JP2011163654A - 給湯空調機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】給湯空調機1aは、圧縮機15から吐出される冷媒が流れる第1冷媒配管L1と、電子膨張弁19に向けて冷媒が流れる第2冷媒配管L2とを備える。第1冷媒配管L1は、室内熱交換器31に向けて冷媒が流れる第1支流管L11と、水/冷媒熱交換器21に向けて冷媒が流れる第2支流管L12と、に分岐される。また、室内熱交換器31から電子膨張弁19に向けて冷媒が流れる第3支流管L21と、第3熱交換器から膨張弁に向けて冷媒が流れる第4支流管L22と、が第2冷媒配管L2に合流される。第1電磁開閉弁23が開いていると室外ユニット10と室内ユニット30の間を冷媒が流れ、第1電磁開閉弁23が閉じていると室外ユニット10から室内ユニット30へ向けた冷媒の流れ、または室内ユニット30から室外ユニット10へ向けた冷媒の流れが止められる。
【選択図】図1
Description
ヒートポンプ給湯器100は、室外機110と、給湯ユニット120と、温冷水式熱交換器130を備えている。
室外機110は、室外熱交換器111と、圧縮機113と、電子膨張弁115が、冷媒(例えば二酸化炭素)を循環させる冷媒循環路117上に設けられている。冷媒循環路117は圧縮機113と電子膨張弁115の間で給湯ユニット120を通る部分がある。
給湯ユニット120は、水対冷媒式の熱交換器121と、三方弁123と、貯湯タンク125と、水循環ポンプ127が、水を循環させる水循環路129上に設けられている。熱交換器121には、室外機110の冷媒循環路117が通されている。
ヒートポンプ給湯器100には、貯湯タンク125と並列に温冷水式熱交換器130が設けられており、三方弁123の動作により、温水を温冷水式熱交換器130に供給する選択肢を有している。温冷水式熱交換器130は、床暖房などに利用されるが、温水利用箇所から給湯が求められる時には、三方弁123を動作させて温水を貯湯タンク125に流す。
そして本発明の給湯空調機は、第1冷媒配管は、第2熱交換器に向けて冷媒が流れる第1支流管と、第3熱交換器に向けて冷媒が流れる第2支流管とに分岐され、また、第2熱交換器から膨張弁に向けて冷媒が流れる第3支流管と、第3熱交換器から膨張弁に向けて冷媒が流れる第4支流管と、が第2冷媒配管に合流されることを特徴とする。
本発明の給湯空調機は、第1支流管〜第4支流管を上記のように配設するので、第1熱交換器及び圧縮機を含む室外機を、第3熱交換器及び貯湯タンクを含む給湯システムと冷暖房システムとで共有することが可能である。
本発明の給湯空調機は、第1支流管及び第2支流管への冷媒の流入量を調整する第2弁手段を備えることもできる。この第2弁手段は、第1支流管及び第2支流管の各々に流量調整弁を設けることで実現できる。
第1弁手段を設ける給湯空調機は給湯と暖房を交互に行うことができ、第2弁手段を設ける給湯空調機は給湯と暖房を同時に行うことができる。
また、基準温度Ts1、Ts2(Ts1>Ts2)とし、第1弁手段が、温度T>基準温度Ts1の場合には、第1支流管への冷媒の流入を許可するが第2支流管への冷媒の流入を許可せず、温度T≦基準温度Ts2の場合には、第2支流管への冷媒の流入を許可するが第1支流管への冷媒の流入を許可しない、というように、ヒステリシス的に制御することもできる。
その中で、第1支流管及び第2支流管と、第3支流管及び第4支流管と、第1弁手段又は第2弁手段とをユニット化した分流ユニットを用意し、さらに貯湯タンクと水循環ポンプを加えれば、室外ユニット及び室内ユニットからなる従来の冷暖房システムを給湯空調機にできる。
この場合、分流ユニットが第3熱交換器、水循環ポンプ、貯湯タンクをさらに備えることで、現地での取付け作業を軽減できる。
[第1実施形態]
