JPH0341747B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は改良されたヒートポンプに係り、特に
一体化されたヒートポンプ及び給湯装置であつ
て、除霜サイクル中には屋内コイルがヒートポン
プ及び給湯装置より熱力学的に隔離され、ヒート
ポンプ及び給湯装置の温水側よりのエネルギが冷
媒を蒸発させるために使用される除霜サイクルを
有する一体化されたヒートポンプ及び給湯装置に
係る。

従来の技術 一体化されたヒートポンプ及び給湯装置は当技
術分野に於て従来より知られまた使用されてい
る。一般に過熱低減器が冷媒圧縮機の吐出導管に
配置され、熱交換器は圧縮機より流出する冷媒中
の過熱が熱交換器を通過する水に放出されるよう
構成されている。ヒートポンプ及び給湯装置の水
側へ供給されるエネルギ量は、一般に圧縮機より
流出する冷媒中に存在する過熱量に制限される。
更にこの種のヒートポンプ及び給湯装置は、ヒー
トポンプが快適空間を暖房又は冷房していない場
合には温水を製造することができない。米国特許
第4311498号には、ヒートポンプ及び給湯装置の
水側へエネルギを供給する加熱低減器を有する一
つの典型的な一体化されたヒートポンプ及び給湯
装置が記載されている。

米国特許第4598557号には、冷媒圧縮機の吐出
導管に作動接続される冷媒−水熱交換器により家
庭用の給湯装置と一体化されたヒートポンプが記
載されている。比較的多数の弁を選択的に開閉す
ることにより三つの互いに異なるヒートポンプ形
態が得られるようになつている。二つの形態に於
ては、ヒートポンプは水を加熱し又は加熱せずに
屋内の快適空間を暖房又は冷房する。第三の形態
に於ては、ヒートポンプ及び給湯装置は空調を行
わずに水を加熱する。このことは屋内コイルを装
置の冷媒側より物理的に解除するよう制御弁を操
作することにより達成される。また第三の形態に
於ては、冷媒−水熱交換器は装置の全凝縮負荷を
担持し、凝縮熱を使用して家庭用の水を加熱す
る。

この米国特許第4598557号の装置は、空調が必
要とされない期間中水を加熱するという点に於て
従来技術の進歩を示すものではあるが、三つの互
いに異なる形態を達成するためには多数の追加の
装置が必要とされる。各形態はそれが互いに他の
形態より独立しているので、各形態にはそれ自身
に固有の膨張装置が使用される。更に任意の一つ
の形態を達成するためには、冷凍システムの全て
のセクシヨンを弁により切換える必要がある。従
つて種々の量の未使用の冷媒が隔離されたセクシ
ヨンに捕捉された状態になり、これにより冷媒の
取扱いが非常に困難なものになる。適正な量の冷
媒が三つの形態のうちの一つの形態に於てヒート
ポンプを効率的に作動させるたに使用されるが、
状況はヒートポンプが一つの形態より他の形態に
切換えられる場合に急激に変化する。

更に上述の米国特許第4598557号の圧縮機は冷
凍装置の種々のセクシヨンを遮断するために使用
される弁に抗して流体をポンプ送りする。冷媒圧
力が高いこと及び弁部材に対する通常の摩耗によ
り冷媒が弁を通過して漏洩し、これにより冷媒不
足の問題が複雑化される。また上述の米国特許第
4598557号の装置は、他の従来のヒートポンプ装
置と同様、除霜サイクル中に低温の空気が快適空
間へ吹込まれることを防止するためには非効率的
なストリツプヒータ等を使用せざるを得ない。

発明の概要 本発明の目的は、改良された一体化されたヒー
トポンプ及び給湯装置を提供することである。

本発明の他の一つの目的は、屋外コイルが除霜
される場合にもストリツプヒータを必要としない
改良された一体化されたヒートポンプ及び給湯装
置を提供することである。

本発明の更に他の一つの目的は、温水側よりの
エネルギを効率的に使用して屋外コイルを周期的
に除霜するよう構成された一体化されたヒートポ
ンプ及び給湯装置を提供することである。

