JP2004340533A - ヒートポンプ給湯空調装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】高効率な給湯空調同時運転と給湯運転時の高温化、大能力化による利便性向上と貯湯槽の小容量化を実現するヒートポンプ給湯空調装置を提供すること。
【解決手段】給湯機能を備えたヒートポンプ給湯手段１１と、給湯機能と冷暖房機能を備えたヒートポンプ給湯空調手段１７と、ヒートポンプ給湯手段１１およびヒートポンプ給湯空調手段１７で加熱した湯を貯湯する貯湯槽２２と、室内機２３を備え、給湯と空調の同時運転時は、ヒートポンプ給湯手段１１で給湯運転して、ヒートポンプ給湯空調手段１７で空調運転する。また、給湯運転時に大能力が必要な場合はヒートポンプ給湯手段１１とヒートポンプ給湯空調手段１７を同時運転して給湯能力アップをはかる。
【選択図】 図１
【解決手段】給湯機能を備えたヒートポンプ給湯手段１１と、給湯機能と冷暖房機能を備えたヒートポンプ給湯空調手段１７と、ヒートポンプ給湯手段１１およびヒートポンプ給湯空調手段１７で加熱した湯を貯湯する貯湯槽２２と、室内機２３を備え、給湯と空調の同時運転時は、ヒートポンプ給湯手段１１で給湯運転して、ヒートポンプ給湯空調手段１７で空調運転する。また、給湯運転時に大能力が必要な場合はヒートポンプ給湯手段１１とヒートポンプ給湯空調手段１７を同時運転して給湯能力アップをはかる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒートポンプ利用の給湯空調装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のヒートポンプ給湯空調装置は、単一回路で給湯機能と空調機能を切換えている（例えば、特許文献１参照）。図６は特許文献１に記載されたヒートポンプシステムを示すものである。図６において、圧縮機１、室内熱交換器２、減圧手段３、貯湯槽４を備えた給湯ユニット５、室外熱交換器６、高圧側配管７、低圧側配管８を備え、給湯運転、暖房運転、冷房運転を開閉弁９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆの開閉で切換えるようにしていた。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−７１８３９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例のヒートポンプシステムの構成では、給湯と空調の同時運転ができない、あるいは同時運転時の能力分配による給湯能力不足、空調能力不足が生じて使い勝手が悪い。また、給湯は高温沸き上げするために高圧が高くなる、また圧縮機の吐出温度を高くして運転するなど、給湯運転と空調運転ではヒートポンプの動作点が異なり、効率、能力、負荷温度に対する最適冷媒も異なる。よって、上記従来例では同じ冷媒を用いて給湯運転と空調運転を高効率、かつ給湯負荷に追随する最適な冷媒選定ができないなどの問題があった。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、高効率で給湯と空調の同時運転を実現するとともに給湯運転時の高温化、大能力化による貯湯槽の小容量化を実現するヒートポンプ給湯空調装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、本発明のヒートポンプ給湯空調装置は、給湯機能を備えたヒートポンプ給湯手段と、給湯機能と冷暖房機能を備えたヒートポンプ給湯空調手段と、ヒートポンプ給湯手段およびヒートポンプ給湯空調手段で加熱した湯を貯湯する貯湯槽と、室内機とを備えたものである。
【０００７】
これによって、給湯と空調の同時運転時は、ヒートポンプ給湯手段で給湯運転して、ヒートポンプ給湯空調手段で空調運転する。また、給湯運転時に大能力が必要な場合はヒートポンプ給湯手段とヒートポンプ給湯空調手段を同時運転して給湯能力アップをはかる。従って、高効率で給湯空調の同時運転ができるとともに給湯運転時の高温化、大能力化による利便性向上と貯湯槽の小容量化を実現する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明のヒートポンプ給湯空調装置は、給湯機能を備えたヒートポンプ給湯手段と、給湯機能と冷暖房機能を備えたヒートポンプ給湯空調手段と、ヒートポンプ給湯手段およびヒートポンプ給湯空調手段で加熱した湯を貯湯する貯湯槽と、室内機とを備えたものである。
【０００９】
この発明によれば、給湯と空調の同時運転時は、ヒートポンプ給湯手段による給湯運転と、ヒートポンプ給湯空調手段による空調運転を実現することによって、高効率で給湯と空調の同時運転ができるとともに給湯運転時の高温化、大能力化による利便性向上と貯湯槽の小容量化を実現する。
【００１０】
請求項２に記載の発明のヒートポンプ給湯空調装置は、ヒートポンプ給湯手段の冷媒回路Ａと、ヒートポンプ給湯空調手段の冷媒回路Ｂを別回路としたものである。
【００１１】
