(57)【要約】【課題】  従来のヒートポンプ冷暖房システムは、外気を熱源とするシステムが主流となっており、そのため外気が低い寒冷地などにおいて十分機能しないため、利用可能な地域が温暖地に制限されていた。【解決手段】  本発明は、冷媒配管回路にフリーフローを３個実装することにより、冷媒の循環回路を短縮し、冷房時同時給湯運転を稼動させ、冷房時同時給湯運転に入る直前に、数秒間、３つのフリーフローのうち、１つのフリーフローが「開」となり、残り２つのフリーフローは「閉」状態となり、換気用空気熱交換器の残存冷媒を出来るだけ多く四方弁を経由して水熱交換器に回収することで熱回収を実現する。同時に換気用空気熱交換器に接続した所定の外気温度範囲で感知するセンサーと連携した電動シャッターを自動的に開閉して外気と住宅の排気熱を最適混合させることで寒冷地でもより効率良く運転可能なヒートポンプシステムを達成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
換気空気を熱源とするヒートポンプ冷暖房システムにおいて、冷媒配管回路にフリーフロー６，７，８と３個と換気用空気熱交換器９及び、冷媒の循環回路を短縮する手段により、冷房時同時給湯運転を稼動させる事を特徴としたヒートポンプシステム。
【請求項２】
上記換気用空気熱交換器９に電動シャッター１５を設置し、外気温度をセンサーで感知して自動的に開閉することを特徴とした請求範囲１のヒートポンプシステム
【請求項３】
上記冷媒の循環回路を短縮する手段は冷房時同時給湯運転に入る直前に、数秒間フリーフロー７は「閉」、フリーフロー６は「閉」、フリーフロー８は「開」に制御すると同時に換気用空気熱交換器９の残存冷媒を四方弁４を経由して第２の水熱交換器３に回収する機構を備えたことを特徴とした、請求範囲１のヒートポンプシステム
【請求項４】
上記電動シャッター１５が開閉するセンサーが反応する外気温度を所定の温度範囲に自由に設定できることを特徴とした請求範囲１のヒートポンプシステム
【請求項５】
循環ポンプＰ２にて送水される補給水の流量の制御手段を備えた温調弁１６を設けたことを特徴とした、請求範囲１のヒートポンプシステム
【請求項６】
上記制御手段は温調弁１６を、圧縮機１から吐出される高温・高圧ガスからキャピラリチューブ１７にて接続し、圧縮機１からの吐出圧力に対応して温調弁１６の内部開度により補給水流量を調整することを特徴とした、請求範囲１のヒートポンプシステム
【請求項７】
請求項１のヒートポンプシステムにおいて換気熱交換器ユニット、水熱交換器ユニット、圧縮機ユニットと三分割し、それぞれのユニットは冷媒配管にて接続することで構成される［図−２］
【請求項８】
請求項１のヒートポンプシステムにおいて換気熱交換器ユニット、水熱交換器ユニット、圧縮機ユニットをそれぞれ分離することなく１つのユニットの中で構成される［図−３］
【請求項９】
請求項１のヒートポンプシステムにおいて外気導入する手段として換気熱交換器の背面を自動あるいは手動にて解放し、外気が導入できる装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、屋内から排出される換気排気中に含まれる熱を回収する換気排熱回収装置に関するものであり、本発明には以下の特徴がある。
●  冷媒配管回路にフリーフローを３個実装することにより、冷媒の循環回路を短縮し、冷房時同時給湯運転を効率良く稼動させる事を特徴とする。
●  冷房時同時給湯運転に入る直前に、数秒間、３つのフリーフローのうち、１つのフリーフローが「開」となり、残り２つのフリーフローは「閉」状態となり、換気用空気熱交換器の残存冷媒を出来るだけ多く四方弁を経由して水熱交換器に回収する事を特徴とする。
●  換気用空気熱交換器に電動シャッターを設置し、外気温度をセンサーで感知して自動的に開閉し、外気を導入出来る事を特徴とする。
●  温調弁は循環ポンプにて送水される補給水の流量を調整する。流量調整する方法は圧縮機から吐出される高温・高圧ガスからキャピラリチューブにて接続し、圧縮機からの吐出圧力に対応して温調弁の内部開度を調整し、補給水流量を調整する事を特徴とする。
【背景技術】
