JP4918450B2 - Air conditioning / hot water heat pump system - Google Patents
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Description
本発明は、冷暖房を行うことができるとともに、例えば蛇口や浴槽等に温水を供給することができる冷暖房・給湯ヒートポンプシステムに関する。 The present invention relates to an air-conditioning / hot-water supply heat pump system that can perform air-conditioning and can supply hot water to, for example, a faucet and a bathtub.
従来、ヒートポンプとして、給湯を専用に行う給湯ヒートポンプ、冷暖房を行う冷暖房ヒートポンプ、及び冷暖房と給湯を行う冷暖房・給湯ヒートポンプが実用化されている。それらのヒートポンプは空気、水あるいは地中等から熱を取り込むことにより投入エネルギーの何倍もの熱量を得られるように構成されている。 Conventionally, as a heat pump, a hot water supply heat pump dedicated to hot water supply, an air conditioning heat pump performing air conditioning, and an air conditioning / hot water heat pump performing air conditioning and hot water supply have been put into practical use. These heat pumps are configured so as to obtain a heat quantity many times as much as the input energy by taking in heat from air, water, or underground.
専用の給湯ヒートポンプには、CO2(二酸化炭素)を熱媒として用いて例えば70℃〜80℃の高温の給湯水を作ることが可能であり、熱媒としてR−410を用いて,高圧化することによりCO2熱媒に近い高温度の温水を作ることが可能となっている。しかし、この専用の給湯ヒートポンプは、冷暖房を行うことができないので、別に専用の冷暖房ヒートポンプを設けなければならないという問題があった。 For a dedicated hot water supply heat pump, CO 2 (carbon dioxide) can be used as a heating medium to produce hot hot water of, for example, 70 ° C. to 80 ° C., and R-410 can be used as the heating medium to increase the pressure. By doing so, it is possible to make hot water having a high temperature close to that of the CO 2 heating medium. However, since this dedicated hot water supply heat pump cannot perform cooling and heating, there is a problem that a dedicated cooling and heating heat pump must be provided separately.
一方、前述した冷暖房・給湯ヒートポンプは、次のように構成されている。即ち、このヒートポンプは、圧縮機に接続された熱媒循環配管に対し、給湯用凝縮器、膨張機構、及び蒸発器を順次接続して冷凍サイクルを構成している。又、給湯タンクに接続された水循環配管を前記給湯用凝縮器に接続し、該給湯用凝縮器内の熱媒の熱を前記水循環配管内の給湯水に熱交換して給湯水を加熱するようになっている。(特許文献1には給湯用凝縮器を用いたヒートポンプ式冷暖房給湯機が開示されている。第4図参照)
ところが、従来の冷暖房・給湯ヒートポンプは、冷暖房に必要な凝縮熱温度を利用するために、給湯水の温度が冷暖房時の高温側の凝縮温度である40〜50℃程度にしか上昇しないので、給湯水の利用範囲が限定されるという問題があった。なお、40〜50℃程度の給湯水の場合、貯湯用としては温度が低く、短時間でも熱損失により給湯としての利用温度を下回る可能性がある他、レジオネラ菌等の雑菌の増殖を防ぐことが不可能であり貯湯には適さない。 However, since the conventional air conditioning / hot water heat pump uses the condensation heat temperature necessary for air conditioning, the temperature of the hot water supply rises only to about 40 to 50 ° C., which is the high temperature side condensation temperature during air conditioning. There was a problem that the range of use of water was limited. In addition, in the case of hot water of about 40 to 50 ° C., the temperature is low for hot water storage, and there is a possibility that it may be lower than the use temperature for hot water due to heat loss even for a short time, and prevent the proliferation of miscellaneous bacteria such as Legionella bacteria. Is impossible and not suitable for hot water storage.
一方、給湯専用のヒートポンプの場合には、圧縮機の運転条件を制御して凝縮器に発生する凝縮温度を例えば70℃に高めているので、例えば70℃の高温の給湯水が得られるが、この条件を従来のヒートポンプ式冷暖房給湯機に適用した場合には、次のような問題がある。即ち、70℃の給湯水を生成する場合には、熱媒ガスの凝縮温度を40〜50℃から70℃にするために圧縮機を高速運転する必要がある。この結果、次のような問題があった。これを図3のモリエル線図を参照しながら説明する。 On the other hand, in the case of a heat pump dedicated to hot water supply, the operating temperature of the compressor is controlled to increase the condensation temperature generated in the condenser, for example, to 70 ° C. When this condition is applied to a conventional heat pump air-conditioning / heating water heater, there are the following problems. That is, when producing hot water at 70 ° C., it is necessary to operate the compressor at a high speed in order to change the condensation temperature of the heat medium gas from 40 ° C. to 70 ° C. As a result, there were the following problems. This will be described with reference to the Mollier diagram of FIG.
