JP3939214B2 - Heat pump type water heater - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はヒートポンプ装置に係り、特に室内ユニットが貯湯タンクを備えたタンクユニットであるヒートポンプ式給湯装置に適用されるヒートポンプ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ヒートポンプ式給湯装置には、ヒートポンプユニットが圧縮機、ヒートポンプ熱交換器、減圧装置および冷媒対水熱交換器を備え、タンクユニットが、上記冷媒対水熱交換器で加熱された湯を貯溜可能とする貯湯タンクを備え、このタンクユニットとヒートポンプユニットとが、水を流動可能な水配管で連結されたものが知られている(第一従来技術)。
【0003】
また、ヒートポンプ式給湯装置には、ヒートポンプユニットが圧縮機、ヒートポンプ熱交換器および減圧装置を備え、タンクユニットが貯湯タンクおよび冷媒対水熱交換器を備え、これらのヒートポンプユニットとタンクユニットが、冷媒を流動可能な2本のユニット間配管にて接続されたものがある(第二従来技術)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、第一従来技術では、上記水配管の凍結を防止するために、例えば、貯湯タンク内の湯を定期的に水配管へ流動させるなどの凍結防止対策を講じる必要があり、放熱ロスや停電時の信頼性などに支障が出る恐れがある。
【0005】
また、第二従来技術では、ユニット間配管の1本にガス冷媒が流れ、他の1本に液冷媒が流れるので、これらのユニット間配管が異なる口径に構成されている。このため、ユニット間配管を両ユニットに接続するための接続部品を個別に用意しなければならない。
【0006】
本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、ユニット間配管接続用の接続部品を共通化してコストを低減できるヒートポンプ装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、高圧側が超臨界域で作動する冷媒が充填使用された冷凍サイクルを構成する圧縮機、室外熱交換器、減圧装置及び室内熱交換器と、貯湯タンクとを備えたヒートポンプ式給湯装置において、室外に設置されるヒートポンプユニットに、上記圧縮機、上記室外熱交換器及び上記減圧装置を備え、室内に設置されるタンクユニットに、上記貯湯タンクと、上記室内熱交換器として、冷媒により水を加熱可能なガスクーラとを備え、上記貯湯タンクと上記ガスクーラとはタンクユニット内において、貯湯用配管を介して貯湯タンク内の水を循環可能に接続され、上記ヒートポンプユニットと上記タンクユニットとを、上記冷媒を流動させるほぼ同一口径にて構成された複数本のユニット間配管で接続されたことを特徴とするものである。
【0008】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、上記冷媒が二酸化炭素であることを特徴とするものである。
【0010】
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の発明において、上記ユニット間配管は、ヒートポンプユニットに対しバルブを用いて接続され、タンクユニットに対してニップルを用いて接続されたことを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
【0012】
図1は、本発明に係るヒートポンプ装置の一実施の形態が適用されたヒートポンプ式給湯装置を示す回路図である。
【0013】
この図1に示すように、ヒートポンプ装置としてのヒートポンプ式給湯装置10は、室外ユニットとしてのヒートポンプユニット11、室内ユニットとしてのタンクユニット12、及び蛇口13などを有して構成される。
【0014】
ヒートポンプユニット11は屋外に設置され、圧縮機16、アキュムレータ17、室外熱交換器としてのヒートポンプ熱交換器18及び減圧装置28がヒートポンプ冷媒配管19に順次配設されて、冷媒回路の一部を構成する。ヒートポンプ冷媒配管19における圧縮機16の吐出側端部は、サービスバルブ23を用いてユニット間配管20の往き管21に接続される。また、ヒートポンプ冷媒配管19における減圧装置28側端部は、サービスバルブ24を用いてユニット間配管20の戻り管22に接続される。また、ヒートポンプ熱交換器18の近傍には送風ファン25が設置されて、ヒートポンプ熱交換器18へ送風がなされる。
【0015】
前記タンクユニット12は屋内に設置され、貯湯タンク26及び室内熱交換器としてのガスクーラ27を備える。
【0016】
ガスクーラ27は、タンクユニット冷媒配管29に配設される。このタンクユニット冷媒配管29における一端部が、配管接続用ニップル30を介してユニット間配管20の往き管21に接続される。また、タンクユニット冷媒配管29における他端部が、配管接続用ニップル33を介してユニット間配管20の戻り管22に接続される。これにより、ガスクーラ27は、ヒートポンプユニット11の冷媒回路の上記一部と連結されて、冷媒が循環する冷媒サイクルが構成される。
【0017】
このガスクーラ27と上記貯湯タンク26とは、循環ポンプ34を備えた貯湯用配管36によりループ状に連結される。
【0018】
