JP2004360969A - ヒートポンプ給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のヒートポンプサイクルにおける運転効率を向上させたヒートポンプ給湯装置を提供する。
【解決手段】圧縮機１１、給湯用熱交換器１２、減圧装置１３及び吸熱器１４を配管で接続した第１のヒートポンプサイクル１０及び圧縮機２１、給湯用熱交換器２２、減圧装置２３及び吸熱器２４を配管で接続した第２のヒートポンプサイクル２０を備え、それぞれのヒートポンプサイクル１０、２０は吸熱器１４、２４と圧縮機１１、２１との間の低圧冷媒配管を加熱する内部熱交換器１０１、２０１を設ける。内部熱交換器１０１、２０１の冷却は、他のヒートポンプサイクルの低圧側配管を用いて行う。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮機、給湯用熱交換器、減圧装置、及び吸熱器を配管で接続したヒートポンプサイクルを複数備え、給湯用熱交換器で加熱したお湯をそのまま出湯する、瞬間湯沸かし型のヒートポンプ給湯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ヒートポンプサイクルを利用した給湯装置が提案されており、例えば、貯湯タンクを備え、この貯湯タンクにあらかじめ溜めたお湯を利用する貯湯型の給湯装置が提案されている。しかし、このような貯湯型の給湯装置では、貯湯タンクが小さいと湯切れを生じる場合があり、湯切れを生じないためには大きな貯湯タンクが必要となってしまう。
そこで、貯湯タンクを利用することなく、熱交換器で加熱したお湯をそのまま出湯する、瞬間湯沸かし型の給湯装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
また、ヒートポンプサイクルの運転効率を高めるために、絞り弁の流入口における超臨界的に加圧された冷媒の比エンタルピーを変動させて冷媒の加熱冷却能力を制御する超臨界蒸気圧圧縮サイクルが提案されている（例えば特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平２−２２３７６７号公報（図１参照）
【特許文献２】
特表平３−５０３２０６号公報（図２参照）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、例えばシャワーや風呂給湯のような大能力から、食器洗いなどの微小能力まで、給湯装置で利用される湯温範囲や湯量範囲は広く、瞬間湯沸かし型の給湯装置を用いる場合には、幅広い温度範囲や供給湯量に対応させなければならない。
しかし、ヒートポンプサイクルを利用した給湯装置では、圧縮機の回転数変更などによる能力制御を行っても、給湯装置で利用される湯温範囲や供給湯量に対応させることは困難である。
【０００５】
そこで本発明は、ヒートポンプサイクルを利用した瞬間湯沸かし型の給湯装置であって、幅広い温度範囲や供給湯量に対応することができる広い運転能力可変幅を有し、かつ、制御性に優れ効率のよいヒートポンプ運転を行うことができるヒートポンプ給湯装置を提供することを目的とする。
また、複数のヒートポンプサイクルにおける運転効率を向上させたヒートポンプ給湯装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明のヒートポンプ給湯装置は、圧縮機、給湯用熱交換器、減圧装置、及び吸熱器を配管で接続したヒートポンプサイクルを複数備え、それぞれのヒートポンプサイクルには、前記吸熱器と前記圧縮機との間の低圧冷媒配管を加熱する内部熱交換器をそれぞれ設けたヒートポンプ給湯装置であって、前記内部熱交換器の冷却に、他の前記ヒートポンプサイクルの低圧側配管を用いたことを特徴とする。
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載のヒートポンプ給湯装置において、前記低圧側配管として、前記吸熱器と前記圧縮機との間の低圧側配管を用いたことを特徴とする。
