JP2554208B2 - ヒートポンプ式給湯装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はヒートポンプ式給湯装置
の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】図２は従来のヒートポンプ式給湯装置の
一例を示す系統図である。圧縮機41から吐出された冷媒
ガスは、冷媒回路４を循環する過程で凝縮器42で凝縮液
化した後、絞り装置43で断熱膨脹し、次いで蒸発器44で
蒸発気化した後、上記圧縮機41に戻って圧縮される。一
方、ポンプ52により給湯経路５内を流通する給湯水は、
上記凝縮器42を通過する過程で上記冷媒と熱交換するこ
とによって加熱され、次いで貯湯槽51内に収納された後
需要先へ供給される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記従来のヒートポン
プ式給湯装置においては、高温の湯を迅速に得るために
は圧縮機41における圧縮比を大きくする必要があるが、
圧縮比を大きくとると圧縮効率の低下ひいては給湯性能
の低下を招くこととなる。一方給湯経路５内に給湯水を
循環させて徐々に昇温させる場合には、高温に達するま
でに長時間を要する。

【０００４】本発明は、上記事情に鑑み、効率よく高温
の給湯水を供給できる他、空調機能を付加したヒートポ
ンプ式給湯装置を提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記従来の課
題を解決するために、第１圧縮機、冷媒分配装置、第１
熱交換器、第２熱交換器、第１絞り装置、室外熱交換
器、四方弁および上記第１圧縮機をこの順に接続すると
ともに、上記冷媒分配装置から上記四方弁、室内熱交換
器および第２絞り装置をこの順に介装して上記第２熱交
換器と上記第１絞り装置の間に接続し、第１の冷媒が流
される低段側の冷媒回路と、第２圧縮器、凝縮器、第３
絞り装置、上記第１熱交換器および上記第２圧縮器をこ
の順に接続し、第２の冷媒が流される高段側の冷媒回路
と、上記第２熱交換器および上記凝縮器をこの順に接続
し、給湯水が流される給湯経路とを備えたことを特徴と
するヒートポンプ式給湯装置を提案するものである。

【０００６】

【作用】給湯運転時、給湯水は、給湯経路を流れる過程
で、第２熱交換器において低段側の冷媒回路を循環する
第１の冷媒から吸熱して予熱され、次いで凝縮器におい
て高段側の冷媒回路を循環する第２の冷媒から吸熱して
熱湯水となる。この場合給湯水の温度は、給湯水流量が
増減調節されることによって所定温度に制御される。

【０００７】暖房および給湯運転時、低段側の冷媒回路
を循環する第１の冷媒は、冷媒分配装置で分配されて一
部が室内熱交換器に入り、ここで室内の空気に放熱する
ことによって暖房を行なう。一方給湯水は、冷媒分配装
置で分配された残部の第１の冷媒から第２熱交換器にお
いて吸熱して予熱され、次いで凝縮器において第２の冷
媒から吸熱して熱湯水となる。

【０００８】冷房および給湯運転時、低段側の冷媒回路
を循環する第１の冷媒は、冷媒分配装置で分配されて一
部が第１熱交換器および第２熱交換器を流れ、残部が室
外熱交換器を流れた後に両冷媒が合流して室内熱交換器
に入り、ここで室内の空気から吸熱することによって冷
房を行なう。一方給湯水は、暖房および給湯運転時の場
合と同様に、第２熱交換器で予熱され、次いで凝縮器で
更に加熱されて熱湯水となる。

【０００９】

【実施例】図１は本発明の一実施例に係るヒートポンプ
式給湯装置を示す系統図である。本実施例の給湯装置は
低段側の冷媒回路１および高段側の冷媒回路２からなる
二元式冷凍サイクルと給湯経路３とから構成される。

【００１０】低段側の冷媒回路１では、第１圧縮機11、
冷媒分配装置12、第１熱交換器13、第２熱交換器14、第
１絞り装置15、室外熱交換器16、四方弁17および上記第
１圧縮機11がこの順に冷媒配管により接続されるととも
に、上記冷媒分配装置12から、上記四方弁17と室内熱交
換器18および第２絞り装置19がこの順に介装された冷媒
配管が、第２熱交換器14と第１絞り装置15の間に接続さ
れて、形成されている。そしてこの低段側の冷媒回路１
を第１の冷媒、例えば低沸点のＲ22が循環するようにな
っている。上記冷媒分配装置12は、第１熱交換器13へ流
れる冷媒量と、四方弁17を経て室内熱交換器18へ流れる
冷媒量を、第１熱交換器13及び室内熱交換器18の負荷に
応じて分配調節するもので、本例では三方式の流量調節
弁が示されている。なお図中の10は逆止弁で、第２熱交
換器14から室外熱交換器16または室内熱交換器18の方向
にのみ冷媒が流される。

