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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 渡部眞中村満伊東政美
出願日 1995年12月11日 (24年11ヶ月経過) 出願番号 1995-346047
公開日 1997年6月20日 (23年4ヶ月経過) 公開番号 1997-159211
状態 未査定
技術分野 その他の空気調和方式
主要キーワード Zより 可逆ポンプ 搬送熱量 液面検知器 気相域 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(1997年6月20日)のものです。
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図面 (20)

課題

熱原側熱交換器2の設置位置と利用側熱交換器4の設置位置との間に高低差があっても熱を搬送できるようにし、かつ、液ポンプ1の停止時、放熱器容器5内に貯溜された液冷媒が流出して利用側熱交換器4に入るのを防止する。

解決手段

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を配管を介して接続してなる閉回路内に気液相変化する冷媒封入し、放熱器付容器5と利用側熱交換器4間を接続する配管6を放熱器付容器5内における配管6の開口端6Zより高い位置を経由して利用側熱交換器4に接続した。

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知られている。

概要

熱原側熱交換器2の設置位置と利用側熱交換器4の設置位置との間に高低差があっても熱を搬送できるようにし、かつ、液ポンプ1の停止時、放熱器容器5内に貯溜された液冷媒が流出して利用側熱交換器4に入るのを防止する。

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を配管を介して接続してなる閉回路内に気液相変化する冷媒を封入し、放熱器付容器5と利用側熱交換器4間を接続する配管6を放熱器付容器5内における配管6の開口端6Zより高い位置を経由して利用側熱交換器4に接続した。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0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配管を介して接続してなる閉回路内に気液相変化する冷媒封入するとともに、上記放熱器付容器と利用側熱交換器間を接続する配管をこの放熱器付容器内における同配管の開口端より高い位置を経由して上記利用側熱交換器に接続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。

請求項17

熱源側熱交換器、利用側熱交換器、受液器、放熱器付容器、液ポンプを配管を介して接続してなる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。

請求項18

上記利用側熱交換器と放熱器付容器の間に受液器を設けたことを特徴とする請求項1ないし16記載の熱搬送装置。

請求項19

上記受液器に加熱装置を取り付けたことを特徴とする請求項17ないし18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知られている。

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、また、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あった。

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、液ポンプを配管を介して接続してなる閉回路内に気液相変化する冷媒を封入するとともに、上記放熱器付容器と利用側熱交換器間を接続する配管をこの放熱器付容器内における同配管の開口端より高い位置を経由して上記利用側熱交換器に接続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

熱源側熱交換器、利用側熱交換器、受液器、放熱器付容器、液ポンプを配管を介して接続してなる閉回路内に気液相変化する冷媒を封入することができる。

0021

利用側熱交換器と放熱器付容器の間に受液器を設けることができる。

0022

受液器に加熱装置を取り付けることができる。

0023

本発明の熱搬送装置においては、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。

0024

液ポンプの停止中は、放熱器付容器内に貯溜された液冷媒はこの放熱器付容器と利用側熱交換器とを接続する配管がその放熱器付容器内における開口端よりも高い位置を経由するように配管されているため、そのまま流下することなく放熱器付容器内に貯溜することができる。

発明を実施するための最良の形態

0025

本発明の第1の実施形態が図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。配管6は放熱器付容器5内における配管6の開口端6Zより高い位置を経て利用側熱交換器4に接続されている。

0026

しかして、液ポンプ1を駆動すると、これから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。

0027

利用側熱交換器4から流出した液冷媒は配管6を通って放熱器付容器5に入り、ここでその放熱器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。

0028

なお、この放熱器付容器5内の圧力は極端下げる必要はなく、又、この放熱器付容器5内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。

0029

従って、配管6におけるヘッド差や圧力損失に見合う過冷却が利用側熱交換器4において付与されれば、放熱器付容器5は受液器として機能し、その放熱作用は不要となる。

0030

放熱器付容器5内に貯溜された液冷媒は容器5の下部に連結された配管7を通って液ポンプ1に戻り循環サイクルを形成する。なお、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。

