(57)【要約】【課題】  新たに冷房用の室内熱交換器を設置することなく冷房と給湯の同時運転が行なえるため、コストの増加、装置の大型化を抑制することができる。【解決手段】  本実施例の冷凍サイクル装置は、圧縮機２と、給湯用熱交換器３０と室内交換器１とが冷媒管路６を介して並列に配置された並列回路と、第１の膨張弁４と、室外熱交換器３を順次環状に接続してなる主冷媒回路と、並列回路内で室内熱交換器１に接続された冷媒配管のうち圧縮機２の吐出配管に接続された方に配置された第１電磁弁ＳＶ１と、並列回路内で室内熱交換器１に接続された冷媒配管のうち給湯用熱交換器３０の出口配管に接続された方に配置された第２の膨張弁２３と、第１電磁弁ＳＶ１と室内熱交換器１の間から分岐させ第２電磁弁ＳＶ２を介して圧縮機２の吸入配管とを接続する連絡配管７を設けた構成にする。  【選択図】図１
2009092321.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、給湯用熱交換器と室内交換器とが冷媒管路を介して並列に配置された並列回路と、第１の膨張弁と、室外熱交換器を順次環状に接続してなる主冷媒回路と、前記並列回路内で前記室内熱交換器に接続された冷媒配管のうち前記圧縮機の吐出配管に接続された方に配置された第１電磁弁と、前記並列回路内で前記室内熱交換器に接続された冷媒配管のうち前記給湯用熱交換器の出口配管に接続された方に配置された第２の絞り装置と、前記第１電磁弁と前記室内熱交換器の間から分岐させ第２電磁弁を介して前記圧縮機の吸入配管とを接続する連絡配管を設けたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】
給湯と冷房を同時運転させる場合において、前記第１の膨張弁を閉じ、前記第１電磁弁を閉じ、前記第２電磁弁を開くことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置の運転方法。
【請求項３】
給湯と冷房を同時運転させる場合において、前記圧縮機の吸入冷媒温度を検知する第１の冷媒温度検出手段と、前記室外熱交換器の冷媒温度を検知する第２の冷媒温度検出手段を備え、前記第１の冷媒温度検出手段の検出値と前記第２の冷媒温度検出手段の検出値から過熱度を算出し、前記過熱度が所定値より小さい場合に前記第１の膨張弁を開くことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置の運転方法。
【請求項４】
給湯と冷房を同時運転させる場合において、前記圧縮機の吸入冷媒温度を検知する第１の冷媒温度検出手段と、前記室外熱交換器の冷媒温度を検知する第２の冷媒温度検出手段を備え、前記第１の冷媒温度検出手段の検出値と前記第２の冷媒温度検出手段の検出値から過熱度を算出し、前記過熱度が所定値より小さい場合に前記第２の膨張弁を閉じることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給湯機や空調機などの冷凍サイクル装置およびその運転方法に関する
【背景技術】
【０００２】
従来のヒートポンプ式給湯冷房装置には、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給湯冷房装置は図９に示すように、室内熱交換器１を備えた室内ユニットＡと、圧縮機２、室外熱交換器３、第１膨張弁４、液閉鎖弁５を備えそれぞれ冷媒配管６で連結された室外ユニットＢと、浴槽１３に供給する湯を貯留する貯湯槽１４、貯湯槽１４に貯湯された湯を加熱する貯湯槽熱交換器１５、これらを連結する水配管１６からなる貯湯槽水循環回路に介設され貯湯槽熱交換器１５の作動とともに作動する貯湯槽１４の湯の強制循環用水ポンプ１７を備えた貯湯槽ユニットＣと、浴槽１３内の湯を追い焚きする浴槽熱交換器２６、浴槽熱交換器２６の作動と共に作動する浴槽１３の湯の強制循環用水ポンプ２７とを備えた浴槽追い焚きユニットＤから構成される。
【０００３】
