JP2005233476A - ヒートポンプ給湯エアコン - Google Patents

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Yuei Tsujikawa
祐栄 辻川
Kazuya Funada
和也 船田
Kumar Dotto Oshitto
クマール ドット オシット
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Abstract


【課題】 冬場等の低外気温時においても、高温の温水を短時間で得る給湯運転が行えるとともに、給湯タンクに貯留された水の温度が低く目標温度との差が大きい場合の冷房給湯運転においても冷房能力を低下させずに、短時間に高温の温水を得ることができるヒートポンプ給湯エアコンを提供する。
【解決手段】 冷媒回路を、第一圧縮機1と、第二圧縮機2と、第一四方弁3と、第二四方弁4と、室外熱交換器6と、室内熱交換器7と、給湯用熱交換器8と、アキュームレータ10とで構成し、低外気温時に給湯運転を行う際、冷媒を前記第一圧縮機1と前記第二圧縮機2とで二段に圧縮し、給湯用熱交換器8で冷水と熱交換させることにより、冬場等でも高温の温水を短時間で得る。
【選択図】図1

Description

本発明は、ヒートポンプ給湯エアコンに関わり、より詳細には、低外気温時においても高温の温水を供給できる構成に関する。
従来のヒートポンプ給湯エアコンは、例えば図7で示すように、圧縮機43と、流路切換弁として四方弁44と、給湯用熱交換器45を備えた給湯装置52と、二方弁46と流量調節弁47と室外熱交換器48とを順次接続するとともに、前記流量調節弁47及び前記室外熱交換器48と並列に流量調節弁49と室内熱交換器50とを接続して冷媒回路40を構成しており、冷房運転、冷房給湯運転及び給湯運転の3運転モードが可能となっている。
通常の冷房運転時、前記圧縮機43の吐出側43aから吐出された高温高圧の冷媒は前記四方弁44を介して前記室外熱交換器48に流入して周囲に熱を放出し凝縮する。凝縮した冷媒は前記流量調節弁49により絞られて低温低圧となり前記室内熱交換器50に流入し周囲の熱を吸収して蒸発する。蒸発した冷媒は再び前記四方弁44を介して前記圧縮機43の吸込側43bに還流するようになっている。
前記給湯装置52内に供給される水を加熱する給湯運転では、前記圧縮機43から吐出側された高温高圧の冷媒は、前記四方弁44を介して前記給湯装置52の給湯用熱交換器45に流入し、周囲の水を加熱して凝縮する。凝縮した冷媒は前記流量調節弁47により絞られて低温低圧となり前記室外熱交換器48に流入し、周囲の熱を吸収して蒸発する。蒸発した冷媒は前記四方弁44を介して前記圧縮機43に還流するようになっている。この際、前記流量調節弁49を閉鎖して前記室内熱交換器50に冷媒が流入しないようにしている。前記給湯装置52で加熱された温水は風呂用あるいは他の用途として給湯管により供給されるようになっている。
冷房運転と給湯運転とを併用する冷房給湯運転においては、前記流量調節弁49は開放される。前記圧縮機43から吐出側された高温高圧の冷媒は、前記四方弁44を介して前記給湯装置52の給湯用熱交換器45に流入し、周囲の水を加熱して凝縮する。凝縮した冷媒は前記流量調節弁47により絞られて低温低圧となり前記室外熱交換器48に流入し周囲の熱を吸収して蒸発し、前記四方弁44を介して前記圧縮機43に還流する。又、開放された前記流量調節弁49を介して冷媒は前記室内熱交換器50にも流入し、周囲を流れる空気の熱を吸収して蒸発し前記四方弁44を介して前記圧縮機43に還流するようになっている。前記室内熱交換器50で冷却された空気は室内に吹出され、室内を冷房するようになっている。
しかしながら、冬場等の低外気温時に給湯運転を行うと、前記給湯用熱交換器45での熱交換効率が低下し、高温の温水を得るのに時間を要するという問題があり、そのため前記給湯装置52内に水を更に加熱するサブヒータを設ける必要が生じるというような不具合点があった。
