(57)【要約】【課題】例えばヒートポンプユニットのＣＯＰを改善でき、また、高圧冷媒の過冷却を行うことができ、さらに、例えばヒートポンプユニットの効率を高くすることができる熱交換器を提供する。【解決手段】デフロスト熱交換器１９は、低圧冷媒が流れる低圧冷媒配管２０と、低圧冷媒配管２０に巻き付けられ、高圧冷媒が流れる高圧冷媒配管２１と、低圧冷媒配管２０に巻き付けられ、水が流れる水配管５６と備えている。これにより、低圧冷媒は、高圧冷媒および水の熱を吸収して、温度が上がる。一方、高圧冷媒および水は、低圧冷媒に熱を吸収されて、温度が下がる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低圧冷媒が流れる低圧冷媒配管(２０)と、
上記低圧冷媒配管(２０)に巻き付けられ、高圧冷媒が流れる高圧冷媒配管(２１，１２１，２２１)と、
上記低圧冷媒配管(２０)に巻き付けられ、水が流れる水配管(５６，１５６，２５６)と
を備えたことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載の熱交換器において、
上記低圧冷媒配管(２０)は略直線状に延びていることを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の熱交換器において、
上記低圧冷媒配管(２０)の流路断面積は上記高圧冷媒配管(２１，１２１，２２１)の流路断面積よりも大きいことを特徴とする熱交換器。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか一項に記載の熱交換器において、
上記低圧冷媒配管(２０)に、上記高圧冷媒配管(２１，１２１，２２１)と上記水配管(５６，１５６，２５６)とを交互に巻き付けていることを特徴とする熱交換器。
【請求項５】
請求項１から３までのいずれか一項に記載の熱交換器において、
上記低圧冷媒配管(２０)の所定の部分のみに上記水配管(５６，１５６，２５６)が巻き付けられ、
上記低圧冷媒配管(２０)の上記部分の隣りの部分のみに上記高圧冷媒配管(２１，１２１，２２１)が巻き付けられていることを特徴とする熱交換器。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか一項に記載の熱交換器において、
上記低圧冷媒配管(２０)の流路断面積は上記水配管(５６，１５６，２５６)の流路断面積よりも大きく、かつ、上記低圧冷媒配管(２０)の流路断面積は上記高圧冷媒配管(２１，１２１，２２１)の流路断面積よりも大きいことを特徴とする熱交換器。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか一項に記載の熱交換器(１９，１１９，２１９)を有するヒートポンプユニット(１)と、
上記ヒートポンプユニット(１)で加熱された温水を貯える貯湯タンク(２)と
を備え、
上記貯湯タンク(２)内の温水が上記水配管(５６，１５６，２５６)を通って上記低圧冷媒を加熱することを特徴とする温水システム。
【請求項８】
請求項７に記載の温水システムにおいて、
上記ヒートポンプユニット(１)は、上記高圧冷媒配管(２１，１２１，２２１)および上記低圧冷媒配管(２０)を含む冷媒回路(１６)と、上記冷媒回路(１６)に設けられた蒸発器(１１)、圧縮機(１２)、凝縮器(１３)および膨張機構(１５)とを有し、
上記低圧冷媒配管(２０)は、上記膨張機構(１５)を出た低圧冷媒を上記圧縮機(１２)へ導く配管であり、
上記高圧冷媒配管(２１，１２１，２２１)は、上記圧縮機(１２)を出た高圧冷媒を上記膨張機構(１５)へ導く配管であることを特徴とする温水システム。
【請求項９】
請求項７または８に記載の温水システムにおいて、
上記ヒートポンプユニット(１)はＣＯ２冷媒を使用することを特徴とする温水システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器、および、例えば給湯装置または暖房給湯装置等の温水システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、暖房給湯装置としては、屋外に配置ヒートポンプユニットと、このヒートポンプユニットで加熱された温水を貯える貯湯タンクとを備えたものがある。
【０００３】
上記ヒートポンプユニットは、外気から熱を取り込む蒸発器を有するが、この蒸発器に霜が付着する場合がある。上記蒸発器に霜が付着した状態では、蒸発器の熱交換性能が低下し、ひいては、十分な暖房を行えなくなる。このため、上記蒸発器の霜を取るためのデフロスト運転が必須となる。
【０００４】
ところが、上記従来の暖房給湯装置は、デフロスト運転を行っている最中、ヒートポンプユニットで貯湯タンク内の水を沸き上げることができなかった。
【０００５】
このような問題を解決する暖房給湯装置としては、特開２００４−１０８５９７号公報（特許文献１）に記載されている。この暖房給湯装置は、ヒートポンプユニット、貯湯タンクおよび暖房端末を備えている。
【０００６】
上記ヒートポンプユニットは、ファン、第１の蒸発器、第２の蒸発器、圧縮機、凝縮器および膨張弁を有する。
