JP4736727B2 - Heat pump water heater - Google Patents
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Description
本発明は、圧縮機と膨張機とが同一回転軸により回転駆動される流体搬送装置を備えるヒートポンプ給湯装置に関する。 The present invention relates to a heat pump hot water supply apparatus including a fluid conveyance device in which a compressor and an expander are rotationally driven by the same rotation shaft.
過去に「圧縮機と膨張機とを同一の回転軸で連結した流体搬送装置を利用した冷凍装置」の発明が開示されている(例えば、特許文献1および2参照)。
ところで、このような流体搬送装置では、圧縮機と膨張機との流量比(容積比)は一意に決定されることになる。このため、流体搬送装置周辺の外気温度などが変化すれば、膨張機へ流入する冷媒の量に過不足が生じるおそれがある。ここで、膨張機へ流入する冷媒の量が過少であると膨張機における動力回収効率が低下し、エネルギー効率が悪化することになる。その一方、膨張機へ流入する冷媒の量が過剰であると圧縮機が無駄に運転していることになり、エネルギーのロス(損失)になる。 By the way, in such a fluid conveyance device, the flow rate ratio (volume ratio) between the compressor and the expander is uniquely determined. For this reason, if the outside air temperature around the fluid transfer device changes, the amount of refrigerant flowing into the expander may be excessive or insufficient. Here, if the amount of the refrigerant flowing into the expander is too small, the power recovery efficiency in the expander is lowered and the energy efficiency is deteriorated. On the other hand, if the amount of refrigerant flowing into the expander is excessive, the compressor is operating wastefully, resulting in energy loss.
本発明の課題は、圧縮機と膨張機とを同一の回転軸で連結した流体搬送装置を利用したヒートポンプ給湯装置において、エネルギーを有効に利用することにある。 An object of the present invention is to effectively use energy in a heat pump water heater using a fluid conveyance device in which a compressor and an expander are connected by the same rotating shaft.
第1発明に係るヒートポンプ給湯装置は、第1流体搬送装置、第1冷媒回路、および第2冷媒回路を備える。第1流体搬送装置は、第1圧縮部および第1膨張部を有する。第1膨張部は、第1圧縮部の回転軸と連結されている。第1冷媒回路は、第1圧縮部、第1放熱器、膨張弁、および第1蒸発器を順次接続してなっている。第2冷媒回路は、圧縮装置、第2放熱器、第1膨張部、および第2蒸発器を順次接続してなっている。第1流体搬送装置の周波数は、所定の外気温度よりも低くなったときには圧縮装置よりも低くなるように、所定の外気温度よりも高くなったときには圧縮装置よりも高くなるように、制御される。 The heat pump hot water supply apparatus according to the first aspect of the present invention includes a first fluid transfer device, a first refrigerant circuit, and a second refrigerant circuit. The first fluid conveyance device has a first compression unit and a first expansion unit. The 1st expansion part is connected with the axis of rotation of the 1st compression part. The 1st refrigerant circuit has connected the 1st compression part, the 1st radiator, the expansion valve, and the 1st evaporator one by one. The 2nd refrigerant circuit has connected the compressor, the 2nd heat radiator, the 1st expansion part, and the 2nd evaporator one by one. The frequency of the first fluid transfer device is controlled so as to be lower than that of the compression device when it is lower than the predetermined outside air temperature, and higher than that of the compression device when it is higher than the predetermined outside air temperature. .
このヒートポンプ給湯装置では、第1膨張部が、第1圧縮部の回転軸と連結されている。そして、第1冷媒回路が、第1圧縮部、第1放熱器、膨張弁、および第1蒸発器を順次接続してなっている。また、第2冷媒回路が、圧縮装置、第2放熱器、第1膨張部、および第2蒸発器を順次接続してなっている。このため、このヒートポンプ給湯装置では、第2冷媒回路において、第1流体搬送装置の第1膨張部と圧縮装置とを独立して制御することができる。したがって、このヒートポンプ給湯装置では、膨張機へ流入する冷媒の量に過不足が生じないようにすることができる。その結果、このヒートポンプ給湯装置では、エネルギーを有効に利用することができる。 In this heat pump hot water supply device, the first expansion portion is connected to the rotation shaft of the first compression portion. And the 1st refrigerant circuit has connected the 1st compression part, the 1st radiator, the expansion valve, and the 1st evaporator one by one. Moreover, the 2nd refrigerant circuit has connected the compressor, the 2nd heat radiator, the 1st expansion part, and the 2nd evaporator in order. For this reason, in this heat pump hot-water supply apparatus, in the 2nd refrigerant circuit, the 1st expansion part and compression device of the 1st fluid conveyance device can be controlled independently. Therefore, in this heat pump hot water supply device, it is possible to prevent the amount of refrigerant flowing into the expander from being excessive or insufficient. As a result, in this heat pump hot water supply apparatus, energy can be used effectively.
第2発明に係るヒートポンプ給湯装置は、第1発明に係るヒートポンプ給湯装置であって、圧縮装置は、定速で回転駆動される。また、第1圧縮部と第1膨張部とは、インバータ制御される。 A heat pump hot water supply apparatus according to the second invention is the heat pump hot water supply apparatus according to the first invention, and the compression device is rotationally driven at a constant speed. The first compression unit and the first expansion unit are inverter-controlled.
このヒートポンプ給湯装置では、圧縮装置が定速で回転駆動され、第1圧縮部と第1膨張部とがインバータ制御される。このため、このヒートポンプ給湯装置では、圧縮装置と流体搬送装置の第1膨張部との冷媒循環量を最適に合わせて、流体搬送装置の第1膨張部で効率よく動力回収を行うことができる。また、このヒートポンプ給湯装置では、圧縮装置にインバータ回路が不要となる。したがって、このヒートポンプ給湯装置は、低コストで製造することが可能となる。 In this heat pump hot water supply device, the compression device is rotationally driven at a constant speed, and the first compression unit and the first expansion unit are inverter-controlled. For this reason, in this heat pump hot-water supply apparatus, the refrigerant | coolant circulation amount of a compression apparatus and the 1st expansion part of a fluid conveyance apparatus is match | combined optimally, and power recovery can be efficiently performed in the 1st expansion part of a fluid conveyance apparatus. Moreover, in this heat pump hot-water supply apparatus, an inverter circuit becomes unnecessary in a compression apparatus. Therefore, this heat pump hot water supply apparatus can be manufactured at low cost.
第1発明に係るヒートポンプ給湯装置では、第2冷媒回路において、第1流体搬送装置の第1膨張部と圧縮装置とを独立して制御することができる。したがって、このヒートポンプ給湯装置では、膨張機へ流入する冷媒の量に過不足が生じないようにすることができる。その結果、このヒートポンプ給湯装置では、エネルギーを有効に利用することができる。 In the heat pump hot water supply apparatus according to the first aspect of the present invention, in the second refrigerant circuit, the first expansion section and the compression apparatus of the first fluid conveyance device can be controlled independently. Therefore, in this heat pump hot water supply device, it is possible to prevent the amount of refrigerant flowing into the expander from being excessive or insufficient. As a result, in this heat pump hot water supply apparatus, energy can be used effectively.
第2発明に係るヒートポンプ給湯装置では、圧縮装置と流体搬送装置の第1膨張部との冷媒循環量を最適に合わせて、流体搬送装置の第1膨張部で効率よく動力回収を行うことができる。また、このヒートポンプ給湯装置では、圧縮装置にインバータ回路が不要となる。したがって、このヒートポンプ給湯装置は、低コストで製造することが可能となる。 In the heat pump hot water supply device according to the second aspect of the invention, the refrigerant circulation amount between the compression device and the first expansion portion of the fluid conveyance device is optimally matched, and power can be efficiently recovered at the first expansion portion of the fluid conveyance device . . Moreover, in this heat pump hot-water supply apparatus, an inverter circuit becomes unnecessary in a compression apparatus. Therefore, this heat pump hot water supply apparatus can be manufactured at low cost.
