(57)【要約】【課題】冷熱ヒートポンプと空調ヒートポンプの夫々の冷媒回路が互いに独立するとともに、冷熱ヒートポンプの排熱を空調ヒートポンプで熱回収することができる水冷ヒートポンプ熱源装置を得ること。【解決手段】第１冷熱圧縮機、第１冷熱水冷熱交換器、第４膨張弁及び第１冷熱蒸発器を循環接続した第１冷熱ヒートポンプと、空調圧縮機、四方弁、第１空冷熱交換器、第３開閉弁が並列接続された第３膨張弁、空調水冷熱交換器、第２開閉弁が並列接続された第２膨張弁、第１開閉弁が並列接続された第１膨張弁、空調蒸発器及び前記四方弁を循環接続した空調ヒートポンプと、水ポンプ、前記第１冷熱水冷熱交換器の水通路及び前記空調水冷熱交換器の水通路を循環接続し、前記第１冷熱水冷熱交換器から放熱された熱を前記空調水冷熱交換器で回収する水冷サイクルと、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１冷熱圧縮機、第１冷熱水冷熱交換器、第４膨張弁及び第１冷熱蒸発器を循環接続した第１冷熱ヒートポンプと、
空調圧縮機、四方弁、第１空冷熱交換器、第３開閉弁が並列接続された第３膨張弁、空調水冷熱交換器、第２開閉弁が並列接続された第２膨張弁、第１開閉弁が並列接続された第１膨張弁、空調蒸発器及び前記四方弁を循環接続した空調ヒートポンプと、
水ポンプ、前記第１冷熱水冷熱交換器の水通路及び前記空調水冷熱交換器の水通路を循環接続し、前記第１冷熱水冷熱交換器から放熱された熱を前記空調水冷熱交換器で回収する水冷サイクルと、
を備えることを特徴とする水冷ヒートポンプ熱源装置。
【請求項２】
前記第１空冷熱交換器と第３膨張弁の間の管路と、前記第２膨張弁と前記第１膨張弁の間の管路と、を第４開閉弁を介して接続する第１バイパス回路を設けたことを特徴とする請求項１に記載の水冷ヒートポンプ熱源装置。
【請求項３】
前記空調水冷熱交換器と前記第２膨張弁の間の管路と、前記空調蒸発器と前記四方弁の間の管路と、を第５開閉弁を介して接続する第２バイパス回路を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の水冷ヒートポンプ熱源装置。
【請求項４】
前記第２膨張弁と前記第１膨張弁の間に第２空冷熱交換器を接続したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の水冷ヒートポンプ熱源装置。
【請求項５】
第２冷熱圧縮機、第２冷熱水冷熱交換器、第６膨張弁及び第２冷熱蒸発器を循環接続した第２冷熱ヒートポンプをさらに備え、
前記第２冷熱水冷熱交換器の水通路を前記水冷サイクルにおける第１冷熱水冷熱交換器の水通路の上流側に接続したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の水冷ヒートポンプ熱源装置。
【請求項６】
前記第１冷熱ヒートポンプは、冷蔵庫用のヒートポンプであり、前記第２冷熱ヒートポンプは、冷凍庫用のヒートポンプであることを特徴とする請求項５に記載の水冷ヒートポンプ熱源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷蔵庫用、冷凍庫用又は冷却器用等の冷熱ヒートポンプと空調ヒートポンプとを組合せた水冷ヒートポンプ熱源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の水冷ヒートポンプを備えた空調熱源装置であって、低温の熱源水が流れる低温側配管と、高温の熱源水が流れる高温側配管と、各水冷ヒートポンプについて、前記高温側配管から前記低温側配管へ向けて熱源水が流れる状態と、前記低温側配管から前記高温側配管へ向けて熱源水が流れる状態とを切り替える方向切替手段と、前記高温側配管と、前記低温側配管との熱収支のバランスをとる熱バランス手段と、を備え、前記熱バランス手段は、前記高温側配管の熱源水を冷却して前記低温側配管に供給する高温熱源水冷却手段と、前記低温側配管の熱源水を加熱して前記高温側配管に供給する低温熱源水過熱手段と、前記高温側配管及び前記低温側配管の熱源水の温度に応じて前記高温熱源水冷却手段及び低温熱源水加熱手段を制御する制御手段とを有する空調熱源装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３１５６２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載された従来の技術は、高温熱源水冷却手段及び低温熱源水加熱手段を動作させずに、水冷ヒートポンプを運転することができない、という問題がある。