JPH01281378A - ヒートポンプ式冷房給湯機 - 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） この発明はヒートポンプ式冷房給湯機に関するものであ
る。

（従来の技術） ヒートポンプ式冷房給湯機の従来例としては、例えば特
開昭５９−２３１３５４号公報記載の装置を挙げること
ができる。その装置においては、室外熱交換器、室内熱
交換器、及び貯湯タンク内に配設される給湯用熱交換器
をそれぞれ一台ずつ備え、圧縮機からの吐出冷媒を室外
熱交換器から室内熱交換器へと回流させることによって
冷房運転を、また給湯用熱交換器から室外熱交換器へと
回流させることによって上記貯湯タンク内の湯水を加熱
する給湯加熱運転をそれぞれ行うと共に、さらに圧縮機
からの吐出冷媒を給湯用熱交換器から室内熱交換器へと
回流させることによって、冷房排熱を給湯加熱に活用す
る冷房・給湯同時運転を行うようになされている。この
冷房給湯同時運転を行う場合、冷房能力の低下を生じさ
せることのないように、予め固定設定した設定湯温を給
湯加熱側の目標加熱温度として与え、この設定湯温まで
を同時運転可能範囲として運転を制御するようになされ
ている。つまり給湯タンク内の湯温が上昇してくると、
この湯との上記給湯用熱交換器における熱交換能力が低
下し、この結果、室内熱交換器側での冷房能力の低下を
生じてくるために、冷房能力を所定の範囲に維持し得る
最高湯温を予め求め、これを冷房・給湯同時運転時の設
定湯温とするようになされているのである。

（発明が解決しようとする課題） ところで近年においては、複数の室内熱交換器を設けて
多室に渡る空調運転と給湯加熱運転とを可能となしたヒ
ートポンプシステムとしての実用化も進んでおり、この
ような装置において上記した冷房と給湯加熱との同時運
転を行う場合に、室内側で所定の冷房能力を維持するた
めの合計熱交換量は冷房運転される室内熱交換器の台数
によって大幅に変動し、このため上記のように予め一義
的に固定設定した設定湯温を給湯加熱側に与えたとして
も、両者間のバランス状態が充分には保障されず、この
結果、室内側での熱交換量に対して上記設定湯温か高い
場合には上記のように冷房能力が低下して冷房快適性が
損なわれ、また逆の場合には同時運転範囲が狭くなって
冷房排熱の回収効率が低下するという問題を生じること
となる。

この発明は上記に鑑みなされたものであって、その目的
は、冷房快適性を維持すると共に、冷房排熱の回収効率
を向上し得るヒートポンプ式冷房給湯機を提供すること
にある。

（課題を解決するための手段） そこでこの発明のヒートポンプ式冷房給湯機は、圧縮機
１と室外熱交換器１０とを有する室外ユニットＸに、そ
れぞれ室内熱交換器１９を有する複数の室内ユニットＡ
〜Ｄと、貯湯タンク３１内の湯水を加熱するための給湯
用熱交換器２３を有する給湯ユニットＹとを接続すると
共に、上記室内ユニットＡ−Ｄからの冷房運転要求信号
と、上記貯湯タンク３１内の湯温が設定湯温に達してい
ないときに上記給湯ユニットＹで発せられる給湯運転要
求信号とが同時にあるときに、上記圧縮機ｌからの吐出
冷媒を上記給湯用熱交換器２３から室内熱交換器１９へ
と回流させて冷房と給湯加熱との同時運転を行うべく制
御する運転制御手段４１を設けて成るヒートポンプ式冷
房給湯機であって、第１図に示すように、上記冷房運転
要求信号のある室内ユニットＡ−Ｄでの負荷容量の合計
を把握する負荷容量把握手段４６と、負荷容量の大小に
応じた設定温度を記憶する設定温度記憶手段５６と、上
記負荷容量把握手段４６で把握される合計負荷容量に応
する設定温度を上記給湯ユニットＹでの設定湯温として
設定する湯温設定手段５５とを設けている。