特開2001−248937号
本発明は、上記問題点に鑑み、低外気温時の給湯運転においても、サブヒータを設けることなく高温の温水が短時間で得られるようにするとともに、給湯タンク内に貯留された水の温度が低く、目標温度との差が大きい場合に冷房給湯運転を行う際にも、室内熱交換器での冷房能力を低下させずに、高温の温水を短時間で得ることができるヒートポンプ給湯エアコンを提供することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決するため、第一圧縮機と、同第一圧縮機の吐出側及び吸込側に夫々接続される第一切換弁及び第二切換弁と、同第二切換弁に夫々膨張弁を介して一側が接続され、他側が前記第一圧縮機の吸込側に接続される並列に配置された室外熱交換器及び室内熱交換器と、前記第一四方弁に接続される給湯用熱交換器及びアキュームレータと、同アキュームレータに吸込側を接続させ、吐出側を前記給湯用熱交換器に接続した第二圧縮機とで冷媒回路を構成するとともに、前記給湯用熱交換器で加熱された水を貯留する給湯タンクを備えた構成となっている。又、低外気温時に給湯運転を行う際、前記第 一圧縮機で冷媒を圧縮させた後、前記アキュームレータを経て前記第二圧縮機に導びき、二段階に圧縮して更に高温高圧とし、前記給湯用熱交換器で水と熱交換させて給湯させる構成となっている。又、前記冷媒回路は、冷房運転と、給湯運転と、室内を冷房するとともに水を加熱する冷房給湯運転とが行える構成となっている。又、冷房運転の際、前記第二圧縮機は停止させ、前記第一圧縮機を起動させるとともに、前記第一四方弁及び前記第二四方弁により冷媒の流れを切換え、前記第一圧縮機から吐出された冷媒を前記第一四方弁と前記第二四方弁とを介して前記室外熱交換器に導びいて凝縮させ、凝縮した冷媒を前記室内熱交換器に導びいて蒸発させる構成となっている。
本発明によると、冷媒回路内に第一圧縮機と第二圧縮機とを設けるとともに、第一四方弁と第二四方弁とを設け、低外気温時に給湯運転を行う際、冷媒を前記第一圧縮機と前記第二圧縮機とで二段に圧縮し、給湯用熱交換器で冷水と熱交換させることにより、冬場等の低外気温時あるいは寒冷地においても、サブヒータを用いることなく高温の温水を短時間で得ることができるようになっている。又、給湯タンク内に貯留された水の温度が低く、目標温度との差が大きい場合に冷房給湯運転を行う際、同様に冷媒を前記第一圧縮機と前記第二圧縮機とで二段に圧縮し、給湯用熱交換器で冷水と熱交換させることにより高温の温水を短時間で得ることができるとともに、室内熱交換器での冷房能力を低下させずに円滑な冷房運転を行うことができるヒートポンプ給湯エアコンとすることができる。
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいた実施例として詳細に説明する。
図1は本発明によるヒートポンプ給湯エアコンの冷媒回路図であり、図2は冷房運転時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。図3は通常の給湯運転時の冷媒の流れを示す冷媒回路図であり、図4は低外気温時での冷媒の流れを示す冷媒回路図である。又、図5は湯温が目標温度近辺での冷房給湯運転時の冷媒の流れを示す冷媒回路図であり、図6は湯温と目標温度との差が大きい場合の冷房給湯運転時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。
