JPS60259872A - 暖冷房給湯装置 - 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】 本発明は暖冷房給湯装置に関するものである。

（発明の目的） 従来、電動機や内燃機関を駆動源とするヒート（３） ポンプを用いて暖房給湯装置を構成した場合、該ヒート
ポンプでは高温水を効率的且つ多量に取り出せないので
、温水の多目的利用が雛かしく、また大きな貯湯タンク
が必要となり、貯湯熱量の放熱ロスも大きいという欠点
がある。また大型ガス湯沸器等の燃焼式温水加熱器を用
いた暖房給湯装置では、必要量の高温水が容易に得られ
るものの、やはり全体としての熱効率が比較的低いとい
う欠点がある。

本発明は夫々単独では以上のような欠点を有するヒート
ポンプ並びに温水加熱器を極めて合理的に組み合わせ、
即ちヒートポンプにより予熱した温水を、更に温水加熱
器で加熱して高温水を得るように構成することにより、
夫々の欠点を解消し、そして夫々の利点を効果的に引き
出すことを目的とすると共に、極めて合理的な構成で冷
房機能を持たせることにより、暖房、給湯並びに冷房機
能を一体化した、全体の効率が高く、維持費の安い暖冷
房給湯装置を提供することを目的とするものである。そ
して本発明は冷房を行なう放熱器によ（４） つても暖房を行なえるようにすることＫより施工性を向
上させ、また厳寒期に於いては冷媒を加熱自在とするこ
とにより、かかる冷房を行なう放熱器によって十分な温
度で暖房を行なえるようにすると共に、ヒートポンプを
構成するコンプレッサの駆動源として内燃機関を用い、
かかる内燃機関の排熱を回収して前記冷媒の加熱を行な
うようにすることｋよ如、更に効率を向上させることを
目的とするものである。以下本発明を実施例に基づいて
詳細に説明すると次の通りである。

図に於いて符号人はヒートポンプを示すもので、該ヒー
トポンプＡは、その構成要素として、膨張弁１．１′及
びこれに並列に設けた逆止弁２．２′によって蒸発器ま
たは凝縮器として選択的に動作させる外気放熱器３及び
暖冷房用放熱器３′と、凝縮器としてのみ動作させる温
水系統放熱器４とを設けると共に、前記外気放熱器３、
暖冷房用放熱器３及び温水系統放熱器４のうちからいず
れか２つを選択してヒートポンプを構成する選択機構５
を設ける。符号６は受液器である。選択機構ｌは図水側
では、四方弁７、バイパス路８並びに弁９゜９．９，９
．・・・等から構成しているが、この他前述したように
選択し得る構成であれば適宜である。

符号１０はコンプレッサであり、該コンプレッサ１０の
駆動源としては内燃機関１１を用いる。前記暖冷房用放
熱器３の上流側と下流側の冷媒経路Ｂの適所間に、冷媒
加熱用熱交換部１２を設けた選択動作自在な冷媒加熱系
統Ｃを設ける。例えば図中実線で示した冷媒加熱系統Ｃ
は、受液器６から弁１３、ポンプ１４並びに冷媒加熱用
熱交換部１２を経て、前記冷媒経路Ｂに於ける四方弁７
の下流側に冷媒を導入する構成である。この構成では、
冷媒加熱用熱交換部１２に於いて冷媒は液体状態である
が、該熱交換部１２とポンプ１４を上。

下流側に逆にして、該熱交換部１２に於いて気体状態で
熱交換するようにしても良い。また図中に仮想線で示し
た冷媒加熱経路Ｃは、受液器６の下流側から弁１３、イ
ンジェクションキャピラリー１５、冷媒加熱用熱交換部
１２を経てコンプレッサー１０の圧縮過程に冷媒を導入
する構成、即ち中間圧インジェクションを適用するもの
である。

更に本発明は、前記内燃機関１１の排熱を回収する排熱
回収温水系統Ｈに、外気放熱器２０に至る外気放熱経路
２１と、適宜の熱交換部（後述）に至る排熱回収経路２
２を設け、これらの経路２１゜２２を例えば三方弁２３
等で切換自在とする。かかる切換は、サーモスタット２
４等で排熱回収温水系統Ｈ中の温水温度に応じて行ない
、内燃機関１１を通る温水温度が所定以上上昇した場合
には排熱回収経路２２から外気放熱経路２１に切シ換え
て該内燃機関のオーバーヒートを防止するものである。

