JPH10300386A - ヒーティングタワー式ヒートポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ヒーティングタワー内の不凍液濃度を常にほ
ぼ一定に保持することができ、加熱濃縮手段及び給水ラ
インの使用を大幅に低減でき、かつ電気的な制御を行う
ことなく、ヒーティングタワー内の液位をほぼ一定の範
囲に自動的に保持できるヒーティングタワー式ヒートポ
ンプを提供する。 【解決手段】 集熱源となる不凍液４を保有するヒーテ
ィングタワー３と、高濃度と低濃度の不凍液をそれぞれ
保有する濃液タンク６及び希液タンク７と、不凍液濃度
を計測する濃度計１３とを備え、計測濃度が規定範囲よ
り低い場合には、濃液タンクからヒーティングタワーへ
不凍液を供給し、高い場合には希液タンクからヒーティ
ングタワーへ不凍液を供給する。また、オーバーフロー
管８、不凍液タンク１０、自動給水弁１１を備え、ヒー
ティングタワー内の不凍液が液位上限を越えると三方弁
９を介して濃液タンク又は希液タンクに選択的にオーバ
ーフローし、液位下限以下になると自動給水弁１１が開
いて不凍液タンクから不凍液が供給される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、不凍液を使用し空
気から集熱を行うヒーティングタワー式ヒートポンプに
関する。

【０００２】

【従来の技術】ヒートポンプ式熱源設備は、外気からの
採熱により、その熱を汲み上げて暖房用の熱を作る装置
であり、外気採熱方式として、不凍液を使用し空気から
集熱を行うヒーティングタワー式がある。このヒーティ
ングタワー式ヒートポンプは、冬期の暖房用熱源を空気
に求めている。この形式のヒートポンプは、不凍液を用
いない通常の汎用空気熱源ヒートポンプに比較すると、
熱交換面に着霜、着氷がない、低圧ガス冷媒が使用
できる、その他の特徴がある。

【０００３】しかし、かかるヒーティングタワー式ヒー
トポンプは、不凍液循環系内を循環する不凍液の濃度が
変動し、不凍液の凍結、不凍液量増大による外部への不
凍液のオーバフロー、不凍液減少による不凍液の補充の
必要性、等の問題点があり、これを解決するために、特
公平５−１０５７７号、特公平７−５２０４８号等が出
願されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】特公平５−１０５７７
号の「ヒーティングタワー付きヒートポンプ」は、不凍
液循環回路に不凍液量の検出手段を備え、その信号によ
り不凍液の送受配管をとおる不凍液量を制御して循環回
路の不凍液量をほぼ一定に保つ制御装置を備えたもので
あり、特公平７−５２０４８号の「ヒーティングタワー
付きヒートポンプ」は、不凍液槽に液位検出手段を設け
て、不凍液の濃度変化を不凍液の液位変化で検出し、不
凍液の濃度を不凍液の液量により制御するものである。

【０００５】言い換えれば、上述した従来のヒーティン
グタワー式ヒートポンプは、不凍液の絶対量（全モル
量）が一定であることを前提として、「循環回路の不凍
液量」または「不凍液槽の液位」を一定に保つことによ
り濃度をほぼ一定に保つものである。しかし、実際の装
置の運転では、雨水に流入、不凍液の飛散等により、ヒ
ーティングタワー内の不凍液濃度が部分的に希釈された
り、濃縮されることがある。そのため、水の補給等によ
り全体の液量を一定に保っても、部分的な希釈により不
凍液が凍結したり、過剰濃縮によりポンプがキャビテー
ションを起こす等の問題点があった。

【０００６】また、従来のヒーティングタワー式ヒート
ポンプでは、不凍液の加熱濃縮手段と給水ラインを設
け、不凍液濃度を定期的に検査し、不凍液の希釈に対し
ては加熱濃縮し、濃縮に対しては給水を行っていたが、
保守管理に手間がかかるばかりでなく、加熱濃縮に要す
るヒータ動力が大きくランニングコストが過大となる問
題点があった。

