JP7243300B2 - heat pump system - Google Patents
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Description
本発明は、ヒートポンプシステムに関する。より詳細には、圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が順次環状に接続された冷媒循環ラインに冷媒を循環させ、蒸発器を通過する熱源流体から熱を汲み上げながら凝縮器を通過する加温対象流体を加温するヒートポンプシステムに関する。 The present invention relates to heat pump systems. More specifically, the refrigerant is circulated in a refrigerant circulation line in which a compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator are sequentially connected in a ring, and heat is passed through the condenser while pumping heat from the heat source fluid that passes through the evaporator. The present invention relates to a heat pump system that heats a fluid to be heated.
従来、ヒートポンプを用いた給水加温システムが知られている。
例えば特許文献1には、このような給水加温システムのヒートポンプにおいて、液冷媒と給水とを熱交換する過冷却器を設け、さらに、凝縮器から過冷却器に向かって流れる液冷媒と、蒸発器から圧縮機に向かって流れるガス冷媒とを熱交換する液ガス熱交換器を設ける構成が示されている。
Conventionally, a water supply heating system using a heat pump is known.
For example, in Patent Document 1, a heat pump of such a water supply heating system is provided with a supercooler that exchanges heat between the liquid refrigerant and the water supply, and further, the liquid refrigerant flowing from the condenser toward the supercooler and the evaporation A configuration is shown in which a liquid-gas heat exchanger is provided to exchange heat with gas refrigerant flowing from the compressor toward the compressor.
特許文献1に示されるようなヒートポンプにおいては、熱源流体の温度が低くても、蒸発器で加熱されたガス冷媒が液ガス熱交換器で更に加熱されるので、圧縮機で圧縮できるガス冷媒の質量流量を増やすことができる。そのため、凝縮器および過冷却器で多くの熱量を交換でき、より多くの温水を得ることができる。
しかしながら、このようなヒートポンプにおいては、膨張弁に流入する液冷媒が、液ガス熱交換器および過冷却器を通過することによって極度に冷却されてしまう可能性がある。液冷媒の過冷却度が極度に大きく、蒸発器に過冷却液が供給される状況になってしまうと、蒸発器での気化が不十分なまま圧縮機に湿り蒸気が送られるようになる。圧縮機が湿り蒸気を吸入すると、液圧縮によるリキッドハンマー等により、圧縮機を破損させるおそれがある。
In the heat pump as shown in Patent Document 1, even if the temperature of the heat source fluid is low, the gas refrigerant heated by the evaporator is further heated by the liquid-gas heat exchanger, so that the gas refrigerant that can be compressed by the compressor is heated. Mass flow rate can be increased. Therefore, a large amount of heat can be exchanged between the condenser and the supercooler, and a large amount of hot water can be obtained.
However, in such a heat pump, the liquid refrigerant flowing into the expansion valve may be excessively cooled by passing through the liquid-gas heat exchanger and the supercooler. If the degree of supercooling of the liquid refrigerant is extremely large and the supercooled liquid is supplied to the evaporator, wet steam will be sent to the compressor while vaporization in the evaporator is insufficient. When the wet steam is sucked into the compressor, the compressor may be damaged by a liquid hammer or the like due to liquid compression.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ヒートポンプ回路に液ガス熱交換器を設けた構成において、圧縮機の破損を防止することができるヒートポンプシステムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and its object is to provide a heat pump system that can prevent damage to the compressor in a configuration in which a liquid-gas heat exchanger is provided in the heat pump circuit. be.
本発明の一態様は、圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が順次環状に接続された冷媒循環ラインに冷媒を循環させ、前記蒸発器を通過する熱源流体から熱を汲み上げながら前記凝縮器を通過する加温対象流体を加温するヒートポンプシステムであって、前記凝縮器から前記膨張弁に向かって流れる液冷媒と前記蒸発器から前記圧縮機に向かって流れるガス冷媒とを熱交換する液ガス熱交換器と、前記液ガス熱交換器の前記液冷媒側の前記冷媒循環ラインにおいて、前記液ガス熱交換器の入口流路から分岐し、出口流路に合流する冷媒バイパスラインと、前記液ガス熱交換器に分配させる前記液冷媒の流量と、前記冷媒バイパスラインに分配させる前記液冷媒の流量との流量比を、前記液冷媒を減圧することなく調整するバイパス流量調整部と、前記膨張弁に流入する液冷媒の温度情報を測定する温度センサと、前記バイパス流量調整部を制御する制御部と、を備え、前記バイパスラインの合流点は、前記膨張弁の入口流路に位置しており、前記温度センサは、前記バイパスラインの合流点よりも下流側に配置され、前記制御部は、前記温度センサの温度情報に基づき、前記膨張弁に流入する前記液冷媒の過冷却度を一定値、または一定範囲に保つように、前記バイパス流量調整部を制御するヒートポンプシステムに関する。 In one aspect of the present invention, a refrigerant is circulated in a refrigerant circulation line in which a compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator are sequentially connected in a ring, and heat is drawn from the heat source fluid passing through the evaporator while the condenser is A heat pump system for heating a fluid to be heated passing through the condenser, wherein heat is exchanged between liquid refrigerant flowing from the condenser toward the expansion valve and gas refrigerant flowing from the evaporator toward the compressor. a gas heat exchanger; a refrigerant bypass line branching from an inlet channel of the liquid-gas heat exchanger and joining an outlet channel in the refrigerant circulation line on the liquid refrigerant side of the liquid-gas heat exchanger ; a bypass flow rate adjusting unit that adjusts a flow rate ratio between a flow rate of the liquid refrigerant distributed to the liquid-gas heat exchanger and a flow rate of the liquid refrigerant distributed to the refrigerant bypass line without reducing the pressure of the liquid refrigerant; A temperature sensor that measures temperature information of the liquid refrigerant flowing into the expansion valve, and a control unit that controls the bypass flow rate adjustment unit , wherein the confluence point of the bypass line is located at the inlet flow path of the expansion valve. The temperature sensor is arranged downstream of the confluence point of the bypass line, and the controller determines the degree of subcooling of the liquid refrigerant flowing into the expansion valve based on temperature information from the temperature sensor. to a constant value or within a constant range .