図3の横軸は比エンタルピーh/kj・kgを表し、縦軸は圧力(MPa)を表わす。又、(イ)〜(ホ)で表された四角枠線はヒートポンプの熱媒の冷凍サイクルを示している。この線図において、実線で示すサイクルは、圧縮機が通常運転の状態であり、二点鎖線で示す冷凍サイクル(イ’)〜(ホ’)は、圧縮機が高速運転された状態を示す。圧縮機の吐出温度は、通常70℃程度、圧縮機の吐出熱媒ガスの比エンタルピーは462(h/kj・kg)であるが、圧縮機の高速運転では、その熱媒ガスの吐出温度が100℃(例えば105℃)以上、比エンタルピーは480(h/kj・kg)となる。従って、給湯水の温度が適正化されても冷暖房には必要のない圧縮機の高速運転が強いられることになり、ヒートポンプの冷暖房の効率が低下し、成績係数(COP)が低下するという問題が生じる。 The horizontal axis in FIG. 3 represents the specific enthalpy h / kj · kg, and the vertical axis represents the pressure (MPa). The square frame lines represented by (A) to (E) indicate the refrigeration cycle of the heat medium of the heat pump. In this diagram, a cycle indicated by a solid line indicates that the compressor is in a normal operation state, and refrigeration cycles (A ') to (E') indicated by a two-dot chain line indicate a state where the compressor is operated at a high speed. The discharge temperature of the compressor is usually about 70 ° C., and the specific enthalpy of the discharge heat medium gas of the compressor is 462 (h / kj · kg). In high-speed operation of the compressor, the discharge temperature of the heat medium gas is Above 100 ° C. (for example, 105 ° C.), the specific enthalpy is 480 (h / kj · kg). Therefore, even if the temperature of the hot water supply is optimized, high-speed operation of the compressor, which is not necessary for air conditioning, is forced, and the efficiency of the heat pump is reduced, resulting in a decrease in coefficient of performance (COP). Arise.
ヒートポンプが冬季の暖房運転状態において、給湯回路の水循環配管内の例えば0℃〜15℃の低温の給湯水が給湯用凝縮器に進入すると、熱媒循環配管内の高温・高圧の熱媒ガスと給湯水との熱交換により熱媒ガスの温度が低下し過ぎて室内の暖房温度が不足することになる。これを解消するために、前述した圧縮機の高速運転が強いられる。 When the heat pump is in the heating operation state in winter, when low-temperature hot water of, for example, 0 to 15 ° C. in the water circulation pipe of the hot water supply circuit enters the condenser for hot water supply, the high-temperature and high-pressure heat medium gas in the heat medium circulation pipe Due to the heat exchange with the hot water, the temperature of the heat transfer gas is excessively lowered and the indoor heating temperature becomes insufficient. In order to solve this problem, the compressor described above is forced to operate at high speed.
本発明の第1の目的は、上記従来の技術に存する問題点を解消して、ヒートポンプの室内熱交換器による暖房運転と、給湯水の加熱を適正に行うことができるとともに、成績係数(COP)を向上することができる冷暖房・給湯ヒートポンプシステムを提供することにある。 The first object of the present invention is to solve the above-mentioned problems in the prior art and to appropriately perform heating operation by the heat exchanger indoor heat exchanger and heating of hot water, and coefficient of performance (COP). Is to provide a cooling / heating / hot water supply heat pump system.
本発明の第2の目的は、上記第1の目的に加えて、冷房運転状態においても、給湯水の加熱を適正に行うことができる冷暖房・給湯ヒートポンプシステムを提供することにある。 In addition to the first object, a second object of the present invention is to provide a cooling / heating / hot water heat pump system capable of appropriately heating hot water even in a cooling operation state.
