(57)【要約】【課題】本発明の目的は、冷媒の送液量の変動が防止されるヒートポンプシステム及びその運転方法を提供することである。【解決手段】ヒートポンプシステム１は、圧縮機１１、凝縮器１２、熱交換部位１５、膨張弁１３、蒸発器１４、及び圧縮機１１の順番に第１冷媒が循環する第１系統１０と、サーマルポンプユニット５、流路４６、膨張弁３２、蒸発器３３、流路４１、凝縮器３４、流路４２、及びサーマルポンプユニット５の順番に第２冷媒が循環する第２系統３０とを具備する。蒸発器１４及び凝縮器３４は熱交換器２を形成する。サーマルポンプユニット５は、凝縮器３４から液体状態の第２冷媒が導入される容器３１Ａと、凝縮器３４から液体状態の第２冷媒が導入される容器３１Ｂと、容器３１Ａ及び３１Ｂから液体状態の第２冷媒が導入される容器３１Ｃと、容器３１Ｃに接続された熱交換部位３５とを備える。熱交換部位１５及び熱交換部位３５は熱交換器３を形成する。【選択図】図４
2010271007.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１系統圧縮機、第１系統凝縮器、第１系統熱交換部位、第１系統膨張弁、第１系統蒸発器、及び前記第１系統圧縮機の順番に第１冷媒が循環する第１系統と、
サーマルポンプユニット、第２系統第１流路、第２系統膨張弁、第２系統蒸発器、第２系統第２流路、第２系統凝縮器、第２系統第３流路、及び前記サーマルポンプユニットの順番に第２冷媒が循環する第２系統と
を具備し、
前記第１系統蒸発器及び前記第２系統凝縮器は第１熱交換器を形成し、
前記サーマルポンプユニットは、
前記第２系統第３流路に接続された第１容器と、
前記第２系統第３流路に接続された第２容器と、
前記第１容器及び前記第２容器に接続された第３容器と、
前記第３容器に接続された第２系統熱交換部位と
を備え、
前記第１系統熱交換部位及び前記第２系統熱交換部位は第２熱交換器を形成し、
前記第２系統第１流路は、前記第３容器と前記第２系統膨張弁とを接続する
ヒートポンプシステム。
【請求項２】
前記第１容器の第１容器上部は、第１開閉弁を介して前記第３容器の第３容器上部に接続され、
前記第１容器の第１容器下部は、前記第１容器から前記第３容器に向かう前記第２冷媒の流れを許容する第１逆止弁を介して前記第３容器に接続され、
前記第２容器の第２容器上部は、第２開閉弁を介して前記第３容器上部に接続され、
前記第２容器の第２容器下部は、前記第２容器から前記第３容器に向かう前記第２冷媒の流れを許容する第２逆止弁を介して前記第３容器に接続され、
前記第２系統第２流路は、第３開閉弁を介して前記第１容器上部に接続され、
前記第２系統第２流路は、第４開閉弁を介して前記第２容器上部に接続され、
前記第２系統第３流路は、前記第２系統第３流路から前記第１容器に向かう前記第２冷媒の流れを許容する第３逆止弁を介して前記第１容器に接続され、
前記第２系統第３流路は、前記第２系統第３流路から前記第２容器に向かう前記第２冷媒の流れを許容する第４逆止弁を介して前記第２容器に接続され、
前記第３容器の第３容器下部と前記第２系統熱交換部位の下部とが接続され、
前記第３容器上部と前記第２系統熱交換部位の上部とが接続され、
前記第２系統第１流路は、前記第３容器下部と前記第２系統膨張弁とを接続する
請求項１のヒートポンプシステム。
【請求項３】
制御装置を更に具備し、
前記制御装置は、
前記第１開閉弁及び前記第４開閉弁が開き、前記第２開閉弁及び前記第３開閉弁が閉じた第１送液状態と、
前記第１開閉弁及び前記第２開閉弁が閉じ、前記第３開閉弁及び前記第４開閉弁が開いた第２送液状態と、
前記第１開閉弁及び前記第４開閉弁が閉じ、前記第２開閉弁及び前記第３開閉弁が開いた第３送液状態と
を実現する
請求項２のヒートポンプシステム。
【請求項４】
第１系統圧縮機、第１系統凝縮器、第１系統熱交換部位、第１系統膨張弁、第１系統蒸発器、及び前記第１系統圧縮機の順番に第１冷媒を循環させるステップと、
サーマルポンプユニット、第２系統膨張弁、第２系統蒸発器、第２系統凝縮器、及び前記サーマルポンプユニットの順番に第２冷媒を循環させるステップと
を具備し、
前記第１系統蒸発器及び前記第２系統凝縮器は第１熱交換器を形成し、
前記サーマルポンプユニットは、
第１容器と、
第２容器と、
第３容器と、
第２系統熱交換部位と
を備え、