（作用） 上記のヒートポンプ式冷房給湯機においては、室内ユニ
ットＡ−Ｄで発せられる冷房運転要求信号から、冷房運
転を行う台数等に応じた室内側の合計負荷容量が把握さ
れ、そして把握された合計負荷容量に応じた設定温度が
設定温度記憶手段５６から適宜選定されて給湯加熱に対
する設定湯温として設定される。したがって冷房運転を
行う室内ユニットＡ−Ｄ側の種々の合計負荷容量に対し
て冷房能力を損なうことのない最高湯温を予め求めて上
記設定温度として記憶させることで、室内側の冷房能力
を低下させることなく、より高い湯温となる範囲を維持
した冷房・給湯同時運転を常時行わせることが可能とな
り、これによって冷房快適性を維持向上すると同時に、
冷房排熱回収効率の向上を図ることができる。

（実施例） 次にこの発明のヒートポンプ式冷房給湯機の具体的な実
施例について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

まず第２図には、この発明を適用して構成したヒートポ
ンプシステムの冷媒回路図を示している。

図において、Ｘは室外ユニットであり、この室外ユニッ
トＸには４台の室内ユニットＡ−Ｄと、給湯ユニッ＋−
ｙとが接続されている。

上記室外ユニットＸは圧縮機１を存しており、この圧縮
機１の吐出配管２と吸込配管３とはそれぞれ四路切換弁
４に接続され、この四路切換弁４にはさらに第１ガス管
８と第２ガス管９とが接続されている。なお上記圧縮機
１は、その回転速度、つまり圧縮能力を制御するための
インバータ５を存するものであり、また上記吐出配管２
には第１電磁弁６が、上記吸込配管３にはアキュームレ
ータ７がそれぞれ介設されている。上記第１ガス管８は
室外熱交換器！０に接続され、また上記第２ガス管９は
ヘッダー１１に接続されると共に途中に第１ガス閉鎖弁
１２が介設されている。上記室外熱交換器１０には室外
ファン３０が付設されると共にさらに液管１３が接続さ
れており、この液管１３には、上記室外熱交換器１０側
から順次ドライヤフィルタ１４、第１！動膨張弁１５、
受液器１６、第１液閉鎖弁１７が介設されている。そし
て上記液管１３の先端と上記ヘッダー１１との間に、複
数（図の場合には４本）の分岐冷媒配管１８・・１８が
互いに並列に接続され、これらの分岐冷媒配管１８・・
１８にそれぞれ室内熱交換器１９・・１９（１台のみ図
示する）と、第２を動膨張弁２０・・２０とが介設され
ている。なお各室内ユニットＡ−Ｄは１台の室内ユニッ
トＡについてのみ図示しているが、それぞれ上記室内熱
交換器１９と室内ファン２１とによって構成されている
。

さらに、上記圧縮機１の吐出配管２には給湯用ガス管２
２が、また上記液管１３に介設されている受液器１６に
給湯用液管２４がそれぞれ接続され、これらの給湯用ガ
ス管２２と給湯用液管２４との間に、給湯ユニットＹの
給湯用熱交換器２３が接続されている。なお上記給湯用
ガス管２２には第２１を磁弁２５、第２ガス閉鎖弁２８
が、また給湯用液管２４にはキャピラリチューブ２６、
逆止弁２７、第２液閉鎖弁２９がそれぞれ順次介設され
ている。

