JPS6342188B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はヒートポンプによる給湯冷暖房装置に
関り、非共沸混合冷媒を用い、さらに冷凍サイク
ルの新規な工夫により、給湯・冷房・暖房の３つ
の機能を有し、かつ給湯暖房運転時に排熱を回収
して高効率で省エネルギな運転を行ない得るとと
もに、除霜運転時には室内に冷風を吹出すことな
く確実な除霜を行ない得ることを目的とするもの
である。

従来ヒートポンプによる給湯冷暖房装置は、あ
まり提案されたものがなく、特に一つの圧縮機を
用いて、給湯・冷房・暖房の３つの機能をもたせ
ようとすると、どれかの機能が不充分となり、特
に冬期において給湯と暖房の両機能を満たすもの
はほとんどなかつた。

本発明は非共沸混合冷媒を用い、さらに、冷凍
サイクルの工夫により上記の欠点を解消するもの
であり、その構成は、非共沸混合冷媒を用い、圧
縮機と、前記圧縮機に四方弁を介して接続されて
蒸発器又は凝縮器となりうる負荷側熱交換器及び
熱源側熱交換器と、前記負荷側熱交換器及び熱源
側熱交換器に切換え可能に接続される気液分離器
と、凝縮器としての機能をもち、前記圧縮機と気
液分離器に接続されて圧縮機からの冷媒を気液分
離器に結合可能な給湯用熱交換器と、蒸発器とし
ての機能をもち、前記気液分離器の液相側に接続
される排熱用熱交換器とを主要構成要素とするも
のである。以下、本発明の一実施例につき添付図
面に沿つて詳細に説明する。１は熱源側ユニツ
ト、２は負荷側ユニツトである。熱源側ユニツト
１の中で、３は圧縮機、４は第１の四方弁、５は
熱源側熱交換器、６は第２の四方弁７は気液分離
器であり、非共沸混合冷媒を用いるとき、液相側
は高沸点冷媒をより多く含む成分、気相側は低沸
点冷媒をより多く含む成分に分離される。８は高
沸点冷媒をより多く含む成分のための絞り装置、
９は気液分離器７で分離された気相成分を液化す
る熱交換器、１０は低沸点冷媒をより多く含む成
分のための絞り装置であり、その出口は第２の四
方弁６に連通されている。１１は高沸点冷媒をよ
り多く含む成分のための蒸発器として働く排熱用
熱交換器であり、その出口は常に低圧側となるア
キユームレータ１２を介して圧縮機３の吸入口に
接続されている。また１３は圧縮機３の吐出口と
第１の四方弁４の間から分岐されたバイパス配管
中に電磁弁１４を介して設けられて、常に凝縮器
としての機能をもつことのできる給湯用熱交換器
であり、その出口は逆止弁１５を介して気液分離
器７に接続されている。また１６は給湯用熱交換
器１３と逆止弁１５の間及び排熱用熱交換器１１
とアキユームレータ１２の間を結ぶバイパス配管
中に設けられた電磁弁であり、サイクルの切り換
え時に開放され、給湯用熱交換器１３に貯つた冷
媒を圧縮機３に戻す機能を有している。さらに負
荷側ユニツト２には負荷側熱交換器１７が配置さ
れ、熱源側ユニツト１中の第１及び第２の四方弁
４，６に接続されている。１８は熱源側フアン、
１９は家庭内温排熱、太陽熱、燃焼熱等の外気よ
り高温度レベルの排熱エネルギを回収した水等の
搬送流体を排熱用熱交換器１１中を流れる冷媒と
熱交換させるためのポンプ、２０は負荷側フアン
である。また２１は貯湯タンク、２２は給水管、
２３は給湯管、２４は給湯栓であり、給湯栓２４
の開放により、貯湯タンク２１内の高温水は下部
からの押上げ式に給湯される。２５は貯湯タンク
２１の下部から冷水を吸引するポンプ、２６は貯
湯用配管であり、この貯湯用配管２６中の冷水は
給湯用熱交換器１３を流れる冷媒と熱交換して貯
湯タンク２１の上部に高温水を貯湯する。

