JP4486205B2 - Air conditioning and hot water supply system - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、空気調和機および電気温水器を備えた空調・給湯システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、電気温水器は、安価な深夜電力を利用して夜間に電気ヒータを動作させ、その電気ヒータの発熱により貯湯槽内の水を加熱して湯を溜め、溜めた湯を昼間の給湯に利用する機器である。
【0003】
空気調和機いわゆるエアコンは、室外機および室内機にヒートポンプ式冷凍サイクルを搭載し、夏期には室内空気の熱を奪ってそれを室外に放出することにより冷房を行い、冬期には室外空気から熱を汲み上げてそれを室内に放出することにより暖房を行う。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
電気温水器は、ヒータで加熱するため加熱効率は約0.9であり、ガスや石油給湯器の効率を若干上回る程度であった。
【0005】
一方、空気調和機は、冷暖房に使うのが主であり、中間期には休止したままとなることが多く、年間で見ると稼働率がかなり低い。
【0006】
この発明は上記の事情を考慮したもので、その目的とするところは、空気調和機のヒートポンプ式冷凍サイクルを利用して電気温水器の水を高効率に加熱することができ、しかも空気調和機の稼働率を高めることができる省エネルギ性および経済性にすぐれた空調・給湯システム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に係る発明の空調・給湯システムは、室外機および室内機にヒートポンプ式冷凍サイクルを搭載してなる空気調和機と、上記ヒートポンプ式冷凍サイクルに接続し冷凍サイクルの冷媒と熱交換させ貯湯用の循環水を加熱させるための給湯用水配管および冷媒配管を備えた給湯熱交換器を有する貯湯分岐ユニットと、この貯湯分岐ユニットの給湯熱交換器と水配管で連結される貯湯槽を備えるとともに、この貯湯槽内の水を加熱するための電気ヒータを有する電気温水器とを備える。そして、貯湯分岐ユニットは、上記ヒートポンプ式冷凍サイクルにおける上記室外機および上記室内機からの接続配管と接続し、上記ヒートポンプ式冷凍サイクルにおける上記室外機と上記室内機とを連結する第1の冷媒循環サイクルまたは上記室外機と上記給湯熱交換器とを連結する第2の冷媒循環サイクルを構成するとともに、この各冷媒循環サイクルを切換える冷媒流路切換手段と、上記冷媒循環サイクルのいずれか一方の流路を選択する選択手段と、上記室内機の制御器と上記室外機の制御器とを接続する電気配線と、上記電気温水器の制御器に対し接続する運転信号線と、電源からの電源配線を接続するための入力端子と、この入力端子に配線接続した出力端子と、この出力端子と上記電気温水器とを接続する電源配線と、上記入力端子と上記出力端子との間の配線に設けた電流センサと、を備える。
【0008】
請求項2に係る発明の空調・給湯システムは、請求項1に係る発明において、電気温水器が、貯湯槽内の水を加熱するための電気ヒータを有する。貯湯分岐ユニットの選択手段は、上記空気調和機に対し設定される運転モードおよび上記電気ヒータの通電状態に基づいて選択を行う。
【0010】
請求項3に係る空調・給湯システムは、請求項1に係る発明において、貯湯分岐ユニットが、給湯熱交換器と電気温水器を連結させる水配管に介在させた水循環用ポンプと、冷媒配管を流れる冷媒の温度を検知する冷媒温度センサと、水配管を流れる循環水の温度を検知する水温度センサと、分岐制御器とをさらに備える。そして、分岐制御器は、上記室内機からの運転モード信号および上記電流センサの検知結果に基づいて上記冷媒流路切換手段および上記水循環用ポンプを制御する。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
図1に示すように、室外機1に貯湯分岐ユニット2を冷媒配管により接続し、その貯湯分岐ユニット2に室内機3を冷媒配管接続し且つ電気温水器4を給湯用水配管接続する。電気温水器4は、筐体外周面に運転操作用の操作部5を有する。
【0012】
