JP2006343039A

JP2006343039A - ヒートポンプ

Info

Publication number: JP2006343039A
Application number: JP2005169644A
Authority: JP
Inventors: Natsuo Kanzaki; 奈津夫神崎; Tomokazu Tashimo; 友和田下
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2005-06-09
Filing date: 2005-06-09
Publication date: 2006-12-21

Abstract

【課題】受液器の小型化、凝縮器における熱交性能比の改善を可能としたヒートポンプを提供する。
【解決手段】圧縮機１１、空気熱交換器１２、受液器１３、膨張弁１４、及び、水熱交換器１５を含む閉じた冷媒循環流路Ｌを形成するヒートポンプ１において、空気熱交換器１２からの冷媒を冷却する冷却媒体を通す管路１９が熱交換可能に貫通する過冷却器１８を空気熱交換器１２と受液器１３との間に介在させた構成としてある。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートポンプに関するものである。

従来、ヒートポンプ、例えば空冷式のヒートポンプは公知である（例えば、特許文献１及び２参照。）。
特開平７−６３４２７号公報特開平７−１２００８６号公報

特許文献１及び２に記載のヒートポンプは、冷房運転時を考えた場合、基本的には図４のヒートポンプ１０の構成のように表される。このヒートポンプ１０は、圧縮機１１、凝縮器である空気熱交換器１２、受液器１３、膨張弁１４及び蒸発器である水熱交換器１５を含む閉じた冷媒循環流路Ｌを形成し、空気熱交換器１２は冷却ファン１６を備え、水熱交換器１５には、冷水を通すための管路１７が熱交換可能に貫通している。

一般的に、斯かるヒートポンプ１０では、冷房負荷が変動すると、圧縮機１１の容量が制御され、冷媒循環流路Ｌにおける冷媒の循環流量が冷房負荷に合うように変化させられる。この場合、この循環流量が小さくなると、空気熱交換器１２及び水熱交換器１５での冷媒保有量が大きくなる故、冷房負荷の変動時における空気熱交換器１２及び水熱交換器１５での冷媒保有量を適正にバランスさせるために、特許文献１及び２にも記載のように、冷媒保有量の変動を吸収する受液器１３が設けられている。なお、この受液器１３に代えて、冷媒保有量の変動を吸収するために液配管が工夫される場合、或いは圧縮機１１の吸込み側に冷媒を溜めるタンクが設けられる場合もある。

図４に示すヒートポンプ１０について得られた、冷房負荷に対応する圧縮機容量が１００％のときを基準とした圧縮機容量比と、圧縮機容量１００％のときの所要冷媒量を１００％とし、これを基準とした所要冷媒量比との関係の測定結果によれば、特に圧縮機容量比５０％以下では、所要冷媒量比が急増する。この所要冷媒量比の変動量を吸収するために受液器１３を大きくする必要があるという問題が生じる。ちなみに、冷媒保有量は一般的に低負荷時には、空気熱交換器１２及び水熱交換器１５において増大する傾向にあるが、水熱交換器１５での所要冷媒量比の変動幅は１０％前後であるのに対して、空気熱交換器１２での所要冷媒量比の変動幅は４０％前後にもなり、この変動幅の方が支配的となる。

また、図４に示すヒートポンプ１０について得られた、上述した圧縮機容量比と、圧縮機容量１００％のときの空気熱交換器の性能、即ち空気熱交性能（凝縮器における熱交性能）を１００％とし、これを基準とした空気熱交性能比との関係の測定結果によれば、後に図示するように、上述したような低負荷時には、空気熱交性能比は、圧縮機容量比５０％以下で、大幅に低下し、ヒートポンプ１０の部分負荷性能、ひいては、このヒートポンプ１０を利用したシステムの部分負荷性能も同様に低下するという問題が生じる。

本発明は、上述した問題をなくすことを課題としてなされたもので、受液器の小型化、凝縮器における熱交性能の改善を可能としたヒートポンプを提供しようとするものである。

上記課題を解決するために、本発明は、圧縮機、凝縮器、受液器、膨張弁、及び、蒸発器を含む閉じた冷媒循環流路を形成するヒートポンプにおいて、上記凝縮器からの冷媒を冷却する冷却媒体を通す管路が熱交換可能に貫通する過冷却器を上記凝縮器と上記受液器との間に介在させた構成とした。

本発明に係るヒートポンプによれば、受液器内の圧力が、過冷却器出口の液温度に対応した飽和圧力とバランスするようになり、凝縮器内の圧力よりも十分に低下するため、過冷却器がない場合には、凝縮器内に保有されていた冷媒液が、この過冷却器を設けることにより、円滑に受液器に導かれる。この結果、冷房負荷に対応して圧縮機容量比が変動しても、所要冷媒量比の変動幅は小さくなり、受液器の小型化が可能になるという効果を奏する。また、凝縮器内に保有されていた冷媒液が排出されることにより、凝縮器における熱交性能が改善され、ヒートポンプの部分負荷性能、ひいては、ヒートポンプを利用したシステムの部分負荷性能も向上させることが可能になるという効果を奏する。

