JPH0621741B2 - 冷暖房・給湯用ヒ−トポンプ装置 - 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・給湯用ヒートポンプ装置に関するもので
ある。

〔従来技術〕

従来、冷暖房用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・給湯用ヒートポンプ装置として
第２図に示すものがあった。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が設けられている。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の間に設けられ
た室内熱交換器３が電磁弁１３を介して四方弁２に接続
されている。また、第２図において、６は貯湯槽、８は
貯湯槽６内の水を加熱する貯湯槽加熱コイル、１４は貯
湯槽６への市水取入口、１５は給湯用の蛇口であり、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と上記加熱コイル８が並
列に設けられ、これらがそれぞれの電磁弁１３を介して
四方弁２に接続されている。

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、部屋の冷暖房を行なうも
のである。冷房時には、圧縮機１から吐出した温圧
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
って減圧され、室内熱交換器３に冷媒を流す。膨張弁４
aで減圧された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に吸い込まれ、以下同様なサイク
ルが繰り返される。暖房時には、圧縮機１から吐出した
温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
ことによって暖房を行なう。凝縮した高圧の冷媒液は膨
張機構４の他方の膨張弁４bを通って減圧される。減圧
された冷媒液は室外熱交換器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に吸い込まれて圧縮され、以下同様な
サイクルを繰り返す。

第２図のヒートポンプ装置は、室内熱交換器の一部を貯
湯槽加熱コイル８に変更し、給湯加熱時には室内熱交換
器３側の電磁弁１３を閉じ、加熱イル８側の電磁弁１３
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１３を開き、加熱コ
イル８側の電磁弁１３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。

しかし、第２図に示すような従来のヒートポンプ装置
で、貯湯槽６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６に挿入し、貯湯槽
６内の水を加熱するような運転を行なっているので、冷
房時の廃熱を回収して貯湯槽６内の水を加熱する運転が
できず、また冷暖房と給湯を同一の冷媒を用いて行なっ
ているため、水を加熱する場合に５５〜６０℃程度が上
限であるという問題があった。

〔発明の概要〕

この発明は、上述したような従来のものの問題を解決し
ようとするものであり、第１の冷媒回路の圧縮機の吐出
側を三方弁のような第１の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、他方の分岐から温圧
の冷媒を貯湯槽加熱コイルに導いて貯湯槽内の水を加熱
し、この加熱で凝縮した冷媒を電磁弁を介して各々室内
および室外熱交換器の四方弁側の配管に合流接続させ、
冷暖房・給湯の各運転モードに従って冷媒を選択的に流
すようにすることで、冷暖房と給湯を同時に行なうこ
と、および冷房時の廃熱を回収して貯湯槽内の水を加熱
することができ、さらに、第１の冷媒回路による貯湯槽
内の水を加熱する運転に加え、またはこの運転と独立し
て第２の冷媒回路を運転することにより、経済的にい
出湯温度が得られる冷暖房・給湯用ヒートポンプ装置を
提供しようとするものである。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例を第３図によって説明する。

第３図において、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第
１の冷媒回路２５に設けられている。６は貯湯槽、７は
冷媒切換用の三方弁である。三方弁７は第１の冷媒回路
２５の圧縮機１吐出側に入口７aが設けられ、一方の分
岐７bが四方弁２に接続され、他方の分岐７cが配管１２
によって貯湯槽６に挿入した貯湯槽加熱コイル８に接続
されている。上記配管１２は加熱コイル８の出口側で分
岐し、分岐部１１から分岐した配管１６は一方の電磁弁
９を介して第１の冷媒回路２５の四方弁２と室内熱交換
器３の間に接続されている。分岐部１１から分岐した配
管１７は他方の電磁弁１０を介して第１の冷媒回路２５
の四方弁２と室外熱交換器５の間に接続されている。１
８は圧縮機１の容量制御を行なうインバータ、１４は貯
湯槽６の下端部と連通する市水取入口、１５は貯湯槽６
の上端部と連通する出湯配管２４に設けた蛇口、１９は
三方弁７および電磁弁９，１０を制御するための制御装
置である。