上記問題点を解決するために、請求項1に記載の発明は、圧縮機に吐出配管及び吸入配管を介して四方弁を接続し、該四方弁に熱媒循環配管を接続し、該熱媒循環配管に空調用の室内熱交換器、膨張弁及び室外熱交換器を直列に接続して冷凍サイクルを構成し、一方、給湯タンクに接続された水循環配管の途中に循環ポンプを接続し、前記水循環配管と、前記熱媒循環配管に対し前記室内熱交換器と並列に接続された分岐熱媒配管とに対し、該分岐熱媒配管を流れる熱媒ガスの潜熱により水循環配管を流れる給湯水を一次加熱するための第1給湯熱交換器を設け、前記水循環配管と前記吐出配管とに対し、該吐出配管を流れる熱媒ガスの顕熱により水循環配管を流れる給湯水を二次加熱するための第2給湯熱交換器を設け、前記分岐熱媒配管に開閉弁を設け、冷房運転状態においては、前記開閉弁が制御装置からの信号により閉じられるように構成されていることを要旨とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to
請求項2に記載の発明は、圧縮機に吐出配管及び吸入配管を介して四方弁を接続し、該四方弁に熱媒循環配管を接続し、該熱媒循環配管に空調用の室内熱交換器、膨張弁及び室外熱交換器を直列に接続して冷凍サイクルを構成し、一方、給湯タンクに接続された水循環配管の途中に循環ポンプを接続し、前記水循環配管と、前記室内熱交換器及び膨張弁の間の前記熱媒循環配管とに対し、該熱媒循環配管を流れる熱媒ガスの潜熱により水循環配管を流れる給湯水を一次加熱するための第1給湯熱交換器を設け、前記水循環配管と前記吐出配管とに対し、該吐出配管を流れる熱媒ガスの顕熱により水循環配管を流れる給湯水を二次加熱するための第2給湯熱交換器を設けたことを要旨とする。 According to the second aspect of the present invention, a four-way valve is connected to the compressor via a discharge pipe and a suction pipe, a heat medium circulation pipe is connected to the four-way valve, and an indoor heat exchange for air conditioning is connected to the heat medium circulation pipe. A refrigerating cycle is configured by connecting a heat exchanger, an expansion valve and an outdoor heat exchanger in series, while a circulation pump is connected in the middle of a water circulation pipe connected to a hot water tank, and the water circulation pipe and the indoor heat exchanger And a first hot water supply heat exchanger for primarily heating hot water flowing through the water circulation pipe by the latent heat of the heat medium gas flowing through the heat medium circulation pipe with respect to the heat medium circulation pipe between the expansion valve and the expansion valve, The gist is that a second hot water supply heat exchanger for secondary heating of hot water flowing through the water circulation pipe by sensible heat of the heat transfer medium gas flowing through the discharge pipe is provided for the water circulation pipe and the discharge pipe.
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2において、前記水循環配管には分岐水循環配管が切換弁を介して前記第1給湯熱交換器と並列に接続され、該分岐水循環配管と前記膨張弁と室外熱交換器との間の前記熱媒循環配管とに対し第3給湯熱交換器が接続され、冷房運転時に前記切換弁が切り換え動作されて前記第1給湯熱交換器に代えて、第3給湯熱交換器が使用されるように構成されていることを要旨とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, a branch water circulation pipe is connected to the water circulation pipe in parallel with the first hot water supply heat exchanger via a switching valve, the branch water circulation pipe and the expansion A third hot water supply heat exchanger is connected to the heating medium circulation pipe between the valve and the outdoor heat exchanger, and the switching valve is switched during cooling operation to replace the first hot water supply heat exchanger, The gist is that the third hot water supply heat exchanger is configured to be used.
請求項4に記載の発明は、請求項1又は3において、前記室内熱交換器は前記分岐熱媒配管とは別に並列接続された複数の分岐熱媒配管にそれぞれ直列に接続され、前記各分岐熱媒配管には前記各室内熱交換器を選択して使用するための開閉弁が設けられていることを要旨とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the first or third aspect, the indoor heat exchanger is connected in series to a plurality of branch heat medium pipes connected in parallel separately from the branch heat medium pipes, The gist of the invention is that the heat medium pipe is provided with an on-off valve for selecting and using each of the indoor heat exchangers.
請求項5に記載の発明は、請求項2において、前記熱媒循環配管の途中には、複数の分岐熱媒配管が並列に接続され、前記各分岐熱媒配管には前記室内熱交換器がそれぞれ接続され、前記各分岐熱媒配管には各室内熱交換器を選択して使用するための開閉弁が設けられていることを要旨とする。 The invention according to claim 5 is the invention according to claim 2, wherein a plurality of branch heat medium pipes are connected in parallel in the middle of the heat medium circulation pipe, and the indoor heat exchanger is connected to each branch heat medium pipe. The gist of the invention is that each branch heat medium pipe is provided with an on-off valve for selecting and using each indoor heat exchanger.
