JP2004020085A - 給湯・空調装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】臨界点を超える冷媒によるヒートポンプサイクルを用いて温熱・冷熱を有効に活用し、極めて効率的な運転が可能な給湯・空調装置を提供すること。
【解決手段】給湯機能と空調機能を設け、室内の加熱運転と冷却運転、あるいは、高温度・低除湿能力風と低温度・高除湿能力風の最適な切替を行うとともに、この切替に連動して風向切替を行うようにした。
【選択図】 図1
【解決手段】給湯機能と空調機能を設け、室内の加熱運転と冷却運転、あるいは、高温度・低除湿能力風と低温度・高除湿能力風の最適な切替を行うとともに、この切替に連動して風向切替を行うようにした。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧側で臨界点を超える冷媒を作動させるヒートポンプサイクルを用い、給湯機能と空調機能を兼ね備えた給湯・空調装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、蒸気圧縮式冷凍サイクルに使用される冷媒の脱フロン対策の一つとして、例えば二酸化炭素(CO2)を使用した蒸気圧縮式冷凍サイクルが提案されている。二酸化炭素冷媒は、その特性から貯湯式ヒートポンプ給湯機に応用された商品がすでに普及しようとしている。ヒートポンプ給湯機は深夜電力を用いて運転されるのが一般的で、高圧側の凝縮器や、二酸化炭素のような超臨界状態で用いられる冷媒ではガスクーラーにおいて、温熱により給湯用水は加熱されタンクに貯湯される。CO2を用いたヒートポンプ給湯機は、自然環境への負荷が小さいばかりでなく、安価な深夜電力を用いることができ、成績係数(COP)が1を超えることからランニングコストもガスより優位であり、最近特に注目されている。
【0003】
また、最近では、浴室の暖房を兼ねた除湿乾燥空調機が普及しつつあり、生活パタ−ンの変化から共働きの家庭では、昼間は洗濯物が干せないこともあり、夜間に洗濯を行ない浴室に洗濯物を干して乾燥させるという使用方法が増えつつある。なお、従来の浴室用除湿乾燥空調機としては、ガス燃焼による温水式、電気ヒーター式あるいはヒートポンプ式があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、CO2ヒートポンプ給湯機においては、高圧側の温熱は有効に活用されても低圧側の蒸発器において冷熱は大気と熱交換をするだけで、有効に活用されていなかった。
【0005】
また、浴室用除湿乾燥空調機において、従来のガス温水式あるいは電気ヒーター式は、吸込んだ空気を加熱し循環させるとともに一部の室内空気を屋外に排出し換気することで衣類乾燥を行なうものであり、効率が非常に悪い。さらに、特開平9−285695号公報に開示されているように、換気風量とヒーターへの通電量を最適化することで効率を改善する発明も提案されているが、まだまだ不十分であった。
【0006】
一方、ヒートポンプ式においては、蒸発器と凝縮器を直列に配置し、空気の過冷却により水分を除湿し絶対湿度を低下させることは可能である。しかしながら、吸込み空気の温度を大幅に上昇させることは困難であるため、衣類温度を上昇させて水分の蒸発を促進し、雰囲気の相対湿度を下げる効果は小さいという課題を有していた。これを改善するために、特開平6−134190号公報に開示されているように、加熱運転と冷却運転を交互に行なう発明も提案されている。しかしながら、通常圧縮機を停止すると、高低圧がある程度均圧しないと再起動ができないため、時間のロスが生じるという課題があった。
【0007】
本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、超臨界流体を冷媒として用い、給湯あるいは室内空調の単独運転のみならず両モードの同時運転も可能で、両モードの同時運転に際し、温熱・冷熱を有効に活用することにより、極めて効率的な運転が可能な給湯・空調装置を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のうちで請求項1に記載の給湯・空調装置は、圧縮機、給湯用熱交換器、該給湯用熱交換器と並列に配置された放熱用熱交換器、第1膨張弁、室内の空調を行なう空調用熱交換器、第2膨張弁、蒸発器が環状に接続されて構成されるとともに、第1の圧力と該第1の圧力よりも高い第2の圧力との間で圧力が変化し第2の圧力側で臨界点を超える冷媒が流動するヒートポンプサイクル装置と、前記給湯用熱交換器により加熱された給湯用水を貯える貯湯タンクユニットと、空調用熱交換器と熱交換した空気を室内に吹出す送風機と、前記貯湯タンクユニット内に設けられた貯湯タンク内の温度を検知する貯湯タンク内温度検知手段と、室内の温度を検知する室内温度検知手段と、前記貯湯タンク内温度検知手段および前記室内温度検知手段の出力に応じて、前記第1および第2膨張弁の開度と、前記給湯用熱交換器および前記放熱用熱交換器の切替と、室内の加熱運転および冷却運転の切替とを制御する制御装置とを備えたことを特徴とする。
【0009】
また、請求項2に記載の発明は、前記空調用熱交換器および前記送風機を空調ユニットに収容するとともに、加熱運転時は吹出し風を第1の方向に吹出す一方、冷却運転時は吹出し風を第1の方向とは異なる第2の方向に吹出す風向制御手段を前記空調ユニットに設けたことを特徴とする。
【0010】
さらに、請求項3に記載の給湯・空調装置は、圧縮機、給湯用熱交換器、該給湯用熱交換器と並列に配置され給湯用熱交換器をバイパスするバイパス回路、室内の空調を行なう再熱熱交換器、除湿用膨張弁、室内の空調を行なう冷却用熱交換器、主膨張弁、蒸発器が環状に接続されて構成されるとともに、第1の圧力と該第1の圧力よりも高い第2の圧力との間で圧力が変化し第2の圧力側で臨界点を超える冷媒が流動するヒートポンプサイクル装置と、前記給湯用熱交換器により加熱された給湯用水を貯える貯湯タンクユニットと、前記貯湯タンクユニット内に設けられた貯湯タンク内の温度を検知する貯湯タンク内温度検知手段と、室内温度および室内湿度を検知する室内温度・湿度検知手段と、前記貯湯タンク内温度検知手段および前記室内温度・湿度検知手段の出力に応じて、前記除湿用膨張弁および前記主膨張弁の開度と、前記給湯用熱交換器と前記バイパス回路の切替と、室内への吹出し風の温度および湿度とを制御する制御装置とを備えたことを特徴とする。
【0011】
