JPH0816535B2

JPH0816535B2 - ヒ−トポンプ装置

Info

Publication number: JPH0816535B2
Application number: JP61200523A
Authority: JP
Inventors: 鐵男山田; 良則井上; 誠星野; 正雄遠藤
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 1986-08-27
Filing date: 1986-08-27
Publication date: 1996-02-21
Anticipated expiration: 2011-02-21
Also published as: JPS6358042A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は冷暖房や給湯等に用いるヒートポンプ装置に
関し、詳しくは、熱媒圧縮機、凝縮器、熱媒膨張手段、
及び、蒸発器としての製氷器の順に熱媒を循環させる熱
媒回路を設け、前記製氷器により製造された氷を貯留す
る氷蓄熱槽、並びに、その氷蓄熱槽における蓄熱冷熱を
冷熱源とする冷熱消費系を設け、前記凝縮器における発
生凝縮熱を温熱源とする温熱消費系を設け、前記氷蓄熱
槽における蓄熱冷熱量を減じるように前記氷蓄熱槽に対
して付与する温熱を系外から回収する集熱器を設け、前
記冷熱消費系には、前記氷蓄熱槽と冷房用室内熱交換器
との間で冷水を循環させる第１状態と、前記氷蓄熱槽と
前記集熱器との間で冷水を循環させる第２状態とに切換
えるバルブ群を備えたヒートポンプ装置に関する。

〔従来の技術〕

上記の如きヒートポンプ装置は、冷熱蓄熱を氷を利用
して行うことにより、冷熱蓄熱槽の小型化を図り、か
つ、熱媒凝縮熱として回収される温熱の利用効率を向上
するようにしたものであるが、従来、この種のヒートポ
ンプ装置においては、第２図に示すように、氷蓄熱槽
（８）における蓄熱冷熱は、蓄熱槽自身の放熱損失を考
えないとすれば、単に冷熱消費系での冷房等を目的とし
た冷熱消費にのみ費やされる構成となっていた（文献を
示すことができない）。

図中（１）は熱媒圧縮機、（３）は凝縮器、（４）は
膨張弁、（５）は蒸発器としての製氷器である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、上述従来の構成では、冷熱消費量と温熱消費
量とがバランスしている状態では特に問題はないが、季
節条件等により冷熱消費量に比して温熱消費量が大とな
り、その状態で氷蓄熱槽における蓄熱量が上限に達した
時には、それ以上の製氷が不能となることから凝縮器か
らの温熱取出をも断念せざるを得ず、温熱消費系におけ
る暖房や給湯等の温熱消費に対して氷蓄熱槽の容量に起
因した多大の制約が生じる問題があった。

一方、氷蓄熱槽の容量を越える冷熱消費量が必要とな
る場合には、当然ながら、容量以上の冷房機能を発揮し
得るものではなかった。

本発明の目的は、氷を利用した冷熱蓄熱の利点を十分
に生かしながら、氷蓄熱槽の容量に起因した温熱消費に
対する制約を解消すると共に、逆に、氷蓄熱槽の容量を
越える冷熱消費量を必要とする場合には、前記氷蓄熱槽
の外部から冷熱を採り入れることを可能とする点にあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕本発明によるヒートポンプ装置の特徴構成は、バルブ
群の切換えにより、前記氷蓄熱槽と前記冷房用室内熱交
換器との間、および、前記氷蓄熱槽と前記集熱器との間
で共に冷水を循環させる第３状態と、前記冷房用室内熱
交換器と前記集熱器との間で冷水を循環させる第４状態
とに設定可能とした点にあり、その作用・効果は次の通
りである。

〔作用〕

つまり、通常は集熱器から氷蓄熱槽に対する温熱付与
を断って、冷房等の冷熱消費のために氷蓄熱槽の蓄熱冷
熱を保全しながら圧縮・凝縮・膨張・蒸発という一連の
サイクル運転を継続するが、その運転において氷蓄熱槽
における蓄熱量が上限に達してそれ以上の製氷が不能と
なったとしても、運転状態切換手段により運転状態を、
氷蓄熱槽に対して集熱器から温熱を付与する状態に切換
えれば、氷蓄熱槽の蓄熱冷熱を系外に逃がす状態で継続
しての製氷が可能となり、それによって、圧縮・凝縮・
膨張・蒸発という一連のサイクル運転を継続させて凝縮
器からの温熱取出を継続維持できる。

