JPH0217790B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はヒートポンプ式冷暖房給湯装置の改良
に関するものである。

ヒートポンプ式冷暖房装置と給湯装置とを組み
合わせて使用する冷暖房給湯装置の給湯能力の向
上について従来、種々の提案がなされているけれ
ども、いずれも冷媒ガスの凝縮熱だけで給湯がな
されているために能力の向上に限界があり、良好
な能力の向上を図ることができない欠点があつ
た。

本発明は斯る事情に鑑みてなされたものであ
り、ヒートポンプ冷暖房給湯装置を駆動する内燃
機関の排熱を利用して、給湯の熱交換効率が高い
ヒートポンプ式冷暖房給湯装置を提供することを
その目的とするものである。

そこで本発明は、圧縮機１を駆動する内熱機関
２を備え、該内熱機関２の冷却水循環路３０の途
中に水−冷却水熱交換器３２を介設すると共に、
前記内熱機関２の排気ガス放出管路３４の途中に
水−排気ガス熱交換器３５を介設する一方、圧縮
機１、熱源側熱交換器５、利用側熱交換器７、膨
張機構９，１２及び冷暖房切換弁４を冷媒循環可
能に接続してなるヒートポンプ式冷暖房用冷媒回
路に、該冷媒回路と水−冷媒熱交換器２８とを冷
媒流通可能に接続する冷媒流通制御機構を介設
し、これら水−冷媒熱交換器２８、水−冷却水熱
交換器３２、水−排気ガス熱交換器３５をそれぞ
れ収納する第１タンク２９、第２タンク３３、第
３タンク３６を貯湯タンク４８に対してこの順に
水循環可能に接続し、さらに前記貯湯タンク４８
と第１タンク２９とを連結する連結路より分岐
し、第２タンク３３とを連結する分岐路を形成す
ると共に、前記連結路、分岐路に対し選択的に開
動作、閉動作を行い得る弁機構４０，４２を設
け、前記ヒートポンプ式冷暖房用冷媒回路の冷房
運転時、貯湯量増大運転時等の少なくとも熱源側
の放熱量増大運転時には弁機構４０，４２を前記
連結路に対し開動作させると共に、前記分岐路に
対し閉動作させる第１切換制御信号を発し、暖房
運転時等の利用側放熱量増大時には弁機構４０，
４２を前記連結路に対し閉動作させると共に、前
記分岐路に対し開動作させる第２切換制御信号を
発する制御手段とを備え、前記第１切換制御信号
による弁機構４０，４２の切換動作より、第１タ
ンク２９、第２タンク３３、第３タンク３６、貯
湯タンク４８の順に水循環させる循環回路を形成
する一方、第２切換制御信号による弁機構４０，
４２の切換動作より第２タンク３３、第３タンク
３６、貯湯タンク４８の順に水循環回路を形成す
るようにしたヒートポンプ式冷暖房給湯装置を構
成し、温度レベルの低い熱源から順次高い熱源へ
と熱交換することにより、熱交換効率を高めると
共に、冷媒系統およびエンジン排熱を給湯用の熱
源として利用することによりエネルギ利用効率の
向上を図ることができるヒートポンプ式冷暖房給
湯装置を提供しようとするものである。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳述
する。

図面は本発明に係るヒートポンプ式冷暖房給湯
装置の系統図である。

まず、同図面に基づいてヒートポンプ回路Ａに
ついて述べると、該ヒートポンプ回路Ａは、圧縮
機１、空調−給湯切換用の第１四路切換弁３、冷
暖戻切換用の第２四路切換弁４、熱源側熱交換器
５、利用側熱交換器７、給湯用の水−冷媒熱交換
器２８を循環状に配置して成るものである。

次に、前記各要素の構成を個々に説明する。

前記圧縮機１は内燃機関２によつて駆動すべく
構成したものである。

また、前記第１四路切換弁３は冷房の通常運転
時と暖房運転時とデフロスト運転時とには図面に
実線で示す如く、また冷房のピークロード時と冷
房時の貯湯速度増大時とには図面に点線で示す如
く切り換えるものである。

