加熱冷却装置

【課題】エネルギー効率が極めて良好な状態で運転を継続可能であり、様々な負荷条件に適応可能である加熱冷却装置を提供する。
【解決手段】加熱冷却装置１では、ヒートポンプ１０の運転モードの切替あるいは他熱源Ｚ・他冷熱源（空冷ヒートポンプ２１５４）により、冷却負荷Ｃに対して供給冷熱が過剰となる場合に冷水追従モードとして冷却負荷Ｃに適切に対応すると共に加熱負荷Ｈに温水と他熱源Ｚで対応し、加熱負荷Ｈに対して供給熱が過剰となる場合に温水追従モードとして加熱負荷Ｈに適切に対応すると共に冷却負荷Ｃに冷水と他冷熱源で対応する。

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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱負荷を加熱する加熱媒体を加熱すると共に、冷却負荷を冷却する冷却媒体を冷却するヒートポンプと、
前記加熱媒体の加熱を補助する他熱源及び前記冷却媒体の冷却を補助する他冷熱源の双方を備えており、
前記ヒートポンプは、加熱媒体追従運転及び冷却媒体追従運転可能であり、
前記冷却媒体が所定温度未満となると前記加熱媒体追従運転から前記冷却媒体追従運転に切り替え、
前記加熱媒体が特定温度を超えると前記冷却媒体追従運転から前記加熱媒体追従運転に切り替える
ことを特徴とする加熱冷却装置。
【請求項２】
加熱負荷を加熱する加熱媒体を加熱すると共に、冷却負荷を冷却する冷却媒体を冷却するヒートポンプと、
前記冷却媒体を加熱し又は冷却する媒体を供給する空冷ヒートポンプ
を備えており、
当該空冷ヒートポンプの前記媒体を前記冷却媒体により冷却し又は加熱した後、前記空冷ヒートポンプの前記媒体に対する加熱又は冷却を切り替える
ことを特徴とする加熱冷却装置。
【請求項３】
前記媒体を加熱し又は冷却する他補助熱源を備えており、
前記冷却媒体による前記媒体の冷却又は加熱に合わせて、前記他補助熱源による冷却又は加熱を行う
ことを特徴とする請求項２に記載の加熱冷却装置。
【請求項４】
前記冷却媒体を加熱する冷却媒体加熱機を備えている
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れかに記載の加熱冷却装置。
【請求項５】
加熱負荷を加熱する加熱媒体を加熱すると共に、冷却負荷を冷却する冷却媒体を冷却するヒートポンプと、
前記冷却媒体を加熱する冷却媒体加熱機と
を備えたことを特徴とする加熱冷却装置。
【請求項６】
冷却負荷を冷却する第１冷却媒体と、
加熱負荷を加熱する加熱媒体を加熱すると共に、前記第１冷却媒体を冷却する第２冷却媒体を冷却するヒートポンプと、
前記第１冷却媒体を第３冷却媒体により冷却する冷却装置と、
前記第２冷却媒体を加熱する冷却媒体加熱機と
を備えたことを特徴とする加熱冷却装置。
【請求項７】
前記冷却側加熱媒体及び／又は前記冷却媒体の前記冷却媒体加熱機への熱量を調節する第１熱量調節手段と、
前記第２冷却媒体の温度である冷水温度を検知する温度センサと、
前記冷却装置からの前記第３冷却媒体の熱量を調節する第２熱量調節手段と、
前記温度センサと接続され、前記冷水温度に応じて前記第１熱量調節手段及び第２熱量調節手段における熱量を制御する自動制御装置と
を備えたことを特徴とする請求項６に記載の加熱冷却装置。
【請求項８】
前記ヒートポンプが複数台設置されており、
前記自動制御装置は、
少なくとも一部の所定の前記ヒートポンプにおける、前記加熱媒体が前記ヒートポンプから供給される際の温度である温水供給温度を検知する温水供給温度センサ、前記加熱媒体が前記ヒートポンプへ戻る際の温度である温水戻り温度を検知する温水戻り温度センサ、及び前記第２冷却媒体が前記ヒートポンプから供給される際の温度である冷水供給温度を検知する冷水供給温度センサ、並びに前記加熱媒体の熱量を検知する熱量計と接続されており、