【０００７】
上記第１の蒸発器は、ファンから外気が送られ、その外気から熱を取り込む。そして、上記第１の蒸発器は、圧縮機の上流側、かつ、第２の蒸発器の下流側に位置している。つまり、上記第２の蒸発器を出た冷媒が、第１の蒸発器を経由した後、圧縮機に流入するようになっている。
【０００８】
上記構成の暖房給湯装置によれば、ヒートポンプユニットで貯湯タンク内の水を沸き上げている最中、貯湯タンク内の温水をポンプで第２の蒸発器に送る。これにより、上記第１の蒸発器に入る直前の冷媒がその温水で加熱されるので、第１の蒸発器に付着した霜を融かすことができる。
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１の暖房給湯装置では、第２の蒸発器で加熱された冷媒が第１の凝縮器に入るため、第１の蒸発器の蒸発温度が上昇する。
【００１０】
その結果、上記第１の蒸発器において外気から取り込む熱量が減少し、ヒートポンプユニットのＣＯＰ(成績係数)が低下するという問題が生じてしまう。
【００１１】
また、上記特許文献１の暖房給湯装置では、ヒートポンプユニットが過冷却熱交換器を備えていないため、第１の蒸発器に入る冷媒の過冷却を行うことができないという問題があった。
【００１２】
仮に、上記ヒートポンプユニットの冷媒回路に過冷却熱交換器を設けた場合、冷媒回路に設ける熱交換器の数が増えるため、冷媒回路の圧力損失が大きくなり、ヒートポンプユニットの効率が低下するという問題が起きてしまう。
【特許文献１】特開２００４−１０８５９７号公報（図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
そこで、本発明の課題は、例えばヒートポンプユニットのＣＯＰを改善でき、また、高圧冷媒の過冷却を行うことができ、さらに、例えばヒートポンプユニットの効率を高くすることができる熱交換器を提供することにある。
【００１４】
また、本発明の他の課題は、上記熱交換器を備えた温水システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、本発明の熱交換器は、
低圧冷媒が流れる低圧冷媒配管と、
上記低圧冷媒配管に巻き付けられ、高圧冷媒が流れる高圧冷媒配管と
上記低圧冷媒配管に巻き付けられ、水が流れる水配管と
を備えたことを特徴としている。
【００１６】
上記構成の熱交換器によれば、上記低圧冷媒配管に高圧冷媒配管および水配管を巻き付けているので、低圧冷媒は高圧冷媒および水の熱を吸収して、低圧冷媒の温度が上がる。したがって、上記熱交換器を例えばヒートポンプユニットの冷媒回路に設けることにより、ヒートポンプユニットの蒸発器に入る低圧冷媒の温度を上げて、その蒸発器の霜を融かすことができる。
【００１７】
また、上記蒸発器の霜を融かす運転つまりデフロスト運転を行っている最中であっても、ヒートポンプユニットの例えば凝縮器に水を供給することにより、その水を加熱することができる。
【００１８】
また、上記水配管を流れる水は、低圧冷媒配管を流れる低圧冷媒に熱を吸収されて、温度が下がる。したがって、上記水配管を流れて温度が下がった水を例えばヒートポンプユニットの凝縮器に供給することにより、ヒートポンプユニットのＣＯＰを向上させることができる。
【００１９】
また、上記高圧冷媒配管が低圧冷媒配管に巻き付けられていることによって、高圧冷媒の熱が低圧冷媒に吸収されるので、高圧冷媒の過冷却を行うことができる。
【００２０】
また、上記熱交換器を例えばヒートポンプユニットに用いた場合、熱交換器が高圧冷媒の過冷却を行えるので、この熱交換器とは別に過冷却熱交換器を設置しなくても済む。したがって、上記ヒートポンプユニットの熱交換器数を少なくして、冷媒回路の圧力損失を低減できるので、ヒートポンプユニットの効率を高くすることができる。
【００２１】
また、上記低圧冷媒配管に高圧冷媒配管および水配管を巻き付けるので、製造を簡単にすることができる。
【００２２】
一実施形態の熱交換器では、
上記低圧冷媒配管は略直線状に延びている。
【００２３】
上記実施形態の熱交換器によれば、上記低圧冷媒配管は略直線状に延びているので、低圧冷媒の圧力損失が小さくなる。したがって、上記低圧冷媒配管を例えばヒートポンプユニットに用いることにより、ヒートポンプユニットの効率をさらに高くすることができる。
【００２４】
一実施形態の熱交換器では、
上記低圧冷媒配管の流路断面積は上記高圧冷媒配管の流路断面積よりも大きい。
【００２５】
上記実施形態の熱交換器によれば、上記低圧冷媒配管の流路断面積は高圧冷媒配管の流路断面積よりも大きいので、低圧冷媒の圧力損失を低く抑えることができる。
【００２６】
一実施形態の熱交換器では、
上記低圧冷媒配管に、上記高圧冷媒配管と上記水配管とを交互に巻き付けている。
【００２７】
上記実施形態の熱交換器によれば、上記低圧冷媒配管に、高圧冷媒配管と水配管とを交互に巻き付けているので、高圧冷媒と水との温度関係に左右されずに、低圧冷媒の温度を確実に上げることができる。
【００２８】
一実施形態の熱交換器では、
上記低圧冷媒配管の所定の部分のみに上記水配管が巻き付けられ、
