JPS63189739A - ヒ−トポンプシステム - 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システムに関するものであって
、特に風呂用熱交換器による浴槽湯の加熱機能を有する
ヒートポンプシステムに関する。

（従来の技術） 風呂用熱交換器を併用し、浴槽湯の加熱を可能にしたヒ
ートポンプシステムの従来例としては、例えば特開昭６
０−１６９０４５号公報に記載された装置を挙げること
ができる。この装置について、第６図に基づいて説明す
ると、図において、５１は圧縮機、５２は室内熱交換器
、５３は室外熱交換器、５４は貯湯槽ユニット、５５は
浴槽ユニットをそれぞれ示しており、上記各構成部品５
１〜５５は冷媒回路５６によって接続されている。なお
上記浴槽ユニット５５は、浴槽５７、風呂用熱交換器５
８及び両者５７．５８間において浴槽湯を循環させるた
めのポンプ５９によって構成されている。

また上記冷媒回路５６には、第１〜第４電動膨張弁６１
〜６４、第１及び第２四路切換弁６５．６６、第１及び
第２電磁弁６７．６８が介設されており、これら答弁６
１〜６８を制御することによって冷媒の循環回路を切換
え得るようなされている。すなわち第３及び第４電動膨
張弁６３．６４と第１掌磁弁６７とを開弁することによ
って圧縮機ｌからの吐出冷媒を、第２四路切換弁６６を
経由して室内熱交換器５２から室外熱交換器５３へと循
環させて室内の暖房を行う一方、第１及び第３電動膨張
弁６１．６３と第１掌磁弁６７とを開弁することによっ
て圧縮機１からの吐出冷媒を、第１四路切換弁６５を経
由して風呂用熱交換器５８から室外熱交換器５３へと循
環させて風呂の加熱を行えるようになっているのである
。

また上記装置は、図示しないが、さらに室温を検出する
ための室温サーモと、浴槽湯の温度を検出するための湯
温サーモとを有しており、室温が設定温度よりも低くな
った際の室温サーモからの信号によって暖房運転を、ま
た浴槽湯が設定温度よりも低くなった際の湯温サーモか
らの信号によっ風呂加熱運転をそれぞれ行うように、上
記答弁６１〜６４．６７．６８の作動を制御するように
なっている。そして上記装置においては、室温サーモと
湯温サーモとの両者から運転要求信号がある場合に、暖
房運転を行わず、風呂加熱運転を優先的に行うような制
御が行われている。このような切換運転を行うようにし
たのは、上記両運転を同時に行うことを想定して圧縮機
１の容量を選択したのでは、装置自体が大型化し、コス
トアップを招くためであり、また風呂加熱運転を優先さ
せるのは、室温低下よりも湯温低下の方が大きな不快感
を使用者に与えることを考慮したためである。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら風呂側の負荷状態等によっては、圧縮機の
能力に余剰が生じ、この余剰能力にて暖房運転を行い得
るような状態、つまり暖房と風呂加熱との同時運転を行
い得る場合もある訳であり、このような場合にまで上記
のように風呂加熱を常時優先させて一義的に暖房運転を
行わないことにするのは、余剰能力を活用しないまま暖
房使用者に不快感を与えることとなる。

この発明は上記した従来の欠点を解決するためになされ
たものであって、その目的は、状況に応じて風呂加熱と
暖房との同時運転を行えるようにし、使用者の不快感を
軽減することの可能なヒートポンプシステムを提供する
ことにある。

