JP2004108597A - ヒートポンプシステム - Google Patents
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Abstract
【課題】従来のヒートポンプシステムは、デフロスト運転に入ると、追焚きができなくなる。また、二酸化炭素冷媒によるヒートポンプの場合、熱交換器への流入水温が高くなると効率が低下するが、追焚きからの高い水温が熱交換器に流入するため効率が低下するという問題があった。
【解決手段】圧縮機、放熱器、膨張弁、第１の蒸発器を配管接続した冷媒回路と、貯湯タンクの下部、第１の水流量調整手段、放熱器、貯湯タンクの上部を配管接続した第１の水回路と、冷媒回路に設けた第２の蒸発器とを備え、第１の蒸発器は、冷媒回路を流れる冷媒と外気とが熱交換するものであり、第２の蒸発器は、冷媒と貯湯タンクからの所定温度域の中温の温水とが熱交換するものとした。
【選択図】 図１
【解決手段】圧縮機、放熱器、膨張弁、第１の蒸発器を配管接続した冷媒回路と、貯湯タンクの下部、第１の水流量調整手段、放熱器、貯湯タンクの上部を配管接続した第１の水回路と、冷媒回路に設けた第２の蒸発器とを備え、第１の蒸発器は、冷媒回路を流れる冷媒と外気とが熱交換するものであり、第２の蒸発器は、冷媒と貯湯タンクからの所定温度域の中温の温水とが熱交換するものとした。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、貯湯タンクを有するヒートポンプシステムに関し、主として、二酸化炭素等の超臨界サイクルを形成する冷媒を用いたヒートポンプシステム関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の二酸化炭素冷媒使用の給湯を行うヒートポンプシステムは以下のようなものであった（例えば、特許文献１参照）。
従来のヒートポンプシステムにおいては、自然冷媒である二酸化炭素冷媒が用いられる冷媒回路と、給湯のための貯湯、給湯、風呂のお湯張り、追焚等を行なう給湯回路とを主要構成としている。
冷媒回路は、冷媒を圧縮する圧縮機、冷媒と貯湯や風呂の追焚用の水と熱交換させる放熱器、該放熱器からの冷媒を膨張させる膨張弁、該膨張弁からの冷媒を機外空気と熱交換させる蒸発器、放熱器からの冷媒と圧縮機に戻る冷媒とを熱交換させる内部熱交換器、蒸発器が着霜した際に圧縮機からの高温冷媒を当該蒸発器に循環させて除霜させる除霜用弁、回路を循環する冷媒の圧力が異常に高くなったときに冷媒を放出させて機器の破損等を防止する安全弁等を有している。
【０００３】
なお、放熱器は、冷媒が循環する冷媒用伝熱管、貯湯用の水が循環する貯湯用伝熱管、追焚用の水（風呂の湯）が循環する追焚用伝熱管等により形成されている。給湯回路は、お湯を貯留する断熱構造の貯湯タンク、該貯湯タンクの底部から水を放熱器の貯湯用伝熱管を介して循環させる貯湯用ポンプ、貯湯用伝熱管で冷媒と熱交換する水量を調整する流量調整弁等を有している。また給湯回路は、貯湯タンクの頂部に設けられて当該貯湯タンクに貯留されている湯を水道水と混合させて所定温度にして取水させる給湯混合弁、ヒートポンプ給湯機が運転中は常時開弁していて、給湯を行うことにより貯湯タンクの水量が減少するとその分を水道水が貯湯タンクの底部に設けられた給水管から補給されるようにする給水弁、貯湯タンクの湯を排水する際に開弁する排水弁を有している。
【０００４】
さらに、給湯回路には、カランやシャワー等の湯を利用する際の取水口をなす取水器に給湯を行うか否かを制御する給湯制御弁、風呂のお湯張りを行うか否かを制御する湯張制御弁、風呂の追焚を行う際に湯船の湯を追焚用伝熱管を介して循環させる追焚用ポンプ等を有している。
【０００５】
次に、動作について説明する。例えば風呂場に設置されるコントローラや台所に設置されるコントローラにより運転指示が行われて貯湯、給湯、風呂のお湯張り、風呂の追焚動作する。通常、貯湯タンクは常に満水状態を維持するように設定されており、このため給水弁は開弁している。但し、メンテナンス等を行うために貯湯タンク内の水を排水するような場合には、当該給水弁を閉じ排水弁を開弁する。貯湯タンクへの給水は、給水弁を介して水道水が貯湯タンクの底部に設けられている給水管から当該貯湯タンク内の水を攪拌しないように静かに行われる。
【０００６】
そして、貯湯用ポンプが運転されると共に流量調整弁の開弁度が調整され、圧縮機の運転が開始する。この際の圧縮機の回転数や開弁度は、後述するように外気温度や給水される水道水の温度等に基づき制御される。圧縮機の運転が開始すると、当該圧縮機で圧縮されて高温高圧になった冷媒は、放熱器の冷媒用伝熱管に供給される。この放熱器の貯湯用伝熱管には、貯湯タンクからの水が循環しており、また追焚を行う場合には風呂の湯が循環しているので、冷媒はこれらの水と熱交換して内部熱交換器に供給される。
【０００７】
【特許文献】
特開２００２−１０６９６３号公報（第３頁〜第６頁、図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、従来のヒートポンプシステムは、デフロスト運転に入ると、圧縮機からの冷媒は、除霜用弁を通って蒸発器に入り、アキュムレータを経て圧縮機に戻るため、放熱器に冷媒が流れなくなり、熱源として、放熱器で熱交換して熱を得る追焚きができなくなる。
また、二酸化炭素冷媒によるヒートポンプの場合、放熱器の熱交換器へ流入する流入水温が高くなると効率が低下するが、追焚きからの高い水温が熱交換器に流入するため効率が低下するという問題があった。
【０００９】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、貯湯タンクを有するヒートポンプシステムの特性改善を目的とする。
即ち、低外気時のデフロスト運転率を低減でき、システムの加熱効率を向上するヒートポンプシステムを得ることを目的とする。
また、風呂の追焚きや床暖房などの暖房機の熱源が常に確保できるヒートポンプシステムを得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るヒートポンプシステムは、冷媒を圧縮する圧縮機、圧縮機から吐出する冷媒と給湯用流体とを熱交換する放熱器、放熱器から流出した冷媒を減圧する膨張弁、第１の蒸発器を順次配管で接続した冷媒回路と、給湯用流体を貯める貯湯タンクの下部、第１の水流量調整手段、放熱器、貯湯タンクの上部を順次配管で接続した第１の水回路と、冷媒回路に設けた第２の蒸発器とを備え、第１の蒸発器は、冷媒回路を流れる冷媒と外気とが熱交換するものであり、第２の蒸発器は、冷媒と貯湯タンクから流出する、所定温度域の、温度が低下した温水とが熱交換するものである。
【００１１】
また、この発明に係るヒートポンプシステムは、冷媒を圧縮する圧縮機、圧縮機から吐出する冷媒と給湯用流体とを熱交換する放熱器、放熱器から流出した冷媒を減圧する膨張弁、第１の蒸発器を順次配管で接続した冷媒回路と、貯湯タンクの下部、第１の水流量調整手段、放熱器、貯湯タンクの上部を順次配管で接続した第１の水回路と、貯湯タンクの上部、加熱器、貯湯タンクの中部を順次配管で接続した第２の水回路と、前記貯湯タンクの下部に給水する給水手段とを備え、
