JP6368205B2

JP6368205B2 - ヒートポンプシステム

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Publication number: JP6368205B2
Application number: JP2014193667A
Authority: JP
Inventors: 司高山; 貴宏図司; 峻浅利; 田中　誠; 田中　　誠
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Toshiba Carrier Corp
Priority date: 2014-09-24
Filing date: 2014-09-24
Publication date: 2018-08-01
Anticipated expiration: 2034-09-24
Also published as: JP2016065656A

Description

本発明の実施形態は、冷凍サイクルの運転制御に用いられる電装品を冷却するヒートポンプシステムに関する。

従来の空気調和機には、冷凍サイクルの運転制御に発熱部品の電装品が用いられている。冷凍サイクルの運転により電装品は発熱して高温となるため、特許文献１に記載したように、空気熱交換器の下流空気側が熱源となるように放熱部を設置し、ヒートパイプを介して電装品を冷却する冷却技術が知られている。

特開２００６−２６６５４７号公報

冷凍サイクル内を流れる冷媒の温度を熱源に用いてヒートパイプにより発熱部品の電装品を冷却する際、冷凍サイクルに四方弁を備え、四方弁の切換により冷房運転と暖房運転を行なうヒートポンプシステムの場合、ヒートパイプ放熱部の設置位置如何によって課題が生じている。

冷凍サイクルの凝縮器と膨張弁の間にヒートパイプの放熱部を設置した場合、冷房運転時、冷媒は、中〜高温高圧の液状態となり、ヒートパイプの放熱部の温度は、条件によっては最高５０℃程度の高温となる。このため、ヒートパイプの放熱部と受熱部とを循環する作動液は、放熱部での冷却熱源が高温のため、放熱部で充分な放熱・凝縮効果が得られず、発熱部品である電装品に充分な冷却効果を付与することができない。

また、四方弁を切り換えて暖房運転になった場合、ヒートパイプの放熱部は膨張弁と蒸発器の間に位置することとなり、冷媒は低温低圧の気液二相流となる。この場合、冷媒の温度は、条件によっては０℃以下となるため、冷却能力は高いものの、ヒートパイプの受熱部温度も低温となり、電装品に結露が発生したり、電装品に故障が発生したり、電装品の機能を有効に発揮することができない虞がある。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、電装品の冷却熱源に膨張弁前後の冷媒温度を用いて電装品を効果的に冷却し、電装品の機能維持を安定して図ることができるヒートポンプシステムを提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係るヒートポンプシステムは、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器および冷房運転と暖房運転を切り換える四方弁を、冷媒配管で接続して構成される冷凍サイクルと、この冷凍サイクルの運転制御に用いられる電装品とからヒートポンプシステムを構成し、前記膨張弁前後の冷媒配管にヒートパイプの放熱部をそれぞれ設ける一方、前記ヒートパイプの受熱部を前記電装品に設けて電装品冷却システムを構成したことを特徴とするものである。

第１の実施形態に係るヒートポンプシステムを示す構成図。第２の実施形態に係るヒートポンプシステムを示す構成図。第３の実施形態に係るヒートポンプシステムを示す構成図。第３の実施形態に示された冷凍サイクルのモリエル線図。

以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。

図１は、第１の実施形態に係るヒートポンプシステムを示す構成図である。

ヒートポンプシステム１０は、圧縮機１１、凝縮器１２、膨張弁１３、蒸発器１４および四方弁１５を冷媒配管１６で接続して構成される冷凍サイクル１７と、冷凍サイクル１７の運転制御を行なう発熱部品の制御器である電装品１８とから構成される。四方弁１５の切換操作により、冷房運転と暖房運転が行なわれ、冷房運転時に放熱器として働く凝縮器１２は、冷房運転時には蒸発器として機能する。また、冷房運転時の蒸発器１４は暖房運転時に凝縮器として機能する。

冷凍サイクル１７の凝縮器１２と膨張弁１３の間および膨張弁１３と蒸発器１４の間の冷媒配管１６には放熱ブロック２０ａ，２０ｂがそれぞれ設けられる。放熱ブロック２０ａ，２０ｂは膨張弁１３の前後に設置され、ヒートパイプ２１ａ，２１ｂの一端側を放熱部に構成している。ヒートパイプ２１ａ，２１ｂの他端側は、受熱ブロック２２ａ，２２ｂを介して電装品１８に固定される。受熱ブロック２２ａ，２２ｂはヒートパイプ２１ａ，２１ｂの他端側受熱部を構成している。

