(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する第１圧縮機、この第１圧縮機から供給される冷媒と水とを熱交換させて湯にする第１加熱用熱交換器、この第１加熱用熱交換器からの冷媒を減圧する第１減圧器及びこの第１減圧器からの冷媒と外気とを熱交換させる第１蒸発器を、第１冷媒配管で順次接続してなる給湯水加熱用の第１冷媒回路と、
前記第１冷媒回路の第１加熱用熱交換器で加熱された湯を貯留する貯湯槽、この貯湯槽からの水を前記第１加熱用熱交換器へ送る循環ポンプ及び前記第１加熱用熱交換器を、温水配管で順次接続してなるとともに、浴槽への給湯を可能とした給湯回路と、
冷媒を圧縮する第２圧縮機、この第２圧縮機から供給される冷媒と熱媒液とを熱交換させてこの熱媒液の温度を上昇させる第２加熱用熱交換器、この第２加熱用熱交換器からの冷媒を減圧する第２減圧器及びこの第２減圧器からの冷媒と外気とを熱交換させる第２蒸発器を、第２冷媒配管で順次接続してなり、前記給湯水加熱用の第１冷媒回路とは別回路とした暖房用の第２冷媒回路と、
前記第２冷媒回路の第２加熱用熱交換器で加熱された熱媒液を貯留する貯液槽、前記貯液槽からの熱媒液を循環させる熱媒液循環ポンプ、前記第２加熱用熱交換器及び暖房用の負荷を、熱媒液配管で順次接続してなる暖房用循環回路と、
前記浴槽、この浴槽内の湯水を循環させる温水循環ポンプ及び前記貯液槽内に設けられた追炊用熱交換器を、追炊用配管にて順次接続してなる浴槽追炊回路とを備えたことを特徴とするヒートポンプ給湯システム。
【請求項２】
前記第１冷媒回路と第２冷媒回路の冷媒は、二酸化炭素冷媒としたことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ給湯システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒の凝縮熱を利用し、熱交換器により熱媒体を加熱するヒートポンプ給湯システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、給湯システムは電気ヒータやガス等により水を沸かして給湯するのが一般的であるが、省エネ等の観点からヒートポンプを利用したヒートポンプ給湯システムの開発が盛んに行われている。
【０００３】
かかるヒートポンプ給湯システムは、冷媒回路と給湯回路で構成され、冷媒回路側の圧縮機で圧縮されて高温になったガス状冷媒を熱交換器に導き、この熱交換器で冷媒を凝縮させ、発生した凝縮熱を給湯回路側の水と熱交換して水の温度を上げ、給湯回路に給湯するようにしたものである。
【０００４】
ここで、従来のヒートポンプ給湯システムでは、給湯のため給湯回路の水と熱交換して水の温度を上昇させるのみであった。
【０００５】
また、冷媒回路側では、ガス状冷媒として、たとえば、フロン（Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３４ａなど）が一般的に用いられていた。しかしながら、フロンは、大気中に放出されると大きな温暖化現象やオゾン層の破壊などの問題を有している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、上述の点に考慮して、給湯のみでなく、暖房や浴槽の追い炊きも可能で、効率がよく、省エネであり、冷媒が大気中に放出されても温暖化現象やオゾン層の破壊などの問題が発生することがない安全なヒートポンプ給湯システムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、冷媒を圧縮する第１圧縮機、この第１圧縮機から供給される冷媒と水とを熱交換させて湯にする第１加熱用熱交換器、この第１加熱用熱交換器からの冷媒を減圧する第１減圧器及びこの第１