JP7584305B2 - Heat pump chiller system and plate heat exchanger connection method - Google Patents
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Description
本開示は、ヒートポンプチラーシステムおよびプレート式熱交換器の接続方法に関する。 This disclosure relates to a heat pump chiller system and a method for connecting a plate heat exchanger.
プレート式熱交換器を備えるヒートポンプチラーを複数含むシステムにおいて、水が流れる水回路は、一般にどのヒートポンプチラーのプレート式熱交換器でも、水と冷媒との流れは対向流もしくは並行流で統一されており、冷房運転と暖房運転で、対向流、並行流が固定されている。水と冷媒の熱交換については、対向流の方が効率がよい。そのため、例えば、暖房運転が対向流、冷房運転が並行流の場合、冷房運転(並行流)の性能が、暖房運転(対向流)に比べると低下する。 In a system that includes multiple heat pump chillers with plate heat exchangers, the water circuit through which water flows is generally standardized as counterflow or parallel flow between the water and refrigerant in all plate heat exchangers of any heat pump chiller, with counterflow or parallel flow being fixed for cooling operation and heating operation. Counterflow is more efficient for heat exchange between water and refrigerant. Therefore, for example, if heating operation is counterflow and cooling operation is parallel flow, the performance of cooling operation (parallel flow) will be lower than that of heating operation (counterflow).
特許文献1の第2実施形態には、冷房運転時において、第1中間熱交換器211では冷媒と熱媒体が対向流となり、第2中間熱交換器212では冷媒と熱媒体が並行流となるように構成し、第2中間熱交換器212を通過する熱媒体の冷却を弱めるようにした冷媒回路が開示されている。
The second embodiment of
冷房運転、暖房運転のうち、一方の性能が高く、他方の性能が低い、という偏りがないヒートポンプチラーシステムに対するニーズがある。 There is a need for a heat pump chiller system that is not biased in terms of high performance in either cooling or heating operation and low performance in the other.
そこで本開示は、上述の課題を解決することのできるヒートポンプチラーシステムおよびプレート式熱交換器の接続方法を提供することを目的としている。 Therefore, the present disclosure aims to provide a heat pump chiller system and a method for connecting plate heat exchangers that can solve the above-mentioned problems.
本開示の一態様によれば、ヒートポンプチラーシステムは、負荷に供給する熱媒体と第1の冷媒の熱交換を行う第1のプレート式熱交換器を備える第1のヒートポンプチラーと、前記熱媒体と第2の冷媒の熱交換を行う第2のプレート式熱交換器を備える第2のヒートポンプチラーと、前記熱媒体と第3の冷媒の熱交換を行う第3のプレート式熱交換器を備える第3のヒートポンプチラーと、前記熱媒体と第4の冷媒の熱交換を行う第4のプレート式熱交換器を備える第4のヒートポンプチラーと、前記第3のプレート式熱交換器と前記第4のプレート式熱交換器とを接続する接続流路と、前記第3のプレート式熱交換器又は前記第4のプレート式熱交換器の何れかに切り替えて前記熱媒体を供給する切替機構と、を備え、前記第1のプレート式熱交換器における前記熱媒体と前記第1の冷媒の流れ方向が対向流の場合に前記第2のプレート式熱交換器における前記熱媒体と前記第2の冷媒の流れ方向が並行流となり、前記第2のプレート式熱交換器における前記熱媒体と前記第2の冷媒の流れ方向が対向流の場合に前記第1のプレート式熱交換器における前記熱媒体と前記第1の冷媒の流れ方向が並行流となるように前記熱媒体の流路が設けられ、前記第3のプレート式熱交換器における前記第3の冷媒の流れ方向と、前記第4のプレート式熱交換器における前記第4の冷媒の流れ方向とが共に上から下の場合に、前記第3のプレート式熱交換器と前記第4のプレート式熱交換器における前記熱媒体の流れが共に下から上へとなるように前記接続流路が設けられ、且つ、前記切替機構の制御により、前記熱媒体が前記第3のプレート式熱交換器から前記第4のプレート式熱交換器の順に流れるように、前記第3のプレート式熱交換器へ前記熱媒体が供給され、前記第3のプレート式熱交換器における前記第3の冷媒の流れ方向と、前記第4のプレート式熱交換器における前記第4の冷媒の流れ方向とが共に下から上に切り替わると、前記切替機構の制御により、前記熱媒体が前記第4のプレート式熱交換器から前記第3のプレート式熱交換器の順に流れるように、前記第4のプレート式熱交換器へ前記熱媒体が供給される。 According to one aspect of the present disclosure, a heat pump chiller system includes a first heat pump chiller including a first plate heat exchanger that performs heat exchange between a heat medium supplied to a load and a first refrigerant, a second heat pump chiller including a second plate heat exchanger that performs heat exchange between the heat medium and a second refrigerant, a third heat pump chiller including a third plate heat exchanger that performs heat exchange between the heat medium and a third refrigerant, a fourth heat pump chiller including a fourth plate heat exchanger that performs heat exchange between the heat medium and a fourth refrigerant, and a connecting flow path connecting the third plate type heat exchanger and the fourth plate type heat exchanger, and a switching mechanism for switching between the third plate type heat exchanger and the fourth plate type heat exchanger to supply the heat medium, wherein when the flow directions of the heat medium and the first refrigerant in the first plate type heat exchanger are counter-current to each other, the flow directions of the heat medium and the second refrigerant in the second plate type heat exchanger are parallel to each other, and when the flow directions of the heat medium and the second refrigerant in the second plate type heat exchanger are counter-current to each other, a flow path for the heat medium is provided such that the flow directions of the heat medium and the first refrigerant in the first plate heat exchanger are parallel to each other when the flow direction of the third refrigerant in the third plate heat exchanger and the flow direction of the fourth refrigerant in the fourth plate heat exchanger are both from top to bottom, the connecting flow path is provided such that the flow of the heat medium in both the third plate heat exchanger and the fourth plate heat exchanger is from bottom to top when the flow direction of the third refrigerant in the third plate heat exchanger and the flow direction of the fourth refrigerant in the fourth plate heat exchanger are both from top to bottom, The heat medium is supplied to the third plate type heat exchanger so as to flow from the third plate type heat exchanger to the fourth plate type heat exchanger in that order, and when the flow direction of the third refrigerant in the third plate type heat exchanger and the flow direction of the fourth refrigerant in the fourth plate type heat exchanger are both switched from bottom to top, the heat medium is supplied to the fourth plate type heat exchanger by control of the switching mechanism so as to flow from the fourth plate type heat exchanger to the third plate type heat exchanger in that order.
