JP2014052123A - Engine driven heat pump chiller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷媒を圧縮する圧縮機をエンジンにより駆動し、前記冷媒の凝縮熱又は蒸発熱により熱媒体としての水の温度を調節する、エンジン駆動ヒートポンプチラーに関する。 The present invention relates to an engine-driven heat pump chiller in which a compressor for compressing a refrigerant is driven by an engine and the temperature of water as a heat medium is adjusted by the condensation heat or evaporation heat of the refrigerant.
低温環境下で暖房運転が継続的に実行されると、室外熱交換器に霜が付着する。従来、霜を除去する除霜運転を行うヒートポンプチラーが知られている。 When heating operation is continuously performed in a low temperature environment, frost adheres to the outdoor heat exchanger. Conventionally, a heat pump chiller that performs a defrosting operation for removing frost is known.
特許文献1は、水回路に複数のチラーユニットを並列に接続するヒートポンプチラーにおいて、除霜運転を行うことを開示している(段落0140〜0147)。除霜運転を実行するチラーユニットの台数(所定台数)は、水回路に接続されているチラーユニットの接続台数によって設定されている(段落0140)。水回路の水温が低下しないように、例えば接続台数が4台のとき所定台数は1台、接続台数が5〜8台のとき所定台数は2台に設定される(段落0141)。しかし、特許文献1は、除霜運転時に、水熱交換器に代えて用いられる他の蒸発器の存在を示しておらず、所定台数のチラーユニットの除霜運転(冷房運転)によって発生する水温の低下を、他のチラーユニットの暖房運転によって打ち消さざるを得ない。
特許文献2は、水回路に接続されるヒートポンプチラーにおいて、除霜運転を行うことを開示している(段落0034)。このヒートポンプチラーは、水熱交換器に代えて用いられる蒸発器として、エンジン排熱を吸熱源とするエンジン排熱回収器を備えている。このヒートポンプチラーは、除霜運転時に冷房運転と同様に圧縮機から吐出される冷媒を室外熱交換器に流した後、エンジン排熱回収器を経由して圧縮機に戻している。つまり、除霜運転では、水の温度を調節する水熱交換器を冷媒が流れない。
特許文献1は、水回路に複数のチラーユニットを並列に接続するヒートポンプチラーを開示しているが、除霜運転時における水回路の水温低下を抑えるために、他のチラーユニットに負荷を掛けており、特許文献2は、水回路に複数のチラーユニットを並列に接続するヒートポンプチラーを開示していない。
そこで本発明は、水回路に複数のチラーユニットを並列に接続するヒートポンプチラーにおいて、除霜運転以外のチラーユニットに負荷を掛けることなく除霜運転時における水回路の水温低下を抑制できる構成を提供する。 Therefore, the present invention provides a configuration that can suppress a decrease in the water temperature of the water circuit during the defrosting operation without applying a load to the chiller unit other than the defrosting operation in the heat pump chiller that connects the plurality of chiller units to the water circuit in parallel To do.
本発明に係るエンジン駆動ヒートポンプチラーは、冷媒を圧縮する圧縮機をエンジンにより駆動し、前記冷媒の凝縮熱又は蒸発熱により熱媒体としての水の温度を調節する、エンジン駆動ヒートポンプチラーユニットを複数台設け、前記チラーユニットは、空気を放熱源として冷媒を液化する凝縮器として又は空気を吸熱源として冷媒を気化する蒸発器として機能する空気熱交換器と、前記水を導入するための入水管と前記水を排出するための出水管とを備えており、気液二相冷媒を放熱源として前記水を冷却する冷却器として又は前記圧縮機の吐出冷媒を吸熱源として水を加熱する加熱器として機能する水熱交換器と、前記空気熱交換器を蒸発器として機能させる温水運転と、前記空気熱交換器を凝縮器として機能させる非温水運転とを切り替える運転切替機構と、排熱媒体を介して前記エンジンの排熱を吸熱源とする冷媒の蒸発器として機能するエンジン排熱回収器と、前記温水運転時では前記空気熱交換器に向かう液状態の前記冷媒の流量を調整し、前記非温水運転時では前記水熱交換器に向かう液状態の前記冷媒の流量を調節する第1膨張弁と、前記エンジン排熱回収器に向かう液状態の前記冷媒の流量を調節する第2膨張弁と、前記エンジン排熱回収器を流れる前記排熱媒体の流量を調節する流量調整弁と、を備えており、各々の前記入水管及び前記出水管は、それぞれ並列に接続されており、除霜制御は、複数の前記チラーユニットが温水運転中に全ての前記チラーユニットが同時期に除霜運転を行うことなく少なくとも1台ずつ交代で前記チラーユニットに除霜運転を実行させる制御であり、除霜運転を行う前記チラーユニットは、前記運転切替機構を制御することによって前記温水運転を前記非温水運転に切替え、前記冷媒が前記水熱交換器を流れないように前記第1膨張弁を閉じ、前記冷媒及び前記排熱媒体が前記エンジン排熱回収器を流れるように前記第2膨張弁及び前記流量調整弁の開度を制御する。 