(57)【要約】【課題】貯湯タンク内の給湯及び風呂用の高温水を熱媒として、熱交換器において熱交換することで、十分な温度の暖房用温水も得られるヒートポンプ式給湯暖房装置を提供すること。【解決手段】圧縮機１３、水冷媒熱交換器１４、減圧装置１７（１９）及び空気熱交換器２０を有する冷媒回路Ｒと、前記水冷媒熱交換器１４と貯湯タンク２３との間で貯湯水を循環させる第１温水循環路Ｃ１と、第１水々熱交換器５と貯湯タンク２３との間で貯湯水を循環させる第２温水循環路Ｃ２と、第２水々熱交換器２９と貯湯タンク２３との間で貯湯水を循環させる第３温水循環路Ｃ３と、前記第１水々熱交換器５と温水暖房器１（１１）との間で温水を循環させる第４温水循環路Ｃ４と、前記第２水々熱交換器２９と浴槽３４との間で追い焚きのために温水を循環させる第５温水循環路Ｃ５とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、水冷媒熱交換器、減圧装置及び空気熱交換器を有する冷媒回路と、前記水冷媒熱交換器と貯湯タンクとの間で貯湯水を循環させる第１温水循環路と、第１水々熱交換器と貯湯タンクとの間で貯湯水を循環させる第２温水循環路と、第２水々熱交換器と貯湯タンクとの間で貯湯水を循環させる第３温水循環路と、前記第１水々熱交換器と温水暖房器との間で温水を循環させる第４温水循環路と、前記第２水々熱交換器と浴槽との間で追い焚きのために温水を循環させる第５温水循環路とを備えたことを特徴とするヒートポンプ式給湯暖房装置。
【請求項２】
前記第２温水循環路及び前記第３温水循環路内に温水を循環させる循環ポンプを共通のものを使用することを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式給湯暖房装置。
【請求項３】
前記圧縮機は能力調整が可能なものであ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式給湯暖房装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＨＦＣやＣＯ２等の冷媒を用いたヒートポンプ式給湯暖房装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のヒートポンプ式給湯暖房装置は、ヒートポンプユニットで熱交換して得られた高温水を貯湯タンクに貯湯・蓄熱し、このタンクの高温水を給湯や風呂に使用するとともに、この高温水と熱交換して得られた暖房用温水を用いて温水暖房を行うものが知られている。しかし、このものでは、暖房負荷が大きいと、十分な温度の温水が得られないものであった。
【０００３】
もちろん、貯湯タンクの貯湯水をそのままファンコイル等の温水暖房器に循環供給すれば、上述した問題は解消されるが、貯湯タンクには上水道が接続されているため、暖房用温水が上水道に接することになり、この方式は上水保全の点から採用することができないものであった。
【０００４】
また、ヒートポンプユニットの冷媒回路に貯湯用の水冷媒熱交換器を組み込み、この水冷媒熱交換器で加熱された湯を貯湯タンクに貯留可能とし、この貯湯タンクの天部又は中間部から選択的に出湯させるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
