JPH01269884A - 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、通常の冷暖房に加えて給湯をも行なうよう
にした空調・給湯兼用型ヒートポンプ装置に関するもの
である。

従来の技術 この種の空調・給湯兼用型ヒートポンプ装置においては
、給湯・暖房時の際に給湯サイクル側と空調サイクル側
の必要熱交換量に応じて、コンプレッサから吐出される
冷媒を分配して供給する考え方がある。

その場合における冷媒の分配供給のための手段としては
、コンプレッサの吐出側に分配弁を設けて、その分配弁
の一方の出口を給湯サイクル側に接続するとともに、他
方の出口を空調サイクル用の流路切換弁に接続すること
が考えられている。

この場合には、上記分配弁の切換操作によって冷媒分配
量が決定されることになるや また、それと似たような構成ではあるが、コンプレッサ
の吐出側を二手に分岐して、その分岐部から給湯サイク
ル側に至る冷媒分配通路と、同じく分岐部から空調サイ
クル用の流路切換弁に至る冷媒分配通路の双方に、各々
独立して開閉制御される冷媒分配量決定用の開閉弁を設
けるという考え方もある。この場合における冷媒分配量
は、上記両開閉弁の単位時間あたりの開閉時間の比によ
って決定されることになる。

発明が解決しようとする課題 前者によると、コンプレッサの吐出側に装備される分配
弁が非常に高く、コスト高となる難点がある。その点で
、後者のものによると、コンプレッサの吐出側の分岐部
で二手に分岐した冷媒分配通路に、上記分配弁に比して
安価な開閉弁を設けるだけで済むから、その分コストダ
ウンを図ることができることになる。

従来、後者のものにおける各冷媒分配通路に設けた開閉
弁の制御方法としては、第３図に示すように、一方の開
閉弁がＯＮ状態のときには他方の開閉弁がＯＦＦ状態と
なるというように、両開閉弁を交互に断続した開閉ザイ
クルで制御することが考えられている。

しかし、このような制御方法でもって前記両開閉弁を具
体的に作動させると、各開閉弁の開閉動作が１サイクル
の間に２回繰り返されることから、両方あわせると計４
回の切換動作が１ｇイクル中に行なわれることとなり、
開閉弁の耐久性を損なうこととなって、延いてはヒート
ポンプ装置を比較的短いタイムスパンでメンテナンスし
なければならず、結局ランニングコストが高くつくとい
う問題点を生じることになる。

この発明は、このような問題点に鑑みて、給湯サイクル
と空調サイクルとに冷媒を分配するための分配機構の設
備コストが低減することが出来るだけでなく、ランニン
グコストも低減することができて、しかも耐久性にも優
れた空調・給湯型ヒートポンプ装置を提供することを目
的として成されたものである。

課題を解決するための手段 この発明は、コンプレッサ（１）の吐出側を二手に分岐
し、その一方の第１冷媒分配通路（４）を、空気側熱交
換器（２５）と水側熱交換器（１５）との間における冷
媒の流動方向を切り換えるための切換弁（１２）に接続
するとともに、他方の第２冷媒分配通路（５）を給湯用
熱交換器（６）に接続して、これらの第１・第２冷媒分
配通路（４）（５）の途中に、給湯・暖房時に一方が間
欠的に開閉制御され、かつ、その間他方は常時開制御さ
れる冷媒分配用の開閉弁（１０）　　（１３）を各々設
けたことを特徴とする。

なお、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冷媒とを熱交換させるための空
調用の熱交換器を水側熱交換器、外部空気との熱交換に
よって冷媒に吸熱若しくは放熱を行なわせるための熱交
換器を空気側熱交換器と称しているが、それぞれの熱交
換の相手方を水又は空気に限定する趣旨ではない。

作　　　　用 前記の第１・第２冷媒分配通路（４）（５）に各々設け
られた開閉弁（１０）　　（１３）のどちらか−方が、
給湯・暖房時には休止することになるから、それら両開
閉弁（１０）　　（１３）を全体として見ると唯位時間
あたりの動作回数が截って耐久性が向上することになる
。

