JP2001255002A - 給湯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エンジン起動初期における給湯能力の低下を
防ぐことができる給湯装置を提供すること。 【構成】 冷媒回路２８と冷却水回路２９を有し、前記
冷媒回路２８には膨張弁３２，３３と室内熱交換器４及
び室外熱交換器３４を設け、前記冷却水回路２９にはエ
ンジン廃熱回収熱交換器（排ガス熱交換器２４、冷却水
ジャケット６ａ）を設けて成るエンジン駆動式熱ポンプ
装置１に設けられる装置であって、前記冷却水回路２９
に温水熱交換器６２を設け、貯湯タンク６３内の水の加
熱を前記温水熱交換器６２での冷却水との熱交換によっ
て行うようにした給湯装置６０において、前記冷却水回
路２９の冷却水循環路を、前記温水熱交換器６２を経て
エンジン廃熱回収熱交換器に戻る主循環路と、温水熱交
換器６２を迂回してエンジン廃熱回収熱交換器に戻るバ
イパス循環路で構成し、冷却水温度が設定値より低い場
合には冷却水を前記バイパス循環路に流し、同冷却水温
度が設定値より高い場合には冷却水を前記主循環路に流
すようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジン駆動式熱
ポンプ装置におけるエンジン排熱等によって貯湯タンク
内の水を加熱するようにした給湯装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、エンジン駆動式熱ポンプ装置を利
用した給湯装置が提案されている（特開平１１−１８２
９７２号公報参照）。この給湯装置は、エンジン駆動式
熱ポンプ装置の冷媒回路を循環する高温高圧の冷媒の熱
を熱媒体（水）に付与する冷媒熱交換器と、冷却水によ
って回収されたエンジン排熱を熱媒体（水）に付与する
温水熱交換器と、熱媒体（水）の熱で貯湯タンク内の水
を加熱する熱交換器と、これらの各熱交換器に熱媒体
（水）を循環させるポンプを配置し、貯湯タンク内に貯
留される温水を各種用途に供するようにしたものであ
る。

【０００３】ところで、本発明者は、上記給湯装置にお
いて貯湯タンク内に設置される熱交換器を廃し、貯湯タ
ンク内の水を下部から取り出してこれを冷媒熱交換器、
温水熱交換器の順に通過させ、温水熱交換器出口におけ
る水の温度が設定値よりも低い場合には貯湯タンクの下
部に水を帰還させ、水の温度が設定値よりも高い場合に
は貯湯タンクの上部に水を帰還させることによって貯湯
タンクの上部に高温の湯を貯留し、この高温の湯を貯湯
タンクの上部から供給する方式（成層加熱方式と称す
る）を検討している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、長時間停止
して冷機状態にあるエンジンを起動した初期においては
冷却水温度が低いため、前記提案に係る給湯装置及び現
在検討中の給湯装置の何れにおいても、温水熱交換器に
おいて加熱すべき熱媒体（水）を冷却水によって逆に冷
却してしまい、貯湯タンク内の湯温が下がって給湯装置
の給湯能力が低下してしまうという問題があった。

【０００５】本発明は上記問題に鑑みてなされたもの
で、その目的とする処は、エンジン起動初期における給
湯能力の低下を防ぐことができる給湯装置を提供するこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、エンジンによって駆動される圧縮機によ
って冷媒を循環させる冷媒回路と、エンジンを冷却する
冷却水を循環させる冷却水回路を有し、前記冷媒回路に
は膨張弁と室内熱交換器及び室外熱交換器を設け、前記
冷却水回路にはエンジン排熱回収熱交換器を設けて成る
エンジン駆動式熱ポンプ装置に設けられる装置であっ
て、前記冷却水回路に温水熱交換器を設け、貯湯タンク
内の水の加熱を前記温水熱交換器での冷却水との熱交換
によって行うようにした給湯装置において、前記冷却水
回路の冷却水循環路を、前記エンジン排熱回収熱交換器
から前記温水熱交換器を経てエンジン排熱回収熱交換器
に戻る主循環路と、エンジン排熱回収熱交換器から温水
熱交換器を迂回してエンジン排熱回収熱交換器に戻るバ
イパス循環路で構成し、冷却水温度が設定値より低い場
合には冷却水を前記バイパス循環路に流し、同冷却水温
度が設定値より高い場合には冷却水を前記主循環路に流
すようにしたことを特徴とする。

【０００７】従って、本発明によれば、エンジンの起動
初期において冷却水温度が設定値よりも低い場合には冷
却水は温水熱交換器を迂回してバイパス循環路を循環す
るため、給湯装置の貯湯タンク内の水が温水熱交換器に
おいて温度の低い冷却水によって冷却されるもことがな
く、エンジン起動初期における給湯装置の給湯能力の低
下が防がれる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。

【０００９】図１はエンジン駆動式熱ポンプ装置の基本
構成を示す回路図、図２は本発明に係る給湯装置の基本
構成を示す回路図、図３はエンジン駆動式熱ポンプ装置
と給湯装置の制御系の構成を示すブロック図である。

【００１０】図１に示すように、本発明に係る給湯装置
６０はエンジン駆動式熱ポンプ装置１に付設されるもの
であって、熱ポンプ装置１において回収されるエンジン
排熱の一部と暖房運転時には更にガスエンジン６によっ
て冷媒に与えられるエネルギー（熱）の一部によって水
を加熱する装置であり、その構成の詳細は図２に示され
ている。

【００１１】ここで、エンジン駆動式熱ポンプ装置１の
基本構成を図１に基づいて説明する。

【００１２】エンジン駆動式熱ポンプ装置１は冷房運転
及び暖房運転によって室内を冷房及び暖房する装置であ
って、これは室外機２と室内機３によって構成されてい
る。尚、複数の不図示の部屋毎に配置される室内機３は
それぞれ１つ以上の室内熱交換器４を含んで構成されて
おり、各室内熱交換器４は後述のように冷房運転時には
エバポレータとして機能し、暖房運転時にはコンデンサ
として機能する。又、図示しないが、各室内熱交換器４
には不図示の室内ファン５（図３参照）が設けられてい
る。