減圧器からの冷媒と外気とを熱交換させる第１蒸発器を、第１冷媒配管で順次接続してなる給湯水加熱用の第１冷媒回路と、前記第１冷媒回路の第１加熱用熱交換器で加熱された湯を貯留する貯湯槽、この貯湯槽からの水を前記第１加熱用熱交換器へ送る循環ポンプ及び前記第１加熱用熱交換器を、温水配管で順次接続してなるとともに、浴槽への給湯を可能とした給湯回路と、冷媒を圧縮する第２圧縮機、この第２圧縮機から供給される冷媒と熱媒液とを熱交換させてこの熱媒液の温度を上昇させる第２加熱用熱交換器、この第２加熱用熱交換器からの冷媒を減圧する第２減圧器及びこの第２減圧器からの冷媒と外気とを熱交換させる第２蒸発器を、第２冷媒配管で順次接続してなり、前記給湯水加熱用の第１冷媒回路とは別回路とした暖房用の第２冷媒回路と、前記第２冷媒回路の第２加熱用熱交換器で加熱された熱媒液を貯留する貯液槽、前記貯液槽からの熱媒液を循環させる熱媒液循環ポンプ、前記第２加熱用熱交換器及び暖房用の負荷を、熱媒液配管で順次接続してなる暖房用循環回路と、前記浴槽、この浴槽内の湯水を循環させる温水循環ポンプ及び前記貯液槽内に設けられた追炊用熱交換器を、追炊用配管にて順次接続してなる浴槽追炊回路とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のヒートポンプ給湯システムにおいて、前記第１冷媒回路と第２冷媒回路の冷媒は、二酸化炭素冷媒としたことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を、図を参照して説明する。図１は本発明の実施例を示すヒートポンプ給湯システムの回路説明図で、ヒートポンプ給湯システムは第１冷媒回路Ａと給湯回路Ｂ及び第２冷媒回路Ｃと暖房用循環回路Ｄとを主要構成としている。そして、暖房用循環回路Ｄには、浴槽Ｙの湯水の追い炊きを行う浴槽追炊回路Ｅが設けられている。
【００１０】
第１冷媒回路Ａは、冷媒を圧縮する第１圧縮機１Ａ、冷媒と水とを熱交換させる第１加熱用熱交換器２Ａ、冷媒を減圧する第１減圧器３Ａ、外気と冷媒との熱交を行う第１蒸発器４Ａ等を有している。そして、この第１冷媒回路Ａは、給湯水加熱用である。
【００１１】
給湯回路Ｂは、お湯を貯湯する貯湯槽２０Ｂ、この貯湯槽２０Ｂに水を供給する給水口２１Ｂ、貯湯槽２０Ｂからお湯を取出す出湯口２２Ｂ、貯湯槽２０Ｂの下端部に設けられて、この貯湯槽２０Ｂから第１加熱用熱交換器２Ａに水を供給するための流量調整手段である循環ポンプ２３Ｂを有している。
【００１２】
さらに、出湯口２２Ｂはその下流にて出湯蛇口２４Ｂと連絡管２５Ｂに分岐し、連絡管２５Ｂは浴槽追炊回路Ｅと接続される。
【００１３】
第２冷媒回路Ｃは、冷媒を圧縮する第２圧縮機１Ｃ、冷媒と熱媒液とを熱交換させる第２加熱用熱交換器２Ｃ、冷媒を減圧する第２減圧器３Ｃ、外気と冷媒との熱交を行う第２蒸発器４Ｃ等を有している。そして、この第２冷媒回路Ｃは、暖房用である。
【００１４】
暖房用循環回路Ｄは、第２加熱用熱交換器２Ｃにて熱交換された熱媒液を貯溜する貯液槽２０Ｄ、この貯液槽２０Ｄから熱媒液配管により接続された浴室乾燥機Ｋ（暖房用の負荷）や床暖房Ｕ（暖房用の負荷）に温度上昇した熱媒液を循環するための流量調整手段である熱媒液循環ポンプ２３Ｄを有している。
【００１５】
浴槽追炊回路Ｅは、第２加熱用熱交換器２Ｃにて熱交換された熱媒液を貯溜する貯液槽２０Ｄに、追炊用熱交換器ＥＹを設け、この貯液槽２０Ｄにて熱交換されて温度上昇した湯水を、温水循環ポンプＯＰで浴槽Ｙとの間で循環させ、浴槽Ｙ内の湯水の追い炊きを行う。浴槽Ｙの湯水の量が減少したら連絡管２５Ｂからの給湯により浴槽の湯水の量は予め設定した量に保たれる。
【００１６】
