空調給湯複合システム
【課題】
空調給湯複合システムにおいて、給湯サイクルの運転状態に関わらず、空調サイクルの排熱を回収し給湯に利用する。
【解決手段】
空調給湯複合システムは、第１の圧縮機１９および四方弁１８を有する空調サイクル１と、第２の圧縮機２０を有する給湯サイクル２を備える。空調サイクルで発生する排熱を回収する第１水−冷媒熱交換器７と、第１水−冷媒熱交換器で空調サイクルを流通する冷媒と熱交換して加熱された水を貯湯する第１貯湯槽５と、給湯サイクルに備えられこの給湯サイクルで発生する熱により水を加熱する第２水−冷媒熱交換器８と、第２水−冷媒熱交換器で給湯サイクルを流通する冷媒と熱交換して加熱された水を貯湯する第２貯湯槽６と、第１貯湯槽の上部と前記第２貯湯槽の上部を第１の三方弁２６を介して選択的に連通する第１の接続路１１を設け、第１貯湯槽の水と第２貯湯槽の水を混合可能にした。
空調給湯複合システムにおいて、給湯サイクルの運転状態に関わらず、空調サイクルの排熱を回収し給湯に利用する。
【解決手段】
空調給湯複合システムは、第１の圧縮機１９および四方弁１８を有する空調サイクル１と、第２の圧縮機２０を有する給湯サイクル２を備える。空調サイクルで発生する排熱を回収する第１水−冷媒熱交換器７と、第１水−冷媒熱交換器で空調サイクルを流通する冷媒と熱交換して加熱された水を貯湯する第１貯湯槽５と、給湯サイクルに備えられこの給湯サイクルで発生する熱により水を加熱する第２水−冷媒熱交換器８と、第２水−冷媒熱交換器で給湯サイクルを流通する冷媒と熱交換して加熱された水を貯湯する第２貯湯槽６と、第１貯湯槽の上部と前記第２貯湯槽の上部を第１の三方弁２６を介して選択的に連通する第１の接続路１１を設け、第１貯湯槽の水と第２貯湯槽の水を混合可能にした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空調サイクルと給湯サイクルとを備える空調給湯複合システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の空調給湯複合システムの例が、特許文献１に記載されている。この公報に記載の空調給湯複合システムでは、空調と給湯を同時に安定的に提供するために、熱源機が空調用圧縮機と流路切替手段および室外熱交換器を備える。また、室内機が室内熱交換器および空調用絞り手段を備える。さらに、給湯用熱源回路が冷媒−冷媒熱交換器および給湯熱源用絞り手段を備え、分岐ユニットが室内機と給湯用熱源用回路へ流通する冷媒を分配している。室内機と給湯熱源用回路は並列に接続されている。
【０００３】
空調用冷凍サイクルが、分岐ユニットを介して熱源機と少なくとも２本の接続配管で接続されており、給湯用冷凍サイクルでは、給湯用圧縮機と、熱媒体−冷媒熱交換器と、給湯用絞り手段および冷媒−冷媒熱交換器が直列に接続されている。また、空調用冷凍サイクルと給湯用冷凍サイクルとは、冷媒−冷媒熱交換器で、空調用冷媒と給湯用冷媒とが熱交換するように接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２３６８１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載の空調給湯複合システムは、空調サイクルと給湯サイクルを冷媒−冷媒熱交換器で接続することにより従来大気に放出していた空調サイクルの排熱を給湯サイクルに利用している。しかし、特許文献１の空調給湯複合システムは空調サイクルと給湯サイクルを同時に運転している場合にしか排熱を利用できない。このため例えば、給湯需要が少ない場合は、給湯サイクルが停止してしまうので排熱を利用できない。
【０００６】
本発明は、上記従来の技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は、空調給湯複合システムにおいて、給湯サイクルの運転状態に関わらず空調サイクルの排熱を回収し給湯に利用できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成する本発明の特徴は、第１の圧縮機および四方弁を有する空調サイクルと、第２の圧縮機を有する給湯サイクルを備えた空調給湯複合システムにおいて、前記空調サイクルで発生する排熱を回収する第１水−冷媒熱交換器と、この第１水−冷媒熱交換器で前記空調サイクルを流通する冷媒と熱交換して加熱された水を貯湯する第１貯湯槽と、前記給湯サイクルに備えられこの給湯サイクルで発生する熱により水を加熱する第２水−冷媒熱交換器と、前記第２水−冷媒熱交換器で前記給湯サイクルを流通する冷媒と熱交換して加熱された水を貯湯する第２貯湯槽と、前記第１貯湯槽の上部と前記第２貯湯槽の上部を第１の三方弁を介して選択的に連通する第１の接続路を設け、前記第１貯湯槽の水と前記第２貯湯槽の水を混合可能にしたことにある。
【０００８】
そしてこの特徴において、前記第１貯湯槽の上部と前記第２の貯湯槽の下部を、第２の三方弁を介して選択的に連通する第２の接続路を設けるのが好ましく、前記第２貯湯槽の底部と前記第２水−冷媒熱交換器を接続する配管の途中から分岐し、前記第１貯湯槽の底部に接続する第３の接続路を設け、前記第３の接続路に、この第３の接続路を開閉する二方弁を設けるのが望ましい。
【０００９】
また、上記特徴において、前記給湯サイクルで発生する排熱を回収する第３水−冷媒熱交換器を設け、この第３水−冷媒熱交換器に前記第１貯湯槽を配管接続し、前記第１貯湯槽に貯湯された水と前記給湯サイクルを流通する冷媒とを前記第３水−冷媒熱交換器で熱交換させるようにしてもよい。
【００１０】
さらに、前記第１貯湯槽の底部に給水口を配管接続し、前記第１の接続路の給湯口端側に給水口に連通するポートを有する第３の三方弁を設け、前記第１貯湯槽の上部に第１の温度センサを、前記第２貯湯槽の上部に第２の温度センサをそれぞれ設け、前記第１および第２の温度センサが検出した温度の双方が予め定めた給湯温度より高いときには、前記第１貯湯槽に貯めた湯だけを前記第３の三方弁を介して給湯し、前記第３の三方弁で予め定めた給湯温度になるよう給水口からの水を混合してもよく、前記第１貯湯槽の底部に給水口を配管接続し、前記第１貯湯槽の上部に第１の温度センサを、前記第２貯湯槽の上部に第２の温度センサをそれぞれ設け、前記第１および第２の温度センサが検出した温度のいずれかが予め定めた給湯温度より高く他方の温度が予め定めた給湯温度より低いときは、前記第１貯湯槽の上部から前記第１、第２の三方弁へ接続する第１、第２の接続路を開き、前記第１、第２貯湯槽の双方の水を前記第１の三方弁で混合して予め定めた給湯温度にするようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、空調給湯複合システムにおいて、空調サイクルに排熱回収用水−冷媒熱交換器を付設し、空調サイクルと給湯サイクルに別個に貯湯槽を配設しこれら別個の貯湯槽の上部同士および空調用貯湯槽の上部と給湯用貯湯槽の底部とを選択的に連通したので、給湯サイクルの運転状態に関わらず空調サイクルの排熱を回収し給湯に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る空調給湯複合システムの一実施例のシステム図である。
【図２】図１に示した空調給湯複合システムにおける冷房運転モードの冷媒と水の流れを説明する図である。
【図３】図１に示した空調給湯複合システムにおける暖房運転モードの冷媒と水の流れを説明する図である。
【図４】図１に示した空調給湯複合システムにおける貯湯運転モードの冷媒と水の流れを説明する図である。
【図５】図１に示した空調給湯複合システムにおける給湯運転モードの水の流れを説明する図である。
【図６】図１に示した空調給湯複合システムにおける給湯運転モードの水の流れを説明する図である。
【図７】本発明に係る空調給湯複合システムの他の実施例のシステム図である。
【図８】図７に示した空調給湯複合システムにおける貯湯運転モードの冷媒と水の流れを説明する図である。
【図９】図７に示した空調給湯複合システムにおける貯湯運転モードの冷媒と水の流れを説明する図である。
【図１０】図７に示した空調給湯複合システムにおける給湯運転モードの水の流れを説明する図である。
【図１１】図７に示した空調給湯複合システムにおける給湯運転モードの水の流れを説明する図である。
【図１２】図７に示した空調給湯複合システムにおける給湯運転モードの水の流れを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る空調給湯複合システムのいくつかの実施例を、図面を用いて説明する。なお、以下の説明において、特に弁の開閉を図面に明記する場合には、黒塗りを開としている。三方弁等で一部黒塗りがある場合には白い部分は閉を示し、特に明細書中の記載がない場合の白い部分は、開閉いずれの場合もありうる。
【実施例１】
【００１４】
本発明に係る空調給湯複合システムの第１の実施例を、図１ないし図６を用いて説明する。本実施例に示す空調給湯複合システムは、空調サイクルと給湯サイクルとを組み合わせたシステムで、給湯サイクルの運転状態に関わらず空調サイクルの排熱を回収して、給湯に利用できるシステムである。
【００１５】
図１に、空調給湯複合システムのシステム図を示す。空調給湯複合システムは、それぞれ独立に運転可能な空調サイクル１および給湯サイクル２と、空調排熱回収用水循環経路３と、給湯用水循環経路４と、第１貯湯槽５および第２貯湯槽６と、第１第１水−冷媒熱交換器７を主たる構成機器としている。第１貯湯槽５と第２貯湯槽６は、水経路９、１０、１１により接続されている。
【００１６】