【０００７】更に、従来のヒーティングタワー式ヒート
ポンプでは、ヒーティングタワー内の液位を制御するた
めに、頻繁に液位検出器、ポンプ、制御弁、及び制御装
置を稼働させる必要があり、制御が常時必要であり、停
電時には作動が停止するため、長期運転における信頼性
が低い問題点があった。

【０００８】本発明は、上述した種々の問題点を解決す
るために創案されたものである。すなわち、本発明の主
目的は、ヒーティングタワー内の不凍液濃度を常にほぼ
一定に保持することができるヒーティングタワー式ヒー
トポンプを提供することにある。また、本発明の別の目
的は、加熱濃縮手段及び給水ラインの使用を大幅に低減
でき、ランニングコストを下げることができるヒーティ
ングタワー式ヒートポンプを提供することにある。更に
本発明の別の目的は、電気的な制御を常時行うことな
く、ヒーティングタワー内の液位をほぼ一定の範囲に自
動的に保持できる信頼性の高いヒーティングタワー式ヒ
ートポンプを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、ヒート
ポンプの集熱源となる不凍液を保有するヒーティングタ
ワーと、高濃度の不凍液と低濃度の不凍液をそれぞれ保
有する濃液タンク及び希液タンクと、ヒーティングタワ
ー内の不凍液濃度を計測する濃度計とを備え、計測した
不凍液濃度が規定範囲より低い場合には、濃液タンクか
らヒーティングタワーへ不凍液を供給し、高い場合には
希液タンクからヒーティングタワーへ不凍液を供給する
ようになっている、ことを特徴とするヒーティングタワ
ー式ヒートポンプ。が提供される。

【００１０】上記本発明の構成によれば、濃度計による
計測濃度が規定範囲より低い場合には、濃液タンクから
高濃度の不凍液を供給し、高い場合には希液タンクから
低濃度の不凍液を供給することにより、ヒーティングタ
ワー内の不凍液濃度を常にほぼ一定に保持することがで
きる。また、この構成により、ヒータを用いずにポンプ
と弁を作動させるだけで濃度調節ができ、加熱濃縮手段
及び給水ラインの使用を大幅に低減でき、ランニングコ
ストを下げることができる。

【００１１】本発明の好ましい実施形態によれば、前記
濃液タンク及び希液タンクは、ヒーティングタワーより
低い位置に設置されており、ヒーティングタワーの液位
上限から濃液タンク及び希液タンクを連通するオーバー
フロー管と、該オーバーフロー管に設けられ濃液タンク
又は希液タンクを選択的に連通する三方弁とを備え、更
に、ヒーティングタワーより高い位置に設置された不凍
液タンクと、ヒーティングタワーの液位下限に設けられ
た自動給水弁と、該自動給水弁と不凍液タンクの下部と
を連通する不凍液供給ラインとを備えている。

【００１２】この構成により、ヒーティングタワー内の
不凍液が液位上限を越えると三方弁を介して濃液タンク
又は希液タンクに選択的にオーバーフローし、液位下限
以下になると自動給水弁が開いて不凍液タンクから不凍
液が供給されことにより、電気的な制御を常時行うこと
なく、ヒーティングタワー内の液位をほぼ一定の範囲に
自動的に保持でき、長期使用に対する信頼性を高めるこ
とができる。

【００１３】また、前記濃液タンク又は希液タンクから
不凍液を選択的に抜き出す三方弁と、これを昇圧するポ
ンプと、該ポンプからの昇圧不凍液をヒーティングタワ
ー又は不凍液タンクに選択的に供給する補給ラインとを
備え、前記三方弁は濃度計による計測濃度により切替え
られる。この構成により、濃度計による計測濃度が規定
範囲より低い場合には、濃液タンク側に切り換えて濃液
タンクから高濃度の不凍液を供給することができ、逆に
高い場合には希液タンク側に切り換えて希液タンクから
低濃度の不凍液を供給することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。図１は、本発明のヒーティ
ングタワー式ヒートポンプの全体構成図である。この図
において、１はヒートポンプであり、フロン等を冷媒と
し、低温側熱交換器１ａで吸熱して蒸発した冷媒をコン
プレッサで断熱圧縮して昇温し、高温側熱交換器１ｂで
排熱して暖房用の温水２を加熱し、膨張弁で断熱膨張さ
せて低温側熱交換器１ａに戻すようになっている。