なお、このヒートポンプ給湯システムには、少なくとも第１圧縮機１Ａ、第１減圧器３Ａ、循環ポンプ２３Ｂ、第２圧縮機１Ｃ、第２減圧器３Ｃ、熱媒液循環ポンプ２３Ｄ、温水循環ポンプＯＰ等を制御して湯温が設定温度になるようにする温度制御部（図示せず）や、浴槽Ｙの湯水の量が予め設定した量に保たれるようにする湯量制御部（図示せず）が設けられている。
【００１７】
上記構成において、給湯する時は、貯湯槽２０Ｂに水が一杯になるように給水口２１Ｂから水が給水され、また第１圧縮機１Ａで圧縮されて高温になった冷媒が第１加熱用熱交換器２Ａに供給されるようにする。
【００１８】
そして、循環ポンプ２３Ｂの起動により貯湯槽２０Ｂの底部の水が第１加熱用熱交換器２Ａに循環供給されて、冷媒と水との熱交換が開始される。これにより、冷媒は熱を失って凝縮し、また水は冷媒の凝縮熱により温度が上昇して、湯となって貯湯槽２０Ｂに戻る。
【００１９】
このとき、第１加熱用熱交換器２Ａ内の湯が、貯湯槽２０Ｂの上部の入口に流入するように、循環ポンプ２３Ｂで貯湯槽２０Ｂの底部の水が第１加熱用熱交換器２Ａへ供給される。
【００２０】
これにより、貯湯槽２０Ｂ内の上層は湯となり、また、下層は水であるが、時間の経過と共にお湯の層と水の層とが混じることなく、湯の層が増え水の層が少なくなって、最終的に貯湯槽２０Ｂが湯で満たされるようになる。
【００２１】
このような原理のもとで、湯温の調整は以下のようにして行われる。即ち、温度制御部（図示せず）が測定した湯温に基づき、設定温度になるように第１圧縮機１Ａ、第１減圧器３Ａ、循環ポンプ２３Ｂ等を制御する。なお、第１圧縮機１Ａを制御する場合には、この第１圧縮機１Ａの圧縮能力が可変であることは付言するまでもない。
【００２２】
即ち、湯温が設定温度より高い場合には、第１減圧器３Ａでの減圧量を小さくして第１圧縮機１Ａに供給される冷媒量を少なくする。これにより、第１圧縮機１Ａでの圧縮率が小さくなるので、圧縮された冷媒の到達温度がさがり、第１加熱用熱交換器２Ａで水と熱交換する熱量を小さくすることができる。逆に湯温が設定温度より低い場合には、同様の論理により第１減圧器３Ａでの減圧量を多くする。
【００２３】
循環ポンプ２３Ｂを制御して湯温を調整する場合は、湯温が設定温度より低い時に第１加熱用熱交換器２Ａに供給される水量を少なくし、湯温が設定温度より高い時に第１加熱用熱交換器２Ａに供給される水量を多くする。
【００２４】
さらに、第１圧縮機１Ａを制御して湯温を調整する場合は、湯温が設定温度より低い時は、第１圧縮機１Ａの回転数を大きくし、湯温が設定温度より高い時は、第１圧縮機１Ａの回転数を小さくするようにする。
【００２５】
同様に、第２冷媒回路Ｃ及び暖房用循環回路Ｄでは、第２加熱用熱交換器２Ｃにて熱交換された熱媒液を貯溜する貯液槽２０Ｄから接続された浴室乾燥機Ｋや床暖房Ｕに、温度上昇した熱媒液を循環するための流量調整手段である熱媒液循環ポンプ２３Ｄを有している。
【００２６】
上記構成において、浴室乾燥機Ｋや床暖房Ｕに温度の上昇した熱媒液を供給し、使用する時は、貯液槽２０Ｄに熱媒液を注入し、また第２圧縮機１Ｃで圧縮されて高温になった冷媒が第２加熱用熱交換器２Ｃに供給されるようにする。
【００２７】
そして、熱媒液循環ポンプ２３Ｄが起動されて貯液槽２０Ｄの内部の熱媒液が第２加熱用熱交換器２Ｃに給液されて、冷媒と熱媒液との熱交換が開始される。これにより、冷媒は熱を失って凝縮し、また熱媒液は冷媒の凝縮熱により温度が上昇して、温度上昇した熱媒液となって貯液槽２０Ｄに戻る。
【００２８】
このとき、第２加熱用熱交換器２Ｃ内の熱媒液が、貯液槽２０Ｄに流入し熱媒液循環ポンプ２３Ｄにより、暖房用の負荷である浴室乾燥機Ｋや床暖房Ｕに温度の上昇した熱媒液を供給し放熱させる。
【００２９】
