JP2008196794A - ヒートポンプ給湯冷暖房装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒートポンプ式給湯冷暖房装置の室内機１０２に給湯器能と空調機能を持たせ、簡単に設置できるとともに、消費電力を削減させることを目的とする。
【解決手段】 室内機１０２と室外機１０１に別れ、室内機１０２の冷媒回路１０５は少なくとも室内空気熱交換器１１、全閉可能な第２の絞り装置１２、給湯用熱交換器１３を配管で接続し、室内空気熱交換器１１と第２の絞り装置１２の間の配管と、給湯用熱交換器１３が室外機１０１と連絡する配管を開閉手段１４を介して接続したバイパス回路１０４を設けて構成し、給湯用熱交換器１３と貯湯槽１６で構成された給湯回路１０６を冷媒回路１０５と一体になるように室内機１０２の中に構成する。
【選択図】図１

Description

この発明は、室内機に空調機能と給湯機能とを有する一体構成とし、空調および給湯を省エネルギーで運転するセパレート式ヒートポンプ給湯冷暖房装置に関するものである。

例えば、従来のヒートポンプ給湯冷暖房装置としては、給湯ユニットの給湯用熱交換器と室外熱交換器とを並列に配置したものが知られている。

具体例として、図１１に従来のヒートポンプ給湯冷暖房装置の概念を示す。

図１１に示すように、従来のヒートポンプ給湯冷暖房装置は、圧縮機１と、圧縮機１の吐出側に接続された四方弁２と、四方弁２に一端が接続された室外熱交換器３と、室外熱交換器３の他端に第１の絞り装置４、第３の絞り装置６１を介して接続された室内空気熱交換器６２と、室内空気熱交換器６２が四方弁２を介して圧縮機１の吸入側に接続されることで冷凍サイクルを構成している。

また、圧縮機１と四方弁２とを結ぶ配管には第１の電磁弁６３が設けてある。

そして、圧縮機１と第１の電磁弁６３とを結ぶ配管は途中で分岐しており、その分岐の先には、第２の電磁弁６４を介して給湯用熱交換器６５が設けられている。

さらに、給湯用熱交換器６５は、第４の絞り装置６６を介して第１の絞り装置４と第３の絞り装置６１とを結ぶ配管に接続している。

図１１の構成において、冷房運転のみを行う場合は、四方弁２を実線の位置に合わせ、第１の絞り装置４を全開にし、第３の絞り装置６１を所定開度に絞る一方、第２の電磁弁６４、第４の絞り装置６６を全閉にすると共に、第１の電磁弁６３を開くようにする。

その結果、圧縮機１から吐出された冷媒は、四方弁２、室外熱交換器３、第１の絞り装置４、第３の絞り装置６１、室内空気熱交換器６２、四方弁２及び圧縮機１の順に循環するため、室内空気熱交換器６２を設けた居室内は冷やされることになる。

次に、暖房運転のみを行う場合は、図１２に示すように四方弁２を実線の位置に切替えた後、第１の絞り装置４を全開にし、第３の絞り装置６１を所定開度に絞る一方、第２の電磁弁６４、第４の絞り装置６６を全閉にすると共に、第１の電磁弁６３を開くようにする。

その結果、圧縮機１から吐出された冷媒は、四方弁２、室内空気熱交換器６２、第３の絞り装置６１、第１の絞り装置４、室外熱交換器３、四方弁２、圧縮機１の順に循環するため、室内空気熱交換器６２を設けた居室内は暖められることになる。

更に、冷房運転時に、給湯あるいは貯湯運転が必要な場合には、図１３に示すように、四方弁２を実線の位置に合わせると共に、第１の絞り装置４、第１の電磁弁６３を全閉に、第３の絞り装置６１を所定開度とし、第４の絞り装置６６を全開にする。

そして、第２の電磁弁６４を開くと、圧縮機１から吐出された冷媒が、給湯用熱交換器６５、第４の絞り装置６６、第３の絞り装置６１、室内空気熱交換器６２、四方弁２および圧縮機１の順に循環することになる。

この結果、圧縮機１から吐出された冷媒が、給湯用熱交換器６５で凝縮し、室内空気熱交換器６２で蒸発することになるため、室内空気熱交換器６２を用いた居室の冷房運転と給湯用熱交換器６５を用いた給湯あるいは貯湯運転が可能となる。

また、暖房運転時に、給湯あるいは貯湯運転が必要な場合には、図１４に示すように、四方弁２を実線の位置に合わせると共に、第１の絞り装置４を全開に、第３の絞り装置６１と第４の絞り装置６６を所定開度にする。

