(57)【要約】【課題】ＣＯ２にジメチルエーテルを加えた新規な混合冷媒を用いた冷凍サイクルの温水生成時の使用条件（高圧側の圧力条件）を見出し、高効率、低コストで、自然冷媒を用いた給湯システムを提供する。【解決手段】本ヒートポンプ式給湯システムは、水対冷媒熱交換器を備え、ジメチルエーテルと二酸化炭素の混合冷媒を使用する冷凍サイクル回路を用いたヒートポンプ式給湯システムにおいて、定格運転条件時の高圧側の冷媒圧力（ｋＰａ）を    ［数１］    −２５０×（Ｘ−２０）＋６５００    （ただし、Ｘはジメチルエーテルの濃度（％））で算出される値以下にする。【選択図】  図１
2007155191.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、水対冷媒熱交換器、減圧装置および空気熱交換器を順次、冷媒配管を介して連通する冷凍サイクル回路と、前記水対冷媒熱交換器に水を導いて冷媒と熱交換させ温水を生成する水回路とを具備したヒートポンプ式給湯システムにおいて、
前記冷凍サイクル回路の冷媒としてジメチルエーテルと二酸化炭素の混合冷媒を使用するとともに、定格運転条件時の高圧側の圧力（ｋＰａ）を
［数１］
−２５０×（Ｘ−２０）＋６５００
ただし、Ｘはジメチルエーテルの濃度（％）
で算出される値以下にしたことを特徴とするヒートポンプ式給湯システム。
【請求項２】
前記定格運転条件時の高圧側の圧力（ｋＰａ）を
［数２］
−５０×（Ｘ−２０）＋５８００
で算出される値以上にしたことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式給湯システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はヒートポンプ式給湯システムに係り、特にジメチルエーテルと二酸化炭素の混合冷媒を使用する冷凍サイクルを備えたヒートポンプ式給湯システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化への懸念から、従来のガス給湯機よりも１次エネルギー換算で高効率（年間ＣＯＰ＝３以上）なヒートポンプ式給湯システムが商品化されている。このようなヒートポンプ式給湯システムには、高熱伝達状態で冷媒の潜熱が利用可能な冷媒Ｒ４１０Ａを利用したシステムと、冷媒の潜熱は利用できないものの水の温度変化と類似的な温度変化により効率的な熱交換が可能な自然冷媒である二酸化炭素（ＣＯ２）を利用したシステムがある。
【０００３】
ところで、今後のヒートポンプ給湯システムの動向として、地球温暖化防止の観点から、その作動冷媒には自然冷媒がより多く採用される傾向にある。
【０００４】
自然冷媒としては、ＣＯ２冷媒があるが、作動圧力がかなり高いため、高圧対策を施す必要があり、高コストとなっている。
【０００５】
そこで、ＣＯ２冷媒の長所を最大限に生かす混合冷媒の検討を行い、ＣＯ２にジメチルエーテル（ＤＭＥ）を加えた新規な混合冷媒を用いることにより、ＣＯ２冷媒より低圧力で動作できかつ、ＤＭＥの特性を利用することができるとともに、ＣＯ２冷媒の長所である水の温度変化と類似的な温度変化を有する冷媒を用いて、高圧側の圧力を規制すれば、低コストでかつ、年間ＣＯＰが３以上である理想的なヒートポンプ式給湯システムが実現できるとの結論に達した。
【０００６】
なお、特許文献１にはＣＯ２冷媒を使用したヒートポンプ式給湯器が、特許文献２にはＲ４１０Ａ冷媒を使用したヒートポンプ式給湯器に関する提案がなされている。
【特許文献１】特開２００１−２０１１７７号公報
【特許文献２】特開２００２−８９９５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、ＣＯ２にＤＭＥを加えた新規な混合冷媒を用いた冷凍サイクル回路の温水生成時の使用条件（高圧側の圧力条件）を見出すことにより、高効率、低コストで、自然冷媒を用いた給湯システムを提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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式給湯システムは、圧縮機、水対冷媒熱交換器、減圧装置および空気熱交換器を順次、冷媒配管を介して連通する冷凍サイクル回路と、前記水対冷媒熱交換器に水を導いて冷媒と熱交換させ温水を生成する水回路とを具備したヒートポンプ式給湯システムにおいて、前記冷凍サイクル回路の冷媒としてジメチルエーテルと二酸化炭素の混合冷媒を使用するとともに、定格運転条件時の高圧側の圧力（ｋＰａ）を
