JPS61246564A - ヒーティングタワー付きヒートポンプの不凍液の濃縮法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 「産業上の利用分野」 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
グタワー付きヒートポンプに関する。

「従来の技術」 不凍液を使用した空気から集熱を行うヒーティングタワ
ー付きヒートポンプは、冬期の暖房用熱源を空気に求め
ている。これを同じく空気を熱源に求める汎用空気熱源
ヒートポンプと対比して見た場合、 （１）汎用空気熱源ヒートポンプの空気熱交換器では熱
交換面に着霜、着氷が生じ、能力の低下、所要動力の上
昇等の不都合が生じるがヒーティングタワー付きヒート
ポンプでは此の不都合が生じない。

（２）　　汎用空気熱源ヒートポンプでは、冷媒循環ガ
ス量の関係等から高圧ガス冷媒を使用せざるを得ぬのが
一般であるが、ヒーティングタワー付きヒートポンプ用
冷凍機では低圧冷媒フロンＲ／／の使用も可能で、機器
の安全性、取扱いの容易さ、省エネルギーの利点がある
。

（３）空気熱源ヒートポンプでは冷媒配管を建物内に引
き廻す場合は、漏洩による冷媒の損耗、漏洩による不安
全等の欠点があるが、ヒーティングタワー付きヒートポ
ンプでは此の懸念がない。

等の利点がある。

不凍液を用いて集熱を行うヒーティングタワー付きヒー
トポンプでは不凍液の濃度を成る範囲に保つ必要があり
、不凍液が稀釈されると氷点が上がり不凍液の効果がな
くなってヒーティングタワーで凍結したりする。そのた
め不凍液稀釈時は濃厚な不凍液を追加する。或は特願昭
！ｒｔ−／Ａコククコ号公報に示される発明では稀釈さ
れた不凍液を加熱濃縮を行うことが行われる。

不凍液濃縮時は加水すればよいので稀釈する方法に対す
る配慮は量的な点に限られる。

「発明が解決しようとした問題点」 不凍液が稀釈した際に濃厚な不凍液を追加すると結局不
凍液中の氷点降下剤例えばエチレングリコールの量が増
大し、濃縮限界に近ずき過濃縮され易くなってしまう。

不凍液を加熱する濃縮方法は別に熱エネルギーを必要と
したため全体としての熱効率を低下させるおそれがある
。

本発明は不凍液を用いたヒーティングタワー付きヒート
ポンプにおける不凍液の濃縮において、余分の濃縮設備
を設けることなく、ヒーティングタワー付きヒートポン
プを用いて不凍液の濃縮を行なうことにより上記問題点
を解消することを目的としたものである。

〔発明の構成〕

「問題点を解決するための手段」　・ 本願第１発明は不凍液を使用し、空気から集熱を行うヒ
ーティングタワー付きヒートポンプに於いて、不凍液濃
度が低い場合にはヒートポンプの運転を要しない場合で
も不凍液をヒーティングタワーに循環させてヒーティン
グタワー用ファンの運転を行わせ不凍液の濃縮を行うこ
とを特徴としたヒーティングタワー付きヒートポンプの
不凍液濃縮法である。

本願第２発明は不凍液を使用し、空気から集熱を行うヒ
ーティングタワー付きヒートポンプに於いて、外気湿度
を検出し、不凍液濃度が低く且つ検出した外気湿度が低
い場合にはヒートポンプの運転を要しない場合でもヒー
ティングタワー用ファンの運転を行わせ、不凍液の濃縮
を行うことを特徴としたヒーティングタワー付きヒート
ポンプの不凍液濃縮法である。

本願第３発明はヒーティングタワーに設ける不凍液槽以
外にヒートポンプサイルの不凍液の循環回路外に不凍液
槽を設けて両不凍液槽を管路により結合して不凍液の授
受を行ない不凍液の濃度、液位の制御を行なう装置にお
いて、不凍液濃度が低い場合にはヒートポンプの運転を
要しない場合でも不凍液をヒーティングタワーに循環さ
せてヒーティングタワー用ファンの運転を行わせ、前記
ヒーティングタワーに設ける不凍液槽の不凍液にヒーテ
ィングタワー付きヒートポンプの不凍液循環回路の系外
に設置した前記不凍液槽内の不凍液をも含めて濃縮させ
ることを特徴としたヒーティングタワー付きヒートポン
プの不凍液濃縮法である。

