JPH05340641A

JPH05340641A - ヒートポンプ装置

Info

Publication number: JPH05340641A
Application number: JP4146098A
Authority: JP
Inventors: Takashi Shiga; 隆司志賀; Naoki Tanaka; 直樹田中
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1992-06-08
Filing date: 1992-06-08
Publication date: 1993-12-21

Abstract

(57)【要約】【目的】冷房・暖房・高温給湯・冷房高温給湯の四つ
の運転モードを効率良く安定して運転するとともに、給
湯温度を高く維持できる装置を提供すること。【構成】冷房・暖房・高温給湯・冷房高温給湯の四つ
の運転モードに応じて電磁弁３２〜３９を切り替える。
高温時には圧縮機１２の能力を低下させる。高温時には
給湯用水熱交換器１４と第二非利用側熱交換器１７とを
接続する。この四つの運転モードに応じて一つの減圧膨
張装置１９で冷媒流量を適宜減圧制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は電磁弁など汎用の開閉
弁を操作するだけで、冷凍サイクルを切り替えて、冷房
単独、暖房単独、給湯単独、冷房給湯併行の四通りの運
転が可能であり、しかもこの四通りの運転が全て同一の
減圧膨張装置で制御できるとともに、給湯単独、冷房給
湯併行運転については、圧縮機の能力制御を行う、圧縮
機の高温吐出ガスの加熱蒸気部（デスーパーヒート部）
を利用して、給湯供給水温を高く維持できるようにした
ヒートポンプ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】冷房給湯併行の運転を行わせる冷暖房給
湯装置としては、例えば実公昭４８−１７１０２号公報
に示される装置が従来からあるが、この冷暖房給湯装置
は図６に示す冷媒回路により形成されており、系統中に
冷房単独・冷房給湯併行と、給湯単独とに切り替えるた
めの四方切り替え弁が必要であることと、絞り装置品で
ある膨張弁が２個必要である。

【０００３】この従来の冷暖房給湯装置において、実線
の矢印は給湯のみ、波状の矢印は冷房給湯の場合の冷媒
の流れを示している。この図４において、冷房給湯併行
運転時、圧縮機１からの高温冷媒ガスは三路切替え弁２
をえて、給湯用水側熱交換器３で凝縮し、四方切替え弁
２を通って、室外コイル４へいき、そこで外気と熱交換
し、さらに逆止弁５をおよび受液器６をえて、膨張弁７
で減圧され、室内コイル８で室内空気と熱交換して蒸発
され、加熱ガスとなって四方切替弁９より、圧縮機１へ
戻る。なお、１０は逆止弁、１１は膨張弁である。

【０００４】このとき、給湯用水側熱交換器３と室外コ
イル４は冷凍サイクルが直列に接続されているため、室
外コイル４の周囲温度が低い外気条件で運転される場
合、室外コイル４で凝縮熱交換され給湯用水側熱交換器
３への熱交換能力が室外コイル４側に移行し、冷房給湯
併行運転の効率が低下する。すなわち、冷房排熱回収の
給湯運転が完全に実施されないことになる。

【０００５】また、給湯温度の上昇、すなわち、冷凍サ
イクルの凝縮温度を高く維持する高圧運転を継続させよ
うとしても、室外コイル４の周囲温度が低い場合、冷媒
ガスはここで凝縮し、この相当飽和温度となって、冷凍
サイクルの凝縮温度を高く、給湯温度を高くできない。

【０００６】さらに、冷房、給湯、冷房給湯併行の三通
りの運転を行わせるためには、系統中に冷房単独、冷房
給湯併行の両運転兼用の膨張弁７と給湯単独専用の膨張
弁１１とが必要であって、後者の膨張弁１１について
は、冷媒流通量が相互に異なる二通りの運転に共用させ
ている関係上、これを単独にキャピラリーチューブ代替
は不可能であり、高価な自動膨張弁を使用せざるを得な
いため、コスト増をもたらす点も問題点であった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来のこ
の種の冷暖房給湯装置は給湯用水側熱交換器３と室外コ
イル４が冷房給湯併行運転時、直列に接続されているの
で、室外コイル４の周囲温度が低い外気条件での運転
時、室外コイル側で熱交換、凝縮してしまい、給湯用水
側熱交換器３の能力が低下してしまい、凝縮温度を高く
できないなどの課題があった。

【０００８】また、冷房、給湯、冷房給湯併行の運転を
行うためには、二つの自動膨張弁が必要となり、高価で
あり、コスト増をもたらすなどの課題もあった。

【０００９】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、効率の良い安定した給湯単独、
冷房給湯併行運転ができるとともに、圧縮機の能力制御
を行ってヒートポンプ装置の運転を続行させることによ
り、給湯温度を高く維持することができるヒートポンプ
装置を得ることを目的とする。

