(57)【要約】【課題】本発明は、ヒートポンプ給湯装置に内蔵され、タンク内の高温水と熱交換する熱交換手段である温水熱交換パイプを備えた温水暖房ユニット等を運転したときに生じる中温水を冷媒と熱交換し、効率よく湯の加熱を行うことを目的としたものである。【解決手段】大気熱を冷媒に回収する大気熱交換器７を介して水を加熱するヒートポンプユニット１と、加熱された湯を貯めるタンク１３と、タンク１３内の中温水を循環させ熱回収する熱回収手段である冷媒加熱用熱交換器５と、タンク１３内の高温水と熱交換する熱交換手段である温水熱交換パイプ２８とを備え、ヒートポンプユニット１の熱回収手段として、大気熱を用いるか、タンク内の中温水を用いるかを切り換えるようにすることで、効率よく湯を加熱することを可能にしている。【選択図】  図１
2004211986.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気熱を冷媒に回収し熱交換器を介して水を加熱するヒートポンプユニットと、前記ヒートポンプユニットで加熱された湯を貯めるタンクと、前記タンク内の中温水を循環させ熱回収する熱回収手段と、前記タンク内の高温水と熱交換する熱交換手段とを備え、前記ヒートポンプユニットの熱回収手段として、大気熱を用いるか、タンク内の中温水を用いるかを切り換えるようにしたヒートポンプ給湯装置
【請求項２】
ヒートポンプユニットの熱回収手段として、タンク内の中温水を用いた場合は、熱回収後の中温水を再度ヒートポンプユニットで加熱し、タンク上部よりタンク内に戻すようにした請求項１記載のヒ−トポンプ給湯装置。
【請求項３】
冷媒を加熱する圧縮機と、加熱された冷媒を熱交換させて水を温める給湯用熱交換器と、熱交換した冷媒を減圧膨張させる第１膨張弁と、減圧膨張した冷媒を湯と熱交換して加熱する冷媒加熱用熱交換器と、この冷媒加熱用熱交換器で加熱された冷媒を減圧膨張させる第２膨張弁と、減圧膨張した冷媒が大気より回収された熱により加熱される大気熱交換器を通るか、バイパス回路を通るかを流路制御する第１電磁弁と第２電磁弁とで構成した第１冷媒加熱回路と、湯を貯めるタンクと、このタンク下部の水を前記給湯用熱交換器で加熱し、前記タンク上部に高温の湯を貯めるための積層ポンプと、水がタンク下部からタンク上部方向のみに流れるよう制御する第１逆止弁とで構成した沸き上げ回路と、前記沸き上げ回路を流れる水が流れ込むのを防止する第２逆止弁と、タンク略中間部からタンク内の湯を冷媒加熱用ポンプにより冷媒加熱用熱交換器へと導き冷媒を加熱し、再び湯を沸き上げ回路の前記第１逆止弁よりも下流側へと戻す第２冷媒加熱回路と、タンク内の湯を熱交換することにより加熱される温水熱交換負荷を備えたヒートポンプ給湯装置。
【請求項４】
冷媒を加熱する圧縮機と、加熱された冷媒を熱交換させて水を温める給湯用熱交換器と、熱交換した冷媒を減圧膨張させる第１膨張弁と、減圧膨張した冷媒を湯と熱交換して加熱する冷媒加熱用熱交換器と、この冷媒加熱用熱交換器で加熱された冷媒を減圧膨張させる第２膨張弁と、減圧膨張した冷媒が大気より回収された熱により加熱される大気熱交換器を通るか、バイパス回路を通るかを流路制御する第１電磁弁と第２電磁弁とで構成した第１冷媒加熱回路と、湯を貯めるタンクと、このタンク下部の水を前記給湯用熱交換器で加熱し、前記タンク上部に高温の湯を貯めるための積層ポンプと、水がタンク下部からタンク上部方向のみに流れるよう制御する第１逆止弁とで構成した沸き上げ回路と、冷媒加熱用ポンプによりタンク略中間部内の湯を冷媒加熱用熱交換器へと導き冷媒を加熱し、冷媒加熱後の湯を再び前記第一逆止弁よりも下流側の沸き上げ回路に戻すか、あるいはタンクの下部へ戻すかを制御する流路切換弁と、沸き上げ回路を流れる水が流れ込むのを防止する第２逆止弁で構成された第２冷媒加熱回路と、タンク内の湯を熱交換することにより加熱される温水熱交換負荷を備えたヒートポンプ給湯装置。
【請求項５】
冷媒加熱用熱交換器出口の第２冷媒加熱回路に温度検出器を設け、前記温度検出器で検出された温度が所定温度以下のときのみ、第２冷媒加熱回路より供給される湯を給湯用熱交換器で加熱するようにした請求項３または４記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項６】
給湯用熱交換器出口の沸き上げ回路に温度検出器を設け、前記温度検出器で検出された温度が所定温度以下のときは、第２冷媒加熱回路より供給される湯の加熱動作を停止するようにした請求項３〜５のいずれか１項記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項７】