また、請求項4に記載の発明は、高温度・低除湿能力風を室内に吹出す第1のモードと、低温度・高除湿能力風を室内に吹出す第2のモードとを設け、前記室内温度・湿度検知手段の出力に応じて、前記制御装置が第1および第2のモード運転を切替えるようにしたことを特徴とする。
【0012】
また、請求項5に記載の発明は、前記再熱熱交換器および前記冷却用熱交換器を空調ユニットに収容するとともに、第1のモード運転時は吹出し風を第1の方向に吹出す一方、第2のモード運転時は吹出し風を第1の方向とは異なる第2の方向に吹出す風向制御手段を前記空調ユニットに設けたことを特徴とする。
【0013】
また、請求項6に記載の発明は、冷媒として二酸化炭素を用いたことを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1にかかる給湯・空調装置を示しており、圧縮機1と、圧縮機1の冷媒吐出側に配置され、冷媒により給湯用水を加熱し高温水を発生する給湯用熱交換器2と、圧縮機1の冷媒吐出側において給湯用熱交換器2と並列に配置され、大気に温熱を放熱する放熱用熱交換器3とが設けられており、給湯用熱交換器2と放熱用熱交換器3の出口には開閉弁2a,3aがそれぞれ取り付けられている。開閉弁2a,3aの下流側には、第1膨張弁4と、室内に配置され室内空気と熱交換して室内の空調を行う空調用熱交換器5と、第2膨張弁6と、未蒸発の冷媒を蒸発する蒸発器7とが設けられており、これらは環状に接続され、冷媒である二酸化炭素が流動するヒートポンプサイクル装置8を構成している。
【0015】
また、給湯用熱交換器2により加熱された給湯用水は、ポンプ14により貯湯タンクユニット9に供給されて貯水されるとともに、空調用熱交換器5と熱交換した空気は、送風機10により室内に吹出される。さらに、貯湯タンクユニット9には、その内部に設けられた貯湯タンク内の温度を検知する貯湯タンク内温度検知手段11が設けられ、室内には室内温度検知手段12が設けられており、貯湯タンク内温度検知手段11および室内温度検知手段12は、制御装置13と電気的に接続されている。
【0016】
貯湯タンク内温度検知手段11および室内温度検知手段12の出力は、制御装置13に入力され、制御装置13は、貯湯タンク内温度検知手段11および室内温度検知手段12の出力に応じて、第1膨張弁4および第2膨張弁6の開度と、給湯用熱交換器2と放熱用熱交換器3の切り替えを制御するとともに、室内の加熱運転および冷却運転を切り換える制御を行っている。
【0017】
給湯および空調同時運転モードの場合、制御装置13は、開閉弁2aは開、開閉弁3aは閉、第1膨張弁4は全開、第2膨張弁6は適当な絞りを有する開度となるよう制御している。
【0018】
図2は、浴室の壁に取り付けられた空調用熱交換器5と送風機10が収容されている空調ユニット15の配置図である。空調ユニット15は、吹出し風の上下方向の風向を変更する風向制御手段としてのルーバー16を備えており、ルーバー16は、加熱運転時は第1の方向17の風向き、冷却運転時は第1の方向17より下方の第2の方向18の風向きとなるように制御される。なお、19は洗濯して浴室内に干された衣服を示している。
【0019】
上記構成の本発明の実施の形態1にかかる給湯・空調装置の作用を、浴室内の衣服19を乾燥する場合を例にとり以下説明する。
【0020】
給湯および空調同時運転モードの場合、開閉弁2aは開、開閉弁3aは閉の状態となっているので、圧縮機1から吐出された冷媒は給湯用熱交換器2に流入する。超臨界領域で高温高圧状態である冷媒は、給湯用熱交換器2において、貯湯タンクユニット9の下部からポンプ14により流動する給湯用水と熱交換を行う。冷媒との熱交換により加熱された給湯用水は再び貯湯タンクユニット9に貯えられる一方、給湯用熱交換器2を流出した冷媒は、高温高圧を維持したまま全開の第1膨張弁4を通過し、空調用熱交換器5に流入する。空調用熱交換器5においては、冷媒と浴室内空気との熱交換が行なわれ、送風機10により浴室内に高温風を吹出す。低温となった冷媒は、適当な絞り開度を有する第2膨張弁6により減圧され、蒸発器7により蒸発した後、圧縮機1に戻る。
【0021】
この時、空調ユニット15の吹出し口の上下方向用風向ルーバー16は上(第1の方向17)を向いており、高温風は干されている衣服19に当たり、衣服19は加熱されて水分が蒸発する。すなわち、浴室内温度が上昇する加熱運転が行われる。浴室内温度の上昇は室内温度検知手段12により検知され、室内温度検知手段12の出力は制御手段13に入力され、制御手段13は、第1膨張弁4を全開から適当な絞り開度に、そして第2膨張弁6を適当な絞り開度から全開に設定変更する制御を行なう。
【0022】
従って、給湯用熱交換器2で給湯用水を加熱し超臨界状態にある高温高圧の冷媒は、第1膨張弁4で減圧されて低圧になり、空調用熱交換器5において浴室空気と熱交換して蒸発する。そして送風機10により浴室内に露点温度以下の冷却風を吹出し浴室内を除湿する冷却運転を行なう。第2膨張弁6は全開になっているので、未蒸発の冷媒が流動しても蒸発器7ですべて蒸発された後、圧縮機1に戻る。空調ユニット15の上下方向用風向ルーバー16は下(第2の方向18)を向いており、冷却風は干されている衣服19に当たらず周囲の空気を冷却する。
【0023】
その結果、高温風で加熱された衣服の温度はあまり低下せず、さらに冷却風は衣服の周囲の空気を冷却し除湿するので、乾燥の推進力となる衣服温度に相当する飽和空気の絶対湿度と雰囲気の絶対湿度の差は大きいまま維持される。従って、衣類からの水分蒸発と室内雰囲気中の除湿を有効に行なうことができるので、衣類乾燥を効率よく行うことができ乾燥時間を大幅に短縮することができる。
【0024】
さらに、このような高温風を吹出す加熱運転および冷却風を吹出す冷却運転を交互に切替える際、圧縮機1を停止させることがないので圧縮機1の停止および再起動時に生じる時間ロスがなく、短時間で効率よく除湿乾燥を行うことができる。
【0025】
また、貯湯タンクユニット9が高温水で満杯になると、貯湯タンク内温度検知手段11の出力を受けて、制御装置13が開閉弁2aを閉に開閉弁3aを開にする制御を行なうので、圧縮機1、放熱用熱交換器3、第1膨張弁4、空調用熱交換器5、第2膨張弁6、蒸発器7の構成により、ヒートポンプサイクルを形成し、空調モードの単独運転を行うことができる。この時も、前述の加熱・冷却運転の円滑な切替えおよびその運転に連動した風向の切替えを同様に行うことができるので、同様に衣類乾燥を効率よく行うことができ、乾燥時間を大幅に短縮することができる。
【0026】
さらに、空調ユニット15の送風機10を停止させることで、給湯モードの単独運転が可能であることはいうまでもない。
【0027】
実施の形態2.