請求項３記載の本発明は、請求項１に記載のヒートポンプ給湯装置において、異なる前記ヒートポンプサイクルの前記内部熱交換器を一体として構成したことを特徴とする。
請求項４記載の本発明は、請求項１に記載のヒートポンプ給湯装置において、前記内部熱交換器の冷却に、前記吸熱器の少なくとも一部を用いたことを特徴とする。
請求項５記載の本発明は、請求項１に記載のヒートポンプ給湯装置において、前記高圧側配管と前記低圧側配管とを接触させて固定したことを特徴とする。
請求項６記載の本発明は、請求項１から請求項５のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置において、前記ヒートポンプサイクルに用いる冷媒を二酸化炭素とし、高圧側では臨界圧を越える状態で運転することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明による第１の実施の形態によるヒートポンプ給湯装置は、複数のヒートポンプサイクルを備え、吸熱器と圧縮機との間の低圧冷媒配管を加熱する内部熱交換器の冷却に、他のヒートポンプサイクルの低圧側配管を用いたものである。本実施の形態によれば、ヒートポンプサイクルを複数備えているので、能力に応じてヒートポンプサイクルの運転台数を切り換え、幅広い能力において大ＣＯＰにて運転することが可能となる。したがって、シャワーや風呂給湯のような大量の湯量を使用する大能力運転から食器洗いや手洗いのような少量の湯量を使用する小能力運転まで効率よくヒートポンプを運転させることができる。また、複数のヒートポンプサイクルにおける運転効率を向上させることができる。
本発明による第２の実施の形態は、第１の実施の形態によるヒートポンプ給湯装置において、低圧側配管として吸熱器と圧縮機との間の低圧側配管を用いたものである。本実施の形態によれば、複数のヒートポンプサイクルの運転時における運転効率を一層向上させることができる。
本発明による第３の実施の形態は、第１の実施の形態によるヒートポンプ給湯装置において、複数の異なるヒートポンプサイクルの内部熱交換器を一体として構成したものである。本実施の形態によれば、１つのヒートポンプサイクルのみを運転させた場合における運転効率を向上させることができる。
本発明による第４の実施の形態は、第１の実施の形態によるヒートポンプ給湯装置において、内部熱交換器の冷却を吸熱器の少なくとも一部で行うものである。本実施の形態によれば、運転効率を向上させるとともに、吸熱器での着霜を防止することができる。
本発明による第５の実施の形態は、第１の実施の形態によるヒートポンプ給湯装置において、高圧側配管と低圧側配管とを接触させて固定したものである。本実施の形態によれば、内部熱交換器の構成を簡単かつ小型にすることができる。
本発明による第６の実施の形態は、第１から第５の実施の形態によるヒートポンプ給湯装置において、ヒートポンプサイクルに用いる冷媒を二酸化炭素とし、高圧側では臨界圧を越える状態で運転するものである。本実施の形態によれば、高温の湯を生成することができ、また貯湯タンクを併用する場合には高温の湯を貯留できるため、貯湯タンクを小型化できる。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明の一実施例によるヒートポンプ給湯装置について図面を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施例によるヒートポンプ給湯装置の回路構成図である。
まず、本実施例によるヒートポンプ給湯装置の冷凍回路について説明する。
本実施例によるヒートポンプ給湯装置は、第１のヒートポンプサイクル１０と、第２のヒートポンプサイクル２０とを備えている。第１のヒートポンプサイクル１０及び第２のヒートポンプサイクル２０は、二酸化炭素を冷媒として用い、高圧側では臨界圧を越える状態で運転することが好ましい。