前記第１系統熱交換部位及び前記第２系統熱交換部位は第２熱交換器を形成し、
前記第２冷媒を循環させる前記ステップは、
第１送液状態を実現するステップと、
第２送液状態を実現するステップと、
第３送液状態を実現するステップと
を備え、
前記第１送液状態を実現するステップは、
前記第１容器から液体状態の前記第２冷媒を前記第３容器に導入するステップと、
前記第３容器から液体状態の前記第２冷媒を前記第２系統熱交換部位に導入するステップと、
前記第２系統熱交換部位で気化した気体状態の前記第２冷媒を用いて前記第３容器から液体状態の第２冷媒を前記第２系統膨張弁へ送り出すステップと、
前記第２系統凝縮器から液体状態の前記第２冷媒を前記第２容器に導入するステップと
を備え、
前記第２送液状態を実現するステップは、
前記第１容器及び前記第２容器を均圧するステップと、
前記第３容器から液体状態の前記第２冷媒を前記第２系統熱交換部位に導入するステップと、
前記第２系統熱交換部位で気化した気体状態の前記第２冷媒を用いて前記第３容器から液体状態の第２冷媒を前記第２系統膨張弁へ送り出すステップと、
前記第２系統凝縮器から液体状態の前記第２冷媒を前記第１容器又は前記第２容器に導入するステップと
を備え、
前記第３送液状態を実現するステップは、
前記第２容器から液体状態の前記第２冷媒を前記第３容器に導入するステップと、
前記第３容器から液体状態の前記第２冷媒を前記第２系統熱交換部位に導入するステップと、
前記第２系統熱交換部位で気化した気体状態の前記第２冷媒を用いて前記第３容器から液体状態の第２冷媒を前記第２系統膨張弁へ送り出すステップと、
前記第２系統凝縮器から液体状態の前記第２冷媒を前記第１容器に導入するステップと
を備える
ヒートポンプシステムの運転方法。
【請求項５】
前記第１容器の第１容器下部と前記第３容器とが第１逆止弁を介して接続され、
前記第１容器の第１容器上部と前記第３容器の第３容器上部とが第１開閉弁を介して接続され、
前記第２容器の第２容器下部と前記第３容器とが第２逆止弁を介して接続され、
前記第２容器の第２容器上部と前記第３容器上部とが第２開閉弁を介して接続され、
前記第３容器の第３容器下部と前記第２系統膨張弁とが接続され、
前記第１容器から液体状態の前記第２冷媒を前記第３容器に導入する前記ステップにおいて、前記第１開閉弁が開いた状態で前記第１容器から液体状態の前記第２冷媒が前記第１逆止弁を通って前記第３容器に導入され、
前記第２容器から液体状態の前記第２冷媒を前記第３容器に導入する前記ステップにおいて、前記第２開閉弁が開いた状態で前記第２容器から液体状態の前記第２冷媒が前記第２逆止弁を通って前記第３容器に導入される
請求項４のヒートポンプシステムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はヒートポンプシステム及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ベント・ヨハンセン（ＢＥＮＴ  ＪＯＨＡＮＳＥＮ）は、「自然冷媒としての二酸化炭素及び炭化水素Ｒ−１２７０の応用及び経験から得た知識」において、カスケードシステムを開示している。
【０００３】
図１を参照して、このカスケードシステム１００は、第１系統１１０と、第２系統１３０を備える。第１系統１１０は、圧縮機１１１と、凝縮器１１２と、熱交換部位１１５と、膨張弁１１３と、蒸発器１１４を備える。圧縮機１１１は、圧縮機１１１、凝縮器１１２、熱交換部位１１５、膨張弁１１３、蒸発器１１４、及び圧縮機１１１の順番に炭化水素冷媒を循環させる。第２系統１３０は、サーマルポンプユニット１０５と、流路１４６と、膨張弁１３２と、蒸発器１３３と、流路１４１と、凝縮器１３４と、流路１４２を備える。サーマルポンプユニット１０５は、サーマルポンプユニット１０５、流路１４６、膨張弁１３２、蒸発器１３３、流路１４１、凝縮器１３４、流路１４２、及びサーマルポンプユニット１０５の順番に二酸化炭素冷媒を循環させる。
【０００４】