【００１３】以下、室外機２の構成について説明する
と、図１において、６は駆動源である前記水冷式ガスエ
ンジン、７はガスエンジン６によって回転駆動される圧
縮機であって、ガスエンジン６の出力軸８はプーリ９、
ベルト１０及びプーリ１１を介して圧縮機７の入力軸１
２に連結されている。

【００１４】ところで、上記ガスエンジン６の吸気系に
は吸気管１３が接続されており、該吸気管１３の上流側
にはエアクリーナ１４が配置され、その下流側にはミキ
サー１５とスロットル弁１６が配置されている。尚、ス
ロットル弁１６はステッピングモータによって構成され
るスロットル弁開度制御アクチュエータ１７によって開
閉制御される。

【００１５】そして、前記ミキサー１５には燃料ガス供
給源１８に接続された燃料供給管１９が接続されてお
り、該燃料供給管１９の途中には燃料ガス流量制御弁２
０と減圧調整弁２１及び２つの開閉弁２２が接続されて
いる。

【００１６】他方、ガスエンジン６の排気系からは排気
管２３が導出しており、該排気管２３の途中には排ガス
熱交換器２４が設けられている。尚、ガスエンジン６に
は、エンジン回転数を検出するためのエンジン回転セン
サ２５、始動用のスタータモータ２６、潤滑用オイルを
貯留するためのオイルパン２７等が設けられている。

【００１７】ところで、当該熱ポンプ装置１には、前記
圧縮機７を含んで閉ループを構成する冷媒回路２８と前
記ガスエンジン６を冷却する冷却水を循環させる冷却水
回路２９が設けられている。

【００１８】上記冷媒回路２８は圧縮機７によってフロ
ン等の冷媒を循環させる回路であって、これには圧縮機
７の他、オイルセパレータ３０、四方弁３１、前記室内
熱交換器４、電子膨張弁３２，３３、室外熱交換器３
４、二重管熱交換器３５、アキュームレータ３６等の各
種機器が含まれており、これらの機器は冷媒配管２８ａ
〜２８ｋによってそれぞれ接続されて閉ループを構成し
ている。

【００１９】即ち、圧縮機７の吐出側から導出してオイ
ルセパレータ３０に至る冷媒配管２８ａの途中には高圧
側圧力センサ３７が設けられており、オイルセパレータ
３０と四方弁３１とは冷媒配管２８ｂによって接続され
ている。ここで、四方弁３１には４つのポートａ，ｂ，
ｃ，ｄが設けられており、ポートｂに連なる冷媒配管２
８ｃの途中にはバルブ３８が設けられ、該冷媒配管２８
ｃは４つの冷媒配管２８ｄ，２８ｅに分岐している。

【００２０】上記４つの冷媒配管２８ｄ，２８ｅのう
ち、１つの冷媒配管２８ｄは本発明に係る給湯装置６０
に設けられた冷媒熱交換器６１の入口側に接続され、残
り３つの各冷媒配管２８ｅには前記室内機３を構成する
各室内熱交換器４と電子膨張弁３２がそれぞれ設けられ
ている。そして、３つの冷媒配管２８ｅと給湯装置６０
に設けられた前記冷媒熱交換器６１の出口側から導出す
る冷媒配管２８ｆは合流して１つの冷媒配管２８ｇを構
成している。尚、冷媒配管２８ｆの途中には前記電子膨
張弁３３が設けられている。

【００２１】而して、前記冷媒配管２８ｇは前記室外熱
交換器３４の一端に接続されており、その途中にはパッ
クドバルブ３９、サイトグラス４０、ドライヤ４１、電
動開閉弁４２及び冷媒温度センサ４３が設けられてい
る。尚、室外熱交換器３４には室外ファン４４が設けら
れている。

【００２２】又、上記室外熱交換器３４の他端に接続さ
れた冷媒配管２８ｈには前記二重管熱交換器３５が設け
られるとともに、前記冷媒配管２８ｇの前記ドライヤ４
１と電動開閉弁４２の間から分岐した冷媒配管（バイパ
ス配管）２８ｉが接続され、該冷媒配管２８ｉの途中に
は電動バイパス弁４５と逆止弁４６が設けられている。

【００２３】そして、前記冷媒配管２８ｈは前記四方弁
３１のポートｄに接続されており、四方弁３１のポート
ｃに連なる冷媒配管２８ｊは前記アキュームレータ３６
に接続され、該アキュームレータ３６から導出する冷媒
配管２８ｋは圧縮機７の吸入側に接続され、その途中に
は低圧側圧力センサ４７が設けられている。又、前記オ
イルセパレータ３０の下部ら導出するオイル戻し配管４
８は前記冷媒配管２８ｋに接続されており、その途中に
はキャピラリ４９が設けられている。

【００２４】一方、前記冷却水回路２９は水ポンプ５０
によって冷却水を循環させる回路であって、これには水
ポンプ５０の他、前記排ガス熱交換器２４、サーモスタ
ット５１、温水制御弁５２、サーモスタット５３、給湯
装置６０に設けられた温水熱交換器６２、ラジエータ５
４、前記二重管熱交換器３５等の各種機器が含まれてお
り、これらの機器は冷却水配管２９ａ〜２９ｋによって
それぞれ接続されて閉ループを構成している。尚、本実
施の形態では、前記温水制御弁５２はリニア三方弁で構
成されている。

【００２５】即ち、水ポンプ５０の吐出側からサーモス
タット５１に至る冷却水配管２９ａの途中には前記排ガ
ス熱交換器２４が設けられており、サーモスタット５１
から分岐する一方の冷却水配管２９ｂは前記ガスエンジ
ン６の冷却水ジャケット６ａの入口側に接続され、冷却
水ジャケット６ａの出口側から導出する冷却水配管２９
ｃはサーモスタット５１から分岐する他方の冷却水配管
２９ｄと合流して１つの冷却水配管２９ｅを形成してい
る。尚、排ガス熱交換器２４と冷却水ジャケット６ａは
エンジン排熱回収熱交換器を構成している。

