JP2003139434A - 蓄熱式空調給湯システム - Google Patents

蓄熱式空調給湯システム

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JP2003139434A
JP2003139434A JP2001340272A JP2001340272A JP2003139434A JP 2003139434 A JP2003139434 A JP 2003139434A JP 2001340272 A JP2001340272 A JP 2001340272A JP 2001340272 A JP2001340272 A JP 2001340272A JP 2003139434 A JP2003139434 A JP 2003139434A
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hot water
heat
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JP2001340272A
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Hidekatsu Fujita
英克 藤田
Shinji Kuramoto
新治 蔵本
Tsuyoshi Yokomizo
剛志 横溝
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Hitachi Global Life Solutions Inc
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Hitachi Air Conditioning Systems Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 全シーズンを通じて、共通のヒートポンプ機
構を用いて、エネルギー効率よく空調及び給湯を行える
ようにした蓄熱式空調給湯システムを提供すること。 【解決手段】 ヒートポンプ機構Hの冷媒循環回路を、
蓄熱回路Bと給湯回路Aとに分岐して、冷媒を2回路に
供給可能とし、蓄熱槽4内に氷蓄熱を行いながら、給湯
回路Aに接続した貯湯タンク21,22,23において
ヒートポンプ機構Hの廃熱利用と電気ヒータ21h,2
2h,23hを組み合わせて貯湯するようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、蓄熱式空調給湯シ
ステムに関し、特に、ヒートポンプ機構の排熱を利用し
て、エネルギー効率よく空調及び給湯を行えるようにし
た蓄熱式空調給湯システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、深夜電力を利用して蓄熱槽内に氷
蓄熱し、この蓄熱したエネルギーを利用して昼間の冷房
を主体とした空調を行う空調システムが実用化されてい
る。一方、ヒートポンプ機構を用いて加熱した温水を貯
湯タンクに貯湯し、給湯する給湯システムも実用化され
ている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
蓄熱式空調システム及び給湯システムは、それぞれ独立
したシステムからなるため、エネルギー効率が悪いとい
う問題があった。
【0004】本発明は、上記従来の蓄熱空調式空調シス
テム及び給湯システムの有する問題点に鑑み、全シーズ
ンを通じて、共通のヒートポンプ機構を用いて、エネル
ギー効率よく空調及び給湯を行えるようにした蓄熱式空
調給湯システムを提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の蓄熱式空調給湯システムは、ヒートポンプ
機構の冷媒循環回路を、蓄熱回路と給湯回路とに分岐し
て、冷媒を2回路に供給可能とし、蓄熱槽内に氷蓄熱を
行いながら、給湯回路に接続した貯湯タンクにおいてヒ
ートポンプ機構の廃熱利用と電気ヒータを組み合わせて
貯湯するようにしたことを特徴とする。
【0006】この蓄熱式空調給湯システムは、ヒートポ
ンプ機構の冷媒循環回路を、蓄熱回路と給湯回路とに分
岐して、冷媒を2回路に供給可能とし、蓄熱槽内に氷蓄
熱を行いながら、給湯回路に接続した貯湯タンクにおい
てヒートポンプ機構の廃熱利用と電気ヒータを組み合わ
せて貯湯するようにしているので、全シーズンを通じ
て、共通のヒートポンプ機構を用いて、エネルギー効率
よく空調及び給湯を行うことができる。
【0007】この場合において、貯湯タンクへの貯湯
を、ヒートポンプ機構の廃熱利用によって加温温度限界
まで加熱した後、電気ヒータによって設定温度まで加熱
するようにすることができる。
【0008】これにより、ヒートポンプ機構の廃熱と深