サーマルポンプユニット１０５は、容器１３１Ａ及び１３１Ｂと、熱交換部位１３５Ａ及び１３５Ｂを備える。流路１４２は、流路１４２Ａを介して容器１３１Ａに接続され、流路１４２Ｂを介して容器１３１Ｂに接続される。流路１４２Ａに流路１４２から容器１３１Ａに向かう二酸化炭素冷媒の流れを許容する逆止弁１６２Ａが設けられている。流路１４２Ｂに流路１４２から容器１３１Ｂに向かう二酸化炭素冷媒の流れを許容する逆止弁１６２Ｂが設けられている。流路１４１は、流路１４３を介して接続部１４３ｘに接続されている。接続部１４３ｘは、流路１４３Ａを介して容器１３１Ａに接続され、流路１４３Ｂを介して容器１３１Ｂに接続されている。流路１４３、１４３Ａ、及び１４３Ｂにそれぞれ電磁弁１５３、１５３Ａ、及び１５３Ｂが設けられている。容器１３１Ａは、流路１４４Ａを介して熱交換部位１３５Ａに接続されている。流路１４４Ａに電磁弁１５４Ａが設けられている。熱交換部位１３５Ａは、流路１４５Ａを介して容器１３１Ａに接続されている。容器１３１Ｂは、流路１４４Ｂを介して熱交換部位１３５Ｂに接続されている。流路１４４Ｂに電磁弁１５４Ｂが設けられている。熱交換部位１３５Ｂは、流路１４５Ｂを介して容器１３１Ｂに接続されている。容器１３１Ａは、流路１４６Ａを介して流路１４６に接続されている。流路１４６Ａに容器１３１Ａから流路１４６に向かう二酸化炭素冷媒の流れを許容する逆止弁１６６Ａが設けられている。容器１３１Ｂは、流路１４６Ｂを介して流路１４６に接続されている。流路１４６Ｂに容器１３１Ｂから流路１４６に向かう二酸化炭素冷媒の流れを許容する逆止弁１６６Ｂが設けられている。
【０００５】
蒸発器１１４及び凝縮器１３４は、熱交換器１０１を形成する。熱交換器１０１において、蒸発器１１４内の炭化水素冷媒と凝縮器１３４内の二酸化炭素冷媒との間で熱交換が行われる。熱交換部位１１５、１３５Ａ、及び１３５Ｂは、熱交換器１０２を形成する。熱交換器１０２において、熱交換部位１１５内の炭化水素冷媒と熱交換部位１３５Ａ内の二酸化炭素冷媒との間で熱交換が行われ、熱交換部位１１５内の炭化水素冷媒と熱交換部位１３５Ｂ内の二酸化炭素冷媒との間で熱交換が行われる。
【０００６】
図１を参照して、カスケードシステム１００の第１状態を説明する。第１状態において、電磁弁１５３Ａ及び１５４Ｂが閉じ、電磁弁１５３、１５３Ｂ、及び１５４Ａが開いている。凝縮器１３４において、二酸化炭素冷媒は蒸発器１１４内の炭化水素冷媒に熱を奪われて液化する。液体状態の二酸化炭素冷媒は、凝縮器１３４から容器１３１Ｂに導入され、容器１３１Ｂにためられる。容器１３１Ａから液体状態の二酸化炭素冷媒が熱交換部位１３５Ａに導入され、熱交換部位１１５内の炭化水素冷媒から熱を奪って気化する。気化した二酸化炭素冷媒により容器１３１Ａから液体状態の二酸化炭素冷媒が膨張弁１３２へ送り出される。膨張弁１３２を通過した二酸化炭素冷媒は、蒸発器１３３において蒸発する。気体状態の二酸化炭素冷媒が蒸発器１３３から凝縮器１３４に導入され、上述したように液化する。容器１３１Ａが空になると、カスケードシステム１００は第１状態から第２状態に変化する。
【０００７】
図２を参照して、カスケードシステム１００の第２状態を説明する。第２状態において、電磁弁１５３、１５４Ａ、及び１５４Ｂが閉じ、電磁弁１５３Ａ及び１５３Ｂが開いている。容器１３１Ａ及び１３１Ｂの間で均圧が行われる。容器１３１Ａから熱交換部位１３５Ａに液体状態の二酸化炭素冷媒が導入されず、容器１３１Ｂから熱交換部位１３５Ｂに液体状態の二酸化炭素冷媒が導入されない。したがって、サーマルポンプユニット１０５は、二酸化炭素冷媒を膨張弁１３２へ送り出すことを停止する。その結果、蒸発器１３３が外部から奪う熱が第１状態に比べて減少する。第１状態から第２状態に変化してから所定の時間が経過すると、カスケードシステム１００は、第２状態から第３状態に変化する。
【０００８】
図３を参照して、カスケードシステム１００の第３状態を説明する。第３状態において、電磁弁１５３Ｂ及び１５４Ａが閉じ、電磁弁１５３、１５３Ａ、及び１５４Ｂが開いている。