JP2964397B2 - 水熱源式空調装置に併設する給湯装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水熱源式の空調装置と
接続して併設使用する給湯装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】従来の空
調装置（空気調和装置）について説明する。

【０００３】従来、空調装置における冷凍サイクルの中
には、冷暖房運転の熱源として大気の熱を利用するもの
が多い。一般には、このヒートポンプ式の空調装置は、
冷房運転時には、室外機で空気の熱をくみ取り、室内機
で熱を放出する。逆に冷房運転時には、室内機で空気の
熱をくみ取り、室外機で大気に熱を放出している。

【０００４】一方、エネルギーの有効利用のために、上
述した空調装置と給湯装置を組み合わせた空調給湯装置
が開発されてきている。これは、冷房運転時に、室外熱
交換器から放出される熱を、水道源から流れてくる水道
水に伝えて、給湯口に流すというものであった。

【０００５】すなわち、冷房運転時に給湯するもので、
暖房運転時あるいは冷房も暖房も実施しない中間季にお
いて、空調装置と給湯装置との組み合せにより給湯を可
能にした空調給湯装置はなかった。

【０００６】特に、中小規模の水熱源式空調装置では、
水熱源を利用できない厳寒期に「補助熱源装置なしの暖
房運転」は不可能であり、このため、暖房運転時に給湯
装置を作動させることができないものであった。

【０００７】本発明は、上記に鑑みてなしたもので、水
熱源式の空調装置において、その室外機に装備する圧縮
機の作動を有効利用し、燃焼器具等の特別の補助熱源を
使用することなく、暖房運転時に給湯システムを成立さ
せ、さらにエネルギーの有効利用を図るために、未利用
エネルギーである河川、海、ダム、池、井戸等の自然水
を熱源に利用するとともに、ヒートポンプによって発生
させた熱の一部を熱源として使うことにより、エネルギ
ーの有効利用、省エネ性を向上させることを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決する本
発明は、熱源用水路を有する室外熱交換器と圧縮機とを
備え、前記室外熱交換器及び圧縮機と室内熱交換器とを
冷媒の流路を介して接続し密閉サイクルを形成してなる
水熱源式空調装置に併設する給湯装置であって、前記空
調装置の熱源用水路への熱源水供給のための熱源タンク
と、給湯用の貯湯タンクと、前記空調装置の冷媒の流路
に切換弁を介して接続されかつ貯湯タンクの水との間で
熱交換を行う給湯用熱交換器と、未利用エネルギーとし
ての自然水と熱源タンクの水との間で熱交換を行なう熱
源用熱交換器とを備え、下記（ａ）〜（ｃ）の運転モー
ドに、切換可能に構成してなることを特徴とする。

【０００９】（ａ） 冷房運転時において、室外熱交換
器による熱源用水路の加温水を貯湯タンクに送る運転モ
ード。

【００１０】（ｂ） 暖房運転時において、自然水のエ
ネルギーを、熱源用熱交換器を介して熱源タンクに貯
え、この熱源タンクの熱源水を熱源用水路により室外熱
交換器に送り、この室外熱交換器での冷媒の熱交換用の
熱源に利用するともに、前記密閉サイクル中の冷媒の一
部を給湯用熱交換器に流送させ、貯湯タンクの温水を加
温する運転モード。

【００１１】（ｃ） 冷暖房非運転時において、自然水
のエネルギーにより、熱源用熱交換器を介して熱源タン
クの水を加温するとともに、この熱源水を室外熱交換器
に送って、室外熱交換器、圧縮機および給湯用熱交換器
を介して貯湯タンクの温水を加熱する運転モード。

【００１２】さらに本発明は、前記の給湯装置におい
て、（ａ）〜（ｃ）の運転モードのほかに、下記（ｄ）
の運転モードに切換可能に構成することを第２の特徴と
する。（ｄ） 厳寒期の暖房運転時において、空調装置
の密閉サイクル中の冷媒の一部を給湯用熱交換器に流送
させ、冷媒により貯湯タンクの水を加温するとともに、
給湯用熱交換器から送出される加温水の一部を熱源タン
クにフィードバックさせ、熱源タンクの熱源水を一定温
度以上に保持し、この熱源水を室外熱交換器に送り、こ
の室外熱交換器での冷媒の熱交換用の熱源に利用する運
転モード。

