小さいときは空気熱源式低温ヒート
ポンプ50の運転・停止を繰り返すことなく廃熱源式高温
ヒートポンプ40のインバータ駆動圧縮機41をインバータ
制御することによって負荷47に対する所期の加熱能力を
得ることができるので、空気熱源式低温ヒートポンプ50
の運転・停止の頻度が少なくなり、この運転・停止の繰
り返しに伴うエネルギロスを少なくでき、ヒートポンプ
装置全体の効率を向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を示す系統図、第２図ないし
第４図はそれぞれ従来のヒートポンプ装置の系統図、第
５図はヒートポンプの加熱能力と蒸発温度との関係を示
す線図である。 廃熱源式高温ヒートポンプ……40、圧縮機……41、イン
バータ制御回路……48、蒸発器……44、廃熱……46、補
助蒸発器……45、空気熱源式低温ヒートポンプ……50

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−225860（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−17865（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−1967（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高沸点冷媒が圧縮機41、負荷47に熱を放出
   する凝縮器42、絞り装置43、補助蒸発器45、廃熱46を熱
   源とする蒸発器44をこの順に循環する廃熱源式高温ヒー
   トポンプ40と、 低沸点冷媒が圧縮機51、上記補助蒸発器45を兼ねる凝縮
   器52、絞り装置53、空気を熱源とする蒸発器54この順に
   循環する空気熱源式低温ヒートポンプ50を備えたヒート
   ポンプ装置において、 上記廃熱源式高温ヒートポンプ40の圧縮機41をインバー
   タ駆動圧縮機とし、上記廃熱46の量及び又は温度の増減
   に応じて上記インバータ駆動圧縮機41をインバータ制御
   することによりその能力を増減する手段と、上記廃熱46
   の量及び又は温度の変動巾が上記インバータ制御の範囲
   を越えて不足するときのみ上記空気熱源式低温ヒートポ
   ンプ50を運転する手段を設けたことを特徴とするヒート
   ポンプ装置。