JPS61190250A - ヒ−トポンプ式給湯機 - 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） 本発明はヒートポンプ式給湯機、詳しくは、圧縮機と熱
源側熱交換器、利用側熱交換器、給湯側熱交換器とを切
換弁機構を介して接続して冷媒回路を形成し、前記切換
弁機構により前記冷媒回路を暖房サイクルと給湯サイク
ルとに切換えて、暖房運転及び給湯運転を行うごとくし
たヒートポンプ式給湯機に関する。

（従　　来　　技　　術　　） 一般に冬季においては、暖房負荷と給湯負荷とがあるた
めに、前記給湯機で暖房運転と給湯運転との両方の運転
を行う必要が生じる。そこで、従来においては、特開昭
５８−１７８１５４号公報に記載されているように、暖
房負荷を検出して暖房運転を優先させて行う一方、暖房
負荷がなくなり、暖房運転を停止する時間を利用して給
湯運転を行うようにしたものが提案されている。

このものを第７図に基づいて説明すると、圧縮機（５０
）、利用側熱交換器（５１）及び熱源側熱交換器（５２
）を順次接続して空気調和回路（Ｅ）を形成すると共に
、前記圧縮機（５ｏ）の吐出側と前記熱源側熱交換器（
５２）の流入側とに三方弁（５３）　、（５４）を設け
て、これら三方弁（５３）（５４）を介して、前記空気
調和回路（Ｅ）に給湯側熱交換器（５５）を介装した給
湯回路（Ｆ）を接続して冷媒回路を形成している。

かくして、前記各三方弁（５３）（５４）の切換えによ
り、第７図に実線矢印（イ）で示す暖房運転サイクルと
、破線矢印（ロ）で示す給湯サイクルとを形成できるよ
うにしている。

更に、前記利用側熱交換器（５１）に温度センサー（５
６）を設けて暖房負荷を検出し、この温度センサー（５
６）の出力信号を基に、暖房運転を優先させて行う一方
、暖房負荷がなくなると同時に前記各三方弁（５３）（
５４）を切換えて暖房運転から給湯運転に運転を変更し
、その後、再び暖房負荷が生じると直ちに暖房運転に復
帰させるようにしていたのである。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、上記従来のものは、暖房負荷のを無によって
直ちに運転モードを暖房運転と給湯運転との間で変更す
るようにしていたために、例えば、暖房負荷が比較的大
きい場合や、室温制御のディファレンシャルを小さく設
定した場合などのように、前記暖房運転の発停頻度が高
くなると、それだけ暖房運転と給湯運転の切換頻度が大
きくなり、この結果、冷凍サイクルが安定せず、全体と
して運転効率が低下すると共に、この頻繁な切換えがサ
イクル切換用の前記三方弁（５３）（５４）の故障の原
因となる問題があった。

しかして、本発明の目的は、暖房運転と給湯運転との間
で運転が一旦切換えられると、これら各運転を、暖房負
荷等を基にした暖房運転の制御とは関係なく、各々所定
時間継続させられるようにし、しかも、前記給湯運転の
運転継続時間については暖房運転の運転率、即ち、暖房
運転の必要度合いに応じて設定するようにして、暖房運
転による室温制御に支障をきたすことなく給湯運転が行
えながら、しかも、暖房運転と給湯運転との切換頻度を
少なくできるようにする点にある。

（問題点を解決するための手段） 本発明の構成を第１，３図を参照しながら説明すると、
圧縮機（４）と熱源側熱交換器（３）、利用側熱交換器
（１）、給湯側熱交換器（２）とを切換弁機構（７）を
介して接続して冷媒回路を形成し、前記切換弁機構（７
）により前記冷媒回路を暖房サイクルと給湯サイクルと
に切換えて、暖房運転及び給湯運転を行うごとくしたヒ
ートポンプ式給湯機において、 ■　暖房運転スイッチ（３４）及び給湯運転スイッチ（
３６）と、 ■　暖房負荷検出手段（３０）の出力信号を基に、暖房
運転を運転・停止制御する暖房運転制御手段と、 ■　前記暖房及び給湯運転スイッチ（３４）（３６）の
同時オン動作時に、暖房運転を給湯運転に対して優先さ
せて運転する手段と、 ■　暖房運転時において、前記給湯運転スイッチ（３６
）のオン動作により、暖房運転を一定時間継続し、この
間における暖房運転の停止時間を除いた運転時間を積算
して運転率を検出する暖房運転率検出手段と、 ■　該検出手段の検出結果を基に給湯運転継続時間を設
定する手段と、 ■　前記一定時間経過後における前記暖房運転制御手段
による暖房運転の停止指令により、給湯運転に切換えて
前記給湯運転継続時間、給湯運転を継続する制御手段と を設けたのである。