貯湯タンク26の底部には減圧逆止弁(不図示)を配設した水道水配管38が接続されて、貯湯タンク26内へ常に水道水が供給可能とされる。したがって、貯湯タンク26内には常時水道水圧が作用する。また、貯湯タンク26の天部に、出湯用電磁弁(不図示)を備えた出湯配管40が接続されている。
【0019】
循環ポンプ34の稼働により貯湯タンク26の底部の水がガスクーラ27に送給されると、このガスクーラ27は、送給された水を、ヒートポンプユニット11の圧縮機16から吐出された冷媒ガスの熱によって加熱する。この加熱された水(湯)は貯湯タンク26の天部へ導かれ、貯湯タンク26内に例えば約60℃の湯が貯溜可能とされる。
【0020】
貯湯タンク26には、水道水配管38を介して水道水圧が常時作用しているとこから、蛇口13の給湯栓を開くことにより、出湯配管40を経て、貯湯タンク26内の湯が蛇口13に給湯される。
【0021】
ところで、ヒートポンプ冷媒配管19、タンクユニット冷媒配管29及びユニット間配管20には、二酸化炭素(CO2)冷媒が充填されて使用されている。この冷媒は、オゾン破壊係数がゼロで、地球温暖化係数が1であるため環境への負荷が小さく、且つ毒性、可燃性が低く安全で安価な冷媒である。
【0022】
この冷媒は、図2に示すように、圧縮機16から吐出された後(点A)ユニット間配管20の往き管21を通過する間の圧力損失によって点Bに至り、ガスクーラ27に流入する。このガスクーラ27に流入した冷媒は、ほぼ10〜13MPaの高圧状態下で、貯湯用配管36を流れてガスクーラ27に至った水と熱交換されて冷却され、点Cに至る。
【0023】
ガスクーラ27を流出した冷媒は、ユニット間配管20の戻り管22を通過する間の圧力損失によって点Dに至る。この冷媒は、その後、減圧装置28により点Eのほぼ2〜4MPaまで減圧されてヒートポンプ熱交換器18へ流入する。この冷媒は、ヒートポンプ熱交換器18においてほぼ2〜4MPaの低圧状態で完全にガス化され、点Fにおいて圧縮機16に流入する。
【0024】
なお、図20の符号Xは飽和液線であり、符号Yは飽和ガス線である。これらの飽和液線Xと飽和ガス線Yは臨界点Zにおいて交差している。また、図2の符号a〜fはそれぞれ異なった等温線を示す。
【0025】
上述のように、この二酸化炭素(CO2)冷媒は、高圧側が臨界点Zを超えた超臨界域で作動し、R22になどのフロン系冷媒に比べ非常に高い圧力となっている。このため、圧縮機16から吐出された冷媒を流す往き管21は、この冷媒の密度が高いことから細管(例えば外形6.35mm)でも十分に低い圧力損失となる。
【0026】
また、戻り管22を流れる冷媒も、往き管21と同様にガス冷媒であることから、この戻り管20には、往き管21を流れる冷媒と同一の重量流量を流すために、往き管21と同一の口径に設定されている。
【0027】
また、この戻り管22と往き管21とは同一口径のため同一の配管材で事足り、これによって配管材の外側に取り付けられる断熱材も同一で事足りる(尚、上記配管材や断熱材の図示は省略した)。
【0028】
更に、これらの往き管21及び戻り管22を、ヒートポンプユニット11のヒートポンプ冷媒配管19、タンクユニット12のタンクユニット冷媒配管29に接続するためのサービスバルブ23及び24、配管接続用ニップル30および33は、ヒートポンプ冷媒配管19、タンクユニット冷媒配管29、往き管21、戻り管22のそれぞれの端部を食い込ませることによって、これらのヒートポンプ冷媒配管19、タンクユニット冷媒配管29、往き管21、戻り管22を接続させるよう構成されている。
【0029】
従って、上記実施の形態によれば、次の効果▲1▼〜▲3▼を奏する。
【0030】
▲1▼ヒートポンプユニット11のヒートポンプ冷媒配管19とタンクユニット12のタンクユニット冷媒配管29とを接続するユニット間配管20の往き管21と戻り管22が同一の口径にて構成されたことから、これらの往き管21、戻り管22をヒートポンプ冷媒配管19に接続するためのサービスバルブ23と24を共通部品化でき、更に往き管21、戻り管22をタンクユニット冷媒配管29に接続するための配管接続用ニップル30と33を共通部品化できる。これらの結果コストを低減できる。また、往き管21及び戻り管22は同一の配管材で、更に、この配管材の断熱材も同一で事足りるので、コストを一層低減できる。
【0031】
▲2▼ヒートポンプユニット11とタンクユニット12とが、冷媒を流動させる往き管21及び戻り管22にて接続されたことから、これらの往き管21及び戻り管22が外部に露出していても凍結することがないので、配管の凍結防止対策を施す必要がない。
【0032】
▲3▼往き管21をヒートポンプ冷媒配管19、タンクユニット冷媒配管29のそれぞれに接続させるサービスバルブ23、配管接続用ニップル30が、往き管21、ヒートポンプ冷媒配管19、タンクユニット冷媒配管29の各端部を食い込ませることによってこれらを接続し、また、戻り管22をヒートポンプ冷媒配管19、タンクユニット冷媒配管29にそれぞれ接続させるサービスバルブ24、配管接続用ニップル33が、往き管21、ヒートポンプ冷媒配管19、タンクユニット冷媒配管29の各端部を食い込ませることによってこれらを接続することから、冷媒圧力が非常に高い場合であっても、ヒートポンプ冷媒配管19、タンクユニット冷媒配管29、往き管21、戻り管22の接続部分の安全性を確保できる。
【0033】