「作用」 不凍液濃度が低い場合に不凍液をヒーティングタワー−
こ循環させると、無負荷状態では一般に不凍液側の蒸気
圧は大気の蒸気圧より高く、ヒーティングタワーにおい
て空気に水分が奪われて濃縮されるこれが本願第１発明
の作用である。

本願第２発明では検出した外気の湿度が低い場合に上記
第１発明と同様の動作を行うものである。

本願第３発明はヒートポンプサイクルの不凍液循環回路
の系外にも不凍液槽をもつ場合にも該ヒートポンプサイ
クルの不凍液循を路外軒凍液をもヒーティングタワーに
還流させて上記第１発明と同様の動作を行うものである
〇「実施例」 以下、本発明の実施例を図面に従って説明する。第７図
、第２図は不凍液を使用し、空気から不凍液を介して集
熱を行うヒーティングタワー付きヒートポンプのフロー
シートである。

ヒートポンプサイクルは通常の不凍液を介して集熱を行
うヒーティングタワー付きヒートポンプと同一である。

夏期はヒーティングタワーはクーリングタワーとして作
用する。即ち、夏期冷房時、クーリングタワーの下部水
槽基には給水管３７から弁コ９を介して給水されて冷却
水が貯留されている。夏期冷房時は第１図に示すように
弁コ／、２コ、コ３．コロ、３／、Ｊコは閉められ、弁
２３．コダ、コク、−ざは開放されており（記号Ｃは閉
弁状態、記号Ｏは開弁状態）冷媒は主圧縮機／で圧縮さ
れて、冷却水コンデンサーに送り込まれてその内部の冷
却水の流れている熱交換器により冷却され凝縮し、膨張
弁３にて減圧され、クーラダ中に送り込まれて、その内
部の熱交換器中を流れる冷房用の水を冷却して蒸発し主
圧縮機／に吸込味れる。

冷却水はポンプ５により下部水槽６から送り出され、弁
２７を介して冷却水コンデンサ２１こ送り込まれ、冷媒
の熱を奪って弁、２ｇを介して下部水槽６上部のファン
ＩＯによる空気流中にある散布器りにて散布され空冷さ
れて下部水槽基に落下する。

冷房用の水は冷温水槽ざからポンプ９により汲み上げら
れ弁コ３を介してクーラダに入り冷媒により冷却され、
弁λグを介して冷温水槽ｔｔこ戻るものである。

こ＼で下部水槽基の冷却水と不凍液の入替についてのべ
る。夏期冷房状態から冬期のヒートポンプ使用時には先
ず下部水槽６から放流できる弁Ｊ３を開いて冷却水を抜
くと共に不図示の配管途中のドレンを抜いて冷却水を抜
く。

次に不凍液の濃度、量の管理並びに不凍液の夏期貯留の
ために設けた不凍液槽／ｌから不凍液を下部水槽基に入
れるには弁３コ、弁３３を閉じチェック弁のついた弁３
１を開き、ポンプ／コを運転して不凍液槽／ｌの不凍液
を汲み上げ、弁３１を介して散布器７から下部水槽基に
不凍液を入れる。下部水槽基に備える液位検出器ダ／が
上限液位を検出するとその信号を受けて液位制御器ＩＩ
コはポンプｌコを限時運転後停止する。

尚、冬期状態（第一図）から夏期冷房時に切替る際不凍
液を下部水槽６から抜くときは冬期状態の弁コｌＮ−ｇ
、、？／、、？コにおいて弁３／を閉じ、動力制御弁Ｊ
’ｌを開いてポンプよを運転することにより下部水槽基
の不凍液を不凍液槽／／に移し変えることができる。

