(57)【要約】【課題】ＣＯＰを充分に向上可能なヒートポンプ式暖房装置を提供する。【解決手段】暖房ユニット(10)とヒートポンプユニット(20)とを備えたヒートポンプ式暖房装置において、熱媒を介し暖房ユニットの余熱のうち暖房に使用できるほど高い温度ではないものの外気温度よりも高い温度の熱の蓄熱を行う蓄熱手段(40)を備え、制御手段(27,50)が、少なくとも、蓄熱手段の蓄熱状況に応じて、ヒートポンプユニットの蒸発器(28,32)の吸熱源を蓄熱手段の蓄熱した蓄熱体と他の熱源とに切り換える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
暖房端末に熱媒を循環させる暖房ユニットと、冷媒が圧縮機、熱交換器、膨張弁及び蒸発器を順に循環して該熱交換器にて前記暖房ユニットの熱媒と熱交換を行うヒートポンプユニットとを備えたヒートポンプ式暖房装置において、
熱媒を介し、前記暖房ユニットの余熱のうち暖房に使用できるほど高い温度ではないものの外気温度よりも高い温度の熱の蓄熱を行う蓄熱手段を備えたことを特徴とするヒートポンプ式暖房装置。
【請求項２】
前記蓄熱手段は、熱媒が前記暖房端末、該蓄熱手段及び前記熱交換器を順に循環するよう前記暖房ユニットに組み込まれて構成され、前記暖房端末を経た熱媒を直接介して蓄熱体に蓄熱を行うことを特徴とする、請求項１記載のヒートポンプ式暖房装置。
【請求項３】
前記蓄熱手段は、熱媒を蓄熱体として蓄熱を行うことを特徴とする、請求項２記載のヒートポンプ式暖房装置。
【請求項４】
前記ヒートポンプユニットの前記熱交換器は前記暖房ユニットの熱媒と熱交換を行う第１の熱交換器及び該第１の熱交換器と前記膨張弁との間に直列に設けられた第２の熱交換器を備え、
前記蓄熱手段は、該蓄熱手段及び前記第２の熱交換器を循環して該第２の熱交換器にて前記ヒートポンプユニットの冷媒と熱交換を行った第２の熱媒を介して蓄熱体に蓄熱を行うことを特徴とする、請求項１記載のヒートポンプ式暖房装置。
【請求項５】
前記蓄熱手段は、第２の熱媒を蓄熱体として蓄熱を行うことを特徴とする、請求項４記載のヒートポンプ式暖房装置。
【請求項６】
前記ヒートポンプユニットの前記熱交換器は前記暖房ユニットの熱媒と熱交換を行う第１の熱交換器及び該第１の熱交換器と前記膨張弁との間に直列に設けられて蓄熱体と熱交換を行う第３の熱交換器を備え、
前記蓄熱手段は、前記第３の熱交換器にて前記ヒートポンプユニットの冷媒を介して蓄熱体に蓄熱を行うことを特徴とする、請求項１記載のヒートポンプ式暖房装置。
【請求項７】
少なくとも、前記蓄熱手段の蓄熱状況に応じて、前記ヒートポンプユニットの前記蒸発器の吸熱源を前記蓄熱手段の蓄熱した蓄熱体と他の熱源とに切り換える制御手段を備えたことを特徴とする、請求項１記載のヒートポンプ式暖房装置。
【請求項８】
前記蓄熱手段は、熱媒が前記暖房端末、該蓄熱手段及び前記熱交換器を順に循環するよう前記暖房ユニットに組み込まれて構成され、前記暖房端末を経た熱媒を直接介して蓄熱体に蓄熱を行うことを特徴とする、請求項７記載のヒートポンプ式暖房装置。
【請求項９】
前記蓄熱手段は、熱媒を蓄熱体として蓄熱を行うことを特徴とする、請求項８記載のヒートポンプ式暖房装置。
【請求項１０】
前記ヒートポンプユニットの前記熱交換器は前記暖房ユニットの熱媒と熱交換を行う第１の熱交換器及び該第１の熱交換器と前記膨張弁との間に直列に設けられた第２の熱交換器を備え、
前記蓄熱手段は、該蓄熱手段及び前記第２の熱交換器を循環して該第２の熱交換器にて前記ヒートポンプユニットの冷媒と熱交換を行った第２の熱媒を介して蓄熱体に蓄熱を行うことを特徴とする、請求項７記載のヒートポンプ式暖房装置。
【請求項１１】
前記蓄熱手段は、第２の熱媒を蓄熱体として蓄熱を行うことを特徴とする、請求項１０記載のヒートポンプ式暖房装置。
【請求項１２】
前記ヒートポンプユニットの前記熱交換器は前記暖房ユニットの熱媒と熱交換を行う第１の熱交換器及び該第１の熱交換器と前記膨張弁との間に直列に設けられて蓄熱体と熱交換を行う第３の熱交換器を備え、
前記蓄熱手段は、前記第３の熱交換器にて前記ヒートポンプユニットの冷媒を介して蓄熱体に蓄熱を行うことを特徴とする、請求項７記載のヒートポンプ式暖房装置。
【請求項１３】
前記蒸発器は、前記蓄熱手段の蓄熱した蓄熱体を吸熱源とする第１の蒸発器と他の熱源を吸熱源とする第２の蒸発器とを配設してなり、
前記制御手段は、前記蓄熱手段の蓄熱状況に応じて、前記ヒートポンプユニットの前記膨張弁を経た冷媒の流通を前記第１の蒸発器と前記第２の蒸発器とのいずれか一方に切り換えることで前記蒸発器の吸熱源を切り換えることを特徴とする、請求項７乃至１２のいずれか記載のヒートポンプ式暖房装置。
【請求項１４】
前記蒸発器は一つの共用蒸発器からなり、
前記制御手段は、前記蓄熱手段の蓄熱状況に応じて、前記共用蒸発器の吸熱源を前記蓄熱手段の蓄熱した蓄熱体と他の熱源とに切り換えることを特徴とする、請求項７乃至１２のいずれか記載のヒートポンプ式暖房装置。
【請求項１５】
前記制御手段は、前記膨張弁の開度を調節可能であり、
前記制御手段は、前記ヒートポンプユニットの前記蒸発器の吸熱源を前記蓄熱手段の蓄熱した蓄熱体に切り換えた後、前記制御手段により前記膨張弁の開度が調節されて変化する前記蒸発器の蒸発温度が前記蒸発器の吸熱源を他の熱源としたときの前記蒸発器の蒸発温度以下になる前に前記蒸発器の吸熱源を他の熱源に切り換えることを特徴とする、請求項７乃至１４のいずれか記載のヒートポンプ式暖房装置。
【請求項１６】
前記制御手段は、前記膨張弁の開度を調節可能であり、
前記制御手段は、前記蒸発器の吸熱源が前記蓄熱手段の蓄熱した蓄熱体であるとき、前記蒸発器の蒸発温度が吸熱源を他の熱源としたときの蒸発温度よりも高い所定温度以下になる前に前記蒸発器の吸熱源を他の熱源に切り換えることを特徴とする、請求項７乃至１４のいずれか記載のヒートポンプ式暖房装置。
【請求項１７】
前記蒸発器を経た冷媒と前記蓄熱手段に蓄熱される直前の熱媒と熱交換を行い加熱を行う冷媒過熱手段を備えることを特徴とする、請求項７乃至１６のいずれか記載のヒートポンプ式暖房装置。
【請求項１８】
前記蒸発器を経た冷媒と前記圧縮機から前記膨張弁間の一部の冷媒と熱交換を行い加熱を行う冷媒過熱手段を備えることを特徴とする、請求項７乃至１６のいずれか記載のヒートポンプ式暖房装置。
【請求項１９】
前記制御手段は、前記蒸発器を経た冷媒の前記冷媒過熱手段での熱交換の度合いを調節可能であることを特徴とする、請求項１７または１８記載のヒートポンプ式暖房装置。
【請求項２０】
前記ヒートポンプユニットは、前記圧縮機として低段側圧縮機と高段側圧縮機とを直列に有して二段圧縮可能に構成されてなり、
前記制御手段は、前記蒸発器の吸熱源が前記蓄熱手段の蓄熱した蓄熱体であるとき、前記蒸発器の蒸発温度が所定温度以上であると、前記蒸発器を経た冷媒を前記高段側圧縮機に返戻するとともに、前記低段側圧縮機を停止させることを特徴とする、請求項７乃至１９のいずれか記載のヒートポンプ式暖房装置。
【請求項２１】
前記ヒートポンプユニットは、低元側ヒートポンプユニットと高元側ヒートポンプユニットからなり、前記圧縮機として低元側圧縮機と高元側圧縮機とを有し、カスケード熱交換器を介装して二元圧縮可能に構成されてなり、
前記高元側ヒートポンプユニットの蒸発器の他の熱源は該蒸発器としての前記カスケード熱交換器を流れる前記低元側ヒートポンプユニットの高温の冷媒であって、
前記制御手段は、前記蒸発器の吸熱源が前記蓄熱手段の蓄熱した蓄熱体であるとき、前記蒸発器の蒸発温度が所定温度以上であると、前記低元側ヒートポンプユニットの前記低元側圧縮機を停止させることを特徴とする、請求項７乃至１９のいずれか記載のヒートポンプ式暖房装置。
【請求項２２】
前記蓄熱手段は、前記暖房ユニットの余熱以外に蓄熱体に蓄熱を行う複数の熱源を含むことを特徴とする、請求項１乃至２１のいずれか記載のヒートポンプ式暖房装置。
【請求項２３】
前記ヒートポンプユニットを循環する冷媒は二酸化炭素であることを特徴とする、請求項１乃至２２のいずれか記載のヒートポンプ式暖房装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ式暖房装置に係り、詳しくは、ヒートポンプにより暖房を行う際のＣＯＰ向上を図る技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ヒートポンプを用いた暖房装置が実用化されつつあり、ＣＯ２冷媒を超臨界で使用するようなヒートポンプを備えた暖房装置も種々開発されている。
このようなＣＯ２冷媒を超臨界で使用するようなヒートポンプ式暖房装置では、一般に、暖房端末からの戻り水の水温が高い場合、冷水を高温にする場合に比べ、ＣＯＰ（成績係数）が悪いという問題がある。
そこで、暖房端末からの戻り水は暖房に使用できるほど高温ではないものの外気温よりも高温であることから、当該暖房端末からの戻り水の熱を利用することでＣＯＰの向上を図ることが考えられている（特許文献１、特許文献２）。
【０００３】
特許文献１では、ヒートポンプサイクルとしての冷媒回路と温水循環回路とを備え、温水循環回路に暖房端末として主放熱器と補助放熱器とを順に配列するようにしており、これにより温水循環回路を流れる温水の熱を二段階で放出することが可能である。
特許文献２では、ヒートポンプ回路と暖房回路を備えるとともに暖房回路の暖房端末の下流側に蓄熱部を備え、蓄熱部の蓄熱材に脱水反応を生じさせることで蓄熱しながら暖房を行う蓄熱運転と、脱水反応により生じた水に熱を加えて蒸発させ、この蒸発水及び蓄熱材の反応により蓄熱材から放熱しながら暖房を行う放熱運転とを切り換えるようにしており、これにより放熱運転時には暖房端末から出た熱媒の熱を暖房に利用可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−０４０６２７号公報
