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技術 熱搬送装置

出願人 三菱重工業株式会社
発明者 渡部眞
出願日 1994年9月6日 (26年2ヶ月経過) 出願番号 1994-238507
公開日 1996年3月19日 (24年8ヶ月経過) 公開番号 1996-075281
状態 特許登録済
技術分野 不可逆サイクルによる圧縮式冷凍機械
主要キーワード 可逆ポンプ 搬送熱量 液面検知器 気相域 低温側熱源 可変速ポンプ 冷房用熱源 気液相
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1996年3月19日)のものです。
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図面 (18)

目的

熱源側熱交換器2及び利用側熱交換器4の設置位置に高低差があっても熱を搬送できるようにする。

構成

熱源側熱交換器2、利用側熱交換器4、放熱器容器5、液ポンプ1を連結してなる閉回路内に気液相変化する冷媒封入し、利用側熱交換器4と放熱器付容器5との間の温度差に基づく圧力差により液冷媒を利用側熱交換器4から放熱器付容器5に移送する。

概要

背景

この種気液相変化する冷媒を用いた熱搬送装置としては、特開平4-236063号公報及び特開平4-236064号公報に示されたものがある。

概要

熱源側熱交換器2及び利用側熱交換器4の設置位置に高低差があっても熱を搬送できるようにする。

熱源側熱交換器2、利用側熱交換器4、放熱器容器5、液ポンプ1を連結してなる閉回路内に気液相変化する冷媒を封入し、利用側熱交換器4と放熱器付容器5との間の温度差に基づく圧力差により液冷媒を利用側熱交換器4から放熱器付容器5に移送する。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

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請求項1

熱源側熱交換器利用側熱交換器放熱器容器液ポンプを連結してなる閉回路内に気液相変化する冷媒封入したことを特徴とする熱搬送装置

請求項2

上記液ポンプを可逆式ポンプとしたことを特徴とする請求項1記載の熱搬送装置。

請求項3

上記液ポンプを吐出量可変ポンプとしたことを特徴とする請求項1ないし2記載の熱搬送装置。

請求項4

上記液ポンプを上記熱源側熱交換器の近傍に設置したことをを特徴とする請求項1ないし3記載の熱搬送装置。

請求項5

上記利用側熱交換器を互いに並列に接続された複数の熱交換器によって構成したことを特徴とする請求項1ないし4記載の熱搬送装置。

請求項6

上記熱源側熱交換器を複数の熱交換器から構成したことを特徴とする請求項1ないし5記載の熱搬送装置。

請求項7

上記複数の熱交換器を互いに直列に接続したことを特徴とする請求項6記載の熱搬送装置。

請求項8

上記複数の熱交換器の中低温側熱源用の熱交換器を上記液ポンプに近接して接続したことを特徴とする請求項7記載の熱搬送装置。

請求項9

上記熱源側熱交換器の熱源の中少なくとも1つが燃焼熱であることを特徴とする請求項1ないし8記載の熱搬送装置。

請求項10

上記熱源側熱交換器の熱源の中少なくとも1つがヒートポンプ装置により供給される熱であることを特徴とする請求項1ないし8記載の熱搬送装置。

請求項11

上記熱源側熱交換器の熱源の中少なくとも1つが蓄熱槽に蓄えられた熱であることを特徴とする請求項1ないし8記載の熱搬送装置。

請求項12

上記蓄熱槽への熱供給がヒートポンプ装置により供給されることを特徴とする請求項11記載の熱搬送装置。

請求項13

上記ヒートポンプ装置の能力が熱搬送装置により搬送される熱量に比べて小さいことを特徴とする請求項12記載の熱搬送装置。

請求項14

上記放熱器付容器の液ポンプ側に連なる配管の開口位置を利用側熱交換器に連なる配管の開口位置よりも低位としたことを特徴とする請求項1ないし13記載の熱搬送装置。

請求項15

上記放熱器付容器の容器と放熱用熱交換器を並列に連結したことを特徴とする請求項1ないし13記載の熱搬送装置。

請求項16

上記放熱器付容器内の液冷媒液面レベルにより放熱器付容器の放熱量を調整することを特徴とする請求項1ないし13記載の熱搬送装置。

技術分野

0001

本発明は気液相変化する冷媒を用いて温冷熱源からの熱を搬送するための熱搬送装置に関する。

背景技術

0002

この種気液相変化する冷媒を用いた熱搬送装置としては、特開平4-236063号公報及び特開平4-236064号公報に示されたものがある。

発明が解決しようとする課題

0003

上記従来の熱搬送装置においては、液冷媒循環させるための液ポンプ熱源側又は利用側熱交換器のいずれであってもとにかく低温側熱交換器の近傍に設置することが必要であり、特に熱源側熱交換器と利用側熱交換器との間に高低差がある場合には熱を搬送できない場合が生じる。