この発明によれば、給湯運転時の冷媒回路と空調運転時の冷媒回路が独立するため、給湯運転は給湯に適した冷媒を封入したヒートポンプ給湯手段を用いて運転し、空調運転は空調に適した冷媒を封入したヒートポンプ給湯空調手段を用いて運転する。よって、給湯と空調の各運転負荷に対応した能力で高効率の運転を実現する。
【００１２】
請求項３に記載の発明のヒートポンプ給湯空調装置は、ヒートポンプ給湯手段の冷媒回路Ａは、冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプサイクルからなるものである。
【００１３】
この発明によれば、貯湯運転時に水を加熱する熱交換器を流れる冷媒が臨界圧力以上に加圧されているので、熱交換器の水流路の流水により熱を奪われて温度低下しても凝縮することがない。したがって熱交換器全域で冷媒と水とに温度差を形成しやすくなり、高温の湯が得られ、かつ熱交換効率を高くできる。
【００１４】
請求項４に記載の発明のヒートポンプ給湯空調装置は、ヒートポンプ給湯空調手段とヒートポンプ給湯手段の給湯同時運転時にヒートポンプ給湯手段、ヒートポンプ給湯空調手段、ヒートポンプ給湯手段の順に水を循環する給湯回路を備えたものである。
【００１５】
この発明によれば、給湯運転時に大能力、また、高温化が実現できる。
【００１６】
請求項５に記載の発明のヒートポンプ給湯空調装置は、ヒートポンプ給湯空調手段で水を加熱する給湯熱交換器をヒートポンプ給湯手段側に収納したものである。
【００１７】
この発明によれば、水回路部品を集中して収納できるため水回路部品の簡素化および給湯熱交換器の一体化がはかれる。
【００１８】
請求項６に記載の発明のヒートポンプ給湯空調装置は、ヒートポンプ給湯手段とヒートポンプ給湯空調手段を２段積みして１つのユニットに収納したものである。
【００１９】
この発明によれば、設置面積が削減できる。
【００２０】
請求項７に記載の発明のヒートポンプ給湯空調装置は、ヒートポンプ給湯手段とヒートポンプ給湯空調手段と貯湯槽を１つのユニットに収納したものである。
【００２１】
この発明によれば、ヒートポンプ給湯手段およびヒートポンプ給湯空調手段と貯湯槽を接続する空間スペースが削減できるとともに水配管工事が不要になる。
【００２２】
【実施例】
以下本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。なお、従来例および各実施例において、同じ構成、同じ動作をする部分については同一符号を付与し、詳細な説明を省略する。
【００２３】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１におけるヒートポンプ給湯空調装置の構成図である。図１において、１１はヒートポンプ給湯手段であり、給湯用圧縮機１２、給湯用熱交換器ａ１３、減圧手段ａ１４、給湯用吸熱器１５が接続されたヒートポンプ給湯回路１６を収納する。そして、ヒートポンプ給湯回路は、例えば炭酸ガス（ＣＯ２）を冷媒として使用し、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧以上となる超臨界ヒートポンプサイクルを使用している。１７はヒートポンプ給湯空調手段であり、空調用圧縮機１８、給湯用熱交換器ｂ１９、減圧手段ｂ２０、空調用吸熱器２１を収納する室外機である。２２は貯湯槽であり、ヒートポンプ給湯手段１１およびヒートポンプ給湯空調手段１７で加熱した湯を貯湯する。２３は室内機であり、ヒートポンプ給湯空調手段１７と接続されてヒートポンプ給湯空調回路２４を構成して、室内の暖房作用あるいは冷房作用をする。２５は水熱交換器ａであり、給湯用熱交換器ａ１３と熱交換関係にあり、貯湯槽２２下部の水、あるいは給水管を通過した水が流れる。２６は水熱交換器ｂであり、給湯用熱交換器ｂ１９と熱交換関係にあり、貯湯槽２２下部の水、あるいは給水管を通過した水が流れる。２７は循環ポンプであり、流量可変型ＤＣポンプからなり、水熱交換器ａ２５および水熱交換器ｂ２６に流れる水流量を制御する。２８は湯温制御手段であり、水熱交換器ａ２５、水熱交換器ｂ２６出口の水温センサー２９の検出信号が所定信号となるように循環ポンプ２７を制御する。３０は切換弁であり、ヒートポンプ給湯手段１１が運転時に水熱交換器ａ２５に水が流れるように、また、ヒートポンプ給湯空調手段１７の給湯運転時に水熱交換器ｂ２６に水が流れるようにする。３１は温度調整手段であり、ヒートポンプ給湯手段１１およびヒートポンプ給湯空調手段１７で加熱した湯と貯湯槽２２の湯と混合して所定温度に制御して給湯端末から出湯する。３２はヒートポンプ給湯空調装置の室外機であり、ヒートポンプ給湯手段１１とヒートポンプ給湯空調手段１７と貯湯槽２２を１つのユニットに収納する。
【００２４】
