JP2017116242A

JP2017116242A - ヒートポンプ装置

Info

Publication number: JP2017116242A
Application number: JP2015255500A
Authority: JP
Inventors: 真典上田; Masanori Ueda; 岳彦川上; Takehiko Kawakami; 眞柄　隆志; Takashi Magara; 隆志眞柄
Original assignee: Corona Corp
Current assignee: Corona Corp
Priority date: 2015-12-26
Filing date: 2015-12-26
Publication date: 2017-06-29

Abstract

【課題】熱交換効率の高いヒートポンプ装置を提供する。
【解決手段】圧縮機２、四方弁３、負荷側熱交換器４、減圧手段５、熱源側熱交換器６とを冷媒配管７で接続し内部に冷媒を循環させるヒートポンプ回路８を備え、負荷側熱交換器４および熱源側熱交換器６が液・冷媒熱交換器からなり、負荷側熱交換器４を凝縮器、熱源側熱交換器６を蒸発器として機能させて負荷側を加熱する加熱運転を行う一方、負荷側熱交換器４を蒸発器、熱源側熱交換器６を凝縮器として機能させて負荷側を冷却する冷却運転を行うヒートポンプ装置において、負荷側熱交換器４および熱源側熱交換器６は、加熱運転時および冷却運転時に、凝縮器として機能させる熱交換器では液と冷媒が対向流となるように構成され、蒸発器として機能させる熱交換器では液と冷媒が並行流となるように構成され、さらに蒸発器として機能する熱交換器での冷媒の流れ方向を上から下に向かう方向とした。
【選択図】図５

Description

本発明は、ヒートポンプ装置に係り、特に、負荷側熱交換器および熱源側熱交換器が共に、循環液と冷媒が熱交換する液・冷媒熱交換器であるヒートポンプ装置に関するものである。

従来、圧縮機と、負荷側熱交換器と、膨張弁と、熱源側熱交換器とを冷媒配管で環状に接続したヒートポンプ回路を備え、負荷側熱交換器および熱源側熱交換器が液・冷媒熱交換器からなり、負荷側熱交換器において、冷媒との熱交換によって加熱または冷却された負荷側循環液を室内端末に供給することにより室内を暖房する加熱運転を行う、または室内を冷房する冷却運転を行うものがあった。（例えば、特許文献１参照。）

特開２０１２−２５５５８５号公報

ところで、この従来のものは、加熱運転時においては、凝縮器として機能する負荷側熱交換器では冷媒と負荷側循環液とが対向流となると共に、蒸発器として機能する熱源側熱交換器では冷媒と熱源側循環液とが並行流となるものであり、一方、冷却運転時においては、凝縮器として機能する熱源側熱交換器では冷媒と熱源側循環液とが対向流となると共に、蒸発器として機能する負荷側熱交換器では冷媒と負荷側循環液とが並行流となるものである。

ここで、ヒートポンプ回路における冷媒は、凝縮器では温度変化を伴い、蒸発器では等温変化となる。そのため、上記の負荷側熱交換器や熱源側熱交換器が、凝縮器または蒸発器として熱交換を行う場合、図８に示すように、温度変化を伴う凝縮器では対向流の方が熱交換効率がよいものであるが、等温変化となる蒸発器では対向流とせずに並行流であっても熱交換効率を維持することができるものである。

ところが、蒸発器では、並行流であったとしても冷媒の流し方如何によっては熱交換効率が低下してしまうという問題点があり、上記のような従来のものはこのような問題については考慮されておらず、蒸発器において熱交換効率を向上させる余地があった。

本発明は上記課題を解決するために、請求項１では、圧縮機、四方弁、負荷側熱交換器、減圧手段、熱源側熱交換器とを冷媒配管で接続し内部に冷媒を循環させるヒートポンプ回路を備え、前記負荷側熱交換器および前記熱源側熱交換器が液・冷媒熱交換器からなり、前記負荷側熱交換器を凝縮器として機能させると共に前記熱源側熱交換器を蒸発器として機能させて負荷側を加熱する加熱運転を行う一方、前記負荷側熱交換器を蒸発器として機能させると共に前記熱源側熱交換器を凝縮器として機能させて負荷側を冷却する冷却運転を行うヒートポンプ装置において、前記負荷側熱交換器および前記熱源側熱交換器は、前記加熱運転時および前記冷却運転時に、前記凝縮器として機能させる熱交換器では液と冷媒が対向流となるように構成され、前記蒸発器として機能させる熱交換器では液と冷媒が並行流となるように構成され、さらに前記蒸発器として機能する熱交換器での冷媒の流れ方向を上から下に向かう方向とするものとした。