本発明の一態様は、圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が順次環状に接続された冷媒循環ラインに冷媒を循環させ、前記蒸発器を通過する熱源流体から熱を汲み上げながら前記凝縮器を通過する加温対象流体を加温するヒートポンプシステムであって、
前記凝縮器から前記膨張弁に向かって流れる液冷媒と前記蒸発器から前記圧縮機に向かって流れるガス冷媒とを熱交換する液ガス熱交換器と、
前記液ガス熱交換器のガス冷媒側の前記冷媒循環ラインにおいて、前記液ガス熱交換器の入口流路から分岐し、出口流路に合流する冷媒バイパスラインと、
前記液ガス熱交換器に分配させる前記ガス冷媒の流量と、前記冷媒バイパスラインに分配させる前記ガス冷媒の流量との流量比を調整するバイパス流量調整部と、
前記膨張弁に流入する前記液冷媒の温度情報を測定する温度センサと、
前記バイパス流量調整部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記温度センサの温度情報に基づき、前記膨張弁に流入する前記液冷媒の過冷却度を一定値、または一定範囲に保つように、前記バイパス流量調整部を制御するヒートポンプシステムに関する。
In one aspect of the present invention, a refrigerant is circulated in a refrigerant circulation line in which a compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator are sequentially connected in a ring, and heat is drawn from the heat source fluid passing through the evaporator while the condenser is A heat pump system for heating a fluid to be heated passing through the
a liquid-gas heat exchanger that exchanges heat between liquid refrigerant flowing from the condenser toward the expansion valve and gas refrigerant flowing from the evaporator toward the compressor;
a refrigerant bypass line that branches from an inlet channel of the liquid-gas heat exchanger and merges with an outlet channel in the refrigerant circulation line on the gas refrigerant side of the liquid-gas heat exchanger;
a bypass flow rate adjustment unit that adjusts the flow rate ratio between the flow rate of the gas refrigerant distributed to the liquid-gas heat exchanger and the flow rate of the gas refrigerant distributed to the refrigerant bypass line;
a temperature sensor for measuring temperature information of the liquid refrigerant flowing into the expansion valve;
a control unit that controls the bypass flow rate adjustment unit,
The control unit controls the bypass flow rate adjustment unit based on the temperature information from the temperature sensor so as to keep the degree of subcooling of the liquid refrigerant flowing into the expansion valve at a constant value or within a certain range. .
また、前記制御部は、前記膨張弁に流入する前記液冷媒の温度が目標温度となるように、前記バイパス流量調整部を制御することが好ましい。 Moreover, it is preferable that the control unit controls the bypass flow rate adjustment unit so that the temperature of the liquid refrigerant flowing into the expansion valve becomes a target temperature.
また、前記目標温度は、前記膨張弁に流入する液冷媒の圧力に基づいて設定されることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the target temperature is set based on the pressure of the liquid refrigerant flowing into the expansion valve .
また、前記凝縮器より上流側の加温対象流体と、前記凝縮器から前記膨張弁に向かって流れる前記液冷媒とを熱交換する過冷却器をさらに備え、前記液ガス熱交換器は、前記過冷却器から前記膨張弁に向かって流れる前記液冷媒と、前記蒸発器から前記圧縮機に向かって流れるガス冷媒とを熱交換することが好ましい。 The liquid-gas heat exchanger further comprises a supercooler for exchanging heat between the fluid to be heated upstream of the condenser and the liquid refrigerant flowing from the condenser toward the expansion valve, wherein the liquid-gas heat exchanger Heat exchange is preferably performed between the liquid refrigerant flowing from the subcooler toward the expansion valve and the gas refrigerant flowing from the evaporator toward the compressor.
また、前記凝縮器より上流側の加温対象流体と、前記凝縮器から前記膨張弁に向かって流れる前記液冷媒とを熱交換する過冷却器をさらに備え、前記液ガス熱交換器は、前記凝縮器から前記過冷却器に向かって流れる前記液冷媒と、前記蒸発器から前記圧縮機に向かって流れるガス冷媒とを熱交換することが好ましい。
The liquid-gas heat exchanger further comprises a supercooler for exchanging heat between the fluid to be heated upstream of the condenser and the liquid refrigerant flowing from the condenser toward the expansion valve, wherein the liquid-gas heat exchanger Heat exchange is preferably performed between the liquid refrigerant flowing from the condenser toward the supercooler and the gas refrigerant flowing from the evaporator toward the compressor.
本発明によれば、ヒートポンプ回路に液ガス熱交換器を設けた構成において、圧縮機の破損を防止することができるヒートポンプシステムを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the heat pump system which can prevent damage to a compressor in the structure which provided the liquid gas heat exchanger in the heat pump circuit can be provided.
<第1実施形態>
以下、本発明の第1実施形態に係るヒートポンプシステム1について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書における「ライン」とは、流路、経路、管路等の流体の流通が可能なラインの総称である。
<First embodiment>
A heat pump system 1 according to a first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In this specification, "line" is a general term for lines through which fluid can flow, such as channels, routes, and pipelines.
図1は、本実施形態のヒートポンプシステム1のヒートポンプ回路を示す概略図である。
本実施形態のヒートポンプシステム1は、加温対象流体としての用水W1(水道用水、工業用水等)を加温する温水製造システムとして機能するヒートポンプシステムであり、蒸気圧縮式のヒートポンプ10を備える。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a heat pump circuit of a heat pump system 1 of this embodiment.
The heat pump system 1 of the present embodiment is a heat pump system that functions as a hot water production system that heats service water W1 (tap water, industrial water, etc.) as a fluid to be heated, and includes a vapor
図1に示されるように、ヒートポンプ10は、圧縮機11と、凝縮器12と、膨張弁14と、蒸発器15を備える。これらの圧縮機11、凝縮器12、膨張弁14および蒸発器15は、冷媒Rが流れる冷媒循環ラインL10によって順次環状に接続されており、これによりヒートポンプ回路が形成されている。そして、本実施形態のヒートポンプ10の冷媒循環ラインL10には、後述する過冷却器13と、液ガス熱交換器16がさらに設けられている。
冷媒循環ラインL10を循環する冷媒Rは、その循環過程において、ガス冷媒RGと、液冷媒RLと、湿り蒸気状態の冷媒RWとの間で相変化する。
As shown in FIG. 1 ,
Refrigerant R circulating in refrigerant circulation line L10 undergoes a phase change among gas refrigerant RG , liquid refrigerant RL , and wet steam state refrigerant RW during its circulation process.
圧縮機11は、電気駆動の冷媒圧縮機である。圧縮機11は、駆動源としてのモータ17を有しており、ガス冷媒RGを断熱圧縮して高温高圧のガス冷媒RGにする。凝縮器12は、用水ラインL1を通じて送られてくる用水W1(加熱対象流体)への放熱により、圧縮機11からのガス冷媒RGを凝縮液化する。これにより、冷媒Rは液冷媒RLとなる。膨張弁14は、凝縮器12から送られた液冷媒RLを断熱膨張させることで、液冷媒RLの圧力と温度とを低下させる。これにより、液冷媒RLは、湿り蒸気に相変化し、湿り蒸気状態の冷媒RWとなる。蒸発器15は、熱源水ラインL2を通じて送られてくる熱源水W2(熱源流体)からの吸熱により、膨張弁14から送られる湿り蒸気状態の冷媒RWを蒸発させる。これにより、冷媒Rはガス冷媒RGとなる。
The
ヒートポンプ回路の熱源としては、廃温水等の熱源水に限らず、工場設備からの排気ガス(燃焼ガスや排蒸気等)、廃熱を含んだ冷却用空気、廃熱を含まない外気等の各種熱源ガスを用いることが可能である。
なお、蒸発器15の構造として、伝熱面が外部に露出されている場合、熱源ガスはファンにより伝熱面に供給(例えば、大気の通風)される。また、蒸発器15の構造として、伝熱面が閉鎖空間(例えば、シェル)内に存在している場合、熱源ガスはブロワにより伝熱面に供給される。
The heat source of the heat pump circuit is not limited to heat source water such as waste hot water, but various types of exhaust gas (combustion gas, exhaust steam, etc.) from factory equipment, cooling air containing waste heat, outside air not containing waste heat, etc. A heat source gas can be used.