第1実施形態に係る給湯空調機1aは、室外ユニット10と、分流ユニット20aを介して室外ユニット10と接続される室内ユニット30と、分流ユニット20aを介して室外ユニット10と接続される貯湯タンク40を備える。このように、給湯空調機1aは、一台の室外ユニット10に室内ユニット30と貯湯タンク40が分流ユニット20aを介して並列に接続されており、室内ユニット30により室内の冷暖房を行うとともに、貯湯タンク40を介して給湯利用先7に給湯するシステムを構成している。
給湯空調機1aは、冷房時には、冷却器(蒸発器)としての室内熱交換器(第2熱交換機)31から冷媒(例えば、407C等)を室外ユニット10へ送り、暖房時には、室外ユニット10から送られてくる冷媒を加熱器(凝縮器)としての室内熱交換器31に入れるようになされている。
本実施形態において、「ユニット」とは、ユニットを構成する要素が単一の筐体内に収容されていることを意味する。
室外ユニット10は、室外熱交換器(第1熱交換器)11と、四方切替え弁13と、圧縮機15と、アキュムレータ17と、電子膨張弁19とを備えている。室外ユニット10は、これらの間で冷媒を流通させる第1冷媒配管L1及び第2冷媒配管L2を備えている。
第1冷媒配管L1は、室外熱交換器11と四方切替え弁13の間、四方切替え弁13と圧縮機15の間、圧縮機15とアキュムレータ17の間、アキュムレータ17と四方切替え弁13の間を接続し、四方切替え弁13から分流ユニット20aに向けて延設されている部分が該当する。また、第2冷媒配管L2は、室外熱交換器11と電子膨張弁19の間を接続し、電子膨張弁19から分流ユニット20aに向けて延設されている部分が該当する。なお、電子膨張弁19は、室外熱交換器11と室内熱交換器31との間にあるという相対的な位置を変えないことを前提に、室外ユニット10の外部、例えば室内ユニット30側に設けてもよい。
なお、給湯空調機1は冷房運転及び暖房運転の両者を行いうるものであるが、本発明の特徴に従って、図面を含め本実施形態では給湯を伴うことができる暖房運転の際の動作について冷凍サイクルを説明する。
分流ユニット20aは、室外ユニット10から供給される冷媒を、室内ユニット30又は貯湯タンク40に対して選択的に供給する機能を有する。この機能を果たすために、分流ユニット20aは以下の構成を備えている。
支流管L11と支流管L21は、室内熱交換器31内で冷媒が流通できるように繋がれている。支流管L11及び支流管L21が室外ユニット10と室内ユニット30とを接続することで、冷媒は室外ユニット10と室内ユニット30を第1冷媒配管L1、支流管L11、支流管L21及び第2配管L2で形成される流路を循環する。
また、支流管L12と支流管L22は、水/冷媒熱交換器(第3熱交換器)21内で冷媒が流通できるように繋がれている。支流管L12及び支流管L22が室外ユニット10と水/冷媒熱交換器21とを接続することで、冷媒は室外ユニット10と水/冷媒熱交換器21を第1冷媒配管L1、支流管L12、支流管L22及び第2配管L2で形成される流路を循環する。
また、支流管L22には室外ユニット10と水/冷媒熱交換器21の間に逆止弁27が設けられている。逆止弁27は、水/冷媒熱交換器21から室外ユニット10へ向けた冷媒の流れを許容するが、室外ユニット10から水/冷媒熱交換器21へ向けた冷媒の流れを止める。逆止弁27は、給湯空調機1aを冷房運転させている際に水/冷媒熱交換器21へ冷媒が流入するのを止めるために設けられるものである。逆止弁27の替わりに電磁開閉弁を設け、冷房運転時にはこの電磁開閉弁を閉じてもよい。
室内ユニット30は、家屋、事務所等の室内に設置され、室内熱交換器31を流れる冷媒と室内の空気で熱交換することで、室内の空気を温め又は冷やす。
