JP2004020143A - 風力利用ヒートポンプ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】風速の低い条件や、外気温度の低い環境条件でも安定した能力を確保するとともに、エネルギー変換による損失の少ない高効率な風力利用ヒートポンプ装置を実現する。
【解決手段】風車1の回転力を駆動源とする圧縮機14と、凝縮器5と、膨張器6と、外気を熱源とする蒸発器8とを備え、風車の回転エネルギーで直接圧縮機14を動作させている。これによって、エネルギー変換損失および消費電力の少ない運転ができ、ヒートポンプの性能を著しく向上することができる。
【選択図】 図1
【解決手段】風車1の回転力を駆動源とする圧縮機14と、凝縮器5と、膨張器6と、外気を熱源とする蒸発器8とを備え、風車の回転エネルギーで直接圧縮機14を動作させている。これによって、エネルギー変換損失および消費電力の少ない運転ができ、ヒートポンプの性能を著しく向上することができる。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、給湯、冷蔵、暖冷房等の装置に搭載して用いられるヒートポンプ装置に関し、特に風力を駆動源とする風力利用ヒートポンプ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来この種の風力利用ヒートポンプ装置は図9に示す構成となっている。図9において1は風車、2は風車の回転力を駆動源とする発電機、3は電力を駆動源とする圧縮機4と凝縮器5の1次側と膨張弁6と送風機7を備えた蒸発器8とを順に接続したヒートポンプ回路、9は貯湯槽10内の貯水を凝縮器5の2次側に循環する循環ポンプ、11は発電機2の出力を蓄える蓄電池12を備え商用電源13と発電機2の出力を入力として圧縮機4と循環ポンプ9と送風機7を運転制御する制御器である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の構成では、発電機2の電力出力を蓄電池11または制御器10を介して圧縮機4を運転することにより蒸発器8で空気から得た熱を凝縮器5から放出して貯湯槽9に蓄える事になり、風車1で得た回転エネルギーを電気エネルギーに変換して再度圧縮機4を動作させるため回転エネルギーに変換するというエネルギー変換を行っているため、エネルギー変換に伴う損失が大きくなるとともに蓄電池11からの自然放電によるエネルギー損失も発生して全体の効率が低くなるという課題を有していた。また構成が煩雑なことから装置の製造が困難であるなどの課題も有していた。
【0004】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、エネルギー変換損失および電力消費の少ない高効率の風力利用ヒートポンプ装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために、本発明の風力利用ヒートポンプ装置は、風車の回転軸に直接または間接的に圧縮機の回転軸を接続して運転するものである。これによって、風車で得られた回転エネルギーが、電気エネルギーに変換されることなく直接回転エネルギーとして圧縮機に伝えられるため、エネルギー変換損失が大幅に低減される。
【0006】
【発明の実施の形態】
請求項1に記載した発明は、風車と、風車の回転力を駆動源とする圧縮機と、凝縮器と、絞り手段と、外気を熱源とする蒸発器とからヒートポンプ回路を構成することにより、電力を用いずに風車で得た回転エネルギーで直接圧縮機を運転することができるので、エネルギー変換による損失を最少に押さえることができヒートポンプの効率を上げることができる。
【0007】
請求項2に記載の発明は、特に、請求項1に記載の風力利用ヒートポンプ装置を、風車の回転力を駆動源とする圧縮機を複数台直列に設けた構成とすることにより、低風速の環境でも複数台の圧縮機で高圧力を発生することなり、高能力を得ることができる。
【0008】
請求項3に記載した発明は、特に、請求項1に記載の風力利用ヒートポンプ装置に、風車の回転力を駆動源とする圧縮機の出口に電力を駆動源とする圧縮機を設けたもので、風車を回転する風が吹かない条件でも、電力駆動の圧縮機で昇圧することができるため、風速の低いときでも安定して装置を運転することができる。
