(57)【要約】【課題】エネルギー効率の高いヒートポンプ式給湯装置を提供する。【解決手段】圧縮機３１、給湯用熱交換器３２、内部熱交換器３６、第１の絞り装置３３、蒸発器３４を順次接続した主冷媒回路３７と、給湯用熱交換器３２の出口から分岐し、第２の絞り装置３５、内部熱交換器３６を介して、圧縮機３１の吸入配管３１ａに接続されたバイパス回路３８で冷凍サイクルを構成し、貯湯槽４１、循環ポンプ４２、給湯用熱交換器３２を順次接続した給湯回路を有し、内部熱交換器３６は、主冷媒回路３７の冷媒とバイパス回路３８の冷媒を熱交換し、定格運転時に、内部熱交換器３６を流れる冷媒のレイノルズ数が２３００以上となるような配管構成としたもので、内部熱交換器３６により給湯用熱交換器３２の出口冷媒を冷却して、蒸発器３４の入口と出口の冷媒のエンタルピ差を大きくし、冷媒循環量を低減して、蒸発器３４の冷媒の圧力損失を低減できる。【選択図】図１
2008157513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも圧縮機、給湯用熱交換器、内部熱交換器、第１の絞り装置、蒸発器を順次接続して形成された主冷媒回路と、前記給湯用熱交換器の出口から分岐し、第２の絞り装置、前記内部熱交換器を介して、前記圧縮機の吸入配管に接続されたバイパス回路により冷凍サイクルを構成し、貯湯槽、循環ポンプ、前記給湯用熱交換器を順次接続した給湯回路を有し、前記内部熱交換器は、前記主冷媒回路の冷媒と前記バイパス回路の冷媒を熱交換し、前記第１の絞り装置と前記第２の絞り装置は、絞り開度を変えて流量を制御でき、定格運転時に、前記内部熱交換器を流れる冷媒のレイノルズ数が２３００以上となるような配管構成としたことを特徴とするヒートポンプ給湯装置。
【請求項２】
内部熱交換器のバイパス回路側の配管の内径を、前記内部熱交換器の主冷媒回路側の配管の内径より小さくすることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項３】
内部熱交換器のバイパス回路側の配管の内径を１．９ｍｍ以下、前記内部熱交換器の主冷媒回路側の配管の内径を１３．５mm以下とし、前記バイパス回路側の配管を前記主冷媒回路側の配管の内部に配置して２重管とすることを特徴とする請求項１又は２に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項４】
内部熱交換器のバイパス回路側の配管の内径を２ｍｍ以下、前記内部熱交換器の主冷媒回路側の配管の内径を１３.５mm以下とし、前記バイパス回路側の配管を前記主冷媒回路側の配管の周囲に巻きつけたことを特徴とする請求項１又は２に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項５】
内部熱交換器の主冷媒回路側の配管を、前記内部熱交換器のバイパス回路側の配管の内部に配置して２重管とし、前記バイパス回路側の配管の断面積を２．５ｍｍ２以下とすることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項６】
冷凍サイクル中に冷媒を貯留する容器を持たないことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項７】
冷媒として炭酸ガスを用いたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貯湯式のヒートポンプ給湯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のヒートポンプ給湯装置として、図９に示されるようなものがある（たとえば特許文献１参照）。図９は、従来のヒートポンプ給湯機の構成図である。
【０００３】
図９において、従来のヒートポンプ給湯装置は、圧縮機１、給湯用熱交換器２、絞り装置３、蒸発器４からなる冷媒循環回路８と、貯湯槽５、循環ポンプ６、前記給湯用熱交換器２、補助加熱器１９を接続した給湯回路９からなり、前記圧縮機１より吐出された高温高圧の過熱ガス冷媒は、前記給湯用熱交換器２に流入し、ここで前記循環ポンプ６から送られてきた給湯水を加熱する。そして、凝縮液化した冷媒は、前記絞り装置３で減圧され、前記蒸発器４に流入し、ここで大気熱を吸熱して蒸発ガス化し、前記圧縮機１にもどる。
