JP2004293857A - Heat pump device - Google Patents
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- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/06—Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide
- F25B2309/061—Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide with cycle highest pressure above the supercritical pressure
Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はヒートポンプによって冷却または加熱を行う、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、この種のヒートポンプ装置としては、例えば、吸熱器を加熱する吸熱器加熱運転時に、圧縮機からの冷媒を放熱器から減圧手段を通して吸熱器に流しているものがあった(特許文献1参照)。図5は、特許文献1に記載された従来のヒートポンプ装置を示すものである。
【0003】
このヒートポンプ装置は図5に示すように、圧縮機1と、給湯熱交換器2と、減圧装置3と、大気熱交換器4とを順に接続してなる冷媒回路5によってヒートポンプサイクルが構成されている。また、貯湯槽6と給湯熱交換器2を水循環回路7で接続し、水循環回路7に設けられた水循環ポンプ8で貯湯槽6に貯留された水を貯湯槽6下部から給湯熱交換器2に循環させて貯湯槽6上部から戻す構成となっている。圧縮機1を運転して冷媒を循環させて、大気熱交換器4に設けたファン9によって大気熱交換器4において大気熱を吸熱し、水循環ポンプ8によって貯湯槽6の底部から供給される水を給湯熱交換器2において加熱して、貯湯槽6の上部に戻していくことで貯湯槽6に湯を貯める貯湯運転を行う。
【0004】
気温が0〜5℃程度の低温において貯湯運転を行うと、大気熱交換器4での冷媒の温度が低くなり、大気熱交換器4の表面温度が0℃以下になるため、大気中に含まれる水分が大気熱交換器4に霜として付着していく。このまま貯湯運転を続けると霜がさらに付着していき、大気熱交換器4の熱交換効率が悪くなり装置の加熱能力が低下する。よって、このヒートポンプ装置は大気熱交換器4の冷媒温度が低下すると、水循環ポンプ8を停止し、減圧装置3の弁開度を通常運転より大きくして、圧縮機1を運転することによって大気熱交換器4を加熱し、霜を融解させることによって除霜運転を行い、加熱能力の低下を防止する。
【0005】
また、除霜などのために、大気熱交換器などのヒートポンプサイクルにおける吸熱器を加熱する他の方法としては、圧縮機からの吐出される高温冷媒を直接、吸熱器入口側にバイパスする、ホットガスバイパス方式が知られている。
【0006】
【特許文献1】
特許第3297657号公報
【0007】
【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、吸熱器である大気熱交換器を加熱する除霜運転時に、圧縮機から吐出される高温冷媒が放熱器である給湯熱交換器を通るため、給湯熱交換器における放熱によって冷媒の温度が低下し、除霜運転の効率が低下するという課題があった。また、圧縮機から吐出される高温冷媒をバイパスして吸熱器に送る、ホットガスバイパス方式においては直接吸熱器に高温冷媒を送ることができるが、圧縮機と吸熱器のみからなる冷媒回路となるため、圧縮機の吐出側と吸入側の差圧は吸熱器での圧力損失分となる。このとき、圧縮機によっては、例えば、高圧と低圧の差圧によって潤滑油を圧縮機内部に送って圧縮機駆動部の潤滑を行うため、圧縮機駆動部の十分な潤滑を行って運転を行うにはある一定以上の差圧が必要となるものがあり、吸熱器での圧力損失分による差圧だけでは圧縮機の安定した運転に必要な差圧が保てないといった課題があった。
【0008】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、放熱器における放熱を抑え、かつ、圧縮機の安定した運転に必要な差圧を保って、吸熱器に高温冷媒を送って吸熱器加熱運転を行うことができるヒートポンプ装置を提供することを目的とする。
【0009】
【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、圧縮機の吐出側から減圧手段入口側へパイパス回路を接続し、バイパス回路に開閉手段を設けたヒートポンプ装置とする。
【0010】
これによって、吸熱器加熱運転時に、放熱器をバイパスすることで放熱器における高温冷媒の放熱を抑えるとともに、減圧手段によって減圧することによって圧縮機の吐出と吸入の差圧を一定以上に保って吸熱器の加熱を行うことができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
