JP2013032883A - ヒートポンプ給湯システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】圧縮機2、給湯熱交換器6、膨張弁4、第1熱交換器3の順に冷媒Rを循環させる冷房・給湯循環状態と、給湯熱交換器6と第1熱交換器3とを並列状態で接続して、圧縮機2、給湯熱交換器6及び第1熱交換器3の両者、膨張弁4、第2熱交換器5の順に冷媒Rを循環させる暖房・給湯循環状態とに切換可能な循環状態切換手段102と、運転制御手段103が暖房・給湯同時運転を行う場合に、並列状態に接続された給湯熱交換器6と第1熱交換器3との両者に圧縮機2からの冷媒Rを分配させる分配割合を、第1熱交換器3よりも給湯熱交換器6に優先して分配させる給湯優先モードと、給湯熱交換器6よりも第1熱交換器3に優先して分配させる空調優先モードとに切換自在なモード切換手段104とを備えている。
【選択図】図1
Description
暖房・給湯運転では、ヒートポンプ回路における冷媒の循環状態を暖房・給湯循環状態に切り換え、圧縮機、給湯熱交換器、室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器の順に直列的に冷媒を循環させる。したがって、給湯熱交換器には常時冷媒が供給されており、室内熱交換器には、給湯熱交換器にて湯水を加熱して温度が低下した冷媒が供給されることになる。したがって、室内熱交換器に供給される冷媒の温度低下により、室内に供給される空気を十分に加熱することができず、要求されている暖房負荷を賄えなくなる。また、特許文献1に記載のシステムでは、暖房・給湯運転において、要求されている給湯負荷に応じて、給湯熱交換器に供給する給湯用水の流量を調整しているので、給湯負荷が大きくなり、給湯熱交換器に供給する給湯用水の流量を増加させると、室内熱交換器に供給される冷媒の温度は更に低下することになり、暖房自体が行えなくなる可能性がある。逆に、暖房負荷を賄うために、給湯熱交換器への給湯用水の供給を停止すると、給湯熱交換器にて給湯用水を加熱できず、給湯を行えなくなる。
前記ヒートポンプ回路における冷媒の循環状態について、前記圧縮機、前記給湯熱交換器、前記膨張弁、前記第1熱交換器の順に冷媒を循環させる冷房・給湯循環状態と、前記給湯熱交換器と前記第1熱交換器とを並列状態で接続して、前記圧縮機、前記給湯熱交換器及び前記第1熱交換器の両者、前記膨張弁、前記第2熱交換器の順に冷媒を循環させる暖房・給湯循環状態とに切換可能な循環状態切換手段と、前記ヒートポンプ回路における冷媒の循環状態を前記循環状態切換手段により前記冷房・給湯循環状態に切り換える冷房・給湯同時運転、及び、前記ヒートポンプ回路における冷媒の循環状態を前記循環状態切換手段により前記暖房・給湯循環状態に切り換える暖房・給湯同時運転を実行可能な運転制御手段と、その運転制御手段が前記暖房・給湯同時運転を行う場合に、並列状態に接続された前記給湯熱交換器と前記第1熱交換器との両者に前記圧縮機からの冷媒を分配させる分配割合を、前記第1熱交換器よりも前記給湯熱交換器に優先して分配させる給湯優先モードと、前記給湯熱交換器よりも前記第1熱交換器に優先して分配させる空調優先モードとに切換自在なモード切換手段とを備えている点にある。
このように、給湯優先モードでは、要求されている給湯負荷を賄うことができながら、暖房も行うことができ、逆に、空調優先モードでは、要求されている暖房負荷を賄うことができながら、給湯も行うことができる。そして、例えば、使用者が暖房と給湯とのどちらを優先させるかを選択することで、その使用者の選択に応じて、モード切換手段が給湯優先モードと空調優先モードとの間で切換を行うことができる。したがって、使用者の要求に応じて、暖房を優先させるか又は給湯を優先させるかを切り換えながら、暖房と給湯との両者を同時に行いたいという使用者の要求に応えることができる。
