JP4372762B2 - Heat pump water heater - Google Patents
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Description
本発明は,圧縮機や膨張器などが設けられたヒートポンプサイクル内に循環する冷媒との熱交換によって水を加熱して給湯するヒートポンプ式給湯機に関し,特に,二つのヒートポンプサイクルを具備するヒートポンプ式給湯機に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a heat pump type hot water heater that supplies water by heating water by heat exchange with a refrigerant circulating in a heat pump cycle provided with a compressor, an expander, and the like, and more particularly, a heat pump type having two heat pump cycles. It relates to a water heater.
従来から,圧縮機や膨張器などが設けられたヒートポンプサイクル内に循環する冷媒との熱交換によって水を加熱して給湯するヒートポンプ式給湯機が周知である。前記冷媒は,例えば炭酸ガス冷媒やHFC冷媒などである。例えば特許文献1には,CO2冷媒(炭酸ガス冷媒の一例)が用いられたヒートポンプサイクル(以下「CO2サイクル」という)と,R410A冷媒(HFC冷媒の一例)が用いられたヒートポンプサイクル(以下「R410Aサイクル」という)とを併せ持つヒートポンプ式給湯システムが示されている。前記ヒートポンプ式給湯システムでは,高温の温水が必要な場合にCO2サイクルが用いられ,低温の温水でよい場合にはR410Aサイクルが用いられて水が加熱される。
2. Description of the Related Art Conventionally, a heat pump type hot water heater that supplies water by heating water by heat exchange with a refrigerant circulating in a heat pump cycle provided with a compressor, an expander, and the like is well known. The refrigerant is, for example, a carbon dioxide refrigerant or an HFC refrigerant. For example,
ところで,前記炭酸ガス冷媒は,その冷媒の特性として水を高温(例えば90℃程度)まで加熱することができるため,一般に,90℃程度の高温の温水を貯留タンクに貯湯する貯湯運転に用いられる。なお,前記貯留タンクの上層には60〜90℃程度の高温の水が貯留され,該貯留タンクの下層には前記高温の水が冷まされた30〜50℃程度の水(以下「中温水」という)や水道などから供給された15℃程度の水が貯留される。そして,前記貯湯運転では,前記貯留タンクの下層から供給された水が,前記炭酸ガス冷媒と水との間で熱交換を行う水熱交換器で加熱された後,該貯留タンクの上層に還流される。
しかしながら,前記炭酸ガス冷媒は,15℃程度の低温の水との熱交換効率に比べて,30〜50℃程度の中温水との熱交換効率の方が低いという特性を有する。そのため,前記炭酸ガス冷媒が循環されるヒートポンプサイクルを用いて水を加熱するときに,その水の温度が30〜50℃程度である場合には,15℃程度の水を加熱する場合に比べて当該ヒートポンプ式給湯機のエネルギ消費効率が低下するという問題が生じる。
従って,本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり,その目的とするところは,前記貯留タンクの下層から前記水熱交換器に流入される水の温度が所定温度(例えば30℃程度)以上にならないように,前記貯留タンクの下層に貯留されている水を予め冷却しておくことにより,前記水熱交換器における冷媒と水との熱交換効率の低下を防止することのできるヒートポンプ式給湯機を提供することにある。
However, the carbon dioxide refrigerant has a characteristic that the heat exchange efficiency with medium temperature water of about 30 to 50 ° C. is lower than the heat exchange efficiency with low temperature water of about 15 ° C. Therefore, when water is heated using a heat pump cycle in which the carbon dioxide refrigerant is circulated, the temperature of the water is about 30 to 50 ° C. compared to the case of heating water of about 15 ° C. The problem that the energy consumption efficiency of the said heat pump type hot water heater falls arises.
Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and the object of the present invention is that the temperature of water flowing into the water heat exchanger from the lower layer of the storage tank is a predetermined temperature (for example, about 30 ° C.). In order not to become the above, a heat pump type capable of preventing a decrease in heat exchange efficiency between the refrigerant and water in the water heat exchanger by cooling water stored in the lower layer of the storage tank in advance. The purpose is to provide a water heater.
上記目的を達成するために本発明は,温度の高い水との間の熱交換効率よりも温度の低い水との間の熱交換効率の方が高い第一の冷媒が少なくとも第一の圧縮機及び第一の膨張器を経て循環される第一のヒートポンプサイクルと,前記第一の冷媒と異なる特性を持つ第二の冷媒が少なくとも第二の圧縮機及び第二の膨張器を経て循環される第二のヒートポンプサイクルと,前記第一の冷媒及び/又は前記第二の冷媒と水との間で熱交換を行う水熱交換器と,前記水熱交換器において前記第一の冷媒及び/又は前記第二の冷媒との間で熱交換される水が貯留される貯留タンクと,前記貯留タンクの下層に貯留された水を前記水熱交換器における前記第一の冷媒との間の熱交換によって加熱して前記貯留タンクの上層に還流させるタンク水加熱手段と,を備えてなるヒートポンプ式給湯機に適用されるものであって,前記貯留タンクの下層から前記水熱交換器に流入される水の温度を検出し,その検出された水の温度が所定温度以上であることを条件に,前記貯留タンクの下層に貯留された水を前記水熱交換器における前記第二の冷媒との間の熱交換によって冷却して前記貯留タンクの下層に還流させることを特徴とするヒートポンプ式給湯機として構成される。例えば,前記第一の冷媒は炭酸ガス冷媒であって,前記第二の冷媒はHFC冷媒である。
本発明によれば,前記貯留タンクの下層から前記水熱交換器に流入される水の温度が前記所定温度(例えば30℃程度)以上となった場合に,前記貯留タンクの下層に貯留された水が冷却されるため,前記水熱交換器における前記第一の冷媒と水との熱交換効率の低下を防止することができる。なお,前記所定温度は,前記第一の冷媒の特性によって適宜設定すればよい。
ここで,前記貯留タンクの下層から前記水熱交換器に流入される水の温度を検出するタンク水温検出手段は,前記貯留タンク内や前記貯留タンクの下層から前記水熱交換器への水の流入経路上に配設することが考えられる。
In order to achieve the above object, the present invention provides at least a first compressor having a first refrigerant having a higher heat exchange efficiency with water having a lower temperature than a heat exchange efficiency with water having a higher temperature. And a first heat pump cycle circulated through the first expander and a second refrigerant having different characteristics from the first refrigerant are circulated through at least the second compressor and the second expander. A second heat pump cycle, a water heat exchanger for exchanging heat between the first refrigerant and / or the second refrigerant and water, and the first refrigerant and / or in the water heat exchanger. Heat exchange between a storage tank storing water to be exchanged with the second refrigerant and water stored in a lower layer of the storage tank with the first refrigerant in the water heat exchanger Tank water heating hand that heats and recirculates to the upper layer of the storage tank The temperature of water flowing into the water heat exchanger from the lower layer of the storage tank is detected, and the detected temperature of the water is predetermined. Cooling the water stored in the lower layer of the storage tank by heat exchange with the second refrigerant in the water heat exchanger and returning it to the lower layer of the storage tank on condition that the temperature is equal to or higher than the temperature It is configured as a heat pump type hot water heater characterized by For example, the first refrigerant is a carbon dioxide refrigerant, and the second refrigerant is an HFC refrigerant.
According to the present invention, when the temperature of the water flowing into the water heat exchanger from the lower layer of the storage tank becomes equal to or higher than the predetermined temperature (for example, about 30 ° C.), the water is stored in the lower layer of the storage tank. Since water is cooled, it is possible to prevent a decrease in heat exchange efficiency between the first refrigerant and water in the water heat exchanger. The predetermined temperature may be set as appropriate according to the characteristics of the first refrigerant.
