JP2005257181A - ヒートポンプ給湯エアコン - Google Patents

Abstract

【課題】 常時、高温の温水を他の機器に供給できるようにするとともに、給水された水から析出する不純物を的確に排出できるようにして給湯タンク内の清浄度を保持することの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。
【解決手段】 給湯タンク内１２内を中央部に立設された区画壁１２ａにより第一貯留部１２ｅと第二貯留部１２ｄとに区画し、給湯運転を行う際は、前記第一貯留部１２ｅから給湯用熱交換器に冷水を送出して加熱させ、この循環量を繰り返した後、所望の温度に達した温水は前記第二貯留部１２ｄに貯留させる。又、同第二貯留部１２ｄに貯留された温水の温度が低下した際は、同第二貯留部１２ｄの温水のみを給湯用熱交換器に送出して再加熱を行なう。又、給湯タンク１２の底面を傾斜させ、内側壁に溝を形成して、析出した不純物が下方に沈下しやすくする。
【選択図】図２

Description

本発明は、温水を給湯できるヒートポンプ給湯エアコンに関し、より詳細には、給湯用熱交換器を接続した冷媒回路の構成と、温水を貯留する給湯タンクの構造に関する。

従来のヒートポンプ給湯エアコンは、例えば図５（Ａ）で示すように、圧縮機４０と流路切換弁として使用される四方弁４１と給湯用熱交換器４３を備えた給湯タンク４２と、膨張弁４８ａと蓄冷熱用熱交換器４７を備えた蓄冷槽４６と送風ファン４５ａを備えた室内熱交換器４５と送風ファン４４ａを備えた室外熱交換器４４とアキュームレータ５０とを順次接続するとともに、電磁開閉弁４９を配管に多数付設して冷媒回路を構成している（例えば特許文献１参照）。

上記した冷媒回路は、冷房運転、暖房運転、給湯運転、蓄冷運転及び蓄冷回収運転を行えるようになっており、又、暖房運転の際には給湯運転により貯えられた熱を利用し、冷房運転の際には蓄冷運転により貯えられた冷熱を利用することができるようになっている。冷房運転時、前記圧縮機４０から吐出された高温高圧の冷媒は、前記給湯用熱交換器４３に流入し、前記給湯タンク４２内に貯留された水を加熱して凝縮する。凝縮した冷媒は続いて前記膨張弁４８ａにより断熱膨張し低温低圧となって前記室内熱交換器４５に流入し、同室内熱交換器４５で周囲を流れる空気から熱を吸収して蒸発する。蒸発した冷媒は、前記四方弁４１及び前記アキュームレータ５０を介して前記圧縮機４０に還流するようになっている。前記室内熱交換器４５により冷却された空気は前記送風ファン４５ａにより送出されて室内を冷房する。

給湯運転時、前記圧縮機４０から吐出された高温高圧の冷媒は、前記給湯用熱交換器４３に流入し、前記給湯タンク４２内に貯留された水を加熱して凝縮する。凝縮した冷媒は続いて前記膨張弁４８ａにより断熱膨張し低温低圧となって前記蓄冷用熱交換器４７に流入し、前記蓄冷熱槽４６に冷熱を放出して蒸発し、蒸発した冷媒は、前記四方弁４１及び前記アキュームレータ５０を介して前記圧縮機４０に還流するようになっている。
前記給湯タンクに貯留された温水は、接続配管を介して他の機器に供給されるようになっている。

しかしながら、冷房運転及び給湯運転から暖房運転、蓄冷運転及び蓄冷回収運転に変更する際は、多数付設された前記電磁開閉弁４９をその都度切換える必要があり、制御系統が複雑化するという問題があった。又、前記給湯タンク４２に貯留された温水は徐々に温度が低下するとともに、同給湯タンク４２に新たに水を供給すると温水の温度が低下し、、他の機器に充分高温な温水を供給することができないという問題を抱えていた。又、供給される水には通常不純物が含有されており、温水を生成する過程で加熱されるとそれがスケールとして析出し、次第に前記給湯タンク４２内に堆積していくという問題があり、給湯タンクの清浄性を保つ改善策が求められていた。