上記給湯用熱交換器２３は、円筒状密閉形のタンクによ
って構成された貯湯タンク３１の底部側に配設され、凝
縮冷媒の凝縮熱によってこの貯湯タンク３１内の湯水を
加熱するようになされている。上記貯湯タンク３１の上
端部側の給湯口には給湯配管３２が、また底部側の給水
口には給水配管３３がそれぞれ接続されており、上記給
湯配管３２の先端側のカラン（図示せず）が開弁される
場合には、上記給水配管３３を通して作用する水道水の
圧力によって、貯湯タンク３１内の湯が上部側から押し
上げ弐に上記給湯配管３２へと出湯されると共に、その
出湯量と同量の水が上記給水配管３３を通して貯湯タン
ク３１内の底部側に補充される。そして貯湯タンク３１
の外周壁面における底部側の位置に、例えばサーミスタ
等によって構成される湯温センサ３４が取着され、上記
貯湯タンク３１内の湯水の温度を検出するようになされ
ている。

上記構成のヒートポンプシステムにおいて、まず暖房運
転時の冷媒循環制御について説明すると、この運転は、
第１を磁弁６を開、第２電磁弁２５を閉とし、圧縮機１
からの吐出冷媒を四路切換弁４、第２ガス管９を経由し
て各室内熱交換器１９で凝縮させ、次いで液管１３を経
由して室外熱交換器１０内で蒸発させ、その後、第１ガ
ス管８、四路切換弁４から圧縮機１へと返流させること
によって行う、この場合、蒸発冷媒の過熱度制御を第１
電動膨張弁１５にて行い、第２電動膨張弁２０・・２０
で、各室内熱交換器１９・・１９への冷媒分配量の制御
を行う。

一方、冷房運転は、四路切換弁４を上記から切換えて圧
縮機１からの吐出冷媒を室外熱交換器ＩＯから各室内熱
交換器１９へと回流させることによって行う、このとき
、第１！動膨張弁１５は全開にし、各第２ｉｔ動膨張弁
２０・・２０で冷媒の過熱度を制御する。

次に給湯加熱運転は、第１電磁弁６を閉、第２電磁弁２
５を開にして圧縮機１を運転する。そうすると冷媒は給
湯用ガス管２２を経由して給湯用熱交換器２３内で凝縮
し、次いで給湯用液管２４、液管１３を経由して室外熱
交換器１０内にて蒸発し、その後、第１ガス管８、四路
切換弁４を経て圧１１機ｌに返流される流れとなる。こ
の場合各第２を動膨張弁２０・・２０は全閉にし、第１
電動膨張弁１５にて蒸発冷媒の過熱度の制御を行う。

なお暖房と給湯加熱との同時運転は、第１、第２を磁弁
６．２５を共に開とし、室内熱交換器１９と給湯用熱交
換器２３との両者で冷媒を凝縮させ、室外熱交換器１０
にて蒸発させる冷媒循環によって行うことが可能である
。

また冷房と給湯加熱との同時運転、つまり冷房排熱で貯
湯タンク３１内の湯水を加熱する運転を、第１１１弁６
を閉、第２を磁弁２５を開、第１電動膨張弁１５を全閉
にして行う。そうすると冷媒は、給湯用ガス管２２を経
由して給湯用熱交換器２３内で凝縮し、給湯用液管２４
、受液器１６、液管１３を経て各室内熱交換器１９・・
Ｉ９内で蒸発し、その後、第２ガス管９、四路切換弁４
を経由して圧縮機１に返流される。この場合、各第２電
動膨張弁２０・・２０において蒸発冷媒の過熱度制御を
行う。

上記の各運転は、室内温度や貯湯タンク３１内の湯温を
それぞれ検出しながら、それらの検出温度がそれぞれ設
定温度に近づくような制御構成となされているものであ
るが、以下には、室内側で冷房を行うときの給湯加熱運
転の制御について、さらに詳細に説明する。

