JPS629132A - 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】 【産業上の利用分野】

この発明は、ヒートポンプを用いて冷暖房及び貯湯槽の
水を加熱することができるようにした冷暖房・給湯ヒー
トポンプ装置に関し、特に、貯湯槽内に七−夕を設け、
一定の蓄熱量を補償し得ろようにした冷暖房・給湯ビー
トポンプ装置に関するものである。

【従来の技術】

従来、ヒートポンプを使用した冷暖房装置として第５図
に示すものがある。同図において、１は圧縮機、２は冷
暖房切換用の四方弁、３ａ、３ｂは室内熱交換器、４は
可逆式の冷媒膨張機構で、冷房・暖房時の流れ方向に対
応した膨張弁４ａ。 ４ｂから構成されている。５は室外熱交換器であり、ま
た６ａ、６ｂは上記室内熱交換器３ａ、３ｂの四方弁２
連結側に設けた電磁弁である。 上記のように構成された従来の七−トポンプ装置におい
て、複数の部屋を冷房する場合は、第５図に示すように
圧縮機１から吐出した高温高圧の冷媒ガスは図中の実線
矢印のように流れて四方弁２から室外熱交換器５に至り
、ここで冷却されて凝縮する。そして凝縮した高圧の液
冷媒は膨張弁４ａを通ることで減圧される。 このとき室内熱交換器３ａ、３ｂの二方電磁弁６ａ、６
ｂは各々の負荷が発生することで開くため、膨張弁４ａ
からの低圧の液冷媒は室内熱交換器３ａ、３ｂで蒸発し
室内空気から熱を奪いガス化する。この低圧冷媒ガスは
四方弁２を通り圧縮機ｌに吸い込まれ、再び圧縮されて
吐出すサイクルが繰り返される。 また、暖房運転時にあっては、圧縮機１から吐出した高
温高圧の冷媒ガスは図中の破線矢印のように流れて四方
弁２から室内熱交換器３ａ、３ｂに至り、ここで放熱し
て凝縮することにより室内を暖房する。 さらに凝縮した高圧の液冷媒は膨張弁４ｂを通ことで減
圧され、この低圧の液冷媒は室外熱交換器５に至り、外
気で加熱されろことで蒸発する。 蒸発した低圧ガスＣよ四方弁２を通り、圧縮機１に吸い
込まれ、再び圧縮されて吐出するサイクルが繰り返され
ろ。（出典：空気調和設備の実務の知識、昭和５１年度
版　Ｐ、８３） 第６図は従来の冷暖房・給湯ビートポンプ装置の例を示
すもので、第５図と同一符号は同一または相当部分を示
す。また、７は貯湯槽であり、その内部には貯湯槽加熱
コイル８が設けられ、この加熱コイル８は電磁ｆｆ−６
ｂを介して室内熱交換器３ａと電磁弁６ａとの直列回路
に並列に接続されている。９は貯湯槽７の市水取入口、
１０は貯湯槽７に連結した給湯用蛇口である（出典：冷
凍第５８巻　第６７１号）。 上記のように構成されたヒートポンプ装置において、給
湯加熱を行うときには、電磁弁６ａを閉じ、電磁弁６ｂ
を開く。 これにより圧縮機１から吐出される高温高圧の冷媒ガス
は第５図中の破線矢印のように流れ、四方弁２から電磁
弁６ｂを通って加熱コイル８に至り、ここで放熱して凝
縮することにより貯湯槽７内の水を加熱する。 凝縮した高温高圧の液冷媒は膨張弁４ｂを通ることで減
圧され、室外熱交換器５に至り、外気で加熱されて蒸発
する。そして、この低圧ガスは四方弁２を通り、圧縮機
１へ吸い込まれ、再び圧縮されるサイクルを繰り返すこ
とで給湯加熱を行う。 また、暖房運転時には電磁弁６ａが開に、電磁弁６ｂが
閉になり、さらに冷房運転時には電磁弁６ｂが開に、電
磁弁６ａが閉になって、第６図の破線矢印または実線矢
印に示す冷媒の流れを生じさせることで暖房または冷房
を行うものであり、その動作は第５図において述べたも
のと同様である。

【発明が解決しようとする問題点】

以上述べたように、従来のヒートポンプ装置により給湯
加熱を行う場合は、第６図に示すように、室内熱交換器
３ａ、３ｂの一方を加熱コイル８に置き換え、この加熱
コイル８を貯湯槽７に装着し、冷媒回路を暖房運転する
ことで貯湯槽内の水を加熱する方式であるため、冷房時
の廃熱を回収して給湯加熱するなどの経済的な運転がで
きない。 また、貯湯槽７ａ内下部にのみ加熱コイル８を有するた
めに貯湯槽７内を一度に全部加熱することとなり、放熱
損失が大きく、全部を沸き上げるのに時間がかかるなど
の問題があった。 この発明は、かかる問題を解決するためになされたもの
で、経済的な冷暖房・給湯ヒートポンプ装置を得ること
を目的とする。