【0009】
請求項4に記載した発明は、特に、請求項1に記載の風力利用ヒートポンプ装置に、風車の回転力を駆動源とする発電機と、凝縮器の1次側入口に設けた冷媒加熱手段と、凝縮器の2次側出口に設けた温度検知手段と、発電機と商用電力を入力とし温度検知手段の出力値に応じて冷媒加熱手段に電力を供給する制御器とを設けたもので、風速が大きく充分な回転力が得られるときは発電機で発電して制御器を介して冷媒加熱手段で冷媒を加熱して熱エネルギーとして回収するとともに、風速の低い時は熱量の不足分を商用電源を用いて制御器を介して冷媒加熱手段で冷媒を加熱することにより、所定の能力を安定して得ることができる。
【0010】
請求項5に記載した発明は、特に、請求項4に記載の風力利用ヒートポンプ装置に、蓄熱槽と、蓄熱槽内の蓄熱流体を凝縮器の2次側に送り蓄熱槽に戻す循環ポンプと、凝縮器2次側と蓄熱槽とを接続する接続管より分岐して負荷へおくるための往き管と、往き管に設けた加熱器とを設けたもので、風車が運転している時は商用電源を使用せずに、負荷の実使用時に往き管に設けた加熱器に商用電源を通電させて加熱することにより、蓄熱槽からの放熱を低減して、システム全体の性能を向上させることができる。
【0011】
請求項6に記載した発明は、特に、請求項1〜5に記載の風力利用ヒートポンプ装置において、風車近傍の自然風があたる位置に強制送風手段を持たない蒸発器を設けたもので、風車の回転するときに同時に、蒸発器に自然風を当てて運転することにより、消費電力を低減することができる。
【0012】
請求項7に記載した発明は、特に、請求項1〜6に記載の風力利用ヒートポンプ装置において、圧縮機出口と蒸発器入口を開閉弁を介して接続するバイパス配管を設けたもので、外気温度が低く蒸発器に霜がついた時、バイパス配管の開閉弁を開放して、高温の冷媒を蒸発器に導入して霜を溶かすことにより、低温の外気条件でも運転することができる。
【0013】
請求項8に記載した発明は、特に、請求項1〜7に記載の風力利用ヒートポンプ装置において、蒸発器および蓄熱槽を風車の風流路の壁面の一部として一体に構成したもので、設置現場での組立工事を省くことができるので、施工性の良い装置を実現することができる。
【0014】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【0015】
(実施例1)
図1は、本発明の実施例1における風力利用ヒートポンプ装置の構成を示す説明図である。図1において、14は、風車1の回転力を駆動源とする圧縮機であり、凝縮器5の1次側と、膨張弁6と、送風機7を備えた蒸発器8とからヒートポンプ回路3を構成している。9は蓄熱槽10の貯水を凝縮器5の2次側に循環する循環ポンプであり、11は商用電源13を入力として循環ポンプ9と送風機7を運転制御する制御器である。
【0016】
以上のように構成された風力利用ヒートポンプ装置について、以下にその動作、作用を説明する。まず、風が風車1に当たると風車1が回転軸を介して圧縮機14を作動させることによりヒートポンプ回路3内の冷媒が加圧されて高温高圧になる。高温高圧の冷媒ガスは、凝縮器5の1次側で凝縮して2次側に熱を放出し液冷媒となり、膨張弁6で膨張することにより低温低圧の冷媒液になり、蒸発器8で送風機7で空気で加熱されることにより蒸発して冷媒ガスとなり、再び圧縮機14に入り加圧されて循環する。一方、凝縮器5の2次側の熱は循環ポンプ9により循環する貯水の温度を上昇させて貯湯槽10に蓄えられる。このとき、制御器11は商用電源13の電力を送風機7と循環ポンプ9に供給して運転する。
【0017】
以上のように、本実施例においては、ヒートポンプ回路3の圧縮機14の駆動源を風車1の回転力としているため、運転のための電力消費を著しく低減でき、高効率なヒートポンプ運転ができる。
【0018】
(実施例2)
図2は、本発明の実施例2の風力利用ヒートポンプ装置の構成を示す説明図である。図2において、14は第1風車1の回転力を駆動源とする第1圧縮機で、15は第2風車16の回転力を駆動源とする第2圧縮機で、実施例1と異なるところは第1圧縮機14の出口には第2圧縮機15の入口が接続されるように圧縮機を直列に接続してもうけた点である。
【0019】
