JP2008020125A - Refrigerating cycle device and heat storage device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷媒の凝縮による放熱で水等の被加熱流体を加熱する冷凍サイクル装置と、その冷凍サイクル装置を用いた蓄熱装置に関するものである。 The present invention relates to a refrigeration cycle apparatus that heats a fluid to be heated, such as water, by heat dissipation due to condensation of refrigerant, and a heat storage device that uses the refrigeration cycle apparatus.
圧縮機、第1の冷媒−水熱交換器、膨張機構、蒸発器を主な構成要素とし、それらを冷媒経路で接続する冷凍サイクル装置、いわゆるヒートポンプサイクルを用いた給湯装置が実用化されている。ヒートポンプサイクルを用いた給湯装置においては、第1の冷媒−水熱交換器において、高温の冷媒と水とが熱交換を行うことにより、温水を得ている。 A refrigeration cycle apparatus that connects a compressor, a first refrigerant-water heat exchanger, an expansion mechanism, and an evaporator as main components and connects them through a refrigerant path, that is, a hot water supply apparatus using a so-called heat pump cycle has been put into practical use. . In a hot water supply apparatus using a heat pump cycle, hot water is obtained by heat exchange between a high-temperature refrigerant and water in the first refrigerant-water heat exchanger.
冷凍サイクル装置においては、構成要素の高性能化、制御の最適化等、様々なシステム性能の高効率化の取組みがなされてきた。システム性能向上手段の一つとして、蒸発器と圧縮機との間の冷媒経路に副熱交換器を設ける構成が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In the refrigeration cycle apparatus, efforts have been made to improve the efficiency of various system performances such as improving the performance of components and optimizing control. As one of system performance improvement means, a configuration in which a sub heat exchanger is provided in a refrigerant path between an evaporator and a compressor has been proposed (for example, see Patent Document 1).
特許文献1では、図7に示すように、冷凍サイクル装置10が、圧縮機31、熱交換器11、膨張弁33、蒸発器34、副熱交換器12で構成され、さらに貯湯タンク20を備えている。貯湯タンク20の温水は、ポンプ42で流通路40に送られ、副熱交換器12で、授熱部43内の温水から受熱部35内の低温冷媒へ伝熱される。さらに、熱交換器11では、授熱部である凝縮器32内の高温冷媒から受熱部41内の水へ伝熱され、貯湯タンク20に戻る。すなわち、貯湯タンク20から取り出された温水は、蒸発器34から圧縮機31に向かう低温の冷媒と熱交換して温度を低下させられた後、熱交換器11で圧縮機31から吐出された高温の冷媒と熱交換して加熱され、貯湯タンク20に戻る。このような構成とすることにより、熱交換器11で熱交換される水温条件によって異なるが、副熱交換器12がない場合に比べて、冷凍サイクルの成績係数を1前後上昇させている。
特許文献1における冷凍サイクル装置10においては、副熱交換器12(第2の冷媒−水熱交換器)へ接続される水の流通路40にバイパス回路を設け、副熱交換器12へ供給される水の温度が外気温度よりも高い場合に、蒸発器34を出た冷媒と貯湯タンク20より供給される水とを副熱交換器12において熱交換させることによって、冷凍サイクルの成績係数を向上させる構成となっている。
In the
しかしながら、副熱交換器12へ供給される水の温度が変動する場合には、副熱交換器12での熱交換量が変動し、冷媒の最適な過熱度や圧力が変動する為、単純に副熱交換器12へ水を流入させるだけでは、必ずしも最適なサイクル運転となっていなかった。 However, when the temperature of the water supplied to the sub heat exchanger 12 fluctuates, the amount of heat exchange in the sub heat exchanger 12 fluctuates, and the optimum superheat degree and pressure of the refrigerant fluctuate. Simply flowing water into the auxiliary heat exchanger 12 did not necessarily provide the optimum cycle operation.