冷房運転、暖房運転、給湯運転、冷房給湯運転及び暖房給湯運転の５モード運転が行える従来のヒートポンプ給湯エアコンの一例として、例えば図５（Ｂ）で示すように、圧縮機６０と、給湯用熱交換器６１と、四方弁６２と、空気側熱交換器６３と、受液器６４と、冷温水用熱交換器６５とアキュームレータ６６と、膨張弁６７及び６８と、電磁開閉弁６９〜７２と、複数の逆止弁７４〜７７とを接続して冷媒回路を構成している例がある。前記給湯用熱交換器６１には給湯用ポンプ８０を備えた給湯用貯湯槽８１が接続され、前記冷温水用熱交換器６５には冷温水用ポンプ７８を備えた放熱器７９が接続されている（例えば特許文献２参照）。

冷房給湯運転時、前記圧縮機６０から吐出された高温高圧の冷媒は、前記給湯用熱交換器６１に流入し、同給湯用熱交換器６１に循環する温水と熱交換してこれを加熱する。加熱して凝縮した冷媒は、前記電磁開閉弁７３を通り前記受液器６４を介して前記冷温水用熱交換器６５に流入し、同冷温水用熱交換器６５に循環する冷水を冷却した後、前記四方弁６２と前記アキュームレータ６６とを介して前記圧縮機６０の吸込側に還流するようになっている。

暖房給湯運転時、前記圧縮機６０から吐出された高温高圧の冷媒は、前記給湯用熱交換器６１に流入し、同給湯用熱交換器６１に循環する温水と熱交換してこれを加熱するとともに、前記四方弁６２と前記電磁開閉弁７０とを介して前記冷温水用熱交換器６５に流入し、同冷温水用熱交換器６５に循環する温水と熱交換してこれを加熱する。加熱して凝縮した冷媒は、前記電磁開閉弁７３と前記受液器６４とを介して前記膨張弁６８により絞られ断熱膨張して低温低圧となる。低温低圧となった冷媒は前記空気側熱交換器６３に流入し、同空気側熱交換器６３で熱を吸収して蒸発し、蒸発した冷媒は前記四方弁６２と前記アキュームレータ６６とを介して前記圧縮機６０の吸込側に還流するようになっている。又、前記冷温水用熱交換器６５で加熱された温水は前記放熱器７９に循環し、同放熱器７９で、室内に送出される空気を加熱し、屋内の暖房を行うようになっている。

しかしながら、上記した冷媒回路の構成では、流路を切換えるための電磁開閉弁及び逆止弁が多数必要とされ、構成が複雑となりコストを上昇させる要因となっていた。

特開平２−１８７５７３号 特開昭５７−１４２４６３号

本発明は、上記問題点に鑑み、給湯用熱交換器を接続した冷媒回路の構成を簡素化してコストの低減をはかる一方、制御系統の複雑化を避け、又、水から析出した不純物が給湯タンク内に堆積することを防止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、圧縮機、第一流路切換弁、室外熱交換器、膨張弁及び室内熱交換器を配管接続し、前記第一流路切換弁を給湯用熱交換器の一側に連結するとともに、同第一流路切換弁と、前記室外熱交換器及び前記室内熱交換器との間に第二流路切換弁を設け、同第二流路切換弁を前記室外熱交換器と、前記給湯用熱交換器と、前記室内熱交換器と、前記圧縮機の吸込側とに接続する一方、給湯タンクは、給水管により給水され、前記給湯用熱交換器で加熱された温水を貯留する第一貯留部と、所望の温度に達した温水を貯留する第二貯留部とからなる構成となっている。又、前記第二貯留部に貯留された温水の温度が低下した際は、同第二貯留部の温水のみを前記給湯用熱交換器に送出し、再加熱する構成となっている。