Here, the tank water temperature detecting means for detecting the temperature of the water flowing into the water heat exchanger from the lower layer of the storage tank includes water in the storage tank or from the lower layer of the storage tank to the water heat exchanger. It may be arranged on the inflow path.
また,前記第二の冷媒と室内空気との間で熱交換を行う室内空気熱交換器と,前記第二の冷媒と室外空気との間で熱交換を行う室外空気熱交換器と,前記第二のヒートポンプサイクルにおける前記第二の冷媒の循環経路を切り換える循環方向切換手段と,を更に備える構成,即ち室内空調(冷暖房)の機能を有するヒートポンプ式給湯機では,前記循環方向切換手段を制御して,前記第二の冷媒を,前記圧縮機,前記室内空気熱交換器,前記膨張器,前記水熱交換器の順や,前記圧縮機,前記室外空気熱交換器,前記膨張器,前記水熱交換器の順に循環させることにより,前記水熱交換器における前記第二の冷媒との間の熱交換によって前記貯留タンクの下層から流入される水を冷却することが可能である。
ところで,前記貯留タンクに貯留された水を熱媒体として用いる床暖房などの加熱サイクルを更に備える構成では,該加熱サイクルで放熱した中温水が前記貯留タンク内に還流するため,本発明が好適である。
An indoor air heat exchanger that exchanges heat between the second refrigerant and indoor air; an outdoor air heat exchanger that exchanges heat between the second refrigerant and outdoor air; And a circulation direction switching means for switching the circulation path of the second refrigerant in the second heat pump cycle, that is, in a heat pump water heater having a function of indoor air conditioning (cooling and heating), the circulation direction switching means is controlled. Then, the second refrigerant is used in the order of the compressor, the indoor air heat exchanger, the expander, and the water heat exchanger, the compressor, the outdoor air heat exchanger, the expander, and the water. By circulating in the order of the heat exchanger, it is possible to cool water flowing from the lower layer of the storage tank by heat exchange with the second refrigerant in the water heat exchanger.
By the way, in the configuration further comprising a heating cycle such as floor heating using the water stored in the storage tank as a heat medium, the present invention is preferable because the medium temperature water radiated in the heating cycle is returned to the storage tank. is there.
本発明によれば,前記貯留タンクの下層から前記水熱交換器に流入される水の温度を,前記貯留タンク内や前記貯留タンクの下層から前記水熱交換器への水の流入経路上などで検出して,その水の温度が前記所定温度(例えば30℃程度)以上となった場合に,前記貯留タンクの下層に貯留された水を冷却することにより,前記水熱交換器における前記第一の冷媒と水との熱交換効率の低下を防止することができる。 According to the present invention, the temperature of the water flowing into the water heat exchanger from the lower layer of the storage tank, the water in the storage tank or on the water inflow path from the lower layer of the storage tank to the water heat exchanger, etc. And when the temperature of the water becomes equal to or higher than the predetermined temperature (for example, about 30 ° C.), the water stored in the lower layer of the storage tank is cooled, thereby It is possible to prevent a decrease in heat exchange efficiency between the one refrigerant and water.
以下添付図面を参照しながら,本発明の実施の形態について説明し,本発明の理解に供する。尚,以下の実施の形態は,本発明を具体化した一例であって,本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに,図1は本発明の実施の形態に係るヒートポンプ式給湯機Xの概略構成図,図2及び図3は前記ヒートポンプ式給湯機Xにおいてタンク水冷却処理が行われる場合の冷媒の流通経路を説明するための図,図4は前記ヒートポンプ式給湯機Xの制御部により実行されるタンク水冷却処理の手順の一例を説明するフローチャートである。
まず,本発明の実施の形態に係るヒートポンプ式給湯機Xの概略構成及び基本動作について説明する。なお,前記ヒートポンプ式給湯機Xは,後述する貯留タンク31の下層から水熱交換器32に流入される水の温度が所定温度以上である場合に,該貯留タンク31の下層の水を予め冷却する点に特徴を有しており,この点については後段において詳説する。
図1に示すように,前記ヒートポンプ式給湯機Xは,冷媒が循環される二つのヒートポンプサイクル1(第一のヒートポンプサイクルの一例),2(第二のヒートポンプサイクルの一例),流水経路30a〜30d,貯留タンク31,水熱交換器32,水温センサ81,82,循環ポンプ34,切換弁41〜46,及び床暖房サイクル6(加熱サイクルの一例)を備えて概略構成されている。また,前記ヒートポンプ式給湯機Xは,CPUやRAM,ROMなどを有する不図示の制御部を備えており,該制御部によって統括的に制御される。なお,本実施の形態では,前記ヒートポンプ式給湯機Xにおける冷媒や水の流通経路を切り換える手段として切換弁を用いているがこれに限られるものではなく,例えば逆流防止構造などを施すことで切換弁を省略することが考えられる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that the present invention can be understood. The following embodiment is an example embodying the present invention, and does not limit the technical scope of the present invention.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a heat pump type hot water heater X according to an embodiment of the present invention. FIGS. 2 and 3 are refrigerant flow paths when tank water cooling processing is performed in the heat pump type hot water heater X. FIG. 4 is a flowchart for explaining an example of a tank water cooling process executed by the control unit of the heat pump type hot water heater X.
First, the schematic configuration and basic operation of the heat pump type water heater X according to the embodiment of the present invention will be described. The heat pump water heater X preliminarily cools the water below the
As shown in FIG. 1, the heat pump type hot water heater X includes two heat pump cycles 1 (an example of a first heat pump cycle), 2 (an example of a second heat pump cycle) in which refrigerant is circulated, and a flowing
