JP2005164207A - ヒートポンプ給湯エアコン - Google Patents

Abstract

【課題】 水を加熱し貯湯するための水加熱用熱交換器に供給される水の温度が高い場合であっても、冷房能力が低下しない貯湯運転を行える冷凍サイクルを備えたヒートポンプ給湯エアコンを提供する。
【解決手段】 圧縮機１と室外熱交換器６と、室内熱交換器８と、水加熱用熱交換器３とを備え、冷房運転と前記水加熱用熱交換器３に供給される水の温度が高い場合の貯湯運転とを同時に行う際、冷媒が前記水加熱用熱交換器３を流通し、前記室外熱交換器６にも流通したのち、前記室内熱交換器８に循環するように冷凍サイクルを形成して所定の冷房能力を発揮できるようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ヒートポンプ給湯エアコンに係わり、より詳細には、水を加熱し貯湯するための水加熱用熱交換器に供給される水の温度が高い場合であっても、冷房能力が低下しない貯湯運転を行える冷凍サイクルを備えた構造に関する。

従来のヒートポンプ給湯エアコンとして、室内冷房用冷凍サイクルの排熱を利用することができ、かつ、室内冷房水加熱運転時に快適に運転できるものとして、圧縮機（コンプレッサ）、流路切換弁、水を加熱し貯湯する水加熱用熱交換器、室外熱交換器用流量制御弁、室外熱交換器、流路切換弁を冷媒配管により順次接続し、かつ、室内熱交換器用流量制御弁および室内熱交換器を、室外熱交換器用流量制御弁および室外熱交換器に並列に設けた構成でなるものが開示されていた（例えば、特許文献１参照。）。

しかしながら、上記構成でなるヒートポンプ給湯エアコンにおいては、冷房運転と、水加熱運転と、冷房運転および水加熱運転とが可能であるが、冷凍サイクルの冷媒が前記水加熱用熱交換器に入って凝縮器として機能し、膨張弁を通ったのち、前記室内熱交換器（蒸発器）に循環し、前記圧縮機（コンプレッサ）に戻るようになっており、こうした場合、前記水加熱用熱交換器に供給される水の温度によって、同水加熱用熱交換器の凝縮能力が決定されることになる。

すなわち、前記水加熱用熱交換器に供給される水の温度が低い場合には冷房能力が大きくなり、供給される水の温度が高い場合には冷房能力が低くなってしまい、最悪の場合には冷凍サイクルが成立しないという可能性があることから、ヒートポンプ給湯エアコンとしての性能を損ねてしまうおそれがあった。

そのため、冷房運転および水加熱運転を同時に行う場合、例えば冷凍サイクルの冷媒が前記水加熱用熱交換器を流通したのち、前記室外熱交換器にも循環させるようにして、所定の冷房能力を発揮できるようにすることが望まれていた。

特開２００１−２４８９３７号公報（第１頁〜第５頁、第１図〜第５図）

本発明は上記の問題点に鑑み、水を加熱し貯湯するための水加熱用熱交換器に供給される水の温度が高い場合であっても、冷房能力が低下しない貯湯運転を行える冷凍サイクルを備えたヒートポンプ給湯エアコンを提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、圧縮機と、室外熱交換器と、室内熱交換器と、水加熱用熱交換器とを備え、
冷房運転時に、前記圧縮機から吐出された冷媒が、前記室外熱交換器および前記室内熱交換器を経て前記圧縮機に戻る冷媒流路を形成するように、
水加熱運転時に、前記圧縮機から吐出された冷媒が、前記水加熱用熱交換器および前記室外熱交換器を流通する冷媒流路を形成するように、
第一の冷房水加熱運転時に、前記圧縮機から吐出された冷媒が、前記水加熱用熱交換器および前記室内熱交換器を流通する冷媒流路を形成するように、
第二の冷房水加熱運転時に、前記圧縮機から吐出された冷媒が、前記水加熱用熱交換器、前記室外熱交換器および前記室内熱交換器を流通する冷媒流路を形成するように夫々配管接続されてなる構成となっている。

また、前記水加熱用熱交換器によって加熱される前の水の温度を水温センサにより検知して、前記第一の冷房水加熱運転と前記第二の冷房水加熱運転とが切換えられるようにしてなる構成となっている。