室内熱交換器31には支流管L11の一端部及び支流管L21の一端部が挿入され、二つの支流管L11、L21は室内熱交換器31内で冷媒が流通できるように繋がれている。なお、前述したように、電子膨張弁19は室内ユニット30内の支流管L21に設けることができる。
給湯空調機1aは、貯湯タンク40を備える。
貯湯タンク40は、水配管L3、L4により水/冷媒熱交換器21と接続されている。水配管L3の一端部及び水配管L4の一端部が水/冷媒熱交換器21に挿入され、二つの水配管L3、L4は水/冷媒熱交換器21内で給湯用水が流通できるように繋がれている。水配管L3の他端部及び水配管L4の他端部は、貯湯タンク40内に挿通されており、給湯運転時には水/冷媒熱交換器21で暖められた給湯用水は水配管L3を通って貯湯タンク40に供給され、貯湯タンク40内に貯留される給湯用水が水配管L4を通って水/冷媒熱交換器21に供給される。水配管L4に設けられている水循環ポンプ9を駆動させることにより、貯湯タンク40内に貯留される給湯用水が水配管L4を通って水/冷媒熱交換器21に供給される。
さらに水/冷媒熱交換器21で温められた給湯用水は、水配管L3、貯湯タンク40、水配管L4、水循環ポンプ9及び水/冷媒熱交換器21の経路を循環する。
また、貯湯タンク40には給湯利用先7が接続されており、給湯利用先7から温水の供給指示があると、貯湯タンク40内に貯留されている温水が給湯利用先7に向けて吐出される。給湯利用先7は、浴室のシャワー、浴槽に向けた蛇口等のほか、図7で示した温冷水式熱交換器130など、種々の適用が考えられる。
給湯空調機1aで暖房運転を行う場合、第1電磁開閉弁23をON、第2電磁開閉弁25をOFFにする。なお、室外ユニット10及び室内ユニット30は動作していることを前提とする。そうすると、冷媒は、圧縮機15、四方切替え弁13、第1電磁開閉弁23、室内ユニット30(室内熱交換器31)、電子膨張弁19、室外熱交換器11、四方切替え弁13、アキュムレータ17、圧縮機15…の順に循環する。圧縮機15から室内熱交換器31に供給された高温高圧のガス冷媒と室内の空気とが熱交換することで、給湯空調機1aは室内を暖房する。
給湯空調機1aで給湯運転を行う場合、第1電磁開閉弁23をOFF、第2電磁開閉弁25をONにする。そうすると、冷媒は、圧縮機15、四方切替え弁13、第2電磁開閉弁25、水/冷媒熱交換器21、電子膨張弁19、室外熱交換器11、四方切替え弁13、アキュムレータ17、圧縮機15…の順に循環する。このとき、水循環ポンプ9を駆動させて貯湯タンク40と水/冷媒熱交換器21内の水を循環させる。そうすると、循環される水は水/冷媒熱交換器21において高温高圧のガス冷媒と熱交換されることで温められる。
暖房運転と給湯運転の切替えは、例えば以下のようにして行うことが好ましい。
給湯空調機1aは、コントローラ50を備える。
コントローラ50は、室外ユニット10の動作、分流ユニット20a、室内ユニット30の動作を制御する。室外ユニット10の動作とは、圧縮機15の運転条件、四方切替え弁13の流路の切替えを含んでいる。分流ユニット20aの動作とは、第1電磁開閉弁23、第2電磁開閉弁25のON、OFFを含んでいる。
具体的には、貯湯タンク40の水温T(℃)が基準温度Ts(℃)以下になることをコントローラ50が検知すると、コントローラ50は、水循環ポンプ9を駆動させ貯湯タンク40と水/冷媒熱交換器21の間で水を循環させる。また、コントローラ50は、分流ユニット20aに対して第1電磁開閉弁23をOFF、第2電磁開閉弁25をONにするように指示する。つまり、コントローラ50は、支流管L12への冷媒の流入を許可するが支流管L11への冷媒の流入を許可しない。なお、室外ユニット10は一点鎖線の矢印の向きに冷媒が流れるように動作しているものとする。そうすると、水/冷媒熱交換器21において冷媒と水が熱交換することで循環する水が温められる給湯運転が行われる。
