JPWO2017195275A1 - ヒートポンプシステム - Google Patents
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Abstract
本発明のヒートポンプシステムは、低温加熱側冷媒回路と、高温加熱側冷媒回路と、低温側給液口、低温加熱側凝縮器、及び高温加熱側蒸発器を順に接続し、液体を流通させる第１の配管と、高温側給液口及び高温加熱側凝縮器を順に接続し、液体を流通させる第２の配管と、第１の配管に設けられ、低温加熱側凝縮器で加温された液体を高温加熱側蒸発器へ送液するポンプと、低温加熱側凝縮器と高温加熱側蒸発器との間の第１の配管に設けられ、第１の配管内を流通する液体の流量を制御する制御弁と、ポンプ及び制御弁の少なくとも一方を制御し、低温加熱側凝縮器から高温加熱側蒸発器へと送液される液体の流量を制御する制御ユニットと、を備えたものである。
Description
本発明は、２冷凍サイクルを繋げたヒートポンプシステムに関するものである。
従来から、フロン系の冷媒を用いて高温の温水を生成するために、高い効率化を実現するための自然冷媒を用いたヒートポンプサイクル、又は、Ｒ１３４ａなどのフロン系の冷媒を用いた２元冷凍サイクルが提案されている（例えば特許文献１参照）。
ここで、上述した自然冷媒を用いたヒートポンプサイクルは、ＣＯ２などの冷媒に代表されるように冷媒を圧縮する圧力が非常に高くなること、及び、可燃性を有するＨＣ系冷媒を用いることから技術的な面とコスト的な面とから課題が大きい。
一方で、特許文献１に記載の２元冷凍サイクルのヒートポンプにおいては、高元側冷媒回路の蒸発器の蒸発熱量と低元側冷媒回路の凝縮器の加熱量とのバランスを常に保つ必要がある。このため、高元側冷媒回路内の圧力を高圧に維持する給湯分野においては、上記のバランスを保つという技術的課題が大きく、高効率かつ安定的に高温水を生成することが難しいという問題点があった。
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、冷媒回路で複雑な制御を行うことなく、高効率かつ安定的に高温水を生成するヒートポンプシステムを得ることを目的とする。
本発明に係るヒートポンプシステムは、低温加熱側圧縮機、低温加熱側凝縮器、低温加熱側膨張弁、低温加熱側蒸発器を順次冷媒配管で接続した低温加熱側冷媒回路と、高温加熱側圧縮機、高温加熱側凝縮器、高温加熱側膨張弁、高温加熱側蒸発器を順次冷媒配管で接続した高温加熱側冷媒回路と、低温側給液口、前記低温加熱側凝縮器、及び前記高温加熱側蒸発器を順に接続し、液体を流通させる第１の配管と、高温側給液口及び前記高温加熱側凝縮器を順に接続し、液体を流通させる第２の配管と、前記第１の配管に設けられ、前記低温加熱側凝縮器で加温された液体を前記高温加熱側蒸発器へ送液するポンプと、前記低温加熱側凝縮器と前記高温加熱側蒸発器との間の前記第１の配管に設けられ、前記第１の配管内を流通する液体の流量を制御する制御弁と、前記ポンプ及び前記制御弁の少なくとも一方を制御し、前記低温加熱側凝縮器から前記高温加熱側蒸発器へと送液される液体の流量を制御する制御ユニットと、を備えたものである。
本発明によれば、高温加熱側蒸発器内の冷媒の蒸発圧力又は蒸発温度を安定させることができるため、高効率かつ安定的に高温水を生成するヒートポンプシステムを得ることができる。
以下、本発明のヒートポンプシステムの実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、図面の形態は一例であり、本発明を限定するものではない。また、各図において同一の符号を付したものは、同一の又はこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。さらに、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
実施の形態．
本発明の実施の形態に係るヒートポンプシステムの理解を容易にするために、まず従来の２元冷凍サイクルを用いたヒートポンプシステムについて説明する。図１は、従来の２元冷凍サイクルを用いたヒートポンプシステムの回路図である。
本発明の実施の形態に係るヒートポンプシステムの理解を容易にするために、まず従来の２元冷凍サイクルを用いたヒートポンプシステムについて説明する。図１は、従来の２元冷凍サイクルを用いたヒートポンプシステムの回路図である。
図１に示されるように、ヒートポンプシステム２００は、低元側冷媒回路Ｃと高元側冷媒回路Ｄを備えている。低元側冷媒回路Ｃは、圧縮機１０８、冷媒熱交換器１０１、膨張弁１０２、蒸発器１０３が順次配管で接続された構成となっている。高元側冷媒回路Ｄは、圧縮機１０４、凝縮器１０５、膨張弁１０６、冷媒熱交換器１０１が順次配管で接続された構成となっている。低元側冷媒回路Ｃの冷媒と高元側冷媒回路Ｄの冷媒とは、冷媒熱交換器１０１で互いに熱交換するようにされ、これによって２元冷凍サイクルを用いたヒートポンプシステム２００が構成されている。