また、暖房・給湯同時運転を行う場合に、モード切換手段が空調優先モードに切り換えると、圧縮機からの冷媒が第1熱交換器に優先して供給されるので、給湯熱交換器において残りの冷媒にて給湯用水を加熱するだけでは要求されている給湯負荷を賄うことができない可能性がある。この場合に、給湯用水を、給湯熱交換器だけでなく、排熱熱交換器においても加熱することができ、暖房・給湯同時運転を行う場合に、モード切換手段が空調優先モードに切り換えても、要求されている給湯負荷を賄うことができる。
そして、循環状態切換手段は、例えば、給湯熱交換器に供給される給湯用水の給水温度、給湯熱交換器を通過した冷媒の給湯用熱交出口温度、及び、第2熱交換器に通風される流体の通風流体温度に基づいて、直列用冷房・給湯循環状態と並列用冷房・給湯循環状態との間で切換を行うことができる。したがって、給湯熱交換器だけでなく、第2熱交換器にも冷媒を供給させる場合に、給水温度、給湯用熱交出口温度、及び、通風流体温度等の温度条件に基づいて、直列用冷房・給湯循環状態と並列用冷房・給湯循環状態との間で切り換えることで、給湯熱交換器及び第2熱交換器における冷媒からの放熱を適切に行うことができ、ヒートポンプ回路を効率よく作動させることを適切に行うことができる。
〔第1実施形態〕
まず、図1〜図5は、ヒートポンプ給湯システム100の概略構成を示す図であり、冷媒R、排熱回収媒体C、給湯用水Mの通流する部位が異なっている。図1〜図5では、冷媒R、排熱回収媒体C、給湯用水Mの通流する部位を太線にて示しており、電動弁D1〜D7及び三方弁S1〜S5について、閉状態のものを黒塗りで示しており、開状態のものを白塗りで示している。
排熱往き路10と排熱バイパス路12との接続箇所に第2三方弁S2が備えられ、排熱戻り路11と排熱流路13の上流側端部との接続箇所に第3三方弁S3が備えられている。排熱戻り路11において排熱バイパス路12との接続箇所とエンジン1との接続箇所との間の部位に、排熱回路9にて排熱回収媒体Cを循環させる排熱循環ポンプ14が備えられている。
(冷房・貯湯同時運転)
冷房・貯湯同時運転では、図1に示すように、ヒートポンプ回路HPについて、運転制御手段103が、エンジン1を運転させるとともに、循環状態切換手段102にてヒートポンプ回路HPにおける冷媒Rの循環状態を冷房・給湯循環状態に切り換えている。排熱回路9については、運転制御手段103が、エンジン1、排熱熱交換器7の順に排熱回収媒体Cが循環するように、第2三方弁S2及び第3三方弁S3の状態を切り換えて排熱循環ポンプ14を作動させている。給湯用水回路15については、運転制御手段103が、貯湯タンク16の下部から取り出した給湯用水Mを、給湯熱交換器6、排熱熱交換器7の順に通過させて貯湯タンク16の上部に戻すように、第4三方弁S4及び第5三方弁S5の状態を切り換えて給湯用水循環ポンプ20を作動させている。
冷房・給湯同時運転では、図2に示すように、ヒートポンプ回路HPについて、運転制御手段103が、エンジン1を運転させるとともに、循環状態切換手段102にてヒートポンプ回路HPにおける冷媒Rの循環状態を冷房・給湯循環状態に切り換えている。排熱回路9については、運転制御手段103が、エンジン1、排熱熱交換器7の順に排熱回収媒体Cが循環するように、第2三方弁S2及び第3三方弁S3の状態を切り換えて排熱循環ポンプ14を作動させている。給湯用水回路15については、運転制御手段103が、給水路18にて給水される給湯用水Mを、給湯熱交換器6、排熱熱交換器7の順に通過させて給湯路19に供給するように、第4三方弁S4及び第5三方弁S5の状態を切り換えて給湯用水循環ポンプ20を作動させている。
このようにして、室内の冷房と給湯利用箇所への給湯との両者を同時に行っている。また、冷房・給湯同時運転では、運転制御手段103が、給湯用水回路15について第5三方弁S5の状態を切り換えることで、例えば、排熱熱交換器7を通過した給湯用水Mと貯湯タンク16に貯湯されている高温の給湯用水Mとを混合させて給湯路19に供給することもできる。
