JPS63210577A - 一体化されたヒートポンプ及び給湯装置 - 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 本発明は改良されたヒートポンプに係り、特に一体化さ
れたヒートポンプ及び給湯装置であって、除霜サイクル
中には屋内コイルがヒートポンプ及び給湯装置より熱力
学的に隔離され、ヒートポンプ及び給湯装置の温水側よ
りのエネルギが冷媒を蒸発させるために使用される、除
霜サイクルを有する一体化されたヒートポンプ及び給湯
装置に係る。

従来の技術 一体化されたヒートポンプ及び給湯装置は当技術分野に
於て従来より知られまた使用されている。

一般に過熱低減器が冷媒圧縮機の吐出導管に配置され、
熱交換器は圧縮機より流出する冷媒中の過熱が熱交換器
を通過する水に放出されるよう構成されている。ヒート
ポンプ及び給湯装置の水側へ供給されるエネルギ量は、
一般に圧縮機より流出する冷媒中に存在する過熱量に制
限される。更にこの種のヒートポンプ及び給湯装置は、
ヒートポンプが快適空間を暖房又は冷房していない場合
には温水を製造することができない。米国特許第４゜３
１１．４９８号には、ヒートポンプ及び給湯装置の水側
ヘエネルギを供給する加熱低減器を有する一つの典型的
な一体化されたヒートポンプ及び給湯装置が記載されて
いる。

米国特許第４，５９８，５５７号には、冷媒圧縮機の吐
出導管に作動接続される冷媒−水熱交換器により家庭用
の給湯装置と一体化されたヒートポンプが記載されてい
る。比較的多数の弁を選択的に開閉することにより三つ
の互いに異なるヒートポンプ形態が得られるようになっ
ている。二つの形態に於ては、ヒートポンプは水を加熱
し又は加熱せずに屋内の快適空間を暖房又は冷房する。

第三の形態に於ては、ヒートポンプ及び給湯装置は空調
を行わずに水を加熱する。このことは屋内コイルを装置
の冷媒側より物理的に解除するよう制御弁を操作するこ
とにより達成される。また第三の形態に於ては、冷媒−
水熱交換器は装置の全凝縮負荷を担持し、凝縮熱を使用
して家庭用の水を加熱する。

この米国特許第４，５９８，５５７号の装置は、空調が
必要とされない期間中水を加熱するという点に於て従来
技術の進歩を示すものではあるが、三つの互いに異なる
形態を達成するためには多数の追加の装置が必要とされ
る。各形態はそれが互いに他の形態より独立しているの
で、各形態にはそれ自身に固有の膨張装置が使用される
。更に任意の一つの形態を達成するためには、冷凍シス
テムの全てのセクションを弁により切換える必要がある
。従って細々の量の未使用の冷媒が隔離されたセクショ
ンに捕捉された状態になり、これにより冷媒の取扱いが
非常に困難なものになる。適正な量の冷媒が三つの形態
のうちの一つの形態に於てヒートポンプを効率的に作動
させるだに使用されるが、状況はヒートポンプが一つの
形態より他の形態に切換えられる場合に急激に変化する
。

更に上述の米国特許第４，５９８，５５７号の圧縮機は
冷凍装置の種々のセクションを遮断するために使用され
る弁に抗して流体をポンプ送りする。冷媒圧力が高いこ
と及び弁部材に対する通常の摩耗により冷媒が弁を通過
して漏洩し、これにより冷媒不足の問題が複雑化される
。また上述の米国特許第４，５９８，５５７号の装置は
、他の従来のヒートポンプ装置と同様、除霜サイクル中
に低温の空気が快適空間へ吹込まれることを防止するた
めには非効率的なストリップヒータ等を使用せざるを得
ない。

発明の概要 本発明の目的は、改良された一体化されたヒートポンプ
及び給湯装置を提供することである。

本発明の他の一つの目的は、屋外コイルが除霜される場
合にもストリップヒータを必要としない改良された一体
化されたヒートポンプ及び給湯装置を提供することであ
る。

本発明の更に他の一つの目的は、温水側よりのエネルギ
を効率的に使用して屋外コイルを周期的に除霜するよう
構成された一体化されたヒートポンプ及び給湯装置を提
供することである。

