JP2018159507A

JP2018159507A - Ｇｈｐチラー

Info

Publication number: JP2018159507A
Application number: JP2017056707A
Authority: JP
Inventors: 則通村井; Norimichi Murai
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2017-03-22
Filing date: 2017-03-22
Publication date: 2018-10-11

Abstract

【課題】加熱運転と冷却運転との双方において高い熱交換効率を維持できるＧＨＰチラーを提供する。
【解決手段】運転切換機構３４による加熱運転と冷却運転との切り換えに伴って、第１熱媒体熱交換器３３を通流する冷媒の通流方向である冷媒通流方向と、第１熱媒体熱交換器３３を通流する第１熱媒体の通流方向である第１熱媒体通流方向との何れか一方を切り換えて、冷媒通流方向と第１熱媒体通流方向とが対向する対向流状態を維持する通流状態切換機構５１を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱需要部にて温熱又は冷熱を供給する第１熱媒体を循環する第１熱媒体循環路と、冷媒を循環する冷媒循環路と、当該冷媒循環路を循環する冷媒を圧縮するエンジン駆動式圧縮機と、冷媒循環路を循環する冷媒を膨張させる膨張弁と、前記エンジン駆動式圧縮機にて圧縮された冷媒の凝縮熱にて第１熱媒体を加熱する加熱器又は前記膨張弁にて膨張された冷媒の蒸発熱にて第１熱媒体を冷却する冷却器として働く第１熱媒体熱交換器と、第２熱媒体を放熱源として冷媒を凝縮する凝縮器又は第２熱媒体を吸熱源として冷媒を蒸発する蒸発器として働く第２熱媒体熱交換器と、前記第１熱媒体熱交換器を前記加熱器として働かせると共に前記第２熱媒体熱交換器を前記蒸発器として働かせる加熱運転と、前記第１熱媒体熱交換器を前記冷却器として働かせると共に前記第２熱媒体熱交換器を前記凝縮器として働かせる冷却運転とを切り換える運転切換機構とを備えるＧＨＰチラーに関する。

従来、空調や冷凍機等の用に供されるＧＨＰチラーは、通常、冷媒循環路としてのヒートポンプ回路において、冷媒と水等の第１熱媒体とを熱交換する第１熱媒体熱交換器を加熱器として働かせると共に第２熱媒体熱交換器を蒸発器として働かせる加熱運転と、第１熱媒体熱交換器を冷却器として働かせると共に第２熱媒体熱交換器を凝縮器として働かせる冷却運転とを切り換える運転切換機構を備えて構成されている（特許文献１を参照）。

特開２０１４−０５３３３２号公報

通常、２流体熱交換器においては、２流体間の熱交換効率を高めるべく、２流体が対向流となる形態で２流体間の熱交換が実行されるよう、両者の通流路が形成されている。
これに対し、上記特許文献１に開示される通常のＧＨＰチラーにおいては、運転切換機構として冷媒循環路を循環する冷媒の通流方向を切り換える四方弁を備えている。加熱運転と冷却運転とを切り換える場合、第１熱媒体熱交換器を通流する冷媒の通流方向が、加熱運転と冷却運転とで逆方向となる。一方で、第１熱媒体循環路を介して第１熱媒体熱交換器を通流する第１熱媒体の通流方向は、加熱運転と冷却運転とで同一方向である。

このため、特許文献１に代表される従来のＧＨＰチラーにおいては、第１熱媒体熱交換器において、加熱運転と冷却運転との何れか一方において、冷媒と第１熱媒とが対向流とならず、効率が低下するため、改善の余地があった。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、加熱運転と冷却運転との双方において高い熱交換効率を維持できるＧＨＰチラーを提供する点にある。

