JP5999273B2 - Refrigeration cycle equipment - Google Patents
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Description
本発明は、凝縮器で熱媒体を加熱する冷凍サイクル装置に関する。 The present invention relates to a refrigeration cycle apparatus that heats a heat medium with a condenser.
下記特許文献1には、圧縮機、四方弁、水熱交換器(凝縮器)、減圧装置および空気熱交換器(蒸発器)を冷媒配管を介して接続した冷凍サイクル回路と、ポンプ、水熱交換器および貯湯タンクを水配管を介して接続した水回路とを具備し、冷凍サイクル回路の水熱交換器で加熱した湯を貯湯タンク内に貯めるヒートポンプ式給湯機において、冷凍サイクル回路の冷媒としてR410AまたはR407Cを用いるものが開示されている。
R410A冷媒を使用する空調機の場合、高圧側の設計圧力は例えば4.25MPaであり、飽和温度に換算すると約65℃である。なお、本明細書における圧力の記載はすべて絶対圧とする。給湯機の冷凍サイクルにR410A冷媒を用いる場合に、圧縮機および熱交換器などの部品を空調機と共通化するには、設計圧力を空調機と同じ4.25MPaにする必要がある。 In the case of an air conditioner using R410A refrigerant, the design pressure on the high pressure side is, for example, 4.25 MPa, and is approximately 65 ° C. when converted to the saturation temperature. In addition, all the pressure descriptions in this specification are absolute pressures. When the R410A refrigerant is used in the refrigeration cycle of the water heater, the design pressure needs to be 4.25 MPa, the same as that of the air conditioner, in order to share the components such as the compressor and the heat exchanger with the air conditioner.
特許文献1では、R410A冷媒を用いる場合に、凝縮圧力を4.75MPa、飽和温度を約70℃、入水温度を5℃とした場合に、出湯温度が約85℃になるとしている。一方、前述のように空調機の設計圧力である4.25MPaを上限とすると、飽和温度は約65℃、出湯温度は約80℃となる。このとき、凝縮器出口の冷媒温度を10℃としている。
In
ヒートポンプ式給湯機の凝縮器の入水温度は、通常は外気温度と同程度である。しかしながら、貯湯タンクで放熱して温度低下した湯を再加熱する場合、または、浴槽水を加熱する熱交換器に凝縮器で加熱された湯を循環させる場合などには、入水温度が50℃程度またはそれ以上に高くなる。凝縮器の冷媒飽和温度の上限が約65℃であるとすると、入水温度が高い場合には、凝縮器出口の冷媒が気液二相状態またはガス状態となる。凝縮器出口の冷媒が気液二相状態またはガス状態になると、凝縮器内の冷媒の平均流速が高くなり、冷媒の圧力損失が大きくなる。その圧力損失により冷媒の温度が降下することで、冷媒温度が入水温度より低くなる部分が凝縮器内に生じる場合がある。その場合、冷媒温度が水温より低い部分では水が冷媒に熱を奪われることになるため、凝縮器で水を加熱する効率が悪くなる。 The incoming water temperature of the condenser of the heat pump type hot water heater is usually the same as the outside air temperature. However, when reheating hot water whose temperature has dropped due to heat dissipation in a hot water storage tank, or when circulating hot water heated by a condenser in a heat exchanger that heats bath water, the incoming water temperature is about 50 ° C. Or higher than that. Assuming that the upper limit of the refrigerant saturation temperature of the condenser is about 65 ° C., the refrigerant at the outlet of the condenser is in a gas-liquid two-phase state or a gas state when the incoming water temperature is high. When the refrigerant at the outlet of the condenser is in a gas-liquid two-phase state or a gas state, the average flow velocity of the refrigerant in the condenser increases, and the pressure loss of the refrigerant increases. Due to the pressure drop due to the pressure loss, a portion where the refrigerant temperature is lower than the incoming water temperature may occur in the condenser. In that case, since the water is deprived of heat by the refrigerant at a portion where the refrigerant temperature is lower than the water temperature, the efficiency of heating the water with the condenser is deteriorated.
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、加熱前の熱媒体の温度が高い場合に、凝縮器で冷媒が熱媒体から加熱されることを抑制することのできる冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems. When the temperature of the heat medium before heating is high, the refrigeration capable of suppressing the refrigerant from being heated from the heat medium by the condenser. An object is to provide a cycle device.
本発明の冷凍サイクル装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒流路および熱媒体流路を有し、圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮させる第1凝縮器と、第1凝縮器の冷媒流路より断面積が小さい冷媒流路と、熱媒体流路とを有し、第1凝縮器を通過した冷媒を更に凝縮させる第2凝縮器と、冷媒を蒸発させる蒸発器と、冷媒と熱交換する液状の熱媒体を第2凝縮器と第1凝縮器とにこの順に通過させる熱媒体経路と、第2凝縮器の冷媒流路または熱媒体流路をバイパスする第2凝縮器バイパス通路と、第2凝縮器バイパス通路を通る冷媒または熱媒体の流量であるバイパス量を可変にする流路制御要素と、冷媒と熱交換する前の熱媒体の温度である入り熱媒体温度が基準温度に対して高い場合のバイパス量が、入り熱媒体温度が基準温度に対して低い場合のバイパス量に比べて大きくなるように、流路制御要素の動作を制御する制御手段と、を備え、冷媒または熱媒体の全流量のうち第2凝縮器バイパス通路を通る割合をバイパス率とし、制御手段は、入り熱媒体温度が第1基準温度に対して低い場合にはバイパス率を0%とし、入り熱媒体温度が第1基準温度より高い第2基準温度に対して高い場合にはバイパス率を100%とし、入り熱媒体温度が第1基準温度と第2基準温度との間にある場合には入り熱媒体温度が高くなるにつれてバイパス率が連続的または段階的に高くなるように、流路制御要素の動作を制御するものである。
The refrigeration cycle apparatus of the present invention includes a compressor that compresses a refrigerant, a refrigerant channel and a heat medium channel, a first condenser that condenses the refrigerant compressed by the compressor, and a refrigerant of the first condenser. A refrigerant flow path having a smaller cross-sectional area than the flow path and a heat medium flow path, a second condenser for further condensing the refrigerant that has passed through the first condenser, an evaporator for evaporating the refrigerant, a refrigerant and heat A heat medium path for allowing the liquid heat medium to be exchanged to pass through the second condenser and the first condenser in this order; a second condenser bypass path for bypassing the refrigerant flow path or the heat medium flow path of the second condenser; , A flow path control element that varies a bypass amount that is a flow rate of the refrigerant or the heat medium passing through the second condenser bypass passage, and an input heat medium temperature that is a temperature of the heat medium before heat exchange with the refrigerant is a reference temperature. When the amount of bypass is high, the heat transfer medium temperature is To be larger than the bypass quantity of If no, and a control means for controlling the operation of the channel control element, the bypass rate ratio through the second condenser bypass passage of the total flow rate of the coolant or heating medium The control means sets the bypass rate to 0% when the input heat medium temperature is lower than the first reference temperature, and sets the bypass heat rate to be higher than the second reference temperature higher than the first reference temperature. In the case where the bypass rate is 100% and the input heat medium temperature is between the first reference temperature and the second reference temperature, the bypass rate increases continuously or stepwise as the input heat medium temperature increases. in a shall control the operation of the channel control element.
