JPS62242774A - ３つの作用を有するヒ−トポンプ機構及びヒ−トポンプ方法 - Google Patents

３つの作用を有するヒ−トポンプ機構及びヒ−トポンプ方法

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JPS62242774A
JPS62242774A JP62071935A JP7193587A JPS62242774A JP S62242774 A JPS62242774 A JP S62242774A JP 62071935 A JP62071935 A JP 62071935A JP 7193587 A JP7193587 A JP 7193587A JP S62242774 A JPS62242774 A JP S62242774A
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heat exchanger
refrigerant
tank
heating
cooling
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リチヤード・シー・ブーン
マーテイン・フアンシウロ
ウイレム・ボス
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PHOENIX HIITO PUMP SYST Inc
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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】 本発明は３つの作用を有するヒートポンプ機構に関する
。特に本発明は加熱、冷却及び水の加熱の為の３つの作
用を有するヒートポンプ機構に関し、機構は加熱モード
或は冷却モードに関係なく１年中お湯を供給し得るもの
である。
加熱或は冷却をする為の機構は公知である。例えば米国
特許法第４，２４２，８７３号、同第４，２７０，５１
８号、同第４，０３０，３１２号、同第４，２４２，８
７２号、同第４．３９２，３５９号、同第４，３０２，
９４２号、同第４，２５６，４７５同第４，２４６，９
５６号、同第４，３３６，９６２号、同第４．２７０，
３５９号泣同第４．０１１，７３１号は加熱及び冷却を
する為のヒートポンプの種々の機構を示している。
それにも拘わらず、従来の機構は１年中お湯を製造し得
る機構を提供し得ない。公知の機構は過熱低減器を用い
て機構が加熱モード或は冷却モードにある時にお湯を製
造するのみである。
更に、従来の機構の構成要素は有効的な操作をするよう
に配置されていない。例えば、従来の機構は、オフサイ
クル中液状の冷媒が圧縮機中に移動じないように圧縮機
を連続して暖める抵抗器を用いたクランクケースヒータ
を用いている。クランクケースヒータの作用は温暖な気
候においては消極的なエネルギ付加である。従来機構の
組み立ては又複雑でその設置に時間を浪費した。
本発明の目的は加熱モード或は冷却モードの操作なしに
１年中家庭のお湯を製造する３つの作用を有するヒート
テンプ機構を提供する事によって公知の機構の欠点を除
去する事にある。
本発明の他の目的は同時に直列に或は一方を接続する２
ケの凝縮器を用いて１年中家庭のお湯を製造する３つの
作用を有するヒートテンプ機構を提供する事でるる。
本発明の又他の目的はクランクケースのヒータの必要な
しにエネルギを有効に増加する構成要素の配置を有する
３つの作用を有するヒートポンプ機構を提供する墨であ
る。
本発明の更に他の目的は場所をとらずに有効に構成要素
を組み立て、且つ連結を除去し速かに設置し得る３つの
作用を有するヒートポンプ機構を提供する事である。
本発明の他の目的は好適な戸外の気候状態のもとてヒー
トポンプ作用を促進する為貯蔵し得る３つの作用を有す
るヒート／フグ機構を提供する事である。
これ等の目的、利点及び特徴は本発明による３つの作用
を有するヒートポンプ機構によりて与えられる。機構は
冷媒を高圧、高温の冷媒に圧縮する圧縮機を有する。冷
媒は第１のタンク内に設けられた第１の熱交換器と外部
の熱交換器との間を連結する逆流し得る管内を流れる。
絞９手段が第１の熱交換器と外の熱交換器との間に設け
られて冷媒の圧力を減少する。切換弁が冷媒を圧縮機か
ら第２の管を経て逆流し得る管に流し、この管内におけ
る流れの方向を所望の加熱モード或は冷却モードに応じ
て選択的に決める。加熱モードにおいては、凝縮した冷
媒を絞り手段を経て外部の熱交換器に流して蒸発させる
前に、切換弁が冷媒を第１の方向の第１の熱交換器に流
して凝縮させ熱を第１のタンク内の媒体に伝える。冷却
モードにおいては、先づ外部の熱交換器を経て゛第２の
反対方向に冷媒を流して凝縮させ、次で第１の熱交換器
に流して冷媒を蒸発させ第１のタンク内の媒体から熱を
吸収する。
機構は圧縮機と切換弁との間に位置する第２のお湯のタ
ンク内に第２の熱交換器を設ける事によりて加熱モード
、冷却モードに関係なくお湯を製産する。更に、バイパ
ス弁が第１の熱交換器を選択的にバイパスする為に設け