［数１］
−２５０×（Ｘ−２０）＋６５００
（ただし、Ｘはジメチルエーテルの濃度（％））
で算出される値以下にしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るヒートポンプ式給湯システムによれば、高効率、低コストで、自然冷媒を用いた給湯システム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】
【００１０】
以下、本発明に係るヒートポンプ式給湯システムの一実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１１】
図１は、ヒートポンプ式給湯システムの回路構成図である。
【００１２】
図１に示すように、本発明に係るヒートポンプ式給湯システムＳは、冷凍サイクル回路１と、水回路１０とから構成される。
【００１３】
冷凍サイクル回路１は、圧縮機２と、四方弁３と、水熱交換器４と、膨張弁５および空気熱交換器６が順次、冷媒配管７により連通されてなり、作動冷媒としてＤＭＥとＣＯ２の混合冷媒が使用される。
【００１４】
一方、水回路１０は、ポンプ１１、水熱交換器１２および貯湯槽１３が順次、水配管１４により連通されてなり、水を導通させて湯に変え、かつ貯湯するようになっている。
【００１５】
冷凍サイクル回路１の水熱交換器４と、水回路１０の水熱交換器１２とは、一体化されて水対冷媒熱交換機Ｅが形成され、これら水熱交換器４、１２に導かれる冷媒と水とが互いに熱交換するようになっている。
【００１６】
また、圧縮機２の冷媒吐出部近傍には冷媒配管７に密着して、圧縮機２から吐出された冷媒の温度を検知する吐出温度センサ２０が設けられ、圧縮機２の冷媒吸込み部近傍には冷媒配管７に密着して、圧縮機２に吸込まれる冷媒の温度を検知する吸込み温度センサ２１が設けられる。
【００１７】
さらに、水熱交換器４に密着して、冷媒の凝縮温度を検知する凝縮温度センサ２２が設けられ、膨張弁５と蒸発器熱交換器６とを接続する冷媒配管７に密着して、冷媒の蒸発温度を検知する蒸発温度センサ２３が設けられる。
【００１８】
また、ポンプ１１の吸込み部近傍には水配管１４に密着して、ポンプ１１に吸込まれる水の温度を検知する水温センサ２４が設けられ、水熱交換器１２の導出部近傍には水配管１４に密着して、この水熱交換器で加熱された湯の温度を検知する湯温センサ２５が設けられる。
【００１９】
各センサ２０〜２５は、全て制御手段をなす制御装置３０と電気的に接続されていて、それぞれの検知信号を各センサから制御装置へ送るようになっている。さらに制御装置３０は、圧縮機２、四方弁３、膨張弁５およびポンプ１１などの各電動部品と電気的に接続されていて、制御信号を各電動部品に送り必要な制御を行うようになっている。
【００２０】
図２は本実施形態に用いられる冷凍サイクルの動作を説明するためのモリエル線図であり、この図２に示す（４１）から（４４）の各点は、図１に記載する冷凍サイクル装置システムの（４１）から（４４）の各点に対応し、各位置における圧力−エンタルピ状態を表わす。
【００２１】
図１及び図２に示すように、上記のような構成を有する本ヒートポンプ式給湯システムによれば、図中矢印で示すように、圧縮機２から吐出された高温高圧のＤＥＭ／ＣＯ２冷媒の蒸気は最も高い圧力とエンタルピを有し（図中点（４１））、水熱交換器４で水と熱交換しながら、その温度が低下し、凝縮域に入っても、水の温度変化に類似した形で、対向流的に温度が低下し、凝縮された後（図中点（４２））、膨張装置５で減圧され（図中点（４３）、蒸発器として作用する空気熱交換器６に流入し蒸発し（図中点（４４）、再び圧縮機２へ吸込まれる。
