JPWO2016166873A1 - ヒートポンプシステム - Google Patents
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Abstract
Description
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係るヒートポンプシステムの一例を模式的に記載した図であり、図2は、図1に記載のヒートポンプユニットの一例を模式的に記載した図である。図1に示すように、この実施の形態に係るヒートポンプシステム300は、ヒートポンプユニット100と水タンク200とを有し、ヒートポンプユニット100と水タンク200とが給水配管302および出湯配管304で接続されている。なお、この実施の形態では、ヒートポンプユニット100が過熱した水を水タンク200に溜めるヒートポンプ給湯装置についての説明を行うが、ヒートポンプシステム300は、ヒートポンプ給湯装置に限定されるものではない。例えば、ヒートポンプシステム300は、ヒートポンプユニット100が過熱したブライン等の熱媒体を循環させて室内の空調を行う空調装置等にも適用することができる。
水タンク200は、例えば室内に設置されており、ヒートポンプユニット100が加熱した水を貯留するものである。なお、水タンク200は、上側が高温、下側が低温となるように、温度成層が形成され、異なる温度の水を貯留することができるようになっている。また、例えば、水タンク200には、水道等の水源から供給される水を水タンク200内の下部等に流入させる配管、および温度センサ等が配設されているが、図1では省略してある。
ヒートポンプユニット100は、例えば室外に設置されており、給水配管302から流入した水を加熱して、加熱した水を、出湯配管304を介して、水タンク200に供給するものである。ヒートポンプユニット100は、図2に示すように、筐体101の内部に配設された、冷媒回路15と熱媒体経路25と入口温度センサ26と出口温度センサ28と制御部50と記憶部52とを含んでいる。
次に、ヒートポンプシステム300が水を加熱する加熱運転の動作の一例について説明する。まず、加熱運転時の冷媒回路15の動作について説明する。ヒートポンプシステム300の加熱運転時には、流路切替装置2が、圧縮機1の吐出側と冷媒−熱媒体熱交換器4とを接続するように切り替えられている。圧縮機1で圧縮された冷媒は、流路切替装置2を介して、冷媒−熱媒体熱交換器4に流入する。冷媒−熱媒体熱交換器4にて、冷媒は水と熱交換して凝縮する。冷媒−熱媒体熱交換器4で凝縮した冷媒は、減圧装置6で減圧され、熱源側熱交換器8で熱交換されて蒸発する。熱源側熱交換器8で蒸発した冷媒は、圧縮機1に吸入され、再び圧縮される。
次に、ヒートポンプユニット100が熱源側熱交換器8に付着した霜を除霜する除霜運転の動作の一例について説明する。熱源側熱交換器8は、加熱運転時に蒸発器として機能するため、例えば外気温度が低いとき等には、空気中の水分等が熱源側熱交換器8に着霜することがある。熱源側熱交換器8に霜が付着すると、熱源側熱交換器8での熱交換が阻害されるため、ヒートポンプユニット100の運転効率が低下し、さらには圧縮機1等の故障に繋がるおそれがある。そこで、この実施の形態に係るヒートポンプユニット100では、熱源側熱交換器8に霜が付着したときに、熱源側熱交換器8に付着した霜を除霜する除霜運転を実行する。