一方、冷房用室内熱交換器を集熱器に接続する状態に
切換えれば、氷蓄熱槽の蓄冷熱によることなく室内の冷
房を行うことも可能となる。つまり、冷熱消費量が温熱
消費量を上回りそうな場合には、外部の集熱器から室外
冷気を採り入れて消費冷熱として充当することができ
る。

〔発明の効果〕

その結果、氷を利用した冷熱蓄熱の本来利点、すなわ
ち、冷熱蓄熱槽の小型化、並びに、温熱利用効率の向上
を十分にいかしながら、氷蓄熱槽の容量に起因した温熱
消費に対する制約をも解消できる。

一方、冷熱消費量が氷蓄熱槽の容量以上に必要となり
そうな場合であっても、外部から冷気を取入れ得る機能
を有するから、結果的に蓄冷熱容量以上の冷房効果を発
揮することができる。

以上のごとく、本発明のヒートポンプ装置によれば、
暖房や給湯などの必要温熱消費量、あるいは室内冷房等
の必要冷熱消費量を安定して供給することができ、しか
も、設備コスト面並びに実用性能のいずれにも優れたヒ
ートポンプ装置を提供することができた。

〔実施例〕

次に本発明の実施例を第１図に基づいて説明する。

熱媒圧縮機（１）、凝縮器（３）、膨張弁（４）、及
び、蒸発器としての製氷器（５）の順に熱媒を循環させ
る熱媒回路（７）を設け、圧縮・凝縮・膨張・蒸発とい
う一連の過程を繰返す所謂ヒートポンプ回路を構成して
ある。

図中（２）はオイルセパレータである。

製氷器（５）で製造された氷は氷蓄熱槽（８）に貯留
し、その氷蓄熱槽（８）における蓄熱冷熱を後述する冷
熱消費系で適時、消費するようにしてあり、製氷器
（５）と氷蓄熱槽（８）とは、出水路（10）と還水路
（９）とから成る循環路で接続してある。（9a）は還水
ポンプである。

又、凝縮器（３）は、循環ポンプ（3a）による循環水
を発生凝縮熱をもって加熱する水熱交換器としてあり、
その循環水により持ち出される温熱を後述する温熱消費
系で消費するようにしてある。

前記温熱消費系は、室内への送風と加熱循環水とを熱
交換させる複数の暖房用室内熱交換器（13）と、外気と
加熱循環水とを熱交換させる室外熱交換器（14）とから
構成されており、前記暖房用室内熱交換器（13）群に対
する温水分散ヘッダ（1A）への暖房用温水往路（15A）
と、前記室外熱交換器（14）の入口路（14A）への放熱
用温水往路（16A）とは、前記水熱交換器（３）の温水
取出路（3A）に接続されている。また、前記暖房用室内
熱交換器（13）群に対する温水集合ヘッダ（13B）から
の暖房用温水復路（15B）と、前記室外熱交換器（14）
の出口路（14B）からの放熱用温水復路（16B）とは、前
記水熱交換器（３）の温水入口路（3B）に接続されてい
る。そして、前記温水取出路（3A）、温水入口路（3
B）、暖房用温水往路（15A）、暖房用温水復路（15
B）、放熱用温水往路（16A）、放熱用温水復路（16B）
からなる温水配管系には、温水の流れを第１状態、第２
状態、第３状態に切換えるためのバルブ（V₁）群が設け
られている。