本開示の一態様によれば、負荷に供給する熱媒体と第1の冷媒の熱交換を行う第1のプレート式熱交換器を備える第1のヒートポンプチラーと、前記熱媒体と第2の冷媒の熱交換を行う第2のプレート式熱交換器を備える第2のヒートポンプチラーと、前記熱媒体と第3の冷媒の熱交換を行う第3のプレート式熱交換器を備える第3のヒートポンプチラーと、前記熱媒体と第4の冷媒の熱交換を行う第4のプレート式熱交換器を備える第4のヒートポンプチラーと、前記第3のプレート式熱交換器と前記第4のプレート式熱交換器とを接続する接続流路と、前記第3のプレート式熱交換器又は前記第4のプレート式熱交換器の何れかに切り替えて前記熱媒体を供給する切替機構と、を備えるヒートポンプチラーシステムにおいて、前記第1のプレート式熱交換器における前記熱媒体と前記第1の冷媒の流れ方向が対向流の場合に前記第2のプレート式熱交換器における前記熱媒体と前記第2の冷媒の流れ方向が並行流となり、前記第2のプレート式熱交換器における前記熱媒体と前記第2の冷媒の流れ方向が対向流の場合に前記第1のプレート式熱交換器における前記熱媒体と前記第1の冷媒の流れ方向が並行流となるように、前記第1のプレート式熱交換器と前記第2のプレート式熱交換器とを接続し、前記第3のプレート式熱交換器における前記第3の冷媒の流れ方向と、前記第4のプレート式熱交換器における前記第4の冷媒の流れ方向とが共に上から下の場合に、前記第3のプレート式熱交換器と前記第4のプレート式熱交換器における前記熱媒体の流れが共に下から上へとなるように前記接続流路を設け、且つ、前記切替機構の制御により、前記熱媒体が前記第3のプレート式熱交換器から前記第4のプレート式熱交換器の順に流れるように、前記第3のプレート式熱交換器へ前記熱媒体を供給し、前記第3のプレート式熱交換器における前記第3の冷媒の流れ方向と、前記第4のプレート式熱交換器における前記第4の冷媒の流れ方向とが共に下から上に切り替わると、前記切替機構の制御により、前記熱媒体が前記第4のプレート式熱交換器から前記第3のプレート式熱交換器の順に流れるように、前記第4のプレート式熱交換器へ前記熱媒体を供給する、プレート式熱交換器の接続方法である。
According to one aspect of the present disclosure, there is provided a first heat pump chiller including a first plate heat exchanger that performs heat exchange between a heat medium supplied to a load and a first refrigerant, a second heat pump chiller including a second plate heat exchanger that performs heat exchange between the heat medium and a second refrigerant, a third heat pump chiller including a third plate heat exchanger that performs heat exchange between the heat medium and a third refrigerant, a fourth heat pump chiller including a fourth plate heat exchanger that performs heat exchange between the heat medium and a fourth refrigerant, and a heat pump chiller including a second plate heat exchanger that performs heat exchange between the heat medium and a fourth refrigerant. a switching mechanism for switching to either the third plate heat exchanger or the fourth plate heat exchanger to supply the heat medium, wherein when the flow directions of the heat medium and the first refrigerant in the first plate heat exchanger are counter-current to each other , the flow directions of the heat medium and the second refrigerant in the second plate heat exchanger are parallel to each other, and when the flow directions of the heat medium and the second refrigerant in the second plate heat exchanger are counter-current to each other, the flow directions of the heat medium and the second refrigerant in the first plate heat exchanger are parallel to each other. the first plate heat exchanger and the second plate heat exchanger are connected so that the flow directions of the heat medium and the first refrigerant are parallel to each other ; when the flow direction of the third refrigerant in the third plate heat exchanger and the flow direction of the fourth refrigerant in the fourth plate heat exchanger are both from top to bottom, the connecting flow paths are provided so that the flow of the heat medium in both the third plate heat exchanger and the fourth plate heat exchanger is from bottom to top; and the switching mechanism is controlled to switch the heat medium between the third plate heat exchanger and the fourth plate heat exchanger. and when a flow direction of the third refrigerant in the third plate type heat exchanger and a flow direction of the fourth refrigerant in the fourth plate type heat exchanger are both switched from bottom to top, the heat medium is supplied to the fourth plate type heat exchanger under the control of the switching mechanism so that the heat medium flows from the fourth plate type heat exchanger to the third plate type heat exchanger .
本開示のヒートポンプチラーシステムおよびプレート式熱交換器の接続方法によれば、冷房運転と暖房運転の何れかにおける性能低下を防ぐことができる。 The heat pump chiller system and plate heat exchanger connection method disclosed herein can prevent performance degradation during either cooling or heating operation.
以下、各実施形態に係るヒートポンプチラーシステムについて、図1~図8を参照しながら説明する。 The heat pump chiller system according to each embodiment will be described below with reference to Figures 1 to 8.
<第一実施形態>
(ヒートポンプチラーシステムの構成)
図1は、一実施形態に係るヒートポンプチラーシステムの一例を示す図である。
ヒートポンプチラーシステム100は、ヒートポンプチラー1Aと、ヒートポンプチラー1Bと、制御装置10と、を備える。
ヒートポンプチラー1Aと、ヒートポンプチラー1Bは、水が流れる配管WLによって負荷に対して直列に接続される。水は、ヒートポンプチラー1Aへ流入し、冷却または加熱され、ヒートポンプチラー1Aから流出する。ヒートポンプチラー1Aから流出した水は、ヒートポンプチラー1Bへ流入し、冷却または加熱され、ヒートポンプチラー1Bから流出する。
ヒートポンプチラー1Aは、圧縮機2Aと、四方弁3Aと、熱交換器4Aと、プレート式熱交換器5Aと、膨張弁6Aと、制御装置7A等を備える。
ヒートポンプチラー1Bは、圧縮機2Bと、四方弁3Bと、熱交換器4Bと、プレート式熱交換器5Bと、膨張弁6Bと、制御装置7B等を備える。
制御装置10は、制御装置7A、7Bを通じて、ヒートポンプチラー1A、1Bの起動、停止等を制御する。
以下、ヒートポンプチラー1Aとヒートポンプチラー1Bを区別する必要がない場合には、ヒートポンプチラー1と記載する。プレート式熱交換器5Aとプレート式熱交換器5Bを区別する必要がない場合には、プレート式熱交換器5と記載する。他の構成についても同様である。
First Embodiment
(Configuration of heat pump chiller system)
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a heat pump chiller system according to an embodiment.
The heat
The
The
The
The
Hereinafter, when there is no need to distinguish between the