図4は、この発明の実施の形態2に係るヒートポンプユニットの一例を模式的に記載した図である。図4に示すように、この実施の形態に係るヒートポンプユニット100Aは、圧縮機1と冷媒−熱媒体熱交換器4の冷媒流路と減圧装置6と熱源側熱交換器8とが冷媒配管9で接続された冷媒回路15Aを有する。また、この実施の形態のヒートポンプユニット100Aは、圧縮機1の冷媒吐出側と熱源側熱交換器8の冷媒流入側とをバイパスする第1バイパス流路62と、冷媒−熱媒体熱交換器4の冷媒流出側と熱源側熱交換器8の冷媒流入側とをバイパスする第2バイパス流路64と、を有している。第1バイパス流路62は、熱源側熱交換器8の下方にて、熱源側熱交換器8の近傍を通るように配設されている。なお、第1バイパス流路62は、熱源側熱交換器8の冷媒流出側の近傍を通るように配設されていればよい。第1バイパス流路62には、第1開閉装置10が配設されている。第2バイパス流路64には、第2開閉装置12が配設されている。第1開閉装置10および第2開閉装置12は、開閉弁等に限定されるものではなく、例えば、開度を調整できる電動弁等であってもよい。なお、以下では、この実施の形態の理解を容易にするために、上記の実施の形態1の説明と重複する説明については省略する。
次に、ヒートポンプユニット100Aが水を加熱する加熱運転の動作の一例について説明する。ヒートポンプユニット100Aの加熱運転時には、第1開閉装置10および第2開閉装置12が閉状態となっている。圧縮機1で圧縮された冷媒は、冷媒−熱媒体熱交換器4に流入し、水と熱交換して凝縮する。冷媒−熱媒体熱交換器4で凝縮した冷媒は、減圧装置6で減圧され、熱源側熱交換器8に流入する。熱源側熱交換器8を流れて熱交換され蒸発した冷媒は、圧縮機1に吸入され、再び圧縮される。
次に、ヒートポンプユニット100Aが熱源側熱交換器8に付着した霜を除霜する除霜運転の動作の一例について説明する。ヒートポンプユニット100Aの除霜運転時には、第1開閉装置10および第2開閉装置12が開状態となり、減圧装置6が閉状態となる。圧縮機1で圧縮された冷媒は、第1バイパス流路62に流れる冷媒と、冷媒−熱媒体熱交換器4に流れる冷媒とに分岐される。第1バイパス流路62側に分岐された冷媒は、熱源側熱交換器8の下方で熱源側熱交換器8を加熱する。熱源側熱交換器8の下方で熱源側熱交換器8を加熱した冷媒は、第2バイパス流路64を流れた冷媒と合流し、熱源側熱交換器8に流れる。冷媒−熱媒体熱交換器4側に分岐された冷媒は、冷媒−熱媒体熱交換器4、第2バイパス流路64の順に流れ、第1バイパス流路62を流れた冷媒と合流し、熱源側熱交換器8に流れる。
図6は、図4の変形例1である。変形例1のヒートポンプユニット100Bは、実施の形態2の例のヒートポンプユニット100Aと比較して、水回路に流れる水の流量を検出する流量センサ23を備えている。変形例1では、実施の形態2の例と比較して、水回路に流れる水の流量が、予め設定された除霜運転時の設定流量F1以下となるように、制御される。設定流量F1は、例えば、2(l/min)である。そして、水温度Wが予め設定された第3設定温度W3以上になったときに、第1開閉装置10および第2開閉装置12のうちの少なくとも一方の開度を調整して、冷媒−熱媒体熱交換器4に流れる冷媒の量を減少させる。
図7は、この発明の実施の形態3に係るヒートポンプシステムの一例を模式的に記載した図である。図7に示すように、この実施の形態に係るヒートポンプユニット100Cは、圧縮機1と冷媒−熱媒体熱交換器4の冷媒流路と減圧装置6と熱源側熱交換器8とが冷媒配管9で接続された冷媒回路15Bを有する。また、この実施の形態のヒートポンプユニット100Cは、第1バイパス流路62と第2バイパス流路64Aと第3バイパス流路66とを有する。第1バイパス流路62は、圧縮機1の冷媒吐出側と熱源側熱交換器8の冷媒流入側とをバイパスするものである。第1バイパス流路62は、熱源側熱交換器8の冷媒流出側の近傍を通るように配設されている。