図3は、本発明の実施の形態2にかかる給湯・空調装置を示しており、実施の形態1と同様の構成部品は同様の番号を付し、説明を省略する。
【0028】
図3に示される給湯・空調装置においては、圧縮機1の冷媒吐出側に給湯用熱交換器2と並列に配置され、給湯用熱交換器2をバイパスするバイパス回路23が設けられており、バイパス回路23には、開閉弁23aが取り付けられている。
【0029】
また、室内に設けられる空調ユニット24内には、再熱熱交換器25aと、除湿用膨張弁26と、冷却用熱交換器25bとが順に接続されており、室内空気を冷却用熱交換器25bにより過冷却して除湿した後、再熱熱交換器25aにより加熱して室内空気の温度と湿度を制御する空調を行なう。冷却用熱交換器25bの下流側には、主膨張弁27と蒸発器28とが接続されており、これらは環状に接続され、冷媒である二酸化炭素が流動するヒートポンプサイクル装置29を構成している。
【0030】
さらに、貯湯タンク内温度検知手段11とともに、室内温度と湿度の検知手段30が制御装置31に電気的に接続されており、貯湯タンク内温度検知手段11および室内温度・湿度検知手段30の出力に応じて、制御装置31は、除湿用膨張弁26および主膨張弁27の開度と、給湯用熱交換器2とバイパス回路23の切り替えを制御するとともに、室内の吹出し風の温度および湿度を制御している。
【0031】
給湯および空調同時運転モードの場合、制御装置31は、開閉弁2aは開、開閉弁23aは閉とし、除湿用膨張弁26と主膨張弁27はモード検知信号により適当な開度となるよう制御している。
【0032】
図4は、浴室内に取り付けられた空調ユニット24の配置図であり、空調ユニット24は、吹出し風の上下方向の風向を変更するルーバー16を備えている。ルーバー16は、加熱運転時は第1の方向17の風向き、冷却運転時は第1の方向17より下方の第2の方向18の風向きとなるように制御される。
【0033】
上記構成の本発明の実施の形態2にかかる給湯・空調装置の作用を、浴室内の衣服19を乾燥する場合を例にとり以下説明する。
【0034】
給湯および空調同時運転モードの場合、開閉弁2aは開、開閉弁23aは閉の状態となっているので、圧縮機1から吐出された冷媒は給湯用熱交換器2に流入する。超臨界領域で高温高圧状態である冷媒は、給湯用熱交換器2において、貯湯タンクユニット9の下部からポンプ14により流動する給湯用水と熱交換を行う。加熱された給湯用水は再び貯湯タンクユニット9に貯えられる一方、給湯用熱交換器2を流出した冷媒は、高温高圧を維持したまま空調ユニット24の再熱熱交換器25aに流入する。さらに、適当な開度になって絞り機能をもつ除湿用膨張弁26で減圧された冷媒は、冷却用熱交換器25bに流入した後、全開となっている主膨張弁27および蒸発器28を通過して圧縮機1に戻る。
【0035】
再熱熱交換器25aおよび冷却用熱交換器25bは直列に配置され、また冷却用熱交換器25bが風上側に配置されているので、吸込まれた浴室内空気は除湿と温度を制御され浴室に吹出される。その際、制御装置31により除湿用膨張弁26と主膨張弁27の開度とともに蒸発器28の送風機28aの風量を制御することで、再熱熱交換器25aの圧力・温度および冷却用熱交換器25bの圧力を設定することが可能となり、高温度・低除湿能力風および低温度・高除湿能力風を吹出すことが可能となる。
【0036】
そして、空調ユニット24の吹出し口の上下方向用風向ルーバー16は高温度・低除湿能力風時には上(第1の方向17)を向いており、吹出し風は干されている衣服19に当たり、衣服19は加熱され水分が蒸発し、雰囲気中の温度および絶対湿度は上昇する。さらに、室内温度・湿度検知手段30の出力を受けて、制御装置31は、低温度・高除湿能力風を吹出す上下方向用風向ルーバー16を下(第2の方向18)に向けるよう制御を行なう。従って、吹出された低温度・高除湿能力風は干されている衣服19に当たらないので、衣服温度はあまり低下せず衣服からの水分蒸発を阻害することがないので、雰囲気の絶対湿度を下げることが可能となる。
【0037】
従って、乾燥の推進力となる衣服温度に相当する飽和空気の絶対湿度と雰囲気の絶対湿度の差は乾燥中大きいまま維持され、衣類からの水分蒸発と室内雰囲気中の除湿を有効に行なうことができるので、衣類乾燥を効率よく行うことができ乾燥時間を大幅に短縮することができる。
【0038】
さらに、このような高温度・低除湿能力風と低温度・高除湿能力風の切替を、圧縮機1を停止させることなく行うことができるので、圧縮機1の停止および再起動時に生じる時間ロスがなく、短時間で効率よく除湿乾燥を行うことができる。
【0039】
また、貯湯タンクユニット9が高温水で満杯になると、貯湯タンク内温度検知手段11の出力を受けて、制御装置13が開閉弁2aを閉に開閉弁23aを開にする制御を行なうので、圧縮機1、バイパス回路23、再熱熱交換器25a、除湿用膨張弁26、冷却用熱交換器25a、主膨張弁27、蒸発器28の構成でヒートポンプサイクルを形成し、空調モードの単独運転を行うことができる。この時も、前述の高温度・低除湿能力風と低温度・高除湿能力風運転の円滑な切替えおよびその運転に連動した風向の切替えを同様に行うことができるので、同様に衣類乾燥を効率よく行うことができ、乾燥時間を大幅に短縮することができる。
【0040】
さらに、空調ユニット24の送風機10を停止させることで、給湯モードの単独運転が可能であることはいうまでもない。