【０００４】
一方、前記給湯用熱交換器２で加熱された湯は、前記貯湯槽５の上部に流入し、上から次第に貯湯されていく。そして、前記給湯用熱交換器２の入口水温が設定値に達すると水温検知器２０が検知し、前記圧縮機１によるヒートポンプ運転を停止して、前記補助加熱器１９の単独運転に切り換えるものである。
【特許文献１】特開昭６０−１６５１５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のような従来のヒートポンプ給湯装置の構成では、沸き上げ運転時間の経過とともに貯湯槽５内の湯と水の接する部分で湯水混合層が生じ、その層は、次第に拡大していく。これは、高温湯と低温水の熱伝導および対流により発生するものであり、高温湯から低温水へ伝熱されその境界部分で高温湯は温度低下し、逆に低温水は温度上昇する。
【０００６】
従って、沸き上げ運転完了近くになると、前記給湯用熱交換器２に流入する水温は高くなるため、前記圧縮機１の吐出圧力および吐出温度が上昇して、前記圧縮機１のモータ（図示せず）の巻線温度の上昇など前記圧縮機１の耐久性が課題となる。そのため、前記給湯用熱交換器２に流入する水温が低い状態で運転を停止していたため、前記貯湯槽５の下部が低温の水の状態で運転を停止することになり、前記貯湯槽５の湯容量を有効に利用できず、そのため、貯湯熱量が減少するという課題があった。
【０００７】
また、貯湯熱量を増加するため、ヒートポンプ運転を停止した後、補助加熱器１９の単独運転で貯湯熱量を増加する場合には、電気ヒータで加熱するため、消費電力が大きくなり、効率が悪くなっていた。
【０００８】
また、上記のような従来のヒートポンプ給湯装置の構成では、外気温度が水温より高い場合にも、外気の熱量を有効に利用する手段がなく、外気温度が高く、水温が低い場合にも消費電力が比較的高いという課題もあった。
【０００９】
本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、圧縮機の吐出圧力上昇を抑え、異常温度上昇もなく、低消費電力量で貯湯槽の下部まで高温湯を貯湯し、貯湯槽の容量を有効に利用することができるヒートポンプ給湯装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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給湯装置は、少なくとも圧縮機、給湯用熱交換器、内部熱交換器、第１の絞り装置、蒸発器を順次接続して形成された主冷媒回路と、前記給湯用熱交換器の出口から分岐し、第２の絞り装置、前記内部熱交換器を介して、前記圧縮機の吸入配管に接続されたバイパス回路により冷凍サイクルを構成し、貯湯槽、循環ポンプ、前記給湯用熱交換器を順次接続した給湯回路を有し、前記内部熱交換器は、前記主冷媒回路の冷媒と前記バイパス回路の冷媒を熱交換し、前記第１の絞り装置と前記第２の絞り装置は、絞り開度を変えて流量を制御でき、定格運転時に、前記内部熱交換器を流れる冷媒のレイノルズ数が２３００以上となるような配管構成としたもので、小型の内部熱交換器により給湯用熱交換器の出口冷媒を入水温度より低い温度まで冷却し、蒸発器入口冷媒の比エンタルピを低下させ、蒸発器の入口と出口の冷媒のエンタルピ差Δｈevaを大きくし、冷媒循環量Grを低減して蒸発器の冷媒の圧力損失Δpevaを低減させることができ、エネルギー効率の高い運転ができ、さらに沸き上げ運転完了近くになって入水温度が高くなった場合に、冷凍サイクルの圧縮機の吐出圧力を低減させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のヒートポンプ給湯装置は、蒸発器の圧力損失を低減しエネルギー効率の高い運転を行い、圧縮機の吐出圧力を低減しながら、給湯水を容易に高温に加熱することができ、ヒートポンプを安全にかつ高効率で運転できる。また、貯湯槽の下部まで高温湯を貯湯でき、貯湯槽の容量を有効に利用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
