JP4417396B2 - Heat pump equipment - Google Patents
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- F25B2309/06—Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide
- F25B2309/061—Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide with cycle highest pressure above the supercritical pressure
Description
本発明はヒートポンプ装置、特に、冷凍サイクルを構成する冷媒回路と、該冷媒回路に熱的に接続された貯水回路とを有するヒートポンプ装置に関するものである。 The present invention relates to a heat pump device, and more particularly to a heat pump device having a refrigerant circuit constituting a refrigeration cycle and a water storage circuit thermally connected to the refrigerant circuit.
圧縮機と、放熱器と、膨張弁と、蒸発器と、冷媒容器と、を順次接続して冷凍サイクルを構成する冷媒回路と、放熱器において熱的に接続され、放熱器において昇温した水を蓄えるための貯湯槽と、水ポンプを順次接続してなる貯水回路と、によって構成されるヒートポンプ装置が知られている。
そして、ヒートポンプ装置における除霜方法として、除霜運転時に膨張弁開度を大きくし、かつ水ポンプを停止させることにより、除霜中の放熱器への放熱量を抑制して除霜を行う発明が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
A compressor, a radiator, an expansion valve, an evaporator, and a refrigerant container are sequentially connected to form a refrigerant circuit that constitutes a refrigeration cycle, and water that is thermally connected in the radiator and heated in the radiator There is known a heat pump device that includes a hot water storage tank for storing water and a water storage circuit formed by sequentially connecting water pumps.
And as a defrosting method in the heat pump device, the defrosting is performed by increasing the expansion valve opening during the defrosting operation and stopping the water pump to suppress the heat radiation to the radiator during defrosting. Is disclosed (for example, see Patent Document 1).
また、二酸化炭素を冷媒として、圧縮機、放熱器、放熱器出口と吸入ラインとを熱交換する内部熱交換器、減圧器、蒸発器を有する主回路と、放熱器の入口と出口とを開閉弁を介してバイパスするバイパス回路と、蒸発器の温度を検出する蒸発温度検出手段と、圧縮機の吸入温度を検出する吸入温度検出手段と、を備えたヒートポンプ装置が開示されている。かかるヒートポンプ装置は、吸入温度が蒸発温度よりも低い場合に、バイパス弁を開いて内部熱交換器の入口温度を上昇させ、内部熱交換器における熱交換量を大きくすることにより、圧縮機吸入冷媒温度が上昇して、圧縮機への液バックを防止するものである(例えば、特許文献2参照)。 Also, using carbon dioxide as a refrigerant, the compressor, radiator, main circuit with internal heat exchanger, decompressor, and evaporator for exchanging heat between the radiator outlet and the suction line, and opening and closing the radiator inlet and outlet There is disclosed a heat pump device including a bypass circuit that bypasses through a valve, an evaporation temperature detection means that detects the temperature of the evaporator, and an intake temperature detection means that detects the intake temperature of the compressor. In such a heat pump device, when the intake temperature is lower than the evaporation temperature, the bypass valve is opened to increase the inlet temperature of the internal heat exchanger, and the heat exchange amount in the internal heat exchanger is increased, whereby the refrigerant sucked into the compressor The temperature rises to prevent liquid back to the compressor (see, for example, Patent Document 2).
しかしながら、特許文献1に開示されたヒートポンプ装置は、膨張弁を全開近くまで開くことにより吐出温度の上昇を困難にするため、水ポンプを停止しても放熱器内の水は沸騰しにくいが、除霜に必要な熱源である圧縮機入力も増加しない。また、圧縮機への液バックを防止するために圧縮機の吸入側に冷媒容器が必要となり、冷媒容器追加に伴う製造コストがアップするという問題や、封入冷媒量が増加するという問題があった。
However, since the heat pump device disclosed in
また、特許文献2に開示されたヒートポンプ装置は、蒸発器へ霜が付着して蒸発器の性能が低下しても、吸入温度が蒸発温度以上であればバイパス弁を開かない場合が発生する。このため、除霜運転中に圧縮機の熱量が放熱器で放熱され、蒸発器に付着した霜を融かすための熱量が低下することにより、除霜時間が長くなり、ヒートポンプ装置の低外気における時間当りの運転効率が悪化するという問題があった。
Further, in the heat pump device disclosed in
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、除霜運転時に余剰冷媒が発生しても、冷媒容器を用いずに圧縮機への液バックを抑制し、かつ放熱器内の水を沸騰させずに圧縮機入力を大きくして除霜時間を短くし、低外気における時間当りの運転効率を向上させることができるヒートポンプ装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problem, and even if surplus refrigerant is generated during the defrosting operation, the liquid back to the compressor is suppressed without using the refrigerant container, and the inside of the radiator is An object of the present invention is to obtain a heat pump device that can increase the compressor input without boiling water to shorten the defrosting time and improve the operation efficiency per hour in low outside air.
本発明に係るヒートポンプ装置は、冷凍サイクルを形成する主回路と、該主回路の一部をバイパスする熱回収路と、を有するヒートポンプ装置であって、
前記主回路が、冷媒を圧縮する圧縮機と、
該圧縮機において圧縮された冷媒の温熱を放出させる、熱回収用熱交換器を構成する熱回収器高圧部と、
該熱回収器高圧部を経由した冷媒の温熱を放出させる放熱器と、
該放熱器を経由した冷媒の温熱を放出させる、高低圧熱交換器を構成する熱交換器高圧部と、
該熱交換器高圧部を経由した冷媒を減圧する減圧装置と、
該減圧装置において減圧された冷媒に温熱を受け渡す吸熱器と、
該吸熱器を経由した冷媒に前記熱交換器高圧部において放出された温熱を受け入れる、高低圧熱交換器を構成する熱交換器低圧部と、
前記圧縮機、前記熱回収器高圧部、前記放熱器、前記熱交換器高圧部、前記減圧装置、前記吸熱器、前記熱交換器低圧部、および前記圧縮機を順次接続する主配管と、を具備し、
前記熱回収路が、流入しようとする冷媒を通過または停止させる熱回収用開閉弁と、
該熱回収用開閉弁を通過した冷媒に前記熱回収器高圧部において放出された温熱を受け入れる、熱回収用熱交換器を構成する熱回収器低圧部と、
前記主回路の熱交換器高圧部と減圧装置との間、前記熱回収用開閉弁、前記熱回収器低圧部、および前記主回路の減圧装置と吸熱器との間、を順次接続する熱回収用配管と、を具備する。
The heat pump device according to the present invention is a heat pump device having a main circuit that forms a refrigeration cycle, and a heat recovery path that bypasses a part of the main circuit,
The main circuit is a compressor for compressing refrigerant;
A heat recovery unit high-pressure part that constitutes a heat recovery heat exchanger that releases the heat of the refrigerant compressed in the compressor;
A radiator that releases the heat of the refrigerant via the high-pressure portion of the heat recovery unit;
A heat exchanger high-pressure section that constitutes a high-low pressure heat exchanger that discharges the heat of the refrigerant via the radiator, and
A decompression device that decompresses the refrigerant that has passed through the heat exchanger high-pressure section;
A heat absorber that transfers the heat to the refrigerant decompressed in the decompression device;
A heat exchanger low-pressure section constituting a high-low pressure heat exchanger that receives the heat released in the high-pressure section of the heat exchanger into the refrigerant passing through the heat absorber;
The compressor, the heat recovery unit high pressure section, the radiator, the heat exchanger high pressure section, the pressure reducing device, the heat absorber, the heat exchanger low pressure section, and a main pipe that sequentially connects the compressor, Equipped,
A heat recovery on-off valve for allowing the heat recovery path to pass or stop the refrigerant to be introduced; and
Accept heat which is Oite released to the heat recovery unit high-pressure part in the refrigerant passing through the heat recovery-off valve, and the heat recovery unit low pressure portion constituting the heat recovery heat exchanger,
Heat recovery sequentially connecting between the high pressure section of the heat exchanger of the main circuit and the decompressor, the on- off valve for heat recovery, the low pressure section of the heat recovery unit, and the decompressor of the main circuit and the heat absorber. Piping.
