知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-02-27
(45)【発行日】2024-03-06
(54)【発明の名称】冷暖房装置
(51)【国際特許分類】
F24F 5/00 20060101AFI20240228BHJP
F24D 3/18 20060101ALI20240228BHJP
F24D 3/00 20220101ALI20240228BHJP
【ＦＩ】
F24F5/00 101Z
F24D3/18
F24D3/00 B
【請求項の数】
1
(21)【出願番号】P 2019062162
(22)【出願日】2019-03-28
(65)【公開番号】P2020159663
(43)【公開日】2020-10-01
【審査請求日】2022-02-08
(73)【特許権者】
【識別番号】506122073
【氏名又は名称】エア・ウォーター北海道株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100109472
【弁理士】
【氏名又は名称】森本 直之
(72)【発明者】
【氏名】中村 好伸
【審査官】奥隅 隆
(56)【参考文献】
【文献】特開２０００－００２４７４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特許第５５０８７７７（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】特公平０８－００６９４４（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】特開２０１６－０５７０１４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ２４Ｆ ５／００
Ｆ２４Ｄ ３／００
Ｆ２５Ｂ １３／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
冷媒が循環する冷媒回路を有するヒートポンプと、循環液が循環する液回路を有し、上記循環液の熱により室内の空調を行う室内空調機と、
上記冷媒回路を循環する冷媒と上記液回路を循環する循環液との間で熱交換を行う第１熱交換器と、
上記液回路を循環する循環液を加熱するために、上記循環液に供給するための熱を発生するガス加熱器とを備え、
上記ヒートポンプは、上記冷媒回路における冷媒の循環サイクルを冷却サイクルと加熱サイクルで切換える切換手段を有し、
上記液回路が上記ガス加熱器を通過し、上記液回路において上記ガス加熱器に対して後述するバイパス路よりも上流側に配置された液循環ポンプの駆動により、上記液回路を循環する循環液が上記ガス加熱器により直接的に加熱されるよう構成され、
少なくとも上記ヒートポンプが上記冷却サイクルで運転しているときに、上記液回路を循環する循環液を、上記ガス加熱器の導入側から導出側へバイパスするバイパス路をさらに備え、
上記バイパス路と上記液回路の分岐点に、少なくとも上記ヒートポンプが上記冷却サイクルで運転しているときに、上記液回路を循環する循環液が上記バイパス路を流れるよう制御手段により制御される、電磁弁または電動ボールバルブによる三方弁が配置されている
ことを特徴とする冷暖房装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、寒冷地域においてエネルギー効率のよい暖房運転を実現し、夏場の冷房運転も可能とする冷暖房装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
北海道や東北地方などの寒冷地の住宅では、セントラル給湯暖房がよく用いられる。このようなセントラル給湯暖房は、灯油ボイラ方式が一般的で、その他ガスボイラ方式や電気ボイラ方式も一部に用いられる。灯油の価格変動が大きく、ＣＯ２の削減には電気が有効であることから、冷媒と熱交換して温水を循環させるヒートポンプ方式に対する注目度が上がっている。
【0003】
ところが、ヒートポンプ式の電気給湯暖房機は、外気温が一定以下に下がると、成績係数（ＣＯＰ）が低くなり、暖房出力が低下する。寒冷地においては十分な成績係数を得られないレベルまで外気温が低下することがある。このため、ヒートポンプ式の電気給湯暖房機だけでは、最も寒気の厳しい時期に十分な暖房をまかなうことができない。
【0004】
そこで、本出願人は、ヒートポンプ式給湯暖房機とガス加熱式給湯暖房機を組み合わせ、環境温度に基づいて的確に切り換え運転を行なうハイブリッド型の給湯暖房装置として、下記の特許文献１に示すものを開発し、開示した。
また、本出願人は、冷房運転を実現するヒートポンプ式給湯システムに関する先行技術文献として、下記の特許文献２を把握している。
また、本出願人は、冷房運転を実現するヒートポンプ式給湯システムに関する先行技術文献として、下記の特許文献２を把握している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特許第５５０８７７７号公報
【文献】特開２００８－２４９２４８号公報
【0006】
上記特許文献１には、下記の記載がある。
［００３７］
この給湯暖房装置は、ヒートポンプ式給湯暖房機１と、ガス加熱式給湯暖房機２を組合わせ、主運転をヒートポンプ式給湯暖房機１で行い、ヒートポンプ式給湯暖房機１で十分に暖房運転がまかなえない程度に環境温度が低下したときに、ガス加熱式給湯暖房機２に切り換え運転を行ってヒートポンプ式給湯暖房機１の運転を停止するようにしたものである。
［００５０］