【００１３】前記の給湯装置において、冷暖房非運転時
においては、給湯用熱交換器から送出される加温水の一
部を熱源タンクに戻し、熱源タンク内の熱源水を一定温
度以上に保持するのが好ましい。

【００１４】前記のいずれの給湯装置においても、前記
の運転モードの切替えのための切換弁、ポンプ装置を装
備して構成される。

【００１５】また前記給湯用熱交換器から送出される加
温水の一部を熱源タンクに戻す場合において、熱源タン
ク内の熱源水を５℃以上に保持するのが、熱交換効率を
良好に保持する上で好ましい。

【００１６】

【作用】上記した本発明の給湯装置によれば、冷房運転
時には、室外熱交換器による排熱を利用して貯湯タンク
の水を加熱できる。また暖房運転時には、自然水のエネ
ルギーを暖房用の熱源に利用するともに、空調装置の密
閉サイクルの冷媒の一部を給湯用熱交換器に流送させる
ことにより、貯湯タンクの温水を加熱できる。

【００１７】さらに、冷暖房非運転時には、未利用エネ
ルギーである自然水により熱源用熱交換器を介して熱源
タンクの熱源水を加温し、この加温された熱源水を室外
熱交換器に送るとにより、前記自然水の未利用エネルギ
ーを、室外熱交換器、圧縮機および給湯用熱交換器を介
して貯湯タンクの温水の加熱に利用できる。

【００１８】特にこの場合において、倍給湯用熱交換器
から送出される加温水の一部を熱源タンクに戻し、熱源
タンク内の熱源水を一定温度以上に保持することによ
り、前記の熱効率がさらに高まる。

【００１９】また、請求項２のように厳寒期の運転モー
ドに切替え可能な場合、水温が低くて自然水のエネルギ
ーを利用できない厳寒期の暖房運転時においても、空調
装置の密閉サイクルの冷媒の一部を給湯用熱交換器に流
送させて貯湯タンクの温水を加熱するとともに、給湯用
熱交換器から送出される加温水の一部を熱源タンクにフ
ィードバックさせることにより、熱源タンクの熱源水を
一定温度以上に保持する。この熱源水を室外熱交換器に
送ることにより、他の補助熱源を利用することなく、暖
房と貯湯タンクの温水の加熱とが可能になる。

【００２０】したがって、前記いずれの運転モードの場
合においても、一定の給湯量を発生させることができ、
エネルギーを有効利用でき、省エネ性が向上する。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を図面を参照し詳
細に説明する。

【００２２】図１は本発明の給湯装置の構成図であり、
図２〜図５はそれぞれ各運転モード別のサイクル図を示
している。図において、（１）は水熱源式の空調装置を
構成する室外機、（２）は同室内機、（３）は空調装置
と接続され併設される給湯装置である。

【００２３】前記室外機（１）は、熱源用水路（４）を
有する室外熱交換器と圧縮機（６）とを備え、これら室
外熱交換器（５）および圧縮機（６）と室内機（２）に
有する室内熱交換器（７）によって密閉サイクルを形成
しており、（８）は冷媒が流れる流路を示している。前
記密閉サイクルには、図示を省略するが、冷暖房の切換
のための切換弁、膨脹弁等が必要に応じて設けられる。

【００２４】前記給湯装置（３）は、前記空調装置の熱
源用水路（４）への熱源水供給のための熱源タンク（１
０）と、給湯用の貯湯タンク（１１）とを備えており、
前記熱源用水路（４）が、前記熱源タンク（１０）およ
び貯湯タンク（１１）の双方と切換弁（１２）（１３）
を介して接続され、いずれか一方のタンクの水を前記室
外熱交換器（５）に循環流送できるようになっている。
（１４）（１５）は前記循環流送のためのポンプを示
す。熱源用水路（４）は、空調装置の室外機（１）の側
の部分と、給湯装置の側の部分とを簡単な構造で接続で
きるように構成しておくのがよい。

