JPH0735938B2 - ヒートポンプ式冷房給湯機 - Google Patents

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、圧縮機と室外熱交換器とを有
する室外ユニットに、室内熱交換器を有する室内ユニッ
トと、貯湯タンク内に配設される給湯用熱交換器を有す
る給湯ユニットとを接続し、上記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
よって冷戻運転を、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、上記室内ユニットからの冷房運転要求と上記給湯ユ
ニットからの給湯加熱運転要求とが同時にある場合に、
上記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・給湯同時運転
（以下、同時運転と略記する）を行うようになされてい
る。

この同時運転時の冷媒循環サイクルでは、蒸発側と凝縮
側との双方における熱交換量が冷房と給湯加熱とにそれ
ぞれ活用されるものであり、したがって上記同時運転で
のエネルギ効率（以下、EERと言う）は、上記蒸発側、
凝縮側の各熱交換量の和を圧縮機への入力電力で除した
値として求めることができ、一方、室外熱交換器におけ
る熱交換量は活用されないものであるために、例えば冷
房運転では蒸発側のみの熱交換量と入力電力との比でEE
Rが与えられる。この結果、上記同時運転では、冷房運
転や給湯加熱運転に比べて、通常、EERの高い運転が行
われる。

（発明が解決しようとする課題） ところで近年においては、より高い温度までの凝縮温度
可変範囲を有する混合冷媒を使用すること等によって、
貯湯タンク内の湯を例えば60℃を超える高温まで加熱し
得るようになってきており、このような装置において
は、上記同時運転時のEERは冷房運転時よりも低くなる
場合がある。つまり湯温の上昇と共に給湯用熱交換器で
の凝縮温度が高くなり、冷房側の蒸発温度との温度差が
大きな冷媒サイクルとなる。このため圧縮機で大きな圧
縮仕事量が必要となる結果、入力電力の増加、したがっ
てEERの低下を生じる。一方、外気温が低いときの冷房
運転では室外熱交換器での凝縮温度が低くなることによ
って、上記とは逆にEERが高くなる。この結果、各EERに
影響する湯温と外気温との関連において、同時運転時の
EERが冷房運転時よりも低くなる場合が生じているので
ある。しかしながら従来は、冷房と給湯加熱との双方の
運転要求が同時にある場合には上記同時運転が一律に行
われるようになされており、このため充分に満足し得る
運転効率が得られないという問題があった。

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、運転効率を従来よりも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、室内
熱交換器19を有する室内ユニット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とを接続し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、上記湯水の温度を
検出する湯温検出手段34と、外気温を検出する外気温検
出手段35と、上記室内ユニットＡ〜Ｄから冷房運転要求
信号がある状態において、検出湯温から検出外気温を引
いた温度差が基準値以下であるときに、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一
方、上記温度差が基準値よりも大きいときには上記圧縮
機１からの吐出冷媒を室外熱交換器10から室内熱交換器
19へと回流させて冷房単独運転を行うべく制御する同時
運転制御手段41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、冷房と給
湯加熱との同時運転は、給湯タンク31内の湯水の検出湯
温から検出外気温を引いた温度差が基準値以下である場
合に限定して行われる。つまり冷房・給湯加熱同時運転
と冷房運転とのEERが略等しくなる湯温と外気温との温
度差を予め求めて上記基準値として設定しておくことに
よって、冷房・給湯加熱同時運転はEERが高く維持され
る範囲内に自動的に制限される。この結果、より効率的
な運転状態を選定して運転を制御していくことが可能と
なり、従来に比べて運転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、給湯ユニットＹとが接続され
ている。

上記室外ユニットＸは圧縮機１を有しており、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を有するものであり、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10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電動膨張弁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電動膨張弁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22
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
２電磁弁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式に上記給湯配
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（湯温検出手段）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。

さらに上記室外ユニットＸ内の適当箇所、好ましくは上
記室外ファン30作動時における外気の流入径路上に、外
気温度を検出するための外気温センサ（外気温検出手
段）35が配設されている。

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電磁弁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10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電動膨張弁15は全開にし、各第２電動膨張弁20・・20
で冷媒の過熱度を制御する。なお冷房停止部屋の室内ユ
ニットＡ・・に通ずる第２電動膨張弁20は全閉にする。

次に給湯加熱運転は、第１電磁弁６を閉、第２電磁弁25
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
て圧縮機１に返流される流れとなる。この場合各第２電
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電磁弁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１電磁弁６を
閉、第２電磁弁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・・19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は、後述する
ように、冷房と給湯加熱との同時運転制御手段としての
機能を有する室外制御装置41を備えている。また各室内
ユニットＡ〜Ｄは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
は給湯制御装置43をそれぞれ備えている。上記各室内制
御装置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おり、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いる。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に、冷房運転要求信
号（以下、冷戻要求と略記する）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。

一方、上記給湯制御装置43には、前記湯温センサ34が接
続されると共に、さらに台所等に配置されるリモコンボ
ックス46が接続されている。このリモコンボックス46に
は、給湯加熱運転スイッチと湯温設定スイッチとが設け
られている。上記給湯加熱運転スイッチがONであり、か
つ上記温湯センサ34での検出湯温が設定湯温よりも低い
ときに、給湯加熱運転要求信号（以下、給湯要求と略記
する）と上記検出湯温とが上記給湯制御装置43から室外
制御装置41に出力されるようになされている。なお給湯
加熱運転で貯湯タンク31内の湯水を最高65℃まで加熱す
ることが可能であり、この温度範囲の任意の湯温を設定
湯温として設定することができる。