室外機1と室内機3とで空気調和機を成し、その室外機1および室内機3にヒートポンプ式冷凍サイクルを搭載した構成となっている。さらに、室外機1および室内機3との間のヒートポンプ式冷凍サイクルの配管に貯湯分岐ユニット2における後述の給湯熱交換器26を連通した構成となっている。
【0013】
ヒートポンプ式冷凍サイクル、貯湯分岐ユニット2、および電気温水器4の具体的な構成を図2に示す。
【0014】
室外機1は、圧縮機11、四方弁12、電動膨張弁(PMV:パルスモータバルブ)13、および室外熱交換器14などを備える。室内機3は、室内熱交換器31などを備える。
【0015】
上記圧縮機11の吐出口に四方弁12を介して室内熱交換器31を配管接続し、その室内熱交換器31に電動膨張弁(PMV:パルスモータバルブ)13を介して室外熱交換器14を配管接続する。そして、室外熱交換器14を上記四方弁12を介して圧縮機11の吸込口に接続し、ヒートポンプ式冷凍サイクルを構成している。
【0016】
貯湯分岐ユニット2では、四方弁12と室内熱交換器31との間の配管に開閉弁(二方弁)21を設け、室内熱交換器31と電動膨張弁13との間の配管に開閉弁22を設ける。さらに、四方弁12と二方弁21との間の配管に冷媒配管25の一端を接続し、その一端部に開閉弁23を設けるとともに、冷媒配管25の他端を開閉弁22と電動膨張弁13との間の配管に接続し、その他端部に開閉弁24を設ける。
【0017】
そして、冷媒配管25において、開閉弁23,24の相互間に給湯熱交換器26の冷媒配管(一次側管)を連通する。給湯熱交換器26は貯湯用の循環水を加熱させるための給湯用水配管(二次側管)をさらに備えており、その給湯用水配管に給湯用水配管27を連通し、その給湯用水配管27の一端を水循環用ポンプ28を介して電気温水器4における貯湯槽41に連結するとともに、給湯用水配管27の他端を同じく貯湯槽41に連結する。給湯熱交換器26は、冷媒と貯湯用の潤滑水との熱交換を行う。
【0018】
開閉弁21,22,23,24は、室外機1および室内機3からの接続配管と接続した冷媒配管と共に、室外機1と室内機3とを連結する第1の冷媒循環サイクル、または室外機1と給湯熱交換器26とを連結する第2の冷媒循環サイクルを構成するとともに、この各冷媒循環サイクルを切換える冷媒流路切換手段として機能する。
【0019】
冷媒配管25に冷媒温度検知用の冷媒温度センサTrを取付け、給湯熱交換器26の二次側管と水循環用ポンプ28との間の給湯用水配管27に循環水温度検知用の水温センサTwを取付けている。
【0020】
電気温水器4では、給湯用水配管27の一端を水抜き用の開閉弁43を介して排水口(図示しない)に連通するとともに、給湯用水配管27の他端部を給湯制御用の開閉弁44を介して外部に導出する。
【0021】
図3は、室外機1、貯湯分岐ユニット2、室内機3、電気温水器4に搭載している制御回路である。
室外機1は、室外制御器10を備え、その室外制御器10に圧縮機モータ11M、四方弁12、電動膨張弁13を接続している。
【0022】
貯湯分岐ユニット2は、分岐制御器20を備え、その分岐制御器20に開閉弁21,22,23,24、ポンプモータ28M、冷媒温度センサTr、水温センサTwを接続している。
【0023】
室内機3は、室内制御器30を備え、その室内制御器30に運転モード設定・表示用の操作表示部31を接続している。
電気温水器4は、電温制御器40を備え、その電温制御器40に電気ヒータ42および開閉弁43,44を接続している。さらに、電温制御器40と分岐制御器20とを運転信号線50により接続している。
【0024】
室内制御器30は商用交流電源100Vに接続し、その室内制御器30から室外制御器10にかけて、分岐制御器20を介して、電源電圧供給用の電源配線ACLおよびデータ送受信用の電気配線(シリアル信号ライン)SLを接続する。
【0025】
分岐制御器20は、電源配線により専用の商用交流電源100Vに接続する。また、電源用の入力端子54aおよび出力端子54bを有し、その入力端子54aを電源配線により商用交流電源200Vに接続し、出力端子54bを電源配線51により電温制御器40に接続している。分岐制御器20では、入力端子54aと出力端子54bとの間の配線に電流センサ29を取付け、その電流センサ29の出力により、電気温水器4の電気ヒータ42への通電状態を検知するようにしている。
