JP2020038037A - ヒートポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二段圧縮二段膨張サイクルのヒートポンプ装置であっても起動時間を短縮することができるヒートポンプ装置を提供すること。【解決手段】蒸発器１５の冷媒出口Ｐ５４と低段圧縮機１１の吸入口Ｐ４とを接続する蒸発配管Ｌ１０から気液分離器１４へ冷媒を導入可能とするバイパス配管Ｌ３と、装置停止中に、少なくとも蒸発器１５、バイパス配管Ｌ３、気液分離器１４及び低段膨張配管Ｌ１を冷媒が循環可能とする閉回路を形成する制御部Ｃと、を備え、蒸発器１５の冷媒出口Ｐ５４は、気液分離器１４の液相冷媒出口Ｐ１よりも鉛直下方に配置される。これにより、装置停止中、閉回路内の冷媒は排温水Ｈによって予熱される。【選択図】図１

Description

本発明は、二段圧縮二段膨張サイクルのヒートポンプ装置であっても起動時間を短縮することができるヒートポンプ装置に関する。

二段圧縮二段膨張サイクルでは、圧縮を二段階にすることで圧縮機単段当たりの圧縮比が低減でき、また、ヒートポンプとして動作させる場合には低段側の冷媒流量を必要最小限とすることで低段側の圧縮動力を最小化することができるため、単段サイクルに比べて高効率化することができる。

なお、特許文献１には、低段側圧縮機及び高段側圧縮機の２つの圧縮機が設けられた二段圧縮式のヒートポンプ式加熱装置が記載されている。このヒートポンプ式加熱装置は、第１減圧装置、第２減圧装置、気液分離器、インジェクション管路を設けることで、簡易な構成で加熱能力の向上を図っている。

特開２０１４−１１９１５７号公報

ところで、二段圧縮二段膨張サイクルのヒートポンプ装置では、凝縮器によって凝縮された高圧冷媒を減圧膨張して中間圧にする高段膨張弁からの気液二相冷媒を気液分離する気液分離器の追加、前記高段膨張弁と前記気液分離器の液相冷媒出口から導入された液相中間圧冷媒を減圧膨張して低圧にする低段膨張弁との２つに膨張弁を有することによる膨張弁の増加などの構成機器の追加や、冷媒充填量の増大に伴い、装置の熱容量が増大する。この結果、装置起動から定常運転状態に移行する起動時間が長くなってしまうという問題があった。

特に、ヒートポンプ装置の凝縮器の熱を利用する蒸気発生装置等では、ヒートポンプ装置の起動から短時間で蒸気を発生できることが要望されている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、二段圧縮二段膨張サイクルのヒートポンプ装置であっても起動時間を短縮することができるヒートポンプ装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるヒートポンプ装置は、熱源水から回収した熱で低圧冷媒を蒸発させる蒸発器と、低圧冷媒を中間圧に圧縮する低段圧縮機と、中間圧冷媒を高圧に圧縮する高段圧縮機と、高圧冷媒を凝縮させ被加熱媒体を加熱する凝縮器と、前記凝縮器によって凝縮された高圧冷媒を減圧膨張して前記中間圧にする高段膨張弁と、前記高段膨張弁からの気液二相冷媒を気液分離する気液分離器と、前記気液分離器の液相冷媒出口と前記蒸発器との間を接続する低段膨張配管上に設けられ前記気液分離器の液相冷媒出口から導入された液相中間圧冷媒を減圧膨張して低圧にする低段膨張弁と、前記気液分離器の気相中間圧冷媒を前記低段圧縮機の吐出口と前記高段圧縮機の吸入口との間に導入する中間配管とを備えた二段圧縮二段膨張サイクルのヒートポンプ装置において、前記蒸発器の冷媒出口と前記低段圧縮機の吸入口とを接続する蒸発配管から前記気液分離器へ冷媒を導入可能とするバイパス配管と、装置停止中に、少なくとも前記蒸発器、前記バイパス配管、前記気液分離器及び前記低段膨張配管を冷媒が循環可能とする閉回路を形成する制御部と、を備え、前記蒸発器の冷媒出口は、前記気液分離器の液相冷媒出口よりも鉛直下方に配置されたことを特徴とする。

また、本発明にかかるヒートポンプ装置は、上記の発明において、前記制御部は、装置停止の指示を受けた場合、冷媒を前記蒸発器に貯留するポンプダウンを行った後に前記閉回路を形成することを特徴とする。

