JP2020070999A - 空調貯湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外気へ放熱することなく室内の冷房と貯湯タンクの沸き上げを行える空調貯湯装置を提供する。【解決手段】貯湯タンク１４内の湯を沸き上げずに室内を冷房する際に冷媒が熱交換器１１、圧縮機１５、熱交換器１６、減圧弁１７の順に循環する循環回路１８の圧縮機１５の冷媒の出側に一端が連結され、他端が熱交換器１６及び減圧弁１７間で循環回路１８に連結され、湯沸し回路１３に接続された熱交換器１９、弁３０、及び、減圧弁３２が設けられたバイパス路２０を備え、制御手段２７により、循環回路１８に設けられた弁２６を圧縮機１５から熱交換器１６に冷媒が流れない状態にし、弁３０をバイパス路２０の一端側から冷媒が流入可能な開状態にして、熱交換器１１から出た冷媒を、圧縮機１５、熱交換器１９、減圧弁３２、減圧弁１７の順に通過させ、熱交換器１１に戻し、室内の冷房及び貯湯タンク１４内の湯の沸き上げを行わせる。【選択図】図６

Description

本発明は、室内の温度調整と貯湯タンクの沸き上げを行う空調貯湯装置に関する。

従来、空調装置は、循環回路に冷媒を循環させて室内機用の熱交換器で室内の熱を取り込み室外機用の熱交換器で外気に放熱して、室内を冷房する（特許文献１参照）。また、貯湯装置は、循環回路に冷媒を循環させて一の熱交換器で外気の熱を取り込み、取り込んだ熱を他の熱交換器で貯湯タンクの湯に与えて貯湯タンク内の湯を沸き上げる（特許文献２参照）。

特開２０１２−１７８８９号公報 特開２００４−２０５１４１号公報

１つの建屋に空調装置及び貯湯装置をそれぞれ設置する場合、空調装置は冷房運転時に外気に放熱し、貯湯装置は貯湯タンク内を沸き上げる際に外気から熱を取り込むこととなる。よって、冷房運転しながら貯湯タンク内を沸き上げる際、空調装置と貯湯装置は、外気に対して反対の仕事を行っており、非効率である。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、外気への放熱を行うことなく室内の冷房と貯湯タンクの沸き上げを行える空調貯湯装置を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る空調貯湯装置は、第１の熱交換器を具備する室内機と、湯沸し回路が連結され湯が沸き上げられる貯湯タンクとを有する空調貯湯装置であって、前記第１の熱交換器、圧縮機、外気と冷媒を熱交換する第２の熱交換器、及び、減圧弁Ａを接続し、前記貯湯タンク内の湯を沸き上げずに室内を冷房する際に、前記冷媒を前記第１の熱交換器、前記圧縮機、前記第２の熱交換器、前記減圧弁Ａの順に循環させ、前記圧縮機から前記第２の熱交換器に前記冷媒が流れる状態にする通過状態と流れない状態にする不通過状態を切り替える弁Ｊが設けられた循環回路と、前記循環回路の前記圧縮機の前記冷媒の出側に一端が連結され、他端が前記第２の熱交換器及び前記減圧弁Ａ間で前記循環回路に連結され、前記湯沸し回路に接続された第３の熱交換器、一端側から前記冷媒が流入可能な開状態と一端側から前記冷媒が流入不可能な閉状態の切り替えが可能な弁Ｋ、及び、減圧弁Ｂが設けられたバイパス路と、前記減圧弁Ａ、Ｂ及び前記弁Ｊ、Ｋの開閉をそれぞれ制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記弁Ｊを不通過状態にし、前記弁Ｋを開状態にして、前記第１の熱交換器から出た前記冷媒を、前記圧縮機、前記第３の熱交換器、前記減圧弁Ｂ、前記減圧弁Ａの順に通過させ、前記第１の熱交換器に戻し、室内の冷房と共に前記貯湯タンク内の湯の沸き上げを行わせる。

