JPS62182561A - 原動機駆動冷暖房給湯機 - 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〕 この発明は、原動機によってヒートポンプ回路の圧縮機
を駆動すると共に、原動機の排熱を回収して暖房の補助
熱源および給湯熱源として利用するようにした原動機駆
動冷暖房給湯機に関するものである。

〔従来の技術〕

原動機駆動冷暖房給湯機は、原動機の冷却水を室内に直
接導いて室内放熱器に供給することにより放熱させて室
内を暖房するものと、ヒートポンプ回路の冷媒を原動機
の冷却水で加熱し、この加熱した冷媒を室内の暖房に利
用するものとが提案されている。

第５図は原動機の冷却水で冷媒を加熱する従来の原動機
駆動冷暖房給湯機の冷媒、温水回路構成図である。

第５図は従来の原動機駆動冷暖房給湯機を示す冷媒の温
水回路であって、同図において、１は原動機、２はクラ
ッチ、３は原動機１にクラッチ２を介して連結される圧
縮機、４は四方弁、５は室内熱交換器、６は室内熱交換
器５に付設された室内送風機、７は室外熱交換器、８は
室外熱交換器７に付設された室外送風機、９はレシーバ
−１１０は膨張弁などからなる絞り装置であり、上記圧
縮機３．室内熱交換器５．室外熱交換器７．レシーバ−
９，絞り装置１０が配管によって接続されてヒートポン
プ回路３０が構成されている。

１１〜１４はヒートポンプ回路３０に設けた逆止弁、１
５．１６は冷媒電磁弁であり、１７はヒートポンプ給湯
熱交換器、１Ｂは排熱給湯交換器、１９は貯湯槽であり
、貯湯槽１９の底部には給水管２１が接続され、上端部
には出湯コック２２が接続されている。貯湯槽１９に両
端が接続された貯湯水加熱回路３１に貯湯水循環ポンプ
２０と上記ヒートポンプ貯湯熱交換器１７と排熱給湯熱
交換器１８とが設けられている。原動機１に両端が接続
された冷却水循環回路３２に冷却水ポンプ２３と排熱給
湯熱交換器１８と電磁弁２４が設けられ、また排熱給湯
熱交換器１８と並列に冷媒加熱熱交換器２７と電磁弁２
５が設けられている。

ヒートポンプ回路３０のレシーバ−９と絞り装置１０と
の間には配管から室内熱交換器５と四方弁４との間の配
管に至る冷媒加熱回路３３が設けられ、この冷媒加熱回
路３３には冷媒ポンプ２６と冷媒加熱熱交換器２７と逆
止弁２日とが設けられていると共に、四方弁４と室内熱
交換器５との間には、電磁弁１５が設けられている。冷
媒加熱回路３３の四方弁４と電磁弁１６を介して接続さ
れ、また室内熱交換器５の両側に両端が接続された給湯
加熱回路３４にはヒートポンプ給湯熱交換器１７が設け
られている。なお、３５は水温検出センサーである。

以上のように構成された従来の原動機駆動冷暖房給湯機
の動作について説明する。

冷房時および暖房時の運転は四方弁４の切換えによって
行う。冷房時は、室内熱交換器５によって室内空気から
熱を汲上げ、室外熱交換器７によって熱を外気へ放出し
、暖房時は室外熱交換器７によって外気から熱を汲上げ
、室内熱交換器５によって熱を室内に放出するヒートポ
ンプ方式によって冷、暖房を行う。なお、逆止弁１１，
１２゜１３．１４は四方弁４によって切換えられた冷媒
をレシーバ−９から絞り装置１０への順路で流すだめの
ものである。

ヒートポンプ給湯運転は、冷媒の電磁弁１５゜１６の開
閉を暖房時と切換え、電磁弁１５を開、電磁弁１６を閉
にし、ヒートポンプ給湯熱交換器１７で冷媒凝縮熱を放
熱し、室外熱交換器７で外気から熱を汲上げている。そ
して、貯湯水循環ポンプ２０の運転により、貯湯水加熱
回路３１を流れる貯湯循環水をヒートポンプ給湯熱交換
器１７で加熱した後に貯湯槽１９に貯湯する。