以上のように構成されたヒートポンプ式給湯冷房装置について、以下その動作を説明する。室外ユニットＢの室外熱交換器３下流側と第２膨張弁２３上流とは冷媒配管２５でバイパス連結され、冷媒配管２５の途中には常開の第３電磁弁ＳＶ３が介設されており、第３電磁弁ＳＶ３および貯湯槽電磁弁ＳＶＡを開作動せしめて圧縮機２からの冷媒を貯湯槽熱交換器１５から室外熱交換器３をバイパスして室内熱交換器１に圧送循環することにより、室内を冷房しながら貯湯槽１４内の湯を加熱するようにしていた。
【特許文献１】特開昭６２-３２３８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の構成では冷房と給湯の同時運転を行うためには、冷房用の室外熱交換器を新たに追加する必要があり、コストの増加、装置の大型化を招くという課題を有していた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するために、本発明においては、圧縮機と、給湯用熱交換器と室内交換器とが冷媒管路を介して並列に配置された並列回路と、第１の膨張弁と、室外熱交換器を順次環状に接続してなる主冷媒回路と、並列回路内で室内熱交換器に接続された冷媒配管のうち圧縮機の吐出配管に接続された方に配置された第１電磁弁と、並列回路内で室内熱交換器に接続された冷媒配管のうち給湯用熱交換器の出口配管に接続された方に配置された第２の絞り装置と、第１電磁弁と室内熱交換器の間から分岐させ第２電磁弁を介して圧縮機の吸入配管とを接続する連絡配管を設けた構成にする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の冷凍サイクル装置によれば、新たに冷房用の室内熱交換器を設置することなく冷房と給湯の同時運転が行なえるため、コストの増加、装置の大型化を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、背景技術と同一構成については同一符号を付す。
【０００８】
図１において、本発明の実施の形態１の冷凍サイクル装置３２は、圧縮機２と、給湯用熱交換器３０と室内交換器１とが冷媒配管６を介して並列に配置され、第１の膨張弁４と、室外熱交換器３を順次環状に接続してなる主冷媒回路と、並列回路内で室内熱交換器１に接続された冷媒配管のうち圧縮機２の吐出配管に接続された方に配置された第１電磁弁ＳＶ１と、並列回路内で室内熱交換器１に接続された冷媒配管のうち給湯用熱交換器３０の出口配管に接続された方に配置された第２の絞り装置２３、第１電磁弁ＳＶ１と室内熱交換器１の間から分岐させ第２電磁弁ＳＶ２を介して圧縮機２の吸入配管とを接続する連絡配管７が設けられた構成となっている。
【０００９】
本発明の実施の形態１の冷凍サイクル装置３２における冬場の給湯単独運転、暖房単独運転、給湯暖房運転および夏場の給湯単独運転、給湯冷房運転時の制御手法について図１と表１を用いて説明する。
【００１０】
【表１】
2009092321.tif 000003
【００１１】
＜冬場の給湯単独運転＞
冷媒の流れる経路を実線の矢印で示す。まず、冷媒は圧縮機２で圧縮されて高温高圧冷媒になり、給湯用熱交換器３０へと流入して給湯を行う。ここで第１電磁弁ＳＶ１は表１に示すように閉じた状態になっている。また、ＳＶ２は表１に示すように閉じた状態になっているため連絡配管７には冷媒は流れない。また、ＳＶ３は開いた状態になっている。給湯用熱交換器３０から流出した冷媒は、第１の膨張弁４に流入する。ここで、第２の膨張弁２３は表１に示すように閉じた状態になっている。第１の膨張弁４に流入した冷媒は膨張して低温低圧になり室外熱交換器３で蒸発してある程度の過熱度を持った気体の状態で圧縮機２へと流入するサイクルを繰り返す。
＜冬場の暖房単独運転＞
冷媒の流れる経路を実線の矢印で示す。まず、冷媒は圧縮機２で圧縮されて高温高圧冷媒になり、室内熱交換器１へと流入して暖房を行う。ここで第１電磁弁ＳＶ１は表１に示すように開いた状態になっている。また、ＳＶ２は表１に示すように閉じた状態になっているため連絡配管７には冷媒は流れない。また、ＳＶ３は閉じた状態になっている。室内
