(57)【要約】【課題】高効率で小型のヒートポンプ加熱装置を提供することを目的とする。【解決手段】圧縮機１、放熱器１次側２ａ、膨張弁３、蒸発器４、熱交換器１次側５ａを順に接続し、冷媒が循環する冷媒回路と、熱交換器２次側５ｂ、放熱器２次側２ｂを接続し、被加熱流体が循環する加熱回路とを備えたもので、冷媒流路の長さを大幅に増加することなく、被加熱流体の熱を熱交換器５において、圧縮機１入口冷媒に熱移動させることで、吐出温度を上昇させ、その結果、放熱器１次側２ａの入口温度を高温にすることにより、性能を低下させることなく高能力を出すことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、放熱器１次側、膨張弁、蒸発器、熱交換器１次側を順に接続し、冷媒が循環する冷媒回路と、熱交換器２次側、放熱器２次側を接続し、被加熱流体が循環する加熱回路とを備えたヒートポンプ加熱装置。
【請求項２】
熱交換器２次側をバイパスするよう加熱回路に設けた熱交換器バイパス回路と、前記熱交換器バイパス回路に設けたバイパス量制御弁とを備えた請求項１項記載のヒートポンプ加熱装置。
【請求項３】
放熱器１次側の出口温度を検出する温度検値手段と、バイパス量制御弁の動作を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記バイパス量制御弁の動作を、前記温度検知手段の検出値に基づいて制御する請求項２記載のヒートポンプ加熱装置。
【請求項４】
放熱器１次側の出口温度を検出する温度検知手段と、蒸発器２次側に空気を供給するファンと、前記ファンの動作を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記ファンの動作を、前記温度検知手段の検出値に基づいて制御する請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒートポンプ加熱装置。
【請求項５】
膨張弁、蒸発器をバイパスするよう冷媒回路に設けた蒸発器バイパス回路と、前記蒸発器バイパス回路に設けた流量制御弁と、前記膨張弁、前記流量制御弁の動作を制御する制御装置とを備えた請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒートポンプ加熱装置。
【請求項６】
放熱器１次側の流路途中から分岐し、蒸発器、熱交換器の間に接続するよう冷媒回路に設けた放熱器１次側分岐回路と、前記放熱器１次側分岐回路に設けた流量制御弁と、膨張弁、前記流量制御弁の動作を制御する制御装置とを備えた請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒートポンプ加熱装置。
【請求項７】
放熱器２次側をバイパスするよう加熱回路に設けた放熱器２次側バイパス回路と、前記放熱器２次側バイパス回路に設けた流量制御弁と、前記流量制御弁の下流側に設けた温度検知手段と、前記流量制御弁の動作を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記流量制御弁の動作を、前記温度検知手段の検出値に基づいて制御する請求項１記載のヒートポンプ加熱装置。
【請求項８】
放熱器２次側の流路途中から分岐し、放熱器２次側の下流側に接続するよう加熱回路に設けた放熱器２次側バイパス回路と、前記放熱器２次側バイパス回路に設けた流量制御弁と、前記流量制御弁の下流側に設けた温度検知手段と、前記流量制御弁の動作を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記流量制御弁の動作を、前記温度検知手段の検出値に基づいて制御する請求項１記載のヒートポンプ加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給湯および暖房等の加熱に用いられるヒートポンプ加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のヒートポンプ加熱装置で特にＣＯ２を冷媒とする給湯および暖房装置は、放熱器の被加熱流体の温度が高い場合は能力が低下するため、放熱器出口の冷媒と圧縮器入口の冷媒とを熱交換する熱交換器を設け、圧縮器出口の温度を高温にして放熱器１次側の入口温度を高温にすることにより、能力を確保している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図９は、特許文献１に記載された従来のヒートポンプ加熱装置を示すものである。図９に示すように、圧縮機１と、放熱器２と、膨張弁３と、蒸発器４と、熱交換器５とから構成されている。
