(57)【要約】  本発明はヒートポンプシステムに係り、より詳しくはヒートポンプシステムにおける室外熱交換器の除霜及び冷却促進構造に関するもので、無費用熱源と冷媒液の過冷却凝縮熱を用いて室外熱交換器を加熱または冷却して冷媒液の適正な過冷却度を維持し、付加の有料熱源を使わなくても成績係数を増大したものである。本発明は、圧縮機１１、四方バルブ１２、室内熱交換器１３、冷却用膨脹バルブ１４、加熱用膨脹バルブ１５、室外熱交換器１６及び前記四方バルブ１２を冷媒導管１７で順に連結し、前記四方バルブ１２と圧縮機１１を冷媒吸入導管１８で連結した基本冷凍回路１０と；前記冷媒導管１７の両膨脹バルブ１４、１５の間にバイパス冷媒導管２１の両端を連結して前記バイパス冷媒導管２１に加熱用熱交換器２２を設置するとともに前記加熱用熱交換器２２を取り囲んで設置し、内部に熱媒体２３を注入した蓄熱槽２０と；前記蓄熱槽２０に熱媒体循環ポンプ３２付設熱媒体供給管３１と熱媒体復帰管３３で連結して前記室外熱交換器１６に設置した補助熱交換器３０と；前記熱媒体供給管３１及び熱媒体復帰管３３にブライン循環ポンプ４３付設ブライン供給管４２とブライン復帰管４４で熱交換器４１を設置し、前記熱交換器４４の周囲に無費用熱源貯蔵槽４５を設置した室外熱交換器除霜及び冷却手段４０とを含んで構成したものである。
2012500379.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、四方バルブ、室内熱交換器、冷却用膨脹バルブ、加熱用膨脹バルブ、室外熱交換器及び前記四方バルブを冷媒導管で順に連結し、前記四方バルブと圧縮機を冷媒吸入導管で連結した基本冷凍回路と；前記冷媒導管の両膨脹バルブの間にバイパス冷媒導管の両端を連結して前記バイパス冷媒導管に加熱用熱交換器を設置するとともに前記加熱用熱交換器を取り囲んで設置し、内部に熱媒体を注入した蓄熱槽と；前記蓄熱槽に熱媒体循環ポンプ付設熱媒体供給管及び熱媒体復帰管で連結して前記室外熱交換器に設置した補助熱交換器と；前記熱媒体供給管及び熱媒体復帰管にブライン循環ポンプ付設ブライン供給管及びブライン復帰管で熱交換器を設置し、前記熱交換器の周囲に無費用熱源貯蔵槽を設置した室外熱交換器除霜及び冷却手段とを含んでなることを特徴とする、ヒートポンプシステム
【請求項２】
無費用熱源は、川水、海水、採水された地下水、太陽熱集熱装置によって集熱した流体、雨水、廃水の中で選ばれ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】
冷媒吸入導管には蓄熱槽を貫く冷媒吸入バイパス導管を設置し、その貫通部位に吸熱熱交換器を設置することにより、圧縮機に吸入される冷媒ガスを加熱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４】
補助熱交換器は、伝熱管を室外熱交換器の伝熱管の間に均等な間隔で設置してな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
【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係り、より詳しくはヒートポンプシステムにおける室外熱交換器の除霜及び冷却促進構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、ヒートポンプは蒸気圧縮式冷凍サイクルを冷却運転時と反対に運転して、すなわち加熱運転時は室内熱交換器を凝縮器とするとともに室外熱交換器を蒸発器として作用するようにし、冷却運転時は室外熱交換器を凝縮器とするとともに室内熱交換器を蒸発器として作用するようにするものなので、成績係数を増大するためには、室外熱交換器での冷媒の蒸発または凝縮が良好でなければならない。
【０００３】