0031

液ポンプ1の停止中は、閉回路内の冷媒は放熱器付容器5にて放熱することにより凝縮液化してこの放熱器付容器5内に貯溜される。放熱器付容器5内の液冷媒は配管6が放熱器付容器5内の開口端6Zよりも高い位置を経由するように配管されているため、利用側熱交換器4へ流下してしまうことはない。

0032

この配管6の経由高さは放熱器付容器5の上端よりも上方であれば十分であるが、これより低くても放熱器付容器5内に貯溜される液冷媒の液面Lよりも上方となっておれば良い。

0033

放熱器付容器5と液ポンプ1とを接続する配管7が液ポンプ1を停止することによって閉止されていれば、放熱器付容器5内の液冷媒が配管7を通って流出することはないが、液ポンプ1によって流路が閉止されない場合は放熱器付容器5内の液面Lよりも上方に配管7を立ち上げることによって放熱器付容器5内に確実に液冷媒を貯溜することができる。

0034

図2に示すように、放熱器付容器5内において液ポンプ1に連なる配管7の開口端7Zを利用側熱交換器4に連なる配管6の開口端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つの開口端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。

0035

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の上部と熱交換器5dの上部を配管5yで結び、かつ、容器5aの下部と熱交換器5dの下部を配管5xで結ぶことができる。

0036

このように構成すると、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。

0037

また、図4に示すように、配管6を容器5aの上部と熱交換器5dの上部とを連結する配管5yに接続しても良く、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。

0038

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風してもよい。

0039

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。

0040

図7には放熱器付容器の他の例が示されている。容器5aには液面検知器5hが設けられており、液面レベルL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に指令してこれを駆動する。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Lが上昇する。

0041

液面レベルL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Lが下降する。

0042

かくして、液面レベルLの上昇又は下降に応じて送風機5eを運転又は停止することにより液面レベルL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L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。

0043

図8には放熱器付容器の更に別の例が示されている。容器5a内の液面レベルLが低い場合には、これを検知した液面検知器5hの信号が制御装置5vに伝えられ、制御装置5vは弁5iに指令してこれを開放する。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が冷却されてその内部の圧力が低下するので、液面レベルLが上昇する。

0044

液面レベルLが高くなると、これを検知した液面検知器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の温度が上昇しその内部圧力が上昇するので、液面レベルLが低下する。

0045

即ち、液面レベルL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L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L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Lを調整できる。

0046

図7及び図8の例は液ポンプ1が停止中であっても有効に機能する。即ち、液ポンプ1の停止中、放熱器付容器5内に所定のレベルまで液冷媒が溜り、液面検知器5hがこれを検知したときこれからの信号を受けて液ポンプ1を駆動するようにすれば、容器5a内の液冷媒を確実に送出することができる。

0047

図9には第2の実施形態が示されている。この第2の実施形態においては、液ポンプとして可逆液ポンプ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、可逆液ポンプ11は正転するが、その運転前に放熱器付容器5b内に液冷媒を貯溜することは第1の実施形態と同じである。

0048

可逆液ポンプ11を正転すると、これ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L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。

0049

放熱がない場合には、容器5c内に配管16a の開口端の高さ以上に液冷媒が溜まると、配管16a を通って液冷媒が流出する。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。

0050

配管16a を経て熱源側熱交換器2に入った液冷媒はここで温熱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 を経て可逆液ポンプ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。

0051

逆に、熱源側熱交換器2の熱源が冷熱である場合、可逆液ポンプ11の運転前に放熱器付容器5c内に液冷媒が貯溜され、その後、可逆液ポンプ11が逆転される。すると、可逆液ポンプ11から吐出された液冷媒が配管17b を経て放熱器付容器5bに入る。なお、この容器5bでは放熱が行われても行われなくてもよい。

0052

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した後、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 を経て可逆液ポンプ11に吸引されて循環サイクルを形成する。

0053

即ち、熱源が温熱である場合には可逆液ポンプ11は正転して液冷媒を配管17a側に吐出し、熱源が冷熱である場合には可逆液ポンプ11は逆転して液冷媒を配管17b 側に吐出するので、熱源側熱交換器2の熱源が温熱及び冷熱いずれであってもこれを利用側熱交換器4に搬送することができる。

