JPS6360305B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はヒートポンプ式冷暖房給湯装置の改良
に関するものである。

ヒートポンプ式冷暖房装置と給湯装置とを組み
合わせて使用する冷暖房給湯装置について従来、
種々の提案がなされているけれども、いずれも冷
媒のガスだけで給湯および冷暖房がなされている
ために能力の向上に限界があり、良好な能力の向
上を図ることができない欠点があつた。

たとえば、熱源側熱交換器のコイルに暖房時に
霜が付着すると、この霜を除霜するために冷房サ
イクルに切り換えてデフロストするのみである
が、斯るデフロスト時間が長くなる欠点があつ
た。

また、最大負荷に対応できる冷房能力を有する
空気調和機を選定しているけれども、予想される
最大冷房負荷は、年間を通じて極くわずかである
ため、その他の時期には部分負荷運転を余儀無く
され、エネルギー有効比（いわゆるEER）が低
下する欠点があつた。

そこで、本発明は圧縮機を内燃機関で駆動すべ
くなし、該内燃機関の排熱を利用すると共に、水
−冷媒熱交換器を付加して該熱交換器を多目的に
使用することにより、圧縮機駆動時から除霜サイ
クルに至るまでの間に前記内燃機関の排熱によつ
て温水を貯えて、除霜サイクル時には斯る温水を
水−冷媒熱交換器に流通させてデフロスト時間の
短縮を図ることができ、また、最大冷房負荷時に
は内燃機関の回転数を通常負荷時のそれと比較し
て増大させると共に、水−冷媒熱交換器に冷媒を
流通させて、空気と水と２段に冷媒を凝縮させて
充分な冷房能力を得、さらに最大冷房負荷時以外
の貯湯量増大時期においては、前記水−冷媒熱交
換器をこの冷房運転時での専用凝縮器として作用
させて給湯用水をその凝縮熱によつて加熱するこ
とができるヒートポンプ式冷暖房給湯装置を提供
しようとするものである。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳述
する。

図面は本発明に係るヒートポンプ式冷暖房給湯
装置の系統図で、同図中、１は圧縮機で、この圧
縮機１は内燃機関２によつて駆動すべく構成した
ものである。

３は空調−給湯切換用の第１四路切換弁で、こ
の四路切換弁３は冷房の通常運転時と暖房運転時
とデフロスト運転時とには図面に実線で示す如
く、また冷房のピークロード時と冷房の貯湯速度
増大時とには図面に点線で示す如く切り換えるも
のである。

４は冷暖房切換用の第２四路切換弁で、この四
路切換弁４を実線図示の弁操作とすることによつ
て冷房サイクル運転が行なわれ、該四路切換弁４
を点線図示の弁操作にすることによつて暖房サイ
クル運転が行なわれる。

５は空冷の熱源側熱交換器で、該熱交換器５は
暖房時に蒸発器として作用する一方、冷房時には
凝縮器として作用するものであり、該熱交換器５
の近傍には室外フアン６を設けている。

７は利用側熱交換器で、該熱交換器７は暖房時
に凝縮器として作用する一方、冷房時には蒸発器
として作用するものであり、該熱交換器７の近傍
には室内フアン８を設けている。

９は冷房時専用の膨張機構で、この膨張機構９
と並列に逆止弁１０を接続している。

１１は受液部、１２は暖房時専用の膨張機構、
１３，１４，１５，１６，１７，１８は逆止弁、
１９，２０，２１，２２，２３，２４，５６，５
７は電磁弁で、これらの各電磁弁１９〜２４のう
ちの電磁弁２１は冷房時の貯湯速度増大時に開と
なるものであり、電磁弁２２は冷房のピークロー
ド時に開となるものであり、電磁弁２３，２４は
デフロスト時に開となるものである。なお前記切
換弁３，４．電磁弁２１，２２，２３，２４，５
６，５７などを一括して冷媒流通制御機構Ａと総
称すると共に、図示しない制御装置より出力され
る切換動作信号に基づき該制御機構Ａの適宜制御
動作が行なわれるものである。

２５は膨張機構、２６はヘツダー、２７はアキ
ユムレータ、２８はタンク２９内に収納した水−
冷媒熱交換器で、前記各要素１〜２８を図示の如
く閉ループ状に接続してヒートポンプ式冷暖房装
置を構成している。

