JPH11337200A - ヒートポンプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ヒートポンプ運転の平均効率を向上させる。 【解決手段】 膨張弁７を通過した低圧冷媒を直列に通
過させて蒸発器として機能させる複数の熱交換器９，１
０を設け、これら熱交換器９，１０に対する冷媒の通過
順序を各熱交換器９，１０の吸熱源Ａ，Ｗ１の有効度に
応じて切り換える制御手段２１を設けるヒートポンプ装
置において、この制御手段２１を、熱交換器９，１０の
うち冷媒通過抵抗の大きい熱交換器９がそれら熱交換器
９，１０の直列群の中で上流側に位置する切り換え状態
を優先する構成にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ヒートポンプ装置
に関し、詳しくは、膨張弁を通過した低圧冷媒を直列に
通過させて蒸発器として機能させる複数の熱交換器を設
け、これら熱交換器に対する冷媒の通過順序を各熱交換
器の吸熱源の有効度に応じて切り換える制御手段を設け
るヒートポンプ装置、並びに、圧縮機から吐出される高
圧冷媒を直列に通過させて凝縮器として機能させる複数
の熱交換器を設け、これら熱交換器に対する冷媒の通過
順序を各熱交換器の放熱源の有効度に応じて切り換える
制御手段を設けるヒートポンプ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のヒートポンプ装置では、
各時点における各熱交換器の吸熱源や放熱源の有効度に
応じて複数の熱交換器に対する冷媒の通過順序を切り換
えるのに、例えば吸熱源や放熱源の温度に着目し、複数
の熱交換器を直列の状態で蒸発器として機能させる場合
では、吸熱源温度の高い熱交換器をそれら熱交換器の直
列群中で下流側に位置させる方が過熱度取得が容易で効
率面で有利になることから、各熱交換器の吸熱源温度を
比較して、吸熱源温度の高い状態にある熱交換器をそれ
ら熱交換器の直列群中で下流側に位置させるようにして
いた。

【０００３】また、複数の熱交換器を直列の状態で凝縮
器として機能させる場合では、放熱源温度の低い熱交換
器をそれら熱交換器の直列群中で下流側に位置させる方
が過冷却度取得が容易で効率面で有利になることから、
各熱交換器の放熱源温度を比較して、放熱源温度の低い
状態にある熱交換器をそれら熱交換器の直列群中で下流
側に位置させるようにしていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このように吸
熱源や放熱源の有効度の高い状態にある熱交換器を下流
側に位置させるだけの単純な冷媒通過順序切り換えで
は、その切り換えの為に却って効率が低下する場合があ
り、この点、改善の余地があった。

【０００５】この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、
吸熱源や放熱源の有効度に応じた冷媒通過順序の切り換
えを各熱交換器の構造上の特性も加味して適切に行うこ
とで、より効率の良い運転を行えるようにする点にあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】〔１〕請求項１に係る発
明では、複数の熱交換器を直列の状態で蒸発器として機
能させるヒートポンプ装置において、これら熱交換器に
対する冷媒の通過順序を各熱交換器の吸熱源の有効度に
応じて切り換える制御手段を設けるにあたり、この制御
手段を、それら熱交換器のうち冷媒通過抵抗の大きい熱
交換器の吸熱源有効度が冷媒通過抵抗の小さい熱交換器
の吸熱源有効度より高くなり、かつ、その有効度差が所
定差より大きくなるまでは、冷媒通過抵抗の大きい熱交
換器を冷媒通過抵抗の小さい熱交換器よりも上流側に位
置させ、冷媒通過抵抗の大きい熱交換器の吸熱源有効度
が冷媒通過抵抗の小さい熱交換器の吸熱源有効度より高
くなり、かつ、その有効度差が前記所定差より大きくな
ったとき、冷媒通過抵抗の小さい熱交換器を冷媒通過抵
抗の大きい熱交換器よりも上流側に位置させる構成にす
る。

【０００７】つまり、複数の熱交換器を蒸発器として機
能させるものでは、吸熱源の違いや用途の違いによる各
熱交換器の構造上の違いから、それら熱交換器の冷媒通
過抵抗に大小差のあることが多いが、この場合、冷媒通
過抵抗の大きい熱交換器が複数熱交換器の直列群の中で
上流側に位置するか下流側に位置するかによって効率に
差が生じる。

