(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭酸ガス冷媒が少なくとも圧縮機及び膨張器を経て循環される第一のヒートポンプサイクルと，ＨＦＣ冷媒が少なくとも圧縮機及び膨張器を経て循環される第二のヒートポンプサイクルと，前記炭酸ガス冷媒と水との間及び前記ＨＦＣ冷媒と水との間で熱交換を行う水熱交換器と，を備えてなるヒートポンプ式給湯機であって，
前記水熱交換器に流入される水の温度を検出する水温検出手段と，
前記水温検出手段により検出された水の温度に基づいて，前記第一のヒートポンプサイクル及び前記第二のヒートポンプサイクルのいずれか一方又は両方を選択して稼働させる選択稼働手段と，
を具備してなり，
前記選択稼働手段が，
前記水温検出手段により検出された水の温度が第一の所定温度未満である場合に前記第一のヒートポンプサイクルを稼働させ且つ前記第二のヒートポンプサイクルを停止させるものであり，前記水温検出手段により検出された水の温度が第二の所定温度以上である場合に前記第二のヒートポンプサイクルを稼働させ且つ前記第一のヒートポンプサイクルを停止させるものであって，
前記第一のヒートポンプサイクルを停止させる前に前記第二のヒートポンプサイクルを予め稼働させ，前記第二のヒートポンプサイクルを停止させる前に前記第一のヒートポンプサイクルを予め稼働させるものであることを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
但し，前記第一の所定温度は前記第二の所定温度以下である。
【請求項２】
前記第一の所定温度が前記第二の所定温度よりも低い温度であり，
前記選択稼働手段が，前記水温検出手段により検出された水の温度が前記第一の所定温度よりも高い第三の所定温度以下である場合に前記第一のヒートポンプサイクルを予め稼働させるものであり，前記水温検出手段により検出された水の温度が前記第三の所定温度以上且つ前記第二の所定温度未満の第四の所定温度以上である場合に前記第二のヒートポンプサイクルを予め稼働させるものである請求項１に記載のヒートポンプ式給湯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，圧縮機や膨張器などが設けられたヒートポンプサイクル内に循環する冷媒との熱交換によって水を加熱して給湯するヒートポンプ式給湯機に関し，特に，二つのヒートポンプサイクルを具備するヒートポンプ式給湯機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から，圧縮機や膨張器などが設けられたヒートポンプサイクル内に循環する冷媒との熱交換によって水を加熱して給湯するヒートポンプ式給湯機が周知である。前記冷媒は，例えば炭酸ガス冷媒やＨＦＣ冷媒などである。
例えば特許文献１には，ＣＯ2冷媒（炭酸ガス冷媒の一例）が用いられたヒートポンプサイクル（以下「ＣＯ2サイクル」という）と，Ｒ４１０Ａ冷媒（ＨＦＣ冷媒の一例）が用いられたヒートポンプサイクル（以下「Ｒ４１０Ａサイクル」という）とを併せ持つヒートポンプ式給湯システムが示されている。前記ヒートポンプ式給湯システムでは，高温の温水が必要な場合にＣＯ2サイクルが用いられ，低温の温水でよい場合にはＲ４１０Ａサイクルが用いられて水が加熱される。
【０００３】
ところで，前記炭酸ガス冷媒は，その冷媒の特性として水を高温（例えば９０℃程度）まで加熱することができるため，一般に，９０℃程度の高温の温水を貯留タンクに貯湯する貯湯運転に用いられる。ここで，前記貯留タンクの上層には６０〜９０℃程度の高温の温水が貯留され，該貯留タンクの下層には前記高温の温水が冷まされた４０〜５０℃程度の温水（以下「中温水」という）や水道などから供給された１５℃程度の冷水が貯留される。そして，前記貯湯運転では，前記貯留タンクの下層から供給された水が，前記炭酸ガス冷媒と水との間で熱交換を行う水熱交換器で加熱された後，該貯留タンクの上層に流入される。
【特許文献１】特開２００５−８３５８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら，前記炭酸ガス冷媒が循環されるヒートポンプサイクルを用いる場合，前記水熱交換器に流入する水の温度が１５℃程度であるときには，その水を該水熱交換器において９０℃程度の高温まで効率よく加熱することができるが，前記水熱交換器に流入する水の温度が４０〜５０℃程度である場合には，該水熱交換器における前記炭酸ガス冷媒と水との熱交換効率が悪くなり，当該ヒートポンプ式給湯機のエネルギ消費効率が低下するという問題が生じる。
一方，前記ＨＦＣ冷媒は，冷媒の特性上比較的低温（例えば６５℃程度）までしか水を加熱することができないが，４０〜５０℃程度の中温水を加熱する場合の熱交換効率は，前記炭酸ガス冷媒に比べて高いという特性を有している。