前記冷暖房切換用の第２四路切換弁４は、該弁
４を実線図示の弁操作とすることによつて冷房サ
イクル運転が行なわれ、該四路切換弁４を点線図
示の弁操作にすることによつて暖房サイクル運転
が行なわれる。

前記空冷の熱源側熱交換器５は暖房時に蒸発器
として作用する一方、冷房時には凝縮器として作
用するものであり、該熱交換器５の近傍には室外
フアン６を設けている。

前記利用側熱交換器７は暖房時に凝縮器として
作用する一方、冷房時には蒸発器として作用する
ものであり、該熱交換器７の近傍には室内フアン
８を設けている。

９は冷房時専用の膨張機構で、この膨張機構９
と並列に逆止弁１０を接続している。

１１は受液器、１２は暖房時専用の膨張機構、
１３，１４，１５，１６，１７，１８は逆止弁、
１９，２０，２１，２２，２３，２４，５６，５
７は電磁弁で、これらの各電磁弁１９〜２４のう
ちの電磁弁２１は冷房時の貯湯速度増大時に開と
なるものであり、電磁弁２２は冷房のピークロー
ド時に開となるものであり、電磁弁２３，２４は
デフロスト時に開となるものである。

２５は膨張機構、２６はヘツダー、２７はアキ
ユムレータであり、前記水−冷媒熱交換器２８は
タンク２９内に収納されていて（冷媒凝縮温度は
50〜60℃）、前記各要素１〜２８を図示の如く閉
ループ状に接続してヒートポンプ回路Ａを構成し
ている。

このヒートポンプ回路Ａと組み合わされる給湯
回路Ｂの構成については後述するとして、次に内
燃機関２の排熱利用系について述べる。

３０は内燃機関２の冷却水循環路で、この冷却
水循環路３０の途中にはエンジン冷却水循環用の
ポンプ３１と水−冷媒熱交換器３２とを介設する
と共に、この水−冷媒熱交換器３２を水−冷却水
熱交換器用のタンク３３内に収納している。そし
て、前記ポンプ３１によつてエンジン冷却水（約
80〜95℃）を実線矢印方向に常時循環すべく構成
している。

３４は内燃機関２の排気ガス放出管路で、この
排気ガス放出管路３４の途中には水−排気ガス熱
交換器３５を介設し、この熱交換器３５を水−排
気ガス熱交換器用のタンク３６内に収納し、内燃
機関２の排気ガス（約500〜800℃）を実線矢印方
向に排気する途中においてタンク３６内の水と熱
交換すべく構成している。

次に、前記ヒートポンプ回路Ａおよび内燃機関
排熱利用系と組み合わせる給湯回路Ｂの構成につ
いて述べる。

該給湯回路Ｂは前記給湯用の水−冷媒熱交換器
２８用のタンク２９、該タンク２９の下流側に設
置した水−冷却水熱交換器３２用のタンク３３、
該タンク３３の下流側に設置した水−排気ガス熱
交換器３５用のタンク３６、該タンク３６の下流
側に設置した給湯用の貯湯タンク４８を循環状に
配置して成るものである。

前記給湯回路Ｂについて更に詳細に説明する
と、給水ポンプ３７および逆止弁３８を介設した
給水管３９には、電磁弁４０を介設してなる分岐
管４１と、電磁弁４２を介設してなる分岐管４３
とをそれぞれ接続し、一方の分岐管４１の管端部
を前記タンク２９の底部に連通させ、他方の分岐
管４３の管端部を前記タンク３３の底部に連通さ
せている。

また、逆止弁４４を介設してなる連結管４５に
よつて前記タンク２９の上部と前記タンク３３の
底部とを互いに連通させる一方、連結管４６によ
つて前記タンク３３の上部と前記タンク３６の底
部とを互いに連通させている。

