JPH0123089Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は冷凍サイクルのみを利用して補助熱源
が一切不要なヒートポンプ冷暖房給湯機に関す
る。

圧縮冷凍サイクルによる冷暖房運転に、さらに
給湯運転を付加した多目的に叶う装置は家庭にお
けるセントラルヒーテイング装置として普及しつ
つあるが、従来は冷房機と温水利用による暖房給
湯が可能な温大ボイラーを要素とした装置との組
合わせになるものが一般的であつて、暖房給湯用
のエネルギー源が電気あるいは他の燃料であるを
問わず、室内側のフアンコイルユニツトに空気用
と水用の２経路を要して設置スペースを大きくと
ると共に、配管が冷媒用と水用の４本必要となり
工事が複雑になる欠点は否めなく、さらに取扱い
が面倒であるなどの問題もあつた。

本考案はかゝる諸点に着目して、従来のこの種
装置が有する欠陥を排除し得るヒートポンプ方式
の冷暖房給湯機を提供しようとして成されたもの
である。

すなわち、本考案は第１図の基本的回路図によ
つて示す通り、第１冷媒通路９Ａおよび第２冷媒
通路９Ｂの２冷媒系統を有する利用側熱交換器８
と、圧縮機１Ａ、四路切換弁２Ａ、対空気形の熱
源側熱交換器３Ａ、逆止弁６Ａが並列に接続され
た暖房用減圧器４Ａ、逆止弁７Ａが並列に接続さ
れた冷房用減圧器５Ａおよび前記第１冷媒通路９
Ａを要素となし、冷房運転と暖房運転とに切換え
可能な可逆ヒートポンプ冷凍サイクルに形成した
第１冷凍系Ａと、圧縮機１Ｂ、四路切換弁２Ｂ、
対空気形の熱源側熱交換器３Ｂ、逆止弁６Ｂが並
列に接続された暖房用減圧器４Ｂ、逆止弁７Ｂが
並列に接続された冷房用減圧器５Ｂおよび前記第
２冷媒通路９Ｂを要素となし、冷房運転と暖房運
転との切換可能な可逆ヒートポンプ冷凍サイクル
に形成した第２冷凍系Ｂと、前記第１冷凍系Ａに
関連して夫々設けた給湯用熱交換器１０および制
御弁１２とからなり、前記制御弁１２は圧縮機１
Ａの吐出口を、冷房サイクル時および暖房サイク
ル時には四路切換弁２Ａの流入側ポートに夫々連
絡し、給湯サイクル時には前記給湯用熱交換器１
０の冷媒入口に連絡する如き切換え可能に吐出ガ
ス管１４中に介設し、前記給湯用熱換器１０は、
前記制御弁１２の給湯側ポートと暖房用減圧器４
Ａおよび冷房用減圧器５Ａの入口側とを給湯運転
時にのみ連通する如く設けた高圧管１５中に冷媒
側通路を介設してなり、第１冷凍系Ａを、四路切
換弁２Ａの暖房側あるいは冷房側への切換操作、
前記制御弁１２の切換操作ならびに前記冷房用減
圧器５Ａあるいは前記冷房用減圧器５Ａあるいは
前記暖房用減圧器４Ａの強制閉止操作によつて、
給湯用熱交換器１０が凝縮器として作用する一
方、熱源側熱交換器１０が蒸発器として作用し、
かつ第１冷媒通路９Ａが不作用となる冷凍サイク
ルによる第１給湯運転あるいは第１冷媒通路９Ａ
が蒸発器として作用し、かつ熱源側熱交換器３Ａ
が不作用となる冷凍サイクルによる第２給湯運転
に切換え得る如くなしたヒートポンプ冷暖房給湯
機であつて、第１冷凍系Ａおよび第２冷凍系Ｂの
同一サイクル併用による冷房専用運転と暖房専用
運転、第１冷凍系Ａの第１給湯運転による給湯専
用運転ならびに第１冷凍系Ａの第２給湯運転に第
２冷凍系Ｂの冷房運転を併用した冷房給湯運転
と、第１冷凍系Ａの第１給湯運転に第２冷凍系Ｂ
の暖房運転を併用してなる暖房給湯運転の５種の
モードの運転を可能となしたことを特徴とする。

