JP2020159663A - 冷暖房装置 - Google Patents
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Abstract
Description
また、本出願人は、冷房運転を実現するヒートポンプ式給湯システムに関する先行技術文献として、下記の特許文献2を把握している。
[0037]
この給湯暖房装置は、ヒートポンプ式給湯暖房機1と、ガス加熱式給湯暖房機2を組合わせ、主運転をヒートポンプ式給湯暖房機1で行い、ヒートポンプ式給湯暖房機1で十分に暖房運転がまかなえない程度に環境温度が低下したときに、ガス加熱式給湯暖房機2に切り換え運転を行ってヒートポンプ式給湯暖房機1の運転を停止するようにしたものである。
[0050]
一方、外気の環境温度が低下してヒートポンプ式給湯暖房機1の暖房能力が低下してくると、ヒートポンプ式給湯暖房機1から排水されてガス加熱式給湯暖房機2に導入される循環水の水温が第2の設定温度よりも低くなる。このとき、ガス加熱式給湯暖房機2の第2加熱制御手段16は、ガスバーナ9を着火するよう制御してガス加熱を行い、ガス加熱式給湯暖房機2による循環水の加熱を開始する。
[0010]
室内空気熱交換器15は,室内の冷房運転を行う空気調和機Yに設けられたものであって,該空気調和機Yには,一般的な空気調和機の室内機が有するその他の構成要素が設けられている。
また,ヒートポンプサイクル1には,圧縮機11で圧縮された冷媒とブラインとの間で熱交換を行う床暖房用熱交換器31(加熱サイクル用熱交換器の一例)と,圧縮機11から流出した冷媒と水との間で熱交換を行う風呂追い焚き用熱交換器41(加熱サイクル用熱交換器の一例)と,圧縮機11から流出した冷媒を水加熱用熱交換器12と床暖房用熱交換器31及び風呂追い焚き用熱交換器41とに分配する冷媒分配弁18とが接続されている。
[0025]
このように,ヒートポンプ式給湯システムXでは,冷房運転の排熱,即ち室内空気熱交換器15で暖められた冷媒の熱を利用して,水加熱用熱交換器12における水の加熱を行うことができる。・・・
上記特許文献1記載の給湯暖房装置において、仮に、冷媒の逆サイクル運転が可能な冷暖房ヒートポンプを適用しようとすると、つぎの問題が生じる。第1に、ガス加熱式給湯暖房機2には、管路に温水を流すのが前提であり、安価な熱動弁が使われる。このため、そのまま冷水を流すと弁が作動しないことになる。第2に、冷暖房ヒートポンプの冷房運転を行うと、ガス加熱式給湯暖房機2に冷水が流れることになる。そうすると、ガス加熱式給湯暖房機2に結露が発生する。結露が発生すると、燃焼管路や電子部品の寿命が縮む。また、漏電のリスクが高まり、最悪は火災が発生するおそれもある。
寒冷地において熱効率のよい暖房を実現しながら、夏場の冷房運転にも対応できる冷暖房装置を提供する。
冷媒が循環する冷媒回路を有するヒートポンプと、
循環液が循環する液回路を有し、上記循環液の熱により室内の空調を行う室内空調機と、
上記冷媒回路を循環する冷媒と上記液回路を循環する循環液との間で熱交換を行う第1熱交換器と、
上記液回路を循環する循環液を加熱するために、上記循環液に供給するための熱を発生するガス加熱器とを備え、
上記ヒートポンプは、上記冷媒回路における冷媒の循環サイクルを冷却サイクルと加熱サイクルで切換える切換手段を有し、
少なくとも上記ヒートポンプが上記冷却サイクルで運転しているときに、上記液回路を循環する循環液が上記ガス加熱器を経由するのを回避させる回避手段をさらに備えている。
上記液回路は、上記ヒートポンプが上記冷却サイクルで運転しているときに上記循環液が循環する部分には、熱動弁が存在しない。
上記回避手段は、