このヒートポンプ式冷暖房装置と組み合わされ
る給湯装置の構成については後述するとして、次
に内燃機関２の排熱利用系について述べる。

３０は内燃機関２の冷却水循環路で、この冷却
水循環路３０の途中にはエンジン冷却水循環用の
ポンプ３１と水−冷却水熱交換器３２とを介設す
ると共に、この水−冷却水熱交換器３２を水−冷
却水熱交換器用タンク３３内に収納している。そ
して、前記ポンプ３１によつてエンジン冷却水を
実線矢印方向に常時循環すべく構成している。

３４は内燃機関２の排気ガス放出管路で、この
排気ガス放出管路３４の途中に水−排気ガス熱交
換器３５を介設し、この熱交換器３５を水−排気
ガス熱交換器用タンク３６内に収納し、内燃機関
２の排気ガスを実線矢印方向に排出する途中にお
いてタンク３６内の水と熱交換すべく構成してい
る。

次に、前記ヒートポンプ式冷暖房装置および内
燃機関排熱利用系と組み合わせる給湯装置の構成
について述べる。

給水ポンプ３７および逆止弁３８を介設した給
水管３９には、電磁弁４０を介設してなる分岐管
４１と、電磁弁４２を介設してなる分岐管４３と
をそれぞれ接続し、一方の分岐管４１の管端部を
前記タンク２９の底部に連通させ、他方の分岐管
４３の管端部を前記タンク３３の底部に連通させ
ている。

また、逆止弁４４を介設してなる連結管４５に
よつて前記タンク２９の上部と前記タンク３３の
底部とを互いに連通させる一方、連結管４６によ
つて前記タンク３３の上部と前記タンク３６の底
部とを互いに連通させている。

さらに、前記タンク３６の上部に接続した送湯
管４７の管端部を貯湯タンク４８の温水入口４９
に接続する一方、前記貯湯タンク４８の底部に連
接した温水出口５０には送湯ポンプ５１を介設し
た給湯管５２を接続し、該給湯管５２の管端部を
三方弁５３のポート５３ａに接続し、該三方弁５
３の他のポート５３ｂと前記給水管３９とを管５
４で接続し、また前記三方弁５３のさらに他のポ
ート５３ｃには湯水供給管５５を接続している。

而して、冷房の通常運転時、冷房のピークロー
ド時および冷房の貯湯速度増大時には、一方の電
磁弁４０を開とし、他方の電磁弁４２を閉とし、
また前記ポンプ３７，５１を駆動して、給水を各
要素３７，３８，４０，２９，４４，３３，４
６，３６，４７，４９，４８，５０，５１，５３
の順に流通させる。

また、暖房運転時には前記ポンプ３７，５１を
駆動すると共に、一方の電磁弁４０を閉とし、他
方の電磁弁４２を開として、給水を各要素３７，
３８，４２，３３，４６，３６，４７，４９，４
８，５０，５１，５３の順に流通させる。

さらに、デフロスト時には一方のポンプ５１の
みを駆動すると共に、一方の電磁弁４０を開と
し、他方の電磁弁４２を閉として、給水を各要素
４８，５０，５１，５３，４０，２９，４４，３
３，４６，３６，４７，４９の順に循環させるよ
うに構成したものである。

本発明は上記の如く構成するものにして、以下
作用を説明する。

まず、最初に冷房の通常運転について述べる。

斯る運転時には第１および第２の各四路切換弁
３，４はいずれも実線図示の弁操作とする。

いま、内燃機関２を通常回転数で駆動して圧縮
機１を運転すると、該圧縮機１で圧縮され高温高
圧になつたガス冷媒は図面に実線矢印で示す如く
前記各四路切換弁３，４の各ポートを経て凝縮器
として作用する熱源側熱交換器５に入り、ここで
外気と熱交換されて液化し、液化した液冷媒は電
磁弁５６、逆止弁１５、ヘツダー２６、受液器１
１、逆止弁１３および電磁弁２０を経て膨張機構
９に至り、ここで断熱膨張されて低圧となつた液
冷媒は蒸発器として作用する利用側熱交換器７に
入り、室内の熱を取つて室内を冷房し、自らは気
化されてガス冷媒となり、さらに電磁弁１９、第
２四路切換弁４およびアキユムレータ２７を介し
て再び前記圧縮機１に吸入されるのである。