また、請求項２では、前記負荷側熱交換器および前記熱源側熱交換器は、縦方向に冷媒の流路が形成されたプレート式熱交換器とするものとした。

この発明の請求項１によれば、負荷側熱交換器および熱源側熱交換器は、加熱運転時および冷却運転時に、凝縮器として機能させる熱交換器では液と冷媒が対向流となるように構成され、蒸発器として機能させる熱交換器では液と冷媒が並行流となるように構成され、さらに蒸発器として機能する熱交換器での冷媒の流れ方向を上から下に向かう方向とするものとしたことで、凝縮器として機能する熱交換器では液と冷媒とが対向流となるので熱交換効率を高くでき、蒸発器として機能する熱交換器では、液と冷媒とが並行流ではあるが、冷媒の流れ方向を上から下に向かう方向としたので、蒸発器としての熱交換器に流入する液相の冷媒は重力で落下しやすくなり、冷媒の流速が上がり、熱交換効率を高くすることができるものである。

また、請求項２によれば、負荷側熱交換器および熱源側熱交換器は、縦方向に冷媒の流路が形成されたプレート式熱交換器としたことで、簡易な構成で、蒸発器として機能する熱交換器での冷媒の流れ方向を上から下に向かう方向に設定することができるものである。

本発明の一実施形態のヒートポンプ装置の概略構成図。ヒートポンプユニットの筐体内における負荷側熱交換器と熱源側熱交換器の設置状態を示す図。（ａ）プレート式熱交換器の平面図。（ｂ）図３（ａ）のＡ−Ａ断面図。（ｃ）図３（ａ）のＢ−Ｂ断面図。ヒートポンプ装置の加熱運転時の動作を説明する概略図。加熱運転時における負荷側熱交換器および熱源側熱交換器での液媒体の流れおよび冷媒の流れを説明するための説明図。ヒートポンプ装置の冷却運転時の動作を説明する概略図。冷却運転時における負荷側熱交換器および熱源側熱交換器での液媒体の流れおよび冷媒の流れを説明するための説明図。熱交換器において液対冷媒を対向流または並行流とした場合の作用を説明する説明図。

次に、この発明の一実施形態のヒートポンプ装置の構成について、図面に基づき詳細に説明する。
１は冷温熱を供給するヒートポンプ式の熱源機としてのヒートポンプユニットで、ヒートポンプユニット１は、その筐体内に、冷媒を圧縮する回転数可変の圧縮機２、四方弁３、負荷側熱交換器４、減圧手段としての膨張弁５、熱源側熱交換器６を備え、それらを冷媒配管７で環状に接続してヒートポンプ回路８を形成しているものである。なお、ヒートポンプ回路８を循環する冷媒としては、ＨＦＣ冷媒や二酸化炭素冷媒等の任意の冷媒を用いることができるものである。

前記冷媒配管７に設けられた四方弁３は、ヒートポンプ回路８における冷媒の流れ方向を切り換える切換弁としての機能を有し、圧縮機２から吐出された冷媒を、負荷側熱交換器４、膨張弁５、熱源側熱交換器６の順に流通させ、圧縮機２に戻す流路を形成する状態（加熱運転時の状態）と、圧縮機２から吐出された冷媒を、熱源側熱交換器６、膨張弁５、負荷側熱交換器４の順に流通させ、圧縮機２に戻す流路を形成する状態（冷却運転時の状態）とに切換可能なものである。

また、９は圧縮機２から吐出された冷媒の温度を検出する吐出温度センサ、１０は膨張弁５と熱源側熱交換器６とを接続する冷媒配管７に設けられ、ここを流通する冷媒の温度を検出する冷媒温度センサである。