空調サイクル１は、Ｒ４１０Ａ冷媒が循環するヒートポンプサイクルであり、圧縮機１９および四方弁１８、三方弁１６、１７、膨張弁１２、１３、室内熱交換器１５、室外熱交換器１４を備えている。四方弁１８を切替えれば、冷房運転と暖房運転とが切替わる。冷房運転時には、圧縮機１９の吐出側に設けた四方弁１８を三方弁１７への接続側に切替える。一方、暖房運転時には、四方弁１８を三方弁１６への接続側に切替える。
【００１７】
四方弁１８に配管接続された三方弁１７には、第１水−冷媒熱交換器７に接続する経路と室外熱交換器１４に接続する経路が接続されている。第１水−冷媒熱交換器７の一端側には三方弁１７が、他端側には膨張弁１２が配管接続されている。室外熱交換器１４の一端側は三方弁１７に、他端側は膨張弁１３に配管接続されている。２つの膨張弁１２、１３の他端側はまとめられ、室内熱交換器１５に配管接続される。室内熱交換器１５は、四方弁１８に配管接続された三方弁１６に配管接続されている。三方弁１６の残りのポートは、第１水−冷媒熱交換器７に配管接続されている。
【００１８】
なお、本実施例では空調サイクル１を循環する冷媒として非共沸冷媒であるＲ４１０Ａについて説明するが、冷媒はＲ４１０Ａに限らず、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ５０７Ａ、Ｒ１３４ａ等、空調サイクルに利用できるものであればよい。また、空調サイクル１の構成は図１に示したものに限らず、ヒートポンプサイクルを用いた空調機能を有するものであって第１水−冷媒熱交換器７に排熱を放出できるものであればよい。
【００１９】
給湯サイクル２は、ＣＯ２冷媒が循環するヒートポンプサイクルであり、圧縮機２０および膨張弁２１、室外熱交換器２２を主構成機器として備えている。圧縮機２０の吐出側は第２水−冷媒熱交換器８に配管接続されており、膨張弁２１および室外熱交換器２２、圧縮機２０の吸込側の順に配管接続されている。なお、給湯サイクル２を循環する冷媒はＣＯ２に限らず、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ５０７Ａ、Ｒ１３４ａ等の給湯サイクルに利用できるものであればよい。ただし、高温を発生するためにはＣＯ２冷媒が好ましい。また給湯サイクル２の構成は、図１に示したものに限らず、第２水−冷媒熱交換器８に流入した水を加熱できるものであればよい。
【００２０】
空調排熱回収用水循環経路３は、水循環ポンプ２３を備えている。空調排熱回収用水循環経路３では、水循環ポンプ２３の吐出側および第１水−冷媒熱交換器７、第１貯湯槽５の上部、三方弁２６が順に配管接続されている。水循環ポンプ２３の吸込み側と第１貯湯槽５の底部とが、配管接続されている。
【００２１】
給湯用水循環経路４は、水循環ポンプ２５を備えており、水循環ポンプ２５の吐出側および第２水−冷媒熱交換器８、第２貯湯槽６の上部、三方弁２６が順に配管接続されている。水循環ポンプ２５の吸込側には、第１貯湯槽５の底部と二方弁２８とを配管接続する第１の水経路９と、第２貯湯槽６の底部と三方弁２９とを配管接続する第２の水経路１０とが接続されている。第１の水経路９では、二方弁２８と水循環ポンプ２５が配管接続されている。第２の水経路１０では、第１貯湯槽５の上部と三方弁２９とが配管接続される。
【００２２】
第１貯湯槽５の上部と第２貯湯槽６の上部は三方弁２６に配管接続されており、三方弁２６の残る一方は下流側に配置した三方弁２７に接続されている。三方弁２７は、三方弁２６に接続される他に、給水口と給湯口に接続されている。給水口および給湯口には、図示しないが、開閉弁が取り付けられている。
【００２３】
本実施例に示した空調給湯複合サイクルでは、各サイクルと、水および冷媒の循環・流通を制御するために、各部に温度センサが取り付けられている。室外熱交換器１４の入口側には、室外熱交換器１４の周辺の外気温を計測する温度センサ３０が設けられている。第１貯湯槽５の底部と上部には、温度センサ３１、３３がそれぞれ取り付けられており、第１貯湯槽５の底部と上部の水温を計測する。第２貯湯槽６の底部と上部には、温度センサ３２、３４がそれぞれ取り付けられており、第２貯湯槽６の底部と上部の水温を計測する。
【００２４】
なお図１に示した例では、第１貯湯槽５と第２貯湯槽６を独立した別々の容器として示しているが、一つの容器の中に仕切りを設け、一方を第１貯湯槽５、他方を第２貯湯槽６としてもよい。このように構成した空調給湯複合システムにおける、各運転モードでの動作を、以下に運転モードごとに説明する。
（冷房運転モード）
図１に示した空調給湯複合システムを、冷房運転した時の冷媒と水の流れを図２(ａ)，図２（ｂ）に示す。圧縮機１９が起動され、三方弁１６および四方弁１８は、図２（ａ）、（ｂ）で矢印で示した方向に冷媒が流れるように設定される。すなわち、圧縮機１９から吐出された高温高圧の冷媒が、四方弁１８を経て三方弁１７に流入するように各弁１８、１７を切り替える。
【００２５】
ここで、第１貯湯槽５の底部に設けた温度センサ３１が計測した水温Ｔ３１が予め定めた温度Ｔ１以下のときには、圧縮機１９で圧縮された冷媒を第１水−冷媒熱交換器７にも分配するパターンＡとする(図２(ａ))。温度センサ３１が計測した水温Ｔ３１が予め定めた温度Ｔ１以上の場合には、圧縮機１９で圧縮された冷媒を室外熱交換器１４に導くパターンＢとする(図２(ｂ))。
【００２６】
ここで予め定めた温度Ｔ１としては、例えば、第１水−冷媒熱交換器７に冷媒を分配したパターンＡに示す状態の空調サイクル１の効率と、室外熱交換器１４に冷媒を導いたパターンＢに示す状態の空調サイクル１の効率が一致する温度を用いる。温度Ｔ１を算出するには、例えば、各水温Ｔ３１におけるパターンＡに示す空調サイクルのサイクル効率ＣＯＰ１と、外気温Ｔ３０ごとにパターンＢに示す空調サイクルのサイクル効率ＣＯＰ２を、それぞれシミュレーション等で予め求めてテーブル化しておく。そして、外気温Ｔ３０とサイクル効率ＣＯＰ２のテーブルから、室外熱交換器１４の近傍に設けた温度センサ３０が検出した温度Ｔ３０に基づいてパターンＢに示した空調サイクルのサイクル効率ＣＯＰ２を算出する。算出されたサイクル効率ＣＯＰ２と一致するサイクル効率ＣＯＰ１になるパターンＡに示した空調サイクルの水温Ｔ３１を求める。
【００２７】
パターンＡに示した空調サイクルでは、三方弁１７から分配された高温高圧の冷媒は第１水−冷媒熱交換器７に流入し、この第１水−冷媒熱交換器７内を流通する水に熱を放出して凝縮する。凝縮した冷媒は、膨張弁１２により断熱膨張され低温低圧となって室内熱交換器１５に流入する。そして、空調空間内の熱を吸収して蒸発する。蒸発した冷媒は、四方弁１８を経て圧縮機１９の吸込側に流入する。
【００２８】
パターンＢに示す空調サイクルでは、三方弁１７を経た高温高圧の冷媒は室外熱交換器１４に流入し、外気に熱を放出して凝縮する。凝縮した冷媒は膨張弁１３で断熱膨張し低温低圧となって室内熱交換器１５に流入し、空調空間内の熱を吸収して蒸発する。蒸発した冷媒は、四方弁１８を経て圧縮機１９の吸込側に流入する。
【００２９】
三方弁１７から第１水−冷媒熱交換器７に冷媒が分配されている場合には、水循環ポンプ２３を起動する。第１貯湯槽５の底部の水が水循環ポンプ２３に吸い込まれ、第１水−冷媒熱交換器７に流入して空調サイクル１から放出された熱を吸収する。空調サイクル１の熱を吸収した水は、第１貯湯槽５の上部に還流し貯留される。
（暖房運転モード）
暖房運転モードにおける冷媒と水の流れを、図３に示す。圧縮機１９が起動され、三方弁１７、四方弁１８は図に示す矢印の方向に冷媒が流れるように設定される。すなわち、圧縮機１９から吐出された高温高圧の冷媒は、四方弁１８を経て三方弁１６に流入する。三方弁１６は、室内熱交換器１５と第１水−冷媒熱交換器７に冷媒を分配する。三方弁１６における冷媒の分配比率は、例えば、圧縮機１９の回転数に応じて決定する。
【００３０】
ここで三方弁１６における冷媒の分配比率の決定例を、以下に説明する。一般に圧縮機の効率は回転数に依存し、効率が最適な回転数が存在する。また特に暖房負荷が小さく圧縮機で設定可能な最低回転数でも空調出力が大きすぎる場合は、圧縮機のＯＮ／ＯＦＦを繰り返して断続運転する。圧縮機及び空調サイクルは、一般に起動直後は効率が悪い特性を有しているので、断続運転時は効率が悪い。そこで、圧縮機の効率を極力低下させないように三方弁１６における冷媒の分配比率を決定する。
【００３１】
具体的には、暖房負荷が小さく、圧縮機１９の回転数が最適回転数より低く設定される場合、三方弁１６から第１水−冷媒熱交換器７への冷媒分配量を増やして、圧縮機１９の回転数を高く設定する。一方、暖房負荷が大きく圧縮機１９の回転数が高く設定される場合は、三方弁１６から第１水−冷媒熱交換器７への冷媒分配量を減らして回転数を低く設定する。
【００３２】
三方弁１６から室内熱交換器１５に分配された高温高圧の冷媒は、空調空間内に熱を放出して凝縮する。ここで、膨張弁１２は全開に設定されている。凝縮した冷媒は、膨張弁１３で断熱膨張し低温低圧となって室外熱交換器１４に流入し、室外の熱を吸収して蒸発する。蒸発した冷媒は、三方弁１７、次いで四方弁１８を経て圧縮機１９の吸込側に流入する。
【００３３】
三方弁１６から第１水−冷媒熱交換器７に分配された高温高圧の冷媒は、第１水−冷媒熱交換器７内を流通する水に熱を放出して凝縮する。凝縮した冷媒は、膨張弁１２を通過して、室内熱交換器１５から流出した冷媒と合流する。
【００３４】
ここで、三方弁１６から第１水−冷媒熱交換器７に冷媒が分配されている場合には、水循環ポンプ２３を起動する。第１貯湯槽５の底部の水は水循環ポンプ２３に吸い込まれ、第１水−冷媒熱交換器７に流入して空調サイクル１から放出された熱を吸収する。空調サイクル１から熱を吸収した水は、第１貯湯槽５の上部に還流し貯留される。