以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0034】
例えば、上記実施の形態では、ヒートポンプ装置がヒートポンプ式給湯装置10の場合を述べたが、空気調和装置であってもよい。
【0035】
また、戻り管22内を流れる冷媒温度は、往き管21内を流れる冷媒温度よりも低く、密度が小さくなるので、戻り管22は、往き管21と圧力損失を同程度とする条件下で、往き管21よりも小さな口径に設定してもよい。
【0036】
【発明の効果】
請求項1乃至3に記載の発明に係るヒートポンプ式給湯装置によれば、ユニット間配管接続用の接続部品(配管材、断熱材等含む)を共通化してコストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るヒートポンプ装置の一実施の形態が適用されたヒートポンプ式給湯装置を示す回路図である。
【図2】図1の冷凍サイクルにおける圧力(P)‐エンタルピ(h)線図を示すグラフである。
【符号の説明】
10 ヒートポンプ式給湯装置(ヒートポンプ装置)
11 ヒートポンプユニット(室外ユニット)
12 タンクユニット(室内ユニット)
16 圧縮機
18 ヒートポンプ熱交換器(室外熱交換器)
19 ヒートポンプ冷媒配管
20 ユニット間配管
21 往き管
22 戻り管
27 ガスクーラ(室内熱交換器)
28 減圧装置
29 タンクユニット冷媒配管[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat pump apparatus, and more particularly to a heat pump apparatus applied to a heat pump hot water supply apparatus in which an indoor unit is a tank unit including a hot water storage tank.
[0002]
[Prior art]
In the heat pump type hot water supply device, the heat pump unit includes a compressor, a heat pump heat exchanger, a decompression device, and a refrigerant-to-water heat exchanger, and the tank unit can store hot water heated by the refrigerant-to-water heat exchanger. It is known that a hot water storage tank is provided and the tank unit and the heat pump unit are connected by a water pipe capable of flowing water (first prior art).
[0003]
Further, in the heat pump type hot water supply apparatus, the heat pump unit includes a compressor, a heat pump heat exchanger, and a pressure reducing device, the tank unit includes a hot water storage tank and a refrigerant-to-water heat exchanger, and the heat pump unit and the tank unit include a refrigerant. Are connected by a pipe between two units that can flow (second prior art).
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the first prior art, in order to prevent the water pipe from freezing, it is necessary to take anti-freezing measures such as periodically flowing the hot water in the hot water storage tank to the water pipe. There is a risk that the reliability of the time may be hindered.
[0005]
In the second prior art, since the gas refrigerant flows through one of the inter-unit pipes and the liquid refrigerant flows through the other pipe, the inter-unit pipes are configured with different diameters. For this reason, connecting parts for connecting the inter-unit piping to both units must be prepared separately.