ヒートパイプ２１ａ，２１ｂは、その放熱部を構成する放熱ブロック２０ａ，２０ｂと、ヒートパイプ２１ａ，２１ｂの受熱部を構成する受熱ブロック２２ａ，２２ｂとにより電装品冷却システム２４が構成される。電装品冷却システム２４のヒートパイプ２１ａ，２１ｂには重力式ヒートパイプが用いられる。重力式ヒートパイプは、上方に放熱部が、下方に受熱部がそれぞれ設けられる。ヒートパイプ２１ａ，２１ｂの放熱部を構成する放熱ブロック２２ａ，２２ｂは、ヒートパイプ受熱部を構成する受熱ブロック２２ａ，２２ｂより鉛直方向において高い位置に設置される。

放熱ブロック２０ａ，２０ｂおよび受熱ブロック２２ａ，２２ｂは、熱伝導性が良好な銅、アルミニウム等の金属材料で構成される。ヒートパイプ２１ａ，２１ｂは、管内部が減圧されて水、代替冷媒（ＨＦＣ）等の熱媒体の作動流が封入されている。ヒートパイプ２１ａ，２１ｂは、熱伝導性が良好な銅、アルミニウム等の金属材料で構成される。

ヒートパイプ２１ａ，２１ｂを用いた電装品冷却システム２４では、ヒートパイプ２１ａ，２１ｂの受熱部で電装品１８を冷却した作動液は吸熱して蒸発され、蒸気は上方のヒートパイプ放熱部に移動する。ヒートパイプ２１ａ，２１ｂの放熱部で放熱することにより、凝縮して液体の作動液となる。ヒートパイプ放熱部で凝縮された作動液は、重力作用で受熱部に戻る循環動作となる。以後、この循環動作が繰り返されて発熱部品の電装品１８は冷却される。ヒートパイプ２１ａ,２１ｂは、空気と作動液とが熱交換しないように断熱されており、受熱部及び放熱部を除く部分を、以下、断熱部という。

また、電装品冷却システム２４ではヒートパイプ２１ａ，２１ｂに重力式ヒートパイプを用いる代わりに、ウィック式ヒートパイプを用いてもよい。ウィック式ヒートパイプは、ヒートパイプ内部にウィックや内部管壁に細い溝を設けて毛細管現象を利用して作動液が移動されるために、重力作用に関係なくヒートパイプの放熱部と受熱部とを設置することができる。ウィック式ヒートパイプではヒートパイプの放熱部と受熱部とを鉛直方向で同じ高さ位置に配置しても、放熱部の上方に受熱部を設置する配置構成としてもよい。

［冷房・冷却運転の場合］
冷房・冷却運転の場合、四方弁１５を切換操作し、冷凍サイクル１７内を図１の実線矢印Ａで示すように冷媒を循環させる。圧縮機１１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁１５を経て凝縮器１２に送られ、ここで凝縮され、高温高圧の液冷媒となる。凝縮器１２で凝縮された液冷媒は膨張弁１３上流側の冷媒配管１６を流れる。放熱ブロック２０ａでは、高温高圧の液冷媒が作動流と熱交換され、中・高温（例えば３０℃〜５０℃程度）の温度となる。この液冷媒は続いて膨張弁１３で断熱膨張される。膨張弁１３で膨張した冷媒は、低温低圧（例えば０℃〜２０℃程度）の気液二相冷媒となる。

膨張弁１３から蒸発器１４の冷媒配管１６を流れる低温低圧の二相冷媒により膨張弁１３下流側の放熱ブロック２０ｂでは低温（０℃〜２０℃）程度となる。

一方、電装品冷却システム２４の各放熱ブロック２０ａ，２０ｂで放熱され、放熱部温度近傍の温度で凝縮された作動液は、ヒートパイプ２１ａ，２１ｂ内を重力作用で下降し、受熱部の受熱ブロック２２ａ，２２ｂに移動される。受熱ブロック２２ａ，２２ｂで作動液は混合され、温度は中間温度に平均化されて電装品１８を効果的に冷却することができる。このため、電装品１８で冷凍サイクル１７の運転制御を行なっても、発熱部品の電装品１８を有効的に効率よく冷却することができる。

