JPS611967A - 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】 〔発明の技術分野〕 この発明は、ヒートポンプを用いて冷暖房及び貯湯槽の
水を加熱することがで鯵るようにした冷暖房・給湯ヒー
トポンプ装置に関し、特に冷房時の廃熱深夜電力を利用
して貯？易槽の水加熱を経済的になし得るようにした冷
暖房用、給湯ヒートポンプ装置に関するものである。

〔従来技術〕

従来、ヒートポンプを使用した冷暖房装置として第１図
に示すものがある。同図において、１は圧縮機、２は冷
暖房切換用の四方弁、３ａ、３ｂは室内熱交換器、４は
可逆式の冷媒膨張機構で、冷房、暖房時の流れ方向に対
応した膨張弁４ａ、４ｂから構成されている。５は室外
熱交換器であり、また６ａ、６ｂは上記室内熱交換器３
ａ、３ｂの四方弁２連結側に設けた電磁弁である。

」二記のように構成された従来のヒートポンプ装置ｎに
おいて、複数の部屋を冷房する場合は、第１図に示すよ
うに圧縮機１から吐出した高温高圧の冷媒がスは図中の
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４ａを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で蒸発し室内空気
から熱を奪い〃ス化するにの低圧冷媒ガスは四方弁２を
通り圧縮ＰＩｉｉに吸い込まれ、再び圧縮されて吐出す
るサイクルが繰り返される。

また、暖房運転時にあっては、圧縮ＰＩｉｉがら吐出し
た高温高圧の冷媒ガスは図中の破線矢印のように流れで
四方弁２がら室内熱交換器３ａ、３ｂに至り、ここで放
熱し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１に吸い込まれ、再び圧縮されて吐出する
サイクルが繰り返えされる。

第２図は、従来の冷暖房・給湯ヒートポンプ装置の例を
示すもので、第１図と同一符号は同一よたは相当部分を
示す。また７は貯湯槽であり、その内部には貯湯槽加熱
コイル８が設けられ、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。

」−記のように構成されたヒートポンプ装置において、
給湯加熱を行なう時には、電磁弁６ａを閉じ、電磁弁６
ｂ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２図中の破線のように流れ、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、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西方弁２を通り圧縮機１へ
吸い込まれ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が開に、電磁弁６ｂが
閉になり、さらに冷房運転時には電磁弁６ｂが開に、電
磁弁６ａが閉になって第２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
行なうものであり、その動作は第１図においで述べたも
のと同様である。

以上述べたように従来のヒートポンプ装置により給湯加
熱を行なう場合は、第２図に示すように室内熱交換器３
ａ、３ｂの一方を加熱コイルに置き換え、この加熱コイ
ルを貯湯槽に装着し、冷媒回路を暖房運転することで貯
湯槽内の水な加熱する方式であるため、冷房時の廃熱を
回収して給湯加熱するなどの経済的な運転ができないな
どの問題があった。

〔発明の概要〕

この発明は、上述したような従来のものの問題を解決し
ようとするものであり、圧縮機からの高温高圧の冷媒を
貯湯槽内の加熱コイルに導き、水を加熱することで凝縮
した冷媒を膨張弁及び室外熱交換器を通して圧縮機に戻
す回路方式とすることにより、冷房と給湯加熱を同時に
行ない得るようにするとともに、上記冷暖房用冷媒回路
と別の第２の冷媒回路の圧縮機をインバータで制御し、
かつ深夜電力時間帯に設定温度“まで給湯加熱できるよ
うにした冷暖房・給湯ヒートポンプ装置を提供すること
を目的とする。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例を第３図〜第７図について説
明する。

第３図はこの発明にかかる冷暖・房給湯ヒートポンプ装
置の構成図を示すもので、第１図及び第２図と同一符号
は同一または相当部分を示す。１１は圧縮機１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、
その流入ボー）ａと一方の吐出ボー）Ｌは接続されでい
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１１Ｍ４の両端側に接続されている。

１４は圧縮ＰＩｉ１の容量制御用インバータである。

なお、］―記圧縮圧縮、四方弁２．熱交換器３　ａ、　
３　ｂ。

５、及び膨張機構４等は第１の冷媒回路を構成するもの
である。

１５は」二記第１の冷媒回路と別に設けた第２の冷媒回
路で、この冷媒回路１５は圧縮［６と、貯湯槽７内に設
けた凝縮用コイル１７と膨張弁１８および室外熱交換器
５に設けた蒸発器５ａとを閉ループに連結したものから
構成され、そして上記圧縮機１６はインバータ１９によ
り容量制御されるようになっている。２０は上記三方弁
１１．電磁弁１２．１３及びインバータ１４１等を制御
するこのタイマ付き制御装置２０には市水温度検知器２
１及び貯湯槽７の下部水温を検知する検知器２２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がら四方弁２の破線の経路
を経由し、室内熱交換器３ａ及び３　ｔ＋の一方または
両方に至り、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１に戻る。