第１のヒートポンプサイクル１０は、圧縮機１１、給湯用熱交換器１２、内部熱交換器１０１、減圧装置１３、及び吸熱器１４を順に配管で接続して構成されている。また、第１のヒートポンプサイクル１０は、給湯用熱交換器１２をバイパスするバイパス回路１５を備え、このバイパス回路１５には制御弁１６を設けている。また、第１のヒートポンプサイクル１０には、圧縮機１１の温度を検出する温度センサ１０Ａ、圧縮機１１からの吐出冷媒温度を検出する温度センサ１０Ｂ、圧縮機１１からの吐出冷媒圧力を検出する圧力センサ１０Ｃ、吸熱器１４の出口側の低圧冷媒温度を検出する温度センサ１０Ｄ、吸熱器１４の吸入空気を検出する温度センサ１０Ｅを備えている。ここで、温度センサ１０Ａはコールドスタートの検出を、圧力センサ１０Ｃは圧縮機１１又はヒートポンプサイクル１０の異常検出を行う。さらにヒートポンプサイクル１０に対応する吸熱器１４に送風するためのファン１７と風路１８を設けている。
一方、第２のヒートポンプサイクル２０は、圧縮機２１、給湯用熱交換器２２、風呂用熱交換器２９、内部熱交換器２０１、減圧装置２３、及び吸熱器２４を順に配管で接続して構成されている。また、第２のヒートポンプサイクル２０は、給湯用熱交換器２２をバイパスするバイパス回路２５を備え、このバイパス回路２５には制御弁２６を設けている。また、第２のヒートポンプサイクル２０には、圧縮機２１の温度を検出する温度センサ２０Ａ、圧縮機２１からの吐出冷媒温度を検出する温度センサ２０Ｂ、圧縮機２１からの吐出冷媒圧力を検出する圧力センサ２０Ｃ、吸熱器２４の出口側の低圧冷媒温度を検出する温度センサ２０Ｄ、風呂用熱交換器２９の入口冷媒温度を検出する温度センサ２０Ｆを備えている。吸熱器２４の吸入空気の検出は、温度センサ１０Ｅで兼用している。ここで、温度センサ２０Ａはコールドスタートの検出を、圧力センサ２０Ｃは圧縮機２１又はヒートポンプサイクル２０の異常検出を行う。さらにヒートポンプサイクル２０に対応する吸熱器２４に送風するためのファン２７と風路２８を設けている。
【０００９】
第１のヒートポンプサイクル１０を構成する内部熱交換部１０１の冷却には、第２のヒートポンプサイクル２０の低圧側配管２０３を用いている。より具体的には、内部熱交換器１０１は、給湯用熱交換器１２から減圧装置１３までの高圧側配管１０２と、減圧装置２３から圧縮機２１までの低圧側配管２０３との間で熱交換させている。
また、第２のヒートポンプサイクル２０を構成する内部熱交換部２０１の冷却には、第１のヒートポンプサイクル１０の低圧側配管１０３を用いている。より具体的には、内部熱交換器２０１は、風呂用熱交換器２９から減圧装置２３までの高圧側配管２０２と、減圧装置１３から圧縮機１１までの低圧側配管１０３との間で熱交換させている。
水用配管１２Ａを水が流れる方向と熱交換部１２Ｂを冷媒が流れる方向は互いに対向する方向であることが好ましい。また、水用配管２２Ａを水が流れる方向と熱交換部２２Ｂを冷媒が流れる方向は互いに対向する方向であることが好ましい。
【００１０】
次に、本実施例によるヒートポンプ給湯装置の出湯回路について説明する。
給湯用熱交換器１２の水用配管１２Ａと給湯用熱交換器２２の水用配管２２Ａとは、並列に接続されている。水用配管１２Ａ及び水用配管２２Ａの流入側は、流量調整弁３１、減圧弁３２、及び逆止弁３３を介して水道管等の水供給配管３４に接続されている。また、水用配管２２Ａの流入側には、水用配管２２Ａへの入水を阻止する制御弁３５を設けている。一方、水用配管１２Ａ及び水用配管２２Ａの流出側は、逆止弁３６、第一混合弁３７、及び第二混合弁３８を介してキッチン、又は洗面所等の給湯用の蛇口３９に接続されている。この出湯回路には、入水量を検出する流量センサ３０Ａ、入水温度を検出する温度センサ３０Ｂ、水用配管１２Ａの出口温度を検出する温度センサ３０Ｃ、水用配管２２Ａの出口温度を検出する温度センサ３０Ｄ、水用配管１２Ａと水用配管２２Ａとの混合湯温を検出する温度センサ３０Ｅ、第一混合弁３７の出口温度を検出する温度センサ３０Ｆ、及び第二混合弁３８の出口温度を検出する温度センサ３０Ｇ、給湯熱交換器１２及び給湯熱交換器２２への流入流量を検出する流量センサ３０Ｈを備えている。
【００１１】
次に、本実施例によるヒートポンプ給湯装置の貯湯回路について説明する。