このような原理のもとで、液温即ち暖房用の負荷の放熱温度の調整は以下のようにして行われる。即ち、温度制御部（図示せず）が測定した液温に基づき、設定温度になるように第２圧縮機１Ｃ、第２減圧器３Ｃ、熱媒液循環ポンプ２３Ｄ等を制御する。なお、第２圧縮機１Ｃを制御する場合には、この第２圧縮機１Ｃの圧縮能力が可変である場合であることは付言するまでもない。
【００３０】
即ち、液温が設定温度より高い場合には、第２減圧器３Ｃでの減圧量を小さくして第２圧縮機１Ｃに供給される冷媒量を少なくする。これにより、第２圧縮機１Ｃでの圧縮率が小さくなるので、圧縮された冷媒の到達温度がさがり、第２加熱用熱交換器２Ｃで熱媒液と熱交換する熱量を小さくすることができる。逆に熱媒液温が設定温度より低い場合には、同様の論理により第２減圧器３Ｃでの減圧量を多くする。
【００３１】
熱媒液循環ポンプ２３Ｄを制御して熱媒液温を調整する場合は、熱媒液温が設定温度より低い時は、第２加熱用熱交換器２Ｃに供給される熱媒液量を少なくし、熱媒液温が設定温度より高いときは、第２加熱用熱交換器２Ｃに供給される熱媒液量を多くする。
【００３２】
さらに、第２圧縮機１Ｃを制御して熱媒液温を調整する場合は、熱媒液温が設定温度より低い時は、第２圧縮機１Ｃの回転数を大きくし、熱媒液温が設定温度より高い時は、第２圧縮機１Ｃの回転数を小さくするようにする。
【００３３】
また、浴槽追炊回路Ｅは、第２加熱用熱交換器２Ｃにて熱交換された熱媒液を貯溜する貯液槽２０Ｄに、追炊用熱交換器ＥＹを設け、この貯液槽２０Ｄにて熱交換されて温度上昇した湯水を、温水循環ポンプＯＰで浴槽Ｙとの間で循環させ追い炊きを行う。そして、浴槽Ｙの湯水の量が減少したら連絡管２５Ｂからの給湯により浴槽の湯水の量は予め設定した量に保たれる。
【００３４】
上記構成において、浴槽内の湯水を追い炊きするときは、貯液槽２０Ｄに熱媒液を注入し、また第２圧縮機１Ｃで圧縮されて高温になった冷媒が第２加熱用熱交換器２Ｃに供給されるようにする。
【００３５】
そして、熱媒液循環ポンプ２３Ｄが起動されて貯液槽２０Ｄの内部の熱媒液が第２加熱用熱交換器２Ｃに給液されて、冷媒と熱媒液との熱交換が開始される。これにより、冷媒は熱を失って凝縮し、また熱媒液は冷媒の凝縮熱により温度が上昇して、温度上昇した熱媒液となって貯液槽２０Ｄに戻る。
【００３６】
このとき、第２加熱用熱交換器２Ｃ内の熱媒液が、貯液槽２０Ｄに流入しここで追炊用熱交換器ＥＹと熱交換をして、温水循環ポンプＯＰにより、浴槽Ｙの追い炊きをして浴槽Ｙ内の湯水の温度を上昇させる。
【００３７】
このような原理のもとで、浴槽Ｙ内の湯水温度の調整は以下のようにして行われる。即ち、温度制御部（図示せず）が測定した浴槽Ｙ内の湯水温度に基づき、設定温度になるように第２圧縮機１Ｃ、第２減圧器３Ｃ、熱媒液循環ポンプ２３Ｄ、温水循環ポンプＯＰ等を制御する。なお、第２圧縮機１Ｃを制御する場合には、この第２圧縮機１Ｃの圧縮能力が可変である場合であることは付言するまでもない。
【００３８】
即ち、浴槽Ｙ内の湯水温度が設定温度より高い場合には、第２減圧器３Ｃでの減圧量を小さくして第２圧縮機１Ｃに供給される冷媒量を少なくする。これにより、第２圧縮機１Ｃでの圧縮率が小さくなるので、圧縮された冷媒の到達温度がさがり、第２加熱用熱交換器２Ｃで熱媒液と熱交換する熱量を小さくすることができる。逆に浴槽Ｙ内の湯水温度が設定温度より低い場合には、同様の論理により第２減圧器３Ｃでの減圧量を多くする。
【００３９】
熱媒液循環ポンプ２３Ｄを制御して浴槽Ｙ内の湯水温度を調整する場合は、浴槽Ｙ内の湯水温度が設定温度より低い時は、第２加熱用熱交換器２Ｃに供給される熱媒液量を少なくし、浴槽Ｙ内の湯水温度が設定温度より高いときは、第２加熱用熱交換器２Ｃに供給される熱媒液量を多くする。
【００４０】
さらに、第２圧縮機１Ｃを制御して浴槽Ｙ内の湯水温度を調整する場合は、浴槽Ｙ内の湯水温度が設定温度より低い時は、第２圧縮機１Ｃの回転数を大きくし、浴槽Ｙ内の湯水温度が設定温度より高い時は、第２圧縮機１Ｃの回転数を小さくするようにする。