そして、第１の電磁弁６３と第２の電磁弁６４とを開くと、圧縮機１から吐出された冷媒が、第２の電磁弁６４、給湯用熱交換器６５、第４の絞り装置６６から第１の絞り装置４へと循環し、給湯あるいは貯湯運転を行う冷媒の流れと、第１の電磁弁６３、室内空気熱交換器６２、第３の絞り装置６１から第１の絞り装置４へと循環し、居室内を暖房する冷媒の流れとに分割される。

この二つの流れは、第１の絞り装置４の手前で合流し、室外熱交換器３、四方弁２を経て圧縮機１へと循環することになる。

この結果、圧縮機１から吐出された冷媒は、給湯用熱交換器６５、室内空気熱交換器６２で凝縮し、室外熱交換器３で蒸発することになるため、給湯用熱交換器６５を用いた給湯あるいは貯湯運転と、室内空気熱交換器６２を用いた暖房運転が可能となる（例えば特許文献１参照）。
特開平１０−１２２６８４号公報

しかしながら、上記従来のヒートポンプ給湯冷暖房装置では、冷房と給湯（貯湯を含む）、あるいは暖房と給湯（貯湯を含む）の両方の運転を同時に行う場合、室内側に配置された室内空気熱交換器６２と給湯用熱交換器６５とが並列接続となるように配されているため、次のような課題があった。

すなわち、冷房と給湯（貯湯を含む）、あるいは暖房と給湯（貯湯を含む）運転を行う場合、室内空気熱交換器６２と貯湯用熱交換器６５とを流れる冷媒の流量を適宜分割して流す必要があり、各々、冷房、暖房、給湯（貯湯を含む）単独運転時よりも各熱交換器６２、６５に流れる冷媒量が減少することとなり、各運転における能力低下を招いていた。

そこで本発明は、冷房と給湯（貯湯を含む）、あるいは暖房と給湯（貯湯を含む）運転における最適流量の冷媒流路を実現し、各運転の能力低下を抑制することで、室内機に空調機能と給湯機能とを持つ一体構成とした省エネルギーのセパレート式ヒートポンプ給湯冷暖房装置を提供することである。

上記従来の課題を解決するために、本発明のヒートポンプ給湯冷暖房装置は、室内機と室外機とからなり、室外機には、少なくとも冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮した冷媒の流れを切り替える四方弁と、第１の絞り装置と、室外熱交換器とを配管にて接続して室外機の冷媒回路とし、室内機には、給湯用熱交換器と貯湯槽とを接続してなる給湯回路と、室内空気熱交換器と、第２の絞り装置と、給湯用熱交換器とを配管にて接続して室内機の冷媒回路とし、この室内機側の冷媒回路に、室内空気熱交換器と第２の絞り装置とを連絡する配管と、給湯用熱交換器が室外機と連絡する配管とを開閉手段を介してなるバイパス回路を設けるというものである。

本構成とすることにより、給湯用熱交換器と室内空気熱交換器とを直列に接続し、給湯用熱交換器から流出した冷媒を室内空気熱交換器へと導くことで、貯湯運転に寄与した冷媒を居室内の暖房運転にも用いることができる。

本発明のヒートポンプ給湯冷暖房装置は、暖房運転時に給湯用熱交換器と室内空気熱交換器とが必要とする熱量の違いを利用して、給湯用熱交換器と室内空気熱交換器とを直列に配置することにより、効率的な暖房給湯、あるいは暖房貯湯運転を行うことができる。

その結果、特に暖房給湯、あるいは暖房貯湯運転時に消費するエネルギーを低減することが可能となる。

本発明の実施の形態は、室内機と室外機とからなり、室外機には、少なくとも冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮した冷媒の流れを切り替える四方弁と、第１の絞り装置と、室外熱交換器とを配管にて接続して室外機の冷媒回路とし、室内機には、給湯用熱交換器と貯湯槽とを接続してなる給湯回路と、室内空気熱交換器と、第２の絞り装置と、給湯用熱交換器とを配管にて接続して室内機の冷媒回路とし、この室内機側の冷媒回路に、室内空気熱交換器と第２の絞り装置とを連絡する配管と、給湯用熱交換器が室外機と連絡する配管とを開閉手段を介してなるバイパス回路を設けるというものである。