一方、外気の環境温度が低下してヒートポンプ式給湯暖房機１の暖房能力が低下してくると、ヒートポンプ式給湯暖房機１から排水されてガス加熱式給湯暖房機２に導入される循環水の水温が第２の設定温度よりも低くなる。このとき、ガス加熱式給湯暖房機２の第２加熱制御手段１６は、ガスバーナ９を着火するよう制御してガス加熱を行い、ガス加熱式給湯暖房機２による循環水の加熱を開始する。
［００３７］
この給湯暖房装置は、ヒートポンプ式給湯暖房機１と、ガス加熱式給湯暖房機２を組合わせ、主運転をヒートポンプ式給湯暖房機１で行い、ヒートポンプ式給湯暖房機１で十分に暖房運転がまかなえない程度に環境温度が低下したときに、ガス加熱式給湯暖房機２に切り換え運転を行ってヒートポンプ式給湯暖房機１の運転を停止するようにしたものである。
［００５０］
一方、外気の環境温度が低下してヒートポンプ式給湯暖房機１の暖房能力が低下してくると、ヒートポンプ式給湯暖房機１から排水されてガス加熱式給湯暖房機２に導入される循環水の水温が第２の設定温度よりも低くなる。このとき、ガス加熱式給湯暖房機２の第２加熱制御手段１６は、ガスバーナ９を着火するよう制御してガス加熱を行い、ガス加熱式給湯暖房機２による循環水の加熱を開始する。
【0007】
上記特許文献２には、下記の記載がある。
［００１０］
室内空気熱交換器１５は，室内の冷房運転を行う空気調和機Ｙに設けられたものであって，該空気調和機Ｙには，一般的な空気調和機の室内機が有するその他の構成要素が設けられている。
また，ヒートポンプサイクル１には，圧縮機１１で圧縮された冷媒とブラインとの間で熱交換を行う床暖房用熱交換器３１（加熱サイクル用熱交換器の一例）と，圧縮機１１から流出した冷媒と水との間で熱交換を行う風呂追い焚き用熱交換器４１（加熱サイクル用熱交換器の一例）と，圧縮機１１から流出した冷媒を水加熱用熱交換器１２と床暖房用熱交換器３１及び風呂追い焚き用熱交換器４１とに分配する冷媒分配弁１８とが接続されている。
［００２５］
このように，ヒートポンプ式給湯システムＸでは，冷房運転の排熱，即ち室内空気熱交換器１５で暖められた冷媒の熱を利用して，水加熱用熱交換器１２における水の加熱を行うことができる。・・・
［００１０］
室内空気熱交換器１５は，室内の冷房運転を行う空気調和機Ｙに設けられたものであって，該空気調和機Ｙには，一般的な空気調和機の室内機が有するその他の構成要素が設けられている。
また，ヒートポンプサイクル１には，圧縮機１１で圧縮された冷媒とブラインとの間で熱交換を行う床暖房用熱交換器３１（加熱サイクル用熱交換器の一例）と，圧縮機１１から流出した冷媒と水との間で熱交換を行う風呂追い焚き用熱交換器４１（加熱サイクル用熱交換器の一例）と，圧縮機１１から流出した冷媒を水加熱用熱交換器１２と床暖房用熱交換器３１及び風呂追い焚き用熱交換器４１とに分配する冷媒分配弁１８とが接続されている。
［００２５］
このように，ヒートポンプ式給湯システムＸでは，冷房運転の排熱，即ち室内空気熱交換器１５で暖められた冷媒の熱を利用して，水加熱用熱交換器１２における水の加熱を行うことができる。・・・
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
上記特許文献１記載の給湯暖房装置は、あくまで給湯暖房用であって夏場の冷房に対応していない。寒冷地であっても、夏場の短期間に冷房を必要とする時期があり、このようなときは、暑さをがまんするか、扇風機でしのぐ以外に方法がなかった。
上記特許文献１記載の給湯暖房装置において、仮に、冷媒の逆サイクル運転が可能な冷暖房ヒートポンプを適用しようとすると、つぎの問題が生じる。第１に、ガス加熱式給湯暖房機２には、管路に温水を流すのが前提であり、安価な熱動弁が使われる。このため、そのまま冷水を流すと弁が作動しないことになる。第２に、冷暖房ヒートポンプの冷房運転を行うと、ガス加熱式給湯暖房機２に冷水が流れることになる。そうすると、ガス加熱式給湯暖房機２に結露が発生する。結露が発生すると、燃焼管路や電子部品の寿命が縮む。また、漏電のリスクが高まり、最悪は火災が発生するおそれもある。
上記特許文献１記載の給湯暖房装置において、仮に、冷媒の逆サイクル運転が可能な冷暖房ヒートポンプを適用しようとすると、つぎの問題が生じる。第１に、ガス加熱式給湯暖房機２には、管路に温水を流すのが前提であり、安価な熱動弁が使われる。このため、そのまま冷水を流すと弁が作動しないことになる。第２に、冷暖房ヒートポンプの冷房運転を行うと、ガス加熱式給湯暖房機２に冷水が流れることになる。そうすると、ガス加熱式給湯暖房機２に結露が発生する。結露が発生すると、燃焼管路や電子部品の寿命が縮む。また、漏電のリスクが高まり、最悪は火災が発生するおそれもある。
【0009】
上記特許文献２記載のヒートポンプ式給湯システムは、ヒートポンプによる冷房運転の排熱を水の加熱に利用しようとするものであり、冷房を主体としたシステムである。そのため、ヒートポンプを暖房運転するという思想がなく、上述した弁や結露の課題を解決しうるものではない。
【0010】
本発明は、上記問題を解決するため、つぎの目的をもってなされたものである。
寒冷地において熱効率のよい暖房を実現しながら、夏場の冷房運転にも対応できる冷暖房装置を提供する。
寒冷地において熱効率のよい暖房を実現しながら、夏場の冷房運転にも対応できる冷暖房装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0011】
請求項１記載の冷暖房装置は、上記目的を達成するため、つぎの構成を採用した。
冷媒が循環する冷媒回路を有するヒートポンプと、
循環液が循環する液回路を有し、上記循環液の熱により室内の空調を行う室内空調機と、