【００１０】また、非利用空気側熱交換器を分割して第
１および第２の熱交換器とし、この第２の熱交換器は給
湯用熱交換器と直列に接続することにより、ヒートポン
プ装置の運転を続行させ、凝縮温度を低く維持して圧縮
機のデスーパーヒート部の高温部の利用で給湯温度を高
く維持することができるヒートポンプ装置を得ることを
目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明にかかるヒート
ポンプ装置においては、内部で容量制御可能な圧縮機、
第一および第二の非利用側熱交換器、利用水側熱交換
器、給湯用水側熱交換器、四路切換弁、液溜、アキュム
レータ、および減圧膨張機構により冷凍サイクルが構成
され、冷房運転モード、暖房運転モード、給湯運転モー
ド、冷房給湯併用運転モードを備えたヒートポンプ装置
において、上記第一の非利用側熱交換器と減圧膨張機構
間に接続される第１の開閉弁と、上記利用水側熱交換器
への冷媒の流通を制御する第２の開閉弁と、上記給湯用
水側熱交換器の入口に接続される第３の開閉弁と、上記
給湯用水側熱交換器の出口に接続される第４の開閉弁
と、利用水側熱交換器と給湯用水側熱交換器に接続され
る第５の開閉弁と、利用水側熱交換器と四路切換弁に接
続される第６の開閉弁と、これらの機器を制御する制御
装置等を備え、上記制御装置は、冷房運転モードのとき
は、第１の開閉弁を開いて上記第一の非利用側熱交換器
を作動させ、第２、第５の開閉弁を開いて利用水側熱交
換器を作動させ、第３、第４の開閉弁と第６の開閉弁を
閉じて給湯用水側熱交換器を停止させ、暖房運転モード
のときは、第１の開閉弁を開いて上記第一の非利用側熱
交換器を作動させ、第２、第５の開閉弁を開いて利用水
側熱交換器を作動させ、第３、第４の開閉弁と第６の開
閉弁を閉じて給湯用水側熱交換器を停止させ、給湯運転
モードのときは、第１の開閉弁を開いて上記第一の非利
用側熱交換器を作動させ、第２、第５、第６の開閉弁を
閉じて利用水側熱交換器を停止させ、第３、第４の開閉
弁を開いて給湯用水側熱交換器を作動させ、冷房給湯併
用運転モードのときは、第１の開閉弁を閉じて上記第一
の非利用側熱交換器を停止させ、第２、第５の開閉弁を
閉じ且つ第６の開閉弁を開いて利用水側熱交換器を作動
させ、第３、第４の開閉弁を開いて給湯用水側熱交換器
を作動させるように制御する制御装置とするとともに、
上記冷凍サイクルの圧力上昇を検知する圧力検知手段
と、上記冷凍サイクルの圧力上昇に応じて上記圧縮機の
出力を低減して容量制御運転を行う圧縮機制御装置とを
備えるという手段を講じた。また、冷凍サイクルの圧力
上昇を検知する圧力検知手段等を備え、上記第二の非利
用熱交換器に接続される第７の開閉弁で形成される第２
の凝縮回路を第４の開閉弁と並列に接続して選択可能に
構成し、上記冷凍サイクルの圧力が設定圧力を越えると
きは、上記第４の開閉弁を閉じて上記第２の凝縮回路を
開放して給湯用水側熱交換器と直列に接続して給湯用水
側熱交換器は上記圧縮機の高温部の加熱蒸気部と熱交換
するよう制御する制御装置とを備えてもよい。また、冷
凍サイクルの圧力上昇を検知する圧力検知手段等を備
え、上記第二の非利用熱交換器に接続される凝縮圧力調
整弁とで形成される第２の凝縮回路を第４の開閉弁と並
列に接続して選択可能に構成し、上記冷凍サイクルの圧
力上昇に応じて上記凝縮圧力調整弁を調整し、上記第２
の凝縮回路に冷媒を流通させて上記冷凍サイクルの圧力
上昇を抑制するよう制御する制御装置とを備えてもよ
い。また、第一および第二の非利用側熱交換器をフィン
と銅管からなるフレートフィン式熱交換器とし、かつ各
々の熱交換器のフィンを相互に熱伝導可能に連結された
一体構造のフィン構造とするとともに、冷凍サイクルの
圧力上昇を検知する圧力検知手段と、上記冷凍サイクル
の圧力上昇に応じて上記圧縮機の出力を低減して容量制
御運転を行う圧縮機制御装置とを備えてもよい。

【００１２】

【作用】この発明においては、開閉弁の開閉により冷房
運転は第一の非利用空気側熱交換器と利用水側熱交換
器、暖房運転は利用水側熱交換器と第一の非利用空気側
熱交換器、給湯運転は給湯用水側熱交換器と第一の非利
用空気側熱交換器または第二の非利用空気側熱交換器、
冷房給湯運転は給湯用水側熱交換器と利用水側熱交換器
または第二の非利用空気側熱交換器が接続され、減圧膨
張弁により、冷房運転、暖房運転、給湯運転、冷房給湯
併行の四通りの運転に応じて冷媒流量を調節する。ま
た、冷房運転時には利用水側熱交換器で冷水を作り、暖
房運転時には、利用水側熱交換器で温水を作り、給湯運
転時には給湯用水側熱交換器で給湯温水を供給し、冷房
給湯併行運転時には給湯用水側熱交換器で給湯用温水を
作るとともに利用水側熱交換器で冷水を作る。

【００１３】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の一実施例を図にしたがって
説明する。図１および図３において、図１はその一実施
例の系統図を示したものであり、圧縮機１２、四方切替
弁１３、圧縮機１２からの吐出冷媒ガスと給湯水との間
を熱交換する給湯用水側熱交換器１４、負荷側のファン
コイルユニットなど（図示せず）の空気調和機（以下、
空調機という）との間を冷水、あるいは温水を介して熱
交換する利用水側熱交換器１５、第一および第二非利用
空気側熱交換器１６，１７はファン１８により強制熱交
換されるようになっている。

【００１４】また、１９は逆止弁２０，２１，２２，２
３と電磁弁２４、電磁式膨張弁２５、毛細管２６，２
７，２８などにより構成される減圧膨張装置であり、条
件に応じてそれぞれ開閉し、きめ細かに流通する冷媒量
を制御する。２９はドライヤーである。３０はアキュム
レータである。

【００１５】すなわち、逆止弁２０と２１，２２と２３
がそれぞれ直列に連結されており、この逆止弁２０と２
１，２２と２３との連結点間に、ドライヤー２９と電磁
弁２４、毛細管２８が直列にして連結され、さらに、逆
止弁２０と２２との接続点と、ドライヤー２９と電磁弁
２４との接続点間に、毛細管２６が連結されている。こ
の電磁弁２４に並列に、電磁式膨張弁２５が接続されて
おり、電磁弁２４、ドライヤー２９との接続点は毛細管
２７を介して、また、逆止弁２３はそれぞれ液溜３１に
連結されている。さらに、逆止弁２０と２２との接続点
は、第１の開閉弁としての電磁弁３２を介して第一の非
利用空気側熱交換器１６（以下、第１空気熱交換器と呼
ぶ）が連結されている。