さらに、前記タンク３６の上部に接続した送湯
管４７の管端部を貯湯タンク４８温水入口４９に
接続する一方、前記貯湯タンク４８の底部に連接
した温水出口５０には送湯ポンプ５１を介設した
給湯管５２を接続し、該給湯管５２の管端部を三
方弁５３のポート５３ａに接続し、該三方弁５３
の他のポート５３ｂと前記給水管３９とを管５４
で接続し、また前記三方弁５３のさらに他のポー
ト５３ｃには湯水供給管５５を接続している。

而して、冷房の通常運転時、冷房のピークロー
ド時および冷房時の貯湯速度増大時には、一方の
電磁弁４０を開とし、他方の電磁弁４２を閉と
し、また前記ポンプ３７，５１を駆動して、給水
を各要素３７，３８，４０，２９，４４，３３，
４６，３６，４７，４９，４８，５０，５１，５
３の順に流通させる。つまり、前記給水を給湯用
水−冷媒熱交換器２８用のタンク２９、水−冷却
水熱交換器３２用のタンク３３および水−排気ガ
ス熱交換器３５用のタンク３６の順に温度レベル
の低い熱源から順次高い熱源へと流通させる。

また、暖房運転時には前記ポンプ３７，５１を
駆動すると共に、一方の電磁弁４０を閉とし、他
方の電磁弁４２を開として、給水を各要素３７，
３８，４２，３３，４６，３６，４７，４９，４
８，５０，５１，５３の順に流通させる。つま
り、前記給水を水−冷却水熱交換器３２用のタン
ク３３および水−排気ガス熱交換器３５用のタン
ク３６の順に温度レベルの低い熱源から順次高い
熱源へと流通させる。

さらに、デフロスト時には一方のポンプ５１の
みを駆動すると共に、一方の電磁弁４０を開と
し、他方の電磁弁４２と閉として、給水を各要素
４８，５０，５１，５３，４０，２９，４４，３
３，４６，３６，４７，４９の順に循環させる。
つまり、前記給水を給湯用の水−冷媒熱交換器２
８用のタンク２９、水−冷却水熱交換器３２用の
タンク３３および水−排気ガス熱交換器３５用の
タンク３６の順に温度レベルの低い熱源から順次
高い熱源へと流通させるように構成したものであ
る。

本発明の実施例は上記の如く構成するものにし
て、以下作用を説明する。

まず、最初に冷房の通常運転について述べる。

斯る運転時には第１および第２の各四路切換弁
３，４はいずれも実線図示の弁操作とする。

いま、内燃機関２を通常回転数で駆動して圧縮
機１を運転すると、該圧縮機１で圧縮され高温高
圧になつたガス冷媒は図面に実線矢印で示す如く
前記各四路切換弁３，４の各ポートを経て凝縮器
として作用する熱源側熱交換器５に入り、ここで
外気と熱交換されて液化し、液化した液冷媒は電
磁弁５６、逆止弁１５、ヘツダー２６、受液器１
１、逆止弁１３および電磁弁２０を経て膨張機構
９に至り、ここで断熱膨張されて低圧となつた液
冷媒は蒸発器として作用する利用側熱交換器７に
入り、室内の熱を取つて室内を冷房し、自らは気
化されてガス冷媒となり、さらに電磁弁１９、第
２四路切換弁４およびアキユムレータ２７を介し
て再び前記圧縮機１に吸入されるのである。

斯る冷房の通常運転時におけるエンジン冷却水
はポンプ３１の駆動により冷却水循環路３０を循
環し、該循環路３０の途中に介設した水−冷却水
熱交換器３２で、タンク３３内の水と熱交換され
る。

また、内燃機関２の運転によつて生じた排気ガ
スは排気ガス放出管路３４を介して放出されるの
であるが、該放出管路３４の途中に介設した水−
排気ガス熱交換器３５で、タンク３６内の水と熱
交換される。