そして本発明は前記排熱回収経路２２の温水を前記冷媒
加熱用熱交換部１２に供給する構成とする。

しかして、第１．第２並びに第３の発明は以上の構成に
、以下の構成を組み合わせたことを特徴とするものであ
る。まず第１の発明は、給水部１６から、前記温水系統
放熱器４を通シ、出湯部１６′に至る給湯用温水系統り
と、該温水系統放熱器４を通り、適宜の放熱器、例えば
暖房用放熱器１７（７） や風呂伯父き熱交換器１７′との間を循環する放熱用温
水系統Ｅを構成すると共に、前記給湯用温水系統り並び
に放熱用温水系統Ｅには、前記凝縮器３の下流側Ｋ例え
ばガス湯沸器等の温水加熱器１８（１８ａ　、　１８ｂ
　）を設ける。かかる構成に於いて、給湯用温水系統り
並びに放熱用温水系統Ｅの適所に、前記排熱回収経路２
２の温水を供給して、これと熱交換するための熱交換部
２５を設けても良く、この場合にはこの熱交換部２５に
至る経路と、前記冷媒加熱用熱交換部１２に至る経路と
を切換自在とすれば良い。

次に第２の発明は、前記温水系統放熱器４を通るヒート
ポンプ温水系統Ｆに熱交換部１９を設けると共に、該ヒ
ートボ・プ温水系統尤に、適宜の放熱器１７　、１７’
に至る放熱用温水系統Ｅを接続し、また給水部１６から
前記熱交換部１９を間接的に通り、出湯部１６に至る給
湯用温水系統りを構成すると共に前記ヒートポンプ温水
系統Ｆ、放熱用温水系統Ｅまたは給湯用温水系統りの適
所に（８） けだものである。

更に第３の発明は、前記ヒートポンプ温水系統Ｆに、給
水部１６から前記温水系統放熱器４を経た下流側に、出
湯部１６′に至る給湯用温水系統りを構成すると共に、
前記熱交換部１９を間接的、に通り適宜の放熱器１７　
、１７’に至る放熱用温水系統Ｅを構成し、前記ヒート
ポンプ温水系統Ｆ、放けたものである。かかる構成に於
いて、前記排熱回収経路２２の温水を適宜前記ヒートポ
ンプ温水系統Ｆに供給したり、前記熱交換部１９に供給
して該ヒートポンプ温水系統Ｆの温水と熱交換するよう
に構成して良い。尚、第２の発明並びに第３て設置した
構成を示しているが、前記放熱用温水系統Ｅ並びに給湯
用温水系統りの温水を直接的に、または間接的に加熱す
ることができれば、それらを適宜に選択して構成して良
い。首だ前記熱交換部１９は貯湯量の少ない小型の貯湯
タンクや、貯湯量の更に少ない熱交換器で構成すること
ができる。

以上の構成に於いて、第１の発明の動作を第４図に基づ
いて説明すると次の通りである。まず選択機構ｊにより
、外気放熱器３と温水系統放熱器４を選択して第４図（
ａ）に示すように該外気放熱器３を蒸発器、温水系統放
熱器４を凝縮器としてヒートポンプを構成することＫよ
り、該温水系統放熱器４に発生する冷媒の熱を、該放熱
器４に於いて給湯用温水系統りまたは放熱用温水系統Ｅ
と熱交換することにより、該給湯用温水系統りに於いて
給水部１６から供給され、前記温水系統放熱器４を通っ
て熱された水を出湯部１６から給湯することができ、ま
た該放熱器４を通って熱された放熱用温水系統Ｅ中の温
水により、放熱器１７．１７’に於いて暖房や風呂の伯
父を行なうことができる０この際、高温水が必要な場合
には、前記温水加熱器１８ａ　、　１８ｂを作動させる
と、前記放熱器４によって予熱された温水が更に加熱さ
れるので、高温水を容易に得ることができ、例えば給湯
時、風呂伯父き時、暖房の立上り時、風呂のさし温時等
に於ける高温水の需要を賄うことができる。

次に外気放熱器３と暖冷房用放熱器３を選択して第４図
（ｂ）に示すように、該外気放熱器３を蒸発器、暖冷房
用放熱器３を凝縮器としてヒートポンプを構成すること
により、該暖冷房用放熱器３により暖房を行なうことが
できる。そしてこの動作時に於ける所望温度の温水は温
水加熱器１８ａ　、　１８ｂの作動によって賄うことが
できる。また厳寒期に於いて、ヒートポンプ動作だけで
は暖冷房用放熱器３′に於いて、十分な温度の暖房を行
なえない場合には、前記排熱回収経路２２の温水を前記
冷媒加熱用熱交換部１２に供給すると共に、冷媒加熱系
統Ｃを動作させて前記暖冷房用放熱器３′の下流側の冷
媒経路Ｂ′の冷媒を、前記冷媒加熱用熱交換部１２に於
いて加熱して、前記暖冷房用放熱器３の上流側に導入す
る。こうして該暖冷房用放熱器３′によ勺十分な温度で
暖房を行なうことができる。

