JP2012163219A

JP2012163219A - ヒートポンプシステム

Info

Publication number: JP2012163219A
Application number: JP2009139735A
Authority: JP
Inventors: Atsuo Okaichi; 敦雄岡市; Masaru Shiotani; 優塩谷; Masanobu Wada; 賢宣和田; Yuji Ogata; 雄司尾形
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2009-06-11
Filing date: 2009-06-11
Publication date: 2012-08-30
Also published as: WO2010143373A1

Abstract

【課題】中温水が放熱器に供給される課題を解決し、かつ高効率な除霜運転が可能な蓄熱タンクを備えたヒートポンプシステムを提供する。
【解決手段】ヒートポンプサイクル１１０と、タンク１５１と、タンク１５１と放熱器１１２とを接続する沸き上げ回路と、蒸発器１１４の膨張手段１１３の側と蒸発器１１４の圧縮機１１１の側とを接続し冷媒ポンプ１１７と冷媒加熱器１１８とを備えた除霜回路１２０と、タンク１５１と冷媒加熱器１１８とを接続する往き側冷媒加熱流路１６４と、冷媒加熱器１１８とタンク１５１とを接続する還り側冷媒加熱流路１６５と、タンク１５１と往き側冷媒加熱流路１６４と冷媒加熱器１１８と還り側冷媒加熱流路１６５とで構成した冷媒加熱回路とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、エアコンやヒートポンプ給湯機、ヒートポンプ暖房機などに利用される、ヒートポンプシステムに関する。

蓄熱流体をヒートポンプサイクルにより加熱し、タンクに加熱後の蓄熱流体を貯めるヒートポンプシステムは、図５に示す熱源ユニット（ヒートポンプサイクル）５０３と貯湯ユニット（タンクユニット）５０２を備えた給湯装置（ヒートポンプシステム）５０１として開示されている（特許文献１）。

給湯装置５０１は、蓄熱流体として水を用いており、浴槽に供給したお湯が冷めた場合は、中間熱交換器５３３でタンク５１１内の温水と熱交換して加熱された循環水回路５３４の温水と、浴槽のお湯を暖房用放熱部５３８で熱交換して再加熱する。そのため、タンク５１１内に供給される低温の水道水と沸き上げられた高温の温水との中間の温度帯の中温水が生成される。

たとえば、二酸化炭素を冷媒とした場合、この中温水が増加して放熱器５２１へ送液されると、放熱器５２１で中温水と熱交換する二酸化炭素の放熱器出口温度が上昇する。そうすると、図６に示すモリエル線図（Ｐ−ｈ線図）の放熱器５２１の出口の状態を表すＢ点がＥ点に推移するため、加熱能力が低下し（冷媒循環量×（ｈ_Ａ−ｈ_Ｂ）→冷媒循環量×（ｈ_Ａ−ｈ_Ｅ））、給湯装置５０１の成績係数（ＣＯＰ）が低下する。また、Ｒ４１０Ａのような高沸点冷媒を用いた場合も、図７に示すように、放熱器５２１の出口の状態を表すＢ点がＥ点に推移するため、ＣＯＰが低下する。

また、図５に示すように、ヒートポンプシステム５０１は、床暖房などの暖房機器を加熱して温度の低下した循環水回路５３４の循環水を中間熱交換器５３３で加熱するためにタンク５１１の高温水を利用するため、同様に中温水が生じてＣＯＰが低下する。

一方、ヒートポンプサイクルは、蒸発器で外気から熱を吸収して冷媒を加熱するため、蒸発器を通過する冷媒は外気よりも低い温度になる。そのため、外気温度が低下して蒸発器の冷媒温度が氷点下になると、蒸発器の表面に水蒸気が凍結して着霜が起こる。この着霜は、従来、図８に示すように、定圧膨張弁８０５を備えたホットガスバイパス回路を備えることで、凝縮器８０２での放熱を停止し、圧縮機８０１で圧縮した高温の冷媒を蒸発器８０４に導くことで蒸発器８０４の表面に形成された霜を融解させていた（非特許文献１）。このようにして行われる除霜は、圧縮機８０１で行った圧縮仕事によって増加した冷媒のエネルギーを用いて蒸発器８０４を加熱するため、蒸発器８０４の除霜運転は、放熱損失を考慮すれば、圧縮機８０１の入力よりも低い加熱能力でしか蒸発器８０４を加熱できない非効率なものであった。