本発明の冷凍サイクル装置によれば、凝縮器を第1凝縮器と第2凝縮器とに分け、第2凝縮器の冷媒流路または熱媒体流路をバイパスする第2凝縮器バイパス通路を設け、加熱前の熱媒体の温度が高い場合には、冷媒または熱媒体が第2凝縮器をバイパスする量を大きくすることにより、凝縮器で冷媒が熱媒体から加熱されることを抑制することが可能となる。 According to the refrigeration cycle apparatus of the present invention, the condenser is divided into the first condenser and the second condenser, and the second condenser bypass passage that bypasses the refrigerant flow path or the heat medium flow path of the second condenser is provided. When the temperature of the heat medium before heating is high, it is possible to prevent the refrigerant from being heated from the heat medium by the condenser by increasing the amount of the refrigerant or the heat medium that bypasses the second condenser. It becomes possible.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。なお、本発明は、以降に示す各実施の形態のあらゆる組み合わせを含むものとする。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is common in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted. Note that the present invention includes all combinations of the embodiments described below.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1の冷凍サイクル装置の構成図である。図1に示すように、本実施の形態1の冷凍サイクル装置1Aは、圧縮機2と、第1凝縮器3A,3Bと、第2凝縮器4と、膨張弁5と、蒸発器6と、アキュムレータ7とを冷媒配管により接続してなる冷媒回路を備える。冷凍サイクル装置1Aは、更に、熱媒体経路9と、第2凝縮器バイパス通路10と、流路切替弁11と、蒸発器6に送風する送風機12と、入り熱媒体温度センサ13と、冷凍サイクル装置1Aの運転を制御する制御装置50とを備える。本実施の形態1の冷凍サイクル装置1Aは、液状の熱媒体を加熱するヒートポンプとしての機能を有する。本実施の形態1での熱媒体は水であるが、本発明における熱媒体は、不凍液、ブラインなどでも良い。また、本実施の形態1の冷凍サイクル装置1Aは、給湯装置として用いられるが、本発明における冷凍サイクル装置は、給湯以外の用途(例えば暖房など)に用いる熱媒体を加熱するものにも適用可能である。なお、以下の説明では、記述を簡略化するため、比エンタルピ[kJ/kg]を単にエンタルピと称する。
FIG. 1 is a configuration diagram of a refrigeration cycle apparatus according to
二つの第1凝縮器3A,3Bは、同様の構成であり、並列に接続されている。第1凝縮器3A,3Bは、冷媒流路31および熱媒体流路32を有する。第2凝縮器4は、冷媒流路41および熱媒体流路42を有する。圧縮機2は、低圧の冷媒ガスを圧縮し、高圧の冷媒ガスとする。圧縮機2で圧縮された高圧冷媒ガスは、第1凝縮器3Aの冷媒流路31と、第1凝縮器3Bの冷媒流路31とに分かれて流入する。第1凝縮器3A,3Bを通過した高圧冷媒は、合流して第2凝縮器4の冷媒流路41に流入する。第1凝縮器3A,3Bは、機能的には一つの凝縮器である。本発明では、第1凝縮器3A,3Bが一体化されていても良い。
The two
膨張弁5は、高圧冷媒を減圧膨張させる減圧装置である。膨張弁5は、その開度が任意に変更可能なものが好ましい。第2凝縮器4の冷媒流路41を通過した高圧冷媒は、膨張弁5にて減圧膨張し、低圧冷媒となる。この低圧冷媒は、蒸発器6に流入する。
The
蒸発器6は、冷媒と空気とを熱交換させる熱交換器である。蒸発器6は、送風機12によって送風された外気の熱を冷媒に吸収させる。本実施の形態1における蒸発器6の熱源は外気であるが、本発明における蒸発器の熱源は、外気に限らず、例えば、廃熱、地中熱、地下水、太陽熱温水などでも良い。また、本発明では、蒸発器で冷却した流体を冷房などに利用しても良い。
The
蒸発器6を通過した低圧冷媒は、アキュムレータ7に流入する。アキュムレータ7に流入した冷媒のうち、冷媒液はアキュムレータ7に貯留され、冷媒ガスはアキュムレータ7を出て圧縮機2に吸入される。なお、以上のような冷媒回路では、一般に、圧縮機2で圧縮された高圧冷媒が減圧装置に流入するまでの区間を「高圧側」と言い、減圧装置で減圧された低圧冷媒が圧縮機2に吸入されるまでの区間を「低圧側」と言う。
The low-pressure refrigerant that has passed through the
熱媒体経路9は、第2凝縮器4の熱媒体流路42と、第1凝縮器3A,3Bの熱媒体流路32とに、この順に水を通過させる。熱媒体経路9は、水入口91と第2凝縮器4の熱媒体流路42の入口とを接続し、第2凝縮器4の熱媒体流路42の出口と第1凝縮器3A,3Bの熱媒体流路32の入口とを接続し、第1凝縮器3A,3Bの熱媒体流路32の出口と、水出口92とを接続する。第1凝縮器3A,3B内では冷媒と水とが対向流となる。第2凝縮器4内では冷媒と水とが対向流となる。
The
第2凝縮器バイパス通路10は、第2凝縮器4の熱媒体流路42をバイパスする。流路切替弁11は、三方弁である。流路切替弁11は、水入口91と第2凝縮器4の熱媒体流路42の入口との間の熱媒体経路9の途中に設置されている。第2凝縮器バイパス通路10の一端は流路切替弁11に接続され、第2凝縮器バイパス通路10の他端は第2凝縮器4の熱媒体流路42の出口と第1凝縮器3A,3Bの熱媒体流路32の入口との間の熱媒体経路9の途中に接続されている。
The second
流路切替弁11は、水入口91から流入した水の全量を第2凝縮器4の熱媒体流路42へ流す状態と、水入口91から流入した水の全量を第2凝縮器バイパス通路10へ流す状態とに切り替え可能である。また、流路切替弁11は、水入口91から流入した水を、第2凝縮器4の熱媒体流路42と、第2凝縮器バイパス通路10とに配分する比率を変更可能でもよい。本実施の形態1では、水入口91から流入する水の全流量のうち、第2凝縮器4を通らずに第2凝縮器バイパス通路10を通る割合を「バイパス率」と称する。本実施の形態1では、流路切替弁11が、第2凝縮器バイパス通路10を通る水の流量であるバイパス量を可変にする流路制御要素に相当する。
The flow
入り熱媒体温度センサ13は、水入口91と流路切替弁11との間の熱媒体経路9の途中に設置されている。入り熱媒体温度センサ13は、冷媒と熱交換する前の熱媒体すなわち水の温度を検出する。以下、入り熱媒体温度センサ13の検出温度を「入水温度」と称する。
The incoming heat
制御装置50は、冷凍サイクル装置1Aの運転を制御する制御手段である。制御装置50には、圧縮機2、膨張弁5、流路切替弁11、送風機12、および入り熱媒体温度センサ13が、それぞれ電気的に接続されている。それら以外のアクチュエータ、センサ、ユーザーインターフェース装置などが制御装置50に更に接続されていてもよい。制御装置50は、プロセッサ50aと、制御プログラム、データ等を記憶するメモリ50bとを有する。制御装置50は、各センサで検出される情報、ユーザーインターフェース装置からの指示情報などに基づき、圧縮機2、膨張弁5、流路切替弁11、および送風機12の動作をメモリ50bに記憶されたプログラムに従って制御することにより、冷凍サイクル装置1Aの運転を制御する。
The
本実施の形態1では、冷媒としてR32を用いる。R32を冷媒として用いることの利点については後述する。 In the first embodiment, R32 is used as the refrigerant. The advantage of using R32 as a refrigerant will be described later.