従って，本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，冷媒と水との間で熱交換を行う水熱交換器に流入する水の温度に応じてヒートポンプサイクルを切り替えることにより，エネルギ消費効率の低下を防止することのできるヒートポンプ式給湯機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために本発明は，炭酸ガス冷媒が少なくとも圧縮機及び膨張器を経て循環される第一のヒートポンプサイクルと，ＨＦＣ冷媒が少なくとも圧縮機及び膨張器を経て循環される第二のヒートポンプサイクルと，前記炭酸ガス冷媒と水との間及び前記ＨＦＣ冷媒と水との間で熱交換を行う水熱交換器と，を備えてなるヒートポンプ式給湯機に適用されるものであって，前記水熱交換器に流入される水の温度を検出し，その検出された水の温度に基づいて，前記第一のヒートポンプサイクル及び前記第二のヒートポンプサイクルのいずれか一方又は両方を選択して稼働させることを特徴とするヒートポンプ式給湯機として構成される。特に，前記水温検出手段により検出された水の温度が第一の所定温度未満である場合に前記第一のヒートポンプサイクルを稼働させ且つ前記第二のヒートポンプサイクルを停止させ，前記水温検出手段により検出された水の温度が第二の所定温度以上である場合に前記第二のヒートポンプサイクルを稼働させ且つ前記第一のヒートポンプサイクルを停止させる。そして，前記第一のヒートポンプサイクルを停止させる前に前記第二のヒートポンプサイクルを予め稼働させ，前記第二のヒートポンプサイクルを停止させる前に前記第一のヒートポンプサイクルを予め稼働させる。但し，前記第一の所定温度は前記第二の所定温度以下である。
本発明によれば，前記水熱交換器に流入する水の温度に適したヒートポンプサイクルを選択して稼働させることにより，当該ヒートポンプ式給湯機におけるエネルギ消費効率の低下を防止して効率の良い運転を行うことができる。
【０００６】
さらに，本発明によれば，前記第一（第二）のヒートポンプサイクルが停止される前に予め前記第二（第一）のヒートポンプサイクルが稼働されるため，該第一（第二）のヒートポンプサイクルから前記第二（第一）のヒートポンプサイクルへの切り替え時の時間差を防止することができる。
【０００７】
また，前記第一の所定温度が前記第二の所定温度よりも低い温度である場合には，前記選択稼働手段が，前記水温検出手段により検出された水の温度が前記第一の所定温度よりも高い第三の所定温度以下である場合に前記第一のヒートポンプサイクルを予め稼働させるものであり，前記水温検出手段により検出された水の温度が前記第三の所定温度以上且つ前記第二の所定温度未満の第四の所定温度以上である場合に前記第二のヒートポンプサイクルを予め稼働させるものであることが考えられる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば，前記水熱交換器に流入する水の温度に適したヒートポンプサイクルを選択して稼働させることにより，当該ヒートポンプ式給湯機におけるエネルギ消費効率の低下を防止して効率の良い運転を行うことができる。
また，前記第一のヒートポンプサイクルを停止させる前に前記第二のヒートポンプサイクルを予め稼働させ，前記第二のヒートポンプサイクルを停止させる前に前記第一のヒートポンプサイクルを予め稼働させるため，該第一（第二）のヒートポンプサイクルから前記第二（第一）のヒートポンプサイクルへの切り替え時の時間差を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下添付図面を参照しながら，本発明の実施の形態について説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに，図１は本発明の実施の形態に係るヒートポンプ式給湯機Ｘの概略構成図，図２は前記ヒートポンプ式給湯機Ｘの制御部により実行されるサイクル切替処理の手順の一例を説明するフローチャートである。
まず，本発明の実施の形態に係るヒートポンプ式給湯機Ｘの概略構成及び基本動作について説明する。なお，前記ヒートポンプ式給湯機Ｘは，冷媒と水との間の熱交換を行う水熱交換器に流入する水の温度に基づいてヒートポンプサイクルを選択して稼働させる点に特徴を有しており，この点については後段において詳説する。
図１に示すように，前記ヒートポンプ式給湯機Ｘは，冷媒が循環される二つのヒートポンプサイクル１（第一のヒートポンプサイクルの一例），２（第二のヒートポンプサイクルの一例），流水経路３０ａ〜３０ｄ，貯留タンク３１，水熱交換器３２，水温センサ８１（水温検出手段の一例），循環ポンプ３４，切換弁４１〜４５，及び床暖房サイクル６（加熱サイクルの一例）を備えて概略構成されている。また，前記ヒートポンプ式給湯機Ｘは，ＣＰＵやＲＡＭ，ＲＯＭなどを有する不図示の制御部を備えており，該制御部によって統括的に制御される。
【００１０】
前記水熱交換器３２は，前記ヒートポンプサイクル１及び２に共通しており，前記ヒートポンプサイクル１に接続された配管１４に流れる冷媒や，前記ヒートポンプサイクル２に接続された配管２５に流れる冷媒と，給水口から給湯口への流水経路３０ｂ又は前記貯留タンク３１の下層から該貯留タンクの上層に戻る流水経路３０ａ上に配置された配管３３を流れる水との間で熱交換を行うものである。ここに，前記流水経路３０ａは，前記給水口から前記貯留タンク３１の下層，循環ポンプ３４，切換弁４５，水熱交換器３２，切換弁４３，貯留タンク３１の上層が順に接続された水の流水経路（実線矢印）である。なお，前記貯留タンク３１の上層には前記水熱交換器３２で加熱された高温の温水が貯留され，前記貯留タンク３１の下層には前記給水口から供給された低温の水が貯留される。
また，前記流水経路３０ｂは，前記給水口から切換弁４５，水熱交換器３２，切換弁４３，前記給湯口が順に接続された水の流水経路（破線矢印）である。なお，前記流水経路３０ｃは，前記貯留タンク３１の上層から前記切換弁４４を経て前記給湯口に続く温水の流通経路（破線矢印），前記流水経路３０ｄは，前記給水口から前記切換弁４４を経て前記給湯口に続く水の流通経路（破線矢印）である。
前記水温センサ８１は，前記流水経路３０ａ及び前記流水経路３０ｂ上に流通されて前記水熱交換器３２に流入される水の温度を検出するサーミスタ等を有する水温検出手段の一例である。前記水温センサ８１により検出された水温は，前記制御部に入力されて，後述するサイクル切替処理（図２のフローチャート参照）において判断指標に用いられる。
