JP2009287912A - 冷媒切替型冷温熱供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】交換器内部の冷媒と作動流体の流れが平行流となる熱交換器では、従来の四方弁で冷媒の流れを切り替える場合、熱交換器内部の冷媒と作動流体の流れが並行流となり、熱交換効率が低下する課題に対し、弁の配置によって、作動流体の流れの方向と冷媒の流れが常に対向する方向に流れるようにした温熱と冷熱の供給システムを提供する。
【解決手段】冷媒を２つの三方弁８１０、８２０又は４つの開閉弁を圧縮機１００の入口と出口に設けて、冷媒の流れを切り替え、２つの熱交換器３００、５００の冷媒入口への冷媒の流れも切り替わるように配管した。
【選択図】図１

Description

冷媒圧縮式の冷温熱供給システムに関する技術分野

地球温暖化などの対策として冷房・暖房装置の高性能化が行われている。冷媒を圧縮・膨張させることによって高効率の熱利用を行うヒートポンプは、冷暖房をはじめとする数多くの熱利用システムに適用されている。このヒートポンプを使用する場合、冷媒の温熱・冷熱を別の作動流体に伝える場合に、熱交換器が使われており、四方弁で冷媒の流れる方向を切り替えて、暖房と冷房が切り替えられている。

一般の冷房や暖房に使われるエアコンの場合は、冷媒の方向が切り替えられても、冷媒の流れと空気の流れが直交しているために、熱交換効率は変化しない。一方、冷媒と作動流体（例えば水、溶液、他の冷媒など）の間に熱交換器（プレート型熱交換器など）を設ける場合、冷媒と作動流体間の熱交換効率を高くするために、冷媒と作動流体の流れが対向するように設定される。

プレート型熱交換器などの熱交換器を使用する空調システムにおいて、図４と図５に示すように四方弁（２００）を使って、冷媒の方向を変えて温熱と冷熱（冷房と暖房）が切り替えられる。図４に第１熱交換器（３００）で作動流体を冷媒で加熱、第２熱交換器（５００）で作動流体を冷媒で冷却する場合、冷媒は冷媒入口（３１０）から入り冷媒出口から出るので、冷媒と作動流体が対向流となるように作動流体が作動流体入口（３３０）から入り、作動流体出口（３４０）から出るように設定される。

四方弁（２００）を切り替えると、図５に示すような冷媒の流れとなり、作動流体の流れの方向を変えない場合は、第１熱交換器（３００）での冷媒と作動流体の流れは並行流となる。同様に、第２熱交換器（５００）においても冷媒と作動流体の流れが並行流となる。熱交換器においては、双方の流体が対向流の場合と並行流の場合は、熱交換効率が大幅に低下することは周知のことである。

図３にＰＨ線図を示す。図３中に示す番号▲１▼、▲２▼、▲３▼、▲４▼は、図１、図２、図４、図５中に示す同じ番号の位置と対応している。

熱交換器内部の冷媒と作動流体の流れが平行流となることによる熱交換器効率の低下を防止すること。

熱交換器内部では、冷媒の流速が小さいため、冷媒と混合した潤滑油が分離し易く、熱交換器内部に溜まって、熱交換効率の低下の原因となっている。

一般のエアコンなどに用いられている四方弁を、二個の三方弁又は４個の切替弁に置き換える。

２個の熱交換器の作動流体の流れの方向と冷媒の流れが常に対向する方向に流れるように二個の三方弁又は４個の切替弁が切り替えられる。

暖房時は処理機の熱交換器に、冷房時は再生機の熱交換器に圧縮機出口の冷媒が流され、その後に膨張弁を通った冷媒が他方の熱交換器に流される。

実施例の系統図を図１から図２に示す。図１は第１熱交換器（３００）で作動流体を冷媒で加熱して、第２熱交換器（５００）で作動流体を冷却する場合を示し、図２は第２熱交換器（５００）で作動流体を冷媒で加熱して、第１熱交換器（３００）で作動流体を冷却する場合を示している。図１及び図２中の一点鎖線は潤滑油の経路を、実線及び破線は冷媒の経路を示す。

図１と図２は冷媒の流れが異なるものであり、冷媒の流れは二つの三方弁（８１０）、（８２０）で切り替えられる。

第１熱交換器（３００）を通る作動流体は作動流体入口（３３０）から入り、作動流体出口（３４０）から出る。第２熱交換器（５００）を通る作動流体は作動流体入口（５３０）から入り、作動流体出口（５４０）から出る。圧縮機（１００）で圧縮された冷媒は出口管（１１０）、オイルセパレータ（７３０）、管路（２１０）、三方弁（８１０）を通り、冷媒入口（３１０）から第１熱交換器（３００）へ入り、作動流体を加熱後に冷媒出口（３２０）から出る。冷媒出口（３２０）から出た冷媒は逆止弁（４１０）を通り、膨張弁（４００）で膨張後に、第２熱交換器（５００）の冷媒入口（５１０）に入り、作動流体を冷却後に冷媒出口（３２０）から出て、三方弁（８２０）、管路（８２１）、アキュムレータ（６００）、管路（６１０）を通って圧縮機（１００）へ戻される。