この場合、ヒートパイプ受熱部で電装品１８を冷却した作動液は受熱して蒸発して上方の放熱部に移動し、放熱部で放熱、凝縮して液体の作動液になった後、重力により受熱部に戻る動作が繰り返される。その際、ヒートパイプ放熱部では、膨張弁１３前後に放熱ブロック２０ａ，２０ｂが設けられ、各放熱ブロック２０ａ，２０ｂで高温冷媒または低温冷媒がそれぞれ熱交換して放熱され、凝縮される高温の作動液と低温の作動液は、ヒートパイプ受熱部で混合され、平均化されるので、ヒートパイプ受熱部で電装品１８を効果的に冷却させることができ、電装品１８が結露して故障したり、機能が損なわれることもない。

［暖房・加熱運転の場合］
暖房・加熱運転の場合には、四方弁１５を切り換えて圧縮機１１からの吐出冷媒を図１の破線矢印Ｂで示すように冷凍サイクル１７内を循環する。この暖房・加熱運転では、放熱ブロック２０ａは、低温低圧冷媒を流す膨張弁１３と蒸発器（冷房運転時の凝縮器１２に相当）との間に位置され、放熱ブロック２０ｂは高温高圧冷媒を流す凝縮器（冷房運転時の蒸発器１４に相当）と膨張弁１３の間にそれぞれ位置されるものの、電装品冷却システム２４はヒートパイプ２１ａ，２１ｂの受熱部側の受熱ブロック２２ａ，２２ｂにて作動液の温度が平均化されるので、ヒートポンプシステム１０は、冷房・冷却運転時と同程度の電装品１８の温度・冷却効果が得られる。

［第１の実施形態の効果］
ヒートポンプシステム１０は、ヒートパイプ２１ａ，２１ｂを用いた電装品１８の冷却熱源に膨張弁１３前後の冷媒配管１６にヒートパイプ２１ａ，２１ｂの放熱部をそれぞれ設け、膨張弁１３前後（上流側と下流側と）の高温冷媒温度と低温冷媒温度とを活用し、ヒートパイプ２１ａ，２１ｂの受熱部で作動液温度が平均化されて電装品を有効的に冷却することができる。電装品１８の温度冷却効果を冷房運転時や暖房運転時にも効率よく得ることができ、電装品の制御機能維持を安定的に図ることができる。

電装品冷却システム２４は、電装品１８の冷却熱源に重力式ヒートパイプを用いたので、ヒートパイプ２１ａ，２１ｂの放熱部を構成する放熱ブロック２０ａ，２０ｂを、ヒートパイプ受熱部を構成する受熱ブロック２２ａ，２２ｂより上方に設置するだけで、ヒートパイプ内で作動液を循環させることができ、簡素な構成で電装品１８に高い冷却効果を付与することができる。

また、電装品冷却システム２４に用いられるヒートパイプにウィック式ヒートパイプを使用すると、ヒートパイプの受熱部と放熱部に設置位置の制限がなくなり、電装品冷却システム２４のレイアウト構成を簡素化することができる。

［第２の実施形態］
図２は、ヒートポンプシステムの第２の実施形態を説明する。

第２の実施形態に示されたヒートポンプシステム１０Ａは、図１に示された第１の実施形態のヒートポンプシステム１０と電装品冷却システム２４Ａの構成を除いて異ならないので、同じ構成には同一符号を付し、重複説明を省略ないしは簡略化する。

電装品冷却システム２４Ａは、膨張弁１３前後の冷媒配管１６に設けられた放熱ブロック２０ａ，２０ｂがヒートパイプ２１ａ，２１ｂの放熱部を構成している。ヒートパイプ２１ａ，２１ｂは途中から断熱部でＹジョイントやＴジョイントを用いて一体化され、単一のヒートパイプ２１となる。単一のヒートパイプ２１は受熱ブロック２２を介して電装品１８に固定される。受熱ブロック２２はヒートパイプ２１の受熱部を構成する一方、電装品１８は冷凍サイクル１６の運転制御を行なう制御器等の発熱部品である。

第２の実施形態のヒートポンプシステム１０Ａにおいても、電装品冷却システム２４Ａは、膨張弁１３前後の冷媒配管１６に放熱ブロック２０ａ，２０ｂが設置される。放熱ブロック２０ａ，２０ｂは電装品１８の受熱ブロック２２より鉛直方向に高い位置に設置され、ヒートパイプ２１，２１ａ，２１ｂは重力式ヒートパイプが用いられる。

