JP6123697B2 - ヒートポンプ式暖房給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷媒と水との間で熱交換を行うヒートポンプ式暖房給湯装置に関する。

従来、冷媒と水との熱交換を行うことで生成した湯水を利用して暖房や給湯を行うヒートポンプ式暖房給湯装置が知られている。このようなヒートポンプ式暖房給湯装置のうち、圧縮機と、冷媒と水との熱交換を行う水熱交換器と、膨張弁と、熱源側熱交換器とを順次冷媒配管で接続してなる複数のヒートポンプ回路と、上記各水熱交換器で加熱された温水を、循環ポンプにより床暖房パネルや浴室暖房装置等の暖房負荷や貯湯タンク等の給湯負荷に循環させる給湯回路とを有するものがある（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載のヒートポンプ式暖房給湯装置では、複数のヒートポンプ回路のうち少なくとも一つのヒートポンプ回路から給湯負荷に温水を供給するとともに、これ以外のヒートポンプ回路から暖房負荷に温水を供給している。そして、このヒートポンプ式暖房給湯装置では、給湯負荷と暖房負荷とを同時に運転することが可能となっている。

特開２００５−３３７６２６

一般的には、給湯負荷の熱負荷は、暖房運転の熱負荷より大きい。これは、給湯負荷における給湯温度が暖房負荷における設定温度（暖房負荷が設置されている部屋の目標となる室内温度）より高いことによる。給湯負荷の熱負荷が暖房運転の熱負荷より大きいとき、給湯負荷に温水を供給するヒートポンプ回路における水熱交換器から流出する温水の温度（以降、往き温度と記載）は、暖房負荷に温水を供給するヒートポンプ回路の水熱交換器における往き温度より高い。このとき、給湯負荷に温水を供給するヒートポンプ回路の水熱交換器で水と熱交換を行い水熱交換器から流出する冷媒の温度が、暖房負荷に温水を供給するヒートポンプ回路の水熱交換器における往き温度より高くなる場合がある。

特許文献１に記載のようなヒートポンプ式暖房給湯装置では、上記のように給湯負荷に温水を供給するヒートポンプ回路の水熱交換器から流出する冷媒の温度が、暖房負荷に温水を供給するヒートポンプ回路の水熱交換器における往き温度より高い場合であっても、給湯負荷に温水を供給するヒートポンプ回路の水熱交換器から流出する冷媒は熱源側熱交換器を経て圧縮機に再び吸入されるのみである。このため、給湯負荷から流出する冷媒の熱を有効に利用できているとは言えなかった。

本発明は以上述べた問題点を解決し、給湯負荷から流出する冷媒の熱を有効に利用することで運転効率を向上させるヒートポンプ式暖房給湯装置を提供することを目的とする。

本発明は上述の課題を解決するものであって、本発明のヒートポンプ式暖房給湯装置は、複数のヒートポンプ回路と、暖房温水回路と、給湯冷媒回路とを有するものであって、複数のヒートポンプ回路はそれぞれ、圧縮機と水熱交換器と流量調整手段と熱源側熱交換器とが冷媒配管で順次接続して構成され、暖房温水回路は、暖房負荷と循環ポンプと複数の前記水熱交換器と補助水熱交換器とが給湯配管で順次接続して構成され、給湯冷媒回路は、給湯負荷と補助水熱交換器とが複数のヒートポンプ回路のうち少なくとも１つのヒートポンプ回路で構成される給湯用ヒートポンプ回路に、給湯負荷に流入する冷媒が流れる往き冷媒配管および給湯負荷から流出する冷媒が流れる戻り冷媒配管で接続されるものである。そして、暖房負荷による暖房運転と給湯負荷による給湯運転とを同時に行うとき、給湯用ヒートポンプ回路以外の、全てのヒートポンプ回路の水熱交換器において、ヒートポンプ回路を循環する冷媒と、暖房温水回路を循環する水との間で熱交換がなされ、給湯用ヒートポンプ回路から往き冷媒配管を介して給湯負荷に流入した冷媒により給湯負荷で給湯運転が行われるとともに、補助水熱交換器において、給湯負荷から流出し戻り冷媒配管を介して給湯用ヒートポンプ回路に戻る冷媒と、暖房温水回路を循環する水との間で熱交換がなされるものである。

本発明のヒートポンプ式暖房給湯装置は、暖房負荷と給湯負荷とを同時に運転しているとき、給湯負荷から流出して戻り冷媒配管を流れる冷媒と、暖房温水回路を循環する水との間で熱交換がなされる。これにより、暖房負荷と給湯負荷とを同時に運転しているときのヒートポンプ式暖房給湯装置の運転効率を向上させることができる。

本発明の実施形態におけるヒートポンプ式暖房給湯装置の構成図であり、室内ユニットのみ運転しているときの、冷媒および温水の流れを表している。 本発明の実施形態におけるヒートポンプ式暖房給湯装置の構成図であり、室内ユニットの運転と貯湯タンクの沸き上げ運転とを同時に行っているときの、冷媒および温水の流れを表している。 本発明の他の実施形態におけるヒートポンプ式暖房給湯装置の構成図であり、室内ユニットのみ運転しているときの、冷媒および温水の流れを表している。 本発明の他の実施形態におけるヒートポンプ式暖房給湯装置の構成図であり、室内ユニットの運転と貯湯タンクの沸き上げ運転とを同時に行っているときの、冷媒および温水の流れを表している。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。実施形態としては、本発明における暖房負荷である室内ユニットおよび給湯負荷である貯湯タンクとを有し、水熱交換器で冷媒と熱交換を行った湯水を室内ユニットに循環させて暖房を行い、また、貯湯タンク内部に設置した熱交換部に冷媒を循環させて貯湯タンク内部に貯留された水を加熱するヒートポンプ式暖房給湯装置を例に挙げて説明する。尚、本発明は以下の実施形態に限定されることはなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。