本発明によると、圧縮機、第一流路切換弁、室外熱交換器、膨張弁及び室内熱交換器を接続し、前記第一流路切換弁を給湯用熱交換器の一側に連結するとともに、同第一流路切換弁と、前記室外熱交換器及び前記室内熱交換器との間に第二流路切換弁を設け、同第二流路切換弁を前記室外熱交換器と、前記給湯用熱交換器と、前記室内熱交換器と、前記圧縮機の吸込側とに接続して、冷房運転、暖房運転、給湯運転、冷房給湯運転及び暖房給湯運転の５モード運転が可能であるとともに、電磁開閉弁の使用数を削減して制御系統と冷媒回路の簡素化できるようになっている。又、給湯タンク内を区画壁により第一貯留部と第二貯留部とに区画し、給湯運転を行う際は、前記第一貯留部と給湯用熱交換器との間で水を循環させ、給湯用熱交換器を流れる高温高圧の冷媒と熱交換して加熱し、所望の温度に達した際は、前記第二貯留部に還流させ、同第二貯留部に温水を貯留することにより、高温の温水を常時他の機器に供給することができるようになっている。又、前記第二貯留部に貯留された温水の温度が低下した際は、同第二貯留部の温水のみを前記給湯用熱交換器に送出して熱交換させ再加熱することにより温水の温度が保持できるようになっている。又、前記第一貯留部と前記第二貯留部に接続された流量調節弁を調節して、水と温水とを混合させ前記給湯用熱交換器に送出することにより任意の温度の温水を得られるようになっている。又、前記給湯タンクの底面に排出管が接続されるとともに、同底面が傾斜し、内側壁に溝が形成されていることにより、給水された水から析出した不純物が溝に沿って流れ傾斜した底面により下方に沈下することにより、不純物の排出を的確に行え前記給湯タンク内の清浄度を保持する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は給湯タンクの詳細図である。図３は冷暖房運転時の冷媒の流れを示す冷媒回路図であり、図４は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で示すように、圧縮機１と、流路切換弁として第一四方弁２及び第二四方弁３と、送風ファン４ａを備えた室外熱交換器４と、送風ファン５ａを備えた室内熱交換器５と、給湯用熱交換器６と、給湯タンク１２とを備えている。

前記圧縮機１の吐出側は前記第一四方弁２を介して前記給湯用熱交換器６の一側に接続され、同給湯用熱交換器６の他側は逆止弁９ｂを介して分岐し、分岐した一方は前記第一四方弁２に、分岐した他方は前記第二四方弁３に夫々接続されている。同第二四方弁３の一側の接続ポートは前記室内熱交換器４の一側に接続され、他側の接続ポートは電子膨張弁７ａを介して前記室外熱交換器５の一側に接続されている。前記室内熱交換器４の他側は電子膨張弁７ｂを介して分岐し、分岐した一方は前記室外熱交換器５の他側に接続され、分岐した他方は電磁開閉弁８を介して前記圧縮機１の吸込側配管に接続されている。又、同吸込側配管からは分岐管がキャピラリチューブと逆止弁９ａとを介して前記第一四方弁２に接続されている。前記給湯タンク１２の下部から導出された配管は、給水ポンプ１０と制御弁１１とを介して前記給湯用熱交換器６の一側に接続され、同給湯用熱交換器６の他側から導出された配管２０は分岐して、分岐した一方の配管２０ａは電磁開閉弁２１ａを介して後述する第一貯留部１２ｅに接続され、分岐した他方の配管２０ｂは電磁開閉弁２１ｂを介して後述する第二貯留部１２ｄに接続されている。

次に、前記給湯タンク１２の詳細な構造について説明する。図２で示すように、前記給湯タンク１２内は、底面の中央部から立設された区画壁１２ａにより第一貯留部１２ｅと第二貯留部１２ｄとに区画され、前記第一貯留部１２ｅには、外部から水を供給する開閉弁１６ａを備えた給水管１６が接続されている。又、前記第一貯留部１２ｅ及び前記第二貯留部１２ｄの内側壁には、縦長状の溝１２ｆが複数形成されている。