本発明の冷凍サイクル装置は、冷媒を圧縮する圧縮機111と、前記圧縮機111で圧縮された前記冷媒が放熱し、水を加熱する第1の冷媒−水熱交換器112と、前記第1の冷媒−水熱交換器112で放熱した前記冷媒の圧力を低下させる膨張機構113と、前記膨張機構113で圧力を低下させた冷媒を空気の熱で加熱する蒸発器114と、前記蒸発器114で加熱された冷媒と水とを熱交換させる第2の冷媒−水熱交換器115とが、前記冷媒を流す経路で循環する形で接続された冷媒回路116と、外部より供給された水と
前記冷媒と熱交換を行う前記第2の冷媒−水熱交換器115と、前記第2の冷媒−水熱交換器115によって前記冷媒と熱交換した前記水を前記冷媒が放熱することによって加熱する前記第1の冷媒−水熱交換器112とが順に接続され、前記第1の冷媒−水熱交換器112で加熱された前記水を供給する水経路117とを備え、前記第2の冷媒−水熱交換器115の入口水温度を検出し、前記第2の冷媒−水熱交換器115の入口水温度が上昇すると、前記膨張機構113によって低下させられる前記冷媒の圧力が高くなるように前記膨張機構113を制御する。
The refrigeration cycle apparatus of the present invention includes a
また、本発明の蓄熱装置は、上記冷凍サイクル装置と、蓄熱材を有する蓄熱槽181とを有し、前記蓄熱槽より水を前記水経路に供給し、前記水経路で加熱された水を前記蓄熱槽に導入し、前記加熱された水によって、前記蓄熱槽内の蓄熱材を加熱する。
Moreover, the heat storage device of the present invention includes the refrigeration cycle device and a
また、前記蓄熱材が潜熱蓄熱材であるという構成にしても良い。 The heat storage material may be a latent heat storage material.
また、前記第2の冷媒−水熱交換器115の一部が蒸発器としても兼用できる構成としても良い。
Moreover, it is good also as a structure which a part of said 2nd refrigerant | coolant-
本発明によれば、蒸発器において空気の熱により加熱された冷媒を第2の冷媒−水熱交換器(副熱交換器)に流通させる場合に、第2の冷媒−水熱交換器へ供給される水の温度が高くなるにつれて、膨張機構による冷媒膨張度合いを少なくし、蒸発器に流入する冷媒圧力および温度を上昇させて、蒸発器および第2の冷媒−水熱交換器での熱交換量の制御と、圧縮機での圧縮動力の低減を行うことにより、高効率な冷凍サイクル装置とそれを用いた蓄熱装置を提供することが可能となる。 According to the present invention, when the refrigerant heated by the heat of air in the evaporator is circulated through the second refrigerant-water heat exchanger (sub heat exchanger), the refrigerant is supplied to the second refrigerant-water heat exchanger. As the temperature of the water to be increased, the degree of expansion of the refrigerant by the expansion mechanism is reduced, the pressure and temperature of the refrigerant flowing into the evaporator are increased, and heat exchange between the evaporator and the second refrigerant-water heat exchanger By controlling the amount and reducing the compression power in the compressor, it is possible to provide a highly efficient refrigeration cycle apparatus and a heat storage apparatus using the refrigeration cycle apparatus.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1の冷凍サイクル装置の構成図である。図1に示すように、本発明の実施の形態1の冷凍サイクル装置110は、冷媒を圧縮する圧縮機111と、圧縮機111で圧縮された冷媒が放熱し、水経路117の水を加熱する第1の冷媒−水熱交換器112と、第1の冷媒−水熱交換器112で放熱した冷媒の圧力を低下させる膨張機構である膨張弁113と、膨張弁113で圧力を低下させられた冷媒が空気の熱により加熱される蒸発器114と、蒸発器114で加熱された冷媒と熱交換させて、水供給元から供給される水を冷却する第2の冷媒−水熱交換器115とを、冷媒回路116により順に接続することで、冷媒を循環させるヒートポンプサイクルを構成している。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram of a refrigeration cycle apparatus according to
さらに、本発明の実施の形態1の冷凍サイクル装置110では、冷媒回路116を利用して水を加熱するために、水供給元と、ポンプ124と、第2の冷媒−水熱交換器115と、第1の冷媒−水熱交換器112と、水供給先とが、水経路117により順に接続されている。また、水経路117には、第2の冷媒−水熱交換器115の入口水温度を検出する温度センサ122が備えられており、温度センサ122および膨張弁113は、信号線141、142により制御装置130と接続されている。
Furthermore, in the
本発明の実施の形態1の冷凍サイクル装置の特徴は、第2の冷媒−水熱交換器115の入口水温度が上昇するにつれて、膨張弁113で低下させる冷媒圧力および温度が高くなるように制御している点である。