上記目的を達成するためのＧＨＰチラーは、
熱需要部にて温熱又は冷熱を供給する第１熱媒体を循環する第１熱媒体循環路と、
冷媒を循環する冷媒循環路と、
当該冷媒循環路を循環する冷媒を圧縮するエンジン駆動式圧縮機と、
前記冷媒循環路を循環する冷媒を膨張する膨張弁と、
前記エンジン駆動式圧縮機にて圧縮された冷媒の凝縮熱にて第１熱媒体を加熱する加熱器又は前記膨張弁にて膨張された冷媒の蒸発熱にて第１熱媒体を冷却する冷却器として働く第１熱媒体熱交換器と、
第２熱媒体を放熱源として冷媒を凝縮する凝縮器又は第２熱媒体を吸熱源として冷媒を蒸発する蒸発器として働く第２熱媒体熱交換器と、
前記第１熱媒体熱交換器を前記加熱器として働かせると共に前記第２熱媒体熱交換器を前記蒸発器として働かせる加熱運転と、前記第１熱媒体熱交換器を前記冷却器として働かせると共に前記第２熱媒体熱交換器を前記凝縮器として働かせる冷却運転とを切り換える運転切換機構とを備えるＧＨＰチラーであって、その特徴構成は、
前記運転切換機構による前記加熱運転と前記冷却運転との切り換えに伴って、前記第１熱媒体熱交換器を通流する冷媒の通流方向である冷媒通流方向と、前記第１熱媒体熱交換器を通流する第１熱媒体の通流方向である第１熱媒体通流方向との何れか一方を切り換えて、前記冷媒通流方向と前記第１熱媒体通流方向とが対向する対向流状態を維持する点にある。

上記特徴構成によれば、運転切換機構による加熱運転と冷却運転との切り換えに伴って、通流状態切換機構が、第１熱媒体熱交換器を通流する冷媒の通流方向である冷媒通流方向と、第１熱媒体熱交換器を通流する第１熱媒体の通流方向である第１熱媒体通流方向との何れか一方を切り換えるから、第１熱媒体熱交換器において、加熱運転と冷却運転の何れにおいても、冷媒通流方向と第１熱媒体通流方向とが対向する対向流状態を維持することができ、加熱運転と冷却運転との何れかにおいて熱交換効率が低下することを避けることができる。
因みに、第１熱媒体熱交換器を加熱器として働かせる場合、当該第１熱媒体熱交換器を通流する冷媒は凝縮温度で略一定になるが、高温高圧のガス冷媒が第１熱媒体熱交換器へ流入し、冷却され凝縮温度に達するまでは温度変化し、更に、出口近傍で数度過冷却されるときに温度変化して、液化した冷媒が熱交換器から出ていくことになる。
一方、第１熱媒体熱交換器を冷却器として働かせる場合、当該第１熱媒体熱交換器を通流する冷媒は蒸発温度で略一定になるが、高温高圧の液冷媒が、膨張弁で減圧され、低温液冷媒として熱交換器に流入し、ガス化（蒸発）された後、数度過熱されるときに温度変化し、当該過熱状態のガス冷媒が、熱交換器から出ていくことになる。
以上の如く、第１熱媒体熱交換器を通過する冷媒は、加熱器として働く場合でも冷却器として働く場合の何れにあっても、温度変化することとなるため、上述の如く、冷媒通流方向と第１熱媒体通流方向とが対向する対向流状態を維持することで、加熱運転と冷却運転との何れかにおいて熱交換効率が低下することを避けることができるのである。

ＧＨＰチラーの更なる特徴構成は、
前記第１熱媒体熱交換器は、第１熱媒体第１接続口と第１熱媒体第２接続口とを介して前記第１熱媒体循環路に連通接続され、
前記熱需要部は、第１熱媒体第３接続口と第１熱媒体第４接続口とを介して前記第１熱媒体循環路に連通接続され、
前記通流状態切換機構は、前記第１熱媒体第３接続口を前記第１熱媒体第１接続口に連通接続すると共に、前記第１熱媒体第４接続口を前記第１熱媒体第２接続口に連通接続する第１接続状態と、
前記第１熱媒体第３接続口を前記第１熱媒体第２接続口に連通接続すると共に、前記第１熱媒体第４接続口を前記第１熱媒体第１接続口に連通接続する第２接続状態とを切り換える弁機構から構成されている点にある。