前記水熱交換器32は,前記ヒートポンプサイクル1及び2に共通しており,前記ヒートポンプサイクル1に接続された配管14に流れる冷媒や,前記ヒートポンプサイクル2に接続された配管25に流れる冷媒と,給水口から給湯口への流水経路30b又は前記貯留タンク31の下層から該貯留タンクの上層に戻る流水経路30a上に配置された配管33を流れる水との間で熱交換を行うものである。ここに,前記流水経路30aは,前記給水口から前記貯留タンク31の下層,循環ポンプ34,切換弁45,水熱交換器32,切換弁43,46,貯留タンク31の上層又は下層が順に接続された水の流水経路(実線矢印)である。なお,水熱交換器において冷媒との間で熱交換された水は,前記貯留タンク31に貯留される。具体的には,前記貯留タンク31の上層には前記水熱交換器32で加熱された高温の温水が貯留され,前記貯留タンク31の下層には前記給水口から供給された低温の水が貯留される。
また,前記流水経路30bは,前記給水口から切換弁45,水熱交換器32,切換弁43,前記給湯口が順に接続された水の流水経路(破線矢印)である。なお,前記流水経路30cは,前記貯留タンク31の上層から前記切換弁44を経て前記給湯口に続く温水の流通経路(破線矢印),前記流水経路30dは,前記給水口から前記切換弁44を経て前記給湯口に続く水の流通経路(破線矢印)である。
The
The flowing
前記水温センサ81は,前記貯留タンク31から前記水熱交換器32への流水経路30a上に配設されており,前記水熱交換器32に流入される水の温度を検出するサーミスタ等を有するタンク水温検出手段の一例である。前記水温センサ81により検出された水温は,前記制御部に入力されて,後述するタンク水冷却処理(図4のフローチャート参照)において判断指標に用いられる。
また,前記水温センサ82は,前記貯留タンク31内において上層から下層に亘って所定間隔毎に設けられた複数の水温センサ82a〜82dを有している。前記水温センサ82a〜82dは,各々の配設位置において水の温度を検出するサーミスタ等である。ここで,前記水温センサ82a,82bは,前記貯留タンク31の上層に設けられており,該上層の水の温度を検出するものである。また,前記水温センサ82c,82dは,前記貯留タンク31の下層に設けられており,該下層の水の温度を検出するものである。ここに,前記水温センサ82cや82dはタンク水温検出手段の一例である。前記水温センサ82cや82dにより検出された水温は,前記制御部に入力されて,後述する(図4のフローチャート参照)において判断指標に用いられる。
なお,本実施の形態では,前記水温センサ81及び前記水温センサ82が共に設けられている構成について述べるが,いずれか一方だけが設けられる構成であってもよい。
The
The
In the present embodiment, a configuration in which both the
当該ヒートポンプ式給湯機Xでは,前記制御部(不図示)によって前記各構成要素が制御されることにより,前記流水経路30b上を流れる水を前記水熱交換器32によって加熱して給湯口から直接給湯する瞬間給湯運転や,前記流水経路30a上を流れる水を前記水熱交換器32によって加熱して前記貯留タンク31に貯留する貯湯運転などが行われる。
ここで,前記瞬間給湯運転では,前記切換弁43及び45が前記制御部によって制御されることにより,前記給水口から供給された水が前記流水経路30bに沿って破線矢印方向に流通することとなる。但し,前記瞬間給湯運転が開始してからの一定時間は,前記水熱交換器32による加熱量が十分得られない。そのため,瞬間運転開始後の一定時間は,前記貯留タンク31に貯留された高温の温水が,前記流水経路30cを経て切換弁44において,前記給水口から前記流水経路30dを経て供給される水と混合されて温度調節された後,前記給湯口に供給される。これにより,前記給湯口から瞬時に給湯することが可能である。そして,前記水熱交換器32によって給水口から供給された水を十分に加熱することが可能となった時点で,前記貯留タンク31の給水は停止され,その後は,前記給水口から前記水熱交換器32を経て前記給湯口に続く流水経路30bを用いて瞬間給湯が行われる。なお,前記貯留タンク31に貯留された高温の温水を前記給水口から供給される水と混合することなく,そのまま給湯することも可能である。
一方,前記貯湯運転では,前記制御部によって前記切換弁43,45,46が制御され,前記循環ポンプ34が駆動されることにより,前記貯留タンク31の下層に貯留された水が前記流水経路30aに沿って実線矢印方向に流通される。このとき,前記切換弁46は,前記流水経路30a上の水が前記貯留タンク31の上層に流入するように前記制御部によって制御される。これにより,前記水熱交換器32において冷媒との熱交換により加熱された高温の温水が前記貯留タンク31の上層に還流される。ここに,前記貯留タンク31の下層に貯留された水を前記水熱交換器32で加熱して該貯留タンク31に還流させる処理を実行するときの前記制御部がタンク水加熱手段の一例である。なお,前記ヒートポンプ式給湯機Xでは,前記貯留タンク31内の温水が前記床暖房サイクル6において熱媒体として用いられる。
In the heat pump type hot water heater X, each component is controlled by the control unit (not shown), whereby the water flowing on the flowing
Here, in the instantaneous hot water supply operation, the
On the other hand, in the hot water storage operation, the switching
前記床暖房サイクル6は,前記貯留タンク31の上層,温水熱交換器62,循環ポンプ61,前記貯留タンク31の下層が順に接続された温水経路6aと,循環ポンプ63,床暖房装置64,前記温水熱交換器62が順に接続されたブライン(不凍液)経路6bとを有している。なお,前記床暖房装置64は,床暖房パネルや輻射パネル,温風機等(不図示)を有する従来周知の床暖房装置であり,ここではその説明を省略する。
前記床暖房サイクル6では,前記制御部によって前記循環ポンプ61及び前記循環ポンプ63の駆動が開始されると,前記貯留タンク31内に貯留された温水が前記温水経路6a上に循環され,前記ブライン経路6bにブラインが循環される。これにより,前記温水熱交換器62において温水とブラインとの間で熱交換が行われ,該ブラインが加熱される。即ち,前記床暖房サイクル6では,前記貯留タンク31に貯留された温水が熱媒体として用いられる。そして,前記温水熱交換器62で加熱されたブラインは,前記床暖房装置64に流入して放熱した後,再度前記温水熱交換器62に流入する。これにより前記床暖房装置64における床暖房が実現される。
一方,前記温水熱交換器62で前記ブラインとの熱交換により温度が下げられた温水は,前記貯留タンク31の下層に還流される。したがって,前記床暖房サイクル6の稼働時,前記貯留タンク31の下層から前記流水経路30aに供給される水には,前記温水熱交換器62において温度が下げられた温水が含まれる場合がある。
なお,本実施の形態では,前記貯留タンク31に貯留された水を熱媒体として用いる加熱サイクルとして前記床暖房サイクル6を例に挙げて説明したが,これに限られず,例えばお風呂の追い焚きを行うためのサイクルも加熱サイクルの一例として考えられる。
The
In the
On the other hand, the hot water whose temperature has been lowered by heat exchange with the brine in the hot water heat exchanger 62 is returned to the lower layer of the
In the present embodiment, the
前記ヒートポンプサイクル1(以下,「CO2サイクル」という)は,圧縮機11,前記水熱交換器32,膨張器12及び室外空気熱交換器13が順に接続された循環経路10を有している。前記循環経路10では,前記制御部(不図示)によって前記圧縮機11が駆動されることにより,炭酸ガス冷媒の一例であるCO2冷媒(第一の冷媒の一例)が図示する矢印方向に循環される。
ここに,前記CO2冷媒は,後述するR410A冷媒と異なる特性を持ち,冷媒の特性として水を高温(90℃程度)まで加熱することができる。そのため,前記CO2サイクル1は,当該ヒートポンプ式給湯機Xにおいて主に前記貯湯運転に用いられる。但し,前述したように,前記CO2冷媒は,15℃程度の低温の水との熱交換効率が,30〜50℃程度の中温水との熱交換効率に比べて高いという特性を有している。
The heat pump cycle 1 (hereinafter referred to as “CO 2 cycle”) has a
Here, the CO 2 refrigerant has different characteristics from the R410A refrigerant described later, and can heat water to a high temperature (about 90 ° C.) as a characteristic of the refrigerant. Therefore, the CO 2 cycle 1 is mainly used for the hot water storage operation in the heat pump type hot water heater X. However, as described above, the CO 2 refrigerant has a characteristic that the heat exchange efficiency with low temperature water of about 15 ° C. is higher than the heat exchange efficiency with medium temperature water of about 30-50 ° C. Yes.
