JPH0333986B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、ヒートポンプを用いて冷暖房およ
び貯湯槽の水を加熱することのできる冷暖房・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、この種の装置としては、冷暖房用として
第１図に示すものがあつた。この第１図におい
て、１は圧縮機、２は冷暖房切替え用の四方弁、
３ａ，３ｂは室内熱交換器、４ａ，４ｂは膨張
弁、５は室外熱交換器であり、四方弁２と室内熱
交換器３ａ，３ｂとの間には、電磁弁１３ａ，１
３ｂが挿入されている。

また、冷暖房，給湯用としては第２図に示すも
のがあつた。この第２図において、１〜５、１３
ａ，１３ｂは上述と同じであり、第２図では室内
熱交換器３ａとして１個使用している場合を示し
ている。６は貯湯槽であり、貯湯槽加熱コイル８
が設けられており、この貯湯槽加熱コイル８は電
磁弁１３ｂと直列にして、電磁弁１３ａと室内熱
交換器３ａとの直列回路に並列に接続されてい
る。

また、貯湯槽６の上方には蛇口１５が設けら
れ、下方には市水取入口１４が設けられている。

次に動作について説明する。第１図は複数の部
屋を冷暖房するヒートポンプ装置であり、冷房時
には圧縮機１から吐出した高温高圧の冷媒ガスは
図中実線のように流れて、四方弁２から室外熱交
換器５に至り、ここで冷却されて凝縮する。この
室外熱交換器５を出た高圧の液冷媒は膨張弁４ａ
を通つて減圧され、室内熱交換器３ａ，３ｂに至
り、この室内熱交換器３ａ，３ｂで蒸発して室内
から熱を奪いガス化する。この低圧ガスは負荷が
発生したときに開く電磁弁１３ａ，１３ｂおよび
四方弁２を通つて再び圧縮機１に吸い込まれ、圧
縮されるサイクルが繰り返される。

暖房時には圧縮機１から吐出した高温高圧の冷
媒ガスは図中破線のように流れて、四方弁２から
電磁弁１３ａ，１３ｂを経て室内熱交換器３ａ，
３ｂに至り、ここで放熱して凝縮することによつ
て暖房を行う。この室内熱交換器３ａ，３ｂを出
た高圧の液冷媒は膨張弁４ｂを通つて減圧され
る。減圧された液冷媒は室外熱交換器５に至り、
外気で加熱されて蒸発する。この低圧ガスは四方
弁２を通り再び圧縮器１へ吸い込まれ、圧縮され
るサイクルが繰り返される。

また、第２図の冷暖房給湯用ヒートポンプ装置
の場合は、室内熱交換器の一部を貯湯槽加熱コイ
ル８に変更したものであり、給湯加熱時には電磁
弁１３ａを閉じ、電磁弁１３ｂを開き、四方弁２
は暖房用に切替えられる。暖房時には電磁弁１３
ｂを閉じ、電磁弁１３ａを開く。

さらに、冷房時には電磁弁１３ｂを閉じ、電磁
弁１３ａを開く。

従来のヒートポンプ装置により貯湯槽６内の水
を加熱するには、第２図のように室内熱交換器３
ａ，３ｂの一部をコイル状にして貯湯槽６内に設
けることが行なわれているが、冷房時の廃熱を回
収して貯湯槽６を加熱するなどの運転ができない
などの欠点があつた。

〔発明の概要〕

この発明はかかる欠点を改善する目的でなされ
たもので、圧縮機の吐出口に三方弁または二方弁
２個あるいは流量調節可能な電動弁を設けて、高
温高圧冷媒を貯湯槽内の熱交換コイルに導き、水
を加熱した後、凝縮した冷媒を冷暖房モードによ
り切り替えて、膨張弁の両側へ選択的に戻すよう
にして、冷暖房と給湯を同時に行えるようにする
とともに、暖房・給湯加熱運転時には暖房運転を
第１優先モードとしながらある時間帯を設定し
て、給湯加熱を行い、そのときのインバータ周波
数を演算によつて求めた低周波数で運転すること
により、効率がよくなるばかりか、給湯加熱運転
で生じる電力負荷のピーク値を抑制できる冷暖
房・給湯ヒートポンプ装置を提案するものであ
る。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の冷暖房・給湯ヒートポンプ装
置の実施例について図面に基づき説明する。第３
図はその一実施例の構成図である。この第３図に
おいて、第１図および第２図と同一部分には同一
符号を付して述べることにする。

この第３図において、圧縮機１、四方弁２、室
内熱交換器３ａ，３ｂ、室外熱交換器５、貯湯槽
６、貯湯槽加熱コイル８、市水取入口１４、蛇口
１５、電磁弁１３ａ，１３ｂはそれぞれ第１図お
よび第２図と同様であり、以下に従べる点が第１
図，第２図とは異なり、この発明の特徴をなす部
分である。

