(57)【要約】  ヒートポンプシステムは、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機により圧縮された冷媒と液状の熱媒体との間で熱を交換するガスクーラと、冷媒を減圧させる減圧装置と、減圧装置で減圧された冷媒と、外気との間で熱を交換する蒸発器と、を備える。ガスクーラは、外周面に螺旋溝が形成された熱媒体配管と、螺旋溝に沿って螺旋状に巻き付けられた冷媒配管と、を有している。圧縮機は、ガスクーラにより覆われた空間に配置される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機により圧縮された冷媒と液状の熱媒体との間で熱を交換するガスクーラと、冷媒を減圧させる減圧装置と、前記減圧装置で減圧された冷媒と、外気との間で熱を交換する蒸発器と、を備えるヒートポンプシステムにおいて、
前記ガスクーラは、
外周面に螺旋溝が形成された熱媒体配管と、
前記螺旋溝に沿って螺旋状に巻き付けられた冷媒配管と、を有し、
前記ガスクーラにより覆われた空間に前記圧縮機を配置したことを特徴とするヒートポンプシステム。
【請求項２】
前記ガスクーラは、前記冷媒配管が巻き付けられた前記熱媒体配管を前記圧縮機の外周側に巻回した形状を有することを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプシステム。
【請求項３】
前記螺旋溝は、複数条の螺旋溝として構成され、
前記冷媒配管は、複数に分岐して前記複数条の螺旋溝のそれぞれに巻き付けられた形状に構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のヒートポンプシステム。
【請求項４】
前記圧縮機の吸入側に配置されたサクションマフラーを更に備え、
前記サクションマフラーは、前記ガスクーラにより覆われた空間に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載のヒートポンプシステム。
【請求項５】
前記冷媒にＣＯ２を使用し、前記熱媒体に水を使用したことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載のヒートポンプシステム。
【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に関する。
【背景技術】
【０００２】
外気から吸収した熱を用いて水などの液状熱媒体を加熱するヒートポンプシステムが広く用いられている。特許文献１及び２には、このようなヒートポンプシステムとして、圧縮機、ガスクーラ、減圧装置及び蒸発器を有する冷凍サイクルを備えたシステムが開示されている。ガスクーラでは、冷凍サイクルを流れる冷媒と内部を流れる水との間で熱交換が行なわれる。【０００３】
ここで、冷凍サイクルの圧縮機の温度が大きく上昇すると、外気への放熱量が増大してしまう。この場合、ガスクーラにおいて冷媒から水へと与えられる熱量が減少するため、システムのエネルギ効率が低下するという問題がある。特許文献１又は２の技術では、この問題への対策として、ガスクーラを圧縮機の周囲に配置して圧縮機からの放熱をガスクーラで回収する構成が採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】日本特開２００２−３７２３１８号公報
【特許文献２】日本特開２００５−３４５００６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
圧縮機からの放熱量が増大すると、圧縮機からガスクーラへと導入される冷媒の温度は低下してしまう。そこで、圧縮機からの放熱量を抑制する策を講じることとすれば、システムのエネルギ効率の更なる向上を見込める。上記特許文献１及び２の技術は、圧縮機から放熱される熱を回収する点において、システムのエネルギ効率の向上に寄与する。しかしながら、特許文献１及び２の技術は、何れもガスクーラにおける熱媒体配管を圧縮機に積極的に対面させて、圧縮機からの放熱及びガスクーラでの熱の回収を促進する構造としている。このため、上記特許文献１及び２の技術は、圧縮機からの放熱量を抑制する観点からは不十分な構造であり、改善の余地が残されている。【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、圧縮機からの放熱を抑制してシステムのエネルギ効率を向上させることができるヒートポンプシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るヒートポンプシステムは、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機により圧縮された冷媒と液状の熱媒体との間で熱を交換するガスクーラと、冷媒を減圧させる減圧装置と、減圧装置で減圧された冷媒と、外気との間で熱を交換する蒸発器と、を備え、ガスクーラは、外周面に螺旋溝が形成された熱媒体配管と、螺旋溝に沿って螺旋状に巻き付けられた冷媒配管と、を有し、ガスクーラにより覆われた空間に圧縮機を配置したものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のヒートポンプシステムによれば、ガスクーラは、熱媒体配管の外周面に形成された螺旋溝に沿って冷媒配管が螺旋状に巻き付けられている。