貯湯タンク４０の底部配管４２は、流量調整弁３１、減圧弁３２、及び逆止弁４１を介して水道管等の水供給配管３４に接続されている。この底部配管４２は、循環ポンプ４３を介して水用配管１２Ａの流入側及び水用配管２２Ａの流入側と接続されている。また、貯湯タンク４０の上部循環用配管４４は、制御弁４５を介して水用配管１２Ａの流出側及び水用配管２２Ａの流出側と接続されている。なお、本実施例による貯湯タンク４０は、積層式の貯湯タンクであり、タンク内での撹拌が防止され、上部に高温水が底部に低温水が蓄積されるように構成されている。
一方、貯湯タンク４０の上部出湯用配管５１は、第一混合弁３７に接続されている。また、貯湯タンク４０の底部配管４２から分岐させた出水用配管５２は、逆止弁５３を介して第二混合弁３８に接続されている。なお、貯湯タンク４０には、出湯温度を検出する温度センサ４０Ａの他に、貯湯タンク４０内の湯量を検出するための複数の温度センサ４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄが設けられている。また、水用配管１２Ａ及び水用配管２２Ａの分岐前の流入側配管には、貯湯タンク４０の底部配管４２から導出される湯温を検出する温度センサ４０Ｅが設けられている。
【００１２】
次に、本実施例によるヒートポンプ給湯装置の浴槽加熱回路について説明する。
風呂用熱交換器２９の水用配管２９Ａは、循環ポンプ６１を備えた浴槽用循環配管６２と接続されている。この浴槽用循環配管６２は、水用配管２９Ａをバイパスするバイパス配管６３と、水用配管２９Ａとバイパス配管６３とを切り換える三方弁６４とを備えている。また浴槽用循環配管６２には、浴槽水の循環量を検出する流量センサ６０Ａ、水用配管２９Ａの出口温度を検出する温度センサ６０Ｂ、浴槽水の循環温度を検出する温度センサ６０Ｃ、浴槽内の水位を検出する水位センサ６０Ｄを備えている。
なお、浴槽６０への注湯は、第二混合弁３８の下流側配管から分岐させた注湯用配管７１を用いて行うことができる。この注湯用配管７１は、浴槽用循環配管６２に接続するか、又は直接浴槽６０に導く。注湯用配管７１には、注湯弁７２及び流量を検出する流量センサ７０Ａが設けられている。
リモコン８１は、蛇口３９からの出湯温度の指示や、浴槽６０の沸き上げ温度及び沸き上げ開始などを指示し、このリモコン８１からの指示に基づいて第１のヒートポンプサイクル１０と第２のヒートポンプサイクル２０とを制御手段８２にて制御する。なお各種のセンサの検出値はこの制御手段８２に入力される。
【００１３】
以下、本実施例によるヒートポンプ給湯装置の給湯運転動作について説明する。
まず、本実施例によるヒートポンプ給湯装置の通常の給湯運転モードについて図６を用いて説明する。図６は、モリエル線図上に描いたヒートポンプサイクルの動作の一例を示すものである。縦軸は圧力を横軸はエンタルピーを示す。実線Ａは飽和線を示し、実線Ｂはヒートポンプサイクルの動作状態を表す。
蛇口３９の開放を流量センサ３０Ａにて検知し、第１のヒートポンプサイクル１０及び第２のヒートポンプサイクル２０が運転を開始する。
第１のヒートポンプサイクル１０では、圧縮機１１で圧縮された冷媒は、図６の状態ａに示す高圧及び高温の状態にある。状態ａの冷媒は、給湯用熱交換器１２で放熱され、温度が下がり状態ｂになった後、内部熱交換器１０１にてさらに放熱され、状態ｃまでさらに冷却される。状態ｃの冷媒は、減圧装置１３で減圧され、状態ｄのように圧力低下し、液体とガスの２相状態になった後、吸熱器１４にて吸熱し、状態ｅのように加熱され、内部熱交換器２０１で吸熱し、状態ｆまで加熱されてガス状態で圧縮機１１に吸入される。このとき、制御弁１６は閉状態で、バイパス回路１５には冷媒は流れない。
内部熱交換器によりｅ〜ｆ間の△ｈ分のエンタルピー増加することになり、圧縮機にて圧縮された冷媒も△ｈ増加するので、給湯用熱交換器での熱交換量も△ｈ分増加することになる。
第２のヒートポンプサイクル２０では、第１のヒートポンプサイクル１０と同様に、圧縮機２１で圧縮された冷媒は給湯用熱交換器２２で放熱した後、内部熱交換器２０１にて更に放熱し、減圧装置２３で減圧された後、吸熱器２４にて吸熱し、内部熱交換器１０１で吸熱してガス状態で圧縮機２１に吸入される。このとき、制御弁２６は閉状態で、バイパス回路１５には冷媒は流れない。