られている。従って、お湯は、冷媒を第２の熱交換器に
流して凝縮させ、次で第１の熱交換器か又はこの熱交換
器をバイパスして外部の熱交換器に流す事により、加熱
モード、冷却モードに関係なく製造され得る。この配置
では、第１の熱交換器がバイパスされる時、第２の熱交
換器は凝縮器として作用する。
３つの作用を有するヒートポンプは単一の機構で加熱、
冷却及び−年中お湯を供給する逆流し得るヒートポンプ
の技術を用いている。ここに述べるヒートポンプ機構（
ＴＰＯＨＰ機構）は主として家庭用の装置として設計さ
れている。
簡単に述べると、本発明による３つの作用を有するヒー
ト４ンプ機構は、熱負荷に直接応動するよりももっと好
ましい時間で圧縮機を操作させる２つの温度貯蔵タンク
を有する。第１のタンクは空調用の比較的大きなタンク
（以下空調タンクという）で、第２のタンクは家庭用の
水を加熱する為の第１のタンクよりも比較的小さいタン
ク（以下家庭用の水タンクという）である。エネルギは
直接の圧縮機の作用を必要とする事なく、要求次第でタ
ンクから引き出される。圧縮機は最も大きな範囲でタン
ク内にエネルギを貯えるように操作し、その時にはオフ
ビーク時には圧縮機の操作費用は安く、好適な気候では
更に有効である。
冬の間、圧縮機は戸外の熱交換器から熱を抽出するよう
に操作し、抽出された熱と圧縮熱とを２ケの貯蔵タンク
に加える。通常の状態では、圧縮機からの熱いガスは熱
を家庭用の水タンク（ｇ２のタンク）に分配し、次いで
空調タンク（第１のタンク）に分配する。然し乍ら、若
し家庭用の水タンクの温度が非常に低いと、冷媒は空調
タンクをパイ・やスして総ての熱を家庭用の水タンクに
分配する。若し、家庭用の水タンクが温度の上限にある
と、熱いガスはぼ経用の水タンクをバイパスし、総ての
熱を空調タンクに分配する。
夏期には冷媒の流れの方向は逆転する。熱は大きなタン
クから抽出されて冷却水或は氷を製造し、家庭用の水タ
ンクと戸外の熱交換器に直列に戻る。
若し、家庭用の水タンクの温度が非常に低いと、機構は
反転して熱を戸外の熱交換器から抽出してその熱を大き
なタンクをバイパスして家庭用の水タンクに供給する。
冬及び夏の操作モードは加熱或は冷却負荷のない時でも
、ヒートポンプによって家庭用の水を加熱し得る。そう
する為に、本発明では家庭用の水タンクの熱交換器を十
分に凝縮器として作用し、より大きな空調タンクをバイ
パスし得るように大きくする。更に、適当な制御（即ち
クロック及び温度調節装置の作用）によって、気候が最
も好適な時及び電気料金が安い時に圧縮機が操作するよ
うにプログラム化される。即ち、圧縮機は夏でも又冬で
も電気料金が安い時操作され得るようにプログラム化さ
れる。かくして、機構は要求に応じて使用する為に加熱
或は冷却エネルギを貯える。
加熱と冷却は、建物或は内部の環境内の熱分配機構に連
結部を経て大きな貯蔵タンクから水を送る事によってな
される。熱分配機構は熱交換器のコイル、プロワ及び加
熱或は冷却空気を循環するダクト機構、更には他の好適
な循環／＃イブ式の加熱、冷却構成要素よりなる。加熱
Ｉンプ機構の構成要素は簡潔なユニットが好ましく、そ
れによってユニットと熱分配機構との間の接続個所を少
なくすると共に設置を素速くする事が出来る。
第１図には３つの作用をするヒートポンプ機構の概略図
を示し、機構は電動機によって駆動される圧縮機１０を
有する。圧縮機は液体状態とガスの状態との間の相を変
え得る冷媒を操作する。いくつかの商業的に利用し得る
冷媒が適しているがフレオン２２が好ましい。圧縮機は
入口ライン１２を有し、それを経て低圧のガスが圧縮機
内に導入され、出口ライン１１を経て過熱された高圧の
ガスが圧縮機から吐出される。
出口ライン１１内の熱いガスは家庭の水タンク２０に供
給される。タンク２０は離間している事が好ましく、冷
却水の入口ライン２７とお湯の出口ライン２８とを有し
、ライン２８はお湯をビルディング等に供給している。
冷却水の入口ライン２７の出口はタンク２０の底部近く
に位置し、お湯の出口ラインの入口はタンク２０の頂部
近くに位置する。
家庭の水のバイパス弁２２は、タンク２０内にある熱交
換器２１に対する入口ライン２３と出口ライン１１との
間に位置する。若し水タンクが機構のコントローラ及び
センナによって計測されてその最高温度以下にあると、
水のパイノ４ス弁２２は熱いガスを出口ライン１ノから
入口ライン２３を経て熱交換器２１に供給してタンク２
０内の水を加熱する。水タンク２０がその最高の温度に
達すると、弁２２は熱いガスをパイ、ｐ４スライン２４
を経て熱交換器２１とタンク２０とをパイ／’Ｐスする
。又ライン２４においては２方向弁が弁２２におきかえ
られる。２方向弁は開いてタンク２０のその後の温度上
昇を最小にする。
熱交換器２ノはらせんコイルが好ましい。圧縮機１０か
らの熱いガスが熱交換器のコイルを経て循環すると、タ
ンク２０内の水を加熱し、凝縮し始めガスは出口ライン
２６を経て熱交換器２１とタンク２０から吐出する。出
口ライン２６とバイパスライン２４とは共通の管２５に
連通し、冷媒はバイ／４’スライン２４を経てタンク２