給湯用熱交換器出口の沸き上げ回路に温度検出器を設け、前記温度検出器で検出された温度が所定温度以下のときは、流路切換弁を制御して沸き上げ回路の流量を調節するようにした請求項４または５記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項８】
給湯用熱交換器出口の沸き上げ回路に温度検出器を設け、前記温度検出器で検出された温度が所定温度以下のときは、冷媒加熱用ポンプを制御して沸き上げ回路の流量を調節するようにした請求項３〜７のいずれか１項記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項９】
温水熱交換負荷は、第２冷媒回路の湯の取出口より上方に位置させるようにした請求項３〜７のいずれか１項記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項１０】
冷媒加熱用熱交換器出口の第２冷媒回路に温度検出器を設け、前記温度検出器で検出された温度が所定温度以下のときは、第１冷媒加熱回路の冷媒経路としてバイパス回路に冷媒が流れるように切り換え、大気熱交換器側の第１電磁弁を閉塞するようにした請求項３または４記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項１１】
第２冷媒加熱回路より供給される湯を給湯用熱交換器で加熱するときは、積層ポンプの運転を停止するように制御した請求項３〜１０いずれか１項記載のヒートポンプ給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として温水熱交換負荷を備え、大気熱を利用するヒートポンプ給湯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のヒートポンプ給湯装置は、図４に示すような構成となっていた。
【０００３】
以下、その構成を図４に基づいて説明する。図４において、４１はヒートポンプユニットで、冷媒を加熱する圧縮機４２と、膨張弁４３と、給湯用熱交換器４４と、大気熱交換器４５を備えている。４６はタンクユニットで、給湯用のカランＣが配管接続されたタンク４７と、給水管Ｄと、タンク４７の下部の水温を検出する入水サーミスタＭと、積層ポンプ４８を備えている。４９は温水暖房ユニットで、タンク４７内の高温水と熱交換する温水熱交換パイプ５０と、温水循環ポンプ５１と、送風機５２と、温風熱交換器５３を備えている。
【０００４】
次に上記構成において、動作を説明する。まず、冷媒を圧縮機４２で高温高圧にした後に、給湯用熱交換器４４で積層ポンプ４８により循環するタンク４７内の水と熱交換させ、タンク４７の水を温める。給湯用熱交換器４４から膨張弁４３を通った後に冷媒は凝縮液化するが、大気熱交換器４５で、大気熱と熱交換することにより蒸発ガス化され、その蒸発ガス化した冷媒を再び圧縮機４２に流入させるというサイクルを繰り返すことにより貯湯を行う。
【０００５】
次に給湯を行うにはカランＣを開くとタンク４７上部より高温水が出湯され、同時にタンク４７の下部には給水管Ｄより低温の水道水が供給される。
【０００６】
一方、温水暖房ユニット４９は、温水循環ポンプ５１により温水熱交換パイプ５０内を流れる循環水を、タンク４７内に貯湯されている高温水と熱交換させることにより温め、さらに送風機５２と温風熱交換器５３により室内空気を温め温風暖房を行う。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
近年、ヒートポンプ給湯装置の場合、単なる湯の沸き上げと貯湯機能だけでなく、温水暖房等の暖房機能付加への要望が高まっている。
【０００８】
しかしながら、温水暖房等の暖房負荷は必要熱量が大きく、長時間暖房運転を行うと、給湯には使えるが、暖房運転に対しては十分な熱量供給が行えない使い勝手の悪い中温水が大量に貯湯されてしまう。
【０００９】
ヒートポンプ給湯装置は、低温の水道水と大気熱から熱を回収し、さらに圧縮機で高温に加熱した冷媒とを熱交換させることにより、効率的に高温の湯を沸き上げ、ランニングコストでメリットを出そうとするものである。
【００１０】
しかし、タンク内の給湯には使えるが、暖房運転に対しては十分な熱量供給が行えない中温水と冷媒を熱交換させても熱交換効率が低下し、結果としてランニングコストが高くなり、必ずしもユーザーの期待に添ったものでなくなるという課題を有していた。
【００１１】
また、中温水を加熱する場合にはＣＯＰ（エネルギー消費効率）が１以下となることを防ぐために、入水サーミスターＭが所定温度以上を検出すると、加熱動作を行わないように制御している。
【００１２】
