(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
湯水が貯留される貯留タンクおよび外部の冷暖房端末に接続されて湯水が流される水流通回路と、
圧縮機、第１熱交換器、膨張手段、および少なくとも一つの蒸発器を接続して熱媒体を循環させるヒートポンプ回路とを備え、
前記第１熱交換器は、ヒートポンプ回路の熱媒体と水流通回路の水との間で熱交換を行って水流通回路の水を加熱し、
前記蒸発器の少なくとも一つは、ヒートポンプ回路の熱媒体と水流通回路の水との間で熱交換を行って水流通回路の水を冷却する第２熱交換器であり、
水流通回路は、貯留タンクと第１熱交換器とを含んで第１熱交換器で生成された温水を貯留タンクに貯留する温水循環流路、貯留タンクと第２熱交換器とを含んで第２熱交換器で生成された冷水を貯留タンクに貯留する冷水循環流路、外部の冷暖房端末と第１熱交換器とを含んで第１熱交換器で生成された温水を暖房に利用する暖房循環流路、冷暖房端末と第２熱交換器とを含んで第２熱交換器で生成された冷水を冷房に利用する冷房循環流路、および外部の冷暖房端末と貯留タンクとを含んで貯留タンクに貯留された冷水又は温水を冷房又は暖房に利用するタンク利用冷暖房循環流路、の少なくともいずれか一つを形成可能であり、前記暖房循環流路または前記タンク利用冷暖房循環流路に、流路内の圧力の上昇を抑制する圧力安全弁を設けるとともに、
前記ヒートポンプ回路には、前記第２熱交換器をバイパスするバイパス流路が設けられ、第２熱交換器による熱交換が不要な場合には、前記バイパス流路に熱媒体が流されることを特徴とするヒートポンプシステム。
【請求項２】
前記ヒートポンプ回路は、前記バイパス流路の下流に、並列に配置された複数の蒸発器と、前記複数の蒸発器に対して送風可能な送風機とを備え、
前記複数の蒸発器は、送風機からの送風とヒートポンプ回路の熱媒体との間で熱交換を行ってヒートポンプ回路の熱媒体を加熱する第３熱交換器であり、
熱媒体が流される第３熱交換器の数を切り替えることによって、第３熱交換器における熱交換量が調整されることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプシステム。
【請求項３】
貯留タンクには、温水が貯留される温水貯留タンクと冷水が貯留される冷水貯留タンクとがあり、
水流通回路には、温水貯留タンクと第１熱交換器とを含む温水循環流路、および冷水貯留タンクと第２熱交換器とを含む冷水循環流路が同時に形成され、
温水貯留タンクへの温水の貯留と冷水貯留タンクへの冷水の貯留が同時に行われることを特徴とする請求項１または２に記載のヒートポンプシステム。
【請求項４】
外部の浴槽内の湯水と水流通回路の水との間で熱交換を行う風呂熱交換器をさらに備え、
水流通回路に、貯留タンクと第１熱交換器とを含む温水循環流路、冷暖房端末と第２熱交換器とを含む冷房循環流路、および風呂熱交換器と貯留タンクとを含む風呂追い焚き循環流路が同時に形成され、
第１熱交換器で生成された温水が温水循環流路に流されて貯留タンクに貯留され、貯留タンクに貯留された温水が風呂追い焚き循環流路に流されて風呂熱交換器における熱交換に利用され、第２熱交換器で生成された冷水が冷房循環流路に流されて冷房に利用されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のヒートポンプシステム。
【請求項５】
前記第２熱交換器によって冷却された水流通回路の水の温度を検知する温度検知手段と、
前記温度検知手段で検知された検知温度が目標とされる目標温度よりも低くなることを条件に、送風機の回転数を増加させるヒートポンプ制御部とを備えることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載のヒートポンプシステム。
【請求項６】
前記ヒートポンプ制御部は、送風機の回転数が所定の上限値を上回ることを条件に、熱媒体が流される第３熱交換器の数を増加させることを特徴とする請求項５に記載のヒートポンプシステム。
【請求項７】
前記第２熱交換器によって冷却された水流通回路の水の温度を検知する温度検知手段と、
前記温度検知手段で検知された検知温度が目標とされる目標温度よりも高くなることを条件に、送風機の回転数を減少させるヒートポンプ制御部とを備えることを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載のヒートポンプシステム。
【請求項８】
前記ヒートポンプ制御部は、送風機の回転数が所定の下限値を下回ることを条件に、熱媒体が流される第３熱交換器の数を減少させることを特徴とする請求項７に記載のヒートポンプシステム。
【請求項９】
前記第２熱交換器によって冷却された水流通回路の水の温度を検知する温度検知手段と、
前記温度検知手段で検知された検知温度が目標とされる目標温度よりも低くなることを条件に、熱媒体が流される第３熱交換器の数を増加させるヒートポンプ制御部とを備えることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載のヒートポンプシステム。
【請求項１０】
前記第２熱交換器によって冷却された水流通回路の水の温度を検知する温度検知手段と、
前記温度検知手段で検知された検知温度が目標とされる目標温度よりも高くなることを条件に、熱媒体が流される第３熱交換器の数を減少させるヒートポンプ制御部とを備えることを特徴とする請求項２〜４，９のいずれかに記載のヒートポンプシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプサイクルを利用して給湯や冷暖房を行うヒートポンプシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ヒートポンプサイクルは、低温の熱源から熱をくみ上げて昇温させる熱サイクルであり、ヒートポンプサイクルを利用した昇温装置は、電気ヒータ等のジュール熱を利用した昇温装置に比べて効率が高い。
また近年、ヒートポンプ回路に蓄熱装置を付加し、安価な夜間電力を使用して蓄熱装置に蓄熱し、より高い経済効果を発揮させるヒートポンプシステムが知られている。さらにヒートポンプサイクルの高温側を利用するだけでなく、ヒートポンプサイクルの冷却側に発生する低温を利用し、冷水を生成する方策も知られている（特許文献１）。
即ち特許文献１に開示された発明は、ヒートポンプ回路と二基の貯湯タンクを備えている。ヒートポンプ回路は圧縮機、第１熱交換器、第１減圧器、第２熱交換器、第２減圧器及び室外機を有している。特許文献１で採用するヒートポンプ回路では、第１熱交換器が高温状態となり、第２熱交換器が低温状態となる。そして第１熱交換器及び第２熱交換器でそれぞれ熱媒体と水とを熱交換し、温水と冷水を作る。
第１熱交換器で作られた温水は、第１タンクに貯留し、第２熱交換器で作られた冷水は、第２タンクに貯留される。
【特許文献１】特開２００５−１８０８３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ヒートポンプサイクルで生じる高温を利用して高温水を生成して風呂や給湯に使用し、さらに低温側で冷水を生成させて冷房に利用すれば、ヒートポンプが発生する高温と低温の双方を利用することができ、効率がよい。
【０００４】
ここでヒートポンプシステムは、冷水が利用される期間が限られており、冬季においては冷水の需要は少ない。そのため冬季においては、冷水を生成させる必要はない。
しかしながら特許文献１に開示されたヒートポンプシステムでは、冷水を作らない場合であっても第２熱交換器の二次側に水が滞留している。そのため特許文献１に開示されたヒートポンプシステムでは、第２熱交換器への通水を停止すると、第２熱交換器内に残留する水が凍結してしまい、第２熱交換器を破損してしまう。また第２熱交換器の二次側に通水されていても、生成された冷水が消費されないから、第２熱交換器を通過する冷水の温度が次第に低下し、遂には凍結してしまう。
【０００５】
そのため特許文献１に開示されたヒートポンプシステムでは、第２熱交換器の凍結を防止するために第２熱交換器を他の熱源で加熱したり、第２熱交換器の二次側に湯水を循環させたりする必要があり、冬季におけるＣＯＰ（成績係数）が低下してしまうという問題があった。
【０００６】
また冬季においては、ヒートポンプサイクルで生じる温風や温水を直接的に暖房端末に送って暖房を行う場合が多いが、この様な形式の暖房装置は、加熱温度の立ち上がりが遅いという欠点がある。
【０００７】
即ち冬季は熱の消費量が多いので、暖房を行う場合にはヒートポンプ回路を運転し、生成した温水を貯湯タンクに溜めることなく暖房機器に送り、暖房を行う。暖房定常状態に要する単位時間当たりの熱量は、風呂への給湯に比べて格段に小さいので、ヒートポンプ回路が発生する熱のみをもって暖房を賄うことができる。
しかしながら、一般にヒートポンプ回路を運転して温水を生成する場合、生成される温水の昇温速度はバーナ等の燃焼装置に比べて遅い。そのため暖房端末が実際に暖房機能を発揮するまでに時間がかかる。
また貯湯タンクに溜められた湯を暖房に使用すれば暖房の立ち上がりは早いが、暖房は長時間に渡って行われるものであり、暖房を貯湯タンクの湯だけで賄うこととすれば、給湯や風呂落とし込みに要する湯が足りなくなる。貯湯タンクの容量を大きくすれば暖房も給湯も賄うことができるが、貯湯タンクの容量がいたずらに大きくなってしまい、貯湯タンクの設置場所に苦慮することとなる。さらに、貯湯タンクに貯められた湯を暖房に使用すると、貯湯タンク内の温度成層が崩れてしまう。
【０００８】
そこで本発明は、従来技術の上記した問題点に注目し、冬季においても凍結の心配がなく、ＣＯＰ（成績係数）が高いヒートポンプシステムであって、暖房の際の温度立ち上げが早い構成を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、湯水が貯留される貯留タンクおよび外部の冷暖房端末に接続されて湯水が流される水流通回路と、圧縮機、第１熱交換器、膨張手段、および少なくとも一つの蒸発器を接続して熱媒体を循環させるヒートポンプ回路とを備え、前記第１熱交換器は、ヒートポンプ回路の熱媒体と水流通回路の水との間で熱交換を行って水流通回路の水を加熱し、前記蒸発器の少なくとも一つは、ヒートポンプ回路の熱媒体と水流通回路の水との間で熱交換を行って水流通回路の水を冷却する第２熱交換器であり、水流通回路は、貯留タンクと第１熱交換器とを含んで第１熱交換器で生成された温水を貯留タンクに貯留する温水循環流路、貯留タンクと第２熱交換器とを含んで第２熱交換器で生成された冷水を貯留タンクに貯留する冷水循環流路、外部の冷暖房端末と第１熱交換器とを含んで第１熱交換器で生成された温水を暖房に利用する暖房循環流路、冷暖房端末と第２熱交換器とを含んで第２熱交換器で生成された冷水を冷房に利用する冷房循環流路、および外部の冷暖房端末と貯留タンクとを含んで貯留タンクに貯留された冷水又は温水を冷房又は暖房に利用するタンク利用冷暖房循環流路、の少なくともいずれか一つを形成可能であり、前記暖房循環流路または前記タンク利用冷暖房循環流路に、流路内の圧力の上昇を抑制する圧力安全弁を設けるとともに、前記ヒートポンプ回路には、前記第２熱交換器をバイパスするバイパス流路が設けられ、第２熱交換器による熱交換が不要な場合には、前記バイパス流路に熱媒体が流されることを特徴とした。
【００１０】