熱交換器１から流出した冷媒は、第１の膨張弁４に流入する。ここで、第２の膨張弁２３は表１に示すように開いた状態になっている。第１の膨張弁４に流入した冷媒は膨張して低温低圧になり室外熱交換器３で蒸発してある程度の過熱度を持った気体の状態で圧縮機２へと流入するサイクルを繰り返す。
＜冬場の給湯暖房運転＞
冷媒の流れる経路を実線の矢印で示す。まず、冷媒は圧縮機２で圧縮されて高温高圧冷媒になり、給湯用熱交換器３０と室内熱交換器１へと流入して給湯および暖房を行う。ここで第１電磁弁ＳＶ１および第3電磁弁SV3は表１に示すように開いた状態になっている。また、ＳＶ２は表１に示すように閉じた状態になっているため連絡配管７には冷媒は流れない。給湯用熱交換器３０と室内熱交換器１から流出した冷媒は、合流して第１の膨張弁４に流入する。ここで、第２の膨張弁２３は表１に示すように開いた状態になっている。第１の膨張弁４に流入した冷媒は膨張して低温低圧になり室外熱交換器３で蒸発してある程度の過熱度を持った気体の状態で圧縮機２へと流入するサイクルを繰り返す。
＜夏場の給湯単独運転＞
冷媒の流れる経路を実線の矢印で示す。まず、冷媒は圧縮機２で圧縮されて高温高圧冷媒になり、給湯用熱交換器３０へと流入して給湯を行う。ここで第１電磁弁ＳＶ１は表１に示すように閉じた状態になっている。また、ＳＶ２は表１に示すように閉じた状態になっているため連絡配管７には冷媒は流れない。また、ＳＶ３は開いた状態になっている。給湯用熱交換器３０から流出した冷媒は、第１の膨張弁４に流入する。ここで、第２の膨張弁２３は表１に示すように閉じた状態になっている。第１の膨張弁４に流入した冷媒は膨張して低温低圧になり室外熱交換器３で蒸発してある程度の過熱度を持った気体の状態で圧縮機２へと流入するサイクルを繰り返す。
＜夏場の給湯冷房運転＞
冷媒の流れる経路を破線の矢印で示す。まず、冷媒は圧縮機２で圧縮されて高温高圧冷媒になり、給湯用熱交換器３０にのみ流入して給湯を行う。ここでは表１に示すように、第１電磁弁ＳＶ１は閉じた状態に、第3電磁弁SV3は開の状態になっている。給湯用熱交換器３０から流出した冷媒は、第２の膨張弁２３に流入し膨張して低温低圧になる。ここで、第１の膨張弁４は表１に示すように閉じた状態になっている。第１の膨張弁４を通過した冷媒は室内熱交換器１で蒸発して冷房を行い、連絡配管７を通って圧縮機２へと流入するサイクルを繰り返す。ここで、ＳＶ２は表１に示すように開いた状態になっている。
【００１２】
以上のように、室内熱交換器を１つ設置するだけで四方弁を設けることなく冬場の給湯単独運転、暖房単独運転、給湯暖房運転および夏場の給湯単独運転、給湯冷房運転を行うことができる。
【００１３】
特に冷媒に二酸化炭素を用いる場合、圧力や圧力差が非常に大きくなり四方弁の信頼性を損ねてしまうため、四方弁を使用しないほうが有効である。
【００１４】
上記では、夏場の冷房単独運転については説明していないが、図１の構成では冷房単独運転はできない。つまり、本発明の構成においては放熱器が給湯用熱交換器３０のみであるため、冷房のみを行いたい場合は放熱器として給湯用熱交換器３０を使用しなければいけないため無駄な温水が生成されてそれを排出する構成にしなければならない。この構成について図２を用いて説明する。
＜夏場の冷房単独運転＞
図２は、図１の構成に第４電磁弁と、第５電磁弁と、排水経路３６を設置した構成となっている。夏場の冷房単独運転の場合も基本的には上記の夏場の給湯冷房運転と同様の運転を行う。異なる点は、夏場の給湯冷房運転の場合は生成した温水が必要であるため、生成された温水は全て貯湯タンク３５へ流れ込むかもしくは直接使用端末へ流れ込んで使用される。しかし、夏場の冷房単独運転は生成した温水が必要ないため、貯湯タンク３５もしくは使用端末へ流れ込まないように第４電磁弁ＳＶ４を閉じ、ＳＶ５を開いて排出経路
３６へ流れ込むように制御する。
【００１５】
以上のような構成にすることにより夏場の冷房単独運転も可能となる。しかし、給湯用熱交換器３０での熱を無駄に捨ててしまうことになる上、水も無駄に捨ててしまうことになる。
【００１６】
そこで、図３のように図１の構成に第４電磁弁ＳＶ４と、圧縮機２の吐出部と室外熱交換器３とを接続する経路と、その経路上に第５電磁弁ＳＶ５を設置することにより夏場の冷房単独運転も可能となり放熱器での熱は無駄に捨てるものの、水を無駄に捨てることは回避できる。