上記冷媒回路を循環する冷媒と上記液回路を循環する循環液との間で熱交換を行う第１熱交換器と、
上記液回路を循環する循環液を加熱するために、上記循環液に供給するための熱を発生するガス加熱器とを備え、
上記ヒートポンプは、上記冷媒回路における冷媒の循環サイクルを冷却サイクルと加熱サイクルで切換える切換手段を有し、
上記液回路が上記ガス加熱器を通過し、上記液回路において上記ガス加熱器に対して後述するバイパス路よりも上流側に配置された液循環ポンプの駆動により、上記液回路を循環する循環液が上記ガス加熱器により直接的に加熱されるよう構成され、
少なくとも上記ヒートポンプが上記冷却サイクルで運転しているときに、上記液回路を循環する循環液を、上記ガス加熱器の導入側から導出側へバイパスするバイパス路をさらに備え、
上記バイパス路と上記液回路の分岐点に、少なくとも上記ヒートポンプが上記冷却サイクルで運転しているときに、上記液回路を循環する循環液が上記バイパス路を流れるよう制御手段により制御される、電磁弁または電動ボールバルブによる三方弁が配置されている。
冷媒が循環する冷媒回路を有するヒートポンプと、
循環液が循環する液回路を有し、上記循環液の熱により室内の空調を行う室内空調機と、
上記冷媒回路を循環する冷媒と上記液回路を循環する循環液との間で熱交換を行う第１熱交換器と、
上記液回路を循環する循環液を加熱するために、上記循環液に供給するための熱を発生するガス加熱器とを備え、
上記ヒートポンプは、上記冷媒回路における冷媒の循環サイクルを冷却サイクルと加熱サイクルで切換える切換手段を有し、
上記液回路が上記ガス加熱器を通過し、上記液回路において上記ガス加熱器に対して後述するバイパス路よりも上流側に配置された液循環ポンプの駆動により、上記液回路を循環する循環液が上記ガス加熱器により直接的に加熱されるよう構成され、
少なくとも上記ヒートポンプが上記冷却サイクルで運転しているときに、上記液回路を循環する循環液を、上記ガス加熱器の導入側から導出側へバイパスするバイパス路をさらに備え、
上記バイパス路と上記液回路の分岐点に、少なくとも上記ヒートポンプが上記冷却サイクルで運転しているときに、上記液回路を循環する循環液が上記バイパス路を流れるよう制御手段により制御される、電磁弁または電動ボールバルブによる三方弁が配置されている。
【発明の効果】
【0012】
請求項１記載の冷暖房装置は、ヒートポンプと室内空調機と第１熱交換器とガス加熱器を備えている。上記ヒートポンプは、冷媒が循環する冷媒回路を有する。上記室内空調機は、循環液が循環する液回路を有し、上記循環液の熱により室内の空調を行う。上記第１熱交換器は、上記冷媒回路を循環する冷媒と上記液回路を循環する循環液との間で熱交換を行う。上記ガス加熱器は、上記液回路を循環する循環液を加熱するために、上記循環液に供給するための熱を発生する。
上記ヒートポンプは、上記冷媒回路における冷媒の循環サイクルを冷却サイクルと加熱サイクルで切換える切換手段を有する。また、上記液回路が上記ガス加熱器を通過し、上記液回路において上記ガス加熱器に対して後述するバイパス路よりも上流側に配置された液循環ポンプの駆動により、上記液回路を循環する循環液が上記ガス加熱器により直接的に加熱されるよう構成されている。冬季には、上記ヒートポンプを加熱サイクルで運転する。上記加熱サイクルでは、上記第１熱交換器において、上記液回路を循環する循環液の加熱が行われる。上記液回路を循環する循環液が加熱されると、上記室内空調機では室内の暖房が行われる。寒冷期に外気温が下がってヒートポンプの暖房出力が低下してくると、上記ガス加熱器が発生する熱を上記液回路を循環する循環液に供給する。これにより出力不足を補い、上記室内空調機では引き続き室内の暖房を行うことができる。夏季には、上記ヒートポンプを冷却サイクルで運転する。上記冷却サイクルでは、上記第１熱交換器において、上記液回路を循環する循環液の冷却が行われる。上記液回路を循環する循環液が冷却されると、上記室内空調機では室内の冷房が行われる。上記冷却サイクルでは、上記液回路に冷却液が循環する。また、少なくとも上記ヒートポンプが上記冷却サイクルで運転しているときに、上記液回路を循環する循環液を、上記ガス加熱器の導入側から導出側へバイパスするバイパス路をさらに備えている。上記バイパス路は、上記液回路を循環する循環液が上記ガス加熱器を経由しないようにバイパスする。このようにすることにより、上記ヒートポンプが上記冷却サイクルで運転しているときは、上記液回路を循環する循環液が上記ガス加熱器を経由するのが回避され、ガス加熱器での結露を防止する。これにより、燃焼管路や電子部品の劣化を防ぐとともに漏電リスクを低下させ、機器の寿命を延ばし、安全性を確保する。さらに、上記バイパス路と上記液回路の分岐点に、少なくとも上記ヒートポンプが上記冷却サイクルで運転しているときに、上記液回路を循環する循環液が上記バイパス路を流れるよう制御手段により制御される、電磁弁または電動ボールバルブによる三方弁が配置されている。上記三方弁は、たとえば上記バイパス路の下流側の端部に設けられ、必要なタイミングで上記液回路から上記バイパス路に循環液の流れを切換え、上記液回路を循環する循環液が、上記ガス加熱器を経由しないようにバイパスする。上記必要なタイミングは、たとえば上記ヒートポンプが冷却サイクルで運転されて上記液回路に冷却液が流れるタイミングである。上記三方弁が電磁弁または電動ボールバルブによるものであるため、たとえば熱で作動する熱動弁を使うと、エネルギー効率が低下してしまうため、電磁弁や電動ボールバルブ等を用いることにより、エネルギー効率の低下を防止している。