なお、ヒートポンプシステム２００の低元側冷媒回路Ｃの冷媒としては、Ｒ４１０Ａなどが適しており、また、高元側冷媒回路Ｄの冷媒としてはＲ１３４ａなどが適している。
低元側冷媒回路Ｃでは、圧縮機１０８で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、冷媒熱交換器１０１において高元側冷媒回路Ｄの冷媒と熱交換して冷却され、凝縮液化される。この凝縮液化された高圧液冷媒は、膨張弁１０２によって減圧された後、蒸発器１０３で外気と熱交換されて蒸発され、低温低圧のガス冷媒となって、再び圧縮機１０８に戻る冷凍サイクルを構成している。
同様に、高元側冷媒回路Ｄにおいても、圧縮機１０４で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、凝縮器１０５において負荷側の温度の低下した水により冷却されて凝縮液化される。この凝縮液化された高圧液冷媒は、膨張弁１０６により減圧された後、冷媒熱交換器１０１で低元側冷媒回路Ｃの冷媒と熱交換して蒸発され、低温低圧のガス冷媒となって、再び圧縮機１０４に戻る冷凍サイクルを構成している。
ここで、水回路１０７を通る水は、凝縮器１０５を流通する高元側冷媒回路Ｄの冷媒と熱交換をすることにより、水の温度が例えば１０℃から９０℃へと温められる。
このように、従来の２元冷凍サイクルを用いたヒートポンプシステム２００は、冷媒熱交換器１０１を介して高元側冷媒回路Ｄと低元側冷媒回路Ｃとを結びつけている。そして、高元側冷媒回路Ｄにおいて、凝縮器１０５に負荷側の水を通過させることにより、例えば１０℃の水を９０℃の温水に温める構造となっている。したがって、負荷側の水を安定的に加温するためには、高元側冷媒回路Ｄの冷媒熱交換器１０１における冷媒の蒸発温度と、低元側冷媒回路Ｃの冷媒熱交換器１０１における冷媒の凝縮温度とのバランスを常に最適に保つ必要があるため技術的課題が大きい。以上のように、従来の２元冷凍サイクルを用いたヒートポンプシステムでは、高効率かつ安定的に高温水を生成することが困難である。
［冷媒回路の構成］
図２は、本発明の実施の形態におけるヒートポンプシステムの概略構成図である。図２に示されるように、ヒートポンプシステム１００は、高温加熱側冷媒回路Ａと低温加熱側冷媒回路Ｂとを備えている。高温加熱側冷媒回路Ａは、高温加熱側圧縮機８、高温加熱側凝縮器１、高温加熱側膨張弁１１、高温加熱側蒸発器２が順次、冷媒配管で接続された構成となっている。また、低温加熱側冷媒回路Ｂは、低温加熱側圧縮機９、低温加熱側凝縮器４、低温加熱側膨張弁１２、低温加熱側蒸発器６が順次、冷媒配管で接続された構成となっている。
図２は、本発明の実施の形態におけるヒートポンプシステムの概略構成図である。図２に示されるように、ヒートポンプシステム１００は、高温加熱側冷媒回路Ａと低温加熱側冷媒回路Ｂとを備えている。高温加熱側冷媒回路Ａは、高温加熱側圧縮機８、高温加熱側凝縮器１、高温加熱側膨張弁１１、高温加熱側蒸発器２が順次、冷媒配管で接続された構成となっている。また、低温加熱側冷媒回路Ｂは、低温加熱側圧縮機９、低温加熱側凝縮器４、低温加熱側膨張弁１２、低温加熱側蒸発器６が順次、冷媒配管で接続された構成となっている。
高温加熱側冷媒回路Ａでは、高温加熱側圧縮機８で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、高温加熱側凝縮器１において、配管２２ｂから配管２２ｃへ流れる負荷側の水と熱交換して冷却され、凝縮液化される。この凝縮液化された高圧液冷媒は、高温加熱側膨張弁１１によって減圧された後、高温加熱側蒸発器２で配管２０ｄから配管２０ｅへ流れる水と熱交換されて蒸発され、低温低圧のガス冷媒となって、再び高温加熱側圧縮機８に戻る冷凍サイクルを構成している。なお、水は本発明における「液体」に相当する。
低温加熱側冷媒回路Ｂでは、低温加熱側圧縮機９で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、低温加熱側凝縮器４において、配管２０ａから配管２０ｂへ流れる負荷側の水と熱交換して冷却され、凝縮液化される。この凝縮液化された高圧液冷媒は、低温加熱側膨張弁１２によって減圧された後、低温加熱側蒸発器６で空気等と熱交換されて蒸発され、低温低圧のガス冷媒となって、再び低温加熱側圧縮機９に戻る冷凍サイクルを構成している。
［水回路の構成］
ヒートポンプシステム１００の低温加熱側冷媒回路Ｂには、排熱を利用して温められた水を給水する低温側給水口３０と、給水されて低温加熱側冷媒回路Ｂで温められた水を貯水する低温側タンク３２を備えている。また、ヒートポンプシステム１００の高温加熱側冷媒回路Ａには、水を給水する高温側給水口３１と、給水されて高温加熱側冷媒回路Ａで温められた水を貯水する高温側タンク３３を備えている。
なお、低温側給水口３０は本発明における「低温側給液口」に相当する。また、高温側給水口３１は本発明における「高温側給液口」に相当する。
ヒートポンプシステム１００の低温加熱側冷媒回路Ｂには、排熱を利用して温められた水を給水する低温側給水口３０と、給水されて低温加熱側冷媒回路Ｂで温められた水を貯水する低温側タンク３２を備えている。また、ヒートポンプシステム１００の高温加熱側冷媒回路Ａには、水を給水する高温側給水口３１と、給水されて高温加熱側冷媒回路Ａで温められた水を貯水する高温側タンク３３を備えている。
