JPWO2009001535A1 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Abstract
Description
インジェクション部を有する圧縮機、放熱器、第1膨張機構、第2膨張機構、および蒸発器を含み、これらの機器が順に環状に接続されることによって形成された主冷媒回路と、
前記主冷媒回路における前記第1膨張機構と前記第2膨張機構との間の部分と、前記圧縮機のインジェクション部とを接続しているインジェクション通路と、
前記放熱器を介して前記主冷媒回路の冷媒によって加熱される流体が流れる流体回路と、
前記インジェクション通路を流れる冷媒と、前記流体回路における前記放熱器で加熱される前の流体とを熱交換させることにより、前記流体を冷却する副熱交換器と、
を備えたものである。
−冷凍サイクル装置の構成−
図1に示すように、実施形態1に係る冷凍サイクル装置50は、給湯および暖房を実行可能な多機能ヒートポンプを構成している。冷凍サイクル装置50は、給湯または暖房に用いられる水が流れる水回路30と、冷媒回路20とを備えている。冷媒回路20は、水回路30の水を加熱する熱源として機能する。
冷凍サイクル装置50は、貯湯タンク9に温水を供給する温水生成運転と、ラジエタ10を利用して暖房を行う暖房運転と、貯湯タンク9の温水を利用して給湯機器45に温水を供給する給湯運転とを実行可能である。なお、これらの各運転は、独立して行われてもよく、他の運転と同時に行われてもよい。
まず、温水生成運転について説明する。冷媒回路20では、インジェクション通路22を通じて中間圧の冷媒を圧縮機1に供給するインジェクション運転と、インジェクション通路22に冷媒を流さない非インジェクション運転とを選択的に実行可能である。
次に、暖房運転について説明する。なお、冷媒回路20の運転を停止することによって暖房運転を単独で実行することも可能であるが、以下では、温水生成運転と暖房運転とを同時に行う場合について説明する。前述したように、温水生成運転と暖房運転とを同時に行う場合には、冷媒回路20においてインジェクション運転が実行される。そのため、インジェクション通路22の流量調整器7は開状態に設定される。
次に、給湯運転について説明する。給湯運転の際には、給湯回路37のポンプ26が駆動され、貯湯タンク9内の上層部の高温水が、給湯回路37の第1回路38に流れ込む。一方、給湯回路37の第2回路39には、上水が供給される。第1回路38の高温水と第2回路39の上水とは、熱交換器40を介して熱交換を行う。その結果、上水は加熱され、高温水となって給湯機器45に供給される。一方、第1回路38の高温水は、熱交換器40を介して上記上水に冷却され、貯湯タンク9の下部に返送される。
以上のように、本実施形態に係る冷凍サイクル装置50は、中間圧の冷媒を圧縮機1にインジェクションさせるインジェクション通路22と、放熱器2で加熱される前の水をインジェクション通路22の冷媒で冷却する副熱交換器3とを備えている。そのため、以下に説明するように、COPを向上させるにあたって、インジェクションによる効果と、放熱器2で加熱される前の水を予め冷却することによる効果(以下、予冷効果という)とが得られるだけでなく、それらの相乗効果も得ることができる。
図3に示すように、実施形態2に係る冷凍サイクル装置50Bは、冷媒回路20および水回路30Bを備えている。水回路30Bは、実施形態1の水回路30の構成に変更を加えたものである。冷媒回路20の構成は実施形態1と同様である。以下の説明では、実施形態1と同様の部分には同様の符号を付し、それらの説明は省略する。
図4に示すように、実施形態3に係る冷凍サイクル装置50Cは、冷媒回路20および水回路30Cを備えている。水回路30Cは、実施形態1の水回路30の構成に変更を加えたものである。冷媒回路20の構成は実施形態1と同様である。以下の説明では、実施形態1と同様の部分には同様の符号を付し、それらの説明は省略する。
前記実施形態では、「流体」は水であったが、本発明の「流体」は水に限定されず、ブライン(典型的には不凍剤)等の他の流体であってもよい。
インジェクション部を有する圧縮機、放熱器、第1膨張機構、第2膨張機構、および蒸発器を含み、これらの機器が順に環状に接続されることによって形成された主冷媒回路と、
前記主冷媒回路における前記第1膨張機構と前記第2膨張機構との間の部分と、前記圧縮機のインジェクション部とを接続しているインジェクション通路と、
前記放熱器を介して前記主冷媒回路の冷媒によって加熱される流体が流れる流体回路と、
前記インジェクション通路を流れる冷媒と、前記流体回路における前記放熱器で加熱される前の流体とを熱交換させることにより、前記流体を冷却する副熱交換器と、
を備えたものである。
−冷凍サイクル装置の構成−
図1に示すように、実施形態1に係る冷凍サイクル装置50は、給湯および暖房を実行可能な多機能ヒートポンプを構成している。冷凍サイクル装置50は、給湯または暖房に用いられる水が流れる水回路30と、冷媒回路20とを備えている。冷媒回路20は、水回路30の水を加熱する熱源として機能する。
冷凍サイクル装置50は、貯湯タンク9に温水を供給する温水生成運転と、ラジエタ10を利用して暖房を行う暖房運転と、貯湯タンク9の温水を利用して給湯機器45に温水を供給する給湯運転とを実行可能である。なお、これらの各運転は、独立して行われてもよく、他の運転と同時に行われてもよい。
まず、温水生成運転について説明する。冷媒回路20では、インジェクション通路22を通じて中間圧の冷媒を圧縮機1に供給するインジェクション運転と、インジェクション通路22に冷媒を流さない非インジェクション運転とを選択的に実行可能である。
次に、暖房運転について説明する。なお、冷媒回路20の運転を停止することによって暖房運転を単独で実行することも可能であるが、以下では、温水生成運転と暖房運転とを同時に行う場合について説明する。前述したように、温水生成運転と暖房運転とを同時に行う場合には、冷媒回路20においてインジェクション運転が実行される。そのため、インジェクション通路22の流量調整器7は開状態に設定される。