冷媒回路で圧縮機を動作させ、また、第１の水回路の第１の水流量調整手段により、貯湯タンクの下部から流出する低温の水が放熱器で冷媒からの熱を付与され、高温となり、貯湯タンクの上部に戻ることにより、貯湯タンクに温水を貯湯するとともに、貯湯タンクの上部から高温の温水が流出し、加熱器において、加熱源を必要とする機器の被加熱流体と熱交換して、貯湯タンクに戻るものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態を図について説明する。図１はこの発明のヒートポンプシステムの好適な例を示す冷媒回路図であり、１は圧縮機、２は放熱器、３は膨張弁、４は第１の蒸発器、５はファン、６は、例えば電磁弁及び流量調整弁の組合せから成る冷媒流量調整手段、８は第２の蒸発器であり、外気と熱交換する第１の蒸発器４と貯湯タンク９の温水と熱交換する第２の蒸発器８とが、冷媒流量調整手段６で分かれて、並列に接続される。
７は冷媒回路であり、圧縮機、放熱器、膨張弁、冷媒流量調整手段、第１の蒸発器、第２の蒸発器を配管で接続する。
【００１３】
また、９は貯湯タンク、１０は第１の水流量調整手段であり、例えば流量可変の第１のポンプ、１１は貯湯タンク９上部と貯湯タンク９中間部を接続する第２の水回路、１２は加熱器、１３は第２の水流量調整手段であり、例えば流量可変の第２のポンプ、１４は床暖房端末、１５は第３のポンプ、１６は貯湯タンク９の中間部とその下部を接続する第３の水回路、１７は第３の水流量調整手段であり、例えば流量可変の第４のポンプ、１８は貯湯タンク９の第３の水回路入口付近に、即ち、貯湯タンク９の中間部に設置された第１の温度検知手段、１９は貯湯タンク９下部に設置された第２の温度検知手段、２０は第２の蒸発器８の出口に設置され、第２の蒸発器８から流出する給湯用流体水温を検知する第３の温度検知手段、２１は第１の温度検知手段１８と、第２の温度検知手段１９と、第３の温度検知手段２０と接続し、冷媒流量調整手段６と第４のポンプ１７を制御する制御手段である。
【００１４】
次に動作について説明する。まず、貯湯タンク９の積層沸上げの動作について説明する。貯湯タンク９には低温水が充満しており、低温水を第１のポンプ１０で貯湯タンク９下部から放熱器２へ導く。後述する動作により、放熱器２で所定温度に加熱された高温水は貯湯タンク９上部から流入し、上部から徐々に蓄熱される。
【００１５】
次に冷凍サイクルの動作について説明する。圧縮機１から吐出した冷媒は、放熱器２で給湯用流体、例えば水、と熱交換し、冷媒は冷却され、水は加熱される。さらに冷媒は膨張弁３で減圧され、第１の蒸発器４でファン５によって送られる空気によって蒸発し、圧縮機１へと循環する冷凍サイクルを形成する。
【００１６】
次に給湯の動作について説明する。例えば、水道水の水温が１０℃、貯湯タンク９に蓄熱された水温が８５℃、給湯で利用する水温が４０℃とした場合、図示しない公知の給水手段により１０℃の水が貯湯タンク９下部より給水され、貯湯タンク９上部から８５℃の湯が排出される。さらに前記排出された８５℃の湯と１０℃の水を混合して４０℃の湯として給湯される。
【００１７】
ここで、給湯温度を４０℃としたが、水温は利用者が任意に設定できるものであり、その設定に対して高温水と低温水の混合比を変化させて所望の湯として給湯可能である。これも図示しないが、公知の混合器により混合され、給湯される。
【００１８】
次に床暖房の動作について説明する。第２のポンプ１３により、貯湯タンク９上部より取り出した高温の湯は、加熱器１２に流入し、床暖房用被加熱流体、例えば不凍液（ブライン）と熱交換し、冷却される。冷却された湯は貯湯タンク９中間部に戻り、循環する。また、床暖房回路では、第３のポンプ１５により加熱器１２で加熱された不凍液は、床暖房端末１４へ流入し、放熱する。放熱により冷却された不凍液は加熱器１２に戻り、加熱され循環を繰り返す。
【００１９】
ここで、二酸化炭素のような超臨界運転をする冷媒を用いたヒートポンプシステムで、熱交換する相手である供給される水の水温が低温時と高温時の場合の冷媒状態について説明する。例えば、沸上げ温度８５℃で放熱器２に供給される水が１５℃のサイクル状態Ｘと、供給される水が５０℃のサイクル状態Ｙを図２に示す。放熱器２に供給される水温が１５℃の場合、放熱器２出口の冷媒温度は、水と熱交換するため、（１５＋α）℃となる。例えば、α＝１０℃とした場合、放熱器２出口の冷媒温度は２５℃となり、サイクル状態Ｘ（Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ）となる。放熱器２に供給される水温が５０℃の場合、放熱器出口の冷媒温度は６０℃となり、サイクル状態Ｙ（Ａ−Ｂ−Ｃ’−Ｄ’）となる。サイクル状態Ｙではサイクル状態Ｘと比較して加熱能力が低下するため、ＣＯＰ（成績係数）が低下する。従って、放熱器２に供給される水温が上昇するとＣＯＰ（成績係数）が低下する。
【００２０】
次に、貯湯タンク９内の水温状態について図３で説明する。図３は、横軸は貯湯タンク９内の温度、縦軸は貯湯タンク９の高さ方向の位置を示している。例えば沸上げ温度を８５℃とすると、前記、積層沸上げの動作に示したとおり沸上げが進み、沸上げが完了した時点では、貯湯タンク９内は８５℃の高温水になっている（ａ）。この状態から給湯が利用された場合、水道水の水温が１０℃とすると、貯湯タンク９内の水温状態は、貯湯タンク９下部が１０℃、貯湯タンク９上部は８５℃の湯となり、低温水と高温水の境界部（混合層）をはさんで、２温度に成層化される（ｂ）。
【００２１】
その後、床暖房が利用された場合、一般的に床暖房の定常運転時には、床暖房端末１４に送水される不凍液の温度は４５〜５０℃で、床暖房端末１４で放熱して放熱器１２に戻ってくる不凍液の温度は送水温度に対して２〜５℃程度低下して戻ってくる。また、貯湯タンク９上部から供給された高温水は、放熱器１２で冷却されるが、床暖房端末１４から戻る不凍液の温度が４０℃程度となるため、それ以下の水温まで冷却されない。つまり、貯湯タンク９に戻る水温は４０℃以上となる。
【００２２】
床暖房運転により、貯湯タンク９には４０℃程度の湯が中間部に貯蓄されてゆき、貯湯タンク９内の水温状態は概ね貯湯タンク９下部が１０℃、貯湯タンク９中間部が４０℃、貯湯タンク９上部が８５℃と３温度に成層化される（ｃ）。
【００２３】
ここで貯湯タンク９内の残湯量（利用可能な湯の量）が少なくなると、あるいは所定の時間、例えば深夜時間帯になるとヒートポンプ運転による沸上げが開始される。沸上げ開始時は貯湯タンク９下部の１０℃の低温水がヒートポンプに供給され、通常の沸上げが行われる。
【００２４】
しばらくすると、貯湯タンク９中間部にあった４０℃程度の中温水が貯湯タンク９下部に移動し、ヒートポンプに供給されることとなる。そこで、下部の第１の温度知手段１８が所定温度域、例えば４０〜６０℃を検知した場合、制御手段２１は第４のポンプ１７を動作させ、第３の水回路１７の貯湯タンク９中間部の配管接続位置から所定温度域の湯を第２の蒸発器８へ導き、第２の蒸発器８で冷却された水を貯湯タンク９下方の配管接続位置へと循環させる。このようにして、貯湯タンク９の下部の水の温度が上がることを未然に防止し、放熱器２には、温度の低い水が流れるようにして熱交換の効率を上げる。
【００２５】
同時に、制御手段２１は冷媒流量調整手段６を動作させ、膨張弁３を通過した冷媒を第１の蒸発器４と第２の蒸発器８へ冷媒を分配し、あるいは冷媒流量調整手段６を切り換え、第２の蒸発器８に冷媒を導き、冷媒は前記中温水から熱を奪って蒸発する。
この際、制御手段２１は、第２の温度検知手段１９の情報と第３の温度検知手段２０の情報を比較して、例えば、それぞれの温度が等しくなるように、冷媒流量調整手段６あるいは第４のポンプ１７を制御する。
【００２６】
このように、給湯として利用できない温度域の温水を蒸発器の冷媒を加熱する熱源として利用することで、外気と熱交換する第１の蒸発器４の運転率を低減できる。つまり、低外気温時に着霜が発生することによる、デフロスト運転を低減でき、システムの加熱効率が向上する。また、このように給湯と暖房を組合せたシステムでは、特に冬季においてシステム運転率が高くなり、デフロスト運転の発生頻度も高くなるため、効果はより大きくなる。
