JPS6291765A - 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〕

上述のような原動機駆動冷暖房給湯機では、原動機の冷
却水を室内に直接導いて室内放熱器で放熱させて暖房す
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、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図において、１は原動機、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ｌＯ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。

ｌｌ−１４はヒートポンプ回路３０に設けた逆止弁、１
５．１６は冷媒１！磁弁であり、１７はヒートポンプ貯
湯熱交換器、１８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
２５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に冷媒ポンプ２６と冷媒加熱熱
交換器２７と逆止弁２８とが設けられている。冷媒加熱
回路３３の四方弁４と逆止弁２８の間に電磁弁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、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、１！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、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
、貯湯槽１９に貯湯する。

そして、冷５暖房または給湯運転中は、原動機１を運転
し圧縮機３を駆動しているので、原動機ｌ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ｌ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Ｉ８で貯湯水加熱回路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、貯湯水循環ポンプ２０、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、排熱給湯熱交換器１
８のみで加熱され、ヒートポンプ給湯運転時は電磁弁１
５が閉じ、電磁弁１６が開くので、再給湯熱交換器１７
．１８で加熱される。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２０を
常に運転する。

通常の冷、暖房、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、また貯
湯槽１９内の貯湯水の温度が高くなり、原動機１の冷却
水の温度が上昇し、排熱給湯熱交換器１８で原動機１の
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、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
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ｌの排熱により冷媒の
加熱を図ることで、原動機の排熱量は外気温度に影古さ
れないために暖房能力の低下が少ない。

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、冷却水循環回路３２に冷媒加熱熱交換器２７およ
び排熱給湯熱交換器１８を設け、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して、熱交換器など
の重量、設置スペースが小さくてすみ、構造も間車で、
コストを低減でき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
循環貯湯水と冷媒加熱回路を流れる冷媒とを同時に熱交
換する排熱給湯兼冷媒加熱用熱交換器、すなわち従来の
排熱給湯熱交換器と冷媒加熱熱交換器を一体化した熱交
換器を具備させ、この熱交換器を３重管など外管内に２
本の伝熱管を配設した構成にしたものである。

〔作用〕

この発明における原動機駆動冷暖房給湯機では、従来の
排熱給湯交換器と冷媒加熱熱交換器とを一体化させて、
外管内に２本の伝熱管を設けた排熱給湯兼冷媒加熱用熱
交換器としたことをにより、設置スペースを小さく重量
を軽くでき、また、原動機の冷却水で循環貯湯水としレ
シーバ−から送られる液冷媒を同時に加熱でき、さらに
冷媒加熱運転時に、貯湯槽の貯湯水温が所定値以上の時
には循環貯湯水が冷媒の加熱源となり、原動機の冷却水
と共に冷媒加熱回路を冷媒ポンプで搬送される液冷媒を
加熱することができ、冷却水温を低下させずに高い冷媒
加熱能力を持続させることができる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を第１図から第３図によって
説明する。

第１図はこの発明の一実施例による冷媒、温水回路構成
図であり、第１図中第４図と同一符号は同一または相当
部分を示す。

第１図において、２９は３重管熱交換器などからなる排
熱給湯兼冷媒加熱用熱交換器であり、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と冷媒加熱回路３３
を流れる冷媒との熱交換が行えるものである。また、３
６は貯湯水加熱回路３１のヒートポンプ給湯熱交換器１
７人口近くに設けたサーモスイッチなどの温度検出セン
サーである。なお、この実施例では、排熱給湯兼冷媒加
熱用熱交換器２９が第５図の排熱給湯熱交換器１８と冷
媒加熱熱交換器２７を兼ねた以外は第４図に示す従来の
ものと実質的に同構成である。

以上のように構成された実施例の原動機駆動冷暖房給湯
機では、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、ヒートポンプ給湯熱交換器１７、排熱給湯
兼冷媒加熱用熱交換機２９を経て貯湯槽１９に戻る循環
をする。

また、原動機１の冷却水は、冷却水ポンプ２３、原動機
１、排熱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ｌの運転中は常に冷却水が排熱給湯
兼冷媒加熱用熱交換器２９に循環し、冷房運転時および
ヒートポンプ給湯運転時に原動機１の排熱を貯湯槽１９
に貯える。