以上のように構成されたヒートポンプ給湯空調装置について、以下その動作、作用について説明する。最初に、ヒートポンプ給湯手段で貯湯槽に貯湯する貯湯運転について述べる。給湯用圧縮機１２から吐出する高温高圧冷媒が水熱交換器ａ２５へ流入し、循環ポンプ２７を介して貯湯槽２２下部から流れてきた水を加熱する。その際、水熱交換器ａ２５の出口温度が所定温度となるように湯温制御手段２８が循環ポンプ２７の水循環流量を制御する。そして、所定温度に加熱された水は貯湯槽２２の上部に流入し貯湯される。一方、給湯用熱交換器ａ１３で放熱した冷媒は減圧手段ａ１４で減圧されて給湯用吸熱器１５に流入し、大気熱を吸熱して蒸発ガス化し、給湯用圧縮機１２に戻る。このサイクルを繰り返しながら貯湯槽２２上部から貯湯する。そして、炭酸ガス（ＣＯ２）を冷媒として使用し、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧以上となる超臨界ヒートポンプサイクルを使用して最高温度９０℃近傍の高温沸き上げする。
【００２５】
次に、ヒートポンプ給湯手段１１とヒートポンプ給湯空調手段１７を運転して貯湯槽２２に貯湯する貯湯運転あるいは貯湯槽２２を介さず直接給湯端末へ出湯する運転について述べる。ヒートポンプ給湯手段１１の動作作用は上記と同じであり省略する。空調用圧縮機１８から吐出する高温高圧冷媒が水熱交換器ｂ２６へ流入し、循環ポンプ２７を介して貯湯槽２２下部から流れてきた水を加熱する。その際、水熱交換器ａ２５および水熱交換器ｂ２６の出口温度が所定温度となるように湯温制御手段２９が循環ポンプ２７の水循環流量を制御する。そして、所定温度に加熱された水は貯湯槽２２の上部に流入し貯湯される。一方、給湯用熱交換器ｂ１９で放熱した冷媒は減圧手段ｂ２０で減圧されて空調用吸熱器２１に流入し、大気熱を吸熱して蒸発ガス化し、空調用圧縮機１８に戻る。従って、ヒートポンプ給湯手段１１とヒートポンプ給湯空調手段１７を用いて大能力で貯湯運転する。また、大能力で水を加熱するため、水熱交換器ａ２５および水熱交換器ｂ２６で所定温度に加熱された水の流量は多いため、そのまま給湯端末から出湯することもできる。その際、貯湯運転時より低温の４０〜６０℃で加熱して給湯端末へ送水するため、システム効率が非常に高くなる。また、貯湯槽２２で貯湯して保温することもないため貯湯槽２２からの放熱ロスが低減する。従って、大能力で給湯運転できるため利便性向上と貯湯槽の小容量化が実現できる。
【００２６】
次に、暖房運転時を説明する。空調用圧縮機１８から吐出する高温高圧冷媒が室内機２３に流入して室内に放熱して、室内暖房する。一方、室内機２３で放熱した冷媒は減圧手段ｂ２０で減圧されて空調用吸熱器２１に流入し、大気熱を吸熱して蒸発ガス化し、空調用圧縮機１８に戻る。そして、ヒートポンプ給湯手段１１とヒートポンプ給湯空調手段１７を別回路に構成することによって、暖房運転中に貯湯槽２２の追焚き運転の指令が発生した場合、ヒートポンプ給湯手段１１で貯湯槽２２に貯湯する貯湯運転する、あるいは給湯端末に湯を送水して出湯する。よって、暖房と給湯の同時運転が可能となり、暖房負荷および給湯負荷に対応した能力と効率で運転する。
【００２７】
次に、冷房運転時を説明する。空調用圧縮機１８から吐出する高温高圧冷媒が空調用吸熱器２１に流入し、大気へ放熱して減圧手段ｂ２０で減圧されて室内機２３に流入し、室内から吸熱して室内を冷房する。そして、蒸発ガス化し、空調用圧縮機１８に戻る。そして、ヒートポンプ給湯手段１１とヒートポンプ給湯空調手段１７を別回路に構成することによって、冷房運転中に貯湯槽２２の追焚き運転の指令が発生した場合には、ヒートポンプ給湯手段１１で貯湯槽に貯湯する貯湯運転する、あるいは給湯端末に湯を送水して出湯する。よって、冷房と給湯の同時運転が可能となり、冷房負荷および給湯負荷に対応した能力と効率で運転する。
【００２８】
また、ヒートポンプ給湯空調手段１７を用いて冷房運転と端末への給湯運転あるいは貯湯運転を同時に運転することができる。この給湯冷房運転時について説明する。空調用圧縮機１８から吐出する高温高圧冷媒が給湯用熱交換器ｂ１９に流入し、循環ポンプ２７を介して貯湯槽２２下部から水熱交換器ｂ２６へ流入する水を加熱する。その際、水熱交換器ａ２５および水熱交換器ｂ２６の出口温度が所定温度となるように湯温制御手段２８が循環ポンプ２７の水循環流量を制御する。そして、所定温度に加熱された水は貯湯槽２２の上部に流入し貯湯される。一方、給湯用熱交換器ｂ１９で放熱した冷媒は減圧手段ｂ２０で減圧されて室内機２３に流入し、室内から吸熱して室内を冷房する。そして、蒸発ガス化し、空調用圧縮機１８に戻る。よって、冷房しながら給湯あるいは貯湯するためシステム効率が非常に高くなる。
【００２９】
従って、高効率で給湯と空調の同時運転ができるとともに給湯運転時の高温化、大能力化による利便性向上と貯湯槽の小容量化を実現する。
【００３０】
また、ヒートポンプ給湯手段１１とヒートポンプ給湯空調手段１７の各冷媒回路を別回路にして、ヒートポンプ給湯手段１１の冷媒回路に封入する冷媒を圧力が臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプサイクルで構成して、ヒートポンプ給湯空調手段１７の冷媒を臨界圧力以下のヒートポンプサイクルで構成することによって、給湯貯湯運転時の高温化高効率化を実現する。そして、空調運転時の高効率化を実現する。また、ヒートポンプ給湯手段とヒートポンプ給湯空調手段の冷媒としてはフロンガス、ＨＣ冷媒（プロパン、ブタンなど）、アンモニアなどを用いても良いが、一般の臨界圧力以下のヒートポンプサイクルで給湯する場合には高温化が８０℃程度となるため、炭酸ガスＣＯ２冷媒より沸き上げ最高温度は少し下がる。