以下、本考案の具体的態様を添付図面に示す具
体例を参照しつつ詳述する。

第１図は本考案に係る冷暖房給湯機の基本的冷
媒系統を示したものであつて、第１冷凍系Ａと第
２冷凍系Ｂの２系統冷凍回路を対水形の利用側熱
交換器８に関連させて設けている。

該利用側熱交換器８は、第１冷媒通路９Ａ、第
２冷媒通路９Ｂを備えて、シエル側を冷暖房用水
の流通路に形成したダブルバンドル構造を成して
いる。

第１冷凍系Ａは圧縮機１Ａ、四路切換弁２Ａ、
対空気形の熱源側熱交換器３Ａ、逆止弁６Ａが並
列に接続された暖房用減圧器４Ａ例えば自動膨脹
弁、逆止弁７Ａが並列に接続された冷房用減圧器
５Ａ例えば自動膨脹弁、受液器１１および前記第
１冷媒通路９Ａを要素となして、冷房運転と暖房
運転とに切換可能な可逆ヒートポンプ冷凍サイク
ルに形成していて、さらに給湯用熱交換器１０、
制御弁１２および逆止弁１３を関連して有し、後
述する如くさらに給湯運転が可能な冷凍回路に形
成されている。なお１６は高圧液管である。

一方、第２冷凍系Ｂの圧縮機１Ｂ、四路切換弁
２Ｂ、対空気形の熱源側熱交換器３Ｂ、逆止弁６
Ｂが並列に接続された暖房用減圧器４Ｂ例えばキ
ヤピラリーチユーブ、逆止弁７Ｂが並列に接続さ
れた冷房用減圧器５Ｂ例えばキヤピラリーチユー
ブおよび前記第２冷媒通路を要素となして、冷房
運転と暖房運転とに切換可能な可逆ヒートポンプ
冷凍サイクルに形成している。

前記制御弁１２は三方切換弁などの電磁切換弁
が用いられ、圧縮機１Ａの吐出口と四路切換弁２
Ａの流入側ポートとを連絡する吐出ガス管１４中
に介設して、圧縮機１Ａの吐出口を冷房サイクル
時および暖房サイクル時には四路切換弁２Ａの前
記流入側ポートに夫々連絡し、給湯サイクル時に
は前記給湯用熱交換器１０の冷媒入口に連絡する
切換可能に設けられる。

前記給湯用熱交換器１０は冷媒側通路と水側通
路とを熱交換的に設けた熱交換器であつて、その
冷媒側通路は前記制御弁１２の給湯側ポートと暖
房用減圧器４Ａおよび冷房用減圧器５Ａの入口側
とを接続せしめる高圧管１５中に、逆止弁１３を
下流側に直列に備えて介設しており、該逆止弁１
３の流通阻止作用によつて給湯運転時の他は高圧
管１５側に冷媒が流通しないようにしている。

かゝる基本構造を有する装置は次のように５種
の運転モードが随時選択して行われる。

(イ) 冷房専用運転、 四路切換弁２Ａ，２Ｂを図示実線弁位置に操作
し、かつ制御弁１２を図示実線弁位置に操作し両
圧縮機１Ａ，１Ｂを付勢して行う。

第１冷凍系Ａ、第２冷凍系Ｂは共に第１図上で
実線矢示方向に冷媒が流通する冷房サイクルが形
成され、熱源側熱交換器３Ａ，３Ｂが凝縮器に、
第１冷媒通路９Ａ、第２冷媒通路９Ｂが蒸発器に
夫々作用することによつて、２つの冷凍系による
十分な能力で利用側熱交換器８内には冷房用低温
水が得られる。