なお、低温側給水口３０は本発明における「低温側給液口」に相当する。また、高温側給水口３１は本発明における「高温側給液口」に相当する。
図２に示されるように、低温側給水口３０と低温加熱側凝縮器４とは、配管２０ａを介して接続されている。また、低温加熱側凝縮器４と配管２０ｃとは、配管２０ｂを介して接続されている。配管２０ｂには、低温加熱側凝縮器４から配管２０ｃ及び高温加熱側蒸発器２へと水を送液するポンプ５が設けられている。配管２０ｃの一端は電動弁７に接続され、配管２０ｃの他端は三方弁３に接続されている。三方弁３は、高温加熱側蒸発器２側の配管２０ｄと低温加熱側凝縮器４側の配管２０ｃとの間に設けられ、配管２０ｄを介して高温加熱側蒸発器２に接続されている。高温加熱側蒸発器２は配管２０ｅを介して返水口１６に接続されている。返水口１６は、返水口１７に通じており、返水口１７は配管２０ａに接続されているため、高温加熱側蒸発器２を通過して排熱を持った水が配管２０ａに合流することとなっている。さらに、三方弁３と三方弁１０とは配管２３を介して接続されている。一方で、電動弁７と低温側タンク３２とは配管２１を介して接続されている。
なお、配管２０ａ、配管２０ｂ、配管２０ｃ、配管２０ｄ、配管２０ｅは本発明における「第１の配管」に相当する。また、三方弁３は本発明における「制御弁」及び「第１の三方弁」に相当する。また、配管２３は本発明における「第３の配管」に相当する。また、三方弁１０は本発明における「第２の三方弁」に相当する。
なお、配管２０ａ、配管２０ｂ、配管２０ｃ、配管２０ｄ、配管２０ｅは本発明における「第１の配管」に相当する。また、三方弁３は本発明における「制御弁」及び「第１の三方弁」に相当する。また、配管２３は本発明における「第３の配管」に相当する。また、三方弁１０は本発明における「第２の三方弁」に相当する。
高温側給水口３１と三方弁１０とは配管２２ａを介して接続されている。また、三方弁１０と高温加熱側凝縮器１とは、配管２２ｂを介して接続されている。また、高温加熱側凝縮器１と高温側タンク３３とは、配管２２ｃを介して接続されている。なお、配管２２ａ、配管２２ｂ及び配管２２ｃは本発明における「第２の配管」に相当する。
このように、ヒートポンプシステム１００を構成する機器を各配管で接続することで、低温側給水口３０から低温側タンク３２に至るまでの水回路と、高温側給水口３１から高温側タンク３３に至るまでの水回路を形成している。また、低温側給水口３０から、低温加熱側凝縮器４及び三方弁３を経由して高温加熱側蒸発器２に至るまでの水回路も同時に形成している。
また、ヒートポンプシステム１００は、図３において後述する温度センサー１３、圧力センサー１４、温度センサー１５及び制御ユニット１８を備えている。
［制御ユニット］
図３は、本発明の実施の形態におけるヒートポンプシステムの制御ユニットの制御関係を示す状態図である。図３に示されるように、制御ユニット１８は、例えばマイコンによって構成され、三方弁３、ポンプ５、電動弁７及び三方弁１０を駆動制御する。また、制御ユニット１８は、高温加熱側蒸発器２の下流側の冷媒配管に設けられた圧力センサー１４によって高温加熱側蒸発器２における冷媒の蒸発圧力を検知する。また、制御ユニット１８は、高温加熱側蒸発器２の下流側の冷媒配管に設けられた温度センサー１３によって高温加熱側蒸発器２における冷媒の蒸発温度を検知する。さらに、制御ユニット１８は、高温加熱側凝縮器１の下流側の配管２２ｃに設けられた温度センサー１５によって高温加熱側凝縮器１から流出した温水の温度を検知する。なお、温度センサー１３及び温度センサー１５は、例えばサーミスタにより構成されている。なお、本実施の形態において制御ユニット１８が高温加熱側冷媒回路Ａ内に設けられた例を示したが、本発明はこれに限定されず、高温加熱側冷媒回路Ａ以外の場所に設けてもよい。
図３は、本発明の実施の形態におけるヒートポンプシステムの制御ユニットの制御関係を示す状態図である。図３に示されるように、制御ユニット１８は、例えばマイコンによって構成され、三方弁３、ポンプ５、電動弁７及び三方弁１０を駆動制御する。また、制御ユニット１８は、高温加熱側蒸発器２の下流側の冷媒配管に設けられた圧力センサー１４によって高温加熱側蒸発器２における冷媒の蒸発圧力を検知する。また、制御ユニット１８は、高温加熱側蒸発器２の下流側の冷媒配管に設けられた温度センサー１３によって高温加熱側蒸発器２における冷媒の蒸発温度を検知する。さらに、制御ユニット１８は、高温加熱側凝縮器１の下流側の配管２２ｃに設けられた温度センサー１５によって高温加熱側凝縮器１から流出した温水の温度を検知する。なお、温度センサー１３及び温度センサー１５は、例えばサーミスタにより構成されている。なお、本実施の形態において制御ユニット１８が高温加熱側冷媒回路Ａ内に設けられた例を示したが、本発明はこれに限定されず、高温加熱側冷媒回路Ａ以外の場所に設けてもよい。
［制御ユニットの制御例］