【００１７】
冷媒の流れる経路を一点鎖線の矢印で示す。まず、冷媒は圧縮機２で圧縮されて高温高圧冷媒になり、室外熱交換器３へと流入して放熱を行う。ここで第１電磁弁ＳＶ１と第３電磁弁ＳＶ３、第４電磁弁ＳＶ４は閉じた状態になっている。また、第２電磁弁ＳＶ２および第５電磁弁ＳＶ５は開いた状態になっている。室外熱交換器３から流出した冷媒は、第１の膨張弁４に流入する。第１の膨張弁４に流入した冷媒は膨張して低温低圧になり室内熱交換器１で蒸発して冷房を行い、ある程度の過熱度を持った気体の状態で圧縮機２へと流入するサイクルを繰り返す。ここで、膨張弁としては第１の膨張弁もしくは第２の膨張弁のどちらであっても良い。
【００１８】
また、この構成における冬場の給湯単独運転、暖房単独運転、給湯暖房運転および夏場の給湯単独運転、給湯冷房運転の第４電磁弁と第５電磁弁の制御に関して表２に示す。第１の膨張弁、第２の膨張弁、第１電磁弁、第２電磁弁、第３電磁弁の制御に関しては表１の場合と同様である。
【００１９】
【表２】
2009092321.tif 000004
【００２０】
以上のような構成にすることにより、夏場の冷房単独運転も可能となり、水を無駄にすることもなくなる。
【００２１】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、背景技術と同一構成については同一符号を付す。
【００２２】
ここでは給湯冷房同時運転時の給湯と冷房の負荷を考慮した運転パターンについて説明する。
【００２３】
実施の形態１の運転方法は給湯負荷と冷房負荷ともに大きい場合であるが、冷房負荷が小さい場合には実施の形態１の運転方法では必要とする給湯負荷を賄えなくなる。つまり、冷房負荷が小さい場合は空気から吸熱する熱量が小さくなっていることであるから、十分な給湯ができなくなる。
【００２４】
そこで、給湯負荷が大きく、冷房負荷が小さい場合には以下の制御を行う。図４に示すように、冷媒は圧縮機２で圧縮されて高温高圧冷媒になり、給湯用熱交換器３０にのみ流入して給湯を行う。ここで第１電磁弁ＳＶ１は表１に示すように閉じた状態になっている。給湯用熱交換器３０から流出した冷媒は、第２の膨張弁２３と第１の膨張弁４の２方向へ分岐させる。第２の膨張弁２３を通過した冷媒は室内熱交換器１で蒸発して冷房を行い、連絡配管７を通って圧縮機２へと流入するサイクルを繰り返す。ここで、ＳＶ２は表１に示すように開いた状態になっている。一方、第１の膨張弁４を通過した冷媒は室外熱交換器３で室内熱交換器１で不足した吸熱量分を吸い上げて圧縮機２へ流入する。
【００２５】
以上により、冷房負荷が小さくなって室内熱交換器１からの吸熱量が小さくなっても、必要な給湯負荷を賄うことができる。
【００２６】
次に給湯負荷が大きく、冷房負荷が小さい場合の第１の膨張弁４と第２の膨張弁２３の流量制御による室内熱交換器１と室外熱交換器３への冷媒分配制御方法について説明する。
【００２７】
まず、冷房負荷が小さくなると冷凍サイクル挙動は図５の点線で示すようになる。つまり、蒸発器で十分に吸熱できないため蒸発器入口と出口の冷媒エンタルピ差が小さくなることや圧縮機吸入過熱度が小さくなり、圧縮機吸入密度も小さくなることなどが起因して給湯能力が出にくくなる。
【００２８】
この場合の制御方法を図６のフローチャートをもとに説明する。
【００２９】
まず、Ｓ１において第１の冷媒温度検出手段３３により圧縮機２の吸入冷媒温度を検出し、Ｓ２において第２の冷媒温度検出手段３４により室外熱交換器３の冷媒温度を検出して、過熱度を演算する。次に過熱度ＳＨと予め定められた所定値aの大小を比較する。ここで、所定値aは、５〜１０degが好ましい。ＳＨ≧aであれば運転を継続し、ＳＨ≦aであればＳ３において第１の膨張弁４を開く。その後、Ｓ１へ戻ってＳＨ≧aになるまで同様のフローチャートを繰り返す。
【００３０】
また、第１の膨張弁４を完全に開ききってもＳＨ≧aを満足できなければ第２の膨張弁２３を閉じる側に開度調整して(絞って)ＳＨ≧aを満足するように調整する。