ところが、このものでは、貯湯タンク内の高温水を給湯や風呂の追い焚きに使用しているが、温水暖房運転には使用していないものであった。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２４３２７４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、貯湯タンク内の給湯及び風呂用の高温水を熱媒として、熱交換器において熱交換することで、十分な温度の暖房用温水も得られるヒートポンプ式給湯暖房装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため第１の発明は、圧縮機、水冷媒熱交換器、減圧装置及び空気熱交換器を有する冷媒回路と、前記水冷媒熱交換器と貯湯タンクとの間で貯湯水を循環させる第１温水循環路と、第１水々熱交換器と貯湯タンクとの間で貯湯水を循環させる第２温水循環路と、第２水々熱交換器と貯湯タンクとの間で貯湯水を循環させる第３温水循環路と、前記第１水々熱交換器と温水暖房器との間で温水を循環させる第４温水循環路と、前記第２水々熱交換器と浴槽との間で追い焚きのために温水を循環させる第５温水循環路とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、前記第２温水循環路及び前記第３温水循環路内に温水を循環させる循環ポンプを共通のものを使用することを特徴とする。
【００１０】
第３の発明は、第１及び第２の発明において、前記圧縮機は能力調整が可能なものであることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。図１はヒートポンプ式給湯暖房装置の全体システムを示す系統図である。図１において、Ａはヒートポンプユニット、Ｂはタンクユニット、ＲはヒートポンプユニットＡに内蔵された冷媒回路、後述する水冷媒熱交換器１４と貯湯タンク２３との間で貯湯水を循環させる第１温水循環路Ｃ１と、第１水々熱交換器５と貯湯タンク２３との間で貯湯水を循環させる第２温水循環路Ｃ２と、第２水々熱交換器２９と貯湯タンク２３との間で貯湯水を循環させる第３温水循環路Ｃ３と、前記第１水々熱交換器５と温水暖房器である床暖房パネル１や浴室暖房用のファンコイル１１との間で温水を循環させる第４温水循環路Ｃ４と、前記第２水々熱交換器２９と浴槽３４との間で追い焚きのために温水を循環させる第５温水循環路Ｃ５とを備える。そして、ＨＦＣやＣＯ２等の冷媒を用いることができるが、本実施形態ではＣＯ２を用いる。
【００１２】
１は第４温水循環路Ｃ４に設けられた床暖房パネル、２は床暖房パネル１に対応して設けられた床暖房リモートコントローラ（以下、「床暖房リモコン」という）であり、前記第４温水循環路Ｃ４には、膨張タンク３、循環ポンプ４、第１水々熱交換器５の水流路５Ｂ、熱動弁６、バイパス管７などが設けられている。８は床暖房パネル１に流入する温水温度を検知するサーミスタで、９は浴室暖房リモートコントローラ（以下、「浴室暖房リモコン」という）、１０はファンコイルの１１の入口部に設けられた熱動弁、１２は浴室暖房用のファンコイル１１に流入する温水温度を検出するサーミスタである。
【００１３】
前記冷媒回路Ｒは、ＣＯ２冷媒を用いた能力調整が可能な２段圧縮式の圧縮機１３と、水冷媒熱交換器１４の冷媒流路１４Ａ、内部熱交換器１５の一次流路１５Ａと第１開閉弁１６と第１膨張弁（減圧装置）１７よりなる第１分岐路Ｐ１と、第２開閉弁１８と第２膨張弁（減圧装置）１９よりなる第２分岐路Ｐ２と、空気熱交換器２０と、内部熱交換器１５の二次流路１５Ｂと、アキュムレーター２１とが順次環状に配管接続されている。
【００１４】
前記第１温水循環路Ｃ１は、水冷媒熱交換器１４の水流路１４Ｂと貯湯タンク２３とが循環ポンプ２４、流量調整弁２５を介して環状に接続されている。２６は水冷媒熱交換器１４の水流路１４Ｂから流出した温水温度を検知するサーミスタである。
【００１５】