<第1実施形態>
ここでは、図1を用いて本発明の第1実施形態に係るヒートポンプ給湯装置1について説明する。
<First Embodiment>
Here, the heat pump hot-water supply apparatus 1 which concerns on 1st Embodiment of this invention is demonstrated using FIG.
〔ヒートポンプ給湯装置の構成〕
本発明の第1実施形態に係るヒートポンプ給湯装置1は、図1に示されるように、主に、ヒートポンプユニット10、貯湯タンクユニット30、およびこれらのユニット10,30を接続する連絡用水配管51,52から構成されている。
[Configuration of heat pump water heater]
As shown in FIG. 1, the heat pump hot water supply apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention mainly includes a
以下、ヒートポンプユニット10および貯湯タンクユニット30についてそれぞれ詳述する。
Hereinafter, the
(1)ヒートポンプユニット
ヒートポンプユニット10では、図1に示されるような冷媒回路11が形成されている。この冷媒回路11は、図1に示されるように、主冷媒回路12、バイパス配管13、およびインジェクション配管14から構成されている。なお、第1実施形態に係る冷媒回路11には冷媒としてCO2(二酸化炭素)が封入されており、この冷媒回路11では高圧側でCO2が超臨界圧力となるようにコントロールされる。
(1) Heat pump unit In the
主冷媒回路12は、図1に示されるように、主に、膨張圧縮機16、圧縮機15、水熱交換器17、空気熱交換器20、およびそれらの機器15,16,17,20を配管接続する接続用冷媒配管24A,24B,24C,24Dから構成されている。
As shown in FIG. 1, the
膨張圧縮機16には、主に、冷媒を圧縮するスクロール式圧縮機構16A、冷媒を膨張させるスクロール式膨張機構16B、ならびにスクロール式圧縮機構16Aおよびスクロール式膨張機構16Bを駆動させる電動機(図示せず)が収容されている。そして、スクロール式圧縮機構16Aとスクロール式膨張機構16Bとは電動機により回転駆動される1本の回転シャフト16Cによって連結されている。つまり、この膨張圧縮機16では、スクロール式圧縮機構16Aとスクロール式膨張機構16Bとが常時、同じ回転数で駆動されることになる。なお、この膨張圧縮機16にはインバータ回路が搭載されていないため、電動機は常時、定速回転する。また、スクロール式圧縮機構16Aは、吐出側が第1接続用冷媒配管24Aを介して水熱交換器17の入口側に接続され、吸入側が第4接続用冷媒配管24Dを介して空気熱交換器20の出口側に接続されている。スクロール式膨張機構16Bは、流入側が第2接続用冷媒配管24Bを介して水熱交換器17の出口側に接続され、流出側が第3接続用冷媒配管24Cを介して空気熱交換器20の入口側に接続されている。なお、ここで、第1接続用冷媒配管24Aおよび第4接続用冷媒配管24Dは、図1に示されるような分岐配管である。
The
圧縮機15は、インバータ制御可能なスクロール式圧縮機であって、膨張圧縮機16のスクロール式圧縮機構16Aと同様に、吐出側が第1接続用冷媒配管24Aを介して水熱交換器17の入口側に接続され、吸入側が第4接続用冷媒配管24Dを介して空気熱交換器20の出口側に接続されている。つまり、主冷媒回路12において、圧縮機15と膨張圧縮機16のスクロール式圧縮機構16Aとは、並列関係にあることになる。
The
水熱交換器17は、主に、水ジャケット(図示せず)と、水ジャケット内に配置される複数回折り返された伝熱管(図示せず)とを備えている。そして、水ジャケットは、入口側が第1水配管25に接続され、出口側が第2水配管26に接続されている。また、伝熱管は、入口側が第1接続用冷媒配管24Aを介して膨張圧縮機16のスクロール式圧縮機構16Aの吸入側および圧縮機15の吸入側に接続され、出口側が第2接続用冷媒配管24Bを介して膨張圧縮機16のスクロール式膨張機構16Bの流入側に接続されている。そして、この水熱交換器17では、第1水配管25から水ジャケットに流入する水または温水が、圧縮機から第1接続用冷媒配管24Aを通って伝熱管に流入する高温の超臨界冷媒と熱交換して高温の温水(湯)となると同時に伝熱管に流れる超臨界冷媒が冷却される。そして、超臨界冷媒との熱交換を終えた高温の温水(湯)は、その後、第2水配管26に流入する。
The
空気熱交換器20は、クロスフィン・アンド・チューブ式の熱交換器であって、入口側が第3接続用冷媒配管24Cを介して膨張圧縮機16のスクロール式膨張機構16Bの流出側に接続され、出口側が第4接続用冷媒配管24Dを介して膨張圧縮機16の圧縮機構16Aの吸入側および圧縮機15の吸入側に接続されている。そして、この空気熱交換器20では、スクロール式膨張機構16Bにより減圧された超臨界冷媒がファン21により送風される空気と熱交換してガス冷媒となると同時にその空気が冷却される。なお、ファン21は、図1に示されるように、主に、羽根車22とファンモータ23とから構成されており、羽根車22がファンモータ23により回転駆動されることにより送風機能を発揮する。
The
バイパス配管13は、図1に示されるように、第2接続用冷媒配管24Bから分岐して第3接続用冷媒配管24Cに合流する配管であって、水熱交換器17の伝熱管の出口側と空気熱交換器20の入口側とを結んでいる。そして、このバイパス配管13には、バイパス配管13を通る超臨界冷媒の流量を調節する第1冷媒量調節弁(電子膨張弁)18が設けられている。
As shown in FIG. 1, the
インジェクション配管14は、図1に示されるように、第2接続用冷媒配管24Bのうちバイパス配管13の分岐点と膨張圧縮機16のスクロール式膨張機構16Bの流入口(図示せず)との間の部分から分岐してスクロール式膨張機構16Bの膨張過程の途中に合流する配管である。そして、このインジェクション配管14には、インジェクション配管14を通る超臨界冷媒の流量を調節する第2冷媒量調節弁19が設けられている。
As shown in FIG. 1, the
なお、圧縮機15の電動機および膨張圧縮機16の電動機は、図示しない制御装置に通信接続されており、集中制御されるようになっている。
The electric motor of the
また、このヒートポンプユニット10は、屋外に設置される。
The
(2)貯湯タンクユニット
貯湯タンクユニット30は、図1に示されるように、主に、貯湯タンク31、水ポンプ32、および複数の水配管33,34,35,36から構成されている。
(2) Hot Water Storage Tank Unit As shown in FIG. 1, the hot water
貯湯タンク31は、貯湯タンク31内に貯蔵される水または温水をヒートポンプユニット10の水熱交換器17の水ジャケットに供給するための第3水配管34に接続されていると共に、ヒートポンプユニット10の水熱交換器17の水ジャケットから流出される高温の温水あるいは湯を貯湯タンク31に戻すための第4水配管33と接続されている。なお、ここで、第3水配管34は貯湯タンク31の下部から延びており、第4水配管33は貯湯タンク31の上部から延びている。また、第3水配管34は第1連絡用水配管51を介して第1水配管25に接続され、第4水配管33は第2連絡用水配管52を介して第2水配管26に接続されている。また、この貯湯タンク31は、外部からの水を貯湯タンク31に供給するための給水配管35に接続されると共に、住戸に高温の温水または湯を供給するための給湯配管36に接続されている。なお、ここで、給水配管35は貯湯タンク31の下部から延びており、給湯配管36は貯湯タンク31の上部から延びている。また、この貯湯タンク31には内部に図示しない温度センサが挿入されており、温度センサの信号値が所定の閾値(設定湯温)を下回ると、ヒートポンプユニット10および水ポンプ32が運転されるようになっている。
The hot
水ポンプ32は、第3水配管34に設けられており、貯湯タンク31に貯蔵されている水あるいは温水をヒートポンプユニット10の水熱交換器17の水ジャケットに供給する駆動源となる。
The
〔ヒートポンプ給湯装置の運転制御〕
本発明の第1実施形態に係るヒートポンプ給湯装置1は、外気温度などの要因によって運転制御が異なる。以下、目安として、中間期、夏期、および冬期におけるヒートポンプ給湯装置1の運転制御について説明する。
[Operation control of heat pump water heater]
The heat pump hot water supply apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention differs in operation control depending on factors such as the outside air temperature. Hereinafter, as a guide, operation control of the heat pump water heater 1 in the intermediate period, summer period, and winter period will be described.
