JP2018189308A

JP2018189308A - 二元ヒートポンプ装置の熱媒体加熱モジュール

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Publication number: JP2018189308A
Application number: JP2017092324A
Authority: JP
Inventors: 明広重田; Akihiro Shigeta; 誠之飯高; Masayuki Iidaka
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2017-05-08
Filing date: 2017-05-08
Publication date: 2018-11-29

Abstract

【課題】駆動部から第１冷媒への吸熱による、圧縮機から吐出される第１冷媒の更なる温度上昇を防止し、駆動部と第２冷媒との温度差を大きくして、駆動部を冷却することができる二元ヒートポンプ装置の熱媒体加熱モジュールを提供する。【解決手段】第２冷媒が循環する第２冷凍回路に接続される二元ヒートポンプ装置の熱媒体加熱モジュールであって、圧縮機４１、熱媒体と第１冷媒とを熱交換する凝縮器４２、第１絞り手段４３、第１冷媒と第２冷媒とを熱交換する蒸発器４４を冷媒配管４５で環状に接続し、第１冷媒が循環する第１冷凍回路１００と、蒸発器を介して第２冷凍回路に接続される接続管路１０３と、圧縮機を駆動させる駆動部２００ａと、を備え、接続管路は、蒸発器から流出する第２冷媒が流れる蒸発器流出配管６３を備え、駆動部は、蒸発器流出配管と熱的に接続した。【選択図】図２

Description

本発明は、二元冷凍サイクルの低段側サイクルで、高段側サイクルの圧縮機の駆動部を冷却する二元ヒートポンプ装置の熱媒体加熱モジュールに関するものである。

従来、この種の二元ヒートポンプ装置は図１１に示すように、高段側冷凍サイクル１と低段側冷凍サイクル２とで構成されるものがある。（例えば、特許文献１参照）
圧縮機３、室外熱交換器４を有する熱源機２０、室内熱交換器５を有する室内機２１、室内機２１と並列に配設され、熱源機２０から流出される空調用冷媒から給湯用冷媒に対して熱交換する冷媒−冷媒熱交換器６、空調用絞り手段７を備えた二元ヒートポンプ装置に用いられる熱媒体加熱モジュール２２において、給湯用冷媒を圧縮する給湯用圧縮機８と、冷媒−冷媒熱交換器６と、給湯用圧縮機８から吐出された給湯用冷媒から、負荷内を循環する第１熱媒体に向けて熱を伝送する熱媒体−冷媒熱交換器９と、熱媒体−冷媒熱交換器９から流出した給湯用冷媒を膨張させる給湯用絞り手段１０と、前記給湯用圧縮機８を駆動させる駆動部１１と、を備え、給湯用圧縮機８、熱媒体−冷媒熱交換器９、給湯用絞り手段１０及び冷媒−冷媒熱交換器６を給湯用冷媒配管によって接続されて給湯用冷媒が循環する高段側冷凍サイクル１を構成し、冷媒ー冷媒熱交換器６と給湯用圧縮機８とを接続する配管を、駆動部１１に設置されている冷却部１２に接触させることで、駆動部１１を冷却し、駆動部１１の冷却部１２の小型化、又は設置不要とすることができる。

特開２０１２−２４７１３６

しかしながら、前記従来の構成では、熱媒体−冷媒熱交換器９に高温の熱媒体が流入する、いわゆる沸き終いの場合、高温に上昇した駆動部１１から、給湯用圧縮機８に吸入される給湯用冷媒に受熱させ駆動部１１を冷却するので、給湯用圧縮機８に吸入される給湯用冷媒に受熱させ駆動部１１を冷却しない時でも、使用上限近くまで高温に上昇している給湯用圧縮機８から吐出される給湯用冷媒が、給湯用圧縮機８に吸入される給湯用冷媒に受熱させると更に温度上昇するので駆動部１１を冷却できないという課題を有していた。
これによって、機器の信頼性が低下していた。

前記従来の課題を解決するために、二元ヒートポンプ装置の熱媒体加熱モジュールは、第２冷媒が循環する第２冷凍回路に接続される二元ヒートポンプ装置の熱媒体加熱モジュールであって、圧縮機、熱媒体と第１冷媒とを熱交換する凝縮器、第１絞り手段、第１冷媒と第２冷媒とを熱交換する蒸発器を配管で環状に接続し、第１冷媒が循環する第１冷凍回路と、前記蒸発器を介して前記第２冷凍回路に接続される接続管路と、前記圧縮機を駆動させる駆動部と、を備え、前記接続管路は、前記蒸発器から流出する第２冷媒が流れる蒸発器流出配管を備え、前記駆動部は、前記蒸発器流出配管と熱的に接続されていることを特徴とする。

本発明の二元ヒートポンプ装置の熱媒体加熱モジュールは、圧縮機から吐出される第１冷媒の温度と駆動部の温度が高くなる、凝縮器に流入する熱媒体の温度が高い、いわゆる沸き終い場合でも、駆動部からの吸熱による、圧縮機から吐出される第１冷媒の更なる温度上昇を防止し、駆動部と第２冷媒との温度差を大きくして、駆動部を冷却することができる。