また、本発明にかかるヒートポンプ装置は、上記の発明において、前記バイパス配管上に設けられた第１の開閉弁と、前記中間配管上に設けられた第２の開閉弁と、前記蒸発配管上に設けられた第３の開閉弁と、を備え、前記バイパス配管は、前記第３の開閉弁よりも前記蒸発器側の前記蒸発配管から、前記第２の開閉弁よりも前記気液分離器側の前記中間配管に接続され、前記制御部は、前記閉回路内の冷媒を予熱する場合、前記高段膨張弁、前記第２の開閉弁及び前記第３の開閉弁を閉にし、前記低段膨張弁を全開にするとともに前記第１の開閉弁を開にすることを特徴とする。

また、本発明にかかるヒートポンプ装置は、上記の発明において、前記バイパス配管上に設けられた第１の開閉弁と、前記中間配管上に設けられた第２の開閉弁と、前記蒸発器の冷媒出口と前記低段圧縮機の吸入口との間を接続する蒸発配管上に設けられた第３の開閉弁と、を備え、前記バイパス配管は、前記第３の開閉弁よりも前記蒸発器側の前記蒸発配管から、前記気液分離器に直接接続され、前記制御部は、前記閉回路内の冷媒を予熱する場合、前記高段膨張弁、前記第２の開閉弁及び前記第３の開閉弁を閉にし、前記低段膨張弁を全開にするとともに前記第１の開閉弁を開にすることを特徴とする。

また、本発明にかかるヒートポンプ装置は、上記の発明において、前記第２の開閉弁は、前記中間配管上であって、前記低段圧縮機の吐出口と前記高段圧縮機の吸入口との間を接続する圧縮機接続配管に前記中間配管を接続する中間配管接続口側に配置され、前記第３の開閉弁は、前記低段圧縮機の吸入口側の前記蒸発配管上に配置され、前記バイパス配管は、前記第３の開閉弁側から前記第２の開閉弁側に接続されることを特徴とする。

また、本発明にかかるヒートポンプ装置は、上記の発明において、前記低段膨張配管の冷媒と前記蒸発配管の冷媒との熱交換を行う内部熱交換器を備え、前記バイパス配管は、前記内部熱交換器の冷媒出口と前記低段圧縮機の吸入口とを接続する後段蒸発配管から前記気液分離器へ冷媒を導入可能に接続され、前記制御部は、装置停止中に、少なくとも前記蒸発器、前記内部熱交換器、前記バイパス配管、前記気液分離器及び前記低段膨張配管を冷媒が循環可能とする閉回路を形成することを特徴とする。

また、本発明にかかるヒートポンプ装置は、上記の発明において、前記内部熱交換器は、前記低段膨張配管の冷媒と前記蒸発配管の冷媒と前記熱源水を前記蒸発器に導入する熱源水導入配管の熱源水との間の熱交換を行う三流体熱交換器であり、前記バイパス配管は、前記三流体熱交換器の冷媒出口と前記低段圧縮機の吸入口とを接続する三流体後段蒸発配管から前記気液分離器への冷媒を導入可能に接続され、前記制御部は、定常運転時に、前記熱源水を前記三流体熱交換器に供給せず、装置停止中に、前記熱源水を前記三流体熱交換器に供給し、少なくとも前記蒸発器、前記三流体熱交換器、前記バイパス配管、前記気液分離器及び前記低段膨張配管を冷媒が循環可能とする閉回路を形成することを特徴とする。

また、本発明にかかるヒートポンプ装置は、上記の発明において、前記凝縮器は、前記高段圧縮機から導入された冷媒と前記被加熱媒体と前記蒸発器から導入される熱源水との間の熱交換を行う三流体熱交換凝縮器であり、前記制御部は、定常運転時に、前記蒸発器から導入される前記熱源水を前記三流体熱交換凝縮器に供給せず、装置停止中に、前記蒸発器から導入される前記熱源水を前記三流体熱交換凝縮器に供給し、前記三流体熱交換凝縮器を予熱することを特徴とする。

本発明によれば、二段圧縮二段膨張サイクルのヒートポンプ装置であっても、常時導入される外部熱源を用いて装置停止時に冷媒を予熱しているので起動時間を短縮することができる。