上記特徴構成によれば、弁機構による第１接続状態と第２接続状態の切り換えという簡易な構成により、第１熱媒体熱交換器において、第１熱媒体通流方向を適切に切り換える形態で、加熱運転と冷却運転の何れにおいても冷媒と第１熱媒体との対向流状態を維持できる。

ＧＨＰチラーの更なる特徴構成は、
前記冷媒循環路は、前記加熱運転と前記冷却運転との双方で、冷媒を少なくとも前記エンジン駆動式圧縮機と前記第２熱媒体熱交換器と前記運転切換機構とに冷媒を通流する第１冷媒通流路と、前記第１熱媒体熱交換器と前記膨張弁とに冷媒を通流する第２冷媒通流路を備え、
前記通流状態切換機構は、前記第１冷媒通流路の一方の流路端である第１冷媒通流路第１流路端を、前記第２冷媒通流路の一方の流路端である第２冷媒通流路第１流路端に連通接続する第３接続状態と、
前記第１冷媒通流路の他方の流路端である第１冷媒通流路第２流路端を、前記第２冷媒通流路の他方の流路端である第２冷媒通流路第２流路端に連通接続する第４接続状態とを切り換える弁機構から構成されている点にある。

上記特徴構成によれば、弁機構による第３接続状態と第４接続状態の切り換えという簡易な構成により、第１熱媒体熱交換器において、冷媒通流方向を適切に切り換える形態で、加熱運転と冷却運転の何れにおいても冷媒と第１熱媒体との対向流状態を維持できる。

ＧＨＰチラーの更なる特徴構成は、
前記弁機構は、第１四方弁から構成されている点にある。

当該構成により、比較的簡易な四方弁にて弁機構を実現でき、構成の簡素化を図ることができる。

ＧＨＰチラーの更なる特徴構成は、
前記運転切換機構は、前記冷媒循環路において、前記エンジン駆動式圧縮機と、前記第１熱媒体熱交換器と、前記膨張弁と、前記第２熱媒体熱交換器とに記載の順に冷媒を通流させる前記加熱運転と、前記エンジン駆動式圧縮機と、前記第２熱媒体熱交換器と、前記膨張弁と、前記第１熱媒体熱交換器とに記載の順に冷媒を通流させる前記冷却運転とを切り換える第２四方弁から構成されている点にある。

当該構成により、比較的簡易な四方弁にて運転切換機構を実現でき、構成の簡素化を図ることができる。

第１実施形態に係るＧＨＰチラーで加熱運転を実行している場合の概略構成図第１実施形態に係るＧＨＰチラーで冷却運転を実行している場合の概略構成図第２実施形態に係るＧＨＰチラーの概略構成図別実施形態に係るＧＨＰチラーの概略構成図

本発明の実施形態に係るＧＨＰチラー１００は、加熱運転と冷却運転との双方において高い熱交換効率を維持できるＧＨＰチラーに関する。
以下、図面に基づいてＧＨＰチラー１００の実施形態を説明する。

〔第１実施形態〕
第１実施形態に係るＧＨＰチラー１００は、図１、２に示すように、熱需要部５０にて温熱又は冷熱を供給する第１熱媒体を循環する第１熱媒体循環路Ｃ２と、当該第１熱媒体循環路Ｃ２にて第１熱媒体を圧送する圧送ポンプＰと、冷媒を循環する冷媒循環路Ｃ１と、当該冷媒循環路Ｃ１を循環する冷媒を圧縮するエンジン駆動式圧縮機３５と、冷媒循環路Ｃ１を循環する冷媒を膨張する膨張弁３２と、エンジン駆動式圧縮機３５にて圧縮された冷媒の凝縮熱にて水等の第１熱媒体を加熱する加熱器、又は膨張弁３２にて膨張された冷媒の蒸発熱にて第１熱媒体を冷却する冷却器として働く第１熱媒体熱交換器３３と、空気等の第２熱媒体を放熱源として冷媒を凝縮する凝縮器又は第２熱媒体を吸熱源として冷媒を蒸発する蒸発器として働く第２熱媒体熱交換器３６とを備えている。
上記エンジン駆動式圧縮機３５は、例えば都市ガス１３Ａを燃料として、エンジンＥにて駆動されるものである。