次に、給湯運転について説明する。給湯運転の際には、給湯回路37のポンプ26が駆動され、貯湯タンク9内の上層部の高温水が、給湯回路37の第1回路38に流れ込む。一方、給湯回路37の第2回路39には、上水が供給される。第1回路38の高温水と第2回路39の上水とは、熱交換器40を介して熱交換を行う。その結果、上水は加熱され、高温水となって給湯機器45に供給される。一方、第1回路38の高温水は、熱交換器40を介して上記上水に冷却され、貯湯タンク9の下部に返送される。
以上のように、本実施形態に係る冷凍サイクル装置50は、中間圧の冷媒を圧縮機1にインジェクションさせるインジェクション通路22と、放熱器2で加熱される前の水をインジェクション通路22の冷媒で冷却する副熱交換器3とを備えている。そのため、以下に説明するように、COPを向上させるにあたって、インジェクションによる効果と、放熱器2で加熱される前の水を予め冷却することによる効果(以下、予冷効果という)とが得られるだけでなく、それらの相乗効果も得ることができる。
図3に示すように、実施形態2に係る冷凍サイクル装置50Bは、冷媒回路20および水回路30Bを備えている。水回路30Bは、実施形態1の水回路30の構成に変更を加えたものである。冷媒回路20の構成は実施形態1と同様である。以下の説明では、実施形態1と同様の部分には同様の符号を付し、それらの説明は省略する。
図4に示すように、実施形態3に係る冷凍サイクル装置50Cは、冷媒回路20および水回路30Cを備えている。水回路30Cは、実施形態1の水回路30の構成に変更を加えたものである。冷媒回路20の構成は実施形態1と同様である。以下の説明では、実施形態1と同様の部分には同様の符号を付し、それらの説明は省略する。
前記実施形態では、「流体」は水であったが、本発明の「流体」は水に限定されず、ブライン(典型的には不凍剤)等の他の流体であってもよい。
Claims (11)
- インジェクション部を有する圧縮機、放熱器、第1膨張機構、第2膨張機構、および蒸発器を含み、これらの機器が順に環状に接続されることによって形成された主冷媒回路と、
前記主冷媒回路における前記第1膨張機構と前記第2膨張機構との間の部分と、前記圧縮機のインジェクション部とを接続しているインジェクション通路と、
前記放熱器を介して前記主冷媒回路の冷媒によって加熱される流体が流れる流体回路と、
前記インジェクション通路を流れる冷媒と、前記流体回路における前記放熱器で加熱される前の流体とを熱交換させることにより、前記流体を冷却する副熱交換器と、
を備えた、冷凍サイクル装置。 - 前記圧縮機が、前記インジェクション通路からの冷媒を圧縮室にインジェクションするためのインジェクションポートを前記インジェクション部として有する、請求項1に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記圧縮機が、低圧段圧縮機構と、高圧段圧縮機構と、前記低圧段圧縮機構の出口と前記高圧段圧縮機構の入口とを接続している流路とを含む多段圧縮機であり、
前記流路が、前記インジェクション部として用いられた、請求項1に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記インジェクション通路を流れる冷媒の流量を調整する流量調整器と、
前記副熱交換器を流れる前記流体の流量および温度に基づいて、前記第1膨張機構および前記第2膨張機構のいずれか一方または両方と、前記流量調整器とを制御する制御器と、
をさらに備えた、請求項1に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記冷媒は二酸化炭素である、請求項1に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記流体は水であり、
前記流体回路は、貯湯タンクと暖房用の熱交換器とを備え、
給湯と暖房とを実行可能な多機能ヒートポンプを構成している、請求項1に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記暖房用の熱交換器が、前記貯湯タンクの温水を流通させることによって暖房を行うための室内ラジエタであり、
前記流体回路が、
(a)前記室内ラジエタが設けられた暖房用水回路と、(b)前記暖房用水回路に接続されており、前記室内ラジエタから流出した還り水を前記副熱交換器で冷却した後に、前記放熱器で加熱するための熱源側水回路と、を含む、請求項6に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記暖房用の熱交換器が、前記貯湯タンクの温水を流通させることによって暖房を行うための室内ラジエタであり、
前記流体回路が、
(a)前記室内ラジエタが設けられた暖房用水回路と、(b)前記貯湯タンクの下部に貯められた水を前記副熱交換器で冷却した後に、前記放熱器で加熱するための熱源側水回路と、を含む、請求項6に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記熱源側水回路は、前記副熱交換器を含む主通路と、前記副熱交換器よりも上流側で前記主通路から分岐しており、かつ前記副熱交換器と前記放熱器との間において前記主通路に合流しているバイパス通路とを含み、
前記主通路にのみ水を流す第1状態と、前記バイパス通路にのみ水を流す第2状態とを切換可能である、請求項8に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記インジェクション通路を流れる冷媒の流量を調整する流量調整器と、
前記第1状態と前記第2状態との切換を行う切換弁と、
前記流量調整器および前記切換弁を制御する制御器と、をさらに備え、
前記制御器は、前記インジェクション通路の冷媒流量がゼロのときには前記バイパス通路にのみ水が流れるように、前記流量調整器の制御と前記切換弁の制御とを関連付けて行う、請求項9に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記室内ラジエタから流出した還り水が前記副熱交換器を経由して前記放熱器で加熱されるように、前記暖房用水回路の下流端が、前記熱源側水回路における前記副熱交換器よりも上流側の部分に接続されている、請求項8に記載の冷凍サイクル装置。
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