【００１１】
当該ヒートポンプ式給湯機Ｘでは，前記制御部（不図示）によって前記各構成要素が制御されることにより，給水口から供給された水を前記流水経路３０ｂ上で前記水熱交換器３２によって加熱して給湯口から直接給湯する瞬間給湯運転や，給水口から供給された水を前記流水経路３０ａ上で前記水熱交換器３２によって加熱して前記貯留タンク３１に貯留する貯湯運転などが行われる。
ここで，前記瞬間給湯運転では，前記切換弁４３及び４５が前記制御部によって制御されることにより，前記給水口から供給された水が前記流水経路３０ｂに沿って破線矢印方向に流通することとなる。但し，前記瞬間給湯運転が開始してからの一定時間は，前記水熱交換器３２による加熱量が十分得られない。そのため，瞬間運転開始後の一定時間は，前記貯留タンク３１に貯留された高温の温水が，前記流水経路３０ｃを経て切換弁４４において，前記給水口から前記流水経路３０ｄを経て供給される水と混合されて温度調節された後，前記給湯口に供給される。これにより，前記給湯口から瞬時に給湯することが可能である。そして，前記水熱交換器３２によって給水口から供給された水を十分に加熱することが可能となった時点で，前記貯留タンク３１の給水は停止され，その後は，前記給水口から前記水熱交換器３２を経て前記給湯口に続く流水経路３０ｂを用いて瞬間給湯が行われる。なお，前記貯留タンク３１に貯留された高温の温水を前記給水口から供給される水と混合することなく，そのまま給湯することも可能である。
一方，前記貯湯運転では，前記循環ポンプ３４が駆動されることにより，前記貯留タンク３１の下層に貯留した水が前記流水経路３０ａに沿って実線矢印方向に流通することにより，前記水熱交換器３２において加熱された高温の温水が前記貯留タンク３１の上層に流入して貯留される。ここに，前記貯留タンク３１に貯留された水を前記水熱交換器３２で再加熱させるときの前記循環ポンプ３４が再加熱手段の一例である。なお，前記ヒートポンプ式給湯機Ｘでは，前記床暖房サイクル６によって前記貯留タンク３１内の温水が熱媒体として用いられる。
【００１２】
前記床暖房サイクル６は，前記貯留タンク３１の上層，循環ポンプ６１，温水熱交換器６２，前記貯留タンク３１の下層が順に接続された温水経路６ａと，循環ポンプ６３，床暖房装置６４，前記温水熱交換器６２が順に接続されたブライン（不凍液）経路６ｂとを有している。なお，前記床暖房装置６４は，床暖房パネルや輻射パネル，温風機等（不図示）を有する従来周知の床暖房装置であり，ここではその説明を省略する。
前記床暖房サイクル６では，前記制御部によって前記循環ポンプ６１及び前記循環ポンプ６３の駆動が開始されると，前記貯留タンク３１内に貯留された温水が前記温水経路６ａ上に循環され，前記ブライン経路６ｂにブラインが循環される。これにより，前記温水熱交換器６２において温水とブラインとの間で熱交換が行われ，該ブラインが加熱される。即ち，前記床暖房サイクル６では，前記貯留タンク３１に貯留された温水が熱媒体として用いられる。そして，前記温水熱交換器６２で加熱されたブラインは，前記床暖房装置６４に流入して放熱した後，再度前記温水熱交換器６２に流入する。これにより前記床暖房装置６４における床暖房が実現される。
一方，前記温水熱交換器６２で前記ブラインとの熱交換により温度が下げられた温水は，前記貯留タンク３１の下層に還流される。したがって，前記床暖房サイクル６の稼働時，前記貯留タンク３１の下層から前記流水経路３０ａに供給される水には，前記温水熱交換器６２において温度が下げられた温水が含まれる場合がある。
【００１３】
前記ヒートポンプサイクル１（以下，「ＣＯ2サイクル」という）は，圧縮機１１，前記水熱交換器３２，膨張器１２及び室外空気熱交換器１３が順に接続された循環経路１０を有している。前記循環経路１０では，前記制御部（不図示）によって前記圧縮機１１が駆動されることにより，炭酸ガス冷媒の一例であるＣＯ2冷媒（第一の冷媒の一例）が図示する矢印方向に循環される。
ここに，前記ＣＯ2冷媒は，後述するＲ４１０Ａ冷媒と異なる特性を持ち，冷媒の特性として水を高温（９０℃程度）まで加熱することができるが，エネルギ消費効率が比較的低い。そのため，前記ＣＯ2サイクル１は，当該ヒートポンプ式給湯機Ｘにおいて主に前記貯湯運転に用いられる。但し，前述したように，前記ＣＯ2冷媒は，１５℃程度の低温の水を９０℃程度まで加熱する際の熱交換効率は良いが，４０〜５０℃程度の中温水を加熱する際の熱交換効率は，後述するＲ４１０Ａ冷媒に比べて悪いという特性を有している。
【００１４】
前記ＣＯ2サイクル１では，前記圧縮機１１において圧縮して吐出された高温高圧の前記ＣＯ2冷媒が，前記水熱交換器３２において前記流水経路３０ａまたは３０ｂ上を流れる水と熱交換されて冷却された後，前記膨張器１２において膨張する。その後，前記膨張器１２で膨張した低温低圧の前記ＣＯ2冷媒は，前記室外空気熱交換器１３において室外の空気と熱交換されて吸熱し気化した後，再度前記圧縮機１１に流入する。
前記ＣＯ2サイクル１では，前記のように前記ＣＯ2冷媒が前記循環経路１０に循環されることにより，前記流水経路３０ａまたは３０ｂ上を矢印方向に流れる水が，前記水熱交換器３２における前記ＣＯ2冷媒との熱交換によって９０℃程度まで加熱される。なお，前記水熱交換器３２における前記ＣＯ2冷媒と水との流通方向が反対であるため，該ＣＯ2冷媒と水との熱交換は効率的に行われる。
これにより，前記貯湯運転においては，前記流水経路３０ａを通るよう前記制御部（不図示）によって前記切換弁４５が制御され，前記制御部（不図示）によって前記切換弁４３が制御されることにより前記水熱交換器３２において加熱された温水が前記貯留タンク３１に貯留される。また，前記瞬間給湯運転においては，前記流水経路３０ｂを通るよう前記制御部（不図示）によって前記切換弁４５が制御され，前記制御部（不図示）によって前記切換弁４３が制御されることにより前記水熱交換器３２において加熱された温水が前記給湯口に供給される。