かかる冷媒の加熱は、前記内燃機関１１の排熱を（１１
） 回収して行なうので効率が高い。

次に外気放熱器３と暖冷房用放熱器３′を選択して、第
４図（Ｃ）に示すように、第４図（ｂ）の場合とは逆に
外気放熱器３を凝縮器、暖冷房用放熱器３′を蒸発器と
してヒートポンプを構成すれば、該暖冷房用放熱器３’
により冷房を行なうことができる。

そして更に、暖冷房用放熱器３′と温水系統放熱器４を
選択して、第４図（ｄ）に示すように該暖冷房用放熱器
３′を蒸発器、温水系統放熱器４を凝縮器としてヒート
ポンプを構成することにより、該暖冷房用放熱器３’に
より冷房を行なえると共に、かかる冷房によって温水系
統放熱器４に発生する温熱を給湯用温水系統りまたは放
熱用温水系統Ｅに放熱することができ、効果的な熱回収
を行なうことができる。かかる選択構成では、選択した
暖冷房用放熱器３′並びに温水系統放熱器４の他に、外
気用放熱器３並びに膨張弁１にも冷媒が流通するが、前
述の通り温水系統放熱器４から給湯用温水系統りまたは
放熱用温水系統Ｅに放熱をしている場合には、前記外気
用放熱器３に備えられている（１２） ファンを停止する等して、夫々を機能させないようにす
れば、若干の圧損や熱損失はあるものの、単なる配管の
一部として動作させることができ、従って前記熱回収を
大幅に阻害しないと共に、給湯や風呂の伯父をしておら
ず、前記温水系統放熱器４から放熱できないときは、か
かる外気用放熱器３によプ放熱して、冷房の効率を低下
することがない。

このように第１の発明は、高温水は、その需要時に於い
て、温水加熱器１８ａ　、　１８ｂを作動させることに
よシ得るようにして、ヒートポンプの凝縮器として動作
させる温水系統放熱器４に於ける温度を、かかる高温水
需要時の温度よりも低くしているので、ヒートポンプの
効率を向上することができると共Ｋ、前述した様な高温
水の需要時や、一時的な給湯負荷の増大時には、該温水
加熱器１８ａ。

１８ｂＫよって容易に所望の温水を負ることができ、ま
た貯湯タンクを必要としないことから設置スペース並び
に放熱損失を減少することができる。またかかる温水加
熱器１８ａ　、　１８ｂは、ヒートホンフと独立して作
動させることもできるので、ヒートポンプが故障した際
には、温水加熱器１８ａ　、　１８ｂだけで暖房並びに
給湯を行なうことができる。尚、このようにヒートポン
プが作動していない状態で暖房を行なう場合や、温水系
統放熱器４が選択されていない場合に於いて、放熱用温
水系統Ｅの循環温水を該温水系統放熱器４に通さないよ
うにするために、前記放熱用温水系統Ｅに、選択的に前
記温水系統放熱器４をバイパス自在なバイパス経路２５
を設ければ、前述の場合に於ける温水系統熱交換器４並
びにこの放熱器４に至る経路に於ける熱損失を防止し、
効率を向上させることができる。

以上の通り、第１の発明では温水系統放熱器４に発生す
る熱を、この放熱器４に於いて、給湯用温水系統り並び
に放熱用温水系統Ｅに与えて利用することができ、また
第２並びに第３の発明は温水系統放熱器４に発生する熱
を、この放熱器４を通り、熱交換部１９を設けたヒート
ポンプ温水系「 統）を介して給湯用温水系統り並びに放熱用温水系統Ｅ
に与えて利用することができ、こうして第１の発明と同
様に温水による暖房、給湯を行なえると共に、冷房並び
に冷媒により暖房、そして厳寒時に於いては内燃機関１
１の排熱回収によって冷媒を加熱して十分な温度の暖房
を行なうことができる。内燃機関１１の排熱は、冷媒の
加熱に利用しない時には給湯用温水系統りまたは放熱用
温水系統に於いて利用することにより全体の熱効率を向
上させることができ、また該内燃機関１１の冷却水、即
ち該内燃機関１１の下流側に於ける排熱回収温水系統Ｈ
の温水温度が所定温度以上に上昇した場合には、排熱回
収経路２２から外気放熱経路２１に切換えて外気放熱器
２０により外気に放熱することによシ、内燃機関１１０
オーバーヒートを防止することができる。