【特許文献２】特開２００８−２６７７９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記各特許文献によれば、暖房端末を出た熱媒の熱を直接的に或いは一旦蓄熱材に蓄熱した後に暖房に利用可能である。
しかしながら、上記特許文献１によれば、主放熱器を出た温水の熱を補助放熱器で室内中に放熱しているだけであるため、室温以下までは熱を利用することができないという問題があり、ＣＯＰの向上には不充分である。
【０００６】
また、上記特許文献２によれば、蓄熱材に脱水反応を生じさせることで蓄熱を行うとともに、脱水反応により生じた水に熱を加えて蒸発させ、この蒸発水と蓄熱材との反応により蓄熱材から放熱を行うようにしているが、蓄熱材に脱水反応を充分に生じさせるためには比較的高温の熱を必要とするという問題があり、やはりＣＯＰの向上には不充分である。
本発明は、このような課題に鑑みなされたもので、ＣＯＰを充分に向上可能なヒートポンプ式暖房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】
【０００７】
上記の目的を達成するべく、請求項１のヒートポンプ式暖房装置は、暖房端末に熱媒を循環させる暖房ユニットと、冷媒が圧縮機、熱交換器、膨張弁及び蒸発器を順に循環して該熱交換器にて前記暖房ユニットの熱媒と熱交換を行うヒートポンプユニットとを備えたヒートポンプ式暖房装置において、熱媒を介し、前記暖房ユニットの余熱のうち暖房に使用できるほど高い温度ではないものの外気温度よりも高い温度の熱の蓄熱を行う蓄熱手段を備えたことを特徴とする。
請求項２のヒートポンプ式暖房装置は、請求項１において、前記蓄熱手段は、熱媒が前記暖房端末、該蓄熱手段及び前記熱交換器を順に循環するよう前記暖房ユニットに組み込まれて構成され、前記暖房端末を経た熱媒を直接介して蓄熱体に蓄熱を行うことを特徴とする。
請求項３のヒートポンプ式暖房装置は、請求項２において、前記蓄熱手段は、熱媒を蓄熱体として蓄熱を行うことを特徴とする。
請求項４のヒートポンプ式暖房装置は、請求項１において、前記ヒートポンプユニットの前記熱交換器は前記暖房ユニットの熱媒と熱交換を行う第１の熱交換器及び該第１の熱交換器と前記膨張弁との間に直列に設けられた第２の熱交換器を備え、前記蓄熱手段は、該蓄熱手段及び前記第２の熱交換器を循環して該第２の熱交換器にて前記ヒートポンプユニットの冷媒と熱交換を行った第２の熱媒を介して蓄熱体に蓄熱を行うことを特徴とする。
請求項５のヒートポンプ式暖房装置は、請求項４において、前記蓄熱手段は、第２の熱媒を蓄熱体として蓄熱を行うことを特徴とする。
請求項６のヒートポンプ式暖房装置は、請求項１において、前記ヒートポンプユニットの前記熱交換器は前記暖房ユニットの熱媒と熱交換を行う第１の熱交換器及び該第１の熱交換器と前記膨張弁との間に直列に設けられて蓄熱体と熱交換を行う第３の熱交換器を備え、前記蓄熱手段は、前記第３の熱交換器にて前記ヒートポンプユニットの冷媒を介して蓄熱体に蓄熱を行うことを特徴とする。
請求項７のヒートポンプ式暖房装置では、請求項１において、少なくとも、前記蓄熱手段の蓄熱状況に応じて、前記ヒートポンプユニットの前記蒸発器の吸熱源を前記蓄熱手段の蓄熱した蓄熱体と他の熱源とに切り換える制御手段を備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項８のヒートポンプ式暖房装置では、請求項７において、前記蓄熱手段は、熱媒が前記暖房端末、該蓄熱手段及び前記熱交換器を順に循環するよう前記暖房ユニットに組み込まれて構成され、前記暖房端末を経た熱媒を直接介して蓄熱体に蓄熱を行うことを特徴とする。
請求項９のヒートポンプ式暖房装置では、請求項８において、前記蓄熱手段は、熱媒を蓄熱体として蓄熱を行うことを特徴とする。
【０００９】
請求項１０のヒートポンプ式暖房装置では、請求項７において、前記ヒートポンプユニットの前記熱交換器は前記暖房ユニットの熱媒と熱交換を行う第１の熱交換器及び該第１の熱交換器と前記膨張弁との間に直列に設けられた第２の熱交換器を備え、前記蓄熱手段は、該蓄熱手段及び前記第２の熱交換器を循環して該第２の熱交換器にて前記ヒートポンプユニットの冷媒と熱交換を行った第２の熱媒を介して蓄熱体に蓄熱を行うことを特徴とする。
請求項１１のヒートポンプ式暖房装置では、請求項１０において、前記蓄熱手段は、第２の熱媒を蓄熱体として蓄熱を行うことを特徴とする。
【００１０】
請求項１２のヒートポンプ式暖房装置では、請求項７において、前記ヒートポンプユニットの前記熱交換器は前記暖房ユニットの熱媒と熱交換を行う第１の熱交換器及び該第１の熱交換器と前記膨張弁との間に直列に設けられて蓄熱体と熱交換を行う第３の熱交換器を備え、前記蓄熱手段は、前記第３の熱交換器にて前記ヒートポンプユニットの冷媒を介して蓄熱体に蓄熱を行うことを特徴とする。
請求項１３のヒートポンプ式暖房装置では、請求項７乃至１２のいずれかにおいて、前記蒸発器は、前記蓄熱手段の蓄熱した蓄熱体を吸熱源とする第１の蒸発器と他の熱源を吸熱源とする第２の蒸発器とを配設してなり、前記制御手段は、前記蓄熱手段の蓄熱状況に応じて、前記ヒートポンプユニットの前記膨張弁を経た冷媒の流通を前記第１の蒸発器と前記第２の蒸発器とのいずれか一方に切り換えることで前記蒸発器の吸熱源を切り換えることを特徴とする。
【００１１】
請求項１４のヒートポンプ式暖房装置では、請求項７乃至１２のいずれかにおいて、前記蒸発器は一つの共用蒸発器からなり、前記制御手段は、前記蓄熱手段の蓄熱状況に応じて、前記共用蒸発器の吸熱源を前記蓄熱手段の蓄熱した蓄熱体と他の熱源とに切り換えることを特徴とする。
請求項１５のヒートポンプ式暖房装置では、請求項７乃至１４のいずれかにおいて、前記制御手段は、前記膨張弁の開度を調節可能であり、前記制御手段は、前記ヒートポンプユニットの前記蒸発器の吸熱源を前記蓄熱手段の蓄熱した蓄熱体に切り換えた後、前記制御手段により前記膨張弁の開度が調節されて変化する前記蒸発器の蒸発温度が前記蒸発器の吸熱源を他の熱源としたときの前記蒸発器の蒸発温度以下になる前に前記蒸発器の吸熱源を他の熱源に切り換えることを特徴とする。
【００１２】
請求項１６のヒートポンプ式暖房装置では、請求項７乃至１４のいずれかにおいて、前記制御手段は、前記膨張弁の開度を調節可能であり、前記制御手段は、前記蒸発器の吸熱源が前記蓄熱手段の蓄熱した蓄熱体であるとき、前記蒸発器の蒸発温度が吸熱源を他の熱源としたときの蒸発温度よりも高い所定温度以下になる前に前記蒸発器の吸熱源を他の熱源に切り換えることを特徴とする。
請求項１７のヒートポンプ式暖房装置では、請求項７乃至１６のいずれかにおいて、前記蒸発器を経た冷媒と前記蓄熱手段に蓄熱される直前の熱媒と熱交換を行い加熱を行う冷媒過熱手段を備えることを特徴とする。
【００１３】
請求項１８のヒートポンプ式暖房装置では、請求項７乃至１６のいずれかにおいて、前記蒸発器を経た冷媒と前記圧縮機から前記膨張弁間の一部の冷媒と熱交換を行い加熱を行う冷媒過熱手段を備えることを特徴とする。
請求項１９のヒートポンプ式暖房装置では、請求項１７または１８において、前記制御手段は、前記蒸発器を経た冷媒の前記冷媒過熱手段での熱交換の度合いを調節可能であることを特徴とする。
【００１４】
請求項２０のヒートポンプ式暖房装置では、請求項７乃至１９のいずれかにおいて、前記ヒートポンプユニットは、前記圧縮機として低段側圧縮機と高段側圧縮機とを直列に有して二段圧縮可能に構成されてなり、前記制御手段は、前記蒸発器の吸熱源が前記蓄熱手段の蓄熱した蓄熱体であるとき、前記蒸発器の蒸発温度が所定温度以上であると、前記蒸発器を経た冷媒を前記高段側圧縮機に返戻するとともに、前記低段側圧縮機を停止させることを特徴とする。
【００１５】
請求項２１のヒートポンプ式暖房装置では、請求項７乃至１９のいずれかにおいて、前記ヒートポンプユニットは、低元側ヒートポンプユニットと高元側ヒートポンプユニットからなり、前記圧縮機として低元側圧縮機と高元側圧縮機とを有し、カスケード熱交換器を介装して二元圧縮可能に構成されてなり、前記高元側ヒートポンプユニットの蒸発器の他の熱源は該蒸発器としての前記カスケード熱交換器を流れる前記低元側ヒートポンプユニットの高温の冷媒であって、前記制御手段は、前記蒸発器の吸熱源が前記蓄熱手段の蓄熱した蓄熱体であるとき、前記蒸発器の蒸発温度が所定温度以上であると、前記低元側ヒートポンプユニットの前記低元側圧縮機を停止させることを特徴とする。
【００１６】
請求項２２のヒートポンプ式暖房装置では、請求項１乃至２１のいずれかにおいて、前記蓄熱手段は、前記暖房ユニットの余熱以外に蓄熱体に蓄熱を行う複数の熱源を含むことを特徴とする。
請求項２３のヒートポンプ式暖房装置では、請求項１乃至２２のいずれかにおいて、前記ヒートポンプユニットを循環する冷媒は二酸化炭素であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１のヒートポンプ式暖房装置によれば、熱媒を介し、暖房ユニットの余熱のうち暖房に使用できるほど高い温度ではないものの外気温度よりも高い温度の熱の蓄熱を行う蓄熱手段を備えるようにしている。
従って、暖房ユニットの余熱のうち暖房に使用できるほど高い温度ではないものの外気温度よりも高い温度の熱は熱量的には必要吸熱量には満たないのであるが、当該外気温度よりも高い温度の熱を一旦蓄熱手段に回収して蓄熱しておくことができる。
