JP3654017B2 - Multi-function heat pump system - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷房、暖房、氷蓄熱、温水蓄熱、給湯加熱および各種の同時運転などを可能にする住宅などに使用される多機能ヒートポンプシステムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、住宅用ヒートポンプシステムとして、ヒートポンプ給湯が可能で冷房の排熱を給湯加熱に利用することが可能なものや、貯湯槽に冷水蓄熱を行い電力負荷の平準化を図るものなど各種のものが提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
そして、現在でも、さらなる空調負荷のピーク時の電力負荷平準化や省エネルギー化等が要望されている。
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、請求項1に記載の発明は、氷蓄熱および温水蓄熱を利用して夜間電力を有効に利用できるとともに、氷蓄熱および冷房時の排熱を利用して給湯加熱可能な多機能ヒートポンプシステムを提供することを目的とするものである。
【0004】
また、請求項2に記載の発明は、据付時や改修時の配管工事に伴う冷媒漏れに対応した多機能ヒートポンプシステムを提供することを目的とするものである。
【0005】
さらに、請求項3に記載の発明は、電気温水器による給湯加熱を併用可能な多機能ヒートポンプシステムを提供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1に記載の多機能ヒートポンプシステムは、圧縮機と室外熱交換器と第1の減圧機構と室内熱交換器とがこの順に環状に接続されるとともに、循環ポンプによって循環する貯湯槽からの循環水を加熱して給湯加熱を行う給湯用熱交換器と、第2の減圧機構と、氷蓄熱および温水蓄熱兼用の蓄熱槽と、第3の減圧機構とが介装され、これらの間に冷媒が循環されてなり、かつ、氷蓄熱運転時は、上記冷媒が上記圧縮機、上記室外熱交換器、上記第2の減圧機構、上記蓄熱槽および上記圧縮機の順に循環され、氷蓄熱・給湯加熱同時運転時は、上記冷媒が上記圧縮機、上記給湯用熱交換器、上記室外熱交換器、上記第2の減圧機構、上記蓄熱槽および上記圧縮機の順に循環され、冷房運転時は、上記冷媒が上記圧縮機、上記室外熱交換器、上記第1の減圧機構、上記室内熱交換器および上記圧縮機の順に循環され、冷房・給湯加熱同時運転時は、上記冷媒が上記圧縮機、上記給湯用熱交換器、上記室外熱交換器、上記第1の減圧機構、上記室内熱交換器および上記圧縮機の順に循環され、氷蓄熱利用冷房運転時は、上記冷媒が上記圧縮機、上記室外熱交換器、上記蓄熱槽、上記第1の減圧機構、上記室内熱交換器および上記圧縮機の順に循環され、氷蓄熱利用冷房・給湯加熱同時運転時は、上記冷媒が上記圧縮機、上記給湯用熱交換器、上記室外熱交換器、上記蓄熱槽、上記第1の減圧機構、上記室内熱交換器および上記圧縮機の順に循環され、温水蓄熱運転時は、上記冷媒が上記圧縮機、上記蓄熱槽、上記第2の減圧機構、上記室外熱交換器および上記圧縮機の順に循環され、外気を熱源とする暖房運転時は、上記冷媒が上記圧縮機、上記室内熱交換器、上記第1の減圧機構、上記室外熱交換器および上記圧縮機の順に循環され、温水蓄熱利用暖房運転時は、上記冷媒が上記圧縮機、上記室内熱交換器、上記第1の減圧機構、上記蓄熱槽および上記圧縮機の順に循環され、給湯加熱運転時は、上記冷媒が上記圧縮機、上記給湯用熱交換器、上記第3の減圧機構、上記室外熱交換器および上記圧縮機の順に循環されることを特徴とするものである。
【0007】
また、請求項2に記載の多機能ヒートポンプシステムは、請求項1において、上記圧縮機、上記室外熱交換器、上記第1の減圧機構、上記室内熱交換器、上記給湯用熱交換器、上記第2の減圧機構、上記蓄熱槽および上記第3の減圧機構は、ユニット化されていることを特徴とするものである。
【0008】
さらに、請求項3に記載の多機能ヒートポンプシステムは、請求項1または請求項3において、上記貯湯槽は、電気温水器からなることを特徴とするものである。
【0009】
請求項1の発明においては、氷蓄熱運転、氷蓄熱・給湯加熱同時運転、冷房運転、冷房・給湯加熱同時運転、氷蓄熱利用冷房運転、氷蓄熱利用冷房・給湯加熱同時運転、温水蓄熱運転、外気を熱源とする暖房運転、温水蓄熱利用暖房運転および給湯加熱運転が可能となる。
したがって、氷蓄熱および温水蓄熱を利用して夜間電力が有効に利用されるため、空調負荷のピーク時の電力負荷平準化および割安な電力の利用による省ランニングコスト化が図られる。また、氷蓄熱および冷房時の排熱を利用して給湯加熱されるため、省エネルギー化および省コスト化が図られる。
【0010】
請求項2の発明においては、圧縮機、室外熱交換器、第1の減圧機構、室内熱交換器、給湯用熱交換器、第2の減圧機構、蓄熱槽および第3の減圧機構がユニット化され一体化されているので、これらの間に冷媒を循環させる冷媒配管が当該ユニット内に収められ、外部には一切不要となるため、据付時や改修時の配管工事の際に、冷媒が当該ユニットの外部に漏れることがない。
【0011】
請求項3の発明においては、電気温水器を貯湯槽としたので、電気温水器による給湯加熱を併せて行うことが可能となる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の多機能ヒートポンプシステムの一実施の態様を図面に基づいて説明する。
図1は、本実施の態様に係る多機能ヒートポンプシステムの冷媒回路図である。
同図において、符号1は、圧縮機であり、この圧縮機1の吐出側には、R−22(フロン)等の冷媒が流される冷媒配管2によって、乾式二重管式の給湯用熱交換器3が接続されている。冷媒配管2には、電磁開閉弁2Aが介装されている。給湯用熱交換器3と、電気温水器4との間には循環ポンプ5によって循環水が循環される。電気温水器4は、電気ヒータによる本来の加熱が可能であり、さらに本実施の態様では給湯用熱交換器3による給湯加熱がなされ、この場合には貯湯槽として機能する。