（問題点を解決するための手段） そこでこの発明のヒートポンプシステムにおいては、例
えば第２図に示すような、圧縮機１と室外熱交換器９と
を有する室外ユニットＸに、室内熱交換器１９を有する
室内ユニットＡと、風呂用熱交換器２２を有する浴槽ユ
ニットＣとを冷媒配管によって互いに並列に接続すると
共に、上記浴槽ユニットＣと浴槽２３とを水用入口管２
４及び水用出口管２５によって接続して水用循環径路を
構成したヒートポンプシステムであって、第１図に示す
ように、室内の暖房負荷を検出すると共に暖房負荷が基
準値より大であるときに暖房運転要求信号を発する暖房
運転要求信号発生手段４４と、浴槽湯の温度を検出する
と共に浴槽湯温か基準値未満のときに風呂加熱運転要求
信号を発する風呂加熱運転要求信号発生手段４７と、上
記浴槽ユニットＣから水用出口管２５を通して浴槽２３
に返流される加熱湯の温度を検出する加熱湯温検出手段
３９とを有し、さらに上記両運転要求信号が発せられて
いるときには、所定時間間隔で上記加熱湯温と浴槽湯温
との差を演算し、その演算結果が設定値以下のときには
風呂加熱単独運転を、−力投定値を越えるときには風呂
加熱運転と暖房運転との同時運転を行うべく冷媒循環系
統を制御するための切換運転制御手段４５を有している
。

（作用） 上記構成のヒートポンプシステムにおいては、暖房と風
呂加熱との両運転要求信号の出力があるときに、浴槽ユ
ニットＣに流入して加熱された加熱湯温と、流入前の浴
槽湯温との差を所定時間間隔で演算し、その結果が設定
値を越えるときには、暖房と風呂加熱との同時運転を行
うようにしである。すなわち浴槽ユニットＣにおいて充
分な風呂加熱能力がある場合には、この浴槽ユニットＣ
を流通する湯に大きな熱量が与えられることとなり、し
たがって流入前と流出後とに大きな温度差を生じること
となる。そこで設定値と比較することによって、風呂加
熱能力に余剰があると判断される場合に、暖房運転も同
時に行うこととしているのである。同時運転を行った際
に風呂加熱能力が暖房加熱に回されて幾分低下すること
により、上記温度差が設定値以下となった場合には、次
の所定時間間隔の間は風呂加熱単独運転となされる。こ
のように風呂加熱を優先的に行うと共に、その加熱能力
の余剰に応じて暖房運転も行われるようにしであるので
、従来に比較して暖房運転頻度が高くなり、その結果使
用者の不快感を軽減し得ることとなる。

（実施例） 次にこの発明のヒートポンプシステムの具体的な実施例
について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

まず第２図には冷媒回路図を示すが、図のようにこの装
置は、室外ユニットＸと、２台の室内ユニットＡ、Ｂと
、浴槽ユニットＣとを有するものである。室外ユニット
Ｘは圧縮機１を有しており、この圧縮機１の吐出配管２
と吸込配管３とはそれぞれ四路切換弁４に接続されてい
る。なお上記吸込配管３にはアキュームレータ６が介設
されている。上記四路切換弁４には第１ガス管７と第２
ガス管８とが接続されているが、上記第１ガス管７は、
室外ファン１８の付設された室外熱交換器９に接続され
、また上記第２ガス管８はヘッダー１０に接続されてい
る。また上記室外熱交換器９には、第１液管１１が接続
されており、この第１液管１１は受液器１２に接続され
ると共に、その途中には第１電動膨張弁１３が介設され
ている。上記受液器１２には、第２液督１４の一端部が
接続されているが、この第２液管１４の他端部と上記ヘ
ッダー１０との間には、図の場合には３本の分岐冷媒配
管１５〜１７が接続されている。上記分岐冷媒配管のう
ちの２本の配管１５．１６は、それぞれ室内ユニットＡ
、Ｂに、また残りの冷媒配管１７は浴槽ユニットＣに接
続されている。上記各室内ユニットＡＳＢは、１台の室
内ユニットＡについてのみ図示するが、室内熱交換器１
９と室内ファン２０とを有するものである。また上記浴
槽ユニットＣは、風呂用熱交換器２２と、この風呂用熱
交換器２２を浴槽２３に接続する水用入口管２４、及び
水用出口管２５とを有するものである。上記水用入口管
２４にはポンプ２６が介設されており、このポンプ２６
を作動することによって上記浴槽２３内の湯が上記風呂
用熱交換器２２を通して循環される。なお上記各分岐冷
媒配管１５〜１７においては、液管１４側の位置に、そ
れぞれ第２電動膨張弁２７〜２９が介設されている。

