JPH0370945A

JPH0370945A - ヒートポンプシステム

Info

Publication number: JPH0370945A
Application number: JP20920089A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Ogawa; 小川　康夫; Shinji Nomichi; 伸治野路; Yasushi Furuya; 泰古谷; Keiji Koike; 小池　啓二
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1989-08-10
Filing date: 1989-08-10
Publication date: 1991-03-26
Anticipated expiration: 2011-01-17
Also published as: JPH083393B2

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】〔産業上の利用分野〕本発明はヒートポンプシステムに係わり、特に電力負荷
の平準化とエネルギーの有効利用を目的とした氷蓄熱に
よる冷房と給湯が同時に行なえるヒートポンプシステム
に関するものである。

〔従来技術〕

近年、電力負荷の平準化を目的として、夜間の余剰電力
により、ヒートポンプ装置を運転し、製氷を行ない、該
製氷を貯えておいて、昼間の冷房負荷として利用する氷
蓄熱式のヒートポンプシステムが普及しつつある。

また、ホテルや飲食関連ビル、及び病院等においては、
給湯負荷が非常に大きく、この大きな給湯負荷をまかな
うためボイラ等が使用されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

今日、大気中に放出される二酸化炭素等による温室効果
により、地球の温暖化が問題となっており、エネルギー
の有効利用が不可欠の問題となってきた。しかるに、上
記の氷蓄熱式のヒートポンプにおいては、製氷の際に発
生した熱を全て大気炭素は、大気中に出て温室効果を助
長し、地球の温暖化を進める結果となっている。つまり
、現状システムではエネルギーが有効に使われていない
点と、地球の温暖化という環境破壊が助長される点の２
点が重大な問題点となっている。

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので上記問題点を
除去し、エネルギーを有効に利用し、且つ地球の温暖化
という環境破壊をまねくことの少ないヒートポンプシス
テムを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するため本発明は、ヒートポンプシステ
ムを下記の如く構成した。

給湯用蓄熱システム、製氷システム及び少なくとも１以
上の圧縮機、凝縮器、減圧装置、蒸発器等から構成され
る少なくとも１以上の冷凍サイクルを有するヒートポン
プを具備し、蒸発器を直接又は間接的に加熱する該ヒー
トポンプの吸熱源の少なくとも一部が氷の凝固熱であり
、且つヒートポンプの凝縮器を冷却する冷却源が給湯用
蓄熱システムの給湯の給水加熱であることを特徴とする
。

また、製氷システムが貯氷部と、水を氷に変化させる製
氷機能部と、負荷流体からの遣水が貯氷部を通過せずに
直接ヒートポンプで冷却されるように構成されている負
荷流体冷却機構により構成され、ヒートポンプシステム
に使用される同一の凝縮器が給湯の湯を製造する加熱器
としても使用され、且つこの湯製造時は負荷流体からの
還水が直接ヒートポンプで冷却されるように構成されて
いる負荷流体冷却機構が作動するようになついることを
特徴とする。

また、給湯システムが貯湯槽と給湯の給水がヒートポン
プにより加熱された温水を蓄える温水槽と、ヒートポン
プとこれら２つの槽を連絡する配管、ポンプ及びパルプ
類により構成されていることを特徴とする。

また、ヒートポンプが２以上の圧縮機と２以上の凝縮器
を具備し、該２以上の凝縮器を冷却する給水又は該給水
により間接的に冷却される流体がシリーズに連結されて
いることを特徴とする特また、温水槽への給水が給湯の
排水により熱回収されて加熱されるようになっていて、
且つ給湯負荷が少ないときには、該熱回収量を少なくす
る制御手段を具備していることを特徴とする。

また　蓄熱システム、製氷システム及び少なくとも１以
上の圧縮機、凝縮器、減圧装置、蒸発器等から構成され
る少なくとも１以上の冷凍サイクルを有するヒートポン
プを具備し、蒸発器がブラインにより加熱され、且つ該
ブラインが外気又は排水により加熱されるブライン加熱
器が装備され、製氷システムで製造される氷がブライン
を介して、解氷されるように構成されていることを特徴
とする。