前記第１状態は、水熱交換器（３）と暖房用室内熱交
換器（13）との間で温水を循環させる状態である。

前記第２状態は、水熱交換器（３）と室外熱交換器
（14）との間で温水を循環させる状態である。

前記第３状態は、水熱交換器（３）と暖房用室内熱交
換器（３）との間および、水熱交換器（３）と室外熱交
換器（14）との間でともに温水を循環させる状態であ
る。

したがって、第１状態においては、暖房用室内熱交換
器（13）での放熱により、室内への送風が加熱されて室
内暖房が行われると同時に、温水が冷却されて水熱交換
器（３）での凝縮作用が維持され、第２状態において
は、室外熱交換器（14）での放熱により、温水が冷却さ
れて水熱交換器（３）での凝縮作用が維持される。ま
た、第３状態においては、前記暖房用室内熱交換器（1
3）および室外熱交換器（14）での放熱により、暖房と
凝縮作用の維持とが行われる。

前記氷蓄熱槽（８）に蓄熱された冷熱を消費する冷熱
消費系は、室内への送風と冷水とを熱交換させる複数の
冷房用室内熱交換器（17）と、外気と冷水とを熱交換さ
せる室外熱交換器（18）とから構成されており、前記氷
蓄熱槽（８）の冷水取出路（8A）には、前記冷房用室内
熱交換器（17）群に対する冷水分散ヘッダ（17A）への
冷房用冷水往路（19A）と、前記室外熱交換器（18）に
おける入口路（18A）への冷水往路（20A）とが接続され
ており、前記氷蓄熱槽（８）の冷水返り路（8B）には、
前記冷房用室内熱交換器（17）群に対する冷水集合ヘッ
ダ（17B）からの冷房用冷水復路（19B）と、前記室外熱
交換器（18）の出口路（18B）からの冷水復路（20B）と
が接続されている。前記冷水取出路（8A）および冷水往
路（20A）には、それぞれポンプ（8a），（20a）が介装
されている。更に、前記冷水復路（20B）は、その途中
個所（ａ）において前記冷房用冷水往路（19A）に接続
されており、前記冷房用冷水復路（19B）は、接続路（1
9a）を介して前記冷水取出路（8A）に接続されている。
そして、前記冷水取出路（8A）、冷水返り路（8B）、冷
房用冷水往路（19A）、冷房用冷水復路（19B）、冷水往
路（20A）、冷水復路（20B）、接続路（19a）からなる
冷水配管系には、冷水の流れを第１状態、第２状態、第
３状態、第４状態に切換えるためのバルブ（V₂）群が設
けられている。

前記第１状態は、氷蓄熱槽（８）と冷房用室内熱交換
器（17）との間で冷水を循環させる状態である。

前記第２状態は、氷蓄熱槽（８）と室外熱交換器（1
8）との間で冷水を循環させる状態である。

前記第３状態は、氷蓄熱槽（８）と冷房用室内熱交換
器（17）との間および、氷蓄熱槽（８）と室外熱交換器
（18）との間でともに冷水を循環させる状態である。

前記第４状態は、前記冷房用室内熱交換器（17）と室
外熱交換器（18）との間で冷水を循環させる状態であ
る。

したがって、第１状態においては、冷房用室内熱交換
器（17）での吸熱により、室内への送風が冷却されて室
内冷房が行われると同時に、冷水が加熱されて製氷機
（５）での蒸発作用が維持され、第２状態においては、
室外熱交換器（18）での吸熱により、冷水が加熱されて
製氷機（５）での蒸発作用が維持される。また、第３状
態においては、冷房用室内熱交換器（17）および室外熱
交換器（18）での吸熱により、前述したように、冷房と
蒸発作用の維持とが行われる。更に、第４状態において
は、冷房用室内熱交換器（17）での吸熱と室外熱交換器
（18）での放熱とによって、外気を冷熱源とする室内冷
房が行われる。

なお、図においては、前記暖房用室内熱交換器（13）
と冷房用室内熱交換器（17）とを組込んだ空調器（21）
で示してあるが、両種の室内熱交換器（13），（17）
は、前記の如く空調器（21）への組込み形態で設けられ
る他、暖房必要箇所、冷房必要箇所に単独に設けられる
ものである。