以上のように構成された風力利用ヒートポンプ装置について、以下にその動作、作用を説明する。まず、第1風車1の回転力を駆動する第1圧縮機14で加圧された冷媒ガスは第2風車16の回転でを駆動する第2圧縮機15でさらに一段高く加圧される。
【0020】
以上のように、本実施例においては、2台の圧縮機を直列に接続しているため風速の低い状況でも冷媒を高圧化でき幅広い外気環境条件で装置を運転することができる。
【0021】
(実施例3)
図3は、本発明の実施例3の風力利用ヒートポンプ装置の構成を示す説明図である。図3において、15は電動機17の回転力を駆動源とする第2圧縮機であり、電動機17は制御器11を介して商用電源13から電力を供給される。
【0022】
実施例1および実施例2と異なるところは、第1圧縮機14の出口には電動機17の回転力を駆動源とする第2圧縮機15の入口が接続されるように圧縮機を直列に接続するとともに第2圧縮機15の下流に圧力または温度などの冷媒状態を検出する検知手段として圧力センサー18をもうけた点である。
【0023】
以上のように構成された風力利用ヒートポンプ装置について、以下にその動作、作用を説明する。まず、第1圧縮機15は、第1風車1の回転力で駆動され冷媒ガスを加圧する。圧力センサー18で検知した圧力が所定圧力よりも低い時、制御器11は圧力の低い分だけ商用電源13から電動機17に電力を供給する。このとき第2圧縮機15は電動機17の回転力で駆動し冷媒ガスを所定の圧力まで加圧する。
【0024】
以上のように、本実施例においては、2台の圧縮機を直列に接続し、一方を商用電源で駆動しているため、風速が低い場合、所定の圧力に足りない分だけ商用電源を付加して第2圧縮機15を運転することができるので、常に一定の能力または必要な能力で装置を運転することができる。
【0025】
(実施例4)
図4は、本発明の実施例4の風力利用ヒートポンプ装置の構成を示す説明図である。図4において、19は発電機で、20は冷媒加熱機で、21は温度センサーである。実施例1〜3と異なるところは、風車1の回転力で駆動する発電機19と、圧縮機14の出口に制御器11から電力供給を受けて冷媒を加熱する冷媒加熱機20と、凝縮器5の2次側貯水の温度を検出する温度センサー21とをもうけた点である。
【0026】
以上のように構成された風力利用ヒートポンプ装置について、以下にその動作、作用を説明する。まず、第1風車1が回転することにより、発電機19と圧縮機14が動作して電力が発生するとともに冷媒を加圧する。発電機19で発生した電力は制御機11により冷媒加熱機11に供給され冷媒を加熱する。このとき、温度センサー21が所定の値になるように制御器11は発電機19および商用電源13から電力を供給することができるので、風速の低い状況においても所定の能力で装置をい運転することができる。
【0027】
(実施例5)
図5は、本発明の実施例5の風力利用ヒートポンプ装置の構成を示す説明図である。図5において、22は往き管で、23は加熱機である。実施例1〜4と異なるところは、往き管22に制御器11から電力供給をうけて給湯水を加熱する加熱機23をもうけた点である。
【0028】
以上のように構成された風力利用ヒートポンプ装置について、以下にその動作、作用を説明する。まず、第1風車1が回転中は発電機19で発電した電力は冷媒加熱機に供給されて冷媒を加熱するが、給湯負荷が発生して貯湯槽10内の貯水が往き管22から流出するときは、制御器11は発電機19で発電した電力を加熱機23に優先的に供給するように制御する。このとき、貯湯槽10内の貯水が必要な温度に達していなくても、加熱機23で加熱することにより必要な温度を得ることができる。
【0029】
(実施例6)
図6は、本発明の実施例6の風力利用ヒートポンプ装置の構成を示す説明図である。図6において、8は蒸発器である。実施例1〜5と異なるところは、蒸発器8が風車1の近傍の自然風が当たる位置に設置された点である。
【0030】
以上のように構成された風力利用ヒートポンプ装置について、以下にその動作、作用を説明する。蒸発器8が貯湯槽10の傍に設置された場合は自然風が当たらなくなるため電動ファン等の送風機が必要であるが風車1の傍に設置する場合は風車1を回転させるだけの風速が保証されるため、蒸発器8の能力も保証される。さらに風車1の運転と同期して蒸発器8に風が当たるため、蒸発器8の能力を保証するための電動機を動作させるための電力も必要無くなり、省電力を大幅に低減することができる。
