JPH0510577B2 - - Google Patents

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
ーテイ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イ
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イ
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
得ないのが一般であるが、ヒーテイングタワー
付きヒートポンプ用冷凍機では低圧冷媒フロン
Ｒ１１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、ヒーテイング
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。

従来の不凍液を用いて空気から集熱を行うヒー
テイングタワー付きヒートポンプには不凍液循環
系は閉回路となつており、夏期ヒーテイングタワ
ーをクーリングタワーとして用いる場合に不凍液
を収容保存しておく不凍液循環回路外に不凍液槽
を備え、冬期ヒートポンプサイクルを稼動するに
際して不凍液循環回路に該不凍液循環回路外の不
凍液を入れ替えるものがある。

「発明が解決しようとする問題点」 然し乍ら、不凍液循環系内を循環する不凍液の
濃度が変動し、不凍液の凍結、不凍液量増大によ
る外部への不凍液のオーバフロー、不凍液減少に
よる不凍液の補充の必要性、濃縮進行によるポン
プのキヤビテーシヨン等の不都合の発生が懸念さ
れている。

そして、従来の上記夏期用の不凍液貯槽を設け
たものでは夏期用の不凍液貯槽は冬期暖房時はヒ
ートポンプの不凍液循環回路に不凍液が移し変え
られており、不凍液循環回路の不凍液の稀釈に対
しては濃厚不凍液を槽を別に準備しておいて注液
し、不凍液の濃縮に対しては給水を行なうという
ことを人力で行つており、保守管理に手間がかゝ
るものとなつている。

ところが、此のヒーテイングタワー付きヒート
ポンプの理論及び実証試験結果で (1) 不凍液は外気温湿度条件と負荷条件により濃
縮、バランス、稀釈の状態変化が生じる。

(2) 不凍液濃度の変化は、不凍液液位変化として
あらわれる。

が判明している。

本発明は不凍液を用いて空気から集熱を行うヒ
ーテイングタワー付きヒートポンプについての上
記考察に基づいて前記問題点を解消し、不凍液量
とその濃度を制御可能なものを提供することを目
的とするものである。

〔発明の構成〕

「問題点を解決するための手段」 本発明は不凍液を使用し、空気から集熱を行な
うヒーテイングタワー付きヒートポンプであつ
て、ヒートポンプサイクルを行なう不凍液循環回
路の系外に夏期に不凍液を貯留するための不凍液
槽を設け、該不凍液槽と上記不凍液循環回路との
間に不凍液の送受配管を配したものにおいて、不
凍液循環回路に該不凍液循環回路の不凍液量の検
出手段を備え、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
ほぼ一定に保つ制御装置を備えたことを特徴とす
るヒーテイングタワー付きヒートポンプである。

「作用」 不凍液循環回路の不凍液量の検出手段により不
凍液量が検出された信号を受けて制御装置は不凍
液循環回路における不凍液量の過剰に対しては該
回路の系外の不凍液槽に不凍液の送受配管をとお
り不凍液を制御装置により流出させ、不凍液循環
回路における不凍液の不足の該信号に対しては不
凍液の送受配管をとおり不凍液を該回路の系外の
不凍液槽から不凍液の循環回路に制御装置により
流入させる。

「実施例」 以下、本発明の実施例を図面に従つて説明す
る。第１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イングタワー付
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を介し
て集熱を行うヒーテイングタワー付きヒートポン
プと同一である。夏期はヒーテイングタワーはク
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６には給水管３
７から弁２６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２
１，２２，２５，２６，３１，３２は閉められ、
弁２３，２４，２７，２８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１で圧縮されて、冷却水コンデンサ２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、膨脹弁３にて減圧され、
クーラ４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
１に吸込まれる。

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２に送り
込まれ、冷媒の熱を奪つて弁２８を介して下部水
槽６上部のフアンによる空気流中にある散布器７
にて散布され空冷されて下部水槽６に落下する。

冷房用の水は冷温水槽８からポンプ９により汲
み上げられ弁２３を介してクーラ４に入り冷媒に
より冷却され、弁２４を介して冷温水槽８に戻る
ものである。

こゝで下部水槽６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３
３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１１から不凍液を
下部水槽６に入れるには弁２７，２８，３２，３
３を閉じチエツク弁のついた弁３１を開き、ポン
プ１２を運転して不凍液槽１１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６に不
凍液を入れる。下部水槽６に備える液位検出器４
１が下限液位を検出するとその信号を受けて液位
制御器４２はポンプ１２を限時運転後停止する。

尚、冬期状態から夏期冷房時に切替る際不凍凍
を下部水槽６から抜くときは冬期状態（第２図）
の弁２１〜２８，３１，３２において弁３１を閉
じ、動力制御弁３４を開いてポンプ５を運転する
ことにより下部水槽６の不凍液を不凍液槽１１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６
に入れ、弁２３，２４，２７，２８を閉じ、弁２
１，２２，２５，２６，３１，３２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１で圧縮されて不作動の冷却水コンデンサを
通過してブースタ圧縮機に吸入される。ブースタ
圧縮機で圧縮された冷媒は温水コンデンサ１４に
送られ、温水コンデンサ１４中の熱交換器中を流
れる水を加熱し、膨脹弁１５により減圧されて冷
却水コンデンサ２に戻る。冷却水コンデンサの冷
媒液は更に膨脹弁３により減圧されクーラ４に還
流し、クーラ４を流れる不凍液を冷却し、自らは
蒸発して再び主圧縮機１に吸入される。