第１の発明は、少なくとも圧縮機、給湯用熱交換器、内部熱交換器、第１の絞り装置、蒸発器を順次接続して形成された主冷媒回路と、前記給湯用熱交換器の出口から分岐し、第２の絞り装置、前記内部熱交換器を介して、前記圧縮機の吸入配管に接続されたバイパス回路により冷凍サイクルを構成し、貯湯槽、循環ポンプ、前記給湯用熱交換器を順次接続した給湯回路を有し、前記内部熱交換器は、前記主冷媒回路の冷媒と前記バイパス回路の冷媒を熱交換し、前記第１の絞り装置と前記第２の絞り装置は、絞り開度を変えて流量を制御でき、定格運転時に、前記内部熱交換器を流れる冷媒のレイノルズ数が２３００以上となるような配管構成としたもので、小型の内部熱交換器により給湯用熱交換器の出口冷媒を入水温度より低い温度まで冷却し、蒸発器入口冷媒の比エンタルピを低下させ、蒸発器の入口と出口の冷媒のエンタルピ差Δｈevaを大きくし、冷媒循環量Grを低減して蒸発器の冷媒の圧力損失Δpevaを低減させることができ、エネルギー効率の高い運転ができ、さらに沸き上げ運転完了近くになって入水温度が高くなった場合に、冷凍サイクルの圧縮機の吐出圧力を低減させることができる。
【００１３】
第２の発明は、特に、第１の発明の内部熱交換器のバイパス回路側の配管の内径を、前記内部熱交換器の主冷媒回路側の配管の内径より小さくするもので、内部熱交換器の小型化と高効率化を実現でき、蒸発器の冷媒の圧力損失ΔPevaを低減させながら、圧縮機の吐出温度を最適に制御しエネルギー効率の高い運転を行うことができる。
【００１４】
第３の発明は、特に、第１又は第２の発明の内部熱交換器のバイパス回路側の配管の内径を１．９ｍｍ以下、前記内部熱交換器の主冷媒回路側の配管の内径を１３．５mm以下とし、前記バイパス回路側の配管を前記主冷媒回路側の配管の内部に配置して２重管とするもので、内部熱交換器の小型化、高効率化を実現でき、蒸発器入口冷媒の比エンタルピを低下させ、蒸発器の入口と出口の冷媒のエンタルピ差Δｈevaをさらに大きくし、蒸発器の冷媒の圧力損失ΔPevaを低減させ、さらにエネルギー効率の高い運転を行うことができる。
【００１５】
第４の発明は、特に、第１又は第２の発明の内部熱交換器のバイパス回路側の配管の内径を２ｍｍ以下、前記内部熱交換器の主冷媒回路側の配管の内径を１３.５mm以下とし、前記バイパス回路側の配管を前記主冷媒回路側の配管の周囲に巻きつけたもので、内部熱交換器の小型化、高効率化を実現でき、蒸発器入口冷媒の比エンタルピを低下させ、蒸発器の入口と出口の冷媒のエンタルピ差Δｈevaをさらに大きくし、蒸発器の冷媒の圧力損失ΔPevaを低減させ、さらにエネルギー効率の高い運転を行うことができる。
【００１６】
第５の発明は、特に、第１の発明の内部熱交換器の主冷媒回路側の配管を、前記内部熱交換器のバイパス回路側の配管の内部に配置して２重管とし、前記バイパス回路側の配管の断面積を２．５ｍｍ２以下とするもので、内部熱交換器の小型化、高効率化を実現でき、蒸発器入口冷媒の比エンタルピを低下させ、蒸発器の入口と出口の冷媒のエンタルピ差Δｈevaをさらに大きくし、蒸発器の冷媒の圧力損失Δpevaを低減させ、さらにエネルギー効率の高い運転を行うことができる。
【００１７】
第６の発明は、特に、第１〜５のいずれか一つの発明の冷凍サイクル中に冷媒を貯留する容器を持たないもので、圧縮機の吐出圧力を低減する効果が大きい。
【００１８】
第７の発明は、特に、第１〜６のいずれか一つの発明の冷媒として炭酸ガスを用いたもので、給湯水の高温化を高効率で実現すると共に、冷媒が外部に漏れた場合にも、地球温暖化への影響は非常に少なくなる。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２０】
（実施の形態１）
本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置について、図１〜７を用いて説明する。
【００２１】
図１は、本実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の構成図を示すものである。
【００２２】