例えば、水冷ヒートポンプの暖房運転では、低温熱源水加熱手段により温水を作る必要があり、一方、水冷ヒートポンプの冷房運転では、高温熱源水冷却手段により冷水を作る必要がある。
【０００５】
また、熱回収運転（複数の冷水ヒートポンプの冷房と暖房の混在運転）では、水温調節が必要であり、低温熱源水加熱手段及び高温熱源水冷却手段の両方を動作させ、きめ細かく制御する必要がある。
【０００６】
さらに、水冷ヒートポンプの凝縮器は、水循環のみを利用して冷媒の凝縮を行う仕組みであり、冷房運転時において、凝縮器を通過する水は温水となり、その温水の冷却に使用される高温熱源水冷却手段として大型の冷却塔に加えて水循環回路や水ポンプ等が必要となる。その結果、装置が大型化し、設置スペースが増大し、コストが増大する、という問題がある。
【０００７】
また、水冷ヒートポンプの暖房運転時には、低温熱源水加熱手段として、例えば、電気ヒータ又は高温熱源水冷却手段の排熱の利用が考えられるが、高温熱源水冷却手段が停止した場合、水冷ヒートポンプの熱源は電気ヒータのみとなり、省エネルギー技術とは言い難い。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、冷熱ヒートポンプと空調ヒートポンプの夫々の冷媒回路が互いに独立するとともに、冷熱ヒートポンプの排熱を空調ヒートポンプで熱回収することができる水冷ヒートポンプ熱源装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、第１冷熱圧縮機、第１冷熱水冷熱交換器、第４膨張弁及び第１冷熱蒸発器を循環接続した第１冷熱ヒートポンプと、空調圧縮機、四方弁、第１空冷熱交換器、第３開閉弁が並列接続された第３膨張弁、空調水冷熱交換器、第２開閉弁が並列接続された第２膨張弁、第１開閉弁が並列接続された第１膨張弁、空調蒸発器及び前記四方弁を循環接続した空調ヒートポンプと、水ポンプ、前記第１冷熱水冷熱交換器の水通路及び前記空調水冷熱交換器の水通路を循環接続し、前記第１冷熱水冷熱交換器から放熱された熱を前記空調水冷熱交換器で回収する水冷サイクルと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明にかかる水冷ヒートポンプ熱源装置は、第１冷熱ヒートポンプと空調ヒートポンプの夫々の冷媒回路が互いに独立しているので、夫々のヒートポンプのサービス性が高い、という効果を奏する。また、第１冷熱ヒートポンプの排熱を空調ヒートポンプで熱回収することができる。また、水冷サイクルは、閉回路であり、コンパクトでサービス性が高い。また、第１冷熱ヒートポンプと空調ヒートポンプの同時運転又は個別運転が可能であり、幅広い運転パターンで運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明にかかる水冷ヒートポンプ熱源装置の実施例１を示す回路図である。
【図２】図２は、水冷ヒートポンプ熱源装置の運転パターンと各機器のＯＮ−ＯＦＦ状態を示す図である。
【図３】図３は、本発明にかかる水冷ヒートポンプ熱源装置の実施例２を示す回路図である。
【図４】図４は、本発明にかかる水冷ヒートポンプ熱源装置の実施例３を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明にかかる水冷ヒートポンプ熱源装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明にかかる水冷ヒートポンプ熱源装置の実施例１を示す回路図であり、図２は、水冷ヒートポンプ熱源装置の運転パターンと各機器のＯＮ−ＯＦＦ状態を示す図である。図１に示すように、実施例１の水冷ヒートポンプ熱源装置９１は、夫々独立した、空調ヒートポンプ１０と、冷蔵機器、冷凍機器又は冷却機器用の第１冷熱ヒートポンプ３０と、水冷サイクル５０と、を備えている。