冬期暖房時は上述のように不凍液を下部水槽基に入れ、
弁コ３．コ弘、コク、２ｇを閉じ、弁−２／。

、２コ、コ！ｌコロ、Ｊ／、Ｊ−を開いておく。冬期暖
房時は第２図に示すように冷媒は主圧縮機ｌで圧縮され
て不作動の冷却水コンデンサーを通過してブースタ圧縮
機Ｉ・ノに畝される。ブースタ圧縮機１３でＢ鈷れた冷
媒は温水コンデンサｌｌ／−に送られ、温水コンデンサ
／４’中の熱交換器中を流れる水を加熱し、膨張弁／３
により減圧されて冷却水コンデンサーに戻る。

冷却水コンデンサーの冷媒液は更に膨張弁Ｊにより減圧
されクーラダに還流し、クーラｑを流れる不凍液を冷却
し、自らは蒸発して再び主圧縮機ｌに吸入される。

冷温水槽ｇからポンブタにより送られる水は弁２コを介
して温水コンデンサ／４’に入り加熱されて弁２１を介
して冷温水槽ざに戻る。

暖房時下部水槽６中の不凍液はポンプ！に吸込まれて送
り出され弁コ３を介してクーラダ中に入り、クーラダ中
の熱交換器により冷媒から熱を奪われて冷却され弁２６
を介して散布器りから散布されて空気により加熱されて
下部水槽６１こ貯留される。このようにヒートポンプサ
イクルを行なうところの不凍液循環回路が構成されてい
る。

以上でのべた処は公知の不凍液にて集熱するヒーティン
グタワー付きヒートポンプである。

以上のようにヒーティングタワー付きヒートポンプは下
部水槽６、ポンプ３、弁コＳ１不凍液を媒体とした外気
側熱交換器としてのクーラダ、弁コロ、散布器り及びこ
れらを結ぶ配管を備える。

以上の説明より明らかなようにヒートポンプサイクル時
に不凍液槽として用いられる下部水槽６以外に不凍液槽
１／がヒートポンプサイクルを行なう不凍液循環回路の
系外に配されている。この不凍液槽／／と不凍液循環回
路とは一部配管を共用しているが、不凍液槽／ｌと下部
水槽１間の不凍液を）送受する配管はヒートポンプサイ
クルの不凍液循環回路とは独立したものとしてもよい。

ヒートポンプサイクルの不凍液循環回路の不凍液量の検
出手段として下部水槽６に液位検出器ｌ／を備えるもの
であるが、この液位検出器４Ｉ／は下部水槽６における
上限液位を検出するセンサと下限液位を検出するセンサ
を備え夫々上限液位、下限液位を示す信号を発するよう
になっている。

該不凍液量の検出手段により検出した信号により、上記
不凍液の送受配管をとおる不凍液量を制御して不凍液循
環回路の不凍液量を一定に保つ制御装置は上記液位検出
器ｌＩ／、液位検出器４ｔｌの信号を受けてポンプ＆、
／Ｊ、動力制御弁３１Ｉを制御する液位制御器ｌＩ２か
らなっている。

ヒートポンプサイクルの不凍液循環回路の不凍液は負荷
が軽く、外気温度が高（、湿度が低いときは水分は蒸発
し濃縮され不凍液量は減少し、負荷が大きく、外気温度
が低く、湿度が大きいときは空気中の水分を吸収して濃
度低下して不凍液量は増大する。この不凍液量の増減は
下部水槽乙の液位変化として現われる。

ヒートポンプサイクルの運・転生はポンプ／Ｊは通常停
止しており動力制御弁３ＩＩは閉じている。今、下部水
槽６中の不凍液の液位が濃縮により下降して下限液位に
なると液位検出器４ｔ／はその下限液位を検出した信号
を液位制御器グコに送る。液位制御器ｌＩ２はポンプ／
−１を運転し不凍液槽／ｌの不凍液をくみ上げて弁３１
を介して散布器りから下部水槽乙に不凍液を入れる。下
部水槽乙の液位が上昇すると液位検出器４１／のオフセ
ット量だけ下限液位よりも若干高い液位において液位検
出器１／からの下限液位を示す信号は出なくなる。該信
号の消失を受けて、液位制御器４ｔコはポンプｌ−を限
時運転し、下部水槽乙の液位が上下限液位の中間液位に
なるようにしてポンプ／Ｊを停止する。