(1)中間期
中間期では、第1冷媒量調節弁18および第2冷媒量調節弁19が閉状態とされる。
(1) Intermediate period In the intermediate period, the first refrigerant
そして、この状態で、圧縮機15および膨張圧縮機16が運転を開始し出すと、ガス冷媒が、圧縮機15および膨張圧縮機16のスクロール式圧縮機構16Aに吸入されて圧縮された後、超臨界状態となり、第1接続用冷媒配管24Aを通って水熱交換器17の伝熱管に送られ、水熱交換器17の水ジャケットを流れる水または温水と熱交換して冷却される。つまり、このとき、伝熱管を流れる水または温水は、加熱されて高温の温水(湯)となる。なお、この高温の温水(湯)は、水ポンプ32により貯湯タンク31に送られる。そして、貯湯タンク31に送られた高温の温水(湯)が設定湯温に達しない場合は、更にその温水(湯)が水ポンプ32により水熱交換器17に送られることになる。逆に、貯湯タンク31に送られた高温の温水(湯)が設定湯温に達した場合は、圧縮機15、膨張圧縮機16、および水ポンプ32が停止させられることになる。
When the
そして、冷却された超臨界冷媒は、第2接続用冷媒配管24Bを通って膨張圧縮機16のスクロール式膨張機構16Bに送られ、減圧された後に空気熱交換器20に供給され、ファン21から送風される空気と熱交換することにより蒸発されてガス冷媒となる。
Then, the cooled supercritical refrigerant is sent to the
そして、そのガス冷媒は、第4接続用冷媒配管24Dを通って、再び、圧縮機15および膨張圧縮機16のスクロール式圧縮機構16Aに吸入される。中間期では、このようにして、貯湯タンク31内の水の沸き上げ運転が行われる。
Then, the gas refrigerant passes through the fourth connection refrigerant pipe 24 </ b> D and is again sucked into the
(2)夏期
夏期では、第1冷媒量調節弁18が開状態とされ、第2冷媒量調節弁19が閉状態とされる。なお、第1冷媒量調節弁18の開度は、外気温度や水熱交換17に流入する水や温水の温度の変化などに基づいて決定される。
(2) Summer In the summer, the first refrigerant
そして、この状態で、圧縮機15および膨張圧縮機16が運転を開始し出すと、ガス冷媒が、圧縮機15および膨張圧縮機16のスクロール式圧縮機構16Aに吸入されて圧縮された後、超臨界状態となり、第1接続用冷媒配管24Aを通って水熱交換器17の伝熱管に送られ、水熱交換器17の水ジャケットを流れる水または温水と熱交換して冷却される。つまり、このとき、伝熱管を流れる水または温水は、加熱されて高温の温水(湯)となる。なお、この高温の温水(湯)の流れについては、中間期と同一であるので、説明を省略する。
When the
そして、冷却された超臨界冷媒は、第2接続用冷媒配管24Bを通って膨張圧縮機16のスクロール式膨張機構16Bに送られるとともに、その一部がバイパス配管13を通って第1冷媒量調節弁18に送られる。膨張圧縮機16のスクロール式膨張機構16Bおよび第1冷媒量調節弁18に送られた超臨界冷媒は、それぞれ減圧された後に合流して空気熱交換器20に送られる。空気熱交換器20に送られた超臨界冷媒は、ファン21から送風される空気と熱交換することにより蒸発されてガス冷媒となる。
The cooled supercritical refrigerant is sent to the
そして、そのガス冷媒は、第4接続用冷媒配管24Dを通って、再び、圧縮機15および膨張圧縮機16のスクロール式圧縮機構16Aに吸入される。夏期では、このようにして、貯湯タンク31内の水の沸き上げ運転が行われる。
Then, the gas refrigerant passes through the fourth connection refrigerant pipe 24 </ b> D and is again sucked into the
(3)冬期
冬期では、第1冷媒量調節弁18が閉状態とされ、第2冷媒量調節弁19が開状態とされる。なお、第2冷媒量調節弁19の開度は、外気温度や水熱交換17に流入する水や温水の温度の変化などに基づいて決定される。
(3) Winter In the winter, the first refrigerant
そして、この状態で、圧縮機15および膨張圧縮機16が運転を開始し出すと、ガス冷媒が、圧縮機15および膨張圧縮機16のスクロール式圧縮機構16Aに吸入されて圧縮された後、超臨界状態となり、第1接続用冷媒配管24Aを通って水熱交換器17の伝熱管に送られ、水熱交換器17の水ジャケットを流れる水または温水と熱交換して冷却される。つまり、このとき、伝熱管を流れる水または温水は、加熱されて高温の温水(湯)となる。なお、この高温の温水(湯)の流れについては、中間期と同一であるので、説明を省略する。
When the
そして、冷却された超臨界冷媒は、第2接続用冷媒配管24Bを通って膨張圧縮機16のスクロール式膨張機構16Bに送られるとともに、その一部がインジェクション配管14を通ってスクロール式膨張機構16Bの膨張過程の途中に送られ、ともに減圧された後に空気熱交換器20に送られる。空気熱交換器20に送られた超臨界冷媒は、ファン21から送風される空気と熱交換することにより蒸発されてガス冷媒となる。
The cooled supercritical refrigerant is sent to the
そして、そのガス冷媒は、第4接続用冷媒配管24Dを通って、再び、圧縮機15および膨張圧縮機16のスクロール式圧縮機構16Aに吸入される。冬期では、このようにして、貯湯タンク31内の水の沸き上げ運転が行われる。
Then, the gas refrigerant passes through the fourth connection refrigerant pipe 24 </ b> D and is again sucked into the
〔ヒートポンプ給湯装置の特徴〕
(1)
本実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置1では、膨張圧縮機16のスクロール式圧縮機構16Aと圧縮機15とが、並列に配管接続されている。このため、このヒートポンプ給湯装置1では、圧縮機15のシリンダ容積、スクロール式圧縮機構16Aのシリンダ容積、およびスクロール式膨張機構16Bの吸入容積を最適化し、さらに、外気温度、水熱交換器17に流入する水または温水の温度の変化によるスクロール式圧縮機構16Aの吸入ガス密度、水熱交換器17の伝熱管の出口側における冷媒密度などを考慮して圧縮機15の電動機および膨張圧縮機16の電動機の回転数をそれぞれに決定することができる。したがって、このヒートポンプ給湯装置1では、スクロール式膨張機構16Bへ流入する冷媒の量に過不足が生じないようにすることができる。その結果、このヒートポンプ給湯装置1では、エネルギーを有効に利用することができる。
[Features of heat pump water heater]
(1)
In the heat pump hot water supply apparatus 1 according to the present embodiment, the
(2)
本実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置1では、スクロール式圧縮機構16Aとスクロール式膨張機構16Bとが定速で回転駆動され、圧縮機15がインバータ制御される。このため、このヒートポンプ給湯装置1では、膨張圧縮機16にインバータ回路が不要となる。したがって、このヒートポンプ給湯装置1は、低コストで製造することが可能となる。
(2)
In the heat pump hot water supply apparatus 1 according to the present embodiment, the
(3)
本実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置1には、主冷媒回路12に、バイパス配管13および第1冷媒量調節弁18が取り付けられている。このため、このヒートポンプ給湯装置1では、スクロール式膨張機構16Bへ流入する冷媒の量が過剰な場合に、その冷媒量を最適化することができ、ひいては圧縮機15のシリンダ容積、スクロール式圧縮機構16Aのシリンダ容積、およびスクロール式膨張機構16Bの吸入容積などの決定に幅を持たせることができる。
(3)
In heat pump hot water supply apparatus 1 according to the present embodiment,
(4)
