JP6978704B2 - 水加熱システム - Google Patents
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Description
(1−1)全体構成
本開示の一実施形態に係る水加熱システム1は、冷媒によって水を加熱する。本実施形態の水加熱システム1は、給湯システムである。
(1−2−1)冷媒回路
冷媒回路10は、冷媒が流れる。冷媒回路10には、冷媒として、例えばR32を含む流体が封入されている。
水回路20は、水が流れる。水回路20は、循環ポンプ21と、吸熱器22と、貯湯タンク23と、を有している。水回路において、循環ポンプ21と、吸熱器22と、貯湯タンク23と、が順次、水配管で接続されている。
水熱交換器30は、冷媒回路10の放熱部12と水回路20の吸熱器22とが一体に構成されている。水熱交換器30において、放熱部12を流れる冷媒と、吸熱器22を流れる水との間で熱交換が行われる。
次に、水加熱システム1の運転動作について説明する。
本実施形態の水加熱システム1は、冷媒回路10と、水回路20と、を備える。冷媒回路10は、圧縮機11を有し、冷媒が流れる。水回路20は、水が流れる。冷媒回路10及び水回路20は、圧縮機11から吐出された冷媒により水を加熱する水熱交換器30を共有する。水熱交換器30は、第1熱交換部35を含む。第1熱交換部35は、水出口部32の水と冷媒とが熱交換を行う。冷媒回路10は、放熱部12をさらに有する。放熱部12は、圧縮機11と第1熱交換部35との間に配置され、圧縮機11から吐出された冷媒の熱を放熱させる。
上述した第1実施形態の放熱部12は、蓄熱材及び放熱装置の少なくとも一方を含むが、放熱部12は、水回路20の水と別の熱媒体と熱交換するものであれば、特に限定されない。本変形例では、冷媒回路10は複数の室外機を有し、少なくとも1つの室外機は蒸発器として使用され、他の室外機は放熱部12として使用される。
(2−1)全体構成
図2に示す第2実施形態の水加熱システム2は、基本的には第1実施形態の水加熱システム1と同様であるが、放熱部12において主に異なる。第1実施形態の放熱部12は、水回路20の水と別の熱媒体と熱交換するが、第2実施形態の放熱部12は、水回路20の水と熱交換する。図2に示すように、本実施形態の水加熱システム2では、放熱部12は、冷媒の熱を、水出口部32よりも上流側を流れる水に放熱させるように構成されている。
放熱部12において、圧縮機11から吐出された冷媒が熱交換される熱媒体は、水熱交換器30において加熱される水である。具体的には、放熱部12は、圧縮機11から吐出された冷媒が流れる冷媒配管において、水熱交換器30の上流側の水配管に近づくように配置される部分である。ここでは、冷媒回路10は、圧縮機11と放熱部12とを連結する第1冷媒配管16と、放熱部12と冷媒入口部33とを連結する第2冷媒配管17と、を有している。
冷媒回路10では、圧縮機11から吐出された冷媒は、第1冷媒配管16を介して、放熱部12へ流入する。放熱部12では、圧縮機11から吐出された冷媒の熱を水回路20の水に放熱させる。放熱部12で放熱して温度が低下した冷媒は、第2冷媒配管17を介して水熱交換器30に流入する。水熱交換器30の凝縮器13で水から放熱して凝縮する。凝縮器13で凝縮した冷媒は、膨張弁14において膨張した後、蒸発器15に流入する。蒸発器15で外気から吸熱して蒸発する。冷媒回路10では、このように冷媒が循環して、圧縮行程、凝縮行程、膨張行程及び蒸発行程を繰り返す。
本実施形態の水加熱システム2は、冷媒の熱を、水出口部32よりも上流側を流れる水に放熱させるように構成されている。
(3−1)全体構成
図3に示す第3実施形態の水加熱システム3は、基本的には第2実施形態の水加熱システム2と同様であるが、水熱交換器30及び放熱部12において主に異なる。第1熱交換部35及び第2熱交換部36は、第2実施形態では1つの水熱交換器30に配置されているが、第3実施形態では互いに異なる水熱交換器に配置されている。図3に示すように、本実施形態の水加熱システム3は、第1熱交換部35からなる水熱交換器と、第2熱交換部36からなる水熱交換器と、を備える。放熱部12は、第2熱交換部36を含む。
(3−2−1)冷媒回路
冷媒回路10は、圧縮機11と、第1凝縮器13aと、第2凝縮器13bと、膨張弁14と、蒸発器15と、を有している。冷媒回路10において、圧縮機11と、第1凝縮器13aと、第2凝縮器13bと、膨張弁14と、蒸発器15と、が順次、冷媒配管で接続されている。第1冷媒配管16は、圧縮機11と第1凝縮器13aとを連結する。第2冷媒配管17は、第1凝縮器13aと第2凝縮器13bとを連結する。第3冷媒配管18は、第2凝縮器13bと蒸発器15とを連結する。