上記低圧冷媒配管の上記部分の隣りの部分のみに上記高圧冷媒配管が巻き付けられている。
【００２９】
上記実施形態の熱交換器によれば、上記水配管および高圧冷媒配管を低圧冷媒配管の各所定の部分に集中的に巻き付けるので、低圧冷媒配管および高圧冷媒配管の巻き付け作業が複雑にならず、簡単に製造できる。
【００３０】
一実施形態の熱交換器では、
上記低圧冷媒配管の流路断面積は上記水配管の流路断面積よりも大きく、かつ、上記低圧冷媒配管の流路断面積は上記高圧冷媒配管の流路断面積よりも大きい。
【００３１】
上記実施形態の熱交換器によれば、上記低圧冷媒配管の流路断面積は、水配管および高圧冷媒配管のどちらの流路断面積よりも大きいので、低圧冷媒の圧力損失を低く抑えることができる。したがって、上記低圧冷媒配管を例えばヒートポンプユニットに用いることにより、ヒートポンプユニットの効率をさらに高くすることができる。
【００３２】
本発明の温水システムは、
本発明の熱交換器を有するヒートポンプユニットと、
上記ヒートポンプユニットで加熱された温水を貯える貯湯タンクと
を備え、
上記貯湯タンク内の温水が上記水配管を通って上記低圧冷媒を加熱することを特徴としている。
【００３３】
上記構成の温水システムによれば、上記貯湯タンク内の温水が水配管を通って低圧冷媒を加熱するので、ヒートポンプユニットの例えば蒸発器に入る低圧冷媒の温度が上がって、その蒸発器の霜を融かすことができる。すなわち、上記温水が水配管を流れることによってデフロスト運転を行うことができる。
【００３４】
また、上記ヒートポンプユニットが貯湯タンク内の温水を沸き上げている最中であっても、貯湯タンク内の温水を水配管に供給できるので、貯湯タンク内の温水を沸き上げながらデフロスト運転を行うことができる。
【００３５】
また、上記貯湯タンク内の温水は水配管を通って冷却されて温度が下がる。したがって、上記水配管を通って温度が下がった温水をヒートポンプユニットの例えば凝縮器に送ることにより、ヒートポンプユニットのＣＯＰを向上させることができる。
【００３６】
また、上記熱交換器では低圧冷媒配管に高圧冷媒配管を巻き付けていることによって、高圧冷媒の熱が低圧冷媒に吸収されるので、高圧冷媒の過冷却を行うことができる。
【００３７】
また、上記熱交換器が高圧冷媒の過冷却を行えるので、この熱交換器とは別に過冷却熱交換器を設置しなくても済む。したがって、上記ヒートポンプユニットの熱交換器数を少なくして、冷媒回路の圧力損失を低減できるので、ヒートポンプユニットの効率を高くすることができる。
【００３８】
一実施形態の温水システムでは、
上記ヒートポンプユニットは、上記高圧冷媒配管および上記低圧冷媒配管を含む冷媒回路と、上記冷媒回路に設けられた蒸発器、圧縮機、凝縮器および膨張機構とを有し、
上記低圧冷媒配管は、上記膨張機構を出た低圧冷媒を上記圧縮機へ導く配管であり、
上記高圧冷媒配管は、上記圧縮機を出た高圧冷媒を上記膨張機構へ導く配管である。
【００３９】
上記実施形態の温水システムによれば、上記低圧冷媒配管は、膨張機構を出た低圧冷媒を圧縮機へ導く配管であるので、圧縮機に入る冷媒の温度を上げることができる。
【００４０】
また、上記高圧冷媒配管は、圧縮機を出た高圧冷媒を膨張機構へ導く配管であるので、膨張機構に入る冷媒の温度を下げることができる。
【００４１】
一実施形態の温水システムでは、
上記ヒートポンプユニットはＣＯ２冷媒を使用する。
【００４２】
上記実施形態の温水システムによれば、上記ヒートポンプユニットはＣＯ２冷媒を使用するので、ヒートポンプユニットは高温出湯できる。
【発明の効果】
【００４３】
本発明の熱交換器を例えばヒートポンプユニットの冷媒回路に設けた場合、低圧冷媒配管に高圧冷媒配管および水配管を巻き付けていることによって、低圧冷媒は高圧冷媒および水の熱を吸収して高温となるので、ヒートポンプユニットの例えば蒸発器に入る低圧冷媒の温度を上げて、デフロスト運転を行うことができる。
【００４４】
また、上記デフロスト運転を行っている最中であっても、ヒートポンプユニットの例えば凝縮器に水を供給することにより、その水を加熱することができる。すなわち、上記ヒートポンプユニットは、沸き上げ運転をしながら、デフロスト運転も行える。
【００４５】
また、上記水配管の水は低圧冷媒配管の低圧冷媒に熱を吸収されて低温となるので、この低温の水を例えばヒートポンプユニットの凝縮器に供給することにより、ヒートポンプユニットのＣＯＰを向上させることができる。
【００４６】
また、上記高圧冷媒配管が低圧冷媒配管に巻き付けられていることによって、高圧冷媒の熱は低圧冷媒に吸収されるので、高圧冷媒の過冷却を行うことができる。
【００４７】
また、上記熱交換器を例えばヒートポンプユニットに用いた場合、熱交換器が高圧冷媒の過冷却を行えるので、ヒートポンプユニットの熱交換器数を少なくして、冷媒回路の圧力損失を低減でき、その結果、ヒートポンプユニットの効率を高くすることができる。
【００４８】
また、上記低圧冷媒配管に高圧冷媒配管および水配管を巻き付けるので、製造を簡単にすることができる。
【００４９】