【０００２】  従来のヒートポンプ冷暖房システムは、外気を熱源とするシステムが主流となっている。【０００３】  特許文献１のように住宅の換気熱を熱源とするヒートポンプシステムも一部において市場に提案・提供されているが、主流である外気熱源利用のヒートポンプシステムは気象条件によってヒートポンプの能力が左右され、寒冷地においては不向きである。【０００４】  また、特許文献２のように、一部地中の熱を採取してヒートポンプを運転稼動させる地中式ヒートポンプシステムがある。【０００５】  そのような地中式ヒートポンプシステムは地中から熱を採取する施工費に費用が掛かり過ぎ、一般住宅用としては普及していない。【０００６】  特許文献３のように住宅の換気熱源を利用して効率良く回収して、エネルギー効率を上げようという提案もあるが、換気熱ヒートポンプシステムは住宅の換気熱源に量的な制約がある。【０００７】  いずれのヒートポンプシステムにも長所・短所がある為、低炭素社会実現に向けてＣＯ２の削減が、特に削減の遅れている民生用部門では必須である事に鑑みて、住宅用ヒートポンプシステムの改良・進化は極めて重要な課題である。
【特許文献１】特開２０００−１８７６４号公報
【特許文献２】特開２００５−３０７０８号公報
【特許文献３】特開２００４−３１７０８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】    夏期においてヒートポンプ冷房運転すると、冷媒の凝縮熱が大量に外気に放出される。この冷房時の排熱が都市部におけるヒートアイランド現象を助長している。本発明においてヒートアイランド現象の防止を図る為、凝縮熱の外気への放出を阻止し、冷房時排熱を水と効率よく熱交換する事が課題である。【０００９】  冬期におけるヒートポンプ暖房運転の為の熱源として、住宅の換気排熱は極めて有効な熱源と言えるが、住宅の換気排熱を利用したヒートポンプでは以下のような課題がある
・  住宅の換気排熱源は住宅の容積によって量的に制限される。
・  換気熱ヒートポンプの効率を上げようとすると、より多くの熱源が必要となる。【００１０】  住宅の換気排熱量は、住宅の容積によって制限されている為、住宅の換気排熱により多くの熱源を求めるには多くの課題がある。そこで外気、気象条件によっては、一部外気を導入し、ヒートポンプの熱源を確保する事が考えられる。つまり住宅の換気排熱と外気との最適な混合割合が課題となる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】  換気熱ヒートポンプの能力を向上させる為に、熱源が住宅内換気排熱の風量だけでは不足する場合も考えられる。外気用温度センサーが作動し、一部外気を導入出来る様にし、換気排熱と外気熱との最適割合の状態を作り、ヒートポンプ暖房運転を稼動させる。【００１２】  夏期冷房運転時には補給水を導入し、水熱交換器を別途設置し、冷房運転時における冷媒凝縮熱をこの補給水と熱交換させ、冷媒凝縮熱を外気に放出しないようにする。補給水と冷媒凝縮熱との熱交換時に補給水の導入する量を適正に流量調整しなければならない。その為に水熱交換器に導入する直前に温調弁を設置し、水熱交換器に導入される補給水の量を適正に調整し、冷媒凝縮熱との熱交換を円滑にする。
【発明の効果】
【００１３】  住宅の換気熱と外気熱との最適な混合割合により、ヒートポンプ暖房運転の効率と能力を著しく向上させる事が出来る。夏期の冷房排熱の補給水との熱交換は、都市部におけるヒートアイランド現象を防止すると共に、排熱と補給水の熱交換により結果的に給湯用温水が作り出されるので、利便、経済効果が非常に大きい。
【発明を実現するための最良の形態】
【００１４】  以下、図１に基づき本発明の作動順序を説明する。
【００１５】冷房時の運転（冷房単独運転）
圧縮機１より高温・高圧の冷媒ガスが吐出され第１の水熱交換器２に入る。ここで第１の水熱交換器２には循環ポンプＰ２が停止している為、補給水は循環してこない。従って冷媒ガスは熱交換することなく通過し、四方弁４を経由して冷媒管１０、フリーフロー８、冷媒管１１を通して換気用空気熱交換器９に循環する。換気用空気熱交換器９は凝縮器として機能し、電動シャッター１５が「開」状態となり、屋外部より大気を吸入し、冷媒液は凝縮液化する。凝縮液化された冷媒はフリーフロー６を通して膨張弁５に連結し、冷媒管１２を経由して水熱交換器３に循環する。ここで水熱交換器３は蒸発器として機能し、冷媒液は循環ポンプＰ１より送水された冷媒水と熱交換し、蒸発ガス化する。冷媒水は冷却されて冷房用水として居室側に循環し、冷房する。