【００１１】高段側の冷媒回路２では、第２圧縮機21、
凝縮器22、第３絞り装置23、上記第１熱交換器13および
上記第２圧縮機21が、この順に冷媒配管により接続され
て循環回路を形成しており、この高段側の冷媒回路２を
第２の冷媒、例えば高沸点のＲ114が循環するようにな
っている。ここに第１の冷媒と第２の冷媒は同一種類の
冷媒であってもよい。

【００１２】給湯経路３では、貯湯槽31、ポンプ32、上
記第２熱交換器14および凝縮器22がこの順に配管で接続
されており、給湯水がこの給湯経路３を流れ、貯湯槽31
を経て需要先へ供給されるようになっている。また、こ
の給湯経路３には制御弁33が介装されており、凝縮器22
の出口配管に装着された温度センサ34の信号により制御
弁33の開度が調節されて、給湯経路３内を流れる給湯水
の流量が増減されるようになっている。

【００１３】さて、給湯運転時には、四方弁17が図１の
実線で示すように切換えられ、また冷媒分配装置12が第
１熱交換器13の方向にのみ開放される。そうすると低段
側の冷媒回路１において、第１圧縮機11から吐出された
中温中圧の第１の冷媒ガスは、冷媒分配装置12を経て第
１熱交換器13および第２熱交換器14で凝縮液化し、第１
絞り装置15で断熱膨脹した後、室外熱交換器16で蒸発気
化して冷媒ガスとなり、四方弁17を経て第１圧縮機11に
吸引されて、ここで再び圧縮される。また高段側の冷媒
回路２において、第２圧縮機21から吐出された高温高圧
の第２の冷媒ガスは、凝縮器22で凝縮液化し、第３絞り
装置23で断熱膨脹した後、上記第１熱交換器13に入り、
ここで上記第１の冷媒と熱交換することによって蒸発気
化して冷媒ガスとなり、第２圧縮機21に吸引されてここ
で再び圧縮される。

【００１４】一方給湯経路３において、貯湯槽31からポ
ンプ32で供給された低温の水は、上記第２熱交換器14に
入り、ここで第１熱交換器13から流出した中温の第１の
冷媒と熱交換することにより予熱された後、凝縮器22に
入り、ここで上記第２圧縮機21から吐出された高温の第
２の冷媒と熱交換することにより昇温して熱湯水とな
り、貯湯槽31を経て需要先へ供給される。ここで、凝縮
器22を出た給湯水の温度は温度センサ34で検知され、こ
れが所定の温度よりも高いときには制御弁33の開度が開
いて給湯水の流量が増加し、また所定の温度よりも低い
ときには制御弁33の開度が減少して給湯水の流量が低下
する。こうして給湯水の温度（または凝縮器22における
第２の冷媒ガスの凝縮温度）が所定温度に制御される。

【００１５】上記のとおり、本実施例の給湯装置におい
ては、低段側の冷媒回路１および高段側の冷媒回路２か
らなる二元冷凍方式を採用しているので、各冷媒回路
１，２の圧縮機11，21の圧縮比を小さくとることがで
き、高い給湯性能が得られるほか、高温の給湯水を得る
ことができる。また低段側の冷媒回路１に第２熱交換器
14が設けられ、ここで給湯水が予熱されるので、高段側
の冷媒回路２において凝縮器22の熱交換量が減少して冷
凍負荷が低減し、第２熱交換器14を設けない単なる二元
冷凍方式に比べ、更に給湯性能がいっそう向上する。さ
らに給湯経路３内を流れる給湯水の流量が調節されて、
凝縮器22を流れる給湯水の温度が所定温度に制御される
ので、そのまま需要先に所望温度の高温水が供給され
る。

【００１６】次に給湯および暖房運転時には、四方弁17
は図１の実線で示すように切換えられ、冷媒分配装置12
は第１熱交換器13と室内熱交換器18の両方向に開放され
て冷媒が分配される。そうすると、低段側の冷媒回路１
において、第１圧縮機11から吐出された中圧中温の第１
の冷媒ガスは、冷媒分配装置12で分配されてその一部は
第１熱交換器13および第２熱交換器14に入って凝縮液化
し、第１絞り装置15で断熱膨脹した後、室外熱交換器16
で蒸発気化して冷媒ガスとなり、四方弁17を経て再び第
１圧縮機11に吸入され、圧縮される。一方、冷媒分配装
置12で分配された残部の冷媒ガスは、四方弁17を経て室
内熱交換器18に入り、ここで室内の空気を加熱して室内
を暖房することによって自らは凝縮液化し、第２絞り装
置19で断熱膨脹する。そしてこの冷媒は、第２熱交換器
14を流れて来た冷媒と合流して、第１絞り装置15を経て
室外熱交換器16に向かう。高段側の冷媒回路２および給
湯経路３においては、前述した給湯運転時の場合と同様
に、高段側の冷媒回路２を第２の冷媒が循環し、また給
湯経路３を流れる低温の水が昇温され、所定温度の高温
水となって需要先に供給される。こうして給湯と暖房が
同時に行なわれる。