制御ユニット１８は、高温加熱側冷媒回路Ａで生成する温水の目標温水温度と、低温側給水口３０から供給される排熱を利用した温水の排熱の利用温度とから、高温加熱側蒸発器２の下流における冷媒の蒸発温度又は蒸発圧力の最適値を決定する。例えば、制御ユニット１８において、高温加熱側冷媒回路Ａで温められた水温、又は低温加熱側冷媒回路Ｂで温められた水温を検知し、所定の計算により、低温加熱側凝縮器４で必要とする加熱量となるように、ポンプ５を制御する。もしくは、制御ユニット１８において、高温加熱側冷媒回路Ａ及び低温加熱側冷媒回路Ｂの消費電力を測定し、所定の計算により低温加熱側凝縮器４で必要とする加熱量となるように、ポンプ５を制御する。
また、制御ユニット１８は、三方弁３を制御し、高温加熱側蒸発器２の蒸発温度又は蒸発圧力が最適値になるように、高温加熱側蒸発器２への水の流量を制御する。また、制御ユニット１８は、低温加熱側凝縮器４で加熱された温水を三方弁１０まで流入させ、高温側給水口３１から高温加熱側凝縮器１へ流入する水と混合させる。
制御ユニット１８は、高温加熱側冷媒回路Ａで生成する温水の目標温水温度と、低温側給水口３０から供給される排熱を利用した温水の排熱の利用温度とから、高温加熱側蒸発器２の下流における冷媒の蒸発温度又は蒸発圧力の最適値を決定する。例えば、制御ユニット１８において、高温加熱側冷媒回路Ａで温められた水温、又は低温加熱側冷媒回路Ｂで温められた水温を検知し、所定の計算により、低温加熱側凝縮器４で必要とする加熱量となるように、ポンプ５を制御する。もしくは、制御ユニット１８において、高温加熱側冷媒回路Ａ及び低温加熱側冷媒回路Ｂの消費電力を測定し、所定の計算により低温加熱側凝縮器４で必要とする加熱量となるように、ポンプ５を制御する。
また、制御ユニット１８は、三方弁３を制御し、高温加熱側蒸発器２の蒸発温度又は蒸発圧力が最適値になるように、高温加熱側蒸発器２への水の流量を制御する。また、制御ユニット１８は、低温加熱側凝縮器４で加熱された温水を三方弁１０まで流入させ、高温側給水口３１から高温加熱側凝縮器１へ流入する水と混合させる。
また、制御ユニット１８の他の制御例として、高温加熱側凝縮器１により加温され温度センサー１５により検知された水の温度と、温度センサー１３により検知された冷媒の蒸発温度又は圧力センサー１４により検知された冷媒の蒸発圧力とを検知し、所定の計算に基づいて、ポンプ５及び三方弁３を制御する。
また、制御ユニット１８の他の制御例として、高温加熱側冷媒回路Ａにおいて生成される水の目標温度を検知し、低温加熱側冷媒回路Ｂ及び高温加熱側冷媒回路Ａの運転の有無、及び三方弁３を制御する。
［低温加熱側冷媒回路Ｂのみの運転］
図４は、本発明の実施の形態におけるヒートポンプシステムの低温加熱側冷媒回路運転時の概略構成図である。なお、図４中の太い実線矢印は水の流れを表すものである。図４に示されるように、制御ユニット１８は、ポンプ５を駆動させ、低温側給水口３０から配管２０ａ介して低温加熱側凝縮器４に水を流入させる。そして、低温加熱側凝縮器４に流入した水は、低温加熱側冷媒回路Ｂの低温加熱側凝縮器４に流入する高圧高温の冷媒と熱交換を行い、例えば３０℃から４０℃に液温が上昇する。低温加熱側凝縮器４から流出した水は、配管２０ｂ及び配管２１を経由して、低温側タンク３２に貯留される。
図４は、本発明の実施の形態におけるヒートポンプシステムの低温加熱側冷媒回路運転時の概略構成図である。なお、図４中の太い実線矢印は水の流れを表すものである。図４に示されるように、制御ユニット１８は、ポンプ５を駆動させ、低温側給水口３０から配管２０ａ介して低温加熱側凝縮器４に水を流入させる。そして、低温加熱側凝縮器４に流入した水は、低温加熱側冷媒回路Ｂの低温加熱側凝縮器４に流入する高圧高温の冷媒と熱交換を行い、例えば３０℃から４０℃に液温が上昇する。低温加熱側凝縮器４から流出した水は、配管２０ｂ及び配管２１を経由して、低温側タンク３２に貯留される。
このように、例えばリモコン又は中央監視盤などから接点入力などを通じて、水の目標温度が暖房用途などの４０℃程度に設定された場合がある。この際、制御ユニット１８は、高温加熱側圧縮機８を停止させ、三方弁３を閉止するとともに、低温加熱側圧縮機９を駆動させ、電動弁７を開放し、低温加熱側冷媒回路Ｂのみを運転させ、水回路において低温の温水を生成させる。
［高温加熱側冷媒回路Ａのみの運転］
図５は、本発明の実施の形態におけるヒートポンプシステムの高温加熱側冷媒回路運転時の概略構成図である。なお、図５中の太い実線矢印は水の流れを表すものである。図５に示されるように、制御ユニット１８は、三方弁１０において配管２２ａから配管２２ｂへ水が流通するように制御し、高温側給水口３１から配管２２ａ及び配管２２ｂ介して高温加熱側凝縮器１に水を流入させる。そして、高温加熱側凝縮器１に流入した水は、高温加熱側冷媒回路Ａの高温加熱側凝縮器１に流入する高圧高温の冷媒と熱交換を行い、例えば低温加熱側冷媒回路Ｂで生成される温水の液温より高い９０℃に上昇する。高温加熱側凝縮器１から流出した水は、配管２２ｃを経由して、高温側タンク３３に貯留される。