図１は、本発明の実施の形態であるヒートポンプ装置の構成を示す図である。 図２は、図１に示した蒸発器の構成の一例を示す図である。 図３は、ポンプダウン制御部による冷媒のポンプダウン処理手順を示すフローチャートである。 図４は、起動前制御部による停止時予熱処理手順を示すフローチャートである。 図５は、本発明の実施の形態の変形例１であるヒートポンプ装置の構成を示す図である。 図６は、本発明の実施の形態の変形例２であるヒートポンプ装置の構成を示す図である。 図７は、本発明の実施の形態の変形例３であるヒートポンプ装置の構成を示す図である。 図８は、本発明の実施の形態の変形例４であるヒートポンプ装置の構成を示す図である。 図９は、本発明の実施の形態の変形例５であるヒートポンプ装置の構成を示す図である。

以下、添付図面を参照してこの発明を実施するための形態について説明する。

＜装置構成＞
図１は、本発明の実施の形態であるヒートポンプ装置１の構成を示す図である。ヒートポンプ装置１は、二段圧縮二段膨張ヒートポンプサイクルを構成する。

図１に示すように、ヒートポンプ装置１は、温水流通経路７を介して常時導入される熱源水である排温水Ｈから回収した熱で低圧冷媒を蒸発させる蒸発器１５と、低圧冷媒を中間圧に圧縮する低段圧縮機１１と、中間圧冷媒を高圧に圧縮する高段圧縮機１２と、高圧冷媒を凝縮させ被加熱媒体である被加熱水Ｗを加熱する凝縮器１３と、凝縮器１３によって凝縮された高圧冷媒を減圧膨張して中間圧にする高段膨張弁Ｖ１と、高段膨張弁Ｖ１からの気液二相冷媒を気液分離する気液分離器１４と、気液分離器１４の液相冷媒出口Ｐ１から導入された液相中間圧冷媒を減圧膨張して低圧にする低段膨張弁Ｖ２と、気液分離器１４の気相中間圧冷媒を低段圧縮機１１の吐出口Ｐ５と高段圧縮機１２の吸入口Ｐ６とを接続する圧縮機接続配管Ｌ２０上の中間配管接続口Ｐ２０に導入する中間配管Ｌ２とを備えた二段圧縮二段膨張ヒートポンプサイクル構成である。低段膨張弁Ｖ２は、気液分離器１４と蒸発器１５とを接続する低段膨張配管Ｌ１上に配置される。

圧縮機１０は、低段圧縮機１１と高段圧縮機１２とを有する。低段圧縮機１１と高段圧縮機とは、別体構成であってもよいし、一体構成であってもよい。また、低段圧縮機１１と高段圧縮機とは共通の駆動軸で接続されていてもよい。また、圧縮機１０は、スクロール型圧縮機であってもよい。

ヒートポンプ装置１は、蒸発器１５において、工場排水等の排温水Ｈから熱を回収し、凝縮器１３において、回収した熱を用いて被加熱水Ｗを加熱して水蒸気を生成する蒸気生成部に接続される。生成された水蒸気は、乾燥装置や殺菌装置等の蒸気利用設備に送られる。

蒸発器１５は、気液分離器１４の位置よりも鉛直下方に配置される。また、蒸発器１５の冷媒出口Ｐ５４と低段圧縮機１１の吸入口Ｐ４との間の蒸発配管Ｌ１０と中間配管Ｌ２とを接続するバイパス配管Ｌ３が設けられる。

バイパス配管Ｌ３上には開閉弁Ｖ５が設けられる。中間配管Ｌ２上には開閉弁Ｖ３が設けられる。また、蒸発配管Ｌ１０上には開閉弁Ｖ４が設けられる。バイパス配管Ｌ３は、蒸発器１５の冷媒出口Ｐ５４と開閉弁Ｖ４との間の蒸発接続点Ｐ１０と、気液分離器１４の気相冷媒出口Ｐ２と開閉弁Ｖ３との間の中間接続点Ｐ１１とを接続する。

制御部Ｃは、ヒートポンプ装置１の全体制御を行い、定常運転制御部Ｃ１、ポンプダウン制御部Ｃ２及び起動前制御部Ｃ３を有する。

定常運転制御部Ｃ１は、起動後から停止までの運転制御を行う。定常運転制御部Ｃ１は、開閉弁Ｖ３、Ｖ４を開にするとともに、開閉弁Ｖ５を閉にし、低段圧縮機１１の吸入口側の圧力及び温度、高段圧縮機１２の吐出口側の圧力及び温度、低段圧縮機１１と高段圧縮機１２との間の圧力及び温度、気液分離器１４の水位などの検出値、及び出力要求をもとに圧縮機１０の回転数制御、高段膨張弁Ｖ１及び低段膨張弁Ｖ２の開度調整制御を行う。

