JPH0541908B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、複数の熱交換器を目的に応じて凝縮
器或いは蒸発器として使い別けることにより、大
気熱、太陽熱、地熱或いは廃熱等各種の熱源を同
時並行的に有効に利用できると共に、熱利用側に
おいても各種形態での同時並行的、かつ、効果的
な利用法が可能となるようにした複合型ヒートポ
ンプ装置に関する。

＜従来の技術＞ 近年、居住性向上対策の一環として、冷暖房・
給湯システムが普及しつつあり、これに伴い、ヒ
ートポンプ装置を多機能化したトータルシステム
の研究・開発が進められている。

即ち、空調の多室同時作動、給湯機能と付加、
熱源の多用化（空気熱源の他に地下水や太陽熱集
熱温水、或いは回収された排熱等の熱源利用）及
び熱源のマルチ化（同時に複数の熱源で吸熱）を
図つている。

＜発明が解決しようとする問題点＞ しかしながら、従来のこの種のヒートポンプ装
置（例えば特開昭59−138868号等参照）にあつて
は、機能の多用化に伴つて冷媒回路の構成が複雑
となり、回路切換用の開閉弁や膨張弁も相当に多
く必要になつてくるため、コスト的、設備的に未
だ相当不利な面がある。

しかも、各熱交換器への冷媒流量の適正な制御
も困難であり、効率の低下を伴う。

本発明は、このような従来の実状に鑑みなされ
たもので、多機能を有する複合型ヒートポンプ装
置において、特に弁機能の改善により機能に応じ
た各熱交換器への冷媒の流量を適正に制御するこ
とはもとより、冷媒回路の構成のコンパクト化、
弁の取付個数減少により上記問題点を可及的に改
善することを目的とする。

＜問題点を解決するための手段＜ このため、本発明は、圧縮器の吐出側冷媒通路
の途中から３以上に分岐し、夫々熱交換器を経た
後一箇所で集合する第１冷媒分岐路と、該各第１
冷媒分岐路の前記圧縮器から各熱交換器に至る部
分から夫々分岐し一箇所に集合して圧縮器の吸入
側冷媒通路に接続される第２冷媒分岐路と、を備
えると共に、前記第１冷媒分岐路の圧縮器から前
記第２冷媒分岐路に至る部分と前記各第２の冷媒
分岐路とに夫々開閉弁を介装し、かつ、各第１冷
媒分岐路の熱交換器から圧縮器接続側とは反対側
の前記集合点に至る部分に夫々全閉から全開まで
開度調整可能であつて、開閉、冷媒流量制御、冷
媒膨張機能を兼有する制御弁を介装した構成とす
る。

＜作用＞ 圧縮器から吐出された冷媒は、吐出側冷媒通路
の途中から開閉弁が開かれている第１冷媒分岐路
に流入し、凝縮器として機能する熱交換器を経由
した後、全開又は開度調整により流量制御を行う
制御弁と、開度を微小に絞つて冷媒を絞り膨張さ
せる制御弁と（制御弁は逆順でもよい）を経て蒸
発器として機能する熱交換器を経由した後、開閉
弁が開かれている第２冷媒分岐路を介して圧縮器
に戻される。

そして、各開閉弁の開閉切換で熱交換器の機能
を切り換えつつ、各制御弁の開閉切換や開度調整
により、冷媒流路の切換や冷媒流量制御による熱
交換能力の可変制御を行なえる。

＜実施例＞ 以下に本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。

第１図において、冷媒圧縮用の圧縮器１の吐出
側冷媒通路２の途中から放射状のコネクタ３を介
して複数分岐した後、再び放射状のコネクタ４を
介して１箇所に集合する複数の第１冷媒分岐路５
Ａ〜５Ｄ（以下特に区別しない時は総称番号５を
用いる）が設けられる。