前記CO2サイクル1では,前記圧縮機11において圧縮して吐出された高温高圧の前記CO2冷媒が,前記水熱交換器32において前記流水経路30aまたは30b上を流れる水と熱交換されて冷却された後,前記膨張器12において膨張する。その後,前記膨張器12で膨張した低温低圧の前記CO2冷媒は,前記室外空気熱交換器13において室外の空気と熱交換されて吸熱し気化した後,再度前記圧縮機11に流入する。
前記CO2サイクル1では,前記のように前記CO2冷媒が前記循環経路10に循環されることにより,前記流水経路30aまたは30b上を矢印方向に流れる水が,前記水熱交換器32における前記CO2冷媒との熱交換によって90℃程度まで加熱される。なお,前記水熱交換器32における前記CO2冷媒と水との流通方向が反対であるため,該CO2冷媒と水との熱交換は効率的に行われる。
これにより,前記貯湯運転においては,前記流水経路30aを通るよう前記制御部(不図示)によって前記切換弁45が制御され,前記制御部(不図示)によって前記切換弁43が制御されることにより前記水熱交換器32において加熱された温水が前記貯留タンク31に貯留される。また,前記瞬間給湯運転においては,前記流水経路30bを通るよう前記制御部(不図示)によって前記切換弁45が制御され,前記制御部(不図示)によって前記切換弁43が制御されることにより前記水熱交換器32において加熱された温水が前記給湯口に供給される。
In the CO 2 cycle 1, the high-temperature and high-pressure CO 2 refrigerant compressed and discharged by the compressor 11 is cooled by heat exchange with water flowing on the flowing
In the CO 2 cycle 1, the CO 2 refrigerant is circulated through the
Thereby, in the hot water storage operation, the switching
一方,前記ヒートポンプサイクル2(以下,「R410Aサイクル」という)は,HFC冷媒の一例であるR410A冷媒(第二の冷媒の一例)が循環される循環経路20(第一の循環経路の一例)及び循環経路40(第二の循環経路の一例)を有している。ここに,前記R410A冷媒は,前記CO2冷媒と異なる特性を持ち,CO2冷媒に比べて水を低温(65℃程度)までしか加熱することができないが,エネルギ消費効率(COP)は高いので,比較的低い沸上げ温度に適している。そのため,前記R410Aサイクル2は,当該ヒートポンプサイクルXにおいて主に前記瞬間給湯運転に用いられる。また,前記R410A冷媒は,30〜50℃程度の中温水を加熱する際の熱交換効率が前記CO2冷媒に比べて良いという特性を有している。なお,前記R410A冷媒の他の例としては,例えばR407C/E,R404A,R507A,R134a等がある。また,前記ヒートポンプ式給湯機Xに用いられる二つの異なる冷媒は,炭酸ガス冷媒及びHFC冷媒に限られるものではなく,熱交換効率やエネルギ消費効率などの特性が異なる二つの冷媒を用いればよい。
On the other hand, the heat pump cycle 2 (hereinafter referred to as “R410A cycle”) includes a circulation path 20 (an example of a first circulation path) through which an R410A refrigerant (an example of a second refrigerant) that is an example of an HFC refrigerant is circulated, and A circulation path 40 (an example of a second circulation path) is included. Here, the R410A refrigerant, the CO 2 has a refrigerant different properties, but can only heat the water compared to the CO 2 refrigerant to a low temperature (about 65 ° C.), since the energy consumption efficiency (COP) is high , Suitable for relatively low boiling temperature. Therefore, the
前記循環経路20は,圧縮機21,四方弁24,切換弁41,水熱交換器32,切換弁42,膨張器(例えば膨張弁)22,室外空気熱交換器23及び前記四方弁24が順に接続されて構成されている。前記室外空気熱交換器23は,前記R410A冷媒と室外空気との間で熱交換を行うものである。また,前記四方弁24,前記切換弁41及び前記切換弁42は,前記R410Aサイクル2における前記R410A冷媒の循環経路の切り換えに用いられ,冷媒循環経路切換手段に相当する。
前記循環経路20では,前記制御部(不図示)によって制御されて前記圧縮機21が駆動されることにより,前記R410A冷媒が図示する実線矢印方向に循環される。具体的には,前記圧縮機21において圧縮して吐出された高温高圧の前記R410A冷媒が,前記四方弁24及び前記切換弁41を経て前記水熱交換器32に達する。そして,前記R410A冷媒は,前記水熱交換器32において前記流水経路30aまたは30b上を流れる水と熱交換されて冷却される。その後,前記R410A冷媒は,前記切換弁42を経て前記膨張器22において膨張される。そして,前記膨張器22で膨張した低温低圧の前記R410A冷媒は,前記室外空気熱交換器23において室外空気と熱交換されて吸熱し気化した後,前記四方弁24を経て再度前記圧縮機21に流入する。
前記R410Aサイクル2では,前記のように前記R410A冷媒が前記循環経路20において実線矢印方向に循環されることにより,前記流水経路30aまたは30b上を矢印方向に流れる水が,前記水熱交換器32における前記R410A冷媒との熱交換によって65℃程度まで加熱される。なお,前記水熱交換器32における前記R410A冷媒と水との流通方向が反対であるため,該R410A冷媒と水との熱交換は効率的に行われる。
The
In the
In the
また,前記水熱交換器32は,前記CO2サイクル1及び前記R410Aサイクル2に共通するものであり,これらに循環される前記CO2冷媒及び前記R410A冷媒と,前記流水経路30a又は前記流水経路30b上を流れる水とを同時に熱交換させることが可能である。具体的には,前記水熱交換器32が,該水熱交換器32内に設けられた前記CO2冷媒の配管14と前記流水経路30a,30b上の前記配管33,前記R410A冷媒の配管25と前記流水経路30a,30b上の前記配管33が共に接触するように構成することが考えられる。なお,前記水熱交換器32は前記構成に限られない。
このように構成された前記ヒートポンプ式給湯機Xでは,前記CO2サイクル1及び前記R410Aサイクル2を同時に稼働して用いることにより,個々の熱交換効率以上の熱交換効率で水を加熱することができる。これにより,前記瞬間給湯運転時における給湯量を増加させることが可能である。
The
In the heat pump type hot water heater X configured as described above, the CO 2 cycle 1 and the
他方,前記循環経路40は,圧縮機21,四方弁24,切換弁41,室内空気熱交換器4,切換弁42,膨張器22,室外空気熱交換器23及び四方弁24が順に接続されて構成されている。
ここに,前記室内空気熱交換器4は,室内の冷暖房を行う空気調和機(不図示)に設けられ,前記循環経路40内に循環される前記R410A冷媒と室内空気との間で熱交換を行うことにより室内空気を加熱或いは冷却するものである。
On the other hand, in the
Here, the indoor
ここで,前記ヒートポンプ式給湯機Xの前記R410Aサイクル2において実現される暖房運転及び冷房運転について説明する。
(1)暖房運転について
ユーザにより前記ヒートポンプ式給湯機Xに対して,不図示の操作部から暖房運転の開始が要求されると,該ヒートポンプ式給湯機Xでは,前記制御部(不図示)によって前記圧縮機21及び前記四方弁24が制御され,前記R410Aサイクル2の循環経路40において前記R410A冷媒の実線矢印方向の循環が開始される。このとき,前記四方弁24内部では図示する実線経路が確立されている。
これにより,前記循環経路40では,図示する実線矢印方向に前記R410A冷媒が循環される。具体的には,前記圧縮機21において圧縮して吐出された高温高圧の前記R410A冷媒が,前記四方弁24及び前記切換弁41を経て前記室内空気熱交換器4に達する。そして,前記R410A冷媒は,前記室内空気熱交換器4において室内空気と熱交換されて冷却される。その後,前記R410A冷媒は,前記切換弁42を経て前記膨張器22において膨張される。そして,前記膨張器22において膨張した低温低圧の前記R410A冷媒は,前記室外空気熱交換器23において室外の空気と熱交換されて吸熱し気化した後,前記四方弁24を経て再度前記圧縮機21に流入する。
前記R410Aサイクル2では,前記のように前記R410A冷媒が前記循環経路40において実線矢印方向に循環されることにより,室内空気が,前記室内空気熱交換器4における前記R410A冷媒との熱交換によって加熱される。即ち,前記ヒートポンプ式給湯機Xによって暖房が実現される。
Here, the heating operation and the cooling operation realized in the
(1) Heating operation When the user requests the heat pump water heater X to start a heating operation from an operation unit (not shown), in the heat pump water heater X, the control unit (not shown) The
As a result, the R410A refrigerant is circulated in the