（貯湯運転モード）
貯湯運転モードにおける冷媒と水の流れを、図４（ａ）、（ｂ）に示す。貯湯運転モードでは、圧縮機２０と水循環ポンプ２５が起動される。圧縮機２０から吐出された高温高圧の冷媒は第２水−冷媒熱交換器８に流入し、第２水−冷媒熱交換器８を流通する水に熱を放出して凝縮する。凝縮した冷媒は、膨張弁２１で断熱膨張し低温低圧となって室外熱交換器２２に流入し、室外の熱を吸収して蒸発する。蒸発した冷媒は、圧縮機２０の吸込側に還流する。
【００３５】
一方貯湯に供する水は、第１貯湯槽５の底部に設けた温度センサー３１で計測された水温Ｔ３１および第２貯湯槽６の底部に設けた温度センサー３２で計測された水温Ｔ３２に応じて、その循環経路が第１水循環経路と第２水循環経路に切り替えられる。第１水循環経路を流通する場合は、図４(ａ)に示すように、二方弁２８を閉じる。そして三方弁２９では、第２貯湯槽６の底部に接続するポートと水循環ポンプ２５に接続するポートを開く。第２貯湯槽６の底部の水は水循環ポンプ２５に吸い込まれ、第２水−冷媒熱交換器８に流入して詳細を後述する給湯サイクル２から放出された熱を吸収する。熱を吸収した水は、第２貯湯槽６の上部に還流し貯留される。
【００３６】
第２水循環経路に切替えられた場合には、図４(ｂ)に示すように、二方弁２８を開く。そして三方弁２９では、第２貯湯槽６の底部に接続するポートと第１貯湯槽５の上部に接続するポートを開く。第１貯湯槽５の底部の水は水循環ポンプ２５に吸い込まれ、第２水−冷媒熱交換器８に流入して給湯サイクル２から放出された熱を吸収する。熱を吸収した水は、第２貯湯槽６の上部に流入し貯留される。第２貯湯槽の底部の水は、三方弁２９を経て第１貯湯槽５の上部に流入し貯留される。
【００３７】
ここで第１水循環経路と第２水循環経路の切替える切替条件の設定例を、以下に説明する。第２水−冷媒熱交換器８において給湯サイクル１から熱を吸収する際、第２水−冷媒熱交換器８に流入する水の温度は低い方が給湯サイクル１の効率が高い。そこで、第２水−冷媒熱交換器８に流入する水の温度が低くなるように、第１水循環経路と第２水循環経路を切替える。具体的には、温度センサ３１で計測された第１貯湯槽５の底部の水温Ｔ３１と、温度センサ３２で計測された第２貯湯槽６の底部の水温Ｔ３２を比較し、第１貯湯槽５の底部の水温Ｔ３１が第２貯湯槽６の底部の水温Ｔ３２より高い場合は、第１水循環経路を使用し、それ以外の場合は第２水循環経路を使用する。
（給湯運転モード）
給湯運転モードにおける水の流れを、図５および図６に示す。水の流れは、温度センサ３３が計測した第１貯湯槽５の上部温度Ｔ３３および温度センサ３４が計測した第２貯湯槽６の上部温度Ｔ３４、温度センサ３５が計測した給水温度Ｔ３５に基づいて大きく２つのパターンに分けられる。
【００３８】
第１貯湯槽５の上部温度Ｔ３３が給湯需要の要求温度Ｔｒｅｑより高く、かつ、第２貯湯槽６の上部温度Ｔ３４が給湯需要の要求温度Ｔｒｅｑより高い場合の水の流れを図５に示す。三方弁２６は、第２貯湯槽６の上部に接続されたポートを閉じる。第１貯湯槽５の底部の給水口から給水し、給水された水と同量の水が第１貯湯槽５の上部から水経路１１、三方弁２６を介して三方弁２７へ流入する。三方弁２７は第１貯湯槽５から流出した水と、給水口から給水された水を混合し、要求温度Ｔｒｅｑと一致するように混合比率を調整する。混合された水は給湯口へ流出する。
【００３９】
第１貯湯槽５の上部温度Ｔ３３と第２貯湯槽６の上部温度Ｔ３４の何れか一方が給湯需要の要求温度Ｔｒｅｑより高く、他方が給湯需要の要求温度Ｔｒｅｑより低い場合の水の流れを、図６に示す。三方弁２７は、給水口に接続されたポートを閉じる。三方弁２９は、第１貯湯槽５の上部に接続されたポートと第２貯湯槽６の底部に接続されたポートを接続する。第１貯湯槽５の底部の給水口から給水し、給水された水と同量の水が第１貯湯槽５の上部から水経路１０および水経路１１へ流出する。
【００４０】
水経路１０へ流出した水は、三方弁２９を経て第２貯湯槽６の底部に流入する。流入した水と同量の水が第２貯湯槽６の上部から流出し、三方弁２６へ流入する。一方、水経路１１へ流出した水は三方弁２６へ流入する。三方弁２６は、第１貯湯槽５から流出した水と、第２貯湯槽６から流出した水を混合し、要求温度Ｔｒｅｑと一致するように混合比率を調整する。混合された水は，三方弁２７を経て給湯口へ流出する。
【００４１】
本実施例によれば、給湯サイクルの運転状態に関わらず、空調サイクルの排熱を第１貯湯槽に蓄熱し、給湯に利用することができる。
【実施例２】
【００４２】
本実施例が上記実施例と異なるのは、空調給湯複合システムが、空調サイクルからの排熱を利用するのに加えて、給湯サイクルからの排熱も利用するようにしたことにある。図７に、本実施例における空調給湯複合システムのシステム図を示す。本実施例の空調給湯複合システムは、空調サイクル１および給湯サイクル３９、空調排熱回収用水循環経路３、給湯排熱回収用水循環経路４０、給湯用水循環経路４、第１貯湯槽５および第２貯湯槽６、第１水−冷媒熱交換器７、第２水−冷媒熱交換器、第３水−冷媒熱交換器３７を主構成機器としている。第１貯湯槽５と第２貯湯槽６とは、水経路９、１０、１１により接続されている。空調サイクル１および空調排熱回収用水循環経路３、給湯用水循環経路４の構成、第１貯湯槽５と第２貯湯槽６との間の接続構成は、図１に示した実施例と同様である。
【００４３】
給湯サイクル３９は、ＣＯ２冷媒が循環するヒートポンプサイクルであり、圧縮機２０、膨張弁２１、室外熱交換器２２、三方弁３８、温度センサ４１を備えている。圧縮機２０の吐出側は、第２水−冷媒熱交換器８、膨張弁２１、三方弁３８の順に配管接続されている。三方弁３８の各ポートには、室外熱交換器２２、圧縮機２０の吸込み側の順に配管接続された経路と、第３水−冷媒熱交換器３７、圧縮機２０の吸込み側の順に配管接続された経路が接続されている。
【００４４】
温度センサ４１は、給湯サイクル３９が備える室外熱交換器２２の近傍の外気温度Ｔ４１を計測する。なお、給湯サイクル３９を循環する冷媒は、ＣＯ２に限らずＲ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ５０７Ａ、Ｒ１３４ａ等の給湯サイクルに利用できるものでもよい。しかしながら、高温を得るのにはＣＯ２冷媒が好ましい。また給湯サイクル３９の構成は、図７に示したものに限らず、第２水−冷媒熱交換器８に流入した水を加熱し、第３水−冷媒熱交換器３７から吸熱できるヒートポンプサイクルを備えるものであればよい。
【００４５】
給湯排熱回収用水循環経路４０は、水循環ポンプ３６を備えており、水循環ポンプ３６の吐出側、第３水−冷媒熱交換器３７、第１貯湯槽５の底部の順に配管接続されている。水循環ポンプ３６の吸込み側は、第１貯湯槽５の上部と配管接続されている。なお、図７に示した実施例では、第１貯湯槽５と第２貯湯槽６を別個の容器としているが、一つの容器の中に仕切りを設け、一方を第１貯湯槽５、他方を第２貯湯槽６としてもよい。
【００４６】
上記実施例１と同様、各種運転モードにおける水と冷媒の流れを、図８ないし図１２を用いて説明する。ただし、冷房時と暖房時の動作は、上記実施例１と同一であるので説明を省略する。
（貯湯運転モード）
貯湯運転モードにおける冷媒と水の流れを、図８（ａ）、（ｂ）および図９に示す。貯湯運転モードでは、圧縮機２０と水循環ポンプ２５が起動される。圧縮機２０から吐出された高温高圧の冷媒は第２水−冷媒熱交換器８に流入し、第２水−冷媒熱交換器８内を流通する水に熱を放出して凝縮する。凝縮した冷媒は膨張弁２１で断熱膨張し、低温低圧となって三方弁３８に流入する。
【００４７】
三方弁３８は、室外熱交換器２２側と第３水−冷媒熱交換器３７側にその接続を切り替えられる。図８（ａ）に示すように、室外熱交換器２２に切り替えられた場合には、三方弁３８に流入した低温低圧の冷媒は、室外熱交換器２２において室外の熱を吸収して蒸発する。蒸発した冷媒は、圧縮機２０の吸込側に流入する。一方図８(ｂ)に示すように、第３水−冷媒熱交換器３７に切り替えられた場合には、三方弁に流入した低温低圧の冷媒は、水−冷媒熱交換器において、第３水−冷媒熱交換器３７内を流通する水から熱を吸収して蒸発する。蒸発した冷媒は、圧縮機２０の吸込側に流入する。
【００４８】
次に、三方弁３８における冷媒の分配方法例を、以下に説明する。三方弁３８は、温度センサ４１が計測した室外温度Ｔ４１に基づいて算出された予め定めた温度Ｔ５ｔと温度センサ３３が計測した第１貯湯槽５の上部温度Ｔ３３を比較する。そして、第１貯湯槽５の上部温度Ｔ３３が予め定めた温度Ｔ２より高い場合には、第３水−冷媒熱交換器３７に冷媒の流れを切り替える。それ以外の場合には、室外熱交換器２２に冷媒を流す。
【００４９】
ここで予め定めた温度Ｔ２とは、図８(ａ)に示したように、第３水−冷媒熱交換器３７に冷媒を流した場合（図８（ａ））の給湯サイクル３９の効率ＣＯＰ３と、室外熱交換器２２に冷媒を流した場合（図８（ｂ））の給湯サイクル３９の効率ＣＯＰ４が一致する温度である。温度の算出方法としては、例えば、予め各水温におけるサイクル効率ＣＯＰ３のテーブルと、各外気温Ｔ４１におけるサイクル効率ＣＯＰ４のテーブルを作成する。そして、図８(ｂ)に示したサイクルのサイクル効率ＣＯＰ４のテーブルを、温度センサ４１で計測された外気温Ｔ４１を参照して検索および補間し、サイクル効率ＣＯＰ４を算出し、算出したサイクル効率ＣＯＰ４と一致する図８（ａ）における水温Ｔ３３を求める。
【００５０】
水循環ポンプ３６は、三方弁３８から第３水−冷媒熱交換器３７へ冷媒が流された場合に起動する。第１貯湯槽５の上部の水は水循環ポンプ３６へ吸い込まれ、第３水−冷媒熱交換器３７へ吐出される。第３水−冷媒熱交換器３７に流入した水は、給湯サイクル３９を流通する冷媒と熱交換して熱を放出し、第１貯湯槽５の底部へ還流し貯留される。