このように、高温側熱源の加熱に寄与しない除霜運転がヒータ同等の低い効率で行われるため、除霜運転によるヒートポンプシステムのＣＯＰ低下が課題であった。

そこで、図５に示すように、タンク５１１に溜まった中温水を補助蒸発器５２３に流して冷却し、タンク５１１の底部に戻すことで中温水を低減し、放熱器５２１に供給される水温を低下させることが提案されている。また、蒸発器５２２の除霜時に中温水を補助蒸発器５２３に供給することでヒートポンプサイクル５０３を循環する冷媒を加熱するため、除霜に用いられる冷媒の加熱源として効率的なヒートポンプサイクルによって加熱されたタンク５１１の水の熱を利用できる。そのため、除霜運転に費やされる入力を軽減できるため、ヒートポンプシステム５０１のＣＯＰが向上する。ただし、サイクル全体を冷媒が流れるため、配管での圧力損失が増加して圧縮機５２５の吸入側と吐出側との間に圧力差が生じ、補助蒸発器５２２で過熱されたガスを圧縮機５２５で圧縮循環させるため、圧縮機５２５の仕事量は依然大きい。

また、図９に示すように、加熱器９１２で生じタンク９０９に貯まった中温水を第２蒸発器９０８に送って冷媒を加熱し冷却された水をタンク９０９の下部に戻すヒートポンプシステム９００が開示されている（特許文献２）。このような構成では、沸き上げ運転中に中温水が増加した場合に、第２蒸発器９０８に中温水を供給して、冷媒との熱交換により冷却された水をタンク９０９の下部に戻す。このため、放熱器９０２へは水が供給されヒートポンプサイクル９３０のサイクル効率が向上する。ただし、放熱器９０２で水の沸き上げに使用される熱の一部は、タンク９０９の中温水から得たものであるので、中温水の冷却動作中のタンク９０９の水の加熱量は見かけよりも低下する。そのため、圧縮機９０１への入力を分母、タンク９０９の水の加熱量を分子にしたヒートポンプシステム９００の効率は低い。また、第２蒸発器９０８を利用することで、第１蒸発器９０４の運転率が低下するため、除霜運転に入るまでの時間が長くなり、効率的な運転が可能になる。しかし、上記と同じ理由で、除霜に至るまでの時間が延びるということは、それだけタンク９０９に貯められた水の熱でタンク９０９の水を暖めているに過ぎず、圧縮機９０１への入力を分母、タンク９０９の水の加熱量を分子とした効率は大幅に低下する。

また、図１０および図１１に示すように、蒸発器１０１６に水配管の流路である加熱部１０２８を設け、除霜時にタンク１００２の高温水で蒸発器１０１６を加熱すると同時に圧縮機１０１４を動作させてホットガスバイパス弁１０２１を開き、ホットガスによる蒸発器１０１６の加熱を同時に行うヒートポンプシステム１０００が開示されている（特許文献３）。この構成では、通常運転時は、蒸発器１０１６が低温になるため加熱部１０２８の水の凍結防止を目的とした落水動作が行われる。また、除霜運転時に、タンク１００２の中温水を水冷媒熱交換器１００４と加熱部１０２８に供給することで、除霜を行いつつ沸き上げ運転が可能になる。しかし、蒸発器１０１６に加熱部１０２８を設けることで蒸発器１０１６の空気側圧力損失の増加や、フィン１０３５の面積の減少など蒸発器１０１６の性能低下が生じる。また、タンク１００２内の中温水の熱を利用した沸き上げ運転では、結局のところタンク１００２内の水を加熱した正味の熱量は、圧縮機の仕事分のみであり、ＣＯＰが１を下回る。

特開２００７−１０２０７号公報特開２００４−１０８５９７号公報特開２００８−９６０４４号公報

密閉型冷凍機（川平睦義著、社団法人日本冷凍協会、Ｐ．２７８−２８０、図２２．１８）

こうした事情に鑑み、本発明は、中温水が放熱器に供給されることに起因する課題を解決するとともに、高効率な除霜運転が可能なヒートポンプシステムを提供することを目的とする。