前記温水供給温度センサから得た前記温水供給温度と前記温水戻り温度センサから得た前記温水戻り温度の差、及び前記熱量計から得た前記熱量から把握した現在の加熱能力と、前記冷水供給温度センサから得た前記冷水供給温度から把握した定格運転時の加熱能力とから、当該ヒートポンプにおける負荷率を把握して、当該負荷率が設定値以下である場合に、前記ヒートポンプの一部につき運転を停止する制御を行い、
当該ヒートポンプの運転停止後、前記温水供給温度センサから得た前記温水供給温度が設定値以下である場合に、停止した前記ヒートポンプにつき運転を再開する制御を行う
ことを特徴とする請求項７に記載の加熱冷却装置。
【請求項９】
前記第１冷却媒体の温度である冷却媒体温度を検知する、前記自動制御装置と接続された冷却媒体温度センサを更に備え、
前記自動制御装置は、前記第２熱量調節手段における熱量が設定値以下であり、且つ前記冷却媒体温度センサから得た前記冷却媒体温度が設定値以下である場合に、前記ヒートポンプの第２冷却媒体に係る冷却後の温度を上昇する
ことを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の加熱冷却装置。
【請求項１０】
前記加熱負荷を加熱する第２加熱媒体を供給可能な加熱装置を更に備え、
前記ヒートポンプは、前記加熱媒体を冷却可能な冷却機と接続されており、
前記自動制御装置は、前記冷却媒体温度センサから得た前記冷却媒体温度が所定値以上であり且つ／又は前記第２熱量調節手段における流量が設定値以上である場合に、前記加熱媒体を前記冷却機に供給して冷却された前記加熱媒体を受けると共に、前記加熱装置により前記第２加熱媒体を供給して前記加熱媒体に代わり前記加熱負荷の加熱を行う
ことを特徴とする請求項７ないし請求項９の何れかに記載の加熱冷却装置。
【請求項１１】
前記冷却媒体加熱機は、加熱用ヒートポンプである
ことを特徴とする請求項４ないし請求項１０の何れかに記載の加熱冷却装置。
【請求項１２】
加熱負荷を加熱する加熱媒体を加熱すると共に、冷却負荷を冷却する冷却媒体を冷却するヒートポンプと、
前記冷却媒体を加熱する冷却媒体加熱機
を備えており、
前記ヒートポンプは、冷却媒体追従運転において冷却負荷量を上回る冷熱量である冷却媒体を供給する状態で運転される
ことを特徴とする加熱冷却装置。
【請求項１３】
前記冷却媒体加熱機は、前記冷却媒体と冷却側加熱媒体とを導入し熱交換することで前記冷却媒体を当該冷却側加熱媒体により加熱する熱交換機である
ことを特徴とする請求項４ないし請求項１２の何れかに記載の加熱冷却装置。
【請求項１４】
加熱負荷を加熱する加熱媒体を加熱すると共に、冷却負荷を冷却する冷却媒体を冷却するヒートポンプと、
前記冷却媒体と冷却側加熱媒体とを導入し熱交換することで前記冷却媒体を当該冷却側加熱媒体により加熱する熱交換機
を備えており、
前記冷却側加熱媒体は、要冷却設備における冷却水及び／又は冷水であり、
当該冷却水及び／又は冷水を所定温度まで冷却して前記冷却媒体加熱機に供給する冷却機及び機器冷却水温度調節手段を更に備えている
ことを特徴とする加熱冷却装置。
【請求項１５】
加熱負荷を加熱する加熱媒体を加熱すると共に、冷却負荷を冷却する冷却媒体を冷却するヒートポンプと、
前記冷却媒体と冷却側加熱媒体とを導入し熱交換することで前記冷却媒体を当該冷却側加熱媒体により加熱する熱交換機
を備えており、
前記冷却側加熱媒体は、空冷ヒートポンプから供給され、
当該空冷ヒートポンプは、前記冷却側加熱媒体を所定温度に維持する
ことを特徴とする加熱冷却装置。