更に、前記水加熱用熱交換器によって加熱される水が、前記水加熱運転時、前記第一の冷房水加熱運転時または前記第二の冷房水加熱運転時に動作する給水ポンプで給水されるようにしてなる構成となっている。

本発明によれば、冷媒が水加熱用熱交換器を流通したのち、室外熱交換器にも循環させるようにしたので、水を加熱し貯湯するための水加熱用熱交換器に供給される水の温度が高い場合であっても、冷房能力が低下しない貯湯運転を行える冷凍サイクルを備えたヒートポンプ給湯エアコンとなる。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいた実施例として詳細に説明する。
図１は本発明によるヒートポンプ給湯エアコンの第一の実施例を示す冷凍サイクル図、図２は本発明によるヒートポンプ給湯エアコンの第二の実施例を示す冷凍サイクル図、図３は本発明によるヒートポンプ給湯エアコンの第三の実施例を示す冷凍サイクル図、図４は本発明によるヒートポンプ給湯エアコンの第四の実施例を示す冷凍サイクル図である。

本発明によるヒートポンプ給湯エアコンは、図で示すように、インバータ21により回転数制御自在に駆動される圧縮機１と、第一流路切換弁２と、供給された水を加熱し貯湯するための水加熱用熱交換器３と、第二流路切換弁４と、第一膨張弁５と、室外熱交換器６と、第二膨張弁７と、室内熱交換器８とを配管接続して冷凍サイクルを構成すると共に、前記水加熱用熱交換器３に供給される水および同水加熱用熱交換器３で蓄熱される水を貯める貯湯タンク９と、同貯湯タンク９から前記水加熱用熱交換器３に水を供給する給水ポンプ10と、制御装置20とを備えてなる構成となっている。

前記水加熱用熱交換器３と、前記室外熱交換器６とは並列に接続された構成になっており、通常の冷房運転や、冷房水加熱運転または水加熱運転などの各運転モードに応じて、前記圧縮機１から吐出された冷媒を前記水加熱用熱交換器３に循環させることなく前記室外熱交換器６に循環させるようにしたり、または、前記水加熱用熱交換器３に循環させたのちに前記室外熱交換器６に循環させることができるようになっている。

これにより、前記給水ポンプ10で前記水加熱用熱交換器３に水が供給されることによって常時温水をつくりだせるようにしたり、また、熱交換効率を高めることによりヒートポンプ給湯エアコンとして高性能を確保できるようになっている。

そのための冷凍サイクルを形成するため、図１で示すように、前記水加熱用熱交換器３と前記第二流路切換弁４との間に、同第二流路切換弁４に向けて開となる第一逆止弁15を設け、前記第一流路切換弁２と前記第一逆止弁15および前記第二流路切換弁４との間に、同第二流路切換弁４に向けて開となる第二逆止弁16を設け、前記第二流路切換弁４と前記空冷式室外熱交換器６との間に、同空冷式室外熱交換器６に向けて開となる第三逆止弁17を設け、前記室内熱交換器８と前記圧縮機１との間に、同圧縮機１に向けて開となる第四逆止弁18を設けている。

また、室外熱交換器６と前記第四逆止弁18および前記圧縮機１との間には、開閉弁（電磁弁）19が設けられている。

そして、前記貯湯タンク９内には、水温（湯温）を検知するための水温センサ11と、水位を検知にするための水位センサ12とが夫々設けられており、給水管により矢印ａで示すように給水され、前記給水ポンプ10によって矢印ｂで示すように前記水加熱用熱交換器３に供給された水が蓄熱されたのち、矢印ｃで示すように給湯されるようにすることで、例えば従来湯沸し器に頼っていた各種の給湯や温水シャワーなどが、これまで排熱となっていた熱エネルギを有効活用して得られることになる。

ここで、上記構成でなる冷凍サイクルにおいて、通常の冷房運転、冷房水加熱運転または水加熱運転などの各運転モードにおける冷媒の循環路について説明する。

通常の冷房運転時には、実施例１として図１の矢印で示すように、前記圧縮機１から吐出された冷媒が、前記第一流路切換弁２から前記第二逆止弁16を経て前記第二流路切換弁４に到り、前記第一膨張弁５を全開にした状態で流通し、前記室外熱交換器６を凝縮器として利用したのち、前記第二膨張弁７を流通して前記室内熱交換器８で冷房運転を行い、前記第四逆止弁18を流通して前記圧縮機１に戻るように循環する。