第1バイパス流路62には、第1開閉装置10が配設されている。第2バイパス流路64Aは、圧縮機1の冷媒吐出側と熱源側熱交換器8の冷媒流入側とをバイパスするものである。第2バイパス流路64Aには、第2開閉装置12および第3開閉装置14が配設されている。第3バイパス流路66は、冷媒−熱媒体熱交換器4の熱媒体流路の熱媒体流入側と熱媒体流出側とをバイパスするものである。第3バイパス流路66には、第5開閉装置32が配設されている。第1開閉装置10、第2開閉装置12、第3開閉装置14、第4開閉装置24Aおよび第5開閉装置32は、開閉弁等に限定されるものではなく、例えば、開度を調整できる電動弁等であってもよい。また、ヒートポンプユニット100Cは、第2バイパス流路64Aを流れる冷媒と第3バイパス流路66を流れる水とを熱交換させる凍結防止用熱交換器30を有する。凍結防止用熱交換器30は、冷媒−熱媒体熱交換器4と比較して、交換熱量が小さい。以下では、この実施の形態の理解を容易にするために、上記の実施の形態1または実施の形態2の説明と重複する説明については省略する。
次に、ヒートポンプユニット100Cが水を加熱する加熱運転の動作の一例について説明する。ヒートポンプユニット100Cの加熱運転時には、第1開閉装置10、第2開閉装置12、第3開閉装置14、第5開閉装置32が閉状態となっており、第4開閉装置24Aが開状態となっており、冷媒回路15Bおよび熱媒体経路25Aは、実施の形態2の冷媒回路15Aおよび熱媒体経路25と同様に動作する。
次に、ヒートポンプユニット100Cが熱源側熱交換器8に付着した霜を除霜する除霜運転の動作の一例について説明する。ヒートポンプユニット100Cの除霜運転時には、第1開閉装置10、第2開閉装置12、第3開閉装置14および第5開閉装置32が開状態となり、第4開閉装置24Aおよび減圧装置6が閉状態となる。圧縮機1で圧縮された冷媒は、第1バイパス流路62に流れる冷媒と、第2バイパス流路64Aに流れる冷媒とに分岐される。第1バイパス流路62側に分岐された冷媒は、熱源側熱交換器8の冷媒流出側の近傍で熱源側熱交換器8を加熱する。熱源側熱交換器8の近傍で熱源側熱交換器8を加熱した冷媒は、第2バイパス流路64Aを流れた冷媒と合流し、熱源側熱交換器8に流れる。
Claims (11)
- 冷媒が流れる冷媒流路と熱媒体が流れる熱媒体流路とを有し、前記冷媒と前記熱媒体とを熱交換させる冷媒−熱媒体熱交換器の前記冷媒流路と、熱源側熱交換器と、が接続された冷媒回路と、
前記熱媒体流路が接続された熱媒体回路と、を備え、
前記冷媒−熱媒体熱交換器で前記熱媒体を加熱する加熱運転モードと、前記熱源側熱交換器を加熱して前記熱源側熱交換器に付着した霜を除霜する除霜運転モードとを含み、
前記除霜運転モード時は、前記加熱運転モード時と比較して、前記熱媒体回路に流れる前記熱媒体の流速を遅くする、
ヒートポンプシステム。 - 前記冷媒回路は、該冷媒回路に流れる前記冷媒の向きを切り替える流路切替装置をさらに含み、
前記流路切替装置は、前記除霜運転モード時に、前記冷媒−熱媒体熱交換器を凝縮器として機能させ且つ前記熱源側熱交換器を蒸発器として機能させるように、切り替えられており、
前記除霜運転モード時に、前記冷媒回路に前記冷媒を流す除霜動作と、前記熱媒体回路に前記熱媒体を流す通水動作と、を交互に実行する、
請求項1に記載のヒートポンプシステム。 - 前記熱媒体の温度を検出する温度センサをさらに備え、
前記除霜動作中に、前記温度センサが検出した前記熱媒体の温度が、前記熱媒体が凍結するおそれがある第1設定温度以下となったときに、前記通水動作を実行し、
前記通水動作中に、前記温度センサが検出した前記熱媒体の温度が、前記第1設定温度以下から第2設定温度以上に上昇して前記熱媒体が凍結するおそれがなくなったときに、前記通水動作を停止して前記除霜動作を実行する、