【００２６】上記冷却水配管２９ｅは温水制御弁５２に
接続されており、その途中には温水制御弁５２の上流を
流れる冷却水の温度（エンジン排熱回収熱交換器の出口
側温度）を検出するための冷却水温度センサ５５が設け
られている。そして、温水制御弁５２から分岐する一方
の冷却水配管２９ｆは前記サーモスタット５３に接続さ
れ、該サーモスタット５３から分岐する一方の冷却水配
管２９ｇは給湯装置６０に設けられた前記温水熱交換器
６２の入口側に接続されている。又、サーモスタット５
３から分岐する他方の冷却水配管（バイパス配管）２９
ｈは前記ラジエータ５４の入口側に接続され、ラジエー
タ５４の出口側から導出する冷却水配管２９ｉは前記水
ポンプ５０の吸入側に接続されており、この冷却水配管
２９ｉには前記温水制御弁５２から分岐する冷却水配管
（バイパス配管）２９ｊが接続されている。尚、冷却水
配管２９ｉの途中には注水口５６を介してリザーバタン
ク５７が接続されている。

【００２７】更に、前記温水熱交換器６２の出口側から
導出する冷却水配管２９ｋは前記冷却水配管２９ｉに接
続されている。

【００２８】而して、以上の冷却水回路２９において形
成される閉ループの冷却水循環路は、前記排ガス熱交換
器２４と冷却水ジャケット６ａによって構成されるエン
ジン排熱回収熱交換器から給湯装置６０の前記温水熱交
換器６２を経てエンジン排熱回収熱交換器に戻る冷却水
配管２９ａ〜２９ｇ，２９ｋ，２９ｉから成る主循環路
と、エンジン排熱回収熱交換器から温水熱交換器６２を
迂回してエンジン排熱回収熱交換器に戻る冷却水配管２
９ａ〜２９ｅ，２９ｊ，２９ｉと冷却水配管２９ａ〜２
９ｆ，２９ｈ，２９ｉによって構成されるバイパス循環
路とで構成されている。

【００２９】次に、本発明に係る給湯装置６０の構成を
図２に基づいて説明する。

【００３０】図２に示すように、本発明に係る給湯装置
６０には前記冷媒熱交換器６１と温水熱交換器６２の
他、貯湯タンク６３、水ポンプ６４、サーモスタット６
５、追い焚き装置６６、温水熱交換器６７，６８等の機
器が配置されており、これらの機器は温水配管６９ａ〜
６９ｋによってそれぞれ互いに接続されている。

【００３１】即ち、前記冷媒熱交換器６１と温水熱交換
器６２を接続する温水配管６９ａの途中には前記水ポン
プ６４と温度センサ７０が設けられるとともに、貯湯タ
ンク６３の上部から導出する温水配管６９ｂが接続され
ており、温水配管６９ｂの途中には開閉弁７１が設けら
れている。尚、貯湯タンク６３には４つの温度センサ７
２ａ〜７２ｄが高さ方向に適当な間隔で設けられてお
り、貯湯タンク６３の底部には市水（水道水）を補給す
るための給水管６９ｃが接続されている。

【００３２】又、貯湯タンク６３の底部から導出する温
水配管６９ｄは冷媒熱交換器６１の入口側に接続されて
おり、温水熱交換器６２の出口側から導出する温水配管
６９ｅは前記サーモスタット６５に接続されている。そ
して、サーモスタット６５から分岐する一方の温水配管
６９ｆは貯湯タンク６３の上部に接続され、他方の温水
配管６９ｇは前記追い焚き装置６６の内部を通って温水
配管６９ｄの貯湯タンク６３の近傍部に接続されてお
り、その追い焚き装置６６の上流側には温度センサ７３
が設けられ、追い焚き装置６６の下流側には前記温水熱
交換器６７，６８が設けられている。ここで、一方の温
水熱交換器６７と室内の床暖房装置（又は浴室乾燥機）
７４とは給湯配管７５によって接続され、他方の温水熱
交換器６８と風呂７６とは給湯配管７７によって接続さ
れており、給湯配管７５には水ポンプ７８と流量制御弁
７９が設けられ、給湯配管７７には水ポンプ８０が設け
られている。

【００３３】又、前記温水配管６９ｅから分岐する温水
配管（バイパス配管）６９ｈは前記サーモスタット６５
を迂回して温水配管６９ｇに接続されており、その途中
には開閉弁８１が設けられている。

【００３４】更に、前記貯湯タンク６３の上部からは温
水配管６９ｉが導出しており、この温水配管６９ｉから
分岐する一方の温水配管６９ｊは図示のように前記追い
焚き装置６６の内部を通って蛇口８２に接続されてお
り、他方の温水配管６９ｋは不図示の配水設備に接続さ
れ、その途中にはリリーフ弁８３が設けられている。こ
こで、追い焚き装置６６にはバーナー８４が設けられて
おり、このバーナー８４には不図示の燃料ガス供給源か
らガス配管８５を経て燃料ガスが供給され、この燃料ガ
スはバーナー８４で燃焼して温水配管６９ｇ，６９ｊを
流れる温水を加熱する。尚、ガス配管８５の途中にはガ
ス流量制御弁８６が設けられている。又、追い焚き装置
６６の下部には空気取入口６６ａが開口し、上部には排
気口６６ｂが開口している。

【００３５】ここで、エンジン駆動式熱ポンプ装置１と
給湯装置６０の制御系の構成を図３に示すブロック図に
基づいて説明する。

【００３６】熱ポンプ装置１を構成する室外機２と室内
機３及び熱ポンプ装置１に付設された給湯装置６０には
制御手段としてのＣＰＵ８７，８８，８９がそれぞれ設
けられており、室外機２のＣＰＵ８７と室内機３のＣＰ
Ｕ８８及び給湯装置６０のＣＰＵ８９は互いに情報の授
受を行い、室外機２のＣＰＵ８７は各種データを記憶装
置９０に記憶している。