図１は、本発明によるヒートポンプ式暖房給湯装置の構成を示している。このヒートポンプ式暖房給湯装置１００は、第１ヒートポンプ回路１０ａと、第２ヒートポンプ回路１０ｂと、暖房温水回路３０と、給湯冷媒回路４０とを有している。第１ヒートポンプ回路１０ａと第２ヒートポンプ回路１０ｂとは、それぞれが独立して運転できる。尚、第２ヒートポンプ回路１０ｂが、本発明における給湯用ヒートポンプ回路である。

第１ヒートポンプ回路１０ａは、圧縮機１ａと、水熱交換器２ａと、流量調整手段である膨張弁３ａと、熱源側熱交換器４ａと、アキュムレータ５ａとが、順次冷媒配管１１ａで接続されて構成される。圧縮機１ａは、インバータにより回転数が制御される図示しないモータによって駆動されることで、運転能力を可変できる能力可変型圧縮機である。水熱交換器２ａは、冷媒配管１１ａに接続される冷媒側流路２ａａと、後述する暖房温水回路３０の温水配管３１に接続される水側流路２ａｂとを有し、冷媒側流路２ａａを流れる冷媒と水側流路２ａｂを流れる水とを熱交換させる。膨張弁３ａは電子膨張弁であり、その開度が調整されることで、熱源側熱交換器４ａに流入する冷媒量を調整する。熱源側熱交換器４ａは、冷媒と、熱源側熱交換器４ａの近傍に配置される室外ファン６ａの回転により熱源側熱交換器４ａに流入する空気とを熱交換させる。アキュムレータ５ａは、熱源側熱交換器４ａから流入した冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離し、ガス冷媒のみを圧縮機１ａに吸入させる。

また、第１ヒートポンプ回路１０ａは、吐出温度センサ５１ａと、冷媒温度センサ５２ａと、熱交温度センサ５３ａと、外気温度センサ５４ａとを有している。吐出温度センサ５１ａは、圧縮機１ａの冷媒吐出側付近の冷媒配管１１ａに設けられ、圧縮機１ａから吐出された冷媒の温度を検出する。冷媒温度センサ５２ａは、水熱交換器２ａと膨張弁３ａとの間の冷媒配管１１ａに設けられ、水熱交換器２ａから流出する冷媒の温度を検出する。熱交温度センサ５３ａは、膨張弁３ａと熱源側熱交換器４ａとの間の冷媒配管１１ａに設けられ、熱源側熱交換器５ａに流入する冷媒の温度を検出する。外気温度センサ５４ａは、熱源側熱交換器５ａ近傍に配置され、屋外の温度である外気温度を検出する。

第２ヒートポンプ回路１０ｂは、圧縮機１ｂと、第１三方弁７と、水熱交換器２ｂと、第２三方弁８と、流量調整手段である膨張弁３ｂと、熱源側熱交換器４ｂと、アキュムレータ５ｂとが、順次冷媒配管１１ｂで接続されて構成される。圧縮機１ｂは、インバータにより回転数が制御される図示しないモータによって駆動されることで、運転能力を可変できる能力可変型圧縮機である。水熱交換器２ｂは、冷媒配管１１ｂに接続される冷媒側流路２ｂａと、後述する暖房温水回路３０の温水配管３１に接続される水側流路２ｂｂとを有し、冷媒側流路２ｂａを流れる冷媒と水側流路２ｂｂを流れる水とを熱交換させる。膨張弁３ｂは電子膨張弁であり、その開度が調整されることで、熱源側熱交換器４ｂに流入する冷媒量を調整する。熱源側熱交換器４ｂは、冷媒と、熱源側熱交換器４ｂの近傍に配置される室外ファン６ｂの回転により熱源側熱交換器４ｂに流入する空気とを熱交換させる。アキュムレータ５ｂは、熱源側熱交換器４ｂから流入した冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離し、ガス冷媒のみを圧縮機１ｂに吸入させる。

第１三方弁７は、ポートａ、ポートｂ、ポートｃの３つのポートを有している。ポートａは、圧縮機１ｂの冷媒吐出側と冷媒配管１１ｂで接続されている。ポートｂは、水熱交換器２ｂの冷媒側流路２ｂａの一端と冷媒配管１１ｂで接続されている。ポートｃには後述する往き冷媒配管４１の一端が接続されている。図１において、第１三方弁７は、ポートｃが閉じられて（図１では、閉じられているポートｃを黒塗りとしている）、ポートａとポートｂとが連通した状態となっている。

第２三方弁８は、ポートｄ、ポートｅ、ポートｆの３つのポートを有している。ポートｄは、水熱交換器２ｂの冷媒側流路２ｂａの他端と冷媒配管１１ｂで接続されている。ポートｅは、膨張弁３ｂと冷媒配管１１ｂで接続されている。ポートｆには後述する戻り冷媒配管４２の一端が接続されている。図１において、第２三方弁８は、ポートｆが閉じられて（図１では、閉じられているポートｆを黒塗りとしている）、ポートｄとポートｅとが連通した状態となっている。

また、第２ヒートポンプ回路１０ｂは、吐出温度センサ５１ｂと、冷媒温度センサ５２ｂと、熱交温度センサ５３ｂと、外気温度センサ５４ｂとを有している。吐出温度センサ５１ｂは、圧縮機１ｂの冷媒吐出口付近の冷媒配管１１ｂに設けられ、圧縮機１ｂから吐出された冷媒の温度を検出する。冷媒温度センサ５２ｂは、水熱交換器２ｂと膨張弁３ｂとの間の冷媒配管１１ｂに設けられ、水熱交換器２ｂから流出する冷媒の温度を検出する。熱交温度センサ５３ｂは、膨張弁３ｂと熱源側熱交換器４ｂとの間の冷媒配管１１ｂに設けられ、熱源側熱交換器５ｂに流入する冷媒の温度を検出する。外気温度センサ５４ｂは、熱源側熱交換器５ｂ近傍に配置され、屋外の温度である外気温度を検出する。

