JP2017067312A

JP2017067312A - 空気熱源ヒートポンプ装置

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Publication number: JP2017067312A
Application number: JP2015189673A
Authority: JP
Inventors: 成浩岡田; Shigehiro Okada; 貴宏図司; Takahiro Zushi
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Toshiba Carrier Corp
Priority date: 2015-09-28
Filing date: 2015-09-28
Publication date: 2017-04-06
Anticipated expiration: 2035-09-28
Also published as: JP6552358B2

Abstract

【課題】部品点数の増加を抑えて低コスト化を図ることができる空気熱源ヒートポンプ装置を提供する。【解決手段】本実施形態に係る空気熱源ヒートポンプ装置は、複数の空気熱交換器と、複数の送風機と、複数の水熱交換器と、それぞれ１つの前記空気熱交換器を含む複数の冷凍サイクルと、を備え、複数の前記冷凍サイクルにより前記送風機および前記水熱交換器が共用され、且つ、前記送風機を共用する前記冷凍サイクルの組み合わせと前記水熱交換器を共用する前記冷凍サイクルの組み合わせが異なっている。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、空気熱源ヒートポンプ装置に関する。

この種の空気熱源ヒートポンプ装置では、例えば熱交換面積の拡大などを図るために、空気熱交換器をＷ字形状に設けることが考えられている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−１４９５９３号公報

しかし、空気熱交換器をＷ字形状に設けて１つの冷凍サイクルに割り当てようとすると、Ｗ字を形成する４枚の熱交換部にそれぞれヘッダーやディストリビュータが必要となり、部品点数が増加して高コストとなる。

そこで、部品点数の増加を抑えて低コスト化を図ることができる空気熱源ヒートポンプ装置を提供する。

本実施形態に係る空気熱源ヒートポンプ装置は、複数の空気熱交換器と、複数の送風機と、複数の水熱交換器と、それぞれ１つの前記空気熱交換器を含む複数の冷凍サイクルと、を備える。そして、複数の前記冷凍サイクルにより前記送風機および前記水熱交換器が共用され、且つ、前記送風機を共用する前記冷凍サイクルの組み合わせと前記水熱交換器を共用する前記冷凍サイクルの組み合わせが異なっている。

第１実施形態に係る空気熱源ヒートポンプ装置の構成例を概略的に示す斜視図空気熱源ヒートポンプ装置の構成例を概略的に示す図冷凍サイクルと送風機の配置関係の一例を概略的に示す図比較例に係る空気熱源ヒートポンプ装置の構成例を概略的に示す図第２実施形態に係る空気熱源ヒートポンプ装置の構成例を概略的に示す斜視図空気熱源ヒートポンプ装置の構成例を概略的に示す図冷凍サイクルと送風機の配置関係の一例を概略的に示す図変形例に係る空気熱源ヒートポンプ装置の構成例を概略的に示す斜視図従来の構成に係る冷凍サイクルと送風機の配置関係の一例を概略的に示す図

以下、空気熱源ヒートポンプ装置に係る複数の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各実施形態において実質的に同一の要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

（第１実施形態）
図１に例示する空気熱源ヒートポンプ装置１００は、架台Ａ１と、架台Ａ１の上に設置された空気熱交換器部Ｂ１と、空気熱交換器Ｂ１の上に設置された送風機部Ｃ１と、を備えている。空気熱交換器部Ｂ１は、複数、この場合、４つの空気熱交換器１１１，１１２，１１３，１１４を備える。送風機部Ｃ１は、複数、この場合、４つの送風機１２１，１２２，１２３，１２４を備える。架台Ａ１の内部は機械室となっており、後述する冷凍サイクルを構成する、複数、この場合、４つの圧縮機１５１，１５２,１５３，１５４、および、複数、この場合、２つの水熱交換器１３１，１３２を備える。空気熱交換器１１１，１１２，１１３，１１４は、この場合、２枚の熱交換部１４１をＶ字形状に配置した構成となっている。熱交換部１４１は、多数枚のプレートフィンを積層した構成となっている。送風機１２１，１２２，１２３，１２４は、空気熱交換器１１１，１１２，１１３，１１４の上方においてプレートフィンの積層方向に沿って１列に配列されている。送風機１２１，１２２，１２３，１２４の駆動により、空気熱源ヒートポンプ装置１００の側部から空気が吸い込まれ、この吸い込まれた空気は、空気熱交換器１１１，１１２，１１３，１１４を通過した後に上方へ吹き出される。