１１は熱源側熱交換器６を流通する冷媒を加熱または冷却する熱源として地中に設置された地中熱交換器で、熱源側熱交換器６の液体流路と地中熱交換器１１とを熱源側配管１２で環状に接続して熱源側循環回路１３を形成するものであり、熱源側配管１２には、熱源側循環回路１３に熱源側循環液（例えば、水や不凍液等）を循環させる回転数可変の熱源側循環ポンプ１４と、熱源側循環液を貯留し熱源側循環回路１３の圧力を調整する熱源側シスターン１５とを備えているものである。

１６はヒートポンプユニット１で加熱または冷却された負荷側循環液が供給され、供給された負荷側循環液の熱を利用することで室内の空調を行う室内端末であり、室内端末１６としては冷暖房兼用の輻射パネルやファンコイル等を用いるものである。なお、室内端末１６は、図１では１つしか設けられていないが、複数であってもよいものであり、数量や仕様が特に限定されるものではない。

１７は負荷側熱交換器４の液体流路と室内端末１６とを負荷側配管１８で環状に接続した負荷側循環回路で、負荷側配管１８には、負荷側循環回路１７に負荷側循環液（例えば、水や不凍液等）を循環させる回転数可変の負荷側循環ポンプ１９と、室内端末１６から負荷側熱交換器４に流入する負荷側循環液の温度を検出する戻り温度センサ２０と、負荷側循環液を貯留し負荷側循環回路１７の圧力を調整する負荷側シスターン２１とを備えているものである。

前記負荷側熱交換器４および前記熱源側熱交換器６は液・冷媒熱交換器であり、例えばプレート式熱交換器で構成され、図２に示すような状態で、ヒートポンプユニット１の筐体内に設置されており、負荷側熱交換器４の一側面には、冷媒が流通する冷媒配管７が接続される第１接続口４ａ、第２接続口４ｂと、負荷側循環液が流通する負荷側配管１８が接続される負荷側循環液流入接続口４ｃ、負荷側循環液流出接続口４ｄとの４つの接続口が設けられており、前記第１接続口４ａには、四方弁３と負荷側熱交換器４とをつなぐ冷媒配管７の一端が接続され、第２接続口４ｂには、負荷側熱交換器４と膨張弁５とをつなぐ冷媒配管７の一端が接続され、負荷側循環液流入接続口４ｃには、室内端末１６から負荷側熱交換器４に戻ってくる負荷側循環液を流通させる負荷側配管１８の一端が接続され、負荷側循環液流出接続口４ｄには、負荷側熱交換器４から室内端末１６に向かう負荷側循環液を流通させる負荷側配管１８の一端が接続されている。ここで、第２接続口４ｂは負荷側熱交換器４の一側面の右上部に設けられると共に、負荷側循環液流入接続口４ｃは負荷側熱交換器４の一側面の左上部に設けられ、第２接続口４ｂおよび負荷側循環液流入接続口４ｃは略同じ高さ位置に横並びに配置されているものであり、さらに、第１接続口４ａは負荷側熱交換器４の一側面の右下部に設けられると共に、負荷側循環液流出接続口４ｄは負荷側熱交換器４の一側面の左下部に設けられ、第１接続口４ａおよび負荷側循環液流出接続口４ｄは略同じ高さ位置に横並びに配置されているものであり、第１接続口４ａと第２接続口４ｂとは鉛直方向の略同一直線上に配置され、負荷側循環液流入接続口４ｃと負荷側循環液流出接続口４ｄとは鉛直方向の略同一直線上に配置されるものである。

また、熱源側熱交換器６の一側面には、冷媒が流通する冷媒配管７が接続される第３接続口６ａ、第４接続口６ｂと、熱源側循環液が流通する熱源側配管１２が接続される熱源側循環液流入接続口６ｃ、熱源側循環液流出接続口６ｄとの４つの接続口が設けられており、前記第３接続口６ａには、膨張弁５と熱源側熱交換器６をつなぐ冷媒配管７の一端が接続され、第４接続口６ｂには、熱源側熱交換器６と四方弁３をつなぐ冷媒配管７の一端が接続され、熱源側循環液流入接続口６ｃには、地中熱交換器１１から熱源側熱交換器６に戻ってくる熱源側循環液を流通させる熱源側配管１２の一端が接続され、熱源側循環液流出接続口６ｄには、熱源側熱交換器６から地中熱交換器１１に向かう熱源側循環液を流通させる熱源側配管１２の一端が接続されている。ここで、第３接続口６ａは熱源側熱交換器６の一側面の右上部に設けられると共に、熱源側循環液流入接続口６ｃは熱源側熱交換器６の一側面の左上部に設けられ、第３接続口６ａおよび熱源側循環液流入接続口６ｃは略同じ高さ位置に横並びに配置されているものであり、さらに、第４接続口６ｂは熱源側熱交換器６の一側面の右下部に設けられると共に、熱源側循環液流出接続口６ｄは熱源側熱交換器６の一側面の左下部に設けられ、第４接続口６ｂおよび熱源側循環液流出接続口６ｄは略同じ高さ位置に横並びに配置されているものであり、第３接続口６ａと第４接続口６ｂとは鉛直方向の略同一直線上に配置され、熱源側循環液流入接続口６ｃと熱源側循環液流出接続口６ｄとは鉛直方向の略同一直線上に配置されるものである。

