JPH01139969A - ヒートポンプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、冷房及び暖房に加えて給湯をも行なうよう
にしたヒートポンプ装置に関するものである。

従来の技術 空気熱源側に配置される熱交換器と水熱源側に配置され
る熱交換器とを備え、冷房及び暖房の各モードに応じて
それらの一方を蒸発器他方を凝縮器として使用するヒー
トポンプ回路において、凝縮専用の給湯用熱交換器を設
けて、冷房・暖房のみならず給湯をも行なうようにした
ものは公知である。例えば、実公昭５７−３５８０９号
公報には、コンプレッサの出口側と四方切換弁との間に
給湯用熱交換器を設けて、冷・暖房時の給湯、冷房、暖
房及び給湯の各単独運転を行ない得るようにしたものが
記載されている。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、給湯をも可能とした上記従来のヒートポ
ンプ装置においては、給湯が不要な場合には、この給湯
用熱交換器へ水を循環させているポンプを止めることに
よって、給湯用の熱交換を停止させることができるが、
必要な給湯量に応じてこの給湯用熱交換器の熱交換量を
変更できないという不都合がある。すなわち、必要な給
湯量は、−日の時間帯に応じて変わるものであり、例え
ば、ホテル等においては、湯を大量に使用する夕方から
夜間にかけて大きな給湯量を必要とするが、大量の湯を
使用しないその他の時間帯においては、前記給湯用熱交
換器の熱交換量を小さくして、不要な熱損失を少なくす
ることが望ましい。

なお、必要給湯量に応じてコンプレッサの能力を変更す
ることも考えられるが、その場合には給湯量の大小によ
って水側熱交換器の能力も変わるという不都合があり、
かかる手段は採用できないものである。

この発明は、かかる従来技術の欠点を解消して、上記の
ような給湯冷房や給湯暖房及びそれらの単独運転のみな
らず、必要な給湯量に応じて給湯用熱交換器の熱交換容
量をも変更できるようにしたヒートポンプ装置を提供す
るものである。

問題点を解決するための手段 上記の目的を達成するため、この発明では、コンプレッ
サ（１）、水側熱交換器（１１）　、空気側熱交換器（
２２）　、給湯用熱交換器（５）を冷媒回路で結び、こ
の冷媒回路中に設けた切換弁（９）の切換えによって冷
暖房の切換えを行なうヒートポンプ装置において、前記
コンプレッサ（１）の出口側にそのコンプレッサ（１）
からの冷媒を二方向に分配する分配機構（２）を設ける
とともに、この分配機構によって分配された冷媒通路の
一方に給湯用熱交換器（５）、他方に前記切換弁（９）
を設けて、これら分配機構（２）及び切換弁（９）の切
換えによって、給湯、暖房及び冷房の各モード切換えを
行なうことを特徴とする。

この明細書においては、−船釣な名称に従って、室内側
へ循環させる水と熱交換させる空調用の熱交換器を水側
熱交換器、外部空気との熱交換によって冷媒の吸熱若し
くは放熱を行なわせる熱交換器を空気側熱交換器と称し
ているが、夫々の熱交換の相手方を水又は空気に限定す
る趣旨ではない。

作　　　　用 上記本発明の構成によれば、コンプレッサ（１）の出口
側に設けた分配弁（２）を切り換えることにより、例え
ば、給湯が不要な場合には、その分配弁の切換えによっ
て給湯用熱交換器（５）側への冷媒の循環を遮断させ、
空気側熱交換器（２２）と水側熱交換器（１１）側にの
み循環させて、冷房若しくは暖房の単独運転を行なうこ
とができる。

更に、給湯をも同時に行なう場合には、その給湯用熱交
換器（５）側にも冷媒を循環させて給湯を行なうととも
に、冷房時に大きな給湯量を必要とする場合には、前記
切換弁（９）の切換えにより、空気側熱交換器（２２）
と水側熱交換器（１１）の双方を蒸発器として使用し、
他方、給湯量が小量で済む場合には、通常の冷房運転と
同様に空気側熱交換器（２２）を凝縮器、水側熱交換器
（１１）を蒸発器として使用する。更に、給湯量が中程
度の場合には、水側熱交換器（１１）を蒸発器として使
用するとともに、空気側熱交換器（２２）を停止させる
ことによって、給湯用熱交換器（５）と水側熱交換器（
１１）とを１対１で使用する。