かつ、前記２つの室外熱交換器（14），（18）は、密
閉型クーリングタワー（22）の熱交換器（23）をもって
兼用構成されている。もちろん、配管系には、室外熱交
換器（23）を暖房用と冷房用とに切換えるようにするた
め、前記放熱用温水往路（16A）および放熱用温水復路
（16B）と、前記冷水往路（20A）および冷水復路（20
B）とを室外熱交換器（23）の入口路（23A）および出口
路（23B）に択一的に接続させる選択バルブ（V₃）群が
設けられている。

（24）は、前記空調器（21）の送風ファン、（25）と
（26）と（27）は、前記クーリングタワー（22）の送風
ファンと水供給ポンプと供給水を室外熱交換器（23）に
噴射するノルズである。つまり、室外熱交換器（23）
は、外気のみならず、水とも熱交換するものである。

以上の如く構成されたヒートポンプ装置においては、
製氷機（５）で氷を作成して氷蓄熱槽（８）に貯溜する
一方、水熱交換器（３）で温水を発生するのであって、
温水配管系、冷水配管系を適宜切換えることにより、次
のような各種の運転が行える。

［１］温水配管系を第１状態に切換えることにより、暖
房が行える。この暖房に必要な熱は、製氷機（５）での
製氷に伴う吸熱によって得られるのであって、一般に、
昼間等、外気温が０℃以上で外気からの吸熱が可能な場
合には、冷水配管系を第２状態に切換えて、室外熱交換
器（23）により外気から吸熱し、この吸熱で氷蓄熱槽
（８）内の氷を溶かすことにより、製氷機（５）での製
氷による吸熱を継続させ、夜間等、外気温が０℃以下で
外気からの吸熱が不可能な場合には、氷蓄熱槽（８）内
に氷を貯溜することで製氷機（５）での製氷による吸熱
を保証する。つまり、氷蓄熱槽（８）内が氷で一杯にな
り、製氷限界に至るまで外気からの吸熱なしに暖房を行
えるのである。そして、製氷限界に至り、これ以上製氷
機（５）による吸熱が行えなくなったとき、あるいは、
それに近くなったときには、冷水配管系を第２状態また
第３状態に切換えて氷蓄熱槽（８）と室外熱交換器（2
3）との間で冷水を循環させ、室外熱交換器（23）での
外気からの吸熱により氷蓄熱槽（８）内の氷を溶かし
て、製氷機（５）による吸熱、つまり、暖房運転を保証
するのである。つまり、室外熱交換器（23）により集熱
器（Ａ）が構成され、冷水取出路（8A）、冷水往路（20
A）、入口路（23A）、出口路（23B）、冷水復路（20
B）、冷水返り路（8B）により、蓄熱冷熱を系外に逃が
すための熱媒体流路（Ｂ）が構成されるのである。もち
ろん、このとき、冷水配管系を第１状態または第３状態
にすることにより、冷房も行えるのである。

［２］冷水配管系を第１状態に切換えることにより冷房
が行える。この冷房において必要となる排熱処理は、温
水配管系を第２状態に切換えて、水熱交換器（３）と室
外熱交換器（23）との間で温水を循環させ、室外熱交換
器（23）での外気への放熱により行う。もちろん、この
とき、温水配管系を第３状態に切換えることにより、暖
房も行えるのである。

［３］冷水配管系を、氷蓄熱槽（８）から冷水を取出さ
ない状態にして運転することにより、氷蓄熱槽（８）内
に氷を貯溜する冷熱蓄熱が行える。この場合の排熱処理
は、前記冷房運転と同様に行う。もちろん、この場合に
おいても、冷水配管系を第１状態に切換えることにより
冷房を行え、温水配管系を第１状態また第３状態に切換
えることにより、暖房を行える。

このように、上記のヒートポンプ装置においては、暖
房運転、冷房運転、冷暖房同時運転および、冷熱蓄熱運
転を行えるのみならず、次のような運転も行える。

つまり、百貸店等においては、朝方、暖房負荷が大
で、冷房負荷が小であり、昼間以降、冷房負荷が大とな
る場合がある。このような場合、朝方には、温水配管系
を第１状態に、冷水配管系を第４状態に切換えて、暖房
と製氷（蓄熱）とを行いつつ、室外熱交換器（23）と冷
房用室内熱交換器（17）との間で冷水を循環させること
により、外気を冷熱源として冷房を行い、昼間以降は、
冷水配管系を第１状態に、温水配管系を第２状態に切換
えて、前述した冷房運転を行うのである。