【0026】
分岐制御器20は、CPU52およびメモリ53を有し、メモリ53に図4に示す運転モード決定条件を記憶している。
【0027】
運転モード決定条件は、室内制御器30から室外制御器10へ送られる運転モード信号の内容、および電流センサ29の検知結果(電気温水器4の電気ヒータ42への通電状態)を判定基準とし、それに空気調和機の運転モードおよび電気温水器4の運転モードを対応付けている。
【0028】
CPU52は、主要な機能として次の[1][2]の手段を備える。
[1]室内制御器30から室外制御器10へ送られる運転モード信号の内容(冷房・暖房・ドライ等)を捕らえ、その内容および電流センサ29の検知結果(電気ヒータ42への通電状態)に応じてメモリ53内の運転モード決定条件を参照することにより、空気調和機の運転モードおよび電気温水器4の運転モードを決定する決定手段。
【0029】
[2]決定手段の決定内容に応じて、貯湯分岐ユニット2の開閉弁21,22,23,24および水循環用ポンプ28を制御し、室外機1と室内機3とを連結する第1の冷媒循環サイクルおよび室外機1と給湯熱交換器26とを連結する第2の冷媒循環サイクルのいずれか一方の流路を選択する選択手段。
【0030】
つぎに、上記の構成の作用を説明する。
室内制御器30から室外制御器10へ伝送される運転モード信号の内容が冷房・暖房・ドライのいずれかであれば、分岐制御器20は室外機1と室内機3との間の冷媒循環を選択するとともに室外制御器10に運転指令を送り、冷房・暖房・ドライのいずれかの空調運転を実行する。
【0031】
たとえば、運転モード信号の内容が“暖房”の場合、分岐制御器20は、図2に示すように、貯湯分岐ユニット2の開閉弁21,22を開いて開閉弁23,24を閉じ(図示黒塗り)、室外機1と室内機3との間で矢印方向の冷媒循環サイクルを形成するとともに、室外制御器10に暖房運転指令を送る。
【0032】
こうして、外気の熱を室外熱交換器14で汲み上げ、その汲み上げ熱を暖房熱として室内熱交換器31から被空調室内へ供給する。
【0033】
夜間、深夜電力時間帯になると、電気温水器4は電気ヒータ42を起動し、その電気ヒータ42の発熱により貯湯槽41内の水を加熱せしめる。いわゆるヒータ貯湯運転の実行となる。
【0034】
このとき、分岐制御器20と電温制御器40との間の電源配線51にヒータ動作電流が流れ、電流センサ29の出力信号が論理“1”となる。分岐制御器20は、電流センサ29の出力が論理“1”となることで、電気ヒータ42が動作状態に入ったことを察知する。
【0035】
電気ヒータ42の動作中、運転モード信号の内容が停止になると、分岐制御器20は、図5に示すように、貯湯分岐ユニット2の開閉弁23,24を閉じて(図示黒塗り)、開閉弁21,22を開き、室外機1と貯湯槽熱交換器26との間で矢印方向の冷媒循環サイクルを形成するとともに(室内熱交換器31には冷媒を流さない)、循環水ポンプ28を起動して電気温水器4の貯湯槽41内の水を給湯用水配管27および給湯熱交換器26を通して循環させる。さらに分岐制御器20は、電温制御器40にヒータ停止指令を送って電気ヒータ42の動作を停止する。
【0036】
こうして、外気の熱を室外熱交換器14で熱を汲み上げ、その汲み上げ熱を給湯熱交換器26を介して貯湯槽41内の水に供給し、貯湯槽41内の水を加熱せしめる。いわゆるヒートポンプ貯湯運転の実行となる。
【0037】
このとき、電源ライン51にヒータ動作電流が流れなくなり、電流センサ29の出力信号が論理“0”となる。
【0038】
このヒートポンプ貯湯運転では、ヒートポンプ暖房で知られているように効率(COP)が“3”から“4”と高く、電気ヒータ発熱の場合よりも高効率の加熱を行うことができる。
【0039】
また、ヒートポンプ貯湯運転時、貯湯槽41からの循環水の温度を水温センサTwが検知しており、その検知温度が予め定めた設定値たとえば55℃以上に上昇すると、分岐制御器20は、室外制御器10に停止指令を送るとともに、電温制御器40に対するヒータ停止指令を解除する。これにより、ヒートポンプ貯湯運転が終了となる。
なお、冷房時の冷媒の流れを図6に示している。
【0040】
