JPH11237086A - ヒートポンプ式冷温水発生装置 - Google Patents

ヒートポンプ式冷温水発生装置

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JPH11237086A
JPH11237086A JP3826998A JP3826998A JPH11237086A JP H11237086 A JPH11237086 A JP H11237086A JP 3826998 A JP3826998 A JP 3826998A JP 3826998 A JP3826998 A JP 3826998A JP H11237086 A JPH11237086 A JP H11237086A
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JP
Japan
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water
hot water
cold
heat
heat storage
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JP3826998A
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English (en)
Inventor
Makoto Hori
誠 堀
Toru Kurosawa
亨 黒沢
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Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/52Heat recovery pumps, i.e. heat pump based systems or units able to transfer the thermal energy from one area of the premises or part of the facilities to a different one, improving the overall efficiency

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  • Compression-Type Refrigeration Machines With Reversible Cycles (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】冷却・加熱能力が優れ蓄熱コイルを小型にする
ことが可能なヒートポンプ式冷温水発生装置を提供する
こと。 【解決手段】水槽と、該水槽に満たした水を冷媒の蒸発
及び凝縮により加熱・冷却する蓄熱コイルと、前記冷媒
を圧縮する圧縮機と、前記冷媒と前記水の熱を交換する
熱交換器と、前記水を前記水槽から送り出す循環ポンプ
と、空調機とを具備したヒートポンプ式冷温水発生装置
において、前記水槽は、前記蓄熱コイルにより発生する
冷温水の取出し口が上部に、且つ前記空調機から前記熱
交換器を経て戻る冷温水の戻り口が下部に成るように構
成し、且つ貯水部、整流板、ガイド板、水温センサを具
備したことにある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷暖房空調機及び
食品冷却等に利用されるヒートポンプ式冷温水発生装置
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ヒートポンプ式冷温水発生装置は、水の
顕熱及び潜熱を利用する蓄熱システムの一つであり、ヒ
ートポンプの可逆性により高能率の冷温水発生を実現し
たものである。
【0003】図12は、従来のヒートポンプ式冷温水発
生装置の平面構成図である。同時に冷房運転時の動作説
明図でもある。発生装置は、蓄熱水槽51、蓄熱コイル
52、熱交換器53、圧縮機54、凝縮器(蒸発器)5
5、四方弁56、膨張弁57、冷温水循環ポンプ58、
空調機59、冷媒用三方弁60、水用三方弁61、冷媒
配管62、水配管63から構成されている。蓄熱コイル
52は蓄熱水槽51内に分岐配置され、上部ヘッダ64
と下部ヘッダ65を経て冷媒配管62と接続されてい
る。蓄熱水槽1には水66が満たされており、水槽51
に蓄積された熱を外部に取り出す際には、蓄熱水槽51
内の水66を空調機59に送り出す。その時、水66は
冷温水取出し口67から取り出され、冷温水戻り口68
より回収される。 冷房運転時には、圧縮機54により
フロン等の冷媒を蓄熱コイル52内で蒸発させ、蓄熱水
槽51内の水65を氷結させ、冷水となった水を冷温水
循環ポンプ58及び水配管63を介して空調機59に供
給する。図内、矢印69は冷媒の流れる方向、矢印71
は冷水の流れる方向、矢印70は水66の流れる方向を
示している。73は蓄熱コイル52に氷付いた氷を表