本発明の温水システムによれば、貯湯タンク内の温水が水配管を通って低圧冷媒を加熱するので、ヒートポンプユニットの例えば蒸発器に入る低圧冷媒の温度が上がって、デフロスト運転を行うことができる。
【００５０】
また、上記ヒートポンプユニットが貯湯タンク内の温水を沸き上げている最中であっても、貯湯タンク内の温水を水配管に供給できるので、沸き上げ運転を行いながら、デフロスト運転を行うことができる。
【００５１】
また、上記貯湯タンク内の温水は水配管を通って冷却されて低温となるので、この低温の温水をヒートポンプユニットの例えば凝縮器に送ることにより、ヒートポンプユニットのＣＯＰを向上させることができる。
【００５２】
また、上記ヒートポンプユニットが有する熱交換器では、低圧冷媒配管に高圧冷媒配管を巻き付けていることによって、高圧冷媒の熱が低圧冷媒に吸収されるので、高圧冷媒の過冷却を行うことができる。
【００５３】
また、上記熱交換器が高圧冷媒の過冷却を行えるので、ヒートポンプユニットの熱交換器数を少なくして、冷媒回路の圧力損失を低減でき、その結果、ヒートポンプユニットの効率を高くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
以下、本発明の熱交換器および温水システムを図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００５５】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態の暖房給湯装置の構成を示す模式図である。
【００５６】
上記暖房給湯装置は、ヒートポンプユニット１、貯湯タンク２、給湯用熱交換器３、暖房用循環回路４、沸き上げ用循環回路５およびデフロスト用循環回路５０を備えている。
【００５７】
まず、上記ヒートポンプユニット１について説明する。このヒートポンプユニット１は冷媒回路１６および電動送風機１７を備え、貯湯タンク２内の水を沸き上げて温水にする。また、上記ヒートポンプユニット１は、沸き上げ用循環回路５を介して貯湯タンク２に接続されている。
【００５８】
上記冷媒回路１６は、蒸発器１１、圧縮機１２、凝縮器１３、膨張弁１５、デフロスト熱交換器１９、低圧冷媒配管２０および高圧冷媒配管２１を有している。この冷媒回路１６ではＣＯ２冷媒が循環する。なお、上記膨張弁１５は膨張機構の一例であり、デフロスト熱交換器１９は熱交換器の一例である。
【００５９】
上記低圧冷媒配管２０は、膨張弁１５を出た低圧のＣＯ２冷媒を圧縮機１２へ導く配管である。この低圧のＣＯ２冷媒は、膨張弁１５から圧縮機１２に至るまでに、蒸発器１１およびデフロスト熱交換器１９をこの順で経由する。
【００６０】
上記高圧冷媒配管２１は、圧縮機１２を出た高圧のＣＯ２冷媒を膨張弁１５へ導く配管である。この高圧のＣＯ２冷媒は、圧縮機１２から膨張弁１５に至るまでに、凝縮器１３およびデフロスト熱交換器１９をこの順で経由する。
【００６１】
上記デフロスト熱交換器１９は、デフロスト用循環回路５０を介して貯湯タンク２に接続されている。これにより、上記貯湯タンク２内の温水を、デフロスト用循環回路５０の水配管５６を介してデフロスト熱交換器１９に供給することができる。
【００６２】
図２は、上記デフロスト熱交換器１９の構造を模式的に示す図である。なお、図２においては、高圧冷媒配管２１に対する水配管５６の識別を容易にするため、水配管５６にハッチングを付している。
【００６３】
上記デフロスト熱交換器１９では、高圧冷媒配管２１と水配管５６とが、低圧冷媒配管２０の略直線状の部分に交互に螺旋状に巻き付けられ、その部分に熱的に接触している。この低圧冷媒配管２０の流路断面積は、水配管５６の流路断面積よりも大きく、かつ、高圧冷媒配管２１の流路断面積よりも大きくなっている。
【００６４】
次に、上記低圧冷媒配管２０および高圧冷媒配管２１を流れるＣＯ２冷媒の圧力変化および温度変化について説明する。上記蒸発器１１内に入った低圧のＣＯ２冷媒は、電動送風機１７から送られた空気中の熱を吸収して温度が上がる。そして、上記低圧のＣＯ２冷媒は、低圧冷媒配管２０を流れてデフロスト熱交換器１９に到達する。このデフロスト熱交換器１９では、低圧のＣＯ２冷媒は、高圧冷媒配管２１内の高圧のＣＯ２冷媒の熱を吸収して、さらに温度が上がる。そして、上記低圧のＣＯ２冷媒は、圧縮機１２で圧縮されて高圧のＣＯ２冷媒となり、さらに温度が上る。この高圧のＣＯ２冷媒は、凝縮器１３で熱を放出して低温となった後、高圧冷媒配管２１の案内でデフロスト熱交換器１９に到達する。このデフロスト熱交換器１９において、高圧のＣＯ２冷媒は、低圧冷媒配管２０内の低圧のＣＯ２冷媒に熱を吸収されて、さらに温度が下がる。この温度がさらに下がった高圧のＣＯ２冷媒は、膨張弁１５で減圧された後、蒸発器１１に戻る。
【００６５】
また、上記蒸発器１１の霜を取るためのデフロスト運転時、貯湯タンク２内の温水がデフロスト用循環回路５０の水配管５６を介してデフロスト熱交換器１９に供給される。これにより、上記デフロスト運転時、デフロスト熱交換器１９において、低圧冷媒配管２０内の低圧のＣＯ２冷媒は、水配管５６内の温水の熱と、高圧冷媒配管２１内の高圧のＣＯ２冷媒の熱とを吸収して、温度が上がる。