ここで、図３を用いてプレート式熱交換器の構造について詳細に説明する。図３では、簡略化した負荷側熱交換器４を例に挙げて説明するものとし、図３（ａ）は負荷側熱交換器４を平面視した図を示し、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ断面図を示し、図３（ｃ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ断面図を示したものであり、熱源側熱交換器６についても負荷側熱交換器４と同様の構造となる。なお、図３中の冷媒の流れ方向および負荷側循環液の流れ方向は、後述する負荷側熱交換器４を蒸発器として機能させたときの冷却運転時の流れ方向を示すものとする。
前記負荷側熱交換器４は、複数の縦長の伝熱プレート（ここでは簡略化したプレート式熱交換器を示しているため伝熱プレートを７枚とする）が積層され、冷媒を流通させる冷媒流路と負荷側循環液を流通させる液体流路とが各伝熱プレートを境にして交互に形成されており、冷媒流路および液体流路が縦方向となるように、図２に示したような姿勢で設置され、第１接続口４ａおよび第２接続口４ｂが、負荷側熱交換器４の各冷媒流路と連通し、第２接続口４ｂから流入した冷媒は、３つの冷媒流路に分かれて並列に流通して、各冷媒流路を流れる冷媒は第１接続口４ａ側で合流し、第１接続口４ａから流出するものであり、負荷側循環液流入接続口４ｃおよび負荷側循環液流出接続口４ｄが負荷側熱交換器４の各液体流路と連通し、負荷側循環液流入接続口４ｃから流入した負荷側循環液は、３つの液体流路に分かれて並列に流通して、各液体流路を流れる負荷側循環液は負荷側循環液流出接続口４ｄ側で合流し、負荷側循環液流出接続口４ｄから流出するものである。なお、冷媒と負荷側循環液とが混合しないように区切る構造は公知の構造を採用しているためここでの説明は省略する。

２２は各種のデータやプログラムを記憶する記憶手段と、演算・制御処理を行う制御手段とを備えた制御部であり、制御部２２は、ヒートポンプユニット１内の各種センサの信号や、リモコン２３からの信号を受け、圧縮機２、四方弁３、膨張弁５、熱源側循環ポンプ１４、負荷側循環ポンプ１９の駆動を制御するものである。

次に、ヒートポンプ装置の加熱運転時の動作について図４および図５を用いて説明する。図４中の矢線は、冷媒、負荷側循環液、熱源側循環液の流れる方向を示したものである。また、図５は図２に示したような設置状態での負荷側熱交換器４および熱源側熱交換器６を模式的に表した図で、加熱運転時の負荷側熱交換器４および熱源側熱交換器６における、冷媒、負荷側循環液、熱源側循環液の流れる方向を詳細に示したものであり、図５中では、冷媒の流れを破線の矢印で示し、負荷側循環液の流れを一点鎖線の矢印で示し、熱源側循環液の流れを二点鎖線で示している。

リモコン２３から、負荷側熱交換器４において負荷側循環液を加熱し室内端末１６に温熱を供給する加熱運転の指示がなされると、制御部２２は、四方弁３を加熱運転時の状態となるように流路を切り換え、圧縮機２、膨張弁５、熱源側循環ポンプ１４、負荷側循環ポンプ１９を駆動させて加熱運転を開始させる。

制御部２２は、加熱運転中、負荷側熱交換器４の直上流側の負荷側循環液の温度を検出する戻り温度センサ２０の検出値が、リモコン２３の設定温度に基づいて設定される目標温水温度になるように、圧縮機２の回転数を制御するものである。