このため、給水ポンプ３７の駆動により電磁弁
４０、タンク２９および逆止弁４４を介して水−
冷却水熱交換器用タンク３３内に至つた水はエン
ジン冷却水によつて加熱され、さらに水−排気ガ
ス熱交換器用タンク３６で排気ガスによつて加熱
されて温水となり、この温水は送湯管４７を経て
貯湯タンク４８に貯湯される。

次に、冷房のピークロード時（最大負荷時）の
作用について述べる。

斯る冷房のピークロード時には第１四路切換弁
３を点線の状態に切り換えて、熱源側熱交換器５
の前位に水−冷媒熱交換器２８を直列に接続する
と共に、内燃機関２の回転数を通常の回転よりも
増大して、該内燃機関２を高速で回転駆動する。

いま、内燃機関２を高速回転数で駆動して圧縮
機１を運転すると、該圧縮機１で圧縮され高温高
圧になつたガス冷媒は点線の状態に切り換わつて
いる第１四路切換弁３を経て、水−冷媒熱交換器
２８に至り、ここでタンク２９内の温水と熱交換
するので凝縮温度の低下を図ることができ、該水
−冷媒熱交換器２８を経た冷媒は逆止弁１７、電
磁弁２２、第１四路切換弁３および第２四路切換
弁４を介して凝縮器として作用する熱源側熱交換
器５に入り、ここで外気と熱交換されて液化し、
以下は先に述べた冷房の通常運転時と同様に液化
した液冷媒が前記利用側熱交換器７で熱交換され
室内を冷房するものであるが、斯る冷房のピーク
ロード時には熱源側熱交換器５の前位に水−冷媒
熱交換器２８を直列に接続して、圧縮機１から吐
出される高温高圧のガス冷媒をタンク２９内の温
水と熱交換させて凝縮させ凝縮温度の低下を図
り、かつ内燃機関２の回転数を増大させているの
で、冷房能力を増大することができ、最大負荷に
充分対応することができるものである。

斯る冷房のピークロード時においても給湯系の
水は前述と同様にして低い熱源から順次高い熱源
へと熱交換し、加熱されるのであるが、該ピーク
ロード時にはタンク２９内においても水−冷媒熱
交換がなされる。つまり、前記給水は給湯用の水
−冷媒熱交換器２８用のタンク２９、水−冷却水
熱交換器３２用のタンク３３および水−排気ガス
熱交換器３５用のタンク３６の順に温度レベルの
低い熱源から順次高い熱源へと流通してこの順に
熱交換する。

次に、冷房時の貯湯速度増大時の作用について
述べる。

斯る冷房の貯湯速度増大時には第１四路切換弁
３を点線図示の弁操作に、また第２四路切換弁４
を実線図示の弁操作にすると共、電磁弁１９，２
０，２１を開くのである。

いま、圧縮機１から吐出された高温高圧のガス
冷媒は点線の状態に切り換わつている第１四路切
換弁３を経て水−冷媒熱交換器２８に至り、ここ
でタンク２９内の温水をさらに加熱した後に、逆
止弁１６、電磁弁２１、受液器１１、逆止弁１
３、電磁弁２０、膨張機構９、利用側熱交換器
７、電磁弁１９、第２四路切換弁４およびアキユ
ムレータ２７をこの順に介して再び圧縮機１に吸
入される。

このように冷房時の貯湯速度増大時には、圧縮
機１から吐出される高温高圧のガス冷媒を水−冷
媒熱交換器２８を通して、タンク２９内の給湯用
水を冷媒凝縮熱によつて加熱するので貯湯速度の
増大を図ることができ、さらに前記給湯用水は内
燃機関２の排熱により更に加熱されるので、貯湯
速度をより一層増大させることができる。

斯る貯湯速度増大時においても前記給水は給湯
用の水−冷媒熱交換器２８用のタンク２９、水−
冷却水熱交換器３２用のタンク３３および水−排
気ガス熱交換器３５用のタンク３６の順に温度レ
ベルの低い熱源から順次高い熱源へと流通して、
この順に熱交換するものである。