すなわち、中温水をユーザーが給湯に使用し、給水管Ｄから低温の水道水がタンク内に供給され、入水サーミスタＭが所定温度以下の水の流入を検出しない限りは加熱動作を行わないので、高温水が確実に得られず、使い勝手の面でも課題を有していた。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、大気熱を冷媒に回収し熱交換器を介して水を加熱するヒートポンプユニットと、前記ヒートポンプユニットで加熱された湯を貯めるタンクと、前記タンク内の中温水を循環させ熱回収する熱回収手段と、前記タンク内の高温水と熱交換する熱交換手段とを備え、前記ヒートポンプユニットの熱回収手段として、大気熱を用いるか、タンク内の中温水を用いるかを切り換えるようにした構成としている。
【００１４】
上記発明によれば、冷媒は大気熱より熱回収するか、タンク内に中温水がある場合には中温水を利用して熱回収するように切り換えられることにより、タンク内の高温水と熱交換して運転する温水暖房ユニット等の熱交換手段を運転し中温水が生じても、中温水の温度を低下させ、効率良く湯を沸き上げることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載したヒートポンプ給湯装置は、大気熱を冷媒に回収し熱交換器を介して水を加熱するヒートポンプユニットと、前記ヒートポンプユニットで加熱された湯を貯めるタンクと、前記タンク内の中温水を循環させ熱回収する熱回収手段と、前記タンク内の高温水と熱交換する熱交換手段とを備え、前記ヒートポンプユニットの熱回収手段として、大気熱を用いるか、タンク内の中温水を用いるかを切り換えるようにした構成としている。
【００１６】
そして、冷媒は大気熱より熱回収するか、タンク内に中温水がある場合には中温水を利用して熱回収するように切り換えられることにより、タンク内の高温水と熱交換して運転する温水暖房ユニット等の熱交換手段を運転し中温水が生じても、中温水の熱を冷媒加熱に使うことにより中温水の温度を低下させ、効率よく湯を沸き上げ、ランニングコストメリットが出せる使い勝手の良いヒートポンプ給湯装置を提供できる。
【００１７】
本発明の請求項２に記載したヒートポンプ給湯装置は、ヒートポンプユニットの熱回収手段として、タンク内の中温水を用いた場合は、熱回収後の中温水を再度ヒートポンプユニットで加熱し、タンク上部よりタンク内に戻すようにした構成としている。
【００１８】
そして、中温水より加熱した高温水をタンク上部に戻すようにしていることにより、タンク上部に確実に高温水が確保でき、使い勝手の良いヒートポンプ給湯装置を提供できる。
【００１９】
本発明の請求項３に記載したヒートポンプ給湯装置は、冷媒を加熱する圧縮機と、加熱された冷媒を熱交換させて水を温める給湯用熱交換器と、熱交換した冷媒を減圧膨張させる第１膨張弁と、減圧膨張した冷媒を湯と熱交換して加熱する冷媒加熱用熱交換器と、この冷媒加熱用熱交換器で加熱された冷媒を減圧膨張させる第２膨張弁と、減圧膨張した冷媒が大気より回収された熱により加熱される大気熱交換器を通るか、バイパス回路を通るかを流路制御する第１電磁弁と第２電磁弁とで構成した第１冷媒加熱回路と、湯を貯めるタンクと、このタンク下部の水を前記給湯用熱交換器で加熱し、前記タンク上部に高温の湯を貯めるための積層ポンプと、水がタンク下部からタンク上部方向のみに流れるよう制御する第１逆止弁とで構成した沸き上げ回路と、前記沸き上げ回路を流れる水が流れ込むのを防止する第２逆止弁と、タンク略中間部からタンク内の湯を冷媒加熱用ポンプにより冷媒加熱用熱交換器へと導き冷媒を加熱し、再び湯を沸き上げ回路の前記第１逆止弁よりも下流側へと戻す第２冷媒加熱回路と、タンク内の湯を熱交換することにより加熱される温水熱交換負荷を備えた構成としている。
【００２０】
そして、タンク内の高温水と熱交換する温水暖房ユニット等の温水熱交換負荷による暖房運転を行い中温水が生じても、タンク略中間部からタンク内の中温水を冷媒加熱用ポンプにより冷媒加熱用熱交換器へと導き、中温水と熱交換することにより冷媒を加熱するようにしているので、温水熱交換負荷が必要とする高温水を効率よく確保できる。
【００２１】
本発明の請求項４に記載したヒートポンプ給湯装置は、冷媒を加熱する圧縮機と、加熱された冷媒を熱交換させて水を温める給湯用熱交換器と、熱交換した冷媒を減圧膨張させる第１膨張弁と、減圧膨張した冷媒を湯と熱交換して加熱する冷媒加熱用熱交換器と、この冷媒加熱用熱交換器で加熱された冷媒を減圧膨張させる第２膨張弁と、減圧膨張した冷媒が大気より回収された熱により加熱される大気熱交換器を通るか、バイパス回路を通るかを流路制御する第１電磁弁と第２電磁弁とで構成した第１冷媒加熱回路と、湯を貯めるタンクと、このタンク下部の水を前記給湯用熱交換器で加熱し、前記タンク上部に高温の湯を貯めるための積層ポンプと、水がタンク下部からタンク上部方向のみに流れるよう制御する第１逆止弁とで構成した沸き上げ回路と、冷媒加熱用ポンプによりタンク略中間部内の湯を冷媒加熱用熱交換器へと導き冷媒を加熱し、冷媒加熱後の湯を再び前記第一逆止弁よりも下流側の沸き上げ回路に戻すか、あるいはタンクの下部へ戻すかを制御する流路切換弁と、沸き上げ回路を流れる水が流れ込むのを防止する第２逆止弁で構成された第２冷媒加熱回路と、タンク内の湯を熱交換することにより加熱される温水熱交換負荷を備えた構成としている。