更に、ＧＨＰチラー１００は、第１熱媒体熱交換器３３を加熱器として働かせると共に第２熱媒体熱交換器３６を蒸発器として働かせる加熱運転と、第１熱媒体熱交換器３３を冷却器として働かせると共に第２熱媒体熱交換器３６を凝縮器として働かせる冷却運転とを切り換える運転切換機構を備えている。
説明を追加すると、当該運転切換機構は、冷媒循環路Ｃ１において、エンジン駆動式圧縮機３５、第１熱媒体熱交換器３３、膨張弁３２、第２熱媒体熱交換器３６とに記載の順に冷媒を通流させる加熱運転（図１に示す状態）と、エンジン駆動式圧縮機３５、第２熱媒体熱交換器３６、膨張弁３２、及び第１熱媒体熱交換器３３とに記載の順に冷媒を通流させる冷却運転（図２に示す状態）とを切り換える第２四方弁３４から構成されている。

さて、上述ように構成されているＧＨＰチラー１００にあっては、第１熱媒体熱交換器３３は、冷媒と水等の第１熱媒体とを交換する二流体熱交換器として構成され、当該２流体熱交換器は、熱交換効率を向上させる観点から、冷媒と第１熱媒体とを対向流で熱交換するよう構成することが好ましい。
そこで、ＧＨＰチラー１００にあっては、運転切換機構としての第２四方弁３４による加熱運転と冷却運転との切り換えに伴って、第１熱媒体熱交換器３３を通流する冷媒の通流方向である冷媒通流方向と、第１熱媒体熱交換器３３を通流する第１熱媒体の通流方向である第１熱媒体通流方向とが対向する対向流状態を維持する通流状態切換機構を備える。

説明を追加すると、当該第１実施形態に係るＧＨＰチラー１００にあっては、通流状態切換機構は、第１熱媒体循環路Ｃ２を通流する第１熱媒体の通流状態を切り換える形態で、対向流状態を維持する。

具体的には、第１熱媒体熱交換器３３を、第１熱媒体第１接続口３３ａと第１熱媒体第２接続口３３ｂとを介して第１熱媒体循環路Ｃ２に連通接続する形態で設けると共に、熱需要部５０を、第１熱媒体第３接続口５０ａと第１熱媒体第４接続口５０ｂとを介して第１熱媒体循環路Ｃ２に連通接続する形態で設ける。
更に、第１熱媒体第３接続口５０ａを第１熱媒体第１接続口３３ａに連通接続すると共に、第１熱媒体第４接続口５０ｂを第１熱媒体第２接続口３３ｂに連通接続する第１接続状態（図１に示す接続状態）と、第１熱媒体第３接続口５０ａを第１熱媒体第２接続口３３ｂに連通接続すると共に、第１熱媒体第４接続口５０ｂを第１熱媒体第１接続口３３ａに連通接続する第２接続状態（図２に示す接続状態）とに切り換える第１四方弁５１（弁機構の一例）を通流状態切換機構として、第１熱媒体循環路Ｃ２に設けている。

制御装置（図示せず）は、加熱運転と冷却運転とを切り換える運転切換機構としての第２四方弁３４の切り換えに伴って、通流状態切換機構としての第１四方弁５１にて第１通流状態と第２通流状態とを切り換え制御する形態で、第１熱媒体熱交換器３３を通流する冷媒と第１熱媒体とを、加熱運転と冷却運転の何れにおいても対向流状態に維持する。