第３図には上記ヒートポンプシステムの運転制御系統を
示している。図のように、室外ユニットＸに室外制御装
置（運転制御手段）４１を、また各室内ユニットＡ−Ｄ
にそれぞれ室内制御装置４２（室内ユニットＡについて
のみ図示する）を、そして給湯ユニットＹに給湯制御装
置４３をそれぞれ備えており、上記室内側＜ｎ装置４２
には、運転操作用リモコン４４と室温を検出する室温セ
ンサ４５とがそれぞれ接続されている。上記運転操作用
リモコン４４は運転スイッチと、希望室温を設定するた
めの温度設定スイッチとを有しており、上記運転スイッ
チがＯＮであることを前提に、上記各室温センサ４５で
の検出温度が設定温度よりも高いとき（室内サーモＯＮ
のとき）に、冷房運転要求信号（以下、冷房要求と略記
する）が各室内制御装置４２から室外制御装置４１に対
して出力され、またこのとき同時に検出温度と設定温度
との温度差信号が出力される。

上記室外制御装置４１には、負荷容量把握部（負荷容量
把握手段）４６と周波数制御部４７と弁制御部４８とが
設けられており、上記冷房要求は上記負荷容量把握部４
６と弁制御部４８とに入力される。まず上記弁制御部４
日は、上記冷房要求と、さらに後述する給湯加熱運転要
求信号との発生状態に応して、前記した冷房運転、また
給湯加熱運転、冷房・給湯加熱同時運転のいずれかを特
定し、各冷媒循環径路を与えるべく答弁の作動を制御す
る。なお上記冷房要求のない室内ユニットＡ・・に通ず
る第２電動膨張弁２０は全閉にする。

次に上記冷房要求があり、したがって冷房運転を行う場
合の上記周波数詞？２１部４７による圧縮機■の駆動制
御について説明するが、このために上記負荷容量把握部
４６において、冷房要求を発している室内ユニットＡ・
・の各負荷レベルが負荷レベル記憶部４９から続出され
、これを合計した合計負荷容量ΣＳが求められる。上記
負荷レベル記憶部４９には、室内ユニットの定格能力が
２２４０ｋｃａｌ／ｈのものでは１″、２８００ｋｃａ
ｌ／　ｈでは”１．２５“、３５５０ｋｃａｌ／　ｈで
は１．５　　“、４５００ｋｃａｌ／ｈでは“２“等と
してそれぞれ設定した負荷レベルが、各室内ユニッ１−
Ａ−Ｄに対して予め記憶されている。

さらに上記負荷容量把握部４６は、起動時、及び上記合
計負荷容量ΣＳが変化した時、すなわち各室での冷房運
転スイッチの０Ｎ１０ＦＦ操作や冷房運転に伴うサーモ
〇Ｎ１０ＦＦの切換わりによって生じる運転部屋数の増
減発生時に、負荷容量変化信号を発生し、この信号が発
生された時に周波数制御部４７に上記合計負荷容量ΣＳ
が読込まれる。

この周波数制御部４７には上記した冷房要求のある室内
ユニットＡ・・からの温度差信号ΔＴも入力され、それ
らの最大値と、上記合計負荷容量ΣＳとの組合せに対す
る初期設定周波数を初期周波数記憶部５０から読出し、
これをインバータ制御装置５１に出力する。上記初期周
波数記憶部５０には各種の負荷容量と温度差との組合せ
毎に適正な初期設定周波数がデータテーブルとして予め
記憶されている。上記インバータ制御装置５１により圧
縮機１に対して上記初期設定周波数での駆動が行われ、
その後、上記初期設定周波数に応じる回転数となった後
には、その後の温度差信号ΔＴの変化に基づいて、上記
周波数制御部４７において、例えばＰＩＤ制御７ｇによ
って負荷の変化に応じた周波数が逐次発生される。この
ように室内側の運転部屋数の増減等の大きな負荷変動に
も即応し得るきめ細かな圧縮能力の制御がなされること
によって、快適な空調運転を行うことが可能となってい
る。

上記の冷房要求に対する冷房運転は、給湯加熱運転に優
先させて行うことが前提であるが、上記においては、冷
房能力が損なわれない範囲で冷房と給湯加熱との同時運
転に自動的に切換ねるようになされており、次にこのた
めの制御構成について説明する。