す。
【0004】空調機59で昇温された水は、熱交換器5
3を経て冷温水戻り口68から蓄熱水槽51に戻る。昇
温され戻された水は氷73を融解し再び冷却され、冷温
水取出し口67から冷温水循環ポンプ58により再び空
調機59に供給される。
【0005】図13は、蓄熱コイル52の表面の水の流
れの説明図である。図12の蓄熱コイル52を横から見
た図に成っており、コイル52には氷73が氷付いてい
る。蓄熱水槽51に戻された水は氷73を融解し、融水
を作り出す。水の流れ70が緩やかな場合には、融水
(冷水)のほとんどが水の流れ70と逆になる。これ
は、図14の、水の温度t(℃)と比重ρ(kg/m3 )の
関係図から説明できる。水の比重は4℃付近が最大であ
り、4℃以下で冷却された水は蓄熱水槽51の上部の方
向、つまり水の流れ方向70とは逆の方向に上昇しよう
とする。
【0006】図15は、従来のヒートパイプ式冷温水発
生装置の暖房運転時の動作説明図である。暖房運転時に
は、圧縮機54により高温高圧にされたフロン等の冷媒
を蓄熱コイル52内で凝縮させ、蓄熱水槽51内の水6
6を加熱させる。温水となった水は冷温水循環ポンプ5
8及び水配管63を介して空調機59に供給される。空
調機59で冷却された水は、熱交換器53を経て冷温水
戻り口68から蓄熱水槽51に戻る。冷却され戻された
水は再び蓄熱コイル52により加熱され、冷温水取出し
口67から冷温水循環ポンプ58により再び空調機59
に供給される。図内、矢印69は冷媒の流れる方向、矢
印72は加熱された水(温水)の流れる方向、矢印70
は水66の流れる方向を示している。なお、暖房運転時
と冷房運転時とでは、冷媒の流れる方向は互いに逆であ
る。
【0007】図16は、蓄熱コイル52の表面の水の流
れの説明図である。蓄熱水槽51に戻された水は、蓄熱
コイル52により加熱されるが、水の流れ70が緩かな
場合、加熱された水(温水)はほとんどが水の流れ70
と逆の方向に上昇しようとする。
【0008】なお、冷暖房中間期には水用三方弁61、
冷媒用三方弁60を操作して熱交換器53だけを用いて
運転することができるように成っている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】従来のヒートポンプ式
冷温水発生装置には以下の問題があった。
【0010】冷房運転時に、蓄熱水槽51に戻ってきた
水は氷73を融解し、融水(冷水)を作り出すが、水の
流れ70が緩かな場合、融水(冷水)のほとんどが水の
流れ70と逆になる。その結果、蓄熱水槽51の下部で
得られる水は氷73により冷却された水と融水の一部の
混合水となり、得られる冷水は4℃以上に成りやすく、
従って冷房(冷却)能力が低いという問題がある。
【0011】また、コイル52の水抵抗により水がコイ
ル内を均一に流れず、その結果蓄熱コイル52に付いた
氷73は、均一に解氷されず、残氷が生じ、ブリッジン
グ等の発生を誘発して蓄熱コイル52を損傷することも
あった。
【0012】蓄熱コイル52に付いた氷が無くなった時
に冷房運転することを、追いかけ運転と称するが、この
追いかけ運転時でも、水の流れ70が緩かな場合、蓄熱
コイル52により冷却された冷水のほとんどのうち4℃
以下の水は蓄熱水槽51の上部に上昇しようとするた
め、取出し口67の水温は4℃以下にはなりにくい。
【0013】暖房運転時には、空調機59で降温した水
は水槽上部から水槽に戻される。蓄熱水槽51が所定の
温度から下がった時の暖房運転も追いかけ運転と称する
が、戻された水は追いかけ運転時、蓄熱コイル52によ
り加熱され水槽51の下部に至り、取り出し口67から
冷温水循環ポンプ58により空調機59に供給される
が、冷媒の流れる方向69と、水の流れる方向70が同
じなため、冷媒と水との温度差は小さく、従ってコイル
52の加熱能力が低い。
【0014】従って本発明の目的は、前記した従来技術
の欠点を解消し、冷却・加熱能力が優れ蓄熱コイルを小
型にすることが可能なヒートポンプ式冷温水発生装置を
提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を実
現するため、水槽と、該水槽に満たした水を冷媒の蒸発
及び凝縮により加熱・冷却する蓄熱コイルと、前記冷媒
を圧縮する圧縮機と、前記冷媒と前記水の熱を交換する
熱交換器と、前記水を前記水槽から送り出す循環ポンプ
と、空調機とを具備したヒートポンプ式冷温水発生装置
において、前記水槽は、前記蓄熱コイルにより発生する
冷温水の取出し口が上部に、且つ前記空調機から前記熱
交換器を経て戻る冷温水の戻り口が下部に成るように構
成した。また、前記水槽は、前記蓄熱コイルの上部及び
下部にそれぞれ貯水部及び整流板を具備した。
【0016】さらに、前記水槽は、前記上部整流板の上
部にガイド板を具備した。
【0017】そして、前記水槽は、その上部に水温セン
サを具備した。
【0018】前記水温センサは、前記熱交換器と連動す
るように構成した。
