JPH025989B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は冷暖房と貯湯槽の水の加熱とができ
るようにした冷暖房・給湯ヒートポンプ装置に係
り、特に冷媒配管の構成を改良した冷暖房・給湯
ヒートポンプ装置に関するものである。

〔従来技術〕

従来、冷暖房ヒートポンプ装置として第１図に
示すものがあり、また、冷暖房・給湯ヒートポン
プ装置として第２図に示すものがあつた。第１
図、第２図に示すヒートポンプ装置の冷媒回路に
は、圧縮機１、冷暖房切換用の四方弁２、室内熱
交換器３、膨張機構４および室外熱交換器５がそ
れぞれ設けてある。第１図のヒートポンプ装置で
は、冷媒回路の膨張機構４と四方弁２の間に複数
台並列に設けられた室内熱交換器３がそれぞれ電
磁弁６を介して四方弁２に接続してある。また、
第２図において、７は貯湯槽、８は貯湯槽７内の
水を加熱する加熱コイル、９は貯湯槽７への市水
取入口、１０は給湯用の蛇口である。第２図のヒ
ートポンプ装置では、冷媒回路の膨張機構４と四
方弁２の間に室内熱交換器３と加熱コイル８が並
列に設けてあり、これらがそれぞれの電磁弁６を
介して四方弁２に接続してある。

次に、第１図、第２図のヒートポンプ装置の動
作について説明する。第１図のヒートポンプ装置
は、複数の部室の冷暖房を行なうものである。冷
房時には圧縮機１から吐出した高温高圧の冷媒ガ
スが図の実線矢印のように流れて四方弁２、室外
熱交換器５に至り、ここで冷却されて凝縮する。
凝縮した高圧の冷媒液は膨張機構４の一方の膨張
弁４ａを通つて減圧される。例えば、２台の室内
熱交換器３，３の電磁弁６，６は、それぞれ負荷
が発生した時に開いて冷媒を流す。そこで膨張弁
４ａからの低圧冷媒液が室内熱交換器３で蒸発し
て室内から熱を奪いガス化する。この低圧の冷媒
ガスは四方弁２を通り、圧縮機１に吸込まれて圧
縮され、以下同様なサイクルが繰り返えされる。
暖房時には、圧縮機１から吐出した高温高圧の冷
媒ガスが図の破線矢印のように流れて四方弁２、
室内熱交換器３に至り、ここで放熱して凝縮する
ことによつて暖房を行なう。凝縮した高圧の冷媒
液は膨張機構４の他方の膨張弁４ｂを通つて減圧
される。減圧された冷媒液を室外熱交換器５に至
り、ここで外気により加熱されて蒸発する。この
低圧の冷媒ガスは四方弁２を通り圧縮機１に吸込
まれて圧縮され、以下同様なサイクルを繰り返え
す。第２図のヒートポンプ装置は、室内熱交換器
３の一部を貯湯槽７の加熱コイル８に変更し、給
湯加熱時には室内熱交換器３側の電磁弁６を閉
じ、加熱コイル８側の電磁弁６を開き、四方弁２
を暖房側にし、また暖房時および冷房時には室内
熱交換器３側の電磁弁６を閉じる。なお、第２図
のヒートポンプ装置の上述した以外の動作は第１
図のヒートポンプ装置と同様である。

ところで、特に第２図に示した従来のヒートポ
ンプ装置では、貯湯槽７内の水を加熱するには、
室内熱交換器３と並列に設けた加熱コイル８を貯
湯槽７に挿入し、貯湯槽７内の水を加熱するコイ
ル８で加熱するような運転を行なつているので、
冷房時の廃熱を回収して貯湯槽７内の水を加熱す
る運転ができない。さらには冷暖房と給湯と同一
の冷媒を用いるため水を加熱する場合、55〜60℃
程度が限界であるなどの欠点があつた。

〔発明の概要〕 この発明は、上述した従来の装置の欠点を除去
しようとするものであつて、第１の冷媒回路にお
ける圧縮機の吐出側を三方弁のような切換弁を介
して分岐させ、一方の分岐を四方弁に接続させ、
他方の分岐から高温高圧の冷媒を貯湯槽の加熱コ
イルに導き、貯湯槽内の水を加熱して凝縮した冷
媒を、冷房、暖房運転により切換えて冷媒回路の
膨張機構の両側へ選択的に導くようにすること
で、冷暖房と給湯を同時に行なうことができると
共に、冷房時の廃熱を回収して貯湯槽内の水を加
熱でき、さらに、第２の冷媒回路を第１の冷媒回
路による貯湯槽内の水の加熱運転モードに重畳ま
たは独立に稼動させることによつて、経済的で、
高温の出湯温度が得られる冷暖房・給湯ヒートポ
ンプ装置を提供することを目的としている。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例を第３図によつて説
明する。