【００１５】
一方，前記ヒートポンプサイクル２（以下，「Ｒ４１０Ａサイクル」という）は，ＨＦＣ冷媒の一例であるＲ４１０Ａ冷媒（第二の冷媒の一例）が循環される循環経路２０（第一の循環経路の一例）及び循環経路４０（第二の循環経路の一例）を有している。ここに，前記Ｒ４１０Ａ冷媒は，前記ＣＯ2冷媒と異なる特性を持ち，ＣＯ2冷媒に比べて水を低温（６５℃程度）までしか加熱することができないが，エネルギ消費効率（ＣＯＰ）は高いので，比較的低い沸上げ温度に適している。そのため，前記Ｒ４１０Ａサイクル２は，当該ヒートポンプサイクルＸにおいて主に前記瞬間給湯運転に用いられる。また，前記Ｒ４１０Ａ冷媒は，４０〜５０℃程度の中温水を加熱する際の熱交換効率が前記ＣＯ2冷媒に比べて良いという特性を有している。なお，前記Ｒ４１０Ａ冷媒の他の例としては，例えばＲ４０７Ｃ／Ｅ，Ｒ４０４Ａ，Ｒ５０７Ａ，Ｒ１３４ａ等がある。また，前記ヒートポンプ式給湯機Ｘに用いられる二つの異なる冷媒は，炭酸ガス冷媒及びＨＦＣ冷媒に限られるものではなく，熱交換効率やエネルギ消費効率などの特性が異なる二つの冷媒を用いればよい。
【００１６】
前記循環経路２０は，圧縮機２１，四方弁２４，切換弁４１，水熱交換器３２，切換弁４２，膨張器（例えば膨張弁）２２，室外空気熱交換器２３及び前記四方弁２４が順に接続されて構成されている。
前記循環経路２０では，前記制御部（不図示）によって制御されて前記圧縮機２１が駆動されることにより，前記Ｒ４１０Ａ冷媒が図示する実線矢印方向に循環される。具体的には，前記圧縮機２１において圧縮して吐出された高温高圧の前記Ｒ４１０Ａ冷媒が，前記四方弁２４及び前記切換弁４１を経て前記水熱交換器３２に達する。そして，前記Ｒ４１０Ａ冷媒は，前記水熱交換器３２において前記流水経路３０ａまたは３０ｂ上を流れる水と熱交換されて冷却される。その後，前記Ｒ４１０Ａ冷媒は，前記切換弁４２を経て前記膨張器２２において膨張される。そして，前記膨張器２２で膨張した低温低圧の前記Ｒ４１０Ａ冷媒は，前記室外空気熱交換器２３において室外空気と熱交換されて吸熱し気化した後，前記四方弁２４を経て再度前記圧縮機２１に流入する。
前記Ｒ４１０Ａサイクル２では，前記のように前記Ｒ４１０Ａ冷媒が前記循環経路２０において実線矢印方向に循環されることにより，前記流水経路３０ａまたは３０ｂ上を矢印方向に流れる水が，前記水熱交換器３２における前記Ｒ４１０Ａ冷媒との熱交換によって６５℃程度まで加熱される。なお，前記水熱交換器３２における前記Ｒ４１０Ａ冷媒と水との流通方向が反対であるため，該Ｒ４１０Ａ冷媒と水との熱交換は効率的に行われる。
【００１７】
また，前記水熱交換器３２は，前記ＣＯ2サイクル１及び前記Ｒ４１０Ａサイクル２に共通するものであり，これらに循環される前記ＣＯ2冷媒及び前記Ｒ４１０Ａ冷媒と，前記流水経路３０ａ又は前記流水経路３０ｂ上を流れる水とを同時に熱交換させることが可能である。具体的には，前記水熱交換器３２が，該水熱交換器３２内に設けられた前記ＣＯ2冷媒の配管１４と前記流水経路３０ａ，３０ｂ上の前記配管３３，前記Ｒ４１０Ａ冷媒の配管２５と前記流水経路３０ａ，３０ｂ上の前記配管３３が共に接触するように構成することが考えられる。なお，前記水熱交換器３２は前記構成に限られない。
このように構成された前記ヒートポンプ式給湯機Ｘでは，前記ＣＯ2サイクル１及び前記Ｒ４１０Ａサイクル２を同時に稼働して用いることにより，個々の熱交換効率以上の熱交換効率で水を加熱することができる。これにより，前記瞬間給湯運転時における給湯量を増加させることが可能である。
【００１８】
他方，前記循環経路４０は，圧縮機２１，四方弁２４，切換弁４１，室内空気熱交換器４，切換弁４２，膨張器２２，室外空気熱交換器２３及び四方弁２４が順に接続されて構成されている。
ここに，前記室内空気熱交換器４は，室内の冷暖房を行う空気調和機（不図示）に設けられ，前記循環経路４０内に循環される前記Ｒ４１０Ａ冷媒と室内空気との間で熱交換を行うことにより室内空気を加熱或いは冷却するものである。
【００１９】
ここで，前記ヒートポンプ式給湯機Ｘの前記Ｒ４１０Ａサイクル２において実現される暖房運転及び冷房運転について説明する。
（１）暖房運転について
ユーザにより前記ヒートポンプ式給湯機Ｘに対して，不図示の操作部から暖房運転の開始が要求されると，該ヒートポンプ式給湯機Ｘでは，前記制御部（不図示）によって前記圧縮機２１及び前記四方弁２４が制御され，前記Ｒ４１０Ａサイクル２の循環経路４０において前記Ｒ４１０Ａ冷媒の実線矢印方向の循環が開始される。このとき，前記四方弁２４内部では図示する実線経路が確立されている。
これにより，前記循環経路４０では，図示する実線矢印方向に前記Ｒ４１０Ａ冷媒が循環される。具体的には，前記圧縮機２１において圧縮して吐出された高温高圧の前記Ｒ４１０Ａ冷媒が，前記四方弁２４及び前記切換弁４１を経て前記室内空気熱交換器４に達する。そして，前記Ｒ４１０Ａ冷媒は，前記室内空気熱交換器４において室内の空気と熱交換されて冷却される。その後，前記Ｒ４１０Ａ冷媒は，前記切換弁４２を経て前記膨張器２２において膨張される。そして，前記膨張器２２において膨張した低温低圧の前記Ｒ４１０Ａ冷媒は，前記室外空気熱交換器２３において室外の空気と熱交換されて吸熱し気化した後，前記四方弁２４を経て再度前記圧縮機２１に流入する。