本発明によるヒートポンプ給湯エアコンは、図1の冷媒回路図で示すように、第一圧縮機1及び第二圧縮機2と、流路切換弁として第一四方弁3及び第二四方弁4とを設けている。前記第一圧縮機1の吐出側は第一四方弁3の第一ポート3aに接続され、同第一四方弁3の第二ポート3bは三方弁12と逆止弁13hを介して給湯用熱交換器8の一側に接続されている。前記第二圧縮機2の吐出側は逆止弁13gを介して前記給湯用熱交換器8の一側に接続され、吸込側は冷媒を貯留するアキュームレータ10に接続されている。前記給湯用熱交換器8の他側は電子膨張弁5cと逆止弁13fを介して前記アキュームレータ10に接続され、又、前記三方弁12の第三ポート12cは逆止弁13eを介して前記アキュームレータ10に接続されている。
前記アキュームレータ10は、更に逆止弁13bを介して前記第二四方弁4の第三ポート4cに接続され、同第二四方弁4の第四ポート4dは電子膨張弁5aを介して、送風ファン6aを備えた室外熱交換器6の一側に接続されている。又、同室外熱交換器6の他側は電磁開閉弁10を介して前記第一圧縮機1の吸込側に接続されている。
前記第二四方弁4の第二ポート4bは逆止弁13cを備えた配管に接続され、同配管は分岐して、分岐した一方は電子膨張弁5bを介して、送風ファン7aを備えた室内熱交換器7の一側に接続され、分岐した他方は前記電磁開閉弁10に接続されている。又、前記室内熱交換器7の他側は逆止弁13dを介して前記第一圧縮機1の吸込側配管に接続されている。
前記第一四方弁3の第四ポート3dは逆止弁13aを介して、前記逆止弁13bと前記第二四方弁4の第三ポート4cとを繋ぐ配管に接続され、更に前記第一四方弁3の第三ポート3cと、前記第二四方弁4の第一ポート4aは、夫々キャピラリチューブ11a及びキャピラリチューブ11bを介して前記第一圧縮機1の吸込側配管に接続されている。これらキャピラリチューブは前記第一四方弁3及び前記第二四方弁4の各ポート管に圧力差を生じさせこれら四方弁が円滑に作動するように設けられている。
温水を貯留する給湯タンク9と前記給湯用熱交換器8との間には、水を循環させる給水ポンプ16を備えた給水管15と、前記給湯用熱交換器8により加熱された温水を前記給湯タンク9に還流させる温水管14とが接続され、又、前記給湯タンク9には、同給湯タンク9に冷水を注入する電磁開閉弁19aを備えた注入管17と、貯留された温水を他の機器に供給する、電磁開閉弁19bを備えた温水供給管18が接続されている。
上記したような構成により、本願による冷媒回路は、冷房運転と、通常の給湯運転と、低外気温における給湯運転と、冷房運転と給湯運転とを併用する冷房給湯運転とが行えるようになっている。
次に、動作について説明する。前記第一四方弁3は、第一ポート3aと第二ポート3bとが連通され、第三ポート3cと第四ポート3dとが連通された状態を状態1とし、第二ポート3bと第三ポート3cとが連通され、第一ポート3aと第四ポート3dとが連通された状態を状態2とする。同様に、前記第二四方弁4についても、第一ポート4aと第二ポート4bとが連通され、第三ポート4cと第四ポート4dとが連通された状態を状態1とし、第二ポート4bと第三ポート4cとが連通され、第一ポート4aと第四ポート4dとが連通された状態を状態2とする。前記三方弁12は、第一ポート12aと第二ポート12bとが連通された状態を状態1とし、第一ポート12aと第三ポート12cが連通された状態を状態2とする。
まず通常の冷房運転の場合、図2(B)で示すように、前記第一圧縮機1は運転状態となるが第二圧縮機2は停止状態となる。前記第一四方弁3は切換られて状態2となり、前記第二四方弁4は状態1に設定される。前記電磁開閉弁10は閉鎖されるとともに、前記給水ポンプ16は停止状態となる。又、前記電子膨張弁5aは全開状態に設定され、前記電子膨張弁5bは絞り状態に設定される。
前記第一圧縮機1から吐出された高温高圧の冷媒は、図2(A)の矢印で示すように、前記第一四方弁3と前記逆止弁13aと前記第二四方弁4と前記電子膨張弁5aとを介して前記室外熱交換器6に流入し、同室外熱交換器6にて熱を放出して凝縮する。凝縮した冷媒は続いて前記電子膨張弁5bにより絞られ低温低圧となって前記室内熱交換器7に流入し、周囲を流れる空気の熱を吸収して蒸発する。蒸発した冷媒は前記逆止弁13dを介して前記第一圧縮機1の吸込側に還流するようになっている。又、前記室内熱交換器7にて冷却された空気は前記送風ファン7aにより送出され室内を冷房するようになっている。