【0019】
【発明の実施の形態】図1は、本発明のヒートパイプ式
冷温水発生装置の一実施例を示す平面構成図である。同
時に冷房運転時の動作説明図でもある。発生装置は、蓄
熱水槽1、蓄熱コイル2、熱交換器3、圧縮機4、凝縮
器(蒸発器)5、四方弁6、膨張弁7、冷温水循環ポン
プ8、空調機9、冷媒用三方弁10、水用三方弁11、
冷媒配管12、水配管13から構成されている。図2
は、図1の蓄熱水槽1を横から見た側面図である。蓄熱
水槽1には、蓄熱コイル2が配置され、その他に水温セ
ンサ14と、上部整流板20と、下部整流板21と、水
取出し用のガイド板27とが具備されている。蓄熱コイ
ル2は上部ヘッダ15と下部ヘッダ16を介して冷媒配
管12と接続されている。蓄熱水槽1には水17が満た
されており、水槽に蓄積された熱を外部に取り出す際に
は、蓄熱水槽1内の水17を空調機9に送り出す。水1
7は冷温水取出し口18から取り出され、冷温水戻り口
19を経て回収される。
【0020】冷房運転時には、蓄熱コイル2で蒸発した
冷媒蒸気はコイル2の管内を上昇し、圧縮機4に至る。
冷媒の蒸発によりコイル2の管表面の水は潜熱を奪われ
て氷22となる。空調機9により温度上昇した水は冷温
水循環ポンプ8により熱交換器3に送られ予冷され、蓄
熱水槽1の下部にある冷温水戻り口19から水槽に戻
る。戻された水は、下部貯水部29に溜められ、下部整
流板21、蓄熱コイル2、上部整流板20、ガイド27
を経て上部貯水部28に到達する。そして、冷温水取出
し口18から送り出される。
【0021】水温センサ14は、蓄熱水槽1の温度を監
視し、水槽が所定の温度に成ると、冷媒用三方弁10が
操作され、熱交換器3が空調機9から戻された水を予熱
あるいは予冷する仕組みに成っている。つまり水温セン
サ14と熱交換器3は連動するように成っている。
【0022】図3は、蓄熱コイル2の表面の水の流れの
説明図である。4℃以下に冷却された水は水槽1の上部
に上昇する。この際、融水(冷水)と水の流れ方向24
は同じであるので、水槽1の上部程水の温度は低くな
る。蓄熱コイル2に氷の無い追いかけ運転時も同様であ
る。
【0023】図4は、本発明のヒートパイプ式冷温水発
生装置の一実施例に係わり、暖房運転時の動作説明図で
ある。空調機9で降温された水は、熱交換器3で余熱さ
れ、水槽1の冷温水戻り口19から水槽1に戻される。
戻された水は、下部貯水部29、下部整流板21、蓄熱
コイル2、上部整流板20、ガイド27を経て水槽1上
部の上部貯水部28に到達する。そして、冷温水取り出
し口18から空調機9に供給される。
【0024】暖房運転中、蓄熱水槽1の水の温度が下が
ると、暖房追いかけ運転が開始される。追いかけ運転時
では、水槽1に戻された水は、蓄熱コイル2により加熱
されて上記のように水槽1上部の冷温水取出し口18か
ら空調機9に供給される。
【0025】図5は、蓄熱コイル2の表面の水の流れの
説明図である。蓄熱コイル2で暖められた水(温水)の
上昇する方向26と、水の流れる方向24が同じである
ため水槽1の上部程水の温度は高く成る。
【0026】なお、ガイド27は水と蓄熱コイル2によ
り発生する冷温水を良く混合し水の温度をより均一にす
る。そして下部貯水部29、下部整流板21、上部貯水
部28、上部整流板20は蓄熱コイル2に流れる水を均
一にし、且つ加熱むらや残氷によるブリッジングが発生
しないようにする。
【0027】図6は、図1の蓄熱コイル2の配置を90
度回転した平面図である。このように蓄熱コイル2は水
平方向及び垂直方向のどの方向に配置しても良く、同様
の効果が期待できる。
【0028】図7は、図1の蓄熱コイル2をヒートパイ
プ30で構成した場合の平面構成図である。このように
構成しても同様の効果が期待できる。
【0029】図8は、図1の整流板20、21の斜視図
である。フレーム31と金網32とから構成されてい
る。
【0030】図9は、他の整流板の構成図である。金属
板33に直径がさまざまな穴34が設けられている。図
8の整流板と同様の効果を発揮する。
【0031】図10は、図1のガイド板27の斜視図で
ある。
【0032】図11は、他のガイド板の斜視図である。
円筒状のもので構成されており、図10のガイド板と同
様の効果を発揮する。
【0033】
【発明の効果】本発明のヒートポンプ式冷温水発生装置
は以下の如き優れた効果を発揮する。 (1)冷温水の流れる方向と、蓄熱コイルの加熱冷却に
より発生する冷温水の流れる方向とが同じであるので、
効率良く冷温水を得ることができる。
【0034】(2)温水を発生させる際に、蓄熱コイル
内の冷媒と温水の流れが相対するので、流体間の温度差
を高くすることができ加熱能力を増大することができ
る。
【0035】(3)整流板と貯水部を設けることによ
り、水槽内の死水域を消滅させ、水槽内の水の流れが均
一となり、残氷によりブリッジングや温度むらが無い。
【0036】(4)ガイドを設けたたことにより冷温水
が良く混合され温度変動が小さい。