また、電装品冷却システム２４Ａは、重力式ヒートパイプ２１，２１ａ，２１ｂを設ける代りに、ウィック式ヒートパイプを用いてもよい。ウィック式ヒートパイプはヒートパイプ内部にウィックや内部管壁に細い溝を設けて毛細管現象を利用したものである。ウィック式ヒートパイプは、毛細管現象により作動液が移動されるため、ヒートパイプの放熱部と受熱部とを重力作用を考慮せずに設置することができる。したがって、ヒートパイプの放熱部と受熱部とを略同じ高さに配置しても、放熱部の上方に受熱部を設置するレイアウト構成が簡素化される。

（ヒートポンプシステムの作用）
第２の実施形態に係るヒートポンプシステム１０Ａでは、四方弁１５を切換操作して冷凍サイクル１７を冷房・冷却運転する場合も、暖房・加熱運転する場合も、電装品冷却システム２４Ａの各放熱ブロック２０ａ，２０ｂで放熱作用を受け、膨張弁１３の前後を通る液冷媒あるいはガス冷媒とをそれぞれ熱交換され、高温冷媒や低温冷媒で冷却される。

冷凍サイクル１７の冷房・冷却運転時に、凝縮器１２からの高温高圧の液冷媒と熱交換した高温（例えば３０℃〜５０℃程度）の作動液は放熱ブロック２０ａからヒートパイプ２１ａに送られる一方、膨張弁１３からの低温低圧の二相冷媒と、熱交換した低温（例えば０℃〜２０℃程度）の作動液は、放熱ブロック２０ｂからのヒートパイプ２１ｂに送られる。高温の作動液と低温の作動液は途中から合流し、混合して平均化された適温（例えば１０℃〜３０℃）の作動液となって受熱ブロック２２に送られ、発熱部品（例えば９０℃程度）の電装品１８を効果的に効率よく冷却させる。

冷凍サイクル１７の暖房・加熱運転の場合には、高温の作動液が放熱ブロック２０ｂ側に生じ、低温の作動液が放熱ブロック２０ａ側に生ずるが、２本のヒートパイプ２１ａ，２１ｂの途中の断熱部でＹジョイントやＴジョイントにより合流し、混合されるので、冷房・冷却運転の場合と同様、受熱ブロック２２に送られる適温の作動液で電装品１８は効果的に冷却される。

電装品冷却システム２４Ａの受熱ブロック２２で作動液の電装品１８を冷却することにより蒸発すると、ヒートパイプ２１，２１ａ，２１ｂ内を通って放熱ブロック２０ａ，２０ｂに送られ、ヒートパイプ内を循環させる。

［第２の実施形態の効果］
第２の実施形態に係るヒートポンプシステム１０Ａは、第１の実施形態で説明した作用効果と同じ作用効果を奏する他、ヒートパイプの放熱部側を２本、受熱部側を一体化して単一のヒートパイプとすることで、ヒートパイプの取り廻しが簡素化され、ヒートパイプの配管レイアウト構成を簡素化することができる。

［第３の実施形態］
次に、ヒートポンプシステムの第３の実施形態を図３および図４を参照して説明する。

図３は、ヒートポンプシステムの第３の実施形態を示す冷凍サイクル図である。

第３の実施形態のヒートポンプシステム３０は、圧縮機３１と、冷房運転と暖房運転を切り換える第１切換弁（四方弁）３２と、空気と冷媒を熱交換させる空気熱交換器３３と、冷房運転と暖房運転を切り換える第１切換弁３２に連動して切り換えられる第２切換弁３４と、第２切換弁３４の冷媒下流側に順次接続される第１膨張弁３５、冷媒冷却システム３６、液ガス熱交換器３７、レシーバ３８および第２膨張弁３９と、水と冷媒を熱交換させる水熱交換器４０と、凝縮側液冷媒と蒸発側ガス冷媒を熱交換する液ガス熱交換器３７と、液冷媒とガス冷媒とを分離させる気液分離器としてのアキュムレータ４１とを冷媒配管４３で順次接続して冷凍サイクル４４が構成される。