【００２７】
また、この発明の別の好適なヒートポンプシステムの冷媒回路図を図４に示す。図４の冷媒回路図は、図１において、冷媒流量調整手段６を削除し、第２の蒸発器８を第１の蒸発器４の上流で、第１の蒸発器４と直列に接続したものであり、その他は実施の形態１と同じである。
図４において、図１と同一または相当部分には同じ符号を付し、説明を省略する。以下に制御手段による動作を説明するが、その他の基本的な動作は図１と同様のため説明を省略する。
下部の第１の温度検知手段１８が所定温度域、例えば４０〜６０℃を検知した場合、前記図１の説明で記載と同様に、制御手段２１は第４のポンプ１７を動作させ、第３の水配管１６の貯湯タンク９中間部の配管接続位置から所定温度域の湯を第２の蒸発器８へ導き、第２の蒸発器８で冷却された水を貯湯タンク９下部の配管接続位置へと循環させる。
この際、制御手段２１は、第２の温度検知手段１９の情報と第３の温度検知手段２０の情報を比較して、例えば、それぞれの温度が等しくなるように、第４のポンプ１７を制御する。
【００２８】
図１、図４に示すヒートポンプシステムにおいては、第２の蒸発器へ流入する所定温度域の、温度が低下した温水は、貯湯タンクの中間部から出て、第３の水回路を通り、第２の蒸発器で熱交換後、貯湯タンクの下部に戻るので、低外気温時のデフロスト運転率を低減でき、ヒートポンプシステムの加熱効率を向上できる。
【００２９】
また、図１、図４に示すヒートポンプシステムにおいては、貯湯タンクの中間部に第１の温度検知手段を設け、第１の温度検知手段が所定温度域の温度を検知すると、制御手段が第３の水回路により所定温度域の、温度が低下した温水を第２の蒸発器に流すので、熱交換における効率の高いヒートポンプシステムがえられる。
【００３０】
また、この発明のさらに別の好適なヒートポンプシステムの冷媒回路図を図５に示す。図５において、２２は貯湯タンク９上部と下部を接続する第４の水回路、２３は第３の水流量調整手段であり、例えば流量可変の第５のポンプ、２４は加熱器１２から流出する給湯用流体の水温を検知する第４の温度検知手段である。即ち、図１において、第２の水回路１１と第３の水回路１６を削除して、加熱器１２を通る第４の水回路２２を設けたものである。その他は図１と同じである。
なお、図１と同一または相当部分には同じ符号を付し、説明を省略する。
【００３１】
次に動作について説明する。沸上げと給湯利用時の動作については、図１と同様のため省略する。
床暖房利用時は、制御手段２１は第５のポンプ２３を動作させ、第４の水回路２２の貯湯タンク９上部より高温の湯を取出し、加熱器１２に流入させ、床暖房の被加熱流体、例えばブラインと熱交換させ、温度の下がった所定温度域、即ち、中温水の湯を第２の蒸発器８へ導き、第２の蒸発器８で冷却された水を貯湯タンク９下部の配管接続位置へと循環させる。同時に制御手段２１はヒートポンプを運転し、冷媒流量調整手段６を動作させ、膨張弁３を通過した冷媒を第１の蒸発器４と第２の蒸発器８へ冷媒を分配し、あるいは冷媒流量調整手段６を切り換え、第２の蒸発器８に冷媒を導き、冷媒は前記中温水から熱を奪って蒸発する。
この際、制御手段２１は、第２の温度検知手段１９の情報と第３の温度検知手段２０の情報を比較して、例えば、それぞれの温度が等しくなるように、冷媒流量調整手段６あるいは第５のポンプ２３を制御する。
【００３２】
また、この発明のさらに別の好適なヒートポンプシステムの冷媒回路図を図６に示す。図６は、図５において、冷媒流量調整手段６を削除し、第２の蒸発器８を第１の蒸発器６の上流で、第１の蒸発器６と直列に接続したものである。その他は、図５のものと同じである。そこで、前記の図と同一または相当部分には同じ符号を付し、説明を省略する。
【００３３】
以下に、制御手段２１による動作を説明するが、その他の基本的な動作は図５と同様のため説明を省略する。
床暖房が動作した場合、制御手段２１は第５のポンプ２３を動作させ、第４の水回路２２の貯湯タンク９上部の配管接続位置から高温の湯を取出し、加熱器１２に流入させ、床暖房の被加熱流体、例えばブラインと熱交換させ、温度の下がった所定温度域、即ち、中温水の湯を第２の蒸発器８へ導き、第２の蒸発器８で冷却された水を貯湯タンク９下部の配管接続位置へと循環させる。
この際、制御手段２１は、第２の温度検知手段１９の情報と第３の温度検知手段２０の情報を比較して、例えば、それぞれの温度が等しくなるように、第５のポンプ２３を制御する。
【００３４】
図５、図６のヒートポンプシステムにおいては、貯湯タンクの上部から出た高温の温水が、加熱源を必要とする機器に熱を付与する加熱器を経て、所定温度域の、温度が低下した温水となり第２の蒸発器へ流入し、貯湯タンクの下部に戻るので、加熱源を必要とする機器に熱を付与して暖房でき、かつ、低外気温時のデフロスト運転率を低減でき、ヒートポンプシステムの加熱効率を向上できる。
【００３５】
なお、前記の各実施の形態では、加熱源を必要とする機器による暖房として、床暖房を取り上げたが、本発明は床暖房に限定されるものではなく、例えば、パネルヒータ、ファンコイル、浴室乾燥機、風呂追焚きなど、加熱源を必要とする機器に対して広く利用することができることを言及しておく。
また、水流量調整手段も流量可変のポンプとしているが、流量が調整可能であれば良く、流量一定のポンプと流量調整弁を組み合わせたようなものでもよい。
特に、図５や図６のヒートポンプシステムでは、床暖房運転時はヒートポンプ運転が同時に行われ、第１のポンプ１０が動作するため、第５のポンプ２３は必ずしも必要ではなく、流量調整弁だけでもよい。
また、冷媒は、二酸化炭素等の超臨界サイクルを形成する冷媒以外でも、例えば、ＨＦＣ系冷媒、ＨＣ系冷媒、水、空気、ＮＨ３などの自然冷媒いずれを用いた場合にも同様の効果を得ることができる。
【００３６】
本実施の形態のヒートポンプシステムにおいては、第１の蒸発器４と第２の蒸発器８は、両蒸発器への冷媒流量を調整する冷媒流量調整手段６の下流で、並列に接続されているか、または、第２の蒸発器８を上流とし、第１の蒸発器４を下流とし、両蒸発器は直列に接続されるので、必要に応じて、第２の蒸発器８の負荷を大きくでき、冷媒回路のデフロスト運転率を低減できる。
【００３７】
また、本実施の形態のヒートポンプシステムにおいては、貯湯タンク９の上部から高温の温水として流出し、加熱源を必要とする機器に熱を付与する加熱器１２を経て、中温の温水となり、貯湯タンク９の中間部に戻る第２の水回路１１を有するので、冷媒回路でデフロストを行っても、加熱源を必要とする機器に熱を付与することができる。
【００３８】
また、本実施の形態のヒートポンプシステムにおいては、冷媒に二酸化炭素等の超臨界サイクルを形成する冷媒を用い、この冷媒と熱交換する給湯用流体を放熱器２に低い温度で流入するようにしているので、効率の低下のないヒートポンプシステムが得られる。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、この発明のヒートポンプシステムは、冷媒を圧縮する圧縮機、圧縮機から吐出する冷媒と給湯用流体とを熱交換する放熱器、放熱器から流出した冷媒を減圧する膨張弁、第１の蒸発器を順次配管で接続した冷媒回路と、給湯用流体を貯める貯湯タンクの下部、第１の水流量調整手段、放熱器、貯湯タンクの上部を順次配管で接続した第１の水回路と、冷媒回路に設けた第２の蒸発器とを備え、第１の蒸発器は、冷媒回路を流れる冷媒と外気とが熱交換するものであり、第２の蒸発器は、冷媒と貯湯タンクから流出する、所定温度域の、温度が低下した温水とが熱交換するので、外気とが熱交換する第１の蒸発器の負荷を低減でき、低外気時のデフロスト運転率を低減し、システムの加熱効率を向上することができる。