【００１４】
空調ヒートポンプ１０は、空調圧縮機１１、四方弁１２、第１空冷熱交換器１３ａ、第３開閉弁ＳＶ３が並列接続された第３膨張弁ＥＶ３、空調水冷熱交換器１５、第２開閉弁ＳＶ２が並列接続された第２膨張弁ＥＶ２、第２空冷熱交換器１３ｂ、第１開閉弁ＳＶ１が並列接続された第１膨張弁ＥＶ１、空調蒸発器１７、前記四方弁１２を直列に循環接続した冷媒循環回路１０ａを有している。
【００１５】
また、空調ヒートポンプ１０は、第１空冷熱交換器１３ａと第３膨張弁ＥＶ３の間の管路と、第２膨張弁ＥＶ２と第２空冷熱交換器１３ｂの間の管路と、を第４開閉弁ＳＶ４を介して接続する第１バイパス回路１０ｂを有している。
【００１６】
また、空調ヒートポンプ１０は、空調水冷熱交換器１５と第２膨張弁ＥＶ２の間の管路と、空調蒸発器１７と四方弁１２の間の管と、を第５開閉弁ＳＶ５を介して接続する第２バイパス回路１０ｃを有している。
【００１７】
第１バイパス回路１０ｂは、第１空冷熱交換器１３ａで放熱された冷媒を、水冷ヒートポンプ熱源装置９１の後述の運転パターンに応じて、空調水冷熱交換器１５をバイパスさせて循環させる。第２バイパス回路１０ｃは、空調水冷熱交換器１５で冷却された冷媒を、同様に運転パターンに応じて、空調蒸発器１７をバイパスさせて循環させる。
【００１８】
第１冷熱ヒートポンプ３０は、上流側から、第１冷熱圧縮機３１、第１冷熱水冷熱交換器３５、第４膨張弁ＥＶ４、第１冷熱蒸発器３７、を直列に循環接続する冷媒循環回路である。水冷サイクル５０は、上流側から、水ポンプ５１、第１冷熱水冷熱交換器の水通路３５ａ、空調水冷熱交換器の水通路１５ａ、を直列に循環接続する水循環回路である。
【００１９】
水冷ヒートポンプ熱源装置９１の上述の各機器は、図示しない制御装置により後述の指令された運転パターンに応じてＯＮ−ＯＦＦ制御される。
【００２０】
以上説明したように、空調ヒートポンプ１０と、第１冷熱ヒートポンプ３０と、水冷サイクル５０とは、独立循環回路であり、それぞれ個別に運転することができ、一つが故障しても、他は運転することができる。また、冷媒も異なったものを使用することができる。
【００２１】
次に、図１及び図２を参照して、実施例１の水冷ヒートポンプ熱源装置９１の運転動作について説明する。まず、冷熱・暖房運転（熱回収運転）の場合は、図１に示す各機器のＯＮ−ＯＦＦは、図２の（１）の状態となる。
【００２２】
図１及び図２の（１）に示すように、第１冷熱ヒートポンプ３０においては、第１冷熱圧縮機３１から吐出された高温冷媒は、第１冷熱水冷熱交換器３５で放熱し、第４膨張弁ＥＶ４で減圧膨張し、第１冷熱蒸発器３７で蒸発して図示しない冷熱機器（冷蔵庫、冷凍庫又は冷却器等）の冷却を行い、第１冷熱圧縮機３１に戻る。
【００２３】
空調ヒートポンプ１０においては、空調圧縮機１１から吐出された高温冷媒は、四方弁１２を通って空調蒸発器１７で放熱して図示しない空調機器により暖房を行い、第１開閉弁ＳＶ１及び第２空冷熱交換器１３ｂを通って第２膨張弁ＥＶ２で減圧膨張し、空調水冷熱交換機１５で第１冷熱水冷熱交換器３５で放熱された熱を回収し、第３開閉弁ＳＶ３、第１空冷熱交換機１３ａ及び四方弁１２を通って空調圧縮機１１に戻る。
【００２４】
水冷サイクル５０においては、水ポンプ５１から吐出された冷却水は、第１冷熱水冷熱交換器の水通路３５ａで第１冷熱ヒートポンプ３０から吸熱し、この熱量を、空調水冷熱交換器の水通路１５ａで空調ヒートポンプ１０に放熱し、効率の良い暖房運転を行なう。
【００２５】
次に、冷熱・冷房運転の場合は、図１に示す各機器のＯＮ−ＯＦＦは、図２の（２）の状態となる。第１冷熱ヒートポンプ３０においては、第１冷熱圧縮機３１から吐出された高温冷媒は、第１冷熱水冷熱交換器３５で放熱し、第４膨張弁ＥＶ４で減圧膨張し、第１冷熱蒸発器３７で蒸発して図示しない冷熱機器の冷却を行い、第１冷熱圧縮機３１に戻る。
