(57)【要約】【課題】年間を通じて高効率な運転ができる多機能なヒートポンプ式冷暖房給湯装置を提供することを目的とする。【解決手段】冷房または暖房と給湯の同時運転が可能な冷媒循環回路に、貯湯タンク１９内の水または湯と室外熱交換器１６内の冷媒とを熱交換させる熱利用手段２２を備えたため、冷房給湯時に冷房運転の廃熱を熱源とした給湯運転ができるだけでなく、暖房給湯時には貯湯タンク１９内の湯を熱源とした暖房や除霜運転が可能となる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と冷暖房切換用の切換弁と室内熱交換器と減圧手段と室外熱交換器と給湯熱交換器とを有する冷媒循環回路と、貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の水を前記給湯熱交換器により加熱する加熱手段と、前記貯湯タンク内の水または湯と前記室外熱交換器内の冷媒とを熱交換させる熱利用手段とを備えたヒートポンプ式冷暖房給湯装置。
【請求項２】
冷媒循環回路は、圧縮機と冷暖房切換用の切換弁と室内熱交換器と室内側減圧手段と室外側減圧手段と室外熱交換器と、前記圧縮機の吐出側と前記切換弁間の配管と、前記室内側減圧手段と前記室外側減圧手段間の配管との間に接続した給湯熱交換器と給湯用減圧手段とからなる請求項１記載のヒートポンプ式冷暖房給湯装置。
【請求項３】
冷房時に熱利用手段により室外熱交換器の廃熱を貯湯タンクに回収する廃熱回収制御装置を備えた請求項１または２記載のヒートポンプ式冷暖房給湯装置。
【請求項４】
暖房起動時に、熱利用手段により貯湯タンク内の湯を室外熱交換器の熱源とする暖房起動制御装置を備えた請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒートポンプ式冷暖房給湯装置。
【請求項５】
暖房除霜時には逆サイクル運転を行うと同時に、熱利用手段により貯湯タンク内の湯を除霜の熱源とする逆サイクル除霜制御装置を備えた請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒートポンプ式冷暖房給湯装置。
【請求項６】
暖房除霜時には正サイクル運転を行うと同時に、熱利用手段により貯湯タンク内の湯を除霜の熱源とする正サイクル除霜制御装置を備えた請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒートポンプ式冷暖房給湯装置。
【請求項７】
室内側減圧手段は電動膨張弁であり、給湯運転中かつ暖房停止時に室内側電動膨張弁を微少開度だけ開くことを特徴とした請求項１〜６のいずれか１項に記載のヒートポンプ式冷暖房給湯装置。
【請求項８】
冷媒循環回路は、冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプサイクルであり、前記臨界圧力以上に昇圧された冷媒により給湯熱交換器の水を加熱する請求項１〜７のいずれか１項に記載のヒートポンプ式冷暖房給湯装置。
【請求項９】
使用する冷媒が二酸化炭素であることを特徴とする請求項８記載のヒートポンプ式冷暖房給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、室内の冷暖房、及び給湯が可能なヒートポンプ式冷暖房給湯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のヒートポンプ式冷暖房給湯装置としては、特許文献１に記載されているものがある。このヒートポンプ式冷暖房給湯装置は図５に示すように、圧縮機１、四方弁２、室内熱交換器３、膨張機構４、室外熱交換器５が順次閉回路となるように接続されている。また、６は貯湯槽、７は冷媒流路切換用の第１三方弁、８は貯湯槽加熱コイル、９は第２三方弁である。第１三方弁７の分岐７ａは圧縮機１の吐出側に、分岐７ｂは四方弁２に、分岐７ｃは貯湯槽加熱コイル８の入口側にそれぞれ接続されている。また、第２三方弁９の分岐９ａは貯湯槽加熱コイル８の出口側に、分岐９ｂは四方弁２と室内熱交換器３との間の配管に、分岐９ｃは四方弁２と室外熱交換器５との間の配管にそれぞれ接続されている。
【０００３】