本発明に係る空調貯湯装置は、貯湯タンク内の湯を沸き上げずに室内を冷房する際に、冷媒を第１の熱交換器、圧縮機、第２の熱交換器、減圧弁Ａの順に循環させ、圧縮機から第２の熱交換器に冷媒が流れる状態にする通過状態と流れない状態にする不通過状態を切り替える弁Ｊが設けられた循環回路と、循環回路の圧縮機の冷媒の出側に一端が連結され、他端が第２の熱交換器及び減圧弁Ａ間で循環回路に連結され、湯沸し回路に接続された第３の熱交換器、一端側から冷媒が流入可能な開状態と一端側から冷媒が流入不可能な閉状態の切り替えが可能な弁Ｋ、及び、減圧弁Ｂが設けられたバイパス路と、減圧弁Ａ、Ｂ及び弁Ｊ、Ｋの開閉をそれぞれ制御する制御手段とを備え、制御手段により、弁Ｊを不通過状態にし、弁Ｋを開状態にして、第１の熱交換器から出た前記冷媒を、圧縮機、第３の熱交換器、減圧弁Ｂ、減圧弁Ａの順に通過させ、第１の熱交換器に戻し、室内の冷房及び貯湯タンク内の湯の沸き上げを行わせるので、外気への放熱を行うことなく、室内の冷房及び貯湯タンク内の湯の沸き上げを行うことが可能である。

本発明の第１の実施の形態に係る空調貯湯装置の説明図である。 制御手段の接続を示すブロック図である。 暖房運転の説明図である。 貯湯タンクの沸き上げを伴わない冷房運転の説明図である。 冷房運転及び暖房運転を伴わない貯湯タンクの沸き上げの説明図である。 貯湯タンクの沸き上げを伴う冷房運転の説明図である。 貯湯タンクの沸き上げを伴う冷房運転の説明図である。 本発明の第２の実施の形態に係る空調貯湯装置の説明図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る空調貯湯装置１０は、熱交換器１１（第１の熱交換器）を具備する室内機１２と、湯沸し回路１３が連結され湯が沸き上げられる貯湯タンク１４と、熱交換器１１、圧縮機１５、熱交換器１６（第２の熱交換器）、及び、減圧弁１７（減圧弁Ａ）を接続する循環回路１８と、湯沸し回路１３に接続された熱交換器１９（第３の熱交換器）が設けられ、循環回路１８に連結されたバイパス路２０を備えている。以下、詳細に説明する。

貯湯タンク１４は、図１に示すように、下側に接続された給水管２１から水が供給され、上側に連結された出湯管２２から浴室や台所等に供給する湯を送り出す。貯湯タンク１４内には湯沸し回路１３に接続された熱交換器２３が設けられている。湯沸し回路１３は、湯沸し回路１３に設けられたポンプ２９の作動によって、冷媒Ｐが循環し、冷媒Ｐは、熱交換器１９を通過の際にバイパス路２０を流れる冷媒Ｑから吸熱し、熱交換器２３を通過の際に貯湯タンク１４内の湯水（湯又は水を意味する）に熱を与える。なお、図１においては、循環回路１８を太線で記載している。

循環回路１８には、室内空気と冷媒Ｑを熱交換する熱交換器１１、電磁弁２４、冷媒Ｑを圧縮して高圧状態にする圧縮機１５、冷媒Ｑの流れる向きを切り替える四方弁２５、電磁弁２６（弁Ｊ）、外気と冷媒Ｑを熱交換する熱交換器１６、及び、冷媒Ｑを減圧する減圧弁１７が順に設けられている。冷媒Ｑは圧縮機１５の作動によって循環回路１８を循環する。四方弁２５は、図２に示すように、マイクロコンピュータ等によって構成可能な制御手段２７に接続されており、制御手段２７は、四方弁２５に指令信号を送って、四方弁２５を、圧縮機１５から出て四方弁２５に流入した冷媒Ｑが電磁弁２６に送られる第１状態とするか、同冷媒Ｑが電磁弁２４に送られる第２状態とするかを切り替え可能である。

四方弁２５に加え、圧縮機１５、減圧弁１７、電磁弁２４、２６、ポンプ２９、及び、熱交換器１６に空気を供給して熱交換器１６の熱交換を促進するファン２８が、制御手段２７に接続されている。減圧弁１７は、制御手段２７から指令信号が送信されて、冷媒Ｑを実質的に減圧しない全開状態と冷媒Ｑを減圧する絞り状態とが切り替えられる。

