(57)【要約】【課題】給湯負荷の変動に追随して容量を変更可能とした給湯用ガスクーラを備えたヒートポンプ式給湯装置及びヒートポンプ式給湯暖房装置を提供すること。【解決手段】圧縮機の吐出ガスと給湯用水とを熱交換する給湯用ガスクーラを複数個とし、給湯負荷の変動に対し作動させる給湯用ガスクーラの個数を変化させる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、圧縮機の吐出ガス冷媒を給湯用水で冷却する複数の給湯用ガスクーラ、膨張装置、外気を熱源媒体とする室外側熱交換器を直列に接続した給湯用冷媒回路からなる給湯用熱源機器と、
給湯用ガスクーラで加熱された給湯用水を貯留する貯湯タンクと、
複数の給湯用ガスクーラと貯湯タンクとを接続する給湯用水回路と、
複数の給湯用ガスクーラの一部を作用させるように給湯用冷媒回路を切り換える制御弁とを備えていることを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
【請求項２】
前記複数の給湯用ガスクーラは、給湯用冷媒回路においては冷媒が直列に流通するように接続されるとともに、給湯用水回路においては給湯用水が冷媒の流れと逆方向の直列に流通するように接続されていることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項３】
圧縮機、圧縮機の吐出ガス冷媒を暖房用熱流体で冷却する暖房用ガスクーラ、膨張装置、外気を熱源媒体とする室外側熱交換器を直列に接続した暖房用冷媒回路からなる暖房用熱源機器と、
暖房用ガスクーラで加熱された暖房用熱流体を貯留する熱流体タンクと、
暖房用ガスクーラと熱流体タンクとを接続する暖房用熱流体回路と、
圧縮機、圧縮機の吐出ガス冷媒を給湯用水で冷却する複数の給湯用ガスクーラ、膨張装置、外気を熱源媒体とする室外側熱交換器を直列に接続した給湯用冷媒回路からなる給湯用熱源機器と、
複数の給湯用ガスクーラで加熱された給湯用水を貯留する貯湯タンクと、
複数の給湯用ガスクーラと貯湯タンクとを接続する給湯用水回路と、
複数の給湯用ガスクーラの一部を作用させるように給湯用冷媒回路を切り換える制御弁とを備えていることを特徴とするヒートポンプ式給湯暖房装置。
【請求項４】
前記複数の給湯用ガスクーラは、給湯用冷媒回路においては冷媒が直列に流通するように接続されるとともに、給湯用水回路においては給湯用水が冷媒の流れと逆方向の直列に流通するように接続されていることを特徴とする請求項３記載のヒートポンプ式給湯暖房装置。
【請求項５】
圧縮機吐出ガスの流通方向を基準とする最上流でない下流側の給湯用ガスクーラに、給湯用水回路から独立した回路で流通する暖房用熱流体を加熱する熱交換器を組み込んだことを特徴とする請求項４記載のヒートポンプ式給湯暖房装置。
【請求項６】
前記複数の給湯用ガスクーラは３個以上からなり、圧縮機吐出ガスの流通方向を基準とする最上流でなく、かつ最下流でない給湯用ガスクーラに、給湯用水回路から独立した回路で流通する暖房用熱流体を加熱する熱交換器を組み込んだことを特徴とする請求項５記載のヒートポンプ式給湯暖房装置。
【請求項７】
暖房用ガスクーラに、給湯用水回路を流通する給湯用水を加熱する熱交換器を組み込んだことを特徴とする請求項３〜６の何れか１項記載のヒートポンプ式給湯暖房装置。
【請求項８】
前記給湯用冷媒回路に使用される冷媒は、炭酸ガス冷媒であることを特徴とする請求項１〜２の何れか１項記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項９】
前記給湯用冷媒回路及び暖房用冷媒回路に使用される冷媒は、炭酸ガス冷媒であることを特徴とする請求項３〜７の何れか１項記載のヒートポンプ式給湯暖房装置。
【請求項１０】
前記暖房用熱流体はブラインであることを特徴とする請求項１〜２の何れか１項記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項１１】
前記暖房用熱流体はブラインであることを特徴とする請求項３〜７の何れか１項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、圧縮機の吐出ガス冷媒から放出される熱を利用して給湯用水を加熱するヒートポンプ式給湯装置及び圧縮機の吐出ガス冷媒から放出される熱を利用して給湯用水及び暖房用熱流体を加熱するヒートポンプ式給湯暖房装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ヒートポンプ式給湯装置としては、例えば、特許文献１に記載のものがある。