（発明の効果） 本発明は以上の通り、適当な条件の基に於いては高効率
なヒートポンプと、高温水が容易に得られる燃焼式等の
温水加熱器を合理的に組み合わせ、高温水はその需要時
に於いて、ヒートポンプで予（１５） 熱した温水を、更に熱水加熱器で加熱して得るようにし
ているので、前記ヒートポンプの凝縮温度を高温水需要
時の温水温度よりも低くすることができ、従って効率を
効果的に向上させることができると共に、十分な給湯並
びに暖房温度を得ることができ、温水の多目的利用が可
能となり、そして高度の快適性が得られると共に、貯湯
タンクが不要なため設置スペースを減じ、設置性を向上
させると共に放熱損失も減少させ、非常に高効率、低維
持費で、しかも軽量、コンパクトな暖房給湯装置を構成
することができるという特徴がある。

しかも本発明は温水加熱器をヒートポンプと独立して作
動させることもできるので、かかるヒートポンプあるい
は温水加熱器のいずれか一方が故障した場合にも最小限
の暖房並びに給湯を行なうことができるという特徴があ
る。更に本発明は暖房、給湯に加えて冷房機能を極めて
合理的に一体化することによ）、従来は単に外気に放熱
していた冷房運転時に発生する温熱をヒートポンプ温水
系統の温熱源として使用することができ、このことか（
１６） らも本発明は全体としての効率が高く、そして維持費が
安く、しかも設置性の良い暖冷房給湯装置を構成し得る
という特徴がある。特に本発明は冷房を行なう放熱器に
よって暖房を行なえるので、冷房を必要とする部屋の暖
房もこれによって賄うことができ、従って配管が簡単で
、施工性が非常に良いことに加えて、かかる放熱器に至
る冷媒を加熱し得るので、厳寒期に於いてヒートポンプ
動作だけでは十分な温度で暖房を行なえない場合にも、
かかる放熱器によって十分な温度で暖房を行なえるとい
う大きな特徴を有する。そして本発明はヒートポンプの
構成要素であるコンプレッサの駆動源として内燃機関を
用いているので、給湯用温水系統や放熱用温水系統の負
荷の増減に対して、内燃機関の回転数の増減によって容
易に、しかも効果的に対応することができ、またかかる
内燃機関の排熱を回収して前述した冷媒を加熱を行なう
ので高効率であるという特徴がある。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図並びに第３図は本発明の構成の実施例を
示す系統説明図、第４図（ａ）　、　（ｂ）　、　（Ｃ
）　、　（ｄ）は第１図の構成に於ける動作説明図であ
る。 符号Ａ・・・ヒートポンプ、Ｂ・・・冷媒経路、Ｃ・・
・冷媒加熱系統、Ｄ・・・給湯用温水系統、Ｅ・・・放
熱用温水系統、Ｆ・・・ヒートポンプ温水系統、Ｇ・・
・温水供給経路、Ｈ・・・排熱回収温水系統、１，１・
・・膨張弁、２．２′・・・逆止弁、３・・・外気放熱
器、３′・・・暖冷房用放熱器、４・・・温水系統放熱
器、５・・・選択機構、６・・・受液器、７・・・四方
弁、８・・・バイパス路、９，９゜９．９・・・弁、１
０・・・コンプレッサ、１１・・・内燃機関、１２・・
・冷媒加熱用熱交換部、１３　、１３’・・・弁、１４
・ポンプ、１５・・・インジェクションキャピラリー、
１６・・・給水部、１６′・・・出湯部、１７・・・暖
房用放熱器、１７′・・・風呂伯父き熱交換器、１８（
１８ａ。 １８ｂ　、　１８ｃ　、　１８ｄ　、　１８ｅ　、　１
８ｆ　）　−温水加熱器、１９・・・熱交換部、２０・
・・外気放熱器、２１・・・外気放熱経路、２２・・排
熱回収経路、２３・・・三方弁、２４・・・サーモスタ
ット、２５・・・バイバス経路。 （１９）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）内燃機関を駆動源とするコンプレッサを用いたヒ
   ートポンプの構成要素として、膨張弁及びこれに並列に
   設けた逆止弁によって蒸発器または凝縮器として選択的
