JPH1038412A - ヒートポンプシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ブラインを効率的に濃縮し得る手段を有する
ヒートポンプシステムを提供する。 【解決手段】 ブラインを加熱塔に通して外気から吸熱
することで温水を得る構成のヒートポンプシステムに、
ブラインを濃縮するための装置１２を備える。その装置
は、このヒートポンプシステム自身により得られた温水
を加熱源として用いて濃縮対象のブラインを真空雰囲気
下で加熱することによりブライン中の水分を蒸発させる
ための蒸発器２１を備える。蒸発器により蒸発した蒸気
をブラインを冷却源として用いて真空雰囲気下で冷却す
ることにより液化させる凝縮器２３を備えることが良
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は冷暖房設備に適用さ
れるヒートポンプシステム、特に、冬季においてはブラ
インを用いて大気から吸熱することで温水を得る方式の
ヒートポンプシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、この種のヒートポンプシ
ステムにおける冬季の暖房運転サイクルは、ブラインを
加熱塔（ヒーティングタワー）に通して大気から吸熱す
る、換言すればブラインを大気により加熱して蒸発器に
導き、それにより凝縮器において温水を得るものであ
る。この場合、ブラインはたとえば−１１℃程度の温度
で加熱塔に導かれ、そこで０℃程度の大気との熱交換に
より−７℃程度にまで加熱されるものであるから、その
ようなブラインとしては氷点下においても凍結すること
のないような各種の不凍液、たとえばエチレングリコー
ルの４０〜６０％程度の水溶液、が用いられている。

【０００３】ところで、上記のようなブラインを加熱塔
に通して暖房運転を行う際には、特に大気中の湿度が高
い場合には大気中の水分がブライン中に吸収されてい
き、そのためブラインの濃度が漸次低下してしまうもの
である。このため、この種のヒートポンプシステムにお
いてはブライン濃度が低下したらそれを濃縮して濃度を
回復させるための手段が不可欠である。

【０００４】そして、濃度の低下したブラインを濃縮す
るための手段としては、たとえば、ブラインの循環経路
の途中に設けた電気ヒータによりブラインを加熱して水
分を蒸発させるようにしたものや、一時的に冷房運転に
切替えることでブラインを加熱するようにしたもの、あ
るいは濃縮用の加熱塔を別途設置しておくもの、等が知
られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のブ
ライン濃縮手法は、いずれも濃縮効率が良くないばかり
か、暖房運転を一時的にとはいえ停止するようなことは
好ましくなく、そのためより有効な手段の提供が要望さ
れていた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記事情に鑑み、本発明
は、ブラインを加熱塔に通して外気から吸熱することで
温水を得る構成のヒートポンプシステムにおけるブライ
ン濃縮装置を、このヒートポンプシステムにより得られ
た温水を加熱源として用いて濃縮対象のブラインを真空
雰囲気下で加熱することにより該ブライン中の水分を蒸
発させる蒸発器により構成したことを特徴とするもので
ある。そのブライン濃縮装置には、前記蒸発器により蒸
発した蒸気を前記ブラインを冷却源として用いて真空雰
囲気下で冷却することにより液化させる凝縮器を備える
ことが好適である。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を説明
する。図１は本実施形態のヒートポンプシステムの全体
の系統図であって、（ａ）は冷房運転サイクル、（ｂ）
は暖房運転サイクルをそれぞれ示している。図中符号１
は圧縮機、２は凝縮器、３は蒸発器、４は膨張弁であ
り、５は冷却・加熱塔、６は冷却水・ブライン循環ポン
プ、７は蓄熱槽、８は一次側の冷水ポンプ、９は一次側
の温水ポンプ、１０は二次側の冷温水ポンプ、１１は冷
温水の供給対象である負荷であり、１２はブライン濃縮
装置である。

【０００８】上記ヒートポンプシステムの冷房運転サイ
クルを図１（ａ）により説明する。この場合、冷却・加
熱塔５は通常の冷却塔（クーリングタワー）として、ま
た冷却水・ブライン循環ポンプ６は冷却水循環ポンプと
して機能し、凝縮器２から送られるたとえば３７℃程度
の冷却水を大気との熱交換により３２℃程度まで冷却し
て凝縮器２へ戻す。蒸発器３においてはたとえば７℃程
度の冷水が得られ、得られた冷水は冷水ポンプ８により
蓄熱槽７へ貯留される。蓄熱槽７からは冷水が冷温水ポ
ンプ１０により冷温水往管１３を通して負荷１１へ送ら
れ、たとえば１４℃程度となった冷水が冷温水還管１４
を通して蓄熱槽７へ戻される。温水ポンプ９およびブラ
イン濃縮装置１２は稼働することなく停止状態にある。
なお、蓄熱槽７としては貯留水を氷として蓄熱（蓄冷）
する氷蓄熱槽を採用可能である。