（作　　　　用　　） 暖房運転時において、給湯運転スイッチがオン動作され
ると、暖房運転を一定時間継続して暖房運転の前記運転
率を検出し、この運転率を基に暖房運転の必要度合いに
応じて前記給湯運転継続時間を設定する一方、この検出
動作の終了した後における前記暖房運転制御手段による
暖房運転の停止指令により、暖房運転から給湯運転に切
換えられるのである。そうすると、この給湯運転が、前
記暖房運転制御手段の出力信号に関係なく、設定された
前記給湯運転継続時間継続されるのである。従って、室
内の制御０度のディファレンシャルを小さく設定した場
合など、何等かの事情で前記暖房運転制御手段の運転・
停止指令が頻繁に繰り返されるような場合でも、暖房運
転による室温制御に殆んど支障をきたすことなり、シか
も、前記暖房運転と給湯運転との切換え頻度を少なくで
きるのである。

（実　　施　　例　　） 第３，４図に示したものは本実施例のヒートポンプ式給
湯機で、この給湯機は暖房、冷房、給湯及び、デフロス
トサイクル運転を行えるようにしている。

まず、第３，４図に基づいて冷媒回路の構成を説明する
。

この給湯機は、利用側熱交換器（１）をもつ室内ユニッ
ト（Ａ）と、給湯側熱交換器（２）をもつ給湯ユニッ）
　（Ｂ）と、熱源側熱交換器（３）、圧縮機（４）及び
、２個の第１、第２四路切換弁（５）（６）からなって
いて、前記各熱交換器（１）（２）（３）と前記圧縮機
（４）とを切換接続する切換弁機構（７）をもつ室外ユ
ニット（Ｃ）とを備えている。

前記給湯機の冷媒回路を詳記すると、 前記第１四路切換弁（５）の第１切換ポート（５ａ）に
接続する第１ガス管（８）、前記熱源側熱交換器（３）
、第１液管（９）、前記利用側熱交換器（１）及び一端
を前記第１四路切換弁（５）の第２切換ポー）　（５ｂ
）に接続する第２ガス管（１０）とを順次接続して空気
調和回路（Ｅ）を形成している。尚、前記第１液管（９
）には、膨張機構として作用する第１電動弁（１２）と
逆止弁（１３）との並列回路、受液器（１４）、膨張機
構として作用する第２電動弁（１６）とを順次介装して
いる。

また、前記受液器（１４）に一端を接続する第２液管（
１７）、前記給湯側熱交換器（２）　、一端を前記第２
四路切換弁（６）の第１切換ボート（６ａ）に接続する
第３ガス管（１８）とを順次接続して給湯回路（Ｆ）を
形成している。そして、この給湯回路（Ｆ）における前
記第２液管（１７）に、デフロスト用のキャピラリーチ
ューブ（１９）と電磁開閉弁（２０）との直列回路と、
給湯サイクル運転時に第３図実線矢印方向にのみ流れを
許す逆止弁（２１）との並列回路を介装している。

また、前記第１及び第２四路切換弁（５）（６）の各第
１固定ボート（５ｃ）　　（ｅ　ｃ）と前記圧縮機（４
）の吸入ボート（図示せず）とを吸入管（２４）で接続
する一方、前記第２四路切換弁（６）の第２固定ポー）
　（６ｄ）と前記圧縮機（４）の吐出ボート（図示せず
）とを吐出管（２５）で接続している。更に、前記第１
四路切換弁（５）の第２固定ボー）　（５ｄ）と第２四
路切換弁（６）の第２切換ボー）　（８ｂ）とを接続管
（２６）で接続している。尚、（２８）は前記吸入管（
２４）に介装するアキュムレータである。

前記第１、第２四路切換弁（５）（８）はそれぞれパイ
ロット電磁弁（図示せず）を備え、冷媒回路内の高低差
圧を利用して切換動作する差圧作動式の弁であり、また
、前記第１、第２電動弁（１２）（１Ｂ）は弁開度を信
号電圧により任意に調節できるようになっており、冷媒
回路内の冷媒温度などを基に、第１表に示すように、吸
入ガス冷媒の過熱度制御（ＳＨ制御）、凝縮液冷媒の過
冷却度制御（ＳＣ制御）を行えるようにし、また、閉鎖
もできるようにしている。