An engine-driven heat pump chiller according to the present invention includes a plurality of engine-driven heat pump chiller units that drive a compressor that compresses a refrigerant by an engine and adjust the temperature of water as a heat medium by the condensation heat or evaporation heat of the refrigerant. The chiller unit includes an air heat exchanger that functions as a condenser that liquefies refrigerant using air as a heat radiation source or an evaporator that vaporizes refrigerant using air as a heat absorption source, and a water inlet pipe for introducing the water. A water discharge pipe for discharging the water, as a cooler for cooling the water using a gas-liquid two-phase refrigerant as a heat radiation source, or as a heater for heating water using the refrigerant discharged from the compressor as a heat absorption source Switching between a functioning water heat exchanger, a hot water operation in which the air heat exchanger functions as an evaporator, and a non-warm water operation in which the air heat exchanger functions as a condenser. An operation switching mechanism for switching, an engine exhaust heat recovery device that functions as a refrigerant evaporator using the exhaust heat of the engine as a heat absorption source via a waste heat medium, and a liquid state toward the air heat exchanger during the hot water operation Adjusting the flow rate of the refrigerant, and adjusting the flow rate of the refrigerant in the liquid state toward the water heat exchanger during the non-warm water operation, and the liquid state in the liquid state toward the engine exhaust heat recovery device A second expansion valve that adjusts the flow rate of the refrigerant, and a flow rate adjustment valve that adjusts the flow rate of the exhaust heat medium flowing through the engine exhaust heat recovery device, and each of the inlet pipe and the outlet pipe includes: Each of the chiller units is connected in parallel, and the defrosting control is performed by removing at least one chiller unit from the chiller unit at a time without performing the defrosting operation at the same time while the plurality of chiller units are in hot water operation. Frost operation The chiller unit that performs the defrosting operation switches the hot water operation to the non-warm water operation by controlling the operation switching mechanism, so that the refrigerant does not flow through the water heat exchanger. The first expansion valve is closed, and the opening degrees of the second expansion valve and the flow rate adjustment valve are controlled so that the refrigerant and the exhaust heat medium flow through the engine exhaust heat recovery device.