ところで、空気熱源型ヒートポンプは、前記室外熱交換器を外気に露出するように設置して外気によって冷媒を蒸発させるか凝縮させるため、特に加熱運転の際、外気温度が露点温度以下に下降すれば蒸発器として作用する室外熱交換器の表面に結霜して冷媒ガスの蒸発低下あるいは蒸発不可の現象が発生して成績係数が大幅に低下するかあるいは運転不能現象をもたらし、一方、冷却運転の際、外気温度が高いときには凝縮器として作用する室外熱交換器での冷媒液の凝縮が不良で成績係数が低下しているので、前記のような問題点の解決がヒートポンプの技術開発の核心主題の一つになっている。
【０００４】
前記のような問題点のうち、加熱運転時の成績係数の低下または運転不能を解決するために、ヒートポンプサイクルを冷却サイクルに変換運転して、すなわち蒸発器として作用させた室外熱交換器を凝縮器として作用させることでその表面に結んだ霜を除霜するかあるいは室外熱交換器に電熱ヒーターを付設することにより成績係数の低下を防止することが知られたが、前者は加熱運転中断状態をもたらし、後者は成績係数の改善が低いだけでなく付加のエネルギーが必要になるものである。
【０００５】
本発明の発明者及び出願人はヒートポンプの前記のような核心主題を解決するためのヒートポンプシステムを提案して特許文献１に開示した。前記ヒートポンプシステムは、圧縮機、四方バルブ、室内熱交換器、冷却用膨脹バルブ、加熱用膨脹バルブ、室外熱交換器及び前記四方バルブを導管で順に連結し、前記四方バルブと圧縮機を吸入導管で連結した基本冷凍回路と；前記導管の冷却用膨脹バルブと加熱用膨脹バルブの間に設置され、熱媒体を充填して潜熱蓄熱材を内蔵した蓄熱槽と；前記導管を蓄熱槽に貫通させ、その導管に設置した加熱用熱交換器と；前記蓄熱槽に供給管及び循環ポンプが設置された帰還管で連結され、前記室外熱交換器の吸入側に設置された熱交換器と；前記吸入導管に並列に設置され、前記蓄熱槽に内蔵されて圧縮機に吸入される冷媒蒸気の温度によって選択的に作用する第１及び第２吸熱熱交換器とから構成し、前記加熱用熱交換器を過冷凝縮器として作用させてその凝縮熱を蓄熱槽に内蔵した熱媒体に一定温度に維持されるように保存してから外気温度が露点以下に下がるときと設定温度以上のときに前記熱媒体を室外熱交換に設置された熱交換器に循環させて室外熱交換器に吸入される外気を加熱または冷却させることで、外気温度が低い加熱運転時には室外熱交換器に霜が結ぶことを防止するか結んだ霜を除霜し、外気温度が高い冷却運転時に冷媒蒸気の凝縮を良好にして外気温が低いか高いときにも成績係数を増大することができ、さらに圧縮機に乾飽和または過熱蒸気が吸入されることにより成績係数を増大するようにしたものである。
【０００６】
特許文献１；ＪＰ ３，６６２，５５７（Ｂ２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、前記特許文献１のヒートポンプシステムは、冷媒液を過冷却し、室外熱交換器に吸入される外気を加熱または冷却することで、外気温度の上昇または下降の際にも運転の中断なしに成績係数を向上することができる画期的な利点はあるが、外気温度の上昇または下降状態が長い間持続する場合、冷媒液の過冷却がひどくなる現象が発生し、前記のように冷媒液の過冷却が適正度を超えれば成績係数は向上するが冷媒液の比体積が減少するため、外気温度が低いとき、室外熱交換器に供給される冷媒液の蒸発が一層不良になって圧縮機に湿飽和蒸気が吸入されるものである。
【０００８】
前記のように圧縮機に湿飽和蒸気が吸入されれば、圧縮機での冷媒ガスの圧縮の際、その温度の上昇が難しいため、成績係数が低下するものである。
【０００９】
また、前記のように外気温度が低い現象が長い間持続する場合には、蓄熱槽に設置された電熱ヒーターを稼動しなければならないため、追加の熱源が必要になって運転費用が上昇する問題点も発生するものである。
【００１０】
