| 【発明の名称】 |
ヒートポンプシステム |
| 【発明者】 |
【氏名】高橋 淳一
【氏名】小林 光
【氏名】北川 寛
【氏名】平井 仁
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| 【要約】 |
【課題】氷蓄熱および温水蓄熱を利用して夜間電力を有効に利用できるヒートポンプシステムを提供する。
【解決手段】通常のヒートポンプシステムに、第２の減圧弁１６と氷蓄熱および温水蓄熱兼用の蓄熱槽１８とが介装され、そして氷蓄熱や温水蓄熱を利用して夜間電力の利用が図られるとともに、各種の運転が可能とされている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 圧縮機と室外熱交換器と第１の減圧機構と室内熱交換器とがこの順に環状に接続されるとともに、第２の減圧機構と、氷蓄熱および温水蓄熱兼用の蓄熱槽とが介装され、これらの間に冷媒が循環されてなり、かつ、氷蓄熱運転時は、上記冷媒が上記圧縮機、上記室外熱交換器、上記第２の減圧機構、上記蓄熱槽および上記圧縮機の順に循環され、冷房運転時は、上記冷媒が上記圧縮機、上記室外熱交換器、上記第１の減圧機構、上記室内熱交換器および上記圧縮機の順に循環され、氷蓄熱利用冷房運転時は、上記冷媒が上記圧縮機、上記室外熱交換器、上記蓄熱槽、上記第１の減圧機構、上記室内熱交換器および上記圧縮機の順に循環され、温水蓄熱運転時は、上記冷媒が上記圧縮機、上記蓄熱槽、上記第２の減圧機構、上記室外熱交換器および上記圧縮機の順に循環され、外気を熱源とする暖房運転時は、上記冷媒が上記圧縮機、上記室内熱交換器、上記第１の減圧機構、上記室外熱交換器および上記圧縮機の順に循環され、温水蓄熱利用暖房運転時は、上記冷媒が上記圧縮機、上記室内熱交換器、上記第１の減圧機構、上記蓄熱槽および上記圧縮機の順に循環されることを特徴とするヒートポンプシステム。
【請求項２】 上記圧縮機、上記室外熱交換器、上記第１の減圧機構、上記室内熱交換器、上記第２の減圧機構および上記蓄熱槽は、ユニット化されていることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプシステム。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷房、暖房、氷蓄熱、温水蓄熱および各種の同時運転などを可能にする住宅などに使用されるヒートポンプシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、住宅用ヒートポンプシステムとして、ヒートポンプ給湯が可能で冷房の排熱を給湯加熱に利用することが可能なものや、貯湯槽に冷水蓄熱を行い電力負荷の平準化を図るものなど各種のものが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】そして、現在でも、さらなる空調負荷のピーク時の電力負荷平準化や省エネルギー化等が要望されている。本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、請求項１に記載の発明は、氷蓄熱および温水蓄熱を利用して夜間電力を有効に利用できるヒートポンプシステムを提供することを目的とするものである。
【０００４】また、請求項２に記載の発明は、据付時や改修時の配管工事に伴う冷媒漏れに対応したヒートポンプシステムを提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、請求項１に記載のヒートポンプシステムは、圧縮機と室外熱交換器と第１の減圧機構と室内熱交換器とがこの順に環状に接続されるとともに、第２の減圧機構と、氷蓄熱および温水蓄熱兼用の蓄熱槽とが介装され、これらの間に冷媒が循環されてなり、かつ、氷蓄熱運転時は、上記冷媒が上記圧縮機、上記室外熱交換器、上記第２の減圧機構、上記蓄熱