（ｂ）冷房時 このときの圧縮ｆｆ１ｌがら吐出した冷媒は、三方弁１
１流人及び吐出ポー）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
して凝縮し、さらに膨張機構４で減圧された後、室内熱
交換器３ａ及び３ｂの一方もしくは両方に至り、蒸発す
る。この蒸発したガス冷媒は四方弁２を経由して再び圧
縮機１に戻る。

（ｃ）冷房給湯時 この場合の圧縮機１がら吐出した冷媒は、三方弁１１の
流入及び吐出ボー）　ａ、ｂから貯湯槽加熱コイル８に
至り、ここで凝縮し、これにより貯湯槽７内の水を加熱
する。そして凝縮した液冷媒は電磁弁１３を経て膨張機
構４に至り、減圧された後、室内熱交換器３ａ及び３ｂ
のいずれが一方または両方に至り、ここで室内の熱を吸
収して蒸発し、このガス冷媒は、四方弁２の実線を経由
して再び圧縮＋９１１に戻る。このようにして、冷房と
同時に給湯加熱することになる。

（ｄ）給湯加熱時 このとき、圧縮機１から吐出された冷媒は、三方弁１１
の流入及び吐出一方ａ、ｃから貯湯槽加熱コイル８に至
り、ここで凝縮して貯湯槽７内の水を加熱する。そして
凝縮した液冷媒は電磁弁１２から膨張ｆＩＩｉ＠４を通
って室外熱交換器５に至り、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１に戻る１゜ 第４図は上記第１の冷媒回路運転制御７０−を示す。同
図においてステップＳ１は主導による運転モード選択を
行なうものであると判定された時はステップＳ２に移行
して第１の冷媒回路が冷房運転となるように三方弁１１
．電磁弁１２．１３を制御する。

また、ステップＳ１での結果が暖房であると１！吐定さ
れた時は、ステップＳ３に進み、暖房負荷が有りと判定
された時はステップＳ４に移行して第１の冷媒回路を暖
房運転にする。

一方ステップＳ３での判定が暖房運転でない、即ち給湯
加熱であると判定された時は、ステップＳ５に進み、深
夜電力時間帯か否かを判定する。

ここで［ＹＥｓＪと判定された場合はステップＳ１に戻
る。また［ＮＯＪと判定された時は、ステップＳ６に移
行し、給湯加熱の設定時刻か否かを判定する。このステ
ップＳ６での判定が１ＮＯｊの時ステップＳ３に戻り、
また、ＪＹＥＳＪの時ステップＳ７に進み、加熱コイル
８で加熱される貯湯槽７内の水温が設定値Ｔ　Ｈか否か
を判定する。ここで設定値Ｔｔ＋以上と判定された時は
ステップＳ３に戻り、そして設定値Ｔｌ（以下であると
判定された場合は、次のステップＳ８に移行して圧縮機
１をインバータ１４の最大周波数で駆動し、給湯加熱す
る処理を行なわせる。

以−１−は第１の冷媒回路の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５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）は天候に応じで幾分かの第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。

そこで、２４時以降の深夜電力を利用して第２の冷媒回
路１５を駆動し、給湯加熱する場合について、第７図の
運転制御フローを参照しながら説明する。

第２の冷媒回路１５による給湯加熱運転に際しては、ス
テップＳ１０において深夜電力時間帯か否かを判定する
。

ここで深夜電力時間帯であると判定されると、次のステ
ップ８１．１に進み、貯湯槽７の水温が深夜沸き上げ設
定値ＴＩ”Ｃが否かを判定し、設定値Ｔ＋４’以上の時
はステップＳ１０に戻る。

一方、貯湯槽７の水温が設定値ＴＨ′℃以下であると判
定された時は、ステップ８１．２及び８１３に示す処理
が実行される。

即ち、予め入力されている貯湯槽容量■（１）と深夜沸
き上げ設定値ＴＩ（”ＣＩ深夜電力時間帯の時間数ｔｓ
に加えて、市水温度ＴＣの検知器２１がら入力された温
度（または設定値）により、必要給湯加熱能力Ｑ　ｄ　
（Ｋ　ｃ　ａ　Ｉ　／　ｈ　）を求める。このＱｄは次
式により演算される。

Ｑｄ＝ＶＸ（Ｔｉ４’　　ＴＣ）／ｌｓ・・・（１）上
記能力Ｑｄを出力することでのきる周波数ｆと、定格給
湯加熱能力Ｑｄとの関係は第６図のようになり、この関
係は予め装置のパフォーマンスとしてり−えられている
ので、上記（１）式で求められたＱｄを用いて、次の（
２）式によりインバータ１９の周波数を決定する。