このヒートポンプ式給湯システムは、水加熱用熱交換器（本発明にいう給湯用ガスクーラ）において圧縮機吐出ガスの有する熱により水（給湯用水）を加熱し、加熱した水を貯湯タンクに貯えている。そして貯湯タンクに貯えた加熱水を給湯設備に利用するようにしている。また、給湯負荷に対応する手段として、水加熱用熱交換器と貯湯タンクとの間を循環する水量を調節する水循環量制御弁を設けるとともに、圧縮機として回転数可変型圧縮機を用いていた。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−２２５０６４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このように従来のヒートポンプ式給湯装置では、給湯負荷の急激な変動に追随して水用熱交換器の能力を変化させることができず、給湯負荷の急激な変動に対し給湯能力を追随させることができないという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものであって、給湯負荷の変動に追随して容量を変更可能とした給湯用ガスクーラを備えたヒートポンプ式給湯装置及びヒートポンプ式給湯暖房装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する第１の解決手段に係るヒートポンプ式給湯装置は、圧縮機、圧縮機の吐出ガス冷媒を給湯用水で冷却する複数の給湯用ガスクーラ、膨張装置、外気を熱源媒体とする室外側熱交換器を直列に接続してなる給湯用冷媒回路と、給湯用ガスクーラで加熱された給湯用水を貯留する貯湯タンクと、複数の給湯用ガスクーラと貯湯タンクとを接続する給湯用水回路と、複数の給湯用ガスクーラの一部を作用させるように給湯用冷媒回路を切り換える制御弁とを備えていることを特徴とする。
このようにすると、給湯負荷の急激な変動に追随して給湯用ガスクーラの容量を変化させることができ、給湯負荷の急激な変動に対し給湯能力を追随して変化させることができる。
【０００７】
また、この第１の解決手段に係るヒートポンプ式給湯装置において、前記複数の給湯用ガスクーラは、給湯用冷媒回路においては冷媒が直列に流通するように接続されるとともに、給湯用水回路においては給湯用水が冷媒の流れと逆方向に直列に流通するように接続されるように構成することが好ましい。
このように構成すると、圧縮機吐出ガス冷媒の流れと給湯用水の流れが対向流となり、圧縮機吐出ガス冷媒による給湯用水の加熱作用の効率が向上するとともに、加熱する給湯用水の温度を高くすることができる。
【０００８】
また、上記課題を解決する第２の解決手段に係るヒートポンプ式給湯暖房装置は、圧縮機、圧縮機の吐出ガス冷媒を暖房用熱流体で冷却する暖房用ガスクーラ、膨張装置、外気を熱源媒体とする室外側熱交換器を直列に接続した暖房用冷媒回路からなる暖房用熱源機器と、暖房用ガスクーラで加熱された暖房用熱流体を貯留する熱流体タンクと、暖房用ガスクーラと熱流体タンクとを接続する暖房用熱流体回路と、圧縮機、圧縮機の吐出ガス冷媒を給湯用水で冷却する複数の給湯用ガスクーラ、膨張装置、外気を熱源媒体とする室外側熱交換器を直列に接続した給湯用冷媒回路からなる給湯用熱源機器と、複数の給湯用ガスクーラで加熱された給湯用水を貯留する貯湯タンクと、複数の給湯用ガスクーラと貯湯タンクとを接続する給湯用水回路と、複数の給湯用ガスクーラの一部を作用させるように給湯用冷媒回路を切り換える制御弁とを備えていることを特徴とする。
給湯機能と暖房機能とを備えた装置では、通常、給湯負荷の変動が暖房負荷の変動に対し大きい。この解決手段では、熱源機器を給湯用と暖房用とを設けているので、大きな変動を示す給湯負荷により、暖房用能力の不足を招くことが少なくなる。また、給湯負荷の急激な変動に追随して給湯用ガスクーラの容量を変化させることができ、給湯負荷の急激な変動に対し給湯能力を追随して変化させることができる。
【０００９】
また、この第２の解決手段に係るヒートポンプ式給湯暖房装置において、前記複数の給湯用ガスクーラは、給湯用冷媒回路においては冷媒が直列に流通するように接続されるとともに、給湯用水回路においては給湯用水が冷媒の流れと逆方向の直列に流通するように接続されているように構成することが好ましい。
このように構成すると、圧縮機吐出ガス冷媒の流れと給湯用水の流れが対向流となり、圧縮機吐出ガス冷媒による給湯用水の加熱作用の効率が向上し、加熱する給湯用水温度を高くすることができる。
【００１０】
また、このように構成されたヒートポンプ式給湯暖房装置において、圧縮機吐出ガスの流通方向を基準とする最上流でない下流側の給湯用ガスクーラに、給湯用水回路から独立した回路で流通する暖房用熱流体を加熱する熱交換器を組み込んでもよい。
暖房用熱流体は回路内を循環して使用されるのに対し、給湯用水は循環させずに放出して使用されるだけであり、できるだけ清潔であることが望まれている。
上記のように構成すれば、循環して使用される暖房用熱流体が給湯用水に混入しないので、給湯用水を清潔に保持しながら、給湯用熱源機器を暖房用の補助熱源として兼用させることができる。したがって、暖房用ガスクーラの加熱能力を補助する補助熱交換器として給湯用ガスクーラを使用することで、暖房負荷の急激な変動に対して暖房能力を追従させることができる。
