JP2543182B2 - 冷暖給湯システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、２段圧縮冷凍サイクルを用いた冷暖給湯シ
ステムに関する。

従来の技術 従来、圧縮機を２台直列に接続して冷媒を２段階に圧
縮する２段圧縮冷凍サイクルは、圧縮比が高くなる運転
条件における圧縮効率の向上を目的として採用されてい
る。

第２図および第３図は従来の２段圧縮冷凍サイクルを
それぞれ示すものであり、１は低段側圧縮機、２は高段
側圧縮機、３は凝縮器、４は蒸発器、５は中間冷却器、
６は第１絞り装置、７は第２絞り装置である。

第２図に示す従来例では、低段側圧縮機１より吐出さ
れた冷媒と、凝縮器３を経て第１絞り装置６を出た冷媒
とは中間冷却器５で直接接触による熱交換を行い、液側
は第２絞り装置７を介して蒸発器４に導かれ、またガス
側は高段側圧縮機２の吸入側に導かれる。また、第３図
に示す従来例では、低段側圧縮機１より吐出された冷媒
と、凝縮器３を経て分岐され第１絞り装置６を経た冷媒
とは、中間冷却器５で直接接触による熱交換を行うとと
もに、凝縮器３を経て分岐された他の冷媒は、中間冷却
器５内を貫通熱交換し、第２絞り装置７を介して蒸発器
４に導かれる。中間冷却器５内で熱交換によりガス化し
た冷媒は高段側圧縮機２の吸入側に導かれる。

このような２段圧縮冷凍サイクルを用いて冷暖房給湯
を行なう場合には、凝縮器３の熱を暖房、又は給湯に利
用し、冷房時には蒸発器４の熱を利用する。

このように、２段圧縮冷凍サイクルを採用して中間冷
却を行うことにより、冷暖給湯運転時の圧縮比が大きく
なる運転条件において、高段側圧縮機の吐出冷媒ガス温
度の異常上昇を防止するとともに、冷媒の圧縮に要する
動力を節約することができるものである。

発明が解決しようとする課題 しかしながら上記従来例のようなサイクルでは、比較
的圧縮比の小さい冷房運転時においても、２台の圧縮機
が絶えず運転されるという問題がある。

さらに高段側圧縮機で給湯と暖房を同時に運転するこ
とになるので暖房と給湯の両負荷を賄う大きな能力の圧
縮機が必要であるという問題がある。

また凝縮温度を給湯と暖房とで変えることが出来ない
ため使い勝手が悪いという問題がある。

課題を解決するための手段 本発明の冷暖給湯システムは、低段側圧縮機、四方
弁、利用側熱交換器、主絞り装置、熱源側熱交換器で冷
暖房回路を基本構成し、高段側圧縮機、給湯用熱交換
器、インジェクション、副絞り装置で給湯回路を基本構
成し、前記低段側圧縮機と前記四方弁との間の吐出管に
開閉弁を設け、前記吐出管に設けた開閉弁と前記低段側
圧縮機との間から分岐し前記高段側圧縮機の吸入管に開
閉弁を設けて接続し、前記給湯用熱交換器の出口を分岐
し、一方をインジェクションを介し前記高段側圧縮機の
吸入管に接続し、他方は、暖房時に前記副絞り装置を介
して前記利用側熱交換器から前記熱源側熱交換器の間に
接続可能に設けたものである。

作用 これにより、給湯暖房運転時の給湯は、低段側圧縮機
から吐出された冷媒ガスを分岐し、一部を高段側圧縮機
へ吸入させて２段圧縮を行ない、給湯用熱交換器で給湯
水を高温に加熱することにより行なわれる。また、暖房
運転では低段側圧縮機から吐出し分岐された他の冷媒ガ
スを、四方弁を介して利用側熱交換器（凝縮器）へ流し
室内の空気と熱交換させ暖房作用を行なう。

給湯冷房時の給湯は、給湯暖房運転時同様に低段側圧
縮機から吐出された冷媒ガスを分岐し、一部を高段側圧
縮機へ吸入させて２段圧縮を行ない、給湯用熱交換器で
給湯水を高温に加熱することにより行なわれる。また、
冷房運転では低段側圧縮機から吐出し分岐された他の冷
媒ガスを、四方弁を切り換えて熱源側熱交換器（凝縮
器）を介し主絞り装置を経て利用側熱交換器（蒸発器）
へ導き、室内の空気と熱交換させ冷房作用を行なう。

