JP2662628B2 - ヒートポンプ式空調給湯システム - Google Patents

ヒートポンプ式空調給湯システム

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JP2662628B2 JP3326989A JP3326989A JP2662628B2 JP 2662628 B2 JP2662628 B2 JP 2662628B2 JP 3326989 A JP3326989 A JP 3326989A JP 3326989 A JP3326989 A JP 3326989A JP 2662628 B2 JP2662628 B2 JP 2662628B2
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Hitachi Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、空調廃熱回収および空調停止時の活用を図
り夜間電力を有効に利用する全電気式のヒートポンプ式
空調給湯システムに関する。
〔従来の技術〕
従来のシステムとしては、空気熱源ヒートポンプ式給
湯システムが知られている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、従来のヒートポンプ式給湯システムに
おいては、冬期低外気温時の能力低下が著しいため、夜
間電力の活用に難があり、また冬期の能力で容量を設計
するため、夏期、中間期の負荷に対しては過大な容量と
なり、電力の有効活用ができなかった。また、給湯取出
温度については、効率面からは一般に50℃程度が最大で
あるが、放熱ロス等による温度低下を考慮すると、病
院、ホテル等の比較的高い給湯温度を必要とする場合に
は、夜間電力利用の蓄熱としては無理があった。
本発明の課題は上記問題を解決するためものであっ
て、既存の空調設備を効果的に活用し、電力の平準化と
高効率の熱利用を図り、高温の給湯を可能にするヒート
ポンプ式空調給湯システムを提供することを目的とす
る。
〔課題を解決するための手段〕
そのために本発明のヒートポンプ式空調給湯システム
は、室内熱交換器14及び室外熱交換器13を有する第1の
空気熱源ヒートポンプ式冷凍サイクルと、室内熱交換器
14、室外熱交換器23及び熱減水熱交換器26を有する第2
の空気熱源ヒートポンプ式冷凍サイクルと、前記熱源水
熱交換器に熱交換可能に接続された熱源水槽38と、該熱
源水槽に蓄熱された温水を熱源とした水熱源ヒートポン
プ給湯器Bと、水熱源ヒートポンプ給湯器により製造さ
れる湯水を貯える貯湯槽Cとを備え、前記第1の空気熱
源ヒートポンプ式冷凍サイクルは、室内熱交換器14及び
室外熱交換器13による冷暖房単独運転を切換可能にし、
前記第2の空気熱源ヒートポンプ式冷凍サイクルは、室
内熱交換器14及び室外熱交換器23による冷暖房単独運転
と、室内熱交換器14及び熱源水熱交換器26による冷房・
熱源水蓄熱運転と、室外熱交換器23及び熱源水熱交換器
26による熱源水蓄熱運転とを切換可能にすることによ
り、前記水熱源ヒートポンプ給湯器Bを全季節かつ昼
夜、運転可能にしたことを特徴とする。なお、上記構成
に付加した番号は、本発明の理解を容易にするために図
面と対比させるもので、これにより本発明が何ら限定さ
れるものではない。
〔作用〕
本発明においては、夜間は年間を通して夜間電力を利
用して蓄熱単独運転を行い、夏期夜間は冷房単独運転を
主な運転とし、給湯用熱源水の蓄熱量が不足時に冷房・
蓄熱運転を行い、中間期昼間は蓄熱量が不足時に蓄熱運
転を行い、さらに、冬期昼間は暖房単独運転を主な運転
とし、給湯熱源水用の蓄熱量が不足時でかつ負荷が半減
している場合に暖房・蓄熱運転を行う。基本的には安価
な夜間電力を利用して給湯用熱源水を高い成績係数で蓄
熱し、昼間は冷暖房に供するものである。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。
第1図は、本発明のヒートポンプ式空調給湯システム
の1実施例を示す構成図である。図において実線は冷媒
配管を示し、点線は水配管を示している。
図において、本発明のヒートポンプ式空調給湯システ
ムは、水冷コンデンサー付空気熱源ヒートポンプパッケ
ージ形空調機Aと、水熱源ヒートポンプ給湯機Bと、成
層型貯湯槽Cと、システム制御装置から構成されてい
る。
水冷コンデンサー付空気熱源ヒートポンプパッケージ
形空調機Aは、1台のユニットに2つの空気熱源ヒート
ポンプ式冷凍サイクルを有している。そして、第1の冷
凍サイクルは、圧縮機11、四方弁12、室外熱交換器13、
逆止弁T1、キャピラリーチューブC1、ストレーナS、逆
止弁T2、キャピラリーチューブC2、リキッドタンクLI、