【００２２】
そして、冷媒と熱交換した後の中温水を流路切換弁により湯温に応じて沸き上げ回路に戻すか、水温の低いタンク下部に戻すかを制御することにより、中温水による沸き上げをより効率よく行うことができる。
【００２３】
本発明の請求項５に記載したヒートポンプ給湯装置は、冷媒加熱用熱交換器出口の第２冷媒加熱回路に温度検出器を設け、前記温度検出器で検出された温度が所定温度以下のときのみ、第２冷媒加熱回路より供給される湯を給湯用熱交換器で加熱するようにした構成としている。
【００２４】
そして、冷媒と熱交換した後の中温水の温度低下が所定温度以下のときのみ中温水を給湯用熱交換器で加熱することにより、より効率よく中温水と冷媒を熱交換させることができ、熱交換効率が向上することにより給湯用熱交換器を小さくすることが可能となる。
【００２５】
本発明の請求項６に記載したヒートポンプ給湯装置は、給湯用熱交換器出口の沸き上げ回路に温度検出器を設け、前記温度検出器で検出された温度が所定温度以下のときは、第２冷媒加熱回路より供給される湯の加熱動作を停止するようにした構成としている。
【００２６】
そして、第２冷媒加熱回路を通過した後の中温水の温度低下が十分でなく、給湯用熱交換器での冷媒と中温水の熱交換効率が低下するなどの原因により沸き上げ温度が所定温度以下となった場合には、第２冷媒加熱回路による加熱動作を停止することにより、ＣＯＰが１以下となることを防ぐことができると共に、タンク上部に高温水以外が貯まらないようにできる。
【００２７】
本発明の請求項７に記載したヒートポンプ給湯装置は、給湯用熱交換器出口の沸き上げ回路に温度検出器を設け、前記温度検出器で検出された温度が所定温度以下のときは、流路切換弁を制御して沸き上げ回路の流量を調節するようにした構成としている。
【００２８】
そして、給湯用熱交換器で沸き上げられた湯の温度が所定温度以下のときには、流路切換弁から沸き上げ回路に流れる中温水の流量を絞ることにより、より確実にタンク上部に高温水を確保することができると共に、タンク内での高温水の占める割合を増加させることができる。
【００２９】
本発明の請求項８に記載したヒートポンプ給湯装置は、給湯用熱交換器出口の沸き上げ回路に温度検出器を設け、前記温度検出器で検出された温度が所定温度以下のときは、冷媒加熱用ポンプを制御して沸き上げ回路の流量を調節するようにした構成としている。
【００３０】
そして、給湯用熱交換器で沸き上げられた湯の温度が所定温度以下のときは、冷媒加熱用ポンプから沸き上げ回路に流れる中温水の流量を絞ることにより、より確実にタンク上部に高温水を確保することができると共に、タンク内での高温水の占める割合を増加させることができる。
【００３１】
本発明の請求項９に記載したヒートポンプ給湯装置は、温水熱交換負荷は、第２冷媒回路の湯の取出口より上方に位置させるようにした構成としている。
そして、温水熱交換負荷を中温水が多く貯まっている第２冷媒加熱回路の湯の取出口よりも上方に位置させていることにより、温水熱交換負荷はタンク上部の高温水と優先的に熱交換することができ、ユーザーの要望に添った使い勝手のよいヒートポンプ給湯装置を提供することができる。
【００３２】
本発明の請求項１０に記載したヒートポンプ給湯装置は、冷媒加熱用熱交換器出口の第２冷媒回路に温度検出器を設け、前記温度検出器で検出された温度が所定温度以下のときは、第１冷媒加熱回路の冷媒経路としてバイパス回路に冷媒が流れるように切り換え、大気熱交換器側の第１電磁弁を閉塞するようにした構成としている。
【００３３】
そして、第２冷媒加熱回路で検出される中温水の湯温が所定温度以下の場合には、第１電磁弁を閉塞し、大気熱交換器による冷媒の加熱を行わないようにし、より積極的に中温水を利用した沸き上げを行い、効率よくタンク内での高温水の占める割合を増加させることができる。
【００３４】
本発明の請求項１１に記載したヒートポンプ給湯装置は、第２冷媒加熱回路より供給される湯を給湯用熱交換器で加熱するときは、積層ポンプの運転を停止するように制御するようにした構成としている。
【００３５】
そして、第２冷媒加熱回路に中温水が流れているときには、積層ポンプの運転を停止するように制御するので、より確実に中温水のみを高温水に沸き上げることができ、使い勝手のよいヒートポンプ給湯装置を提供することができる。
