JPH0463306B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明はヒートポンプ式暖房給湯機に関する
ものである。

（従来の技術） ヒートポンプ式暖房給湯機の従来例としては、
例えば実公昭60−17641号公報を挙げることがで
きるが、この装置は、圧縮機から吐出される冷媒
を、室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器を順次
経由して圧縮器へ返流すると共に、上記室内熱交
換器と並列に給湯用熱交換器を接続した構造のも
のである。この装置においては、圧縮機からの高
圧ガス冷媒を室内熱交換器内にて凝縮させること
によつて暖房を行ない、また圧縮機からの高圧ガ
ス冷媒を給湯用熱交換器内で凝縮させることによ
つて槽内の水を加熱するようになつている。おて
上記装置においては、給湯用熱交換器の液冷媒出
口側に圧力調整弁が介設され、室内熱交換器と給
湯用熱交換器との両者への冷媒分配量を調整し得
るようになされているが、それは以下のような理
由によるものである。すなわち、貯湯槽内での水
温が低い場合には、給湯用熱交換器内での冷媒凝
縮温度が低下し、ほとんどの冷媒が給湯用熱交換
器に分配され、この結果、室内熱交換器側では冷
媒分配量の減少により吹出温度が低下してしま
い、使用者に不快感を与えるという不具合が生ず
ることになる訳であるが、これを防止するため、
上記圧力調整弁にて凝縮圧力を見かけ上、上昇さ
せて室内熱交換器に分配される冷媒量を確保する
のである。

（発明が解決しようとする問題点） ところで上記した従来のヒートポンプ式暖房給
湯機においては、運転制御に関する配慮が何らな
されておらず、つまりどのような条件下において
も必ず暖房・給湯の同時運転を行なうようにして
あるために、次のような欠点がある。それは、上
記のように圧力調整弁にて冷媒分配量の調整を行
なつても、暖房開始直後のような暖房負荷が大き
い場合には、依然として暖房能力の不足が生じ、
使用者に不快感を与えるということである。また
上記のように圧力調整弁にて給湯用熱交換器の凝
縮圧力を見かけ上、上昇させることにより、その
分だけヒートポンプの効率が低下してしまうとい
う欠点があるし、さらに特別に圧力調整弁を使用
することから装置の構造が複雑になるという欠点
もある。一方、湯温が高く、給湯用熱交換器側で
の凝縮冷媒温度が室内熱交換器側での凝縮冷媒温
度よりも高くなるような場合には、冷媒の凝縮温
度が暖房用の室内熱交換器側で決定してしまい、
給湯用熱交換器内では熱交換しない不凝縮冷媒が
通過し、湯の加熱が行なえないばかりでなく、冷
凍サイクルを乱して効率低下を招くという不具合
が生ずる。

この発明は上記した従来の欠点を解決するため
になされたものであつて、その目的は、暖房と給
湯との同時運転を、快適な暖房状態を維持しつ
つ、高い効率にて行なうこが可能なヒートポンプ
式暖房給湯機を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） そこでこの発明のヒートポンプ式暖房給湯機に
おいては、圧縮機１から吐出される冷媒を室内熱
交換器１９、膨張機構１５、室外熱交換器１０を
順次経由して圧縮機１へと返流すると共に、上記
室内熱交換器１９に並列に給湯用熱交換器２３を
接続して成るヒートポンプ式暖房給湯機におい
て、第１図に示すように、上記室内熱交換器１９
側での暖房負荷を検出する暖房負荷検出手段４２
と、給湯用熱交換器２３側での負荷を検出する給
湯負荷検出手段３０とを備え、さらに暖房運転要
求のみのあるときには暖房単独運転を、また給湯
運転要求のみのあるときには給湯単独運転をそれ
ぞれ行う一方、暖房運転要求と給湯運転要求との
両者があるときには、上記暖房負荷が基準値以下
であつて、かつ上記給湯負荷が基準値以上である
場合に暖房、給湯の同時運転を行なうべく弁切換
手段３３を制御す運転制御手段４３を設けてあ
る。