水回路20は、循環ポンプ21と、第1吸熱器22aと、第2吸熱器22bと、貯湯タンク23と、を有している。水回路20において、循環ポンプ21と、第1吸熱器22aと、第2吸熱器22bと、貯湯タンク23と、が順次、水配管で接続されている。
水熱交換器30は、第1熱交換部35からなる水熱交換器と、第2熱交換部36からなる水熱交換器に分割されている。第1熱交換部35は、水出口部32と、冷媒出口部34と、を有している。水出口部32は第2吸熱器22bに対応し、冷媒出口部34は第2凝縮器13bに対応する。第2熱交換部36は、水入口部31と、冷媒入口部33と、を有している。水入口部31は第1吸熱器22aに対応し、冷媒入口部33は第1凝縮器13aに対応する。
冷媒回路10では、圧縮機11から吐出された冷媒は、第1冷媒配管16を介して、放熱部12としての第2熱交換部36へ流入する。第2熱交換部36では、第1凝縮器13aにおいて、圧縮機11から吐出された冷媒の熱を水回路20の水に放熱させる。放熱部12で放熱して温度が低下した冷媒は、第2冷媒配管17を介して第1熱交換部35に流入する。第1熱交換部35では、第2凝縮器13bにおいて、水回路20の水に放熱して凝縮する。第1及び第2凝縮器13で凝縮した冷媒は、第3冷媒配管18を介して、膨張弁14において膨張した後、蒸発器15に流入する。
本実施形態の水加熱システム3の水熱交換器30は、水回路20において第1熱交換部35よりも上流側で冷媒と熱交換を行う第2熱交換部36をさらに含む。放熱部12は、第2熱交換部36を含む。
上述した実施形態の水加熱システム3は、2つの分離した水熱交換器を備えているが、図4に示す本変形例の水加熱システム3aは、1つの水熱交換器30の冷媒流路により第1熱交換部35及び第2熱交換部36を分割している。
(4−1)全体構成
図5及び図6に示す第4実施形態の水加熱システム4は、基本的には第3実施形態の水加熱システム3と同様であるが、冷媒回路10において主に異なる。本実施形態の水加熱システム4は、除霜のためのデフロスト運転が可能である。冷媒回路10は、デフロスト運転時に、第1熱交換部35を冷媒がバイパスするバイパス管19をさらに有する。
冷媒回路10は、バイパス管19と、第1弁B1と、第2弁B2と、をさらに有している。
(4−3−1)加熱運転
図5は、本実施形態の加熱運転時の冷媒及び水の流れを示す。図5を参照して、水加熱システム4の加熱運転の動作について説明する。
図6は、本実施形態のデフロスト運転時の冷媒及び水の流れを示す。図6において、水入口部31、水出口部32、冷媒入口部33及び冷媒出口部34は、加熱運転時の冷媒及び水の流れ方向に基づく(図5と同じ)符号を付している。図6を参照して、水加熱システム4のデフロスト運転の動作について説明する。
本実施形態の水加熱システム4では、冷媒回路10は、デフロスト運転時に第1熱交換部35を冷媒がバイパスするバイパス管19をさらに有している。デフロスト運転時に第1熱交換部35をバイパスすることにより、高温の冷媒を有する第2熱交換部36で蓄熱した熱量を用いることができるので、デフロスト運転時間を短縮できる。
(5−1)全体構成
図7及び図8に示す第5実施形態の水加熱システム5は、基本的には第3実施形態の水加熱システム3と同様であるが、冷媒回路10において主に異なる。本実施形態の水加熱システム5は、デフロスト運転が可能である。冷媒回路10は、デフロスト運転時に、第2熱交換部36を冷媒がバイパスするバイパス管19をさらに有する。
冷媒回路10は、バイパス管19と、第1弁B1と、第2弁B2と、をさらに有している。
(5−3−1)加熱運転
図7は、本実施形態の加熱運転時の冷媒及び水の流れを示す。図7を参照して、水加熱システム4の加熱運転の動作について説明する。
図8は、本実施形態のデフロスト運転時の冷媒及び水の流れを示す。図8において、水入口部31、水出口部32、冷媒入口部33及び冷媒出口部34は、加熱運転時の冷媒及び水の流れ方向に基づく(図7と同じ)符号を付している。図8を参照して、水加熱システム5のデフロスト運転の動作について説明する。
本実施形態の水加熱システム5では、冷媒回路10は、デフロスト運転時に第2熱交換部36を冷媒がバイパスするバイパス管19をさらに有している。デフロスト運転時に第2熱交換部36をバイパスすることにより、高温の冷媒との熱交換によって蓄熱された熱量を用いることができるので、加熱運転時に早期に水を所定温度に到達さることができる。