図2は、第1凝縮器3A,3Bおよび第2凝縮器4を構成する熱交換器の一部を示す斜視図である。図2に示すように、熱交換器60は、1本のねじり管61と、3本の冷媒伝熱管62,63,64とを有する。ねじり管61の内部は、熱媒体流路を構成する。すなわち、ねじり管61の内部を水が流れる。冷媒伝熱管62,63,64の内部は、冷媒流路を構成する。冷媒は、3本の冷媒伝熱管62,63,64に分かれて、それらの内部を並行して流れる。図2では、冷媒伝熱管62,63,64の区別を容易にするため、便宜上、冷媒伝熱管62,64にそれぞれハッチングを付す。すなわち、図2中のハッチングは、断面を意味するものではない。ねじり管61は、その外周に、並行する3本の螺旋状の溝61a,61b,61cを有する。冷媒伝熱管62,63,64は、各溝61a,61b,61cにそれぞれ嵌め込まれ、各溝61a,61b,61cの形状に沿って、螺旋状に巻きつけられている。このような構成により、ねじり管61と、冷媒伝熱管62,63,64との接触伝熱面積を大きくすることができる。
FIG. 2 is a perspective view showing a part of the heat exchanger constituting the
第1凝縮器3A、第1凝縮器3B、および第2凝縮器4は、それぞれ、上述した熱交換器60とほぼ同じ構造の熱交換器で構成されている。すなわち、第1凝縮器3A、第1凝縮器3B、および第2凝縮器4は、それぞれ、1本の熱媒体流路および3本の冷媒流路を備える。ただし、図1では、簡略化のため、第1凝縮器3A、第1凝縮器3B、および第2凝縮器4の熱媒体流路をそれぞれ1本の線で表している。
The
前述したように、第1凝縮器3A,3Bは、一つの凝縮器として機能する。第1凝縮器3A,3Bは、二つの熱交換器60を並列に接続して構成される。よって、第1凝縮器3A,3Bの全体としては、2本の熱媒体流路および6本の冷媒流路を有する。第2凝縮器4の冷媒流路の断面積は、第1凝縮器3A,3Bの冷媒流路の断面積より小さい。その理由については後述する。凝縮器の冷媒流路が複数に分かれている場合には、「凝縮器の冷媒流路の断面積」とは、複数の冷媒流路の断面積の合計とする。すなわち、第1凝縮器3A,3Bの冷媒流路の断面積とは、6本の冷媒流路の断面積の合計であり、第2凝縮器4の冷媒流路の断面積とは、3本の冷媒流路の断面積の合計である。第1凝縮器3A,3Bの1本の冷媒流路の断面積と、第2凝縮器4の1本の冷媒流路の断面積とが等しいとすると、本実施の形態1の場合、第2凝縮器4の冷媒流路の断面積は、第1凝縮器3A,3Bの冷媒流路の断面積の1/2となる。
As described above, the
なお、本発明における第1凝縮器および第2凝縮器は、上述したようなねじり管式熱交換器に限定されるものではなく、プレート式熱交換器などの他の方式のものでも良い。また、冷媒流路および熱媒体流路の本数も上記の例に限定されるものではない。 Note that the first condenser and the second condenser in the present invention are not limited to the twisted tube heat exchanger as described above, and may be other types such as a plate heat exchanger. Further, the number of refrigerant channels and heat medium channels is not limited to the above example.
図3は、本実施の形態1の冷凍サイクル装置1Aと、タンクユニット20とを有する貯湯式給湯システムの構成図である。図3に示すように、タンクユニット20内には、貯湯タンク21と、水ポンプ22とが設置されている。冷凍サイクル装置1Aと、貯湯タンク21とは、水路23,24を介して接続される。また、冷凍サイクル装置1Aと、タンクユニット20とは、図示しない電気配線を介して接続される。水路23の一端は、冷凍サイクル装置1Aの水入口91に接続されている。水路23の他端は、タンクユニット20内で貯湯タンク21の下部に接続されている。タンクユニット20内の水路23の途中に水ポンプ22が設置されている。水路24の一端は、冷凍サイクル装置1Aの水出口92に接続されている。水路24の他端は、タンクユニット20内で貯湯タンク21の上部に接続されている。図示の構成に代えて、水ポンプ22を冷凍サイクル装置1A内に配置してもよい。
FIG. 3 is a configuration diagram of a hot water storage type hot water supply system including the
タンクユニット20の貯湯タンク21の下部には、給水管25が更に接続されている。水道等の外部の水源から供給される水が、給水管25を通って、貯湯タンク21内に流入し、貯留される。貯湯タンク21内は、給水管25から水が流入することにより、常に満水状態に維持される。タンクユニット20内には、更に、給湯用混合弁26が設けられている。給湯用混合弁26は、出湯管27を介して、貯湯タンク21の上部と接続されている。また、給湯用混合弁26には、給水管25から分岐した給水分岐管28が接続されている。給湯用混合弁26には、給湯管29の一端が更に接続されている。給湯管29の他端は、図示を省略するが、例えば蛇口、シャワー、浴槽等の給湯端末に接続される。
A
貯湯タンク21の蓄熱量を増加させる蓄熱運転では、貯湯タンク21内に貯留された水が、水ポンプ22により、水路23を通って冷凍サイクル装置1Aに送られ、冷凍サイクル装置1A内で加熱されて、高温の湯になる。冷凍サイクル装置1A内で生成した高温湯は、水路24を通ってタンクユニット20に戻り、上部から貯湯タンク21内に流入する。このような蓄熱運転により、貯湯タンク21内には、上側が高温、下側が低温となる温度成層を形成して、湯が貯えられる。
In the heat storage operation for increasing the heat storage amount of the hot
給湯管29から給湯端末に給湯する際には、貯湯タンク21内の高温湯が出湯管27を通って給湯用混合弁26に供給されるとともに、低温水が給水分岐管28を通って給湯用混合弁26に供給される。この高温湯および低温水が給湯用混合弁26で混合された上で、給湯管29を通って給湯端末に供給される。給湯用混合弁26は、使用者により設定された給湯温度になるように、高温湯と低温水との混合比を調節する。
When hot water is supplied from the hot
タンクユニット20内には、浴槽を追い焚きするための追い焚き熱交換器30が更に設けられている。また、図示を省略するが、タンクユニット20内には、浴槽の水を追い焚き熱交換器30へ循環させる配管と、水路23,24の接続先を貯湯タンク21から追い焚き熱交換器30へ切り替えるための配管とが設けられている。浴槽追い焚き運転では、それらの配管により、浴槽の水と、冷凍サイクル装置1A内で生成した高温湯とを追い焚き熱交換器30へ循環させ、両者を熱交換させることにより、浴槽の温度を上昇させることができる。
A reheating
図4は、本実施の形態1の冷凍サイクル装置1Aにおける制御動作を示すフローチャートである。図4のステップS1で、制御装置50は、入り熱媒体温度センサ13で検出される入水温度と、予め設定された基準温度αとを比較する。本実施の形態1では、基準温度α=50℃とする。ステップS1で入水温度が基準温度αより低い場合には、制御装置50は、ステップS2へ移行する。ステップS2で冷凍サイクル装置1Aは、低温入水運転を行う。これに対し、ステップS1で入水温度が基準温度α以上である場合には、制御装置50は、ステップS3へ移行する。ステップS3で冷凍サイクル装置1Aは、高温入水運転を行う。制御装置50は、高温入水運転のバイパス量が低温入水運転のバイパス量より大きくなるように流路切替弁11の動作を制御する。本実施の形態1では、低温入水運転のバイパス率を0%とする。すなわち、ステップS2で制御装置50は、水入口91から流入する水の全流量が第2凝縮器4を通るように流路切替弁11の動作を制御する。また、本実施の形態1では、高温入水運転のバイパス率を100%とする。すなわち、ステップS3で制御装置50は、水入口91から流入する水の全流量が第2凝縮器4を通らずに第2凝縮器バイパス通路10を通るように流路切替弁11の動作を制御する。
FIG. 4 is a flowchart showing a control operation in the
なお、入水温度が基準温度αに近い場合に低温入水運転と高温入水運転とが頻繁に切り替わることを防止するために、二つの基準温度を設け、低温入水運転と高温入水運転との切り替えにヒステリシスを持たせるようにしても良い。 In order to prevent frequent switching between the low-temperature incoming operation and the high-temperature incoming operation when the incoming water temperature is close to the reference temperature α, two reference temperatures are provided, and hysteresis is provided for switching between the low-temperature incoming operation and the high-temperature incoming operation. You may make it have.