（作用） 上記したヒートポンプ式暖房給湯機において
は、暖房負荷が基準値以下であつて、かつ給湯負
荷が基準範囲内である場合にのみ、暖房と給湯と
の同時運転を行なうようにしてある。この結果、
水温が低いような場合、あるいは湯温が高いよう
な場合の暖房・給湯の同時運転を回避してヒート
ポンプの効率を高い状態に維持することが可能で
ある。また暖房負荷が基準値以下である場合にの
み同時運転を行なうようにしてあるので、給湯側
での影響が暖房側に及んだとしても、使用者に不
快感を及ぼすのを防止し得る。

（実施例） 次にこの発明のヒートポンプ式暖房給湯機の具
体的な実施例について、図面を参照しつつ詳細に
説明する。

まず第２図には冷媒回路図を示すが、図のよう
にこの空気調和機は、室外ユニツトＸと、室内ユ
ニツトＡ〜Ｄと、給湯ユニツトＹとを有するもの
である。室外ユニツトＸは圧縮機１を有してお
り、この圧縮機１の吐出配管２と吸込配管３とは
それぞれ四路切換弁４に接続されている。なお上
記圧縮機１は、その回転速度つまり圧縮能力を制
御するためのインバータ５を有するものであり、
また上記吐出配管２には第１電磁弁６が、上記吸
込配管３にはアキユムレータ７がそれぞれ介設さ
れている。上記四路機換弁４には第１ガス管８と
第２ガス管９とが接続されているが、上記第１ガ
ス管８は室外熱交換器１０に接続され、また上記
第２ガス管９はヘツダー１１に接続される共に、
その途中にガス閉鎖弁１２が介設されている。ま
た上記室外熱交換器１０には、第１液管１３が接
続されており、この第１液管１３は受液器１４に
接続されると共に、その途中には第１膨張弁１５
が介設されている。上記受液器１４には、第２液
管１６が接続されているが、この第２液管１６は
途中に液閉鎖弁１７の介設されたものであつて、
上記第２ガス管９と第２液管１６との間には、複
数（図の場合には４本）の分岐冷媒配管１８…１
８が互いに並列に接続されており、各分岐冷媒配
管１８…１８にはそれぞれ室内熱交換器１９…１
９（１台のみ図示する）と、第２膨張弁２０…２
０とが介設されている。なお各室内ユニツトＡ〜
Ｄは、１第の室内ユニツトＡについてのみ図示す
るが、上記室内熱交換器１９…１９と室内フアン
２１…２１とによつて構成されている。

一方上記圧縮機１の吐出配管２には、さらに第
３ガス管２２が接続されると共に、この第３ガス
管２２には給湯用熱交換器２３が接続されてお
り、給湯用熱交換器２３は、さらに第３液管２４
にて受液器１４に接続されている。上記第３ガス
管２２には、第２電磁弁２５が介設されており、
また上記第３液管２４には、キヤピラリーチユー
ブ２６と逆止弁２７とが介設されている。なお２
８は貯湯槽である。

そして上記冷媒分岐配管１８…１８において
は、各室内熱交換器１９…１９と第２膨張弁２０
…２０との間の位置に、第１温度センサー２９…
２９が取着されているが、この第１温度センサー
２９…２９は、暖房運転時に室内熱交換器１９…
１９内にて凝縮した液冷媒の温度を検出するため
のものである。また上記第３液管２４において
も、給湯用熱交換器２３と逆止弁２７との間の位
置に、第２温度センサー３０が取着されている
が、この第２温度センサー３０は、給湯運転時に
給湯用熱交換器２３内にて凝縮した液冷媒の温度
を検出するためのものである。なお上記第２温度
センサー３０によて検出される第３液管２４の温
度は、貯蔵槽２８内の湯温と略一致するものであ
る。