以上のように、ヒートポンプ式冷凍サイクルに貯湯分岐ユニット2を設け、その貯湯分岐ユニット2によって室外機1および電気温水器4を制御することにより、室外機1を使って電気温水器4内の水を高効率に加熱できる。ひいては、電気温水器4のランニングコストが安くなるとともに、室外機1の稼働率を上げることができ、省エネルギ性および経済性にすぐれたものとなる。
【0041】
なお、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、要旨を変えない範囲で種々変形実施可能である。
【0042】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、空気調和機のヒートポンプ式冷凍サイクルを利用して電気温水器の水を高効率に加熱することができ、しかも空気調和機の稼働率を高めることができる省エネルギ性および経済性にすぐれた空調・給湯システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施形態の全体的な構成を示す図。
【図2】一実施形態の具体的な構成および暖房時の冷媒の流れを示す図。
【図3】一実施形態の制御回路のブロック図。
【図4】一実施形態における運転モード決定条件のフォーマットを示す図。
【図5】一実施形態におけるヒートポンプ貯湯運転時の冷媒および循環水の流れを示す図。
【図6】一実施形態における冷房時の冷媒の流れを示す図。
【符号の説明】
1…室外機
2…貯湯分岐ユニット
3…室内機
4…電気温水器
11…圧縮機
12…四方弁
14…室外熱交換器
21,22,23,24…開閉弁
26…給湯熱交換器
27…給湯用水配管
28…水循環用ポンプ
31…室内熱交換器
41…貯湯槽
42…電気ヒータ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an air conditioning / hot water supply system including an air conditioner and an electric water heater.
[0002]
[Prior art]
Generally, an electric water heater operates an electric heater at night using inexpensive late-night power, heats the water in the hot water tank by the heat generated by the electric heater, and stores the hot water in the daytime. It is a device to use.
[0003]
Air conditioners, so-called air conditioners, are equipped with heat pump refrigeration cycles in outdoor units and indoor units. In summer, they cool the air by taking heat from the room air and releasing it outside. Heating is performed by pumping up and discharging it into the room.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Since the electric water heater is heated by a heater, the heating efficiency is about 0.9, which is slightly higher than the efficiency of gas and oil water heaters.
[0005]
On the other hand, air conditioners are mainly used for air conditioning and heating, and often remain idle during the intermediate period.