給水管25から供給された低温水が貯湯タンク21内の下側に存在している場合には、蓄熱運転の入水温度は、外気温度とほぼ同程度になる。基準温度αは、外気温度より高い。このため、給水管25から供給された低温水が貯湯タンク21内の下側に存在している場合の蓄熱運転では、入水温度が基準温度αより低くなるので、冷凍サイクル装置1Aは低温入水運転を行う。
When the low-temperature water supplied from the
これに対し、放熱などにより温度低下した貯湯タンク21内の湯を再加熱するための蓄熱運転においては、入水温度が基準温度αより高くなる場合がある。また、浴槽追い焚き運転においても、入水温度が基準温度αより高くなる場合がある。これらの場合には、冷凍サイクル装置1Aは高温入水運転を行う。
On the other hand, in the heat storage operation for reheating the hot water in the hot
図5は、本実施の形態1の冷凍サイクル装置1Aの低温入水運転の動作を示す図である。低温入水運転では、水入口91から流入した水は、第2凝縮器4で加熱された後に二つに分岐して第1凝縮器3A,3Bへ並列に流れ、更に加熱される。
FIG. 5 is a diagram showing the operation of the low-temperature water entry operation of the
冷媒は、圧縮機2を出た後に二つに分岐して、第1凝縮器3A,3Bへ並列に流れる。第1凝縮器3Aの伝熱部の入口直前で冷媒は3本の冷媒流路に更に分岐する。同様に、第1凝縮器3Bの伝熱部の入口直前で冷媒は3本の冷媒流路に更に分岐する。第1凝縮器3A,3B内で冷媒は一部凝縮し、気液二相状態となる。第1凝縮器3A,3Bを通過した冷媒は、合流した後、第2凝縮器4へ流れる。第2凝縮器4の伝熱部の入口直前で冷媒は3本の冷媒流路に分岐する。冷媒は、第2凝縮器4内で更に凝縮する。
The refrigerant branches into two after leaving the
図6は、本実施の形態1の冷凍サイクル装置1Aの低温入水運転における第1凝縮器3A,3Bおよび第2凝縮器4での冷媒および水の温度変化の一例を示す図である。図6では、横軸が冷媒のエンタルピを表し、縦軸が温度を表す。この例では、冷媒と水の温度差が最小となるピンチポイントの温度差をおよそ3Kとする。また、入水温度を9℃、冷媒の凝縮温度を62℃(飽和圧力で4.11MPa)、第1凝縮器3A,3Bの入口の冷媒ガスの温度を126℃とすると、第1凝縮器3A,3Bの出口の水温は80℃、第2凝縮器4の出口の冷媒液の温度は12℃となる。このように、本実施の形態1の冷凍サイクル装置1Aによれば、高圧側の圧力を、一般的な空調機の設計圧力である4.25MPa以下にして、80℃の出湯が可能である。このため、圧縮機2の仕様を空調機と共通にすることができるので、コストを低減できる。以下の説明では、第1凝縮器3A,3Bの出口の水温を「出湯温度」と称する。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of temperature changes of the refrigerant and water in the
図7は、本実施の形態1の冷凍サイクル装置1Aの低温入水運転のP−h線図すなわちモリエル線図を示す。図7に示すように、低温入水運転では、低圧冷媒ガスが圧縮機2で点E1から点A1まで圧縮されて高圧冷媒ガスとなる。この高圧冷媒ガスは、第1凝縮器3A,3Bで点A1から点B1まで冷却され、その間に凝縮を開始する。点B1は、気液二相状態となる。この気液二相状態の高圧冷媒は、第2凝縮器4で更に凝縮して過冷却液となる。すなわち、高圧冷媒は第2凝縮器4で点B1から点C1へ変化する。点C1の過冷却液の冷媒は、膨張弁5で点D1まで膨張して減圧され、気液二相状態の低圧冷媒となる。この気液二相状態の低圧冷媒は、蒸発器6で点D1から点E1まで吸熱し、蒸発する。
FIG. 7 shows a Ph diagram, that is, a Mollier diagram, of the low-temperature water entry operation of the
低温入水運転では、冷媒が入水温度に近い温度まで過冷却されるため、冷媒のエンタルピ差が大きくなる結果、冷凍サイクル装置1AのCOPを高くすることができる。図8に、低温入水運転での外気温度と入水温度との関係の一例を示す。図5に示す入水温度が9℃の例は、外気温度が7℃の場合に相当する。外気温度の上昇に対して、入水温度も上昇する。
In the low-temperature water entry operation, the refrigerant is supercooled to a temperature close to the water temperature, so that the enthalpy difference of the refrigerant increases, and as a result, the COP of the
図9は、本実施の形態1の冷凍サイクル装置1Aの高温入水運転の動作を示す図である。高温入水運転では、水入口91から流入した水は、第2凝縮器4を通らずに、第2凝縮器バイパス通路10を通った後、二つに分岐して第1凝縮器3A,3Bを並列に流れ、加熱される。高温入水運転で冷媒が流れる経路は、低温入水運転と同じである。ただし、第2凝縮器4で水との熱交換がないため、第2凝縮器4では冷媒は凝縮しない。
FIG. 9 is a diagram showing the operation of the high-temperature water entry operation of the
図10は、本実施の形態1の冷凍サイクル装置1Aの高温入水運転における第1凝縮器3A,3Bでの冷媒および水の温度変化の一例を示す図である。図10では、横軸が冷媒のエンタルピを表し、縦軸が温度を表す。この例では、冷媒と水の温度差が最小となるピンチポイントの温度差をおよそ3Kとする。また、入水温度を50℃、冷媒の凝縮温度を62℃(飽和圧力で4.11MPa)、第1凝縮器3A,3Bの入口の冷媒ガスの温度を126℃とすると、第1凝縮器3A,3Bの出口の水温すなわち出湯温度は80℃となる。
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of temperature changes of the refrigerant and water in the
図11は、本実施の形態1の冷凍サイクル装置1Aの高温入水運転のP−h線図を示す。図11に示すように、高温入水運転では、低圧冷媒ガスが圧縮機2で点E2から点A2まで圧縮されて高圧冷媒ガスとなる。この高圧冷媒ガスは、第1凝縮器3A,3Bにて、点A2から点B2まで冷却され、その間に凝縮を開始する。点B2は、気液二相状態となる。第2凝縮器4では、水が流れず、熱交換がなされない。このため、第2凝縮器4内で冷媒は、エンタルピが低下しないが、圧力損失により圧力が降下する。すなわち、第2凝縮器4内で冷媒は点B2から点C2へ変化する。点C2の気液二相状態の冷媒は、膨張弁5で点D2まで膨張して減圧され、気液二相状態の低圧冷媒となる。この気液二相状態の低圧冷媒は、蒸発器6で点D2から点E2まで吸熱し、蒸発する。
FIG. 11 shows a Ph diagram of the high-temperature water entry operation of the
高温入水運転の第2凝縮器4の点B2から点C2の平均冷媒乾き度は、低温入水運転の第2凝縮器4の点B1から点C1の平均冷媒乾き度より高い。このため、高温入水運転の第2凝縮器4内の平均冷媒密度は、低温入水運転の第2凝縮器4内の平均冷媒密度より小さい。また、高温入水運転の蒸発器6の点D2から点E2の平均冷媒乾き度は、低温入水運転の蒸発器6の点D1から点E1の平均冷媒乾き度より高い。このため、高温入水運転の蒸発器6内の平均冷媒密度は、低温入水運転の蒸発器6内の平均冷媒密度より小さい。このようなことから、高温入水運転は、低温入水運転に比べて、第2凝縮器4および蒸発器6に必要な冷媒量が少なくなるため、冷媒回路内に余剰の冷媒が発生する。高温入水運転では、その余剰の冷媒がアキュムレータ7に冷媒液として貯留される。このように、本実施の形態1では、アキュムレータ7が、余剰の冷媒を貯留する貯留部に相当する。ただし、本発明では、第2凝縮器4と膨張弁5との間に設けた受液器(図示省略)を貯留部としても良いし、蒸発器6を貯留部として兼用しても良いし、アキュムレータ7、受液器および蒸発器6のうちの二つ以上に余剰の冷媒を貯留しても良い。
The average refrigerant dryness from the point B2 to the point C2 of the
図12は、本実施の形態1の冷凍サイクル装置1Aの第1凝縮器3A,3Bおよび第2凝縮器4の内部における冷媒および水の位置と温度の関係の一例を示す図である。図12の縦軸は温度を表す。図12の横軸は、第1凝縮器3A,3Bの一つの熱媒体流路長および第2凝縮器4の一つの熱媒体流路長の合計を1としたときの第2凝縮器4の水の入口からの距離の比を表す。ここで、熱媒体流路長とは、熱媒体流路の流れ方向に対する中心軸の長さとする。図12に示す例の運転条件は、前述した図6または図10の運転条件と同じとする。
FIG. 12 is a diagram showing an example of the relationship between the position and temperature of the refrigerant and water in the
第1凝縮器3A,3Bの一つの熱媒体流路長をLp1とし、第2凝縮器4の一つの熱媒体流路長をLp2とすると、図12に示す例では、Lp1:Lp2=0.55:0.45としている。本実施の形態1では、第1凝縮器3A,3Bの熱媒体流路は二つあり、第2凝縮器4の熱媒体流路は一つであるため、第1凝縮器3A,3Bの熱媒体流路の全長をL1とし、第2凝縮器4の熱媒体流路の全長をL2とすると、L1:L2=1.10:0.45≒2.4:1.0となる。