上記ヒートポンプは、上記冷媒回路における冷媒の循環サイクルを冷却サイクルと加熱サイクルで切換える切換手段を有する。また、上記液回路が上記ガス加熱器を通過し、上記液回路において上記ガス加熱器に対して後述するバイパス路よりも上流側に配置された液循環ポンプの駆動により、上記液回路を循環する循環液が上記ガス加熱器により直接的に加熱されるよう構成されている。冬季には、上記ヒートポンプを加熱サイクルで運転する。上記加熱サイクルでは、上記第１熱交換器において、上記液回路を循環する循環液の加熱が行われる。上記液回路を循環する循環液が加熱されると、上記室内空調機では室内の暖房が行われる。寒冷期に外気温が下がってヒートポンプの暖房出力が低下してくると、上記ガス加熱器が発生する熱を上記液回路を循環する循環液に供給する。これにより出力不足を補い、上記室内空調機では引き続き室内の暖房を行うことができる。夏季には、上記ヒートポンプを冷却サイクルで運転する。上記冷却サイクルでは、上記第１熱交換器において、上記液回路を循環する循環液の冷却が行われる。上記液回路を循環する循環液が冷却されると、上記室内空調機では室内の冷房が行われる。上記冷却サイクルでは、上記液回路に冷却液が循環する。また、少なくとも上記ヒートポンプが上記冷却サイクルで運転しているときに、上記液回路を循環する循環液を、上記ガス加熱器の導入側から導出側へバイパスするバイパス路をさらに備えている。上記バイパス路は、上記液回路を循環する循環液が上記ガス加熱器を経由しないようにバイパスする。このようにすることにより、上記ヒートポンプが上記冷却サイクルで運転しているときは、上記液回路を循環する循環液が上記ガス加熱器を経由するのが回避され、ガス加熱器での結露を防止する。これにより、燃焼管路や電子部品の劣化を防ぐとともに漏電リスクを低下させ、機器の寿命を延ばし、安全性を確保する。さらに、上記バイパス路と上記液回路の分岐点に、少なくとも上記ヒートポンプが上記冷却サイクルで運転しているときに、上記液回路を循環する循環液が上記バイパス路を流れるよう制御手段により制御される、電磁弁または電動ボールバルブによる三方弁が配置されている。上記三方弁は、たとえば上記バイパス路の下流側の端部に設けられ、必要なタイミングで上記液回路から上記バイパス路に循環液の流れを切換え、上記液回路を循環する循環液が、上記ガス加熱器を経由しないようにバイパスする。上記必要なタイミングは、たとえば上記ヒートポンプが冷却サイクルで運転されて上記液回路に冷却液が流れるタイミングである。上記三方弁が電磁弁または電動ボールバルブによるものであるため、たとえば熱で作動する熱動弁を使うと、エネルギー効率が低下してしまうため、電磁弁や電動ボールバルブ等を用いることにより、エネルギー効率の低下を防止している。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【発明を実施するための形態】
【0014】
つぎに、本発明を実施するための形態を説明する。
【0015】
【0016】
〔全体構成〕
この冷暖房装置は、冷暖房の熱源を供給する手段として、ヒートポンプ１０とガス加熱器２０とを備えている。また、室内の冷暖房を行う手段として、室内空調機３０と床暖房装置４０とを備えている。また、熱源を供給する手段と冷暖房を行う手段のあいだで熱交換を行う第１熱交換器５０を備えている。
この冷暖房装置は、冷暖房の熱源を供給する手段として、ヒートポンプ１０とガス加熱器２０とを備えている。また、室内の冷暖房を行う手段として、室内空調機３０と床暖房装置４０とを備えている。また、熱源を供給する手段と冷暖房を行う手段のあいだで熱交換を行う第１熱交換器５０を備えている。
【0017】
上記ヒートポンプ１０で発生した熱を第１熱交換器５０で熱交換して室内の冷暖房を行う。上記ガス加熱器２０で発生した熱で室内の暖房を行う。上記ヒートポンプ１０および上記ガス加熱器２０を熱源とする暖房は、室内空調機３０および床暖房装置４０で行う。また、上記ヒートポンプ１０を熱源とする冷房は、室内空調機３０で行うようになっている。
【0018】
〔ヒートポンプ１０〕
上記ヒートポンプ１０は、冷媒回路１１、圧縮機１２、膨張弁１３、空気熱交換器１４、切換手段１５を備えている。
上記ヒートポンプ１０は、冷媒回路１１、圧縮機１２、膨張弁１３、空気熱交換器１４、切換手段１５を備えている。
【0019】
上記冷媒回路１１は、冷媒として冷媒ガスが循環する。上記冷媒ガスとしては、たとえば、ＨＦＣ－１３４ａ等の代替フロン系冷媒を用いることができる。上記冷媒ガスには、上記のもの以外に、プロパン等の炭化水素系冷媒や二酸化炭素冷媒などを用いることができる。
【0020】
上記圧縮機１２は、上記冷媒回路１１の経路に配置され、冷媒回路１１を循環する冷媒ガスを圧縮する。上記圧縮機１２で圧縮された冷媒ガスは、高温高圧となって上記冷媒回路１１を循環し、後述する冷媒の循環サイクルにおいて冷房または暖房に寄与する。
【0021】
上記膨張弁１３は、上記冷媒回路１１の経路に配置され、冷媒回路１１を循環する冷媒ガスを断熱膨張させる。上記膨張弁１３で断熱膨張された冷媒ガスが上記冷媒回路１１を循環し、後述する冷媒の循環サイクルにおいて冷房または暖房に寄与する。
【0022】
上記空気熱交換器１４は、上記冷媒回路１１の経路に配置され、後述する冷媒の循環サイクルにおいて、冷媒回路１１を循環する冷媒ガスと空気との間で熱交換を行う。
【0023】
上記切換手段１５は、上記冷媒回路１１における冷媒の循環サイクルを冷却サイクルと加熱サイクルで切換える。上記循環サイクルの切換えは、制御手段８１の制御により行うことができる。上記切換手段１５として具体的には、第１ポート１，第２ポート２，第３ポート３，第４ポート４を有する四方切換弁を用いることができる。
