(57)【要約】【課題】給湯と冷暖房を行う多機能ヒートポンプシステムにおいて、小型化を図るとともにシステム効率を向上させる。【解決手段】本実施形態のヒートポンプ装置は、圧縮機１１と、給湯用熱交換器３９と空調用熱交換器４０との並列回路と、膨張機構４４と、室外熱交換器４１とを順次環状に接続し冷媒を循環させるヒートポンプ装置であって、空調用熱交換器４０出口の冷媒と室外熱交換器４１出口の冷媒とを熱交換させる内部熱交換器１５を設けた構成とする。  本構成によって、熱交換させる冷媒の温度差及び熱伝達率が大きい状態で熱交換が行えるため、システムの高効率化及び内部熱交換器やシステムの小型化を図ることができる。【選択図】図１
2007278582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、給湯用熱交換器と室内熱交換器との並列回路と、膨張機構と、室外熱交換器を順次環状に接続し冷媒を循環させるヒートポンプ装置であって、前記室内熱交換器出口の冷媒と前記室外熱交換器出口の冷媒を熱交換させる内部熱交換器を設けたことを特徴とするヒートポンプ装置。
【請求項２】
圧縮機と、給湯用熱交換器と室内熱交換器との並列回路と、膨張機構と、室外熱交換器を順次環状に接続し冷媒を循環させるヒートポンプ装置であって、前記室内熱交換器出口の冷媒と前記室外熱交換器入口の冷媒を熱交換させる内部熱交換器を設けたことを特徴とするヒートポンプ装置。
【請求項３】
請求項１〜２に記載のヒートポンプ装置において、前記給湯用熱交換器出口に第１の流量制御弁と、前記内部熱交換器の出口に第２の流量制御弁を設け、使用状況に応じて給湯と空調の運転を制御手段によって切り替えることを特徴とするヒートポンプ装置の運転方法。
【請求項４】
請求項１〜３に記載のヒートポンプ装置において、前記内部熱交換器における冷媒流路の径を、前記給湯用熱交換器出口の冷媒と前記室内熱交換器出口の冷媒とを合流させた後の冷媒流路の径より小さくしたことを特徴とするヒートポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給湯や空調を行う、多機能ヒートポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、給湯や空調を行う多機能ヒートポンプ装置では、給湯と空調の加熱能力や熱伝達係数の違いから給湯用熱交換器出口の冷媒温度と空調用熱交換器出口の冷媒温度に差異が生じ、システム効率の低下を招いていた。そこで、給湯用熱交換器出口の冷媒と空調用熱交換器出口の冷媒とが合流した冷媒と蒸発器出口の冷媒を熱交換させてシステム効率の向上を図っていた（例えば、特許文献１参照）。図３は特許文献１に記載された従来のヒートポンプ装置を示すものである。
【０００３】
図３は、CO2冷媒を用いた能力調整が可能な２段圧縮式の圧縮機１１と、第１水冷媒熱交換器９の冷媒流路９Ａ、第２水冷媒熱交換器１２の一次流路１２Ａ、一端が冷媒流路９Ａに接続される第１開閉弁１３及び一端が一次流路１２Ａに接続される第２開閉弁１４と、第１及び第２開閉弁１３、１４が接続される内部熱交換器１５の一次流路１５Ａ、膨張弁１６、空気熱交換器１７と、内部熱交換器１５の二次流路１５Ｂと、アキュームレータ１８とが順次環状に配管接続されている。このヒートポンプ式給湯・暖房装置において、運転を行い部屋が暖まってくると、床暖房パネル１、２ではそれほど放熱されなくなり、膨張タンク８から水冷媒熱交換器９へは５０〜６０℃の高温水が供給されることとなるため、水冷媒熱交換器９ではそれほど熱交換されず、冷媒温度も高温となり、圧縮機１１に高負荷がかかることになる。そこで、高温となった冷媒の冷却機構として水冷媒熱交換器９のほかに内部熱交換器１５を設け、この内部熱交換器での放熱分は同じ冷媒回路Ｒ内の空気熱交換器１７を通過した後の冷媒に取り込まれるので、冷媒回路Ｒの吸熱効率をも向上させている。
【特許文献１】特開２００４−２２５９２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、給湯用熱交換器出口の冷媒と空調用熱交換器出口の冷媒とが合流した冷媒と蒸発器出口の冷媒を熱交換させると、合流した冷媒側の熱伝達率が低いことや、合流後の冷媒と蒸発器出口の冷媒との温度差が小さくなることから、内部熱交換器及び装置が大型化してしまうという課題を有していた。