【特許文献１】特開２００４−１０１１４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の構成では、冷媒回路の内部熱を交換するための熱交換器を設けることにより、冷媒流路の長さが増加し、圧力損失が増加して、効率が低下していた。さらに、給湯暖房装置などの運転条件の広範囲なシステムに適用する場合、冷媒量調整のためのレシーバを設置する必要があり装置が大型になるなどの課題を有していた。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、高効率で小型のヒートポンプ加熱装置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】
【０００６】
前記従来の課題を解決するために、本発明のヒートポンプ加熱装置は、圧縮機、放熱器１次側、膨張弁、蒸発器、熱交換器１次側を順に接続し、冷媒が循環する冷媒回路と、熱交換器２次側、放熱器２次側を接続し、被加熱流体が循環する加熱回路とを備えたもので、冷媒流路の長さを大幅に増加することなく、被加熱流体の熱を熱交換器において、圧縮機入口冷媒に熱移動させることで、吐出温度を上昇させ、その結果、放熱器１次側の入口温度を高温にすることにより、性能を低下させることなく高能力を出すことができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、被加熱流体の温度が高い場合においても、大能力を発揮することができ、高性能で小型のヒートポンプ加熱装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
第１の発明は、圧縮機、放熱器１次側、膨張弁、蒸発器、熱交換器１次側を順に接続し、冷媒が循環する冷媒回路と、熱交換器２次側、放熱器２次側を接続し、被加熱流体が循環する加熱回路とを備えたもので、冷媒回路の配管長さを大幅に増加させることなく、圧縮機の吐出温度を高くして被加熱流体の温度を高温化することができるため、冷媒回路の圧力損失を低く抑えて高い効率で高能力を得ることができる。
【０００９】
第２の発明は、熱交換器２次側をバイパスするよう加熱回路に設けた熱交換器バイパス回路と、前記熱交換器バイパス回路に設けたバイパス量制御弁とを備えたもので、熱交換
器の能力を制御して、放熱器２次側の入口温度を一定に保つことができ、冷媒回路内の冷媒分布を一定の状態に保つことができる。
【００１０】
第３の発明は、放熱器１次側の出口温度を検出する温度検値手段と、バイパス量制御弁の動作を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記バイパス量制御弁の動作を、前記温度検知手段の検出値に基づいて制御するもので、被加熱流体の温度が変化した場合においても、放熱器１次側の出口温度を一定の値に保つことができ、サイクル変動を抑えて運転を安定化することができる。
【００１１】
第４の発明は、放熱器１次側の出口温度を検出する温度検知手段と、蒸発器２次側に空気を供給するファンと、前記ファンの動作を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記ファンの動作を、前記温度検知手段の検出値に基づいて制御するもので、蒸発器の能力を変化させることにより、放熱器１次側の出口温度を一定の値に保つことができ、サイクル変動を抑えて運転を安定化することができる。
【００１２】
第５の発明は、膨張弁、蒸発器をバイパスするよう冷媒回路に設けた蒸発器バイパス回路と、前記蒸発器バイパス回路に設けた流量制御弁と、前記膨張弁、前記流量制御弁の動作を制御する制御装置とを備えたもので、蒸発器の能力を変化させることにより、放熱器１次側の出口温度を一定の値に保つことができ、サイクル変動を抑えて運転を安定化することができる。