【００１８】
請求項２のヒートポンプ式暖房装置によれば、暖房ユニットの暖房端末を経た熱媒を直接介して蓄熱体に蓄熱を行うようにしているので、暖房ユニットの余熱のうち外気温度よりも高い温度の熱を暖房ユニットの熱媒を直接介して蓄熱手段に良好に回収し蓄熱するようにできる。
請求項３のヒートポンプ式暖房装置によれば、蓄熱手段は熱媒を蓄熱体として蓄熱を行うので、別途蓄熱剤等の蓄熱体を設ける必要がなく、熱媒と蓄熱体との熱交換ロスを防止することができる。
【００１９】
請求項４のヒートポンプ式暖房装置によれば、第２の熱交換器にてヒートポンプユニットの冷媒と熱交換を行った第２の熱媒を介して蓄熱手段に蓄熱を行うようにしているので、暖房ユニットの余熱のうち外気温度よりも高い温度の熱をヒートポンプユニットの冷媒と熱交換を行った第２の熱媒を介して蓄熱手段に良好に回収し蓄熱するようにできる。
また、このような構成により、例えば第２の熱媒として暖房ユニットに使用する熱媒と異なる粘度であって蓄熱温度に最適化した熱媒を使用することができるし、ポンプの流量を蓄熱手段で蓄熱を行うのに見合った低流量とすることもできる。
【００２０】
請求項５のヒートポンプ式暖房装置によれば、蓄熱手段は第２の熱媒を蓄熱体として蓄熱を行うので、別途蓄熱剤等の蓄熱体を設ける必要がなく、第２の熱媒と蓄熱体との熱交換ロスを防止することができる。
請求項６のヒートポンプ式暖房装置によれば、第３の熱交換器にてヒートポンプユニットの冷媒を介して蓄熱体に蓄熱を行うので、暖房ユニットの余熱のうち外気温度よりも高い温度の熱をヒートポンプユニットの冷媒を介して蓄熱手段に廉価にして良好に回収し蓄熱するようにできる。
請求項７のヒートポンプ式暖房装置によれば、蓄熱手段の蓄熱状況に応じて、ヒートポンプユニットの蒸発器の吸熱源を蓄熱手段の蓄熱した蓄熱体と他の熱源とに切り換えるようにしている。
従って、暖房ユニットの余熱のうち外気温度よりも高い温度の熱を一旦蓄熱手段に回収して蓄熱しておくことで、効率よく暖房の吸熱源に利用することができる。これにより、暖房効率ひいてはＣＯＰを向上させることができる。
【００２１】
請求項８のヒートポンプ式暖房装置によれば、暖房ユニットの暖房端末を経た熱媒を直接介して蓄熱体に蓄熱を行うようにしているので、暖房ユニットの余熱のうち外気温度よりも高い温度の熱を暖房ユニットの熱媒を直接介して蓄熱手段に良好に回収し蓄熱するようにできる。
請求項９のヒートポンプ式暖房装置によれば、蓄熱手段は熱媒を蓄熱体として蓄熱を行うので、別途蓄熱剤等の蓄熱体を設ける必要がなく、熱媒と蓄熱体との熱交換ロスを防止することができる。
【００２２】
請求項１０のヒートポンプ式暖房装置によれば、第２の熱交換器にてヒートポンプユニットの冷媒と熱交換を行った第２の熱媒を介して蓄熱手段に蓄熱を行うようにしているので、暖房ユニットの余熱のうち外気温度よりも高い温度の熱をヒートポンプユニットの冷媒と熱交換を行った第２の熱媒を介して蓄熱手段に良好に回収し蓄熱するようにできる。
また、このような構成により、例えば第２の熱媒として暖房ユニットに使用する熱媒と異なる粘度であって蓄熱温度に最適化した熱媒を使用することができるし、ポンプの流量を蓄熱手段で蓄熱を行うのに見合った低流量とすることもできる。
【００２３】
請求項１１のヒートポンプ式暖房装置によれば、蓄熱手段は第２の熱媒を蓄熱体として蓄熱を行うので、別途蓄熱剤等の蓄熱体を設ける必要がなく、第２の熱媒と蓄熱体との熱交換ロスを防止することができる。
請求項１２のヒートポンプ式暖房装置によれば、第３の熱交換器にてヒートポンプユニットの冷媒を介して蓄熱体に蓄熱を行うので、暖房ユニットの余熱のうち外気温度よりも高い温度の熱をヒートポンプユニットの冷媒を介して蓄熱手段に廉価にして良好に回収し蓄熱するようにできる。
請求項１３のヒートポンプ式暖房装置によれば、蒸発器として蓄熱手段の蓄熱した蓄熱体を吸熱源とする第１の蒸発器と他の熱源を吸熱源とする第２の蒸発器とを有し、蓄熱手段の蓄熱状況に応じて、ヒートポンプユニットの膨張弁を経た冷媒の流通を第１の蒸発器と第２の蒸発器とのいずれか一方に切り換えるようにしている。
従って、ヒートポンプユニットの冷媒の流れを第１の蒸発器と第２の蒸発器とに切り換える方式によって、容易に暖房効率ひいてはＣＯＰを向上させることができる。
また、このように熱源別に蒸発器を設けることにより、それぞれ熱源に最適化された蒸発器にでき、暖房ユニット１０の余熱をさらに効率よく吸熱源に利用することができる。
【００２４】
請求項１４のヒートポンプ式暖房装置によれば、蒸発器として一つの共用蒸発器を有し、蓄熱手段の蓄熱状況に応じて、共用蒸発器の吸熱源を蓄熱手段の蓄熱した蓄熱体と他の熱源とに切り換えるようにしている。
従って、共用蒸発器の吸熱源を切り換える方式によって、一つの蒸発器で低コストにして容易に暖房効率ひいてはＣＯＰを向上させることができる。
例えば、蓄熱手段が蓄熱体として液媒体（不凍液等）を貯留して蓄熱を行う蓄熱タンクであるような場合において、蓄熱タンクに蓄熱した液媒体を吸熱源とするときには、当該液媒体を共用蒸発器に流通させるように切り換えるようにし、これにより容易に暖房効率ひいてはＣＯＰを向上させることができる。
【００２５】
請求項１５のヒートポンプ式暖房装置によれば、ヒートポンプユニットの蒸発器の吸熱源を蓄熱手段の蓄熱した蓄熱体に切り換えた後には、蒸発器の蒸発温度が蒸発器の吸熱源を他の熱源としたときの蒸発器の蒸発温度以下になる前に蒸発器の吸熱源を他の熱源に切り換えるようにしている。
即ち、ヒートポンプユニットの蒸発器の吸熱源が蓄熱手段の蓄熱した蓄熱体である場合、蒸発器の蒸発温度が蒸発器の吸熱源を他の熱源としたときの蒸発器の蒸発温度以下になるまで吸熱を行うと却って効率が悪いことから、蒸発器の吸熱源を他の熱源としたときの蒸発器の蒸発温度以下になる前に蒸発器の吸熱源を他の熱源に切り換えるようにする。これにより、暖房効率ひいてはＣＯＰを向上させることができる。
【００２６】
請求項１６のヒートポンプ式暖房装置によれば、蒸発器の吸熱源が蓄熱手段の蓄熱した蓄熱体であるときにおいて、蒸発器の蒸発温度が吸熱源を他の熱源としたときの蒸発温度よりも高い所定温度以下になる前に蒸発器の吸熱源を他の熱源に切り換えるようにしている。
従って、例えば、蓄熱手段の蓄熱に要する時間を短くし、ＣＯＰの良い、なるべく高い蒸発温度での使用時間を多くすることができ、装置全体としてＣＯＰを高くすることができる。
請求項１７のヒートポンプ式暖房装置によれば、冷媒過熱手段により、蒸発器を経た冷媒と蓄熱手段に蓄熱される直前の熱媒と熱交換を行い加熱を行うので、例えば蒸発器の吸熱源が蓄熱手段の蓄熱した蓄熱体であるとき、蓄熱体の温度が比較的高いような場合に、蒸発温度が高く蒸発器出口のエンタルピが低いときでも、加熱によりエンタルピを増加させることができ、圧縮機出口のエンタルピひいては圧縮機から吐出されるガス冷媒の温度を暖房に見合う温度まで上昇させることができる。
【００２７】
請求項１８のヒートポンプ式暖房装置によれば、冷媒過熱手段により、蒸発器を経た冷媒と圧縮機から膨張弁間の一部の冷媒と熱交換を行い加熱を行うので、例えば蒸発器の吸熱源が蓄熱手段の蓄熱した蓄熱体であるとき、蓄熱体の温度が比較的高いような場合に、蒸発温度が高く蒸発器出口のエンタルピが低いときでも、加熱によりエンタルピをより一層増加させることができ、圧縮機出口のエンタルピひいては圧縮機から吐出されるガス冷媒の温度を暖房に見合う温度まで上昇させることができる。
請求項１９のヒートポンプ式暖房装置によれば、蒸発器を経た冷媒の冷媒過熱手段での熱交換の度合いを調節可能であるので、必要に応じて冷媒過熱手段を利用でき、圧縮機から吐出されるガス冷媒の温度を暖房に見合う温度に上昇させることができる。
【００２８】
請求項２０のヒートポンプ式暖房装置によれば、ヒートポンプユニットが、圧縮機として低段側圧縮機と高段側圧縮機とを直列に有して二段圧縮可能に構成されている場合には、蒸発器の吸熱源が蓄熱手段の蓄熱した蓄熱体であるとき、蒸発器の蒸発温度が所定温度以上であると、蒸発器を経た冷媒を高段側圧縮機に返戻するとともに低段側圧縮機を停止させるようにしている。
従って、二段圧縮可能なヒートポンプユニットを有する場合であっても、暖房ユニットとの間で熱交換を行った後の冷媒の熱を一旦蓄熱手段に回収して蓄熱しておくことで、効率よく暖房の吸熱源に利用することができ、暖房効率ひいてはＣＯＰを向上させることができる。
【００２９】
請求項２１のヒートポンプ式暖房装置によれば、ヒートポンプユニットが、低元側ヒートポンプユニットと高元側ヒートポンプユニットからなり、圧縮機として低元側圧縮機と高元側圧縮機とを有し、カスケード熱交換器を介装して二元圧縮可能に構成されている場合には、蒸発器の吸熱源が蓄熱手段の蓄熱した蓄熱体であるとき、蒸発器の蒸発温度が所定温度以上であると、低元側ヒートポンプユニットの低元側圧縮機を停止させるようにしている。
従って、二元圧縮可能なヒートポンプユニットを有する場合であっても、暖房ユニットとの間で熱交換を行った後の冷媒の熱を一旦蓄熱手段に回収して蓄熱しておくことで、効率よく暖房の吸熱源に利用することができ、暖房効率ひいてはＣＯＰを向上させることができる。
【００３０】
請求項２２のヒートポンプ式暖房装置によれば、蓄熱手段は暖房ユニットの余熱以外に蓄熱体に蓄熱を行う複数の熱源を含むので、暖房効率ひいてはＣＯＰをより一層向上させることができる。
請求項２３のヒートポンプ式暖房装置によれば、ヒートポンプユニットを循環する冷媒は二酸化炭素であるので、二酸化炭素を超臨界で用いることで良好に暖房に見合う高温を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施例に係るヒートポンプ式暖房装置を示す概略構成図である。