ここで、冷、Ｉ！房または給湯運転中は、原動機１を運
転することによって圧縮機３を駆動しているので、原動
機１を冷却する。すなわち、冷却水ポンプ２３の運転に
より冷却水循環回路３２を経て冷却水を原動機１に循環
させてこれを冷却し、冷却水が冷却水ポンプ２３−原動
機１−電磁弁２４−排熱給湯熱交換器１８−冷却水ポン
プ２３の順路で循環し、排熱給湯熱交換器１８において
、貯湯水加熱回路３１を流れる貯湯循環水を冷却水によ
り運ばれる原動機１の排熱によって昇温させる。

貯湯水は、貯湯槽１９−貯湯水循環ボンブ２〇−ヒート
ポンプ給湯熱交換器１７−排熱給湯熱交換器１８−貯湯
槽１９の順路で循環し、循環貯湯水は、冷、暖房運転時
には電磁弁１６が閉じているので、排給湯熱交換器１８
のみで加熱され、ヒートポンプ給湯運転時は電磁弁１５
が閉じ、電磁弁１６が開くので、再給湯熱交換器１７．
１８によって加熱される。原動機１の運転中は、冷却水
によってその排熱が得られるので、貯湯水循環ポンプ２
０を常に運転する。

通常の冷、暖房、つまりヒートポンプ給湯運転は、上述
のように行うが、暖房運転時に暖房負荷が大きい場合お
よび貯湯槽１９内の貯湯水の温度が高くなって原動機１
の冷却水温度が上昇することにより排熱給湯熱交換器１
８による原動機１に回収熱を放熱できなくなった場合に
は、冷却水の電磁弁２４を閉じるとともに電磁弁２５を
開くことにより、冷却水を冷媒加熱熱交換器２７に通し
て循環させる。同時に冷媒ポンプ２６を駆動させ、冷媒
加熱熱交換器２７によって原動機１の冷却水と液冷媒と
を加熱する運転を行う。この運転によって冷却水の温度
が低下すると共に、液冷媒はガス化して逆止弁２８を通
り、四方弁４からの冷媒と合流して室内熱交換器５に流
入し、ここで熱を室内に放出する。この運転状態では、
圧縮機３から吐出される冷媒の量は通常の運転時と変わ
らないが、レシーバ−９を出てから冷媒ポンプ２６によ
って循環される冷媒の量が室内熱交換器５側で増加する
ため、暖房能力が増大する。したがって、通常のヒート
ポンプ方式の暖房運転では、外気温度が低く暖房負荷が
大きいにもかかわらず、暖房能力が低下するのを上述の
ように原動機１の排熱を利用して冷媒の加熱を図ること
で、原動機の排熱量が外気温度に影響されないために暖
房能力の低下が少なくなる。

そして、貯湯槽１９内の貯湯水温が上昇し、原動機１の
冷却水が循環貯湯水で冷却できなくなった時には、水温
検出センサー３５によって冷却水温を検出し、冷却水の
電磁弁２４．２５の開閉を切換え、冷媒加熱熱交換器２
７側に冷却水を循環させるようにしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述のように構成された従来の原動機駆動冷暖房給湯機
では、室外ユニット内に冷媒加熱熱交換器２７、及び排
熱給湯熱交換器１８．ヒートポンプ給湯熱交換器１７を
設ける必要があった。また、冷媒加熱暖房時には電磁弁
２４．２５の開閉を切換えて冷媒加熱回路３３を流れる
冷媒を冷媒加熱熱交換器２７で熱交換させている。この
ため、冷却水循環回路３２を切換える電磁弁２４，２５
および原動機１の冷却水の水温検出センサー３５が必要
であり、また、冷媒加熱熱交換器２７と排熱給湯熱交換
器１８の設置スペースが必要であり、冷暖房給湯機の外
形寸法が大きくなると共に、重量も増加するという問題
点があった。

とくに、原動機駆動冷暖房給湯機では、電動機駆動式の
ものに比べ、原動機及びその補機類が必要であり、重量
、設置スペースが相対的に大きく、ランニングコストで
はすぐれているが、上述した問題点によって、冷媒加熱
により暖房能力の向上を図っても、熱交換器が増加し、
重量がさらに増加し、コスト高になるという問題点があ
った。