【００３１】
また、ヒートポンプ給湯手段とヒートポンプ給湯空調手段を２段積みして１つのユニットに収納することによって、設置面積が削減できる。
【００３２】
また、ヒートポンプ給湯手段１１とヒートポンプ給湯空調手段１７と貯湯槽２２を１つの室外ユニット３２に収納することによって、ヒートポンプ給湯手段１１およびヒートポンプ給湯空調手段１７と貯湯槽２２を接続する空間スペースが削減できるとともに水配管工事が不要になる。また、凍結による水配管の破損もなくなる。
【００３３】
また、図２に示す如く、給水管３３を貯湯槽２２と接続して、貯湯槽２２から水熱交換器ａ２５および水熱交換器ｂ２６へ通水する構成でも同様の効果がある。
【００３４】
また、図２に示す如く、貯湯運転時には図２の破線矢印方向で表すように湯を開閉弁３４を通じて貯湯槽２２上部に通水するようにして貯湯する。そして、ヒートポンプ給湯手段１１とヒートポンプ給湯空調手段１７から給湯端末へ出湯する場合は開閉弁３４を閉にして図２の実線矢印方向で表すように湯を給湯端末へ通水するようにしても同様の効果がある。さらに、この構成では、貯湯運転と貯湯槽から出湯を同時に実現できる効果がある。
【００３５】
また、図３に示す如く、水熱交換器ａ２５の出口水温が所定温度となるように湯温制御手段２８ａと水温センサー２９ａを備え、水熱交換器ｂ２６の出口水温が所定温度となるように湯温制御手段２８ｂと水温センサー２９ｂを備えても同様の効果がある。さらに、ヒートポンプ給湯手段１１とヒートポンプ給湯空調手段１７の負荷が異なる場合、あるいはヒートポンプサイクルの動作点が異なる場合、例えば、冷房しながら給湯運転する場合にヒートポンプ給湯空調手段１７の給湯加熱能力はヒートポンプ給湯手段１１の給湯加熱能力と異なるが、水熱交換器ｂ２６の出口水温が所定温度となるように制御できる。
【００３６】
また、図４に示す如く、循環ポンプ２７の流量可変型ポンプＤＣポンプの代わりに循環ポンプ３５と流量制御手段３６を用いて流量制御しても同様の効果がある。
【００３７】
また、図５に示す如く、ヒートポンプ給湯手段１１とヒートポンプ給湯空調手段１７の給湯同時運転時にヒートポンプ給湯手段１１、ヒートポンプ給湯空調手段１７、ヒートポンプ給湯手段１１の順に水を循環する給湯回路３７を備え、入水する低温をヒートポンプ給湯手段１１で加熱する。そして、加熱した水をヒートポンプ給湯空調手段１７で加熱して、最後にヒートポンプ給湯手段１１で高温水まで加熱して貯湯槽に貯湯するので、ヒートポンプ給湯手段の冷媒に炭酸ガスＣＯ２を用いた場合に、給湯用熱交換器ａ１３を流れる冷媒は、給湯用圧縮機１２で臨界圧力以上に加圧されているので、給湯用熱交換器ａ１３から給湯回路を流れる流水に熱を奪われて温度低下しても凝縮することがない。従って、給湯用熱交換器ａ１３全域で冷媒と水とに温度差を形成しやすくなるため、給湯用熱交換器ａ１３の冷媒出口と水入口を熱交換して、給湯用熱交換器ａ１３の冷媒入口と水出口を熱交換するようにして、高温化と熱交換効率を高くする。
【００３８】
また、図５に示す如く、ヒートポンプ給湯空調手段１７で水を加熱する給湯用熱交換器ｂ１９をヒートポンプ給湯手段１１側に収納して、ヒートポンプ給湯空調手段１７と給湯用熱交換器ｂ１９を冷媒管で接続する。これによって、ヒートポンプ給湯手段１１側に水回路部品を集中して収納できるため水部品の簡素化がはかれる。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、高効率で給湯空調の同時運転ができるとともに給湯運転時の高温化、大能力化による利便性向上と貯湯槽の小容量化を実現するヒートポンプ給湯空調装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１におけるヒートポンプ給湯空調装置の構成図
【図２】本発明の実施例１の他実施例におけるヒートポンプ給湯空調装置の構成図
【図３】本発明の実施例１の他実施例におけるヒートポンプ給湯空調装置の構成図
【図４】本発明の実施例１の他実施例におけるヒートポンプ給湯空調装置の構成図
【図５】本発明の実施例１の他実施例におけるヒートポンプ給湯空調装置の構成図
【図６】従来のヒートポンプ給湯空調装置の構成図
【符号の説明】
１１ ヒートポンプ給湯手段
１２ 給湯用圧縮機
１３ 給湯用熱交換器ａ
１４ 減圧手段ａ
１５ 給湯用吸熱器
１６ ヒートポンプ給湯回路
１７ ヒートポンプ給湯空調手段
１８ 空調用圧縮機
１９ 給湯用熱交換器ｂ
２０ 減圧手段ｂ
２１ 空調用吸熱器
２２ 貯湯槽
２３ 室内機
２４ ヒートポンプ給湯空調回路
２５ 水熱交換器ａ
２６ 水熱交換器ｂ
２７、２７ａ、２７ｂ、３６ 循環ポンプ
２８、２８ａ、２８ｂ 湯温制御手段
２９、２９ａ、２９ｂ 水温センサー
３０ 切換弁
３１ 温度調整手段
３２ 室外ユニット
３３ 給水管
３４ 開閉弁
３５ 給湯回路