槽および上記圧縮機の順に循環され、冷房運転時は、上記冷媒が上記圧縮機、上記室外熱交換器、上記第１の減圧機構、上記室内熱交換器および上記圧縮機の順に循環され、氷蓄熱利用冷房運転時は、上記冷媒が上記圧縮機、上記室外熱交換器、上記蓄熱槽、上記第１の減圧機構、上記室内熱交換器および上記圧縮機の順に循環され、温水蓄熱運転時は、上記冷媒が上記圧縮機、上記蓄熱槽、上記第２の減圧機構、上記室外熱交換器および上記圧縮機の順に循環され、外気を熱源とする暖房運転時は、上記冷媒が上記圧縮機、上記室内熱交換器、上記第１の減圧機構、上記室外熱交換器および上記圧縮機の順に循環され、温水蓄熱利用暖房運転時は、上記冷媒が上記圧縮機、上記室内熱交換器、上記第１の減圧機構、上記蓄熱槽および上記圧縮機の順に循環されることを特徴とするものである。
【０００６】また、請求項２に記載のヒートポンプシステムは、請求項１において、上記圧縮機、上記室外熱交換器、上記第１の減圧機構、上記室内熱交換器、上記第２の減圧機構および上記蓄熱槽は、ユニット化されていることを特徴とするものである。
【０００７】請求項１の発明においては、氷蓄熱運転、冷房運転、氷蓄熱利用冷房運転、温水蓄熱運転、外気を熱源とする暖房運転および温水蓄熱利用暖房運転が可能となる。したがって、氷蓄熱および温水蓄熱を利用して夜間電力が有効に利用されるため、空調負荷のピーク時の電力負荷平準化および割安な電力の利用による省ランニングコスト化が図られる。
【０００８】請求項２の発明においては、圧縮機、室外熱交換器、第１の減圧機構、室内熱交換器、第２の減圧機構および蓄熱槽がユニット化され一体化されているので、これらの間に冷媒を循環させる冷媒配管が当該ユニット内に収められ、外部には一切不要となるため、据付時や改修時の配管工事の際に、冷媒が当該ユニットの外部に漏れることがない。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明のヒートポンプシステムの一実施の態様を図面に基づいて説明する。図１は、本実施の態様に係るヒートポンプシステムの冷媒回路図である。同図において、符号１は、圧縮機であり、この圧縮機１の吐出側には、Ｒ−２２（フロン）等の冷媒が流される冷媒配管２によって、プロペラ式の送風機３が併設されたプレートフィン式の室外熱交換器４が接続されている。冷媒配管２には、電磁開閉弁５が介装されている。
【００１０】室外熱交換器４には、冷媒配管６が接続され、この冷媒配管６は、３つの冷媒配管７、８、９に分岐されている。分岐された冷媒配管７は、電磁開閉弁１０を介して第１の膨張弁（第１の減圧機構）１１に接続されている。この第１の膨張弁１１には、両吸込シロッコ式の送風機１２が併設された室内熱交換器１３が接続されている。室内熱交換器１３には、冷媒配管１４によって圧縮機１に接続されている。冷媒配管１４には電磁開閉弁１５が介装されている。
【００１１】上記分岐された冷媒配管８は、第２の膨張弁（第２の減圧機構）１６に接続され、この第２の膨張弁１６には、冷媒配管１７によって冷媒過冷却型の氷蓄熱および温水蓄熱兼用の蓄熱槽１８が接続されている。氷蓄熱には冷媒過冷却方式を採用している。上記分岐された冷媒配管９は、電磁開閉弁１９を介して冷媒配管１７に接続されている。
【００１２】蓄熱槽１８には、冷媒配管２０が接続され、この冷媒配管２０は、３つの冷媒配管２１、２２、２３に分岐されている。分岐された冷媒配管２１は、電磁開閉弁２４を介して、冷媒配管７における電磁開閉弁１０と第１の膨張弁１１との間に接続されている。また、分岐された冷媒配管２２は、電磁開閉弁２５を介して、冷媒配管１４における室内熱交換器１３と電磁開閉弁１５との間に接続されている。また、分岐された冷媒配管２３は、電磁開閉弁２６を介して、冷媒配管１４における電磁開閉弁１５と圧縮機１との間に接続されている。