ヒートポンプサイクルの運転中下部水槽６中の不凍液の
液位が吸水稀釈により上昇して上限液位になると液位検
出器はその上限液位を検出した信号を液位制御器４１−
に送る。液位制御器ダコは動力制御弁３ダを開弁し、不
凍液循環回路のポンプ！の吐出側と弁１３間の配管から
、弁３コ、動力制御弁、ｙａを通じて不凍液を不凍液槽
１／に逃がす。かくて下部水槽乙の液位が下り、液位検
出器１／のオフセット量だけ上限液位よりも下った位置
にて液位検出器４Ｉ／の信号が消失すると該信号の消失
を受けて液位制御器４Ｉコは動力制御弁３１Ｉを限時開
弁動作して下部水槽基の上下限液位の中間液位において
動力制御弁３４Ｉを閉じる。

不凍液槽ｌ／は夏期は不凍液の貯槽となるがヒートポン
プサイクルの不凍液循環回路の不凍液の容量よりも冬期
下部水槽基の液位を制御するだけの充分な大きさの容量
を持っている。

このような下部水槽６の液位制御の結果、下部水槽基の
液位が下限液位になって濃縮状態においてはより濃度の
低い不凍液槽ｌ／の不凍液により薄められ、下部水槽基
の液位が上限液位になって稀釈状態においてはより濃度
の高い不凍液槽／／の不凍液の混合により濃度が上昇し
て濃度調整が行われる。

不凍液槽／ｌにも不凍液槽／ｌ中の液位の検出器グ３と
該液位検出器の信号を受ける液位制御器１ＩＩＩを備え
る。

下部水槽基の液位は下部水槽基の上限液位と下限液位の
間を上下してヒートポンプの不凍液循環回路にはほぼ一
定量の不凍液が流れている。

このようにして運転を続けると負荷が大きく、外気温が
低く、湿度が高い状態が続くと下部水槽６内の液位は上
昇が続き、動力制御弁ｊ４（を通じて不凍液槽／／に入
る稀釈された不凍液により、不凍液槽１／の液位が上昇
する。このような状態が継続するとヒートポンプサイク
ルの不凍液循環回路の不凍液は著しく稀釈される。

以上と逆に負荷が小さく、外気温が高く、湿度が低い状
態が続くと下部水槽６内の液位は下降が続く。このよう
な状態がくり返されると不凍液槽／／中の不凍液中のエ
チレングリコールのような氷点降下剤の量がヒートポン
プサイクルの不凍液循環回路中で増大し不凍液の濃縮が
進むと共に不凍液槽ｌ／の液位は低下する。

湿度センサダ３は外気湿度をとらえ外気湿度が低い場合
の信号を出力する。一方主圧縮機／の運転制御装置ダ６
は主圧縮機ｌの停止によりその信号を出力し、アンドゲ
ートグクを介して不図示のドライバによりポンプ！を運
転するようになっている。

不凍液中のエチレングリコール尋は消耗は少ないので液
位検出器グ３の示す液位は不凍液濃度と対応している。

尚、液位検出器ダ３以外に不凍液濃度を検出する濃度計
を備えてもよいものである。

冬期暖房時、主圧縮機１１ブースタ圧縮機／ｊが停止し
た際その運転制御装置ｌＩ６の停止信号と湿度センサダ
！の外気湿度が低い信号を受けてアントゲ−）Ｕりはポ
ンプ！の運転信号を出力し、不図示のドライバを介して
ポンプ３は停止せずに運転を継続する。不凍液は前述し
たとおり下部水槽６→ポンプ３→弁２！ｒ→ク一ラダ→
弁コｔ→散布器７→下部水槽６と循環させる。ターラ弘
では無負荷のため不凍液゛の蒸気圧は大気の蒸気圧より
高く、散布器りにて散布された際に空気に水分を与え濃
縮する。濃縮するとヒートポンプサイクルの不凍液循環
回路の不凍液の容量は減少するので下部水槽基の液位は
下る。下部水槽基の液位が下ると既にのべたように液位
検出器ｌＩ／の下限液位を示す信号を受けて液位制御器
４ｔ２はポンプｌ−を駆動して不凍液槽ｌｌの不凍液を
下部水槽基に補給する。