図１において、本実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置は、圧縮機３１、給湯用熱交換器３２、内部熱交換器３６、第１の絞り装置３３、蒸発器３４を順に環状に接続し主冷媒回路３７を形成し、給湯用熱交換器３２の出口から分岐し、第２の絞り装置３５、内部熱交換器３６を介して、圧縮機３１の吸入配管３１ａに接続されるバイパス回路３８を設け、内部熱交換器３６では、主冷媒回路３７の給湯用熱交換器３２出口の高圧冷媒をバイパス回路３８の低圧低温の冷媒で冷却するように冷凍サイクルを形成し、内部熱交換器３６では、主冷媒回路３７の配管の中にバイパス回路３８の配管が入り、２重管を構成し、主冷媒回路３７の冷媒とバイパス回路３８の冷媒が対向して流れ熱交換し、冷媒として炭酸ガスを封入して、蒸発器３４は、外気を送風するためのファン３９を備えている。
【００２３】
また、貯湯槽４１、循環ポンプ４２、給湯用熱交換器３２を順に接続した給湯回路を形成しており、圧縮機３１より吐出された高温高圧の過熱ガス冷媒は、給湯用熱交換器３２に流入し、ここで循環ポンプ４２から送られてきた給湯水を加熱するようになっている。
【００２４】
また、給湯用熱交換器３２に流入する入水温度を検知する入水温度センサー５１と、給湯用熱交換器３２から流出する出湯温度を検知する出湯温度センサー５２と、外気温度を検知する外気温度センサー５３と、内部熱交換器３６の出口冷媒温度を検出する出口冷媒温度センサー５４を設けてあり、各々の温度が、あらかじめ設定された値（温度）と比較して、第１の絞り装置３３と第２の絞り装置３５の絞り開度を制御する制御装置５５を設
置している。
【００２５】
図２は、本実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の模式図、図３は、図２に対応した冷凍サイクル図、図４は、内部熱交換器３６の構成図を示すものである。
【００２６】
以上のように構成されたヒートポンプ給湯装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００２７】
圧縮機３１で、高温高圧の超臨界状態に圧縮された冷媒（炭酸ガス）は、給湯用熱交換器３２で給湯回路を流れる水と熱交換し、自らは中温高圧の冷媒となり、第１の絞り装置３３で減圧され低圧低温の冷媒となり蒸発器３４に流入し、ここでファン３９で送風された外気と熱交換して蒸発ガス化し、圧縮機３１にもどる。一方、循環ポンプ４２で送られた給湯水は、給湯用熱交換器３２で加熱され、生成した湯は貯湯槽４１の上部に流入し、上から次第に貯湯されていく。
【００２８】
また、給湯用熱交換器３２の出口で分岐され、バイパス回路３８に流れる冷媒（図２、図３の2)）は、第２の絞り装置３５で絞られ低圧低温の冷媒（図２、図３の6)）になり、内部熱交換器３６で給湯用熱交換器３２の出口の主冷媒回路３７を流れる中温高圧の冷媒を冷却（図２、図３の3)）し蒸発して、主冷媒回路３７の圧縮機３１の吸入配管３１ａと合流して（図２、図３の5)）、圧縮機３１に吸入される。
【００２９】
この時、第２の絞り装置３５の開度を内部熱交換器３６の出口冷媒温度センサー５４の出力値がある設定値（例えば１０℃）になるように動作させる。この様に制御することにより、給湯用熱交換器３２の出口冷媒を内部熱交換器３６により、入水温度より低い温度まで冷却し、蒸発器３４の入口冷媒の比エンタルピを低下させることができる（図２、図３の3)）。その結果、蒸発器３４の入口と出口の冷媒のエンタルピ差Δｈevaを大きくとることができる。
【００３０】
この時、圧縮機３１の吐出冷媒循環量をGｒ、内部熱交換器３６の主冷媒回路３７の冷媒循環量をGr-main、内部熱交換器３６のバイパス回路３８の冷媒循環量をGr-subとし、内部熱交換器３６の主冷媒回路３７の冷媒循環量Gr-mainと、圧縮機３１の吐出冷媒循環量Gｒの比をαとすると、各冷媒循環量の関係は、下記となる。
【００３１】
【数１】
2008157513.tif 000003
【００３２】
【数２】
2008157513.tif 000004
【００３３】
また、内部熱交換器３６では、主冷媒回路３７の冷媒の放熱量ΔQ-mainとバイパス回路３８の冷媒の吸熱量ΔQ-subは等しくなる。従って、その関係は下記となる。
【００３４】
【数３】
2008157513.tif 000005
【００３５】
【数４】
2008157513.tif 000006
【００３６】
【数５】
2008157513.tif 000007
【００３７】
【数６】