本構成とすることにより、給湯用熱交換器と室内空気熱交換器とを直列に接続し、給湯用熱交換器から流出した冷媒を室内空気熱交換器へと導くことで、貯湯運転に寄与した冷媒を居室内の暖房運転にも用いることができる。

しかも、冷媒用の配管はセパレート式空調機と同じ施工にて接続することができ、給水、給湯用の配管は室内に設置する給湯器と同じ施工で行うことができるため、簡易な設置が可能である。

また本発明は、貯湯槽の周囲に冷媒配管を巻くことで、給湯熱交換器を構成したため、構成部材を少なくすることができ、その結果、安価な冷暖房給湯機を提供できる。

また、本発明は、貯湯槽の内部に冷媒配管を挿入することで、給湯熱交換器を構成し、冷媒配管から周囲空気への熱損失をなくすことができ、より効率の高い給湯運転が可能である。

また、本発明は、室内機の給湯回路の貯湯槽と給湯熱交換器の間に循環ポンプを設け、貯湯槽内の水を循環ポンプにより給湯熱交換器に流し、冷媒と熱交換させて給湯回路を構成したため、給湯熱交換器を小型にすることができ、さらに効率の高い給湯運転を行うことができる。

さらに本発明は、第１から４の発明の冷媒回路の冷媒として炭酸ガスを用いたので、給湯水の高温化を高効率で実現すると共に、冷媒が外部に漏れた場合にも、地球温暖化への影響は非常に少なくなる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

なお、各実施の形態において、同じ構成、同じ動作をする部分については同一符号を付与し、詳細な説明を援用する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ給湯冷暖房装置の構成図を示すものである。

図１において、一点鎖線で囲った枠１０１は室外機を、同様に、一点鎖線で囲った枠１０２は室内機を表している。

室外機１０１内部には、圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３、第１の絞り装置４、二方弁６、三方弁８を配管で接続した室外機１０１の冷媒回路１０３が設けてある。

二方弁６には、室内機１０２と冷媒をやり取りするための接続配管５が接続してある。

同様に、三方弁８には、室内機１０２と冷媒をやり取りするための接続配管７が接続してある。

また、四方弁２は、後述する制御装置３０からの指示により、冷房や暖房などの運転条件に対応して、図に示す実線、破線いずれかの流路を確保するように冷媒回路１０３の冷媒の流れを切換えている。

さらに、室外熱交換器３近傍には、室外送風ファン９が設けてある。この室外送風ファン９は、室外空気と室外熱交換器３内を流れる冷媒との熱交換を促進するものである。

次に、室内機１０２内部には、室内空気熱交換器１１、全閉可能な第２の絞り装置１２、給湯用熱交換器１３を配管で接続した回路に、破線１０４で囲んだバイパス回路を設けて室内機１０２の冷媒回路１０５が配してある。

このバイパス回路１０４は、一方を室内空気熱交換器１１と第２の絞り装置１２との間の配管に接続し、他方を給湯用熱交換器１３と接続配管７とを連絡する配管に接続してあり、その途中には開閉手段である電磁弁１４が設けてある。

また、室内空気熱交換器１１の近傍には、室内空気と室内空気熱交換器１１内を流れる冷媒との熱交換を促進するための室内送風ファン１５を配している。

さらに室内機１０２内には、貯湯槽１６、循環手段である循環ポンプ１７、給湯用熱交換器１３を順に接続した給湯回路１０６が配設してあり、室内機１０２の冷媒回路１０５と一体構造をなして室内機１０２内に収めてある。

なお、給湯回路１０６は、室外機１０１に設けた圧縮機１より吐出された高温高圧の加熱ガス冷媒を給湯用熱交換器１３に導くことで、給湯回路１０６内を循環する水などの流体との熱交換を実現している。

上述した構成において、室内機１０２の冷媒回路１０５と給湯回路１０６には、さまざまなセンサーが取り付けてある。

すなわち、給湯用熱交換器１３の出入口には、流入する入水温度を検知する入水温度センサー２１と、流出する出湯温度を検知する出湯温度センサー２２とが設けてある。

また、室内空気熱交換器１１には、室内気温を検知する室内気温センサー２３が設けてある。

また、貯湯槽１６には、貯湯槽１６内の残湯量を検出するために、複数の残湯温度センサー２４〜２６が設けてある。

これらのセンサーは、その目的に応じて適宜最適な位置に配されることとなる。

例えば給湯回路１０６において、貯湯槽１６の下部から給湯用熱交換器１３に対して水を流出し、給湯用熱交換器１３から貯湯槽１６の上部へ湯が戻る構成の場合、残湯温度センサー２４〜２６は、鉛直上下方向に配されることになる。