【００１３】上記冷媒配管２における圧縮機１と電磁開閉弁５との間に、冷媒配管２７の一端が接続され、この冷媒配管２７の他端は、冷媒配管１４における電磁開閉弁１５より室内熱交換器１３側に接続されている。冷媒配管２７には、電磁開閉弁２８が介装されている。また、冷媒配管２における電磁開閉弁５と室外熱交換器４との間に、冷媒配管２９の一端が接続され、この冷媒配管２９の他端は、冷媒配管２３における電磁開閉弁２６より圧縮機１側に接続されている。冷媒配管２９には、電磁開閉弁３０が介装されている。
【００１４】ここで、図１において、二点鎖線で囲った部分、すなわち、圧縮機１、室外熱交換器４、送風機３、第１の膨張弁１１、室内熱交換器１３、送風機１２、第２の膨張弁１６、蓄熱槽１８、各冷媒配管および各電磁開閉弁は、ユニットＡとしてユニット化されて構成されている。これらの機器および冷媒配管は、図２に概略示すように、筐体Ｂの中に収納されている。ユニットＡは、屋外に設置されて、送風機１２によって送風される空調空気は、給気ダクトＣによって室内Ｅに導かれ、還気ダクトＤによって戻される。なお、同図において、Ｆはフィルタである。
【００１５】このように構成されたヒートポンプシステムは、制御手段によって制御され、次のように各種の運転がなされる。以下、各種の運転について説明する。
【００１６】（氷蓄熱運転）本運転は、通常、夏季の夜間に運転される。図３に示すように、本運転では、電磁開閉弁５、第２の膨張弁１６および電磁開閉弁２６が開弁されるとともに、他の電磁開閉弁および膨張弁は閉弁され、そして冷媒は、実線矢印で示すように、圧縮機１、電磁開閉弁５、室外熱交換器４、第２の膨張弁１６、蓄熱槽１８、電磁開閉弁２６および圧縮機１の順に循環される。
【００１７】この間に、圧縮機１から吐出された高温・高圧の冷媒ガスは、室外熱交換器４を通過する。室外熱交換器４は凝縮器として機能し、高温・高圧の冷媒ガスは、室外熱交換器４を通過する間に、凝縮して高圧の冷媒液となった後、第２の膨張弁１６により減圧されて低圧二相状態にされる。その後、蓄熱槽１８が蒸発器として機能し、冷媒が蓄熱槽１８を通過する間に蒸発して低圧ガスとされる一方、蓄熱槽１８には氷蓄熱される。その後、冷媒ガスは圧縮機１の吸入側に戻される。
【００１８】本運転においては、夜間電力を利用して氷蓄熱を行うので、夜間電力を有効利用することができる。
【００１９】（冷房運転）本運転は、通常、夏季に運転される。本運転においては、通常行われている冷房運転がなされる。図４に示すように、本運転では、電磁開閉弁５、電磁開閉弁１０、第１の膨張弁１１および電磁開閉弁１５が開弁されるとともに、他の電磁開閉弁および膨張弁は閉弁され、そして冷媒は、実線矢印で示すように、圧縮機１、電磁開閉弁５、室外熱交換器４、電磁開閉弁１０、第１の膨張弁１１、室内熱交換器１３、電磁開閉弁１５および圧縮機１の順に循環される。
【００２０】この間に、圧縮機１から吐出された高温・高圧の冷媒ガスは、室外熱交換器４を通過する。この室外熱交換器４は凝縮器として機能し、高温・高圧の冷媒ガスは、この室外熱交換器４を通過する間に、凝縮して高圧の冷媒液となった後、第１の膨張弁１１により減圧されて低圧二相状態にされる。その後、室内熱交換器１３が蒸発器として機能し、冷媒が室内熱交換器１３を通過する間に蒸発して低圧ガスとされる。その後、冷媒ガスは圧縮機１の吸入側に戻される。
【００２１】（氷蓄熱利用冷房運転）本運転は、通常、夏季の昼間の電力ピーク時間帯（通常午後１時から午後４時頃）に運転される。図５に示すように、本運転では、電磁開閉弁５、電磁開閉弁１９、電磁開閉弁２４、第１の膨張弁１１および電磁開閉弁１５が開弁されるとともに、他の電磁開閉弁および膨張弁は閉弁され、そして冷媒は、実線矢印で示すように、圧縮機１、電磁開閉弁５、室外熱交換器４、電磁開閉弁１９、蓄熱槽１８、電磁開閉弁２４、第１の膨張弁１１、室内熱交換器１３、電磁開閉弁１５および圧縮機１の順に循環される。