In the example shown in FIG. 12, Lp1: Lp2 = 0..., Assuming that one heat medium flow path length of the
第1凝縮器3A,3Bの熱媒体流路長と第2凝縮器4の熱媒体流路長との比を上記のようにした場合、入水温度が例えば9℃の低温入水運転では、図12に示されるとおり、第2凝縮器4で水を9℃から50℃まで加熱した後、第1凝縮器3A,3Bで水を50℃から80℃まで加熱することができる。また、入水温度が例えば50℃の高温入水運転では、第1凝縮器3A,3Bで水を50℃から80℃まで加熱することができる。
When the ratio of the heat medium flow path length of the
本実施の形態1の冷凍サイクル装置1Aによれば、以下のような効果が得られる。
(効果1)低温入水運転では、第2凝縮器4で冷媒を過冷却させ、第2凝縮器4の出口の冷媒温度を低くしてエンタルピ差を大きくすることで、COPを高くすることができる。冷媒は、その性質上、過冷却液になると流速が低くなり、熱伝達率が気液二相部に比べて低くなる。これに対し、本実施の形態1では、第2凝縮器4の冷媒流路の断面積を、第1凝縮器3A,3Bの冷媒流路の断面積より小さくしたことで、第2凝縮器4内の過冷却液の冷媒の流速の低下を抑制でき、それにより熱伝達率の低下を抑制できる。このため、低温入水運転において、第2凝縮器4での熱交換の効率を向上し、COPを更に高くすることができる。特に、本実施の形態1では、第2凝縮器4の冷媒流路の数を、第1凝縮器3A,3Bの冷媒流路の数より少なくしたことにより、第2凝縮器4での冷媒の熱伝達率の低下をより確実に抑制できる。According to the
(Effect 1) In the low-temperature water entry operation, the COP can be increased by supercooling the refrigerant with the
(効果2)高温入水運転では、第2凝縮器4内の冷媒が気液二相状態またはガスとなるため、過冷却液に比べて流速が高くなる。このため、高温入水運転の第2凝縮器4内の冷媒圧力損失は、低温入水運転の第2凝縮器4内の冷媒圧力損失より大きくなる。このとき、第2凝縮器4は、第1凝縮器3A,3Bに比べて、冷媒流路の断面積が小さく、冷媒流路の数が少ないため、冷媒圧力損失が大きくなり易い。そのため、高温入水運転では、第2凝縮器4内の冷媒が圧力損失により温度降下を生じる。その結果、冷媒と水の温度差が小さくなるため、圧力を一定とすれば、熱交換量が低下する。第2凝縮器4内で、冷媒圧力損失が更に大きくなると、冷媒温度が入水温度より低くなる部分が発生する。冷媒温度が水温より低い部分では、水が冷媒に熱を奪われることになり、熱をロスする。その結果、冷凍サイクル装置1Aが水を加熱する効率が低下する。これに対し、本実施の形態1では、高温入水運転では第2凝縮器4に水を通さないので、冷媒温度が入水温度より低くなる部分が第2凝縮器4内に発生しても、水が冷媒に熱を奪われることを確実に抑制できるので、熱のロスを抑制できる。それゆえ、冷凍サイクル装置1Aが水を加熱する効率が低下することを確実に抑制できる。また、第1凝縮器3A,3Bは、第2凝縮器4に比べて、冷媒流路の断面積が大きく、冷媒流路の数が多いため、冷媒圧力損失が小さい。このため、第1凝縮器3A,3Bでは、入水温度が高い高温入水運転においても、凝縮圧力を上昇させることなく、十分な熱交換量を確保できる。
(Effect 2) In the high-temperature water entry operation, since the refrigerant in the
また、本実施の形態1では、冷媒としてR32を用いることにより、次のような効果が得られる。
(効果3)図13に、R410A冷媒およびR32冷媒の圧縮機吐出温度の比較を示す。図13に示す例では、圧縮機吸入圧力を0℃でのR32の飽和蒸気圧である0.81MPaとし、圧縮機吐出圧力を空調機の設計圧力と同等の4.25MPaとし、圧縮機2に吸入される冷媒の過熱度を0Kとし、圧縮機効率を100%と仮定している。このような条件において、R410Aの圧縮機吐出温度が91℃であるのに対し、R32の圧縮機吐出温度は110℃となる。過熱度とは、蒸発温度すなわち飽和温度からの温度上昇幅である。高温入水運転では、前述のようにアキュムレータ7に余剰の冷媒液を貯留する運転となるため、圧縮機2に吸入される冷媒の過熱度が0K(もしくは0K以下)となる。圧縮機2に吸入される冷媒の過熱度が0Kになると、上記のようにR410A冷媒は圧縮機吐出温度が91℃と低くなる。このため、R410Aを冷媒に用いた場合、高温入水運転での出湯温度を高くすることが困難となる。これに対し、R32冷媒は、圧縮機2に吸入される冷媒の過熱度が0Kになっても、圧縮機吐出温度を110℃と高くすることができる。このため、冷媒にR32を用いることで、高温入水運転での出湯温度をR410A冷媒より高くすることができる。その結果、貯湯タンク21の容量が同一の場合、蓄熱量をより多くできる。本実施の形態1の冷凍サイクル装置1Aは、R32を冷媒に用い、設計圧力を空調機と同程度にした場合、出湯温度は最高で約80℃となる。したがって、貯湯タンク21の貯湯温度も最高で約80℃となる。これに対し、CO2を冷媒に用いたヒートポンプ給湯機の出湯温度は最高で約90℃であり、貯湯温度も最高で約90℃となる。このため、貯湯タンク21の容量を同一とした場合に、蓄熱量はCO2冷媒を用いたヒートポンプ給湯機の方が大きくなる。しかしながら、給湯管29から給湯端末へ供給する湯の温度は、約40〜60℃であるので、貯湯温度が80℃でも問題は無い。また、本実施の形態1の冷凍サイクル装置1Aでは、入水温度が約50℃以上の高温入水運転を行う場合にも、出湯温度を80℃以上とし、且つ効率の良い運転が行える。このため、貯湯タンク21からの放熱などにより貯湯温度および蓄熱量が低下した場合には、冷凍サイクル装置1Aの高温入水運転による蓄熱運転を行うことにより、貯湯タンク21内の温度低下した湯を効率良く再加熱することができる。また、CO2の臨界温度が約31℃であるのに対して、R32の臨界温度は約78℃と高い。このため、本実施の形態1の冷凍サイクル装置1Aによれば、高温入水運転でも冷媒の凝縮潜熱を利用できるので、COPの高い運転ができる。また、貯湯温度が高すぎると、貯湯タンク21から外気への放熱が増加するため、90℃で貯湯するよりも、80℃で貯湯し、蓄熱量が低下した場合に再び蓄熱運転を行う方が熱ロスが小さくなる。なお、本発明では、R32が100%の冷媒を用いた場合だけでなく、R32を主成分とする冷媒を用いた場合にも、上述した効果と同様の効果が得られる。R32を主成分とする冷媒を用いる場合、R32の割合が70mass%以上、より好ましくは90mass%以上の冷媒を用いれば良い。Moreover, in this
(Effect 3) FIG. 13 shows a comparison of compressor discharge temperatures of R410A refrigerant and R32 refrigerant. In the example shown in FIG. 13, the compressor suction pressure is 0.81 MPa which is the saturated vapor pressure of R32 at 0 ° C., the compressor discharge pressure is 4.25 MPa which is equivalent to the design pressure of the air conditioner, and the
ここで、第1凝縮器の冷媒流路の数の、第2凝縮器の冷媒流路の数に対する比を冷媒流路数比と定義する。前述したように、本実施の形態1では、第1凝縮器3A,3Bの冷媒流路は6本であり、第2凝縮器4の冷媒流路は3本であるため、冷媒流路数比は2である。図14は、冷媒流路数比と第1凝縮器の冷媒圧力損失の大きさとの関係を示す図である。図14の縦軸は、冷媒流路数比が1のときを100%とした第1凝縮器の冷媒圧力損失の大きさを表す。図14に示すように、冷媒流路数比が大きいほど、第1凝縮器の冷媒圧力損失は減少する。しかしながら、冷媒流路数比が2.5を超えると、冷媒圧力損失をそれ以上に低減する効果は小さくなる。一方、冷媒流路数比が大き過ぎると、冷媒流速の低下により、熱伝達率が低下するため、熱交換量が低下する場合がある。以上のようなことから、冷媒流路数比は1.5から2.5程度が望ましく、本実施の形態1のように冷媒流路数比が2であることが特に望ましい。また、本実施の形態1では、第1凝縮器3A,3Bおよび第2凝縮器4をほぼ同じ構造の熱交換器で構成している。すなわち、第2凝縮器4とほぼ同じ構造の熱交換器を二つ並列に接続することで第1凝縮器3A,3Bを構成している。これにより、容易な設計で上記効果を達成することができる。
Here, a ratio of the number of refrigerant channels of the first condenser to the number of refrigerant channels of the second condenser is defined as a refrigerant channel number ratio. As described above, in the first embodiment, the
本実施の形態1における低温入水運転では、水のバイパス率を0%とし、水の全量を第2凝縮器4で加熱するので、出湯温度を高くすることができる。ただし、本発明では、低温入水運転で、水のバイパス率を必ずしも0%にしなくても良く、少量の水を第2凝縮器バイパス通路10に通しても良い。また、本実施の形態1における高温入水運転では、水のバイパス率を100%とし、水の全量を第2凝縮器バイパス通路10に通すので、第2凝縮器4で冷媒が水に熱を奪われることを確実に防止することができる。ただし、本発明では、高温入水運転で、水のバイパス率を必ずしも100%にしなくても良く、少量の水を第2凝縮器4に通しても良い。