暖房温水回路３０は、暖房負荷である室内ユニット２１と、循環ポンプ２２と、水熱交換器２ａと、第３三方弁９と、水熱交換器２ｂと、補助水熱交換器２３とが、順次給湯配管３１で接続されて構成される。室内ユニット２１は、床暖房パネルやラジエタで構成され、室内ユニット２１を流れる温水が、室内ユニット２１が設置された部屋の空気を加熱することで部屋の暖房が行われる。循環ポンプ２２は、能力可変型のポンプであり、循環ポンプ２２が駆動することにより暖房温水回路３０内を温水が循環する。水熱交換器２ａおよび２ｂは、循環ポンプ２２と補助水熱交換器２３との間に配置され、水熱交換器２ａの水側流路２ａｂおよび水熱交換器２ｂの水側流路２ｂｂが、それぞれ給湯配管３１に接続される。補助水熱交換器２３は、給湯配管３１に接続される水側流路２３ａと、後述する給湯冷媒回路４０の戻り冷媒配管４２に接続される冷媒側流路２３ｂとを有し、冷媒側流路２３ｂを流れる冷媒と水側流路２３ａを流れる水とを熱交換させる。

第３三方弁９は、ポートｇ、ポートｈ、ポートｊの３つのポートを有している。ポートｇは、水熱交換器２ａの水側流路２ａｂと給湯配管３１で接続されている。ポートｈは、水熱交換器２ｂの水側流路２ｂｂと給湯配管３１で接続されている。ポートｊは、水熱交換器２ｂをバイパスするバイパス管３２の一端が接続されており、バイパス管３２の他端は、水熱交換器２ｂと補助水熱交換器２３との間の給湯配管３１に接続されている。図１において、第３三方弁９は、ポートｊが閉じられて（図１では、閉じられているポートｊを黒塗りとしている）、ポートｇとポートｈとが連通した状態となっている。

また、暖房温水回路３０は、第１往き温度センサ５５と、第２往き温度センサ５６と、第３往き温度センサ５７とを有している。第１往き温度センサ５５は、第３三方弁９側の水熱交換器２ａ近傍の給湯配管３１に設けられ、水熱交換器２ａから流出する水温である第１往き温度を検出する。第２往き温度センサ５６は、補助水熱交換器２３側の水熱交換器２ｂ近傍の給湯配管３１に設けられ、水熱交換器２ｂから流出する水温である第２往き温度を検出する。第３往き温度センサ５７は、室内ユニット２１側の補助水熱交換器２３近傍の給湯配管３１に設けられ、補助水熱交換器２３から流出する水温である第３往き温度を検出する。

給湯冷媒回路４０は、第１三方弁７と、給湯負荷である貯湯タンク２４と、補助水熱交換器２３と、第２三方弁８とが、往き冷媒配管４１と戻り冷媒配管４２とで接続されて構成される。貯湯タンク２４は、熱交換部２５と、入水口２６と、給湯口２７と、貯湯センサ５８とを有する。熱交換部２５はスパイラル形状に形成され、貯湯タンク２４内部の下方に配置されている。熱交換部２５の下端は往き冷媒配管４１の他端と接続され、熱交換部２５の上端は戻り冷媒配管４２の他端と接続されている。入水口２６は、貯湯タンク２４の下部に設けられている。入水口２６には図示しない水道管が直結されており、水道管から入水口２６を介して貯湯タンク２４内に水が供給される。給湯口２７は、貯湯タンク２４の上部に設けられている。給湯口２７には図示しない浴槽や洗面台蛇口等と接続する温水配管が接続されており、給湯口２７から浴槽や洗面台蛇口等に貯湯タンク２４に貯留されている温水が供給される。貯湯センサ５８は、貯湯タンク２４に貯留されている温水の温度を検出する。

補助水熱交換器２３の冷媒側流路２３ｂは戻り冷媒配管４２に接続されている。補助水熱交換器２３は、冷媒側流路２３ｂを流れる冷媒と水側流路２３ａを流れる水とを熱交換させる。また、前述したように、往き冷媒配管４１の一端は、第１三方弁７のポートｃに接続され、戻り冷媒配管４２の一端は、第２三方弁８のポートｆに接続されている。

次に、本実施形態におけるヒートポンプ式暖房給湯装置１００の運転動作について説明する。まず、図１を用いて、室内ユニット２１による暖房運転のみを行っている場合の、第１ヒートポンプ回路１０ａ、第２ヒートポンプ回路１０ｂ、および、暖房温水回路３０での各構成装置の動作やこれに伴う冷媒や温水の流れについて説明する。次に、図２を用いて、室内ユニット２１による暖房運転と貯湯タンク２４に貯留されている水の温度を所定温度まで沸き上げる沸き上げ運転とを同時に行っている場合の、第１ヒートポンプ回路１０ａ、第２ヒートポンプ回路１０ｂ、暖房温水回路３０、および、給湯冷媒回路４０での各構成装置の動作やこれに伴う冷媒や温水の流れについて説明する。尚、図１および図２において、矢印は各回路での冷媒や温水の流れる方向を表している。また、各三方弁において閉じているポートを黒塗りとしている。

図１に示すように、ヒートポンプ式暖房給湯装置１００で暖房運転のみを行っているとき、第２ヒートポンプ回路１０ｂの第１三方弁７は、ポートｃが閉じられてポートａとポートｂとが連通する状態とされている。また、第２ヒートポンプ回路１０ｂの第２三方弁８は、ポートｆが閉じられてポートｄとポートｅとが連通する状態とされている。また、暖房温水回路３０の第３三方弁９は、ポートｊが閉じられてポートｇとポートｈとが連通する状態とされている。そして、第１ヒートポンプ回路１０ａおよび第２ヒートポンプ回路１０ｂの圧縮機１ａ、１ｂと、暖房温水回路３０の循環ポンプ２２とが駆動されている。

尚、以下の説明では、室内ユニット２１で使用者が設定する暖房運転の設定温度Ｔｉを２４℃、この設定温度Ｔｉを実現するために、室内ユニット２１に流入する温水温度の目標値となる目標温水温度Ｔｔを４０℃とした場合を例に挙げて説明する。