【００１６】一方、第４、第３の電磁弁３４，３５は給
湯用水側熱交換器１４の両側に接続されて開閉する電磁
弁であり、給湯および冷房給湯併行運転時に解放され
る。電磁弁３５は四方切替弁１３に連結され、電磁弁３
４は受液器１４に連結されている。

【００１７】電磁弁３４の両端には、第７の電磁弁３６
と直列に接続された第２の非利用空気側熱交換器１７
（以下、第２空気熱交換器と呼ぶ）が並列に連結され、
運転に応じてこの第２の非利用空気側熱交換器１７への
冷媒流通を制御する。この電磁弁３４は高温運転時の給
湯および冷房給湯併行運転時に解放される。

【００１８】３３，３７は利用水側熱交換器１５（以
下、水熱交換器と呼ぶ）の片方側に接続される第６、第
２の電磁弁であり、電磁弁３７は四方切替弁１３との間
に、また、電磁弁３３は四方切替弁１３と第１の非利用
空気側熱交換器１６との間に接続される。

【００１９】第５の電磁弁３８は給湯用水側熱交換器１
４の電磁弁３４と水熱交換器１５との間に接続され、電
磁弁３９は第２空気熱交換器１７の電磁弁３２と水熱交
換器１５との間に接続される。

【００２０】この電磁弁３２は減圧膨張装置１９と第２
空気熱交換器１７との間に接続される電磁弁であり、冷
房、暖房、給湯運転時に解放される。

【００２１】なお、上記液溜３１は冷凍装置内の余剰冷
媒を溜める役目をなし、バイパス回路３８は逆止弁３９
とキャピラリーチューブ４０からなり、給湯用水側熱交
換器１４内に閉じこめられた冷媒を低圧圧力側に逃し、
たまらないようにするようになっている。

【００２２】さらに、電磁弁４１と４２は圧縮機の内部
中間圧力部へ加えるためのものであり、圧縮機１２の吐
出側と吸い込み側に接続され、連結の中間部と圧縮機の
内部中間圧力部とが接続される。この電磁弁４１と４２
を解放すると圧縮機１２が容量制御条件となり、約６０
％の能力となる。高温運転時の給湯および冷房給湯併行
運転時に解放される。

【００２３】図３は圧縮機１２の特性図を示したもの
で、圧縮機１２が容量制御条件となり、約６０％の能力
となると冷凍装置のバランスで、高圧圧力は下がり、低
圧圧力は上昇する。（Ａ点からＢ点へ移行する。）した
がって、高温給湯を考えれば給湯用水側熱交換器１４は
圧縮機１２からの加熱部（デスーパーヒート）と凝縮部
とで熱交換しているが、この加熱部（デスーパーヒー
ト）の能力相当部分は変わらず、この部分は１００℃前
後あり、高温の給湯温水が得られる。さらに、高圧圧力
が下がった分だけ、運転を続行でき、元の高圧圧力
（Ｂ’点）まで給湯および冷房給湯併行運転が可能とな
り、高温の給湯温水が得られる。

【００２４】次に動作について（１）冷房運転、（２）
暖房運転、（３）高温給湯運転、（４）冷房高温給湯併
行の四通りの運転について説明する。なお、実線矢印は
暖房時の冷媒流れ方向を示し、破線の矢印は冷房時の冷
媒流れ方向を示し、実線に黒点を付した矢印は冷房給湯
併行時の冷媒流れ方向を示している。

【００２５】（１）冷房運転圧縮機１２からの高温冷媒ガスは四方切替弁１３を通っ
て第１空気熱交換器１６へゆき、ここでファン１８と強
制熱交換器され、ガス冷媒は凝縮されて高圧の液冷媒と
なり、さらに電磁弁３２をえて減圧膨張装置１９へ入
り、逆止弁２０、ドライヤー２９を通って冷媒は電磁式
膨張弁２５、冷却用毛細管２７，２８で減圧され、逆止
弁２０と電磁弁３８を通って水熱交換器１５で蒸発し、
ここで熱交換器し、冷水を作り、負荷の空調機（図示せ
ず）へ供給される。この水熱交換器１５で蒸発されたガ
ス冷媒は電磁弁３７、四方切替弁１３を介して圧縮機１
２へ戻り、冷房運転が繰り返される。

【００２６】このときの解放される電磁弁は３２，３
８，３７であり、他の電磁弁３３，３５，３９，３４，
３６は閉じられる。給湯用水側熱交換器１４は両端の電
磁弁３４，３５により閉じられており、ここへ冷媒が寝
込んで、冷凍サイクルの運転が不安定となることもな
い。

【００２７】（２）暖房運転冷房運転とは逆の冷凍サイクルで運転され、圧縮機１
２、四方切替弁１３、電磁弁３７、水熱交換器１５、電
磁弁３８、液溜３１、減圧膨張装置１９の逆止弁２１、
ドライヤー２９、毛細管２６、膨張弁２５、毛細管２
８、逆止弁２２、電磁弁３２、第１空気熱交換器１６、
アキュムレータ３０の順で構成される。圧縮機１２から
の高温冷媒ガスは四方切替弁１３を通って水熱交換器１
５で熱交換し、温水を供給する。

【００２８】この水熱交換器１５で凝縮された冷媒は液
溜３１に溜められ、ここで暖房運転における余剰冷媒を
収容するとともに逆止弁２１、ドライヤー２９を通って
膨張弁２５、加熱用毛細管２６で減圧される。

【００２９】このときの解放される電磁弁３７，３８，
３２であり、他の電磁弁３３，３５，３９，３４，３６
は閉じこめられる。給湯用水側熱交換器１４は両端の電
磁弁３４，３５により閉じこめられておりここへ冷媒が
寝込んで、冷凍サイクルの運転が不安定となることもな
い。

