(57)【要約】【課題】バイパス弁の開閉操作を簡素にし、圧縮機のスペースをとらずに所定の能力を出すことができるヒートポンプユニットを提供する。【解決手段】蒸発器２、圧縮機３、放熱器４、減圧手段５を順次接続して形成された冷媒回路１と、前記放熱器４に接続された水回路７と、前記圧縮機３の吸入側と吐出側とをつなぐバイパス弁６とを備え、前記冷媒回路１に設けられた圧力センサ８、吐出温度センサ９、吸入温度センサ１０、蒸発温度センサ１１などの情報に基づいて前記バイパス弁６を開閉し、吐出側が超臨界状態となった冷媒を循環させるもので、バイパス弁６の開閉操作が簡素になり、圧縮機３のスペースをとらずにヒートポンプユニットをコンパクトにすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発器、圧縮機、放熱器、減圧手段を順次接続して形成された冷媒回路と、前記放熱器に接続された水回路と、前記圧縮機の吸入側と吐出側とをつなぐバイパス弁とを備え、前記冷媒回路に設けられた検出手段の情報に基づいて前記バイパス弁を開閉し、吐出側が超臨界状態となった冷媒を循環させることを特徴としたヒートポンプユニット。
【請求項２】
冷媒回路が予め定められた所定の能力を出すように、圧縮機の周波数、減圧手段、水回路の流量、バイパス弁の開度が制御されることを特徴とした請求項１に記載のヒートポンプユニット。
【請求項３】
冷媒回路は、成績係数（ＣＯＰ）が最大となるように制御されることを特徴とした請求項１又は２に記載のヒートポンプユニット。
【請求項４】
蒸発器の出口側から圧縮機の吸入側に至る低圧の冷媒配管と、放熱器の出口側から減圧手段の入口側に至る高圧の冷媒配管とで熱交換を行う液ガス熱交換器を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒートポンプユニット。
【請求項５】
液ガス熱交換器において、低圧の冷媒と高圧の冷媒が互いに逆方向に流れる対向流としたことを特徴とする請求項４に記載のヒートポンプユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給湯機器等に使用されるヒートポンプユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の給湯機等に使用されるヒートポンプユニットの冷媒回路として、図５に示されるように、二酸化炭素を冷媒とした冷媒回路５１があり、それは、蒸発器５２、圧縮機５３、放熱器５４、減圧手段５５とから構成されており、圧縮機５３の吸入側と吐出側はキャピラリーチューブ５６、開閉弁５７、冷媒タンク５８とでつながって構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３５４８０１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記従来のヒートポンプユニットの冷媒回路の構成では、冷媒タンク５８で、冷媒量を調整して冷媒循環量や冷凍能力を変えるもので、２つの開閉弁５７の開閉操作が複雑になるという課題を有していた。また、冷媒タンク５８があることで圧縮機５３のスペースが取られるという課題を有していた。なお、給湯の用途の場合は、従来例では、高圧側の放熱器５４の加熱能力も変えることができるので、以下、まとめて能力と呼ぶことにする。
【０００４】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、バイパス弁の開閉操作を簡素にし、圧縮機のスペースをとらずに所定の能力を出すことができるヒートポンプユニット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】
【０００５】
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ユニットは、蒸発器、圧縮機、放熱器、減圧手段を順次接続して形成された冷媒回路と、前記放熱器に接続された水回路と、前記圧縮機の吸入側と吐出側とをつなぐバイパス弁とを備え、前記冷媒回路に設けられた検出手段の情報に基づいて前記バイパス弁を開閉し、吐出側が超臨界状態となった冷媒を循環させるもので、バイパス弁の開閉操作が簡素になり、圧縮機のスペースをとらずにヒートポンプユニットをコンパクトにできる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のヒートポンプユニットは、バイパス弁の開閉操作が簡素化され、圧縮機のスペースをとらずに所定の能力を出すことができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
