JP2007309566A - 冷暖房システム - Google Patents

Abstract

【課題】冷凍サイクルの冷媒から熱交換器を介して採熱した水熱媒で冷暖房を行なう複数温度式の冷暖房システムを得ること。
【解決手段】複数の熱交換器６１、６２のそれぞれの冷媒回路６１ａ、６２ａに、それぞれ冷媒を循環させる複数の独立した冷凍サイクル３１、３２と、前記複数の熱交換器のそれぞれの水熱媒回路６１ｂ、６２ｂを、循環ポンプ５に対して並列接続と直列接続とに切替え可能で、前記水熱媒回路に水熱媒を循環させて前記冷媒と熱交換させる熱交換ユニット２と、前記熱交換ユニットに配管接続されて前記水熱媒を前記熱交換ユニットとの間で循環させる複数の放熱器１５、１６と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、冷凍サイクルの冷媒から熱交換器を介して採熱した水熱媒で冷暖房を行なう冷暖房システムに関するものである。

電気ヒータ式、石油又はガス燃焼式等の加熱器により加熱される温水加熱用の熱交換器と高温負荷と低温負荷とを温水管を介して接続し、熱交換器で生成される高温水を高温水供給用の温水管を介して高温負荷に供給し、負荷からの戻り水と高温水とを第１バイパス管を介して混ぜ合わせて作られた低温水を低温水供給用の温水管を介して低温負荷に供給する二温度式の温水暖房システムがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−２２１９３号公報

しかしながら、上記従来の技術は、冷凍サイクルの冷媒から熱交換器を介して採熱した水熱媒で冷暖房を行なう冷暖房システムに適用することはできない。そのため、冷凍サイクルによる複数温度式の冷暖房システムを得ることができない、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、冷凍サイクルの冷媒から熱交換器を介して採熱した水熱媒で冷暖房を行なう複数温度式の冷暖房システムを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数の熱交換器のそれぞれの冷媒回路に、それぞれ冷媒を循環させる複数の独立した冷凍サイクルと、前記複数の熱交換器のそれぞれの水熱媒回路を、循環ポンプに対して並列接続と直列接続とに切替え可能で、前記水熱媒回路に水熱媒を循環させて前記冷媒と熱交換させる熱交換ユニットと、前記熱交換ユニットに配管接続されて前記水熱媒を前記熱交換ユニットとの間で循環させる複数の放熱器と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、冷凍サイクルの冷媒から熱交換器を介して採熱した水熱媒で冷暖房を行なう複数温度式の冷暖房システムが得られる、という効果を奏する。

以下に、本発明にかかる冷暖房システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態
図１は、本発明にかかる冷暖房システムの実施の形態を示すシステム構成図である。

図１に示すように、ヒートポンプ式の冷温水熱源機１は、熱交換ユニット２と室外ユニット３とを備えている。冷温水熱源機１と、冷温水熱源機１に配管接続された比較的低い冷暖房能力の第１の放熱器としての前段熱交換器側放熱器１５及び比較的高い冷暖房能力の第２の放熱器としての後段熱交換器側放熱器１６と、で二温度式の冷暖房システム１００を構成している。

熱交換ユニット２は、水熱媒を貯留するバッファタンク４と、水熱媒を冷暖房システム１００内で循環させる循環ポンプ５と、水熱媒と室外ユニット３の冷媒との間で熱交換を行う前段熱交換器６１及び後段熱交換器６２と、を配管で接続して筐体に収容したものである。筐体には、前記配管が接続されて水熱媒を前段熱交換器側放熱器１５及び後段熱交換器側放熱器１６へ吐出する往き配管接続口７、７と、水熱媒を前段熱交換器側放熱器１５及び後段熱交換器側放熱器１６から戻す戻り配管接続口９が備えられている。

バッファタンク４には、往き側接続口と戻り側接続口とがそれぞれ設けられていて、往き側接続口は、循環ポンプ５の吸込側に配管接続され、戻り側接続口は、戻り配管接続口９に配管接続されている。循環ポンプ５の吐出側は、分岐して、独立した２回路に分離され、水熱媒回路６１ｂが形成された前段熱交換器６１及び水熱媒回路６２ｂが形成された後段熱交換器６２のそれぞれの入口側に配管接続され、前段熱交換器６１及び後段熱交換器６２の出口側は、それぞれ出口配管２１、２２を介して往き配管接続口７、７に並列に配管接続されている。