【００１１】
また、前記複数の給湯用ガスクーラを３個以上とし、圧縮機吐出ガスの流通方向を基準とする最上流でなく、かつ最下流でない給湯用ガスクーラに、給湯用水回路から独立した回路で流通する暖房用熱流体を加熱する熱交換器を組み込んだものとしてもよい。
一般的に、暖房装置に使用される水、不凍液（ブライン）などの熱流体は、給湯用水に比し水量は多いが、給湯用水に要求される温度より低い温度でよい。一方、上記のように、圧縮機吐出ガス冷媒と給湯用水とが対向流をなすように構成された３個以上の給湯用ガスクーラを用いた場合、圧縮機吐出ガス冷媒の流通方向を基準とする最上流の給湯用ガスクーラは、暖房用熱源を加熱するには温度が高くなりすぎ適切でない。また、最下流のガスクーラでは適切な温度まで加熱され難い場合があり好ましくない。したがって、この解決手段のように、中間の流れにある給湯用ガスクーラを用いるのが最も好ましい。
【００１２】
また、この第２の解決手段に係る給湯暖房装置において、暖房用ガスクーラに、給湯用回路を流通する給湯用水を加熱する熱交換器を組み込んでもよい。
このように構成すると、給湯用ガスクーラの加熱能力を補助する補助熱交換器として暖房用ガスクーラを兼用させることができる。また、給湯用ガスクーラの補助熱交換器としての暖房用ガスクーラの使用を制御することで、給湯負荷の急激な変動に対して給湯能力を追従させることがより容易になる。
【００１３】
また、前記第１及び第２の解決手段に係る装置において、冷媒回路に炭酸ガス冷媒を用いることが好ましい。
このようにすると、熱源温度を高くすることが可能となり、暖房用熱流体及び給湯用水を所要温度に昇温することが容易になる。
【００１４】
また、前記第１及び第２の解決手段に係る装置において、前記暖房用熱流体をブラインとすることができる。
このようにすると、暖房用熱流体回路において流体の凍結を防止することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１を、図１〜図３を参照しながら詳細に説明する。
なお、図１は実施の形態１に係るヒートポンプ式給湯暖房装置の回路図である。
また、図２は同実施の形態に係る給湯用ガスクーラに用いる３流体用熱交換器の側面図であり、図３は同熱交換器の断面図である。
【００１６】
図１に示すように、実施の形態１に係るヒートポンプ式給湯暖房装置は、暖房用回路部Ａと給湯用回路部Ｂとから構成されている。
暖房用回路部Ａは、圧縮機１、室外側熱交換器２、室外ファン３及び膨張装置４を収納した室外機５、暖房用ガスクーラ６、暖房用ガスクーラ６を熱流体タンク１１に接続する１次側熱流体回路１０、熱流体タンク１１に暖房機器２２を接続する２次側熱流体回路２０などから構成されている。なお、１次側熱流体回路１０及び２次側熱流体回路２０に封入される熱流体は、冬季の凍結を防止するためブラインが使用されている。
【００１７】
圧縮機１は、インバータ駆動式圧縮機であって、運転周波数変更可能に構成されている。そして、圧縮機１、暖房用ガスクーラ６、膨張装置４、室外側熱交換器２が順次接続されて、ヒートポンプ式冷凍サイクルの作動を行う暖房用冷媒回路９が形成されている。また、この冷媒回路９内には炭酸ガス冷媒が充填されている。したがって、この冷媒回路９により行われるヒートポンプ式冷凍サイクルは超臨界冷凍サイクルを成す。また、上記のように構成された暖房用冷媒回路９により暖房用熱源機器が構成されている。
【００１８】
暖房用ガスクーラ６は、冷媒を循環させる熱交換チューブ６ａ、給湯用水を流通させる熱交換チューブ６ｂ及び暖房用熱流体を流通させる熱交換チューブ６ｃを組み込み、この３流体間で熱交換させる３流体用熱交換器として構成されている。その具体的な構造は、図２及び図３に示されている。暖房用ガスクーラ６を製作するに当たっては、先ず大径チューブ６ｄの外表面に軸線方向の凹溝６ｅを３本形成する。この３本の凹溝６ｅを大径チューブ６ｄの外表面に等間隔に設ける。凹溝６ｅは円形溝であって、その内径は冷媒、給湯用水又は暖房用熱流体を流通させる熱交換チューブ６ａ、６ｂ、６ｃの外径に等しくする。次いで、各熱交換チューブ６ａ、６ｂ、６ｃを各凹溝６ｅにそれぞれ嵌入させる。そして、各熱交換チューブ６ａ、６ｂ、６ｃを嵌入させた後、引き抜き法により凹溝６ｅの開放端部をかしめ、各熱交換チューブ６ａ、６ｂ、６ｃを固定する。このように構成すると、中央部の大径チューブ６ｄの管壁を介して各熱交換チューブ６ａ、６ｂ、６ｃ間で熱交換器が行われる。なお、大径チューブ６ｄ内にブラインなどの熱媒を充填すれば各熱交換チューブ６ａ、６ｂ、６ｃ間の熱交換性能を向上させることができる。
【００１９】