また上記第２ガス管８にはガス閉鎖弁３６が、第２液管
１４には液閉鎖弁３７がそれぞれ介設されている。

第３図には、上記浴槽ユニットＣの構成模式図を示して
おり、上記風呂用熱交換器２２は漏洩検知付２重管から
構成されているものであって、風呂加熱運転時にはポン
プ２６の作動によって浴槽からの湯が、図中一点鎖線で
示すように、水用入口管２４から上記風呂用熱交換器２
２を通って水用出口管２５へと循環し、一方冷媒は冷媒
配管１７を図中実線矢印の方向に循環する。この際の上
記風呂用熱交換器２２内部の流通方向は互いに逆方向と
なされており、したがって水用入口管２４の、上記風呂
用熱交換器２２の入口付近に付設されている第１温度セ
ンサ３８によって、浴槽内における湯温か検出されると
共に、この検出温度は上記風呂用熱交換器２２における
冷媒の凝縮温度を近似し得る値ともなる。また上記風呂
用熱交換器２２内を流通して加熱された湯の温度は、上
記水用出口管２５に付設されている加熱湯温検出手段と
なる第２温度センサ３９によって検出される。

上記したヒートポンプシステムにおいては、暖房運転を
行う場合には、浴槽ユニットＣ側の第２電動膨張弁２９
を停止開度（風呂用熱交換器２２での液溜りを防止する
ため、わずかな量の冷媒を流し得る開度のこと、以下同
じ）にすると共に、必要な他の第２電動膨張弁２７．２
８を室内熱交換器１９・１９の過冷却度制御を行うため
の制御開度とし、圧縮機１から吐出された冷媒を、第２
図中実線矢印で示す方向に、四路切換弁４を経由して各
室内熱交換器１９・１９から室外熱交換器９へと循環さ
せる。なおこの場合、第１電動膨張弁１３は、室外熱交
換器９の過熱度制御を行う制御開度となされている。ま
た風呂加熱運転を行う場合には、室内ユニットＡ、Ｂ側
の第２電動膨張弁２７．２日を停止開度とすると共に、
浴槽ユニットＣ側の第２電動膨張弁２９及び第１電動膨
張弁１３を上記と同様な制御開度にし、圧縮機１から吐
出された冷媒を上記と同様に風呂用熱交換器２２から室
外熱交換器９へと循環させる。なお風呂加熱・暖房同時
運転の場合には、必要な第２電動膨張弁２７．２８と第
２電動膨張弁２９とを制御開度にすればよい。また冷房
運転及び風呂冷却運転は、四路切換弁４を切換えて圧縮
機１からの吐出冷媒を第２図中破線矢印で示すように、
上記とは逆に、室外熱交換器９から室内熱交換器１９・
１９や風呂用熱交換器２２へと循環させることによって
行うのである。この場合、第１電動膨張弁１３は全開に
し、第２電動膨張弁２７〜２９にて蒸発冷媒の過熱度制
御を行う。

次に上記ヒートポンプシステムの運転制御回路について
、第４図に基づいて説明するが、以下の説明は暖房運転
と風呂の加熱運転とについて行う。

図のように室外ユニットＸは、室外制御装置４１を有し
ており、この室外制御装置４１によって、圧縮機１、上
記第１．２電動膨張弁１３．２７〜２９や四路切換弁４
等を制御し、暖房運転、風呂加熱運転、暖房・風呂加熱
同時運転等の運転モードを制御する機能を有するもので
ある。

一方室内ユニットＡ、Ｂは、室内制御装置４２をそれぞ
れ有しているが、これらの室内制御装置４２には暖房運
転スイッチ４３と、暖房運転要求信号発生手段となる室
内サーモ４４とがそれぞれ接続されている。そして上記
暖房運転スイッチ４３がＯＮで、かつ室内サーモ４４に
おいて室温が設定温度よりも低くなったことが検出され
、暖房運転要求信号が発生されたときに、上記室内制御
装置４２から室外制御装置４１に、暖房運転要求信号が
出力される。上記室外制御装置４１と室内制御装置４２
との間で信号を交信する信号線には、後述する切換リレ
ーＭＲ５０の常閉接点ＭＲ５０−１が介設されている。