第１熱交換器（３００）、第２熱交換器（５００）の冷媒出口（３２０）、（５２０）の少なくとも一方には、管路（６１０）と接続する管路（７１１）、（７１２）、（７２１）、（７２２）、（７３２）が設けられ、管路（７１０）、管路（７２１）にオイルセパレータ（７１０）、（７２０）が設けられている。

図２は、前記の説明と異なる方向に三方弁が切り替えられた場合を示している。圧縮機（１００）で圧縮された冷媒は、出口管（１１０）、オイルセパレータ（７３０）、三方弁（８１０）を通って、冷媒入口管（５１０）へと入り、第２熱交換器（５００）で作動流体を加熱後、冷媒出口（５２０）から出て、逆止弁（４６０）を通って膨張弁（４５０）で膨張後に冷媒入口（３１０）から入って第１熱交換器（３００）で作動流体を冷却、冷媒出口（３２０）から出て、三方弁（８２１）、管路（８２１）、アキュムレータ（６００）、管路（６１０）を通って圧縮機（１００）へ戻る。

発明の効果

ヒートポンプと熱交換器を組み合わせた温熱、冷熱供給装置において、冷媒と作動流体の流れが常に対向流となり、作動流体と冷媒間の熱交換効率が高まる。

熱交換器内部では、冷媒の流速が小さいため、冷媒と混合した潤滑油が分離し易く、熱交換器内部に溜まって、熱交換効率の低下の原因となっている。本考案では、冷媒出口に設けられたオイルセパレータで分離回収され、熱交換効率の低下が抑制される。

実施例１の第１熱交換器で作動流体を加熱、第２熱交換器で冷却する場合の構成図 実施例１の第２熱交換器で作動流体を加熱、第１熱交換器で冷却する場合の構成図 ＰＨ線図 従来の第１熱交換器で作動流体を加熱、第２熱交換器で冷却する場合の構成図 従来の第２熱交換器で作動流体を加熱、第１熱交換器で冷却する場合の構成図

符号の説明

（１００） 圧縮機
（１１０） 出口管
（２００） 四方弁
（２１０）、（２２０）、（４５０）、（６１０）、（７１１）、（７１２）、（７２１）、（７２２）、（７３１）、（７３２）、（８２１） 管路、
（３００） 第１熱交換器
（３１０）、（５１０） 冷媒入口
（３２０）、（５２０） 冷媒出口
（３３０）、（５３０） 作動流体入口
（３４０）、（５４０） 作動流体出口
（４００）、（４５０） 膨張弁
（４１０）、（４６０） 逆止弁
（５００） 第２熱交換器
（６００） アキュムレータ
（７１０）、（７２０）、（７３０） オイルセパレータ
（８１０）、（８２０） 三方弁

Claims (3)

1. 冷媒を圧縮機で圧縮して温熱と冷熱を供給するヒートポンプの温熱と冷熱を少なくとも二つ以上の熱交換器を介して作動流体に伝えて活用するシステムで、かつ熱交換器内部の作動流体の流れを一方向に固定して冷媒の流れを切り替えて少なくとも二つの熱交換器への冷媒の温熱と冷熱の供給を切り替えるシステムにおいて、少なくとも二つの三方弁を用いて、熱交換器内部の冷媒と作動流体の流れが常に対向流となるように圧縮機出口から熱交換器に至る管路中に少なくとも一つの三方弁を配置、熱交換器から圧縮機に戻る管路中に少なくとも一つの三方弁を配置したことを特徴とする温熱と冷熱の供給システム。
2. 冷媒を圧縮機で圧縮して温熱と冷熱を供給するヒートポンプの温熱と冷熱を少なくとも二つ以上の熱交換器を介して作動流体に伝えて活用するシステムで、かつ熱交換器内部の作動流体の流れを一方向に固定して冷媒の流れを切り替えて少なくとも二つの熱交換器への冷媒の温熱と冷熱の供給を切り替えるシステムにおいて、少なくとも４つの開閉弁を用いて、熱交換器内部の冷媒と作動流体の流れが常に対向流となるように圧縮機出口から熱交換器に至る管路中に少なくとも２つの開閉弁を並列に配置、熱交換器から圧縮機に戻る管路中に少なくとも２つの開閉弁を並列に配置したことを特徴とする温熱と冷熱の供給システム。
3. 請求項１、２において、少なくとも１つのオイルセパレータが設けられ、少なくとも１つの熱交換器の出口にオイルセパレータと接続された配管が設けられたことを特徴とする温熱と冷熱の供給システム。