上記暖房給湯機の暖房運転時には、第１電磁弁
６を開、第２電磁弁２５を閉として圧縮機１の運
転を行なう。そうすると冷媒は、四路切換弁４、
第２ガス管９を経由して、各室内熱交換器１９…
１９内にて凝縮し、次いで第２液管１６、第１液
管１３を経由して室外熱交換器１０にて蒸発し、
その後、第１ガス管８、四路器換弁４を経て圧縮
機１に返流される流れとなる。

また給湯運転時には、第１電磁弁６を閉、第２
電磁弁２５を開にして圧縮機１の運転を行なう。
そうすると冷媒は、第３ガス管２２を経由して給
湯用熱交換器２３内にて凝縮し、次いで第３液管
２４、受液器１４、第１液管１３を経由して室外
熱交換器１０内にて蒸発し、その後、上記と同様
に第１ガス管８、四路器換弁４を経て圧縮機１に
換流される流れとなる。

そして暖房と給湯との同時運転を行なう場合に
は、上記第１電磁弁６と第２電磁弁２５とを共に
開にして、圧縮機１から吐出された冷媒を室内熱
交換器１９と給湯用熱交換器２３との両者に並列
的に供給するのである。

なお上記装置における冷房運転は、四路切換弁
４を切換え、室外熱交換器１０側から室内熱交換
器１９側へと冷媒を循環させることによつて行な
い、また冷房・給湯運転は、圧縮機１から吐出さ
れた冷媒を、第３ガス管２２を経由して給湯用熱
交換器２３内にて凝縮させ、次いて第３液管２
４、受液器１４、第２液管１６を経由して各室内
熱交換器１９…１９内で蒸発させ、その後、第２
ガス管９、四路切換弁４を経て圧縮機１へと返流
する回路内を循環させることによつて行なう。

次に上記暖房給湯機の運転制御系統について、
第３図に基づいて説明する。まず室外ユニツトＸ
は、室外制御装置３１と、インバータ制御装置３
１とを有しているが、このインバータ制御装置３
２は前記インバータ５での周波数、つまり圧縮機
１の回転数を制御するためのものである。また上
記室外制御装置３１には、上記第１温度センサー
２９…２９と第２温度センサー３０とによる検出
温度が入力されている。３３は弁切換手段である
が、この弁切換手段３３は上記室外制御装置３１
からの指令にて、上記第１電磁弁６、第２電磁弁
２５、四路切換弁４等の作動を制御して、暖房運
転、給湯運転、暖房・給湯同時運転等の運転状態
を制御するためおものである。また上記室外制御
装置３１には、台所等の室内に配置されたリモー
トコントロールボツクス３４が接続されており、
このボツクス３４に設けられた貯湯槽加熱スイツ
チ３５を操作することによつて、上記室外制御装
置３１に貯湯槽加熱要求信号を出力し得るような
されている。この場合、貯湯槽２８内には湯温サ
ーモ３６が配置されており、上記貯湯槽加熱要求
信号が出力され、かつ上記湯温サーモ３６からの
作動要求信号のある場合に給湯運転を行なうよう
になつている。

一方、室内ユニツトＡ〜Ｄは、それぞれ室内制
御装置３７を有しているが、各室内制御装置３７
は、暖房スイツチ３８、冷房スイツチ３９、室温
設定スイツチ４０、室内サーモ４１をそれぞれ有
しており、各室内制御装置３７からは、室外制御
装置３１に対して、暖房要求信号、冷房要求信
号、室内サーモ４１による空調要求又は停止信
号、室内温度と設定温度との温度差に基づくΔT
信号とがそれぞれ出力されるようになされてい
る。なお室外制御装置３１においては、暖房負荷
検出手段４２の一部を構成す負荷把握回路４４に
て、上記運転中の室内ユニツトＡ〜ＤからのΔT
信号の総和ΣΔTを演算し得るようになされてい
る。