本実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置1には、主冷媒回路12に、インジェクション配管14および第2冷媒量調節弁19が取り付けられている。このため、このヒートポンプ給湯装置1では、スクロール式膨張機構16Bへ流入する冷媒の量が過少な場合に、その冷媒量を最適化することができ、ひいては圧縮機15のシリンダ容積、スクロール式圧縮機構16Aのシリンダ容積、およびスクロール式膨張機構16Bの吸入容積などの決定に幅を持たせることができる。
(4)
In the heat pump hot water supply apparatus 1 according to the present embodiment, an
〔変形例〕
(A)
先の実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置1では、スクロール式圧縮機構16Aが搭載された膨張圧縮機16が採用されていたが、これに代えて、ロータリー式やスイング式などの他の形式の圧縮機構が搭載された膨張圧縮機が採用されてもかまわない。
[Modification]
(A)
In the heat pump hot water supply apparatus 1 according to the previous embodiment, the
(B)
先の実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置1では、スクロール式膨張機構16Bが搭載された膨張圧縮機16が採用されていたが、これに代えて、ロータリー式やスイング式などの他の形式の膨張機構が搭載された膨張圧縮機が採用されてもかまわない。
(B)
In the heat pump hot water supply apparatus 1 according to the previous embodiment, the
(C)
先の実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置1では、膨張圧縮機16の電動機が定速運転されていたが、膨張圧縮機16の電動機は、インバータ制御されてもかまわない。
(C)
In the heat pump hot water supply apparatus 1 according to the previous embodiment, the electric motor of the
なお、かかる場合、制御装置により両電動機の回転数が調節される。 In such a case, the number of rotations of both motors is adjusted by the control device.
(D)
先の実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置1では、スクロール式の圧縮機15が採用されたが、これに代えて、ロータリー式やスイング式などの他の方式の圧縮機が採用されてもかまわない。
(D)
In the heat pump hot water supply apparatus 1 according to the previous embodiment, the
(E)
先の実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置1では、主冷媒回路12に、インジェクション配管14および第2冷媒量調節弁19が取り付けられていたが、これに代えて、圧縮機15の吸入側および膨張圧縮機16のスクロール式圧縮機構16Aの吸入側の少なくとも一方に膨張弁を設けてもかまわない。また、それに代えて、第1接続用冷媒配管24Aが分岐する前の部分に膨張弁を設けてもかまわない。
(E)
In the heat pump hot water supply apparatus 1 according to the previous embodiment, the
(F)
先の実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置1では、主冷媒回路12に、バイパス配管13および第1冷媒量調節弁18ならびにインジェクション配管14および第2冷媒量調節弁19が取り付けられていたが、圧縮機15のシリンダ容積、スクロール式圧縮機構16Aのシリンダ容積、およびスクロール式膨張機構16Bの吸入容積を最適化し、さらに、外気温度、水熱交換器17に流入する水または温水の温度の変化によるスクロール式圧縮機構16Aの吸入ガス密度、水熱交換器17の伝熱管の出口側における冷媒密度などを考慮して圧縮機15の電動機および膨張圧縮機16の電動機の回転数をそれぞれに決定すれば、バイパス配管13および第1冷媒量調節弁18、ならびにインジェクション配管14および第2冷媒量調節弁19を省くことも可能である。
(F)
In the heat pump hot water supply apparatus 1 according to the previous embodiment, the
(G)
先の実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置1では、主冷媒回路12に、バイパス配管13および第1冷媒量調節弁18ならびにインジェクション配管14および第2冷媒量調節弁19が取り付けられていたが、圧縮機15のシリンダ容積、スクロール式圧縮機構16Aのシリンダ容積、およびスクロール式膨張機構16Bの吸入容積を最適化し、さらに、外気温度、水熱交換器17に流入する水または温水の温度の変化によるスクロール式圧縮機構16Aの吸入ガス密度、水熱交換器17の伝熱管の出口側における冷媒密度などを考慮して圧縮機15の電動機および膨張圧縮機16の電動機の回転数をそれぞれに決定すれば、バイパス配管13および第1冷媒量調節弁18のみを省くことも可能である。
(G)
In the heat pump hot water supply apparatus 1 according to the previous embodiment, the
(H)
先の実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置1では、主冷媒回路12に、バイパス配管13および第1冷媒量調節弁18ならびにインジェクション配管14および第2冷媒量調節弁19が取り付けられていたが、圧縮機15のシリンダ容積、スクロール式圧縮機構16Aのシリンダ容積、およびスクロール式膨張機構16Bの吸入容積を最適化し、さらに、外気温度、水熱交換器17に流入する水または温水の温度の変化によるスクロール式圧縮機構16Aの吸入ガス密度、水熱交換器17の伝熱管の出口側における冷媒密度などを考慮して圧縮機15の電動機および膨張圧縮機16の電動機の回転数をそれぞれに決定すれば、インジェクション配管14および第2冷媒量調節弁19のみを省くことも可能である。
(H)
In the heat pump hot water supply apparatus 1 according to the previous embodiment, the
(I)
先の実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置1では、冷媒回路11に冷媒としてCO2(二酸化炭素)が封入されていたが、この冷媒を、フロン系や、アンモニア、炭化水素などの冷媒としてもかまわない。ただし、かかる場合、水熱交換器17はガスクーラとして機能するのではなく凝縮器として機能することになる。
(I)
In the heat pump hot water supply apparatus 1 according to the previous embodiment, CO2 (carbon dioxide) is enclosed as a refrigerant in the refrigerant circuit 11, but this refrigerant may be a refrigerant such as a chlorofluorocarbon, ammonia, or hydrocarbon. . However, in such a case, the
(J)
先の実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置1では、水ポンプ32が貯湯タンクユニット30に設けられたが、水ポンプ32はヒートポンプユニット10に設けられてもかまわない。
(J)
In the heat pump hot water supply apparatus 1 according to the previous embodiment, the
<第2実施形態>
ここでは、図2を用いて本発明の第2実施形態に係るヒートポンプ給湯装置2について説明する。
Second Embodiment
Here, the heat pump hot-water supply apparatus 2 which concerns on 2nd Embodiment of this invention is demonstrated using FIG.