給湯ユニットＹの給湯制御装置４３には、前記湯温セン
サ３４が接続されると共に、さらに内部に、湯温設定部
（湯温設定手段）５５と設定温度記憶部（設定温度記憶
手段）５６とが設けられており、上記湯温設定部５５に
は上記室外制御装置４１の負荷容量把握部４６から合計
負荷容量ΣＳと負荷容量変化信号とが入力されるように
なされている。上記設定温度記憶部５６には各種負荷容
量値に対応させて、後述する冷房・給湯加熱同時運転時
の冷房能力を損ねない上限湯温かそれぞれ予め記憶され
ており、上記湯温設定部５５において、第４図に示した
フローチャートに従って上記合計負荷容置ΣＳに応じた
設定湯温むが設定される。すなわち上記負荷容量変化信
号の発生がステップＳ１で判別されるとステップＳ２に
おいて上記合計負荷容量ΣＳの読込みを行い、次いでス
テップＳ３から８７に至る大小判別ステップでの結果に
応じて、例えば上記ΣＳが１以下の場合（ΣＳがＯｌす
なわち冷房要求がない場合を含む）のときには、ステッ
プＳ３から３８に移行して、上記設定温度記憶部５６か
らＡ（例えば給湯加熱運転で加熱し得る最高温度６５’
Ｃ）を読出してこれを設定湯温りとする。また上記ΣＳ
が５を超えている場合には、ステップＳＩ３において上
記Ａよりも低いＦ（例えば４０°Ｃ）が設定湯温しとし
て決定される。また上記ΣＳが１から５の間の場合には
上記ＡとＦの間で順に低い温度となるように設定されて
いるＢ、Ｃ１Ｄ、Ｅをそれぞれ設定湯温ｔとするように
なされている。そして給湯加熱運転スイッチ（図示せず
）がＯＮであることを前提に、上記湯温センサ３４での
検出湯温か上記設定湯温むよりも低い場合に給湯加熱運
転要求信号（以下、給湯要求と略記する）が上記給湯制
御装置４３で発生され、これが上記室外制御装置４１へ
と出力される。

上記制御の結果、合計負荷容■ΣＳが大きい程設定湯温
を低くした温度範囲での冷房・給湯加熱同時運転が行わ
れる０例えば室内側の全室から冷房要求があり、したが
ってΣＳが５を超えている場合、貯湯タンク３１内の湯
温が４０°Ｃよりも低い間は冷房・給湯加熱の同時運転
が行われ、これにより冷房排熱を活用する給湯加熱運転
が行われる。

そして４０°Ｃに達すると上記給湯要求の発生がなくな
り、冷房単独運転に切換えられて給湯加熱は停止される
。つまり湯温の上昇と共に給湯用熱交換器２３での熱交
換効率は低下し、凝縮温度の上昇、さらに室内熱交換器
１９での蒸発温度、吹出し温度の上昇を生じて、冷房能
力の低下を招くこととなる。そこで冷房能力を所定の範
囲で維持し得る最高湯温を予め求め、この温度範囲まで
を同時運転可能範囲として制御するようになされている
のである。また室内側の運転台数が減少し、合計負荷容
量ΣＳが小さくなった場合には、室内側での所定の冷房
能力を維持する範囲での合計熱交換１も少なくなるので
、同時運転可能範囲は上記４０°Ｃよりも高い温度まで
冷房能力を損なわずに行うことが可能となる。そこで例
えば上記において冷房単独運転を継続する結果、サーモ
ＯＦＦとなって運転の停止した部屋が生じ、運転台数が
減少して合計負荷容量ΣＳが例えば２．５となった場合
、この時、設定湯温ｔが上記Ｃの値（例えば５２．５℃
）に変更され、この結果、上記の給湯加熱運転における
４０°Ｃでの湯温状態に対して再び給湯要求が発生され
、これにより上記５２．５℃までの冷房・給湯加熱同時
運転が開始される。