【０００８】例えば、冷媒通過抵抗に差のある２つの熱
交換器Ａ，Ｂについて、冷媒通過抵抗の大きい熱交換器
Ａを冷媒通過抵抗の小さい熱交換器Ｂの上流側に位置さ
せたときでは、抵抗の大きい方の熱交換器Ａが冷媒経路
上で膨張弁ｅｘに続いて位置することで、図６の（イ）
に示す如く、モリエル線図において、抵抗の大きい方の
熱交換器Ａの抵抗は膨張弁ｅｘの開度制御上で吸収され
る形になって、モリエル線図における蒸発過程のライン
は抵抗の小さい方の熱交換器Ｂの抵抗に原因する小さな
圧力降下がライン途中に見られるだけの比較的平滑なも
のとなるが、逆に、冷媒通過抵抗の大きい熱交換器Ａを
冷媒通過抵抗の小さい熱交換器Ｂの下流側に位置させた
ときでは、図６の（ロ）に示す如く、モリエル線図にお
ける蒸発過程のラインの途中で、抵抗の大きい方の熱交
換器Ａの大きな抵抗に原因する大きな圧力降下が生じ、
この為、線図上の凹部分ｘの面積に相当する大きなロス
を生じてヒートポンプ装置の効率（成績係数）が低下す
る。

【０００９】そして、従来、吸熱源温度の高い状態にあ
る熱交換器を下流側に位置させるなど、各熱交換器の吸
熱源の有効度に応じて冷媒の通過順序を切り換えている
にもかかわらず、その切り換えで却って効率が低下する
場合が生じていたのは、このことが原因の一つとなって
いることが判明した。

【００１０】このことから、上記の如く、冷媒通過抵抗
の大きい熱交換器の吸熱源有効度が冷媒通過抵抗の小さ
い熱交換器の吸熱源有効度より高くなり、かつ、その有
効度差が所定差より大きくなるまでは、冷媒通過抵抗の
大きい熱交換器を冷媒通過抵抗の小さい熱交換器よりも
上流側に位置させる構成、すなわち、吸熱源の有効度に
応じた冷媒通過順序の切り換えにおいて、冷媒通過抵抗
の大きい熱交換器が熱交換器の直列群の中で上流側に位
置する切り換え状態を優先する構成にしておけば、吸熱
源の有効度が高い状態にある熱交換器を下流側に位置さ
せるだけの従来の単純な冷媒通過順序切り換えに比べ、
冷媒通過抵抗の大きい熱交換器が下流側に位置すること
が原因で却って効率が低下してしまうような事態の発
生、すなわち、吸熱源の有効度に応じた冷媒通過順序の
切り換えで得られる効率上昇分よりも、その切り換えに
おいて冷媒通過抵抗の大きな熱交換器が下流側に位置す
ることで生じる効率低下分の方が大きくなるような切り
換え状態の発生を少なくすることができ、これにより、
この種ヒートポンプ装置の運転においてより高い平均効
率を得ることができ、省エネ面及びランニングコスト面
で有利にすることができる。

【００１１】〔２〕請求項２に係る発明では、熱交換器
のうち、冷媒通過抵抗の大きい熱交換器を吸熱源が空気
である対空気熱交換器にし、冷媒通過抵抗の小さい熱交
換器を吸熱源が水である対水熱交換器にする。

【００１２】つまり、対空気熱交換器と対水熱交換器を
比べた場合、水に対する熱伝達率よりも空気に対する熱
伝達率の方が低くなることから、一般に対空気熱交換器
は対水熱交換器よりも熱交換性能に劣るが、膨張弁を通
過した低圧冷媒の通過順序を制御手段により切り換える
複数の熱交換器として、対空気熱交換器と対水熱交換器
とを併用する必要がある場合、上記の如く、制御手段に
よる冷媒通過順序の切り換え制御で優先的に上流側に位
置させる熱交換器（冷媒通過抵抗の大きい方の熱交換
器）を対空気熱交換器にし、これに対し、上流側に位置
することを非優先とする熱交換器（冷媒通過抵抗の小さ
い方の熱交換器）を対水熱交換器にすれば、複数の熱交
換器を直列の状態で蒸発器として機能させることにおい
て、上流側の熱交換器の方が下流側の熱交換器よりも内
部を通過する低圧冷媒の湿り度が高くて冷媒に対する熱
伝達率が高くなることから、対水熱交換器を優先的に上
流側に位置させる逆の場合に比べ、空気に対する熱伝達
率が低いことを冷媒に対する熱伝達率が高いことで補う
形態で、複数の熱交換器の全体としての平均熱通過率
（いわゆるＫ値）を高くすることができ、これにより、
請求項１に係る発明の効果と相まって、この種ヒートポ
ンプ装置の運転において一層高い平均効率を得ることが
できる。