【００３７】而して、室外機２のＣＰＵ８７は、エンジ
ン回転センサ２５、高圧側圧力センサ３７、低圧側圧力
センサ４７、冷媒温度センサ４３、冷却水温度センサ５
５及びその他のセンサ群（例えば、エンジン室内温度セ
ンサ、外気温度センサ、高圧側温度センサ等）９１の検
知データの取り込んでスロットル弁開度制御アクチュエ
ータ１７、温水制御弁駆動アクチュエータ９２、電子膨
張弁駆動アクチュエータ９３、室外ファン駆動アクチュ
エータ９４、水ポンプ駆動アクチュエータ９５及びその
他のアクチュエータ群（例えば、ガス流量制御弁８６、
四方弁３１、電動バイパス弁４５、電動開閉弁４２等を
駆動するためのアクチュエータ等）９６の駆動を制御す
る。

【００３８】又、室内機３のＣＰＵ８８は、冷媒温度セ
ンサ９７、室内機リモコン操作部９８、室内温度センサ
９９、床暖房（浴室乾燥）スイッチ１００及び風呂追い
焚きスイッチ１０１の検知データの取り込んで送風ファ
ン５、室内ルーバーモータ１０２及び電子膨張弁３２，
３３の駆動を制御する。

【００３９】更に、給湯装置６０のＣＰＵ８９は、温度
センサ群（温度センサ７０，７２ａ〜７２ｄ，７３）の
検知データを取り込んで水ポンプ群（水ポンプ６４，７
８，８０）、開閉弁群（開閉弁７１，８１）、ガス流量
制御弁（＆点火装置）８６及び流量制御弁７９の駆動を
制御する。

【００４０】次に、エンジン駆動式熱ポンプ装置１の暖
房運転時と冷房運転時及び給湯運転時（暖房及び冷房運
転を行わないで給湯のみを行う場合）における給湯装置
６０の作用を説明する。

【００４１】１）暖房運転時：熱ポンプ装置１の暖房運
転時においては電子膨張弁３３は所定の開度に設定され
ており、スタータモータ２６によってガスエンジン６が
起動されると、該ガスエンジン６によって圧縮機７が回
転駆動されて気相冷媒が圧縮され、高温高圧の気相冷媒
は冷媒配管２８ａを通ってオイルセパレータ３０に至
る。オイルセパレータ３０においては冷媒に含まれるオ
イル分が除去され、オイル分が除去された気相冷媒は冷
媒配管２８ｂを通って四方弁３１に至り、冷媒から分離
されたオイルは前記キャピラリ４９を通過してオイル戻
し配管４８から前記冷媒配管２８ｋに戻される。

【００４２】ところで、暖房運転時においては、図１に
実線にて示すように、四方弁３１のポートａとポートｂ
とが連通されており、高温高圧の気相冷媒はバルブ３８
を通過してその一部は冷媒配管２８ｄを通って給湯装置
６０の冷媒熱交換器６１へと供給されて貯湯タンク６３
内の温水の加熱に供され、残りの気相冷媒は各冷媒配管
２８ｅを通って室内熱交換器４に至り、コンデンサとし
て機能する各室内熱交換器４において凝縮熱を放出して
液化し、このとき放出される凝縮熱によって室内の暖房
が行われる。

【００４３】上述のように給湯装置６０の貯湯タンク６
３内の水を凝縮熱によって加熱して液化した高圧の液相
冷媒は冷媒配管２８ｆを流れる過程で電子膨張弁３３を
通過して減圧され、又、各室内熱交換器４において凝縮
熱を放出して液化した高圧の液相冷媒は各冷媒配管２８
ｅを流れる過程で電子膨張弁３２を通過して減圧され
る。そして、各電子膨張弁３２，３３を通過して減圧さ
れた液相冷媒は合流して冷媒配管２８ｇを流れ、パック
ドバルブ３９、サイトグラス４０、ドライヤ４１及び電
動開閉弁４２を通過して室外熱交換器３４に至り、エバ
ポレータとして機能する室外熱交換器３４において外気
から蒸発熱を奪って気化する。

【００４４】一方、水ポンプ５０の駆動によって冷却水
回路２９内を循環する冷却水は、水ポンプ５０から吐出
されて冷却水配管２９ａを流れ、その過程で排ガス熱交
換器２４においてガスエンジン６から排気管２３に排出
される排気ガスの熱を回収して加熱された後、サーモス
タット５１に至る。このサーモスタット５１はリニア三
方弁で構成されて図４に示す特性を有しており、該サー
モスタット５１はこれに流入する冷却水の温度が第１の
設定値ｔ11（本実施の形態では６０℃）以下である場
合、冷却水配管２９ｂへの内部弁を全閉とするととも
に、冷却水配管２９ｄへの内部弁を全開として一方の冷
却水配管２９ｄのみに冷却水を流し、冷却水の温度が第
１の設定値ｔ11（＝６０℃）を超えると冷却水配管２９
ｂへの内部弁を開き始めると同時に冷却水配管２９ｄへ
の内部弁を開き始めて両冷却水配管２９ｂ，２９ｄに冷
却水を流し、冷却水の温度が第２の設定値ｔ12（本実施
の形態では６５℃）を超えると冷却水配管２９ｄへの内
部弁を全閉とするとともに、冷却水配管２９ｂへの内部
弁を全開として一方の冷却水配管２９ｂのみに冷却水を
流０。ここで、ガスエンジン６の起動初期においては冷
却水温度が低く、このような状態ではサーモスタット５
１は一方の冷却水配管２９ｂを全閉して冷却水をガスエ
ンジン６の冷却水ジャケット６ａを迂回して冷却水配管
２９ｄ，２９ｅへと流す。