請求項1に記載の発明は、圧縮機と、放熱器と、減圧手段と、吸熱器とを順に接続してなる冷媒回路において、圧縮機の吐出側から減圧手段入口側へパイパス回路を接続し、バイパス回路に開閉手段を設けている。吸熱器加熱運転時に開閉手段を開けて放熱器をバイパスし、減圧手段を通してから吸熱器に冷媒を流すことで、高温冷媒の放熱器での温度低下を抑えるとともに、減圧手段において減圧することによって圧縮機の吐出と吸入の差圧を一定以上に保って吸熱器の加熱運転を行って、効率よく吸熱器を加熱できるとともに、安定した圧縮機の運転を行うことができる。
【0012】
請求項2に記載の発明は、特に、請求項1に記載の減圧手段を減圧量可変なものとしたことにより、通常運転時と吸熱器加熱運転時によって減圧量を変化させて、それぞれの運転において最適な減圧量とすることによって、吸熱器加熱運転時において、不必要な減圧によって生じる冷媒の温度低下を抑えて効率よく吸熱器を加熱することができる。
【0013】
請求項3に記載の発明は、圧縮機と、放熱器と、第1の減圧手段と、吸熱器とを順に接続してなる冷媒回路において、圧縮機の吐出側から吸熱器入口側へバイパスするパイパス回路を接続し、バイパス回路に開閉手段と第2の減圧手段を設けている。吸熱器加熱運転時に開閉手段を開けて放熱器をバイパスし、バイパス回路に設けられた第2の減圧手段を通してから吸熱器に冷媒を流すことで、高温冷媒の放熱器での温度低下を抑えるとともに、吸熱器加熱運転のために設けた第2の減圧手段において減圧することによって、高温冷媒の減圧による温度低下を最小限として圧縮機の吐出と吸入の差圧を一定以上に保って吸熱器の加熱運転を行って、効率よく吸熱器を加熱するとともに、安定した圧縮機の運転を行うことができる。
【0014】
請求項4に記載の発明は、圧縮機と、放熱器と、第1の減圧手段と、吸熱器とを順に接続してなる冷媒回路において、圧縮機の吐出側から吸熱器入口側へバイパスするパイパス回路を接続し、バイパス回路に開閉手段を設け、冷媒回路におけるバイパス回路出口側接続部から吸熱器の間に第2の減圧手段を設けている。吸熱器加熱運転時に開閉手段を開けて放熱器をバイパスし、第2の減圧手段を通してから吸熱器に冷媒を流すことで、高温冷媒の放熱器での温度低下を抑えるとともに、吸熱器加熱運転のために設けた第2の減圧手段において減圧することによって、高温冷媒の減圧による温度低下を最小限として圧縮機の吐出と吸入の差圧を一定以上に保って吸熱器の加熱運転を行って、効率よく吸熱器を加熱できるとともに、安定した圧縮機の運転を行うことができる。また、通常運転時も第2の減圧手段で減圧を行うことによって、通常運転時に必要な減圧を第2の減圧手段で一部行うことができ、第1の減圧手段での減圧量を小さくすることができる。また、バイパス回路に減圧手段がないため、バイパスされる放熱器側に比べて圧力損失が小さくなるため、吸熱器加熱運転時に、バイパス回路側へほとんどの冷媒を流すことができる。
【0015】
請求項5に記載の発明は、圧縮機と、放熱器と、第1の減圧手段と、吸熱器とを順に接続してなる冷媒回路において、圧縮機の吐出側から吸熱器入口側へバイパスするパイパス回路を接続し、バイパス回路に開閉手段を設け、冷媒回路における吸熱器出口から圧縮機吸入口の間に減圧量可変である第2の減圧手段を設けている。吸熱器加熱運転時に開閉手段を開けて放熱器をバイパスし、吸熱器に冷媒を流して、第2の減圧手段において減圧を行う。吸熱器に高温冷媒を流してから吸熱器加熱運転のために設けた第2の減圧手段において必要な差圧を保つように減圧することによって、圧縮機から吐出される高温冷媒を吸熱器に直接流すことができ、効率よく吸熱器を加熱できるとともに、圧縮機の吐出と吸入の差圧を一定以上に保って吸熱器の加熱運転を行うことで、安定した圧縮機の運転を行うことができる。また、通常運転時は第2の減圧手段での減圧量を最小にして、通常運転時における吸熱器出口と圧縮機吸入口の間の圧力損失を抑えて通常運転を行うことができる。
【0016】
請求項6に記載の発明は、特に、請求項1〜6のヒートポンプ装置の冷媒を二酸化炭素としたことによって、二酸化炭素はオゾン破壊係数が0であり、温暖化係数が1と低いため、冷媒回路から冷媒が漏洩した場合でも、環境に与える影響が少ないヒートポンプ装置とすることができる。また、高圧を臨界圧以上となるように運転することで、放熱器において冷媒が凝縮することがなくなる。したがって、放熱器全域で冷媒と非加熱媒体との温度差を形成しやすくなるので、熱交換効率を高くできる。
【0017】
【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。
【0018】
(実施例1)
図1は本発明の実施例1におけるヒートポンプ装置の構成図である。圧縮機21と、放熱器である給湯熱交換器22と、減圧手段である開度を変化させることができる電動膨張弁23と、吸熱器である大気熱交換器24を順に接続して作動冷媒に二酸化炭素を用いた冷媒回路25を構成しており、冷媒回路25における圧縮機21の吐出側から電動膨張弁23の入口側へ接続することで給湯熱交換器22をバイパスするバイパス回路26を備え、給湯熱交換器22とバイパス回路26の下流側の接続部との間に閉止弁27を、バイパス回路26に開閉手段であるバイパス弁28を備える。また、貯湯槽29の底部から取出した水を給湯熱交換器22に流してから貯湯槽29の上部に戻すように水循環回路30によって接続され、給湯熱交換器22の上流側に設けられた水循環ポンプ31によって送られる貯湯槽29の底部からの水と冷媒回路25を流れる冷媒が給湯熱交換器22において熱交換可能となっている。また、大気熱交換器24にはファンが設けられ、ファンによって空気を送風することによって冷媒回路を流れる冷媒と空気とが熱交換可能となっている。また、冷媒回路25における圧縮機21の吐出側には冷媒吐出温度を検出する吐出温度センサ33が設けられ、大気熱交換器24の出口側には大気熱交換器24の出口冷媒温度を検出する大気熱交換器温度センサ34が設けられている。そして、制御手段(図示しない)によってこのヒートポンプ装置の各部品の動作を制御可能に構成されている。