図５は、本発明の実施の形態におけるヒートポンプシステムの高温加熱側冷媒回路運転時の概略構成図である。なお、図５中の太い実線矢印は水の流れを表すものである。図５に示されるように、制御ユニット１８は、三方弁１０において配管２２ａから配管２２ｂへ水が流通するように制御し、高温側給水口３１から配管２２ａ及び配管２２ｂ介して高温加熱側凝縮器１に水を流入させる。そして、高温加熱側凝縮器１に流入した水は、高温加熱側冷媒回路Ａの高温加熱側凝縮器１に流入する高圧高温の冷媒と熱交換を行い、例えば低温加熱側冷媒回路Ｂで生成される温水の液温より高い９０℃に上昇する。高温加熱側凝縮器１から流出した水は、配管２２ｃを経由して、高温側タンク３３に貯留される。
このように、例えばリモコン又は中央監視盤などから接点入力などを通じて、水の目標温度が９０℃程度に設定され、なおかつ、高温側給水口３１から高温の排水が安定的に得られる場合がある。この際、制御ユニット１８は、低温加熱側圧縮機９を停止させ、三方弁１０が配管２２ａから配管２２ｂへのみ水を流通させるように制御すると共に、高温加熱側圧縮機８を駆動させ高温加熱側冷媒回路Ａのみを運転させ、水回路において高温の温水を生成させる。
［高温加熱側冷媒回路Ａと低温加熱側冷媒回路Ｂの運転］
図６は、本発明の実施の形態におけるヒートポンプシステムから２種類の温水を取り出す際の概略構成図である。なお、図６中の太い実線矢印は水の流れを表すものである。図６に示されるように、制御ユニット１８は、ポンプ５を駆動させ、電動弁７を開放し、三方弁３の開度を調整し、低温側給水口３０から配管２０ａ介して低温加熱側凝縮器４に水を流入させる。そして、低温加熱側凝縮器４に流入した水は、低温加熱側冷媒回路Ｂの低温加熱側凝縮器４に流入する高圧高温の冷媒と熱交換を行い、例えば３０℃から４０℃に液温が上昇する。低温加熱側凝縮器４から流出した水は、配管２０ｂと配管２１とを経由して、低温側タンク３２に貯留される水と、三方弁３に送られる水とに分けられる。
図６は、本発明の実施の形態におけるヒートポンプシステムから２種類の温水を取り出す際の概略構成図である。なお、図６中の太い実線矢印は水の流れを表すものである。図６に示されるように、制御ユニット１８は、ポンプ５を駆動させ、電動弁７を開放し、三方弁３の開度を調整し、低温側給水口３０から配管２０ａ介して低温加熱側凝縮器４に水を流入させる。そして、低温加熱側凝縮器４に流入した水は、低温加熱側冷媒回路Ｂの低温加熱側凝縮器４に流入する高圧高温の冷媒と熱交換を行い、例えば３０℃から４０℃に液温が上昇する。低温加熱側凝縮器４から流出した水は、配管２０ｂと配管２１とを経由して、低温側タンク３２に貯留される水と、三方弁３に送られる水とに分けられる。
制御ユニット１８は、水が配管２０ｃから配管２０ｄに流通するように三方弁３を制御する。そして、三方弁３に送られた水は、高温加熱側蒸発器２に送られ、高温加熱側冷媒回路Ａの高温加熱側蒸発器２を流通する冷媒と熱交換を行い、冷媒を蒸発させる。ここで、高温加熱側蒸発器２に送られる水は、低温加熱側凝縮器４により温められ、例えば安定した４０℃となっているため、高温加熱側蒸発器２における冷媒の蒸発温度及び蒸発圧力を安定させることができる。
高温加熱側蒸発器２に送られた水は、高温加熱側蒸発器２から流出し、配管２０ｅを介して返水口１６へ送られる。返水口１６へ送られた水は、返水口１７へ送られ、低温側給水口３０から給水される排熱を利用した水と合流し、再度、低温加熱側凝縮器４へと送られる。ここで、制御ユニット１８は、温度センサー１５で検知される高温加熱側凝縮器１で温められた水の液温を、目標液温に近づけるために、温度センサー１３で検知される冷媒の蒸発温度又は圧力センサー１４で検知される蒸発圧力が一定値以上になるように所定の計算により三方弁３の開度を調整する。
高温加熱側蒸発器２に送られた水は、高温加熱側蒸発器２から流出し、配管２０ｅを介して返水口１６へ送られる。返水口１６へ送られた水は、返水口１７へ送られ、低温側給水口３０から給水される排熱を利用した水と合流し、再度、低温加熱側凝縮器４へと送られる。ここで、制御ユニット１８は、温度センサー１５で検知される高温加熱側凝縮器１で温められた水の液温を、目標液温に近づけるために、温度センサー１３で検知される冷媒の蒸発温度又は圧力センサー１４で検知される蒸発圧力が一定値以上になるように所定の計算により三方弁３の開度を調整する。
［デフロスト運転］
冬季などの低外気条件でヒートポンプシステム１００の運転を行っていると、低温加熱側蒸発器６に霜が付着し、デフロスト運転を行う必要がある。この際、高温加熱側冷媒回路Ａで加熱された高温水を貯留した高温側タンク３３から温水を、配管２２ｃ、配管２２ｂ、三方弁１０、配管２３、三方弁３、配管２０ｃ、配管２０ｂの順番で経由させ低温加熱側凝縮器４に逆流させる。このようにすることで、高温加熱側冷媒回路Ａで加熱された高温水を低温加熱側冷媒回路Ｂのデフロスト用の熱源とすることができ、デフロスト時間を短縮することができる。
