JP5783550B2 - Heat pump system - Google Patents

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本発明はヒートポンプシステムに関し、特に空気を熱源とするヒートポンプシステムにおいてフロストフリー(無着霜)運転を行う場合に適用して有用なものである。   The present invention relates to a heat pump system, and is particularly useful when applied to a frost-free (non-frosting) operation in a heat pump system using air as a heat source.

従来技術に係る空気を熱源とするヒートポンプの基本的な構成は、冷媒を圧縮する圧縮機、該圧縮機で圧縮された高温・高圧の冷媒を用いて被加熱媒体を加熱する凝縮器またはガスクーラー等で形成した第1の熱交換器、該第1の熱交換器で熱交換された冷媒を膨張させる膨張弁及び該膨張弁で膨張された低温の冷媒を蒸発させて空気と熱交換させるとともに熱交換後の冷媒を前記圧縮機に戻す蒸発器で形成した第2の熱交換器を有しており、圧縮機から第1の熱交換器、膨張弁、第2の熱交換器を経て圧縮機に至る冷媒の循環路を形成することにより空気の熱を利用して第1の熱交換器における被加熱媒体を加熱するようになっている(例えば特許文献1参照)。   The basic configuration of a heat pump using air as a heat source according to the prior art includes a compressor that compresses a refrigerant, a condenser or a gas cooler that heats a heated medium using a high-temperature and high-pressure refrigerant compressed by the compressor A first heat exchanger formed by the above, an expansion valve for expanding the refrigerant heat-exchanged by the first heat exchanger, and evaporating the low-temperature refrigerant expanded by the expansion valve to exchange heat with air It has the 2nd heat exchanger formed with the evaporator which returns the refrigerant | coolant after heat exchange to the said compressor, and it compresses through a 1st heat exchanger, an expansion valve, and a 2nd heat exchanger from a compressor. By forming a refrigerant circulation path to the machine, the medium to be heated in the first heat exchanger is heated using the heat of air (see, for example, Patent Document 1).

特開2010−54136号公報JP 2010-54136 A

上述の如き空気を熱源とするヒートポンプシステムにおいては外気低温、高湿度運転時に蒸発器として機能している第2の熱交換器に着霜し、受熱量の低下や伝熱性能の悪化を生起する。このため、着霜が検出された場合にはデフロスト運転を行っている。かかるデフロスト運転は、第2の熱交換器を凝縮器またはガスクーラーとして機能させる。この結果、デフロスト運転を行う場合には、基本的に、その間ヒートポンプシステムの本来的な運転モード、すなわち被加熱媒体の加熱や、被冷却媒体の冷却を中断する必要がある。デフロスト運転中も被加熱媒体の加熱を継続するため第2の熱交換器を2系統準備して何れか一方が常に蒸発器として機能するように切替運転を行うようにしたものも提案されている。しかしながら、何れにしても運転モードを切替えてデフロスト運転モードとする必要がある。   In the heat pump system using air as a heat source as described above, frost forms on the second heat exchanger functioning as an evaporator during low-temperature and high-humidity operation, resulting in a decrease in the amount of heat received and a deterioration in heat transfer performance. . For this reason, when frost formation is detected, defrost operation is performed. Such defrost operation causes the second heat exchanger to function as a condenser or a gas cooler. As a result, when performing the defrost operation, it is basically necessary to interrupt the original operation mode of the heat pump system, that is, heating of the medium to be heated and cooling of the medium to be cooled. In order to continue heating the medium to be heated even during the defrosting operation, there is also proposed a system in which two systems of the second heat exchanger are prepared and the switching operation is performed so that one of them always functions as an evaporator. . However, in any case, it is necessary to switch the operation mode to the defrost operation mode.

本発明は、上記従来技術に鑑み、デフロスト運転をすることなく空気と熱交換する熱交換器の着霜を防止してフロストフリー(無着霜)運転を可能とするヒートポンプシステムを提供することを目的とする。   In view of the above prior art, the present invention provides a heat pump system that prevents frost formation of a heat exchanger that exchanges heat with air without performing defrost operation and enables frost-free (non-frosting) operation. Objective.

上記目的を達成する本発明の第1の態様は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された高温・高圧の冷媒を用いて被加熱媒体を加熱する第1の熱交換器と、前記第1の熱交換器で熱交換された冷媒を膨張させる膨張弁と、前記膨張弁で膨張させた低温の冷媒を蒸発させて空気と熱交換させる吸着材付の熱交換器である第2の熱交換器と、前記第2の熱交換器で蒸発させて空気と熱交換させた冷媒と前記空気とをさらに熱交換させて前記圧縮機に戻す空気熱交換器である第3の熱交換器と、前記第2の熱交換器と前記第3の熱交換器でそれぞれ熱交換を行う前記空気を前記第2の熱交換器側から前記第3の熱交換器側に向けて流通させるための空気流路と、第2の熱交換器の出口側と第3の熱交換器の入口側との間に設けた他の膨張弁とを有するとともに、前記空気流路が、外部に開口する第2の熱交換器側の空気吸入口と第3の熱交換器側の空気排出口と、を有するとともに前記空気吸入口と空気排出口との間で空気を循環させるためのバイパス通路を有し、さらに前記空気吸入口から流入した空気が第2および第3の熱交換器で熱交換して前記空気排出口から排出されるモードと、前記第2および第3の熱交換器で熱交換しつつ空気が前記バイパス通路を介して循環されるモードとを切替える切替手段とを有することを特徴とするヒートポンプシステムにある。 A first aspect of the present invention that achieves the above object includes a compressor that compresses a refrigerant, and a first heat exchanger that heats a medium to be heated using a high-temperature and high-pressure refrigerant compressed by the compressor. An expansion valve that expands the refrigerant heat-exchanged by the first heat exchanger, and a heat exchanger with an adsorbent that evaporates the low-temperature refrigerant expanded by the expansion valve and exchanges heat with air. And a third heat that is an air heat exchanger that further exchanges heat between the air evaporated by the second heat exchanger and heat-exchanged with air and the air, and returns the air to the compressor. The air that performs heat exchange in the exchanger, the second heat exchanger, and the third heat exchanger is circulated from the second heat exchanger side toward the third heat exchanger side. air flow path and the other expansion valves provided between the second heat exchanger outlet side and the third inlet side of the heat exchanger of for Which has a said air flow path, said air inlet and having a second heat exchanger side of the air inlet and the third heat exchanger side of the air outlet opening to the outside, and an air outlet And a mode in which air that has flowed in from the air suction port is heat-exchanged by the second and third heat exchangers and discharged from the air discharge port. The heat pump system includes switching means for switching between modes in which air is circulated through the bypass passage while exchanging heat with the second and third heat exchangers.

本態様によれば、吸着剤付の第2の熱交換器と第3の熱交換器とを直列に接続して何れも蒸発器として機能させ、第2の熱交換器で熱交換した空気が第3の熱交換器でさらに熱交換されるようにすることができるので、第2の熱交換器に空気中の水分を吸着させ、第3の熱交換器では除湿乾燥された空気と熱交換させることができる。ここで、第3の熱交換器の蒸発温度を熱交換される空気の露点温度より高くすることにより、第3の熱交換器における着霜を防止し得る。 According to this aspect, the second heat exchanger with adsorbent and the third heat exchanger are connected in series so that both function as an evaporator, and the air exchanged heat by the second heat exchanger is Since heat can be further exchanged in the third heat exchanger, moisture in the air is adsorbed to the second heat exchanger, and heat exchange with the dehumidified and dried air is performed in the third heat exchanger. Can be made. Here, by the evaporation temperature of the third heat exchanger is above the dew point temperature of the air heat exchanger, that give to prevent frost formation in the third heat exchanger.