【００１３】〔３〕請求項３に係る発明では、前記制御
手段を、冷媒通過抵抗の大きい熱交換器の吸熱源温度が
冷媒通過抵抗の小さい熱交換器の吸熱源温度より高くな
り、かつ、その温度差が所定温度差より大きくなるまで
は、冷媒通過抵抗の大きい熱交換器を冷媒通過抵抗の小
さい熱交換器よりも上流側に位置させ、冷媒通過抵抗の
大きい熱交換器の吸熱源温度が冷媒通過抵抗の小さい熱
交換器の吸熱源温度より高くなり、かつ、その温度差が
所定温度差より大きくなったとき、冷媒通過抵抗の小さ
い熱交換器を冷媒通過抵抗の大きい熱交換器よりも上流
側に位置させる構成にする。

【００１４】つまり、この構成では、各熱交換器の吸熱
源の有効度に応じた冷媒通過順序の切り換えとして、基
本的には吸熱源温度の高い熱交換器を下流側に位置させ
て過熱度取得の容易化により効率を向上させる切り換え
形態を採るが、単に冷媒通過抵抗の大きい熱交換器（請
求項２に係る発明では対空気熱交換器）の吸熱源温度が
冷媒通過抵抗の小さい熱交換器（請求項２に係る発明で
は対水熱交換器）の吸熱源温度よりも高くなった時点
で、冷媒通過抵抗の大きい熱交換器を下流側に位置させ
る切り換えを行うに比べ、上記の所定温度差の分だけ、
冷媒通過抵抗の大きい熱交換器を上流側に位置させる切
り換え状態を優先する形態にし、これにより、請求項１
に係る発明の効果を得る。

【００１５】そして、このように吸熱源温度に応じた冷
媒通過順序の切り換えにおいて、冷媒通過抵抗の大きい
熱交換器が上流側に位置する切り換え状態を優先させな
がらも、切り換えの判断としては従来装置と同様、温度
の比較だけで済ませられることにより、装置構成を簡単
にすることができ装置コストを安価にすることができ
る。

【００１６】〔４〕請求項４に係る発明では、複数の熱
交換器を直列の状態で凝縮器として機能させるヒートポ
ンプ装置において、これら熱交換器に対する冷媒の通過
順序を各熱交換器の放熱源の有効度に応じて切り換える
制御手段を設けるにあたり、この制御手段を、それら熱
交換器のうち冷媒通過抵抗の大きい熱交換器の放熱源有
効度が冷媒通過抵抗の小さい熱交換器の放熱源有効度よ
り高くなり、かつ、その有効度差が所定差より大きくな
るまでは、冷媒通過抵抗の大きい熱交換器を冷媒通過抵
抗の小さい熱交換器よりも上流側に位置させ、冷媒通過
抵抗の大きい熱交換器の放熱源有効度が冷媒通過抵抗の
小さい熱交換器の放熱源有効度より高くなり、かつ、そ
の有効度差が前記所定差より大きくなったとき、冷媒通
過抵抗の小さい熱交換器を冷媒通過抵抗の大きい熱交換
器よりも上流側に位置させる構成にする。

【００１７】つまり、複数の熱交換器を凝縮器として機
能させるものにおいても、放熱源の違いや用途の違いに
よる各熱交換器の構造上の違いから、それら熱交換器の
冷媒通過抵抗に大小差のあることが多いが、例えば、冷
媒通過抵抗に差のある２つの熱交換器Ｃ，Ｄについて、
冷媒通過抵抗の大きい熱交換器Ｃを冷媒通過抵抗の小さ
い熱交換器Ｄの上流側に位置させたときでは、抵抗の大
きい方の熱交換器Ｃが冷媒経路上で圧縮機Ｃｍｐの次に
続いて位置することで、図７の（イ）に示す如く、モリ
エル線図において、抵抗の大きい方の熱交換器Ｃの抵抗
は圧縮機Ｃｍｐの出力制御上で吸収される形になって、
モリエル線図における凝縮過程のラインは抵抗の小さい
方の熱交換器Ｄの抵抗に原因する小さな圧力降下がライ
ン途中に見られるだけの比較的平滑なものとなるが、逆
に、冷媒通過抵抗の大きい熱交換器Ｃを冷媒通過抵抗の
小さい熱交換器Ｄの下流側に位置させたときでは、図７
の（ロ）に示す如く、モリエル線図における凝縮過程の
ラインの途中で、抵抗の大きい方の熱交換器Ｃの大きな
抵抗に原因する大きな圧力降下が生じ、この為、線図上
の凹部分ｙの面積に相当する大きなロスを生じてヒート
ポンプ装置の効率（成績係数）が低下する。

