JPS5858573B2 - 熱回収ヒ−トポンプ式冷凍機の運転制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、冷房と暖房とに用いられるヒートポンプ式冷
凍機特に熱回収型ヒートポンプとしてのダブルバンドル
・ヒートポンプ式冷凍機の運転制御方法に関するもので
ある。

一般にヒートポンプ式冷凍機、即ち冷凍機をヒートポン
プとして使用するときは、その低熱源を空気、井水、熱
回収に求め、この低熱源をヒートポンプにて高熱源に用
いて所定の温水を得ているが、冷房負荷と暖房負荷が同
時に存在する場合、従来では複数の凝縮器をもった冷凍
機を使用して温水は負荷側に連絡されている凝縮器より
取り出して、余剰熱は冷却系統に連絡されている凝縮器
に放熱する方法が採用されている。

すなわち冷却水ポンプむよび温水ポンプを稼動させ、温
水出口温度を所定温度に保つように温水負荷の増減に応
じて冷却系統に連絡されている凝縮器に余剰熱を放熱し
ていた。

しかるに冷凍機の立上り運転のとき暖房負荷が多いため
早く所定温度にするため冷却水ポンプは停止させた寸１
蒸発器、圧縮機、負荷又は蓄熱槽に連絡されている凝縮
器を作動させて運転をする。

この状態で温水温度が所定温度になり、さらに温水温度
が上昇するときは、冷却水ポンプを稼動させて余剰熱を
排出する必要がある。

この動作を温水出口配管中の温度サーモスタットまたは
蓄熱槽中の温度サーモスタットの信号により冷却水ポン
プを起動させると凝縮器内に低温の冷却水が急激に入っ
てくるため凝縮圧力が急激に低くなり冷凍効果が増加す
ることになり、渣たサクション・ベーンが全開（１００
％ ） していないときは主電動機の動力減少によりサ
クション・ベーンが急激に開いて冷水低温あるいは低媒
低温となり保護サーモスタットが動作して冷凍機は停止
する。

そのため通常は立上り運転時より冷却水ポンプ、温水ポ
ンプを稼動させているか捷たは一旦冷凍機を停止させ再
起動させる方法が採用されていた。

瞥た温水負荷がなりため温水ポンプを停止させて蒸発器
、圧縮機、冷却系統に連絡されている凝縮器を作動させ
て運転中、暖房負荷がふえてきたため温水ポンプを稼動
させる必要がある。

この作動を温水出口配管中の温度サーモスタットｔたは
蓄熱槽中の温度サーモスタットの信号により温水ポンプ
を起動させると、負荷又は蓄熱槽に連絡している凝縮器
内に低温の温水が急激に入ってくるため凝縮圧力が急激
に低くなり冷凍効果が増加することになり、捷たサクシ
ョン・ベーンが全開（１００％）でないとき主電動機の
動力減少によりサクション・ベーンが急激に開いて冷水
低温あるいは媒低温となり冷凍機はサーモスタットの動
作により停止する。

そのため通常は温水ポンプ、冷却水ポンプを稼動させた
捷１にしてむくか、旦冷凍機を停止させ再起動させる方
法が採用されていたため効率の悪い無駄な運転を強られ
消費電力も大きく省エネルギー化とはならないばかりか
運転管理も煩雑となる不便があった。

本発明は、これら従来の欠点を適確に除去しようとする
もので、熱を回収しサイクル効率を大きく向上させ、省
エネルギー化の確保を容易にし操作の安全性も高められ
る安定した運転を可能とする制御方法を提供することを
目的とするものである。