次に浴槽ユニットＣは、第４図のように、風呂制御装置
４５を有しているが、この風呂制御装置４５には、台所
等の室内に配置される風呂加熱運転スイッチ４６と、前
記の第１温度センサ３８と、第２温度センサ３９とが接
続されている。なお上記第１温度センサ３８は、風呂加
熱運転要求信号発生手段となる湯温サーモ４７の湯温検
出部も構成しているものであって、この第１温度センサ
３８での検出湯温か設定温度よりも低いときには、風呂
加熱運転要求信号としてＯＮ状態となる湯温サーモ信号
が発生される。そして上記風呂加熱運転スイッチ４６が
ＯＮで、かつ上記湯温サーモ４７からＯＮ状態の湯温サ
ーモ信号が発生されているときには、上記風呂制御装置
４５から室外制御装置４１に風呂加熱運転要求信号が出
力される。

また上記風呂制御装置４５においては、上記第１、第２
温度センサ３８．３９、湯温サーモ４７からの各信号に
基づいて、後述するようにポンプ２６、及び前記切換リ
レーＭＲ５０の０Ｎ−ＯＦＦ制御を行うようになされて
いる。

第５図には、上記風呂制御装置４５における風呂加熱運
転制御のフローチャートを示している。

同図のように、風呂加熱運転スイッチ４６がＯＮ操作さ
れると、まずステップＳ１においてポンプ２６が起動さ
れ、このポンプ２６の作動状態が１分間継続される。こ
のとき浴槽２３内の湯は風呂用熱交換器２２を通して循
環することとなり、これにより浴槽２３内の湯に撹拌が
与えられることとなって、浴槽２３内の湯温の均一化が
図られる。そして１分経過後にステップＳ２において、
水用入口管２４に取付けられている第１温度センサ３８
で検出される上記浴槽湯温相当の湯温Ｔｉｎの読込みが
行われ、ステップＳ３で湯温サーモ信号により、上記浴
槽湯温Ｔｉｎが設定温度よりも低いか否かの判断をする
。湯温サーモ信号がＯＮの場合、すなわち検出された浴
槽湯温Ｔｉｎが設定温度よりも低い場合には、ステップ
Ｓ４に移行し、風呂加熱運転要求信号を室外制御装置４
１に送信する。これにより室外制御装置４１によって風
呂用熱交換器２２へと冷媒循環が開始され、浴槽湯の加
熱が行われる。次いでステップＳ５における経過時間の
判断ステップによって、上記ステップ３２〜Ｓ４の処理
が、ポンプ作動状態のままで２分間繰返し行われること
となる。すなわち浴槽湯の加熱を行いながら、浴槽湯温
Ｔｉｎを逐次読込み、設定温度との比較を行うのである
。この間、室内制御装置４２からも暖房運転要求信号が
出力されている場合には、同時運転がなされることとな
る。

ステップＳ５において２分の経過が判断された場合には
、ステップＳ６に移行して、水用出口管２５に取付けら
れている第２温度センサ３９で検出される加熱湯温Ｔｏ
ｕｔを読込み、次いでステップＳ７において、その直前
に読込まれた浴槽湯温Ｔｉｎとの差、Ｔｏｕｔ−Ｔｉｎ
を演算し、この結果が６°Ｃを越える場合にはステップ
Ｓ８で切換リレーＭＲ５０をＯＦＦ作動状態の継続処理
をし、一方６°Ｃ以下の場合には、ステップＳ９で切換
リレーＭＲ５０をＯＮ作動状態に切換えて、上記ステッ
プＳ２に戻ることとしている。したがって次に行われる
ステップ３２〜Ｓ５の、上記のような２分間の繰返し処
理期間では、加熱湯温Ｔ。

ｕｔと浴槽湯温Ｔｉｎとの差ΔＴが６°Ｃを越えたもの
であった場合には、上記と同様に暖房も同時運転可能な
状態で風呂加熱が行われるが、ΔＴが６°Ｃ以下であっ
た場合には、ＭＲ５０がＯＮ作動されたことによって、
室外制御装置４１と、室内制御装置４２との信号伝送線
に介設されている上記切換リレーＭＲ５０の常閉接点Ｍ
Ｒ５０−１が開成される。このため、室内制御装置４２
からの暖房運転要求信号の室外制御装置４１への送信、
また逆方向の送信もなされなくなる。したがってそれま
で暖房と風呂加熱との同時運転がなされていた場合には
、暖房は強制的に停止され、風呂加熱の単独運転に切換
えられることとなる。すなわち、室外制御装置４１によ
って風呂加熱単独運転の冷媒循環に切換わると共に、室
内制御装置４２によって室内ファン２０は停止される。