〔ヒートポンプ給湯装置の構成〕
本発明の第2実施形態に係るヒートポンプ給湯装置2は、図2に示されるように、主に、ヒートポンプユニット110、貯湯タンクユニット30、およびこれらのユニット30,110を接続する連絡用水配管151,152から構成されている。なお、本実施の形態に係る貯湯タンクユニットは、第1実施形態に係る貯湯タンクユニット30と同一であるので、同じ符号を付して説明を省略する。
[Configuration of heat pump water heater]
As shown in FIG. 2, the heat pump hot water supply apparatus 2 according to the second embodiment of the present invention mainly includes a
以下、ヒートポンプユニット110、およびヒートポンプユニット110と貯湯タンクユニット30との接続態様について詳述する。
Hereinafter, the
(1)ヒートポンプユニット
ヒートポンプユニット110では、図2に示されるような2つの冷媒回路111A,111Bが形成されている。なお、以下、符号111Aを付した冷媒回路を第1冷媒回路と称し、符号111Bを付した冷媒回路を第2冷媒回路と称する。なお、第2実施形態に係る第1冷媒回路111Aおよび第2冷媒回路111Bには冷媒としてCO2(二酸化炭素)が封入されており、これらの冷媒回路111A,111Bでは、高圧側でCO2が超臨界圧力となるようにコントロールされる。
(1) Heat Pump Unit In the
第1冷媒回路111Aは、図2に示されるように、主に、圧縮機115、第1水熱交換器17、膨張圧縮機116、第1空気熱交換器20、およびそれらの機器115,116,17,20を配管接続する接続用冷媒配管124A,124B,124C,124Dから構成される。なお、本実施の形態に係る第1水熱交換器および第1空気熱交換器は、第1実施形態に係る水熱交換器17および空気熱交換器20と同一であるので同じ符号を付して説明を省略する。また、本実施の形態において空気熱交換器20に送風を行うファンも第1実施形態に係るファン21と同一であるので同じ符号を付して説明を省略する。
As shown in FIG. 2, the first refrigerant circuit 111 </ b> A mainly includes a
圧縮機115は、定速運転されるスクロール式圧縮機であって、吐出側が第5接続用冷媒配管124Aを介して第1水熱交換器17の伝熱管の入口側に接続され、吸入側が第8接続用冷媒配管124Dを介して第1空気熱交換器20の出口側に接続されている。
The
膨張圧縮機116には、第1実施形態に係る膨張圧縮機16と同様に、冷媒を圧縮するスクロール式圧縮機構16A、冷媒を膨張させるスクロール式膨張機構16B、ならびにスクロール式圧縮機構16Aおよびスクロール式膨張機構16Bを駆動させる電動機(図示せず)が収容されている。そして、第1実施形態に係る膨張圧縮機16と同様に、スクロール式圧縮機構16Aとスクロール式膨張機構16Bとが電動機により回転駆動される1本の回転シャフト16Cによって連結されている。つまり、この膨張圧縮機116では、第1実施形態に係る膨張圧縮機16と同様に、スクロール式圧縮機構16Aとスクロール式膨張機構16Bとが常時、同じ回転数で駆動されることになる。なお、この膨張圧縮機116にはインバータ回路が搭載されており、この膨張圧縮機116ではインバータ回路により電動機の回転数を変化させることが可能となっている。また、本実施形態では、膨張圧縮機116のうちスクロール式膨張機構16Bのみが第1冷媒回路111Aに接続されている。ちなみに、本実施形態において、スクロール式膨張機構16Bは、流入側が第6接続用冷媒配管124Bを介して第1水熱交換器17の伝熱管の出口側に接続され、流出側が第7接続用冷媒配管124Cを介して第1空気熱交換器20の入口側に接続されている。
Similarly to the
第2冷媒回路111Bは、図2に示されるように、主に、膨張圧縮機116、第2水熱交換器17、電子膨張弁118、第2空気熱交換器20、およびそれらの機器17,20,116,118を配管接続する接続用冷媒配管224A,224B,224C,224Dから構成される。なお、本実施の形態に係る第2水熱交換器および第2空気熱交換器は、第1実施形態に係る水熱交換器17および空気熱交換器20と同一であるので同じ符号を付して説明を省略する。また、本実施の形態において空気熱交換器20に送風を行うファンも第1実施形態に係るファン21と同一であるので同じ符号を付して説明を省略する。
As shown in FIG. 2, the second
本実施形態では、膨張圧縮機116のうちスクロール式圧縮機構16Aのみが第2冷媒回路111Bに接続されている。ちなみに、本実施形態において、スクロール式圧縮機構16Aは、吐出側が第9接続用冷媒配管224Aを介して第2水熱交換器17の伝熱管の入口側に接続され、吸入側が第12接続用冷媒配管224Dを介して第1空気熱交換器20の出口側に接続されている。
In the present embodiment, only the
電子膨張弁118は、第2水熱交換器17から流れてくる冷媒を減圧するためのものであって、入口側が第2水熱交換器17の伝熱管の出口側に接続され、出口側が第2空気熱交換器20の入口側に接続されている。
The
なお、このヒートポンプユニット110は、屋外に設置される。
The
また、このヒートポンプユニット110は、中間期において膨張圧縮機116の電動機の回転数が圧縮機115の電動機の回転数と同一になるように設計されている。さらに、このヒートポンプユニット110は、外気温度が中間期に想定される外気温度よりも低くなった場合(吸入ガス密度が小さくなった場合)、冷媒循環量を合わせるために膨張圧縮機116の電動機の回転数が圧縮機115の電動機の回転数よりも低くなるように設計されており、一方、外気温度が中間期に想定される外気温度よりも高くなった場合(吸入ガス密度が大きくなった場合)、冷媒循環量を合わせるために膨張圧縮機116の電動機の回転数が圧縮機115の電動機の回転数よりも高くなるように設計されている。
The
また、圧縮機115の電動機および膨張圧縮機116の電動機は、図示しない制御装置に通信接続されており、集中制御されるようになっている。
The electric motor of the
(2)ヒートポンプユニット110と貯湯タンクユニット30との接続態様
貯湯タンクユニット30の第3水配管34は、第3連絡用水配管151を介してヒートポンプユニット110の第1水熱交換器17および第2水交換器17の水ジャケットの入口から延びている第1水配管25に接続されている。また、貯湯タンクユニット30の第4水配管33は、第4連絡用水配管152を介してヒートポンプユニット110の第1水熱交換器17および第2水交換器17の水ジャケットの出口から延びている第2水配管26に接続されている。なお、ここで、第3連絡用水配管151および第4連絡用水配管152は、図2に示されるような分岐配管である。
(2) Connection Mode of
〔ヒートポンプ給湯装置の運転〕
圧縮機15および膨張圧縮機16が運転を開始し出すと、第1冷媒回路111Aでは、ガス冷媒が、圧縮機115に吸入されて圧縮された後、超臨界状態となり、第5接続用冷媒配管124Aを通って第1水熱交換器17の伝熱管に送られ、第1水熱交換器17の水ジャケットを流れる水または温水と熱交換して冷却される。その一方、第2冷媒回路111Bでは、ガス冷媒が、膨張圧縮機116のスクロール式圧縮機構16Aに吸入されて圧縮された後、超臨界状態となり、第9接続用冷媒配管224Aを通って第2水熱交換器17の伝熱管に送られ、第2水熱交換器17の水ジャケットを流れる水または温水と熱交換して冷却される。つまり、このとき、第1水熱交換器17および第2水熱交換器17の伝熱管を流れる水または温水は、加熱されて高温の温水(湯)となる。なお、この高温の温水(湯)は、水ポンプ32により貯湯タンク31に送られる。そして、貯湯タンク31に送られた高温の温水(湯)が設定湯温に達しない場合は、更にその温水(湯)が水ポンプ32により第1水熱交換器17および第2水熱交換器17に送られることになる。逆に、貯湯タンク31に送られた高温の温水(湯)が設定湯温に達した場合は、圧縮機115、膨張圧縮機116、および水ポンプ32が停止させられることになる。
[Operation of heat pump water heater]
When the
そして、第1冷媒回路111Aでは、冷却された超臨界冷媒が、第6接続用冷媒配管124Bを通って膨張圧縮機116のスクロール式膨張機構16Bに送られ、減圧された後に第1空気熱交換器20に供給され、第1ファン21から送風される空気と熱交換することにより蒸発されてガス冷媒となる。その一方、第2冷媒回路111Bでは、冷却された超臨界冷媒が、第10接続用冷媒配管224Bを通って電子膨張弁118に送られ、減圧された後に第2空気熱交換器20に供給され、第2ファン21から送風される空気と熱交換することにより蒸発されてガス冷媒となる。
In the first
そして、第1冷媒回路111Aでは、第1空気熱交換器17から流出したガス冷媒が、第8接続用冷媒配管124Dを通って、再び、圧縮機115に吸入される。その一方、第2冷媒回路111Bでは、第2空気熱交換器17から流出したガス冷媒が第12接続用冷媒配管224Dを通って、再び、膨張圧縮機116のスクロール式圧縮機構16Aに吸入される。
In the first
このようにして、貯湯タンク31内の水の沸き上げ運転が行われる。
