JPS61107066A - 冷暖房・給湯ヒ−トポンプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ヒートポンプを用いて冷暖房および貯湯槽
の水を加熱することができるようにした冷暖房・給湯ヒ
ートポンプ装置に関し、特に給湯加熱運転時におけるイ
ンバータの周波数を貯湯槽内の残湯量によって決定する
ようにした冷暖房・給湯ヒートポンプ装置ｔ；関１ろも
・ノ＋　−ｔ”、９　ａ。

〔従来の技術〕

従来、ヒートポンプ全使用した冷暖房装置と（７ては第
７図に示すように、空気調和設備の夾務の知識、昭和５
１年度版、第８３頁に開示されているものがある。同図
において、１は圧縮機、２は冷暖房切換用の四方弁、３
ａ、３ｂは室内熱交換器、４は可逆式の冷媒膨張機構で
あって、冷房。

暖房時に於ける冷媒の流れ方向にそれぞれ対応した膨張
管４ａ、４ｂとを有している。５け室外熱交換器、６ａ
、６ｂは上記室内熱交換器３ａ。

３　））の四方弁２の連結側に設けられた電磁弁である
。

この様に構成された従来のヒートポンプ装置において、
複数の部屋を冷房する場合には、第７図に示すように圧
縮機１から吐出した高温高圧の冷媒ガスは、図中の実線
矢印のように流れて四方弁２から室外熱交換器５に至り
、ここで冷却されて凝縮する。そして凝縮した高圧の液
冷媒は膨張弁４ａｆ−通ることで減圧される。このとき
室内熱交換器３ａ、３ｂの三方電磁弁６ａ、６ｂは各々
負荷が発生することで開くため、膨張弁４ａからの低圧
の液冷媒は室内熱交換器３ａ、３ｂに於いて蒸発して室
内空気から熱を奪うことによりガス化する。この低圧冷
媒ガスは四方弁２を通り圧縮機１に吸い込まれ、再び圧
縮されて吐き出すサイクルが繰り返される。

捷た、暖房運転時にあっては、圧縮機ｌから吐出した高
温高圧の冷媒ガスは図中の破線矢印のように流れて四方
弁２から室内熱交換器３ａ、３ｂに至り、ここで放熱Ｉ
−て凝縮することにより室内を暖房する。さらに凝縮し
た高圧の液冷媒は膨張弁４ｂを通ることで減圧され、こ
の低圧の液冷媒は室外熱交換器５に至り、外気で加熱さ
れることで蒸発する。蒸発した低圧ガスは四方弁２を通
り、圧縮機ｌに吸い込壕れ、再び圧縮されて吐出するサ
イクルが繰り返えされる。

第８図は、冷凍、ｖｏＬ５８、扁６７１に開示されてい
る従来の冷暖房・給湯ヒートポンプ装置の他の例を示す
もので、第７図と同一符号は同一または相当部分を示す
。同図に於いて７Ｆｉ貯湯槽であり、その内部には加熱
コイル８が設けられている。そして、この加熱コイル８
は電磁弁６ｂを介して室内熱交換器３ａと電磁弁６ａと
の直列回路に並列に接続されている。９は貯湯槽６の市
水取入口、１０は貯湯槽７に連結した給湯用蛇口である
。

この様に構成されたヒートポンプ装置において、給湯加
熱を行なう場合には、電磁弁６ａを閉じて雷、磁弁６ｂ
を開く。これにより圧縮機１から吐出される高温高圧の
冷媒ガスは、第８図中の破線矢印のように流れ、四方弁
２から電磁弁６ｂを通って加熱コイル８に至り、ここで
放熱して凝縮することにより貯湯槽６内の水を加熱する
。凝縮した高温高圧の液冷媒は膨張弁４ｂを通ることで
減圧されて室外熱交換器５に至り、外気で加熱されて蒸
発する。そしてこの低圧ガスは四方弁２を介して圧縮機
１へ吸い込まれることにより再び圧縮されるサイクルを
繰り返すことで給湯加熱を行なう。