In the
また,前記R410Aサイクル2において前記R410A冷媒を前記循環経路20及び40に分配して瞬間給湯と暖房とを同時に行うことも考えられる。但し,この場合には十分な給湯温度や給湯量が得ることができないことがある。しかし,前記ヒートポンプ式給湯機Xでは,瞬間給湯と暖房とを同時に行う際,前記水熱交換器32において,前記CO2サイクル1に循環する前記CO2冷媒と,前記R410Aサイクル2に循環するR410A冷媒とで同時に水を加熱することが可能である。これにより,瞬間給湯と暖房とを同時に行う際に,十分な給湯温度や給湯量を得ることができる。
例えば,前記ヒートポンプ式給湯機Xにおいて前記R410Aサイクル2によって暖房運転が行われているときに,ユーザによって不図示の操作部に対して瞬間給湯の要求が行われると,該ヒートポンプ式給湯機Xでは,前記切換弁41,42が前記制御部(不図示)によって制御され,前記R410Aサイクル2において前記循環経路20及び40に分配して前記R410A冷媒が循環される。そして,このとき同時に前記制御部(不図示)によって前記CO2サイクル1の圧縮機11の駆動が制御されて,前記CO2サイクル1における前記CO2冷媒の循環が開始される。
これにより,前記水熱交換器32では,前記R410A冷媒及び前記CO2冷媒の両方との熱交換によって水が加熱されることとなる。即ち,前記R410Aサイクル1における瞬間給湯と暖房の同時運転時の水の加熱能力の低下は,前記CO2サイクル1を循環する前記CO2冷媒との熱交換によって補われる。したがって,前記R410Aサイクル2において瞬間給湯と暖房とを同時に行う際に,十分な給湯温度や給湯量を得ることができる。
In the
For example, in the heat pump type hot water heater X, when a heating operation is performed by the
Thereby, in the
(2)冷房運転について
一方,ユーザにより前記ヒートポンプ式給湯機Xに対して,不図示の操作部から冷房運転の開始が要求されると,該ヒートポンプ式給湯機Xでは,前記制御部(不図示)によって前記圧縮機21及び前記四方弁24が制御され,前記R410Aサイクル2の循環経路40において前記R410A冷媒の破線矢印方向の循環が開始される。このとき,前記四方弁24内部では図示する破線経路が確立されている。
これにより,前記循環経路40では,図示する破線矢印方向に前記R410A冷媒が循環される。具体的には,前記圧縮機21において圧縮して吐出された高温高圧の前記R410A冷媒が,前記四方弁24を経て前記室外空気熱交換器23に達する。そして,前記R410A冷媒は,前記室外空気熱交換器23において室外空気と熱交換されて冷却される。その後,前記R410A冷媒は,前記膨張器22において膨張される。そして,前記膨張器22において膨張した低温低圧の前記R410A冷媒は,前記切換弁42を経て前記室内空気熱交換器4において室内空気と熱交換されて吸熱し気化した後,前記切換弁41及び前記四方弁24を経て再度前記圧縮機21に流入する。
前記R410Aサイクル2では,前記のように前記R410A冷媒が前記循環経路40において破線矢印方向に循環されることにより,室内の空気が,前記室内空気熱交換器4における前記R410A冷媒との熱交換によって冷却される。即ち,前記ヒートポンプ式給湯機Xによって冷房が実現される。
以上説明したように,前記ヒートポンプ式給湯機Xでは,前記制御部によって前記CO2サイクル1や前記R410Aサイクル2が制御されることにより,前記瞬間給湯運転や前記貯湯運転,前記冷暖房運転が行われる。
(2) Cooling operation On the other hand, when the user requests the heat pump water heater X to start the cooling operation from an operation unit (not shown), the heat pump water heater X has the control unit (not shown). ), The
Thereby, in the
In the
As described above, in the heat pump type hot water heater X, the instantaneous hot water supply operation, the hot water storage operation, and the air conditioning operation are performed by controlling the CO 2 cycle 1 and the
ところで,前述したように,前記CO2サイクル1に循環される前記CO2冷媒は,15℃程度の低温の水との熱交換効率に比べて,30〜50℃程度の中温水との熱交換効率が低いという特性を有する。そのため,前記CO2サイクル1を用いて水を加熱するときに,その水の温度が30〜50℃程度である場合には,15℃程度の水を加熱する場合に比べて当該ヒートポンプ式給湯機Xのエネルギ消費効率が低下するという問題が生じる。
特に,前記ヒートポンプ式給湯機Xのように,前記貯留タンク31に貯留された高温の温水を熱媒体として用いる床暖房サイクル6を有する構成では,該床暖房サイクル6から前記貯留タンク31に還流された30〜50℃程度の中温水が前記水熱交換器32に流入される可能性が高い。
そこで,本発明の実施の形態に係る前記ヒートポンプ式給湯機Xでは,前記制御部により後述するタンク水冷却処理(図4のフローチャート参照)が実行されることによって,前記貯留タンク31の下層から前記水熱交換器32に流入される水の温度が高い場合に,前記貯留タンク31の下層に貯留された水が冷却されて該貯留タンク31の下層に還流されるように処理される。ここに,かかる処理を実行するときの前記制御部がタンク水冷却手段に相当する。
By the way, as described above, the CO 2 refrigerant circulated in the CO 2 cycle 1 exchanges heat with medium temperature water of about 30 to 50 ° C. compared with heat exchange efficiency with low temperature water of about 15 ° C. It has the characteristic that efficiency is low. Therefore, when water is heated using the CO 2 cycle 1, when the temperature of the water is about 30 to 50 ° C., the heat pump type hot water heater is compared with the case of heating water of about 15 ° C. There arises a problem that the energy consumption efficiency of X is lowered.
In particular, in the configuration having the
Therefore, in the heat pump type water heater X according to the embodiment of the present invention, the control unit performs a tank water cooling process (see the flowchart of FIG. 4) described later, so that When the temperature of the water flowing into the
以下,図1〜3を参照しつつ,図4のフローチャートに従って,本発明の実施の形態に係る前記ヒートポンプ式給湯機Xにおいて前記制御部により実行されるタンク水冷却処理の手順の一例について説明する。ここに,図中のS1,S2,…は処理手順(ステップ)番号を示している。
なお,当該タンク水冷却処理は,前記ヒートポンプ式給湯機Xの稼働中に常時,或いは所定時間毎に実行される。
まず,ステップS1では,前記水温センサ81又は前記水温センサ82dによって検出された水温(以下「検出水温」という),即ち前記貯留タンク31の下層から前記水熱交換器32へ流入される水の温度が,30℃(所定温度の一例)以上であるか否かが前記制御部によって判断される。当該ステップS1の処理では,前記水熱交換器32における前記CO2冷媒と水との熱交換効率,即ち当該ヒートポンプ式給湯機Xにおけるエネルギ消費効率が低下する状態であるか否かが判断される。なお,前記ステップS1では,前記検出水温が30℃以上であるか否かを判断しているが,この温度は冷媒の種別などによって適宜変更して設定すればよい。
また,前記ステップS1における判断指標としては,前記水温センサ81及び前記水温センサ82dのいずれか一方又は両方による検出水温を用いれば良い。また,前記のように前記水温センサ82に複数の水温センサ82a〜82dが設けられている場合には,これらのうちの複数の水温センサによる検出水温を判断指標に用いてもかまわない。例えば,前記ステップS1において前記水温センサ82c,82dによる検出水温の平均値が30℃以上であるか否かを判断することが考えられる。
Hereinafter, an example of the procedure of the tank water cooling process executed by the control unit in the heat pump type water heater X according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. . Here, S1, S2,... In the figure indicate processing procedure (step) numbers.
The tank water cooling process is executed constantly or every predetermined time while the heat pump type water heater X is in operation.