【0031】
(実施例7)
図7は、本発明の実施例7の風力利用ヒートポンプ装置の構成を示す説明図である。図7において、24はバイパス配管で、25は開閉弁である。実施例1〜6と異なるところは、圧縮機14の出口と蒸発器8の入口をバイパス配管24で接続し、バイパス配管24に開閉弁25を設けた点である。
【0032】
以上のように構成された風力利用ヒートポンプ装置について、以下にその動作、作用を説明する。外気温度が低い状態でヒートポンプ回路3を運転すると、蒸発器8に霜が発生して蒸発性能が著し低下する場合があるが、このとき、1時的にバイパス配管24に設けた開閉弁25を開放すると、圧縮機14で加圧された高温のガスがバイパス配管24を通って蒸発器8に導入されるため、蒸発器8表面の霜が溶けて再び能力を出すことができる。前記の動作を繰り返して運転することにより外気温の低下する冬期および寒冷地などでも装置を運転することができる。
【0033】
(実施例8)
図8は、本発明の実施例8の風力利用ヒートポンプ装置の構成を示す説明図である。図8において、1はクロスフロー型の風車で、14は風車1で駆動される圧縮機で、5は貯湯槽10に内設する凝縮器で、8は蒸発器で、26は外装である。
【0034】
以上のように構成された風力利用ヒートポンプ装置について、以下にその動作、作用を説明する。風車1は、下方に設けた貯湯槽10と上方に設けた蒸発器8で挟むように外装26内に収められているため、風車1の風流路として貯湯槽10が底部壁面の一部を構成するとともに、蒸発器8が上部壁面の一部を構成している。外装26の一端から流入した風は貯湯槽10と蒸発器8で挟まれた空間を通過して風車1を回転させた後、他の一端より機外に流出する。風車1の回転力で駆動した圧縮機14は高温ガスを凝縮器5に送り、高温ガスは放熱して貯湯槽10内の貯水を加熱した後、液化し膨張弁6で低圧になり蒸発機8で空気に加熱されて蒸発したあと再び圧縮機14で加圧され循環する事となる。
【0035】
以上のように、本実施例においては、貯湯槽10と蒸発器8で風流路の一部を形成するとともに、ヒートポンプを構成する部品と風車を1つの外装に収めて構成することにより、部品点数が少なく、設置とための手間が少ない安価で工事性の良い装置を実現することができる。
【0036】
【発明の効果】
以上のように、請求項1〜8に記載の発明によれば、風車で得られる回転エネルギーを直接に圧縮機に伝達してヒートポンプ回路を運転させることによりエネルギー変換による損失を大幅に低減することができ、装置の効率を著しく向上することができる。また、風速の低い条件や、外気温度の低い環境条件でも安定した能力を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1における風力利用ヒートポンプ装置の構成図
【図2】本発明の実施例2における風力利用ヒートポンプ装置の構成図
【図3】本発明の実施例3における風力利用ヒートポンプ装置の構成図
【図4】本発明の実施例4における風力利用ヒートポンプ装置の構成図
【図5】本発明の実施例5における風力利用ヒートポンプ装置の構成図
【図6】本発明の実施例6における風力利用ヒートポンプ装置の構成図
【図7】本発明の実施例7における風力利用ヒートポンプ装置の構成図
【図8】本発明の実施例8における風力利用ヒートポンプ装置の構成図
【図9】従来の風力利用ヒートポンプ装置の構成図
【符号の説明】
1 風車
2 発電機
3 ヒートポンプ回路
4 電動圧縮機
5 凝縮器
6 膨張器
7 送風機
8 蒸発器
10 蓄熱槽
11 制御器
12 蓄電器
14 圧縮機
15 第2圧縮機
16 第2風車
17 電動機
18 圧力センサー
20 冷媒加熱器
21 温度センサー
22 往き管
23 加熱器
24 バイパス配管
25 開閉弁
【発明の属する技術分野】