また、暖房運転時には電磁弁６ａが開くとともにｔ磁弁
６ｂが閉になり、さらに冷房運転時には電磁弁６ｂが開
くとともに電磁弁６ａが閉になって第７図の破線矢印ま
たは実線矢印に示す冷媒の流れを生じさせることで暖房
または冷房を行々うものであり、その動作は第７図にお
いて述べたものと同様である。

〔発明が解決しようとしている問題点〕しかしながら、
上述した従来のヒートポンプ装置を利用して給湯加熱を
行なう場合には、第８図で示した様に室内熱交換器３ａ
、３ｂの一方を加熱コイルに置き換えて貯湯槽に装着す
ることにより、冷媒回路を暖房運転することによって貯
湯槽内の水を加熱する必要があるために、冷房時の廃熱
を回収して給湯加熱に利用する等の経済的々運転が行な
えない問題を有している。

また、上記構成に於いては、圧縮機の回転数が常に一定
であることから、効率的な運転が行なえない等の問題を
有している。

〔問題を解決するための手段〕

従って、この発明による冷暖房・給湯ヒートポンプ装置
は、圧縮機の吐出側に三方弁を設けて圧縮機から出力さ
れる高温高圧の冷媒を貯湯槽内の加熱コイルに導き、こ
の加熱コイルによって水を加熱することで凝縮した冷媒
を膨張弁および室内外熱交換器を介して圧縮機に戻すよ
うに構成するとともに、インバータを用いて圧縮機の回
転数を残湯量に関連して制御する様に構成したものであ
る。

〔作用〕

この様に構成された冷暖房・給湯ヒートポンプ装置に於
いては、残湯量が少ない場合には給湯加熱能力を優先さ
せ、残湯量が多い場合にはＯＯＰを優先させる様に制御
するものであるために使い勝手が向−卜するとともに、
冷房時に於ける廃熱を給湯加熱に利用することが出来る
ことから、経済的な給湯加熱が容易に行なえることに々
る。

〔実施例〕

第１図は本発明による冷暖房・給湯ヒートポンプ装置の
一実施例を示す構成図であって、第７図、第８図と同一
部分は同一記号を用いて示しである。同図に於いて１１
は圧縮機ｌから吐出される高温高圧冷媒の流路切り換え
を行なう三方弁であって、その流入ポートａと一方の吐
出ポートｂは四方弁２に接続されている。また上記三方
弁１１の加熱コイル８の一端が接続され、加熱コイル８
の他端は別々の電磁弁１２．１３を介して膨張機構４の
両端側に接続されている。

１４は圧縮機ｌの容ｌ゛制御用インバータ、１５は上記
三方弁１１．電磁弁１２．１３及びインノ々−夕１４．
を制御するタイマ付き制御装置であシ、このタイマ付き
開側１装置工５には貯湯槽上部氷温度検知器１６及び貯
湯槽７の下部水濡を検知する検知器１７ａ〜１７ｅから
の検知信号が入力されるようになっている。

次に、上記のように構成された本実施例の動作について
説明する。

（、）　　暖房時 圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は、三方弁１１
の流入及び吐出ボー）ａ、ｂから四方弁２の破線の経路
を経由し、室内熱交換器３ａ及び３ｂの一方または両方
に至シ、ここで凝縮された後、膨張機構４で減圧され、
さらに室外熱交換器５において蒸発し、この蒸発した冷
媒ガスは四方弁２を通り圧縮機ｌに戻る。

（ｂ）　　冷房時 冷房時には圧縮機ｌから吐出した冷媒は、三方弁１１の
流入及び吐出ボー）ａ、ｂから四方弁２の実線の経路を
経由し、室外熱交換器５に至り、ここで外気と熱交換１
−て凝縮（−１さらに膨張機構４で減圧された後に室内
熱交換器３ａ及び３ｂの一方もしくは両方に供給されて
蒸発する。この蒸発したガス冷媒は四方弁２ｆ経由して
再び圧縮機１に戻る。