後段熱交換器６２の入口側には、切替弁としての３方弁８が備えられ、３方弁８の切替えにより、前段熱交換器６１及び後段熱交換器６２の水熱媒回路６１ｂ、６２ｂを、循環ポンプ５に対して並列接続（図１の矢印Ａ方向に水冷媒が流れる。）と直列接続（図１の矢印Ｂ方向に水熱媒が流れる。）とに切替えられるようになっている。

水熱媒を加熱して温水を循環させるときは、前段熱交換器６１及び後段熱交換器６２の水熱媒回路６１ｂ、６２ｂが直列接続となるように３方弁８を切替えると、前段熱交換器６１が低温熱交換器、後段熱交換器６２が高温熱交換器となる。水熱媒を冷却して冷水を循環させるときは、その逆となる。

前段熱交換器６１及び後段熱交換器６２の水熱媒の出口側のそれぞれの出口配管２１、２２には、温度検出器１０、１０が備えられている。出口配管２１、２２は、温度検出器１０、１０の上流側で接続管１１により接続されて連通され、接続管１１には、流量調整弁１２が備えられていて水熱媒の混合量を調整する。

室外ユニット３には、図示はしないが、室外熱交換器、圧縮機及び冷媒流量調節弁等が備えられ、これらは、熱交換ユニット２の前段熱交換器６１及び後段熱交換器６２のそれぞれの冷媒回路６１ａ、６２ａと冷媒管で接続される。室外ユニット３は、２機又は２系統の独立した第１の冷凍サイクルとしての前段熱交換器側冷凍サイクル３１及び第２の冷凍サイクルとしての後段熱交換器側冷凍サイクル３２を備えている。また、後段熱交換器側冷凍サイクル３２は、前段熱交換器側冷凍サイクル３１よりも冷暖房能力が高く、より高温又は低温の冷媒循環出力を出せるようになっている。冷凍サイクル３１、３２の冷媒と熱交換ユニット２の水熱媒とは、混じり合うことはないが、前段熱交換器６１及び後段熱交換器６２により熱的に接続している。

前段熱交換器側放熱器１５及び後段熱交換器側放熱器１６の入口側は、２系統に分かれてそれぞれ枝配管１４、１４及び主配管１３、１３を介して往き配管接続口７、７に並列に接続されている。前段熱交換器側放熱器１５及び後段熱交換器側放熱器１６の出口側は、それぞれ枝配管１４、１４を介してヘッダー２３で合流し、戻り配管接続口９に接続されている。

第１、第２の放熱器１５、１６の具体的形態としては、床暖房パネル、パネルヒーター、室内空気を循環させながら加熱又は冷却して冷暖房機能を果すファンコイルユニット、浴室換気乾燥機などがある。室内空気を循環させながら空調を行う対流型放熱器で暖房を行うときは、冷風感防止のため高温水が必要とされるので、比較的高い冷暖房能力の後段熱交換器側冷凍サイクル３２と熱交換する後段熱交換器６２に配管接続された高い冷暖房能力の後段熱交換器側放熱器１６を用いる。

上記の放熱器には、配管が低い冷暖房能力の前段熱交換器側配管系統に接続されているか、高い冷暖房能力の後段熱交換器側配管系統に接続されているか区別できるように、施工時にマークが付けられる。また、放熱器１５、１６には、運転されないとき放熱器の水熱媒回路を閉じる開閉弁が設けられている。

冷温水熱源機１には、循環ポンプ５や室外ユニット３の圧縮機を制御するマイクロコンピュータを含む制御装置１７が搭載されている。制御装置１７には、運転入／切スイッチ、温度設定を行う設定スイッチ、ＬＥＤや液晶等により運転状態等を表示する表示装置を備えたコントローラ１８が、信号線により接続されている。制御装置１７には、熱交換器６１、６２のそれぞれの出口の水熱媒温度を検出する温度検出器１０、１０の出力が制御情報として取込まれる。