本発明に係るヒートポンプ装置は、前記熱回収路を有するため、蒸発器に付着した霜を融かすために行う除霜運転時において、余剰冷媒が発生しても冷媒容器を用いずに圧縮機への液バックを抑制することができると共に、放熱器内の水を沸騰させることなく圧縮機入力を大きくすることができるため、除霜時間が短くなり、ヒートポンプ装置の低外気における時間当りの運転効率が向上する。 Since the heat pump device according to the present invention has the heat recovery path, even when surplus refrigerant is generated during the defrosting operation performed to melt the frost adhering to the evaporator, the refrigerant pump is not used and the compressor is used. As the compressor input can be increased without boiling the water in the radiator, the defrosting time is shortened, and the operating efficiency per hour in the low outside air of the heat pump device Will improve.
[実施の形態1]
図1は本発明の実施形態1に係るヒートポンプ装置を示す構成図である。図1において、ヒートポンプ装置100は、二酸化炭素(以下CO2)を冷媒とした給湯機であって、主回路50mおよび熱回収路50sとを備えた熱源装置50と、熱源装置50から温熱を受け入れる貯湯装置60と、これらを制御する制御装置40と、から構成されている。
なお、本発明は給湯機に限定されるものではなく、たとえば、貯湯装置60に替えて空気を調和する空調装置を設置してもよい。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a heat pump apparatus according to
In addition, this invention is not limited to a water heater, For example, it may replace with the hot
(主回路)
主回路50mは、冷媒を圧縮する圧縮機1と、圧縮機1において圧縮された冷媒の温熱を放出させる熱回収用熱交換器6を構成する熱回収器高温部6aと、熱回収器高温部6aを経由した冷媒の温熱を放出させる放熱器(以下「水熱交換器」と称す)2を構成する放熱器高温部2aと、放熱器高温部2aを経由した冷媒の温熱を放出させる、高低圧熱交換器5を構成する熱交換器高温部5aと、熱交換器高温部5aを経由した冷媒を減圧する減圧装置(以下「膨張弁」と称す)3と、膨張弁3において減圧された冷媒に温熱を受け渡す吸熱器(以下「空気熱交換器」と称す)4と、空気熱交換器4を経由した冷媒に熱交換器高温部5aにおいて放出された温熱を受け入れる高低圧熱交換器5を構成する熱交換器低圧部5bと、を有している。
なお、空気熱交換器4では、ファン4fによって送られた大気から温熱を吸収(大気に冷熱を放出)している。
(Main circuit)
The
The
そして、圧縮機1、熱回収用熱交換器6の熱回収器高温部6a、水熱交換器2の放熱器高温部2a、高低圧熱交換器5の熱交換器高温部5a、膨張弁3、空気熱交換器4、高低圧熱交換器5の熱交換器低圧部5b、および圧縮機1を順次接続する主配管16、62、25、53、34、45、51と、を具備している。
なお、構成要素Jと構成要素Kとを連結する配管を「主配管JK」、たとえば、圧縮機1と熱回収用熱交換器6の熱回収器高温部6aとを連結する配管を「主配管16」としている。
The
Note that the pipe connecting the component J and the component K is “main pipe JK”, for example, the pipe connecting the
(熱回収路)
熱回収路50sは、流入しようとする冷媒を通過または停止させる熱回収用開閉弁57vと、熱回収用開閉弁57vを通過した冷媒を減圧する熱回収用減圧装置(以下「キャピラリ」と称す)7と、キャピラリ7において減圧された冷媒に熱回収器高温部6aにおいて放出された温熱を受け入れる熱回収用熱交換器6を構成する熱回収器低圧部6bと、を有している。
そして、主回路50mの主配管53(熱交換器高温部5aと膨張弁3とを連結している)に設けられた分岐部P53とキャピラリ7とを連結する熱回収用配管57と、キャピラリ7と熱回収器低圧部6bとを連結する熱回収用配管76と、熱回収器低圧部6bと主回路50mの主配管34(膨張弁3と空気熱交換器4とを連結している)に設けられた合流部P34とを連結する熱回収用配管64と、を有している。なお、熱回収用開閉弁57vは熱回収用配管57に設置されている。
(Heat recovery path)
The
Then, a
(貯湯装置)
貯湯装置60は、水熱交換器2の放熱器高温部2aにおいて放熱された温熱を受け入れる水熱交換器2を構成する放熱器低温部(以下「水加熱部」と称す)2bと、水熱交換器2において加熱された水を貯留する貯湯タンク9と、水熱交換器2へ送水する水ポンプ8とを有している。
そして、水加熱部2bと水ポンプ8とが水配管28によって連結され、水ポンプ8と貯湯タンク9とが水配管89によって連結され、貯湯タンク9と水加熱部2bとが水配管92によって連結され、貯水回路60mが形成されている。
また、水配管92には循環弁92vが設置されている。さらに、水配管92は、循環弁92vと水加熱部2bとの間において分岐し、該分岐部に給水弁92wが設置されている。
したがって、循環弁92vと給水弁92wとの開閉を切り替えることによって、貯湯タンク9内の湯量を増加させる貯湯運転(循環弁92v閉、給水弁92w開)と、貯湯タンク9内の水温を保つ保温運転(循環弁92v開、給水弁92w閉)とを、選択的に実行することができる。
(Hot water storage device)
The hot
The
The
Accordingly, by switching between opening and closing of the
(制御装置)
制御装置40は、熱源装置50内には、空気熱交換器4の入口冷媒温度を検知する蒸発温度検知手段30aと、空気熱交換器4の周囲空気温度を検知する外気温度検知手段30bと、熱回収用開閉弁57v、ファン4f、膨張弁3、圧縮機1、水ポンプ8、循環弁92vおよび給水弁92wを制御するものであって、運転状態に合わせて熱源装置50および貯湯装置60を制御できる機能を有する。
(Control device)
The
(貯湯運転)
図2は、図1に示すヒートポンプ装置における貯湯運転中のサイクル状態について説明するモリエル線図である。図2において、L301(実線)および1、2、3、4、5、6、7は貯湯運転における冷媒状態を示し、L302(一点鎖線)は外気温度相当の飽和圧力を示している。貯湯運転時は、圧縮機1から吐出した高温高圧冷媒(2)は、熱回収用熱交換器6を通過して水熱交換器2へ流入する(3)。
水熱交換器2では、冷媒が貯湯回路60mを循環する水へ放熱(温熱を受け渡すに同じ)しながら温度低下することで貯湯装置60を循環する水を昇温する。
水熱交換器2から流出した冷媒(4)は、高低圧熱交換器5で放熱してさらに温度が低下し(5)、膨張弁3によって減圧され(6)、低温低圧冷媒となる。そして、かかる低温低圧冷媒は空気熱交換器4で空気から温熱を吸熱し蒸発する(7)。空気熱交換器4から流出した冷媒は、高低圧熱交換器5で加熱されてガス化し(1)、圧縮機1に吸引されサイクルを形成する。
(Hot water storage operation)
FIG. 2 is a Mollier diagram for explaining the cycle state during the hot water storage operation in the heat pump apparatus shown in FIG. 1. In FIG. 2, L301 (solid line) and 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 indicate refrigerant states in hot water storage operation, and L302 (dashed line) indicates a saturation pressure corresponding to the outside air temperature. During the hot water storage operation, the high-temperature and high-pressure refrigerant (2) discharged from the