かくして、ヒートポンプ本来の運転モードが阻害されることなく(デフロスト運転をすることなく)フロストフリー運転が可能になる。さらに本態様によれば、脱着モード運転で脱着した空気を循環させることにより、排気損失がゼロになり、第1の熱交換器における熱の回収を継続的に行うことができると同時に、脱着空気を循環させることで第3の熱交換器における蒸発温度を上昇させることができ、結果として熱交換効率を向上させることができる。 Thus, the frost-free operation can be performed without hindering the original operation mode of the heat pump (without performing the defrost operation). Furthermore, according to this aspect, by circulating the air desorbed in the desorption mode operation, the exhaust loss becomes zero, and heat can be continuously recovered in the first heat exchanger, and at the same time, the desorption air By circulating this, the evaporation temperature in the third heat exchanger can be raised, and as a result, the heat exchange efficiency can be improved.

さらに、膨張弁で冷媒を断熱膨張させることにより第2の熱交換器を吸着機能を有する蒸発器である熱交換器(以下、「吸着熱交換器」という。)として機能させる吸着モード運転を行うことができるので、熱交換する空気の除湿乾燥を行うことができる。同時に、第2の熱交換器で熱交換した冷媒を他の膨張弁で膨張させることにより第2の熱交換器にタンデムに接続された第3の熱交換器を蒸発器として機能させることができる。ここで、第3の熱交換器は第2の熱交換器で熱交換されて除湿乾燥され、露点温度が第3の熱交換器の蒸発温度より低くなっている空気と熱交換させることができるので、第3の熱交換器における着霜を良好に防止することができる。 Furthermore, an adsorption mode operation is performed in which the second heat exchanger functions as a heat exchanger (hereinafter referred to as an “adsorption heat exchanger”) that is an evaporator having an adsorption function by adiabatically expanding the refrigerant with an expansion valve. Therefore, dehumidification drying of the air to be heat exchanged can be performed. At the same time, the third heat exchanger connected in tandem to the second heat exchanger can function as an evaporator by expanding the refrigerant heat-exchanged by the second heat exchanger using another expansion valve. . Here, the third heat exchanger is heat-exchanged by the second heat exchanger, dehumidified and dried, and can exchange heat with air whose dew point temperature is lower than the evaporation temperature of the third heat exchanger. Therefore, frost formation in the third heat exchanger can be satisfactorily prevented.

この結果、ヒートポンプ本来の運転モードが阻害されることなく(デフロスト運転をすることなく)フロストフリー運転が可能になる。 The results, (without the defrost operation) without heat Toponpu original operation mode is inhibited to allow frost-free operation.

さらに、本態様では他の膨張弁における開度を調整することにより第3の熱交換器における蒸発温度の制御が可能になり、しかも吸着熱交換器として機能する第2の熱交換器と第3の熱交換器におけるそれぞれの冷媒蒸発温度が異なるので、吸着材の吸着過程において、熱源空気の潜熱と顕熱とを分けて利用することが可能になる。   Furthermore, in this aspect, the evaporation temperature in the third heat exchanger can be controlled by adjusting the opening of the other expansion valve, and the second heat exchanger functioning as an adsorption heat exchanger and the third Since the refrigerant evaporating temperatures in the heat exchangers are different, the latent heat and sensible heat of the heat source air can be used separately in the adsorption process of the adsorbent.

一方、膨張弁を機能させないように全開とすることにより第2の熱交換器を脱着機能を有する凝縮器またはガスクーラーである熱交換器(以下、「脱着熱交換器」という)として機能させる脱着モード運転を行うことができる。この場合には他の膨張弁を絞り第3の熱交換器のみを蒸発器として機能させる。この結果、第2の熱交換器で熱交換する空気を昇温させることにより吸着材から水を脱着させることができる。ここで、第3の熱交換器は蒸発器として機能させているので、第1の熱交換器による被加熱媒体の加熱は継続することができる。   On the other hand, by fully opening the expansion valve so as not to function, the desorption functioning the second heat exchanger as a heat exchanger that is a condenser or gas cooler having a desorption function (hereinafter referred to as “desorption heat exchanger”). Mode operation can be performed. In this case, the other expansion valve is throttled so that only the third heat exchanger functions as an evaporator. As a result, water can be desorbed from the adsorbent by raising the temperature of the air to be heat exchanged by the second heat exchanger. Here, since the third heat exchanger functions as an evaporator, the heating of the medium to be heated by the first heat exchanger can be continued.

脱着熱交換器として機能する第2の熱交換器で熱交換されて高温高湿状態となった空気は第3の熱交換器で熱交換されることにより潜熱および顕熱が回収される。この結果、凝縮した空気中の水分がそのまま外部に排出される。すなわち、吸着モード運転により吸着材に付着した水分は第2の熱交換器から第3の熱交換器に向けて流通する空気を媒体として第3の熱交換器で排出することができ、このことにより吸着材が再生されて再び水分を吸着することが可能な状態とすることができる。   The air that has been heat-exchanged by the second heat exchanger functioning as a desorption heat exchanger and is in a high-temperature and high-humidity state is heat-exchanged by the third heat exchanger, whereby latent heat and sensible heat are recovered. As a result, the condensed moisture in the air is discharged to the outside as it is. That is, the moisture adhering to the adsorbent by the adsorption mode operation can be discharged by the third heat exchanger using air flowing from the second heat exchanger toward the third heat exchanger as a medium. As a result, the adsorbent is regenerated so that moisture can be adsorbed again.

本発明の第の態様は、第の態様に記載するヒートポンプシステムにおいて、前記膨張弁をバイパスし得るように構成したことを特徴とするヒートポンプシステムにある。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the heat pump system according to the first aspect, wherein the expansion valve can be bypassed.

本態様によれば、第2の熱交換器を脱着熱交換器として機能させる際の膨張弁部分での冷媒の通過に伴う圧力損失を低減することができる。   According to this aspect, it is possible to reduce the pressure loss associated with the passage of the refrigerant in the expansion valve portion when the second heat exchanger functions as a desorption heat exchanger.

本発明の第の態様は、第1または第2の態様に記載するヒートポンプシステムにおいて、前記第2の熱交換器と前記他の膨張弁との間に気液分離器を配設し、該気液分離器で分離された冷媒のガス成分を前記圧縮機の冷媒吸入口と冷媒吐出口の途中に戻すように構成したことを特徴とするヒートポンプシステムにある。 According to a third aspect of the present invention, in the heat pump system according to the first or second aspect, a gas-liquid separator is disposed between the second heat exchanger and the other expansion valve, The heat pump system is configured to return the gas component of the refrigerant separated by the gas-liquid separator to the middle of the refrigerant suction port and the refrigerant discharge port of the compressor.

本態様によれば、圧縮機の圧縮動力低減を図ることができる。   According to this aspect, it is possible to reduce the compression power of the compressor.

本発明の第の態様は、第〜第の態様の何れか一つに記載するヒートポンプシステムにおいて、前記空気流路を流通する空気の、前記第2の熱交換器の出口側における露点温度を計測する露点計測手段を有することを特徴とするヒートポンプシステムにある。 According to a fourth aspect of the present invention, in the heat pump system according to any one of the first to third aspects, a dew point on the outlet side of the second heat exchanger of the air flowing through the air flow path. A heat pump system having dew point measurement means for measuring temperature.

本態様によれば、第3の熱交換器に着霜が発生する時点を検知することができる。すなわち、当該ヒートポンプシステムの脱着モード運転を開始すべき時点を検出することができる。   According to this aspect, it is possible to detect the time when frost formation occurs in the third heat exchanger. That is, it is possible to detect the time point at which the heat pump system should start the desorption mode operation.