The refrigeration cycle apparatus according to
本発明の実施の形態1においては、冷媒として二酸化炭素を用いているが、これに限ら
れるものではない。
In
次に、本発明の実施の形態1における冷凍サイクル装置110の動作について、図1を用いて説明する。
Next, operation | movement of the refrigerating-
冷媒は、圧縮機111で高温、高圧となって吐出され、第1の冷媒−水熱交換器112で水経路117の水と熱交換して放熱する。そして、冷媒は、膨張機構である膨張弁113でその圧力および温度を低下させられた後、蒸発器114で空気の熱により加熱される。その後、第2の冷媒−水熱交換器115で、水経路117の水と熱交換することで加熱、気化されて圧縮機111に戻る。
The refrigerant is discharged at a high temperature and high pressure in the
水供給元から供給された水は、第2の冷媒−水熱交換器115で低温の冷媒と熱交換して冷却された後、第1の冷媒−水熱交換器112で高温の冷媒と熱交換して加熱され、水供給先に供給される。
The water supplied from the water supply source is cooled by exchanging heat with a low-temperature refrigerant in the second refrigerant-
温度センサ122は、原則として、第2の冷媒−水熱交換器115の入口水温度を所定時間毎に検出して制御装置130に信号を送る。制御装置130が、第2の冷媒−水熱交換器115の入口水温度の温度変化に応じて、膨張弁113の開度を調整することにより、蒸発器114および第2の冷媒−水熱交換器115での熱交換量を制御し、圧縮機111に吸入される冷媒の過熱度および圧力を最適な大きさに制御する。
In principle, the
制御装置130により、冷媒の過熱度を最適な大きさに制御して、圧縮機111に吸入させるようにすることで、圧縮機111の冷媒吐出温度を一定とした場合、その冷媒の吐出圧力を低減することができ、冷媒を所定の吐出圧力まで圧縮する為に必要な圧縮機111の圧縮動力を小さくすることができる。この過熱度の調整は、膨張弁113の開度調整によって蒸発器114の入口冷媒の圧力および温度が高くなるように制御し、蒸発器114において冷媒が外気から加熱される熱交換量を調整することにより行われる。また、上記調整により、蒸発器114の入口冷媒の圧力が高くなると、圧縮機111に吸入される冷媒圧力も高くなる為、圧縮機111の圧縮動力を低減できる。その結果、圧縮機111への入力電力を低減することができる。
When the refrigerant discharge temperature of the
次に、膨張弁113の制御方法について、図2を用いて詳しく説明する。図2は、本発明の実施の形態1の冷凍サイクル装置110における膨張弁113の開度の制御方法を説明するフローチャートである。
Next, a method for controlling the
工程S101において、第2の冷媒−水熱交換器115の入口水温度が温度センサ122によって検出される。検出された値は、制御装置130へ入力される。
In step S <b> 101, the temperature of the inlet water of the second refrigerant-
工程S102において、工程S101で検出された第2の冷媒−水熱交換器115の入口水温度が、所定時間前に検出された第2の冷媒−水熱交換器115の入口水温度と比較して上昇しているかどうかが、制御装置130によって判別される。
In step S102, the inlet water temperature of the second refrigerant-
工程S102で、第2の冷媒−水熱交換器115の入口水温度が所定時間前に比較して上昇していると判別された場合は、工程S103において、膨張弁113の開度が制御装置130によって所定量拡大される。
If it is determined in step S102 that the inlet water temperature of the second refrigerant-
一方、工程S102で、第2の冷媒−水熱交換器115の入口水温度が所定時間前に比較して上昇していると判別されなかった場合は、工程S103は省略される。
On the other hand, if it is not determined in step S102 that the inlet water temperature of the second refrigerant-
工程S104において、圧縮機111への入力電力が検出される。検出された値は、制
御装置130へ入力される。
In step S104, input power to the
工程S105において、工程S104で検出された圧縮機111への入力電力が、所定時間前に検出された圧縮機111への入力電力と比較して増加しているかどうかが、制御装置130によって判別される。
In step S105, the
工程S105で、圧縮機111への入力電力が所定時間前に比較して増加していると判別された場合は、工程S106において、膨張弁113の開度が制御装置130によって所定量縮小される。
If it is determined in step S105 that the input power to the
一方、工程S105で、圧縮機111への入力電力が所定時間前に比較して増加していると判別されなかった場合は、工程S106は省略される。
On the other hand, if it is not determined in step S105 that the input power to the
以上説明したように、図2に示した制御を所定時間毎に繰り返して実施することにより、最適な冷凍サイクル装置の制御が可能になる。 As described above, it is possible to optimally control the refrigeration cycle apparatus by repeatedly performing the control shown in FIG. 2 every predetermined time.