なお、本実施の形態において、残湯温度センサーの数を３個として説明しているが、その個数を増やせば、より細やかな制御が可能となることはいうまでもない。

そして、各々のセンサー２１〜２６が検知した内容は、制御装置３０に入力される。

この入力値に基づいて、使用者が望む運転条件を実現するための諸条件が制御装置３０にて演算される。

この演算結果が、制御装置３０から室外機１０１、室内機１０２の各部に伝えられる。

すなわち、制御装置３０の出力値に基づき、圧縮機１の運転周波数や第１の絞り装置４や第２の絞り装置１２の開度、あるいは室外送風ファン９や室内送風ファン１５の回転数、循環ポンプ１７の回転数、バイパス回路１０４に設けた電磁弁１４の開閉などが制御されれる。

なお、制御装置３０は、各図面において、室外機１０１、及び室内機１０２の外部に配してあるが、室外機１０１、室内機１０２のいずれかの内部に配してあってもよいことは、いうまでもない。

また、制御装置３０は、より細やかな制御を行うために、適宜必要な設定を行うことで、上述した構成以外のものを制御することも可能である。

つぎに、図２には、本発明の実施の形態１におけるセパレート式ヒートポンプ給湯冷暖房装置の室内機の構成図を示してある。

このような構成とすれば、空調機能と給湯機能とを実現するための冷媒回路１０５と、給湯回路１０６とを一体構造とする室内機１０２を得ることが可能となる。

その結果、接続配管５、７に関する施工は、セパレート式空調機と同じ施工にて行うことが可能となる。

同じく、図示しないが、給水、給湯に用いる配管も、室内に設置する給湯器と同じ施工にて実施することが可能となるため、従来と同様の施工が可能となり、簡易な設置が行える。

このセパレート式ヒートポンプ給湯冷暖房装置について、以下その動作、作用を説明する。
（１．貯湯運転）
最初に、貯湯運転を行う場合について、図３を用いて説明する。

使用者の指示により、制御装置３０から室外機１０１、室内機１０２の各部に対して、つぎのような制御信号が出力される。

まず、四方弁２は、図３の実線に示す位置へと切り替わる。

そして、室内機１０２の冷媒回路１０５各部は、第２の絞り装置１２を全開、電磁弁１４を閉、室内送風ファン１５は停止となるように制御される。

このような回路構成で、圧縮機１が運転される。

図中、細い矢印を付与して冷媒回路１０３、１０５内を流れる冷媒の流れを示す。

すなわち、圧縮機１にて圧縮され、高温高圧となった冷媒は、四方弁２によって三方弁８方向へと導かれる。

そして、接続配管７を経由して室内機１０２の冷媒回路１０５へとたどり着き、給湯用熱交換器１３へと流入する。

このとき、給湯用熱交換器１３では、冷媒回路１０５を流れる冷媒から給湯回路１０６を流れる水へと熱伝達が行われる。つまり、水を加熱することで冷媒は熱を放出することになる（図中、太い矢印）。

その後、冷媒は、第２の絞り装置１２を介して室内空気熱交換器１１へと至る。

このとき、既に冷媒は給湯用熱交換器１３にて放熱しているため、上述したように室内送風ファン１５を停止することで、積極的な室内空気熱交換器１１での放熱は行わない。

さらに、冷媒は、接続配管５、二方弁６を介して、第１の絞り装置４に至る。

適切な開度に設定された第１の絞り装置４によって低温低圧となった冷媒は、室外熱交換器３において、室外送風ファン９が稼動することで室外空気との熱交換が促進され、室外空気から吸熱する（図中、太い矢印）ことで蒸発する。

その後、四方弁２を通って圧縮機１に戻る。

一方、室内機１０２内に設けた給湯回路１０６では、循環ポンプ１７によって、貯湯槽１６の下部（残湯温度センサー２６側）から給湯用熱交換器１３へと水が供給される。

このとき、前述したように給湯用熱交換器１３では、冷媒回路１０５内を流れる冷媒によって、給湯回路１０６内を流れる水が加熱される（例えば、６５℃）。

そして、加熱され高温となった水（湯）は、貯湯槽１６の上部（残湯温度センサー２４側）へと流入するので、貯湯槽１６は、上部から次第に貯湯されることになる。

その後、貯湯槽１６内が湯でいっぱいになり、沸き上げ運転（貯湯運転）が完了近くになると、湯と水が混ざった湯水混合層が貯湯槽１６から給湯用熱交換器１３へと流入することになり、給湯用熱交換器１３の入口の水温（入水温度）は上昇する。

