JPH0633913B2 - 冷暖房・給湯・冷凍ヒ−トポンプ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、冷暖房と貯湯槽の水の加熱とができるよう
にした冷暖房・給湯・冷凍ヒートポンプ装置に関するも
のである。

〔従来の技術〕

従来、冷暖房ヒートポンプ装置として第２図に示すもの
があり、また冷暖房・給湯ヒートポンプ装置として第３
図に示すものがあり、冷凍装置として第４図に示すもの
があつた。第２図、第３図に示すヒートポンプ装置の冷
媒回路には圧縮機１、冷暖房切換用の四方弁２、室内熱
交換器３、膨張弁４ａ，４ｂにそれぞれ逆止弁が接続さ
れた配管が並列に設けられた冷媒可逆流式の膨張機構
４、および室外熱交換器５が設けられている。第３図に
おいて、６は貯湯槽、７は貯湯槽６内の水を加熱する加
熱コイル、８は貯湯槽６への市水取入口、９は給湯用の
蛇口であり、第３図に示すヒートポンプ装置では、冷媒
回路の膨張機構４と四方弁２の間に室内熱交換器３と加
熱コイル７が並列に設けられ、これらがそれぞれ電磁弁
１０，１１を介して四方弁２に接続されている。第４図
の冷凍装置の冷媒回路１２は、圧縮機１３、凝縮器１
４、膨張機構１５および蒸発器１６が配管で接続され、
この蒸発器１６は冷凍庫などの保冷庫内１７に設けられ
ている。

次に、第２図、第３図のヒートポンプ装置および第４図
の冷凍装置の動作を説明する。

第２図のヒートポンプ装置は、部屋の冷暖房を行うもの
である。冷房時には、圧縮機１から吐出した高温高圧の
冷媒ガスが図の実線矢印のように流れて四方弁２、室外
熱交換器５に至り、ここで冷却されて凝縮する。凝縮し
た高圧の冷媒液は膨張機構４の一方の膨張弁４ａを通つ
て減圧され、室内熱交換器３に冷媒を流す。膨張弁４ａ
からの低圧冷媒液は室内熱交換器３で蒸発して室内から
熱を奪いガス化する。この低圧の冷媒ガスは、四方弁２
を通り圧縮機１に吸い込まれて圧縮され、以下同様なサ
イクルが繰り返えされる。暖房時には、圧縮機１から吐
出した高温高圧の冷媒ガスが図の破線矢印のように流れ
て四方弁２、室内熱交換器３に至り、ここで放熱して凝
縮することによつて暖房を行う。凝縮した高圧の冷媒液
は膨張機構４の他方の膨張弁４ｂを通つて減圧され、減
圧された冷媒液は室外熱交換器５に至り、ここで外気よ
り加熱されて蒸発する。この低圧の冷媒ガスは、四方弁
２を通り、圧縮機１に吸い込まれて圧縮され、以下同様
なサイクルを繰り返えす。

第３図のヒートポンプ装置は、室内熱交換器３と並列に
貯湯槽６内の水を加熱する加熱コイル７が設けてあり、
給湯加熱時には室内熱交換器３側の電磁弁１０を閉じ、
加熱コイル７側の電磁弁１１を開き、四方弁２を暖房側
にし、また暖房時および冷房時には室内熱交換器３側の
電磁弁１０を開き、加熱コイル７側の電磁弁１１を閉じ
る。なお、第３図のヒートポンプ装置の上述した以外の
動作は第３図のヒートポンプ装置と同様である。