In the structure of the
このように、蒸発器15において、湿り蒸気の状態の冷媒RWが外部から吸熱して気化し、ガス冷媒RGとなる一方、凝縮器12において、高温高圧のガス冷媒RGが外部へ放熱して凝縮し、液冷媒RLとなる。このような原理を利用して、ヒートポンプ10は、蒸発器15において、熱源水W2から熱を汲み上げ、凝縮器12において、用水ラインL1の一次側から流れてくる用水W1を加温する。
そして、凝縮器12を通過することにより加温されて温水となった用水W1は、用水ラインL1の二次側を通じて、不図示の温水需要箇所に供給される。
In this manner, in the
The utility water W1 that has been heated and turned into hot water by passing through the
本実施形態のヒートポンプ10はさらに、冷媒循環ラインL10における凝縮器12の下流側に、過冷却器13を備えている。過冷却器13は、凝縮器12の上流側の用水W1と、凝縮器12から膨張弁14に向かって流れる液冷媒RLとを熱交換する。この過冷却器13により、凝縮器12の上流側の用水W1を用いて凝縮器12から膨張弁14に向かって流れる液冷媒RLの過冷却を行うことができると共に、凝縮器12から膨張弁14に向かって流れる液冷媒RLを用いて凝縮器12の上流側の用水W1を加温することができる。
The
このように、凝縮器12は、ガス冷媒RGの潜熱および顕熱を放出して、ガス冷媒RGを液冷媒RLへと変化させ、過冷却器13は、液冷媒RLの顕熱を放出して、液冷媒RLの過冷却を行っている。このように、凝縮用の熱交換器と過冷却用の熱交換器を分けることで、熱交換器の設計が容易となり、コスト削減を図ることができる。
Thus, the
本実施形態のヒートポンプ10はさらに、凝縮器12から膨張弁14に向かって流れる液冷媒RLと、蒸発器15から圧縮機11に向かって流れるガス冷媒RGとを熱交換する液ガス熱交換器16を備える。より具体的には、本実施形態における液ガス熱交換器16は、過冷却器13から膨張弁14に向かって流れる液冷媒RLと、蒸発器15から圧縮機11に向かって流れるガス冷媒RGとを熱交換する。
このような液ガス熱交換器16を設けることにより、蒸発器15に供給される熱源水W2の温度が低い場合であっても、膨張弁14を通過した後の湿り蒸気状態の冷媒RWが、蒸発器15に加えて液ガス熱交換器16を通過するため、圧縮機11に吸入されるガス冷媒RGの温度と圧力を高めることができる。これにより、圧縮機11で圧縮されるガス冷媒RGの流量が増加するため、凝縮器12での発熱量(凝縮器12で冷媒Rが放出する熱量)が増加し、ヒートポンプ10のCOP(エネルギー消費効率)が高まる。
The
By providing such a liquid-
ここで、ヒートポンプ10のヒートポンプサイクルによって冷媒Rの温度が変化していく様子の一例について説明する。ここでは、冷媒Rとしてフロンガスを用い、過冷却器13に流れ込む用水W1の温度が20℃、凝縮器12から出湯する用水W1の温度が70℃、熱源水W2の温度が10℃である場合の一例を示す。
圧縮機11によって圧縮された冷媒Rは、ゲージ圧力2.0MPaG、86℃(飽和温度70℃に対して過熱度16℃)の高温高圧のガス冷媒RGとなる。その後、凝縮器12および過冷却器13を通過した冷媒Rは、23℃の液冷媒RLとなり、さらに、液ガス熱交換器16を通過した冷媒Rは、13℃の液冷媒RLとなる。さらにその後、膨張弁14を通過した冷媒Rは、7℃の湿り蒸気状態の冷媒RWとなる。湿り蒸気状態の冷媒RWは、蒸発器15および液ガス熱交換器16を通過して、ゲージ圧力0.27MPaG、17℃(飽和温度7℃に対して過熱度10℃)のガス冷媒RGとなる。このガス冷媒RGが圧縮機11によって再び圧縮され、高温高圧のガス冷媒RGとなる。このようなサイクルを繰り返し、冷媒Rは循環する。
Here, an example of how the temperature of the refrigerant R changes due to the heat pump cycle of the
The refrigerant R compressed by the
次に、図2に示すモリエル線図(p-h線図)を用いて、本実施形態のヒートポンプサイクルを説明する。
このモリエル線図の縦軸は冷媒の圧力(p)であり、横軸は冷媒の比エンタルピー(h)である。そして、モリエル線図には、飽和液線Y1と、飽和蒸気線Y2が示されている。このようなモリエル線図により、ヒートポンプサイクル中における冷媒Rの状態変化を表すことができる。冷媒Rは、飽和液線Y1よりも左側で過冷却液状態(液冷媒RLの状態)、飽和液線Y1と飽和蒸気線Y2との間で気液混合状態である湿り蒸気状態(冷媒RWの状態)、飽和蒸気線Y2より右側で過熱蒸気状態(ガス冷媒RGの状態)となる。
Next, the heat pump cycle of this embodiment will be described using the Mollier diagram (ph diagram) shown in FIG.
The vertical axis of this Mollier diagram is the pressure (p) of the refrigerant, and the horizontal axis is the specific enthalpy (h) of the refrigerant. The Mollier diagram shows a saturated liquid line Y1 and a saturated vapor line Y2. Such a Mollier diagram can represent the state change of the refrigerant R during the heat pump cycle. Refrigerant R is in a supercooled liquid state (liquid refrigerant RL state) on the left side of the saturated liquid line Y1, and in a wet vapor state (refrigerant R W state), and on the right side of the saturated vapor line Y2, it becomes a superheated vapor state (state of gas refrigerant RG ).
図2においてRで示される実線は、適正な状態のヒートポンプサイクルにおける冷媒Rの状態の移り変わりを示している。
圧縮機11に吸引された過熱蒸気状態のガス冷媒RGは、圧縮機11において断熱圧縮されて高温高圧の過熱蒸気状態のガス冷媒RGとなり(a→b)、その後、凝縮器12で凝縮され、さらに過冷却器13および液ガス熱交換器16で過冷却されることにより過冷却液状態の液冷媒RLとなり(b→c)、さらにその後、膨張弁14にて断熱膨張されることにより湿り蒸気状態の冷媒RWとなる(c→d)。そして、湿り蒸気状態の冷媒RWは、蒸発器15において蒸発し、さらに液ガス熱交換器16で加温されて、過熱蒸気状態のガス冷媒RGとなる(d→a)。このようなサイクルで、冷媒Rは循環する。
The solid line indicated by R in FIG. 2 shows the transition of the state of the refrigerant R in the proper heat pump cycle.