【０００５】
本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、空調用熱交換器出口の冷媒と蒸発器出口の冷媒を熱交換させ、熱交換後の空調用熱交換器出口の冷媒と給湯用熱交換器出口の冷媒を合流させることにより、合流した冷媒側の熱伝達率を向上させ、また、合流後の冷媒と蒸発器出口の冷媒との温度差を大きくすることにより、内部熱交換器とシステムの小型化及びシステムの高効率化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明においては、圧縮機と、給湯用熱交換器と空調用熱交換器との並列回路と、膨張機構と、室外熱交換器とを順次環状に接続し冷媒を循環させる冷媒サイクル装置であって、空調用熱交換器出口の冷媒と室外熱交換器出口の冷媒とを熱交換させる内部熱交換器を設けた構成とする。
【０００７】
本構成によって、熱交換させる冷媒の温度差及び熱伝達率が大きい状態で熱交換が行えるため、システムの高効率化及び内部熱交換器やシステムの小型化を図ることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のヒートポンプ装置によれば、熱交換させる冷媒の温度差及び熱伝達率が大きい状態で熱交換が行えるため、システムの高効率化及び内部熱交換器や装置の小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の冷凍サイクル装置は、圧縮機と、給湯用熱交換器と空調用熱交換器との並列回路と、膨張機構と、室外熱交換器とを順次環状に接続し冷媒を循環させる冷媒サイクル装置であって、空調用熱交換器出口の冷媒と室外熱交換器出口の冷媒とを熱交換させる内部熱交換器を設けた構成とする。
【００１０】
これにより、熱交換させる冷媒の温度差及び熱伝達率が大きい状態で熱交換が行えるため、システムの高効率化及び内部熱交換器や装置の小型化を図ることができる。
【００１１】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、背景技術と同一構成については同一符号を付す。
【００１２】
図１において、本実施形態のヒートポンプ装置は、冷媒を高温高圧に圧縮する圧縮機１１と、圧縮機１１から吐出された高温高圧冷媒を２方向に分岐させ、一方を貯湯タンク２６の低温水と熱交換させて高温高圧冷媒を冷却する給湯用放熱器３９と、他方を室内ファン４２から流れる空気と熱交換させて高温高圧冷媒を冷却する空調用放熱器４０と、空調用放熱器４０から流出した冷媒と室外熱交換器４１の出口冷媒を熱交換させる内部熱交換器１５と、給湯用放熱器３９から流出した冷媒と内部熱交換器１５から流出した空調用放熱器４０側の冷媒とを混合させた後、減圧膨張させる膨張機構４４と、室外ファン４３から流れる空気と熱交換させて大気から吸熱する室外熱交換器４１から構成される。
【００１３】
本実施形態で用いる冷媒としては、高圧状態では、超臨界状態となる冷媒が適している。特に望ましいのは、ＣＯ２冷媒である。以降は、ＣＯ２冷媒を用いた場合を中心に説明する。
【００１４】
空調や給湯を同時に行う、多機能ヒートポンプ装置においては、図１のように空調用熱交換器４０と給湯用熱交換器３９を並列に接続した場合、両者の熱交換器出口冷媒温度に差が生じる。具体的には、給湯用熱交換器３９において、現行のエコキュート（４.５kW）の中間期条件を例にとれば、給湯用熱交換器３９に１００℃で流入した冷媒はおよそ２０℃前後で流出するのに対し、エアコンで暖房を行う（３.６kW）と空調用熱交換器４１に１００℃で流入した冷媒はおよそ４０℃前後で流出することになる。つまり、給湯と空調といった使用用途によって加熱能力に違いがあることや、高温高圧冷媒と熱交換させる被加熱流体の違いにより熱伝達率も変わってくるためこういったアンバランスが生じる。