前記Ｒ４１０Ａサイクル２では，前記のように前記Ｒ４１０Ａ冷媒が前記循環経路４０において実線矢印方向に循環されることにより，室内の空気が，前記室内空気熱交換器４における前記Ｒ４１０Ａ冷媒との熱交換によって加熱される。即ち，前記ヒートポンプ式給湯機Ｘによって暖房が実現される。
【００２０】
また，前記Ｒ４１０Ａサイクル２において前記Ｒ４１０Ａ冷媒を前記循環経路２０及び４０に分配して瞬間給湯と暖房とを同時に行うことも考えられる。但し，この場合には十分な給湯温度や給湯量が得ることができないことがある。しかし，前記ヒートポンプ式給湯機Ｘでは，瞬間給湯と暖房とを同時に行う際，前記水熱交換器３２において，前記ＣＯ2サイクル１に循環する前記ＣＯ2冷媒と，前記Ｒ４１０Ａサイクル２に循環するＲ４１０Ａ冷媒とで同時に水を加熱することが可能である。これにより，瞬間給湯と暖房とを同時に行う際に，十分な給湯温度や給湯量を得ることができる。
例えば，前記ヒートポンプ式給湯機Ｘにおいて前記Ｒ４１０Ａサイクル２によって暖房運転が行われているときに，ユーザによって不図示の操作部に対して瞬間給湯の要求が行われると，該ヒートポンプ式給湯機Ｘでは，前記切換弁４１，４２が前記制御部（不図示）によって制御され，前記Ｒ４１０Ａサイクル２において前記循環経路２０及び４０に分配して循環される。そして，このとき同時に前記制御部（不図示）によって前記ＣＯ2サイクル１の圧縮機１１の駆動が制御されて，前記ＣＯ2サイクル１における前記ＣＯ2冷媒の循環が開始される。
これにより，前記水熱交換器３２では，前記Ｒ４１０Ａ冷媒と前記ＣＯ2冷媒との両方で水が加熱されることとなる。即ち，前記Ｒ４１０Ａサイクル１における瞬間給湯と暖房の同時運転時の水の加熱能力の低下は，前記ＣＯ2サイクル１を循環する前記ＣＯ2冷媒と水との熱交換によって補われる。したがって，前記Ｒ４１０Ａサイクル２において瞬間給湯と暖房とを同時に行う際に，十分な給湯温度や給湯量を得ることができる。
【００２１】
（２）冷房運転について
一方，ユーザにより前記ヒートポンプ式給湯機Ｘに対して，不図示の操作部から冷房運転の開始が要求されると，該ヒートポンプ式給湯機Ｘでは，前記制御部（不図示）によって前記圧縮機２１及び前記四方弁２４が制御され，前記Ｒ４１０Ａサイクル２の循環経路４０において前記Ｒ４１０Ａ冷媒の破線矢印方向の循環が開始される。このとき，前記四方弁２４内部では図示する破線経路が確立されている。
これにより，前記循環経路４０では，図示する破線矢印方向に前記Ｒ４１０Ａ冷媒が循環される。具体的には，前記圧縮機２１において圧縮して吐出された高温高圧の前記Ｒ４１０Ａ冷媒が，前記四方弁２４を経て前記室外空気熱交換器２３に達する。そして，前記Ｒ４１０Ａ冷媒は，前記室外空気熱交換器２３において室外空気と熱交換されて冷却される。その後，前記Ｒ４１０Ａ冷媒は，前記膨張器２２において膨張される。そして，前記膨張器２２において膨張した低温低圧の前記Ｒ４１０Ａ冷媒は，前記切換弁４２を経て前記室内空気熱交換器４において室内空気と熱交換されて吸熱し気化した後，前記切換弁４１及び前記四方弁２４を経て再度前記圧縮機２１に流入する。
前記Ｒ４１０Ａサイクル２では，前記のように前記Ｒ４１０Ａ冷媒が前記循環経路４０において破線矢印方向に循環されることにより，室内の空気が，前記室内空気熱交換器４における前記Ｒ４１０Ａ冷媒との熱交換によって冷却される。即ち，前記ヒートポンプ式給湯機Ｘによって冷房が実現される。
なお，このとき前記ヒートポンプ式給湯機Ｘでは，前記切換弁４１及び４２が前記制御部（不図示）によって制御されることにより，前記循環経路２０における前記Ｒ４１０Ａ冷媒の循環は阻止される。したがって，前記Ｒ４１０Ａサイクル２によって冷房が行われている場合であっても，前記ＣＯ2サイクル１を用いる前記瞬間給湯運転や前記貯湯運転に支障はない。
【００２２】
以上説明したように，前記ヒートポンプ式給湯機Ｘでは，前記ＣＯ2サイクル１や前記Ｒ４１０Ａサイクルが稼働されることにより，前記瞬間給湯運転や前記貯湯運転が行われる。しかしながら，前記ＣＯ2サイクル１に循環される前記ＣＯ2冷媒は，前述したように４０〜５０℃程度の中温水との熱交換効率が，前記Ｒ４１０Ａサイクル２に循環される前記Ｒ４１０Ａ冷媒に比べて悪い。そのため，例えば前記水熱交換器３２に流入される水の温度が４０℃以上である場合に前記ＣＯ2サイクル１を用いて貯湯運転を行うと，当該ヒートポンプ式給湯機Ｘのエネルギ消費効率が低下するという問題が生じる。特に，前記ヒートポンプ式給湯機Ｘのように，前記貯留タンク３１に貯留された高温の温水を熱媒体として用いる床暖房サイクル６を有する構成では，該床暖房サイクル６から中温水が還流されて，前記水熱交換器３２に流入される可能性が高い。
そこで，本発明の実施の形態に係る前記ヒートポンプ式給湯機Ｘでは，前記制御部により後述するサイクル切替処理（図２のフローチャート参照）が実行されることによって，前記水熱交換器３２に流入される水の温度に基づいて，前記ＣＯ2サイクル１及び前記Ｒ４１０Ａサイクル２のいずれか一方又は両方が選択されて稼働される。ここに，かかる処理を実行するときの前記制御部が選択稼働手段に相当する。
【００２３】
以下，図２のフローチャートに従って，本発明の実施の形態に係る前記ヒートポンプ式給湯機Ｘにおいて前記制御部により実行されるサイクル切替処理の手順の一例について説明する。ここに，図中のＳ１，Ｓ２，…は処理手順（ステップ）番号を示している。
当該サイクル切替処理は，前記ＣＯ2サイクル１を用いて実行される貯湯運転中に実行されるものであって，例えば前記Ｒ４１０Ａサイクル２による暖房運転や冷房運転が実行されている場合や大量の瞬間給湯が必要な場合など，水の加熱能力を向上させるべく前記ＣＯ2サイクル１及び前記Ｒ４１０Ａサイクル２が同時に稼働される場合には実行される必要はない。