【００３０】（３）高温給湯運転暖房運転と同様の冷凍サイクルで運転され、圧縮機１
２、四方切替弁１３、電磁弁３５、給湯用水側熱交換器
１４、電磁弁３４、液溜３１、減圧膨張装置１９、電磁
弁３２、第１空気熱交換器１６、アキュムレータ３０の
順で構成される。

【００３１】この場合、圧縮機１２からの高温冷媒ガス
は四方切替弁１３を通って給湯用水側熱交換器１４で熱
交換し、給湯用温水を供給する。この給湯用水側熱交換
器１４で凝縮された冷媒は液溜３１に溜められ、ここで
暖房運転における余剰冷媒を収容する。

【００３２】さらに、液溜３１に溜めらた冷媒は逆止弁
２１、ドライヤー２９を通って膨張弁２５、加熱用毛細
管２６で減圧される。減圧膨張装置１９はすべてドライ
ヤー２９を通って同一経路で減圧される。

【００３３】このときの解放される電磁弁は３５，３
４，３２であり、他の電磁弁３３，３７，３８，３９，
３６は閉じられる。水側熱交換器１５は両端の電磁弁３
３，３７，３９により閉じられており、ここへ冷媒が寝
込んで、冷凍サイクルの運転が不安定となることもな
い。

【００３４】次に、給湯用水側熱交換器１４により熱交
換された貯湯タンク（図示せず）からの温水は次第に水
温が上昇して貯湯タンク内の水温を上げるが、上限の設
計圧力（設定圧力、約２８Ｋ／ｃｍ² Ｇ）に近付くと、
圧縮機１２を停止させようとするが、このときの圧力相
当の飽和温度（冷媒Ｒ−２２の場合）は約６７℃であ
り、給湯用水側熱交換器１４との熱交換後の温度は圧縮
機１２からの加熱部（デスーパーヒート）と凝縮部とで
熱交換しても、給湯温度は６０〜６５℃が限度である。
これ以上高くしようとすると、圧力上昇を招く。例え
ば、給湯用水側熱交換器１４への入り口温度５５℃、出
口温度６０℃とすると、貯湯タンク内の水温は約５５℃
＋６０℃／２＝５７．５℃となる。このとき、圧縮機１
２を停止させる前に圧縮機１２の両端に接続された電磁
弁４１と４２が開かれ、圧縮機１２が容量制御運転に切
り替えられて約６０％の能力となる。能力が低下する
が、給湯用水側熱交換器１４と第１空気熱交換器１６は
逆に伝熱面積が過大となる方向へ移行するので、冷凍装
置のバランスで、高圧圧力は下がり、低圧圧力は上昇す
る。高圧圧力は下がっても、温水温度は下がらず、貯湯
タンク内の水温は逆に上昇する。例えば、能力が低下分
だけ入り口温度と出口温度の差が減少する。５ｄｅｇ差
→５×０．６＝３ｄｅｇ差、給湯用水側熱交換器１４へ
の入り口温度５８℃、出口温度６０℃とすると、貯湯タ
ンク内の水温は約５８℃＋６０℃／２＝５９℃となる。
この様に、圧縮機１２の容量制御運転を行うと能力は低
下するが、実質的に入口温度と出口温度との差が縮ま
り、平均温度は上昇する。図４に入口−出口温度との関
係を示す。

【００３５】（４）冷房高温給湯併行運転圧縮機１２、四方切替弁１３、電磁弁３５、給湯用水側
熱交換器１４、電磁弁３４、液溜３１、減圧膨張装置１
９、電磁弁３９、水側熱交換器１４、電磁弁３３、四方
切替弁１３、アキュムレータ３０の順で構成される。

【００３６】この場合、圧縮機１２からの高温冷媒ガス
は四方切替弁１３を通って給湯用水側熱交換器１４で熱
交換し、給湯用温水を供給する。この給湯用水側熱交換
器１４で凝縮された冷媒は液溜３１に溜められ、ここで
余剰冷媒を収容する。

【００３７】さらに、液溜３１に溜めらた冷媒は逆止弁
２１、ドライヤー２９を通って膨張弁２５、加熱用毛細
管２６で減圧される。減圧膨張装置１９はすべてドライ
ヤー２９を通って同一経路で減圧される。

【００３８】この減圧された蒸発冷媒は電磁弁３９を通
って水側熱交換器１５で熱交換され、蒸発して冷水を作
り、空調機へ冷水供給する。減圧膨張装置１９はすべて
ドライヤー２９を通って同一経路で減圧される。

【００３９】なお、減圧膨張装置１９中の電磁弁２４は
冷凍負荷が増大し、冷媒循環量を多く必要とする際、解
放される。

【００４０】この様に、必要冷凍負荷に応じて、減圧膨
張装置１９内の構成部品は開閉制御がきめ細かく行われ
る。

【００４１】このときの解放される電磁弁は３５，３
４，３９，３３であり、他の電磁弁３７，３８，３２，
３６は閉じられる。したがって、第１および第２空気熱
交換器１６，１７は冷媒が循環しておらず、閉じられて
おり、ここへ冷媒が寝込んで、冷凍サイクルの運転が不
安定となることもない。

【００４２】また、冷房給湯併行運転時は第１空気熱交
換器１６は不要であり、ファン１８の運転も停止させ、
従来例の課題であった寝込みによる冷凍サイクルの不安
定運転を解消できる。なお、貯湯温度の上昇のための圧
縮機の能力制御方法については（３）給湯運転と同様で
ある。

【００４３】以上のように、この実施例によれば、給湯
用水側熱交換器１４、水側熱交換器１５、第１の空気熱
交換器１６の三つの熱交換器と電磁弁からなる開閉弁を
各々の運転モードに応じて切り替えるようにして、不必
要な熱交換器へは冷媒を流通させないように冷凍サイク
ルを構成した。