【００５１】
第２貯湯槽６の底部の水は、三方弁２９を介して水循環ポンプ２５に吸い込まれる。水循環ポンプ２５から吐出された水は、第２水−冷媒熱交換器８に流入し、給湯サイクル３９を流通する冷媒から熱を吸収し、第２貯湯槽６の上部へ還流し貯留される。
【００５２】
ところで、温度センサ３２で計測された第２貯湯槽６の底部の水温Ｔ３２が予め定めた温度Ｔ３より高く、かつ、温度センサ３１で計測された第１貯湯槽５の底部の水温Ｔ３１が予め定めた温度Ｔ３より低い場合には、図９に示すように、三方弁２９の第１貯湯槽５の上部へ接続するポートおよび二方弁２８を開く。そして、第２貯湯槽６の底部から流出した水の一部を、第１貯湯槽５の上部へ流出させる。第１貯湯槽５の上部へ流入した水と同量の水が、第１貯湯槽５の底部から二方弁２８を通過する。この二方弁２８を経た水と、第２貯湯槽６の底部から流出した水とを、混合する。
【００５３】
ここで予め定めた温度Ｔ３とは、第２水−冷媒熱交換器８に流入する水温と給湯サイクル３９のサイクル効率との関係から算出される温度である。上記したように、給湯サイクルは第２水−冷媒熱交換器８に流入する水の温度が高いとサイクル効率が低下する特性を有している。そこで、温度の低い第１貯湯槽５の底部の水を第２水−冷媒熱交換器８に流入する水に混合して、第２水−冷媒熱交換器８に流入する水の温度を低下させ、給湯サイクル３９の効率向上を図る。
（給湯運転モード）
給湯運転モードにおける水の流れを、図１０〜図１２を用いて説明する。水の流れは、温度センサ３３が計測した第１貯湯槽５の上部温度Ｔ３３、および温度センサ３４が計測した第２貯湯槽６の上部温度Ｔ３４、温度センサ３５が計測した給水温度Ｔ３５に基づいて３つのパターンに大別される。
【００５４】
まず第１貯湯槽５の上部温度Ｔ３３が給湯需要の要求温度Ｔｒｅｑより高く、かつ、第２貯湯槽６の上部温度Ｔ３４が給湯需要の要求温度Ｔｒｅｑより高い場合（パターン１）の水の流れを図１０に示す。三方弁２６は、第２貯湯槽６の上部に接続されたポートを閉じる。第１貯湯槽５の底部の給水口から給水し、給水された水と同量の水が第１貯湯槽５の上部から水経路１１および三方弁２６を経て、三方弁２７へ流入する。三方弁２７は第１貯湯槽５から流出した水と、給水口から給水された水を混合し、要求温度Ｔｒｅｑと一致するように混合比率を調整する。混合された水は、給湯口へ流出する。
【００５５】
次に、第１貯湯槽５の上部温度Ｔ３３が給湯需要の要求温度Ｔｒｅｑより高く、かつ、第２貯湯槽６の上部温度Ｔ３４が給湯需要の要求温度Ｔｒｅｑより低い場合(パターン２)の水の流れを、図１１に示す。三方弁２７は給水口に接続されたポートを閉じる。三方弁２９は、第１貯湯槽５の上部に接続されたポートと、第２貯湯槽６の底部に接続されたポートを連通させる。
【００５６】
第１貯湯槽５の底部の給水口から給水し、給水された水と同量の水が第１貯湯槽５の上部から水経路１０および水経路１１へ流出する。水経路１０へ流出した水は、三方弁２９を経て第２貯湯槽６の底部に流入する。流入した水と同量の水が、第２貯湯槽６の上部から流出し、三方弁２６へ流入する。水経路１１へ流出した水は、三方弁２６へ流入する。三方弁２６は、第１貯湯槽５から流出した水と第２貯湯槽６から流出した水を混合し、要求温度Ｔｒｅｑと一致するように混合比率を調整する。混合された水は、三方弁２７を経て給湯口へ流出する。
【００５７】
第１貯湯槽５の上部温度Ｔ３３が給湯需要の要求温度Ｔｒｅｑと給水温度Ｔ３５の中間にあり、かつ、第２貯湯槽６の上部温度Ｔ３４が給湯需要の要求温度Ｔｒｅｑより高い場合も、パターン２と同様である。
【００５８】
第１貯湯槽５の上部温度Ｔ３３が給水温度Ｔ３５より低く、かつ、第２貯湯槽６の上部温度Ｔ３４が給湯需要の要求温度Ｔｒｅｑより高い場合の水の流れを図１２に示す（パターン３）。三方弁２６は、水経路１１に接続されたポートを閉じる。第２貯湯槽６の底部の給水口から給水し、給水された水と同量の水が第２貯湯槽６の上部から三方弁２６を介して三方弁２７へ流入する。三方弁２７は第２貯湯槽６から流出した水と、給水口から給水された水を混合し、要求温度Ｔｒｅｑと一致するように混合比率を調整する。混合された水は給湯口へ流出する。
【００５９】
本実施例によれば、空調サイクルと給湯サイクルがそれぞれ互いの運転状態に関わらず自サイクルの排熱を第１貯湯槽に蓄熱することが可能になる。なお、本実施例では第３水−冷媒熱交換器３７で排熱回収を可能にしているので、第１貯湯タンクと循環する水側の温度を低くすればするほど、この第３水−冷媒熱交換器３７での排熱回収量が増大する。
【００６０】
なお上記各実施例では、第１貯湯槽および第２貯湯槽内には、水または湯が充満されているように運転される。したがって、第１、第２貯湯槽の上部および底部に取り付けた各温度センサは、貯湯槽各部の水または湯の温度を正確に検出できる。また、上記各実施例の給湯運転モードでは三方弁が給湯温度を制御しているが、制御装置を別個に設けて三方弁の開度や給水量を制御するようにしてもよいことは言うまでもない。
【００６１】
さらに、上記各実施例では第１、第２貯湯槽を備えている。この理由は、第１貯湯槽は主として空調サイクルで発生する排熱を回収するためであり、主として第２貯湯槽は給湯サイクルで発生する排熱を回収するためである。空調サイクルは、給湯サイクルに比べて季節により回収できる排熱量が変動するとともに、排熱回収用の水−冷媒熱交換器に流入する冷媒の温度レベルが通常低い。そのため第１貯湯槽には、第２貯湯槽よりも比較的低温の湯が貯湯される。これは、空調サイクルが非共沸冷媒を使用し、給湯サイクルがＣＯ２冷媒を使用することが主因である。ただし、空調サイクルでは給湯サイクルよりも湯量を豊富に確保できるので、第１貯湯槽を第２貯湯槽よりも大容量にするのが好ましい。
【００６２】
なお、家庭用の空調給湯システム等に使用する場合には、設置面積の要求から第１貯湯槽の容量を大きくできない場合が多い。そこで、第１貯湯槽の湯を第２貯湯槽の湯よりも優先的に使用すれば、排熱回収効率が向上する。上記各実施例では、できるだけ第１貯湯槽の湯を使用して、給湯サイクルの運転を低減するようにしている。
【符号の説明】
【００６３】
１…空調サイクル、２…給湯サイクル、３…空調排熱回収用水循環経路、４…給湯用水循環経路、５…第１貯湯槽、６…第２貯湯槽、７…第１水−冷媒熱交換器、８…第２水−冷媒熱交換器、１０…水経路（第２の接続路）、１１…水経路（第１の接続路）、１２、１３…膨張弁、１４…(第１)室外熱交換器、１５…室内熱交換器、１６、１７…三方弁、１８…四方弁、１９…(第１)圧縮機、２０…(第２)圧縮機、２２…(第２)室外熱交換器、２３…(第１)水循環ポンプ、２５…(第２)水循環ポンプ、２６…（第１の）三方弁、２７…（第３の）三方弁、２８…二方弁（第３の接続路）、２９…（第２の）三方弁、３０〜３５…温度センサ、３６…(第３)水循環ポンプ、３７…第３水−冷媒熱交換器、３８…三方弁、３９…給湯サイクル、４０…給湯排熱回収用水循環経路、４１…温度センサ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空調サイクルと給湯サイクルとを備える空調給湯複合システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の空調給湯複合システムの例が、特許文献１に記載されている。この公報に記載の空調給湯複合システムでは、空調と給湯を同時に安定的に提供するために、熱源機が空調用圧縮機と流路切替手段および室外熱交換器を備える。また、室内機が室内熱交換器および空調用絞り手段を備える。さらに、給湯用熱源回路が冷媒−冷媒熱交換器および給湯熱源用絞り手段を備え、分岐ユニットが室内機と給湯用熱源用回路へ流通する冷媒を分配している。室内機と給湯熱源用回路は並列に接続されている。
【０００３】
空調用冷凍サイクルが、分岐ユニットを介して熱源機と少なくとも２本の接続配管で接続されており、給湯用冷凍サイクルでは、給湯用圧縮機と、熱媒体−冷媒熱交換器と、給湯用絞り手段および冷媒−冷媒熱交換器が直列に接続されている。また、空調用冷凍サイクルと給湯用冷凍サイクルとは、冷媒−冷媒熱交換器で、空調用冷媒と給湯用冷媒とが熱交換するように接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２３６８１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載の空調給湯複合システムは、空調サイクルと給湯サイクルを冷媒−冷媒熱交換器で接続することにより従来大気に放出していた空調サイクルの排熱を給湯サイクルに利用している。しかし、特許文献１の空調給湯複合システムは空調サイクルと給湯サイクルを同時に運転している場合にしか排熱を利用できない。このため例えば、給湯需要が少ない場合は、給湯サイクルが停止してしまうので排熱を利用できない。
【０００６】
本発明は、上記従来の技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は、空調給湯複合システムにおいて、給湯サイクルの運転状態に関わらず空調サイクルの排熱を回収し給湯に利用できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成する本発明の特徴は、第１の圧縮機および四方弁を有する空調サイクルと、第２の圧縮機を有する給湯サイクルを備えた空調給湯複合システムにおいて、前記空調サイクルで発生する排熱を回収する第１水−冷媒熱交換器と、この第１水−冷媒熱交換器で前記空調サイクルを流通する冷媒と熱交換して加熱された水を貯湯する第１貯湯槽と、前記給湯サイクルに備えられこの給湯サイクルで発生する熱により水を加熱する第２水−冷媒熱交換器と、前記第２水−冷媒熱交換器で前記給湯サイクルを流通する冷媒と熱交換して加熱された水を貯湯する第２貯湯槽と、前記第１貯湯槽の上部と前記第２貯湯槽の上部を第１の三方弁を介して選択的に連通する第１の接続路を設け、前記第１貯湯槽の水と前記第２貯湯槽の水を混合可能にしたことにある。