冬季などの低外気条件でヒートポンプシステム１００の運転を行っていると、低温加熱側蒸発器６に霜が付着し、デフロスト運転を行う必要がある。この際、高温加熱側冷媒回路Ａで加熱された高温水を貯留した高温側タンク３３から温水を、配管２２ｃ、配管２２ｂ、三方弁１０、配管２３、三方弁３、配管２０ｃ、配管２０ｂの順番で経由させ低温加熱側凝縮器４に逆流させる。このようにすることで、高温加熱側冷媒回路Ａで加熱された高温水を低温加熱側冷媒回路Ｂのデフロスト用の熱源とすることができ、デフロスト時間を短縮することができる。
以上のように、住宅だけでなく、ビル又は工場などで必要な温水を、技術的に容易に、高効率かつ安定的に取り出すことができる。
なお、低温加熱側冷媒回路Ｂで用いられる冷媒としては、例えばＲ３２、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃなどが用いられる。一方で、アンモニアを用いる高温加熱側冷媒回路Ａで用いられる冷媒としては、例えばＲ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ、Ｒ２４５ｆａ、又はＨＣ系冷媒が用いられる。
［実施の形態の効果］
以上のことから、ヒートポンプシステム１００は、低温加熱側圧縮機９、低温加熱側凝縮器４、低温加熱側膨張弁１２、低温加熱側蒸発器６を順次冷媒配管で接続した低温加熱側冷媒回路Ｂと、高温加熱側圧縮機８、高温加熱側凝縮器１、高温加熱側膨張弁１１、高温加熱側蒸発器２を順次冷媒配管で接続した高温加熱側冷媒回路Ａと、低温側給液口、低温加熱側凝縮器４、及び高温加熱側蒸発器２を順に接続し、液体を流通させる第１の配管と、高温側給液口及び高温加熱側凝縮器１を順に接続し、液体を流通させる第２の配管と、第１の配管に設けられ、低温加熱側凝縮器４で加温された液体を高温加熱側蒸発器２へ送液するポンプと、低温加熱側凝縮器４と高温加熱側蒸発器２との間の第１の配管に設けられ、第１の配管内を流通する液体の流量を制御する制御弁と、ポンプ５及び制御弁の少なくとも一方を制御し、低温加熱側凝縮器４から高温加熱側蒸発器２へと送液される液体の流量を制御する制御ユニット１８と、を備えた構成とする。
このようにすることで、高温加熱側蒸発器２内の冷媒の蒸発圧力又は蒸発温度を安定させることができるため、高効率かつ安定的に高温水を生成するヒートポンプシステムを得ることができる。
以上のことから、ヒートポンプシステム１００は、低温加熱側圧縮機９、低温加熱側凝縮器４、低温加熱側膨張弁１２、低温加熱側蒸発器６を順次冷媒配管で接続した低温加熱側冷媒回路Ｂと、高温加熱側圧縮機８、高温加熱側凝縮器１、高温加熱側膨張弁１１、高温加熱側蒸発器２を順次冷媒配管で接続した高温加熱側冷媒回路Ａと、低温側給液口、低温加熱側凝縮器４、及び高温加熱側蒸発器２を順に接続し、液体を流通させる第１の配管と、高温側給液口及び高温加熱側凝縮器１を順に接続し、液体を流通させる第２の配管と、第１の配管に設けられ、低温加熱側凝縮器４で加温された液体を高温加熱側蒸発器２へ送液するポンプと、低温加熱側凝縮器４と高温加熱側蒸発器２との間の第１の配管に設けられ、第１の配管内を流通する液体の流量を制御する制御弁と、ポンプ５及び制御弁の少なくとも一方を制御し、低温加熱側凝縮器４から高温加熱側蒸発器２へと送液される液体の流量を制御する制御ユニット１８と、を備えた構成とする。
このようにすることで、高温加熱側蒸発器２内の冷媒の蒸発圧力又は蒸発温度を安定させることができるため、高効率かつ安定的に高温水を生成するヒートポンプシステムを得ることができる。
また、制御ユニット１８は、高温加熱側凝縮器１により加温された液体の温度と、高温加熱側蒸発器２における冷媒の蒸発温度又は高温加熱側蒸発器２における冷媒の蒸発圧力とに基づいてポンプ５及び制御弁を制御するようにする。
このようにすることで、高温加熱側蒸発器２内の冷媒の蒸発圧力又は蒸発温度を安定させることができるため、高効率かつ安定的に高温水を生成するヒートポンプシステムを得ることができる。
このようにすることで、高温加熱側蒸発器２内の冷媒の蒸発圧力又は蒸発温度を安定させることができるため、高効率かつ安定的に高温水を生成するヒートポンプシステムを得ることができる。
また、制御ユニット１８は、高温加熱側冷媒回路Ａにおいて生成される液体の目標温度を検知し、低温加熱側冷媒回路Ｂ及び高温加熱側冷媒回路Ａの運転の有無、及び制御弁を制御する。
このようにすることで、高温加熱側冷媒回路Ａのみの運転又は、低温加熱側冷媒回路Ｂのみの運転のように、ユーザの求める運転に柔軟に合わせることができる。
このようにすることで、高温加熱側冷媒回路Ａのみの運転又は、低温加熱側冷媒回路Ｂのみの運転のように、ユーザの求める運転に柔軟に合わせることができる。
また、第２の配管を流通し、高温加熱側凝縮器１で加温された液体の温度は、第１の配管を流通し、低温加熱側凝縮器４で加温された液体の温度より高い構成とする。
このようにすることで、１つのヒートポンプシステム１００で異なる温度の温水を得ることができる。
このようにすることで、１つのヒートポンプシステム１００で異なる温度の温水を得ることができる。
また、制御弁は第１の三方弁であり、ヒートポンプシステム１００は、高温側給液口と高温加熱側凝縮器１との間の第２の配管に設けられた第２の三方弁と、第１の三方弁と前記第２の三方弁を接続する第３の配管と、を更に備えた構成とする。