【００３６】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００３７】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１におけるヒートポンプ給湯装置のシステム構成図ある。図１において、１はヒートポンプユニットで、２は冷媒を加熱する圧縮機、３は加熱された冷媒を熱交換させて水を温める給湯用熱交換器、４は冷媒を減圧膨張させる第１膨張弁、５は減圧膨張した冷媒を湯と熱交換して加熱する熱回収手段の１つとなる冷媒加熱用熱交換器、６は第２膨張弁、７は大気熱より熱を回収し、冷媒を気化蒸発させるもう１つの熱回収手段である大気熱交換器、８は大気熱交換器７の入口側に設けられた第１電磁弁、９はバイパス回路で、このバイパス回路９の入り口側には第２電磁弁１０が設けられており、圧縮機２と、給湯用熱交換器３と、第１膨張弁４と、冷媒加熱用熱交換器５と、第２膨張便６と、大気熱交換器７と、第１電磁弁８と、バイパス回路９と、第２電磁弁１０とで第１冷媒加熱回路１１を形成している。
【００３８】
１２はタンクユニットで、１３は湯を貯めるタンク、Ｗはタンク１３に水道水を供給する給水管、１４は循環パイプで、タンク下部１５の水を給湯用熱交換器３からタンク上部１６へと導く配管で、配管途中にタンク下部１５の水をタンク上部１６に送る積層ポンプ１７と、タンク下部１５からタンク上部１６方向のみに水が流れるよう制御する第１逆止弁１８を設けており、タンク１３と、循環パイプ１４と、積層ポンプ１７と、第１逆止弁１８と、給湯用熱交換器３とで沸き上げ回路１９を形成している。Ｆはタンク上部１６の湯温を検出する湯温サーミスター、Ｇはタンク下部１５の湯温を検出する入水サーミスター、Ｈはタンク上部１６に配管接続された給湯管で給湯口であるカランＫが接続されている。
【００３９】
２０はタンク略中間部２１の湯の取出口Ａから冷媒加熱用熱交換器５を通り、循環パイプ１４の第１逆止弁１８よりも下流側の略Ｔ字接続部Ｂに配管接続された第２冷媒加熱パイプで、冷媒加熱用熱交換器５の出口側には温度検出器２２と、循環パイプ１７を流れる水が第２冷媒加熱パイプ２０に流れ込むのを防止する第２逆止弁２３と、タンク略中間部２１の湯を導く冷媒加熱用ポンプ２４を備えており、第２冷媒加熱パイプ２０と、冷媒加熱用熱交換器５と、温度検出器２２と、第２逆止弁２３と、冷媒加熱用ポンプ２４とで第２冷媒加熱回路２５を形成している。
【００４０】
２６は温水熱交換負荷である温水暖房ユニットで、温水循環ポンプ２７によりタンク１３の湯の取出口Ａより上方に位置させた温水循環パイプ２８（熱交換手段）内に、タンク１３内の高温水と熱交換する循環水を循環させ、室内に温風を供給するための送風機２９と温風熱交換器３０を備えている。
【００４１】
次に以上のような構成にて、大気熱交換器７を使って大気熱を熱回収した場合の湯の沸き上げ動作について説明する。
【００４２】
まず、圧縮機２から吐出した高温高圧のガス冷媒は、給湯用熱交換器３に流入する。一方タンク下部１６の水は、積層ポンプ１７によって循環パイプ１４を通り給湯用熱交換器３に流入し、ここで冷媒の凝縮熱によって循環パイプ１４内の水は加熱され、高温水となってタンク上部１６に流入する。また、凝縮液化した冷媒は第１減圧弁４で減圧され、冷媒加熱用熱交換器５に流入する。そして冷媒は、第２減圧弁６を通りさらに減圧され開弁された第１電磁弁８から大気熱交換器７で熱回収された大気熱により気化蒸発させられ、再び圧縮機２に流入して１サイクルの運転となる。
【００４３】
尚、大気熱交換器７により熱回収を行う場合には、バイパス回路９の入口側の第２電磁弁１０は閉塞するように制御され、冷媒加熱用ポンプ２４も駆動しないように制御されている。
【００４４】
次に給湯動作について説明する。まず、カランＫを開けると、給湯管より高温水が出湯される。高温水が出湯されると同時にタンク下部１５には給水管Ｗより低温の水道水が供給される。
【００４５】
次にタンク１３内の高温水と熱交換して暖房を行う温水暖房ユニット２６の動作について説明する。
【００４６】
まず、温水循環ポンプ２７が駆動すると、温水熱交換パイプ２８内の循環水がタンク上部１６の高温水と熱交換し加熱され、温風熱交換器３０で送風機２９により室内空気と熱交換し、室内に温風を供給する。室内で熱交換した循環水は再びタンク上部１６に流入して１サイクルの運転となる。
【００４７】
このときタンク上部１６の高温水は、温水熱交換パイプ２８内を流れる循環水との熱交換により中温水となり、タンク上部１６からタンク略中間部２１へと位置を下げる。すなわち、暖房運転によりタンク略中間部２１には、中温水が蓄積される。
【００４８】