【００６６】
一方、非デフロスト運転時においては、デフロスト熱交換器１９は貯湯タンク２から温水が供給されないので、デフロスト熱交換器１９において、温水と低圧のＣＯ２冷媒との熱交換は行われない。
【００６７】
次に、上記デフロスト用循環回路５０について説明する。このデフロスト用循環回路５０は分岐弁５５および水配管５６を有している。この分岐弁５５は、貯湯タンク２からの温水が流入する入口と、温水が流出する２つの出口とを有している。この２つの出口のうち、一方の出口は凝縮器１３に接続され、他方の出口は水配管５６を介してデフロスト熱交換器１９に接続されている。上記一方の出口の開度を調節することにより、凝縮器１３に入る温水の量を調節することができる。また、上記他方の出口の開度調節することにより、デフロスト熱交換器１９に入る温水の量を調節することできる。この分岐弁５５の各出口の開度は制御部７によって調節される。
【００６８】
次に、上記沸き上げ用循環回路５について説明する。この沸き上げ用循環回路５には、沸き上げ用循環ポンプ５１および沸き上げ用三方弁５２が設けられている。そして、上記沸き上げ用循環回路５は、第２暖房往き接続口４２と、沸き上げ用の供給口５３と、凍結防止水戻し接続口５４とに接続されている。
【００６９】
上記凍結防止水戻し接続口５４には、凝縮器１３から温水が流れてきたり、デフロスト熱交換器１９から温水が流れてきたりする。
【００７０】
また、上記沸き上げ用循環回路５における凝縮器１３の上流側の一部は、デフロスト用循環回路５０におけるデフロスト熱交換器１９の上流側の一部として兼用される。つまり、上記貯湯タンク２と分岐弁５５との間において温水が流れる部分は、沸き上げ用循環回路５の一部であると共に、デフロスト用循環回路５０の一部でもある。この沸き上げ用循環回路５とデフロスト用循環回路５０との分岐部に分岐弁５５が設けられている。
【００７１】
上記供給口５３は貯湯タンク２の下部に設けられている。これにより、上記貯湯タンク２内の下部領域にある温水を、供給口５３を介して沸き上げ用循環ポンプ５１に供給することができる。
【００７２】
上記沸き上げ用循環ポンプ５１は、貯湯タンク２の下部内の温水を吸い込み、分岐弁５５へ向けて吐出する。この沸き上げ用循環ポンプ５１として流量可変ポンプまたは流量固定循環ポンプを採用することができる。
【００７３】
上記凝縮器１３ではＣＯ２冷媒の熱が温水に伝わり、この温水が高温（例えば６０℃〜８５℃）となる。この凝縮器１３を出た高温の温水は沸き上げ用三方弁５２へ向かう。
【００７４】
上記沸き上げ用三方弁５２は、給湯運転中および暖房運転中、凝縮器１３からの高温の温水を、第２暖房往き接続口４２を介して貯湯タンク２内の上部領域に流す。また、上記ヒートポンプユニット１の起動時、ヒートポンプユニット１の凝縮器１３から出る温水は十分に高温となっていないので、沸き上げ用三方弁５２は、凝縮器１３からの高温の温水を、凍結防止水戻し接続口５４を介して貯湯タンク２内の下部領域に流す。これにより、上記凝縮器１３で十分に高温にならなかった温水が貯湯タンク２内の上部領域に戻って貯湯タンク２内の温度分布が乱れるのを防止できる。
【００７５】
次に、上記貯湯タンク２について説明する。この貯湯タンク２はヒートポンプユニット１で加熱された温水を貯える。また、上記貯湯タンク２内の上下方向の略中央部にはヒータ６を配置していて、このヒータ６は貯湯タンク２内の温水を直接加熱する。また、上記貯湯タンク２内の各部の温水の温度を検出するため、複数の温度センサ４０Ａ，４０Ｂ，…，４０Ｅを貯湯タンク２に設けている。この複数の温度センサ４０Ａ，４０Ｂ，…，４０Ｅは、貯湯タンク２内の各部の温水の温度を検出し、その温度を示す信号を制御部７に送る。
【００７６】
次に、上記給湯用熱交換器３について説明する。この給湯用熱交換器３は、コイル状のパイプから成って、貯湯タンク２内の下部領域から上部領域に渡って配置されている。給湯水は給湯用熱交換器３内を流れることによって加熱される。より詳しくは、上記給湯水は、貯湯タンク２の下部から貯湯タンク２内に入って、貯湯タンク２内の下部領域に配置された給湯用熱交換器３を上方に向かって流れる。そして、上記給湯水は、貯湯タンク２内の上部領域に配置された給湯用熱交換器３を上方に向かって流れた後、貯湯タンク２の上部から貯湯タンク２外に出る。
【００７７】
また、上記貯湯タンク２から出た給湯水の温度が高すぎた場合、給湯用混合弁３１を開いて、貯湯タンク２から出た給湯水と、貯湯タンク２に流入する前の給湯水とを混ぜ合わせる。これにより、上記貯湯タンク２から出た給湯水の温度を下げることができる。
【００７８】
次に、上記暖房用循環回路４について説明する。この暖房用循環回路４は、貯湯タンク２内に貯められた温水を貯湯タンク２外の複数の暖房端末８Ａ，８Ｂ，…を経由させた後、再び、貯湯タンク２内に戻して循環させるためのものである。そして、上記暖房用循環回路４は、第１，第２暖房往き接続口４１，４２と暖房戻り接続口４３とに接続されている。
【００７９】