課題を解決するための手段

0004

本発明は上記課題を解決するために発明されたものであって、その要旨とするところは、熱源側熱交換器、利用側熱交換器、放熱器容器、液ポンプをこの順に連結してなり閉回路内に気液相変化する冷媒を封入したことを特徴とする熱搬送装置にある。

0005

上記液ポンプを可逆式ポンプとすることができる。

0006

上記液ポンプを吐出量可変ポンプとすることができる。

0007

上記液ポンプを上記熱源側熱交換器の近傍に設置することができる。

0008

上記利用側熱交換器を互いに並列に接続された複数の熱交換器によって構成することができる。

0009

上記熱源側熱交換器を複数の熱交換器から構成することができる。

0010

上記複数の熱交換器を互いに直列に接続することができる。

0011

上記複数の熱交換器の中低温側熱源用の熱交換器を上記液ポンプに近接して接続することができる。

0012

上記熱源側熱交換器の熱源の中少なくとも1つを燃焼熱とすることができる。

0013

上記熱源側熱交換器の熱源の中少なくとも1つをヒートポンプ装置により供給される熱とすることができる。

0014

上記熱源側熱交換器の熱源の中少なくとも1つを蓄熱槽に蓄えられた熱とすることかできる。

0015

上記蓄熱槽への熱供給をヒートポンプ装置により供給することができる。

0016

上記ヒートポンプ装置の能力を熱搬送装置により搬送される熱量に比べて小さくすることができる。

0017

上記放熱器付容器の液ポンプ側に連なる配管の開口位置を利用側熱交換器に連なる配管の開口位置よりも低位とすることができる。

0018

上記放熱器付容器の容器と放熱用熱交換器を並列に連結することができる。

0019

上記放熱器付容器内の液冷媒の液面レベルにより放熱器付容器の放熱量を調整することができる。

0020

本発明の熱搬送装置では、熱源側熱交換器で高温熱源から吸熱することにより蒸発気化した冷媒は利用側熱交換器に移動しここで放熱することにより凝縮液化する。この液冷媒は放熱器付容器に入りその放熱器を介して更に放熱することによりその圧力は利用側熱交換器内の冷媒の圧力よりも低くなる。そのため利用側熱交換器にて液化した冷媒は利用側熱交換器と放熱器付容器との圧力差、即ち、利用側熱交換器と放熱器付容器との間の温度差だけで放熱器付容器内に移動する。そして、放熱器付容器内に貯溜された冷媒は液ポンプにより抽出されて熱源側熱交換器に供給される。

0021

本発明の1実施例が図1に示されている。図1に示すように、熱源側熱交換器2、利用側熱交換器4、放熱器付容器5、液ポンプ1が配管3、6、7を介してこの順に連結されて閉回路を構成し、この閉回路内には気液相変化する冷媒が封入されている。

0022

しかして、液ポンプ1より吐出された液冷媒は熱源側熱交換器2に入り、ここで高温熱源から吸熱することにより蒸発気化してガス冷媒となる。このガス冷媒は配管3を通って利用側熱交換器4に入りここで低温熱源に放熱することによって凝縮液化して液冷媒となる。この利用側熱交換器4内の液冷媒の圧力はこの利用側熱交換器4の温度によって決まる。

0023

この液冷媒は配管6を通って放熱器付容器5に入り、ここで放熱器5zから更に放熱することによって利用側熱交換器4よりも低い温度となり、この低い温度に対応する圧力となる。なお、放熱器付容器5内の圧力を極端下げる必要はなく、又、ここで冷媒を凝縮液化させる必要もないため、放熱器付容器5と利用側熱交換器4との高さの違いによる液冷媒のヘッド差や配管6内を通る液冷媒の流れに伴う圧力損失に抗して液冷媒が利用側熱交換器4から放熱器付容器5内に移動しうる程度の圧力差が生じれば足りる。

0024

放熱器付容器5内の圧力が利用側熱交換器4内の圧力より低く保たれることにより利用側熱交換器4にて凝縮液化した液冷媒は配管6を経て放熱器付容器5内に入る。そして、この放熱器付容器5内に貯溜された液冷媒は容器5の下方に連結された配管7を通って液ポンプ1に入り循環サイクルを形成する。ここで液ポンプ1は放熱器付容器5の近傍に置かれることが望ましいが、配管7内で液冷媒が発泡しなければ離れていてもよい。

0025

放熱器付容器5内において、図2に示すように、液ポンプ1に連なる配管7の開口7zを利用側熱交換器4に連なる配管6の開口6zよりも低位に配設することによって放熱器付容器5内の気相冷媒が液ポンプ1に吸入されるのを回避できる。勿論、放熱器付容器5内に隔壁を設けたり、2つの開口6zと7zを十分離すことによっても配管7内に気相冷媒が流入するのを回避することができる。