ｆ＝ｆｌ（Ｑｄ）　　　　　　　　−−−（２）このＪ
：うにして、できるだけ長い時間をかけて効率の高い低
周波数で運転を行なう。

このように深夜電力時間帯である設定値ＴＨ’（たとえ
ば４０℃）に沸き」二げておく。その後、第１の冷媒回
路により、最終沸き上げを行なう。

この場合の沸き」二げ温度Ｔｌ（（例えば５５℃）とし
、夜間の給湯負荷発生の２〜３時間前に、給湯加熱を再
び行なう。これにより経済的で効率の良い給湯加熱が可
能となるのである。

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の変わりに二方弁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。柔らにまた、インバータ１４
及び１９は１台で兼用しても良い。さらに第２の冷媒回
路１５の蒸発器を第１の冷媒回路の室外器と別構造にし
ても良い。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明は給湯加熱用の第２の冷
媒回路を設け、この運転を深夜電力で、しかもインバー
タの低周波数で行なうようにしたので、効率が良くかつ
給湯加熱運転で生じる電力負荷のピーク値を抑えること
ができる。また、貯湯槽温度ＴＨ”Ｃまでを深夜電力を
利用して沸がし、ＴＨ’から沸き上げ温度ＴＨ”Ｃまで
の高温度域を外気温度の高い昼間に沸かすようにしてい
るので、ｃｏｐ（成績係数）も高くすることができると
ともに、夜間の風呂などに使う大量の給湯負荷の直前に
昇温するので、貯湯槽からの熱ロスも最小限とすること
ができる。さらに冷房時の廃熱を給湯加熱に利用するた
め、経済的な給湯加熱も可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の冷暖房用ヒートポンプ装置を示す構成図
、第２図は同じく従来の冷暖房・給湯ヒートポンプ装置
を示す構成図、第３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４図はこの
発明による第１の冷媒回路の運転制御フローを示す図、
第５図は一般住宅の暖房負荷発生のパターン図、第６図
はこの発明におけるインバータ周波数と定格加熱能力と
の関係を示す図、第７図はこの発明における第２の冷媒
回路の運転制御フローを示す図である。 １・・・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・・・
インバータ、１５・・・第２の冷媒回路、１６・・・圧
縮機、１７・・・凝縮用コイル、１８・・・膨張弁、１
５］・・・インバータ。 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。 代理人　大岩　増雄（はが２名） 第５図 ＦＩ＋向 第６図 Ｑｄ 第７図 手続補正書（自発） １、事件の表示　　　特願昭５９−１２４０８２号２、
発明の名称　　　冷暖房・給湯ヒートポンプ装置３、補
正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号名
　称　　（６０１）三菱電機株式会社代表者片山仁八部 ４゜代理人 住　所　　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号５
、補正の対象 ）明細書の発明の詳細な説明の欄 補正の内容 ）明細書第５頁１０〜１１行目に「破線の」とあるを、
「破線矢印の」と補正する。 （２）同第７頁１１行目に［冷暖・房給湯ヒートポンプ
装置］とあるを、［冷暖房・給湯ヒートポンプ装置］と
補正する。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）容量制御可能な圧縮機、冷暖房切換用四方弁、室
   内熱交換器、膨張機構、および室外熱交換器を閉ループ
   に連結して第１の冷媒回路を構成する冷暖房用ヒートポ
   ンプ装置において、上記圧縮機と上記四方弁間に設けら
   れ圧縮機から吐出される冷媒流路を切り換える切換弁と
   、この切換弁の吐出ポートと上記膨張機構の両端側間に
   接続され貯湯槽内の水を加熱する加熱コイルと、上記貯
   湯槽内に設けられた凝縮コイル、インバータにより容量
   制御される圧縮機、膨張弁、および蒸発器とを閉ループ
   に連結してなる給湯加熱用の第２の冷媒回路とを設けた
   ことを特徴とする冷暖房・給湯ヒートポンプ装置。
2. （２）第２の冷媒回路は深夜電力により運転されるよう
   になっていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載の冷暖房・給湯ヒートポンプ装置。
3. （３）第２の冷媒回路のインバータの運転周波数が Ｑｄ＝Ｖ×（Ｔ＿Ｈ′−Ｔ＿Ｃ）／ｔｓ・・・（１）ｆ
   ＝ｆ＿１（Ｑｄ）・・・（２） （ただし、Ｑｄは必要給湯加熱能力、Ｖは貯湯槽容量、
   Ｔ＿Ｈ′は深夜電力による沸き上げ湯温、Ｔ＿Ｃは市水
   温度、ｔｓは深夜電力時間帯の時間数、ｆ＿１は定格給
   湯加熱能力からインバータの周波数を決定する関数、ｆ
   はインバータの周波数）によって決定されるようになっ
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第
   ２項に記載の冷暖房・給湯ヒートポンプ装置。
4. （４）第２の冷媒回路で貯湯槽の水を給湯水温から低温
   度まで加熱し、残りの分の加熱を第１の冷媒回路により
   行なうようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項または第２項に記載の冷暖房・給湯ヒートポンプ装置
   。