0054

図10には第3の実施形態が示され、この第3の実施形態においては可逆液ポンプ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の実施形態と同様に冷媒が循環するが、可逆液ポンプ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、液冷媒のまま可逆液ポンプ11に吸入されて循環サイクルを完了する。即ち、この第3の実施形態は図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。

0055

第11図には第4の実施形態が示されている。この第4の実施形態においては、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 〜24c は多室形空気調和機の各々の室内機に相当する。

0056

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の実施形態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。

0057

第4の実施形態においてその各利用側熱交換器24a 、24b 、24c によって暖房する場合、ポンプ21の駆動前に放熱器付容器5内に冷媒を貯溜した後、弁20a 、20b 、20c を開放し、可変速可逆ポンプ21を高速正転駆動する。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。

0058

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、この液冷媒は弁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。

0059

利用側熱交換器24a と24b で暖房し、利用側熱交換器24c を休止する場合は、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。すると、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。

0060

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。

0061

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、可変速可逆ポンプ21は高速で逆転駆動される。可逆液ポンプ21から吐出された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。

0062

利用側熱交換器24c を休止する場合は弁20a 、20b が開放され、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 が開放され、弁20b 、20c が閉止される。

0063

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式ポンプである必要はない。

0064

図12には第5の実施形態が示されている。この第5の実施形態は一方向吐出型液ポンプ1と四方切換弁18を備えている。この場合もポンプ1の運転前に放熱器付容器5内に液冷媒が貯溜される。熱源側熱交換器2の熱源が冷熱の場合には四方切換弁18は図に実線で示すように切り換えられる。すると、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。

0065

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る。すると、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。

0066

図13には第6の実施形態が示されている。この第6の実施形態においては、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。

0067

図14には第7の実施形態が示されている。この第7の実施形態においては、蓄熱槽31と、これに温熱又は冷熱を供給す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。

0068

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。

0069

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。

0070

蓄熱槽31に温熱が蓄えられているとき、可逆液ポンプ11は正転駆動される。すると、その停止中に容器5に貯溜された液冷媒は可逆液ポンプ11に吸入され、この可逆液ポンプ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。可逆液ポンプ11の運転中及び蓄熱槽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。

0071

蓄熱槽31に冷熱が蓄えられているとき、可逆液ポンプ11は逆転駆動されるが、その停止中は蓄熱槽31が冷えているため液冷媒は熱源側熱交換器12に貯溜される。可逆液ポンプ11を逆転駆動すると、液冷媒が上記と逆方向に循環し、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。

0072

可逆液ポンプ11の駆動中及び蓄熱槽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、可逆液ポンプ11の運転開始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。

0073

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、可逆液ポンプ11を可変速とすれば、負荷に応じた熱を搬送できる。

0074

図15には第8の実施形態が示されている。この第8の実施形態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、ここで可逆液ポンプ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。

0075

一方、可逆液ポンプ11の停止中に放熱器付容器5内に貯溜された液冷媒は可逆液ポンプ11を正転駆動すると、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 を経て可逆液ポンプ11に戻る。

0076

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から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。

0077

一方、可逆液ポンプ11は逆転駆動され、これ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 を経て可逆液ポンプ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。

0078

図16には第9の実施形態が示されている。この第9の実施形態においては、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方を運転することも可能である。

0079

先ず、利用側熱交換器4にて吸熱が行われれる場合、可逆液ポンプ11は逆転駆動され、弁50は閉とされ、ヒートポンプ装置40a が運転される。この運転により熱交換器12a が冷却されここに液冷媒が貯溜される。貯溜された液冷媒は可逆液ポンプ11、配管17a 、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 を経て可逆液ポンプ11に戻る。

0080

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。

0081

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。可逆液ポンプ11は正転して液冷媒を配管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 を経て可逆液ポンプ11に戻る。

0082

図17には第10の実施形態が示されている。この第10の実施形態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の運転を停止し、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。

0083

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。

0084

一方、熱搬送装置においては、可逆液ポンプ11が逆転し、これ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て熱源側熱交換器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 を経て可逆液ポンプ11に戻る。

0085

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、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。