本発明は前記のような問題点を解決して、無費用熱源と冷媒液の過冷却凝縮熱を用いて室外熱交換器を加熱または冷却して冷媒液の適正な過冷却度を維持し、付加の有料熱源を使わなくても成績係数を増大したヒートポンプシステムを提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記のような目的を達成するために、本発明は、圧縮機、四方バルブ、室内熱交換器、冷却用膨脹バルブ、加熱用膨脹バルブ、室外熱交換器及び前記四方バルブを冷媒導管で順に連結し、前記四方バルブと圧縮機を冷媒吸入導管で連結した基本冷凍回路と；前記冷媒導管の両膨脹バルブの間にバイパス冷媒導管の両端を連結して前記バイパス冷媒導管に加熱用熱交換器を設置するとともに前記加熱用熱交換器を取り囲んで設置し、内部に熱媒体を注入した蓄熱槽と；前記蓄熱槽に熱媒体循環ポンプ付設熱媒体供給管及び熱媒体復帰管で連結して前記室外熱交換器に設置した補助熱交換器と；前記熱媒体供給管及び熱媒体復帰管にブライン循環ポンプ付設ブライン供給管及びブライン復帰管で熱交換器を設置し、前記熱交換器の周囲に無費用熱源貯蔵槽を設置した室外熱交換器除霜及び冷却手段とを含んでなるものである。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明は、外気温度が一定温度以下（例えば、５℃）または一定温度以上（例えば、３０℃）であるとき、貯蔵槽に流れる無費用熱源によって熱交換器を一定温度に維持し、前記一定温度に維持されたブラインを室外熱交換器に設置した熱交換器に循環させることで、加熱運転の際、外気温度が低い場合には室外熱交換器を除霜するかあるいは霜が結ぶことを防止し、また冷却運転の際、外気温度が高い酷暑期などには室外熱交換器での冷媒液の凝縮を良好にすることで無費用熱源で成績係数を良好に維持することができる。一方、前記蓄熱槽では、加熱運転の際、室内熱交換器の負荷減少などによって凝縮が十分でない冷媒液を過冷却することで成績係数を増大するとともに、加熱運転の際、雨が降るか廃水発生がないなどの理由で無費用熱源の不足現象が発生すれば、蓄熱槽で加熱された熱媒体を室外熱交換器に設置された熱交換器に循環させることで加熱運転時の成績係数を良好に維持することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は本発明の実施例の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は本発明の実施例の構成図で、１０は基本冷凍回路である。前記基本冷凍回路１０は、圧縮機１１、四方バルブ１２、室内熱交換器１３、冷却用及び加熱用膨脹バルブ１４、１５、室外熱交換器１６、及び前記四方バルブ１２を冷媒導管１７で順に連結し、前記四方バルブ１２と圧縮機１１を冷媒吸入導管１８で連結したものである。
【００１５】
２０は蓄熱槽である。前記蓄熱槽２０は、前記冷却用及び加熱用膨脹バルブ１４、１５の間にバイパス冷媒導管２１の両端を一定間隔で連結し、前記バイパス冷媒導管２１に加熱用熱交換器２２を設置して前記加熱用熱交換器２２を取り囲むようにし、内部に熱媒体２３を注入したものである。
【００１６】
３０は補助熱交換器である。前記補助熱交換器３０は、前記室外熱交換器１６の伝熱管の間に補助熱交換器３０の伝熱管を均等な間隔で設置するかあるいは室外熱交換器１６の側面に一体にまたは別に設置し、前記蓄熱槽２０と熱媒体循環ポンプ３２付設熱媒体供給管３１及び熱媒体復帰管３３で連結したものであり、前記のように補助熱交換器３０の伝熱管を室外熱交換器１６の伝熱管の間に均等な間隔で設置すれば電熱効率が一層良好になるので、前記のように室外熱交換器１６の伝熱管の間に設置することが好ましい。
【００１７】
４０は室外熱交換器除霜及び冷却手段である。前記室外熱交換器除霜及び冷却手段４０は、前記熱媒体供給管３１と熱媒体復帰管３３に、ブライン循環ポンプ４３付設ブライン供給管４２とブライン復帰管４４を介して熱交換器４１を設置し、前記熱交換器４１の周囲に無費用熱源貯蔵槽４５を設置し、無費用熱源を貯蔵槽４５に循環させることで無費用熱源と熱交換器４１の熱交換関係を維持するようにして一定温度（例えば、２０℃前後）のブラインを補助熱交換器３０に循環させるものである。
【００１８】