【0024】
図１に示すように、上記加熱サイクルは、上記第１ポート１と第２ポート２を連通させ、上記第３ポート３と第４ポート４を連通させるよう、上記切換手段１５を切換える。このとき、上記冷媒回路１１は、圧縮機１２、第３ポート３、第４ポート４、第１熱交換器５０、膨張弁１３、空気熱交換器１４、第２ポート２、第１ポート１、圧縮機１２の順に冷媒ガスが循環するように構成される。
【0025】
上記加熱サイクルでは、上述したように冷媒ガスを循環させることにより、圧縮機１２で圧縮されて高温となった冷媒ガスの熱を第１熱交換器５０で熱交換し、暖房に利用する。
【0026】
すなわち、圧縮機１２で圧縮されて高温高圧となった冷媒ガスは、第３ポート３と第４ポート４を経由して第１熱交換器５０に導入される。第１熱交換器５０では、後述する液回路７０を循環する循環液が高温の冷媒ガスと熱交換されて加熱される。加熱された循環液の熱が暖房に利用される。第１熱交換器５０での熱交換で冷却された冷媒ガスは凝縮して液化する。液化した冷媒ガスは、膨張弁１３で断熱膨張されて減圧され、気液二相状態となる。気液二相状態の冷媒ガスは、空気熱交換器１４に導入されて外気からの熱を受ける。この外気との熱交換により、気液二相のうち液相が気化し、気体の冷媒ガスとなる。符号１４Ａは、空気熱交換器１４に外気を送って熱交換を促進するファンである。上記気体の冷媒ガスは、第２ポート２と第１ポート１を経由してふたたび圧縮機１２の吸引側に導入される。
【0027】
図２に示すように、上記冷却サイクルは、上記第２ポート２と第３ポート３を連通させ、上記第４ポート４と第１ポート１を連通させるよう、上記切換手段１５を切換える。このとき、上記冷媒回路１１は、圧縮機１２、第３ポート３、第２ポート２、空気熱交換器１４、膨張弁１３、第１熱交換器５０、第４ポート４、第１ポート１、圧縮機１２の順に冷媒ガスが循環するように構成される。
【0028】
上記冷却サイクルでは、上述したように冷媒ガスを循環させることにより、膨張弁１３で断熱膨張されて低温となった冷媒ガスの冷熱を第１熱交換器５０で熱交換し、冷房に利用する。
【0029】
すなわち、圧縮機１２で圧縮されて高温高圧となった冷媒ガスは、第３ポート３と第２ポート２を経由して空気熱交換器１４に導入される。空気熱交換器１４では、外気との熱交換により、高温高圧となった冷媒ガスを冷却する。冷却された高圧の冷媒ガスは、膨張弁１３で断熱膨張されて減圧されて低温になる。低温になった冷媒ガスは、第１熱交換器５０に導入される。第１熱交換器５０では、後述する液回路７０を循環する循環液が低温の冷媒ガスと熱交換されて冷却される。冷却された循環液の熱が冷房に利用される。第１熱交換器５０での熱交換で加熱された冷媒ガスは、第４ポート４と第１ポート１を経由してふたたび圧縮機１２の吸引側に導入される。
【0030】
冷却サイクルでは、液回路７０に流れる冷却液の冷熱を冷房に利用するため、ガス加熱器２０による加熱は行わない。
【0031】
〔第１熱交換器５０〕
第１熱交換器５０は、上記冷媒回路１１を循環する冷媒ガスと液回路７０を循環する循環液との間で熱交換を行う。
上述したように、上記ヒートポンプ１０を加熱サイクルで運転したときは、高温の冷媒ガスとの熱交換で循環液が加熱され、その熱が暖房に利用される。
一方、上記ヒートポンプ１０を冷却サイクルで運転したときは、低温の冷媒ガスとの熱交換で循環液が冷却され、その冷熱が冷房に利用される。
第１熱交換器５０は、上記冷媒回路１１を循環する冷媒ガスと液回路７０を循環する循環液との間で熱交換を行う。
上述したように、上記ヒートポンプ１０を加熱サイクルで運転したときは、高温の冷媒ガスとの熱交換で循環液が加熱され、その熱が暖房に利用される。
一方、上記ヒートポンプ１０を冷却サイクルで運転したときは、低温の冷媒ガスとの熱交換で循環液が冷却され、その冷熱が冷房に利用される。
【0032】
〔ガス加熱器２０〕
ガス加熱器２０は、上記液回路７０を循環する循環液を加熱するために、上記循環液に供給するための熱を発生する。
ガス加熱器２０は、上記液回路７０を循環する循環液を加熱するために、上記循環液に供給するための熱を発生する。
【0033】
具体的には、上記ガス加熱器２０は、熱媒体循環路２１（上記液回路７０の一部）と、ガスバーナ２３とを備えている。
上記熱媒体循環路２１は、上記ガス加熱器２０で加熱される熱媒体（この例では循環液とおなじ）が循環する。上記熱媒体としては、たとえば水を用いることができる。上記ガスバーナ２３は、上記熱媒体循環路２１の経路において、熱媒体循環路２１を循環する熱媒体を加熱する。上記ガス加熱器２０は標準仕様のものをそのまま使うことができる。
上記熱媒体循環路２１は、上記ガス加熱器２０で加熱される熱媒体（この例では循環液とおなじ）が循環する。上記熱媒体としては、たとえば水を用いることができる。上記ガスバーナ２３は、上記熱媒体循環路２１の経路において、熱媒体循環路２１を循環する熱媒体を加熱する。上記ガス加熱器２０は標準仕様のものをそのまま使うことができる。
【0034】
このように、上記ガス加熱器２０は、上記液回路７０を循環する循環液を加熱するために、上記循環液に供給するための熱を発生する。ガスバーナ２３の熱が、熱媒体循環路２１および液回路７０の循環液に移動するように構成されている。
【0035】
上記ガス加熱器２０を利用した循環液の加熱は、上記ヒートポンプ１０の加熱サイクルで暖房能力が不足するときに行うことができる。上記ガス加熱器２０を利用した循環液の加熱を行うあいだ、上記ヒートポンプ１０の加熱サイクルによる運転を停止することができる。上記ガス加熱器２０による循環液の加熱の開始や、そのあいだのヒートポンプ１０の停止は、制御手段８１の制御により行うことができる。