その結果、入水温度センサー２１が、入水温度が予め設定された所定の設定値（例えば、５５℃）に達したことを検知すると、制御装置３０は、貯湯槽１６には充分な湯が貯まったものと判断し、圧縮機１の運転を停止する。

通常、給湯端末から供給される湯温は４５℃以下である。

しかしながら、貯湯運転において、給湯回路１０６の加熱温度を６０℃以上と設定することで貯湯槽１６への蓄熱量を増加させることにより、貯湯槽１６の容量を少なくすることが可能となり、貯湯槽１６を小型にすることができる。

なお、例えば、給湯端末から４５℃で給湯しようとする場合、市水温度や外気温度は季節により変動するため、冷媒回路１０３、１０５が給湯回路１０６へと熱を供給する能力、すなわちヒートポンプ給湯冷暖房装置の加熱に必要とされる能力は変動する。

このような場合、外気温度や市水温度を検知するセンサーを別途設け、これらの検知した値に応じて給湯回路１０６の加熱温度を６０℃から９０℃に変化させて、貯湯槽１６への蓄熱量を変化させる。

このような制御を行うことで、冬期など市水温度と外気温度が低下することでヒートポンプ給湯冷暖房装置の加熱能力が低下した場合でも、給湯回路１０６の加熱温度を高くすることで、貯湯槽１６への蓄熱量を増加させることができる。

その結果、屋外の環境条件が変化しても、給湯端末から供給する湯温を所定値に保つことが可能となるので、使用者がヒートポンプ給湯冷暖房装置を快適に使用することができる。
（２．暖房運転）
次に、暖房運転を行う場合について、図４を用いて説明する。

使用者の指示により、制御装置３０から室外機１０１、室内機１０２の各部に対して、つぎのような制御信号が出力される。

まず、四方弁２は、図４の実線に示す位置へと切り替わる。

そして、室内機１０２の冷媒回路１０５各部は、第２の絞り装置１２を全開、電磁弁１４を開、室内送風ファン１５は所定回転数で稼動するように制御される。

また、室外機１０１の冷媒回路１０３に設けた第１の絞り装置４は、所定の開度を保つように制御される。

このような回路構成で、圧縮機１が運転される。

図中、細い矢印を付与して冷媒回路１０３、１０５内を流れる冷媒の流れを示す。

すなわち、圧縮機１にて圧縮され、高温高圧となった冷媒は、四方弁２によって三方弁８方向へと導かれる。

そして、接続配管７を経由して室内機１０２の冷媒回路１０５へとたどり着く。

ここで、上述した（１．貯湯運転）の場合と異なることは、バイパス回路１０４に設けた電磁弁１４が開となっているため、冷媒回路１０５にたどり着いた冷媒が、バイパス回路１０４と、給湯用熱交換器１３から第２の絞り装置１２へと至る流路とを並列して流れるというところにある。

なお、給湯用熱交換器１３で冷媒溜りを発生させないように第２の絞り装置１２を開いて冷媒を流すが、貯湯運転を行うための循環ポンプ１７を停止することで、給湯用熱交換器１３における冷媒からの積極的な放熱を抑制している。

その後、室内空気熱交換器１１へと流入した冷媒は、室内送風ファン１５により送られた室内空気と熱交換を行うことになる。

すなわち、冷媒が放熱することで室内空気が加熱されることになり、その結果として、居室内を暖房することになる。

そして、冷媒は、接続配管５、二方弁６を介して、第１の絞り装置４に至る。

第１の絞り装置４にて低温低圧となった冷媒は、室外熱交換器３において、室外送風ファン９が稼動することで室外空気から吸熱し（図中、太い矢印）、蒸発する。

その後、四方弁２を通って圧縮機１に戻る。

以上の説明から明らかなように、給湯回路１０６を停止することで、室内機１０２の冷媒回路１０５における主要熱伝達部が室内空気熱交換器１１となり、空調機などが広く行っている暖房運転と同等の暖房運転能力を確保することができる。
（３．貯湯及び暖房の同時運転）
次に貯湯運転と暖房運転とを同時に行う場合について、図４、５を用いて説明する。