請求項１のヒートポンプシステムは、様々な用途に合った循環流路を水流通回路に形成することができ、形成された循環流路に第２熱交換器における熱交換が不要な場合には、第２熱交換器に熱媒体が流されない。そのため、第２熱交換器で水流通回路の滞留水が冷却されるのを防止し、水流通回路の滞留水の凍結を防止することができる。
また請求項１のヒートポンプシステムは、第２熱交換器をバイパスさせることで、温水生成効率の低下を抑制することができＣＯＰ（成績係数）を向上させることができる。
【００１１】
請求項１のヒートポンプシステムは、ヒートポンプ回路で生成された冷水または温水を冷暖房端末や貯留タンクに、他の回路を介在させずに、直接送ることができるので熱量の損失が少ない。また同様に貯留タンクに貯留された冷水または温水を冷暖房端末に、他の回路を介在させずに、直接送ることができるので、熱量の損失が少ない。
【００１２】
なお冷暖房端末は、冷房機能と暖房機能とを兼ね備えたものに限定されず、暖房機能のみを備えるものも含まれる。例えばエアコンの室内機や、床暖房機、ファンコンベクター等が冷暖房端末に含まれる。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記ヒートポンプ回路は、前記バイパス流路の下流に、並列に配置された複数の蒸発器と、前記複数の蒸発器に対して送風可能な送風機とを備え、前記複数の蒸発器は、送風機からの送風とヒートポンプ回路の熱媒体との間で熱交換を行ってヒートポンプ回路の熱媒体を加熱する第３熱交換器であり、熱媒体が流される第３熱交換器の数を切り替えることによって、第３熱交換器における熱交換量が調整されることを特徴とした。
【００１４】
ここで、ヒートポンプ回路を循環する熱媒体に対する加熱量は、第２熱交換器における加熱量と第３熱交換器における加熱量の総和である。
請求項２のヒートポンプシステムは、熱媒体が流される第３熱交換器の数を増減させることにより、ヒートポンプ回路内を流れる熱媒体の加熱量を調整することができる。圧縮機の回転数を変化させなくてもヒートポンプ回路の熱媒体の温度と圧力を抑制することができるため、第２熱交換器における冷水の生成能力を維持しつつ、圧縮機の耐久性も確保することができる。
例えば、第２熱交換器をバイパスすることにより第２熱交換器における加熱量が減少したとしても、第３熱交換器の数を増やすことで減少した加熱量を補うことができる。また熱媒体への加熱量が多いと圧縮機への負担が大きいため、第３熱交換器の数を減らすことで、熱媒体への加熱量を減らし、圧縮機の耐久性を向上させることも可能である。
【００１６】
請求項１のヒートポンプシステムは、暖房循環流路またはタンク利用冷暖房循環流路に、高温の温水が供給されても、圧力安全弁によって流路内の圧力が上昇するのを防止することができ、配管、ポンプ、弁などの破損を防止することができる。
【００１７】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、貯留タンクには、温水が貯留される温水貯留タンクと冷水が貯留される冷水貯留タンクとがあり、水流通回路には、温水貯留タンクと第１熱交換器とを含む温水循環流路、および冷水貯留タンクと第２熱交換器とを含む冷水循環流路が同時に形成され、温水貯留タンクへの温水の貯留と冷水貯留タンクへの冷水の貯留が同時に行われることを特徴とした。
【００１８】
請求項３のヒートポンプシステムによれば、温水と冷水を同時に生成して、それぞれを貯留タンクに貯留させることができる。
【００１９】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかの発明において、外部の浴槽内の湯水と水流通回路の水との間で熱交換を行う風呂熱交換器をさらに備え、水流通回路に、貯留タンクと第１熱交換器とを含む温水循環流路、冷暖房端末と第２熱交換器とを含む冷房循環流路、および風呂熱交換器と貯留タンクとを含む風呂追い焚き循環流路が同時に形成され、第１熱交換器で生成された温水が温水循環流路に流されて貯留タンクに貯留され、貯留タンクに貯留された温水が風呂追い焚き循環流路に流されて風呂熱交換器における熱交換に利用され、第２熱交換器で生成された冷水が冷房循環流路に流されて冷房に利用されることを特徴とした。
【００２０】
これにより請求項４のヒートポンプシステムは、冷房運転と風呂の追い焚き運転とを同時に行うことができる。
【００２１】
請求項５の発明は、請求項２〜４のいずれかの発明において、前記第２熱交換器によって冷却された水流通回路の水の温度を検知する温度検知手段と、前記温度検知手段で検知された検知温度が目標とされる目標温度よりも低くなることを条件に、送風機の回転数を増加させるヒートポンプ制御部とを備えることを特徴とした。
【００２２】
請求項５のヒートポンプシステムは、検知温度が目標温度よりも低ければ、ヒートポンプ回路を循環する熱媒体の温度が低すぎると判断して、送風機の回転数を増加させる。これにより、ヒートポンプ回路を循環する熱媒体への第３熱交換器における加熱量が増加し、熱媒体が昇温される。そのため、第２熱交換器における水の冷却が弱まり、第２熱交換器で冷却される水の温度を目標温度に近づけることができる。
【００２３】
請求項６の発明は、請求項５の発明において、前記ヒートポンプ制御部は、送風機の回転数が所定の上限値を上回ることを条件に、熱媒体が流される第３熱交換器の数を増加させることを特徴とした。
【００２４】
一般に送風機の回転数は、各送風機によって制御できる範囲が定まっている。
請求項６のヒートポンプシステムは、例えば送風機の回転能力の上限を超える場合であっても、第３熱交換器の数を増加させることで、ヒートポンプ回路を循環する熱媒体への第３熱交換器における加熱量を増加させることができる。これにより第３熱交換器に対する加熱量の制御範囲が高い側に拡げられるため、熱媒体を昇温させて第２熱交換器における冷却を弱め、第２熱交換器で冷却される水の温度を目標温度に近づけることができる。もちろん所定の上限値は、送風機の回転能力に限定されるわけではなく、任意に設定することができる。
【００２５】
請求項７の発明は、請求項２〜６の発明において、前記第２熱交換器によって冷却された水流通回路の水の温度を検知する温度検知手段と、前記温度検知手段で検知された検知温度が目標とされる目標温度よりも高くなることを条件に、送風機の回転数を減少させるヒートポンプ制御部とを備えることを特徴とした。
【００２６】
請求項７のヒートポンプシステムは、検知温度が目標温度よりも高ければ、ヒートポンプ回路を循環する熱媒体の温度が高すぎると判断して、送風機の回転数を減少させる。これにより、ヒートポンプ回路を循環する熱媒体への第３熱交換器における加熱量が減少し、熱媒体の温度が下がる。そのため、第２熱交換器における水の冷却がさらに強まり、第２熱交換器で冷却される水の温度を目標温度に近づけることができる。
【００２７】
請求項８の発明は、請求項７の発明において、前記ヒートポンプ制御部は、送風機の回転数が所定の下限値を下回ることを条件に、熱媒体が流される第３熱交換器の数を減少させることを特徴とした。
【００２８】
請求項８のヒートポンプシステムは、例えば送風機の回転数が制御可能な下限に達する場合であっても、第３熱交換器の数を減少させることで、ヒートポンプ回路を循環する熱媒体への第３熱交換器における加熱量を減少させることができる。これにより第３熱交換器に対する加熱量の制御範囲が低い側に拡げられるため、熱媒体の温度を下げることで第２熱交換器における冷却をさらに強め、第２熱交換器で冷却される水の温度を目標温度に近づけることができる。所定の下限値は、任意に設定することができる。
【００２９】
請求項９の発明は、請求項２〜４のいずれかの発明において、前記第２熱交換器によって冷却された水流通回路の水の温度を検知する温度検知手段と、前記温度検知手段で検知された検知温度が目標とされる目標温度よりも低くなることを条件に、熱媒体が流される第３熱交換器の数を増加させるヒートポンプ制御部とを備えることを特徴とした。
【００３０】
請求項９のヒートポンプシステムは、検知温度が目標温度よりも低ければ、ヒートポンプ回路を循環する熱媒体の温度が低すぎると判断して、第３熱交換器の数を増加させる。これによりヒートポンプ回路を循環する熱媒体への第３熱交換器における加熱量を増加させることができる。そして第３熱交換器に対する加熱量の制御範囲が高い側に拡げられるため、熱媒体を昇温させることで第２熱交換器における冷却を弱め、第２熱交換器で冷却される水の温度を目標温度に近づけることができる。
【００３１】
請求項１０の発明は、請求項２〜４，９のいずれかの発明において、前記第２熱交換器によって冷却された水流通回路の水の温度を検知する温度検知手段と、前記温度検知手段で検知された検知温度が目標とされる目標温度よりも高くなることを条件に、熱媒体が流される第３熱交換器の数を減少させるヒートポンプ制御部とを備えることを特徴とした。
【００３２】
請求項１０のヒートポンプシステムは、検知温度が目標温度よりも高ければ、ヒートポンプ回路を循環する熱媒体の温度が高すぎると判断して、第３熱交換器の数を減少させる。これによりヒートポンプ回路を循環する熱媒体への第３熱交換器における加熱量を減少させることができる。そして第３熱交換器に対する加熱量の制御範囲が低い側に拡げられるため、熱媒体の温度を下げて第２熱交換器における冷却をさらに強め、第２熱交換器で冷却される水の温度を目標温度に近づけることができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明は、冬季においても凍結の心配がなく、ＣＯＰ（成績係数）が高いヒートポンプシステムであって、暖房の際の温度立ち上げが早い構成を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下さらに本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明のヒートポンプシステムの作動原理図である。
本実施形態のヒートポンプシステムは、ヒートポンプを利用して温水と冷水を作り、これをタンクに貯留したり、直接熱負荷に供給したりする等によって活用するものである。
本実施形態のヒートポンプシステムは、大きく分けてヒートポンプ回路部１と熱貯留部３０とによって構成されている。
【００３５】
ヒートポンプ回路部１は、二酸化炭素を熱媒体とし、超臨界ヒートポンプ回路を構成するものが望ましい。また代替フロン等の相変化する熱媒体を循環させるものであってもよい。
ヒートポンプシステムには、熱媒体の流れを切り換えて、温熱を取り出す暖房サイクルと冷熱を取り出す冷凍サイクルとを切り換えるものもあるが、本実施形態で採用するヒートポンプ回路部１は、熱媒体の流れを切り換える機能を持たない。
【００３６】
ヒートポンプ回路部１は、図１に示すように、圧縮機６、給湯熱交換器（第１熱交換器）３、膨張弁（膨張手段）４、冷水熱交換器（第２熱交換器）２、及び並列に配置された複数の空気熱交換器（第３熱交換器）５が環状に接続されている。ヒートポンプ回路部１の内部には、前記した二酸化炭素または代替フロン等の相変化する熱媒体が充填されており、必要に応じて流路を切り換えることができる様に第１４弁から第１６弁が設けられている。ここで第１４弁から第１６弁は二方弁である。
またヒートポンプ回路部１は、圧縮機６、膨張弁４、送風機２６、第１４弁から第１６弁をはじめとする各部の動作を司るヒートポンプ制御部（図示せず）を備える。
【００３７】
ヒートポンプ回路部１には、冷水熱交換器２をバイパスするバイパス流路２３が設けられている。バイパス流路２３は、一方の端部が冷水熱交換器２の上流であって膨張弁４の下流にある分岐２４に接続されており、他方の端部が冷水熱交換器２の下流であって空気熱交換器５の上流にある分岐２５に接続されている。