３７ 流量制御手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒートポンプ利用の給湯空調装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のヒートポンプ給湯空調装置は、単一回路で給湯機能と空調機能を切換えている（例えば、特許文献１参照）。図６は特許文献１に記載されたヒートポンプシステムを示すものである。図６において、圧縮機１、室内熱交換器２、減圧手段３、貯湯槽４を備えた給湯ユニット５、室外熱交換器６、高圧側配管７、低圧側配管８を備え、給湯運転、暖房運転、冷房運転を開閉弁９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆの開閉で切換えるようにしていた。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−７１８３９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例のヒートポンプシステムの構成では、給湯と空調の同時運転ができない、あるいは同時運転時の能力分配による給湯能力不足、空調能力不足が生じて使い勝手が悪い。また、給湯は高温沸き上げするために高圧が高くなる、また圧縮機の吐出温度を高くして運転するなど、給湯運転と空調運転ではヒートポンプの動作点が異なり、効率、能力、負荷温度に対する最適冷媒も異なる。よって、上記従来例では同じ冷媒を用いて給湯運転と空調運転を高効率、かつ給湯負荷に追随する最適な冷媒選定ができないなどの問題があった。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、高効率で給湯と空調の同時運転を実現するとともに給湯運転時の高温化、大能力化による貯湯槽の小容量化を実現するヒートポンプ給湯空調装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、本発明のヒートポンプ給湯空調装置は、給湯機能を備えたヒートポンプ給湯手段と、給湯機能と冷暖房機能を備えたヒートポンプ給湯空調手段と、ヒートポンプ給湯手段およびヒートポンプ給湯空調手段で加熱した湯を貯湯する貯湯槽と、室内機とを備えたものである。
【０００７】
これによって、給湯と空調の同時運転時は、ヒートポンプ給湯手段で給湯運転して、ヒートポンプ給湯空調手段で空調運転する。また、給湯運転時に大能力が必要な場合はヒートポンプ給湯手段とヒートポンプ給湯空調手段を同時運転して給湯能力アップをはかる。従って、高効率で給湯空調の同時運転ができるとともに給湯運転時の高温化、大能力化による利便性向上と貯湯槽の小容量化を実現する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明のヒートポンプ給湯空調装置は、給湯機能を備えたヒートポンプ給湯手段と、給湯機能と冷暖房機能を備えたヒートポンプ給湯空調手段と、ヒートポンプ給湯手段およびヒートポンプ給湯空調手段で加熱した湯を貯湯する貯湯槽と、室内機とを備えたものである。
【０００９】
この発明によれば、給湯と空調の同時運転時は、ヒートポンプ給湯手段による給湯運転と、ヒートポンプ給湯空調手段による空調運転を実現することによって、高効率で給湯と空調の同時運転ができるとともに給湯運転時の高温化、大能力化による利便性向上と貯湯槽の小容量化を実現する。
【００１０】
請求項２に記載の発明のヒートポンプ給湯空調装置は、ヒートポンプ給湯手段の冷媒回路Ａと、ヒートポンプ給湯空調手段の冷媒回路Ｂを別回路としたものである。
【００１１】
この発明によれば、給湯運転時の冷媒回路と空調運転時の冷媒回路が独立するため、給湯運転は給湯に適した冷媒を封入したヒートポンプ給湯手段を用いて運転し、空調運転は空調に適した冷媒を封入したヒートポンプ給湯空調手段を用いて運転する。よって、給湯と空調の各運転負荷に対応した能力で高効率の運転を実現する。
【００１２】
請求項３に記載の発明のヒートポンプ給湯空調装置は、ヒートポンプ給湯手段の冷媒回路Ａは、冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプサイクルからなるものである。
【００１３】
この発明によれば、貯湯運転時に水を加熱する熱交換器を流れる冷媒が臨界圧力以上に加圧されているので、熱交換器の水流路の流水により熱を奪われて温度低下しても凝縮することがない。したがって熱交換器全域で冷媒と水とに温度差を形成しやすくなり、高温の湯が得られ、かつ熱交換効率を高くできる。
【００１４】
請求項４に記載の発明のヒートポンプ給湯空調装置は、ヒートポンプ給湯空調手段とヒートポンプ給湯手段の給湯同時運転時にヒートポンプ給湯手段、ヒートポンプ給湯空調手段、ヒートポンプ給湯手段の順に水を循環する給湯回路を備えたものである。
【００１５】
この発明によれば、給湯運転時に大能力、また、高温化が実現できる。
【００１６】
請求項５に記載の発明のヒートポンプ給湯空調装置は、ヒートポンプ給湯空調手段で水を加熱する給湯熱交換器をヒートポンプ給湯手段側に収納したものである。
【００１７】
この発明によれば、水回路部品を集中して収納できるため水回路部品の簡素化および給湯熱交換器の一体化がはかれる。
【００１８】