2008157513.tif 000008
【００３８】
冷媒として二酸化炭素を使用し、中間期の運転条件でヒートポンプ給湯装置を運転した場合の内部熱交換器３６の冷凍サイクルの冷媒データを表1に示す。
【００３９】
【表１】
2008157513.tif 000009
【００４０】
表１より、主冷媒回路３７の冷媒循環量Gr-mainと比較し、バイパス回路３８の冷媒循環量Gr-subが少ないことがわかる。従って、このような条件で、効率よく熱交換するため
には、バイパス回路３８の冷媒の流れの状態が乱流（Re>２３００）となり熱交換するような内部熱交換器３６の設計が必要となる。
【００４１】
【数７】
2008157513.tif 000010
【００４２】
【数８】
2008157513.tif 000011
【００４３】
【数９】
2008157513.tif 000012
【００４４】
【数１０】
2008157513.tif 000013
【００４５】
表1の内部熱交換器３６の入口・出口冷媒の熱物性値と数式７、数式８、数式９、数式１０を用い、レイノズル数Re、熱伝達率ｈが共に高くなるような内部熱交換器３６の仕様を検討すると、表２、表３となる。
【００４６】
【表２】
2008157513.tif 000014
【００４７】
【表３】
2008157513.tif 000015
【００４８】
この結果、内部熱交換器３６の主冷媒回路３７の配管内径は１３．５ｍｍ以下、バイパス回路３８の配管内径は１．８ｍｍ以下の配管を用い、図４に示すように、主冷媒回路３７の配管内に、バイパス回路３８の配管を挿入して２重管構成とすることでレイノルズ数Reは、２３００以上となり、熱伝達率ｈも高くなり、高効率な内部熱交換器３６を実現できる。
【００４９】
また、図５に示すように、内部熱交換器３６のバイパス回路３８の配管をらせん状に整形し、主冷媒回路３７の配管内に挿入することで、伝熱面積を増加させることができ、さらに、主冷媒回路３７やバイパス回路３８の冷媒の流れを攪拌して、熱伝達率をより高くすることができるため、より高効率な内部熱交換器３６を実現できる。
【００５０】
また、図６に示すように主冷媒回路３７の配管の周囲にバイパス回路３８の配管を巻き付けろう付けやはんだ付けで固定するような構成とし、主冷媒回路３７の冷媒とバイパス回路３８の冷媒が対向して流れ熱交換する内部熱交換器３６においても、同様の内径の配管を使用して、同等な効果を有する内部熱交換器３６を実現することができる。
【００５１】
さらに、図７に示すように、バイパス回路３８の配管の中に主冷媒回路３７の配管を入れて、２重管を構成し、主冷媒回路３７の冷媒とバイパス回路３８の冷媒が対向して流れ熱交換する内部熱交換器３６において、表４のように、バイパス回路３８の配管断面積が２．５ｍｍ２以下となる構成の２重管とすることでレイノルズ数Reは２３００以上となり、熱伝達率ｈも高くなり、高効率な内部熱交換器３６を実現できる。
【００５２】
【表４】
2008157513.tif 000016
【００５３】
このような内部熱交換器３６を使用し、ヒートポンプ給湯装置の効率向上について説明する。
【００５４】
蒸発器３４の吸熱量Qは、蒸発器３４入口の比エンタルピheva-inと蒸発器３４の出口の比エンタルピheva-outの差であるΔｈevaと内部熱交換器３６の主冷媒回路３７の冷媒循環量Gr−mainの積で表され、また、圧縮機３１の動力は、圧縮機３１吸入冷媒の比エンタルピhcomp-sucと圧縮機３１吐出冷媒の比エンタルピhcomp-disの差であるΔｈcompと圧縮機３１の吐出冷媒循環量Grの積で表わされ、エネルギー効率COPは、吸熱量Qを圧縮機動力Wで除した値である。
【００５５】
【数１１】
2008157513.tif 000017
【００５６】
【数１２】
2008157513.tif 000018
【００５７】
【数１３】
2008157513.tif 000019
【００５８】
つまり、数式１１より、蒸発器３４で同じ吸熱量Qを得ようとする場合、蒸発器３４の入口と出口の冷媒のエンタルピ差Δｈevaを大きくすると、冷媒循環量Gr-mainを少なくすることができる。蒸発器３４の冷媒の圧力損失ΔPevaは冷媒循環量Gr-mainに比例するため、同じ吸熱量Qを得る時に冷媒循環量Gr-mainを低減できれば、蒸発器３４の冷媒の圧力損失Δpevaを低減でき、その結果、圧縮機３１の吸入圧力Psucを高くできる。