上記構成とすることにより、第１のヒートポンプサイクル１０は、内部熱交換器１０１によって、減圧装置１３で減圧される前の冷媒を冷却し、一方内部熱交換器２０１によって、圧縮機１１に吸入される前の冷媒を加熱する。従って、第１のヒートポンプサイクル１０の加熱能力又は給湯能力を高めることができる。また、第２のヒートポンプサイクル２０は、内部熱交換器２０１によって、減圧装置２３で減圧される前の冷媒を冷却し、一方内部熱交換器１０１によって、圧縮機２１に吸入される前の冷媒を加熱する。従って、第２のヒートポンプサイクル２０の加熱能力又は給湯能力を高めることができる。
【００１４】
水供給配管３４から供給される水は、流量調整弁３１、減圧弁３２、及び逆止弁３３を順に通り、分岐して、給湯用熱交換器１２の水用配管１２Ａと給湯用熱交換器２２の水用配管２２Ａとにそれぞれ導かれる。水用配管１２Ａと水用配管２２Ａでそれぞれ加熱された温水は、再び合流した後に、逆止弁３６、第一混合弁３７、及び第二混合弁３８を順に通り蛇口３９に導かれる。
圧縮機１１での能力制御及び減圧装置１３での開度制御は、温度センサ３０Ｃでの検出温度がリモコン８１で設定された湯温に近づくように、温度センサ１０Ｂ、１０Ｄ、１０Ｅ、流量センサ３０Ａ、３０Ｈからの検出値によって制御される。
また、圧縮機２１での能力制御及び減圧装置２３での開度制御は、温度センサ３０Ｄでの検出温度がリモコン８１で設定された湯温に近づくように、温度センサ２０Ｂ、２０Ｄ、１０Ｅ、流量センサ３０Ａ、３０Ｈからの検出値によって制御される。
なお、ヒートポンプサイクル１０、２０での能力制御を行っても、給湯用熱交換器１２、２２からの水温が設定温度よりも高い場合には、ヒートポンプサイクル１０、２０の一方の運転を停止して第一混合弁３７での出口温度が設定温度となるように制御したり、出水用配管５２から第二混合弁３８に冷水を導入して、第二混合弁３８での出口温度が設定温度となるように制御する。
また、ヒートポンプサイクル１０、２０での能力制御を行っても、給湯用熱交換器１２、２２からの水温が設定温度よりも低い場合には、貯湯タンク４０から第一混合弁３７に温水を導入し、第一混合弁３７での出口温度を温度センサ３０Ｆで検出して設定温度となるように制御する。さらに第一混合弁３７での出口温度が設定温度よりも低い場合は、通常全開状態の流量調整弁３１の開度を小さくし、蛇口３９からの出湯流量を少なくして第一混合弁３７での出口温度が設定温度となるように制御する。
【００１５】
次に、本実施例によるヒートポンプ給湯装置の給湯運転モードの立ち上げ制御について説明する。
圧縮機１１、２１の起動から所定の時間は、給湯用熱交換器１２、２２で十分な放熱量を得られない。従って、蛇口３９の開放を流量センサ３０Ａにて検知し、第１のヒートポンプサイクル１０及び第２のヒートポンプサイクル２０が運転を開始すると同時に、上部出湯用配管５１から貯湯タンク４０内の高温水を第一混合弁３７に導く。このとき、温度センサ３０Ｅと温度センサ４０Ａとの温度を検出し、温度センサ３０Ｆでの検出温度が設定温度となるように第一混合弁３７での混合割合を制御する。運転開始時には、給湯用熱交換器１２、２２からの水温は低いため、貯湯タンク４０からの温水を多く流し、その後給湯用熱交換器１２、２２からの水温が高まるにしたがって貯湯タンク４０からの温水を減少させる。そして給湯用熱交換器１２、２２からの水温が十分に高まった時点で貯湯タンク４０からの出湯を停止する。
【００１６】
次に、本実施例によるヒートポンプ給湯装置の給湯負荷が小さい場合の給湯運転モードについて説明する。
給湯負荷が小さい場合の給湯運転モードでは、風呂用熱交換器２９を備えた第２のヒートポンプサイクル２０の運転を行わない。その他の動作は通常の給湯運転モードと同様であり、給湯運転モードの立ち上げ制御も行う。
なお、本実施例では２つのヒートポンプサイクルの場合を示しているが、３つ以上のヒートポンプサイクルを備えている場合には、給湯負荷が小さい場合の給湯運転モードと同様に、風呂用熱交換器２９を備えた第２のヒートポンプサイクル２０を、風呂加熱運転のために待機させることが好ましい。
【００１７】