【0013】
給湯用熱交換器3には、冷媒配管6によってプロペラ式の送風機7が併設されたプレートフィン式の室外熱交換器8が接続されている。冷媒配管6には、電磁開閉弁9A、電磁開閉弁9が、給湯用熱交換器3側から順に介装されている。
【0014】
室外熱交換器8には、電磁開閉弁10Aが介装された冷媒配管10が接続され、この冷媒配管10は、3つの冷媒配管11、12、13に分岐されている。分岐された冷媒配管11は、電磁開閉弁14を介して第1の膨張弁(第1の減圧機構)15に接続されている。この第1の膨張弁15には、両吸込シロッコ式の送風機16が併設された室内熱交換器17が接続されている。室内熱交換器17には、冷媒配管18によって圧縮機1に接続されている。冷媒配管18には電磁開閉弁19が介装されている。
【0015】
上記分岐された冷媒配管12は、第2の膨張弁(第2の減圧機構)20に接続され、この第2の膨張弁20には、冷媒配管21によって冷媒過冷却型の氷蓄熱および温水蓄熱兼用の蓄熱槽22が接続されている。
上記分岐された冷媒配管13は、電磁開閉弁13Aを介して冷媒配管21に接続されている。
【0016】
蓄熱槽22には、冷媒配管23が接続され、この冷媒配管23は、3つの冷媒配管24、25、26に分岐されている。分岐された冷媒配管24は、電磁開閉弁27を介して、冷媒配管11における電磁開閉弁14と第1の膨張弁15との間に接続されている。また、分岐された冷媒配管25は、電磁開閉弁28を介して、冷媒配管18における室内熱交換器17と電磁開閉弁19との間に接続されている。また、分岐された冷媒配管26は、電磁開閉弁29を介して、冷媒配管18における電磁開閉弁19と圧縮機1との間に接続されている。
【0017】
上記冷媒配管6における電磁開閉弁9Aと電磁開閉弁9との間に、冷媒配管30の一端が接続され、この冷媒配管30の他端は、冷媒配管18における電磁開閉弁19より室内熱交換器17側に接続されている。冷媒配管30には、電磁開閉弁31が介装されている。
また、冷媒配管6における電磁開閉弁9と室外熱交換器8との間に、冷媒配管32の一端が接続され、この冷媒配管32の他端は、冷媒配管26における電磁開閉弁29より圧縮機1側に接続されている。冷媒配管32には、電磁開閉弁33が介装されている。
【0018】
上記冷媒配管2における圧縮機1と電磁開閉弁2Aとの間に、冷媒配管34の一端が接続され、この冷媒配管34の他端は、冷媒配管6における電磁開閉弁9Aと、冷媒配管6と冷媒配管30との接続部6Aとの間に、接続部6Bとして接続されている。冷媒配管34には、電磁開閉弁34Aが介装されている。
また、上記接続部6Bには、冷媒配管35の一端が接続され、この冷媒配管35の他端は、冷媒配管10における電磁開閉弁10Aより室外熱交換器8の反対側に接続されている。冷媒配管35には、第3の膨張弁(第3の減圧機構)36が介装されている。
【0019】
ここで、図1において、二点鎖線で囲った部分、すなわち、圧縮機1、給湯用熱交換器3、循環ポンプ5、室外熱交換器8、送風機7、第1の膨張弁15、室内熱交換器17、送風機16、第2の膨張弁20、蓄熱槽22、第3の膨張弁36、各冷媒配管および各電磁開閉弁は、ユニットAとしてユニット化されて構成されている。これらの機器および冷媒配管は、図2に概略示すように、筐体Bの中に収納されている。
送風機16によって送風される空調空気は、給気ダクトCによって住戸内に導かれ、還気ダクトDによって戻される。
なお、同図において、Fはフィルタ、G、Hは、給湯加熱用配管である。
【0020】
このように構成された多機能ヒートポンプシステムは、制御手段によって制御され、次のように各種の運転がなされる。
以下、各種の運転について説明する。
【0021】
(氷蓄熱運転)
本運転は、通常、夏季の夜間に運転される。
図3に示すように、本運転では、電磁開閉弁34A、電磁開閉弁9、電磁開閉弁10A、第2の膨張弁20および電磁開閉弁29が開弁されるとともに、他の電磁開閉弁および膨張弁は閉弁され、そして冷媒は、実線矢印で示すように、圧縮機1、電磁開閉弁34A、電磁開閉弁9、室外熱交換器8、電磁開閉弁10A、第2の膨張弁20、蓄熱槽22、電磁開閉弁29および圧縮機1の順に循環される。
【0022】
この間に、圧縮機1から吐出された高温・高圧の冷媒ガスは、室外熱交換器8を通過する。室外熱交換器8は凝縮器として機能し、高温・高圧の冷媒ガスは、室外熱交換器8を通過する間に、凝縮して高圧の冷媒液となった後、第2の膨張弁20により減圧されて低圧二相状態にされる。その後、蓄熱槽22が蒸発器として機能し、冷媒が蓄熱槽22を通過する間に蒸発して低圧ガスとされる一方、蓄熱槽22には氷蓄熱される。その後、冷媒ガスは圧縮機1の吸入側に戻される。
【0023】
本運転においては、夜間電力を利用して氷蓄熱を行うので、夜間電力を有効利用することができる。
【0024】
(氷蓄熱・給湯加熱同時運転)
本運転は、通常、夏季の夜間に運転される。
図4に示すように、本運転では、電磁開閉弁2A、電磁開閉弁9A、電磁開閉弁9、電磁開閉弁10A、第2の膨張弁20および電磁開閉弁29が開弁されるとともに、他の電磁開閉弁および膨張弁は閉弁され、そして冷媒は、実線矢印で示すように、圧縮機1、電磁開閉弁2A、給湯用熱交換器3、電磁開閉弁9A、電磁開閉弁9、室外熱交換器8、電磁開閉弁10A、第2の膨張弁20、蓄熱槽22、電磁開閉弁29および圧縮機1の順に循環される。
【0025】
この間に、圧縮機1から吐出された高温・高圧の冷媒ガスは、給湯用熱交換器3を通過し、ここで循環ポンプ5によって循環する電気温水器4からの循環水を加熱して給湯加熱を行い、その後室外熱交換器8を通過する。この給湯用熱交換器3および室外熱交換器8は凝縮器として機能し、高温・高圧の冷媒ガスは、これらを通過する間に、凝縮して高圧の冷媒液となった後、第2の膨張弁20により減圧されて低圧二相状態にされる。その後、蓄熱槽22が蒸発器として機能し、冷媒が蓄熱槽22を通過する間に蒸発して低圧ガスとされる一方、蓄熱槽22には氷蓄熱される。その後、冷媒ガスは圧縮機1の吸入側に戻される。