【０００８】
そしてこの特徴において、前記第１貯湯槽の上部と前記第２の貯湯槽の下部を、第２の三方弁を介して選択的に連通する第２の接続路を設けるのが好ましく、前記第２貯湯槽の底部と前記第２水−冷媒熱交換器を接続する配管の途中から分岐し、前記第１貯湯槽の底部に接続する第３の接続路を設け、前記第３の接続路に、この第３の接続路を開閉する二方弁を設けるのが望ましい。
【０００９】
また、上記特徴において、前記給湯サイクルで発生する排熱を回収する第３水−冷媒熱交換器を設け、この第３水−冷媒熱交換器に前記第１貯湯槽を配管接続し、前記第１貯湯槽に貯湯された水と前記給湯サイクルを流通する冷媒とを前記第３水−冷媒熱交換器で熱交換させるようにしてもよい。
【００１０】
さらに、前記第１貯湯槽の底部に給水口を配管接続し、前記第１の接続路の給湯口端側に給水口に連通するポートを有する第３の三方弁を設け、前記第１貯湯槽の上部に第１の温度センサを、前記第２貯湯槽の上部に第２の温度センサをそれぞれ設け、前記第１および第２の温度センサが検出した温度の双方が予め定めた給湯温度より高いときには、前記第１貯湯槽に貯めた湯だけを前記第３の三方弁を介して給湯し、前記第３の三方弁で予め定めた給湯温度になるよう給水口からの水を混合してもよく、前記第１貯湯槽の底部に給水口を配管接続し、前記第１貯湯槽の上部に第１の温度センサを、前記第２貯湯槽の上部に第２の温度センサをそれぞれ設け、前記第１および第２の温度センサが検出した温度のいずれかが予め定めた給湯温度より高く他方の温度が予め定めた給湯温度より低いときは、前記第１貯湯槽の上部から前記第１、第２の三方弁へ接続する第１、第２の接続路を開き、前記第１、第２貯湯槽の双方の水を前記第１の三方弁で混合して予め定めた給湯温度にするようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、空調給湯複合システムにおいて、空調サイクルに排熱回収用水−冷媒熱交換器を付設し、空調サイクルと給湯サイクルに別個に貯湯槽を配設しこれら別個の貯湯槽の上部同士および空調用貯湯槽の上部と給湯用貯湯槽の底部とを選択的に連通したので、給湯サイクルの運転状態に関わらず空調サイクルの排熱を回収し給湯に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る空調給湯複合システムの一実施例のシステム図である。
【図２】図１に示した空調給湯複合システムにおける冷房運転モードの冷媒と水の流れを説明する図である。
【図３】図１に示した空調給湯複合システムにおける暖房運転モードの冷媒と水の流れを説明する図である。
【図４】図１に示した空調給湯複合システムにおける貯湯運転モードの冷媒と水の流れを説明する図である。
【図５】図１に示した空調給湯複合システムにおける給湯運転モードの水の流れを説明する図である。
【図６】図１に示した空調給湯複合システムにおける給湯運転モードの水の流れを説明する図である。
【図７】本発明に係る空調給湯複合システムの他の実施例のシステム図である。
【図８】図７に示した空調給湯複合システムにおける貯湯運転モードの冷媒と水の流れを説明する図である。
【図９】図７に示した空調給湯複合システムにおける貯湯運転モードの冷媒と水の流れを説明する図である。
【図１０】図７に示した空調給湯複合システムにおける給湯運転モードの水の流れを説明する図である。
【図１１】図７に示した空調給湯複合システムにおける給湯運転モードの水の流れを説明する図である。
【図１２】図７に示した空調給湯複合システムにおける給湯運転モードの水の流れを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る空調給湯複合システムのいくつかの実施例を、図面を用いて説明する。なお、以下の説明において、特に弁の開閉を図面に明記する場合には、黒塗りを開としている。三方弁等で一部黒塗りがある場合には白い部分は閉を示し、特に明細書中の記載がない場合の白い部分は、開閉いずれの場合もありうる。
【実施例１】
【００１４】
本発明に係る空調給湯複合システムの第１の実施例を、図１ないし図６を用いて説明する。本実施例に示す空調給湯複合システムは、空調サイクルと給湯サイクルとを組み合わせたシステムで、給湯サイクルの運転状態に関わらず空調サイクルの排熱を回収して、給湯に利用できるシステムである。
【００１５】
図１に、空調給湯複合システムのシステム図を示す。空調給湯複合システムは、それぞれ独立に運転可能な空調サイクル１および給湯サイクル２と、空調排熱回収用水循環経路３と、給湯用水循環経路４と、第１貯湯槽５および第２貯湯槽６と、第１第１水−冷媒熱交換器７を主たる構成機器としている。第１貯湯槽５と第２貯湯槽６は、水経路９、１０、１１により接続されている。
【００１６】
空調サイクル１は、Ｒ４１０Ａ冷媒が循環するヒートポンプサイクルであり、圧縮機１９および四方弁１８、三方弁１６、１７、膨張弁１２、１３、室内熱交換器１５、室外熱交換器１４を備えている。四方弁１８を切替えれば、冷房運転と暖房運転とが切替わる。冷房運転時には、圧縮機１９の吐出側に設けた四方弁１８を三方弁１７への接続側に切替える。一方、暖房運転時には、四方弁１８を三方弁１６への接続側に切替える。
【００１７】
四方弁１８に配管接続された三方弁１７には、第１水−冷媒熱交換器７に接続する経路と室外熱交換器１４に接続する経路が接続されている。第１水−冷媒熱交換器７の一端側には三方弁１７が、他端側には膨張弁１２が配管接続されている。室外熱交換器１４の一端側は三方弁１７に、他端側は膨張弁１３に配管接続されている。２つの膨張弁１２、１３の他端側はまとめられ、室内熱交換器１５に配管接続される。室内熱交換器１５は、四方弁１８に配管接続された三方弁１６に配管接続されている。三方弁１６の残りのポートは、第１水−冷媒熱交換器７に配管接続されている。
【００１８】
なお、本実施例では空調サイクル１を循環する冷媒として非共沸冷媒であるＲ４１０Ａについて説明するが、冷媒はＲ４１０Ａに限らず、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ５０７Ａ、Ｒ１３４ａ等、空調サイクルに利用できるものであればよい。また、空調サイクル１の構成は図１に示したものに限らず、ヒートポンプサイクルを用いた空調機能を有するものであって第１水−冷媒熱交換器７に排熱を放出できるものであればよい。
【００１９】
給湯サイクル２は、ＣＯ２冷媒が循環するヒートポンプサイクルであり、圧縮機２０および膨張弁２１、室外熱交換器２２を主構成機器として備えている。圧縮機２０の吐出側は第２水−冷媒熱交換器８に配管接続されており、膨張弁２１および室外熱交換器２２、圧縮機２０の吸込側の順に配管接続されている。なお、給湯サイクル２を循環する冷媒はＣＯ２に限らず、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ５０７Ａ、Ｒ１３４ａ等の給湯サイクルに利用できるものであればよい。ただし、高温を発生するためにはＣＯ２冷媒が好ましい。また給湯サイクル２の構成は、図１に示したものに限らず、第２水−冷媒熱交換器８に流入した水を加熱できるものであればよい。
【００２０】
空調排熱回収用水循環経路３は、水循環ポンプ２３を備えている。空調排熱回収用水循環経路３では、水循環ポンプ２３の吐出側および第１水−冷媒熱交換器７、第１貯湯槽５の上部、三方弁２６が順に配管接続されている。水循環ポンプ２３の吸込み側と第１貯湯槽５の底部とが、配管接続されている。
【００２１】
給湯用水循環経路４は、水循環ポンプ２５を備えており、水循環ポンプ２５の吐出側および第２水−冷媒熱交換器８、第２貯湯槽６の上部、三方弁２６が順に配管接続されている。水循環ポンプ２５の吸込側には、第１貯湯槽５の底部と二方弁２８とを配管接続する第１の水経路９と、第２貯湯槽６の底部と三方弁２９とを配管接続する第２の水経路１０とが接続されている。第１の水経路９では、二方弁２８と水循環ポンプ２５が配管接続されている。第２の水経路１０では、第１貯湯槽５の上部と三方弁２９とが配管接続される。
【００２２】
第１貯湯槽５の上部と第２貯湯槽６の上部は三方弁２６に配管接続されており、三方弁２６の残る一方は下流側に配置した三方弁２７に接続されている。三方弁２７は、三方弁２６に接続される他に、給水口と給湯口に接続されている。給水口および給湯口には、図示しないが、開閉弁が取り付けられている。
【００２３】
本実施例に示した空調給湯複合サイクルでは、各サイクルと、水および冷媒の循環・流通を制御するために、各部に温度センサが取り付けられている。室外熱交換器１４の入口側には、室外熱交換器１４の周辺の外気温を計測する温度センサ３０が設けられている。第１貯湯槽５の底部と上部には、温度センサ３１、３３がそれぞれ取り付けられており、第１貯湯槽５の底部と上部の水温を計測する。第２貯湯槽６の底部と上部には、温度センサ３２、３４がそれぞれ取り付けられており、第２貯湯槽６の底部と上部の水温を計測する。
【００２４】
なお図１に示した例では、第１貯湯槽５と第２貯湯槽６を独立した別々の容器として示しているが、一つの容器の中に仕切りを設け、一方を第１貯湯槽５、他方を第２貯湯槽６としてもよい。このように構成した空調給湯複合システムにおける、各運転モードでの動作を、以下に運転モードごとに説明する。