第１ヒートポンプ回路１０ａおよび第２ヒートポンプ回路１０ｂにおいて、圧縮機１ａ、１ｂで圧縮されて吐出された冷媒は、水熱交換器２ａ、２ｂの冷媒側流路２ａａ、２ｂａに流入する。水熱交換器２ａ、２ｂの冷媒側流路２ａａ、２ｂａに流入した冷媒は、水熱交換器２ａ、２ｂの水側流路２ａｂ、２ｂｂを流れる水と熱交換を行って凝縮し、水熱交換器２ａ、２ｂから流出する。

水熱交換器２ａ、２ｂから流出した冷媒は、膨張弁３ａ、３ｂを通過する際に減圧されて熱源側熱交換器４ａ、４ｂに流入する。熱源側熱交換器４ａ、４ｂに流入した冷媒は、室外ファン６ａ、６ｂの回転により熱源側熱交換器４ａ、４ｂに流入する空気と熱交換を行って蒸発し、熱源側熱交換器４ａ、４ｂから流出する。そして、熱源側熱交換器４ａ、４ｂから流出した冷媒は、アキュムレータ５ａ、５ｂを介して圧縮機１ａ、１ｂに吸入されて再び圧縮される。

一方、暖房温水回路３０において、循環ポンプ２２の駆動により水熱交換器２ａの水側流路２ａｂに流入した水は、水熱交換器２ａの冷媒側流路２ａａを流れる冷媒と熱交換を行って加熱され、目標温水温度Ｔｔより低い第１所定温度Ｔ１（例えば、３０℃）の温水となって水熱交換器２ａから流出する。水熱交換器２ａから流出した温水は、第３三方弁９を介して水熱交換器２ｂの水側流路２ｂｂに流入する。

水熱交換器２ｂの水側流路２ｂｂに流入した水は、水熱交換器２ｂの冷媒側流路２ｂａを流れる冷媒と熱交換を行ってさらに加熱され、第２所定温度Ｔ２（＝目標温水温度Ｔｔ：４０℃）の温水となって水熱交換器２ｂから流出する。水熱交換器２ｂから流出した温水は、補助水熱交換器２３を介して室内ユニット２１に流入し、室内ユニット２１に流入した温水が放熱することで、室内ユニット２１が設置された部屋の暖房がなされる。

ここで、第１ヒートポンプ回路１０ａにおいては、水熱交換器２ａから流出する水の温度が上述した第１所定温度Ｔ１となるよう、つまり、第１往き温度センサ５５で検出した温水温度が第１所定温度Ｔ１となるように、圧縮機１ａの回転数、膨張弁３ａの開度、および、室外ファン６ａの回転数が、それぞれ制御される。また、第２ヒートポンプ回路１０ｂにおいては、水熱交換器２ｂから流出する水の温度が上述した第２所定温度Ｔ２となるよう、つまり、第２往き温度センサ５６で検出した温水温度が第２所定温度Ｔ２となるように、圧縮機１ｂの回転数、膨張弁３ｂの開度、および、室外ファン６ｂの回転数が、それぞれ制御される。

以上説明したように、ヒートポンプ式暖房給湯装置１００で暖房運転のみを行っているとき、第１ヒートポンプ回路１０ａと第２ヒートポンプ回路１０ｂとを運転し、室内ユニット２１に流入する温水温度を目標温水温度Ｔｔまで上昇させる。従って、第１ヒートポンプ回路１０ａあるいは第２ヒートポンプ回路１０ｂのうちいずれか一方を運転して室内ユニット２１に流入する温水温度を目標温水温度Ｔｔまで上昇させる場合と比べて、第１ヒートポンプ回路１０ａと第２ヒートポンプ回路１０ｂとで最適負荷を分配することができる（本実施形態においては、第１ヒートポンプ回路１０ａで水を第１所定温度Ｔ１まで上昇させ、第２ヒートポンプ回路１０ｂで第１ヒートポンプ回路１０ａで加熱された温水を第２所定温度Ｔ２まで上昇させることが、最適負荷の分配に当たる）ので、ヒートポンプ式暖房給湯装置１００の運転効率が向上する。

次に、図２に示すように、室内ユニット２１による暖房運転と貯湯タンク２４における沸き上げ運転とを同時に行っているとき、第２ヒートポンプ回路１０ｂの第１三方弁７は、ポートｂが閉じられてポートａとポートｃとが連通する状態とされている。また、第２ヒートポンプ回路１０ｂの第２三方弁８は、ポートｄが閉じられてポートｅとポートｆとが連通する状態とされている。また、暖房温水回路３０の第３三方弁９は、ポートｈが閉じられてポートｇとポートｊとが連通する状態とされている。そして、第１ヒートポンプ回路１０ａおよび第２ヒートポンプ回路１０ｂの圧縮機１ａ、１ｂと、暖房温水回路３０の循環ポンプ２２とが駆動されている。

尚、以下の説明では、室内ユニット２１で使用者が設定する暖房運転の設定温度Ｔｉを２４℃、この設定温度Ｔｉを実現するために、室内ユニット２１に流入する温水温度の目標値となる目標温水温度Ｔｔを４０℃、貯湯タンク２４に貯留されている水を沸き上げる際の目標温度である沸き上げ温度Ｔｂを６０℃とした場合を例に挙げて説明する。

第１ヒートポンプ回路１０ａにおける冷媒の流れについては、前述した暖房運転を行う場合と同じであるため、説明を省略する。第２ヒートポンプ回路１０ｂにおいて、圧縮機１ｂで圧縮されて吐出された冷媒は、冷媒配管１１ｂから第１三方弁７を介して往き冷媒配管４１を流れ、貯湯タンク２４の熱交換部２５に流入する。熱交換部２５に流入した冷媒は、貯湯タンク２４に貯留されている水と熱交換を行い、熱交換部２５から流出する。熱交換部２５から流出した冷媒は、戻り冷媒配管４２を流れて補助水熱交換器２３の冷媒側流路２３ｂに流入し、補助水熱交換器２３の水側流路２３ａを流れる水と熱交換を行って凝縮し、補助水熱交換器２３から流出する。