また、前記各第１冷媒分岐路５Ａ〜５Ｄの途中
から分岐し、コネクタ６を介して前記圧縮器１へ
の吸入側冷媒通路７に合流する冷媒戻し用の複数
本の第２冷媒分岐路８Ａ〜８Ｄ（以下特に区別し
ない場合は総称番号８を用いる）が設けられる。

吸入側冷媒通路７には、蓄液器（アキユームレ
ータ）９が介装されている。

各第１冷媒分岐路５Ａ〜５Ｄの吐出側冷媒通路
２との分岐点から第２冷媒分岐路８Ａ〜８Ｄとの
分岐点に至る部分には、開閉弁９Ａ〜９Ｄが介装
され、第２冷媒分岐路８Ａ〜８Ｄには開閉弁１０
Ａ〜１０Ｄが介装される。

また、前記各第１冷媒分岐路５Ａ〜５Ｄの第２
冷媒分岐路８Ａ〜８Ｄとの分岐点からコネクタ４
（全第２冷媒分岐路８Ａ〜８Ｄの集合点）に至る
部分には、夫々熱交換器１１Ａ〜１１Ｄ及び後述
する機能を有する制御弁１２Ａ〜１２Ｄが順次介
装されている。

さらに、熱交換器１１Ａ〜１１Ｄと制御弁１２
Ａ〜１２Ｄとの間の第１冷媒分岐路５Ａ〜５Ｄ
は、受液器（レシーバ）１３Ａ〜１３Ｄ及び熱交
換器１１Ａ〜１１Ｄから制御弁１２Ａ〜１２Ｄ方
向への流動のみ許容する逆止弁１４Ａ〜１４Ｄを
介装した通路部と、前記逆止弁１４Ａ〜１４Ｄと
は逆向きに逆止弁１５Ａ〜１５Ｄを介装した通路
部とを並列に有している。

尚、受液器を設けない場合は逆止弁を含まない
１本の通路となる。

そして、第２図に示すように、熱交換器１１Ａ
は室内側熱交換ユニツト２１内に、熱交換器１１
Ｂは貯湯槽２２内に、熱交換器１１Ｃは外気を熱
源とする第１室外側熱交換ユニツト２３内に、熱
交換器１１Ｄは地下水を熱源とする第２室外側熱
交換ユニツト２４内に夫々配設されており、開閉
弁９Ａ〜９Ｄ、１０Ａ〜１０Ｄと開閉切換及び制
御弁１２Ａ〜１２Ｄの開度調整により、夫々凝縮
器又は蒸発器としての機能を切換可能に構成され
ている。

第３図に、前記制御弁１２Ａ〜１２Ｄ（以下総
称番号12を用いる）の構造及び各種開度位置を示
す。

図において、制御弁１２は冷媒の流入側と流出
側の第１冷媒分岐路５を互いに対向させて周壁に
開口させた筒状のハウジング１２ａと該ハウジン
グ１２ａの内周壁を軸回り摺動自由（360度を含
む）に嵌挿された円柱状の弁体１２ｂとで構成さ
れる。弁体１２ｂには、ハウジング１２ａの両側
開口に所定の回転位置で重合するように弁体１２
ｂの回転軸と直交する方向に貫通する弁孔１２ｃ
が形成される。

前記弁孔１２ｃの一方の開口端部は、弁体１２
ｂの周方向に一方の側を弁体１２ｂの径方向に削
つて形成したスリツト１２ｄにより開口面積を拡
げられ、また、他方の開口端部も周方向の同一側
を径方向に削つて形成したスリツト１２ｅにより
開口面積を拡げられるが、スリツト１２ｄの方が
スリツト１２ｅに比べてより大きく形成されてい
る。