斯る冷房の通常運転時におけるエンジン冷却水
はポンプ３１の駆動により冷却水循環路３０を循
環し、該循環路３０の途中に介設した水−冷却水
熱交換器３２で、タンク３３内の水と熱交換され
る。

また、内燃機関２の運転によつて生じた排気ガ
スは排気ガス放出管路３４を介して放出されるの
であるが、該放出管路３４の途中に介設した水−
排気ガス熱交換器３５で、タンク３６内の水と熱
交換される。

このため、給水ポンプ３７の駆動により電磁弁
４０、タンク２９および逆止弁４４を介して水−
冷却水熱交換用タンク３３内に至つた水はエンジ
ン冷却水によつて加熱され、さらに水−排気ガス
熱交換器用タンク３６で排気ガスによつて加熱さ
れて温水となり、この温水は送湯管４７を経て貯
湯タンク４８に貯湯される。

次に、冷房のピークロード時（最大負荷時）の
作用について述べる。

斯る冷房のピークロード時には第１四路切換弁
３を点線の状態に切り換えて、熱源側熱交換器５
の前位に水−冷媒熱交換器２８を直列に接続する
と共に、内燃機関２の回転数を通常の回転よりも
増大して、該内燃機関２を高速で回転駆動する。

いま、内燃機関２を高速回転数で駆動して圧縮
機１を運転すると、該圧縮機１で圧縮され高温高
圧になつたガス冷媒は点線の状態に切り換わつて
いる第１四路切換弁３を経て、水−冷媒熱交換器
２８に至り、ここでタンク２９内の温水と熱交換
するので凝縮温度の低下を図ることができ、該水
−冷媒熱交換器２８を経た冷媒は逆止弁１７、電
磁弁２２、第１四路切換弁３および第２四路切換
弁４を介して凝縮器として作用する熱源側熱交換
器５に入り、ここで外気と熱交換されて液化し、
以下は先に述べた冷房の通常運転時と同様に液化
した液冷媒が前記利用側熱交換器７で熱交換され
室内を冷房するものであるが、斯る冷房のピーク
ロード時には熱源側熱交換器５の前位に水−冷媒
熱交換器２８を直列に接続して、圧縮機１から吐
出される高温高圧のガス冷媒をタンク２９内の温
水と熱交換させて凝縮させ凝縮温度の低下を図
り、かつ内燃機関２の回転数を増大させているの
で、冷房能力を増大することができ、最大負荷に
充分対応することができるものである。

斯る冷房のピークロード時においても給湯系の
水は前述と同様にして熱交換し、加熱されるので
あるが、該ピークロード時にはタンク２９内にお
いても水−冷媒熱交換がなされる。

次に、冷房の貯湯速度増大時の作用について述
べる。

斯る冷房の貯湯速度増大時には第１四路切換弁
３を点線図示の弁操作に、また第２四路切換弁４
を実線図示の弁操作にすると共に、電磁弁１９，
２０，２１を開くのである。

いま、圧縮機１から吐出された高温高圧のガス
冷媒は点線の状態に切り換つている第１四路切換
弁３を経て水−冷媒熱交換器２８に至り、ここで
タンク２９内の温水をさらに加熱した後に、逆止
弁１６、電磁弁２１、受液器１１、逆止弁１３、
電磁弁２０、膨張機構９、利用側熱交換器７、電
磁弁１９、第２四路切換弁４およびアキユムレー
タ２７をこの順に介して再び圧縮機１に吸入され
る。

このように冷房時の貯湯速度増大時には、圧縮
機１から吐出される高温高圧のガス冷媒を水−冷
媒熱交換２８を通して、タンク２９内の給湯用水
を冷媒凝縮熱によつて加熱するので貯湯速度の増
大を図ることができ、さらに前記給湯用水は内燃
機関２の排熱により更に加熱されるので、貯湯速
度をより一層増大させることができる。