また、蓄熱システムが湯を製造する給湯用蓄熱システム
であり、且つ排水が該給湯の排水であることを特徴とす
る。

〔作用〕

ヒートポンプシステムを上記の如く構成することにより
、製氷時に給湯用給水に熱を与えるので、冷房と給湯が
同時に行なうことができ、エネルギーが有効に利用され
る。

また、ボイラを使用する必要がなくなるので、燃焼ガス
からの二酸化炭素が大気中に放出されることがなく、地
球温暖化防止の一助となる。即ち、このような比較的小
規模の冷暖房等の設備においてはボイラ等の小型の二酸
化炭素の発生源の固定化技術は困難であるが、発電所等
の大型の二酸化炭素の発生源においてはその固定化技術
は可能であるから、このことを背景として考えると上記
ヒートポンプシステム地球温暖化防止の一助となるので
ある。

また、氷を製造する時は温度の低い給湯用給水を加熱す
るようになっているので、更に省エネルギーとなってい
る。

また、昼も夜も圧縮機の圧縮比が小さくなるので圧縮機
の効率も上昇する。

また、ヒートポンプが２以上の圧縮機と２以上の凝縮器
を具備し、該２以上の凝縮器を冷却する給水又は該給水
により間接的に冷却される流体がシリーズに連結するこ
とにより、省エネルギー化が更に向上する。

また、冷凍サイクルを低段側と高温側との別サイクルに
すれば、低段側は冷媒ＨＣＦＣ−２２を用いた従来のヒ
ートポンプをそのまま使用することができ、高段側のみ
、例えばＲＦＣ−１３４ａ、ＨＣＦＣ−１２３，ＨＣＦ
Ｃ−１２４等の冷媒を用いた高温度ヒートポンプとすれ
ばよい。

また、温水槽への給水が前記給湯の排水により熱回収さ
れて加熱されるようになっていて、且つ給湯負荷が少な
いときには、該熱回収量を少なくする制御手段を具備す
ることにより、製氷用のブラインラインと外気より吸熱
するプラインラインを共用することができる。

また、蓄熱システム、製氷システム及び少なくとも１以
上の圧縮機、凝縮器、減圧装置、蒸発器等から構成され
る少なくとも１以上の冷凍サイクルを有するヒートポン
プを具備し、前記蒸発器がブラインにより加熱され、且
つ該ブラインが外気又は排水により加熱されるプライン
加熱器装備され、前記製氷システムで製造される氷がブ
ラインを介して、解氷されるように構成することにより
、製氷ラインと吸熱ラインを共用することができ、しか
も外気から吸熱機構を小さく、又は省略することができ
る。

また、蓄熱システムが湯を製造する給湯用蓄熱システム
であり、且つ排水が該給湯の排水であることにより、夏
冬の負荷のアンバランス（給湯負荷と冷房負荷）に対応
することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明に係る氷蓄熱式のヒートポンプシステム
の概略構成を示す図である。同図において、−点鎖線で
囲まれた部分が複数系統の冷凍サイクルを有するヒート
ポンプ装置Ａである。ヒートポンプ装置Ａは、圧縮機１
．１１で圧縮された高温の冷媒はそれぞれ配管２．１２
を通って凝縮器３，１３に送られ、流路１０３から送ら
れてくる給湯用給水により冷却され凝縮する。凝縮した
冷媒は配管４，１４を通って減圧装置５，１５で減ＥＥ
され、低温となって蒸発器６，１６に至る。

この蒸発器６，１６において、冷媒は流路２０２から送
られるブラインにより、加熱、蒸発され、ガス状態とな
って配管７．１７を通って再び圧縮機１，１１に戻る。

これにより、二系統の冷凍サイクルを構成する。

このヒートポンプ装置Ａが夜間の製氷時に運転されてい
る時、配管１０１から送られる給湯用給水は三方弁１０
２、配管１０３を通って、凝縮器１３．３に送られ、ヒ
ー　トボンブ装置Ａにより加熱され、暖められて配管１
０４．三方弁１０５゜配管１０６を通って貯湯槽１０７
に貯えておく。

一方、ポンプ２０１により循環されるブラインは、配管
２０２を通って蒸発器６，１６に至り、ヒートポンプ装
置Ａにより、冷却され、配管２０３、三方弁２０４．配
管２０５を通って、氷蓄熱槽２０６に至る。該氷蓄熱槽
２０６内では、ブラインは槽内の水を氷結させ。みずか
らは暖められ、配管２０７．２０８を通ってポンプ２０
１に戻り、再循環している。夜間の製氷運転によりこの
氷蓄熱槽２０Ｂ内に氷がたまっていく。