そして、弁体１２ｂを第３図Ａの位置にセツト
した時は、弁孔１２ｃ軸が冷媒分岐路５の軸と一
致して全開となる。

第３図Ｂに示すように、弁体１２ｂを中間開度
にセツトした時は、開度に応じて冷媒の流量を制
御できる。

第３図Ｃに示す弁体１２ｂ位置では、微小開度
に絞られ、これによりスリツト１２ｅ部分から流
出した冷媒は膨張する。

第３図Ｄの弁体１２ｂ位置では、弁孔１２ｃは
完全に遮断され、全閉となる。

次に、本実施例の作用を各種使用例を挙げ、第
４図〜第６図（冷媒流通部分のみ符号を付してあ
る）を参照して説明する。

(i) 冬期に室内暖房及び貯湯槽２２の加温を行う
場合（第４図参照） 開閉弁９Ａ，９Ｂは開、
開閉弁９Ｃ〜９Ｄは閉とし、開閉弁１０Ａ，１
０Ｂは閉、開閉弁１０Ｃ，１０Ｄは開とする。
また、制御弁１２Ａ，１２Ｂは第３図Ｃで示し
た膨張位置にセツトし、制御弁１２Ｃ，１２Ｄ
は同図Ｂで示したように暖房及び加温の能力に
応じた中間開度にセツトされる。

この場合、圧縮器１により吐出された冷媒
は、吐出側冷媒通路２から開閉弁９Ａ，９Ｂが
開かれた第１冷媒分岐路５Ａ，５Ｂに分岐して
流入する。そして、これら第１冷媒分岐路５
Ａ，５Ｂに介装された熱交換器１１Ａ，１１
Ｂ、受液器１３Ａ，１３Ｂ、逆止弁１４Ａ，１
４Ｂ、制御弁１２Ａ，１２Ｂを経由した後、一
旦コネクタ４にて合流し、今度は、第１冷媒分
岐路５Ｃ，５Ｄに分岐して流入する。

第１冷媒分岐路５Ｃ，５Ｄに流入した冷媒
は、制御弁１２Ｃ，１２Ｄ、逆止弁１５Ｃ，１
５Ｄ、熱交換器１１Ｃ，１１Ｄを経た後、開閉
弁１０Ｃ，１０Ｄが開かれた第２冷媒分岐路８
Ｃ，８Ｄに流入し、コネクタ６を介して吸入側
冷媒通路７に合流し、蓄液器９を介して圧縮器
１に戻される。

この際、室内側熱交換ユニツト２１内と貯湯
槽２２内の各熱交換器１１Ａ，１１Ｂは、凝縮
器として機能し、第１及び第２室外側熱交換ユ
ニツト２３，２４内の各熱交換器１１Ｃ，１１
Ｄは蒸発器として機能する。

したがつて、室外側の熱交換器１１Ｃ，１１
Ｄにより外気及び地下水から吸熱が行われ、室
内側では熱交換器１１Ａからの放熱で室内暖房
が行われると共に、熱交換器１１Ｂからの放熱
で貯湯槽２２の加温が行われる。

(ii) 室内暖房と、外気温を熱源として第１室外側
熱交換ユニツトへの着霜を融解するデフロスト
運転とを行う場合（第５図参照） これには、貯湯槽２２、第２室外側熱交換ユ
ニツト２４の少なくとも一つから吸熱を行う場
合があるが、以下貯湯槽２２のみから吸熱を行
う場合について説明する。

開閉弁９Ａ，９Ｃ，１０Ｂを開、開閉弁９
Ｂ，９Ｄ，１０Ｄを閉とし、制御弁１２Ａ，１
２Ｃを膨張位置、制御弁１２Ｂを全開、制御弁
１２Ｄは全閉にセツトする。

圧縮器１から吐出された冷媒は、第５図に矢
印で示すように、コネクタ３から分岐して第１
冷媒分岐路５Ａ，５Ｃに流入した後、コネクタ
４から第１冷媒分岐路５Ｂに流入し、冷媒分岐
路８Ｂを経て圧縮器１へ戻される。

したがつて、熱交換器１１Ｂにより貯湯槽２
２から吸熱を行い、熱交換器１１Ａにより室内
暖房を行う一方、凝縮器として機能する熱交換
器１１Ｃにより、第１室外側熱交換ユニツト２
３壁に付着する霜が融解される。