このうち、第１膨張弁３５下流側の冷媒冷却システム３６は第１膨張弁３５で絞られ、膨張して温度降下した液冷媒で冷凍サイクル４４の運転制御する電装品である制御器４５を冷却している。冷媒冷却システム３６で制御器４５を冷却した冷媒は、液ガス熱交換器３７の凝縮（液）側に凝縮側液冷媒として送られる。液ガス熱交換器３７では凝縮側液冷媒が第１切換弁３２から送られる蒸発側ガス冷媒と熱交換して放熱され、凝縮される。なお、符号４６は逆止弁である。

ヒートポンプシステム３０は、冷凍サイクル４４に四方弁である２つの切換弁３２，３４と、２つの膨張弁３５，３９を備え、第１切換弁３２で冷房運転と暖房運転を切り換えても、第２切換弁３４により、冷媒を第１膨張弁３５から冷媒冷却システム３６、液ガス熱交換器３７、レシーバ３８、逆止弁４６を経て第２膨張弁３９の一方向に流し、常に一定方向の冷媒流路に循環させている。

また、冷凍サイクル４４の第１膨張弁３５は、例えば電子膨張弁であり、この第１膨張弁３５の絞り度を調整することにより、冷媒冷却システム３６の温度および圧力を調整することができる。冷媒冷却システム３６を流れる冷媒の温度・圧力を調整することにより、冷凍サイクル４４の運転制御を行なう電装品である制御器４５を、結露を生じさせることなく、有効に冷却することができる。冷媒冷却システム３６は、冷凍サイクル４４の第１膨張弁３５の冷媒下流側に設けられ、冷媒との熱交換により制御器４５を直接冷却するものである。冷媒冷却システム３６下流側の液ガス熱交換器３７と第１切換弁３２下流側の液ガス熱交換器３７は１つの熱交換器である。

さらに、第２膨張弁３９の弁口径は、第１膨張弁３５の弁口径より小さく形成され、第１膨張弁３５と第２膨張弁３９を組み合せることにより、液ガス熱交換器３７で熱交換される熱量を大きく変化させることなく、冷凍サイクル４４の運転を行なうことができる。これにより、冷房運転と暖房運転を切り換えても、冷凍サイクル４４は高効率な運転を行なうことができる。

［冷房運転時］
ヒートポンプシステム３０は冷房運転時に、冷凍サイクル４４内を実線矢印Ｃで示すように冷媒が循環される。冷凍サイクル４４のモリエル線図は、図４に示すように表わされる。

圧縮機３１で図４のａ点から圧縮された高温高圧の冷媒は、ｂ点から第１切換弁３２を経て凝縮器としての空気熱交換器３３に吐出され、ここで吐出冷媒は空気と熱交換して凝縮され、液冷媒となってｃ点に至る。凝縮された液冷媒は、第２切換弁３４を経て第１膨張弁３５で断熱膨張して減圧され、中間圧力のｄ_１点に至る。

液冷媒は、第１膨張弁３５で高圧から中間圧に絞られて温度降下し、続いて冷媒冷却システム３６で吸熱し、液ガス熱交換器３７の凝縮（液）側に送られ、ここで蒸発ガス冷媒と熱交換して放熱され、再度凝縮されてｅ_１点に至る。

再度凝縮された中間圧の液冷媒は、ｅ_１点から第２膨張弁３９で中間圧から低圧に絞られる。その際、第２膨張弁３９は、第１膨張弁３５よりも弁口径が小さいので、冷媒はより一層絞られて減圧され、温度降下し、低温低圧の気液二相流の冷媒となる。

第２膨張弁３９で低圧になった冷媒は、ｆ_１点から蒸発器としての水熱交換器４０に循環し、水と冷媒が熱交換されｅ点に至る。水を冷却して吸熱された冷媒は蒸発される。蒸発したガス冷媒は、再び液ガス熱交換器３７のガス側に循環し、液ガス熱交換器３７で蒸発側ガス冷媒は、凝縮側液冷媒と熱交換される。液ガス熱交換器３７で凝縮側液冷媒から吸熱した冷媒は、アキュムレータ４１を経てａ点で圧縮機３１に戻され、１つの冷凍サイクルが終了する。圧縮機３１に流入した冷媒は、圧縮機３１で再び圧縮され、次の冷凍サイクル４４の冷房運転が開始される。

なお、図４において、符号Ｉは飽和液線であり、符号Ｊは飽和蒸気線である。また、符号Ｋは過冷却液の等温線（垂直線）であり、符号Ｌは湿り蒸気の等温線（水平線）であり、符号Ｍは過熱蒸気の等温線である。