【0037】(5)冷媒と水の熱交換機を冷温水の予熱
と予冷に利用したことにより蓄熱コイルの小型化が可能
である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のヒートポンプ式冷温水発生装置の一実
施例を示した平面構成図である。
【図2】図1の蓄熱水槽の側面図である。
【図3】本発明のヒートポンプ式冷温水発生装置の一実
施例に係わり、蓄熱コイル表面の水の流れの説明図であ
る。
【図4】本発明のヒートポンプ式冷温水発生装置の一実
施例に係わり、暖房運転時の動作説明図である。
【図5】本発明のヒートポンプ式冷温水発生装置の一実
施例に係わり、蓄熱コイル表面の水の流れの説明図であ
る。
【図6】図1の蓄熱コイルの配置を変えた平面図であ
る。
【図7】他の蓄熱コイルの平面構成図である。
【図8】図1の整流板の斜視図である。
【図9】他の整流板の構成図である。
【図10】図1のガイド板の斜視図である。
【図11】他のガイド板の斜視図である。
【図12】従来のヒートポンプ式冷温水発生装置の平面
構成図である。
【図13】従来のヒートポンプ式冷温水発生装置に係わ
り、蓄熱コイル表面の水の流れの説明図である。
【図14】水と密度の関係図である。
【図15】従来のヒートポンプ式冷温水発生装置に係わ
り、暖房運転時の動作説明図である。
【図16】従来のヒートポンプ式冷温水発生装置に係わ
り、蓄熱コイル表面の水の流れの説明図である。
【符号の説明】
1、51 蓄熱水槽 2、52 蓄熱コイル 3、53 熱交換器 4、54 圧縮機 5、55 凝縮器(蒸発器) 6、56 四方弁 7、57 膨張弁 8、58 冷温水循環ポンプ 9、59 空調機 10、60 冷媒用三方弁 11、61 水用三方弁 12、62 冷媒配管 13、63 水配管 14 水温センサ 15、64 上部ヘッダ 16、65 下部ヘッダ 17、66 水 18、67 冷温水取出し口 19、68 冷温水戻り口 20 上部整流板 21 下部整流板 22、73 氷 23、69 冷媒の流れ方向 24、70 水の流れ方向 25、71 冷水の流れ方向 26、72 温水の流れ方向 27 ガイド板 28 上部貯水部 29 下部貯水部 30 ヒートパイプ 31 フレーム 32 金網 33 金属板 34 穴 35 円筒状ガイド板

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】水槽と、該水槽に満たした水を冷媒の蒸発
    及び凝縮により加熱・冷却する蓄熱コイルと、前記冷媒
    を圧縮する圧縮機と、前記冷媒と前記水の熱を交換する
    熱交換器と、前記水を前記水槽から送り出す循環ポンプ
    と、空調機とを具備したヒートポンプ式冷温水発生装置
    において、前記水槽は、前記蓄熱コイルにより発生する
    冷温水の取出し口を上部に、且つ前記空調機から前記熱
    交換器を経て戻る冷温水の戻り口を下部に設けて成るこ
    とを特徴とするヒートポンプ式冷温水発生装置。
  2. 【請求項2】水槽は、前記蓄熱コイルの上部及び下部に
    それぞれ貯水部及び整流板を具備したことを特徴とする
    請求項1記載のヒートポンプ式冷温水発生装置。
  3. 【請求項3】水槽は、前記上部整流板の上部にガイド板
    を具備したことを特徴とする請求項1及び2記載のヒー
    トポンプ式冷温水発生装置。
  4. 【請求項4】水槽は、その上部に水温センサを具備した
    ことを特徴とする請求項1乃至3記載のヒートポンプ式
    冷温水発生装置。
  5. 【請求項5】水温センサは、前記熱交換器と連動するよ
    うに構成して成ることを特徴とする請求項4記載のヒー
    トポンプ式冷温水発生装置。
JP3826998A 1998-02-20 1998-02-20 ヒートポンプ式冷温水発生装置 Pending JPH11237086A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7155922B2 (en) * 2001-12-12 2007-01-02 Quantum Energy Technologies Pty Limited Energy efficient heat pump systems for water heating and air conditioning
JP2010025435A (ja) * 2008-07-18 2010-02-04 Toshiba Corp 磁気冷凍デバイス、磁気冷凍システムおよび磁気冷凍方法
CN102410597A (zh) * 2011-10-25 2012-04-11 天津大学 基于调峰蓄能的地源热泵空调系统装置及其调控运行方法
CN106679000A (zh) * 2016-10-28 2017-05-17 赵升智 生态中央空调

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