次に、通常の例えば夏場、あるいは春秋等の気温が10℃以上の場合の給湯運転について説明する。この場合、室内の冷房は行われない。図3(B)で示すように、前記第一圧縮機1は運転状態となるが、前記第二圧縮機2は停止状態となり、前記第一四方弁3と前記第二四方弁4は状態1に設定される。前記電磁開閉弁10は開放され、前記三方弁12は第一ポート12aと第二ポート12bとが連通するように状態2に設定される。又、前記給水ポンプ16が駆動され、前記給湯タンク9に貯留された冷水は、前記給水管15と前記給湯用熱交換器8と前記温水管14と前記給湯タンク9とに循環するようになっている。又、前記電子膨張弁5cは全開状態に、前記電子膨張弁5bは閉鎖状態に、前記電子膨張弁5aは絞り状態に夫々設定されるようになっている。
前記第一圧縮機1から吐出された高温高圧の冷媒は、図3(A)の矢印で示すように、前記第一四方弁3と前記三方弁12と前記逆止弁13hとを介して前記給湯用熱交換器8に流入し、前記給水ポンプ15により循環される冷水と熱交換して冷却され凝縮する。凝縮した冷媒は前記電子膨張弁5cと、前記逆止弁13fを介して前記アキュームレータ10に注入される。同アキュームレータ10よりは再び逆止弁13bと前記第二四方弁4とを経て絞り状態となった前記電子膨張弁5aにより絞られて低温低圧となる。低温低圧となった冷媒は前記室外熱交換器6に流入し熱を吸収して蒸発し、蒸発した冷媒は前記電磁開閉弁10を介して前記第一圧縮機1の吸込側に還流するようになっている。又、前記給湯用熱交換器8にて加熱された温水は、前記温水管14を経て前記給湯タンク9に還流するようになっている。
次に、冬場等の、例えば外気温が0℃以下の低外気温時における給湯運転について説明する。図4(B)で示すように、前記第一圧縮機1と前記第二圧縮機2とはともに運転状態となり、前記第一四方弁3と前記第二四方弁4は状態1に設定される。前記電磁開閉弁10は開放され、前記三方弁12は第一ポート12aと第三ポート12cとが連通するように状態1に設定される。又、前記給水ポンプ16が駆動され、前記給湯タンク9に貯留された冷水は、前記給水管15と前記給湯用熱交換器8と前記温水管14と前記給湯タンク9とに循環するようになっている。又、前記電子膨張弁5cは全開状態に、前記電子膨張弁5bは閉鎖状態に、前記電子膨張弁5aは絞り状態に夫々設定されるようになっている。
前記第一圧縮機1から吐出された高温高圧の冷媒は、図4(A)の矢印で示すように、前記第一四方弁3を経て前記三方弁12に流入し、同三方弁12の第一ポート12aから第三ポート12cを通り前記アキュームレータ10に注入される。注入された冷媒は再び前記第二圧縮機2により吸入され、同第二圧縮機2により圧縮されて更に高温高圧となる。更に高温高圧となった冷媒は、前記逆止弁13gとを介して前記給湯用熱交換器8に流入し、前記給水ポンプ15により循環される冷水と熱交換して冷却され凝縮する。凝縮した冷媒は前記電子膨張弁5cと、前記逆止弁13fを介して前記アキュームレータ10に注入される。同アキュームレータ10よりは再び逆止弁13bと前記第二四方弁4とを経て絞り状態となった前記電子膨張弁5aにより絞られて低温低圧となる。低温低圧となった冷媒は前記室外熱交換器6に流入し熱を吸収して蒸発し、蒸発した冷媒は前記電磁開閉弁10を介して前記第一圧縮機1の吸込側に還流するようになっている。又、前記給湯用熱交換器8にて加熱される冷水は、前記第一圧縮機1と前記第二圧縮機2とにより更に高温高圧となった冷媒と熱交換することにより、低外気温にも関わらず高温となるように加熱され、前記給湯タンク9に貯留されるようになっている。前記第一圧縮機1と前記第二圧縮機2とで二段に冷媒を圧縮することにより、冷媒を高温度の状態とさせ、前記給湯用熱交換器8にて冷水を加熱することにより、サブヒータを要することなく高温の温水を得ることができるようになっている。