本発明は、冷却系統に連絡されている主凝縮器と、暖房
負荷または温水蓄熱槽と連絡されている補助凝縮器の複
数の凝縮器をもち冷房負荷ｉたは冷水蓄熱槽に連絡され
ている蒸発器と圧縮機とを含み、該蒸発器における冷水
を冷却する蒸気圧縮式冷凍機において、少くとも主凝縮
器に冷却水を送水する冷却水ポンプ寸たは補助凝縮器に
冷却用温水を送水する温水ポンプのどちらかが稼動して
いる運転サイクル中に、直接渣たは間接的に前記蒸発器
に導入される冷水系統で蒸発器から出る冷水の出口温度
を高くする手段を講じてから停止している冷均水ポンプ
または温水ポンプを起動するようにした熱回収ヒートポ
ンプ式冷凍機の運転制御方法である。

本発明の実施例をダブルノ・ンドルヒートポンプ式冷凍
機Ａにつき蒸気圧縮式冷凍機であればどんな種類の圧縮
機でもよいが、ターボ冷凍機の場合の第１図を参照して
説明すると、圧縮機７はモータにより駆動され冷媒を凝
縮器１，２と蒸発器６の間に循環させる。

前記凝縮器２は暖房負荷または温水槽となる温水蓄熱槽
９及び温水ポンプ１１、三方調節弁２２とを含む温水系
統の回路２′が通じている補助凝縮器であり、渣た凝縮
器１は冷却塔１２、冷却水ポンプ５、三方調節弁１８と
を含む冷却系統の回路１′が通じて連絡している主凝縮
器である。

オた蒸発器６には冷房負荷オたは冷水槽となる冷水蓄熱
槽１４、冷水ポンプ２０、三方調節弁２３より戒る冷水
系統の回路６′が通じて連絡している。

この場合、冷凍機Ａに冷水槽と温水槽とからなる蓄熱槽
を備えたヒートポンプとしであるが、この蓄熱槽がない
場合でも有効に機能するし、前記三方調節弁に代えて三
方弁二個を使用して切換え操作できるようにすることも
できる。

一方、冷凍機Ａにはサクション・ベーンコントロール装
置３のごとく、容量制御機構があり、冷水回路６′の冷
水出口配管１３中の検出装置４で冷水出口温度を検出し
てこれを一定となるように吸込ガス量をコントロールし
ている。

捷た温水回路２′中の温度渣たは温水蓄熱槽（温水槽高
温部）９中の温度を所定温度に保持しながら温水の余剰
熱は凝縮器２から凝縮器１に排熱している。

すなわち温水の余剰熱は温水回路２′の温水出入口配管
２１．１５中に検出部を挿入した温度サーモスタツ）８
，１６４たは温水蓄熱槽りの高温部に検出部を挿入した
蓄熱槽中の温度サーモスタット１０，１７により冷却水
回路１′の配管中の三方調節弁１８を調節することによ
り温水回路２′、温水蓄熱槽９の温度を制御している。

寸た蓄熱槽内の温度分布を均一とするために温水ポンプ
１１釦よび冷水ポンプ２０の入口部に三方調節弁２２．
２３が挿入されているが、この状態で温水蓄熱槽９内の
温度、例えば温度サーモスタット１０部の温度または温
水出入口配管１５゜２１中の温度が所定温度に上昇する
と検出部を、これらの部分に挿入されたサーモスタット
８゜１６等が作動温水ポンプ１１を停止させるようにし
ている。

そして冷凍機の立上り運転をするとき蒸発器６、圧縮機
７、凝縮器２を作動させる。

この状態で運転を継続させ、温水出口温度または蓄熱槽
温度が所定温度になり、さらに温水温度が上昇するとき
は温水サーモスタット８またば１０の信号によりサクシ
ョン・ベーンを閉め冷水出口温度を上昇させてから冷却
水ポンプ５を起動する。

昔た暖房負荷がないか、あるいは温水温度が所定温度に
なったため、蒸発器６、圧縮機７、凝縮器１を作動させ
て運転している状態で暖房負荷が出てきたときは温水サ
ーモスタット８オたは１０の信号によりサクション・ベ
ーンを閉め冷水出口温度を上昇させてから温水ポンプ１
１を起動する。