上記第１暖房往き接続口４１は、貯湯タンク２内の温水を取り出すためのものである。この第１暖房往き接続口４１は、貯湯タンク２の上下方向の略中央部に設けられて、ヒータ６近傍かつ上方に位置している。これにより、上記ヒータ６で加熱された直後の温水を、第１暖房往き接続口４１から取り出し、複数の暖房端末８Ａ，８Ｂ，…に送ることができる。
【００８０】
上記第２暖房往き接続口４２も、上記第１暖房往き接続口４１と同様に、貯湯タンク２内の温水を取り出すためのものである。この第２暖房往き接続口４２は貯湯タンク２の上部に設けられている。これにより、上記貯湯タンク２内の上部領域の温水を、第２暖房往き接続口４２から取り出し、複数の暖房端末８Ａ，８Ｂ，…へ送ることができる。また、上記第２暖房往き接続口４２は沸き上げ戻り接続口を兼用している。
【００８１】
上記暖房端末８Ａ，８Ｂ，…のそれぞれは、貯湯タンク２から流れてきた温水の熱を直接取り出し、室内に放出する。そして、上記温水は、低温となり、暖房端末８Ａ，８Ｂ，…を出て、暖房戻り接続口４３へ向かって流れる。
【００８２】
上記暖房戻り接続口４３は貯湯タンク２の下部に設けられている。これにより、上記暖房戻り接続口４３から出た温水を、貯湯タンク２内の下部領域の温水と混ぜることができる。
【００８３】
また、上記暖房用循環回路４には、バイパス配管４４、暖房用混合弁４５、温度センサ４０Ｆ，４０Ｇ、暖房用循環ポンプ４８および暖房用三方弁４９が設けられている。
【００８４】
上記バイパス配管４４は、暖房端末８Ａ，８Ｂ，…から暖房戻り接続口４３へ流れる温水の一部を暖房用混合弁４５へ案内する。
【００８５】
上記暖房用混合弁４５は、貯湯タンク２からの温水が流入する入口と、バイパス配管４４からの温水が流入する入口とを有している。詳しくは後述するが、上記暖房用混合弁４５の各入口の開度は制御部７によって調節される。
【００８６】
上記制御部７は、外気温度センサ１８の出力信号と、温度センサ４０Ａ，４０Ｂ，…，４０Ｇの出力信号とを受ける。また、上記制御部７は、室内温度センサ（図示せず）から、室内温度を示す信号も受ける。ここで、上記外気温度センサ１８の出力信号は外気温度を示す信号、温度センサ４０Ａ，４０Ｂの出力信号は貯湯タンク２内の上部領域の温水の温度を示す信号、温度センサ４０Ｃの出力信号は貯湯タンク２内の上下方向の中間部領域の温水の温度を示す信号、温度センサ４０Ｄ，４０Ｅの出力信号は貯湯タンク２内の下部領域の温水の温度を示す信号である。また、上記温度センサ４０Ｆの出力信号は、貯湯タンク２から暖房端末８Ａ，８Ｂ，…へ向かう温水の温度を示す信号である。そして、上記温度センサ４０Ｇは、暖房端末８Ａ，８Ｂ，…から貯湯タンク２へ向かう温水の温度を示す信号である。
【００８７】
上記暖房用循環ポンプ４８は、第２暖房往き接続口４２または第１暖房往き接続口４１を介して貯湯タンク２内の温水を吸い込み、複数の暖房端末８Ａ，８Ｂ，…に向けて吐出する。
【００８８】
上記暖房用三方弁４９は、貯湯タンク２内の温水の高温領域が第１暖房往き接続口４１近傍に存在している場合、第１暖房往き接続口４１から温水を取り出す。また、上記暖房用三方弁４９は、貯湯タンク２内の温水の高温領域が第１暖房往き接続口４１近傍に存在していない場合、第２暖房往き接続口４２から温水を取り出す。この暖房用三方弁４９の切り替えは制御部７によって行われる。つまり、上記制御部７は、貯湯タンク２内の各部の温水の温度を検出するための複数の温度センサからの信号に基づいて、暖房用三方弁４９の切り替えを行う。
【００８９】
上記構成の暖房給湯装置によれば、暖房運転が開始すると、制御部７が暖房用循環ポンプ４８をＯＮにする。これにより、上記貯湯タンク２に貯えた温水が複数の暖房端末８Ａ，８Ｂ，…に送られ、再び、貯湯タンク２に戻る。これにより、上記温水の熱が暖房端末８Ａ，８Ｂ，…を介して室内に放出されて、室内が暖房される。
【００９０】
上記暖房運転中、制御部７が、外気温度センサ１８、温度センサ４０Ａ，４０Ｂ，…，４０Ｅおよび室内温度センサの出力信号に基づいて、圧縮機１２、膨張弁１５、沸き上げ用循環ポンプ５１および分岐弁５５を制御する。
【００９１】
例えば、上記制御部７は、温度センサ４０Ａ，４０Ｂ，…，４０Ｅの出力信号から、貯湯タンク２内の上部領域にある高温の温水が少なくなっていると判断すると、ヒートポンプユニット１で貯湯タンク２内の温水を沸き上げる。より詳しくは、上記圧縮機１２および沸き上げ用循環ポンプ５１をＯＮにし、かつ、膨張弁１５を開く。このとき、上記制御部７は、分岐弁５５の凝縮器１３側の出口を全開にする一方、分岐弁５５のデフロスト熱交換器１９側の出口を全閉にする。これにより、上記貯湯タンク２内の下部領域にある温水が凝縮器１３へ流れ、この凝縮器１３で加熱されて高温となった温水が第２暖房往き接続口４２を介して貯湯タンク２内に戻る。
【００９２】
そして、上記ヒートポンプユニット１で貯湯タンク２内の温水を沸き上げている最中に、制御部７が、例えば、外気温度センサ１８の出力から、蒸発器１１の霜を取るためのデフロスト運転が必要だと判断すると、デフロスト運転を開始する。
【００９３】