【００４４】また、給湯・冷房給湯モードにおいて、圧
縮機に容量制御機能を持たせ、圧縮機の能力を減少させ
るようにし、給湯用水側熱交換器からの出口水温を高
く、平均水温を高く維持するように制御した。

【００４５】これらの冷凍サイクルの運転がすべて同一
の減圧膨張機構で制御させるようにしたので次の利点が
得られる。

【００４６】冷房給湯併行運転時に第１空気熱交換器１
６には、高圧冷媒が流れなく、冷媒が凝縮して寝込むこ
ともなく、冷房用排熱を１００％給湯に回収できて、給
湯用加熱量が大きい。

【００４７】このとき、圧縮機１２の運転を停止させず
に続行させ、高温水に達したら容量制御運転に切り替え
て、能力を６０％に減少させるようにおこなう。図２は
圧縮機の高圧圧力（凝縮温度）、低圧圧力（蒸発温度）
の関係を示す特性図であり、このとき、図２のＡ点から
Ｂ点へ冷凍サイクルの動作点が移動する。

【００４８】いま、図４（給湯運転状態を示す説明図）
に示すように、設定温度６０℃直前の温度に達したら、
容量制御運転に切り替えて、能力を６０％になるとする
と、冷凍サイクルのバランス点が移行し、高圧圧力が下
がる。これにより、出口温度は６０℃から６０％の５８
℃、入り口温度は変わらず５５℃となり、圧縮機１２は
停止せず、運転を続行する。このままで運転を続けいて
いき、水温が再び６０℃に達しても、圧縮機１２は能力
は低下するが、給湯用水側熱交換器１４と第１空気熱交
換器１６は逆に伝熱面積が過大となる方向へ移行するの
で冷凍装置のバランスで、高圧圧力は下がり、低圧圧力
は上昇し、設定の高圧圧力の上限に達し余裕ができ、再
び、設定の高圧圧力まで運転ができるので出口温度の上
昇は可能となる。さらに、給湯用水側熱交換器１４の出
口−入口温度差が縮まり、実質的に貯湯タンク内の温度
を高くすることができる。いま、給湯用水側熱交換器１
４への入り口温度６３℃、出口温度６５℃とすると、貯
湯タンク内の水温は６３℃＋６５℃／２＝６４℃とな
り、高温化が可能となる。

【００４９】実施例２．図２は他の実施例について示し
たものである。図２において、３６は第二の非利用側熱
交換器と接続される電磁開閉弁であり、第２の凝縮回路
４５を形成し、電磁開閉弁３４と並列に接続される。こ
の第２の凝縮回路４５は選択して給湯用水側熱交換器１
４と接続される。

【００５０】すなわち、冷凍サイクルの許容高圧圧力よ
り１Ｋｇ／ｃｍ² Ｇ程度低い圧力スイッチ（図示せず）
と接続されて給湯運転における給湯用水側熱交換器１４
からの温水温度が所定の高温温度に達したら選択可能と
して、電磁開閉弁３４を閉じ、電磁開閉弁３６を開いて
第２の凝縮回路４５を開放し給湯用水側熱交換器１４と
直列に接続して、給湯用水側熱交換器１４は上記圧縮機
の高温部の加熱蒸気部と熱交換し、上記第２の凝縮回路
４５で上記冷凍サイクルの高圧圧力を抑えて冷凍サイク
ルの運転を続行させるようにする。

【００５１】次に高温給湯運転の場合について動作を説
明する。（３）高温給湯運転暖房運転と同様の冷凍サイクルで運転され、圧縮機１
２、四方切替弁１３、電磁弁３５、給湯用水側熱交換器
１４、電磁弁３４、液溜３１、減圧膨張装置１９、電磁
弁３２、第１空気熱交換器１６、アキュムレータ３０の
順で構成される。

【００５２】この場合、圧縮機１２からの高温冷媒ガス
は四方切替弁１３を通って給湯用水側熱交換器１４で熱
交換し、給湯用温水を供給する。この給湯用水側熱交換
器１４で凝縮された冷媒は液溜３１に溜められ、ここで
給湯運転における余剰冷媒を収容する。

【００５３】さらに、液溜３１に溜めらた冷媒は逆止弁
２１、ドライヤー２９を通って膨張弁２５、加熱用毛細
管２６で減圧される。減圧膨張装置１９はすべてドライ
ヤー２９を通って同一経路で減圧される。

【００５４】このときの開放される電磁弁は３５，３
４，３２であり、他の電磁弁３３，３７，３８，３９，
３６は閉じられる。水側熱交換器１５は両端の電磁弁３
３，３７，３９により閉じられており、ここへ冷媒が寝
込んで、冷凍サイクルの運転が不安定になることもな
い。

【００５５】次に、給湯用水側熱交換器１４により熱交
換された貯湯タンク（図示せず）からの温水は次第に水
温が上昇して貯湯タンク内の水温を上げるが、上限の設
計圧力（設定圧力、約２８Ｋ／ｃｍ² Ｇ）に近付くと、
圧縮機１２を停止させようとするが、このときの圧力相
当の飽和温度（冷媒Ｒ−２２の場合）は約６７℃であ
り、給湯用水側熱交換器１４との熱交換後の温度は圧縮
機からの加熱部（デスーパーヒート）と凝縮部とで熱交
換しても、供給温度は６０〜６５℃が限度である。これ
以上高くしようとすると、圧力上昇を招く。例えば、給
湯用水側熱交換器１４への入り口温度５５℃、出口温度
６０℃とすると、貯湯タンク内の水温は約５５℃＋６０
℃／２＝５７．５℃となる。このとき、電磁開閉弁３４
を閉じ、電磁開閉弁３６を開いて第２の凝縮回路４５を
解放し給湯用水側熱交換器１４と直列に接続する。圧縮
機１２からの高温の加熱ガスは給湯用水側熱交換器１４
と熱交換器し、次に第二非利用側熱交換器１７へ行き、
ここで熱を外気へ排出して熱交換するが、凝縮温度を外
気温度相当プラス１５℃程度に抑え、ここで冷凍サイク
ルの全体の凝縮温度相当の高圧圧力に抑えるようにな
る。第二の非利用側熱交換器１７で熱を外気へ排出する
ため、給湯用水側熱交換器１４の熱交換能力は圧縮機１
２の加熱部の飽和蒸気部相当となり、能力が低下する
が、高温水が得られるようになる。