ここでは，前記ＣＯ2冷媒と水との間の熱交換効率が低下する水の温度が４０℃（第二の所定温度の一例）以上であると仮定して説明を続けるが，この温度は用いる冷媒の特性などに応じて予め設定すればよい。
【００２４】
前記制御部によって前記ＣＯ2サイクル１が稼働されて前記貯湯運転が開始されると，まず，ステップＳ１では，前記水温センサ８１によって検出された水温（以下「検出水温」という）が３５℃（第四の所定温度の一例）以上であるか否かが前記制御部によって判断される。当該ステップＳ１の処理では，前記検出水温が４０℃に達するおそれがあるか否か，即ち前記水熱交換器３２における前記ＣＯ2冷媒と水との熱交換効率，即ち当該ヒートポンプ式給湯機Ｘにおけるエネルギ消費効率が低下するおそれがあるか否かが判断される。
ここで，前記検出水温が３５℃未満であると判断された場合（Ｓ１のＮｏ側），即ち前記水熱交換器３２における前記ＣＯ2冷媒と水との熱交換効率が低下するおそれがない場合には，処理は後述するステップＳ１１を経由して前記ステップＳ１に移行し，前記ＣＯ2サイクル１を用いた貯湯運転が継続される。
【００２５】
一方，例えば前記床暖房サイクル６の稼働により該床暖房サイクル６から前記貯留タンク３１の下層に還流された中温水が前記水熱交換器３２に流入される場合など，前記ステップＳ１において前記検出温度が３５℃以上であると判断された場合（Ｓ１のＹｅｓ側）には，処理はステップＳ２に移行する。
前記ステップＳ２では，前記ＣＯ2サイクル１を用いた貯湯運転が継続された状態で，前記Ｒ４１０Ａサイクル２の稼働が前記制御部によって開始される。これにより，前記ヒートポンプ式給湯機Ｘは，前記ＣＯ2サイクル１及び前記Ｒ４１０Ａサイクル２が共に稼働された状態になる。そして，前記Ｒ４１０Ａサイクル２が正常に稼働されると処理はステップＳ３に移行する。具体的には，前記Ｒ４１０Ａサイクル２の稼働によって前記水熱交換器３２に循環される前記Ｒ４１０Ａ冷媒が水を十分に加熱することができる状態になったことを条件にステップＳ３に移行する。
【００２６】
続くステップ３では，前記検出温度が４０℃以上であるか否かが前記制御部によって判断される。当該ステップＳ３の処理では，前記検出水温が４０℃以上であり前記水熱交換器３２における前記ＣＯ2冷媒と水との熱交換効率，即ち当該ヒートポンプ式給湯機Ｘにおけるエネルギ消費効率が低下している状態であるか否かが判断される。
ここで，前記検出水温が４０℃未満であると判断された場合（Ｓ３のＮｏ側），即ち前記水熱交換器３２における前記ＣＯ2冷媒と水との熱交換効率が低下していない場合には，処理はステップＳ１に戻る。なお，前記ステップＳ１に戻った後，前記検出水温が３５℃未満であると判断された場合（Ｓ１のＮｏ側）には，ステップＳ１１において前記Ｒ４１０Ａサイクル２の稼働が前記制御部によって停止される。
【００２７】
一方，前記ステップＳ３において検出水温が４０℃以上であると判断された場合には，処理はステップＳ４に移行する。
前記ステップＳ４では，前記制御部によって前記ＣＯ2サイクル１の稼働が停止される。換言すれば，前記ＣＯ2サイクル１から前記Ｒ４１０Ａサイクル２に切り替えられる。これにより，前記給湯運転では，前記水熱交換器３２において，前記Ｒ４１０Ａサイクル２に循環される前記Ｒ４１０Ａ冷媒によって水が加熱される。ここで，当該サイクル切替処理では，前記Ｒ４１０Ａサイクル２の稼働が前記ステップＳ２で事前に開始されているため，前記ＣＯ2サイクル１の稼働が停止された後，瞬時に前記Ｒ４１０Ａサイクル２による貯湯運転に移行することができる。
このように，前記ヒートポンプ式給湯機Ｘでは，前記水熱交換器３２に流入する水の温度（検出水温）が４０℃以上である場合には，前記Ｒ４１０Ａサイクルが選択されて稼働され，前記水熱交換器３２では前記Ｒ４１０Ａ冷媒と４０℃以上の中温水との間で熱交換が行われる。したがって，前記ＣＯ2冷媒と４０℃以上の中温水との間で熱交換を行う場合に比べて熱交換効率が良く，当該ヒートポンプ式給湯機Ｘのエネルギ消費効率の低下が防止される。
【００２８】
そして，前記ステップＳ４において前記ＣＯ2サイクル１から前記Ｒ４１０Ａサイクル２に切り替えられると，処理はステップＳ５に移行する。
前記ステップＳ５では，前記検出水温が３５℃以下であるか否かが前記制御部によって判断される。当該ステップＳ５では，前記水熱交換器３２における前記ＣＯ2冷媒と水との熱交換効率，即ち当該ヒートポンプ式給湯機Ｘにおけるエネルギ消費効率が低下しない状態であるか否かが判断される。
ここで，前記検出水温が３５℃以下でないと判断された場合（Ｓ５のＮｏ側），即ち前記ＣＯ2冷媒と水との熱交換効率が悪い状態が解消されていない場合には，処理は後述するステップＳ５１を経由して前記ステップＳ５に移行し，前記Ｒ４１０Ａサイクル２を用いた貯湯運転が継続される。
【００２９】
一方，前記ステップＳ５において前記検出温度が３５℃（第三の所定温度の一例）以下であると判断された場合（Ｓ５のＹｅｓ側）には，処理はステップＳ６に移行する。
前記ステップＳ６では，前記Ｒ４１０Ａサイクル２を用いた貯湯運転が継続された状態で，前記ＣＯ2サイクル１の稼働が前記制御部によって開始される。これにより，前記ヒートポンプ式給湯機Ｘは，前記ＣＯ2サイクル１及び前記Ｒ４１０Ａサイクル２が共に稼働された状態になる。
そして，前記ＣＯ2サイクル１が正常に稼働されると処理はステップＳ７に移行する。具体的には，前記ＣＯ2サイクル１の稼働によって前記水熱交換器３２に循環される前記ＣＯ2冷媒が水を十分に加熱することができる状態になったことを条件にステップＳ７に移行する。
【００３０】