このようにすることで、第１の三方弁から安定した高温の水を第２の配管に供給することができ、第２の配管を流通する水の温度を上昇させることができる。
このようにすることで、第１の三方弁から安定した高温の水を第２の配管に供給することができ、第２の配管を流通する水の温度を上昇させることができる。
また、高温加熱側冷媒回路Ａで加温された液体を第２の配管、第３の配管及び第１の配管を介して低温加熱側凝縮器４に流通させる。
このようにすることで、高温加熱側冷媒回路Ａで加熱された高温水を低温加熱側冷媒回路Ｂのデフロスト用の熱源とすることができ、デフロスト時間を短縮することができる。
このようにすることで、高温加熱側冷媒回路Ａで加熱された高温水を低温加熱側冷媒回路Ｂのデフロスト用の熱源とすることができ、デフロスト時間を短縮することができる。
１ 高温加熱側凝縮器、２ 高温加熱側蒸発器、３ 三方弁、４ 低温加熱側凝縮器、５ ポンプ、６ 低温加熱側蒸発器、７ 電動弁、８ 高温加熱側圧縮機、９ 低温加熱側圧縮機、１０ 三方弁、１１ 高温加熱側膨張弁、１２ 低温加熱側膨張弁、１３ 温度センサー、１４ 圧力センサー、１５ 温度センサー、１６ 返水口、１７ 返水口、１８ 制御ユニット、２０ａ 配管、２０ｂ 配管、２０ｃ 配管、２０ｄ 配管、２０ｅ 配管、２１ 配管、２２ａ 配管、２２ｂ 配管、２２ｃ 配管、２３ 配管、３０ 低温側給水口、３１ 高温側給水口、３２ 低温側タンク、３３ 高温側タンク、１００ ヒートポンプシステム、１０１ 冷媒熱交換器、１０２ 膨張弁、１０３ 蒸発器、１０４ 圧縮機、１０５ 凝縮器、１０６ 膨張弁、１０７ 水回路、１０８ 圧縮機、２００ ヒートポンプシステム、Ａ 高温加熱側冷媒回路、Ｂ 低温加熱側冷媒回路、Ｃ 低元側冷媒回路、Ｄ 高元側冷媒回路。
本発明に係るヒートポンプシステムは、低温加熱側圧縮機、低温加熱側凝縮器、低温加熱側膨張弁、低温加熱側蒸発器を順次冷媒配管で接続した低温加熱側冷媒回路と、高温加熱側圧縮機、高温加熱側凝縮器、高温加熱側膨張弁、高温加熱側蒸発器を順次冷媒配管で接続した高温加熱側冷媒回路と、低温側給液口、前記低温加熱側凝縮器、及び前記高温加熱側蒸発器を順に接続し、液体を流通させる第１の配管と、高温側給液口及び前記高温加熱側凝縮器を順に接続し、液体を流通させる第２の配管と、前記第１の配管に設けられ、前記低温加熱側凝縮器で加温された液体を前記高温加熱側蒸発器へ送液するポンプと、前記低温加熱側凝縮器と前記高温加熱側蒸発器との間の前記第１の配管に設けられ、前記第１の配管内を流通する液体の流量を制御する制御弁と、前記ポンプ及び前記制御弁の少なくとも一方を制御し、前記低温加熱側凝縮器から前記高温加熱側蒸発器へと送液される液体の流量を制御する制御ユニットと、を備え、前記制御ユニットは、前記高温加熱側凝縮器により加温された液体の温度と、前記高温加熱側蒸発器における冷媒の蒸発温度又は前記高温加熱側蒸発器における冷媒の蒸発圧力とに基づいて前記ポンプ及び前記制御弁を制御するものである。
また、本発明に係るヒートポンプシステムは、低温加熱側圧縮機、低温加熱側凝縮器、低温加熱側膨張弁、低温加熱側蒸発器を順次冷媒配管で接続した低温加熱側冷媒回路と、高温加熱側圧縮機、高温加熱側凝縮器、高温加熱側膨張弁、高温加熱側蒸発器を順次冷媒配管で接続した高温加熱側冷媒回路と、低温側給液口、前記低温加熱側凝縮器、及び前記高温加熱側蒸発器を順に接続し、液体を流通させる第１の配管と、高温側給液口及び前記高温加熱側凝縮器を順に接続し、液体を流通させる第２の配管と、前記第１の配管に設けられ、前記低温加熱側凝縮器で加温された液体を前記高温加熱側蒸発器へ送液するポンプと、前記低温加熱側凝縮器と前記高温加熱側蒸発器との間の前記第１の配管に設けられ、前記第１の配管内を流通する液体の流量を制御する制御弁と、前記ポンプ及び前記制御弁の少なくとも一方を制御し、前記低温加熱側凝縮器から前記高温加熱側蒸発器へと送液される液体の流量を制御する制御ユニットと、を備え、前記制御ユニットは、前記高温加熱側冷媒回路において生成される液体の目標温度を検知し、前記低温加熱側冷媒回路及び前記高温加熱側冷媒回路の運転の有無、及び前記制御弁を制御するものである。
また、本発明に係るヒートポンプシステムは、低温加熱側圧縮機、低温加熱側凝縮器、低温加熱側膨張弁、低温加熱側蒸発器を順次冷媒配管で接続した低温加熱側冷媒回路と、高温加熱側圧縮機、高温加熱側凝縮器、高温加熱側膨張弁、高温加熱側蒸発器を順次冷媒配管で接続した高温加熱側冷媒回路と、低温側給液口、前記低温加熱側凝縮器、及び前記高温加熱側蒸発器を順に接続し、液体を流通させる第１の配管と、高温側給液口及び前記高温加熱側凝縮器を順に接続し、液体を流通させる第２の配管と、前記第１の配管に設けられ、前記低温加熱側凝縮器で加温された液体を前記高温加熱側蒸発器へ送液するポンプと、前記低温加熱側凝縮器と前記高温加熱側蒸発器との間の前記第１の配管に設けられ、前記第１の配管内を流通する液体の流量を制御する制御弁と、前記ポンプ及び前記制御弁の少なくとも一方を制御し、前記低温加熱側凝縮器から前記高温加熱側蒸発器へと送液される液体の流量を制御する制御ユニットと、を備え、前記制御弁は第１の三方弁であり、前記高温側給液口と前記高温加熱側凝縮器との間の前記第２の配管に設けられた第２の三方弁と、前記第１の三方弁と前記第２の三方弁を接続する第３の配管と、を更に備えたものである。