上記ガス加熱器で加熱される熱媒体が循環する熱媒体循環路と、
上記熱媒体循環路を循環する熱媒体と上記液回路を循環する循環液との間で熱交換を行う第2熱交換器とを含むものである。
上記液回路が上記ガス加熱器を通過することにより、上記液回路を循環する循環液が上記ガス加熱機により直接的に加熱されるよう構成され、
上記回避手段は、
上記液回路を循環する循環液が、上記ガス加熱機を経由しないようにバイパスするバイパス路を含むものである。
上記液回路において上記循環液を循環させる液循環ポンプは、上記ガス加熱器に対して上記バイパス路よりも遠い位置に配置されている。
上記ヒートポンプは、上記冷媒回路における冷媒の循環サイクルを冷却サイクルと加熱サイクルで切換える切換手段を有する。冬季には、上記ヒートポンプを加熱サイクルで運転する。上記加熱サイクルでは、上記第1熱交換器において、上記液回路を循環する循環液の加熱が行われる。上記液回路を循環する循環液が加熱されると、上記室内空調機では室内の暖房が行われる。寒冷期に外気温が下がってヒートポンプの暖房出力が低下してくると、上記ガス加熱器が発生する熱を上記液回路を循環する循環液に供給する。これにより出力不足を補い、上記室内空調機では引き続き室内の暖房を行うことができる。夏季には、上記ヒートポンプを冷却サイクルで運転する。上記冷却サイクルでは、上記第1熱交換器において、上記液回路を循環する循環液の冷却が行われる。上記液回路を循環する循環液が冷却されると、上記室内空調機では室内の冷房が行われる。上記冷却サイクルでは、上記液回路に冷却液が循環する。そして、上記回避手段により、少なくとも上記ヒートポンプが上記冷却サイクルで運転しているときに、上記液回路を循環する循環液が上記ガス加熱器を経由するのを回避させる。このようにすることにより、ガス加熱器での結露を防止する。これにより、燃焼管路や電子部品の劣化を防ぐとともに漏電リスクを低下させ、機器の寿命を延ばし、安全性を確保する。
図1および図2は、本発明が適用される冷暖房装置の第1実施形態を示す図である。
図1は、ヒートポンプ10を加熱サイクルで運転する状態である。
図2は、ヒートポンプ10を冷却サイクルで運転する状態である
この冷暖房装置は、冷暖房の熱源を供給する手段として、ヒートポンプ10とガス加熱器20とを備えている。また、室内の冷暖房を行う手段として、室内空調機30と床暖房装置40とを備えている。また、熱源を供給する手段と冷暖房を行う手段のあいだで熱交換を行う第1熱交換器50と第2熱交換器60とを備えている。
上記ヒートポンプ10は、冷媒回路11、圧縮機12、膨張弁13、空気熱交換器14、切換手段15を備えている。
第1熱交換器50は、上記冷媒回路11を循環する冷媒ガスと液回路70を循環する循環液との間で熱交換を行う。
上述したように、上記ヒートポンプ10を加熱サイクルで運転したときは、高温の冷媒ガスとの熱交換で循環液が加熱され、その熱が暖房に利用される。
一方、上記ヒートポンプ10を冷却サイクルで運転したときは、低温の冷媒ガスとの熱交換で循環液が冷却され、その冷熱が冷房に利用される。
ガス加熱器20は、上記液回路70を循環する循環液を加熱するために、上記循環液に供給するための熱を発生する。
上記熱媒体循環路21は、上記ガス加熱器20で加熱される熱媒体が循環する。上記熱媒体としては、たとえば水を用いることができる。上記循環ポンプ22は、上記熱媒体循環路21の経路に配置され、上記熱媒体循環路21に熱媒体を循環させる。上記ガスバーナ23は、上記熱媒体循環路21の経路において、熱媒体循環路21を循環する熱媒体を加熱する。上記熱媒体循環路21は第2熱交換器60を経由し、上記ガスバーナ23で加熱された熱媒体を第2熱交換器60に導入する。上記ガス加熱装置20は標準仕様のものをそのまま使うことができる。