【００５６】例えば、図５に示すように圧縮機１２の加
熱部の飽和蒸気部の能力低下分だけ入り口温度と出口温
度の差が減少する。能力が４０％とすると、５ｄｅｇ差
→５×０．４＝２ｄｅｇ差、給湯用水側熱交換器１４へ
の入り口温度６８℃、出口温度７０℃とすると、貯湯タ
ンク内の水温は約６８℃＋７０℃／２＝６９℃となる。
高温水が得られても上限の設計圧力（設定圧力、約２８
Ｋ／ｃｍ² Ｇ）以内に抑えることが可能となる。

【００５７】実施例３．図２は他の実施例について示し
たものである。図２において、４６は第二の非利用側熱
交換器１７、電磁開閉弁３６と接続される凝縮圧力調整
弁であり、第２の凝縮回路４５を形成し、電磁開閉弁３
４と並列に接続される。この第２の凝縮回路４５は選択
して給湯用水側熱交換器１４と接続される。この凝縮圧
力調整弁４６は予め設定された凝縮圧力に近付くと第二
の非利用側熱交換器１７へ流す冷媒を自動的に増やして
凝縮圧力を下げようとして制御する。他の構成において
は実施例２の構成と同じである。

【００５８】動作について説明する。すなわち、冷凍サ
イクルの許容高圧圧力より１Ｋｇ／ｃｍ² Ｇ程度低い圧
力スイッチ（図示せず）と接続されて給湯運転における
給湯用水側熱交換器１４からの温水温度が所定の高温温
度にまず達したら選択可能として、電磁開閉弁３６を開
いて第２の凝縮回路４５を解放し給湯用水側熱交換器１
４と直列に接続して、給湯用水側熱交換器１４は上記圧
縮機１２の高温部の加熱蒸気部と熱交換し、上記第２の
凝縮回路４５で凝縮圧力調整弁４６が流す冷媒量を制御
し、上記冷凍サイクルの高圧圧力を抑えて冷凍サイクル
の運転を続行させるようにする。この凝縮圧力調整弁４
６は第二の非利用側熱交換器１７へ流す冷媒量を自動的
に制御するので第２の凝縮回路から外気へ熱量を最小限
に抑える効果がある。高温水の取り出しについては実施
例２と同様である。

【００５９】実施例４．図２は他の実施例について示し
たものである。第一および第二の非利用側熱交換器１
６，１７はフィンと銅管とからなるプレートフィン式熱
交換器であり、フィンは一体で構成されている。第一は
上部に、第二は下部に構成される。この様に一体で構成
されているので、それぞれの運転においてはフィンの伝
熱面積が増大することになり、効率の上昇を図れる。ま
た、低外気時での給油運転においては第２の凝縮回路４
５の熱量がフィンを通して第一の非利用側熱交換器１６
と熱交換器するので低圧圧力を引き上げることができ、
熱交換量アップを図れる。

【００６０】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば以下の
効果が得られる。給湯用水側熱交換器、利用水側熱交換器、第一およ
び第二非利用空気側熱交換器の四つの熱交換器と電磁弁
の開閉弁を各々目的ごとの冷房、暖房、給湯、冷房給湯
に応じて切り替えるとともに、圧縮機の能力制御が行わ
れるようにした冷凍サイクルと、これらの冷凍サイクル
の運転時の冷媒流量を制御する一個の減圧膨張装置とを
設けて制御するようにしたので、効率の良い安定した高
温給湯単独、冷房高温給湯併行運転ができるとともに、
圧縮機の能力制御を行ってヒートポンプ装置の運転を続
行させることにより、給湯温度を高く維持することがで
きるという効果が得られる。また、冷房高温給湯併行運
転時には第一および第二非利用側熱交換器には高圧液冷
媒が１００％流れず、冷媒が凝縮して寝込むこともな
く、冷房用排熱を１００％給湯に回収でき、水温を高く
でき、給湯用加熱量を大きくできるという効果も得られ
る。この様に、圧縮機の能力制御が行われるようにした
ので高圧圧力を低減して、運転を続行することで給湯温
度を高く維持できる。

【００６１】また、非利用側熱交換器を分割して第
一および第二非利用側熱交換器とし、第２の熱交換器は
給湯用熱交換器と直列に接続することにより、ヒートポ
ンプ装置の運転を続行させ凝縮温度を低く維持して圧縮
機のデスーパーヒート部の利用で給湯温度を高く維持で
きるという効果が得られる。

【００６２】さらに、第二非利用側熱交換器へ流す
冷媒量を凝縮調整弁で自動制御し、給湯用水側熱交換器
の熱交換量を最大限に取り出すようにし、かつ高圧圧力
を抑えるようにして給湯温度を高く維持できるという効
果も得られる。

【００６３】そして、第一および第二非利用側熱交
換器はフィンを一体で構成したのでそれぞれフィンを介
して伝熱面積の増大を図れ、効率の上昇を図れるという
効果が得られる。この様にこの発明の実用的価値は大で
あり、その効果は計り知れない。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例によるヒートポンプ装置を
示す図である。