【０００９】また、上記ヒートポンプシステムの暖房運
転サイクルを図１（ｂ）により説明する。この場合、冷
却・加熱塔５は加熱塔（ヒーティングタワー）として、
また冷却水・ブライン循環ポンプ６はブライン循環ポン
プとして機能し、蒸発器３からブライン往管１５を通し
て加熱塔５へ送られるたとえば−１１℃程度のブライン
を大気との熱交換により−７℃程度まで加熱し、ブライ
ン還管１６を通して蒸発器３へ戻す。凝縮器２において
はたとえば４７℃程度の温水が得られ、得られた温水は
温水ポンプ９により蓄熱槽７へ貯留される。蓄熱槽７か
らは温水が冷温水ポンプ１０により冷温水往管１３を通
して負荷１１へ送られ、たとえば４０℃程度となった温
水が冷温水還管１４を通して蓄熱槽７へ戻される。冷水
ポンプ８は稼働することなく停止状態にある。

【００１０】ところで、この暖房運転サイクルにおいて
は、ブラインが加熱塔５において大気と熱交換する際に
大気中の水分を吸収してその濃度が低下することがある
が、その場合はブライン濃縮装置１２が稼働してブライ
ンを濃縮することにより濃度を所望の設定値に回復させ
るようになっている。そのブライン濃縮装置１２は、こ
のヒートポンプシステムにより得られた温水を加熱源と
して用いて、ブラインを真空雰囲気下で加熱することに
より水分を蒸発させて濃縮するように構成されている。

【００１１】ブライン濃縮装置１２の構成を図２を参照
して説明する。図２において符号２１は濃縮対象のブラ
インを加熱することにより水分を蒸発せしめて濃縮する
ための蒸発器、２２は濃縮されたブラインを返送するた
めのポンプ、２３は蒸発器２１により蒸発した蒸気を冷
却して液化させるための凝縮器、２４は液化した水を排
水するための排水ポンプ、２５は蒸発器２１および凝縮
器２３内を真空雰囲気とするための真空ポンプ、２６は
ブラインの貯留タンクである。

【００１２】蒸発器２１は上記のブライン還管１６に管
路２７を介して接続されており、その管路２７の途中に
は流量調整弁２８が設けられ、この流量調整弁２８の開
度はブライン濃度を検出する濃度計（図示略）からの信
号に基づき調節されるようになっている。この流量調整
弁２８は、ブライン濃度が所定の設定値を維持している
ときには閉じられているが、ブライン濃度が設定値を越
えて低下した際にはその程度に応じて流量調整弁２８が
開かれ、ブライン還管１６から管路２７を通して濃縮対
象のブラインが蒸発器２１に導かれてきてそこで濃縮さ
れるようになっている。

【００１３】また、この蒸発器２１には、ブラインを加
熱して水分を蒸発させるための加熱源として上記の冷温
水往管１３から温水の一部が管路２９を通して供給さ
れ、その温水によりブラインを加熱して濃縮させ、ブラ
インを加熱した温水は管路３０を通して冷温水還管１４
へ戻されるようになっている。

【００１４】加熱源としての温水の温度はたとえば４７
℃程度であるので、そのような温度でブライン中の水分
を効率的に蒸発させるために蒸発器２１内はたとえば３
０ｍｍＨｇ程度の真空雰囲気に維持されるようになって
おり、そのため、蒸発器２１には凝縮器２３、排気管３
１を介して上記の真空ポンプ２５が接続されて内部から
の真空引きがなされるようになっている。これにより、
蒸発器２１においてはブライン中の水分が３５℃程度で
蒸発し、それが真空ポンプ２５により吸引されて排気管
３１を通して凝縮器２３に導かれ、そこで後述するよう
に０℃程度の混合ブラインにより冷却されて液化した
後、排水ポンプ２４により排水されるようになってい
る。なお、凝縮器２３内も真空雰囲気たとえば２２ｍｍ
Ｈｇ程度に維持され、そこでの凝縮温度は２０℃程度と
なる。

