JP2009243866A - ヒートポンプ給湯装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ヒートポンプ給湯装置100は、冷凍サイクルを備えた熱源機10と、熱源機10に着脱自在に接続されている第1給湯モジュール20と、熱源機10に着脱自在に接続されている第2給湯モジュール30と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図1
Description
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係るヒートポンプ給湯装置100のシステム構成を示す概略構成図である。図1に基づいて、ヒートポンプ給湯装置100の回路構成(冷媒回路及び水回路)及び動作について説明する。このヒートポンプ給湯装置100は、冷媒を循環させる冷凍サイクル(ヒートポンプサイクル)を利用して、水回路を導通する水を湯に沸き上げるものである。なお、図1を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
この熱源機10は、圧縮機1と、放熱器としての第1水−冷媒熱交換器2と、第1減圧装置としての第1膨張弁3と、蒸発器としての第2水−冷媒熱交換器4と、第2減圧装置としての第2膨張弁5と、大気熱交換器6とが冷媒配管11で順次環状に接続された冷凍サイクルを備えている。また、熱源機10には、第2水−冷媒熱交換器4の出口側配管と圧縮機1の吸入側配管とを接続し、第2膨張弁5及び大気熱交換器6をバイパスするバイパス管8を設けている。つまり、バイパス管8は、第2膨張弁5及び大気熱交換器6と並列に配置されるように接続されている。このバイパス管8には、開閉弁である二方弁7が設けられている。さらに、熱源機10には、大気熱交換器6に空気を送風するファンなどの送風機9が設けられている。
この第1給湯モジュール20は、第1タンク21と、第1ポンプ22と、第1水−冷媒熱交換器2とが接続配管25(第1接続配管25a及び第2接続配管25b)で順次環状に接続された第1水回路を備えている。ただし、第1水−冷媒熱交換器2は熱源機10に搭載されているため、第1接続配管25aを、接続口26aを介して第1給湯モジュール20に、水側接続口2aを介して熱源機10にそれぞれ接続し、第2接続配管25bを、接続口26bを介して第1給湯モジュール20に、水側接続口2bを介して熱源機10にそれぞれ接続することで、熱源機10と第1給湯モジュール20とを接続するようになっている。
この第2給湯モジュール30は、第2タンク31と、第2ポンプ32と、第2水−冷媒熱交換器4とが接続配管35(第1接続配管35a及び第2接続配管35b)で順次環状に接続された第2水回路を備えている。ただし、第2水−冷媒熱交換器4は熱源機10に搭載されているため、第1接続配管35aを、接続口36aを介して第2給湯モジュール30に、水側接続口4aを介して熱源機10にそれぞれ接続し、第2接続配管35bを、接続口36bを介して第2給湯モジュール30に、水側接続口4bを介して熱源機10にそれぞれ接続することで、熱源機10と第2給湯モジュール30とを接続するようになっている。
[通常沸き上げ運転モード]
図3は、ヒートポンプ給湯装置100が実行する通常の沸き上げ運転モードを説明するためのシステム構成図である。図3に基づいて、ヒートポンプ給湯装置100が実行する通常の沸き上げ運転モード(以下、通常沸き上げ運転モードと称する)について詳細に説明する。なお、説明を分かりやすくするために、冷凍サイクルにおける冷媒の流れ及び第1水回路における水の流れを太線で示している。
図4は、ヒートポンプ給湯装置100が実行する排熱回収沸き上げ運転モードを説明するためのシステム構成図である。図4に基づいて、ヒートポンプ給湯装置100が実行する、排熱を回収した沸き上げ運転モード(以下、排熱回収沸き上げ運転モードと称する)について詳細に説明する。なお、説明を分かりやすくするために、冷凍サイクルにおける冷媒の流れ、第1水回路における水の流れ及び第2水回路における水の流れを太線で示している。