【００１８】そして、従来、放熱源温度の低い状態にあ
る熱交換器を下流側に位置させるなど、各熱交換器の放
熱源の有効度に応じて冷媒の通過順序を切り換えている
にもかかわらず、その切り換えで却って効率が低下する
場合が生じていたのは、このことが原因の一つとなって
いたことが判明した。

【００１９】このことから、上記の如く、冷媒通過抵抗
の大きい熱交換器の放熱源有効度が冷媒通過抵抗の小さ
い熱交換器の放熱源有効度より高くなり、かつ、その有
効度差が所定差より大きくなるまでは、冷媒通過抵抗の
大きい熱交換器を冷媒通過抵抗の小さい熱交換器よりも
上流側に位置させる構成、すなわち、放熱源の有効度に
応じた冷媒通過順序の切り換えにおいて、冷媒通過抵抗
の大きい熱交換器が熱交換器の直列群の中で上流側に位
置する切り換え状態を優先する構成にしておけば、放熱
源の有効度が高い状態にある熱交換器を下流側に位置さ
せるだけの従来の単純な冷媒通過順序切り換えに比べ、
放熱源の単純な有効度比較だけで冷媒通過順序を切り換
えるに比べ、冷媒通過抵抗の大きい熱交換器が下流側に
位置することが原因で却って効率が低下してしまうよう
な事態の発生、すなわち、放熱源の有効度に応じた冷媒
通過順序の切り換えで得られる効率上昇分よりも、その
切り換えにおいて冷媒通過抵抗の大きな熱交換器が下流
側に位置することで生じる効率低下分の方が大きくなる
ような切り換え状態の発生を少なくすることができ、こ
れにより、この種ヒートポンプ装置の運転においてより
高い平均効率を得ることができ、省エネ面及びランニン
グコスト面で有利にすることができる。

【００２０】〔５〕請求項５に係る発明では、前記制御
手段を、冷媒通過抵抗の大きい熱交換器の放熱源温度が
冷媒通過抵抗の小さい熱交換器の放熱源温度より低くな
り、かつ、その温度差が所定温度差より大きくなるまで
は、冷媒通過抵抗の大きい熱交換器を冷媒通過抵抗の小
さい熱交換器よりも上流側に位置させ、冷媒通過抵抗の
大きい熱交換器の放熱源温度が冷媒通過抵抗の小さい熱
交換器の放熱源温度より低くなり、かつ、その温度差が
所定温度差より大きくなったとき、冷媒通過抵抗の小さ
い熱交換器を冷媒通過抵抗の大きい熱交換器よりも上流
側に位置させる構成にする。

【００２１】つまり、この構成では、各熱交換器の放熱
源の有効度に応じた冷媒通過順序の切り換えとして、基
本的には放熱源温度の低い熱交換器を下流側に位置させ
て過冷却度取得の容易化により効率を向上させる切り換
え形態を採るが、単に冷媒通過抵抗の大きい熱交換器の
放熱源温度が冷媒通過抵抗の小さい熱交換器の放熱源温
度よりも低くなった時点で、冷媒通過抵抗の大きい熱交
換器を下流側に位置させる切り換えを行うに比べ、上記
の所定温度差の分だけ、冷媒通過抵抗の大きい熱交換器
を上流側に位置させる切り換え状態を優先する切り換え
形態にし、これにより、請求項４に係る発明の効果を得
る。

【００２２】そして、このように放熱源温度に応じた冷
媒通過順序の切り換えにおいて、冷媒通過抵抗の大きい
熱交換器が上流側に位置する切り換え状態を優先させな
がらも、切り換えの判断としては従来装置と同様、温度
の比較だけで済ませられることにより、装置構成を簡単
にすることができ装置コストを安価にすることができ
る。

【００２３】

【発明の実施の形態】図１は二熱源ヒートポンプの冷媒
回路を示し、１は圧縮機、２は主四方弁、３は負荷側熱
交換器、４は第１膨張弁、５は第１逆止弁、６はレシー
バ、７は第２膨張弁、８は第２逆止弁、９は熱源側の対
空気熱交換器、１０は熱源側の対水熱交換器、１１は熱
源切り換え用の第１四方弁、１２は同じく熱源切り換え
用の第２四方弁、１３はアキュムレータである。

