(57)【要約】      （修正有）【課題】外気温の吸収条件や圧縮機、二相エジェクター・エバポレーターなどそれぞれ所定の値に制御操作できる指示調整器を一元的に操作装置して熱サイクル負荷を軽減して、高効率なヒートポンプの熱サイクルパッケージを供給する。【解決手段】圧縮機１、凝縮機２、二相エジェクター４、エバポレータ５と潜熱蓄熱装置６を備えた圧縮式ヒートポンプで大気温に対応する圧縮運転で、圧縮機から凝縮器に至る経路に潜熱蓄熱装置を経由する熱媒体と熱交換する熱交換器３を設け、指示センサーの検出値により、制御指示する総括指示調節器を有する。熱交換器の熱媒体の流量を調整したり、大気熱を効率よく回収する温度確保のための圧縮機の運転状態を調整する。一限の熱サイクルを効率化する二相エジェクター、エバポレータを高圧側と低圧側に設けて圧縮機に係る負荷を軽減するサイクルを採用して、ＣＯＰを向上するヒートポンプの熱サイクルパッケージ。【選択図】図１
2009174839.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒ガス液の熱サイクルにおいて、コンプレッサー（１）コンデンサー（２）エジェクター（４）、エバポレータ（５）、潜熱蓄熱装置（６）、冷熱留置装置（７）及び、熱交換器を備えた圧縮式ヒートポンプにおいて、コンプレッサー（１）、からコンデンサーに至る経路に潜熱蓄熱槽（６）からの熱媒体と熱交換する熱交換器（３）を設け、外気温度センサー（Ｔ１）及び熱交換部センサー（Ｔ２）から（Ｔ１０）に至る所要の検出値により制御指示する指示調整器（図示しない）を設け、熱交換器（３）の熱媒体の流量とコンプレッサー（１）の運転状態を調整する。潜熱蓄熱装置（６）を経路とする循環熱媒体を基盤温度としている。熱サイクルの効率化と圧縮に係る熱損失の防止に高圧一次側と低圧二次側に分けて、各々の膨張弁に二相式エジェクター（４）とエバポレータ（５）を設けて、循環冷媒ガス液にかかる負荷を削減する。圧縮機に係る過剰圧力を軽減するために予め温度・加圧・減圧率・流量のシグナルを一元的に制御する指示調整器で構成する事を特徴とするヒートポンプ及び熱サイクルシステム制御に関する。
【請求項２】
前記、外気温度吸収のために熱交換器の熱媒体の流量を調節するにあたり、潜熱蓄熱槽（６）から当該ヒートポンプの熱交換器（３）に循環している熱媒体流路の電動三方弁（Ｔ３を調節し、熱媒体の流量を調整して行うことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ及び熱サイクルシステム制御に関する。
【請求項３】
潜熱蓄熱装置（６）を記経路して熱交換器（３）に導入する熱媒体の温度は３０℃から７５℃の範囲であり、好ましくは６０℃±５℃である。また降温して再加熱の熱媒体の温度は５℃から３０℃の範囲であり、好ましくは２５℃±５℃である。温度範囲における各々の系がそれぞれ固有の融点でほぼ一定値の温度でエネルギーの供給を行う事を特徴とする特許請求項１又は２に記載のヒートポンプ及び熱サイクルシステム制御に関する。
【請求項４】
潜熱蓄熱装置（６）に担持した潜熱蓄熱組成物の融解／凝固点が２５℃から７５℃の範囲である。対応する系に酢酸ソーダ系、リン酸水素系、有機物系にｎパラフィン、ステアリン酸、パルミチン酸から選択して適用できる。また冷熱留置装置（７）は５〜３５℃の範囲で使用する系に塩化カルシウム系、硫酸ナトリウム系、パラフィン、及びＨ２Ｏから選ばれるを保持して熱媒体の導管を介して熱源及び負荷に一定温度の供給を特徴とする特許請求項１また３記載のヒートポンプ及び熱サイクルシステム制御に関する。