この場合、暖房用減圧器４Ａは自動的に閉止制
御されるが、これを強制的に閉弁操作するように
してもよい。しかして給湯用熱交換器１０は制御
弁１２と逆止弁１３で冷媒側両端が閉止されてい
るので、運転は停止している。

(ロ) 暖房専用運転、 四路切換弁２Ａ，２Ｂを破線弁位置に切換え、
制御弁１２は冷房時と同様な操作をし両圧縮機１
Ａ，１Ｂを付勢して運転する。

第１冷凍系Ａ、第２冷凍系Ｂは共に破線矢示方
向に冷媒が流通する暖戻サイクルが形成され、第
１冷媒通路９Ａ、第２冷媒通路９Ｂが凝縮器に、
熱源側熱交換器３Ａ，３Ｂが蒸発器に夫々作用す
ることによつて両冷凍系Ａ，Ｂによる十分な能力
で利用側熱交換器８内には暖房用高温水が得られ
る。

この場合、冷戻用減圧器５Ａは自動的又は強制
的に閉弁制御する。

給湯用熱交換器１０は冷房時と同様、運転停止
している。

(ハ) 給湯専用運転、 第２冷凍系Ｂは運転を停止し、第１冷凍系Ａは
四路切換弁２Ａを暖房側に操作し、かつ制御弁１
２を図示破線弁位置に切換操作すると共に、圧縮
機１Ａを付勢して行う。

第１冷凍系Ａでは、冷媒が図示波状線矢示方向
に流通して、給湯用熱交換器１０が凝縮器に、熱
源側熱交換器３Ａが蒸発器に夫々作用する第１給
湯運転を形成させて、給湯用熱交換器１０では給
湯用高温水が得られる。

なお、給湯能力は暖房専用時に比して約50％の
能力が最大限度であつて、給湯量としては十分で
あり、一方冷房時期には能力をさらに減じさせる
必要が生じるので、熱源側熱交換器３Ａを２分し
て一方を冷媒回路がら切り離すか若しくは室外フ
アンの風量を低下させることにより蒸発能力を低
下せしめるようにすればよい。

(ニ) 冷房・給湯併用運転、 第２冷凍系Ｂを前(イ)項と同要領で冷房運転に作
動せしめる一方、第１冷凍系Ａは四路切換弁２Ａ
を冷戻側に切換操作し、かつ制御弁１２る給湯運
転側に切換操作すると共に、暖房用減圧器５Ａを
強制閉弁させ、かつ圧縮機１Ａを付勢して行う。

第１冷凍系Ａでは冷媒が第１図において波状線
矢示方向（但し一部は括弧内に表示している）に
流通し、給湯用熱交換器１０が凝縮器に、第１冷
媒通路９Ａが蒸発器に夫々作用する第２給湯運転
を形成させることにより、給湯用熱交換器１０で
は給湯用高温水が得られる一方、利用側熱交換器
８では両冷凍系Ａ，Ｂによる100％能力での冷房
用低温水が得られる。

なお、この場合、第１冷凍系Ａでは熱源側熱交
換器３Ａは不作動となり、給湯用水に凝縮熱を放
出し、第１冷媒通路９Ａで蒸発熱を奪取する運転
となるので、熱回収運転が有効に行われる。

(ホ) 暖房・給湯併用運転、 第１冷凍系Ａを前(ハ)項と同要領で運転し、第２
冷凍系Ｂを前(ロ)項と同要領で運転する。

このときには、第１冷凍系Ａでは給湯用熱交換
器１０が凝縮器に、熱源側熱交換器３Ａが蒸発器
に夫々作用し、第１冷媒通路９Ａは不作用とな
る。

従つて第１冷凍系Ａの冷凍能力が給湯に、第２
冷凍系Ｂの冷凍能力が暖房に夫々利用され、何れ
も50％の能力となる。

以上の各項の説明によつて、５種の運転モード
が行えることを明らかにしたが、次に第２図およ
び第３図によつて本考案に係る具体的実施装置を
例示する。

この装置において、１Ａ，１Ｂ〜７Ａ，７Ｂ、
８〜１６の番号を付した各部材は第１図において
等番号を付したものに夫々対応する同一部材であ
るので説明を省略し、その他の各部材について以
下述べる。

