WO2005106346A1

WO2005106346A1 - ヒートポンプ式給湯装置

Info

Publication number: WO2005106346A1
Application number: PCT/JP2005/007397
Authority: WO
Inventors: Yasuhiro Shimma; Seiji Ookoshi; Tomoaki Tanabe
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Carrier Japan Corp
Priority date: 2004-04-28
Filing date: 2005-04-18
Publication date: 2005-11-10
Anticipated expiration: 2006-10-28
Also published as: GB2418726B; GB0516266D0; NO20065425L; NZ550773A; EP1767879A4; EP1767879B1; EP1767879A1; GB2418726A; NO340441B1; JPWO2005106346A1

Abstract

　ヒートポンプ式冷凍サイクル（Ｈ）の一部を構成する圧縮機（１１）と、電子膨張弁（１３）と、熱源側熱交換器（１４）とを備えるとともに、室外送風機（Ｆ）及び電気機器の運転を制御する制御器（３０）を収納する熱源ユニット（１）と、前記熱源ユニット（１）に対して分離可能に配置され、前記ヒートポンプ式冷凍サイクル（Ｈ）の残り一部を構成する水熱交換器（１５）、（１６）、と、前記水熱交換器（１５）、（１６）に水配管（６）を介して循環水を導くポンプ（２１）、（２２）と、前記ポンプ（２１）、（２２）の運転を制御する制御器（９）とを収納し、前記熱源ユニット（１）に冷媒配管（７）及び電気配線（８）で接続される水熱交換ユニット（２）と、前記水熱交換ユニット（２）に水配管（６）を介して接続され、前記水熱交換器（１５）、（１６）で熱交換して得られた温水を貯留するタンク（４）、（５）を収納するタンクユニット（３）とを具備し、前記水熱交換ユニット（２）及びタンクユニット（３）は屋内（Ｒ）に配置される。

Description

明細書

ヒートポンプ式給湯装置

技術分野

[0001] 本発明は、ヒートポンプ式冷凍サイクルを備え、たとえば給湯用及び暖房用として温水を供給するヒートポンプ式給湯装置に関する。

背景技術

[0002] 空気熱交換器の代わりに水熱交換器を備え、室外機とは分離して構成される分離形ヒートポンプシステムが多用される傾向にある。特に、 [特許文献 1]には、利用側ユニットにおける、給湯、浴槽水の追炊き、空調運転などの機能と数を選択可能とし、既存ユニットを流用できる比較的簡易な構成のヒートポンプシステム、及びヒートボンプシステムの据付け方法が記載されて、る。

具体的には、圧縮機、室外熱交換器、及び電子膨張弁を有する室外ユニットと、この室外ユニットと冷媒配管を介して接続される貯湯タンク、及び給湯用水熱交換器を有する貯湯ユニットと、この貯湯ユニットを介して室外ユニットと冷媒配管で接続される追炊き用熱交翻を有する追炊きユニットと、貯湯ユニットを介して室外ユニットに冷媒配管で接続される暖房空調ユニットとから構成される。

特許文献 1 :特開 2001— 082818号公報

発明の開示

[0003] ところで、 [特許文献 1]の技術では、暖房用水熱交翻を有する暖房空調ユニットが室内に配置されている以外は、給湯用水熱交^^と貯湯タンクを収納する貯湯ュニットと、追炊き用熱交翻を有する追炊き用ユニットが、圧縮機や室外熱交翻を有する室外ユニットとともに屋外に配置されて、る。

そして、貯湯ユニットと追炊き用ユニットにそれぞれ備えられる水熱交翻は、水配管を介してタンクや浴槽などと接続されている。したがって、水配管の少なくとも一部は、屋外に延出されることになり、外気温の影響を直接受けてしまう。

当然、屋外にある水配管には断熱材が巻かれおり、水配管の表面は露出してはいないが、たとえば装置が寒冷地に据付けられる場合や、気温が極端に低下する厳冬期などには、断熱材の断熱効果が低下し、水配管内の水が凍結する虞れがある。あるいは、長期の使用に伴う断熱材の劣化も考えられる。以上の点から、水配管は全て屋内に収納するのが好まし、。