本発明の実施の形態１における二元ヒートポンプ装置および二元ヒートポンプ装置の熱媒体加熱モジュールの冷媒と熱媒体の回路図（ａ）本発明の実施の形態１における二元ヒートポンプ装置の熱媒体加熱モジュールの冷媒と熱媒体の構成図（ｂ）本発明の実施の形態１における二元ヒートポンプ装置の熱媒体加熱モジュールの冷却部の構成図第１冷凍回路制御部を示す斜視図第１冷凍回路制御部を下方から見た模式図第１冷凍回路制御部を側方から見た模式図本発明の実施の形態１における二元ヒートポンプ装置および二元ヒートポンプ装置の熱媒体加熱モジュールの第１冷凍回路にて熱媒体の加熱運転のみを行う場合の冷媒と熱媒体の回路図本発明の実施の形態１における二元ヒートポンプ装置および二元ヒートポンプ装置の熱媒体加熱モジュールの第２冷凍回路を暖房運転し、第１冷凍回路にて熱媒体の加熱運転も行う場合の冷媒と熱媒体の回路図本発明の実施の形態１における二元ヒートポンプ装置および二元ヒートポンプ装置の熱媒体加熱モジュールの第２冷凍回路を冷房運転し、第１冷凍回路にて熱媒体の加熱運転も行う場合の冷媒と熱媒体の回路図本発明の実施の形態１における二元ヒートポンプ装置および二元ヒートポンプ装置の熱媒体加熱モジュールの第２冷凍回路を冷暖同時運転し、第１冷凍回路にて熱媒体の加熱運転も行う場合の冷媒と熱媒体の回路図本発明の実施の形態１における二元ヒートポンプ装置および二元ヒートポンプ装置の熱媒体加熱モジュールの第２冷凍回路の室内熱交換器を変更して冷暖同時運転し、第１冷凍回路にて熱媒体の加熱運転も行う場合の冷媒と熱媒体の回路図従来の二元ヒートポンプ装置および二元ヒートポンプ装置の熱媒体加熱モジュールの冷媒と熱媒体の回路図

第１の発明は、第２冷媒が循環する第２冷凍回路に接続される二元ヒートポンプ装置の熱媒体加熱モジュールであって、圧縮機、熱媒体と第１冷媒とを熱交換する凝縮器、第１絞り手段、第１冷媒と第２冷媒とを熱交換する蒸発器を配管で環状に接続し、第１冷媒が循環する第１冷凍回路と、前記蒸発器を介して前記第２冷凍回路に接続される接続管路と、前記圧縮機を駆動させる駆動部と、を備え、前記接続管路は、前記蒸発器から流出する第２冷媒が流れる蒸発器流出配管を備え、前記駆動部は、前記蒸発器流出配管と熱的に接続されていることを特徴とする。
この発明によれば、圧縮機から吐出される第１冷媒の温度と駆動部の温度が高くなる、凝縮器に流入する熱媒体の温度が高い、いわゆる沸き終い場合でも、駆動部からの吸熱による、圧縮機から吐出される第１冷媒の更なる温度上昇を防止し、駆動部と第２冷媒との温度差を大きくして、駆動部を冷却することができる。

第２の発明は、第１の発明において、前記接続管路は、前記駆動部と前記蒸発器流出配管とが熱的に接続されている箇所よりも下流に、前記蒸発器から流出する第２冷媒の流量を調整する第２絞り手段をさらに備え、前記駆動部は、前記凝縮器へ流入する前記熱媒体の温度が高い場合に、前記第２絞り手段の開度を小さくすることを特徴とする。
この発明によれば、駆動部での発熱を、蒸発器から流出した第２冷媒に吸熱させるとともに、凝縮器へ流入する熱媒体の温度が高い場合に、第２絞り手段の開度を小さくし、蒸発器での熱交換量が同じ場合、第２冷媒の搬送量を少なくしてエンタルピ差を大きくする。
従って、圧縮機に吸入される第１冷媒を更に加熱することなく、駆動部で発生した熱を吸熱することとなるとともに、凝縮器へ流入する熱媒体の温度が高い場合に、蒸発器から流出する第２冷媒の温度を低くすることとなる。
また、駆動部での発熱を、蒸発器から流出した第２冷媒に吸熱させて、第２絞り手段に流入する第２冷媒の温度を上昇し、第２冷媒の密度を低下して、同一流量の場合の第２絞り手段の開度を増加することとなる。
よって、圧縮機から吐出される第１冷媒の温度と駆動部の温度が高くなる、凝縮器に流入する熱媒体の温度が高い、いわゆる沸き終い場合でも、駆動部からの吸熱による、圧縮機から吐出される第１冷媒の更なる温度上昇を防止し、駆動部と第２冷媒との温度差を大きくして、駆動部を冷却することができる。
また、第１冷凍回路の加熱能力が低下し、蒸発器から流出する第２冷媒の密度が増加して、第２絞り手段の開度が低下しやすい沸き終い場合に、第２絞り手段の開度を増加して第２絞り手段の開度が開度下限に近くなることなく駆動部を冷却することができる。
これによって、機器の信頼性の低下を防止できる。