暖房・貯湯同時運転では、図3に示すように、ヒートポンプ回路HPについて、運転制御手段103が、エンジン1を運転させるとともに、循環状態切換手段102にてヒートポンプ回路HPにおける冷媒Rの循環状態を暖房循環状態に切り換えている。排熱回路9については、運転制御手段103が、エンジン1、排熱熱交換器7の順に排熱回収媒体Cが循環するように、第2三方弁S2及び第3三方弁S3の状態を切り換えて排熱循環ポンプ14を作動させている。給湯用水回路15については、運転制御手段103が、貯湯タンク16の下部から取り出した給湯用水Mを排熱熱交換器7に供給して、排熱熱交換器7を通過した給湯用水Mを貯湯タンク16の上部に戻すように、第4三方弁S4及び第5三方弁S5の状態を切り換えて給湯用水循環ポンプ20を作動させている。
暖房・給湯同時運転では、図4に示すように、ヒートポンプ回路HPについて、運転制御手段103が、エンジン1を運転させるとともに、循環状態切換手段102にてヒートポンプ回路HPにおける冷媒Rの循環状態を暖房・給湯循環状態に切り換えている。排熱回路9については、運転制御手段103が、エンジン1、排熱熱交換器7の順に排熱回収媒体Cが循環するように、第2三方弁S2及び第3三方弁S3の状態を切り換えて排熱循環ポンプ14を作動させている。給湯用水回路15については、運転制御手段103が、給水路18にて給水される給湯用水Mを、給湯熱交換器6、排熱熱交換器7の順に通過させて給湯路19に供給するように、第4三方弁S4及び第5三方弁S5の状態を切り換えて給湯用水循環ポンプ20を作動させている。
そこで、本実施形態では、モード切換手段104が、給湯優先モードと空調優先モードとに切換自在に構成されている。給湯優先モードに切り換えるか、或いは、空調優先モードに切り換えるかについては、例えば、リモコン等にモード切換スイッチを備え、使用者がそのモード切換スイッチを操作することで、給湯優先モードに切り換えるか、或いは、空調優先モードに切り換えるかを選択できるように構成されている。
給湯運転では、図5に示すように、ヒートポンプ回路HPについて、運転制御手段103が、エンジン1を運転させるとともに、循環状態切換手段102にてヒートポンプ回路HPにおける冷媒Rの循環状態を給湯循環状態に切り換えている。排熱回路9については、運転制御手段103が、エンジン1、排熱熱交換器7の順に排熱回収媒体Cが循環するように、第2三方弁S2及び第3三方弁S3の状態を切り換えて排熱循環ポンプ14を作動させている。給湯用水回路15については、運転制御手段103が、給水路18にて給水される給湯用水Mを、給湯熱交換器6、排熱熱交換器7の順に通過させて給湯路19に供給するように、第4三方弁S4及び第5三方弁S5の状態を切り換えて給湯用水循環ポンプ20を作動させている。
上記第1実施形態では、図2に示すように、循環状態切換手段102が冷房・給湯循環状態に切り換えた場合に、圧縮機2、給湯熱交換器6、第3電動弁D3(膨張弁4に相当する)、第1熱交換器3の順に冷媒Rを循環させている。
これに代えて、この第2実施形態では、循環状態切換手段102が、冷房・給湯循環状態として、図6に示す直列用冷媒・給湯循環状態と、図7に示す並列用冷媒・給湯循環状態とに切換自在に構成されている。
循環状態切換手段102は、第1温度センサT1による給水温度t1が第3温度センサT3による外気温度t3よりも低く、且つ、第3温度センサT3による外気温度t3が第2温度センサT2による給湯用熱交出口温度t2よりも低い場合に、図6に示すように、直列用冷媒・給湯循環状態に切り換えている。そして、循環状態切換手段102は、第2温度センサT2による給湯用熱交出口温度t2が第3温度センサT3による外気温度t3よりも高い場合にも、図6に示すように、直列用冷媒・給湯循環状態に切り換えている。これにより、給湯熱交換器6、第2熱交換器5の順に直列に冷媒Rを供給することで、給湯熱交換器6にて冷媒Rが給湯用水Mを加熱して放熱し、更に、第2熱交換器5にて給湯熱交換器6にて放熱した冷媒Rが外気を加熱して放熱して、ヒートポンプ回路HPを効率よく作動させている。