図２に例示するように、空気熱源ヒートポンプ装置１００は、複数、この場合、４つの冷凍サイクルＣ１ａ，Ｃ１ｂ，Ｃ１ｃ，Ｃ１ｄを備える。冷凍サイクルＣ１ａは、１つの空気熱交換器１１１、１つの水熱交換器１３１、１つの圧縮機１５１、１つの膨張器１６１、を含んで構成されている。冷凍サイクルＣ１ｂは、１つの空気熱交換器１１２、１つの水熱交換器１３１、１つの圧縮機１５２、１つの膨張器１６２、を含んで構成されている。冷凍サイクルＣ１ｃは、１つの空気熱交換器１１３、１つの水熱交換器１３２、１つの圧縮機１５３、１つの膨張器１６３、を含んで構成されている。冷凍サイクルＣ１ｄは、１つの空気熱交換器１１４、１つの水熱交換器１３２、１つの圧縮機１５４、１つの膨張器１６４、を含んで構成されている。

空気熱源ヒートポンプ装置１００は、蒸発／吸熱部を２段で構成した、いわゆる２段蒸発機構を備える。即ち、冷凍サイクルＣ１ａ，Ｃ１ｂにより共用される水熱交換器１３１は、２段蒸発機構の１段目の蒸発／吸熱部を構成している。また、冷凍サイクルＣ１ｃ，Ｃ１ｄにより共用される水熱交換器１３２は、２段蒸発機構の２段目の蒸発／吸熱部を構成している。即ち、空気熱源ヒートポンプ装置１００は、利用側である１系統の水Ｗに対し、冷媒側として２系統の水熱交換器１３１，１３２を配置した構成となっている。

また、図３に例示するように、空気熱源ヒートポンプ装置１００は、複数、この場合、２つの送風機共用ユニット１７１，１７２を備えている。送風機共用ユニット１７１は、２つの冷凍サイクルＣ１ａ，Ｃ１ｃにより２つの送風機１２１，１２２を共用するユニットである。一方、送風機共用ユニット１７２は、２つの冷凍サイクルＣ１ｂ，Ｃ１ｄにより２つの送風機１２３，１２４を共用するユニットである。

このように構成された空気熱源ヒートポンプ装置１００において、送風機１２１，１２２を共用する冷凍サイクルＣ１ａ，Ｃ１ｃの組み合わせと水熱交換器１３１を共用する冷凍サイクルＣ１ａ，Ｃ１ｂの組み合わせは異なっている。また、送風機１２３，１２４を共用する冷凍サイクルＣ１ｂ，Ｃ１ｄの組み合わせと水熱交換器１３２を共用する冷凍サイクルＣ１ｃ，Ｃ１ｄの組み合わせは異なっている。

ここで、図９に例示する従来の構成では、空気熱交換器１１１ｚをＷ字形状に設けて１つの冷凍サイクルＣｚに割り当てている。そして、１つの冷凍サイクルＣｚに対して１つの送風機１２１ｚを配置している。この構成では、４枚の熱交換部１４１ｚを１つの冷凍サイクルＣｚに割り当てているため、１つの冷凍サイクルＣｚについてヘッダーおよびディストリビュータが４つずつ必要となる。

これに対して、本実施形態に係る空気熱源ヒートポンプ装置１００によれば、それぞれ２枚の熱交換部１４１を１つの空気熱交換器１１１，１１２，１１３，１１４に割り当てている。そのため、１つの冷凍サイクルＣ１ａ，Ｃ１ｂ，Ｃ１ｃ，Ｃ１ｄについて必要なヘッダーおよびディストリビュータの数をそれぞれ２つに抑えることができ、部品点数の増加を抑えて低コスト化を図ることができる。