以上のように構成されたヒートポンプ式冷暖房給湯装置について、以下その動作を説明する。暖房給湯時は、冷媒は図５中の破線矢印方向に流れる。圧縮機１から吐出した高温高圧のガス冷媒の一部は第１三方弁７、四方弁２を経由して室内熱交換器３で室内空気を加熱（暖房）して液または気液二相冷媒となり、膨張機構４で低温低圧の気液二相冷媒となって室外熱交換器５で室外空気から吸熱して蒸発し、四方弁２を経由して圧縮機１に戻る。また、圧縮機１から吐出した高温高圧のガス冷媒の他の一部は第１三方弁７を経由して貯湯槽加熱コイル８にて貯湯槽８内の水を加熱して液または気液二相冷媒となり、第２三方弁９、室内熱交換器３、膨張機構４、室外熱交換器５、四方弁４を経由して圧縮機１に戻る。
【０００４】
冷房給湯時は、冷媒は図５中の実線矢印方向に流れる。圧縮機１から吐出した高温高圧のガス冷媒は第１三方弁７を経由して貯湯槽加熱コイル８にて貯湯槽８内の水を加熱して液または気液二相冷媒となり、第２三方弁９を経由して室外熱交換器５にて更に室外空気に放熱した後、膨張機構４で低温低圧の気液二相冷媒となり、室内熱交換器３で室内空気から吸熱して蒸発（冷房）し、四方弁４を経由して圧縮機１に戻る。
【０００５】
以上説明したようにこの発明では、冷房または暖房と給湯の同時運転ができるだけでなく、冷房給湯時には室外熱交換器５における冷房の廃熱を給湯の熱源として利用できるため、高い運転効率が得られる。
【０００６】
【特許文献１】
特公平２−５２７９２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の構成では、冷房給湯時の廃熱を給湯の熱源として利用することはできても、暖房給湯運転時に貯湯槽の湯を熱源とした暖房運転はできないという課題を有していた。
【０００８】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、冷房運転の廃熱を熱源とした給湯運転ができるだけでなく、貯湯槽の湯を熱源とした暖房運転ができる多機能なヒートポンプ式冷暖房給湯装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために、本発明のヒートポンプ式冷暖房給湯装置は、冷房または暖房と給湯の同時運転が可能な冷媒循環回路に、貯湯タンク内の水または湯と室外熱交換器内の冷媒とを熱交換させる熱利用手段を備えたため、冷房給湯時に冷房運転の廃熱を熱源とした給湯運転ができるだけでなく、暖房給湯時には貯湯タンク内の湯を熱源とした暖房や除霜運転が可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、圧縮機と冷暖房切換用の切換弁と室内熱交換器と減圧手段と室外熱交換器と給湯熱交換器とからなる冷媒循環回路と、貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の水を前記給湯熱交換器により加熱する加熱手段と、前記貯湯タンク内の水または湯と前記室外熱交換器内の冷媒とを熱交換させる熱利用手段とを備えたことにより、冷房給湯時に冷房運転の廃熱を熱源とした給湯運転ができるだけでなく、暖房給湯時には貯湯タンク内の湯を熱源とした暖房や除霜運転が可能となり、一年を通じて高効率かつ多機能な運転を行うことができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、特に、請求項１に記載の冷媒循環回路を、圧縮機と冷暖房切換用の切換弁と室内熱交換器と室内側減圧手段と室外側減圧手段と室外熱交換器と、前記圧縮機の吐出側と前記切換弁間の配管と、前記室内側減圧手段と前記室外側減圧手段間の配管との間に接続した給湯熱交換器と給湯用減圧手段とから構成したことにより、冷媒回路切換弁の少ない単純な回路構成で、冷房または暖房と給湯の同時運転が可能となるだけでなく、冷房給湯時の廃熱を熱源とした給湯運転や、暖房給湯時の貯湯タンク内の湯を熱源とした暖房や除霜運転が可能となり、一年を通じて高効率かつ多機能な運転を行うことができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、特に、請求項１または２に記載の熱利用手段として、冷房時に室外熱交換器の廃熱を貯湯タンクに回収する廃熱回収制御装置を備えたことにより、高効率な冷房給湯運転ができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、特に、請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱利用手段として、暖房起動時に貯湯タンク内の湯を室外熱交換器の熱源とする暖房起動制御装置を備えたことにより、外気温が低い場合でも暖房運転を速やかに立ち上げることができ、室内環境の快適性を向上することができる。