〔第２実施形態〕
上記第１実施形態に係るＧＨＰチラー１００にあっては、通流状態切換機構は、第１熱媒体循環路Ｃ２を通流する第１熱媒体の通流状態を切り換える形態で、第１熱媒体熱交換器３３での冷媒と第１熱媒体との対向流状態を維持する構成例を示した。これに対し、当該第２実施形態に係るＧＨＰチラー１００にあっては、通流状態切換機構が、冷媒循環路Ｃ１を通流する冷媒の通流状態を切り換える形態で、第１熱媒体熱交換器３３での冷媒と第１熱媒体との対向流状態を維持する。
当該第２実施形態に係るＧＨＰチラー１００は、上述した点以外の構成については、上記第１実施形態と同一の構成であるため、上記第１実施形態と同一の符号を付すと共に、その説明を割愛する。

当該第２実施形態に係るＧＨＰチラー１００では、図３に示すように、冷媒循環路Ｃ１が、加熱運転と冷却運転との双方で、冷媒を少なくともエンジン駆動式圧縮機３５と第２熱媒体熱交換器３６と第２四方弁３４とに冷媒を通流する第１冷媒通流路Ｃ１ａと、第１熱媒体熱交換器３３と膨張弁３２とに冷媒を通流する第２冷媒通流路Ｃ１ｂとから構成されている。
尚、第１冷媒通流路Ｃ１ａは、第２四方弁３４と後述する第１四方弁３７との間の流路部位と、第２熱媒体熱交換器３６と後述する第１四方弁３７との間の流路部位とを含むものである。
また、第２冷媒通流路Ｃ１ｂは、第１熱媒体熱交換器３３と後述する第１四方弁３７との間の流路部位と、膨張弁３２と後述する第１四方弁３７との間の流路部位とを含むものである。

更に、第１冷媒通流路Ｃ１ａの一方の流路端である第１冷媒通流路第１流路端Ｃ１ａ１を第２冷媒通流路Ｃ１ｂの一方の流路端である第２冷媒通流路第１流路端Ｃ１ｂ１に連通接続する第３接続状態（図３に示す接続状態）と、第１冷媒通流路Ｃ１ａの他方の流路端である第１冷媒通流路第２流路端Ｃ１ａ２を第２冷媒通流路Ｃ１ｂの他方の流路端である第２冷媒通流路第２流路端Ｃ１ｂ２に連通接続する第４接続状態（図４に示す接続状態）とを切り換える第１四方弁３７（弁機構の一例）を通流状態切換機構として、冷媒循環路Ｃ１に設けている。

〔別実施形態〕
（１）上記第２実施形態では、弁機構として第１四方弁３７を備える構成例を示した。しかしながら、弁機構は、図４に示すように、四方弁に限らず、一対の三方弁３７ａ、３７ｂから構成しても構わない。
図示は省略するが、上記第１実施形態に係る弁機構である第１四方弁５１についても、一対の三方弁から構成しても構わない。

尚、上記実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。

本発明のＧＨＰチラーは、加熱運転と冷却運転との双方において高い熱交換効率を維持できるＧＨＰチラーとして、有効に利用可能である。

３２：膨張弁
３３：第１熱媒体熱交換器
３３ａ：第１熱媒体第１接続口
３３ｂ：第１熱媒体第２接続口
３４：第２四方弁
３５：エンジン駆動式圧縮機
３６：第２熱媒体熱交換器
３７：第１四方弁
５０：熱需要部
５０ａ：第１熱媒体第３接続口
５０ｂ：第１熱媒体第４接続口
５１：第１四方弁
１００：ＧＨＰチラー
Ｃ１：冷媒循環路
Ｃ１ａ：第１冷媒通流路
Ｃ１ａ１：第１冷媒通流路第１流路端
Ｃ１ａ２：第１冷媒通流路第２流路端
Ｃ１ｂ：第２冷媒通流路
Ｃ１ｂ１：第２冷媒通流路第１流路端
Ｃ１ｂ２：第２冷媒通流路第２流路端
Ｃ２：第１熱媒体循環路

