報告書番号

M11001

タイトル（和文）

無着霜ヒートポンプ給湯システムに関する研究開発 第一報：システムの考案とサイクルシミュレーション

タイトル（英文）

Study on frost- free air source heat pump water heater system 1st Report: System proposal and cycle simulation

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

空気熱源ヒートポンプは、冬季の低温・高湿度外気条件において、室外熱交換器（蒸発器）の着霜による伝熱劣化や除霜運転時の電力消費により、効率（COP）や加熱能力の低下を招いている。そこで、本研究では、水分吸着剤を用い予め蒸発器入口空気を除湿する無着霜空気熱源ヒートポンプ給湯システムを考案した。考案したシステムは、従来のシステムに吸着剤付熱交換器を設置することで着霜することなく、さらに、吸着剤の脱着過程において、空気を吸着剤付熱交換器と蒸発器の間で循環させることによって、脱着空気に与えた熱量を全て蒸発器で回収し排気による熱損失をゼロにすることで、高効率で連続給湯が可能である。本報告では、考案したシステムの概要と導出した性能表示式、および性能表示式に基づくシミュレーション結果をまとめた。シミュレーションの結果によれば、考案したシステムのCOPは、従来システムのCOPより5％～30％向上すること、特に、その効果は、低外気温度で大きいことが分かった。また、考案したシステムは、給湯のみならず空調などへの応用も期待できる。

概要 （英文）

Air source heat pump water heaters (ASHPWH) are widely applied as an economic form of water heating. However, the heating capacity and the average coefficient of performance (COP) decrease significantly due to evaporator frosting and the subsequent need for defrosting, when ASHPWH works at the frosting ambient conditions: the air temperature is from -7ºCto 5.5ºC and relative humidity is over 60%. Therefore, we proposes a frost-free air source heat pump water heater system, in which frosting can be retarded by dehumidifying air before entering the evaporator of ASHPWH. The proposed system consists of a conventional heat pump water heater and an extra heat exchanger coated by solid desiccant. During desorption process, regeneration air is recycled between desiccant-coated heat exchanger and air heat exchanger to recover sensible heat and latent heat of the regeneration air. Numerical simulation is carried out at the frosting conditions. The results show that COP of the proposed system is in the range of 3.3 ~ 4.3, which is 5 ~ 30 % higher than that of the conventional system using hot-gas defrosting method. Furthermore, the application of the air-recycling method in desorption process makes it possible to provide continually heat to water or any other required heating fluid, such as room air in an air conditioner system regardless of ambient condition. Therefore, the idea proposed in this work is helpful to spread the application of the heat pump in cold districts. However, it should be pointed out that the adsorption capacity of desiccant in low temperature regions is one of the key characteristics dominating the performance of this system. Future work in this direction is underway.

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