図5は、ヒートポンプ給湯装置100が実行する排熱利用沸き上げ運転モードを説明するためのシステム構成図である。図5に基づいて、ヒートポンプ給湯装置100が実行する、排熱を利用した沸き上げ運転モード(以下、排熱利用沸き上げ運転モードと称する)について詳細に説明する。なお、説明を分かりやすくするために、冷凍サイクルにおける冷媒の流れ、第1水回路における水の流れ及び第2水回路における水の流れを太線で示している。なお、排熱利用沸き上げ運転モードは、排熱回収沸き上げ運転モードにより冷却された第2タンク31内の低温水を利用した運転モードである。
図7は、本発明の実施の形態2に係るヒートポンプ給湯装置200のシステム構成を示す概略構成図である。図7に基づいて、ヒートポンプ給湯装置200の回路構成(冷媒回路及び水回路)及び動作について説明する。このヒートポンプ給湯装置200は、ヒートポンプ給湯装置100と同様に冷媒を循環させる冷凍サイクル(ヒートポンプサイクル)を利用して、水回路を導通する水を湯に沸き上げるものである。なお、実施の形態2では実施の形態1との相違点を中心に説明し、実施の形態1と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。
[2温度沸き上げ運転モード]
図9は、ヒートポンプ給湯装置200が実行する2温度沸き上げ運転モードを説明するためのシステム構成図である。図9に基づいて、ヒートポンプ給湯装置200が実行する、第1水回路の循環水及び第2水回路の循環水を沸き上げる運転モード(以下、2温度沸き上げ運転モードと称する)について詳細に説明する。なお、説明を分かりやすくするために、冷凍サイクルにおける冷媒の流れ、第1水回路における水の流れ及び第2水回路における水の流れを太線で示している。
図10は、ヒートポンプ給湯装置200が実行する高温沸き上げ運転モードを説明するためのシステム構成図である。図3及び図10に基づいて、ヒートポンプ給湯装置100が実行する、第1水回路の循環水及び第2水回路の循環水を高温に沸き上げる運転モード(以下、高温沸き上げ運転モードと称する)について詳細に説明する。なお、説明を分かりやすくするために、冷凍サイクルにおける冷媒の流れ及び第2水回路における水の流れを太線で示している。また、第1水回路の循環水を高温に沸き上げ(図3)と、第2水回路の循環水を高温に沸き上げ(図10)とを分けて説明する。
図11は、ヒートポンプ給湯装置200が実行する第2タンク熱利用第1タンク沸き上げ運転モードを説明するためのシステム構成図である。図12は、第2タンク熱利用第1タンク沸き上げ運転モードを実行する際の冷媒の流れ及び水の流れを説明するためのシステム構成図である。図11及び図12に基づいて、ヒートポンプ給湯装置100が実行する、第2水回路の循環水の熱を利用して第1水回路の循環水を沸き上げる運転モード(以下、第2タンク熱利用第1タンク沸き上げ運転モードと称する)について詳細に説明する。なお、説明を分かりやすくするために、第2給湯モジュール30における利用側回路における水の流れを太線で示している。
図13は、ヒートポンプ給湯装置200が実行する再熱除湿運転モードを説明するためのシステム構成図である。図14は、ヒートポンプ給湯装置200の具体的なシステム構成例を示すシステム構成図である。図13及び図14に基づいて、ヒートポンプ給湯装置200が実行する再熱除湿運転モードについて詳細に説明する。なお、説明を分かりやすくするために、冷凍サイクルにおける冷媒の流れ、第1水回路における水の流れ及び第2水回路における水の流れを太線で示している。この再熱除湿運転モードは、2つのタンク(第1タンク21及び第2タンク31)にそれぞれ高温水及び低温水を作り、これを用いた運転モードである。
図15は、本発明の実施の形態3に係るヒートポンプ給湯装置を構成する第1給湯モジュール20a及び第2給湯モジュール30aの概略構成を示す概略構成図である。図15に基づいて、第1給湯モジュール20a及び第2給湯モジュール30aの構成について説明する。なお、実施の形態3では実施の形態1及び実施の形態2との相違点を中心に説明し、実施の形態1及び実施の形態2と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。