【請求項１６】
前記冷却側加熱媒体の熱量を調整する冷却側加熱媒体熱量調節手段が設置されている
ことを特徴とする請求項１３ないし請求項１５の何れかに記載の加熱冷却装置。
【請求項１７】
前記冷却側加熱媒体は、工場に属する排温水、補給水、排気、排ガス、洗浄水の排水、機器の放熱、ワークの放熱、空調機の排熱や、空調冷却媒体の戻り又はコージェネレーションの冷却水を含む排熱の内の少なくとも何れかを含むものである
ことを特徴とする請求項１３ないし請求項１６の何れかに記載の加熱冷却装置。
【請求項１８】
前記冷却側加熱媒体は、冷却側加熱媒体供給用ヒートポンプから供給される
ことを特徴とする請求項１３ないし請求項１８の何れかに記載の加熱冷却装置。
【請求項１９】
前記冷却媒体加熱機及び／又は熱交換機は、複数である
ことを特徴とする請求項４ないし請求項１８の何れかに記載の加熱冷却装置。
【請求項２０】
前記加熱媒体及び／又は前記冷却媒体の状態に応じて、前記複数の冷却媒体加熱機の運転台数及び／又は運転モードを切替える自動制御装置を有する
ことを特徴とする請求項１９に記載の加熱冷却装置。
【請求項２１】
前記冷却側加熱媒体供給用ヒートポンプは、複数であり、
前記加熱媒体及び／又は前記冷却媒体の状態に応じて、前記複数の冷却側加熱媒体供給用ヒートポンプの運転台数を切替える自動制御装置を有する
ことを特徴とする請求項１８に記載の加熱冷却装置。
【請求項２２】
前記自動制御装置は、前記冷却媒体に係る負荷が前記加熱媒体に係る負荷に対して減少する場合には、前記複数の冷却側加熱媒体供給用ヒートポンプの一部を動作待機状態とする
ことを特徴とする請求項２１に記載の加熱冷却装置。
【請求項２３】
加熱負荷を加熱する加熱媒体を加熱すると共に、冷却負荷を冷却する冷却媒体を冷却するヒートポンプと、
前記加熱媒体の前記ヒートポンプへの加熱負荷量を調節する加熱負荷量調節手段と、
前記冷却媒体の温度である冷熱温度を検知する冷熱温度センサと、
前記加熱媒体の加熱を補助する他熱源と、
前記冷熱温度センサ及び前記他熱源と接続され、当該冷熱温度センサから得た前記冷熱温度に応じて前記加熱負荷量調節手段における加熱負荷量を制御すると共に、前記他熱源による加熱供給量を調整する自動制御装置と
を備えたことを特徴とする加熱冷却装置。
【請求項２４】
加熱負荷を加熱する加熱媒体を加熱すると共に、冷却負荷を冷却する冷却媒体を冷却するヒートポンプと、
前記冷却媒体の前記ヒートポンプへの冷却負荷量を調節する冷却負荷量調節手段と、
前記加熱媒体の温度である温熱温度を検知する温熱温度センサと、
前記冷却媒体の冷却を補助する他冷熱源と、
前記温熱温度センサ及び前記他冷熱源と接続され、当該温熱温度センサから得た前記温熱温度に応じて前記冷却負荷量調節手段における冷却負荷量を制御すると共に、前記他冷熱源による冷熱供給量を調整する自動制御装置と
を備えたことを特徴とする加熱冷却装置。
【請求項２５】
前記自動制御装置は、前記冷却媒体の温度が低下すると、前記ヒートポンプにおける加熱量を減少する
ことを特徴とする請求項２３に記載の加熱冷却装置。
【請求項２６】
前記自動制御装置は、前記加熱媒体の温度が上昇すると、前記ヒートポンプにおける冷却量を減少する
ことを特徴とする請求項２４に記載の加熱冷却装置。
【請求項２７】
前記自動制御装置は、前記冷却媒体の温度が低下すると、前記加熱媒体の供給設定温度を減少する
ことを特徴とする請求項２３に記載の加熱冷却装置。
【請求項２８】
前記自動制御装置は、前記加熱媒体の温度が上昇すると、前記冷却媒体の供給設定温度を上昇する
ことを特徴とする請求項２４に記載の加熱冷却装置。
【請求項２９】
前記ヒートポンプに戻る際の熱量が一定となる状態で前記加熱媒体を循環させる加熱媒体ポンプを備えており、