また、温水熱交換パイプ２８は、湯の取出口Ａよりも上方に位置していることにより、高温水を積極的に熱交換できるようにしており、必要熱量が多い暖房運転が長時間できるようにしている。
【００４９】
次にタンク１３内の中温水を循環させて第２冷媒加熱回路５により熱回収した場合の沸き上げ動作について説明する。
【００５０】
中温水を利用して第２冷媒加熱回路５での湯の加熱動作を行うのは、例えば、温水暖房ユニット２６より供給される温風温度がユーザーの設定した温度に達しなかった場合、かつタンク上部１６の湯温サーミスターＦで検出される湯温が所定温度以下であることが検出され、タンク上部１６に暖房運転に必要な高温水がないと判断した場合、あるいはタンク下部１５の入水サーミスターＧが所定温度以上を検出し、タンク上部１６に高温水が殆どないと判断した場合である。
【００５１】
まず、冷媒加熱用ポンプ２４が駆動すると、タンク略中間部２１の湯の取出口Ａから中温水が第２冷媒加熱パイプ２０に流入する。
【００５２】
一方、給湯用熱交換器３から第１膨張弁４を通った後の減圧膨張された冷媒は、冷媒加熱用熱交換器５で中温水と熱交換することにより加熱され、第２膨張弁で減圧膨張した後に第２電磁弁１０が開弁されたバイパス回路９を通って圧縮機２へと流入する。圧縮機２に流入した冷媒は、高温高圧になって吐出され、給湯用熱交換器３で第２冷媒加熱回路２５を経て循環パイプ１４へと流入してきた熱交換後の温度の低下した中温水と熱交換し、加熱された中温水は高温水となり、タンク上部１６に流入しタンク１３内に貯湯される。
【００５３】
一方、給湯用熱交換器３で熱交換した後の冷媒は液化凝縮し、第１膨張弁で減圧膨張した後、再び冷媒加熱用熱交換器５に流入し、上記動作を繰り返し中温水を高温水に沸き上げる。
【００５４】
尚、冷媒加熱用ポンプ２４が駆動した場合には、第１電磁弁８は閉塞するように制御され、冷媒が大気熱交換器７側に流入することはない。これは、たとえ大気の温度が冷媒の温度より高くても、冷媒は既に冷媒加熱用熱交換器５で加熱されていることにより、大気熱交換器で熱交換させても熱交換効率が悪く、大気熱交換器７を動かす分だけ余分な電力を消費することになるからである。
【００５５】
上記中温水を利用した沸き上げ動作において、冷媒加熱用熱交換器５と熱交換した後の中温水の温度が所定温度以下でないことを温度検出器２２が検出した場合、あるいは、給湯用熱交換器５の出口に設けられた温度検出器Ｅが所定温度以下の場合には、冷媒加熱用ポンプ２４の流量が減少するように流量調整し、中温水の温度を低下させる。それでもなお温度検出器２２が所定温度以下でないことを検出した場合には、第２冷媒加熱回路２５より供給される中温水の加熱動作を停止するようにしている。
【００５６】
また、本実施例では第１逆止弁１８と、第２逆止弁２３により沸き上げ回路１９と第２冷媒加熱回路２５の流路制御を行ったが、循環パイプ１４に冷媒加熱パイプ２０を接している略Ｔ字接続部Ｂに冷媒加熱用ポンプ２４駆動時には循環パイプ１４側に中温水が流れ込まないようにし、冷媒加熱用ポンプ２４が駆動していないときには、冷媒加熱パイプ２０側には水が流れ込まないよう制御する流路制御弁（図示せず）を設けても同じ動作を行うことができる。
【００５７】
（実施例２）
図２は本発明の実施例２におけるヒートポンプ給湯装置のシステム図である。実施例１と同一符号のものは同一構造を有するものであり説明は省略する。
【００５８】
３１はタンク略中間部２１の湯の取出口Ａから冷媒加熱用熱交換器５を通り、循環パイプ１４に設けられた第１逆止弁１８よりも下流側に配管接続された第２冷媒加熱パイプで、冷媒加熱用熱交換器５の出口側には温度検出器２２と、この温度検出器２２が所定温度以下のときのみ湯の取出口Ａから取り入れた湯を循環パイプ１７に流し、所定温度以上を検出したときにはタンク下部１５に湯を戻す流路切換弁３２と、循環パイプ１７を流れる水が２冷媒加熱パイプ３０に流れ込むのを防止する第２逆止弁２３と、タンク略中間部２１の湯を導く冷媒加熱用ポンプ２４を備えており、循環パイプ１４と、冷媒加熱用熱交換器５と、温度検出器２２と、流路切換弁３２と、第２逆止弁２３と、冷媒加熱用ポンプ２４とで第２冷媒加熱回路３３を形成している。３４は流路切換弁３２からタンク下部１５に配管接続された戻りパイプである。
【００５９】
次にタンク１３内の中温水を循環させて第２冷媒加熱回路３３により熱回収し、温度検出手段２２で検出される中温水の温度が所定温度以下の場合の沸き上げ動作について説明する。
【００６０】
まず、冷媒加熱用ポンプ２４が駆動すると、タンク略中間部２１の湯の取出口Ａから中温水が第２冷媒加熱パイプ３１に流入する。
【００６１】
一方、給湯用熱交換器３から第１膨張弁４を通った後の減圧膨張された冷媒は、冷媒加熱用熱交換器５で中温水と熱交換することにより加熱され、第２膨張弁で減圧膨張した後に第２電磁弁１０が開弁されたバイパス回路９を通って圧縮機２へと流入する。圧縮機２に流入した冷媒は、高温高圧になって吐出され、給湯用熱交換器３に流入する。