【0019】
以上のように構成されたヒートポンプ装置において、以下にその動作、作用を説明する。図5の従来例と同様に、圧縮機21を運転し、冷媒回路25に冷媒を循環させて、大気熱交換器24において大気の熱を吸熱して、給湯熱交換器22において貯湯槽29の底部からの水を加熱して貯湯槽29の上部に戻すことによって、貯湯槽29に湯を貯める貯湯運転を行う。このとき冷媒に二酸化炭素を用いているので超臨界サイクルを形成し、給湯熱交換器22での冷媒は超臨界状態となり、温度変化に凝縮を伴わないため、加熱される水との温度差を大きくとることができるため、加熱後の水の温度を効率よく高温にすることができる。貯湯運転において、外気温が0〜5℃程度で、大気熱交換器24の表面温度が0℃以下になると大気中の水分が大気熱交換器24の表面に霜として付着する。霜が付着すると熱交換の効率が低下するため、大気熱交換器24における冷媒温度が低下していく。そして、さらに大気熱交換器24への霜の付着が進行することによって大気熱交換器24での吸熱効率が低下していき、十分な加熱能力が得られなくなる。そのため、大気熱交換器温度センサ34で検出される大気熱交換器24出口の冷媒温度が一定の温度以下になると、制御装置によって運転を切替えて除霜運転を行う。ファン32を停止させて、バイパス弁28を開き、閉止弁27を閉じて圧縮機21を運転することで、大気熱交換器24の温度を上昇させて付着した霜を溶かす。このとき、閉止弁27を閉じて給湯熱交換器22への冷媒の流れを遮断し、バイパス弁28を開いて、給湯熱交換器22をバイパスして冷媒を流すので、圧縮機21から吐出された高温冷媒の給湯熱交換器22での温度低下を防止することができる。また、電動膨張弁23を通して減圧することによって差圧を保った除霜運転を行う。このとき、弁開度が調節可能な電動膨張弁23を用いているため、弁開度を通常の貯湯運転時より開度を大きくして圧縮機21に必要な差圧を最低限保ちつつ、電動膨張弁23での減圧による温度低下を抑えることができる。また、除霜運転中も吐出温度センサ33によって検出される圧縮機21からの冷媒吐出温度を一定以上の温度に保つように電動膨張弁23の開度を調節することによって、大量の液冷媒が圧縮機に戻ることを防止することができる。よって、除霜運転時に、効率よく大気熱交換器24を加熱できるとともに、除霜運転時の状況変化に対応した安定した圧縮機の運転を行うことができる。そして、大気熱交換器温度センサ34の温度が一定以上になると大気熱交換器24が十分に加熱されたと判断して制御装置によって貯湯運転に切替える。また、冷媒にオゾン破壊係数が0で温暖化係数が1である二酸化炭素を用いているので、装置の破損などにより冷媒が大気に漏洩しても環境に与える影響はきわめて小さいヒートポンプ装置とすることができる。
【0020】
なお、給湯熱交換器22とバイパス回路26の下流側の接続部との間の閉止弁27によって除霜運転時に給湯熱交換器22への冷媒の流れを遮断しているが、この閉止弁27が設けられていなくても給湯熱交換器22側に比べてバイパス回路26側の圧力損失が十分に小さければ、バイパス弁を開けることで圧縮機21から吐出された高温冷媒の大部分はバイパス回路を流れるので、給湯熱交換器22における冷媒の温度低下を抑えることができる。また、発明の効果が得られるための放熱器、吸熱器としての熱交換器の構成は図1に示したものに限ったものではなく、ヒートポンプサイクルにおける吸熱器を加熱する運転モードを持つものであればよい。また、冷媒を二酸化炭素としたが、もちろん他の冷媒であってもかまわない。
【0021】
(実施例2)
図2は本発明の実施例2におけるヒートポンプ装置の構成図である。圧縮機21と、放熱器である室内温風機22と、第1の減圧手段である閉止可能な電動膨張弁35と、吸熱器である大気熱交換器24を順に接続してなる冷媒回路25を構成しており、冷媒回路25における圧縮機21の吐出側から大気熱交換器24の入口側へ接続することで室内温風機22をバイパスするバイパス回路26を備え、バイパス回路26に開閉手段であるバイパス弁28と第2の減圧手段であるキャピラリーチューブ36を備える。室内温風機22では暖房のために室内の空気を加熱できるようになっている。大気熱交換器24にはファンが設けられ、ファンによって空気を送風することによって冷媒回路を流れる冷媒と空気とが熱交換可能となっている。また、大気熱交換器24の出口冷媒温度を検出する大気熱交換器温度センサ34が設けられている。そして、制御手段(図示しない)によってこのヒートポンプ装置の各部品の動作を制御可能に構成されている。
【0022】