次に、本発明の実施の形態1の冷凍サイクル装置110の運転状態を、図3を用いて説明する。図3は、縦軸に冷媒の圧力、横軸に冷媒のエンタルピを表示したモリエル線図であり、冷媒は二酸化炭素である。図3中の曲線160、163、164は、それぞれ飽和曲線、等温線、等エントロピ線を表している。
Next, the operating state of the
図3において、閉サイクルA1B1C1D1161は、冷凍サイクル装置110の構成において、工程S101〜工程S106の制御を行わない場合、すなわち比較例のモリエル線図である。また、閉サイクルA2B2C2D2162は、本実施の形態1の工程S101〜工程S106の制御を行った場合のモリエル線図である。
In FIG. 3, a closed cycle A 1 B 1 C 1 D 1 161 is a Mollier diagram of the comparative example when the control of the steps S101 to S106 is not performed in the configuration of the
比較例である閉サイクルA1B1C1D1161において、圧縮過程での冷媒は、圧縮機111で圧縮されることによって、圧力およびエンタルピが増加し、図3の点A1から点B1に変化する。放熱過程での冷媒は、第1の冷媒−水熱交換器112で水へ放熱することによって、圧力一定のままエンタルピが減少し、点B1から点C1に変化する。膨張過程での冷媒は、膨張弁113で膨張されることによって、エンタルピ一定のまま圧力が減少し、点C1から点D1に変化する。蒸発過程での冷媒は、蒸発器114および第2の冷媒−水熱交換器115で外気および水から受熱することによって、圧力一定のままでエンタルピが増加し、点D1から点A1に変化する。その後、再び圧縮機111で圧縮される。
In the closed cycle A 1 B 1 C 1 D 1 161, which is a comparative example, the refrigerant in the compression process is compressed by the
閉サイクルA1B1C1D1161においては、第2の冷媒−水熱交換器115の入口水温度が高い場合、冷媒の過熱度が必要以上に大きくなってしまう可能性がある。さらに、等エントロピ線164の傾きが小さい領域で圧縮を行う場合ほど、所定の吐出圧力まで圧縮する場合に必要な圧縮動力は大きい。図3においては、圧縮される冷媒が低圧かつ高エンタルピの状態であるほど、必要な圧縮動力は増加してしまう。特に、二酸化炭素を冷媒として用いる場合、低圧かつ高エンタルピになるにつれて、等エントロピ線164の傾きが減少する割合が比較的大きい。したがって、二酸化炭素を冷媒とする場合では、冷媒の過熱度が必要以上に大きくなると、所定の吐出圧力まで圧縮するのに必要な圧縮動力が大きく増加し、冷凍サイクルの成績係数が急激に低下してしまう。
In the closed cycle A 1 B 1 C 1 D 1 161, when the inlet water temperature of the second refrigerant-
また、冷媒の過熱度が必要以上に大きい場合には、第1の冷媒−水熱交換器112内における冷媒圧力が、気液二相領域の状態に近い状態(図3の飽和曲線160の付近)まで、低くなってしまう可能性がある。冷媒が気液二相領域に近い状態では、等温線163の傾きが小さくなり、第1の冷媒−水熱交換器112における冷媒の温度差が十分に確保で
きない。このため、第1の冷媒−水熱交換器112における冷媒と水との熱交換効率が低下してしまう。その結果、第1の冷媒−水熱交換器112において、所定温度まで水を加熱するのに必要な冷媒温度が高くなり、圧縮機111で必要な圧縮動力が増大する為、冷凍サイクルの成績係数が低下してしまう。
When the degree of superheat of the refrigerant is larger than necessary, the refrigerant pressure in the first refrigerant-
これに対して、本実施の形態1の閉サイクルA2B2C2D2162においては、工程S101〜工程S106の制御を行うことにより、第2の冷媒−水熱交換器115の入口水温度が高い場合には、膨張弁113の開度を調整し、冷媒圧力を上昇させる。冷媒圧力が上昇すると、冷媒温度も上昇する為、冷媒温度と外気温度の差が小さくなり、蒸発器114における冷媒と外気との熱交換量が制御され、圧縮機111に吸入される冷媒の過熱度を最適な大きさに制御することができる。この結果、圧縮機111に吸入される冷媒圧力が高く、かつ図3において等エントロピ線164の傾きが大きい領域で冷媒の圧縮を行うこととなり、圧縮機111の圧縮動力を小さくすることができる為、冷凍サイクルの成績係数を高くすることができる。
On the other hand, in the closed cycle A 2 B 2 C 2 D 2 162 according to the first embodiment, the inlet water of the second refrigerant-