次に、本実施例によるヒートポンプ給湯装置の貯湯運転モードについて説明する。
貯湯運転モードでは、第１のヒートポンプサイクル１０及び第２のヒートポンプサイクル２０を運転する。なお、複数のヒートポンプサイクルの全てを運転しない場合には、風呂用熱交換器２９を備えた第２のヒートポンプサイクル２０は、運転を行わず、風呂加熱運転のために待機させることが好ましい。
貯湯運転モードでは、制御弁４５を開として循環ポンプ４３を運転する。
循環ポンプ４３の運転により、貯湯タンク４０の底部配管４２から冷水を導出し、分岐して、給湯用熱交換器１２の水用配管１２Ａと給湯用熱交換器２２の水用配管２２Ａとにそれぞれ導かれる。給湯用熱交換器１２及び給湯用熱交換器２２で加熱された温水は、上部循環用配管４４から貯湯タンク４０の上部に戻される。圧縮機１１、２１での能力制御は、温度センサ４０Ｅによる給湯用熱交換器１２、２２の入口温度と、温度センサ３０Ｅによる給湯用熱交換器１２、２２の出口温度と、流量センサ３０Ｈによる循環流量、温度センサ１０Ｂ、１０Ｄ、１０Ｅ、２０Ｂ、２０Ｄによって制御される。貯湯タンク４０内の貯湯量は、温度センサ４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄによって検出し、貯湯タンク４０内の貯湯量が所定以下であることを検出すると貯湯運転を開始し、貯湯タンク４０内の貯湯量が所定以上であることを検出すると貯湯運転を停止する。
【００１８】
次に、本実施例によるヒートポンプ給湯装置の浴槽加熱運転モードについて説明する。
浴槽加熱運転モードでは、風呂用熱交換器２９を備えた第２のヒートポンプサイクル２０の運転を行い、制御弁２６を開放する。また、水用配管２２Ａへの入水を阻止する制御弁３５を閉とすることが好ましい。
圧縮機２１で圧縮された冷媒は、バイパス回路２５を流れ、風呂用熱交換器２９で放熱し、減圧装置２３で減圧された後、吸熱器２４にて吸熱し、ガス状態で圧縮機２１に吸入される。
一方、循環ポンプ６１を運転し、浴槽６０内の浴槽水を浴槽用循環配管６２を介して水用配管２９Ａに導き、水用配管２９Ａで加熱された浴槽水を浴槽６０内に戻す。
圧縮機２１での能力制御及び減圧装置２３での開度制御は、温度センサ６０Ｃでの検出温度がリモコン８１で設定された湯温に近づくように、温度センサ２０Ｆ、６０Ｂ、６０Ｃ、２０Ｂ、２０Ｄ、２０Ｆ、１０Ｅからの検出値によって制御される。また、循環ポンプ６１での循環量は、流量センサ６０Ａによって制御される。浴槽６０内の温度を検出するためには、三方弁６４の切り換えによって風呂用熱交換器２９をバイパスさせ、循環ポンプ６１、バイパス配管６３、及び浴槽６０で浴槽水を循環させ、温度センサ６０Ｃにて検出を行う。
一方、浴槽６０に温水を補充する場合あるいは浴槽６０が空の状態から湯張りする場合には、注湯弁７２を開放して給湯運転モードと同様に制御し、注湯用配管７１から浴槽用循環配管６２を介して浴槽６０に給湯する。
【００１９】
次に、本実施例によるヒートポンプ給湯装置の除霜運転モードについて説明する。
第１のヒートポンプサイクル１０での除霜運転は、制御弁１６を開、減圧装置１３を開放し、ファン１７の動作を停止して行う。
圧縮機１１で圧縮された冷媒は、バイパス回路１５を流れ、吸熱器１４にて放熱し、ガス状態で圧縮機２１に吸入される。このように吸熱器１４にて所定時間冷媒を放熱させることで、吸熱器１４の除霜を行うことができる。なお、着霜の検出は、温度センサ１０Ｄ及び温度センサ１０Ｅによって行う。
第２のヒートポンプサイクル２０での除霜運転は、制御弁２６を開、減圧装置２３を開放し、ファン２７の動作を停止して行う。
圧縮機２１で圧縮された冷媒は、バイパス回路２５を流れ、吸熱器２４にて放熱し、ガス状態で圧縮機２１に吸入される。このように吸熱器２４にて所定時間冷媒を放熱させることで、吸熱器２４の除霜を行うことができる。なお、着霜の検出は、温度センサ２０Ｄ及び温度センサ１０Ｅによって行う。
【００２０】
図２は、図１における熱交換器１０１の構成を示す斜視図である。