請求項６に記載の発明のヒートポンプ給湯空調装置は、ヒートポンプ給湯手段とヒートポンプ給湯空調手段を２段積みして１つのユニットに収納したものである。
【００１９】
この発明によれば、設置面積が削減できる。
【００２０】
請求項７に記載の発明のヒートポンプ給湯空調装置は、ヒートポンプ給湯手段とヒートポンプ給湯空調手段と貯湯槽を１つのユニットに収納したものである。
【００２１】
この発明によれば、ヒートポンプ給湯手段およびヒートポンプ給湯空調手段と貯湯槽を接続する空間スペースが削減できるとともに水配管工事が不要になる。
【００２２】
【実施例】
以下本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。なお、従来例および各実施例において、同じ構成、同じ動作をする部分については同一符号を付与し、詳細な説明を省略する。
【００２３】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１におけるヒートポンプ給湯空調装置の構成図である。図１において、１１はヒートポンプ給湯手段であり、給湯用圧縮機１２、給湯用熱交換器ａ１３、減圧手段ａ１４、給湯用吸熱器１５が接続されたヒートポンプ給湯回路１６を収納する。そして、ヒートポンプ給湯回路は、例えば炭酸ガス（ＣＯ２）を冷媒として使用し、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧以上となる超臨界ヒートポンプサイクルを使用している。１７はヒートポンプ給湯空調手段であり、空調用圧縮機１８、給湯用熱交換器ｂ１９、減圧手段ｂ２０、空調用吸熱器２１を収納する室外機である。２２は貯湯槽であり、ヒートポンプ給湯手段１１およびヒートポンプ給湯空調手段１７で加熱した湯を貯湯する。２３は室内機であり、ヒートポンプ給湯空調手段１７と接続されてヒートポンプ給湯空調回路２４を構成して、室内の暖房作用あるいは冷房作用をする。２５は水熱交換器ａであり、給湯用熱交換器ａ１３と熱交換関係にあり、貯湯槽２２下部の水、あるいは給水管を通過した水が流れる。２６は水熱交換器ｂであり、給湯用熱交換器ｂ１９と熱交換関係にあり、貯湯槽２２下部の水、あるいは給水管を通過した水が流れる。２７は循環ポンプであり、流量可変型ＤＣポンプからなり、水熱交換器ａ２５および水熱交換器ｂ２６に流れる水流量を制御する。２８は湯温制御手段であり、水熱交換器ａ２５、水熱交換器ｂ２６出口の水温センサー２９の検出信号が所定信号となるように循環ポンプ２７を制御する。３０は切換弁であり、ヒートポンプ給湯手段１１が運転時に水熱交換器ａ２５に水が流れるように、また、ヒートポンプ給湯空調手段１７の給湯運転時に水熱交換器ｂ２６に水が流れるようにする。３１は温度調整手段であり、ヒートポンプ給湯手段１１およびヒートポンプ給湯空調手段１７で加熱した湯と貯湯槽２２の湯と混合して所定温度に制御して給湯端末から出湯する。３２はヒートポンプ給湯空調装置の室外機であり、ヒートポンプ給湯手段１１とヒートポンプ給湯空調手段１７と貯湯槽２２を１つのユニットに収納する。
【００２４】
以上のように構成されたヒートポンプ給湯空調装置について、以下その動作、作用について説明する。最初に、ヒートポンプ給湯手段で貯湯槽に貯湯する貯湯運転について述べる。給湯用圧縮機１２から吐出する高温高圧冷媒が水熱交換器ａ２５へ流入し、循環ポンプ２７を介して貯湯槽２２下部から流れてきた水を加熱する。その際、水熱交換器ａ２５の出口温度が所定温度となるように湯温制御手段２８が循環ポンプ２７の水循環流量を制御する。そして、所定温度に加熱された水は貯湯槽２２の上部に流入し貯湯される。一方、給湯用熱交換器ａ１３で放熱した冷媒は減圧手段ａ１４で減圧されて給湯用吸熱器１５に流入し、大気熱を吸熱して蒸発ガス化し、給湯用圧縮機１２に戻る。このサイクルを繰り返しながら貯湯槽２２上部から貯湯する。そして、炭酸ガス（ＣＯ２）を冷媒として使用し、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧以上となる超臨界ヒートポンプサイクルを使用して最高温度９０℃近傍の高温沸き上げする。
【００２５】
次に、ヒートポンプ給湯手段１１とヒートポンプ給湯空調手段１７を運転して貯湯槽２２に貯湯する貯湯運転あるいは貯湯槽２２を介さず直接給湯端末へ出湯する運転について述べる。ヒートポンプ給湯手段１１の動作作用は上記と同じであり省略する。空調用圧縮機１８から吐出する高温高圧冷媒が水熱交換器ｂ２６へ流入し、循環ポンプ２７を介して貯湯槽２２下部から流れてきた水を加熱する。その際、水熱交換器ａ２５および水熱交換器ｂ２６の出口温度が所定温度となるように湯温制御手段２９が循環ポンプ２７の水循環流量を制御する。そして、所定温度に加熱された水は貯湯槽２２の上部に流入し貯湯される。一方、給湯用熱交換器ｂ１９で放熱した冷媒は減圧手段ｂ２０で減圧されて空調用吸熱器２１に流入し、大気熱を吸熱して蒸発ガス化し、空調用圧縮機１８に戻る。従って、ヒートポンプ給湯手段１１とヒートポンプ給湯空調手段１７を用いて大能力で貯湯運転する。また、大能力で水を加熱するため、水熱交換器ａ２５および水熱交換器ｂ２６で所定温度に加熱された水の流量は多いため、そのまま給湯端末から出湯することもできる。その際、貯湯運転時より低温の４０〜６０℃で加熱して給湯端末へ送水するため、システム効率が非常に高くなる。また、貯湯槽２２で貯湯して保温することもないため貯湯槽２２からの放熱ロスが低減する。従って、大能力で給湯運転できるため利便性向上と貯湯槽の小容量化が実現できる。