[0004] また、 [特許文献 1]の技術では、貯湯と追炊きの各利用側ユニットに水熱交換器が備えられている。しかしながら、前記水熱交は、冷凍サイクル回路における利用側熱交^^でもあるので、利用側部位と冷凍サイクル回路部位に亘る著しく大型のユニットになり、据付け条件が悪い。

そして、前述の構成では、それぞれの利用側ユニットの負荷量に合わせた温水の供給を得られることができず、運転効率に影響を及ぼす。このような見地から、各利用側ユニットにおける水熱交翻は、互いに独立であることが望ましい。

[0005] 本発明は前記事情に着目してなされたものであり、その目的は、水配管内の水の凍結を完全に防止するとともに、利用側ユニットの小型化と運転効率の向上を実現できるヒートポンプ式給湯装置を提供することである。

[0006] 前述の目的を達成するために、本発明のヒートポンプ式給湯装置は、ヒートポンプ式冷凍サイクルの一部を構成する圧縮機と、減圧機構と、熱源側熱交換器とを備えるとともに、室外送風機及び電気機器の運転を制御する制御器を収納する熱源ュニットと、前記熱源ユニットに対して分離可能に配置され、前記ヒートポンプ式冷凍サイクルの残り一部を構成する水熱交換器と、前記水熱交換器に水配管を介して循環水を導くポンプと、前記ポンプの運転を制御する制御器とを収納し、前記熱源ユニットに冷媒配管及び電気配線で接続される水熱交換ユニットと、前記水熱交換ユニットに水配管を介して接続され、前記水熱交^^で熱交換して得られた温水を貯留するタンクを収納するタンクユニットとを具備し、前記水熱交換ユニット及びタンクユニットは、屋内に配置される。

図面の簡単な説明

[0007] [図 1]図 1は、本発明の第 1実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置の構成図である。

[図 2]図 2は、同実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置の冷凍サイクルの系統図である。

[図 3]図 3は、同実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置の電気制御システムの構成図である。

[図 4]図 4は、本発明の第 2実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置の構成図である。発明を実施するための最良の形態

[0008] 以下、図面を参照しながら本発明のヒートポンプ式給湯装置の実施形態を説明する。

図 1は第 1実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置の構成図、図 2は同実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置の冷凍サイクルの系統図、図 3は同実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置の電気制御システムの構成図である。

図 1に示すヒートポンプ式給湯装置は、屋外 Uに配置される熱源ユニット 1と、屋内 Rのたとえば壁面に取付けられる壁掛け式の水熱交換ユニット 2と、屋内 Rのたとえばユーティリティ室に据付けられるタンクユニット 3とから構成される。

[0009] 前記タンクユニット 3は、給湯用タンクユニット 4及び暖房用タンクユニット 5を備えている。給湯用タンクユニット 4と前記水熱交換ユニット 2とは、水配管 6及び電気配線 8 により接続されている。暖房用タンクユニット 5と前記水熱交換ユニット 2とは、水配管 6及び電気配線 8により接続される。そして、給湯用タンクユニット 4と暖房用タンクュニット 5には、後述する補助加熱ヒータがそれぞれ設けられる。

前記熱源ユニット 1と水熱交換ユニット 2は、冷媒配管 7及び電気配線 8により接続されている。前記水熱交換ユニット 2に備えられる制御器 9は、壁面に取付けられる給湯 ·暖房用リモコン (制御器） 10と電気的に接続される。前記熱源ユニット 1にも制御器 30が備えられている。前記給湯 ·暖房用リモコン 10は、水熱交換ユニット 2の制御器 9を介して、熱源ユニット 1の制御器 30及びタンクユニット 3にそれぞれ収納される後述する電気機器を制御するようになって！/ヽる。

[0010] ヒートポンプ式冷凍サイクル回路 Hの構成は次の通りである。図 2に示すように、ヒートポンプ式冷凍サイクル回路 Hは、熱源ユニット 1と水熱交換ユニット 2に亘つて構成される。