In the low-temperature water entry operation in the first embodiment, the water bypass rate is set to 0%, and the entire amount of water is heated by the
また、本発明では、第1基準温度と、それより高い第2基準温度とを設け、入水温度が第1基準温度に対して低い場合にはバイパス率を0%とし、入水温度が第2基準温度に対して高い場合にはバイパス率を100%とし、入水温度が第1基準温度と第2基準温度との間にある場合には入水温度が高くなるにつれてバイパス率が連続的または段階的に高くなるように、制御装置50が流路切替弁11の動作を制御しても良い。これにより、低温入水運転と高温入水運転との遷移を円滑に行うことができる。
In the present invention, a first reference temperature and a second reference temperature higher than the first reference temperature are provided. When the incoming water temperature is lower than the first reference temperature, the bypass rate is set to 0%, and the incoming water temperature is the second reference temperature. When the temperature is higher than the temperature, the bypass rate is set to 100%. When the incoming water temperature is between the first reference temperature and the second reference temperature, the bypass rate increases continuously or stepwise as the incoming water temperature increases. The
実施の形態2.
次に、図15および図16を参照して、本発明の実施の形態2について説明するが、上述した実施の形態1との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。
Next, the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 15 and FIG. 16. The description will focus on the differences from the first embodiment described above, and the same or corresponding parts will be denoted by the same reference numerals. The description is omitted.
図15は、本発明の実施の形態2の冷凍サイクル装置の構成図である。図15に示す本実施の形態2の冷凍サイクル装置1Bは、実施の形態1の冷凍サイクル装置1Aと比べて、第2凝縮器バイパス通路10および流路切替弁11を備えない代わりに、第2凝縮器バイパス通路16およびバイパス弁17を備える。第2凝縮器バイパス通路16は、第2凝縮器4の冷媒流路41をバイパスする。第2凝縮器バイパス通路16の一端は、第1凝縮器3A,3Bの冷媒流路31と第2凝縮器4の冷媒流路41との間の冷媒配管に接続されている。第2凝縮器バイパス通路16の他端は、膨張弁5と蒸発器6との間の冷媒配管に接続されている。バイパス弁17は、第2凝縮器バイパス通路16の途中に設けられており、第2凝縮器バイパス通路16を開閉する。バイパス弁17は、高圧冷媒を減圧膨張させる減圧装置の機能も持つ。バイパス弁17は、その開度が任意に変更可能なものが好ましい。入り熱媒体温度センサ13は、水入口91と第2凝縮器4との間の熱媒体経路9の途中に設置されている。
FIG. 15 is a configuration diagram of a refrigeration cycle apparatus according to
本実施の形態2では、第1凝縮器3A,3Bを通過した冷媒の全流量のうち、第2凝縮器4を通らずに第2凝縮器バイパス通路16を通る割合を「バイパス率」と称する。本実施の形態2では、膨張弁5およびバイパス弁17が、第2凝縮器バイパス通路16を通る冷媒の流量であるバイパス量を可変にする流路制御要素に相当する。また、本実施の形態2では、低温入水運転および高温入水運転のいずれにおいても、水入口91から流入した水の全量が第2凝縮器4を通る。
In the second embodiment, of the total flow rate of the refrigerant that has passed through the
冷凍サイクル装置1Bは、入水温度が基準温度αより低い場合には低温入水運転を行い、入水温度が基準温度α以上である場合には高温入水運転を行う。基準温度αは、実施の形態1と同じく50℃とする。制御装置50は、高温入水運転のバイパス量が低温入水運転のバイパス量より大きくなるように膨張弁5およびバイパス弁17の動作を制御する。本実施の形態2では、低温入水運転のバイパス率を0%とし、高温入水運転のバイパス率を100%として説明する。
The
図15は、本実施の形態2の冷凍サイクル装置1Bの低温入水運転の動作を示している。低温入水運転を行う場合には制御装置50は、バイパス弁17を冷媒が流れないような開度に閉じる。これにより、第1凝縮器3A,3Bを通過した冷媒の全流量が第2凝縮器4および膨張弁5を通り、蒸発器6へ向かう。冷凍サイクル装置1Bの低温入水運転は、実施の形態1の冷凍サイクル装置1Aの低温入水運転と実質的に同様の状態になる。
FIG. 15 shows the operation of the low-temperature water entry operation of the
図16は、本実施の形態2の冷凍サイクル装置1Bの高温入水運転の動作を示す図である。図16に示すように、高温入水運転を行う場合には制御装置50は、バイパス弁17を開くとともに、膨張弁5を冷媒が流れないような開度に閉じる。これにより、第1凝縮器3A,3Bを通過した冷媒の全流量が、第2凝縮器4を通らずに、第2凝縮器バイパス通路16を通る。第1凝縮器3A,3Bを通過して第2凝縮器バイパス通路16に流入した高圧冷媒は、バイパス弁17で膨張して減圧され、蒸発器6へ向かう。この高温入水運転では、水は第2凝縮器4を通るが、冷媒が第2凝縮器4を通らないので、第2凝縮器4で水は温度変化しない。
FIG. 16 is a diagram illustrating the operation of the high-temperature water entry operation of the
本実施の形態2の冷凍サイクル装置1Bによれば、実施の形態1と同様の効果が得られる。特に、本実施の形態2によれば、高温入水運転で冷媒が第2凝縮器4を通らないので、冷媒温度が入水温度より低くなる部分が第2凝縮器4内に発生することを確実に抑制できる。それゆえ、水が冷媒に熱を奪われることを確実に抑制できるので、冷凍サイクル装置1Bが水を加熱する効率が低下することを確実に抑制できる。また、高温入水運転では、第1凝縮器3A,3Bを通過した気液二相状態またはガスの冷媒が、冷媒流路の断面積が小さい第2凝縮器4を通らないで済むため、第2凝縮器4内で冷媒が圧力損失により温度降下することを回避できる。
According to the
また、高温入水運転で冷媒が第2凝縮器4を通らないので、冷媒圧力損失を実施の形態1よりも更に低減できる。このため、高温入水運転においても、第1凝縮器3A,3Bで、凝縮圧力の上昇をより確実に抑制し、十分な熱交換量をより確実に確保できる。
In addition, since the refrigerant does not pass through the
本実施の形態2における低温入水運転では、冷媒のバイパス率を0%とし、冷媒の全流量を第2凝縮器4に通すので、出湯温度を高くすることができる。ただし、本発明では、低温入水運転で、冷媒のバイパス率を必ずしも0%にしなくても良く、冷媒の全流量のうちの少量を第2凝縮器バイパス通路16に通しても良い。また、本実施の形態2における高温入水運転では、冷媒のバイパス率を100%とし、冷媒の全流量を第2凝縮器バイパス通路16に通すので、冷媒の圧力損失をより確実に低減できる。ただし、本発明では、高温入水運転で、冷媒のバイパス率を必ずしも100%にしなくても良く、冷媒の全流量のうちの少量を第2凝縮器4に通しても良い。
In the low-temperature water entry operation according to the second embodiment, the refrigerant bypass rate is set to 0%, and the entire flow rate of the refrigerant is passed through the
実施の形態3.
次に、図17から図19を参照して、本発明の実施の形態3について説明するが、上述した実施の形態2との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。
Next, the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 17 to FIG. 19. The description will focus on the differences from the second embodiment described above, and the same or corresponding parts will be denoted by the same reference numerals. The description is omitted.