【００４０】
さらに、この発明のヒートポンプシステムは、冷媒を圧縮する圧縮機、圧縮機から吐出する冷媒と給湯用流体とを熱交換する放熱器、放熱器から流出した冷媒を減圧する膨張弁、第１の蒸発器を順次配管で接続した冷媒回路と、貯湯タンクの下部、第１の水流量調整手段、放熱器、貯湯タンクの上部を順次配管で接続した第１の水回路と、貯湯タンクの上部、加熱器、貯湯タンクの中部を順次配管で接続した第２の水回路と、前記貯湯タンクの下部に給水する給水手段とを備え、冷媒回路で圧縮機を動作させ、また、第１の水回路の第１の水流量調整手段により、貯湯タンクの下部から流出する低温の水が放熱器で冷媒からの熱を付与され、高温となり、貯湯タンクの上部に戻ることにより、貯湯タンクに温水を貯湯するとともに、貯湯タンクの上部から高温の温水が流出し、加熱器において、加熱源を必要とする機器の被加熱流体と熱交換して、貯湯タンクに戻るので、加熱源を必要とする機器で暖房するとき、万一冷媒回路の第１の蒸発器でデフロストしても、加熱器での加熱は可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態によるヒートポンプシステムを示す冷媒回路図である。
【図２】この発明の実施の形態によるヒートポンプシステムの運転状態を示す図である。
【図３】貯湯タンク内の水温変化を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態によるヒートポンプシステムを示す別の冷媒回路図である。
【図５】この発明の実施の形態によるヒートポンプシステムを示す更に別の冷媒回路図である。
【図６】この発明の実施の形態によるヒートポンプシステムを示す更に別の冷媒回路図である。
【符号の説明】
１ 圧縮機、 ２ 放熱器、 ３ 膨張弁、 ４ 第１の蒸発器、６ 冷媒流量調整手段、 ７ 冷媒配管、８ 第２の蒸発器、９ 貯湯タンク、 １０ 第１の水流量調整手段、１１ 第２の水回路、１２ 加熱器、１６ 第３の水回路、１９ 第２の温度検知手段、２５ 第１の水回路。
【発明の属する技術分野】
この発明は、貯湯タンクを有するヒートポンプシステムに関し、主として、二酸化炭素等の超臨界サイクルを形成する冷媒を用いたヒートポンプシステム関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の二酸化炭素冷媒使用の給湯を行うヒートポンプシステムは以下のようなものであった（例えば、特許文献１参照）。
従来のヒートポンプシステムにおいては、自然冷媒である二酸化炭素冷媒が用いられる冷媒回路と、給湯のための貯湯、給湯、風呂のお湯張り、追焚等を行なう給湯回路とを主要構成としている。
冷媒回路は、冷媒を圧縮する圧縮機、冷媒と貯湯や風呂の追焚用の水と熱交換させる放熱器、該放熱器からの冷媒を膨張させる膨張弁、該膨張弁からの冷媒を機外空気と熱交換させる蒸発器、放熱器からの冷媒と圧縮機に戻る冷媒とを熱交換させる内部熱交換器、蒸発器が着霜した際に圧縮機からの高温冷媒を当該蒸発器に循環させて除霜させる除霜用弁、回路を循環する冷媒の圧力が異常に高くなったときに冷媒を放出させて機器の破損等を防止する安全弁等を有している。
【０００３】
なお、放熱器は、冷媒が循環する冷媒用伝熱管、貯湯用の水が循環する貯湯用伝熱管、追焚用の水（風呂の湯）が循環する追焚用伝熱管等により形成されている。給湯回路は、お湯を貯留する断熱構造の貯湯タンク、該貯湯タンクの底部から水を放熱器の貯湯用伝熱管を介して循環させる貯湯用ポンプ、貯湯用伝熱管で冷媒と熱交換する水量を調整する流量調整弁等を有している。また給湯回路は、貯湯タンクの頂部に設けられて当該貯湯タンクに貯留されている湯を水道水と混合させて所定温度にして取水させる給湯混合弁、ヒートポンプ給湯機が運転中は常時開弁していて、給湯を行うことにより貯湯タンクの水量が減少するとその分を水道水が貯湯タンクの底部に設けられた給水管から補給されるようにする給水弁、貯湯タンクの湯を排水する際に開弁する排水弁を有している。
【０００４】
さらに、給湯回路には、カランやシャワー等の湯を利用する際の取水口をなす取水器に給湯を行うか否かを制御する給湯制御弁、風呂のお湯張りを行うか否かを制御する湯張制御弁、風呂の追焚を行う際に湯船の湯を追焚用伝熱管を介して循環させる追焚用ポンプ等を有している。
【０００５】
次に、動作について説明する。例えば風呂場に設置されるコントローラや台所に設置されるコントローラにより運転指示が行われて貯湯、給湯、風呂のお湯張り、風呂の追焚動作する。通常、貯湯タンクは常に満水状態を維持するように設定されており、このため給水弁は開弁している。但し、メンテナンス等を行うために貯湯タンク内の水を排水するような場合には、当該給水弁を閉じ排水弁を開弁する。貯湯タンクへの給水は、給水弁を介して水道水が貯湯タンクの底部に設けられている給水管から当該貯湯タンク内の水を攪拌しないように静かに行われる。
【０００６】
そして、貯湯用ポンプが運転されると共に流量調整弁の開弁度が調整され、圧縮機の運転が開始する。この際の圧縮機の回転数や開弁度は、後述するように外気温度や給水される水道水の温度等に基づき制御される。圧縮機の運転が開始すると、当該圧縮機で圧縮されて高温高圧になった冷媒は、放熱器の冷媒用伝熱管に供給される。この放熱器の貯湯用伝熱管には、貯湯タンクからの水が循環しており、また追焚を行う場合には風呂の湯が循環しているので、冷媒はこれらの水と熱交換して内部熱交換器に供給される。
【０００７】
【特許文献】
特開２００２−１０６９６３号公報（第３頁〜第６頁、図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、従来のヒートポンプシステムは、デフロスト運転に入ると、圧縮機からの冷媒は、除霜用弁を通って蒸発器に入り、アキュムレータを経て圧縮機に戻るため、放熱器に冷媒が流れなくなり、熱源として、放熱器で熱交換して熱を得る追焚きができなくなる。
また、二酸化炭素冷媒によるヒートポンプの場合、放熱器の熱交換器へ流入する流入水温が高くなると効率が低下するが、追焚きからの高い水温が熱交換器に流入するため効率が低下するという問題があった。
【０００９】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、貯湯タンクを有するヒートポンプシステムの特性改善を目的とする。
即ち、低外気時のデフロスト運転率を低減でき、システムの加熱効率を向上するヒートポンプシステムを得ることを目的とする。
また、風呂の追焚きや床暖房などの暖房機の熱源が常に確保できるヒートポンプシステムを得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るヒートポンプシステムは、冷媒を圧縮する圧縮機、圧縮機から吐出する冷媒と給湯用流体とを熱交換する放熱器、放熱器から流出した冷媒を減圧する膨張弁、第１の蒸発器を順次配管で接続した冷媒回路と、給湯用流体を貯める貯湯タンクの下部、第１の水流量調整手段、放熱器、貯湯タンクの上部を順次配管で接続した第１の水回路と、冷媒回路に設けた第２の蒸発器とを備え、第１の蒸発器は、冷媒回路を流れる冷媒と外気とが熱交換するものであり、第２の蒸発器は、冷媒と貯湯タンクから流出する、所定温度域の、温度が低下した温水とが熱交換するものである。
【００１１】
