JPH055577A - ヒ−トポンプ式冷暖房給湯システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 厳寒期及び盛夏期においても快適な空調がで
きる。 【構成】 ヒ−トポンプ回路Ａと、ヒ−トポンプ回路Ａ
の水熱交換器６に温水を給送する給湯回路Ｂとを備えた
ヒ−トポンプ式冷暖房給湯システムにおいて、給湯回路
Ｂの給湯管１１から分岐し水熱交換器６に温水を給送す
る第１分岐管１２を設けるとともに、水熱交換器６への
温水の給送を規制及び解除する第１開閉弁１５ａと、水
熱交換器６の出口側水温に基づき水熱交換器６に給送さ
れる温水量を制御する流量制御弁１６とを設けたので、
水熱交換器６における熱交換量を空調負荷に対応させる
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は給湯回路の温水をヒ−ト
ポンプ回路の水熱交換器に給送し暖房過負荷時に対応で
きるよう構成されたヒ−トポンプ式冷暖房給湯システム
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のヒ−トポンプ式冷暖房給
湯システムとして実開平１−７８８６７号に示すものを
出願人は提案している。

【０００３】このヒ−トポンプ式冷暖房給湯システム
は、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、絞り装置、室外熱
交換器、水熱交換器、アキュムレ−タからヒ−トポンプ
回路を構成している。また、この水熱交換器は各室に温
水を給送する給湯回路に連結している。

【０００４】このシステムを用いて暖房運転を行うとき
は、圧縮機の冷媒を四方弁→室内熱交換器→絞り装置→
室外熱交換器→四方弁→アキュムレ−タ→圧縮機と順次
循環している。この暖房運転において、外気温度が非常
に低く室外熱交換器からの熱吸収が不十分であるとき
は、水熱交換器にも絞り装置からの冷媒を流す一方、こ
の水熱交換器に給湯回路の温水を循環しこの熱吸収を確
保している。

【０００５】他方、冷房運転を行うときは、圧縮機の冷
媒を四方弁→室外熱交換器→絞り装置→室内熱交換器→
四方弁→アキュムレ−タ→圧縮機と順次循環している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来のヒ−トポンプ式冷暖房給湯システムでは、厳寒期の
吸熱量不足を解消することができるが、水熱交換器に給
送する温水量を制御するものでないため、暖房負荷に対
応した空調制御ができないという問題点を有していた。
また、このシステムでは、給湯回路の温水を水熱交換器
に流し更にこれを給湯回路に戻すことから、循環ポンプ
が必要となっていた。更に、この温水の循環中に漏洩冷
媒及び水熱交換器の有害物質が混入するおそれがあっ
た。

【０００７】他方、冷房運転時においては、外気温度が
非常に高い盛夏期に起こる放熱量不足を解消することが
できるものではなく、盛夏期における快適な空調を得る
ことができないという問題点を有していた。

【０００８】本発明の目的は前記従来の課題に鑑み、厳
寒期及び盛夏期においても快適な空調ができ、更には低
コストでかつ各室に給湯される温水に有害な物質が混入
することがないヒ−トポンプ式冷暖房給湯システムを提
供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するため、請求項１の発明は、圧縮機からの冷媒を室内
熱交換器、絞り装置、室外熱交換器又は水熱交換器の少
なくとも一方に順次循環する暖房サイクルと、該圧縮機
からの冷媒を該室外熱交換器又は該水熱交換器の少なく
とも一方、絞り装置、該室内熱交換器に順次循環する冷
房サイクルとを有するヒ−トポンプ回路と、前記ヒ−ト
ポンプ回路の前記水熱交換器に温水を給送する給湯回路
とを備えたヒ−トポンプ式冷暖房給湯システムにおい
て、前記給湯回路の給湯管から分岐し前記水熱交換器に
温水を給送する第１分岐管を設けるとともに、該水熱交
換器への温水の給送を規制及び解除する第１開閉弁と、
該水熱交換器の出口側水温に基づき該水熱交換器に給送
される温水量を制御する流量制御弁と、該水熱交換器で
熱交換した温水を排出する排水管とを設けたことを特徴
とする。