（冷房運転モード）
図１に示した空調給湯複合システムを、冷房運転した時の冷媒と水の流れを図２(ａ)，図２（ｂ）に示す。圧縮機１９が起動され、三方弁１６および四方弁１８は、図２（ａ）、（ｂ）で矢印で示した方向に冷媒が流れるように設定される。すなわち、圧縮機１９から吐出された高温高圧の冷媒が、四方弁１８を経て三方弁１７に流入するように各弁１８、１７を切り替える。
【００２５】
ここで、第１貯湯槽５の底部に設けた温度センサ３１が計測した水温Ｔ３１が予め定めた温度Ｔ１以下のときには、圧縮機１９で圧縮された冷媒を第１水−冷媒熱交換器７にも分配するパターンＡとする(図２(ａ))。温度センサ３１が計測した水温Ｔ３１が予め定めた温度Ｔ１以上の場合には、圧縮機１９で圧縮された冷媒を室外熱交換器１４に導くパターンＢとする(図２(ｂ))。
【００２６】
ここで予め定めた温度Ｔ１としては、例えば、第１水−冷媒熱交換器７に冷媒を分配したパターンＡに示す状態の空調サイクル１の効率と、室外熱交換器１４に冷媒を導いたパターンＢに示す状態の空調サイクル１の効率が一致する温度を用いる。温度Ｔ１を算出するには、例えば、各水温Ｔ３１におけるパターンＡに示す空調サイクルのサイクル効率ＣＯＰ１と、外気温Ｔ３０ごとにパターンＢに示す空調サイクルのサイクル効率ＣＯＰ２を、それぞれシミュレーション等で予め求めてテーブル化しておく。そして、外気温Ｔ３０とサイクル効率ＣＯＰ２のテーブルから、室外熱交換器１４の近傍に設けた温度センサ３０が検出した温度Ｔ３０に基づいてパターンＢに示した空調サイクルのサイクル効率ＣＯＰ２を算出する。算出されたサイクル効率ＣＯＰ２と一致するサイクル効率ＣＯＰ１になるパターンＡに示した空調サイクルの水温Ｔ３１を求める。
【００２７】
パターンＡに示した空調サイクルでは、三方弁１７から分配された高温高圧の冷媒は第１水−冷媒熱交換器７に流入し、この第１水−冷媒熱交換器７内を流通する水に熱を放出して凝縮する。凝縮した冷媒は、膨張弁１２により断熱膨張され低温低圧となって室内熱交換器１５に流入する。そして、空調空間内の熱を吸収して蒸発する。蒸発した冷媒は、四方弁１８を経て圧縮機１９の吸込側に流入する。
【００２８】
パターンＢに示す空調サイクルでは、三方弁１７を経た高温高圧の冷媒は室外熱交換器１４に流入し、外気に熱を放出して凝縮する。凝縮した冷媒は膨張弁１３で断熱膨張し低温低圧となって室内熱交換器１５に流入し、空調空間内の熱を吸収して蒸発する。蒸発した冷媒は、四方弁１８を経て圧縮機１９の吸込側に流入する。
【００２９】
三方弁１７から第１水−冷媒熱交換器７に冷媒が分配されている場合には、水循環ポンプ２３を起動する。第１貯湯槽５の底部の水が水循環ポンプ２３に吸い込まれ、第１水−冷媒熱交換器７に流入して空調サイクル１から放出された熱を吸収する。空調サイクル１の熱を吸収した水は、第１貯湯槽５の上部に還流し貯留される。
（暖房運転モード）
暖房運転モードにおける冷媒と水の流れを、図３に示す。圧縮機１９が起動され、三方弁１７、四方弁１８は図に示す矢印の方向に冷媒が流れるように設定される。すなわち、圧縮機１９から吐出された高温高圧の冷媒は、四方弁１８を経て三方弁１６に流入する。三方弁１６は、室内熱交換器１５と第１水−冷媒熱交換器７に冷媒を分配する。三方弁１６における冷媒の分配比率は、例えば、圧縮機１９の回転数に応じて決定する。
【００３０】
ここで三方弁１６における冷媒の分配比率の決定例を、以下に説明する。一般に圧縮機の効率は回転数に依存し、効率が最適な回転数が存在する。また特に暖房負荷が小さく圧縮機で設定可能な最低回転数でも空調出力が大きすぎる場合は、圧縮機のＯＮ／ＯＦＦを繰り返して断続運転する。圧縮機及び空調サイクルは、一般に起動直後は効率が悪い特性を有しているので、断続運転時は効率が悪い。そこで、圧縮機の効率を極力低下させないように三方弁１６における冷媒の分配比率を決定する。
【００３１】
具体的には、暖房負荷が小さく、圧縮機１９の回転数が最適回転数より低く設定される場合、三方弁１６から第１水−冷媒熱交換器７への冷媒分配量を増やして、圧縮機１９の回転数を高く設定する。一方、暖房負荷が大きく圧縮機１９の回転数が高く設定される場合は、三方弁１６から第１水−冷媒熱交換器７への冷媒分配量を減らして回転数を低く設定する。
【００３２】
三方弁１６から室内熱交換器１５に分配された高温高圧の冷媒は、空調空間内に熱を放出して凝縮する。ここで、膨張弁１２は全開に設定されている。凝縮した冷媒は、膨張弁１３で断熱膨張し低温低圧となって室外熱交換器１４に流入し、室外の熱を吸収して蒸発する。蒸発した冷媒は、三方弁１７、次いで四方弁１８を経て圧縮機１９の吸込側に流入する。
【００３３】
三方弁１６から第１水−冷媒熱交換器７に分配された高温高圧の冷媒は、第１水−冷媒熱交換器７内を流通する水に熱を放出して凝縮する。凝縮した冷媒は、膨張弁１２を通過して、室内熱交換器１５から流出した冷媒と合流する。
【００３４】
ここで、三方弁１６から第１水−冷媒熱交換器７に冷媒が分配されている場合には、水循環ポンプ２３を起動する。第１貯湯槽５の底部の水は水循環ポンプ２３に吸い込まれ、第１水−冷媒熱交換器７に流入して空調サイクル１から放出された熱を吸収する。空調サイクル１から熱を吸収した水は、第１貯湯槽５の上部に還流し貯留される。
（貯湯運転モード）
貯湯運転モードにおける冷媒と水の流れを、図４（ａ）、（ｂ）に示す。貯湯運転モードでは、圧縮機２０と水循環ポンプ２５が起動される。圧縮機２０から吐出された高温高圧の冷媒は第２水−冷媒熱交換器８に流入し、第２水−冷媒熱交換器８を流通する水に熱を放出して凝縮する。凝縮した冷媒は、膨張弁２１で断熱膨張し低温低圧となって室外熱交換器２２に流入し、室外の熱を吸収して蒸発する。蒸発した冷媒は、圧縮機２０の吸込側に還流する。
【００３５】
一方貯湯に供する水は、第１貯湯槽５の底部に設けた温度センサー３１で計測された水温Ｔ３１および第２貯湯槽６の底部に設けた温度センサー３２で計測された水温Ｔ３２に応じて、その循環経路が第１水循環経路と第２水循環経路に切り替えられる。第１水循環経路を流通する場合は、図４(ａ)に示すように、二方弁２８を閉じる。そして三方弁２９では、第２貯湯槽６の底部に接続するポートと水循環ポンプ２５に接続するポートを開く。第２貯湯槽６の底部の水は水循環ポンプ２５に吸い込まれ、第２水−冷媒熱交換器８に流入して詳細を後述する給湯サイクル２から放出された熱を吸収する。熱を吸収した水は、第２貯湯槽６の上部に還流し貯留される。
【００３６】
第２水循環経路に切替えられた場合には、図４(ｂ)に示すように、二方弁２８を開く。そして三方弁２９では、第２貯湯槽６の底部に接続するポートと第１貯湯槽５の上部に接続するポートを開く。第１貯湯槽５の底部の水は水循環ポンプ２５に吸い込まれ、第２水−冷媒熱交換器８に流入して給湯サイクル２から放出された熱を吸収する。熱を吸収した水は、第２貯湯槽６の上部に流入し貯留される。第２貯湯槽の底部の水は、三方弁２９を経て第１貯湯槽５の上部に流入し貯留される。
【００３７】
ここで第１水循環経路と第２水循環経路の切替える切替条件の設定例を、以下に説明する。第２水−冷媒熱交換器８において給湯サイクル１から熱を吸収する際、第２水−冷媒熱交換器８に流入する水の温度は低い方が給湯サイクル１の効率が高い。そこで、第２水−冷媒熱交換器８に流入する水の温度が低くなるように、第１水循環経路と第２水循環経路を切替える。具体的には、温度センサ３１で計測された第１貯湯槽５の底部の水温Ｔ３１と、温度センサ３２で計測された第２貯湯槽６の底部の水温Ｔ３２を比較し、第１貯湯槽５の底部の水温Ｔ３１が第２貯湯槽６の底部の水温Ｔ３２より高い場合は、第１水循環経路を使用し、それ以外の場合は第２水循環経路を使用する。
（給湯運転モード）
給湯運転モードにおける水の流れを、図５および図６に示す。水の流れは、温度センサ３３が計測した第１貯湯槽５の上部温度Ｔ３３および温度センサ３４が計測した第２貯湯槽６の上部温度Ｔ３４、温度センサ３５が計測した給水温度Ｔ３５に基づいて大きく２つのパターンに分けられる。
【００３８】
第１貯湯槽５の上部温度Ｔ３３が給湯需要の要求温度Ｔｒｅｑより高く、かつ、第２貯湯槽６の上部温度Ｔ３４が給湯需要の要求温度Ｔｒｅｑより高い場合の水の流れを図５に示す。三方弁２６は、第２貯湯槽６の上部に接続されたポートを閉じる。第１貯湯槽５の底部の給水口から給水し、給水された水と同量の水が第１貯湯槽５の上部から水経路１１、三方弁２６を介して三方弁２７へ流入する。三方弁２７は第１貯湯槽５から流出した水と、給水口から給水された水を混合し、要求温度Ｔｒｅｑと一致するように混合比率を調整する。混合された水は給湯口へ流出する。
【００３９】
第１貯湯槽５の上部温度Ｔ３３と第２貯湯槽６の上部温度Ｔ３４の何れか一方が給湯需要の要求温度Ｔｒｅｑより高く、他方が給湯需要の要求温度Ｔｒｅｑより低い場合の水の流れを、図６に示す。三方弁２７は、給水口に接続されたポートを閉じる。三方弁２９は、第１貯湯槽５の上部に接続されたポートと第２貯湯槽６の底部に接続されたポートを接続する。第１貯湯槽５の底部の給水口から給水し、給水された水と同量の水が第１貯湯槽５の上部から水経路１０および水経路１１へ流出する。
【００４０】
水経路１０へ流出した水は、三方弁２９を経て第２貯湯槽６の底部に流入する。流入した水と同量の水が第２貯湯槽６の上部から流出し、三方弁２６へ流入する。一方、水経路１１へ流出した水は三方弁２６へ流入する。三方弁２６は、第１貯湯槽５から流出した水と、第２貯湯槽６から流出した水を混合し、要求温度Ｔｒｅｑと一致するように混合比率を調整する。混合された水は，三方弁２７を経て給湯口へ流出する。