冷温水槽８からポンプ９により送られる水は弁
２２を介して温水コンデンサ１４に入り加熱され
て弁２１を介して冷温水槽８に戻る。

暖房時下部水槽６中の不凍液はポンプ５に吸込
まれて送り出され弁２５を介してクーラ４中に入
り、クーラ４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７から散布
されて空気により加熱されて下部水槽６に貯留さ
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
ーテイ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イングタワー付きヒートポ
ンプは下部水槽６、ポンプ５、弁２５、不凍液を
媒体とした外気側熱交換器としてのクーラ４、弁
２６、散布器７及びこれらを結ぶ配管を備える。

以上の説明に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１１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１１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１１と下部水槽６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
液量は検出手段として下部水槽６に液位検出器４
１を備えるものであるが、この液位検出器４１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つている。

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４１、液位検出器４１の
信号を受けてポンプ５，１２、動力制御弁３４を
制御する液位制御器４２からなつている。

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、外気温度が高く、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６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中はポンプ１２は
通常停止しており、動力制御弁３４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となると液位検出器４１はそ
の下限液位を検出した信号を液位制御器４２に送
る。液位制御器４２はポンプ１２を運転し不凍液
槽１１の不凍液をくみ上げて弁３１を介して散布
器７から下部水槽６に不凍液を入れる。下部水槽
６の液位が上昇すると液位検出器４１のオフセツ
ト量だけ下限水位よりも若干高い液位において液
位検出器４１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４２は
ポンプ１２を限時運転し、下部水槽６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１２
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４２に送る。液位制御器４２は動
力制御弁３４を開弁し、不凍液循環回路のポンプ
５の吐出側と弁２５間の配管から、弁３２、動力
制御弁３４を通じて不凍液を不凍液槽１１に逃が
す。かくて下部水槽６の液位が下り、液位検出器
４１のオフセツト量だけ上限液位よりも下つた位
置にて液位検出器４１の信号が消失すると該信号
の消失を受けて液位制御器４２は動力制御弁３４
を限時開弁動作して下部水槽６の上下限液位の中
間液位において動力制御弁３４を閉じる。

不凍液槽１１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６の液位を制御するだけ
の充分な大きさの容量をもつている。

このような下部水槽６の液位制御の結果、下部
水槽６の液位が下限液位になると濃縮状態におい
てはより濃度の低い不凍液槽１１の不凍液により
薄められ、下部水槽６の液位が上限液位になつて
希釈状態においてはより濃度の高い不凍液槽１１
の不凍液の混合により濃度が上昇してこれらが交
互に行われて濃度調整が行われる。

尚、例えば不凍液槽１１に補助手段として公知
の不凍液の加熱濃縮手段又は濃厚な不凍液を追加
するタンクを備えておいてもよい。

〔発明の効果〕

本発明は不凍液を使用し、空気から集熱を行な
うヒーテイングタワー付きヒートポンプであつ
て、ヒートポンプサイクルを行なう不凍液循環回
路の系外に夏期に不凍液を貯留するための不凍液
槽を設け、該不凍液槽と上記不凍液循環回路との
間に不凍液の送受配管を配したものにおいて、不
凍液循環回路に該不凍液循環回路の不凍液量の検
出手段を備え、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
ほぼ一定に保つ制御装置を備えたことを特徴とす
るヒーテイングタワー付きヒートポンプとしたか
ら、ヒートポンプサイクルを行う不凍液の循環回
路を流れる液量をほぼ一定に保つことができ、不
凍液濃度をほぼ一定に保つことができる。不凍液
量が吸水により増大して不凍液循環回路から外部
へ溢れることが防止され、不凍液量が減少して不
凍液循環量が不足し、濃縮が進行して粘度上昇に
より不凍液の循環が充分できなくなるということ
が回避される。これらにより、今まで人手を要し
ていた不凍液の管理が自動化される。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明の実施例のフローシー
トである。 １……主圧縮機、２……冷却水コンデンサ、３
……膨脹弁、４……クーラ、５……ポンプ、６…
…下部水槽、７……散布器、８……冷温水槽、９
……ポンプ、１１……不凍液槽、１２……ポン
プ、１３……ブースタ圧縮機、１４……温水コン
デンサ、１５……膨脹弁、２１〜２９，３１〜３
３……弁、３４……動力制御弁、４１……液位検
出器、４２……液位制御器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 不凍液を使用し、空気から集熱を行なうヒー
   テイングタワー付きヒートポンプであつて、ヒー
   トポンプサイクルを行なう不凍液循環回路の系外
   に夏期に不凍液を貯留するための不凍液槽を設
   け、該不凍液槽と上記不凍液循環回路との間に不
   凍液の送受配管を配したものにおいて、不凍液循
   環回路に該不凍液循環回路の不凍液量の検出手段
   を備え、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ほぼ一
   定に保つ制御装置を備えたことを特徴とするヒー
   テイングタワー付きヒートポンプ。