すなわち、圧縮機１の冷媒の吐出側に三方弁７
が設けられており、冷房給湯時には圧縮機１から
吐出された高温高圧の冷媒を三方弁７の入口ａか
ら出口ｃを通して貯湯槽加熱コイル８の一端に導
くようになつている。

また、暖房時および冷房時には、圧縮機１から
吐出された冷媒は三方弁７の入口ａから出口ｂを
通して四方弁２に導くようになつている。

上記貯湯槽加熱コイル８の他端は電磁弁９を通
して膨張弁４と室内熱交換器３ａ，３ｂとの連結
部に接続されているとともに、電磁弁１０を通し
て膨張弁４と室外熱交換器５との連結部に接続さ
れている。

１１は電磁弁９，１０と貯湯槽加熱コイル８と
の連結の分岐であり、１２はインバータである。

貯湯槽６の湯の温度は温度検知器１８で検出さ
れるようになつており、この温度検知器１８の出
力はタイマ付制御装置１６に送出されるようにな
つている。市水取入口１４の温度も市水温度検知
器１７により検知されるようになつており、その
出力はタイマ付制御装置１６に入力されるように
なつている。このタイマ付制御装置１６は三方弁
７の切換制御を行うようになつている。

次に、以上のように構成されたこの発明の冷暖
房・給湯ヒートポンプ装置の動作について、〔暖
房時〕、〔冷房時〕、〔冷房給湯時〕、〔給湯加熱時〕
の項目に分けて説明する。

〔暖房時〕

圧縮機１から吐出された冷媒ガスは三方弁７の
入口ａから出口ｂを通つて四方弁２の破線を経由
して、電磁弁１３ａ，１３ｂを通つて室内熱交換
器３ａ，３ｂのいずれか（または両方）に至り、
ここで凝縮して膨張弁４を通り、室外熱交換器５
で蒸発して、再び四方弁２の破線を通り圧縮機１
へ戻る。

〔冷房時〕

圧縮機１から吐出された冷媒ガスは三方弁７の
入口ａから出口ｂを経由して、四方弁２の実線を
通つて室外熱交換器５で凝縮して、膨張弁４を通
り、室内熱交換器３ａ，３ｂのいずれか（または
両方）に至り、ここで蒸発する。この冷媒ガスは
電磁弁１３ａ，１３ｂのいずれか（または両方）
を通り、さらに四方弁２を経て再び圧縮機１へ戻
る。

〔冷房給湯時〕

圧縮機１から吐出された冷媒ガスは三方弁７の
入口ａから出口ｃを経て貯湯槽加熱コイル８で凝
縮し、貯湯槽６内の水を加熱する。その後、冷媒
は電磁弁１０を経て、膨張弁４を通り室内熱交換
器３ａ，３ｂのいずれか（または両方）に至り、
ここで蒸発する。この冷媒ガスは電磁弁１３ａ，
１３ｂのいずれか（または両方）に至り、四方弁
２を経て再び圧縮機１へ戻る。

〔給湯加熱時〕

圧縮機１から吐出された冷媒ガスは三方弁７の
入口ａ，出口ｃを経て貯湯槽加熱コイル８で凝縮
し、貯湯槽６内の水を加熱する。その後、電磁弁
９を経て、膨張弁４を通り、室外熱交換器５に至
り、ここで蒸発する。この冷媒ガスは四方弁２を
経て再び圧縮機１へ戻る。

以上、各運転時の冷媒ガスの流れについて述べ
たが、暖房・給湯加熱運転時においては、常に暖
房優先となり、暖房負荷に応じて暖房運転が行わ
れる。

一般に、住宅の暖房負荷は第４図に示すよう
に、朝６時〜９時頃までに第１のピークがあり、
日中は天候に応じて幾分かの負荷があり、夕方〜
夜間にかけてピークがあり、24時頃までに負荷は
なくなる。

この発明の装置では、給湯加熱運転を行う時間
帯をたとえば日中に設定すると、４〜５時間ぐら
い給湯加熱を行う時間が取れることになる。ここ
で、第６図のフローチヤートを併用して述べる。
ステツプＳ１でモード選択を行つて冷房モードで
あれば、ステツプＳ２で冷房運転を行う。また暖
房・給湯モードであればステツプＳ３に行つて暖
房負荷の有無を判断し、暖房負荷があればステツ
プＳ４で暖房運転を行う。

ステツプＳ３で暖房負荷がなければ、ステツプ
Ｓ５に行き、貯湯槽温度が設定値Th℃であるか
否かを判断し、設定値以上であれば、ステツプＳ
３に戻り、以下であればステツプＳ６に行き、こ
こで予め設定された給湯加熱設定時間内であるか
否かを判断し、NOであればステツプＳ３に戻
り、YESであればステツプＳ７に行く。そこで
予め入力されている貯湯槽容量Ｖと沸き上げ湯
温TH℃に市水温度検知器１７から入力された温
度（または設定値）に加えて、給湯加熱時間tpを
（たとえば、５時間）設定することにより、必要
給湯加熱能力Qd（Kca／ｈ）が下式により求ま
る（ステツプＳ７）。