【0041】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
本発明のうちで請求項1に記載の発明によれば、高圧側で臨界点を超える冷媒を用いたヒートポンプサイクルを基本とし、給湯機能と空調機能を有する装置であり、給湯あるいは空調の単独運転だけでなく、両モードの同時運転も可能となり、温熱および冷熱を有効に活用し効率のよい運転を可能とするとともに、例えば室内の除湿乾燥運転時の加熱・冷却運転を切替えることで効率的な除湿乾燥が可能となる。また、加熱・冷却運転を切替る際、圧縮機を停止させることがないので、圧縮機の停止および再起動時に生じる時間ロスがなく、大幅な乾燥時間の短縮化が可能となる。
【0042】
また、請求項2に記載の発明によれば、風向制御手段により吹出し風の吹出す方向を制御することができるので、例えば室内に干されている衣類を乾燥する場合、加熱運転時は吹出し風を衣類に向けて吹出す一方、冷却運転時は吹出し風を衣類の周囲に向けて吹出すことができ、衣類からの水分蒸発と室内雰囲気中の除湿を有効に行なうことができる。従って、衣類乾燥を効率よく行うことができ、乾燥時間を大幅に短縮することができる。
【0043】
さらに、請求項3に記載の発明によれば、高圧側で臨界点を超える冷媒を用いたヒートポンプサイクルを基本とし、給湯機能と再熱除湿が可能な空調機能を有する装置であり、給湯あるいは空調の単独運転だけでなく、両モードの同時運転も可能となり、温熱および冷熱を有効に活用して、効率的な運転を実現できる。また、室内への吹出し風の温湿度を効果的に制御することができるので、短時間で効率よく除湿乾燥を行うことができる。
【0044】
また、請求項4に記載の発明によれば、高温度・低除湿能力風および低温度・高除湿能力風を実現するモードを設け、室内温度・湿度検知手段の出力に応じて両モード運転を切替えるので、例えば衣類からの水分蒸発と室内雰囲気中の除湿を有効に行なうことができる。従って、衣類乾燥を効率よく行うことができ、乾燥時間を大幅に短縮することができる。
【0045】
また、請求項5に記載の発明によれば、風向制御手段により吹出し風の吹出す方向を制御することができるので、例えば室内に干されている衣類を乾燥する場合、高温度・低除湿能力風運転時は吹出し風を衣類に向けて吹出す一方、低温度・高除湿能力風運転時は吹出し風を衣類の周囲に向けて吹出すことができ、衣類からの水分蒸発と室内雰囲気中の除湿を有効に行なうことができる。従って、衣類乾燥を効率よく行うことができ、乾燥時間を大幅に短縮することができる。
【0046】
また、請求項6に記載の発明によれば、冷媒として二酸化炭素を用いているので効果的なフロン対策を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1にかかる給湯・空調装置の構成図である。
【図2】図1の給湯・空調装置に設けられた空調ユニットを浴室に設けた場合の浴室内の状態を示す概略図である。
【図3】本発明の実施の形態2にかかる給湯・空調装置の構成図である。
【図4】図3の給湯・空調装置に設けられた空調ユニットを浴室に設けた場合の浴室内の状態を示す概略図である。
【符号の説明】
1 圧縮機、 2 給湯用熱交換器、 3 放熱用熱交換器、
2a,3a,23a 開閉弁、 4 第1膨張弁、 5 空調用熱交換器、
6 第2膨張弁、 7,28 蒸発器、
8,29 ヒートポンプサイクル装置、 9 貯湯タンクユニット、
10,28a 送風機、 11 貯湯タンク内温度検知手段、
12 室内温度検知手段、 13,31 制御装置、 14 ポンプ、
15,24 空調ユニット、 16 ルーバー、 25a 再熱熱交換器、
25b 冷却用熱交換器、 26 除湿用膨張弁、 27 主膨張弁、
30 室内温度・湿度検知手段。
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧側で臨界点を超える冷媒を作動させるヒートポンプサイクルを用い、給湯機能と空調機能を兼ね備えた給湯・空調装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、蒸気圧縮式冷凍サイクルに使用される冷媒の脱フロン対策の一つとして、例えば二酸化炭素(CO2)を使用した蒸気圧縮式冷凍サイクルが提案されている。二酸化炭素冷媒は、その特性から貯湯式ヒートポンプ給湯機に応用された商品がすでに普及しようとしている。ヒートポンプ給湯機は深夜電力を用いて運転されるのが一般的で、高圧側の凝縮器や、二酸化炭素のような超臨界状態で用いられる冷媒ではガスクーラーにおいて、温熱により給湯用水は加熱されタンクに貯湯される。CO2を用いたヒートポンプ給湯機は、自然環境への負荷が小さいばかりでなく、安価な深夜電力を用いることができ、成績係数(COP)が1を超えることからランニングコストもガスより優位であり、最近特に注目されている。
【0003】
また、最近では、浴室の暖房を兼ねた除湿乾燥空調機が普及しつつあり、生活パタ−ンの変化から共働きの家庭では、昼間は洗濯物が干せないこともあり、夜間に洗濯を行ない浴室に洗濯物を干して乾燥させるという使用方法が増えつつある。なお、従来の浴室用除湿乾燥空調機としては、ガス燃焼による温水式、電気ヒーター式あるいはヒートポンプ式があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、CO2ヒートポンプ給湯機においては、高圧側の温熱は有効に活用されても低圧側の蒸発器において冷熱は大気と熱交換をするだけで、有効に活用されていなかった。