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、特に、請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱利用手段として、暖房除霜時には逆サイクル運転を行うと同時に、貯湯タンク内の湯を除霜の熱源とする逆サイクル除霜制御装置を備えたことにより、除霜を速やかに終了して室内の暖房運転や給湯運転能力を向上することができる。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、特に、請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱利用手段として、暖房除霜時には正サイクル運転を行うと同時に、貯湯タンク内の湯を除霜の熱源とする正サイクル除霜制御装置を備えたことにより、暖房運転または給湯運転と除霜運転を同時に行うことができる。従って、逆サイクル除霜時のように暖房運転や給湯運転を停止させる必要がなく、特に室内熱交換器の吹き出し空気温度低下による快適性の低下を防止することができる。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、特に、請求項１〜６のいずれか１項に記載の室内側減圧手段を電動膨張弁とし、給湯運転中かつ暖房停止時に室内側電動膨張弁を微少開度だけ開くことにより、室内熱交換器内への冷媒の寝込みを防止し、給湯運転時の冷媒回路内の冷媒量不足による能力低下を防止することができる。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、特に、請求項１〜７記載の発明において、冷媒循環回路を、冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプサイクルとし、前記臨界圧力以上に昇圧された冷媒により給湯熱交換器の水を加熱することにより、前記給湯熱交換器内の冷媒は臨界圧力以上に加圧されているので、前記給湯熱交換器の水により熱を奪われて温度低下しても凝縮することがない。従って、前記給湯熱交換器の全域で冷媒と水との間の温度差を形成しやすくなり、高温の湯が得られ、かつ熱交換効率を高くできる。
【００１８】
請求項９に記載の発明は、特に、請求項８記載の発明において、使用する冷媒を二酸化炭素としたものであり、比較的安価でかつ安定な二酸化炭素を冷媒に使用することにより、製品コストを抑えるとともに、信頼性を向上させることができる。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明によるヒートポンプ式冷暖房給湯装置の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
（実施例１）
図１は、本発明の第１の実施例におけるヒートポンプ式冷暖房給湯装置の構成図である。図１において、圧縮機１１、冷暖房切換弁としての四方弁１２、室内熱交換器１３、室内側減圧装置としての室内側電動膨張弁１４、室外側減圧装置としての室外側電動膨張弁１５、室外熱交換器１６が順次閉回路となるように接続されている。また、１７は給湯熱交換器、１８は給湯用減圧装置としての給湯用電動膨張弁である。給湯熱交換器１７の入口は圧縮機１１の吐出側と四方弁１２との間の配管に、給湯熱交換器１７の出口は給湯用電動膨張弁１８を介して、室内側電動膨張弁１４と室外側電動膨張弁１５との間の配管にそれぞれ接続されており、冷媒循環回路が形成されている。
【００２１】
また、１９は貯湯タンク、２０は加熱手段であり、貯湯タンク１９内の水を給湯熱交換器１７に搬送する第１ポンプ２１と、給湯熱交換器１７とから構成されている。