【００２２】
一方、水回路１０において、ポンプ１１により給水された水は、上記のように水熱交換器４及び水熱交換器１２を介してＤＥＭ／ＣＯ２冷媒と熱交換が行われ、湯となり貯湯槽１３に貯湯される。
【００２３】
給湯用に使用する場合、温水は、規定値以上（貯湯式ならば６５℃、瞬間式ならば４２℃程度）の温度が必要となるが、これらは、水熱交換器の小型化や、水流量に対して冷媒循環量を増加させるなどの手段により、冷凍サイクル側の高圧圧力を上昇させて実現することができるが、反面、ＣＯＰの低下やコスト増加を伴う。
【００２４】
そこで、ガス給湯機に対し、１次エネルギー換算で省エネ（年間ＣＯＰ＝３）でありかつ、ＣＯ２冷媒よりも低い作動圧力値の上限値（Ａ２値）を設けておけば、低コスト省エネのヒートポンプ式給湯システムが実現できる。
【００２５】
本ヒートポンプ式給湯システムに用いるＤＭＥ／ＣＯ２混合冷媒の場合、潜熱利用冷媒であるため、規定値の温水温度に対する最低必要圧力（Ａ１値）が存在する。
【００２６】
図３はＤＭＥ／ＣＯ２混合冷媒中のＤＭＥ濃度別の温水温度−高圧側圧力の相関図であり、図３に示すように、冷凍サイクル高圧側の圧力は、Ａ１値以上Ａ２値以下で作動させる必要がある。ヒートポンプ式給湯システムにおいて、年間ＣＯＰが３以上であるためには、定格運転条件にて３以上あることが必要であることから、定格運転条件にて、ＣＯＰが３となる高圧側の作動圧力を求めればよい。
【００２７】
図４は日本冷凍空調工業会標準規格（ＪＲＡ）の定格運転条件にて、本冷凍サイクル装置システムのＣＯＰが３となるサイクル高圧側の圧力の変化をＤＭＥ濃度別に示したもので、圧力（Ｐ（ＫＰａ））はＤＭＥ濃度（Ｘ（％））を用いて、Ｐ＝−２５０×（Ｘ−２０）＋６５００と近似することができる。
【００２８】
なお、本発明における定格運転条件とは、日本冷凍空調工業会標準規格（ＪＲＡ４０５０）の定格加熱条件に示される、
外気温度（乾球/湿球）  １６℃／１２℃
沸き上げ温度            ６５℃
水温                    １７℃
である。
【００２９】
最低必要圧力（Ａ１値）は−５０（Ｘ−２０）＋５８００（ｋＰＡ）以上であるのが好ましい。これにより、ＤＭＥ／ＣＯ２混合冷媒の潜熱が利用できる。
【００３０】
また、図４にはＣＯ２冷媒の作動圧力を記載しているが、このＣＯ２冷媒の作動圧力と比較してもわかるように、ＤＭＥ／ＣＯ２混合冷媒の定格運転条件時の高圧側の作動圧力（ｋＰａ）を、−２５０×（Ｘ−２０）＋６５００以下の低圧にすることにより、冷凍サイクル回路の高圧対策が不要となり、低コストが可能となる。なお、瞬間式の方が、必要温度が低いため、貯湯式で圧力条件を決めておけば、ガス給湯器に対する省エネ性をもたすことができる。
【００３１】
上述のように、本実施形態のヒートポンプ式給湯システムによれば、ＣＯ２にＤＥＭを加えた新規な混合冷媒を用いた冷凍サイクル回路の温水生成時の使用条件（高圧側の圧力条件）を見出すことにより、高効率、低コストで、自然冷媒を用いた給湯システムが実現される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係るヒートポンプ式給湯システムの回路構成図。
【図２】本発明の一実施形態に係る冷凍サイクル装置の圧力−エンタルピ線図。
【図３】本発明に係るヒートポンプ式給湯システムの温水温度−高圧側圧力の相関図。
【図４】本発明に係るヒートポンプ式給湯システムのＤＭＥ−高圧側圧力の相関図。
【符号の説明】
【００３３】
１…冷凍サイクル回路、２…圧縮機、３…四方弁、４…水熱交換器、５…膨張弁、６…蒸発器熱交換器、７…冷媒配管、１０…水回路、１１…ポンプ、１２…水熱交換器、１３…貯湯槽、１４…水配管、３０…制御装置、Ｅ…水−冷媒熱交換器、Ｓ…ヒートポンプ式給湯システム。
【図１】
2007155191.tif 000003
【図２】
2007155191.tif 000004
【図３】
2007155191.tif 000005
【図４】
2007155191.tif 000006