上記のような風呂単独運転を２分継続した後には、再び
Ｔｏｕｔの読込み（ステップＳ６）、ΔＴの演算（ステ
ップＳ７）を行って、その演算結果に基づいて、次の２
分間を、改めて風呂単独運転か、または暖房との同時運
転可能な状態で運転するかの選定が行われる（ステップ
Ｓ８、Ｓ９）。

このようにポンプ２６起動後の１分間と最初の風呂加熱
が２分間行われた後には、２分間隔毎に検出・演算され
る浴槽湯温Ｔｉｎと加熱湯温Ｔｏｕ　ｔとの差ΔＴに基
づいて、風呂単独運転と、暖房運転との同時運転との切
換えが行われるようになされているのである。したがっ
て、暖房運転要求信号が、例えば常時出力されている場
合においては、ΔＴが６°Ｃ以下の場合には風呂単独運
転が、一方ΔＴが６°Ｃを超える場合には同時運転が継
続されることとなる。

このようなΔＴに基づく切換え制御は次のような理由に
よっている。例えば風呂用熱交換器２２における内径的
１１＋＋ｍの水配管を、流速１．０ｍ／ｓ〜１．５ｍ／
ｓで湯が循環し、このとき風呂用熱交換器２２の入口、
出口における湯温の差ΔＴが６℃であるとすると、この
ときに循環湯に与えられる熱量は２０５２Ｋｃａｌ／　
Ｈ〜３０９６Ｋｃａｌ　／　Ｈとなり、風呂加熱能力と
しては充分満足されるものと判断される。そして、上記
ΔＴが６℃を越えるような場合には、風呂加熱能力が余
剰であるとして、風呂用熱交換器２２を流通する冷媒量
を幾分減少させることも可能な状態と判断される。そこ
で暖房運転の要求もある場合には、冷媒を室内熱交換器
１９へも分流させ、暖房との同時運転を行うこととして
いるのである。これにより、従来風呂加熱を行う場合に
は一義的に暖房運転を停止していたが、上記実施例にお
いては、風呂側の使用者の快適性を損なうことなく、風
呂加熱時の暖房運転頻度が増加し、暖房使用者の不快感
を軽減し得ることとなる。

第５図において、上記ステップ８２〜Ｓ９の繰返し処理
を行っている際に、浴槽湯温Ｔｉｎが設定温度に達した
場合には、ステップＳ３からステップＳＩＯに移行し、
ポンプ２６の停止（ステップ５１０）、切換リレーＭＲ
５０のＯＦＦ作動（ステップ５ｌｌ）、室外制御装置４
１への風呂加熱停止信号の送信（ステップ５１２）をそ
れぞれ行って、上記状態を１０分間継続（ステップＳ１
３　）　した後、再び上記したステップＳ１からの処理
を再開する。上記１０分間の間は風呂加熱が停止される
と共に、暖房運転要求信号が室内制御装置４２から出力
されている場合には、暖房運転が継続、若しくは再開さ
れる。一旦湯温が設定温度に達した場合には、その湯温
の低下は極めて遅いものと判断され、したがって上記１
０分間の間は暖房運転を優先して、室温の回復を行うこ
ととしているのである。