補助水熱交換器２３から流出した冷媒は、戻り冷媒配管４２を流れ、第２三方弁８を介して冷媒配管１１ｂに流入する。冷媒配管１１ｂに流入した冷媒は、膨張弁３ｂを通過する際に減圧されて熱源側熱交換器４ｂに流入する。熱源側熱交換器４ｂに流入した冷媒は、室外ファン６ｂの回転により熱源側熱交換器４ｂに流入する空気と熱交換を行って蒸発し、熱源側熱交換器４ｂから流出する。そして、熱源側熱交換器４ｂから流出した冷媒は、アキュムレータ５ｂを介して圧縮機１ｂに吸入されて再び圧縮される。

一方、暖房温水回路３０において、循環ポンプ２２の駆動により水熱交換器２ａの水側流路２ａｂに流入した水は、水熱交換器２ａの冷媒側流路２ａａを流れる冷媒と熱交換を行って加熱され、目標温水温度Ｔｔより低い第１所定温度Ｔ１の温水となって水熱交換器２ａから流出する。水熱交換器２ａから流出した温水は、温水配管３１から第３三方弁９を介してバイパス管３２に流入し、バイパス管３２から再び温水配管３１に流入する、つまり、水熱交換器２ｂをバイパスするように流れる。

バイパス管３２から温水配管３１に流入に流入した温水は、補助水熱交換器２３の水側流路２３ａに流入し、補助水熱交換器２３の冷媒側流路２３ｂを流れる冷媒と熱交換を行ってさらに加熱され、第２所定温度Ｔ２（＝目標温水温度Ｔｔ：４０℃）の温水となって補助水熱交換器２３から流出する。補助水熱交換器２３から流出した温水は室内ユニット２１に流入し、室内ユニット２１に流入した温水が放熱することで、室内ユニット２１が設置された部屋の暖房がなされる。

ここで、第１ヒートポンプ回路１０ａにおいては、水熱交換器２ａから流出する水の温度が上述した第１所定温度Ｔ１となるよう、つまり、第１往き温度センサ５５で検出した温水温度が第１所定温度Ｔ１となるように、圧縮機１ａの回転数、膨張弁３ａの開度、および、室外ファン６ａの回転数が、それぞれ制御される。また、第２ヒートポンプ回路１０ｂにおいては、貯湯タンク２４に貯留されている温水の温度、つまり、貯湯センサ５８で検出する温水の温度が上述した沸き上げ温度Ｔｂとなるように、圧縮機１ｂの回転数、膨張弁３ｂの開度、および、室外ファン６ｂの回転数が、それぞれ制御される。

本実施形態のように、室内ユニット２１による暖房運転と貯湯タンク２４における沸き上げ運転とを同時に行っているとき、目標温度Ｔｔ（４０℃）より沸き上げ温度Ｔｂ（６０℃）の方が高い場合は、熱交換部２５から流出する冷媒温度の方が目標温度Ｔｔよりも高くなる。例えば、沸き上げ運転中に貯湯タンク２４に貯留されている温水の温度が５５℃であるとき、熱交換部２５から流出する冷媒温度もほぼ５５℃となっている。このため、熱交換部２５から流出する冷媒は、水熱交換器２ａから流出した温水を加熱することができるので、水熱交換器２ａから流出した温水の温度を例えば３０℃（＝第１所定温度Ｔ１）となるように第１ヒートポンプ回路１０ａを運転し、目標温水温度Ｔｔとの温度差である１０℃を熱交換部２５から流出する冷媒によって加熱することができる。

尚、貯湯タンク２４に貯留されている温水の温度と沸き上げ温度Ｔｂとの温度差が大きい等の理由により熱交換部２５における冷媒と水との熱交換量が多くなり、熱交換部２５から流出する冷媒温度が低くなったことによって、補助水熱交換器２３における冷媒と水との熱交換量が少なくなることがある。このとき、補助水熱交換器２３から流出する温水温度を目標温水温度Ｔｔまで加熱できない場合がある。この場合は、補助水熱交換器２３から流出する温水温度（第３往き温度５７センサで検出する）と目標温水温度Ｔｔとの温度差分だけ、水熱交換器２ａから流出する温水温度が高くなるよう、圧縮機１ａの回転数、膨張弁３ａの開度、および、室外ファン６ａの回転数が制御される。

以上説明したように、室内ユニット２１による暖房運転と貯湯タンク２４における沸き上げ運転とを同時に行っているとき、第１ヒートポンプ回路１０ａを運転して室内ユニット２１に流入する温水を加熱するとともに、第２ヒートポンプ回路１０ｂを運転して貯湯タンク２４の熱交換部２５に冷媒を循環させて貯湯タンク２４に貯留されている水を沸き上げ温度Ｔｂまで加熱する。そして、熱交換部２５から流出した冷媒と、水熱交換器２ａから流出した温水とを補助水熱交換器２３で熱交換させて室内ユニット２１に流入する温水温度を目標温水温度Ｔｔまで上昇させる。

このように、熱交換部２５から流出した冷媒を、単に熱源側熱交換器４ｂに流入させて蒸発させるのではなく、熱源側熱交換器４ｂに流入させる前に補助水熱交換器２３に流入させて、水熱交換器２ａから流出し室内ユニット２１に流入する温水と熱交換をさせるので、水熱交換器２ａから流出する温水の温度を、目標温水温度Ｔｔまで上昇させる必要がない。従って、第１ヒートポンプ回路１０ａで発揮させる能力を低くできるので、ヒートポンプ式暖房給湯装置１００の運転効率が向上する。

次に、本発明のヒートポンプ式暖房給湯装置の第２の実施形態について、図３および図４を用いて説明する。本実施形態におけるヒートポンプ式暖房給湯装置２００は、第１ヒートポンプ回路１０ａおよび第２ヒートポンプ回路１０ｂと室内ユニット２１と貯湯タンク２４を有すること、および、暖房運転のみ行うあるいは暖房運転と沸き上げ運転とを同時に行えることについては、第１の実施形態であるヒートポンプ式暖房給湯装置１００と同じである。第１の実施形態と異なるのは、ヒートポンプ式暖房給湯装置１００で備えられていた第２三方弁８と第３三方弁９とバイパス管３２と補助水熱交換器２３とがヒートポンプ式暖房給湯装置２００では備えられていないこと、戻り冷媒配管４２の第２ヒートポンプ回路１０ｂ側の接続箇所が冷媒配管１１ｂにおける第１三方弁７（のポートｂ）と水熱交換器２ｂ（の冷媒側流路２ｂａ）との間に変更されていること、および、戻り冷媒配管４２に電磁開閉弁６０が設けられていることである。