【問題点を解決するための手段】

この発明に係る冷暖房・給湯ヒートポンプ装置は、圧縮
機の吐出側に切換弁を設けて圧縮機から吐出される高温
高圧の冷媒を貯湯槽内の加熱コイルに導き、水を加熱し
て凝縮した冷媒を膨張弁及び室内・室外熱交換器を通し
て圧縮機に戻す回路を形成すると共に、貯湯槽の上部に
ヒータを設けかっ貯湯槽内の上部と下部に温度センサを
設けたものである。

【作　　用】

この発明においては、圧ｗ１８１からの高温高圧の冷媒
を貯湯槽内の加熱コイルに導き、貯湯槽内の水を加熱し
て凝縮した冷媒を膨張弁と室内外熱変換語を通して圧縮
機に戻し、かつ蓄熱量が少なく緊急に高温を必要とする
ときヒータにより貯湯槽の上部のみを加熱し、貯湯槽の
下部の温度センサで検出した湯温から上部の温度センサ
の設定湯温を決定してヒータをオン・オフ制御する。

【実施例】

以下、この発明の冷暖房・給湯ヒートポンプ装置を図面
に基づき説明する。 第１図はこの発明の一実施例の構成を示す冷媒回路図で
ある。 符号１〜１０は第５図および第６図と同様であり、１１
は圧縮機１から吐出される高温高圧冷媒の流路切り換え
を行う三方弁で、その流入ポート１１ｇと一方の吐出ポ
ート１１ｂは接続されている。また、三方弁１１の吐出
ポート１１Ｃは加熱コイル８の一端に接続され、加熱コ
イル８の他端は別々の電磁弁１２．１３を介して膨張機
構４の両端側に接続されている。 １４は圧縮機１の容量制御用インバータ、１５は上記三
方弁１１、電磁弁１２，１３、及びインバータ１４を制
御する制御装置であり、この制御装置１５には貯湯槽７
の下部水温を検知する温度センサ１８及び貯湯槽７の上
部水温を検知する検知器１６からの検知信号が入力され
るようになっていると共に、ヒータ１７に接続されてい
る。 次に、上記のように構成されたこの発明の実施例の動作
について説明する。 （ａ）［１房時 圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は、三方弁１１
の流入ポートｌｌａおよび吐出ポート１１ｂから四方弁
２の破線のＨＲを経由し、室内熱交７７１９３３　ａお
よび３ｂの一方または両方に至り、ここで凝縮された後
、膨張機構４で減圧され、さらに室外熱交換器５におい
て蒸発し、この蒸発した冷媒ガスは四方弁２を通９圧縮
機１に戻る。 （ｂ）　　冷房時 このときの圧縮機１から吐出した冷媒は、三方弁１１、
流入ポートｌｌａおよび吐出ポート１１ｂから四方弁２
の実線のＢ路を経由し、室外熱交換器５に至り、ここで
外気と熱交換して凝縮し、さらに膨張機構４で減圧され
た後、室内熱交換器３ａおよび３ｂの一方もしくは両方
に至１、蒸発する。この蒸発したガス冷媒は四方弁２を
経由して再び圧縮機１に戻る。 （ｃ）　　冷房給湯時 この場合の圧縮機１から吐出した冷媒は、三方弁１１の
流入ポート１１ａおよび吐出ポート１１Ｃから加熱コイ
ル８に至り、ここで凝縮し、これにより、貯湯槽７内の
水を加熱する。そして。凝縮した液冷媒は電磁弁１３を
経て膨張機構４に至や、減圧された後、室内熱交換器３
ａおよび３ｂのいずれか一方または両方に至り、ここで
室内の熱を吸収して蒸発し、このガス冷媒は四方弁２の
実線を経由して再び圧縮機１に戻る。このようにして、
冷房と同時に給湯加熱することになる。 （ｄ）　　給湯加熱時 このとき、圧縮機１から吐出された冷媒は、三方弁１１
の流入ポート１１ａ及び吐出ボー１−１１ｃから貯湯槽
加熱コイル８に至ゆ、ここで凝縮して貯湯槽７内の水を
加熱する。そして、凝縮した液冷媒は電磁弁１２から膨
張機構４を通って室外熱交換器５に至り、ここで蒸発す
る。蒸発したガス冷媒は四方弁２を経由して再び圧縮機
１に戻る。 この発明の装置では、貯湯槽上部と下部に温度センサ１
Ｂ、１８を有している。上部の温度センサ１６では貯湯
槽７の上部の湯温とその温水がある設定量以上あるかど
うかを検知し、また下部の温度センサ１８では下部の湯
温を検知する。 たとえば、緊急に湯を必要とする時に湯が沸き上がって
いない場合、或いは暖房運転時には、通常、暖房優先で
運転がなされるが、このために、貯湯槽７の加熱コイル
８による加熱が十分行われなず、蓄熱量が減る。 そこで、この発明では、一定量以上の蓄熱量を確保する
ために加熱コイル８による加熱と共にヒータによる貯蔵
槽加熱運転をする場合について、第２図のヒータ加熱運
転制御フローを参照しながら説明する。 なお、乙の第２図の制御手順のプログラムは、制御装置
１５の内部メモリに格納されている。 この第２図において、ステップＳ１で上部の温度センサ
１６によりヒータ１７の位置の湯温Ｔ１を、下部の温度
センサ１８により貯蔵槽７の下部の湯温Ｔ２を検知する
。 次に、ステップＳ２で貯湯槽７の蓄熱量Ｑが一定となる
ように上部の温度センサ１６の設定温度から求めるが、
ここでＶｌ、Ｖ２は第３図に示すように、それぞれヒー
タ位置より上部にある湯量、ヒータ位置より貯湯槽７の
底部までの湯量を表し、各湯温をＴ　ｔ　、Ｔ　２であ
るとする。 ステップＳ３にて、上部の温度センサ１６により検知さ
れた湯温Ｔ１が設定温度Ｔ１′よりも低いか否かを判定
し、低い場合にはステップ８４ａに進み、貯湯槽７の上
部に設けられたヒータ１７がオンされ、ヒータ位置より
上部にる湯量ｖ１、湯温Ｔ１の湯を加熱し、また、設定
温度Ｔ１’よりも高い場合にはステップＳ４ｂに進み、
ヒータ１７はオフされる。 第４図に示すように、貯湯槽７の下部に設置された加熱
コイル８により湯量ｖ２、湯温Ｔ２の湯が加熱されると
、湯温はＴ　２　＋ａに上がり蓄熱量Ｑを一定とすれば
上部の温度センサ１６の設定温度はＴ＋’−ａ’に下が
る（ただし、α≧０）。 またヒータ１７の位置より上部にある湯量ｖ１、湯温Ｔ
１の湯はヒータ１７がオンされろことにより、湯温はＴ
１＋βに上がる（ただし、β≧０）。 なお、上記実施例では、室内熱交換器が３ａ。 ３ｂの２台ある場合について説明したが、これは３台以
上の場合でも同様に適用できる。 また、切換弁としての三方弁１１の代わりに二方弁２個
を組合せたものでもよいほか、三方弁１１を流量調温可
能な電磁弁としてもよい。