また、この発明に係るヒートポンプシステムは、冷媒を圧縮する圧縮機、圧縮機から吐出する冷媒と給湯用流体とを熱交換する放熱器、放熱器から流出した冷媒を減圧する膨張弁、第１の蒸発器を順次配管で接続した冷媒回路と、貯湯タンクの下部、第１の水流量調整手段、放熱器、貯湯タンクの上部を順次配管で接続した第１の水回路と、貯湯タンクの上部、加熱器、貯湯タンクの中部を順次配管で接続した第２の水回路と、前記貯湯タンクの下部に給水する給水手段とを備え、
冷媒回路で圧縮機を動作させ、また、第１の水回路の第１の水流量調整手段により、貯湯タンクの下部から流出する低温の水が放熱器で冷媒からの熱を付与され、高温となり、貯湯タンクの上部に戻ることにより、貯湯タンクに温水を貯湯するとともに、貯湯タンクの上部から高温の温水が流出し、加熱器において、加熱源を必要とする機器の被加熱流体と熱交換して、貯湯タンクに戻るものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態を図について説明する。図１はこの発明のヒートポンプシステムの好適な例を示す冷媒回路図であり、１は圧縮機、２は放熱器、３は膨張弁、４は第１の蒸発器、５はファン、６は、例えば電磁弁及び流量調整弁の組合せから成る冷媒流量調整手段、８は第２の蒸発器であり、外気と熱交換する第１の蒸発器４と貯湯タンク９の温水と熱交換する第２の蒸発器８とが、冷媒流量調整手段６で分かれて、並列に接続される。
７は冷媒回路であり、圧縮機、放熱器、膨張弁、冷媒流量調整手段、第１の蒸発器、第２の蒸発器を配管で接続する。
【００１３】
また、９は貯湯タンク、１０は第１の水流量調整手段であり、例えば流量可変の第１のポンプ、１１は貯湯タンク９上部と貯湯タンク９中間部を接続する第２の水回路、１２は加熱器、１３は第２の水流量調整手段であり、例えば流量可変の第２のポンプ、１４は床暖房端末、１５は第３のポンプ、１６は貯湯タンク９の中間部とその下部を接続する第３の水回路、１７は第３の水流量調整手段であり、例えば流量可変の第４のポンプ、１８は貯湯タンク９の第３の水回路入口付近に、即ち、貯湯タンク９の中間部に設置された第１の温度検知手段、１９は貯湯タンク９下部に設置された第２の温度検知手段、２０は第２の蒸発器８の出口に設置され、第２の蒸発器８から流出する給湯用流体水温を検知する第３の温度検知手段、２１は第１の温度検知手段１８と、第２の温度検知手段１９と、第３の温度検知手段２０と接続し、冷媒流量調整手段６と第４のポンプ１７を制御する制御手段である。
【００１４】
次に動作について説明する。まず、貯湯タンク９の積層沸上げの動作について説明する。貯湯タンク９には低温水が充満しており、低温水を第１のポンプ１０で貯湯タンク９下部から放熱器２へ導く。後述する動作により、放熱器２で所定温度に加熱された高温水は貯湯タンク９上部から流入し、上部から徐々に蓄熱される。
【００１５】
次に冷凍サイクルの動作について説明する。圧縮機１から吐出した冷媒は、放熱器２で給湯用流体、例えば水、と熱交換し、冷媒は冷却され、水は加熱される。さらに冷媒は膨張弁３で減圧され、第１の蒸発器４でファン５によって送られる空気によって蒸発し、圧縮機１へと循環する冷凍サイクルを形成する。
【００１６】
次に給湯の動作について説明する。例えば、水道水の水温が１０℃、貯湯タンク９に蓄熱された水温が８５℃、給湯で利用する水温が４０℃とした場合、図示しない公知の給水手段により１０℃の水が貯湯タンク９下部より給水され、貯湯タンク９上部から８５℃の湯が排出される。さらに前記排出された８５℃の湯と１０℃の水を混合して４０℃の湯として給湯される。
【００１７】
ここで、給湯温度を４０℃としたが、水温は利用者が任意に設定できるものであり、その設定に対して高温水と低温水の混合比を変化させて所望の湯として給湯可能である。これも図示しないが、公知の混合器により混合され、給湯される。
【００１８】
次に床暖房の動作について説明する。第２のポンプ１３により、貯湯タンク９上部より取り出した高温の湯は、加熱器１２に流入し、床暖房用被加熱流体、例えば不凍液（ブライン）と熱交換し、冷却される。冷却された湯は貯湯タンク９中間部に戻り、循環する。また、床暖房回路では、第３のポンプ１５により加熱器１２で加熱された不凍液は、床暖房端末１４へ流入し、放熱する。放熱により冷却された不凍液は加熱器１２に戻り、加熱され循環を繰り返す。
【００１９】
ここで、二酸化炭素のような超臨界運転をする冷媒を用いたヒートポンプシステムで、熱交換する相手である供給される水の水温が低温時と高温時の場合の冷媒状態について説明する。例えば、沸上げ温度８５℃で放熱器２に供給される水が１５℃のサイクル状態Ｘと、供給される水が５０℃のサイクル状態Ｙを図２に示す。放熱器２に供給される水温が１５℃の場合、放熱器２出口の冷媒温度は、水と熱交換するため、（１５＋α）℃となる。例えば、α＝１０℃とした場合、放熱器２出口の冷媒温度は２５℃となり、サイクル状態Ｘ（Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ）となる。放熱器２に供給される水温が５０℃の場合、放熱器出口の冷媒温度は６０℃となり、サイクル状態Ｙ（Ａ−Ｂ−Ｃ’−Ｄ’）となる。サイクル状態Ｙではサイクル状態Ｘと比較して加熱能力が低下するため、ＣＯＰ（成績係数）が低下する。従って、放熱器２に供給される水温が上昇するとＣＯＰ（成績係数）が低下する。
【００２０】
次に、貯湯タンク９内の水温状態について図３で説明する。図３は、横軸は貯湯タンク９内の温度、縦軸は貯湯タンク９の高さ方向の位置を示している。例えば沸上げ温度を８５℃とすると、前記、積層沸上げの動作に示したとおり沸上げが進み、沸上げが完了した時点では、貯湯タンク９内は８５℃の高温水になっている（ａ）。この状態から給湯が利用された場合、水道水の水温が１０℃とすると、貯湯タンク９内の水温状態は、貯湯タンク９下部が１０℃、貯湯タンク９上部は８５℃の湯となり、低温水と高温水の境界部（混合層）をはさんで、２温度に成層化される（ｂ）。
【００２１】
その後、床暖房が利用された場合、一般的に床暖房の定常運転時には、床暖房端末１４に送水される不凍液の温度は４５〜５０℃で、床暖房端末１４で放熱して放熱器１２に戻ってくる不凍液の温度は送水温度に対して２〜５℃程度低下して戻ってくる。また、貯湯タンク９上部から供給された高温水は、放熱器１２で冷却されるが、床暖房端末１４から戻る不凍液の温度が４０℃程度となるため、それ以下の水温まで冷却されない。つまり、貯湯タンク９に戻る水温は４０℃以上となる。
【００２２】
床暖房運転により、貯湯タンク９には４０℃程度の湯が中間部に貯蓄されてゆき、貯湯タンク９内の水温状態は概ね貯湯タンク９下部が１０℃、貯湯タンク９中間部が４０℃、貯湯タンク９上部が８５℃と３温度に成層化される（ｃ）。
【００２３】
ここで貯湯タンク９内の残湯量（利用可能な湯の量）が少なくなると、あるいは所定の時間、例えば深夜時間帯になるとヒートポンプ運転による沸上げが開始される。沸上げ開始時は貯湯タンク９下部の１０℃の低温水がヒートポンプに供給され、通常の沸上げが行われる。
【００２４】
しばらくすると、貯湯タンク９中間部にあった４０℃程度の中温水が貯湯タンク９下部に移動し、ヒートポンプに供給されることとなる。そこで、下部の第１の温度知手段１８が所定温度域、例えば４０〜６０℃を検知した場合、制御手段２１は第４のポンプ１７を動作させ、第３の水回路１７の貯湯タンク９中間部の配管接続位置から所定温度域の湯を第２の蒸発器８へ導き、第２の蒸発器８で冷却された水を貯湯タンク９下方の配管接続位置へと循環させる。このようにして、貯湯タンク９の下部の水の温度が上がることを未然に防止し、放熱器２には、温度の低い水が流れるようにして熱交換の効率を上げる。
【００２５】