冷房運転時のヒートポンプチラーシステム100の動作について説明する。制御装置7Aは、圧縮機2Aの高圧側と熱交換器4Aが連通し、圧縮機2Aの低圧側とプレート式熱交換器5Aが連通するように四方弁3Aを制御する。また、制御装置7Aは、現在の水温と設定温度に基づいて、圧縮機2Aを所定の回転数で運転させ、膨張弁6Aを所定の開度で開く。制御装置7Bも同様にして、四方弁3B、圧縮機2B、膨張弁6Bを制御する。
負荷側から配管WLを通って流れてきた水が、ヒートポンプチラー1Aへ流入する。ヒートポンプチラー1Aでは、圧縮機2Aが、冷媒を圧縮して高圧冷媒を吐出する。高圧冷媒は、四方弁3Aを経由して熱源側の熱交換器4A(凝縮器)へ供給され、室外の空気等と熱交換して凝縮する。この冷媒は、膨張弁6Aで減圧され、利用側のプレート式熱交換器5A(蒸発器)に供給される。プレート式熱交換器5Aでは、冷媒が配管WLを流れる水から吸熱して気化し、圧縮機2Aへ吸入される。圧縮機2Aは、高圧冷媒を吐出し、冷媒は上記と同様にして冷媒回路を循環する。配管WLを流れる水は、プレート式熱交換器5Aでの熱交換により冷却され、ヒートポンプチラー1Bへ流入する。ヒートポンプチラー1Bでは、ヒートポンプチラー1Aと同様にして、冷媒が、圧縮機2B、熱交換器4B(凝縮器)、膨張弁6B、プレート式熱交換器5B(蒸発器)、圧縮機2B、の順に循環する。ヒートポンプチラー1Bへ流入した水は、プレート式熱交換器5Bでの熱交換により冷却され負荷へ供給される。図中、矢印は、水の流れ方向を示している。
The operation of the heat
Water flowing from the load side through the piping WL flows into the
暖房運転時のヒートポンプチラーシステム100の動作について説明する。制御装置7Aは、図1に示すように、圧縮機2Aの高圧側とプレート式熱交換器5Aが連通し、圧縮機2Aの低圧側と熱交換器4Aが連通するように四方弁3Aを制御する。また、制御装置7Aは、現在の水温と設定温度に基づいて、圧縮機2Aを所定の回転数で運転させ、膨張弁6Aを所定の開度で開く。制御装置7Bも同様にして、四方弁3B、圧縮機2B、膨張弁6Bを制御する。
負荷側から配管WLを通って流れてきた水は、ヒートポンプチラー1Aへ流入する。ヒートポンプチラー1Aでは、圧縮機2Aが、冷媒を圧縮して高圧冷媒を吐出する。高圧冷媒は、四方弁3Aを経由して利用側のプレート式熱交換器5A(凝縮器)へ供給され、水と熱交換して凝縮する。この冷媒は、膨張弁6Aで減圧され、熱源側の熱交換器4A(蒸発器)に供給される。冷媒は、熱交換器4Aにて、室外の空気等から吸熱して気化する。気化した冷媒は圧縮機2Aへ吸入される。圧縮機2Aは、高圧冷媒を吐出し、冷媒は上記と同様にして冷媒回路を循環する。配管WLを流れる水は、プレート式熱交換器5Aでの熱交換により加熱され、ヒートポンプチラー1Bへ流入する。ヒートポンプチラー1Bでは、ヒートポンプチラー1Aと同様にして、冷媒が、圧縮機2B、プレート式熱交換器5B(凝縮器)、膨張弁6B、熱交換器4B(蒸発器)、圧縮機2B、の順に循環する。ヒートポンプチラー1Bへ流入した水は、プレート式熱交換器5Bでの熱交換により加熱され、負荷へ供給される。
The operation of the heat
Water flowing from the load side through the piping WL flows into the
(プレート式熱交換器の構成)
次に図2を参照し、一般的なプレート式熱交換器5の構造を簡単に説明する。図2に示すように、プレート式熱交換器5のうち、水の入口を第1端51とし、水の出口を第2端52とする。第1端51において、水を導入する配管WL1が接続され、第2端52において、水を排出する配管WL2が接続されている。また、冷媒の出入口を第3端53とし、冷媒の出入口を第4端54とする。第3端53において、冷媒を導入又は排出する配管RL1が接続され、第4端54において、冷媒を排出又は導入する配管RL2が接続されている。なお、冷房運転と暖房運転で冷媒の流れは、逆方向になる。暖房運転では、冷媒は、例えば、第3端53から導入され第4端54から排出される。冷房運転では、冷媒は、例えば、第4端54から導入され第3端53から排出される。
(Configuration of plate heat exchanger)
Next, referring to FIG. 2, the structure of a general
図示するようにプレート式熱交換器5は、複数のプレート55a~55eを備えている。複数のプレート55a~55eは、熱伝導材料で構成され、プレート両面間で熱交換可能となっている。複数のプレート55が互いに間隔をあけて積層配置されることによって、プレート式熱交換器5の内部に積層配置された各プレート55a~55eの間には、流路56a~56dが形成されている。例えば、プレート55aとプレート55bの間に流路56aが形成され、プレート55bとプレート55cの間に流路56bが形成される。流路56c,56dについても同様である。積層された複数の流路に対し、水と冷媒が交互に流れる。例えば、冷媒は流路56aと流路56cを流れ、水は流路56bと流路56dを流れる。水の流れを実線矢印、冷媒の流れの一例を破線矢印で示す。プレート式熱交換器5では、熱伝導材料であるプレート55a~55eを介して、水と冷媒との間で熱交換が行われる。図示するようにプレート式熱交換器5では、水と冷媒が垂直方向に流れる。
As shown in the figure, the
(プレート式熱交換器の接続方法)
図8に一般的なプレート式熱交換器5A´とプレート式熱交換器5B´の接続例を示す。図8に、プレート55を正面から見たときのプレート式熱交換器5A´、5B´を示す。プレート式熱交換器5は、気化した冷媒がプレート55a等の下側から上方向へ流れ、液化した冷媒はプレート55a等の上側から下方向へ流れるように使用される。つまり、図8に示すように、プレート式熱交換器5A´,5B´のそれぞれにおいて、冷房運転時には冷媒が上方向へ移動し、暖房運転時には冷媒が下方向へ移動する。冷房運転時の冷媒の流れを一点鎖線矢印、暖房運転時の冷媒の流れを破線矢印で示す。一般的には、水の入口である第1端51がプレートの垂直方向下側に設けられ、水の出口である第2端52がプレートの上側に設けられたプレート式熱交換器5A´,5B´(又は、第1端51がプレートの上側に設けられ、第2端52がプレートの下側に設けられたプレート式熱交換器5A´,5B´)を、ヒートポンプチラー1Aと、ヒートポンプチラー1Bのそれぞれに設けて、これらを直列に接続する。つまり、図8に示すように、プレート式熱交換器5A´の上側に設けられた第2端52A´と、プレート式熱交換器5B´の下側に設けられた第1端51B´とが接続される。すると、プレート式熱交換器5A´,5B´における水の流れは、何れにおいても下側から上方向となる。図示するように、暖房運転時には、プレート式熱交換器5A´,5B´の何れにおいても水と冷媒は対向する方向に流れ、冷房運転時には、プレート式熱交換器5A´,5B´の何れにおいても水と冷媒は同じ方向に流れる。暖房運転時のように水と冷媒が対向する方向に流れることを対向流と呼び、冷房運転時のように水と冷媒が同方向へ流れることを並行流と呼ぶ。ここで、水と冷媒の熱交換は、並行流よりも対向流の方が効率が良い。図8の例のように接続したヒートポンプチラーシステムの場合、暖房運転時の方が冷房運転時よりも高い性能が得られ、冷房運転時には、暖房運転時よりも性能が低下する。
(How to connect a plate heat exchanger)
Fig. 8 shows an example of connection between a general
本開示では、このように運転モードによる性能の偏りをなくし、冷房運転でも暖房運転でも同様の性能が得られるようにプレート式熱交換器5を接続する。このとき、冷媒の流れを変えることは好ましくない為、冷房運転と暖房運転の何れにおいても、並行流と対向流が混在するように水の流れを制御する。図3に本実施形態に係るプレート式熱交換器5の接続例を示す。
In this disclosure, the
図3は、一実施形態に係るプレート式熱交換器の接続を示す図である。
本実施形態では、図3に示すように、第1端51Aがプレートの垂直方向の下側に設けられ、第2端52Aがプレートの垂直方向の上側に設けられたプレート式熱交換器5Aをヒートポンプチラー1Aに設け、第1端51Bがプレートの上側に設けられ、第2端52Bがプレートの下側に設けられたプレート式熱交換器5Bをヒートポンプチラー1Bに設ける。そして、第2端52Aと第1端51Bを配管WLで接続する。
このようにすると、プレート式熱交換器5Aでは、第1端51Aから流入した水が、下側から上方向へ流れ、第2端52Aから流れ出た水は、配管WLを通じて、第1端51Bからプレート式熱交換器5Bへ流入する。プレート式熱交換器5Bでは、水は上側から下方向へ流れ、第2端52Bから流れ出る。この場合、暖房運転時には、プレート式熱交換器5Aにおいて水と冷媒は対向流となり、プレート式熱交換器5Bにおいては、水と冷媒は並行流となる。また、冷房運転時には、プレート式熱交換器5Aにおいて水と冷媒は並行流となり、プレート式熱交換器5Bにおいては、水と冷媒は対向流となる。つまり、冷房運転時においても、暖房運転時においても、対向流の熱交換器1台、並行流の熱交換器1台によって水と冷媒が熱交換を行うことになり、冷房運転時と暖房運転時との性能差、性能の偏りが解消される。
FIG. 3 is a diagram showing the connections of a plate heat exchanger according to an embodiment.
3, a
In this way, in the
次に、図4A、図4Bを参照して、図3に例示するプレート式熱交換器5A,5Bを備えたヒートポンプチラーシステム100の設定および動作について説明する。
図4Aは、一実施形態に係るヒートポンプチラーシステムの設定および動作の一例を示す第1図である。
本実施形態では、冷房負荷、又は、暖房負荷を多く負担させるプレート式熱交換器5を“メイン作動プレート式熱交換器”と呼ぶ。図3を用いて説明したように、冷房運転時において、プレート式熱交換器5Aでは、水と冷媒が並行流となり、プレート式熱交換器5Bでは、水と冷媒が対向流となる。この場合、熱交換の効率が高いプレート式熱交換器5Bを“メイン作動プレート式熱交換器”として定め、制御装置10が、ヒートポンプチラー1Bに冷房負荷をより多く割り当てる設定を行う。
Next, the setup and operation of the heat
FIG. 4A is a first diagram illustrating an example of the settings and operation of a heat pump chiller system according to one embodiment.
