JPH083393B2

JPH083393B2 - ヒートポンプシステム

Info

Publication number: JPH083393B2
Application number: JP1209200A
Authority: JP
Inventors: 康夫小川; 伸治野路; 泰古谷; 啓二小池
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1989-08-10
Filing date: 1989-08-10
Publication date: 1996-01-17
Anticipated expiration: 2011-01-17
Also published as: JPH0370945A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕発明はヒートポンプシステムに係わり、特に電力負荷
の平準化とエネルギーの有効利用を目的とした氷蓄熱に
よる冷房と給湯が同時に行なえるヒートポンプシステム
に関するものである。

〔従来技術〕

近年、電力負荷の平準化を目的として、夜間の余剰電
力により、ヒートポンプ装置を運転し、製氷を行ない、
該氷を貯えておいて、昼間の冷房負荷として利用する氷
蓄熱式のヒートポンプシステムが普及しつつある。

また、ホテルや飲食関連ビル、及び病院等において
は、給湯負荷が非常に大きく、この大きな給湯負荷をま
かなうためボイラ等が使用されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

今日、大気中に放出される二酸化炭素等による温室効
果により、地球の温暖化が問題となっており、エネルギ
ーの有効利用が不可欠の問題となってきた。しかるに、
上記の氷蓄熱式のヒートポンプにおいては、製氷の際に
発生した熱を全て大気に放出しており、熱エネルギーを
有効に利用していない。また、給湯負荷のために使用さ
れているボイラからの燃焼ガス中の二酸化炭素は、大気
中に出て温室効果を助長し、地球の温暖化を進める結果
となっている。つまり、現状システムではエネルギーが
有効に使われていない点と、地球の温暖化という環境破
壊が助長される点の２点が重大な問題点となっている。

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので上記問題点
を除去し、エネルギーを有効に利用し、且つ地球の温暖
化という環境破壊をまねくことの少ないヒートポンプシ
ステムを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するため請求項（１）の記載の発明
は、ヒートポンプシステムを下記の如く構成した。

給湯用蓄熱システム、製氷システム及び少なくとも圧
縮機と凝縮器と減圧装置と蒸発器から構成される２以上
の冷凍サイクルを有するヒートポンプを具備し、前記蒸
発器を直接又は間接的に加熱する該ヒートポンプの吸熱
源の少なくとも一部が氷の凝固熱であり、且つ前記ヒー
トポンプの凝縮器を冷却する冷却源が前記給湯用蓄熱シ
ステムの給湯の給水加熱であり、製氷システムは貯氷部
と、水を氷に変化させる製氷機能部と、負荷流体からの
環水が貯氷部を通過せずに直接ヒートポンプで冷却され
るように構成されている負荷流体冷却機構により構成さ
れ、ヒートポンプの凝縮器が給湯の湯を製造する加熱器
としても使用され、且つこの湯製造時は負荷流体からの
還水が負荷流体冷却機構を作動するようになっており、
給湯用蓄熱システムが貯湯槽と給湯の給水がヒートポン
プにより加熱された温水を蓄える温水槽と、ヒートポン
プとこれら２つの槽を連絡する配管、ポンプ及びバルブ
類により構成され、２以上の冷凍サイクルの凝縮器を冷
却する給水又は該給水により間接的に冷却される流体経
路がシリーズに連絡されている。

また、請求項（２）に記載の発明は、請求項（１）に
記載のヒートポンプシステムにおいて、温水槽への給水
が前記給湯の排水により熱回収されて加熱されるように
なっていて、且つ給湯負荷が少ないときは、該熱回収量
を少なくする制御手段を具備する。

また、請求項（３）に記載の発明は、ヒートポンプシ
ステムを下記の如く構成した。

蓄熱システム、製氷システム及び少なくとも圧縮機、
凝縮器、減圧装置、蒸発器から構成される２以上の冷凍
サイクルを有するヒートポンプを具備し、前記蒸発器が
ブラインに加熱され、且つ該ブラインが外気又は排水に
より加熱されるブライン加熱器が装備され、製氷システ
ムで製造される氷がブラインを介して、解氷されるよう
に構成されている。