The superheated vapor state gas refrigerant RG sucked into the
ここで、図2における(b→c)の過程について詳細に説明すると、凝縮器12は、ガス冷媒RGの潜熱および顕熱を放出して、ガス冷媒RGを液冷媒RLへと変化させ、過冷却器13および液ガス熱交換器16は、液冷媒RLの顕熱を放出して、液冷媒RLの過冷却を行っている。
Here, the process of (b→c) in FIG . 2 will be described in detail. The
本実施形態においては、蒸発器15に加えて液ガス熱交換器16が設けられていることにより、蒸発器15に供給される熱源水W2の温度が低い場合であっても、膨張弁14を通過した後の湿り蒸気状態の冷媒RWをより安定的に過熱蒸気状態のガス冷媒RGに変化させることができる(d→a)。すなわち、冷媒RWを、モリエル線図における飽和蒸気線Y2の右側の領域の状態に変化させることができる。
また、液ガス熱交換器16によりガス冷媒RGの温度(過熱度)を高めることができるため、凝縮器12での発熱量(凝縮器12で冷媒Rが放出する熱量)を増加させて、ヒートポンプ10のCOPを高めることができる。
In this embodiment, since the liquid-
In addition, since the temperature (degree of superheat) of the gas refrigerant RG can be increased by the liquid-
ここで、用水ラインL1から供給される用水W1の温度が低い(例えば、冬季における15℃以下の低温水の使用)などの理由により、凝縮器12、過冷却器13、液ガス熱交換器16を通過後の液冷媒RLが、極度に冷却されてしまうケースについて考える。
この場合、図3のモリエル線図において破線R2で示されるように、液ガス熱交換器16を通過した後の液冷媒RLの状態を示す「c2」の位置が、図2に示される適正な場合に比べて左側にずれてしまう。この場合、「c2」の状態にある液冷媒RLは、膨張弁14を通過した後も相状態が変化せず、液冷媒RLの状態を維持してしまう可能性がある(c2→d2)。すなわち、破線R2に示されるように、膨張弁14を通過した後の冷媒Rの状態を示す「d2」の位置が、飽和液線Y1の左側の領域のままとなってしまう可能性がある。
Here, the temperature of the service water W1 supplied from the service water line L1 is low (for example, the use of low temperature water of 15 ° C. or less in winter). Consider a case where the liquid refrigerant RL after passing through is extremely cooled.
In this case, as indicated by the dashed line R2 in the Mollier diagram of FIG. It shifts to the left compared to the normal case. In this case, the liquid refrigerant RL in the state of “c2” may not change its phase state even after passing through the
膨張弁14を通過後の冷媒Rが過冷却液状態であると、蒸発器15および液ガス熱交換器16で冷媒Rの気化が不十分となって(d2→a2)圧縮機11に湿り蒸気状態の冷媒RWが送られるようになる。圧縮機11が湿り蒸気状態の冷媒RWを吸入すると、液圧縮によるリキッドハンマー等により、圧縮機11を破損させるおそれがある。
運よくリキッドハンマーが起こらない状態であっても、湿り蒸気の液体部分は非圧縮性であるので、断熱圧縮を経た冷媒RWは湿り蒸気状態のままである。そのため、圧縮機11から吐出される冷媒RWの温度と圧力が低下する(a2→b2)ので、凝縮器12での発熱量が減ることに加えて膨張弁14に送られる液冷媒RLの過冷却も進行しやすくなる。その結果、当初に計画していた冷凍サイクルを実現できなくなる。
When the refrigerant R after passing through the
Luckily, even under conditions where liquid hammer does not occur, the liquid portion of the wet vapor is incompressible, so the refrigerant RW that has undergone adiabatic compression remains in a wet vapor state. As a result, the temperature and pressure of the refrigerant RW discharged from the
そこで、このような状況を防ぐために、本実施形態のヒートポンプ回路は、図1に示すように、液冷媒RLが液ガス熱交換器16を通過することを迂回するための液冷媒バイパス手段20を備えている。液冷媒バイパス手段20は、冷媒バイパスラインL20と、冷媒バイパスラインL20を流れる液冷媒RLの流量を調整するバイパス流量調整部を備えている。冷媒バイパスラインL20は、分岐部Aで冷媒循環ラインL10から分岐し、合流部Bで冷媒循環ラインL10と合流している。
バイパス流量調整部は、液ガス熱交換器16に向かう液冷媒RLの流量と、冷媒バイパスラインL20に流入させる液冷媒RLの流量とを分配できるものであればよく、冷媒バイパスラインL20に設けられていてもよいし、冷媒循環ラインL10に設けられていてもよい。あるいは、その両方や、分岐部に設けられていてもよい。本実施形態においては、分岐部Aに三方弁21が設けられている。
Therefore, in order to prevent such a situation, the heat pump circuit of this embodiment includes a liquid refrigerant bypass means 20 for bypassing the liquid refrigerant RL from passing through the liquid-
The bypass flow rate adjusting unit may distribute the flow rate of the liquid refrigerant RL toward the liquid-
三方弁21は、後述する制御部100から入力される開度指定信号に対応する開度で作動される弁機構(三方型比例制御弁)である。この三方弁21は、液ガス熱交換器16に向かう第1出口ポート側に流れる液冷媒RLの流量と、冷媒バイパスラインL20に向かう第2出口ポート側に流れる液冷媒RLの流量との流量比を調整可能である。すなわち、三方弁21は、開度を調整するアクチュエータ回路(図示せず)を備え、このアクチュエータ回路に0~100%の開度指定信号が入力されることにより、第1出口ポート側の開度と第2出口ポート側の開度とが調節される。但し、第1出口ポート側および第2出口ポート側の流量比の合計は常に100%である。なお、三方弁21の開度は、第1出口ポート側の開度が基準となっており、第1出口ポート側の開度が、0%→25%→50%→75%→100%となる場合、第2出口ポート側の開度は、100%→75%→50%→25%→0%となる。
The three-
そして、冷媒循環ラインL10には、膨張弁14に流入する液冷媒RLの温度情報を測定する温度センサ22が設けられている。この温度センサ22は、液ガス熱交換器16から膨張弁14に向かう冷媒循環ラインL10と冷媒バイパスラインL20との合流部Bの下流側に配置されている。これにより、膨張弁に流入する液冷媒RLの温度を測定することができる。より好ましくは、膨張弁14に流入する直前の液冷媒RLの温度を測定するために、膨張弁14の上流側であって、膨張弁14の近傍に温度センサ22は配置される。
A
ここで、本実施形態のヒートポンプシステム1は制御部100を備える。この制御部100は、温度センサ22が測定した温度情報と、目標温度とに基づき、バイパス流量調整部としての三方弁21を制御する。制御部100は、バイパス流量の調整を通じて、膨張弁14に流入する液冷媒RLの過冷却度を一定値に、または一定範囲に保つように制御する(過冷却度一定制御)。
Here, the heat pump system 1 of this embodiment includes a
具体的には、制御部100は、温度センサ22が測定した温度情報に基づき、膨張弁14に流入する液冷媒RLの温度が目標温度となるように三方弁21を制御する。これにより、液ガス熱交換器16に向かう第1出口ポート側に流れる液冷媒RLの流量と、冷媒バイパスラインL20に向かう第2出口ポート側に流れる液冷媒RLの流量との流量比を調整する。
例えば、制御部100は、温度センサ22により測定した温度情報と目標温度とを比較し、目標温度に比べて液冷媒RLの温度が低いときは、バイパス流量を増やす方向となるような開度指定信号を生成し、その信号を三方弁21に供給する。一方、目標温度に比べて液冷媒RLの温度が高いときは、バイパス流量を減らす方向となるような開度指定信号を生成し、その信号を三方弁21に供給する。この流量比の調整には、PIDアルゴリズムによるフィードバック制御を用いるのが好適である。
Specifically, the
For example, the
また、温度閾値に基づいて、バイパス流量調整部の切り替え制御を行う構成を採用してもよい。例えば、測定した温度情報が第1温度閾値を下回ったとき、100%の流量が冷媒バイパスラインL20に向かうようにバイパス流量調整部を制御する。一方、測定した温度情報が第2温度閾値を上回ったとき、100%の流量が液ガス熱交換器16に向かうようにバイパス流量調整部を制御する。この制御は、例えばバイパス流量調整部を構成する弁の開閉制御等によって行われる。なお、第1温度閾値と第2温度閾値を同じ温度としてもよいし、第2温度閾値を第1温度閾値よりも高い温度としてもよい。