金属などの熱伝導性のブロック６５に４本の配管６６、６７、６８、６９がロウ付けなどにより互いに近接配置される。配管６６は第１のヒートポンプサイクル１０の給湯用熱交換器１２からの冷媒を熱交換器１０１に流入させる配管、配管６７は配管６６から熱交換器１０１へ流入した冷媒を減圧装置１３へ流出させる配管で、これらは図１における第１のヒートポンプサイクル１０の高圧側配管１０２に相当する。配管６８は第２のヒートポンプサイクル２０の吸熱器２４からの冷媒を熱交換器１０１に流入させる配管、配管６９は配管６８から熱交換器１０１へ流入した冷媒を圧縮機２１へ流出させる配管で、これらは図１における第２のヒートポンプサイクル２０の低圧側配管２０３に相当する。
熱交換器２０１についても、同様に４本の配管をブロックにロウ付けして構成することができる。
【００２１】
図３は、本発明の他の実施例によるヒートポンプ給湯装置の回路構成図である。なお本実施例においては、説明を簡単にするために、冷凍回路だけを示し、出湯、貯湯回路及び浴槽回路についての構成と動作については図１に示す実施例と同様であるので省略する。本実施例は、図１における熱交換器２０１及び熱交換器１０１を一体に構成した実施例である。
第１のヒートポンプサイクル１０は、圧縮機１１、給湯用熱交換器１２、一体型熱交換器９０の第１入力部９１、減圧装置１３、吸熱器１４、一体型熱交換器９０の第２入力部９２を経て圧縮機１１に循環するように配管で接続して構成されている。第２のヒートポンプサイクル２０は、圧縮機２１、給湯用熱交換器２２、一体型熱交換器９０の第３入力部９３、減圧装置２３、吸熱器２４、一体型熱交換器９０の第４入力部９４を経て圧縮機２１に循環するように配管で接続して構成されている。なお、第２のヒートポンプサイクル２０には必要に応じて風呂用熱交換器（図示せず）が設けられる。
本実施例のヒートポンプ給湯装置の給湯運転動作は図１の場合と本質的に同一であるので説明は省略する。本実施例においても複数のヒートポンプサイクルは同時運転することが好ましいが、１つのヒートポンプサイクルのみを運転させた場合においても運転効率が低下することはない。
【００２２】
図４は、本発明のさらに他の実施例によるヒートポンプ給湯装置の回路構成図である。本実施例は、図３における一体熱交換器９０の代わりに吸熱器としての空気熱交換器の一部を使用して行う実施例である。なお本実施例においては、説明を簡単にするために、冷凍回路だけを示し、出湯、貯湯回路及び浴槽回路についての構成と動作については図１に示す実施例と同様であるので省略する。
第１のヒートポンプサイクル１０は、圧縮機１１、給湯用熱交換器１２、空気熱交換器９６の第１入力部９７、減圧装置１３、空気熱交換器９６を経て圧縮機１１に循環するように配管で接続して構成されている。第２のヒートポンプサイクル２０は、圧縮機２１、給湯用熱交換器２２、空気熱交換器９６の第２入力部９８、減圧装置２３、空気熱交換器９６を経て圧縮機２１に循環するように配管で接続して構成されている。なお、第２のヒートポンプサイクル２０には必要に応じて風呂用熱交換器（図示せず）が設けられる。
【００２３】
図５に空気熱交換器９６の概念図を示す。
空気熱交換器９６は、空気流路９９中に空気を流して熱交換を行う。第１入力部９７及び第２入力部９８は空気熱交換器９６の空気流通の少ない部分に形成する。図４では上端に第１入力部９７、下端に第２入力部９８を形成する。
本実施例のヒートポンプ給湯装置の動作は図１の場合と本質的に同一であるので説明は省略する。本実施例によれば、運転効率を向上させるとともに、吸熱器の着霜を防止することができる。また、第１入力部９７及び第２入力部９８より流入した冷媒は吸熱器のフィンを加熱するので着霜しにくくなる。
【００２４】
なお、上記実施例では冷媒として二酸化炭素を用いた場合で説明したが、冷媒としてＲ４１０Ａ冷媒やＨＣ冷媒などのその他の冷媒を用いてもよい。
また、上記実施例では、第１のヒートポンプサイクル１０と第２のヒートポンプサイクル２０とを備えたヒートポンプ給湯装置を用いて説明したが、３つ以上のヒートポンプサイクルを用いてもよい。