In this embodiment, the
例えば、負荷側から送られる水の温度を5℃低下させて、負荷に戻すような冷房運転が求められる場合、制御装置10は、ヒートポンプチラー1Aへ流入する水と、ヒートポンプチラー1Aから流出する水の温度差が2℃(流出する水の温度が2℃低い)となるようにヒートポンプチラー1Aの設定温度を制御装置7Aに設定する。そして、制御装置10は、“メイン作動プレート式熱交換器”であるヒートポンプチラー1Bについては、流入する水と流出する水の温度差が3℃(流出する水の温度が3℃低い)となるように、制御装置7Bに設定温度を設定する。
For example, when cooling operation is required to lower the temperature of water sent from the load side by 5°C and return it to the load, the
また、例えば、負荷側から送られる水の温度を3℃低下させて負荷に戻すといった、比較的軽い負荷の冷房運転が求められる場合、制御装置10は、ヒートポンプチラー1Aを停止して、“メイン作動プレート式熱交換器”を備えるヒートポンプチラー1Bのみ運転させる(軽負荷時動作)。制御装置10は、ヒートポンプチラー1Bについて、水温を3℃低下させる設定温度を制御装置7Bに設定する。図4Aの“冷房時”の行は、これらの設定および動作内容を示している。
Furthermore, when a relatively light-load cooling operation is required, for example, by lowering the temperature of the water sent from the load side by 3°C and returning it to the load, the
また、図3の構成では、暖房運転時において、プレート式熱交換器5Aでは、水と冷媒が対向流となり、プレート式熱交換器5Bでは、水と冷媒が並行流となる。この場合、制御装置10は、熱交換の効率が高いプレート式熱交換器5Aを“メイン作動プレート式熱交換器”として定め、ヒートポンプチラー1Aに暖房負荷をより多く割り当てる設定を行う。例えば、負荷側から送られる水の温度を5℃上昇させて負荷に戻すような暖房運転が求められる場合、制御装置10は、ヒートポンプチラー1Aに流入する水とヒートポンプチラー1Aから流出する水の温度差が3℃(流出する水の温度が3℃高い)となるような設定温度を制御装置7Aへ設定する。そして、制御装置10は、ヒートポンプチラー1Bに流入する水とヒートポンプチラー1Bから流出する水の温度差が2℃(流出する水の温度が2℃高い)となるように、制御装置7Bにヒートポンプチラー1Bの設定温度を設定する。
In addition, in the configuration of FIG. 3, during heating operation, the water and the refrigerant flow in countercurrent in the
また、例えば、負荷側から送られる水の温度を3℃上昇させて、負荷に戻すような比較的軽い負荷の暖房運転が求められる場合、制御装置10は、ヒートポンプチラー1Bを停止して、ヒートポンプチラー1Aのみ運転させる(軽負荷時動作)。制御装置10は、水温を3℃上昇させる設定温度を制御装置7Aに設定する。図4Aの“暖房時”の行は、これらの設定および動作内容を示している。
In addition, when a relatively light load heating operation is required, for example, where the temperature of the water sent from the load side is raised by 3°C and returned to the load, the
軽負荷時動作を長く続けると、“メイン作動プレート式熱交換器”を備えるヒートポンプチラー1だけを長時間使用し、他方のヒートポンプチラー1は運転を停止する時間が長くなる。このような状態が長く続くと、2台のヒートポンプチラー1の間に性能や状態の差が生じる。このような、偏りをなくすため、制御装置10は、ヒートポンプチラー1Aの運転時間と、ヒートポンプチラー1Bの運転時間との差が閾値以上となると、平準化運転を行ってもよい。平準化運転とは、ヒートポンプチラー1A、1Bの運転時間の偏りを平準化する運転のことである。図4Bに平準化運転におけるヒートポンプチラーシステム100の設定および動作例を示す。
If light load operation continues for a long time, only the
(平準化運転)
図4Bは、一実施形態に係るヒートポンプチラーシステムの設定および動作の一例を示す第2図である。
例えば、冷房運転の場合、軽負荷時運転が長く続くと、ヒートポンプチラー1Bの運転時間が、ヒートポンプチラー1Aの運転時間より、所定時間以上長くなる。すると、制御装置10は、“メイン作動プレート式熱交換器”をプレート式熱交換器5Bからプレート式熱交換器5Aに切り替える。例えば、制御装置10は、制御装置7Aを通じて圧縮機2Aを起動し、ヒートポンプチラー1Aを運転状態とする。また、制御装置10は、制御装置7Bを通じて圧縮機2Aを停止し、ヒートポンプチラー1Bを停止する。また、制御装置10は、ヒートポンプチラー1Aへ流入する水と流出する水の温度差が3℃(流出する水の水温が3℃低い)となるような設定温度を、制御装置7Aに設定する。これにより、長時間運転状態にあったヒートポンプチラー1Bを停止し、長時間停止していたヒートポンプチラー1Aを運転させることができる。例えば、制御装置10は、ヒートポンプチラー1A、1Bの運転時間が同等になるまで、ヒートポンプチラー1Aによって冷房運転を行う。ヒートポンプチラー1A、1Bの運転時間が同等になると、制御装置10は、再び、熱交換の効率が高いプレート式熱交換器5Bを“メイン作動プレート式熱交換器”とする運転に切り替える。
(Leveling operation)
FIG. 4B is a second diagram illustrating an example of settings and operation of the heat pump chiller system according to one embodiment.
For example, in the case of cooling operation, if light load operation continues for a long time, the operation time of the
同様に、暖房の軽負荷時運転が長く続くと、ヒートポンプチラー1Aの運転時間が、ヒートポンプチラー1Bの運転時間より、所定時間以上長くなる。すると、制御装置10は、“メイン作動プレート式熱交換器”をプレート式熱交換器5Aからプレート式熱交換器5Bに切り替える。例えば、制御装置10は、ヒートポンプチラー1Aを停止し、ヒートポンプチラー1Bを起動する。また、制御装置10は、ヒートポンプチラー1Bへ流入する水と流出する水の温度差が3℃(流出する水の水温が3℃高い)となるような設定温度を、制御装置7Bに設定する。そして、ヒートポンプチラー1A、1Bの運転時間が同等になると制御装置10は、再び、熱交換の効率が高いプレート式熱交換器5Aを“メイン作動プレート式熱交換器”とする暖房の軽負荷運転に切り替える。
Similarly, if the light-load heating operation continues for a long time, the operation time of the
なお、平準化運転の実行は必須ではない。例えば、性能を優先する場合、ヒートポンプチラー1Aとヒートポンプチラー1Bの運転時間に乖離が生じた場合であっても、制御装置10は、図4Aに示す性能優先運転時の運転を継続してもよい。また、性能優先運転を行うか、平準化運転を行うかは、ユーザが制御装置10に任意に設定することができる。また、平準化運転を行う場合、熱交換の効率が良いヒートポンプチラー1から、熱交換の効率が悪いヒートポンプチラー1への切り替えタイミング(運転時間差)は、ユーザが制御装置10に任意に設定することができる。
Note that it is not essential to perform the leveling operation. For example, when performance is prioritized, even if there is a discrepancy between the operating times of
このように、本実施形態によれば、ヒートポンプチラー1を2台備えるヒートポンプチラーシステム100において、冷房運転と暖房運転の性能の偏りを解消し、冷房運転の性能と暖房運転の性能を同等とすることができる。また、低負荷時に1台のヒートポンプチラー1だけで運転する場合、冷房運転と暖房運転において、性能の良いヒートポンプチラー1を選択して運転させることができる。また、一方のヒートポンプチラー1の運転時間が所定時間以上長くなった場合、他方のヒートポンプチラー1に切り替えて運転を継続することで、運転時間の平準化を図ることができる。
In this way, according to this embodiment, in a heat
なお、ヒートポンプチラーシステム100を構成するヒートポンプチラー1の数は2台に限定されない。例えば、ヒートポンプチラー1の台数が偶数台の場合、図3に例示する接続方法で接続した2台のヒートポンプチラー1を1つのユニットとし、このユニットを複数備える構成とする。また、ヒートポンプチラー1の台数が奇数の場合、1台は、重要視する運転状態において、水と冷媒が対向流となるように水の出入口と冷媒の出入口を設定し(例えば、冷房運転より暖房運転に重きを置く場合、暖房運転時に水と冷媒が対向流となるように設定する。)、残りは、上記のユニットによって構成する。
The number of
<第二実施形態>
以下、本発明の第二実施形態によるヒートポンプチラーシステムについて図5~図6を参照して説明する。
第一実施形態では、2つのプレート式熱交換器5において、対応流と並行流を混在させ、1台が対応流、1台が並行流となるように水の流れを制御した。第二実施形態では、2つのプレート式熱交換器5において、2台共に対応流となるように水の流れを制御する。
Second Embodiment
A heat pump chiller system according to a second embodiment of the present invention will now be described with reference to FIGS.