第4実施形態では、冷媒回路10は、デフロスト運転時に第1熱交換部35を冷媒がバイパスするバイパス管19をさらに有している。第5実施形態では、冷媒回路10は、デフロスト運転時に第2熱交換部36を冷媒がバイパスするバイパス管19をさらに有している。本変形例では、図9に示すように、冷媒回路10は、デフロスト運転時に第1熱交換部35及び第2熱交換部36を冷媒がバイパスするバイパス管19をさらに有している。
(6−1)全体構成
図10及び図11に示す第6実施形態の水加熱システム6は、基本的には第3実施形態の水加熱システム3と同様であるが、冷媒回路10及び水回路20において主に異なる。本実施形態の水加熱システム6は、冷媒回路10及び水回路20の少なくとも一方は、冷媒及び水の流れ方向を逆方向にも循環させるように構成されている。
(6−2−1)冷媒回路
冷媒回路10は、切換機構41をさらに有している。切換機構41は、冷媒回路10における冷媒の流れを切り替える流路切換機構である。ここでは、切換機構41は四路切換弁である。切換機構41は、冷媒の流れ方向を、第1方向と、第1方向と逆方向の第2方向とに切り換える。
水回路20は、切換機構42をさらに有している。切換機構42は、水回路20における水の流れを切り替える流路切換機構である。ここでは、切換機構42は四路切換弁である。切換機構42は、水の流れ方向を、第1方向と、第1方向と逆方向の第2方向とに切り換える。
水熱交換器30は、切換機構41、42により、冷媒回路10の冷媒及び水回路20の水を逆循環させると、第1熱交換部35と第2熱交換部36とが逆になる。
本実施形態の水加熱システム6は、第1方向に冷媒及び水が流れる第1加熱運転と、第2方向に冷媒及び水が流れる第2加熱運転と、を行うことができる。第1加熱運転と第2加熱運転とは、適宜選択できる。ここでは、第1加熱運転と第2加熱運転とは、所定の運転時間で交互に切り換えられる。
図10は、本実施形態の第1方向の冷媒及び水の流れを示す。図10を参照して、水加熱システム6の第1方向に冷媒及び水が流れるときの加熱運転の動作について説明する。
図11は、本実施形態の第2方向の冷媒及び水の流れを示す。図11を参照して、水加熱システム6の第2方向に冷媒及び水が流れるときの加熱運転の動作について説明する。
本実施形態の水加熱システム6では、冷媒回路10及び水回路20は、冷媒及び水の流れ方向を逆方向にも循環させるように構成されている。このように逆循環させることにより、仮にスケールが付着しても、スケールを分散できるので、水熱交換器30の寿命を長くすることができる。
(6−5−1)第1変形例
上述した実施形態では、冷媒回路10及び水回路20の両方が、冷媒及び水の流れ方向を逆方向にも循環させるように構成されている。本変形例では、冷媒回路10は、冷媒の流れ方向を逆方向にも循環されるように構成されているが、水回路20は、水の流れ方向は一定である。なお、水回路20は、水の流れ方向を逆方向にも循環されるように構成されているが、冷媒回路10の冷媒の流れ方向は一定であってもよい。
上述した実施形態では、冷媒回路10の切換機構41及び水回路20の切換機構42は、四路切換弁であったが、これに限定されない。本変形例の水回路20の切換機構42は、二路切換弁または逆循環ポンプである。
(7−1)全体構成
図12に示す第7実施形態の水加熱システム7は、基本的には第3実施形態の水加熱システム3と同様であるが、水回路20において主に異なる。本実施形態の水加熱システム7では、水回路20は、水熱交換器30の水入口部31と水出口部32との間から水を取り出す取出部37をさらに有する。
水回路20は、取出部37と、第3弁B3と、第4弁B4と、中温水タンク23bと、をさらに有している。図3に示す第3実施形態の貯湯タンク23は、図12に示す本実施形態の高温水タンク23aに対応する。
まず、第3弁B3及び第4弁B4を開けて、中温水及び高温水を取り出す加熱運転を説明する。
本実施形態の水加熱システム7では、水回路20は、水熱交換器30の水入口部31と水出口部32との間から水を取り出す取出部37をさらに有している。これにより、水熱交換器30において冷媒に加熱された、水出口部32の高温水と、水出口部32と水入口部31との間の中温水と、を取り出すことができる。
(8−1)全体構成
上述した第1〜第7実施形態の水加熱システム1〜7では、水熱交換器30において、水の流れ方向と、冷媒の流れ方向とは、対向流の関係にある。図13に示す本実施形態の水加熱システム8では、水熱交換器30の少なくとも一部において、水の流れ方向と、冷媒の流れ方向とは、並行流の関係にある。
本実施形態の冷媒回路10は、基本的には図4に示す水加熱システム3aの冷媒回路10と同様であるが、冷媒出口が水熱交換器30の一端(図12における上端)に位置する点において異なる。