次に、前記給湯タンク9に貯留された温水が、目標温度近辺状態での、冷房給湯運転について説明する。図5(B)で示すように、前記第一圧縮機1は運転状態となるが前記第二圧縮機2は停止状態となる。前記第一四方弁3と前記第二四方弁4は状態1に設定される。前記電磁開閉弁10は閉鎖され、前記三方弁12は第一ポート12aと第二ポート12bとが連通するように状態2に設定される。又、前記給水ポンプ16が駆動され、前記給湯タンク9に貯留された冷水は、前記給水管15と前記給湯用熱交換器8と前記温水管14と前記給湯タンク9とに循環するようになっている。又、前記電子膨張弁5cは全開状態に、前記電子膨張弁5aと、前記電子膨張弁5bとは夫々は絞り状態に夫々設定されるようになっている。
前記第一圧縮機1から吐出された高温高圧の冷媒は、図5(A)の矢印で示すように、前記第一四方弁3と前記三方弁12と前記逆止弁13hとを介して前記給湯用熱交換器8に流入し、前記給水ポンプ15により循環される冷水と熱交換して冷却され凝縮する。凝縮した冷媒は前記電子膨張弁5cと、前記逆止弁13fを介して前記アキュームレータ10に注入される。同アキュームレータ10よりは再び逆止弁13bと前記第二四方弁4とを経て絞り状態となった前記電子膨張弁5aにより絞られて前記室外熱交換器6に流入し熱を吸収して蒸発し、更に前記電子膨張弁5bを経て室内熱交換器7に流入し、周囲を流れる空気の熱を吸収して蒸発する。蒸発した冷媒は前記電磁開閉弁10を介して前記第一圧縮機1の吸込側に還流するようになっている。又、前記給湯用熱交換器8にて加熱された温水は、前記温水管14を経て前記給湯タンク9に還流するようになっている。
次に、前記給湯タンク9に貯留された水の温度が低く、同水の目標温度との差が大きい場合の冷房給湯運転について説明する。図6(B)で示すように、前記第一圧縮機1と前記第二圧縮機2とは共に運転状態となる。前記第一四方弁3は状態1に設定されるが、前記第二四方弁4は切換られて状態2に設定される。前記電磁開閉弁10は閉鎖され、前記三方弁12は第一ポート12aと第三ポート12cとが連通するように状態1に設定される。又、前記給水ポンプ16が駆動され、前記給湯タンク9に貯留された冷水は、前記給水管15と前記給湯用熱交換器8と前記温水管14と前記給湯タンク9とに循環するようになっている。又、前記電子膨張弁5cは全開状態に、前記電子膨張弁5bとは絞り状態に夫々設定されるようになっている。
前記第一圧縮機1から吐出された高温高圧の冷媒は、図6(A)の矢印で示すように、前記第一四方弁3を経て前記三方弁12に流入し、同三方弁12の第一ポート12aから第三ポート12cを通り前記アキュームレータ10に注入される。注入された冷媒は再び前記第二圧縮機2により吸入され、同第二圧縮機2により圧縮されて更に高温高圧となる。更に高温高圧となった冷媒は、前記逆止弁13gとを介して前記給湯用熱交換器8に流入し、前記給水ポンプ15により循環される冷水と熱交換して冷却され凝縮する。凝縮した冷媒は前記電子膨張弁5cと、前記逆止弁13fを介して前記アキュームレータ10に注入される。同アキュームレータ10よりは再び逆止弁13bと前記第二四方弁4と、前記逆止弁13cを介して絞り状態となった前記電子膨張弁5bにより絞られて前記室内熱交換器7に流入し熱を吸収して蒸発し、蒸発した冷媒は前記電磁開閉弁10を介して前記第一圧縮機1の吸込側に還流するようになっている。又、前記給湯用熱交換器8にて加熱された温水は、前記温水管14を経て前記給湯タンク9に還流するようになっている。
水温と目標温度との差が大きい場合、上記したように、冷媒を前記第一圧縮機1と前記第二圧縮機2とで二段階に圧縮して、前記給湯用熱交換器8で冷水を加熱することにより、高温の温水を短時間で得ることができるとともに、前記室内熱交換器7での冷房能力を