次に上記暖房給湯機の運転制御方法について、
暖房運転要求のある状態（暖房スイツチ３８によ
る暖房要求信号が出力され、かつ室内サーモ４１
からの空調要求信号が出力された状態）におい
て、給湯運動要求がある場合（給湯槽加熱スイツ
チ３５による貯湯槽加熱要求信号が出力され、か
つ湯温サーモ３６からの作動要求信号のある状
態）での運転制御方法を中心に、第４図に基づい
て説明する。まずステツプS1において、暖房要
求があるか日かの判断をするが、YESの場合に
は次のステツプS2にて、またNOの場合にもステ
ツプS3にてそれぞれ給湯要求の有無について判
断する。ステツプS2がNOの場合、ステツプS4に
て暖房単独運転を開始すると共に、この運転を室
内サーモ４１による空調停止信号が出力されるま
で継続し（ステツプS5）、上記ステツプS1へと戻
る。またステツプS3がNOの場合にはそのままス
テツプS1へと戻り、一方YESの場合には、ステ
ツプS6にて給湯単独運転を行なう。この給湯運
転は、暖房要求信号があるか（ステツプS7）、あ
るいは湯温サーモ３６がOFFになる（ステツプ
S8）まで継続され、上記によつて給湯運転を終
了した場合（ステツプS9）には、上記ステツプ
S1へと戻る。

一方、上記ステツプS2がYESの場合、つまり
暖房運転要求と給湯運転要求との両要求がある場
合、ステツプS10にて次の〜の値を読み出
す。すなわち、運転中の室内ユニツトＡ〜Ｄに
おける室温と設定温度との温度差ΔT、運転中
の室内ユニツトＡ〜Ｄにおける第１温度センサー
２９の検出温度TL1…TL4、前回給湯運転した
ときの第２温度センサー３０の検出温度TCA、
である。なお上記第２温度センサー３０の検出温
度TCAは、給湯運転毎に検出、記憶しておき、
上記ステツプS10に移つた際に前回のTCAを読み
出すようにするのである。そしてさらにそれ以後
のステツプS1〜S13において上記各値に基づい
て、他の(1)〜(3)の判断を行ない、(1)〜(3)を全て満
たす場合にのみ、ステツプS14にて暖房・給湯の
同時運転を行ない、それ以外の場合には、ステツ
プS4に移行して暖房単独運転を行なうのである。

(1) 暖房運転中の室内ユニツトＡ〜ＤのΔTの合
計、すなわちΣΔTの絶対値が基準値（例えば
２℃）よりも小であること（ステツプS11）。

これは暖房運転中の室内ユニツトＡ〜Ｄに対
する暖房負荷が基準値よりも小であるか否かを
判断するのである。すなわち暖房負荷が大であ
るような状態で暖房・給湯の同時運転を行なつ
た場合、給湯負荷が大であるような場合には暖
房能力に不足をきたし、快適空調が損なわれる
可能性があるため、これを防止するものであ
る。

(2) TCAが、暖房運転中の室内ユニツトＡ〜Ｄ
のTL1…TL4の最大値TLn以下であること
（ステツプS12）。

これは給湯用熱交換器２３側での凝縮冷媒温
度が、室内熱交換器１９側での凝縮冷媒温度よ
りも高くなるような状態では、冷媒の凝縮温度
が暖房用の室内熱交換器１９側で決定してしま
い、給湯用熱交換器２３内では熱交換しない不
凝縮冷媒が通過し、湯の加熱が行なえないばか
りでなく、冷凍サイクルを乱して効率低下を招
くためである。