ポンプダウン制御部Ｃ２は、ヒートポンプ装置１の停止後、冷媒を蒸発器１５に貯留する処理を行う。

起動前制御部Ｃ３は、ポンプダウン制御部Ｃ２によるポンプダウン後、蒸発器１５、バイパス配管Ｌ３、中間配管Ｌ２、気液分離器１４及び低段膨張配管Ｌ１を介した閉回路を形成し、常時導入される排温水Ｈによって閉回路内の冷媒を予熱する。具体的に、起動前制御部Ｃ３は、ポンプダウン後、高段膨張弁Ｖ１、開閉弁Ｖ３、Ｖ４を閉にし、低段膨張弁Ｖ２を全開にするとともに開閉弁Ｖ５を開にする。これにより、蒸発器１５、バイパス配管Ｌ３、中間配管Ｌ２、気液分離器１４及び低段膨張配管Ｌ１を介した閉回路が形成される。装置内の冷媒は、ポンプダウンによって蒸発器１５に貯留されており、蒸発器１５内の冷媒は、排温水Ｈによって加熱される。

加熱された蒸発器１５内の冷媒は、サーモサイフォンの原理によって閉回路内を方向Ａで循環する。すなわち、蒸発器１５内で加熱された冷媒は比重が小さくなって鉛直上方に上昇し、バイパス配管Ｌ３内を上方に移動して閉回路を循環することになる。これにより、装置停止時であっても、冷媒及び閉回路の装置が予熱され、起動時間が短縮されることになる。

なお、蒸発器１５は、気液分離器１４の位置よりも鉛直下方に配置されるが、具体的には、蒸発器１５の冷媒出口Ｐ５４が、気液分離器１４の液相冷媒出口Ｐ１よりも鉛直下方に配置される。すなわち、冷媒出口Ｐ５４の位置ＰＬ２は、液相冷媒出口Ｐ１の位置ＰＬ１よりも位置差ΔＰＬ（＞０）分、鉛直下方となる。

また、蒸発器１５の冷媒出口Ｐ５４は、冷媒入口Ｐ５３に対して鉛直上方に配置される。図２は、蒸発器１５の構成の一例を示す図である。図２に示すように、蒸発器１５は、排温水Ｈが流通する複数の温水経路３４と、ヒートポンプ装置１内を流れる冷媒が流通する複数の冷媒経路３５とを対向配置したプレート型熱交換器である。鉛直下部の一側部に設けられた冷媒入口Ｐ５３から導入した冷媒は、奥側へと流れつつ分流して各冷媒経路３５を流れ、温水経路３４を流れる排温水と熱交換した後、鉛直上部の一側部に設けられた冷媒出口Ｐ５４から排出される。また、鉛直上部の一側部に設けられた温水入口Ｐ５１から導入された排温水Ｈは、奥側へと流れつつ分流して各温水経路３４を流れ、冷媒経路３５を流れる冷媒と熱交換した後、鉛直下部の一側部に設けられた温水出口Ｐ５２から排出される。

このように、蒸発器１５では冷媒入口Ｐ５３が鉛直下側に設けられ、冷媒出口Ｐ５４が鉛直上側に設けられている。したがって、装置停止時、蒸発器１５内に貯留された冷媒が加熱されると、加熱された冷媒は冷媒出口Ｐ５４側に上昇し、バイパス配管Ｌ３を介して気液分離器１４に移動する。そして、気液分離器１４内の温度の低い冷媒は、液相冷媒出口Ｐ１に接続された低段膨張配管Ｌ１を介して蒸発器１５側に戻る。このような冷媒の循環が行われつつ、冷媒は予熱されるとともに、冷媒が通る配管や装置も予熱される。

＜ポンプダウン制御処理＞
つぎに、図３に示したフローチャートを参照して、ポンプダウン制御部Ｃ２による冷媒のポンプダウン処理手順について説明する。なお、装置停止時では、開閉弁Ｖ３、Ｖ４は開、開閉弁Ｖ５は閉である。

図３に示すように、ポンプダウン制御部Ｃ２は、まず装置の停止指示があったか否かを判定する（ステップＳ１０１）。装置の停止指示がない場合（ステップＳ２０１，Ｎｏ）には、本ステップＳ２０１の判定処理を繰り返す。一方、装置の停止指示があった場合（ステップＳ２０１，Ｙｅｓ）には、高段膨張弁Ｖ１及び低段膨張弁Ｖ２を全開にするとともに、開閉弁Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５を閉にする（ステップＳ１０２）。