上記デフロスト運転が開始すると、制御部７が、膨張弁１５の開度を大きくすると共に、分岐弁５５のデフロスト熱交換器１９側の出口を開く。これにより、上記貯湯タンク２内の下部領域の中温（例えば３０℃〜５０℃）の温水が、凝縮器１３およびデフロスト熱交換器１９の両方に流れる。このデフロスト熱交換器１９に入った中温の温水は、圧縮機１２へ向かうＣＯ２冷媒に熱を与えて低温の温水となる。この低温の温水は、凍結防止水戻し接続口５４を介して貯湯タンク２内に戻る。
【００９４】
このように、上記中温の温水が、デフロスト熱交換器１９を経由した後、再び、貯湯タンク２内に戻ることにより、蒸発器１１に入るＣＯ２冷媒の温度が適度に高くなる。その結果、上記蒸発器１１から霜を取り除くことができる。
【００９５】
上記デフロスト運転中は、外気から熱を取り込むのではなく、貯湯タンク２内の下部領域の中温の温水から熱を取り込む。この熱は、ヒートポンプユニット１がデフロスト運転前に沸かした温水の熱である。このため、上記ヒートポンプユニット１のＣＯＰはデフロスト運転中に限っていえば悪くなる。ただし、それは、上記貯湯タンク２内の下部領域の中温の温水を用いない従来のデフロスト運転でも同じである。
【００９６】
しかしながら、上記貯湯タンク２内の下部領域の中温の温水を用いるデフロスト運転であれば、その中温の温水は、デフロスト熱交換器１９を経由することによって、温度が下がって低温の温水となって、貯湯タンク２内の下部領域に戻る。これにより、上記デフロスト運転の終了後に、貯湯タンク２内の温水の沸き上げを行うと、貯湯タンク２内の下部領域の低温の温水がヒートポンプユニット１に供給される。その結果、上記ヒートポンプユニット１のＣＯＰが向上し、運転トータルで、ヒートポンプユニット１のＣＯＰの改善が見込める。
【００９７】
また、上記デフロスト熱交換器１９においては、高圧冷媒配管２１が低圧冷媒配管２０に巻き付けられていることによって、高圧冷媒配管２１内のＣＯ２冷媒の熱が低圧冷媒配管２０内のＣＯ２冷媒に吸収されるので、高圧冷媒配管２１内のＣＯ２冷媒の過冷却を行うことができる。
【００９８】
また、上記デフロスト熱交換器１９が高圧冷媒配管２１内のＣＯ２冷媒の過冷却を行えるので、デフロスト熱交換器１９とは別に過冷却熱交換器を設置しなくても済む。したがって、上記ヒートポンプユニット１の熱交換器数を少なくして、冷媒回路１６の圧力損失を低減できるので、ヒートポンプユニット１の効率を高くすることができる。
【００９９】
また、上記低圧冷媒配管２０に高圧冷媒配管２１と水配管５６とを巻き付けることによって、デフロスト熱交換器１９を製造するので、デフロスト熱交換器１９の製造を簡単にすることができる。
【０１００】
また、上記デフロスト熱交換器１９においては、低圧冷媒配管２０が略直線状に延びているので、低圧冷媒配管２０内のＣＯ２冷媒の圧力損失が小さくなる。したがって、上記ヒートポンプユニット１の効率をより高くすることができる。
【０１０１】
また、上記低圧冷媒配管２０に、高圧冷媒配管２１と水配管５６とを交互に巻き付けているので、高圧冷媒配管２１内のＣＯ２冷媒と水配管５６内の温水との温度関係に左右されずに、低圧冷媒配管２０内のＣＯ２冷媒の温度を確実に上げることができる。
【０１０２】
また、上記低圧冷媒配管２０の流路断面積は、水配管５６および高圧冷媒配管２１のどちらの流路断面積よりも大きいので、低圧冷媒配管２０を流れるＣＯ２冷媒の圧力損失を低減できる。
【０１０３】
また、上記低圧冷媒配管２０は、膨張弁１５を出たＣＯ２冷媒を圧縮機１２へ導く配管であるので、圧縮機１２に入るＣＯ２冷媒の温度を上げることができる。
【０１０４】
また、上記高圧冷媒配管２１は、圧縮機１２を出たＣＯ２冷媒を膨張弁１５へ導く配管であるので、膨張弁１５に入るＣＯ２冷媒の温度を下げることができる。
【０１０５】
また、上記ヒートポンプユニット１はＣＯ２冷媒を使用するので、ヒートポンプユニット１は高温出湯できる。
【０１０６】
また、上記沸き上げ用循環回路５における凝縮器１３の上流側の一部は、デフロスト用循環回路５０におけるデフロスト熱交換器１９の上流側の一部として兼用されるので、沸き上げ用循環回路５における凝縮器１３の上流側の一部を施行すれば、デフロスト用循環回路５０におけるデフロスト熱交換器１９の上流側の一部の施行を行わずに済む。
【０１０７】
したがって、上記沸き上げ用循環回路５およびデフロスト用循環回路５０の施工に係る手間が少なく、沸き上げ用循環回路５およびデフロスト用循環回路５０の施工性は良好である。
【０１０８】
また、上記沸き上げ用循環回路５における温水の流通と、デフロスト用循環回路５０における温水の流通とを、一つの分岐弁５５だけで制御するので、それらの流通の制御が複雑になるのを防ぐことができる。
【０１０９】
また、上記暖房運転が行われていない非デフロスト運転時、制御部７は、沸き上げ用循環ポンプ５１をＯＮにし、かつ、分岐弁５５のデフロスト熱交換器１９側の出口を開き、デフロスト用循環回路５０に少量の温水を流す。これにより、上記デフロスト用循環回路５０内に残った温水が冷えて凍るのを防ぐことができる。
【０１１０】
上記第１実施形態において、低圧冷媒配管２０の流路断面積は、水配管５６および高圧冷媒配管２１のどちらの流路断面積よりも大きくしていたが、水配管５６の流路断面積よりも小さく、かつ、高圧冷媒配管２１の流路断面積よりも大きくしてもよい。