【００１０】請求項２の発明は、請求項１のヒ−トポン
プ式冷暖房給湯システムにおいて、前記給湯回路へ水を
給送する給水管から分岐し前記水熱交換器に水を給送す
る第２分岐管を設けるとともに、該水熱交換器への水の
給送を規制及び解除する第２開閉弁を設け、前記流量制
御弁は冷房時に冷房過負荷検出手段に基づき該水熱交換
器への水量を制御するよう設定したことを特徴とする。

【００１１】請求項３の発明は、請求項１又は請求項２
記載のヒ−トポンプ式冷暖房給湯システムにおいて、暖
房時に前記給湯回路で各室に給湯しているときは、前記
水熱交換器への給湯を制限するよう設定したことを特徴
とする。

【００１２】請求項４の発明は、請求項１、請求項２又
は請求項３のいずれか１項記載のヒ−トポンプ式冷暖房
給湯システム暖房時において、前記水熱交換器の冷媒の
設定蒸発温度が外気温度より低くかつ該水熱交換器にの
み冷媒が流れているとき、該水熱交換器への冷媒が所定
時間継続したときは、短時間に亘って前記室外熱交換器
に冷媒を切り替えるよう設定したことを特徴とする。

【００１３】請求項５の発明は、請求項１、請求項２、
請求項３又は請求項４のいずれか１項記載のヒ−トポン
プ式冷暖房給湯システムにおいて、前記流量制御弁とし
て電磁弁を使用するとともに、該電磁弁の開時間率を前
記水熱交換器の出口側水温に基づき制御したことを特徴
とする。

【００１４】

【作用】請求項１の発明によれば、第１開閉弁を開にす
ることにより、給湯回路の温水が水熱交換器に流れ、こ
の温水と水熱交換器に流れる冷媒との間で熱交換を行
う。ここで、流量制御弁が水熱交換器の出口側水温に基
づき該水熱交換器に給送される温水量を制御するため、
水熱交換器における熱交換量を空調負荷に対応させるこ
とができる。

【００１５】請求項２の発明によれば、流量制御弁は冷
房時に冷房過負荷検出手段に基づき水熱交換器への水量
を制御するよう設定したので、水熱交換器において水と
冷媒との熱交換量が冷房過負荷状態に対応させることが
でき、適切な冷房運転を行うことができる。

【００１６】請求項３の発明によれば、暖房時に給湯回
路で各室に給湯しているときは、水熱交換器への給湯を
制限するよう設定したので、同時給湯のときは、この給
湯が空調より優先し、各室への給湯温度の低下を防止し
ている。

【００１７】請求項４の発明によれば、水熱交換器への
冷媒が所定時間継続したときは、短時間に亘って室外熱
交換器に冷媒を切り替えるよう設定したので、水熱交換
器での熱交換時において室外側熱交換器に所定量以上の
冷媒が溜まったとしても、滞留冷媒が室外熱交換器から
押し出され循環冷媒の減少を防止することができる。

【００１８】請求項５の発明によれば、流量制御弁が電
磁弁で構成されているため、流量制御構造が簡単なもの
となる。

【００１９】

【実施例】図１乃至図５は本発明の一実施例を示すもの
で、図１はヒ−トポンプ式冷暖房給湯システムの冷媒・
水回路図である。

【００２０】図中、１は圧縮機、２は四方弁、３は室内
熱交換器、４は膨脹弁、５は室外熱交換器、６は２重管
式の水熱交換器、７はアキュムレ−タ、８ａ，８ｂは電
磁弁で、これらの機器１〜８ａ，８ｂによりヒ−トポン
プ回路Ａを構成している。３ａは室内熱交換器３の送風
機、５ａは室外熱交換器５の送風機で、この各熱交換器
３，５は送風空気と熱交換を行なう空気熱交換器で構成
されている。また、この室外熱交換器３と水熱交換器５
とはそれぞれ並列にヒ−トポンプ回路Ａに挿入されてお
り、各熱交換器３，５への冷媒の流入を各電磁弁８ａ，
８ｂにより開閉制御している。