これにより給湯暖房運転では、高圧縮比運転の必要な
給湯運転のみ２段圧縮運転となり圧縮動力が節約でき、
高段側圧縮機は給湯負荷に見合った能力で良く、また暖
房運転は低段側圧縮機で運転されるため給湯と暖房とで
任意の凝縮温度が実現でき使い勝手が良くなる。

また給湯冷房運転では、前記同様に給湯は２段圧縮運
転となり、圧縮比の比較的低い冷房運転は圧縮機１台の
１段圧縮運転が行え消費動力を低減することができ、高
い成績係数が確保できるなど実用上多大な効果を発揮す
るものである。

実 施 例 以下、本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明す
る。

第１図は本発明の一実施例における冷暖給湯システム
を示すものであり、10は低段側圧縮機、11は四方弁、12
は利用側熱交換器、13、14は主絞り装置、15は熱源側熱
交換器であり、これらを順次配管接続することにより、
冷暖房回路16を基本構成している。また、17は高段側圧
縮機、18は給湯用熱交換器、19は副絞り装置、20は、給
湯用熱交換器18は出口側から分岐し高段側圧縮機17の吸
入管に接続される管の途中に設けられたインジェクショ
ンであり、これらを順次配管接続することにより、給湯
回路21を基本構成している。冷暖房回路16と給湯回路21
とは、低段側圧縮機10の吐出管から分岐した一方の分岐
管が高段側圧縮機17の吸入管に接続されるとともに、副
絞り装置19の出口が両主絞り装置13、14間に接続される
ことにより、冷暖給湯システムを基本構成している。2
2、23は主絞り装置13、14に並設された逆止弁、24、25
は低段側圧縮機10の分岐管に設けられた開閉弁、26は両
回路16、21のジョイント部である。

このような冷暖給湯システムに於ける作用を説明す
る。

先ず給湯暖房運転について説明する。四方弁11は第１
図破線で示す状態に設定されている。低段側圧縮機10が
運転され、暖房に用いられる凝縮圧力まで冷媒を圧縮す
る。吐出された冷媒ガスは、開閉弁24を通り四方弁11を
経て利用側熱交換器12でその凝縮熱が室内の暖房に利用
されて凝縮液化し、逆止弁22を経て主絞り装置14で膨張
した後、熱源側熱交換器15で蒸発して外部から熱を吸収
し、再び四方弁11を経て低段側圧縮機10に吸入される。
給湯は、低段側圧縮機10から吐出された冷媒ガスの一部
を開閉弁25を介し分岐し、高段側圧縮機17により吸入し
て更に圧縮した後、給湯用熱交換器18へ導き給湯水と熱
交換させる。液化した冷媒の一部は、インジェクション
20を経て低段側圧縮機10の吐出ガス温度の冷却に用いら
れる。温度の下がった吐出ガスは、高段側圧縮機17が吸
入圧縮する。この冷却作用により高段側圧縮機17の吐出
温度を抑えることができ、高い凝縮圧力が実現できる。
液化した他の冷媒は、副絞り装置19を経て冷暖房回路16
の冷媒液ラインである主絞り装置13と14との間に流入し
て冷暖房回路16の冷媒と混合し、熱源側熱交換器15を経
て低段側圧縮機10へ吸入される。

次に、給湯冷房運転について説明する。冷房は、四方
弁11を第１図実線で示す状態に切り換えることにより、
低段側圧縮機10から吐出された冷媒ガスを熱源側熱交換
器15へ導き、逆止弁23を経て主絞り装置13で膨張させた
後、利用側熱交換器12で蒸発させて室内の冷房を行な
う。給湯は、給湯暖房運転時説明した内容と同様に行な
われる。

以上の説明から明らかなように給湯暖房、給湯冷房運
転において低段側圧縮機10の能力は、開閉弁24、25によ
り暖房もしくは冷房負荷と給湯負荷に分配でき、高段側
圧縮機17の能力は、給湯負荷見合い分でよいことが判
る。

次に中間期における給湯運転について説明する。冷暖
房回路16は、暖房回路をとるが利用側熱交換器12へは冷
媒ガスが流れないように開閉弁24を閉じる。従って低段
側圧縮機10から吐出された冷媒ガスは、全量インジェク
ション20の冷却作用により温度が下げられ、高段側圧縮
機17へ導かれ更に圧縮された後、給湯用熱交換器18で給
湯水を加熱する。液化した冷媒の一部は上記説明の冷却
作用に使われ、残りの冷媒は副絞り装置19を経て主絞り
装置14から熱源側熱交換器15、四方弁11を通り低段側圧
縮機10に吸入される。この場合低段側圧縮機10の能力
は、冷暖房負荷と給湯負荷とを賄う能力を持っているの
で能力制御可能な圧縮機とすることが望ましい。