また、請求項（４）に記載の発明は、請求項（３）に
記載のヒートポンプシステムにおいて、前記蓄熱システ
ムが湯を製造する給湯用蓄熱システムであり、且つ前記
排水が該給湯の排水である。

〔作用〕

ヒートポンプシステムを上記の如く構成することによ
り、製氷時に給湯用給水に熱を与えるので、冷房と給湯
が同時に行なうことができ、エネルギーが有効に利用さ
れる。

また、ボイラを使用する必要がなくなるので、燃焼ガ
スからの二酸化炭素が大気中に放出されることがなく、
地球温暖化防止の一助となる。即ち、このような比較的
小規模の冷暖房等の設備においてはボイラ等の小型の二
酸化炭素の発生源の固定化技術は困難であるが、発電所
等の大型の二酸化炭素の発生源においてはその固定化技
術は可能であるから、このことを背景として考えると上
記ヒートポンプシステム地球温暖化防止の一助となるの
である。

また、氷を製造する時は温度の低い給湯用給水を加熱
するようになっているので、更に省エネルギーとなって
いる。

また、昼も夜も圧縮機の圧縮比が小さくなるので圧縮
機の効率も上昇する。

また、ヒートポンプが２以上の圧縮機と２以上の凝縮
器を具備し、該２以上の凝縮器を冷却する給水又は該給
水により間接的に冷却される流体がシリーズに連結する
ことにより、省エネルギー化が更に向上する。

また、冷凍サイクルを低段側と高温側との別サイクル
にすれば、低段側は冷媒HCFC−22を用いた従来のヒート
ポンプをそのまま使用することができ、高段側のみ、例
えばHFC−134a,HCFC−123,HCFC−124等の冷媒を用いた
高温度ヒートポンプとすればよい。

また、温水槽への給水が前記給湯の排水により熱回収
されて加熱されるようになっていて、且つ給湯負荷が少
ないときには、該熱回収量を少なくする制御手段を具備
することにより、製氷用のブラインラインと外気より吸
熱するブラインラインを共用することができる。

また、蓄熱システム、製氷システム及び少なくとも１
以上の圧縮機、凝縮器、減圧装置、蒸発器等から構成さ
れる少なくとも１以上の冷凍サイクルを有するヒートポ
ンプを具備し、前記蒸発器がブラインにより加熱され、
且つ該ブラインが外気又は排水により加熱されるブライ
ン加熱器装備され、前記製氷システムで製造される氷が
ブラインを介して、解氷されるように構成することによ
り、製氷ラインと吸熱ラインを共用することができ、し
かも外気から吸熱機構を小さく、又は省略することがで
きる。

また、蓄熱システムが湯を製造する給湯用蓄熱システ
ムであり、且つ排水が該給湯の排水であることにより、
夏冬の負荷のアンバランス（給湯負荷と冷房負荷）に対
応することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明に係る氷蓄熱式のヒートポンプシステ
ムの概略構成を示す図である。同図において、一点鎖線
で囲まれた部分が複数系統の冷凍サイクルを有するヒー
トポンプ装置Ａである。ヒートポンプ装置Ａは、圧縮機
1,11で圧縮された高温の冷媒はそれぞれ配管2.12を通っ
て凝縮器3,13に送られ、流路103から送られてくる給湯
用給水により冷却され凝縮する。凝縮した冷媒は配管4,
14を通って減圧装置5,15で減圧され、低温となって蒸発
器6,16に至る。この蒸発器6,16において、冷媒は流路20
2から送られるブラインにより、加熱，蒸発され、ガス
状態となって配管7.17を通って再び圧縮機1,11に戻る。
これにより、二系統の冷凍サイクルを構成する。

このヒートポンプ装置Ａが夜間の製氷時に運転されて
いる時、配管101から送られる給湯用給水は三方弁102、
配管103を通って、凝縮器13,3に送られ、ヒートポンプ
装置Ａにより加熱され、暖められて配管104,三方弁105,
配管106を通って貯湯槽107に貯えておく。