本発明に係るヒートポンプシステムは、圧縮機と、放熱器と、膨張手段と、蒸発器とを備え冷媒が循環するヒートポンプサイクルと、蓄熱流体を貯めるタンクと、タンクと放熱器とを接続する往き側沸き上げ流路と、放熱器とタンクとを接続する還り側沸き上げ流路と、タンクと往き側沸き上げ流路と放熱器と還り側沸き上げ流路とで構成した沸き上げ回路と、蒸発器の膨張手段の側と蒸発器の圧縮機の側とを接続し冷媒ポンプと冷媒加熱器とを備えた除霜回路と、タンクと冷媒加熱器とを接続する往き側冷媒加熱流路と、冷媒加熱器とタンクとを接続する還り側冷媒加熱流路と、タンクと往き側冷媒加熱流路と冷媒加熱器と還り側冷媒加熱流路とで構成した冷媒加熱回路とを備えるものである。

上記本発明のヒートポンプシステムによれば、除霜回路と冷媒加熱回路とを設けたことにより、冷媒加熱器で蓄熱流体によって過熱蒸気を発生させて蒸発器を除霜し、蒸発器での放熱により凝縮した過冷却液を冷媒ポンプで再び冷媒加熱器に供給する。これにより、従来の圧縮機で過熱蒸気を循環させるよりも液冷媒を冷媒ポンプで循環する方が入力の低減が図れ、さらに、ヒートポンプサイクルよりも小さい除霜回路を冷媒が循環することにより、配管での圧力損失が小さくさらに冷媒ポンプの入力が低減される。また、ヒートポンプによって高効率に加熱されたタンク内の蓄熱流体の熱を利用して除霜を行うため、従来のホットガスバイパスによる除霜と比較して除霜に費やされる入力が大幅に低下する。また、一般的な蒸発器が備える冷媒配管のパスを利用して除霜を行うため、別途蓄熱流体配管のパスを設ける必要がないので、蒸発器の効率を低下させることなく、蓄熱流体による除霜が実現できる。よって、効率的なヒートポンプシステムを提供できる。

以上のように、本発明によれば、冷媒の循環に冷媒ポンプを用いて、高効率に加熱された蓄熱流体を蒸発器の除霜に用いることにより、除霜に必要な入力を低減することが可能になるとともに、上記の効果を得るために蒸発器の構成を特別に変更する必要がないので、蒸発器の効率が低下しないヒートポンプを実現できる。

本発明の第１の実施形態のヒートポンプシステム１００による沸き上げ運転状態を示す構成図本発明の第１の実施形態に係るヒートポンプシステム１００の除霜運転状態を示す構成図本発明の第２の実施形態に係るヒートポンプシステム２００による沸き上げ運転状態を示す構成図本発明の第２の実施形態に係るヒートポンプシステム２００の除霜運転状態を示す構成図従来の給湯装置の構成図従来の給湯装置の二酸化炭素を冷媒とした場合のモリエル線図従来の給湯装置のＲ４１０Ａのような高沸点冷媒を用いた場合のモリエル線図従来のヒートポンプサイクルの構成図従来のヒートポンプシステムの構成図従来のヒートポンプシステムの構成図従来のヒートポンプシステムの蒸発器の概要図

以下、添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るヒートポンプシステム１００による沸き上げ運転状態を示す構成図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係るヒートポンプシステム１００の除霜運転状態を示す構成図である。