その後、ポンプダウン制御部Ｃ２は、圧縮機１０を一定時間駆動することによって、装置内の冷媒を蒸発器１５に貯留するポンプダウンを行い（ステップＳ２０３）、本処理を終了する。

＜停止時予熱処理＞
つぎに、図４に示したフローチャートを参照して、起動前制御部Ｃ３による停止時予熱処理手順について説明する。なお、ポンプダウン制御処理終了時には、上記のように、高段膨張弁Ｖ１及び低段膨張弁Ｖ２は全開であり、開閉弁Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５は閉である。

図４に示すように、起動前制御部Ｃ３は、まず、ポンプダウンが終了したか否かを判定する（ステップＳ２０１）。ポンプダウンが終了していない場合（ステップＳ２０１，Ｎｏ）には、本ステップＳ２０１の判定処理を繰り返す。一方、ポンプダウンが終了した場合（ステップＳ２０１，Ｙｅｓ）には、高段膨張弁Ｖ１を閉にするとともに、開閉弁Ｖ５を開にし（ステップＳ２０２）、本処理を終了する。

これにより、蒸発器１５、バイパス配管Ｌ３、中間配管Ｌ２、気液分離器１４、低段膨張配管Ｌ１を介した冷媒の閉回路が形成される。一方、蒸発器１５には、装置停止状態であっても常時、排温水Ｈが導入されるとともに、ポンプダウンされた冷媒が貯留している。したがって、蒸発器１５に貯留された冷媒は排温水Ｈによって予熱される。この予熱時に、サーモサイフォンの原理によって冷媒は、上記の閉回路を循環し、冷媒の予熱を効率よく行うことができるとともに、冷媒が通る配管や装置も予熱される。この結果、装置起動時における起動から定常状運転状態への移行時間（起動時間）が短縮される。これにより、例えば、本ヒートポンプ装置１を用いて蒸気を発生させる場合、装置起動から短時間で蒸気を発生させることができることになる。

＜変形例１＞
図５は、本発明の実施の形態の変形例１であるヒートポンプ装置２の構成を示す図である。図５に示すように、変形例１のヒートポンプ装置２は、バイパス配管Ｌ３に対応するバイパス配管Ｌ１３が、中間配管Ｌ２の中間接続点Ｐ１１ではなく、気液分離器１４の気液接続点Ｐ１３に直接接続されている。その他の構成はヒートポンプ装置１と同じである。

＜変形例２＞
図６は、本発明の実施の形態の変形例２であるヒートポンプ装置３の構成を示す図である。図６に示すように、変形例２のヒートポンプ装置３は、開閉弁Ｖ３が、中間配管Ｌ２上で可能な限り中間配管接続口Ｐ２０側に配置されるとともに、開閉弁Ｖ４が、蒸発配管Ｌ１０上で可能な限り低段圧縮機１１の吸入口Ｐ４側に配置される。そして、バイパス配管Ｌ３の蒸発接続点Ｐ１０に対応するバイパス配管Ｌ２３の中間接続点Ｐ１４は、可能な限り開閉弁Ｖ４側に設けられ、バイパス配管Ｌ３の中間接続点Ｐ１１に対応するバイパス配管Ｌ２３の中間接続点Ｐ１４は、可能な限り開閉弁Ｖ３側に設けられる。

変形例２では、蒸発器１５で予熱された冷媒は、蒸発器１５の冷媒出口Ｐ５４と低段圧縮機１１の吸入口Ｐ４との間の蒸発配管Ｌ１０上を長い範囲で通過するとともに、中間配管Ｌ２上を長い範囲で通過する。この結果、冷媒の予熱とともに、蒸発配管Ｌ１０及び中間配管Ｌ２をも予熱することができ、装置の起動時間をさらに短縮することができる。

＜変形例３＞
図７は、本発明の実施の形態の変形例３であるヒートポンプ装置４の構成を示す図である。図７に示すように、変形例３のヒートポンプ装置４は、気液分離器１４の液相冷媒出口Ｐ１から導出された液相中間圧冷媒と蒸発器１５から導出された低圧冷媒との熱交換を行う内部熱交換器１６をさらに備える。バイパス配管Ｌ３３は、内部熱交換器１６の低圧冷媒吐出口Ｐ１６と低段圧縮機１１の吸入口Ｐ４との間を接続する後段蒸発配管Ｌ１０ｂ上であって、低圧冷媒吐出口Ｐ１６と開閉弁Ｖ４との間の後段蒸発接続点Ｐ１２と、中間配管Ｌ２上の中間接続点Ｐ１１とを接続する。その他の構成は、ヒートポンプ装置１と同じ構成である。この場合、装置停止時の閉回路は、蒸発器１５、蒸発器１５の冷媒出口Ｐ５４と内部熱交換器１６との間を接続する前段蒸発配管Ｌ１０ａ、内部熱交換器１６、後段蒸発配管Ｌ１０ｂ、バイパス配管Ｌ３３、中間配管Ｌ２、気液分離器１４、低段膨張配管Ｌ１を介した経路となる。この内部熱交換器１６を設けることにより、低段圧縮機１１に導入される冷媒がさらに効率よく加熱されることになる。