【００１５】３はヒーティングタワーであり、ポンプ５
ａを備えた循環ライン５が低温側熱交換器１ａとの間に
設けられ、内部に保有する不凍液４を熱交換器１ａに供
給しその戻り液をヒーティングタワー３内に戻して不凍
液４を循環させるようになっている。これにより不凍液
４により冬期であっても低温側熱交換器１ａを加熱する
ことができる。

【００１６】更に、高濃度の不凍液と低濃度の不凍液を
それぞれ保有する濃液タンク６及び希液タンク７が、ヒ
ーティングタワー３より低い位置に設置されている。ま
た、オーバーフロー管８と電磁式三方弁９とを備えてい
る。オーバーフロー管８は、ヒーティングタワー３の液
位上限から途中で分岐して濃液タンク６及び希液タンク
７を連通している。またオーバーフロー管８の分岐位置
に設けられた三方弁９により濃液タンク６又は希液タン
ク７を選択的に連通するようになっている。

【００１７】更に、ヒーティングタワー３より高い位置
に設置された不凍液タンク１０と、ヒーティングタワー
３の液位下限に設けられた自動給水弁１１と、自動給水
弁１１と不凍液タンク１０の下部とを連通する不凍液供
給ライン１２とを備えている。不凍液タンク１０には、
不凍液が保有されている。自動給水弁１１は、例えばフ
ロート式であり、液位がこの位置より下がると自動給水
弁１１がフロートにより開き、液位が上がれば閉じたま
まになる。

【００１８】また、三方弁９は、後述する濃度計１３の
計測値により、ヒーティングタワー３内の不凍液濃度が
高い場合には濃液タンク６に、低い場合には希液タンク
７に切り換えるようになっている。

【００１９】上述した構成により、例えば雨水の流入等
により、ヒーティングタワー３内の不凍液４が液位上限
を越えるとオーバーフロー管８を介してオーバーフロー
し、三方弁９で選択されたタンク（濃液タンク６又は希
液タンク７）に選択的に流入して保有される。また逆
に、例えば乾燥が続いて、液位下限以下になると自動給
水弁１１が開いて不凍液タンク１０から不凍液が供給さ
れる。従って、この構成により、電気的な制御を行うこ
となく、ヒーティングタワー３内の液位をほぼ一定の範
囲に自動的に保持でき、長期使用に対する信頼性を高め
ることができる。また、この際に発生する余剰分は濃液
タンク６又は希液タンク７に保有し、後述する濃度調節
に利用される。

【００２０】本発明のヒーティングタワー式ヒートポン
プは、ヒーティングタワー３内の不凍液濃度を計測する
濃度計１３を備えている。この濃度計１３は、この実施
形態では、ポンプ５ａの前後に連通して設置され、循環
ライン５を流れる不凍液４の濃度を常時計測するように
なっている。濃度計１３は不凍液の比重を計測する比重
式でもよく、或いはその他の形式であってもよい。ま
た、不凍液の濃度は、約４０ｗｔ％〜５５ｗｔ％である
のがよい。

【００２１】更に、本発明のヒーティングタワー式ヒー
トポンプは、濃液タンク６又は希液タンク７から不凍液
を選択的して抜き出す電磁式三方弁１４と、これを昇圧
するポンプ１５と、このポンプ１５からの昇圧不凍液を
ヒーティングタワー３又は不凍液タンク１０に選択的に
供給する補給ライン１６、１７とを備えている。また、
補給ライン１６、１７にはそれぞれ電磁開閉弁１６ａ，
１７ａが設けられている。

【００２２】三方弁１４は濃度計１３による計測濃度に
応じて、濃度が低い場合には濃液タンク６側に、濃度が
高い場合には希液タンク７側に切り換えられる。また、
不凍液タンク１０には、液位制御装置１０ａが設けられ
ており、液位が下がった場合に、電磁開閉弁１６ａを開
きポンプ１５を作動させて、濃液タンク６又は希液タン
ク７から不凍液を補給して常に適正量の不凍液を保有す
るようになっている。