さらに、２６は第１の冷媒回路２５と独立した第２の冷
媒回路であり、第２の冷媒回路２６には圧縮機２０、凝
縮機２１、膨張機構２２および蒸発器２３が設けられて
いる。第２の冷媒回路２６の蒸発器２３は貯湯槽６内の
加熱コイル８とほぼ同位置に、凝縮器２１は貯湯槽６
内の蒸発器２３よりい水面下の位置にそれぞれ設置さ
れている。

次に、この実施例のヒートポンプ装置の動作について説
明する。

暖房時には、第１の冷媒回路２５の圧縮機１から吐出し
た冷媒ガスは、三方弁７の入口７aが分岐７bと接続され
ているため、分岐７bから四方弁２の破線を経由し、第
３図の破線矢印のように流れて室内熱交換器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、三
方弁７の切換えによっ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７の入口７
aが分岐７cとも接続されていることによって、分岐７c
から配管１２を通り加熱コイル８で貯湯槽６内の水を加
熱し、一部は凝縮して冷媒液となるが、他の一部は凝縮
しないでガス状になっている場合もあり、このような冷
媒が電磁弁９を通り、室内熱交換器３を経て来た第１の
冷媒回路２５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７を暖房時と同様に入口
７aと分岐７bの接続にしておき、サーモスタットのよう
な室内温度検出器(図示してない)で室温が設定値以上に
上昇した時に、三方弁７を切換えて入口７aと分岐７cの
接続にし、暖房を休止させると共に、加熱コイル８によ
って貯湯槽６内の水を加熱し、室温が設定値未満になる
と、貯湯槽６内の水の加熱を止めて暖房に戻す、暖房と
給湯加熱の選択運転を行なう。さらに、三方弁７をタイ
マなどで短時間ごとに入口７aと分岐７bの接続および入
口７aと分岐７c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
７の入口７aと分岐７bが接続され電磁弁９，１０は閉じ
られているため、四方弁２の実線を経由し、第３図の実
線矢印のように流れて室外熱交換器５至り、ここで凝縮
して冷媒液となり、膨張機構４を通って室内熱交換器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７の入口７aと分岐７cが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６内の水を加熱して一
部または全部が凝縮し、配管１７から電磁弁１０を通
り、室外熱交換器５で全部の冷媒が液化され、膨張機構
４を経て室内熱交換器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。
この場合に、室外熱交換器５の送風機は流入する冷媒の
液化状態に応じて停止または回転数を変えるなどして熱
交換器能力を調整すればより効果的な運転が可能とな
る。このようにして、従来冷房時には室外熱交換器５か
らすべての冷媒凝縮熱が廃熱されていたが、上述のよう
な冷媒の流れを形成することによって、冷房時の廃熱が
貯湯槽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７が入口７aと分
岐７cが接続されているため、加熱コイル８を通り、こ
こで貯湯槽６内の水を加熱して一部または全部が凝縮
し、その後、冷媒の凝縮状態および外気温状態に応じ
て、経路を選択することができ、外気温が低い場合には
暖房・給湯時の経路、外気温が高い場合には冷房・給湯
時の経路をたどるようにすることができる。例えば、外
気温の低い時には、電磁弁９から室内熱交換器３を経て
膨張機構４を通って室外熱交換器５に至り、ここで蒸発
して冷媒ガスとなり、四方弁２の破線を経由して圧縮機
１に戻る。