このため、比較的高温の冷媒配管は比較的低温の熱媒体配管よりも圧縮機に近接した位置で当該圧縮機に対面する。これにより、圧縮機の周囲をより高温に保つことができるので、圧縮機からの放熱による熱損失を抑制してシステムのエネルギ効率を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１のヒートポンプシステムを示す構成図である。
【図２】実施の形態１のガスクーラの要部を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を簡略化または省略する。なお、本発明における装置、器具、及び部品等の、個数、配置、向き、形状、及び大きさは、原則として、図面に示す個数、配置、向き、形状、及び大きさに限定されない。
【００１１】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
図１は、実施の形態１のヒートポンプシステムを示す構成図である。図１に示すように、本実施の形態のヒートポンプシステムは、ヒートポンプユニット１００とタンクユニット２００とを備える。
【００１２】
ヒートポンプユニット１００は、圧縮機１、ガスクーラ２、減圧装置３、蒸発器４、冷媒回路５、ファン６及びファンモータ７を備える。圧縮機１は、冷媒ガスを圧縮する。冷媒の種類は、特に限定されない。実施の形態１のヒートポンプシステムでは、ＣＯ２冷媒が使用される。ＣＯ２冷媒は、オゾン破壊係数が０であり、地球温暖化係数が１である。このため、ＣＯ２冷媒は、環境への負荷が小さい、毒性がない、可燃性がない、安全、及び安価等の特徴を有する冷媒である。また、ＣＯ２冷媒を用いた冷凍サイクルでは、圧縮機１で圧縮された高圧冷媒の圧力が超臨界圧となる遷臨界サイクルとなる。これにより、高い成績係数ＣＯＰを得ることができるので、ガスクーラ２での熱媒体の昇温幅を大きくすることができる。このことは、熱媒体に水を使用するヒートポンプ給湯装置に対して特に有効であり、例えば９０℃程度の高温給湯に対して有効に機能する。
【００１３】
ガスクーラ２は、圧縮機１で圧縮された高圧冷媒と、液状の熱媒体との間で熱を交換することで、熱媒体を加熱する。熱媒体としては、例えば、水、塩化カルシウム水溶液、エチレングリコール水溶液、アルコールなどを使用できる。実施の形態１のヒートポンプシステムでは、熱媒体として水を使用している。ガスクーラ２の要部の構成及び配置については詳細を後述する。
【００１４】
圧縮機１、ガスクーラ２の冷媒配管、減圧装置３、及び蒸発器４は、冷媒回路５を介して環状に接続されることで冷媒回路を形成する。ヒートポンプシステムは、この冷媒回路により、ヒートポンプサイクル、つまり冷凍サイクルの運転を行う。
【００１５】
減圧装置３は、ガスクーラ２を通過した高圧冷媒を減圧する。減圧装置３は、例えば開度を可変にできる電子制御式の膨張弁等として構成される。高圧冷媒は、減圧装置３を通過することで、気液二相状態の低圧冷媒になる。蒸発器４は、減圧装置３で減圧された低圧冷媒と、外気との間で熱を交換する熱交換器である。外気とは、屋外の空気である。気液二相状態の低圧冷媒は、蒸発器４で外気の熱を吸収することで、蒸発する。蒸発器４で蒸発した低圧冷媒ガスは、圧縮機１に吸入される。ファン６は、外気が蒸発器４へ供給されるように送風する。ファン６は、ファンモータ７に駆動されることで回転する。
【００１６】
実施の形態１のヒートポンプユニット１００では、圧縮機１の吸入側にサクションマフラー８が配置されている。サクションマフラー８は、圧縮機１に冷媒が流れた際に発生する音を低減させるためのものである。
【００１７】
タンクユニット２００は、蓄熱槽２０、戻り配管２１及び送り配管２２を備える。蓄熱槽２０は、加熱される前の熱媒体及び加熱された後の熱媒体を貯留できる。送り配管２２は、蓄熱槽２０の下部と、ガスクーラ２の熱媒体配管の入口との間を接続する。戻り配管２１は、ガスクーラ２の熱媒体配管の出口と、蓄熱槽２０の上部との間を接続する。送り配管２２には、図示しない循環ポンプが配置されている。循環ポンプが動作することで、蓄熱槽２０の下部から流出した熱媒体が送り配管２２を通ってガスクーラへ送られる。ガスクーラ２で加熱された熱媒体は、戻り配管２１を通って、蓄熱槽２０の上部へ送られる。
【００１８】
［実施の形態１の特徴］