前記加熱運転中、ヒートポンプ回路８において、負荷側熱交換器４は凝縮器として機能し、圧縮機２から吐出された高温高圧の気相の冷媒と負荷側循環ポンプ１９により循環される負荷側循環液とが熱交換され、負荷側循環液が加熱されると共に冷媒が冷却されて凝縮するものであるが、負荷側熱交換器４では、図５に示すように、圧縮機２から吐出された冷媒は、負荷側熱交換器４の一側面下部に設けられた第１接続口４ａから流入し、負荷側熱交換器４の冷媒流路を通過して、負荷側側熱交換器４の一側面上部に設けられた第２接続口４ｂから流出し膨張弁５に向かう一方で、負荷側循環液は、負荷側熱交換器４の一側面上部に設けられた負荷側循環液流入接続口４ｃから流入し、負荷側熱交換器４の液体流路を通過して、負荷側熱交換器４の一側面下部に設けられた負荷側循環液流出接続口４ｄから流出する。よって、負荷側熱交換器４では、冷媒は下から上に向かって流れると共に、負荷側循環液は上から下に向かって流れ、冷媒と負荷側循環液とが対向して流れる対向流となるように構成されており、熱交換効率が高いものである。なお、負荷側熱交換器４にて加熱された負荷側循環液は室内端末１６に供給され、室内端末１６を流通するときに負荷側循環液の温熱が室内に放出されることで室内の暖房が行われ、そこで温度低下した負荷側循環液は、室内端末１６から負荷側熱交換器４に戻され再び加熱されるものである。

また、前記加熱運転中、ヒートポンプ回路８において、熱源側熱交換器６は蒸発器として機能し、膨張弁５から吐出された低温低圧の気液混合状態の冷媒と熱源側循環ポンプ１４により循環され地中熱交換器１１を介して地中から採熱した熱源側循環液とが熱交換され、地中熱により液相の冷媒が加熱され蒸発して気相の冷媒となるものであるが、熱源側熱交換器６では、図５に示すように、膨張弁５から吐出された冷媒は、熱源側熱交換器６の一側面上部に設けられた第３接続口６ａから流入し、熱源側熱交換器６の冷媒流路を通過して、熱源側熱交換器６の一側面下部に設けられた第４接続口６ｂから流出し圧縮機２に向かう一方で、熱源側循環液は、熱源側熱交換器６の一側面上部に設けられた熱源側循環液流入接続口６ｃから流入し、熱源側熱交換器６の液体流路を通過して、熱源側熱交換器６の一側面下部に設けられた熱源側循環液流出接続口６ｄから流出する。よって、熱源側熱交換器６では、冷媒は上から下に向かって流れると共に、熱源側循環液も上から下に向かって流れ、冷媒と熱源側循環液とが並行して流れる並行流となるように構成されており、蒸発器としての熱源側熱交換器６において、冷媒の流れ方向を上から下に向かう方向にしたことで、膨張弁５から吐出される気液混合状態の冷媒のうち液相の冷媒は重力で落下しやすくなり冷媒の流速が上がるので、熱交換効率を高くすることができるものである。

ここで、前記加熱運転中、ヒートポンプ回路８において、熱源側熱交換器６を蒸発器として機能させ、冷媒および熱源側循環液の流れ方向を、共に下から上に向かう方向とする並行流となるものを想定した場合、膨張弁５から吐出される気液混合状態の冷媒のうち液相の冷媒は、重力の方向と逆方向に流れようとするため、流速が遅く、熱交換効率が低くなってしまうのに対して、前段で説明した、蒸発器としての熱源側熱交換器６において冷媒の流れ方向を上から下に向かう方向としたものは、膨張弁５から吐出される気液混合状態の冷媒のうち液相の冷媒は重力の方向と同方向に流れるので、重力で落下しやすくなって冷媒の流速が上がり、熱交換効率を高くすることができる。

次に、ヒートポンプ装置の冷却運転時の動作について図６および図７を用いて説明する。
図６の矢線は、冷媒、負荷側循環液、熱源側循環液の流れる方向を示したものである。また、図７は図２に示したような設置状態での負荷側熱交換器４および熱源側熱交換器６を模式的に表した図で、冷却運転時の負荷側熱交換器４および熱源側熱交換器６における、冷媒、負荷側循環液、熱源側循環液の流れる方向を詳細に示したものであり、図７中では、冷媒の流れを破線の矢印で示し、負荷側循環液の流れを一点鎖線の矢印で示し、熱源側循環液の流れを二点鎖線で示している。