続くステップＳ７では，前記検出温度が３０℃（第一の所定温度の一例）未満であるか否かが前記制御部によって判断される。当該ステップＳ７の処理では，前記検出水温が３０℃未満であり前記水熱交換器３２に流入される水の温度が十分に低いものであるか否かが判断される。
ここで，前記検出水温が３０℃未満でないと判断された場合（Ｓ７のＮｏ側）には，前記水熱交換器３２に流入される水の温度が十分に低いものではなく，前記検出水温が再度４０℃に達する可能性が高いため，処理はステップＳ５に戻る。なお，前記ステップＳ５に戻った後，前記検出水温が３５℃以下でないと判断された場合（Ｓ５のＮｏ側）には，ステップＳ５１において前記ＣＯ2サイクル１の稼働が前記制御部によって停止される。
【００３１】
一方，前記ステップＳ７において検出水温が３０℃未満であると判断された場合には，処理はステップＳ８に移行する。
前記ステップＳ８では，前記制御部によって前記Ｒ４１０Ａサイクル２の稼働が停止される。換言すれば，前記Ｒ４１０Ａサイクル２から前記ＣＯ2サイクル１に切り替えられる。これにより，前記給湯運転では，前記水熱交換器３２において，前記ＣＯ2サイクル１に循環される前記ＣＯ2冷媒によって水が加熱される。ここで，当該サイクル切替処理では，前記ＣＯ2サイクル１の稼働が前記ステップＳ６で事前に開始されているため，前記Ｒ４１０Ａサイクル２の稼働が停止された後，瞬時に前記ＣＯ2サイクル１による貯湯運転に移行することができる。
このように，前記ヒートポンプ式給湯機Ｘでは，前記水熱交換器３２に流入する水の温度（検出水温）が３０℃未満である場合には，前記ＣＯ2サイクル１が選択されて稼働され，前記水熱交換器３２では前記ＣＯ2冷媒と水との間で熱交換が行われる。このとき，前記貯留タンク３１の下層から前記水熱交換器３２に流入された水は３０℃未満であるため，前記熱交換器３２における前記ＣＯ2冷媒と水との間で高い熱交換効率が得られる。
【００３２】
また，本実施の形態では，前記検出温度が３０℃未満であることを条件に前記ＣＯ2サイクル１が選択され，前記検出温度が４０℃以上であることを条件に前記Ｒ４１０Ａサイクル２が選択されて稼働される例について説明したが，例えば前記検出温度４０℃（第一の所定温度，第二の所定温度に相当）を境界温度として前記ＣＯ2サイクル１と前記Ｒ４１０Ａサイクル２とが切り替えられるように制御することも他の実施例として考えられる。具体的には，前記検出温度が４０℃未満である場合に前記ＣＯ2サイクル１が選択され，前記検出温度が４０℃以上である場合に前記Ｒ４１０Ａサイクル２が選択されて稼働されるように制御することが考えられる。
【実施例１】
【００３３】
ここに，図３は，本発明の実施例１に係るヒートポンプ式給湯機Ｘ１の概略構成図である。なお，前記実施の形態で説明した前記ヒートポンプ式給湯機Ｘと同様の構成要素については，同じ符号を付してその説明を省略する。
図３に示すように，前記ヒートポンプ式給湯機Ｘ１は，前記貯留タンク３１内において上層から下層に亘って所定間隔毎に設けられた水温センサ８２ａ〜８２ｄを備えている点で前記ヒートポンプ式給湯機Ｘと構成を異にする。前記水温センサ８２ａ〜８２ｄは，前記貯留タンク３１内の水の温度を各々の配設位置において検出するサーミスタ等を有するタンク水温検出手段の一例である。例えば，前記水温センサ８２ｄは，前記貯留タンク３１の最下層であって，前記流水経路３０ａへの水の流出口近傍に配置されている。なお，前記水温センサ８２ａ〜８２ｄ各々により検出された水温は前記制御部に入力される。
前記サイクル切替処理（図２のフローチャート参照）では，前記水温センサ８１による検出水温に基づいて前記ＣＯ2サイクル１や前記Ｒ４１０Ａサイクル２が選択されていたが，前記のように構成された本実施例１に係る前記ヒートポンプ式給湯機Ｘ１では，前記ヒートポンプ式給湯機Ｘにおいて前記制御部によって実行される前記サイクル切替処理において，前記水温センサ８２ａ〜８２ｄのいずれか一又は複数による検出水温を判断指標として用いることができる。このとき，前記サイクル切替処理において判断指標として用いられる前記水温センサ８２ａ〜８２ｄのいずれか一又は複数が，本発明に係る水温検出手段に相当する。
【００３４】
例えば，前記水温センサ８２ｄの検出水温を判断指標として用いる場合には，前記水温センサ８２ｄの検出水温が３５℃以上である場合（図２のＳ１のＹｅｓ側に相当）に前記ＣＯ2サイクル１及び前記Ｒ４１０Ａサイクルが共に稼働され，４０℃以上である場合（図２のＳ３のＹｅｓ側に相当）に前記ＣＯ2サイクル１が停止される。その後，前記貯留タンク３１の最下層に配置された前記水温センサ８２ｄの検出水温が３５℃以下である場合（図２のＳ５のＹｅｓ側に相当）に前記ＣＯ2サイクル１及び前記Ｒ４１０Ａサイクルが共に稼働され，３０℃未満である場合（図２のＳ７のＹｅｓ側に相当）に前記Ｒ４１０Ａ２が停止される。
もちろん，前記水温センサ８２ａ〜８２ｄのいずれか一又は複数による検出水温と前記水温センサ８１による検出水温との両方に基づいて，前記ＣＯ2サイクル１や前記Ｒ４１０Ａサイクル２が選択されてもかまわない。この場合，例えば，前記水温センサ８１による検出温度と前記水温センサ８２ｄによる検出温度が共に４０℃以上である場合に，前記前記ＣＯ2サイクル１から前記Ｒ４１０Ａサイクル２に切り替えるように制御される。これにより，前記水温センサ８１又は前記水温センサ８２ａ〜８２ｄによる一時的な検出誤差などによるサイクルの不要な切替動作を防止することができる。
また，前記水温センサ８２ａ〜８２ｄのうちの少なくとも二つ以上による検出温度の平均値を用いてもかまわない。
さらに，前記水温センサ８２ａ〜８２ｄの一又は複数による検出温度に基づいて前記サイクル切替処理の実行の有無を制御することも考えられる。
【実施例２】
【００３５】