First, in step S1, the water temperature detected by the
In addition, as a determination index in step S1, a detected water temperature by one or both of the
前記ステップS1において前記検出水温が30℃以上でないと判断された場合(S1のNo側),即ち前記貯留タンク31の下層から前記水熱交換器32に流入される水が30℃未満の低温であって,該水熱交換器32における前記CO2冷媒と水との熱交換効率が良い状態にある場合には,前記ステップS1の判断処理が繰り返し実行される。
一方,前記床暖房サイクル6が稼働されている場合など,前記貯留タンク31の下層に30℃以上の中温水が貯留される場合には,前記検出水温が30℃以上であると判断された場合(S1のYes側),即ち前記貯留タンク31の下層から前記水熱交換器32に流入される水が30℃以上であって,前記CO2冷媒と水との熱交換効率が悪い状態にある場合には,処理は後述するステップS2に移行する。
When it is determined in step S1 that the detected water temperature is not 30 ° C. or higher (No side of S1), that is, the water flowing into the
On the other hand, when medium temperature water of 30 ° C. or higher is stored in the lower layer of the
ステップS2では,前記R410Aサイクル2において暖房運転が行われているか否かが前記制御部によって判断される。ここで,暖房運転が行われていると判断された場合(S2のYes側)には,前記R410Aサイクル2においてR410A冷媒が図1の実線矢印方向に循環されており,該R410A冷媒の循環経路を切り換えることができないため,処理はステップS1に戻る。即ち,前記R410Aサイクル2において暖房運転が実行されている場合には,前記検出水温が30℃以上であっても,前記貯留タンク31から前記水熱交換器32に流入される水は冷却されない。なお,前記R410Aサイクル2において暖房運転が実行されている場合に該暖房運転を停止してから後述のステップS3に移行することが他の実施例として考えられる。
In step S2, the controller determines whether or not the heating operation is being performed in the
一方,前記ステップS2において暖房運転が行われていないと判断された場合(S2のNo側)には,処理はステップS3に移行する。
前記ステップS3では,前記CO2サイクル1が稼働中であるか否か,即ち前記CO2冷媒による水の加熱が行われているか否かが前記制御部によって判断される。
ここで,前記CO2サイクル1が稼働中であると判断された場合(S3のYes側),処理はステップS4に移行する。
On the other hand, when it is determined in step S2 that the heating operation is not performed (No side of S2), the process proceeds to step S3.
In step S3, the control unit determines whether or not the CO 2 cycle 1 is operating, that is, whether or not water is being heated by the CO 2 refrigerant.
Here, if it is determined that the CO 2 cycle 1 is in operation (Yes in S3), the process proceeds to step S4.
ステップS4では,前記制御部によって前記CO2サイクル1の稼働が停止された後,処理はステップS5に移行する。具体的には,前記圧縮機21の駆動が停止される。なお,前記CO2サイクル1の稼働は,例えば後述するステップS10の実行後に再開される。
これは,前記貯留タンク31からの水を加熱する場合には該貯留タンク31の上層に還流させ,後述するように前記貯留タンク31の下層の水を冷却する場合には該貯留タンク31の下層に還流させる必要があるため,これらの処理を同時に実行することができないためである。但し,前記CO2サイクル1及び前記R410Aサイクル2各々が,前記貯留タンク31から供給される水との間で熱交換を行う熱交換器と,該熱交換器から前記貯留タンク31の上層又は下層に続く流水経路とを有する構成では,各々が独立して動作可能であるため前記CO2サイクル1の稼働を停止しなくてもかまわない。
In step S4, after the operation of the CO 2 cycle 1 is stopped by the control unit, the process proceeds to step S5. Specifically, the drive of the
This is because when the water from the
一方,前記CO2サイクル1が稼働中でないと判断された場合(S3のNo側),処理は前記ステップS5に移行する。
ステップS5では,前記R410Aサイクル2において冷房運転が実行中であるか否かが前記制御部によって判断される。ここで,冷房運転が実行中ではないと判断された場合(S5のNo側)には,処理はステップS61に移行し,冷房運転が実行中であると判断された場合(S5のYes側)には,処理はステップS62に移行する。
まず,図2を用いて前記ステップS5において前記冷房運転が実行中ではないと判断された場合に実行されるステップS61について説明する。
前記ステップS61では,前記制御部によって,前記R410Aサイクル2が稼働されると共に,前記四方弁24,前記切換弁41及び前記切換弁42が制御されて前記R410Aサイクル2における前記R410A冷媒の循環経路が切り換えられることにより,前記水熱交換器32に前記R410A冷媒が流入される。具体的には,前記R410Aサイクルでは,図2に実線矢印で示すように,前記R410A冷媒が,前記圧縮機21,前記四方弁24,前記室外空気熱交換器23,前記膨張器22,前記切換弁42,前記水熱交換器32,前記切換弁41,前記四方弁24,前記圧縮機21の順に循環される。
これにより,前記R410Aサイクル2では,前記室外空気熱交換器23において室外空気と熱交換されて冷却され,前記膨張器22において膨張された低温低圧の前記R410A冷媒が,前記水熱交換器32に流入されることになる。
On the other hand, when it is determined that the CO 2 cycle 1 is not in operation (No in S3), the process proceeds to Step S5.
In step S5, the control unit determines whether or not the cooling operation is being executed in the
First, step S61 executed when it is determined in step S5 that the cooling operation is not being executed will be described with reference to FIG.
In step S61, the control unit operates the
As a result, in the
次に,図3を用いて前記ステップS5において前記冷房運転が実行中であると判断された場合に実行されるステップS62について説明する。
この場合,前記R410Aサイクル2は,既に稼働されており,該R410Aサイクルでは,図3に実線矢印で示すように,前記R410A冷媒が,前記圧縮機21,前記四方弁24,前記室外空気熱交換器23,前記膨張器22,前記切換弁42,前記室内空気熱交換器4,切換弁41,前記四方弁24,前記圧縮機21の順に循環されている。
前記ステップS62では,前記制御部によって前記切換弁41,42が制御されることにより,前記R410Aサイクル2における前記R410A冷媒の循環経路が切り換えられ,前記水熱交換器32への分配が開始される。具体的には,前記R410Aサイクル2では,図3に実線及び破線矢印で示すように,前記圧縮機21,前記四方弁24,前記室外空気熱交換器23,前記膨張器22,前記切換弁42を順に経て流通された前記R410A冷媒が,前記室内空気熱交換器4及び前記水熱交換器32に分配された後,前記切換弁41で合流され,前記四方弁24を経て前記圧縮機21に還流される。
これにより,前記R410Aサイクル2では,前記室外空気熱交換器23において室外空気と熱交換されて冷却され,前記膨張器22において膨張された低温低圧の前記R410A冷媒が,前記室内空気熱交換器4及び前記水熱交換器32に流入される。即ち,この場合には,冷房運転と前記貯留タンク31の水の冷却とが同時に行われる。
Next, step S62 executed when it is determined in step S5 that the cooling operation is being executed will be described with reference to FIG.