そして上記の各運転要求信号が入力される室外制御装置
41では、これに接続された前記外気温センサ35での検出
外気温に基づいた後述する運転モード特定のための制御
フローチャートに従う処理によって、前記した冷房運
転、冷房・給湯加熱同時運転（以下、同時運転と略記す
る）、給湯加熱運転のいずれかの運転モードを特定し、
まず弁切換制御装置47に特定モード信号を出力し、これ
により上記各運転モードに応じた冷媒循環径路を与える
べく前記した第１及び第２の電磁弁６、25、四路切換弁
４、第１及び第２電動膨張弁15、20の作動が制御され
る。また上記室外制御装置41では、圧縮機駆動のための
周波数信号を発生し、これをインバータ制御装置48に出
力する。これは、冷房運転及び同時運転時には、冷房要
求のある室内ユニットの合計定格能力と、各室内ユニッ
トでの温度差信号の最大値とに応じた初期設定周波数を
まず出力し、その後、運転モードの切換え、或いは運転
部屋数の増減が生じるまで、上記温度差信号の最大値の
変化に対する例えばPID制御により室内側の空調負荷変
化に応じた変更を行っていくようになされている。また
給湯加熱運転時には、予め定められた所定の周波数の出
力が継続される。このような周波数信号に応ずる圧力能
力での圧縮機１の駆動が上記インバータ制御装置48によ
って行われるようになされているのである。

次に、各運転要求信号に基づいて上記室外制御装置41で
行われる運転モードの特定操作について、第４図の制御
フローチャートを参照して説明する。

同図において、ステップS1は上記した冷房要求の有無を
判別するステップであり、冷房要求有りの場合には、次
にステップS2において給湯要求の有無を判別する。給湯
要求も有りの場合、次いでステップS3とS4とにおいて、
前記した外気温センサ35で検出される外気温Tbと、上記
給湯制御装置43から入力されている検出湯温Twとの読込
みをそれぞれ行い、ステップS5において、上記TwからTb
を引いた温度差を、予め設定している基準値（例えば30
℃）と比較する。そして上記温度差が基準値以下の場合
に、ステップS6において、前記した同時運転の制御を行
い、この運転モードでの運転が開始される。以降、上記
ステップS1からステップS6の処理が繰返されて上記同時
運転が継続される。

一方、上記ステップS5において、上記温度差が基準値を
超えている場合、或いは上記の同時運転の継続によって
貯湯タンク31内の湯温が上昇し、上記温度差が基準値を
超えた場合には、上記ステップS5からステップS7に移行
し、冷房運転を開始、或いは冷房運転への切換を行う。
すなわち給湯要求が発生されいるにもかかわらず、給湯
加熱は行わずに冷房単独運転を実施するようになされて
いるのである。つまり湯温が高くまた外気温が低くて上
記温度差が大きくなるような場合には、前記したよう
に、同時運転時のエネルギ効率の低下を生じる結果、同
時運転よりも冷房運動と給湯加熱運転とを互いに独立に
行った方が全体としての運転経費は少なくなる。このよ
うに運転効率が逆転する湯温と外気温との関係を予め求
めて、上記基準値として設定している。したがって上記
ステップS5の判別結果に応じて、適宜、より効率的な運
転モードが自動的に選択されて運転が行われることとな
る。

なお第４図のフローチャートにおいて、冷房要求があ
り、給湯要求がない場合には、ステップS1、S2からステ
ップS7を経る処理によって冷房運転が、一方、冷房要求
がなく、給湯要求がある場合には、ステップS1からステ
ップS8、S9を経る処理によって給湯加熱運転がそれぞれ
行われ、また冷房、給湯の両要求ともない場合には、ス
テップS1、S8、S10の繰返し処理を継続しながら、運転
停止状態が維持される。

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る。例えば上記実施例
においては、４室の空調機能を有するヒートポンプシス
テムを例に挙げて説明したが、１室或いは４室以外の複
数の部屋を冷房する機能と給湯加熱機能とを有するその
他の装置にこの発明を適用することができる。

（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、冷房・給湯加熱同時運転が、貯湯タンク内の湯
温と外気温との関連においてEERが高く維持される範囲
内に自動的に制限される結果、適宜、より高効率の運転
が行われることとなるので、従来に比べて運転効率の向
上を図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
を適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運転モ
ード特定のための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、34……
湯温センサ（湯温検出手段）、35……外気温センサ（外
気温検出手段）、41……室外制御装置（同時運転制御手
段）、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ……室内ユニット、Ｘ……室外ユ
ニット、Ｙ……給湯ユニット。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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、室内熱交換器（19）を有す
   る室内ユニット（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）とを接続して成るヒートポンプ式冷
   房給湯機であって、上記湯水の温度を検出する湯温検出
   手段（34）と、外気温を検出する外気温検出手段（35）
   と、上記室内ユニット（Ａ）〜（Ｄ）から冷房運転要求
   信号がある状態において、検出湯温から検出外気温を引
   いた温度差が基準値以下であるときには上記圧縮機
   （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
   同時運転を行う一方、上記温度差が基準値よりも大きい
   ときには上記圧縮機（１）からの吐出冷媒を室外熱交換
   器（10）から室内熱交換器（19）へと回流させて冷房単
   独運転を行うべく制御する同時運転制御手段（41）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。