本発明の更に他の一つの目的は、一体化された
ヒートポンプ及び給湯装置に於ける冷媒の取扱い
及び不足の問題を排除することである。

本発明の更に他の一つの目的は、できるだけ少
量の構成部品を使用して効率的に水を加熱するこ
とができるよう構成されたヒートポンプを提供す
ることである。

本発明のこれらの目的及び他の目的は、水の流
れを二つの互いに独立した冷媒流回路と熱伝達関
係にもたらす水回路を有し、これによりエネルギ
がこれら三つの回路の間に自由に伝達されるよう
構成された冷媒−水熱交換器を含む一体化された
ヒートポンプ及び給湯装置により達成される。第
一の冷媒流回路は冷媒圧縮機の吐出側とヒートポ
ンプの逆転弁との間に直列に接続される。

第二の冷媒流回路は圧縮機の吸入側と屋内コイ
ル及び屋外コイルを相互に接続する導管との間に
直列に接続される。ヒートポンプの膨張装置と屋
内コイルとの間の導管には接続部が設けられてお
り、液体導管内を流れる冷媒は屋内コイル及び第
二の冷媒流回路を経て圧縮機へ選択的に戻され
る。二つの追加の制御弁のみを使用して、冷媒を
装置のヒートポンプ側に通し、これにより水に保
有されたエネルギが屋外コイルを除霜するために
使用される新規な除霜サイクルを含む六つの互い
に異なる作動モードを得ることができる。全ての
冷媒導管はそれらが作動モードにて使用されてい
るか否かに拘らず圧縮機の吸入側に露呈され、こ
れにより全ての冷媒を任意の選択されたモードに
於て使用し、これにより冷媒の取扱いや不足の問
題を解消することができる。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例
について詳細に説明する。

添付の図に符号１０にて全体的に示された通常
のヒートポンプ装置が図示されている。ヒートポ
ンプ１０はヒートポンプ装置内の冷媒を所望の運
転温度及び圧力の状態にもたらす任意の適当な構
造の冷媒圧縮機１２を含んでいる。圧縮機の吐出
導管１３及び一次吸入導管１４は４方向逆転弁
（切換弁）１５に接続されている。また逆転弁は
屋内フアンコイル装置１７及び屋外フアンコイル
装置１８に接続されており、これにより圧縮機に
よつてフアンコイル装置へ供給される冷媒の流れ
方向が４方向逆転弁の切換によつて逆転されるよ
うになつている。フアンコイル装置の反対側は二
相冷媒導管２０（これ以降単に液体導管と呼ぶ）
により互いに接続され、これにより冷媒流の閉ル
ープが構成されている。二方向膨張装置２１が液
体導管に接続され、これにより液体冷媒が二つの
フアンコイル装置の間を移動する際に絞られ又は
膨張さるようになつている。

屋内フアンコイル装置及び屋外フアンコイル装
置にはそれぞれモータにより駆動されるフアン２
２及び２３が設けられており、これらのフアンは
熱交換器の表面を越えて強制的に空気を流し、こ
れにより冷媒と周囲空気との間にてエネルギを交
換させるようになつている。屋内フアンコイル装
置は一般に空調されるべき閉された快適空間内に
配置され、屋外フアンコイル装置は快適空間より
離れた位置に、例えば屋外に配置される。

快適空間を暖房するには、４方向逆転弁１５が
圧縮機の吐出導管を屋内フアンコイル装置に接続
するよう切換えられ、これにより圧縮機より流出
する高温の冷媒中のエネルギが凝縮によつて取出
され、そのエネルギ（熱）が快適空間へ放出され
る。屋外フアンコイル装置はこの作動モードに於
てはエバポレータとして作用し、これにより周囲
の空気より熱が捕捉されて冷媒が圧縮機へ戻され
る際に蒸発せしめられる。また二つのフアンコイ
ル装置の機能を逆転させる位置へ４方向逆転弁を
切換えるだけで、快適空間が冷房される。

圧縮機の吐出導管１３には圧縮機の騒音を低減
すべくマフラー２６が配置されている。また圧縮
機の吸入導管１４には、液体冷媒が圧縮機へ戻さ
れる際にその液体冷媒を収集すべく、アキムレー
タタンク２７が設けられていてよい。