夜電力とを利用して経済的に貯湯することができるとと
もに、貯湯温度を高く設定することができる。
【0009】また、蓄熱回路の運転モードを切り替える
ことにより蓄熱槽内に氷蓄熱と温水蓄熱とを行うように
することができる。
【0010】これにより、全シーズンを通じて、深夜電
力を利用して経済的に空調を行うことができる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の蓄熱式空調給湯シ
ステムの実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0012】図1〜図3に、本発明の蓄熱式空調給湯シ
ステムの一実施例を示す。図1は、本発明の蓄熱式空調
給湯システムを実施するための冷媒及び給湯水回路を示
す回路図で、ヒートポンプ機構Hの廃熱を利用して給湯
するようにした給湯回路Aと、ヒートポンプ機構Hによ
り氷蓄熱又は温水蓄熱を行うようにした蓄熱回路Bと、
蓄熱回路Bから供給される冷水又は温水により空調を行
うようにした空調回路Cとより構成される。
【0013】給湯回路Aは、ヒートポンプ機構Hの圧縮
機1から供給される冷媒との熱交換によって水を加温す
るようにした熱交換器20と、1個又は複数個(本実施
例においては3個)の貯湯タンク21,22,23と、
水道管などの水源に接続され、熱交換器20及びポンプ
24を備えた循環水路を有し、貯湯タンク21,22,
23へ給水可能とした給水管25と、この貯湯タンク2
1,22,23に接続され、給湯を行う給湯管26とよ
り構成する。
【0014】各貯湯タンク21,22,23内には、電
気ヒータ21h,22h,23hがそれぞれ配設され、
ヒートポンプ機構Hの廃熱を利用して加温された貯湯タ
ンク21,22,23内の湯水を、好ましくは深夜電力
を利用して、さらに設定温度まで追い炊き加熱できるよ
うにするとともに、給水管25には、給水弁21a,2
2b,23cを備えた分岐給水管21p,22p,23
pを接続配管するようにする。
【0015】蓄熱回路Bは、ヒートポンプ機構Hと、冷
媒バイパス回路K1と、給湯用冷媒循環回路K2及び空
調用冷温水循環回路K3とより構成する。
【0016】ヒートポンプ機構Hは、圧縮機1と、この
圧縮機1の冷媒吐出口の近傍に配設される三方弁5及び
四方弁6を介して接続される空気熱交換器2と、空気熱
交換器2より電磁弁7及び膨張弁8を介して蓄熱槽4内
に配設した熱交換器3とを、冷媒が循環するように冷媒
循環管により接続して構成する。
【0017】冷媒バイパス回路K1は、蓄熱槽4内に配
設した熱交換器3に至る回路と、プレート型熱交換器1
1に至る回路を、必要に応じて切り替えるためのもので
ある。
【0018】また、湯用冷媒循環回路K2は、圧縮機1
に接続される三方弁5の出口よりプレート型熱交換器2
0、逆止め弁17b及び三方弁5aを介して空気熱交換
器2を経た後の冷媒循環管に接続して構成する。
【0019】空調用冷温水循環回路K3は、内部に熱交
換器3を配設した蓄熱槽4とプレート型熱交換器11間
を、電磁弁12,15、混合三方弁13及びポンプ14
を介して蓄熱槽4内の冷水又は温水を、その循環水量を
調整可能にして配管P3を接続して構成する。
【0020】また、圧縮機1の冷媒戻口近傍の冷媒循環
管には、アキュムレータ10を接続するようにする。
【0021】空調回路Cは、空調用冷温水循環回路K3
のプレート型熱交換器11の入口とポンプ14の出口間
に空調機27を接続し、これにより冷水又は温水を蓄熱
槽4、空調機27及びプレート型熱交換器11間で循環
するように構成する。そして、ポンプ14の出口位置に
配設したセンサ16により空調機27への給温水温度を
検出し、この検出温度により混合三方弁13を操作して
プレート型熱交換器11と蓄熱槽4間の循環水量を調整
するようにする。
【0022】次に、この蓄熱式空調給湯システムの動作
の一例を回路構成と併せて、図3に示す運転モードに基
づいて説明する。
【0023】夏期の運転モード まず、空調機27を冷房運転する夏期の運転モードにつ
いて説明する。夏期の運転モードにおいては、夜間電力
を利用してヒートポンプ機構Hの圧縮機1を駆動するこ
とにより、蓄熱槽4内に氷蓄熱を行いながら、給湯回路
Aに接続した貯湯タンク21,22,23内にヒートポ
ンプ機構Hの廃熱利用と電気ヒータ21h,22h,2
3hを組み合わせて貯湯するようにする。
【0024】圧縮機1により圧縮された冷媒は、三方弁
5により給湯回路A及び蓄熱回路Bに供給される。給湯
回路Aの給湯用冷媒循環回路K2に供給された熱エネル
ギーを持つ冷媒は、プレート型熱交換器20において、
ポンプ24を駆動することにより循環する水を加温した
後、逆止め弁17b、三方弁5a、電磁弁7及び膨張弁
8を介して蓄熱槽4内に配設した熱交換器3に供給され