第３状態において、第１状態の場合と逆に、液体状態の二酸化炭素冷媒が容器１３１Ａにためられ、容器１３１Ｂから液体状態の二酸化炭素冷媒が膨張弁１３２へ送り出される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】ＢＥＮＴ  ＪＯＨＡＮＳＥＮ，「Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ａｎｄ  ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ  ｗｉｔｈ  ｎａｔｕｒａｌ  ｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔｓ  ｃａｒｂｏｎ  ｄｉｏｘｉｄｅ／ＣＯ２  ａｎｄ  ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ  Ｒ−１２７０」，８ｔｈ  ＩＩＲ  Ｇｕｓｔａｖ  Ｌｏｒｅｎｔｚｅｎ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｎａｔｕｒａｌ  Ｗｏｒｋｉｎｇ  Ｆｌｕｉｄｓ，Ｃｏｐｅｎｈａｇｅｎ，  ７−１０  Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ  ２００８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、冷媒の送液量の変動が防止されるヒートポンプシステム及びその運転方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以下に、（発明を実施するための形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１２】
本発明によるヒートポンプシステム（１）は、第１系統圧縮機（１１）、第１系統凝縮器（１２）、第１系統熱交換部位（１５）、第１系統膨張弁（１３）、第１系統蒸発器（１４）、及び前記第１系統圧縮機の順番に第１冷媒が循環する第１系統（１０）と、サーマルポンプユニット（５）、第２系統第１流路（４６）、第２系統膨張弁（３２）、第２系統蒸発器（３３）、第２系統第２流路（４１）、第２系統凝縮器（３４）、第２系統第３流路（４２）、及び前記サーマルポンプユニットの順番に第２冷媒が循環する第２系統（３０）を具備する。前記第１系統蒸発器及び前記第２系統凝縮器は第１熱交換器（２）を形成する。前記サーマルポンプユニットは、前記第１系統第３流路に接続された第１容器（３１Ａ）と、前記第２系統第３流路に接続された第２容器（３１Ｂ）と、前記第１容器及び前記第２容器に接続された第３容器（３１Ｃ）と、前記第３容器に接続された第２系統熱交換部位（３５）とを備える。前記第１系統熱交換部位及び前記第２系統熱交換部位は第２熱交換器（３）を形成する。前記第２系統第１流路は、前記第３容器と前記第２系統膨張弁とを接続する。
【００１３】
前記第１容器の第１容器上部（３７Ａ）は、第１開閉弁（５５Ａ）を介して前記第３容器の第３容器上部（３７Ｃ）に接続される。前記第１容器の第１容器下部（３８Ａ）は、前記第１容器から前記第３容器に向かう前記第２冷媒の流れを許容する第１逆止弁（６４Ａ）を介して前記第３容器に接続される。前記第２容器の第２容器上部（３７Ｂ）は、第２開閉弁（５５Ｂ）を介して前記第３容器上部に接続される。前記第２容器の第２容器下部（３８Ｂ）は、前記第２容器から前記第３容器に向かう前記第２冷媒の流れを許容する第２逆止弁（６４Ｂ）を介して前記第３容器に接続される。前記第２系統第２流路は、第３開閉弁（５３Ａ）を介して前記第１容器上部に接続される。前記第２系統第２流路は、第４開閉弁（５３Ｂ）を介して前記第２容器上部に接続される。前記第２系統第３流路は、前記第２系統第３流路から前記第１容器に向かう前記第２冷媒の流れを許容する第３逆止弁（６２Ａ）を介して前記第１容器に接続される。前記第２系統第３流路は、前記第２系統第３流路から前記第２容器に向かう前記第２冷媒の流れを許容する第４逆止弁（６２Ｂ）を介して前記第２容器に接続される。前記第３容器の第３容器下部（３８Ｃ）と前記第２系統熱交換部位の下部（３５ｂ）とが接続される。前記第３容器上部と前記第２系統熱交換部位の上部（３５ａ）とが接続される。前記第２系統第１流路は、前記第３容器下部と前記第２系統膨張弁とを接続する。
【００１４】
上記ヒートポンプシステムは、制御装置（７０）を更に具備する。前記制御装置は、前記第１開閉弁及び前記第４開閉弁が開き、前記第２開閉弁及び前記第３開閉弁が閉じた第１送液状態と、前記第１開閉弁及び前記第２開閉弁が閉じ、前記第３開閉弁及び前記第４開閉弁が開いた第２送液状態と、前記第１開閉弁及び前記第４開閉弁が閉じ、前記第２開閉弁及び前記第３開閉弁が開いた第３送液状態とを実現する。
【００１５】