本発明の更に他の一つの目的は、一体化されたヒートポ
ンプ及び給湯装置に於ける冷媒の取扱い及び不足の問題
を排除することである。

本発明の更に他の一つの目的は、できるだけ少量の構成
部品を使用して効率的に水を加熱することができるよう
構成されたヒートポンプを提供することである。

本発明のこれらの目的及び他の目的は、水の流れを二つ
の互いに独立した冷媒流回路と熱伝達関係にもたらす水
回路を有し、これによりエネルギがこれら三つの回路の
間に自由に伝達されるよう構成された冷媒−水熱交換器
を含む一体化されたヒートポンプ及び給湯装置により達
成される。第一の冷媒流回路は冷媒圧縮機の吐出側とヒ
ートポンプの逆転弁との間に直列に接続される。

第二の冷媒流回路は圧縮機の吸入側と屋内コイル及び屋
外コイルを相互に接続する導管との間に直列に接続され
る。ヒートポンプの膨張装置と屋内コイルとの間の導管
には接続部が設けられており、液体導管内を流れる冷媒
は屋内コイル及び第二の冷媒流回路を経て圧縮機へ選択
的に戻される。

二つの追加の制御弁のみを使用して、冷媒を装置のヒー
トポンプ側に通し、これにより水に保有されたエネルギ
が屋外コイルを除霜するために使用される新規な除霜サ
イクルを含む六つの互いに異なる作動モードを得ること
ができる。全ての冷媒導管はそれらが作動モードにて使
用されているか否かに拘らず圧縮機の吸入側に露呈され
、これにより全ての冷媒を任意の選択されたモードに於
て使用し、これにより冷媒の取扱いや不足の問題を解消
することができる。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。

添付の図に符号１０にて全体的に示された通常のヒート
ポンプ装置が図示されている。ヒートポンプ１０はヒー
トポンプ装置内の冷媒を所望の運転温度及び圧力の状態
にもたらす任意の適当な構造の冷媒圧縮機１２を含んで
いる。圧縮機の吐出導管１３及び−次吸入導管１４は４
方向逆転弁ｌＪ換弁）１５に接続されている。また逆転
弁は屋内ファンコイル装置１７及び屋外ファンコイル装
置１８に接続されており、これにより圧縮機によってフ
ァンコイル装置へ供給される冷媒の流れ方向が４方向逆
転弁の切・換によって逆転されるようになっている。フ
ァンコイル装置の反対側は二相冷媒導管２０（これ以降
単に液体導管と呼ぶ）により互いに接続され、これによ
り冷媒流の閉ループが構成されている。二方向膨張装置
２１が液体導管に接続され、これにより液体冷媒が二つ
のファンコイル装置の間を移動する際に絞られ又は膨張
されるようになっている。

屋内ファンコイル装置及び屋外ファンコイル装置にはそ
れぞれモータにより駆動されるファン２２及び２３が設
けられており、これらのファンは熱交換器の表面を越え
て強制的に空気を流し、これにより冷媒と周囲空気との
間にてエネルギを交換させるようになっている。屋内フ
ァンコイル装置は一般に空調されるべき閉された快適空
間内に配置され、屋外ファンコイル装置は快適空間より
離れた位置に、例えば屋外に配置される。

快適空間を暖房するには、４方向逆転弁１５が圧縮機の
吐出導管を屋内ファンコイル装置に接続するよう切換え
られ、これにより圧縮機より流出する高温の冷媒中のエ
ネルギが凝縮によって取出され、そのエネルギ（熱）が
快適空間へ放出される。屋外ファンコイル装置はこの作
動モードに於てはエバポレータとして作用し、これによ
り周囲の空気より熱が捕捉されて冷媒が圧縮機へ戻され
る際に蒸発せしめられる。また二つのファンコイル装置
の機能を逆転させる位置へ４方向逆転弁を切換えるだけ
で、快適空間が冷房される。

圧縮機の吐出導管１３には圧縮機°の騒音を低減すべく
マフラー２６が配置されている。また圧縮機の吸入導管
１４には、液体冷媒が圧縮機へ戻される際にその液体冷
媒を収集すべく、アキムレータタンク２７が設けられて
いてよい。

冷媒−水熱交換器３０が圧縮機の吐出導管に設けられて
おり、該熱交換器はヒートポンプ１０と符号３２にて全
体的に示された給湯装置との間にてエネルギの交換を行
うようになっている。給湯装置３２は家庭や小規模商業
ビル等に一般に使用されている型式の通常の家庭用温水
タンク３５を含んでいる。タンク３５の上方部に水貯容
領域３６を有し、その下方部に加熱装置３７を含み、該
加熱装置はサーモスタット制御装置（図示せず）により
作動されてタンク内に貯容された水を加熱するようにな
っていてよい。水が重言水道、井戸等より入口導管３８
を経て貯容タンク内へ導かれ、また必要によりタンクよ
り出口導管３９を経て排出されるようになっている。後
に詳細に説明する如く、この装置に設けられたタンクの
加熱装置３７は、ヒートポンプが作動しており、従って
本装置の全ての加熱要求がヒートポンプにより満されて
いる場合には常に非作動状態に維持される。典型的には
貯容される水は約１２０下（４９℃）の温度に加熱され
る。