【００２６】
空調ヒートポンプ１０においては、空調圧縮機１１から吐出された高温冷媒は、四方弁１２を通って第１空冷熱交換器１３ａで放熱し、一部の冷媒が、第１バイパス回路１０ｂの第４開閉弁ＳＶ４を通って第２空冷熱交換器１３ｂでさらに放熱し、第１電磁膨張弁ＥＶ１で減圧膨張し、空調蒸発器１７で蒸発して図示しない空調機器により冷房を行い、四方弁１２を通って空調圧縮機１１に戻る。
【００２７】
また、第１空冷熱交換器１３ａで放熱した一部の冷媒は、第３膨張弁ＥＶ３で減圧膨張し、空調水冷熱交換器１５で第１冷熱水冷熱交換器３５で放熱された熱を回収し、第２バイパス回路１０ｃの第５開閉弁ＳＶ５及び四方弁１２を通って空調圧縮機１１に戻る。
【００２８】
水冷サイクル５０においては、水ポンプ５１から吐出された冷却水は、第１冷熱水冷熱交換器の水通路３５ａで第１冷熱ヒートポンプ３０から吸熱し、この熱量を、空調水冷熱交換器の水通路１５ａで空調ヒートポンプ１０に放熱し、効率の良い冷却運転を行なう。
【００２９】
冷熱運転のみを行なう場合は、図１に示す各機器のＯＮ−ＯＦＦは、図２の（３）の状態となる。図１及び図２の（３）に示すように、第１冷熱ヒートポンプ３０においては、第１冷熱圧縮機３１から吐出された高温冷媒は、第１冷熱水冷熱交換器３５で放熱し、第４膨張弁ＥＶ４で減圧膨張し、第１冷熱蒸発器３７で蒸発して図示しない冷熱機器の冷却を行い、第１冷熱圧縮機３１に戻る。
【００３０】
空調ヒートポンプ１０においては、空調圧縮機１１から吐出された高温冷媒は、四方弁１２を通って第１空冷熱交換器１３ａで放熱し、第３膨張弁ＥＶ３で減圧膨張し、空調水冷熱交換器１５で第１冷熱水冷熱交換器３５で放熱された熱を回収し、第２バイパス回路１０ｃの第５開閉弁ＳＶ５及び四方弁１２を通って空調圧縮機１１に戻る。
【００３１】
水冷サイクル５０においては、水ポンプ５１から吐出された冷却水は、第１冷熱水冷熱交換器の水通路３５ａで第１冷熱ヒートポンプ３０から吸熱し、この熱量を、空調水冷熱交換器の水通路１５ａで空調ヒートポンプ１０に放熱し、効率の良い冷却運転を行なう。
【００３２】
冷房運転のみを行なう場合は、図１に示す各機器のＯＮ−ＯＦＦは、図２の（４）の状態となる。図１及び図２の（４）に示すように、空調ヒートポンプ１０においては、空調圧縮機１１から吐出された高温冷媒は、四方弁１２を通って第１空冷熱交換器１３ａで放熱し、第１バイパス回路１０ｂの第４開閉弁ＳＶ４を通って第２空冷熱交換器１３ｂでさらに放熱し、第１膨張弁ＥＶ１で減圧膨張し、空調蒸発器１７で蒸発して図示しない空調機器により冷房を行い、四方弁１２を通って空調圧縮機１１に戻る。第１冷熱ヒートポンプ３０及び水冷サイクル５０は、運転しない。
【００３３】
暖房運転のみを行なう場合は、図１に示す各機器のＯＮ−ＯＦＦは、図２の（５）の状態となる。図１及び図２の（５）に示すように、空調ヒートポンプ１０においては、空調圧縮機１１から吐出された高温冷媒は、四方弁１２を通って空調蒸発器１７で放熱して図示しない空調機器により暖房を行い、第１膨張弁ＥＶ１で減圧膨張し、第２空冷熱交換器１３ｂで放熱し、第１バイパス回路１０ｂの第４開閉弁ＳＶ４を通って第１空冷熱交換器１３ａでさらに放熱し、四方弁１２を通って空調圧縮機１１に戻る。第１冷熱ヒートポンプ３０及び水冷サイクル５０は、運転しない。
【００３４】
以上説明したように、実施例１の水冷ヒートポンプ熱源装置９１は、第１冷熱ヒートポンプ３０と空調ヒートポンプ１０の夫々の冷媒回路が互いに独立しているので、夫々のヒートポンプ３０、１０のサービス性が高い。また、第１冷熱ヒートポンプ３０の排熱を空調ヒートポンプ１０で熱回収することができる。また、水冷サイクル５０は、閉回路であり、コンパクトでサービス性が高い。また、第１冷熱ヒートポンプ３０と空調ヒートポンプ１０の同時運転又は個別運転が可能であり、幅広い運転パターンで運転することができる。
【実施例２】
【００３５】