《構成》
図１に示すように、ヒートポンプシステム１００は、圧縮機１１１と、放熱器１１２と、膨張手段としての膨張弁１１３と、蒸発器１１４とを冷媒配管で順に接続し蒸発器ファン１１５を設けたヒートポンプサイクル１１０を備える。さらに、一方を蒸発器１１４の膨張弁１１３の側でヒートポンプサイクル１１０と接続し、他方を蒸発器１１４の圧縮機１１１の側でヒートポンプサイクル１１０と接続し、蒸発器１１４の膨張弁１１３の側から順に気液分離器１１６と、気液分離器１１６の液取り出し口に接続され蒸発器１１４の膨張弁１１３の側から蒸発器１１４の圧縮機１１１の側へ冷媒を送る冷媒ポンプ１１７と、対向流型熱交換器である冷媒加熱器１１８と、蒸発器１１４の膨張弁１１３の側から蒸発器１１４の圧縮機１１１の側への流れを許可する逆止弁１１９とを設けた除霜回路１２０を備える。さらに、ヒートポンプシステム１００はタンク１５１を備え、タンク１５１は、タンク１５１の下部に接続された給水配管１５２と、タンク１５１の上部に接続された給湯配管１５３と、タンク１５１の上部とタンク１５１の中間部とを接続する再熱回路１５４と、タンク１５１の下部の下取り出し口と放熱器１１２とタンク１５１の上部の上戻し口とを接続する沸き上げ回路と、タンク１５１の中間部の中取り出し口と冷媒加熱器１１８とタンク１５１の下部の下戻し口とを接続する冷媒加熱回路とを備える。再熱回路１５４は、熱利用回路１５７と熱交換する再熱熱交換器１５５と、ポンプ１５６とを備え、熱利用回路１５７は、熱利用熱交換器１５８と、ポンプ１５９とを備える。沸き上げ回路は、一方をタンク１５１の下部の下取り出し口に接続され他方を放熱器１１２に接続される往き側沸き上げ流路１６０と、一方を放熱器１１２に接続され他方をタンク１５１の上部の上戻し口に接続される還り側沸き上げ流路１６１と、往き側沸き上げ流路１６０に設けられたポンプ１６２と、往き側沸き上げ流路１６０に設けられた流体凍結防止弁１６３とを備える。冷媒加熱回路は、一方をタンク１５１の中間部の中取り出し口に接続され他方を冷媒加熱器１１８に接続される往き側冷媒加熱流路１６４と、一方を冷媒加熱器１１８に接続され他方をタンク１５１の下部の下戻し口に接続される還り側冷媒加熱流路１６５と、往き側冷媒加熱流路１６４に設けられたポンプ１６６と、還り側冷媒加熱流路１６５に設けられた流体凍結防止弁１６７と、冷媒加熱器１１８の水温度を検知する凍結温度検知手段１２１を備える。流体凍結防止弁１６３と流体凍結防止弁１６７は、バイメタルにより配管やタンク１５１の水が凍結温度に達する前に自動的に開く構造を有する。