In this case, the
In the step S62, the switching
Thus, in the
その後,前記ステップS61又は前記ステップS62に続くステップS7では,前記流水経路30a上において前記水熱交換器32から吐出された水が前記貯留タンク31の下層へ流入するように前記切換弁46が前記制御部によって制御され,処理はステップS8に移行する。なお,前記水熱交換器32において水を加熱して前記貯留タンク31に還流させる場合には,前記切換弁46は,前記水熱交換器32から吐出された水が前記貯留タンク31の上層へ流入するように前記制御部によって制御される。
Thereafter, in step S7 following step S61 or step S62, the switching
そして,ステップS8では,前記制御部によって前記循環ポンプ34が駆動されることにより,前記貯留タンク31の下層に貯留された水が前記流水経路30a上で循環される。具体的に前記貯留タンク31の下層の水は,図2及び図3に実線矢印で示すように,前記貯留タンク31の下層から前記水熱交換器32に流入され,該水熱交換器32において低温低圧の前記R410A冷媒との間の熱交換により冷却された後,前記切換弁41,43,46を経て前記貯留タンク31の下層に還流される。これにより,前記貯留タンク31の下層に貯留されている水は,例えば20℃程度まで冷却される。
In Step S8, the
次に,ステップS9では,前記水温センサ81や前記水温センサ82dによる検出水温が20℃以下になったか否かが前記制御部によって判断される。当該ステップS9の処理では,前記水熱交換器32における前記CO2冷媒と水との熱交換効率,即ち当該ヒートポンプ式給湯機Xにおけるエネルギ消費効率が悪い状態が解消されたか否かが判断される。なお,前記ステップS9では,前記検出水温が20℃以下であるか否かを判断しているが,この温度は冷媒の種別などによって適宜変更して設定すればよい。
ここで,前記検出水温が20℃以下ではないと判断された場合(S9のNo側),即ち前記貯留タンク31の下層から前記水熱交換器32に流入される水が20℃よりも高く,該水熱交換器32における前記CO2冷媒と水との熱交換効率が悪い状態が解消されていない場合には,前記ステップS9の判断処理が繰り返し実行され,前記貯留タンク31の下層の水の冷却処理が継続される。
Next, in step S9, the control unit determines whether or not the water temperature detected by the
Here, when it is determined that the detected water temperature is not 20 ° C. or lower (No side of S9), that is, the water flowing into the
一方,前記貯留タンク31の下層の水が十分に冷却されて前記検出水温が20℃以下になったと判断された場合(S9のYes側),即ち前記貯留タンク31の下層から前記水熱交換器32に流入される水が20℃以下であって,該水熱交換器32における前記CO2冷媒と水との熱交換効率が悪い状態が解消された場合には,処理はステップS10に移行する。
前記ステップS10では,前記制御部によって前記R410Aサイクル2が制御されることにより,前記水熱交換器32への前記R410A冷媒の循環が停止される。具体的には,冷房運転の実行中には前記切換弁41,42が制御されることにより前記水熱交換器32への冷媒の分配が終了され,冷房運転が実行中でない場合には前記R410Aサイクル2の稼働が停止(圧縮機21が停止)される。
On the other hand, when it is determined that the water in the lower layer of the
In the step S10, the
このように,前記ヒートポンプ式給湯機Xでは,前記制御部によって前記タンク水冷却処理(図4のフローチャート参照)が実行されることにより,前記貯留タンク31の下層から前記水熱交換器32へ流入される水の温度が高くなった場合には,そのことを条件に前記貯留タンク31の下層に貯留された水が前記水熱交換器32における前記R410A冷媒との間の熱交換によって冷却され,該貯留タンク31の下層に還流される。
したがって,前記ヒートポンプ式給湯機Xでは,前記CO2サイクル1を用いて前記貯湯運転や前記瞬間給湯運転などが実行される場合,前記水熱交換器32では事前に20℃以下まで冷却された水と前記CO2冷媒との間で熱交換が行われるため,該水熱交換器32における熱交換効率が良く,ひいては当該ヒートポンプ式給湯機Xのエネルギ消費効率の低下を防止することができる。
In this way, in the heat pump type hot water heater X, the tank water cooling process (see the flowchart of FIG. 4) is executed by the control unit, so that it flows into the
Therefore, in the heat pump type hot water heater X, when the hot water storage operation or the instantaneous hot water supply operation is performed using the CO 2 cycle 1, the
ここに,図5は本発明の実施例に係るヒートポンプ式給湯機X1の概略構成図,図6及び図7は前記ヒートポンプ式給湯機X1においてタンク水冷却処理が行われる場合の冷媒の流通経路を説明するための図,図8は前記ヒートポンプ式給湯機X1の制御部により実行されるタンク水冷却処理の手順の一例を説明するフローチャートである。なお,前記実施の形態で説明した前記ヒートポンプ式給湯機Xと同様の構成要素,同様の処理手順(ステップ)については,同じ符号を付してその説明を省略する。
図5に示すように,前記ヒートポンプ式給湯機X1は,前記ヒートポンプ式給湯機XのR410Aサイクル2に換えてR410Aサイクル5を有している。前記R410Aサイクル5には,前記制御部(不図示)によって制御される切換弁51〜56,二つの膨張器22a及び22bが設けられている。なお,本実施例では,前記ヒートポンプ式給湯機X1における冷媒や水の流通経路を切り換える手段として切換弁を用いているがこれに限られるものではなく,例えば逆流防止構造などを施すことで切換弁を省略することが考えられる。
このように構成された前記ヒートポンプ式給湯機X1では,前記R410Aサイクル5において,暖房と瞬間給湯の同時運転,冷房と瞬間給湯の同時運転が可能である。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the heat pump type hot water heater X1 according to the embodiment of the present invention, and FIGS. 6 and 7 show a refrigerant flow path when tank water cooling processing is performed in the heat pump type hot water heater X1. FIG. 8 and FIG. 8 are flowcharts for explaining an example of the procedure of the tank water cooling process executed by the control unit of the heat pump type water heater X1. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the component similar to the said heat pump type water heater X demonstrated in the said embodiment, and the same process sequence (step), and the description is abbreviate | omitted.
As shown in FIG. 5, the heat pump type hot water heater X1 has an
In the heat pump type water heater X1 thus configured, in the
(1)暖房と瞬間給湯との同時運転について
暖房と瞬間給湯との同時運転時,前記R410Aサイクル5では,前記制御部(不図示)によって前記圧縮機21,前記四方弁24及び前記切換弁51〜56が制御されることにより,前記R410A冷媒が図5に示す実線矢印方向に循環される。
具体的には,前記循環経路20では,前記R410A冷媒が,圧縮機21,四方弁24,切換弁51,切換弁52,水熱交換器32,膨張器22a,切換弁53,切換弁54,室外空気熱交換器23,切換弁56,四方弁24,圧縮機21の順に循環される。これにより,前記水熱交換器32において前記流水経路30aまたは30b上を流れる水が加熱される。
一方,前記循環経路40では,前記R410A冷媒は,圧縮機21,四方弁24,切換弁51,室内空気熱交換器4,切換弁55,膨張器22b,切換弁54,室外空気熱交換器23,切換弁56,四方弁24,圧縮機21の順に循環される。これにより,前記室内空気熱交換器4において室内空気が加熱されて暖房が行われる。
(1) Simultaneous operation of heating and instantaneous hot water supply During simultaneous operation of heating and instantaneous hot water supply, in the
Specifically, in the
On the other hand, in the
(2)冷房と瞬間給湯の同時運転について
冷房と瞬間給湯との同時運転時,前記R410Aサイクル5では,前記制御部(不図示)によって前記圧縮機21,前記四方弁24及び前記切換弁51〜56が制御されることにより,前記R410A冷媒が図5に示す破線矢印方向に循環される。
具体的には,前記循環経路20では,前記R410A冷媒が,圧縮機21,四方弁24,切換弁56,切換弁52,水熱交換器32,膨張器22a,切換弁53,切換弁55,室内空気熱交換器4,切換弁51,四方弁24,圧縮機21の順に循環される。これにより,前記水熱交換器32において前記流水経路30aまたは30b上を流れる水が加熱される。
一方,前記循環経路40では,前記R410A冷媒は,圧縮機21,四方弁24,切換弁56,室外空気熱交換器23,切換弁54,膨張器22b,切換弁55,室内空気熱交換器4,切換弁51,四方弁24,圧縮機21の順に循環される。これにより,前記室内空気熱交換器4において室内空気が冷却されて冷房が行われる。
(2) Simultaneous operation of cooling and instantaneous hot water supply During simultaneous operation of cooling and instantaneous hot water supply, in the
Specifically, in the
On the other hand, in the
ところで,前記ヒートポンプ式給湯機X1では,前記R410Aサイクル2(図1参照)において暖房運転が行われている場合には前記貯留タンク31の下層の水を冷却することができなかった。
しかしながら,本実施例に係る前記ヒートポンプ式給湯機X1は,前記R410Aサイクル5において暖房運転が行われている場合でも前記貯留タンク31の下層の水を冷却することができる
以下,図6及び図7を参照しつつ,図8のフローチャートに従って,前記ヒートポンプ式給湯機X1において前記制御部によって実行されるタンク水冷却処理の手順の一例について説明する。なお,前記実施の形態で説明したタンク水冷却処理(図4のフローチャート参照)と同様の処理手順については,同じ符号を付してその説明を省略する。
当該タンク水冷却処理では,前記ステップS4に続いて実行されるステップS41において暖房運転が行われているか否かが判断される。ここで,暖房運転が行われていないと判断された場合(S41のNo側)には,処理は前記ステップS5に移行し,暖房運転が行われていると判断された場合(S41のYes側)には,処理はステップS42に移行する。
By the way, in the heat pump type water heater X1, when the heating operation is performed in the R410A cycle 2 (see FIG. 1), the water below the
However, the heat pump type water heater X1 according to the present embodiment can cool the water below the
In the tank water cooling process, it is determined whether or not the heating operation is performed in step S41, which is executed subsequent to step S4. Here, when it is determined that the heating operation is not performed (No side of S41), the process proceeds to Step S5, and when it is determined that the heating operation is performed (Yes side of S41). ), The process proceeds to step S42.