(作用)
請求項1に記載の発明は、ヒートポンプが冬季において暖房運転状態にあるときには、水循環配管内を流れる例えば0℃〜15℃の給湯水が第1給湯熱交換器により分岐熱媒配管を流れる熱媒ガスの潜熱により例えば40℃〜50℃に一次加熱される。その後、給湯水が第2給湯熱交換器に流入して、吐出配管内の熱媒ガスの顕熱により例えば70℃〜90℃に二次加熱される。このため、第2給湯熱交換器において熱媒配管内の熱媒ガスの温度が適正に保たれ、室内熱交換器による室内の暖房温度が適正に保たれる。又、圧縮機を高速運転する必要がないので、ヒートポンプの成績係数を向上することができる。
(Function)
According to the first aspect of the present invention, when the heat pump is in a heating operation state in winter, for example, hot water flowing in the water circulation pipe, for example, 0 ° C. to 15 ° C. hot water flows through the branch heat medium pipe by the first hot water supply heat exchanger. For example, primary heating is performed to 40 ° C. to 50 ° C. by the latent heat of the gas. Thereafter, the hot water flows into the second hot water supply heat exchanger and is secondarily heated to, for example, 70 ° C. to 90 ° C. by the sensible heat of the heat transfer medium gas in the discharge pipe. For this reason, in the second hot water supply heat exchanger, the temperature of the heat medium gas in the heat medium pipe is properly maintained, and the indoor heating temperature by the indoor heat exchanger is appropriately maintained. Moreover, since it is not necessary to operate the compressor at high speed, the coefficient of performance of the heat pump can be improved.
一方、ヒートポンプが夏季において冷房運転状態にあるときには、水循環配管内の給湯水の温度は、例えば20℃〜30℃と比較的高いので、分岐熱媒配管に設けた開閉弁を作動させて該分岐熱媒配管を閉路しておくことにより、第2給湯熱交換器に入る給湯水の温度を20℃〜30℃に保持することができる。このため、第2給湯熱交換器において高温・高圧の熱媒ガスの温度が給湯水との熱交換により低下し過ぎることはなく、室内熱交換器による室内の冷房温度が適正に保たれる。 On the other hand, when the heat pump is in a cooling operation state in summer, the temperature of hot water in the water circulation pipe is relatively high, for example, 20 ° C. to 30 ° C., so that the on / off valve provided in the branch heat medium pipe is operated to By closing the heat medium piping, the temperature of the hot water entering the second hot water supply heat exchanger can be maintained at 20 ° C to 30 ° C. For this reason, in the second hot water supply heat exchanger, the temperature of the high-temperature and high-pressure heat transfer medium gas does not decrease excessively due to heat exchange with the hot water supply water, and the indoor cooling temperature by the indoor heat exchanger is appropriately maintained.
請求項2に記載の発明は、室内熱交換器から膨張弁を通り、室外熱交換器によって廃熱される熱を利用して第1給湯熱交換器により水循環配管内の給湯水を一次加熱することができるので、廃熱を無駄なく利用し、ヒートポンプの成績係数をさらに向上することができる。 According to the second aspect of the present invention, the hot water in the water circulation pipe is primarily heated by the first hot water supply heat exchanger using heat exhausted from the indoor heat exchanger through the expansion valve and exhausted by the outdoor heat exchanger. Therefore, waste heat can be used without waste and the coefficient of performance of the heat pump can be further improved.
請求項3に記載の発明は、ヒートポンプの冷房運転状態において、第1給湯熱交換器に代えて、第3給湯熱交換器により給湯水が一次加熱されるので、第2給湯熱交換器により吐出配管内の熱媒ガスの温度が低下し過ぎるのが防止され、室内熱交換器による冷房運転が適正に行われる。 According to the third aspect of the present invention, since the hot water is primarily heated by the third hot water supply heat exchanger instead of the first hot water supply heat exchanger in the cooling operation state of the heat pump, it is discharged by the second hot water supply heat exchanger. The temperature of the heat transfer medium gas in the pipe is prevented from excessively decreasing, and the cooling operation by the indoor heat exchanger is appropriately performed.