本発明の第の態様は、第の態様に記載するヒートポンプシステムにおいて、前記露点計測手段により検出される露点温度が所定の第1の閾値になるまでは前記膨張弁および前記他の膨張弁を絞って第2および第3の熱交換器を何れも蒸発器として機能させる吸着モード運転を行う一方、前記第1の閾値に達した時点で前記膨張弁を開放し、前記他の膨張弁を絞って前記第2の熱交換器を凝縮器またはガスクーラーとして機能させる脱着モード運転を行い、前記露点温度が所定の第2の閾値に達した後、前記吸着モード運転に戻るように制御する制御手段を、さらに有することを特徴とするヒートポンプシステムにある。 According to a fifth aspect of the present invention, in the heat pump system according to the fourth aspect, the expansion valve and the other expansion valve until the dew point temperature detected by the dew point measuring means reaches a predetermined first threshold value. While performing adsorption mode operation in which both the second and third heat exchangers function as evaporators, the expansion valve is opened when the first threshold is reached, and the other expansion valves are operated. Control to perform desorption mode operation that causes the second heat exchanger to function as a condenser or a gas cooler, and to return to the adsorption mode operation after the dew point temperature reaches a predetermined second threshold value The heat pump system further comprises means.

本態様によれば、吸着モード運転と脱着モード運転とを自動的に切替えつつ当該ヒートポンプシステムの継続的な運転を行うことができる。   According to this aspect, the heat pump system can be continuously operated while automatically switching between the adsorption mode operation and the desorption mode operation.

本発明の第の態様は、第〜第の態様の何れか一つに記載するヒートポンプシステムにおいて、前記空気流路を流通する空気の第2の熱交換器の入口側と出口側とにおける物理量をそれぞれ計測する第1および第2のセンサの出力信号に基づき前記吸着材の平衡吸着状態を検出する平衡吸着状態検出手段を有することを特徴とするヒートポンプシステムにある。 According to a sixth aspect of the present invention, in the heat pump system according to any one of the first to third aspects, an inlet side and an outlet side of a second heat exchanger for air flowing through the air flow path, In the heat pump system, there is provided an equilibrium adsorption state detecting means for detecting an equilibrium adsorption state of the adsorbent based on output signals of the first and second sensors that respectively measure the physical quantity in.

本態様によれば、第1および第2のセンサの信号に基づき前記吸着材の平衡吸着状態を検出し得る。この結果、当該ヒートポンプシステムの脱着モード運転を開始すべき時点を検出することができる。   According to this aspect, the equilibrium adsorption state of the adsorbent can be detected based on the signals of the first and second sensors. As a result, it is possible to detect the time point at which the heat pump system should start the desorption mode operation.

本発明の第の態様は、第の態様に記載するヒートポンプシステムにおいて、前記平衡吸着状態が検出されるまでは前記膨張弁および前記他の膨張弁を絞って前記第2および第3の熱交換器を何れも蒸発器として機能させる吸着モード運転を行う一方、前記平衡吸着状態が検出された時点で前記膨張弁を開放し、前記他の膨張弁を絞って前記第2の熱交換器を凝縮器またはガスクーラーとして機能させる脱着モード運転を行い、さらに前記平衡吸着状態の解除が検出された後、前記吸着モード運転に戻るように制御する制御手段をさらに有することを特徴とするヒートポンプシステムにある。 According to a seventh aspect of the present invention, in the heat pump system according to the sixth aspect, the expansion valve and the other expansion valve are throttled until the equilibrium adsorption state is detected. While performing an adsorption mode operation in which all the exchangers function as evaporators, the expansion valve is opened when the equilibrium adsorption state is detected, the other expansion valve is throttled, and the second heat exchanger is operated. A heat pump system characterized by further comprising control means for performing a desorption mode operation for functioning as a condenser or a gas cooler, and further controlling to return to the adsorption mode operation after the release of the equilibrium adsorption state is detected. is there.

本態様によれば、吸着モード運転と脱着モード運転とを自動的に切替えつつ当該ヒートポンプシステムの継続的な運転を行うことができる。   According to this aspect, the heat pump system can be continuously operated while automatically switching between the adsorption mode operation and the desorption mode operation.

本発明の第の態様は、第〜第の態様の何れか一つに記載するヒートポンプシステムにおいて、タイマーに設定された所定の第1の設定時間が経過するまでは、前記膨張弁と前記他の膨張弁とを絞って第2および第3の熱交換器を何れも蒸発器として機能させる吸着モード運転を行う一方、前記第1の設定時間の経過後に前記膨張弁を開放し、前記他の膨張弁を絞って前記第2の熱交換器を凝縮器またはガスクーラーとして機能させる脱着モード運転を行い、さらに前記タイマーに設定された第2の設定時間が経過した後、前記吸着モード運転に戻るように制御する制御手段を有することを特徴とするヒートポンプシステムにある。


According to an eighth aspect of the present invention, in the heat pump system according to any one of the first to third aspects, the expansion valve and the expansion valve until a predetermined first set time set in a timer elapses. While performing the adsorption mode operation in which both the second and third heat exchangers function as an evaporator by restricting the other expansion valve, the expansion valve is opened after the elapse of the first set time, A desorption mode operation is performed in which the second heat exchanger functions as a condenser or a gas cooler by restricting another expansion valve, and after the second set time set in the timer has elapsed, the adsorption mode operation is performed. It has in the heat pump system characterized by having a control means to control to return to.


本態様によれば、吸着モード運転と脱着モード運転とを自動的に切替えつつ当該ヒートポンプシステムの継続的な運転を行うことができる。   According to this aspect, the heat pump system can be continuously operated while automatically switching between the adsorption mode operation and the desorption mode operation.

本発明によれば、空気を熱源とする吸着材付の第2の熱交換器を吸着熱交換器として機能させるとともに脱着熱交換器としても機能させることができる。前者の場合における第3の熱交換器では第2の熱交換器で熱交換されて除湿乾燥され、露点温度が第3の熱交換器の蒸発温度より低くなっている空気と熱交換させることができるので、外気温度が低下しても第3の熱交換器における着霜を防止して良好なフロストフリー運転を行うことができる。一方、後者の場合には、第2の熱交換器で熱交換する空気を昇温させることで吸着材から水分を脱着させることができる。すなわち、吸着材の再生を行うことができる。このとき、第3の熱交換器は蒸発器として機能しているので、第1の熱交換器における被加熱媒体の加熱機能が中断されることはない。   According to the present invention, the second heat exchanger with an adsorbent using air as a heat source can function as an adsorption heat exchanger and can also function as a desorption heat exchanger. In the third heat exchanger in the former case, heat is exchanged with the second heat exchanger, dehumidified and dried, and heat exchange is performed with air whose dew point temperature is lower than the evaporation temperature of the third heat exchanger. Therefore, even if the outside air temperature decreases, frost formation in the third heat exchanger can be prevented and a good frost-free operation can be performed. On the other hand, in the latter case, moisture can be desorbed from the adsorbent by raising the temperature of the air to be heat-exchanged by the second heat exchanger. That is, the adsorbent can be regenerated. At this time, since the third heat exchanger functions as an evaporator, the heating function of the heated medium in the first heat exchanger is not interrupted.

このように、本発明によれば、第2の熱交換器における吸着材による水分の吸着および吸着材からの水分の脱着・再生を繰り返しながら、空気を熱源とする被加熱媒体の加熱という当該ヒートポンプシステムの本来の機能を阻害することなく、フロストフリー運転を継続することができる。   As described above, according to the present invention, the heat pump that heats the heated medium using air as a heat source while repeating the adsorption of moisture by the adsorbent and the desorption / regeneration of moisture from the adsorbent in the second heat exchanger. Frost-free operation can be continued without disturbing the original function of the system.