［暖房運転時］
ヒートポンプシステム３０は、暖房運転時には、冷媒は、冷凍サイクル４４内を破線矢印Ｄで示すように循環される。圧縮機３１で圧縮された冷媒は、第１切換弁３２を経て凝縮器としての水熱交換器４０に吐き出され、ここで水と冷媒は、熱交換して冷媒が凝縮され、液冷媒となってｃ点に至る。凝縮された液冷媒は第２切換弁３４を経てｃ点で第１膨張弁３５に循環され、ここで絞られて中間圧のｄ_１点まで膨張する。

第１膨張弁３５で中間圧まで絞られ、ｄ_１点まで膨張した冷媒は、続いて冷媒冷却システム３６で吸熱し、液ガス熱交換器３７の液側に送られる。液ガス熱交換器３７では凝縮側液冷媒が蒸発側ガス冷媒と熱交換して再度凝縮されてｅ_１点に至り、レシーバ３８、逆止弁４６を経て第２膨張弁３９に循環される。第２膨張弁３９では中間圧から低圧に大きく絞られて膨張し、ｆ_１点に至る。

第２膨張弁３９で低圧になった低温低圧の気液二相流の冷媒は、第２切換弁３４を経て蒸発器としての空気熱交換器３３に循環され、ここで空気と冷媒を熱交換して冷媒を等圧で蒸発させ、ｅ点に至る。蒸発したガス冷媒は、再び液ガス熱交換器３７のガス側に循環し、ここで蒸発側ガス冷媒は、凝縮側熱冷媒と熱交換される。蒸発ガス冷媒は、液ガス熱交換器３７で吸熱されてアキュムレータ４１を経て再び圧縮機３１に送られ、ここで圧縮される。

第３実施形態のヒートポンプシステム３０では、第１膨張弁３５と第２膨張弁３９とを組み合せ、第２膨張弁３９は第１膨張弁３５の弁口径より小さい弁口径を備えることにより、液ガス熱交換器３７で熱交換する熱量を大きく変化させることなく、液冷媒は中間圧で冷凍サイクル４４を再度凝縮させることができる。このため、冷凍サイクル４４は冷房運転と暖房運転を切り換えても、高効率な運転を行なうことができる。

第３の実施形態のヒートポンプシステム３０において、冷凍サイクル４４に第２切換弁３９と逆止弁４６を備えない場合には、冷房運転と暖房運転を切り換えると、冷房運転時に第１膨張弁３５、冷媒冷却システム３６、液ガス熱交換器３７、レシーバ３８、第２膨張弁３９に順次流れる冷媒は、暖房運転時には冷房運転時とは冷媒の流れる順路が逆になる。この場合、第２切換弁３４から最初に案内される第２膨張弁３９は、第１膨張弁３５よりも弁口径が小さいため、冷媒は最初に通る第２膨張弁３９により、大きく絞られ、減圧されて破線で示すｄ_２点に至る。

第２膨張弁３９で冷媒が最初に絞られると、高温高圧の液冷媒は第２膨張弁３９でｃ点からｄ_２点まで大きく減圧され、中間圧が大きく低下し、液ガス熱交換器３７で熱交換される熱量がｅ_２点まで等圧変化で放熱して再度凝縮される。その結果、液ガス熱交換器３７の熱交換量が増え、蒸発側ガス冷媒の吸熱量が増加し、ヒートポンプ性能が劣ることになる。そのため、冷媒冷却システム３６の冷媒温度が低下するため、制御器４５に結露が生じたりし、制御器４５の冷却性能が阻害される虞がある。

しかし、第３の実施形態は、ヒートポンプシステム３０の第１膨張弁３５の入口側、第２膨張弁３９の出口側に第２切換弁３４を設けることで、冷房運転と暖房運転を切り換えても、弁口径の大きな第１膨張弁３５により、冷媒冷却システム３６を循環する冷媒の圧力および温度を調整することができる。冷媒冷却システム３６で冷凍サイクル４４を運転制御する（発熱品である電装品等の）制御器４５を、結露を生じさせないように冷却することができる。