本発明は、給湯、冷蔵、暖冷房等の装置に搭載して用いられるヒートポンプ装置に関し、特に風力を駆動源とする風力利用ヒートポンプ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来この種の風力利用ヒートポンプ装置は図9に示す構成となっている。図9において1は風車、2は風車の回転力を駆動源とする発電機、3は電力を駆動源とする圧縮機4と凝縮器5の1次側と膨張弁6と送風機7を備えた蒸発器8とを順に接続したヒートポンプ回路、9は貯湯槽10内の貯水を凝縮器5の2次側に循環する循環ポンプ、11は発電機2の出力を蓄える蓄電池12を備え商用電源13と発電機2の出力を入力として圧縮機4と循環ポンプ9と送風機7を運転制御する制御器である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の構成では、発電機2の電力出力を蓄電池11または制御器10を介して圧縮機4を運転することにより蒸発器8で空気から得た熱を凝縮器5から放出して貯湯槽9に蓄える事になり、風車1で得た回転エネルギーを電気エネルギーに変換して再度圧縮機4を動作させるため回転エネルギーに変換するというエネルギー変換を行っているため、エネルギー変換に伴う損失が大きくなるとともに蓄電池11からの自然放電によるエネルギー損失も発生して全体の効率が低くなるという課題を有していた。また構成が煩雑なことから装置の製造が困難であるなどの課題も有していた。
【0004】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、エネルギー変換損失および電力消費の少ない高効率の風力利用ヒートポンプ装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために、本発明の風力利用ヒートポンプ装置は、風車の回転軸に直接または間接的に圧縮機の回転軸を接続して運転するものである。これによって、風車で得られた回転エネルギーが、電気エネルギーに変換されることなく直接回転エネルギーとして圧縮機に伝えられるため、エネルギー変換損失が大幅に低減される。
【0006】
【発明の実施の形態】
請求項1に記載した発明は、風車と、風車の回転力を駆動源とする圧縮機と、凝縮器と、絞り手段と、外気を熱源とする蒸発器とからヒートポンプ回路を構成することにより、電力を用いずに風車で得た回転エネルギーで直接圧縮機を運転することができるので、エネルギー変換による損失を最少に押さえることができヒートポンプの効率を上げることができる。
【0007】
請求項2に記載の発明は、特に、請求項1に記載の風力利用ヒートポンプ装置を、風車の回転力を駆動源とする圧縮機を複数台直列に設けた構成とすることにより、低風速の環境でも複数台の圧縮機で高圧力を発生することなり、高能力を得ることができる。
【0008】
請求項3に記載した発明は、特に、請求項1に記載の風力利用ヒートポンプ装置に、風車の回転力を駆動源とする圧縮機の出口に電力を駆動源とする圧縮機を設けたもので、風車を回転する風が吹かない条件でも、電力駆動の圧縮機で昇圧することができるため、風速の低いときでも安定して装置を運転することができる。
【0009】
請求項4に記載した発明は、特に、請求項1に記載の風力利用ヒートポンプ装置に、風車の回転力を駆動源とする発電機と、凝縮器の1次側入口に設けた冷媒加熱手段と、凝縮器の2次側出口に設けた温度検知手段と、発電機と商用電力を入力とし温度検知手段の出力値に応じて冷媒加熱手段に電力を供給する制御器とを設けたもので、風速が大きく充分な回転力が得られるときは発電機で発電して制御器を介して冷媒加熱手段で冷媒を加熱して熱エネルギーとして回収するとともに、風速の低い時は熱量の不足分を商用電源を用いて制御器を介して冷媒加熱手段で冷媒を加熱することにより、所定の能力を安定して得ることができる。
【0010】
請求項5に記載した発明は、特に、請求項4に記載の風力利用ヒートポンプ装置に、蓄熱槽と、蓄熱槽内の蓄熱流体を凝縮器の2次側に送り蓄熱槽に戻す循環ポンプと、凝縮器2次側と蓄熱槽とを接続する接続管より分岐して負荷へおくるための往き管と、往き管に設けた加熱器とを設けたもので、風車が運転している時は商用電源を使用せずに、負荷の実使用時に往き管に設けた加熱器に商用電源を通電させて加熱することにより、蓄熱槽からの放熱を低減して、システム全体の性能を向上させることができる。
【0011】
請求項6に記載した発明は、特に、請求項1〜5に記載の風力利用ヒートポンプ装置において、風車近傍の自然風があたる位置に強制送風手段を持たない蒸発器を設けたもので、風車の回転するときに同時に、蒸発器に自然風を当てて運転することにより、消費電力を低減することができる。