実施例 第１図は、この発明の実施例を示すヒートポンプ装置の
回路図である。図において、（１）はコンプレッサであ
り、このコンプレッサ（１）の出口側に二方向分配弁（
２）が直結され、その出口側の通路を第１通路（３）と
第２通路（４）とに分岐させている。第１通路（３）は
、給湯用熱交換器（５）の入口側に接続され、その給湯
用熱交換器（５）の出口通路（６）がレシーバタンク（
７）へ、そのレシーバタンク（７）側にのみ冷媒を通す
逆止弁（８）を介して接続されている。他方、分配弁（
２）下流側の第２通路（４）が四方切換弁（９）の一つ
の人口（９ａ）へ接続されている。同じく四方切換弁（
９−）の他の三個の入口（これらはモードの切換えによ
って出口となる場合もある）のうち、一つの入口（９ｂ
）が、通路（１０）を介して水側熱交換器（１１）へ接
続され、この水側熱交換器（１１）の他方の側へ接続さ
れた通路（１２）が前記レシーバタンク（７）へ接続さ
れている。この通路（１２）の途中には−、水側熱交換
器（１１）からレシーバタンク（７）側にのみ冷媒を流
す逆止弁（１３）を備えた通路（１４）と、第１の電磁
弁（１５）と膨脹弁（１６）とを直列に備えた通路（１
７）とが、互いに並列状態で配置されている。

また、四方切換弁（９）のもう一つの入口（９Ｃ）に接
続された通路がその途中で二方向に分岐されて、その一
方（１８）がアキュムレータ（１９）へ接続され、この
アキュムレータ（１９）からコンプレッサ（１）側に冷
媒を循環させるようにしている。

また、他方の通路（２０）が第２の電磁弁（２１）を介
して空気側熱交換器（２２）へ接続され、この空気側熱
交換器（２２）は、更に、前記のレシーバタンク（７）
へ通路（２３）を介して接続されている。

この通路（２３）の途中には、空気側熱交換器（２２）
からレシーバタンク（７）側にのみ冷媒を流す逆止弁（
２４）を備えた通路（２５）　と、膨脹弁（２６）及び
第３電磁弁（２７）を直列に備えたもう一つの通路（２
８）とが、互いに並列状態で配置されている。四方切換
弁（９）の残りの一つの入口（９ｄ）は、前記空気側熱
交換器（２２）側に接続された通路（２０）の途中に、
その通路（２０）中の第２電磁弁（２１）よりも空気側
熱交換器（２２）側に接続されている。

水側熱交換器（１１）には、室内側熱交換器（２９）と
の間を循環する冷温水回路（３０）が設けられ、この水
側熱交換器（１１）との熱交換によって、この回路（３
０）中の冷温水が冷却若しくは暖められて、前記室内側
熱交換器（２９）より冷風若しくは温風を排出させるよ
うになっている。この回路（３０）中には、冷温水の温
度を検出する温度センサー　（３１）が設けられている
。

（３２）は、コンプレッサ（１）を鳥区動するガス式の
エンジンであり、そのエンジン（３２）の冷却水が、排
ガス熱交換器（３３）から排熱回収用熱交換器（３４）
を通って、同じくエンジン（３２）側へ循環するように
構成されている。（３５）はその回路途中に設けた温度
調整弁、（３６）は温度センサー、（３７）はラジェー
タを示している。

他方、給湯用熱交換器（５）には、この熱交換器（５）
によって熱交換されるための給湯水配管（３８）が接続
されており、この配管（３８）内の給湯水は、前記排熱
回収用熱交換器（３４）で更に加温され給湯タンク（３
９）へ供給されるようになっている。給湯用熱交換器（
５）と排熱回収用熱交換器（３４）との間の配管途中に
、三方切換弁（４０）が設けられて、同じく配管（３８
）中に設けられた温度センサー（４１）の温度検出によ
り、この配管（３８）中の温度が低い場合には、排熱回
収用熱交換器（３４）側に送り出すことなく、戻り配管
（４２）を通って給湯用熱交換器（５）側へ再び循環さ
せるようになっている。

上記第１図における実線の矢印が、冷房及び給湯の双方
を行なう場合の冷媒の流れ方向を示している。コンプレ
ッサ（１）によって圧縮された冷媒は、分配弁（２）に
よって分岐された両方の通路（３）（４）に送られ、通
路（３）側の冷媒が給湯用熱交換器（６）側に供給され
、ここでの熱交換によって凝縮され液化したガスは、通
路（６）側より前記レシーバタンク（７）側に入る。他
方の通路（４）の冷媒は、四方切換弁（９）を通り、通
路（２０）を通って空気側熱交換器（２２）内に入り、
ここでの熱交換により凝縮されて液化したガスが、通路
（２３）からレシーバタンク（７）に入る。そして、こ
れら給湯用熱交換器（５）及び空気側熱交換器（２２）
で液化したガスが、レシーバタンク（７）より第１電磁
弁（１５）及び膨脹弁（１６）を経て水側熱ｉ換器（１
１）を通り、この水側熱交換器（１１）によって蒸発気
化したガスが、四方切換弁（９）から図の矢印に沿って
アキュムＬ／−９（１９）へ入り、コンプレッサ（１）
へ再ヒ循環する。この第１図に示す矢印の回路は給湯量
が小の場合であり、通常の冷房モードと同様に、空気側
熱交換器（２２）を凝縮器とし、水側熱交換器（１１）
を蒸発器として使用している。このとき、第１電磁弁（
１５）は開いているが、他の第２電磁弁（２１）及び第
３電磁弁（２７）は閉じた状態におかれている。