１次側熱流体回路１０は、暖房用ガスクーラ６で加熱された熱流体を熱流体タンク１１の上部に戻し、熱流体タンク１１下方の熱流体を暖房用ガスクーラ６に送るように形成されている。また、このように形成された１次側熱流体回路１０において、熱流体タンク１１の出口側には熱流体を循環させるための循環ポンプ１２が接続されている。また、１次側熱流体回路１０には、循環ポンプ１２の吐出側回路から後述する第２給湯用ガスクーラ３７に配設された熱交換チューブ３７ｃへ暖房用熱流体を流通させる熱流体分岐管１３が接続されている。この熱流体分岐管１３は、第２給湯用ガスクーラ３７に配設された熱交換チューブ３７ｃを介在し、その他端を暖房用ガスクーラ６と熱流体タンク１１とを接続する配管に接続している。また、熱流体分岐管１３と、熱流体分岐管１３を分岐した１次側熱流体回路１０とには、流量制御弁１４、１５が設けられている。そして、これら流量制御弁１４、１５を調節することにより、１次側熱流体回路１０と熱流体分岐管１３との熱流体の流量比を調節することができるように構成されている。なお、熱流体タンク１１は、空気抜き弁１６を有し、下部に給水弁１７、排水弁１８を備えている。
【００２０】
また、熱流体タンク１１には、熱流体タンク１１上方に貯留される加熱された熱流体を暖房機器２２に送り、暖房機器２２で暖房に供されて冷却された熱流体を熱流体タンク１１の下方部に戻すように２次側熱流体回路２０が接続されている。
【００２１】
この２次側熱流体回路２０には、熱流体を循環させるための循環ポンプ２１が接続されている。暖房機器２２としては、ファンコイル２２ａ、２２ｂ、床用パネルヒータ２２ｃなどが接続されている。なお、ファンコイル２２ａ、２２ｂは直列に接続され、ファンコイル２２ａ、２２ｂと床用パネルヒータ２２ｃとは並列に接続されている。また、２次側熱流体回路２０には、暖房機器２２への熱流体流量を調節するためのバイパス回路２３が接続され、このバイパス回路２３の分岐点に３方流量制御弁２４が接続されている。この３方流量制御弁２４は、暖房機器２２に供給される熱流体の温度を検出するサーモスタット２５により流量制御されている。すなわち、３方流量制御弁２４は、サーモスタット２５により検出された暖房機器２２に供給される熱流体の温度を加味し、暖房能力が所定能力となるようにバイパス回路２３のバイパス流量を制御している。なお、２次側熱流体回路２０において、２６は暖房機器を使用しないときに熱流体をバイパスさせるバイパス回路であり、２７は膨張缶であり、２８は安全弁である。
【００２２】
次に、給湯用回路部Ｂを説明する。給湯用回路部Ｂは、圧縮機３１、室外側熱交換器３２、室外ファン３３及び膨張装置３４を収納した室外機３５、２個の給湯用ガスクーラ、すなわち、第１給湯用ガスクーラ３６及び第２給湯用ガスクーラ３７、給湯用ガスクーラ３６、３７に貯湯タンク５１を接続した１次側給湯用水回路５０、貯湯タンク５１から屋内に設置された各給湯設備（図示せず）に給湯用水を供給する２次側給湯用水回路としての給湯管６１などから構成されている。
【００２３】
圧縮機３１は、インバータ駆動式圧縮機であって、運転周波数変更可能に構成されている。そして、圧縮機３１、第１給湯用ガスクーラ３６、第２給湯用ガスクーラ３７、膨張装置３４、室外側熱交換器３２が順次接続されて、ヒートポンプ式冷凍サイクルの作動を行う給湯用冷媒回路３９が形成されている。また、この冷媒回路３９内には炭酸ガス冷媒が充填されている。したがって、この冷媒回路３９により行われるヒートポンプ式冷凍サイクルは超臨界冷凍サイクルを成す。この給湯用冷媒回路３９において、第１給湯用ガスクーラ３６及び第２給湯用ガスクーラ３７の双方又は何れか一方の給湯用ガスクーラを作動可能とするように、各給湯用ガスクーラ３６、３７をバイパスするバイパス回路３６１、３７１が設けられ、これらバイパス回路３６１、３７１と各給湯用ガスクーラ３６、３７の入口管とに開閉弁４１、４２、４３、４４が設けられている。上記のように構成された給湯用冷媒回路３９により給湯用熱源機器が構成されている。なお、これら開閉弁４１、４２、４３、４４は、本発明における制御弁を構成する。
【００２４】
第１給湯用ガスクーラ３６は、冷媒を流通させる通路と給湯用水を流通させる通路とを熱交換させる構造であればよく、例えば、二重管に形成したものでよい。また、第２給湯用ガスクーラ３７は、冷媒を流通させる通路（熱交換チューブ）３７ａと、給湯用水を流通させる通路（熱交換チューブ）３７ｂと、暖房用熱流体を流通させる通路（熱交換チューブ）３７ｃとを熱交換させる３流体用熱交換器であって、前述の暖房用ガスクーラ６と同様の構造を成している。
【００２５】
１次側給湯用水回路５０は、貯湯タンク５１の下方部の給湯用水を第２給湯用ガスクーラ３７から第１給湯用ガスクーラ３６へ直列的に流通させ、これら給湯用ガスクーラ３７、３６で加熱された給湯用水を貯湯タンク５１の上部に貯留するように形成されている。また、このように形成された１次側給湯用水回路５０において、貯湯タンク５１の出口側に循環ポンプ５２が接続されている。また、循環ポンプ５２の吐出側には、暖房用ガスクーラ６へ給湯用水を流通させる分岐管５３が設けられている。この分岐管５３は、暖房用ガスクーラ６に配設された熱交換チューブ６ｂ及び開閉弁５４を介在し、その他端を第２給湯用ガスクーラ３７の入口側配管に接続している。また、循環ポンプ５２の出口側には、この１次側給湯用水回路５０内を循環する給湯用水の流量を調節するための流量制御弁５５が設けられている。