また、空気熱源ヒートポンプ装置１００によれば、送風機を共用する冷凍サイクルの組み合わせと水熱交換器を共用する冷凍サイクルの組み合わせとを異ならせている。そのため、例えば負荷が半減した場合などに、例えば冷凍サイクルＣ１ｂ，Ｃ１ｄの駆動を停止させたとしても、冷凍サイクルＣ１ａ，Ｃ１ｃの駆動を維持することができるから、水熱交換器１３１，１３２による２段蒸発作用を維持することができる。また、冷凍サイクルＣ１ｂ，Ｃ１ｄの駆動停止に伴い送風機１２３，１２４の駆動も停止できるから、ファンモータへの無駄な入力を抑えることができ、高いＣＯＰ（ＣＯＰ：Coefficient Of Performance）を実現することが可能である。なお、２段蒸発作用は、例えば空気熱源ヒートポンプ装置１００の部分負荷時において水熱交換器１３１，１３２の入口の水温と出口の水温との差をある程度確保できる場合に特に有効に維持することができる。

図４に例示するように、送風機を共用する冷凍サイクルの組み合わせと水熱交換器を共用する冷凍サイクルの組み合わせとを同じにした構成では、例えば冷凍サイクルＣ１ｂ，Ｃ１ｄの駆動を停止すると水熱交換器１３２が機能しなくなり、２段蒸発作用を維持することができない。即ち、送風機を共用する冷凍サイクルの組み合わせと水熱交換器を共用する冷凍サイクルの組み合わせとを同じにした構成では、２段蒸発作用を維持するためには全ての冷凍サイクルＣ１ａ，Ｃ１ｂ，Ｃ１ｃ，Ｃ１ｄを駆動し、且つ、全ての送風機１２１，１２２，１２３，１２４を駆動しなければならず、高いＣＯＰを実現することができない。

また、空気熱源ヒートポンプ装置１００によれば、例えば冷凍サイクルＣ１ｂ，Ｃ１ｄを除霜する場合には、水熱交換器１３１を共用する冷凍サイクルＣ１ａ，Ｃ１ｂでは冷凍サイクルＣ１ａを加熱運転、冷凍サイクルＣ１ｂを冷却運転とすることができ、一方、水熱交換器１３２を共用する冷凍サイクルＣ１ｃ，Ｃ１ｄでは冷凍サイクルＣ１ｃを加熱運転、冷凍サイクルＣ１ｄを冷却運転とすることができる。即ち、各水熱交換器１３１，１３２において、それぞれ熱収支をバランスさせることができ、水熱交換器１３１，１３２の凍結を回避することができる。

（第２実施形態）
図５に例示する空気熱源ヒートポンプ装置２００は、架台Ａ２と、架台Ａ２の上に設置された空気熱交換器部Ｂ２と、空気熱交換器Ｂ２の上に設置された送風機部Ｃ２と、を備えている。空気熱交換器部Ｂ２は、複数、この場合、４つの空気熱交換器２１１，２１２，２１３，２１４を備える。送風機部Ｃ２は、複数、この場合、４つの送風機２２１，２２２，２２３，２２４を備える。架台Ａ２の内部は機械室となっており、後述する冷凍サイクルを構成する、複数、この場合、４つの圧縮機２５１，２５２,２５３，２５４、および、複数、この場合、２つの水熱交換器２３１，２３２を備える。空気熱交換器２１１，２１４は、この場合、４枚の熱交換部２４１をＷ字形状に配置した構成となっている。一方、空気熱交換器２１２，２１３は、この場合、２枚の熱交換部２４１をＶ字形状に配置した構成となっている。熱交換部２４１は、多数枚のプレートフィンを積層した構成となっている。