なお、2つの基準温度Ts1(℃)、Ts2(℃)を設けて、水/冷媒熱交換器21に冷媒を流す場合と、室内ユニット30に冷媒を流す場合を選択することもできる。例えば、基準温度Ts1=65℃、Ts2=55℃(Ts1>Ts2)とした場合に、水温T(℃)が基準温度Ts2(℃)以下になると、支流管L12への冷媒の流入を許可するが支流管L11への冷媒の流入を許可しないこととし、水温T(℃)が基準温度Ts1を超える場合には、支流管L11への冷媒の流入を許可するが支流管L12への冷媒の流入を許可しない、というように制御することがでる。これにより、ヒステリシス的な制御が可能となる。
なお、上記実施の形態では、コントローラ50が貯湯タンク40内の水温を検知することで給湯運転と暖房/冷房運転の切換えを行う例を示したが、本発明はこれに限らず、例えば温水を多く使用する時間帯を把握しておき、その時間帯の前に給湯運転を行っておくこともできる。
第2実施形態に係る給湯空調機1bは、基本的な構成要素は第1実施形態と同様であるが、図2に示すように水循環ポンプ9が分流ユニット20bの内部に設けられるところに特徴がある。
このようにすることで、施工者が水循環ポンプ9を別途用意して設置する手間を省くことができる。
第3実施形態に係る給湯空調機1cは、基本的な構成要素は第1実施形態と同様であるが、図3に示すように分流ユニット20cが室外ユニット10cの内部に設けられるところに特徴がある。
このようにすることで、施工者が分流ユニット20cを別途用意して設置する手間を省くことができる。なお、図3の例では水循環ポンプ9を分流ユニット20cの外部に設けているが、第2実施形態と同様に水循環ポンプ9を分流ユニット20cの内部に設けてもよい。
第4実施形態に係る給湯空調機1dは、基本的な構成要素は第1実施形態と同様であるが、図4に示すように分流ユニット20dの中に貯湯タンク40が収容されているところに特徴がある。
このようにすることで、施工者が分流ユニット20dと貯湯タンク40を別途用意して設置する手間を省くことができる。
第5実施形態に係る給湯空調機1eは、基本的な構成要素は第1実施形態と同様であるが、図5に示すように水/冷媒熱交換器21、水循環ポンプ9を除いて分流ユニット20eを構成しているところに特徴がある。
このようにすることで、分流ユニット20eを弁、配管という最小の要素で構成できるとともに、室外ユニット10、室内ユニット30等の他の構成要素を既存のものを用いることができる。
第6実施形態に係る給湯空調機1fは、基本的な構成要素は第5実施形態と同様であるが、図6に示すように支流管L11に設けられる弁を第1流量調整弁24(第2弁手段)、支流管L12に設けられる弁を第2流量調整弁26(第2弁手段)にしているところに特徴がある。
このようにすることで、支流管L11に設けられる第1流量調整弁24、支流管L12に設けられる第2流量調整弁26の開度を調整することで、室内ユニット30の室内熱交換器31及び水/冷媒熱交換器21の各々に冷媒を供給できる。したがって、給湯空調機1fが暖房運転しているときに暖房と給湯を同時に行うことができるので、給湯中であっても室内の快適性を維持できる。
5…給水源、7…給湯利用先、9…水循環ポンプ
10,10c…室外ユニット
11…室外熱交換器、13…四方切換え弁、15…圧縮機
17…アキュムレータ、19…電子膨張弁
20a,20b,20c,20d,20e,20f…分流ユニット
21…水/冷媒熱交換器、23…第1電磁開閉弁、25…第2電磁開閉弁
24…第1流量調整弁、26…第2流量調整弁、27…逆止弁
30…室内ユニット
31…室内熱交換器
40…貯湯タンク、50…コントローラ、60…昇温ユニット
L1…第1冷媒配管、L2…第2冷媒配管
L11、L12、L21、L22…支流管
L3,L4…水配管
Claims (9)