【００３１】
なお、圧縮機吸入過熱度ＳＨが所定値aになっていれば運転を継続するように制御を行うが、その後も冷房負荷の変化を読み取って図６のフローチャートを行う必要があるため
、例えば、ある一定時間間隔毎（例えば１０分毎）にＳ１からのフローチャートを行う。
【００３２】
また、第２の膨張弁２３の接続位置は図７に示すようにしても良い。この場合においても、第２の膨張弁２３の制御方法については冬場の給湯単独運転、暖房単独運転、給湯暖房運転および夏場の給湯単独運転、冷房単独運転、給湯冷房運転時において、表１と表２に示す第２の膨張弁の制御方法と同様である。
【００３３】
また、図１に示す第１電磁弁ＳＶ１と第２電磁弁ＳＶ２をまとめて図８に示すように三方弁３１にしても構わない。
【００３４】
三方弁の制御方法については表３に示すように冬場の給湯単独運転、暖房単独運転、給湯暖房運転時にはaの方向へ接続し、夏場の給湯単独運転、冷房単独運転、給湯冷房運転時にはbの方向へ接続する。
【００３５】
【表３】
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【００３６】
三方弁を設置することにより、電磁弁の部品点数が少なくなり装置の小型化ができるとともにコスト低減も可能になる。
【００３７】
以上のような制御を行うことで、給湯負荷と冷房負荷のバランスが崩れた場合において
も円滑に運転を行うことが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明にかかる冷凍サイクル装置は、給湯機、冷凍・空調機器や乾燥装置などのヒートポンプ装置として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態１における、冷凍サイクル装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態１における、冷凍サイクル装置の構成図
【図３】本発明の実施の形態１における、冷凍サイクル装置の構成図
【図４】本発明の実施の形態２における、冷凍サイクル装置の構成図
【図５】本発明の実施の形態２における、圧力-エンタルピ線図
【図６】本発明の実施の形態２における、制御方法を示すフローチャート
【図７】本発明の実施の形態２における、制御方法を示すフローチャート
【図８】本発明の実施の形態２における、冷凍サイクル装置の構成図
【図９】従来の冷凍サイクル装置図
【符号の説明】
【００４０】
１  室内熱交換器
２  圧縮機
３  室外熱交換器
４  第１の膨張弁
５  液閉鎖弁
６、２２、２４，２５、２９  冷媒配管
７、２１、２８  連絡配管
８  室内ファン
９  室内ファンモータ
１０  室外ファン
１１  室外ファンモータ
１２  アキュムレータ
１３  浴槽
１４  貯湯槽
１５  貯湯槽熱交換器
１６  水配管
１７、２７  水ポンプ
１８  給湯用配管
１９、２０  給湯カラン
２３  第２の膨張弁
２６  浴槽熱交換器
３０  給湯用熱交換器
３１  三方弁
３２  冷凍サイクル装置
３３  第１の冷媒温度検出手段
３４  第２の冷媒温度検出手段
３５  貯湯タンク
３６  排水経路
ＳＶＡ  貯湯槽電磁弁
ＳＶＢ  浴槽電磁弁
ＳＶ１  第１電磁弁
ＳＶ２  第２電磁弁
ＳＶ３  第３電磁弁
ＳＶ４  第４電磁弁
ＳＶ５  第５電磁弁
Ａ  室内ユニット
Ｂ  室外ユニット
Ｃ  貯湯槽ユニット
Ｄ  浴槽追い焚きユニット
【図１】
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【図２】
2009092321.tif 000007
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2009092321.tif 000011
【図７】
2009092321.tif 000012
【図８】
2009092321.tif 000013
【図９】
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