0026

放熱器付容器5はその容器と放熱器が一体である必要はなく、従って、図3に示すように、放熱器を熱交換器5dで構成し、容器5aと熱交換器5dを分離して互いに配管5y、5xで接続するようにしても良い。即ち、容器5aと熱交換器5dを並列に接続し、容器5aの上部と熱交換器5dの上部が配管5yで結ばれ、容器5aの下部と熱交換器5dの下部も配管5xで結ばれている。熱交換器5dにて放熱することにより熱交換器5d内の圧力は利用側熱交換器4内のそれよりも低く保たれ、これと連通する容器5a内の圧力が熱交換器5d内の圧力と同じとなることより、利用側熱交換器4にて凝縮液化した液冷媒が配管6を経て容器5aに流入することになる。

0027

また、配管6は、図4に示すように、容器5aの上部と熱交換器5dの上部とを連結する配管5yに接続してもよく、配管6より液冷媒と共に流入する可能性のある気相冷媒が配管7に流入するのを回避できる位置であれば配管6は他の位置に接続してもよい。

0028

また、熱交換器5dは他に放熱手段があれば必ずしも必要でなく、容器5aそのもので放熱することも可能である。例えば、図5に示すとおり、容器5aに送風機5eにより冷却風を送って冷却することができ、また、冷却風を自然対流により送ってもよい。また、図6に示すとおり、冷却水配管5fを容器5aのまわりに巻回し冷却水により容器5aを冷却してもよい。また、冷凍装置を用いて容器5aを冷却してもよい。

0029

図7には放熱器付容器5にて過大な放熱を行わず容器内の液冷媒に適度な液面レベルを維持させるための放熱器付容器の一例が示されている。容器5aには液面検知器5hが設けられており、液面レベルが低い場合にはその信号が制御装置5gに伝えられ、制御装置5gは送風機5eを駆動する。すると、容器5aの放熱量が多くなって容器5aの温度が低下し、その内部の圧力が低下する。その結果、配管6より流入する液冷媒の量が増え、容器5a内の液面レベルが上昇する。

0030

液面レベルが高くなると、液面検知器5hはその信号を制御装置5gに伝え、制御装置5gは送風機5eを停止する。すると、容器5aの放熱量が少なくなって容器5aの温度が上昇し、その内部の圧力が上昇する。その結果、配管6より流入する冷媒の量が減り容器5a内の液面レベルが下降する。

0031

かくして、液面レベルの上昇又は下降に応じて送風機5eを運転・停止することにより液面レベルを一定の範囲に保持することができる。なお、送風機5eは液面検知器5hにより検知した液面レベルに応じてその送風量を加減してもよく、必ずしも発停による制御である必要はない。

0032

図8には適度な液面レベルを維持するための放熱器付容器5の別の例が示されている。容器5a内の液面レベルが低い場合には、液面検知器5hの信号が制御装置5vに伝えられ制御装置5vは弁5iを開放する。すると、冷却水が弁5iを通って冷却水管5fに通水されることにより容器5aは冷やされその内部の圧力が低下するので、液面レベルが上昇する。

0033

液面レベルが高くなると、液面検知器5hはその信号を制御装置5vに伝え、制御装置5vは弁5iを閉止し冷却水の通水を停止する。その結果、容器5aの放熱量が少なくなり、容器5aの温度が上昇し内部圧力が上昇するので液面レベルが低下する。

0034

即ち、液面レベルの上昇又は下降に応じて冷却水を通水し又は停止することにより液面レベルを一定の範囲に保持することができる。なお、弁5iの開度は液面検知器5hにより検知された液面レベルに応じて加減してもよい。また、容器5aの冷却に冷却水以外の他の冷却手段、例えば、冷凍装置等を用いることができ、この場合には冷凍装置の冷却能力を調整することにより液面レベルを調整できる。

0035

図9には第2の実施例が示されている。この第2の実施例においては、液ポンプとして可逆ポンプ11が用いられ、この右側に放熱器付容器5bが、左側に放熱器付容器5cが接続されている。熱源側熱交換器2の熱源が温熱である場合、可逆ポンプ11から吐出された液冷媒は配管17a を経て放熱器付容器5cに入る。この容器5cにおいては放熱は行われても行われなくてもよいが、放熱があれば容器5c内の液冷媒の液面レベルは比較的高くなり容器5c内が液冷媒で満たされることもある。

0036

放熱がない場合には、容器5c内に配管16a の開口高さ以上に液冷媒が溜まると配管16a より流出する。放熱器付容器5cの温度を高めに保持すれば、容器5cが液冷媒で満されることはなく、容器5c内に適度な気相域を形成できるので、過剰な冷媒を必要としない。