【００２６】
貯湯タンク５１は、上部に空気抜き弁５６を有し、下部に給水弁５７、排水弁５８及び膨張缶５９が接続されている。なお、２次側給湯用水回路を成す給湯管６１において、６２は安全弁である。
【００２７】
上記構成のヒートポンプ式給湯暖房装置では、次のように給湯及び暖房運転が行われる。
暖房運転を行うときは、室外機５及び暖房用ガスクーラ６からなる暖房用熱源機器を作動させる。一方、１次側熱流体回路１０の循環ポンプ１２を作動させる。これらの作動により、暖房用ガスクーラ６で加熱された熱流体が熱流体タンク１１の上方部に貯留される。上方部に貯留された熱流体は暖房機器２２に送られる。また、暖房機器２２で暖房に供されて冷却された熱流体は下方部から熱流体タンク１１に戻される。また、熱流体タンク１１の下方に戻された、冷却された熱流体は、暖房用ガスクーラ６に送られて加熱されて熱流体タンク１１に戻る。
【００２８】
このような暖房運転において、暖房用熱源機器の加熱能力が不足するときは、熱流体タンク１１に戻る熱流体の温度が低下するので、１次側熱流体回路１０を流通する熱流体を第２給湯用ガスクーラ３７に送る。この場合、第２給湯用ガスクーラ３７は暖房用熱源機器の補助熱交換器として作用する。なお、第２給湯用ガスクーラ３７を使用する給湯運転が行われているときは、そのまま給湯運転を継続する。また、給湯運転が行われていないときは、室外機３５及び給湯用ガスクーラ３６、３７からなる給湯用熱源機器を作動させる。また、制御弁としての開閉弁４１、４４を開、開閉弁４２、４３を閉とし、第２給湯用ガスクーラ３７にのみ冷媒を流通させればよい。
【００２９】
次に、給湯運転について述べる。給湯運転を行うときは給湯用熱源機器を作動し、循環ポンプ５１を作動させる。給湯負荷が設定範囲内の場合、つまり、貯湯タンク５１から第２給湯用ガスクーラ３７に送られる給湯用水の温度が設定温度範囲内にある場合は、制御弁としての開閉弁４２、４４を開、開閉弁４１、４３を閉とすることにより、第１給湯用ガスクーラ３６及び第２給湯用ガスクーラ３７に冷媒を流通させる。一方、給湯用水は、第２給湯用ガスクーラ３７から第１給湯用ガスクーラ３６に流通する。したがって、第１給湯用ガスクーラ３６及び第２給湯用ガスクーラ３７では冷媒ガスと給湯用水とが対向流となるので、両流体間の熱効率が向上するとともに加熱される給湯用水の温度を高くすることができる。第２給湯用ガスクーラ３７及び第１給湯用ガスクーラ３６で加熱された給湯用水は、貯湯タンク５１の上方部から貯留される。貯湯タンク５１の上方部に貯留された、加熱された給湯用水は、給湯管６１を通じて給湯設備（図示せず）に供給される。
【００３０】
次に、給湯負荷が少なく、貯湯タンク５１から第２給湯用ガスクーラ３７に送られる給湯用水の温度が設定温度範囲より高い場合は、給湯負荷が少ないことになる。この場合は、制御弁としての開閉弁４１、４４を開、開閉弁４２、４３を閉として、室外機３５からの圧縮機吐出ガス冷媒を第２給湯用ガスクーラ３７にのみ送る。このように給湯用冷媒回路３９を切り換えることにより、給湯負荷の減少に対応し、給湯用ガスクーラの能力を減少することができる。なお、この場合圧縮機３１の回転数も給湯負荷に対応するように低下される。
【００３１】
また、給湯負荷が大きく第２給湯用ガスクーラ３７に供給される給湯用水の温度が設定範囲以下になったときは、前述の設定範囲内の状態における開閉弁４１、４２、４３、４４の開閉状態に加え、１次側給湯用水回路５０の開閉弁５４を開とし、貯湯タンク５１からの給湯用水の一部を暖房用ガスクーラ６へ流し、残りの給湯用水を第２給湯用ガスクーラ３７に流す。そして、暖房用ガスクーラ６で加熱された給湯用水と第２給湯用ガスクーラ３７で加熱された給湯用水とを混合して第１給湯用ガスクーラ３６に流し高温に加熱する。第１給湯用ガスクーラ３６で高温に加熱された給湯用水は貯湯タンク５１に戻される。このように給湯用冷媒回路３９及び１次側給湯用水回路５０を切り換えることにより給湯用熱源機器の加熱能力の不足を暖房用熱源機器で補うことができる。
【００３２】
実施の形態１は以上のように構成されているので、次のような効果を奏することができる。
（１）  給湯用ガスクーラ３６、３７が複数個（この場合２個）に形成されているので、給湯負荷の急激な変動に追随して給湯用ガスクーラの容量を変化させることができ、給湯負荷の急激な変動に対して給湯能力を追随して変化させることができる。
（２）  ２個の給湯用ガスクーラ３６、３７は、圧縮機吐出ガス冷媒の流れと給湯用水の流れとが対向流になるように、給湯用冷媒回路３９及び１次側給湯用水回路５０に接続されているので、圧縮機吐出ガス冷媒による給湯用水の加熱作用の効率が向上するとともに、給湯用水の加熱温度を高くすることができる。