【００５９】
圧縮機３１の吸入圧力Psucを高くできれば、吸入圧力Psucと吐出圧力Pdisの比である圧縮比Pdis/Psucを低下させ、Δｈcompを小さくできるため、数式１２より圧縮機３１動力Wを低減でき、その結果、数式１３よりエネルギー効率COPを向上させることができる。
【００６０】
さらに、沸き上げ運転時間の経過とともに、貯湯槽４１内の湯と水の接する部分で湯水混合層が生じ、その層は、貯湯槽４１の下部に拡大し、沸き上げ運転完了近くになると、貯湯槽４１下部より循環ポンプ４２を経て給湯用熱交換器３２に流入する水温は高くなってくる。しかし、第２の絞り装置３５の開度を内部熱交換器３６の出口冷媒温度センサー５４の出力値がある設定値（例えば１０℃）になるように制御することにより、給湯用熱交換器３２の出口から分岐された冷媒がバイパス回路３８に流れ、第２の絞り装置３５で減圧され低圧低温の冷媒となり、内部熱交換器３６で給湯用熱交換器３２の出口冷媒を冷却し、蒸発して圧縮機３１の吸入配管３１ａと合流して圧縮機３１に吸入される。
【００６１】
給湯用熱交換器３２の出口冷媒が、内部熱交換器３６により入水温度より低い温度まで冷却されることで、内部熱交換器３６および蒸発器３４に高い密度の冷媒を保持できる。また、第１の絞り装置３３は、圧縮機３１の吐出温度を設定値になるように制御する。その結果、冷凍サイクルの圧縮機３１の吐出圧力を低減させ、ヒートポンプ給湯装置を安全にかつ高効率で運転することができる。また、貯湯槽４１の下部まで高温の湯を貯湯でき、貯湯槽４１の容量を有効に利用できる効果がある。
【００６２】
また、出湯温度が高い場合、冷凍サイクルの圧縮機３１の吐出温度を高くする必要があるが、そのためには圧縮機３１の吐出圧力も高くする必要がある。したがって、入水温度
が上昇すると、出湯温度が高いほど圧縮機３１の吐出圧力は高くなる。出湯温度が高い場合、圧縮機３１の吐出温度、吐出圧力はより高くなり、入水温度の上昇に対しては、さらに高圧が上昇し、運転効率は低下する。
【００６３】
従って、入水温度センサー５１で検知した入水温度と、出湯温度センサー５２で検知した出湯温度が、制御装置５５にあらかじめ設定してある温度よりも上昇すると、給湯用熱交換器３２の出口から分岐された冷媒は、第２の絞り装置３５で減圧され低圧低温の冷媒となり、内部熱交換器３６で給湯用熱交換器３２の出口冷媒を冷却し、蒸発して圧縮機３１の吸入配管３１ａと合流して、圧縮機３１に吸入される。
【００６４】
内部熱交換器３６の出口冷媒温度センサー５４の出力値が、入水温度センサー５１で検知した入水温度と、出湯温度センサー５２で検知した出湯温度により設定された値になるように第２の絞り装置３５の開度を制御することにより、給湯用熱交換器３２の出口冷媒を内部熱交換器３６により設定値まで冷却することで、内部熱交換器３６および蒸発器３４に高い密度の冷媒を保持できる。
【００６５】
また、第１の絞り装置３３を、圧縮機３１の吐出温度が設定値になるように制御する。その結果、冷凍サイクルの圧縮機３１の吐出圧力を低減させ、ヒートポンプ給湯装置を安全にかつ高効率で運転することができる。また、貯湯槽４１の下部まで高温の湯を貯湯でき、貯湯槽４１の容量を有効に利用できる効果がある。
【００６６】
また、外気温度が高いと、蒸発圧力が上昇する。蒸発圧力が高いほど、圧縮機３１の吸入冷媒の比容積が小さくなり、冷媒循環量が増加し給湯能力が増加する。そのため、外気温が高いほど圧縮機３１の吐出圧力は高くなる。
【００６７】
このように出湯温度や外気温が高く、入水温度が高くなるほど、圧縮機３１の吐出圧力は高くなる傾向がある。
【００６８】
この時、内部熱交換器３６の出口冷媒温度センサー５４の出力値が、入水温度センサー５１で検知した入水温度と、出湯温度センサー５２で検知した出湯温度と、外気温度センサー５３で検知した外気温から選択された設定値になるように、第２の絞り装置３５の開度を制御する。
【００６９】