【００４５】而して、冷却水配管２９ｅを流れる冷却水
は温水制御弁５２に至るが、冷却水温度センサ５５によ
って検出される冷却水の温度が設定値（本実施の形態で
は６０℃）未満である場合には、温水制御弁５２は冷却
水配管２９ｆを全閉して冷却水を冷却水配管（バイパス
配管）２９ｊへと流す。そして、冷却水配管（バイパス
配管）２９ｊを流れる冷却水は二重管熱交換器３５にお
いてガスエンジン６の排熱の一部を冷媒に与え、冷媒の
加熱に供された冷却水は冷却水配管２９ｉを通って水ポ
ンプ５０に戻され、冷却水温度センサ５５によって検出
される温度が設定値（６０℃）未満である間は以上と同
様の作用を繰り返す。

【００４６】一方、二重管熱交換器３５において冷却水
によって加熱された冷媒は四方弁３１に至るが、暖房運
転時には図１に実線にて示すように四方弁３１のポート
ｃとポートｄが連通しているため、冷媒は冷媒配管２８
ｊを通ってアキュームレータへ３６と流れ、該アキュー
ムレータ３６にて気液が分離され、気相冷媒のみが冷媒
配管２８ｋを通って圧縮機７に吸引される。そして、圧
縮機７に吸引された冷媒は再び圧縮され、冷媒は前述と
同様の作用を繰り返して各室内の暖房に供されるが、こ
の暖房運転においては冷却水によって回収されたガスエ
ンジン６の排熱が前述のように二重管熱交換器３５にお
いて低圧側の低温冷媒に与えられ、圧縮機７を経て各室
内熱交換器４の放熱量に上乗せされるために暖房効果が
高められる。

【００４７】ところで、圧縮機７から吐出される気相冷
媒の圧力は高圧側圧力センサ３７によって検出される
が、各室内の検知温度と設定温度の差が大きい程、冷媒
の目標高圧値を高く設定し、検出された高圧値と目標高
圧値の差が大きい程、目標エンジン回転数を高く設定し
て該目標エンジン回転数と回転センサ２５によって検出
されるエンジン回転数の差の絶対値が所定値以内となる
ようスロットル弁１６の開度がフィードバック制御され
る。具体的には、検出されたエンジン回転数が目標エン
ジン回転数よりも低い場合にはスロットル弁１６の開度
を大きくしてエンジン回転数を上げ、逆に検出されたエ
ンジン回転数が目標エンジン回転数よりも高い場合には
スロットル弁１６の開度を小さくしてエンジン回転数を
下げる。

【００４８】而して、冷却水温度センサ５５によって検
出される冷却水温度が設定値（６０℃）未満である場合
には、前述のように冷却水は給湯装置６０の温水熱交換
器６２を迂回するバイパス循環路（冷却水配管２９ａ〜
２９ｅ，２９ｊ，２９ｉ）を循環するため、給湯装置６
０においては貯湯タンク６３内の温水は冷媒熱交換器６
１によってのみ加熱される。

【００４９】即ち、給湯装置６０においては、貯湯タン
ク６３内の温水の上下方向の温度分布は前記温度センサ
７２ａ〜７２ｄによってそれぞれ検出されるが、最上位
の温度センサ７２ａによって検出される貯湯タンク６３
内上部の温水の温度が設定値（本実施の形態では７０
℃）未満である場合には水ポンプ６４が駆動され、貯湯
タンク６３内の温水は底部から温水配管６９ｄを通って
冷媒熱交換器６１に導入され、該冷媒熱交換器６１にお
いて冷媒から放出される凝縮熱によって加熱された後、
水ポンプ６４及び温水熱交換器６２を通過してサーモス
タット６５に至る。

【００５０】而して、ガスエンジン６の起動初期におい
て冷却水温度が設定値（６０℃）未満である場合には前
述のように冷却水は温水熱交換器６２を迂回するため、
温水は温水熱交換器６２において温度の低い冷却水によ
って冷却されることがなく、温水の加熱が効率良く行わ
れ、ガスエンジン６の起動初期における給湯能力の低下
が防がれる。

【００５１】更に、ガスエンジン６の排熱量が増加し、
冷却水温度センサ５５によって検知される冷却水の温度
が設定値（６０℃）以上となると、三方弁である温水制
御弁５２は冷却水配管２９ｆへの内部通路を全開とする
一方、冷却水配管２９ｊへの内部通路を全閉とする。そ
して、冷却水配管２９ｆを流下する設定値（６０℃）以
上の冷却水はサーモスタット５３に至る。このサーモス
タット５３はリニア三方弁で構成されて図４に示す特性
を有しており、該サーモスタット５３はこれに流入する
冷却水の温度が第１の設定値ｔ21（本実施の形態では７
８℃）以下である場合、冷却水配管２９ｈへの内部弁を
全閉とするとともに、冷却水配管２９ｇへの内部弁を全
開として一方の冷却水配管２９ｇのみに冷却水を流し、
冷却水の温度が第１の設定値ｔ21（７８℃）を超えると
冷却水配管２９ｈへの内部弁を開き始めると同時に冷却
水配管２９ｄへの内部弁を開き始めて両冷却水配管２９
ｇ，２９ｈに冷却水を流し、冷却水の温度が第２の設定
値ｔ22（本実施の形態で９１℃）を超えると冷却水配管
２９ｇへの内部弁を全閉とするとともに、冷却水配管２
９ｈへの内部弁を全開として一方の冷却水配管２９ｈの
みに冷却水を流す。

【００５２】即ち、設定値（６０℃）以上の冷却水を給
湯装置６０の温水熱交換器６２に循環させ、貯湯タンク
６３内の温水を冷媒熱交換器６１と温水熱交換器６２の
両方で加熱し、貯湯タンク６３内に高い温度の温水を貯
湯することができる。ガスエンジン６の暖機が終了する
とエンジン出力に応じてエンジン排熱量が増大し、通常
７０℃〜９０℃の温水が温水熱交換器６２に循環するよ
うになり、該温水熱熱交換器６２によって貯湯タンク６
３内に７０℃以上の温水を形成することができる。貯湯
タンク６３内の温水の温度が高くなり過ぎる（例えば９
０℃以上）のを避けるため、サーモスタット５３に流入
する冷却水の温度が高くなって７８℃を超えると冷却水
はラジエータ５４へ流し初め、９１℃以上で冷却水の全
量をラジエータ５４へ流すようにしている。