【0026】
本運転においては、夜間電力を利用して氷蓄熱を行うので、夜間電力を有効利用することができる。また、蓄熱槽22の利用に伴って発生する排熱を、給湯用熱交換器3の給湯加熱に利用することができるから、省エネルギおよび省コスト化を図ることができる。
【0027】
(冷房運転)
本運転は、通常、夏季に運転される。
本運転においては、通常行われている冷房運転がなされる。
図5に示すように、本運転では、電磁開閉弁34A、電磁開閉弁9、電磁開閉弁10A、電磁開閉弁14、第1の膨張弁15および電磁開閉弁19が開弁されるとともに、他の電磁開閉弁および膨張弁は閉弁され、そして冷媒は、実線矢印で示すように、圧縮機1、電磁開閉弁34A、電磁開閉弁9、室外熱交換器8、電磁開閉弁10A、電磁開閉弁14、第1の膨張弁15、室内熱交換器17、電磁開閉弁19および圧縮機1の順に循環される。
【0028】
この間に、圧縮機1から吐出された高温・高圧の冷媒ガスは、室外熱交換器8を通過する。この室外熱交換器8は凝縮器として機能し、高温・高圧の冷媒ガスは、この室外熱交換器8を通過する間に、凝縮して高圧の冷媒液となった後、第1の膨張弁15により減圧されて低圧二相状態にされる。その後、室内熱交換器17が蒸発器として機能し、冷媒が室内熱交換器17を通過する間に蒸発して低圧ガスとされる。その後、冷媒ガスは圧縮機1の吸入側に戻される。
【0029】
(冷房・給湯加熱同時運転)
本運転は、通常、夏季に運転される。
図6に示すように、本運転では、電磁開閉弁2A、電磁開閉弁9A、電磁開閉弁9、電磁開閉弁10A、電磁開閉弁14、第1の膨張弁15および電磁開閉弁19が開弁されるとともに、他の電磁開閉弁および膨張弁は閉弁され、そして冷媒は、実線矢印で示すように、圧縮機1、電磁開閉弁2A、給湯用熱交換器3、電磁開閉弁9A、電磁開閉弁9、室外熱交換器8、電磁開閉弁10A、電磁開閉弁14、第1の膨張弁15、室内熱交換器17、電磁開閉弁19および圧縮機1の順に循環される。
【0030】
この間に、圧縮機1から吐出された高温・高圧の冷媒ガスは、給湯用熱交換器3を通過し、ここで循環ポンプ5によって循環する電気温水器4からの循環水を加熱して給湯加熱を行い、その後室外熱交換器8を通過する。この給湯用熱交換器3および室外熱交換器8は凝縮器として機能し、高温・高圧の冷媒ガスは、これらを通過する間に、凝縮して高圧の冷媒液となった後、第1の膨張弁15により減圧されて低圧二相状態にされる。その後、室内熱交換器17が蒸発器として機能し、冷媒が室内熱交換器17を通過する間に蒸発して低圧ガスとされる。その後、冷媒ガスは圧縮機1の吸入側に戻される。
【0031】
本運転においては、室内熱交換器20で発生する排熱を、給湯用熱交換器3の給湯加熱に利用することができるから、省エネルギーおよび省コスト化を図ることができる。
【0032】
(氷蓄熱利用冷房運転)
本運転は、通常、夏季の昼間の電力ピーク時間帯(通常午後1時から午後4時頃)に運転される。
図7に示すように、本運転では、電磁開閉弁34A、電磁開閉弁9、電磁開閉弁10A、電磁開閉弁13A、電磁開閉弁27、第1の膨張弁15および電磁開閉弁19が開弁されるとともに、他の電磁開閉弁および膨張弁は閉弁され、そして冷媒は、実線矢印で示すように、圧縮機1、電磁開閉弁34A、電磁開閉弁9、室外熱交換器8、電磁開閉弁10A、電磁開閉弁13A、蓄熱槽22、電磁開閉弁27、第1の膨張弁15、室内熱交換器17、電磁開閉弁19および圧縮機1の順に循環される。
【0033】
この間に、圧縮機1から出された高温・高圧の冷媒ガスは、室外熱交換器8および蓄熱槽22を通過する。これら室外熱交換器8および蓄熱槽22は凝縮器として機能し、高温・高圧の冷媒ガスは、これらを通過する間に、凝縮して高圧の冷媒液となった後、第1の膨張弁15により減圧されて低圧二相状態にされる。その後、室内熱交換器17が蒸発器として機能し、冷媒が室内熱交換器17を通過する間に蒸発して低圧ガスとされる。その後、冷媒ガスは圧縮機1の吸入側に戻される。
【0034】
本運転においては、蓄熱槽22の氷蓄熱を利用して冷媒の凝縮を行うので、冷房能力が向上するとともに、夜間電力により氷蓄熱されているので電力ピークカットを図ることができる。
【0035】
(氷蓄熱利用冷房・給湯加熱同時運転)
本運転は、通常、夏季の昼間の電力ピーク時間帯(通常午後1時から午後4時頃)に運転される。
図8に示すように、本運転では、電磁開閉弁2A、電磁開閉弁9A、電磁開閉弁9、電磁開閉弁10A、電磁開閉弁13A、電磁開閉弁27、第1の膨張弁15および電磁開閉弁19が開弁されるとともに、他の電磁開閉弁および膨張弁は閉弁され、そして冷媒は、実線矢印で示すように、圧縮機1、電磁開閉弁2A、給湯用熱交換器3、電磁開閉弁9A、電磁開閉弁9、室外熱交換器8、電磁開閉弁10A、電磁開閉弁13A、蓄熱槽22、電磁開閉弁27、第1の膨張弁15、室内熱交換器17、電磁開閉弁19および圧縮機1の順に循環される。
【0036】
この間に、圧縮機1から出された高温・高圧の冷媒ガスは、給湯用熱交換器3を通過し、ここで循環ポンプ5によって循環する電気温水器4からの循環水を加熱して給湯加熱を行い、その後室外熱交換器8および蓄熱槽22を通過する。これら給湯用熱交換器3、室外熱交換器8および蓄熱槽22は凝縮器として機能し、高温・高圧の冷媒ガスは、これらを通過する間に、凝縮して高圧の冷媒液となった後、第1の膨張弁15により減圧されて低圧二相状態にされる。その後、室内熱交換器17が蒸発器として機能し、冷媒が室内熱交換器17を通過する間に蒸発して低圧ガスとされる。その後、冷媒ガスは圧縮機1の吸入側に戻される。
【0037】