る。これにより、蓄熱槽4内に氷蓄熱を行いながら、ヒ
ートポンプ機構Hの廃熱を利用して貯湯タンク21,2
2,23に貯湯することができる。
【0025】ところで、ヒートポンプ機構Hの排熱を利
用して加温可能な水の温度は、一般的には、40〜50
℃程度までであり、この加温温度限界まで加熱した後、
電気ヒータ21h,22h,23hによって設定温度ま
で加熱するようにする。これにより、貯湯タンク21,
22,23に所定温度の湯を確実に、かつ、経済的に貯
湯することができる。
【0026】なお、電気ヒータ21h,22h,23h
の稼働時等のヒートポンプ機構Hの排熱を利用しない場
合は、熱エネルギーを持つ冷媒は、プレート型熱交換器
20の代わりに空気熱交換器2に供給されて放熱した
後、電磁弁18、電磁弁7及び膨張弁8を介して蓄熱槽
4内に配設した熱交換器3に供給される。
【0027】そして、冷房運転を行う時間帯には、圧縮
機1を停止し、ポンプ14を運転することにより、氷蓄
熱によって冷却された蓄熱槽4内の冷水を、電磁弁1
2、混合三方弁13を介して空調機27に供給すること
により、氷結蓄熱を徐々に取り出すようにしながら、冷
房運転を行うようにする。なお、空調機27に供給され
た冷水は、プレート型熱交換器11を経て、蓄熱槽4に
戻るが、このとき、冷房負荷が大きい場合は、圧縮機1
を追掛運転することによりプレート型熱交換器11にお
いて循環する冷水を冷却し、冷房運転を行うことができ
る。
【0028】中間期の運転モード 次に、空調機27を運転する必要のない中間期の運転モ
ードについて説明する。中間期の運転モードにおいて
は、夜間電力を利用してヒートポンプ機構Hの圧縮機1
を駆動することにより、給湯回路Aに接続した貯湯タン
ク21,22,23内にヒートポンプ機構Hと電気ヒー
タ21h,22h,23hを組み合わせて貯湯するよう
にする。
【0029】この場合、電磁弁18を閉じることによ
り、蓄熱槽4内に配設した熱交換器3に冷媒が供給され
ないようにするとともに、四方弁6を図1の破線で示す
ように切り替えるようにする。
【0030】これにより、圧縮機1により圧縮された冷
媒は、三方弁5により給湯回路Aに供給される。給湯回
路Aの給湯用冷媒循環回路K2に供給された熱エネルギ
ーを持つ冷媒は、プレート型熱交換器20において、ポ
ンプ24を駆動することにより循環する水を加温した
後、逆止め弁17b、三方弁5a及び膨張弁19を介し
て空気熱交換器2に供給され、四方弁6及びアキュムレ
ータ10を経て圧縮機1に戻る。これにより、ヒートポ
ンプ機構Hを利用して貯湯タンク21,22,23に貯
湯することができる。
【0031】ヒートポンプ機構Hを利用する水の加温温
度は、45〜50℃程度までとし、この加温温度まで加
熱した後、電気ヒータ21h,22h,23hによって
設定温度まで加熱するようにする。これにより、貯湯タ
ンク21,22,23に所定温度の湯を確実に、かつ、
経済的に貯湯することができる。
【0032】冬期の運転モード 次に、空調機27を暖房運転する冬期の運転モードにつ
いて説明する。冬期の運転モードにおいては、夜間電力
を利用してヒートポンプ機構Hの圧縮機1を駆動するこ
とにより、給湯回路Aに接続した貯湯タンク21,2
2,23内にヒートポンプ機構Hと電気ヒータ21h,
22h,23hを組み合わせて貯湯するようにするとと
もに、蓄熱槽4内に温水蓄熱を行うようにする。
【0033】この場合、四方弁6を図1の破線で示すよ
うに切り替えるようにする。
【0034】これにより、圧縮機1により圧縮された冷
媒は、三方弁5により給湯回路A又は蓄熱回路Bに供給
される。ここで、まず、圧縮機1により圧縮された冷媒
は、三方弁5より給湯回路Aに供給される。給湯回路A
の給湯用冷媒循環回路K2に供給された熱エネルギーを
持つ冷媒は、プレート型熱交換器20において、ポンプ
24を駆動することにより循環する水を加温した後、逆
止め弁17b、三方弁5a及び膨張弁19を介して空気
熱交換器2に供給され、四方弁6及びアキュムレータ1
0を経て圧縮機1に戻る。これにより、ヒートポンプ機
構Hを利用して貯湯タンク21,22,23に貯湯する
ことができる。
【0035】ヒートポンプ機構Hを利用する水の加温温
度は、45〜50℃程度とし、この加温温度まで加熱し
た後、電気ヒータ21h,22h,23hによって設定
温度まで加熱するようにする。これにより、貯湯タンク
21,22,23に所定温度の湯を確実に、かつ、経済
的に貯湯することができる。
【0036】次に、三方弁5を切り替えることにより、
圧縮機1により圧縮された冷媒は、三方弁5より電磁弁
9を介して蓄熱槽4内に配設した熱交換器3に供給さ
れ、膨張弁8、電磁弁7及び電磁弁18を介して空気熱
交換器2に供給され、四方弁6及びアキュムレータ10
を経て圧縮機1に戻る。これにより、蓄熱槽4内に温水