実施例 以下、この発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、この発明に係る空調・給湯型ヒートポンプ装
置の回路図を示している。図において、（１）はコンプ
レッサを示し、このコンプレッサ（１）の吐出側通路（
２）の下流側には、分岐部（３）を経て二手に分岐した
第１冷媒分配通路（４）と第２冷媒分配通路（５）とが
設けられている。一方の第２冷媒分配通路（５）は給湯
用熱交換器（６）の入口側に接続されるとともに、その
給湯用熱交換器（６）の冷媒用の出口通路（７）は、レ
シーバタンク（８）に接続されている。（９）は、上記
出口通路（７）に設けた逆止弁を示し、この逆止弁（９
）によってレシーバタンク（８）から給湯用熱交換器（
６）への冷媒の逆流を防止するようになっている。

一方、上記の第１冷媒分配通路（４）は、この発明に係
る冷媒分配用の第１電磁弁（１０）を介して、４個のボ
ート（１１ａ　）　　（１１ｂ　）　　（１１ｃ　）　
　（１１ｄ）を備えた四方切換弁（１２）の１つのボー
ト（１１ａ）へ接続されている。なお、前記第２冷媒分
配通路（５）にも、同じく冷媒分配用の第２′Ｆ！１磁
弁（１３）が設けられている。

また、上記四方切換弁（１２）の残る３個のボート（１
１ｂ　）　　（１１ｃ　）　　（１１ｄ　）のうちのボ
ート（１１ｂ）は、冷媒通路（１４）を介して水側熱交
換器（１５）に接続されている。同じく水側熱交換器（
１５）に接続された他方の冷媒通路（１６）は前記のレ
シーバタンク（８）に接続されており、この冷媒通路（
１６）の途中には、冷房用膨張弁（１７）と電磁弁（１
８）とが直列状態で設置されている。そして、これらの
冷房用膨張弁（１７）及び電磁弁（１８）の上流側と下
流側で上記冷媒通路（１６）をバイパスするバイパス通
路（１９）には、水側熱交換器（１５）からレシーバタ
ンク（８）へのみ冷媒を通す逆止弁（２０）が設けられ
ている。

同じく上記四方切換弁（１２）のボート（１１Ｃ）に接
続された冷媒通路（２１）は二手に分岐されており、そ
の一方の冷媒通路（２２）が前記コンプレッサ（１）の
吸入側に接続されている。また、他方の冷媒通路（２３
）は、電磁弁（２４）を介して空気側熱交換器（２５）
に接続されている。この空気側熱交換器（２５）に接続
された他方の冷媒通路（２６）は、直列状態に設置され
た暖房用膨張弁（２７）及び電磁弁（２８）を介して、
前記のレシーバタンク（８）に接続されている。なお、
（５７）は、これらの暖房用膨張弁（２７）及び電磁弁
（２８）とは並列状態で上記の冷媒通路（２６）に設置
された逆止弁を示している。この逆止弁（５７）も、空
気側熱交換器（２５）からレシーバタンク（８）へのみ
冷媒を通ずようになっている。四方切換弁（１２）の残
り１つのボート（ｌｉｄ）に接続された冷媒通路（２９
）は、空気側熱交換器（２５）へ通じる前記冷媒通路（
２３）に、その冷媒通路（２３）に設けた電磁弁（２４
）よりも空気側熱交換器（２５）側で接続されている。

前記の水側熱交換器（１５）には、図示しない室内機と
の間で空調用の冷温水を循環させるための冷温水通路（
３０）が接続されており、この冷温水通路（３０）中に
設けた循環用ポンプ（３１）にょうて水側熱交換器（１
５）へ送られた冷温水が、前記の冷媒通路（１４）を介
して水側熱交換器（１５）へ供給された冷媒と熱交換し
た後、再び室内機側へ流出することになる。なお、（３
２）は、冷温水通路（３０）に設けた温度センサを示し
、この温度センサ（３０）によって冷温水通路（３０）
を流れる冷温水の温度を検出するようになっている。

次に、（３３）は、前記のコンプレッサ（１）を駆動す
るためのガス式のエンジンを示し、このエンジン（３３
）において発生した廃ガスが、廃ガス熱交換器（３４）
及びマフラー（３５）を経て排出されるようになってい
る。また、エンジン（３３）を冷却した後の冷却水は、
上記の廃ガス熱交換器（３４）を経て廃熱回収用熱交換
器（３６）の冷却水入口側へ供給されるとともに、この
廃熱回収用熱交換器（３６）の冷却水出口側から出た熱
交換後の冷却水は、エンジン（３３）へと帰還するよう
になっている。すなわち、このようにしてエンジン（３
３）と廃熱回収用熱交換器（３６）　との間に配設され
た冷却水循環用通路（３７）には、この冷却水循環用通
路（３７）に設置された冷却水ポンプ（３８）の働きに
よって、エンジン（３３）−廃ガス熱交換器（３４）−
廃熱回収用熱交換器（３６）−冷却水ポンプ（３８）−
エンジン（３３）という経路で冷却水が循環することに
なる。

