(57)【要約】【課題】成績係数の向上を実現するヒートポンプ式給湯装置を提供することを目的とする。【解決手段】圧縮機１、水と冷媒とを熱交換させる給湯熱交換器２、第一の減圧装置３、冷媒と外気とを熱交換させる中間熱交換器１０、第二の減圧装置１１、冷媒と外気とを熱交換させる蒸発器４を冷媒配管により環状に接続して構成されるヒートポンプサイクルと、給湯用の液体を蓄える貯湯槽６と、前記貯湯槽６内の液体が前記給湯熱交換器２を介し循環する液体配管８とからなるもので、蒸発器４から圧縮機１に冷媒を供給する冷媒管の管内圧力損失を低下させることで、成績係数の高いヒートポンプ式給湯装置を提供できる。【選択図】図１
2005345052.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、水と冷媒とを熱交換させる給湯熱交換器、第一の減圧装置、冷媒と外気とを熱交換させる中間熱交換器、第二の減圧装置、冷媒と外気とを熱交換させる蒸発器を冷媒配管により環状に接続して構成されるヒートポンプサイクルと、給湯用の液体を蓄える貯湯槽と、前記貯湯槽内の液体が前記給湯熱交換器を介し循環する液体配管とからなるヒートポンプ式給湯装置。
【請求項２】
給湯熱交換器の入水温度を検出する入水温度検出手段と、前記入水温度検出手段の検出値に基づいて、第一及び第二の減圧装置の動作を制御する制御手段とを有する請求項１記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項３】
冷媒を二酸化炭素とした請求項１または２記載のヒートポンプ式給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプにて給湯を行うヒートポンプ式給湯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種のヒートポンプ式給湯装置としては、図５に示すようなものがあり、給湯熱交換器２から減圧装置３に供給される冷媒と、蒸発器４から圧縮機１に供給される冷媒との熱交換を行う冷媒熱交換器２０を設けたことを特徴とする（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−１９３９５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来の構成では、蒸発器４から圧縮機１に冷媒を供給する冷媒管５に熱交換を行う冷媒熱交換器２０を設けると、冷媒管５の管内圧力損失の増加に伴う成績係数の低下が発生する課題があった。
【０００４】
本発明は、上記課題を解決するもので、成績係数の向上を実現するヒートポンプ式給湯装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明のヒートポンプ式給湯装置は、圧縮機、水と冷媒とを熱交換させる給湯熱交換器、第一の減圧装置、冷媒と外気とを熱交換させる中間熱交換器、第二の減圧装置、冷媒と外気とを熱交換させる蒸発器を冷媒配管により環状に接続して構成されるヒートポンプサイクルと、給湯用の液体を蓄える貯湯槽と、前記貯湯槽内の液体が前記給湯熱交換器を介し循環する液体配管とからなるもので、蒸発器から圧縮機に冷媒を供給する冷媒管の管内圧力損失を低下させることで、成績係数の高いヒートポンプ式給湯装置を提供できる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、成績係数の向上を実現するヒートポンプ式給湯装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
第１の発明は、圧縮機、水と冷媒とを熱交換させる給湯熱交換器、第一の減圧装置、冷媒と外気とを熱交換させる中間熱交換器、第二の減圧装置、冷媒と外気とを熱交換させる蒸発器を冷媒配管により環状に接続して構成されるヒートポンプサイクルと、給湯用の液体を蓄える貯湯槽と、前記貯湯槽内の液体が前記給湯熱交換器を介し循環する液体配管とからなるもので、蒸発器から圧縮機に冷媒を供給する冷媒管の管内圧力損失を低下させることで、成績係数の高いヒートポンプ式給湯装置を提供できる。
【０００８】
第２の発明は、給湯熱交換器の入水温度を検出する入水温度検出手段と、前記入水温度検出手段の検出値に基づいて、第一及び第二の減圧装置の動作を制御する制御手段とを有するもので、入水温度が低い場合は、減圧を第一の減圧装置とし、第二の減圧装置の弁開度を全開にすることで、中間熱交換器は蒸発器として作用するため、成績係数の向上が可能となり、入水温度が高い場合、減圧を第二の減圧装置とし、第一の減圧装置の弁開度を全開にすることで、中間熱交換器は放熱器として作用するため、高圧側冷媒圧力の低減と成績係数の向上が可能となり、給湯熱交換器の入水温度が高くなる際の冷媒圧力上昇及び成績係数の低下抑制と、前記入水温度が低い際の成績係数向上の両立を実現するヒートポ
ンプ式給湯装置を提供できる。
【０００９】