(3) TCAが基準温度範囲内（例えば20℃≦TCA
＜52.5℃）にあること（ステツプS13）。

これはTCA、つまりこれら加熱しようとする
湯の温度が20℃よりも低いような場合には、給湯
負荷が過大となつてコールドドラフトを起こし、
室内ユニツトＡ〜Ｄにおいては吹出温度の低下を
招き、快適な空調が行なえなくなることがあり、
この点を防止するためTCAが基準温度以上の場
合に暖房・給湯の同時運転を行なうようにするの
である。なおTCAの上限値は、配管等の機器の
耐熱限界と、冷凍サイクルの効率を確保するため
に設定したものである。

なお上記ステツプS14での暖房・給湯同時運転
は、室内サーモ４１による空調停止信号（ステツ
プS15）と湯温サーモ３６による停止信号（ステ
ツプS16）とのいずれかが出力されるまで行な
う。

以上のように上記暖房給湯機においては、室内
ユニツトＡ〜Ｄ側での空調負荷（ΣΔTの絶対値）
が基準値よりも小さく、かつ給湯側での負荷、つ
まり加熱すべき湯の温度TCAが室内熱交換器１
５側での凝縮液冷媒の温度TLn以下で、基準温
度（20℃）以上である場合に暖房と給湯との同時
運転を行なうようにしてあるので、上記同時運転
を、快適な暖房状態を維持しつつ、高い効率にて
行なうことが可能となる。

なお上記においては、暖房負荷検出手段４２
を、運転中の室内ユニツトＡ〜Ｄにおいて室内サ
ーモ４１の検出室温と設定温度との温度差ΔTを
求め、これの総和ΣΔTを負荷把握回路４４にて
求めることによつて空調負荷を把握する方式にて
構成したが、これ以外の方式を採用してもよい。
また上記においては、給湯負荷検出手段として第
２温度センサー３０を用い、給湯負荷として第３
液管２４の温度を検出する例を示したが、湯温を
直接検出する等、他の方式にて構成することも可
能である、また上記では、運転制御手段４３が、
第４図のステツプS11〜ステツプS14及びステツ
プS4にて構成されている訳であるが、これら構
成も同様の機能を果たす範囲内で任意に変更可能
である。

（発明の効果） この発明のヒートポンプ式暖房給湯機において
は、室内側での暖房負荷が基準値以下であり、か
つ給湯負荷が基準範囲内にある場合に、暖房と給
湯との同時運転を行なうようにしてあるので、上
記同時運転を、快適な暖房状態を維持しつつ、高
い効率にて行なうことが可能である。

【図面の簡単な説明】

図はこの発明のヒートポンプ式暖房給湯機の実
施例を示すもので、第１図は機能系統図、第２図
は冷媒回路図、第３図は運転制御系のブロツク
図、第４図は運転制御方法を説明するためのフロ
ーチヤート図である。 １……圧縮機、１０……室外熱交換器、１５…
…第１膨張弁、１９……室内熱交換器、２３……
給湯用熱交換器、３０……第２温度センサー（給
湯負荷検出手段）、３３……弁切換手段、４１…
…室内サーモ、４２……暖房負荷検出手段、４３
……運転制御手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 圧縮機１から吐出される冷媒を室内熱交換器
   １９、膨張機構１５、室外熱交換器１０を順次経
   由して圧縮機１へと返流すると共に、上記室内熱
   交換器１９に並列に給湯用熱交換器２３を接続し
   て成るヒートポンプ式暖房給湯機において、上記
   室内熱交換器１９側での暖房負荷を検出する暖房
   負荷検出手段４２と、給湯用熱交換器２３側での
   負荷を検出する給湯負荷検出手段３０とを備え、
   さらに暖房運転要求のみのあるときには暖房単独
   運転を、また給湯運転要求のみのあるときには給
   湯単独運転をそれぞれ行う一方、暖房運転要求と
   給湯運転要求との両者があるときには、上記暖房
   負荷が基準値以下であつて、かつ上記給湯負荷が
   基準範囲内である場合に暖房、給湯の同時運転を
   行うべく弁切換手段３３を制御する運転制御手段
   ４３を有することを特徴とするヒートポンプ式暖
   房給湯機。