ヒートポンプ給湯冷暖房装置における冷媒回路１０３、１０５の仕様は、（２．暖房運転）の状態を基本としている。

まず、貯湯槽１６に設けた残湯温度センサー２４〜２６の検出値により、貯湯槽１６内の残湯量を算出する。

算出した結果、残湯量が規定量より多く、暖房運転を優先できる場合、上述した（２．暖房運転）と同じ制御を行う（図４の状態）。

その後、室内気温を検知する室内気温センサー２３により、居室内の室内気温が所望温度に近くなると、循環ポンプ１７を運転する。

このとき、給湯用熱交換器１３では、（１．貯湯運転）にて説明したように、冷媒回路１０５を流れる冷媒から給湯回路１０６を流れる水へと熱伝達が行われることとなり、暖房運転と貯湯運転とを同時に行うことが可能となる（図５の状態）。

ところで、給湯用熱交換器１３と室内空気熱交換器１１とは、必要とされる冷媒の温度範囲が異なる。

具体的には、給湯を行うために必要とされる冷媒温度が６０℃、居室内を暖房するために必要とされる冷媒温度が４０℃から４５℃程度である。

このとき、従来例のように、給湯用熱交換器６５と室内空気熱交換器６２とを並列に接続し、各熱交換器６２、６５に流れる冷媒の流量を分割した場合、各々の単独運転時に比べて各熱交換器６２、６５に供給される冷媒量は少なくなるため、貯湯および暖房運転能力の低下を招いていた。

しかしながら、給湯用熱交換器１３から流れ出た冷媒の温度が４０℃から４５℃以上であれば、十分、居室内の暖房運転に用いるだけの熱量を有していることになる。

そこで、本発明のように、給湯用熱交換器１３と室内空気熱交換器１１とを直列に接続し、給湯用熱交換器１３から流出した冷媒を室内空気熱交換器１１へと導くことで、貯湯運転に寄与した冷媒を居室内の暖房運転にも用いることができる。

このように、冷媒が有する熱量を有効に利用することで、貯湯及び暖房運転を効率的に行うことができ、省エネルギー化を促進することができる。

ところで、暖房単独運転から暖房運転と貯湯運転とを同時に行うように運転状態を変更した場合、給湯用熱交換器１３側の流路を流れた冷媒は給湯用熱交換器１３において給湯回路１０６へと放熱するため、室内空気熱交換器１１において冷媒が室内空気に供給できる熱量は少なくなってしまう。

このような場合、制御装置３０から、圧縮機１の運転周波数、循環ポンプ１７の回転数や室内送風ファン１５の回転数を制御することで、給湯用熱交換器１３で放出した冷媒熱量の不足分を補うようにする。

具体的には、貯湯槽１６に供給する湯の温度を一定に保ちながら、室内機１０２から吹出す温風の温度が、室温より一定温度（例えば、１０ｄｅｇ）以上高い温度となるように暖房運転を行うようにするというものである。

そして、室内温度が、使用者が設定した温度に到達すると、室内送風ファン１５の風量を最弱な状態とするか、あるいは、室内送風ファン１５を停止して、貯湯単独運転に移行する。

実使用において上述した運転状態は、貯湯槽１６から湯が供給される給湯状態において、特に有効な制御となる。

すなわち、給湯器としての大命題である、所定温度、所定量の湯を提供しながら、居室内の室温を設定温度に近い状態に保つことが可能となる。
（４．冷房運転）
次に、冷房運転を行う場合について、図６を用いて説明する。