この場合、前記圧縮機１から吐出された冷媒の循環路は、前記第一流路切換弁２から前記水加熱用熱交換器３に循環することなく前記第二逆止弁16を経て前記第二流路切換弁４に到るように形成されており、また、前記室外熱交換器６を出た際、前記開閉弁（電磁弁）19が閉塞されることによって前記第二膨張弁７に向かうように形成されている。

また、実施例２として図２の矢印で示すように、前記水加熱用熱交換器３で蓄熱される水を前記貯湯タンク９に貯める水加熱運転時には、前記圧縮機１から吐出された冷媒が、前記第一流路切換弁２から前記水加熱用熱交換器３および前記第一逆止弁15を経て前記第二流路切換弁４に到り、前記第一膨張弁５で減圧され、前記室外熱交換器６を凝縮器として利用したのち、前記開閉弁（電磁弁）19を開放することによって前記圧縮機１に戻るように循環する。

この場合、前記圧縮機１から吐出された冷媒の循環路は、前記第一流路切換弁２から前記水加熱用熱交換器３に循環したのち前記第一逆止弁15を経て前記第二流路切換弁４に到るように形成されており、また、前記室外熱交換器６を出た際、前記開閉弁（電磁弁）19が開放されることによって前記圧縮機１に向かうように形成されるようになっている。

前記第一逆止弁15は、図１で示すように冷媒が前記第二逆止弁16を流通した際、前記水加熱用熱交換器３に向けて冷媒を逆流させないようにしており、また、前記第二逆止弁16は、図２で示すように、前記水加熱用熱交換器３で凝縮した冷媒が第一キャピラリチューブ13で液インジェクションを防ぐために設けられている。

次に、実施例３として図３の矢印で示すように、通常の冷房運転と、前記水加熱用熱交換器３に供給される水が所定の温度以下である場合の水加熱運転とを同時に行う第一の冷房水加熱運転時には、前記圧縮機１から吐出された冷媒が、前記第一流路切換弁２から前記水加熱用熱交換器３および前記第一逆止弁15を経て前記第二流路切換弁４に到り、前記第三逆止弁17を経て全開にした前記第二膨張弁７を流通したのち前記室内熱交換器８で冷房運転を行い、前記第四逆止弁18を流通して前記圧縮機１に戻るように循環する。

この場合、前記水加熱用熱交換器３に供給される水の温度が加熱後の水温に対し低い状態であって、所定の冷房能力を発揮できるようになっており、前記圧縮機１から吐出された冷媒の循環路は、前記第一流路切換弁２から前記水加熱用熱交換器３に循環したのち前記第一逆止弁15を経て前記第二流路切換弁４に到るように形成されており、また、同第二流路切換弁４から全開にした前記第二膨張弁７を流通したのち前記室内熱交換器８を出た際、前記開閉弁（電磁弁）19が閉塞されることによって前記圧縮機１に向かうように形成されている。

更に、実施例４として図４の矢印で示すように、通常の冷房運転と、前記水加熱用熱交換器３に供給される水が所定の温度以上である場合の水加熱運転とを同時に行う第二の冷房水加熱運転時には、前記圧縮機１から吐出された冷媒が、前記第一流路切換弁２から前記水加熱用熱交換器３および前記第一逆止弁15を経て前記第二流路切換弁４に到り、全開にした前記第一膨張弁５を流通したのち前記室外熱交換器６を凝縮器として利用し、前記第二膨張弁７を流通したのち前記室内熱交換器８で冷房運転を行い、前記第四逆止弁18を流通して前記圧縮機１に戻るように循環する。