Qd＝Vl×（TH−TC）／tp ……(1) 次に、インバータ周波数（Hz）と定格給湯加熱
能力〔Kca／ｈ〕の関係は第５図のようにな
り、この関係は予め装置のパフオーマンスとして
与えられているので、前記１式で求められた必要
給湯加熱能力Qdを用い、ステツプＳ８で次の２
式でインバータ１２の運転周波数freqを決定し、
ステツプＳ９で給湯加熱運転を行う。

f_req＝f₁（Qd） ……(2) この決定されたインバータの運転周波数freq
は、２０〜３０Hzの低周波数であり、この低周波
数による低回転数運転によれば、次のような理由
により、冷凍サイクルの運転効率が向上する。

すなわち、圧縮機１の回転数が低下すると、冷
媒流量が回転数に比例してリニアに減少するのに
対して、室内外の熱交換器の容量は一定であるた
めに、熱交換量（冷暖房能力）は回転数の減少に
比例する程には低下せず、そのため冷凍サイクル
効率は、回転数が低下するほど向上することにな
る。

そして、インバータの運転周波数freqが上記算
出した範囲を外れた場合は、設定された低周波数
例えば２０〜３０Hzで運転する。

また、上記給湯加熱時間中に暖房負荷が発生す
れば、一時的に給湯加熱運転を中止して、暖房運
転を行うが、暖房負荷のない時間には再び給湯加
熱運転（ステツプＳ９）を行い、トータルで給湯
加熱時間（tp）に達する。

なお、第３図の実施例では、室内熱交換器３
ａ，３ｂの２台を使用している場合を例示してい
るが、これは３台以上でも適用されるのは勿論で
ある。

また、三方弁７の代わりに二方弁２個で同じ動
作を行わせてもよい。三方弁７は流量調整可能な
電動弁としてもよい。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したとおり、圧縮機の吐出
口に三方弁または二方弁２個あるいは流量調節可
能な電動弁を設けて、冷房給湯時または給湯加熱
時には高温高圧の冷媒ガスを貯湯槽内の加熱コイ
ルに導き、水を加熱した冷媒を後に凝縮した冷暖
房モードにより切り換えて、膨張弁の両側へ選択
的に戻すようにして、冷暖房と給湯を同時に行え
るようにするとともに、暖房時には暖房モードを
第１優先モードとしながらある時間帯を設定して
給湯加熱を行い、そのときのインバータを２０〜
３０Hzの低周波数で運転するようにしたので、効
率がよく、また、給湯加熱運転で生じる電力負荷
のピーク値を抑えることができるなどの効果を有
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の冷暖房用ヒートポンプ装置の構
成を示す図、第２図は従来の冷暖房給湯用ヒート
ポンプ装置の構成を示す図、第３図はこの発明の
冷暖房・給湯ヒートポンプ装置の一実施例の構成
を示す図、第４図は一般住宅の暖房負荷発生パタ
ーン、第５図はこの発明の冷暖房・給湯ヒートポ
ンプ装置におけるインバータ周波数と定格加熱能
力の関係図、第６図はこの発明の冷暖房・給湯ヒ
ートポンプ装置の動作の流れを示すフローチヤー
トである。 １……圧縮機、２……四方弁、３ａ，３ｂ……
室内熱交換器、４……膨張弁、５……室外熱交換
器、６……貯湯槽、７……三方弁、８……貯湯槽
加熱コイル、９，１０，１３ａ，１３ｂ……電磁
弁、１２……インバータ、１６……タイマ付制御
装置、１７……市水温度検知器、１８……温度検
知器。なお、図中同一符号は同一または相当部分
を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 圧縮機、冷暖房切替用の四方弁、少なくとも
   １個以上の室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器
   を有する冷暖房・給湯ヒートポンプ装置におい
   て、貯湯槽加熱コイルを備えた貯湯槽と、上記圧
   縮機の冷媒吐出側と四方弁との間に設けられ冷房
   給湯時および給湯加熱時に上記圧縮機から吐出さ
   れた冷媒を上記貯湯槽加熱コイルに導く弁手段
   と、上記冷房給湯時には上記貯湯槽加熱コイルに
   導かれた冷媒を第１の電磁弁を通して上記膨張弁
   と室外熱交換器との間に導く第１の配管と、上記
   給湯加熱時には上記貯湯槽加熱コイルに導かれた
   冷媒を第２の電磁弁を通して上記室内熱交換器と
   膨張弁との間に導く第２の配管と、暖房・給湯加
   熱運転時に暖房運転を第１優先モードとしながら
   所定の設定時間上記圧縮機の回転数を変えて低周
   波数で給湯加熱運転をするインバータを備えてな
   る冷暖房・給湯ヒートポンプ装置。