図17は、本発明の実施の形態3の冷凍サイクル装置の構成図である。図17に示すように、本実施の形態3の冷凍サイクル装置1Cの機器構成は、実施の形態2と同様であるので、説明を省略する。
FIG. 17 is a configuration diagram of a refrigeration cycle apparatus according to
図18は、本実施の形態3の冷凍サイクル装置1Cにおける制御動作を示すフローチャートである。図18のステップS11で、制御装置50は、入り熱媒体温度センサ13で検出される入水温度と、予め設定された第1基準温度βとを比較する。本実施の形態3では、第1基準温度β=30℃とする。ステップS11で入水温度が第1基準温度β以下である場合には、制御装置50は、ステップS12へ移行する。ステップS12で冷凍サイクル装置1Cは、低温入水運転を行う。この低温入水運転は、実施の形態2の低温入水運転(図15)と同様である。すなわち、ステップS12で制御装置50は、膨張弁5を開くとともに、バイパス弁17を冷媒が流れないような開度に閉じる。
FIG. 18 is a flowchart showing a control operation in the refrigeration cycle apparatus 1C of the third embodiment. In step S11 in FIG. 18, the
ステップS11で入水温度が第1基準温度βより高い場合には、制御装置50は、ステップS13へ移行する。ステップS13で制御装置50は、入水温度と、予め設定された第2基準温度γとを比較する。本実施の形態3では、第2基準温度γ=50℃とする。ステップS13で入水温度が第2基準温度γ以上である場合には、制御装置50は、ステップS14へ移行する。ステップS14で冷凍サイクル装置1Cは、高温入水運転を行う。この高温入水運転は、実施の形態2の高温入水運転(図16)と同様である。すなわち、ステップS14で制御装置50は、バイパス弁17を開くとともに、膨張弁5を冷媒が流れないような開度に閉じる。
If the incoming water temperature is higher than the first reference temperature β in step S11, the
ステップS13で入水温度が第2基準温度γより低い場合、すなわち入水温度が第1基準温度βと第2基準温度γとの間にある場合には、制御装置50は、ステップS15へ移行する。ステップS15で冷凍サイクル装置1Cは、中温入水運転を行う。
If the incoming water temperature is lower than the second reference temperature γ in step S13, that is, if the incoming water temperature is between the first reference temperature β and the second reference temperature γ, the
図17は、本実施の形態3の冷凍サイクル装置1Cの中温入水運転の動作を示している。中温入水運転で制御装置50は、第1凝縮器3A,3Bを通過した冷媒が、第2凝縮器4と第2凝縮器バイパス通路16とに分かれて流れるように、膨張弁5およびバイパス弁17の開度を制御する。
FIG. 17 shows the operation of the medium temperature water injection operation of the refrigeration cycle apparatus 1C of the third embodiment. The
図19は、本実施の形態3の冷凍サイクル装置1Cの中温入水運転での入水温度とバイパス率との関係を示す図である。図19に示すように、中温入水運転で制御装置50は、入水温度が高くなるにつれてバイパス率が連続的に高くなるように、膨張弁5およびバイパス弁17の開度を制御する。
FIG. 19 is a diagram showing the relationship between the incoming water temperature and the bypass rate in the medium temperature incoming water operation of the refrigeration cycle apparatus 1C of the third embodiment. As shown in FIG. 19, the
ここで、バイパス率をRb[%]とし、第2凝縮器4を通る冷媒流量をGrcとし、第2凝縮器バイパス通路16を通る冷媒流量をGrbとすると、次式が成り立つ。
Rb=Grb/(Grc+Grb)×100Here, when the bypass rate is Rb [%], the refrigerant flow rate passing through the
Rb = Grb / (Grc + Grb) × 100
第1基準温度βは、図12において、第2凝縮器4内の冷媒の乾き度が0になる位置の水温、すなわち冷媒が気液二相域と過冷却域との境目になる位置の水温を目安にすることが望ましい。図12に示す例では、冷媒の乾き度が0になる位置の水温が約30℃である。このため、本実施の形態3では、第1基準温度β=30℃としている。
In FIG. 12, the first reference temperature β is the water temperature at the position where the dryness of the refrigerant in the
冷媒の全流量を第2凝縮器4に通す場合に、圧力を一定とすると、入水温度が高いほど、第2凝縮器4の冷媒平均流速が高くなり、第2凝縮器4の冷媒圧力損失が大きくなる。本実施の形態3では、入水温度が第1基準温度β(30℃)と第2基準温度γ(50℃)との間にある場合には、冷媒流量の一部を第2凝縮器バイパス通路16に通す中温入水運転を行うことで、第2凝縮器4の冷媒流量を減少させて圧力損失を低減できる。このため、本実施の形態3によれば、入水温度が30℃から50℃の間にある場合に、実施の形態2よりも冷媒圧力損失を低減できるという利点がある。
If the pressure is constant when the entire flow rate of the refrigerant is passed through the
中温入水運転において、第1凝縮器3A,3Bの冷媒エンタルピ差をΔh1とし、第2凝縮器4の冷媒エンタルピ差をΔh2とし、第1凝縮器3A,3Bおよび第2凝縮器4の全体の冷媒エンタルピ差をΔhとすると、次式が成り立つ。
Δh=Δh1+Grc/(Grc+Grb)・Δh2In the medium-temperature water injection operation, the refrigerant enthalpy difference between the
Δh = Δh1 + Grc / (Grc + Grb) · Δh2
本実施の形態3では、入水温度が第1基準温度βと第2基準温度γとの間にある場合、第1凝縮器3A,3Bおよび第2凝縮器4の全体の冷媒エンタルピ差は、上記式で計算されるΔhとなる。一方、入水温度が第1基準温度β以上の場合に冷媒の全流量を第2凝縮器バイパス通路16に通すとした場合には、第1凝縮器3A,3Bおよび第2凝縮器4の全体の冷媒エンタルピ差はΔh1になる。このように、本実施の形態3によれば、入水温度が第1基準温度β以上の場合に冷媒の全流量を第2凝縮器バイパス通路16に通す場合に比べて、冷媒エンタルピ差を大きくできるため、COPをより高くできる。
In the third embodiment, when the incoming water temperature is between the first reference temperature β and the second reference temperature γ, the refrigerant enthalpy difference of the entire
更に、本実施の形態3によれば、低温入水運転と高温入水運転との間で中温入水運転を行うので、それらの運転間の遷移を円滑に行うことができる。なお、本実施の形態3では、中温入水運転で入水温度が高くなるにつれてバイパス率が連続的に高くなるように膨張弁5およびバイパス弁17の開度を制御するが、本発明では、中温入水運転で入水温度が高くなるにつれてバイパス率が段階的に高くなるように膨張弁5およびバイパス弁17の開度を制御しても良い。
Furthermore, according to the third embodiment, since the intermediate temperature water injection operation is performed between the low temperature water input operation and the high temperature water input operation, transition between these operations can be performed smoothly. In the third embodiment, the opening degree of the
1A,1B,1C 冷凍サイクル装置、2 圧縮機、3A,3B 第1凝縮器、4 第2凝縮器、5 膨張弁、6 蒸発器、7 アキュムレータ、9 熱媒体経路、10 凝縮器バイパス通路、11 流路切替弁、12 送風機、13 入り熱媒体温度センサ、16 凝縮器バイパス通路、17 バイパス弁、20 タンクユニット、21 貯湯タンク、22 水ポンプ、23,24 水路、25 給水管、26 給湯用混合弁、27 出湯管、28 給水分岐管、29 給湯管、30 追い焚き熱交換器、31 冷媒流路、32 熱媒体流路、41 冷媒流路、42 熱媒体流路、50 制御装置、50a プロセッサ、50b メモリ、60 熱交換器、61 ねじり管、61a,61b,61c 溝、62,63,64 冷媒伝熱管、91 水入口、92 水出口