この場合、前記水加熱用熱交換器３に供給される水の温度が高い（加熱後の水温に近い）状態であるが、前記水加熱用熱交換器３を流通した冷媒が前記室外熱交換器６にも循環する構成にすることで所定の冷房能力を発揮できるようになり、前記圧縮機１から吐出された冷媒の循環路は、前記第一流路切換弁２から前記水加熱用熱交換器３に循環したのち前記第一逆止弁15を経て前記第二流路切換弁４に到るように形成されており、また、前記第一膨張弁５を流通したのち前記室外熱交換器６を出た際、前記開閉弁（電磁弁）19が閉塞されることによって前記第二膨張弁７に向かうように形成されている。

また、前記第三逆止弁17は、図４で示すように、前記水加熱用熱交換器３で凝縮した冷媒が第二キャピラリチューブ14で液インジェクションを防ぐために設けられており、また、前記第四逆止弁18は、図２で示すように冷媒が前記室外熱交換器６を出た際、前記室内熱交換器８に向けて冷媒を逆流させないようにしている。

なお、前記水加熱用熱交換器３によって加熱される前の水の温度を水温センサ11により検知して、前記第一の冷房水加熱運転と前記第二の冷房水加熱運転とが、前記制御装置20で切換えられるように制御することで、何れかの運転を自動的に選択して実行できるようになる。

また、前記水加熱用熱交換器３によって加熱される水が、前記制御装置20で前記水加熱運転時、前記第一の冷房水加熱運転時または前記第二の冷房水加熱運転時に動作する給水ポンプ９で給水されるように制御することで、これらの運転時に前記水加熱用熱交換器３に水を適宜供給できるようになる。

また、前記第一流路切換弁２の吸引管が、第一キャピラリチューブ13を介して前記圧縮機１の吸引管に接続され、また、前記第二流路切換弁４の吸引管が、第二キャピラリチューブ14を介して前記圧縮機１の吸引管に接続された構成になっており、これによって、動作差圧を得て運転できるようになり、前記水加熱用熱交換器３を動作制御できるようになっている。

本発明によるヒートポンプ給湯エアコンの第一の実施例を示す冷凍サイクル図である。 本発明によるヒートポンプ給湯エアコンの第二の実施例を示す冷凍サイクル図である。 本発明によるヒートポンプ給湯エアコンの第三の実施例を示す冷凍サイクル図である。 本発明によるヒートポンプ給湯エアコンの第四の実施例を示す冷凍サイクル図である。

符号の説明

１ 圧縮機
２ 第一流路切換弁
３ 水加熱用熱交換器
４ 第二流路切換弁
５ 第一膨張弁
６ 室外熱交換器
７ 第二膨張弁
８ 室内熱交換器
９ 貯湯タンク
10 給水タンク
11 水温センサ
12 水位センサ
13 第一キャピラリチューブ
14 第二キャピラリチューブ
15 第一逆止弁
16 第二逆止弁
17 第三逆止弁
18 第四逆止弁
19 開閉弁（電磁弁）
20 制御装置

Claims (3)

1. 圧縮機と、室外熱交換器と、室内熱交換器と、水加熱用熱交換器とを備え、
   冷房運転時に、前記圧縮機から吐出された冷媒が、前記室外熱交換器および前記室内熱交換器を経て前記圧縮機に戻る冷媒流路を形成するように、
   水加熱運転時に、前記圧縮機から吐出された冷媒が、前記水加熱用熱交換器および前記室外熱交換器を流通する冷媒流路を形成するように、
   第一の冷房水加熱運転時に、前記圧縮機から吐出された冷媒が、前記水加熱用熱交換器および前記室内熱交換器を流通する冷媒流路を形成するように、
   第二の冷房水加熱運転時に、前記圧縮機から吐出された冷媒が、前記水加熱用熱交換器、前記室外熱交換器および前記室内熱交換器を流通する冷媒流路を形成するように夫々配管接続されてなることを特徴とするヒートポンプ給湯エアコン。
2. 前記水加熱用熱交換器によって加熱される前の水の温度を水温センサにより検知して、前記第一の冷房水加熱運転と前記第二の冷房水加熱運転とが切換えられるようにしてなることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ給湯エアコン。
3. 前記水加熱用熱交換器によって加熱される水が、前記水加熱運転時、前記第一の冷房水加熱運転時または前記第二の冷房水加熱運転時に動作する給水ポンプで給水されるようにしてなることを特徴とする請求項２に記載のヒートポンプ給湯エアコン。

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