給湯昇温時には、上述した第１の冷媒回路２５の各モー
ド運転時に、重畳または独立させて第２の冷媒回路２６
の圧縮機２０を駆動すると、この圧縮機２０から吐出し
た高温の冷媒ガスは凝縮器２１で凝縮して貯湯槽６内上
部の水を加熱し、膨張機構２３に至り、ここで減圧して
蒸発器２３で貯湯槽６内下部の水から熱を吸収して蒸発
し、圧縮機２０に戻る。そして、第２の冷媒回路２６に
封入する冷媒を、第１の冷媒回路２５に封入する冷媒に
比べて高温でも低い圧力のもの、例えば第１の冷媒回路
２５ではＲ−２２、第２の冷媒回路２６ではＲ−１２な
どを使用することによって、貯湯槽６内上部の水を、加
熱コイル８で加熱した温度よりも高温に加熱することが
できる。上述した第２の冷媒回路２６による昇温運転
は、従来、電気ヒータを凝縮器２１の位置付近に設置し
た場合に比べて、貯湯槽６内下部の水から熱を上部に移
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
る場合に少ない電気量で効果的に昇温可能である。ま
た、貯湯槽６内下部の水温が低くなると、第１の冷媒回
路２５の加熱コイル８の中を流れる冷媒凝縮温度を低く
抑えることができるので、第１の冷媒回路２５の運転効
率を高めることもできる。

第４図はこの発明の他の実施例を示す。第４図中、２４
は貯湯槽６から蛇口１５に至る出湯配管２４の一部に設
けた熱交換器であり、この熱交換器２７内に第２の冷媒
回路２６の凝縮器２１が設けられている。そして、出湯
配管２４内を通過する湯水を圧縮機２０から出た温冷
媒で昇温させるものであり、この場合に、上述した第３
図に示す実施例の第２の冷媒回路２６の運転動作と同様
の働きをするが、凝縮器２０で凝縮する冷媒により出湯
配管２２中の湯水を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、第４図に示
す実施例の上述した以外の構成、作用は第３図に示す実
施例と同様である。

上述した両実施例において、暖房、暖房給湯、冷房、冷
房給湯、および給湯加熱の運転は、制御装置１９によ
り、三方弁７、電磁弁９,１０、四方弁２を制御するこ
とで行なわれる、また、冷媒回路の圧縮機１は、インバ
ータ１８で圧縮機１の駆動電源の周波数を変えることに
より、容量制御を行なう。