すなわち、圧縮機 11、第 1の水熱交換器 15、第 2の水熱交換器 16、電子膨張弁（減圧機構) 13、及び熱源側熱交翻 14は、冷媒配管 7により接続される。

前記圧縮機 11、電子膨張弁 13、及び熱源側熱交換器 14は、熱源ユニット 1の筐体 1A内に収容される。第 1の水熱交換器 15、及び第 2の水熱交換器 16は、水熱交換ュニット 2の筐体 2A内に収容される。室外送風機 Fは、前記熱源側熱交 14と対向して配置され、熱源側熱交換器 14に対して送風するようになって、る。

[0011] 前記第 1の水熱交翻15は、水熱交換ユニット 2における圧縮機 11の吐出側と電子膨張弁 13とを連通する冷媒配管 7に設けられる。圧縮機 11の吐出側と第 1の水熱交翻15との間には、第 1の開閉弁 17が接続される。第 1の水熱交翻15と電子膨張弁 13との間には、第 2の開閉弁 18が接続される。

さらに、水熱交換ユニット 2内において、圧縮機 11の吐出側と第 1の開閉弁 17とを連通する冷媒配管 7の中途部には、分岐管 aが接続される。この分岐管 aには、第 3 の開閉弁 19を介して第 2の水熱交換器 16における一方の接続部が接続される。第 2 の開閉弁 18と電子膨張弁 13とを連通する冷媒配管 7の中途部には、分岐管 bが接続される。この分岐管 bには、第 4の開閉弁 20を介して第 2の水熱交における他方の接続部が接続される。したがって、第 1の水熱交と第 2の水熱交 1 6とは、冷凍サイクル回路 Ηに対して並列に接続されることになる。

[0012] 第 1の水熱交及び第 2の水熱交は、いずれも水配管 6に接続される水熱交換部 cを備えている。これにより、冷凍サイクル回路 Hに接続される冷媒熱交換部 dとの間で、有効な熱交換作用が行われるようになつている。水熱交換ユニット 2 内において、第 1の水熱交換器 15に連通する水配管 6には、ポンプ 21が接続される。また、第 2の水熱交換器 16に連通する水配管 6には、ポンプ 22が接続される。以下、第 1の水熱交換器 15を給湯用水熱交換器 15と呼び、第 2の水熱交換器 16 を暖房用水熱交と呼ぶ。したがって、給湯用水熱交に水配管 6を介して接続されるポンプ 21は、給湯用ポンプ 21となる。また、暖房用水熱交^^ 16に水配管 6を介して接続されるポンプ 22は、暖房用ポンプ 22となる。

[0013] 給湯用ポンプ 21と給湯用水熱交^^ 15は、水配管 6を介して給湯用タンクユニット 4を構成するタンク 23と連通されている。暖房用ポンプ 22と暖房用水熱交は、水配管 6を介して暖房用タンクユニット 5を構成するタンク 24と連通されている。なお、給湯用タンクユニット 4と暖房用タンクユニット 5とにより、タンクユニット 3が構成されることは前述したとおりである。電気制御システムの構成は次の通りである。図 3に示すように、給湯 ·暖房用リモコン (制御器） 10と電気的に接続される水熱交換ユニット 2の制御器 9には、巿中電源力もの電力が供給されるようになっている。水熱交換ユニット 2の制御器 9は、熱源ュニット 1に取付けられる制御器 30を介して、電気機器をインバータ制御するようになつている。

[0014] さらに、水熱交換ユニット 2の制御器 9は、給湯用タンクユニット 4に設けられる制御器 31、及び暖房用タンクユニット 5に設けられる制御器 32に電気的に接続され、これら制御器 31, 32を介して各ユニット 4, 5に設けられる補助加熱ヒータ 33, 34の加熱量などの制御を行えるようになって!/、る。