次に暖房運転時の作用について述べる。

斯る暖房運転時には第１四路切換弁３を実線図
示の弁操作に、また第２四路切換弁４を点線図示
の弁操作にするのである。

いま、内燃機関２を通常回転数で駆動して圧縮
機１を運転すると、該圧縮機１で圧縮され高温高
圧になつたガス冷媒は図面に点線矢印で示す如く
各四路切換弁３，４の各ポートおよび電磁弁１９
を経て凝縮器として作用する利用側熱交換器７に
入り、ここで放熱して室内空気と熱交換して室内
を暖房し、液化した液冷媒は逆止弁１０、電磁弁
２０、逆止弁１４、ヘツダー２６および受液器１
１を経て膨張機構１２に至り、ここで断熱膨張さ
れて低圧となつた液冷媒は蒸発器として作用する
熱源側熱交換器５に入り、熱交換されて気化し、
気化したガス冷媒は第２四路切換弁４およびアキ
ユムレータ２７を介して再び前記圧縮機１に吸入
されるのである。

斯る暖房運転時には給湯系内の一方の電磁弁４
２を開とし、他方の電磁弁４０を閉とし、給湯水
をタンク２９内へ循環させず、該給湯水は開成し
た電磁弁４２、水−冷却水熱交換器用タンク３
３、水−排気ガス熱交換器用タンク３６、貯湯タ
ンク４８、ポンプ５１および三方弁５３をこの順
に低い熱源から順次高い熱源へと循環させて、エ
ンジン排熱を利用して該給湯水を加熱するのであ
る。

以上要するに給湯水はいずれの場合においても
温度レベルの低い熱源から順次高い熱源へと流通
して、この順に熱交換するので、熱交換効率が高
いのである。

また、冷媒系統およびエンジン排熱を給湯用の
熱源として利用しているので、エネルギ利用効率
の向上を図ることができるのである。

なお、前記給湯回路Ｂは各タンク２９，３３，
３６，４８を循環状に配置して構成したものであ
るから、貯湯タンク４８内の湯温低下時たとえば
該貯湯タンク４８が満杯で湯温が低い時には給湯
水を水−冷却水熱交換器３２用のタンク３３およ
び水−排気ガス熱交換器３５用のタンク３６の順
に温度レベルの低い熱源から順次高い熱源へと循
環させて追焚きを行なうことができるのは勿論で
ある。

本発明は以上詳述したように、圧縮機１を駆動
する内熱機関２を備え、該内熱機関２の冷却水循
環路３０の途中に水−冷却水熱交換器３２を介設
すると共に、前記内熱機関２の排気ガス放出管路
３４の途中に水−排気ガス熱交換器３５を介設す
る一方、圧縮機１、熱源側熱交換器５、利用側熱
交換器７、膨張機構９，１２及び冷暖房切換弁４
を冷媒循環可能に接続してなるヒートポンプ式冷
暖房用冷媒回路に、該冷媒回路と水−冷媒熱交換
器２８とを冷媒流通可能に接続する冷媒流通制御
機構を介設し、これら水−冷媒熱交換器２８、水
−冷却水熱交換器３２、水−排気ガス熱交換器３
５をそれぞれ収納する第１タンク２９、第２タン
ク３３、第３タンク３６を貯湯タンク４８に対し
てこの順に水循環可能に接続し、さらに前記貯湯
タンク４８と第１タンク２９とを連結する連結路
より分岐し、第２タンク３３とを連結する分岐路
を形成すると共に、前記連結路、分岐路に対し選
択的に開動作、閉動作を行い得る弁機構４０，４
２を設け、前記ヒートポンプ式冷暖房用冷媒回路
の冷房運転時、貯湯量増大運転時等の少なくとも
熱源側の放熱量増大運転時には弁機構４０，４２
を前記連結路に対し開動作させると共に、前記分
岐路に対し閉動作させる第１切換制御信号を発
し、暖房運転時の利用側放熱量増大時には弁機構
４０，４２を前記連結路に対し閉動作させると共
に、前記分岐路に対し開動作させる第２切換制御
信号を発する制御手段とを備え、前記第１切換制
御信号による弁機構４０，４２の切換動作より、
第１タンク２９、第２タンク３３、第３タンク３
６、貯湯タンク４８の順に水循環させる循環回路
を形成する一方、第２切換制御信号による弁機構
４０，４２の切換動作より第２タンク３３，第３
タンク３６、貯湯タンク４８の順に水循環回路を
形成するようにしたヒートポンプ式冷暖房給湯装
置を構成し、以つて温度レベルの低い熱源から順
次高い熱源へと熱交換すべく成したものであるか
ら、熱交換効率を高めることができる効果があ
る。