前記第１水々熱交換器５と貯湯タンク２３との間で貯湯水を循環させる第２温水循環路Ｃ２が形成され、また第２水々熱交換器２９と貯湯タンク２３との間で貯湯水を循環させる第３温水循環路Ｃ３が形成される。即ち、前記貯湯タンク２３には前記第１水々熱交換器５の一次流路５Ａ及び開閉弁２８の第１分岐路Ｐ３と水々熱交換器２９の一次流路２９Ａ及び開閉弁３０の第２分岐路Ｐ４が循環ポンプ３１を介して接続されている。
【００１６】
また、前記第２水々熱交換器２９と浴槽３４との間で追い焚きのために温水を循環させる第５温水循環路Ｃ５が形成される。即ち、水々熱交換器２９の二次流路２９Ｂには循環ポンプ３３を介して浴槽３４が接続されている。３５はミキシングバルブ３６を介して貯湯タンク２３の上部に接続された給湯管である。３８は給水管であり、この給水管３８は貯湯タンク２３の下部とミキシングバルブ３６とに分岐接続され、更に開閉弁３９を介して膨張タンク３に接続されている。
【００１７】
また、ヒートポンプユニットＡとタンクユニットＢにはそれぞれマイクロコンピュータから成る制御装置（制御手段）Ｓ１、Ｓ２が設けられている。この制御装置Ｓ１、Ｓ２は床暖房リモコン２や浴室暖房用ファンコイル１１からの運転信号や温度信号と、サーミスタ８、１２、２６の温度信号とに応じて、圧縮機１３の運転と周波数制御、循環ポンプ４、２４、３１、３３の運転制御、熱動弁６、第１及び第２膨張弁１７、１９の開度制御、流量調整弁２５の開度制御などを行うものであり、以下その動作を説明する。
【００１８】
〈床暖房運転〉
床暖房パネル１による床暖房を行う場合、その部屋の壁面等に取り付けられた床暖房リモコン２の運転スイッチをオンにする。すると、第２温水循環路Ｃ２において、開閉弁２８が開くと共に循環ポンプ３１が運転し、貯湯タンク２３→第１水々熱交換器５の一次流路５Ａ→開閉弁２８→循環ポンプ３１→貯湯タンク２３の順に温水が流れる。更に、熱動弁６が開き、循環ポンプ４が運転し、第４温水循環路Ｃ４では、膨張タンク３→循環ポンプ４→第１水々熱交換器５の水流路５Ｂ→バイパス管７→膨張タンク３の順に温水が流れると共に、膨張タンク３→循環ポンプ４→熱動弁６→床暖房パネル１→膨張タンク３の順に温水が流れる。なお、バイパス管７は、第１水々熱交換器５で熱交換して得られた温水を床暖房パネル１からの戻り水に混ぜるものである。
【００１９】
床暖房パネル１に供給される温水の温度は６０〜７０℃であるが、サーミスタ８で検知する温水温度がこの温度になるように、上述した温水循環が行われる。
【００２０】
長時間、床暖房を行うことにより貯湯タンク２３の熱容量が低下し、サーミスタ８で検知する温水温度が６０〜７０℃に達しなくなった場合は、ヒートポンプユニットＡの圧縮機１３が運転すると共に第１開閉弁１６が開き、冷媒回路Ｒでは、圧縮機１３→水冷媒熱交換器１４の冷媒流路１４Ａ→内部熱交換器１５の一次流路１５Ａ→第１開閉弁１６→第１膨張弁１７→空気熱交換器２０→内部熱交換器１５の二次流路１５Ｂ→アキュムレーター２１→圧縮機１３の順に冷媒が流れる。このとき、第２開閉弁１８及び第２膨張弁１９は閉じており、第２分岐路Ｐ２には冷媒は流れない。また、循環ポンプ２４が運転し、第１温水循環路Ｃ１では、貯湯タンク２３→循環ポンプ２４→水冷媒熱交換器１４の水流路１４Ｂ→流量調整弁２５→貯湯タンク２３の順に温水が流れ、貯湯タンク２３に貯湯される。貯湯された高温水は上述した温水循環により、暖房温水の熱交換用として使用される。
【００２１】
また、床暖房制御は、床暖房リモコン２に搭載された室温サーミスタ（図示せず）により室温を検知し、設定温度と室温との偏差に基づき熱動弁６を開閉制御し、床暖房パネル１への温水量を制御することにより行われる。
【００２２】
〈浴室暖房運転〉