また、上記実施例では、給湯用熱交換器１２及び給湯用熱交換器２２で加熱された温水を、上部循環用配管４４から貯湯タンク４０の上部に戻す構成としたが、上部循環用配管４４及び制御弁４５を設けることなく、第一混合弁３７を用いて給湯用熱交換器１２及び給湯用熱交換器２２の出口側配管と上部出湯用配管５１とを連通させることで、給湯用熱交換器１２及び給湯用熱交換器２２で加熱された温水を貯湯タンク４０の上部に戻す構成としてもよい。
また、上記実施例では、風呂用熱交換器２９を備えた第２のヒートポンプサイクル２０は、給湯用熱交換器２２と風呂用熱交換器２９とを選択的に利用する場合を説明したが、給湯用熱交換器２２及び風呂用熱交換器２９を同時に利用した運転を行うこともできる。
また、第１のヒートポンプサイクル１０にも第２のヒートポンプサイクル２０と同じ構成となるように風呂用熱交換器２９を設けてもよく、また風呂用熱交換器２９以外の利用側熱交換器としてもよい。
また、上記説明における風呂用熱交換器２９を、例えば床暖房や温風機器などの暖房用熱交換器として利用することもできる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は、ヒートポンプサイクルを利用した瞬間湯沸かし型の給湯装置であって、大能力から微小能力まで幅広い温度範囲や供給湯量に対応することができ、かつ、制御性に優れ効率のよいヒートポンプ運転を行うことができる。
また、複数のヒートポンプサイクルにおける運転効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例によるヒートポンプ給湯装置の回路構成図
【図２】図１におけるヒートポンプ給湯装置の熱交換器１０１の構成を示す斜視図
【図３】本発明の他の実施例によるヒートポンプ給湯装置の回路構成図
【図４】本発明のさらに他の実施例によるヒートポンプ給湯装置の回路構成図
【図５】図４におけるヒートポンプ給湯装置の空気熱交換器の構成を示す概念図
【図６】本発明の一実施例によるヒートポンプ給湯装置における冷媒の圧力とエンタルピーとの関係を示す特性図
【符号の説明】
１０ 第１のヒートポンプサイクル
１１ 圧縮機
１２ 給湯用熱交換器
１２Ａ 水用配管
１２Ｂ、１２Ｃ 冷媒流路
１３ 減圧装置
１４ 吸熱器
２０ 第２のヒートポンプサイクル
２１ 圧縮機
２３ 減圧装置
２４ 吸熱器
２９ 風呂用熱交換器
３７ 第一混合弁
３８ 第二混合弁
６６、６７、６８、６９ 配管
９０ 一体型熱交換器
９６ 空気熱交換器
１０１ 内部熱交換器
１０２ 高圧側配管
１０３ 低圧側配管
２０１ 内部熱交換器
２０２ 高圧側配管
２０３ 低圧側配管

Claims (6)

1. 圧縮機、給湯用熱交換器、減圧装置、及び吸熱器を配管で接続したヒートポンプサイクルを複数備え、それぞれのヒートポンプサイクルには、前記吸熱器と前記圧縮機との間の低圧冷媒配管を加熱する内部熱交換器をそれぞれ設けたヒートポンプ給湯装置であって、前記内部熱交換器の冷却に、他の前記ヒートポンプサイクルの低圧側配管を用いたことを特徴とするヒートポンプ給湯装置。
2. 前記低圧側配管として、前記吸熱器と前記圧縮機との間の低圧側配管を用い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装置。
3. 異なる前記ヒートポンプサイクルの前記内部熱交換器を一体として構成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装置。
4. 前記内部熱交換器の冷却に、前記吸熱器の少なくとも一部を用い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装置。
5. 前記高圧側配管と前記低圧側配管とを接触させて固定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装置。
6. 前記ヒートポンプサイクルに用いる冷媒を二酸化炭素とし、高圧側では臨界圧を越える状態で運転することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置。

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