第４図の冷凍装置は、冷媒回路１２の圧縮機１３から吐
出された高圧冷媒ガスが凝縮器１４で放熱して凝縮、液
化する。この冷媒液が膨張機構１５を通つて蒸発器１６
で蒸発し、保冷庫内１７を冷却して圧縮機１３に吸い込
まれるサイクルを繰り返えす。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第３図に示すような従来のヒートポンプ装置で貯湯槽６
内の水を加熱するには、室内熱交換器３と並列に設けた
加熱コイル７が貯湯槽６に挿入してあり、貯湯槽６内の
水を加熱コイル７で加熱する運転を行つているので、冷
房時の廃熱を回収して貯湯槽６内の水を加熱する運転が
できないという問題があつた。また、第４図に示す冷凍
装置は、上述した冷暖房・給湯ヒートポンプ装置とは全
く別個の独立した冷媒回路を構成しているので、凝縮器
１４で排出する熱を回収して利用することができないと
いう問題があつた。

この発明は、上述した従来の問題点を解決しようとする
もので、冷暖房と給湯加熱を同時に行えるようにすると
共に、冷房時の廃熱を回収して給湯水の加熱源として用
い、さらに、保冷庫を冷却する冷凍装置から出る廃熱も
回収し、給湯熱源として利用できるようにした冷暖房・
給湯・冷凍ヒートポンプ装置を提供することを目的とし
ている。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る冷暖房・給湯・冷凍ヒートポンプ装置
は、第１の圧縮機、冷・暖房切替用の四方弁、室外熱交
換器、冷媒可逆流式の第１の膨張機構、および室内熱交
換器とが順次配管で接続され、上記第１の圧縮機の吐出
口と上記四方弁の入口とを接続する配管の途中に設けら
れた、上記第１の圧縮機の吐出冷媒を分岐させる第１の
切替弁と、上記室外熱交換器の冷房運転時の入口側と上
記室内熱交換器の冷房運転時の出口側とを接続する配管
の途中に設けられた第２の切替弁とで構成され、室内を
冷・暖房する第１の冷媒回路と、この第１の冷媒回路の
上記第１の切替弁の分岐した吐出冷媒を配管により導入
して上記第２の切替弁に導出する加熱コイルを内蔵し、
該加熱コイルをを介して上記第１の冷媒回路に接続され
る貯湯槽と、この貯湯槽内に内蔵された凝縮器を有し、
第２の圧縮機、上記凝縮器、第２の膨張機構、および蒸
発器を順次配管で接続する第２の冷媒回路と、この第２
の冷媒回路の上記蒸発器を内蔵する保冷庫と、を備えた
ものである。

〔作用〕 この発明における冷暖房・給湯・冷凍ヒートポンプ装置
は、第１の冷媒回路は、室内を冷暖房すると共に、第１
の切替弁から分岐した吐出冷媒を加熱コイルへ導入して
貯湯槽内を温め、また、第２の冷媒回路は、保冷庫を冷
却すると共に、蒸発器を介して保冷庫から奪った熱と圧
縮機から供給される熱との総合計熱量である凝縮廃熱
を、貯湯槽内に内蔵された凝縮器を介して放出し、貯湯
槽内を温める。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例を第１図によつて説明する。

第１図において、１は圧縮機、２は冷暖房切換用の四方
弁、３は室内熱交換器、４は膨張機構、５は室外熱交換
器であり、これらは第２図に示す従来のものの冷媒回路
と同様に第１の冷媒回路１８に設けられている。６は貯
湯槽、１９は第１の冷媒回路１８に設けた第１の切換弁
すなわち第１の三方弁である。第１の三方弁１９は、圧
縮機１の吐出側の配管に入口の分岐１９ａが接続され、
出口の一方の分岐１９ｂが四方弁２に接続され、出口の
他方の分岐１９ｃが配管２０によつて貯湯槽６に挿入し
た加熱コイル７に接続されている。加熱コイル７の出口
側の配管２１が第２の切換弁すなわち第２の三方弁２２
の入口の分岐２２ａに接続され、第２の三方弁２２の出
口の一方の分岐２２ｂからの配管２３は四方弁２と室内
熱交換器３の間の配管に接続され、第２の三方弁２２の
出口の他方の分岐２２ｃからの配管２４が四方弁２と室
外熱交換器５の間の配管に接続されている。また、８は
貯湯槽６の下部に連通する市水取入口、９は貯湯槽６の
上部に連通する給湯用の蛇口、２５は圧縮機１の容量制
御を行うインバータ、２６は第１，第２の三方弁１９，
２２および四方弁２を制御する制御装置である。