前記自動制御装置は、前記冷却媒体の温度が低下すると、前記加熱媒体の供給設定温度を上昇する
ことを特徴とする請求項２３又は請求項２４に記載の加熱冷却装置。
【請求項３０】
前記ヒートポンプの運転モードにつき、加熱媒体追従モードと冷却媒体追従モードで切替可能である
ことを特徴とする請求項１ないし請求項２９の何れかに記載の加熱冷却装置。
【請求項３１】
前記ヒートポンプにつき、まず前記冷却媒体追従運転を開始し、その後前記加熱媒体追従運転へ切換える
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３０の何れかに記載の加熱冷却装置。
【請求項３２】
前記冷却負荷が所定量以上発生した場合に、前記ヒートポンプの運転を開始する
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３１の何れかに記載の加熱冷却装置。
【請求項３３】
前記ヒートポンプの運転開始前に、前記ヒートポンプの前記加熱媒体を、工場排熱で加熱する
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３２の何れかに記載の加熱冷却装置。
【請求項３４】
前記ヒートポンプの運転開始前に、前記他熱源で予熱した前記加熱負荷により前記ヒートポンプの前記加熱媒体を加熱する
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３３の何れかに記載の加熱冷却装置。
【請求項３５】
前記ヒートポンプの加熱負荷量を調整しながら、前記加熱媒体の温度を制御する
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３４の何れかに記載の加熱冷却装置。
【請求項３６】
前記ヒートポンプが複数台設置されており、
前記自動制御装置は、
少なくとも一部の所定の前記ヒートポンプにおける、前記加熱媒体が前記ヒートポンプから供給される際の温度である温水供給温度を検知する温水供給温度センサ、前記加熱媒体が前記ヒートポンプへ戻る際の温度である温水戻り温度を検知する温水戻り温度センサ、及び前記冷却媒体が前記ヒートポンプから供給される際の温度である冷水供給温度を検知する冷水供給温度センサ、並びに前記加熱媒体の熱量を検知する熱量計と接続されており、
前記温水供給温度センサから得た前記温水供給温度と前記温水戻り温度センサから得た前記温水戻り温度の差、及び前記熱量計から得た前記熱量から把握した現在の加熱能力と、前記冷水供給温度センサから得た前記冷水供給温度から把握した定格運転時の加熱能力とから、当該ヒートポンプにおける負荷率を把握して、
当該負荷率が設定値以下である場合に、前記ヒートポンプの一部につき運転を停止する制御を行い、
当該ヒートポンプの運転停止後、前記温水供給温度センサから得た前記温水供給温度が設定値以下である場合に、停止した前記ヒートポンプにつき運転を再開する制御を行う
ことを特徴とする請求項２０ないし請求項３５の何れかに記載の加熱冷却装置。
【請求項３７】
前記加熱負荷を加熱する第２加熱媒体を供給可能な加熱装置を更に備え、
前記ヒートポンプは、前記加熱媒体を冷却可能な冷却機と接続されており、
前記自動制御装置は、前記冷熱温度センサから得た前記冷熱温度が所定値以上である場合に、前記加熱媒体を前記冷却機に供給して冷却された前記加熱媒体を受けると共に、前記加熱装置により前記第２加熱媒体を供給して前記加熱媒体に代わり前記加熱負荷の加熱を行う
ことを特徴とする請求項２０ないし請求項３６の何れかに記載の加熱冷却装置。
【請求項３８】