In the
The refrigerant (4) flowing out of the
ところが、外気温度が低い場合、例えば0℃以下の条件における貯湯運転では、空気熱交換器4の表面温度が低下するため空気熱交換器4の表面に霜が付着して熱交換効率が低下し、空気熱交換器4の冷媒温度が低下する。
さらに、貯湯運転を続けると空気熱交換器4に付着した霜が成長し、水熱交換器2で効率良く加熱を行うための十分な熱量を外気から吸熱することができなくなる。そのため、蒸発温度検知手段30aで検知した蒸発温度が所定値以下になると、制御装置40によって熱回収用開閉弁57vが開けられ、熱源装置50は除霜準備運転の後、除霜運転を開始することになる。
However, when the outside air temperature is low, for example, in the hot water storage operation under the condition of 0 ° C. or less, the surface temperature of the
Furthermore, if the hot water storage operation is continued, frost attached to the
(除霜準備運転)
図3は、図1に示すヒートポンプ装置における除霜準備運転中のサイクル状態について説明するモリエル線図である。図3において、L301(実線)および1、2、3、4、5、6、6x、6y、7は除霜準備運転中の冷媒状態を示し、L302(一点鎖線)は外気温度相当の飽和圧力を示している。除霜準備運転を開始し、熱回収用開閉弁57vを開くことにより、高低圧熱交換器5と膨張弁3の間の分岐部P53から冷媒の一部が分岐し、熱回収路50sへ冷媒が流れ、熱回収用開閉弁57vを通過しキャピラリ7で減圧された低温低圧冷媒(6x)が熱回収用熱交換器6へ流入する。
この時、圧縮機1から吐出した高温高圧冷媒(2)は、熱回収用熱交換器6へ流入し、熱回収用熱交換器6において熱回収路50s側の冷媒へ放熱し、圧縮機1から吐出した冷媒よりも温度の低い状態(3)で水熱交換器2へ流入する。その後、水熱交換器2に流入して貯水回路60mの水へ放熱し(4)、さらに高低圧熱交換器5で放熱して低温高圧冷媒(5)となり膨張弁3で減圧される(6x)。
(Defrost preparation operation)
FIG. 3 is a Mollier diagram illustrating the cycle state during the defrost preparation operation in the heat pump apparatus shown in FIG. 1. In FIG. 3, L301 (solid line) and 1, 2, 3, 4, 5, 6, 6x, 6y, and 7 indicate refrigerant states during the defrost preparation operation, and L302 (dashed line) indicates a saturation pressure corresponding to the outside air temperature. Is shown. By starting the defrosting preparation operation and opening the heat recovery on-off
At this time, the high-temperature and high-pressure refrigerant (2) discharged from the
そして、膨張弁3と空気熱交換器4の間の合流部P34(分岐部に同じ)において、膨張弁3から流出する冷媒(6x) と、熱回収用熱交換器6で加熱された冷媒(6y)とが合流し、空気熱交換器4へ流入する(6)。
除霜準備運転中では、蒸発温度は上昇するが、外気温度よりも低いため空気熱交換器4で冷媒は蒸発する(7)。そして、空気熱交換器4から流出した冷媒は、高低圧熱交換器5で加熱され、ガス化した冷媒(1)が圧縮機1に吸引されサイクルを形成する。
Then, at the junction P34 between the
During the defrost preparation operation, the evaporation temperature rises, but since it is lower than the outside air temperature, the refrigerant evaporates in the air heat exchanger 4 (7). And the refrigerant | coolant which flowed out from the
その後、水熱交換器2へ流入する冷媒(3)の温度はさらに低下し、水熱交換器2から流出する冷媒(4)の温度及び蒸発温度は上昇を続け、圧縮機1の入力よりも水熱交換器2の熱交換量が小さくなり、空気熱交換器4で冷媒から空気へ放熱が起こり、図4に示す除霜運転時のサイクル状態となり、除霜運転へ切り替わる。
Thereafter, the temperature of the refrigerant (3) flowing into the
(除霜運転)
図4は、図1に示すヒートポンプ装置における除霜運転中のサイクル状態について説明するモリエル線図である。図4において、L301および1、2、3、4、5、6、6x、6y、7は除霜運転における冷媒状態を示し、L302(一点鎖線)は外気温度相当の飽和圧力を示している。除霜運転中は、空気熱交換器4を流通する冷媒温度が外気温度L302以上となるため、冷媒の熱が空気側へ放熱されて、空気熱交換器4の出口における冷媒の乾き度が低下する(7)。
その結果、貯湯運転時よりも空気熱交換器4内に存在する冷媒量が増加することで余剰冷媒が処理され、圧縮機1から吐出する冷媒圧力上昇が抑制されることになる。そして、空気熱交換器4を流出した二相冷媒は高低圧熱交換器5の熱交換器低圧部5bにおいて、熱交換器高温部5aへ流入する高温高圧冷媒から温熱を受け入れて加熱され、ガス化し(1)、圧縮機1へ吸引されサイクルを形成する。
(Defrosting operation)
FIG. 4 is a Mollier diagram illustrating the cycle state during the defrosting operation in the heat pump apparatus shown in FIG. 1. In FIG. 4, L301, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 6x, 6y, and 7 indicate refrigerant states in the defrosting operation, and L302 (dashed line) indicates a saturation pressure corresponding to the outside air temperature. During the defrosting operation, since the temperature of the refrigerant flowing through the
As a result, the amount of refrigerant existing in the
以上のように、貯湯運転と除霜運転とではサイクル状態が異なり、貯湯運転と除霜運転をつなぐ運転である除霜準備運転によって、サイクル状態を変えていく操作が必要となる。以下に、かかる運転の切り替え方法について説明する。 As described above, the cycle state is different between the hot water storage operation and the defrosting operation, and an operation for changing the cycle state is required by the defrost preparation operation which is an operation connecting the hot water storage operation and the defrosting operation. The operation switching method will be described below.