本発明の第1の実施の形態に係るヒートポンプシステムを示すブロック線図である。It is a block diagram which shows the heat pump system which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図1に示すヒートポンプシステムにおける吸着モード運転時のブロック線図である。It is a block diagram at the time of adsorption mode operation in the heat pump system shown in FIG. 図1に示すヒートポンプシステムにおける脱着モード運転時のブロック線図である。It is a block diagram at the time of the desorption mode driving | operation in the heat pump system shown in FIG. 図1の実施の形態における吸着および脱着運転の際の制御の一例を示す図で、(a)は本形態に係るヒートポンプシステムの一部を抽出して示す概略図、(b)はその制御動作を示すフローチャートである。It is a figure which shows an example of the control in the case of adsorption | suction and desorption operation in embodiment of FIG. 1, (a) is the schematic which extracts and shows a part of heat pump system which concerns on this form, (b) is the control operation | movement. It is a flowchart which shows. 図1に示すヒートポンプシステムを給湯システムに適用した場合の吸着モードでのブロック線図である。It is a block diagram in adsorption | suction mode at the time of applying the heat pump system shown in FIG. 1 to a hot-water supply system. 図1に示すヒートポンプシステムを給湯システムに適用した場合の脱着モードでのブロック線図である。It is a block diagram in the removal | desorption mode at the time of applying the heat pump system shown in FIG. 1 to a hot-water supply system. 本発明の第2の実施の形態に係るヒートポンプシステムを示すブロック線図である。It is a block diagram which shows the heat pump system which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態に係るヒートポンプシステムを示すブロック線図である。It is a block diagram which shows the heat pump system which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の他の実施の形態における吸着および脱着運転の際の制御の一例を示す図で、(a)は本形態に係るヒートポンプシステムの一部を抽出して示す概略図、(b)はその制御動作を示すフローチャートである。It is a figure which shows an example of the control in the case of adsorption | suction and desorption operation in other embodiment of this invention, (a) is the schematic which extracts and shows a part of heat pump system which concerns on this form, (b) is the figure It is a flowchart which shows control operation. 本発明の他の実施の形態における吸着および脱着運転の際の制御の他の例を示す図で、(a)は本形態に係るヒートポンプシステムの一部を抽出して示す概略図、(b)はその制御動作を示すフローチャートである。It is a figure which shows the other example of the control in the case of adsorption | suction and desorption operation in other embodiment of this invention, (a) is the schematic which extracts and shows a part of heat pump system which concerns on this form, (b) Is a flowchart showing the control operation.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

<第1の実施の形態>
図1は本発明の第1の実施の形態に係るヒートポンプシステムを示すブロック線図である。同図に示すように、本形態に係るヒートポンプシステムは、冷媒を圧縮する圧縮機1から第1の熱交換器2、膨張弁3、吸着材付の熱交換器である第2の熱交換器4、膨張弁5、第3の熱交換器6を経て圧縮機1に戻る冷媒の循環路を形成することにより、第2および第3の熱交換器4,6で熱交換される空気を熱源として第1の熱交換器2で熱交換される被加熱媒体を加熱するように構成してある。ここで、第1の熱交換器2は圧縮機1で圧縮された高温・高圧の冷媒を用いて被加熱媒体を加熱する凝縮器やCO冷媒を用いる場合のガスクーラーで構成してある。第2の熱交換器4は膨張弁3で膨張させた低温の冷媒を蒸発させて空気と熱交換させる吸着熱交換器として機能するとともに、膨張弁3を全開とすることにより脱着熱交換器としても機能するように構成してある。第3の熱交換器6は第2の熱交換器4に対してタンデムに接続してあり、常に蒸発器として機能する。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a block diagram showing a heat pump system according to a first embodiment of the present invention. As shown in the figure, the heat pump system according to the present embodiment includes a compressor 1 that compresses a refrigerant, a first heat exchanger 2, an expansion valve 3, and a second heat exchanger that is a heat exchanger with an adsorbent. 4. By forming a refrigerant circulation path that returns to the compressor 1 through the expansion valve 5 and the third heat exchanger 6, air exchanged by the second and third heat exchangers 4 and 6 is used as a heat source. As described above, the medium to be heated which is heat-exchanged by the first heat exchanger 2 is heated. Here, the first heat exchanger 2 are constituted by a gas cooler in the case of using a condenser or CO 2 refrigerant for heating the heated medium using a high-temperature and high-pressure refrigerant compressed by the compressor 1. The second heat exchanger 4 functions as an adsorption heat exchanger for evaporating the low-temperature refrigerant expanded by the expansion valve 3 and exchanging heat with air, and as a desorption heat exchanger by fully opening the expansion valve 3. Is also configured to function. The third heat exchanger 6 is connected in tandem with the second heat exchanger 4 and always functions as an evaporator.

空気流路7は第2の熱交換器4と第3の熱交換器6でそれぞれ熱交換を行う空気を、ファン8の吸引力により第2の熱交換器4側から第3の熱交換器6側に向けて流通させる。さらに詳言すると、空気流路7は、基本的には第2の熱交換器4側の空気吸入口から外気OAを吸入して第2の熱交換器4および第3の熱交換器6を通過した後、第3の熱交換器6側の空気排気口から排気EAを排出するように構成してある。さらに、空気流路7は、第2の熱交換器4側の空気吸入口と第3の熱交換器6側の空気排出口との間で循環空気RAを流通させるためのバイパス通路9を有するとともに、空気の通路を切替える切替手段としてのダンパ10,11,12を有している。ここで、ダンパ10は空気吸入口の近傍でバイパス通路9の出口の上流位置に、ダンパ11は空気排出口の近傍でバイパス通路9の入口の下流位置に、ダンパ12はバイパス通路9の途中にそれぞれ配設されている。かくして、ダンパ10,11を開き、且つダンパ12を閉じた状態で、前記空気吸入口から流入した外気OAが第2および第3の熱交換器4,6で熱交換して前記空気排出口から排気EAとして排出されるモードと、ダンパ10,11を閉じ、且つダンパ12を開いた状態で、第2および第3の熱交換器で熱交換しつつ循環空気RAがバイパス通路9を介して循環されるモードとの2種類のモードで運転される。   The air flow path 7 uses the second heat exchanger 4 and the third heat exchanger 6 to exchange heat with each other, and the fan 8 sucks the air from the second heat exchanger 4 to the third heat exchanger. Distribute toward the 6th side. More specifically, the air flow path 7 basically sucks the outside air OA from the air intake port on the second heat exchanger 4 side, and causes the second heat exchanger 4 and the third heat exchanger 6 to flow. After passing, the exhaust EA is configured to be discharged from the air exhaust port on the third heat exchanger 6 side. Furthermore, the air flow path 7 has a bypass passage 9 for circulating the circulating air RA between the air inlet on the second heat exchanger 4 side and the air outlet on the third heat exchanger 6 side. In addition, dampers 10, 11, and 12 are provided as switching means for switching the air passage. Here, the damper 10 is in the vicinity of the air inlet and upstream of the outlet of the bypass passage 9, the damper 11 is in the vicinity of the air outlet and downstream of the inlet of the bypass passage 9, and the damper 12 is in the middle of the bypass passage 9. Each is arranged. Thus, in a state where the dampers 10 and 11 are opened and the damper 12 is closed, the outside air OA that has flowed in from the air suction port exchanges heat with the second and third heat exchangers 4 and 6 from the air discharge port. Circulating air RA is circulated through the bypass passage 9 while exchanging heat with the second and third heat exchangers in the state in which the exhaust EA is discharged and the dampers 10 and 11 are closed and the damper 12 is opened. The operation is performed in two types of modes.

空気流路7における第2の熱交換器4の入口側と出口側とには絶対湿度センサ13,14が配設してある。かかる絶対湿度センサ13,14が計測する第2の熱交換器4の入口側と出口側との絶対湿度を比較することにより吸着材が平衡吸着状態に至ったことを検出できる。平衡吸着状態では熱交換器4の入口側と出口側との絶対湿度に差がなくなるからである。   Absolute humidity sensors 13 and 14 are disposed on the inlet side and the outlet side of the second heat exchanger 4 in the air flow path 7. It is possible to detect that the adsorbent has reached the equilibrium adsorption state by comparing the absolute humidity between the inlet side and the outlet side of the second heat exchanger 4 measured by the absolute humidity sensors 13 and 14. This is because there is no difference in absolute humidity between the inlet side and the outlet side of the heat exchanger 4 in the equilibrium adsorption state.