【００２６】
次に、暖房運転時を説明する。空調用圧縮機１８から吐出する高温高圧冷媒が室内機２３に流入して室内に放熱して、室内暖房する。一方、室内機２３で放熱した冷媒は減圧手段ｂ２０で減圧されて空調用吸熱器２１に流入し、大気熱を吸熱して蒸発ガス化し、空調用圧縮機１８に戻る。そして、ヒートポンプ給湯手段１１とヒートポンプ給湯空調手段１７を別回路に構成することによって、暖房運転中に貯湯槽２２の追焚き運転の指令が発生した場合、ヒートポンプ給湯手段１１で貯湯槽２２に貯湯する貯湯運転する、あるいは給湯端末に湯を送水して出湯する。よって、暖房と給湯の同時運転が可能となり、暖房負荷および給湯負荷に対応した能力と効率で運転する。
【００２７】
次に、冷房運転時を説明する。空調用圧縮機１８から吐出する高温高圧冷媒が空調用吸熱器２１に流入し、大気へ放熱して減圧手段ｂ２０で減圧されて室内機２３に流入し、室内から吸熱して室内を冷房する。そして、蒸発ガス化し、空調用圧縮機１８に戻る。そして、ヒートポンプ給湯手段１１とヒートポンプ給湯空調手段１７を別回路に構成することによって、冷房運転中に貯湯槽２２の追焚き運転の指令が発生した場合には、ヒートポンプ給湯手段１１で貯湯槽に貯湯する貯湯運転する、あるいは給湯端末に湯を送水して出湯する。よって、冷房と給湯の同時運転が可能となり、冷房負荷および給湯負荷に対応した能力と効率で運転する。
【００２８】
また、ヒートポンプ給湯空調手段１７を用いて冷房運転と端末への給湯運転あるいは貯湯運転を同時に運転することができる。この給湯冷房運転時について説明する。空調用圧縮機１８から吐出する高温高圧冷媒が給湯用熱交換器ｂ１９に流入し、循環ポンプ２７を介して貯湯槽２２下部から水熱交換器ｂ２６へ流入する水を加熱する。その際、水熱交換器ａ２５および水熱交換器ｂ２６の出口温度が所定温度となるように湯温制御手段２８が循環ポンプ２７の水循環流量を制御する。そして、所定温度に加熱された水は貯湯槽２２の上部に流入し貯湯される。一方、給湯用熱交換器ｂ１９で放熱した冷媒は減圧手段ｂ２０で減圧されて室内機２３に流入し、室内から吸熱して室内を冷房する。そして、蒸発ガス化し、空調用圧縮機１８に戻る。よって、冷房しながら給湯あるいは貯湯するためシステム効率が非常に高くなる。
【００２９】
従って、高効率で給湯と空調の同時運転ができるとともに給湯運転時の高温化、大能力化による利便性向上と貯湯槽の小容量化を実現する。
【００３０】
また、ヒートポンプ給湯手段１１とヒートポンプ給湯空調手段１７の各冷媒回路を別回路にして、ヒートポンプ給湯手段１１の冷媒回路に封入する冷媒を圧力が臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプサイクルで構成して、ヒートポンプ給湯空調手段１７の冷媒を臨界圧力以下のヒートポンプサイクルで構成することによって、給湯貯湯運転時の高温化高効率化を実現する。そして、空調運転時の高効率化を実現する。また、ヒートポンプ給湯手段とヒートポンプ給湯空調手段の冷媒としてはフロンガス、ＨＣ冷媒（プロパン、ブタンなど）、アンモニアなどを用いても良いが、一般の臨界圧力以下のヒートポンプサイクルで給湯する場合には高温化が８０℃程度となるため、炭酸ガスＣＯ２冷媒より沸き上げ最高温度は少し下がる。
【００３１】
また、ヒートポンプ給湯手段とヒートポンプ給湯空調手段を２段積みして１つのユニットに収納することによって、設置面積が削減できる。
【００３２】
また、ヒートポンプ給湯手段１１とヒートポンプ給湯空調手段１７と貯湯槽２２を１つの室外ユニット３２に収納することによって、ヒートポンプ給湯手段１１およびヒートポンプ給湯空調手段１７と貯湯槽２２を接続する空間スペースが削減できるとともに水配管工事が不要になる。また、凍結による水配管の破損もなくなる。
【００３３】
また、図２に示す如く、給水管３３を貯湯槽２２と接続して、貯湯槽２２から水熱交換器ａ２５および水熱交換器ｂ２６へ通水する構成でも同様の効果がある。
【００３４】
また、図２に示す如く、貯湯運転時には図２の破線矢印方向で表すように湯を開閉弁３４を通じて貯湯槽２２上部に通水するようにして貯湯する。そして、ヒートポンプ給湯手段１１とヒートポンプ給湯空調手段１７から給湯端末へ出湯する場合は開閉弁３４を閉にして図２の実線矢印方向で表すように湯を給湯端末へ通水するようにしても同様の効果がある。さらに、この構成では、貯湯運転と貯湯槽から出湯を同時に実現できる効果がある。
【００３５】
また、図３に示す如く、水熱交換器ａ２５の出口水温が所定温度となるように湯温制御手段２８ａと水温センサー２９ａを備え、水熱交換器ｂ２６の出口水温が所定温度となるように湯温制御手段２８ｂと水温センサー２９ｂを備えても同様の効果がある。さらに、ヒートポンプ給湯手段１１とヒートポンプ給湯空調手段１７の負荷が異なる場合、あるいはヒートポンプサイクルの動作点が異なる場合、例えば、冷房しながら給湯運転する場合にヒートポンプ給湯空調手段１７の給湯加熱能力はヒートポンプ給湯手段１１の給湯加熱能力と異なるが、水熱交換器ｂ２６の出口水温が所定温度となるように制御できる。