【００４１】
本実施例によれば、給湯サイクルの運転状態に関わらず、空調サイクルの排熱を第１貯湯槽に蓄熱し、給湯に利用することができる。
【実施例２】
【００４２】
本実施例が上記実施例と異なるのは、空調給湯複合システムが、空調サイクルからの排熱を利用するのに加えて、給湯サイクルからの排熱も利用するようにしたことにある。図７に、本実施例における空調給湯複合システムのシステム図を示す。本実施例の空調給湯複合システムは、空調サイクル１および給湯サイクル３９、空調排熱回収用水循環経路３、給湯排熱回収用水循環経路４０、給湯用水循環経路４、第１貯湯槽５および第２貯湯槽６、第１水−冷媒熱交換器７、第２水−冷媒熱交換器、第３水−冷媒熱交換器３７を主構成機器としている。第１貯湯槽５と第２貯湯槽６とは、水経路９、１０、１１により接続されている。空調サイクル１および空調排熱回収用水循環経路３、給湯用水循環経路４の構成、第１貯湯槽５と第２貯湯槽６との間の接続構成は、図１に示した実施例と同様である。
【００４３】
給湯サイクル３９は、ＣＯ２冷媒が循環するヒートポンプサイクルであり、圧縮機２０、膨張弁２１、室外熱交換器２２、三方弁３８、温度センサ４１を備えている。圧縮機２０の吐出側は、第２水−冷媒熱交換器８、膨張弁２１、三方弁３８の順に配管接続されている。三方弁３８の各ポートには、室外熱交換器２２、圧縮機２０の吸込み側の順に配管接続された経路と、第３水−冷媒熱交換器３７、圧縮機２０の吸込み側の順に配管接続された経路が接続されている。
【００４４】
温度センサ４１は、給湯サイクル３９が備える室外熱交換器２２の近傍の外気温度Ｔ４１を計測する。なお、給湯サイクル３９を循環する冷媒は、ＣＯ２に限らずＲ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ５０７Ａ、Ｒ１３４ａ等の給湯サイクルに利用できるものでもよい。しかしながら、高温を得るのにはＣＯ２冷媒が好ましい。また給湯サイクル３９の構成は、図７に示したものに限らず、第２水−冷媒熱交換器８に流入した水を加熱し、第３水−冷媒熱交換器３７から吸熱できるヒートポンプサイクルを備えるものであればよい。
【００４５】
給湯排熱回収用水循環経路４０は、水循環ポンプ３６を備えており、水循環ポンプ３６の吐出側、第３水−冷媒熱交換器３７、第１貯湯槽５の底部の順に配管接続されている。水循環ポンプ３６の吸込み側は、第１貯湯槽５の上部と配管接続されている。なお、図７に示した実施例では、第１貯湯槽５と第２貯湯槽６を別個の容器としているが、一つの容器の中に仕切りを設け、一方を第１貯湯槽５、他方を第２貯湯槽６としてもよい。
【００４６】
上記実施例１と同様、各種運転モードにおける水と冷媒の流れを、図８ないし図１２を用いて説明する。ただし、冷房時と暖房時の動作は、上記実施例１と同一であるので説明を省略する。
（貯湯運転モード）
貯湯運転モードにおける冷媒と水の流れを、図８（ａ）、（ｂ）および図９に示す。貯湯運転モードでは、圧縮機２０と水循環ポンプ２５が起動される。圧縮機２０から吐出された高温高圧の冷媒は第２水−冷媒熱交換器８に流入し、第２水−冷媒熱交換器８内を流通する水に熱を放出して凝縮する。凝縮した冷媒は膨張弁２１で断熱膨張し、低温低圧となって三方弁３８に流入する。
【００４７】
三方弁３８は、室外熱交換器２２側と第３水−冷媒熱交換器３７側にその接続を切り替えられる。図８（ａ）に示すように、室外熱交換器２２に切り替えられた場合には、三方弁３８に流入した低温低圧の冷媒は、室外熱交換器２２において室外の熱を吸収して蒸発する。蒸発した冷媒は、圧縮機２０の吸込側に流入する。一方図８(ｂ)に示すように、第３水−冷媒熱交換器３７に切り替えられた場合には、三方弁に流入した低温低圧の冷媒は、水−冷媒熱交換器において、第３水−冷媒熱交換器３７内を流通する水から熱を吸収して蒸発する。蒸発した冷媒は、圧縮機２０の吸込側に流入する。
【００４８】
次に、三方弁３８における冷媒の分配方法例を、以下に説明する。三方弁３８は、温度センサ４１が計測した室外温度Ｔ４１に基づいて算出された予め定めた温度Ｔ５ｔと温度センサ３３が計測した第１貯湯槽５の上部温度Ｔ３３を比較する。そして、第１貯湯槽５の上部温度Ｔ３３が予め定めた温度Ｔ２より高い場合には、第３水−冷媒熱交換器３７に冷媒の流れを切り替える。それ以外の場合には、室外熱交換器２２に冷媒を流す。
【００４９】
ここで予め定めた温度Ｔ２とは、図８(ａ)に示したように、第３水−冷媒熱交換器３７に冷媒を流した場合（図８（ａ））の給湯サイクル３９の効率ＣＯＰ３と、室外熱交換器２２に冷媒を流した場合（図８（ｂ））の給湯サイクル３９の効率ＣＯＰ４が一致する温度である。温度の算出方法としては、例えば、予め各水温におけるサイクル効率ＣＯＰ３のテーブルと、各外気温Ｔ４１におけるサイクル効率ＣＯＰ４のテーブルを作成する。そして、図８(ｂ)に示したサイクルのサイクル効率ＣＯＰ４のテーブルを、温度センサ４１で計測された外気温Ｔ４１を参照して検索および補間し、サイクル効率ＣＯＰ４を算出し、算出したサイクル効率ＣＯＰ４と一致する図８（ａ）における水温Ｔ３３を求める。
【００５０】
水循環ポンプ３６は、三方弁３８から第３水−冷媒熱交換器３７へ冷媒が流された場合に起動する。第１貯湯槽５の上部の水は水循環ポンプ３６へ吸い込まれ、第３水−冷媒熱交換器３７へ吐出される。第３水−冷媒熱交換器３７に流入した水は、給湯サイクル３９を流通する冷媒と熱交換して熱を放出し、第１貯湯槽５の底部へ還流し貯留される。
【００５１】
第２貯湯槽６の底部の水は、三方弁２９を介して水循環ポンプ２５に吸い込まれる。水循環ポンプ２５から吐出された水は、第２水−冷媒熱交換器８に流入し、給湯サイクル３９を流通する冷媒から熱を吸収し、第２貯湯槽６の上部へ還流し貯留される。
【００５２】
ところで、温度センサ３２で計測された第２貯湯槽６の底部の水温Ｔ３２が予め定めた温度Ｔ３より高く、かつ、温度センサ３１で計測された第１貯湯槽５の底部の水温Ｔ３１が予め定めた温度Ｔ３より低い場合には、図９に示すように、三方弁２９の第１貯湯槽５の上部へ接続するポートおよび二方弁２８を開く。そして、第２貯湯槽６の底部から流出した水の一部を、第１貯湯槽５の上部へ流出させる。第１貯湯槽５の上部へ流入した水と同量の水が、第１貯湯槽５の底部から二方弁２８を通過する。この二方弁２８を経た水と、第２貯湯槽６の底部から流出した水とを、混合する。
【００５３】
ここで予め定めた温度Ｔ３とは、第２水−冷媒熱交換器８に流入する水温と給湯サイクル３９のサイクル効率との関係から算出される温度である。上記したように、給湯サイクルは第２水−冷媒熱交換器８に流入する水の温度が高いとサイクル効率が低下する特性を有している。そこで、温度の低い第１貯湯槽５の底部の水を第２水−冷媒熱交換器８に流入する水に混合して、第２水−冷媒熱交換器８に流入する水の温度を低下させ、給湯サイクル３９の効率向上を図る。
（給湯運転モード）
給湯運転モードにおける水の流れを、図１０〜図１２を用いて説明する。水の流れは、温度センサ３３が計測した第１貯湯槽５の上部温度Ｔ３３、および温度センサ３４が計測した第２貯湯槽６の上部温度Ｔ３４、温度センサ３５が計測した給水温度Ｔ３５に基づいて３つのパターンに大別される。
【００５４】
まず第１貯湯槽５の上部温度Ｔ３３が給湯需要の要求温度Ｔｒｅｑより高く、かつ、第２貯湯槽６の上部温度Ｔ３４が給湯需要の要求温度Ｔｒｅｑより高い場合（パターン１）の水の流れを図１０に示す。三方弁２６は、第２貯湯槽６の上部に接続されたポートを閉じる。第１貯湯槽５の底部の給水口から給水し、給水された水と同量の水が第１貯湯槽５の上部から水経路１１および三方弁２６を経て、三方弁２７へ流入する。三方弁２７は第１貯湯槽５から流出した水と、給水口から給水された水を混合し、要求温度Ｔｒｅｑと一致するように混合比率を調整する。混合された水は、給湯口へ流出する。
【００５５】
次に、第１貯湯槽５の上部温度Ｔ３３が給湯需要の要求温度Ｔｒｅｑより高く、かつ、第２貯湯槽６の上部温度Ｔ３４が給湯需要の要求温度Ｔｒｅｑより低い場合(パターン２)の水の流れを、図１１に示す。三方弁２７は給水口に接続されたポートを閉じる。三方弁２９は、第１貯湯槽５の上部に接続されたポートと、第２貯湯槽６の底部に接続されたポートを連通させる。
【００５６】
第１貯湯槽５の底部の給水口から給水し、給水された水と同量の水が第１貯湯槽５の上部から水経路１０および水経路１１へ流出する。水経路１０へ流出した水は、三方弁２９を経て第２貯湯槽６の底部に流入する。流入した水と同量の水が、第２貯湯槽６の上部から流出し、三方弁２６へ流入する。水経路１１へ流出した水は、三方弁２６へ流入する。三方弁２６は、第１貯湯槽５から流出した水と第２貯湯槽６から流出した水を混合し、要求温度Ｔｒｅｑと一致するように混合比率を調整する。混合された水は、三方弁２７を経て給湯口へ流出する。
【００５７】
第１貯湯槽５の上部温度Ｔ３３が給湯需要の要求温度Ｔｒｅｑと給水温度Ｔ３５の中間にあり、かつ、第２貯湯槽６の上部温度Ｔ３４が給湯需要の要求温度Ｔｒｅｑより高い場合も、パターン２と同様である。
【００５８】
第１貯湯槽５の上部温度Ｔ３３が給水温度Ｔ３５より低く、かつ、第２貯湯槽６の上部温度Ｔ３４が給湯需要の要求温度Ｔｒｅｑより高い場合の水の流れを図１２に示す（パターン３）。三方弁２６は、水経路１１に接続されたポートを閉じる。第２貯湯槽６の底部の給水口から給水し、給水された水と同量の水が第２貯湯槽６の上部から三方弁２６を介して三方弁２７へ流入する。三方弁２７は第２貯湯槽６から流出した水と、給水口から給水された水を混合し、要求温度Ｔｒｅｑと一致するように混合比率を調整する。混合された水は給湯口へ流出する。