0086

一方、熱搬送装置においては、可逆液ポンプ11が正転し、これ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 を経て可逆液ポンプ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。

0087

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、可逆液ポンプ11を正転駆動する。すると、可逆液ポンプ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。このガス冷媒は配管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凝縮液化し、しかる後、配管16b、放熱器付容器5、配管17b を経て可逆液ポンプ11に戻る。

0088

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液ポンプ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。

0089

図18には第11の実施形態が示されている。この第11の実施形態においては放熱器付容器5と利用側熱交換器4を結ぶ配管の途中に受液器8が設けられている。液ポンプ1を駆動すると、これから吐出された液冷媒が熱源側熱交換器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よ入り、ここで放熱することによって凝縮液化して液冷媒となる。液冷媒は配管6bを通って受液器8に入る。受液器8に入った液冷媒はその下方より流出して配管6aを経て放熱器付容器5に入る。

0090

この放熱器付容器5の放熱器5zが作動していない場合は、放熱器付容器5は単なる容器として機能し、液冷媒はその下方より抽出され配管7を経て液ポンプ1に吸引される。放熱器5zが作動している場合は、受液器8を出た液冷媒が飽和液であるため、この放熱器付容器5で過冷却されて容器5内に充満する。これにより液ポンプ1に流入する冷媒を確実に液冷媒とすることができ、また、サイクル中の余剰冷媒は受液器8に貯溜される。

0091

なお、図19に示すように、放熱器付容器5と受液器8の間の配管6aを上方に立ち上げれば、液ポンプ1の停止中に容器5内に液冷媒を貯溜することができる。

0092

また、図20に示すように、受液器8と利用側熱交換器4とを結ぶ配管6bを上方に立ち上げれば、液ポンプ1の停止中に放熱器付容器5内及び受液器8に液冷媒を貯溜することができる。

0093

図21には第14の実施形態が示され、この実施形態では可逆液ポンプ11が熱源側熱交換器2に近接してその下方に設置され、受液器8はヒータ9によって加熱されるようになっている。熱源側熱交換器2が温熱の場合には可逆液ポンプ11が正転され、熱源側熱交換器2で吸熱し、利用側熱交換器4にて放熱する。

0094

熱源側熱交換器2が冷熱の場合には可逆液ポンプ11が逆転される。すると、熱源側熱交換器2にて凝縮液化した冷媒は可逆液ポンプ11に吸引され、配管7を経て放熱器付容器5に入る。この放熱器付容器5の放熱器5zが作動している場合は、放熱器付容器5の上方は気相となるが、放熱器5zが作動していないときは放熱器付容器5は液冷媒で満される。

0095

放熱器付容器5内下部に貯溜された液冷媒は配管6aを経て流出し、受液器8に入る。ここでヒータ9が通電されていないと、この受液器8は液冷媒で満され、システムを正常に作動させるために必要な冷媒が不足することになる。ヒータ9に通電すると、受液器8が暖められるため液冷媒は受液器8の下方にのみ貯溜される。受液器8内下部に貯溜された液冷媒は配管6bより流出して利用側熱交換器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。

0096

図22には第15の実施形態が示され、この実施形態においては、可逆液ポンプ11と熱源側熱交換器2との間に受液器8aが設置され、ヒータ9aによって加熱しうるようになっている。そして、熱源が温熱の場合には、ヒータ9aが作動するが、ヒータ9は不作動となり、熱源が冷熱の場合には、ヒータ9aが不作動となるが、ヒータ9が作動するようになっている。

0097

熱源が温熱の場合、可逆液ポンプ11は正転し、放熱器付容器5内に貯溜された液冷媒は配管7、可逆液ポンプ11、配管7aを経て受液器8aに入る。受液器8aはヒータ9aによって暖められているため、液冷媒で満されることはない。受液器8a内下部に一旦貯溜された液冷媒は配管7bを経て熱源側熱交換器2に入り、ここで吸熱して蒸発気化する。

0098

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って凝縮液化した冷媒は配管6bを経て受液器8に入り、ここに貯溜される。受液器8内に貯溜された液冷媒は配管6aを経て放熱器付容器5に入るが、その放熱器5zが不作動であれば一旦貯溜された後、配管7を経て可逆液ポンプ11に吸引される。