本運転においては、蓄熱槽22の氷蓄熱を利用して冷媒の凝縮を行うので、冷房能力が向上するとともに、夜間電力により氷蓄熱されているので電力ピークカットを図ることができる。また、室内熱交換器17で発生する排熱を、給湯用熱交換器3の給湯加熱に利用することができるから、省エネルギおよび省コスト化を図ることができる。
【0038】
(温水蓄熱運転)
本運転は、通常、冬季の夜間に運転される。
図9に示すように、本運転では、電磁開閉弁34A、電磁開閉弁31、電磁開閉弁28、第2の膨張弁20、電磁開閉弁10Aおよび電磁開閉弁33が開弁されるとともに、他の電磁開閉弁および膨張弁は閉弁され、そして冷媒は、実線矢印で示すように、圧縮機1、電磁開閉弁34A、電磁開閉弁31、電磁開閉弁28、蓄熱槽22、第2の膨張弁20、電磁開閉弁10A、室外熱交換器8、電磁開閉弁33および圧縮機1の順に循環される。
【0039】
この間に、圧縮機1から吐出された高温・高圧の冷媒ガスは、蓄熱槽20を通過する。この蓄熱槽22は凝縮器として機能し、高温・高圧の冷媒ガスは、これらを通過する間に、凝縮して高圧の冷媒液となる一方、蓄熱槽22では温水蓄熱が行われる。その後、冷媒は第2の膨張弁20により減圧されて低圧二相状態にされる。その後、室外熱交換器8が蒸発器として機能し、冷媒が室外熱交換器8を通過する間に蒸発して低圧ガスとされ、その後圧縮機1の吸入側に戻される。
【0040】
本運転においては、夜間電力を利用して温水蓄熱を行うので、夜間電力を有効利用することができる。また、外気を熱源として室外熱交換器8によって採熱しこの熱を利用して、温水蓄熱を行うので、省エネルギーおよび省コスト化を図ることができる。
【0041】
(外気を熱源とする暖房運転)
本運転は、通常、冬季の昼間に運転される。
本運転においては、外気を熱源とするヒートポンプとして作動する。
図10に示すように、本運転では、電磁開閉弁34A、電磁開閉弁31、第1の膨張弁15、電磁開閉弁14、電磁開閉弁10Aおよび電磁開閉弁33が開弁されるとともに、他の電磁開閉弁および膨張弁は閉弁され、そして冷媒は、実線矢印で示すように、圧縮機1、電磁開閉弁34A、電磁開閉弁31、室内熱交換器17、第1の膨張弁15、電磁開閉弁14、電磁開閉弁10A、室外熱交換器8、電磁開閉弁33および圧縮機1の順に循環される。
【0042】
この間に、圧縮機1から吐出された高温・高圧の冷媒ガスは、室内熱交換器17を通過する。室内熱交換器17は凝縮器として機能し、高温・高圧の冷媒ガスは、この室内熱交換器17を通過する間に、凝縮して高圧の冷媒液となる。その後、冷媒は第1の膨張弁15により減圧されて低圧二相状態にされる。その後、室外熱交換器8が蒸発器として機能し、冷媒が室外熱交換器8を通過する間に蒸発して低圧ガスとされ、その後圧縮機1の吸入側に戻される。
【0043】
(温水蓄熱利用暖房運転)
本運転は、通常、冬季の朝の暖房ピーク時に運転される。
図11に示すように、本運転では、電磁開閉弁34A、電磁開閉弁31、第1の膨張弁15、電磁開閉弁14、電磁開閉弁13Aおよび電磁開閉弁29が開弁されるとともに、他の電磁開閉弁および膨張弁は閉弁され、そして冷媒は、実線矢印で示すように、圧縮機1、電磁開閉弁34A、電磁開閉弁31、室内熱交換器17、第1の膨張弁15、電磁開閉弁14、電磁開閉弁13A、蓄熱槽22、電磁開閉弁29および圧縮機1の順に循環される。
【0044】
この間に、圧縮機1から吐出された高温・高圧の冷媒ガスは、室内熱交換器17を通過する。室内熱交換器17は凝縮器として機能し、高温・高圧の冷媒ガスは、この室内熱交換器17を通過する間に、凝縮して高圧の冷媒液となる。その後、冷媒は第1の膨張弁15により減圧されて低圧二相状態にされる。その後、蓄熱槽22が蒸発器として機能し、冷媒がこれらを通過する間に蒸発して低圧ガスとされ、その後圧縮機1の吸入側に戻される。
【0045】
本運転においては、外気温度よりも高い温度の蓄熱槽22の温水蓄熱を利用して冷媒の蒸発を行うので、暖房能力が向上するとともに、夜間電力により温熱蓄熱されているので朝の電力ピークカットを図ることができる。
【0046】
(給湯加熱運転)
本運転のヒートポンプによる給湯加熱は、通常、中間季に利用される。
図12に示すように、本運転では、電磁開閉弁2A、電磁開閉弁9A、第3の膨張弁36、電磁開閉弁10Aおよび電磁開閉弁33が開弁されるとともに、他の電磁開閉弁および膨張弁は閉弁され、そして冷媒は、実線矢印で示すように、圧縮機1、電磁開閉弁2A、給湯用熱交換器3、電磁開閉弁9A、第3の膨張弁36、電磁開閉弁10A、室外熱交換器8、電磁開閉弁33および圧縮機1の順に循環される。
【0047】
この間に、圧縮機1から吐出された高温・高圧の冷媒ガスは、給湯用熱交換器3を通過し、ここで循環ポンプ5によって循環する電気温水器4からの循環水を加熱して給湯加熱を行う。この給湯用熱交換器3は凝縮器として機能し、高温・高圧の冷媒ガスは、これらを通過する間に、凝縮して高圧の冷媒液となる。その後、冷媒は第3の膨張弁36により減圧されて低圧二相状態にされる。その後、室外熱交換器8が蒸発器として機能し、冷媒が室外熱交換器8を通過する間に蒸発して低圧ガスとされ、その後圧縮機1の吸入側に戻される。
【0048】
このような多機能ヒートポンプシステムにあっては、氷蓄熱運転、氷蓄熱・給湯加熱同時運転、冷房運転、冷房・給湯加熱同時運転、氷蓄熱利用冷房運転、氷蓄熱利用冷房・給湯加熱同時運転、温水蓄熱運転、外気を熱源とする暖房運転、温水蓄熱利用暖房運転および給湯加熱運転を行うことが可能であるので、氷蓄熱および温水蓄熱を利用して夜間電力を有効に利用することができ、したがって空調負荷のピーク時の電力負荷平準化および割安な電力の利用による省ランニングコスト化を図ることが可能になる。また、氷蓄熱および冷房時の排熱を利用して給湯加熱することができるため、省エネルギー化および省コスト化を図ることが可能になる。
【0049】