【図２】第１実施例に係るヒートポンプ式暖房装置の蓄熱中の状態を示す図である。
【図３】第１実施例に係るヒートポンプ式暖房装置の蓄熱が完了し蓄熱を利用している状態を示す図である。
【図４】第１実施例に係るヒートポンプ式暖房装置の蓄熱の利用が完了した状態を示す図である。
【図５】第１実施例におけるモリエル線図である。
【図６】第１実施例に係るヒートポンプ式暖房装置の変形例を示す概略構成図である。
【図７】本発明の第２実施例に係るヒートポンプ式暖房装置を示す概略構成図である。
【図８】第２実施例に係るヒートポンプ式暖房装置の蓄熱中の状態を示す図である。
【図９】第２実施例に係るヒートポンプ式暖房装置の蓄熱が完了し蓄熱を利用している状態を示す図である。
【図１０】第２実施例に係るヒートポンプ式暖房装置の蓄熱の利用が完了した状態を示す図である。
【図１１】第２実施例に係るヒートポンプ式暖房装置の変形例を示す概略構成図である。
【図１２】第２実施例に係るヒートポンプ式暖房装置の他の変形例を示す概略構成図である。
【図１３】本発明の第３実施例に係るヒートポンプ式暖房装置を示す概略構成図である。
【図１４】本発明の第４実施例に係るヒートポンプ式暖房装置を示す概略構成図である。
【図１５】第４実施例に係るヒートポンプ式暖房装置の変形例を示す概略構成図である。
【図１６】本発明の第５実施例に係るヒートポンプ式暖房装置を示す概略構成図である。
【図１７】第５実施例に係るヒートポンプ式暖房装置の蓄熱中の状態を示す図である。
【図１８】第５実施例に係るヒートポンプ式暖房装置の蓄熱が完了し蓄熱を利用している状態を示す図である。
【図１９】第５実施例におけるモリエル線図である。
【図２０】本発明の第６実施例に係るヒートポンプ式暖房装置を示す概略構成図である。
【図２１】第６実施例に係るヒートポンプ式暖房装置の蓄熱中の状態を示す図である。
【図２２】第６実施例に係るヒートポンプ式暖房装置の蒸発温度が高い場合の蓄熱利用状態を示す図である。
【図２３】第６実施例に係るヒートポンプ式暖房装置の蒸発温度が低い場合の蓄熱利用状態を示す図である。
【図２４】第６実施例におけるモリエル線図である。
【図２５】蓄熱ユニットにおける熱源として太陽光採熱パネルを用いる場合を示す図である。
【図２６】蓄熱ユニットに蓄熱剤を用いる場合を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明に係るヒートポンプ式暖房装置の実施の形態を図面に基づき説明する。
［第１実施例］
図１は、本発明の第１実施例に係るヒートポンプ式暖房装置を示す概略構成図である。
第１実施例に係るヒートポンプ式暖房装置は、大きくは暖房ユニット１０、ヒートポンプユニット２０及び蓄熱ユニット（蓄熱手段）４０から構成されている。
暖房ユニット１０は、熱媒が循環する熱媒循環路１２に、実線矢印で示す熱媒の流れ方向で視て順に、ヒートポンプユニット２０との間で熱交換を行う高温熱交換器（熱交換器）１４、暖房端末１６及び熱媒を循環させるポンプ１８が介装されて構成されている。
【００３３】
ヒートポンプユニット２０は、ＣＯ２冷媒（以下、冷媒）が循環する冷媒循環路２２に、実線矢印で示す冷媒の流れ方向で視て順に、圧縮機２４、上記高温熱交換器１４、膨張弁２６、蒸発器（第２の蒸発器）２８が介装されて構成されている。蒸発器２８には送風用のファン２９が設けられている。
これより、ヒートポンプユニット２０は、膨張弁２６及び蒸発器２８を経て断熱膨張された冷媒に外気（他の熱源）から吸熱を行った後、当該冷媒を圧縮機２４によって超臨界状態まで圧縮させて高温高圧とし、高温高圧となった冷媒を高温熱交換器１４にて暖房ユニット１０の熱媒と熱交換させるよう機能する。
【００３４】
蓄熱ユニット４０は、第１実施例では上記暖房ユニット１０と一体に構成されており、詳しくは、熱媒が循環する熱媒循環路１２に、暖房端末１６とポンプ１８との間に位置して、熱媒を蓄熱体として貯留して熱を蓄える蓄熱タンク４４が介装されて構成されている。なお、熱媒循環路１２は熱媒が蓄熱タンク４４に上部から流入し、蓄熱タンク４４の下部から流出するように蓄熱タンク４４に接続されている。
【００３５】
さらに、ヒートポンプユニット２０には、冷媒循環路２２の膨張弁２６の下流に位置して三方弁（制御手段）２７が介装されており、三方弁２７から分岐するとともに蒸発器２８をバイパスし再び冷媒循環路２２に合流するようにして冷媒分岐路３０が設けられている。三方弁２７は、冷媒の膨張弁２６から蒸発器２８へ向かう冷媒循環路２２の流れと膨張弁２６から冷媒分岐路３０へ向かう流れとを切り換えるものである。そして、冷媒分岐路３０には、蓄熱タンク４４内に位置し、蓄熱タンク４４内に貯留された熱媒の上部層部分と冷媒との間で熱交換を行う蓄熱利用蒸発器（第１の蒸発器）３２が介装されている。
【００３６】
蓄熱タンク４４には、蓄熱タンク４４内に貯留された熱媒の蓄熱利用蒸発器３２付近の温度Ｔ1を測定する温度センサ５２が設けられており、また冷媒分岐路３０の蓄熱利用蒸発器３２よりも下流位置には蓄熱利用蒸発器３２を通過した冷媒の温度Ｔ2を測定する温度センサ５４が設けられており、蓄熱タンク４４の出口には蓄熱タンク４４を出た熱媒の温度Ｔ3を測定する温度センサ５６が設けられている。
そして、ヒートポンプ式暖房装置には、暖房ユニット１０、ヒートポンプユニット２０及び蓄熱ユニット４０を総合的に制御する電子制御ユニット(ＥＣＵ)（制御手段）５０が設けられ、その入力側には温度センサ５２、５４、５６等の各種センサ類が電気的に接続され、その出力側には、暖房ユニット１０のポンプ１８、ヒートポンプユニット２０の圧縮機２４、膨張弁２６、三方弁２７、ファン２９等の各種デバイス類が電気的に接続されている。
【００３７】
これにより、例えば、膨張弁２６は、ＥＣＵ５０からの出力信号に応じて吐出開度を可変可能であり、三方弁２７は、ＥＣＵ５０からの出力信号に応じて冷媒の膨張弁２６から蒸発器２８へ向かう冷媒循環路２２の流れと膨張弁２６から冷媒分岐路３０へ向かう流れとを適宜切り換え可能である。
以下、このように構成された第１実施例に係るヒートポンプ式暖房装置の作動について説明する。
図２〜図４を参照すると、第１実施例に係るヒートポンプ式暖房装置の作動が時系列で示されており、以下図２〜図４に基づき説明する。なお、図中実線が流通状態、破線が非流通状態を示す。
図２は蓄熱中の状態を示し、ヒートポンプユニット２０が通常に作動して暖房ユニット１０が作動するときには、蓄熱ユニット４０は蓄熱状態とされ、暖房ユニット１０の余熱による蓄熱タンク４４への蓄熱が行われる。
【００３８】
蓄熱タンク４４への蓄熱が行われる場合、ＥＣＵ５０からの切換信号により、冷媒が膨張弁２６から蒸発器２８へ向かう冷媒循環路２２の流れとなるように三方弁２７を切り換える。
ヒートポンプユニット２０が通常に作動して暖房ユニット１０が作動するときには、図２に各部位の温度を示すように、暖房ユニット１０の暖房端末１６に流入する熱媒の温度が例えば６０℃とすると暖房装置１６から返戻される熱媒の温度は比較的高い４０℃であり、この４０℃の熱媒が蓄熱タンク４４へ流れる。一方、圧縮機２４で圧縮した冷媒の温度が約１００℃とすると高温熱交換器１４で熱媒循環路１２の熱媒と熱交換した後の冷媒の温度は例えば１０℃となり、膨張弁２６及び蒸発器２８を経て外気の熱を吸熱して循環する。ここでは、外気温度が例えば０℃であるとして、蒸発器２８の蒸発温度は例えば−１０℃となる。なお、この場合、膨張弁２６については圧縮機２４の吐出冷媒温度が１００℃となるように開度を設定している。
【００３９】
このようにして、暖房ユニット１０の余熱を含んだ熱媒が徐々に蓄熱タンク４４に蓄えられ、蓄熱が行われる。
図３は蓄熱が完了し蓄熱を利用している状態を示し、温度センサ５６からの温度情報により蓄熱タンク４４から流出する熱媒の温度Ｔ3が蓄熱タンク４４に流入する熱媒の温度と同じ約４０℃となったときには、蓄熱タンク４４への蓄熱が完了したとみなし、蓄熱の利用を開始する。
蓄熱タンク４４への蓄熱が完了した場合には、ＥＣＵ５０からの切換信号により、冷媒が膨張弁２６から冷媒分岐路３０へ向かう流れとなるように三方弁２７を切り換える。
【００４０】
冷媒が膨張弁２６から冷媒分岐路３０へ向かう流れになると、蓄熱利用蒸発器３２により蓄熱タンク４４内の熱媒と冷媒分岐路３０の冷媒との間で熱交換が行われ、蓄熱タンク４４内の熱媒の熱が冷媒分岐路３０の冷媒に伝達され、冷媒が吸熱して蒸発する。そして、冷媒が蒸発器２８を経ることなくそのまま圧縮機２４に流入する。
【００４１】
このように、冷媒が蓄熱タンク４４に蓄熱した熱により蒸発して圧縮機２４に流入することにより、圧縮機２４の圧縮率をそれほど高くしなくても冷媒の温度を約１００℃まで上昇させて冷媒の熱を暖房ユニット１０に供給することができ、蓄熱タンク４４に蓄熱しておいた熱を暖房の吸熱源として有効に利用することができる。
図４は蓄熱の利用が完了した状態を示し、温度センサ５４により検出される蓄熱利用蒸発器３２を通過し吸熱した冷媒の温度Ｔ2、即ち蓄熱利用蒸発器３２の蒸発温度が−１０℃になると、この温度は上記の如くヒートポンプユニット２０が通常に作動して暖房ユニット１０が作動する場合の蒸発器２８の蒸発温度と同じになることから、蓄熱タンク４４の蓄熱の利用を終了する。つまり、蓄熱タンク４４内の熱媒の温度Ｔ1が外気温度である０℃未満になるような場合には、外気から熱を吸収する方が効率がよいことから、蓄熱タンク４４の蓄熱の利用を終了し、ヒートポンプユニット２０を蒸発器２８を用いた通常の作動に戻すようにする。