本発明に係るヒートポンプチラーは、除霜運転以外のチラーユニットに負荷を掛けることなく除霜運転時における水回路の水温低下を抑制できる。 The heat pump chiller which concerns on this invention can suppress the water temperature fall of the water circuit at the time of a defrost operation, without applying load to chiller units other than a defrost operation.
(本実施形態の構成)
図1を参照して、本実施形態に係るエンジン駆動ヒートポンプチラー1000を説明する。図1は、本実施形態に係るヒートポンプチラー1000の構成図である。
(Configuration of this embodiment)
An engine-driven
図1において、ヒートポンプチラー1000は、4台のチラーユニット100A、100B、100C、100Dと、水回路200とを備えている。チラーユニット100A、100B、100C、100Dは同一の構成を有しており、識別の都合上、異なる符号が設けられている。以下、4つのチラーユニットを区別する必要がない場合、チラーユニットに対して符号100を用いる。
In FIG. 1, the
ヒートポンプチラー1000は、水回路200を流れる水の温度を調節する。水回路200は、入水幹管210、出水幹管220、各チラーユニット100の水回路40から構成されている。水回路40は、入水枝管(入水管)41及び出水枝管(出水管)42を備えている。各チラーユニット100の入水枝管41は並列に入水幹管210に接続されており、各チラーユニット100の出水枝管42は並列に出水幹管220に接続されている。水は、入水幹管210から各入水枝管41を介して各チラーユニット100に分配され、各チラーユニット100において温度を調節される。温度が調節された水は、各チラーユニット100から各出水枝管42を介して出水幹管220に合流し、ヒートポンプチラー1000から排出される。なお、水回路200は、閉回路及び開回路のどちらの一部であってもよい。閉回路の場合、入水幹管210及び出水幹管220は、負荷側の熱交換器を介して接続されている。
The
チラーユニット100は、温水運転、冷水運転、及び除霜運転のいずれか1つを実行できる。以下では、まずチラーユニット100の構成を説明し、その上で温水運転、冷水運転、及び除霜運転を説明する。
The
図2を参照して、本実施形態に係るチラーユニット100を説明する。図2は、本実施形態に係るチラーユニット100の構成図である。
The
チラーユニット100は、冷媒が循環する冷媒回路10、エンジン冷却水が循環する冷却水回路30、水が流れる水回路40、制御装置50、及び入力装置60を備えている。ユーザは、入力装置60を操作することにより、ヒートポンプチラー100の運転を指令する。制御装置50は、入力された指令に基づいて、冷媒回路10、冷却水回路30、及び水回路40の駆動を制御する。この操作により、チラーユニット100は、水回路40を流れる水の温度を調整する。
The
冷媒回路10は、圧縮機1、四方弁2、空気熱交換器3、水熱交換器4、エンジン排熱回収器5、第1膨張弁6、第2膨張弁7、及びブリッジ回路8を備えている。
The
また、冷媒回路10は、吐出経路11、吸入経路12、ガス経路13、液経路14、高圧液経路15、低圧液経路16、液経路17、ガス経路18、高圧液経路19、低圧液経路20、及び低圧ガス経路21を備えている。吐出経路11は、圧縮機1及び四方弁2を接続している。吸入経路12は、四方弁2及び圧縮機1を接続している。ガス経路13は、四方弁2及び空気熱交換器3を接続している。液経路14は、空気熱交換器3及びブリッジ回路8を接続している。高圧液経路15は、ブリッジ回路8及び第1膨張弁6を接続している。低圧液経路16は、第1膨張弁6及びブリッジ回路8を接続している。液経路17は、ブリッジ回路8及び水熱交換器4を接続している。ガス経路18は、水熱交換器4及び四方弁2を接続している。高圧液経路19は、接続点P1で高圧液経路15から分岐し、高圧液経路15及び第2膨張弁7を接続している。低圧液経路20は、第2膨張弁7及びエンジン排熱回収器5を接続している。低圧ガス経路21は、エンジン排熱回収器5及び吸入経路12を接続しており、接続点P2で吸入経路12に合流している。合流経路12aは、吸入経路12において接続点P2の下流側(圧縮機1側)を指している。
The
圧縮機1は、吸入経路12から冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮し、その冷媒を吐出経路11から吐出する。四方弁2は、冷水運転時に吐出経路11をガス経路13に且つ吸入経路12をガス経路18に接続し、温水運転時に吐出経路11をガス経路18に且つ吸入経路12をガス経路13に接続する。なお、冷水運転とは、水回路40の水を冷却する運転状態をいい、温水運転とは、水回路40の水を加熱する運転状態をいう。空気熱交換器3は、冷水運転時に空気を放熱源として冷媒を液化する凝縮器として機能し、温水運転時に空気を吸熱源として冷媒を気化する蒸発器として機能する。水熱交換器4は、冷水運転時に気液二相冷媒を放熱源として水を冷却する冷却器として機能し、温水運転時に吐出経路11の冷媒を吸熱源として水を加熱する加熱器として機能する。エンジン排熱回収器5は、後述のようにエンジン冷却水を介してエンジン31の排熱を吸熱源として冷媒を気化する蒸発器として機能する。第1膨張弁6は、温水運転時では空気熱交換器3に向かう液状態の冷媒の流量を調整し、冷水運転時では水熱交換器4に向かう液状態の冷媒の流量を調整する。第2膨張弁7は、エンジン排熱回収器5に向かう液状態の冷媒の流量を調整する。ブリッジ回路8の下流に第1膨張弁6及び第2膨張弁7を並列に配置する。この結果、冷水運転時の冷媒の流れ方向では水熱交換器4及びエンジン排熱回収器5が並列に配置され、温水運転時の冷媒の流れ方向では空気熱交換器3及びエンジン排熱回収器5が並列に配置される。ブリッジ回路8の構成を次に説明する。