熱交換器３０は流体流中のエネルギが一つの回路より他
の一つの回路へ自由に伝達されるよう互いに他に対し熱
伝達関係に置かれた三つの流体回路を含んでいる。これ
らの回路は水回路４０と第一の冷媒凝縮回路４１と第二
の冷媒蒸発回路４２とを含んでいる。水回路は循環ルー
プを構成する水導管４５により貯容タンクに直列に接続
されており、図に於て矢印により示されている如く、水
導管４５により水がタンクの下方部より吸引され、タン
クの上方部へ戻されるようになっている。ポンプ４６及
びソレノイド弁４７が図示の如く水導管４５に接続され
ている。弁４７及びポンプ４６は、ポンプが作動されて
いるときには、弁４７が開弁され、これにより水が貯容
タンクより熱交換器を経て循環されるよう、導線４８に
より電気的に互いに接続されている。ポンプの作動を停
止することにより弁４７が閉弁され、これにより水タン
クが熱交換器より隔離される。

第一の冷媒流回路４１は圧縮機と４方向逆転弁１５との
間にて圧縮機の吐出導管に接続されている。従ってヒー
トポンプが作動しているときには、圧縮機より流出する
高温の冷媒は熱交換器３０の第一の冷媒流回路４１に通
される。

第二の冷媒流回路４２は、二次吸入導管５０を経て圧縮
機の吸入側に接続され、また復帰導管５１を経て液体導
管に設けられた接続部５３に接続されている。接続部５
３は屋内コイル装置１７と膨張装置２１との間の点に於
て液体導管に設けられている。

ソレノイド弁５５が膨張装置２７と第二の冷媒流回路４
２との間にて復帰導管５１に設けられている。同様のソ
レノイド弁５６が接続部５３と屋内ファンコイル装置１
７との間にて液体導管に接続されている。これらのソレ
ノイド弁は屋内ファン及び逆転弁１５と共に制御装置６
０に電気的に接続されている。後に詳細に説明する如く
、弁５５及び５６は本装置内を流れる冷媒を選択的に導
くべく必要に応じて開閉される。

温水加熱が行われ又は行われない空調 通常の空調（暖房又は冷房）作動中には、ソレノイド弁
５６が制御装置により開弁され、これと同時に弁５５が
閉弁される。またファン２２及び２３が作動され、冷媒
がヒートポンプを経て導かれ、これにより逆転弁の切換
位置に応じて快適空間が暖房又は冷房される。制御装置
は周期的に水ポンプ４６を作動させ、またソレノイド弁
４７を開弁し、これにより水の加熱が必要とされる場合
にはタンクより水ループを経て水を循環させる。

かかる構成によれば、圧縮機より流出する冷媒蒸気に保
有される熱の一部は水ループを経てポンプ送りされる水
へ伝達される。冷媒中に残存するエネルギは一方のファ
ンコイル装置を通過し、そのファンコイル装置に於て冷
媒は飽和液体に通常の要領にて完全に凝縮される。かく
して圧縮機の吐出流中のエネルギを装置の温水側に於て
水を加熱するために使用することができ、またヒートポ
ンプの加熱要求を満すために使用することができる。

交換されるエネルギの量は使用可能な熱伝達面の面積、
作動物質の流量、暖房又は冷房作動中にヒートポンプが
行わなければならない仕事量の関数である。

空調が行われない水の加熱 快適空間の空調が必要とされない期間であって追加の温
水が必要とされない場合には、屋内ファンコイル装置の
ファン２２が制御装置により停止され、これによりヒー
トポンプより快適空間へ熱が伝達されることが停止され
る。弁５６は制御装置により開弁状態に維持され、また
弁５５は閉弁状態に維持される。上述の如く水ポンプが
作動され、ヒートポンプは暖房モードに切換えられる。

かかる形態に於ては、冷媒−水熱交換器は完全なコンデ
ンサとして作用し、水は給湯装置に課せられる要求を充
足するに必要な程度のエネルギを冷媒より抽出する。図
には示されていないが、温水サーモスタットが貯容タン
ク内の水の温度を検出し、水の温度が所望の温度に到達
するとヒートポンプ及び給湯装置の作動を停止させる。