冷媒−水熱交換器３０が圧縮機の吐出導管に設
けられており、該熱交換器はヒートポンプ１０と
符号３２にて全体的に示された給湯装置との間に
てエネルギの交換を行うようになつている。給湯
装置３２は家庭や小規模商業ビル等に一般に使用
されている型式の通常の家庭用温水タンク３５を
含んでいる。タンク３５の上方部に水貯容領域３
６を有し、その下方部に加熱装置３７を含み、該
加熱装置はサーモスタツト制御装置（図示せず）
により作動されてタンク内に貯容された水を加熱
するようになつていてよい。水が市営水道、井戸
等より入口導管３８を経て貯容タンク内へ導か
れ、また必要によりタンクより出口導管３９を経
て排出されるようになつている。後に詳細に説明
する如く、この装置に設けられたタンクの加熱装
置３７は、、ヒートポンプが作動しており、従つ
て本装置の全ての加熱要求がヒートポンプにより
満されている場合には常に非作動状態に維持され
る。典型的には貯容される水は約120〓（49℃）
の温度に加熱される。

熱交換器３０は流体流中のエネルギが一つの回
路より他の一つの回路へ自由に伝達されるよう互
いに他に対し熱伝達関係に置かれた三つの流体回
路を含んでいる。これらの回路は水回路４０と第
一の冷媒凝縮回路４１と第二の冷媒蒸発回路４２
とを含んでいる。水回路は循環ループを構成する
水導管４５により貯容タンクに直列に接続されて
おり、図に於て矢印により示されている如く、水
導管４５により水がタンクの下方部より吸引さ
れ、タンクの上方部へ戻されるようになつてい
る。ポンプ４６及びソレノイド弁４７が図示の如
く水導管４５に接続されている。弁４７及びポン
プ４６は、ポンプが作動されているときには、弁
４７が開弁され、これにより水が貯容タンクより
熱交換器を経て循環されるよう、導線４８により
電気的に互いに接続されている。ポンプの作動を
停止することにより弁４７が閉弁され、これによ
り水タンクが熱交換器より隔離される。

第一の冷媒流回路４１は圧縮機と４方向逆転弁
１５との間にて圧縮機の吐出導管に接続されてい
る。従つてヒートポンプが作動しているときに
は、圧縮機より流出する高温の冷媒は熱交換器３
０の第一の冷媒流回路４１に通される。

第二の冷媒流回路４２は、二次吸入導管５０を
経て圧縮機の吸入側に接続され、また復帰導管５
１を経て液体導管に設けられた接続部５３に接続
されている。接続部５３は屋内コイル装置１７と
膨張装置２１との間の点に於て液体導管に設けら
れている。

ソレノイド弁５５が膨張装置２７と第二の冷媒
流回路４２との間にて復帰導管５１に設けられて
いる。同様のソレノイド弁５６が接続部５３と屋
内フアンコイル装置１７との間にて液体導管に接
続されている。これらのソレノイド弁は屋内フア
ン及び逆転弁１５と共に制御装置６０に電気的に
接続されている。後に詳細に説明する如く、弁５
５及び５６は本装置内を流れる冷媒を選択的に導
くべく必要に応じて開閉される。温水加熱が行われ又は行われない空調 通常の空調（暖房又は冷房）作動中には、ソレ
ノイド弁５６が制御装置により開弁され、これと
同時に弁５５が閉弁される。またフアン２２及び
２３が作動され、冷媒がヒートポンプを経て導か
れ、これにより逆転弁の切換位置に応じて快適空
間が暖房又は冷房される。制御装置は周期的に水
ポンプ４６を作動させ、またソレノイド弁４７を
開弁し、これにより水の加熱が必要とされる場合
にはタンクより水ループを経て水を循環させる。
かかる構成によれば、圧縮機より流出する冷媒蒸
気に保有される熱の一部は水ループを経てポンプ
送りされる水へ伝達される。冷媒中に残存するエ
ネルギは一方のフアンコイル装置を通過し、その
フアンコイル装置に於て冷媒は飽和液体に通常の
要領にて完全に凝縮される。かくして圧縮機の吐
出流中のエネルギを装置の温水側に於て水を加熱
するために使用することができ、またヒートポン
プの加熱要求を満すために使用することができ
る。交換されるエネルギの量は使用可能な熱伝達
面の面積、作動物質の流量、暖房又は冷房作動中
にヒートポンプが行わなければならない仕事量の
関数である。空調が行われない水の加熱 快適空間の空調が必要とされない期間であつて
追加の温水が必要とされない場合には、屋内フア
ンコイル装置のフアン２２が制御装置により停止
され、これによりヒートポンプより快適空間へ熱
が伝達されることが停止される。弁５６は制御装
置により開弁状態に維持され、また弁５５は閉弁
状態に維持される。上述の如く水ポンプが作動さ
れ、ヒートポンプが暖房モードに切換えられる。