【0005】
また、浴室用除湿乾燥空調機において、従来のガス温水式あるいは電気ヒーター式は、吸込んだ空気を加熱し循環させるとともに一部の室内空気を屋外に排出し換気することで衣類乾燥を行なうものであり、効率が非常に悪い。さらに、特開平9−285695号公報に開示されているように、換気風量とヒーターへの通電量を最適化することで効率を改善する発明も提案されているが、まだまだ不十分であった。
【0006】
一方、ヒートポンプ式においては、蒸発器と凝縮器を直列に配置し、空気の過冷却により水分を除湿し絶対湿度を低下させることは可能である。しかしながら、吸込み空気の温度を大幅に上昇させることは困難であるため、衣類温度を上昇させて水分の蒸発を促進し、雰囲気の相対湿度を下げる効果は小さいという課題を有していた。これを改善するために、特開平6−134190号公報に開示されているように、加熱運転と冷却運転を交互に行なう発明も提案されている。しかしながら、通常圧縮機を停止すると、高低圧がある程度均圧しないと再起動ができないため、時間のロスが生じるという課題があった。
【0007】
本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、超臨界流体を冷媒として用い、給湯あるいは室内空調の単独運転のみならず両モードの同時運転も可能で、両モードの同時運転に際し、温熱・冷熱を有効に活用することにより、極めて効率的な運転が可能な給湯・空調装置を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のうちで請求項1に記載の給湯・空調装置は、圧縮機、給湯用熱交換器、該給湯用熱交換器と並列に配置された放熱用熱交換器、第1膨張弁、室内の空調を行なう空調用熱交換器、第2膨張弁、蒸発器が環状に接続されて構成されるとともに、第1の圧力と該第1の圧力よりも高い第2の圧力との間で圧力が変化し第2の圧力側で臨界点を超える冷媒が流動するヒートポンプサイクル装置と、前記給湯用熱交換器により加熱された給湯用水を貯える貯湯タンクユニットと、空調用熱交換器と熱交換した空気を室内に吹出す送風機と、前記貯湯タンクユニット内に設けられた貯湯タンク内の温度を検知する貯湯タンク内温度検知手段と、室内の温度を検知する室内温度検知手段と、前記貯湯タンク内温度検知手段および前記室内温度検知手段の出力に応じて、前記第1および第2膨張弁の開度と、前記給湯用熱交換器および前記放熱用熱交換器の切替と、室内の加熱運転および冷却運転の切替とを制御する制御装置とを備えたことを特徴とする。
【0009】
また、請求項2に記載の発明は、前記空調用熱交換器および前記送風機を空調ユニットに収容するとともに、加熱運転時は吹出し風を第1の方向に吹出す一方、冷却運転時は吹出し風を第1の方向とは異なる第2の方向に吹出す風向制御手段を前記空調ユニットに設けたことを特徴とする。
【0010】
さらに、請求項3に記載の給湯・空調装置は、圧縮機、給湯用熱交換器、該給湯用熱交換器と並列に配置され給湯用熱交換器をバイパスするバイパス回路、室内の空調を行なう再熱熱交換器、除湿用膨張弁、室内の空調を行なう冷却用熱交換器、主膨張弁、蒸発器が環状に接続されて構成されるとともに、第1の圧力と該第1の圧力よりも高い第2の圧力との間で圧力が変化し第2の圧力側で臨界点を超える冷媒が流動するヒートポンプサイクル装置と、前記給湯用熱交換器により加熱された給湯用水を貯える貯湯タンクユニットと、前記貯湯タンクユニット内に設けられた貯湯タンク内の温度を検知する貯湯タンク内温度検知手段と、室内温度および室内湿度を検知する室内温度・湿度検知手段と、前記貯湯タンク内温度検知手段および前記室内温度・湿度検知手段の出力に応じて、前記除湿用膨張弁および前記主膨張弁の開度と、前記給湯用熱交換器と前記バイパス回路の切替と、室内への吹出し風の温度および湿度とを制御する制御装置とを備えたことを特徴とする。
【0011】
また、請求項4に記載の発明は、高温度・低除湿能力風を室内に吹出す第1のモードと、低温度・高除湿能力風を室内に吹出す第2のモードとを設け、前記室内温度・湿度検知手段の出力に応じて、前記制御装置が第1および第2のモード運転を切替えるようにしたことを特徴とする。
【0012】
また、請求項5に記載の発明は、前記再熱熱交換器および前記冷却用熱交換器を空調ユニットに収容するとともに、第1のモード運転時は吹出し風を第1の方向に吹出す一方、第2のモード運転時は吹出し風を第1の方向とは異なる第2の方向に吹出す風向制御手段を前記空調ユニットに設けたことを特徴とする。
【0013】
また、請求項6に記載の発明は、冷媒として二酸化炭素を用いたことを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1にかかる給湯・空調装置を示しており、圧縮機1と、圧縮機1の冷媒吐出側に配置され、冷媒により給湯用水を加熱し高温水を発生する給湯用熱交換器2と、圧縮機1の冷媒吐出側において給湯用熱交換器2と並列に配置され、大気に温熱を放熱する放熱用熱交換器3とが設けられており、給湯用熱交換器2と放熱用熱交換器3の出口には開閉弁2a,3aがそれぞれ取り付けられている。開閉弁2a,3aの下流側には、第1膨張弁4と、室内に配置され室内空気と熱交換して室内の空調を行う空調用熱交換器5と、第2膨張弁6と、未蒸発の冷媒を蒸発する蒸発器7とが設けられており、これらは環状に接続され、冷媒である二酸化炭素が流動するヒートポンプサイクル装置8を構成している。
