(57)【要約】【課題】冷房貯湯運転の冷凍サイクル効率の向上を図ったヒートポンプ冷暖房給湯機を提供する。【解決手段】本ヒートポンプ冷暖房給湯機は圧縮機、室外側熱交換器、室内熱交換器、四方弁、絞り手段を備える冷凍サイクルと、室外側熱交換器と熱交換して高温に加熱される湯を貯えると高温タンクと、室外側熱交換器と熱交換して低温に加熱される湯を貯えると低温タンクとを有するヒートポンプ冷暖房給湯機において、深夜電力運転中に高温タンクに高温の湯を貯え、昼間の冷房貯湯運転中に低温タンクに低温の湯を貯え、給湯運転時には高温タンク及び低温タンクの湯を混合して使用する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、室外側熱交換器、室内熱交換器、四方弁、絞り手段を備える冷凍サイクルと、
前記室外側熱交換器と熱交換して高温に加熱される湯を貯える高温タンクと、
前記室外側熱交換器と熱交換して低温に加熱される湯を貯える低温タンクとを有するヒートポンプ冷暖房給湯機において、
深夜電力運転中に前記高温タンクに高温の湯を貯え、
昼間の冷房貯湯運転中に前記低温タンクに低温の湯を貯え、
給湯運転時には前記高温タンクおよび前記低温タンクの湯を混合して使用することを特徴とするヒートポンプ冷暖房給湯機。
【請求項２】
前記低温タンクに略３５℃で相変化する潜熱蓄熱材を収容することを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ冷暖房給湯機。
【請求項３】
前記低温タンクに第１の温度センサを設け、前記貯湯熱交換器側の水配管に第２の温度センサを設け、前記第１の温度センサが潜熱蓄熱材の融解温度以下で冷房貯湯運転を開始し、第２の温度センサの温度が潜熱蓄熱材の融解温度以上になると冷房貯湯運転を終了することを特徴とする請求項２に記載のヒートポンプ冷暖房給湯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はヒートポンプ冷暖房給湯機に係り、特に冷房時の排熱が利用可能なヒートポンプ冷暖房給湯機の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷房時の排熱を回収するため、ヒートポンプ冷暖房給湯機が用いられている。
【０００３】
図６および図７に示すように、従来のヒートポンプ冷暖房給湯機６１は、エアコンの複数個の室内機６２と、給湯用の貯湯タンク６３と、冷暖房貯湯を行うヒートポンプユニット６４から構成され、冷凍サイクル６５と水サイクル６６を備える。
【０００４】
ヒートポンプユニット６４には、冷暖房と給湯が行えるように、冷凍サイクル６５の構成要素である空気熱交換器６７と、この空気熱交換器６７と選択的に用いられ、並列に接続された貯湯熱交換器（水加熱熱交換器）６８が設けられる。
【０００５】
図８に示すように、ヒートポンプ冷暖房給湯機６１は通常の冷房運転時には、室内から取り去った熱は、室外のヒートポンプユニット６４の空気熱交換器６７から大気に放熱される。このときの凝縮温度は外気温度が３５℃のとき、略４５℃となる。
【０００６】
図９に示すように、一方、通常の冷房貯湯運転（冷房排熱回収運転）には、空気熱交換器６７は使用せず、貯湯熱交換器６８を使用し、貯湯タンク６３の下部の冷水（２０℃）を６５℃（現在貯湯されている湯温）まで一挙に加熱して貯湯タンク６３に貯めている。
【０００７】
しかしながら、このように冷房貯湯運転中、６５℃の高温で貯湯するため凝縮温度が略６０℃と通常運転の４５℃より高くなり冷凍サイクルが効率の悪い運転となる。排熱を給湯に利用している点では、エネルギー効率は改善されるが、この冷房貯湯運転の冷凍サイクル効率は通常冷房運転よりも劣るという問題がある。
【０００８】