【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】
【０００１】  本発明は、一般住宅、集合住宅及び産業施設及び寒冷地等の暖房・給湯を目的にタンクレス型圧縮式ヒートポンプを供給する。
【技術分野】
【０００２】  本発明の目的は、瞬間給湯型でタンクレス型圧縮式ヒートポンプに関する。
特徴として圧縮機（１）で作り出される圧縮熱を熱媒体と熱交換し膨張、蒸発の熱サイクルプロセスにおいて、可逆的に相変化する物質系の潜熱を熱サイクルの循環基盤の潜熱蓄熱装置（６）として設ける。又、熱制御の手段に高圧部及び低圧部に２カ所に各々、二相エジェクタ（４）とエバポレータ（５）を設けて、該、圧縮より始まる一連のセグメント運動を外気温に対応して、温度・加圧・減圧・流量をインバターモーターや電動三方弁（１１）などを一元的に調整指示する調整器を備えて運転する。潜熱媒体の作用は熱供給サポートにより圧縮許容を与えて過剰な圧縮を削減して、ガスインジェクションサイクルの損失を低減する。一連の運転機能の効率化により瞬間給湯機能を合わせ持たせて小型化を可能とした圧縮式ヒートポンプである。
【背景技術】
【０００３】  図１は、従来の蓄熱装置を持たないＣＯ２冷媒ガス又はＲ４１０Ａ冷媒ガスを用いた蒸気圧縮式ヒートポンプに温度成層型貯湯式を示す構成図である。図に従って熱サイクルを説明する。例えば、設定大気熱１０℃をガス冷媒に吸収して圧縮機１で１００気圧の高圧で圧縮することでＣＯ２ガス冷媒液は１３０℃の高温ガス液にして、交換機５を介して、水温１０℃を９０℃まで加熱昇温能力を有し、温度成層型貯湯タンクの上部に導水して下層から加熱へ循環する。圧縮で作られる熱は一限の使い切りとなる。給湯用熱媒体と熱交換のプロセスでＣＯ２冷媒ガス液は高圧を維持した状態で２０℃の少し冷えた液ガスに降温する。次に膨張弁で仮に１００気圧を３０気圧に減圧するとガス液の急激な膨張気化熱で該温度は５℃の冷えたガス液に変化する。その結果、外気熱が３０気圧中で１０℃の場合の大気と接触すると大気熱を吸収して、暖まった液ガスの状態で圧縮機１に導入されて循環に入る。一方、熱媒体は熱交換により水温１５℃から９０℃に昇温し、温度成層型貯湯槽（６）の上部から貯わえられる。当該熱サイクルは一限の使いきりであるため、この熱サイクルで９０℃の給湯を維持するには常時１００気圧１３０℃の高圧でを繰り返し運転するため、時として超高圧になり圧縮機の耐久性やタンクの大型化による効率の悪化が問題となっていた。【０００４】  一般の住宅で使用されるヒートポンプの圧縮機（１）の性能は１００気圧、１３０℃で環境温度により異なるが、ＣＯ２冷媒ガス液の加熱流速は標準１ｌ毎分／９０℃であり、このキャパシティオーバーランの要因である熱サイクルを改善しなければ、圧縮機（１）はその能力の許容限界を越えやすく機械的耐久性能にダメージを与えていた。ＣＯ２冷媒ガスは熱伝達に優れる反面、温度上限が低く超臨界サイクルになやすく、高圧になることが、圧縮に係る熱サイクル短所でもあった。【０００５】  技術対策として圧縮機（１）にかかる負荷軽減と、四季別で気温が異なる負荷に対応するには、圧縮機（１）に係る負荷許容を越えない範囲の熱サイクル維持が解決手段である事及びＣＯＰ効率の改善上、温度成層型貯湯槽容量≠許容が技術解決範囲とすることが基本的問題の解決を遅らせてきた。【０００６】  このような従来の温度成層型貯湯式圧縮型ヒートポンプの技術的課題として：
▲１▼温度成層型貯湯式の効率低下が最大の課題。
▲２▼寒冷地の外気温度マイナス２０℃に対応可能な仕様とする。