The
図2において、ブリッジ回路8は、閉経路80と、4つの逆止弁81、82、83、84とを備えている。4つの逆止弁81、82、83、84は、閉経路80上に配置されている。閉経路80において、2つの逆止弁81、82の入口は、他の2つの逆止弁83、84の入口とは反対側に配置されている。逆止弁81、82、83、84の隣り合う2つの間に、それぞれ、接続点P3、P4、P5、P6が設けられている。液経路14は接続点P3に接続されており、高圧液経路15は接続点P4に接続されており、液経路17は接続点P4に接続されており、低圧液経路16は接続点P5に接続されている。ブリッジ回路8の作用は、後述の冷水運転及び温水運転の説明において説明する。
In FIG. 2, the
冷却水回路30は、エンジン31、サーモスタットバルブ32、三方弁33、ラジエータ34、及び前述のエンジン排熱回収器5を備えている。エンジン31は、圧縮機1を駆動する。エンジン排熱回収器5は、冷媒回路10及び冷却水回路30の双方に属している。
The
また、冷却水回路30は、主経路35、戻り経路36、及び排熱回収経路37を備えている。主経路35は、エンジン31から、サーモスタットバルブ32及び三方弁33及びラジエータ34を経由して、エンジン31に冷却水を戻す。戻り経路36は、サーモスタットバルブ32において主経路35から分岐し、ラジエータ34の下流側で主経路35に合流する。排熱回収経路37は、三方弁33において主経路35から分岐し、エンジン排熱回収器5を経由してラジエータ34の下流側で主経路35に合流する。
The cooling
サーモスタットバルブ32は、主経路35又はエンジン31内の冷却水の温度に基づいて、主経路35及び戻り経路36のいずれか一方を開放し、他方を閉じる。冷却水の温度が所定温度(例えば60℃)未満である場合、サーモスタットバルブ32は主経路35を閉じ且つ戻り経路36を開く。この場合、冷却水はエンジン31及びサーモスタットバルブ32のみを循環する。つまり、低温の冷却水は、ラジエータ34及びエンジン排熱回収器5に供給されない。冷却水の温度が所定温度以上である場合、サーモスタットバルブ32は主経路35を開き且つ戻り経路36を閉じる。三方弁(流量制御弁)33は、制御装置50からの指令に基づいて、主経路35及び排熱回収経路37の開度を調節し、主経路35及び排熱回収経路37を流れる冷却水の流量を変更する。三方弁33は、主経路35及び排熱回収経路37の一方を完全に閉じることもできる。三方弁33が主経路35を開いている場合、冷却水はラジエータ34を経由してエンジン31に戻る。三方弁33が排熱回収経路37を開いている場合、冷却水はエンジン排熱回収器5を経由してエンジン31に戻る。この場合、冷却水がエンジン排熱回収器5に供給されるので、エンジン排熱回収器5がエンジン冷却水を介してエンジン31の排熱を吸熱源とする冷媒の蒸発器として機能できる。
The
水回路40は、水熱交換器40、入水経路41、及び出水経路42を備えている。水熱交換器40は、冷媒回路10及び水回路40の双方に属している。
The
チラーユニット100は、各種のセンサを備えている。冷媒回路10は、第1圧力センサ61、第1温度センサ71、第2圧力センサ62、及び第2温度センサ72を備えている。第1圧力センサ61及び第1温度センサ71はそれぞれ、合流経路12a内の冷媒の圧力及び温度を検出する。第2圧力センサ62及び第2温度センサ72はそれぞれ、低圧ガス経路21内の冷媒の圧力及び温度を検出する。冷却水回路30は、エンジン31の回転数を検出する回転数センサ38を備えている。水回路40は、入水温度センサ43及び出水温度センサ44を備えている。入水温度センサ43は入水経路41内の水の温度を検出し、出水温度センサ44は出水経路41内の水の温度を検出する。
The
図3を参照して、冷水運転を説明する。図3は、冷水運転におけるチラーユニット100の構成図である。
The cold water operation will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a configuration diagram of the
冷水運転において、四方弁2は吐出経路11をガス経路13に接続し、且つ吸入経路12をガス経路18に接続する。このため、圧縮機1から吐出される高圧ガス状態の冷媒が、空気熱交換器3に流れる。
In the cold water operation, the four-
空気熱交換器3を流れる冷媒の温度は、空気熱交換器3を流れる空気の温度よりも高いため、冷媒から空気に熱が移動する。この結果、冷媒は凝縮熱を失って液化し、高圧液状態の冷媒になる。つまり、空気熱交換器3は、空気を放熱源とする冷媒の凝縮器として機能している。
Since the temperature of the refrigerant flowing through the