In this manner, the water heating operation in the hot
〔ヒートポンプ給湯装置の特徴〕
(1)
本実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置2では、第1冷媒回路111Aが圧縮機115、第1水熱交換器17、膨張圧縮機116のスクロール式膨張機構16B、および第1空気熱交換器20を順次接続してなっており、第2冷媒回路111Bが膨張圧縮機116のスクロール式圧縮機構16A、第2水熱交換器17、電子膨張弁118、および第2空気熱交換器20を順次接続してなっている。このため、このヒートポンプ給湯装置2では、第1冷媒回路111Aにおいて、膨張圧縮機116のスクロール式膨張機構16Bと圧縮機115とを独立して制御することができる。したがって、このヒートポンプ給湯装置2では、スクロール式膨張機構16Bへ流入する冷媒の量に過不足が生じないようにすることができる。その結果、このヒートポンプ給湯装置2では、エネルギーを有効に利用することができる。
[Features of heat pump water heater]
(1)
In the heat pump hot water supply apparatus 2 according to the present embodiment, the first
(2)
本実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置2では、圧縮機115の電動機が定速で回転駆動され、膨張圧縮機116の電動機がインバータ制御される。このため、このヒートポンプ給湯装置2では、圧縮機115と膨張圧縮機116のスクロール式膨張機構16Bとの冷媒循環量を最適に合わせて、膨張圧縮機116のスクロール式膨張機構16Bで効率よく動力回収を行うことができる。また、このヒートポンプ給湯装置2では、圧縮機115にインバータ回路が不要となる。したがって、このヒートポンプ給湯装置2は、低コストで製造することが可能となる。
〔変形例〕
(A)
先の実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置2では、スクロール式圧縮機構16Aが搭載された膨張圧縮機116が採用されていたが、これに代えて、ロータリー式やスイング式などの他の形式の圧縮機構が搭載された膨張圧縮機が採用されてもかまわない。
(2)
In heat pump hot water supply apparatus 2 according to the present embodiment, the electric motor of
[Modification]
(A)
In the heat pump hot water supply apparatus 2 according to the previous embodiment, the
(B)
先の実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置2では、スクロール式膨張機構16Bが搭載された膨張圧縮機116が採用されていたが、これに代えて、ロータリー式やスイング式などの他の形式の膨張機構が搭載された膨張圧縮機が採用されてもかまわない。
(B)
In the heat pump hot water supply apparatus 2 according to the previous embodiment, the
(C)
先の実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置2では、圧縮機115の電動機が定速運転されていたが、圧縮機115の電動機は、インバータ制御されてもかまわない。
(C)
In the heat pump hot water supply apparatus 2 according to the previous embodiment, the electric motor of the
なお、かかる場合、制御装置により両電動機の回転数が調節される。 In such a case, the number of rotations of both motors is adjusted by the control device.
(D)
先の実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置2では、スクロール式の圧縮機115が採用されたが、これに代えて、ロータリー式やスイング式などの他の方式の圧縮機が採用されてもかまわない。
(D)
In the heat pump hot water supply apparatus 2 according to the previous embodiment, the
(E)
先の実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置2では、第1冷媒回路111Aおよび第2冷媒回路111Bに冷媒としてCO2(二酸化炭素)が封入されていたが、この冷媒を、フロン系や、アンモニア、炭化水素などの冷媒としてもかまわない。ただし、かかる場合、第1水熱交換器17および第2水熱交換器17はガスクーラとして機能するのではなく凝縮器として機能することになる。
(E)
In the heat pump hot water supply apparatus 2 according to the previous embodiment, CO2 (carbon dioxide) is sealed as a refrigerant in the first
<第3実施形態>
ここでは、図3を用いて本発明の第3実施形態に係るヒートポンプ給湯装置3について説明する。
<Third Embodiment>
Here, the heat pump hot-
〔ヒートポンプ給湯装置の構成〕
本発明の第3実施形態に係るヒートポンプ給湯装置3は、図3に示されるように、主に、第1ヒートポンプユニット310A、第2ヒートポンプユニット310B、貯湯タンクユニット30、およびこれらのユニット30,310A,310Bを接続する連絡用水配管351,352から構成されている。なお、本実施の形態に係る貯湯タンクユニットは、第1実施形態に係る貯湯タンクユニット30と同一であるので、同じ符号を付して説明を省略する。また、本実施の形態では、第1ヒートポンプユニット310Aと第2ヒートポンプユニット310Bと組み合わせたものをヒートポンプユニット310と称する。
[Configuration of heat pump water heater]
As shown in FIG. 3, the heat pump hot
以下、第1ヒートポンプユニット310A、第2ヒートポンプユニット310B、ならびに第1ヒートポンプユニット310Aおよび第2ヒートポンプユニット310Bと貯湯タンクユニット30との接続態様について詳述する。
Hereinafter, the first
(1)第1ヒートポンプユニット
第1ヒートポンプユニット310Aでは、図3に示されるような第3冷媒回路311Aが形成されている。そして、この第3冷媒回路311Aには冷媒としてCO2(二酸化炭素)が封入されており、この第3冷媒回路311Aでは、高圧側でCO2が超臨界圧力となるようにコントロールされる。
(1) First Heat Pump Unit In the first
第3冷媒回路311Aは、図3に示されるように、主に、圧縮機15、第3水熱交換器17、電子膨張弁118、第3空気熱交換器20、およびそれらの機器15,17,20,118を配管接続する接続用冷媒配管324A,324B,324C,324Dから構成される。なお、本実施の形態に係る圧縮機、第3水熱交換器、および第3空気熱交換器は、第1実施形態に係る圧縮機15、水熱交換器17、および空気熱交換器20と同一であるので同じ符号を付して説明を省略する。また、本実施の形態において空気熱交換器20に送風を行うファンも第1実施形態に係るファン21と同一であるので同じ符号を付して説明を省略する。また、本実施の形態に係る電子膨張弁は、第2実施形態に係る電子膨張弁118と同一であるので同じ符号を付して説明を省略する。
As shown in FIG. 3, the third refrigerant circuit 311 </ b> A mainly includes a
なお、この第3冷媒回路311Aでは、圧縮機15の吐出側が第13接続用冷媒配管324Aを介して第3水熱交換器17の伝熱管の入口側に接続され、第3水熱交換器17の伝熱管の出口側が第14接続用冷媒配管324Bを介して電子膨張弁118の入口側に接続され、電子膨張弁118の出口側が第15接続用冷媒配管324Cを介して第3空気熱交換器20の入口側に接続され、第3空気熱交換器20の出口側が第16接続用冷媒配管324Dを介して圧縮機15の吸入側に接続されている。
In the third
なお、この第1ヒートポンプユニット310Aは、屋外に設置される。
The first
(2)第2ヒートポンプユニット
第2ヒートポンプユニット310Bでは、図3に示されるような第4冷媒回路311Bが形成されている。そして、この第4冷媒回路311Bには冷媒としてCO2(二酸化炭素)が封入されており、この第4冷媒回路311Bでは、高圧側でCO2が超臨界圧力となるようにコントロールされる。
(2) Second Heat Pump Unit In the second