上記第１図の冷房モードにおいて、給湯用熱交換器（５
）に要求される熱交換量すなわち給湯量が中程度の場合
には、前記分配弁（２）の切換えにより、空気側熱交換
器（２２）側に至る分岐通路（４）側への冷媒の供給を
停止して給湯用熱交換器（５）側にのみ冷媒を供給し、
水側熱交換器（１１）のみ蒸発器として使用し、給湯用
熱交換器（５）と水側熱交換器（１１）とを１対ｌで用
いる。

また、冷房のみの場合には、同様に分配弁（２）の切換
えによって給湯用熱交換器（５）側への冷媒の循環を停
止し、空気側熱交換器（２２）と水側熱交換器（１１）
とを相互に１対１で使用する。

第２図の実線矢印は、給湯量が大きい場合の冷媒の循環
方向を示している。この場合には、分配弁（２）による
冷媒の分配を、給湯用熱交換器（５）側にのみ流すよう
に切り換え、この給湯用熱交換器（６）からレシーバタ
ンク（７）に入った冷媒を、空気側熱交換器（２２）と
水側熱交換器（１１）の双方に分けて循環させる。そし
て、空気側熱交換器（２２）側に通じる通路（２３）に
おいては、その通路（２３）中に設けた第３電磁弁（２
７）を開いて、その通路（２３）中の膨脹弁（２６）を
通って空気側熱交換器（２２）側に供給し、この空気側
熱交換器（２２）を蒸発器として使用した後、前記アキ
ュムレータ（１９）側に戻すようにしている。他方、水
側熱交換器（１１）側においては、同様に、第１電磁弁
（１５）　、膨脹弁（１６）を通ってこの水側熱交換器
（１１）内に供給して蒸発器として使用し、四方切換弁
（９）を通ってアキュムレータ（１９）、コンプレッサ
（１）側に戻すようにしている。この場合、水側熱交換
器（１１）のみならず空気側熱交換器（２２）によって
も吸熱された熱が、給湯用熱交換器（５）によ、って放
熱されることとなるため、その給湯用熱交換器（５）の
熱交換量が最大となる。

上記第２図の冷媒の循環方向において、給湯のみ必要と
する場合には、レシーバタンク（７）から水側熱交換器
（１１）側への通路を閉じるよう電磁弁（１５）を閉じ
て、空気側熱交換器（２２）側にのみ冷媒を流すことに
よって得られる。

第３図の矢印は、暖房モードの場合の冷媒の流れる方向
を示したもので、前記と同様に給湯用熱交換器（５）か
らレシーバタンク（７）に入った冷媒を、第３電磁弁（
２７）から膨脹弁（２６）を通って空気側熱交換器（２
２）へ供給し、この空気側熱交換器（２２）を凝縮器と
して使用した後、液化した冷媒ガスを、第２電磁弁（２
１）からアキュムレータ（１９）及びコンプレッサ（１
）側へ戻すようにしている。

そして、分配弁（２）は、前記四方切換弁（９）側にも
冷媒を流すよう設定されており、この四方切換弁（９）
を出た冷媒が、通路（１０）から水側熱交換器（１１）
側に入り、ここで蒸発気化された後、レシーバタンク（
７）を通って、前記給湯用熱交換器（５）側からの冷媒
と共に、空気側熱交換器（２２）へ供給するようになっ
ている。また、この暖房モードにおいて、暖房のみ必要
とする場合には、分配弁（２）の切換えにより、給湯用
熱交換器（５）側への冷媒の循環を停止させる。

下表に、前記各運転モードにおける夫々の熱交換器（５
）　　（２２）　　（１１）の蒸発器または凝縮器とし
ての使用態様を示している。

上記構成において、冷房時における必要給湯量に応じた
回路の切換えは、分配弁（２）、四方切換弁（９）及び
第１、第２、第３電磁弁（１５）　　（２１）　　（２
７）の切換えによって行なわれるが、このような冷房給
湯モード時における給湯量の変更は、例えば、前記給湯
タンク（３９）からの給湯要求量を示す信号に応じて、
それらの各部を切換え制御することによって自動的に行
なうことができる。