(運転切り替え方法)
図5は、図1に示すヒートポンプ装置における運転の切り替え方法について説明するためのフローチャートである。前述したように、貯湯運転時に空気熱交換器4に霜が付着すると、蒸発温度(Tei)が低下する。
よって、空気熱交換器4への着霜状態を蒸発温度で判定することができるため、蒸発温度検知手段30aで検知した蒸発温度(Tei)が所定値(T1)以下になると(S102)、制御装置40が除霜準備運転開始を判断し、熱回収用開閉弁57vを開いて除霜準備運転を開始する(S103)。
そして、蒸発温度(Tei)が所定値(Tx)以上になると(S104)、除霜運転へ切り替わる(S105)。除霜運転において空気熱交換器4に付着した霜が融けると蒸発温度(Tei)が上昇し、蒸発温度(Tei)が所定値(T2)以上になると(S106)、再び貯湯運転へ切り替わり(S107)、貯湯を開始する。
(Operation switching method)
FIG. 5 is a flowchart for explaining the operation switching method in the heat pump apparatus shown in FIG. 1. As described above, when frost adheres to the
Therefore, since the frosting state on the
When the evaporation temperature (Tei) becomes equal to or higher than the predetermined value (Tx) (S104), the operation is switched to the defrosting operation (S105). When the frost adhering to the
除霜準備運転から除霜運転へ切り替わるための基準となる目標蒸発温度Txは、空気熱交換器4に付着した霜が融ける温度以上であればよく、外気が0℃以上の場合は、例えば氷の融点である0℃とする。もしくは、空気熱交換器4に付着した霜は外気温度に近づくため、外気が0℃以下の場合は外気温度でもよい。
The target evaporation temperature Tx that serves as a reference for switching from the defrost preparation operation to the defrost operation may be equal to or higher than the temperature at which the frost attached to the
(アクチュエータ制御方法:除霜準備運転)
図6〜図8は、図1に示すヒートポンプ装置における各アクチュエータの制御方法について説明するためのものであって、図6はタイムチャート、図7および図8は圧縮機1および膨張弁3の具体的な制御例である。
図6において、除霜準備運転では、除霜運転時間短縮のため、早く蒸発温度を所定値以上にすることが重要である。そのために、熱源装置50内の圧縮機1、膨張弁3およびファン4fと、貯湯装置60内の水ポンプ8を、制御装置40を用いて制御する。
熱回収用開閉弁57vを開いて貯湯運転から除霜準備運転へ切り替わると(P1)、圧縮機1の回転数を低下させ、膨張弁3の開度を大きくすることにより、空気熱交換器4内の冷媒量が増加し、蒸発温度が上昇する。この時、ファン4fを稼動させておくことにより、空気熱交換器4の出口における冷媒乾き度が急激に低下して圧縮機1へ液バックしないようにする。
(Actuator control method: Defrost preparation operation)
6 to 8 are for explaining a control method of each actuator in the heat pump apparatus shown in FIG. 1, FIG. 6 is a time chart, and FIGS. 7 and 8 are specific examples of the
In FIG. 6, in the defrost preparation operation, it is important to quickly set the evaporation temperature to a predetermined value or more in order to shorten the defrost operation time. For this purpose, the
When the heat recovery on-off
図7において、圧縮機1の回転数および膨張弁3の開度を除霜運転開始と同時に大きく変化させると、空気熱交換器4内の冷媒量が急激に増加し、過渡的に圧縮機1の入口における冷媒乾き度が1以下(L304)となり、圧縮機1へ液バックする。
そこで、圧縮機1の回転数および膨張弁3の開度を所定の時間間隔で段階的に、例えば図8に示すように圧縮機1の回転数を20秒毎に20rps低下し、膨張弁3の開度を20秒毎に25pulse増加させる、といったように制御する。そうすると、圧縮機1の入口における冷媒乾き度は常に1以上となり、圧縮機1へ液バックすることなく、除霜準備運転から除霜運転へ切り替えることができる。
In FIG. 7, when the rotation speed of the
Therefore, the rotational speed of the
(アクチュエータ制御方法:除霜運転)
次に、除霜運転における、各アクチュエータの制御方法について図6を用いて説明する。除霜運転に入ると(P2)、ファン4fを停止し、空気熱交換器4から放熱させることにより蒸発温度が上昇し、空気熱交換器4に付着した霜を融かすことができる。なお、膨張弁3の開度を小さくして圧縮機1の吐出温度を高くする、もしくは圧縮機1の回転数を増加させる、などにより圧縮機1の入力を増加させれば、除霜運転時間が短くなる。
(Actuator control method: defrosting operation)
Next, a method for controlling each actuator in the defrosting operation will be described with reference to FIG. When the defrosting operation is started (P2), the
除霜運転中に水ポンプを停止、もしくは流量を小さくすると、水熱交換器2内に水が沸騰することが懸念されるが、熱回収用熱交換器6によって水熱交換器2の入口における冷媒温度が100℃以下になるように熱回収用熱交換器6の放熱能力(たとえば、長さ等)を選定することで、水熱交換器2の水加熱部2bにおいて水が沸騰することを防止することができる。
If the water pump is stopped or the flow rate is reduced during the defrosting operation, there is a concern that water will boil in the
そして、蒸発温度が予め設定された温度以上になると制御装置40は除霜終了(P3)を判断し、熱回収用開閉弁57vを閉じ、ファン4fを稼動させ、圧縮機1の回転数、水ポンプ8の流量、膨張弁3の開度を所定値として、貯湯運転を開始する。
When the evaporating temperature is equal to or higher than the preset temperature, the
以上説明したように、実施の形態1のヒートポンプ装置によれば、高低圧熱交換器5によって圧縮機1へ吸引される冷媒をガス化できるため圧縮機1への液バックを抑制でき、かつ水熱交換器2内の水の沸騰を防止しつつ圧縮機1の入力を増加できるため、除霜時間が短くなり、ヒートポンプ装置の低外気における時間当りの運転効率が向上する。
As described above, according to the heat pump device of the first embodiment, the refrigerant sucked into the
(高低圧熱交換器、熱回収用熱交換器)
図14〜図17は、図1に示す高低圧熱交換器および熱回収用熱交換器を説明するものであって、図14および図15は構造の一例を模式的に示す斜視図、図16および図17は熱特性を示す相関図である。なお、熱回収用熱交換器6の構成は高低圧熱交換器5の構成と同じであるため、熱回収用熱交換器6について説明する。
図14において例示する高低圧熱交換器は二重管タイプである。高低圧熱交換器5は高温冷媒と低温冷媒を熱交換させるもので、例えば外管(熱交換器高温部に同じ)5aに高温冷媒が流れ、内管(熱交換器低圧部に同じ)5bに低温冷媒が流れるものであって、高温冷媒と低温冷媒とは互いに反対方向に流れる「対向流」となるように構成されている。ここで、伝熱面積(A)は内管5bの外面の表面積(πD×L、D:内管5bの外径、L:内管5bの長さ)とする。
(High / low pressure heat exchanger, heat recovery heat exchanger)
14 to 17 explain the high-low pressure heat exchanger and the heat recovery heat exchanger shown in FIG. 1, and FIGS. 14 and 15 are perspective views schematically showing an example of the structure. FIG. 17 is a correlation diagram showing thermal characteristics. In addition, since the structure of the
The high-low pressure heat exchanger illustrated in FIG. 14 is a double tube type. The high-low