以下に、本実施形態におけるヒートポンプ式暖房給湯装置２００の運転動作について説明するが、上述した第１の実施形態との構成の違いにより、冷媒や温水の流れが第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。尚、図３および図４において、矢印は各回路での冷媒や温水の流れる方向を表している。また、第１三方弁７において閉じているポートを黒塗りとしている。また、電磁開閉弁６０が閉じている状態を黒塗り、開いている状態を白抜きでそれぞれ表している。

まず、図３を用いて、ヒートポンプ式暖房給湯装置２００で暖房運転のみを行っている場合について説明する。図３に示すように、ヒートポンプ式暖房給湯装置２００で暖房運転のみを行っているとき、第２ヒートポンプ回路１０ｂの第１三方弁７は、ポートｃが閉じられてポートａとポートｂとが連通する状態とされている。また、電磁開閉弁６０は閉じている。そして、第１ヒートポンプ回路１０ａおよび第２ヒートポンプ回路１０ｂの圧縮機１ａ、１ｂと、暖房温水回路３０の循環ポンプ２２とが駆動されている。

尚、以下の説明では、第１の実施形態について説明した場合と同様に、室内ユニット２１で使用者が設定する暖房運転の設定温度Ｔｉを２４℃、この設定温度Ｔｉを実現するために、室内ユニット２１に流入する温水温度の目標値となる目標温水温度Ｔｔを４０℃とした場合を例に挙げて説明する。

第１ヒートポンプ回路１０ａおよび第２ヒートポンプ回路１０ｂにおける、冷媒の流れや各装置の動作については、第１の実施形態と同じであるため、説明を省略する。暖房温水回路３０において、循環ポンプ２２の駆動により水熱交換器２ａの水側流路２ａｂに流入した水は、水熱交換器２ａの冷媒側流路２ａａを流れる冷媒と熱交換を行って加熱され、目標温水温度Ｔｔより低い第１所定温度Ｔ１（例えば、３０℃）の温水となって水熱交換器２ａから流出する。水熱交換器２ａから流出した温水は、水熱交換器２ｂの水側流路２ｂｂに流入する。

水熱交換器２ｂの水側流路２ｂｂに流入した水は、水熱交換器２ｂの冷媒側流路２ｂａを流れる冷媒と熱交換を行ってさらに加熱され、第２所定温度Ｔ２（＝目標温水温度Ｔｔ：４０℃）の温水となって水熱交換器２ｂから流出する。水熱交換器２ｂから流出した温水は室内ユニット２１に流入し、室内ユニット２１に流入した温水が放熱することで、室内ユニット２１が設置された部屋の暖房がなされる。

ここで、第１ヒートポンプ回路１０ａにおいては、水熱交換器２ａから流出する水の温度が上述した第１所定温度Ｔ１となるよう、つまり、第１往き温度センサ５５で検出した温水温度が第１所定温度Ｔ１となるように、圧縮機１ａの回転数、膨張弁３ａの開度、および、室外ファン６ａの回転数が、それぞれ制御される。また、第２ヒートポンプ回路１０ｂにおいては、水熱交換器２ｂから流出する水の温度が上述した第２所定温度Ｔ２となるよう、つまり、第２往き温度センサ５６で検出した温水温度が第２所定温度Ｔ２となるように、圧縮機１ｂの回転数、膨張弁３ｂの開度、および、室外ファン６ｂの回転数が、それぞれ制御される。

以上説明したように、ヒートポンプ式暖房給湯装置２００で暖房運転のみを行っているとき、第１ヒートポンプ回路１０ａと第２ヒートポンプ回路１０ｂとを運転し、室内ユニット２１に流入する温水温度を目標温水温度Ｔｔまで上昇させる。従って、第１ヒートポンプ回路１０ａあるいは第２ヒートポンプ回路１０ｂのうちいずれか一方を運転して室内ユニット２１に流入する温水温度を目標温水温度Ｔｔまで上昇させる場合と比べて、第１ヒートポンプ回路１０ａと第２ヒートポンプ回路１０ｂとで最適負荷を分配することができる（本実施形態においては、第１ヒートポンプ回路１０ａで水を第１所定温度Ｔ１まで上昇させ、第２ヒートポンプ回路１０ｂで第１ヒートポンプ回路１０ａで加熱された温水を第２所定温度Ｔ２まで上昇させることが、最適負荷の分配に当たる）ので、ヒートポンプ式暖房給湯装置２００の運転効率が向上する。

次に、図４に示すように、室内ユニット２１による暖房運転と貯湯タンク２４における沸き上げ運転とを同時に行っているとき、第２ヒートポンプ回路１０ｂの第１三方弁７は、ポートｂが閉じられてポートａとポートｃとが連通する状態とされている。また、電磁開閉弁６０は開いている。そして、第１ヒートポンプ回路１０ａおよび第２ヒートポンプ回路１０ｂの圧縮機１ａ、１ｂと、暖房温水回路３０の循環ポンプ２２とが駆動されている。

尚、以下の説明では、第１の実施形態について説明した場合と同様に、室内ユニット２１で使用者が設定する暖房運転の設定温度Ｔｉを２４℃、この設定温度Ｔｉを実現するために、室内ユニット２１に流入する温水温度の目標値となる目標温水温度Ｔｔを４０℃、貯湯タンク２４に貯留されている水を沸き上げる際の目標温度である沸き上げ温度Ｔｂを６０℃とした場合を例に挙げて説明する。