１２は上述した第１の冷媒回路１８と独立して構成され
た第２の冷媒回路である。第２の冷媒回路１２は、冷凍
装置の冷媒回路であり、圧縮機１３、凝縮器１４、膨張
機構１５、および蒸発器１６が配管で接続され、蒸発器
１６が冷凍庫などの保冷庫内１７に設置されていると共
に、凝縮器１４が貯湯槽６内に加熱コイル７と同程度の
高さ位置にして配置されている。

次に、この実施例のヒートポンプ装置の動作について説
明する。

暖房時には、第１の冷媒回路１８の圧縮機１から吐出し
た冷媒ガスは、第１の三方弁１９が分岐１９ａと１９ｂ
の接続にされているため、分岐１９ｂから四方弁２の破
線の流路を経由して第１図の破線矢印のように流れ、室
内熱交換器３に至り、ここで凝縮して冷媒液となる。冷
媒液は膨張機構４を通つて室外熱交換器５で蒸発し、四
方弁２の破線の流路を経由して圧縮機１に戻る。

暖房・給湯時には、第１の冷媒回路１８の圧縮機１から
吐出した冷媒ガスは、第１の三方弁１９の切り換えによ
つて、一部分が上述した暖房時と同様に流れる。これと
共に、第１の三方弁１９が分岐１９ａと１９ｃの接続も
されていることより、冷媒ガスの他の部分は、分岐１９
ｃから配管２０を通り、加熱コイル７で貯湯槽６内の水
を加熱し、一部が凝縮して冷媒液となり他部が凝縮せず
に冷媒ガスのままであり、これらの冷媒が配管２１，２
３を通り、室内熱交換器３に流れる冷媒と合流し、以後
は暖房時と同様に流れて圧縮機１に戻る。また、暖房・
給湯時には、第１の三方弁１９を暖房時と同様に分岐１
９ａと１９ｂの接続にしておき、サーモスタツトのよう
な室内温度検出器（図示してない）で、室温が設定値に
上昇した時に、第１の三方弁１９を切り換えて分岐１９
ａと１９ｃの接続とし、加熱コイル７によつて貯湯槽６
内の水を加熱し、室温が設定値未満になると暖房に戻す
ような暖房と給湯加熱の選択運転を行うようにしてもよ
い。さらに、第１の三方弁１９を、タイマなどで短時間
ごとに分岐１９ａと１９ｂ、分岐１９ａと１９ｃの接続
に切り換え、暖房と給湯に時分割して冷媒を振り分けて
もよい。

冷房時には、第１の冷媒回路１８の圧縮機１から吐出し
た冷媒ガスは、第１の三方弁１９が分岐１９ａと１９ｂ
の接続にされているため、四方弁２の実線の流路を経由
して第１図の実線矢印のように流れ、室外熱交換器５に
至り、ここで凝縮して冷媒液となる。冷媒液は、膨張機
構４を通つて内熱交換器３に至り、ここで蒸発して冷媒
ガスとなり、四方弁２の実線の流路を経由して圧縮機１
に戻る。

冷房・給湯時には、第１の冷媒回路１８の圧縮機１から
吐出した冷媒ガスは、第１の三方弁１９が分岐１９ａと
１９ｃの接続にされているため、加熱コイル７に導か
れ、ここで貯湯槽６内の水を加熱して一部または前部が
凝縮し、配管２１から第２の三方弁２２の出口の分岐２
２ｃを通り室外熱交換器５に導かれ、ここで一部の冷媒
が凝縮しなかつた場合でも全部の冷媒が液化され、冷媒
液は膨張機構４を経て室内熱交換器３に至り、ここで蒸
発して冷媒ガスとなり、四方弁２の実線の流路を経由し
て圧縮機１に戻る。この時に、室外熱交換器５の送風機
は、室外熱交換器５に流入する冷媒の液化状態に応じて
停止または回転数を変えるなどして、熱交換能力を調整
することで、より効果的な運転が可能となる。このよう
にして、従来は冷房時には室外熱交換器５で冷媒の凝縮
熱が全て廃熱されていたのを、このヒートポンプ装置で
は、上述のような冷媒の流れにすることで、冷房時の廃
熱を貯湯槽６内の水の加熱源として有効に回収される。