(1)上記第1及び第2実施形態では、冷房運転や暖房運転を行う場合に、貯湯運転も同時に行うようにしているが、貯湯運転は行わずに、冷房運転や暖房運転を単独にて行うこともできる。
2 圧縮機
3 第1熱交換器
4 膨張弁
5 第2熱交換器
6 給湯用熱交換器
7 排熱熱交換器
16 貯湯タンク
17 給湯用水循環路(給湯用水循環手段)
102 循環状態切換手段
103 運転制御手段
104 モード切換手段
HP ヒートポンプ回路
C 排熱回収媒体
M 給湯用水
R 冷媒
Claims (6)
- 圧縮機、第1熱交換器、膨張弁、第2熱交換器、及び、給湯用水を加熱する給湯熱交換器から構成されるヒートポンプ回路を備えているヒートポンプ給湯システムであって、
前記ヒートポンプ回路における冷媒の循環状態について、前記圧縮機、前記給湯熱交換器、前記膨張弁、前記第1熱交換器の順に冷媒を循環させる冷房・給湯循環状態と、前記給湯熱交換器と前記第1熱交換器とを並列状態で接続して、前記圧縮機、前記給湯熱交換器及び前記第1熱交換器の両者、前記膨張弁、前記第2熱交換器の順に冷媒を循環させる暖房・給湯循環状態とに切換可能な循環状態切換手段と、
前記ヒートポンプ回路における冷媒の循環状態を前記循環状態切換手段により前記冷房・給湯循環状態に切り換える冷房・給湯同時運転、及び、前記ヒートポンプ回路における冷媒の循環状態を前記循環状態切換手段により前記暖房・給湯循環状態に切り換える暖房・給湯同時運転を実行可能な運転制御手段と、
その運転制御手段が前記暖房・給湯同時運転を行う場合に、並列状態に接続された前記給湯熱交換器と前記第1熱交換器との両者に前記圧縮機からの冷媒を分配させる分配割合を、前記第1熱交換器よりも前記給湯熱交換器に優先して分配させる給湯優先モードと、前記給湯熱交換器よりも前記第1熱交換器に優先して分配させる空調優先モードとに切換自在なモード切換手段とを備えているヒートポンプ給湯システム。 - 前記給湯優先モードでは、前記分配割合が、前記第1熱交換器にて取得される熱出力により要求されている空調負荷よりも小さく設定された制限空調負荷を賄うための給湯優先用分配割合に設定されており、前記空調優先モードでは、前記分配割合が、前記第1熱交換器にて取得される熱出力により要求されている空調負荷を賄うための空調優先用分配割合に設定されている請求項1に記載のヒートポンプ給湯システム。
- 前記圧縮機を駆動させるエンジンと、そのエンジンの排熱にて前記給湯用水を加熱する排熱熱交換器とが備えられている請求項1又は2に記載のヒートポンプ給湯システム。
- 前記給湯熱交換器を通過した前記給湯用水を前記排熱熱交換器に供給するように構成されている請求項3に記載のヒートポンプ給湯システム。
- 貯湯タンクに貯留されている前記給湯用水を前記排熱熱交換器に供給し、前記排熱熱交換器を通過した前記給湯用水を前記貯湯タンクに戻す給湯用水循環手段を備え、前記運転制御手段は、給湯の要求が無くて前記エンジンにて前記圧縮機を駆動させる場合に、前記給湯用水循環手段を作動させて前記排熱熱交換器にて加熱された前記給湯用水を前記貯湯タンクに貯湯する貯湯運転を行うように構成されている請求項3又は4に記載のヒートポンプ給湯システム。
- 前記循環状態切換手段は、前記冷房・給湯循環状態として、前記給湯熱交換器と前記第2熱交換器とを直列状態で接続して、前記圧縮機、前記給湯熱交換器、前記第2熱交換器、前記膨張弁、前記第1熱交換器の順に冷媒を循環させる直列用冷房・給湯循環状態と、前記給湯熱交換器と前記第2熱交換器とを並列状態で接続して、前記圧縮機、前記給湯熱交換器及び前記第2熱交換器の両者、前記膨張弁、前記第1熱交換器の順に冷媒を循環させる並列用冷房・給湯循環状態とに切換自在に構成されている請求項1〜5の何れか1項に記載のヒートポンプ給湯システム。
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