請求項2に記載のヒートポンプシステム。 - 前記冷媒回路は、前記熱源側熱交換器で熱交換された前記冷媒を圧縮して、圧縮した前記冷媒を前記冷媒−熱媒体熱交換器に吐出する圧縮機と、前記冷媒−熱媒体熱交換器で熱交換された前記冷媒を減圧して、減圧した前記冷媒を前記熱源側熱交換器に流入させる減圧装置と、をさらに含み、
第1開閉装置が配設され、前記圧縮機の冷媒吐出側と前記熱源側熱交換器の冷媒流入側とをバイパスする第1バイパス流路と、
第2開閉装置が配設され、前記冷媒−熱媒体熱交換器の冷媒流出側と前記熱源側熱交換器の冷媒流入側とをバイパスする第2バイパス流路と、をさらに備え、
前記除霜運転モード時に、前記第1開閉装置および前記第2開閉装置を開状態とし、前記減圧装置を閉状態とする、
請求項1に記載のヒートポンプシステム。 - 前記熱媒体流路で熱交換された前記熱媒体の温度を検出する出口温度センサをさらに備え、
前記除霜運転モード時に、前記熱媒体回路に流れる前記熱媒体の流速が、前記出口温度センサが検出した前記熱媒体の温度が前記熱媒体の沸点と比較して低い第3設定温度となるように、調整された、
請求項4に記載のヒートポンプシステム。 - 前記冷媒回路は、前記熱源側熱交換器で熱交換された前記冷媒を圧縮して、圧縮した前記冷媒を前記冷媒−熱媒体熱交換器に吐出する圧縮機と、前記冷媒−熱媒体熱交換器で熱交換された前記冷媒を減圧して、減圧した前記冷媒を前記熱源側熱交換器に流入させる減圧装置と、をさらに含み、
前記熱媒体回路は、該熱媒体回路に前記熱媒体を循環させる熱媒体循環装置と、前記冷媒−熱媒体熱交換器の前記熱媒体流路の前記熱媒体の通過を制御する第4開閉装置と、をさらに含み、
第1開閉装置が配設され、前記圧縮機の冷媒吐出側と前記熱源側熱交換器の冷媒流入側とをバイパスする第1バイパス流路と、
第2開閉装置および第3開閉装置が配設され、前記圧縮機の冷媒吐出側と前記熱源側熱交換器の冷媒流入側とをバイパスする第2バイパス流路と、
第5開閉装置が配設され、前記熱媒体流路の、熱媒体流入側と熱媒体流出側とをバイパスする第3バイパス流路と、
前記第2バイパス流路を流れる前記冷媒と、前記第3バイパス流路を流れる前記熱媒体と、を熱交換させる凍結防止用熱交換器と、をさらに備え、
前記除霜運転モード時に、前記第1開閉装置、前記第2開閉装置、前記第3開閉装置および前記第5開閉装置を開状態とし、前記減圧装置および前記第4開閉装置を閉状態とする、
請求項1に記載のヒートポンプシステム。 - 前記凍結防止用熱交換器は、前記冷媒−熱媒体熱交換器と比較して、交換熱量が小さい、
請求項6に記載のヒートポンプシステム。 - 少なくとも、前記冷媒−熱媒体熱交換器、前記第4開閉装置、前記第3バイパス流路および前記凍結防止用熱交換器を収容する筐体をさらに備えた、
請求項6または請求項7に記載のヒートポンプシステム。 - 前記凍結防止用熱交換器で熱交換された前記熱媒体の温度を検出する出口温度センサをさらに備え、
前記除霜運転モード時に、前記熱媒体回路に流れる前記熱媒体の流速が、前記出口温度センサが検出した前記熱媒体の温度が前記熱媒体の沸点と比較して低い第3設定温度となるように、調整された、
請求項6〜請求項8の何れか一項に記載のヒートポンプシステム。 - 前記第1バイパス流路が、前記熱源側熱交換器の近傍を通って配設された、
請求項4〜請求項9の何れか一項に記載のヒートポンプシステム。 - 前記第1バイパス流路が、前記熱源側熱交換器の下部の近傍を通って配設された、
請求項10に記載のヒートポンプシステム。
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