【００４２】
また、蓄熱利用蒸発器３２の蒸発温度が蒸発器２８の蒸発温度よりも高い所定温度（例えば、１０℃）以下になる前に通常の作動に戻すようにしてもよく、これにより、蓄熱タンク４４の蓄熱に要する時間を短くし、ＣＯＰの良い、なるべく高い蒸発温度での使用時間を多くするようにでき、装置全体のＣＯＰを高くすることができる。
ここで、図５を参照すると本実施例におけるモリエル線図がされており、ａ→ｂ→ｃ→ｄはヒートポンプユニット２０が通常に作動した場合の熱サイクルを示し、ｅ→f→ｇ→ｈは蓄熱を利用した場合の熱サイクルを示している。同図に示すように、蓄熱を利用している場合、温度センサ５４により検出される冷媒の温度Ｔ2、即ち蓄熱利用蒸発器３２の蒸発温度が低下するにつれてｅ→f→ｇ→ｈは矢印で示すようにａ→ｂ→ｃ→ｄに近づき、冷媒の温度Ｔ2、即ち蓄熱利用蒸発器３２の蒸発温度が−１０℃になると、ｅ→f→ｇ→ｈはａ→ｂ→ｃ→ｄに一致することとなるため、この時点でヒートポンプユニット２０を蒸発器２８を用いた通常の作動に戻すようにする。
【００４３】
このように、本発明の第１実施例に係るヒートポンプ式暖房装置によれば、ヒートポンプユニット２０が通常に作動して暖房ユニット１０が作動する際における暖房ユニット１０の余熱を、暖房に使用できるほど高温ではなく外気温よりも高温であるものの熱量的には必要吸熱量には満たないのであるが、暖房ユニット１０の熱媒を介して一旦蓄熱タンク４４に回収して蓄熱しておくことで、効率よく暖房の吸熱源に利用することができる。これにより、暖房効率ひいてはＣＯＰを向上させることができる。
なお、ここでは蒸発器２８は他の熱源として外気と熱交換するようにしているが、他の熱源は地中や下水等であってもよい。
【００４４】
図６は、第１実施例に係るヒートポンプ式暖房装置の変形例を示す概略構成図である。
図６の第１実施例の変形例に係るヒートポンプ式暖房装置は、大きくは暖房ユニット１０、ヒートポンプユニット２０’及び蓄熱ユニット４０’から構成されている。
この変形例では、蓄熱ユニット４０’において、熱媒が蓄熱タンク４４の上部から流出し、熱媒循環路１２に合流するよう構成された液循環路４３を備えており、液循環路４３にポンプ４７及びヒートポンプユニット２０’の冷媒分岐路３０’の冷媒と熱媒との熱交換を行う蓄熱利用蒸発器（第１の蒸発器）３２’を介装するようにしている。この場合、蓄熱利用蒸発器３２’を通過した冷媒の温度Ｔ2を測定する温度センサ５４は、冷媒分岐路３０’の蓄熱利用蒸発器３２’よりも下流位置に設けられている。そして、ＥＣＵ５０にはさらにポンプ４７が電気的に接続されている。
【００４５】
当該変形例によっても、上記同様の効果を得ることができる。特に熱源別に蒸発器を設けているため、それぞれ熱源に最適化された蒸発器にでき、暖房ユニット１０の余熱をさらに効率よく吸熱源に利用することができる。
［第２実施例］
図７は、本発明の第２実施例に係るヒートポンプ式暖房装置を示す概略構成図である。
第２実施例に係るヒートポンプ式暖房装置は、大きくは暖房ユニット１１０、ヒートポンプユニット１２０及び蓄熱ユニット１４０からなり、暖房ユニット１１０と蓄熱ユニット１４０とはそれぞれ独立して構成されている。
暖房ユニット１１０は、熱媒が循環する熱媒循環路１１２に、実線矢印で示す熱媒の流れ方向で視て順に、ヒートポンプユニット１２０との間で熱交換を行う高温熱交換器（熱交換器）１４、暖房端末１６及び熱媒を循環させるポンプ１８が介装されて構成されている。
【００４６】
ヒートポンプユニット１２０は、上記第１実施例の場合と同様、冷媒が循環する冷媒循環路１２２に、実線矢印で示す冷媒の流れ方向で視て順に、圧縮機２４、上記高温熱交換器１４、膨張弁２６、蒸発器（第２の蒸発器）２８が介装されて構成されている。蒸発器２８には送風用のファン２９が設けられている。
また、ヒートポンプユニット１２０には、高温熱交換器（第１の熱交換器）１４と膨張弁２６の間に位置して蓄熱ユニット１４０との間で熱交換を行う低温熱交換器（第２の熱交換器）２５が介装されている。
【００４７】
蓄熱ユニット１４０は、不凍液（第２の熱媒）が循環する液循環路４２に、実線矢印で示す不凍液の流れ方向で視て順に、上記低温熱交換器２５、不凍液を蓄熱体として貯留して熱を蓄える蓄熱タンク４４及び不凍液を循環させるポンプ４６が介装されて構成されている。なお、液循環路４２は不凍液が蓄熱タンク４４に上部から流入し、蓄熱タンク４４の下部から流出するように蓄熱タンク４４に接続されている。
さらに、ヒートポンプユニット１２０には、上記第１実施例の場合と同様、冷媒循環路１２２の膨張弁２６の下流に位置して三方弁（制御手段）２７が介装されており、三方弁２７から分岐するとともに蒸発器２８をバイパスし再び冷媒循環路１２２に合流するようにして冷媒分岐路３０が設けられている。そして、冷媒分岐路３０には、蓄熱タンク４４内に位置し、蓄熱タンク４４内に貯留された不凍液の上部層部分と冷媒との間で熱交換を行う蓄熱利用蒸発器３２が介装されている。
【００４８】
蓄熱タンク４４には、上記第１実施例の場合と同様、蓄熱タンク４４内に貯留された不凍液の蓄熱利用蒸発器３２付近の温度Ｔ1を測定する温度センサ５２が設けられており、また冷媒分岐路３０の蓄熱利用蒸発器３２よりも下流位置には蓄熱利用蒸発器３２を通過した冷媒の温度Ｔ2を測定する温度センサ５４が設けられており、蓄熱タンク４４の出口には蓄熱タンク４４を出た不凍液の温度Ｔ3を測定する温度センサ５６が設けられている。
そして、ヒートポンプ式暖房装置には、暖房ユニット１１０、ヒートポンプユニット１２０及び蓄熱ユニット１４０を総合的に制御する電子制御ユニット(ＥＣＵ)（制御手段）５０が設けられ、その入力側には温度センサ５２、５４、５６等の各種センサ類が電気的に接続され、その出力側には、暖房ユニット１１０のポンプ１８、ヒートポンプユニット１２０の圧縮機２４、膨張弁２６、三方弁２７、ファン２９、蓄熱ユニット１４０のポンプ４６等の各種デバイス類が電気的に接続されている。
【００４９】
以下、このように構成された第２実施例に係るヒートポンプ式暖房装置の作動について説明する。
図８〜図１０を参照すると、第２実施例に係るヒートポンプ式暖房装置の作動が時系列で示されており、以下図８〜図１０に基づき説明する。なお、図中実線が流通状態、破線が非流通状態を示す。
図８は蓄熱中の状態を示し、ヒートポンプユニット１２０が通常に作動して暖房ユニット１１０が作動するときには、蓄熱ユニット１４０は蓄熱状態とされ、蓄熱タンク４４への蓄熱が行われる。
【００５０】
蓄熱タンク４４への蓄熱が行われる場合、ＥＣＵ５０からの切換信号により、冷媒が膨張弁２６から蒸発器２８へ向かう冷媒循環路１２２の流れとなるように三方弁２７を切り換える。
ヒートポンプユニット１２０が通常に作動して暖房ユニット１１０が作動するときには、図８に各部位の温度を示すように、暖房ユニット１１０の暖房端末１６に流入する熱媒の温度が例えば６０℃とすると暖房装置１６から返戻される熱媒の温度は比較的高い４０℃であり、圧縮機２４で圧縮した冷媒の温度が約１００℃とすると高温熱交換器１４で熱媒循環路１１２の熱媒と熱交換した後の冷媒の温度は例えば５０℃となる。この例えば５０℃の冷媒と液循環路４２の不凍液とが低温熱交換器２５で熱交換され、液循環路４２の不凍液が例えば４０℃に昇温して蓄熱タンク４４へ流れ、冷媒については例えば１０℃に冷却された後、膨張弁２６及び蒸発器２８を経て外気の熱を吸熱して循環する。なお、この場合、膨張弁２６については圧縮機２４の吐出冷媒温度が１００℃となるように開度を設定している。
【００５１】
これにより、蓄熱タンク４４に昇温した不凍液が徐々に蓄えられ、蓄熱が行われる。
図９は蓄熱が完了し蓄熱を利用している状態を示し、温度センサ５６からの温度情報により蓄熱タンク４４から流出する不凍液の温度Ｔ3が蓄熱タンク４４に流入する不凍液の温度と同じ約４０℃となったときには、蓄熱タンク４４への蓄熱が完了したとみなし、蓄熱の利用を開始する。
蓄熱タンク４４への蓄熱が完了した場合には、ＥＣＵ５０からの切換信号により、冷媒が膨張弁２６から冷媒分岐路３０へ向かう流れとなるように三方弁２７を切り換える。
【００５２】
冷媒が膨張弁２６から冷媒分岐路３０へ向かう流れになると、蓄熱利用蒸発器３２により蓄熱タンク４４内の不凍液と冷媒分岐路３０の冷媒との間で熱交換が行われ、蓄熱タンク４４内の不凍液の熱が冷媒分岐路３０の冷媒に伝達され、冷媒が吸熱して蒸発する。そして、冷媒が蒸発器２８を経ることなくそのまま圧縮機２４に流入する。
【００５３】
このように、冷媒が蓄熱タンク４４に蓄熱した熱により蒸発して圧縮機２４に流入することにより、圧縮機２４の圧縮率をそれほど高くしなくても冷媒の温度を約１００℃まで上昇させて冷媒の熱を暖房ユニット１１０に供給することができ、蓄熱タンク４４に蓄熱しておいた熱を暖房の吸熱源として有効に利用することができる。
図１０は蓄熱の利用が完了した状態を示し、温度センサ５４により検出される蓄熱利用蒸発器３２を通過し吸熱した冷媒の温度Ｔ2、即ち蓄熱利用蒸発器３２の蒸発温度が−１０℃になると、この温度は上記の如くヒートポンプユニット１２０が通常に作動して暖房ユニット１１０が作動する場合の蒸発器２８の蒸発温度と同じになることから、蓄熱タンク４４の蓄熱の利用を終了する。つまり、蓄熱タンク４４内の不凍液の温度Ｔ1が外気温度である０℃未満になるような場合には、外気から熱を吸収する方が効率がよいことから、蓄熱タンク４４の蓄熱の利用を終了し、ヒートポンプユニット１２０を蒸発器２８を用いた通常の作動に戻すようにする。
【００５４】