前記の給湯用熱交換器（６）には、この給湯用熱交換器
（６）によって給湯水を熱交換させるための給湯水供給
通路（３９）が接続され、この給湯・用熱交換器（６）
によって熱交換して昇温した後の給湯水は、前記の廃熱
回収用熱交換器（３６）で更に加熱され給湯タンク（４
０）へと供給されるようになっている。

そして、この実施例では、前記の廃熱回収用熱交換器（
３６）から給湯タンク（４０）へ至る給湯水吐出側通路
（４７）の途中に、この実施例における通路開閉手段を
構成する第１・第２温調弁（４８）（４９）を互いに並
列状態に設置して、一方の第１温調弁（４８）の第１感
温部（５０）を、その第１温調弁（４８）の上流側にお
ける廃熱回収用熱交換器（３６）付近の上記吐出側通路
（４７）に近接配置するとともに、他方の第２温調弁（
４９）の第２感温部（５１）を、前記給湯用熱交換器（
６）付近の給湯水吐出側通路（４１）に近接配置してい
る。この場合において、廃熱回収用熱交換器（３６）の
付近に配置した第１感温部（５０）によって感知される
給湯水温が所定温度以上になると第１温調弁（４８）が
開弁じ、廃熱回収用熱交換器（３６）によって加熱され
た給湯水が、この第１温調弁（４８）を経て給湯タンク
（４０）へと流出し、それによって廃熱回収用熱交換器
（３６ンから吐出される給湯水が所定温度以下に制御さ
れることになる。また、上記の給湯用熱交換器（６）の
付近に配置した第２感温部（５１）によって感知される
給湯水温が所定温度以上になると、同様にして第２温調
弁（４９）が開弁して、給湯用熱交換器（６）から流出
した給湯水が、廃熱回収用熱交換器（３６）及び第２温
調弁（４９）を経て給湯タンク（４０）へと流出し、そ
れによって給湯用熱交換器（６）から吐出される給湯水
が所定温度以下に制御されて、給湯用熱交換器（６）に
おける冷媒の凝縮圧力の異常な上昇が防止されることに
なる。なお、（５２）は、第１・第２温調弁（４８）　
　（４９）とは別に上記吐出側通路（４７）へ設置され
た電磁弁を示し、この電磁弁（５２）は上記第１・第２
温調弁（４８）　　（４９）とは互いに並列した関係に
ある。すなわち、この電磁弁（５２）を開操作すること
により、第１・第２温調弁（４８）　　（４９）が共に
閉成した状態においても、廃熱回収用熱交換器（３６）
中の給湯水が半ば強制的に給湯タンク（４０）へと吐出
されることになる。

前記の給湯タンク（４０）の内部には、この給湯タンク
（４０）に貯溜された給湯水の水位を浸出するための水
位検出部（５３ａ）（５３ｂ）（５３ｃ）が上下方向に
設置されるとともに、それぞれの水位検出部（５３ａ）
（５３ｂ）（５３ｃ）にはリミットスイッチ（５４ａ　
）　　（５４ｂ　）　　（５４ｃ　）が接続されている
。これらのリミットスイッチ（５４ａ　）　　（５４ｂ
　）（５４ｃ　）は、例えば前記の水位検出部（５３ａ
）（５３ｂ　）　　（５３ｃ　）が水没している間はＯ
ＦＦ信号を、又水位検出部（５３ａ　）　　（５３ｂ　
）　　（５３ｃ　）が水面上へ露出するとＯＮ信号を発
生するように設定される。なお、（５５）は、上記の給
湯タンク（４０）内に発熱部（５６）を有する電気ヒー
ターを示している。