【0012】
請求項7に記載した発明は、特に、請求項1〜6に記載の風力利用ヒートポンプ装置において、圧縮機出口と蒸発器入口を開閉弁を介して接続するバイパス配管を設けたもので、外気温度が低く蒸発器に霜がついた時、バイパス配管の開閉弁を開放して、高温の冷媒を蒸発器に導入して霜を溶かすことにより、低温の外気条件でも運転することができる。
【0013】
請求項8に記載した発明は、特に、請求項1〜7に記載の風力利用ヒートポンプ装置において、蒸発器および蓄熱槽を風車の風流路の壁面の一部として一体に構成したもので、設置現場での組立工事を省くことができるので、施工性の良い装置を実現することができる。
【0014】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【0015】
(実施例1)
図1は、本発明の実施例1における風力利用ヒートポンプ装置の構成を示す説明図である。図1において、14は、風車1の回転力を駆動源とする圧縮機であり、凝縮器5の1次側と、膨張弁6と、送風機7を備えた蒸発器8とからヒートポンプ回路3を構成している。9は蓄熱槽10の貯水を凝縮器5の2次側に循環する循環ポンプであり、11は商用電源13を入力として循環ポンプ9と送風機7を運転制御する制御器である。
【0016】
以上のように構成された風力利用ヒートポンプ装置について、以下にその動作、作用を説明する。まず、風が風車1に当たると風車1が回転軸を介して圧縮機14を作動させることによりヒートポンプ回路3内の冷媒が加圧されて高温高圧になる。高温高圧の冷媒ガスは、凝縮器5の1次側で凝縮して2次側に熱を放出し液冷媒となり、膨張弁6で膨張することにより低温低圧の冷媒液になり、蒸発器8で送風機7で空気で加熱されることにより蒸発して冷媒ガスとなり、再び圧縮機14に入り加圧されて循環する。一方、凝縮器5の2次側の熱は循環ポンプ9により循環する貯水の温度を上昇させて貯湯槽10に蓄えられる。このとき、制御器11は商用電源13の電力を送風機7と循環ポンプ9に供給して運転する。
【0017】
以上のように、本実施例においては、ヒートポンプ回路3の圧縮機14の駆動源を風車1の回転力としているため、運転のための電力消費を著しく低減でき、高効率なヒートポンプ運転ができる。
【0018】
(実施例2)
図2は、本発明の実施例2の風力利用ヒートポンプ装置の構成を示す説明図である。図2において、14は第1風車1の回転力を駆動源とする第1圧縮機で、15は第2風車16の回転力を駆動源とする第2圧縮機で、実施例1と異なるところは第1圧縮機14の出口には第2圧縮機15の入口が接続されるように圧縮機を直列に接続してもうけた点である。
【0019】
以上のように構成された風力利用ヒートポンプ装置について、以下にその動作、作用を説明する。まず、第1風車1の回転力を駆動する第1圧縮機14で加圧された冷媒ガスは第2風車16の回転でを駆動する第2圧縮機15でさらに一段高く加圧される。
【0020】
以上のように、本実施例においては、2台の圧縮機を直列に接続しているため風速の低い状況でも冷媒を高圧化でき幅広い外気環境条件で装置を運転することができる。
【0021】
(実施例3)
図3は、本発明の実施例3の風力利用ヒートポンプ装置の構成を示す説明図である。図3において、15は電動機17の回転力を駆動源とする第2圧縮機であり、電動機17は制御器11を介して商用電源13から電力を供給される。
【0022】
実施例1および実施例2と異なるところは、第1圧縮機14の出口には電動機17の回転力を駆動源とする第2圧縮機15の入口が接続されるように圧縮機を直列に接続するとともに第2圧縮機15の下流に圧力または温度などの冷媒状態を検出する検知手段として圧力センサー18をもうけた点である。
【0023】
以上のように構成された風力利用ヒートポンプ装置について、以下にその動作、作用を説明する。まず、第1圧縮機15は、第1風車1の回転力で駆動され冷媒ガスを加圧する。圧力センサー18で検知した圧力が所定圧力よりも低い時、制御器11は圧力の低い分だけ商用電源13から電動機17に電力を供給する。このとき第2圧縮機15は電動機17の回転力で駆動し冷媒ガスを所定の圧力まで加圧する。
【0024】