かかる本形態では、膨張弁3で膨張させた低温の冷媒を蒸発させて空気と熱交換させる吸着熱交換器として第2の熱交換器4を機能させる吸着モード運転と、膨張弁3を全開とすることにより脱着熱交換器として第2の熱交換器を機能させる脱着モード運転との2種類の運転を行うことができる。   In this embodiment, an adsorption mode operation in which the second heat exchanger 4 functions as an adsorption heat exchanger that evaporates the low-temperature refrigerant expanded by the expansion valve 3 and exchanges heat with air, and the expansion valve 3 is fully opened. By doing so, two types of operations can be performed: a desorption mode operation in which the second heat exchanger functions as a desorption heat exchanger.

かかる吸着モード運転および脱着モード運転の態様とともに、本形態に係るヒートポンプシステムの作用を説明する。図2は吸着モード運転時の態様を示すブロック線図、図3は脱着モード運転時の態様を示すブロック線図である。   The operation of the heat pump system according to this embodiment will be described together with the modes of the adsorption mode operation and the desorption mode operation. FIG. 2 is a block diagram showing the mode during the adsorption mode operation, and FIG. 3 is a block diagram showing the mode during the desorption mode operation.

図2に示す吸着モード運転は、第1及び第2の膨張弁3,5を絞り、第2の熱交換器4を吸着熱交換器として機能させ、第3の熱交換器6を蒸発器として機能させることにより行う。また、当該運転モードでは、ダンパ10,11を開き、且つダンパ12を閉じて空気流路7の空気吸入口から外気OAを取込むとともに、第2の熱交換器4における熱交換に伴い水分が吸着されて乾燥した吸着空気AAを第3の熱交換器6でさらに熱交換し、その後空気排出口から排気EAとして排出する。   In the adsorption mode operation shown in FIG. 2, the first and second expansion valves 3 and 5 are throttled, the second heat exchanger 4 functions as an adsorption heat exchanger, and the third heat exchanger 6 is used as an evaporator. This is done by making it function. In the operation mode, the dampers 10 and 11 are opened, the damper 12 is closed, the outside air OA is taken in from the air suction port of the air flow path 7, and moisture is exchanged with the heat exchange in the second heat exchanger 4. The adsorbed air AA that has been adsorbed and dried is further subjected to heat exchange by the third heat exchanger 6, and then discharged from the air discharge port as exhaust EA.

かかる吸着モード運転では、圧縮機1で圧縮されて高温高圧となった冷媒が凝縮器ないしガスクーラーとして機能する第1の熱交換器2で被加熱媒体を加熱した後、第1の膨張弁3に至る。第1の膨張弁3で冷媒を断熱膨張させることにより第2の熱交換器4が吸着熱交換器として機能して空気流路7を流通することにより熱交換される空気の除湿乾燥を行うことができる。同時に、第2の熱交換器4で熱交換した冷媒を第2の膨張弁5で膨張させることにより第2の熱交換器4にタンデムに接続された第3の熱交換器6を蒸発器として機能させることができる。ここで、第3の熱交換器6では第2の熱交換器4で熱交換されて除湿乾燥され、露点温度が第3の熱交換器6の蒸発温度より低くなっている吸着空気AAと熱交換させることができるので、第3の熱交換器6における着霜を防止することができる。   In such adsorption mode operation, the refrigerant that has been compressed by the compressor 1 to high temperature and high pressure heats the medium to be heated by the first heat exchanger 2 that functions as a condenser or a gas cooler, and then the first expansion valve 3. To. The second heat exchanger 4 functions as an adsorption heat exchanger by adiabatic expansion of the refrigerant by the first expansion valve 3 to perform dehumidification drying of the air exchanged by passing through the air flow path 7. Can do. At the same time, the refrigerant heat exchanged by the second heat exchanger 4 is expanded by the second expansion valve 5, and the third heat exchanger 6 connected in tandem to the second heat exchanger 4 is used as an evaporator. Can function. Here, in the third heat exchanger 6, heat is exchanged in the second heat exchanger 4 and dehumidified and dried, and the adsorbed air AA and heat in which the dew point temperature is lower than the evaporation temperature of the third heat exchanger 6. Since they can be exchanged, frost formation in the third heat exchanger 6 can be prevented.

この結果、被加熱媒体を加熱するというヒートポンプシステムとしての本来の運転は阻害されることなく、フロストフリー運転が可能になる。ここで、第2の膨張弁5における開度を調整することにより第3の熱交換器6における蒸発温度の制御が可能になり、しかも吸着熱交換器として機能する第2の熱交換器4と第3の熱交換器6におけるそれぞれの冷媒蒸発温度が異なるので、吸着材の吸着過程において、熱源空気の潜熱と顕熱とを分けて利用することが可能になる。   As a result, the frost-free operation can be performed without hindering the original operation of the heat pump system that heats the medium to be heated. Here, by adjusting the opening degree of the second expansion valve 5, the evaporation temperature in the third heat exchanger 6 can be controlled, and the second heat exchanger 4 functioning as an adsorption heat exchanger, Since the refrigerant evaporating temperatures in the third heat exchanger 6 are different, the latent heat and sensible heat of the heat source air can be used separately in the adsorption process of the adsorbent.

かかる吸着モード運転を継続すると第2の熱交換器4における吸着材が平衡吸着状態となり、空気中の水分の吸着・除去能力がなくなる。したがって、吸着材が平衡吸着状態となった場合には、脱着モード運転を行って吸着材の再生を行う必要がある。そこで、平衡吸着状態が絶対湿度センサ13,14により検出された場合には、脱着モード運転に移行させる。   If the adsorption mode operation is continued, the adsorbent in the second heat exchanger 4 is in an equilibrium adsorption state, and the ability to adsorb and remove moisture in the air is lost. Therefore, when the adsorbent is in an equilibrium adsorption state, it is necessary to regenerate the adsorbent by performing a desorption mode operation. Therefore, when the equilibrium adsorption state is detected by the absolute humidity sensors 13 and 14, the operation is shifted to the desorption mode operation.

図3に示す脱着モード運転は、第1の膨張弁3を全開とし、第2の膨張弁5のみを絞ることにより、第2の熱交換器4を脱着熱交換器として機能させ、第3の熱交換器6のみを蒸発器として機能させることにより行う。また、当該運転モードではダンパ10,11を閉じ、且つダンパ12を開いて第2の熱交換器4で熱交換した脱着空気DAがバイパス通路9を介し循環空気RAとして循環されるようにしておく。   In the desorption mode operation shown in FIG. 3, the first expansion valve 3 is fully opened and only the second expansion valve 5 is throttled so that the second heat exchanger 4 functions as a desorption heat exchanger. It is performed by causing only the heat exchanger 6 to function as an evaporator. Further, in the operation mode, the dampers 10 and 11 are closed and the damper 12 is opened so that the desorption air DA exchanged by the second heat exchanger 4 is circulated as the circulating air RA through the bypass passage 9. .

かかる脱着モード運転でも、圧縮機1で圧縮されて高温高圧となった冷媒が第1の熱交換器2で被加熱媒体を加熱する。その後、冷媒は第1の膨張弁3で膨張されることなくこれを通過し第2の熱交換器4に至る。この結果、第2の熱交換器4が脱着熱交換器として機能する。これに伴い第2の熱交換器4で熱交換される空気が昇温されて吸着材から水を脱着させ高温高湿の脱着空気DAとして第3の熱交換器6に至る。ここで、第2の熱交換器4で熱交換を行うことにより冷却された冷媒を第2の膨張弁5で断熱膨張させているので、第3の熱交換器6は蒸発器として機能する。このときの冷媒飽和温度は脱着空気DAの露点温度よりも低く、0度よりも高くなるようにしておく。この結果、第1の熱交換器2による被加熱媒体の加熱は継続することができる。   Even in such a desorption mode operation, the refrigerant that has been compressed by the compressor 1 to a high temperature and high pressure heats the medium to be heated by the first heat exchanger 2. Thereafter, the refrigerant passes through the first expansion valve 3 without being expanded and reaches the second heat exchanger 4. As a result, the second heat exchanger 4 functions as a desorption heat exchanger. Along with this, the temperature of the air exchanged in the second heat exchanger 4 is raised, and water is desorbed from the adsorbent to reach the third heat exchanger 6 as high temperature and high humidity desorbed air DA. Here, since the refrigerant cooled by performing heat exchange with the second heat exchanger 4 is adiabatically expanded by the second expansion valve 5, the third heat exchanger 6 functions as an evaporator. The refrigerant saturation temperature at this time is set to be lower than the dew point temperature of the desorption air DA and higher than 0 degrees. As a result, the heating of the medium to be heated by the first heat exchanger 2 can be continued.