第１の発明は、蒸発器、圧縮機、放熱器、減圧手段を順次接続して形成された冷媒回路と、前記放熱器に接続された水回路と、前記圧縮機の吸入側と吐出側とをつなぐバイパス弁とを備え、前記冷媒回路に設けられた検出手段の情報に基づいて前記バイパス弁を開閉し、吐出側が超臨界状態となった冷媒を循環させるもので、開閉弁の開閉操作が簡素になり、圧縮機のスペースをとらずにヒートポンプユニットをコンパクトにできる。
【０００８】
第２の発明は、特に、第１の発明の冷媒回路が予め定められた所定の能力を出すように、圧縮機の周波数、減圧手段、水回路の流量、バイパス弁の開度が制御されるもので、高圧や過熱度等を調整して能力を変えることができ、所定の能力を出すことができる。
【０００９】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明の冷媒回路は、成績係数（ＣＯＰ）が最大となるように制御されるもので、少ない消費電力で最大の能力を得ることができる。
【００１０】
第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明の蒸発器の出口側から圧縮機の吸入側に至る低圧の冷媒配管と、放熱器の出口側から減圧手段の入口側に至る高圧の冷媒配管とで熱交換を行う液ガス熱交換器を備えたもので、蒸発器の冷媒入口温度を下げ、蒸発器の吸熱量を多くして能力を増やすことができる。
【００１１】
第５の発明は、特に、第４の発明の液ガス熱交換器において、低圧の冷媒と高圧の冷媒が互いに逆方向に流れる対向流としたもので、熱交換効率を高めることができる。
【００１２】
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はない。
【００１３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるヒートポンプユニットの構成図である。
【００１４】
図１において、冷媒回路１は、蒸発器２、圧縮機３、放熱器４、減圧手段５を順次接続されて構成されている。前記圧縮機３には、その吸入側と吐出側とをつなぐバイパス弁６が分岐して接続され、前記放熱器４は、水回路７を備えている。
【００１５】
冷媒回路１は、冷媒回路１の温度や圧力値の検出手段として圧力センサ８、吐出温度センサ９、吸入温度センサ１０、蒸発温度センサ１１を備えている。
【００１６】
以上のように構成された本実施の形態におけるヒートポンプについて、以下その動作、作用を説明する。
【００１７】
まず、吐出側が超臨界状態となった冷媒が循環して高圧が高くなった場合、圧力センサ８と吐出温度センサ９によって高圧が高い情報が得られる。そこでバイパス弁６を開き、高圧を下げるように動作させる。高圧が低い場合は、同様の手順で、バイパス弁６を閉じる。また、圧縮機３の上流側にある吸入温度センサ１０と、蒸発温度センサ１１により圧縮機３の吸入過熱度の情報が得られ、過熱度が低い場合は、バイパス弁６を開き、過熱度を上げるように動作させる。逆に、過熱度が高い場合は、バイパス弁６を閉じ、過熱度を下げるように動作させる。
【００１８】
更に、冷媒回路１は、圧縮機３の周波数、減圧手段５、水回路７の流量、バイパス弁６の開度を制御することで、予め定められた所定の能力を出すことができる。
【００１９】
以上のように、本実施の形態においては、従来の冷媒タンク５８と２個のキャピラリーチューブ５６及び開閉弁５７が不要となり、バイパス弁６と検出手段を備えることで、バイパス弁６を開閉でき、部品点数を少なくして省スペースでヒートポンプを制御することができる。
【００２０】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２におけるヒートポンプユニットの冷凍サイクルの動きを示した図、図３は、同ヒートポンプユニットにおける消費電力ΔｈＷ、能力ΔｈＱ、ＣＯＰの動きを示した図である。尚、上記第１の実施の形態におけるヒートポンプユニットと同一部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００２１】
本実施の形態におけるヒートポンプユニットの動作、作用を説明する。
【００２２】