前記加熱負荷を加熱する第２加熱媒体を供給可能な加熱装置と、消費電力を検知する消費電力計とを更に備え、
前記ヒートポンプは、前記加熱媒体を冷却可能な冷却機と接続されており、
前記自動制御装置は、前記消費電力計と接続されており、前記消費電力計から得た消費電力が設定値以上である場合に、前記加熱媒体を前記冷却機に供給して冷却された前記加熱媒体を受けると共に、前記加熱装置により前記第２加熱媒体を供給して前記加熱媒体に代わり前記加熱負荷の加熱を行う
ことを特徴とする請求項２０ないし請求項３７の何れかに記載の加熱冷却装置。
【請求項３９】
前記ヒートポンプからの前記加熱媒体を貯蔵する温水タンクと、当該温水タンク内の前記加熱媒体を加熱する加熱手段とを備え、前記温水タンクからの前記加熱媒体により前記加熱負荷を加熱する第２加熱媒体が加熱される
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３８の何れかに記載の加熱冷却装置。
【請求項４０】
前記ヒートポンプを複数備えていると共に、
前記冷却負荷を冷却する第４冷却媒体を供給可能な第２冷却機を備えており、
更に一部の前記ヒートポンプの供給する前記冷却媒体につき、前記冷却側加熱媒体との熱交換機側と前記冷却負荷の冷却側とで切り替え可能とし、
前記加熱負荷が比較的に軽い一方前記冷却負荷が比較的に重い場合に、前記一部のヒートポンプの前記冷却媒体で前記冷却負荷を冷却する一方、残余の前記ヒートポンプの冷却媒体に前記冷却側加熱媒体を適用して、全ての前記ヒートポンプで前記加熱負荷を加熱し、
前記加熱負荷が比較的に重い一方前記冷却負荷が比較的に軽い場合に、前記一部のヒートポンプの前記冷却媒体にも前記冷却側加熱媒体を適用して、全ての前記ヒートポンプで前記加熱負荷を加熱し、前記第２冷却機の前記第４冷却媒体で冷却負荷を冷却する
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３９の何れかに記載の加熱冷却装置。
【請求項４１】
工場排熱との熱交換によりにより生成した排温水を熱源として、ヒートポンプ式蒸気発生装置を運転する
ことを特徴とする加熱冷却装置。
【請求項４２】
工場排熱の熱量が低下した場合に、前記ヒートポンプ式蒸気発生装置の出力を絞る
ことを特徴とする請求項４１に記載の加熱冷却装置。
【請求項４３】
加熱負荷を加熱する加熱媒体を加熱すると共に、冷却負荷を冷却する冷却媒体を冷却し、更に冷却水を供給するダブルバンド仕様の排熱回収型ヒートポンプと、
前記冷却水を冷却する冷却水冷却機と
を備えたことを特徴とする加熱冷却装置。
【請求項４４】
前記排熱回収型ヒートポンプは、冷水追従運転中、その出力が所定値以上となり、及び／又は、前記冷却媒体の温度が特定値以上となると、加熱媒体の供給を停止する
ことを特徴とする請求項４３に記載の加熱冷却装置。
【請求項４５】
前記排熱回収型ヒートポンプを温水追従運転中、冷却負荷に対して冷却不足となることを把握すると、前記冷却水冷却機及び／又は冷却装置により、前記排熱回収型ヒートポンプの前記加熱媒体を冷却する
ことを特徴とする請求項４３又は請求項４４に記載の加熱冷却装置。
【請求項４６】
加熱負荷を加熱する加熱媒体を加熱すると共に、冷却負荷を冷却する冷却媒体を冷却するヒートポンプを複数備えており、
少なくとも２つ以上の前記加熱媒体同士で熱交換可能な熱交換用加熱媒体連絡回路を有する
ことを特徴とする加熱冷却装置。
【請求項４７】
加熱負荷を加熱する加熱媒体を加熱すると共に、冷却負荷を冷却する冷却媒体を冷却するヒートポンプを備えており、
前記ヒートポンプは、加熱媒体追従運転可能であり、
当該加熱媒体追従運転中の前記ヒートポンプの前記冷却媒体の温度を制御する
ことを特徴とする加熱冷却装置。

【図１】