【００２４】また、１４，１５はストレーナ、１６は対
空気熱交換器９に吸熱源または放熱源としての空気Ａを
通風するファン、１７は対水熱交換器１０に吸熱源また
は放熱源としての水Ｗ１を通水する熱源側水路、１８は
負荷側熱交換器３に加熱または冷却対象の冷温水Ｗ２を
通水する負荷側水路である。

【００２５】主四方弁２は、基本の運転切り換えとして
「加熱運転」と「冷却運転」との切り換えを行うもので
あり、一方、熱源切り換え用の第１及び第２四方弁１
１，１２は、熱源側の運転モードの切り換えとして、対
空気熱交換器９から対水熱交換器１０の順に冷媒を通過
させて熱源側の両熱交換器９，１０を使用する「空気−
水運転モード」、対水熱交換器１０から対空気熱交換器
９の順に冷媒を通過させて熱源側の両熱交換器９，１０
を使用する「水−空気運転モード」、対水熱交換器１０
を非使用として対空気熱交換器９のみを使用する「空気
単独運転モード」、対空気熱交換器９を非使用として対
水熱交換器１０のみを使用する「水単独運転モード」の
切り換えを行うものである。

【００２６】「加熱運転」では、図１〜図４の夫々にお
いて実線の矢印で示す如き冷媒循環形態にし、これによ
り、負荷側熱交換器３を凝縮器として機能させること
で、負荷側熱交換器３において通過冷温水Ｗ２を加熱す
る。

【００２７】そして、この「加熱運転」において「空気
−水運転モード」を選択した場合には、図１に実線の矢
印で示す如く、第２膨張弁７により減圧した低圧冷媒を
対空気熱交換器９から対水熱交換器１０の順に通過させ
る冷媒循環形態で、これら熱源側の熱交換器９，１０の
両方を蒸発器として機能させ、これにより、空気Ａと水
Ｗ１の両方から吸熱する。

【００２８】また、「加熱運転」において「水−空気運
転モード」を選択した場合には、図２に実線の矢印で示
す如く、第２膨張弁７により減圧した低圧冷媒を対水熱
交換器１０から対空気熱交換器９の順に通過させる冷媒
循環形態で、これら熱源側の熱交換器９，１０の両方を
蒸発器として機能させ、これにより、空気Ａと水Ｗ１の
両方から吸熱する。

【００２９】「加熱運転」において「空気単独運転モー
ド」を選択した場合には、図３に実線の矢印で示す如
く、対水熱交換器１０の冷媒流入側及び流出側を熱源切
り換え用の第１及び第２四方弁１１，１２により遮断し
て対水熱交換器１０を非使用にした状態で、第２膨張弁
７により減圧した低圧冷媒を対空気熱交換器９にのみ通
過させる冷媒循環形態にし、これにより、対空気熱交換
器９のみを蒸発器として機能させて空気Ａのみから吸熱
する。

【００３０】「加熱運転」において「水単独運転モー
ド」を選択した場合には、図４に実線の矢印で示す如
く、対空気水熱交換器９の冷媒流入側及び流出側を熱源
切り換え用の第１及び第２四方弁１１，１２により遮断
して対空気水熱交換器９を非使用にした状態で、第２膨
張弁７により減圧した低圧冷媒を対水熱交換器１０にの
み通過させる冷媒循環形態にし、これにより、対水熱交
換器１０のみを蒸発器として機能させて水Ｗ１のみから
吸熱する。

【００３１】一方、「冷却運転」では、図１〜図４の夫
々において一点鎖線の矢印で示す如く冷媒を循環させ、
これにより、負荷側熱交換器３を蒸発器として機能させ
ることで、負荷側熱交換器３において通過冷温水Ｗ２を
冷却する。

【００３２】そして、この「冷却運転」において「空気
−水運転モード」を選択した場合には、図２に一点鎖線
の矢印で示す如く、圧縮機１から吐出される高圧冷媒を
対空気熱交換器９から対水熱交換器１０の順に通過させ
る冷媒循環形態で、これら熱源側の熱交換器９，１０の
両方を凝縮器として機能させ、これにより、空気Ａと水
Ｗ１の両方へ放熱する。

【００３３】また、「冷却運転」において「水−空気運
転モード」を選択した場合には、図１に一点鎖線の矢印
で示す如く、圧縮機１から吐出される高圧冷媒を対水熱
交換器１０から対空気熱交換器９の順に通過させる冷媒
循環形態で、これら熱源側の熱交換器９，１０の両方を
凝縮器として機能させ、これにより、空気Ａと水Ｗ１の
両方へ放熱する。