【００２５】（１６）は、河川、海、ダム、池、井戸等
の未利用エネルギーとしての自然水（５０）を利用する
ための熱源用熱交換器であって、前記自然水（５０）を
汲み上げ還流させる流路（１７）と熱源タンク（１０）
の熱源水を循環流送させる水路（１８）との間で熱交換
を行なうように設けられている。（１９）は前記自然水
の流路（１７）に設けた汲み上げ用のポンプ、（２８）
は前記水路（１８）の循環流送のためのポンプである。

【００２６】（２０）は前記空調装置における冷媒の流
路（８）に切換弁（２１）（２２）を介して適宜冷媒の
一部を流送できるように接続された給湯用熱交換器であ
り、前記冷媒の一部と、貯湯タンク（１１）に接続され
た加温用水路（２３）との間で熱交換を行なうように設
けられている。（２４）は前記加温用水路（２３）の循
環流送のためのポンプである。図の場合、前記加温用水
路（２３）の戻流側は熱源用水路（４）の貯湯タンク
（１１）への戻流側に切換弁（２５）を介して接続され
ている。

【００２７】前記の加温用水路（２３）の戻流側は、切
換弁（２６）を介して熱源タンク（１０）へのフィード
バック用流路（２７）が接続され、給湯用熱交換器（２
０）による加温水の一部を熱源タンク（１０）にフィー
ドバックできるように設けられている。前記フィードバ
ック用流路（２７）を熱源用水路（４）の給送側に接続
しておくこともできる。（３６）は熱源用水路（４）の
給送側に設けた温度センサ（３７）により温度により開
閉するバルブである。

【００２８】（２９）は熱源タンク（１０）および貯湯
タンク（１１）への水道水等の補給水路で、両タンクの
水量の減少に応じて自動的に補給されるようにしておく
のがよい。（３０）は貯湯タンク（１１）から浴場や洗
面等の給湯先への給湯用流路、（３１）は同戻し用流
路、（３２）は給湯用のポンプを示している。

【００２９】前記の貯湯タンク（１１）は、給湯側タン
ク部（11ａ）と戻りタンク部（11ｂ）とに仕切られてい
る。そして加温のために戻りタンク部（11ｂ）から室外
熱交換器（５）または給湯用熱交換器（２０）（11ａ）
に送られるとともに、加温水（湯）は給湯側タンク部
（11ａ）に入り貯留されるようになっている。また前記
給湯側タンク部（11ａ）と戻りタンク部（11ｂ）とは、
仕切り壁（３３）の底部近傍に設けた連通孔（３４）に
より連通し、低温度の温水を効率よく加熱できるように
構成されている。もちろん前記貯湯タンク（１１）は１
室に構成されたものであってもよい。

【００３０】図の場合は、熱源タンク（１０）について
も、室外熱交換器（５）への熱源水の給送側と戻し側と
に仕切り構成されており、熱源水のエネルギーを熱源タ
ンク（１０）の給送側と、前記貯湯タンク（１１）の戻
りタンク部（11ｂ）とは管路（３５）により連通せしめ
られている。

【００３１】なお、上記の給湯装置は、市販の水熱源式
空調装置においても、簡単な構造で接続構成でき、実施
が容易である。この場合、市販の水熱源・マルチ式空調
装置から、所要の冷房・暖房能力および給湯能力の満足
するものを選択して利用できる。

【００３２】次に、空調および給湯システムの動作を運
転モード別に説明する。

【００３３】図２は、冷房運転時における給湯システム
を示している。この運転時、室外機（１）より室内機
（２）に送られた冷媒が、室内熱交換器（７）により室
内の空気の熱を奪い取った後、室外機（１）に戻って圧
縮機（６）を経て室外熱交換器（５）に流れ、ここで熱
源用水路（４）を流れる水と熱交換されて放熱した後、
圧縮機（６）を介して再び室内機（２）に送られる。