（ｃ）冷房給湯時 この場合の圧縮機ｌから吐出した冷媒は、三方弁１１の
流入及び吐出ポートａ、ｅから貯湯槽加熱コイル８に至
り、ここで凝縮することによシ貯湯槽７内の水を加熱す
る。そして凝縮した液冷媒は’ｌＪａ弁１３全１３膨張
機構４に至り、減圧された後に室内熱交換器３ａ及び３
ｂのいずれか一方または両方に至り、ここで室内の熱を
吸収して蒸発する。

そして、このガス冷媒は、四方弁２の実線を経由して再
び圧縮機ｌに戻る。このようにして、冷房と同時に給湯
加熱が行なわれることに々る。

（（１）給湯加熱時 給湯加熱時に圧縮機ｌから吐出された冷媒は、三方弁１
１の流入及び吐出一方ａ、ｃから貯湯槽加熱コイル８に
主り、ここで凝縮して貯湯槽７内の水を加熱する。そし
て凝縮し次液冷媒は電磁弁１２から膨張機構４を通って
室外熱交換器５に至シ、ここで蒸発する。蒸発したガス
冷媒は四方弁２を経由して再び圧縮機ｌに戻る。

以上は各運転時における冷媒の流れについて述べたが、
暖房期にあっては、通常暖房最優先となり、かつ暖房負
荷に応じた暖房運転がなされる。

一般に住宅の暖房負荷は、第２図に示すように朝６時か
ら９時頃までに第１のピークがあり、そして日中（１２
時から１５時頃）は天候に応じて幾分かの第２のピーク
があり、さらに夕方から夜間（１７時から２４時頃）に
かけて第３のピークがある。そして２４時以降は負荷が
なくなる。

一方、制御装置１５は各貯湯温度検知器１７ａ−１７ｅ
からの温度信号を入力して貯湯槽内残湯量を検知する。

この場合、通常の貯湯槽内に於ける水流は、給湯負荷を
取った場合にはピストン流となり、上部の高温層と下部
の低温層は明確に分離しており温度が数ｌＯ℃も違って
いる。そのため、貯湯槽内に数箇所設けた温度センサー
により検知した温度が設定温度以上の場合、予めセンサ
ーの位置がわかっているので貯湯槽内残湯量が判明する
ことになる。貯湯槽内残湯量は、第３図に示すようＶＣ
Ｉ　７　ａのセンサーにより検知した温度が設定温度以
上の場合が１７ａのセンサーの位置より上部に残湯があ
るものとみなす（図中■）。

同様に１７ｂのセンサーにより検知した温度が設定温度
以上の場合が１７ｂのセンサーの位置より−に部に残湯
があるものとみなす（図中■）。つまり設定温度以上に
なっている一番下のセンザー位置により残湯量を決定す
る。

次に制御装置１５の内部に設けられているマイクロコン
ピュータに記憶された次式によって、給湯加熱時のイン
バータ周波数が決定される。

ｆ　＝　ｆｙｐｘ　−Ｃｆ１（ｈＸ−ｆＭ工ｉ＋）　／
　ＶＭＡＸ　Ｘ　ＶＸただし、ｆは運転周波数、ｆｈｉ
Ａｘけ漫大周波数、ｆｕｒｎは最低周波数、　ＶＭＡＸ
は貯湯槽容量、ｖｘは残湯−°である。

ここで、ｖＸの値はデスクリートに変化するが、その飴
によってインバータの出力周波数が第４図のように変化
する。つまり、インノ々−夕の周波数の低下に伴なって
第５図に示す様に給湯加熱能力も低下するがｏｏｐは第
６図に示す様に次第に上昇していく。