上記第2熱交換器60は、上記熱媒体循環路21を循環する熱媒体と上記液回路70を循環する循環液との間で熱交換を行う。つまり、上記ガスバーナ23で加熱された熱媒体により液回路70を循環する循環液を加熱する。上記第2熱交換器60で加熱された循環液の熱は、暖房に利用される。
上記液回路70は、循環液が循環する。上記循環液としては、水または不凍液を用いることができる。上記不凍液は凝固点が0℃より低くなるよう調整した液であり、液回路70内での凍結を防止できる。上記不凍液として、具体的には、塩化ナトリウム水溶液,塩化カルシウム水溶液,エチレングリコール水溶液等を用いることができる。
上記液回路70は、上記第2熱交換器60を経由する。これにより上述したように、循環液が、ガス加熱器20の熱媒体との熱交換により加熱される。
このような構成により、上記循環液が二次熱媒体として機能するように構成されている。
上記冷暖房装置として、この例では、室内空調機30と床暖房装置40が設けられている。
上記液回路70は、上記ヒートポンプ10が上記冷却サイクルで運転しているときに上記循環液が循環する部分には、熱動弁が存在しない。したがって、冷却された循環液が流れる可能性がある管路には、熱を発生しない電磁弁や電動ボールバルブを用いる。たとえば、上記室内空調機30には、冷却された循環液が流れることがあるため、熱動弁を使用せず、電磁弁や電動ボールバルブを用いる。上記床暖房装置40は、加熱された循環液しか流れず、冷却された循環液が流れることがないため、熱動弁を使用することができる。
本発明の冷暖房装置は、少なくとも上記ヒートポンプ10が上記冷却サイクルで運転しているときに、上記液回路70を循環する循環液が上記ガス加熱器20を経由するのを回避させる回避手段80をさらに備えている。
上記熱媒体循環路21は、上記ガス加熱器20で加熱される熱媒体が循環する。
上記第2熱交換器60は、上記熱媒体循環路21を循環する熱媒体と上記液回路70を循環する循環液との間で熱交換を行う。
上記ヒートポンプ10は、上記冷媒回路11における冷媒の循環サイクルを冷却サイクルと加熱サイクルで切換える切換手段15を有する。冬季には、上記ヒートポンプ10を加熱サイクルで運転する。上記加熱サイクルでは、上記第1熱交換器50において、上記液回路70を循環する循環液の加熱が行われる。上記液回路70を循環する循環液が加熱されると、上記室内空調機30では室内の暖房が行われる。寒冷期に外気温が下がってヒートポンプ10の暖房出力が低下してくると、上記ガス加熱器20が発生する熱を上記液回路70を循環する循環液に供給する。これにより出力不足を補い、上記室内空調機30では引き続き室内の暖房を行うことができる。夏季には、上記ヒートポンプ10を冷却サイクルで運転する。上記冷却サイクルでは、上記第1熱交換器50において、上記液回路70を循環する循環液の冷却が行われる。上記液回路70を循環する循環液が冷却されると、上記室内空調機30では室内の冷房が行われる。上記冷却サイクルでは、上記液回路70に冷却液が循環する。そして、上記回避手段80により、少なくとも上記ヒートポンプ10が上記冷却サイクルで運転しているときに、上記液回路70を循環する循環液が上記ガス加熱器20を経由するのを回避させる。このようにすることにより、ガス加熱器20での結露を防止する。これにより、燃焼管路や電子部品の劣化を防ぐとともに漏電リスクを低下させ、機器の寿命を延ばし、安全性を確保する。
図3および図4は、本発明が適用される冷暖房装置の第2実施形態を示す図である。
図3は、ヒートポンプ10を加熱サイクルで運転する状態である。
図4は、ヒートポンプ10を冷却サイクルで運転する状態である