以上のように構成されたヒートポンプ装置において、以下にその動作、作用を説明する。圧縮機21を運転し、冷媒回路25に冷媒を循環させて、大気熱交換器24において大気の熱を吸熱して、室内温風機22において室内の空気を加熱して温風として送風することで暖房を行う。外気温が0〜5℃程度で、大気熱交換器24の表面温度が0℃以下になる場合においては、貯湯運転中に大気中の水分が大気熱交換器24の表面に霜として付着する。霜が付着すると熱交換の効率が低下するため、大気熱交換器24における冷媒温度が低下していく。そして、さらに大気熱交換器24への霜の付着が進行することによって大気熱交換器24での吸熱効率が低下していき、十分な加熱能力が得られなくなる。そのため、大気熱交換器温度センサ34で検出される大気熱交換器24出口の冷媒温度が一定の温度以下になると、制御装置によって運転を切替えて除霜運転を行う。ファン32を停止させて、バイパス弁28を開き、閉止可能である電動膨張弁35を閉止して圧縮機21を運転することで、大気熱交換器24の温度を上昇させて付着した霜を溶かす。このとき、電動膨張弁35を全閉にして給湯熱交換器22への冷媒の流れを遮断し、バイパス弁28を開いて、給湯熱交換器22をバイパスして冷媒を流すので、圧縮機21から吐出された高温冷媒の給湯熱交換器22での温度低下を防止することができ、キャピラリーチューブ36を通して減圧することによって圧縮機21に必要な差圧を最低限保って運転することができる。よって、除霜運転時に、効率よく大気熱交換器24を加熱できるとともに、安定した圧縮機の運転を行うことができる。そして、大気熱交換器温度センサ34の温度が一定以上になると大気熱交換器24が十分に加熱されたと判断して制御装置によって貯湯運転に切替える。
【0023】
なお、電動膨張弁35を閉止することによって除霜運転時に室内温風機22への冷媒の流れを遮断することができるが、電動膨張弁35とは別に閉止弁を設けてもかまわない。また、閉止することができなくても室内温風機22側に比べてバイパス回路26側の圧力損失が十分に小さければ、バイパス弁を開けることで圧縮機21から吐出された高温冷媒の大部分はバイパス回路を流れるので、室内温風機22における冷媒の温度低下を抑えることができる。また、バイパス回路26において、バイパス弁28とキャピラリーチューブ36の代わりに閉止可能である電動膨張弁を用いることで、バイパス弁28の閉止機能とキャピラリーチューブ36の減圧機能を兼ねる構成とすることも可能である。また、発明の効果が得られるための放熱器、吸熱器としての熱交換器の構成は、図2に示したものに限ったものではなく、ヒートポンプサイクルにおける吸熱器を加熱する運転モードを持つものであればよい。
【0024】
(実施例3)
図3は本発明の実施例3におけるヒートポンプ装置の構成図である。圧縮機21と、放熱器22と、第1の減圧手段である第1キャピラリーチューブ35と、第2の減圧手段である第2キャピラリーチューブ36と、吸熱器である製氷熱交換器24を順に接続してなる冷媒回路25を構成しており、冷媒回路25における圧縮機21の吐出側から第1キャピラリーチューブ35と第2キャピラリーチューブ36の間に接続することで放熱器22をバイパスするバイパス回路26を備え、バイパス回路26に開閉手段であるバイパス弁28を備える。また、蓄冷槽37が設けられており、その下部に水が蓄えられ、上部の空間に製氷熱交換器24が設置されている。蓄冷槽37の底部と上部が水循環回路30によって接続され、水循環回路30に設けられた水循環ポンプ31によって、蓄冷槽37底部の水を蓄冷槽37上部に送って、製氷熱交換器24の表面に散布するようになっている。また、製氷熱交換器24の出口冷媒温度を検出する製氷熱交換器温度センサ34が設けられている。放熱器22にはファン32が設けられ、ファン32によって空気を送風して冷媒回路を流れる冷媒と空気が熱交換できるようになっている。そして、制御手段(図示しない)によってこのヒートポンプ装置の各部品の動作を制御可能に構成されている。
【0025】
以上のように構成されたヒートポンプ装置において、以下にその動作、作用を説明する。圧縮機21を運転し、冷媒回路25に冷媒を循環させて、製氷熱交換器24の表面に散布された水を冷却して製氷すると同時に、放熱器22で冷媒の熱を大気に放熱して製氷運転を行う。製氷運転を行うことによって製氷熱交換器24の表面に氷が成長していくが、氷の層が厚くなると熱交換の効率が低下するため製氷熱交換器24における冷媒温度が低下する。そして、さらに大気熱交換器24への氷の層が成長するにつれて製氷熱交換器24での冷却効率が低下していく。そのため、製氷熱交換器温度センサ34で検出される製氷熱交換器24出口の冷媒温度が一定の温度以下になると、制御装置によって運転を切替えて脱氷運転を行う。バイパス弁28を開き、圧縮機21を運転することで、製氷熱交換器24の温度を上昇させて製氷熱交換器24表面に成長した氷を溶かして蓄冷槽37下部へ落下させる。脱氷運転において、バイパス弁28を開いて、放熱器22をバイパスして冷媒を流すので、圧縮機21から吐出された高温冷媒の放熱器22での温度低下を抑えることができ、第2キャピラリーチューブ36を通して減圧することによって圧縮機21に必要な差圧を最低限保って運転することができる。よって、脱氷運転時に、効率よく大気熱交換器24を加熱できるとともに、安定した圧縮機の運転を行うことができる。また、製氷運転時の減圧は第1キャピラリーチューブ35と第2キャピラリーチューブ36の2つのキャピラリーチューブによって行われ、脱氷運転時の減圧は第2キャピラリーチューブ36によって行われるので、製氷運転、脱氷運転それぞれに適した減圧が行うことができる。また、バイパスされる放熱器22側は放熱器22と第1キャピラリーチューブ35により圧力損失を生じるが、バイパス回路26にはバイパス弁28しかないため圧力損失がきわめて小さく、バイパスされる放熱器22側との圧力損失の差が大きいため、脱氷運転時においてバイパス回路26側へ冷媒の大部分を流すことができ、放熱器22側へほとんど冷媒が流れない。そして、製氷運転と脱氷運転を繰り返すことによって氷を蓄冷槽37下部へ次々と落下させて蓄冷槽37の水を氷に変えていくことにより蓄冷を行う。