【００３４】「冷却運転」において「空気単独運転モー
ド」を選択した場合には、図３に一点鎖線の矢印で示す
如く、対水熱交換器１０の冷媒流入側及び流出側を熱源
切り換え用の第１及び第２四方弁１１，１２により遮断
して対水熱交換器１０を非使用にした状態で、圧縮機１
から吐出される高圧冷媒を対空気熱交換器９にのみ通過
させる冷媒循環形態にし、これにより、対空気熱交換器
９のみを凝縮器として機能させて空気Ａのみへ放熱す
る。

【００３５】「冷却運転」において「水単独運転モー
ド」を選択した場合には、図４に一点鎖線の矢印で示す
如く、対空気水熱交換器９の冷媒流入側及び流出側を熱
源切り換え用の第１及び第２四方弁１１，１２により遮
断して対空気水熱交換器９を非使用にした状態で、圧縮
機１から吐出される高圧冷媒を対水熱交換器１０にのみ
通過させる冷媒循環形態にし、これにより、対水熱交換
器１０のみを凝縮器として機能させて水Ｗ１のみへ放熱
する。

【００３６】「空気−水運転モード」、「水−空気運転
モード」、「空気単独運転モード」、「水単独運転モー
ド」の切り換えは、基本的には、温度センサ１９，２０
により検出される吸熱源または放熱源としての空気Ａ及
び水Ｗ１の温度ｔａ，ｔｗに応じ制御器２１（制御手
段）が自動的に実行するが、対空気熱交換器９がディス
トリィビュータ９ａ，９ｂにより分岐された多数の冷媒
チューブ９ｃを主体とする構造上、その対空気熱交換器
９の冷媒通過抵抗が容器型を採用した対水熱交換器１０
の冷媒通過抵抗に比べ大きいのに対し、この制御器２１
は、「加熱運転」及び「冷却運転」の夫々で空気Ａの温
度ｔａ及び水Ｗ１の温度ｔｗに応じ熱源側の運転モード
を切り換えるにあたり、対水熱交換器１０が対空気熱交
換器９の上流側に位置する「水−空気運転モード」より
も、対空気熱交換器９が対水熱交換器１０の上流側に位
置する「空気−水運転モード」の方を優先する構成にし
てある。

【００３７】具体的には、「加熱運転」の場合、図５の
（イ）に示す如く、吸熱源としての空気Ａの温度ｔａか
ら所定の優先温度差Δｔｍを減じた温度値を空気側の評
価温度ｔａ’（＝ｔａ−Δｔｍ）として、この評価温度
ｔａ’と水Ｗ１の温度ｔｗとの比較に基づき、低温側閾
温度（ｔｗ−Δｔ１）≦ｔａ’＜ｔｗの領域Ｍ１では
「空気−水運転モード」を選択し、ｔｗ≦ｔａ’＜高温
側閾温度（ｔｗ＋Δｔ２）の領域Ｍ２では「水−空気運
転モード」を選択し、ｔａ’＜低温側閾温度（ｔｗ−Δ
ｔ１）の領域Ｍ３では「水単独運転モード」を選択し、
高温側閾温度（ｔｗ＋Δｔ２）≦ｔａ’の領域Ｍ４では
「空気単独運転モード」を選択する構成にしてある。

【００３８】また、「冷却運転」の場合、図５の（ロ）
に示す如く、放熱源としての空気Ａの温度ｔａに所定の
優先温度差Δｔｎを加えた温度値を空気側の評価温度ｔ
ａ”（＝ｔａ＋Δｔｎ）として、この評価温度ｔａ”と
水Ｗ１の温度ｔｗとの比較に基づき、ｔｗ≦ｔａ”＜高
温側閾温度（ｔｗ＋Δｔ３）の領域Ｎ１では「空気−水
運転モード」を選択し、低温側閾温度（ｔｗ−Δｔ４）
≦ｔａ”＜ｔｗの領域Ｎ２では「水−空気運転モード」
を選択し、高温側閾温度（ｔｗ＋Δｔ３）≦ｔａ”の領
域Ｎ３では「水単独運転モード」を選択し、ｔａ”＜低
温側閾温度（ｔｗ−Δｔ４）の領域Ｎ４では「空気単独
運転モード」を選択する構成にしてある。

【００３９】つまり、加熱運転の場合、基本的には、熱
源側の２つの熱交換器９，１０のうち吸熱源温度ｔａ，
ｔｗが高い状態にある熱交換器を下流側に位置させるこ
とで、過熱度の取得を容易にして効率を向上させる切り
換え形態を採るが、単に冷媒通過抵抗の大きい対空気熱
交換器９の吸熱源温度ｔａが冷媒通過抵抗の小さい対水
熱交換器１０の吸熱源温度ｔｗよりも高くなった時点
で、対空気熱交換器９を下流側に位置させる「水−空気
運転モード」への切り換えを行うに比べ、前記の加熱運
転モード用の優先温度差Δｔｍの分だけ、冷媒通過抵抗
の大きい対空気熱交換器９を上流側に位置させる「空気
−水運転モード」を優先する形態にしてある。