同時に、制御手段２１は冷媒流量調整手段６を動作させ、膨張弁３を通過した冷媒を第１の蒸発器４と第２の蒸発器８へ冷媒を分配し、あるいは冷媒流量調整手段６を切り換え、第２の蒸発器８に冷媒を導き、冷媒は前記中温水から熱を奪って蒸発する。
この際、制御手段２１は、第２の温度検知手段１９の情報と第３の温度検知手段２０の情報を比較して、例えば、それぞれの温度が等しくなるように、冷媒流量調整手段６あるいは第４のポンプ１７を制御する。
【００２６】
このように、給湯として利用できない温度域の温水を蒸発器の冷媒を加熱する熱源として利用することで、外気と熱交換する第１の蒸発器４の運転率を低減できる。つまり、低外気温時に着霜が発生することによる、デフロスト運転を低減でき、システムの加熱効率が向上する。また、このように給湯と暖房を組合せたシステムでは、特に冬季においてシステム運転率が高くなり、デフロスト運転の発生頻度も高くなるため、効果はより大きくなる。
【００２７】
また、この発明の別の好適なヒートポンプシステムの冷媒回路図を図４に示す。図４の冷媒回路図は、図１において、冷媒流量調整手段６を削除し、第２の蒸発器８を第１の蒸発器４の上流で、第１の蒸発器４と直列に接続したものであり、その他は実施の形態１と同じである。
図４において、図１と同一または相当部分には同じ符号を付し、説明を省略する。以下に制御手段による動作を説明するが、その他の基本的な動作は図１と同様のため説明を省略する。
下部の第１の温度検知手段１８が所定温度域、例えば４０〜６０℃を検知した場合、前記図１の説明で記載と同様に、制御手段２１は第４のポンプ１７を動作させ、第３の水配管１６の貯湯タンク９中間部の配管接続位置から所定温度域の湯を第２の蒸発器８へ導き、第２の蒸発器８で冷却された水を貯湯タンク９下部の配管接続位置へと循環させる。
この際、制御手段２１は、第２の温度検知手段１９の情報と第３の温度検知手段２０の情報を比較して、例えば、それぞれの温度が等しくなるように、第４のポンプ１７を制御する。
【００２８】
図１、図４に示すヒートポンプシステムにおいては、第２の蒸発器へ流入する所定温度域の、温度が低下した温水は、貯湯タンクの中間部から出て、第３の水回路を通り、第２の蒸発器で熱交換後、貯湯タンクの下部に戻るので、低外気温時のデフロスト運転率を低減でき、ヒートポンプシステムの加熱効率を向上できる。
【００２９】
また、図１、図４に示すヒートポンプシステムにおいては、貯湯タンクの中間部に第１の温度検知手段を設け、第１の温度検知手段が所定温度域の温度を検知すると、制御手段が第３の水回路により所定温度域の、温度が低下した温水を第２の蒸発器に流すので、熱交換における効率の高いヒートポンプシステムがえられる。
【００３０】
また、この発明のさらに別の好適なヒートポンプシステムの冷媒回路図を図５に示す。図５において、２２は貯湯タンク９上部と下部を接続する第４の水回路、２３は第３の水流量調整手段であり、例えば流量可変の第５のポンプ、２４は加熱器１２から流出する給湯用流体の水温を検知する第４の温度検知手段である。即ち、図１において、第２の水回路１１と第３の水回路１６を削除して、加熱器１２を通る第４の水回路２２を設けたものである。その他は図１と同じである。
なお、図１と同一または相当部分には同じ符号を付し、説明を省略する。
【００３１】
次に動作について説明する。沸上げと給湯利用時の動作については、図１と同様のため省略する。
床暖房利用時は、制御手段２１は第５のポンプ２３を動作させ、第４の水回路２２の貯湯タンク９上部より高温の湯を取出し、加熱器１２に流入させ、床暖房の被加熱流体、例えばブラインと熱交換させ、温度の下がった所定温度域、即ち、中温水の湯を第２の蒸発器８へ導き、第２の蒸発器８で冷却された水を貯湯タンク９下部の配管接続位置へと循環させる。同時に制御手段２１はヒートポンプを運転し、冷媒流量調整手段６を動作させ、膨張弁３を通過した冷媒を第１の蒸発器４と第２の蒸発器８へ冷媒を分配し、あるいは冷媒流量調整手段６を切り換え、第２の蒸発器８に冷媒を導き、冷媒は前記中温水から熱を奪って蒸発する。
この際、制御手段２１は、第２の温度検知手段１９の情報と第３の温度検知手段２０の情報を比較して、例えば、それぞれの温度が等しくなるように、冷媒流量調整手段６あるいは第５のポンプ２３を制御する。
【００３２】
また、この発明のさらに別の好適なヒートポンプシステムの冷媒回路図を図６に示す。図６は、図５において、冷媒流量調整手段６を削除し、第２の蒸発器８を第１の蒸発器６の上流で、第１の蒸発器６と直列に接続したものである。その他は、図５のものと同じである。そこで、前記の図と同一または相当部分には同じ符号を付し、説明を省略する。
【００３３】
以下に、制御手段２１による動作を説明するが、その他の基本的な動作は図５と同様のため説明を省略する。
床暖房が動作した場合、制御手段２１は第５のポンプ２３を動作させ、第４の水回路２２の貯湯タンク９上部の配管接続位置から高温の湯を取出し、加熱器１２に流入させ、床暖房の被加熱流体、例えばブラインと熱交換させ、温度の下がった所定温度域、即ち、中温水の湯を第２の蒸発器８へ導き、第２の蒸発器８で冷却された水を貯湯タンク９下部の配管接続位置へと循環させる。
この際、制御手段２１は、第２の温度検知手段１９の情報と第３の温度検知手段２０の情報を比較して、例えば、それぞれの温度が等しくなるように、第５のポンプ２３を制御する。
【００３４】
図５、図６のヒートポンプシステムにおいては、貯湯タンクの上部から出た高温の温水が、加熱源を必要とする機器に熱を付与する加熱器を経て、所定温度域の、温度が低下した温水となり第２の蒸発器へ流入し、貯湯タンクの下部に戻るので、加熱源を必要とする機器に熱を付与して暖房でき、かつ、低外気温時のデフロスト運転率を低減でき、ヒートポンプシステムの加熱効率を向上できる。
【００３５】
なお、前記の各実施の形態では、加熱源を必要とする機器による暖房として、床暖房を取り上げたが、本発明は床暖房に限定されるものではなく、例えば、パネルヒータ、ファンコイル、浴室乾燥機、風呂追焚きなど、加熱源を必要とする機器に対して広く利用することができることを言及しておく。
また、水流量調整手段も流量可変のポンプとしているが、流量が調整可能であれば良く、流量一定のポンプと流量調整弁を組み合わせたようなものでもよい。
特に、図５や図６のヒートポンプシステムでは、床暖房運転時はヒートポンプ運転が同時に行われ、第１のポンプ１０が動作するため、第５のポンプ２３は必ずしも必要ではなく、流量調整弁だけでもよい。
また、冷媒は、二酸化炭素等の超臨界サイクルを形成する冷媒以外でも、例えば、ＨＦＣ系冷媒、ＨＣ系冷媒、水、空気、ＮＨ３などの自然冷媒いずれを用いた場合にも同様の効果を得ることができる。
【００３６】
本実施の形態のヒートポンプシステムにおいては、第１の蒸発器４と第２の蒸発器８は、両蒸発器への冷媒流量を調整する冷媒流量調整手段６の下流で、並列に接続されているか、または、第２の蒸発器８を上流とし、第１の蒸発器４を下流とし、両蒸発器は直列に接続されるので、必要に応じて、第２の蒸発器８の負荷を大きくでき、冷媒回路のデフロスト運転率を低減できる。
【００３７】
また、本実施の形態のヒートポンプシステムにおいては、貯湯タンク９の上部から高温の温水として流出し、加熱源を必要とする機器に熱を付与する加熱器１２を経て、中温の温水となり、貯湯タンク９の中間部に戻る第２の水回路１１を有するので、冷媒回路でデフロストを行っても、加熱源を必要とする機器に熱を付与することができる。
【００３８】