【００３３】
（３）  給湯用熱源機器と暖房用熱源機器とを備えているので、熱源機器が小型化され搬入、据付が容易になる。また、給湯負荷が大きく変動した場合に、暖房用熱源機器が能力不足となることが少なくなる。
（４）  第２給湯用ガスクーラ３７に暖房用熱源機器の補助熱交換器を成す熱交換チューブ３７ｃが配設されているので、この熱交換チューブ３７ｃを利用して暖房用熱源機器の能力不足を補うことができる。この場合、第２給湯用ガスクーラ３７に送られてくる熱流体を適切な温度に上昇させることができる。したがって、暖房用ガスクーラ６の加熱能力を補助する補助熱交換器として給湯用ガスクーラ３７を使用することで、暖房負荷の急激な変動に対して暖房能力を追従させることができる。
（５）  暖房用ガスクーラ６に給湯用熱源機器の補助熱交換器として熱交換チューブ６ｂを配設しているので、この熱交換チューブ６ｂを利用して給湯用熱源機器の能力不足を補うことができる。したがって、給湯用ガスクーラ３６、３７の補助熱交換器としての暖房用ガスクーラ６の使用を制御することで、給湯負荷の急激な変動に対して給湯能力を追従させることがより容易になる。
（６）  暖房機器に流通させる流体と給湯用水とが混合しないように暖房用熱流体用の熱交換チューブ６ｃ、３７ｃと給湯用水用の熱交換チューブ６ｂ、３７ｂが別個に形成されているので、給湯用水を清潔に保持することができる。
【００３４】
（７）  暖房用冷媒回路及び給湯用冷媒回路に炭酸ガス冷媒が用いられているので、暖房機器に供給する熱流体及び給湯設備に供給する給湯用水の温度を高温度にすることができる。
（８）  暖房用の熱流体にブラインを使用しているので、冬季における凍結の恐れを解消することができる。
【００３５】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２について説明する。この実施の形態２は、実施の形態１における給湯用ガスクーラを３個としたものである。以下実施の形態１との相違点について、実施の形態２の回路図である図４を参照しながら説明する。なお、図４において、実施の形態１と同一又は相当する個所には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３６】
実施の形態２における暖房用回路部Ａは実施の形態１と同一である。また、給湯用回路部Ｂは、第３給湯用ガスクーラ３８を追加し、給湯負荷の変動に対応し給湯用ガスクーラ３６、３７、３８を使い分けるように、給湯用冷媒回路３９及び１次側給湯用水回路５０を変更している。
【００３７】
給湯用冷媒回路３９は、圧縮機３１、第１給湯用ガスクーラ３６、第２給湯用ガスクーラ３７、第２給湯用ガスクーラ３８、膨張装置３４、室外側熱交換器３２を順次接続して構成されている。また、この給湯用冷媒回路３９において、第１給湯用ガスクーラ３６及び第２給湯用ガスクーラ３７におけると同様に、第３給湯用ガスクーラ３８をバイパスするバイパス回路３８１が設けられ、このバイパス回路３８１と第３給湯用ガスクーラ３８の入口管とに制御弁としての開閉弁４５、４６が設けられている。
【００３８】
１次側給湯用水回路５０は、貯湯タンク５１の下方部の給湯用水を第３給湯用ガスクーラ３８から第２給湯用ガスクーラ３７、第１給湯用ガスクーラ３６へ直列的に流通させ、これら給湯用ガスクーラ３８、３７、３６で加熱された給湯用水を貯湯タンク５１の上部に貯留するように形成されている。
このように形成された１次側給湯用水回路５０において、実施の形態１の場合と同様に、貯湯タンク５１の出口側に循環ポンプ５２が接続され、循環ポンプ５２の吐出側には、暖房用ガスクーラ６へ給湯用水を流通させる分岐管５３が設けられている。そして、この分岐管５３は、暖房用ガスクーラ６に配設された熱交換チューブ６ｂ、開閉弁８１、開閉弁５４を介在し、その他端を第３給湯用ガスクーラ３８から第２給湯用ガスクーラ３７への配管に接続している。また、１次側給湯用水回路５０における第３給湯用ガスクーラ３８と第２給湯用ガスクーラ３７とを接続する配管と、第２給湯用ガスクーラ３７と第１給湯用ガスクーラ３６とを接続する配管とに、それぞれ開閉弁８２、８３が設けられている。また、１次側給湯用水回路５０において、第２給湯用ガスクーラ３６をバイパスするバイパス管７１が設けられ、このバイパス管７１に開閉弁８４が設けられている。なお、循環ポンプ５２の出口側には、実施の形態１の場合と同様に、この１次側給湯用水回路５０に循環させる給湯用水の流量を調節するための流量制御弁５５が設けられている。
【００３９】
実施の形態２における給湯用冷媒回路３９及び１次側給湯用水回路５０は以上のように構成されている。そして、給湯運転及び暖房運転は以下のように行われる。
給湯運転について述べる。給湯運転を行うときは給湯用熱源機器を作動させ、循環ポンプ５２を作動させる。
［給湯負荷が設定範囲内のときの給湯運転］