0037

配管16a に入った液冷媒は熱源側熱交換器2に入り、ここで温熱源から吸熱することによって蒸発気化する。気化した冷媒は配管3を経て利用側熱交換器4に入りここで放熱することにより凝縮液化する。この液冷媒は配管16b 、放熱器付容器5b、配管17b を経て可逆ポンプ11に吸引される。これにより熱源側熱交換器2で吸熱された温熱は利用側熱交換器4に搬送される。

0038

逆に、熱源側熱交換器2の熱源が冷熱である場合、液冷媒は可逆ポンプ11から配管17b を経て放熱器付容器5bに入る。この容器5bでは放熱が行われても行われなくてもよい。配管16b より流出した液冷媒は利用側熱交換器4にて吸熱することにより蒸発気化する。気化した冷媒は配管3を経て熱源側熱交換器2に入りここで冷熱源に放熱することによって凝縮液化する。その後、配管16a 、放熱器付容器5c、配管17a を経て可逆ポンプ11に吸引されて循環サイクルを形成する。

0039

即ち、熱源が温熱である場合には可逆ポンプ11は配管17a 側に吐出し、熱源が冷熱である場合には可逆ポンプ11は配管17b 側に吐出することで温熱及び冷熱いずれであってもこれを搬送することができる。

0040

図10には第3の実施例が示され、この第3の実施例においては可逆ポンプ11が熱源側熱交換器2の近傍においてその下方に配置されている。熱源が温熱である場合は図1に示す第1の実施例の場合と同様に冷媒が循環する。

0041

しかし、熱源が冷熱である場合、可逆ポンプ11から吐出された液冷媒は配管17b 、放熱器付容器5、配管6を経て利用側熱交換器4に入り、ここで吸熱して蒸発気化した後、配管3を経て熱源側熱交換器2に入り、ここで放熱して凝縮液化する。

0042

可逆ポンプ11がこの熱源側熱交換器2の近傍においてその下方に設置されているので、液化した冷媒は圧力損失が生ぜず、また、逆ヘッドになることがないため、液冷媒のまま可逆ポンプ11に吸入されて循環サイクルを完了する。即ち、この第3の実施例は図9に示す放熱器付容器5cがなくても、温熱及び冷熱のいずれをも搬送することができる。

0043

第11図には第4の実施例が示されている。この第4の実施例においては、液ポンプとして可変速可逆ポンプ21を具え、このポンプ21は熱源側熱交換器2の近傍においてその下方に設置されている。そして、利用側熱交換器は互いに並列に接続された複数( 図には3個)の熱交換器24a 、24b 、24c からなり、これら熱交換器24a 、24b 、24c の放熱器付容器5側にはそれぞれ弁20a 、20b 、20c が設置されている。これら熱交換器24a 〜24bは多室形空気調和機の各々の室内機に相当する。

0044

複数の利用側熱交換器24a 、24b 、24c を有する場合にはその運転台数、即ち、負荷に応じた冷媒流量を得られる可変速ポンプ21がより有効となる。勿論前述の第1〜第3の実施例においても搬送熱量を加減する場合には可変速ポンプが有効となることは言うまでもない。

0045

第4の実施例においてその各利用側熱交換器24a 、24b 、24c によって暖房運転を行う場合、弁20a 、20b 、20c はいずれも開放され、可変速可逆ポンプ21は高速で駆動される。この可変速可逆ポンプ21から吐出された液冷媒は配管17a を経て熱源側熱交換器2に入り、ここで液冷媒は吸熱して蒸発気化した後、配管23を経て利用側熱交換器24a 、24b 、24c に流入する。

0046

この利用側熱交換器24a 、24b 、24c にて放熱することによって凝縮液化した後、この液冷凍は弁20a 、20b 、20c を経て配管26b にて合流し、放熱器付容器5、配管17b を経て可変速可逆ポンプ21に吸入される。

0047

利用側熱交換器24a と24b で暖房し、利用側熱交換器24c を運転しない場合は、弁20a 、20b が開放され、弁20c は閉止され、可変速可逆ポンプ21は中速で駆動される。可変速可逆ポンプ21から吐出された液冷媒は配管17a 、熱源側熱交換器2、配管23を経て利用側熱交換器24a 、24b 、24c に流入する。弁20c が閉止されているため、利用側熱交換器24c にはその自然放熱によって液冷媒が溜まり込むと、以後、ガス冷媒は流入しない。利用側熱交換器24a 、24b にて放熱することによって凝縮液化した冷媒は弁20a 、20b を経て配管26b にて合流し、放熱器付容器5、配管17b を経て可変速可逆ポンプ21に吸入される。

