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ヒートポンプシステム NEW

国内特許コード P180015386
整理番号 S2017-0341-N0
掲載日 2018年11月1日
出願番号 特願2017-027348
公開番号 特開2018-132269
出願日 平成29年2月16日(2017.2.16)
公開日 平成30年8月23日(2018.8.23)
発明者
  • 宮良 明男
  • 仮屋 圭史
出願人
  • 国立大学法人佐賀大学
発明の名称 ヒートポンプシステム NEW
発明の概要 【課題】 空気熱を利用するヒートポンプに対し、付加的に地中熱との熱交換部分を組み込んで地中熱を利用可能として、システム全体のコストを抑えつつ地中熱利用による熱交換性能の向上が図れる、ヒートポンプシステムを提供する。
【解決手段】 空気熱を利用するヒートポンプサイクル及び冷凍サイクルを実現する室内側熱交換器11、室外側熱交換器12、圧縮機13、膨張器14及び流路切換用弁15の各装置に加えて、地中熱を利用可能とする地中熱熱交換器16を設け、地中熱熱交換器を熱媒体の凝縮又は温度低下に用いる状態と、熱媒体の蒸発又は温度上昇に用いる状態とを切換可能とすることから、室内側熱交換器を用いる冷房や暖房において、地中熱導入で室内側熱交換器での吸熱性能や放熱性能を向上させられると共に、ヒートポンプには地中熱熱交換器を容易に追加でき、地中熱を利用可能なヒートポンプシステムをより低いコストで導入可能となる。
【選択図】 図1
従来技術、競合技術の概要


熱媒体に仕事を加えて、相変化を繰返させつつ循環させて、低温側から高温側へ熱を移動させる冷凍サイクルは、従来から冷凍機や冷房用の空気調和装置等で用いられているが、近年、加熱用のヒートポンプとしての利用も、その効率性や環境負荷の小ささの点から注目され、二酸化炭素排出量の削減が社会的要請となっている昨今では、こうしたヒートポンプが、既存加熱装置の代替設備として急速に導入が進んでいる。ヒートポンプとして用いられる冷凍サイクルとしては、蒸発器、圧縮機、凝縮器及び膨張弁(減圧弁)を有する蒸気圧縮式冷凍サイクルが一般的である。



このようなヒートポンプを用いた暖冷房システムにおいて、一年を通じて温度変化の小さい地中熱を活用することで、暖房が必要な時期に著しく外気温が低い場合や、冷房が必要な時期に著しく外気温が高い場合でも、安定した暖房や冷房を行える装置が、種々提案されている。



こうした従来のヒートポンプシステムのうち、空気熱源と地中熱源を複合的に利用する装置の例として、特開2016-200356号公報に開示されるものがある。

産業上の利用分野


本発明は、循環する熱媒体により熱の授受を行うヒートポンプサイクルを用いたシステムに関し、特に、空気熱と共に地中熱を利用可能なヒートポンプシステムに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
相変化可能な熱媒体を室内空気と熱交換させる室内側熱交換器と、
前記熱媒体を室外空気と熱交換させる室外側熱交換器と、
気相の前記熱媒体を圧縮して熱媒体の温度及び圧力を高める圧縮機と、
液相の前記熱媒体を膨張させて圧力を低下させる膨張器と、
前記室外側熱交換器と圧縮機との熱媒体流路接続関係を変えて、圧縮機を出た熱媒体が室外側熱交換器に向かうようにする第一の流路接続状態と、室外側熱交換器を出た熱媒体が圧縮機に向かうようにする第二の流路接続状態とを、少なくとも切換可能とする一又は複数の流路切換用弁とを備えるヒートポンプシステムにおいて、
室外に配設され、地下の地中熱を採熱した所定の熱交換用媒体と前記熱媒体とを熱交換させる地中熱熱交換器と、
当該地中熱熱交換器への熱媒体の流通と非流通とを切換可能とする一又は複数の熱交換器切換用弁とを備え、
前記地中熱熱交換器が、熱媒体を流通させる状態では、前記流路切換用弁が第一の流路接続状態にされると、熱媒体を凝縮させるか熱媒体の温度を低下させる熱交換を行い、前記第二の流路接続状態にされると、熱媒体を蒸発させるか熱媒体の温度を上昇させる熱交換を行うようにされることを
特徴とするヒートポンプシステム。

【請求項2】
前記請求項1に記載のヒートポンプシステムにおいて、
前記熱交換器切換用弁が、前記室外側熱交換器と膨張器との間、又は、膨張器と室内側熱交換器との間の熱媒体流路に、前記地中熱熱交換器が熱媒体を流通可能に介在する状態と介在しない状態とを切換可能とするものとされることを
特徴とするヒートポンプシステム。

【請求項3】
前記請求項2に記載のヒートポンプシステムにおいて、
前記地中熱熱交換器に一端が接続可能とされると共に、他端が圧縮機入口側に接続可能とされて、必要に応じて熱媒体を流通させるバイパス流路と、
当該バイパス流路の他端を圧縮機入口に連通させない状態と、バイパス流路の他端を圧縮機入口に連通可能とする状態とを、切換可能とする一又は複数のバイパス切換用弁とを備え、
前記熱交換器切換用弁が、前記地中熱熱交換器と室外側熱交換器との間での熱媒体の流通を許容する一方、地中熱熱交換器及び室外側熱交換器と室内側熱交換器との間での熱媒体の流通は許容しない流路接続状態に、さらに切換可能とされ、且つ、前記バイパス流路の一端を地中熱熱交換器に連通させて、室外側熱交換器から地中熱熱交換器を経てバイパス流路に熱媒体が流通可能となる状態と、バイパス流路の一端を地中熱熱交換器に連通させない状態とを別途切換可能とされてなることを
特徴とするヒートポンプシステム。