▲３▼高出力高効率化ＣＯＰ３．５からＣＯＰ４  ５以上にする。
▲４▼圧縮機の加熱能力を４．５Ｋｗから６．０Ｋｗ又は９．０Ｋｗに拡大する。
以上は既存の温度成層型貯湯式に関連する課題として挙げられている。【０００７】  尚、既存ヒートポンプ及び貯湯タンク等一般的な対策課題として、蓄断熱強化策や小型ヒートポンプの２．３Ｋｗの既存貯湯タンクの小型化の推進。ヒートポンプの高出力高効率化、負荷学習と温水の必要量を制御するシステムの開発、中温水の利用、非貯湯式への移行の技術要望が挙げられいる。当題は本発明のコンセプトでもある。
【発明の開示】
【発明が解決しょうとする課題】
【０００８】  本発明の課題は、熱サイクルインジェクションの改善と給湯タンクによる効率低下の原因である貯湯槽を潜熱の定常温度を応用にすることで蓄熱装置を無くして、耐久性に優れた高効率な瞬間給湯ヒートポンプを供給するものである。
【発明が解決するための手段】
【０００９】  上記の課題の圧縮機（１）に係るサイクル負荷低減対策として、潜熱の定常温度を利用する手段として、熱循環の経路に高圧側と低圧側２箇所の膨張弁に二相エジェクター（４）とエバポレータ（５）を設けることで高圧一次側の制御で潜熱熱媒体の降温と低圧二次側の減圧による大気熱吸収を行う。一連の温度制御を所定の値で維持して圧縮機に係る熱サイクルを軽減して持続できる熱効率の高いヒートポンプを供給することにある。このサイクルを効果的に発揮する手段として、貯湯槽を省き潜熱蓄熱装置を設定して、該装置からエジェクタ（４）とエバポレータ（５）の経路に６０℃±５℃の定常温度を基盤に用いて圧縮〜高温〜減圧〜低温〜吸収〜圧縮に至るプロセスを一元的に温度・加圧・減圧・流量にわたり運転指示調整器で行うことで熱サイクルインジェクションの効率許容を拡大してフレキシビリティな運転を可能にする。
【００１０】  圧縮から熱吸収に至るシステムの動向をセンサーの検出値により一元的に変則シュミレーションに基づいて予測し、制御する指示調節器によりＤＣモーターや流量弁の調節等で適性値に操作を可能にして効率的な熱サイクルを可能にした。
四季の気象変化や冬季の厳寒気温に対応する。又、従来は貯湯温度９０℃確保を前提としたシステム運転であった。圧縮の許容限度を維持する結果、圧縮機の超高圧化に伴う冷媒ガス液の超臨界などのリスクがあった。該、圧縮機の運転許容を拡大する手段に上限加圧力や加熱温度を許容内で抑制するので、熱サイクルインジェクションの負荷を軽減し、過剰負荷を回避できる。
よって圧縮機（１）の耐久性と給湯効率をレベルアップできる。本発明は、このような背景に鑑み、標記の課題を解決するものである。
【００１１】  すなわち、本発明は省スペース、省エネルギーで使い勝手の良い利便性の追求過程で、ＣＯ２ガス冷媒の優れた熱伝達性を生かして、タンクレスと瞬間給湯を機能を有するヒートポンプ給湯器の小型化を実現するものである。
【実施例】
【００１２】  以下、図３に基づいて本発明による潜熱を応用した熱サイクルパッケージヒートポンプについて詳細に説明する。【００１３】  図の圧縮機１のＤＣインバターモーターで圧縮比を８０〜１００気圧の範囲で加圧運転してＣＯ２ガス冷媒を凝縮機（２）で最大許容温度１３０℃から１１０℃の範囲に設定して、水温３０℃の熱媒体を熱交換機（３）を経路して８０℃に昇温した後、潜熱蓄熱装置６内の酢酸ソーダ系ＰＣＭで吸収し蓄熱する。該、蓄熱温度を予め６０℃±５℃の範囲に保った熱媒体を循環に用いる。熱交換後のＣＯ２ガス冷媒は凝縮器（２）で所要の高圧を維持して３５℃に降温した状態で高圧一次側のエジェクター（４）を経由してエバポレータ（５）で減圧される。熱媒体は３０℃に低下し、冷熱留置装置を経由して２８℃で高温熱交換機（３）に循環する。