0048

利用側熱交換器24a だけで暖房運転する場合は弁20a のみが開放され、弁20b、20c は閉止され、可変速可逆ポンプ21は低速で駆動される。

0049

熱源が冷熱で各利用側熱交換器24a 、24b 、24c で冷房運転する場合、弁20a、20b 、20c はいずれも開放される。可変速可逆ポンプ21は高速で駆動され、液冷媒は配管17b に吐出される。この液冷媒は放熱器付容器5、配管26b 、弁20a 、20b 、20c を経てそれぞれ利用側熱交換器24a 、24b 、24c に流入し、これら利用側熱交換器24a 、24b 、24c にて吸熱することにより蒸発気化して配管23に入る。次いで、このガス冷媒は熱源側熱交換器2に流入しここで放熱することによって凝縮液化した後、配管17a を経て可変速可逆ポンプ21に吸入される。

0050

利用側熱交換器24c を休止する場合は弁20c のみが閉止される。利用側熱交換器24a のみによって冷房運転する場合は弁20a は開放され、弁20b 、20c が閉止される。

0051

なお、可変速可逆ポンプ21の回転速度、即ち、液冷媒の吐出量を利用側熱交換器24a 、24b 、24c の運転台数に応じて変化させているが、この可変速可逆ポンプ21の回転速度はこれら利用側熱交換器24a 、24b 、24c の負荷に応じて変化させることによって負荷に見合う量の冷媒を供給してもよい。また、温熱又は冷熱いずれか一方のみを搬送する場合は可逆ポンプである必要はない。

0052

図12には第5の実施例が示されている。この第5の実施例は一方向吐出ポンプ1と四方切換弁18を備えている。熱源側熱交換器2の熱源が冷熱の場合、四方切換弁18は図に実線で示す通りに切り換えられる。ポンプ1から吐出された液冷媒は四方切換弁18を経て利用側熱交換器4、配管3、熱源側熱交換器2、四方切換弁18、配管6a、放熱器付容器5、配管7を経てポンプ1に戻る。

0053

熱源側熱交換器2の熱源が温熱である場合、四方切換弁18は図に破線で示すように切り換えられ、ポンプ1から吐出された液冷媒は四方切換弁18、熱源側熱交換器2、配管3、利用側熱交換器4、四方切換弁18、配管6a、放熱器付容器5、配管7をこの順に経てポンプ1に吸入される。この例においてもポンプ1の吐出量を可変とすることによって搬送熱量を調節できる。

0054

図13には第6の実施例が示されている。この第6の実施例は熱源側熱交換器2に燃焼熱が供給される。燃焼器30にて発生した熱は熱源側熱交換器2にて冷媒に供給され利用側熱交換器4にて放熱される。このようにすると、燃焼に伴う排気ガスを室内で発生させることなく燃焼熱を室内に設置された利用側熱交換器4で利用することができる。

0055

図14には第7の実施例が示されている。この第7の実施例においては、蓄熱槽31と、これに温熱又は冷熱を蓄えるためのヒートポンプ装置40を備えている。蓄熱槽31に温熱を蓄える場合には、四方弁42が実線に示すように切り換えられる。すると、圧縮機41から吐出された高温高圧のガス冷媒は四方弁42を経て蓄熱熱交換器45に入りここで放熱することによって蓄熱槽31内に貯溜された水の温度を上昇させ、自身は凝縮液化する。

0056

液化した冷媒は絞り44で減圧された後、熱源熱交換器43に入り、ここで空気や河川水地域冷暖房温水等の熱源から熱を奪うことによって蒸発気化する。気化した冷媒は四方弁42を経て圧縮機41に戻る。これにより蓄熱槽31内の水の温度が上昇し、この水の温度が所定の温度まで上昇すると圧縮機41が停止する。

0057

蓄熱槽31内に冷熱を蓄える場合には四方弁42が破線で示すように切り換えられる。すると、圧縮機41から吐出されたガス冷媒が四方弁42、熱源熱交換器43、絞り44、蓄熱熱交換器45、四方弁42をこの順に経て圧縮機41に戻る。この間、蓄熱槽31内の水は冷却され、0℃以下になると氷結し、このの割合が所定量まで増大すると、圧縮機41が停止する。

0058

蓄熱槽31に温熱が蓄えられているとき、可逆ポンプ11から吐出された液冷媒は熱源側熱交換器12に入り、ここで蓄熱槽31に蓄えられた温熱を吸熱し、この熱は利用側熱交換器4に移送されて、ここから放熱される。可逆ポンプ11が作動している場合、又は、蓄熱槽31内の水温所定レベルまで降下した場合には圧縮機41を駆動して蓄熱運転が行われる。