(iii) 室内冷房と給湯を行う場合（第６図参照；但
し、第２室外側熱交換ユニツトは熱源として使
用しない） 開閉弁９Ｂ，１０Ａ，１０Ｃを開、開閉弁９
Ａ，９Ｃ，９Ｄ，１０Ｂ，１０Ｄを閉とし、制
御弁１２Ｂを膨張位置、制御弁１２Ａ，１２Ｃ
を中間開度にセツトする。

圧縮器１から吐出された冷媒は、第６図に矢
印で示すように、コネクタ３から第１冷媒分岐
路５Ｂに流入した後、コネクタ４から第１冷媒
分岐路５Ａ，５Ｂに流入し、第２冷媒分岐路８
Ａ，８Ｃ、吸入側冷媒通路７を経て圧縮器１に
戻される。

したがつて、熱交換器１１Ａ，１１Ｃにより
室内・外から吸熱して室内冷房を行うと同時
に、熱交換器１１Ｂにより貯湯槽２２を加温し
つつ給湯が行われる（但し、給湯は貯湯槽２２
内の湯温がある程度、例えば40〜50℃に達して
いる状態で行われる）。

このように、各開閉弁９Ａ〜９Ｄ及び開閉弁１
０Ａ〜１０Ｄの開閉の組合せと制御弁１２Ａ〜１
２Ｄの開度調整とにより、４個の熱交換器で多種
多用のモードに切り換えることができると同時
に、冷媒流量調整により、暖房、冷房、給湯（貯
湯槽加温）能力も制御できる。

特に、本発明に係る構成として、制御弁１２Ａ
〜１２Ｄに開閉弁及び流量制御弁としての機能と
膨張弁としての機能を兼有させたため、弁の取付
個数及び配管本数が大幅に減少し、冷媒の流路抵
抗による圧力損失が減少してヒートポンプ効率を
向上できると共に、スペース、コスト面で有利で
あり、信頼性も向上する。

また、制御弁１２Ａ〜１２Ｄは開閉機能を有す
るため、第１冷媒分岐路５Ａ〜５Ｄと第２冷媒分
岐路８Ａ〜８Ｄとを選択的に開閉させる構成であ
ればよく、したがつて、第７図に示すように第１
冷媒分岐路５と第２冷媒分岐路８の分岐点に三方
切換弁２５を設ける構成としてもよい。

例えば、第１冷媒分岐路５Ａと第２冷媒分岐路
８Ａとの分岐点に三方弁２５を取付け、熱交換器
１１Ａを凝縮器として機能させる場合は、三方切
換弁２５を第７図Ａ位置にセツトして制御弁１２
Ａを膨張位置にセツトすればよく、蒸発器として
機能させる場合は、三方切換弁２５を第７図Ｂ位
置にセツトして制御弁１２Ａを全開又は中間開度
にセツトすればよい。また、熱交換器１１Ａを作
動させない場合は、制御弁１２Ａを全閉とし、三
方切換弁２５を第７図Ａ位置又はＢ位置にセツト
すればよい。

このようにすれば、弁取付個数はさらに減少
し、弁操作、コスト面で有利となる。

尚、開閉弁や制御弁の操作は手動で行つてもよ
いが、モードに応じて自動操作されるように制御
装置を設けてもよく、この場合、弁開閉コントロ
ール系のハードウエア、ソフトウエアが共に簡略
化される。

また、熱交換器等を除いてユニツト化した複合
型ヒートポンプ装置に別体の熱交換器を単体又は
別途に設けたマルチ配管等を介して複数個組み合
わせて取り付ける構成とすれば、用途に応じて無
駄のないシステムを選択することができる。