【００１３】
第６の発明は、放熱器１次側の流路途中から分岐し、蒸発器、熱交換器の間に接続するよう冷媒回路に設けた放熱器１次側分岐回路と、前記放熱器１次側分岐回路に設けた流量制御弁と、膨張弁、前記流量制御弁の動作を制御する制御装置とを備えたもので、圧縮機を一定運転の状態で放熱器の能力を変化させることができ、サイクル変動を抑えて運転を安定化することにより耐久性に優れた装置を実現することができる。
【００１４】
第７の発明は、放熱器２次側をバイパスするよう加熱回路に設けた放熱器２次側バイパス回路と、前記放熱器２次側バイパス回路に設けた流量制御弁と、前記流量制御弁の下流側に設けた温度検知手段と、前記流量制御弁の動作を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記流量制御弁の動作を、前記温度検知手段の検出値に基づいて制御するもので、外気温の変動などにより放熱器の能力が変化した場合でも、圧縮機の運転を急激に変化させることなく被加熱流体を一定の温度に加熱することができる。
【００１５】
第８の発明は、放熱器２次側の流路途中から分岐し、放熱器２次側の下流側に接続するよう加熱回路に設けた放熱器２次側バイパス回路と、前記放熱器２次側バイパス回路に設けた流量制御弁と、前記流量制御弁の下流側に設けた温度検知手段と、前記流量制御弁の動作を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記流量制御弁の動作を、前記温度検知手段の検出値に基づいて制御するもので、放熱器の能力が変化した場合でも、圧縮機の運転を急激に変化させることなく被加熱流体を一定の温度に加熱することができるとともに、高圧を低下させて効率を向上することができる。
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものでない。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ加熱装置の構成図を示すものである。
【００１８】
図１において、１次側となる冷媒回路６は、圧縮機１と放熱器２と膨張弁３と蒸発器４
と熱交換器５とを順に接続して構成し、２次側となる加熱回路７は、蓄熱槽８と循環ポンプ９と熱交換器５と放熱器２とを順に接続して構成している。
【００１９】
以上のように構成されたヒートポンプ加熱装置について、以下、その動作、作用を説明する。
【００２０】
まず、冷媒回路６内の冷媒は、圧縮機１で高温高圧にして放熱器１次側２ａに送り、被加熱水に放熱した後、膨張弁３で低温低圧にして蒸発器４に送り、ファン１０で供給される２次側流体である空気から熱を吸収する。さらに蒸発器４から出た冷媒は、熱交換器５の熱交換器２次側５ｂを流れる被加熱水で加熱され、熱交換器１次側５ａを出て、圧縮機１に再び吸入される。この時、貯湯槽８内の被加熱水は、循環ポンプ９により、熱交換器２次側５ｂから放熱器２次側２ｂを流れて、前記放熱器２次側２ｂにて前記冷媒より吸熱し高温になり、貯湯槽８の上部に蓄えられる。
【００２１】
貯湯槽８内の温度が高温の場合、例えば、ＣＯ２冷媒などの臨界点を超えるときは、高圧側のエンタルピー差が著しく少なくなるため効率が低下するが、前記構成では圧縮機１の吸入温度を熱交換器５により上昇させ、吐出温度を上げてエンタルピー差を拡大しているため、効率を高く維持することができる。さらに、熱交換器５の冷媒流路は、放熱器１次側２ａだけであるので、冷媒流路の長さも大幅に増加することが無いので圧力損失による効率低下も少なくすることができる。
【００２２】
（実施の形態２）
図２は、本発明の第２の実施の形態のヒートポンプ加熱装置の構成図を示すものである。
【００２３】
本実施の形態では、冷媒回路６に熱交換器２次側５ｂをバイパスする熱交換器バイパス配管１１と、熱交換器バイパス配管１１に設けたバイパス量制御弁１２とを設けている。
【００２４】
以上のように構成されたヒートポンプ加熱装置について、以下、その動作、作用を説明する。
【００２５】
まず、蓄熱槽８内から循環ポンプ９で送られる被加熱水の温度が十分に低い時は、バイパス量制御弁１２で熱交換器バイパス配管１１に被加熱水を流して放熱器２次側２ｂに直接に被加熱水を流すことにより、放熱器２でのエンタル−ピ差を大きく設定することができ、能力、効率とも大きな値を得ることができる。