さらに、圧縮機1、給湯用熱交換器3、循環ポンプ5、室外熱交換器8、送風機7、第1の膨張弁15、室内熱交換器17、送風機16、第2の膨張弁20、蓄熱槽22、第3の膨張弁36、各冷媒配管および各電磁開閉弁が、筐体Bの中に収納されてユニットAとしてユニット化されているので、外部には一切冷媒配管を施設する必要がないため、据付時や改修時の配管工事の際に、冷媒がユニットAの外部に漏れるのを防止することが可能になる。
【0050】
加えて、電気温水器4を貯湯槽として使用したので、電気温水器として電気ヒータによる給湯加熱を行い、これによる給湯も併せて行うことが可能である。
【0051】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1に記載の多機能ヒートポンプシステムによれば、氷蓄熱運転、氷蓄熱・給湯加熱同時運転、冷房運転、冷房・給湯加熱同時運転、氷蓄熱利用冷房運転、氷蓄熱利用冷房・給湯加熱同時運転、温水蓄熱運転、外気を熱源とする暖房運転、温水蓄熱利用暖房運転および給湯加熱運転を行うことができるから、氷蓄熱および温水蓄熱を利用して夜間電力を有効に利用することができるので、空調負荷のピーク時の電力負荷平準化および割安な電力の利用による省ランニングコスト化を図ることができるとともに、氷蓄熱および冷房時の排熱を利用して給湯加熱することができるので、省エネルギーおよび省コスト化を図ることができるという効果を奏する。
【0052】
また、請求項2に記載の多機能ヒートポンプシステムによれば、圧縮機、室外熱交換器、減圧機構、室内熱交換器、給湯用熱交換器、第2の減圧機構、蓄熱槽および第3の減圧機構をユニット化し一体化したから、これらの間に冷媒を循環させる冷媒配管を当該ユニット内に収納することができ、外部には一切冷媒配管を施設する必要がないため、据付時や改修時の配管工事の際に、冷媒が当該ユニットの外部に漏れるのを防止することができる。
【0053】
さらに、請求項3に記載の多機能ヒートポンプシステムによれば、電気温水器を貯湯槽としたから、電気温水器による給湯加熱を併せて行うことができるという利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の多機能ヒートポンプシステムの一実施の態様を示す冷媒回路図である。
【図2】本発明に係るユニットを示す概略透視斜視図である。
【図3】本発明の多機能ヒートポンプシステムの一実施の態様を示す図であって、氷蓄熱運転時の冷媒回路図である。
【図4】本発明の多機能ヒートポンプシステムの一実施の態様を示す図であって、氷蓄熱・給湯加熱同時運転時の冷媒回路図である。
【図5】本発明の多機能ヒートポンプシステムの一実施の態様を示す図であって、冷房運転時の冷媒回路図である。
【図6】本発明の多機能ヒートポンプシステムの一実施の態様を示す図であって、冷房・給湯加熱同時運転時の冷媒回路図である。
【図7】本発明の多機能ヒートポンプシステムの一実施の態様を示す図であって、氷蓄熱利用冷房運転時の冷媒回路図である。
【図8】本発明の多機能ヒートポンプシステムの一実施の態様を示す図であって、氷蓄熱利用冷房・給湯加熱同時運転時の冷媒回路図である。
【図9】本発明の多機能ヒートポンプシステムの一実施の態様を示す図であって、温水蓄熱運転時の冷媒回路図である。
【図10】本発明の多機能ヒートポンプシステムの一実施の態様を示す図であって、外気を熱源とする暖房運転時の冷媒回路図である。
【図11】本発明の多機能ヒートポンプシステムの一実施の態様を示す図であって、温水蓄熱利用暖房運転時の冷媒回路図である。
【図12】本発明の多機能ヒートポンプシステムの一実施の態様を示す図であって、給湯加熱運転時の冷媒回路図である。
【符号の説明】
1 圧縮機
3 給湯用熱交換器
4 電気温水器(貯湯槽)
5 循環ポンプ
8 室外熱交換器
15 第1の膨張弁(第1の減圧機構)
17 室内熱交換器
20 第2の膨張弁(第2の減圧機構)
22 蓄熱槽
36 第3の膨張弁(第3の減圧機構)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a multi-functional heat pump system used in a house that enables cooling, heating, ice heat storage, hot water heat storage, hot water supply heating, various simultaneous operations, and the like.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, there are various types of heat pump systems for houses, such as those that can supply hot water with heat pumps and use the exhaust heat of cooling for hot water heating, and those that store cold water in hot water storage tanks to equalize the power load. Proposed.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Even now, there is a demand for further leveling of power load and energy saving at the peak of air conditioning load.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and the invention according to
[0004]
Moreover, the invention described in
[0005]