【００４０】また同様に、冷却運転の場合、基本的に
は、熱源側の２つの熱交換器９，１０のうち放熱源温度
ｔａ，ｔｗが低い状態にある熱交換器を下流側に位置さ
せることで、過冷却度の取得を容易にして効率を向上さ
せる切り換え形態を採るが、単に冷媒通過抵抗の大きい
対空気熱交換器９の放熱源温度ｔａが冷媒通過抵抗の小
さい対水熱交換器１０の放熱源温度ｔｗよりも低くなっ
た時点で、対空気熱交換器９を下流側に位置させる「水
−空気運転モード」への切り換えを行うに比べ、前記の
冷却運転モード用の優先温度差Δｔｎの分だけ、冷媒通
過抵抗の大きい対空気熱交換器９を上流側に位置させる
「空気−水運転モード」を優先する形態にしてある。

【００４１】そして、このような切り換え形態を採るこ
とより、吸熱源または放熱源の温度ｔａ，ｔｗに応じた
熱源側運転モードの切り換え（換言すれば、冷媒通過順
序の切り換え）において、冷媒通過抵抗の大きい対空気
熱交換器９が冷媒通過抵抗の小さい対水熱交換器１０の
下流側に位置することが原因で却って効率が低下してし
まうような事態の発生、すなわち、吸熱源または放熱源
の温度ｔａ，ｔｗに応じた冷媒通過順序の切り換えで得
られる効率上昇分よりも、その切り換えにおいて冷媒通
過抵抗の大きな対空気熱交換器９が下流側に位置するこ
とで生じる効率低下分の方が大きくなるような切り換え
状態の発生を少なくし、これにより、この二熱源ヒート
ポンプの運転において高い平均効率を得るようにしてあ
る。

【００４２】〔別の実施形態〕前述の実施形態では、基
本的に各熱交換器の吸熱源や放熱源の有効度に応じて冷
媒通過順序を切り換えるのに、吸熱源温度や放熱源温度
に応じて冷媒通過順序を切り換える例を示したが、吸熱
源や放熱源の有効度の評価は温度による評価に限定され
るものでなく、例えば、流量により吸熱源や放熱源の有
効度を評価する形態、あるいは、エンタルピにより吸熱
源や放熱源の有効度を評価する形態、あるいはまた、温
度ないしエンタルピと流量との両方から吸熱源や放熱源
の有効度を評価する形態など、どのような評価形態であ
ってもよい。

【００４３】直列の状態で蒸発器として機能させる複数
の熱交換器や、直列の状態で凝縮器として機能させる複
数の熱交換器は、２器に限られるものでなく、３器以上
の複数であってもよい。

【００４４】各熱交換器の吸熱源や放熱源は互いに異種
のものに限らず、互いに同種のものであってもよく、ま
た、水や空気に限定されるものでもない。

【００４５】本発明によるヒートポンプ装置は、暖房や
冷房あるいは物品加熱や物品冷却、あるいはまた融雪な
ど、種々の用途に適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】装置構成、並びに、加熱運転での「空気−水運
転モード」及び冷却運転での水−空気運転モード」の冷
媒経路を示す図