屋外コイルの除霜サイクル 本発明の装置には、従来の他のヒートポンプ装置に於て
一般に生じる低温空気の吹き出しを生じることなく、周
期的な除霜サイクル中に屋外ファンコイルを効率的に除
霜すべく、貯容タンク内の温水を使用する新規な除霜サ
イクルが組込まれている。暖房モードに於ては、屋外コ
イルは冷媒エバポレータとして作用し、従って屋外コイ
ルの表面は霜や氷にて覆われた状態になる。従来技術に
於ては、ヒートポンプは周期的に冷房モードに切換えら
れ、屋外コイルはコンデンサとして作用することにより
付着した霜が除去される。これと同時に、屋内コイルは
冷媒エバポレータとして作用し、これにより快適空間よ
り熱を奪う。従って屋内コイルは好ましからざる低温の
空気を快適空間へ吹き出す。従来の装置に於てかかる低
温空気の吹出しを解消すべく、調和された空気を屋内コ
イルを越えて導く空気ダクト中に電気ストリップヒータ
が配置されている。ヒータは除霜サイクルが開始される
と作動され、除霜サイクルが終了すると作動を停止され
るようにな゛っている。当技術分野に於てよく知られて
いる如く、ヒートポンプサイクルの逆転及び電気ストリ
ップヒータを使用することは非常に効率が悪く、ヒート
ポンプの運転コストが増大する。

本発明の一体化された装置に於ては、１２０〜１４０下
（４９〜６０℃）の温度にてタンク内に貯容された先に
加熱された水が除霜サイクル中に冷媒へ熱を供給するた
めに使用される。除霜サイクル中にかかる比較的低置で
容易に得られるエネルギを使用すべく、冷房モード中に
は制御装置により本発明のヒートポンプが作動され、弁
５６が閉弁され、弁５５が開弁される。これと同時に水
ポンプが作動される。従って冷媒−水熱交換器３０はヒ
ートポンプのエバポレータとして作用する。

圧縮機より吐出される高温の冷媒は温外コイルへ供給さ
れ、該コイルに於て凝縮熱がコイルの表面に存在する氷
を除去するために使用される。冷媒は屋外コイルより流
出すると、膨張装置２１を通過することにより通常の態
様にて絞られるが、従来の除霜サイクルの如く屋内コイ
ルへ供給されるのではなく、絞られた冷媒は熱交換器３
０内の蒸発回路４２へ供給される。熱交換器３０内に於
ては、液体冷媒はその冷媒を蒸発させるに十分な熱を高
温の水ループより吸収する。熱交換器より流出する冷媒
蒸気は、入口６１に於て一次吸入導管１４をアキュムレ
ータに接続する二次吸入導管５０を経て圧縮機の吸入側
へ吸引される。

以上の説明より明らかである如く、本発明の新規な除霜
サイクルを使用することにより非効率的なストリップヒ
ータの必要性が排除され、また屋内コイルがサイクルよ
り解除されるので、除霜工程中に低温の空気が快適空間
へ吹き込まれることがない。除霜サイクル中には本装置
の温水側よりエネルギが取出されるが、このエネルギは
ヒートポンプが通常の暖房モードに戻された場合には殆
ど消費されることなく戻される。このことはタンク内の
水の温度が再度所望の貯容温度に到達するまで水ポンプ
を作動させるだけで達成される。

本発明の一体化された装置は二つの制御弁を追加するだ
けで六つの互いに異なる作動モードを達成することがで
きる。かかるモードとして、水の加熱が行われ又は行わ
れない暖房、水の加熱が行われ又は行われない冷房、空
調が行われない水の加熱、本装置の温水側に保有された
エネルギを効率的に使用して冷媒を蒸発させる新規な除
霜サイクルが含まれる。更に上述の何れの形態に於ても
、圧縮機の吸入側は選択された形態に於ては使用されて
いない冷媒回路に接続される。従って圧縮機は隔離され
た回路より冷媒を取出し、従って他の一体化された装置
に於て一般に生じる冷媒の取扱いや不足の問題の発生が
回避される。

以上に於ては本発明を特定の実施例について詳細に説明
したが、本発明はかかる実施例に限定されるものではな
く、本発明の範囲内にて他の種々の実施例が可能である
ことは当業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