かかる形態に於ては、冷媒−水熱交換器は完全
なコンデンサとして作用し、水は給湯装置に課せ
られる要求を充足するに必要な程度のエネルギを
冷媒より抽出する。図には示されていないが、温
水サーモスタツトが貯容タンク内の水の温度を検
出し、水の温度が所望の温度に到達するとヒート
ポンプ及び給湯装置の作動を停止させる。屋外コイルの除霜サイクル 本発明の装置には、従来の他のヒートポンプ装
置に於て一般に生じる低温空気の吹き出しを生じ
ることなく、周期的な除霜サイクル中に屋外フア
ンコイルを効率的に除霜すべく、貯容タンク内の
温水を使用する新規な除霜サイクルが組込まれて
いる。暖房モードに於ては、屋外コイルは冷媒エ
バポレータとして作用し、従つて屋外コイルの表
面は霜や氷にて覆われた状態になる。従来技術に
於ては、ヒートポンプは周期的に冷房モードに切
換えられ、屋外コイルはコンデンサとして作用す
ることにより付着した霜が除去される。これと同
時に、屋内コイルは冷媒エバポレータとして作用
し、これにより快適空間より熱を奪う。従つて屋
内コイルは好ましからざる低温の空気を快適空間
へ吹き出す。従来の装置に於てかかる低温空気の
吹出しを解消すべく、調和された空気を屋内コイ
ルを越えて導く空気ダクト中に電気ストリツプヒ
ータが配置されている。ヒータは除霜サイクルが
開始されると作動され、除霜サイクルが終了する
と作動を停止されるようになつている。当技術分
野に於てよく知られている如く、ヒートポンプサ
イクルの逆転及び電気ストリツプヒータを使用す
ることは非常に効率が悪く、ヒートポンプの運転
コストが増大する。

本発明の一体化された装置に於ては、120〜140
〓（49〜60℃）の温度にてタンク内に貯容された
先に加熱された水が除霜サイクル中に冷媒へ熱を
供給するために使用される。除霜サイクル中にか
かる比較的低廉で容易に得られるエネルギを使用
すべく、冷房モード中には制御装置により本発明
のヒートポンプが作動され、弁５６が閉弁され、
弁５５が開弁される。これと同時に水ポンプが作
動される。従つて冷媒−水熱交換器３０はヒート
ポンプのエバポレータとして作用する。圧縮機よ
り吐出される高温の冷媒は温外コイルへ供給さ
れ、該コイルに於て凝縮熱がコイルの表面に存在
する氷を除去するために使用される。冷媒は屋外
コイルより流出すると、膨張装置２１を通過する
ことにより通常の態様にて絞られるが、従来の除
霜サイクルの如く屋内コイルへ供給されるのでは
なく、絞られた冷媒は熱交換器３０内の蒸発回路
４２へ供給される。熱交換器３０内に於ては、液
体冷媒はその冷媒を蒸発させるに十分な熱を高温
の水ループより吸収する。熱交換器より流出する
冷媒蒸気は、入口６１に於て一次吸入導管１４を
アキユムレータに接続する二次吸入導管５０を経
て圧縮機の吸入側へ吸引される。

以上の説明より明らかである如く、本発明の新
規な除霜サイクルを使用することにより非効率的
なストリツプヒータの必要性が排除され、また屋
内コイルがサイクルより解除されるので、除霜工
程中に低温の空気が快適空間へ吹き込まれること
がない。除霜サイクル中には本装置の温水側より
エネルギが取出されるが、このエネルギはヒート
ポンプが通常の暖房モードに戻された場合には殆
ど消費されることなく戻される。このことはタン
ク内の水の温度が再度所望の貯容温度に到達する
まで水ポンプを作動させるだけで達成される。