【００１７】次に給湯および冷房運転時には、四方弁17
が図１の破線で示すように切換えられ、冷媒分配装置12
は第１熱交換器13と室外熱交換器16の両方向に開放され
て、冷媒が分配される。そうすると、低段側の冷媒回路
１において、第１圧縮機11から吐出された中温中圧の第
１の冷媒ガスは、冷媒分配装置12で分配されて、その一
部は第１熱交換器13と第２熱交換器14に入って凝縮液化
し、第２絞り装置19で断熱膨脹した後室内熱交換器18に
入り、ここで室内の空気を冷却して室内を冷房すること
により自らは蒸発気化して冷媒ガスとなり、四方弁17を
経て再び第１圧縮機11に吸入され圧縮され る。一方
冷媒分配装置12で分配された残部の冷媒ガスは、四方弁
17を経て室外熱交換器16に入り、ここで周囲の空気に放
熱することによって凝縮液 化し、第１絞り装置15で断
熱膨脹する。そしてこの冷媒は第２熱交換器14を流れて
来た冷媒と合流し、第２絞り装置19を経て室内熱交換器
18に向かう。高段側の冷媒回路２と給湯経路３において
は、前述の給湯運転時や、給湯・暖房運転時の場合と同
様に、高段側の冷媒回路２を第２の冷媒が循環し、また
給湯経路３を流れる低温の水が昇温され所定温度の高温
水となって需要先に供給される。こうして給湯と冷房が
同時に行なわれる。

【００１８】更に冷媒分配装置12を四方弁17の方向にの
み開放し、この四方弁17を実線で図示するように切換え
ることによって暖房運転のみが、また四方弁17を破線で
図示するように切換えることによって冷房運転のみが行
なわれる。

【００１９】なお本実施例では１つの室内熱交換器18が
設けられているが、複数個の室内熱交換器を並列に設け
ることもできる。また低段側の冷媒回路１における圧縮
機をインバータ方式等により容量制御して、給湯や空調
の負荷変動に対応させることもできる。

【００２０】

【発明の効果】本発明のヒートポンプ式給湯装置におい
ては、低段側の冷媒回路および高段側の冷媒回路からな
る二元冷凍方式を採用しているので、各冷媒回路の圧縮
機の圧縮比を小さくとることができ、給湯性能が向上す
るばかりでなく、高温の給湯水が得られる。また低段側
の冷媒回路の第２熱交換器で給湯水が予熱されるので、
凝縮器の熱交換量が減少して高段側の冷媒回路における
冷凍負荷が低減し、第２熱交換器を設けない単なる二元
冷凍方式に比べ、給湯性能がいっそう向上する。

【００２１】さらに給湯経路内を流れる給湯水の流量を
調節すれば、給湯水が所定温度に昇温制御されるので、
そのまま需要先に所望する温度の高温水を供給できる。

【００２２】本発明ではまた、低段側の冷媒回路に冷媒
分配装置、四方弁、室内熱交換器および絞り装置を設け
たことにより、給湯のほかに室内の空気調和を行なうこ
ともできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施例に係るヒートポンプ式
給湯装置を示す系統図である。

【図２】図２は従来のヒートポンプ式給湯装置の一例を
示す系統図である。

【符号の説明】

１…低段側の冷媒回路 11…第１圧縮機 12…冷媒分配装置 13…第１熱交換器 14…第２熱交換器 15…第1 絞り装置 16…室外熱交換器 17…四方弁 18…室内熱交換器 19…第２絞り装置 ２…高段側の冷媒回路 21…第２圧縮機 22…凝縮器 23…第３絞り装置 ３…給湯経路 31…貯湯槽 32…ポンプ 33…制御弁 34…温度センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水野 博国 尼崎市若王寺３丁目11番20号 関西電力 株式会社総合技術研究所内 (72)発明者 松下 清嗣 福岡市南区塩原２丁目１番47号 九州電 力株式会社総合研究所内 (72)発明者 岩坪 哲四郎 横須賀市長坂２丁目６番１号 財団法人 電力中央研究所横須賀研究所内 (72)発明者 小島 晋 愛知県西春日井郡西枇杷島町字旭町３丁 目１番地 三菱重工業株式会社エアコン 製作所内

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１圧縮機、冷媒分配装置、第１熱交
   換器、第２熱交換器、第１絞り装置、室外熱交換器、四
   方弁および上記第１圧縮機をこの順に接続するととも
   に、上記冷媒分配装置から上記四方弁、室内熱交換器お
   よび第２絞り装置をこの順に介装して上記第２熱交換器
   と上記第１絞り装置の間に接続し、第１の冷媒が流され
   る低段側の冷媒回路と、第２圧縮器、凝縮器、第３絞り
   装置、上記第１熱交換器および上記第２圧縮機をこの順
   に接続し、第２の冷媒が流される高段側の冷媒回路と、
   上記第２熱交換器および上記凝縮器をこの順に接続し、
   給湯水が流される給湯経路とを備えたことを特徴とする
   ヒートポンプ式給湯装置。