Furthermore, the invention described in
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the multifunction heat pump system according to
[0007]
Further, the multifunction heat pump system according to
[0008]
Furthermore, the multifunction heat pump system according to
[0009]
In the invention of
Therefore, since night electricity is effectively used by using ice heat storage and hot water heat storage, it is possible to reduce the running cost by leveling the power load at the peak of the air conditioning load and using cheap power. Further, the hot water supply is heated using ice heat storage and exhaust heat at the time of cooling, so that energy saving and cost saving are achieved.
[0010]
In the invention of
[0011]
In the invention of
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a multifunction heat pump system of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a refrigerant circuit diagram of the multifunction heat pump system according to the present embodiment.
In the figure,
[0013]
A plate fin type
[0014]
The
[0015]
The
The branched
[0016]
A
[0017]
One end of the
One end of the
[0018]
One end of the
One end of the
[0019]
Here, in FIG. 1, the part enclosed with the dashed-two dotted line, ie, the
The conditioned air blown by the
In the figure, F is a filter, and G and H are hot water supply heating pipes.
[0020]
The multi-function heat pump system configured as described above is controlled by the control means, and various operations are performed as follows.
Hereinafter, various operations will be described.
[0021]
(Ice heat storage operation)
This operation is usually performed at night in summer.
As shown in FIG. 3, in this operation, the electromagnetic on-off valve 34A, the electromagnetic on-off
[0022]
During this time, the high-temperature and high-pressure refrigerant gas discharged from the
[0023]
In this operation, since the ice heat is stored using the nighttime power, the nighttime power can be used effectively.
[0024]
(Simultaneous operation of ice storage and hot water supply heating)
This operation is usually performed at night in summer.
As shown in FIG. 4, in this operation, the electromagnetic on-off valve 2A, the electromagnetic on-off valve 9A, the electromagnetic on-off
[0025]
During this time, the high-temperature and high-pressure refrigerant gas discharged from the
[0026]
In this operation, since the ice heat is stored using the nighttime power, the nighttime power can be used effectively. Moreover, since the exhaust heat generated with the use of the
[0027]
(Cooling operation)
This operation is usually performed in summer.