ここに、当該第２実施例におけるモリエル線図は、上記第１実施例における図５に示すモリエル線図と同様のものとなる。
このように、本発明の第２実施例に係るヒートポンプ式暖房装置によれば、ヒートポンプユニット１２０が通常に作動して暖房ユニット１１０が作動する際に高温熱交換器１４を経て例えば５０℃となった冷媒の熱を、暖房に使用できるほど高温ではなく外気温よりも高温であるものの熱量的には必要吸熱量には満たないのであるが、ヒートポンプユニット１２０の冷媒及び蓄熱ユニット１４０の不凍液を介して一旦蓄熱タンク４４に回収して蓄熱しておくことで、効率よく暖房の吸熱源に利用することができる。これにより、暖房効率ひいてはＣＯＰを向上させることができる。
なお、ここでは蓄熱ユニット１４０の第２の熱媒ひいては蓄熱体として不凍液を用いているが、第２実施例によれば、第２の熱媒ひいては蓄熱体として暖房ユニット１１０に使用する熱媒とは異なる熱媒、例えば粘度を蓄熱温度に最適化した熱媒を使用することができる。また、ポンプ４６の流量を蓄熱タンク４４に蓄熱を行うのに見合った低流量とすることもできる。
【００５５】
また、この場合においても、他の熱源は外気に限らず地中や下水等であってもよい。
図１１は、第２実施例に係るヒートポンプ式暖房装置の変形例を示す概略構成図である。
図１１の第２実施例の変形例に係るヒートポンプ式暖房装置は、大きくは暖房ユニット１１０、ヒートポンプユニット１２０’及び蓄熱ユニット１４０’から構成されている。
この変形例では、蓄熱ユニット１４０’は蓄熱タンク４４のみからなり、液循環路４２やポンプ４６を設けることなく、ヒートポンプユニット１２０’において、低温熱交換器２５に代えて低温熱交換器（第３の熱交換器）２５’を直接に蓄熱タンク４４内に設けるようにしている。
当該変形例によれば、液循環路４２やポンプ４６を排して廉価にヒートポンプ式暖房装置を構成しつつ、上記同様の効果を得ることができる。
【００５６】
図１２は、第２実施例に係るヒートポンプ式暖房装置の他の変形例を示す概略構成図である。
図１２の第２実施例の他の変形例に係るヒートポンプ式暖房装置は、大きくは暖房ユニット１１０、ヒートポンプユニット１２０”及び蓄熱ユニット１４０”から構成されている。
この他の変形例では、蓄熱ユニット１４０”において、不凍液が蓄熱タンク４４の上部から流出し、液循環路４２に合流するよう構成された液循環路４３を備えており、液循環路４３にポンプ４７及びヒートポンプユニット１２０”の冷媒分岐路３０’の冷媒と不凍液との熱交換を行う蓄熱利用蒸発器（第１の蒸発器）３２’を介装するようにしている。この場合、蓄熱利用蒸発器３２’を通過した冷媒の温度Ｔ2を測定する温度センサ５４は、冷媒分岐路３０’の蓄熱利用蒸発器３２’よりも下流位置に設けられている。そして、ＥＣＵ５０にはさらにポンプ４７が電気的に接続されている。
当該他の変形例によっても、上記同様の効果を得ることができる。
【００５７】
[第３実施例]
図１３は、本発明の第３実施例に係るヒートポンプ式暖房装置を示す概略構成図である。
第３実施例に係るヒートポンプ式暖房装置は、大きくは暖房ユニット１１０、ヒートポンプユニット２２０及び蓄熱ユニット２４０から構成されている。
第３実施例では、ヒートポンプユニット２２０は、冷媒が循環する冷媒循環路２２２に、実線矢印で示す冷媒の流れ方向で視て順に、圧縮機２４、高温熱交換器１４、膨張弁２６、蒸発器（共用蒸発器）２３２が介装されて構成されている。
また、蓄熱ユニット２４０は、不凍液が循環する液循環路４２に、実線矢印で示す不凍液の流れ方向で視て順に、上記同様、低温熱交換器２５、不凍液を貯留して熱を蓄える蓄熱タンク４４及び不凍液を循環させるポンプ４６が介装されて構成される一方、不凍液が蓄熱タンク４４の上部から流出し、液循環路４２に合流するよう構成された液循環路２４３を備え、液循環路２４３に、ポンプ４７、蒸発器２３２、三方弁４８及び三方弁４８から分岐し蒸発器２３２の上流で合流するよう熱交換装置４９が介装されて構成されている。
【００５８】
ここに、蒸発器２３２を通過した冷媒の温度Ｔ2を測定する温度センサ５４は、冷媒循環路２２２の蒸発器２３２よりも下流位置に設けられている。そして、ＥＣＵ５０にはさらにポンプ４７とともに三方弁４８が電気的に接続されている。
以下、このように構成された第３実施例に係るヒートポンプ式暖房装置の作動について説明する。
先ず、ヒートポンプユニット２２０が通常に作動して暖房ユニット１１０が作動するときには、ＥＣＵ５０からの切換信号により、不凍液が熱交換装置４９から蒸発器２３２を循環するように三方弁４８を切り換える。
このように不凍液が熱交換装置４９から蒸発器２３２を循環するように流れることで、冷媒循環路２２２を流れる冷媒は、膨張弁２６及び蒸発器２３２を経て熱交換装置４９から不凍液に吸収した熱を吸熱して循環する。
【００５９】
これにより、上記第２実施例の場合と同様に、蓄熱タンク４４に昇温した不凍液が徐々に蓄えられ、蓄熱が行われる。
次に、温度センサ５６からの温度情報により蓄熱タンク４４から流出する不凍液の温度Ｔ3が例えば蓄熱タンク４４に流入する不凍液の温度と同じ約４０℃となったときには、蓄熱タンク４４への蓄熱が完了したとみなし、蓄熱の利用を開始する。具体的には、ＥＣＵ５０からの切換信号により、不凍液が蓄熱タンク４４の上部から蒸発器２３２を循環するように三方弁４８を切り換える。
不凍液が蓄熱タンク４４の上部から蒸発器２３２を循環するように流れると、蒸発器２３２により不凍液と冷媒循環路２２２の冷媒との間で熱交換が行われ、蓄熱タンク４４からの不凍液の熱が冷媒循環路２２２の冷媒に伝達され、冷媒が吸熱して蒸発する。そして、蒸発した冷媒がそのまま圧縮機２４に流入する。
【００６０】
これにより、上記第２実施例の場合と同様、ヒートポンプユニット２２０が通常に作動して暖房ユニット１１０が作動する場合に高温熱交換器１４を経て例えば５０℃となった冷媒の熱を蓄熱タンク４４に回収して効率よく暖房の吸熱源に利用することができる。
ここに、熱交換装置４９としては、図示するような地中熱熱交換器であってもよいし、空気熱交換器や下水熱交換器等であってもよい。
温度センサ５４により検出される蒸発器２３２を通過し吸熱した冷媒の温度Ｔ2、即ち蒸発器２３２の蒸発温度が０℃になると、この温度は上記の如くヒートポンプユニット２２０が通常に作動して暖房ユニット１１０が作動する場合の蒸発器２３２の蒸発温度と同じになることから、蓄熱タンク４４の蓄熱の利用を終了する。つまり、蓄熱タンク４４内の不凍液の温度Ｔ1が地中温度である１０℃未満になるような場合には、地中から熱を吸収する方がよいことから、蓄熱タンク４４の蓄熱の利用を終了し、ヒートポンプユニット２２０を通常の作動に戻すようにする。
【００６１】
このように、本発明の第３実施例に係るヒートポンプ式暖房装置によれば、冷媒循環路２２２に蒸発器２３２を一つ設け、ヒートポンプユニット２２０を通常に作動させて暖房を行う場合にも蓄熱タンク４４の蓄熱を利用して暖房を行う場合にも一つの蒸発器２３２を共用して低コストにして効率よく暖房を行うことができる。
[第４実施例]
図１４は、本発明の第４実施例に係るヒートポンプ式暖房装置を示す概略構成図である。
第４実施例に係るヒートポンプ式暖房装置は、大きくは暖房ユニット１１０、ヒートポンプユニット３２０及び蓄熱ユニット３４０から構成されている。
第４実施例では、ヒートポンプユニット３２０は、上記第２実施例の構成に加え、冷媒循環路１２２に、冷媒循環路１２２の冷媒分岐路３３０の合流点よりも下流に位置してリニア三方弁（制御手段）３４を備え、リニア三方弁３４から分岐し再び冷媒循環路１２２に合流するようにして過熱循環路３６が設けられ、過熱循環路３６には過熱器（冷媒過熱手段）３８が介装されて構成されている。
【００６２】
そして、蓄熱ユニット３４０は、上記第２実施例の構成に加え、液循環路３４２に、不凍液が蓄熱タンク４４に流入する直前部分に位置して上記過熱器３８が介装されて構成されている。
また、ここでは、冷媒循環路１２２の冷媒分岐路３３０の合流点とリニア三方弁３４との間に冷媒の温度Ｔ2を測定する温度センサ５４’が設けられており、さらに冷媒循環路１２２の過熱循環路３６の合流点よりも下流位置には冷媒の温度Ｔ4を測定する温度センサ５７が設けられている。
このように構成された第４実施例に係るヒートポンプ式暖房装置では、蓄熱を利用する場合には、蓄熱利用蒸発器３２から流出し温度センサ５４’により検出される冷媒の温度Ｔ2及び温度センサ５７により検出される冷媒の温度Ｔ4に応じてリニア三方弁３４を制御し、過熱循環路３６を流れる冷媒の量を可変させる。具体的には、冷媒の温度Ｔ2が２５℃の場合、過熱器３８での不凍液と冷媒との熱交換によって温度センサ５７により検出される冷媒の温度Ｔ4が例えば３５℃となるようにリニア三方弁３４を制御する。つまり、冷媒の温度Ｔ2、即ち蓄熱利用蒸発器３２における蒸発温度が高ければ高いほど、過熱器３８によって冷媒を加熱させて過熱温度を増加させるようにする。
【００６３】
このように過熱器３８によって冷媒の温度を上昇させるようにすると、上記図５のモリエル線図に破線で示すように、蒸発温度が高く蓄熱利用蒸発器３２出口のエンタルピが低いときでも、蓄熱を利用する場合における熱サイクルを過熱によりエンタルピを増加させて変更するようにでき、圧縮機２４出口のエンタルピひいては圧縮機２４から吐出されるガス冷媒の温度を暖房に見合う温度まで上昇させるようにでき、暖房効率を向上させることができる。
一方、冷媒の温度Ｔ2が上記所定温度未満であるような場合には、過熱器３８を使用しなくても圧縮機２４で圧縮した後の冷媒の温度は充分高くなる状況とみなすことができ、リニア三方弁３４を制御して冷媒が冷媒循環路１２２を流れて過熱循環路３６を流れないようにする。