第３の発明は、第１の発明または第２の発明において、前記第１冷媒が、二酸化炭素であることを特徴とする。
この発明によれば、第１冷媒を二酸化炭素とすることで蒸発温度を臨界点以下とする場合、蒸発器での第２冷媒との温度差を大きくすることとなる。
従って、第２冷媒の凝縮温度が同じ場合、蒸発温度が比較的高温となる冷媒（例えば、Ｒ１３４ａ）と比べて蒸発器出口での第２冷媒の温度を低下することが可能となり、駆動部の冷却効果を向上することとなる。
よって、第１冷凍回路の負荷が増して、駆動部からの発熱が多くなる、高温沸き終い時でも、圧縮機から吐出される第１冷媒の更なる温度上昇を抑制するとともに、駆動部自体が温度過昇とならないように冷却することができる。
これによって、機器の信頼性の低下を防止できる。
また、第１冷媒を二酸化炭素とすることで、フロン系冷媒（例えば、Ｒ１３４ａ）と比べて高い温度で熱媒体を加熱することができ、同じ容量で熱媒体を貯めた際の蓄熱密度が増加し、熱媒体の使用量を増加することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態における二元ヒートポンプ装置５００の冷媒と熱媒体の回路図を示すものである。図１において二元ヒートポンプ装置５００は、第１冷媒が循環する第１冷凍回路１００と、第２冷媒が循環する第２冷凍回路１０２と、後述する蒸発器４４を介して第２冷凍回路１０２に接続される接続管路１０３と、熱媒体が循環する熱媒体回路１０４と、を備える。

第１冷媒としては、Ｒ２２、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ３２、Ｒ１３４ａなどのフロン系冷媒のほかに、二酸化炭素（ＣＯ２）などの自然冷媒が用いられ、特に、高温用途に広く用いられるＲ４０７Ｃ，Ｒ１３４ａや二酸化炭素（ＣＯ２）が望ましい。
また、第２冷媒としては、Ｒ２２、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ３２、Ｒ１３４ａなどのフロン系冷媒のような臨界温度の高い冷媒が用いられる。

第１冷凍回路１００は、圧縮機４１、凝縮器４２、第１絞り手段４３、及び、蒸発器４４を冷媒配管（配管）４５により順次直列に接続して構成されている。
また、圧縮機４１の吐出側には、圧縮機４１から吐出される第１冷媒の温度を検知する圧縮機吐出温度検知手段４６が配設されている。圧縮機４１の吸入側には、圧縮機４１から吸入される第１冷媒の温度を検知する圧縮機吸入温度検知手段４７が設けられている。さらに、圧縮機４１の吸入側には、圧縮機４１から吸入される第１冷媒の圧力を検知する圧縮機吸入圧力検知手段４８が設けられている。さらに、蒸発器４４には、第２冷凍回路１０２における蒸発器４４の中間温度を検知する第２冷凍回路蒸発器中間温度検知手段４９が設けられている。
蒸発器４４は第１冷媒と第２冷媒を熱交換する冷媒―冷媒熱交換器である。蒸発器４４には、例えば、プレート熱交換器や、二重管式熱交換器が用いられる。
また、凝縮器４２は第１冷媒と熱媒体とを熱交換する熱媒体―冷媒熱交換器である。凝縮器４２には、例えば、プレート熱交換器や、二重管式熱交換器、シェルチューブ熱交換器が用いられる。

熱媒体回路１０４は、熱媒体貯留手段５０と、例えば、ポンプなどからなる熱媒体搬送手段５１と、凝縮器４２とを配管５２で順次直列に接続して構成されている。

第２冷凍回路１０２は、第２圧縮機５３、室内空気と熱交換を行う室内熱交換器５４ａ、５４ｂ、室内熱交換器５４ａ、５４ｂの一方の入口に配設された室内熱交換器用開閉手段５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄ、室内熱交換器５４ａ、５４ｂの他方の入口に配設された室内熱交換器用絞り手段５６ａ、５６ｂ、室外空気と熱交換を行う室外熱交換器５７、室外熱交換器５７の一方の入口に配設された室外熱交換器用開閉手段５８ａ、５８ｂ、室外熱交換器５７の他方の入口に配設された室外熱交換器用絞り手段５９が第２冷媒配管６０で直列に接続して構成されている。

また、蒸発器４４の一方の入口に配設された蒸発器用開閉手段６１ａ、６１ｂ、蒸発器４４、第２絞り手段６２が順次直列に接続されており、これら蒸発器用開閉手段６１ａ、６１ｂ、蒸発器４４、第２絞り手段６２は、室内熱交換器５４ａ、５４ｂ、室内熱交換器用開閉手段５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄ、室内熱交換器用絞り手段５６ａ、５６ｂを第２冷媒配管６０で並列に接続して構成されている。
また、第２圧縮機５３の吐出側には、第２圧縮機５３から吐出される第２冷媒の圧力を検知する第２圧縮機吐出圧力検知手段６５が設けられ、第２圧縮機５３の吸入側には、第２圧縮機５３に吸入される第２冷媒の圧力を検知する第２圧縮機吸入圧力検知手段６６が設けられている。

各室内熱交換器５４ａ、５４ｂと各室内熱交換器用開閉手段５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄとの間には、第２冷媒の温度を検知する室内熱交換器第１温度検知手段６７ａ、６７ｂが設けられている。各室内熱交換器５４ａ、５４ｂと各室内熱交換器用絞り手段５６ａ、５６ｂとの間には、第２冷媒の温度を検知する室内熱交換器第２温度検知手段６８ａ、６８ｂが設けられている。