なお、冷凍サイクル内の冷媒と蓄冷熱材である水とが蓄熱熱交換器で熱交換して、水に蓄冷及び蓄熱可能な蓄冷熱槽と、冷媒と水とが給湯熱交換器で熱交換して、温水を供給可能な給湯槽とを、冷凍サイクル内に組み込み、冷暖房能力及び給湯能力を所定に維持したまま、蓄冷熱槽と給湯槽との合計内容積を小さくするヒートポンプ冷暖房給湯機が提案されている。
【特許文献１】特開平６−２２１７１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、冷房貯湯運転の冷凍サイクル効率の向上を図ったヒートポンプ冷暖房給湯機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した目的を達成するため、本発明に係るヒートポンプ冷暖房給湯機は、圧縮機、室外側熱交換器、室内熱交換器、四方弁、絞り手段を備える冷凍サイクルと、前記室外側熱交換器と熱交換して高温に加熱される湯を貯える高温タンクと、前記室外側熱交換器と熱交換して低温に加熱される湯を貯える低温タンクとを有するヒートポンプ冷暖房給湯機において、深夜電力運転中に前記高温タンクに高温の湯を貯え、昼間の冷房貯湯運転中に前記低温タンクに低温の湯を貯え、給湯運転時には前記高温タンク及び前記低温タンクの湯を混合して使用することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るヒートポンプ冷暖房給湯機によれば、冷房貯湯運転の冷凍サイクル効率の向上を図ったヒートポンプ冷暖房給湯機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の一実施形態に係るヒートポンプ冷暖房給湯機について添付図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は本発明の一実施形態に係るヒートポンプ冷暖房給湯機の概要を示す概念図であり、図２は本発明の一実施形態に係るヒートポンプ冷暖房給湯機の詳細を示す概念図である。
【００１４】
図１及び図２に示すように、本発明の一実施形態に係るヒートポンプ冷暖房給湯機１は、例えば複数の室内機を備えたヒートポンプ冷暖房給湯機であり、エアコンの複数個の室内機２と、給湯用の貯湯タンクとなる高温タンク３及びこの高温タンク３と並列に配され低温蓄熱槽となる低温タンク４と、冷暖房貯湯を行うヒートポンプユニット５から構成され、冷凍サイクル６と水サイクル７を備える。
【００１５】
ヒートポンプユニット５は、コンプレッサ１１、第１の電磁弁１２、貯湯熱交換器１３、パルスモータ駆動バルブ等よりなる冷媒流量制御自在の電子膨張弁１４が配管接続され、さらに、第１の電磁弁１２、貯湯熱交換器（冷媒パイプ）１３、第１の電子膨張弁１４と並列に第２の電磁弁１５、四方弁１６、空気熱交換器１７、第２の電子膨張弁１８が配管接続されてなる。
【００１６】
貯湯熱交換器１３は、内部を冷媒が流通する冷媒パイプと、冷媒パイプの外側に設けられ、内部を水が流通する水パイプとからなる二重管構造となっている。
【００１７】
また、室内機２は並列に複数個配され、各々の室内機２には室内熱交換器１９、２０が内装され、この室内熱交換器１９、２０の一側は第３、第４の電子膨張弁２１、２２を介してヒートポンプユニット５の第１の電子膨張弁１４、第２の電子膨張弁１８に接続され、他側は四方弁１６に接続されて冷凍サイクル６が形成される。
【００１８】
一方、水サイクル７は給水路３０と給湯路４０からなる。
【００１９】
給水路３０は水道管３１、高温タンク３の底部３ａ、第１の水用開閉弁３２、貯湯ポンプ３３、第２の水用開閉弁３４、貯湯熱交換器（水パイプ）１３が配管接続されてなる。
【００２０】