給湯負荷が設定範囲内の場合、つまり、貯湯タンク５１から第３給湯用ガスクーラ３８に送られる給湯用水の温度が設定温度範囲内にある場合は、制御弁としての開閉弁４２、４４、４６を開、開閉弁４１、４３、４５を閉とすることにより、第１給湯用ガスクーラ３６、第２給湯用ガスクーラ３７及び第３給湯用ガスクーラ３８に冷媒を流通させる。また、１次側給湯用水回路における開閉弁８２、８３を開とし、開閉弁５４、８１、８４を閉として、給湯用水を第３給湯用ガスクーラ３８、第２給湯用ガスクーラ３７、第１給湯用ガスクーラ３６の順に流通させる。このように冷媒ガスと給湯用水とを対向流とすることにより、両流体間の熱効率を向上させるとともに加熱される給湯用水の温度を高くなるようにしている。なお、第３給湯用ガスクーラ３８、第２給湯用ガスクーラ３７及び第１給湯用ガスクーラ３６で加熱された給湯用水は、貯湯タンク５１の上方部から貯留される。また、貯湯タンク５１の上方部に貯留された、加熱された給湯用水は、給湯管６１を通じて給湯設備（図示せず）に供給される。
上記給湯運転においては、暖房用熱源の補助熱源として第２給湯用ガスクーラ３７の熱交換チューブ３７ｃを何時でも使用することができる。
【００４０】
［給湯負荷が設定範囲より少し減少したときの給湯運転１］
次に、給湯負荷が少なくなり、貯湯タンク５１から第３給湯用ガスクーラ３８に送られる給湯用水の温度が設定温度範囲より高くなった場合であって、暖房用熱源機器の補助熱源として熱交換チューブ３７ｃに暖房用熱媒体を流通させない場合は、給湯負荷が減少したことになり、次のように給湯用冷媒回路３９及び１次側給湯用水回路５０が切り換えられる。すなわち、制御弁としての開閉弁４２、４３、４６を開、開閉弁４１、４４、４５を閉として、室外機３５からの圧縮機吐出ガス冷媒を第１給湯用ガスクーラ３６及び第３給湯用ガスクーラ３８に流通させる。また、１次側給湯用水回路における開閉弁８４を開とし、開閉弁５４、８１、８２、８３を閉として、給湯用水を第３給湯用ガスクーラ３８、第１給湯用ガスクーラ３６の順に流通させる。このように給湯用冷媒回路３９及び１次側給湯用水回路５０を切り換えることにより、給湯負荷の減少に対応し、給湯用ガスクーラの能力を減少させることができる。なお、圧縮機３１の回転数は給湯負荷に対応するように低下させる。
上記給湯運転においては、暖房用熱源の補助熱源として第２給湯用ガスクーラ３７の熱交換チューブ３７ｃを使用することができない。なお、第２給湯用ガスクーラ３７の熱交換チューブ３７ｃを暖房用熱源の補助熱源として使用するときは、下記に述べる「給湯負荷が設定範囲より少し減少したときの給湯運転２」の運転に切り換える。
【００４１】
［給湯負荷が設定範囲より少し減少したときの給湯運転２］
上記と同様に給湯負荷が少なくなり、貯湯タンク５１から第３給湯用ガスクーラ３８に送られる給湯用水の温度が設定温度範囲より高くなった場合であって、暖房用熱源機器の補助熱源として熱交換チューブ３７ｃに暖房用熱媒体を流通させる場合は、上記と異なり第１給湯用ガスクーラ３６と第２給湯用ガスクーラ３７とを使用するようにする。このために、給湯用冷媒回路３９における制御弁としての開閉弁４２、４４、４５を開、開閉弁４１、４３、４６を閉として、第３給湯用ガスクーラを不作動とする。また、１次側給湯用水回路５０における開閉弁８２、８３を開とし、開閉弁５４、８１、８４を閉として、給湯用水を第３給湯用ガスクーラ３８、第２給湯用ガスクーラ３７、第１給湯用ガスクーラ３６の順に流通させる。このように給湯用冷媒回路３９及び１次側給湯用水回路５０を切り換えることにより給湯用水を第２給湯用ガスクーラ３７及び第１給湯用ガスクーラ３６で加熱し、暖房用熱媒体を第２給湯用ガスクーラ３７で補助的に加熱することができる。
【００４２】
［給湯負荷が設定範囲より大幅に減少したときの給湯運転］
次に、給湯負荷が大幅に減少し、貯湯タンク５１から第３給湯用ガスクーラ３８に送られる給湯用水の温度が設定温度範囲よりかなり高い場合は、給湯負荷が大幅に減少したことになる。この場合は、給湯用冷媒回路３９における制御弁としての開閉弁４１、４３、４６を開、開閉弁４２、４４、４５を閉として、室外機３５からの圧縮機吐出ガス冷媒を第３給湯用ガスクーラ３８にのみに送る。また、１次側給湯用水回路５０における開閉弁８４を開とし、開閉弁５４、８１、８２、８３を閉として給湯用水を第３給湯用ガスクーラ３８及び第１給湯用ガスクーラ３６を介して貯湯タンク５１に循環させる。このように給湯用冷媒回路３９及び１次側給湯用水回路５０を切り換えることにより、給湯負荷の大幅な減少に対応して給湯用水を第３給湯用ガスクーラ３８でのみ加熱することができる。
なお、この運転において、暖房熱源機器の補助熱源として、第２給湯用ガスクーラに組み込まれた熱交換チューブ３７ｃを利用したい場合は、給湯用冷媒回路において、開閉弁４４を開とし、開閉弁４３を閉とすることにより、第２給湯用ガスクーラ３７を作動させればよい。
【００４３】
［給湯負荷が設定範囲より増大したときの給湯運転］