制御装置１７は、コントローラ１８から運転情報を取込む。コントローラ１８から、制御装置１７に運転要求の信号が入ると、制御装置１７は、温度検出器１０、１０で検出した放熱器１５、１６に送る水熱媒の温度が所定の温度になるように、コントローラ１８から得た設定温度、室内温度などの情報に基づいて、室外ユニット３、流量調整弁１２、３方弁８等を制御する。コントローラ１８からの運転要求がないときは、冷暖房システム１００は停止状態におかれる。

低い冷暖房能力の第１の放熱器としての前段熱交換器側放熱器１５のみ運転要求があるときは、運転開始直後は流量調整弁１２を閉じ、室外ユニット３の低い冷暖房能力の第１の冷凍サイクルとしての前段熱交換器側冷凍サイクル３１のみを運転する。運転開始時や設定温度と室内温度との差が大きいときなど、前段熱交換器側放熱器１５の放熱負荷が大きく、前段熱交換器側冷凍サイクル３１のみでは所定の水熱媒温度が得られないときは、流量調整弁１２を開き、３方弁８を熱交換器６１、６２が並列接続となるようにし、前段熱交換器側冷凍サイクル３１に加えて後段熱交換器側冷凍サイクル３２も運転する（表１の「前段のみ」参照）。

後段熱交換器６２で加熱又は冷却された水熱媒は、接続管１１を通り、前段熱交換器６１の出口に合流し、前段熱交換器側放熱器１５へ送られる。室内が暖まり又は冷えて、前段熱交換器側冷凍サイクル３１のみで所定の水熱媒温度が得られるようになると、流量調整弁１２を閉じ、後段熱交換器側冷凍サイクル３２を停止し、前段熱交換器側冷凍サイクル３１のみの運転とする（表１の「前段のみ」参照）。

比較的高い冷暖房能力の第２の放熱器としての後段熱交換器側放熱器１６のみ運転要求があるときは、運転開始直後は流量調整弁１２を閉じ、３方弁８を熱交換器６１、６２が並列接続となるようにし、比較的高い冷暖房能力の第２の冷凍サイクルとしての後段熱交換器側冷凍サイクル３２のみを運転する。運転開始時や設定温度と室内温度との差が大きいときなど、後段熱交換器側放熱器１６の放熱負荷が大きく、後段熱交換器側冷凍サイクル３２のみでは所定の水熱媒温度が得られないときは、流量調整弁１２を閉じ、３方弁８を熱交換器６１、６２が直列接続となるように切替え、後段熱交換器側冷凍サイクル３２に加えて前段熱交換器側冷凍サイクル３１も運転する（表１の「後段のみ」参照）。

前段熱交換器６１で水熱媒を加熱又は冷却した後、更に、後段熱交換器６２で加熱又は冷却して所定の水熱媒温度を得る。室内が暖まり又は冷えて、後段熱交換器側冷凍サイクル３２のみで所定の水熱媒温度が得られるようになると、３方弁８を熱交換器６１、６２が並列接続となるよう切替え、前段熱交換器側冷凍サイクル３１を停止し、後段熱交換器側冷凍サイクル３２のみの運転とする。後段熱交換器側冷凍サイクル３２のみで所定の水熱媒温度が得られるときは、水熱媒回路の流れ抵抗を小さくするために、熱交換器６１、６２を並列接続としている（表１の「後段のみ」参照）。

第１の放熱器としての前段熱交換器側放熱器１５及び第２の放熱器としての後段熱交換器側放熱器１６の両方の運転要求があるときは、運転開始直後は、流量調整弁１２を閉じ、３方弁８を熱交換器６１、６２が並列接続となるようにし、第１の冷凍サイクルとしての前段熱交換器側冷凍サイクル３１と第２の冷凍サイクルとしての後段熱交換器側冷凍サイクル３２の両方を運転し、所定の異なる温度の水熱媒を生成する（表１の「前段・後段同時」参照）。

運転開始時や設定温度と室内温度との差が大きいときなど、放熱器の放熱負荷が大きく、一方の冷凍サイクルのみでは水熱媒を所定の温度の冷温水とすることができないときは、次のように水熱倍回路を切替える。