なお、上述した実施例では、室内熱交換器３を１台とし
たが、この発明は室内熱交換器を２台以上としてもよ
い。実施例では切換弁を三方弁７としたが、この発明
は、切換弁として２個の二方弁で同じ動作をさせてもよ
く、また三方弁のような切換弁は流量調整可能な電動弁
としてもよい。この発明において、膨張機構４は、冷媒
流量に応じて開度の調整ができ、冷媒流入方向も第３
図、第４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、さらに効果的な運転が可
能となる。上述した実施例では、室内,室外熱交換器を
空気式としているが、この発明は、水式の室内,室外熱
交換器にも使用できる。実施例では圧縮機の容量制御を
インバータによって行なっているが、この発明は、圧縮
機を、複数台に分割し、必要台数のみを制御装置によっ
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、冷暖房・給湯用ヒー
トポンプ装置において、冷媒回路の圧縮機吐出側を三方
弁のような切換弁を介して分岐させ、この切換弁による
一方の分岐を四方弁に接続させると共に、切換弁による
他方の分岐から貯湯槽加熱コイルを経てさらに分岐さ
せ、一方および他方の電磁弁を介して室内および室外熱
交換器と四方弁を結ぶ配管にそれぞれ接続させたので、
冷暖房と給湯加熱を同時に行なうことができ、また冷房
時の廃熱で貯湯槽内の水を加熱することができて、経済
的な装置を提供できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の冷暖房・給湯用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・給湯用ヒートポ
ンプ装置の他例を示す構成図、第３図はこの発明による
冷暖房・給湯用ヒートポンプ装置の一実施例を示す構成
図、第４図はこの発明による冷暖房・給湯用ヒートポン
プ装置の他の実施例を示す構成図である。 １……圧縮機、２……四方弁、３……室内熱交換器、４
……膨張機構、５……室外熱交換器、６……貯湯槽、７
……三方弁(切換弁)、８……加熱コイル、９,１０……
電磁弁、１２,１６,１７……配管、１８……インバー
タ、１９……制御装置、２０……圧縮機、２１……凝縮
器、２２……膨張機構、２３……蒸発器、２４……出湯
配管、２５……第１の冷媒回路、２６……第２の冷媒回
路、２７……熱交換器。 なお、図中同一部分または相当部分は同一符号により示
す。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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
   有する第１の冷媒回路を備え、第１の冷媒回路の圧縮機
   吐出側を切換弁を介して分岐させ、切換弁による一方の
   分岐を上記四方弁に接続させ、切換弁による他方の分岐
   を貯湯槽加熱コイルに接続させ、この加熱コイル出口側
   をさらに分岐させ、加熱コイル出口側の一方の分岐を一
   方の電磁弁を介して室内熱交換器と四方弁を結ぶ配管に
   接続させ、加熱コイル出口側の他方の分岐を他方の電磁
   弁を介して室外熱交換器と四方弁を結ぶ配管に接続する
   と共に、第１の冷媒回路と独立する圧縮機、凝縮器、膨
   張機構、および蒸発器を有する第２の冷媒回路の蒸発器
   を貯湯槽上記加熱コイルとほぼ同高位置に配設し、第２
   の冷媒回路の凝縮器を貯湯槽内上部の水面下で、蒸発器
   より高い位置、または貯湯槽から蛇口に至る出湯配管に
   設けたことを特徴とする冷暖房・給湯用ヒートポンプ装
   置。
2. 【請求項２】第１の冷媒回路の圧縮機は、これの駆動電
   源の周波数を可変とするインバータによって容量制御を
   行うようにしてある特許請求の範囲第１項に記載の冷暖
   房・給湯用ヒートポンプ装置。
3. 【請求項３】第１の冷媒回路の圧縮機は、小容量の複数
   台に分割し、必要台数のみを制御装置によって運転し、
   容量制御を行うようにしてある特許請求の範囲第１項に
   記載の冷暖房・給湯用ヒートポンプ装置。
4. 【請求項４】給湯加熱運転時には、切換弁は他方の分岐
   と接続し、一方の電磁弁は開き、他方の電磁弁は閉じる
   ようにした特許請求の範囲第１項に記載の冷暖房・給湯
   用ヒートポンプ装置。
5. 【請求項５】冷房・給湯加熱同時運転時には、切換弁は
   他方の分岐と接続し、一方の電磁弁は閉じ、他方の電磁
   弁は開くようにした特許請求の範囲第１項に記載の冷房
   ・給湯用ヒートポンプ装置。
6. 【請求項６】暖房・給湯加熱選択運転時には、切換弁は
   一方の分岐と接続して暖房し、暖房運転が室内温度検出
   器で休止している間に、切換弁が他方の分岐と接続して
   貯湯槽を加熱し、一方の電磁弁は開き、他方の電磁弁は
   閉じるようにした特許請求の範囲第１項に記載の冷暖房
   ・給湯用ヒートポンプ装置。
7. 【請求項７】暖房・給湯加熱同時運転時には、切換弁は
   両方の分岐として、四方弁を介し室内熱交換器と連通す
   ると共に、貯湯槽加熱コイルと連通し、この加熱コイル
   を流れる冷媒が一方の電磁弁を通るように他方の電磁弁
   を閉じ、冷媒が室内熱交換器と四方弁を結ぶ配管に合流
   するようにした特許請求の範囲第１項に記載の冷暖房・
   給湯用ヒートポンプ装置。
8. 【請求項８】暖房・給湯加熱同時運転時には、切換弁は
   両分岐に短時間ごとに切換えて接続し、暖房と給湯を交
   互に行なうようにした特許請求の範囲第１項に記載の冷
   暖房・給湯用ヒートポンプ装置。
9. 【請求項９】第２の冷媒回路は、貯湯槽内上部の温度ま
   たは出湯温度を検出して検出温度が所定値以下の場合
   に、第１の冷媒回路の運転に加えまたは独立して、給湯
   加熱、冷房・給湯加熱選択運転、および暖房・給湯加熱
   同時運転の時に運転するようにした特許請求の範囲第１
   項に記載の冷暖房・給湯用ヒートポンプ装置。