【００６２】
中温水は第２冷媒加熱回路３３で冷媒との熱交換により温度低下し、沸き上げ回路１９側に流路が開かれた流路切換弁３２から循環パイプ１４へと流入し、給湯用熱交換器３で高温高圧の冷媒により加熱され高温水となり、タンク上部１６に流入しタンク１３内に貯湯される。
【００６３】
一方、給湯用熱交換器３で熱交換した後の冷媒は液化凝縮し、第１膨張弁で減圧膨張した後、再び冷媒加熱用熱交換器５に流入し、上記動作を繰り返し中温水を高温水に沸き上げる。
【００６４】
ただし、給湯用熱交換器３の出口側の温度検出器Ｅで検出された高温水の温度が所定温度以下のときには、流路切換弁３２の弁開度を制御し、中温水の一部を戻りパイプ３４からタンク下部１５に戻し、沸き上げ回路１９側に流れる中温水の流量を調節することにより沸き上げ温度を確保するようにしている。しかしながら、流路切換弁３２での流量調節後も温度検出器Ｅが所定温度以下を検出したときには、第２冷媒加熱回路５から供給される中温水の加熱動作を停止するようにしている。
【００６５】
また中温水の一部を水温の低いタンク下部１５に戻すことは、中温水の温度を低下させる効果があり、中温水を無駄なく効率的に加熱する有効な手段である。
【００６６】
尚、実施例１と同じように、冷媒加熱用ポンプ２４が駆動した場合には、第１電磁弁８は閉塞するように制御され、冷媒が大気熱交換器７側に流入することはない。
【００６７】
次に冷媒加熱用熱交換器５と熱交換した後の中温水の温度が所定温度以下でないことを温度検出器２２が検出した場合の中温水を利用した沸き上げ動作について説明する。
【００６８】
冷媒加熱用熱交換器５と熱交換した後の中温水の温度が所定温度以下でないときは、冷媒加熱用ポンプ２４から取り込まれる中温水の流量が減少するように調節し、冷媒加熱用熱交換器５での湯温低下を促進させるようにする。そして、温度検出器２２が所定温度以下を検出したときの加熱動作は、前述した第２冷媒加熱回路３３による中温水の加熱動作と同じである。
【００６９】
（実施例３）
図３は本発明の実施例３におけるヒートポンプ給湯装置のシステム図である。実施例１および実施例２と同一符号のものは同一構造を有するものであり説明は省略する。
【００７０】
３５は外部温水熱交換器で、タンク上部１６に配管接続された往き管３６と、タンク略中間部２１の湯の取出口Ａの上方に配管接続された戻り管３７に接続されている。３８は外部熱交換器３５に内蔵された熱交コイルで、温水熱交換負荷である温水暖房ユニット２６の温水循環パイプ３９に接続されており、内部に循環ポンプ２７により循環する熱交換用の循環水が入っている。４０は熱交ポンプで、戻り管３７の配管途中に接続されており、タンク上部１６の高温水を外部温水熱交換器３５に取り入れる。
【００７１】
次に外部温水熱交換器３５内を流れるタンク１３内の高温水と熱交換して暖房を行う温水暖房ユニット２６の動作について説明する。
【００７２】
まず、温水循環ポンプ２７が駆動すると、温水循環パイプ３９内の循環水がタンク上部１６から外部温水熱交換器３５内に引き込まれた高温水と熱交コイル３８部分で熱交換し加熱され、温風熱交換器３０で送風機２９により室内空気と熱交換し、室内に温風を供給する。室内で熱交換した循環水は再び外部温水熱交換器３５に流入して１サイクルの運転となる。
【００７３】
一方、外部温水熱交換器３５内で循環水と熱交換した湯は、中温水となってタンク略中間部２１に戻される。
【００７４】
尚、本実施例３では、外部温水熱交換器３５により温水暖房ユニットを運転したが、タンク上部１６の高温水と熱交換して循環水を加熱する点において、その効果は実施例１同じである。また、本実施例３では熱交換後の中温水を戻り管３７から直接タンク略中間部２１に戻したが、実施例１においては、タンク１３内に発生する自然対流により中間水がタンク略中間部に蓄積されるようになっており、同様の結果が得られる。
【００７５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１に記載したヒートポンプ給湯装置によれば、冷媒は大気熱より熱回収するか、タンク内に中温水がある場合には中温水を利用して熱回収するように切り換えられることにより、タンク内の高温水と熱交換して運転する温水暖房ユニット等の熱交換手段を運転し中温水が生じても、中温水の熱を冷媒の加熱に使うことにより温度を低下させ、効率よく湯を沸き上げ、ランニングコストメリットが出せる、使い勝手の良いヒートポンプ給湯装置を提供できる。
【００７６】