さらには、圧縮機111の入口において、冷媒の圧力を最適な大きさに制御することができる為、第1の冷媒−水熱交換器112において、所定温度まで水を加熱する為に必要な冷媒温度が高くなりすぎることがなく、第1の冷媒−水熱交換器112における冷媒と水との熱交換効率が低下することがない。その結果、圧縮機111の圧縮動力を小さくすることができる為、冷凍サイクルの成績係数を高くすることができる。
Furthermore, since the pressure of the refrigerant can be controlled to an optimum level at the inlet of the
このように、本発明の実施の形態1の冷凍サイクル装置110では、第1の冷媒−水熱交換器112での冷媒圧力を最適に、かつ蒸発器114での冷媒圧力を高く制御できる為、圧縮機111の圧縮動力を少なくすることができる。
Thus, in the
また、第1の冷媒−水熱交換器112における冷媒と水との熱交換効率が低下することはない為、圧縮機111の圧縮動力を少なくすることができる。これにより、第2の冷媒−水熱交換器115へ流入する水の温度が変動する場合においても、圧縮機111の圧縮動力を少なくすることができる為、冷凍サイクルの成績係数を向上させることができる。
In addition, since the heat exchange efficiency between the refrigerant and water in the first refrigerant-
なお、本実施の形態1においては、第2の冷媒−水熱交換器115として二重管熱交換器を用いることで、外管には冷媒、内管には水が流れる構成とし、さらには、蒸発器114にファンを備え、ファンの風量を調整することによって制御する構成としても良い。これにより、第2の冷媒−水熱交換器115の一部を蒸発器として兼用できる為、第2の冷媒−水熱交換器115の入口水温度が変動した場合においても、第2の冷媒−水熱交換器115の冷媒出口での冷媒過熱度をより最適な大きさに制御することが可能となる。
In the first embodiment, a double pipe heat exchanger is used as the second refrigerant-
また、ポンプ124によって水流量を制御しているが、本発明の構成はこれに限られたものではなく、例えば、水供給元からの水圧で水を流し、絞り弁等で水流量を制御する構成としても良い。これにより、装置の構成をより簡素化することができる。
Moreover, although the water flow rate is controlled by the
また、膨張機構として膨張弁113を用いているが、本発明の構成はこれに限られたものではなく、例えば、膨張機構として膨張機を用いる構成としても良い。これにより、冷凍サイクルの成績係数をより向上させることが可能となる。
Further, although the
また、本実施の形態1における冷凍サイクル装置の変形例として、図4に示すように、第1の冷媒−水熱交換器112と膨張弁113との間の経路、および蒸発器114と第2の冷媒−水熱交換器115との間の経路に、第1の冷媒−水熱交換器112で放熱した冷媒と、蒸発器114において空気の熱により加熱された冷媒とを熱交換する内部冷媒熱交換器123を共通設置する構成としても良い。
Further, as a modification of the refrigeration cycle apparatus in the first embodiment, as shown in FIG. 4, the path between the first refrigerant-
(実施の形態2)
図5は、本発明の実施の形態2の蓄熱装置の構成図である。図5において、図1と同じ構成については同一の符号を用いて、説明を省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 5 is a configuration diagram of the heat storage device according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 5, the same components as those in FIG.
図5に示すように、本発明の実施の形態2の蓄熱装置180は、実施の形態1の冷凍サイクル110と、蓄熱槽181と、蓄熱熱交換器182と、水経路118とにより構成されている。水経路118は、第1の冷媒−水熱交換器112と、第1の冷媒−水熱交換器112で加熱された水で蓄熱材を加熱する蓄熱熱交換器182と、第2の冷媒−水熱交換器115とを、順に接続し、冷媒回路116を利用して加熱した水を循環させて、蓄熱槽181へ流入させている。
As shown in FIG. 5, the
本実施の形態2においては、蓄熱材として、固液相変化時の潜熱を利用する潜熱蓄熱材である、融点が約58℃の酢酸ナトリウム三水和物を用いているが、これに限られるものではない。 In Embodiment 2, sodium acetate trihydrate having a melting point of about 58 ° C., which is a latent heat storage material that uses latent heat at the time of solid-liquid phase change, is used as the heat storage material. It is not a thing.