[0006]
An object of the present invention is to provide a heat pump device that can reduce the cost by using a common connection part for connecting pipes between units in consideration of the above-described circumstances.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The invention described in claim 1 includes a compressor, an outdoor heat exchanger, a decompression device, an indoor heat exchanger, and a hot water storage tank that constitute a refrigeration cycle in which a refrigerant operating on the high pressure side in a supercritical region is used. In the heat pump type hot water supply apparatus, the heat pump unit installed outside includes the compressor, the outdoor heat exchanger, and the pressure reducing device, and the tank unit installed indoors includes the hot water storage tank and the indoor heat exchange. A gas cooler capable of heating water with a refrigerant, and the hot water storage tank and the gas cooler are connected in the tank unit so that water in the hot water storage tank can be circulated through a hot water storage pipe, and the heat pump unit and the tank unit, to characterized in that it is connected by a plurality of inter-unit pipe which is composed of substantially the same diameter for flowing the refrigerant It is intended.
[0008]
The invention according to
[0010]
The invention according to claim 3 is the invention according to
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0012]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a heat pump type hot water supply apparatus to which an embodiment of a heat pump apparatus according to the present invention is applied.
[0013]
As shown in FIG. 1, a heat pump type hot
[0014]
The
[0015]
The
[0016]
The
[0017]
The
[0018]
A
[0019]
When the water at the bottom of the hot
[0020]
Since the tap water pressure is always applied to the hot
[0021]
Incidentally, the heat
[0022]
As shown in FIG. 2, after the refrigerant is discharged from the compressor 16 (point A), the refrigerant reaches point B due to a pressure loss while passing through the
[0023]
The refrigerant that has flowed out of the
[0024]
In addition, the code | symbol X of FIG. 20 is a saturated liquid line, and the code | symbol Y is a saturated gas line. These saturated liquid lines X and saturated gas lines Y intersect at a critical point Z. Moreover, the symbols a to f in FIG. 2 indicate different isotherms.
[0025]
As described above, the carbon dioxide (CO 2 ) refrigerant operates in a supercritical region where the high-pressure side exceeds the critical point Z, and has a very high pressure as compared with a CFC-based refrigerant such as R22. For this reason, the
[0026]
Further, since the refrigerant flowing through the
[0027]
Further, since the
[0028]
Further,
[0029]
Therefore, according to the above embodiment, the following effects (1) to (3) are obtained.
[0030]
(1) Since the
[0031]
(2) Since the
[0032]
(3) A
[0033]
As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the said embodiment, this invention is not limited to this.
[0034]
For example, in the above-described embodiment, the case where the heat pump device is the heat pump type hot
[0035]
Further, since the refrigerant temperature flowing in the
[0036]
【The invention's effect】
According to the heat pump hot water supply apparatus according to any one of the first to third aspects of the present invention, it is possible to reduce costs by using common connection parts (including piping materials, heat insulating materials, and the like) for connecting pipes between units.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a heat pump type hot water supply apparatus to which an embodiment of a heat pump apparatus according to the present invention is applied.
FIG. 2 is a graph showing a pressure (P) -enthalpy (h) diagram in the refrigeration cycle of FIG. 1;
[Explanation of symbols]
10 Heat pump type hot water supply device (heat pump device)
11 Heat pump unit (outdoor unit)
12 Tank unit ( indoor unit)
16
19 Heat pump
28
Claims (3)
室外に設置されるヒートポンプユニットに、上記圧縮機、上記室外熱交換器及び上記減圧装置を備え、A heat pump unit installed outdoors includes the compressor, the outdoor heat exchanger, and the pressure reducing device.
室内に設置されるタンクユニットに、上記貯湯タンクと、上記室内熱交換器として、冷媒により水を加熱可能なガスクーラとを備え、 A tank unit installed indoors includes the hot water storage tank, and a gas cooler capable of heating water with a refrigerant as the indoor heat exchanger,
上記貯湯タンクと上記ガスクーラとはタンクユニット内において、貯湯用配管を介して貯湯タンク内の水を循環可能に接続され、 In the tank unit, the hot water storage tank and the gas cooler are connected to be able to circulate the water in the hot water storage tank via a hot water storage pipe.
上記ヒートポンプユニットと上記タンクユニットとを、上記冷媒を流動させるほぼ同一口径にて構成された複数本のユニット間配管で接続されたこと、The heat pump unit and the tank unit are connected by a plurality of inter-unit pipes configured with substantially the same diameter for flowing the refrigerant,
を特徴とするヒートポンプ式給湯装置。A heat pump type hot water supply device characterized by
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