【0015】
また、給湯用熱交換器2により加熱された給湯用水は、ポンプ14により貯湯タンクユニット9に供給されて貯水されるとともに、空調用熱交換器5と熱交換した空気は、送風機10により室内に吹出される。さらに、貯湯タンクユニット9には、その内部に設けられた貯湯タンク内の温度を検知する貯湯タンク内温度検知手段11が設けられ、室内には室内温度検知手段12が設けられており、貯湯タンク内温度検知手段11および室内温度検知手段12は、制御装置13と電気的に接続されている。
【0016】
貯湯タンク内温度検知手段11および室内温度検知手段12の出力は、制御装置13に入力され、制御装置13は、貯湯タンク内温度検知手段11および室内温度検知手段12の出力に応じて、第1膨張弁4および第2膨張弁6の開度と、給湯用熱交換器2と放熱用熱交換器3の切り替えを制御するとともに、室内の加熱運転および冷却運転を切り換える制御を行っている。
【0017】
給湯および空調同時運転モードの場合、制御装置13は、開閉弁2aは開、開閉弁3aは閉、第1膨張弁4は全開、第2膨張弁6は適当な絞りを有する開度となるよう制御している。
【0018】
図2は、浴室の壁に取り付けられた空調用熱交換器5と送風機10が収容されている空調ユニット15の配置図である。空調ユニット15は、吹出し風の上下方向の風向を変更する風向制御手段としてのルーバー16を備えており、ルーバー16は、加熱運転時は第1の方向17の風向き、冷却運転時は第1の方向17より下方の第2の方向18の風向きとなるように制御される。なお、19は洗濯して浴室内に干された衣服を示している。
【0019】
上記構成の本発明の実施の形態1にかかる給湯・空調装置の作用を、浴室内の衣服19を乾燥する場合を例にとり以下説明する。
【0020】
給湯および空調同時運転モードの場合、開閉弁2aは開、開閉弁3aは閉の状態となっているので、圧縮機1から吐出された冷媒は給湯用熱交換器2に流入する。超臨界領域で高温高圧状態である冷媒は、給湯用熱交換器2において、貯湯タンクユニット9の下部からポンプ14により流動する給湯用水と熱交換を行う。冷媒との熱交換により加熱された給湯用水は再び貯湯タンクユニット9に貯えられる一方、給湯用熱交換器2を流出した冷媒は、高温高圧を維持したまま全開の第1膨張弁4を通過し、空調用熱交換器5に流入する。空調用熱交換器5においては、冷媒と浴室内空気との熱交換が行なわれ、送風機10により浴室内に高温風を吹出す。低温となった冷媒は、適当な絞り開度を有する第2膨張弁6により減圧され、蒸発器7により蒸発した後、圧縮機1に戻る。
【0021】
この時、空調ユニット15の吹出し口の上下方向用風向ルーバー16は上(第1の方向17)を向いており、高温風は干されている衣服19に当たり、衣服19は加熱されて水分が蒸発する。すなわち、浴室内温度が上昇する加熱運転が行われる。浴室内温度の上昇は室内温度検知手段12により検知され、室内温度検知手段12の出力は制御手段13に入力され、制御手段13は、第1膨張弁4を全開から適当な絞り開度に、そして第2膨張弁6を適当な絞り開度から全開に設定変更する制御を行なう。
【0022】
従って、給湯用熱交換器2で給湯用水を加熱し超臨界状態にある高温高圧の冷媒は、第1膨張弁4で減圧されて低圧になり、空調用熱交換器5において浴室空気と熱交換して蒸発する。そして送風機10により浴室内に露点温度以下の冷却風を吹出し浴室内を除湿する冷却運転を行なう。第2膨張弁6は全開になっているので、未蒸発の冷媒が流動しても蒸発器7ですべて蒸発された後、圧縮機1に戻る。空調ユニット15の上下方向用風向ルーバー16は下(第2の方向18)を向いており、冷却風は干されている衣服19に当たらず周囲の空気を冷却する。
【0023】
その結果、高温風で加熱された衣服の温度はあまり低下せず、さらに冷却風は衣服の周囲の空気を冷却し除湿するので、乾燥の推進力となる衣服温度に相当する飽和空気の絶対湿度と雰囲気の絶対湿度の差は大きいまま維持される。従って、衣類からの水分蒸発と室内雰囲気中の除湿を有効に行なうことができるので、衣類乾燥を効率よく行うことができ乾燥時間を大幅に短縮することができる。
【0024】
さらに、このような高温風を吹出す加熱運転および冷却風を吹出す冷却運転を交互に切替える際、圧縮機1を停止させることがないので圧縮機1の停止および再起動時に生じる時間ロスがなく、短時間で効率よく除湿乾燥を行うことができる。
【0025】
また、貯湯タンクユニット9が高温水で満杯になると、貯湯タンク内温度検知手段11の出力を受けて、制御装置13が開閉弁2aを閉に開閉弁3aを開にする制御を行なうので、圧縮機1、放熱用熱交換器3、第1膨張弁4、空調用熱交換器5、第2膨張弁6、蒸発器7の構成により、ヒートポンプサイクルを形成し、空調モードの単独運転を行うことができる。この時も、前述の加熱・冷却運転の円滑な切替えおよびその運転に連動した風向の切替えを同様に行うことができるので、同様に衣類乾燥を効率よく行うことができ、乾燥時間を大幅に短縮することができる。
【0026】
さらに、空調ユニット15の送風機10を停止させることで、給湯モードの単独運転が可能であることはいうまでもない。
【0027】
実施の形態2.