図６に例示するように、空気熱源ヒートポンプ装置２００は、複数、この場合、４つの冷凍サイクルＣ２ａ，Ｃ２ｂ，Ｃ２ｃ，Ｃ２ｄを備える。冷凍サイクルＣ２ａは、１つの空気熱交換器２１１、１つの水熱交換器２３１、１つの圧縮機２５１、１つの膨張器２６１、を含んで構成されている。冷凍サイクルＣ２ｂは、１つの空気熱交換器２１２、１つの水熱交換器２３１、１つの圧縮機２５２、１つの膨張器２６２、を含んで構成されている。冷凍サイクルＣ２ｃは、１つの空気熱交換器２１３、１つの水熱交換器２３２、１つの圧縮機２５３、１つの膨張器２６３、を含んで構成されている。冷凍サイクルＣ２ｄは、１つの空気熱交換器２１４、１つの水熱交換器２３２、１つの圧縮機２５４、１つの膨張器２６４、を含んで構成されている。

空気熱源ヒートポンプ装置２００は、いわゆる２段蒸発機構を備える。即ち、冷凍サイクルＣ２ａ，Ｃ２ｂにより共用される水熱交換器２３１は、２段蒸発機構の１段目の蒸発／吸熱部を構成している。また、冷凍サイクルＣ２ｃ，Ｃ２ｄにより共用される水熱交換器２３２は、２段蒸発機構の２段目の蒸発／吸熱部を構成している。即ち、空気熱源ヒートポンプ装置２００は、利用側である１系統の水Ｗに対し、冷媒側として２系統の水熱交換器２３１，２３２を配置した構成となっている。

また、図７に例示するように、空気熱源ヒートポンプ装置２００は、１つの送風機共用ユニット２７１を備えている。送風機共用ユニット２７１は、２つの冷凍サイクルＣ２ｂ，Ｃ２ｃにより２つの送風機２２２，２２３を共用するユニットである。なお、冷凍サイクルＣ２ａには、１つの送風機２２１が割り当てられている。また、冷凍サイクルＣ２ｄには、１つの送風機２２４が割り当てられている。

このように構成された空気熱源ヒートポンプ装置２００において、送風機２２２，２２３を共用する冷凍サイクルＣ２ｂ，Ｃ２ｃの組み合わせと水熱交換器２３１を共用する冷凍サイクルＣ２ａ，Ｃ２ｂの組み合わせは異なっている。また、送風機２２２，２２３を共用する冷凍サイクルＣ２ｂ，Ｃ２ｃの組み合わせと水熱交換器２３２を共用する冷凍サイクルＣ２ｃ，Ｃ２ｄの組み合わせは異なっている。

本実施形態に係る空気熱源ヒートポンプ装置２００によれば、空気熱交換器２１２，２１３は、それぞれ２枚の熱交換部２４１により構成されている。そのため、空気熱交換器２１２を含む１つの冷凍サイクルＣ２ｂ、並びに、空気熱交換器２１３を含む１つの冷凍サイクルＣ２ｃについては、必要なヘッダーおよびディストリビュータの数をそれぞれ２つに抑えることができ、部品点数の増加を抑えて低コスト化を図ることができる。

また、空気熱源ヒートポンプ装置２００によれば、送風機を共用する冷凍サイクルの組み合わせと水熱交換器を共用する冷凍サイクルの組み合わせとを異ならせている。そのため、例えば負荷が半減した場合などに、例えば冷凍サイクルＣ２ｂ，Ｃ２ｃの駆動を停止させたとしても、冷凍サイクルＣ２ａ，Ｃ２ｄの駆動を維持することができるから、水熱交換器２３１，２３２による２段蒸発作用を維持することができる。また、冷凍サイクルＣ２ｂ，Ｃ２ｃの駆動停止に伴い送風機２２２，２２３の駆動も停止できるから、ファンモータへの無駄な入力を抑えることができ、高いＣＯＰを実現することが可能である。