制御手段２７は、図１に示すように、電磁弁２４を、冷媒Ｑが熱交換器１１側から四方弁２５側に通過させるが四方弁２５側から熱交換器１１側に通過させないＯＦＦ状態とするか、冷媒Ｑが熱交換器１１側から四方弁２５側及び四方弁２５側から熱交換器１１側に通過できるＯＮ状態とするかを切り替え可能であり、電磁弁２６を、冷媒Ｑが熱交換器１６側から四方弁２５側に通過させるが四方弁２５側から熱交換器１６側に通過させないＯＦＦ状態（圧縮機１５から熱交換器１６に冷媒Ｑが流れない状態にする不通過状態）とするか、冷媒Ｑが熱交換器１６側から四方弁２５側及び四方弁２５側から熱交換器１６側に通過できるＯＮ状態（圧縮機１５から熱交換器１６に冷媒Ｑが流れる状態にする通過状態）とするかを切り替え可能である。

バイパス路２０は、一端が循環回路１８の圧縮機１５の冷媒Ｑの出側（本実施の形態では、圧縮機１５と四方弁２５の間の領域）に連結され、他端が熱交換器１６及び減圧弁１７の間で循環回路１８に連結されている。バイパス路２０には、一端から他端に向かって順に、電磁弁３０（弁Ｋ）、冷媒Ｑを貯留可能なマフラー３１、減圧弁３２（減圧弁Ｂ）、及び、バイパス路２０の他端から減圧弁３２に向かって冷媒Ｑが流れるのを防止する逆止弁３３が設けられている。バイパス路２０の電磁弁３０及びマフラー３１の間の領域は、熱交換器１９に接続されている。

電磁弁３０は、バイパス路２０の一端側からバイパス路２０に冷媒Ｑが流入可能なＯＮ状態（開状態）とバイパス路２０の一端側からバイパス路２０に冷媒Ｑが流入不可能なＯＦＦ状態（閉状態）の切り替えが可能である。電磁弁３０及び減圧弁３２は、図２に示すように、制御手段２７に接続されている。制御手段２７は、電磁弁３０の状態をＯＮ状態とするかＯＦＦ状態とするかを決定可能である。減圧弁３２は、制御手段２７から指令信号が送信されて、冷媒Ｑを実質的に減圧しない全開状態と冷媒Ｑを減圧する絞り状態と冷媒Ｑを通過させない閉状態（閉じた状態）とが切り替えられる。

そして、循環回路１８及びバイパス路２０には、図１に示すように、分岐路３４が接続されている。分岐路３４は、一端がバイパス路２０の熱交換器１９及び減圧弁３２の間（本実施の形態では、マフラー３１及び減圧弁３２の間）の領域に連結され、他端が循環回路１８の電磁弁２６及び熱交換器１６の間の領域に連結されている。分岐路３４には、図１、図２に示すように、制御手段２７に接続された電磁弁３５（弁Ｍ）と分岐路３４の他端から分岐路３４に冷媒Ｑが流入するのを防止する逆止弁３６が設けられている。電磁弁３５は、制御手段２７から指令信号が送信されて、分岐路３４の一端側から他端側に冷媒Ｑが流れるＯＮ状態（通過状態）と分岐路３４の一端側から他端側に冷媒Ｑが流れないＯＦＦ状態（不通過状態）とが切り替えられる。

循環回路１８及びバイパス路２０には、更に、図１に示すように、一端が循環回路１８の熱交換器１１と電磁弁２４の間の領域に連結され、他端がバイパス路２０の熱交換器１９と減圧弁３２の間（本実施の形態では、マフラー３１と減圧弁３２の間）の領域に連結された流路３７が接続されている。流路３７には、図１、図２に示すように、制御手段２７に接続された電磁弁３８及び流路３７の一端側から冷媒Ｑが流路３７内に流入するのを防止する逆止弁３９が設けられている。電磁弁３８は、制御手段２７から指令信号が送信されて、流路３７の他端側から逆止弁３９に向かって冷媒Ｑが流れないようにするＯＦＦ状態と流路３７の他端側から逆止弁３９に向かって冷媒Ｑが流れるようにするＯＮ状態を切り替える。