１７Ａ，１７Ｂはアンロード用三方電磁弁であ
り、流入ポートP₁を圧縮機１Ａ，１Ｂのアンロ
ード機構の操作部に、切換ポートP₂を低圧側に、
切換ポートP₃を逆止弁付ゲージ接手３６を介し
高圧側に夫々接続して、流入ポートP₁と切換ポ
ートP₃を連通してアンロード機構を作動させ圧
縮機１Ａ，１Ｂの能力を半減する一方、流入ポー
トP₁と切換ポートP₂を連通してアンロード機構
を不作動にし、圧縮機１Ａ，１Ｂを全能力で運転
せしめるようになつている。

１８Ａは圧縮機１Ａの起動時にモータに加わる
負荷を軽減するため作動させる起動負荷軽減弁で
あつて、流入ポートと一方の切換ポートとを用い
て吐出管１４中に介設し、他方の切換ポートを圧
縮機１Ａの低圧側に接続せしめており、起動時に
は圧縮機１Ａの吐出口を低圧側に短絡して負荷を
軽減し、通常運転時は圧縮機１Ａの吐出口を前記
制御弁１２に接続する如き三方弁の機能を有す
る。

なお、この起動負荷軽減弁１８Ａにはパイロツ
ト圧操作弁を用いると共に、操作用として三方電
磁弁１９Ａを関連させており、パイロツト用ポー
トを三方電磁弁１９Ａの切換操作で高圧側に接続
することにより通常運転時に、低圧側に接続する
ことにより負荷軽減運転時に夫々対応させるよう
になつている。

２０Ａ，２０Ｂは吸入管路中に介設したアキユ
ムレータ、２１はドライヤーであつて一般の冷凍
回路に設けられた周知の機器である。

なお、熱源側熱交換器３Ａおよび３Ｂは、夫々
２基のクロスフインコイル３Ａ−₁，３Ａ−₂およ
び３Ｂ−₁，３Ｂ−₂により形成せしめていて、特
に第１冷凍系Ａの熱源側熱交換器３Ａ−₁，３Ａ
−₂は夏季の給湯専用運転時において高圧が異常
に上昇するのを防止するために圧縮機１Ａのアン
ロードに合わせて一方の熱源側熱交換器３Ａ−₁
あるいは３Ａ−₂のフアンを停止せしめる制御を
行うものであり、蒸発器として作用する熱源側熱
交換器の能力を低下することによつて高圧上昇を
抑えると共に、アンロード制御と合わせて冷凍能
力を約25％程度に低減するようにしている。

また、熱源側熱交換器３Ａを２分したのに応じ
て、暖房用減圧器は４Ａ−₁，４Ａ−₂の２個、逆
止弁も６Ａ−₁，６Ａ−₂の２個を使用している。

前記減圧器４Ａ−₁，４Ａ−₂および冷房用減圧
器弁５Ａには自動膨脹弁を使用して、感温筒３
３，３４および３２を第２図に示す如く、感温筒
３３，３４については室外コイル３Ａ−₁，３Ａ
−₂に夫々接続するガス管に添設し、感温筒３２
については第１冷媒通路９Ａの接続するガス管に
添設している。

また前記減圧器弁４Ａ−₁，４Ａ−₂は、各均圧
管に対して三方電磁弁２２，２２を介し、吐出圧
力あるいは各熱源側熱交換器３Ａ−₁，３Ａ−₂に
接続するガス管中の冷媒圧力を切換えて供給する
ようにしており、冷房運転時および冷房給湯運転
時には吐出圧力を供給して強制的に閉弁させ、そ
の他の運転時には蒸発圧力を供給して本来の自動
膨脹弁として機能させるようにしている。