この発明は、上述した問題点を解決するためになされた
ものであって、熱交換器などの重量、設置スペースが小
さくてすみ、かつ構造も簡単で、コストの低減が計れる
原動機駆動冷暖房給湯機を提供することを目的としてい
る。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る原動機駆動冷暖房給湯機は、冷却水循環
回路を流れる原動機の冷却水と貯湯水加熱回路を流れる
循環貯湯水及び冷媒加熱回路を流れる冷媒、さらにヒー
トポンプ給湯加熱冷媒と循環貯湯水との熱交換を行なう
熱交換器を例えば４重管などの外管内に３本の伝熱管を
配設した一体構成によるものとしたものである。

〔作　用〕

この発明における原動機駆動冷暖房給湯機において、従
来の排熱給湯熱交換器と、ヒートポンプ給湯熱交換器と
、冷媒加熱熱交換器を一体化させて、外管内に３本の伝
熱管を設けることにより、排熱給湯兼、ヒートポンプ給
湯兼、冷媒加熱熱交換器としたものであるために、設置
スペースを小さくかつ重量を軽くすることができる。ま
た、原動機の冷却水を用いて貯湯循環水とレシーバ−か
ら送られる液冷媒とを同時に加熱することができ、また
ヒートポンプ給湯運転時には貯湯循環水をヒートポンプ
給湯冷媒と原動機冷却水とによって同時に加熱すること
が可能になる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を第１図〜第３図を用いて説
明する。

第１図はこの発明の一実施例による原動機駆動冷暖房給
湯機に用いられる冷媒・温水回路の構成図であり、第５
図と同一符号は同一または相当部分を示す。同図におい
て２９は４重管熱交換器などからなる給湯（すなわち排
熱給湯とヒートポンプ給湯）兼冷媒加熱用熱交換器であ
る。そして、この熱交換器２９は、冷却水循環回路３２
を流れる原動機１の冷却水と貯湯水加熱回路３１を流れ
る循環貯湯水、冷媒加熱熱回路３３を流れろ冷媒との熱
交換及び、上記循環貯湯水とヒートポンプ給湯加熱回路
３４を流れる冷媒との熱交換が行えるものである。また
３６は貯湯水加熱回路３１の給湯兼冷媒加熱用熱交換器
２９の入口近くに設けたサーモスイッチなどの温度セン
サーである。そして、この温度センサー３６は貯湯槽１
９下部に設けても循環貯湯水の温度を検出するため、同
一の機能を有する。なお、この実施例では、給湯兼冷媒
加熱用熱交換器２９が第５図に示すヒートポンプ給湯熱
交換器１７．冷媒加熱熱交換器２７゜排熱給湯熱交換器
１８を兼ねた以外は実質的に同一構成となっている。

以上のように構成された原動機駆動冷暖房給湯機におい
て、冷房、暖房運転およびヒートポンプ給湯運転では、
第５図に示す従来のものと同様のサイクルを構成する。

これらの時に、貯湯循環水は、貯湯槽１９から貯湯ポン
プ２０および給湯兼冷媒加熱用熱交換器２９を介して貯
湯槽１９に戻る経路を循環をする。

また、原動機１の冷却水は、冷却水ポンプ２３一原動機
１−給湯兼冷媒加熱用熱交換器２９−冷却水ポンプ２３
の順に循環する。すなわち、冷却水循環回路３２には原
動機１の排熱による貯湯と、冷媒加熱運転時の切換手段
がなく、原動機１の運転中は常に冷却水が給湯兼冷媒加
熱用熱交換器２９に循環することから、冷房運転時およ
びヒートポンプ給湯運転時には、原動機１の排熱が貯湯
槽１９に貯えられる。

ヒートポンプ給湯時には冷媒電磁弁１５を閉成するとと
もに冷媒電磁弁１６を開成して、給湯加熱回路３４に高
温高圧冷媒を循環させ、これにより貯湯ポンプ２０によ
り送られる貯湯水を加熱する。この時、貯湯水は冷却水
ポンプ２３から送られて来る原動機冷却水とも熱交換し
て加熱される。

冷媒加熱暖房時には、冷媒加熱回路３３の冷媒ポンプ２
６を駆動することにより、室内熱交換器５で暖房に用い
凝縮した液冷媒がレシーバ−９から絞り装置１０側と分
流して、排熱給湯兼冷媒加熱用熱交換器２９へ送られる
。そして、ここで原動機１の冷却水によって加熱され、
蒸発してガス１、ふ ；づ子 １゛３ 化したものは逆止弁２８を通って室内熱交換器５に再び
供給されることにより、暖房能力の増加に寄与する。