この様に制御することにより、給湯用熱交換器３２の出口冷媒を内部熱交換器３６により蒸発温度まで冷却することで、内部熱交換器３６および蒸発器３４に高い密度の冷媒を保持できる。また、第１の絞り装置３３は、圧縮機３１の吐出温度を設定値になるように制御する。その結果、冷凍サイクルの圧縮機３１の吐出圧力を低減させ、ヒートポンプ給湯装置を安全にかつ高効率で運転することができる。また、貯湯槽４１の下部まで高温の湯を貯湯でき、貯湯槽４１の容量を有効に利用できる効果がある。
【００７０】
（実施の形態２）
図８は、本発明の第２の実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の冷凍サイクル図である。なお、上記第１の実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置と同一部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００７１】
本実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置は、冷媒としてR410Aを用いるもので、その構成図、ヒートポンプ給湯装置の模式図、内部熱交換器３６の構成等は、上記第1の実施の形態と同じなので、その部分の説明は割愛する。
【００７２】
本実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置を、中間期の運転条件で運転した場合の内
部熱交換器３６の冷凍サイクルの冷媒データを表５に示す。
【００７３】
【表５】
2008157513.tif 000020
【００７４】
表５の内部熱交換器３６の入口・出口冷媒の熱物性値と、数式７、数式８、数式９、数式１０を用い、レイノズル数Re、熱伝達率ｈが共に高くなるような内部熱交換器３６の仕様を検討すると、表６、表７となる。
【００７５】
【表６】
2008157513.tif 000021
【００７６】
【表７】
2008157513.tif 000022
【００７７】
この結果、内部熱交換器３６の主冷媒回路３７の配管内径は１１．２ｍｍ以下、バイパス回路３８の配管内径は１．２５ｍｍ以下の配管を用いた２重管構成とすることでレイノルズ数Reは２３００以上となり、熱伝達率ｈも高くなり、高効率な内部熱交換器３６を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
以上のように、本発明にかかるヒートポンプ給湯装置は、冷凍サイクルの圧縮機の吐出圧力や吐出温度を低減しながら、給湯水を容易に高温に加熱することができるので、高温を得るヒートポンプ給湯機や高温風を得る空調機等の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ給湯装置の構成図
【図２】同ヒートポンプ給湯装置の模式図
【図３】同ヒートポンプ給湯装置の冷凍サイクル図
【図４】同ヒートポンプ給湯装置の内部熱交換器の構成図
【図５】同ヒートポンプ給湯装置の内部熱交換器の他の例を示す構成図
【図６】同ヒートポンプ給湯装置の内部熱交換器の他の例を示す構成図
【図７】同ヒートポンプ給湯装置の内部熱交換器の他の例を示す構成図
【図８】本発明の実施の形態２におけるヒートポンプ給湯装置の冷凍サイクル図
【図９】従来のヒートポンプ給湯装置の構成図
【符号の説明】
【００８０】
３１    圧縮機
３１ａ  吸入配管
３２    給湯用熱交換器
３３    第１の絞り装置
３４    蒸発器
３５    第２の絞り装置
３６    内部熱交換器
３７    主冷媒回路
３８    バイパス回路
３９    ファン
４１    貯湯槽
４２    循環ポンプ
５１    入水温度センサー
５２    出湯温度センサー
５３    外気温度センサー
５４    出口冷媒温度センサー
５５    制御装置
【図１】
2008157513.tif 000023
【図２】
2008157513.tif 000024
【図３】
2008157513.tif 000025
【図４】
2008157513.tif 000026
【図５】
2008157513.tif 000027
【図６】
2008157513.tif 000028
【図７】
2008157513.tif 000029
【図８】
2008157513.tif 000030
【図９】
2008157513.tif 000031