【０１１１】
［第２実施形態］
図３は、本発明の第２実施形態の暖房給湯装置のデフロスト熱交換器１１９の構造を模式的に示す図である。なお、図３においては、高圧冷媒配管１２１に対する水配管１５６の識別を容易にするため、水配管１５６にハッチングを付している。
【０１１２】
上記暖房給湯装置は、図２のデフロスト熱交換器１９の代わりに、デフロスト熱交換器１１９を備えている点のみが上記第１実施形態と異なる。
【０１１３】
上記デフロスト熱交換器１１９においては、低圧冷媒配管２０の所定の部分のみに水配管１５６が螺旋状に巻き付けられていると共に、低圧冷媒配管２０の上記部分の軸方向の一方側の隣りの部分のみに高圧冷媒配管１２１が螺旋状に巻き付けられている。これにより、上記高圧冷媒配管１２１および水配管１５６は低圧冷媒配管２０に熱的に接触している。
【０１１４】
上記低圧冷媒配管２０の流路断面積は、高圧冷媒配管１２１の流路断面積よりも大きく、かつ、水配管１５６の流路断面積よりも大きくなっている。
【０１１５】
上記高圧冷媒配管１２１は、圧縮機１２を出た高圧のＣＯ２冷媒を、凝縮器１３およびデフロスト熱交換器１１９を経由させた後、膨張弁１５へ導く配管である（図１参照）。
【０１１６】
上記水配管１５６は、供給口５３から取り出した温水を、デフロスト熱交換器１１９を経由させた後、貯湯タンク２へ導く配管である（図１参照）。
【０１１７】
このようなデフロスト熱交換器１１９であれば、低圧冷媒配管２０および高圧冷媒配管１２１の巻き付け作業が複雑にならず、簡単に製造できる。
【０１１８】
なお、図４においても、高圧冷媒配管２２１に対する水配管２５６の識別を容易にするため、水配管２５６にハッチングを付している。
【０１１９】
また、上記高圧冷媒配管１２１および水配管１５６は、上記第１実施形態の高圧冷媒配管２１および水配管５６とは、低圧冷媒配管２０への巻き付け方が異なるだけである。
【０１２０】
上記第２実施形態において、デフロスト熱交換器１１９の代わりに、図４に示すデフロスト熱交換器２１９を用いてもよい。
【０１２１】
上記デフロスト熱交換器２１９においては、低圧冷媒配管２０の所定の部分のみに高圧冷媒配管２２１を螺旋状に巻き付けると共に、低圧冷媒配管２０の所定の部分のみに、高圧冷媒配管２２１を挟むように水配管２５６を螺旋状に巻き付けている。これにより、上記高圧冷媒配管２２１および水配管２５６は低圧冷媒配管２０に熱的に接触している。
【０１２２】
上記低圧冷媒配管２０の流路断面積は、高圧冷媒配管２２１の流路断面積よりも大きく、かつ、水配管２５６の流路断面積よりも大きくなっている。
【０１２３】
上記高圧冷媒配管２２１は、圧縮機１２を出た高圧のＣＯ２冷媒を、凝縮器１３およびデフロスト熱交換器２１９を経由させた後、膨張弁１５へ導く配管である（図１参照）。
【０１２４】
上記水配管２５６は、供給口５３から取り出した温水を、デフロスト熱交換器２１９を経由させた後、貯湯タンク２へ導く配管である（図１参照）。
【０１２５】
このようなデフロスト熱交換器２１９であっても、デフロスト熱交換器１１９と同様に、簡単に製造できる。
【０１２６】
なお、上記高圧冷媒配管２２１および水配管２５６は、上記第１実施形態の高圧冷媒配管２１および水配管５６とは、低圧冷媒配管２０への巻き付け方が異なるだけである。
【０１２７】
上記第１，２第実施形態のデフロスト熱交換器では、略直線状に延びる低圧冷媒配管に高圧冷媒配管および水配管を巻き付けていたが、例えば少なくとも１つの屈曲部を有する低圧冷媒配管に高圧冷媒配管および水配管を巻き付けてもよい。
【０１２８】
上記第１，第２実施形態において、ヒートポンプユニット１はＣＯ２冷媒を使用していたが、ＮＨ３冷媒やＲ２２冷媒などを使用してもよい。
【０１２９】
また、上記第１，２実施形態の内容を組み合わせたものを本発明の一実施の形態としてもよい。
【０１３０】
また、上記第１，第２実施形態から、暖房端末８Ａ，８Ｂ，…およびこれに関係する暖房用循環回路４等を無くして、給湯装置としてもよい。すなわち、本発明は、暖房給湯装置に限定されず、給湯のみを行う給湯装置にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】図１は本発明の第１実施形態の暖房給湯装置の模式図である。
【図２】図２は本発明の第１実施形態のデフロスト熱交換器の模式図である。
【図３】図３は本発明の第２実施形態のデフロスト熱交換器の模式図である。
【図４】図４は本発明の第２実施形態のデフロスト熱交換器の変形例の模式図である。
【符号の説明】
【０１３２】
１  ヒートポンプユニット
２  貯湯タンク
１１  蒸発器
１２  圧縮機
１３  凝縮器
１５  膨張弁
１６  冷媒回路
１９，１１９，２１９  デフロスト熱交換器
２０  低圧冷媒配管
２１，１２１，２２１  高圧冷媒配管
５６，１５６，２５６  水配管
【図１】
2010091128.tif 000003
【図２】
2010091128.tif 000004
【図３】
2010091128.tif 000005
【図４】
2010091128.tif 000006