第１ヒートポンプ回路１０ａにおける冷媒の流れについては、前述した暖房運転を行う場合と同じであるため、説明を省略する。第２ヒートポンプ回路１０ｂにおいて、圧縮機１ｂで圧縮されて吐出された冷媒は、冷媒配管１１ｂから第１三方弁７を介して往き冷媒配管４１を流れ、貯湯タンク２４の熱交換部２５に流入する。熱交換部２５に流入した冷媒は、貯湯タンク２４に貯留されている水と熱交換を行い、熱交換部２５から流出する。熱交換部２５から流出した冷媒は戻り冷媒配管４２を流れ、開となっている電磁開閉弁６０を通過して冷媒配管１１ｂに流入する。冷媒配管１１ｂに流入した冷媒は、水熱交換器２ｂの冷媒側流路２ｂａに流入し、水熱交換器２ｂの水側流路２ｂｂを流れる水と熱交換を行って凝縮し、水熱交換器２ｂから流出する。

水熱交換器２ｂから流出から流出した冷媒は、膨張弁３ｂを通過する際に減圧されて熱源側熱交換器４ｂに流入する。熱源側熱交換器４ｂに流入した冷媒は、室外ファン６ｂの回転により熱源側熱交換器４ｂに流入する空気と熱交換を行って蒸発し、熱源側熱交換器４ｂから流出する。そして、熱源側熱交換器４ｂから流出した冷媒は、アキュムレータ５ｂを介して圧縮機１ｂに吸入されて再び圧縮される。

一方、暖房温水回路３０において、循環ポンプ２２の駆動により水熱交換器２ａの水側流路２ａｂに流入した水は、水熱交換器２ａの冷媒側流路２ａａを流れる冷媒と熱交換を行って加熱され、目標温水温度Ｔｔより低い第１所定温度Ｔ１（例えば、３０℃）の温水となって水熱交換器２ａから流出する。水熱交換器２ａから流出した温水は、水熱交換器２ｂの水側流路２ｂｂに流入し、水熱交換器２ｂの冷媒側流路２ｂａを流れる冷媒と熱交換を行ってさらに加熱され、第２所定温度Ｔ２（＝目標温水温度Ｔｔ：４０℃）の温水となって水熱交換器２ｂから流出する。水熱交換器２ｂから流出した温水は室内ユニット２１に流入し、室内ユニット２１に流入した温水が放熱することで、室内ユニット２１が設置された部屋の暖房がなされる。

ここで、第１ヒートポンプ回路１０ａにおいては、水熱交換器２ａから流出する水の温度が上述した第１所定温度Ｔ１となるよう、つまり、第１往き温度センサ５５で検出した温水温度が第１所定温度Ｔ１となるように、圧縮機１ａの回転数、膨張弁３ａの開度、および、室外ファン６ａの回転数が、それぞれ制御される。また、第２ヒートポンプ回路１０ｂにおいては、貯湯タンク２４に貯留されている温水の温度、つまり、貯湯センサ５８で検出する温水の温度が上述した沸き上げ温度Ｔｂとなるように、圧縮機１ｂの回転数、膨張弁３ｂの開度、および、室外ファン６ｂの回転数が、それぞれ制御される。

本実施形態のように、室内ユニット２１による暖房運転と貯湯タンク２４における沸き上げ運転とを同時に行っているとき、目標温度Ｔｔ（４０℃）より沸き上げ温度Ｔｂ（６０℃）の方が高い場合は、熱交換部２５から流出する冷媒温度の方が目標温度Ｔｔよりも高くなる。例えば、沸き上げ運転中に貯湯タンク２４に貯留されている温水の温度が５５℃であるとき、熱交換部２５から流出する冷媒温度もほぼ５５℃となっている。このため、熱交換部２５から流出する冷媒は、水熱交換器２ａから流出した温水を加熱することができるので、水熱交換器２ａから流出した温水の温度を例えば３０℃（＝第１所定温度Ｔ１）となるように第１ヒートポンプ回路１０ａを運転し、目標温水温度Ｔｔとの温度差である１０℃を熱交換部２５から流出する冷媒によって加熱することができる。

尚、貯湯タンク２４に貯留されている温水の温度と沸き上げ温度Ｔｂとの温度差が大きい等の理由により熱交換部２５における冷媒と水との熱交換量が多くなり、熱交換部２５から流出する冷媒温度が低くなったことによって、水熱交換器２ｂにおける冷媒と水との熱交換量が少なくなることがある。このとき、水熱交換器２ｂから流出する温水温度を目標温水温度Ｔｔまで加熱できない場合がある。この場合は、水熱交換器２ｂから流出する温水温度（第２往き温度５６センサで検出する）と目標温水温度Ｔｔとの温度差分だけ、水熱交換器２ａから流出する温水温度が高くなるよう、圧縮機１ａの回転数、膨張弁３ａの開度、および、室外ファン６ａの回転数が制御される。

以上説明したように、室内ユニット２１による暖房運転と貯湯タンク２４における沸き上げ運転とを同時に行っているとき、第１ヒートポンプ回路１０ａを運転して室内ユニット２１に流入する温水を加熱するとともに、第２ヒートポンプ回路１０ｂを運転して貯湯タンク２４の熱交換部２５に冷媒を循環させて貯湯タンク２４に貯留されている水を沸き上げ温度Ｔｂまで加熱する。そして、熱交換部２５から流出した冷媒と、水熱交換器２ａから流出した温水とを水熱交換器２ｂで熱交換させて室内ユニット２１に流入する温水温度を目標温水温度Ｔｔまで上昇させる。

このように、熱交換部２５から流出した冷媒を、単に熱源側熱交換器４ｂに流入させて蒸発させるのではなく、熱源側熱交換器４ｂに流入させる前に水熱交換器２ｂに流入させて、水熱交換器２ａから流出し室内ユニット２１に流入する温水と熱交換をさせるので、水熱交換器２ａから流出する温水の温度を、目標温水温度Ｔｔまで上昇させる必要がない。従って、第１ヒートポンプ回路１０ａで発揮させる能力を低くできるので、ヒートポンプ式暖房給湯装置２００の運転効率が向上する。