＜変形例４＞
図８は、本発明の実施の形態の変形例４であるヒートポンプ装置５の構成を示す図である。図８に示すように、変形例４のヒートポンプ装置５は、ヒートポンプ装置４の内部熱交換器１６を三流体熱交換器２６としている。三流体熱交換器２６は、気液分離器１４の液相冷媒出口Ｐ１から導出された液相中間圧冷媒と、蒸発器１５から導出された低圧冷媒と、排温水Ｈとの間の熱交換を行う。すなわち、三流体熱交換器２６は、内部熱交換器１６の熱交換機能に加え、排温水Ｈとの間の熱交換機能を備えている。

排温水Ｈは、熱源水導入配管Ｌ１７を介して蒸発器１５の温水入口Ｐ５１に導入され、温水出口Ｐ５２に接続される熱源水導出配管Ｌ１８を介して導出される。三流体熱交換器２６の温水入口Ｐ３１には、熱源水導入配管Ｌ１７上の前段分岐点Ｐ３０との間を接続する前段分岐配管Ｌ１７ａを介して排温水Ｈが導入可能である。また、三流体熱交換器２６の温水出口Ｐ３２には、熱源水導入配管Ｌ１７上の後段分岐点Ｐ３３との間を接続する後段分岐配管Ｌ１７ｂが接続され、三流体熱交換器２６から後段分岐配管Ｌ１７ｂを介して排温水Ｈを熱源水導入配管Ｌ１７に導出可能である。

後段分岐配管Ｌ１７ｂ上には開閉弁Ｖ６が設けられている。また、前段分岐点Ｐ３０と後段分岐点Ｐ３３との間の熱源水導入配管Ｌ１７上には開閉弁Ｖ７が設けられている。

起動後から定常運転状態の間は、開閉弁Ｖ６を閉にし、開閉弁Ｖ７を開にし、排温水Ｈが三流体熱交換器２６をバイパスし、蒸発器１５に熱を供給する。なお、排温水Ｈをバイパスさせるのは、排温水Ｈの温度よりも、液相冷媒出口Ｐ１から導出された液相中間圧冷媒の温度の方が高いからである。一方、装置停止の間は、開閉弁Ｖ６を開に、開閉弁Ｖ７を閉にし、排温水Ｈが三流体熱交換器２６及び蒸発器１５に熱を供給する。

これにより、内部熱交換器として機能する三流体熱交換器２６は、装置停止時、排温水Ｈによって予熱され、冷媒の予熱も加えて、装置の起動時間をさらに短縮することができる。

＜変形例５＞
図９は、本発明の実施の形態の変形例５であるヒートポンプ装置６の構成を示す図である。図９に示すように、変形例５のヒートポンプ装置６は、ヒートポンプ装置５の凝縮器１３を三流体熱交換器２３としている。三流体熱交換器２３は、高段圧縮機１２から導入された高圧冷媒と、被加熱水Ｗと、蒸発器１５の温水出口Ｐ５２から熱源水導出配管Ｌ６０を介して導入された排温水Ｈとの間の熱交換を行う。すなわち、三流体熱交換器２３は、凝縮器１３の熱交換機能に加え、排温水Ｈとの間の熱交換機能を備えている。

排温水Ｈは、熱源水導出配管Ｌ６０を介して三流体熱交換器２３の温水入口Ｐ６０に導入され、温水出口Ｐ６１から熱源水排出配管Ｌ６２を介して排出される。熱源水導出配管Ｌ６０上の前段温水分岐点Ｐ７０と熱源水排出配管Ｌ６２上の後段温水分岐点Ｐ７１との間には、三流体熱交換器２３をバイパスする温水バイパス配管Ｌ６１が接続される。前段温水分岐点Ｐ７０と温水入口Ｐ６０との間の熱源水導出配管Ｌ６０上には開閉弁Ｖ８が設けられる。また、温水バイパス配管Ｌ６１上には開閉弁Ｖ９が設けられる。