【００２２】この間に、圧縮機１から出された高温・高圧の冷媒ガスは、室外熱交換器４および蓄熱槽１８を通過する。これら室外熱交換器４および蓄熱槽１８は凝縮器として機能し、高温・高圧の冷媒ガスは、これらを通過する間に、凝縮して高圧の冷媒液となった後、第１の膨張弁１１により減圧されて低圧二相状態にされる。その後、室内熱交換器１３が蒸発器として機能し、冷媒が室内熱交換器１３を通過する間に蒸発して低圧ガスとされる。その後、冷媒ガスは圧縮機１の吸入側に戻される。
【００２３】本運転においては、蓄熱槽１８の氷蓄熱を利用して冷媒の凝縮を行うので、冷房能力が向上するとともに、夜間電力により氷蓄熱されているので電力ピークカットを図ることができる。
【００２４】（温水蓄熱運転）本運転は、通常、冬季の夜間に運転される。図６に示すように、本運転では、電磁開閉弁２８、電磁開閉弁２５、第２の膨張弁１６および電磁開閉弁３０が開弁されるとともに、他の電磁開閉弁および膨張弁は閉弁され、そして冷媒は、実線矢印で示すように、圧縮機１、電磁開閉弁２８、電磁開閉弁２５、蓄熱槽１８、第２の膨張弁１６、室外熱交換器４、電磁開閉弁３０および圧縮機１の順に循環される。
【００２５】この間に、圧縮機１から吐出された高温・高圧の冷媒ガスは、蓄熱槽１８を通過する。この蓄熱槽１８は凝縮器として機能し、高温・高圧の冷媒ガスは、これらを通過する間に、凝縮して高圧の冷媒液となる一方、蓄熱槽１８では温水蓄熱が行われる。その後、冷媒は第２の膨張弁１６により減圧されて低圧二相状態にされる。その後、室外熱交換器４が蒸発器として機能し、冷媒が室外熱交換器４を通過する間に蒸発して低圧ガスとされ、その後圧縮機１の吸入側に戻される。
【００２６】本運転においては、夜間電力を利用して温水蓄熱を行うので、夜間電力を有効利用することができる。また、外気を熱源として室外熱交換器４によって採熱しこの熱を利用して、温水蓄熱を行うので、省エネルギーおよび省コスト化を図ることができる。
【００２７】（外気を熱源とする暖房運転）本運転は、通常、冬季の昼間に運転される。本運転においては、外気を熱源とするヒートポンプとして作動する。図７に示すように、本運転では、電磁開閉弁２８、第１の膨張弁１１、電磁開閉弁１０および電磁開閉弁３０が開弁されるとともに、他の電磁開閉弁および膨張弁は閉弁され、そして冷媒は、実線矢印で示すように、圧縮機１、電磁開閉弁２８、室内熱交換器１３、第１の膨張弁１１、電磁開閉弁１０、室外熱交換器４、電磁開閉弁３０および圧縮機１の順に循環される。
【００２８】この間に、圧縮機１から吐出された高温・高圧の冷媒ガスは、室内熱交換器１３を通過する。室内熱交換器１３は凝縮器として機能し、高温・高圧の冷媒ガスは、この室内熱交換器１３を通過する間に、凝縮して高圧の冷媒液となる。その後、冷媒は第１の膨張弁１１により減圧されて低圧二相状態にされる。その後、室外熱交換器４が蒸発器として機能し、冷媒が室外熱交換器４を通過する間に蒸発して低圧ガスとされ、その後圧縮機１の吸入側に戻される。
【００２９】（温水蓄熱利用暖房運転）本運転は、通常、冬季の朝の暖房ピーク時に運転される。図８に示すように、本運転では、電磁開閉弁２８、第１の膨張弁１１、電磁開閉弁１０、電磁開閉弁１９および電磁開閉弁２６が開弁されるとともに、他の電磁開閉弁および膨張弁は閉弁され、そして冷媒は、実線矢印で示すように、圧縮機１、電磁開閉弁２８、室内熱交換器１３、第１の膨張弁１１、電磁開閉弁１０、電磁開閉弁１９、蓄熱槽１８、電磁開閉弁２６および圧縮機１の順に循環される。
【００３０】この間に、圧縮機１から吐出された高温・高圧の冷媒ガスは、室内熱交換器１３を通過する。室内熱交換器１３は凝縮器として機能し、高温・高圧の冷媒ガスは、この室内熱交換器１３を通過する間に、凝縮して高圧の冷媒液となる。その後、冷媒は第１の膨張弁１１により減圧されて低圧二相状態にされる。その後、蓄熱槽１８が蒸発器として機能し、冷媒がこれらを通過する間に蒸発して低圧ガスとされ、その後圧縮機１の吸入側に戻される。