【図２】この発明の一実施例によるヒートポンプ装置を
示す図である。

【図３】この発明の一実施例による圧縮機特性図を示し
た図である。

【図４】この発明の一実施例による高温給湯運転の状態
を示した図である。

【図５】この発明の一実施例による冷凍サイクルのモリ
エル線図を示した図である。

【図６】従来のヒートポンプ装置を示す図である。

【符号の説明】

１２圧縮機１３四方切替弁１４給湯用水側熱交換器１５水熱交換器１６第一非利用側熱交換器１７第二非利用側熱交換器１９減圧膨張装置２０，２２逆止弁２６，２８毛細管２４電磁弁２５電磁弁２９ドライヤー３０アキュムレータ３１液溜３２（第１の）電磁弁３３（第６の）電磁弁３４（第４の）電磁弁３５（第３の）電磁弁３６（第７の）電磁弁３７（第２の）電磁弁３８（第５の）電磁弁３９電磁弁４５第２の凝縮回路４６凝縮圧力調整弁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部で容量制御可能な圧縮機、第一およ
び第二の非利用側熱交換器、利用水側熱交換器、給湯用
水側熱交換器、四路切換弁、液溜、アキュムレータ、お
よび減圧膨張機構により冷凍サイクルが構成され、冷房
運転モード、暖房運転モード、給湯運転モード、冷房給
湯併用運転モードを備えたヒートポンプ装置において、
上記第一の非利用側熱交換器と減圧膨張機構間に接続さ
れる第１の開閉弁と、上記利用水側熱交換器への冷媒の
流通を制御する第２の開閉弁と、上記給湯用水側熱交換
器の入口に接続される第３の開閉弁と、上記給湯用水側
熱交換器の出口に接続される第４の開閉弁と、利用水側
熱交換器と給湯用水側熱交換器に接続される第５の開閉
弁と、利用水側熱交換器と四路切換弁に接続される第６
の開閉弁と、これらの機器を制御する制御装置を備え、
上記制御装置は、冷房運転モードのときは、第１の開閉
弁を開いて上記第一の非利用側熱交換器を作動させ、第
２、第５の開閉弁を開いて利用水側熱交換器を作動さ
せ、第３、第４の開閉弁と第６の開閉弁を閉じて給湯用
水側熱交換器を停止させ、暖房運転モードのときは、第
１の開閉弁を開いて上記第一の非利用側熱交換器を作動
させ、第２、第５の開閉弁を開いて利用水側熱交換器を
作動させ、第３、第４の開閉弁と第６の開閉弁を閉じて
給湯用水側熱交換器を停止させ、給湯運転モードのとき
は、第１の開閉弁を開いて上記第一の非利用側熱交換器
を作動させ、第２、第５、第６の開閉弁を閉じて利用水
側熱交換器を停止させ、第３、第４の開閉弁を開いて給
湯用水側熱交換器を作動させ、冷房給湯併用運転モード
のときは、第１の開閉弁を閉じて上記第一の非利用側熱
交換器を停止させ、第２、第５の開閉弁を閉じ且つ第６
の開閉弁を開いて利用水側熱交換器を作動させ、第３、
第４の開閉弁を開いて給湯用水側熱交換器を作動させる
ように制御する制御装置とするとともに、上記冷凍サイ
クルの圧力上昇を検知する圧力検知手段と、上記冷凍サ
イクルの圧力上昇に応じて上記圧縮機の出力を低減して
容量制御運転を行う圧縮機制御装置とを備えたことを特
徴とするヒートポンプ装置。
【請求項２】内部で容量制御可能な圧縮機、第一およ
び第二の非利用側熱交換器、利用水側熱交換器、給湯用
水側熱交換器、四路切換弁、液溜、アキュムレータ、お
よび減圧膨張機構により冷凍サイクルが構成され、冷房
運転モード、暖房運転モード、給湯運転モード、冷房給
湯併用運転モードを備えたヒートポンプ装置において、
上記第一の非利用側熱交換器と減圧膨張機構間に接続さ
れる第１の開閉弁と、上記利用水側熱交換器への冷媒の
流通を制御する第２の開閉弁と、上記給湯用水側熱交換
器の入口に接続される第３の開閉弁と、上記給湯用水側
熱交換器の出口に接続される第４の開閉弁と、利用水側
熱交換器と給湯用水側熱交換器に接続される第５の開閉
弁と、利用水側熱交換器と四路切換弁に接続される第６
の開閉弁と、これらの機器を制御する制御装置と、上記
冷凍サイクルの圧力上昇を検知する圧力検知手段等と備
え、上記制御装置は、冷房運転モードのときは、第１の
開閉弁を開いて上記第一の非利用側熱交換器を作動さ
せ、第２、第５の開閉弁を開いて利用水側熱交換器を作
動させ、第３、第４の開閉弁と第６の開閉弁を閉じて給
湯用水側熱交換器を停止させ、暖房運転モードのとき
は、第１の開閉弁を開いて上記第一の非利用側熱交換器
を作動させ、第２、第５の開閉弁を開いて利用水側熱交
換器を作動させ、第３、第４の開閉弁と第６の開閉弁を
閉じて給湯用水側熱交換器を停止させ、給湯運転モード
のときは、第１の開閉弁を開いて上記第一の非利用側熱
交換器を作動させ、第２、第５、第６の開閉弁を閉じて
利用水側熱交換器を停止させ、第３、第４の開閉弁を開
いて給湯用水側熱交換器を作動させ、冷房給湯併用運転
モードのときは、第１の開閉弁を閉じて上記第一の非利
用側熱交換器を停止させ、第２、第５の開閉弁を閉じ且
つ第６の開閉弁を開いて利用水側熱交換器を作動させ、
第３、第４の開閉弁を開いて給湯用水側熱交換器を作動
させるように制御する制御装置とするとともに、上記第
二の非利用熱交換器に接続される第７の開閉弁で形成さ