ここで、上記給湯兼冷媒加熱用熱交換器は、例えば第２
図、第３図に示すように構成されている。

これらの図において３７は外管、３８は外管３７内に設
けた第１伝熱管、３９は第１伝熱管３８内に設けた第２
伝熱管、４０は第２伝熱管３９内に設けた第３伝熱管で
あり、これらの各管３７．３８．３９．４０は同心の４
重管に構成され、外管３７内にはヒートポンプ給湯加熱
流路４１が、第１伝熱管３８内には貯湯水流路４２が、
第２伝熱管３９内には原動機冷却水流路４３が、第３伝
熱管４０内には冷媒ポンプから送り出される液冷媒の流
路４４がそれぞれ形成されている。

以上のように構成された給湯兼冷媒加熱用熱交換器２９
では、第２伝熱管３９の流路４３を流れる原動機の冷却
水によって外側の第１伝熱管３８の流路４２を流れる循
環貯湯水、及び内側の第３伝熱管４０の流路４４を流れ
る冷媒に熱伝達が可能になる。また、外管３７の流路４
１を流れる給湯加熱冷媒により、第１伝熱管３８流路４
２を流れる循環貯湯水への熱伝達が可能になる。そして
、上記４流体の熱交換器２９への入口、出口は、第２図
の矢印に示すように、熱交換する相互の流体が対向流に
なって流れるように構成されている。

また、原動機１の運転時には、冷却水が冷却ポンプ２３
によって常に循環されている。

ここで、冷房およびヒートポンプ給湯時には、冷媒ポン
プ２６が運転されないために第３伝熱管４０内には冷媒
が流れず、原動機の冷却水は第１伝熱管３８内を流れる
循環貯湯水のみと熱交換して貯湯槽１９に貯湯する。暖
房時の冷媒加熱運転では、冷媒ポンプ２６が駆動される
ので第３伝熱管４０内に冷媒が流れるため、原動機の冷
却水は循環貯湯水及び液冷媒の両方と熱交換する。

またヒートポンプ給湯時は外管３７内に高温高圧冷媒が
流れるため、第１伝熱管内の循環貯湯水は、原動機冷却
水及び高温冷媒の両方と熱交換する。また、この実施例
では各流体の流量、流速および熱伝達特性に応じて外管
の管径を適宜選択し、流路断面を設定すると共に、管の
表面をライン付または溝付などに選択することができる
。そして、第２図では外管を蛇行状に形成したが、この
発明は外管をコイル状にしてもよい。

第４図はこの発明の他の実施例による給湯兼冷媒加熱用
熱交換器を示し、外管３７内に第１伝熱管３８を配設し
、第１伝熱管３８内に第２．第３伝熱管を相互密着状態
に設けて平衡に配設したものである。そして、外管３７
内にはヒートポンプ給湯加熱流路４１が、また第１伝熱
管３８内には貯湯水流路４２が、また第２伝熱管３９内
には、原動機冷却水流路４３が、更に第３伝熱管４０内
には冷媒ポンプで送られる液冷媒の流路４４をそれぞれ
形成し、それぞれの伝熱管の外表面で伝熱管外を流れる
流体と、熱交換を行うよう構成したものである。４流体
の流れ方向は上述した実施例の場合と同様に、冷却水と
液冷媒循環貯湯水とを対向流とし、かつ循環貯湯水とヒ
ートポンプ給湯加熱冷媒とを対向流とする。

１に の場合、冷媒加熱時に冷却水と液冷媒との間で熱交換を
効率よく行うため、前述の如く第２゜第３伝熱管を密着
状態に維持する必要がある。従従って、あらかじめ第２
．第３伝熱管を接合するかまたは１体に形成した伝熱管
を用いる。また循環貯湯水の温度が冷媒加熱熱源となる
温度条件では、該貯湯水により第３伝熱管４０の外表面
から液冷媒を加熱し、暖房能力の向上に寄与することが
できる。逆に循環貯湯水の温度が低く冷媒加熱熱源とな
らずに原動機冷却水による加熱熱量が大きい場合には暖
房能力の増加が少ないため、このような場合はサーモス
イッチによりポンプ２０の運転を制御、すなわち貯湯水
の循環を停止して暖房能力の増加を大きくすることがで
き、これによって第２図、第３図に示すものと同様な効
果が得られる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明による原動機駆動冷暖房
給湯機によれば、原動機の排熱を冷却水を介して回収す
る排熱給湯熱交換器と、ヒートボ１捌３′ｊ２ ンプ給湯時に冷媒にて循環貯湯水を加熱するヒートポン
プ給湯熱交換器と、暖房時に原動機の冷却水で液冷媒を
加熱してガス化する冷媒加熱熱交換器とを４重管等など
の外管内に３本の伝熱管を設けた一体構成による給湯兼
冷媒加熱用熱交換器を用いたものであるために、従来の
ように冷媒加熱熱交換器と排熱給湯熱交換器を冷却水循
環回路に並列回路にして運転モードにより電磁弁のよう
な切換え手段で並列回路を切り換える必要がなくなる。