本発明によるヒートポンプシステムの運転方法は、第１系統圧縮機（１１）、第１系統凝縮器（１２）、第１系統熱交換部位（１５）、第１系統膨張弁（１３）、第１系統蒸発器（１４）、及び前記第１系統圧縮機の順番に第１冷媒を循環させるステップと、サーマルポンプユニット（５）、第２系統膨張弁（３２）、第２系統蒸発器（３３）、第２系統凝縮器（３４）、及び前記サーマルポンプユニットの順番に第２冷媒を循環させるステップとを具備する。前記第１系統蒸発器及び前記第２系統凝縮器は第１熱交換器（２）を形成する。前記サーマルポンプユニットは、第１容器（３１Ａ）と、第２容器（３１Ｂ）と、第３容器（３１Ｃ）と、第２系統熱交換部位（３５）とを備える。前記第１系統熱交換部位及び前記第２系統熱交換部位は第２熱交換器（３）を形成する。前記第２冷媒を循環させる前記ステップは、第１送液状態を実現するステップと、第２送液状態を実現するステップと、第３送液状態を実現するステップとを備える。前記第１送液状態を実現するステップは、前記第１容器から液体状態の前記第２冷媒を前記第３容器に導入するステップと、前記第３容器から液体状態の前記第２冷媒を前記第２系統熱交換部位に導入するステップと、前記第２系統熱交換部位で気化した気体状態の前記第２冷媒を用いて前記第３容器から液体状態の第２冷媒を前記第２系統膨張弁へ送り出すステップと、前記第２系統凝縮器から液体状態の前記第２冷媒を前記第２容器に導入するステップとを備える。前記第２送液状態を実現するステップは、前記第１容器及び前記第２容器を均圧するステップと、前記第３容器から液体状態の前記第２冷媒を前記第２系統熱交換部位に導入するステップと、前記第２系統熱交換部位で気化した気体状態の前記第２冷媒を用いて前記第３容器から液体状態の第２冷媒を前記第２系統膨張弁へ送り出すステップと、前記第２系統凝縮器から液体状態の前記第２冷媒を前記第１容器又は前記第２容器に導入するステップとを備える。前記第３送液状態を実現するステップは、前記第２容器から液体状態の前記第２冷媒を前記第３容器に導入するステップと、前記第３容器から液体状態の前記第２冷媒を前記第２系統熱交換部位に導入するステップと、前記第２系統熱交換部位で気化した気体状態の前記第２冷媒を用いて前記第３容器から液体状態の第２冷媒を前記第２系統膨張弁へ送り出すステップと、前記第２系統凝縮器から液体状態の前記第２冷媒を前記第１容器に導入するステップとを備える。
【００１６】
前記第１容器の第１容器下部（３８Ａ）と前記第３容器とが第１逆止弁（６４Ａ）を介して接続される。前記第１容器の第１容器上部（３７Ａ）と前記第３容器の第３容器上部（３７Ｃ）とが第１開閉弁（５５Ａ）を介して接続される。前記第２容器の第２容器下部（３８Ｂ）と前記第３容器とが第２逆止弁（６４Ｂ）を介して接続される。前記第２容器の第２容器上部（３７Ｂ）と前記第３容器上部とが第２開閉弁（５５Ｂ）を介して接続される。前記第３容器の第３容器下部（３８Ｃ）と前記第２系統膨張弁とが接続される。前記第１容器から液体状態の前記第２冷媒を前記第３容器に導入する前記ステップにおいて、前記第１開閉弁が開いた状態で前記第１容器から液体状態の前記第２冷媒が前記第１逆止弁を通って前記第３容器に導入される。前記第２容器から液体状態の前記第２冷媒を前記第３容器に導入する前記ステップにおいて、前記第２開閉弁が開いた状態で前記第２容器から液体状態の前記第２冷媒が前記第２逆止弁を通って前記第３容器に導入される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、冷媒の送液量の変動が防止されるヒートポンプシステム及びその運転方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、カスケードシステムの第１状態を示す概略図である。
【図２】図２は、カスケードシステムの第２状態を示す概略図である。
【図３】図３は、カスケードシステムの第３状態を示す概略図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施形態に係るヒートポンプシステムの第１送液状態を示す概略図である。
【図５】図５は、ヒートポンプシステムの制御部の概略図である。
【図６】図６は、ヒートポンプシステムの第２送液状態を示す概略図である。
【図７】図７は、ヒートポンプシステムの第３送液状態を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