れる第２の凝縮回路を第４の開閉弁と並列に接続して選
択可能に構成し、上記冷凍サイクルの圧力が設定圧力を
越えるときは、上記第４の開閉弁を閉じて上記第２の凝
縮回路を開放して給湯用水側熱交換器と直列に接続して
給湯用水側熱交換器は上記圧縮機の高温部の加熱蒸気部
と熱交換するよう制御する制御装置とを備えたことを特
徴とするヒートポンプ装置。
【請求項３】内部で容量制御可能な圧縮機、第一およ
び第二の非利用側熱交換器、利用水側熱交換器、給湯用
水側熱交換器、四路切換弁、液溜、アキュムレータ、お
よび減圧膨張機構により冷凍サイクルが構成され、冷房
運転モード、暖房運転モード、給湯運転モード、冷房給
湯併用運転モードを備えたヒートポンプ装置において、
上記第一の非利用側熱交換器と減圧膨張機構間に接続さ
れる第１の開閉弁と、上記利用水側熱交換器への冷媒の
流通を制御する第２の開閉弁と、上記給湯用水側熱交換
器の入口に接続される第３の開閉弁と、上記給湯用水側
熱交換器の出口に接続される第４の開閉弁と、利用水側
熱交換器と給湯用水側熱交換器に接続される第５の開閉
弁と、利用水側熱交換器と四路切換弁に接続される第６
の開閉弁と、これらの機器を制御する制御装置と、上記
冷凍サイクルの圧力上昇を検知する圧力検知手段等と備
え、上記制御装置は、冷房運転モードのときは、第１の
開閉弁を開いて上記第一の非利用側熱交換器を作動さ
せ、第２、第５の開閉弁を開いて利用水側熱交換器を作
動させ、第３、第４の開閉弁と第６の開閉弁を閉じて給
湯用水側熱交換器を停止させ、暖房運転モードのとき
は、第１の開閉弁を開いて上記第一の非利用側熱交換器
を作動させ、第２、第５の開閉弁を開いて利用水側熱交
換器を作動させ、第３、第４の開閉弁と第６の開閉弁を
閉じて給湯用水側熱交換器を停止させ、給湯運転モード
のときは、第１の開閉弁を開いて上記第一の非利用側熱
交換器を作動させ、第２、第５、第６の開閉弁を閉じて
利用水側熱交換器を停止させ、第３、第４の開閉弁を開
いて給湯用水側熱交換器を作動させ、冷房給湯併用運転
モードのときは、第１の開閉弁を閉じて上記第一の非利
用側熱交換器を停止させ、第２、第５の開閉弁を閉じ且
つ第６の開閉弁を開いて利用水側熱交換器を作動させ、
第３、第４の開閉弁を開いて給湯用水側熱交換器を作動
させるように制御する制御装置とするとともに、上記第
二の非利用熱交換器に接続される凝縮圧力調整弁とで形
成される第２の凝縮回路を第４の開閉弁と並列に接続し
て選択可能に構成し、上記冷凍サイクルの圧力上昇に応
じて上記凝縮圧力調整弁を調整し、上記第２の凝縮回路
に冷媒を流通させて上記冷凍サイクルの圧力上昇を抑制
するよう制御する制御装置とを備えたことを特徴とする
ヒートポンプ装置。
【請求項４】内部で容量制御可能な圧縮機、第一およ
び第二の非利用側熱交換器、利用水側熱交換器、給湯用
水側熱交換器、四路切換弁、液溜、アキュムレータ、お
よび減圧膨張機構により冷凍サイクルが構成され、冷房
運転モード、暖房運転モード、給湯運転モード、冷房給
湯併用運転モードを備えたヒートポンプ装置において、
上記第一および第二の非利用側熱交換器をフィンと銅管
からなるプレートフィン式熱交換器とし、かつ各々の熱
交換器のフィンを相互に熱伝導可能に連結された一体構
造のフィン構造とするとともに、上記第一の非利用側熱
交換器と減圧膨張機構間に接続される第１の開閉弁と、
上記利用水側熱交換器への冷媒の流通を制御する第２の
開閉弁と、上記給湯用水側熱交換器の入口に接続される
第３の開閉弁と、上記給湯用水側熱交換器の出口に接続
される第４の開閉弁と、利用水側熱交換器と給湯用水側
熱交換器に接続される第５の開閉弁と、利用水側熱交換
器と四路切換弁に接続される第６の開閉弁と、これらの
機器を制御する制御装置を備え、上記制御装置は、冷房
運転モードのときは、第１の開閉弁を開いて上記第一の
非利用側熱交換器を作動させ、第２、第５の開閉弁を開
いて利用水側熱交換器を作動させ、第３、第４の開閉弁
と第６の開閉弁を閉じて給湯用水側熱交換器を停止さ
せ、暖房運転モードのときは、第１の開閉弁を開いて上
記第一の非利用側熱交換器を作動させ、第２、第５の開
閉弁を開いて利用水側熱交換器を作動させ、第３、第４
の開閉弁と第６の開閉弁を閉じて給湯用水側熱交換器を
停止させ、給湯運転モードのときは、第１の開閉弁を開
いて上記第一の非利用側熱交換器を作動させ、第２、第
５、第６の開閉弁を閉じて利用水側熱交換器を停止さ
せ、第３、第４の開閉弁を開いて給湯用水側熱交換器を
作動させ、冷房給湯併用運転モードのときは、第１の開
閉弁を閉じて上記第一の非利用側熱交換器を停止させ、
第２、第５の開閉弁を閉じ且つ第６の開閉弁を開いて利
用水側熱交換器を作動させ、第３、第４の開閉弁を開い
て給湯用水側熱交換器を作動させるように制御する制御
装置とするとともに、上記冷凍サイクルの圧力上昇を検
知する圧力検知手段と、上記冷凍サイクルの圧力上昇に
応じて上記圧縮機の出力を低減して容量制御運転を行う
圧縮機制御装置とを備えたことを特徴とするヒートポン
プ装置。