以上のように、上記ヒートポンプシステムにおいては、
風呂用熱交換器２２における加熱能力によって異なって
くる浴槽湯温と上記風呂用熱交換器２２流通後の加熱湯
温との差を基準値６°Ｃと比較し、この結果、充分な風
呂加熱能力がある場合に風呂加熱と暖房との同時運転を
行い得るようにしであるので、従来のように一義的に暖
房運転を停止するような場合に比較して、暖房運転頻度
が高くなり、そのため暖房使用者の不快感を軽減し得る
ことになる。殊に、浴槽湯温か高くなり設定温度に近づ
いた場合には、風呂加熱能力、すなわち圧縮機１の能力
に余剰が生じ、この余剰能力にて暖房運転を行い得るよ
うな状態になる確率が高い訳であり、そのため圧縮機」
の能力の充分な活用が図れ、快適空調に大きく寄与し得
ることになる。また圧縮機１の容量を、暖房運転と風呂
加熱との同時運転を常時想定した過大な選定とすること
なく、風呂の使用者と共に暖房使用者にも快適性を与え
ることが可能となり、このため装置の小型化、コストダ
ウンを図ることもできる。

なお上記においては、暖房運転要求信号発生手段を室内
サーモ４４で、風呂加熱運転要求信号発生手段を湯温サ
ーモ４７で、加熱湯温検出手段を第２温度センサ３９で
、また切換運転制御手段４５を第５図ステップ５２〜Ｓ
９にてそれぞれ構成したが、同様な機能を有する他のも
ので構成することも可能である。また上記実施例におい
て設定した浴槽湯温と加熱湯温との差を比較する基準値
や、各タイマの設定時間は、装置の設置状況、使用状況
に応じて適当に変更することも勿論可能である。

（発明の効果） この発明のヒートポンプシステムにおいては、上記のよ
うに暖房と風呂加熱との両運転要求信号の出力があると
きに、風呂加熱能力を検出し、基準値以上の風呂加熱能
力がある場合に、暖房と風呂加熱との同時運転を行うよ
うにしであるので、従来に比較して暖房運転頻度が高く
なり、そのため使用者の不快感を軽減し、快適な空調を
行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図はこの発明のヒートポンプシステムの実
施例を示すもので、第１図は機能系統図、第２図は冷媒
回路図、第３図は浴槽ユニットの構成を示す模式図、第
４図は制御系の回路図、第５図は風呂加熱運転時の運転
制御方法のフローチャート図であり、また第６図は従来
例の冷媒回路図である。 Ｘ・・・室外ユニット、Ａ・・・室内ユニット、Ｃ・・
・浴槽ユニット、ｌ・・・圧縮機、９・・・室外熱交換
器、１９・・・室内熱交換器、２２・・・風呂用熱交換
器、２３・・・浴槽、２４・・・水用入口管、２５・・
・水用出口管、３９・、・・第２温度センサ（加熱湯温
検出手段）、４４・・・室内サーモ（暖房運転要求信号
発生手段）、４５・・・風呂制御装置（切換運転制御手
段）、４７・・・湯温サーモ（風呂加熱運転要求信号発
生手段）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、圧縮機（１）と室外熱交換器（９）とを有する室外
   ユニット（Ｘ）に、室内熱交換器（１９）を有する室内
   ユニット（Ａ）と、風呂用熱交換器（２２）を有する浴
   槽ユニット（Ｃ）とを冷媒配管によって互いに並列に接
   続すると共に、上記浴槽ユニット（Ｃ）と浴槽（２３）
   とを水用入口管（２４）及び水用出口管（２５）によっ
   て接続して水用循環径路を構成したヒートポンプシステ
   ムであって、室内の暖房負荷を検出すると共に暖房負荷
   が基準値より大であるときに暖房運転要求信号を発する
   暖房運転要求信号発生手段（４４）と、浴槽湯の温度を
   検出すると共に浴槽湯温が基準値未満のときに風呂加熱
   運転要求信号を発する風呂加熱運転要求信号発生手段（
   ４７）と、上記浴槽ユニット（Ｃ）から水用出口管（２
   ５）を通して浴槽（２３）に返流される加熱湯の温度を
   検出する加熱湯温検出手段（３９）とを有し、さらに上
   記両運転要求信号が発せられているときには、所定時間
   間隔で上記加熱湯温と浴槽湯温との差を演算し、その演
   算結果が設定値以下のときには風呂加熱単独運転を、一
   方設定値を越えるときには風呂加熱運転と暖房運転との
   同時運転を行うべく冷媒循環系統を制御するための切換
   運転制御手段（４５）を有していることを特徴とするヒ
   ートポンプシステム。