図16および図17に示すように、伝熱面積(A)の増加に伴い熱交換量Qが増加し、高低圧熱交換器5の外管(熱交換器高温部)5aの出口温度Thoは低下するが、内管(熱交換器低圧部)5bの高低圧熱交換器低温側入口温度Tliに近づくため、熱交換量Qの増加率が低下する。このように、所望する高低圧熱交換器高温側出口温度Thoによって必要な伝熱面積Aが異なる。つまり、管径が一定であれば、長さを調節することによって、高低圧熱交換器出口温度を所望の値にすることができる。
As shown in FIGS. 16 and 17, the heat exchange amount Q increases as the heat transfer area (A) increases, and the outlet temperature Tho of the outer pipe (heat exchanger high temperature portion) 5a of the high / low
また、図14に示した高低圧熱交換器5は二重管タイプのものであったが、外管5aの断面積を単管時と同じにするには、配管径を大きくする必要があり、高低圧熱交換器5自体が大きくなる。特に、CO2は圧力が高いため配管の肉厚を厚くする必要があり、高低圧熱交換器の重量も重くなり、コストも増える。
そこで、図15に示すように高温冷媒が流れる配管(熱交換器高温部に同じ)5aと低温冷媒が流れる配管(熱交換器低圧部に同じ)5bとを、それぞれ外面同士を当接して接合(たとえば、ロウ付け)するタイプにすれば、配管径を変えずに高低圧熱交換器5は簡単な構造となり、コスト増加を抑制することができる。
Moreover, although the high-low
Therefore, as shown in FIG. 15, a pipe (same as the heat exchanger high-temperature part) 5 a through which the high-temperature refrigerant flows and a pipe (same as the heat exchanger low-pressure part) 5 b through which the low-temperature refrigerant flows are joined with their outer surfaces in contact with each other. If the type (for example, brazing) is used, the high-low
また、熱回収用熱交換器6において、熱回収路50sを構成する熱回収用配管36、67等の配管径を、主回路50mを構成する主配管12、25等の配管径よりも小さくすれば、配管が取り回しやすくなり熱回収路50sを全体的に小さくできるため、熱源装置50のサイズアップがなくなる。
Further, in the heat
[実施の形態2]
図9は本発明の実施形態2に係るヒートポンプ装置を示す構成図である。図9において、ヒートポンプ装置200は、ヒートポンプ装置100(実施の形態1)における熱回収路50sの主回路50mとの接続形態を変更したものである。なお、実施の形態1と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
[Embodiment 2]
FIG. 9 is a block diagram showing a heat pump device according to
図9において、ヒートポンプ装置200における熱源装置250は、主回路50mと熱回収路250sとを有している。
熱回収路250sは、キャピラリ7と、熱回収用熱交換器6を構成する熱回収器低圧部6bと、主回路50mの主配管53(熱交換器高温部5aと膨張弁3とを連結している)に設けられた分岐部P53とキャピラリ7とを連結する熱回収用配管57と、キャピラリ7と熱回収器低圧部6bとを連結する熱回収用配管76と、熱回収器低圧部6bと主回路50mの主配管51(熱交換器低圧部5bと圧縮機1とを連結している)に設けられた合流部P51とを連結する熱回収用配管61と、を有している。そして、熱回収用配管57に熱回収用開閉弁57vが設置されている。
In FIG. 9, the
The heat recovery path 250 s connects the
(除霜運転動作)
除霜運転中の動作について、図18を用いて説明する。図18において、L301および1、1x、2、3、4、5、6、6x、6y、7は除霜運転における冷媒状態を示し、L302(一点鎖線)は外気温度相当の飽和圧力を示している。除霜運転中は、熱回収用開閉弁57vを開くことにより、高低圧熱交換器5と膨張弁3との間の分岐点P53から冷媒の一部が分岐し、熱回収路50sへ流れ、熱回収用弁57vを通過してキャピラリ7で減圧された低温低圧冷媒(6x)が熱回収用熱交換器6へ流入する。
この時、圧縮機1から吐出した高温高圧冷媒(2)が熱回収用熱交換器6へ流入し熱回収用熱交換器6で熱回収路250s側の冷媒へ放熱し、圧縮機1から吐出した冷媒よりも温度が低い状態(3)で水熱交換器2へ流入する。その後、水熱交換器2の水へ放熱し(4)、さらに高低圧熱交換器5で放熱して低温高圧冷媒(5)となり、分岐点P53で分岐した冷媒の一部が膨張弁3で減圧され、室外熱交換器4へ流入する(6)。そして、高低圧熱変換器5と圧縮機1との間の合流部P51において、高低圧熱交換器5で加熱された冷媒(1x)と、熱回収用熱交換器6で加熱された冷媒(6y)とが合流し(1)、より過熱度の大きいガス冷媒となって、圧縮機1に吸引されサイクルが形成される。
(Defrosting operation)
The operation during the defrosting operation will be described with reference to FIG. In FIG. 18, L301 and 1, 1x, 2, 3, 4, 5, 6, 6x, 6y, 7 indicate refrigerant states in the defrosting operation, and L302 (dashed line) indicates a saturation pressure corresponding to the outside air temperature. Yes. During the defrosting operation, by opening the heat recovery on-off
At this time, the high-temperature and high-pressure refrigerant (2) discharged from the
すなわち、実施の形態1におけるヒートポンプ装置100では、熱回収路50sが空気熱交換器4の直前の合流部P34において主回路50mに合流するのに対し、実施の形態2におけるヒートポンプ装置200では、熱回収路250sが圧縮機1の直前の合流部P51において主回路50mに合流している。
したがって、熱回収路250sの熱回収器低圧部6bにおいて加熱された冷媒が、主回路50mの圧縮機1へ直接吸引されるため過熱ガスになりやすく、圧縮機1への液バック抑制効果が大きくなる。
That is, in the
Therefore, since the refrigerant heated in the heat recovery unit low-
(除霜準備運転前)
また、除霜準備運転開始前が貯湯運転の場合、水熱交換器2内に低水温が貯留している状態となる。そこで、循環弁92vを開き、給水弁92wを閉じ、貯湯タンク9内の高温水を水熱交換器2へ給水することにより、水熱交換器2内が低温水から高温水へ入れ替わる。これにより、水熱交換器2の入口冷媒温度と給水温度の差が小さくなり、除霜準備運転及び除霜運転中での水熱交換器2における冷媒から水への放熱を抑制することができるため、除霜時間の短縮を図ることができる。
(Before defrost preparation operation)
Further, when the hot water storage operation is before the start of the defrost preparation operation, a low water temperature is stored in the
さらに、除霜準備運転前に高温水を水熱交換器2に給水し、水熱交換器2の入口における冷媒温度と給水した水温度の差が小さくなるように、熱回収用熱交換器6の能力(たとえば、長さ等)を選定すれば、水ポンプ8を停止もしくは水流量を低下させずに除霜運転が可能となる。
Furthermore, before the defrost preparation operation, high-temperature water is supplied to the
(除霜終了時)
また、除霜運転中は冷媒からの熱が水熱交換器2内の水へ蓄熱され、水熱交換器2内の水温が全体的に高くなり、貯湯運転へ復帰する際に冷媒の圧力(高圧)が上昇して熱源装置50が異常停止する場合がある。
そこで、除霜運転から貯湯運転へ復帰する前に低温水を給水することにより水熱交換器2内の水温を低下させる。これにより、貯湯運転へ切り替え後に圧縮機1の回転数を増加する、あるいは膨張弁3の開度を小さくしても圧縮機1の吐出温度及び吐出圧力の急上昇を抑制することができるため、熱源装置250の異常停止を防止し、信頼性が向上する。
(At the end of defrosting)
Further, during the defrosting operation, heat from the refrigerant is stored in the water in the
Therefore, the water temperature in the
また、CO2を冷媒とした場合、CO2は気液の密度差が小さいため、空気熱交換器4側に多くの冷媒を貯留することができる。また、圧縮機1から吐出する冷媒温度が高いため、高低圧熱交換器5で空気熱交換器4から流出する二相冷媒を加熱しガス化しやすい。