In the first embodiment, corresponding flows and parallel flows are mixed in the two
図5は、第二実施形態に係るプレート式熱交換器の接続を示す第1図である。
図5に2つのプレート式熱交換器5C,5Dを示す。プレート式熱交換器5C,5Dにおいては、図8に例示する一般的な接続と同様に、それぞれプレートの下側に水の入口である第1端51C,51Dが設けられ、上側に水の出口である第2端52C,52Dが設けられている。但し、図8の例と異なり、第三実施形態では、運転モード(冷房、暖房)に応じて、第1端51C,51Dが水の出口となり、第2端52C,52Dが水の入口となる。そして、例えば、図1のヒートポンプチラー1Aにプレート式熱交換器5Cを設け、ヒートポンプチラー1Bにプレート式熱交換器5Dを設ける。
FIG. 5 is a first diagram showing connections of a plate heat exchanger according to the second embodiment.
Figure 5 shows two
また、配管WLについて、上流側のヒートポンプチラー1へ水を導入する配管WLを配管WL3とし、上流側のヒートポンプチラー1と下流側のヒートポンプチラー1を接続する配管WLを配管WL4とし、下流側のヒートポンプチラー1から水を排出する配管WLを配管WL5とする。そして、配管WL3の上流側から順に他の配管との接続点C1、C2を設け、配管WL5の上流側から順に他の配管との接続点C3、C4を設ける。そして、接続点C1と接続点C3を配管WL6によって接続し、接続点C2と接続点C4を配管WL7によって接続する。また、配管WL3における接続点C1と接続点C2の間に弁V1を設け、配管WL6に弁V2を設け、配管WL7に弁V3を設ける。また、配管WL3における接続点C3と接続点C4の間に弁V4を設ける。制御装置10が、弁V1~V4の開閉を制御する。例えば、暖房運転時、制御装置10は、弁V1と弁V4を開とし、弁V2と弁V3を閉とする。すると、配管WL3を流れる水は、第1端51Cからプレート式熱交換器5Cへ流入し、第1端51Cが設けられたプレートの下側から上方向へ流れる。また、水はプレート式熱交換器5Cの第2端52Cから流出し、配管WL4を通じて第1端51Dからプレート式熱交換器5Dへ流入する。プレート式熱交換器5Dにおいても、水は、プレートの下側から上方向へ流れ、第2端52Dから流出し、配管WL5を通じて負荷へ供給される。図5に示すように、プレート式熱交換器5C、5Dの両方で、水と冷媒は対向流となる。これにより、水と冷媒の間で、効率の良い熱交換が可能となり、第一実施形態に比べ、暖房運転の性能を向上することができる。
Regarding the piping WL, the piping WL that introduces water to the
次に図6を参照して、冷房運転時の水および冷媒の流れを説明する。
図6は、第二実施形態に係るプレート式熱交換器の接続を示す第2図である。
冷房運転時、制御装置10は、弁V1と弁V4を閉とし、弁V2と弁V3を開とする。すると、配管WL3を流れる水は、配管WL3、配管WL7、配管WL5の順に流れ、第2端52Dからプレート式熱交換器5Dへ流入し、第2端52Dが設けられた上側から下方向へ流れ、プレート式熱交換器5Dの第1端51Dから流出する。その後、水は、配管WL4を通じて第2端52Cからプレート式熱交換器5Cへ流入し、第2端52Cが設けられた上側から下方向へ流れ、プレート式熱交換器5Cの第1端51Cから流出する。プレート式熱交換器5Cから流出した水は、配管WL3、配管WL6、配管WL5の順に流れ、配管WL5を通じて負荷へ供給される。図6に示すように、冷房運転時、プレート式熱交換器5C、5Dの両方で、水と冷媒は対向流となる。これにより、水と冷媒の間で、効率の良い熱交換が可能となり、第一実施形態に比べ、冷房運転の性能を向上することができる。
Next, the flow of water and refrigerant during cooling operation will be described with reference to FIG.
FIG. 6 is a second diagram showing the connection of the plate heat exchanger according to the second embodiment.
During cooling operation, the
以上、説明したように第二実施形態によれば、冷房運転、暖房運転に関わらず、2台のヒートポンプチラー1の両方において水と冷媒の対応流を実現することができる。従って、図8に例示した一般的な接続のように、冷房運転、暖房運転の何れかで性能の低下を招くことなく、どちらの運転状態でも高い性能を維持することができる。
なお、第一実施形態と同様、低負荷時には、どちらか一方のヒートポンプチラー1だけを運転し、他方を停止させてもよい。また、ヒートポンプチラー1Aとヒートポンプチラー1Bの運転時間に所定時間以上の時間差が生じた場合には、制御装置10の制御により平準化運転を実行してもよい。
As described above, according to the second embodiment, regardless of whether the operation is cooling or heating, it is possible to realize corresponding flows of water and refrigerant in both of the two
As in the first embodiment, during low load conditions, only one of the
なお、第二実施形態においてヒートポンプチラー1の数は2台に限定されない。例えば、ヒートポンプチラー1の台数が偶数台の場合、図5、図6に例示する接続方法で接続した2台のヒートポンプチラー1を1つのユニットとし、このユニットを複数備える構成とする。また、ヒートポンプチラー1の台数が奇数の場合、1台は、重要視する運転状態において、水と冷媒が対向流となるように水の出入口と冷媒の出入口を設定し、残りは、上記のユニットによって構成する。
In the second embodiment, the number of
<第三実施形態>
以下、本発明の第三実施形態によるヒートポンプチラーシステムについて図7A~図7Bを参照して説明する。
第三実施形態では、第一実施形態と第二実施形態を組み合わせたヒートポンプチラーシステム100´を提供する。図7Aに第三実施形態に係るヒートポンプチラーシステム100´を示す。ヒートポンプチラーシステム100´は、ヒートポンプチラー1Aと、ヒートポンプチラー1Bと、ヒートポンプチラー1Cと、ヒートポンプチラー1Dと、ヒートポンプチラー1A~1Dを制御する制御装置10と、を備える。ヒートポンプチラー1A~1Dは、直列に接続されている。つまり、負荷側から流れてきた水は、ヒートポンプチラー1Aに流入して熱交換されて流出し、次にヒートポンプチラー1Bに流入して熱交換されて流出し、次にヒートポンプチラー1Cに流入して熱交換されて流出し、次にヒートポンプチラー1Dに流入して熱交換されて流出し、その後、負荷に供給される。
Third Embodiment
Hereinafter, a heat pump chiller system according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7A and 7B.
In the third embodiment, a heat pump chiller system 100' is provided that combines the first and second embodiments. FIG. 7A shows the heat pump chiller system 100' according to the third embodiment. The heat pump chiller system 100' includes a
ヒートポンプチラー1Aは、図3に例示するプレート式熱交換器5Aを備え、ヒートポンプチラー1Bは、図3に例示するプレート式熱交換器5Bを備える。そして、プレート式熱交換器5Aとプレート式熱交換器5Bは、図3に例示するように接続されている。
The
ヒートポンプチラー1Cは、図5、図6に例示するプレート式熱交換器5Cを備え、ヒートポンプチラー1Dは、図5、図6に例示するプレート式熱交換器5Dを備える。そして、プレート式熱交換器5Cとプレート式熱交換器5Dは、図5、図6に例示するように接続されている。そして、プレート式熱交換器5B(図3)の第2端52Bには、図5、図6の配管WL3が接続される。
The
そして、冷房運転時、制御装置10は、図6に示すように弁V1、弁V4を閉とし、弁V2、弁V3を開とする。また、暖房運転時、制御装置10は、図5に示すように弁V1、弁V4を開とし、弁V2、弁V3を閉とする。
During cooling operation, the
このように制御したときのプレート式熱交換器5A~5Dにおける、水と冷媒の流れ方向の関係を図7Bに示す。図7Bに示すように、冷房運転時には、プレート式熱交換器5Aでは並行流、プレート式熱交換器5B~5Dでは対向流となる。暖房運転時には、プレート式熱交換器5Bでは並行流、プレート式熱交換器5A,5C~5Dでは対向流となる。
Figure 7B shows the relationship between the flow directions of water and refrigerant in
このように第一実施形態と第二実施形態を組み合わせることで、並行流と対向流の割合を1:3とすることができ、冷房運転、暖房運転の両方で高い性能で運転することができる。 By combining the first and second embodiments in this way, the ratio of parallel flow to counterflow can be set to 1:3, enabling high performance operation in both cooling and heating modes.