一方、ポンプ201により循環されるブラインは、配管2
02を通って蒸発器6,16に至り、ヒートポンプ装置Ａによ
り、冷却され、配管203,三方弁204,配管205を通って、
氷蓄熱槽206に至る。該氷蓄熱槽206内では、ブラインは
槽内の水を氷結させ。みずからは暖められ、配管207.20
8を通ってポンプ201に戻り、再循環している。夜間の製
氷運転によりこの氷蓄熱槽206内に氷がたまっていく。

また、このヒートポンプ装置Ａが昼間、解氷時には、
貯湯槽107中のお湯は配管108を通ってポンプ109によ
り、もし暖房負荷があれば配管112,バルブ113を通って
暖房負荷へ、なければ配管110,三方弁102,配管103を通
って凝縮器13,3に至り、再び加熱され高温水となって凝
縮器３から出てくる。この高温水は三方弁105にて給湯
負荷があれば、配管111より給湯負荷へ、なければ配管1
06から貯湯槽107に貯えられ、給湯負荷増大に備える。

一方ブラインはポンプ201により配管202を経て、蒸発
器6,16にて冷却され、配管203,三方弁204を通って冷却
器210に至り、該冷却器210にて、冷房負荷水、例えば冷
水を冷却し、みずからは暖められ配管211,208を通って
ポンプ201に戻り循環する。

冷房負荷水、例えば冷水は配管301から送られ冷却器2
10にて冷却され、更に、氷蓄熱槽206にて冷却され、配
管302から負荷へ供給される。一方、その間氷蓄熱槽206
内の氷は溶かされ水となっていく。近年の省エネルギー
ビルにおいては、冬でも冷房が必要となることが多く、
以上の運転を一年中行なうことができるから、冷房と暖
房を同時に行なうことができ、エネルギーの有効利用
と、ボイラ等の燃焼ガスによる地球の温暖化も防げる。
しかし、給湯負荷及び暖房負荷に対して冷房負荷が少な
い時は、例えば配管401,バルブ402を経て設置したブラ
インヒーター403により、ブラインを暖め吸熱して配管4
04.バルブ405を経てブライン経路内に取り入れる方法も
あるが、この氷蓄熱式のヒートポンプシステムを従来の
空調システム、例えば空気熱源ヒートポンプによる夏期
冷房、冬期暖房のサブシステムとして使用する方法によ
り、前記の欠点も補える。

以上の説明は冷房負荷側にブラインを介して製氷する
例を示したが、直接冷媒にて製氷したり冷水を造ったり
しても同じ効果を得られるのは勿論である。

次に、直接製氷する場合についての構成機器の各温度
を、第２図を用いて具体的に説明する。夜間の製氷時
は、圧縮機11側のヒートポンプは凝縮器13内の温度40
℃，蒸発器16の温度を−10℃にて、また圧縮機１側のヒ
ートポンプは、凝縮器３内の温度50℃，蒸発器６内の温
度−10℃にて給湯給水を25℃から45℃に暖めて貯湯槽10
7にため、また、氷蓄熱槽206内の水を氷にする。

昼間解氷時は、圧縮機11のヒートポンプは、凝縮器13
内の温度60℃，蒸発器16内の温度５℃にて、圧縮機１側
のヒートポンプは、凝縮器３内の温度70℃，蒸発器６内
の温度５℃にて、45℃に暖めているお湯を65℃まで加熱
し、給湯負荷に供される。また、冷房負荷水は12℃から
10℃まで冷却され、更に氷蓄熱槽206で冷却され、７℃
となって冷房負荷に供される。

以上のように、上記本発明に係るヒートポンプシステ
ムは、昼間と夜間でヒートポンプの熱源と冷却源の温度
差が異なるので、単一の冷凍サイクルによる場合に比
べ、少なくとも斜線を施した部分A,Bだけ省エネルギー
となる。また、複数の冷凍サイクルで冷房、給湯を行う
ので、交斜線を施した部分C,Dだけ省エネルギーとな
る。