以上説明した通り、本発明のヒートポンプ式暖房給湯装置は、暖房負荷と給湯負荷とを同時に運転しているとき、給湯負荷から流出して戻り冷媒配管を流れる冷媒と、暖房温水回路を循環する水との間で熱交換がなされる。これにより、暖房負荷と給湯負荷とを同時に運転しているときのヒートポンプ式暖房給湯装置の運転効率を向上させることができる。

尚、以上説明した実施形態では、ヒートポンプ回路を２つ備えたヒートポンプ式暖房給湯装置を例に挙げて説明したが、本発明のヒートポンプ式暖房給湯装置はヒートポンプ回路を３つ以上備えてもよい。そして、ヒートポンプ回路を３つ以上備える場合、例えば、暖房負荷の熱負荷が給湯負荷の熱負荷より大きい場合は給湯用ヒートポンプ回路を１つとする、また、暖房負荷の熱負荷が給湯負荷の熱負荷より小さい場合は給湯用ヒートポンプ回路を２つとする、というように、暖房負荷と給湯負荷との熱負荷のバランスに応じて、適宜給湯用ヒートポンプ回路を増減すればよい。

１ａ、１ｂ 圧縮機
２ａ、２ｂ 水熱交換器
２ａａ、２ｂａ 冷媒側流路
２ａｂ、２ｂｂ 水側流路
７ 第１三方弁
８ 第２三方弁
９ 第３三方弁
１０ａ 第１ヒートポンプ回路
１０ｂ 第２ヒートポンプ回路
１１ａ、１１ｂ 冷媒配管
２１ 室内ユニット
２２ 循環ポンプ
２３ 補助水熱交換器
２３ａ 水側流路
２３ｂ 冷媒側流路
２４ 貯湯タンク
３０ 暖房温水回路
３１ 給湯配管
４０ 給湯冷媒回路
４１ 往き冷媒配管
４２ 戻り冷媒配管
５５ 第１往き温度センサ
５６ 第２往き温度センサ
５７ 第３往き温度センサ
１００、２００ ヒートポンプ式暖房給湯装置
Ｔ１ 第１所定温度
Ｔ２ 第２所定温度
Ｔｂ 沸き上げ温度
Ｔｉ 設定温度
Ｔｔ 目標温水温度

Claims (3)

1. 複数のヒートポンプ回路と、暖房温水回路と、給湯冷媒回路とを有するヒートポンプ式暖房給湯装置であって、
   複数の前記ヒートポンプ回路はそれぞれ、圧縮機と、水熱交換器と、流量調整手段と、熱源側熱交換器とが冷媒配管で順次接続して構成され、
   前記暖房温水回路は、暖房負荷と、循環ポンプと、複数の前記水熱交換器と、補助水熱交換器とが給湯配管で順次接続して構成され、
   前記給湯冷媒回路は、給湯負荷と前記補助水熱交換器とが、複数の前記ヒートポンプ回路のうち少なくとも１つの前記ヒートポンプ回路で構成される給湯用ヒートポンプ回路に、前記給湯負荷に流入する冷媒が流れる往き冷媒配管および前記給湯負荷から流出する冷媒が流れる戻り冷媒配管で接続され、
   前記暖房負荷による暖房運転と前記給湯負荷による給湯運転とを同時に行うとき、
   前記給湯用ヒートポンプ回路以外の、全ての前記ヒートポンプ回路の前記水熱交換器において、前記ヒートポンプ回路を循環する冷媒と、前記暖房温水回路を循環する水との間で熱交換がなされ、
   前記給湯用ヒートポンプ回路から前記往き冷媒配管を介して前記給湯負荷に流入した冷媒により同給湯負荷で給湯運転が行われるとともに、前記補助水熱交換器において、前記給湯負荷から流出し前記戻り冷媒配管を介して前記給湯用ヒートポンプ回路に戻る冷媒と、前記暖房温水回路を循環する水との間で熱交換がなされる、
   ことを特徴とするヒートポンプ式暖房給湯装置。
2. 前記給湯用ヒートポンプ回路は、第１流路切替手段と第２流路切替手段とを有し、
   前記第１流路切替手段および前記第２流路切替手段はそれぞれ、少なくとも第１接続ポート、第２接続ポート、および、第３接続ポートの３つの接続ポートを有し、
   前記第１流路切替手段の前記第１接続ポートは前記圧縮機の冷媒吐出側と冷媒配管で接続され、前記第２接続ポートは前記水熱交換器の冷媒流入側と冷媒配管で接続され、前記第３接続ポートには前記往き冷媒配管の一端が接続され、
   前記第２流路切替手段の前記第１接続ポートは前記水熱交換器の冷媒流出側と冷媒配管で接続され、前記第２接続ポートは前記流量調整手段の冷媒流入側と冷媒配管で接続され、前記第３接続ポートには前記戻り冷媒配管の一端が接続され、
   前記往き冷媒配管の他端および前記戻り冷媒配管の他端は、それぞれ前記給湯負荷に接続され、
   前記戻り冷媒配管に前記補助水熱交換器が設けられ、
   前記暖房負荷による暖房運転のみを行うときは、前記往き冷媒配管および前記戻り冷媒配管に冷媒が流れないように、前記第１流路切替手段および前記第２流路切替手段が切り替えられ、
   前記暖房負荷による暖房運転と前記給湯負荷による給湯運転とを同時に行うときは、前記往き冷媒配管および前記戻り冷媒配管に冷媒が流れるように、前記第１流路切替手段および前記第２流路切替手段が切り替えられる、
   ことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式暖房給湯装置。
3. 前記給湯用ヒートポンプ回路は第１流路切替手段を有し、
   前記給湯用ヒートポンプ回路における前記水熱交換器が前記補助水熱交換器を兼ねるとき、
   前記戻り冷媒配管の一端が、前記第１流路切替手段と前記水熱交換器との間に接続され、
   前記戻り冷媒配管には、同戻り冷媒配管における冷媒の流れを遮断可能である開閉手段が備えられ、
   前記暖房負荷による暖房運転のみを行うときは、前記開閉手段は閉じており、
   前記暖房負荷による暖房運転と前記給湯負荷による給湯運転とを同時に行うときは、前記開閉手段は開いている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式暖房給湯装置。

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