なお、上記の制御装置7、10はコンピュータを備えている。コンピュータは、CPU、主記憶装置、補助記憶装置、入出力インタフェース、通信インタフェース等を備える。制御装置7、10における各処理の過程は、例えば制御装置7、10が有するCPU等がプログラムを実行することによって実現できる。制御装置7、10によって実行されるプログラムは、コンピュータが読み取り可能な記録媒体に記録され、この記録媒体に記録されたプログラムを読み出して実行することによって実現してもよい。なお、制御装置7、10は、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、コンピュータが読み取り可能な記録媒体は、例えば、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD-ROM等の可搬媒体、制御装置7、10に内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。
The
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described above, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope of the invention and its equivalents as set forth in the claims, as well as in the scope and gist of the invention.
<付記>
各実施形態に記載のヒートポンプチラーシステム100,100´およびプレート式熱交換器の接続方法は、例えば以下のように把握される。
<Additional Notes>
The heat
(1)第1の態様に係るヒートポンプチラーシステム100、100´は、負荷に供給する熱媒体(水)と第1の冷媒の熱交換を行う第1のプレート式熱交換器5Aを備える第1のヒートポンプチラー1Aと、前記熱媒体と第2の冷媒の熱交換を行う第2のプレート式熱交換器5Bを備える第2のヒートポンプチラー1Bと、を備え、前記第1のプレート式熱交換器5Aにおける前記熱媒体と前記第1の冷媒の流れ方向が対向流の場合に前記第2のプレート式熱交換器5Bにおける前記熱媒体と前記第2の冷媒の流れ方向が並行流となり、前記第2のプレート式熱交換器5Bにおける前記熱媒体と前記第2の冷媒の流れ方向が対向流の場合に前記第1のプレート式熱交換器5Aにおける前記熱媒体と前記第1の冷媒の流れ方向が並行流となるように前記熱媒体の流路が設けられている。
これにより、冷房運転と暖房運転を同程度の性能で運転することができる。
(1) A heat
This allows the cooling operation and heating operation to be performed with the same level of performance.
(2)第2の態様に係るヒートポンプチラーシステム100、100´は、(1)のヒートポンプチラーシステム100、100´であって、前記第1のプレート式熱交換器5Aにおける前記熱媒体の出口と、前記第2のプレート式熱交換器5Bにおける前記熱媒体の入口を接続する前記熱媒体の流路、をさらに備え、前記第1のヒートポンプチラー1Aと前記第2のヒートポンプチラー1Bが直列に接続されている。
(2) The heat
(3)第3の態様に係るヒートポンプチラーシステム100、100´は、(1)~(2)のヒートポンプチラーシステム100、100´であって、冷房運転時に前記第1の冷媒および前記第2の冷媒が垂直方向の下から上へ流れ、暖房運転時に前記第1の冷媒および前記第2の冷媒が垂直方向の上から下へ流れる。
(3) The heat
(4)第4の態様に係るヒートポンプチラーシステム100、100´は、(1)~(3)のヒートポンプチラーシステム100、100´であって、暖房運転時に、前記熱媒体と前記第1の冷媒の流れ方向が対向流の場合、前記第1のヒートポンプチラーの入口における前記熱媒体の温度と出口における前記熱媒体の温度との差が、前記第2のヒートポンプチラーの入口における前記熱媒体の温度と出口における前記熱媒体の温度との差よりも大きくなるように設定温度を設定し、前記熱媒体と前記第2の冷媒の流れ方向が対向流の場合、前記第2のヒートポンプチラーの入口における前記熱媒体の温度と出口における前記熱媒体の温度との差が、前記第1のヒートポンプチラーの入口における前記熱媒体の温度と出口における前記熱媒体の温度との差よりも大きくなるように設定温度を設定する。
熱交換の効率が高い、プレート式熱交換器5を備えるヒートポンプチラーに、多くの暖房負荷を負担させることで、効率の良い暖房運転を行うことができる。
(4) A heat
By having a large heating load borne by the heat pump chiller equipped with the
(5)第5の態様に係るヒートポンプチラーシステム100、100´は、(1)~(4)のヒートポンプチラーシステム100、100´であって、冷房運転時に、前記熱媒体と前記第1の冷媒の流れ方向が対向流の場合、前記第1のヒートポンプチラーの入口における前記熱媒体の温度と出口における前記熱媒体の温度との差が、前記第2のヒートポンプチラーの入口における前記熱媒体の温度と出口における前記熱媒体の温度との差よりも大きくなるように設定温度を設定し、前記熱媒体と前記第2の冷媒の流れ方向が対向流の場合、前記第2のヒートポンプチラーの入口における前記熱媒体の温度と出口における前記熱媒体の温度との差が、前記第1のヒートポンプチラーの入口における前記熱媒体の温度と出口における前記熱媒体の温度との差よりも大きくなるように設定温度を設定する。
熱交換の効率が高い、プレート式熱交換器5を備えるヒートポンプチラーに、多くの冷房負荷を負担させることで、効率の良い冷房運転を行うことができる。
(5) A fifth aspect of the heat
By having a large cooling load borne by the heat pump chiller equipped with the
(6)第6の態様に係るヒートポンプチラーシステム100、100´は、(1)~(5)のヒートポンプチラーシステム100、100´であって、負荷が所定の閾値以下であって、前記熱媒体と前記第1の冷媒の流れ方向が対向流の場合、前記第2のヒートポンプチラーの運転を停止し、前記熱媒体と前記第2の冷媒の流れ方向が対向流の場合、前記第1のヒートポンプチラーの運転を停止する。
低負荷の場合、熱交換の効率が高いプレート式熱交換器5を備えるヒートポンプチラー1の運転により負荷を賄い、熱交換の効率が高いプレート式熱交換器5を備えるヒートポンプチラー1の運転を停止することにより、省エネルギ運転を実現することができる。
(6) A sixth aspect of the heat
In the case of low load, the load is covered by operating the
(7)第7の態様に係るヒートポンプチラーシステム100、100´は、(1)~(6)のヒートポンプチラーシステム100、100´であって、前記第1のヒートポンプチラーの運転時間が、前記第2のヒートポンプチラーの運転時間よりも所定の時間より長い場合、前記熱媒体と冷媒の流れ方向の関係に関わらず、前記第1のヒートポンプチラーを停止して前記第2のヒートポンプチラーを運転し、前記第2のヒートポンプチラーの運転時間が、前記第1のヒートポンプチラーの運転時間よりも所定の時間より長い場合、前記熱媒体と冷媒の流れ方向の関係に関わらず、前記第2のヒートポンプチラーを停止して前記第1のヒートポンプチラーを運転する。
ヒートポンプチラー1A、1Bの運転時間を平準化することができる。
(7) A seventh aspect of the heat
The operation times of the
(8)第8の態様に係るヒートポンプチラーシステム100、100´は、(1)~(7)のヒートポンプチラーシステム100、100´であって、前記第1のプレート式熱交換器における前記熱媒体の出口を垂直方向の下側に設けた場合、前記第2のプレート式熱交換器における前記熱媒体の入口を垂直方向の下側に設け、前記第1のプレート式熱交換器における前記熱媒体の出口を垂直方向の上側に設けた場合、前記第2のプレート式熱交換器における前記熱媒体の入口を垂直方向の上側に設けている。
これにより、2台のヒートポンプチラーにおいて、対向流と並行流を1台ずつ混在させることができる。
(8) The heat
This allows the two heat pump chillers to have a mixture of counter flow and parallel flow.