【００３６】
また、図４に示す如く、循環ポンプ２７の流量可変型ポンプＤＣポンプの代わりに循環ポンプ３５と流量制御手段３６を用いて流量制御しても同様の効果がある。
【００３７】
また、図５に示す如く、ヒートポンプ給湯手段１１とヒートポンプ給湯空調手段１７の給湯同時運転時にヒートポンプ給湯手段１１、ヒートポンプ給湯空調手段１７、ヒートポンプ給湯手段１１の順に水を循環する給湯回路３７を備え、入水する低温をヒートポンプ給湯手段１１で加熱する。そして、加熱した水をヒートポンプ給湯空調手段１７で加熱して、最後にヒートポンプ給湯手段１１で高温水まで加熱して貯湯槽に貯湯するので、ヒートポンプ給湯手段の冷媒に炭酸ガスＣＯ２を用いた場合に、給湯用熱交換器ａ１３を流れる冷媒は、給湯用圧縮機１２で臨界圧力以上に加圧されているので、給湯用熱交換器ａ１３から給湯回路を流れる流水に熱を奪われて温度低下しても凝縮することがない。従って、給湯用熱交換器ａ１３全域で冷媒と水とに温度差を形成しやすくなるため、給湯用熱交換器ａ１３の冷媒出口と水入口を熱交換して、給湯用熱交換器ａ１３の冷媒入口と水出口を熱交換するようにして、高温化と熱交換効率を高くする。
【００３８】
また、図５に示す如く、ヒートポンプ給湯空調手段１７で水を加熱する給湯用熱交換器ｂ１９をヒートポンプ給湯手段１１側に収納して、ヒートポンプ給湯空調手段１７と給湯用熱交換器ｂ１９を冷媒管で接続する。これによって、ヒートポンプ給湯手段１１側に水回路部品を集中して収納できるため水部品の簡素化がはかれる。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、高効率で給湯空調の同時運転ができるとともに給湯運転時の高温化、大能力化による利便性向上と貯湯槽の小容量化を実現するヒートポンプ給湯空調装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１におけるヒートポンプ給湯空調装置の構成図
【図２】本発明の実施例１の他実施例におけるヒートポンプ給湯空調装置の構成図
【図３】本発明の実施例１の他実施例におけるヒートポンプ給湯空調装置の構成図
【図４】本発明の実施例１の他実施例におけるヒートポンプ給湯空調装置の構成図
【図５】本発明の実施例１の他実施例におけるヒートポンプ給湯空調装置の構成図
【図６】従来のヒートポンプ給湯空調装置の構成図
【符号の説明】
１１ ヒートポンプ給湯手段
１２ 給湯用圧縮機
１３ 給湯用熱交換器ａ
１４ 減圧手段ａ
１５ 給湯用吸熱器
１６ ヒートポンプ給湯回路
１７ ヒートポンプ給湯空調手段
１８ 空調用圧縮機
１９ 給湯用熱交換器ｂ
２０ 減圧手段ｂ
２１ 空調用吸熱器
２２ 貯湯槽
２３ 室内機
２４ ヒートポンプ給湯空調回路
２５ 水熱交換器ａ
２６ 水熱交換器ｂ
２７、２７ａ、２７ｂ、３６ 循環ポンプ
２８、２８ａ、２８ｂ 湯温制御手段
２９、２９ａ、２９ｂ 水温センサー
３０ 切換弁
３１ 温度調整手段
３２ 室外ユニット
３３ 給水管
３４ 開閉弁
３５ 給湯回路
３７ 流量制御手段
Claims (7)
- 給湯機能を備えたヒートポンプ給湯手段と、給湯機能と冷暖房機能を備えたヒートポンプ給湯空調手段と、ヒートポンプ給湯手段およびヒートポンプ給湯空調手段で加熱した湯を貯湯する貯湯槽と、室内機とを備えたヒートポンプ給湯空調装置。
- ヒートポンプ給湯手段の冷媒回路Ａと、ヒートポンプ給湯空調手段の冷媒回路Ｂを別回路とした請求項１記載のヒートポンプ給湯空調装置。
- ヒートポンプ給湯手段の冷媒回路Ａは、冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプサイクルからなる請求項１または２記載のヒートポンプ給湯空調装置。
- ヒートポンプ給湯空調手段とヒートポンプ給湯手段の給湯同時運転時にヒートポンプ給湯手段、ヒートポンプ給湯空調手段、ヒートポンプ給湯手段の順に水を循環する給湯回路を備えた請求項３記載のヒートポンプ給湯空調装置。
- ヒートポンプ給湯空調手段で水を加熱する給湯熱交換器をヒートポンプ給湯手段側に収納した請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯空調装置。
- ヒートポンプ給湯手段とヒートポンプ給湯空調手段を２段積みして１つのユニットに収納した請求項１〜５のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯空調装置。
- ヒートポンプ給湯手段とヒートポンプ給湯空調手段と貯湯槽を１つのユニットに収納した請求項１〜６のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯空調装置。
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