【発明の効果】

この発明は以上説明したとお秒、貯湯槽内上部に七−夕
を設け、槽内上部と下部に設置された二つの温度センサ
によって温度制御するようにしたので、貯湯槽内上部の
みを高温に加熱し、蓄熱量を一定に保つことができ、蛇
口からの給湯温度を補償することができるという利点を
有する。 また、切換弁を設けて圧縮機から吐出される高温高圧の
冷媒を加熱コイルに加え、密閉容器水を加熱して凝縮し
た冷媒を室内室外熱交換讐を通して圧縮機に戻すように
したので、冷暖と給湯加熱が同時に行い得る冷房の廃熱
回収が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１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、第２図は同上冷暖房用ヒート
ポンプ装置の動作の流れを示すフローチャート、第３図
は同上の冷暖房・給湯ヒートポンプ装置における貯湯槽
の湯温と流量の関係を示す図、第４図は同上冷暖房・給
湯ヒートポンプ装置における湯温と設定温度の変化を示
す図、第５図及び第６図かはそれぞれ、従来の冷暖房用
ヒートポンプ装置の構成を示す冷媒回路図である。 １　圧縮機、２・−・四方弁、３ａ、３ｂ・・・室内熱
交換器、４・・・膨張機構、５・・・室外熱交換装、７
・・貯湯槽、８・・加熱コイル、１１・・・三方弁、１
２゜１３・・・電磁弁、１４・・インバータ、１５・・
・制御装置、１６．１８・・温度センサ、１７・・ヒー
タ。 なお、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）インバータにより容量制御可能にした圧縮機、冷
   暖房切換用四方弁、室内熱交換器、膨張機構、および室
   外熱交換器を閉ループに連結して冷媒回路を構成する冷
   暖房ヒートポンプ装置において、上記圧縮機と上記四方
   弁間に設けられ圧縮機から吐出される冷媒流路を切り換
   える切換弁と、この切換弁の吐出ポートと上記膨張機構
   の両端側間に電磁弁を介して接続され貯湯槽内の水を加
   熱する加熱コイルと、貯湯槽内の上部を加熱するために
   設けられたヒータと、貯湯槽内上部と下部に温度センサ
   を設けたことを特徴とする冷暖房・給湯ヒートポンプ装
   置。
2. （２）貯湯槽内下部に設置された温度センサにより検知
   された湯温によって蓄熱量を演算し、あるい一定値以上
   の蓄熱量を補償するように上部センサの温度設定を変え
   、ヒータをオン・オフする制御装置を備えたことを特徴
   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。