また、室外熱交換器５７と室外熱交換器用開閉手段５８ａ、５８ｂとの間には、第２冷媒の温度を検知する室外熱交換器第１温度検知手段６９が設けられている。室外熱交換器５７と室外熱交換器用絞り手段５９との間には、第２冷媒の温度を検知する室外熱交換器第２温度検知手段７０が設けられている。
さらに、凝縮器４２と熱媒体搬送手段５１との間には、凝縮器４２に流入する熱媒体の温度を検知する、熱媒体凝縮器入口温度検知手段７２が設けられている。
さらに、凝縮器４２と熱媒体貯留手段５０との間には、凝縮器４２に流出する熱媒体の温度を検知する、熱媒体凝縮器出口温度検知手段７３が設けられている。

第２冷凍回路１０２には、接続管路１０３が接続されている。接続管路１０３は、一端が第２冷媒配管６０に接続され、蒸発器４４、第２絞り手段６２をこの順に介して、他端が第２冷媒配管６０に再び接続される。
接続管路１０３にも、第２冷媒が流れる。

接続管路１０３は、蒸発器４４より上流に位置する蒸発器流入配管６４と、蒸発器４４より下流に位置する蒸発器流出配管６３と、を備える。
蒸発器流出配管６３は、一端が蒸発器４４に接続され、第２絞り手段６２を介して、他端が第２冷媒配管６０に接続される。
また、蒸発器４４と第２絞り手段６２との間には、第２冷媒の温度を検知する第２冷凍回路蒸発器出口温度検知手段７１が設けられている。

本実施形態の二元ヒートポンプ装置５００は、第１冷凍回路１００および熱媒体回路１０４の制御手段として、第１冷凍回路制御部２００を備える。また、二元ヒートポンプ装置５００は、第２冷凍回路１０２の制御手段として、第２冷凍回路制御部２０１を備えている。

図２（ａ）は本発明の第１の実施の形態における二元ヒートポンプ装置の熱媒体加熱モジュール３００の構成を示すものである。また、図２（ｂ）は本発明の第１の実施の形態における二元ヒートポンプ装置の熱媒体加熱モジュール３００の冷却部２００ｂの構成を示すものである。図３は、第１冷凍回路制御部２００を示す斜視図である。図４は、第１冷凍回路制御部２００を下方から見た模式図である。図５は、第１冷凍回路制御部２００を側方から見た模式図である。

熱媒体加熱モジュール３００は、第１冷凍回路１００と、接続管路１０３と、第１冷凍回路制御部２００に実装される駆動部２００ａと、を備える。また、熱媒体加熱モジュール３００は、蒸発器から流出する第２冷媒の流量を調整する第２絞り手段６２をさらに備える。また、熱媒体加熱モジュール３００には、熱媒体搬送手段５１、配管５２、蒸発器４４を上面に設置する蒸発器架台３０１が設けられている。

図２（ａ）に示すように、第１冷凍回路制御部２００は、熱媒体加熱モジュール３００内における上部に配設される。
第１冷凍回路制御部２００は、圧縮機４１の駆動部２００ａや、小信号回路素子が実装された制御基板である。第１冷凍回路制御部２００は、駆動部２００ａと、駆動部を冷却する冷却部２００ｂと、を備えている。

駆動部２００ａは、圧縮機４１を駆動するためのＩＣであり、圧縮機４１の駆動時に熱を発生する部品である。駆動部２００ａには、例えば、ＦＥＴやＩＧＢＴ、または、これらの複合モジュールなどが用いられる。

図５に示すように、冷却部２００ｂは、冷却部２００ｂの上部と駆動部２００ａとが当接するように配設される。
冷却部２００ｂは、冷却器２００ｃと、蒸発器流出配管６３と、を備えている。冷却部２００ｂは、図２（ｂ）に示すように、冷却器２００ｃを貫通して蒸発器流出配管６３が平面視において蛇行形状となるように配設される。

この蛇行形状に配設された蒸発器流出配管６３の上方には、駆動部２００ａが位置している。蒸発器流出配管６３は、駆動部２００ａの熱と蒸発器流出配管６３を流れる第２冷媒とが熱交換可能な程度の近傍に配設される。すなわち、蒸発器流出配管６３と駆動部２００ａとは、熱的に接続して配設されている。
蒸発器流出配管６３と駆動部２００ａとが熱的に接続されるとは、駆動部２００ａにおいて発生した熱が、例えば冷却器２００ｃを介するなどして、間接に蒸発器流出配管６３に伝わる状態、あるいは、蒸発器流出配管６３と駆動部２００ａとが当接することにより直接に駆動部２００ｃにおいて発生した熱が蒸発器流出配管６３に伝わる状態に、蒸発器流出配管６３および駆動部２００ａが配置されることである。
本実施の形態において、駆動部２００ｃにおいて発生した熱は、図３および図５において矢印で示すように、まず冷却器２００ｃに伝わり、ついで、冷却器２００ｃから蒸発器流出配管６３に伝わる。すなわち、駆動部２００ｃにおいて発生した熱は、冷却器２００ｃを介することにより間接に蒸発器流出配管６３に伝わっており、蒸発器流出配管６３と駆動部２００ａとは、熱的に接続している状態にある。

図４に示すように、本実施の形態によれば、蛇行形状に配設された蒸発器流出配管６３は、平面視において駆動部２００ａの全域と重なるように配設される。
駆動部２００ａと蒸発器流出配管６３とが熱的に接続されている箇所を熱接続部８８とすると、図１、図２に示すように、第２絞り手段６２は、熱接続部８８よりも下流に備えられる。