使用者の指示により、制御装置３０から室外機１０１、室内機１０２の各部に対して、つぎのような制御信号が出力される。

まず、四方弁２は、図６の実線に示す位置へと切り替わる。

そして、室内機１０２の冷媒回路１０５各部は、第２の絞り装置１２を全閉、電磁弁１４を開、室内送風ファン１５は所定回転数で稼動するように制御される。

また、室外機１０１の冷媒回路１０３に設けた第１の絞り装置４は、所定の開度を保つように制御される。

このような回路構成で、圧縮機１が運転される。

図中、細い矢印を付与して冷媒回路１０３、１０５内を流れる冷媒の流れを示す。

すなわち、圧縮機１にて圧縮され、高温高圧となった冷媒は、四方弁２によって室外熱交換器３へと導かれる。

このとき、室外送風ファン９は、制御装置３０の指示により、所定の回転数で稼動している。

従って、室外熱交換器３において、室外熱交換器３内を流れる冷媒は室外空気に対して放熱することで凝縮することになる。

そして、第１の絞り装置４へと進んだ冷媒は、この第１の絞り装置４によって低温低圧の冷媒へと状態を変化させることになる。

その後、冷媒は、二方弁６、接続配管５を介して、室内機１０２内の冷媒回路１０５へと流れ込む。

室内空気熱交換器１１に至った冷媒は、室内送風ファン１５によって供給される室内空気から吸熱することで居室内を冷房する。

そして、バイパス回路１０４、接続配管７、三方弁８を介して、再び室外機１０１の冷媒回路１０３に戻った冷媒は、四方弁２を通って圧縮機１に戻る。

この時、第２の絞り装置１２が全閉状態であるので、給湯用熱交換器１３への冷媒の流入はなく、しかも、循環ポンプ１７を停止することで、給湯用熱交換器１３への水の流入もないため、給湯用熱交換器１３における冷媒から水への熱交換（放熱）はない。

従って、貯湯運転も行わない。

すなわち、給湯回路１０６を停止することで、室内機１０２の冷媒回路１０５における主要熱伝達部が室内空気熱換器１１となり、空調機などが広く行っている冷房運転と同等の冷房運転能力を確保することができる。
（５．冷房及び給湯の同時運転）
次に、冷房運転を行い、その排熱により給湯運転を行う場合について、図７、８を用いて説明する。

使用者の指示により、制御装置３０から室外機１０１、室内機１０２の各部に対して、つぎのような制御信号が出力される。

まず、四方弁２は、図７の実線に示す位置へと切り替わる。

そして、室内機１０２の冷媒回路１０５各部は、第２の絞り装置１２が所定の開度に制御され、電磁弁１４を閉、室内送風ファン１５は所定回転数で稼動するように制御される。

また、室外機１０１の冷媒回路１０３に設けた第１の絞り装置４を全開、室外送風ファン９は停止となるように制御される。

このような回路構成で、圧縮機１が運転される。

図中、細い矢印を付与して冷媒回路１０３、１０５内を流れる冷媒の流れを示す。

すなわち、圧縮機１にて圧縮され、高温高圧となった冷媒は、四方弁２によって三方弁８方向へと導かれる。

そして、接続配管７を経由して室内機１０２の冷媒回路１０５へとたどり着き、給湯用熱交換器１３へと流入する。

このとき、給湯用熱交換器１３では、冷媒回路１０５を流れる冷媒から給湯回路１０６を流れる水へと熱伝達が行われる。つまり、水を加熱することで冷媒は放熱を行う（図中、太い矢印）。

その後、冷媒は、第２の絞り装置１２を通ることで低温低圧となった状態で室内空気熱交換器１１へと至る。

室内空気熱交換器１１において、低温低圧の冷媒は、室内送風ファン１５が稼動することにより供給される室内空気から吸熱することで、居室内を冷房する。

さらに、冷媒は、接続配管５、二方弁６、第１の絞り装置４、室外熱交換器３を経て四方弁２に至り、圧縮機１へと戻る。

このとき、上述したように室外送風ファン９は停止しているため、室外熱交換器３から室外空気への積極的な熱伝達はなされない（図７の状態）。

その後、居室内の温度が、使用者が設定した温度よりも低下した場合、室内送風ファン１５を停め、冷房運転を停止する。

なお、さらに継続して給湯運転を行う場合は、室外送風ファン９を運転する。

つまり、室外熱交換器３において、室外送風ファン９によって室外熱交換器３へと供給される室外空気から冷媒へと熱伝達（吸熱）することにより、前述した説明において、室内空気熱交換器１１にて行っていた冷媒への吸熱作用を代行する（図８の状態）。

その結果、居室内の温度を設定温度以下に下げることがないため、居室内の使用者に不快感を与えることなく、給湯運転を継続することが可能となり、給湯器としての主目的である安定した湯の供給ができる。

このように、比較的負荷変動の小さい給湯運転に対して、居室内の温度変化により負荷変動が大きくなる冷房運転に必要とされる冷媒の吸熱を、室外熱交換器３の運転、停止を制御することで賄うことにより、冷媒の流れを変更することなく、円滑に切り替えることができる。

したがって、従来のヒートポンプ給湯冷暖房装置では、四方弁２の切り替えを必要としていた冷房および給湯運転と給湯単独運転との切り替えを円滑に行うことができる。

その結果、従来、冷媒の差圧により、四方弁２切り替え時に発生していた切り替え音が発生することがない。

しかも、四方弁２切り替えによる冷媒回路の効率低下を抑制することができる。

以上の説明から明らかなように、制御装置３０を用いて冷媒回路１０３、１０５と給湯回路１０６とを制御することにより、使用者が望む貯湯運転、暖房運転、暖房・貯湯運転、冷房運転、冷房・貯湯運転を行うことができる。