前述した給湯用熱交換器３９の２０℃前後の冷媒と、空調用熱交換器４０の４０℃前後の冷媒を混合させると、混合した冷媒の温度は３０℃前後となり、膨張機構４４に流入する冷媒のエンタルピが大きくなる。つまり、室外熱交換器４１の出入口の冷媒エンタルピ差が減少し、システム効率の低下を招く。そこで、温度にアンバランスが生じている冷媒をそのまま混合させずに、空調用熱交換器４０から流出した冷媒を室外熱交換器４１から流出した冷媒と熱交換し、空調用熱交換器４０から流出した冷媒の温度をできるだけ給湯用熱交換器３９の出口冷媒温度に近づけるようにする。このように混合させることによって、そのまま混合させる場合に比べて膨張機構４４に流入する冷媒のエンタルピを小さくし、室外熱交換器４１の出入口の冷媒エンタルピ差を確保することができ、システムの高効率化が図れるとともに、室外熱交換器４１の出口冷媒に空調用熱交換器４０の出口冷媒の
熱を与えることによってスーパーヒートを確保することができるので、圧縮機の信頼性を向上させることができる。
【００１５】
また、給湯用熱交換器３９から流出した冷媒と空調用熱交換器４０から流出した冷媒を合流させた後の冷媒と室外熱交換器４１の出口冷媒とを熱交換させた場合と比較すると、本構成のほうが、より高い伝熱性能が得られ内部熱交換器、システムを小型化できる。この理由について説明すると、空調用熱交換器４０の出口直後の冷媒は暖房を行う場合、冷媒温度は４０℃前後となっているため、圧力にもよるが９MPa、１０MPa付近であると、擬臨界温度近傍になっている。よって、合流後の２０〜３０℃付近の冷媒と比較して熱伝達率が高くなっているため、同じ交換熱量を得ようとすると内部熱交換器１５の伝熱面積が少なくて済み、内部熱交換器１５の小型化につながる。また、単純に混合後の冷媒温度より混合前の空調用熱交換器４０の出口冷媒のほうが温度が高いため、内部熱交換器にて熱交換させる両冷媒の温度差を大きくすることができ、内部熱交換器１５を小型化できる。
【００１６】
また、本構成は給湯と空調を同時に運転させることを想定している。現行のヒートポンプ式給湯機は割安な深夜電力を利用し、夜間のうちに給湯運転を行い貯湯タンク２６にお湯を貯めておいて、昼間や夜間に使用しているため、本構成のような同時運転が必要なケースは、昼間や夜間にお湯を使用している最中に湯切れが生じた場合である。しかし、セミ貯湯システムといった貯湯タンク２６の容量が小さいシステムや、貯湯タンク２６がないシステムにおいては、お湯を使用する毎に給湯運転を行う必要があるので、本構成が有効となる。
【００１７】
なお、空調用熱交換器４０の出口冷媒と内部熱交換器１５にて熱交換させる冷媒は室外熱交換器４１の出口冷媒に限らず、入口冷媒や低圧側の冷媒であれば良い。
【００１８】
本構成では、給湯と空調用途としている。上述したように、本発明は、水-冷媒熱交換器３９と、空気-冷媒熱交換器４０を共用した場合に、特に効果がある。しかしながら、並列な熱交換器の両方が水-冷媒熱交換器である場合でも、熱交換量がアンバランスである場合には効果がある。例えば、給湯と床暖房、給湯と浴室暖房・乾燥等であっても良い。その場合、空調用熱交換器４０は空気-冷媒熱交換器ではなく、水-冷媒熱交換器である。
【００１９】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、背景技術と同一構成については同一符号を付す。
【００２０】
図２において、本実施形態のヒートポンプ装置は、図１に示すヒートポンプ装置において、給湯用熱交換器３９の出口に第１の流量制御弁４６を設け、内部熱交換器１５の空調用熱交換器４０側配管の出口と給湯用熱交換器３９出口の冷媒が合流する地点の間に第２の流量制御弁４８を設けた構成とする。
【００２１】
この構成にすることにより、給湯と暖房の同時運転および片方のみの運転を行う切り替えが可能となる。
【００２２】
給湯と暖房の同時運転時には、第１の流量制御弁４６を開き、第２の流量制御弁４８を開くように制御手段５１が指令を出す。
【００２３】
給湯のみの運転時には、第１の流量制御弁４６を開き、第２の流量制御弁４８を閉じるように制御手段５１が指令を出す。
【００２４】
空調のみの運転時には、第１の流量制御弁４６を閉じ、第２の流量制御弁４８を開くように制御手段５１が指令を出す。