以上のように、本実施例においては、2台の圧縮機を直列に接続し、一方を商用電源で駆動しているため、風速が低い場合、所定の圧力に足りない分だけ商用電源を付加して第2圧縮機15を運転することができるので、常に一定の能力または必要な能力で装置を運転することができる。
【0025】
(実施例4)
図4は、本発明の実施例4の風力利用ヒートポンプ装置の構成を示す説明図である。図4において、19は発電機で、20は冷媒加熱機で、21は温度センサーである。実施例1〜3と異なるところは、風車1の回転力で駆動する発電機19と、圧縮機14の出口に制御器11から電力供給を受けて冷媒を加熱する冷媒加熱機20と、凝縮器5の2次側貯水の温度を検出する温度センサー21とをもうけた点である。
【0026】
以上のように構成された風力利用ヒートポンプ装置について、以下にその動作、作用を説明する。まず、第1風車1が回転することにより、発電機19と圧縮機14が動作して電力が発生するとともに冷媒を加圧する。発電機19で発生した電力は制御機11により冷媒加熱機11に供給され冷媒を加熱する。このとき、温度センサー21が所定の値になるように制御器11は発電機19および商用電源13から電力を供給することができるので、風速の低い状況においても所定の能力で装置をい運転することができる。
【0027】
(実施例5)
図5は、本発明の実施例5の風力利用ヒートポンプ装置の構成を示す説明図である。図5において、22は往き管で、23は加熱機である。実施例1〜4と異なるところは、往き管22に制御器11から電力供給をうけて給湯水を加熱する加熱機23をもうけた点である。
【0028】
以上のように構成された風力利用ヒートポンプ装置について、以下にその動作、作用を説明する。まず、第1風車1が回転中は発電機19で発電した電力は冷媒加熱機に供給されて冷媒を加熱するが、給湯負荷が発生して貯湯槽10内の貯水が往き管22から流出するときは、制御器11は発電機19で発電した電力を加熱機23に優先的に供給するように制御する。このとき、貯湯槽10内の貯水が必要な温度に達していなくても、加熱機23で加熱することにより必要な温度を得ることができる。
【0029】
(実施例6)
図6は、本発明の実施例6の風力利用ヒートポンプ装置の構成を示す説明図である。図6において、8は蒸発器である。実施例1〜5と異なるところは、蒸発器8が風車1の近傍の自然風が当たる位置に設置された点である。
【0030】
以上のように構成された風力利用ヒートポンプ装置について、以下にその動作、作用を説明する。蒸発器8が貯湯槽10の傍に設置された場合は自然風が当たらなくなるため電動ファン等の送風機が必要であるが風車1の傍に設置する場合は風車1を回転させるだけの風速が保証されるため、蒸発器8の能力も保証される。さらに風車1の運転と同期して蒸発器8に風が当たるため、蒸発器8の能力を保証するための電動機を動作させるための電力も必要無くなり、省電力を大幅に低減することができる。
【0031】
(実施例7)
図7は、本発明の実施例7の風力利用ヒートポンプ装置の構成を示す説明図である。図7において、24はバイパス配管で、25は開閉弁である。実施例1〜6と異なるところは、圧縮機14の出口と蒸発器8の入口をバイパス配管24で接続し、バイパス配管24に開閉弁25を設けた点である。
【0032】
以上のように構成された風力利用ヒートポンプ装置について、以下にその動作、作用を説明する。外気温度が低い状態でヒートポンプ回路3を運転すると、蒸発器8に霜が発生して蒸発性能が著し低下する場合があるが、このとき、1時的にバイパス配管24に設けた開閉弁25を開放すると、圧縮機14で加圧された高温のガスがバイパス配管24を通って蒸発器8に導入されるため、蒸発器8表面の霜が溶けて再び能力を出すことができる。前記の動作を繰り返して運転することにより外気温の低下する冬期および寒冷地などでも装置を運転することができる。
【0033】
(実施例8)
図8は、本発明の実施例8の風力利用ヒートポンプ装置の構成を示す説明図である。図8において、1はクロスフロー型の風車で、14は風車1で駆動される圧縮機で、5は貯湯槽10に内設する凝縮器で、8は蒸発器で、26は外装である。
【0034】