次に暖房運転時の作用について述べる。

斯る暖房運転時には第１四路切換弁３を実線図
示の弁操作に、また第２四路切換弁４を点線図示
の弁操作にするのである。

いま、内燃機関２を通常回転数で駆動して圧縮
機１を運転すると、該圧縮機１で圧縮され高温高
圧になつたガス冷媒は図面に点線矢印で示す如く
各四路切換弁３，４の各ポートおよび電磁弁１９
を経て凝縮器として作用する利用側熱交換器７に
入り、ここで放熱して室内空気と熱交換して室内
を暖房し、液化した液冷媒は逆止弁１０、電磁弁
２０、逆止弁１４、ヘツダー２６および受液器１
１を経て膨張機構１２に至り、ここで断熱膨張さ
れて低圧となつた液冷媒は蒸発器として作用する
熱源側交換器５に入り、熱交換されて気化し、気
化したガス冷媒は第２四路切換弁４およびアキユ
ムレータ２７を介して再び前記圧縮機１に吸入さ
れるのである。

斯る暖房運転時には給湯系内の一方の電磁弁４
２を開とし、他方の電磁弁４０を開とし、給湯水
をタンク２９内へ循環させず、該給湯水は開成し
た電磁弁４２、水−冷却水熱交換器用タンク３
３、水−排気ガス熱交換器用タンク３６、貯湯タ
ンク４８、ポンプ５１および三方弁５３をこの順
に循環させて、エンジン排熱を利用して該給湯水
を加熱するのである。

次に、斯る暖房運転中において前記熱源側熱交
換器５に霜が付着し、この霜を冷房サイクルにお
いて除霜せしめるデフロスト運転について述べ
る。

デフロスト運転時には前記各四路切換弁３，４
はいずれも実線図示の弁操作をなし、かつ電磁弁
２３，２４を開とする一方、給湯系内の一側の電
磁弁４０を開き、他側の電磁弁４２を閉じる。

いま、圧縮機１から吐出された高温高圧のガス
冷媒は第１および第２の各四路切換弁３，４を経
て熱源側熱交換器５に至り、ここで該熱交換器５
のコイルに付着している霜をとかした後に、逆止
弁１５、ヘツダー２６、受液器１１、逆止弁１
３、膨張機構２５、電磁弁２４および逆止弁１８
を経て水−冷媒熱交換器２８に至る。

貯湯タンク４８内の給湯水は、暖房運転開始時
点よりデフロスト運転に至るまでの間にエンジン
排熱によつて加熱されており、この貯湯タンク４
８内の温水が三方弁５３および電磁弁４０を介し
て水−冷媒熱交換器用タンク２９内に供給されて
いるので、前記水−冷媒熱交換器２８に至つた低
圧側の冷媒は前記タンク２９内の温水によつて加
熱されることになる。

この結果、上記デフロストサイクル時には給湯
用温水を水源として使用でき、該熱源と前記冷媒
のガスとの併用によりデフロスト時間の短縮を図
ることができるものである。

なお、上記実施例においては冷房ピークロード
時において冷媒を熱源側熱交換器５および水−冷
媒交換器２８の順に流通させたが、これら各要素
５，２８の順序を逆に流通させても良い。

本発明は以上詳述したように、圧縮機１を駆動
する内燃機関２を備え、該内燃機関２の冷却水循
環路３０の途中に水−冷却水熱交換器３２を介設
すると共に、前記内燃機関２の排気ガス放出管路
３４の途中に水−排気ガス熱交換器３５を介設す
る一方、圧縮機１、熱源側熱交換器５、利用側熱
交換器７、膨張機構９，１２及び冷暖房切換弁４
を冷媒循環可能に接続してなるヒートポンプ式冷
暖房用冷媒回路に、該冷媒回路と水−冷媒熱交換
器２８とを冷媒流通可能に接続する冷媒流通制御
機構Ａを介設し、これら水−冷却水熱交換器３
２、水−排気ガス熱交換器３５及び水−冷媒熱交
換器２８をそれぞれ収納するタンク３３，３６，
２９を貯湯タンク４８に水循環可能に接続させる
と共に、圧縮機１からの吐出ガス冷媒による熱源
側熱交換器５のデフロスト時には、前記制御機構
Ａに対して前記水−冷媒熱交換器２８を前記冷媒
回路の低圧側冷媒配管に接続させて蒸発器として
作用させる第１切換動作信号を発し、最大冷房負
荷時には、前記制御機構Ａに対して前記水−冷媒
熱交換器２８を前記熱源側熱交換器５と共に前記
冷媒回路の高圧側冷媒配管に直列的に接続させて
併用凝縮器として作用させる第２切換動作信号を
発し、さらに冷房時の貯湯量増大時には、前記制
御機構Ａに対して前記水−冷媒熱交換器２８を前
記冷媒回路の高圧側配管に接続させて専用凝縮器
として作用させる第３切換動作信号を発する制御
手段を備えたものであるから、暖房運転開始時点
からデフロスト運転に至るまでの間に前記内燃機
関２の排熱を利用して給湯系の給湯水を加熱し、
この温水を貯湯タンク４８に貯え、デフロスト運
転時には斯る温水を水−冷媒熱交換用タンク２９
に流通させて蒸発器として作用させる水−冷媒熱
交換器２８の冷媒ガスを蒸発させこの高温ガスに
より除霜を行うので、デフロスト時間の短縮を図
ることができる効果がある。