なお、上記ヒートポンプシステムは一実施例であり、
本発明のヒートポンプシステムは上記構成のものに限定
されるものではない。

第３図は本発明に係る他のヒートポンプシステムを給
湯負荷の多い省エネルギービルに適用した場合のブロッ
ク図である。同図においての矢印は夏の昼間時、の矢印は冬の昼間時、の矢印は負荷のない夜間の場合のフローを示す。省エネ
ルギービルで、且つ給湯の多いビルの場合は冬でも冷房
が必要な場合が多く、501,502,503は厨房等に設けられ
た冷房用のファンコイルユニットである。即ち、多段凝
縮器ヒートポンプ504の製氷機部505の冷水取り出しノズ
ル506と冷水戻り管507からヒートポンプの蒸発器6,16に
直接送られ冷却される冷水を混合して、冷水配管508か
ら配管509によりこれらのファンコイルユニット501,50
2,503に冷水が供給される。なお、この製氷機は直膨式
の場合でも、ブラインを介するものでも、スタティクな
ものでも、できた氷を貯氷槽の下部に落下させるような
方式のものでもよい。

また、一方、低温側凝縮器13で加熱された温水は連絡
管510を経由して高温側凝縮器３で更に加熱され、高温
水となって貯湯槽511内の伝管512により貯湯槽内の温水
を加熱して“湯”とする。

なお、当該システムによっては凝縮器３からの配管51
3により供給される“湯”を直接貯湯槽511に蓄えるよう
にしてもよい。

なお、この貯湯槽511への温水槽514と配管515を介し
て供給される。

この貯湯槽511の湯はビル内の給湯の大浴槽516、自動
食器洗い機517、各室の給湯器518〜520等の各負荷に供
給される。そして、この排温水は配管521、四方弁522、
自動洗浄式熱交換器523を経由して、排水管540より下水
に排出される。そして、この自動洗浄式熱交換器523に
より熱回収された熱はポンプ524により給水加熱用熱交
換器525にて給水を加熱し、また、ブライン加熱用熱交
換器526にて、配管527から流入するブラインを加熱す
る。なお、このブラインはポンプ528によりノズル529か
ら製氷機530のブライン経路内に送られ、氷を解氷す
る。

なお、この給湯の排水と冷水負荷の還水だけでは、解
氷のための熱が不足する場合には、ブラインを空温式ブ
ライン加熱機403により、更に加熱する。

通常、省エネビルでは暖房負荷が少ないが、暖房を行
なう必要のあるときは、温水槽内の温水が保有する熱を
利用すればよい。即ち、電熱管531内の温水が配管532を
経由してファンコイルユニット533〜535に供給される。

また、第４図は本ヒートポンプシステムの夜間のフロ
ーの説明図である。

の矢印に示すように、ヒートポンプの冷却水としては温
水槽514内に供給された水により冷却された温水が配管5
36→配管537→凝縮器13→配管538→凝縮器３→配管539
→配管540のように流れ、凝縮器13,3を冷却し、逆に温
水自身は加熱される。

〔発明の効果〕

以上説明したように請求項（１）に記載の発明によれ
ば下記のような優れた効果が得られる。

（１）氷蓄熱方式であるから、電力負荷が平準化するの
は勿論のこと、冷房と給湯を同時に行いエネルギーの有
効利用が可能となる。

（２）石油等の化石燃料を使用する給湯用のボイラーを
必要としないので、燃焼ガス中の二酸化炭素による地球
の温暖化を防ぐことができる。

（３）氷を製造する時は温度の低い給湯用給水を加熱す
るようになっているので、更に省エネルギーとなってい
る。

（４）更に昼も夜も圧縮機の圧縮比が小さくなるので圧
縮機の効率も上昇する。

（５）給湯用蓄熱システム、製氷システム及び少なくと
も圧縮機と凝縮器と減圧装置と蒸発器から構成される２
以上の冷凍サイクルを有するヒートポンプを具備し、該
冷凍サイクルの凝縮器を冷却する給水又は該給水により
間接的に冷却される流体経路をシリーズに連結すること
により、省エネルギー化が更に向上する（第２図のC,D
部参照）。

（６）冷凍サイクルを低段側と高温側との別サイクルに
すれば、低段側は冷媒HCFC−22を用いた従来のヒートポ
ンプをそのまま使用することができ、高段側のみ、例え
ばHFC−134a,HCFC−123,HCFC−124等の冷媒を用いた高
温度ヒートポンプとすればよい。