前記無費用熱源は、川水、海水、採水された地下水、太陽熱集熱装置によって集熱した流体（空気または温水）、雨水、廃水などの再生エネルギーを使うことで環境破壊を防止し、本発明の設置場所で手軽く得ることができ、前記無費用熱源の温度は、加熱運転の際、特に酷寒期には高いほど良く、冷却運転時は２５℃を超えないことが好ましい。
【００１９】
そして、前記冷媒吸入導管１８には前記蓄熱槽２０を貫く冷媒吸入バイパス導管５０を設置し、その貫通部位に吸熱熱交換器５１を設置して圧縮機１１に吸入される冷媒ガスを加熱して乾飽和または過熱蒸気化することにより、圧縮機１１の液バック及び液撃を防止することができるものである。
【００２０】
一方、前記冷媒導管１７の前記バイパス冷媒導管２１の両端連結部の間と前記バイパス導管２１の冷媒導管１７連結部の付近にソレノイドバルブＳ１とソレノイドバルブＳ２を設置することで、冷媒導管１７の室内・室外熱交換器１３、１６の間に設置された温度センサー６０の検出信号によって一定温度（例えば、３５℃）以上であるときはソレノイドバルブＳ１を閉鎖するとともにソレノイドバルブＳ２を開放して冷媒液を過冷却させるものである。
【００２１】
そして、前記熱媒体供給管３１とブライン供給管４２の各循環ポンプ３２、４３の吐出口側にソレノイドバルブＳ３とソレノイドバルブＳ４をそれぞれ設置することで、室外熱交換器１６に設置された温度センサー６１の検出信号によって一定温度（例えば、加熱運転時は１０℃以下、冷却運転時は３０℃以上）に到逹するときはソレノイドバルブＳ３を閉鎖するとともにソレノイドバルブＳ４を開放して、無費用熱源によって熱交換器４１で加熱されたブラインを補助熱交換器３０に循環させるものである。
【００２２】
また、前記無費用熱源貯蔵槽４５には温度センサー６３を設置することで、無費用熱源の温度が低下する場合、その検出信号によって前記と反対にソレノイドバルブＳ３、Ｓ４を開閉して、蓄熱槽２０に加熱貯蔵された熱媒体を補助熱交換器３０に循環して室外熱交換器１６を除霜するものである。
【００２３】
また、前記冷媒吸入導管１８の冷媒吸入バイパス導管５０の連結入口の隣接位置と冷媒吸入バイパス導管５０の連結入口の位置にそれぞれのソレノイドバルブＳ５、Ｓ６を設置し、冷媒吸入導管１８に設置された温度センサー６４の検出信号によって設定温度（例えば、５℃）以下の際はソレノイドバルブＳ５は閉鎖するがソレノイドバルブＳ６は開放することで、圧縮機１１に吸入される冷媒ガスを蓄熱槽２０で加熱して過熱蒸気化させるものである。
【００２４】
未説明符号６６、６７はチェックバルブである。
以上のような本発明は、加熱運転時は冷媒を実線矢印の方向に、冷却運転時は仮想線矢印の方向に流れるように四方バルブ１２を操作すれば、室内熱交換器１３は加熱運転時は凝縮器として、冷却運転時は蒸発器として作用して加熱機能または冷却機能をすることは従来と同様である。
【００２５】
前記のように、加熱運転または冷却運転を行うとき、無費用熱源によって一定温度に維持されたブラインを室外熱交換器１６に設置された補助熱交換器３０に循環すれば、加熱運転時に外気温度が低いときには室外熱交換器１６の除霜を行うかまたは結霜を防止し、冷却運転時に外気温度が高いときには室外熱交換器１６を冷却して冷媒ガスの蒸発を促進することにより成績係数を良好に維持することができるものである。
【００２６】
そして、前記のように運転されるとき、室内熱交換器１３または室外熱交換器１６での冷媒液の凝縮が不完全な場合、温度センサー６０の検出信号によってソレノイドバルブＳ２が開放して蓄熱槽２０で冷媒液が過冷して成績係数が向上し、またその凝縮熱によって熱媒体が加熱貯蔵され、前記のように貯蔵された熱媒体は雨が降るか廃水が発生しないなどの理由で無費用熱源が無費用熱源貯蔵槽４５に流入する量が少ない場合、補助熱交換器３０に循環させることで、加熱運転の際、いつも成績係数を良好に維持することができるものである。
【図１】
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【国際調査報告】
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