《動作》
次に、本実施形態のヒートポンプシステム１００の動作を説明する。まず、沸き上げ運転状態は、圧縮機１１１が駆動され、ヒートポンプサイクル１１０を冷媒が循環する。一方で、ポンプ１６２が駆動され、タンク１５１の下部に貯められた水が沸き上げ回路を流れる。圧縮機１１１で圧縮された高圧高温の冷媒は、放熱器１１２で往き側沸き上げ流路１６０から供給される水と熱交換を行い、供給される水の温度近くまで冷却される。放熱器１１２で冷却された冷媒は、膨張弁１１３で減圧膨張され低温低圧の気液２相状態になり、蒸発器１１４で蒸発器ファン１１５によって送風される空気と熱交換して吸熱蒸発して再び圧縮機１１１に吸引され圧縮昇圧される。一方、沸き上げ回路の水は、放熱器１１２で圧縮機１１１から吐出された高温の冷媒の温度近くまで沸き上げられ、再びタンク１５１の上部に戻される。このように沸き上げられたタンク１５１の高温水は、給湯配管１５３から必要な場所へ給湯され、給湯に利用された分だけ給水配管１５２から水がタンク１５１に供給される。また、タンク１５１の高温水は、ポンプ１５６を駆動することにより再熱回路１５４に供給され、再熱熱交換器１５５で熱利用回路１５７の流体と熱交換して、熱利用回路１５７の流体に対して放熱した中温水がタンク１５１の中間部に戻される。熱利用回路１５７では、ポンプ１５９を駆動することにより再熱熱交換器１５５で加熱された流体が熱利用熱交換器１５８に送られ、流体の熱を風呂水の追い炊きや室内の暖房、融雪などの用途に利用し、冷えた流体が再びポンプ１５９で再熱熱交換器１５５に送液される。このような動作を行うことで、タンク１５１の中間部には中温水が溜まる。一方で、外気温が低い状態でヒートポンプサイクル１１０を動作すると、蒸発器１１４を流れる冷媒の温度が氷点下を下回り、熱交換器の表面に着霜が生じてくる。着霜量が増加すると蒸発器１１４の空気側の熱伝達が阻害されるため、熱交換量が低下するため蒸発器１１４を流れる冷媒の温度がさらに低下する。蒸発器１１４を流れる冷媒の温度が閾値以上に低下すると、圧縮機１１１を停止して、ヒートポンプサイクル１１０による沸き上げ運転を止め、ポンプ１６６を駆動させて冷媒加熱回路の冷媒加熱器１１８にタンク１５１の中温水を送り、同時にポンプ１１７を駆動させて気液分離器１１６の液冷媒を対向流型熱交換器である冷媒加熱器１１８に送ることで液冷媒を中温水の温度近くまで加熱蒸発させ、加熱蒸気が蒸発器１１４に送られることによって蒸発器１１４の除霜を行う。蒸発器１１４で放熱凝縮した冷媒は再び気液分離器１１６に戻る。一方、冷媒加熱器１１８で冷却された水は還り側冷媒加熱流路１６５を通じてタンク１５１の下部の下戻し口からタンク１５１に戻される。蒸発器１１４の除霜が完了した後に冷媒ポンプ１１７を停止させて、再び圧縮機１１１を駆動させてヒートポンプサイクル１１０を運転する。ヒートポンプサイクル１１０の運転中は、冷媒ポンプ１１７を停止させるとともに逆止弁１１９の働きによって、冷媒加熱器１１８には蒸発器１１４から低圧低温の冷媒が供給されない。それでも凍結温度検知手段１２１が冷媒加熱回路の水の温度の低下を検知した場合は、冷媒加熱回路に中温水を流す凍結防止制御を実施する。また外気温が氷点下になる地域で長期にヒートポンプサイクル１１０を動作させない場合、タンク１５１や沸き上げ回路、冷媒加熱回路の水が凍結する危険性があるため、流体凍結防止弁１６３と流体凍結防止弁１６７を開いて排水することで凍結による配管の損傷を防止できる。