（７）温水槽への給水が前記給湯の排水により熱回収さ
れて加熱されるようになっていて、且つ給湯負荷が少な
いときには、該熱回収量を少なくする制御手段を具備す
ることにより｛請求項（２）参照｝、製氷用のブライン
ラインと外気より吸熱するブラインラインを共用するこ
とができる。

また、請求項（３）に記載の発明によれば下記のよう
な優れた効果が得られる。

（８）蓄熱システム、製氷システム及び少なくとも１以
上の圧縮機、凝縮器、減圧装置、蒸発器等から構成され
る少なくとも１以上の冷凍サイクルを有するヒートポン
プを具備し、前記蒸発器がブラインにより加熱され、且
つ該ブラインが外気又は排水により加熱されるブライン
加熱器装備され、前記製氷システムで製造される氷がブ
ラインを介して解氷されるように構成することにより、
製氷ラインと吸熱ラインを共用することができ、しかも
外気からの吸熱機構を小さく、又は省略することができ
る。

（９）前記蓄熱システムが湯を製造する給湯用蓄熱シス
テムであり、且つ排水が該給湯の排水であることにより
｛請求項（４）参照｝、夏冬の負荷のアンバランス（給
湯負荷と冷房負荷）に対応することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る氷蓄熱式のヒートポンプシステム
の概略構成図、第２図は第１図のヒートポンプシステム
において直接製氷する場合の構成機器の各温度を説明す
るための図、第３図は本発明に係る他のヒートポンプシ
ステムを給湯負荷の多い省エネルギービルに適用した場
合のブロック図、第４図はこのヒートポンプシステムの
夜間のフローの説明図である。図中、1,11……圧縮機、3,13……凝縮器、5,15……減圧
装置、6,16……蒸発器、102,105……三方弁、107……貯
湯槽、109……ポンプ、113……バルブ、201……ポン
プ、204……三方弁、206……氷蓄熱槽、210……冷却
器、402……バルブ、403……ブラインヒーター、405…
…バルブ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】給湯用蓄熱システム、製氷システム及び少
なくとも圧縮機と凝縮器と減圧装置と蒸発器から構成さ
れる２以上の冷凍サイクルを有するヒートポンプを具備
し、前記蒸発器を直接又は間接的に加熱する該ヒートポ
ンプの吸熱源の少なくとも一部が氷の凝固熱であり、且
つ前記ヒートポンプの凝縮器を冷却する冷却源が前記給
湯用蓄熱システムの給湯の給水加熱であり、前記製氷システムは貯氷部と、水を氷に変化させる製氷
機能部と、負荷流体からの環水が前記貯氷部を通過せず
に直接ヒートポンプで冷却されるように構成されている
負荷流体冷却機構により構成され、前記ヒートポンプの
凝縮器が給湯の湯を製造する加熱器としても使用され、
且つこの湯製造時は前記負荷流体からの還水が前記負荷
流体冷却機構を作動するようになっており、前記給湯用蓄熱システムが貯湯槽と前記給湯の給水がヒ
ートポンプにより加熱された温水を蓄える温水槽と、前
記ヒートポンプとこれら２つの槽を連絡する配管、ポン
プ及びバルブ類により構成され、前記２以上の冷凍サイクルの凝縮器を冷却する給水又は
該給水により間接的に冷却される流体経路がシリーズに
連絡されていることを特徴とするヒートポンプシステ
ム。
【請求項２】前記温水槽への給水が前記給湯の排水によ
り熱回収されて加熱されるようになっていて、且つ給湯
負荷が少ないときは、該熱回収量を少なくする制御手段
を具備することを特徴とする請求項（１）に記載のヒー
トポンプシステム。
【請求項３】蓄熱システム、製氷システム及び少なくと
も圧縮機、凝縮器、減圧装置、蒸発器から構成される１
以上の冷凍サイクルを有するヒートポンプを具備し、前
記蒸発器がブラインに加熱され、且つ該ブラインが外気
又は排水により加熱されるブライン加熱器が装備され、前記製氷システムで製造される氷がブラインを介して、
解氷されるように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。
【請求項４】前記蓄熱システムが湯を製造する給湯用蓄
熱システムであり、且つ前記排水が該給湯の排水である
ことを特徴とする請求項（３）に記載のヒートポンプシ
ステム。