JPS60240967A - 冷暖房・給湯ヒ−トポンプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、特て冷媒配
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、着た、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、（３） 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がそれぞれ設けである
。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２０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に接続しであ
る。また、第２図において、Ｔ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Ｔ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に接続しであ
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（４） 弁４ａを通って減圧される。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−！れで圧縮され、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見す。

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を暖肩側にし、また暖房時および
冷房時ｔでは室内熱交換器３ＧＩＩｌ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（（示した従来のヒートポンプ装
置では、貯湯＋１７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？Ｊ　７内の水を加熱するコイル８で加熱するよう
な運転全行なっているので、冷房時の廃熱を回収して貯
湯ｍ７内の７Ｋ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全力ロ熱する場
合、５５〜６０℃程度が限界であるなどの欠点があった
。

〔発明のａ要〕

この発明は、上述した従来の装置の欠点全除去しようと
するものであって、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Ｖ」の水金加熱
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
によって、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図によって説明する。

第３図中、第１図および第２図と同一符号は同−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である。６は室内熱
交換器３の電磁弁、Ｔ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。

（７） 切換弁である三方弁１１の分岐（、）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によって貯
湯槽７に挿入した加熱コイルＢに接続しである。配管１
２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
３０間に接続しである。

分岐部１３から分岐した配管１５は電磁弁１６を介して
冷媒回路の膨張機構４と室外熱交換器５の間に接続しで
ある。また、１７は圧縮機１の容量制御を行なうインバ
ータ、１Ｂ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よシ上部の貯湯槽内の位置
に設置しである。

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、（８） 三方弁１１の分岐（ｂ）ｌ　（ｃ）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１１の分岐（、）　
、　（、）が接続されていることにもよシ、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
ないでガス状になっている場合もあり、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）。

伽）は接続しておき、サーモスタッ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（、）　、　（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（ｌＬ）ｌ　（ｂ）の接続と分岐（
、）　、　（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シ、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１５から電磁弁１
６を通り、膨張機構４全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
形成することによって、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（１１
） 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って、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
湯を部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Ｔ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
部とが熱交換全行な（１２） 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かできる。

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０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
、マ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
電気原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
ンバータによって行なっているが、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、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全介
して分岐させ、この切換弁１１による一方の分岐軸）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１２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、簡単な配管によっ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Ｔ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、２，６，１１，１４．１６・・
・弁、３，５．２３・・・熱交換器、４．２１・・・膨
張機構、７　・・・槽、８・・・加熱コイル、（ａ）　
ｒ　（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（１５） 器。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。 代理人　大暑増雄（外２名） （１６） 手続補正書（自発） ５９１０２３ 昭和　年　月　日 ２、発明の名称 冷暖房・給湯ヒートポンプ装置 ３、補正をする者 代表者片由仁へ部 ５、補正の対象 （１）明細書の特許請求の範囲の欄 （２）明細書の発明の詳細な説明の欄 （３）図面 ６、補正の内容 （１）明細書の特許請求の範囲の欄を別紙の通り補正す
る。 （２）明細書第１０頁１行目に１分岐（１＋）、（ｃ）
、、ｌとあるを、［分岐（ａ）、（１＋）、１と補正す
る。 （３）図面第１図を別紙の通Ｉ）補正する。 ７、添付書類 （１）補正後の特許請求の範囲の全文を記載した書面　
１通 （２）補正図面　１通 補正後の特許請求の範囲の 全文を記載した書面 ２、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Ｉｌ桝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ｌこ凝縮器を配設してな（１） （２） る冷暖房・給湯し一トポンプ装置。 （２）圧縮機は１．〕れの駆駆電源の周波数を０ｒ変と
するインバータに、１゛って′ｉ′ｉ′削制御を行制御
ｌ−うにしであることを特徴とする特許請求の範ｌ１１
１第１項記載の冷暖房・給湯ヒートポンプ装置Ｖｔ。 （３）圧縮機は、小官１■、の複数台１．′７分割し、
必要台数のみを制御装置じＪ：って運転し、容置制御１
１を行なうようにしで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、他ノｊの分岐（ｅ）
と接続し、一方の配管の電磁弁は開き、他力の配管の電
磁弁は閉じるＪ：うにしで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であることを特徴とする
特許請求の範囲＃Ｓ１項記載の冷暖房・給湯ヒートポン
プ装置。 （２） （６）切換弁は、暖房・給湯加熱選択運転時に、一方の
分岐（Ｉ））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で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（ｌ＋）、（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
するようにしで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で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（３） 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、熱交換器を形成しであ
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）

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （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（ｂｌ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１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シ高い位置Ｋ
   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. （２）圧縮機は、これの駆動電源の周波数を可変とする
   インバータによって容量制御を行なうようにしであるこ
   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. （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って運転し、容量制御を行なうよう
   にしで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. （４）切換弁は、給湯加熱時に、他方の分岐（ｃｌ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
   は閉じるようにしで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. （５）切換弁は、冷房・給湯加熱同時運転時に。 他方の分岐（ｃｌ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であることを特徴
   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. （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で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. （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
   熱交換器と連通ずると共に、貯湯槽内の加熱コイルと連
   通ずるようにしで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. （８）切換弁は、暖房・給湯加熱同時運転時に、両分岐
   （ｂ）　、　（、）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で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. （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。 ｆｌＧ　凝縮器と出湯配管とは、熱交換器を形成しであ
   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。