《効果》
本発明の第１の実施形態の構成では、蒸発器１１４の膨張弁１１３の側と蒸発器１１４の圧縮機１１１の側とを接続し冷媒ポンプ１１７と冷媒加熱器１１８とを備えた除霜回路１２０と、タンク１５１と冷媒加熱器１１８とを接続する往き側冷媒加熱流路１６４と、冷媒加熱器１１８とタンク１５１とを接続する還り側冷媒加熱流路１６５と、タンク１５１と往き側冷媒加熱流路１６４と冷媒加熱器１１８と還り側冷媒加熱流路１６５とで構成した冷媒加熱回路とを備える。このようにすることで、蒸発器１１４の除霜を行うために、タンク１５１に貯められた中温水と冷媒ポンプ１１７で送られた液冷媒とを冷媒加熱器１１８で熱交換して、得られた過熱蒸気が蒸発器１１４に送られる。そのため、これまでのように圧縮機の入力よりも低い加熱能力でしか蒸発器を加熱できない非効率な除霜運転と比較して、ヒートポンプサイクル１１０によって効率的に沸き上げられたタンク１５１の中温水で加熱された冷媒を利用することで、効率的な除霜運転が実現できる。さらに、除霜運転時には冷媒ポンプ１１７によって液冷媒が送液されることで除霜を行う冷媒の循環が生じるため、従来の過熱されたガスを圧縮機で圧縮循環させる場合と比べて、冷媒の循環に必要な動力を大幅に低減できる。さらに、除霜のために冷媒が循環する経路は、蒸発器１１４と除霜回路１２０のみであり、従来のヒートポンプサイクル全体を冷媒が循環する場合と比べて、経路の短縮により圧力損失の低減による循環動力の低減や放熱損失の低減による除霜能力の向上が実現できるため効率的な除霜運転が行える。また、蒸発器１１４の除霜に使われる加熱媒体が冷媒であり、ヒートポンプサイクル１１０の運転時に利用される蒸発器１１４の冷媒流路を利用するため、従来の蒸発器に中温水を通過させる専用流路である加熱部を設ける場合と比較して、蒸発器１１４の空気側圧力損失の増加や、フィンの面積の減少などが発生しないため、蒸発器１１４の性能を維持できる。また、除霜回路１２０の冷媒ポンプ１１７を冷媒が蒸発器１１４の圧縮機１１１の側から膨張弁１１３の側に向けて流れるように設置したことにより、蒸発器１１４の着霜量の多い膨張弁１１３の側で凝縮した冷媒が冷媒ポンプ１１７の側に戻るため、冷媒ポンプ１１７に安定して液相の冷媒を供給できる。また、除霜回路１２０の冷媒ポンプ１１７の上流側には気液分離器１１６を備え液相の冷媒を冷媒ポンプ１１７に導くため、冷媒ポンプ１１７での安定した送液と送液動力が低減できる。また、冷媒加熱器１１８は、冷媒と中温水とが対向して流れる対向流型熱交換器であるため、中温水の温度を供給される液冷媒の温度まで低下させ、液冷媒を蒸発させて供給される中温水の温度まで加熱した加熱蒸気を発生させることができ、効率的に中温水の熱を除霜に利用でき、タンク１５１に戻す水の温度を低下させることができる。また、往き側沸き上げ流路１６０をタンク１５１の下部の下取り出し口に接続し、還り側沸き上げ流路１６１をタンク１５１の上部の上戻し口に接続したことで、タンク１５１の下部に貯められた低温の水を放熱器１１２へ導き、高温に加熱された温水をタンク１５１の上部に戻すことができ、温度成層により低温の水と高温の水を効率的にタンク１５１で保持することができる。また、往き側冷媒加熱流路１６４をタンク１５１の中部の中取り出し口に接続し、還り側冷媒加熱流路１６５をタンク１５１の下部の下戻し口に接続したことで、タンク１５１の中部に貯められた中温水を冷媒加熱器１１８に導き、冷媒加熱器１１８で放熱した低温水をタンク１５１の下部に戻すことができ、ヒートポンプサイクル１１０の動作時には、優先的に低温の水が往き側沸き上げ流路１６０を通じて放熱器１１２で沸き上げられるため、ヒートポンプサイクル１１０による沸き上げ効率が向上する。また、除霜回路１２０の冷媒加熱器１１８と蒸発器１１４の圧縮機１１１の側との間に冷媒加熱器１１８から蒸発器１１４の圧縮機１１１の側への流れを許容する逆止弁１１９を備えることで、除霜運転を行わないヒートポンプサイクル１１０の運転時に、蒸発器１１４から低圧低温の冷媒が冷媒加熱器１１８へ流入しないため、冷媒加熱器１１８の温度が低下せず水の凍結を防止できる。また、除霜回路１２０の冷媒ポンプ１１７はヒートポンプサイクル１１０の動作時に停止することにより、放熱器１１２で水の沸き上げに使用される熱の一部がタンク１５１の中温水から得たものにはならない。そのため、従来のようにヒートポンプサイクル１１０によるタンク１５１の水の加熱量が見かけよりも低下することを防止し、圧縮機１１１への入力を分母、タンク１５１の水の加熱量を分子にしたヒートポンプシステム１００の効率低下を防止できる。また、冷媒加熱回路の水の温度を検知する凍結温度検知手段１２１を設け、凍結前に中温水を流す凍結防止制御を実施するため、水の凍結による配管の破損などを防止できる。また、長期停止時には、水温度を検知して沸き上げ回路と冷媒加熱回路とタンクの水を排出する流体凍結防止弁１６３、１６７を備えるため、冬季の旅行時などで長期間ヒートポンプシステム１００への通電がない場合などに排水を行い、水の温度が低下して凍結することを防止できる。また、バイメタルなどの電力の不要な検知機構により電力供給がない場合の流体凍結防止弁１６３、１６７の開放動作を行うことで、電源が切断された後でも、水の温度低下を検知して適切な排水を行うことができる。