さて、かかる構成における給湯冷暖房装置の作
用様態を以下に説明する。まず冷房運転時におい
て、貯湯タンク２１内に高温水が貯まり切つてい
ないときには、第２図に示す如く熱源側熱交換器
５が圧縮機３と気液分離器７に、かつ負荷側熱交
換器１７が絞り装置１０とアキユームレータ１２
にそれぞれ連通する如く第１及び第２の四方弁
４，６を切り換えるとともに、電磁弁１４を開、
電磁弁１６を閉とし、さらに熱源側フアン１８及
びポンプ１９を停止し、負荷側フアン２０及びポ
ンプ２５を運転させる。かかるとき圧縮機３から
吐出された冷媒は主に給湯用熱交換器１３を流
れ、貯湯用配管２６中の冷水と熱交換されて貯湯
タンク２１内には高温水が貯湯されることにな
る。また給湯用熱交換器１３を出た冷媒は気液分
離器７において気相と液相に分離され、液相成分
は排熱用熱交換器１１を通つて圧縮機３に吸引さ
れるが、低沸点冷媒をより多く含む気相成分は熱
交換器９、絞り装置１０を通つて液化膨張後、蒸
発器として作用する負荷側熱交換器１７にて室内
を冷房することが可能となる。すなわち冷房しな
がら給湯することができるので、きわめて高効率
な運転パターンを実現できるものである。

また貯湯タンク２１が高温水で満杯後も冷房運
転を必要とするときには、第３図に示す如く、第
１及び第２の四方弁４，６をそのままとし、電磁
弁１４を閉、電磁弁１６を開とし、さらにポンプ
１９及び２５を停止し、熱源フアン１８及び負荷
側フアン２０を運転させる。かかるとき圧縮機３
から吐き出された冷媒はまず凝縮器として作用す
る熱源側熱交換器５を流れ、外気に放熱するとと
もに、気液分離器７に連通され、以下給湯冷房時
と同じ冷媒の流れを構成することになり、室内で
冷房することが可能となる。ここで、給湯用熱交
換器１３は低圧側となるため、冷媒がたまりこむ
こともない。

また中間期等の室内で冷暖房負荷が存在せず、
給湯運転のみ行うときには、第４図に示す如く、
熱源側熱交換器５が絞り装置１０とアキユームレ
ータ１２に、かつ負荷側熱交換器１７が圧縮機３
と気液分離器７にそれぞれ連通する如く第１及び
第２の四方弁４，６を切り換えるとともに、電磁
弁１４を開、電磁弁１６を閉とし、さらに負荷側
フアン２０を停止し、熱源用フアン１８及びポン
プ１９，２５を運転させる。かかるとき、圧縮機
３から吐出された冷媒は主に給湯用熱交換器１３
を流れ、貯湯タンク２１内には高温水が貯湯され
ることになる。また給湯用熱交換器１３を出た冷
媒は気液分離器７において気相と液相に分離さ
れ、低沸点冷媒をより多く含む気相成分は蒸発器
として作用する熱源側熱交換器５にて外気から熱
回収し、高沸点冷媒をより多く含む液相成分は排
熱用熱交換器１１にて外気よりも高温度レベルの
排熱エネルギから熱回収することになる。従つて
両方の熱エネルギを回収しながら、高沸点冷媒を
より多く含む成分の流れる排熱用熱交換器１１は
その蒸発温度を高温に保つことができ、全体とし
て圧縮機３の入力の低減させた高効率で省エネル
ギな給湯のみの運転を行うことが可能となるもの
である。

次に暖房運転時には、第５図に示す如く、第１
及び第２の四方弁４，６を給湯のみの運転時と同
じ切換え方向とし、電磁弁１４を閉、電磁弁１６
を開とし、さらにポンプ１９，２５を停止し、熱
源側フアン１８及び負荷側フアン２０を運転させ
る。かかるとき圧縮機３から吐出された冷媒はま
ず凝縮器として作用する負荷側熱交換器１７を流
れて室内を暖房するとともに、気液分離器７に連
通され、以下給湯のみの運転時と同じ冷媒の流れ
を構成して高効率で省エネルギな暖房運転を行う
ことが可能となる。