０をバイパスするか或は出口ライン２６を経て熱交換器
２１を出るかによりてタンク２０から遠ざかる。
熱交換器２１はタンク２０内に位置する１自由対流形”
の熱交換器として示しているが他の形の熱交換器も用い
得る。例えば１外部形”の熱交換器が用いられ、この熱
交換器においてはタンク２０からの水は圧縮機からの熱
いガスを含む第２の管によって包囲された第１の管を経
て動かされる。
操作においては熱いガスは圧縮機により一方向に吐出さ
れタンクから水はタンクによって反対方向に吐出され、
加熱された水はタンクに戻る。この配置によると、弁２
２は除去され、タンクの温度はその最大の温度に達する
から、ポンプは不要となる。
若し、熱交換器２ノによってタンク２０内の水に与えら
れた熱が家庭用として不十分であれば、タンク２０は必
要な熱を供給する為補助の加熱機構を設ける。例えば抵
抗器を用いた加熱要素２９がタンク内に設けられて熱交
換器２１によって供給された熱を捕捉する。
熱交換器２１或はバイパスライン２４から熱いがスが共
通のライン２５と連通している切換弁３０に入る。この
弁３０は吐出ライン３２と２ケの選択される管３１．３
３を有する。前記切換弁３０は例えば加熱が必要な時、
冷却が必要な時或はお湯が必要な時のように機構の季節
的環境に応じて共通のライン２５と管３１．３３の一方
との間に連通ずる１選択される管３１．３３内の流れは
適度な温度のガスがいづれかの管３ノ或は３３を経て弁
３０に復帰し、又吐出ライン３２を経て弁から吐出され
るように逆流する。吐出ライン３２は機構内を循環する
為に入口ライン１２を経て圧縮機１０に再び導入される
前に適度な温度のガスを、アキュムレータ１３に導く。
弁３０を設ける事によシ機構は加熱モード或は°冷却モ
ードのいずれかを決める。加熱モードにおいては、熱い
ガスは先づ加熱モードに対して凝縮器として作用する比
較的大きな空間を有する空調タンク５０（第１のタンク
）に第１の管３３を経て流れる。このタンク５０内にお
いてはガスは十分に凝縮して液になり、タンク５０内の
通常水のような媒体を加熱し、戸外の熱交換器４０に連
なる絞り弁４５を経て自由に流れる。戸外の熱交換は第
２の管３１を経て弁３０に戻る。冷却モードにおいては
、流は逆で、熱いガスは先づ管３１を経て熱交換器４０
に導かれる。熱いガスは熱交ｌＬ器４０内で凝縮して熱
を放出する８冷却されたガスは次いで絞り弁４５を経て
タンク５０に至り、そこでタンク内の媒体から熱を吸収
して媒体を冷却し或は凍結する。加熱モードと冷却モー
ドとを次に詳細に述べる。
Ａ、加熱モード 加熱モードにおいては、圧縮機からの熱いガスは家庭の
水を加熱する為に熱交換器２１を通るか或はパイノ譬ス
２４を通って弁３ｏに至る。９Ｐ３０は加熱モードにセ
ットされているから加熱ガスは第１の管３３を経て通過
しバイパス弁５４に至る。
このバイパス弁５４はタンクの加熱出口５３とパイｔｊ
ス出口５５との２ケの出口を有している。若し、空間の
加熱が必要であれば、熱いガスはバイパス弁５４を経て
加熱の出口５３に至り、タンク５０内に位置する熱交換
器５１内に導入される。
若し空間の良好な状態を保つ必要なしにお湯が必要であ
れば、熱いガスはパイノ９ス出口５５に導入されてタン
ク５０をパイノやスする。出口５５は一方へ流れる管で
あシ弁５４から遠くへのみ冷媒を流す。
空間の加熱モードにおいては、タンク５ｏは凝縮器とし
て作用する。熱いがス状の冷媒はライン５３を経て熱交
換器５１に導入され多数の平行な熱交換器５ノの回路内
を流れる。十分に凝縮して加圧した液状になった後、冷
媒は通路５２を経て熱交ｍｕより吐出し液体を絞り弁４
５に導入して液体の圧力を十分に低下する。絞り弁４５
はキャピラリ管或は一対の温度膨張弁でも良く、その何
れも逆流を可能にしている。
絞り弁４５による圧力低下は温度においても相当に低下
し、冷却液体が得られる。冷却された液体は入口ライン
４３を経て戸外の熱交換器４０に至る。熱又換器４０は
加熱モードにおいては蒸発器として作用し、ファンコイ
ルであり、ファン４ノはフィンを有する通路或はチュー
ブ４４の列を経て戸外の空気を送り戸外の空気から熱を
吸収する。
戸外の熱交換器４０は又蒸発した冷媒に伝える為太陽の
エネルギを得るように設計された一つ或はそれ以上の大
きなフィン付の板でも良い。更に。
戸外の熱交換器はフィン付コイルと板との組み合せでも
良い。板は戸外の熱交換器に枢着され冬期は開いて太陽
エネルギの入力を増加し、夏期は閉じて太陽エネルギを
反射してタンクの機能を減少する。
熱交換器４０においては、冷却した液体は熱交換器の通
路４４を通り乍ら、戸外から熱を吸収して膨張し蒸発す
る。適度の温度のガス（僅かに過熱された）＃ｉ吐出ラ
イン４２を経て熱交換器４０から導出され第２の管３１
を経て弁３０に戻る。管３１を経て弁３０に導入する事
により、適度の温度のガスは吐出ライン３２を経てアキ
ュムレータ１３に至り圧縮機１０に科内的に戻る。
若し空間の加熱と共に家庭の水の加熱が望まれると、圧
縮機から出たガスは先づ家庭の水の熱交換器２ノを経て
通過し、次でバイパス弁５４を経て空間の加熱の為に大