第３図中、第１図および第２図と同一符号は同
一又は相当部分を示す。第１の冷媒回路として、
１は圧縮機、２は冷暖房切換用の四方弁、３は室
内熱交換器、４は膨張機構、５は室外熱交換器で
あり、これらは第１図に示す従来のものと同様に
冷媒回路に設けてある。６は室内熱交換器３の電
磁弁、７は貯湯槽、８は加熱コイル、９は貯湯槽
７への市水取入口、１０は給湯用の蛇口である。
切換弁である三方弁１１の分岐ａは冷媒回路の圧
縮機１の吐出側に設けてあり、一方の分岐ｂは四
方弁２に接続され、他方の分岐ｃは配管１２によ
つて貯湯槽７に挿入した加熱コイル８に接続して
ある。配管１２は加熱コイル８の出口側で分岐
し、分岐部１３から電磁弁１４を介して冷媒回路
の膨張機構４と室内熱交換器３の間に接続してあ
る。分岐部１３から分岐した配管１５は電磁弁１
６を介して冷媒回路の膨張機構４と室外熱交換器
５の間に接続してある。また、１７は圧縮機１の
容量制御を行なうインバータ、１８は三方弁１１
および電磁弁１４，１６を制御する制御装置であ
る。第２の冷媒回路として、１９は圧縮機、２０
は凝縮器、２１は膨張機構、２２は蒸発器であ
り、蒸発器２２は貯湯槽７内で加熱コイル８と同
程度の位置の高さ、凝縮器２０は少なくとも蒸発
器２２より上部の貯湯槽内の位置に設置してあ
る。

次にこの実施例の冷暖房・給湯ヒートポンプ装
置の動作について説明する。

暖房時には、圧縮機１から吐出した冷媒ガス
は、三方弁１１の分岐ａ，ｂが接続されているた
め、分岐ｂから四方弁２の破線を経由して第３図
の破線矢印のように流れ、室内熱交換器３に至
り、ここで凝縮して冷媒液となり、膨張機構４を
通り、室外熱交換器５で蒸発し四方弁２の破線を
経由して圧縮機１に戻る。

暖房給湯時には圧縮機１から吐出した冷媒ガス
は１１の切換えによつて一部が上述した暖房時と
同様に流れると共に、冷媒ガスの他の一部は三方
弁１１の分岐ａ，ｃが接続されていることにもよ
り、分岐ｃから配管１２を通り加熱コイル８で貯
湯槽７内の水を加熱して、一部は凝縮して冷媒液
となるが、一部は凝縮しないでガス状になつてい
る場合もあり、これらの冷媒が電磁弁１４を通
り、室内熱交換器３を経て来た冷媒回路の冷媒液
と合流し、以後は暖房時と同様に流れる。また、
暖房給湯時には、三方弁１１を暖房時と同様に分
岐ａ，ｂは接続しておき、サーモスタツトのよう
な室内温度検知器（図示せず）で室温が設定値に
上昇した時に三方弁１１を切換えて分岐ａ，ｃに
接続し、加熱コイル８により貯湯槽７内の水を加
熱し、室温が設定値未満になると暖房に戻す暖房
と給湯加熱の選択運転を行なうようにしてもよ
い。さらに三方弁１１をタイマなどで短時間毎に
分岐ａ，ｂの接続と分岐ａ，ｃの接続に切換え、
暖房と給湯に時分割して冷媒を振り分けてもよ
い。

冷房時には、圧縮機１から吐出した冷媒ガス
は、三方弁１１が分岐ａ，ｂに接続されているた
め、四方弁２の実線を経由して、第３図の実線矢
印のように流れ、室外熱交換器５に至り、ここで
凝縮して冷媒液となり、膨張機構４を通つて室内
熱交換器３に至り、ここで蒸発して冷媒ガスとな
り、四方弁２の実線を経由して圧縮機１に戻る。

冷房給湯時には、圧縮機１から吐出した冷媒ガ
スは、三方弁１１が分岐ａ，ｃに接続されている
ため、加熱コイル８に導かれ、ここで貯湯槽７内
の水を加熱して凝縮し、その後、冷媒液が配管１
５から電磁弁１６を通り、膨張機構４を経て複数
台の室内熱交換器３の一部または全部に至り、こ
こで蒸発して冷媒が大となり、四方弁２の実線を
経由して圧縮機１に戻る。このようにして、従来
冷房時には室外熱交換器５より全ての冷媒凝縮熱
が廃熱されていたが、上記のような冷媒の流れを
形成することによつて、冷房時の廃熱が貯湯槽７
内の水の加熱源として有効に回収される。