【００２６】
一方、被加熱水の温度が高い時は、バイパス量制御弁１２を熱交換器５側に流れるように制御し、高温の被加熱水で圧縮機１の吸入冷媒を加熱することにより、圧縮機１の吐出温度即ち放熱器１次側２ａの入口温度を高くすることができるので、高能力高効率で運転することができる。
【００２７】
（実施の形態３）
図３は、本発明の第３の実施の形態のヒートポンプ加熱装置装置の構成図を示すものである。
【００２８】
本実施の形態では、冷媒回路６に放熱器１次側２ａの出口温度を検出する温度検知手段１３と、温度検知手段１３の検出値に応じてバイパス量制御弁１２を制御する制御装置１４とを設けている。
【００２９】
以上のように構成されたヒートポンプ加熱装置について、以下、その動作、作用を説明
する。
【００３０】
まず、被加熱水の温度が低い時は、熱交換器バイパス配管１１に被加熱水を流し、被加熱水の温度が高い時は、バイパス量制御弁１２は熱交換器５側に被加熱水を流すように制御することにより、温度検知手段１３の検出値に応じて制御器１４でバイパス量制御弁１２を制御する。これにより放熱器１次側２ａの出口温度を一定の値に保つことができる。
【００３１】
このように、サイクル条件を一定にすることにより、冷媒回路内の冷媒分布を一定の状態に保つことができるので、レシーバのような冷媒量調整装置を付加させることなく安定した運転を実現することができる。
【００３２】
（実施の形態４）
図４は、本発明の第４の実施の形態のヒートポンプ加熱装置の構成図を示すものである。
【００３３】
本実施の形態では、放熱器１次側２ａの出口温度を検出する温度検知手段１３と、温度検知手段１３の検出値に応じて蒸発器２次側に空気を供給するファン１０を制御する制御装置１４とを設けている。
【００３４】
以上のように構成されたヒートポンプ加熱装置について、以下、その動作、作用を説明する。
【００３５】
まず、温度検知手段１３で検出された温度が所定の温度より低い場合は、ファン１０の回転を低くし、逆に所定の温度より高い時はファン１０の回転を高くするように制御装置１４で制御することにより、放熱器１次側２ａの出口温度を一定に保つことによりサイクルの状態を安定に保つことができる。
【００３６】
（実施の形態５）
図５は、本発明の第５の実施の形態のヒートポンプ加熱装置の構成図を示すものである。
【００３７】
本実施の形態では、膨張弁３と蒸発器４とをバイパスする蒸発器バイパス配管１５と、蒸発器バイパス配管１５に設けた流量制御弁１６と、膨張弁３と流量制御弁１６とを制御する制御装置１３とを設けている。
【００３８】
以上のように構成されたヒートポンプ加熱装置について、以下、その動作、作用を説明する。
【００３９】
まず、被加熱水の温度が想定する値より高くなって熱交換器５に流入すると、圧縮機２の吸入ガス温度も上昇して圧縮機１内の温度が許容値をこえる可能性があるが、この時、蒸発器バイパス配管１５に設けた流量制御弁１６を開けることにより、冷媒温度低下させることができる。圧縮機１の出口に設けた温度検知手段１３の検出値に応じて制御装置１３で流量制御弁１６を制御することにより、圧縮機１の出口温度を任意の値に制御することができるので、信頼性の高い高性能の運転を実現することができる。
【００４０】
（実施の形態６）
図６は、本発明の第６の実施の形態のヒートポンプ加熱装置の構成図を示すものである。
【００４１】
本実施の形態では、放熱器１次側２ａの管路途中から分岐して蒸発器４と熱交換器５と
の間に接続する放熱器１次側分岐回路１７と、放熱器１次側分岐回路１７に設けた流量制御弁１６と、膨張弁３と流量制御弁１６を制御する制御装置１３とを設けている。
【００４２】
以上のように構成されたヒートポンプ加熱装置について、以下、その動作、作用を説明する。
【００４３】
まず、放熱器１次側２ａに流入する冷媒は管路途中から分岐して流量制御弁１６を通して蒸発器４を流れる冷媒と合流させて熱交換器５に流すので、圧縮機１を一定運転した状態で放熱器１の能力、即ち加熱能力を制御することができ、耐久性と制御性に優れた装置を実現できる。
【００４４】
（実施の形態７）