貯湯タンク１４内の湯を沸き上げずに室内を暖房する際、制御手段２７は、電磁弁２４をＯＮ状態、電磁弁２６をＯＦＦ状態、電磁弁３０をＯＦＦ状態、電磁弁３５をＯＮ状態、電磁弁３８をＯＦＦ状態にし、減圧弁１７、３２を絞り状態及び全開状態にそれぞれし、四方弁２５を第２状態にして、圧縮機１５を作動させ、冷媒Ｑが、図３に示すように、熱交換器１１、減圧弁１７、熱交換器１６、電磁弁２６、四方弁２５、圧縮機１５、四方弁２５、電磁弁２４を順に通過して熱交換器１１に戻るようにし、バイパス路２０及び分岐路３４に冷媒Ｑが流れないようにする。これによって、循環回路１８を循環する冷媒Ｑが、熱交換器１１を通過の際に凝縮して室内に放熱し、熱交換器１６を通過の際に蒸発して外気から熱を吸収するようにする。

貯湯タンク１４内の湯を沸き上げずに室内を冷房する際、制御手段２７は、電磁弁２４をＯＦＦ状態、電磁弁２６をＯＮ状態、電磁弁３０をＯＦＦ状態、電磁弁３５をＯＦＦ状態、電磁弁３８をＯＮ状態にし、減圧弁１７、３２を絞り状態及び全開状態にそれぞれし、四方弁２５を第１状態にして、圧縮機１５を作動させ、冷媒Ｑが、図４に示すように、熱交換器１１、電磁弁２４、四方弁２５、圧縮機１５、四方弁２５、電磁弁２６、熱交換器１６、減圧弁１７を順に通過して熱交換器１１に戻るようにし（循環させ）、バイパス路２０及び分岐路３４に冷媒Ｑが流れないようにする。これによって、循環回路１８を循環する冷媒Ｑが、熱交換器１１を通過の際に蒸発して室内の空気から熱を吸収し、熱交換器１６を通過の際に凝縮して外気に放熱するようにする。電磁弁３８をＯＮ状態にしているのは、バイパス路２０から流路３７に冷媒Ｑが流入可能にして、バイパス路２０に高圧状態となる領域が生じるのを抑制するためである。

室内の冷房又は暖房をせずに貯湯タンク１４内の湯を沸き上げる際、制御手段２７は、電磁弁２４をＯＦＦ状態、電磁弁２６をＯＦＦ状態、電磁弁３０をＯＮ状態、電磁弁３５をＯＦＦ状態、電磁弁３８をＯＦＦ状態にし、減圧弁１７、３２を全開状態及び絞り状態にそれぞれし、四方弁２５を第２状態にして、圧縮機１５及びポンプ２９を作動させる。これによって、冷媒Ｑが、図５に示すように、熱交換器１６、電磁弁２６、四方弁２５、圧縮機１５、電磁弁３０、熱交換器１９、マフラー３１、減圧弁３２、逆止弁３３を順に通過して熱交換器１６に戻り、冷媒Ｐが熱交換器１９から出て熱交換器２３を通過し熱交換器１９に戻り、湯沸し回路１３を冷媒Ｐが循環するようになる。熱交換器１６で外気から熱を吸収した冷媒Ｑは熱交換器１９を通過の際に冷媒Ｐに熱を与えて冷媒Ｐを加熱し、加熱された冷媒Ｐは熱交換器２３を通過の際に放熱して貯湯タンク１４内の湯を沸き上げる。

また、本実施の形態では、室内の冷房と共に貯湯タンク１４内の湯の沸き上げを行うことが可能であり、熱交換器１６による熱交換は行わず、熱交換器１１を蒸発器として機能させるモードと、熱交換器１１を蒸発器、熱交換器１６を凝縮器としてそれぞれ機能させるモードとが存在する。
熱交換器１６による熱交換は行わず、熱交換器１１を蒸発器として機能させるモードでは、制御手段２７が、電磁弁２４をＯＦＦ状態、電磁弁２６をＯＦＦ状態（不通過状態）、電磁弁３０をＯＮ状態（開状態）、電磁弁３５をＯＦＦ状態（不通過状態）、電磁弁３８をＯＦＦ状態にし、減圧弁１７、３２を全開状態及び絞り状態にそれぞれし、四方弁２５を第１状態にして、圧縮機１５及びポンプ２９を作動させる。