- 外気と冷媒とを熱交換する第1熱交換器と、
前記第1熱交換器を経て供給される前記冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機で圧縮された前記冷媒が供給され、内気と前記冷媒とを熱交換する第2熱交換器と、
前記圧縮機で圧縮された前記冷媒が供給され、給湯用水と冷媒とを熱交換する第3熱交換器と、
前記第2熱交換器及び前記第3熱交換器の一方又は双方を経て供給される前記冷媒を膨張させた後に前記第1熱交換器に向けて供給する膨張弁と、
前記第3熱交換器で熱交換される前記給湯用水を貯えるとともに、前記第3熱交換器における前記熱交換により加温された前記給湯用水を貯える貯湯タンクと、
前記第3熱交換器と前記貯湯タンクの間で前記給湯用水を循環させる水循環ポンプと、
前記圧縮機から吐出される前記冷媒が流れる第1冷媒配管と、
前記膨張弁に向けて前記冷媒が流れる第2冷媒配管と、を備え
前記第1冷媒配管は、前記第2熱交換器に向けて前記冷媒が流れる第1支流管と、前記第3熱交換器に向けて前記冷媒が流れる第2支流管と、に分岐され、
前記第2熱交換器から前記膨張弁に向けて前記冷媒が流れる第3支流管と、前記第3熱交換器から前記膨張弁に向けて前記冷媒が流れる第4支流管と、前記第2冷媒配管に合流される、
ことを特徴とする給湯空調機。 - 前記第1支流管又は前記第2支流管への前記冷媒の流入を選択的に許可する第1弁手段、又は、
前記第1支流管及び前記第2支流管への前記冷媒の流入量を調整する第2弁手段を備える、
請求項1に記載の給湯空調機。 - 前記貯湯タンクに貯えられる前記給湯用水の温度Tを検知し、
温度Tとあらかじめ定められる基準温度Tsを比較し、
前記第1弁手段は、
温度T>基準温度Tsの場合には、前記第1支流管への前記冷媒の流入を許可するが前記第2支流管への前記冷媒の流入を許可せず、
温度T≦基準温度Tsの場合には、前記第2支流管への前記冷媒の流入を許可するが前記第1支流管への前記冷媒の流入を許可しない、
請求項2に記載の給湯空調機。 - 前記貯湯タンクに貯えられる前記給湯用水の温度Tを検知し、
温度Tとあらかじめ定められる基準温度Ts1、Ts2(Ts1>Ts2)を比較し、
前記第1弁手段は、
温度T>基準温度Ts1の場合には、前記第1支流管への前記冷媒の流入を許可するが前記第2支流管への前記冷媒の流入を許可せず、
温度T≦基準温度Ts2の場合には、前記第2支流管への前記冷媒の流入を許可するが前記第1支流管への前記冷媒の流入を許可しない、
請求項2に記載の給湯空調機。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載の給湯空調機を構成する分流ユニットであって、
前記第1支流管及び前記第2支流管と、
前記第3支流管及び前記第4支流管と、
前記第1弁手段又は前記第2弁手段と、
がユニット化されていることを特徴とする給湯空調機の分流ユニット。 - 前記第3熱交換器をさらに備える、
請求項5に記載の給湯空調機の分流ユニット。 - 前記水循環ポンプをさらに備える、
請求項5又は請求項6に記載の給湯空調機の分流ユニット。 - 前記貯湯タンクをさらに備える、
請求項5〜請求項7のいずれか一項に記載の給湯空調機の分流ユニット。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載の給湯空調機を構成する室外ユニットであって、
前記第1熱交換器、前記圧縮機、前記第3熱交換器(水/冷媒熱交換器21)及び前記膨張弁と、
前記第1支流管、前記第2支流管、前記第3支流管及び前記第4支流管と、
前記第1弁手段又は前記第2弁手段と、
がユニット化されていることを特徴とする給湯空調機の室外ユニット。
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