【0036】
〔液回路７０〕
上記液回路７０は、循環液が循環する。上記循環液としては、水を用いることができる。
上記液回路７０は、循環液が循環する。上記循環液としては、水を用いることができる。
【0037】
上記液回路７０の経路には液循環ポンプ７１が配置されている。これにより、上記液回路７０において上記循環液を循環させる。この例では、上記循環液は、図示の矢印Ａ方向に循環する。
【0038】
上記液回路７０は、上記第１熱交換器５０を経由する。これにより上述したように、循環液が、ヒートポンプ１０の冷媒ガスとの熱交換により加熱または冷却される。
上記液回路７０は、上記ガス加熱器２０を経由する。これにより上述したように、循環液が、ガス加熱器２０により加熱される。
上記液回路７０は、上記ガス加熱器２０を経由する。これにより上述したように、循環液が、ガス加熱器２０により加熱される。
【0039】
上記液回路７０には、上記循環液の熱を利用する冷暖房装置が設けられている。
【0040】
〔冷暖房装置〕
上記冷暖房装置として、この例では、室内空調機３０と床暖房装置４０が設けられている。
上記冷暖房装置として、この例では、室内空調機３０と床暖房装置４０が設けられている。
【0041】
上記室内空調機３０は、上記循環液の熱により室内の空調を行う。上記室内空調機３０は、第１導入路３１、冷暖房器３２、第１排出路３３、第１三方弁３４、ファン３５を備えている。
【0042】
上記第１導入路３１は、上記液回路７０から分岐するよう設けられ、上記液回路７０に流れる循環液を上記冷暖房器３２に導入する。
【0043】
上記冷暖房器３２は、上記液回路７０から導入された循環液の熱により室内の空調を行う。上記ヒートポンプ１０が加熱サイクルで運転されたときは、加熱された循環液が上記冷暖房器３２に導入され、その熱が室内の暖房に利用される。上記ヒートポンプ１０が冷却サイクルで運転されたときは、冷却された循環液が上記冷暖房器３２に導入され、その熱が室内の冷房に利用される。つまり、上記室内空調機３０による室内の空調は、暖房と冷房を少なくとも含む。
【0044】
上記ファン３５は、上記冷暖房器３２に導入された循環液の熱と室内の空気との熱交換を促進する。
【0045】
上記第１排出路３３は、上記液回路７０に合流するよう設けられ、上記冷暖房器３２において暖房または冷房で熱交換された後の循環液を上記冷暖房器３２から排出し、上記液回路７０に戻す。
【0046】
上記第１三方弁３４は、暖房または冷房が必要なタイミングで上記液回路７０から上記第１導入路３１に循環液を流し、冷暖房器３２による暖房または冷房を開始する。上記第１三方弁３４の切換えによる上記暖房または冷房の開始や停止は、制御手段８１の制御により行うことができる。
【0047】
上記床暖房装置４０は、上記循環液の熱により床暖房を行う。上記床暖房装置４０は、第２導入路４１、床暖房ライン４２、第２排出路４３、第２三方弁４４を備えている。
【0048】
上記第２導入路４１は、上記液回路７０から分岐するよう設けられ、上記液回路７０に流れる循環液を上記床暖房ライン４２に導入する。
【0049】
上記床暖房ライン４２は、上記液回路７０から導入された循環液の熱により床暖房を行う。上記ヒートポンプ１０が加熱サイクルで運転されているときに、加熱された循環液が上記床暖房ライン４２に導入され、床暖房を行う。
【0050】
上記第２排出路４３は、上記液回路７０に合流するよう設けられ、上記床暖房ライン４２において床暖房で熱交換された後の循環液を上記床暖房ライン４２から排出し、上記液回路７０に戻す。
【0051】
上記第２三方弁４４は、床暖房が必要なタイミングで上記液回路７０から上記第２導入路４１に循環液を流し、床暖房を開始する。上記第２三方弁４４の切換えによる上記床暖房の開始や停止は、制御手段８１の制御により行うことができる。
【0052】
〔弁〕
上記液回路７０は、上記ヒートポンプ１０が上記冷却サイクルで運転しているときに上記循環液が循環する部分には、熱動弁が存在しない。したがって、冷却された循環液が流れる可能性がある管路には、熱を発生しない電磁弁や電動ボールバルブを用いる。たとえば、上記室内空調機３０には、冷却された循環液が流れることがあるため、熱動弁を使用せず、電磁弁や電動ボールバルブを用いる。上記床暖房装置４０は、加熱された循環液しか流れず、冷却された循環液が流れることがないため、熱動弁を使用することができる。
上記液回路７０は、上記ヒートポンプ１０が上記冷却サイクルで運転しているときに上記循環液が循環する部分には、熱動弁が存在しない。したがって、冷却された循環液が流れる可能性がある管路には、熱を発生しない電磁弁や電動ボールバルブを用いる。たとえば、上記室内空調機３０には、冷却された循環液が流れることがあるため、熱動弁を使用せず、電磁弁や電動ボールバルブを用いる。上記床暖房装置４０は、加熱された循環液しか流れず、冷却された循環液が流れることがないため、熱動弁を使用することができる。
【0053】
〔回避手段８０〕
本実施形態では、少なくとも上記ヒートポンプ１０が上記冷却サイクルで運転しているときに、上記液回路７０を循環する循環液が上記ガス加熱器２０を経由するのを回避させる回避手段８０をさらに備えている。
本実施形態では、少なくとも上記ヒートポンプ１０が上記冷却サイクルで運転しているときに、上記液回路７０を循環する循環液が上記ガス加熱器２０を経由するのを回避させる回避手段８０をさらに備えている。
【0054】