添付図面を参照して、本発明によるヒートポンプシステム及びその運転方法を実施するための形態を以下に説明する。
【００２０】
（第１の実施形態）
図４を参照して、本発明の第１の実施形態に係るヒートポンプシステム１を説明する。ヒートポンプシステム１は、第１系統１０と、第２系統３０を備える。第１系統１０は、圧縮機１１と、凝縮器１２と、熱交換部位１５と、膨張弁１３と、蒸発器１４を備える。圧縮機１１は、圧縮機１１、凝縮器１２、熱交換部位１５、膨張弁１３、蒸発器１４、及び圧縮機１１の順番に第１冷媒を循環させる。第１冷媒は、例えば、炭化水素冷媒又はフロン冷媒である。第２系統３０は、サーマルポンプユニット５と、流路４６と、膨張弁３２と、蒸発器３３と、流路４１と、凝縮器３４と、流路４２を備える。サーマルポンプユニット５は、サーマルポンプユニット５、流路４６、膨張弁３２、蒸発器３３、流路４１、凝縮器３４、流路４２、及びサーマルポンプユニット５の順番に第２冷媒を循環させる。第２冷媒は、例えば、二酸化炭素冷媒である。流路４１は、凝縮器３４の入口３４ａと蒸発器３３とを接続する。凝縮器３４の出口３４ｂは、入口３４ａより低い位置に配置される。
【００２１】
サーマルポンプユニット５は、液体状態の第２冷媒をためる容器３１Ａ、３１Ｂ、及び３１Ｃと、熱交換部位３５を備える。流路４２は、凝縮器３４の出口３４ｂに接続されている。流路４２は、流路４２Ａを介して容器３１Ａの上部３７Ａに接続され、流路４２Ｂを介して容器３１Ｂの上部３７Ｂに接続される。流路４２Ａに流路４２から容器３１Ａに向かう第２冷媒の流れを許容する逆止弁６２Ａが設けられている。流路４２Ｂに流路４２から容器３１Ｂに向かう第２冷媒の流れを許容する逆止弁６２Ｂが設けられている。すなわち、流路４２は、逆止弁６２Ａを介して容器３１Ａに接続され、逆止弁６２Ｂを介して容器３１Ｂに接続される。流路４１は、流路４３を介して接続部４３ｘに接続されている。接続部４３ｘは、流路４３Ａを介して容器３１Ａの上部３７Ａに接続され、流路４３Ｂを介して容器３１Ｂの上部３７Ｂに接続されている。流路４３Ａ及び４３Ｂにそれぞれ開閉弁５３Ａ及び５３Ｂが設けられている。すなわち、流路４１は、開閉弁５３Ａを介して上部３７Ａに接続され、開閉弁５３Ｂを介して上部３７Ｂに接続される。容器３１Ａの上部３７Ａは、流路４５Ａを介して接続部４５ｘに接続されている。容器３１Ｂの上部３７Ｂは、流路４５Ｂを介して接続部４５ｘに接続されている。接続部４５ｘは、流路４５Ｃを介して容器３１Ｃの上部３７Ｃに接続されている。流路４５Ａに開閉弁５５Ａが設けられ、流路４５Ｂに開閉弁５５Ｂが設けられている。すなわち、容器３１Ａの上部３７Ａは開閉弁５５Ａを介して容器３１Ｃの上部３７Ｃに接続され、容器３１Ｂの上部３７Ｂは開閉弁５５Ｂを介して容器３１Ｂの上部３７Ｂに接続されている。容器３１Ａの下部３８Ａは、流路４４Ａを介して容器３１Ｃの下部３８Ｃに接続されている。流路４４Ａに容器３１Ａから容器３１Ｃに向かう第２冷媒の流れを許容する逆止弁６４Ａが設けられている。容器３１Ｂの下部３８Ｂは、流路４４Ｂを介して容器３１Ｃの下部３８Ｃに接続されている。流路４４Ｂに容器３１Ｂから容器３１Ｃに向かう第２冷媒の流れを許容する逆止弁６４Ｂが設けられている。すなわち、容器３１Ａの下部３８Ａは逆止弁６４Ａを介して容器３１Ｃに接続され、容器３１Ｂの下部３８Ｂは逆止弁６４Ｂを介して容器３１Ｃに接続されている。容器３１Ｃの下部３８Ｃと熱交換部位３５の下部３５ｂとが流路４７を介して接続されている。熱交換部位３５の上部３５ａと流路４５Ｃとが流路４８を介して接続されている。すなわち、熱交換部位３５の下部３５ｂと容器３１Ｃの下部３８Ｃとが接続され、熱交換部位３５の上部３５ａと容器３１Ｃの上部３７Ｃとが接続されている。熱交換部位３５の下部３５ｂは上部３５ａより低い位置に配置される。流路４６は、容器３１Ｃの下部３８Ｃと膨張弁３２とを接続する。開閉弁５３Ａ、５３Ｂ、５５Ａ、及び５５Ｂは、例えば、電磁弁である。容器３１Ａの下部３８Ａは上部３７Ａより低い位置に配置され、容器３１Ｂの下部３８Ｂは上部３７Ｂより低い位置に配置され、容器３１Ｃの下部３８Ｃは上部３７Ｃより低い位置に配置される。例えば、上部３７Ａ、３７Ｂ、及び３７Ｃはそれぞれ容器３１Ａ、３１Ｂ、及び３１Ｃの天井部であり、下部３８Ａ、３８Ｂ、及び３８Ｃはそれぞれ容器３１Ａ、３１Ｂ、及び３１Ｃの底部である。容器３１Ａ及び３１Ｂは、凝縮器３４より低い位置に配置される。容器３１Ｃは、容器３１Ａ及び容器３１Ｂより低い位置に配置される。熱交換部位３５の下部３５ｂは、容器３１Ｃの下部３８Ｃより低い位置に配置される。