ヒートポンプ回路部１の主たる流路には、分岐２４の下流であって冷水熱交換器２の上流に第１５弁たる二方弁が設けられ、バイパス流路２３には第１６弁たる二方弁が設けられている。
【００３８】
圧縮機６は、公知のそれと同一であり、レシプロ式、ロータリー式、あるいはスクロール式の圧縮機である。
給湯熱交換器（第１熱交換器）３は、一次側流路と二次側流路を持つ。そして一次側流路には、二酸化炭素または代替フロン等の熱媒体が流され、二次側流路には上水が流される。また給湯熱交換器３の二次側流路の入側近傍には、二次側流路に送り込まれる水の温度を検知できる給湯入側センサ７５が設けられ、給湯熱交換器３の二次側流路の出側近傍には、二次側流路から送り出される水の温度を検知できる給湯出側センサ７６が設けられている。
膨張弁４は、公知の冷凍機等に使用されるものである。
【００３９】
冷水熱交換器（第２熱交換器）２は、これに続く空気熱交換器（第３熱交換器）５と共に蒸発器として機能する。冷水熱交換器２は、一次側流路と二次側流路を持つ。そして一次側流路には二酸化炭素または代替フロン等の熱媒体が流され、二次側流路には上水が流される。また冷水熱交換器２の二次側流路の入側近傍には、二次側流路に送り込まれる水の温度を検知できる冷水入側センサ７７が設けられ、冷水熱交換器２の二次側流路の出側近傍には、二次側流路から送り出される水の温度を検知できる冷水出側センサ７８が設けられている。
【００４０】
空気熱交換器（第３熱交換器）５は、いわゆる室外機に含まれる。室外機には、並列に配置された複数（図では２つ）の空気熱交換器５と、これらの空気熱交換器５に対して送風可能な送風機２６と、熱媒体が流される空気熱交換器５の数を調整する第１４弁たる二方弁と、外気温を検知する外気温検知センサ（図示せず）とが設けられている。
送風機２６の回転数は、ヒートポンプ制御部によって所定の範囲で制御することができる。
空気熱交換器５は、熱媒体流路と送風通路を有し、熱媒体流路を流れる二酸化炭素または代替フロン等の熱媒体と、送風通路を流れる送風機２６からの送風との間で熱交換するものである。
ヒートポンプ回路部１では、第１４弁を開閉することにより熱媒体が流される空気熱交換器５の数を調整することができる。
【００４１】
ヒートポンプ回路部１には前記した様に二酸化炭素または代替フロン等の熱媒体が充填されている。そして熱媒体は、圧縮機６で断熱圧縮されて高温高圧状態になり、下流の給湯熱交換器（第１熱交換器）３に流れ、給湯熱交換器３の二次側を流れる上水と熱交換して温度を降下させる。また二次側の上水は、熱媒体から熱を奪って昇温する。
【００４２】
そして給湯熱交換器３から排出された熱媒体は、膨張弁４で膨張されて低温低圧状態になる。膨張弁４から放出された熱媒体は、さらに冷水熱交換器（第２熱交換器）２に入って気化する。このとき熱媒体は周囲の熱を奪い、温度を上昇させる。一方、冷水熱交換器２の二次側を流れる上水は、熱を奪われて温度が低下する。
【００４３】
冷水熱交換器（第２熱交換器）２を出た熱媒体は、空気熱交換器５に入り、送風機２６から送られた外気によって加熱されて気化が完了し、圧縮機６に戻る。本実施形態では、熱媒体が空気熱交換器５で加熱され、完全に気化するので、圧縮機６には気体状態の熱媒体が戻る。
【００４４】
次に熱貯留部３０について説明する。
熱貯留部３０は、前記したヒートポンプ回路部１と、給湯熱交換器（第１熱交換器）３及び冷水熱交換器（第２熱交換器）２で熱的に連結されている。即ちヒートポンプ回路部１の熱媒体は給湯熱交換器３及び冷水熱交換器２の一次側を流れるのに対し、これらの二次側の流路が熱貯留部３０と連通している。
また熱貯留部３０は、入水部５６と給湯部５２によって外部と接続されている。即ち入水部５６が外部の上水源に接続されている。また給湯部５２は図示しないシャワー、カラン、浴槽等に接続されている。
【００４５】
熱貯留部３０は、冷暖房端末４０とも接続されている。本実施形態の冷暖房端末４０は、具体的にはエアコンの室内機であり、冷房機能と暖房機能とを兼ね備えている。もちろんエアコンの室内機は一例に過ぎず、冷暖房端末４０は、ファンコンベクターや床暖房機であってもよい。また熱貯留部３０に接続される冷暖房端末４０は複数であってもよい。
さらに熱貯留部３０は、外部の浴槽（風呂）とも接続されている。
【００４６】
熱貯留部３０の内部には、二個の貯湯タンク１０，１１、風呂熱交換器（第５熱交換器）９、第１主流路循環ポンプ７、直接冷房ポンプ１３、第２主流路循環ポンプ１４が設けられ、これらの間に湯水が循環できる様に配管接続がなされている。
【００４７】
また必要に応じて流路を切り換えることができる様に第１弁から第１３弁、第１７弁の１４個の切替え弁が設けられている。ここで第１弁から第７弁、および第１７弁は二方弁であり、第８弁から第１３弁は三方弁である。
加えて熱貯留部３０は、上記各切替え弁や第１主流路ポンプ７、直接冷房ポンプ１３、第２主流路循環ポンプ１４、風呂循環ポンプ１２をはじめとする各部の動作を司り、前記ヒートポンプ制御部（図示せず）との間で情報を送受できるタンク制御部（図示せず）を備える。
【００４８】
本実施形態で採用する二個の貯湯タンク１０，１１は、内部に温度成層を構成させて湯又は冷水を貯留させるものである。また二個の貯湯タンク１０，１１は、いずれも高温の湯と低温の冷水の双方を選択的に貯留させることができる。
二個の貯湯タンク１０，１１は特徴的な構造として、上部側と下部側にそれぞれ二個の湯水出入り口を持つ。即ち二個の貯湯タンク１０，１１は、いずれも４個の開口を持ち、その内の２個がタンク上部に設けられ、残る２個がタンク下部に設けられている。
説明上、それぞれの開口を上ａ開口、上ｂ開口、下ａ開口、下ｂ開口と称する。
【００４９】
熱貯留部３０は、湯水が流される水流通回路３２と、外部に設置された浴槽（風呂）の水を取り込んで循環させる風呂循環回路３７とに大別される。
これらは熱的には繋がっているが流路は完全に分離されている。そのため水流通回路３２を流れる水と浴槽の水とが混じり合ったりすることがない。
【００５０】
水流通回路３２は、２系統の主たる回路（第１主流路３５、第２主流路３６）と、これらの流れの方向を切り替えるための補助的な流路と、冷暖房流路２０とで構成されている。なお図１では、第１主流路３５が第２主流路３６の外側を取り巻く様に描かれている。
【００５１】
第１主流路３５は、給湯熱交換器３に対して第１貯湯タンク１０及び第２貯湯タンク１１を並列に接続した流路である。第１主流路３５には、当該流路に湯水を循環させるための第１主流路循環ポンプ７と逆止弁１５が設けられている。また第１主流路３５と各貯湯タンク１０、１１とを接続する各分岐流路には、弁が設けられている（第７弁、第４弁）。第７弁、第４弁はいずれも二方弁である。
また後記する第２主流路３６と連結するための三方弁（第１１弁）が設けられている。
さらに第１主流路３５には入水部５６と給湯部５２が設けられている。
【００５２】
さらに具体的に説明すると、第１主流路３５は、給湯熱交換器３の二次側流路の出側（図において上側）に配される給湯熱交出側流路４８と、給湯熱交換器３の二次側流路の入側（図において下側）に配される給湯熱交入側流路５３とを備える。なお図において、給湯熱交換器３の上部側が出水口であり、給湯熱交換器３の下部側が入水口である。
【００５３】
給湯熱交出側流路４８には、給湯熱交換器３側から順に、第１１弁たる三方弁と二つの分岐８１，８２が設けられている。
第１１弁たる三方弁は、図の様にＧポート、Ｊポート、Ｈポートを持ち、この内のＧポートおよびＪポートには、給湯熱交出側流路４８の主たる流路が接続され、Ｈポートには第２主流路３６に至る第１連通路５０が接続されている。
【００５４】
給湯熱交出側流路４８の二つの分岐８１，８２にはそれぞれ分岐流路８３，８４が接続されている。分岐流路８３，８４は、給湯熱交出側流路４８の分岐８１，８２から、第１、第２貯湯タンク１０，１１の上部の開口たる上ｂ開口に至っている。即ち給湯熱交出側流路４８は、主たる流路が分岐され、第１、第２貯湯タンク１０，１１に接続されている。そして第１貯湯タンク１０に至る分岐流路８３には第７弁たる二方弁が取り付けられ、第２貯湯タンク１１に至る分岐流路８４には第４弁たる二方弁が取り付けられている。
また給湯熱交出側流路４８の末端部８５には、後述のバイパス路５７が接続されている。
【００５５】
一方、給湯熱交入側流路５３には、給湯熱交換器３側から順に、第１主流路循環ポンプ７、分岐８６、逆止弁１５、三つの分岐８７〜８９、減圧弁９２、および上水の給水源が接続される入水部５６が設けられている。
四つの分岐８６〜８９には、給湯熱交換器３側から順に、後述する第２連通路５４、分岐流路９０，９１、およびバイパス路５７がそれぞれ接続されている。
【００５６】
分岐流路９０，９１は、給湯熱交入側流路５３の分岐８７，８８から、第１、第２貯湯タンク１０，１１の下部の開口たる下ｂ開口に至っている。即ち給湯熱交入側流路５３は、主たる流路が分岐され、第１、第２貯湯タンク１０，１１に接続されている。
【００５７】
バイパス路５７は、給湯熱交出側流路４８を流れる高温の湯に入水部５６から供給された常温の水を混合することにより温度を調節された湯水を給湯部５２または風呂循環回路３７に供給する。
バイパス路５７は、図に示すように給湯熱交出側流路４８の末端部８５と給湯熱交入側流路５３の分岐８９とを繋ぐように配置され、逆止弁、二方弁、湯水混合弁５８たる三方弁などを用いて配管構成されている。
【００５８】
第１主流路３５に設けられた第１主流路循環ポンプ７を起動させると、第１主流路３５に水流が生じる。そして各弁を開閉させることにより、貯湯タンク１０，１１に湯水（冷水を含む）を出し入れすることができる。
【００５９】
具体的には、第１主流路３５の第１貯湯タンク１０の上部に設けられた第７弁を開くと、給湯熱交換器３と第１貯湯タンク１０とによって構成される環状流路が開き、給湯熱交換器３を通過した湯水が第１貯湯タンク１０の上部の上ｂ開口から第１貯湯タンク１０に入る。そして第１貯湯タンク１０の下部に設けられた下ｂ開口から第１貯湯タンク１０内の湯水が押し出され、第１主流路循環ポンプ７を経て給湯熱交換器３に戻る。
【００６０】
また第１主流路３５の第２貯湯タンク１１の上部に設けられた第４弁を開くと、給湯熱交換器３と第２貯湯タンク１１とによって構成される環状流路が開き、給湯熱交換器３を通過した湯水が第２貯湯タンク１１の上部の上ｂ開口から第２貯湯タンク１１に入る。そして第２貯湯タンク１１の下部に設けられた下ｂ開口から第２貯湯タンク１１内の湯水が押し出され、第１主流路循環ポンプ７を経て給湯熱交換器３に戻る。
【００６１】
次に第２主流路３６について説明する。
第２主流路３６は、冷水熱交換器２に対して、直接冷房ポンプ１３、風呂熱交換器９、第１貯湯タンク１０及び第２貯湯タンク１１を並列に接続した流路である。
直接冷房ポンプ１３は、第２主流路３６に、冷水熱交換器２と冷暖房端末４０とを繋ぐ環状流路が形成された場合に、冷水熱交換器２で生成された冷水を冷暖房端末４０に対して循環させるためのポンプである。
風呂熱交換器９は、一次側流路と二次側流路を持つ。一次側流路には、第２主流路３６からの湯水が流され、二次側流路には風呂循環回路３７からの湯水が流される。
また第２主流路３６には、当該流路に湯水を循環させるための第２主流路循環ポンプ１４が設けられている。
【００６２】