きな空調タンクの熱交換器５ノに流れる。熱交換器２１
５出た後、熱いガスは一般的に飽和する。ガスは熱交換
５５１’を出る事によりて十分に凝縮する。家庭の水の
加熱が不要の時は、圧縮機から出たガスはパイ／４’ス
弁２２を経て熱交換器２１を・ぐイノやスし、直接に空
調タンクに向う。若し空間の加熱なしに家庭の水の加熱
が望まれるならば、熱いガスは熱交検器２１を経て循環
し、戸外の熱交換器４０に向う前にパイ・！ス通路５５
を経て空間の空調タンク５０をバイパスする。家庭の水
の熱交換器はこれ等の環境のもとて凝縮器として作用す
るよう十分な大きさを有する。
Ｂ６　　冷却モード 冷却モードにおいては、冷媒の流れは逆である。
圧縮機から出たガスは熱交換器２ノを経て循環してお湯
を提供し、或は家庭用の水タンク内の水の温度に応じて
弁３０に直接流れる。熱い冷媒は第２の管３ノを経て弁
３０から吐出し、戸外の熱交換器４０内で凝縮する。液
体の冷媒は通路５２ｆａて空調タンク５０に入る前に絞
り弁を経て通過する。低圧の液体は熱交換器５ノ内で膨
張して蒸発し出口５３を経て吐出する前にタンク５０内
の媒体を冷却する。蒸発する冷媒は機構の設計に応じて
媒体な冷却するか又は冷凍する。大きな夕／り５０を吐
出した後、僅かに過熱したガスは第１の管３３を経て弁
３０に戻る。弁３θは吐出ライン３２を経て冷媒をアキ
ュムレータ１３に導入し圧縮機に戻す。
冷却モードにおける冷媒の流れは、冷却モードにおいて
はタンク５０は蒸発器として必要であるからタンク５０
をバイパスしてはならない。かくして、戸外の熱交換器
からの流れはバイパスの出口に入り得す通路５２内に流
れタンク５０内の熱交換器に至る。
若し、空間の冷却と共に家庭のお湯の加熱が必要であれ
ば、熱いガスは戸外の熱交換器に流れる前に熱交換器２
１に流れる。お湯が必要でない時は熱いガスは家庭のタ
ンクをバイパスして直接戸外の熱交換器に流れる。若し
、冷却が必要でなく、お湯が必要であれば、冷媒は第１
の管３３に入る前に熱交換器２１を経てバイパス弁５４
に流れ出口５５を経てタンク５０を・ぐイパスする。こ
の場合、戸外の熱交換器４０は蒸発器となり、熱交換器
２ノは凝縮器となる。
空調タンク５０は円筒形でも長方形でも良く、離間した
密閉部である事が好ましい。タンクの方法と熱交換器５
１の設計によりタンク内の媒体はその相を変化するか又
はその操作中液を残す。若し、相が変化する設計であれ
ばタンクの寸法は小さくて良く、熱交換器５ノは、タン
クの媒体の半分以上が管のまわりに凍結し得るようにタ
ンク内に一様に離間した多数の小さい管で良い。
好−ｆしい設計においては、タンク５０は通常の圧縮機
の容量でトン当り略１００ガロン（１時間当り１２，０
００　ＢＴＵｓ　）の容量であり冷却中熱交換器に凍結
する。従って、熱交換器５ノは約１２本の平行な回路を
有し、それぞれは略１００フイートの長さがあり直径が
各インチの鋼の冷却管である。冷却管はタンクの内壁か
ら約２．５インチ離間している。
Ｃ１加熱と冷却の為の分配装置 空間の暖房と冷却は輻射、自然対流、或は強制対流によ
って原理的に熱を伝える室内の熱交換器６０を含む分布
機構を用いてなされる。区域制御をする為に多数の室内
の熱交換器が用いられる。
第１図に示す好ましい実施例においては、タンクの媒体
は水であり、ポンプ６４は空調タンク５０の頂部から出
口部６７を介して水を導出しライン６５を経て内部の空
間に導く。ライン６５はタンクの水をフィン付チューブ
６８の列に分配する。
室内の空気はプロワ６ノによりフィン付チューブの列６
８を横切って送られる。冬期には、タンク５０からのお
湯が室内の空気！暖める。タンクのお湯が空間の加熱を
満足し得々い特別の熱が室内の空気に加える必要がある
場合に抵抗器による加熱用ス）　ＩＪツブ６９が設けら
れる。室内の熱交換器６Ｑはａｉｉａ管を有して冷却中
にフィン付チューブに凝縮した水滴を排出する。
タンク５０は冬期にお湯を、夏期に冷水或は氷を貯えて
いるから、室外の温度に応じて加熱或は冷却を満足にし
得ない時は切換える時がある。抵抗器による加熱用スト
リップ６９は切換える時に内部な快的に維持する。タン
ク５０は春先に冷却用にかえられ、又時期外れに冷却動
作を可能とするのに十分に遅い時加熱用に戻る。然し乍
らこれ等の時には若し加熱負荷が必要となれば前記スト
リップ６９のみが用いられる。
Ｄ、家庭用のお湯の加熱 前述したように、圧縮機１０は熱いガスをバイパス弁２
２に導き、この弁は夕／り２０内の水を選択的に加熱せ
しめる。タンクを加熱後、或はバイパス弁２２でノ４イ
パスされた後、冷媒は切換弁３０に至る。
タンク２０が加熱を必要とし、タンク５０が加熱も冷却
も必要としない時は、機構は家庭用の水を尚加熱し熱交
換器４０は蒸発器として、又熱交換器２１Ｆｉ凝縮器と
して用いられる。この作用は前述した通りであって、熱
いガスは切換弁３０内の第１の管３３’１ｋｌＩｌて吐
出し、タンク５０をパイノ９スする弁５４に至る。タン
ク５０をバイパスした後、冷媒は絞り弁４５を経て蒸発
器として作用する戸外の熱交換器４０に至る。熱交換器
２１は凝縮器として作用し、大きな貯蔵タンクなバイパ
スする。