また、本発明に係るヒートポンプシステムは、低温加熱側圧縮機、低温加熱側凝縮器、低温加熱側膨張弁、低温加熱側蒸発器を順次冷媒配管で接続した低温加熱側冷媒回路と、高温加熱側圧縮機、高温加熱側凝縮器、高温加熱側膨張弁、高温加熱側蒸発器を順次冷媒配管で接続した高温加熱側冷媒回路と、低温側給液口、前記低温加熱側凝縮器、及び前記高温加熱側蒸発器を順に接続し、液体を流通させる第１の配管と、高温側給液口及び前記高温加熱側凝縮器を順に接続し、液体を流通させる第２の配管と、前記第１の配管に設けられ、前記低温加熱側凝縮器で加温された液体を前記高温加熱側蒸発器へ送液するポンプと、前記低温加熱側凝縮器と前記高温加熱側蒸発器との間の前記第１の配管に設けられ、前記第１の配管内を流通する液体の流量を制御する制御弁と、前記ポンプ及び前記制御弁の少なくとも一方を制御し、前記低温加熱側凝縮器から前記高温加熱側蒸発器へと送液される液体の流量を制御する制御ユニットと、を備え、前記制御ユニットは、前記高温加熱側冷媒回路において生成される液体の目標温度を検知し、前記低温加熱側冷媒回路及び前記高温加熱側冷媒回路の運転の有無、及び前記制御弁を制御するものである。
また、本発明に係るヒートポンプシステムは、低温加熱側圧縮機、低温加熱側凝縮器、低温加熱側膨張弁、低温加熱側蒸発器を順次冷媒配管で接続した低温加熱側冷媒回路と、高温加熱側圧縮機、高温加熱側凝縮器、高温加熱側膨張弁、高温加熱側蒸発器を順次冷媒配管で接続した高温加熱側冷媒回路と、低温側給液口、前記低温加熱側凝縮器、及び前記高温加熱側蒸発器を順に接続し、液体を流通させる第１の配管と、高温側給液口及び前記高温加熱側凝縮器を順に接続し、液体を流通させる第２の配管と、前記第１の配管に設けられ、前記低温加熱側凝縮器で加温された液体を前記高温加熱側蒸発器へ送液するポンプと、前記低温加熱側凝縮器と前記高温加熱側蒸発器との間の前記第１の配管に設けられ、前記第１の配管内を流通する液体の流量を制御する制御弁と、前記ポンプ及び前記制御弁の少なくとも一方を制御し、前記低温加熱側凝縮器から前記高温加熱側蒸発器へと送液される液体の流量を制御する制御ユニットと、を備え、前記制御弁は第１の三方弁であり、前記高温側給液口と前記高温加熱側凝縮器との間の前記第２の配管に設けられた第２の三方弁と、前記第１の三方弁と前記第２の三方弁を接続する第３の配管と、を更に備えたものである。
Claims (6)
- 低温加熱側圧縮機、低温加熱側凝縮器、低温加熱側膨張弁、低温加熱側蒸発器を順次冷媒配管で接続した低温加熱側冷媒回路と、
高温加熱側圧縮機、高温加熱側凝縮器、高温加熱側膨張弁、高温加熱側蒸発器を順次冷媒配管で接続した高温加熱側冷媒回路と、
低温側給液口、前記低温加熱側凝縮器、及び前記高温加熱側蒸発器を順に接続し、液体を流通させる第１の配管と、
高温側給液口及び前記高温加熱側凝縮器を順に接続し、液体を流通させる第２の配管と、
前記第１の配管に設けられ、前記低温加熱側凝縮器で加温された液体を前記高温加熱側蒸発器へ送液するポンプと、
前記低温加熱側凝縮器と前記高温加熱側蒸発器との間の前記第１の配管に設けられ、前記第１の配管内を流通する液体の流量を制御する制御弁と、
前記ポンプ及び前記制御弁の少なくとも一方を制御し、前記低温加熱側凝縮器から前記高温加熱側蒸発器へと送液される液体の流量を制御する制御ユニットと、を備えた
ヒートポンプシステム。 - 前記制御ユニットは、
前記高温加熱側凝縮器により加温された液体の温度と、前記高温加熱側蒸発器における冷媒の蒸発温度又は前記高温加熱側蒸発器における冷媒の蒸発圧力とに基づいて前記ポンプ及び前記制御弁を制御する
請求項１に記載のヒートポンプシステム。 - 前記制御ユニットは、
前記高温加熱側冷媒回路において生成される液体の目標温度を検知し、前記低温加熱側冷媒回路及び前記高温加熱側冷媒回路の運転の有無、及び前記制御弁を制御する
請求項１又は２に記載のヒートポンプシステム。 - 前記第２の配管を流通し、前記高温加熱側凝縮器で加温された液体の温度は、
前記第１の配管を流通し、前記低温加熱側凝縮器で加温された液体の温度より高い
請求項１〜３の何れか１項に記載のヒートポンプシステム。 - 前記制御弁は第１の三方弁であり、
前記高温側給液口と前記高温加熱側凝縮器との間の前記第２の配管に設けられた第２の三方弁と、
前記第１の三方弁と前記第２の三方弁を接続する第３の配管と、を更に備えた
請求項１〜４の何れか１項に記載のヒートポンプシステム。 - 前記高温加熱側冷媒回路で加温された液体を前記第２の配管、前記第３の配管及び前記第１の配管を介して前記低温加熱側凝縮器に流通させる
請求項５に記載のヒートポンプシステム。
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