高圧液状態の冷媒は、空気熱交換器3から液経路14を経由してブリッジ回路8の接続点P3に流れる。接続点P3は、逆止弁81、83の出口側に位置し、且つ逆止弁82の入口側に位置している。このため、冷媒は、接続点P3から逆止弁82及び接続点P4を経由して、高圧液経路15に流れる。冷水運転では、冷却水がエンジン排熱回収器5を流れないように三方弁33が制御され、且つ第2膨張弁7が閉じられている。このため、冷媒は第1膨張弁6のみを通過する。第1膨張弁6において高圧液状態の冷媒は膨張し、低圧気液二相冷媒となる。低圧気液二相冷媒は、低圧液経路16からブリッジ回路8の接続点P6に流れる。接続点P6は、4つの逆止弁81、82、83、84の入口側にあるが、上述した高圧液状態の冷媒が接続点P3、P4を流れている。圧力差のため、接続点P6の冷媒は、逆止弁84のみを通過でき、逆止弁81、83を通過できない。このため、低圧気液二相冷媒は、接続点P6から、逆止弁84及び接続点P5及び液経路17を経由して、水熱交換器4に流れる。
The refrigerant in the high-pressure liquid state flows from the
水熱交換器4を流れる冷媒の温度は、水熱交換器4を流れる水の温度より低いため、水から冷媒に熱が移動する。この結果、冷媒は蒸発熱を得て気化し、低圧ガス状態の冷媒になる。また、水は冷媒への放熱により冷却される。つまり、水熱交換器4は、気液二相冷媒を放熱源とする水回路40の冷却器として機能している。
Since the temperature of the refrigerant flowing through the
低圧ガス状態の冷媒は、水熱交換器4からガス経路18に流れる。吸入経路12がガス経路18に接続されているので、冷媒は圧縮機1に吸入される。
The refrigerant in the low-pressure gas state flows from the
冷水運転が実行されている間、冷媒は上述の経路に沿って冷媒回路10内を循環する。
While the cold water operation is being performed, the refrigerant circulates in the
図4を参照して、温水運転を説明する。図4は、温水運転におけるチラーユニット100の構成図である。
The hot water operation will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a configuration diagram of the
温水運転において、四方弁2は吐出経路11をガス経路18に接続し、且つ吸入経路12をガス経路13に接続する。このため、圧縮機1から吐出される高圧ガス状態の冷媒が、水熱交換器4に流れる。
In the hot water operation, the four-
水熱交換器4を流れる冷媒の温度は、水熱交換器4を流れる水の温度よりも高いため、冷媒から水に熱が移動する。この結果、冷媒は凝縮熱を失って液化し、高圧液状態の冷媒になる。また、水は冷媒からの吸熱により加熱される。つまり、水熱交換器4は、吐出経路11の冷媒を吸熱源とする水回路40の加熱器として機能している。
Since the temperature of the refrigerant flowing through the
高圧液状態の冷媒は、水熱交換器4から液経路17を経由してブリッジ回路8の接続点P5に流れる。接続点P5は、逆止弁83の入口側に位置し、且つ逆止弁82、84の出口側に位置している。このため、冷媒は、接続点P5から逆止弁83及び接続点P4を経由して高圧液経路15に流れる。冷媒は、高圧液経路15から第1膨張弁6へと流れ、且つ高圧液経路15の接続点P1から高圧液経路19を経由して第2膨張弁7へと流れる。温水運転では、冷媒は第1膨張弁6及び第2膨張弁7を通過する。第1膨張弁6において高圧液状態の冷媒は膨張し、低圧気液二相冷媒となる。低圧気液二相冷媒は、低圧液経路16からブリッジ回路8の接続点P6に流れる。接続点P6は、4つの逆止弁81、82、83、84の入口側にあるが、上述した高圧液状態の冷媒が接続点P4、P5を流れている。圧力差のため、接続点P6の冷媒は、逆止弁81のみを通過でき、逆止弁82、84を通過できない。このため、低圧気液二相冷媒は、接続点P6から、逆止弁81及び接続点P3及び液経路14を経由して空気熱交換器3に流れる。第2膨張弁7を通過する冷媒の流れは後述する。
The refrigerant in the high-pressure liquid state flows from the
空気熱交換器3を流れる冷媒の温度は、空気熱交換器3を流れる空気の温度より低いため、空気から冷媒に熱が移動する。この結果、冷媒は蒸発熱を得て気化し、低圧ガス状態の冷媒になる。つまり、空気熱交換器3は、空気を吸熱源とする冷媒の蒸発器として機能している。
Since the temperature of the refrigerant flowing through the
低圧ガス状態の冷媒は、空気熱交換器3からガス経路13に流れる。吸入経路12がガス経路13に接続されているので、冷媒は圧縮機1に吸入される。
The refrigerant in the low-pressure gas state flows from the
一方、第2膨張弁7を通過する冷媒は、第2膨張弁7において膨張し、低圧気液二相冷媒となる。低圧気液二相冷媒は、低圧液経路20を経由してエンジン排熱回収器5に流れる。
On the other hand, the refrigerant passing through the
エンジン排熱回収器5を流れる冷媒の温度は、エンジン排熱回収器5を流れる冷却水の温度より低いため、冷却水から冷媒に熱が移動する。この結果、冷媒は蒸発熱を得て気化し、低圧ガス状態の冷媒になる。つまり、エンジン排熱回収器5は、冷却水を吸熱源とする冷媒の蒸発器として機能している。
Since the temperature of the refrigerant flowing through the engine exhaust
低圧ガス状態の冷媒は、エンジン排熱回収器5から低圧ガス経路21を経由して吸入経路12に流れる。接続点P2において、エンジン排熱回収器5からの冷媒は、空気熱交換器3からの冷媒に合流する。合流した冷媒は、合流経路12aを流れて、圧縮機1に吸入される。