給湯加熱時には、冷媒ガスは三方弁１１が分岐
ａ，ｃに接続されているため、加熱コイル８を通
りここで貯湯槽７内の水を加熱して凝縮し、その
後電磁弁１４を経て膨張機構４を通り、室外熱交
換器５に至り、ここで蒸発して冷媒ガスとなり、
四方弁２を経て圧縮機１に戻る。

給湯昇温時には、第１の冷媒回路の各モード運
転時に、重畳または独立に第２の冷媒回路の圧縮
機１９を稼動すると、圧縮機１９から出た高温の
冷媒は凝縮器２０で凝縮して貯湯槽７内上部の水
を加熱し、膨張機構２１を通るとき減圧し、蒸発
器２２で貯湯槽７の下部の水から熱を吸収して蒸
発し、圧縮機１９に戻る。この第２の冷媒回路に
封入する冷媒を第１の冷媒回路に封入する冷媒に
較べて高温でも低い圧力のもの、例えば第１の冷
媒回路ではＲ−22、第２の冷媒回路ではＲ−12な
どを使用することによつて、貯湯槽７内上部の水
を、加熱コイル８によるよりも、高温に加熱する
ことができる。この第２の冷媒回路による昇温運
転は、従来電気ヒーター（図示せず）などを凝縮
器２０の位置附近に設置していた場合に比べて、
貯湯槽７の下部の水から熱を上部の水に熱を移動
する比較的温度差の少ないヒートポンプ運転を行
なうことができるので、特に高温で比較的少量の
湯を使用する場合には少ない電気量で効果的に昇
温可能である。また、貯湯槽７の下部の水温が低
くなると、第１の冷媒回路における加熱コイル８
の中を流れる冷媒凝縮温度を低くおさえることが
できるので、第１の冷媒回路の運転効率を高める
ことができる。

第４図はこの発明の他の実施例を示す。第４図
中、第３図と同一符号は同一または相当部分を示
し、２３は熱交換器、２４は出湯配管を示し、第
２の冷媒回路の凝縮器２０と貯湯槽７からの蛇口
１０に至る出湯配管２４の一部とが熱交換を行な
うようにしたもので、凝縮器２０を熱交換器２３
内に配設し、出湯配管２４中を通過する湯水を圧
縮機１９から出た高温冷媒で昇温するものであ
る。第２冷媒回路の運転動作と同様の働きをする
が、凝縮器２０から出湯配管２４中の湯水をより
直接的に加熱するので、出湯水をより効果的に昇
温させることができる。