(9−1)全体構成
図14に示す第9実施形態の水加熱システム9は、複数の冷媒回路10a、10bと、複数の水回路20a、20bと、を備えている。冷媒回路10a及び水回路20aは、水熱交換器30aを共有する。冷媒回路10b及び水回路20aは、水熱交換器30bを共有する。冷媒回路10b及び水回路20bは、水熱交換器30cを共有する。
(9−2−1)冷媒回路
図14の上側に示す冷媒回路10aは、図4に示す第3実施形態の変形例の冷媒回路10と同様である。具体的には、冷媒回路10において、圧縮機11aと、放熱部12aとしての第1凝縮器13a−1と、第2凝縮器13a−2と、膨張弁14aと、蒸発器15aと、が順次、冷媒配管で接続されている。
図14の上側に示す水回路20aは、図3に示す第3実施形態の水回路20と同様である。具体的には、水回路20aにおいて、循環ポンプ21と、第1吸熱器22a−1と、第2吸熱器22a−2と、貯湯タンク23aと、が順次、水配管で接続されている。貯湯タンク23aは、高温水が蓄えられる。
図14の上側の水熱交換器30aは、中央の水熱交換器30bとの関係において、第1熱交換部35を構成する。水熱交換器30a単体で見ると、第2凝縮器13a−2と水出口部32とが熱交換する第1熱交換部35と、第1凝縮器13a−1と水入口部31とが熱交換する第2熱交換部36と、を含む。
冷媒回路10aでは、圧縮機11aから吐出された冷媒は、第1冷媒配管16aを介して、放熱部12aとしての水熱交換器30aの第2熱交換部36へ流入する。水熱交換器30aの第2熱交換部36では、放熱部12aとしての第1凝縮器13a−1において、圧縮機11aから吐出された冷媒の熱を水回路20aの水に放熱させる。放熱部12aで放熱して温度が低下した冷媒は、第2冷媒配管17aを介して水熱交換器30aの第1熱交換部35に流入する。第1熱交換部35では、第2凝縮器13a−2において、水回路20aの水に放熱して凝縮する。第1及び第2凝縮器13aで凝縮した冷媒は、第3冷媒配管18aを介して、膨張弁14において膨張した後、蒸発器15に流入する。
本実施形態の水加熱システム9は、複数の蒸発器15を有している。ここでは、蒸発器15は室外機である。このように、本開示の水加熱システム9は、複数の室外機を有するシステムにも適用できる。
10,10a,10b:冷媒回路
11 :圧縮機
12 :放熱部
13 :凝縮器
14 :膨張弁
15 :蒸発器
19 :バイパス管
20,20a,20b:水回路
21 :循環ポンプ
22 :吸熱器
23 :タンク
30,30a,30b:水熱交換器
31 :水入口部
32 :水出口部
33 :冷媒入口部
34 :冷媒出口部
35 :第1熱交換部
36 :第2熱交換部
37 :取出部
41,42 :切換機構
Claims (6)
- 圧縮機(11)を有し、冷媒が流れる冷媒回路(10)と、
水が流れる水回路(20)と、
を備え、
前記冷媒回路及び前記水回路は、前記圧縮機から吐出された冷媒により水を加熱する水熱交換器(30)を共有し、
前記水熱交換器は、水出口部(32)の水と冷媒とが熱交換を行う第1熱交換部(35)を含み、
前記冷媒回路は、前記圧縮機と前記第1熱交換部との間に配置され、前記圧縮機から吐出された冷媒の熱を放熱させる放熱部(12)をさらに有し、
前記放熱部は、冷媒の熱を、前記水出口部よりも上流側を流れる水に放熱させるように構成されている、水加熱システム(1〜9)。 - 前記水熱交換器は、前記水回路において前記第1熱交換部よりも上流側で冷媒と熱交換を行う第2熱交換部(36)をさらに含み、
前記放熱部は、前記第2熱交換部を含む、請求項1に記載の水加熱システム。 - 前記冷媒回路は、デフロスト運転時に、前記第1熱交換部または前記第2熱交換部の一方を冷媒がバイパスするバイパス管(19)をさらに有する、請求項2に記載の水加熱システム。
- 前記水熱交換器の少なくとも一部において、水の流れ方向と、冷媒の流れ方向とは、対向流の関係にある、請求項1〜3のいずれか1項に記載の水加熱システム。
- 前記冷媒回路及び前記水回路の少なくとも一方は、冷媒及び水の流れ方向を逆方向にも循環させるように構成されている、請求項1〜4のいずれか1項に記載の水加熱システム。
- 前記水回路は、前記水熱交換器の水入口部(31)と前記水出口部との間から水を取り出す取出部(37)をさらに有する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の水加熱システム。
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