【0026】
なお、バイパス回路26によってバイパスされる放熱器22側に閉止弁を設けることによって完全に圧縮機21から吐出された高温冷媒をすべてバイパス回路26によってバイパスする構成とすることも可能である。
【0027】
また、発明の効果が得られるための放熱器、吸熱器としての熱交換器の構成は、図3に示したものに限ったものではなく、ヒートポンプサイクルにおける吸熱器を加熱する運転モードを持つものであればよい。
【0028】
(実施例4)
図4は本発明の実施例4におけるヒートポンプ装置の構成図である。基本的な構成は図1に示す実施例1と同じであり、基本的に同一符号は同一部材を示し、同一機能を有しているので、詳細な説明は省略し、異なる点を中心に説明する。
【0029】
構成において図1と異なるのは、閉止可能な電動膨張弁35を第1の減圧手段として給湯熱交換器22と大気熱交換器24の間に設け、圧縮機21の吐出側から大気熱交換器24の入口側へバイパスするバイパス回路26を備え、閉止弁27を冷媒回路25における大気熱交換器24と圧縮機21の間に設け、閉止弁27をと並列に第2の減圧手段としてキャピラリーチューブ36を設けた点である。
【0030】
以上のように構成されたヒートポンプ給湯装置において、以下にその動作、作用について図1と異なる点を説明する。本実施例では、ファン32を停止させて、バイパス弁28を開き、閉止弁27を閉止し、電動膨張弁35を全閉にして圧縮機21を運転することで、大気熱交換器24の温度を上昇させて付着した霜を溶かす除霜運転を行う。このとき、電動膨張弁35を全閉にして給湯熱交換器22への冷媒の流れを遮断し、バイパス弁28を開いて、給湯熱交換器22をバイパスして冷媒を流すので、圧縮機21から吐出された高温冷媒の給湯熱交換器22での温度低下を防止することができ、そして、大気熱交換器24を流したあとの冷媒をキャピラリーチューブ36によって減圧することによって、圧縮機21に必要な差圧を最低限保って運転することができるとともに、圧縮機21からの高温冷媒を減圧によって温度を低下させることなく大気熱交換器24に流すことができる。よって、除霜運転時に、圧縮機21からの高温冷媒の温度低下を抑えて大気熱交換器24を効率よく加熱できるとともに、差圧を保って安定した圧縮機の運転を行うことができる。貯湯運転時には閉止弁27を開けて閉止弁27側とキャピラリーチューブ36側の両方に冷媒を流すことで、この部分で圧力が損失しないようにする。閉止弁27を開閉することによって貯湯運転と除霜運転に必要な圧力損失にすばやく切替えることができる減圧手段とすることができる。
【0031】
なお、電動膨張弁35を閉止することによって除霜運転時に給湯熱交換器22への冷媒の流れを遮断することができるが、電動膨張弁35とは別に閉止弁を設けてもかまわない。また、閉止することができなくても室内温風機22側に比べてバイパス回路26側の圧力損失が十分に小さければ、バイパス弁を開けることで圧縮機21から吐出された高温冷媒の大部分はバイパス回路を流れるので、室内温風機22における冷媒の温度低下を抑えることができる。また、閉止弁27とキャピラリーチューブ36によって構成されている部分を開度が変更可能である電動膨張弁とすることで、貯湯運転と除霜運転において減圧量を変化させることも可能であり、貯湯運転では減圧量が少なく、除草運転時には必要な減圧が行えるものであればよい。また、発明の効果が得られるための放熱器、吸熱器としての熱交換器の構成は、図4に示したものに限ったものではなく、ヒートポンプサイクルにおける吸熱器を加熱する運転モードを持つものであればよい。
【0032】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、吸熱器加熱運転時に、放熱器をバイパスすることで放熱器における冷媒の放熱を抑えるとともに、減圧手段によって減圧することによって圧縮機の吐出と吸入の差圧を一定以上に保って安定した圧縮機の運転を行うことができる。
【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におけるヒートポンプ装置の構成図
【図5】従来のヒートポンプ給湯装置の構成図
【符号の説明】
21 圧縮機
22 放熱器
23 減圧手段
24 吸熱器
25 冷媒回路
26 バイパス回路
28 開閉手段
35 第1の減圧手段