【図２】加熱運転での「水−空気運転モード」及び冷却
運転での「空気−水運転モード」の冷媒経路を示す図

【図３】加熱運転及び冷却運転での「空気単独運転モー
ド」の冷媒経路を示す図

【図４】加熱運転及び冷却運転での「水単独運転モー
ド」の冷媒経路を示す図

【図５】モード切り換え形態を説明するグラフ

【図６】モリエル線図上で作用を説明するグラフ

【図７】モリエル線図上で作用を説明するグラフ

【符号の説明】

１ 圧縮機 ７ 膨張弁 ９ 熱交換器，対空気熱交換器 １０ 熱交換器，対水熱交換器 ２１ 制御手段 Ａ 吸熱源，放熱源，空気 Ｗ１ 吸熱源，放熱源，水

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 矢野 幸博 兵庫県尼崎市浜１丁目１番１号 株式会社 クボタ技術開発研究所内 (72)発明者 辻尾 聡 兵庫県尼崎市浜１丁目１番１号 株式会社 クボタ技術開発研究所内 (72)発明者 井上 雅史 兵庫県尼崎市浜１丁目１番１号 株式会社 クボタ技術開発研究所内 (72)発明者 角野 寛 兵庫県尼崎市浜１丁目１番１号 株式会社 クボタ技術開発研究所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 膨張弁を通過した低圧冷媒を直列に通過
   させて蒸発器として機能させる複数の熱交換器を設け、 これら熱交換器に対する冷媒の通過順序を各熱交換器の
   吸熱源の有効度に応じて切り換える制御手段を設けるヒ
   ートポンプ装置であって、 前記制御手段を、前記熱交換器のうち冷媒通過抵抗の大
   きい熱交換器の吸熱源有効度が冷媒通過抵抗の小さい熱
   交換器の吸熱源有効度より高くなり、かつ、その有効度
   差が所定差より大きくなるまでは、冷媒通過抵抗の大き
   い熱交換器を冷媒通過抵抗の小さい熱交換器よりも上流
   側に位置させ、 冷媒通過抵抗の大きい熱交換器の吸熱源有効度が冷媒通
   過抵抗の小さい熱交換器の吸熱源有効度より高くなり、
   かつ、その有効度差が前記所定差より大きくなったと
   き、冷媒通過抵抗の小さい熱交換器を冷媒通過抵抗の大
   きい熱交換器よりも上流側に位置させる構成にしてある
   ヒートポンプ装置。
2. 【請求項２】 前記熱交換器のうち、冷媒通過抵抗の大
   きい熱交換器を吸熱源が空気である対空気熱交換器に
   し、冷媒通過抵抗の小さい熱交換器を吸熱源が水である
   対水熱交換器にしてある請求項１記載のヒートポンプ装
   置。
3. 【請求項３】 前記制御手段を、 冷媒通過抵抗の大きい熱交換器の吸熱源温度が冷媒通過
   抵抗の小さい熱交換器の吸熱源温度より高くなり、か
   つ、その温度差が所定温度差より大きくなるまでは、冷
   媒通過抵抗の大きい熱交換器を冷媒通過抵抗の小さい熱
   交換器よりも上流側に位置させ、 冷媒通過抵抗の大きい熱交換器の吸熱源温度が冷媒通過
   抵抗の小さい熱交換器の吸熱源温度より高くなり、か
   つ、その温度差が前記所定温度差より大きくなったと
   き、冷媒通過抵抗の小さい熱交換器を冷媒通過抵抗の大
   きい熱交換器よりも上流側に位置させる構成にしてある
   請求項１又は２記載のヒートポンプ装置。
4. 【請求項４】 圧縮機から吐出される高圧冷媒を直列に
   通過させて凝縮器として機能させる複数の熱交換器を設
   け、 これら熱交換器に対する冷媒の通過順序を各熱交換器の
   放熱源の有効度に応じて切り換える制御手段を設けるヒ
   ートポンプ装置であって、 前記制御手段を、前記熱交換器のうち冷媒通過抵抗の大
   きい熱交換器の放熱源有効度が冷媒通過抵抗の小さい熱
   交換器の放熱源有効度より高くなり、かつ、その有効度
   差が所定差より大きくなるまでは、冷媒通過抵抗の大き
   い熱交換器を冷媒通過抵抗の小さい熱交換器よりも上流
   側に位置させ、 冷媒通過抵抗の大きい熱交換器の放熱源有効度が冷媒通
   過抵抗の小さい熱交換器の放熱源有効度より高くなり、
   かつ、その有効度差が前記所定差より大きくなったと
   き、冷媒通過抵抗の小さい熱交換器を冷媒通過抵抗の大
   きい熱交換器よりも上流側に位置させる構成にしてある
   ヒートポンプ装置。
5. 【請求項５】 前記制御手段を、 冷媒通過抵抗の大きい熱交換器の放熱源温度が冷媒通過
   抵抗の小さい熱交換器の放熱源温度より低くなり、か
   つ、その温度差が所定温度差より大きくなるまでは、冷
   媒通過抵抗の大きい熱交換器を冷媒通過抵抗の小さい熱
   交換器よりも上流側に位置させ、 冷媒通過抵抗の大きい熱交換器の放熱源温度が冷媒通過
   抵抗の小さい熱交換器の放熱源温度より低くなり、か
   つ、その温度差が前記所定温度差より大きくなったと
   き、冷媒通過抵抗の小さい熱交換器を冷媒通過抵抗の大
   きい熱交換器よりも上流側に位置させる構成にしてある
   請求項４記載のヒートポンプ装置。