さらに具体的に説明すると、第２主流路３６は、冷水熱交換器２の二次側流路の入側に配される冷水熱交入側流路６１と、冷水熱交換器２の二次側流路の出側に配される冷水熱交出側流路６２と、直接冷房ポンプ１３を含む分岐流路６９と、風呂熱交換器９を含む分岐流路７０とを備える。
【００６３】
冷水熱交入側流路６１には、冷水熱交換器２側から順に、第１弁たる二方弁、圧力安全弁１６、第３弁たる二方弁、第５弁たる二方弁、第１２弁たる三方弁、および第８弁たる三方弁が設けられている。
【００６４】
第１２弁たる三方弁は、図の様にＫポート、Ｌポート、Ｍポートを持ち、この内のＫポートおよびＭポートには、冷水熱交入側流路６１の主たる流路が接続され、Ｌポートには第１渡り配管６５の一方の端部が接続されている。
なお第１渡り配管６５の他方の端部は、後述する冷水熱交出側流路６２の第１３弁と第９弁の間に接続されている。
【００６５】
第８弁たる三方弁は、図の様にＡポート、Ｂポート、Ｃポートを持ち、この内のＡポートには冷水熱交入側流路６１の主たる流路が接続され、Ｂポートには第１貯湯タンク１０の上部の開口たる上ａ開口に至る分岐流路が接続され、Ｃポートには第２貯湯タンク１１の上部の開口たる上ａ開口に至る分岐流路が接続されている。即ち冷水熱交入側流路６１は、主たる流路が第８弁で二手に分岐され、分岐した一方の端部が第１貯湯タンク１０に接続され、他方の端部が第２貯湯タンク１１に接続されている。
【００６６】
冷水熱交入側流路６１の第３弁と第５弁との間には分岐９４が形成されている。そしてこの分岐９４と、第１主流路３５の給湯熱交出側流路４８に設けられた三方弁（第１１弁）のＨポートとを繋ぐように第１連通路５０が設けられている。
第１連通路５０は、第１主流路３５の給湯熱交出側流路４８と第２主流路３６の冷水熱交入側流路６１とを連通する流路である。
【００６７】
一方、冷水熱交出側流路６２には、冷水熱交換器２側から順に、第１７弁たる二方弁、第２主流路循環ポンプ１４、第１３弁たる三方弁、および第９弁たる三方弁が設けられている。
【００６８】
第１３弁たる三方弁は、図の様にＯポート、Ｐポート、Ｑポートを持ち、この内のＯポートおよびＱポートは、冷水熱交出側流路６２の主たる流路に接続され、Ｐポートには第２渡り配管６６の一方の端部が接続されている。
なお第２渡り配管６６の他方の端部は、冷暖房熱交入側流路６１の第１２弁と第８弁との間に接続されている。
【００６９】
第９弁たる三方弁は、図の様にＤポート、Ｅポート、Ｆポートを持ち、この内のＤポートには冷水熱交出側流路６２の主たる流路が接続され、Ｅポートには第１貯湯タンク１０の下部の開口たる下ａ開口に至る分岐流路が接続され、Ｆポートには第２貯湯タンク１１の下部の開口たる下ａ開口に至る分岐流路が接続されている。即ち冷水熱交出側流路６２は、主たる流路が第９弁で二手に分岐され、分岐した一方の端部が第１貯湯タンク１０に接続され、他方の端部が第２貯湯タンク１１に接続されている。
【００７０】
冷水熱交出側流路６２の第２主流路循環ポンプ１４と第１３弁との間には分岐９５が形成されている。そしてこの分岐９５と、給湯熱交入側流路５３の第１貯湯タンク１０と第１主流路循環ポンプ７との間に形成された分岐８６とを繋ぐように第２連通路５４が配置される。
第２連通路５４は、第１主流路３５の給湯熱交入側流路５３と第２主流路３６の冷水熱交出側流路６２とを連通する流路である。第２連通路５４には、第１０弁たる三方弁が取り付けられている。
【００７１】
第１０弁たる三方弁は、図の様にＲポート、Ｓポート、Ｔポートを持ち、この内のＲポートおよびＳポートには、第２連通路５４の主たる流路が接続され、Ｔポートには給湯熱交出側流路４８に至る第３連通路５５の一方の端部が接続されている。なお第３連通路５５の他方の端部は、給湯熱交出側流路４８の給湯熱交換器３と第１１弁との間に接続されている。そのため第２連通路５４の一部と第３連通路５５とで形成される流路によって、第１主流路３５の給湯熱交出側流路４８と給湯熱交入側流路５３とを連通させることができる。
【００７２】
直接冷房ポンプ１３を含む分岐流路６９は、一方の端部が冷水熱交入側流路６１の第３弁と分岐９４との間に形成された分岐９６に接続され、他方の端部が冷水熱交出側流路６２の冷水熱交換器２と第１７弁との間に形成された分岐９８に接続されている。また分岐流路６９には、直接冷房ポンプ１３の下流側に逆止弁８が設けられている。
【００７３】
風呂熱交換器９を含む分岐流路７０は、一方の端部が冷水熱交入側流路６１の第５弁と第１２弁との間に接続され、他方の端部が冷水熱交出側流路６２の第１７弁と第２主流路循環ポンプ１４との間に接続されている。また分岐流路７０には第６弁たる二方弁が設けられている。
【００７４】
第２主流路３６に設けられた第２主流路循環ポンプ１４を起動させると、第２主流路３６に水流が生じる。そして各弁を開閉することにより、貯湯タンク１０，１１の湯水（冷水を含む）を出し入れさせることができる。
【００７５】
例えば、第１２弁のＭポートとＫポートとを連通状態にし、第１３弁のＯポートとＱポートとを連通状態にし、第８弁のＡポートとＢポートとを連通状態にし、第９弁のＤポートとＥポートとを連通状態にすることで、冷水熱交換器２と第１貯湯タンク１０とによって構成される環状流路を第２主流路３６に開くことができる。この環状流路では、冷水熱交換器２を通過した湯水が第１貯湯タンク１０の下部の下ａ開口から第１貯湯タンク１０に入る。そして第１貯湯タンク１０の上部に設けられた上ａ開口から第１貯湯タンク１０内の湯水が押し出され、冷水熱交換器２に戻る。
【００７６】
また上記の状態において第８弁と第９弁とを切り替え、第８弁のＡポートとＣポートとを連通状態にし、第９弁のＤポートとＦポートとを連通状態にすることで、冷水熱交換器２と第２貯湯タンク１１とによって構成される環状流路を第２主流路３６に開くことができる。この環状流路では、冷水熱交換器２を通過した湯水が第２貯湯タンク１１の下部の下ａ開口から第２貯湯タンク１１に入る。そして第２貯湯タンク１１の上部に設けられた上ａ開口から第２貯湯タンク１１内の湯水が押し出され、冷水熱交換器２に戻る。
【００７７】
また第５弁たる二方弁と第６弁たる二方弁を開くと、第２主流路循環ポンプ１４に対して冷水熱交換器２と風呂熱交換器９とが並列接続され、冷水熱交換器２と風呂熱交換器９の双方に湯水が流れる。
【００７８】
また第１２弁と第１３弁を切り替え、第１２弁たる三方弁のＫポートとＬポートとを連通状態にし、第１３弁たる三方弁のＯポートとＰポートとを連通状態にすることで、貯湯タンク１０，１１に対する入水、出水の方向を逆転させることができる。
【００７９】
具体的に説明すると、通常のルートとして、第１２弁のＫポートとＭポートとを連通状態にし、第１３弁のＯポートとＱポートとを連通状態にして（通常状態）、第２主流路循環ポンプ１４を動作させると、前記した様に、冷水熱交換器２を通過した湯水が第１、第２貯湯タンク１０，１１の下部の下ａ開口から第１、第２貯湯タンク１０，１１に入り、第１、第２貯湯タンク１０，１１の上部に設けられた上ａ開口から第１、第２貯湯タンク１０，１１内の湯水が押し出され、冷水熱交換器２に戻る。
【００８０】
これに対して、第１２弁のＫポートとＬポートとを連通状態にしてＫポートとＭポートとの間を遮断状態にし、第１３弁のＯポートとＰポートとを連通状態にしてＯポートとＱポートとの間を遮断状態にすると、貯湯タンク１０，１１に対する入水箇所と出水箇所が入れ代わり、貯湯タンク１０，１１の上部側から湯水が入水し、下部側から出水する構成となる。
【００８１】
即ち冷水熱交換器２を通過して第２主流路循環ポンプ１４から吐出された湯水が、第２渡り配管６６を通って冷水熱交入側流路６１の一部を経由し、第１、第２貯湯タンク１０，１１の上部の上ａ開口から第１、第２貯湯タンク１０，１１に入る。
そして第１、第２貯湯タンク１０，１１の下部に設けられた下ａ開口から第１、第２貯湯タンク１０，１１内の湯水が押し出され、第１渡り配管６５を通って冷水熱交入側流路６１の一部を経由して冷水熱交換器２に戻される。
【００８２】
また第２主流路３６には、冷水熱交換器２をバイパスして、冷水熱交入側流路６１と冷水熱交出側流路６２とを結ぶ冷水熱交バイパス流路４７が設けられている。冷水熱交バイパス回路４７には、第２弁たる二方弁が取り付けられている。冷水熱交バイパス流路４７は、一方の端部が冷水熱交入側流路６１の第１弁と圧力安全弁１６との間に接続されており、他方の端部が冷水熱交出側流路６２の冷水熱交換器２と分岐９８との間に接続されている。
【００８３】
そして冷水熱交バイパス流路４７に設けられた第２弁を閉じ、冷水熱交バイパス流路４７と冷水熱交換器２との間に設けられた第１弁を開くと、上記の様に第２主流路を流れる湯水の全量が冷水熱交換器２を通過する。
逆に第２弁を開き、第１弁を閉じると、第２主流路３６を流れる湯水の全量が冷水熱交換器２を迂回する。
さらに第２弁と第１弁の双方を開くと、第２主流路３６を流れる湯水の一部が冷水熱交換器２に流れる。
【００８４】
次に冷暖房回路２０について説明する。
冷暖房回路２０は、水流通回路３２から冷暖房端末４０に対して湯水を供給する往側流路７２と、冷暖房端末４０から水流通回路３２に対して湯水を戻す戻側流路７３と、往側流路７２と戻側流路７３とを接続して冷暖房端末４０内に湯水を循環させる端末内流路（図示せず）によって構成されている。端末内流路には、内蔵弁（図示せず）たる二方弁が設けられている。
【００８５】
往側流路７２は、一方の端部が冷暖房端末４０の端末内流路の入側端部に接続され、他方の端部が冷水熱交入側流路６１の第３弁と分岐９６との間に設けられた分岐９７に接続されている。また戻側流路７３は、一方の端部が冷暖房端末４０の端末内流路の出側端部に接続され、他方の端部が冷水熱交入側流路６１の圧力安全弁１６と第３弁との間に設けられた分岐９９に接続されている。
【００８６】
そして冷水熱交入側流路６１（第２主流路３６）の第３弁および冷暖房端末４０内の内蔵弁を開閉させることで、冷暖房回路２０を流れる湯水の量を増減させ、冷暖房端末４０に至る湯水の量を調節することができる。
具体的には、端末バイパス流路４６の第３弁を閉状態にし、冷暖房端末４０の内蔵弁を開状態にすると、冷暖房回路２０を流れる湯水の全量が冷暖房端末４０を通過する。逆に第３弁を開状態にし、内蔵弁を閉状態にすると、冷暖房回路２０を流れる湯水の全量が冷暖房端末４０を迂回する。即ち、冷水熱交入側流路６１の第３弁を含む分岐９７と分岐９９との間の区間は、冷暖房端末４０をバイパスする端末バイパス流路４６として機能する。
【００８７】
ここで冷暖房端末４０における暖房運転が開始されると、冷暖房回路２０には温水が供給されるため、冷暖房回路２０内が高温高圧状態になる。これにより弁の固着やポンプケーシングの破損が生じるおそれがある。そのため、本実施形態のヒートポンプシステムは、水流通回路３２に圧力安全弁１６を設けて冷暖房回路２０の圧力の増加を抑制している。
冷暖房回路２０の圧力の増加を抑制する手段として、膨張タンクを用いることも可能である。しかし上記した様に本実施形態のヒートポンプシステムの熱貯留部３０は、水流通回路３２と冷暖房回路２０とが独立（縁切り）していないため、開放式タンクではタンク内の上水に異物が侵入するおそれがある。また密閉式タンクでは、冷暖房回路２０の圧力を吸収しようとするとタンクが大型化してしまうという問題がある。
これに対して、圧力安全弁１６によって冷暖房回路２０の圧力の増加を抑制すれば、上水に異物が侵入するおそれがなく、装置の小型化に資することができる。
【００８８】
次に風呂循環回路３７について説明する。