前記給水タンク１２の底面は、立設された前記区画壁１２ａを境として下方に傾斜する傾斜底面部１２ｂと傾斜底面部１２ｃとからなり、同傾斜底面部１２ｃの中央部には、開閉弁１７ａを備え、前記第二貯留部１２ｄに貯留された温水を他の機器に供給する温水供給管１７が内部に突出するように接続されている。又、同傾斜底面部１２ｃの最下端となる端縁部には、開閉弁１８ｃを備えた排出管１８ａが接続されており、前記傾斜底面部１２ｂの端縁部には前記排出管１８ａに合流する排出管１８ｂが接続されている。又、前記給湯用熱交換器６に一端を接続された配管１９は分岐して、分岐した一方は流量調節弁１５ａを介して前記第一貯留部１２ｅの傾斜底面部１２ｂに接続され、分岐した他方は流量調節弁１５ｂを介して前記第二貯留部１２ｄの傾斜底面部１２ｃから内部に突出するように接続されている。

又、前記第二貯留部１２ｄには温水の温度を検出する温度センサ１４ａが設置され、前記第一貯留部１２ｅには水の温度を検出する温度センサ１４ｂが設置されている。又、前記給水タンク１２の側面壁には、液位を検出する液位センサ１３ａ、１３ｂ及び１３ｃが壁面上部、壁面中央部及び壁面下部に夫々設けられている。

次に、冷媒回路での冷媒の流れについて説明する。冷暖房運転を行う場合は、前記給水ポンプ１０は停止状態となり、前記給湯用熱交換器６に冷水は循環しないようになっている。冷房運転では、図２の実線矢印で示すように、前記圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は、前記第一四方弁２と前記第二四方弁３と、全開状態となった前記電子膨張弁７ａとを介して前記室外熱交換器５に流入し、同室外熱交換器５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７ｂにより断熱膨張され低温低圧となって前記室内熱交換器４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第二四方弁３を介して前記圧縮機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４にて冷却された空気は送風ファン４ａにより送出され、室内の冷房を行うようになっている。

暖房運転では、図３の破線矢印で示すように、前記圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は、前記第一四方弁２と前記第二四方弁３とを介して前記室内熱交換器４に流入し、同室内熱交換器４にて熱を放出して周囲を流れる空気を加熱しながら凝縮する。凝縮した冷媒は続いて前記電子膨張弁７ｂにより断熱膨張され低温低圧となって前記室外熱交換器５に流入し、周囲の熱を吸収して蒸発する。蒸発した冷媒は全開となった前記電子膨張弁７ａと前記第二四方弁３を介して前記圧縮機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４にて加熱された空気は送風ファン４ａにより送出され、室内の暖房を行うようになっている。

次に、給湯運転について説明する。この際、冷暖房運転は行われない。前記給水ポンプ１０は稼働状態となり、前記給水タンク１２の第一貯留部１２ｅから前記配管１９により前記給湯用熱交換器６に水が送出されるようになっている。前記圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は、図４の矢印で示すように、前記第一四方弁２を介して前記給湯用熱交換器６に流入し、同給湯用熱交換器６に循環してくる水と熱交換してこれを加熱する。加熱することにより凝縮した冷媒は続いて前記逆止弁９ｂと前記第二四方弁３とを通り電子膨張弁８ａにより断熱膨張され低温低圧となって前記室外熱交換器５に流入する。同室外熱交換器５に流入した冷媒は熱を吸収して蒸発し、蒸発した冷媒は開放された前記電磁開閉弁８を介して前記圧縮機１の吸込側に還流するようになっている。