また、このヒートポンプ装置Ａが昼間、解氷時には、貯
湯槽１０７中のお湯は配管１０８を通ってポンプ１０９
により、もし暖房負荷があれば配管１１２．バルブ１１
３を通って暖房負荷へ、なければ配管１１０．三方弁１
０２．配管１０３を通って凝縮器１３，３に奎り、再び
加熱され高温水となって凝縮器３から出てくる、この高
温水は三方弁１０５にて給湯負荷があれば、配管１１１
より給湯負荷へ、なければ配管１０６から貯湯槽１０７
に貯えられ、給湯負荷増大に備える。

一方ブラインはポンプ２０１により配管２０２を経て、
蒸発器６，１６にて冷却され、配管２０３、三方弁２．
０４を通って冷却器２１０に至り、該冷却器２１０にて
、冷房負荷水、例えば冷水を冷却し、みずから佳暖めら
れ配管２１１，２０８を通ってポンプ２０１に戻り循環
する。

冷房負荷水、例えば冷水は配管３０１から送られ冷却器
２１０にて冷却され、更に、氷蓄熱槽２０６にて冷却さ
れ、配管３０２から負荷へ供給される。一方、その間氷
蓄熱槽２０６内の氷は溶かされ水となっていく。近年の
省エネルギービルにおいては、冬でも冷房が必要となる
ことが多く、以上の運転を一年中行なうことができるか
ら、冷房と暖房を同時に行なうことができ、エネルギー
の有効利用と、ボイラ等の燃焼ガスによる地球の温暖化
も防げる。しかし、給湯負荷及び暖房負荷に対して冷房
負荷が少ない時は、例えば配管４０１、バルブ４０２を
経て設置したブラインヒーター４０３により、ブライン
を暖め吸熱して配管４０４、バルブ４０５を経てブライ
ン経路内に取り入れる方法もあるが、この氷蓄熱式のヒ
ートポンプシステムを従来の空調システム、例えば空気
熱源ヒートポンプによる夏期冷房、冬期暖房のサブシス
テムとして使用する方法により、前記の欠点も補える。

一以上の説明は冷房負荷側にブラインを介して製氷する
例を示したが、直接冷媒にて製氷したり冷水を造ったり
しても同じ効果を得られるのは勿論である。

次に、直接製氷する場合についての構成機器の各温度を
、第２図を用いて具体的に説明する。夜間の製氷時は、
圧縮機ヱ１側のヒートポンプは凝縮器１３内の温度４０
℃、蒸発器１６の温度を一１０℃にて、また圧縮機１側
のヒートポンプは、凝縮器３内の温度５０″Ｃ１蒸発器
６内の温度−１０℃にて給湯給水を２５℃から４５℃に
暖めて貯湯槽１０７にため、また、氷蓄熱槽２０６内の
水を氷にする。

昼間解氷時は、圧縮１１１１のヒートポンプは、凝縮器
１３内の温度６０℃、蒸発器１６内の温度５℃にて、圧
縮機１側のヒートポンプは、凝縮器３内の温度７０℃、
蒸発器６内の温度５℃にて、４５℃に暖めているお湯を
６５℃まで加熱し、給湯負荷に供される。また、冷房負
荷水は１２°Ｃかも１０℃まで冷却され、更に氷蓄熱槽
２０６で冷却され、７℃となって冷房負荷に供される。

以上のように、上記本発明に係るヒートポンプシステム
は、昼間と夜間でヒートポンプの熱源と冷却源の温度差
が異なるので、単一の冷凍サイクルによる場合に比べ、
少なくとも斜線を施した部分Ａ、Ｂだけ省エネルギーと
なる。また、複数の冷凍サイクルで冷房、給湯を行うの
で、交斜線を施した部分Ｃ，Ｄだけ省エネルギーとなる
。

なお、上記ヒートポンプシステムは一実施例であり、本
発明のヒートポンプシステムは上記構成のものに限定さ
れるものではない。

第３図は本発明に係る他のヒートポンプシステムを給湯
負荷の多い省エネルギービルに適用した場合のブロック
図である。同図において←の矢印は夏の昼間時、←・の
矢印は冬の昼間時、代−の矢印は負荷のない夜間の場合
のフローを示す。