以上のように構成された二元ヒートポンプ装置５００、および、二元ヒートポンプ装置５００の熱媒体加熱モジュール３００について、以下その動作、作用を説明する。

まず、図６は本発明の実施の形態１における二元ヒートポンプ装置５００において第１冷凍回路１００にて熱媒体の加熱運転のみを行う場合の冷媒と熱媒体の回路図である。なお、図６中黒塗りつぶされた開閉手段は閉状態であることを示している（以下同じ）。

図６に示すように、第１冷凍回路１００にて熱媒体の加熱運転のみを行う場合、第２圧縮機５３から吐出された第２冷媒は、開状態の蒸発器用開閉手段６１ｂを通って蒸発器４４に流入する。また第１冷凍回路１００では圧縮機４１から吐出された第１冷媒は、凝縮器４２にて熱媒体に放熱し、圧縮機吐出温度検知手段４６により検知された温度に基づいて第１絞り手段４３で絞られて蒸発器４４に流入し、第２冷媒から吸熱して圧縮機４１に吸入される。熱媒体は熱媒体貯留手段５０の下部から熱媒体搬送手段５１にて凝縮器４２に搬送され、凝縮器４２において第１冷媒の熱により加熱された後に熱媒体貯留手段５０の上部から積層式に貯留される。
また、蒸発器４４にて第１冷媒に吸熱された第２冷媒は、冷却部２００ｂにて駆動部２００ａから吸熱して駆動部２００ａを冷却する。冷却部２００ｂから流出した第２冷媒は、第２圧縮機吐出圧力検知手段６５により検知された圧力から算出される凝縮温度と、第２冷凍回路蒸発器出口温度検知手段７１により検知された温度との差から求まる過冷却度に基づいて第２絞り手段６２で絞られる。第２絞り手段６２から流出した第２冷媒は、室外熱交換器用絞り手段５９にて第２圧縮機吸入圧力検知手段６６により検知された圧力から算出される蒸発温度と、室外熱交換器第１温度検知手段６９により検知された温度の差から求まる過熱度に基づいて室外熱交換器５７を流通する量を調整され、室外熱交換器５７にて室外空気から吸熱する。

そして、室外熱交換器５７から流出した第２冷媒は、開状態の室外熱交換器用開閉手段５８ａを通って、第２圧縮機５３に吸入される。この場合、蒸発器用開閉手段６１ａ、室内熱交換器用開閉手段５５ｂ、５５ｄ、室外熱交換器用開閉手段５８ｂ及び、室内熱交換器用絞り手段５６ａ、５６ｂは閉じられており、第２冷媒が流通しないようになっている。
また、室内熱交換器５４ａ、５４ｂ内に第２冷媒が溜まらないように室内熱交換器用開閉手段５５ａ、５５ｃは開かれている。

次に、図７は本発明の実施の形態１における二元ヒートポンプ装置５００の第２冷凍回路１０２を暖房運転し、第１冷凍回路１００にて熱媒体の加熱運転も行う場合の冷媒と熱媒体の回路図である。

図７に示すように、室内熱交換器５４ａ、５４ｂを凝縮器として利用して第２冷凍回路１０２を暖房運転し、第１冷凍回路１００にて熱媒体の加熱運転も行う場合、第２圧縮機５３から吐出された第２冷媒は、開状態の室内熱交換器用開閉手段５５ｂ、５５ｄを通って室内熱交換器５４ａ、５４ｂに流入し、室内熱交換器５４ａ、５４ｂにて室内空気に放熱する。また第１冷凍回路１００では、圧縮機４１から吐出された第１冷媒は、凝縮器４２にて熱媒体に放熱し、圧縮機吐出温度検知手段４６により検知された温度に基づいて第１絞り手段４３で絞られて蒸発器４４に流入し、開状態の蒸発器用開閉手段６１ｂを通って蒸発器４４に流入する第２冷媒から吸熱して圧縮機４１に吸入される。熱媒体は熱媒体貯留手段５０の下部から熱媒体搬送手段５１にて凝縮器４２に搬送され、凝縮器４２において第１冷媒の熱により加熱された後に熱媒体貯留手段５０の上部から積層式に貯留される。
一方、また、蒸発器４４にて第１冷媒に吸熱された第２冷媒は、冷却部２００ｂにて駆動部２００ａから吸熱して駆動部２００ａを冷却する。冷却部２００ｂから流出した第２冷媒は、第２圧縮機吐出圧力検知手段６５により検知された圧力から算出される凝縮温度と、第２冷凍回路蒸発器出口温度検知手段７１により検知された温度との差から求まる過冷却度に基づいて第２絞り手段６２で絞られる。室内熱交換器５４ａ、５４ｂから流出した第２冷媒は、第２圧縮機吐出圧力検知手段６５により検知された圧力から算出される凝縮温度と、室内熱交換器第２温度検知手段６８ａ、６８ｂにより検知された温度との差から求まる、それぞれの過冷却度に基づいて室内熱交換器用絞り手段５６ａ、５６ｂで絞られた後に第２絞り手段６２から流出した第２冷媒と合流し、室外熱交換器５７にて室外空気から吸熱する。室外熱交換器用絞り手段５９は、第２圧縮機吸入圧力検知手段６６により検知された圧力から算出される蒸発温度と、室外熱交換器第１温度検知手段６９により検知された温度の差から求まる過熱度に基づいて室外熱交換器５７を流通する第２冷媒を調整する。