添付の図は本発明による一体化されたヒートポンプ及び
給湯装置を示す解図である。 １０・・・ヒートポンプ装置、１２・・・圧縮機、１３
・・・吐出導管、１４・・・吸入導管、１５・・・逆転
弁、１７・・・屋内ファンコイル装置、１８・・・屋外
ファンコイル装置、２０・・・二相冷媒導管（液体導管
）、２１・・・膨張装置、２２．２３・・・ファン、２
６・・・マフラー、２７・・・アキュムレータタンク、
３０・・・冷媒−水熱交換器、３２・・・給湯装置、３
５・・・温水タンク、３７・・・加熱装置、３８・・・
入口導管、３つ・・・出口導管２４０・・・水回路、４
１・・・冷媒凝縮回路、４２・・・冷媒蒸発回路、４５
・・・水導管、４６・・・ポンプ。 ４７・・・ソレノイド弁、４８・・・導管、５０・・・
吸入導管、５３・・・接続部、５５．５６・・・ソレノ
イド弁。 ６０・・・制御装置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）屋内熱交換器及び屋外熱交換器を有し、前記屋内
   熱交換器及び前記屋外熱交換器は流れ方向逆転装置によ
   りそれぞれ圧縮機の吸入側及び吐出側に選択的に接続さ
   れ、また内部に膨張装置を有する液体導管により互いに
   接続されており、これにより前記流れ方向逆転装置の切
   換により屋内の快適空間に暖房又は冷房が行われるよう
   構成されたヒートポンプと、 第一の冷媒凝縮回路及び第二の冷媒蒸発回路と熱交換関
   係に置かれた温水流回路を有する冷媒−水熱交換器と、 前記第一の冷媒凝縮回路は前記圧縮機の吐出側及び前記
   流れ方向逆転装置に直列に接続されていることと、 前記屋内熱交換器と前記膨張装置との間にて前記液体導
   管に設けられた接続部と、 前記第二の冷媒蒸発回路は前記圧縮機の前記吸入側及び
   前記液体導管の前記接続部に直列に接続されていること
   と、 前記冷媒−水熱交換器を通過する冷媒の流れを制御し、
   これにより前記温水流回路内へ又は該温水流回路より熱
   を選択的に伝達させる制御装置と、を含む一体化された
   ヒートポンプ及び給湯装置。
2. （２）流れ方向逆転装置により一端にて圧縮機の吸入側
   及び吐出側に選択的に接続され、内部に膨張装置を有す
   る液体導管により他端にて互いに選択的に接続される屋
   内ファンコイル装置及び屋外ファンコイル装置を有する
   ヒートポンプにして、屋内熱交換器と前記膨張装置との
   間にて前記液体導管に設けられた接続部と、 温水を導く水流回路と熱伝達関係に置かれた冷媒蒸発回
   路を有する冷媒−水熱交換器と、 前記冷媒蒸発回路は前記圧縮機の前記吸入側と前記接続
   部との間に接続されていることと、前記圧縮機により吐
   出される冷媒を前記屋外ファンコイル装置に導いてその
   ファンコイルの表面を除霜し、次いで冷媒を前記冷媒−
   水熱交換器を経て前記圧縮機の前記吸入側へ戻し、これ
   により冷媒を前記水流回路内を流れる温水により蒸発さ
   せる制御装置と、 を含むヒートポンプ。
3. （３）ヒートポンプの屋外コイルを除霜する方法にして
   、 ヒートポンプの圧縮機より吐出された冷媒を定期的に屋
   外コイルに通して該屋外コイルを除霜する過程と、 前記屋外コイルより流出する冷媒をヒートポンプの膨張
   装置に通して絞る過程と、 前記絞られた冷媒を温水の流れと熱交換関係に導いて前
   記冷媒を蒸発させる過程と、 前記蒸発された冷媒を前記圧縮機の吸入側へ戻す過程と
   、 を含む方法。
4. （４）流れ方向逆転装置により圧縮機の吸入側及び吐出
   側に選択的に接続され、また内部に膨張装置を有する液
   体導管により互いに接続される屋内ファンコイル装置及
   び屋外ファンコイル装置を有するヒートポンプを給湯装
   置と一体化する方法にして、 貯容手段よりの水を熱交換器に通す過程と、前記熱交換
   器を通過する水を第一の冷媒凝縮回路及び第二の冷媒蒸
   発回路と熱交換関係にもたらす過程と、 前記冷媒凝縮回路を前記圧縮機の前記吐出側及び前記流
   れ方向逆転装置に接続する過程と、前記圧縮機より吐出
   される冷媒を周期的に前記屋外ファンコイル装置に通し
   て該屋外ファンコイル装置を除霜する過程と、 前記屋外ファンコイル装置より流出する冷媒を前記ヒー
   トポンプの前記膨張装置に通して絞る過程と、 前記絞られた冷媒を前記冷媒蒸発回路を経て前記圧縮機
   の前記吸入側へ戻す過程と、 を含む方法。