ファンコイル１１による浴室の温風暖房を行う場合、浴室暖房リモコン９をオンにする。すると、ファンコイル１１入口部の熱動弁１０が開き、循環ポンプ４が運転する。第４温水循環路Ｃ４では、膨張タンク３→循環ポンプ４→第１水々熱交換器５の水流路５Ｂ→熱動弁１０→ファンコイル１１→膨張タンク３の順に温水が流れる。バイパス管７は、熱動弁１０が開くのに時間がかかり、また熱動弁１０が故障している場合でも対応できるように、温水の一部をバイパスさせるものであり、微少量の温水が流れる。
【００２３】
第２温水循環路Ｃ２の温水循環は床暖房運転と同様である。前記ファンコイル１１に供給される温水の温度は８０℃であるが、サーミスタ１２で検知する温水温度がこの温度となるように、上述した温水循環が行われる。また、浴室暖房制御はファンコイル１１に搭載された室温サーミスタ（図示せず）により室温を検知し、ファン回転数を制御し、熱動弁１０を開閉制御することにより行われる。
【００２４】
長時間、浴室暖房運転を行うことにより、貯湯タンク２３の熱容量が低下し、サーミスタ１２で検知する温水温度が８０℃に達しなくなった場合は、ヒートポンプユニットＡが動作する。ヒートポンプユニットＡの動作と冷媒循環は床暖房運転と同様であり、第２開閉弁１８及び第２膨張弁１９は閉じており、第２分岐路Ｐ２には冷媒は流れない。
【００２５】
〈床暖房と浴室暖房の同時運転〉
床暖房パネル１による床暖房と、ファンコイル１１による浴室温風暖房を同時に行う場合、それぞれのリモコン２、９の運転スイッチをオンにする。すると、熱動弁６、１０が開き、循環ポンプ４が運転し、膨張タンク３→循環ポンプ４→第１水々熱交換器５の水流路５Ｂ→バイパス管７→膨張タンク３の順に温水が流れると共に膨張タンク３→循環ポンプ４→熱動弁６→床暖房パネル１→膨張タンク３の順に温水が流れ、また膨張タンク３→循環ポンプ４→第１水々熱交換器５の水流路５Ｂ→熱動弁１０→ファンコイル１１→膨張タンク３の順に温水が流れる。
【００２６】
バイパス管７は、熱動弁６、１０が開くのに時間がかかり、また熱動弁６、１０が故障している場合でも対応できるように、温水の一部をバイパスさせるものであり、なおかつ第１水々熱交換器５で熱交換して得られた温水を床暖房パネル１からの戻り水に混ぜるものであり、微少量の温水が流れる。
【００２７】
ヒートポンプユニットＡの動作と冷媒循環は床暖房運転と同様であり、第２開閉弁１８及び第２膨張弁１９は閉じており、第２分岐路Ｐ２には冷媒は流れない。
【００２８】
〈貯湯運転〉
貯湯タンク２３に貯湯を行う場合、循環ポンプ２４が運転し、第１温水循環路Ｃ１では、貯湯タンク２３→循環ポンプ２４→水冷媒熱交換器１４の水流路１４Ｂ→流量調整弁２５→貯湯タンク２３の順に貯湯用の温水が流れ、貯湯タンク２３に貯湯される。
【００２９】
ヒートポンプユニットＡでは圧縮機１３が運転すると共に第２開閉弁１８が開き、冷媒回路Ｒでは、圧縮機１３→水冷媒熱交換器１４の一次流路１４Ａ→開閉弁１８→第２膨張弁１９→空気熱交換器２０→内部熱交換器１５の二次流路１５Ｂ→アキュムレーター２１→圧縮機１３の順に冷媒が流れる。このとき、暖房は行われないので、第１開閉弁１６及び第１膨張弁１７は閉じており、第１分岐路Ｐ１には冷媒は流れない。また、内部熱交換器１５の二次流路１５Ｂでは冷媒がただ通過するだけで、他に影響を及ぼすことはない。
【００３０】
暖房運転の後などで、貯湯タンク２３が一様温度となり、第１温水循環路Ｃ１において、水冷媒熱交換器１４の二次流路１４Ｂへ供給される温水の温度が仮に４０℃以上となる場合には、第２開閉弁１８及び第２膨張弁１９を閉じ、第１開閉弁１６及び第１膨張弁１７を開ける。このとき、冷媒回路Ｒでは、床暖房運転や浴室暖房運転の場合と同様の冷媒循環経路となる。