そして、室外熱交換器５７から流出した第２冷媒は、開状態の室外熱交換器用開閉手段５８ａを通って、第２圧縮機５３に吸入される。この場合、蒸発器用開閉手段６１ａ、室内熱交換器用開閉手段５５ａ、５５ｃ及び室外熱交換器用開閉手段５８ｂは閉じられており、第２冷媒が流通しないようになっている。

また、図８は本発明の実施の形態１における二元ヒートポンプ装置５００の第２冷凍回路１０２を冷房運転し、第１冷凍回路１００にて熱媒体の加熱運転も行う場合の冷媒と熱媒体の回路図である。

図８に示すように、室内熱交換器５４ａ、５４ｂを蒸発器として利用して第２冷凍回路１０２を冷房運転し、第１冷凍回路１００にて熱媒体の加熱運転も行う場合、第２圧縮機５３から吐出された第２冷媒は、開状態の室外熱交換器用開閉手段５８ｂを通って室外熱交換器５７に流入し、室外空気に放熱する。また第１冷凍回路１００では第２冷凍回路１０２の暖房運転時同様、圧縮機４１から吐出された第１冷媒は、凝縮器４２にて熱媒体に放熱し、圧縮機吐出温度検知手段４６により検知された温度に基づいて第１絞り手段４３で絞られて蒸発器４４に流入し、開状態の蒸発器用開閉手段６１ｂを通って蒸発器４４に流入する第２冷媒から吸熱して圧縮機４１に吸入される。熱媒体は熱媒体貯留手段５０の下部から熱媒体搬送手段５１にて凝縮器４２に搬送され、凝縮器４２において第１冷媒の熱により加熱された後に熱媒体貯留手段５０の上部から積層式に貯留される。
また、また、蒸発器４４にて第１冷媒に吸熱された第２冷媒は、冷却部２００ｂにて駆動部２００ａから吸熱して駆動部２００ａを冷却する。冷却部２００ｂから流出した第２冷媒は、第２圧縮機吐出圧力検知手段６５により検知された圧力から算出される凝縮温度と、第２冷凍回路蒸発器出口温度検知手段７１により検知された温度との差から求まる過冷却度に基づいて第２絞り手段６２で絞られる。室外熱交換器５７から流出した第２冷媒は、第２圧縮機吐出圧力検知手段６５により検知された圧力から算出される凝縮温度と、室外熱交換器第２温度検知手段７０により検知された温度との差から求まる過冷却度に基づいて室外熱交換器用絞り手段５９で絞られた後に第２絞り手段６２から流出した第２冷媒と合流し、室内熱交換器５４ａ、５４ｂにて室内空気から吸熱する。室内熱交換器用絞り手段５６ａ、５６ｂは、第２圧縮機吸入圧力検知手段６６により検知された圧力から算出される蒸発温度と、室内熱交換器第１温度検知手段６７ａ、６７ｂにより検知された温度の差から求まる、それぞれの過熱度に基づいて室内熱交換器５４ａ、５４ｂを流通する第２冷媒を調整する。

そして、室内熱交換器５４ａ、５４ｂから流出した第２冷媒は、開状態の室内熱交換器用開閉手段５５ａ、５５ｃを通って、第２圧縮機５３に吸入される。この場合、蒸発器用開閉手段６１ａ、室内熱交換器用開閉手段５５ｂ、５５ｄ及び室外熱交換器用開閉手段５８ａは閉じられており、第２冷媒が流通しないようになっている。

また、図９は本発明の実施の形態１における二元ヒートポンプ装置５００の第２冷凍回路１０２を冷暖同時運転し、第１冷凍回路１００にて熱媒体の加熱運転も行う場合の冷媒と熱媒体の回路図である。

図９に示すように、室内熱交換器５４ａを凝縮器として、室内熱交換器５４ｂを蒸発器として利用して第２冷凍回路１０２を冷暖同時運転し、第１冷凍回路１００にて熱媒体の加熱運転も行う場合、第２圧縮機５３から吐出された第２冷媒は、開状態の室内熱交換器用開閉手段５５ｂを通って室内熱交換器５４ａに流入し、室内空気に放熱する。また第１冷凍回路１００では、圧縮機４１から吐出された第１冷媒は、凝縮器４２にて熱媒体に放熱し、圧縮機吐出温度検知手段４６により検知された温度に基づいて第１絞り手段４３で絞られて蒸発器４４に流入し、開状態の蒸発器用開閉手段６１ｂを通って蒸発器４４に流入する第２冷媒から吸熱して圧縮機４１に吸入される。熱媒体は熱媒体貯留手段５０の下部から熱媒体搬送手段５１にて凝縮器４２に搬送され、凝縮器４２において第１冷媒の熱により加熱された後に熱媒体貯留手段５０の上部から積層式に貯留される。
また、蒸発器４４にて第１冷媒に吸熱された第２冷媒は、冷却部２００ｂにて駆動部２００ａから吸熱して駆動部２００ａを冷却する。冷却部２００ｂから流出した第２冷媒は、第２圧縮機吐出圧力検知手段６５により検知された圧力から算出される凝縮温度と、第２冷凍回路蒸発器出口温度検知手段７１により検知された温度との差から求まる過冷却度に基づいて第２絞り手段６２で絞られる。室内熱交換器５４ａから流出した第２冷媒は、第２圧縮機吐出圧力検知手段６５により検知された圧力から算出される凝縮温度と、室内熱交換器第２温度検知手段６８ａにより検知された温度との差から求まる過冷却度に基づいて室内熱交換器用絞り手段５６ａで絞られた後に第２絞り手段６２から流出した第２冷媒と合流し、室内熱交換器５６ｂ、及び、室外熱交換器５７にて室内空気と室外空気から吸熱する。室内熱交換器用絞り手段５６ｂと室外熱交換器用絞り手段５９は、第２圧縮機吸入圧力検知手段６６により検知された圧力から算出される蒸発温度と、室内熱交換器第１温度検知手段６７ｂ、及び、室外熱交換器第１温度検知手段６９により検知された温度の差から求まる、それぞれの過熱度に基づいて室内熱交換器５４ｂ、及び、室外熱交換器５７を流通する第２冷媒を調整する。