次に、本発明の実施の形態2における蓄熱装置180の動作について、図5を用いて説明する。なお、蓄熱運転開始時での蓄熱槽181内の蓄熱材の温度は、蓄熱残量にもよるが、例えば外気温度程度の低温度である。
Next, operation | movement of the
冷媒回路116を利用して加熱された水は、水経路118により蓄熱槽181へ流入され、蓄熱熱交換器182で放熱することで蓄熱材を加熱している。放熱後の水は、第2の冷媒−水熱交換器115で低温の冷媒と熱交換した後、第1の冷媒−水熱交換器112で再度、所定の温度まで加熱されて、蓄熱槽181へと送られる。
The water heated using the
蓄熱運転が進むにつれて、蓄熱材の温度は上昇していき、蓄熱材と水との温度差が小さくなっていく為、蓄熱熱交換器182での熱交換量が少なくなっていき、蓄熱槽181から第2の冷媒−水熱交換器115へ流入する水の温度、すなわち第2の冷媒−水熱交換器115の入口水温度は上昇していく。
As the heat storage operation proceeds, the temperature of the heat storage material increases, and the temperature difference between the heat storage material and water decreases, so the amount of heat exchange in the heat
図6は、本実施の形態2の蓄熱装置180における蓄熱材として、融点が約58℃である酢酸ナトリウム三水和物を用い、蓄熱槽181へ流入させる水の温度を80℃とした場合に、蓄熱槽181から第2の冷媒−水熱交換器115へ流入する水の温度推移を、伝熱シミュレーションを用いて計算した結果を表したグラフである。
FIG. 6 shows a case where sodium acetate trihydrate having a melting point of about 58 ° C. is used as the heat storage material in the
蓄熱運転において、第2の冷媒−水熱交換器115へ流入する水の温度は、大きく以下のA〜Cの3つの領域に分類できる。
In the heat storage operation, the temperature of the water flowing into the second refrigerant-
図6において、Aで示された領域では、主に蓄熱熱交換器182の配管内に元々保持されていた水が押し出されている状態であり、第2の冷媒−水熱交換器115へ流入する水の温度は、比較的低温度で一定である為、膨張弁113の開度はほとんど変化しない。
In FIG. 6, in the region indicated by A, the water originally held in the piping of the heat
Bで示された領域では、主に蓄熱材の固体顕熱を用いて蓄熱が行われている状態であり、蓄熱材の温度が融点付近まで比較的急激に上昇していく為、第2の冷媒−水熱交換器115へ流入する水の温度が、前記融点より若干低い温度まで急激に上昇していく。その結果、膨張弁113の開度は従来構成の場合と比較して、急激に広がる方向へ制御されていく。
In the region indicated by B, the heat storage is mainly performed using the solid sensible heat of the heat storage material, and the temperature of the heat storage material rises relatively rapidly to the vicinity of the melting point. The temperature of the water flowing into the refrigerant-
Cで示された領域では、主に蓄熱材の固液相変化時の潜熱を用いて蓄熱が行われている状態であり、蓄熱材の温度が融点付近で一定となっている為、第2の冷媒−水熱交換器1
15へ流入する水の温度は、融点付近で徐々に上昇していく。その結果、膨張弁113の開度はBの状態から徐々に広がる方向へ制御されていく。
In the region indicated by C, heat storage is mainly performed using latent heat at the time of solid-liquid phase change of the heat storage material, and the temperature of the heat storage material is constant near the melting point. Refrigerant-
The temperature of the water flowing into 15 gradually increases near the melting point. As a result, the opening degree of the
このように、本実施の形態2の蓄熱装置180においては、工程S101〜S106の制御方法を用いて膨張弁113の開度調整を行う為、第2の冷媒−水熱交換器115の入口水温度が変動した場合においても、第2の冷媒−水熱交換器115の冷媒出口での冷媒過熱度および冷媒圧力を最適な大きさに制御することが可能となるため、工程S101〜S106の制御方法を用いない従来構成の場合と比較して、冷凍サイクルの成績係数を高くすることができる。
Thus, in the
なお、本実施の形態2においては、蓄熱熱交換器182を設置しているが、本発明の構成はこれに限られたものではなく、蓄熱材として水を用いる場合には、蓄熱槽181として貯湯タンクを用いても良い。この場合、蓄熱熱交換器182は備えていなくても良い。
In addition, in this Embodiment 2, although the heat
本発明にかかる冷凍サイクル装置とそれを用いた蓄熱装置は、ヒートポンプ給湯機、蓄熱式給湯機、蓄熱式冷暖房機といった熱利用システムに用いることができる。 The refrigeration cycle apparatus according to the present invention and the heat storage device using the refrigeration cycle apparatus can be used in a heat utilization system such as a heat pump water heater, a heat storage hot water heater, and a heat storage air conditioner.