省エネルギービルで、且つ給湯の多いビルの場合は冬で
も冷房が必要な場０合が多く、５０１．５０２．５０３
は厨房等に設けられた冷房用のファンコイルユニットで
ある。即ち、多段凝縮器ヒートポンプ５０４の製氷機部
５０５の冷水取り出しノズル５０６と冷水戻り管５０７
からヒートポンプの蒸発器６，１６に直接送られ冷却さ
れる冷水を混合して、冷水配管５０８から配管５０９に
よりこれらのファンコイルユニッ）−５０１，５０２゜
５０３に冷水が供給される。なお、この製氷機は直膨式
の場合でも、プラインを介するものでも、スタティクな
ものでも、できた氷を貯水槽の下部に落下させるような
方式のものでもよい。

また、一方、低温側凝縮器１３で加熱された温水は連絡
管５１０を経由して高温側凝縮器３で更に加熱され、高
温水となって貯湯槽５１１内の仮管５１２により貯湯槽
内の温水を加熱して“湯”とする。

なお、当然システムによっては凝縮器３からの配管５１
３により供給される“湯”を直接貯湯槽５１１に蓄える
ようにしてもよい。

なお、との貯湯槽５１１への温水槽５１４と配管５１５
を介して供給される。

との貯湯槽５１１の湯はビル内の給湯の大浴槽５１６、
自動食器洗い機５１７、各室の給湯器５１８〜５２０等
の各負荷に供給される。そして、この排温水は配管５２
１、四方弁５２２、自動洗浄式熱交換器５２３を経由し
て、排水管５１ＩＯより下水に排出される。そして、こ
の自動洗浄式熱交換器５２３により熱回収された熱はポ
ンプ５２４により給水加熱用熱交換器５２５にて給水を
加熱し、また、プライン加熱用熱交換器５２６にて、配
管５２７から流入するプラインを加熱する。なお、この
プラインはポンプ５２８によりノズル５２９から製氷機
５３０のプライン経路内に送られ、氷を解氷する。

なお、この給湯の排水と冷水負荷の還水だけでは、解氷
のための熱が不足する場合には、プラインを空温式ブラ
イン加熱槽４０３により、更に加熱する。

通常、省エネビルでは暖房負荷が少ないが、暖房を行な
う必要のあるときは、温水槽内の温水が保有する熱を利
用すればよい。即ち、伝熱管５３１内の温水が配管５３
２を経由してファンコイルユニット５３３〜５３５に供
給される。

また、第４図は本ヒートポンプシステムの夜間のフロー
の説明図である。＋の矢印に示すように、ヒートポンプ
の冷却水としては温水槽５１４内に供給された水により
冷却された温水が配管５３６→配管５３７−凝縮器１３
→配管５３８→凝縮器３→配管５３９→配管５４０のよ
うに流れ、凝縮器１３，３を冷却し、逆に温水自身は加
熱される。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば下記のような優れた
効果が得られる（１）氷蓄熱方式であるから、電力負荷が平準化するの
は勿論のこと、冷房と給湯を同時に行いエネルギーの有
効利用が可能となる。

（２）石油等の化石燃料を使用する給湯用のボイラーを
必要としないので、燃焼ガス中の二酸化炭素による地球
の温暖化を防ぐことができる。

（３）氷を製造する時は温度の低い給湯用給水を加熱す
るようになっているので、更に省エネルギーとなってい
る。

（４）更に昼も夜も圧縮機の圧縮比が小さくなるので圧
縮機の効率も上昇する。

（５）また、ヒートポンプが２以上の圧縮機と２以上の
凝縮器を具備し、該２以上の凝縮器を冷却する給水又は
該給水により間接的に冷却される流体がシリーズに連結
することにより（請求項〈４）参照）、省エネルギー化
が更に向上する（第２図のＣ，Ｄ部参照）。

（６）冷凍サイクルを低段側と高温側との別サイクルに
すれば、低段側は冷媒ＨＣＦＣ−２２を用いた従来のヒ
ートポンプをそのまま使用することができ、高段側のみ
、例えばＨＦＣ−１３４ａ。

ＨＣＦＣ−１２３、ＨＣＦＣ−１２４等の冷媒を用いた
高温度ヒートポンプとすればよい。

（７〉温水槽への給水が前記給湯の排水により熱回収さ
れて加熱されるようになっていて、且つ給湯負荷が少な
いときには、該熱回収量を少なくする制御手段を具備す
ることにより（請求項（５）参照）、製氷用のプライン
ラインと外気より吸熱するプラインラインを共用するこ
とができる。