前述から明らかなように、機構は２ケのタンクを設け、
これ等のタンクは直列して或は１ケのみが連結される凝
縮器として作用する。直列の場合は冷媒は家庭用の水の
熱交換器が過熱低減器及び部分凝縮器として作用する状
態で空調タンクを経て流れる前に家庭用の水タンクに流
れる。若し、１ケのみのタンクが用いられるならば、冷
媒は家庭用の水タンクか又は加熱タンクの何かを通り、
冷媒はタンク内の熱交換器内で十分に凝縮する。
Ｄ、構成要素の配置とモノニール単位 ３つの作用をするヒートポング機構内の構成要素の配置
は良好なエネルギ効率を有する。かかる配置の好ましい
実施例を第２図に示す。動作位置における冷媒ラインの
配置及び接続を避ける為に、総ての構成要素は室内の熱
交換器とその組み込まれた制御部を除いて１ケの室外の
モジュール即ち呈１００内に一体に集合する。かくして
、冷媒管は設置時に既に接続され、空調夕／りと室内の
熱交換器間を接続する液体の配管のみが残る。
公称４トンの単位として、空調タンク５０は室ｉｏｏ内
の離間した容器内で約４００ガロンの水を含むことが好
ましい。水は熱交換器５１が蒸発器として作用する時は
冷却機構内で大部分水に変わる。機構のタンク部分は水
をもらさない薄膜のビニールライナを有するサンドウィ
ッチ／４′ネル構造が好ましい。水タンクは約６フイー
トの重さを有し、４トンユニツトの全容量の約１を占め
ている。
家庭用の水貯蔵タンク２０は調節タンク５０よりも比較
的小さく、離間したケース７１内の大きなタンクの一側
に位置している。内壁は離間したケース７１とタンク５
０との間に設けられる。家庭用の水の貯蔵タンク２０は
約８０ガロンの水を有し、従って機構内において第２の
大きな構成要素となる。更に家庭用の水のヒータは代表
的な住居用貯蔵形の水のヒータの約２倍である事が好ま
しい。この大容量の家庭用の水のヒータは減少した温度
と等しい熱エネルギを貯え、かくして最高状態を外れた
機構の操作においても能力を維持する。更に、家庭用の
水の貯蔵タンクはより高い凝縮温度でヒートポンプの作
用もする。
家庭用の水の貯蔵タンク２０内の熱交換器２１は、タン
ク２０内にある二重壁の穴のあいた細いらせんコイルで
ある事が好ましい。タンク２０のバイパス弁２２はタン
ク２０の頂部近くで好ましくは内壁に設けられる。熱い
ガスはタンク２０の頂部で熱交換器２１に導入されらせ
ん状に下降し、内壁のバイパス弁２２に隣接する切換弁
３ｏに連なるチューブを経て上方に吐出する。
圧縮器１０の設置は年間を通じてエネルギを発生する為
に重要である。戸外に位置する圧縮機を有する従来のヒ
ートポンプにおいては、起動時に圧縮機を損傷するクラ
ンクケース内に液体が貯るのを防止する為抵抗器を用い
たヒータが通常クランクケース上或はクランクケース内
に用いられる。
クランクケースのヒータは連続して荷動しているから年
間のエネルギの消費は大きく、全体のヒートポンプの効
率を減少する。本発明によると、圧縮機１０はタンク２
０′ｆｔ有する離間したケース７１内にあり、機構が停
止して水の温度が維持される時は、圧縮機は暖かくなっ
て居り、液状の冷媒は圧縮機に移動しない。組み込まれ
たサーモスタットはタンク２０が非常に冷たい時は機構
の起動な阻止する。このような環境のもとでは、タンク
ヒータ２９が用いられて機構が十分に操作するようにタ
ンクを予熱する。アキュムレータＩ３も又ケース７ノ内
に位置する。
ケース７１は家庭用のお湯のタンクの周囲な外方のハウ
ジングから離間している。熱交換用のコイル４４は室１
００の開口しているケース７１の一側に設けられる事が
好ましい。戸外のファン４１が室の頂部に位置し、戸外
の空気を熱交換コイル４４を横切りて導き、ファンを経
て上方に排出する。切換弁３０、パイ／４’ス弁２２、
膨張弁４５及び他の配管並びに冷却用構成要素は調節タ
ンクと家庭用のタンクとの間を区切る内壁に位置する事
が好ましい。電気的な各要素は側壁７３に位置する事が
好ましい。パネル７２は糧々の構成要素の調整及びサー
ビスの為に取り外し得る。
Ｅ、制御機構 種々の制御機構が３つの作用をするヒートポンプ機構を
調整する為に用いられる。例えば、ユニットは加熱と冷
却が必要な気候において必要な方法を与えている。更に
、−日の内で効率的に電力を利用することによってエネ
ルギの節約が得られる６かかる時間では、最も暑い気候
、最も寒い気候及び仕事の時間中に対応する最高の使用
期間中より電力コストが高くなる。本発明による３つの
作用のヒートポング機構では熱の貯蔵は最高の使用期間
中以外はヒートＩＪ？ンプによって電力使用が減少され
る。建物では最高の時間中加熱及び冷却の為、殆ど電力
を使用する事なく、貯蔵タンクからおび或は冷却水を引
き出す。
好ましい実施例においては、３つの作用をするヒートＩ
ンゾユニットに対する制御機構は、戸外の状態に関して
最も有効な時間でヒートポング作用をなし得るようにグ
ログラムを作られたマイクロゾロセサによって作用する
制御機構を用いている。制御はパッチＩＪ　Ｙ有するク
ロック、戸外の温度、貯蔵温度、戸外のコイルの除霜及
び家庭用の水の状態に対する温度センナ並びに故障用診