【００５３】ところで、サーモスタット６５はリニア三
方弁で構成されて図４に示す特性を有しており、これは
温水の温度が第１の設定値ｔ31（本実施の形態では６０
℃）以下である場合には温水配管６９ｆを全閉とすると
ともに、温水配管６９ｇを全開として一方の温水配管６
９ｇのみに温水を流し、温水の温度が第１の設定値ｔ31
（＝６０℃）を超えると温水配管６９ｆを開き始めると
同時に温水配管６９ｇを閉じ始めて両温水配管６９ｆ，
６９ｇに温水を流し、温水の温度が第２の設定値ｔ32
（本実施の形態では７３℃）を超えると温水配管６９ｆ
を全開とし、温水配管６９ｇを全閉として一方の温水配
管のみに温水を流す。

【００５４】従って、サーモスタット６５においては、
温水の温度が第１の設定値ｔ31（６０℃）未満である場
合には温水はその全量が温水配管６９ｇを流れる。

【００５５】そして、温水の温度が第１の設定値ｔ31
（６０℃）を超えるとサーモスタット６５は前述のよう
に両温水配管６９ｆ，６９ｇに温水を流すため、温水の
一部は前述のように温水配管６９ｇを通って温水配管６
９ｄに還流し、残りの温水は温水配管６９ｆから貯湯タ
ンク６３の上部に戻される。この貯湯タンク６３の上部
に戻る温水の量と同量の温度の低い温水が貯湯タンク６
３の下部から温水配管６９ｄに供給され、温水配管６９
ｇを通過してきた温水と合流して冷媒熱交換器６１へ流
れる。

【００５６】その後、温水の温度が第２の設定値ｔ32
（７３℃）を超えるとサーモスタット６５は前述のよう
に温水の全量を温水配管６９ｆに流すため、温度の高い
温水の全てが貯湯タンク６３の上部に戻される。温度の
高い温水が貯湯タンク６３の上方から溜まり、温度セン
サ７２ｄが７０℃以上を検知するようになると水ポンプ
６４が停止せられる。

【００５７】以上のように、温度の低い温水は再加熱す
るように冷媒熱交換器６１に戻し、温度の高い温水は貯
湯タンク６３の上部に戻すようにしたため、貯湯タンク
６３内の温水の温度は上から下に向かって低くなり、蛇
口８２を開けば温度の高い温水が貯湯タンク６３の上部
から温水配管６９ｉ，６９ｊを経て供給されてユーザー
の使用に供される。そして、使用された温水の量に見合
う市水が給水配管６９ｃから貯湯タンク６３内の底部に
供給される。尚、ユーザーが給湯温度を高く設定する
と、ガス流量制御弁８６が開いて追い焚き装置６６にお
いてバーナー８４が点火され、供給される温水が加熱さ
れてその温度が設定値まで高められる。

【００５８】又、床暖房（又は浴室乾燥）スイッチ１０
０と風呂追い焚きスイッチ１０１（図３参照）の少なく
とも一方がＯＮされると、水ポンプ６４が停止中であれ
ばこれが起動され、温度センサ７２ａが７０℃以上を検
知していれば開閉弁７１が開とされる。

【００５９】そして、開閉弁８１が開かれて温水配管６
９ｅを流れる温水の一部又は全てがサーモスタット６５
を迂回して温水配管（バイパス配管）６９ｈから温水配
管６９ｇへと流れる。例えば、床暖房（又は浴室乾燥）
スイッチ１００と風呂追い焚きスイッチ１０１の双方が
ＯＮされた場合には、温水配管６９ｇを流れる温水は温
水熱交換器６７，６８において給湯配管７５，７７を循
環する水を加熱し、給湯配管７５を循環する温水は床暖
房装置（又は浴室乾燥機）８４において床暖房（又は浴
室乾燥）に供され、給湯配管７７を循環する温水は風呂
７６内の湯の加熱に供される。このとき、温度センサ７
３によって検出される温水の温度が設定値未満である場
合には、温水は追い焚き装置６６においてバーナー８４
によって加熱され、温水熱交換器６７，６８を通過した
後に温水配管６９ｄ或は貯湯タンク６３の底部に帰還す
る。

【００６０】尚、追い焚き装置６６においては、温水の
温度に応じてガス流量制御弁８６の開度が制御されてガ
ス配管８５からバーナー８４に供給される燃料ガスの流
量が調整される。具体的には、温水の温度が低い程、燃
料ガス流量が増大せしめられる。

【００６１】２）冷房運転時：熱ポンプ装置１の冷房運
転時においては電子膨張弁３３は全閉されており、スタ
ータモータ２６によってガスエンジン６が起動される
と、該ガスエンジン６によって圧縮機７が回転駆動され
て気相冷媒が圧縮され、高温高圧の気相冷媒はオイルセ
パレータ３０にてオイル分を除去された後に四方弁３１
に至る。

【００６２】ところで、冷房運転時においては、図１に
破線にて示すように、四方弁３１のポートａとポートｄ
とが連通されており、高温高圧の気相冷媒は冷媒配管２
８ｈ側へ流れて二重管熱交換器３５を通過した後に室外
熱交換器３４に至り、コンデンサとして機能する室外熱
交換器３４において外気に放熱して液化する。そして、
室外熱交換器３４において液化した高圧の冷媒は冷媒管
路２８ｇを流れる間に電動開閉弁４２、ドライヤ４１、
サイトグラス４０及びパックドバルブ３９を通過して各
冷媒配管２８ｅに分流し、各冷媒配管２８ｅを流れる液
相冷媒は各電子膨張弁３２を通過することに減圧されて
各室内熱交換器４に至る。