【００３１】本運転においては、外気温度よりも高い温度の蓄熱槽１８の温水蓄熱を利用して冷媒の蒸発を行うので、暖房能力が向上するとともに、夜間電力により温熱蓄熱されているので朝の電力ピークカットを図ることができる。
【００３２】このようなヒートポンプシステムにあっては、氷蓄熱運転、冷房運転、氷蓄熱利用冷房運転、温水蓄熱運転、外気を熱源とする暖房運転および温水蓄熱利用暖房運転を行うことが可能であるので、氷蓄熱および温水蓄熱を利用して夜間電力を有効に利用することができ、したがって空調負荷のピーク時の電力負荷平準化および割安な電力の利用による省ランニングコスト化を図ることが可能になる。
【００３３】さらに、圧縮機１、室外熱交換器４、送風機３、第１の膨張弁１１、室内熱交換器１３、送風機１２、第２の膨張弁１６、蓄熱槽１８、各冷媒配管および各電磁開閉弁が、筐体Ｂの中に収納されてユニットＡとしてユニット化されているので、外部には一切冷媒配管を施設する必要がないため、据付時や改修時の配管工事の際に、冷媒がユニットＡの外部に漏れるのを防止することが可能になる。また、ユニットＡとしてユニット化されているので、給気ダクトＣ、還気ダクトＤおよび室内Ｅへの吹出口、吸込口を設置するだけで、使用可能となる利点がある。特に、小規模の店舗や事務所、あるいは住宅用として好適である。
【００３４】なお、上記実施の形態では、ユニットＡを屋外に設置するようにしたが、室内熱交換器４側に外気取り入れ用および排気用のダクトを設置すれば、屋内に設置することもできる。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載のヒートポンプシステムによれば、氷蓄熱運転、冷房運転、氷蓄熱利用冷房運転、温水蓄熱運転、外気を熱源とする暖房運転および温水蓄熱利用暖房運転を行うことができるから、氷蓄熱および温水蓄熱を利用して夜間電力を有効に利用することができるので、空調負荷のピーク時の電力負荷平準化および割安な電力の利用による省ランニングコスト化を図ることができるという効果を奏する。
【００３６】また、請求項２に記載のヒートポンプシステムによれば、圧縮機、室外熱交換器、減圧機構、室内熱交換器、第２の減圧機構および蓄熱槽をユニット化し一体化したから、これらの間に冷媒を循環させる冷媒配管を当該ユニット内に収納することができ、外部には一切冷媒配管を施設する必要がないため、据付時や改修時の配管工事の際に、冷媒が当該ユニットの外部に漏れるのを防止することができる。さらに、ユニット化したことから、ダクトおよび室内への吹出口、吸込口を設置すれば、使用可能となる利点を有する。特に、小規模の店舗や事務所、あるいは住宅用として好適である。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００２０６２１１
【氏名又は名称】大成建設株式会社
【識別番号】０００２２９７１５
【氏名又は名称】日本ピーマック株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年３月５日（１９９９．３．５） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９６８６２
【弁理士】
【氏名又は名称】清水 千春
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| 【公開番号】 |
特開２０００−２５７９７５（Ｐ２０００−２５７９７５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年９月２２日（２０００．９．２２） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−５８６４３ |
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