Claims (18)
- 圧縮機、第1水−冷媒熱交換器、第1減圧装置、第2水−冷媒熱交換器、第2減圧装置、及び、大気熱交換器を搭載した熱源機と、
第1タンク及び第1ポンプを搭載した第1給湯モジュールと、
第2タンク及び第2ポンプを搭載した第2給湯モジュールと、備え、
前記圧縮機と、前記第1水−冷媒熱交換器と、前記第1減圧装置と、前記第2水−冷媒熱交換器と、前記第2減圧装置と、前記大気熱交換器と、を順次接続して冷凍サイクルを形成し、
前記第1タンクと、前記第1ポンプと、前記熱源機に搭載されている前記第1水−冷媒熱交換器と、を順次接続して第1水回路を形成し、
前記第2タンクと、前記第2ポンプと、前記熱源機に搭載されている前記第2水−冷媒熱交換器と、を順次接続して第2水回路を形成し、
前記第1給湯モジュール及び前記第2給湯モジュールは、前記熱源機に着脱自在に接続されている
ことを特徴とするヒートポンプ給湯装置。 - 前記第1タンクには、
利用側ポンプを介して利用側熱交換器が接続されている
ことを特徴とする請求項1に記載のヒートポンプ給湯装置。 - 前記第2水−冷媒熱交換器の出口側配管と前記圧縮機の吸入側配管とを開閉弁を介して接続するものであって、前記第2膨張弁及び前記大気熱交換器を並列に配置されたバイパス管を設けている
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のヒートポンプ給湯装置。 - 前記開閉弁を閉塞、前記第1減圧装置の開度を全開、及び、前記第2減圧装置の開度を絞るように制御するとともに、前記第1ポンプを駆動させて、前記第1水−冷媒熱交換器で前記第1水回路の循環水を沸き上げる通常沸き上げ運転モードを実行可能にしている
ことを特徴とする請求項3に記載のヒートポンプ給湯装置。 - 前記開閉弁を開放、前記第2減圧装置の過度を全閉、及び、前記第1減圧装置の開度を絞るように制御するとともに、前記第1ポンプ及び前記第2ポンプを駆動させて、前記第1水−冷媒熱交換器で前記第1水回路の循環水を沸き上げ、前記第2水−冷媒熱交換器で前記第2水回路の循環水に冷排熱を回収する排熱回収沸き上げ運転モードを実行可能にしている
ことを特徴とする請求項3に記載のヒートポンプ給湯装置。 - 前記開閉弁を閉塞、前記第1減圧装置の開度を全開、及び、前記第2減圧装置の開度を絞るように制御するとともに、前記第1ポンプ及び前記第2ポンプを駆動させて、前記第1水−冷媒熱交換器で前記第1水回路の循環水を沸き上げ、前記第2水−冷媒熱交換器で前記第2水回路の循環水に回収した冷排熱を前記冷凍サイクルを循環する冷媒に与える排熱利用沸き上げ運転モードを実行可能にしている
ことを特徴とする請求項3に記載のヒートポンプ給湯装置。 - 圧縮機、第1水−冷媒熱交換器、第1減圧装置、第2水−冷媒熱交換器、第2減圧装置、及び、大気熱交換器を搭載した熱源機と、
第1タンク及び第1ポンプを搭載した第1給湯モジュールと、
第2タンク及び第2ポンプを搭載した第2給湯モジュールと、備え、
前記圧縮機と、前記第1水−冷媒熱交換器と、前記第1減圧装置と、前記第2水−冷媒熱交換器と、前記第2減圧装置と、前記大気熱交換器と、を順次接続して冷凍サイクルを形成し、
前記第1タンクと、前記第1ポンプと、前記熱源機に搭載されている前記第1水−冷媒熱交換器と、を順次接続して第1水回路を形成し、
前記第2タンクと、前記第2ポンプと、前記熱源機に搭載されている前記第2水−冷媒熱交換器と、を順次接続して第2水回路を形成し、
前記第1タンクの下部には、切替弁を介して給水配管が接続されており、
前記切替弁を介して前記第2タンクの下部と前記給水配管とを接続する第1連結管と、前記第2タンクの上部と前記第1タンクの下部とを接続する第2連結管と、によって前記第1タンクと前記第2タンクとを接続し、