風呂循環回路３７は、風呂熱交換器９から浴槽へ湯水を送る往き側流路と、浴槽から湯を風呂熱交換器９に戻す戻り側流路によって構成され、戻り側流路（風呂から風呂熱交換器９に向かう側）に風呂ポンプ１２が設けられている。
このため風呂循環回路３７は、風呂ポンプ１２を起動して外部の浴槽（風呂）の湯水を風呂熱交換器９に循環させ、風呂の追い焚きや残存する熱エネルギーの回収を行うことができる。
【００８９】
なお本実施形態のヒートポンプシステムは、冷水熱交換器２、給湯熱交換器３、および風呂熱交換器９における一次側流路の液体の流れと二次側流路の液体の流れが向流になるように構成されており、熱伝達に有利な構成になっている。
【００９０】
次に本実施形態のヒートポンプシステムの動作モードについて説明する。
本実施形態のヒートポンプシステムは、貯湯タンクを利用した冷房モード、直接冷房モード、冷温水貯留モード、貯湯タンクを利用したタンク暖房モード（暖房単独モード）、直接暖房モード、温水貯留モード、風呂熱回収モード、出湯モード、滞留水入替沸き上げモード、凍結予防モード、風呂熱回収による除霜モード、タンク暖房及び温水貯留同時モード（暖房・貯湯併用モード）、直接冷房及び風呂追い焚き同時モードの各モードで動作させることができる。
以下順次説明する。
【００９１】
（貯湯タンクを利用した冷房モード）
貯湯タンクを利用した冷房モードは、貯湯タンクに貯留された冷水を利用して冷房を行うものである。
図２は、本発明のヒートポンプシステムの作動原理図であり、貯湯タンクを利用した冷房モードにおける弁の開閉状況と湯水の流れを示す。
本実施形態では、第１貯湯タンク１０に貯留した冷水を利用して冷暖房端末４０で冷房を行う例を示すが、第２貯湯タンク１１に貯留した冷水を利用してもよい。
【００９２】
貯湯タンクを利用した冷房モードにおいては、水流通回路３２の第２主流路３６と冷暖房回路２０とを利用する。またヒートポンプ回路部１を使用しないため圧縮機６は停止させる。
【００９３】
水流通回路３２では、第１主流路３５と第２主流路３６とを独立（縁切り）させ、冷暖房端末４０と第１貯湯タンク１０とを結ぶ環状流路が開かれ、他の流路が閉鎖される。具体的な環状流路は、冷暖房端末４０から順に、圧力安全弁１６、第２弁、第１７弁、第２主流路循環ポンプ１４、第１３弁、第２渡り配管６６、第８弁、第１貯湯タンク１０の上ａ開口、第１貯湯タンク１０の下ａ開口、第９弁、第１渡り配管６５、第１２弁、第５弁を経由して冷暖房端末４０に戻る流路である。
そして第２主流路循環ポンプ１４を起動させ、上記した流路に湯水を循環させる。このとき第３弁は閉状態であり、端末バイパス流路４６が閉じられている。
【００９４】
貯湯タンクを利用した冷房モードにおける各弁の開閉状態及び各ポンプの起動状態は、次の表１の通りである。
【００９５】
【表１】
0005166840.tif 000002
【００９６】
貯湯タンクを利用した冷房モードにおいては、第１貯湯タンク１０の下部側に溜まった冷水が冷暖房回路２０を経て外部の冷暖房端末４０に至り、冷房に寄与する。
【００９７】
（直接冷房モード）
直接冷房モードは、ヒートポンプ回路を動作させて低温を作り、この冷熱を貯留することなく冷暖房端末４０に移動させて冷房するモードである。また本動作モードでは、同時に貯湯タンクに温水を貯留する。
図３，４は、本発明のヒートポンプシステムの作動原理図であり、図３は、直接冷房モードにおける弁の開閉状況と湯水の流れを示し、図４は、直接冷房モードの変形例における弁の開閉状況と湯水の流れを示す。
また本実施形態では、第２貯湯タンク１１に温水が貯留されるが温水が貯留されるのは第１貯湯タンクであってもよい。
【００９８】
図３に示すように直接冷房モードでは、ヒートポンプ回路部１と、水流通回路３２の第１主流路３５と第２主流路３６と冷暖房回路２０とを利用する。
ヒートポンプ回路部１では、圧縮機６を起動させてヒートポンプ回路に熱媒体を循環させる。このときヒートポンプ回路部１は、第１５弁が開状態、第１６弁が閉状態になっており、熱媒体がバイパス流路２３ではなく冷水熱交換器２に流れるように構成される。
また図では第１４弁が閉状態にされ、熱媒体が流される空気熱交換器５の数が一つであるが、第１４弁がこの様な構成に限定されるわけではない。第１４弁の開閉状態は、送風機２６の回転数とともに、冷水熱交換器２における熱媒体の加熱量に応じて決定される。なお、これらの制御に関しては、フローチャートを用いて後に詳細に説明する。
これによりヒートポンプ回路部１は、給湯熱交換器（第１熱交換器）３の熱媒体流路側が高温となり、冷水熱交換器（第２熱交換器）２の熱媒体流路側が低温となる。
【００９９】
水流通回路３２では、第１主流路３５と第２主流路３６とを独立させる（縁切り）。
第１主流路３５は、給湯熱交換器３と第２貯湯タンク１１を結ぶ環状流路を開き、他の流路を閉鎖する。具体的な環状流路は、給湯熱交換器３から第２貯湯タンク１１の上ｂ開口、第２貯湯タンク１１の下ｂ開口、逆止弁１５、第１主流路循環ポンプ７を経由して給湯熱交換器３に戻る流路である。
そして第１主流路循環ポンプ７を起動させ、上記した流路に湯水を循環させる。
【０１００】
また第２主流路３６および冷暖房回路２０では、冷水熱交換器２と冷暖房端末４０とを結ぶ環状流路が開かれ、他の流路が閉鎖される。具体的な環状流路は、冷水熱交換器２から順に、直接冷房ポンプ１３、逆止弁８、冷暖房端末４０、圧力安全弁１６、第１弁を経由して冷水熱交換器２に戻る流路である。
そして直接冷房ポンプ１３を起動させ、上記した流路に湯水を循環させる。
【０１０１】
直接冷房モードにおける各弁の開閉状態及び各ポンプの起動状態は、次の表２の通りである。
【０１０２】
【表２】
0005166840.tif 000003
【０１０３】
図４に示す直接冷房モードの変形例の流路構成は、第２主流路３６および冷暖房回路２０に形成される環状流路が相違するだけであり、他の流路構成は図３に示す冷暖房モードの流路構成と同一である。
具体的な環状流路は、冷水熱交換器２から順に、第１７弁、第２主流路循環ポンプ１４、第１３弁、第１２弁、第５弁、冷暖房端末４０、圧力安全弁１６、第１弁を経由して冷水熱交換器２に戻る流路である。そして第２主流路循環ポンプ１４を起動させ、上記した流路に湯水を循環させる。
【０１０４】
直接冷房モードの変形例における各弁の開閉状態及び各ポンプの起動状態は、次の表３の通りである。
【０１０５】
【表３】
0005166840.tif 000004
【０１０６】
直接冷房モードにおいては、給湯熱交換器３で高温が作られ、冷水熱交換器２で低温が作られる。
そして前記した様に第１主流路３５では、給湯熱交換器３と第２貯湯タンク１１とを結ぶ環状流路が開かれる。当該流路の湯水は、第１主流路循環ポンプ７によって循環移動され、給湯熱交換器３を通過する湯水は、第２貯湯タンク１１の上部側に供給される。
第２貯湯タンク１１内では、高温の湯水が第２貯湯タンク１１の上から層状に貯留される。即ち第２貯湯タンク１１内では、新たに供給された高温の湯水と、タンク内に残留していた低温の湯水との間に明確な境界ができて両者が混じり合わず、第２貯湯タンク１１内に温度成層が構成される。
また低温の湯水は、第２貯湯タンク１１の底部から押し出され、給湯熱交換器３に戻る。
この循環を繰り返し、しだいに第２貯湯タンク１１内が高温の湯で満たされてゆく。
【０１０７】
また第２主流路３６および冷暖房回路２０では、冷水熱交換器２と冷暖房端末４０とを結ぶ環状流路が開かれる。当該流路の湯水は、第２主流路循環ポンプ１４によって循環移動され、冷水熱交換器２で冷却された冷水は、外部の冷暖房端末４０に至り、冷房に寄与する。
【０１０８】
（冷温水貯留モード）
冷温水貯留モードは、ヒートポンプ回路部１を動作させて温水と冷水を生成させ、これをそれぞれ貯湯タンクに貯留するモードである。冷房運転に備えて、冷房運転しない時間帯に冷水を貯留することができ、深夜電力帯での運転に好適である。
図５は、本発明のヒートポンプシステムの作動原理図であり、冷温水貯留モードにおける弁の開閉状況と湯水の流れを示す。本実施形態では、第１貯湯タンク１０に冷水を貯留し、第２貯湯タンク１１に温水を貯留する。
【０１０９】
冷温水貯留モードでは、ヒートポンプ回路部１と、水流通回路３２の第１主流路３５と第２主流路３６とが利用される。
ヒートポンプ回路部１は、前記の直接冷房モードと同一の流路構成である。
【０１１０】
水流通回路３２では、第１主流路３５と第２主流路３６とを独立させる（縁切り）。
第１主流路３５は、前記の直接冷房モードの流路構成と同一であり、第１主流路循環ポンプ７によって湯水を循環させる。
【０１１１】
第２主流路３６は、冷水熱交換器２と第１貯湯タンク１０を結ぶ環状流路を開き、他の流路を閉鎖する。具体的な環状流路は、冷水熱交換器２から順に、第１７弁、第２主流路ポンプ１４、第１３弁、第９弁、第１貯湯タンク１０の下ａ開口、第１貯湯タンク１０の上ａ開口、第８弁、第１２弁、第５弁、第３弁、圧力安全弁１６、第１弁を経由して冷水熱交換器２に戻る流路である。
そして第２主流路循環ポンプ１４を起動させ、上記した流路に湯水を循環させる。
【０１１２】
冷温水貯留モードにおける各弁の開閉状態及び各ポンプの起動状態は、次の表４の通りである。
【０１１３】
【表４】
0005166840.tif 000005
【０１１４】
冷温水貯留モードでは、給湯熱交換器３で高温が作られ、冷水熱交換器２で低温が作られる。
そして前記した様に第１主流路３５では、給湯熱交換器３と第２貯湯タンク１１とを結ぶ環状流路が開かれる。当該流路の湯水は、第１主流路循環ポンプ７によって循環移動され、給湯熱交換器３を通過する湯水は、第２貯湯タンク１１の上部側に供給され、高温の湯水が第２貯湯タンク１１の上から層状に貯留される。
また低温の湯水は、第２貯湯タンク１１の底部から押し出され、給湯熱交換器３に戻る。
この循環を繰り返し、しだいに第２貯湯タンク１１内が高温の湯で満たされてゆく。
【０１１５】
また第２主流路３６では、冷水熱交換器２と第１貯湯タンク１０とを結ぶ環状流路が開かれる。当該流路の湯水が、第２主流路循環ポンプ１４によって循環移動され、冷水熱交換器２で冷却された冷水が第１貯湯タンク１０の下部側に供給される。
第１貯湯タンク１０内では、冷水が第１貯湯タンク１０の下から層状に貯留される。即ち第１貯湯タンク１０内では、新たに供給された冷水とタンク内に残留していた常温の湯水との間に明確な境界ができて両者が混じり合わず、第１貯湯タンク１０内に温度成層が構成される。
また常温の湯水は、第１貯湯タンク１０の上部から押し出され、冷水熱交換器２に戻る。
この循環を繰り返し、しだいに第１貯湯タンク１０内が低温の水で満たされてゆく。
【０１１６】
上記した実施形態では、第１貯湯タンク１０に冷水を貯留し、第２貯湯タンク１１に温水を貯留したが、逆に第１貯湯タンク１０に温水を貯留し、第２貯湯タンク１１に冷水を貯留してもよい。
【０１１７】
（貯湯タンクを利用した暖房モード（暖房単独モード））
貯湯タンクを利用した暖房モードは、貯湯タンクに貯留された温水を利用して暖房を行うものである。
図６は、本発明のヒートポンプシステムの作動原理図であり、貯湯タンクを利用した暖房モードにおける弁の開閉状況と湯水の流れを示す。
本実施形態では、第１貯湯タンク１０に貯留した温水を利用して冷暖房端末４０で暖房を行う例を示すが、第２貯湯タンク１１に貯留した温水を利用してもよい。
【０１１８】
貯湯タンクを利用した暖房モードにおいては、水流通回路３２の第２主流路３６と冷暖房回路２０とを利用する。またヒートポンプ回路部１は使用しないので圧縮機６は停止させる。
【０１１９】