Further, when CO2 is used as a refrigerant, since CO2 has a small gas-liquid density difference, a large amount of refrigerant can be stored on the
また、蒸発温度は、空気熱交換器4を流通する配管の中間位置に蒸発温度検知手段30aを設けて検知しても良いし、膨張弁3出口から圧縮機1入口の間の低圧配管途中に設けた低圧圧力検知手段(図示しない)から算出した飽和温度としてもよい。
Further, the evaporating temperature may be detected by providing an evaporating
また、空気熱交換器4への着霜を、外気温度と貯湯運転時間とから経験的に推定して検知するようにしてもよい。
Further, frost formation on the
[実施の形態3]
図10は本発明の実施形態3に係るヒートポンプ装置を示す構成図である。図10において、ヒートポンプ装置300は、ヒートポンプ装置200(実施の形態2)における熱回収路250sの主回路50mとの接続形態を変更したものである。なお、実施の形態2と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
[Embodiment 3]
FIG. 10 is a block diagram showing a heat pump device according to
(回路構成)
図10において、ヒートポンプ装置300における熱源装置350は主回路50mと熱回収路350sとを有している。
熱回収路350sは、キャピラリ7と、熱回収用熱交換器6を構成する熱回収器低圧部6bと、主回路50mの主配管34(膨張弁3と空気熱交換器4とを連結している)に設けられた分岐部P34とキャピラリ7とを連結する熱回収用配管37と、キャピラリ7と熱回収器低圧部6bとを連結する熱回収用配管76と、熱回収器低圧部6bと主回路50mの主配管51(熱交換器低圧部5bと圧縮機1とを連結している)に設けられた合流部P51とを連結する熱回収用配管61と、を有している。そして、熱回収用配管37に熱回収用開閉弁37vが設置されている。
(Circuit configuration)
In FIG. 10, the
The heat recovery path 350 s connects the
すなわち、実施の形態2におけるヒートポンプ装置200では、熱回収路250sが膨張弁3の上流の分岐部P53において主回路50mから分岐するのに対し、実施の形態3におけるヒートポンプ装置300では、熱回収路350sが膨張弁3の下流の分岐部P34において主回路50mから分岐している。
したがって、熱回収路350sには膨張弁3を通過した低温低圧冷媒が流入して、キャピラリ7において減圧されるものの、熱回収器低圧部6bにおいて加熱された冷媒が、主回路50mの圧縮機1へ吸引されるため過熱ガスになりやすく、圧縮機1への液バック抑制効果が大きくなる。
That is, in the
Accordingly, the low-temperature and low-pressure refrigerant that has passed through the
(除霜運転)
図11は、図10に示すヒートポンプ装置における除霜運転中のサイクル状態について説明するモリエル線図である。図11において、L301および1、1x、2、3、4、5、6、6x、6y、7は除霜運転における冷媒状態を示し、L302(一点鎖線)は外気温度相当の飽和圧力を示している。除霜運転中は、熱回収用開閉弁37vを開くことにより、膨張弁3と空気熱交換器4との間の分岐部P34から冷媒の一部が分岐し、熱回収路350sへ冷媒が流れ、熱回収用開閉弁37vを通過しキャピラリ7で減圧された低温低圧冷媒(6x)が熱回収用熱交換器6へ流入する。
この時、圧縮機1から吐出した高温高圧冷媒(2)は熱回収用熱交換器6へ流入して熱回収路350s側の冷媒へ放熱し、圧縮機1から吐出した冷媒よりも温度が低い状態(3)で水熱交換器2へ流入する。その後、水熱交換器2の水へ放熱し(4)、さらに高低圧熱交換器5で放熱して低温高圧冷媒(5)となる。
(Defrosting operation)
FIG. 11 is a Mollier diagram illustrating the cycle state during the defrosting operation in the heat pump apparatus shown in FIG. 10. In FIG. 11, L301 and 1, 1x, 2, 3, 4, 5, 6, 6x, 6y, 7 indicate refrigerant states in the defrosting operation, and L302 (dashed line) indicates a saturation pressure corresponding to the outside air temperature. Yes. During the defrosting operation, by opening the heat recovery on-off valve 37v, a part of the refrigerant branches off from the branch part P34 between the
At this time, the high-temperature and high-pressure refrigerant (2) discharged from the
一方、分岐部P34で分岐した冷媒の一部を除く冷媒は、膨張弁3で減圧され、室外熱交換器4および高低圧熱交換器5へ流入する。
そして、高低圧熱交換器5と圧縮機1との間の合流部P51において、高低圧熱交換器5で加熱された冷媒(1x)と、熱回収用熱交換器6で加熱された冷媒(6y)とが合流し(1)、より過熱度の大きいガス冷媒となって、圧縮機1に吸引されサイクルが形成される。
On the other hand, the refrigerant excluding a part of the refrigerant branched at the branch portion P34 is decompressed by the
And in the junction P51 between the high / low
以上説明したように、実施の形態3のヒートポンプ装置300によれば、高低圧熱交換器5で加熱された冷媒と、熱回収用熱交換器6で加熱された冷媒が合流して圧縮機1へ吸引されるため、過熱ガスとなりやすく、圧縮機1への液バックを防止でき、ヒートポンプ装置の信頼性が向上する。
As described above, according to the
[実施の形態4]
図12は本発明の実施形態4に係るヒートポンプ装置を示す構成図である。図12において、ヒートポンプ装置400は、ヒートポンプ装置100(実施の形態1)における主回路50mの一部にバイパス配管を設置したものである。なお、実施の形態1と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
[Embodiment 4]
FIG. 12 is a configuration diagram showing a heat pump device according to
(回路構成)
図12において、ヒートポンプ装置400における熱源装置450は主回路450mと、熱回収路50sとを有している。
主回路450mには、主配管16(圧縮機1と熱回収用熱交換器6とを接続している)と、主配管25(水熱交換器2と高低圧熱交換器5とを接続している)とを連通させるバイパス配管15が設置されている。なお、バイパス配管15にはバイパス開閉弁15vが設置されている。したがって、バイパス開閉弁15vを開くことによって、圧縮機1において生成された高圧高温の冷媒の一部は、バイパス配管15を経由して高低圧熱交換器5に直接流入することになる。
(Circuit configuration)
In FIG. 12, the
A main pipe 16 (which connects the
(除霜運転)
図13は、図12に示すヒートポンプ装置における除霜運転中のサイクル状態について説明するモリエル線図である。図13において、L301および1、2、3、3x、4、5、6、6x、6y、7は除霜運転における冷媒状態を示し、L302(一点鎖線)は外気温度相当の飽和圧力を示している。除霜準備運転及び除霜運転中は、熱回収用開閉弁57vとバイパス開閉弁15vを開く。熱回収用開閉弁57vを開くことにより、膨張弁3と空気熱交換器4の間の分岐部P34から冷媒が分岐し、熱回収路50sへ冷媒が流入する。
そして、熱回収用開閉弁57vを通過しキャピラリ7で減圧された低温低圧冷媒(6x)が熱回収用熱交換器6へ流入する。
(Defrosting operation)
FIG. 13 is a Mollier diagram for explaining the cycle state during the defrosting operation in the heat pump apparatus shown in FIG. 12. In FIG. 13, L301 and 1, 2, 3, 3x, 4, 5, 6, 6x, 6y, and 7 indicate refrigerant states in the defrosting operation, and L302 (dashed line) indicates a saturation pressure corresponding to the outside air temperature. Yes. During the defrost preparation operation and the defrost operation, the heat recovery on-off