以上説明した２段圧縮サイクルにより給湯水を高温に
加熱することが出来る。

また、中間期において給湯水を高温に沸き上げる必要
の無いときは、低段側圧縮機10を停止し高段側圧縮機17
のみによる運転も可能である。それは、冷暖房回路16の
四方弁11を冷房運転用（第１図実線）に切り換え熱源側
熱交換器15で蒸発した冷媒ガスを開閉弁24を経て直接高
段側圧縮機17へ吸入させることにより実現できる。即
ち、高段側圧縮機17から吐出された冷媒ガスは、給湯用
熱交換器18で給湯水と熱交換して凝縮液化し、副絞り装
置19、主絞り装置14を経て熱源側熱交換器15へ流入して
蒸発ガス化した後、四方弁11、開閉弁24を経て高段側熱
交換器17へ吸入される。この場合は、１段圧縮運転であ
るためインジェクション20による冷却は行なわない。給
湯暖房運転または給湯冷房運転時において、暖房あるい
は冷房負荷の無いとき給湯運転を行なう場合は、前記中
間期に於ける給湯運転の説明に準じた運転を行なう。ま
た給湯負荷の無いときは、開閉弁25を閉じておく。

以上説明したように暖房、冷房は、冷暖房回路16の四
方弁11の切り替えにより１段圧縮で行なわれ、給湯に関
係なく暖房あるいは冷房に適した凝縮圧力が運転でき、
給湯は、低段側圧縮機10の吐出ガスの一部を給湯回路21
の高段側圧縮機17で更に圧縮することで給湯水を高温に
加熱することができるため使い勝手が良い。また高段側
圧縮機17は、給湯負荷のみを賄う能力で良く、さらに中
間期を中心とした給湯運転では、給湯沸き上げ温度に応
じて１段圧縮運転または２段圧縮運転を選択でき圧縮動
力の低減が図られ高い成績係数が確保できる。

本発明は上記実施例に示すほか、例えば給湯回路21と
冷暖房回路16とをジョイント部26で着脱自在に構成する
ことにより、冷暖房回路16のみ設置した後、給湯回路21
を増設することが可能であり機能拡張性に富んだシステ
ムとすることが可能となるなど、種々の態様に構成する
ことができるものである。

発明の効果 以上の説明より明らかなように、給湯運転時等の圧縮
比が大きくなる運転条件において、高段側圧縮機の吐出
冷媒ガス温度の異常上昇を防止することができるのみな
らず、消費動力を低減することができ、成績係数の向上
が図れるとともに、冷暖房と給湯運転で低段側圧縮機の
吐出ガスを開閉弁で冷暖房用と給湯用に分配できるため
高段側圧縮機は給湯用のみの小さな能力でよく、さらに
分岐しているため暖房と給湯で凝縮温度を最適化できる
ため使い勝手の良いなど実用上多大な効果を発揮するも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における冷暖給湯システムの
構成図、第２図および第３図は従来例の２段圧縮冷凍サ
イクルの構成図である。 10……低段側圧縮機、11……四方弁、12……利用側熱交
換器、13、14……主絞り装置、15……熱源側熱交換器、
16……冷暖房回路、17……高段側圧縮機、18……給湯用
熱交換器、19……副絞り装置、20……インジェクショ
ン、21……給湯回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 雄二 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】低段側圧縮機、四方弁、利用側熱交換器、
   主絞り装置、熱源側熱交換器で冷暖房回路を基本構成
   し、高段側圧縮機、給湯用熱交換器、インジェクショ
   ン、副絞り装置で給湯回路を基本構成し、前記低段側圧
   縮機と前記四方弁との間の吐出管に開閉弁を設け、前記
   吐出管に設けた開閉弁と前記低段側圧縮機との間から分
   岐し前記高段側圧縮機の吸入管に開閉弁を設けて接続
   し、前記給湯用熱交換器の出口を分岐し、一方をインジ
   ェクションを介し前記高段側圧縮機の吸入管に接続し、
   他方は暖房時に前記副絞り装置を介して前記利用側熱交
   換器から前記熱源側熱交換器の間に接続可能に設けたこ
   とを特徴とする冷暖給湯システム。