さらに厳寒の給湯のみの運転時や暖房運転時に
おいて熱源側熱交換器５の除霜運転を必要とする
ときには、第６図に示す如く、第１及び第２の四
方弁４，６は冷房運転時と同じ切換え方向とし、
電磁弁１４を閉、電磁弁１６を開とし、さらに負
荷側フアン２０とポンプ２５を停止し、熱源側フ
アン１８とポンプ１９を運転させる。かかるとき
圧縮機３から吐出された冷媒はまず熱源側熱交換
器５を流れて除霜を行うとともに、気液分離器７
に連通される。ここで気液分離器７で分離された
気相成分は負荷側熱交換器１７を通つて圧縮機３
に吸引されるが、負荷側フアン２０を停止したた
め室内に冷風を吹出すことはない。また分離され
た液相成分は排熱用熱交換器１１にて高温度レベ
ルの排熱エネルギを回収することになるので、確
実な除霜運転を行うことができるものである。

ところで、本発明になる給湯冷暖房装置は、本
実施例に示した構成ばかりでなく、いくつかの変
更を行うことができる。たとえば本実施例では給
湯のみの運転と暖房運転を分離したが、冬期にお
いて充分な排熱エネルギがあるときには、第４図
の説明図において負荷側フアン２０も運転して給
湯と暖房を同時に行わせる如くしてもよい。また
冷房運転時において、気液分離器７で分離された
気相及び液相を再び合流させて負荷側熱交換器１
７で冷房を行う如く冷媒回路構成を変更してもよ
いし、除霜運転時においても、気液分離器７で分
離された気相及び液相を再び合流させて排熱用熱
交換器１１で熱回収する如く冷媒回路構成を変更
してもよい。さらに除霜運転時において、貯湯タ
ンク２１内の高温水を直接排熱用熱交換器１１に
導びいてすみやかな除霜を行う如く水回路構成を
変更してもよい。

以上説明した如く、本発明になる給湯冷暖房装
置は、非共沸混合冷媒を用い、さらに圧縮機、蒸
発器又は凝縮器となりうる負荷側熱交換器及び熱
源側熱交換器、気液分離器、凝縮器としての機能
をもつ給湯用熱交換器、蒸発器としての機能をも
つ排熱用熱交換器とを主要構成部品とし、冷媒回
路の切換え等により、冷房給湯、冷房、給湯の
み、暖房、除霜の５つの運転パターンを実現する
ことができるばかりでなく、特に非共沸混合冷媒
を用いたことによつて排熱エネルギを回収しなが
ら高効率で省エネルギな給湯・暖房運転と、確実
な除霜運転が可能となるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の給湯冷暖房装置の一実施例を
示す構成図、第２図〜第６図は第１図におけるそ
れぞれ冷房給湯、冷房、給湯のみ、暖房、除霜運
転における冷媒の流れを説明する構成図である。 ３…圧縮機、４，６…四方弁、５…熱源側熱交
換器、７…気液分離器、１１…排熱用熱交換器、
１３…給湯用熱交換器、１７…負荷側熱交換器、
１８…熱源側フアン、２０…負荷側フアン、２１
…貯湯タンク。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 非共沸混合冷媒を用い、圧縮機と、前記圧縮
   機に四方弁を介して接続されて蒸発器又は凝縮器
   となりうる負荷側熱交換器及び熱源側熱交換器
   と、前記負荷側熱交換器及び熱源側熱交換器に切
   換え可能に接続される気液分離器と、凝縮器とし
   ての機能をもち、前記圧縮機と気液分離器に接続
   されて圧縮機からの冷媒を気液分離器に結合可能
   な給湯用熱交換器と、蒸発器としての機能をも
   ち、前記気液分離器の液相側に接続される排熱用
   熱交換器とを主要構成要素とする給湯冷暖房装
   置。