これをくり返すと不凍液は濃縮状態となり、不凍液槽１
／の液位は下り、下限液位となると液位検出器４／Ｌ３
から送られた下限液位を示す信号により液位制御器ｌＩ
りはポンプ／、２を停止する。

かくて不凍液は濃縮状態となってタワー用ファンＩＯ及
びポンプ３は停止する。不凍液は許容される限り濃度の
高い側にしておくと着霜、凍結がなく暖房装置本来の機
能が維持されるのでこのように濃縮状態としておく方が
望ましい。

尚過濃縮に対しては例えば給水管３７から弁Ｊ？を介し
て下部水槽基に給水してもよく、この場合には不凍液槽
／ｌから下部水槽６へは不凍液は送らず、ヒートポンプ
サイクルの不凍液の循環回路のみで不凍液濃度を一定に
保つように制御してもよい。

実際に冬期には不凍液は稀釈傾向にあることを考えると
上記のように主圧縮機ｌ、ブースタ圧縮機１３停止時で
もヒートポンプサイクルの不凍液循環回路に不凍液を循
環させて濃縮を行うことは有用なことである。

前実施例は主としてヒートポンプサイクルの循環回路の
不凍液の濃縮法となっている。他の実施例としては動力
制御弁３ダを適度に開弁し、ポンプ＆、／コを同時に運
転し、ヒートポンプサイクルの不凍液循環回路の不凍液
の循環を行うと共に不凍液槽／／→ポンプｌコ→弁３１
→散布器り→下部水槽６→ポンプｊ→弁３コ→動力制御
弁３ダ→不凍液槽／／と循環させることも出来る。この
際の下部水槽乙の液位制御は液位検出器ｌｌｌで下部水
槽乙の液位を検出してその信号を受けた液位制御器ｌＩ
−は下部水槽乙の液位が上限液位となった場合は動力制
御弁３４Ｉの弁開度を徐々に大きくし、上限液位の信号
が消失すると動力制御弁３ダの弁開度を固定し、下限液
位となった場合は同様にして逆に該弁３ダの弁開度を徐
々に小さくし、下限液位を示す信号の消失により該弁を
固定する。

このようにすると全不凍液は同時に濃縮されるので前実
施例のように下部水槽６内で濃縮された不凍液と不凍液
槽／／に残留する濃縮されていない不凍液を更にこの実
施例の方法又は他の方法、例えば動力制御弁ｊＩＩを全
開してポンプ３を運転することにより、下部水槽乙の不
凍液を不凍液槽１／に移して下部水槽６を空とし、次に
動力制御弁３弘を閉じてポンプ／Ｊを運転して下部水槽
乙に不凍液を送り込むことにより、不凍液槽／／の不凍
液と下部水槽乙の濃縮されている不凍液を混合させる作
動の必要がない。

実施例は不凍液槽／／を備えて不凍液槽／ｌとヒートポ
ンプサイクルの不凍液循環回路の下部水槽６間に不凍液
の授受配管及びこの配管をとおる不凍液の制御装置を備
えたが、不凍液槽／／が単に夏期の不凍液の貯槽であり
、冬期暖房時には空であるというような場合においても
本願第１発明が実施し得ることはいうまでもない処であ
る。