これによって、制御手段２７は、図６に示すように、熱交換器１１を出た冷媒Ｑを、電磁弁２４、四方弁２５、圧縮機１５、電磁弁３０、熱交換器１９、マフラー３１、減圧弁３２、逆止弁３３、減圧弁１７を順に通過して熱交換器１１に戻り、湯沸し回路１３を冷媒Ｐが循環する。冷媒Ｑは、熱交換器１１を通過の際に室内の空気から吸熱し、熱交換器１９を通過の際に冷媒Ｐに熱を与えて冷媒Ｐを加熱する。加熱された冷媒Ｐは、熱交換器２３を通過の際に貯湯タンク１４内の湯水を加熱する。従って、制御手段２７は、熱交換器１１、１９、２３、圧縮機１５及び減圧弁３２等に、室内の冷房と共に貯湯タンク１４内の湯の沸き上げを行わせることとなる。このとき、電磁弁３５はＯＦＦ状態のため分岐路３４には冷媒Ｑが流れない。

そして、熱交換器１１を蒸発器、熱交換器１６を凝縮器としてそれぞれ機能させるモードでは、制御手段２７が、電磁弁２４をＯＦＦ状態、電磁弁２６をＯＦＦ状態（不通過状態）、電磁弁３０をＯＮ状態（開状態）、電磁弁３５をＯＮ状態（通過状態）、電磁弁３８をＯＦＦ状態にし、減圧弁１７、３２を絞り状態、閉状態（バイパス路２０を流れる冷媒Ｑが減圧弁３２を通過できない状態）にそれぞれし、四方弁２５を第１状態にして、圧縮機１５及びポンプ２９を作動させる。これにより、制御手段２７は、図７に示すように、熱交換器１１を出た冷媒Ｑを、電磁弁２４、四方弁２５、圧縮機１５、電磁弁３０、熱交換器１９、マフラー３１、電磁弁３５、逆止弁３６、熱交換器１６、減圧弁１７を順に通過して熱交換器１１に戻し、更に、冷媒Ｐを湯沸し回路１３に循環させる。

この冷媒Ｐ、Ｑの循環によって、冷媒Ｑは、熱交換器１６を通過の際に外気に放熱し、熱交換器１１を通過の際に室内の空気から吸熱した後、熱交換器１９を通過の際に、冷媒Ｐに熱を与えて冷媒Ｐを加熱する。冷媒Ｑの熱によって加熱された冷媒Ｐは熱交換器２３を通過の際に貯湯タンク１４内の湯水に放熱して加熱する。従って、制御手段２７は、熱交換器１１、１６、１９、２３、圧縮機１５及び減圧弁１７等に、室内の冷房と共に貯湯タンク１４内の湯の沸き上げを行わせることとなる。

上述した空調貯湯装置１０は、冷媒Ｐが循環する湯沸し回路１３を備えているが、これに限定されない。本発明の第２の実施の形態に係る空調貯湯装置５０は、図８に示すように、湯沸し回路５１の一端及び他端が貯湯タンク１４の上部及び下部にそれぞれ連結されている。湯沸し回路５１に設けられたポンプ５２が作動すると、貯湯タンク１４の下部の水が湯沸し回路５１に流入し、熱交換器１９を通過の際に加熱された後、貯湯タンク１４の上部に流入する。なお、空調貯湯装置５０において、空調貯湯装置１０と同じ構成については同じ符号を付して詳しい説明を省略する。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
例えば、弁Ｊ、Ｋ、Ｍは電磁弁に限定されない。例えば、弁Ｊ、Ｋ、Ｍとして電動弁を採用してもよい。
また、室内の冷房と貯湯タンク内の湯の沸き上げを行う際に、第２の熱交換器を凝縮器として利用しない場合、分岐路は不要であり、バイパス路を流れる冷媒Ｑが減圧弁Ｂを通過できない状態にする設計も不要である。バイパス路を流れる冷媒Ｑが減圧弁Ｂを通過できない設計にする場合、減圧弁Ｂではなく、バイパス路に電磁弁を追加してその電磁弁で冷媒Ｑが減圧弁Ｂを通過できないようにしてもよい。