このように冷却水ポンプ５又は温水ポンプ１１を停止し
ても再起動の際に温水温度サーモスタットの作号により
冷水出口温度を上昇させる手段を講じてから冷却水ポン
プ昔たは温水ポンプを起動させるようにし、冷凍機を停
止することなく、且つ各系統中の諸機器類に悪影響を及
ぼすことなく適正な運転制御ができ安定した操作が可能
となる。

なお、温水ポンプ１１及び冷却水ポンプ５のいずれかが
運転されているときにヒートポンプを運転できるように
するために、第２図及び第３図に示すように温水回路２
′及び冷却水回路１′にそれぞれ設けた温度サーモスタ
ットにフロースイッチＢ。

Ｃを用い、フロースイッチＢ、ＣのＷ点２５゜２６を並
列に接続して且つ、冷水回路６′の温度サーモスタット
にもフロースイッチＤを用いこのフロースイッチＤで操
作されるモータ０Ｎ−ＯＦＦスイッチ接点２７に連絡し
、温水回路２′と冷却水回路１′のフロースイッチＢ、
Ｃの両方とも接点２５．２６がＯＦＦのときのヒートポ
ンプの運転をとめるようにするのがヒートポンプの保護
回路として効果的である。

かくして冷却水および温水フローを確認する信号スイッ
チをパラレルに接続したことにより、冷却水捷たは温水
フローのいずれか一方が停止しても圧縮機７が停止しな
いようにした。

即ち、冷房運転時は温水ポンプ１１が停止しているので
、接点２５はＯＦＦ となっているが、冷却水ポンプ
５は運転されているので、接点２６ばＯＮとなり、スイ
ッチ２７もＯＮのため圧縮機７は停止しない。

オた、ヒートポンプとして運転している場合、温水温度
が所定温度になって温水ポンプ１１を停止すると接点２
５はＯＦＦ となるが、接点２６．２７はＯＮのため
停止しない。

また温水負荷が多いとき冷却水ポンプ５を止めるので接
点２６はＯＦＦとなるが、接点２５．２７はＯＮのため
停止しない。

冷却水ポンプ５、温水ポンプ１１が停止すると、接点２
５．２６はＯＦＦ となり圧縮機７は停止する。

第３図においては、第２図のフロースイッチＢ。

Ｃ，Ｄのかわりに差圧スイッチを使用し、構成、作用は
同一である。

このようにヒートポンプを運転中、冷却水ポンプ５また
は温水ポンプ１１のいずれかが運転されているときは、
冷却水ポンプ、温水ポンプ切替スイッチ等でフロースイ
ッチあるいは差圧スイッチを切り替えることなくいずれ
か一方のポンプを運転していれば、ヒートポンプは自動
運転出来る。

さらに本システムはサージング現象のないスクリュー冷
凍機や往復動式冷凍機に特に有効である。

すなわち冷却水ポンプや温水ポンプを運転する前にスク
リュー冷凍機の場合はスライドベーン装置、往復動式冷
凍機の場合はアンローダ装置により低容量側とするわけ
である。

また冷水側にも蓄熱槽のある場合は蓄熱槽を有効に利用
するため冷水入口温度が大略一定となるようにコントロ
ールされている場合が多い。

この場合は、このコントロール回路を一時的に殺し、強
制的に冷水入口温度が高くなるようにしてから冷却水ポ
ンプ５オたは温水ポンプ１１を起動するようにすればよ
い。

ｌた温水蓄熱槽９又は温水配管中の温水温度の検出には
高温、中温、低温の三種類の信号を発信し、高温信号（
例えば４５℃以上）のときは冷却水ポンプ５のみを運転
し、中温信号（４０〜４５℃）のときは冷却水ポンプ５
と温水ポン１１１０両方を運転し、渣た低温信号（４０
℃以下）のときは温水ポンプ１１のを自動的に運転する
ようにすることもできる。