本構成のヒートポンプ式給湯装置の動作は次の通りである。リモコン 10に対して運転開始の操作をすると、熱源ユニット 1の圧縮機 11が駆動される。これにより、冷媒ガスは高温かつ高圧となり、ヒートポンプ式冷凍サイクル回路 Hを循環する。この冷媒ガスは、給湯用水熱交換器 15と暖房用水熱交換器 16に導かれ、凝縮して凝縮熱を放出する。これと同時に、給湯用ポンプ 21と暖房用ポンプ 22が駆動される。これにより、水熱交翻15に給湯用タンクユニット 4のタンク 23から循環水が導かれ、水熱交換器 16に、暖房用タンクユニット 5のタンク 24から循環水が導かれる。

[0015] この循環水は、各水熱交換器 15, 16において、冷媒の凝縮熱を吸収して温水となる。この温水は、給湯用タンクユニット 4のタンク 23、及び暖房用タンクユニット 5のタンク 24に導かれ、ー且貯溜される。そして、給湯栓を開放することで、給湯用タンクュニット 4内の温水が供給されるとともに、給湯量と同じ量の水がタンク 23内に供給される。また、リモコン 10の暖房運転開始ボタンを押すことで、暖房用タンクユニット 5のタンク 24から床暖房パネルへ温水が供給される。この温水は、床暖房パネルで放熱して床暖房を行う。この放熱により温度が低下した温水は、再び暖房用タンクユニット 5 のタンク 24へ戻り、ここで加熱されて所定温度に上昇するのを待機する。

[0016] 本発明では、通常の分離形エアコンと同様に、屋内 Rの水熱交換ユニット 2は、屋内 Rの壁面に据付けられ、屋外 Uに据付けられる熱源ユニット 1に対して、 2本の冷媒配管 7と電気配線 8で接続される。すなわち、このヒートポンプ式給湯装置は、通常の分離形エアコンと略同一の構成となる。したがって、このヒートポンプ式給湯装置は、通常の分離型エアコンに代って取付けが可能となり、据付け条件が拡大する。水熱交換ユニット 2を壁掛け式とした力これに限定されるものではなぐたとえば床置き兼用の構成としてもよい。

屋外 Uに熱源ユニット 1を配置し、屋内 Rに水熱交換ユニット 2とタンクユニット 3を設置して、水熱交換ユニット 2とタンクユニット 3は水配管 6と電気配線 8で接続して、る。このため、全ての水配管 6は、屋内 Rに設置されることになるから、外気温の影響を全く受けない。その結果、水配管 6内の水が凍結する虞れがなくなり、使い勝手の向上を図れる。

[0017] 冷凍サイクル回路 Hにおいて、給湯用水熱交換器 15と暖房用水熱交換器 16とを並列接続し、それぞれに対して第 1〜第 4の開閉弁 17〜19を介在させている。そのため、水熱交翻15, 16に同時に冷媒を流すことも、一方の水熱交翻15, 16だけに冷媒を流すことも可能である。したがって、給湯条件と暖房条件に応じて熱交換作用を行えるから、運転効率が向上する。

なお、給湯用水熱交換器 15、及び暖房用水熱交換器 16に対して冷媒を同時に流す場合、前記開閉弁 17〜19に代って流量調整弁を設置すれば、水熱交換器 15, 1 6の負荷要求量に応じて供給冷媒量の分配を調整できるから、さらに運転効率が向上する。

[0018] 冷媒配管の接続が通常の分離型エアコンと同じとなるから、配管の長さが 30M以上であっても、配管の落差が 20M以上であっても接続が可能となって、据付け条件の緩和が図れる。また、各水熱交^^ 15, 16とタンク 23, 24は、近接して配置が可能なため、水配管 6の配管の長さが短縮され、熱エネルギーのロスを抑制できる。給湯用タンクユニット 4と暖房用タンクユニット 5を別々に構成し、それぞれに対して給湯用水熱交と暖房用水熱交で熱交換した温水を別個に供給する。そのため、給湯用水熱交換器 15と暖房用水熱交換器 16の負荷量に応じて温水を供給できるから、運転効率が高まる。