このような構成をしたヒートポンプ装置において、上記
第１図における実線の矢印が、暖房及び給湯の双方を行
なう場合の冷媒の流動方向を示している。すなわち、コ
ンプレッサ（１）によって圧出されたガス状の冷媒は、
分岐部（３）を経て第１・第２冷媒分配通路（４）（５
）へ送られるようになっている、一方の、第１冷媒分配
通路（４）へ送られた冷媒は、開弁状態の第１電磁弁（
１０）を介して、前記のボート（ｌｌａ）から四方切換
弁（１２）へ流入した後、ボート（ｌｌｂ＞から冷媒通
路（１４）へ流出して水側熱交換器（１５）へと供給さ
れる。この水側熱交換器（１５）において熱交換によっ
てガス状態から凝縮して液化した冷媒は、冷媒通路（１
６）へ流出した後、前記のバイパス通路（１９）に設け
た逆止弁（２０）を通ってレシーバタンク（８）へと入
る。その際、冷媒通路（１６）に設置した前記の電磁弁
（１８）は閉弁状態となるように制御されている。また
、他方の第２冷媒分配通路（５）へ送られた冷媒は、開
弁状態の第２を磁弁（１３）を介して給湯用熱交換器（
６）へと供給される。この給湯用熱交換器（６）におい
て熱交換によってガス状態から凝縮して液化した冷媒は
、冷媒通路（７）を経て同様にしてレシーバタンク（８
）へと入る。そして、レシーバタンク（８）の液体状の
冷媒が冷媒通路（２６）へ流出した後、開弁状態の電磁
弁（２８）及び暖房用膨張弁（２７）を経て、空気側熱
交換器（２５）へ流入する。この空気側熱交換器（２５
）で液体状態から蒸発気化した冷媒は、冷媒通路（２３
）及び冷媒通路（２９）を経てボート（ｌｉｄ）から四
方切換弁（１２）に入り、ボート（１１Ｃ）から冷媒通
路（２１）へ流出した後、冷媒通路（２２）を介してコ
ンプレッサ（１）へと循環するようになっている。

このような暖房・給湯時においては、水側熱交換器（１
５）は凝縮器として機能するとともに、給湯用熱交換器
（６）も′ａ縮検器して機能することになるから、空気
側熱交換器（２５）を水側熱交換器（１５）及び給湯用
熱交換器（６）の双方の蒸発器として機能させる必要が
ある。しかしながら、冷房時においては、冷媒の循環系
統が暖房時とは反対になることから、水側熱交換器（１
５）が蒸発器として機能するとともに、空気側熱交換器
（２５）が凝縮器として機能するこになる。したがって
、給湯・暖房時に備えて空気側熱交換器（２５）を大容
量化しようとすると、冷房時等には空気側熱交換器（２
５）が能力過剰となることから、コスト面から採用する
ことができない。

そこで、この実施例では、給湯・暖房時において、例え
ば第２図に示すように、負荷変動の少ない空調サイクル
側へ冷媒を供給する前記の第１冷媒分配通路（４）の第
ｔｔ磁弁（１０）へ、コントローラ（図示せず）からＯ
Ｎ信号を常時出力して開制御する一方、同じく給湯サイ
クル側へ冷媒を供給する第２冷媒分配通路（５）の第２
電磁弁（１３）へ、同様にしてコントローラから間欠的
に０Ｎ１０　Ｆ　Ｆ信号を出力して開閉制御させること
により、第１冷媒分配通路（４）及び第２冷媒分配通路
（５）を流動する冷媒供給量の総量を減らして、空気側
熱交換器（２５）にかかる負荷の軽減をして大容量化を
防ぐと同時に、その間第［電磁弁（１０）の開閉動作を
休止させることによって、その第１電磁弁（１０）の機
能劣化を防止するようにしている。

また、前記の第１・第２温調弁（４８）　　（４９）と
して、安価なワックスエレメント型のものを採用してい
るが、このワックスエレメント型のものは応答遅れを発
生するという構造的特性がある。そのため、給湯用熱交
換器（６）においては、第１・第２温調弁（４８）　　
（４９）の応答遅れに起因して給湯タンク（４０）への
給湯水の吐出が遅れ勝ちとなって、その吐出温度を越え
て給湯用熱交換器（６）を通る給湯水の湯温が上昇する
ことがある。

それゆえ、熱交換の際の冷媒の凝縮温度が上がり、それ
による冷媒圧力の上昇によってコンプレッサ（１）や配
管系が損傷する虞れがある。その場合に、給湯・暖房時
において、前記第３図に示したような制御方法でもって
第１・第２電磁弁（１０）（１３）を交互に開閉制御し
ても、それらの第１・第２電磁弁（１０）’　（１３）
を設置した第１・第２冷媒分配通路（４）（５）が、常
時どちらか一方が閉成されることとなるため、コンプレ
ッサ（１）から吐出される冷媒の過大圧力を逃がすこと
ができないのである。