こうして残湯量が少ない時には能力を優先させ、残湯量
が多い時にはｃｏｐを優先させるように制御する。ここ
で、００Ｐを優先するとは、第６図に示す様に、インｄ
−夕の周波数をＯＯＰが高くなる低周波又は最低周波数
によって運転する事をいう。

なお、上記実施例では、室内熱交換器が２台ある場合に
ついて説明したが、これは３台以上の場合でも同様に適
用できる。また、三方弁１１の変わシに二方弁２個の組
み合わせたものでも良いほか、三方弁１１を流量調整可
能な電動弁としても良い。

〔発明の効果〕

以上説明した様に、この発明による冷暖Ｊガ・給湯ヒー
トポンプ装ｆｉｎ：　１ｌ−１ｌ：、貯湯タンク内の残
湯−゛を検出することにより、この残湯量に応じて圧縮
機を駆動するインバータの出力周波数を制御、つまり残
湯量が少ない時には給湯加熱能力を優先させ、残湯量が
多い時にはＯＯＰを優先させる様に制御するものである
ことから、使い勝手が向上するとともに経済的な運転が
可能となる。また、冷房時に於ける廃熱を給湯加熱に利
用するものであることから、経済的か給湯加熱が行なえ
る等の種々優れた効果を有する。

【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図は一般住宅の暖房負荷
発生状態を示すパターン図、第３図は残湯検知センサー
と残湯量の関係を示す特性図、第４図は残湯量とインバ
−タ周波数との関係を示す特性図、第５図はイン／セー
タ周波数と給湯加熱能力の関係を示す特性図、第６図は
インバータの出力周波数とＯＯＰとの関係を示す特性図
、第７図および第８図は従来の冷暖房用ヒートポンプ装
置の一例を示す構成図である。 ■・・・圧縮機、２・・・四方弁、３ａ、３ｂ・・・室
内熱交換器、４・・・膨張機構、５・・・室外熱交換器
、７・・・貯湯槽、１１・・・三方弁（切換弁）、８・
・・加熱コイル％　１２．１３・・・電磁弁、１４・・
・インノ々−タ、１５・・・タイマ付き制御装置、１６
・・・市水湯度検知器、１７８〜１７ｅ・・・貯湯槽温
度検知器。 なお、図中同一部分または相当部分は同一符号により示
す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）インバータの出力によつて駆動されることにより
   回転が可変されて容量制御が行なわれる圧縮機、冷暖房
   切換四方弁、室内熱交換器、膨張機構および室外熱交換
   器が閉ループ接続されて冷媒回路を構成する冷暖房・給
   湯ヒートポンプ装置に於いて、前記圧縮機と前記四方弁
   間に設けられて前記圧縮機から吐出される冷媒の流路を
   切り換える切換弁と、この切換弁の吐出ポートと前記膨
   張機構の端部との間に接続されて貯湯槽内の水を加熱す
   る加熱コイルと、運転開始時に検出した残湯量に応じて
   前記インバータの出力周波数を可変することにより圧縮
   機の回転数を制御する制御装置とを設けることを特徴と
   する冷暖房・給湯ヒートポンプ装置。
2. （２）最大周波数をｆ＿Ｍ＿Ａ＿Ｘ、最低周波数をｆ＿
   Ｍ＿Ｉ＿Ｎ、貯湯槽容量をＶ＿Ｍ＿Ａ＿Ｘ、残湯量をＶ
   ＿Ｘとした時、インバータの出力周波数ｆを ｆ＝ｆ＿Ｍ＿Ａ＿Ｘ−（ｆ＿Ｍ＿Ａ＿Ｘ−ｆ＿Ｍ＿Ｉ＿
   Ｎ）／Ｖ＿Ｍ＿Ａ＿Ｘ×Ｖ＿Ｘによつて決定されること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の冷暖房・給湯
   ヒートポンプ装置。