給湯路４０は貯湯熱交換器（水パイプ）１３、第３の水用開閉弁４１、高温タンク３の上部３ｂ、混合バルブ４２が給湯管４３に接続され、さらに、高温タンク３と並列に低温タンク４が配され、この低温タンク４の上部４ｂは第３の水用開閉弁４１に、下部４ａは第４の水用開閉弁４４を介して貯湯ポンプ３３に接続され、さらに、低温タンク４の底部４ａは水道管３１に、上部４ｂは第５の水用開閉弁４５を介して混合バルブ４２に接続され、また、第６の水用開閉弁４６が低温タンク４及び第５の水用開閉弁４５と並列に水道管３１と混合バルブ４２間に配管接続されてなる。
【００２１】
また、高温タンク３の底部３ａから１／３の高さのタンク側面には第１の温度センサ４７、貯湯熱交換器１３側の水配管には第２の温度センサ４８が各々設けられる。
【００２２】
貯湯熱交換器１３は高温冷媒が通る冷媒パイプと水が通る水パイプからなり、水が貯湯熱交換器１３を通過する間に冷媒と熱交換して加熱される。
【００２３】
低温蓄熱槽となる低温タンク４には、略３５℃で相変化するパラフィン等の潜熱蓄熱在４ｃが封入された球状のプラスチック製カプセルが複数収容されており、カプセル同士の隙間を水が流れる。また、低温タンク４の底部４ａから１／３の高さのタンク側面には第３の温度センサ４９、貯湯熱交換器１３側の水配管には第４の温度センサ５０が各々設けられる。
【００２４】
本ヒートポンプ冷暖房給湯機の動作について説明する。
【００２５】
最初に冷房貯湯運転（冷房排熱回収運転）の深夜電力運転による「高温貯湯運転」について説明する。
【００２６】
図３に示すように、冷房貯湯運転における冷凍サイクル６側は、空気熱交換器１７に冷媒が流れないように、第２の電磁弁１５及び第２の電子膨張弁１８を閉じる。この空気熱交換器１７に冷媒が流れない状態で、コンプレッサ１１で圧縮された高温高圧の冷媒は、第１の電磁弁１２を介して貯湯熱交換器１３に流れ、水サイクル７側の水と熱交換して、冷却されて液化し、第１の電子膨張弁１４、第３の電子膨張弁２１及び第４の電子膨張弁２２を介して室内熱交換器１９及び室内熱交換器２０に流れ、蒸発して室内を冷却し、ガスとなって、四方弁１６を介してコンプレッサ１１に戻る。
【００２７】
一方、水サイクル７側は、第４の水用開閉弁４４を閉じ、低温タンク４に水が流れない状態にする。第２の温度センサ４８が高温タンク３の貯湯熱交換器１３側水配管すなわち高温タンク３下部の例えば水温２０℃を検知すると、第１の水用開閉弁３２が開放され、貯湯ポンプ３３の作動により、貯湯熱交換器１３に送水され、冷凍サイクル６を流れる高温の冷媒と熱交換して高温例えば６５℃に加熱され、６５℃の湯が生成され高温タンク３に貯えられる。
【００２８】
このような高温貯湯運転は深夜電力運転により行われ、冷房貯湯運転の「低温貯湯運転」は昼間に行われる。
【００２９】
次に、この「低温貯湯運転」について説明する。
【００３０】
図４に示すように、高温タンク３に６５℃の湯が貯えられたら、第１の温度センサ４７が速やかに湯温６５℃を検出し、低温貯湯運転を開始する。
【００３１】
この低温貯湯運転の開始は、第１の水用開閉弁３２を閉止して高温タンク３への給湯を止め、第４の水用開閉弁４４を開放して、例えば３５℃以下の水を貯湯熱交換器１３に流入させ、冷媒と熱交換して４０℃に加熱され、低温タンク４に貯湯される。
【００３２】
貯湯ポンプ３３の作動により、冷房排熱を利用して、貯湯熱交換器１３で熱交換して生成された湯を低温タンク４と貯湯熱交換器１３間で循環させる。
【００３３】
低温タンク４に貯えられた湯により、潜熱蓄熱材４ｃは略３５℃で相変化（溶解）して、潜熱蓄熱材４ｃに蓄熱する。この潜熱蓄熱材４３ｃが完全に解けると循環水温が３５℃以上になり、この温度を第４の温度センサ５０が検出して、冷房貯湯運転を終了させる。潜熱蓄熱材４ｃに潜熱として蓄熱されるので、低温タンク４には十分な蓄熱がなされる。
【００３４】