36 第2の減圧手段[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat pump device that performs cooling or heating using a heat pump.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as this type of heat pump device, for example, there has been a heat pump device in which a refrigerant from a compressor flows from a radiator to a heat absorber through a pressure reducing means during a heat absorber heating operation for heating the heat absorber (see Patent Document 1). ). FIG. 5 shows a conventional heat pump device described in
[0003]
As shown in FIG. 5, in this heat pump device, a heat pump cycle is configured by a
[0004]
When the hot water storage operation is performed at a low temperature of about 0 to 5 ° C., the temperature of the refrigerant in the
[0005]
Another method of heating a heat absorber in a heat pump cycle such as an atmospheric heat exchanger for defrosting or the like is to directly bypass a high-temperature refrigerant discharged from a compressor to a heat absorber inlet side. A gas bypass system is known.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 3297657
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional configuration, during the defrosting operation of heating the atmospheric heat exchanger that is the heat absorber, the high-temperature refrigerant discharged from the compressor passes through the hot water supply heat exchanger that is the radiator. There has been a problem that the temperature of the refrigerant decreases due to the heat release, and the efficiency of the defrosting operation decreases. In the hot gas bypass method, high-temperature refrigerant can be directly sent to the heat absorber, while the high-temperature refrigerant discharged from the compressor is sent to the heat absorber by bypassing the refrigerant circuit. Therefore, the differential pressure between the discharge side and the suction side of the compressor is equal to the pressure loss in the heat absorber. At this time, depending on the compressor, for example, lubricating oil is sent to the inside of the compressor by a differential pressure between high pressure and low pressure to lubricate the compressor drive unit, so that the compressor drive unit is operated with sufficient lubrication. Some of them require a differential pressure of a certain level or more, and there is a problem that the differential pressure required for stable operation of the compressor cannot be maintained only by the differential pressure due to the pressure loss in the heat absorber.