また、本実施の形態のヒートポンプシステムにおいては、冷媒に二酸化炭素等の超臨界サイクルを形成する冷媒を用い、この冷媒と熱交換する給湯用流体を放熱器２に低い温度で流入するようにしているので、効率の低下のないヒートポンプシステムが得られる。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、この発明のヒートポンプシステムは、冷媒を圧縮する圧縮機、圧縮機から吐出する冷媒と給湯用流体とを熱交換する放熱器、放熱器から流出した冷媒を減圧する膨張弁、第１の蒸発器を順次配管で接続した冷媒回路と、給湯用流体を貯める貯湯タンクの下部、第１の水流量調整手段、放熱器、貯湯タンクの上部を順次配管で接続した第１の水回路と、冷媒回路に設けた第２の蒸発器とを備え、第１の蒸発器は、冷媒回路を流れる冷媒と外気とが熱交換するものであり、第２の蒸発器は、冷媒と貯湯タンクから流出する、所定温度域の、温度が低下した温水とが熱交換するので、外気とが熱交換する第１の蒸発器の負荷を低減でき、低外気時のデフロスト運転率を低減し、システムの加熱効率を向上することができる。
【００４０】
さらに、この発明のヒートポンプシステムは、冷媒を圧縮する圧縮機、圧縮機から吐出する冷媒と給湯用流体とを熱交換する放熱器、放熱器から流出した冷媒を減圧する膨張弁、第１の蒸発器を順次配管で接続した冷媒回路と、貯湯タンクの下部、第１の水流量調整手段、放熱器、貯湯タンクの上部を順次配管で接続した第１の水回路と、貯湯タンクの上部、加熱器、貯湯タンクの中部を順次配管で接続した第２の水回路と、前記貯湯タンクの下部に給水する給水手段とを備え、冷媒回路で圧縮機を動作させ、また、第１の水回路の第１の水流量調整手段により、貯湯タンクの下部から流出する低温の水が放熱器で冷媒からの熱を付与され、高温となり、貯湯タンクの上部に戻ることにより、貯湯タンクに温水を貯湯するとともに、貯湯タンクの上部から高温の温水が流出し、加熱器において、加熱源を必要とする機器の被加熱流体と熱交換して、貯湯タンクに戻るので、加熱源を必要とする機器で暖房するとき、万一冷媒回路の第１の蒸発器でデフロストしても、加熱器での加熱は可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態によるヒートポンプシステムを示す冷媒回路図である。
【図２】この発明の実施の形態によるヒートポンプシステムの運転状態を示す図である。
【図３】貯湯タンク内の水温変化を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態によるヒートポンプシステムを示す別の冷媒回路図である。
【図５】この発明の実施の形態によるヒートポンプシステムを示す更に別の冷媒回路図である。
【図６】この発明の実施の形態によるヒートポンプシステムを示す更に別の冷媒回路図である。
【符号の説明】
１ 圧縮機、 ２ 放熱器、 ３ 膨張弁、 ４ 第１の蒸発器、６ 冷媒流量調整手段、 ７ 冷媒配管、８ 第２の蒸発器、９ 貯湯タンク、 １０ 第１の水流量調整手段、１１ 第２の水回路、１２ 加熱器、１６ 第３の水回路、１９ 第２の温度検知手段、２５ 第１の水回路。
Claims (8)
- 冷媒を圧縮する圧縮機、前記圧縮機から吐出する冷媒と給湯用流体とを熱交換する放熱器、前記放熱器から流出した冷媒を減圧する膨張弁、第１の蒸発器を順次配管で接続した冷媒回路と、
給湯用流体を貯める貯湯タンクの下部、第１の水流量調整手段、前記放熱器、前記貯湯タンクの上部を順次配管で接続した第１の水回路と、
前記冷媒回路に設けた第２の蒸発器とを備え、
前記第１の蒸発器は、前記冷媒回路を流れる冷媒と外気とが熱交換するものであり、前記第２の蒸発器は、前記冷媒と前記貯湯タンクから流出する、所定温度域の、温度が低下した温水とが熱交換するものであることを特徴とするヒートポンプシステム。 - 前記第１の蒸発器と前記第２の蒸発器は、前記両蒸発器への冷媒流量を調整する冷媒流量調整手段の下流で、並列に接続されているか、または、第２の蒸発器を上流とし、第１の蒸発器を下流とし、前記両蒸発器は直列に接続されることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプシステム。
- 前記第２の蒸発器へ流入する前記所定温度域の、温度が低下した温水は、前記貯湯タンクの中間部から出て、第３の水回路を通り、前記第２の蒸発器で熱交換後、前記貯湯タンクの下部に戻ることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のヒートポンプシステム。
- 前記貯湯タンクの中間部に第１の温度検知手段を設け、前記第１の温度検知手段が前記所定温度域の温度を検知すると、制御手段が前記第３の水回路により前記所定温度域の、温度が低下した温水を前記第２の蒸発器に流すことを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプシステム。
- 前記貯湯タンクの上部から高温の温水として流出し、加熱源を必要とする機器に熱を付与する加熱器を経て、中温の温水となり、前記貯湯タンクの中間部に戻る第２の水回路を有することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のヒートポンプシステム。
- 前記第２の蒸発器へ流入する前記所定温度域の、温度が低下した温水は、前記貯湯タンクの上部から出た高温の温水が、加熱源を必要とする機器に熱を付与する加熱器を経て、所定温度域の、温度が低下した温水となり前記第２の蒸発器へ流入し、前記貯湯タンクの下部に戻ることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のヒートポンプシステム。
- 冷媒を圧縮する圧縮機、前記圧縮機から吐出する冷媒と給湯用流体とを熱交換する放熱器、前記放熱器から流出した冷媒を減圧する膨張弁、第１の蒸発器を順次配管で接続した冷媒回路と、
貯湯タンクの下部、第１の水流量調整手段、前記放熱器、前記貯湯タンクの上部を順次配管で接続した第１の水回路と、
前記貯湯タンクの上部、加熱器、前記貯湯タンクの中部を順次配管で接続した第２の水回路と、
前記貯湯タンクの下部に給水する給水手段とを備え、
前記冷媒回路で前記圧縮機を動作させ、また、前記第１の水回路の第１の水流量調整手段により、前記貯湯タンクの下部から流出する低温の水が前記放熱器で冷媒からの熱を付与され、高温となり、前記貯湯タンクの上部に戻ることにより、前記貯湯タンクに温水を貯湯するとともに、前記貯湯タンクの上部から高温の温水が流出し、前記加熱器において、加熱源を必要とする機器の被加熱流体と熱交換して、前記貯湯タンクに戻ることを特徴とするヒートポンプシステム。 - 前記冷媒に二酸化炭素等の超臨界サイクルを形成する冷媒を用いることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載のヒートポンプシステム。
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Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100556200B1 (ko) | 2005-11-29 | 2006-03-03 | (주)유일멀티하이테크 | 공냉 및 수냉을 겸용하는 히트펌프식 온수공급장치 |
| WO2006114983A1 (ja) * | 2005-04-25 | 2006-11-02 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 冷凍サイクル装置 |
| KR100695974B1 (ko) * | 2006-08-10 | 2007-03-16 | 주식회사 스코넷 | 히트펌프식 난방장치 |