一方、第2の熱交換器4における熱交換で高温高湿状態となった脱着空気DAは第3の熱交換器6で熱交換されることにより潜熱および顕熱が回収される。この結果、脱着空気DA中の水分がそのまま外部に排出される。すなわち、吸着モード運転により吸着材に付着した水分は第2の熱交換器4から第3の熱交換器6に向けて流通する脱着空気DAを媒体として第3の熱交換器6で排出することができる。このことにより吸着材が再生されて再び水分を吸着することが可能な状態となる。かかる再生完了状態は、本形態の場合、絶対湿度センサ13,14により検出している。   On the other hand, the desorption air DA that has become a high-temperature and high-humidity state by heat exchange in the second heat exchanger 4 is heat-exchanged by the third heat exchanger 6 to recover latent heat and sensible heat. As a result, the moisture in the desorption air DA is discharged to the outside as it is. That is, the water adhering to the adsorbent by the adsorption mode operation is discharged by the third heat exchanger 6 using the desorption air DA flowing from the second heat exchanger 4 toward the third heat exchanger 6 as a medium. Can do. As a result, the adsorbent is regenerated and water can be adsorbed again. In the case of this embodiment, the reproduction completion state is detected by the absolute humidity sensors 13 and 14.

ここで、本形態においてはバイパス通路9を設けて空気を循環させる(脱着空気DA、循環空気RA)ようにしているが、このことにより排気損失がゼロになり、システム性能を向上させることができる。すなわち、脱着空気DAを循環させることで脱着過程消費エネルギーを当該ヒートポンプシステムの蒸発熱として全部回収することができる。ただ、脱着機能のみを考慮すれば、バイパス通路9は、原理的には必ずしも必要ではない。   Here, in this embodiment, the bypass passage 9 is provided to circulate the air (desorption air DA, circulating air RA), but this eliminates exhaust loss and improves system performance. . That is, by desorbing the desorption air DA, it is possible to recover all the desorption process consumption energy as the evaporation heat of the heat pump system. However, if only the desorption function is considered, the bypass passage 9 is not always necessary in principle.

上述の如き吸着モード運転および脱着モード運転は、図示しない制御手段として、絶対湿度センサ13,14が計測する絶対湿度を表す信号に基づき所定の処理を行って、膨張弁3,5等の動作を制御することにより行う。かかる制御態様を図4に基づきさらに説明する。   In the adsorption mode operation and the desorption mode operation as described above, as a control means (not shown), a predetermined process is performed based on a signal representing the absolute humidity measured by the absolute humidity sensors 13 and 14, and the operations of the expansion valves 3, 5 and the like are performed. This is done by controlling. This control mode will be further described with reference to FIG.

図4は本形態における吸着および脱着運転の際の制御態様を説明するための図で、(a)は本形態に係るヒートポンプシステムの一部を抽出して示す概略図、(b)はその制御動作を示すフローチャートである。なお、図4(a)中、図1〜図3と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。   FIG. 4 is a diagram for explaining a control mode in the adsorption and desorption operations in the present embodiment, (a) is a schematic diagram showing an extracted part of the heat pump system according to the present embodiment, and (b) is its control. It is a flowchart which shows operation | movement. In FIG. 4A, the same parts as those in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

両図に示すように、本形態では、絶対湿度センサ13で検出された空気の絶対湿度X1と絶対湿度センサ14で検出された空気の絶対湿度X2との関係がX2<X1のときは吸着モード運転を行う(ステップS1参照)。次に、(X1−X2)の値が所定の閾値Xadth未満となったことが検出された時点(ステップS2参照)で、脱着モード運転に切り替え、X2>X1の条件の下で脱着モード運転を行う(ステップS3参照)。最後に、(X2−X1)の値が所定の閾値Xdeth未満となったことが検出された時点(ステップS4参照)で、吸着モード運転に戻し、以下同様の動作を繰り返す。なお、本例は絶対湿度センサ13,14を利用して平衡吸着状態検出手段を構成したが、これに限るものではない。他の物理量、例えば相対湿度、空気温度等のデータを収集して所定の演算処理を行うことにより同様の平衡吸着状態検出手段を構成することも可能である。   As shown in both figures, in this embodiment, when the relationship between the absolute humidity X1 of the air detected by the absolute humidity sensor 13 and the absolute humidity X2 of the air detected by the absolute humidity sensor 14 is X2 <X1, the adsorption mode Operation is performed (see step S1). Next, when it is detected that the value of (X1-X2) is less than the predetermined threshold value Xadth (see step S2), the operation is switched to the desorption mode operation, and the desorption mode operation is performed under the condition of X2> X1. Perform (see step S3). Finally, when it is detected that the value of (X2-X1) has become less than the predetermined threshold value Xdeth (see step S4), the operation returns to the suction mode operation, and the same operation is repeated thereafter. In addition, although this example comprised the equilibrium adsorption state detection means using the absolute humidity sensors 13 and 14, it is not restricted to this. It is also possible to configure the same equilibrium adsorption state detection means by collecting data such as other physical quantities such as relative humidity and air temperature and performing a predetermined calculation process.

図5は本形態に係るヒートポンプシステムを給湯システムに適用した場合の吸着モードでのブロック線図、図6は脱着モードでのブロック線図である。両図に示すように、当該給湯システムは第1の熱交換器2で加熱する被加熱媒体をお湯とする場合である。当該給湯システムにおいては給湯機能が阻害されることなく、すなわち第1の熱交換器2におけるお湯の加熱が中断されることなく継続的なフロストフリー運転が可能になる。ここで、第1の熱交換器2で熱交換して加熱されたお湯はタンク15内に貯留されるとともに、ポンプ16で第1の熱交換器2との間を循環するように構成してある。   FIG. 5 is a block diagram in an adsorption mode when the heat pump system according to the present embodiment is applied to a hot water supply system, and FIG. 6 is a block diagram in a desorption mode. As shown to both figures, the said hot-water supply system is a case where the to-be-heated medium heated with the 1st heat exchanger 2 is used as hot water. In the hot water supply system, continuous frost-free operation is possible without hindering the hot water supply function, that is, without interrupting the heating of hot water in the first heat exchanger 2. Here, the hot water heated by exchanging heat in the first heat exchanger 2 is stored in the tank 15 and is circulated between the first heat exchanger 2 by the pump 16. is there.

なお、図5及び図6中、図2および図3と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。   In FIG. 5 and FIG. 6, the same parts as those in FIG. 2 and FIG.

<第2の実施の形態>
図7は本発明の第2の実施の形態に係るヒートポンプシステムを示すブロック線図である。なお、図7中、図1と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。図7に示すように、本形態にかかるヒートポンプシステムは、第1の膨張弁3をバイパスする管路17と開閉弁18を有しており、第2の熱交換器4を脱着熱交換器として機能させる脱着モード運転の際には開閉弁18を閉じることで冷媒を管路17に導いて第1の膨張弁3をバイパスさせるようにしたものである。
<Second Embodiment>
FIG. 7 is a block diagram showing a heat pump system according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 7, the same parts as those in FIG. As shown in FIG. 7, the heat pump system according to this embodiment includes a pipe line 17 that bypasses the first expansion valve 3 and an on-off valve 18, and the second heat exchanger 4 is a desorption heat exchanger. In the desorption mode operation to be performed, the on-off valve 18 is closed to guide the refrigerant to the pipe line 17 so that the first expansion valve 3 is bypassed.