また、循環貯湯水回路をヒートポンプ給湯熱交換器と排
熱給湯熱交換器の直列に２個設ける必要がなくなり、１
個の熱交換器で従来と同様の機能をもつことができる。

また前記切換え手段が不要になると共に、切換えのため
の冷却水温度の検出手段も不要になる。さらに、熱交換
器の設置スペースを小さくすることができ、室外に設置
される原動機側部分すなわち室外ユニットを小形化する
ことができ、また、同時に重量を軽くすることができる
ことから構造も簡単になり、コストを低減させることが
できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の原動機駆動冷暖房給湯機の一実施
例を示す冷媒、温水回路の構成図、第２図は同排熱給湯
兼冷媒加熱用熱交換器の正面図、第３図は第２図の部分
拡大断面図、第４図はこの発明の他の実施例による排熱
給湯兼冷媒加熱用熱交換器の部分拡大断面図、第５図は
従来の原動機駆動冷暖房給湯機を示す冷媒、温水回路構
成図である。 ■・・・原動機、３・・・圧縮機、４・・・四方弁、５
・・・室内熱交換器、７・・・室外熱交換器、９・・・
レシーバ−５１０・・・絞り装置、１９・・・貯湯槽、
２０・・・貯湯水循環ポンプ、２３・・・冷却水ポンプ
、２６・・・冷媒ポンプ、２９・・・給湯兼冷媒加熱用
交換器、３０・・・ヒートポンプ回路、３１・・・貯湯
水加熱回路、３２・・・冷却水循環回路、３３・・・冷
却水加熱回路、３４・・・給湯加熱回路、３７・・・外
管、３８，３９．４０・・・伝熱管。 なお、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）原動機によって駆動される圧縮機、室内熱交換器
   、絞り装置、レシーバーおよび室外熱交換器を有するヒ
   ートポンプ回路と、上記原動機の冷却水を循環させる冷
   却水循環回路と、冷媒の凝縮熱と前記原動機の排熱を回
   収する冷却水とによって貯湯水を加熱して貯湯槽に貯え
   る貯湯水加熱回路と、前記レシーバーと絞り装置の間か
   ら冷媒を加熱して室内熱交換器に導く冷媒加熱回路と、
   上記貯湯水加熱回路を流れる原動機冷却水、凝縮冷媒、
   冷媒加熱回路を流れる冷媒とを同時に熱交換する外管内
   に３本の伝熱管を配設した給湯兼冷媒加熱用熱交換器を
   備えたことを特徴とする原動機駆動冷暖房給湯機。
2. （２）給湯兼冷媒加熱用熱交換器は、凝縮冷媒が流れる
   外管と、この外管内に設けた循環貯湯水が流れる第１伝
   熱管と、この第１伝熱管内に設けた原動機冷却水が流れ
   る第２伝熱管と、この第２伝熱管内に設けた液冷媒が流
   れる第３伝熱管とにより構成されることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の原動機駆動冷暖房給湯機。
3. （３）給湯兼冷媒加熱用熱交換器は、凝縮冷媒が流れる
   外管内に貯湯循環水が流れる第１伝熱管を配設し、この
   第１伝熱管内に原動機冷却水が流れる第２伝熱管と、冷
   媒加熱用の液冷媒が流れる第３伝熱管を平衡に密着状態
   に設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   原動機駆動冷暖房給湯機。
4. （４）給湯兼冷媒加熱用熱交換器は、循環貯湯水と原動
   機冷却水及び凝縮冷媒、原動機冷却水と液冷媒とが対向
   流となる流路を形成することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の原動機駆動冷暖房給湯機。