請求項1〜5のいずれか一項に記載の発明は、ヒートポンプの室内熱交換器による暖房運転と、給湯水の加熱を適正に行うことができるとともに、成績係数(COP)を向上することができる。
The invention according to any one of
請求項2に記載の発明は、室外熱交換器により外部に放出される廃熱を有効に利用してヒートポンプの成績係数(COP)をさらに向上することができる。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2記載の発明の効果に加えて、ヒートポンプの冷房運転状態において、給湯水の加熱及び冷房運転を適正に行うことができる。
The invention according to claim 2 can further improve the coefficient of performance (COP) of the heat pump by effectively utilizing the waste heat released to the outside by the outdoor heat exchanger.
In addition to the effect of the invention described in
以下、本発明を具体化した冷暖房・給湯ヒートポンプシステムの一実施形態を図1〜図3に従って説明する。
最初に、図1に基づいて冷暖房ヒートポンプについて説明する。低温・低圧の熱媒ガスを吸入して圧縮し、高温・高圧の熱媒ガスを吐出する圧縮機11の出入口に接続された吐出配管12及び吸入配管18には四方弁13が接続され、該四方弁13には、熱媒循環配管14が接続されている。この熱媒循環配管14の途中には複数本(この実施形態では6本)の分岐熱媒配管14a〜14fが並列に接続されている。各分岐熱媒配管14a〜14fのうち一本の分岐熱媒配管14aを残して室内熱交換器15がそれぞれ接続されている。前記四方弁13と前記室内熱交換器15との間の前記熱媒循環配管14には、室外熱交換器19及び膨張弁21が接続され、暖房運転又は冷房運転を行う冷凍サイクルが構成されている。この実施形態では、前記熱媒として例えばダイキン化成品販売(株)製の商品:R−410A或いはR−407C等が用いられている。
Hereinafter, an embodiment of an air-conditioning / hot-water supply heat pump system embodying the present invention will be described with reference to FIGS.
First, an air conditioning heat pump will be described with reference to FIG. A four-
次に、上記のように構成された前記冷暖房ヒートポンプに組み込まれた給湯回路について説明する。
給湯タンク22の出入口には、水循環配管23が接続され、該水循環配管23の途中には循環ポンプ24が接続されている。前記水循環配管23の途中には前記分岐熱媒配管14aと対応するように室内に配設された第1給湯熱交換器25が接続されている。この第1給湯熱交換器25は、ヒートポンプが暖房運転状態において、前記分岐熱媒配管14aの内部を通過する熱媒ガスの潜熱を前記水循環配管23内を循環する給湯水に伝達して熱交換し給湯水の温度を例えば0℃〜15℃から40℃〜50℃に一次加熱することができるようにしている。
Next, a hot water supply circuit incorporated in the air conditioning heat pump configured as described above will be described.
A
前記水循環配管23及び前記吐出配管12の途中には、該水循環配管23に関して第1給湯熱交換器25の下流側に位置するように第2給湯熱交換器26が接続されている。この第2給湯熱交換器26は、ヒートポンプが暖房運転状態において、前記第1給湯熱交換器25により40℃〜50℃に一次加熱された水循環配管23内の給湯水に前記吐出配管12内の高温・高圧の熱媒ガスの顕熱を伝達して熱交換し、前記給湯水の温度を70℃〜90℃に二次加熱するようにしている。
A second hot water
なお、前記給湯タンク22には、給湯水を補給する補給配管27、給湯タンク22内の給湯水を採り出す蛇口28、給湯タンク22内の圧力が設定値以上に上昇した場合に圧力を外部に排出する排出管29及び安全弁30が設けられている。
The hot
前記各分岐熱媒配管14a〜14fには、電磁開閉弁31がそれぞれ接続され、図示しないヒートポンプの制御装置からの開閉信号により必要に応じて選択的に開閉されるようになっている。
Each of the branch
次に、前記のように構成した冷暖房・給湯ヒートポンプシステムの動作について説明する。
図1は冷暖房ヒートポンプの四方弁13が暖房運転状態に切り換えられるとともに、各電磁開閉弁31が開路され、矢印Gは、冷暖房ヒートポンプの熱媒ガスの流れを示し、矢印Wは給湯回路の給湯水の流れを示す。圧縮機11から吐出された高温・高圧の熱媒ガスは、吐出配管12から第2給湯熱交換器26内を流れ、各分岐熱媒配管14a〜14fへ分流され、各室内熱交換器15により熱交換されて各室内の暖房に供される。その後、各分岐熱媒配管14a〜14f内の熱媒ガスは熱媒循環配管14に合流され、膨張弁21を経由して貯液タンク(図示略)に導かれ、室外熱交換器19に供給される。この室外熱交換器19において、熱媒ガスが空気の熱により加熱され、四方弁13及び吸入配管18を通って圧縮機11に戻される。
Next, the operation of the air conditioning / hot water supply heat pump system configured as described above will be described.