前段熱交換器側冷凍サイクル３１で水熱媒を所定の温度の冷温水とすることができないときは、流量調整弁１２を開け、後段熱交換器側冷凍サイクル３２で加熱又は冷却した冷温水を、前段熱交換器側冷凍サイクル３１で加熱又は冷却した冷温水に混合し、前段熱交換器側放熱器１５へ吐出する水熱媒を所定の温度の冷温水とする。流量調整弁１２は、温度検出器１０が検出する水熱媒の温度が所定の温度となるように開度を調整する（表１の「前段・後段同時」参照）。

後段熱交換器側冷凍サイクル３２で水熱媒を所定の温度の冷温水とすることができないときは、流量調整弁１２を閉じ、３方弁８を熱交換器６１、６２が直列接続となるように切替え、前段熱交換器側冷凍サイクル３１で加熱又は冷却した水熱媒を更に後段熱交換器側冷凍サイクル３２で加熱又は冷却し、後段熱交換器側放熱器１６へ吐出する水熱媒を所定の温度の冷温水とする（表１の「前段・後段同時」参照）。

このとき前段熱交換器側放熱器１５へは、前段熱交換器６１で熱交換された後の水熱媒が送られる。一方の冷凍サイクルのみで水熱媒を所定の温度にできるようになったときは、流量調整弁１２を閉じ、３方弁８を熱交換器６１、６２が並列接続となるように切替え、前段熱交換器側冷凍サイクル３１と後段熱交換器側冷凍サイクル３２の両方を運転し、水熱媒を所定の異なる温度に加熱又は冷却し、それぞれ放熱器１５、１６に吐出する（表１の「前段・後段同時」参照）。

前段熱交換器側冷凍サイクル３１及び後段熱交換器側冷凍サイクル３２の運転は、冷房運転と暖房運転とに異ならせて運転してもよいが、この場合、上述のような、一方の冷凍サイクルで能力が不足したときの能力の補完はできない。

以上説明したように、本実施の形態の冷暖房システム１００は、２つの独立した冷凍サイクル３１、３２を備えるので、高温水が必要とされる対流型の放熱器と、床暖房のように低温水が必要とされる放熱器と、が併設された場合などに、それぞれの放熱器に適した温度の水熱媒を供給することができる。

また、放熱器は、高温水が必要とされる対流型の放熱器のみ、或は、床暖房のように低温水が必要とされる放熱器のみ、としてもよく、その場合は、例えば、各放熱器の運転開始時間帯が異なる場合など、一方の放熱器の立上りは高温水が必要とされ、他方の放熱器は定常状態で低温水でよい場合などに、適切に対応することができる。

また、３つの独立した冷凍サイクルを備えるようにすれば、３つの異なる温度の冷温水を供給することができる。ヒートポンプは、暖房の場合、加熱する水熱媒の温度が低いほど効率が良いが、本実施の形態によれば、従来のように、高温水放熱器に合わせた温水温度で低温水放熱器を運転するよりも、低温水化が図れるため、ヒートポンプの効率が良く、結果としてランニングコストを低減することができる。

また、低温水放熱器を設置した空間の温熱環境も、従来の高温水断続運転から低温水連続運転となるため、快適性が向上する。また、冷水及び温水の同時生成が可能であり、冷暖房の同時運転が可能であり、冷暖房システムの使い勝手が向上する。

また、３方弁８により、２つの熱交換器６１、６２を並列接続と直列接続とに切替え、流量調整弁１２により、２つの熱交換器６１、６２の出口側を合流させることにより、一方の冷凍サイクルのみでは所定の温度の冷温水が供給できない場合に、能力の補完を容易に行えるので、熱源機を大型、大容量化する必要がなく、低コスト化を図ることができる。

以上のように、本発明にかかる冷暖房システムは、それぞれの放熱器に適した温度の水熱媒を供給することができ、ランニングコストを低減することができ、快適性が高く、冷暖房の同時運転が可能であって使い勝手がよく、熱源機を大型、大容量化する必要がなく、低コストの冷暖房システムとして有用である。