0099

放熱器5zが作動すると、ここで過冷却された後、配管7を経て可逆液ポンプ11に吸引され、サイクルを完了する。余った冷媒はヒータ9が不作動のため、受液器8に貯溜されることとなる。

0100

熱源が冷熱の場合、可逆液ポンプ11は逆転し、受液器8a内に貯溜された液冷媒は配管7a、可逆液ポンプ11、配管7を経て放熱器付容器5に入る。その放熱器5zが作動している場合は容器5の上方は気相となるが、放熱器5zが作動していないときは容器5は液冷媒で満される。放熱器付容器5内下部に貯溜された液冷媒は配管6aを経て流出して受液器8に入り、受液器8はヒータ9によって暖められているため、液冷媒は受液器8の下方のみに貯溜される。

0101

受液器8内下部に貯溜された液冷媒は配管6b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、ここで放熱して凝縮液化する。液化した冷媒は配管7bを経て受液器8aに入り、ここに一旦貯溜され、再度配管7aを経て可逆液ポンプ11に吸引されサイクルを完了する。余った冷媒はヒータ9aが不作動であるため、受液器8aに貯溜される。

0102

なお、図21、図22に示す実施形態においても、配管6a、6b、配管7a、7bを上方に立ち上げれば、図18に示す第11の実施形態において述べたと同様の効果が得られることは当然である。

0103

以上、種々の実施形態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

0104

本発明の熱搬送装置においては、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。

0105

また、放熱器付容器と利用側熱交換器間を接続する配管をこの放熱器付容器内における同配管の開口端より高い位置を経由して利用側熱交換器に接続しているので、液ポンプの運転開始前に放熱器付容器内に貯溜された液冷媒がこの配管を経て利用側熱交換器に流入するのを防止することができる。

0106

可逆式ポンプを用いればその回転方向を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。

0107

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。

0108

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つで済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、また、暖房運転時、放熱器付容器を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。

0109

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。

0110

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、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接続することにより切換弁が不要となり、回路を簡素化することが可能となる。

0111

また、低温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。

0112

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。

0113

ヒートポンプ装置を熱源とすれば、このヒートポンプ装置によって供給される温熱又は冷熱は利用側熱交換器に移送することが可能となる。

0114

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。

0115

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いが、暖房負荷は比較的小さくなり、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。

0116

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。

0117

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。

0118

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。

0119

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。

0120

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。

0121

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。また、液ポンプの運転前に放熱器と容器内に確実に液冷媒が存在することを確認できる。

0122

閉回路内に受液器を設ければ、閉回路内に封入する冷媒量を厳しく管理する必要がなくなり、また、熱源側又は利用側熱交換器を有効に作動させることが可能となる。

0123

受液器に加熱器を取り付ければ、熱源側熱交換器の冷熱・温熱の双方を利用する場合この受液器に液冷媒が封入されることによりシステム作動に必要な冷媒量が不足するのを回避できる。

図面の簡単な説明

0124

図1本発明の第1の実施形態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の実施形態に係る熱搬送装置の回路図である。
図10 本発明の第3の実施形態に係る熱搬送装置の回路図である。
図11 本発明の第4の実施形態に係る熱搬送装置の回路図である。
図12 本発明の第5の実施形態に係る熱搬送装置の回路図である。
図13 本発明の第6の実施形態に係る熱搬送装置の構成図である。
図14 本発明の第7の実施形態に係る熱搬送装置の構成図である。
図15 本発明の第8の実施形態に係る熱搬送装置の構成図である。
図16 本発明の第9の実施形態に係る熱搬送装置の構成図である。
図17 本発明の第10の実施形態に係る熱搬送装置の構成図である。
図18 本発明の第11の実施形態に係る熱搬送装置の構成図である。
図19 本発明の第12の実施形態に係る熱搬送装置の構成図である。
図20 本発明の第13の実施形態に係る熱搬送装置の構成図である。
図21 本発明の第14の実施形態に係る熱搬送装置の構成図である。
図22 本発明の第15の実施形態に係る熱搬送装置の構成図である。

--

0125

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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