In FIG. 1, the four-
一方、給湯回路の循環ポンプ24の運転により給湯タンク22内の給湯水が水循環配管23を通して、最初に第1給湯熱交換器25内に導かれ、この第1給湯熱交換器25によって熱交換が行われる。そして、前記分岐熱媒配管14aを流れる熱媒ガスの潜熱により水循環配管23内を流れる給湯水が例えば0℃〜15℃から40℃〜50℃に一次加熱される。この第1給湯熱交換器25によって室内の空気と熱交換され、室内の暖房が行われるとともに、前述した前記各室内熱交換器15による各室内の暖房が行われる。その後、第1給湯熱交換器25によって一次加熱された水循環配管23内の給湯水は、第2給湯熱交換器26内に流れて、ここでさらに熱交換が行われる。そして、前記吐出配管12内を流れる熱媒ガスの顕熱により一次加熱された給湯水が70℃〜90℃に二次加熱される。二次加熱された給湯水は前記給湯タンク22内に還流される。
On the other hand, by the operation of the
上記のヒートポンプの暖房運転動作及び給湯回路の給湯水の循環加熱動作が継続して所定時間行われると、給湯タンク22内の給湯水の温度が例えば70℃〜90℃に加熱され、この加熱された給湯水は適当に温度調節された後、例えば浴槽や流し台の蛇口28に導かれて利用される。
When the heating operation of the heat pump and the circulating heating operation of the hot water supply circuit are continuously performed for a predetermined time, the temperature of the hot water in the
一方、冷暖房ヒートポンプが夏季の冷房運転状態においては、図2に示すように熱媒ガスの流路方向は四方弁13によって矢印Gで示すように切り換えられるが、給湯回路の矢印Wで示す給湯水の流路方向は図1の矢印Wと同様である。
On the other hand, when the cooling / heating heat pump is in a cooling operation state in summer, the flow direction of the heat transfer medium gas is switched by the four-
冷暖房ヒートポンプの冷房運転状態においては、ヒートポンプの図示しない制御装置からの制御信号により分岐熱媒配管14aに設けられた電磁開閉弁31が閉路される。この状態において、圧縮機11から吐出された高温・高圧の熱媒ガスは吐出配管12を通して第2給湯熱交換器26内に供給され、室外熱交換器19により空気の熱と熱交換された後、貯液タンク(図示略)によって凝縮され、その後、膨張弁21によって減圧・膨張され、各分岐熱媒配管14b〜14fに分流された後、各室内熱交換器15によって空気の熱と熱交換される。この熱交換によって、分岐熱媒配管14b〜14f内の減圧・膨張されて冷却された熱媒ガスにより室内が冷房される。その後、各分岐熱媒配管14b〜14f内の冷房に供された熱媒ガスは合流されて、四方弁13から吸入配管18に導かれ圧縮機11内に戻される。
In the cooling operation state of the cooling / heating heat pump, the electromagnetic on-off
ところで、ヒートポンプが夏季において冷房運転状態にあるときには、水循環配管23内の給湯水の温度は、例えば20℃〜30℃と比較的高いので、前述したように第1給湯熱交換器25の機能を無効化し、第2給湯熱交換器26に入る給湯水の温度を上記の20℃〜30℃に保持することができる。このため、第2給湯熱交換器26による給湯水の二次加熱を暖房運転状態の場合に比較するとある程度低いが適正に行うことができるとともに、吐出配管12の冷媒ガスの温度が低下し過ぎることはないので、室内熱交換器15による室内の冷房温度が適正に保たれる。
By the way, when the heat pump is in a cooling operation state in the summer, the temperature of the hot water in the
上記実施形態の冷暖房・給湯ヒートポンプシステムによれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)上記実施形態では、前記分岐熱媒配管14aと水循環配管23に第1給湯熱交換器25を設け、吐出配管12と水循環配管23に第2給湯熱交換器26を設けた。そして、冷暖房ヒートポンプの暖房運転状態において、水循環配管23内の給湯水を第1給湯熱交換器25によって分岐熱媒配管14a内を流れる熱媒ガスの潜熱により給湯水の温度を例えば0℃〜15℃から40〜50℃に一次加熱し、その後に、前記第2給湯熱交換器26によって前記吐出配管12内を流れる熱媒ガスの顕熱により一次加熱された給湯水を例えば70℃〜90℃に二次加熱するようにした。このように、前記第1給湯熱交換器25によって一次加熱された比較的高い温度の給湯水を第2給湯熱交換器26によって二次加熱するため、第2給湯熱交換器26によって熱交換する顕熱の熱量は少なくて済み、吐出配管12内の熱媒ガスの凝縮は起きず、同時に室内熱交換器15が稼働していてもヒートポンプとしての能力低下が生じることがない。従って、給湯水の加熱と室内熱交換器15による室内の暖房運転をともに適正に行うことができるとともに、圧縮機11の運転を給湯水の加熱のために高速運転する必要がないので、ヒートポンプとしての成績係数(COP)を向上することができる。
According to the air conditioning / hot water supply heat pump system of the above embodiment, the following effects can be obtained.