起動後から定常運転状態の間は、開閉弁Ｖ８を閉にし、開閉弁Ｖ９を開にし、排温水Ｈが三流体熱交換器２３をバイパスする。なお、排温水Ｈをバイパスさせるのは、排温水Ｈ温度よりも、高段圧縮機１２から導入された高圧冷媒の温度の方が高いからである。一方、装置停止の間は、開閉弁Ｖ８を開に、開閉弁Ｖ９を閉にし、排温水Ｈが三流体熱交換器２３に熱を供給する。

これにより、凝縮器として機能する三流体熱交換器２３は、装置停止時、排温水Ｈによって予熱され、冷媒の予熱も加えて、装置の起動時間をさらに短縮することができる。

なお、上記の実施の形態及び変形例で図示した各構成は機能概略的なものであり、必ずしも物理的に図示の構成をされていることを要しない。すなわち、各装置及び構成要素の分散・統合の形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を各種の使用状況などに応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。

１〜６ ヒートポンプ装置
７ 温水流通経路
１０ 圧縮機
１１ 低段圧縮機
１２ 高段圧縮機
１３ 凝縮器
１４ 気液分離器
１５ 蒸発器
１６ 内部熱交換器
２３，２６ 三流体熱交換器
３４ 温水経路
３５ 各冷媒経路
Ａ 方向
Ｃ 制御部
Ｃ１ 定常運転制御部
Ｃ２ ポンプダウン制御部
Ｃ３ 起動前制御部
Ｈ 排温水
Ｌ１ 低段膨張配管
Ｌ１０ 蒸発配管
Ｌ１０ａ 前段蒸発配管
Ｌ１０ｂ 後段蒸発配管
Ｌ１７ 熱源水導入配管
Ｌ１７ａ 前段分岐配管
Ｌ１７ｂ 後段分岐配管
Ｌ１８ 熱源水導出配管
Ｌ２ 中間配管
Ｌ２０ 圧縮機接続配管
Ｌ３，Ｌ１３，Ｌ２３，Ｌ３３ バイパス配管
Ｌ６０ 熱源水導出配管
Ｌ６１ 温水バイパス配管
Ｌ６２ 熱源水排出配管
Ｐ１ 液相冷媒出口
Ｐ１０ 蒸発接続点
Ｐ１１，Ｐ１４ 中間接続点
Ｐ１２ 後段蒸発接続点
Ｐ１３ 気液接続点
Ｐ１６ 低圧冷媒吐出口
Ｐ２ 気相冷媒出口
Ｐ２０ 中間配管接続口
Ｐ３０ 前段分岐点
Ｐ３１，Ｐ５１，Ｐ６０ 温水入口
Ｐ３２，Ｐ５２，Ｐ６１ 温水出口
Ｐ３３ 後段分岐点
Ｐ４，Ｐ６ 吸入口
Ｐ５ 吐出口
Ｐ５３ 冷媒入口
Ｐ５４ 冷媒出口
Ｐ７０ 前段温水分岐点
Ｐ７１ 後段温水分岐点
ＰＬ１，ＰＬ２ 位置
Ｖ１ 高段膨張弁
Ｖ２ 低段膨張弁
Ｖ３〜Ｖ９ 開閉弁
Ｗ 被加熱水
ΔＰＬ 位置差

Claims (8)