上記回避手段８０は、バイパス路９０と第３三方弁９１とを含んで構成される。上記バイパス路９０は、上記液回路７０を循環する循環液が、上記ガス加熱器２０を経由しないようにバイパスする。つまり、上記バイパス路９０は、上記液回路７０が上記ガス加熱器２０に入る導入側と、上記液回路７０が上記ガス加熱器２０から出る導出側とを連通させるものである。
【0055】
上記第３三方弁９１は、上記液回路７０から上記バイパス路９０が分岐する分岐点（つまりバイパス路９０の下流側の端部である）に設けられている。上記第３三方弁９１は、必要なタイミングで上記液回路７０から上記バイパス路９０に循環液の流れを切換え、上記液回路７０を循環する循環液が、上記ガス加熱器２０を経由しないようにバイパスする。上記必要なタイミングは、上記ヒートポンプが冷却サイクルで運転されて上記液回路７０に冷却液が流れるタイミングである。上記第３三方弁９１の切換えによるバイパスの開始や停止は、制御手段８１の制御により行うことができる。
【0056】
上記回避手段８０により、上記ヒートポンプ１０が上記冷却サイクルで運転しているときは、上記液回路７０を循環する循環液が上記ガス加熱器２０を経由するのを回避させることができる。したがって、上記ヒートポンプ１０が上記冷却サイクルで運転しているときは、上記液回路７０を循環する冷却された循環液が、上記ガス加熱器２０を経由しない。これにより、ガス加熱器２０での結露が防止される。
【0057】
また、上記実施形態では、上記液回路７０において上記循環液を循環させる液循環ポンプ７１は、上記ガス加熱器２０に対して上記バイパス路９０よりも遠い位置に配置されている。
【0058】
〔実施形態の効果〕
上記実施形態の冷暖房装置は、ヒートポンプ１０と室内空調機３０と第１熱交換器５０とガス加熱器２０を備えている。上記ヒートポンプ１０は、冷媒が循環する冷媒回路１１を有する。上記室内空調機３０は、循環液が循環する液回路７０を有し、上記循環液の熱により室内の空調を行う。上記第１熱交換器５０は、上記冷媒回路１１を循環する冷媒と上記液回路７０を循環する循環液との間で熱交換を行う。上記ガス加熱器２０は、上記液回路７０を循環する循環液を加熱するために、上記循環液に供給するための熱を発生する。
上記ヒートポンプ１０は、上記冷媒回路１１における冷媒の循環サイクルを冷却サイクルと加熱サイクルで切換える切換手段１５を有する。また、上記液回路が上記ガス加熱器を通過し、上記液回路７０において上記ガス加熱器２０に対して後述するバイパス路９０よりも上流側に配置された液循環ポンプ７１の駆動により、上記液回路７０を循環する循環液が上記ガス加熱器により直接的に加熱されるよう構成されている。冬季には、上記ヒートポンプ１０を加熱サイクルで運転する。上記加熱サイクルでは、上記第１熱交換器５０において、上記液回路７０を循環する循環液の加熱が行われる。上記液回路７０を循環する循環液が加熱されると、上記室内空調機３０では室内の暖房が行われる。寒冷期に外気温が下がってヒートポンプ１０の暖房出力が低下してくると、上記ガス加熱器２０が発生する熱を上記液回路７０を循環する循環液に供給する。これにより出力不足を補い、上記室内空調機３０では引き続き室内の暖房を行うことができる。夏季には、上記ヒートポンプ１０を冷却サイクルで運転する。上記冷却サイクルでは、上記第１熱交換器５０において、上記液回路７０を循環する循環液の冷却が行われる。上記液回路７０を循環する循環液が冷却されると、上記室内空調機３０では室内の冷房が行われる。上記冷却サイクルでは、上記液回路７０に冷却液が循環する。また、少なくとも上記ヒートポンプ１０が上記冷却サイクルで運転しているときに、上記液回路７０を循環する循環液を、上記ガス加熱器２０の導入側から導出側へバイパスするバイパス路９０をさらに備えている。上記バイパス路９０は、上記液回路７０を循環する循環液が上記ガス加熱器２０を経由しないようにバイパスする。このようにすることにより、上記ヒートポンプ１０が上記冷却サイクルで運転しているときは、上記液回路７０を循環する循環液が上記ガス加熱器２０を経由するのが回避され、ガス加熱器２０での結露を防止する。これにより、燃焼管路や電子部品の劣化を防ぐとともに漏電リスクを低下させ、機器の寿命を延ばし、安全性を確保する。さらに、上記バイパス路９０と上記液回路７０の分岐点に、少なくとも上記ヒートポンプ１０が上記冷却サイクルで運転しているときに、上記液回路７０を循環する循環液が上記バイパス路９０を流れるよう制御手段８１により制御される、電磁弁または電動ボールバルブによる第３三方弁９１が配置されている。上記第３三方弁９１は、たとえば上記バイパス路９０の下流側の端部に設けられ、必要なタイミングで上記液回路７０から上記バイパス路９０に循環液の流れを切換え、上記液回路７０を循環する循環液が、上記ガス加熱器２０を経由しないようにバイパスする。上記必要なタイミングは、たとえば上記ヒートポンプ１０が冷却サイクルで運転されて上記液回路７０に冷却液が流れるタイミングである。上記第３三方弁９１が電磁弁または電動ボールバルブによるものであるため、たとえば熱で作動する熱動弁を使うとエネルギー効率が低下してしまうため、電磁弁や電動ボールバルブ等を用いることにより、エネルギー効率の低下を防止している。
上記実施形態の冷暖房装置は、ヒートポンプ１０と室内空調機３０と第１熱交換器５０とガス加熱器２０を備えている。上記ヒートポンプ１０は、冷媒が循環する冷媒回路１１を有する。上記室内空調機３０は、循環液が循環する液回路７０を有し、上記循環液の熱により室内の空調を行う。上記第１熱交換器５０は、上記冷媒回路１１を循環する冷媒と上記液回路７０を循環する循環液との間で熱交換を行う。上記ガス加熱器２０は、上記液回路７０を循環する循環液を加熱するために、上記循環液に供給するための熱を発生する。