【００３４】この時、前記熱源用水路（４）は、切換弁
（１２）（１３）および（１７）がそれぞれ貯湯タンク
（１１）の側に開、熱源タンク（１０）の側に閉にされ
ていて、該熱源用水路（４）には、貯湯タンク（１１）
からポンプ（１５）により汲み上げられた水が循環流送
されており、前記室外熱交換器（５）を通って冷媒の熱
（排熱）で加熱されて貯湯タンク（１１）に戻される。
これにより室外熱交換器（５）による排熱による加温水
（湯）を貯湯タンク（１１）に貯留できる。この湯は給
湯用ポンプ（３２）により任意の給湯先に送られ使用さ
れる。すなわち、冷房排熱が給湯熱として有効利用され
る。

【００３５】図３は、河、海、ダム、池、井戸等の未利
用エネルギーとしての自然水を、暖房用の熱源に利用す
るとともに、空調装置の冷媒の一部を給湯用熱交換器
（２０）に流送させて貯湯タンク（１１）の温水の加熱
に利用する暖房運転時の給湯システムを示している。

【００３６】ここで、自然水（５０）をポンプ（１９）
で汲み上げて熱源用熱交換器（１６）に送り、熱源タン
ク（１０）からの循環流送される熱源水との熱交換によ
り、前記未利用エネルギーを熱源タンク（１０）に貯
え、さらに熱源用水路（４）の切換弁（１２）（１３）
を熱源タンク（１０）の側にのみ開として、前記熱源タ
ンク（１０）の熱源水を、熱源用水路（４）で室外熱交
換器（５）に循環流送させて暖房時の熱源に利用する。
すなわち、空調装置の流路（８）内の冷媒は、室外熱交
換器（５）から圧縮機（６）を経て高温高圧となって室
内熱交換器（７）に送られ、室内に放熱することで暖房
を行なう。放熱した冷媒は、再び圧縮機（６）および室
外熱交換器（５）に戻されて、熱源水との間で熱交換さ
れる。

【００３７】そして、前記の暖房システムにおいて、密
閉サイクルを形成する流路（８）に設けた切換弁（２
１）（２２）を室内熱交換器（７）と給湯用熱交換器
（２０）との双方の側に開として、室内熱交換器（７）
に送られる冷媒の一部を給湯用熱交換器（２０）に送
り、この給湯用熱交換器（２０）に引き込まれている加
温用水路（２３）で循環流送されている貯湯タンク（１
１）の水と熱交換を行い、その加温水（湯）を貯湯タン
ク（１１）に還流させる。この時、切換弁（２５）は貯
湯タンク（１１）の側に開となっている。これにより、
貯湯タンク（１１）に加温水（湯）が貯留され、給湯が
可能になる。しかも自然水による未利用エネルギーが暖
房と給湯に有効利用される。

【００３８】図４は、自然水の水温が低くて（０℃以
下、好ましくは５℃以下）、その自然水のエネルギーを
利用できない厳寒期の暖房運転時における給湯システム
を示している。

【００３９】この場合、上記した通常の暖房運転時とは
異なり、自然水のエネルギーを利用しない（熱源熱交換
器（１８）を働かさない）で、熱源タンク（１０）の熱
源水を、熱源用水路（４）で室外熱交換器（５）に循環
流送させて暖房運転する。

【００４０】そして、上記と同様に、空調装置の密閉サ
イクルを形成する流路（８）の冷媒の一部（例えば１０
〜２０％）を上記同様に切換弁（２１）（２２）を介し
て給湯用熱交換器（２０）に送り、この給湯用熱交換器
（２０）で加温用水路（２３）に貯湯タンク（１１）か
らの循環流送されている水と熱交換を行なって貯湯タン
ク（１１）の温水を加熱する。