1. 熱源水から回収した熱で低圧冷媒を蒸発させる蒸発器と、低圧冷媒を中間圧に圧縮する低段圧縮機と、中間圧冷媒を高圧に圧縮する高段圧縮機と、高圧冷媒を凝縮させ被加熱媒体を加熱する凝縮器と、前記凝縮器によって凝縮された高圧冷媒を減圧膨張して前記中間圧にする高段膨張弁と、前記高段膨張弁からの気液二相冷媒を気液分離する気液分離器と、前記気液分離器の液相冷媒出口と前記蒸発器との間を接続する低段膨張配管上に設けられ前記気液分離器の液相冷媒出口から導入された液相中間圧冷媒を減圧膨張して低圧にする低段膨張弁と、前記気液分離器の気相中間圧冷媒を前記低段圧縮機の吐出口と前記高段圧縮機の吸入口との間に導入する中間配管とを備えた二段圧縮二段膨張サイクルのヒートポンプ装置において、
   前記蒸発器の冷媒出口と前記低段圧縮機の吸入口とを接続する蒸発配管から前記気液分離器へ冷媒を導入可能とするバイパス配管と、
   装置停止中に、少なくとも前記蒸発器、前記バイパス配管、前記気液分離器及び前記低段膨張配管を冷媒が循環可能とする閉回路を形成する制御部と、
   を備え、
   前記蒸発器の冷媒出口は、前記気液分離器の液相冷媒出口よりも鉛直下方に配置されたことを特徴とするヒートポンプ装置。
2. 前記制御部は、装置停止の指示を受けた場合、冷媒を前記蒸発器に貯留するポンプダウンを行った後に前記閉回路を形成することを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ装置。
3. 前記バイパス配管上に設けられた第１の開閉弁と、
   前記中間配管上に設けられた第２の開閉弁と、
   前記蒸発配管上に設けられた第３の開閉弁と、
   を備え、
   前記バイパス配管は、前記第３の開閉弁よりも前記蒸発器側の前記蒸発配管から、前記第２の開閉弁よりも前記気液分離器側の前記中間配管に接続され、
   前記制御部は、前記閉回路内の冷媒を予熱する場合、前記高段膨張弁、前記第２の開閉弁及び前記第３の開閉弁を閉にし、前記低段膨張弁を全開にするとともに前記第１の開閉弁を開にすることを特徴とする請求項１または２に記載のヒートポンプ装置。
4. 前記バイパス配管上に設けられた第１の開閉弁と、
   前記中間配管上に設けられた第２の開閉弁と、
   前記蒸発器の冷媒出口と前記低段圧縮機の吸入口との間を接続する蒸発配管上に設けられた第３の開閉弁と、
   を備え、
   前記バイパス配管は、前記第３の開閉弁よりも前記蒸発器側の前記蒸発配管から、前記気液分離器に直接接続され、
   前記制御部は、前記閉回路内の冷媒を予熱する場合、前記高段膨張弁、前記第２の開閉弁及び前記第３の開閉弁を閉にし、前記低段膨張弁を全開にするとともに前記第１の開閉弁を開にすることを特徴とする請求項１または２に記載のヒートポンプ装置。
5. 前記第２の開閉弁は、前記中間配管上であって、前記低段圧縮機の吐出口と前記高段圧縮機の吸入口との間を接続する圧縮機接続配管に前記中間配管を接続する中間配管接続口側に配置され、
   前記第３の開閉弁は、前記低段圧縮機の吸入口側の前記蒸発配管上に配置され、
   前記バイパス配管は、前記第３の開閉弁側から前記第２の開閉弁側に接続されることを特徴とする請求項３または４に記載のヒートポンプ装置。
6. 前記低段膨張配管の冷媒と前記蒸発配管の冷媒との熱交換を行う内部熱交換器を備え、
   前記バイパス配管は、前記内部熱交換器の冷媒出口と前記低段圧縮機の吸入口とを接続する後段蒸発配管から前記気液分離器へ冷媒を導入可能に接続され、
   前記制御部は、装置停止中に、少なくとも前記蒸発器、前記内部熱交換器、前記バイパス配管、前記気液分離器及び前記低段膨張配管を冷媒が循環可能とする閉回路を形成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のヒートポンプ装置。
7. 前記内部熱交換器は、前記低段膨張配管の冷媒と前記蒸発配管の冷媒と前記熱源水を前記蒸発器に導入する熱源水導入配管の熱源水との間の熱交換を行う三流体熱交換器であり、
   前記バイパス配管は、前記三流体熱交換器の冷媒出口と前記低段圧縮機の吸入口とを接続する三流体後段蒸発配管から前記気液分離器への冷媒を導入可能に接続され、
   前記制御部は、定常運転時に、前記熱源水を前記三流体熱交換器に供給せず、装置停止中に、前記熱源水を前記三流体熱交換器に供給し、少なくとも前記蒸発器、前記三流体熱交換器、前記バイパス配管、前記気液分離器及び前記低段膨張配管を冷媒が循環可能とする閉回路を形成することを特徴とする請求項６に記載のヒートポンプ装置。
8. 前記凝縮器は、前記高段圧縮機から導入された冷媒と前記被加熱媒体と前記蒸発器から導入される熱源水との間の熱交換を行う三流体熱交換凝縮器であり、
   前記制御部は、定常運転時に、前記蒸発器から導入される前記熱源水を前記三流体熱交換凝縮器に供給せず、装置停止中に、前記蒸発器から導入される前記熱源水を前記三流体熱交換凝縮器に供給し、前記三流体熱交換凝縮器を予熱することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のヒートポンプ装置。

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