断と再グログラミングの為のプラグ差込部である。
操作においては、冬期の操作中圧縮機は戸外の熱交換器
から熱を抽出する。抽出された熱は圧縮機の熱を増して
２ケの貯蔵タンクに加えられる。
普通の操作においては、圧縮機からの熱いガスは先づ熱
な家庭用の水タンクに分配し、次で空調タンクに分配す
る。冷媒の流れの方向は夏の間は逆である。熱は調節タ
ンクから抽出されて冷却水或は氷が得られる。抽出され
た熱は連続している家庭用の水夕／りと戸外の熱交換器
に戻る。若し、水タンクの温度が非常に低いと、機構は
逆転して戸外の熱交換器から熱を抽出し空調タンクをバ
イパスする事によって家庭用の水タンクに供給する。
これ等の操作モードは制御機構によって制御され空間を
加熱し或は冷却する負荷がない場合でもヒートポンプに
よって家庭用の水を加熱する。貯蔵及び戸外の温度セン
サを有する制御機構はヒート？ンｆ？：操作して戸外の
温度状態が更に好適な時に調節タンクをより高い温度に
操作する。
■、第３図の実施例 本発明の第２の実施例を第３図に示す。第３図の符号は
説明を簡単にする為に第１図と同一符号にした。
第３図は空調タンクが冷却操作中に氷も出来るのに適し
た３つの作用を有するヒートポング機構の概略図である
。更に、空調タンクの冷媒の容量が戸外の熱交換器の冷
媒の容量を超える時は加熱中冷媒を追加する必要がある
。第３図に示した実施例はこれ等の関係を満足する。
第１図と同様第３図の実施例はパイノ４ス弁２２に連な
る吐出ライン１１を設けた圧縮機１０を有する。バイパ
ス弁２２はライン２３を経て家庭用の水タンクの熱交換
器に冷媒を流すか、又はパイ・やスライン２４を経て水
タンク２０をパイノぐスする。バイ／ＩＰスライン２４
と熱交換器２１からの出口２６は共通の管２５と連通す
る。
第２のバイノ’？ス弁、即ち切換弁５４′は共通の管２
５と出口２６との間に位置する。
加熱及び冷却の両モードにおいて、水タンク２０を出る
冷媒の流れは切換弁５４′を経て共通の管２５を通過す
る。然し乍ら、お湯が加熱或は冷却なしに必要とされる
時は、切換弁５４′は冷媒を一方向の管５８を経て戸外
の熱交換器４０に流し、第２の管３１を経て切換弁３０
に戻す。第２の実施例の種々の操作モードを以下に詳述
する。
Ａ　加熱モード 加熱モードは第１図に述べたものと同様である◎第３図
の・９イ／’Ｐスライン２４或は共通の管２５から、加
熱用の冷媒は管３５に流れそこから冷媒を切換弁３０の
入口３４に流す。冷媒は第１の管３３を経て空調タンク
５０内の熱交換器５１に至る。
その熱をタンク内の媒体に伝えた後、冷媒はう゛イン５
２を経て吐出し絞りなしに第１の二方向弁４５′に流れ
る。冷媒は一方向の逆上弁５９を経て逆流管３８により
第２の二方向弁４６′に至る。この第２の二方向弁４６
′は戸外の熱交換器４０に入る前に冷媒の流れを絞る。
熱交換器４０を経て通過した後、冷媒は切換弁３０を経
てアキュムレータ１３に対する入口１４に流れる。冷媒
は次でライン１５を経て圧縮機１０に至り、機構内で再
循環する。
レシーバ４７は熱交換器５ノ或は戸外の熱交換器用のコ
イル４４が他より多い内部の容ｆｌＬ’＆有する時に過
剰の液状の冷媒を保持する。若し、例えば熱交換器５１
が冷却モード中に氷を作るように設計されていれば、戸
外のコイル４４よりも相当に多い容量を有した状態で、
熱交換器は近接して離間したチューブの大きな列を有す
る。機構の凝縮器は蒸発器よりも多くの冷媒を有するか
ら、氷を作る冷却操作を有する機構は夏期に冷却するよ
りも冬期に加熱する方が冷媒を多く必要とする。
レシーバ４７は夏期に過剰の冷媒をアキュムレートし、
冬期に冷媒を追加供給する。
レシーバ４７は管３８と連通する入口、出口ライン４８
を有し、均圧ライン３７が圧縮機の吐出ライン１ノと連
通ずる。
第１と第２の二方向弁４５’、４６’は反対方向えの冷
媒の流れを絞り乍ら、一方向えは冷媒を自由に流す。加
熱モードにおいては空調タンク５０ｆ出る冷媒は第１の
二方向弁４５′内において比較的大きな三角形の方向に
流れる事によって示したように、第１の二方向弁４５′
内を自由に流れる。第２の二方向弁４６′内に導入され
る事により、冷媒は第２の二方向弁４６′の比較的小さ
な三角形の方向に流れる事によって示されたように戸外
の熱交換器４０に導入される前にその圧力を減少するよ
うに絞られる。二方向弁は平行なうインに設けられた一
方向の逆止弁を有した一方向の絞り装置によって置き換
えられる。キャピラクチューグは、レシーバ４７の入口
４８と液ラインの冷却弁４９があるから、２ケの絞、り
装置に置き換えて使用され得ない。これ等の２つの構成
要素は冷却モードに関して以下詳述するように冷媒の流
れを制御するのに必要である。
Ｂ　冷却モード 冷却モードは第１図に示したものと同様である。
第３図について、パイＩ？スライン２４或は共通の管２
５からの流れは入口３４を経て切換弁３０に入り、第２
の管３１を経て戸外の熱交換器４０に流れる。戸外の熱
交換器４０に導入される事により、冷媒は第２の二方向
弁４６′を経て空調タンク５０に連なる逆流し得るライ
ン３８内に自由に流れる。若し、過剰の冷媒が機構内に