第4冷媒回路311Bは、図3に示されるように、主に、膨張圧縮機116、第4水熱交換器17、第4空気熱交換器20、およびそれらの機器17,20,116を配管接続する接続用冷媒配管424A,424B,424C,424Dから構成される。なお、本実施の形態に係る膨張圧縮機は、第2実施形態に係る膨張圧縮機116と同一であるので同じ符号を付して説明を省略する。また、本実施の形態に係る第4水熱交換器および第4空気熱交換器は、第1実施形態に係る水熱交換器17および空気熱交換器20と同一であるので同じ符号を付して説明を省略する。また、本実施の形態において空気熱交換器20に送風を行うファンも第1実施形態に係るファン21と同一であるので同じ符号を付して説明を省略する。
As shown in FIG. 3, the fourth refrigerant circuit 311 </ b> B mainly pipes the
なお、この第4冷媒回路311Bでは、膨張圧縮機116のスクロール式圧縮機構16Aの吐出側が第17接続用冷媒配管424Aを介して第4水熱交換器17の伝熱管の入口側に接続され、第4水熱交換器17の伝熱管の出口側が第18接続用冷媒配管424Bを介して膨張圧縮機116のスクロール式膨張機構16Bの流入側に接続され、膨張圧縮機116のスクロール式膨張機構16Bの流出側が第19接続用冷媒配管424Cを介して第4空気熱交換器20の入口側に接続され、第4空気熱交換器20の出口側が第20接続用冷媒配管424Dを介して膨張圧縮機116のスクロール式圧縮機構16Aの吸入側に接続されている。
In the fourth
なお、この第2ヒートポンプユニット310Bは、屋外に設置される。
The second
また、膨張圧縮機16の電動機と第1ヒートポンプユニット310Aの圧縮機15の電動機とは、図示しない制御装置に通信接続されており、回転数などが集中制御されるようになっている。
Further, the electric motor of the
(3)第1ヒートポンプユニット310Aおよび第2ヒートポンプユニット310Bと貯湯タンクユニット30との接続態様
貯湯タンクユニット30の第3水配管34は、第5連絡用水配管351を介して第1ヒートポンプユニット310Aの第3水熱交換器17および第2ヒートポンプユニット310Bの第4水熱交換器17の水ジャケットの入口から延びている第1水配管25に接続されている。また、貯湯タンクユニット30の第4水配管33は、第6連絡用水配管352を介して第1ヒートポンプユニット310Aの第3水熱交換器17および第2ヒートポンプユニット310Bの第4水交換器17の水ジャケットの出口から延びている第2水配管26に接続されている。なお、ここで、第5連絡用水配管351および第6連絡用水配管352は、図3に示されるような分岐配管である。
(3) Connection Mode between the First
〔ヒートポンプ給湯装置の運転〕
このヒートポンプ給湯装置3では、夜間貯湯などの低能力でよい場合には膨張圧縮機116のみが運転され、給湯負荷が集中した場合など、大能力が必要な場合に膨張圧縮機116に加えて圧縮機15が運転される。
[Operation of heat pump water heater]
In this heat pump hot
(1)低能力運転
低能力運転では、膨張圧縮機116が運転を開始し出すと、ガス冷媒が、膨張圧縮機116のスクロール式圧縮機構16Aに吸入されて圧縮された後、超臨界状態となり、第17接続用冷媒配管424Aを通って第4水熱交換器17の伝熱管に送られ、第4水熱交換器17の水ジャケットを流れる水または温水と熱交換して冷却される。つまり、このとき、第4水熱交換器17の伝熱管を流れる水または温水は、加熱されて高温の温水(湯)となる。なお、この高温の温水(湯)は、水ポンプ32により貯湯タンク31に送られる。そして、貯湯タンク31に送られた高温の温水(湯)が設定湯温に達しない場合は、更にその温水(湯)が水ポンプ32により第4水熱交換器17に送られることになる。逆に、貯湯タンク31に送られた高温の温水(湯)が設定湯温に達した場合は、膨張圧縮機116および水ポンプ32が停止させられることになる。
(1) Low-capacity operation In low-capacity operation, when the
そして、冷却された超臨界冷媒が、第18接続用冷媒配管424Bを通って膨張圧縮機116のスクロール式膨張機構16Bに送られ、減圧された後に第4空気熱交換器20に供給され、第1ファン21から送風される空気と熱交換することにより蒸発されてガス冷媒となる。
The cooled supercritical refrigerant is sent to the
そして、第4空気熱交換器17から流出したガス冷媒が、第20接続用冷媒配管424Dを通って、再び、膨張圧縮機116のスクロール式圧縮機構16Aに吸入される。このようにして、低能力運転が行われる。
The gas refrigerant that has flowed out of the fourth
(2)大能力運転
大能力運転では、圧縮機15および膨張圧縮機116が運転を開始し出すと、第3冷媒回路311Aでは、ガス冷媒が、圧縮機15に吸入されて圧縮された後、超臨界状態となり、第13接続用冷媒配管324Aを通って第3水熱交換器17の伝熱管に送られ、第3水熱交換器17の水ジャケットを流れる水または温水と熱交換して冷却される。その一方、第4冷媒回路311Bでは、ガス冷媒が、膨張圧縮機116のスクロール式圧縮機構16Aに吸入されて圧縮された後、超臨界状態となり、第17接続用冷媒配管424Aを通って第4水熱交換器17の伝熱管に送られ、第4水熱交換器17の水ジャケットを流れる水または温水と熱交換して冷却される。つまり、このとき、第3水熱交換器17および第4水熱交換器17の伝熱管を流れる水または温水は、加熱されて高温の温水(湯)となる。なお、この高温の温水(湯)は、水ポンプ32により貯湯タンク31に送られる。そして、貯湯タンク31に送られた高温の温水(湯)が設定湯温に達しない場合は、更にその温水(湯)が水ポンプ32により第3水熱交換器17および第4水熱交換器17に送られることになる。逆に、貯湯タンク31に送られた高温の温水(湯)が設定湯温に達した場合は、圧縮機15、膨張圧縮機116、および水ポンプ32が停止させられることになる。
(2) Large capacity operation In the large capacity operation, when the
そして、第3冷媒回路311Aでは、冷却された超臨界冷媒が、第14接続用冷媒配管324Bを通って電子膨張弁118に送られ、減圧された後に第3空気熱交換器20に供給され、第3ファン21から送風される空気と熱交換することにより蒸発されてガス冷媒となる。その一方、第4冷媒回路311Bでは、冷却された超臨界冷媒が、第18接続用冷媒配管424Bを通って膨張圧縮機116のスクロール式膨張機構16Bに送られ、減圧された後に第4空気熱交換器20に供給され、第4ファン21から送風される空気と熱交換することにより蒸発されてガス冷媒となる。
In the third
そして、第3冷媒回路311Aでは、第3空気熱交換器17から流出したガス冷媒が、第16接続用冷媒配管324Dを通って、再び、圧縮機115に吸入される。その一方、第4冷媒回路311Bでは、第4空気熱交換器17から流出したガス冷媒が第20接続用冷媒配管424Dを通って、再び、膨張圧縮機116のスクロール式圧縮機構16Aに吸入される。このようにして、大能力運転が行われる。
In the third
〔ヒートポンプ給湯装置の特徴〕
本実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置3では、第3冷媒回路311Aが圧縮機15、第3水熱交換器17、電子膨張弁118、および第3空気熱交換器20を順次接続してなっており、第4冷媒回路311Bが膨張圧縮機116のスクロール式圧縮機構16A、第4水熱交換器17、膨張圧縮機116のスクロール式膨張機構16B、および第4空気熱交換器20を順次接続してなっている。また、このヒートポンプ給湯装置3では、夜間貯湯などの低能力でよい場合には膨張圧縮機116のみが運転され、給湯負荷が集中した場合など、大能力が必要な場合に膨張圧縮機116に加えて圧縮機15が運転される。このため、このヒートポンプ給湯装置3では、エネルギーを有効に利用することができる。
[Features of heat pump water heater]
In the heat pump hot
〔変形例〕
(A)
先の実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置3では、スクロール式圧縮機構16Aが搭載された膨張圧縮機116が採用されていたが、これに代えて、ロータリー式やスイング式などの他の形式の圧縮機構が搭載された膨張圧縮機が採用されてもかまわない。
[Modification]
(A)
In the heat pump hot
(B)
先の実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置3では、スクロール式膨張機構16Bが搭載された膨張圧縮機116が採用されていたが、これに代えて、ロータリー式やスイング式などの他の形式の膨張機構が搭載された膨張圧縮機が採用されてもかまわない。
(B)
In the heat pump hot
(C)
先の実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置3では、膨張圧縮機116の電動機がインバータ制御されていたが、膨張圧縮機116の電動機は、定速運転されてもかまわない。
(C)
In the heat pump hot
(D)