（８〉蓄熱システム、製氷システム及び少なくとも１以
上の圧縮機、凝縮器、減圧装置、蒸発器等から構成され
る少なくとも１以上の冷凍サイクルを有するヒートポン
プを具備し、前記蒸発器がプラインにより加熱され、且
つ該プラインが外気又は排水により加熱されるプライン
加熱器装備され、前記製氷システムで製造される氷がプ
ラインを介して、解氷されるように構成することにより
（請求項（６）参照）、製氷ラインと吸熱ラインを共用
することができ、しかも外気からの吸熱機構を小さく、
又は省略することができる。

（９）前記蓄熱システムが湯を製造する給湯用蓄熱シス
テムであり、且つ排水が該給湯の排水であることにより
（請求項（７）参照）、夏冬の負荷のアンバランス（給
湯負荷と冷房負荷）に対応することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る氷蓄熱式のヒートポンプシステム
の概略構成図、第２図は第１図のヒートポンプシステム
において直接製氷する場合の構成機器の各温度を説明す
るための図、第３図は本発明に係る他のヒートポンプシ
ステムを給湯負荷の多い省エネルギービルに適用した場
合のブロック図、第４図はこのヒートポンプシステムの
夜間のフローの説明図である。図中、１，１１・・・・圧縮機、３，１３・・・・凝縮
器、５，１５・・・・減圧装置、６，１６・・・・蒸発
器、１０２，１０５・・・・三方弁、１０７・・・・貯
湯槽１０９・・・・ポンプ、１１３・・・・パルプ、２
０１・・・・ポンプ、２０４・・・・三方弁、２０６・
・・・氷蓄熱槽、２１０・・・・冷却器、４０２・・・
・パルプ、４０３・・・・プラインヒーター　４０５・
・・・パルプ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）給湯用蓄熱システム、製氷システム及び少なくと
も１以上の圧縮機、凝縮器、減圧装置、蒸発器等から構
成される少なくとも１以上の冷凍サイクルを有するヒー
トポンプを具備し、前記蒸発器を直接又は間接的に加熱
する該ヒートポンプの吸熱源の少なくとも一部が氷の凝
固熱であり、且つ前記ヒートポンプの凝縮器を冷却する
冷却源が前記給湯用蓄熱システムの給湯の給水加熱であ
ることを特徴とするヒートポンプシステム。
（２）前記製氷システムが貯氷部と、水を氷に変化させ
る製氷機能部と、負荷流体からの還水が前記貯氷部を通
過せずに直接ヒートポンプで冷却されるように構成され
ている負荷流体冷却機構により構成され、前記ヒートポ
ンプシステムに使用される同一の凝縮器が給湯の湯を製
造する加熱器としても使用され、且つこの湯製造時は前
記負荷流体からの還水が直接ヒートポンプで冷却される
ように構成されている負荷流体冷却機構が作動するよう
になってい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。
（３）前記給湯システムが貯湯槽と前記給湯の給水がヒ
ートポンプにより加熱された温水を蓄える温水槽と、前
記ヒートポンプとこれら２つの槽を連絡する配管、ポン
プ及びバルブ類により構成されてい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。
（４）前記ヒートポンプが２以上の圧縮機と２以上の凝
縮器を具備し、該２以上の凝縮器を冷却する給水又は該
給水により間接的に冷却される流体がシリーズに連結さ
れていることを特徴とする請求項（１）又は（２）又は
（３）記載のヒートポンプシステム。
（５）前記温水槽への給水が前記給湯の排水により熱回
収されて加熱されるようになっていて、且つ給湯負荷が
少ないときには、該熱回収量を少なくする制御手段を具
備していることを特徴とする請求項（１）又は（２）又
は（３）又は（４）記載のヒートポンプシステム。
（６）蓄熱システム、製氷システム及び少なくとも１以
上の圧縮機、凝縮器、減圧装置、蒸発器等から構成され
る少なくとも１以上の冷凍サイクルを有するヒートポン
プを具備し、前記蒸発器がプラインにより加熱され、且
つ該プラインが外気又は排水により加熱されるプライン
加熱器が装備され、前記製氷システムで製造される氷が
プラインを介して、解氷されるように構成されているこ
とを特徴とするヒートポンプシステム。
（７）前記蓄熱システムが湯を製造する給湯用蓄熱シス
テムであり、且つ前記排水が該給湯の排水であることを
特徴とする請求項（６）記載のヒートポンプシステム。