〔別実施例〕

以下、本発明の別実施例を示す。

［１］上記実施例では、製氷器（５）として、熱媒と水
とを熱交換させてその場で氷を作成する製氷器を示した
が。製氷器（５）としては、凝固点が０℃以下の熱運搬
流体を冷却するものであっても良い。この場合は、冷却
された熱運搬流体の冷熱で製氷するのである。

［２］上記実施例では、凝縮器としての水熱交換器
（３）で発生された温水を暖房用熱源のみに用いたが、
前記の温水を給湯用の熱源に用いても良い。

［３］上記実施例では、氷蓄熱槽（８）に対して付与す
る温熱を回収する集熱器（Ａ）として、外気から集熱す
る室外熱交換器（23）を示したが、集熱器（Ａ）として
は、太陽熱を集熱する太陽熱コレクタや、ホテル等から
の排水、河川水等から温熱を回収する熱交換器であって
も良い。

［４］前記熱媒膨張手段（４）としては膨張弁の他に種
々の形式のものを適用できる。

［５］氷蓄熱槽（８）に対する集熱器（Ａ）からの温熱
付与を断続する運転状態切換え手段は、前述の実施例構
成の他に種々の構成変更が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す回路図であり、第２図は
従来例を示す回路図である。（１）……熱媒圧縮機、（３）……凝縮器、（４）……
膨張手段、（５）……製氷器、（７）……熱媒回路、
（８）……氷蓄熱槽、（Ａ）……集熱器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者遠藤正雄大阪府大阪市東区本町４丁目27番地株式会社竹中工務店大阪本店内 (56)参考文献実開昭62−179532（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱媒圧縮機（１）、凝縮器（３）、熱媒膨
張手段（４）、及び、蒸発器としての製氷器（５）の順
に熱媒を循環させる熱媒回路（７）を設け、前記製氷器
（５）により製造された氷を貯留する氷蓄熱槽（８）、
並びに、その氷蓄熱槽（８）における蓄熱冷熱を冷熱源
とする冷熱消費系を設け、前記凝縮器（３）における発
生凝縮熱を温熱源温熱消費系を設け、前記氷蓄熱槽
（８）における蓄熱冷熱量を減じるように前記氷蓄熱槽
（８）に対して付与する温熱を系外から回収する集熱器
（Ａ）を設け、前記冷熱消費系には、前記氷蓄熱槽（８）と冷房用室内
熱交換器（17）との間で冷水を循環させる第１状態と、前記氷蓄熱槽（８）と前記集熱器（Ａ）との間で冷水を
循環させる第２状態とに切換えるバルブ群（V₂）を備え
たヒートポンプ装置であって、前記バルブ群（V₂）の切換えにより、さらに、前記氷蓄
熱槽（８）と前記冷房用室内熱交換器（17）との間、お
よび、前記氷蓄熱槽（８）と前記集熱器（Ａ）との間で
共に冷水を循環させる第３状態と、前記冷房用室内熱交換器（17）と前記集熱器（Ａ）との
間で冷水を循環させる第４状態とに設定可能なヒートポ
ンプ装置。
【請求項２】前記集熱器（Ａ）が、前記氷蓄熱槽（８）
に対して付与する温熱として大気保有熱を回収する熱交
換器である特許請求の範囲第１項に記載のヒートポンプ
装置。
【請求項３】前記集熱器（Ａ）が、前記氷蓄熱槽（８）
に対して付与する温熱として太陽熱を集熱する太陽熱コ
レクターである特許請求の範囲第１項に記載のヒートポ
ンプ装置。
【請求項４】前記集熱器（Ａ）が、前記氷蓄熱槽（８）
に対して付与する温熱として産業廃熱回収器である特許
請求の範囲第１項に記載のヒートポンプ装置。