In the main operation, the cooling operation that is normally performed is performed.
As shown in FIG. 5, in this operation, the electromagnetic on-off valve 34A, the electromagnetic on-off
[0028]
During this time, the high-temperature and high-pressure refrigerant gas discharged from the
[0029]
(Simultaneous cooling and hot water heating operation)
This operation is usually performed in summer.
As shown in FIG. 6, in this operation, the electromagnetic on-off valve 2A, the electromagnetic on-off valve 9A, the electromagnetic on-off
[0030]
During this time, the high-temperature and high-pressure refrigerant gas discharged from the
[0031]
In this operation, the exhaust heat generated in the
[0032]
(Cooling operation using ice storage)
This operation is usually performed during the peak power hours during the daytime in summer (usually around 1 pm to 4 pm).
As shown in FIG. 7, in this operation, the electromagnetic on-off valve 34A, the electromagnetic on-off
[0033]
During this time, the high-temperature and high-pressure refrigerant gas discharged from the
[0034]
In this operation, since the refrigerant is condensed using the ice heat storage in the
[0035]
(Simultaneous operation with cooling and hot water supply using ice heat storage)
This operation is usually performed during the peak power hours during the daytime in summer (usually around 1 pm to 4 pm).
As shown in FIG. 8, in this operation, the electromagnetic on-off valve 2A, the electromagnetic on-off valve 9A, the electromagnetic on-off
[0036]
During this time, the high-temperature and high-pressure refrigerant gas discharged from the
[0037]
In this operation, since the refrigerant is condensed using the ice heat storage in the
[0038]
(Hot water storage operation)
This operation is usually performed at night in winter.
As shown in FIG. 9, in this operation, the electromagnetic on-off valve 34A, the electromagnetic on-off
[0039]
During this time, the high-temperature and high-pressure refrigerant gas discharged from the
[0040]
In this operation, the hot water is stored using the nighttime power, so that the nighttime power can be used effectively. Further, heat is collected by the
[0041]
(Heating operation using outside air as a heat source)
This operation is usually performed during the winter daytime.
In this operation, it operates as a heat pump using outside air as a heat source.
As shown in FIG. 10, in this operation, the electromagnetic on-off valve 34A, the electromagnetic on-off
[0042]
During this time, the high-temperature and high-pressure refrigerant gas discharged from the
[0043]
(Heating operation using hot water storage)
This operation is usually operated at the peak of heating in the morning in winter.
As shown in FIG. 11, in this operation, the electromagnetic on-off valve 34A, the electromagnetic on-off
[0044]
During this time, the high-temperature and high-pressure refrigerant gas discharged from the
[0045]
In this operation, the refrigerant is evaporated using the hot water heat storage in the
[0046]
(Hot water heating operation)
Hot water heating by the heat pump in the actual operation is usually used in the middle season.
As shown in FIG. 12, in this operation, the electromagnetic on-off valve 2A, the electromagnetic on-off valve 9A, the
[0047]
During this time, the high-temperature and high-pressure refrigerant gas discharged from the
[0048]
In such a multi-functional heat pump system, ice storage operation, ice storage and hot water heating simultaneous operation, cooling operation, cooling and hot water heating simultaneous operation, ice storage using cooling operation, ice storage using cooling and hot water heating simultaneous operation, Since it is possible to perform warm water heat storage operation, heating operation using the outside air as a heat source, warm water heat storage utilization heating operation and hot water supply heating operation, it is possible to effectively use night electricity using ice heat storage and hot water heat storage, Therefore, it becomes possible to reduce the running cost by leveling the power load at the peak of the air conditioning load and using cheaper power. Moreover, since hot water can be heated using ice heat storage and exhaust heat at the time of cooling, energy saving and cost saving can be achieved.
[0049]
Furthermore, the
[0050]
In addition, since the electric water heater 4 is used as a hot water storage tank, it is possible to perform hot water supply heating with an electric heater as the electric water heater and also perform hot water supply by this.
[0051]
【The invention's effect】
As described above, according to the multi-function heat pump system according to
[0052]
Moreover, according to the multifunction heat pump system of
[0053]
Furthermore, according to the multifunction heat pump system of the third aspect, since the electric water heater is a hot water storage tank, there is an advantage that the hot water heating by the electric water heater can be performed together.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a refrigerant circuit diagram showing an embodiment of a multifunction heat pump system of the present invention.
FIG. 2 is a schematic perspective view showing a unit according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing an embodiment of the multifunction heat pump system of the present invention, and is a refrigerant circuit diagram at the time of ice heat storage operation.
FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of the multifunction heat pump system of the present invention, and is a refrigerant circuit diagram during simultaneous operation of ice heat storage and hot water supply heating.
FIG. 5 is a diagram showing an embodiment of the multi-function heat pump system of the present invention, and is a refrigerant circuit diagram during cooling operation.
FIG. 6 is a diagram showing an embodiment of the multifunction heat pump system of the present invention, and is a refrigerant circuit diagram during simultaneous cooling and hot water heating operation.
FIG. 7 is a diagram showing an embodiment of the multifunction heat pump system of the present invention, and is a refrigerant circuit diagram at the time of cooling operation using ice storage heat.
FIG. 8 is a diagram showing an embodiment of the multifunction heat pump system of the present invention, and is a refrigerant circuit diagram at the time of simultaneous cooling and hot water supply heating operation using ice heat storage.