【００６３】而して、各室内熱交換器４はエバポレータ
として機能し、該室内熱交換器４においては低圧の液相
冷媒が各室内の空気から蒸発潜熱を奪って蒸発するた
め、室内の空気が冷やされて室内が冷房される。そし
て、蒸発によって気化した冷媒はバルブ３８を通過して
冷媒配管２８ｃを通って四方弁３１に至る。ここで、冷
房運転時には図１に破線にて示すように四方弁３１のポ
ートｂとポートｃが連通しているため、冷媒は冷媒配管
２８ｊを通ってアキュームレータ３６へと流れ、該アキ
ュームレータ３６にて気液が分離され、気相冷媒のみが
冷媒配管２８ｋを通って圧縮機７に吸引される。そし
て、圧縮機７に吸引された冷媒は再び圧縮され、冷媒は
前述と同様の作用を繰り返して各室内の冷房に供される
而して、冷房運転時には電子膨張弁３３が全閉されて給
湯装置６０の冷媒熱交換器６１に冷媒が導かれないた
め、給湯装置６０における貯湯タンク６３内の温水の加
熱は温水熱交換器６２においてのみ行われる。

【００６４】ところで、冷房運転時においても、ガスエ
ンジン６の起動初期に冷却水温度センサ５５によって検
出される冷却水の温度が設定値（６０℃）未満である場
合には前記暖房運転時と同様に冷却水は給湯装置６０の
温水熱交換器６２を迂回してバイパス循環路（冷却水配
管２９ａ〜２９ｅ，２９ｊ，２９ｉ）を循環するため、
給湯装置６０において温水は温水熱交換器６２において
温度の低い冷却水によって冷却されることがなく、ガス
エンジン６の起動初期における給湯能力の低下が防がれ
る。尚、この場合、貯湯タンク６３内の温水は追い焚き
装置６６のみによって加熱される。

【００６５】尚、冷房運転時において圧縮機７に吸引さ
れる気相冷媒の圧力は低圧側圧力センサ４７によって検
出されるが、各室内の検知温度と設定温度の差が大きい
程、冷媒の目標低圧値を低く設定し、検出された低圧値
と目標低圧値の差が大きい程、目標エンジン回転数を高
く設定して該目標エンジン回転数と回転センサ２５によ
って検出されるエンジン回転数の差の絶対値が所定値以
内となるようスロットル弁１６の開度がフィードバック
制御される。具体的には、検出されたエンジン回転数が
目標エンジン回転数よりも低い場合にはスロットル弁１
６の開度を大きくしてエンジン回転数を上げ、逆に検出
されたエンジン回転数が目標エンジン回転数よりも高い
場合にはスロットル弁１６の開度を小さくしてエンジン
回転数を下げる。目標低圧値が低い程、低圧冷媒の温度
が低く、エバポレータとして機能する室内熱交換器４の
吸熱能力が増大するが、低圧冷媒の圧力を下げるために
はエンジン回転数を上げて圧縮機７の吸込能力を高める
必要がある。

【００６６】３）給湯運転時：暖房及び冷房運転を行わ
ないで給湯のみを行う場合には、四方弁３１を図１に実
線にて示すように暖房運転時の状態にするとともに、全
ての電子膨張弁３２，３３を全閉とする。

【００６７】而して、この給湯運転においては、圧縮機
７から吐出される高温高圧の気相冷媒の全ては冷媒配管
２８ａ〜２８ｄを通って給湯装置６０の冷媒熱交換器６
１に導かれ、該冷媒熱交換器６１において凝縮熱によっ
て温水を加熱して液化した後、冷媒配管２８ｆを経て電
子膨張弁３３を通過することによって減圧され、冷媒管
路２８ｇを流れる間にパックドバルブ３９、サイトグラ
ス４０、ドライヤ４１及び電動開閉弁４２を通過して室
外熱交換器３４に至る。そして、エバポレータとして機
能する室外熱交換器３４において低圧の液相冷媒は外気
から蒸発潜熱を奪って蒸発し、以後は暖房運転時と同様
に二重管熱交換器３５及び四方弁３１を通過して冷媒配
管２８ｊを通ってアキュームレータ３６へと流れ、該ア
キュームレータ３６にて気液が分離され、気相冷媒のみ
が冷媒配管２８ｋを通って圧縮機７に吸引される。そし
て、圧縮機７に吸引された冷媒は再び圧縮され、冷媒は
前述と同様の作用を繰り返して給湯装置６０における温
水の加熱に供される。

【００６８】ところで、この給湯運転時においても、ガ
スエンジン６の起動初期に冷却水温度センサ５５によっ
て検出される冷却水の温度が設定値（６０℃）未満であ
る場合には前記暖房運転時及び冷房運転時と同様に冷却
水は給湯装置６０の温水熱交換器６２を迂回してバイパ
ス循環路（冷却水配管２９ａ〜２９ｅ，２９ｊ，２９
ｉ）を循環するため、給湯装置６０において温水は温水
熱交換器６２において温度の低い冷却水によって冷却さ
れることがなく、温水の加熱が効率良く行われ、ガスエ
ンジン６の起動初期における給湯能力の低下が防がれ
る。

【００６９】尚、以上の実施の形態において、給湯装置
６０におけるサーモスタット６５に代えて図５に示す開
閉弁１０３を温水配管６９ｆに設けるとともに、その上
流の温水配管６９ｅに温度センサ７３を設け、該温度セ
ンサ７３によって検出される温水の温度が設定値（例え
ば、６０℃）を超えると前記開閉弁１０３を開いて高温
の温水の一部を温水配管６９ｆから貯湯タンク６３内の
上部に還流させるようにしても良い。