一方、冷房用減圧器５Ａについては均圧管に対
して同様に三方電磁弁２８を介し吐出圧力あるい
は第１冷媒通路９Ａに接続するガス管内の冷媒圧
力を切り換えて供給するようにしており、暖房専
用運転時および給湯専用運転時には強制閉弁さ
せ、その他の運転時には、本来の自動膨脹弁とし
て機能させるようにしている。

電磁弁２３と逆止弁２４，３５を要素とする回
路は、冷媒回収のための制御回路であり、冷房給
湯運転時に電磁弁２３を開いて熱源側熱交換器３
Ａ−₁，３Ａ−₂中の冷媒を系統中に回収させるよ
うになつている。

電磁弁２５と逆止弁２６との直列になる回路は
同様に冷媒回収用制御回路であり、給湯専用、暖
房給湯併用の両運転時に電磁弁２５を開いて第１
冷媒通路９Ａ内の冷媒を系統中に回収させるよう
になつている。

電磁弁２９、逆止弁３０，３１を有する回路は
同じく冷媒回収用制御回路であつて、冷房専用、
暖房専用の両運転時に電磁弁２９を開き、給湯用
熱交換器１０内の冷媒を系統中に回収するよう機
能せしめるものである。

以上制御のための各部材について説明したが前
記制御弁１２は三方弁としての機能を有するもの
であれば種々の形態のものが使用可能であるが、
第２図々示装置では汎用形の四路切換弁を用いて
おり、その要部を第３図に示しているように、流
出ポートP₄を電磁弁２７を介して吸入管に接続
し、流入ポートP₁を圧縮機１Ａの吐出側に、切
換ポートP₂を給湯用熱交換器１０に、切換ポー
トP₃を四路切換弁２Ａに夫々接続している。

そしてパイロツト三方電磁弁３７を切り換える
ことによつて吐出ガスを給湯用熱交換器１０ある
いは四路切換弁２Ａに送るようになつている。

なお、電磁弁２７は制御弁１２の切換操作に際
して約10秒間だけ開きスプールの動きを確実かつ
円滑に行わせるためのものである。

以上説明した第２図々示装置の運転モードは前
記(イ)〜(ホ)項で述べたものと同じであるが、特に夏
場の給湯専用運転には熱源側熱交換器３Ａ−₁，
３Ａ−₂の一方を能力低下させることと、圧縮機
１Ａのアンロードとによつて高圧異常上昇を防止
することができ、運転範囲を冷房時と同時にまで
拡げることが可能である。

本考案は叙上の構成および作用を有するもので
あり、冷媒回路を２系統にし、片側の系統に給湯
用熱交換器を組み込んで、四路切換弁２Ａ，２Ｂ
と制御弁１２の操作により５種の運転モードが行
えるようにしたから、給湯のために冷凍機以外の
他のエネルギー源を必要としなく、全電気方式で
あり、かつ冷暖房用配管は２本でよいので装置は
単純化される。

特に本考案は冷温水入口の水温と給湯水温を検
知して５種のモードを自動的に切換えて適切な運
転が行えるのでオールシーズン用として最適であ
る。

さらに冷房給湯併用運転の場合には熱源側熱交
換器３Ａから放出する廃熱を給湯熱源として利用
できるので、熱回収効果により総合能力は150％
に相当しランニングコストは従来に比して著しく
低減される。