第５図に、給湯要求信号を発生させるための装置の一例
を示しており、給湯タンク（３９）内に、そのタンク（
３９）内の湯量に応じてオンオフされる水位感知スイッ
チＳＷ！〜ＳＷ５を設け、これらのスイッチのオンオフ
状態に応じて、必要給湯量に応じた信号を発生させる。

例えば、第６図で示すように、タンク（３９）内に充分
な水位りの湯量が満たされている場合には給湯は不要で
あり、この場合は、給湯停止信号０を発する。また、湯
量を示す水位りが、前記スイッチＳＷＩからＳＷ２の間
にある場合には給湯量も小でよいから、その給湯量小を
示す信号１を発する。同様にして、各水位りに応じて、
給湯量が中程度の場合には信号２を、大量の給湯量を必
要とする場合には信号３．４を発する。そして、これら
の信号に応じた前記分配弁（２）や四方切換弁（９）等
の切換え制御は、マイクロコンピュータによって行なう
ことが可能であり、それらの信号をマイクロコンピュー
タへ入力することにより、予め記憶された制御プログラ
ムに従って、それらの分配弁（２）や四方切換弁（９）
、及び電磁弁（１５）　　（２１）　　（２７）に制御
信号を発する。

また、上記第１図〜第３図の実施例において、水側熱交
換器（１１）によって熱交換される冷暖房用の冷温水回
路（３０）中には、温度センサー（３１）が設けられて
いるが、これは次のように使用する。すなわち、この温
度センサー（３１）によって検出された冷温水の温度変
化に応じて、前記エンジン（３２）の回転数を変化させ
ることにより、そのエンジン（３２）によって駆動され
るコンプレッサ（１）の回転数を変更し、冷温水温度を
一定の温度設定に制御するものである。かかる温度制御
もまた前記と同様に温度センサー（３１）の検出結果を
マイクロコンピュータへ入力することによって、自動的
に制御することが可能となる。

なお、第１図のような各装置を備えたヒートポンプ装置
は、図の一点鎖線で囲まれる範囲のものをすべて一つの
パッケージ内に収納することにより、現場での配管工事
を大幅に省力化して設備費用の低コスト化と、システム
全体のコンパクト化を図ることができる。

発明の効果 以上のように、この発明においては、コンプレッサの出
口側に設けた分配機構によって、冷媒の流れを二方向に
分岐させ、その一方に設けた給湯用熱交換器を凝縮器と
して使用しつつ、他方の通路側に配置される切換弁を切
り換えて、空気側熱交換器と水側熱交換器、特に、冷房
時における空気側熱交換器の使用態様を凝縮器或いは蒸
発器として使用することによって、給湯用熱交換器側に
要求される必要湯量に応じて、その給湯用熱交換器の熱
交換量を変更できるため、例えば、給湯用熱交換器に必
要以上の熱交換容量を持たせて熱損失を生じることがな
く、他方、必要な場合には、充分な熱交換量を持たせて
大量の湯を供給でき、システム全体として無駄の無い運
転を行なうことができるという効果が得られる。もちろ
ん、前述したように、給湯のみの使用或いは冷房若しく
は暖房のみの使用も可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は、この発明の実施例を示すヒートポン
プ装置における冷媒回路図、第４図は、給湯用熱交換器
に要求される必要給湯量を検出するための湯量検出スイ
ッチの配置状態を示す概略図、第５図は、給湯タンクの
水位に応じた要求給湯信号の設定方法の一例を示す表で
ある。 （１）・・・コンプレッサ、（２）・・・分配弁、（５
）・・・給湯用熱交換器、（９）・・・四方切換弁、（
１１）・・・水側熱交換器、 （２２）・・・空気側熱交換器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、コンプレッサ、水側熱交換器、空気側熱交換器、給
   湯用熱交換器を冷媒回路で結び、この冷媒回路中に設け
   た切換弁の切換えによって冷暖房の切換えを行なうヒー
   トポンプ装置において、前記コンプレッサの出口側にそ
   のコンプレッサからの冷媒を二方向に分配する分配機構
   を設けるとともに、この分配機構によって分配された冷
   媒通路の一方に給湯用熱交換器、他方に前記切換弁を設
   けて、これら分配機構及び切換弁の切換えによって、給
   湯、暖房及び冷房の各モード切換えを行なうことを特徴
   とするヒートポンプ装置。 ２、給湯と冷房を同時に行なうときに給湯用熱交換器に
   要求される必要熱交換量に応じて、前記の空気熱交換器
   を蒸発器若しくは凝縮器として使用することを特徴とす
   るヒートポンプ装置。