Then, the low-temperature and low-pressure refrigerant (6x) having passed through the heat recovery on-off
一方、主回路450mでは圧縮機1から吐出した高温高圧冷媒(2)が熱回収用熱交換器6へ流入して熱回収用熱交換器6で熱回収路50s側の冷媒へ放熱し、圧縮機1から吐出した冷媒よりも温度が低い状態(3)で水熱交換器2へ流入する。
このとき、バイパス開閉弁15vを開くと、水熱交換器2の水へ放熱して温度が低下した冷媒(3x)と、バイパス配管15からの吐出冷媒とが合流し(4)、さらに高低圧熱交換器5で放熱して低温高圧冷媒(5)となり膨張弁3で減圧される(6x)。そして、熱回収用熱交換器6で加熱された冷媒(6y)と合流し、空気熱交換器4へ流入する(6)。
さらに、空気熱交換器4から流出した冷媒(7)は、高低圧熱交換器5で加熱されてガス化し(1)、が圧縮機1に吸引されサイクルが形成される。
On the other hand, in the
At this time, when the bypass on-off
Further, the refrigerant (7) flowing out from the
以上説明したように、実施の形態4のヒートポンプ装置によれば、バイパス配管15により、除霜準備運転および除霜運転中において、高低圧熱交換器5へ流入する冷媒の温度が上昇するため、高低圧熱交換器5の熱交換量が増加し、圧縮機1へ吸引される冷媒をガス化し易くなる。また、水熱交換器2へ流入する冷媒の流量が減少するため、水熱交換器2における水への放熱を抑制することができるため、空気熱交換器4における放熱量が増加し、除霜時間が短くなり、ヒートポンプ装置400の低外気における時間当りの運転効率が向上する。
As described above, according to the heat pump device of the fourth embodiment, the
また、実施の形態1〜4において、圧縮機1を低圧シェルとした場合、仮に、圧縮機1へ過渡的な液バックが発生しても、圧縮機1内のモータからの発熱によって冷媒を加熱し、ガス化することができる。
また、実施の形態1〜4において、熱回収用開閉弁とキャピラリとを、開度が可変な膨張弁に置き換えた場合、膨張弁開度を変化させることによって熱回収路を流通する冷媒流量を調整できるため、運転条件によらず確実に圧縮機への液バックを防ぐことができる。
In
In
以上説明した実施の形態1〜4において、CO2と共沸性の高い炭化水素類、例えば、プロパン、シクロプロパン、イソブタン、ブタン等と混合し、臨界圧力をCO2単体よりも低い冷媒として用いたものを使用することができる。
In
以上より、本発明のヒートポンプ装置は、除霜運転時における圧縮機への液バックを抑制し、かつ時間当りの運転効率を向上させることができるから、家庭用または事業用の各種熱機械に設置されるヒートポンプ装置として広く利用することができる。 As described above, the heat pump device of the present invention can suppress the liquid back to the compressor during the defrosting operation and can improve the operation efficiency per hour. Therefore, the heat pump device is installed in various household or business thermal machines. It can be widely used as a heat pump device.
1:圧縮機、2:水熱交換器、2a:放熱器高温部、2b:水加熱部(放熱器低温部)、3:膨張弁(減圧装置)、4:空気熱交換器、4f:ファン、5:高低圧熱交換器、5a:熱交換器高温部(外管)、5b:熱交換器低圧部(内管)、6:熱回収用熱交換器、6a:熱回収器高温部、6b:熱回収器低圧部、7:キャピラリ、8:水ポンプ、9:貯湯タンク、12:主配管、15:バイパス配管(実施の形態4)、15v:バイパス開閉弁(実施の形態4)、16:主配管、25:主配管、28:水配管、30a:蒸発温度検知手段、30b:外気温度検知手段、34:主配管、P34:合流部、36:熱回収用配管、37:熱回収用配管、40:制御装置、45:主配管、50:熱源装置、50m:主回路、50s:熱回収路、51:主配管、53:主配管、P53:分岐部、57:熱回収用配管、57v:熱回収用開閉弁、60:貯湯装置、60m:貯水回路、61:熱回収用配管、62:主配管、64:熱回収用配管、76:熱回収用配管、89:水配管、92:水配管、92v:循環弁、92w:給水弁、100:ヒートポンプ装置(実施の形態1)、200:ヒートポンプ装置(実施の形態2)、250:熱源装置、250s:熱回収路:300、ヒートポンプ装置(実施の形態3)、350:熱源装置、350s:熱回収路、400:ヒートポンプ装置(実施の形態4)、450:熱源装置、450m:主回路、P34:合流部(実施の形態1、4)、P34:分岐部(実施の形態3)、P51:合流部(実施の形態2、3)、P53:分岐部(実施の形態1、2、4)、Q:熱交換量、T:目標蒸発温度、Tho:高温側出口温度、Tho:高低圧熱交換器高温側出口温度、Tli:高低圧熱交換器低温側入口温度。 1: compressor, 2: water heat exchanger, 2a: radiator high temperature section, 2b: water heating section (radiator low temperature section), 3: expansion valve (pressure reduction device), 4: air heat exchanger, 4f: fan 5: High and low pressure heat exchanger, 5a: Heat exchanger high temperature section (outer pipe), 5b: Heat exchanger low pressure section (inner pipe), 6: Heat recovery heat exchanger, 6a: Heat recovery section high temperature section, 6b: low pressure section of heat recovery unit, 7: capillary, 8: water pump, 9: hot water storage tank, 12: main piping, 15: bypass piping (Embodiment 4), 15v: bypass opening / closing valve (Embodiment 4), 16: Main piping, 25: Main piping, 28: Water piping, 30a: Evaporation temperature detection means, 30b: Outside air temperature detection means, 34: Main piping, P34: Junction section, 36: Heat recovery piping, 37: Heat recovery Piping: 40: control device, 45: main piping, 50: heat source device, 50m: main circuit, 50s: heat recovery path, 51 Main piping, 53: Main piping, P53: Branch, 57: Heat recovery piping, 57v: Heat recovery on-off valve, 60: Hot water storage device, 60m: Water storage circuit, 61: Heat recovery piping, 62: Main piping, 64: heat recovery piping, 76: heat recovery piping, 89: water piping, 92: water piping, 92v: circulation valve, 92w: water supply valve, 100: heat pump device (Embodiment 1), 200: heat pump device ( Embodiment 2), 250: heat source device, 250s: heat recovery path: 300, heat pump device (third embodiment), 350: heat source device, 350s: heat recovery path, 400: heat pump device (fourth embodiment), 450: heat source device, 450 m: main circuit, P34: junction (Embodiments 1 and 4), P34: branch (Embodiment 3), P51: junction (Embodiments 2 and 3), P53: branch Part (Embodiment 1, , 4), Q: amount of heat exchange, T: target evaporation temperature, Tho: hot side outlet temperature, Tho: high and low pressure heat exchanger hot side outlet temperature, Tli: high and low pressure heat exchanger cold side inlet temperature.