図３は、本発明にかかる水冷ヒートポンプ熱源装置の実施例２を示す回路図である。図３に示すように、実施例２の水冷ヒートポンプ熱源装置９２が実施例１の水冷ヒートポンプ熱源装置９１と異なるところは、空調ヒートポンプ１０の第２空冷熱交換器１３ｂを備えていないことのみであり、他の部分は実施例１の水冷ヒートポンプ熱源装置９１と異なるところはない。
【００３６】
空調ヒートポンプ１０の容量が小さい場合、また、空調ヒートポンプ１０の容量が同じであっても第１空冷熱交換器１３ａの容量を大きくすることにより、第２空冷熱交換器１３ｂは、不要となる。実施例２の水冷ヒートポンプ熱源装置９２の各運転パターン毎の各機器のＯＮ−ＯＦＦ制御は、実施例１の水冷ヒートポンプ熱源装置９１と同様である。
【実施例３】
【００３７】
図４は、本発明にかかる水冷ヒートポンプ熱源装置の実施例３を示す回路図である。図４に示すように、実施例３の水冷ヒートポンプ熱源装置９３が実施例１の水冷ヒートポンプ熱源装置９１と異なるところは、第１冷熱ヒートポンプ３０の他に第２冷熱ヒートポンプを備えることであり、他の部分は実施例１の水冷ヒートポンプ熱源装置９１と異なるところはない。
【００３８】
第２冷熱ヒートポンプ６０は、上流側から、第２冷熱圧縮機６１、第２冷熱水冷熱交換器６５、第６膨張弁ＥＶ６、第２冷熱蒸発器６７、を直列に循環接続する冷媒循環回路である。この場合、水冷サイクル５０は、上流側から、水ポンプ５１、第２冷熱水冷熱交換器の水通路６５ａ、第１冷熱水冷熱交換器の水通路３５ａ、空調水冷熱交換器の水通路１５ａ、を直列に循環接続する水循環回路とする。また、水ポンプ５１と第１冷熱水冷熱交換器の水通路３５ａを第６開閉弁ＳＶ６を介して接続するバイパス路を設ける。
【００３９】
第１冷熱ヒートポンプ３０が運転され、第２冷熱ヒートポンプ６０が運転されていないときに、第６開閉弁ＳＶ６をＯＮにして水ポンプ５１からの水を、第２冷熱水冷熱交換器の水通路６５ａとバイパス路の両方を通すようにすれば、水冷サイクル５０の圧力損失を軽減することができる。実施例３の水冷ヒートポンプ熱源装置９３は、第１冷熱ヒートポンプ３０を冷蔵庫用とし、第２冷熱ヒートポンプ６０を冷凍庫用とすることができる。
【００４０】
実施例３の水冷ヒートポンプ熱源装置９３の各運転パターン毎の各機器のＯＮ−ＯＦＦ制御は、実施例１の水冷ヒートポンプ熱源装置９１と同様である。
【００４１】
なお、実施例１〜３の水冷ヒートポンプ熱源装置９１〜９３において、各開閉弁は、電磁開閉弁を用い、各膨張弁は、電子膨張弁を用いるとよい。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
以上のように、本発明にかかる水冷ヒートポンプ熱源装置は、冷蔵庫用、冷凍庫用又は冷却器用等の冷熱ヒートポンプと空調ヒートポンプとを組合せたマルチ熱源装置に有用である。
【符号の説明】
【００４３】
１０  空調ヒートポンプ
１０ａ  冷媒循環回路
１１  空調圧縮機
１２  四方弁
１３ａ  第１空冷熱交換器
ＥＶ３  第３膨張弁
ＳＶ３  第３開閉弁
１５  空調水冷熱交換器
ＥＶ２  第２膨張弁
ＳＶ２  第２開閉弁
１３ｂ  第２空冷熱交換器
ＥＶ１  第１膨張弁
ＳＶ１  第１開閉弁
１７  空調蒸発器
１０ｂ  第１バイパス回路
ＳＶ４  第４開閉弁
１０ｃ  第２バイパス回路
ＳＶ５  第５開閉弁
３０  第１冷熱ヒートポンプ
３１  第１冷熱圧縮機
３５  第１冷熱水冷熱交換器
ＥＶ４  第４膨張弁
３７  第１冷熱蒸発器
５０  水冷サイクル
５１  水ポンプ
３５ａ  第１冷熱水冷熱交換器の水通路
１５ａ  空調水冷熱交換器の水通路
６０  第２冷熱ヒートポンプ
６１  第２冷熱圧縮機
６５  第２冷熱水冷熱交換器
６５ａ  第２冷熱水冷熱交換器の水通路
ＥＶ６  第６膨張弁
６７  第２冷熱蒸発器
ＳＶ６  第６開閉弁
９１、９２、９３  水冷ヒートポンプ熱源装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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