その点、この実施例では、給湯・暖房時において、上記
第２図に示したように第１冷媒分配通路（４）の第１電
磁弁（１０）が常時開成されることとなるため、給湯用
熱交換器（６）において発生した過大圧力が、第２冷媒
分配通路（５）を経て第１冷媒分配通路（４）から空調
サイクル側へ逃がされることとなって、コンプレッサ（
目や配管系統等の損傷を防止することが可能となる。

なお、場合によっては、第２ｔｉｆｆ弁（１３）を常時
開成するとともに、第１電磁弁（１０）を間欠的に開閉
制御してもよい。

また、上記の冷媒の分配量は、例えば、給湯用熱交換器
（６）における要求給湯量と、水側熱交換器（１５）に
おける要求熱交換量との関係によって調節することも可
能である。すなわち、前記リミットスイッチ（５４ａ　
）　　（５４ｂ　）　　（５４ｃ　）からの出力信号及
び冷温水通路（３０）に設けた温度センサ（３２）から
の出力信号を前記のコントローラに入力して、給湯タン
ク（４０）の要求湯量に基づいて演算される給湯用熱交
換器（６）の要熱交換量と、冷温水通路（３０）の冷温
水の要求水温に基づいて演算される水側熱交換器（１５
）の要熱交換量との比を求めて、その比に応じた第１・
第２電磁弁（１０）　　（１３）の開閉時間を制御する
ような制御信号をコントローラで発生させて、必要給湯
量の変化等に対応した制御を行なうことができる。

発明の効果 以上のように、この発明では、コンプレッサの吐出側に
おいて二手に分岐した第１・第２冷媒分配通路に、冷媒
分配用の開閉弁を各々設けたことによって設備コストを
低減させることが出来るばかりでなく、それら両開閉弁
のうちの一方を給湯・暖房時において間欠的に開閉制御
する一方、その間他方を開制御するようにしているから
、両開閉弁を全体としてみると単位時間あたりの動作回
数が減って耐久性が向上することとなって、ランニング
コストも低減されるという効果がある。しかも、給湯・
暖房時には前記開閉弁のどちらか一方が常時開制御され
るようになっているため、空調サイクル側の切換弁へ通
じる第１冷媒分配通路に設けた開閉弁を常時開成してお
けば、給湯用熱交換器から吐出される給湯水の湯量がな
んらかの原因によって減少して吐出水温が上昇し、給湯
用熱交換器を通る冷媒の凝縮温度が上昇して冷媒の圧力
が異常上昇したとしても、その冷媒圧力が常時開弁状態
の前記開閉弁を介して空調サイクル側へ逃がされること
となるから、コンプレッサや配管系の損傷を防止して、
この種の給湯・空調型ヒートポンプ装置の耐久性を更に
向上させることができるという優れた利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を示すヒートポンプ装置
の回路図、第２図は、給湯・暖房時における開閉弁の動
作状態を示すタイムチャート、第３図は、従来方法によ
る給湯・暖房時における開閉弁の動作状態を示すタイム
チャートである。 （１）・・・コンプレッサ、 （４）・・・第１冷媒分配通路、 （５）・・・第２冷媒分配通路、 （６）・・・給湯用熱交換器、（１０）・・・第１電磁
弁、（１２）・・・四方切換弁、（１３）・・・第２電
磁弁、（１５）・・・水側熱交換器、（２５）・・・空
気側熱交換器、（３３）・・・エンジン、（３６）・・
・廃熱回収用熱交換器、（４７）・・・廃熱回収用熱交
換器の吐出側通路、（４８）・・・第１温調弁、（４９
）・・・第２温調弁、（５０）・・・第１感温部、（５
１）・・・第２感温部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. コンプレッサ、空気側熱交換器、水側熱交換器及び給湯
   用熱交換器が、上記コンプレッサの働きによって冷媒が
   循環流動するヒートポンプ回路に備えられたヒートポン
   プ装置であって、上記コンプレッサの吐出側を二手に分
   岐し、その一方の第１冷媒分配通路を、前記空気側熱交
   換器と水側熱交換器との間における前記冷媒の流動方向
   を切り換えるための切換弁に接続するとともに、他方の
   第２冷媒分配通路を給湯用熱交換器に接続して、これら
   の第１・第２冷媒分配通路の途中に、給湯・暖房時に一
   方が間欠的に開閉制御され、かつ、その間他方は常時開
   制御される冷媒分配用の開閉弁を各々設けたことを特徴
   とするヒートポンプ装置。