Also, a configuration may be adopted in which switching control of the bypass flow rate adjusting section is performed based on the temperature threshold. For example, when the measured temperature information falls below the first temperature threshold value, the bypass flow control unit is controlled so that 100% of the flow is directed to the refrigerant bypass line L20. On the other hand, when the measured temperature information exceeds the second temperature threshold, the bypass flow rate adjusting section is controlled so that 100% of the flow rate goes to the liquid-
このように、膨張弁14に流入する前の液冷媒RLの温度情報に基づいて、液ガス熱交換器16を通過する液冷媒RLの流量を調整することで、膨張弁14に流入する前の液冷媒RLが極度に冷却されることがなくなる。よって、膨張弁14を通過した後の冷媒Rが確実に湿り蒸気状態に相変化する。
すなわち、液ガス熱交換器16を通過する液冷媒RLの流量を調整することで、図3のモリエル線図において実線R3で示されるように、液ガス熱交換器16を通過した後の液冷媒RLの状態を示す位置が「c3」となり、適正な位置となる。この場合、「c3」の状態にある液冷媒RLは、膨張弁14を通過した後、適正に湿り蒸気状態の冷媒RWとなる(c3→d3)。すなわち、実線R3に示されるように、膨張弁14を通過した後の冷媒Rの状態を示す「d3」の位置が、飽和液線Y1の右側の領域に入る。
このように、膨張弁14を通過した後の冷媒Rが確実に湿り蒸気状態の冷媒RWとなるように、液ガス熱交換器16を通過する液冷媒RLの流量を調整することで、蒸発器15および液ガス熱交換器16で冷媒Rの気化が効率よく進行する。その結果、圧縮機11において液圧縮を防止しつつ、吐出されるガス冷媒RGの過熱度を高めることができる。
Thus, by adjusting the flow rate of the liquid refrigerant RL passing through the liquid-
That is, by adjusting the flow rate of the liquid refrigerant RL passing through the liquid-
In this way, by adjusting the flow rate of the liquid refrigerant RL passing through the liquid-
なお、ヒートポンプシステム1は、図1に示すように、ヒートポンプ10により加温されて温水となった用水W1の温度を検出する給湯温度センサ42を備えていてもよい。
また、ヒートポンプ10の圧縮機11は、その出力が変更可能に構成されていてもよい。例えば、インバータ制御により、圧縮機11のモータ17の回転数を変更できるように構成されていてもよい。この場合、給湯温度センサ42が検出した検出温度が目標温度となるように、圧縮機11の回転数を制御する構成を採用することができる。この圧縮機11の回転数の調整には、PIDアルゴリズムによるフィードバック制御を用いるのが好適である。
As shown in FIG. 1, the heat pump system 1 may include a hot water
Further, the
また、給湯温度センサ42が検出した検出温度に基づき、用水ラインL1に設けられた図示しない流量調節弁の開度、または図示しない給水ポンプの回転数を制御する構成を採用してもよい。この場合、給湯温度センサ42が検出した検出温度が目標温度となるように、ヒートポンプ10への用水W1の供給流量を調整することができる。この供給流量の調整には、PIDアルゴリズムによるフィードバック制御を用いるのが好適である。
Further, a configuration may be adopted in which the degree of opening of a flow control valve (not shown) provided in the water line L1 or the rotation speed of a water supply pump (not shown) is controlled based on the detected temperature detected by the hot water
以上説明した本実施形態のヒートポンプシステム1によれば、以下のような効果を奏する。 According to the heat pump system 1 of this embodiment described above, the following effects are obtained.
(1)本実施形態のヒートポンプシステム1は、圧縮機11、凝縮器12、膨張弁14および蒸発器15が順次環状に接続されて冷媒Rを循環させ、蒸発器15に通される熱源流体としての熱源水W2から熱をくみ上げ、凝縮器12に通される加温対象流体としての用水W1を加温するヒートポンプシステム1であって、凝縮器12から膨張弁14に向かって流れる液冷媒RLと蒸発器15から圧縮機11に向かって流れるガス冷媒RGとを熱交換する液ガス熱交換器16と、液冷媒RLが液ガス熱交換器16を通過することを迂回するための冷媒バイパスラインL20と、冷媒バイパスラインL20を流れる液冷媒RLの流量を調整するバイパス流量調整部としての三方弁21と、膨張弁14に流入する液冷媒RLの温度情報を測定する温度センサ22と、測定された温度情報に基づき、バイパス流量調整部としての三方弁21を制御する制御部100と、を備える。
これにより、蒸発器15に通される熱源水W2の温度が低い場合であっても、膨張弁14を通過した後の冷媒RWが蒸発器15に加えて液ガス熱交換器16を通過するため、圧縮機11に吸入されるガス冷媒RGの温度を高めることができる。よって、圧縮機11から吐出されるガス冷媒RGの温度が上昇(すなわち、過熱度が上昇)するため、凝縮器12での発熱量が増加し、ヒートポンプ10のCOPが高まる。
さらに、膨張弁14に流入する前の液冷媒RLの温度情報に基づいて、液ガス熱交換器16を通過する液冷媒RLの流量を調整することができるため、液冷媒RLが極度に冷却されることがなくなる。よって、膨張弁14を通過した後の冷媒Rが確実に湿り蒸気に相変化することで、蒸発器15および液ガス熱交換器16では、冷媒Rの気化が確実に行われるので、液圧縮による圧縮機11の破損を防止することができる。
(1) In the heat pump system 1 of the present embodiment, the
As a result, even when the temperature of the heat source water W2 passing through the
Furthermore, based on the temperature information of the liquid refrigerant RL before flowing into the
(2)本実施形態のヒートポンプシステム1は、凝縮器12より上流側の加温対象流体としての用水W1と、凝縮器12から膨張弁14に向かって流れる液冷媒RLとを熱交換する過冷却器13をさらに備え、液ガス熱交換器16は、過冷却器13から膨張弁14に向かって流れる液冷媒RLと、蒸発器15から圧縮機11に向かって流れるガス冷媒RGとを熱交換する。
これにより、用水W1が過冷却器13および凝縮器12を通過するため、過冷却器13では液冷媒RLの顕熱を利用して、また凝縮器12ではガス冷媒RGの顕熱および潜熱を利用して、用水W1を効率的に加温することができる。
(2) The heat pump system 1 of the present embodiment performs heat exchange between the service water W1 as the fluid to be heated on the upstream side of the
As a result, the water W1 passes through the
(3)本実施形態の冷媒バイパスラインL20は、液冷媒RLを、液ガス熱交換器16を通過することなく、凝縮器12から膨張弁14に向かって流すラインであり、温度センサ22は、液ガス熱交換器16から膨張弁14に向かって液冷媒RLを流すラインと冷媒バイパスラインL20との合流部Bの下流側に配置されている。
これにより、バイパス流量調整部としての三方弁21の制御を、膨張弁14に流入する液冷媒RLの温度情報、すなわち過冷却度に基づいて適切に実行することができる。
(3) The refrigerant bypass line L20 of the present embodiment is a line through which the liquid refrigerant RL flows from the
As a result, the control of the three-
(4)本実施形態の制御部100は、膨張弁14に流入する液冷媒RLの温度が目標温度となるように、バイパス流量調整部としての三方弁21を制御する。
これにより、膨張弁14に流入する液冷媒RLの温度が目標温度となるようにバイパス流量を制御するため、膨張弁14を通過した後の冷媒を確実に湿り蒸気に相変化させることができる。よって、蒸発器15および液ガス熱交換器16では、冷媒Rの気化が確実に行われるので、液圧縮による圧縮機11の破損を防止することができる。
(4) The
As a result, since the bypass flow rate is controlled so that the temperature of the liquid refrigerant RL flowing into the
<第2実施形態>
次に、第2実施形態について、図4~5を参照しながら説明する。なお、第1実施形態と同様の構成についてはその説明を省略する。
<Second embodiment>
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. In addition, the description is abbreviate|omitted about the structure similar to 1st Embodiment.