以上のように構成された風力利用ヒートポンプ装置について、以下にその動作、作用を説明する。風車1は、下方に設けた貯湯槽10と上方に設けた蒸発器8で挟むように外装26内に収められているため、風車1の風流路として貯湯槽10が底部壁面の一部を構成するとともに、蒸発器8が上部壁面の一部を構成している。外装26の一端から流入した風は貯湯槽10と蒸発器8で挟まれた空間を通過して風車1を回転させた後、他の一端より機外に流出する。風車1の回転力で駆動した圧縮機14は高温ガスを凝縮器5に送り、高温ガスは放熱して貯湯槽10内の貯水を加熱した後、液化し膨張弁6で低圧になり蒸発機8で空気に加熱されて蒸発したあと再び圧縮機14で加圧され循環する事となる。
【0035】
以上のように、本実施例においては、貯湯槽10と蒸発器8で風流路の一部を形成するとともに、ヒートポンプを構成する部品と風車を1つの外装に収めて構成することにより、部品点数が少なく、設置とための手間が少ない安価で工事性の良い装置を実現することができる。
【0036】
【発明の効果】
以上のように、請求項1〜8に記載の発明によれば、風車で得られる回転エネルギーを直接に圧縮機に伝達してヒートポンプ回路を運転させることによりエネルギー変換による損失を大幅に低減することができ、装置の効率を著しく向上することができる。また、風速の低い条件や、外気温度の低い環境条件でも安定した能力を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1における風力利用ヒートポンプ装置の構成図
【図2】本発明の実施例2における風力利用ヒートポンプ装置の構成図
【図3】本発明の実施例3における風力利用ヒートポンプ装置の構成図
【図4】本発明の実施例4における風力利用ヒートポンプ装置の構成図
【図5】本発明の実施例5における風力利用ヒートポンプ装置の構成図
【図6】本発明の実施例6における風力利用ヒートポンプ装置の構成図
【図7】本発明の実施例7における風力利用ヒートポンプ装置の構成図
【図8】本発明の実施例8における風力利用ヒートポンプ装置の構成図
【図9】従来の風力利用ヒートポンプ装置の構成図
【符号の説明】
1 風車
2 発電機
3 ヒートポンプ回路
4 電動圧縮機
5 凝縮器
6 膨張器
7 送風機
8 蒸発器
10 蓄熱槽
11 制御器
12 蓄電器
14 圧縮機
15 第2圧縮機
16 第2風車
17 電動機
18 圧力センサー
20 冷媒加熱器
21 温度センサー
22 往き管
23 加熱器
24 バイパス配管
25 開閉弁
Claims (8)
- 風車と、この風車の回転力を駆動源とする圧縮機と、凝縮器と、絞り手段と、外気を熱源とする蒸発器とから構成される風力利用ヒートポンプ装置。
- 圧縮機は、直列に接続して複数台設けられた請求項1に記載の風力利用ヒートポンプ装置。
- 圧縮機の出口に電力を駆動源とする第2の圧縮機を設けた請求項1又は2に記載の風力利用ヒートポンプ装置。
- 風車の回転力を駆動源とする発電機と、凝縮器の1次側入口に設けた冷媒加熱手段と、前記凝縮器の2次側出口に設けた温度検知手段と、前記発電機による電力と商用電力を入力とし前記温度検知手段の出力値に応じて前記冷媒加熱手段に電力を供給する制御器を有する請求項1、2又は3に記載の風力利用ヒートポンプ装置。
- 蓄熱槽と、前記蓄熱槽内の蓄熱流体を凝縮器の2次側に送り蓄熱槽に戻す循環ポンプと、凝縮器2次側と蓄熱槽とを接続する接続管より分岐して負荷へおくるための往き管と、前記往き管に設けた加熱器とを有する請求項1から4のいずれか1項に記載の風力利用ヒートポンプ装置。
- 風車近傍の自然風があたる位置に設けられた蒸発器を有する請求項1から5のいずれか1項に記載の風力利用ヒートポンプ装置。
- 圧縮機の出口と蒸発器の入口とを開閉弁を介して接続するバイパス配管を有する請求項1から6のいずれか1項に記載の風力利用ヒートポンプ装置。
- 風車の風流路の壁面の一部として構成される蒸発器および蓄熱槽を有する請求項1から7のいずれか1項に記載の風力利用ヒートポンプ装置。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2002
- 2002-06-20 JP JP2002179570A patent/JP2004020143A/ja active Pending
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