あると、冷媒は入口ライン４８を経てレシーバ４７内に
流れる。
冷却モード中の冷媒の流れは一方向の逆止弁５９を経て
流れ得す、かくして後に詳述するような作用を有する冷
却弁４９を経て流れなければならない。冷媒の流れは、
空調タンク５０に入る前に第１の二方向弁４５′内で絞
られる。冷媒は加熱タンクから第１の管３３を経て流れ
、切換弁３ｏを経て圧縮機１０に戻る。
機構が作動せずに、空調タンクが氷を有する時は、冷媒
は調節タンクの方向に移動する傾向がある。かかる移動
を防止する為に、ロックを設ける察が好ましい。第３図
の機構においては、一方向の逆上弁５９が戸外の熱交換
器から調節タンクえの冷媒の流れを阻止している。従っ
て冷媒は冷却モード申開いている冷却弁４９を経て流れ
る。然し乍ら機構が不作動の時は、冷却弁４９は閉じて
ライン３８を経て調節タンクに冷媒が移動するのを阻止
している。レシーバ４７と入口４８とは冷却弁４９の下
流に位置するから、レシーバ４７内の過剰の冷媒は空調
タンク５０に流れない。別の冷却弁が熱交換器５ノの対
応する側に設けられて入口ライン５３を通る冷媒の移動
を阻止している。
又切換弁３０、バイパス弁２２、切換弁５４′は機構が
不作動の時戸外のコイル４ｏからの流れを阻止するよう
にプログラム化される。
Ｃ家庭のお湯の加熱モード 前述したように、加熱モードと冷却モードの両方におい
て、タンク２０を出る冷媒は、切換弁５４′を経て共通
のライン２５に導入し、切換弁３０に至る。然し一乍ら
、お湯が空間の加熱或は冷却なしに必要な時は、切換弁
５４′は冷媒を一方向の管５８を経て戸外の熱交換器４
０に流す。この場合は、熱交換器２ノは凝縮器として作
用する。戸外の熱交換器を出た後、冷媒は第２の管３ノ
を経て切換弁に導入される。切換弁３０は冷媒をアキュ
ムレータ１３に戻し、圧縮機１０によって再循環される
。
第３図の実施例における構成要素は、第２図と同様に配
置される事が好ましい。特に、圧縮機１０はタンク２０
と離間したケース内におかれ、機構が不作動で水の温度
が維持される時に、圧縮機は暖まって居り、液状の冷媒
は圧縮機の方向に移動しない。従って構成要素の配置は
クランクケース用のヒータを必要としない。
第３図の実施例の制御機構は９１図のもの上回様である
。
本発明は種々の変形がなされ、例えばバイパス弁２２と
５４とは必要であれば、一対の二方向の弁によっておき
換えられる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による３つの作用を有するヒートポンプ
機構の概略図、第２図は機構の配置と形状の好ましい実
施例の斜視図で第３図は本発明による３つの作用を有す
るヒートポンプ機構の第２の実施例の概略図である。 １０・・・圧縮機、２１・・・第２の熱交換器、２２・
・・バイパス弁、３０・・・切換弁、４０・・・外部の
熱交換器、４５・・・絞り弁、５１・・・第１の熱交換
器。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦Ｆｉｇ、　２

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）加熱モード、冷却モード及びお湯製造モードの３
    つの作用を有するヒートポンプ機構であって、加熱、冷
    却モード及び前記機構の各々は冷媒を圧縮する為の圧縮
    機手段と、第１の熱交換器、前記冷媒の圧力を減少する
    為の絞り手段及び外部の熱交換器を連結する為の冷媒を
    逆流し得る管手段と、所望の加熱モード或は冷却モード
    に応じて前記逆流し得る管内の流れの方向を選択的に決
    め、加熱モードにおいては冷媒を前記絞り手段を経て前
    記外部の熱交換器に流して蒸発させる前に冷媒を凝縮す
    るよう前記第１の熱交換器にむく第１の方向に流し、冷
    却モードにおいては冷媒を前記絞り手段を経て第１の熱
    交換器に流して蒸発する前に前記第１の方向とは逆方向
    の第２の方向で前記外部の熱交換器に流して凝縮させる
    切換弁手段と、加熱モードと冷却モードとの何れの場合
    にもお湯を製造し、前記第１の熱交換器を選択的にバイ
    パスする為のバイパス弁手段を有する第２の熱交換器を
    設け、お湯が加熱モードと冷却モードとをもった状態で
    必要な時は前記第２の熱交換器と第１の熱交換器とを連
    通し、お湯が加熱モードと冷却モードなしに必要とする
    時は第１の熱交換器をバイパスし、前記第２の熱交換器
    は前記機構の凝縮器として作用する２つの凝縮器手段と
    よりなる３つの作用を有するヒートポンプ機構。
  2. （２）外部の環境から内部の環境に加熱、冷却及びお湯
    を与える為の３つの作用を有するヒートポンプ機構であ
    って、この機構は冷媒を高圧、高温度の冷媒に圧縮する
    圧縮機手段と、第１のタンク内に含まれた媒体内に位置
    し、内部の環境に応じて熱交換する第１の熱交換器と外
    部の熱交換器との間を連通する逆流し得る冷媒の管手段