第2実施形態のヒートポンプシステム1は、図4に示すように、冷媒循環ラインL10に、膨張弁14に流入する液冷媒RLの圧力を測定する圧力センサ23を備える。
そして、制御部100は、圧力センサ23が測定した圧力に基づいて前述の目標温度を設定し、この目標温度と温度センサ22が測定した温度情報とに基づき、バイパス流量調整部としての三方弁21を制御する。
The heat pump system 1 of the second embodiment includes a
Then, the
ここで、このような制御を行う理由について、図5のモリエル線図を用いて説明する。
図5において破線R4で示されるように、膨張弁14に流入する過冷却液状態の液冷媒RLの圧力が高い場合は、膨張弁14での減圧量が十分でないと、冷媒Rが湿り蒸気の状態とならない(c4→d4)。すなわち、冷媒Rを湿り蒸気の状態とするためには、一点鎖線R5で示されるように、膨張弁14での減圧量を大きく取らなくてはならない(c4→d5)。
Here, the reason why such control is performed will be described with reference to the Mollier diagram of FIG.
As indicated by the dashed line R4 in FIG. 5, when the pressure of the liquid refrigerant RL in the supercooled liquid state flowing into the
このような状況に対して、膨張弁14に流入する過冷却液状態の液冷媒RLの目標温度を高めの温度に設定する(すなわち、冷媒Rの過冷却度を小さく設定する)ことで、図5のモリエル図において実線R6で示されるように、少ない減圧量であっても、膨張弁を通過した後の冷媒Rを、湿り蒸気状態の冷媒RWとすることができる(c6→d6)。
In such a situation, by setting the target temperature of the liquid refrigerant RL in the supercooled liquid state flowing into the
このように、膨張弁14に流入する液冷媒RLの圧力に基づいて目標温度を設定する構成を採用することにより、膨張弁14を通過した後の冷媒Rを、適切に湿り蒸気状態の冷媒RWに相変化させることができる。よって、蒸発器15および液ガス熱交換器16では、冷媒Rの気化が確実に行われるので、液圧縮による圧縮機11の破損を防止することができる。
In this way, by adopting a configuration in which the target temperature is set based on the pressure of the liquid refrigerant RL flowing into the
以上説明した本実施形態のヒートポンプシステム1によれば、(1)~(4)に加えて、以下のような効果が奏される。 According to the heat pump system 1 of the present embodiment described above, in addition to (1) to (4), the following effects are achieved.
(5)本実施形態のヒートポンプシステム1における目標温度は、膨張弁14に流入する液冷媒RLの圧力に基づいて設定される。
膨張弁14に流入する過冷却液としての液冷媒RLの圧力が高いほど、膨張弁14での減圧量を大きく取らないと湿り蒸気が生成しない。この場合、過冷却液をより高い目標温度で膨張弁14に流入させることで、少ない減圧量で湿り蒸気を生成させることができる。これにより、膨張弁14を通過した後の冷媒Rを確実に湿り蒸気に相変化させることができる。よって、蒸発器15および液ガス熱交換器16では、冷媒Rの気化が確実に行われるので、液圧縮による圧縮機11の破損を防止することができる。
(5) The target temperature in the heat pump system 1 of this embodiment is set based on the pressure of the liquid refrigerant RL flowing into the
The higher the pressure of the liquid refrigerant RL as the supercooled liquid flowing into the
<第3実施形態>
次に、第3実施形態について、図6を参照しながら説明する。なお、第1実施形態と同様の構成についてはその説明を省略する。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. In addition, the description is abbreviate|omitted about the structure similar to 1st Embodiment.
第3実施形態のヒートポンプシステム1は、図6に示すように、凝縮器12から流出した液冷媒RLが液ガス熱交換器16に流入し、液ガス熱交換器16から流出した液冷媒RLが過冷却器13に流入する。すなわち、本実施形態の液ガス熱交換器16は、凝縮器12から過冷却器13に向かって流れる液冷媒RLと、蒸発器15から圧縮機11に向かって流れるガス冷媒RGとを熱交換する。
In the heat pump system 1 of the third embodiment, as shown in FIG. 6, the liquid refrigerant R L flowing out from the
このような構成であっても、用水W1が過冷却器13および凝縮器12を通過するので、凝縮器12ではガス冷媒RGの顕熱および潜熱を利用して、過冷却器13では液冷媒RLの顕熱を利用して用水W1を効率的に加温することができる。
Even with such a configuration, since the water W1 passes through the
なお、第3実施形態においても、第2実施形態と同様、膨張弁14に流入する液冷媒RLの圧力を計測する圧力センサ23を設け、その検出結果に基づいて、上述の目標温度を設定してもよい。
Also in the third embodiment, similarly to the second embodiment, a
以上説明した本実施形態のヒートポンプシステム1によれば、(1)、(3)~(5)に加えて、以下のような効果が奏される。 According to the heat pump system 1 of the present embodiment described above, in addition to (1) and (3) to (5), the following effects are achieved.