第３の発明は、冷媒を二酸化炭素としたもので、サイクル内の圧力が冷媒の臨界圧力以上まで加圧され設計圧力が非常に高い（約１４ＭＰａ）動作をする。したがって、入水温度が高い場合、急激な高圧上昇を防止することで高圧部品の設計圧力の増加を防ぎ、圧力容器（熱交換器）や機能部品（膨張弁）のシステムコストを抑制することができる。
【００１０】
（実施の形態１）
図１及び図２は、第１の実施の形態におけるヒートポンプ式給湯装置と運転制御を示したものである。図１は、圧縮機１、水と冷媒とを熱交換させる給湯熱交換器２、第一の減圧装置３、冷媒と外気とを熱交換させる中間熱交換器１０、第二の減圧装置１１、冷媒と外気とを熱交換させる蒸発器４を冷媒配管５により環状に接続して構成され、前記両減圧装置（３、１１）の弁開度を調整できるヒートポンプサイクルと、給湯用の液体を蓄える貯湯槽６と、前記貯湯槽６内の液体が前記給湯熱交換器２を介し循環できる液体配管８と、前記液体配管８に貯湯槽６内の液体を流通させるポンプ７と、前記給湯熱交換器２への入水温度を検出する入水温度検出手段３１と、前記入水温度検出手段３１により前記第一及び第二の減圧装置（３、１１）を制御する制御手段であるマイクロコンピュータ３０とを備えている。
【００１１】
次に、本実施の形態の作用を説明する。図２は、図１の構成により前記ヒートポンプ給湯装置が運転され、前記中間熱交換器１０の作用が決定される説明図である。これによれば、本実施の形態のヒートポンプ式給湯装置は、入水温度が低い場合（例えば入水温度＜３０℃）、減圧を第一の減圧装置３とし、第二の減圧装置１１の弁開度を全開にすることで、中間熱交換器１０は蒸発器として作用する。このとき、中間熱交換器１０が蒸発器として作用することで、吸熱能力増加による成績係数の向上が可能となる。
【００１２】
また、入水温度が高い場合（例えば入水温度≧３０℃）、減圧を第二の減圧装置１１とし、第一の減圧装置３の弁開度を全開にすることで、中間熱交換器１０は放熱器として作用するため、放熱器２のみの運転に対して、高圧側冷媒圧力の低減が可能となる。入水温度が高い過負荷状態での高圧側冷媒圧力の低減は、設計圧力増加による圧力容器や冷媒系機能部品のシステムコストの増加を防止できる。
【００１３】
（実施の形態２）
第２の実施の形態は、第１の実施の形態におけるヒートポンプ式給湯装置の冷媒として二酸化炭素を使用している。
【００１４】
次に、本実施の形態の作用について説明する。図２は、前記中間熱交換器１０が蒸発器として作用した場合のモリエル線図を示し、図３は、前記中間熱交換器１０が放熱器として作用した第２の実施の形態におけるモリエル線図（ｐ−ｈ線図）を示したものである。図２より、前記中間熱交換器が蒸発器として作用したまま入水温度が１７℃から５０℃に上昇した場合、超臨界サイクルを形成する二酸化炭素の等温線に基づき、非常に高い圧力での運転が強いられ、低入水温度に比べて成績係数の低い運転となる。
【００１５】
一方、図３より、中間熱交換器が放熱器として作用する第２の実施の形態の場合、前記中間熱交換器１０は、外気（１６℃）と冷媒が熱交換する為、超臨界サイクルを形成する二酸化炭素の等温線に基づき放熱器出口は外気温度付近まで低下する。放熱器出口温度が低いほど冷媒密度が高いため、冷媒吐出圧力が低減する。冷媒吐出圧力の低減は、圧縮機所要動力減少により成績係数を向上させ、更に設計圧力増加を防ぐ為、圧力容器及び冷媒系機能部品のシステムコストアップを防止できる。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
本発明にかかるヒートポンプ式給湯装置は、給湯熱交換器に流入する入水温度が高くなる際の冷媒圧力上昇及び成績係数の低下を抑制するので、ヒートポンプ給湯機や各種ヒートポンプ装置への利用として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ式給湯装置の本体構成図
【図２】同ヒートポンプ式給湯装置の運転動作説明図
【図３】本発明の実施の形態２におけるヒートポンプ式給湯装置の運転動作の説明図（モリエル線図）
【図４】同ヒートポンプ式給湯装置の運転動作の説明図（モリエル線図）
【図５】従来のヒートポンプ式給湯装置の本体構成図
【符号の説明】
【００１８】
１  圧縮機
２  給湯熱交換器
３  第一の減圧装置（電気式膨張弁）
４  蒸発器
５  冷媒配管
６  貯湯槽
７  ポンプ（ウォータポンプ）
８  液体配管
９  ファン
１０  中間熱交換器
１１  第二の減圧装置（電気式膨張弁）
２０  冷媒熱交換器
２１  バイパスバルブ
３０  マイクロコンピュータ（制御手段）
３１  入水温度検出手段
【図１】
2005345052.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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