また、蓄熱を利用して暖房ユニット１１０を作動させる場合に限られず、ヒートポンプユニット３２０が通常に作動して暖房ユニット１１０を作動させる場合においても、適宜リニア三方弁３４を制御して過熱循環路３６を流れる冷媒の量を可変させ、過熱器３８によって冷媒の温度を上昇させるようにしてもよく、これによりヒートポンプユニット３２０が通常に作動する場合であっても圧縮機２４で圧縮した後の冷媒の温度を充分に高めることができる。
【００６４】
図１５は、第４実施例に係るヒートポンプ式暖房装置の変形例を示す概略構成図である。
図１５の当該変形例に係るヒートポンプ式暖房装置は、大きくは暖房ユニット１１０、ヒートポンプユニット４２０及び蓄熱ユニット１４０から構成されている。
この変形例では、ヒートポンプユニット４２０は、上記第２実施例の構成に加え、冷媒循環路４２２の高温熱交換器１４と低温熱交換器２５との間に位置して過熱器（冷媒過熱手段）３８’が介装されて構成されている。そして、冷媒循環路４２２の冷媒分岐路３０の合流点よりも下流に位置してリニア三方弁（制御手段）３４が介装され、リニア三方弁３４から分岐し再び冷媒循環路４２２に合流するようにして内部循環路２３が設けられ、内部循環路２３に上記過熱器３８’が介装されている。
また、ここでは、冷媒の温度Ｔ2を測定する温度センサ５４’は、冷媒循環路４２２の冷媒分岐路３０の合流点とリニア三方弁３４との間に設けられており、冷媒の温度Ｔ4を測定する温度センサ５７は、冷媒循環路４２２の内部循環路２３の合流点よりも下流位置に設けられている。
【００６５】
このように構成された第４実施例の変形例係るヒートポンプ式暖房装置では、蓄熱を利用する場合には、上記第４実施例の場合と同様、蓄熱利用蒸発器３２から流出し温度センサ５４’により検出される冷媒の温度Ｔ2及び温度センサ５７により検出される冷媒の温度Ｔ4に応じてリニア三方弁３４を制御し、内部循環路２３を流れる冷媒の量を可変させ、冷媒の温度Ｔ2、即ち蓄熱利用蒸発器３２における蒸発温度が高ければ高いほど、過熱器３８’によって冷媒を加熱させて過熱温度を増加させるようにする。
これにより、高温熱交換器１４と低温熱交換器２５との間において冷媒循環路４２２を流れる冷媒の温度は例えば５０℃であるため、蓄熱を利用する場合における熱サイクルにおいてエンタルピを増加させて変更するようにでき、圧縮機２４出口のエンタルピひいては圧縮機２４から吐出されるガス冷媒の温度を暖房に見合う温度まで充分上昇させるようにでき、暖房効率を向上させることができる。
【００６６】
また、上記第４実施例の場合と同様、蓄熱を利用して暖房ユニット１１０を作動させる場合に限られず、ヒートポンプユニット４２０が通常に作動して暖房ユニット１１０を作動させる場合においても、適宜リニア三方弁３４を制御して内部循環路２３を流れる冷媒の量を可変させ、過熱器３８’によって冷媒の温度を上昇させるようにしてもよく、これによりヒートポンプユニット４２０が通常に作動する場合であっても圧縮機２４で圧縮した後の冷媒の温度を充分に高めることができる。
[第５実施例]
図１６は、本発明の第５実施例に係るヒートポンプ式暖房装置を示す概略構成図である。
第５実施例に係るヒートポンプ式暖房装置は、大きくは暖房ユニット２１０、ヒートポンプユニット５２０及び蓄熱ユニット１４０から構成されている。
【００６７】
第５実施例は、ヒートポンプユニット５２０において、上記第４実施例の変形例の圧縮機２４に代えて二段圧縮可能なように低段圧縮機５２４と高段圧縮機５２５の２つの圧縮機を直列に配設した点が第４実施例の変形例と大きく相違している。
詳しくは、ヒートポンプユニット５２０は、冷媒循環路５２２に、実線矢印で示す冷媒の流れ方向で視て順に、低段圧縮機５２４と高段圧縮機５２５とが介装され、低段圧縮機５２４と高段圧縮機５２５との間に中圧熱交換器５１４が介装され、高段圧縮機５２５の下流に高圧熱交換器５１５が介装されて構成されている。そして、ヒートポンプユニット５２０では、第４実施例の変形例と同様に、冷媒循環路５２２の高圧熱交換器５１５と低温熱交換器２５との間に位置して過熱器３８’が介装され、冷媒循環路５２２の冷媒分岐路３０の合流点よりも下流に位置してリニア三方弁３４が介装され、リニア三方弁３４から分岐し再び冷媒循環路５２２に合流するようにして内部循環路２３が設けられ、内部循環路２３に上記過熱器３８’が介装されている。
【００６８】
また、冷媒循環路５２２の内部循環路２３との合流点と低段圧縮機５２４との間には三方弁６０が介装され、三方弁６０から分岐し冷媒循環路５２２の中圧熱交換器５１４と高段圧縮機５２５との間の部分に合流するようにして連通路６２が配設されている。
そして、上記のようにヒートポンプユニット５２０に中圧熱交換器５１４と高圧熱交換器５１５とが配設されていることに伴い、暖房ユニット２１０は、高圧側熱媒循環路２１３と中圧側熱媒循環路２１５とが熱媒循環路２１２にそれぞれ互いに並列に配設されて構成されている。また、熱媒循環路２１２には、高圧側熱媒循環路２１３及び中圧側熱媒循環路２１５を流れる熱媒の流量を調整する流量調整弁１９が設けられている。
以下、このように構成された第５実施例に係るヒートポンプ式暖房装置の作動について説明する。
【００６９】
図１７、図１８を参照すると、第５実施例に係るヒートポンプ式暖房装置の作動が時系列で示されており、以下図１７、図１８に基づき説明する。なお、図中実線が流通状態、破線が非流通状態を示す。
図１７は蓄熱中の状態を示し、同図に示すように、ヒートポンプユニット５２０が通常に作動して暖房ユニット２１０が作動するときには、ＥＣＵ５０からの切換信号により、冷媒が膨張弁２６から蒸発器２８へ向かう冷媒循環路５２２の流れとなるように三方弁２７を切り換える。
三方弁６０については、冷媒が低段圧縮機５２４に向けて冷媒循環路５２２を流れるように切り換える。つまり、ヒートポンプユニット５２０が通常に作動する場合には、冷媒が低段圧縮機５２４及び高段圧縮機５２５により二段圧縮されるように三方弁６０を切り換える。
流量調整弁１９については中圧熱交換器５１４及び高圧熱交換器５１５の能力に応じて適宜調整し、リニア三方弁３４については上記第４実施例の変形例と同様に適宜制御する。
【００７０】
図１８は蓄熱が完了し蓄熱を利用している状態を示し、同図に示すように、蓄熱を利用する場合には、ＥＣＵ５０からの切換信号により、冷媒が膨張弁２６から冷媒分岐路３０へ向かう流れとなるように三方弁２７を切り換える。
三方弁６０については、温度センサ５４’により検出される蓄熱利用蒸発器３２を通過し吸熱した冷媒の温度Ｔ2、即ち蓄熱利用蒸発器３２の蒸発温度に応じ、蓄熱利用蒸発器３２の蒸発温度が所定温度以上であれば、冷媒が高段圧縮機５２５に向けて連通路６２を流れるように切り換えるとともに低段圧縮機５２４を停止し、蓄熱利用蒸発器３２の蒸発温度が所定温度未満になれば、冷媒が低段圧縮機５２４に向けて冷媒循環路５２２を流れるように切り換える。つまり、蓄熱を利用する場合には、蓄熱利用蒸発器３２の蒸発温度が所定温度以上であれば、高段圧縮機５２５だけで足りることから、高段圧縮機５２５のみ作動させ、蓄熱利用蒸発器３２の蒸発温度が所定温度未満であれば、冷媒を充分に圧縮する必要があることから、低段圧縮機５２４及び高段圧縮機５２５をともに作動させ、二段圧縮を行うようにする。
【００７１】
流量調整弁１９については中圧熱交換器５１４及び高圧熱交換器５１５の能力に応じて適宜調整し、低段圧縮機５２４の停止中は高圧側熱媒循環路２１３にのみ熱媒が流れるようにする。リニア三方弁３４については、上記第４実施例の変形例と同様、蓄熱利用蒸発器３２から流出し温度センサ５４’により検出される冷媒の温度Ｔ2及び温度センサ５７により検出される冷媒の温度Ｔ4に応じて制御し、冷媒の温度Ｔ2、即ち蓄熱利用蒸発器３２における蒸発温度が高ければ高いほど、過熱器３８’によって冷媒を加熱させて増加を上昇させるようにする。
ここで、図１９を参照すると本実施例におけるモリエル線図がされており、ａ→ｂ→ｃ→ｄ→ｅ→ｆはヒートポンプユニット５２０が通常に作動した場合の熱サイクルを示し、ｇ→ｄ→ｈ→ｉは蓄熱を利用した場合の熱サイクルを示している。同図に示すように、蓄熱を利用している場合、温度センサ５４’により検出される冷媒の温度Ｔ2が低下するにつれてｇ→ｄ→ｈ→ｉは矢印の方向に図中破線で示すように変化することとなる。
これにより、ヒートポンプユニット５２０が二段圧縮可能に構成されている場合においても、暖房効率ひいてはＣＯＰを向上させることができる。
なお、ここではヒートポンプユニット５２０に中圧熱交換器５１４と高圧熱交換器５１５とを配設するようにしているが、中圧熱交換器５１４については設けなくてもよい。
【００７２】
[第６実施例]
図２０は、本発明の第６実施例に係るヒートポンプ式暖房装置を示す概略構成図である。
第６実施例に係るヒートポンプ式暖房装置は、大きくは暖房ユニット２１０、低元側ヒートポンプユニット６２０、高元側ヒートポンプユニット７２０及び蓄熱ユニット１４０から構成されている。
第６実施例は、低元側ヒートポンプユニット６２０と高元側ヒートポンプユニット７２０によって二元圧縮可能なように構成した点が第５実施例と相違している。