給湯加熱時には、圧縮機１からの吐出冷媒ガスは、第１
の三方弁１９が分岐１９ａと１９ｂの接続にされている
ため、加熱コイル７を通り、ここで貯湯槽６内の水を加
熱して、一部または全部が凝縮し、その後、冷媒の凝縮
状態および外気温に応じて、第２の三方弁２２の流路を
選択することができる。すなわち、外気温が低い場合に
は暖房・給湯時の経路、外気温が高い場合には冷房・給
湯時の経路を冷媒が流れるようにすることができる。例
えば、外気温が低い場合には、冷媒が第２の三方弁２２
の分岐２２ｂから室内熱交換器３を経て膨張機構４を通
り室外熱交換器５に至り、ここで蒸発して冷媒ガスとな
り、四方弁２の破線の流路を経由して圧縮機１に戻るよ
うにする。

そして、冷凍装置に設けた第２の冷媒回路１２は、第１
の冷媒回路１８とほぼ独立して運転し、保冷庫内１７を
蒸発器１６で冷却した廃熱を貯湯槽６内に配設した凝縮
器１４によつて貯湯槽６内の水を加熱する。この場合
に、貯湯槽６内の水温が高くなると、冷凍装置の効率が
低下するので、貯湯槽６内下部に凝縮器１４を設置し、
これの付近の水温が所定値以上になるのを防止するため
に、第１の冷媒回路１８の給湯加熱運転を抑制するよう
に制御すれば、ヒートポンプ装置全体としての効率が高
く、第２の冷媒回路１２の稼動の信頼性を高めることが
できる。

なお、この実施例では、上述した暖房、暖房・給湯、冷
房、冷房・給湯、および給湯加熱の運転は、制御装置２
６によつて第１，第２の三方弁１９，２２および四方弁
２を制御することで行われる。また、圧縮機１は、イン
バータ２５によつて圧縮機１の駆動電源の周波数を変え
ることにより、容量制御が行われる。