   に動作させる外気放熱器及び暖冷房用放熱器と、凝縮器
   としてのみ動作させる温水系統放熱器を設けると共に、
   前記外気放熱器、暖冷房用放熱器及び温水系統放熱器の
   うちからいずれか２つを選択してヒートポンプを構成す
   る選択機構を設け、給水部から該温水系統放熱器を通シ
   出湯口に至る給湯用温水系統と、前記温水系統放熱器を
   通シ、適宜の放熱器との間を循環する放熱用温水系統を
   構成すると共Ｋ、前記給湯用温水系統並びに放熱用温水
   系統には、前記温水系統放熱器の下流側に温水加熱器を
   設け、前記暖冷房用放熱器の上流側と下流側の冷媒経路
   の適所間に、冷媒加熱用熱交換部を設けた選択動作自在
   な冷媒加熱系統を構成すると共に、前記内燃機関の排熱
   を回収する排熱回収温水系統Ｋ、外気放熱器に至る外気
   放熱経路と、適宜の熱交換部に至る排熱回収経路を設け
   、これらの経路を切換自在とすると共に、該排熱回収経
   路の温水を前記冷媒加熱用熱交換部に供給するようにし
   たことを特徴とする暖冷房給湯装置
2. （２）内燃機関を駆動源とするコンプレッサを用いたヒ
   ートポンプの構成要素として、膨張弁及びこれに並列に
   設けた逆止弁によって、蒸発器または凝縮器として選択
   的に動作させる外気放熱器及び暖冷房用放熱器と、凝縮
   器としてのみ動作させる温水系統放熱器とを設げると共
   Ｋ、前記外気放熱器、暖冷房用放熱器及び温水系統放熱
   器のうちからいずれか２つを選択してヒートポンプを構
   成する選択機構を設け、前記温水系統放熱器を通るヒー
   トポンプ温水系統に熱交換部を設けると共に、該ヒート
   ポンプ温水系統Ｋ、適宜の放熱器に至る放熱系統を接続
   し、また給水部から前記熱交換部を間接的に通如出湯部
   に至る給湯系統を構成し、前記ヒートポンプ温水系統、
   放熱系統または給湯系統の適所に温水加熱器を設けると
   共に、前記暖冷房用放熱器の上流側と下流側の冷媒経路
   の適所間に、冷媒加熱用熱交換部を設けた選択動作自在
   な冷媒加熱系統を構成すると共に、前記内燃機関の排熱
   を回収する排熱回収温水系統に、外気放熱器に至る外気
   放熱経路と、適宜の熱交換部に至る排熱回収経路を設け
   、これらの経路を切換自在とすると共に、該排熱回収経
   路の温水を前記冷媒加熱用熱交換部に供給するようにし
   たことを特徴とする暖冷房給湯装置
3. （３）内燃機関を駆動源とするコンプレッサを用いたヒ
   ートポンプの構成要素として、膨張弁及びこれに並列に
   設けた逆止弁によって、蒸発器または凝縮器として選択
   的に動作させる外気放熱器及び暖冷房用放熱器と、凝縮
   器としてのみ動作させる温水系統放熱器とを設けると共
   に、前記外気放熱器、暖冷房用放熱器及び温水系統放熱
   器のうちからいずれか２つを選択してヒートポンプを構
   成する選択機構を設け、前記温水系統放熱器を通るヒー
   トポンプ温水系統に熱交換部を設けると共に、該熱交換
   部を間接的に通り、適宜の放熱器に至る放熱系統を構成
   し、また前記ヒートポンプ温水系統Ｋ、給水部と該給水
   部から前記温水系統放熱器を経た下流側に、出湯部に至
   る給湯系統を構成し、前記ヒートポンプ温水系統、放熱
   系統または給湯系統の適所に温水加熱器を設け、前記暖
   冷房用放熱器の上流側と下流側の冷媒経路の適所間に、
   冷媒加熱用熱交換部を設けた選択動作自在な冷媒加熱系
   統を構成すると共に、前記内燃機関の排熱を回収する排
   熱回収温水系統に、外気放熱器に至る外気放熱経路と、
   適宜の熱交換部に至る排熱回収経路を設け、これらの経
   路を切換自在とすると共に、該排熱回収経路の温水を前
   記冷媒加熱用熱交換部に供給するようにしたことを特徴
   とする暖冷房給湯装置