次に、実施の形態１の特徴であるガスクーラ２の構成について説明する。図２は、ガスクーラの要部を示す構成図である。ガスクーラ２は、熱媒体配管１０と冷媒配管１１とを備えている。熱媒体配管１０は、蓄熱槽２０から送出された低温の熱媒体が流通する。また、冷媒配管１１は圧縮機１から送出された高温の冷媒が流通する。熱媒体配管１０には、配管の外周面に複数条のそれぞれ連続した螺旋溝１０１が形成されている。螺旋溝の条数は特に限定されない。図２に示すガスクーラ２の例では、熱媒体配管１０に４条の螺旋溝が形成されている。
【００１９】
冷媒配管１１は、複数の並列な流路が形成されるように途中で分岐している。図２に示すガスクーラ２の例では、冷媒配管１１が第一冷媒配管１１１、第二冷媒配管１１２、第三冷媒配管１１３及び第四冷媒配管１１４に分岐している。第一冷媒配管１１１、第二冷媒配管１１２、第三冷媒配管１１３及び第四冷媒配管１１４は、熱媒体配管１０に形成された４条の螺旋溝１０１に沿ってそれぞれ螺旋状に巻き付いた状態で嵌め込まれている。
【００２０】
上記のように構成された実施の形態１のガスクーラ２では、冷媒配管１１を複数の冷媒配管に分岐させた上で熱媒体配管１０の螺旋溝に嵌め込む構成のため、冷媒配管１１と熱媒体配管１０との接触伝熱面積を拡大させることができる。また、隣接する冷媒配管同士の接触を防ぐこともできるので、熱漏洩を防止することができる。また、冷媒配管１１の分岐数を変更することにより、冷媒配管１１と熱媒体配管１０との接触伝熱面積を変えることができるので、流路設計の最適化を容易に行うことが可能となる。
【００２１】
また、図１に示すように、ガスクーラ２は、圧縮機１及びサクションマフラー８の外周側に巻回して配置される。より詳しくは、ガスクーラ２は、冷媒配管１１が巻き付けられた熱媒体配管１０が筒状に巻き回されることにより、ガスクーラ２に周囲を覆われた空間が形成される。圧縮機１及びサクションマフラー８は、この空間内に配置される。
【００２２】
上述したように、冷凍サイクルを動作させると圧縮機１の温度は上昇する。特に、冷媒にＣＯ２冷媒を使用している場合には、高圧冷媒の圧力が超臨界圧となるため、圧縮機１の温度上昇が顕著となる。この場合、圧縮機１から外気への放熱が活発に行なわれてシステムの熱損失が増大してしまう。
【００２３】
ここで、ガスクーラ２の冷媒配管１１には圧縮機１で圧縮された高温の冷媒が流通するため、ガスクーラ２の周囲の温度は上昇する。実施の形態１のヒートポンプシステムでは、ガスクーラ２が圧縮機１の周囲に巻き付くように配置されているので、圧縮機１の周囲が高温に保たれる。これにより、圧縮機１からの放熱が抑制されるので、熱損失によるシステムのエネルギ効率低下を抑制することができる。
【００２４】
また、実施の形態１のシステムでは、熱媒体配管１０の螺旋溝に冷媒配管１１を巻き付けて嵌め込む構成のため、圧縮機１に対して冷媒配管１１が熱媒体配管１０よりもより近接した範囲を覆うこととなる。これにより、圧縮機１の周囲をより高温に維持することができるので、圧縮機１からの放熱による熱損失を抑える効果をより高めることができる。
【００２５】
また、実施の形態１のシステムでは、冷媒配管１１を分岐させて熱媒体配管１０に巻き付けているため、冷媒配管１１が外部空間に接する面積が熱媒体配管１０のそれよりも大きくなっている。これにより、冷媒配管１１が圧縮機１に対面する範囲が熱媒体配管１０のそれよりも大きく確保されるため、圧縮機１からの放熱による熱損失を抑える効果をより高めることができる。
【００２６】
また、実施の形態１のシステムでは、ガスクーラ２に周囲を覆われた空間内に、圧縮機１とともにサクションマフラー８が配置されている。これにより、サクションマフラー８も高温に維持することができるので、サクションマフラー８を通過する冷媒にも熱を与えることができる。これにより、圧縮機１に導入される冷媒の温度が高まるので、圧縮機１からガスクーラ２へと導入される冷媒の温度を効果的に高めてシステム効率を高めることができる。
【００２７】
ところで、上述した実施の形態１のヒートポンプシステムでは、冷媒配管１１が巻き付けられた熱媒体配管１０を筒状に巻き回してガスクーラ２に周囲を覆われた空間を形成することとした。しかしながら、ガスクーラ２の形状はこれに限られず、ガスクーラ２に周囲を覆われた空間を形成できるのであれば、熱媒体配管１０の取り回しに限定はない。
【符号の説明】
【００２８】
１００  ヒートポンプユニット、  １  圧縮機、  ２  ガスクーラ、  ３  減圧装置、  ４  蒸発器、  ５  冷媒回路、  ６  ファン、  ７  ファンモータ、  ８  サクションマフラー、  １０  熱媒体配管、  １０１  螺旋溝、  １１  冷媒配管、  １１１  第一冷媒配管、  １１２  第二冷媒配管、  １１３  第三冷媒配管、  １１４  第四冷媒配管、  ２００  タンクユニット、  ２０  蓄熱槽、  ２１  戻り配管、  ２２  送り配管
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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