The refrigerant in the low pressure gas state flows from the engine exhaust
温水運転が実行されている間、冷媒は上述の経路に沿って冷媒回路10内を循環する。
While the hot water operation is being performed, the refrigerant circulates in the
図5を参照して、除霜運転を説明する。図5は、除霜運転におけるチラーユニット100の構成図である。
The defrosting operation will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a configuration diagram of the
温水運転、冷房運転、除霜運転は、次の関係にある。四方弁(運転切替機構)2は、冷媒回路10内の流路を切り替えることにより、温水運転と非温水運転とを切り替える。ここで、非温水運転は、冷房運転及び除霜運転を指している。除霜運転は、四方弁2を非温水運転に切替え、冷媒が水熱交換器4を流れないように第1膨張弁6を閉じ、冷媒及び冷却水がエンジン排熱回収器5を流れるように第2膨張弁7及び流量調整弁33の開度を制御する運転である。第1膨張弁6が閉じられているので、冷媒の全量がエンジン排熱回収器5を流れる。一方、三方弁33は、冷却水の全量がエンジン排熱回収器5を流れるように主経路35を閉じても、一部の冷却水がエンジン排熱回収器5を流れるように開度を小さくしながら主経路35を開いていても良い。
The hot water operation, cooling operation, and defrosting operation have the following relationship. The four-way valve (operation switching mechanism) 2 switches between the hot water operation and the non-warm water operation by switching the flow path in the
除霜運転では、冷房運転と同様に空気熱交換器3が凝縮器として機能し、冷房運転で蒸発器として機能する水熱交換器4の代わりに、エンジン排熱回収器5が蒸発器として機能する。除霜運転では、冷房運転と同様に空気熱交換器3に高圧ガス状態の冷媒が供給されるので、空気熱交換器3内の配管が加熱される。この結果、温水運転において空気熱交換器3に付着した霜が除去される。また、除霜運転では、冷媒が水熱交換器4を流れないので、冷媒蒸発に伴う水温の低下は生じない。
In the defrosting operation, the
除霜運転において、チラーユニット100は、合流経路12aを流れる冷媒の過熱度、又は低圧ガス経路21を流れる冷媒の過熱度に基づいて第2膨張弁7の開度を制御する。除霜運転では、第1膨張弁6が閉じられているので、低圧ガス経路21を流れる冷媒の全量が、合流経路12aを流れている。このため、合流経路12aにおける冷媒の過熱度は、低圧ガス経路21における冷媒の過熱度に実質的に等しい。
In the defrosting operation, the
冷媒の過熱度は、冷媒の圧力及び冷媒の温度を検出することによって特定できる。具体的には、冷媒の飽和蒸気線に基づいて冷媒の圧力に対応する飽和蒸気温度が特定され、過熱度が冷媒の温度と飽和蒸気温度との温度差として特定される。このため、合流経路12aを流れる冷媒の過熱度は、第1圧力センサ61による検出値及び第1温度センサ71による検出値に基づいて特定される。同様に、低圧ガス経路21を流れる冷媒の過熱度は、第2圧力センサ62による検出値及び第2温度センサ72による検出値に基づいて特定される。
The degree of superheat of the refrigerant can be specified by detecting the pressure of the refrigerant and the temperature of the refrigerant. Specifically, the saturated vapor temperature corresponding to the refrigerant pressure is identified based on the saturated vapor line of the refrigerant, and the degree of superheat is identified as the temperature difference between the refrigerant temperature and the saturated vapor temperature. For this reason, the superheat degree of the refrigerant flowing through the merging
図6を参照して、除霜制御を説明する。図6は、除霜制御におけるヒートポンプチラー1000の構成図である。
With reference to FIG. 6, defrost control is demonstrated. FIG. 6 is a configuration diagram of the
各チラーユニット100は、空気熱交換器3に付着した霜を除去するために、除霜制御を実行する。チラーユニット100は、例えば、温水運転の連続実行時間が所定時間を超えている場合に除霜運転が必要と判定する。除霜運転の必要が複数のチラーユニット100で発生した場合に対処するため、除霜制御が用意されている。除霜制御は、複数のチラーユニット100が温水運転中に全てのチラーユニット100が同時期に除霜運転を行うことなく少なくとも1台ずつ交代でチラーユニット100に除霜運転を実行させる制御である。