[0008]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-described conventional problems, and suppresses heat radiation in a radiator, and maintains a differential pressure necessary for stable operation of a compressor, and sends a high-temperature refrigerant to a heat absorber to perform a heat absorber heating operation. It is an object of the present invention to provide a heat pump device capable of performing the following.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned conventional problem, a heat pump device is provided in which a bypass circuit is connected from a discharge side of a compressor to an inlet side of a pressure reducing means, and an opening / closing means is provided in a bypass circuit.
[0010]
In this way, during the heat absorber heating operation, the heat radiation of the high temperature refrigerant in the heat radiator is suppressed by bypassing the heat radiator, and the pressure difference is reduced by the pressure reducing means to maintain the pressure difference between the discharge and the suction of the compressor at a certain level or more. The vessel can be heated.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In a refrigerant circuit comprising a compressor, a radiator, a pressure reducing means, and a heat sink connected in order, a bypass circuit is connected from a discharge side of the compressor to an inlet side of the pressure reducing means. , A switching circuit is provided in the bypass circuit. During the heat absorber heating operation, the opening / closing means is opened to bypass the radiator, and the refrigerant flows through the heat absorber after passing through the pressure reducing means, thereby suppressing the temperature decrease of the high-temperature refrigerant in the heat radiator and compressing by reducing the pressure in the pressure reducing means. By performing the heating operation of the heat absorber while maintaining the differential pressure between the discharge and suction of the machine at a certain level or more, the heat absorber can be efficiently heated and the compressor can be operated stably.
[0012]
According to the second aspect of the present invention, in particular, the pressure reducing means according to the first aspect is variable in the amount of reduced pressure, so that the amount of reduced pressure is changed depending on the normal operation and the heat absorber heating operation. By setting the optimum pressure reduction amount in the above, the heat sink can be efficiently heated by suppressing the temperature decrease of the refrigerant caused by unnecessary pressure reduction during the heat absorber heating operation.
[0013]
According to a third aspect of the present invention, in a refrigerant circuit in which a compressor, a radiator, a first decompression unit, and a heat absorber are connected in order, the refrigerant circuit bypasses from a discharge side to a heat absorber inlet side. A bypass circuit is connected, and an opening / closing unit and a second pressure reducing unit are provided in the bypass circuit. During the heat sink heating operation, the opening / closing means is opened to bypass the radiator, and the refrigerant flows to the heat sink through the second pressure reducing means provided in the bypass circuit, thereby suppressing the temperature decrease of the high-temperature refrigerant in the heat radiator. By reducing the pressure in the second pressure reducing means provided for the heat absorber heating operation, the temperature drop due to the reduced pressure of the high-temperature refrigerant is minimized, and the differential pressure between the discharge and suction of the compressor is maintained at a certain level or more. By performing the heating operation, the heat absorber can be efficiently heated, and the compressor can be operated stably.