【００２２】
蒸発器１４及び凝縮器３４は、熱交換器２を形成する。熱交換器２において、蒸発器１４内の第１冷媒と凝縮器３４内の第２冷媒との間で熱交換が行われる。熱交換部位１５及び３５は、熱交換器３を形成する。熱交換器３において、熱交換部位１５内の第１冷媒と熱交換部位３５内の第２冷媒との間で熱交換が行われる。熱交換器２及び３は、カスケード熱交換器といわれる場合がある。
【００２３】
図５を参照して、ヒートポンプシステム１が備える制御部は、制御装置７０と開閉弁５３Ａ、５３Ｂ、５５Ａ、及び５５Ｂを備える。制御装置７０は、開閉弁５３Ａ、５３Ｂ、５５Ａ、及び５５Ｂを制御する。
【００２４】
以下、本実施形態に係るヒートポンプシステム１の運転方法を説明する。圧縮機１１は、圧縮機１１、凝縮器１２、熱交換部位１５、膨張弁１３、蒸発器１４、及び圧縮機１１の順番に第１冷媒を循環させる。サーマルポンプユニット５は、サーマルポンプユニット５、膨張弁３２、蒸発器３３、凝縮器３４、及びサーマルポンプユニット５の順番に第２冷媒を循環させる。第２冷媒を循環させることは、ヒートポンプシステム１が第１乃至第３送液状態を第１送液状態、第２送液状態、第３送液状態、第２送液状態、及び第１送液状態の順番にとることを含む。
【００２５】
図４を参照して、ヒートポンプシステム１の第１送液状態を説明する。第１送液状態において、制御装置７０は、開閉弁５３Ａ及び５５Ｂを閉じ、開閉弁５３Ｂ及び５５Ａを開く。
【００２６】
開閉弁５５Ａが開いているため、容器３１Ａ内の液面より上の上部空間と容器３１Ｃ内の液面より上の上部空間とが連通している。したがって、容器３１Ａから逆止弁６４Ａを通って容器３１Ｃに液体状態の第２冷媒が重力により導入される。
【００２７】
容器３１Ｃから流路４７を通って熱交換部位３５に液体状態の第２冷媒が重力により導入され、熱交換部位１５内の第１冷媒から熱を奪って気化する。熱交換部位３５で気化した気体状態の第２冷媒の圧力により、容器３１Ｃから流路４６を通って膨張弁３２へ液体状態の第２冷媒が送り出される。容器３１Ｃから送り出された第２冷媒は、膨張弁３２を通過した後、蒸発器３３において蒸発する。気体状態の第２冷媒が蒸発器３３から凝縮器３４に導入される。凝縮器３４において、第２冷媒は蒸発器１４内の第１冷媒に熱を奪われて液化する。
【００２８】
開閉弁５３Ｂが開いているため、容器３１Ｂ内の液面より上の上部空間と流路４１とが連通している。したがって、凝縮器３４から流路４２及び４２Ｂを通って容器３１Ｂに液体状態の第２冷媒が導入され、容器３１Ｂにためられる。
【００２９】
図６を参照して、ヒートポンプシステム１の第２送液状態を説明する。第２送液状態において、制御装置７０は、開閉弁５５Ａ及び５５Ｂを閉じ、開閉弁５３Ａ及び５３Ｂを開く。
【００３０】
開閉弁５５Ａ及び５５Ｂが閉じているため、容器３１Ａ内の上部空間と容器３１Ｃ内の上部空間とが遮断され、容器３１Ｂ内の上部空間と容器３１Ｃ内の上部空間とが遮断されている。
【００３１】
第１送液状態の場合と同様に、容器３１Ｃから流路４６を通って膨張弁３２へ液体状態の第２冷媒が送り出される。容器３１Ｃから送り出された第２冷媒は、膨張弁３２を通過した後、蒸発器３３において蒸発する。気体状態の第２冷媒が蒸発器３３から凝縮器３４に導入される。凝縮器３４において、第２冷媒は蒸発器１４内の第１冷媒に熱を奪われて液化する。
【００３２】
開閉弁５３Ａ及び５３Ｂが開いているため、容器３１Ａ内の上部空間と容器３１Ｂ内の上部空間とが連通している。したがって、容器３１Ａ及び３１Ｂが均圧される。開閉弁５３Ａが開いているため容器３１Ａ内の上部空間と流路４１とが連通し、開閉弁５３Ｂが開いているため容器３１Ｂ内の上部空間と流路４１とが連通している。したがって、凝縮器３４から容器３１Ａ又は３１Ｂに液体状態の第２冷媒が導入され、容器３１Ａ又は３１Ｂにためられる。
【００３３】
図７を参照して、ヒートポンプシステム１の第３送液状態を説明する。第３送液状態において、制御装置７０は、開閉弁５３Ａ及び５５Ｂを開き、開閉弁５３Ｂ及び５５Ａを閉じる。