そして、室内熱交換器５４ｂ、及び、室外熱交換器５７から流出した第２冷媒は、開状態の室内熱交換器用開閉手段５５ｃと室外熱交換器用開閉手段５８ａを通って、第２圧縮機５３に吸入される。この場合、蒸発器用開閉手段６１ａ、室内熱交換器用開閉手段５５ａ、５５ｄ及び室外熱交換器用開閉手段５８ｂは閉じられており、第２冷媒が流通しないようになっている。

図１０は本発明の実施の形態１における二元ヒートポンプ装置５００の第２冷凍回路１０２の室内熱交換器を変更して冷暖同時運転し、第１冷凍回路１００にて熱媒体の加熱運転も行う場合の冷媒と熱媒体の回路図である。

図１０に示すように、室内熱交換器５４ａを蒸発器として、室内熱交換器５４ｂを凝縮器として利用して第２冷凍回路１０２を冷暖同時運転し、第１冷凍回路１００にて熱媒体の加熱運転も行う場合、室内熱交換器用開閉手段５５ａ、５５ｄを開状態とし、室内熱交換器用開閉手段５５ｂ、５５ｃを閉状態として、室外熱交換器用開閉手段５８ａ、及び、５８ｂの開閉状態は変えず運転する。

いずれの運転状態においても、第１冷凍回路１００にて熱媒体の加熱運転を行う場合は、圧縮機４１を駆動させるため、大電流が流れる駆動部２００ａが発熱する（例えば、１００℃）ので、駆動部２００ａの基板を保護するために冷却する必要が生じる。

そこで本実施の形態では、蒸発器４４にて第１冷媒に吸熱され、低温高圧（例えば、３０℃）となった第２冷媒を用いることにより、駆動部２００ａから吸熱して駆動部２００ａを冷却する。すなわち、駆動部２００ａは、蒸発器４４から第２冷媒を流出させる蒸発器流出配管６３と熱的に接続するように配設されているため、蒸発器流出配管６３を流れる第２冷媒により、駆動部２００ａが冷却される。

また、蒸発器４４から流出した第２冷媒は、第１冷媒に吸熱されて温度が低下し過冷却液の状態になっている。したがって、ガスや気液二相の状態と比較すると、第２冷媒の密度が高くなっており、同一の断面積を通過する流量が多くなる。そこで第２絞り手段６２の開度を小さくする必要が生じるが、第１冷凍回路１００の熱媒体を加熱する負荷が小さい場合、第２絞り手段６２の開度が下限近くとなり、開度調整が不安定になる場合がある。
そこで本実施の形態では、蒸発器４４から流出した過冷却液の状態の第２冷媒と、発熱した駆動部２００ａとを熱交換させることで、第２冷媒を気液二相の状態近くまで過熱してから第２絞り手段６２に流入させることとなり、同一の断面積を通過する流量が少なくなるので、第２絞り手段６２の開度を下限近くから増加することとなる。

以上説明したように、本実施の形態における第２冷媒が循環する第２冷凍回路１０２に接続される二元ヒートポンプ装置の熱媒体加熱モジュールによれば、圧縮機４１、熱媒体と第１冷媒とを熱交換する凝縮器４２、第１絞り手段４３、第１冷媒と第２冷媒とを熱交換する蒸発器４４を冷媒配管４５で環状に接続し、第１冷媒が循環する第１冷凍回路１００と、蒸発器４４を介して第２冷凍回路１０２に接続される接続管路１０３と、圧縮機４１を駆動させる駆動部２００ａと、を備え、接続管路１０３は、蒸発器４４から流出する第２冷媒が流れる蒸発器流出配管６３を備え、駆動部２００ａは、蒸発器流出配管６３と熱的に接続されている。
これによれば、圧縮機４１から吐出される第１冷媒の温度と駆動部２００ａの温度が高くなる、凝縮器４２に流入する熱媒体の温度が高い、いわゆる沸き終い場合でも、駆動部２００ａからの吸熱による、圧縮機４１から吐出される第１冷媒の更なる温度上昇を防止し、駆動部２００ａと第２冷媒との温度差を大きくして、駆動部２００ａを冷却することができる。