室内熱交換器14、アキュムレータ15を図示のように接続
している。
また、第2の冷凍サイクルは、圧縮器21、四方弁22、
電磁弁V1、室外熱交換器23、逆止弁T3、膨張弁E1、電磁
弁V5、逆止弁T4、電磁弁V4、膨張弁E2、室内熱交換器1
4、リキッドタンクL2、アキュムレータ25を図示のよう
に接続し、さらに、室外熱交換器23と並列に電磁弁V2、
阻止弁S1、熱源水熱交換器26、阻止弁S2、逆止弁T5が接
続され、また、電磁弁V3および電磁弁V6が図示の如く接
続されている。
水熱源ヒートポンプ給湯機Bは、圧縮器31、温水熱交
換器32、膨張弁E3、水冷却器33を3段に積み上げた省ス
ペース形給湯機である。温水熱交換器32はすべて銅管に
て形成される2重管コイル式熱交換器であり、給湯配管
34により、複数の成層型貯湯槽C、ポンプP1が接続さ
れ、給湯栓41により湯を供給する。また、水冷却器33は
横形シェルアンドチューブ、ドライエクスパンション式
であり、配管37、ポンプP2により熱源水槽38が接続され
ると共に、この熱源水槽38内の水は、配管39、ポンプP3
により前記熱源水熱交換器26と熱交換すように構成され
ている。
上記成層型貯湯槽Cは、第2図に示すように、ユニッ
トを組み合わせて完全押し出し型成層連結槽を形成する
ものでであり、ユニットは、施工性等を加味し経済性を
重視したもので、建物規模に合わせて連結数を調整する
ことにより任意の貯湯容量を確保することができる。温
度成層を形成するために、湯は槽上部の吸込口51から内
部配管52を経由して湯出口53に供給され、補給水は下部
入口54から流入し混合防止装置55を介して供給される構
造である。
また、槽の構造は、材質をステンレスとし圧力容器と
ならないことから機能上必要最小限の板厚の板と補強材
を組合わせて軽量化を図り、コストの低減と施工性の向
上を図っている。また、耐震性は建物と一体に取付具56
により固定することで強化されている。なお、貯湯槽C
の外周全体および内部上部には断熱材57、59が設けられ
ると共に、下部にはドレーン管60が接続される。
上記成層型貯湯槽Cは、軽量でかつ平面的なサイズが
小さいことに加え、現地配管ができるだけ短くなるよう
に連結配管の取出方向が工夫されており、搬入、据付が
容易であるとともに、柱、壁のふところ等、建物のデッ
ドスペースを有効利用することも可能で設置スペース効
率の優れた貯湯槽である。
次に上記構成からなるヒートポンプ式空調給湯システ
ムの動作制御について説明する。
本発明において水冷コンデンサ付空気熱源ヒートポン
プパッケージ型空調機は、冷房単独、冷房・熱源水
蓄熱(以下単に蓄熱という)、暖房単独、暖房・蓄
熱、蓄熱単独の5つの運転モードが任意に選択できる
サイクル構成となっている。
(冷房単独または暖房単独運転) 第1図において実線が冷房単独運転、点線が暖房単独
運転を示す。負荷が少ない場合には、空気熱源ヒートポ
ンプパッケージ形空調機Aにおける圧縮機11、四方弁1
2、室外熱交換器13、室内熱交換器14からなる冷凍サイ
クルのみを運転し、四方弁12を切換えることにより、室
内熱交換器14を夏期には蒸発器とし、冬期には凝縮器と
して使用し、ファン40により室内に冷風または温風を送
る。
また、負荷が大きい場合には、他方の圧縮機21、四方
弁22、室外熱交換器23、室内熱交換器14からなる冷凍サ
イクルを運転する。この場合、冷房時には電磁弁V1、V4
を開き、電磁弁V2、V3、V5、V6を閉じ、暖房時には電磁
弁V3、V5を開き、電磁弁V1、V2、V4、V6を閉じる。
(冷房・蓄熱運転) 第3図の実線に示すように、前記2つの冷凍サイクル
を冷房運転にするとともに、阻止弁S1、S2および電磁弁
V2、V4を開き、電磁弁V1、V3、V5、V6を閉じる。従っ
て、室内熱交換器14は蒸発器として作用し、熱源水熱交
換器26は凝縮器として作用し、ポンプP3の運転により熱
源水槽38内の水は加熱される。そして、水熱源ヒートポ
ンプ給湯機Bの運転により給湯が行われる。
(暖房・蓄熱運転) この場合には、第3図点線に示すように、空気熱源ヒ
ートポンプパッケージ形空調機Aにおける圧縮機11、四
方弁12、室外熱交換器13、室内熱交換器14からなる冷凍
サイクルを暖房運転し、他方の冷凍サイクルは四方弁22
を実線側にするともに、阻止弁S1、S2および電磁弁V2、
V3、V5を開き、電磁弁V1、V4、V6を閉じる。従って、室
内熱交換器14が蒸発器として作用すると共に、室外熱交
換器23が蒸発器、熱源水熱交換器26が凝縮器として作用
し、ポンプP3の運転により熱源水槽38内の水は加熱され
る。そして、水熱源ヒートポンプ給湯機Bの運転により
給湯が行われる。