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、
ここで原動機１の冷却水によって加熱され、蒸発してガ
ス化し逆止弁２８を通り室内熱交換器５に再び循環して
暖房能力の増加に寄与する。

この実施例の排熱給湯兼冷媒加熱用熱交換器は第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伝熱管であり、
これらの容管３７゜３８．３９が同心の３重管に構成さ
れ、外管３７内には循環貯湯水の流路４０が、第１伝熱
管３８内には原動機の冷却水の流路４１が、第２伝熱管
３９内には冷媒ポンプで送られる液冷媒の流路４２がそ
れぞれ形成されている。

以上のように構成された実施例の排熱給湯兼冷媒加熱用
熱交換器２９では、第１伝熱管３８の流路４１を流れる
原動機の冷却水によって、外側の外管３７の流路４０を
流れる循環貯湯水、および内側の第２伝熱管３９の流路
４２を流れる冷媒に熱伝達が可能になる。

上記３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、冷媒および循環貯湯水が原動機の冷
却水と対向流になって流れ、熱交換するように構成され
ている。

原動機１の運転時には、冷却水は冷却水ポンプ２３によ
って常に循環している。冷房およびヒートポンプ給湯時
は冷媒ポンプ２６は運転しないため、第２伝熱管３９内
に冷媒が流れず、原動機の冷却水は外管３７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を駆動するこ
とで、第２伝熱管３９内に冷媒が流れるため、原動機の
冷却水は循環貯湯水および液冷媒の両方をする。

また、この実施例では各流体の流量、流速および熱伝達
特性に応じて容管の管径を適宜選択し、流路断面を設定
すると共に、管の表面をフィン付または溝付などに選択
することができる。

第２図では、容管を蛇行状に形成したが、この発明は容
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排熱給湯兼冷媒加
熱用熱交換器を示し、外管３７内に第１゜第２伝熱管３
８．３９を相互間隔を設けて平衡に配設し、両転熱管３
８．３９の外周表面で、外管３７内を流れる原動機の冷
却水と冷媒および循環貯湯水との熱交換を同時に行うよ
うに構成したものである。また、３流体の流れ方向は上
述した実施例の場合と同様な冷却水と冷媒および循環貯
湯水が対向流である。そして、この実施例でも、第２図
２第３図に示すものと同様な作用効果が得られる。また
、この発明において、通常の運転で最も温度レベルが低
い循環貯湯水を外管内に流すと、排熱給湯兼冷媒加熱用
熱交換器表面からの放熱損失が少なく、運転効率の向上
に有利である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明の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、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一体に構成し
３重管など外管内に２本の伝熱管を設けた排熱給湯兼冷
媒加熱用熱交換器を具備させたので、従来のように２つ
の熱交換器を冷却水循環回路に並列回路にして設け、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
切換える必要もなくなり、上記切換え手段が不要になる
と共に、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、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、第杏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、第本図は従
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−１１０・・・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・・・排熱給湯兼冷媒加
熱用熱交換器、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・・・伝熱管。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）原動機で駆動される圧縮機、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、原動機の排熱を回収して貯湯水を加熱し貯湯
   槽に貯える貯湯水加熱回路と、上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と冷媒加熱回路を流
   れる冷媒とを同時に熱交換する、外管内に２本の伝熱管
   に配設した排熱給湯兼冷媒加熱用熱交換器とを備えたこ
   とを特徴とする原動機駆動冷暖房給湯機。
2. （２）排熱給湯兼冷媒加熱用熱交換器は、冷媒が流れる
   外管と、外管内に設けた原動機の冷却水が流れる伝熱管
   と、この伝熱管内に設けた循環貯湯水が流れる伝熱管と
   を２重管に構成してある特許請求の範囲第１項に記載の
   原動機駆動冷暖房給湯機。
3. （３）排熱給湯兼冷媒加熱用熱交換器は、原動機の冷却
   水が流れる外管内に、冷媒が流れる伝熱管と、循環貯湯
   水が流れる伝熱管とを平衡に並べて設けてある特許請求
   の範囲第１項に記載の原動機駆動冷暖房給湯機。
4. （４）排熱給湯兼冷媒加熱用熱交換器は、原動機の冷却
   水と冷媒および循環貯湯水とが対向流の流路を形成する
   ようにしてある特許請求の範囲第１項に記載の原動機駆
   動冷暖房給湯機。