0059

蓄熱槽31に冷熱が蓄えられているとき、可逆ポンプ11は液冷媒を配管17b 側に吐出し、蓄熱槽31に蓄えられた冷熱は利用側熱交換器4に移送され、ここで吸熱する。可逆ポンプ11が作動している場合、又は、蓄熱槽31内の氷の割合が所定値まで減少した場合には圧縮機41が駆動されて蓄冷運転が行われる。なお、氷による蓄熱量は多いため、可逆ポンプ11の作動後所定時間内は蓄冷運転を行わないようにすることも可能である。

0060

また、ヒートポンプ装置40に代えて深夜電力等のヒータを用いて蓄熱することも可能であり、ヒータをヒートポンプ装置と併用してもよい。また、可逆ポンプ11を可変速とすれば、負荷に応じた熱搬送ができる。

0061

図15には第8の実施例が示されている。この第8の実施例はヒートポンプ装置40により供給される熱を熱源として用いている。四方弁42が実線の位置にあるとき、圧縮機41から吐出されたガス冷媒は四方弁42を経て熱源側熱交換器12に入り、ここで可逆ポンプ11より配管17a を経て供給された液冷媒に熱を与えることによって自身は凝縮液化する。液化した冷媒は絞り44にて減圧された後、熱源熱交換器43に入りここで熱源から熱を奪うことによって蒸発気化する。気化した冷媒は四方弁42を経て圧縮機41に戻り冷凍サイクルを完了する。

0062

一方、可逆ポンプ11より吐出された液冷媒は配管17a を経て熱源側熱交換器12に入りここでヒートポンプ装置40から吸熱することによって蒸発気化する。気化した冷媒は配管3、利用側熱交換器4、配管16b 、放熱器付容器5、配管17b を経て可逆ポンプ11に戻る。

0063

四方弁42が破線の位置にあるとき、圧縮機41から吐出されたガス冷媒は四方弁42、熱源熱交換器43、絞り44を経て熱源側熱交換器12に入り、ここで熱搬送装置の配管3より流入したガス冷媒より熱を奪うことによって自身は蒸発気化する。気化した冷媒は四方弁42を経て圧縮機41に戻り冷凍サイクルを完了する。

0064

一方、可逆ポンプ11から吐出された液冷媒は配管17b 、放熱器付容器5、配管16b 、利用側熱交換器4、配管3、熱源側熱交換器12、配管17a を経て可逆ポンプ11に戻る。このようにしてヒートポンプ装置40によって供給される熱を利用側熱交換器4に搬送できる。

0065

図16には第9の実施例が示されている。この第9の実施例においては複数(図には2つ)の熱源側熱交換器12a 、12b が互いに直列に接続されている。熱源側熱交換器12b は弁50を介して通水される温水と熱交換可能とされ、熱源側熱交換器12a はヒートポンプ装置40a の蒸発器を兼ねている。複数の熱源側熱交換器12a 、12b を互いに並列に接続して弁を切り換える等によりそのいずれか1又は2以上を運転することも可能である。

0066

先ず、利用側熱交換器4にて吸熱が行われれる場合、可逆ポンプ11は配管17b側に吐出し、弁50は閉とされ、ヒートポンプ装置40a が運転される。可逆ポンプ11から吐出された液冷媒は配管17b 、放熱器付容器5、配管16b 、利用側熱交換器4、配管3を経て熱源側熱交換器12b を熱交換することなく通過して熱源側熱交換器12a に入り、ここでヒートポンプ装置40a 側の冷媒から吸熱することにより凝縮液化した後、配管17a を経て可逆ポンプ11に戻る。

0067

一方、ヒートポンプ装置40a においては、圧縮機41から吐出された冷媒は熱源熱交換器43、絞り44を経て熱源側熱交換器12a に入り、ここで熱搬送装置側の冷媒と熱交換することによって蒸発気化して圧縮機41に戻る。

0068

次に、利用側熱交換器4にて放熱が行われる場合にはヒートポンプ装置40a を停止し、弁50を開とする。可逆ポンプ11は液冷媒を配管17a 側に吐出する。この液冷媒は熱源側熱交換器12a に入るが、ヒートポンプ装置40a が停止しているのでここを熱交換することなく通過して熱源側熱交換器12b に入り、ここで温水より吸熱することによって蒸発気化する。気化した冷媒は利用側熱交換器4、配管16b 、放熱器付容器5、配管17b を経て可逆ポンプ11に戻る。

0069

図17には第10の実施例が示されている。この第10の実施例はヒートポンプ装置40によって供給される熱と燃焼器30によって与えられる熱を熱源として使い分けている。利用側熱交換器4によって冷房を行う場合は、燃焼器30を停止し、ヒートポンプ装置40の四方弁42を破線に示すように切り換えて圧縮機41を運転する。すると、圧縮機41から吐出された冷媒は四方弁42、熱源熱交換器43、絞り44を経て熱源側熱交換器12a に入り、ここで熱搬送装置側の冷媒より熱を奪うことによって自身は蒸発気化した後、四方弁42を経て圧縮機41に戻る。