【００４１】これと同時に、加温用水路（２３）の切換
弁（２６）を貯湯タンク（１１）の側と熱源タンク（１
０）の側の双方に開にしておいて、給湯用熱交換器（２
０）から送出される加温水（例えば出口温度が３０℃〜
５０℃）の一部を、熱源タンク（１０）にも送ってフィ
ードバックさせ、熱源タンク（１０）の熱源水を一定温
度以上に、通常５℃以上に保持させる。この５℃以上に
保持した熱源水を室外熱交換器（５）に送ることによ
り、室外熱交換器（５）での冷媒との熱交換効率を高
め、他の補助熱源を利用することなく、暖房と貯湯タン
ク（１１）の温水の加熱とが効率よく行なわれる。

【００４２】図５は、春秋等の冷房も暖房も行わない冷
暖房非運転時の給湯システムを示している。

【００４３】この場合、河川、海、ダム、池、井戸等の
未利用エネルギーとしての自然水（５０）をポンプ（１
９）で汲み上げて熱源用熱交換器（１６）に送り、熱源
タンク（１０）からの循環流送される熱源水との熱交換
により、前記未利用水資源のエネルギーを熱源タンク
（１０）に貯える。この熱源タンク（１０）の熱源水
を、熱源用水路（４）で室外熱交換器（５）に送り、空
調装置の冷媒との熱交換用の熱源に利用する。

【００４４】しかして、冷媒は、室外熱交換器（５）か
ら圧縮機（６）を経て高温高圧となって流路（８）によ
り流送されるが、ここで、該流路（８）の切換弁（２
１）（２２）を給湯用熱交換器（２０）の側にのみ開に
しておくことにより、前記冷媒を給湯用熱交換器（２
０）に送り、この給湯用熱交換器（２０）に引き込まれ
ている加温用水路（２３）で循環流送されている貯湯タ
ンク（１１）の水と熱交換を行い、その加温水（湯）を
貯湯タンク（１１）に還流させる。これにより、貯湯タ
ンク（１１）に加温水（湯）が貯留され給湯が可能にな
る。しかも未利用水資源のエネルギーが給湯熱として有
効利用されることになる。なお、貯湯タンク（１１）の
湯の温度が一定以上になると前記の運転は停止される。
また給湯用熱交換器（２０）から送出される加温水の一
部を、熱源タンク（１０）にフィードバックさせ、熱源
タンク（１０）の熱源水を一定温度以上に、通常５℃以
上に保持させるようにすると、さらに効率がよくなる。

【００４５】このように、冷房運転時、通常の暖房運転
時、厳寒期の暖房運転時、冷暖房非運転時のいずれの運
転モードの場合においても、一定の給湯量を発生させる
ことができ、エネルギーを有効利用でき、省エネ性を向
上できる。

【００４６】なお、上記の給湯システムの各運転モード
の切換制御は、空調装置と同様に、リモコン操作等によ
って電子的制御部で各切換弁の切替えおよびポンプの駆
動を制御するように設ける。同時に熱源タンク（１０）
および貯湯タンク（１１）の温度制御も自動的に行なえ
るように構成するものとする。またいずれの運転モード
の場合も、温度設定、給湯用熱交換器への冷媒の送り量
や加温水のフィードバック量は任意に設定できるように
する。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の給湯装置
によれば、冷房運転時、通常の暖房運転時、冷暖房非運
転時のいずれにおいても、室外機の排熱を利用しあるい
は未利用エネルギーである自然水を利用して給湯できる
もので、エネルギーを有効利用でき、省エネ性を著しく
向上できる。

【００４８】特に、自然水のエネルギーを利用てきない
厳寒期においても、ヒートポンプシステムを使って加温
水の一部を熱源タンクにフィードバックさせることによ
り、補助熱源を使わずに暖房給湯運転を行える。そのた
め、所定の冷房・暖房を実施しながら、必要容量の給湯
を可能にする装置を容易に設計し提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の給湯装置の１実施例を示す概略構成図
である。