室内に、熱源ユニット 1の据付け用のスペースが不要となり、熱源ユニット 1と水熱交換ュニット 2とを接続する冷媒配管 7が屋内 Rに露出しない。そのため、ガスリークなどにより冷媒が屋内 Rに漏れることを確実に防止でき安全性が高い。 [0019] 電力は水熱交換ユニット 2を介して供給される力熱源ユニット 1はエアコンの室外機と共有してもよい。給湯用タンクユニット 4と暖房用タンクユニット 5に設けられる補助加熱ヒータ 33, 34は、各タンクユニット 4, 5が担当し、 ONZOFF信号を制御器 3 1, 32から発信する。出湯温度は最大で 90°C、もしくは 80°Cとして、暖房 +貯湯時の特性の向上と、制御の向上を得る。

なお、水熱交換ユニット 2の制御器 9の制御対象は、第 1〜第 4の開閉弁 17〜20、給湯用（DC)ポンプ 21、暖房用（AC)ポンプ 22、及び給湯用タンクユニット 4に設けられる補助加熱ヒータ 33、暖房用タンクユニット 5に設けられる補助加熱ヒータ 34である。具体的な制御内容は、給湯運転と、暖房運転と、給湯 +暖房運転との切換えである。すなわち、運転内容及びヒータ 33, 34のコントロール制御は、タンク 23, 24 温度と設定温度により行われる。

[0020] 熱源ユニット 1に備えられるインバータ制御器 30の制御対象は、圧縮機 11、室外送風機 F、電子膨張弁 13、四方切換え弁 12、及び図示しない底板ヒータである。具体的な制御内容は、圧縮機 11の運転、冷媒温度、除霜、電流保護、卷線保護、室外送風機 Fのファンモータ、及び底板凍結制御である。

図 4は、本発明の第 2実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置の構成図である。屋外 Uには、熱源ユニット 1が配置される。この熱源ユニット 1は、筐体 1A内に、先に図 2で説明した冷凍サイクル回路 Hの一部を構成する圧縮機 11と、電子膨張弁（減圧機構） 13と、熱源側熱交翻 14とを備えている。また、この熱源ユニット 1は、室外送風機 F及び電気機器の運転を制御する制御器 30を収納している。

[0021] 屋内 Rには、水熱交換ユニット 2が前記熱源ユニット 1と分離して配置される。熱源ユニット 1と水熱交換ユニット 2は、冷媒配管 7及び電気配線 8で接続される。水熱交換ュニット 2の筐体 2A内には、冷凍サイクル回路 Hの残りの一部を構成する給湯用水熱交^^ 15と、暖房用水熱交とが収納されている。さらに、水熱交換ュニット 2の筐体 2A内には、給湯用水熱交翻15及び暖房用水熱交翻16に対して、それぞれ水配管 6を介して循環水を導く給湯用ポンプ 21及び暖房用ポンプ 22と、制御器 9とが収納される。この制御器 9は、リモコン (遠隔操作盤） 10と電気的に接続される。 [0022] ここでは、給湯用水熱交が冷凍サイクル回路 Hの上流側に取付けられ、暖房用水熱交換器 16が下流側に取付けられる。すなわち、給湯用水熱交換器 15と暖房用水熱交^^ 16は、冷凍サイクル回路 Hに対して直列に接続されることになる。熱源ユニット 1内の冷凍サイクル回路 Hの構成部品と、水熱交換ユニット 2内の給湯用水熱交換器 15及び暖房用水熱交換器 16とは、冷媒配管 7を介して連通される。給湯用水熱交^^ 15及び給湯用ポンプ 21と給湯用タンクユニット 4とは、水配管 6を介して連通される。

[0023] すなわち、水配管 6は、給湯用タンクユニット 4の筐体 4A内に配置されるタンク 23 に接続されることになる。タンク 23の底部には、図示しない給水源と連通する給水管 6aが接続される。タンク 23の上部には、図示しない厨房、浴室、及び洗面所などに取付けられる給湯栓と連通する給湯管 6bが接続される。さらに、前記タンク 23には、補助加熱源としての加熱ヒータ (たとえば、 3KW) 33が取付けられる。