以上の如く本考案は種々のすぐれた効果を奏し
セントラルヒーテイング装置として最適なヒート
ポンプ冷暖房給湯機である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る基本的冷凍回路図、第２
図は本考案の１例に係る冷凍回路詳細図、第３図
は第２図における制御弁の機構図である。 Ａ……第１冷凍系、Ｂ……第２冷凍系、１Ａ，
１Ｂ……圧縮機、２Ａ，２Ｂ……四路切換弁、３
Ａ，３Ｂ……熱源側熱交換器、４Ａ，４Ｂ……暖
房用減圧器、５Ａ，５Ｂ……冷房用減圧器、６
Ａ，６Ｂ，７Ａ，７Ｂ……逆止弁、８……利用側
熱交換器、９Ａ……第１冷媒通路、９Ｂ……第２
冷媒通路、１０……給湯用熱交換器、１１……受
液器、１２……制御弁、１４……吐出ガス管、１
６……高圧液管。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 第１冷媒通路９Ａおよび第２冷媒通路９Ｂの２
   冷媒系統を有する利用側熱交換器８と、圧縮機１
   Ａ、四路切換弁２Ａ、対空気形の熱源側熱交換器
   ３Ａ、逆止弁６Ａが並列に接続された暖房用減圧
   器４Ａ、逆止弁７Ａが並列に接続された冷房用減
   圧器５Ａおよび前記第１冷媒通路９Ａを要素とな
   し、冷房運転と暖房運転とに切換え可能な可逆ヒ
   ートポンプ冷凍サイクルに形成した第１冷凍系Ａ
   と、圧縮機１Ｂ、四路切換弁２Ｂ、対空気形の熱
   源側熱交換器３Ｂ、逆止弁６Ｂが並列に接続され
   た暖房用減圧器４Ｂ、逆止弁７Ｂが並列に接続さ
   れた冷房用減圧器５Ｂおよび前記第２冷媒通路９
   Ｂを要素となし、冷房運転と暖房運転とに切換可
   能な可逆ヒートポンプ冷凍サイクルに形成した第
   ２冷凍系Ｂと、前記第１冷凍系Ａに関連して夫々
   設けた給湯用熱交換器１０および制御弁１２とか
   らなり、前記制御弁１２は圧縮機１Ａの吐出口
   を、冷房サイクル時および暖房サイクル時には四
   路切換弁２Ａの流入側ポートに夫々連絡し、給湯
   サイクル時には前記給湯用熱交換器１０の冷媒入
   口に連絡する如き切換え可能に吐出ガス管１４中
   に介設し、前記給湯用熱交換器１０は、前記制御
   弁１２の給湯側ポートと暖房用減圧器４Ａおよび
   冷房用減圧器５Ａの入口側とを給湯運転時にのみ
   連通する如く設けた高圧管１５中に冷媒側通路を
   介設してなり、第１冷凍系Ａを、四路切換弁２Ａ
   の暖房側あるいは冷房側への切換操作、前記制御
   弁１２の切換操作ならびに前記冷房用減圧器５Ａ
   あるいは前記暖房用減圧器４Ａの強制閉止操作に
   よつて、給湯用熱交換器１０が凝縮器として作用
   する一方、熱源側熱交換器１０が蒸発器として作
   用し、かつ第１冷媒通路９Ａが不作用となる冷凍
   サイクルによる第１給湯運転あるいは第１冷媒通
   路９Ａが蒸発器として作用し、かつ熱源側熱交換
   器３Ａが不作用となる冷凍サイクルによる第２給
   湯運転に切換え得る如くなし、第１冷凍系Ａおよ
   び第２冷凍系Ｂの同一サイクル併用による冷房専
   用運転と暖房専用運転、第１冷凍系Ａの第１給湯
   運転による給湯専用運転ならびに第１冷凍系Ａの
   第２給湯運転に第２冷凍系Ｂの冷房運転を併用し
   た冷房給湯運転と、第１冷凍系Ａの第１給湯運転
   に第２冷凍系Ｂの暖房運転を併用してなる暖房給
   湯運転の５種のモードの運転を可能となしたこと
   を特徴とするヒートポンプ冷暖房給湯機。