低下させることなく円滑な冷房運転を継続することができるようになっている。
(A)は本発明によるヒートポンプ給湯エアコンの冷媒回路図である。 (B)は第一四方弁を示す詳細図である。 (C)は第二四方弁を示す詳細図である。 (A)は冷房運転時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。 (B)は機器の設定状態を示す設定表である。 (A)は通常状態での給湯運転の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。 (B)は機器の設定状態を示す設定表である。 (A)は低外気温時での給湯運転の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。 (B)は機器の設定状態を示す設定表である。 (A)は湯温が目標値近辺での冷房給湯運転の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。 (B)は機器の設定状態を示す設定表である。 (A)は湯温と目標値との差が大きい場合の冷房給湯運転の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。 (B)は機器の設定状態を示す設定表である。 従来のヒートポンプ給湯エアコンの一例を示す冷媒回路図である。
符号の説明
1 第一圧縮機
2 第二圧縮機
3 第一四方弁
3a 第一ポート
3b 第二ポート
3c 第三ポート
3d 第四ポート
4 第二四方弁
4a 第一ポート
4b 第二ポート
43c 第三ポート
4d 第四ポート
5a,5b,5c 電子膨張弁
6 室外熱交換器
6a 送風ファン
7 室内熱交換器
7a 送風ファン
8 給湯用熱交換器
9 給湯タンク
10 電磁開閉弁
11a,11b キャピラリチューブ
12 三方弁
12a 第一ポート
12b 第二ポート
12c 第三ポート
13a〜13h 逆止弁
14 温水管
15 給水管
16 給水ポンプ
17 注入管
18 温水供給管
19a,19b 電磁開閉弁

Claims (4)

  1. 第一圧縮機と、同第一圧縮機の吐出側及び吸込側に夫々接続される第一流路切換弁及び第二流路切換弁と、同第二流路切換弁に夫々膨張弁を介して一側が接続され、他側が前記第一圧縮機の吸込側に接続される並列に配置された室外熱交換器及び室内熱交換器と、前記第一流路切換弁に接続される給湯用熱交換器及びアキュームレータと、同アキュームレータに吸込側を接続させ、吐出側を前記給湯用熱交換器に接続した第二圧縮機とで冷媒回路を構成するとともに、前記給湯用熱交換器で加熱された水を貯留する給湯タンクを備えてなることを特徴とするヒートポンプ給湯エアコン。
  2. 低外気温時に給湯運転を行う際、前記第一圧縮機で冷媒を圧縮させた後、前記アキュームレータを経て前記第二圧縮機に導びき、二段階に圧縮して更に高温高圧とし、前記給湯用熱交換器で水と熱交換させて給湯させることを特徴とする請求項1に記載のヒートポンプ給湯エアコン。
  3. 前記冷媒回路は、冷房運転と、給湯運転と、室内を冷房するとともに水を加熱する冷房給湯運転とが行えることを特徴とする請求項1に記載のヒートポンプ給湯エアコン。
  4. 冷房運転の際、前記第二圧縮機は停止させ、前記第一圧縮機を起動させるとともに、前記第一流路切換弁及び前記第二流路切換弁により冷媒の流れを切換え、前記第一圧縮機から吐出された冷媒を前記第一流路切換弁と前記第二流路切換弁とを介して前記室外熱交換器に導びいて凝縮させ、凝縮した冷媒を前記室内熱交換器に導びいて蒸発させるようにしたことを特徴とする請求項1又は請求項3に記載のヒートポンプ給湯エアコン。
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