第　　　　１　　　　表 かくして、第１表に示すごとく、前記切換弁機構（７）
の各切換弁（５）（６）を切換え、前記第１、第２電動
弁（１２）（１６）を開度制御または閉鎖し、さらに、
前記電磁開閉弁（２０）を開閉制御することにより、第
３図に実線矢印（イ）で示す暖房サイクル運転、破線矢
印（ロ）で示す冷房サイクル運転、第４図に実線矢印（
ハ）で示す給湯サイクル運転、破線矢印（ニ）で示すデ
フロストサイクル運転とが行えるようにしている。

尚、第３図における前記切換弁機構（７）は、実線で接
続位置を示しているように、暖房サイクル運転の切換位
置にセットされている。

また、第４図の前記切換弁機構（７）は同様に給湯サイ
クル運転の切換位置にセットされている。

また、前記室内ユニット（Ａ）には、室内の空気調和温
度を設定すると共に、暖房負荷検出手段となる室内サー
モスタット（３０）と、室温が前記設定温度より所定値
（例えば３℃）以上低くなると出力するようにした室温
低下検出用サーモスタッ）（３１）とを設けている。尚
、前記室内サーモスタット（３０）のディファレンシア
ルは１℃としている。

また、前記給湯ユニット（Ｂ）にも、給湯温度を設定す
る給湯サーモスタット（３２）を設け、さらに、前記室
外ユニット（Ｃ）の前記熱源側熱交換器（３）にはフロ
スト検出器（３３）を設けており、該検出器（３３）の
出力信号を基に、暖房運転時にデフロストサイクル運転
を行うようにしている。また、第５図に示すように、暖
房、冷房及び給湯運転を選択するための各運転スイッチ
（３４）〜（３６）を設けている。

以上のごとく構成する給湯機において、■　前記室内サ
ーモスタッ）（３０）の出力信号を基に、暖房運転を運
転・停止制御する暖房運転制御手段と、 ■　前記暖房及び給湯運転スイッチ（３４）（３６）の
同時オン動作時に、暖房運転を給湯運転に対して優先さ
せて運転する手段と、 ■　暖房運転時において、前記給湯運転スイッチ（３６
）のオン動作により、暖房運転を一定時間（例えば３０
分）継続し、この間における暖房運転の停止時間を除い
た運転時間を積算して運転率を検出する暖房運転率検出
手段と、 ■　該検出手段の検出結果を基に、前記運転率の再検出
を指令するか、または、給湯運転継続時間を、１５分、
１０分に選択設定する設定手段と、■　前記一定時間経
過後における前記暖房運転制御手段による暖房運転の停
止指令により給湯運転に切換えて、前記検出手段の検出
結果を基に、前記給湯運転継続時間給湯運転を継続し、
この時間の経過により暖房運転に復帰させる制御手段と
■　この給湯運転継続時間内であっても、前記室温低下
検出用サーモスタット（３１）の出力信号または、前記
給湯サーモスタット（３２）のオフ信号により、この給
湯運転を中止して、暖房運転に復帰させる手段と を設けるのである。

かくして、暖房及び給湯運転スイッチ（３４）（３６）
が同時にオン動作された時に、暖房運転を優先させなが
ら、暖房運転と給湯運転とを適切に切換えて、各運転を
前記室内サーモスタット（３０）の信号に関係なくそれ
ぞれ所定時間（前記一定時間及び給湯運転継続時間）継
続するようにすると共に、給湯運転への切換え及びこの
給湯運転継続時間を、前記暖房運転の運転率に基づいて
決定するようするのである。尚、前記給湯運転継続時間
を前記暖房運転の運転率に基づいて決定する理由は、こ
の運転率により、給湯機の使用時間帯、暖房負荷などの
変化に伴う暖房運転の必要度合いが間接的に検出できる
からである。

しかして、■〜■に記載した各手段はマイクロコンピュ
ータを用いて構成するものであって、以下、第５図に基
づいて、前記マイクロコンピュータを備える前記給湯機
の制御回路を説明する。