【００７０】又、図１に示す冷却水回路２９に設けられ
る冷却水温度センサ５５を廃し、温水制御弁５２に代え
てサーモスタットを設ける構成を採用しても良い。この
場合、サーモスタットは上流側の冷却水温度が設定値
（例えば６０℃）未満である場合には冷却水の全量を給
湯装置６０の温水熱交換器６２を迂回してバイパス循環
路を循環させるため、前述と同様にガスエンジン６の起
動初期における給湯装置６０の給湯能力の低下を防ぐこ
とができる。

【００７１】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、エンジン
によって駆動される圧縮機によって冷媒を循環させる冷
媒回路と、エンジンを冷却する冷却水を循環させる冷却
水回路を有し、前記冷媒回路には膨張弁と室内熱交換器
及び室外熱交換器を設け、前記冷却水回路にはエンジン
排熱回収熱交換器を設けて成るエンジン駆動式熱ポンプ
装置に設けられる装置であって、前記冷却水回路に温水
熱交換器を設け、貯湯タンク内の水の加熱を前記温水熱
交換器での冷却水との熱交換によって行うようにした給
湯装置において、前記冷却水回路の冷却水循環路を、前
記エンジン排熱回収熱交換器から前記温水熱交換器を経
てエンジン排熱回収熱交換器に戻る主循環路と、エンジ
ン排熱回収熱交換器から温水熱交換器を迂回してエンジ
ン排熱回収熱交換器に戻るバイパス循環路で構成し、冷
却水温度が設定値より低い場合には冷却水を前記バイパ
ス循環路に流し、同冷却水温度が設定値より高い場合に
は冷却水を前記主循環路に流すようにしたため、エンジ
ンの起動初期において冷却水温度が設定値よりも低い場
合には給湯装置の貯湯タンク内の水が温水熱交換器にお
いて温度の低い冷却水によって冷却されるもことがな
く、エンジン起動初期における給湯装置の給湯能力の低
下を防ぐことができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】エンジン駆動式熱ポンプ装置の基本構成を示す
回路図である。

【図２】本発明に係る給湯装置の基本構成を示す回路図
である。

【図３】エンジン駆動式熱ポンプ装置と給湯装置の制御
系の構成を示すブロック図である。

【図４】サーモスタットの特性図である。

【図５】本発明の別形態を示す冷却水回路の部分図であ
る。

【符号の説明】

１ エンジン駆動式熱ポンプ装置 ２ 室外機 ３ 室内機 ４ 室内熱交換器 ６ ガスエンジン（エンジン） ６ａ 冷却水ジャケット（エンジン排熱回収熱交
換器） ７ 圧縮機 ２４ 排ガス熱交換器（エンジン排熱回収熱交換
器） ２８ 冷媒回路 ２９ 冷却水回路 ３２，３３ 電子膨張弁（膨張弁） ３４ 室外熱交換器 ３５ 二重管熱交換器 ５２ 温水制御弁（リニア三方弁） ５５ 冷却水温度センサ ６０ 給湯装置 ６１ 冷媒熱交換器 ６２ 温水熱交換器 ６３ 貯湯タンク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 000196680 西部瓦斯株式会社 福岡県福岡市博多区千代１丁目17番１号 (72)発明者 田之頭 健一 東京都港区海岸一丁目５番20号東京瓦斯株 式会社内 (72)発明者 山口 和也 東京都港区海岸一丁目５番20号東京瓦斯株 式会社内 (72)発明者 福知 徹 大阪府大阪市此花区北港白津一丁目１番３ 号大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 肆矢 直司 愛知県東海市新宝町507−２東邦瓦斯株式 会社内 (72)発明者 川原 道憲 福岡県福岡市博多区千代１丁目17番１号西 部瓦斯株式会社内 (72)発明者 名倉 勝雪 静岡県磐田市新貝2500番地ヤマハ発動機株 式会社内 (72)発明者 杉山 由浩 静岡県磐田市新貝2500番地ヤマハ発動機株 式会社内 (72)発明者 三沢 誠 静岡県磐田市新貝2500番地ヤマハ発動機株 式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンによって駆動される圧縮機によ
   って冷媒を循環させる冷媒回路と、エンジンを冷却する
   冷却水を循環させる冷却水回路を有し、前記冷媒回路に
   は膨張弁と室内熱交換器及び室外熱交換器を設け、前記
   冷却水回路にはエンジン排熱回収熱交換器を設けて成る
   エンジン駆動式熱ポンプ装置に設けられる装置であっ
   て、前記冷却水回路に温水熱交換器を設け、貯湯タンク
   内の水の加熱を前記温水熱交換器での冷却水との熱交換
   によって行うようにした給湯装置において、 前記冷却水回路の冷却水循環路を、前記エンジン排熱回
   収熱交換器から前記温水熱交換器を経てエンジン排熱回
   収熱交換器に戻る主循環路と、エンジン排熱回収熱交換
   器から温水熱交換器を迂回してエンジン排熱回収熱交換
   器に戻るバイパス循環路で構成し、冷却水温度が設定値
   より低い場合には冷却水を前記バイパス循環路に流し、
   同冷却水温度が設定値より高い場合には冷却水を前記主
   循環路に流すようにしたことを特徴とする給湯装置。
2. 【請求項２】 前記冷却水温度は前記エンジン排熱回収
   熱交換器の出口における冷却水の温度であることを特徴
   とする請求項１記載の給湯装置。
3. 【請求項３】 前記冷却水回路の主循環路とバイパス循
   環路との分岐部にリニア三方弁又はサーモスタットを設
   けたことを特徴とする請求項１記載の給湯装置。
4. 【請求項４】 前記冷媒回路に冷媒熱交換器を設け、冷
   媒回路を流れる冷媒の少なくとも一部を前記冷媒熱交換
   器に導いて該冷媒によって前記貯湯タンク内の水を加熱
   するようにしたことを特徴とする請求項１記載の給湯装
   置。
5. 【請求項５】 冷媒と冷却水の間で熱交換を行わせる二
   重管熱交換器を前記冷媒回路と前記冷却水回路の間に設
   けたことを特徴とする請求項１記載の給湯装置。