本形態によれば、第2の熱交換器4を脱着熱交換器として機能させる際、冷媒を、第1の膨張弁3を通過させる場合に較べて圧力損失を低減することができる。   According to this form, when making the 2nd heat exchanger 4 function as a desorption heat exchanger, pressure loss can be reduced compared with the case where a refrigerant is allowed to pass through the 1st expansion valve 3.

<第3の実施の形態>
図8は本発明の第3の実施の形態に係るヒートポンプシステムを示すブロック線図である。なお、図8中、図1と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。同図に示すように、本形態にかかるヒートポンプシステムは、第2の熱交換器4と第2の膨張弁5との間に気液分離器19を配設し、気液分離器19で分離された冷媒のガス成分を管路20を介して圧縮機1の冷媒吸入口と冷媒吐出口の途中に戻すように構成したものである。
<Third Embodiment>
FIG. 8 is a block diagram showing a heat pump system according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 8, the same parts as those in FIG. As shown in the figure, in the heat pump system according to this embodiment, a gas-liquid separator 19 is disposed between the second heat exchanger 4 and the second expansion valve 5 and separated by the gas-liquid separator 19. The gas component of the refrigerant is returned to the middle of the refrigerant suction port and the refrigerant discharge port of the compressor 1 through the pipe line 20.

本形態によれば、圧縮機の圧縮動力の低減を図ることができる。   According to this embodiment, it is possible to reduce the compression power of the compressor.

<他の実施の形態>
上記実施の形態においては、第2の熱交換器4と第3の熱交換器6との間にも膨張弁5を配設したが、これは必ずしも必要ではない。膨張弁5を設けない場合でも、前述の如く第3の熱交換器6におけるフロストフリー運転を行うことはできるからである。
<Other embodiments>
In the above embodiment, the expansion valve 5 is also disposed between the second heat exchanger 4 and the third heat exchanger 6, but this is not always necessary. This is because even when the expansion valve 5 is not provided, the frost-free operation in the third heat exchanger 6 can be performed as described above.

また、上記実施の形態においては、脱着運転に切替える時点を検出するため、空気流路7における第2の熱交換器4の入口側と出口側とに一対の絶対湿度センサを配設したが、これに限るものではない。他のセンサ等を用いても吸着モード運転および脱着モード運転を行うように構成することは可能であるからである。具体的な他の例を図9および図10に基づき説明する。   In the above embodiment, a pair of absolute humidity sensors are disposed on the inlet side and the outlet side of the second heat exchanger 4 in the air flow path 7 in order to detect the time point when switching to the desorption operation. This is not a limitation. This is because it is possible to perform the adsorption mode operation and the desorption mode operation using other sensors or the like. Another specific example will be described with reference to FIGS.

図9は吸着および脱着運転の際の他の制御態様を説明するための図で、(a)はその場合のヒートポンプシステムの一部を抽出して示す概略図、(b)はその制御動作を示すフローチャートである。なお、図9中、図4と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。   FIG. 9 is a diagram for explaining another control mode at the time of adsorption and desorption operation, (a) is a schematic diagram showing an extracted part of the heat pump system in that case, and (b) is the control operation. It is a flowchart to show. In FIG. 9, the same parts as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図9(a)に示すように、本例では第2の熱交換器4の出口側で空気流路7に配設した露点温度センサ23で検出する空気の露点温度DPと、第3の熱交換器6の出口側で冷媒の流路に配設した温度センサ24で検出する蒸発温度Teとを制御パラメータとしている。すなわち、露点温度DPと蒸発温度Teとの関係がDP<Teのときは吸着モード運転を行う(ステップS11参照)。次に、(Te−DP)の値が所定の閾値Tadth未満となったことが検出された時点(ステップS12参照)で、脱着モード運転に切り替え、DP>Teの条件の下で脱着モード運転を行う(ステップS13参照)。最後に、(DP−Te)の値が所定の閾値Tdeth未満となったことが検出された時点(ステップS14参照)で、吸着モード運転に戻し、以下同様の動作を繰り返す。   As shown in FIG. 9A, in this example, the dew point temperature DP of air detected by the dew point temperature sensor 23 disposed in the air flow path 7 on the outlet side of the second heat exchanger 4, and the third heat The evaporating temperature Te detected by the temperature sensor 24 disposed in the refrigerant flow path on the outlet side of the exchanger 6 is used as a control parameter. That is, when the relationship between the dew point temperature DP and the evaporation temperature Te is DP <Te, the adsorption mode operation is performed (see step S11). Next, when it is detected that the value of (Te−DP) is less than the predetermined threshold value Tadth (see step S12), the operation mode is switched to the desorption mode operation, and the desorption mode operation is performed under the condition of DP> Te. Perform (see step S13). Finally, when it is detected that the value of (DP−Te) has become less than the predetermined threshold value Tdeth (see step S14), the operation returns to the suction mode operation, and the same operation is repeated thereafter.

図10は吸着および脱着運転の際のさらに他の制御態様を説明するための図で、(a)はその場合のヒートポンプシステムの一部を抽出して示す概略図、(b)はその制御動作を示すフローチャートである。なお、図10中、図4と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。   FIG. 10 is a diagram for explaining still another control mode during the adsorption and desorption operation, in which (a) is a schematic diagram showing an extracted part of the heat pump system in that case, and (b) is its control operation. It is a flowchart which shows. In FIG. 10, the same parts as those in FIG.

図10(a)に示すように、本例では第2の熱交換器4の入口側における空気流路7での空気温度(外気温度)Taを温度センサ33で検出しており、この温度Taに対応させて予め定められた時定数に基づく設定時間τad、τdeを管理することにより所定の制御を行っている。すなわち、所定の設定時間τadでは吸着モード運転を行う(ステップS21参照)。次に、設定時間τadが所定の閾値τadthとなった時点(ステップS22参照)で、脱着モード運転に切り替え、所定の設定時間τdeの間は脱着モード運転を行う(ステップS23参照)。最後に、設定時間τdeが所定の閾値τdethとなった時点(ステップS24参照)で吸着モード運転に戻し、以下同様の動作を繰り返す。   As shown in FIG. 10A, in this example, the air temperature (outside air temperature) Ta in the air flow path 7 on the inlet side of the second heat exchanger 4 is detected by the temperature sensor 33, and this temperature Ta The predetermined control is performed by managing the set times τad and τde based on a predetermined time constant corresponding to the above. That is, the suction mode operation is performed for a predetermined set time τad (see step S21). Next, when the set time τad reaches a predetermined threshold value τadth (see step S22), switching to the desorption mode operation is performed, and during the predetermined set time τde, the desorption mode operation is performed (see step S23). Finally, when the set time τde reaches the predetermined threshold value τdeth (see step S24), the suction mode operation is returned to, and the same operation is repeated thereafter.

また、上記実施例では空気流路7における流路の切替手段はダンパ10〜12で形成したが、これに限るものではない。流路切替の機能を有するものであれば特に制限はない。例えば、弁等でも構わない。   Moreover, in the said Example, although the switching means of the flow path in the air flow path 7 was formed with the dampers 10-12, it is not restricted to this. There is no particular limitation as long as it has a function of switching channels. For example, a valve or the like may be used.

本発明はヒートポンプ等の熱交換機器を製造・販売する産業分野において有効に利用することができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be effectively used in an industrial field where a heat exchange device such as a heat pump is manufactured and sold.