【００２２】
また、２２は熱利用手段であり、貯湯タンク１９内の水を室外熱交換器１６に搬送する第２ポンプ２３と、室外熱交換器１６と、冷房時に第２ポンプ２３を運転して室外熱交換器１６の廃熱を貯湯タンク１９に回収する廃熱回収制御装置２４とから構成されている。
【００２３】
以上のように構成されたヒートポンプ式冷暖房給湯装置について、以下その動作を説明する。まず、暖房給湯時は、冷媒は図１中の実線矢印の方向に流れる。
圧縮機１１から吐出された高温高圧のガス冷媒の一部は、四方弁１２を介して室内熱交換器１３で室内空気と熱交換（室内を暖房）して液または気液二相冷媒となり、室内側電動膨張弁１４及び室外側電動膨張弁１５により減圧されて低温低圧の気液二相冷媒となり、室外熱交換器１６で室外空気から吸熱して蒸発し、四方弁１２を介して圧縮機１１に戻る。また、圧縮機１１から吐出された高温高圧のガス冷媒の他の一部は、給湯熱交換器１７において、第１ポンプにより搬送された貯湯タンク１９内の水と熱交換（水を加熱）して液または気液二相冷媒となり、給湯用電動膨張弁１８を経由して、室内熱交換器１３からの冷媒と合流する。もちろん、室内側電動膨張弁１４と給湯用電動膨張弁１８の開度を調整することにより、暖房と給湯同時運転時の各々の能力制御や、暖房または給湯の単独運転も可能となる。
【００２４】
次に、冷房給湯時は、冷媒は図１中の破線矢印の方向に流れる。圧縮機１１から吐出された高温高圧のガス冷媒の一部は、四方弁１２を介して室外熱交換器１６で室外空気と熱交換して液または気液二相冷媒となり、室外側電動膨張弁１５及び室内側電動膨張弁１４により減圧されて低温低圧の気液二相冷媒となり、室内熱交換器１３で室内空気から吸熱（冷房）して蒸発し、四方弁１２を介して圧縮機１１に戻る。また、圧縮機１１から吐出された高温高圧のガス冷媒の他の一部は、給湯熱交換器１７において、第１ポンプにより搬送された貯湯タンク１９内の水と熱交換（水を加熱）して液または気液二相冷媒となり、給湯用電動膨張弁１８を経由して、室外熱交換器１６からの冷媒と合流する。暖房給湯時と同様、室外側電動膨張弁１５と給湯用電動膨張弁１８の開度を調整することにより、冷房と給湯同時運転時の各々の能力制御や、冷房または給湯の単独運転も可能となる。
【００２５】
更に、冷房給湯運転の場合には、廃熱回収制御装置２４により第２ポンプ２３を運転することにより、貯湯タンク１９内の水と室外熱交換器１６の冷媒の熱交換を行い、通常なら室外空気中に排出していた室外熱交換器の廃熱を給湯運転の熱源として回収することができ、高効率な運転ができる。また、貯湯タンク１９の貯湯量が十分であり加熱の必要がない場合には、第２ポンプを停止して、室外熱交換器の廃熱は室外空気中に排出する。
【００２６】
以上のように、本実施例においては、冷房時に室外熱交換器の廃熱を貯湯タンクに回収する廃熱回収制御装置を備えたので、高効率な運転ができる。
【００２７】
（実施例２）
図２は、本発明の第２の実施例におけるヒートポンプ式冷暖房給湯装置の構成図である。なお、実施例１のヒートポンプ式冷暖房給湯装置と同一構造のものは同一符号を付与し、説明を省略する。
【００２８】
図２において、実施例１の構成と異なるところは、熱利用手段２２として、暖房起動時に貯湯タンク１９内の湯を室外熱交換器１６の熱源とする暖房起動制御装置２５を備えた点にある。
【００２９】
暖房起動時には、暖房起動制御装置２５により第２ポンプ２３を運転することにより、貯湯タンク１９内の湯と室外熱交換器１６の冷媒の熱交換を行い、外気温が低い場合でも暖房運転を速やかに立ち上げることができ、室内環境の快適性を向上することができる。
【００３０】
（実施例３）
図３は、本発明の第３の実施例におけるヒートポンプ式冷暖房給湯装置の構成図である。なお、実施例１のヒートポンプ式冷暖房給湯装置と同一構造のものは同一符号を付与し、説明を省略する。
【００３１】
図３において、実施例１の構成と異なるところは、熱利用手段２２として、暖房除霜時には逆サイクル運転を行うと同時に、熱利用手段により貯湯タンク１９内の湯を除霜の熱源とする逆サイクル除霜制御装置２６を備えた点にある。
【００３２】