[0006]
The present invention takes the above-mentioned circumstances into consideration, and an object of the present invention is to heat the water of the electric water heater with high efficiency by using the heat pump refrigeration cycle of the air conditioner, and to the air conditioner It is an object to provide an air conditioning / hot water supply system that can increase the operation rate of the battery and is excellent in energy saving and economical efficiency.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
An air conditioning / hot water supply system according to a first aspect of the present invention includes an outdoor unit and an air conditioner in which a heat pump refrigeration cycle is mounted on an indoor unit, and heat exchange with a refrigerant of the refrigeration cycle connected to the heat pump refrigeration cycle. Ru with a hot water storage branching unit having a hot water supply heat exchanger having a hot water supply water piping and refrigerant piping for heating the circulating water use, the hot water storage tank are connected by the hot water supply heat exchanger of the hot water branch unit and water pipe And an electric water heater having an electric heater for heating the water in the hot water tank . The hot water storage branch unit is connected to the outdoor unit in the heat pump refrigeration cycle and a connection pipe from the indoor unit, and connects the outdoor unit and the indoor unit in the heat pump refrigeration cycle. A second refrigerant circulation cycle connecting the cycle or the outdoor unit and the hot water supply heat exchanger, and a refrigerant flow path switching means for switching each refrigerant circulation cycle, and a flow of either one of the refrigerant circulation cycles A selection means for selecting a path, an electric wiring for connecting the controller of the indoor unit and the controller of the outdoor unit, an operation signal line connected to the controller of the electric water heater, and a power wiring from a power source An input terminal for connecting the output terminal, an output terminal wired to the input terminal, a power supply wiring connecting the output terminal and the electric water heater, and the input terminal And a current sensor provided in the wiring between the terminal and the output terminal.
[0008]
An air conditioning / hot water supply system according to a second aspect of the present invention is the invention according to the first aspect, wherein the electric water heater has an electric heater for heating the water in the hot water storage tank. The selection means of the hot water storage branch unit performs selection based on the operation mode set for the air conditioner and the energization state of the electric heater.
[0010]
Air conditioning and hot water supply system according to claim 3, flows in the invention according to
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, a hot water
[0012]
The
[0013]
A specific configuration of the heat pump refrigeration cycle, the hot water
[0014]
The
[0015]
An
[0016]
In the hot water
[0017]
In the
[0018]
The on-off
[0019]
A refrigerant temperature sensor Tr for detecting the refrigerant temperature is attached to the
[0020]
In the electric water heater 4, one end of the hot water
[0021]
FIG. 3 shows a control circuit mounted on the
The
[0022]
The hot water
[0023]
The indoor unit 3 includes an
The electric water heater 4 includes an
[0024]
The
[0025]
The
[0026]
The
[0027]
The operation mode determination condition is based on the content of the operation mode signal sent from the
[0028]
The
[1] The contents (cooling, heating, dry, etc.) of the operation mode signal sent from the
[0029]
[2] A first refrigerant that connects the
[0030]
Next, the operation of the above configuration will be described.
If the content of the operation mode signal transmitted from the
[0031]
For example, when the content of the operation mode signal is “heating”, the
[0032]
Thus, the heat of the outside air is pumped up by the
[0033]
In the nighttime or midnight power time zone, the electric water heater 4 starts the electric heater 42 and heats the water in the hot
[0034]
At this time, the heater operating current flows through the
[0035]
If the content of the operation mode signal is stopped during the operation of the electric heater 42, the
[0036]
In this way, heat from the outside air is pumped up by the
[0037]
At this time, the heater operating current does not flow through the
[0038]
In this heat pump hot water storage operation, the efficiency (COP) is as high as “3” to “4” as is known in heat pump heating, and heating can be performed more efficiently than in the case of heat generation from an electric heater.
[0039]
Further, during the heat pump hot water storage operation, the temperature of the circulating water from the hot
In addition, the flow of the refrigerant at the time of cooling is shown in FIG.
[0040]
As described above, the hot water
[0041]
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation implementation is possible in the range which does not change a summary.