(9)第9の態様に係るヒートポンプチラーシステム100´は、(1)~(8)のヒートポンプチラーシステム100´であって、前記熱媒体と第3の冷媒の熱交換を行う第3のプレート式熱交換器5Cを備える第3のヒートポンプチラー1Cと、前記熱媒体と第4の冷媒の熱交換を行う第4のプレート式熱交換器5Dを備える第4のヒートポンプチラー1Dと、前記第3のプレート式熱交換器5Cと前記第4のプレート式熱交換器5Dとを接続する接続流路と、前記第3のプレート式熱交換器又は前記第4のプレート式熱交換器の何れかに切り替えて前記熱媒体を供給する切替機構(配管WL3、WL5、WL6、WL7、弁V1~V4)と、をさらに備え、前記第3のプレート式熱交換器における前記第3の冷媒の流れ方向と、前記第4のプレート式熱交換器における前記第4の冷媒の流れ方向と、が共に上から下の場合に、前記第3のプレート式熱交換器と前記第4のプレート式熱交換器における前記熱媒体の流れが共に下から上へとなるように前記接続流路が設けられ、且つ、前記切替機構の制御により、前記熱媒体が、前記第3のプレート式熱交換器から前記第4のプレート式熱交換器の順に流れるように、前記第3のプレート式熱交換器へ前記熱媒体が供給され、前記第3のプレート式熱交換器における前記第3の冷媒の流れ方向と、前記第4のプレート式熱交換器における前記第4の冷媒の流れ方向と、が共に下から上に切り替わると、前記切替機構の制御により、前記熱媒体が、前記第4のプレート式熱交換器から前記第3のプレート式熱交換器の順に流れるように、前記第4のプレート式熱交換器へ供給される。
これにより、冷媒の流れに関わらず、水と冷媒を対向流とすることができ、冷房運転でも暖房運転でも高性能を発揮することができる。
(9) A heat pump chiller system 100' according to a ninth aspect is the heat pump chiller system 100' of any one of (1) to (8), further comprising a third heat pump chiller 1C including a third plate heat exchanger 5C that performs heat exchange between the heat medium and a third refrigerant, a fourth heat pump chiller 1D including a fourth plate heat exchanger 5D that performs heat exchange between the heat medium and a fourth refrigerant, a connection flow path that connects the third plate heat exchanger 5C and the fourth plate heat exchanger 5D, and a switching mechanism (pipes WL3, WL5, WL6, WL7, valves V1 to V4) that switches to either the third plate heat exchanger or the fourth plate heat exchanger to supply the heat medium, and the flow direction of the fourth refrigerant in the third plate type heat exchanger is from top to bottom, the connecting flow paths are provided so that the flows of the heat medium in both the third plate type heat exchanger and the fourth plate type heat exchanger are from bottom to top, and the heat medium is supplied to the third plate type heat exchanger such that the heat medium flows from the third plate type heat exchanger to the fourth plate type heat exchanger under the control of the switching mechanism, and when the flow direction of the third refrigerant in the third plate type heat exchanger and the flow direction of the fourth refrigerant in the fourth plate type heat exchanger are both switched from bottom to top, the heat medium is supplied to the fourth plate type heat exchanger such that the heat medium flows from the fourth plate type heat exchanger to the third plate type heat exchanger under the control of the switching mechanism.
This allows the water and refrigerant to flow in opposite directions regardless of the flow of the refrigerant, enabling high performance to be achieved in both cooling and heating operations.
(10)第10の態様に係るプレート式熱交換器の接続方法は、負荷に供給する熱媒体と第1の冷媒の熱交換を行う第1のプレート式熱交換器を備える第1のヒートポンプチラーと、前記熱媒体と第2の冷媒の熱交換を行う第2のプレート式熱交換器を備える第2のヒートポンプチラーと、を備えるヒートポンプチラーシステムにおいて、前記第1のプレート式熱交換器における前記熱媒体と前記第1の冷媒の流れ方向が対向流の場合に前記第2のプレート式熱交換器における前記熱媒体と前記第2の冷媒の流れ方向が並行流となり、前記第2のプレート式熱交換器における前記熱媒体と前記第2の冷媒の流れ方向が対向流の場合に前記第1のプレート式熱交換器における前記熱媒体と前記第1の冷媒の流れ方向が並行流となるように、前記第1のプレート式熱交換器と前記第2のプレート式熱交換器とを接続する。 (10) The method of connecting plate heat exchangers according to the tenth aspect is a heat pump chiller system including a first heat pump chiller having a first plate heat exchanger that performs heat exchange between a heat medium supplied to a load and a first refrigerant, and a second heat pump chiller having a second plate heat exchanger that performs heat exchange between the heat medium and a second refrigerant, in which the first plate heat exchanger and the second plate heat exchanger are connected such that when the flow directions of the heat medium and the first refrigerant in the first plate heat exchanger are counter-current, the flow directions of the heat medium and the second refrigerant in the second plate heat exchanger are parallel, and when the flow directions of the heat medium and the second refrigerant in the second plate heat exchanger are counter-current, the flow directions of the heat medium and the first refrigerant in the first plate heat exchanger are parallel.
100、100´・・・ヒートポンプチラーシステム
1、1A、1B、1C、1D・・・ヒートポンプチラー
7、7A、7B、10・・・制御装置
2、2A、2B・・・圧縮機
3、3A、3B・・・四方弁
4、4A、4B・・・熱交換器
5、5A、5B・・・プレート式熱交換器
6、6A、6B・・・膨張弁
WL、WL1、WL2、WL3、WL4、WL5、WL6、WL7・・・配管
V1、V2、V3、V4・・・弁
100, 100'... Heat
Claims (9)
前記熱媒体と第2の冷媒の熱交換を行う第2のプレート式熱交換器を備える第2のヒートポンプチラーと、
前記熱媒体と第3の冷媒の熱交換を行う第3のプレート式熱交換器を備える第3のヒートポンプチラーと、
前記熱媒体と第4の冷媒の熱交換を行う第4のプレート式熱交換器を備える第4のヒートポンプチラーと、
前記第3のプレート式熱交換器と前記第4のプレート式熱交換器とを接続する接続流路と、
前記第3のプレート式熱交換器又は前記第4のプレート式熱交換器の何れかに切り替えて前記熱媒体を供給する切替機構と、
を備え、
前記第1のプレート式熱交換器における前記熱媒体と前記第1の冷媒の流れ方向が対向流の場合に前記第2のプレート式熱交換器における前記熱媒体と前記第2の冷媒の流れ方向が並行流となり、前記第2のプレート式熱交換器における前記熱媒体と前記第2の冷媒の流れ方向が対向流の場合に前記第1のプレート式熱交換器における前記熱媒体と前記第1の冷媒の流れ方向が並行流となるように前記熱媒体の流路が設けられ、
前記第3のプレート式熱交換器における前記第3の冷媒の流れ方向と、前記第4のプレート式熱交換器における前記第4の冷媒の流れ方向とが共に上から下の場合に、前記第3のプレート式熱交換器と前記第4のプレート式熱交換器における前記熱媒体の流れが共に下から上へとなるように前記接続流路が設けられ、且つ、前記切替機構の制御により、前記熱媒体が前記第3のプレート式熱交換器から前記第4のプレート式熱交換器の順に流れるように、前記第3のプレート式熱交換器へ前記熱媒体が供給され、
前記第3のプレート式熱交換器における前記第3の冷媒の流れ方向と、前記第4のプレート式熱交換器における前記第4の冷媒の流れ方向とが共に下から上に切り替わると、前記切替機構の制御により、前記熱媒体が前記第4のプレート式熱交換器から前記第3のプレート式熱交換器の順に流れるように、前記第4のプレート式熱交換器へ前記熱媒体が供給される、
ヒートポンプチラーシステム。 a first heat pump chiller including a first plate heat exchanger that performs heat exchange between a heat medium to be supplied to a load and a first refrigerant;
a second heat pump chiller including a second plate heat exchanger that exchanges heat between the heat medium and a second refrigerant;
a third heat pump chiller including a third plate heat exchanger that performs heat exchange between the heat medium and a third refrigerant;
a fourth heat pump chiller including a fourth plate heat exchanger that performs heat exchange between the heat medium and a fourth refrigerant;
a connecting flow passage connecting the third plate heat exchanger and the fourth plate heat exchanger;
a switching mechanism that switches between the third plate heat exchanger and the fourth plate heat exchanger to supply the heat medium;
Equipped with
a flow path for the heat medium is provided such that when the flow directions of the heat medium and the first refrigerant in the first plate heat exchanger are counter-flowing, the flow directions of the heat medium and the second refrigerant in the second plate heat exchanger are parallel flowing, and when the flow directions of the heat medium and the second refrigerant in the second plate heat exchanger are counter-flowing, the flow directions of the heat medium and the first refrigerant in the first plate heat exchanger are parallel flowing ,
When the flow direction of the third refrigerant in the third plate heat exchanger and the flow direction of the fourth refrigerant in the fourth plate heat exchanger are both from top to bottom, the connection flow path is provided so that the flow of the heat medium in both the third plate heat exchanger and the fourth plate heat exchanger is from bottom to top, and the heat medium is supplied to the third plate heat exchanger by controlling the switching mechanism so that the heat medium flows in the order from the third plate heat exchanger to the fourth plate heat exchanger,
When the flow direction of the third refrigerant in the third plate heat exchanger and the flow direction of the fourth refrigerant in the fourth plate heat exchanger are both switched from bottom to top, the heat medium is supplied to the fourth plate heat exchanger by control of the switching mechanism so that the heat medium flows from the fourth plate heat exchanger to the third plate heat exchanger in that order.