(蓄熱単独運転) 前記した暖房・蓄熱運転時の場合から圧縮機11、四方
弁12、室外熱交換器13、室内熱交換器14からなる冷凍サ
イクルを停止することにより行われる。
上記した各運転モードは下記表に示すように選択され
る。
夜間は年間を通して夜間電力を利用して蓄熱単独運転
を行い、夏期昼間は冷房単独運転を主な運転とし、給湯
用熱源水の蓄熱量が不足時に冷房・蓄熱運転を行い、中
間期昼間は蓄熱量が不足時に蓄熱運転を行い、さらに、
冬期昼間は暖房単独運転を主な運転とし、給湯熱源水用
の蓄熱量が不足時でかつ暖房負荷が半減している場合に
暖房・蓄熱運転を行う。基本的には安価な夜間電力を利
用して給湯用熱源水を高い成績係数で蓄熱し、昼間は冷
暖房に供するものである。
水熱源ヒートポンプ給湯機Bは、夜間電力を利用して
安定した温度の実現をねらいとし、基本的には夜間電力
を利用して貯湯を完了させておき、実際の出湯量と予め
入力しておいた想定給湯負荷パターンとの比較により、
給湯機の昼間の追従運転の判断を行う。また、給湯循環
ロス等による貯湯槽内の温度低下が生じた場合には、そ
の温度を検出して給湯機を強制運転する制御を行う。
〔発明の効果〕
以上のように本発明によれば、従来の空調設備を効果
的に活用し、電力の平準化と熱の高効率利用を図り、高
温の給湯を可能にするヒートポンプ式空調給湯システム
を提供することができ、基本的には安価な夜間電力を利
用して給湯用熱源水を高い成績係数で蓄熱し、昼間は冷
暖房を供することができる。
また、中小規模の病院、ホテル等空調設備があって多
量の給湯を必要とする施設に対して、安全性が高くエネ
ルギーコストが安価なヒートポンプ式空調給湯システム
を提供することができる。
また、運転に際して有資格者が不要なため運転管理が
容易なヒートポンプ式空調給湯システムを提供すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のヒートポンプ式空調給湯システムの1
実施例を示す構成図、第2図は本発明に係わる成層型貯
湯槽の側面図、第3図は蓄熱運転時の冷媒の流れを説明
するための図である。 A……水冷コンデンサー付空気熱源ヒートポンプパッケ
ージ形空調機、B……水熱源ヒートポンプ給湯機、C…
…成層型貯湯槽、11、12、31……圧縮機、12、22……四
方弁、13、23……室外熱交換器、14……室内熱交換器、
26……熱源水熱交換器、32……温水熱交換器、33……水
冷却器、38……熱源水槽。
フロントページの続き (72)発明者 小野塚 孝一 東京都千代田区内幸町1丁目1番3号 東京電力株式会社内 (72)発明者 大久保 進 東京都千代田区内幸町1丁目1番3号 東京電力株式会社内 (72)発明者 天羽 義一 静岡県清水市村松390番地 株式会社日 立製作所内 (72)発明者 春川 恒雄 静岡県清水市村松390番地 株式会社日 立製作所内 (72)発明者 原田 文雄 静岡県清水市村松390番地 株式会社日 立製作所内 (72)発明者 五十嵐 征四郎 東京都中央区京橋2丁目16番1号 清水 建設株式会社内 (72)発明者 山田 勝久 東京都中央区京橋2丁目16番1号 清水 建設株式会社内 (72)発明者 熊野 直人 東京都中央区京橋2丁目16番1号 清水 建設株式会社内 (56)参考文献 特開 昭57−16739(JP,A) 特開 昭62−9132(JP,A) 実開 昭57−118266(JP,U)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】室内熱交換器及び室外熱交換器を有する第
    1の空気熱源ヒートポンプ式冷凍サイクルと、室内熱交
    換器、室外外交換器及び熱源水熱交換器を有する第2の
    空気熱源ヒートポンプ式冷凍サイクルと、前記熱源水熱
    交換器に熱交換可能に接続された熱源水槽と、該熱源水
    槽に蓄熱された温水を熱源とした水熱源ヒートポンプ給
    湯器と、水熱源ヒートポンプ給湯器により製造される湯
    水を貯える貯湯槽とを備え、前記第1の空気熱源ヒート
    ポンプ式冷凍サイクルは、室内熱交換器及び室外熱交換
    器による冷暖房単独運転を切換可能にし、前記第2の空
    気熱源ヒートポンプ式冷凍サイクルは、室内熱交換器及
    び室外熱交換器による冷暖房単独運転と、室内熱交換器
    及び熱源水熱交換器による冷房・熱源水蓄熱運転と、室
    外熱交換器及び熱源水熱交換器による熱源水蓄熱運転と
    を切換可能にすることにより、前記水熱源ヒートポンプ
    給湯器を全季節かつ昼夜、運転可能にしたことを特徴と
    するヒートポンプ式空調給湯システム。
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