【００１６】  一方、冷媒はガス状となり、冷媒管１３を通り四方弁４、冷媒管１４を経由して圧縮機１に循環する。
以下冷房単独運転時には、このサイクルを繰り返す。
圧縮機１  →  第１水熱交換器２  →  四方弁４  →  冷媒管１０  →  フリーフロー８  →  冷媒管１１  →  換気用空気熱交換器（凝縮器）９  →  フリーフロー６  →  膨張弁５  →  冷媒管１２  →  水熱交換器（蒸発器）３  →  冷媒管１３  →  四方弁４  →  冷媒管１４  →  圧縮機１
【００１７】暖房時の運転
圧縮機１より高温・高圧の冷媒ガスが吐出し、第１の水熱交換器２に入る。ここで第１の水熱交換器２には循環ポンプＰ２が停止している為、補給水は循環してこない。従って冷媒ガスは熱交換することなく通過し、四方弁４、冷媒管１３を経由して第２の水熱交換機３に循環する。ここで第２の水熱交換器３は凝縮器として機能し、冷媒ガスは循環ポンプＰ１にて送水された暖房用温水と熱交換する。暖房用温水は、５０℃となり、居室側に循環し暖房する。
【００１８】  一方冷媒は凝縮液化し、冷媒管１２、膨張弁５を経由してフリーフロー６を通過して空気熱交換器９に循環する。空気熱交換器９はこの時蒸発器として機能し、居室内から導入された換気空気より熱を吸収して蒸発ガス化する。蒸発ガス化された冷媒は、冷媒管１１、フリーフロー８、冷媒管１０を通過して四方弁４、冷媒管１４を通り、圧縮機１に循環する。暖房運転時には以上のサイクルを繰り返す。
圧縮機１  →  第１水熱交換器２  →  四方弁４  →  冷媒管１３  →  第２水熱交換器３  →  冷媒管１２  →  膨張弁５  →  フリーフロー６  →  換気用空気熱交換器（蒸発器）９  →  冷媒管１１  →  フリーフロー８  →  冷媒管１０  →  四方弁４  →  冷媒管１４  →  圧縮機１
【００１９】ポンプダウン運転
冷房時同時給湯運転を効率的に運転稼働させるために、フリーフロー６、７を「閉」とし、フリーフロー８を「開」にして、圧縮機１を可動する。換気用熱交換器９に残存する冷媒は、フリーフロー８、冷媒管１０、四方弁４および冷媒管１３を経由して第２の水熱交換器３に回収される。
【００２０】冷房時同時給湯運転
圧縮機１より高温・高圧の冷媒ガスが吐出され、第１の水熱交換器２に循環する。ここで第１の水熱交換器２には補給水ポンプＰ２より送水され、温調弁１０を通過して給湯用補給水が送水されて冷媒ガスと熱交換する。給湯用温水は５５℃〜６０℃となって居室側に循環し、給湯用温水として使用される。
【００２１】  一方冷媒は凝縮液化し、冷媒液となって四方弁４、冷媒管１０、フリーフロー７を通過して膨張弁５に循環する。この時フリーフロー８、フリーフロー６は「閉」状態となっている。冷媒液は冷媒管１２を通り第２の水熱交換器３に循環する。第２の水熱交換器３は蒸発器として機能し、循環ポンプＰ１で送水された冷媒水を冷却し、居室側に冷房用水として供給する。
【００２２】  一方冷媒液は蒸発・ガス化し、冷媒ガスとなって冷媒管１３、四方弁４、冷媒管１４を経由して圧縮機１に循環する。以上のサイクルを繰り返す。
圧縮機１  →  第１水熱交換器（凝縮器）２  →  四方弁４  →  冷媒管１０  →  フリーフロー７  →  膨張弁５  →  冷媒管１２  →  第２水熱交換器（蒸発器）３  →  冷媒管１３  →  四方弁４  →  冷媒管１４  →  圧縮機１
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に関する冷媒系統図を示す図である
【図２】本発明に関するユニット型外形図である
【図３】本発明に関する一体型外形図である
【図面の符号の説明】
【００２４】１・・・圧縮機
２・・・第１水熱交換器
３・・・第２水熱交換器
４・・・四方弁
５・・・膨張弁
６・・・フリーフロー
７・・・フリーフロー
８・・・フリーフロー
９・・・換気用空気熱交換器
１０・・・冷媒菅
１１・・・冷媒菅
１２・・・冷媒菅
１３・・・冷媒菅
１４・・・冷媒菅
１５・・・電動シャッター
１６・・・温調弁
１７・・・キャピラリーチューブ
１８・・・送風機
【図１】
2012057933.tif 000003
【図２】
2012057933.tif 000004
【図３】
2012057933.tif 000005