Each
ヒートポンプチラー1000は、除霜制御を実行するための制御機構を備えている。本実施形態では、制御機構は全チラーユニット100の制御装置50の集合体であり、各制御装置50は互いに通信可能に接続されている。全チラーユニット100のうち、1台のチラーユニット100が親機に指定され、親機の制御装置50が各チラーユニット100に除雪運転を実行させる。なお、制御機構は、各チラーユニット100の外部に配置されて各チラーユニット100を統括制御する装置であってもよい。
The
図6において、3台のチラーユニット100A、100B、100Cが稼働中であり、1台のチラーユニット100Dは休止している。稼働中の3台のチラーユニット100A、100B、100Cは、全て温水運転を実行している。チラーユニット100A、100B、100Cの3台がそれぞれ除霜運転が必要と判定すると、親機(例えばチラーユニット100A)が1台のチラーユニット100Aを指定し、このチラーユニット100Aに除霜運転を実行させる。親機は、他の2台のチラーユニット100B、100Cには、温水運転を継続させる。除霜運転は、例えば所定時間の間、実行される。指定されたチラーユニット100Aの除霜運転が終了すると、親機は、別のチラーユニット100Bを指定し、このチラーユニット100Bに除霜運転を実行させる。このように、親機は、除霜運転を実行させるチラーユニット100を交代で指定し、他のチラーユニット100には温水運転を継続させる。このようにして、複数のチラーユニット100が温水運転中に全てのチラーユニット100が同時期に除霜運転を行うことなく少なくとも1台のチラーユニット100が温水運転を実行しながら、全てのチラーユニット100の除霜運転が交代で実行される。なお、1台のチラーユニット100のみが温水運転を行っていて除霜運転が必要と判定されたときは除霜運転に移行する。この場合は、目標水温に応じて他のチラーユニット100が適宜、温水運転のために起動する。
In FIG. 6, three
(本実施形態の効果)
本実施形態に係るヒートポンプチラー1000は、上述の構成により次の効果を有している。
(Effect of this embodiment)
The
本実施形態に係るヒートポンプチラー1000は、複数のチラーユニット100が温水運転を行っているときに全てのチラーユニット100が同時期に除霜運転を行うことなく少なくとも1台のチラーユニット100に温水運転を継続させながら、交代で少なくとも1台のチラーユニット100に除霜運転を行う。除霜運転は、運転切替機構(四方弁2)を非温水運転に切替え、冷媒が水熱交換器4を流れないように第1膨張弁6を閉じ、冷媒及び排熱媒体(冷却水)がエンジン排熱回収器5を流れるように第2膨張弁7及び流量調整弁(三方弁33)の開度を制御する運転である。
In the
除霜運転では、冷房運転と同様に空気熱交換器3が凝縮器となるように冷媒が流されるときに、水熱交換器4の代わりにエンジン排熱回収器5が蒸発器として機能する。このため、除霜運転が実行されるチラーユニット100において、冷媒蒸発に伴う水熱交換器4内の水温の低下は生じない。したがって、本実施形態に係るヒートポンプチラー1000は、チラーユニット100に負荷を掛けることなく除霜運転時における水回路200の水温低下を抑制できる。
In the defrosting operation, the engine exhaust
1 圧縮機
2 四方弁(運転切替機構)
3 空気熱交換器
4 水熱交換器
5 エンジン排熱回収器
6 第1膨張弁
7 第2膨張弁
8 位置切替機構
31 エンジン
33 三方弁(流量調整弁)
41 入水枝管(入水管)
42 出水枝管(出水管)
100、100A、100B、100C、100D チラーユニット
1000 エンジンヒートポンプチラー
1
DESCRIPTION OF
41 Inlet branch pipe (inlet pipe)
42 Drainage branch pipe (Drainage pipe)
100, 100A, 100B, 100C,
Claims (1)
前記チラーユニットは、
空気を放熱源として冷媒を液化する凝縮器として又は空気を吸熱源として冷媒を気化する蒸発器として機能する空気熱交換器と、
前記水を導入するための入水管と前記水を排出するための出水管とを備えており、気液二相冷媒を放熱源として前記水を冷却する冷却器として又は前記圧縮機の吐出冷媒を吸熱源として水を加熱する加熱器として機能する水熱交換器と、
前記空気熱交換器を蒸発器として機能させる温水運転と、前記空気熱交換器を凝縮器として機能させる非温水運転とを切り替える運転切替機構と、
排熱媒体を介して前記エンジンの排熱を吸熱源とする冷媒の蒸発器として機能するエンジン排熱回収器と、
前記温水運転時では前記空気熱交換器に向かう液状態の前記冷媒の流量を調整し、前記非温水運転時では前記水熱交換器に向かう液状態の前記冷媒の流量を調節する第1膨張弁と、
前記エンジン排熱回収器に向かう液状態の前記冷媒の流量を調節する第2膨張弁と、
前記エンジン排熱回収器を流れる前記排熱媒体の流量を調節する流量調整弁と、を備えており、
各々の前記入水管及び前記出水管は、それぞれ並列に接続されており、
除霜制御は、複数の前記チラーユニットが温水運転中に全ての前記チラーユニットが同時期に除霜運転を行うことなく少なくとも1台ずつ交代で前記チラーユニットに除霜運転を実行させる制御であり、除霜運転を行う前記チラーユニットは、前記運転切替機構を制御することによって前記温水運転を前記非温水運転に切替え、前記冷媒が前記水熱交換器を流れないように前記第1膨張弁を閉じ、前記冷媒及び前記排熱媒体が前記エンジン排熱回収器を流れるように前記第2膨張弁及び前記流量調整弁の開度を制御する、エンジン駆動ヒートポンプチラー。 A compressor for compressing the refrigerant is driven by the engine, and a plurality of engine-driven heat pump chiller units that adjust the temperature of water as a heat medium by heat of condensation or evaporation of the refrigerant are provided,