【００３１】
貯湯タンク２３へ供給される温水温度は９０℃であるが、サーミスタ２６が検知する温度がこの温度になるように、圧縮機１３の周波数制御、第２膨張弁１９（１７）の弁開度制御、流量調整弁２５の弁開度制御が行われる。
【００３２】
貯湯タンク２３に貯湯された高温水はミキシングバルブ３６にて適度な温度に調整され、給湯管３５から台所やシャワーへの給湯や浴槽３４へのお湯張り等に利用される。そして、給湯が行われると、給水管３８から貯湯タンク２３に給水が行われる。
【００３３】
また、開閉弁２８を閉じると共に開閉弁３０を開き、また循環ポンプ３１、３３を運転することにより、第３及び第５温水循環路Ｃ３、Ｃ５において、貯湯タンク２３の高温水と浴槽３４の温水を水々熱交換器２９で熱交換し、浴槽３４の温水の追い焚きを行うことができる。この場合、前記第２温水循環路Ｃ２及び前記第３温水循環路Ｃ３内に温水を循環させる循環ポンプ３１を共通のものを使用するから、部品点数も少なく、安価な装置となる。
【００３４】
〈暖房と貯湯の同時運転〉
この場合の暖房用温水の循環経路は上述したとおりである。冷媒回路Ｒでは、第１開閉弁１６が開き、圧縮機１３→水冷媒熱交換器１４の冷媒流路１４Ａ→内部熱交換器１５の一次流路１５Ａ→第１開閉弁１６→第１膨張弁１７→空気熱交換器２０→内部熱交換器１５の二次流路１５Ｂ→アキュムレーター２１→圧縮機１３の順に冷媒が流れる。このとき、水冷媒熱交換器１４及び内部熱交換器１５で熱交換が行われるのは言うまでもない。
【００３５】
また、サーミスタ８、１２、２６においてそれぞれ上述した目標温度になるように、圧縮機１３の周波数制御、第１膨張弁１７の弁開度制御、流量調整弁２５の弁開度制御が行われる。同時運転が行われた場合には、圧縮機１３は最大能力で運転するようにしてあり、暖房側と貯湯側とで十分な能力が得られるようにしてある。
【００３６】
以上本発明の実施態様について説明したが、上述の説明に基づいて当業者にとって種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で前述の種々の代替例、修正又は変形を包含するものである。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように本発明は、貯湯タンク内の給湯及び風呂用の高温水を熱媒として、熱交換器において熱交換することで、十分な温度の暖房用温水も得られるヒートポンプ式給湯暖房装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ヒートポンプ式給湯暖房装置の全体系統図である。
【符号の説明】
Ａ          ヒートポンプユニット
Ｂ          タンクユニット
Ｃ１        第１温水循環路
Ｃ２        第２温水循環路
Ｃ３        第３温水循環路
Ｃ４        第４温水循環路
Ｃ５        第５温水循環路
Ｐ１、Ｐ３  第１分岐路
Ｐ２、Ｐ４  第２分岐路
Ｒ          冷媒回路
１          床暖房パネル（温水暖房器）
５          水々熱交換器
１１        ファンコイル
１３        圧縮機
１７        第１膨張弁（減圧装置）
１９        第２膨張弁（減圧装置）
２０        空気熱交換器
２３        貯湯タンク
２８、３０  開閉弁
２９        水々熱交換器
３１        循環ポンプ
【図１】
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