JPS6217574A - 複合型ヒ−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】 （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、給湯機能の付加、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）を図っている。

（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）にあっては、機
能の多用化に伴っ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多く必要になってくるた
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。

く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
ら複数に分岐し、夫々凝縮器及び蒸発器として機能する
２つの熱交換器を経た後、最終的に集合して前記圧縮器
の吸入側冷媒通路に接続される複数の冷媒分岐路を備え
てなる複合型ヒートポンプ装置において、各冷媒分岐路
の前記２つの熱交換器相互を結ぶ通路の途中を一箇所で
集合させ、該集合点と各熱交換器とを結ぶ通路に夫々全
閉から全開まで開度調整可能であって、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。

く作用） 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、開度を微小に絞っ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て圧縮器に戻される。

そして、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
る複数の冷媒分岐路５Ａ〜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（アキューム
レータ）９が介装されている。

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

また、前記各冷媒分岐路５Ａ〜５Ｄの冷媒分岐路８Ａ〜
８Ｄとの分岐点からコネクタ４（全冷媒分岐路８Ａ〜８
Ｄの集合点）に至る部分には、夫々熱交換器１１Ａ〜Ｌ
ＩＤ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〜ＩＩＤと制御弁１２Ａ〜１２
Ｄとの間の冷媒分岐路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１
４Ａ〜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
熱交換ユニット２１内に、熱交換器１１Ｂ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、ＩＯＡ〜ＩＯＤの開閉切換
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１
２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１２．ノ内周壁を軸回り
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１
２ａの両側開口に所定の回転位置で重合するように弁体
１２ｂ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１２ｂの周方
向の一方の側を弁体１２ｂの径方向に削って形成したス
リット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って形成したス
リット１２６により開口面積を拡げられるが、スリット
１２ｄの方がスリット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図囚の位置にセットした時は
、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■に示すように、弁体１２ｂを中間開度にセット
した時は、開度に応じて冷媒の流量を制御できる。

第３図０に示す弁体１２ｂ位置では、微小開度に絞られ
、これによりスリット１２ｅ部分から流出した冷媒は膨
張する。

第３図０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である）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、　ＩＯＢは閉、開閉弁１０Ｃ，ＩＯＤは開
とする。また、制御弁１２Ａ、　１２Ｂは第３図０で示
した膨張位置にセットし、制御弁１２Ｃ，１２０は同図
０で示したように暖房及び加温の能力に応じた中間開度
にセットされる。

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が開かれた冷媒分岐路５
Ａ、５Ｂに分岐して流入する。そして、これら冷媒分岐
路５Ａ、５Ｂに介装された熱交換器１１Ａ、ＩＩＢ、受
液器１３Ａ、１３Ｂ、逆止弁１４Ａ、　１４Ｂ、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、冷媒分岐路５Ｃ，５Ｄに分岐して流入する
。

冷媒分岐路５Ｃ，５Ｄに流入した冷媒は、制御弁１２Ｃ
，１２Ｄ、逆止弁１５Ｃ，１５Ｄ、熱交換器１１Ｃ９１
１Ｄを経た後、開閉弁１０Ｃ，ＩＯＤが開かれた冷媒分
岐路８Ｃ，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、室内側熱交換ユニット２１内と貯湯槽２２内の
各熱交換器１１Ａ、ＩＩＢ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）２３．２４内の各熱交
換器１１Ｃ，ＩＩＤは蒸発器として機能する。

したがって、室外側の熱交換器１１Ｃ，ＩＩＤ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１
１Ａ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，ＩＯＢを開、開閉弁９Ｂ、９Ｄ、　
ＩＯＤを閉とし、制御弁１２Ａ、　１２Ｃを膨張位置、
制御弁１２Ｂを全開、制御弁１２Ｄは全開にセフ）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から分岐して冷媒分岐路５Ａ、５Ｃに
流入した後、コネクタ４から冷媒分岐路５Ｂに流入し、
冷媒分岐路８Ｂを経て圧縮器１へ戻される。

しながって、熱交換器１１Ｂにより貯湯槽２２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２３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９　Ｂ、　ＩＯＡ、　ＩＯＣを開、開閉弁９Ａ、
９Ｃ，９Ｄ、ＩＯＢ、ＩＯＤを閉とし、制御弁１２Ｂを
膨張位置、制御弁１２Ａ、１２Ｃを中間開度にセットす
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から冷媒分岐路５Ｂに流入した後、コ
ネクタ４から冷媒分岐路５Ａ、５Ｂに流入し、冷媒分岐
路８Ａ、８Ｃ１吸入側冷媒通路７を経て圧縮器１に戻さ
れる。

したがって、熱交換器１１Ａ、ＩＩＣ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１０Ａ〜Ｉ
ＯＤの開閉の組合せと制御弁１２Ａ〜１２Ｄの開度調整
とにより、４個の熱交換器で多種多様のモードに切り換
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、信鎖性も向上する。

また、制御弁１２Ａ−１２Ｄは開閉機能を有するため、
冷媒分岐路５Ａ〜５Ｄと冷媒分岐路８Ａ〜８Ｄとを選択
的に開閉させる構成であればよく、したがって、第７図
に示すように冷媒分岐路５と冷媒分岐路８０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、冷媒分岐路５Ａと冷媒分岐路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（２）位置に
セットして制御弁１２Ａを膨張位置にセットすればよく
、蒸発器として機能させる場合は、三方切換弁２５を第
７図■位置にセットして制御弁１２Ａを全開又は中間開
度にセットすればよい。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２
５を第７図囚位置又は０位置にセットすればよい。

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ってもよいが、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アア
、ソフトウェアが共に簡略化される。

また、熱交換器等を除いてユニッ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〜１１０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持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、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を形成しである・同図
囚は全開、■は中間開度、Ｏは膨張位置、■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
ンプ装置における各冷媒分岐路に介装された２つの熱交
換器相互を結ぶ通路の途中を一箇所で集合させ、この集
合点と各熱交換器との間に開閉、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としたため、
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、ハードウェ
ア、ソフトウェ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
囚〜■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（２）、ｅ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・・・冷媒分岐路　　８
Ａ〜８Ｄ・・・冷媒分岐路　　９Ａ〜９Ｄ・・・開閉弁
１０Ａ〜ＩＯＤ・・・開閉弁　　１１Ａ〜ＩＩＤ・・・
熱交換器１２Ａ〜１２Ｄ・・・制御弁　　３１・・・制
御弁特許出願人　ミサワホーム株式会社 代理人　弁理士　笹　島　　冨二雄 第１図 Ａ 第５図 ９Ａ 第６図 第７図 ＄８Ｆ ＝亡 １ａ シ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 圧縮器の吐出側冷媒通路の途中から複数に分岐し、夫々
   凝縮器及び蒸発器として機能する２つの熱交換器を経た
   後、最終的に集合して前記圧縮器の吸入側冷媒通路に接
   続される複数の冷媒分岐路を備えてなる複合型ヒートポ
   ンプ装置において、各冷媒分岐路の前記２つの熱交換器
   相互を結ぶ通路の途中を一箇所で集合させ、該集合点と
   各熱交換器とを結ぶ通路に夫々全閉から全開まで開度調
   整可能であって、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。