給湯負荷が増大し、第３給湯用ガスクーラ３８に供給される給湯用水の温度が設定範囲以下になったときは、給湯用冷媒回路３９における制御弁としての開閉弁４２、４４、４６を開、開閉弁４１、４３、４５を閉とし、冷媒を第給湯用ガスクーラ３６、第２給湯用ガスクーラ３７、第３給湯用ガスクーラ３８の順に流通させる。一方、１次側給湯用水回路５０における開閉弁５４、８１、８２、８３を開とし、開閉弁８４を閉として貯湯タンク５１からの給湯用水の一部を暖房用ガスクーラ６へ流し、残りの給湯用水を第３給湯用ガスクーラ３８に流す。そして、暖房用ガスクーラ６で加熱された給湯用水と第３給湯用ガスクーラ３８で加熱された給湯用水とを混合して、第２給湯用ガスクーラ３７から第１給湯用ガスクーラ３６に流通させる。第１給湯用ガスクーラ３６で高温に加熱された給湯用水は、貯湯タンク５１に戻される。このように給湯用冷媒回路３９及び１次側給湯用水回路５０を切り換えることにより給湯用熱源機器の加熱能力の不足を暖房用熱源機器で補うことができる。
【００４４】
以上のように、本実施の形態によれば、給湯負荷の変動に対応して給湯用ガスクーラの能力を調節することができ、給湯負荷の変動に対して給湯能力を追随して変化させることができる。
なお、上記給湯用冷媒回路における制御弁としての開閉弁４１〜４６及び１次側給湯用水回路における開閉弁５４、８１〜８４の開閉を変形して給湯用ガスクーラ３６、３７、３８の作動組合せ態様を一部上記と同一にすることは可能である。同様に、給湯用ガスクーラ３６、３７、３８の作動組合せ態様を変更することも可能である。また、給湯用冷媒回路における開閉弁４１〜４６及び１次側給湯用水回路における開閉弁５４、８１〜８４を他の制御弁とすることも可能である。
【００４５】
次に、暖房運転は、実施の形態１における場合と基本的には同一である。また、暖房用熱源機器の補助熱源として第２給湯用ガスクーラの熱交換チューブ３７ｃを使用することについては、上記給湯運転の説明において触れた通りである。
【００４６】
したがって、上記実施の形態２は前述の実施の形態１と同様の効果を奏することができる。また、この実施の形態２によれば、給湯負荷が設定範囲内にあるときは、暖房熱源機器の補助熱交換器を成す熱交換チューブ３７ｃと熱交換する圧縮機吐出ガス冷媒温度が、第１給湯用ガスクーラ３６を流通する圧縮機吐出ガス冷媒温度と第３給湯用ガスクーラ３８を流通する圧縮機吐出ガス冷媒温度との中間温度となる。したがって、暖房用熱流体を加熱する冷媒温度として最適の温度領域となり、暖房システムとして最適な状態が実現される。
【００４７】
なお、上記実施の形態２においては、３個の給湯用ガスクーラ３６、３７、３８を用いる例を示したが、４個以上の給湯用ガスクーラを用いるように構成することも勿論可能である。
【００４８】
【発明の効果】
本発明に係るヒートポンプ式給湯装置及びヒートポンプ式給湯暖房装置によれば、給湯用ガスクーラが複数個に形成されているので、給湯負荷の大きな変動に追随して給湯用ガスクーラの容量を変化させることができる。また、本発明に係るヒートポンプ式給湯暖房装置では、暖房負荷の変動に対しも柔軟に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る回路図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る給湯用ガスクーラに用いる３流体用熱交換器の側面図である。
【図３】同熱交換器の断面図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る回路図である。
【符号の説明】
Ａ          暖房用回路部
Ｂ          給湯用回路部
１          圧縮機
２          室外側熱交換器
４          膨張装置
６          暖房用ガスクーラ
６ａ〜６ｃ        熱交換チューブ
９          暖房用冷媒回路
１０      １次側熱流体回路
１１      熱流体タンク
１３      熱流体分岐管
１４、１５        流量制御弁
３１      圧縮機
３２      室外側熱交換器
３４      膨張装置
３６      第１給湯用ガスクーラ
３７      第２給湯用ガスクーラ
３７ａ〜３７ｃ                            熱交換チューブ
３８      第３給湯用ガスクーラ
３９      給湯用冷媒回路
４１〜４６        開閉弁
５０      １次側給湯用水回路
５１      貯湯タンク
５４      開閉弁
６１      ２次側給湯用水回路としての給湯管
８１〜８４        開閉弁
【図１】
2004251597.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004251597.tif 000005
【図４】
2004251597.tif 000006