まず、図２において、縦軸は圧力、横軸は、比エンタルピを表している。ここでは高圧が超臨界状態となる冷媒の例として二酸化炭素を挙げるが、この冷媒に限定されることなく、他の超臨界状態の冷媒も同じ扱いをするものとする。
【００２３】
高圧が低いときは、実線の冷凍サイクルで、圧縮機３の冷媒の吐出温度はＴ１である。高圧が高いときは、破線の冷凍サイクルで、圧縮機３の吐出温度はＴ２である。また、圧縮機３の消費電力をΔｈＷ、放熱器４での能力をΔｈＱとする。
【００２４】
今、圧縮機３の周波数を増加させる等して、吐出温度Ｔ１の冷凍サイクルから吐出温度Ｔ２の冷凍サイクルへ変化した場合、消費電力ΔｈＷが増加するとともに、能力ΔｈＱも増加する。
【００２５】
図３は、縦軸は、消費電力ΔｈＷ、能力ΔｈＱ、ＣＯＰ（成績係数＝能力ΔｈＱ／消費電力ΔｈＷ）、横軸は、圧縮機３の冷媒の吐出温度である。吐出側が超臨界状態の冷媒の場合、吐出温度を上げていくと高圧も上がり、図２の等温線の性質から、消費電力ΔｈＷの増加に比べて能力ΔｈＱの増加が大きくなって、ＣＯＰが増加していく領域がある。更に吐出温度を上げると、消費電力ΔｈＷの増加に比べて能力ΔｈＱの増加が小さくなって、ＣＯＰが減少していく領域がある。つまり、ＣＯＰが最大点となる吐出温度や高圧が存在する。ＣＯＰが最大となる点は、バイパス弁６の開閉や、圧縮機３の周波数を変える等して実現できる。
【００２６】
以上のように、本実施の形態においては、従来の冷媒タンク５８と２個のキャピラリーチューブ５６及び開閉弁５７が不要となり、バイパス弁６と検出手段を備えて制御することで、効率がよく、スペースをとらないヒートポンプユニットとすることができる。
【００２７】
（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３におけるヒートポンプユニットの構成図である。尚、上記第１の実施の形態におけるヒートポンプユニットと同一部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００２８】
図４において、本実施の形態におけるヒートポンプユニットの冷媒回路１は、蒸発器２の出口側から圧縮機３の吸入側に至る低圧の冷媒配管１３ａと、放熱器４の出口側から減圧手段５の入口側に至る高圧の冷媒配管１３ｂとで熱交換を行う液ガス熱交換器１２を備えた構成となっている。
【００２９】
以上のように構成された本実施の形態におけるヒートポンプについて、以下その動作、作用を説明する。
【００３０】
まず、蒸発器２から出た低圧の冷媒は、それより温度の高い、放熱器４から出た高圧の冷媒と熱交換することで吸熱量を増やすことができる。放熱器４から出た高圧の冷媒は、冷やされることになるので、過冷却域に相当する領域が増えることで、蒸発器２の冷媒入口温度が下がり、蒸発器２の吸熱量が増えて能力を増やすことができる。
【００３１】
更に、液ガス熱交換器１２での低圧の冷媒と、高圧の冷媒を互いに逆方向に流れる対向流とすることで、熱交換の効率がよくなり大きな熱量を授受できるようになる。
【００３２】
以上のように、本実施の形態においては、液ガス熱交換器１２を備えることにより熱交換量を多くして、熱交換効率を上げることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
以上のように、本発明に係るヒートポンプユニットは、バイパス弁の開閉操作が簡素化され、圧縮機のスペースをとらずに所定の能力を出すことができるもので、高効率な熱交換が必要な産業用・家庭用の給湯機等の用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態１におけるヒートポンプユニットの構成図
【図２】本発明の実施の形態２におけるヒートポンプユニットの冷凍サイクルの動きを示した図
【図３】同ヒートポンプユニットにおける消費電力ΔｈＷ、能力ΔｈＱ、ＣＯＰの動きを示した図
【図４】本発明の実施の形態３におけるヒートポンプユニットの構成図
【図５】従来のヒートポンプユニットの構成図
【符号の説明】
【００３５】
１  冷媒回路
２  蒸発器
３  圧縮機
４  放熱器
５  減圧手段
６  バイパス弁
７  水回路
８  圧力センサ（検出手段）
９  吐出温度センサ（検出手段）
１０  吸入温度センサ（検出手段）
１１  蒸発温度センサ（検出手段）
【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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