リモコン２３から、負荷側熱交換器４において負荷側循環液を冷却し室内端末１６に冷熱を供給する冷却運転の指示がなされると、制御部２２は、四方弁３を冷却運転時の状態となるように流路を切り換え、圧縮機２、膨張弁５、熱源側循環ポンプ１４、負荷側循環ポンプ１９を駆動させて冷却運転を開始させる。

制御部２２は、冷却運転中、負荷側熱交換器４の直上流側の負荷側循環液の温度を検出する戻り温度センサ２０の検出値が、リモコン２３の設定温度に基づいて設定される目標温水温度になるように、圧縮機２の回転数を制御するものである。

前記冷却運転中、ヒートポンプ回路８において、負荷側熱交換器４は蒸発器として機能し、膨張弁５から吐出された低温低圧の気液混合状態の冷媒と負荷側循環ポンプ１９により循環される負荷側循環液とが熱交換され、負荷側循環液が冷却されると共に液相の冷媒が加熱され蒸発して気相の冷媒となるものであるが、負荷側熱交換器４では、図７に示すように、膨張弁５から吐出された冷媒は、負荷側熱交換器４の一側面上部に設けられた第２接続口４ｂから流入し、負荷側熱交換器４の冷媒流路を通過して、負荷側側熱交換器４の一側面下部に設けられた第１接続口４ａから流出し圧縮機２に向かう一方で、負荷側循環液は、負荷側熱交換器４の一側面上部に設けられた負荷側循環液流入接続口４ｃから流入し、負荷側熱交換器４の液体流路を通過して、負荷側熱交換器４の一側面下部に設けられた負荷側循環液流出接続口４ｄから流出する。よって、負荷側熱交換器４では、冷媒は上から下に向かって流れると共に、負荷側循環液も上から下に向かって流れ、冷媒と負荷側循環液とが並行して流れる並行流となるように構成されており、蒸発器としての負荷側熱交換器４において、冷媒の流れ方向を上から下に向かう方向にしたことで、膨張弁５から吐出された気液混合状態の冷媒のうち液相の冷媒は重力で落下しやすくなり冷媒の流速が上がるので、熱交換効率を高くすることができるものである。なお、負荷側熱交換器４にて冷却された負荷側循環液は室内端末１６に供給され、室内端末１６を流通するときに負荷側循環液の冷熱が室内に放出されることで室内の冷房が行われ、そこで、温度上昇した負荷側循環液は、室内端末１６から負荷側熱交換器４に戻され再び冷却されるものである。

ここで、前記冷却運転中、ヒートポンプ回路８において、負荷側熱交換器４を蒸発器として機能させ、冷媒および熱源側循環液の流れ方向を、共に下から上に向かう方向とする並行流となるものを想定した場合、膨張弁５から吐出される気液混合状態の冷媒のうち液相の冷媒は、重力の方向と逆方向に流れようとするため、流速が遅く、熱交換効率が低くなってしまうのに対して、前段で説明した、蒸発器としての負荷側熱交換器４において冷媒の流れ方向を上から下に向かう方向としたものは、膨張弁５から吐出される気液混合状態の冷媒のうち液相の冷媒は重力の方向と同方向に流れるので、重力で落下しやすくなって冷媒の流速が上がり、熱交換効率を高くすることができる。

また、前記冷却運転中、ヒートポンプ回路８において、熱源側熱交換器６は凝縮器として機能し、圧縮機２から吐出された高温高圧の気相の冷媒と熱源側循環回路１３を循環する熱源側循環液とが熱交換され熱源側循環液が加熱されると共に冷媒が冷却されて凝縮するものであるが、熱源側熱交換器６では、図７に示すように、圧縮機２から吐出された冷媒は、熱源側熱交換器６の一側面下部に設けられた第４接続口６ｂから流入し、熱源側熱交換器６の冷媒流路を通過して、熱源側熱交換器６の一側面上部に設けられた第３接続口６ａから流出し膨張弁５に向かう一方で、熱源側循環液は、熱源側熱交換器６の一側面上部に設けられた熱源側循環液流入接続口６ｃから流入し、熱源側熱交換器６の液体流路を通過して、熱源側熱交換器６の一側面下部に設けられた熱源側循環液流出接続口６ｄから流出する。よって、熱源側熱交換器６では、冷媒は下から上に向かって流れると共に、熱源側循環液は上から下に向かって流れ、冷媒と熱源側循環液とが対向して流れる対向流となるように構成されており、熱交換効率が高いものである。