(1) In the said embodiment, the 1st hot water
(2)上記実施形態では、冷暖房ヒートポンプの暖房運転時又は冷房運転時に5台の室内熱交換器15が全て運転されて全体の負荷が増加すると、制御装置のインバーターにより圧縮機11の回転数が上昇し、前記第2給湯熱交換器26を通過する高温・高圧の熱媒ガスの循環量を増加することができる。このため、熱交換可能な顕熱量が増加することになり、給湯回路の給湯水の温度の上昇を促進することができる。すなわち、圧縮機11に対し消費電力(仕事量)の増大する無理な高速運転をさせることなく、暖房負荷の高い寒い条件下又は冷房負荷の高い条件下ほど高温の給湯水が得られるという顕著な効果がある。
(2) In the above embodiment, when all the five
ここで、冷暖房・給湯ヒートポンプシステムの具体的な運転状態について、図3のモリエル線図及び冷凍サイクルを参照しながら説明する。前記第1給湯熱交換器25による給湯水の加熱には、冷凍サイクルの(ハ)〜(ニ)の熱媒ガスの50℃前後の潜熱(凝縮熱)が利用され、第2給湯熱交換器26による給湯水の加熱には、同じく冷凍サイクルの(ロ)〜(ハ)の熱媒ガスの70℃の顕熱(スーパヒート)が利用される。給湯に利用される熱量は、図3の(ロ)と(ニ)の間の比エンタルピーが237(h/kj・kg)であり、これに対する(ロ)と(ハ)の顕熱(スーパヒート)の比エンタルピー37(h/kj・kg)の割合(%)は、15.6%となる。従って、本実施形態のヒートポンプは、従来の潜熱利用のヒートポンプと比較して、15.6%の能力アップとなり、給湯水の高温化にも寄与することが判った。
Here, a specific operation state of the air conditioning / hot water supply heat pump system will be described with reference to the Mollier diagram and the refrigeration cycle of FIG. For heating the hot water by the first hot water
ヒートポンプの暖房運転状態において、50℃の凝縮温度を利用したヒートポンプを想定した場合、熱媒ガス(R−410A)の50℃において給湯水の温度15℃まで過冷却利用しようとすると、利用できる比エンタルピーは図3の(ハ)における数値と(ニ)における数値を減算して、425−225=200(h/kj・kg)となる。この熱媒ガスを膨張弁21により絞り膨張させて0℃にして、蒸発乾燥させた熱媒ガスを圧縮機11で凝縮温度が50℃になるまで上昇しようとすると、熱媒ガスは高温・高圧化し比エンタルピーは462(h/kj・kg)、圧縮機11の吐出温度は70℃に上昇する。この吐出熱媒ガスの凝縮温度との差分462−425=37(h/kj・kg)の比エンタルピーを利用して給湯水の二次加熱に利用する。
In a heating operation state of the heat pump, assuming a heat pump using a condensation temperature of 50 ° C., a ratio that can be used when supercooling to a hot water temperature of 15 ° C. at 50 ° C. of the heating medium gas (R-410A) The enthalpy is 425−225 = 200 (h / kj · kg) by subtracting the numerical value in (c) of FIG. 3 and the numerical value in (d). When this heating medium gas is squeezed and expanded by an
従来方式では圧縮機11が高速運転されると、背景技術で述べたように図3に二点鎖線で示す冷凍サイクルの(イ’)〜(ロ’)のように熱媒ガスが圧縮されて、比エンタルピーが480(h/kj・kg)必要となる。一方、本実施形態のヒートポンプにおいては、上述のように比エンタルピーは462(h/kj・kg)となるので、圧縮機11の仕事量として、480−462=28(h/kj・kg)の減少となり、成績係数(COP)が向上する。
In the conventional method, when the
次に、この発明の別の実施形態を図4に基づいて説明する。
この実施形態においては、前記水循環配管23に対し電磁切換弁32を介して、分岐水循環配管33を、前記第1給湯熱交換器25と並列に接続している。又、この分岐水循環配管33と前記室外熱交換器19と膨張弁21との間の熱媒循環配管14とに対し、第3給湯熱交換器34を接続している。