この低温貯湯運転中は、貯湯熱交換器１３の温度が約４５℃の低温保たれるため、従来のように凝縮温度が高温になり冷凍サイクル６の効率を低下させることがなく、冷房貯湯運転であっても、冷凍サイクル６の効率を向上させることができる。また、第３の温度センサ４９を低温タンクの底部４３ａから略１／３の高さの設け、第４の温度センサ５０を貯湯熱交換器１３側の水配管に設けるので、給湯で一定量湯が使われ、湯温が低下すると冷房排熱回収運転が行われ、潜熱蓄熱材が融解して十分蓄熱されて排熱回収運転を終了させることができる。
【００３５】
また、通常の「冷房運転」について説明する。
【００３６】
潜熱蓄熱材４ｃの相変化が完全に終了し、低温タンク４の湯温が３５℃より上昇すると、第３の温度センサ４９がこの温度を検知し、第１の電磁弁１２を閉止し、第２の電磁弁１５を開放して、コンプレッサ１１で圧縮された高温高圧の冷媒は、四方弁１６を介して空気熱交換器１７に流入し、外気と熱交換して、冷却されて液化し、第２の電子膨張弁１８、第３の電子膨張弁２１あるいは第４の電子膨張弁２２介して室内熱交換器１９あるいは室内熱交換器２０に流れ、蒸発して室内を冷却する。
【００３７】
さらに、「冷房給湯運転（冷房排熱給湯運転）」について説明する。
【００３８】
混合バルブ４２及び第５の水用開閉弁４５を開放し、第６の水用開閉弁４６を閉塞し、水道管３１を介して下部３ａから高温タンク３に、下部４ａから低温タンク４に各々給水し、上部３ｂから高温タンク３の６５℃の高温の湯を、上部４ａから低温タンク４の３５℃の低温の湯を混合バルブ４２に送って混合し、給湯管４３に給湯する。
【００３９】
この「冷房給湯運転」時は、空気熱交換器１７を用いた通常の「冷房運転」が行われる。
【００４０】
本実施形態のヒートポンプ冷暖房給湯機によれば、深夜電力を用いて「高温貯湯運転」を行い、昼間時には「低温貯湯運転」を行って潜熱蓄熱材に蓄熱を行うので、低温貯湯運転時、凝縮温度の上昇がなく、冷房貯湯運転の冷凍サイクル効率の向上を図ったヒートポンプ冷暖房給湯機が実現する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態に係るヒートポンプ冷暖房給湯機の概要を概念図。
【図２】本発明の一実施形態に係るヒートポンプ冷暖房給湯機の詳細を示すヒートポンプ冷暖房給湯機の概念図。
【図３】図２の冷房貯湯運転の高温貯湯運転時の動作図。
【図４】図２の冷房貯湯運転の低温貯湯運転時の動作図。
【図５】図２の冷房給湯運転時の動作図。
【図６】従来のヒートポンプ冷暖房給湯機の概要を概念図。
【図７】従来のヒートポンプ冷暖房給湯機の詳細を示すヒートポンプ冷暖房給湯機の概念図。
【図８】従来の冷房運転時の動作図。
【図９】従来の冷房貯湯運転時の動作図。
【符号の説明】
【００４２】
１…ヒートポンプ冷暖房給湯機、３…高温タンク、３ｂ…高温タンク３の上部、３ａ…高温タンク３の底部、４…低温タンク、４ａ…下部、４ｂ…上部、４ｃ…潜熱蓄熱材、５…ヒートポンプユニット、６…冷凍サイクル、７…水サイクル、１１…コンプレッサ、１３…貯湯熱交換器、１６…四方弁、１７…空気熱交換器、１９…室内熱交換器、２０…室内熱交換器、３０…給水路、３１…水道管、３３…貯湯ポンプ、４０…給湯路、４３…給湯管、４７…第１の温度センサ、４８…第２の温度センサ、４９…第３の温度センサ、５０…第４の温度センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2008241203.tif 000009
【図８】
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【図９】
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