尚、第５図に示した制御回路においては、前記第１第２
電動弁（１２）（１（３）を制御する回路の説明を省略
している。

第５図において、（４０）はＲＯＭ及びＲＡＭからなる
メモリ（４１）と中央演算処理装置（ＣＰＵ）とからな
るマイクロコンピュータであり、この入力側に、暖房、
冷房、給湯の各運転スイ・ソチ（３４〜３６）、前記フ
ロスト検出器（３３）、前記室内ユニット（Ａ）に設け
る室温サーモスタット（３０）、前記室温低下検出用サ
ーモスタッ）（３１）及び前記給湯サーモスタット（３
２）を接続している。

また、出力側には前記圧縮機（４）の駆動用モータ（Ｍ
）、前記第１、第２四路切換弁（５）（６）、前記電磁
開閉弁（２０）をそれぞれ作動回路（４３〜４６）を介
して接続している。

前記マイクロコンピュータ（４０）に組込むソフトウェ
アは第２図に示す通りであって、このソフトウェアに基
づいて前記給湯機の運転動作を説明する。

電源が投入されて運転が開始されると、まず、前記各運
転スイッチ（３４）〜（３６）からの出力信号が検出さ
れ（ステップ１０１）（以下、ステップの語を略す）（
１０２）、暖房運転スイッチ（３４）及び給湯運転スイ
ッチ（３６）が共にオン信号を出力している場合は、 前記冷媒回路の切換弁機構（７）の各四路切換弁（５）
（６）及びその他の弁（１２）（１Ｂ）（２０）を第１
表に示す暖房サイクル用に操作すると共に（１０３）、 暖房運転の運転率の検出を開始する（１０４）。この運
転率の検出の開始により、前記一定時間（３０分）のカ
ウントが開始すると共に、運転モードを前記室内サーモ
スタッ）　（３０）の出力に関係なく暖房運転に固定す
るのである。

そして、この一定時間の間、前記室内サーモスタッ）　
（３０）の運転・停止信号により前記圧縮機（４）を運
転・停止し、この間の圧縮機（４）の運転時間を積算し
て、前記一定時間経過時に、暖房運転の運転率（積算運
転時間／一定時間）を算出して、運転率の検出動作を終
了する。

前記運転率の検出結果により、運転率が５０％未満であ
れば、前記給湯運転継続時間を１５分に設定し、８０〜
５０％であれば１０分に設定する一方、８０％以上であ
れば暖房運転から（１０１）に復帰して暖房運転を継続
し、運転率を再検出するのである（１０８）。

しかして、前記運転率が８０％以下の場合は、前記運転
率の検出動作が終了すると、暖房モードの限定運転が解
除され、前記室内サーモスタット（３０）の出力を基に
暖房運転が制御され（１０９）、 前記サーモスタッ）　（３０）が運転信号を出力してい
れば、暖房運転が継続される一方、停止信号が出力され
ると、 第１表に示した合弁が給湯運転用に切換操作されて、運
転モードが暖房運転から給湯運転に切換えられて、給湯
運転が開始されるのである（１１０）。

こうして、前記した給湯運転継続時間の経過を判定しな
がら給湯運転を継続運転させると共に（１１１）　、前
記室温低下検出用サーモスタット（３１）の出力信号、
及び前記給湯サーモスタッ）（３２）の出力信号を随時
判定しく１１２及び１１３）、前記室内の温度が設定温
度より前記所定値以上低くなった場合、及び、前記給湯
ユニット（Ｂ）に貯留される湯温が設定温度に達した場
合には、前記暖房運転継続時間が経過しなくても、この
給湯運転を中止して暖房運転に復帰させるのであり（１
１４）、そうでない場合には前記継続運転時間給湯運転
をした後、暖房運転に復帰させるのである（１１１→１
１４）。

このことにより、再び暖房運転が、前記運転率の検出等
同じルーチンで繰り返されるのである。

尚、上記実施例の説明においては、暖房運転と給湯運転
との切換え時における前記合弁の切換操作についての説
明を省略したが、従来、この切換え時に、前記第２四路
切換弁（６）を前記圧縮機（４）の停止と同時に切換操
作していたので、この切換時に大きな均圧音が発生する
問題があった。