【００３４】
開閉弁５５Ｂが開いているため、容器３１Ｂ内の上部空間と容器３１Ｃ内の上部空間とが連通している。したがって、容器３１Ｂから逆止弁６４Ｂを通って容器３１Ｃに液体状態の第２冷媒が重力により導入される。
【００３５】
第１送液状態の場合と同様に、容器３１Ｃから流路４６を通って膨張弁３２へ液体状態の第２冷媒が送り出される。容器３１Ｃから送り出された第２冷媒は、膨張弁３２を通過した後、蒸発器３３において蒸発する。気体状態の第２冷媒が蒸発器３３から凝縮器３４に導入される。凝縮器３４において、第２冷媒は蒸発器１４内の第１冷媒に熱を奪われて液化する。
【００３６】
開閉弁５３Ａが開いているため、容器３１Ａ内の上部空間と流路４１とが連通している。したがって、凝縮器３４から流路４２及び４２Ａを通って容器３１Ａに液体状態の第２冷媒が導入され、容器３１Ａにためられる。
【００３７】
本実施形態によれば、サーマルポンプユニット５により第２冷媒の送液が行われる。第２冷媒の送液のためにメカニカルポンプを用いないため、ヒートポンプシステム１の製造コストが低減される。
【００３８】
本実施形態によれば、容器３１Ａ〜３１Ｃが設けられるため、容器３１Ａ及び３１Ｂの均圧が行われる第２送液状態においても、熱交換部位３５において第２冷媒が気化することにより容器３１Ｃから液体状態の第２冷媒が膨張弁３２へ送り出される。したがって、サーマルポンプユニット５が膨張弁３２へ送り出す第２冷媒の流量が第１及び第３送液状態に比べて低下しない。ゆえに、第２冷媒の送液量の変動が防止される。
【００３９】
更に、本実施形態に係るサーマルポンプユニット５において、全部で３つの容器３１Ａ〜３１Ｃと、熱交換部位３５と熱交換部位１５の間の熱交換と、全部で４つの開閉弁（電磁弁）５３Ａ、５３Ｂ、５５Ａ、及び５５Ｂと、全部で４つの逆止弁６２Ａ、６２Ｂ、６４Ａ、及び６４Ｂとが設けられる。一方、サーマルポンプユニット１０５において、全部で２つの容器１３１Ａ及び１３１Ｂと、熱交換部位１３５Ａと熱交換部位１１５の間の熱交換と、熱交換部位１３５Ｂと熱交換部位１１５の間の熱交換と、全部で５つの電磁弁１５３、１５３Ａ、１５３Ｂ、１５４Ａ、及び１５４Ｂと、全部で４つの逆止弁１６２Ａ、１６２Ｂ、１６４Ａ、及び１６４Ｂとが設けられる。したがって、本実施形態によれば、サーマルポンプユニット５の製造コストを大きく増加させずに第２冷媒の送液量の変動を防止することが可能である。
【００４０】
制御装置７０が開閉弁５３Ａ、５３Ｂ、５５Ａ、及び５５Ｂを自動制御する場合について説明したが、開閉弁５３Ａ、５３Ｂ、５５Ａ、及び５５Ｂは手動により制御されてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１…ヒートポンプシステム
２、３…熱交換器
５…サーマルポンプユニット
１０…第１系統
１１…圧縮機
１２…凝縮器
１３…膨張弁
１４…蒸発器
１５…熱交換部位
３０…第２系統
３１Ａ〜３１Ｃ…容器
３２…膨張弁
３３…蒸発器
３４…凝縮器
３４ａ…入口
３４ｂ…出口
３５…熱交換部位
３５ａ…上部
３５ｂ…下部
３７Ａ〜３７Ｃ…上部
３８Ａ〜３８Ｃ…下部
４１、４２、４２Ａ、４２Ｂ、４３、４３Ａ、４３Ｂ、４４Ａ、４４Ｂ、４５Ａ〜４５Ｃ、４６〜４８…流路
４３ｘ、４５ｘ…接続部
５３Ａ、５３Ｂ、５５Ａ、５５Ｂ…開閉弁
６２Ａ、６２Ｂ、６４Ａ、６４Ｂ…逆止弁
７０…制御装置
１００…カスケードシステム
１０１、１０２…熱交換器
１０５…サーマルポンプユニット
１１０…第１系統
１１１…圧縮機
１１２…凝縮器
１１３…膨張弁
１１４…蒸発器
１１５…熱交換部位
１３０…第２系統
１３１Ａ、１３１Ｂ…容器
１３２…膨張弁
１３３…蒸発器
１３４…凝縮器
１３５Ａ、１３５Ｂ…熱交換部位
１４１、１４２、１４２Ａ、１４２Ｂ、１４３、１４３Ａ、１４３Ｂ、１４４Ａ、１４４Ｂ、１４５Ａ、１４５Ｂ、１４６、１４６Ａ、１４６Ｂ…流路
１４３ｘ…接続部
１５３、１５３Ａ、１５３Ｂ、１５４Ａ、１５４Ｂ…電磁弁
１６２Ａ、１６２Ｂ、１６６Ａ、１６６Ｂ…逆止弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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