(6)本実施形態のヒートポンプシステム1は、凝縮器12より上流側の加温対象流体としての用水W1と、凝縮器12から膨張弁14に向かって流れる液冷媒RLとを熱交換する過冷却器13をさらに備え、液ガス熱交換器16は、凝縮器12から過冷却器13に向かって流れる液冷媒RLと、蒸発器15から圧縮機11に向かって流れるガス冷媒RGとを熱交換する。
これにより、用水W1が過冷却器13および凝縮器12を通過するため、過冷却器13では液冷媒RLの顕熱を利用して、また凝縮器12ではガス冷媒RGの顕熱および潜熱を利用して、加温対象流体を効率的に加温することができる。
(6) The heat pump system 1 of the present embodiment performs heat exchange between the service water W1 as the fluid to be heated on the upstream side of the
As a result, the water W1 passes through the
<第4実施形態>
次に、第4実施形態について、図7を参照しながら説明する。なお、第1実施形態と同様の構成についてはその説明を省略する。
<Fourth Embodiment>
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG. In addition, the description is abbreviate|omitted about the structure similar to 1st Embodiment.
第4実施形態のヒートポンプシステム1は、図7に示すように、液冷媒RLが液ガス熱交換器16を通過することを迂回するための液冷媒バイパス手段20に換えて、ガス冷媒RGが液ガス熱交換器16を通過することを迂回するためのガス冷媒バイパス手段30を備えている。ガス冷媒バイパス手段30は、冷媒バイパスラインL30と、冷媒バイパスラインL30を流れるガス冷媒RGの流量を調整するバイパス流量調整部とを備えている。冷媒バイパスラインL30は、分岐部Cで冷媒循環ラインL10から分岐し、合流部Dで冷媒循環ラインL10と合流している。
冷媒バイパス流量調整部は、液ガス熱交換器16に向かう冷媒循環ラインL10を流れるガス冷媒RGの流量と、冷媒バイパスラインL30に流入させるガス冷媒RGの流量とを適切に分配するものであればよく、冷媒バイパスラインL30に設けられていてもよいし、冷媒循環ラインL10に設けられていてもよい。あるいは、その両方や、分岐部に設けられていてもよい。本実施形態においては、分岐部Cに三方弁31が設けられている。
In the heat pump system 1 of the fourth embodiment, as shown in FIG. 7, instead of the liquid refrigerant bypass means 20 for bypassing the passage of the liquid refrigerant RL through the liquid-
The refrigerant bypass flow rate adjusting unit appropriately distributes the flow rate of the gas refrigerant RG flowing through the refrigerant circulation line L10 toward the liquid-
そして、制御部100は、温度センサ22が測定した温度情報と、目標温度とに基づき、バイパス流量調整部としての三方弁31を制御する。
Based on the temperature information measured by the
具体的には、制御部100は、温度センサ22が測定した温度情報に基づき、膨張弁14に流入する液冷媒RLの温度が目標温度となるように三方弁31を制御する。例えば、制御部100は、温度センサ22により測定した温度情報と目標温度とを比較し、目標温度に比べて液冷媒RLの温度が低いときは、バイパス流量を増やす方向となるような開度指定信号を生成し、三方弁31に供給する。一方、目標温度に比べて液冷媒RLの温度が高いときは、バイパス流量を減らす方向となるような開度指定信号を生成し、三方弁31に供給する。制御部100は、PID制御等の各種の制御手法を用いて、このような制御を実行する。
Specifically, based on the temperature information measured by the
また、温度閾値に基づいて、バイパス流量調整部の切り替え制御を行う構成を採用してもよい。例えば、測定した温度情報が第1温度閾値を下回ったとき、100%の流量が冷媒バイパスラインL30に向かうようにバイパス流量調整部を制御する。一方、測定した温度情報が第1温度閾値よりも高温の第2温度閾値を上回ったとき、100%の流量が液ガス熱交換器16に向かうように冷媒バイパス流量調整部を制御する。この制御は、例えばバイパス流量調整部を構成する弁の開閉制御等によって行われる。なお、第1温度閾値と第2温度閾値を同じ温度としてもよいし、第2温度閾値を第1温度閾値よりも高い温度としてもよい。
Also, a configuration may be adopted in which switching control of the bypass flow rate adjusting section is performed based on the temperature threshold. For example, when the measured temperature information falls below the first temperature threshold value, the bypass flow control unit is controlled so that 100% of the flow is directed to the refrigerant bypass line L30. On the other hand, when the measured temperature information exceeds the second temperature threshold, which is higher than the first temperature threshold, the refrigerant bypass flow rate adjuster is controlled so that 100% of the flow goes to the liquid-
このような構成であっても、膨張弁に流入する前の液冷媒RLの温度情報に基づいて、液ガス熱交換器16を通過するガス冷媒RGの流量を調整することができるため、液冷媒RLが極度に冷却されることがなくなる。よって、膨張弁14を通過した後の冷媒Rが確実に湿り蒸気状態に相変化し、蒸発器15および液ガス熱交換器16では、冷媒Rの気化が確実に行われるので、液圧縮による圧縮機11の破損を防止することができる。
Even with such a configuration, the flow rate of the gas refrigerant RG passing through the liquid-
なお、第4実施形態においても、第2実施形態と同様、膨張弁14に流入する液冷媒RLの圧力を計測する圧力センサ23を設け、その検出結果に基づいて、上述の目標温度を設定してもよい。
Also in the fourth embodiment, similarly to the second embodiment, a
以上説明した本実施形態のヒートポンプシステム1によれば、(1)~(2)、(4)~(6)に加えて、以下のような効果が奏される。 According to the heat pump system 1 of the present embodiment described above, in addition to (1) to (2) and (4) to (6), the following effects are achieved.
(7)本実施形態の冷媒バイパスラインL30は、ガス冷媒RGを、液ガス熱交換器16を通過することなく、蒸発器15から圧縮機11に向かって流すラインであり、制御部100は、膨張弁14に流入する液冷媒RLの温度が目標温度となるように、バイパス流量調整部としての三方弁31を制御する。
これにより、膨張弁14に流入する液冷媒RLの温度が目標温度となるようにバイパス流量を制御するため、膨張弁14を通過した後の冷媒を確実に湿り蒸気に相変化させることができる。よって、蒸発器15および液ガス熱交換器16では、冷媒Rの気化が確実に行われるので、液圧縮による圧縮機11の破損を防止することができる。
(7) The refrigerant bypass line L30 of the present embodiment is a line through which the gas refrigerant RG flows from the
As a result, since the bypass flow rate is controlled so that the temperature of the liquid refrigerant RL flowing into the
なお、各実施形態等において示されるように、ヒートポンプシステム1は、凝縮器12に加えて、過冷却器13を備えることが好ましいが、凝縮器12のみを設けて、凝縮器12によって凝縮および必要な過冷却を行う構成としてもよい。
As shown in each embodiment and the like, the heat pump system 1 preferably includes a
なお、ヒートポンプシステム1により加温する加温対象流体は、用水W1に限らず、その他の液体や、気体であってもよい。すなわち、温水製造システムに限らず、様々な加温対象流体を加温するためのシステムに適用することが可能である。 Note that the fluid to be heated by the heat pump system 1 is not limited to the service water W1, and may be other liquids or gases. That is, it can be applied not only to a hot water production system but also to a system for heating various fluids to be heated.
以上、本発明のヒートポンプシステムの好ましい各実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。また、複数の実施形態を組み合わせることも可能である。 Although preferred embodiments of the heat pump system of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments and can be modified as appropriate. It is also possible to combine multiple embodiments.