    と、前記第１の熱交換器と外部の熱交換器との間に設け
    られて冷媒の圧力を減少する絞り手段と、前記圧縮機手
    段から第２の管を経て前記逆流し得る管に冷媒を流し、
    所望の加熱モード或は冷却モードに応じて前記逆流し得
    る管手段に冷媒の流れの方向を選択的に決め、加熱モー
    ドにおいては、凝縮した冷媒を前記絞り手段を経て外部
    の熱交換器に流して蒸発せしめ、冷媒を圧縮機に戻す前
    に、冷媒を凝縮して熱を第１のタンク内の媒体に伝える
    よう第１の熱交換器えの第１の方向に流し、冷却モード
    においては凝縮した冷媒を絞り弁手段を経て第１の熱交
    換器に流し蒸発させて第１のタンク内の媒体から熱を吸
    収し、圧縮機に戻す前に冷媒を外部の熱交換器えの第２
    の反対方向え流して凝縮させ、熱を外部の環境に伝える
    切換弁手段と、前記内部の環境と連通する第２のタンク
    内の水を加熱し、第２のタンクに組み込まれ且つ圧縮機
    手段と切換弁手段との間の第２の管と連通する第２の熱
    交換器を有するお湯の製造手段と、前記第１の熱交換器
    を選択的にバイパスするバイパス弁手段とよりなり、前
    記お湯の製造装置は冷媒を凝縮させる為前記第２の熱交
    換器を経て冷媒を流すことにより加熱モード、冷却モー
    ドに関係なく第２のタンク内の水を加熱し、前記バイパ
    ス弁手段は前記凝縮した冷媒を第１の熱交換器を選択的
    にバイパスさせ前記絞り手段と外部の熱交換器を経て直
    接流して冷媒を蒸発させ、前記第２のタンクは前記第１
    のタンクより比較的小さく、前記第２の熱交換器は凝縮
    器として作用するのに十分の大きさを有する３つの作用
    を有するヒートポンプ機構。
  3. （３）前記バイパス弁手段は、前記第２のタンク内にお
    いて感知した温度に応じて第２の熱交換器をバイパスす
    る手段を有し、このバイパス手段は前記第２のタンク内
    の温度が最大の所望の温度よ大きい場合に冷媒を前記第
    ２の熱交換器をバイパスして流すようにした特許請求の
    範囲第２項記載の３つの作用を有するヒートポンプ機構
    。
  4. （４）前記圧縮機と第２のタンクとは前記第１のタンク
    から離間した室内に位置する特許請求の範囲第２項記載
    の３つの作用を有するヒートポンプ機構。
  5. （５）前記圧縮機は電気で駆動される圧縮機である特許
    請求の範囲第２項記載の３つの作用を有するヒートポン
    プ機構。
  6. （６）冷却モードに対しては過剰の冷媒を有し、加熱モ
    ードに対しては過剰の冷媒を供給し、且つ前記第１の熱
    交換器と外部の熱交換器との間の逆流し得る管手段と連
    通するレシーバ手段を有する特許請求の範囲第２項記載
    の３つの作用を有するヒートポンプ機構。
  7. （７）前記逆流し得る管手段内において前記第１の熱交
    換器の方向えの冷媒の移動を阻止する冷却弁手段を有す
    る特許請求の範囲第２項記載の３つの作用を有するヒー
    トポンプ機構。
  8. （８）前記逆流し得る管手段内において前記第１の熱交
    換器の方向えの冷媒の移動を阻止する冷却弁手段を有す
    る特許請求の範囲第６項記載の３つの作用を有するヒー
    トポンプ機構。
  9. （９）前記レシーバ手段は前記冷却弁手段の側で外部の
    熱交換器の前記逆流し得る管手段内に位置する特許請求
    の範囲第８項記載の３つの作用を有するヒートポンプ機
    構。
  10. （１０）ヒートポンプ機構内で加熱、冷却及びお湯を得
    る方法であって、この方法は圧縮機内の冷媒を圧縮し、
    圧縮機中に冷媒を流す為、第１の熱交換器、絞り装置及
    び外部の熱交換器を連結し、冷媒の圧力を減少する為前
    記絞り装置を経て流す前に加熱の為に第１の熱交換器内
    で凝縮するよう第１の方向に冷媒を流し、次で加熱の為
    前記外部の熱交換器内で冷媒を蒸発し、絞り装置を経て
    流す前に加熱の為前記外部の熱交換器内で凝縮するよう
    第２の方向に冷媒を流し、次いで冷却の為前記第１の熱
    交換器内で冷媒を蒸発せしめ、第１の熱交換器に導入す
    る前に第２の熱交換器に直接に冷媒を流すことにより加
    熱モードと冷却モード中にお湯を得る為第１の熱交換器
    と連通して第２の熱交換器を設け、加熱モードと冷却モ
    ードとに関係なくお湯を製造する為第１の熱交換器をバ
    イパスし、このバイパスにより冷媒を凝縮する為第２の
    熱交換器に直接流し且つ冷媒を蒸発する為絞り手段と外
    部の熱交換器に直接流すようにした３つの作用を有する
    ヒートポンプ方法。
JP62071935A 1986-03-27 1987-03-27 ３つの作用を有するヒ−トポンプ機構及びヒ−トポンプ方法 Pending JPS62242774A (ja)

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