水流通回路３２では、第１主流路３５と第２主流路３６を独立（縁切り）させ、冷暖房端末４０と第１貯湯タンク１０とを結ぶ環状流路が開かれ、他の流路が閉鎖される。具体的な環状流路は、冷暖房端末４０から順に、圧力安全弁１６、第２弁、第１７弁、第２主流路循環ポンプ１４、第１３弁、第９弁、第１貯湯タンク１０の下ａ開口、第１貯湯タンク１０の上ａ開口、第８弁、第１２弁、第５弁を経由して冷暖房端末４０に戻る流路である。
そして第２主流路循環ポンプ１４を起動させ、上記した流路に湯水を循環させる。このとき第３弁は閉状態であり、端末バイパス流路４６が閉じられている。
【０１２０】
貯湯タンクを利用した暖房モードにおける各弁の開閉状態及び各ポンプの起動状態は、次の表５の通りである。
【０１２１】
【表５】
0005166840.tif 000006
【０１２２】
貯湯タンクを利用した暖房モードにおいては、第１貯湯タンク１０の上部側に溜まった温水が冷暖房回路２０を経て外部の冷暖房端末４０に至り、暖房に寄与する。
貯湯タンクを利用した暖房モードは、貯湯タンク１０，１１に貯留されていた高温の湯を取り出して暖房に供するものであるため、以下に説明する「直接暖房モード」に比べて冷暖房端末４０の温度の立ち上がりが早い。
【０１２３】
（直接暖房モード）
直接暖房モードは、ヒートポンプ回路を動作させて高温を作り、この熱を貯留することなく冷暖房端末４０に移動させて暖房するモードである。直接暖房モードは、貯湯タンク１０，１１内の湯を消費することなく暖房を行うことができるので、貯湯タンク１０，１１内の残湯が少ない場合に好適な暖房モードである。また直接暖房モードによると、風呂落とし込みや給湯の用途のために貯湯タンク１０，１１内に湯を残しておくことができる。
図７は、本発明のヒートポンプシステムの作動原理図であり、直接暖房モードにおける弁の開閉状況と湯水の流れを示す。
【０１２４】
直接暖房モードでは、ヒートポンプ回路部１と、水流通回路３２の第１主流路３５と第２主流路３６と冷暖房回路２０とを利用する。
ヒートポンプ回路部１では、圧縮機６を起動してヒートポンプ回路に熱媒体を流通させる。このときヒートポンプ回路部１は、第１５弁が閉状態、第１６弁が開状態になっており、熱媒体が冷水熱交換器２をバイパスするように構成される。また、第１４弁が開状態になっており、熱媒体が流れる空気熱交換器５の数は二つである。その結果、給湯熱交換器（第１熱交換器）３の熱媒体流路側が高温になるのに対し、冷水熱交換器（第２熱交換器）２の熱媒体流路側は低温にならない。また熱媒体が冷水熱交換器２をバイパスすることにより減少する熱媒体の加熱量は、空気熱交換器５の数を増やして送風機２６の回転数を制御することで調整されている。
【０１２５】
水流通回路３２では、第１連通路５０および第２連通路５４を経由して第１主流路３５と第２主流路３６とを連通させて、給湯熱交換器３と冷暖房端末４０を結ぶ環状流路を開き、他の流路を閉鎖する。
具体的な環状流路は、給湯熱交換器３から順に、第１１弁、冷暖房端末４０、圧力安全弁１６、第２弁、第１７弁、第２主流路循環ポンプ１４、第１０弁、第１主流路循環ポンプ７を経由して給湯熱交換器３に戻る流路である。
そして第１主流路循環ポンプ７および第２主流路循環ポンプ１４を起動させ、上記流路に湯水を循環させる。このとき第３弁は閉状態であり、端末バイパス流路４６が閉じられている。
【０１２６】
直接暖房モードにおける各弁の開閉状態及び各ポンプの起動状態は、次の表６の通りである。
【０１２７】
【表６】
0005166840.tif 000007
【０１２８】
直接暖房モードにおいては、給湯熱交換器３で高温が作られ、給湯熱交換器３で熱を受けて昇温した温水は、外部の冷暖房端末４０に至り、暖房に寄与する。
【０１２９】
（温水貯留モード）
温水貯留モードは、ヒートポンプ回路を動作させて温水を生成させ、これを第１貯湯タンクと第２貯湯タンクの双方に貯留するモードである。
図８、９は、本発明のヒートポンプシステムの温水貯留モードにおける作動原理図であり、図８は、第２貯湯タンクに対して温水を貯留する場合における弁の開閉状況と湯水の流れを示し、図９は、第１貯湯タンクに対して温水を貯留する場合における弁の開閉状況と湯水の流れを示す。
【０１３０】
温水貯留モードでは、ヒートポンプ回路部１と、水流通回路３２を利用する。
ヒートポンプ回路部１は、前記の直接暖房モードと同一の流路構成である。
【０１３１】
水流通回路３２では、第１主流路３５と第２主流路３６とを独立（縁切り）させ、第１主流路３５だけを使用する。即ち第２主流路３６の第２主流路循環ポンプ１４は停止させる。
第１主流路３５は、前記した冷温水貯留モードと同様に、給湯熱交換器３と第２貯湯タンク１１を結ぶ環状流路を開き、他の流路を閉鎖する。そして第１主流路循環ポンプ７が起動され、上記流路に湯水が循環される。
【０１３２】
温水貯留モードにおいて第２貯湯タンク１１に温水を貯留する場合における各弁の開閉状態及び各ポンプの起動状態は、次の表７の通りである。
【０１３３】
【表７】
0005166840.tif 000008
【０１３４】
温水貯留モードでは、給湯熱交換器３で高温が作られる。
そして前記した様に第１主流路３５によって給湯熱交換器３と第２貯湯タンク１１を結ぶ環状流路が開かれ、第１主流路循環ポンプ７によって当該流路の湯水が循環移動されるから、給湯熱交換器３を通過する湯水は、第１主流路循環ポンプ７によって第２貯湯タンク１１の上部側に供給され、高温の湯水が第２貯湯タンク１１の上から層状に貯留される。
また低温の湯水は、第２貯湯タンク１１の底部から押し出され、給湯熱交換器３に戻る。
この循環を繰り返し、しだいに第２貯湯タンク１１内が高温の湯で満たされてゆく。
【０１３５】
第２貯湯タンク１１内が高温の湯で満たされたら、湯を貯留する貯湯タンクを第２貯湯タンク１１から第１貯湯タンク１０に切替え、第１貯湯タンク１０に高温の湯を供給する。
即ち図９の様に、第１主流路３５は、給湯熱交換器３と第１貯湯タンク１０を結ぶ環状流路を開き、他の流路を閉鎖する。
そして第１主流路循環ポンプ７を起動し、上記した流路に湯水を循環させる。
【０１３６】
温水貯留モードにおいて第１貯湯タンク１０に温水を貯留する場合における各弁の開閉状態及び各ポンプの起動状態は、次の表８の通りである。
【０１３７】
【表８】
0005166840.tif 000009
【０１３８】
（風呂熱回収モード）
風呂熱回収モードは、風呂循環回路３７を利用して風呂熱交換器９に外部の浴槽の湯水を循環させ、風呂の残り湯に含まれる熱エネルギーを回収するものである。
図１０は、本発明のヒートポンプシステムの作動原理図であり、貯湯タンクを利用した風呂熱回収モードにおける弁の開閉状況と湯水の流れを示す。
本実施形態では、第１貯湯タンク１０に熱エネルギーを回収させる例を示すが、第２貯湯タンク１１に熱エネルギーを回収させてもよい。
【０１３９】
風呂熱回収モードにおいては、水流通回路３２と、風呂循環回路３７とを利用する。
水流通回路３２は、第１主流路３５と第２主流路３６を独立（縁切り）させ、第２主流路３６だけを使用する。第２主流路３６は、第１２弁及び第１３弁を切り換えて第１渡り配管６５及び第２渡り配管６６に通水可能な状態にして風呂熱交換器９と第１貯湯タンク１０とを結ぶ環状流路が開かれ、他の流路が閉鎖される。
具体的な環状流路は、風呂熱交換器９から順に、第６弁、第２主流路循環ポンプ１４、第１３弁、第２渡り配管６６、第８弁、第１貯湯タンク１０の上ａ開口、第１貯湯タンク１０の下ａ開口、第９弁、第１渡り配管６５、第１２弁を経て風呂熱交換器９に戻る環状流路が開かれる。
そして第２主流路循環ポンプ１４を起動させて、上記流路に湯水が循環される。
【０１４０】
第１貯湯タンク１０を利用した風呂熱回収モードにおける各弁の開閉状態及び各ポンプの起動状態は、次の表９の通りである。
【０１４１】
【表９】
0005166840.tif 000010
【０１４２】
貯湯タンクを利用した風呂熱回収モードにおいては、風呂ポンプ１２を起動させ、外部の浴槽内の湯水を風呂熱交換器９に導入する。また第２主流路循環ポンプ１４を起動させ、第１貯湯タンク１０の下部に溜まった水を抜き出して風呂熱交換器９に導く。ここで浴槽内に湯があり、さらにその湯が常温よりも高いならば、風呂熱交換器９で風呂側から第１貯湯タンク１０側の水に熱移動があり、風呂の残り湯に含まれる熱エネルギーが回収される。そして風呂熱交換器９で昇温された水は、第１貯湯タンク１０に導入される。
【０１４３】
（出湯モード）
出湯モードは、貯湯タンク内の湯を出湯させるモードである。
図１１は、本発明のヒートポンプシステムの作動原理図であり、貯湯タンクを利用した出湯モードにおける弁の開閉状況と湯水の流れを示す。
本実施形態では、第１貯湯タンク１０内の湯を用いて出湯させる例を示すが、第２貯湯タンク１１を用いてもよい。
出湯モードにおいては、入水口と貯湯タンクを経由し、給湯口に至る流路だけを開き、他の流路を全て遮断する。
出湯モードにおける各弁の開閉状態及び各ポンプの起動状態は、次の表１０の通りである。
【０１４４】
【表１０】
0005166840.tif 000011
【０１４５】
第１貯湯タンク１０を利用した出湯モードでは、給水が第１貯湯タンク１０の下部に導入され、第１貯湯タンク１０の上部に溜まった高温の湯が押し出されて給湯部５２に至る。またバイパス路５７において、第１貯湯タンク１０から排出された湯と入水口からの水とが混合されて温度調節がなされる。
【０１４６】
（滞留水入替沸き上げモード）
滞留水入替沸き上げモードは、冬季など冷水を作成しない場合に、給湯熱交換器３で加熱された温水を冷水熱交換器２に循環させることで、冷水熱交換器２に滞留する水を入れ替えて、同時に加熱された温水で冷水熱交換器２および水流通回路３２を殺菌する運転モードである。
図１２は、本発明のヒートポンプシステムの作動原理図であり、滞留水入替沸き上げモードにおける弁の開閉状況と湯水の流れを示す。
本実施形態では、第２貯湯タンク１１を用いる例を示すが、第１貯湯タンク１０を用いてもよい。
【０１４７】
滞留水入替沸き上げモードでは、ヒートポンプ回路部１と、水流通回路３２の第１主流路３５と第２主流路３６と冷暖房回路２０とが利用される。
ヒートポンプ回路部１は、前記の直接暖房モードと同一の流路構成である。
【０１４８】
水流通回路３２には、給湯熱交換器３、冷暖房端末４０、冷水熱交換器２、および第２貯留タンク１１を結ぶ環状流路が形成され、他の流路が閉鎖される。具体的な環状流路は、給湯熱交換器３から順に、第１１弁、冷暖房端末４０、第１弁、冷水熱交換器２、第１７弁、第２主流路循環ポンプ１４、第１３弁、第２渡り配管６６、第８弁、第２貯湯タンク１１、第１主流路循環ポンプ７を経て、給湯熱交換器３に戻る環状流路が開かれる。
そして第１主流路循環ポンプ７および第２主流路循環ポンプ１４を起動させて、上記流路に湯水が循環される。
【０１４９】
滞留水入替沸き上げモードにおける各弁の開閉状態及び各ポンプの起動状態は、次の表１１の通りである。
【０１５０】
【表１１】
0005166840.tif 000012
【０１５１】
滞留水入替沸き上げモードでは、給湯熱交換器３で高温が作られる。
そして前記した環状流路が開かれ、第１主流路循環ポンプ７および第２主流路循環ポンプ１４によって給湯熱交換器３で加熱された温水が冷水熱交換器２に送られ、冷水熱交換器２内に滞留する水の入れ替え、冷水熱交換器２および水流通回路３２内の殺菌が行われる。
【０１５２】
（凍結予防モード）
凍結予防モードは、冬季の朝方など冷え込みが厳しい時期に、水流通回路３２内の水を循環させて、水流通回路３２内の水が凍結するのを防止するものである。