【００４１】
さらにまた、温水循環ポンプＯＰを制御して浴槽Ｙ内の湯水温度を調整する場合は、浴槽Ｙ内の湯水温度が設定温度より低い時は、追炊用熱交換器ＥＹに供給される湯水の量を少なくし、浴槽Ｙ内の湯水温度が設定温度より高いときは、追炊用熱交換器ＥＹに供給される湯水の量を多くする。
【００４２】
本実施例では、上述したような構成なので、給湯のみでなく、暖房や浴槽の追い炊きも可能で、効率がよく、省エネである。
【００４３】
さらに、第１冷媒回路と第２冷媒回路の冷媒は、二酸化炭素冷媒としたので、冷媒が大気中に放出されても温暖化現象やオゾン層の破壊などの問題が発生することがないので安全である。
【００４４】
なお、本発明は上述した実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の本発明によれば、冷媒を圧縮する第１圧縮機、この第１圧縮機から供給される冷媒と水とを熱交換させて湯にする第１加熱用熱交換器、この第１加熱用熱交換器からの冷媒を減圧する第１減圧器及びこの第１減圧器からの冷媒と外気とを熱交換させる第１蒸発器を、第１冷媒配管で順次接続してなる給湯水加熱用の第１冷媒回路と、前記第１冷媒回路の第１加熱用熱交換器で加熱された湯を貯留する貯湯槽、この貯湯槽からの水を前記第１加熱用熱交換器へ送る循環ポンプ及び前記第１加熱用熱交換器を、温水配管で順次接続してなるとともに、浴槽への給湯を可能とした給湯回路と、冷媒を圧縮する第２圧縮機、この第２圧縮機から供給される冷媒と熱媒液とを熱交換させてこの熱媒液の温度を上昇させる第２加熱用熱交換器、この第２加熱用熱交換器からの冷媒を減圧する第２減圧器及びこの第２減圧器からの冷媒と外気とを熱交換させる第２蒸発器を、第２冷媒配管で順次接続してなり、前記給湯水加熱用の第１冷媒回路とは別回路とした暖房用の第２冷媒回路と、前記第２冷媒回路の第２加熱用熱交換器で加熱された熱媒液を貯留する貯液槽、前記貯液槽からの熱媒液を循環させる熱媒液循環ポンプ、前記第２加熱用熱交換器及び暖房用の負荷を、熱媒液配管で順次接続してなる暖房用循環回路と、前記浴槽、この浴槽内の湯水を循環させる温水循環ポンプ及び前記貯液槽内に設けられた追炊用熱交換器を、追炊用配管にて順次接続してなる浴槽追炊回路とを備えた構成であるから、給湯のみでなく、暖房や浴槽の追い炊きも可能で、効率がよく、省エネである。
【００４６】
請求項２に記載の本発明によれば、第１冷媒回路と第２冷媒回路の冷媒は、二酸化炭素冷媒としたので、冷媒が大気中に放出されても温暖化現象やオゾン層の破壊などの問題が発生することがないので安全である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例を示すヒートポンプ給湯システムの回路説明図である。
【符号の説明】
Ａ    第１冷媒回路
１Ａ    第１圧縮機
２Ａ    第１加熱用熱交換器
３Ａ    第１減圧器
４Ａ    第１蒸発器
ＲＨ１  第１冷媒配管
Ｂ    給湯回路
２０Ｂ  貯湯槽
２３Ｂ  循環ポンプ
Ｃ    第２冷媒回路
１Ｃ    第２圧縮機
２Ｃ    第２加熱用熱交換器
３Ｃ    第２減圧器
４Ｃ    第２蒸発器
ＲＨ２  第２冷媒配管
Ｄ    暖房用循環回路
ＥＨ    熱媒液配管
２０Ｄ  貯液槽
２３Ｄ  熱媒液循環ポンプ
Ｅ    浴槽追炊回路
ＥＹ    追炊用熱交換器
ＯＰ    温水循環ポンプ
ＯＨ    追炊用配管
Ｒ    冷媒の流れ（二酸化炭素冷媒の流れ）
Ｗ    水の流れ
ＨＷ    温水の流れ
Ｘ    熱媒液の流れ
Ｙ    浴槽
Ｋ    浴室換気扇（暖房用の負荷）
Ｕ    床暖房（暖房用の負荷）
【図１】
0003738210.tif 000002