本発明の一体化された装置は二つの制御弁を追
加するだけで六つの互いに異なる作動モードを達
成することができる。かかるモードとして、水の
加熱が行われ又は行われない暖房、水の加熱が行
われ又は行われない冷房、空調が行われない水の
加熱、本装置の温水側に保有されたエネルギを効
率的に使用して冷媒を蒸発させる新規な除霜サイ
クルが含まれる。更に上述の何れの形態に於て
も、圧縮機の吸入側は選択された形態に於ては使
用されていない冷媒回路に接続される。従つて圧
縮機は隔離された回路より冷媒を取出し、従つて
他の一体化された装置に於て一般に生じる冷媒の
取扱いや不足の問題の発生が回避される。

以上に於ては本発明を特定の実施例について詳
細に説明したが、本発明はかかる実施例に限定さ
れるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々
の実施例が可能であることは当業者にとつて明ら
かであろう。

【図面の簡単な説明】

添付の図は本発明による一体化されたヒートポ
ンプ及び給湯装置を示す解図である。 １０……ヒートポンプ装置、１２……圧縮機、
１３……吐出導管、１４……吸入導管、１５……
逆転弁、１７……屋内フアンコイル装置、１８…
…屋外フアンコイル装置、２０……二相冷媒導管
（液体導管）、２１……膨張装置、２２，２３……
フアン、２６……マフラー、２７……アキユムレ
ータタンク、３０……冷媒−水熱交換器、３２…
…給湯装置、３５……温水タンク、３７……加熱
装置、３８……入口導管、３９……出口導管、４
０……水回路、４１……冷媒凝縮回路、４２……
冷媒蒸発回路、４５……水導管、４６……ポン
プ、４７……ソレノイド弁、４８……導管、５０
……吸入導管、５３……接続部、５５，５６……
ソレノイド弁、６０……制御装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 屋内フアンコイルユニツト及び屋外フアンコ
   イルユニツトを含んでおり、前記二つのユニツト
   は一方の側に於て逆転弁によつて又他方の側に於
   て膨張弁を有する液体導管によつて圧縮機の吸入
   導管又は吐出導管に選択的に接続され、これによ
   つて冷媒流れの方向が逆転され屋内快適空間の冷
   房又は暖房を行うように構成された一体化された
   ヒートポンプ及び給湯装置にして、 第一の冷媒凝縮回路と第二の冷媒蒸発回路と互
   に熱交換関係にある水回路を含み、前記第一の冷
   媒凝縮回路のエネルギが前記水回路に伝達され前
   記水回路のエネルギが前記第二の冷媒蒸発回路に
   伝達されるように構成された熱交換器と、 前記第一の冷媒凝縮回路は一方の側で前記圧縮
   機の吐出導管に接続され他方の側で前記逆転弁に
   接続されており、これによつて前記圧縮機より吐
   出された冷媒のエネルギの一部が前記水回路を通
   る水を加熱するために使われることと、 前記水回路は温水装置に接続されていること
   と、 前記第二の冷媒蒸発回路は蒸発器導管内に接続
   されており、前記蒸発器導管は一端にて前記屋内
   フアンコイルユニツトと前記膨張弁との間の液体
   導管に接続され他端にて前記圧縮機の吸入導管に
   接続されていることと、 前記蒸発器導管と前記屋内フアンコイルユニツ
   トとの間の前記液体導管に配置された第一の制御
   弁と、 前記液体導管と前記第二の冷媒蒸発回路との間
   の前記蒸発器導管に配置された第二の制御弁と、 快適空間を暖房又は冷房する時通常前記第一の
   制御弁を開位置に維持し前記第二の制御弁を閉位
   置に維持する制御装置であつて、屋内コイルを除
   霜するために周期的に前記第一の制御弁を閉弁し
   前記第二の制御弁を開弁し、これによつて前記第
   二の冷媒蒸発回路を通つて前記圧縮機に戻される
   冷媒を蒸発させるために前記温水装置のエネルギ
   が使われることを特徴とする一体化されたヒート
   ポンプ及び給湯装置。