[0042]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the water of the electric water heater can be heated with high efficiency using the heat pump refrigeration cycle of the air conditioner, and the operating rate of the air conditioner can be increased. Air conditioning and hot water supply system with excellent energy saving and economic efficiency can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of an embodiment.
FIG. 2 is a diagram showing a specific configuration of one embodiment and a refrigerant flow during heating.
FIG. 3 is a block diagram of a control circuit according to an embodiment.
FIG. 4 is a diagram showing a format of an operation mode determination condition in one embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing the flow of refrigerant and circulating water during a heat pump hot water storage operation in one embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing a refrigerant flow during cooling in an embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記ヒートポンプ式冷凍サイクルに接続し冷凍サイクルの冷媒と熱交換させ貯湯用の循環水を加熱させるための給湯用水配管および冷媒配管を備えた給湯熱交換器を有する貯湯分岐ユニットと、
この貯湯分岐ユニットの給湯熱交換器と給湯用水配管で連結される貯湯槽を備えるとともに、この貯湯槽内の水を加熱するための電気ヒータを有する電気温水器とを具備し、
貯湯分岐ユニットは、前記ヒートポンプ式冷凍サイクルにおける前記室外機および前記室内機からの接続配管と接し、前記ヒートポンプ式冷凍サイクルにおける前記室外機と前記室内機とを連結する第1の冷媒循環サイクルまたは前記室外機と前記給湯熱交換器とを連結する第2の冷媒循環サイクルを構成するとともに、この各冷媒循環サイクルを切換える冷媒流路切換手段と、前記冷媒循環サイクルのいずれか一方の流路を選択する選択手段と、前記室内機の制御器と前記室外機の制御器とを接続する電気配線と、前記電気温水器の制御器に対し接続する運転信号線と、電源からの電源配線を接続するための入力端子と、この入力端子に配線接続した出力端子と、この出力端子と前記電気温水器とを接続する電源配線と、前記入力端子と前記出力端子との間の配線に設けた電流センサと、を具備したことを特徴とする空調・給湯システム。An air conditioner having a heat pump refrigeration cycle mounted on an outdoor unit and an indoor unit,
A hot water storage branching unit having a hot water supply heat exchanger provided with a hot water supply water pipe and a refrigerant pipe for connecting the heat pump refrigeration cycle and exchanging heat with the refrigerant of the refrigeration cycle to heat the circulating water for hot water storage;
Rutotomoni comprises a hot water tank which is connected with the hot water supply heat exchanger and the water for hot water supply pipe of the hot water storage branch unit, comprising an electric water heater having an electric heater for heating the water in the hot water storage tank,
The hot water storage branch unit is in contact with the outdoor unit and the connection pipe from the indoor unit in the heat pump refrigeration cycle, and connects the outdoor unit and the indoor unit in the heat pump refrigeration cycle. A second refrigerant circulation cycle that connects the outdoor unit and the hot water supply heat exchanger is configured, and a refrigerant flow switching means for switching each refrigerant circulation cycle and one of the refrigerant circulation cycles are selected. A selection means, an electrical wiring connecting the controller of the indoor unit and the controller of the outdoor unit, an operation signal line connected to the controller of the electric water heater, and a power wiring from the power source An input terminal, an output terminal connected to the input terminal, a power supply wiring connecting the output terminal and the electric water heater, the input terminal and the front terminal Air conditioning and hot water supply system characterized by comprising a current sensor provided in the wiring between the output terminal.
前記貯湯分岐ユニットの選択手段は、前記空気調和機に対し設定される運転モードおよび前記電気ヒータの通電状態に基づいて選択を行う、
ことを特徴とする請求項1に記載の空調・給湯システム。The electric water heater has an electric heater for heating water in the hot water tank,
The selection means of the hot water branch unit performs selection based on the operation mode set for the air conditioner and the energization state of the electric heater,
The air conditioning / hot water supply system according to claim 1.
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