【００２１】このヒ−トポンプ回路Ａはその冷房運転を
行うときは、一点鎖線矢印に示すように、圧縮機１の冷
媒が、四方弁２→室外熱交換器５及び水熱交換器６の少
なくとも一方→膨脹弁４→室内熱交換器３→四方弁２→
アキュムレ−タ７→圧縮機１へと順次循環し、室内冷房
を行う。他方、暖房運転を行うときは、二点鎖線矢印に
示すように、圧縮機１の冷媒が、四方弁２→室内熱交換
器３→膨脹弁４→室外熱交換器５及び水熱交換器６の少
なくとも一方→四方弁２→アキュムレ−タ７→圧縮機１
へと順次循環し、室内暖房を行う。

【００２２】このヒ−トポンプ回路Ａの水熱交換器６に
は給湯回路Ｂが接続している。この給湯回路Ｂは、温水
ボイラ９を有し、この温水ボイラ９に給水管１０を通じ
て水が吸入され、この水を加熱して給湯管１１から各室
に温水を給送している。また、この給湯管１１の途中に
は水熱交換器６に接続する第１分岐管１２が接続してお
り、温水ボイラ９の温水を水熱交換器６に給送するよう
になっている。他方、給水管１０の途中には第１分岐管
１２に接続する第２分岐管１３が接続しており、この第
１分岐管１２及び第２分岐管１３を通じて水が水熱交換
器６に給水されようになっている。また、この水熱交換
器６には排水管１４が接続しており、水熱交換器６に給
送された水或いは温水をこの排水管１４を通じて排水す
るようになっている。

【００２３】このように構成された給湯回路Ｂの各分岐
管１２，１３には第１及び第２開閉弁１５ａ，１５ｂが
取り付けられており、各開閉弁１５ａ，１５ｂの開閉に
より水熱交換器６への水或いは温水の給送を規制或いは
解除している。また、排水管１４には電磁弁で構成され
た流量制御弁１６が設置されている。この流量制御弁１
６はその開閉時間を制御して流量を制御するものであ
り、その開時間率を大きくすることにより流量を増大さ
せ、他方、開時間率を小さくすることにより流量を減少
させ、水熱交換器６への水或いは温水の流量を制御する
ようになっている。

【００２４】図２は本実施例に係るヒ−トポンプ式冷暖
房給湯システムの駆動制御を示すブロック図である。１
７はマイクロコンピュ−タ構成のコントロ−ラである。
このコントロ−ラ１７には、冷房スイッチ１８、暖房ス
イッチ１９、水熱交換器６の排水温度を検知するセンサ
２０、室内熱交換器３からの吹出し温度を検知するセン
サ２１、外気温度を検知するセンサ２２、給湯温度を検
知するセンサ２３、水熱交換器６の蒸発温度を検知する
センサ２４、室外熱交換器５の凝縮温度を検知するセン
サ２５、圧縮機１の回転数を検知するセンサ２６からそ
れぞれ検知信号が入力されている。また、これらの各機
器１８〜２６の検出信号に基づき開閉弁８ａ，８ｂ，１
５ａ，１５ｂを開閉駆動回路２７を介して開閉制御し、
流量制御弁１６、温水ボイラ９、室外熱交換器５の送風
機５ａを各駆動回路２８，２９，３０を介して駆動制御
している。