ここに，図４は，本発明の実施例２に係るヒートポンプ式給湯機Ｘ２の概略構成図である。なお，前記実施の形態で説明した前記ヒートポンプ式給湯機Ｘ（Ｘ１）と同様の構成要素については，同じ符号を付してその説明を省略する。
図４に示すように，前記ヒートポンプ式給湯機Ｘ２は，前記ヒートポンプ式給湯機Ｘ（Ｘ１）に設けられた前記床暖房サイクル６に換えて，風呂の追焚きを行うための風呂追焚用サイクル７が設けられている。
前記風呂追焚用サイクル７は，前記貯留タンク３１の上層，循環ポンプ７１，温水熱交換器７２，前記貯留タンク３１の下層が順に接続された温水経路７ａと，循環ポンプ７３，風呂７４，前記温水熱交換器７２が順に接続された風呂水経路７ｂとを有している。
前記風呂追焚用サイクル７では，前記制御部によって前記循環ポンプ７１及び前記循環ポンプ７３の駆動が開始されると，前記温水経路７ａに温水が循環され，前記風呂水経路７ｂに前記風呂７４内の風呂水が循環される。これにより，前記温水熱交換器７２において温水と風呂水との間で熱交換が行われ，該風呂水が加熱される。そして，前記温水熱交換器７２で加熱された風呂水は，前記風呂７４に還流される。一方，前記温水熱交換器７２で前記風呂水との熱交換により温度が下げられた温水は，前記貯留タンク３１の下層に還流される。即ち，前記風呂追焚用サイクル７の稼働時，前記貯留タンク３１の下層から前記流水経路３０ａに供給される水には，前記温水熱交換器７２において温度が下げられた温水が含まれる場合がある。
したがって，このような構成においても，前記実施の形態で説明したサイクル切替処理（図２のフローチャート参照）と同様の処理を実行することにより，当該ヒートポンプ式給湯機Ｘ２のエネルギ消費効率の低下を防止して効率の良い運転を行うことが望ましい。
【実施例３】
【００３６】
ここに，図５は，本発明の実施例３に係るヒートポンプ式給湯機Ｘ３の概略構成図である。なお，前記実施の形態で説明した前記ヒートポンプ式給湯機Ｘ（Ｘ１）と同様の構成要素については，同じ符号を付してその説明を省略する。
図５に示すように前記ヒートポンプ式給湯機Ｘ３では，前記ヒートポンプ式給湯機Ｘ（Ｘ１）の床暖房サイクル６に設けられた前記温水経路６ａに換えて，前記貯留タンク３１内の温水を利用しない新たな温水経路９ｂが設けられている。
前記温水経路９ａは，前記循環ポンプ６１，前記温水熱交換器６２，サポートタンク９１，前記水熱交換器３２が順に接続されて形成された水の循環経路である。なお，前記サポートタンク９１は，前記床暖房サイクル６の非稼働時に加熱された温水を予め貯留するものである。
前記温水経路９ａでは，前記制御部によって前記循環ポンプ６１が駆動されると，前記水熱交換器３２において前記Ｒ４１０Ａサイクル２に循環するＲ４１０Ａ冷媒との熱交換により加熱された温水が前記温水熱交換器６２に流入する。これにより，前記温水熱交換器６２においてブラインと温水との熱交換により該ブラインが加熱され，前記床暖房装置６４における床暖房が実現される。
【実施例４】
【００３７】
ここに，図６は，本発明の実施例４に係るヒートポンプ式給湯機Ｘ４の概略構成図である。なお，前記実施の形態で説明した前記ヒートポンプ式給湯機Ｘ２と同様の構成要素については，同じ符号を付してその説明を省略する。
図６に示すように前記ヒートポンプ式給湯機Ｘ４では，前記ヒートポンプ式給湯機Ｘ２の風呂追焚用サイクル７に設けられた前記温水経路７ａに換えて，前記実施例３で説明した前記温水経路９ａと同様に温水経路９ｂが設けられている。
前記温水経路９ｂは，前記循環ポンプ７１，前記温水熱交換器７２，サポートタンク９１，前記水熱交換器３２が順に接続されて形成された水の循環経路である。なお，前記サポートタンク９１は，前記床暖房サイクル６の非稼働時に加熱された温水を予め貯留するものである。
前記温水経路９ｂでは，前記制御部によって前記循環ポンプ９１が駆動されると，前記水熱交換器３２において前記Ｒ４１０Ａサイクル２に循環するＲ４１０Ａ冷媒との熱交換により加熱された温水が前記温水熱交換器７２に流入する。これにより，前記温水熱交換器７２において風呂水と温水との熱交換により加熱された風呂水が前記風呂７４に還流される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態に係るヒートポンプ式給湯機の概略構成図。
【図２】本発明の実施の形態に係るヒートポンプ式給湯機において実行されるサイクル切替処理の手順の一例を説明するフローチャート。
【図３】本発明の実施例１に係るヒートポンプ式給湯機の概略構成図。
【図４】本発明の実施例２に係るヒートポンプ式給湯機の概略構成図。
【図５】本発明の実施例３に係るヒートポンプ式給湯機の概略構成図。
【図６】本発明の実施例４に係るヒートポンプ式給湯機の概略構成図。
【符号の説明】
【００３９】
１…ヒートポンプサイクル（第一のヒートポンプサイクルの一例）
２…ヒートポンプサイクル（第二のヒートポンプサイクルの一例）
４…室内空気熱交換器
６…床暖房サイクル（加熱サイクルの一例）
７…風呂追焚用サイクル（加熱サイクルの一例）
１１，２１…圧縮機
１２，２２，２２ａ，２２ｂ…膨張器
１３，２３…室外空気熱交換器
１４，２５，３３…配管
２０…循環経路
４０…循環経路
２４…四方弁
３０ａ〜３０ｄ…流水経路
３１…貯留タンク
４１〜４５，５１〜５６…切換弁
Ｓ１，Ｓ２，，，…処理手順（ステップ）番号
【図１】
0004455518.tif 000002
【図２】
0004455518.tif 000003
【図３】
0004455518.tif 000004
【図４】
0004455518.tif 000005
【図５】
0004455518.tif 000006
【図６】
0004455518.tif 000007