（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係るヒートポンプシステム２００による沸き上げ運転状態を示す構成図である。図４は、本発明の第２の実施形態に係るヒートポンプシステム２００の除霜運転状態を示す構成図である。図３に示すように、本実施形態のヒートポンプシステム２００は、第１実施形態で説明したもの（図１参照）と概ね同様の構成を有している。以下では、同一機能部品については同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施形態と第１実施形態との相違点は、タンク３５１と沸き上げ回路と冷媒加熱回路の構成およびタンク３５１に貯められた蓄熱流体である。

《構成》
タンク３５１は、タンク３５１の内部の上方に内タンク３５１ａを備え、給水配管１５２は内タンク３５１ａの下部に接続され、給湯配管１５３は内タンク３５１ａの上部に接続される。また、往き側沸き上げ流路１６２と往き側冷媒加熱流路１６４とを合流する合流部３６０と、合流部３６０に備えたポンプ３６１と、ポンプ３６１で下流の放熱器１１２に接続される往き側沸き上げ流路１６１と冷媒加熱器１１８に接続される往き側冷媒加熱流路１６４とに分岐する分岐部３６２と、合流部３６０と分岐部３６２に設けた開閉弁３６３、３６４、３６５、３６６とを備える。また、タンク３５１には内タンク３５１ａを除いて蓄熱流体として不凍液がためられており、沸き上げ回路と冷媒加熱回路には不凍液が供給され、還り側沸き上げ流路１６１からタンク３５１の上部に戻される高温の不凍液によって内タンク３５１ａの内部の水が加熱され給湯配管１５３から出湯される。

《効果》
本発明の第２の実施形態の構成では、（請求項７の効果）往き側沸き上げ流路１６２と往き側冷媒加熱流路１６４とを合流する合流部３６０と、合流部３６０に備えたポンプ３６１と、ポンプ３６１で下流の放熱器１１２に接続される往き側沸き上げ流路１６１と冷媒加熱器１１８に接続される往き側冷媒加熱流路１６４とに分岐する分岐部３６２と、合流部３６０と分岐部３６２に設けた開閉弁３６３、３６４、３６５、３６６とを備えることにより、第１の実施形態の構成で必要であったポンプ１６２とポンプ１６６との機能を、開閉弁３６３、３６４、３６５、３６６の開閉操作により一つのポンプ３６１で発揮でき、安価に効率的なヒートポンプシステム２００を構成できる。また、蓄熱流体を不凍液としたことにより、沸き上げ回路と冷媒加熱回路の蓄熱流体が凍結する危険がなくなるため、凍結防止運転や凍結防止ヒータを使うことなく効率的にヒートポンプシステムを動作できる。また、タンク３５１は、タンク３５１の内部の上方に内タンク３５１ａを備え、給水配管１５２は内タンク３５１ａの下部に接続され、給湯配管１５３は内タンク３５１ａの上部に接続されることにより、内タンク３５１ａの内部に貯めた水とタンク３５１に貯められた不凍液とを分離することができるので、ヒートポンプサイクル１１０によって沸き上げられる蓄熱流体を不凍液にした場合でも、給水配管１５２から供給される水を加熱して給湯配管から必要な場所に供給することができる。

以上のように第１実施形態や第２実施形態では、ヒートポンプサイクルの膨張手段として膨張弁を利用したヒートポンプサイクルを例に本発明の効果を説明したが、同様に膨張手段として動力回収が可能な膨張機を用いても同様の効果を発揮する。

以上のように、本発明は、ヒートポンプ給湯機、ヒートポンプ暖房機などに利用されるヒートポンプシステムについて有用である。

１００ヒートポンプシステム
１１１圧縮機
１１２放熱器
１１３膨張弁
１１４蒸発器
１１５蒸発器ファン
１１０ヒートポンプサイクル
１１６気液分離器
１１７冷媒ポンプ
１１８冷媒加熱器
１１９逆止弁
１２０除霜回路
１５１タンク
１５２給水配管
１５３給湯配管
１５４再熱回路
１５７熱利用回路
１５５再熱熱交換器
１５６ポンプ
１５８熱利用熱交換器
１５９ポンプ
１６０往き側沸き上げ流路
１６１還り側沸き上げ流路
１６２ポンプ
１６３流体凍結防止弁
１６４往き側冷媒加熱流路
１６５還り側冷媒加熱流路
１６６ポンプ
１６７流体凍結防止弁
１２１凍結温度検知手段
３５１タンク
３５１ａ内タンク
３６０合流部
３６１ポンプ
３６２分岐部
３６３，３６４，３６５，３６６開閉弁