【００２５】図３及び図４はこれらの各機器５ａ，８
ａ，８ｂ，９，１５ａ，１５ｂ，１６の駆動制御を示す
フロ−チャ−ト、図５は開閉弁８ａ，８ｂ，１５ａ，１
５ｂの開閉状態を表示する表であり、この図５におい
て、Ａモ−ドは開閉弁８ａが開、開閉弁８ｂ，１５ａ，
１５ｂが閉と設定され、Ｂモ−ドは開閉弁８ａ，８ｂ，
１５ａが開、開閉弁１５ｂが閉と設定され、Ｃモ−ドは
開閉弁８ａ，１５ｂが閉、開閉弁８ｂ，１５ａが開と設
定され、Ｄモ−ドは開閉弁８ａ，８ｂ，１５ｂが開、開
閉弁１５ａが閉と設定され、ている。

【００２６】この図５に表示した各モ−ド並びに図３及
び図４のフロ−チャ−トを用いて冷房及び暖房運転を説
明する。

【００２７】まず、暖房スイッチ１８或いは冷房スイッ
チ１９が入っているか否かを判断する（Ｓ１，Ｓ２）。
ここで、冷房スイッチ１９が入っていると判断したとき
は、冷房過負荷状態、即ち盛夏期の如く外気温度が非常
に高く室外熱交換器５から十分に放熱できない状態か否
かを判断する（Ｓ３）。この判断は室外熱交換器５の凝
縮温度をセンサ２５により検知して設定凝縮温度を越え
たか否かを判断し、この設定凝縮温度を越えていないと
きは、Ａモ−ドに設定して冷房運転を行う（Ｓ４）。こ
の冷房運転においては放熱側で室外熱交換器５にのみ冷
媒が流れ、この室外熱交換器５によってのみ放熱作用が
行われる。

【００２８】これに対して、凝縮温度が非常に高くなり
設定凝縮温度を越えているときはＤモ−ドの運転を行う
（Ｓ５）。この冷房運転により室外熱交換器５及び水熱
交換器６に冷媒が流れるとともに、水熱交換器６に第２
分岐管１３を通じて水が流れ、この両者により放熱作用
が行われ冷房過負荷時に対応している。また、このＤモ
−ド運転において流量制御弁１６は凝縮温度の高低に対
応して水熱交換器６への流量を制御しており（Ｓ６）、
適切な冷房運転を行うことができる。

【００２９】次に、暖房スイッチ１８が入っているとき
は、運転立ち上がり時であるか否かを判断する（Ｓ
７）。ここで、圧縮機回転数センサ２６の検知信号によ
り運転立ち上がり時であると判断したときは、更に、圧
縮機１がフル運転状態となったか否かを判断する（Ｓ
８）。未だフル運転状態となっていないときはセンサ２
２及びセンサ２４の検知信号に基づき、外気温度Ｔａが
水熱交換器６の設定蒸発温度Ｔｅより高いか否かを判断
する（Ｓ９）。

【００３０】ここで、外気温度Ｔａが水熱交換器６の設
定蒸発温度Ｔｅより高いが、室外熱交換器５のみでは十
分に外気から吸熱することができないと判断したとき
は、Ｂモ−ドに設定する（Ｓ１０）。これにより、室外
熱交換器５及び水熱交換器６に冷媒が流れるとともに、
温水ボイラ９が稼働し（Ｓ１１）、温水ボイラ９の温水
を第１分岐管１２を通じて水熱交換器６に流す。

【００３１】このような作用により、暖房運転初期時に
両者の熱交換器５，６により吸熱作用が行われ暖房能力
の上昇を図っている。

【００３２】この暖房運転初期時において、各室への給
湯も同時に行われているときは、水熱交換器６に温水が
給送される分温水温度が低くなる。そこで、各室への給
湯がなされているか否かを給湯温度センサ２３の検知信
号から入力されるその温度及び温度変化率から判断し
（Ｓ１２）、ここで、給湯量が多いときは一旦Ａモ−ド
に戻し水熱交換器６への温水の循環を規制するととも
に、流量制御弁１６を全開にして水熱交換器６内の温水
を排出し水熱交換器６での熱交換を停止する（Ｓ１３，
Ｓ１４，Ｓ１５）。これにより、給湯温度の低下を防止
している。