この場合、蓄熱槽内に高０中温検出用と、中０低温検出
用の二種のサーモスタットを挿入して結果的に高、中、
低温の三種類の信号を発信できるようにするのが合理的
である。

さらに温水出口温度又は蓄熱槽の温水温度検出サーモス
タットにより信号を受けて作動する冷却水又は温水コン
トロール弁で、冷却水量又は温水量を調節する手段を講
じてから冷却水ポンプ５又は温水ポンプ１１を運転する
ようにすることもできる。

この場合、温水温度検出サーモスタットにより信号を受
けて動作させたとき、冷却水又は温水コントロール弁信
号にタイマー或いはインターラグタを挿入して冷却水ポ
ンプ５又は温水ポンプ１１を起動させたのち、徐々にコ
ントロール弁を開き凝縮器１又は凝縮器２内の冷却水量
又は温水量を徐々に増加させて運転を行なうのも冷水、
或いは冷媒低温サーモスタットの検出装置４が動作する
ことがなく、冷凍機Ａを停止させないようにするために
有効である。

第４図の具体例では、前記温水入口温度調節用の三方調
節弁２２が、温水入口配管２１に設けたものに代えて温
水出口配管１５に設けたもので、温水槽低温部に戻さず
に循環させたり、温水槽低温部から一部吸込んで温水槽
高温部２９との吸込み量と混合して温水温度を調整する
ものであって、これら温水ポンプ１１及び／又は三方調
節弁２２の操作には温水出入口配管１５．２１中に設け
られるサーモスタット８，１０により検出され発せられ
る信号で制御される。

この場合温水出口配管１５中に熱交換器２８を必要に応
じ附設して温水入口温度を上昇せしめるようにするのも
有効である。

図中１９は温度コントローラ、２４は調節弁、３０はバ
イパス路である。

なお前記冷水ポンプ、及び温水ポンプ並びに冷却水ポン
プは、それぞれ定常運転時には前記三つのポンプ全部が
運転されている場合と冷水ポンプと温水ポンプ又は冷水
ポンプと冷却水ポンプの二つのポンプが運転されている
場合とがあり、それぞれの場合に釦いて各ポンプの停止
順序には順々に停止する場合、そのうち二つのポンプが
同時に残るポンプに対して前又は後に停止する場合と三
つのポンプが同時に停止する場合とがあり、寸た同様に
前記のそれぞれの場合において各ポンプの起動順序又は
再起動の順序は順々に起動する場合、そのうち二つのポ
ンプが同時に残るポンプに対して前又は後に起動する場
合と、さらに三つのポンプが同時に起動する場合にも本
システムは有効に活用できる。