本発明の冷暖房システムの実施の形態を示すシステム構成図である。

符号の説明

１ 冷温水熱源機
２ 熱交換ユニット
３ 室外ユニット
３１ 前段熱交換器側冷凍サイクル（第１の冷凍サイクル）
３２ 後段熱交換器側冷凍サイクル（第２の冷凍サイクル）
４ バッファタンク
５ 循環ポンプ
６１ 前段熱交換器
６２ 後段熱交換器
６１ａ，６２ａ 冷媒回路
６１ｂ，６２ｂ 水熱媒回路
７ 往き配管接続口
８ ３方弁
９ 戻り配管接続口
１０ 温度検出器
１１ 接続管
１２ 流量調整弁
１３ 主配管
１４ 枝配管
１５ 前段熱交換器側放熱器（第１の放熱器）
１６ 後段熱交換器側放熱器（第２の放熱器）
１７ 制御装置
１８ コントローラ
２１，２２ 出口配管
２３ ヘッダー
１００ 冷暖房システム

Claims (9)

1. 複数の熱交換器のそれぞれの冷媒回路に、それぞれ冷媒を循環させる複数の独立した冷凍サイクルと、
   前記複数の熱交換器のそれぞれの水熱媒回路を、循環ポンプに対して並列接続と直列接続とに切替え可能で、前記水熱媒回路に水熱媒を循環させて前記冷媒と熱交換させる熱交換ユニットと、
   前記熱交換ユニットに配管接続されて前記水熱媒を前記熱交換ユニットとの間で循環させる複数の放熱器と、
   を備えることを特徴とする冷暖房システム。
2. 前記熱交換ユニットの水熱媒回路には、前記複数の熱交換器のそれぞれの水熱媒回路を、前記循環ポンプに対して並列接続と直列接続とに切替える切替弁が備えられていることを特徴とする請求項１に記載の冷暖房システム。
3. 前記複数の熱交換器のそれぞれの水熱媒回路の出口側を連通させ、それぞれの水熱媒を混合させる流量調整弁が備えられていることを特徴とする請求項２に記載の冷暖房システム。
4. 前記複数の独立した冷凍サイクルは、それぞれ単独運転と同時運転が可能であることを特徴とする請求項３に記載の冷暖房システム。
5. 前記複数の独立した冷凍サイクルは、冷暖房能力が異なることを特徴とする請求項４に記載の冷暖房システム。
6. 低い冷暖房能力の第１の放熱器及び第１の冷凍サイクルのみを運転しているときであって、前記第１の放熱器の放熱負荷が大きいときは、前記流量調整弁を開き、前記複数の熱交換器のそれぞれの水熱媒回路を並列接続とし、前記複数の冷凍サイクルを同時運転し、前記複数の熱交換器から吐出される水熱媒を混合させて前記第１の放熱器に循環させることを特徴とする請求項５に記載の冷暖房システム。
7. 前記第１の放熱器及び第１の冷凍サイクルよりも高い冷暖房能力の第２の放熱器及び第２の冷凍サイクルのみを運転しているときであって、前記第２の放熱器の放熱負荷が大きいときは、前記複数の熱交換器のそれぞれの水熱媒回路を直列接続とし、前記複数の冷凍サイクルを同時運転し、前記直列接続の後段の熱交換器から吐出される水熱媒を前記第２の放熱器に循環させることを特徴とする請求項５に記載の冷暖房システム。
8. 前記第１の放熱器及び第１の冷凍サイクルと、前記第２の放熱器及び第２の冷凍サイクルの両方を運転しているときであって、前記第１の放熱器の放熱負荷が大きいときは、前記流量調整弁を開き、前記複数の熱交換器のそれぞれの水熱媒回路を並列接続とし、前記第２の冷凍サイクル側の熱交換器から吐出される水熱媒を前記第１の冷凍サイクル側の熱交換器から吐出される水熱媒に混合させて前記第１の放熱器に循環させることを特徴とする請求項５に記載の冷暖房システム。
9. 前記第１の放熱器及び第１の冷凍サイクルと、前記第２の放熱器及び第２の冷凍サイクルの両方を運転しているときであって、前記第２の放熱器の放熱負荷が大きいときは、前記流量調整弁を閉じ、前記複数の熱交換器のそれぞれの水熱媒回路を直列接続とし、前記直列接続の後段の熱交換器から吐出される水熱媒を前記第２の放熱器に循環させることを特徴とする請求項５に記載の冷暖房システム。

Images