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In this embodiment, a branch
この実施形態においては、冷房運転状態において、前記切換弁32が前記第1給湯熱交換器25を迂回する分岐水循環配管33及び第3給湯熱交換器34に切り替えられ、前記室外熱交換器19によって凝縮された熱媒ガスの潜熱により、分岐水循環配管33内を通過する給湯水が例えば0℃〜15℃から40〜50℃に一次加熱される。その後、前記第2給湯熱交換器26により給湯水が例えば70℃〜90℃に二次加熱されるので、ヒートポンプの冷房運転状態において、給湯水を適正に加熱することができる。
In this embodiment, in the cooling operation state, the switching
次に、この発明の別の実施形態を図5に基づいて説明する。
この実施形態においては、前記電磁開閉弁31と前記膨張弁21との間の前記熱媒循環配管14と前記水循環配管23に対し、前記第1給湯熱交換器25を接続している。
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In this embodiment, the first hot water
この実施形態においては、ヒートポンプの暖房運転状態において、前記室内熱交換器15から室外熱交換器19によって、空気に廃熱される熱を、水循環配管23の給湯水の一次加熱に利用することができるので、ヒートポンプの効率を向上し、さらに成績係数(COP)を向上することができる。
In this embodiment, in the heating operation state of the heat pump, the heat exhausted to the air by the
次に、この発明の別の実施形態を図6に基づいて説明する。
この実施形態においては、図5に示す実施形態において、図4に示す実施形態の前記切換弁32、分岐水循環配管33及び第3給湯熱交換器34を配設して図6に示すシステムを構成している。従って、この実施形態においては、冷房運転状態において、給湯水を中温に適正に加熱して、第2給湯熱交換器26による二次加熱を適正に行い、冷房運転を適正に行うことができるとともに、給湯水の加熱を適正に行うことができる。
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In this embodiment, in the embodiment shown in FIG. 5, the switching
以上の説明で明らかなように、この発明の冷暖房・給湯ヒートポンプシステムは、暖房運転状態において前記室内熱交換器15に供給される熱媒ガスの温度が第2給湯熱交換器26によって低下するのを防ぐようにしたものであり、これを達成するために前記四方弁13と膨張弁21との間の分岐熱媒配管14a又は熱媒循環配管14に第1給湯熱交換器25を設け、水循環配管23を流れる水の一次加熱により水を中温(40〜50℃)に加熱するようにしている。
As apparent from the above description, in the air conditioning / hot water supply heat pump system of the present invention, the temperature of the heat transfer medium gas supplied to the
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・前記実施形態では室内熱交換器15を5台使用したが、これを1台、2台、3台、4台、6台、あるいはそれ以上の台数としてもよい。
In addition, you may change the said embodiment as follows.
In the above embodiment, five
・前記実施形態では空気の熱を利用した室外熱交換器19を用いたが、これに代えて水の熱を利用した室外熱交換器を用いたり、地中熱を利用した室外熱交換器を用いたりしてもよい。
In the above embodiment, the
11…圧縮機、12…吐出配管、13…四方弁、14…熱媒循環配管、14a〜14f…分岐熱媒配管、15…室内熱交換器、18…吸入配管、19…室外熱交換器、21…膨張弁、22…給湯タンク、23…水循環配管、24…循環ポンプ、25…第1給湯熱交換器、26…第2給湯熱交換器、32…切換弁、33…分岐水循環配管、34…第3給湯熱交換器。
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