図１３は、本発明のヒートポンプシステムの作動原理図であり、凍結予防モードにおける弁の開閉状況と湯水の流れを示す。
【０１５３】
凍結予防モードでは、水流通回路３２が利用されて環状流路が形成される。具体的な環状流路は、冷水熱交換器２から順に、第１７弁、第２主流路循環ポンプ１４、第１０弁、第１主流路循環ポンプ７、給湯熱交換器３、第１１弁、冷暖房端末４０、圧力安全弁１６、第１弁を経由して冷水熱交換器２に戻る流路である。そして、第１主流路循環ポンプ７および第２主流路循環ポンプ１４を起動させて、上記流路の湯水が循環される。
【０１５４】
凍結予防モードにおける各弁の開閉状態及び各ポンプの起動状態は、次の表１２の通りである。
【０１５５】
【表１２】
0005166840.tif 000013
【０１５６】
（風呂熱回収による除霜モード）
風呂熱回収による除霜モードは、風呂循環回路３７を利用して風呂熱交換器９に外部の浴槽の湯水を循環させ、風呂の残り湯に含まれる熱エネルギーを水流通流路３２の湯水に回収し、さらにこの熱を利用してヒートポンプ回路の除霜運転を行う運転モードである。また、除霜モードにおいては、貯湯タンクの焚き上げも同時に行われる。
本実施形態では、第２貯湯タンク１１を用いる例を示すが、第１貯湯タンク１０を用いてもよい。
図１４は、本発明のヒートポンプシステムの作動原理図であり、風呂熱回収による除霜モードにおける弁の開閉状況と湯水の流れを示す。
【０１５７】
風呂熱回収による除霜モードでは、ヒートポンプ回路部１と、水流通回路３２と、風呂循環回路３７とが利用される。
ヒートポンプ回路部１では、圧縮機６を起動させてヒートポンプ回路に熱媒体を流通させる。このときヒートポンプ回路部１は、第１５弁が開状態、第１６弁が閉状態になっており、熱媒体がバイパス流路２３ではなく冷水熱交換器２に流れるように構成される。また第１４弁が開状態になっており、熱媒体が流れる空気熱交換器５の数は２つである。その結果、給湯熱交換器３の熱媒体流路側が高温となり、冷水熱交換器２の熱媒体流路側が低温となる。
【０１５８】
水流通回路３２では、第１主流路３５と第２主流路３６を独立させる（縁切り）。
第１主流路３５は、給湯熱交換器３と第２貯湯タンク１１を結ぶ上記の直接冷房モードと同一の環状流路が開かれ、他の流路が閉鎖される。そして第１主流路循環ポンプ７を起動させて前記流路に湯水が循環される。
【０１５９】
第２主流路３６には、第２主流路循環ポンプ１４に対して風呂熱交換器９と冷水熱交換器２とが並列に接続された流路が開かれ、他の流路が閉鎖される。具体的な流路は、第２主流路循環ポンプ１４から順に、第１３弁、第２渡り配管６６、第１２弁を通って、風呂熱回収流路と冷水熱交加熱流路とに分かれる。風呂熱回収流路は、風呂熱交換器９、第６弁を順に経由する流路であり、冷水熱交加熱流路は、第５弁、第３弁、圧力安全弁１６、第１弁、冷水熱交換器２、第１７弁を順に経由する流路である。そして風呂熱回収流路と冷水熱交加熱流路とに分かれた流路は、第１７弁と第２主流路循環ポンプ１４との間で合流し、第２主流路循環ポンプ１４に戻ることになる。そして第２主流路循環ポンプ１４を起動させ、上記流路に湯水を循環させる。
【０１６０】
また風呂循環回路３７では、風呂熱交換器９に外部の浴槽の湯水を循環させ、風呂の残り湯に含まれる熱エネルギーを回収する。即ち風呂ポンプ１２を起動させ、外部の浴槽内の湯水を風呂熱交換器９に導入する。
風呂熱回収による除霜モードにおける各弁の開閉状態及び各ポンプの起動状態は、次の表１３の通りである。
【０１６１】
【表１３】
0005166840.tif 000014
【０１６２】
風呂熱回収による除霜モードにおいては、給湯熱交換器３で高温が作られ、冷水熱交換器２は低温となる。
そして前記した様に第１主流路３５において、給湯熱交換器３と第２貯湯タンク１１とを結ぶ環状流路が開かれ、第１主流路循環ポンプ７によって当該流路の湯水が循環移動される。そのため給湯熱交換器３を通過する湯水は、第１主流路循環ポンプ７によって第２貯湯タンク１１の上部側に供給される。
第２貯湯タンク１１内では、高温の湯水が第２貯湯タンク１１の上から層状に貯留される。また低温の湯水は、第２貯湯タンク１１の底部から押し出され、給湯熱交換器３に戻る。
【０１６３】
また冷水熱交換器２は低温となるが、風呂熱回収による除霜モードにおいては、冷水熱交換器２が風呂から回収された熱によって昇温される。
具体的には、風呂ポンプ１２を起動させ、外部の浴槽内の湯水が風呂熱交換器９に導入される。同時に第２主流路循環ポンプ１４が起動され、第２主流路循環ポンプ１４から吐出された湯水の一部が風呂熱交換器９を通過する。ここで浴槽内には湯があり、さらにその湯が常温よりも高いならば、風呂熱交換器９で風呂側から第２主流路３６側の水に熱移動があり、風呂の残り湯に含まれる熱エネルギーが回収されて第２主流路３６側の水が昇温する。そのため昇温された水が冷水熱交換器２に入り、冷水熱交換器２が昇温されて除霜される。
【０１６４】
（タンク暖房及び温水貯留同時モード（暖房・貯湯併用モード）
タンク暖房及び温水貯留同時モード（暖房・貯湯併用モード）は、第１貯湯タンク１０又は第２貯湯タンク１１から湯を抜き出して暖房に供すると同時に、ヒートポンプ回路部１を動作させて温水を生成させ、これを第１貯湯タンク１０又は第２貯湯タンク１１に貯留するモードである。
図１５は、本発明のヒートポンプシステムの作動原理図であり、タンク暖房及び温水貯留同時モードにおける弁の開閉状況と湯水の流れを示す。タンク暖房及び温水貯留同時モード（暖房・貯湯併用モード）には第１貯湯タンク１０を利用する場合と、第２貯湯タンク１１を利用する場合とがあるが、図１５は、第１貯湯タンク１０を利用する場合の作動原理図を示す。
【０１６５】
タンク暖房及び温水貯留同時モードは、ヒートポンプ回路部１と水流通回路３２とを利用する。
ヒートポンプ回路部１は、前記の直接暖房モードと同一の流路構成である。
冷暖房回路２０の流路構成は、前記した貯湯タンクを利用した冷房モードや、直接冷房モードの場合と同一である。
【０１６６】
水流通回路３２は、第１主流路３５と第２主流路３６を独立（縁切り）させ、第１主流路３５と第２主流路３６と冷暖房回路２０とを使用する。
第１主流路３５は、前記した温水貯留モードと同様に、給湯熱交換器３と第１貯湯タンク１０を結ぶ環状流路を開き、他の流路を閉鎖する。そして第１主流路循環ポンプ７を起動させ、上記流路に湯水を循環させる。
【０１６７】
第２主流路３６は、前記した貯湯タンクを利用したタンク暖房モードと同様に、冷暖房端末４０と第１貯湯タンク１０とを結ぶ環状流路を開き、他の流路を閉鎖する。そして第２主流路循環ポンプ１４を起動させ、上記流路に湯水を循環させる。
【０１６８】
タンク暖房及び温水貯留同時モードにおける各弁の開閉状態及び各ポンプの起動状態は、次の表１４の通りである。
【０１６９】
【表１４】
0005166840.tif 000015
【０１７０】
タンク暖房及び温水貯留同時モードにおいては、給湯熱交換器３で高温が作られる。
そして第１主流路３５によって給湯熱交換器３と第１貯湯タンク１０を結ぶ環状流路が開かれ、第１主流路循環ポンプ７によって当該流路の湯水が循環移動されるから、給湯熱交換器３を通過する湯水は、第１貯湯タンク１０の上部側に供給され、高温の湯水が第１貯湯タンク１０の上から層状に貯留される。
また低温の湯水は、第１貯湯タンク１０の底部から押し出され、給湯熱交換器３に戻る。
【０１７１】
さらにタンク暖房及び温水貯留同時モードにおいては、第１貯湯タンク１０の上部側に溜まった温水が第１貯湯タンク１０の上ａ開口から排出されて、外部の冷暖房端末４０に至り、暖房に寄与する。
【０１７２】
（直接冷房及び風呂追い焚き同時モード）
直接冷房及び風呂追い焚き同時モードは、ヒートポンプ回路を動作させて温水および冷水を生成し、温水を風呂の追い焚きに利用し、同時に冷水を冷房に利用するモードである。
図１６は、本発明のヒートポンプシステムの作動原理図であり、直接冷房と風呂追い焚き同時モードにおける弁の開閉状況と湯水の流れを示す。
本実施形態では、第２貯湯タンク１１を用いる例を示すが、第１貯湯タンク１０を用いてもよい。
【０１７３】
直接冷房及び風呂追い焚き同時モードは、ヒートポンプ回路部１と水流通回路３２と風呂循環回路３７とを利用する。
ヒートポンプ回路部１は、図３の直接冷房モードと同一の流路構成である。
【０１７４】
また水流通回路３２には、図３の直接冷房モードの流路構成に加えて、風呂熱交換器９と第２貯湯タンク１１とを結ぶ新たな環状流路が開かれる。具体的に説明すると、新たな環状流路は、風呂熱交換器９から順に、第６弁、第２主流路循環ポンプ１４、第１３弁、第９弁、第２貯湯タンク１１、第８弁、第１２弁を経由して風呂熱交換器９に戻る流路である。そして第２主流路循環ポンプ１４を起動させ、上記新たな環状流路に湯水を循環させる。
【０１７５】
直接冷房及び風呂追い焚き同時モードにおける各弁の開閉状態及び各ポンプの起動状態は、次の表１５の通りである。
【０１７６】
【表１５】
0005166840.tif 000016
【０１７７】
直接冷房及び風呂追い焚き同時モードでは、直接冷房モードと同様に、ヒートポンプ回路部１の給湯熱交換器３で生成された温水が貯湯タンクに貯留され、冷水熱交換器２で生成された冷水が冷房に寄与する。
風呂熱交換器９の一次側流路には、第２主流路循環ポンプ１４によって第２貯湯タンク１１に貯留された温水が流され、風呂熱交換器９の二次側流路には、風呂ポンプ１２によって外部の浴槽内の湯水が流される。ここで一次側流路を流れる温水が二次側流路を流れる湯水よりも高温ならば、１次側流路を流れる温水から２次側流路を流れる湯水への熱移動があり、浴槽内の湯水が昇温され風呂の追い焚きが行われる。
【０１７８】
次にヒートポンプシステムの動作、特にヒートポンプ回路部１内での動作について、図１７，１８のフローチャートを参照しながら詳細に説明する。図１７，１８は、本発明のヒートポンプシステムの動作を示すフローチャートである。
【０１７９】
図１７のステップ１では、ヒートポンプシステムの運転要求があるか否かが判断される。そして運転要求があると判断されると制御フローはステップ２に移行される。
【０１８０】
ステップ２では、ヒートポンプ回路部１の外気温検知センサにより外気温が検知され検知された外気温がヒートポンプ制御部に送られる。そして制御フローはステップ３に移行される。
【０１８１】
ステップ３では、ヒートポンプ回路部１に冷水の作成要求があるか否かが判断される。
本実施形態のヒートポンプシステムは、上記の様に各種の動作モードで動作させることができる。上記の動作モードのうち、直接暖房モード、温水貯留モード、滞留水入替沸き上げモード、風呂熱回収による除霜モード、タンク暖房及び温水貯留同時モード（暖房・貯湯併用モード）については、ヒートポンプ回路部１において温水のみを作成し、冷水を作成しない温水モードに該当する。
一方、直接冷房モード、冷温水貯留モード、直接冷房及び風呂追い焚き同時モードは、ヒートポンプ回路部１において冷水と温水の双方を作成する冷温水モードに該当する。
ステップ３では、要求された動作モードが、冷温水モードに含まれる場合には制御フローがステップ４に移行される。また要求された動作モードが温水モードに含まれている場合には、制御フローがステップ５に移行される。
【０１８２】
ステップ４では、ヒートポンプ回路部１が冷温水モードとなるようにセットされる。またステップ５では、ヒートポンプ回路部１が温水モードとなるようにセットされる。