【００３３】他方、給湯量がさほど多くないとき、或い
は、各室給湯が行われていないときは、水熱交換器６の
排水温度をセンサ２０により検知し、排水温度が基準温
度５℃より高いときは流量制御弁１６の開時間率を大き
く、他方、低いときは開時間率を小さくしている（Ｓ１
６，Ｓ１７，Ｓ１８）。このように、水熱交換器６の排
水温度が基準温度５℃となるよう流量制御弁１６の開時
間率を制御し、暖房に必要な吸熱量を得るようにしてい
る。

【００３４】この冬季の暖房運転時において外気温度が
非常に低く室外熱交換器５から全く吸熱できない、即ち
外気温度Ｔａが水熱交換器６の設定蒸発温度Ｔｅより低
いときは、Ｃモ−ドに設定し、室外熱交換器５の送風機
５ａの駆動を停止させる（Ｓ１９，Ｓ２０）。これによ
り、水熱交換器６にのみ冷媒が流れ、温水ボイラ９を稼
働する前記Ｂモ−ドのステップ１１に移行し暖房運転を
行う。ただし、このＣモ−ドの暖房運転を長時間に亘っ
て行うときは、室外熱交換器５に冷媒が溜り込み冷媒循
環量が減少するため、これを防止するため、短時間Ａモ
−ドに移行し、室外熱交換器５内に溜った冷媒を押し出
すようにしている（Ｓ２１，Ｓ２２）。他方、暖房運転
が継続して行われ、圧縮機１のフル運転が行われている
ときは、このフル運転時において暖房能力不足を起こし
ているか否かを判断する。この暖房能力の判断は、室内
熱交換器３の設定凝縮温度とセンサ２１により求められ
る室内熱交換器３の吹出し空気温度との差を求め、この
差が大きいときは暖房能力不足となる（Ｓ２３）。

【００３５】ここで、暖房能力不足を起こしていないと
判断したときは、Ａモ−ド運転を行い、他方、暖房能力
不足を起こしているときは、水熱交換器６における吸熱
量を得るため、前述したステップ９に移行し、暖房能力
の向上を図る。

【００３６】なお、図示しないが、この暖房運転におい
て除霜を行うときは、Ｂモ−ドに設定するとともに、室
外熱交換器５の送風機５ａを停止して行う。これによ
り、水熱交換器６で通常の吸熱作用を発揮して暖房運転
を行うことができるとともに、室外熱交換器５において
は除霜作用が行われることとなる。

【００３７】また、図示しないが、水道水の断水に伴う
水熱交換器６から温水ボイラ９への逆流を防止するた
め、水道水の圧力を検知する圧力センサを設置し、断水
時に起こる圧力の低下を検知して、開閉弁１５ａ，１５
ｂを閉じるようにしても良い。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、第１開閉弁を開にすることにより、給湯回路の
温水が水熱交換器に流れ、この水熱交換器に流れる冷媒
と熱交換を行う。ここで、流量制御弁が水熱交換器の出
口側水温に基づき該水熱交換器に給送される温水量が制
御されるため、水熱交換器における熱交換量を空調負荷
に対応させることができるという利点を有する。また、
従来例の如く温水を給湯回路と水熱交換器との間で循環
させることがないので、循環ポンプを必要とせず、か
つ、各室に給送される温水に有害物質が混入することが
ないという利点を有する。

【００３９】請求項２の発明によれば、流量制御弁は冷
房時に冷房過負荷検出手段に基づき水熱交換器への水量
を制御するよう設定したので、水熱交換器において水と
冷媒との熱交換量が冷房過負荷状態に対応するものとな
り、適切な冷房運転を行うことができるという利点を有
する。

【００４０】請求項３の発明によれば、暖房時に給湯回
路で各室に給湯しているときは、水熱交換器への給湯を
制限するよう設定したので、同時給湯時は、この給湯が
空調より優先し、各室への給湯温度の低下を防止してい
る。