したがって、以上説明したヒートポンプ装置において、加熱運転時または冷却運転時に凝縮器として機能する熱交換器では、冷媒と循環液とが対向流となるように構成され、加熱運転時または冷却運転時に蒸発器として機能する熱交換器では、冷媒と循環液とが並行流となるように構成され、さらに、蒸発器として機能する熱交換器の冷媒の流れ方向を上から下に向かう方向としたことで、凝縮器として機能する熱交換器では冷媒と循環液とが対向流となるので熱交換効率を高くでき、蒸発器として機能する熱交換器では、冷媒と循環液とが並行流ではあるが、蒸発器としての熱交換器に流入する膨張弁５から吐出された気液混合状態の冷媒のなかで液相の冷媒は重力で落下しやすくなり、冷媒の流速が上がるので、熱交換効率を高くすることができるものである。

また、本実施形態では、負荷側熱交換器４および熱源側熱交換器６を、縦方向に冷媒流路が形成されたプレート式熱交換器としたことで、このプレート式熱交換器の冷媒流路における冷媒の流れは、Ｕターンするような折り返しがなく、冷媒が流入する一方側から冷媒が流出する他方側に向かう一方向の流れしかないため、簡易な構成で、蒸発器として機能するプレート式熱交換器での冷媒の流れ方向を上から下に向かう方向に設定することができ、冷媒の流速を低下させるような妨げもなく、液相の冷媒は重力で落下しやすく、冷媒の流速が上がり、熱交換効率を高くすることができるものである。さらに、複数の縦長の伝熱プレートを積層し、冷媒流路および液体流路が縦方向の縦長流路となるように、図２に示したような姿勢で設置するようにしたことで、冷媒の流路は縦長の流路となり、液相の冷媒は重力の作用をより長く受けることができるので、熱交換が良好に行われるものである

なお、本発明は先に説明した一実施形態に限定されるものでなく、本実施形態では、ヒートポンプユニット１の熱源として地中熱交換器１１を示したが、熱源としては、地中熱の他、河川の水、海水、井戸水、貯水等が利用可能であり、種類は問わないものであり、さらに、熱源側熱交換器６に供給される熱源側循環液は熱源側循環回路１３のような閉回路を循環する形態でなくてもよく、熱源側循環液は熱源側熱交換器６で熱交換した後は外部に排出されるような開放式の形態であってもよいものである。

２圧縮機
３四方弁
４負荷側熱交換器
５膨張弁
６熱源側熱交換器
７冷媒配管
８ヒートポンプ回路

Claims

圧縮機、四方弁、負荷側熱交換器、減圧手段、熱源側熱交換器とを冷媒配管で接続し内部に冷媒を循環させるヒートポンプ回路を備え、前記負荷側熱交換器および前記熱源側熱交換器が液・冷媒熱交換器からなり、前記負荷側熱交換器を凝縮器として機能させると共に前記熱源側熱交換器を蒸発器として機能させて負荷側を加熱する加熱運転を行う一方、前記負荷側熱交換器を蒸発器として機能させると共に前記熱源側熱交換器を凝縮器として機能させて負荷側を冷却する冷却運転を行うヒートポンプ装置において、前記負荷側熱交換器および前記熱源側熱交換器は、前記加熱運転時および前記冷却運転時に、前記凝縮器として機能させる熱交換器では液と冷媒が対向流となるように構成され、前記蒸発器として機能させる熱交換器では液と冷媒が並行流となるように構成され、さらに前記蒸発器として機能する熱交換器での冷媒の流れ方向を上から下に向かう方向としたことを特徴とするヒートポンプ装置。
前記負荷側熱交換器および前記熱源側熱交換器は、縦方向に冷媒の流路が形成されたプレート式熱交換器としたことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ装置。