Heat pump chiller system.
前記第1のヒートポンプチラーと前記第2のヒートポンプチラーが直列に接続された、 請求項1に記載のヒートポンプチラーシステム。 A flow path for the heat medium connecting an outlet for the heat medium in the first plate heat exchanger and an inlet for the heat medium in the second plate heat exchanger,
The heat pump chiller system according to claim 1 , wherein the first heat pump chiller and the second heat pump chiller are connected in series.
請求項1または請求項2に記載のヒートポンプチラーシステム。 During cooling operation, the first refrigerant and the second refrigerant flow vertically from bottom to top, and during heating operation, the first refrigerant and the second refrigerant flow vertically from top to bottom.
The heat pump chiller system according to claim 1 or 2.
請求項1から請求項3の何れか1項に記載のヒートポンプチラーシステム。 during heating operation, when the flow directions of the heat medium and the first refrigerant are counter-flowing, set temperatures of the first heat pump chiller and the second heat pump chiller are set so that a difference between a temperature of the heat medium at an inlet of the first heat pump chiller and a temperature of the heat medium at an outlet thereof is larger than a difference between a temperature of the heat medium at an inlet of the second heat pump chiller and a temperature of the heat medium at an outlet thereof, and when the flow directions of the heat medium and the second refrigerant are counter-flowing, set temperatures are set so that a difference between a temperature of the heat medium at an inlet of the second heat pump chiller and a temperature of the heat medium at an outlet thereof is larger than a difference between a temperature of the heat medium at an inlet of the first heat pump chiller and a temperature of the heat medium at an outlet thereof.
The heat pump chiller system according to any one of claims 1 to 3.
請求項1から請求項4の何れか1項に記載のヒートポンプチラーシステム。 during cooling operation, when the flow directions of the heat medium and the first refrigerant are counter-flowing, set temperatures of the first heat pump chiller and the second heat pump chiller are set so that a difference between a temperature of the heat medium at an inlet of the first heat pump chiller and a temperature of the heat medium at an outlet thereof is larger than a difference between a temperature of the heat medium at an inlet of the second heat pump chiller and a temperature of the heat medium at an outlet thereof, and when the flow directions of the heat medium and the second refrigerant are counter-flowing, set temperatures are set so that a difference between a temperature of the heat medium at an inlet of the second heat pump chiller and a temperature of the heat medium at an outlet thereof is larger than a difference between a temperature of the heat medium at an inlet of the first heat pump chiller and a temperature of the heat medium at an outlet thereof.
The heat pump chiller system according to any one of claims 1 to 4.
請求項1から請求項5の何れか1項に記載のヒートポンプチラーシステム。 When a load is equal to or less than a predetermined threshold and the flow directions of the heat medium and the first refrigerant are counter-current flows, the second heat pump chiller is stopped, and when the flow directions of the heat medium and the second refrigerant are counter-current flows, the first heat pump chiller is stopped.
The heat pump chiller system according to any one of claims 1 to 5.
前記第2のヒートポンプチラーの運転時間が、前記第1のヒートポンプチラーの運転時間よりも所定の時間より長い場合、前記熱媒体と冷媒の流れ方向の関係に関わらず、前記第2のヒートポンプチラーを停止して前記第1のヒートポンプチラーを運転する、
請求項1から請求項6の何れか1項に記載のヒートポンプチラーシステム。 When the operation time of the first heat pump chiller is longer than a predetermined time than the operation time of the second heat pump chiller, regardless of the relationship between the flow directions of the heat medium and the refrigerant, the first heat pump chiller is stopped and the second heat pump chiller is operated;
When an operation time of the second heat pump chiller is longer than a predetermined time than an operation time of the first heat pump chiller, the second heat pump chiller is stopped and the first heat pump chiller is operated regardless of a relationship between a flow direction of the heat medium and a flow direction of the refrigerant.
The heat pump chiller system according to any one of claims 1 to 6.
請求項1から請求項7の何れか1項に記載のヒートポンプチラーシステム。 When the outlet of the heat medium in the first plate heat exchanger is provided on the lower side in the vertical direction, the inlet of the heat medium in the second plate heat exchanger is provided on the lower side in the vertical direction; when the outlet of the heat medium in the first plate heat exchanger is provided on the upper side in the vertical direction, the inlet of the heat medium in the second plate heat exchanger is provided on the upper side in the vertical direction.
The heat pump chiller system according to any one of claims 1 to 7.
前記第1のプレート式熱交換器における前記熱媒体と前記第1の冷媒の流れ方向が対向流の場合に前記第2のプレート式熱交換器における前記熱媒体と前記第2の冷媒の流れ方向が並行流となり、前記第2のプレート式熱交換器における前記熱媒体と前記第2の冷媒の流れ方向が対向流の場合に前記第1のプレート式熱交換器における前記熱媒体と前記第1の冷媒の流れ方向が並行流となるように、前記第1のプレート式熱交換器と前記第2のプレート式熱交換器とを接続し、
前記第3のプレート式熱交換器における前記第3の冷媒の流れ方向と、前記第4のプレート式熱交換器における前記第4の冷媒の流れ方向とが共に上から下の場合に、前記第3のプレート式熱交換器と前記第4のプレート式熱交換器における前記熱媒体の流れが共に下から上へとなるように前記接続流路を設け、且つ、前記切替機構の制御により、前記熱媒体が前記第3のプレート式熱交換器から前記第4のプレート式熱交換器の順に流れるように、前記第3のプレート式熱交換器へ前記熱媒体を供給し、
前記第3のプレート式熱交換器における前記第3の冷媒の流れ方向と、前記第4のプレート式熱交換器における前記第4の冷媒の流れ方向とが共に下から上に切り替わると、前記切替機構の制御により、前記熱媒体が前記第4のプレート式熱交換器から前記第3のプレート式熱交換器の順に流れるように、前記第4のプレート式熱交換器へ前記熱媒体を供給する、
プレート式熱交換器の接続方法。 a first heat pump chiller including a first plate heat exchanger that performs heat exchange between a heat medium to be supplied to a load and a first refrigerant, a second heat pump chiller including a second plate heat exchanger that performs heat exchange between the heat medium and a second refrigerant, a third heat pump chiller including a third plate heat exchanger that performs heat exchange between the heat medium and a third refrigerant, a fourth heat pump chiller including a fourth plate heat exchanger that performs heat exchange between the heat medium and a fourth refrigerant, a connecting flow path that connects the third plate heat exchanger and the fourth plate heat exchanger, and a switching mechanism that switches between the third plate heat exchanger or the fourth plate heat exchanger to supply the heat medium ,
The first plate heat exchanger and the second plate heat exchanger are connected such that when the flow directions of the heat medium and the first refrigerant in the first plate heat exchanger are counter-flowing, the flow directions of the heat medium and the second refrigerant in the second plate heat exchanger are parallel flowing, and when the flow directions of the heat medium and the second refrigerant in the second plate heat exchanger are counter-flowing, the flow directions of the heat medium and the first refrigerant in the first plate heat exchanger are parallel flowing,
When the flow direction of the third refrigerant in the third plate heat exchanger and the flow direction of the fourth refrigerant in the fourth plate heat exchanger are both from top to bottom, the connecting flow path is provided so that the flow of the heat medium in both the third plate heat exchanger and the fourth plate heat exchanger is from bottom to top, and the heat medium is supplied to the third plate heat exchanger by controlling the switching mechanism so that the heat medium flows in the order from the third plate heat exchanger to the fourth plate heat exchanger;
when the flow direction of the third refrigerant in the third plate heat exchanger and the flow direction of the fourth refrigerant in the fourth plate heat exchanger are both switched from bottom to top, the heat medium is supplied to the fourth plate heat exchanger by control of the switching mechanism so that the heat medium flows from the fourth plate heat exchanger to the third plate heat exchanger in that order.
How to connect a plate heat exchanger.
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