上記のように給湯加熱に対する設定湯温か、冷房運転を
行う室内側の合計負荷容量にあわせて、冷房能力を損な
うことのない最高加熱温度に随時変更されることによっ
て、冷房快適性を維持向上すると共に、冷房・給湯同時
運転範囲をより広く維持した運転が行われることとなる
ので、冷房排熱回収効率の向上した運転が行われるもの
となっている。なお冷房要求のない給湯加熱単独運転に
おいては、設定湯温として前記した例えば６５°Ｃの値
が設定されると共に、給湯要求が弁制御部４８と共に周
波数制御部４７に入力され、これにより給湯加熱時の特
定周波数を上記周波数制御部４７が出力して運転を行う
ようになされている。

以上、この発明の一実施例についての説明を行ったが、
上記実施例はこの発明を限定するものではなくこの発明
の範囲内で種々の変更が可能であり、例えば上記実施例
における負荷容量把握部４６で把握する合計負荷容量を
、各室内ユニットの定格能力が路間等の場合には運転台
数として構成すること等が可能である。また上記負荷容
量把握部４６での把握対象を、サー七〇ＦＦ状態であっ
ても運転スイッチがＯＮである室内ユニットとして構成
することも可能である。

（発明の効果） 上記のようにこの発明のヒートポンプ式冷房給湯機にお
いては、給湯加熱に対する設定湯温か冷房運転を行う室
内ユニットの台数等の変動に応じた設定湯温へと随時変
更されるようになされているので、室内側の冷房能力を
低下させることなく冷房・給湯同時運転範囲をより広く
維持した運転が可能となり、これによって冷房快適性を
維持向上すると共に、冷房排熱回収効率を向上すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の機能ブロック図、第２図はこの発明
を通用して構成したヒートポンプシステムの冷媒回路図
、第３図は上記ヒートポンプシステムの運転制御系統図
、第４図は上記ヒートポンプシステムにおける湯温設定
部でなされる制御フローチャートである。 １・・・圧縮機、１０・・・室外熱交換器、１９・・・
室内熱交換器、２３・・・給湯用熱交換器、３１・・・
貯湯タンク、４１・・・室外制御装置（運転制御手段）
、４６・・・負荷容量把握部（ｆＡ、同容量把握手段）
、５５・・・湯温設定部（湯温設定手段）、５６・・・
設定温度記憶部（設定温度記憶手段）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、圧縮機（１）と室外熱交換器（１０）とを有する室
   外ユニット（Ｘ）に、それぞれ室内熱交換器（１９）を
   有する複数の室内ユニット（Ａ）〜（Ｄ）と、貯湯タン
   ク（３１）内の湯水を加熱するための給湯用熱交換器（
   ２３）を有する給湯ユニット（Ｙ）とを接続すると共に
   、上記室内ユニット（Ａ）〜（Ｄ）からの冷房運転要求
   信号と、上記貯湯タンク（３１）内の湯温が設定湯温に
   達していないときに上記給湯ユニット（Ｙ）で発せられ
   る給湯運転要求信号とが同時にあるときに、上記圧縮機
   （１）からの吐出冷媒を上記給湯用熱交換器（２３）か
   ら室内熱交換器（１９）へと回流させて冷房と給湯加熱
   との同時運転を行うべく制御する運転制御手段（４１）
   を設けて成るヒートポンプ式冷房給湯機であって、上記
   冷房運転要求信号のある室内ユニット（Ａ）〜（Ｄ）で
   の負荷容量の合計を把握する負荷容量把握手段（４６）
   と、負荷容量の大小に応じた設定温度を記憶する設定温
   度記憶手段（５６）と、上記負荷容量把握手段（４６）
   で把握される合計負荷容量に応する設定温度を上記給湯
   ユニット（Ｙ）での設定湯温として設定する湯温設定手
   段（５５）とを設けていることを特徴とするヒートポン
   プ式冷房給湯機。