FIG. 9 is a diagram showing an embodiment of the multifunction heat pump system of the present invention, and is a refrigerant circuit diagram during hot water heat storage operation.
FIG. 10 is a diagram showing an embodiment of the multifunction heat pump system of the present invention, and is a refrigerant circuit diagram during heating operation using outside air as a heat source.
FIG. 11 is a diagram showing an embodiment of the multifunction heat pump system of the present invention, and is a refrigerant circuit diagram at the time of heating operation using hot water heat storage.
FIG. 12 is a diagram showing an embodiment of the multifunction heat pump system of the present invention, and is a refrigerant circuit diagram during hot water supply heating operation.
[Explanation of symbols]
1 Compressor
3 Heat exchanger for hot water supply
4 Electric water heater (hot water tank)
5 Circulation pump
8 Outdoor heat exchanger
15 1st expansion valve (1st pressure reduction mechanism)
17 Indoor heat exchanger
20 Second expansion valve (second decompression mechanism)
22 Heat storage tank
36 Third expansion valve (third decompression mechanism)
Claims (3)
氷蓄熱運転時は、上記冷媒が上記圧縮機、上記室外熱交換器、上記第2の減圧機構、上記蓄熱槽および上記圧縮機の順に循環され、
氷蓄熱・給湯加熱同時運転時は、上記冷媒が上記圧縮機、上記給湯用熱交換器、上記室外熱交換器、上記第2の減圧機構、上記蓄熱槽および上記圧縮機の順に循環され、
冷房運転時は、上記冷媒が上記圧縮機、上記室外熱交換器、上記第1の減圧機構、上記室内熱交換器および上記圧縮機の順に循環され、
冷房・給湯加熱同時運転時は、上記冷媒が上記圧縮機、上記給湯用熱交換器、上記室外熱交換器、上記第1の減圧機構、上記室内熱交換器および上記圧縮機の順に循環され、
氷蓄熱利用冷房運転時は、上記冷媒が上記圧縮機、上記室外熱交換器、上記蓄熱槽、上記第1の減圧機構、上記室内熱交換器および上記圧縮機の順に循環され、
氷蓄熱利用冷房・給湯加熱同時運転時は、上記冷媒が上記圧縮機、上記給湯用熱交換器、上記室外熱交換器、上記蓄熱槽、上記第1の減圧機構、上記室内熱交換器および上記圧縮機の順に循環され、
温水蓄熱運転時は、上記冷媒が上記圧縮機、上記蓄熱槽、上記第2の減圧機構、上記室外熱交換器および上記圧縮機の順に循環され、
外気を熱源とする暖房運転時は、上記冷媒が上記圧縮機、上記室内熱交換器、上記第1の減圧機構、上記室外熱交換器および上記圧縮機の順に循環され、
温水蓄熱利用暖房運転時は、上記冷媒が上記圧縮機、上記室内熱交換器、上記第1の減圧機構、上記蓄熱槽および上記圧縮機の順に循環され、
給湯加熱運転時は、上記冷媒が上記圧縮機、上記給湯用熱交換器、上記第3の減圧機構、上記室外熱交換器および上記圧縮機の順に循環されることを特徴とする多機能ヒートポンプシステム。A compressor, an outdoor heat exchanger, a first pressure reduction mechanism, and an indoor heat exchanger are connected in an annular shape in this order, and hot water heating is performed by heating circulating water from a hot water tank circulated by a circulation pump. A heat exchanger, a second pressure reducing mechanism, a heat storage tank for both ice heat storage and hot water heat storage, and a third pressure reducing mechanism, and a refrigerant is circulated between them; and
During the ice heat storage operation, the refrigerant is circulated in the order of the compressor, the outdoor heat exchanger, the second pressure reducing mechanism, the heat storage tank, and the compressor.
During simultaneous operation of ice storage and hot water heating, the refrigerant is circulated in the order of the compressor, the hot water heat exchanger, the outdoor heat exchanger, the second decompression mechanism, the heat storage tank, and the compressor.
During cooling operation, the refrigerant is circulated in the order of the compressor, the outdoor heat exchanger, the first pressure reducing mechanism, the indoor heat exchanger, and the compressor.
During cooling and hot water heating simultaneous operation, the refrigerant is circulated in the order of the compressor, the hot water heat exchanger, the outdoor heat exchanger, the first pressure reducing mechanism, the indoor heat exchanger, and the compressor.
During cooling operation using ice heat storage, the refrigerant is circulated in the order of the compressor, the outdoor heat exchanger, the heat storage tank, the first decompression mechanism, the indoor heat exchanger, and the compressor.
During simultaneous operation of cooling and hot water supply using ice heat storage, the refrigerant is the compressor, the heat exchanger for hot water supply, the outdoor heat exchanger, the heat storage tank, the first pressure reducing mechanism, the indoor heat exchanger, and the above Circulated in the order of the compressor,
During the hot water heat storage operation, the refrigerant is circulated in the order of the compressor, the heat storage tank, the second pressure reducing mechanism, the outdoor heat exchanger, and the compressor.
During heating operation using outside air as a heat source, the refrigerant is circulated in the order of the compressor, the indoor heat exchanger, the first decompression mechanism, the outdoor heat exchanger, and the compressor.
During heating operation using hot water heat storage, the refrigerant is circulated in the order of the compressor, the indoor heat exchanger, the first pressure reducing mechanism, the heat storage tank, and the compressor.
In the hot water supply heating operation, the refrigerant is circulated in the order of the compressor, the hot water supply heat exchanger, the third decompression mechanism, the outdoor heat exchanger, and the compressor. .
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