先の実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置3では、圧縮機15の電動機がインバータ制御されていたが、圧縮機15の電動機は、定速運転されてもかまわない。
(D)
In the heat pump hot
(E)
先の実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置3では、圧縮機15および膨張圧縮機116の電動機が共にインバータ制御されていたが、圧縮機15および膨張圧縮機116の電動機は共に定速運転されてもかまわない。
(E)
In the heat pump hot
(F)
先の実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置3では、スクロール式の圧縮機15が採用されたが、これに代えて、ロータリー式やスイング式などの他の方式の圧縮機が採用されてもかまわない。
(F)
In the heat pump hot
(G)
先の実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置3では、第3冷媒回路311Aおよび第4冷媒回路311Bに冷媒としてCO2(二酸化炭素)が封入されていたが、この冷媒を、フロン系や、アンモニア、炭化水素などの冷媒としてもかまわない。ただし、かかる場合、第3水熱交換器17および第4水熱交換器17はガスクーラとして機能するのではなく凝縮器として機能することになる。
(G)
In the heat pump hot
本発明に係るヒートポンプ給湯装置は、エネルギーを有効に利用することができるという特徴を有し、高いエネルギー効率が求められる空気調和装置や給湯装置などに有用である。 The heat pump hot water supply apparatus according to the present invention has a feature that energy can be used effectively, and is useful for an air conditioner, a hot water supply apparatus, and the like that require high energy efficiency.
1,2,3 ヒートポンプ給湯装置
11 冷媒回路
13 バイパス配管(バイパス流路、冷媒流入量調節部)
14 インジェクション配管(インジェクション流路、冷媒流入量調節部)
15,115 圧縮機(圧縮装置)
16,116 膨張圧縮機(流体搬送装置、第1流体搬送装置、第3流体搬送装置)
16A スクロール式圧縮機構(圧縮部、第1圧縮部、第3圧縮部)
16B スクロール式膨張機構(膨張部、第1膨張部、第3膨張部)
16C 回転シャフト(回転軸)
17 水熱交換器(放熱器、第1放熱器、第2放熱器、第3放熱器、第4放熱器)
18 第1冷媒量調節弁(第1流量調節機構、冷媒流入量調節部)
19 第2冷媒量調節弁(第2流量調節機構、冷媒流入量調節部)
20 空気熱交換器(蒸発器、第1蒸発器、第2蒸発器、第3蒸発器、第4蒸発器)
111A 第1冷媒回路(第2冷媒回路)
111B 第2冷媒回路(第1冷媒回路)
118 電子膨張弁(膨張弁)
311A 第3冷媒回路(第4冷媒回路)
311B 第4冷媒回路(第3冷媒回路)
1, 2, 3 Heat pump hot water supply device 11
14 Injection piping (injection flow path, refrigerant inflow control part)
15,115 Compressor (compressor)
16, 116 expansion compressor (fluid conveying device, first fluid conveying device, third fluid conveying device)
16A scroll compression mechanism (compression unit, first compression unit, third compression unit)
16B Scroll type expansion mechanism (expansion part, first expansion part, third expansion part)
16C Rotating shaft (Rotating shaft)
17 Water heat exchanger (radiator, first radiator, second radiator, third radiator, fourth radiator)
18 1st refrigerant | coolant amount adjustment valve (1st flow volume adjustment mechanism, refrigerant | coolant inflow amount adjustment part)
19 Second refrigerant amount adjustment valve (second flow rate adjustment mechanism, refrigerant inflow amount adjustment unit)
20 Air heat exchanger (evaporator, first evaporator, second evaporator, third evaporator, fourth evaporator)
111A 1st refrigerant circuit (2nd refrigerant circuit)
111B Second refrigerant circuit (first refrigerant circuit)
118 Electronic expansion valve (expansion valve)
311A Third refrigerant circuit (fourth refrigerant circuit)
311B Fourth refrigerant circuit (third refrigerant circuit)
Claims (2)
前記第1圧縮部、第1放熱器(17)、膨張弁(118)、および第1蒸発器(20)を順次接続してなる第1冷媒回路(111B)と、
圧縮装置(115)、第2放熱器(17)、前記第1膨張部、および第2蒸発器(20)を順次接続してなる第2冷媒回路(111A)と、
を備え、
前記第1流体搬送装置(116)の周波数を、所定の外気温度よりも低くなったときには前記圧縮装置(115)よりも低くなるように、前記所定の外気温度よりも高くなったときには前記圧縮装置(115)よりも高くなるように、制御する、
ヒートポンプ給湯装置(2)。 A first fluid conveyance device (116) having a first compression section (16A) and a first expansion section (16B) connected to a rotation shaft (16C) of the first compression section;
A first refrigerant circuit (111B) formed by sequentially connecting the first compression section, the first radiator (17), the expansion valve (118), and the first evaporator (20);
A second refrigerant circuit (111A) formed by sequentially connecting a compression device (115), a second radiator (17), the first expansion section, and a second evaporator (20);
Bei to give a,
When the frequency of the first fluid conveying device (116) becomes lower than the compression device (115) when the frequency becomes lower than a predetermined outside air temperature, the compression device when the frequency becomes higher than the predetermined outside air temperature. Control to be higher than (115),
Heat pump water heater (2).
前記第1圧縮部(16A)と前記第1膨張部(16B)とは、インバータ制御される、
請求項1に記載のヒートポンプ給湯装置。 The compression device (115) is rotationally driven at a constant speed,
The first compression unit (16A) and the first expansion unit (16B) are inverter controlled.
The heat pump hot-water supply apparatus of Claim 1.
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