また、本実施の形態によれば、接続管路１０３は、熱接続部（駆動部と蒸発器流出配管とが熱的に接続されている箇所）８８よりも下流に、蒸発器４４から流出する第２冷媒の流量を調整する第２絞り手段６２をさらに備え、駆動部２００ａは、凝縮器４２へ流入する熱媒体の温度が高い場合に、第２絞り手段６２の開度を小さくする。
これによれば、駆動部２００ａは、蒸発器流出配管６３と熱的に接続するとともに、凝縮器４２へ流入する熱媒体の温度が高い場合に、第２絞り手段６２の開度を小さくすることで、蒸発器４４から流出した第２冷媒に吸熱させるとともに、凝縮器４２へ流入する熱媒体の温度が高い場合に、第２絞り手段６２の開度を小さくし、蒸発器４４での熱交換量が同じ場合、第２冷媒の搬送量を少なくしてエンタルピ差を大きくする。
従って、圧縮機４１に吸入される第１冷媒を更に加熱することなく、駆動部２００ａで発生した熱を吸熱することとなるとともに、凝縮器４２へ流入する熱媒体の温度が高い場合に、蒸発器４４から流出する第２冷媒の温度を低くすることとなる。
また、駆動部２００ａでの発熱を、蒸発器４４から流出した第２冷媒に吸熱させて、第２絞り手段６２に流入する第２冷媒の温度を上昇し、第２冷媒の密度を低下して、同一流量の場合の第２絞り手段６２の開度を増加することとなる。
よって、圧縮機４１から吐出される第１冷媒の温度と駆動部２００ａの温度が高くなる、凝縮器４２に流入する熱媒体の温度が高い、いわゆる沸き終い場合でも、駆動部２００ａからの吸熱による、圧縮機４１から吐出される第１冷媒の更なる温度上昇を防止し、駆動部２００ａと第２冷媒との温度差を大きくして、駆動部を冷却することができる。
また、第１冷凍回路１００の加熱能力が低下し、蒸発器４４から流出する第２冷媒の密度が増加して、第２絞り手段６２の開度が低下しやすい沸き終い場合に、第２絞り手段６２の開度を増加して第２絞り手段６２の開度が開度下限に近くなることなく駆動部２００ａを冷却することができる。
これによって、機器の信頼性の低下を防止できる。

また、本実施の形態の第１冷媒を二酸化炭素とすることで、蒸発温度を臨界点以下とする場合、蒸発器４４での第２冷媒との温度差を大きくすることとなる。
従って、第２冷媒の凝縮温度が同じ場合、蒸発温度が比較的高温となる冷媒（例えば、Ｒ１３４ａ）と比べて蒸発器４４出口での第２冷媒の温度を低下することが可能となり、駆動部２００ａの冷却効果を向上することとなる。
よって、第１冷凍回路１００の負荷が増して、駆動部２００ａからの発熱が多くなる、高温沸き終い時でも、圧縮機４１から吐出される第１冷媒の更なる温度上昇を抑制するとともに、駆動部２００ａ自体が温度過昇とならないように冷却することができる。
これによって、機器の信頼性の低下を防止できる。
また、第１冷媒を二酸化炭素とすることで、フロン系冷媒（例えば、Ｒ１３４ａ）と比べて高い温度で熱媒体を加熱することができ、同じ容量の熱媒体貯留手段５０に熱媒体を貯めた際の蓄熱密度が増加し、熱媒体の使用量を増加することができる。

また、本実施の形態では、積層式の熱媒体貯留手段５０としたことにより、凝縮器４２で熱媒体を使用可能な温度まで一気に加熱することができるので、熱媒体が足りなくなった場合でも、わずかな時間で補充することができ、利用者の使い勝手を向上することができる。

以上、一実施の形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。あくまでも本発明の一実施の態様を例示するものであるから、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に変更、及び応用が可能である。

例えば、本実施の形態では、冷却部２００ｂを冷却器２００ｃに蛇行形状の蒸発器流出配管６３を貫通させたが、冷却器２００ｃを板状にして、駆動部２００ａに蒸発器流出配管６３を当接させてもよいし、蒸発器流出配管６３を並列に並べて、第２冷媒を流通させてもよい。

以上のように、本発明にかかる二元ヒートポンプ装置の熱媒体加熱モジュールは、二元冷凍サイクルにおける高段側冷凍回路の圧縮機の駆動部を冷凍回路にて冷却するもので、空気調和機、チラー、乾燥機、給湯空調複合装置、温水暖房機等の用途に適用できる。

４１圧縮機
４２凝縮器
４３第１絞り手段
４４蒸発器
６２第２絞り手段
６３蒸発器流出配管
１００第１冷凍回路
２００ａ駆動部

Claims

第２冷媒が循環する第２冷凍回路に接続される二元ヒートポンプ装置の熱媒体加熱モジュールであって、
圧縮機、熱媒体と第１冷媒とを熱交換する凝縮器、第１絞り手段、第１冷媒と第２冷媒とを熱交換する蒸発器を配管で環状に接続し、第１冷媒が循環する第１冷凍回路と、
前記蒸発器を介して前記第２冷凍回路に接続される接続管路と、
前記圧縮機を駆動させる駆動部と、を備え、
前記接続管路は、前記蒸発器から流出する第２冷媒が流れる蒸発器流出配管を備え、
前記駆動部は、前記蒸発器流出配管と熱的に接続されていることを特徴とする二元ヒートポンプ装置の熱媒体加熱モジュール。
前記接続管路は、前記駆動部と前記蒸発器流出配管とが熱的に接続されている箇所よりも下流に、前記蒸発器から流出する第２冷媒の流量を調整する第２絞り手段をさらに備え、
前記駆動部は、前記凝縮器へ流入する前記熱媒体の温度が高い場合に、前記第２絞り手段の開度を小さくすることを特徴とする請求項１に記載の二元ヒートポンプ装置の熱媒体加熱モジュール。
前記第１冷媒が、二酸化炭素であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の二元ヒートポンプ装置の熱媒体加熱モジュール。