次に、本発明の一実施形態を図面にしたがって説明する。
図１は、本発明に係るヒートポンプ１を示し、このヒートポンプ１は、図４に示すヒートポンプ１０とは、機器構成上、空気熱交換器１２と受液器１３との間に過冷却器１８を介在させた点を除き、他は実質的に同一である。

過冷却器１８には、冷却媒体を通すための管路１９が熱交換可能に貫通しており、空気熱交換器１２で凝縮させられた冷媒液がこの冷却媒体により冷却された後、受液器１３に導かれるようになっている。そして、斯かる構成により、受液器１３内の圧力が、過冷却器１８出口の液温度に対応した飽和圧力とバランスするようになり、空気熱交換器１２内の圧力よりも十分に低下するため、過冷却器１８がない場合には、空気熱交換器１２内に保有されていた冷媒液が、この過冷却器１８を設けることにより、円滑に受液器１３に導かれる。この結果、冷房負荷に対応して圧縮機容量比が変動しても、所要冷媒量比の変動幅は小さくなり、受液器１３が小型化される。さらに、空気熱交換器１２内に保有されていた冷媒液が排出されることにより、空気熱交性能、即ち凝縮器である空気熱交換器１２の熱交性能が改善され、ヒートポンプ１の部分負荷性能も向上させることが可能となっている。

次に、ヒートポンプ１について得られた、圧縮機容量比と所要冷媒量比との関係の測定結果を図２に、圧縮機容量比と空気熱交性能比との関係の測定結果を、それぞれ、上述したヒートポンプ１０について得られた測定結果と併せて図３に示す。

図２に示されるように、本発明に係るヒートポンプ１の場合、従来の一般的なヒートポンプ１０の場合とは異なり、圧縮機容量比が低下しても、所要冷媒量比は増大することなく、実質的に一定値を保ち、良好な状態となっている。

また、図３に示されるように、本発明に係るヒートポンプ１の場合、従来の一般的なヒートポンプ１０の場合に比して、圧縮機容量比の全域にわたって空気熱交性能比は改善され、圧縮機容量が低下する程、空気熱交性能は増大傾向を示し、この空気熱交性能と従来のヒートポンプ１０の場合の空気熱交性能との差が増大傾向にあることが明らかとなっている。特に、本発明に係るヒートポンプ１の場合、従来のヒートポンプ１０とは異なり、圧縮機容量比が５０％以下になっても、空気熱交性能は殆ど低下することなく、全負荷時の約１６０％と極めて良好な状態となっている。

なお、過冷却器１８用の冷却媒体は、ヒートポンプ１の外部からの冷却水、或いは水熱交換器１５で冷却された冷水、或いは圧縮機１１の吸込側の若干量の冷媒液を伴う冷媒ガスであってもよい。さらに、ヒートポンプ１が、受液器１３と膨張弁１４との間に、高圧の冷媒液を過冷却するためのエコノマイザを備えている場合には、上記冷却媒体は、このエコノマイザから上記膨張弁１４に向かう冷媒循環流路Ｌの部分から分流させた冷媒液であってもよく、何等限定するものではない。

また、上述した例では、ヒートポンプが空冷式のもの、即ち、凝縮器が空気熱交換器であるものを示したが、凝縮器は水熱交換器であってもよい。さらに、これとは逆に、蒸発器である水熱交換器１５に代えて、空気熱交換器を採用してもよい。

本発明に係るヒートポンプの全体構成を示すブロック図である。本発明に係るヒートポンプ、及び従来のヒートポンプについて得られた圧縮機容量比と所要冷媒量比との関係の測定結果を示す図である。本発明に係るヒートポンプ、及び従来のヒートポンプについて得られた圧縮機容量比と空気熱交性能比との関係の測定結果を示す図である。従来のヒートポンプの基本的な全体構成を示すブロック図である。

符号の説明

１，１０ヒートポンプ
１１圧縮機
１２空気熱交換器
１３受液器
１４膨張弁
１５水熱交換器
１６冷却ファン
１７管路
１８過冷却器
１９管路
Ｌ冷媒循環流路

Claims

圧縮機、凝縮器、受液器、膨張弁、及び、蒸発器を含む閉じた冷媒循環流路を形成するヒートポンプにおいて、
上記凝縮器からの冷媒を冷却する冷却媒体を通す管路が熱交換可能に貫通する過冷却器を上記凝縮器と上記受液器との間に介在させたことを特徴とするヒートポンプ。