上述した実施例では、室内熱交換器３を１台としたが、
この発明は室内熱交換器を２台以上としてもよい。実施
例では、切換弁として第１の三方弁を用いたが、この発
明は切換弁として２個の二方弁で同じ動作をさせてもよ
く、また第１の三方弁のような切換弁は流量調整可能な
電動弁としてもよく、さらに第１の冷媒回路の膨張機構
は、冷媒流量に応じて開度が調整でき、冷媒の流入方向
も第１図の左右いずれの場合でもよい可逆形の電動式膨
張弁を使用すると、より効果的な運転が可能となる。実
施例では室内、室外熱交換器を空気式としているが、こ
の発明は水式の室内、室外熱交換器を用いてもよい。実
施例では圧縮機の容量制御をインバータによつて行つて
いるが、この発明は、圧縮機を複数台に分割し、必要台
数のみを制御装置によつて運転することで、容量制御を
行うようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、第１の圧縮機、冷・
暖房切替用の四方弁、室外熱交換器、冷媒可逆流式の第
１の膨張機構、および室内熱交換器とが順次配管で接続
され、上記第１の圧縮機の吐出口と上記四方弁の入口と
を接続する配管の途中に設けられた、上記第１の圧縮機
の吐出冷媒を分岐させる第１の切替弁と、上記室外熱交
換器の冷房運転時の入口側と上記室内熱交換器の冷房運
転時の出口側とを接続する配管の途中に設けられた第２
の切替弁とで構成され、室内を冷・暖房する第１の冷媒
回路と、この第１の冷媒回路の上記第１の切替弁の分岐
した吐出冷媒を配管により導入して上記第２の切替弁に
導出する加熱コイルを内蔵し、該加熱コイルをを介して
上記第１の冷媒回路に接続される貯湯槽と、この貯湯槽
内に内蔵された凝縮器を有し、第２の圧縮機、上記凝縮
器、第２の膨張機構、および蒸発器を順次配管で接続す
る第２の冷媒回路と、この第２の冷媒回路の上記蒸発器
を内蔵する保冷庫と、を備えた構成にしたので、室内の
冷暖房運転、貯湯槽の加熱運転、および保冷庫の冷却運
転とを同時に行う多機能化が図られた、経済的で、使い
勝手の良い、便利な冷暖房・給湯・冷凍ヒートポンプ装
置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による冷暖房・給湯ヒートポンプ装置
の一実施例を示す構成図、第２図は従来の冷暖房ヒート
ポンプ装置の一例を示す構成図、第３図は従来の冷暖房
・給湯ヒートポンプ装置の一例を示す構成図、第４図は
従来の冷凍装置の一例を示す構成図である。 １……圧縮機、２……四方弁、３……室内熱交換器、４
……膨張機構、５……室外熱交換器、６……貯湯槽、７
……加熱コイル、１３……圧縮機、１４……凝縮器、１
５……膨張機構、１６……蒸発器、１７……保冷庫内、
１８……第１の冷媒回路、１９，２２……第１，第２の
切換弁、２５……インバータ、２６……制御装置。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の圧縮機、冷・暖房切替用の四方弁、
   室外熱交換器、冷媒可逆流式の第１の膨張機構、および
   室内熱交換器とが順次配管で接続され、上記第１の圧縮
   機の吐出口と上記四方弁の入口とを接続する配管の途中
   に設けられた、上記第１の圧縮機の吐出冷媒を分岐させ
   る第１の切替弁と、上記室外熱交換器の冷房運転時の入
   口側と上記室内熱交換器の冷房運転時の出口側とを接続
   する配管の途中に設けられた第２の切替弁とで構成さ
   れ、室内を冷・暖房する第１の冷媒回路と、この第１の
   冷媒回路の上記第１の切替弁の分岐した吐出冷媒を配管
   により導入して上記第２の切替弁に導出する加熱コイル
   を内蔵し、該加熱コイルをを介して上記第１の冷媒回路
   に接続される貯湯槽と、この貯湯槽内に内蔵された凝縮
   器を有し、第２の圧縮機、上記凝縮器、第２の膨張機
   構、および蒸発器を順次配管で接続する第２の冷媒回路
   と、この第２の冷媒回路の上記蒸発器を内蔵する保冷庫
   と、を備えたことを特徴とする冷暖房・給湯・冷凍ヒー
   トポンプ装置。
2. 【請求項２】暖房運転時の室内温度が所定温度になるま
   では、圧縮機の吐出冷媒を加熱コイルに導入させず、ま
   た、暖房運転時の室内温度が所定温度以上の場合、冷房
   運転の時、給湯加熱運転の時、並びに冷房・給湯加熱同
   時運転時には、圧縮機の吐出冷媒を加熱コイルに導入
   し、この導入した吐出冷媒を室外熱交換器の冷房運転時
   の入口側に導出し、また、暖房・給湯加熱同時運転時に
   は、圧縮機の吐出冷媒を加熱コイルに導入し、この導入
   した吐出冷媒を室内熱交換器の冷房運転時の出口側に導
   出するように第１の冷媒回路の第１の切替弁および第２
   の切替弁を制御すると共に、保冷庫内の温度を検出し、
   この検出結果に基づいて、検出温度が所定温度以下の場
   合は、第２の冷媒回路を運転し、検出温度が所定温度を
   越えた場合は、第２の冷媒回路を停止するように制御す
   る制御装置を備えた特許請求の範囲第１項記載の冷暖房
   ・給湯・冷凍ヒートポンプ装置。