Claims (12)
前記主回路が、冷媒を圧縮する圧縮機と、
該圧縮機において圧縮された冷媒の温熱を放出させる、熱回収用熱交換器を構成する熱回収器高圧部と、
該熱回収器高圧部を経由した冷媒の温熱を放出させる放熱器と、
該放熱器を経由した冷媒の温熱を放出させる、高低圧熱交換器を構成する熱交換器高圧部と、
該熱交換器高圧部を経由した冷媒を減圧する減圧装置と、
該減圧装置において減圧された冷媒に温熱を受け渡す吸熱器と、
該吸熱器を経由した冷媒に前記熱交換器高圧部において放出された温熱を受け入れる、高低圧熱交換器を構成する熱交換器低圧部と、
前記圧縮機、前記熱回収器高圧部、前記放熱器、前記熱交換器高圧部、前記減圧装置、前記吸熱器、前記熱交換器低圧部、および前記圧縮機を順次接続する主配管と、を具備し、
前記熱回収路が、流入しようとする冷媒を通過または停止させる熱回収用開閉弁と、
該熱回収用開閉弁を通過した冷媒に前記熱回収器高圧部において放出された温熱を受け入れる、熱回収用熱交換器を構成する熱回収器低圧部と、
前記主回路の熱交換器高圧部と減圧装置との間、前記熱回収用開閉弁、前記熱回収器低圧部、および前記主回路の減圧装置と吸熱器との間、を順次接続する熱回収用配管と、を具備するヒートポンプ装置。 A heat pump device having a main circuit that forms a refrigeration cycle, and a heat recovery path that bypasses a part of the main circuit,
The main circuit is a compressor for compressing refrigerant;
A heat recovery unit high-pressure part that constitutes a heat recovery heat exchanger that releases the heat of the refrigerant compressed in the compressor;
A radiator that releases the heat of the refrigerant via the high-pressure portion of the heat recovery unit;
A heat exchanger high-pressure section that constitutes a high-low pressure heat exchanger that discharges the heat of the refrigerant via the radiator, and
A decompression device that decompresses the refrigerant that has passed through the heat exchanger high-pressure section;
A heat absorber that transfers the heat to the refrigerant decompressed in the decompression device;
A heat exchanger low-pressure section constituting a high-low pressure heat exchanger that receives the heat released in the high-pressure section of the heat exchanger into the refrigerant passing through the heat absorber;
The compressor, the heat recovery unit high pressure section, the radiator, the heat exchanger high pressure section, the pressure reducing device, the heat absorber, the heat exchanger low pressure section, and a main pipe that sequentially connects the compressor, Equipped,
A heat recovery on-off valve for allowing the heat recovery path to pass or stop the refrigerant to be introduced; and
Accept heat which is Oite released to the heat recovery unit high-pressure part in the refrigerant passing through the heat recovery-off valve, and the heat recovery unit low pressure portion constituting the heat recovery heat exchanger,
Heat recovery sequentially connecting between the high pressure section of the heat exchanger of the main circuit and the decompressor, the on- off valve for heat recovery, the low pressure section of the heat recovery unit, and the decompressor of the main circuit and the heat absorber. And a heat pump device.
前記主回路の熱交換器高圧部と減圧装置との間、前記熱回収用開閉弁、前記熱回収器低圧部、および前記主回路の熱交換器低圧部と圧縮機との間、を順次接続する熱回収用配管を具備することを特徴とする請求項1記載のヒートポンプ装置。 The heat recovery path is between the heat exchanger high-pressure part of the main circuit and the pressure reducing device, the heat recovery on-off valve, the heat recovery unit low-pressure part , and the pressure reducing device of the main circuit and the heat absorber. Instead of heat recovery pipes that are connected sequentially,
The main circuit heat exchanger high-pressure section and the pressure reducing device, the heat recovery on-off valve, the heat recovery low-pressure section, and the main circuit heat exchanger low-pressure section and the compressor are sequentially connected. The heat pump device according to claim 1, further comprising a heat recovery pipe.
前記主回路の減圧装置と吸熱器との間、熱回収用開閉弁、前記熱回収器低圧部、および前記主回路の熱交換器低圧部と圧縮機との間、を順次接続する熱回収用配管を具備することを特徴とする請求項1記載のヒートポンプ装置。 The heat recovery path is between the heat exchanger high-pressure part of the main circuit and the pressure reducing device, the heat recovery on-off valve, the heat recovery unit low-pressure part , and the pressure reducing device of the main circuit and the heat absorber. Instead of heat recovery pipes that are connected sequentially,
For heat recovery , sequentially connecting between the pressure reducing device of the main circuit and the heat absorber, a heat recovery on-off valve, the heat recovery unit low pressure part , and a heat exchanger low pressure part of the main circuit and the compressor The heat pump device according to claim 1, further comprising a pipe.
前記圧縮機の出口部から前記放熱器の入口部の間に、前記圧縮機の吐出圧力を検出する吐出圧力検出手段および前記圧縮機の吐出温度を検出する吐出温度検出手段が設けられ、
前記除霜準備運転時および前記除霜運転時に、前記吐出圧力検出手段および前記吐出温度検出手段が検知した検知情報に基づいて、前記圧縮機の回転数もしくは前記減圧装置の絞り開度の何れか一方または両方を変化させることにより、前記吐出圧力もしくは前記吐出温度の何れか一方または両方が所定値となるように制御すること、を特徴とする請求項4または5記載のヒートポンプ装置。 The rotational speed of the compressor and the throttle opening of the pressure reducing device can be changed, respectively.
Between the outlet portion of the compressor and the inlet portion of the radiator, a discharge pressure detecting means for detecting the discharge pressure of the compressor and a discharge temperature detecting means for detecting the discharge temperature of the compressor are provided,
Based on the detection information detected by the discharge pressure detection means and the discharge temperature detection means during the defrost preparation operation and the defrost operation, either the rotational speed of the compressor or the throttle opening of the pressure reducing device The heat pump device according to claim 4 or 5, wherein either or both of the discharge pressure and the discharge temperature are controlled to be a predetermined value by changing one or both.
前記放熱器低温部において加熱された水を搬送する水ポンプと、
前記放熱器低温部において加熱された水を貯留する貯湯器と、
前記放熱器低温部と前記水ポンプと前記貯湯器とを順次接続する配管と、
を有してなる貯湯回路、を備えることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載のヒートポンプ装置。 The radiator is a water heat exchanger having a radiator high-temperature part through which the refrigerant constituting the main circuit passes, and a radiator low-temperature part through which water that accepts heat from the radiator high-temperature part passes,
A water pump for transporting water heated in the radiator low-temperature part;
A hot water storage for storing water heated in the radiator low-temperature part;
Piping connecting the radiator low-temperature part, the water pump and the hot water storage in turn,
A heat pump device according to any one of claims 1 to 3, further comprising a hot water storage circuit including
前記放熱器低温部において加熱された水を搬送する水ポンプと、
前記放熱器低温部において加熱された水を貯留する貯湯器と、
前記放熱器低温部と前記水ポンプと前記貯湯器とを順次接続する配管と、
を有してなる貯湯回路、を備えることを特徴とする請求項4乃至6の何れかに記載のヒートポンプ装置。 The radiator is a water heat exchanger having a radiator high-temperature part through which the refrigerant constituting the main circuit passes, and a radiator low-temperature part through which water that accepts heat from the radiator high-temperature part passes,
A water pump for transporting water heated in the radiator low-temperature part;
A hot water storage for storing water heated in the radiator low-temperature part;
Piping connecting the radiator low-temperature part, the water pump and the hot water storage in turn,
A heat pump device according to any one of claims 4 to 6, further comprising a hot water storage circuit including
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