【００２５】
また、第１の流量制御弁４６と第２の流量制御弁４８への切り替えは、給湯用リモートコントローラ４９および空調用リモートコントローラ５０の信号を受けて制御手段５１が第１の流量制御弁４６と第２の流量制御弁４８を制御する指令を出す。両方のリモートコントローラが運転モードになっていれば給湯と暖房の同時運転を行うように第１の流量制御弁４６と第２の流量制御弁４８が制御され、片方のリモートコントローラのみ運転モードになっていれば運転モードになっている方のみ運転を行うように第１の流量制御弁４６と第２の流量制御弁４８が制御される。
【００２６】
なお、第１の流量制御弁４６と第２の流量制御弁４８の設置場所は、それぞれ給湯用熱交換器３９の入口、空調用熱交換器４０の入口でも良い。また、第２の流量制御弁４８の設置場所は、空調用熱交換器４０の出口と、内部熱交換器１５の空調用熱交換器４０側配管の入口の間でも良い。
【００２７】
（実施の形態３）
本実施形態のヒートポンプ装置は、内部熱交換器１５における冷媒流路の径を、給湯用熱交換器３９の出口冷媒と室内熱交換器４０の出口冷媒とを合流させた後の冷媒流路の径より小さくした構成とする。この構成にすることにより、内部熱交換器１５の伝熱性能を向上させることができ、内部熱交換器１５を小型化することができる。
【００２８】
本構成では、内部熱交換器１５を給湯用熱交換器３９の出口冷媒と室内熱交換器４０の出口冷媒とを合流させた後に設置せずに、室内熱交換器４０の出口に設置している。これにより、冷媒循環量は、内部熱交換器１５を給湯用熱交換器３９の出口冷媒と室内熱交換器４０の出口冷媒とを合流させた後に設置した場合に比べて小さくなり、冷媒側熱伝達率は低下する。そこで、内部熱交換器１５における冷媒流路の径を、給湯用熱交換器３９の出口冷媒と室内熱交換器４０の出口冷媒とを合流させた後の冷媒流路の径より小さくすることで、流速が速くなり冷媒側の熱伝達率が大きくなる。よって、内部熱交換器１５の伝熱面積を小さくすることが可能であるので、内部熱交換器１５及びシステムの小型化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明にかかるヒートポンプ装置は、給湯機、冷凍・空調機器や乾燥装置などのヒートポンプ装置として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態１における、ヒートポンプ装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態２における、ヒートポンプ装置の構成図
【図３】従来の冷凍サイクル装置図
【符号の説明】
【００３１】
１、２  床暖房パネル
３、４  床暖房リモートコントロラ
５、６、２３，２４  熱動弁
７、２７、３２，３３  循環ポンプ
８  膨張タンク
９  第１の水冷媒熱交換器
１０  バイパス回路
１１  圧縮機
１２  第２の水冷媒熱交換器
１３  第１開閉弁
１４  第２開閉弁
１５  内部熱交換器
１６  膨張弁
１７  空気熱交換器
１８  アキュームレータ
１９、２５、３０  サーミスタ
２０  流量調整弁
２１  ファンコイル
２２  浴室暖房リモートコントローラ
２６  貯湯タンク
２９  流量調整弁  
３１  水-水熱交換器
３４  浴槽
３５  給湯管
３６  ミキシングバルブ
３８  給水管
３９  給湯用放熱器
４０  空調用放熱器
４１  室外熱交換器
４２  室内ファン
４３  室外ファン
４４  膨張機構
４５  使用端末
４６  第１の流量制御弁
４８  第２の流量制御弁
４９  給湯用リモートコントローラ
５０  空調用リモートコントローラ
５１  制御手段
C１  第１温水循環路
C２  第２温水循環路
R  冷媒回路
S1、S2  制御装置
【図１】
2007278582.tif 000003
【図２】
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【図３】
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