詳しくは、低元側ヒートポンプユニット６２０は、冷媒循環路６２２に、実線矢印で示す冷媒の流れ方向で視て順に、低元圧縮機６２４、中圧熱交換器６１４、膨張弁６２６、蒸発器２８が介装されて構成されている。そして、低元側ヒートポンプユニット６２０では、中圧熱交換器６１４と膨張弁６２６との間にカスケード熱交換器７０が介装されている。カスケード熱交換器７０と膨張弁６２６との間には、過熱器（冷媒過熱手段）６３８が介装されており、冷媒循環路６２２の冷媒分岐路６３０の合流点よりも下流に位置してリニア三方弁６３４が介装され、リニア三方弁６３４から分岐し再び冷媒循環路６２２に合流するようにして内部循環路６２３が設けられ、内部循環路６２３に上記過熱器６３８が介装されている。低元側ヒートポンプユニット６２０において、冷媒分岐路６３０には蓄熱利用蒸発器６３２が介装されており、蓄熱利用蒸発器６３２は蓄熱タンク４４の下部に位置している。
【００７３】
また、高元側ヒートポンプユニット７２０は、冷媒循環路７２２に、実線矢印で示す冷媒の流れ方向で視て順に、高元圧縮機７２５、高圧熱交換器７１５、膨張弁７２６及び上記カスケード熱交換器７０が介装されて構成されている。そして、高元側ヒートポンプユニット７２０では、高圧熱交換器７１５と膨張弁７２６との間に低温熱交換器２５が介装されている。高圧熱交換器７１５と低温熱交換器２５との間には、過熱器（冷媒過熱手段）７３８が介装されており、冷媒循環路７２２の冷媒分岐路７３０の合流点よりも下流に位置してリニア三方弁７３４が介装され、リニア三方弁７３４から分岐し再び冷媒循環路７２２に合流するようにして内部循環路７２３が設けられ、内部循環路７２３に上記過熱器７３８が介装されている。高元側ヒートポンプユニット７２０において、冷媒分岐路７３０には蓄熱利用蒸発器７３２が介装されており、蓄熱利用蒸発器７３２は蓄熱タンク４４の上部に位置している。
そして、上記のように低元側ヒートポンプユニット６２０に中圧熱交換器６１４が、高元側ヒートポンプユニット７２０に高圧熱交換器７１５が配設されていることに伴い、暖房ユニット２１０は、上記第５実施例の場合と同様、高圧側熱媒循環路２１３と中圧側熱媒循環路２１５とが熱媒循環路２１２にそれぞれ互いに並列に配設され、熱媒循環路２１２に高圧側熱媒循環路２１３及び中圧側熱媒循環路２１５を流れる熱媒の流量を調整する流量調整弁１９が設けられて構成されている。
【００７４】
第６実施例では、冷媒循環路６２２の冷媒分岐路６３０の合流点とリニア三方弁６３４との間に低元側ヒートポンプユニット６２０における冷媒の温度Ｔ2を測定する温度センサ１５４が設けられ、冷媒循環路６２２の内部循環路６２３の合流点よりも下流位置に低元側ヒートポンプユニット６２０における冷媒の温度Ｔ4を測定する温度センサ１５７が設けられている。また、冷媒循環路７２２の冷媒分岐路７３０の合流点とリニア三方弁７３４との間に高元側ヒートポンプユニット７２０における冷媒の温度Ｔ2を測定する温度センサ２５４が設けられ、冷媒循環路７２２の内部循環路７２３の合流点よりも下流位置に高元側ヒートポンプユニット７２０における冷媒の温度Ｔ4を測定する温度センサ２５７が設けられている。
以下、このように構成された第６実施例に係るヒートポンプ式暖房装置の作動について説明する。
【００７５】
図２１〜図２３を参照すると、第６実施例に係るヒートポンプ式暖房装置の作動が時系列で示されており、以下図２１〜図２３に基づき説明する。なお、図中実線が流通状態、破線が非流通状態を示す。
図２１は蓄熱中の状態を示し、同図に示すように、低元側ヒートポンプユニット６２０及び高元側ヒートポンプユニット７２０が通常に作動して暖房ユニット２１０が作動するときには、ＥＣＵ５０からの切換信号により、低元側ヒートポンプユニット６２０においては、冷媒が膨張弁６２６から蒸発器２８へ向かう冷媒循環路６２２の流れとなるように三方弁６２７を切り換える。高元側ヒートポンプユニット７２０においては、冷媒が膨張弁７２６からカスケード熱交換器７０へ向かう冷媒循環路７２２の流れとなるように三方弁７２７を切り換える。
【００７６】
流量調整弁１９については中圧熱交換器６１４及び高圧熱交換器７１５の能力に応じて適宜調整し、リニア三方弁６３４、７３４については上記第５実施例と同様に適宜制御する。
図２２は、蓄熱が完了し、蓄熱利用蒸発器７３２の蒸発温度が高く、温度センサ１５４により検出される冷媒の温度Ｔ2が所定温度以上である場合の蓄熱利用状態を示している。
同図に示すように、蓄熱利用蒸発器７３２の蒸発温度が所定温度以上である場合には、ＥＣＵ５０からの切換信号により、高元側ヒートポンプユニット７２０において、冷媒が膨張弁７２６から冷媒分岐路７３０へ向かう流れとなるように三方弁７２７を切り換えるとともに低元圧縮機６２４を停止する。即ち、蓄熱利用蒸発器７３２の蒸発温度が所定温度以上である場合には、高元側ヒートポンプユニット７２０の高元圧縮機７２５のみを作動させるようにする。
【００７７】
図２３は、温度センサ１５４により検出される冷媒の温度Ｔ2、即ち蓄熱利用蒸発器７３２の蒸発温度が所定温度未満である場合の蓄熱利用状態を示している。
同図に示すように、蓄熱利用蒸発器７３２の蒸発温度が所定温度未満である場合には、ＥＣＵ５０からの切換信号により、低元側ヒートポンプユニット６２０において、冷媒が膨張弁６２６から冷媒分岐路６３０へ向かう流れとなるように三方弁６２７を切り換える。即ち、蓄熱利用蒸発器７３２の蒸発温度が所定温度未満である場合には、冷媒を充分に圧縮する必要があることから、低元圧縮機６２４及び高元圧縮機６２５をともに作動させ、二元圧縮を行うようにする。
蓄熱を利用する場合においても、流量調整弁１９については中圧熱交換器６１４及び高圧熱交換器７１５の能力に応じて適宜調整し、リニア三方弁６３４、７３４については上記第５実施例と同様に適宜制御する。
ここで、図２４を参照すると本実施例におけるモリエル線図がされており、ａ→ｂ→ｃ→ｄは低元側の熱サイクルを示し、ｅ→ｆ→ｇ→ｈは高元側ヒートポンプユニット７２０が通常に作動した場合の熱サイクルを示し、高元側のi→ｆ→ｊ→ｋは蓄熱を利用した場合の熱サイクルを示している。同図に示すように、蓄熱を利用している場合、温度センサ１５４により検出される冷媒の温度Ｔ2が低下するにつれてi→ｆ→ｊ→ｋは矢印で示すようにｅ→ｆ→ｇ→ｈに近づくように変化することとなる。
【００７８】
これにより、ヒートポンプユニットが二元圧縮可能に構成されている場合においても、上記第５実施例の場合と同様、暖房効率ひいてはＣＯＰを向上させることができる。
なお、ここではヒートポンプユニット６２０に中圧熱交換器６１４を配設し、高元側ヒートポンプユニット７２０に高圧熱交換器７１５を配設するようにしているが、中圧熱交換器６１４については設けなくてもよい。
以上、本発明に係るヒートポンプ式暖房装置の実施の形態を第１実施例乃至第６実施例に基づき説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、上記実施形態では、暖房ユニット１０の熱媒の熱、或いは暖房ユニット１１０、２１０との間で熱交換をした後の冷媒の熱を蓄熱タンク４４に貯めるようにしているが、蓄熱タンク４４に貯める熱の熱源はこれに限られるものではなく、例えば図２５に示すように、蓄熱ユニット４４０において太陽光採熱パネル１００を熱源に用いて太陽熱をも併せて回収し蓄熱するようにしてもよい。具体的には、上記第２実施例に沿い説明すると、液循環路４２にバイパス路１０２を配設してこのバイパス路１０２に太陽光採熱パネル１００を介装し、液循環路４２を循環する不凍液を太陽光採熱パネル１００内に循環させるようにしてもよい。なお、熱源としては太陽熱の他、排水する風呂の湯等が有効である。これにより、暖房効率ひいてはＣＯＰをさらに向上させることが可能である。
【００７９】
また、上記実施形態では、蓄熱ユニット４０、１４０、１４０’、１４０”、２４０、３４０、４４０において、蓄熱手段として蓄熱体である熱媒を貯めるべく蓄熱タンク４４を用いるようにしているが、図２６に示すように、蓄熱タンク４４に代えて、蓄熱体として蓄熱剤４４’を用いるようにしてもよい。具体的には、上記第２実施例に沿い説明すると、液循環路４２に例えばゲル状或いはジェル状の蓄熱剤４４’を内装し、この蓄熱剤４４’と熱交換可能に蓄熱利用蒸発器３２を配設するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００８０】
１０  暖房ユニット
１４  高温熱交換器（第１の熱交換器）
１６  暖房端末
２０、２０’  ヒートポンプユニット
２４  圧縮機
２５  低温熱交換器（第２の熱交換器）
２５’  低温熱交換器（第３の熱交換器）
２６  膨張弁
２７  三方弁（制御手段）
２８  蒸発器（第２の蒸発器）
３２、３２’  蓄熱利用蒸発器（第１の蒸発器）
３４  リニア三方弁（制御手段）
３８、３８’  過熱器（冷媒過熱手段）
４０、４０’  蓄熱ユニット（蓄熱手段）
４４  蓄熱タンク
５０  電子制御ユニット(ＥＣＵ)
５２、５４、５４’、５６、５７  温度センサ
７０  カスケード熱交換器
１００  太陽光採熱パネル
１１０、２１０  暖房ユニット
１２０、１２０’、１２０”  ヒートポンプユニット
１４０、１４０’、１４０”  蓄熱ユニット（蓄熱手段）
１５４、１５７  温度センサ
２２０、２２０’  ヒートポンプユニット
２３２  蒸発器（共用蒸発器）
２４０、３４０  蓄熱ユニット（蓄熱手段）
３２０、４２０、５２０、６２０、７２０  ヒートポンプユニット
６３８、７３８  過熱器（冷媒過熱手段）
６３２、７３２  蓄熱利用蒸発器（第１の蒸発器）
【図１】
2012078073.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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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