具体的には、ヒートポンプ回路部１の第１４弁から第１６弁が、要求された動作モードに対応して開閉される。その後、制御フローはステップ６に移行される。
【０１８３】
ステップ６では、ヒートポンプ回路部１の送風機２６の回転数が決定される。送風機２６の回転数は、ステップ２で検知された外気温などに基づき決定される。そして制御フローは、ステップ７に移行される。
【０１８４】
ステップ７では、送風機２６の運転が開始され、制御フローがステップ８に移行される。
ステップ８では、圧縮機の回転数が、外気温度と要求能力に応じて決定され、制御フローがステップ９に移行される。
ステップ９では、ヒートポンプ回路部１の給湯熱交換器３で調整される水の温度範囲である温水目標温度範囲が決定される。また冷温水モードにおいては、冷水熱交換器２で調整される水の温度範囲である冷水目標温度範囲も同時に決定される。そして制御フローはステップ１０に移行される。
【０１８５】
ステップ１０では、熱貯留部３０に含まれるポンプの回転数が決定される。熱貯留部３０に含まれる、第１主流路循環ポンプ７、第２主流路循環ポンプ１４、直接冷房ポンプ１３、風呂ポンプ１２の回転数は、ステップ９で決定された目標温度や、要求された動作モードに応じて決定される。そして制御フローはステップ１１に移行する。
ステップ１１では、熱貯留部３０に含まれるポンプの運転が開始され、制御フローが図１８のステップ１２に移行される。
【０１８６】
図１８のステップ１２では、水流通回路３２からヒートポンプ回路部１に送り込まれる水の温度が検知される。具体的には、給湯熱交換器３の二次側流路の入側近傍に設けられた給湯入側センサ７５によって、給湯熱交換器３に送り込まれる水の温度が検知される。さらに冷温水モードでは、冷水熱交換器２の二次側流路の入側近傍に設けられた冷水入側センサ７７によって、冷水熱交換器２に送り込まれる水の温度が検知される。そして制御フローは、ステップ１３に移行される。
【０１８７】
ステップ１３では、膨張弁４の開度が決定される。膨張弁４の開度は、ステップ９で決定された目標温度、ステップ１２で検知されたヒートポンプ回路部１に送り込まれる水の温度などに基づいてヒートポンプ制御部によって決定される。そして制御フローはステップ１４に移行される。
ステップ１４では、ステップ１３で決定された開度となるように膨張弁４が調整され、制御フローはステップ１５に移行する。
ステップ１５では、圧縮機の運転が開始され、ヒートポンプ回路部１内における熱媒体の循環が開始される。圧縮機は、ステップ８で決定された回転数で駆動される。そして制御フローはステップ１６に移行される。
【０１８８】
ステップ１６では、給湯熱交換器３から送り出される湯水の温度である出湯温度が検知される。具体的には、給湯熱交換器３の二次側流路の出側近傍に設けられた給湯出側センサ７６によって、出湯温度が検知される。そして制御フローは、ステップ１７に移行される。
【０１８９】
ステップ１７では、ステップ１６で検知された出湯温度がステップ９で決定された温水目標温度範囲の下限温度よりも低いか否かが判断される。出湯温度が下限温度よりも低ければ、制御フローはステップ８に戻され、出湯温度が下限温度よりも低くなければ、制御フローはステップ１８に移行される。
【０１９０】
ステップ１８では、出湯温度が温水目標温度範囲の上限温度よりも高いか否かが判断される。出湯温度が上限温度よりも高ければ、制御フローはステップ８に戻され、出湯温度が上限温度よりも高くなければ、制御フローはステップ１９に移行される。
【０１９１】
ステップ１９では、要求された動作モードが上記の冷温水モードに該当するか否かが判断される。即ちステップ１９では、要求された動作モードにおいて冷水が作成されるか否かが判断される。そして制御フローは、要求された動作モードが冷温水モードに該当すれば、ステップ２０に移行され、冷温水モードに該当しなければ、ステップ１に戻される。
【０１９２】
ステップ２０では、冷水熱交換器２から送り出される湯水の温度である出水温度が検知される。具体的には、冷水熱交換器２の二次側流路の出側近傍に設けられた冷水出側センサ７８によって、出水温度が検知される。そして制御フローは、ステップ２１に移行される。
【０１９３】
ステップ２１では、出水温度が冷水目標温度範囲の下限温度よりも低いか否かが判断される。出水温度が下限温度よりも低い場合には、冷水熱交換器２の一次側流路を流れる熱媒体の温度が低すぎるとして、制御フローはステップ２２に移行される。また出水温度が下限温度よりも低くなければ、制御フローはステップ２５に移行される。
【０１９４】
ステップ２２では、ヒートポンプ回路部１を循環する熱媒体に対する空気熱交換器５（第３熱交換器）における加熱量を増大させるために、送風機２６の回転数を増大させる要求がされ、制御フローがステップ２３に移行される。
【０１９５】
ステップ２３では、ステップ２２で要求された送風機２６の回転数が所定の上限値よりも高いか否かが判断される。要求された送風機２６の回転数が所定の上限値よりも高ければ、制御フローはステップ２４に移行される。また要求された送風機２６の回転数が所定の上限値よりも高くなければ、制御フローはステップ１に戻される。
【０１９６】
ステップ２４では、ヒートポンプ回路部１の第１４弁が開かれ、熱媒体が流される空気熱交換器５の数が増やされる。これにより送風機２６の回転数を増加させずに、ヒートポンプ回路部１内の熱媒体の加熱量を増大させることができる。またこのとき空気熱交換器５における加熱量を徐々に増加させるため、空気熱交換器５の数を増やすとともに送風機２６の回転数を下げる構成にしてもよい。
そして制御フローはステップ１に戻される。
【０１９７】
ステップ２５では、出水温度が冷水目標温度範囲の上限温度よりも高いか否かが判断される。出水温度が上限温度より高い場合には、冷水熱交換器２の一次側流路を流れる熱媒体の温度が高すぎるとして、制御フローはステップ２６に移行され、出水温度が上限温度よりも高くない場合には、制御フローはステップ１に戻される。
【０１９８】
ステップ２６では、ヒートポンプ回路部１を循環する熱媒体に対する空気熱交換器５における加熱量を減少させるために、送風機２６の回転数を減少させる要求がされ、制御フローがステップ２７に移行される。
【０１９９】
ステップ２７では、ステップ２６で要求された送風機２６の回転数が所定の下限値よりも低いか否かが判断される。要求された送風機２６の回転数が所定の下限値よりも低ければ、制御フローはステップ２８に移行される。また要求された送風機２６の回転数が所定の下限値よりも低くなければ、制御フローはステップ１に戻される。
【０２００】
ステップ２８では、ヒートポンプ回路部１の第１４弁が閉じられ、熱媒体が流される空気熱交換器５の数が減らされる。これにより送風機２６の回転数を減少させずに、ヒートポンプ回路部１内の熱媒体の加熱量を減少させることができる。またこのとき空気熱交換器５における加熱量を徐々に減少させるため、空気熱交換器５の数を減らすとともに送風機２６の回転数を上げる構成にしてもよい。
そして制御フローはステップ１に戻され、ヒートポンプシステムは運転を継続する。
【０２０１】
上記実施形態のヒートポンプシステムでは、回路の切替に三方弁を多用したが、二方弁を複数利用することで三方弁の代用としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０２０２】
【図１】本発明のヒートポンプシステムの作動原理図である。
【図２】本発明のヒートポンプシステムの作動原理図であり、貯湯タンクを利用した冷房モードにおける弁の開閉状況と湯水の流れを示す。
【図３】本発明のヒートポンプシステムの作動原理図であり、直接冷房モードにおける弁の開閉状況と湯水の流れを示す。
【図４】本発明のヒートポンプシステムの作動原理図であり、直接冷房モードの変形例における弁の開閉状況と湯水の流れを示す。
【図５】本発明のヒートポンプシステムの作動原理図であり、冷温水貯留モードにおける弁の開閉状況と湯水の流れを示す。
【図６】本発明のヒートポンプシステムの作動原理図であり、貯湯タンクを利用したタンク暖房モードにおける弁の開閉状況と湯水の流れを示す。
【図７】本発明のヒートポンプシステムの作動原理図であり、直接暖房モードにおける弁の開閉状況と湯水の流れを示す。
【図８】本発明のヒートポンプシステムの作動原理図であり、温水貯留モード（第２貯湯タンク）における弁の開閉状況と湯水の流れを示す。
【図９】本発明のヒートポンプシステムの作動原理図であり、温水貯留モード（第１貯湯タンク）における弁の開閉状況と湯水の流れを示す。
【図１０】本発明のヒートポンプシステムの作動原理図であり、風呂熱回収モードにおける弁の開閉状況と湯水の流れを示す。
【図１１】本発明のヒートポンプシステムの作動原理図であり、出湯モードにおける弁の開閉状況と湯水の流れを示す。
【図１２】本発明のヒートポンプシステムの作動原理図であり、滞留水入替沸き上げモードにおける弁の開閉状況と湯水の流れを示す。
【図１３】本発明のヒートポンプシステムの作動原理図であり、凍結予防モードにおける弁の開閉状況と湯水の流れを示す。
【図１４】本発明のヒートポンプシステムの作動原理図であり、風呂熱回収による除霜モードにおける弁の開閉状況と湯水の流れを示す。
【図１５】本発明のヒートポンプシステムの作動原理図であり、タンク暖房及び温水貯留同時モード（暖房・貯湯併用モード）における弁の開閉状況と湯水の流れを示す。
【図１６】本発明のヒートポンプシステムの作動原理図であり、直接冷房及び風呂追い焚き同時モードにおける弁の開閉状況と湯水の流れを示す。
【図１７】本発明のヒートポンプシステムの動作を示すフローチャートである。
【図１８】本発明のヒートポンプシステムの動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０２０３】
１    ヒートポンプ回路部
２    冷水熱交換器（第２熱交換器）
３    給湯熱交換器（第１熱交換器）
４    膨張弁（膨張手段）
５    空気熱交換器（第３熱交換器）
６    圧縮機
９    風呂熱交換器
１０  第１貯湯タンク（貯留タンク）
１１  第２貯湯タンク（貯留タンク）
１３  直接冷房ポンプ
１６  圧力安全弁
２０  冷暖房回路
２３  バイパス流路
２６  送風機
３２  水流通回路
３７  風呂循環回路（風呂追い焚き循環流路）
４０  冷暖房端末
７８  冷水出側センサ
【図１】
0005166840.tif 000017
【図２】
0005166840.tif 000018
【図３】
0005166840.tif 000019
【図４】
0005166840.tif 000020
【図５】
0005166840.tif 000021
【図６】
0005166840.tif 000022
【図７】
0005166840.tif 000023
【図８】
0005166840.tif 000024
【図９】
0005166840.tif 000025
【図１０】
0005166840.tif 000026
【図１１】
0005166840.tif 000027
【図１２】
0005166840.tif 000028
【図１３】
0005166840.tif 000029
【図１４】
0005166840.tif 000030
【図１５】
0005166840.tif 000031
【図１６】
0005166840.tif 000032
【図１７】
0005166840.tif 000033
【図１８】
0005166840.tif 000034