前記第1給湯モジュール及び前記第2給湯モジュールは、前記熱源機に着脱自在に接続されている
ことを特徴とするヒートポンプ給湯装置。 - 前記第1タンクには、
第1利用側ポンプを介して第1利用側熱交換器が接続され、
前記第2タンクには、
第2利用側ポンプを介して第2利用側熱交換器が接続されている
ことを特徴とする請求項7に記載のヒートポンプ給湯装置。 - 前記第2水−冷媒熱交換器の出口側配管と前記圧縮機の吸入側配管とを開閉弁を介して接続するものであって、前記第2膨張弁及び前記大気熱交換器を並列に配置されたバイパス管を設けている
ことを特徴とする請求項7又は8に記載のヒートポンプ給湯装置。 - 前記開閉弁を閉塞、前記第1減圧装置の開度を全開、前記第2減圧装置の開度を絞るように制御するとともに、前記第1ポンプ及び前記第2ポンプを駆動させて、前記第1水−冷媒熱交換器で前記第1水回路の循環水を沸き上げ、前記第2水−冷媒熱交換器で前記第2水回路の循環水を前記第1水回路の循環水と異なる温度に沸き上げる2温度沸き上げ運転モードを実行可能にしている
ことを特徴とする請求項9に記載のヒートポンプ給湯装置。 - 前記第1利用側熱交換器及び前記第2利用側熱交換器の必要温度に応じて、
前記第1タンクに貯留されている温水と、前記第2タンクに貯留されている温水と選択的に切り替えて利用可能としている
ことを特徴とする請求項10に記載のヒートポンプ給湯装置。 - 前記開閉弁を閉塞、前記第1減圧装置の開度を全開、及び、前記第2減圧装置の開度を絞るように制御するとともに、前記第1ポンプを駆動させて、前記第1水−冷媒熱交換器で前記第1水回路の循環水を沸き上げてから、前記第1ポンプを停止させ、前記第2ポンプを駆動させて、前記第2水−冷媒熱交換器で前記第2水回路の循環水を沸き上げる高温沸き上げ運転モードを実行可能にしている
ことを特徴とする請求項9に記載のヒートポンプ給湯装置。 - 前記開閉弁を開放、前記第2減圧装置の開度を全閉、及び、前記第1減圧装置の開度を絞るように制御するとともに、前記第1ポンプ及び前記第2ポンプを駆動させて、前記第1水−冷媒熱交換器で前記第1水回路の循環水を沸き上げ、前記第2水−冷媒熱交換器で前記第2水回路の循環水の熱を前記冷凍サイクルを循環する冷媒に与える第2タンク熱利用第1タンク沸き上げ運転モードを実行可能にしている
ことを特徴とする請求項9に記載のヒートポンプ給湯装置。 - 前記第1利用側熱交換器及び前記第2利用側熱交換器を同一ユニット内に並設し、
前記ユニット内に前記第1利用側熱交換器及び前記第2利用側熱交換器に空気を供給する利用側送風機を設け、
前記利用側送風機により送風される空気の流れに対して、前記第1利用側熱交換器を上流側に、前記第2利用側熱交換器を下流側に配置している
ことを特徴とする請求項7〜13のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置。 - 前記第2利用側熱交換器で凝縮された空気を、前記第1利用側熱交換器を通して前記利用側送風機により前記ユニット外に送風する再熱除湿運転モードを実行可能にしている
ことを特徴とする請求項14に記載のヒートポンプ給湯装置。 - 前記第1給湯モジュール及び前記第2給湯モジュールを箱体に収容し、
前記箱体の内周壁に真空断熱材を配設した
ことを特徴とする請求項1〜15のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置。 - 前記第1給湯モジュールを収容した箱体と前記第2給湯モジュールを収容した箱体とを隣接して配置し、
前記真空断熱材を、前記箱体の隣接する壁面の内側に配設した
ことを特徴とする請求項16に記載のヒートポンプ給湯装置。 - 前記冷凍サイクルを循環する冷媒として、
二酸化炭素、炭化水素もしくはHFCのいずれかを適用した
ことを特徴とする請求項1〜17のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置。
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