【００５９】
本実施例によれば、空調サイクルと給湯サイクルがそれぞれ互いの運転状態に関わらず自サイクルの排熱を第１貯湯槽に蓄熱することが可能になる。なお、本実施例では第３水−冷媒熱交換器３７で排熱回収を可能にしているので、第１貯湯タンクと循環する水側の温度を低くすればするほど、この第３水−冷媒熱交換器３７での排熱回収量が増大する。
【００６０】
なお上記各実施例では、第１貯湯槽および第２貯湯槽内には、水または湯が充満されているように運転される。したがって、第１、第２貯湯槽の上部および底部に取り付けた各温度センサは、貯湯槽各部の水または湯の温度を正確に検出できる。また、上記各実施例の給湯運転モードでは三方弁が給湯温度を制御しているが、制御装置を別個に設けて三方弁の開度や給水量を制御するようにしてもよいことは言うまでもない。
【００６１】
さらに、上記各実施例では第１、第２貯湯槽を備えている。この理由は、第１貯湯槽は主として空調サイクルで発生する排熱を回収するためであり、主として第２貯湯槽は給湯サイクルで発生する排熱を回収するためである。空調サイクルは、給湯サイクルに比べて季節により回収できる排熱量が変動するとともに、排熱回収用の水−冷媒熱交換器に流入する冷媒の温度レベルが通常低い。そのため第１貯湯槽には、第２貯湯槽よりも比較的低温の湯が貯湯される。これは、空調サイクルが非共沸冷媒を使用し、給湯サイクルがＣＯ２冷媒を使用することが主因である。ただし、空調サイクルでは給湯サイクルよりも湯量を豊富に確保できるので、第１貯湯槽を第２貯湯槽よりも大容量にするのが好ましい。
【００６２】
なお、家庭用の空調給湯システム等に使用する場合には、設置面積の要求から第１貯湯槽の容量を大きくできない場合が多い。そこで、第１貯湯槽の湯を第２貯湯槽の湯よりも優先的に使用すれば、排熱回収効率が向上する。上記各実施例では、できるだけ第１貯湯槽の湯を使用して、給湯サイクルの運転を低減するようにしている。
【符号の説明】
【００６３】
１…空調サイクル、２…給湯サイクル、３…空調排熱回収用水循環経路、４…給湯用水循環経路、５…第１貯湯槽、６…第２貯湯槽、７…第１水−冷媒熱交換器、８…第２水−冷媒熱交換器、１０…水経路（第２の接続路）、１１…水経路（第１の接続路）、１２、１３…膨張弁、１４…(第１)室外熱交換器、１５…室内熱交換器、１６、１７…三方弁、１８…四方弁、１９…(第１)圧縮機、２０…(第２)圧縮機、２２…(第２)室外熱交換器、２３…(第１)水循環ポンプ、２５…(第２)水循環ポンプ、２６…（第１の）三方弁、２７…（第３の）三方弁、２８…二方弁（第３の接続路）、２９…（第２の）三方弁、３０〜３５…温度センサ、３６…(第３)水循環ポンプ、３７…第３水−冷媒熱交換器、３８…三方弁、３９…給湯サイクル、４０…給湯排熱回収用水循環経路、４１…温度センサ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の圧縮機および四方弁を有する空調サイクルと、第２の圧縮機を有する給湯サイクルを備えた空調給湯複合システムにおいて、
前記空調サイクルで発生する排熱を回収する第１水−冷媒熱交換器と、この第１水−冷媒熱交換器で前記空調サイクルを流通する冷媒と熱交換して加熱された水を貯湯する第１貯湯槽と、前記給湯サイクルに備えられこの給湯サイクルで発生する熱により水を加熱する第２水−冷媒熱交換器と、前記第２水−冷媒熱交換器で前記給湯サイクルを流通する冷媒と熱交換して加熱された水を貯湯する第２貯湯槽と、前記第１貯湯槽の上部と前記第２貯湯槽の上部を第１の三方弁を介して選択的に連通する第１の接続路を設け、前記第１貯湯槽の水と前記第２貯湯槽の水を混合可能にしたことを特徴とする空調給湯複合システム。
【請求項２】
前記第１貯湯槽の上部と前記第２の貯湯槽の下部を、第２の三方弁を介して選択的に連通する第２の接続路を設けたことを特徴とする請求項１に記載の空調給湯複合システム。
【請求項３】
前記第２貯湯槽の底部と前記第２水−冷媒熱交換器を接続する配管の途中から分岐し、前記第１貯湯槽の底部に接続する第３の接続路を設け、前記第３の接続路に、この第３の接続路を開閉する二方弁を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の空調給湯複合システム。
【請求項４】
前記給湯サイクルで発生する排熱を回収する第３水−冷媒熱交換器を設け、この第３水−冷媒熱交換器に前記第１貯湯槽を配管接続し、前記第１貯湯槽に貯湯された水と前記給湯サイクルを流通する冷媒とを前記第３水−冷媒熱交換器で熱交換させることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の空調給湯複合システム。
【請求項５】
前記第１貯湯槽の底部に給水口を配管接続し、前記第１の接続路の給湯口端側に給水口に連通するポートを有する第３の三方弁を設け、前記第１貯湯槽の上部に第１の温度センサを、前記第２貯湯槽の上部に第２の温度センサをそれぞれ設け、前記第１および第２の温度センサが検出した温度の双方が予め定めた給湯温度より高いときには、前記第１貯湯槽に貯めた湯だけを前記第３の三方弁を介して給湯し、前記第３の三方弁で予め定めた給湯温度になるよう給水口からの水を混合することを特徴とする請求項１ないし４の何れか１項に記載の空調給湯複合システム。
【請求項６】
前記第１貯湯槽の底部に給水口を配管接続し、前記第１貯湯槽の上部に第１の温度センサを、前記第２貯湯槽の上部に第２の温度センサをそれぞれ設け、前記第１および第２の温度センサが検出した温度のいずれかが予め定めた給湯温度より高く他方の温度が予め定めた給湯温度より低いときは、前記第１貯湯槽の上部から前記第１、第２の三方弁へ接続する第１、第２の接続路を開き、前記第１、第２貯湯槽の双方の水を前記第１の三方弁で混合して予め定めた給湯温度にすることを特徴とする請求項２ないし４の何れか１項に記載の空調給湯複合システム。
【請求項１】
第１の圧縮機および四方弁を有する空調サイクルと、第２の圧縮機を有する給湯サイクルを備えた空調給湯複合システムにおいて、
前記空調サイクルで発生する排熱を回収する第１水−冷媒熱交換器と、この第１水−冷媒熱交換器で前記空調サイクルを流通する冷媒と熱交換して加熱された水を貯湯する第１貯湯槽と、前記給湯サイクルに備えられこの給湯サイクルで発生する熱により水を加熱する第２水−冷媒熱交換器と、前記第２水−冷媒熱交換器で前記給湯サイクルを流通する冷媒と熱交換して加熱された水を貯湯する第２貯湯槽と、前記第１貯湯槽の上部と前記第２貯湯槽の上部を第１の三方弁を介して選択的に連通する第１の接続路を設け、前記第１貯湯槽の水と前記第２貯湯槽の水を混合可能にしたことを特徴とする空調給湯複合システム。
【請求項２】
前記第１貯湯槽の上部と前記第２の貯湯槽の下部を、第２の三方弁を介して選択的に連通する第２の接続路を設けたことを特徴とする請求項１に記載の空調給湯複合システム。
【請求項３】
前記第２貯湯槽の底部と前記第２水−冷媒熱交換器を接続する配管の途中から分岐し、前記第１貯湯槽の底部に接続する第３の接続路を設け、前記第３の接続路に、この第３の接続路を開閉する二方弁を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の空調給湯複合システム。
【請求項４】
前記給湯サイクルで発生する排熱を回収する第３水−冷媒熱交換器を設け、この第３水−冷媒熱交換器に前記第１貯湯槽を配管接続し、前記第１貯湯槽に貯湯された水と前記給湯サイクルを流通する冷媒とを前記第３水−冷媒熱交換器で熱交換させることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の空調給湯複合システム。
【請求項５】
前記第１貯湯槽の底部に給水口を配管接続し、前記第１の接続路の給湯口端側に給水口に連通するポートを有する第３の三方弁を設け、前記第１貯湯槽の上部に第１の温度センサを、前記第２貯湯槽の上部に第２の温度センサをそれぞれ設け、前記第１および第２の温度センサが検出した温度の双方が予め定めた給湯温度より高いときには、前記第１貯湯槽に貯めた湯だけを前記第３の三方弁を介して給湯し、前記第３の三方弁で予め定めた給湯温度になるよう給水口からの水を混合することを特徴とする請求項１ないし４の何れか１項に記載の空調給湯複合システム。
【請求項６】
前記第１貯湯槽の底部に給水口を配管接続し、前記第１貯湯槽の上部に第１の温度センサを、前記第２貯湯槽の上部に第２の温度センサをそれぞれ設け、前記第１および第２の温度センサが検出した温度のいずれかが予め定めた給湯温度より高く他方の温度が予め定めた給湯温度より低いときは、前記第１貯湯槽の上部から前記第１、第２の三方弁へ接続する第１、第２の接続路を開き、前記第１、第２貯湯槽の双方の水を前記第１の三方弁で混合して予め定めた給湯温度にすることを特徴とする請求項２ないし４の何れか１項に記載の空調給湯複合システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−１０８６９０（Ｐ２０１３−１０８６９０Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５４６７７（Ｐ２０１１−２５４６７７）
【出願日】平成２３年１１月２２日（２０１１．１１．２２）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２２日（２０１１．１１．２２）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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