また、冷媒系統の排熱をタンク２９で、エンジ
ンの排熱をタンク３６で、エンジン冷却水の排熱
をタンク３３でそれぞれ給湯用の熱源として有効
利用するものであるから、エネルギ利用効率の向
上を図ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係るヒートポンプ式冷暖房給湯
装置の系統図である。 １……圧縮機、２……内燃機関、３……空調−
給湯切換用の第１四路切換弁、４……冷暖房切換
用の第２四路切換弁、５……熱源側熱交換器、７
……利用側熱交換器、２８……水−冷媒熱交換
器、２９……水−冷媒熱交換器用タンク、３２…
…水−冷却水熱交換器、３３……水−冷却水熱交
換器用タンク、３５……水−排気ガス熱交換器、
３６……水−排気ガス熱交換器用タンク、４８…
…貯湯タンク、Ａ……ヒートポンプ回路、Ｂ……
給湯回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 圧縮機１を駆動する内熱機関２を備え、該内
   熱機関２の冷却水循環路３０の途中に水−冷却水
   熱交換器３２を介設すると共に、前記内熱機関２
   の排気ガス放出管路３４の途中に水−排気ガス熱
   交換器３５を介設する一方、圧縮機１、熱源側熱
   交換器５、利用側熱交換器７、膨張機構９，１２
   及び冷暖房切換弁４を冷媒循環可能に接続してな
   るヒートポンプ式冷暖房用冷媒回路に、該冷媒回
   路と水−冷媒熱交換器２８とを冷媒流通可能に接
   続する冷媒流通制御機構を介設し、これら水−冷
   媒熱交換器２８、水−冷却水熱交換器３２、水−
   排気ガス熱交換器３５をそれぞれ収納する第１タ
   ンク２９、第２タンク３３、第３タンク３６を貯
   湯タンク４８に対してこの順に水循環可能に接続
   し、さらに前記貯湯タンク４８と第１タンク２９
   とを連結する連結路より分岐し、第２タンク３３
   とを連結する分岐路を形成すると共に、前記連結
   路、分岐路に対し選択的に開動作、閉動作を行い
   得る弁機構４０，４２を設け、前記ヒートポンプ
   式冷暖房用冷媒回路の冷房運転時、貯湯量増大運
   転時等の少なくとも熱源側の放熱量増大運転時に
   は弁機構４０，４２を前記連結路に対し開動作さ
   せると共に、前記分岐路に対し閉動作させる第１
   切換制御信号を発し、暖房運転時等の利用側放熱
   量増大時には弁機構４０，４２を前記連結路に対
   し閉動作させると共に、前記分岐路に対し開動作
   させる第２切換制御信号を発する制御手段とを備
   え、前記第１切換制御信号による弁機構４０，４
   ２の切換動作より、第１タンク２９、第２タンク
   ３３、第３タンク３６、貯湯タンク４８の順に水
   循環させる循環回路を形成する一方、第２切換制
   御信号による弁機構４０，４２の切換動作より第
   ２タンク３３、第３タンク３６、貯湯タンク４８
   の順に水循環回路を形成するようにしたことを特
   徴とするヒートポンプ式冷暖房給湯装置。