Claims

熱需要部にて温熱又は冷熱を供給する第１熱媒体を循環する第１熱媒体循環路と、
冷媒を循環する冷媒循環路と、
当該冷媒循環路を循環する冷媒を圧縮するエンジン駆動式圧縮機と、
前記冷媒循環路を循環する冷媒を膨張する膨張弁と、
前記エンジン駆動式圧縮機にて圧縮された冷媒の凝縮熱にて第１熱媒体を加熱する加熱器又は前記膨張弁にて膨張された冷媒の蒸発熱にて第１熱媒体を冷却する冷却器として働く第１熱媒体熱交換器と、
第２熱媒体を放熱源として冷媒を凝縮する凝縮器又は第２熱媒体を吸熱源として冷媒を蒸発する蒸発器として働く第２熱媒体熱交換器と、
前記第１熱媒体熱交換器を前記加熱器として働かせると共に前記第２熱媒体熱交換器を前記蒸発器として働かせる加熱運転と、前記第１熱媒体熱交換器を前記冷却器として働かせると共に前記第２熱媒体熱交換器を前記凝縮器として働かせる冷却運転とを切り換える運転切換機構とを備えるＧＨＰチラーであって、
前記運転切換機構による前記加熱運転と前記冷却運転との切り換えに伴って、前記第１熱媒体熱交換器を通流する冷媒の通流方向である冷媒通流方向と、前記第１熱媒体熱交換器を通流する第１熱媒体の通流方向である第１熱媒体通流方向との何れか一方を切り換えて、前記冷媒通流方向と前記第１熱媒体通流方向とが対向する対向流状態を維持する通流状態切換機構を備えるＧＨＰチラー。
前記第１熱媒体熱交換器は、第１熱媒体第１接続口と第１熱媒体第２接続口とを介して前記第１熱媒体循環路に連通接続され、
前記熱需要部は、第１熱媒体第３接続口と第１熱媒体第４接続口とを介して前記第１熱媒体循環路に連通接続され、
前記通流状態切換機構は、前記第１熱媒体第３接続口を前記第１熱媒体第１接続口に連通接続すると共に、前記第１熱媒体第４接続口を前記第１熱媒体第２接続口に連通接続する第１接続状態と、
前記第１熱媒体第３接続口を前記第１熱媒体第２接続口に連通接続すると共に、前記第１熱媒体第４接続口を前記第１熱媒体第１接続口に連通接続する第２接続状態とを切り換える弁機構から構成されている請求項１に記載のＧＨＰチラー。
前記冷媒循環路は、前記加熱運転と前記冷却運転との双方で、冷媒を少なくとも前記エンジン駆動式圧縮機と前記第２熱媒体熱交換器と前記運転切換機構とに冷媒を通流する第１冷媒通流路と、前記第１熱媒体熱交換器と前記膨張弁とに冷媒を通流する第２冷媒通流路を備え、
前記通流状態切換機構は、前記第１冷媒通流路の一方の流路端である第１冷媒通流路第１流路端を、前記第２冷媒通流路の一方の流路端である第２冷媒通流路第１流路端に連通接続する第３接続状態と、
前記第１冷媒通流路の他方の流路端である第１冷媒通流路第２流路端を、前記第２冷媒通流路の他方の流路端である第２冷媒通流路第２流路端に連通接続する第４接続状態とを切り換える弁機構から構成されている請求項１に記載のＧＨＰチラー。
前記弁機構は、第１四方弁から構成されている請求項２又は３に記載のＧＨＰチラー。
前記運転切換機構は、前記冷媒循環路において、前記エンジン駆動式圧縮機と、前記第１熱媒体熱交換器と、前記膨張弁と、前記第２熱媒体熱交換器とに記載の順に冷媒を通流させる前記加熱運転と、前記エンジン駆動式圧縮機と、前記第２熱媒体熱交換器と、前記膨張弁と、前記第１熱媒体熱交換器とに記載の順に冷媒を通流させる前記冷却運転とを切り換える第２四方弁から構成されている請求項１〜４の何れか一項に記載のＧＨＰチラー。