図3は、本発明の実施の形態2にかかる給湯・空調装置を示しており、実施の形態1と同様の構成部品は同様の番号を付し、説明を省略する。
【0028】
図3に示される給湯・空調装置においては、圧縮機1の冷媒吐出側に給湯用熱交換器2と並列に配置され、給湯用熱交換器2をバイパスするバイパス回路23が設けられており、バイパス回路23には、開閉弁23aが取り付けられている。
【0029】
また、室内に設けられる空調ユニット24内には、再熱熱交換器25aと、除湿用膨張弁26と、冷却用熱交換器25bとが順に接続されており、室内空気を冷却用熱交換器25bにより過冷却して除湿した後、再熱熱交換器25aにより加熱して室内空気の温度と湿度を制御する空調を行なう。冷却用熱交換器25bの下流側には、主膨張弁27と蒸発器28とが接続されており、これらは環状に接続され、冷媒である二酸化炭素が流動するヒートポンプサイクル装置29を構成している。
【0030】
さらに、貯湯タンク内温度検知手段11とともに、室内温度と湿度の検知手段30が制御装置31に電気的に接続されており、貯湯タンク内温度検知手段11および室内温度・湿度検知手段30の出力に応じて、制御装置31は、除湿用膨張弁26および主膨張弁27の開度と、給湯用熱交換器2とバイパス回路23の切り替えを制御するとともに、室内の吹出し風の温度および湿度を制御している。
【0031】
給湯および空調同時運転モードの場合、制御装置31は、開閉弁2aは開、開閉弁23aは閉とし、除湿用膨張弁26と主膨張弁27はモード検知信号により適当な開度となるよう制御している。
【0032】
図4は、浴室内に取り付けられた空調ユニット24の配置図であり、空調ユニット24は、吹出し風の上下方向の風向を変更するルーバー16を備えている。ルーバー16は、加熱運転時は第1の方向17の風向き、冷却運転時は第1の方向17より下方の第2の方向18の風向きとなるように制御される。
【0033】
上記構成の本発明の実施の形態2にかかる給湯・空調装置の作用を、浴室内の衣服19を乾燥する場合を例にとり以下説明する。
【0034】
給湯および空調同時運転モードの場合、開閉弁2aは開、開閉弁23aは閉の状態となっているので、圧縮機1から吐出された冷媒は給湯用熱交換器2に流入する。超臨界領域で高温高圧状態である冷媒は、給湯用熱交換器2において、貯湯タンクユニット9の下部からポンプ14により流動する給湯用水と熱交換を行う。加熱された給湯用水は再び貯湯タンクユニット9に貯えられる一方、給湯用熱交換器2を流出した冷媒は、高温高圧を維持したまま空調ユニット24の再熱熱交換器25aに流入する。さらに、適当な開度になって絞り機能をもつ除湿用膨張弁26で減圧された冷媒は、冷却用熱交換器25bに流入した後、全開となっている主膨張弁27および蒸発器28を通過して圧縮機1に戻る。
【0035】
再熱熱交換器25aおよび冷却用熱交換器25bは直列に配置され、また冷却用熱交換器25bが風上側に配置されているので、吸込まれた浴室内空気は除湿と温度を制御され浴室に吹出される。その際、制御装置31により除湿用膨張弁26と主膨張弁27の開度とともに蒸発器28の送風機28aの風量を制御することで、再熱熱交換器25aの圧力・温度および冷却用熱交換器25bの圧力を設定することが可能となり、高温度・低除湿能力風および低温度・高除湿能力風を吹出すことが可能となる。
【0036】
そして、空調ユニット24の吹出し口の上下方向用風向ルーバー16は高温度・低除湿能力風時には上(第1の方向17)を向いており、吹出し風は干されている衣服19に当たり、衣服19は加熱され水分が蒸発し、雰囲気中の温度および絶対湿度は上昇する。さらに、室内温度・湿度検知手段30の出力を受けて、制御装置31は、低温度・高除湿能力風を吹出す上下方向用風向ルーバー16を下(第2の方向18)に向けるよう制御を行なう。従って、吹出された低温度・高除湿能力風は干されている衣服19に当たらないので、衣服温度はあまり低下せず衣服からの水分蒸発を阻害することがないので、雰囲気の絶対湿度を下げることが可能となる。
【0037】
従って、乾燥の推進力となる衣服温度に相当する飽和空気の絶対湿度と雰囲気の絶対湿度の差は乾燥中大きいまま維持され、衣類からの水分蒸発と室内雰囲気中の除湿を有効に行なうことができるので、衣類乾燥を効率よく行うことができ乾燥時間を大幅に短縮することができる。
【0038】
さらに、このような高温度・低除湿能力風と低温度・高除湿能力風の切替を、圧縮機1を停止させることなく行うことができるので、圧縮機1の停止および再起動時に生じる時間ロスがなく、短時間で効率よく除湿乾燥を行うことができる。
【0039】
また、貯湯タンクユニット9が高温水で満杯になると、貯湯タンク内温度検知手段11の出力を受けて、制御装置13が開閉弁2aを閉に開閉弁23aを開にする制御を行なうので、圧縮機1、バイパス回路23、再熱熱交換器25a、除湿用膨張弁26、冷却用熱交換器25a、主膨張弁27、蒸発器28の構成でヒートポンプサイクルを形成し、空調モードの単独運転を行うことができる。この時も、前述の高温度・低除湿能力風と低温度・高除湿能力風運転の円滑な切替えおよびその運転に連動した風向の切替えを同様に行うことができるので、同様に衣類乾燥を効率よく行うことができ、乾燥時間を大幅に短縮することができる。
【0040】
さらに、空調ユニット24の送風機10を停止させることで、給湯モードの単独運転が可能であることはいうまでもない。
【0041】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
本発明のうちで請求項1に記載の発明によれば、高圧側で臨界点を超える冷媒を用いたヒートポンプサイクルを基本とし、給湯機能と空調機能を有する装置であり、給湯あるいは空調の単独運転だけでなく、両モードの同時運転も可能となり、温熱および冷熱を有効に活用し効率のよい運転を可能とするとともに、例えば室内の除湿乾燥運転時の加熱・冷却運転を切替えることで効率的な除湿乾燥が可能となる。また、加熱・冷却運転を切替る際、圧縮機を停止させることがないので、圧縮機の停止および再起動時に生じる時間ロスがなく、大幅な乾燥時間の短縮化が可能となる。