次に、冷房給湯運転について説明する。前記圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は、前記第一四方弁２を介して前記給湯用熱交換器６に流入し、同給湯用熱交換器６に循環してくる水と熱交換してこれを加熱する。加熱することにより凝縮した冷媒は続いて前記逆止弁９ｂと前記第二四方弁３と、全開状態となった電子膨張弁７ａと、送風ファンの運転を停止した前記室外熱交換器５とを通り、前記電子膨張弁７ｂにより断熱膨張されて低温低圧となる。低温低圧となった冷媒は前記室内熱交換器４に流入し、同室内熱交換器４で周囲を流れる空気から熱を吸収して蒸発する。蒸発した冷媒は前記第二四方弁３を介して前記圧縮機１の吸込側に還流するようになっている。又、前記給水ポンプ１０により前記給湯タンク１２から前記給湯用熱交換器６に送出された冷水は、上記したように高温高圧の冷媒により加熱され、温水となって前記温水管により前記給湯タンク１２に還流し、これに貯留されるようになっている。又、前記室内熱交換器４にて冷却された空気は送風ファン４ａにより室内に送出され、これを冷房するようになっている。

次に、暖房給湯運転について説明する。前記圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は、前記第一四方弁２を介して前記給湯用熱交換器６に流入し、同給湯用熱交換器６に循環してくる水と熱交換してこれを加熱する。続いて前記逆止弁９ｂと前記第二四方弁３とを介して前記室内熱交換器４に流入し、同室内熱交換器４で熱を放出して凝縮する。凝縮した冷媒は前記電子膨張弁７ｂにより絞られて断熱膨張し、低温低圧となって前記室外熱交換器５に流入し、同室外熱交換器５で熱を吸収して蒸発する。蒸発した冷媒は、全開状態となった前記電子膨張弁７ａと、前記第二四方弁３とを介して前記圧縮機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４にて加熱された空気は送風ファン４ａにより室内に送出され、これを暖房するようになっている。

上記したように、圧縮機１と、第一四方弁２及び第二四方弁３と、室外熱交換器５及び室内熱交換器４と、給湯用熱交換器６と、給湯タンク１２とで冷媒回路を構成することにより、冷房運転、暖房運転、給湯運転、冷房給湯運転及び暖房給湯運転の５モードでの運転が可能となる一方、冷媒回路での電磁開閉弁及び逆止弁等の使用数を極力低減して、制御の簡素化及び冷媒回路の簡素化がはかれるようになっている。

次に、給湯運転、冷房給湯運転及び暖房給湯運転の際の、前記給湯タンク１２と前記給湯用熱交換器６との間を循環する水の流れについて説明する。これら給湯運転の際、まず前記第一貯留部１２ｅに接続された流量調節弁１５ｂは開放される一方、前記第二貯留部１２ｄに接続された前記流量調節弁１５ａは閉鎖されるようになっている。又、前記配管２０ａに備えられた前記電磁開閉弁２１ａは開放される一方、前記配管２０ｂに備えられた前記電磁開閉弁２１ｂは閉鎖されるようになっている。前記給水管１６により前記第一貯留部１２ｅに供給された水は前記流量調節弁１５ａを介して前記配管１９に流入し、前記給水ポンプ１０により前記給湯用熱交換器６に送出される。送出された水は同給湯用熱交換器６に循環する冷媒との熱交換により加熱され、加熱された水は前記配管２０を通り前記配管２０ａから前記第一貯留部１２ｅに還流する。還流した温水は再び前記配管１９により前記給湯用熱交換器６に送出され加熱された後、前記第一貯留部１２ｅに還流する。この循環を繰り返すことにより温水の温度は徐々に上昇するようになっている。所望の温度に温水が達した際は、前記電磁開閉弁２１ａが閉鎖され、前記電磁開閉弁２１ｂが開放され、前記給湯用熱交換器６から還流した温水は前記第二貯留部１２ｄに注入されるとともに同第二貯留部１２ｄに貯留されるようになっている。