さらに、本実施例では、各熱交換器１１Ａ〜１
１Ｄが凝縮器と蒸発器との機能を切り換え可能な
構成としたが、いずれか一方の機能のみを待たせ
るようにしてもよい。

この場合、凝縮器としてのみ機能させる場合
は、吸入側冷媒通路に接続される冷媒分岐路及び
これに介装される開閉弁と、受液器をバイパスす
る通路部及び２つの逆止弁は不要となる。また、
制御弁のみで冷媒分岐路を開閉できるので、吐出
側冷媒通路と熱交換器との間の冷媒分岐路に介装
される開閉弁も省略可能である（但し、冷媒容量
が大の場合は、開閉弁を設けた方がよい）。

また、蒸発器としてのみ機能させる場合は、受
液器及び２つの逆止弁を省略できると共に、吐出
側冷媒通路と熱交換器とを結ぶ冷媒分岐路及びこ
れに介装される開閉弁と、吸入側冷媒通路に接続
される冷媒分岐路に介装される開閉弁とを省略で
きる。

第８図は、制御弁の別の実施例を示す。即ち、
該制御弁３１は、第１冷媒分岐路５に介装された
ハウジング３１ａと、該ハウジング３１ａ内を冷
媒分岐路５の軸方向と直交してスライドする弁体
３１ｂとで構成され、弁体３１ｂの一端縁中央部
分に切込み３１ｃを形成してある。同図Ａは全
開、Ｂは中間開度、Ｃは膨張位置、Ｄは全閉状態
を示し、これら位置において、前記第１実施例の
制御弁１２と同様の機能を有する。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば、複合型
ヒートポンプ装置において、冷媒通路の接続形態
を工夫を凝らし、かつ、その途中の分岐路に適宜
開閉弁と、開閉、冷媒流量制御及び冷媒膨張機能
を兼有した制御弁を介装した構成によつて、熱交
換器の機能を切り換えつつ、機能に応じた各熱交
換器への冷媒流量を適正に制御することはもとよ
り、全体として弁及び熱交換器の取付個数が大幅
に減少すると共に、配管構成が大幅にコンパクト
化され、取付スペースの縮小、低コスト化を著し
く促進できる。

さらに、弁開閉操作を自動制御する場合に、ハ
ードウエア、ソフトウエアも大幅に簡易化され、
住宅用のみならず、産業用システムにも利用で
き、マルチ化が進む程上記利点は顕著なものとな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の冷媒流路構成を示
す斜視図、第２図は同上実施例の全体構成を示す
断面図、第３図Ａ〜Ｄは同上実施例に使用する制
御弁の各切換位置を示す断面図、第４図〜第６図
は同上実施例の各種使用状況における冷媒の流路
を示す図、第７図Ａ，Ｂは同上実施例を一部変形
したものに使用する三方切換弁の切換位置を示す
断面図、第８図は別実施例に係る制御弁の各切換
位置を示す断面図である。 １……圧縮器、２……吐出側冷媒通路、３，４
……コネクタ、５Ａ〜５Ｄ……第１冷媒分岐路、
８Ａ〜８Ｄ……第２冷媒分岐路、９Ａ〜９Ｄ……
開閉弁、１０Ａ〜１０Ｄ……開閉弁、１１Ａ〜１
１Ｄ……熱交換器、１２Ａ〜１２Ｄ……制御弁、
３１……制御弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 圧縮器の吐出側冷媒通路の途中から３以上の
   分岐し、夫々熱交換器を経た後一箇所で集合する
   第１冷媒分岐路と、該各第１冷媒分岐路の前記圧
   縮器から前記各熱交換器に至る部分から夫々分岐
   し一箇所に集合して圧縮器の吸入側冷媒通路に接
   続される第２冷媒分岐路と、を備えると共に、前
   記第１冷媒分岐路の圧縮器から前記第２冷媒分岐
   路に至る部分と前記各第２の冷媒分岐路とに夫々
   開閉弁を介装し、かつ、各第１冷媒分岐路の熱交
   換器から圧縮器接続側とは反対側の前記集合点に
   至る部分に夫々全閉から全開まで開度調整自由で
   あつて、開閉、冷媒流量制御、冷媒膨張機能を兼
   有する制御弁を介装したことを特徴とする複合型
   ヒートポンプ装置。