蓄熱を行うことができる。
【0037】ヒートポンプ機構Hを利用する蓄熱槽4内
の水の加温温度は、45〜50℃程度とする。
【0038】そして、暖房運転を行う時間帯には、圧縮
機1を停止し、ポンプ14を運転することにより、温水
蓄熱によって加温された蓄熱槽4内の温水を、電磁弁1
2、混合三方弁13を介して空調機27に供給すること
により、温水蓄熱を徐々に取り出すようにしながら、暖
房運転を行うようにする。
【0039】以上、本発明の蓄熱式空調給湯システムに
ついて、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上
記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、そ
の趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更す
ることができるものである。
【0040】
【発明の効果】本発明の蓄熱式空調給湯システムによれ
ば、ヒートポンプ機構の冷媒循環回路を、蓄熱回路と給
湯回路とに分岐して、冷媒を2回路に供給可能とし、蓄
熱槽内に氷蓄熱を行いながら、給湯回路に接続した貯湯
タンクにおいてヒートポンプ機構の廃熱利用と電気ヒー
タを組み合わせて貯湯するようにしているので、全シー
ズンを通じて、共通のヒートポンプ機構を用いて、エネ
ルギー効率よく空調及び給湯を行うことができる。そし
て、この蓄熱式空調給湯システムにおいては、空調及び
給湯を、共通のヒートポンプ機構を用いて行うことがで
きるので、システム全体の制御、管理を、安全に、正確
に行うことができる。
【0041】また、貯湯タンクへの貯湯を、ヒートポン
プ機構の廃熱利用によって加温温度限界まで加熱した
後、電気ヒータによって設定温度まで加熱するようにす
ることにより、ヒートポンプ機構の廃熱と深夜電力とを
利用して経済的に貯湯することができるとともに、貯湯
温度を高く設定することができる。
【0042】また、蓄熱回路の運転モードを切り替える
ことにより蓄熱槽内に氷蓄熱と温水蓄熱とを行うように
することにより、全シーズンを通じて、深夜電力を利用
して経済的に空調を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の蓄熱式空調給湯システムの一実施例を
示す回路図である。
【図2】同システム構成図である。
【図3】運転モードの説明図である。
【符号の説明】
A 給湯回路 B 蓄熱回路 C 空調回路 H ヒートポンプ機構 K1 冷媒バイパス回路 K2 給湯用冷媒循環回路 K3 空調用冷温水循環回路 P1 冷媒循環管 P2 冷媒バイパス管 P3 配管 1 圧縮機 2 空気熱交換器 3 熱交換器 4 蓄熱槽 5,5a 三方弁 6 四方弁 7 電磁弁 8,8a,8b,8c 膨張弁 9 電磁弁 10 アキュムレータ 11 プレート型熱交換器 12、15、18 電磁弁 13 混合三方弁 14 ポンプ 16 センサ 17,17c,17b 逆止め弁 19 膨張弁 20 プレート型熱交換器 21,22,23 貯湯タンク 21h,22h,23h 電気ヒータ 21b,22b,23b 給水弁 21p,22p,23p 分岐給水管 24 ポンプ 25 給水管 26 給湯管 27 空調機
フロントページの続き (72)発明者 横溝 剛志 大阪府茨木市東太田4−5−11 株式会社 日立空調システム茨木工場内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ヒートポンプ機構の冷媒循環回路を、蓄
    熱回路と給湯回路とに分岐して、冷媒を2回路に供給可
    能とし、蓄熱槽内に氷蓄熱を行いながら、給湯回路に接
    続した貯湯タンクにおいてヒートポンプ機構の廃熱利用
    と電気ヒータを組み合わせて貯湯するようにしたことを
    特徴とする蓄熱式空調給湯システム。
  2. 【請求項2】 貯湯タンクへの貯湯を、ヒートポンプ機
    構の廃熱利用によって加温温度限界まで加熱した後、電
    気ヒータによって設定温度まで加熱するようにしたこと
    を特徴とする請求項1記載の蓄熱式空調給湯システム。
  3. 【請求項3】 蓄熱回路の運転モードを切り替えること
    により蓄熱槽内に氷蓄熱と温水蓄熱とを行うようにした
    ことを特徴とする請求項1又は2記載の蓄熱式空調給湯
    システム。
JP2001340272A 2001-11-06 2001-11-06 蓄熱式空調給湯システム Withdrawn JP2003139434A (ja)

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Cited By (6)

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