ＣＯ２ガス冷媒は外気温度吸収に温度に連動する低温部のエジェクター（４）とエバポレータ（５）を経路して０℃に降下、外気温５℃の大気熱を吸収して圧縮機へサイクルする。この運転プロセスの検出値からＣＯＰ効率は２５％の効果を得た。【００１４】  高圧低圧の２カ所に採用した二相エジェクタ（４）による流体の高速運動エネルギーによりエバポレータ（５）の蒸発機能を損なう事なく気液流速を効率的に行えた。ＣＯ２冷媒ガスの膨張による気化作用の熱伝導は効果を実証した。エバポレータ（５）で降温して、熱媒体の除温作用に有効に作用した後、冷熱留置装置を経由して、再び循環に戻るが、水道水通常より１０℃から１５℃と高かったが、加熱ガス冷媒９０℃と熱交換では熱効率がよく、１００℃での熱サイクルインジェクションに与える影響は発生していない。本発明の特徴は熱サイクルの入口から出口に至るで温度・加圧・減圧・流量・指示調整９（ＤＣインバータモーターに連動）し、潜熱蓄熱装置の温度活用により圧縮機の負荷を軽減していることを実証した。このように温水と熱交換で放熱した冷媒ガスは低圧二次側のエジェクタ（４）・エバポレータ（５）の減圧操作によりエバポレータ５内部の温度を氷点下まで降温しても、大気熱（８）を吸収し、圧縮機（１）にサイクルする。記経路によるＣＯ２冷媒ガスの循環が繰り返される結果、熱供給は持続的に行われる。この高圧一次及び低圧二次側の減２図に（Ｔ１）から（Ｔ１０）の記号で示す箇所にセンサーを設置して温度・加圧・減圧・流量・指示調整器の設定により一元的操作である。
【発明の効果】
【００１５】  以上のように、本発明は当該機器システムの熱サイクル安定化に潜熱温度を基盤とする事を特徴としている。潜熱蓄熱槽を経由した熱媒体はまず、エジェクター（４）に定常温度６０℃±５℃範囲の一定温度を供給する。この部分での温度制御を安定して利用できる。サイクルにおいて２カ所にエジェクターを設けることで、一定の条件下で導いた変則シュミレーション数値に基づき、温度・加圧・減圧・流量を指示調整により，５０〜６５℃の給湯機能と外気変化に対応した、熱サイクルを効率よく最適な連続運転に寄与する。この機能によってＣＯＰ効率も２５〜２７％改善できる。蓄熱装置もヒートポンプ起動時の熱供給サポート容量あればよく大掛かりな装置や貯湯タンクをを必要としない。必要に応じた蓄熱のサポートで何時でも給湯機能を発揮するので利便性の高い商品として供給できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来のヒートポンプの全体構成を示す略図である。
【図２】本発明の熱サイクルの実施例を示す構成図である。
【符号の説明】
【００１７】Ａ  潜熱を応用したヒートポンプ熱サイクルヒートポンプ
１  コンプレッサ（圧縮機）
２  コンデンサー（凝縮器）
３  ガス／水熱交換器
４  エジェクター（膨張器）
５  エバポレータ（蒸発器）
６  潜熱蓄熱装置／貯湯タンク
７  冷熱留置装置
８  空気／ガス液熱交換機
９  水道水
１０  調整弁
１１  電動式三方弁
Ｂ  温度・加圧・減圧・流量・指示調整器（センサー場所）
Ｐ１．圧力センサー（ＤＣモーター）
Ｔ１／外気．Ｔ２／圧縮導管出口，Ｔ３／三方弁．
Ｔ４／潜熱蓄熱装置  Ｔ５／高圧導管  Ｔ６／一次側エジェクター
Ｔ７／高圧一次減圧部の熱媒体  Ｔ８／高圧一次減圧部のガス液
Ｔ９／低圧二次減圧部エジェクター  Ｔ１０／水道水
【図１】
2009174839.tif 000003
【図２】
2009174839.tif 000004