〔発明の効果〕

本願第１発明は不凍液を使用し、空気から集熱を行うヒ
ーティングタワー付きヒートポンプに於いて、不凍液濃
度が低い場合にはヒートポンプの運転を要しない場合で
も不凍液をヒーティングタワーに循環させてヒーティン
グタワー用ファンの運転を行わせ不凍液の濃縮を行うこ
とを特徴としたヒーティングタワー付きヒートポンプの
不凍液濃縮法とし、本願第２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付きヒートポンプ
に於いて、外気湿度を検出し、不凍液濃度が低く且つ検
出した外気湿度が低い場合にはヒートポンプの運転を要
しない場合でもヒーティングタワー用ファンの運転を行
わせ、不凍液の濃縮を行うことを特徴としたヒーティン
グタワー付きヒートポンプの不凍液濃縮法とし、そして
本願第３発明はヒーティングタワーに設ける不凍液槽以
外にヒートポンプサイクルの不凍液の循環回路外に不凍
液槽を設けて両不凍液槽を管路により結合して不凍液の
授受を行ない不凍液の濃度、液位の制御を行なう装置に
おいて、不凍液濃度が低い場合にはヒートポンプの運転
を要しない場合でも不凍液をヒーティングタワーに循環
させてヒーティングタワー用ファンの運転を行わせ、前
記ヒーティングタワーに設ける不凍液槽の不凍液にヒー
ティングタワー付きヒートポンプの不凍液循環回路の系
外に設置した前記不凍液槽内の不凍液をも含めて濃縮さ
せることを特徴としたヒーティングタワー付きヒートポ
ンプの不凍液濃縮法としたから、各発明は従来、濃厚な
不凍液を追加することによる氷点降下剤の増大による過
濃縮傾向の発生が防止される。従来のように加熱して濃
縮するのでないから別途にエネルギーを消費することが
ない。不凍液加熱装置によるのでなく、ヒートポンプ装
置そのものを用いるため設備費は低廉であり、別に床面
積を必要としない。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は夫々本発明の実施例のフローシートで
ある。 ／・・主圧縮機　コ・・冷却水コンデンサ３・・膨張弁
　ダ・・タープ　よ・・ポンプ６・・下部水槽　７・・
散布器　ｌ・・冷温水槽　９・・ポンプ　１０争・ファ
ン　／ｌ・・不凍液槽　／Ｊ・・ポンプ　１３・・ブー
スタ圧縮機　ｌｌＩ・・温水コンデンサ　１５・・膨張
弁　コ／−２９，３／〜３３　・・弁　Ｊ４Ｉ・・動力
制御弁　３７・・給水管　ｌＩｌ・・液位検出器　ｌＩ
２・・液位制御器　ｌ１３・・液位検出器＋ｐ・・液位
制御器　ｌ！・・湿度センサｌＩ４・・運転制御装置　
ｌＩ７・・アンドゲート。 特許出願人　　株式会社竹中工務店 株式会社荏原製作所

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、不凍液を使用し、空気から集熱を行うヒーティング
   タワー付きヒートポンプに於いて、不凍液濃度が低い場
   合にはヒートポンプの運転を要しない場合でも不凍液を
   ヒーティングタワーに循環させてヒーティングタワー用
   ファンの運転を行わせ不凍液の濃縮を行うことを特徴と
   したヒーティングタワー付きヒートポンプの不凍液濃縮
   法。 ２、不凍液を使用し、空気から集熱を行うヒーティング
   タワー付きヒートポンプに於いて、外気湿度を検出し、
   不凍液濃度が低く且つ検出した外気湿度が低い場合には
   ヒートポンプの運転を要しない場合でもヒーティングタ
   ワー用ファンの運転を行わせ、不凍液の濃縮を行うこと
   を特徴としたヒーティングタワー付きヒートポンプの不
   凍液濃縮法。 ３、ヒーティングタワーに設ける不凍液槽以外にヒート
   ポンプサイクルの不凍液の循環回路外に不凍液槽を設け
   て両不凍液槽を管路により結合して不凍液の授受を行な
   い不凍液の濃度、液位の制御を行なう装置において、不
   凍液濃度が低い場合にはヒートポンプの運転を要しない
   場合でも不凍液をヒーティングタワーに循環させてヒー
   ティングタワー用ファンの運転を行わせ、前記ヒーティ
   ングタワーに設ける不凍液槽の不凍液にヒーティングタ
   ワー付きヒートポンプの不凍液循環回路の系外に設置し
   た前記不凍液槽内の不凍液をも含めて濃縮させることを
   特徴としたヒーティングタワー付きヒートポンプの不凍
   液濃縮法。 ４、不凍液循環回路の系外に設置した不凍液槽内の不凍
   液濃度が低い場合は、ヒーティングタワー用ファンの運
   転を行わせ、濃度が高い場合は此のファンの運転を停止
   することを特徴とした特許請求の範囲第３項記載のヒー
   ティングタワー付きヒートポンプの不凍液濃縮法。