【００２３】更に、本発明のヒーティングタワー式ヒー
トポンプでは、濃度計１３により計測濃度が規定範囲よ
り低い場合には、電磁開閉弁１７ａを開きポンプ１５を
作動させて、濃液タンク６からヒーティングタワー３へ
高濃度の不凍液を供給し、逆に高い場合には希液タンク
７から低濃度の不凍液を供給するようになっている。こ
の構成により、ヒータを用いずにポンプ１５と弁１４、
１７ａを作動させるだけで濃度調節ができ、加熱濃縮手
段及び給水ラインの使用を大幅に低減でき、ランニング
コストを下げることができる。

【００２４】なお、この図において、１８は加熱濃縮装
置、１９は加熱濃縮用循環ライン、２０は加熱濃縮弁で
あり、２１は工業用水供給設備、２２はその流量調節弁
である。上述したように、加熱濃縮装置１８と工業用水
供給設備２１は、通常の運転時にはほとんど使用しない
が、雨天や晴天が長期間続くような場合のために、予備
的に用意されている。

【００２５】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できる
ことは勿論である。

【００２６】

【発明の効果】上述したように、本発明のヒーティング
タワー式ヒートポンプは、ヒーティングタワー内の不凍
液濃度を常にほぼ一定に保持することができ、加熱濃縮
手段及び給水ラインの使用を大幅に低減でき、ランニン
グコストを下げることができ、かつ電気的な制御を行う
ことなく、ヒーティングタワー内の液位をほぼ一定の範
囲に自動的に保持できる、等の優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のヒーティングタワー式ヒートポンプの
全体構成図である。

【符号の説明】

１ ヒートポンプ ２ 温水 ３ ヒーティングタワー ４ 不凍液 ５ 循環ライン ６ 濃液タンク ７ 希液タンク ８ オーバーフロー管 ９ 三方弁 １０ 不凍液タンク １１ 自動給水弁 １２ 不凍液供給ライン １３ 濃度計 １４ 三方弁 １５ ポンプ １６、１７ 補給ライン １８ 加熱濃縮装置 １９ 加熱濃縮用循環ライン ２０ 加熱濃縮弁 ２１ 工業用水供給設備 ２２ 流量調節弁

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ヒートポンプの集熱源となる不凍液を保
   有するヒーティングタワーと、高濃度の不凍液と低濃度
   の不凍液をそれぞれ保有する濃液タンク及び希液タンク
   と、ヒーティングタワー内の不凍液濃度を計測する濃度
   計とを備え、 計測した不凍液濃度が規定範囲より低い場合には、濃液
   タンクからヒーティングタワーへ不凍液を供給し、高い
   場合には希液タンクからヒーティングタワーへ不凍液を
   供給するようになっている、ことを特徴とするヒーティ
   ングタワー式ヒートポンプ。
2. 【請求項２】 前記濃液タンク及び希液タンクは、ヒー
   ティングタワーより低い位置に設置されており、ヒーテ
   ィングタワーの液位上限から濃液タンク及び希液タンク
   を連通するオーバーフロー管と、該オーバーフロー管に
   設けられ濃液タンク又は希液タンクを選択的に連通する
   三方弁とを備え、 更に、ヒーティングタワーより高い位置に設置された不
   凍液タンクと、ヒーティングタワーの液位下限に設けら
   れた自動給水弁と、該自動給水弁と不凍液タンクの下部
   とを連通する不凍液供給ラインとを備え、 ヒーティングタワー内の不凍液が液位上限を越えると三
   方弁を介して濃液タンク又は希液タンクに選択的にオー
   バーフローし、液位下限以下になると自動給水弁が開い
   て不凍液タンクから不凍液が供給されるようになってい
   る、ことを特徴とする請求項１に記載のヒーティングタ
   ワー式ヒートポンプ。
3. 【請求項３】 前記濃液タンク又は希液タンクから不凍
   液を選択的に抜き出す三方弁と、これを昇圧するポンプ
   と、該ポンプからの昇圧不凍液をヒーティングタワー又
   は不凍液タンクに選択的に供給する補給ラインとを備
   え、前記三方弁は濃度計による計測濃度により切替えら
   れる、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のヒーテ
   ィングタワー式ヒートポンプ。