1…ヒートポンプシステム
10…ヒートポンプ
11…圧縮機
12…凝縮器
13…過冷却器
14…膨張弁
15…蒸発器
16…液ガス熱交換器
20…液冷媒バイパス手段
21…三方弁(バイパス流量調整部)
22…温度センサ
23…圧力センサ
30…ガス冷媒バイパス手段
31…三方弁(バイパス流量調整部)
100…制御部
L1…用水ライン
L2…熱源水ライン
L10…冷媒循環ライン
L20…冷媒バイパスライン
L30…冷媒バイパスライン
R…冷媒
RG…ガス冷媒
RL…液冷媒
RW…湿り蒸気状態の冷媒
W1…用水(加温対象流体)
W2…熱源水(熱源流体)
B…合流部
REFERENCE SIGNS LIST 1
22...
DESCRIPTION OF
W2 ... heat source water (heat source fluid)
B... confluence
Claims (6)
前記凝縮器から前記膨張弁に向かって流れる液冷媒と前記蒸発器から前記圧縮機に向かって流れるガス冷媒とを熱交換する液ガス熱交換器と、
前記液ガス熱交換器の前記液冷媒側の前記冷媒循環ラインにおいて、前記液ガス熱交換器の入口流路から分岐し、出口流路に合流する冷媒バイパスラインと、
前記液ガス熱交換器に分配させる前記液冷媒の流量と、前記冷媒バイパスラインに分配させる前記液冷媒の流量との流量比を、前記液冷媒を減圧することなく調整するバイパス流量調整部と、
前記膨張弁に流入する液冷媒の温度情報を測定する温度センサと、
前記バイパス流量調整部を制御する制御部と、を備え、
前記冷媒バイパスラインの合流点は、前記膨張弁の入口流路に位置しており、
前記温度センサは、前記冷媒バイパスラインの合流点よりも下流側に配置され、
前記制御部は、前記温度センサの温度情報に基づき、前記膨張弁に流入する前記液冷媒の過冷却度を一定値、または一定範囲に保つように、前記バイパス流量調整部を制御するヒートポンプシステム。 Refrigerant is circulated in a refrigerant circulation line in which a compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator are sequentially connected in a ring, and the fluid to be heated passes through the condenser while drawing heat from the heat source fluid that passes through the evaporator. A heat pump system for heating the
a liquid-gas heat exchanger that exchanges heat between liquid refrigerant flowing from the condenser toward the expansion valve and gas refrigerant flowing from the evaporator toward the compressor;
a refrigerant bypass line that branches from an inlet channel of the liquid-gas heat exchanger and merges with an outlet channel in the refrigerant circulation line on the liquid refrigerant side of the liquid-gas heat exchanger;
a bypass flow rate adjusting unit that adjusts the flow rate ratio between the flow rate of the liquid refrigerant distributed to the liquid-gas heat exchanger and the flow rate of the liquid refrigerant distributed to the refrigerant bypass line without reducing the pressure of the liquid refrigerant;
a temperature sensor for measuring temperature information of the liquid refrigerant flowing into the expansion valve;
a control unit that controls the bypass flow rate adjustment unit ,
a confluence point of the refrigerant bypass line is located at an inlet channel of the expansion valve;
The temperature sensor is arranged downstream of a junction of the refrigerant bypass lines,
The control unit controls the bypass flow rate adjustment unit based on temperature information from the temperature sensor so as to keep the degree of subcooling of the liquid refrigerant flowing into the expansion valve at a constant value or within a certain range.
前記凝縮器から前記膨張弁に向かって流れる液冷媒と前記蒸発器から前記圧縮機に向かって流れるガス冷媒とを熱交換する液ガス熱交換器と、
前記液ガス熱交換器のガス冷媒側の前記冷媒循環ラインにおいて、前記液ガス熱交換器の入口流路から分岐し、出口流路に合流する冷媒バイパスラインと、
前記液ガス熱交換器に分配させる前記ガス冷媒の流量と、前記冷媒バイパスラインに分配させる前記ガス冷媒の流量との流量比を調整するバイパス流量調整部と、
前記膨張弁に流入する前記液冷媒の温度情報を測定する温度センサと、
前記バイパス流量調整部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記温度センサの温度情報に基づき、前記膨張弁に流入する前記液冷媒の過冷却度を一定値、または一定範囲に保つように、前記バイパス流量調整部を制御するヒートポンプシステム。 Refrigerant is circulated in a refrigerant circulation line in which a compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator are sequentially connected in a ring, and the fluid to be heated passes through the condenser while drawing heat from the heat source fluid that passes through the evaporator. A heat pump system for heating the
a liquid-gas heat exchanger that exchanges heat between liquid refrigerant flowing from the condenser toward the expansion valve and gas refrigerant flowing from the evaporator toward the compressor;
a refrigerant bypass line that branches from an inlet channel of the liquid-gas heat exchanger and merges with an outlet channel in the refrigerant circulation line on the gas refrigerant side of the liquid-gas heat exchanger;
a bypass flow rate adjustment unit that adjusts the flow rate ratio between the flow rate of the gas refrigerant distributed to the liquid-gas heat exchanger and the flow rate of the gas refrigerant distributed to the refrigerant bypass line;
a temperature sensor for measuring temperature information of the liquid refrigerant flowing into the expansion valve;
a control unit that controls the bypass flow rate adjustment unit,
The control unit controls the bypass flow rate adjustment unit based on temperature information from the temperature sensor so as to keep the degree of subcooling of the liquid refrigerant flowing into the expansion valve at a constant value or within a certain range.
前記液ガス熱交換器は、前記過冷却器から前記膨張弁に向かって流れる前記液冷媒と、前記蒸発器から前記圧縮機に向かって流れるガス冷媒とを熱交換する、請求項1~4のいずれか1項に記載のヒートポンプシステム。 further comprising a supercooler that exchanges heat between the fluid to be heated upstream of the condenser and the liquid refrigerant flowing from the condenser toward the expansion valve;
The liquid-gas heat exchanger heat-exchanges the liquid refrigerant flowing from the supercooler toward the expansion valve and the gas refrigerant flowing from the evaporator toward the compressor . The heat pump system according to any one of claims 1 to 3 .
前記液ガス熱交換器は、前記凝縮器から前記過冷却器に向かって流れる前記液冷媒と、前記蒸発器から前記圧縮機に向かって流れるガス冷媒とを熱交換する、請求項1~4のいずれか1項に記載のヒートポンプシステム。 further comprising a supercooler that exchanges heat between the fluid to be heated upstream of the condenser and the liquid refrigerant flowing from the condenser toward the expansion valve;
The liquid-gas heat exchanger heat-exchanges the liquid refrigerant flowing from the condenser toward the supercooler and the gas refrigerant flowing from the evaporator toward the compressor . The heat pump system according to any one of claims 1 to 3 .
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JP2005315558A (en) | 2004-03-29 | 2005-11-10 | Mitsubishi Electric Corp | Heat pump water heater |
JP2009127938A (en) | 2007-11-22 | 2009-06-11 | Hitachi Appliances Inc | Heat pump water heater |
WO2011142414A1 (en) | 2010-05-14 | 2011-11-17 | 三浦工業株式会社 | Heat pump steam generating device |
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