前記第二貯留部１２ｄに貯留された温水の温度は、前記温度センサ１４ａにより検出され、必要とされる温度に達していると確認された場合は前記開閉弁１７ａが開放され、前記温水供給管１７を介して温水が他の機器に供給されるようになっている。必要とされる温度に達していない場合と確認された際には、前記流量調節弁１５ａが閉鎖される一方、前記流量調節弁１５ｂが全開状態となり前記第二貯留部１２ｄから、温水が前記給湯用熱交換器６に送出され、追い焚きにより再加熱された後、同第二貯留部１２ｄに還流し、その後、前記温水供給管１７から他の機器に供給されるようになっている。

又、やや低い温水が必要とされる場合には、前記流量調節弁１５ａが若干開放され、温水と冷水とが混合して再び前記給湯用熱交換器６に送出されるようになっており、これを前記給湯用熱交換器６に通過させることにより還流する温水を任意の温度にコントロールすることができるようになっている。

又、貯留された温水は上層部の温度が下層部の温度より高くなる傾向があるが、前記温水供給管１７が前記傾斜底面部１２ｃより突出して設けられていることにより、充分温度の高い温水が前記温水供給管１７を介して他の機器に供給されるようになっている。

長期間運転を継続すると、前記給水管１６を介して供給された冷水中に含有される不純物が析出し、次第に前記第二貯留部１２ｄ及び前記第一貯留部１２ｅの壁面にスケールとして堆積する。しかしながら、前記第二貯留部１２ｄ及び前記第一貯留部１２ｅの内側壁に形成された前記溝１２ｆと、傾斜して形成された前記傾斜底面部１２ｂ及び前記傾斜底面部１２ｃとの作用によりスケールは次第に下方に沈下するようになっている。沈下したスケールは、前記開閉弁１８ｃを開放することにより、前記排出管１８ａ及び前記排出管１８ｂを通り外部に排出されるようになっている。これにより、前記給湯タンク１２内の清浄性を保持できるようになっている。

本発明によるヒートポンプ給湯エアコンを示す冷媒回路図である。 給湯タンクを示す断面図である。 冷暖房運転の際の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。 給湯運転の際の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。 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 圧縮機
２ 第一四方弁
３ 第二四方弁
４ 室内熱交換器
４ａ 送風ファン
５ 室外熱交換器
５ａ 送風ファン
６ 給湯用熱交換器
７ａ、７ｂ 電子膨張弁
８ 電磁開閉弁
９ａ、９ｂ 逆止弁
１０ 給水ポンプ
１１ 制御弁
１２ 給湯タンク
１２ａ 区画壁
１２ｂ、１２ｃ 傾斜底面部
１２ｄ 第二貯留部
１２ｅ 第一貯留部
１２ｄ 温水貯留部
１２ｆ 溝
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ 液位センサ
１４ａ、１４ｂ 温度センサ
１５ａ、１５ｂ 流量調節弁
１６ 給水管
１６ａ 開閉弁
１７ 温水供給管
１７ａ 開閉弁
１８ａ、１８ｂ 排出管
１８ｃ 開閉弁
１９ 配管
２０、２０ａ、２０ｂ 配管
２１ａ、２１ｂ 電磁開閉弁

Claims (2)

1. 圧縮機、第一流路切換弁、室外熱交換器、膨張弁及び室内熱交換器を配管接続し、前記第一流路切換弁を給湯用熱交換器の一側に連結するとともに、同第一流路切換弁と、前記室外熱交換器及び前記室内熱交換器との間に第二流路切換弁を設け、同第二流路切換弁を前記室外熱交換器と、前記給湯用熱交換器と、前記室内熱交換器と、前記圧縮機の吸込側とに接続する一方、給湯タンクは、給水管により給水され、前記給湯用熱交換器で加熱された温水を貯留する第一貯留部と、所望の温度に達した温水を貯留する第二貯留部とからなることを特徴とするヒートポンプ給湯エアコン。
2. 前記第二貯留部に貯留された温水の温度が低下した際は、同第二貯留部の温水のみを前記給湯用熱交換器に送出し、再加熱してな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。

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