また、空気熱源ヒートポンプ装置２００によれば、冷凍サイクルＣ２ａには１つの送風機２２１が備えられ、冷凍サイクルＣ２ｄには１つの送風機２２４が備えられている。そのため、冷凍サイクルＣ２ｂ，Ｃ２ｃの駆動停止とともに冷凍サイクルＣ２ａまたは冷凍サイクルＣ２ｄの何れか一方のみの駆動を停止することができる。このように３つの冷凍サイクルの駆動を停止したとしても、残り１つの冷凍サイクルの駆動を維持することができ、少なくとも１段の蒸発作用を維持することができる。

また、空気熱源ヒートポンプ装置２００によれば、水熱交換器２３１を共用する冷凍サイクルＣ２ａ，Ｃ２ｂを当該水熱交換器２３１に近い位置に配置することができ、水熱交換器２３２を共用する冷凍サイクルＣ２ｃ，Ｃ２ｄを当該水熱交換器２３２に近い位置に配置することができる。よって、冷凍サイクルＣ２ａ，Ｃ２ｂと水熱交換器２３１とを接続する配管、並びに、冷凍サイクルＣ２ｃ，Ｃ２ｄと水熱交換器２３２とを接続する配管を短く、且つ、シンプルに構成することができる。よって、配管に要するコストを抑えることができる。

（その他の実施形態）
本実施形態は、上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように拡張または変形することができる。
空気熱交換器の形状は、Ｖ字形状やＷ字形状に限定されるものではなく、その形状を適宜変更して実施することができる。例えば図８に示すように、１つの空気熱交換器を１つの熱交換部により構成してもよい。

空気熱源ヒートポンプ装置が備える空気熱交換器、送風機、冷凍サイクルの数は、それぞれ４つに限定されるものではなく、その数を適宜変更して実施することができる。また、空気熱源ヒートポンプ装置が備える水熱交換器の数は、２つに限定されるものではなく、その数を適宜変更して実施することができる。また、空気熱源ヒートポンプ装置が備える送風機共用ユニットの数は、１つ、あるいは、２つに限定されるものではなく、その数を適宜変更して実施することができる。

本実施形態に係る空気熱源ヒートポンプ装置は、複数の空気熱交換器と、複数の送風機と、複数の水熱交換器と、それぞれ１つの前記空気熱交換器を含む複数の冷凍サイクルと、を備える。そして、複数の前記冷凍サイクルにより前記送風機および前記水熱交換器が共用され、且つ、前記送風機を共用する前記冷凍サイクルの組み合わせと前記水熱交換器を共用する前記冷凍サイクルの組み合わせが異なっている。この構成によれば、部品点数の増加を抑えて低コスト化を図ることができる。

なお、本実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。本実施形態およびその変形は、発明の範囲および要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

図面中、１００，２００は空気熱源ヒートポンプ装置、１１１，１１２，１１３，１１４，２１１，２１２，２１３，２１４は空気熱交換器、１２１，１２２，１２３，１２４，２２１，２２２，２２３，２２４は送風機、１３１，１３２，２３１，２３２は水熱交換器、Ｃ１ａ，Ｃ１ｂ，Ｃ１ｃ，Ｃ１ｄ，Ｃ２ａ，Ｃ２ｂ，Ｃ２ｃ，Ｃ２ｄは冷凍サイクル、１７１，１７２，２７１は送風機共用ユニットを示す。

Claims

複数の空気熱交換器と、
複数の送風機と、
複数の水熱交換器と、
それぞれ１つの前記空気熱交換器を含む複数の冷凍サイクルと、を備え、
複数の前記冷凍サイクルにより前記送風機および前記水熱交換器が共用され、且つ、前記送風機を共用する前記冷凍サイクルの組み合わせと前記水熱交換器を共用する前記冷凍サイクルの組み合わせが異なっている空気熱源ヒートポンプ装置。
複数の前記冷凍サイクルにより前記送風機を共用する送風機共用ユニットを複数備える請求項１に記載の空気熱源ヒートポンプ装置。