図７は、本発明の第７の実施の形態のヒートポンプ加熱装置の構成図を示すものである。
【００４５】
本実施の形態では、放熱器２次側２ｂをバイパスする放熱器２次側バイパス配管１８と、放熱器２次側バイパス配管１８に設けた流量制御弁１６と、流量制御弁１６の下流に設けた温度検知手段１３と、温度検知手段１３の検出値に応じて流量制御弁１６を制御する制御装置１４とを設けている。
【００４６】
以上のように構成されたヒートポンプ加熱装置について、以下、その動作、作用を説明する。
【００４７】
まず、温度検知手段１３の検出値が所定の値以下の場合は、流量制御弁１６の開度を小さくして放熱器２に被加熱水を流し、所定の値より大きい場合は、流量制御弁１６の開度を大きくして、放熱器２次側バイパス配管１８に被加熱水を流すように制御装置１４で制御する。これにより、冷凍サイクル側の運転が不安定な場合でも安定して被加熱水を所定の温度に加熱することができるため、蓄熱槽８の温度成層も安定するので、効率の良い運転ができる。
【００４８】
（実施の形態８）
図８は、本発明の第８の実施の形態のヒートポンプ加熱装置の構成図を示すものである。
【００４９】
本実施の形態では、放熱器２次側２ａの管路途中から分岐して放熱器２次側２ａの出口に配管する放熱器２次側バイパス配管１８と、放熱器２次側バイパス配管１８に設けた流量制御弁１６と、流量制御弁１６の下流に設けた温度検知手段１３と、温度検知手段１３の検出値に応じて流量制御弁１６を制御する制御装置１４とを設けている。
【００５０】
以上のように構成されたヒートポンプ加熱装置について、以下、その動作、作用を説明する。
【００５１】
まず、放熱器２次側２ａに流入する被加熱水の一部は管路途中から分岐して放熱器２次側バイパス配管１８に流し、流量制御弁１６で再度合流して所定の温度にて混合して蓄熱槽８に蓄えることができる。この時、放熱器２次側２ａの出口は高温になるので、流量制御弁１６の手前から取り出すことにより高温水を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
以上のように、本発明にかかるヒートポンプ加熱装置は、被加熱流体が高温の場合でも高能力で高効率を実現でき、冷媒回路内の冷媒分布も一定の状態を保つことができるので
変動の少ない安定した運転ができるので、温水床暖房、浴室暖房乾燥、衣類乾燥機などの用途にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ加熱装置の回路構成図
【図２】本発明の実施の形態２におけるヒートポンプ加熱装置の回路構成図
【図３】本発明の実施の形態３におけるヒートポンプ加熱装置の回路構成図
【図４】本発明の実施の形態４におけるヒートポンプ加熱装置の回路構成図
【図５】本発明の実施の形態５におけるヒートポンプ加熱装置の回路構成図
【図６】本発明の実施の形態６におけるヒートポンプ加熱装置の回路構成図
【図７】本発明の実施の形態７におけるヒートポンプ加熱装置の回路構成図
【図８】本発明の実施の形態８におけるヒートポンプ加熱装置の回路構成図
【図９】従来のヒートポンプ加熱装置の回路構成図
【符号の説明】
【００５４】
１    圧縮機
２    放熱器
２ａ  放熱器１次側
２ｂ  放熱器２次側
３    膨張弁
４    蒸発器
５    熱交換器
５ａ  熱交換器１次側
５ｂ  熱交換器２次側
６    冷媒回路
７    加熱回路
８    貯湯槽
９    循環ポンプ
１０  ファン
１１  熱交換器バイパス配管
１２  バイパス量制御弁
１３  温度検知手段
１４  制御装置
１５  蒸発器バイパス配管
１６  流量制御弁
１７  放熱器１次側分岐回路
１８  放熱器２次側バイパス配管
【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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【図８】
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【図９】
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