暖房除霜時には、逆サイクル除霜制御装置２６により四方弁１２を切り替えて逆サイクルすなわち冷房運転を行う。この時、室内熱交換器１３のファン（図示していない）は室内の温度低下を防止するために停止している。また、給湯用電動膨張弁１８は閉じられている。圧縮機１１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁１２を介して室外熱交換器１６に流入し、室外熱交換器１６に付着した霜と熱交換して霜を融解（除霜）して液または気液二相冷媒となり、室外側電動膨張弁１５及び室内側電動膨張弁１４により減圧されて低温低圧の気液二相冷媒となり、室内熱交換器１３、四方弁１２を経由して圧縮機１１に戻る。
【００３３】
また、上記逆サイクル除霜運転と同時に、逆サイクル除霜制御装置２６により第２ポンプ２３を運転して、貯湯タンク１９内の湯を熱源として除霜時間を短縮することができる。従って、室内の暖房運転の早期復帰による室内快適性の向上や給湯運転能力の向上を図ることができる。
【００３４】
（実施例４）
図４は、本発明の第４の実施例におけるヒートポンプ式冷暖房給湯装置の構成図である。なお、実施例１のヒートポンプ式冷暖房給湯装置と同一構造のものは同一符号を付与し、説明を省略する。
【００３５】
図４において、実施例１の構成と異なるところは、熱利用手段２２として、暖房除霜時には正サイクル運転を行うと同時に、熱利用手段により貯湯タンク１９内の湯を除霜の熱源とする正サイクル除霜制御装置２７を備えた点にある。
【００３６】
暖房除霜時には、正サイクル除霜制御装置２７により四方弁１２の状態は暖房時のまま保持し、正サイクルすなわち暖房運転を継続する。この時、室内熱交換器１３のファン（図示していない）は通常通り運転している。圧縮機１１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁１２を介して室内熱交換器１３で室内空気と熱交換（室内を暖房）して液または気液二相冷媒となり、室内側電動膨張弁１４及び室外側電動膨張弁１５により減圧されて低温低圧の気液二相冷媒となり、室外熱交換器１６で室外空気から吸熱して蒸発し、四方弁１２を介して圧縮機１１に戻る。
【００３７】
また、上記正サイクル除霜運転と同時に、正サイクル除霜制御装置２７により第２ポンプ２３を運転して、貯湯タンク１９内の湯を熱源とした除霜運転を行う。従って、室内の暖房運転を継続させた状態で、貯湯タンク１９内の湯を熱源とした除霜運転を行えるため、暖房停止による温度低下がなく、室内快適性が向上する。
【００３８】
なお、各実施例１〜４においてヒートポンプの冷媒としては二酸化炭素が適しているが、フロンガス、ハイドロカーボンガス等も使用できるものである。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、冷房給湯時に冷房運転の廃熱を熱源とした給湯運転ができるだけでなく、暖房給湯時には貯湯タンク内の湯を熱源とした暖房や除霜運転が可能となり、一年を通じて高効率かつ多機能な運転を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１におけるヒートポンプ式冷暖房給湯装置の構成図
【図２】本発明の実施例２におけるヒートポンプ式冷暖房給湯装置の構成図
【図３】本発明の実施例３におけるヒートポンプ式冷暖房給湯装置の構成図
【図４】本発明の実施例４におけるヒートポンプ式冷暖房給湯装置の構成図
【図５】従来のヒートポンプ式冷暖房給湯装置の構成図
【符号の説明】
１１  圧縮機
１２  切換弁
１３  室内熱交換器
１４  室内側減圧装置
１５  室外側減圧装置
１６  室外熱交換器
１７  給湯熱交換器
１８  給湯用減圧装置
１９  貯湯タンク
２０  加熱手段
２１  第１ポンプ
２２  熱利用手段
２３  第２ポンプ
２４  廃熱回収制御装置
２５  暖房起動制御装置
２６  逆サイクル除霜制御装置
２７  正サイクル除霜制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004218944.tif 000006
【図５】
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