前記ステップS41において暖房運転が行われていると判断された場合,前記ヒートポンプ式給湯機X1では,前記R410Aサイクル2が既に稼働されている。具体的には,前記R410Aサイクルでは,図6に実線矢印で示すように,前記R410A冷媒が,前記圧縮機21,前記四方弁24,前記切換弁51,前記室内空気熱交換器4,前記切換弁55,前記膨張器22b,前記切換弁54,前記室外空気熱交換器23,前記切換弁56,前記四方弁24,前記圧縮機21の順に循環されている。
前記ステップS42では,前記制御部によって前記切換弁52,前記切換弁53,前記切換弁55及び前記切換弁56が制御されることにより,前記R410Aサイクル2における前記R410A冷媒の循環経路が切り換えられる。このとき,前記制御部によって制御されることにより前記R410Aサイクル5における前記R410A冷媒の循環経路を切り換えるときの前記切換弁52,前記切換弁53,前記切換弁55及び前記切換弁56が冷媒経路切換手段に相当する。
When it is determined in step S41 that the heating operation is being performed, the
In step S42, the control unit controls the switching
具体的には,前記R410Aサイクル2において,図7に実線矢印で示すように,前記R410A冷媒が,前記圧縮機21,前記四方弁24,前記切換弁51,前記室内空気熱交換器4,前記切換弁55,前記切換弁53,前記膨張器22a,前記水熱交換器32,前記切換弁52,前記切換弁56,前記四方弁24,前記圧縮機21の順に循環されるように,前記R410A冷媒の循環経路が形成される。
これにより,前記R410Aサイクル2では,前記室内空気熱交換器4において室内空気と熱交換されて冷却され,前記膨張器22aにおいて膨張された低温低圧の前記R410A冷媒が,前記水熱交換器32に流入されることになる。したがって,前記ステップ8において前記循環ポンプ34が駆動されると,図7に実線矢印で示すように前記貯留タンク31の下層から前記水熱交換器32に流入される水は,該水熱交換器32において低温低圧の前記R410A冷媒との熱交換によって冷却された後,前記貯留タンク31の下層に還流されることになる。
このように,前記ヒートポンプ式給湯機X1では,暖房運転及び前記貯留タンク31の下層に貯留された水の冷却を同時に行うことができる。なお,前記実施の形態で説明したように冷房運転と前記貯留タンク31の下層に貯留された水の冷却も同時に行うことができることはいうまでもない。
Specifically, in the
As a result, in the
Thus, in the heat pump type hot water heater X1, the heating operation and the cooling of the water stored in the lower layer of the
1…ヒートポンプサイクル(第一のヒートポンプサイクルの一例)
2…ヒートポンプサイクル(第二のヒートポンプサイクルの一例)
4…室内空気熱交換器
6…床暖房サイクル(加熱サイクルの一例)
11,21…圧縮機
12,22,22a,22b…膨張器
13,23…室外空気熱交換器
14,25,33…配管
20…循環経路
40…循環経路
24…四方弁(循環経路切換手段の一例)
30a〜30d…流水経路
31…貯留タンク
41〜46,51〜56…切換弁
S1,S2,,,…処理手順(ステップ)番号
1 ... heat pump cycle (an example of a first heat pump cycle)
2 ... Heat pump cycle (an example of a second heat pump cycle)
4 ... Indoor
11, 21 ...
30a-30d ...
Claims (5)
前記貯留タンクの下層から前記水熱交換器に流入される水の温度を検出するタンク水温検出手段と,
前記タンク水温検出手段により検出された水の温度が所定温度以上であることを条件に,前記貯留タンクの下層に貯留された水を前記水熱交換器における前記第二の冷媒との間の熱交換によって冷却して前記貯留タンクの下層に還流させるタンク水冷却手段と,
を備えてなることを特徴とするヒートポンプ式給湯機。 A first refrigerant is circulated through at least the first compressor and the first expander that has a higher heat exchange efficiency with water having a lower temperature than that with water having a higher temperature. A first heat pump cycle, a second heat pump cycle in which a second refrigerant having characteristics different from the first refrigerant is circulated through at least a second compressor and a second expander, and the first heat pump cycle. Heat exchange between the refrigerant and / or the water heat exchanger that exchanges heat between the second refrigerant and water, and the first refrigerant and / or the second refrigerant in the water heat exchanger The water stored in the storage tank in which water is stored and the water stored in the lower layer of the storage tank are heated by heat exchange between the first refrigerant in the water heat exchanger and returned to the upper layer of the storage tank A tank water heating means, A machine,
Tank water temperature detecting means for detecting the temperature of water flowing into the water heat exchanger from the lower layer of the storage tank;
On the condition that the temperature of the water detected by the tank water temperature detecting means is equal to or higher than a predetermined temperature, the water stored in the lower layer of the storage tank is heated between the second refrigerant in the water heat exchanger. Tank water cooling means for cooling by replacement and returning to the lower layer of the storage tank;
A heat pump water heater characterized by comprising:
前記タンク水冷却手段が,前記循環方向切換手段を制御することにより,前記第二の冷媒を,前記第二の圧縮機,前記室内空気熱交換器,前記第二の膨張器,前記水熱交換器の順,又は,前記第二の圧縮機,前記室外空気熱交換器,前記第二の膨張器,前記水熱交換器の順に循環させるものである請求項1〜3のいずれかに記載のヒートポンプ式給湯機。 An indoor air heat exchanger for exchanging heat between the second refrigerant and indoor air, an outdoor air heat exchanger for exchanging heat between the second refrigerant and outdoor air, and the second Circulation path switching means for switching the circulation path of the second refrigerant in the heat pump cycle,
The tank water cooling means controls the circulation direction switching means so that the second refrigerant is converted into the second compressor, the indoor air heat exchanger, the second expander, and the water heat exchange. It is what circulates in order of a unit, or in order of said 2nd compressor, said outdoor air heat exchanger, said 2nd expander, and said water heat exchanger. Heat pump water heater.
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