そこで、本実施例においては、この均圧音を防止するた
めに、第６図に示すように、暖房運転と給湯運転とを切
換える信号が出力された時に、まず圧縮機（４）を停止
し、一定時間（ｔ、）経過してから前記第２四路切換弁
（６）の切換えを行うようにしたのである。前記一定時
間（ｔ□）は、次のように設定している。即ち、第６図
に示すように、前記圧縮機（４）の停止後の時間経過と
共に、冷媒回路内の高圧（Ｈｐ）と低圧（Ｌｐ）との差
圧が低下していくのであるが、この高低差圧が、前記四
路切換弁（６）の切換えに必要な高低差圧を残しながら
、しかも大きな均圧音を回避できる程小さくなる経過時
間を求め、これを基に前記一定時間（ｔ、）を設定して
いるのである。尚、第６図中、（ｔ、）は前記四路切換
弁（６）の切換え、及び均圧の終了に必要な時間である
。

尚、前記実施例においては、給湯運転中に室内温度が設
定温度より所定値以上低くなった場合、及び、給湯サー
モスタット（３２）の作動で前記給湯運転を中止し、暖
房運転に復帰するようにしたが、これらの一方もしくは
双方とも設けなくてもよい。

又、前記暖房運転の運転継続時間の設定は前記実施例に
限られるものではなく、運転率の結果に基づいて無段階
に設定するようにしてもよい。

更に、前記実施例では前記運転率が８０％より大の場合
は、暖房運転の運転率の再検出を行なうようにしたが、
前記運転率の検出が一旦終了すると、暖房運転制御手段
の停止信号により給湯運転を必ず行なうようにしてもよ
い。

又、前記切換弁機構（７）の構造も前記実施例に限定さ
れることなく、電磁二方弁、三方弁等を組合せて構成し
てもよい。

（発明の効果　） 以上のごとく、本発明は暖房運転を優先させながら、暖
房運転と給湯運転とを切換え、各運転を前記室温調節手
段の信号に関係なくそれぞれ一定時間継続するようにす
ると共に、この給湯運転継続時間を、前記暖房運転の運
転率に基づいて決定するようにしたから、室内温度制御
に支障をきたすことなく、かつ、給湯運転をを効に行う
ことができながら、前記暖房負荷検出手段のディファレ
ンシャルを小さく設定した場合など、該検出手段の出力
により前記暖房運転の運転・停止が頻繁に繰返されるよ
うな場合でも、暖房運転と給湯運転との切換え頻度を小
さく抑えられるのである。

この結果、前記給湯機の運転サイクルの頻繁な変更に伴
う運転効率の低下及び前記切換弁機構（７）の故障の防
止が図れるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示す概念図、第２〜６図は本発
明の実施例に係る図面で、第２図は運転制御を示すフロ
ーチャート、第３図は同冷媒回路図で冷暖房サイクルを
示した図、第４図も同冷媒回路図で給湯、及びデフロス
トサイクルを示した図、第５図は運転制御のための電気
回路図、第６図は暖房運転と給湯運転との切換え時の切
換過程の作動説明図、第７図は従来例を示す冷媒回路図
である。 （１）・・・・・利用側熱交換器 （２）・・・・・給湯側熱交換器 （３）・・・・・熱源側熱交換器 （４）・・・・・圧縮機

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧縮機（４）と熱源側熱交換器（３）、利用側熱
   交換器（１）、給湯側熱交換器（２）とを切換弁機構（
   ７）を介して接続して冷媒回路を形成し、前記切換弁機
   構（７）により前記冷媒回路を暖房サイクルと給湯サイ
   クルとに切換えて、暖房運転及び給湯運転を行うごとく
   したヒートポンプ式給湯機において、 （１）暖房運転スイッチ（３４）及び給湯運転スイッチ
   （３６）と、
2. （２）暖房負荷検出手段（３０）の出力信号を基に、暖
   房運転を運転・停止制御する暖房運転制御手段と、
3. （３）前記暖房及び給湯運転スイッチ（３４）（３８）
   の同時オン動作時に、暖房運転を給湯運転に対して優先
   させて運転する手段と、
4. （４）暖房運転時において、前記給湯運転スイッチ（３
   ６）のオン動作により、暖房運転を一定時間継続し、こ
   の間における暖房運転の停止時間を除いた運転時間を積
   算して運転率を検出する暖房運転率検出手段と、
5. （５）該検出手段の検出結果を基に給湯運転継続時間を
   設定する手段と、
6. （６）前記一定時間経過後における前記暖房運転制御手
   段による暖房運転の停止指令により、給湯運転に切換え
   て前記給湯運転継続時間、給湯運転を継続する制御手段
   と を設けたことを特徴とするヒートポンプ式給湯機。