【請求項4】
前記請求項3に記載のヒートポンプシステムにおいて、
前記バイパス切換用弁が、前記バイパス流路の他端を前記室外側熱交換器の一方の熱媒体流入出口のみに連通可能とする状態に、さらに切換可能とされてなることを
特徴とするヒートポンプシステム。

【請求項5】
前記請求項3に記載のヒートポンプシステムにおいて、
前記地中熱熱交換器が、膨張器と室内側熱交換器との間の熱媒体流路における室外部分に、前記熱交換器切換用弁を介して、膨張器と室内側熱交換器とにそれぞれ連通する状態と、膨張器のみに連通する状態と、膨張器と室内側熱交換器のいずれにも連通しない状態とを切換可能に接続され、
前記バイパス流路が、膨張器と室内側熱交換器との間の熱媒体流路における室外部分と、室内側熱交換器と流路切換用弁との間の熱媒体流路における室外部分との間に配設され、
前記熱交換器切換用弁が、バイパス流路の一端が膨張器と室内側熱交換器に連通せず地中熱熱交換器にのみ連通する状態と、バイパス流路の一端が膨張器、室内側熱交換器及び地中熱熱交換器のいずれにも連通しない状態とを切換可能とされ、
前記バイパス切換用弁が、バイパス流路の他端が室内側熱交換器に連通せず切換用弁にのみ連通する状態と、バイパス流路の他端が室内側熱交換器と切換用弁のいずれにも連通しない状態とを切換可能とされることを
特徴とするヒートポンプシステム。

【請求項6】
前記請求項3に記載のヒートポンプシステムにおいて、
前記バイパス切換用弁が、前記バイパス流路の他端が前記流路切換用弁と室外側熱交換器との間の熱媒体流路に対し、流路切換用弁側には連通する一方で室外側熱交換器側には連通しないように接続される状態に、さらに切換可能とされ、
前記熱交換器切換用弁が、前記地中熱熱交換器と室内側熱交換器との間での熱媒体の流通を許容する一方、地中熱熱交換器及び室内側熱交換器と室外側熱交換器との間での熱媒体の流通は許容せず、且つ、前記バイパス流路の一端を地中熱熱交換器に連通させて、地中熱熱交換器を通じて室内側熱交換器とバイパス流路との間で熱媒体が流通可能となる流路接続状態に、さらに切換可能とされてなることを
特徴とするヒートポンプシステム。

【請求項7】
前記請求項1に記載のヒートポンプシステムにおいて、
前記室内側熱交換器が複数配設され、
前記各室内側熱交換器、室外側熱交換器、及び地中熱熱交換器における一方の熱媒体流入出口に、それぞれ膨張器が接続されると共に、各膨張器が共通の熱媒体流路に接続されて、前記各熱交換器が膨張器を介して連通する状態とされ、
前記各室内側熱交換器における他方の熱媒体流入出口を、圧縮機の入口側と出口側にそれぞれ連通させる状態と連通させない状態とを切換可能とする冷暖切換用弁がそれぞれ配設され、室内側熱交換器を出た熱媒体が圧縮機に向かうようにする冷房用接続状態と、圧縮機を出た熱媒体が室内側熱交換器に向かうようにする暖房用接続状態とを、少なくとも切換可能とされ、
前記流路切換用弁が、前記室外側熱交換器における他方の熱媒体流入出口を、圧縮機の入口側と出口側にそれぞれ連通させる状態と連通させない状態とを切換可能とするものとされ、前記第一の流路接続状態と、前記第二の流路接続状態と、室外側熱交換器を圧縮機に連通させず室外側熱交換器に熱媒体が流通しない第三の流路接続状態とを、切換可能とされ、
前記熱交換器切換用弁が、前記地中熱熱交換器における他方の熱媒体流入出口を、圧縮機の入口側と出口側にそれぞれ連通させる状態と連通させない状態とを切換可能とするものとされ、圧縮機を出た熱媒体が地中熱熱交換器に向かう第四の流路接続状態と、地中熱熱交換器を出た熱媒体が圧縮機に向かう第五の流路接続状態と、地中熱熱交換器を圧縮機に連通させず地中熱熱交換器に熱媒体が流通しない第六の流路接続状態とを、切換可能とされることを
特徴とするヒートポンプシステム。

【請求項8】
前記請求項7に記載のヒートポンプシステムにおいて、
前記地中熱熱交換器の一方の熱媒体流入出口に接続される膨張器が、前記共通の熱媒体流路における室外にあらわれた所定箇所に接続され、
前記熱交換器切換用弁が、地中熱熱交換器における他方の熱媒体流入出口に接続されると共に、圧縮機の入口側と出口側に通じる各熱媒体流路における室外にあらわれた所定箇所にそれぞれ接続されることを
特徴とするヒートポンプシステム。
国際特許分類(IPC)
画像

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出願権利状態 公開
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