| WO2008018698A1 (en) * | 2006-08-10 | 2008-02-14 | Sconet Co., Ltd. | Heat pump-type heating apparatus |
| JP2008032346A (ja) * | 2006-07-31 | 2008-02-14 | Sanden Corp | 給湯装置 |
| WO2008023889A1 (en) * | 2006-08-21 | 2008-02-28 | Sconet Co., Ltd. | Heat pump-type heating apparatus of both air cooling and water cooling |
| WO2008053959A1 (fr) * | 2006-11-02 | 2008-05-08 | Yasuo Uchikawa | Dispositif de pompe à chaleur surcritique |
| JP2008151450A (ja) * | 2006-12-19 | 2008-07-03 | Osaka Gas Co Ltd | 蓄熱式給湯装置 |
| KR100859245B1 (ko) | 2006-06-01 | 2008-09-18 | 히타치 어플라이언스 가부시키가이샤 | 히트 펌프 급탕 마루 난방 장치 |
| JP2008249248A (ja) * | 2007-03-30 | 2008-10-16 | Sharp Corp | ヒートポンプ式給湯システム |
| KR100924486B1 (ko) | 2006-11-02 | 2009-11-03 | 야스오 우치카와 | 초임계형 히트 펌프 장치 |
| WO2009148011A1 (ja) | 2008-06-06 | 2009-12-10 | ダイキン工業株式会社 | 温水システム |
| WO2010038569A1 (ja) * | 2008-10-03 | 2010-04-08 | ダイキン工業株式会社 | 熱交換器および温水システム |
| JP4779052B1 (ja) * | 2010-09-16 | 2011-09-21 | 三上 征宏 | 冷房給湯装置 |
| JP2011242090A (ja) * | 2010-05-20 | 2011-12-01 | Denso Corp | ヒートポンプサイクル装置 |
| JP2014020651A (ja) * | 2012-07-17 | 2014-02-03 | Osaka Gas Co Ltd | 燃料電池コージェネレーションシステム |
| EP3290827A1 (en) * | 2016-08-31 | 2018-03-07 | Vaillant GmbH | Defrosting without reversing refrigerant cycle |
| CN113942370A (zh) * | 2021-11-23 | 2022-01-18 | 应雪汽车科技(常熟)有限公司 | 一种汽车空调系统及其工作方法 |
-
2002
- 2002-09-13 JP JP2002267713A patent/JP4178446B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006114983A1 (ja) * | 2005-04-25 | 2006-11-02 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 冷凍サイクル装置 |
| KR100556200B1 (ko) | 2005-11-29 | 2006-03-03 | (주)유일멀티하이테크 | 공냉 및 수냉을 겸용하는 히트펌프식 온수공급장치 |
| KR100859245B1 (ko) | 2006-06-01 | 2008-09-18 | 히타치 어플라이언스 가부시키가이샤 | 히트 펌프 급탕 마루 난방 장치 |
| JP2008032346A (ja) * | 2006-07-31 | 2008-02-14 | Sanden Corp | 給湯装置 |
| KR100695974B1 (ko) * | 2006-08-10 | 2007-03-16 | 주식회사 스코넷 | 히트펌프식 난방장치 |
| WO2008018698A1 (en) * | 2006-08-10 | 2008-02-14 | Sconet Co., Ltd. | Heat pump-type heating apparatus |
| WO2008023889A1 (en) * | 2006-08-21 | 2008-02-28 | Sconet Co., Ltd. | Heat pump-type heating apparatus of both air cooling and water cooling |
| KR100924486B1 (ko) | 2006-11-02 | 2009-11-03 | 야스오 우치카와 | 초임계형 히트 펌프 장치 |
| WO2008053959A1 (fr) * | 2006-11-02 | 2008-05-08 | Yasuo Uchikawa | Dispositif de pompe à chaleur surcritique |
| JP2008151450A (ja) * | 2006-12-19 | 2008-07-03 | Osaka Gas Co Ltd | 蓄熱式給湯装置 |
| JP2008249248A (ja) * | 2007-03-30 | 2008-10-16 | Sharp Corp | ヒートポンプ式給湯システム |
| WO2009148011A1 (ja) | 2008-06-06 | 2009-12-10 | ダイキン工業株式会社 | 温水システム |
| WO2010038569A1 (ja) * | 2008-10-03 | 2010-04-08 | ダイキン工業株式会社 | 熱交換器および温水システム |
| JP2010091131A (ja) * | 2008-10-03 | 2010-04-22 | Daikin Ind Ltd | 熱交換器および温水システム |
| JP2011242090A (ja) * | 2010-05-20 | 2011-12-01 | Denso Corp | ヒートポンプサイクル装置 |
| JP4779052B1 (ja) * | 2010-09-16 | 2011-09-21 | 三上 征宏 | 冷房給湯装置 |
| JP2014020651A (ja) * | 2012-07-17 | 2014-02-03 | Osaka Gas Co Ltd | 燃料電池コージェネレーションシステム |
| EP3290827A1 (en) * | 2016-08-31 | 2018-03-07 | Vaillant GmbH | Defrosting without reversing refrigerant cycle |
| CN107796141A (zh) * | 2016-08-31 | 2018-03-13 | 威能有限公司 | 能够不反转制冷剂循环以进行除霜操作的热泵设备 |
| CN113942370A (zh) * | 2021-11-23 | 2022-01-18 | 应雪汽车科技(常熟)有限公司 | 一种汽车空调系统及其工作方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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