【図２】本発明装置による冷房運転時の給湯システムの
説明図である。

【図３】本発明装置による通常の暖房運転時の給湯シス
テムの説明図である。

【図４】本発明装置による厳寒期の暖房運転時の給湯シ
ステムの説明図である。

【図５】本発明装置による冷暖房非運転時の給湯システ
ムの説明図である。

【符号の説明】

（１） 空調装置の室外機 （２） 室内機 （３） 給湯装置 （４） 熱源用水路 （５） 室外熱交換器 （６） 圧縮機 （７） 室内熱交換器 （８） 冷媒の流路 （１０） 熱源タンク （１１） 貯湯タンク （１２）（１３）（２１）（２２）（２５） 切換弁 （１４）（１５）（１９）（２４）（２８）（３２）
ポンプ （１５） 熱源熱交換器 （２０） 給湯用熱交換器 （２３） 加温用水路 （２７） フィードバック用流路 （５０） 河、海、ダム、池、井戸等の自然水

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱源用水路を有する室外熱交換器と圧縮機
   とを備え、前記室外熱交換器及び圧縮機と室内熱交換器
   とを冷媒の流路を介して接続し密閉サイクルを形成して
   なる水熱源式空調装置に併設する給湯装置であって、 前記空調装置の熱源用水路への熱源水供給のための熱源
   タンクと、給湯用の貯湯タンクと、前記空調装置の冷媒
   の流路に切換弁を介して接続されかつ貯湯タンクの水と
   の間で熱交換を行う給湯用熱交換器と、未利用エネルギ
   ーとしての自然水と熱源タンクの水との間で熱交換を行
   なう熱源用熱交換器とを備え、 下記（ａ）〜（ｃ）の運転モードに、切換可能に構成し
   てなることを特徴とする水熱源式空調装置に併設する給
   湯装置。 （ａ） 冷房運転時において、室外熱交換器による熱源
   用水路の加温水を貯湯タンクに送る運転モード。 （ｂ） 暖房運転時において、自然水のエネルギーを、
   熱源用熱交換器を介して熱源タンクに貯え、この熱源タ
   ンクの熱源水を熱源用水路により室外熱交換器に送り、
   この室外熱交換器での冷媒の熱交換用の熱源に利用する
   ともに、前記密閉サイクル中の冷媒の一部を給湯用熱交
   換器に流送させ、貯湯タンクの温水を加温する運転モー
   ド。 （ｃ） 冷暖房非運転時において、自然水のエネルギー
   により、熱源用熱交換器を介して熱源タンクの水を加温
   するとともに、この熱源水を室外熱交換器に送って、室
   外熱交換器、圧縮機および給湯用熱交換器を介して貯湯
   タンクの温水を加熱する運転モード。
2. 【請求項２】請求項１に記載の給湯装置において、前記
   （ａ）〜（ｃ）の運転モードのほかに、下記（ｄ）の運
   転モードに切換可能に構成されてなることを特徴とする
   水熱源式空調装置に併設する給湯装置。 （ｄ） 厳寒期の暖房運転時において、空調装置の密閉
   サイクル中の冷媒の一部を給湯用熱交換器に流送させ、
   冷媒により貯湯タンクの水を加温するとともに、給湯用
   熱交換器から送出される加温水の一部を熱源タンクにフ
   ィードバックさせ、熱源タンクの熱源水を一定温度以上
   に保持し、この熱源水を室外熱交換器に送り、この室外
   熱交換器での冷媒の熱交換用の熱源に利用する運転モー
   ド。
3. 【請求項３】冷暖房非運転時において、給湯用熱交換器
   から送出される加温水の一部を熱源タンクに戻し、熱源
   タンク内の熱源水を一定温度以上に保持する請求項１ま
   たは２に記載の水熱源式空調装置に併設する給湯装置。
4. 【請求項４】前記給湯装置において、各運転モードの切
   替えのための切換弁、ポンプ装置を装備してなる請求項
   １〜３に記載の水熱源式空調装置に併設する給湯装置。
5. 【請求項５】給湯用熱交換器から送出される加温水の一
   部を熱源タンクに戻し、熱源タンクの熱源水の温度を５
   ℃以上に保持する請求項１〜３に記載の水熱源式空調装
   置に併設する給湯装置。