上記ヒートポンプ１０は、上記冷媒回路１１における冷媒の循環サイクルを冷却サイクルと加熱サイクルで切換える切換手段１５を有する。また、上記液回路が上記ガス加熱器を通過し、上記液回路７０において上記ガス加熱器２０に対して後述するバイパス路９０よりも上流側に配置された液循環ポンプ７１の駆動により、上記液回路７０を循環する循環液が上記ガス加熱器により直接的に加熱されるよう構成されている。冬季には、上記ヒートポンプ１０を加熱サイクルで運転する。上記加熱サイクルでは、上記第１熱交換器５０において、上記液回路７０を循環する循環液の加熱が行われる。上記液回路７０を循環する循環液が加熱されると、上記室内空調機３０では室内の暖房が行われる。寒冷期に外気温が下がってヒートポンプ１０の暖房出力が低下してくると、上記ガス加熱器２０が発生する熱を上記液回路７０を循環する循環液に供給する。これにより出力不足を補い、上記室内空調機３０では引き続き室内の暖房を行うことができる。夏季には、上記ヒートポンプ１０を冷却サイクルで運転する。上記冷却サイクルでは、上記第１熱交換器５０において、上記液回路７０を循環する循環液の冷却が行われる。上記液回路７０を循環する循環液が冷却されると、上記室内空調機３０では室内の冷房が行われる。上記冷却サイクルでは、上記液回路７０に冷却液が循環する。また、少なくとも上記ヒートポンプ１０が上記冷却サイクルで運転しているときに、上記液回路７０を循環する循環液を、上記ガス加熱器２０の導入側から導出側へバイパスするバイパス路９０をさらに備えている。上記バイパス路９０は、上記液回路７０を循環する循環液が上記ガス加熱器２０を経由しないようにバイパスする。このようにすることにより、上記ヒートポンプ１０が上記冷却サイクルで運転しているときは、上記液回路７０を循環する循環液が上記ガス加熱器２０を経由するのが回避され、ガス加熱器２０での結露を防止する。これにより、燃焼管路や電子部品の劣化を防ぐとともに漏電リスクを低下させ、機器の寿命を延ばし、安全性を確保する。さらに、上記バイパス路９０と上記液回路７０の分岐点に、少なくとも上記ヒートポンプ１０が上記冷却サイクルで運転しているときに、上記液回路７０を循環する循環液が上記バイパス路９０を流れるよう制御手段８１により制御される、電磁弁または電動ボールバルブによる第３三方弁９１が配置されている。上記第３三方弁９１は、たとえば上記バイパス路９０の下流側の端部に設けられ、必要なタイミングで上記液回路７０から上記バイパス路９０に循環液の流れを切換え、上記液回路７０を循環する循環液が、上記ガス加熱器２０を経由しないようにバイパスする。上記必要なタイミングは、たとえば上記ヒートポンプ１０が冷却サイクルで運転されて上記液回路７０に冷却液が流れるタイミングである。上記第３三方弁９１が電磁弁または電動ボールバルブによるものであるため、たとえば熱で作動する熱動弁を使うとエネルギー効率が低下してしまうため、電磁弁や電動ボールバルブ等を用いることにより、エネルギー効率の低下を防止している。
【0059】
◆まとめ
以上のように、本発明の冷暖房装置では、寒冷地において熱効率のよい暖房を実現しながら、夏場の冷房にも対応できる。また、冷房エアコンを別途取り付ける必要がないので、設備経費を節減できる。ヒートポンプの室外機と室内機が冷暖房を兼用して１台で済むため、外観がスッキリする。室内暖房はヒートポンプとガス加熱を切換え使用するので、外気温に関係なく強力な暖房ができる。
以上のように、本発明の冷暖房装置では、寒冷地において熱効率のよい暖房を実現しながら、夏場の冷房にも対応できる。また、冷房エアコンを別途取り付ける必要がないので、設備経費を節減できる。ヒートポンプの室外機と室内機が冷暖房を兼用して１台で済むため、外観がスッキリする。室内暖房はヒートポンプとガス加熱を切換え使用するので、外気温に関係なく強力な暖房ができる。
【0060】
◆変形例
上記実施形態では、循環液の熱を室内暖房に用いる例を示したが、これに限定するものではなく、浴室給湯装置や追い炊き装置等、各種の給湯設備に用いるようにすることもできる。
上記実施形態では、循環液の熱を室内暖房に用いる例を示したが、これに限定するものではなく、浴室給湯装置や追い炊き装置等、各種の給湯設備に用いるようにすることもできる。
【符号の説明】
【0061】
１：第１ポート
２：第２ポート
３：第３ポート
４：第４ポート
１０：ヒートポンプ
１１：冷媒回路
１２：圧縮機
１３：膨張弁
１４：空気熱交換器
１４Ａ：ファン
１５：切換手段
２０：ガス加熱器
２１：熱媒体循環路
２３：ガスバーナ
３０：室内空調機
３１：第１導入路
３２：冷暖房器
３３：第１排出路
３４：第１三方弁
３５：ファン
４０：床暖房装置
４１：第２導入路
４２：床暖房ライン
４３：第２排出路
４４：第２三方弁
５０：第１熱交換器
７０：液回路
７１：液循環ポンプ
８０：回避手段
８１：制御手段
９０：バイパス路
９１：第３三方弁
２：第２ポート
３：第３ポート
４：第４ポート
１０：ヒートポンプ
１１：冷媒回路
１２：圧縮機
１３：膨張弁
１４：空気熱交換器
１４Ａ：ファン
１５：切換手段
２０：ガス加熱器
２１：熱媒体循環路
２３：ガスバーナ
３０：室内空調機
３１：第１導入路
３２：冷暖房器
３３：第１排出路
３４：第１三方弁
３５：ファン
４０：床暖房装置
４１：第２導入路
４２：床暖房ライン
４３：第２排出路
４４：第２三方弁
５０：第１熱交換器
７０：液回路
７１：液循環ポンプ
８０：回避手段
８１：制御手段
９０：バイパス路
９１：第３三方弁
【図1】
【図2】