また冷房時の排熱を給湯に使用することで、消費電力を削減することができる。

また、図９に示すように、本実施の形態の給湯用熱交換器を貯湯槽１６の周囲に冷媒を流す配管３１を巻きつける構成とすることにより、安価な冷暖房給湯機を提供できる。

さらに、図１０に示すように、貯湯槽１６の内部に冷媒を流す配管３１を挿入し給湯熱交換器を構成することにより、安価で、かつ、冷媒配管から周囲空気への熱損失をなくすことができ、より効率の高い給湯運転が可能である。

また、冷媒回路の冷媒として炭酸ガスを用いることにより、給湯水の高温化を高効率で実現すると共に、冷媒が外部に漏れた場合にも、地球温暖化への影響は非常に少なくすることができる。

以上のように、本発明にかかるヒートポンプ給湯冷暖房装置は、冷房排熱を利用して貯湯運転を行うことができるので、高温を得るヒートポンプ給湯機や高温風を得る空調機等の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１におけるのヒートポンプ給湯冷暖房装置の構成図 本発明の実施の形態１におけるのヒートポンプ給湯冷暖房装置の室内機の構成図 本発明の実施の形態１におけるのヒートポンプ給湯冷暖房装置の説明図 本発明の実施の形態１におけるのヒートポンプ給湯冷暖房装置の説明図 本発明の実施の形態１におけるのヒートポンプ給湯冷暖房装置の説明図 本発明の実施の形態１におけるのヒートポンプ給湯冷暖房装置の説明図 本発明の実施の形態１におけるのヒートポンプ給湯冷暖房装置の説明図 本発明の実施の形態１におけるのヒートポンプ給湯冷暖房装置の説明図 本発明の実施の形態１におけるの給湯用熱交換器の構成図 本発明の実施の形態１におけるの給湯用熱交換器の構成図 従来のヒートポンプ給湯冷暖房装置の説明図 従来のヒートポンプ給湯冷暖房装置の説明図 従来のヒートポンプ給湯冷暖房装置の説明図 従来のヒートポンプ給湯冷暖房装置の説明図

符号の説明

１ 圧縮機
２ 四方弁
３ 室外熱交換器
４ 第１の絞り装置
５ 接続配管
６ 二方弁
７ 接続配管
８ 三方弁
９ 室外送風ファン
１１ 室内空気熱交換器
１２ 第２の絞り装置
１３ 給湯用熱交換器
１４ 電磁弁（開閉手段）
１５ 室内送風ファン
１６ 貯湯槽
１７ 循環ポンプ（循環手段）
１０１ 室外機
１０２ 室内機
１０３ （室外機の）冷媒回路
１０４ バイパス回路
１０５ （室内機の）冷媒回路
１０６ 給湯回路

Claims (5)

1. 室内機と室外機とからなり、前記室外機には、少なくとも冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮した冷媒の流れを切り替える四方弁と、第１の絞り装置と、室外熱交換器とを配管にて接続して室外機の冷媒回路とし、前記室内機には、給湯用熱交換器と貯湯槽とを接続してなる給湯回路と、室内空気熱交換器と、第２の絞り装置と、前記給湯用熱交換器とを配管にて接続して室内機の冷媒回路とし、この室内機側の冷媒回路に、前記室内空気熱交換器と前記第２の絞り装置とを連絡する配管と、前記給湯用熱交換器が前記室外機と連絡する配管とを開閉手段を介してなるバイパス回路を設けたことを特徴とするヒートポンプ給湯冷暖房装置。
2. 前記貯湯槽の周囲に冷媒を流す配管を巻くことで、前記給湯用熱交換器を構成することを特徴する請求項１記載のヒートポンプ給湯冷暖房装置。
3. 前記貯湯槽の内部に冷媒を流す配管を挿入することで、前記給湯用熱交換器を構成することを特徴する請求項１記載のヒートポンプ給湯冷暖房装置。
4. 前記給湯回路の前記貯湯槽と前記給湯用熱交換器の間に循環手段を設け、前記貯湯槽内の水を前記循環手段により前記給湯熱交換器に流し、冷媒と熱交換させることを特徴する請求項１記載のヒートポンプ給湯冷暖房装置。
5. 冷媒として炭酸ガスを用いたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯冷暖房装置。

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