１０：空調貯湯装置、１１：熱交換器、１２：室内機、１３：湯沸し回路、１４：貯湯タンク、１５：圧縮機、１６：熱交換器、１７：減圧弁、１８：循環回路、１９：熱交換器、２０：バイパス路、２１：給水管、２２：出湯管、２３：熱交換器、２４：電磁弁、２５：四方弁、２６：電磁弁、２７：制御手段、２８：ファン、２９：ポンプ、３０：電磁弁、３１：マフラー、３２：減圧弁、３３：逆止弁、３４：分岐路、３５：電磁弁、３６：逆止弁、３７：流路、３８：電磁弁、３９：逆止弁、５０：空調貯湯装置、５１：湯沸し回路、５２：ポンプ

Claims (3)

1. 第１の熱交換器を具備する室内機と、湯沸し回路が連結され湯が沸き上げられる貯湯タンクとを有する空調貯湯装置であって、
   前記第１の熱交換器、圧縮機、外気と冷媒を熱交換する第２の熱交換器、及び、減圧弁Ａを接続し、前記貯湯タンク内の湯を沸き上げずに室内を冷房する際に、前記冷媒を前記第１の熱交換器、前記圧縮機、前記第２の熱交換器、前記減圧弁Ａの順に循環させ、前記圧縮機から前記第２の熱交換器に前記冷媒が流れる状態にする通過状態と流れない状態にする不通過状態を切り替える弁Ｊが設けられた循環回路と、
   前記循環回路の前記圧縮機の前記冷媒の出側に一端が連結され、他端が前記第２の熱交換器及び前記減圧弁Ａ間で前記循環回路に連結され、前記湯沸し回路に接続された第３の熱交換器、一端側から前記冷媒が流入可能な開状態と一端側から前記冷媒が流入不可能な閉状態の切り替えが可能な弁Ｋ、及び、減圧弁Ｂが設けられたバイパス路と、
   前記減圧弁Ａ、Ｂ及び前記弁Ｊ、Ｋの開閉をそれぞれ制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記弁Ｊを不通過状態にし、前記弁Ｋを開状態にして、前記第１の熱交換器から出た前記冷媒を、前記圧縮機、前記第３の熱交換器、前記減圧弁Ｂ、前記減圧弁Ａの順に通過させ、前記第１の熱交換器に戻し、室内の冷房と共に前記貯湯タンク内の湯の沸き上げを行わせることを特徴とする空調貯湯装置。
2. 請求項１記載の空調貯湯装置において、一端が前記バイパス路の前記第３の熱交換器及び前記減圧弁Ｂの間の領域に連結され、他端が前記循環回路の前記弁Ｊと前記第２の熱交換器の間の領域に連結され、一端側から他端側に前記冷媒が流れる状態にする通過状態と流れない状態にする不通過状態を切り替える弁Ｍが設けられた分岐路を、更に備え、
   前記制御手段は、前記弁Ｊを不通過状態にし、前記弁Ｋを開状態にし、前記弁Ｍを通過状態にし、前記バイパス路を流れる前記冷媒が前記減圧弁Ｂを通過できない状態にして、前記第１の熱交換器から出た前記冷媒を、前記圧縮機、前記第３の熱交換器、前記弁Ｍ、前記第２の熱交換器、前記減圧弁Ａの順に通過させ、前記第１の熱交換器に戻し、室内の冷房及び前記貯湯タンク内の湯の沸き上げを行わせることを特徴とする空調貯湯装置。
3. 請求項２記載の空調貯湯装置において、前記減圧弁Ｂが閉じた状態となって、前記バイパス路を流れる前記冷媒が前記減圧弁Ｂを通過できない状態にすることを特徴とする空調貯湯装置。

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