【００４１】請求項４の発明によれば、水熱交換器への
冷媒が所定時間継続したときは、短時間に亘って室外熱
交換器に冷媒を切り替えるよう設定したので、水熱交換
器での熱交換時において室外側熱交換器に冷媒が溜まっ
たとしても、この滞留冷媒が室外熱交換器から押し出さ
れ循環冷媒の減少を防止することができるという利点を
有する。

【００４２】請求項５の発明によれば、流量制御弁が電
磁弁で構成されているため、流量制御構造が簡単なもの
となるという利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】ヒ−トポンプ式冷暖房給湯システムの冷媒・水
回路図

【図２】ヒ−トポンプ式冷暖房給湯システムの駆動制御
を示すブロック図

【図３】マイクロコンピュ−タの駆動制御を示すフロ−
チャ−トの１

【図４】マイクロコンピュ−タの駆動制御を示すフロ−
チャ−トの２

【図５】各開閉弁の開閉状態を表示する表

【符号の説明】

１…圧縮機、３…室内熱交換器、４…膨脹弁、５…室外
熱交換器、６…水熱交換器、１１…給湯管、１２…第１
分岐管、１３…第２分岐管、１５ａ…第１開閉弁、１５
ｂ…第２開閉弁、１４…排水管、１６…流量制御弁、Ａ
…ヒ−トポンプ回路、Ｂ…給湯回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 圧縮機からの冷媒を室内熱交換器、絞り
   装置、室外熱交換器又は水熱交換器の少なくとも一方に
   順次循環する暖房サイクルと、該圧縮機からの冷媒を該
   室外熱交換器又は該水熱交換器の少なくとも一方、絞り
   装置、該室内熱交換器に順次循環する冷房サイクルとを
   有するヒ−トポンプ回路と、前記ヒ−トポンプ回路の前
   記水熱交換器に温水を給送する給湯回路とを備えたヒ−
   トポンプ式冷暖房給湯システムにおいて、前記給湯回路
   の給湯管から分岐し前記水熱交換器に温水を給送する第
   １分岐管を設けるとともに、該水熱交換器への温水の給
   送を規制及び解除する第１開閉弁と、該水熱交換器の出
   口側水温に基づき該水熱交換器に給送される温水量を制
   御する流量制御弁と、該水熱交換器で熱交換した温水を
   排出する排水管とを設けたことを特徴とするヒ−トポン
   プ式冷暖房給湯システム。 【請求項２】 前記給湯回路へ水を給送する給水管から
   分岐し前記水熱交換器に水を給送する第２分岐管を設け
   るとともに、該水熱交換器への水の給送を規制及び解除
   する第２開閉弁を設け、前記流量制御弁は冷房過負荷検
   出手段に基づき該水熱交換器への水量を制御するよう設
   定したことを特徴とする請求項１記載のヒ−トポンプ式
   冷暖房給湯システム。 【請求項３】 暖房時に前記給湯回路で各室に給湯して
   いるときは、前記水熱交換器への給湯を制限するよう設
   定したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のヒ
   −トポンプ式冷暖房給湯システム。 【請求項４】 暖房時において前記水熱交換器の冷媒の
   設定蒸発温度が外気温度より高くかつ該水熱交換器にの
   み冷媒が流れているとき、該水熱交換器への冷媒が所定
   時間継続したときは、短時間に亘って前記室外熱交換器
   に冷媒を切り替えるよう設定したことを特徴とする請求
   項１乃至請求項３のいずれか１項記載のヒ−トポンプ式
   冷暖房給湯システム。 【請求項５】 前記流量制御弁として電磁弁を使用する
   とともに、該電磁弁の開時間率を前記水熱交換器の出口
   側水温又は該水熱交換器の冷媒の凝縮温度に基づき制御
   したことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか
   １項記載のヒ−トポンプ式冷暖房給湯システム。