0070

一方、熱搬送装置においては、可逆ポンプ11から吐出された液冷媒は配管17b、放熱器付容器5、配管16b を経て利用側熱交換器4に入り、ここで室内の空気より熱を奪うことにより蒸発気化した後、配管3を経て熱源側熱交換器12b に入るが、燃焼器30は作動していないのでガス冷媒はそのまま流出し、熱源側熱交換器12a に流入し、ここでヒートポンプ装置40側に放熱することによって液化した後、配管17a を経て可逆ポンプ11に戻る。

0071

利用側熱交換器4によって暖房運転を行う場合は、外気温が比較的高い場合と低い場合の2通りの場合がある。先ず、比較的外気温度が高い場合には燃焼器30は作動させず、ヒートポンプ装置40の四方弁42を図示の実線に示すように切り換えて、圧縮機41を運転する。すると、圧縮機41から吐出された冷媒は四方弁42を経て熱源側熱交換器12a に入り、ここで熱搬送装置側の冷媒に放熱して凝縮液化した後、絞り44、熱源熱交換器43、四方弁42を経て圧縮機41に戻る。

0072

一方、熱搬送装置においては、可逆ポンプ11から吐出された液冷媒は配管17aを経て熱源側熱交換器12a に入り、ここでヒートポンプ装置40側より吸熱することによって蒸発気化した後、熱源側熱交換器12b を熱交換することなく通過して配管3を経て利用側熱交換器4に入る。ここで室内空気に放熱することによって凝縮液化し、配管16b 、放熱器付容器5、配管17b を経て可逆ポンプ11に戻る。このようにして外気よりヒートポンプ装置40が吸収した熱は利用側熱交換器4に搬送されて暖房運転が行われる。

0073

次に、外気温度が低い場合は、ヒートポンプ装置40を停止し、燃焼器30を作動させ可逆ポンプ11は配管17a 側に吐出する。可逆ポンプ11から吐出された液冷媒は配管17a 、熱源側熱交換器12a を熱交換することなく通過して熱源側熱交換器12b に入り、ここで燃焼器30の燃焼熱を吸熱することによって蒸発気化する。気化した冷媒は配管3を経て利用側熱交換器4で室内空気を暖めることによって自身は凝縮液化して配管16b 、放熱器付容器5、配管17b を経て可逆ポンプ11に戻る。

0074

この例では燃焼器30とヒートポンプ装置40のいずれか一方を作動させているが、両方を同時に作動させても良い。また、空調負荷に応じて可逆ポンプ11から吐出される冷媒量を変えても良く、また、冷媒量の変化に合わせてヒートポンプ装置40の能力や燃焼器30の発熱量を調整することが望ましい。

0075

以上、種々の実施例について説明したが、例えば、ヒータ、熱機関排熱温泉水加熱蒸気などを温熱源として利用することが可能であり、また、ブラインを含む冷水、空気、河川水や海水等を冷熱源として利用することも可能である。

発明の効果

0076

以上述べたように、本発明による熱搬送装置を用いることにより利用側熱交換器と熱源側熱交換器のいずれか一方が他方より高位に設置されていても液ポンプの設置位置をその都度変更することなく、熱を搬送することが可能となる。

0077

可逆式ポンプを用いれば冷媒の循環方向逆転させるだけで利用側熱交換器で放熱し又は吸熱することができる。

0078

吐出量可変式ポンプを用いれば、吐出量を変更することによって負荷に見合った熱搬送が可能となる。利用側熱交換器が空気調和機の室内機であれば温度変化の少ないより快適な空調が可能となる。

0079

液ポンプを熱源側熱交換器の近傍に設置すれば、可逆式ポンプを用いる場合に放熱器付容器を1つですませることができる。また、利用側熱交換器が空気調和機の室内機の場合、冷房運転時液ポンプが熱源側熱交換器の近傍にあれば放熱器付容器を両者間に設ける必要はなく、暖房運転時放熱器付容器は気温の低い外気条件の所に設置しうるので放熱が容易となる。液ポンプを熱源側熱交換器又は放熱器付容器と一体化すれば、これらの現地での据付工事も容易なる。

0080

利用側熱交換器を互いに並列に接続された複数の熱交換器によって構成すれば、複数の熱交換器を必要に応じて使い分けることにより、例えば、多数の室の空気調和を行うような場合、熱源側熱交換器、液ポンプ、放熱器付容器や配管を共用することが可能となるので、コストが安価となり、また、何本も配管を設けるような無駄を省くことができる。

0081

熱源側熱交換器を複数の熱交換器から構成すれば、種々の熱源をその利点に合わせて利用することができる。従って、暖房用熱源冷房用熱源を別のものとすることが可能となる。また、これら複数の熱交換器を互いに直列につなぐことにより切換弁が不要となり、シンプル回路とすることが可能となる。