本発明により、温水ポンプ又は冷却水ポンプを停止させ
て省エネルギーの運転制御が可能となり、これらポンプ
の停止によっても冷凍機の適正な運転を確保しうるし操
作の安全性をも高められ、殊に冷凍機の立上り運転時、
暖房負荷が多いので冷却水ポンプを運転しないことによ
り所定温水出口温度が早く得られ、渣た冷却水ポンプを
運転しないので省エネルギー運転となるし、冷却水ポン
プまたは温水ポンプを起動させるとき、あらかじめ冷水
出口温度が上昇する手段が講じられているので冷水低温
または冷媒低温にならないため冷凍機を停止させること
なく連続運転が出来ると共にダブルバンドル・ヒートポ
ンプ式冷凍機の容量の低減を計ることも容易に可能とな
り、冷却塔の負荷も減らし、ダブルバンドル・ヒートポ
ンプ式冷凍機の出力を減らすことも可能であるし、暖房
の補助熱源が不要となり、成績係数の大巾な上昇が得ら
れ、外気温度の変化に応じて常に最良の効率を以て経済
的な運転ができるばかりでなく運転操作の安全性をも高
められ、運転管理も容易となるなどの有益な利点がある
。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は系統説明図、第
２図乃至第４図はそれぞれさらに他の実施例の一部の系
統説明図である。 １．２・・・・・・凝縮器、１′・・・・・・冷却水回
路、２′・・・・・・温水回路、３・・・・・・ベーン
コントロール装置、４・・・・・・検出装置、５・・・
・・・冷却水ポンプ、６・・・・・・蒸発器、６′・・
・・・・冷水回路、７・・・・・・圧縮機、８，１０，
１６・・・・・・サーモスタット、９・・・・・・温水
蓄熱槽、１１・・・・・・温水ポンプ、１２・・・・・
・冷却塔、１３・・・・・・冷水出口配管、１４・・・
・・・冷水蓄熱槽、１５・・・・・・温水出口配管、１
８，２２，２３・・・・・・三方調節−弁、２０・・・
・・・冷水ポンプ、２１・・・・・・温水入口配管、２
５゜２６．２７・・・・・・接点、２８・・・・・・熱
交換器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 冷却系統に連絡されている主凝縮器と、暖房負荷ま
   たは温水蓄熱槽と連絡されている補助凝縮器の複数の凝
   縮器をもち冷房負荷または冷水蓄熱槽に連絡されている
   蒸発器と圧縮機とを含み、該蒸発器にむける冷水を冷却
   する蒸気圧縮式冷凍機において、少くとも主凝縮器に冷
   却水を送水する冷却水ポンプ捷たは補助凝縮器に冷却用
   温水を送水する温水ポンプのどちらかが稼動している運
   転サイクル中に、直接または間接的に前記蒸発器に導入
   される冷水系統で蒸発器から出る冷水の出口温度を高く
   する手段を講じてよら停止している冷却水ポンプｌたは
   温水ポンプを起動するようにした熱回収ヒートポンプ式
   冷凍機の運転制御方法。 ２ 冷水出口温度を高くする手段が、冷凍機の容量制御
   装置を低容量側にする特許請求の範囲第１項記載の熱回
   収ヒートポンプ式冷凍機の運転制御方法。 ３ 冷却系統に連絡されている主凝縮器と、暖房負荷ま
   たは温水蓄熱槽と連絡されている補助凝縮器の補数の凝
   縮器をもち冷房負荷捷たは冷水蓄熱槽に連絡されている
   蒸発器と圧縮機とを含み、該蒸発器における冷水を冷却
   する蒸気圧縮式冷凍機にむいて、少くとも主凝縮器に冷
   却水を送水する冷却水ポンプ捷たは補助凝縮器に冷却用
   温水を送水する温水ポンプのどちらかが稼動している運
   転サイクル中に、温水配管中または温水蓄熱槽内の温水
   温度が上昇したときに直接または間接的に前記蒸発器に
   導入される冷水系統で蒸発器から出る冷水の出口温度を
   高くする手段を講じて停止している冷却水ポンプまたは
   温水ポンプを起動するようにした熱回収ヒートポンプ式
   冷凍機の運転制御方法。 ４ 冷却系統に連絡されている主凝縮器と、温水蓄熱槽
   と連絡されている補助凝縮器の補数の凝縮器をもち冷水
   蓄熱槽に連絡されている蒸発器と圧縮機とを含み、該蒸
   発器に釦ける冷水を冷却する蒸気圧縮式冷凍機で前記冷
   水蓄熱槽より冷凍機に送水される冷水の冷水温度が冷水
   入口温度コントロール弁により制御されているヒートポ
   ンプ式冷凍機にむいて、少くとも主凝縮器に冷却水を送
   水する冷却水ポンプまたは補助凝縮器に冷却用温水を送
   水する温水ポンプのどちらかが稼動している運転サイク
   ル中に、前記冷水入口温度コントロール弁を開閉して強
   制的に冷水入口温度を高くしてから停止している冷却水
   ポンプまたは温水ポンプを起動するようにした熱回収ヒ
   ートポンプ式冷凍機の運転制御方法。