【0042】
また、請求項2に記載の発明によれば、風向制御手段により吹出し風の吹出す方向を制御することができるので、例えば室内に干されている衣類を乾燥する場合、加熱運転時は吹出し風を衣類に向けて吹出す一方、冷却運転時は吹出し風を衣類の周囲に向けて吹出すことができ、衣類からの水分蒸発と室内雰囲気中の除湿を有効に行なうことができる。従って、衣類乾燥を効率よく行うことができ、乾燥時間を大幅に短縮することができる。
【0043】
さらに、請求項3に記載の発明によれば、高圧側で臨界点を超える冷媒を用いたヒートポンプサイクルを基本とし、給湯機能と再熱除湿が可能な空調機能を有する装置であり、給湯あるいは空調の単独運転だけでなく、両モードの同時運転も可能となり、温熱および冷熱を有効に活用して、効率的な運転を実現できる。また、室内への吹出し風の温湿度を効果的に制御することができるので、短時間で効率よく除湿乾燥を行うことができる。
【0044】
また、請求項4に記載の発明によれば、高温度・低除湿能力風および低温度・高除湿能力風を実現するモードを設け、室内温度・湿度検知手段の出力に応じて両モード運転を切替えるので、例えば衣類からの水分蒸発と室内雰囲気中の除湿を有効に行なうことができる。従って、衣類乾燥を効率よく行うことができ、乾燥時間を大幅に短縮することができる。
【0045】
また、請求項5に記載の発明によれば、風向制御手段により吹出し風の吹出す方向を制御することができるので、例えば室内に干されている衣類を乾燥する場合、高温度・低除湿能力風運転時は吹出し風を衣類に向けて吹出す一方、低温度・高除湿能力風運転時は吹出し風を衣類の周囲に向けて吹出すことができ、衣類からの水分蒸発と室内雰囲気中の除湿を有効に行なうことができる。従って、衣類乾燥を効率よく行うことができ、乾燥時間を大幅に短縮することができる。
【0046】
また、請求項6に記載の発明によれば、冷媒として二酸化炭素を用いているので効果的なフロン対策を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1にかかる給湯・空調装置の構成図である。
【図2】図1の給湯・空調装置に設けられた空調ユニットを浴室に設けた場合の浴室内の状態を示す概略図である。
【図3】本発明の実施の形態2にかかる給湯・空調装置の構成図である。
【図4】図3の給湯・空調装置に設けられた空調ユニットを浴室に設けた場合の浴室内の状態を示す概略図である。
【符号の説明】
1 圧縮機、 2 給湯用熱交換器、 3 放熱用熱交換器、
2a,3a,23a 開閉弁、 4 第1膨張弁、 5 空調用熱交換器、
6 第2膨張弁、 7,28 蒸発器、
8,29 ヒートポンプサイクル装置、 9 貯湯タンクユニット、
10,28a 送風機、 11 貯湯タンク内温度検知手段、
12 室内温度検知手段、 13,31 制御装置、 14 ポンプ、
15,24 空調ユニット、 16 ルーバー、 25a 再熱熱交換器、
25b 冷却用熱交換器、 26 除湿用膨張弁、 27 主膨張弁、
30 室内温度・湿度検知手段。
Claims (6)
- 圧縮機、給湯用熱交換器、該給湯用熱交換器と並列に配置された放熱用熱交換器、第1膨張弁、室内の空調を行なう空調用熱交換器、第2膨張弁、蒸発器が環状に接続されて構成されるとともに、第1の圧力と該第1の圧力よりも高い第2の圧力との間で圧力が変化し第2の圧力側で臨界点を超える冷媒が流動するヒートポンプサイクル装置と、前記給湯用熱交換器により加熱された給湯用水を貯える貯湯タンクユニットと、空調用熱交換器と熱交換した空気を室内に吹出す送風機と、前記貯湯タンクユニット内に設けられた貯湯タンク内の温度を検知する貯湯タンク内温度検知手段と、室内の温度を検知する室内温度検知手段と、前記貯湯タンク内温度検知手段および前記室内温度検知手段の出力に応じて、前記第1および第2膨張弁の開度と、前記給湯用熱交換器および前記放熱用熱交換器の切替と、室内の加熱運転および冷却運転の切替とを制御する制御装置とを備えたことを特徴とする給湯・空調装置。
- 前記空調用熱交換器および前記送風機を空調ユニットに収容するとともに、加熱運転時は吹出し風を第1の方向に吹出す一方、冷却運転時は吹出し風を第1の方向とは異なる第2の方向に吹出す風向制御手段を前記空調ユニットに設けた請求項1に記載の給湯・空調装置。
- 圧縮機、給湯用熱交換器、該給湯用熱交換器と並列に配置され給湯用熱交換器をバイパスするバイパス回路、室内の空調を行なう再熱熱交換器、除湿用膨張弁、室内の空調を行なう冷却用熱交換器、主膨張弁、蒸発器が環状に接続されて構成されるとともに、第1の圧力と該第1の圧力よりも高い第2の圧力との間で圧力が変化し第2の圧力側で臨界点を超える冷媒が流動するヒートポンプサイクル装置と、前記給湯用熱交換器により加熱された給湯用水を貯える貯湯タンクユニットと、前記貯湯タンクユニット内に設けられた貯湯タンク内の温度を検知する貯湯タンク内温度検知手段と、室内温度および室内湿度を検知する室内温度・湿度検知手段と、前記貯湯タンク内温度検知手段および前記室内温度・湿度検知手段の出力に応じて、前記除湿用膨張弁および前記主膨張弁の開度と、前記給湯用熱交換器と前記バイパス回路の切替と、室内への吹出し風の温度および湿度とを制御する制御装置とを備えたことを特徴とする給湯・空調装置。
- 高温度・低除湿能力風を室内に吹出す第1のモードと、低温度・高除湿能力風を室内に吹出す第2のモードとを設け、前記室内温度・湿度検知手段の出力に応じて、前記制御装置が第1および第2のモード運転を切替えるようにした請求項3に記載の給湯・空調装置。
- 前記再熱熱交換器および前記冷却用熱交換器を空調ユニットに収容するとともに、第1のモード運転時は吹出し風を第1の方向に吹出す一方、第2のモード運転時は吹出し風を第1の方向とは異なる第2の方向に吹出す風向制御手段を前記空調ユニットに設けた請求項3あるいは4に記載の給湯・空調装置。
- 前記冷媒として二酸化炭素を用いた請求項1乃至5のいずれか1項に記載の給湯・空調装置。
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