また、最大冷房負荷時（ピークロード時）には
空冷の熱源側熱交換器５と共に水−冷媒熱交換器
２８を併用凝縮器として作用させて凝縮能力の向
上を図ることがどきるもので、例え冷房負荷の増
大に応じて内燃機関２を高速回転とさせた場合で
もこれら熱交換器５，２８で充分なる放熱量を確
保して最大負荷に対応させることができる。

さらに、通常の冷房時の貯湯量増大時期におい
ては、前記水−冷媒熱交換器２８をこの冷房運転
時での専用凝縮器として作用させて給湯用水をそ
の凝縮熱によつて加熱すると共に、前記熱交換器
３２，３５によつてさらに加熱して給湯を得るも
のであるから貯湯速度の増大を図ることができる
など、水−冷媒熱交換器２８を多目的に有効利用
することができるものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係るヒートポンプ式冷暖房給湯
装置の系統図である。 １……圧縮機、２……内燃機関、３……空調−
給湯切換用の第１四路切換弁、４……冷暖房切換
用の第２四路切換弁、２８……水−冷媒熱交換
器、２９……水−冷媒熱交換器用タンク、３０…
…冷却水循環路、３２……水−冷却水熱交換器、
３３……水−冷却水熱交換器用タンク、３４……
排気ガス放出管路、３５……水−排気ガス熱交換
器、３６……水−排気ガス熱交換器用タンク、４
８……貯湯タンク。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 圧縮機１を駆動する内燃機関２を備え、該内
   燃機関２の冷却水循環路３０の途中に水−冷却水
   熱交換器３２を介設すると共に、前記内燃機関２
   の排気ガス放出管路３４の途中に水−排気ガス熱
   交換器３５を介設する一方、圧縮機１、熱源側熱
   交換器５、利用側熱交換器７、膨張機構９，１２
   及び冷暖房切換弁４を冷媒循環可能に接続してな
   るヒートポンプ式冷暖房用冷媒回路に、該冷媒回
   路と水−冷媒熱交換器２８とを冷媒流通可能に接
   続する冷媒流通制御機構Ａを介設し、これら水−
   冷却水熱交換器３２、水−排気ガス熱交換器３５
   及び水−冷媒熱交換器２８をそれぞれ収納するタ
   ンク３３，３６，２９を貯湯タンク４８に水循環
   可能に接続させると共に、圧縮機１からの吐出ガ
   ス冷媒による熱源側熱交換器５のデフロスト時に
   は、前記制御機構Ａに対して前記水−冷媒熱交換
   器２８を前記冷媒回路の低圧側冷媒配管に接続さ
   せて蒸発器として作用させる第１切換動作信号を
   発し、最大冷房負荷時には、前記制御機構Ａに対
   して前記水−冷媒熱交換器２８を前記熱源側熱交
   換器５と共に前記冷媒回路の高圧側冷媒配管に直
   列的に接続させて併用凝縮器として作用させる第
   ２切換動作信号を発し、さらに冷房時の貯湯量増
   大時には、前記制御機構Ａに対して前記水−冷媒
   熱交換器２８を前記冷媒回路の高圧側配管に接続
   させて専用凝縮器として作用させる第３切換動作
   信号を発する制御手段を備えたことを特徴とする
   ヒートポンプ式冷暖房給湯装置。