【００１５】一方、蒸発器２１に導かれてくる濃縮対象
のブラインはたとえば−７℃程度の低温であるが、上記
のように蒸発器２１において真空雰囲気下で加熱される
ことで濃縮されて３５℃程度の温度となり、ポンプ２２
により管路３２を通してブライン往管１５へ戻される
が、その途中に逆止弁３３を介して接続されたバイパス
管３４を通して濃縮前の低温（−７℃）のブラインの一
部が混合されてたとえば０℃程度の温度となり、その混
合ブラインが凝縮器２３に導かれてそこで蒸気を冷却し
て液化させた後、たとえば１０℃程度の温度となってブ
ライン往管１５へ戻るようになっている。なお、蒸発器
２１からポンプ２２により返送される濃縮ブラインの量
は流量調整弁３５により調整されるようになっており、
その開度は蒸発器２１に付設されている液面計３６の検
出信号に応じて調節されて蒸発器２１内の液面が維持さ
れるようになっている。

【００１６】上記構成のブライン濃縮装置１２によれ
ば、蒸発器２１によりブラインを真空雰囲気下で加熱し
て水分を蒸発せしめて濃縮するようにしたので、比較的
低温でブラインを濃縮させることが可能なものであり、
したがってこのヒートポンプシステム自身により得られ
たたとえば４７℃程度の温水によりブラインを効率的に
濃縮させることができ、その結果、従来のように電気ヒ
ータによりブラインを加熱する場合に比較して濃縮効率
を向上させることが可能である。勿論、従来のように一
時的に冷房運転に切替えるような必要もなく、暖房運転
を中断することなくブライン濃縮を行い得る。

【００１７】また、真空雰囲気下で蒸発させた蒸気を凝
縮器２３により液化させて排水ポンプ２４により排水す
るようにしているので、蒸気のままで排気するよりも容
易に排出することが可能であるし、その冷却源として濃
縮前のブラインと濃縮後のブラインとを混合した適温の
混合ブラインを用いるようにしているので、凝縮器２３
における液化の際に凍結してしまうようなことを回避で
きる利点がある。ただし、可能であれば液化させること
なく蒸気のままで排出することを妨げるものではない
し、凝縮器２３における冷却源として濃縮前の低温のブ
ラインのみを用いることでも、あるいはブライン以外の
他の冷却源を用いることでも良い。そして、そのような
場合にあっては、濃縮したブラインの全部あるいは一部
を図２に破線で示すようなバイパス管３７を通して凝縮
器２３を経ることなく直接的に返送しても良い。

【００１８】また、上記実施形態では、加熱源としての
温水を冷温水往管１３から分岐して蒸発器２１に供給
し、冷温水還管１４に戻すようにしたが、それに代えて
たとえば蓄熱槽７あるいは凝縮器２から直接的に蒸発器
２１に供給することでも良い。さらに、上記で例示した
各部の温度や圧力はあくまで一例であって、それらは実
際の運転状況に応じて適宜の設定を行えば良いことはい
うまでもないし、各部の構成も適宜の設計的な変更が可
能である。

【００１９】

【発明の効果】以上のように、本発明のヒートポンプシ
ステムは、このヒートポンプシステム自身により得た温
水を加熱源として用いてブラインを真空雰囲気下で加熱
することによってブライン中の水分を蒸発させて濃縮さ
せる構成のブライン濃縮装置を具備したので、暖房運転
を停止する必要なくブラインを効率的に濃縮することが
可能であるという優れた効果を奏する。また、蒸発させ
た水分をブラインを冷却源として用いて凝縮器により液
化して排水させることにより蒸発させた水分の排出を支
障なく容易に行い得るという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のヒートポンプシステムの一実施形態
を示すもので、（ａ）は冷房運転サイクルを示す系統
図、（ｂ）は暖房運転サイクルを示す系統図である。

【図２】 同ヒートポンプシステムにおけるブライン濃
縮装置の構成を示す系統図である。

【符号の説明】

５ 冷却・加熱塔（加熱塔） １２ ブライン濃縮装置 ２１ 蒸発器 ２３ 凝縮器 ２４ 排水ポンプ ２５ 真空ポンプ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ブラインを加熱塔に通して外気から吸熱
   することで温水を得る構成のヒートポンプシステムにお
   いて、前記ブラインの濃度が低下した際にそれを加熱し
   て濃縮するためのブライン濃縮装置を具備し、該ブライ
   ン濃縮装置は、このヒートポンプシステムにより得られ
   た温水を加熱源として用いて濃縮対象のブラインを真空
   雰囲気下で加熱することにより該ブライン中の水分を蒸
   発させる蒸発器を備えて構成されることを特徴とするヒ
   ートポンプシステム。
2. 【請求項２】 前記ブライン濃縮装置は、前記蒸発器に
   より蒸発した蒸気を前記ブラインを冷却源として用いて
   真空雰囲気下で冷却することにより液化させる凝縮器を
   備えることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプシ
   ステム。