また、ヒートポンプシステム３０は、冷凍サイクル４４に２つの切換弁（四方弁）３２，３４を設け、第２切換弁３４により、冷房運転時にも暖房運転時にも冷媒の流れが第１膨張弁３５、冷媒冷却システム３６、液ガス熱交換器３７、レシーバ３８、逆止弁４６、第２膨張弁３９の順に流れるように、常に一定の方向に冷媒を循環させることができる。第１膨張弁３５と第２膨張弁３９の弁口径が異なっていても、液ガス熱交換器３７で凝縮側液冷媒と蒸発側ガス冷媒の熱熱交換量の変動を低減させることができる。

したがって、第３の実施形態のヒートポンプシステム３０は、第１膨張弁３５と第２膨張弁３９の弁口径が異なっていても、液ガス熱交換器３７の熱交換量が大きく変動するのを抑えることができ、安定した高効率なヒートポンプ運転を行なうことができる。

なお、図３において、レシーバ３８は、水熱交換器４０と第２切換弁３４との間に設けてもよい。

［第３の実施形態の効果］
第３の実施形態のヒートポンプシステム３０は、冷凍サイクル４４に冷房運転と暖房運転を切り換える第１切換弁３２とこの切換弁に連動する第２切換弁３４を設け、第２切換弁３４により冷房運転時や暖房運転時にいずれも冷媒の流れを第１膨張弁３５、冷媒冷却システム３６、液ガス熱交換器３７、第２膨張弁３９の順となるように常に一定方向に流す構成としたので、冷房運転時と暖房運転時とを切り換えても、冷媒の流れは、第１膨張弁３５、冷媒冷却システム３６、液ガス熱交換器３７、第２膨張弁３９の順となり、常に安定した一方向に冷媒を循環させることができる。このため、冷房運転時にも暖房運転時にも、冷媒冷却システム３６を流れる冷媒は、第１膨張弁３５の下流側となって温度および圧力を調整することができ、冷媒冷却システム３６で発熱品である電装品の制御器４５を、結露を発生させることなく、安定的に冷却することができる。

また、第１膨張弁３５と第２膨張弁３９の組合せにより、液ガス熱交換器３７で熱交換される熱量を大きく変化させることなく、冷凍サイクル４４を安定的に運転させることができ、冷房運転と暖房運転を切り換えても冷凍サイクルの効率の高い運転を安定して行なうことができる。

以上、本発明の幾つかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、本発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、本発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０，１０Ａ，３０…ヒートポンプシステム、１１，３１…圧縮機、１２…凝縮器、１３…膨張弁、１４…蒸発器、１５…四方弁、１６，４３…冷媒配管、１７，４４…冷凍サイクル、１８…電装品（制御器）、２０ａ，２０ｂ…放熱ブロック（放熱部）、２１，２１ａ，２１ｂ…ヒートパイプ、２２，２２ａ，２２ｂ…受熱ブロック（受熱部）、２４…電装品冷却システム、３２…第１切換弁（四方弁）、３３…空気熱交換器、３４…第２切換弁、３５…第１膨張弁、３６…冷媒冷却システム、３７…液ガス熱交換器、３８…レシーバ、３９…第２膨張弁、４０…水熱交換器、４１…アキュムレータ。

Claims

圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器および冷房運転と暖房運転を切り換える四方弁を、冷媒配管で接続して構成される冷凍サイクルと、この冷凍サイクルの運転制御に用いられる電装品とからヒートポンプシステムを構成し、
前記膨張弁前後の冷媒配管にヒートパイプの放熱部をそれぞれ設ける一方、前記ヒートパイプの受熱部を前記電装品に設けて電装品冷却システムを構成したことを特徴とするヒートポンプシステム。
前記電装品冷却システムは、ヒートパイプの放熱部を構成する放熱ブロックを前記ヒートパイプの受熱部を構成する受熱ブロックより上部に設け、前記ヒートパイプを重力式ヒートパイプで構成した請求項１に記載のヒートポンプシステム。
前記電装品冷却システムは、ヒートパイプの放熱部を構成する放熱ブロックとヒートパイプの受熱部を構成する受熱ブロックとを接続するヒートパイプを、ウィック式ヒートパイプで構成した請求項１に記載のヒートポンプシステム。
前記膨張弁前後の冷媒配管に設けられた放熱部からの各ヒートパイプは途中の断熱部でジョイントにより単一化され、単一のヒートパイプが電装品に固定の受熱部に接続された請求項１乃至３のいずれか１項に記載のヒートポンプシステム。