また、暖房用水熱交^^ 16及び暖房用ポンプ 22と暖房用タンクユニット 5とは、水配管 6を介して連通される。すなわち、水配管 6は、暖房用タンクユニット 5の筐体 5A 内に設置されるタンク 24に接続されることになる。このタンク 24の底部には、図示しない床暖房パネルの温水導出部と連通する戻り管 6cが接続される。タンク 24の上部には、図示しない床暖房パネルの温水導入部と連通する給湯管 6dが接続される。給湯管 6dの中途部には、補助ポンプ 40と補助加熱源としての加熱ヒータ (たとえば、 3K WX 3本） 34が取付けられる。

[0024] 第 1実施形態と同等の作用効果は説明を省略する。この実施形態では、ヒートボンプ式冷凍サイクル回路 Hの上流側に給湯用水熱交換器 15を配置し、下流側に暖房用水熱交^^ 16を配置している。

したがって、水配管 6に備えられる給湯用ポンプ 21と暖房用ポンプ 22の運転により熱交換量を調整することができる。そのため、一方のポンプ 21もしくは 22を停止した場合でも、他方のポンプ 21もしくは 22が全ての加熱負荷量を得ることができる。そして、冷凍サイクル回路 Hの上流側に給湯用水熱交を設置することで、給湯用タンクユニット 4は、より高温の温水を得ることができる。

なお、図示しないが、冷凍サイクル回路 Hに対して給湯用水熱交換器 15と暖房用水熱交を並列接続し、もしくは直列接続の切換えを可能とする配管接続の構成であってもよい。

Claims

請求の範囲

[1] ヒートポンプ式冷凍サイクルの一部を構成する圧縮機と、減圧機構と、熱源側熱交とを備えるとともに、室外送風機及び電気機器の運転を制御する制御器を収納する熱源ユニットと、

前記熱源ユニットに対して分離可能に配置され、前記ヒートポンプ式冷凍サイクルの残り一部を構成する水熱交換器と、前記水熱交換器に水配管を介して循環水を導くポンプと、前記ポンプの運転を制御する制御器とを収納し、前記熱源ユニットに冷媒配管及び電気配線で接続される水熱交換ユニットと、前記水熱交換ユニットに水配管を介して接続され、前記水熱交換器で熱交換して得られた温水を貯留するタンクを収納するタンクユニットとを具備し、

前記水熱交換ユニット及びタンクユニットは、屋内に配置されることを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。

[2] ヒートポンプ式冷凍サイクルの一部を構成する圧縮機と、減圧機構と、熱源側熱交とを備えるとともに、室外送風機及び電気機器の運転を制御する制御器を収納する熱源ユニットと、

前記熱源ユニットに対して分離可能に配置され、前記ヒートポンプ式冷凍サイクルの残り一部を構成する給湯用水熱交及び暖房用水熱交^^とからなる水熱交換器と、前記給湯用水熱交換器及び暖房用水熱交換器にそれぞれ水配管を介して接続され循環水を導く給湯用ポンプ及び暖房用ポンプと、前記ポンプの運転を制御する制御器とを収納し、前記熱源ユニットに冷媒配管及び電気配線で接続される水熱交換ユニットと、

前記給湯用水熱交換器及び給湯用ポンプに水配管を介して接続され、前記給湯用水熱交^^で熱交換した温水を貯留するタンクを収納する給湯用タンクユニットと前記暖房用水熱交換器及び暖房用ポンプに水配管を介して接続され、前記暖房用水熱交^^で熱交換した温水を貯留するタンクを収納する暖房用タンクユニットとを具備し、

前記水熱交換ユニット、給湯用タンクユニット、及び暖房用タンクユニットは、屋内に配置されることを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。

前記水熱交換ユニットは、屋内の壁面に取付ける壁掛け式であることを特徴とする請求項 1及び請求項 2のいずれかに記載のヒートポンプ式給湯装置。