なお、上述した暖房、暖房給湯、冷房、冷房給
湯および給湯加熱の各運転は、制御装置１８によ
り三方弁１１、電磁弁１４，１６、四方弁２およ
び電磁弁６をそれぞれ制御することで行なわれ
る。また、圧縮機１はインバータ１７により圧縮
機１の駆動電源の周波数を変えることにより容量
制御が行なわれる。そして上記実施例では室内熱
交換器３を１台としたが、１台以上としてもよ
く、また切換弁として三方弁１１を設けたが、切
換弁として２個の二方弁で同じ動作をさせてもよ
い。三方弁のような切換弁は流量調整可能な電動
弁としてもよく、膨張機構４に冷媒流量に応じて
その開度が調整でき、冷媒流入方向も第３図中で
左右いずれの場合でもよい可逆形の電気駆動の膨
張弁を使用すると更に効果的な運転が可能とな
る。さらにこの実施例では、室内、室外熱交換器
を空気式としているが、水式の室内、室外熱交換
器にも適用できる。また、この実施例では圧縮機
の容量制御をインバータによつて行なつている
が、圧縮機を複数台に分割し必要台数のみを制御
装置によつて運転し、容量制御を行なうようにし
てもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明は、圧縮機１、
四方弁２、室内熱交換器３、膨張機構４および室
外熱交換器５を有する冷媒回路を備えた冷暖房・
給湯ヒートポンプ装置の、圧縮機１の吐出側を三
方弁のような切換弁１１を介して分岐させ、この
切換弁１１による一方の分岐ｂを四方弁２に接続
させると共に、切換弁１１による他方の分岐ｃか
ら貯湯槽７の加熱コイル８を経て分岐し、この分
岐部１３から電磁弁１４を介して冷媒回路の膨張
機構４と室内熱交換器３の間に至る一方の配管１
２と、分岐部１３から電磁弁１６を介して冷媒回
路の膨張機構４と室外熱交換器５の間に至る他方
の配管１５とを具備させたので、簡単な配管によ
つて複数の部室の冷暖房と給湯加熱を同時に行な
うことができ、また冷房時の廃熱で貯湯槽７内の
水を加熱することができ、経済的でさらに出湯水
を高温に効率よく昇温できる冷暖房・給湯ヒート
ポンプ装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の冷暖房ヒートポンプ装置の一例
を示す構成図、第２図は従来の冷暖房・給湯ヒー
トポンプ装置の一例を示す構成図、第３図はこの
発明による冷暖房・給湯ヒートポンプ装置の一実
施例を示す構成図である。第４図はこの発明の他
の実施例の冷暖房・給湯ヒートポンプ装置を示す
構成図である。 １，１９……圧縮機、２，６，１１，１４，１
６……弁、３，５，２３……熱交換器、４，２１
……膨張機構、７……槽、８……加熱コイル、
ａ，ｂ，ｃ，１３……分岐、１２，１５，２４…
…管、１７……インバータ、１８……制御装置、
２０……凝縮器、２２……蒸発器。なお、図中同
一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 圧縮機、冷暖房切換用の四方弁、室内熱交換
   器、冷媒可逆流式の膨張機構および室外熱交換器
   を有する冷媒回路を備えた冷暖房・給湯ヒートポ
   ンプ装置において、前記冷媒回路の圧縮機吐出側
   を切換弁を介して分岐させ、この切換弁による一
   方の分岐ｂを四方弁に接続させると共に、切換弁
   による他方の分岐ｃから貯湯槽の加熱コイルを経
   て分岐しこの分岐部から電磁弁を介して前記冷媒
   回路の膨張機構と室内熱交換器の間に至る一方の
   配管と、分岐部から電磁弁を介して前記冷媒回路
   の膨張機構と室外熱交換器の間に至る他方の配管
   とを具備する第１の冷媒回路、この第１の冷媒回
   路とは独立に、圧縮機、凝縮器、膨張機構、蒸発
   器からなる第２の冷媒回路の蒸発器を貯湯槽内の
   加熱コイルとほぼ同位置に、さらに貯湯槽内上部
   の水面下で蒸発器より高い位置にまたは貯湯槽か
   ら蛇口に至る出湯配管に凝縮器を配設してなる冷
   暖房・給湯ヒートポンプ装置。 ２ 圧縮機は、これの駆動電源の周波数を可変と
   するインバータによつて容量制御を行なうように
   してあることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の冷暖房・給湯ヒートポンプ装置。 ３ 圧縮機は、小容量の複数台に分割し、必要台
   数のみを制御装置によつて運転し、容量制御を行
   なうようにしてあることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の冷暖房・給湯ヒートポンプ装
   置。 ４ 切換弁は、給湯加熱時に、他方の分岐ｃと接
   続し、一方の配管の電磁弁は開き、他方の配管の
   電磁弁は閉じるようにしてあることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の冷暖房・給湯ヒート
   ポンプ装置。 ５ 切換弁は、冷房・給湯加熱同時運転時に、他
   方の分岐ｃと接続し、一方の配管の電磁弁は閉
   じ、他方の配管の電磁弁は開くようにしてあるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の冷暖
   房・給湯ヒートポンプ装置。 ６ 切換弁は、暖房・給湯加熱選択運転時に、一
   方の分岐ｂと接続して暖房し、暖房運転が室内温
   度検出器でオフした間に他方の分岐ｃと接続して
   給湯槽を加熱し、一方の配管の電磁弁を開き、他
   方の配管の電磁弁は閉じるようにしてあることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の冷暖房・
   給湯ヒートポンプ装置。 ７ 切換弁は、暖房・給湯加熱同時運転時に、両
   方の分岐ｂ，ｃを接続して四方弁を介して室内熱
   交換器と連通すると共に、貯湯槽内の加熱コイル
   と連通するようにしてあることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の冷暖房・給湯ヒートポン
   プ装置。 ８ 切換弁は、暖房・給湯加熱同時運転時に、両
   分岐ｂ，ｃを短時間毎に切換えて接続し、暖房と
   給湯とを交互に行なうようにしてあることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の冷暖房・給湯
   ヒートポンプ装置。 ９ 貯湯槽内上部の温度または出湯温度を検出し
   て、その温度が所定値以下の場合、第２の冷媒回
   路をそれぞれ給湯加熱時、冷房・給湯加熱同時運
   転時、暖房・給湯加熱選択運転時、暖房・給湯加
   熱同時運転時に第１の冷媒回路による各モード運
   転に重畳または独立して運転することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の冷暖房・給湯ヒー
   トポンプ装置。 １０ 凝縮器と出湯配管とは、熱交換器を形成し
   てあることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の冷暖房・給湯ヒートポンプ装置。