0082

また、低温側熱源用の熱交換器を液ポンプに近接して接続すれば、液ポンプによる液冷媒の吸引が容易となり、放熱器付容器を必ずしも必要としないようにすることが可能となる。

0083

燃焼熱を熱源とすれば、燃焼に伴う排気ガスを利用側熱交換器の設置場所、例えば、室内で発生させることなく燃焼熱を利用することができる。更に、燃焼器を室内に設置すれば、その形状、設置場所、使い勝手等に制約を受けるが、本発明の熱輸送装置を用いればそれらの制約を取り除くことができる。

0084

熱源を蓄熱槽に蓄えられた熱とすれば、この蓄熱槽に供給される熱量を利用側熱交換器が必要とする単位時間当たり熱量と必ずしも一致させる必要がなくなり、熱量の供給時期を熱を必要とする時期からずらすことが可能となる。そのため深夜電力等の安価な熱源を利用することが可能となる。また、この熱源はヒートポンプ装置だけでなく、深夜電力によるヒータや燃焼熱でも良く、広範な熱源を利用することが可能となる。

0085

また、蓄熱槽に冷熱を蓄えれば、冷房用の冷熱を搬送することができる。更に、ヒートポンプによって蓄熱槽に熱を供給すれば、冷暖房いずれの用途にも供することが可能となる。即ち、空気調和機の主要な用途である事務所用の場合、建物断熱性能の向上、オフィスオートメーションの普及や照明設備の充実により冷房負荷が大きく、暖房負荷は比較的小さく、また、空調を必要とするのは主として昼間に限られている。

0086

そのため、ピーク負荷に対応可能な蓄熱槽を設置すれば、熱源であるヒートポンプ装置はピーク能力に対応する必要はなく、平坦負荷をまかなえれば良い。そして、熱輸送を液ポンプで行うため、その最大駆動力自体を大に低減することが可能となる。

0087

事務所用の空気調和機においては冷房負荷が大きく、暖房負荷は主としてその立ち上がり時に限られるため、水を用いた蓄熱装置は冷房時は氷の潜熱が利用できるので大量の冷熱を蓄えることができ、また、暖房立ち上がり時に蓄熱を効果的に利用できる。

0088

冷房用熱源としては、蓄熱槽内の水温は0℃位が望ましいが、地域冷暖房用を含めた一般的に供されている冷水は7℃位であり、ヒートポンプ装置を用いることでより低温の熱を得ることが可能となる。また、暖房用として外気等、他の熱源を活用することが可能となるため、より効率の良い暖房が可能となる。

0089

放熱器付容器の液ポンプ側に連なる配管の開口位置を利用側熱交換器に連なる配管の開口位置より低位にすれば、気相冷媒が液ポンプに吸入されて循環冷媒量が低下してしまうことを回避でき、安定した熱輸送が可能となる。

0090

放熱器付容器の容器と放熱用熱交換器を別体として互いに並列に連結すれば、容器の大きさを調整しなくても放熱量の調整がより容易となる。

0091

放熱器付容器内の液冷媒能力の液面レベルにより放熱器付容器の放熱量を調整すれば 、必要以上の熱が放熱器付容器から放出されるのを回避することができるとともに液ポンプ側に連なる配管の開口を液冷媒で満たすことができるため安定した運転が可能となる。

図面の簡単な説明

0092

図1本発明の第1の実施例に係わる熱搬送装置の回路図である。
図2放熱器付容器への配管接続状態を示す略示的断面図である。
図3放熱器付容器の他の例を示す構成図である。
図4放熱器付容器の更に他の例を示す構成図である。
図5放熱器付容器の更に他の例を示す構成図である。
図6放熱器付容器の更に他の例を示す構成図である。
図7放熱器付容器の更に他の例を示す構成図である。
図8放熱器付容器の更に他の例を示す構成図である。
図9本発明の第2の実施例に係る熱搬送装置の回路図である。
図10 本発明の第3の実施例に係る熱搬送装置の回路図である。
図11 本発明の第4の実施例に係る熱搬送装置の回路図である。
図12 本発明の第5の実施例に係る熱搬送装置の回路図である。
図13 本発明の第6の実施例に係る熱搬送装置の構成図である。
図14 本発明の第7の実施例に係る熱搬送装置の構成図である。
図15 本発明の第8の実施例に係る熱搬送装置の構成図である。
図16 本発明の第9の実施例に係る熱搬送装置の構成図である。
図17 本発明の第10の実施例に係る熱搬送装置の構成図である。

--

0093

1液ポンプ
2熱源側熱交換器
4利用側熱交換器
5放熱器付容器
3、6、7 配管

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