Claims

圧縮機と、放熱器と、膨張手段と、蒸発器とを備え冷媒が循環するヒートポンプサイクルと、
蓄熱流体を貯めるタンクと、
前記タンクと前記放熱器とを接続する往き側沸き上げ流路と、
前記放熱器と前記タンクとを接続する還り側沸き上げ流路と、
前記タンクと前記往き側沸き上げ流路と前記放熱器と前記還り側沸き上げ流路とで構成した沸き上げ回路と、
前記蒸発器の前記膨張手段の側と前記蒸発器の前記圧縮機の側とを接続し冷媒ポンプと冷媒加熱器とを備えた除霜回路と、
前記タンクと前記冷媒加熱器とを接続する往き側冷媒加熱流路と、
前記冷媒加熱器と前記タンクとを接続する還り側冷媒加熱流路と、
前記タンクと前記往き側冷媒加熱流路と前記冷媒加熱器と前記還り側冷媒加熱流路とで構成した冷媒加熱回路とを備えるヒートポンプシステム。
前記除霜回路の前記冷媒ポンプを前記冷媒が前記蒸発器の前記圧縮機の側から前記膨張手段の側に向けて流れるように設置したことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプシステム。
前記除霜回路の前記冷媒ポンプの上流側には気液分離器を備え液相の前記冷媒を前記冷媒ポンプに導くことを特徴とする請求項１および請求項２のいずれかに記載のヒートポンプシステム。
前記冷媒加熱器は、前記冷媒と前記蓄熱流体とが対向して流れる対向流型熱交換器であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のヒートポンプシステム。
前記往き側沸き上げ流路を前記タンクの下部の下取り出し口に接続し、前記還り側沸き上げ流路を前記タンクの上部の上戻し口に接続したことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のヒートポンプシステム。
前記往き側冷媒加熱流路を前記タンクの中部の中取り出し口に接続し、前記還り側冷媒加熱流路を前記タンクの下部の下戻し口に接続したことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のヒートポンプシステム。
前記往き側沸き上げ流路と前記往き側冷媒加熱流路とを合流する合流部と、前記合流部に備えたポンプと、前記ポンプで下流の前記放熱器に接続される前記往き側沸き上げ流路と前記冷媒加熱器に接続される前記往き側冷媒加熱流路とに分岐する分岐部と、前記合流部と前記分岐部に設けた開閉弁もしくは三方弁とを備えることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載のヒートポンプシステム。
前記除霜回路の前記冷媒加熱器と前記蒸発器の前記圧縮機の側との間に前記冷媒加熱器から前記蒸発器の前記圧縮機の側への流れを許容する逆止弁を備えることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載のヒートポンプシステム。
前記除霜回路の前記冷媒ポンプは前記ヒートポンプサイクルの動作時に停止することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載のヒートポンプシステム。
前記冷媒加熱回路の前記蓄熱流体の温度を検知する凍結温度検知手段を設け、凍結前に前記蓄熱流体を流す凍結防止制御を実施することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載のヒートポンプシステム。
長期停止時には、蓄熱流体温度を検知して前記沸き上げ回路と前記冷媒加熱回路と前記タンクの前記蓄熱流体を排出する流体凍結防止弁を備えることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載のヒートポンプシステム。
バイメタルなどの電力の不要な検知機構により電力供給がない場合の流体凍結防止弁の開放動作を行うことを特徴とする請求項１１に記載のヒートポンプシステム。
前記蓄熱流体を不凍液としたことを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれかに記載のヒートポンプシステム。
前記タンクは、前記タンクの内部の上方に内タンクを備え、給水配管は前記内タンクの下部に接続し、給湯配管は前記内タンクの上部に接続したことを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれかに記載のヒートポンプシステム。