1 圧縮機
2 第1の熱交換器
3 第1の膨張弁
4 第2の熱交換器
5 第2の膨張弁
6 第3の熱交換器
7 空気流路
9 バイパス通路
10,11,12 ダンパ
13,14 絶対湿度センサ
17 管路
18 開閉弁
19 気液分離器
20 管路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Compressor 2 1st heat exchanger 3 1st expansion valve 4 2nd heat exchanger
DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 2nd expansion valve 6 3rd heat exchanger 7 Air flow path 9 Bypass path 10, 11, 12 Damper 13, 14 Absolute humidity sensor 17 Pipe line 18 On-off valve 19 Gas-liquid separator
20 pipeline

Claims (8)

冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機で圧縮された高温・高圧の冷媒を用いて被加熱媒体を加熱する第1の熱交換器と、
前記第1の熱交換器で熱交換された冷媒を膨張させる膨張弁と、
前記膨張弁で膨張させた低温の冷媒を蒸発させて空気と熱交換させる吸着材付の熱交換器である第2の熱交換器と、
前記第2の熱交換器で蒸発させて空気と熱交換させた冷媒と前記空気とをさらに熱交換させて前記圧縮機に戻す空気熱交換器である第3の熱交換器と、
前記第2の熱交換器と前記第3の熱交換器でそれぞれ熱交換を行う前記空気を前記第2の熱交換器側から前記第3の熱交換器側に向けて流通させるための空気流路と
第2の熱交換器の出口側と第3の熱交換器の入口側との間に設けた他の膨張弁とを有するとともに、
前記空気流路が、外部に開口する第2の熱交換器側の空気吸入口と第3の熱交換器側の空気排出口とを有するとともに前記空気吸入口と空気排出口との間で空気を循環させるためのバイパス通路を有し、
さらに前記空気吸入口から流入した空気が第2および第3の熱交換器で熱交換して前記空気排出口から排出されるモードと、前記第2および第3の熱交換器で熱交換しつつ空気が前記バイパス通路を介して循環されるモードとを切替える切替手段とを有することを特徴とするヒートポンプシステム。
A compressor for compressing the refrigerant;
A first heat exchanger that heats the medium to be heated using a high-temperature, high-pressure refrigerant compressed by the compressor;
An expansion valve for expanding the refrigerant heat-exchanged in the first heat exchanger;
A second heat exchanger that is a heat exchanger with an adsorbent that evaporates a low-temperature refrigerant expanded by the expansion valve and exchanges heat with air;
A third heat exchanger, which is an air heat exchanger that further exchanges heat between the refrigerant evaporated by the second heat exchanger and heat-exchanged with air and the air, and returns the air to the compressor;
An air flow for circulating the air that performs heat exchange between the second heat exchanger and the third heat exchanger from the second heat exchanger side toward the third heat exchanger side. Road ,
Having another expansion valve provided between the outlet side of the second heat exchanger and the inlet side of the third heat exchanger;
The air flow path has an air inlet on the second heat exchanger side that opens to the outside and an air outlet on the third heat exchanger side, and air between the air inlet and the air outlet. Has a bypass passage for circulating
Further, while the air flowing in from the air suction port is heat-exchanged by the second and third heat exchangers and discharged from the air discharge port, heat exchange is performed by the second and third heat exchangers. A heat pump system comprising switching means for switching between modes in which air is circulated through the bypass passage.
請求項に記載するヒートポンプシステムにおいて、
前記膨張弁をバイパスし得るように構成したことを特徴とするヒートポンプシステム。
In the heat pump system according to claim 1 ,
A heat pump system configured to bypass the expansion valve.
請求項または請求項に記載するヒートポンプシステムにおいて、
前記第2の熱交換器と前記他の膨張弁との間に気液分離器を配設し、該気液分離器で分離された冷媒のガス成分を前記圧縮機の冷媒吸入口と冷媒吐出口の途中に戻すように構成したことを特徴とするヒートポンプシステム。
In the heat pump system according to claim 1 or claim 2 ,
A gas-liquid separator is disposed between the second heat exchanger and the other expansion valve, and the gas component of the refrigerant separated by the gas-liquid separator is discharged from the refrigerant suction port of the compressor and the refrigerant discharge. A heat pump system configured to return to the middle of the exit.
請求項〜請求項の何れか一つに記載するヒートポンプシステムにおいて、
前記空気流路を流通する空気の、前記第2の熱交換器の出口側における露点温度を計測する露点計測手段を有することを特徴とするヒートポンプシステム。
The heat pump system according to any one of claims 1 to 3,
A heat pump system comprising dew point measuring means for measuring a dew point temperature of the air flowing through the air flow path on the outlet side of the second heat exchanger.
請求項に記載するヒートポンプシステムにおいて、
前記露点計測手段により検出される露点温度が所定の第1の閾値になるまでは前記膨張弁および前記他の膨張弁を絞って前記第2および第3の熱交換器を何れも蒸発器として機能させる吸着モード運転を行う一方、前記第1の閾値に達した時点で前記膨張弁を開放し、前記他の膨張弁を絞って前記第2の熱交換器を凝縮器またはガスクーラーとして機能させる脱着モード運転を行い、前記露点温度が所定の第2の閾値に達した後、前記吸着モード運転に戻るように制御する制御手段を、さらに有することを特徴とするヒートポンプシステム。
In the heat pump system according to claim 4 ,
Until the dew point temperature detected by the dew point measuring means reaches a predetermined first threshold value, both the second and third heat exchangers function as an evaporator by restricting the expansion valve and the other expansion valve. Desorption that allows the second heat exchanger to function as a condenser or a gas cooler by opening the expansion valve when the first threshold value is reached and restricting the other expansion valve while the adsorption mode operation is performed A heat pump system further comprising control means for performing mode operation and controlling the dew point temperature to return to the adsorption mode operation after reaching a predetermined second threshold value.
請求項〜請求項の何れか一つに記載するヒートポンプシステムにおいて、
前記空気流路を流通する空気の第2の熱交換器の入口側と出口側とにおける物理量をそれぞれ計測する第1および第2のセンサの出力信号に基づき前記吸着材の平衡吸着状態を検出する平衡吸着状態検出手段を有することを特徴とするヒートポンプシステム。
The heat pump system according to any one of claims 1 to 3,
An equilibrium adsorption state of the adsorbent is detected based on output signals of first and second sensors that respectively measure physical quantities of the air flowing through the air flow path at the inlet side and the outlet side of the second heat exchanger. A heat pump system comprising an equilibrium adsorption state detection means.
請求項に記載するヒートポンプシステムにおいて、
前記平衡吸着状態が検出されるまでは前記膨張弁および前記他の膨張弁を絞って前記第2および第3の熱交換器を何れも蒸発器として機能させる吸着モード運転を行う一方、前記平衡吸着状態が検出された時点で前記膨張弁を開放し、前記他の膨張弁を絞って前記第2の熱交換器を凝縮器またはガスクーラーとして機能させる脱着モード運転を行い、さらに前記平衡吸着状態の解除が検出された後、前記吸着モード運転に戻るように制御する制御手段をさらに有することを特徴とするヒートポンプシステム。
In the heat pump system according to claim 6 ,
Until the equilibrium adsorption state is detected, the expansion valve and the other expansion valve are throttled to perform an adsorption mode operation in which both the second and third heat exchangers function as an evaporator, while the equilibrium adsorption is performed. When the state is detected, the expansion valve is opened, and the other expansion valve is throttled to perform a desorption mode operation in which the second heat exchanger functions as a condenser or a gas cooler. A heat pump system further comprising control means for controlling to return to the adsorption mode operation after the release is detected.
請求項〜請求項の何れか一つに記載するヒートポンプシステムにおいて、
タイマーに設定された所定の第1の設定時間が経過するまでは、前記膨張弁と前記他の膨張弁とを絞って第2および第3の熱交換器を何れも蒸発器として機能させる吸着モード運転を行う一方、前記第1の設定時間の経過後に前記膨張弁を開放し、前記他の膨張弁を絞って前記第2の熱交換器を凝縮器またはガスクーラーとして機能させる脱着モード運転を行い、さらに前記タイマーに設定された第2の設定時間が経過した後、前記吸着モード運転に戻るように制御する制御手段を有することを特徴とするヒートポンプシステム。
The heat pump system according to any one of claims 1 to 3,
An adsorption mode in which the second and third heat exchangers function as evaporators by restricting the expansion valve and the other expansion valve until a predetermined first set time set in a timer elapses. On the other hand, after the first set time has elapsed, the expansion valve is opened, and the other expansion valve is throttled to perform the desorption mode operation in which the second heat exchanger functions as a condenser or a gas cooler. The heat pump system further comprises control means for controlling to return to the adsorption mode operation after a second set time set in the timer has elapsed.
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