10、110 冷凍サイクル装置
11 熱交換器
12 副熱交換器
20 貯湯タンク
21、23 給水管
22 給湯管
24 混合器
30、116 冷媒回路
31、111 圧縮機
32 凝縮器
33、113 膨張弁
34、114 蒸発器
35、41 受熱部
40 流通路
42、124 ポンプ
43 授熱部
112 第1の冷媒−水熱交換器
115 第2の冷媒−水熱交換器
117、118 水経路
122 温度センサ
123 内部冷媒熱交換器
130 制御装置
141、142 信号線
160 飽和曲線
161 閉サイクルA1B1C1D1
162 閉サイクルA2B2C2D2
163 等温線
164 等エントロピ線
180 蓄熱装置
181 蓄熱槽
182 蓄熱熱交換器
DESCRIPTION OF
162 closed cycle A 2 B 2 C 2 D 2
163
Claims (4)
外部より供給された水と前記冷媒と熱交換を行う前記第2の冷媒−水熱交換器と、前記第2の冷媒−水熱交換器によって前記冷媒と熱交換した前記水を前記冷媒が放熱することによって加熱する前記第1の冷媒−水熱交換器とが順に接続され、前記第1の冷媒−水熱交換器で加熱された前記水を供給する水経路とを備え、
前記第2の冷媒−水熱交換器の入口水温度を検出し、前記第2の冷媒−水熱交換器の入口水温度が上昇すると、前記膨張機構によって低下させられる前記冷媒の圧力が高くなるように前記膨張機構を制御する冷凍サイクル装置。 The compressor that compresses the refrigerant, the refrigerant compressed by the compressor radiates heat, heats the first refrigerant-water heat exchanger that heats the water, and the heat that is radiated by the first refrigerant-water heat exchanger An expansion mechanism that reduces the pressure of the refrigerant, an evaporator that heats the refrigerant whose pressure is reduced by the expansion mechanism with heat of air, and a second refrigerant that exchanges heat between the refrigerant heated by the evaporator and water A refrigerant circuit connected in such a way that a water heat exchanger circulates in a path through which the refrigerant flows;
The refrigerant radiates heat from the second refrigerant-water heat exchanger that exchanges heat with water supplied from the outside and the refrigerant, and the water that exchanges heat with the refrigerant by the second refrigerant-water heat exchanger. The first refrigerant-water heat exchanger that is heated by heating, and a water path that supplies the water heated by the first refrigerant-water heat exchanger,
When the inlet water temperature of the second refrigerant-water heat exchanger is detected and the inlet water temperature of the second refrigerant-water heat exchanger rises, the pressure of the refrigerant lowered by the expansion mechanism increases. A refrigeration cycle apparatus that controls the expansion mechanism.
前記蓄熱槽より水を前記水経路に供給し、前記水経路で加熱された水を前記蓄熱槽に導入し、前記加熱された水によって、前記蓄熱槽内の蓄熱材を加熱する蓄熱装置。 The refrigeration cycle apparatus according to claim 1 and a heat storage tank having a heat storage material,
A heat storage device that supplies water from the heat storage tank to the water path, introduces water heated in the water path into the heat storage tank, and heats the heat storage material in the heat storage tank with the heated water.
請求項2に記載の蓄熱装置。 The heat storage material is a latent heat storage material,
The heat storage device according to claim 2.
請求項1〜3のいずれかに記載の冷凍サイクル装置とそれを用いた蓄熱装置。 A part of the second refrigerant-water heat exchanger is configured to be used also as an evaporator,
The refrigeration cycle apparatus according to any one of claims 1 to 3, and a heat storage apparatus using the refrigeration cycle apparatus.
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