[0014]
According to a fourth aspect of the present invention, in a refrigerant circuit in which a compressor, a radiator, a first decompression unit, and a heat absorber are connected in order, a bypass is provided from a discharge side of the compressor to a heat absorber inlet side. A bypass circuit is connected to the bypass circuit, and an opening / closing means is provided in the bypass circuit, and a second pressure reducing means is provided between the bypass circuit outlet side connection portion and the heat absorber in the refrigerant circuit. During the heat absorber heating operation, the opening / closing means is opened to bypass the radiator and the refrigerant flows to the heat absorber after passing through the second pressure reducing means, so that the temperature of the high-temperature refrigerant at the heat radiator is suppressed, and the heat absorber heating operation is suppressed. By reducing the pressure in the second pressure reducing means provided for, the temperature decrease due to the reduced pressure of the high-temperature refrigerant is minimized, and the heating operation of the heat absorber is performed while maintaining the differential pressure between the discharge and suction of the compressor at a certain level or more, The heat absorber can be efficiently heated, and the compressor can be operated stably. In addition, by reducing the pressure by the second pressure reducing means also during the normal operation, the required pressure reduction during the normal operation can be partially performed by the second pressure reducing means, and the amount of reduced pressure by the first pressure reducing means is reduced. be able to. Further, since there is no pressure reducing means in the bypass circuit, the pressure loss is smaller than that of the radiator to be bypassed, so that most of the refrigerant can flow to the bypass circuit during the heat absorber heating operation.
[0015]
According to a fifth aspect of the present invention, in a refrigerant circuit in which a compressor, a radiator, a first decompression unit, and a heat absorber are sequentially connected, a bypass is provided from a discharge side of the compressor to a heat absorber inlet side. A bypass circuit is connected to the bypass circuit, and an opening / closing means is provided in the bypass circuit, and a second pressure reducing means that is variable in pressure reduction amount is provided between an outlet of the heat absorber and a suction port of the compressor in the refrigerant circuit. At the time of the heat absorber heating operation, the opening / closing means is opened to bypass the radiator, the refrigerant is caused to flow through the heat absorber, and the pressure is reduced by the second pressure reducing means. The high-temperature refrigerant discharged from the compressor is directly supplied to the heat absorber by flowing the high-temperature refrigerant through the heat absorber and then reducing the pressure to maintain the necessary differential pressure in the second pressure reducing means provided for the heat absorber heating operation. It is possible to heat the heat absorber efficiently, and to heat the heat absorber while maintaining the differential pressure between the discharge and suction of the compressor at a certain level or more, thereby performing a stable operation of the compressor. . Further, during normal operation, the amount of pressure reduction by the second pressure reducing means can be minimized, and normal operation can be performed while suppressing the pressure loss between the heat absorber outlet and the compressor suction port during normal operation.
[0016]
The invention according to claim 6 is particularly characterized in that carbon dioxide is used as the refrigerant of the heat pump device according to
[0017]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0018]
(Example 1)
FIG. 1 is a configuration diagram of the heat pump device according to the first embodiment of the present invention. A working refrigerant is connected to a
[0019]
The operation and operation of the heat pump device configured as described above will be described below. As in the conventional example of FIG. 5, the
[0020]
The flow of the refrigerant to the hot water
[0021]
(Example 2)
FIG. 2 is a configuration diagram of a heat pump device according to a second embodiment of the present invention. A
[0022]
The operation and operation of the heat pump device configured as described above will be described below. By operating the
[0023]
In addition, by closing the
[0024]
(Example 3)
FIG. 3 is a configuration diagram of a heat pump device according to
[0025]
The operation and operation of the heat pump device configured as described above will be described below. The
[0026]
By providing a shut-off valve on the side of the
[0027]
Further, the configuration of the heat exchanger as the radiator and the heat absorber for obtaining the effect of the invention is not limited to that shown in FIG. 3, and has an operation mode of heating the heat absorber in the heat pump cycle. Should be fine.
[0028]
(Example 4)
FIG. 4 is a configuration diagram of a heat pump device according to
[0029]
The configuration differs from that of FIG. 1 in that a closable
[0030]
In the heat pump hot water supply apparatus configured as described above, the operation and operation of the heat pump hot water supply apparatus will be described below focusing on differences from FIG. In the present embodiment, the
[0031]
In addition, by closing the
[0032]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, during the heat absorber heating operation, the heat radiation of the refrigerant in the radiator is suppressed by bypassing the radiator, and the pressure difference between the discharge and suction of the compressor is reduced by reducing the pressure by the pressure reducing means. Can be maintained at a certain value or more, and stable operation of the compressor can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a heat pump device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of a heat pump device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram of a heat pump device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a configuration diagram of a heat pump device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a configuration diagram of a conventional heat pump water heater.
[Explanation of symbols]
21 Compressor
22 radiator
23 Decompression means
24 heat absorber
25 Refrigerant circuit
26 Bypass circuit
28 Opening / closing means
35 First decompression means
36 Second decompression means
Claims (6)
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