第2実施形態では、上記回避手段80は、バイパス路90と第3三方弁91とを含んで構成される。上記バイパス路90は、上記液回路70を循環する循環液が、上記ガス加熱機20を経由しないようにバイパスする。つまり、上記バイパス路90は、上記液回路70が上記ガス加熱器20に入る導入側と、上記液回路70が上記ガス加熱器20から出る導出側とを連通させるものである。
以上のように、本発明の冷暖房装置では、寒冷地において熱効率のよい暖房を実現しながら、夏場の冷房にも対応できる。また、冷房エアコンを別途取り付ける必要がないので、設備経費を節減できる。ヒートポンプの室外機と室内機が冷暖房を兼用して1台で済むため、外観がスッキリする。室内暖房はヒートポンプとガス加熱を切換え使用するので、外気温に関係なく強力な暖房ができる。
上記実施形態では、循環液の熱を室内暖房に用いる例を示したが、これに限定するものではなく、浴室給湯装置や追い炊き装置等、各種の給湯設備に用いるようにすることもできる。
2:第2ポート
3:第3ポート
4:第4ポート
10:ヒートポンプ
11:冷媒回路
12:圧縮機
13:膨張弁
14:空気熱交換器
14A:ファン
15:切換手段
20:ガス加熱器
21:熱媒体循環路
22:循環ポンプ
23:ガスバーナ
30:室内空調機
31:第1導入路
32:冷暖房器
33:第1排出路
34:第1三方弁
35:ファン
40:床暖房装置
41:第2導入路
42:床暖房ライン
43:第2排出路
44:第2三方弁
50:第1熱交換器
60:第2熱交換器
70:液回路
71:液循環ポンプ
80:回避手段
81:制御手段
90:バイパス路
91:第3三方弁
Claims (5)
- 冷媒が循環する冷媒回路を有するヒートポンプと、
循環液が循環する液回路を有し、上記循環液の熱により室内の空調を行う室内空調機と、
上記冷媒回路を循環する冷媒と上記液回路を循環する循環液との間で熱交換を行う第1熱交換器と、
上記液回路を循環する循環液を加熱するために、上記循環液に供給するための熱を発生するガス加熱器とを備え、
上記ヒートポンプは、上記冷媒回路における冷媒の循環サイクルを冷却サイクルと加熱サイクルで切換える切換手段を有し、
少なくとも上記ヒートポンプが上記冷却サイクルで運転しているときに、上記液回路を循環する循環液が上記ガス加熱器を経由するのを回避させる回避手段をさらに備えている
ことを特徴とする冷暖房装置。 - 上記液回路は、上記ヒートポンプが上記冷却サイクルで運転しているときに上記循環液が循環する部分には、熱動弁が存在しない
請求項1記載の冷暖房装置。 - 上記回避手段は、
上記ガス加熱器で加熱される熱媒体が循環する熱媒体循環路と、
上記熱媒体循環路を循環する熱媒体と上記液回路を循環する循環液との間で熱交換を行う第2熱交換器とを含むものである
請求項1または2記載の冷暖房装置。 - 上記液回路が上記ガス加熱器を通過することにより、上記液回路を循環する循環液が上記ガス加熱機により直接的に加熱されるよう構成され、
上記回避手段は、
上記液回路を循環する循環液が、上記ガス加熱機を経由しないようにバイパスするバイパス路を含むものである
請求項1または2記載の冷暖房装置。 - 上記液回路において上記循環液を循環させる液循環ポンプは、上記ガス加熱器に対して上記バイパス路よりも遠い位置に配置されている
請求項4記載の冷暖房装置。
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- 2019-03-28 JP JP2019062162A patent/JP7444544B2/ja active Active
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