1A, 1B, 1C Refrigeration cycle apparatus, 2 compressor, 3A, 3B first condenser, 4 second condenser, 5 expansion valve, 6 evaporator, 7 accumulator, 9 heat medium path, 10 condenser bypass path, 11 Flow path switching valve, 12 blower, 13 heat medium temperature sensor, 16 condenser bypass passage, 17 bypass valve, 20 tank unit, 21 hot water storage tank, 22 water pump, 23, 24 water channel, 25 water supply pipe, 26 mixing for hot water supply Valve, 27 Hot water supply pipe, 28 Water supply branch pipe, 29 Hot water supply pipe, 30 Reheating heat exchanger, 31 Refrigerant flow path, 32 Heat medium flow path, 41 Refrigerant flow path, 42 Heat medium flow path, 50 Control device,
Claims (6)
冷媒流路および熱媒体流路を有し、前記圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮させる第1凝縮器と、
前記第1凝縮器の前記冷媒流路より断面積が小さい冷媒流路と、熱媒体流路とを有し、前記第1凝縮器を通過した冷媒を更に凝縮させる第2凝縮器と、
冷媒を蒸発させる蒸発器と、
冷媒と熱交換する液状の熱媒体を前記第2凝縮器と前記第1凝縮器とにこの順に通過させる熱媒体経路と、
前記第2凝縮器の前記冷媒流路または前記熱媒体流路をバイパスする第2凝縮器バイパス通路と、
前記第2凝縮器バイパス通路を通る冷媒または前記熱媒体の流量であるバイパス量を可変にする流路制御要素と、
冷媒と熱交換する前の前記熱媒体の温度である入り熱媒体温度が基準温度に対して高い場合の前記バイパス量が、前記入り熱媒体温度が前記基準温度に対して低い場合の前記バイパス量に比べて大きくなるように、前記流路制御要素の動作を制御する制御手段と、
を備え、
冷媒または前記熱媒体の全流量のうち前記第2凝縮器バイパス通路を通る割合をバイパス率とし、
前記制御手段は、前記入り熱媒体温度が第1基準温度に対して低い場合には前記バイパス率を0%とし、前記入り熱媒体温度が前記第1基準温度より高い第2基準温度に対して高い場合には前記バイパス率を100%とし、前記入り熱媒体温度が前記第1基準温度と前記第2基準温度との間にある場合には前記入り熱媒体温度が高くなるにつれて前記バイパス率が連続的または段階的に高くなるように、前記流路制御要素の動作を制御する冷凍サイクル装置。 A compressor for compressing the refrigerant;
A first condenser having a refrigerant flow path and a heat medium flow path for condensing the refrigerant compressed by the compressor;
A second condenser having a refrigerant passage having a smaller cross-sectional area than the refrigerant passage of the first condenser and a heat medium passage, and further condensing the refrigerant that has passed through the first condenser;
An evaporator for evaporating the refrigerant;
A heat medium path through which a liquid heat medium that exchanges heat with the refrigerant passes through the second condenser and the first condenser in this order;
A second condenser bypass passage that bypasses the refrigerant flow path or the heat medium flow path of the second condenser;
A flow path control element that varies a bypass amount that is a flow rate of the refrigerant or the heat medium passing through the second condenser bypass passage;
The bypass amount when the incoming heat medium temperature, which is the temperature of the heat medium before heat exchange with the refrigerant, is higher than the reference temperature, is the bypass amount when the incoming heat medium temperature is lower than the reference temperature. Control means for controlling the operation of the flow path control element so as to be larger than
Equipped with a,
The ratio of passing through the second condenser bypass passage out of the total flow rate of the refrigerant or the heat medium is a bypass rate,
The control means sets the bypass rate to 0% when the input heat medium temperature is lower than the first reference temperature, and sets the bypass heat medium temperature to a second reference temperature higher than the first reference temperature. When the input heat medium temperature is between the first reference temperature and the second reference temperature when the input heat medium temperature is high, the bypass ratio is set to 100%. continuously or to be stepwise increased, the refrigeration cycle device that controls the operation of the channel control element.
前記第1凝縮器の前記冷媒流路の数の前記第2凝縮器の前記冷媒流路の数に対する比が1.5〜2.5である請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。 The refrigerant flow path of the first condenser is divided into a plurality of parts,
In any one of claims 1 to 3 ratio to the number of the refrigerant flow path of the second condenser in the number of the refrigerant flow path of the first condenser is 1.5 to 2.5 The refrigeration cycle apparatus described.
前記冷媒回路内の余剰の冷媒を貯留する貯留部を備える請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。 When the incoming heat medium temperature is higher than the reference temperature, the refrigerant in the refrigerant circuit becomes redundant,
The refrigeration cycle apparatus according to any one of claims 1 to 5 , further comprising a storage unit that stores excess refrigerant in the refrigerant circuit.
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