また、請求項２に記載したヒートポンプ給湯装置によれば、中温水より加熱した高温水をタンク上部に戻すようにしていることにより、タンク上部に高温水が確実に確保でき、使い勝手の良いヒートポンプ給湯装置を提供できる。
【００７７】
また、請求項３に記載したヒートポンプ給湯装置によれば、タンク内の高温水と熱交換する温水暖房ユニット等の温水熱交換負荷による暖房運転を行い中温水が生じても、タンク略中間部からタンク内の中温水を冷媒加熱用ポンプにより冷媒加熱用熱交換器へと導き、中温水と熱交換することにより冷媒を加熱するようにしているので、温水熱交換負荷が必要とする高温水を効率よく確保でき、使い勝手の悪い中温水の割合を低下させることができる。
【００７８】
また、請求項４に記載したヒートポンプ給湯装置によれば、冷媒と熱交換した後の中温水を流路切換弁により湯温に応じて沸き上げ回路に戻すか、水温の低いタンク下部に戻すかを制御することにより、中温水による沸き上げをより効率よく行うことができる。
【００７９】
また、請求項５に記載したヒートポンプ給湯装置によれば、冷媒と熱交換した後の中温水の温度低下が所定温度以下のときのみ中温水を給湯用熱交換器で加熱することにより、より効率よく中温水と冷媒を熱交換させることができ、熱交換効率が向上することにより給湯用熱交換器を小さくすることが可能となる。
【００８０】
また、請求項６に記載したヒートポンプ給湯装置によれば、第２冷媒加熱回路を通過した後の中温水の温度低下が十分でなく、給湯用熱交換器での冷媒による中温水への熱交換効率が低下するなどの原因により沸き上げ温度が所定温度以下となった場合には、第２冷媒加熱回路による加熱動作を停止することにより、ＣＯＰが１以下となることを防ぐことができると共に、タンク上部に高温水以外が貯まらないようにできる。
【００８１】
また、請求項７に記載したヒートポンプ給湯装置によれば、そして、給湯用熱交換器で沸き上げられた湯の温度が所定温度以下のときには、流路切換弁から沸き上げ回路に流れる中温水の流量を絞ることにより、確実に中温水を高温水に沸き上げることができ、その結果、確実にタンク上部に高温水を確保することができると共に、タンク内での高温水の占める割合を増加させることができる。
【００８２】
また、請求項８に記載したヒートポンプ給湯装置によれば、給湯用熱交換器で沸き上げられた湯の温度が所定温度以下のときは、冷媒加熱用ポンプから沸き上げ回路に流れる中温水の流量を絞ることにより、確実に中温水を高温水に沸き上げることができ、その結果、確実にタンク上部に高温水を確保することができると共に、タンク内での高温水の占める割合を増加させることができる。
【００８３】
また、請求項９に記載したヒートポンプ給湯装置によれば、温水熱交換負荷を中温水が多く貯まっている第２冷媒加熱回路の湯の取出口よりも上方に位置させていることにより、温水熱交換負荷はタンク上部の高温水と優先的に熱交換することができ、その結果、長時間運転しても能力低下しにくく、ユーザーの要望に添った使い勝手のよいヒートポンプ給湯装置を提供することができる。
【００８４】
また、請求項１０に記載したヒートポンプ給湯装置によれば、第２冷媒加熱回路で検出される中温水の湯温が所定温度以下の場合には、第１電磁弁を閉塞し、大気熱交換器による冷媒の加熱を行わないようにし、より積極的に中温水を利用した沸き上げを行い、中温水を給湯で使用しなくても効率よくタンク内での高温水の占める割合を増加させることができる。
【００８５】
また、請求項１１に記載したヒートポンプ給湯装置によれば、第２冷媒加熱回路で中温水による冷媒の加熱を行うときには、積層ポンプの運転を停止するように制御するので、より確実に中温水のみを高温水に沸き上げることができ、タンク内の中温水の割合を確実に低下させることができる使い勝手のよいヒートポンプ給湯装置を提供することができる。
【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給湯装置のシステム構成図
【図２】本発明の実施例２におけるヒートポンプ給湯装置のシステム構成図
【図３】本発明の実施例３におけるヒートポンプ給湯装置のシステム構成図
【図４】従来のヒートポンプ給湯装置のシステム構成図
【符号の説明】
１  ヒートポンプユニット
２  圧縮機
３  給湯用熱交換器
５  冷媒加熱用熱交換器（熱回収手段）
７  大気熱交換器（熱回収手段）
９  バイパス回路
１１  第１冷媒加熱回路
１２  タンクユニット
１３  タンク
１９  沸き上げ回路
２５  第２冷媒加熱回路
２６  温水暖房ユニット
２８  温水熱交換パイプ（熱交換手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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