The chiller unit is
An air heat exchanger that functions as a condenser that liquefies refrigerant using air as a heat radiation source or an evaporator that vaporizes refrigerant using air as a heat absorption source;
A water inlet pipe for introducing the water and a water outlet pipe for discharging the water, the gas-liquid two-phase refrigerant as a heat radiation source as a cooler for cooling the water or the refrigerant discharged from the compressor A water heat exchanger that functions as a heater for heating water as an endothermic source;
An operation switching mechanism for switching between a hot water operation in which the air heat exchanger functions as an evaporator and a non-warm water operation in which the air heat exchanger functions as a condenser;
An engine exhaust heat recovery device functioning as an evaporator of a refrigerant using the exhaust heat of the engine as a heat absorption source through an exhaust heat medium;
A first expansion valve that adjusts the flow rate of the refrigerant in the liquid state toward the air heat exchanger during the hot water operation and adjusts the flow rate of the refrigerant in the liquid state toward the water heat exchanger during the non-warm water operation. When,
A second expansion valve for adjusting a flow rate of the refrigerant in a liquid state toward the engine exhaust heat recovery device;
A flow rate adjustment valve that adjusts the flow rate of the exhaust heat medium flowing through the engine exhaust heat recovery device,
Each of the inlet pipe and the outlet pipe is connected in parallel,
The defrosting control is a control for causing the chiller units to perform the defrosting operation alternately at least one unit without performing the defrosting operation at the same time while all the chiller units are operating in the hot water operation. The chiller unit that performs the defrosting operation switches the warm water operation to the non-warm water operation by controlling the operation switching mechanism, and the first expansion valve is controlled so that the refrigerant does not flow through the water heat exchanger. An engine-driven heat pump chiller that is closed and controls the opening of the second expansion valve and the flow rate adjustment valve so that the refrigerant and the exhaust heat medium flow through the engine exhaust heat recovery device.
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