JP2005207622A - ハイブリッド型熱源機および給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ヒートポンプ式熱源機１０と燃焼式熱源機３０とを効率良く組み合せ、エネルギー効率の良いハイブリッド型熱源機とする。
【解決手段】 燃焼式熱源機３０で２次流体を加熱した後の排熱をヒートポンプ式熱源機１０に吸熱させる。
特にエネルギー効率の低下する冬場などにおいて、燃焼式熱源機３０で２次流体を加熱した後の排熱をヒートポンプ式熱源機１０に吸熱させることによってヒートポンプ式熱源機１０の低圧側の圧力が上昇してエネルギー効率が良くなる。言い換えれば、ヒートポンプ式熱源機１０は排熱を吸収して吸熱温度が上昇した分だけＣＯＰ値が上昇することとなる。よってこれによれば、ヒートポンプ式熱源機１０の吸熱に燃焼式熱源機３０の排熱を利用することによりハイブリッド型熱源機としてのエネルギー効率を向上させることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ヒートポンプ式熱源機と燃焼式熱源機とを組み合せたハイブリッド型熱源機に関するものであり、特に排熱利用による効率向上に関するものである。

従来技術として、例えば特許文献１には、ヒートポンプ式の電気温水器とガス給湯器とを併設したハイブリッド型の給湯装置が示されている。また、特許文献２にはマルチ形空調装置として、発電機駆動用エンジンの排熱と冷媒とが熱交換する熱交換器を設け、暖房時にはこの熱交換器を低温側熱源としてヒートポンプを作動させるものが示されている。
特開２００２−２８６２８６号公報 特開２００２−１６８５４０号公報

しかしながら、上記特許文献１に示すものは、ヒートポンプ式温水器とガス給湯器とを適宜に使うものであり、ヒートポンプ式温水器とガス給湯器との間での熱の授受は無い。また、特許文献２に示すものは、駆動用エンジン（燃焼機関）の排熱をヒートポンプの低温側熱源として利用したものであるが、熱源となっているエンジンは元々熱源用として設けたものではないため熱源機としては効率が悪く、汎用的な熱源機として用いられるものではない。

本発明は、上記従来技術に鑑みて成されたものであり、その目的は、給湯や暖房などに用いることのできる汎用的な熱源機としてヒートポンプ式熱源機と燃焼式熱源機とを効率良く組み合せ、エネルギー効率の良いハイブリッド型熱源機を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、請求項１ないし請求項１０に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、冷媒圧縮機（１）、冷媒凝縮器（２）、冷媒減圧手段（３）、冷媒蒸発器（４）を有して２次流体の加熱を行うヒートポンプ式熱源機（１０）と、燃料を燃焼させて２次流体の加熱を行う燃焼式熱源機（３０）とを組み合せたハイブリッド型熱源機であり、燃焼式熱源機（３０）で２次流体を加熱した後の排熱をヒートポンプ式熱源機（１０）に吸熱させることを特徴としている。

図２はヒートポンプ式熱源機における従来のモリエル線図であり、実線は冬場（定格７℃）、一点鎖線は中間期（定格１６℃）、破線は夏場（定格２５℃）の状態を表す。また、図３は本発明の作用を表すモリエル線図であり、実線は排熱利用しない場合の冬場の状態、これに対して破線は排熱利用した場合の状態を表す。また、図４はヒートポンプ式熱源機での低温側の吸熱温度に対するＣＯＰ値（成績係数）を表すグラフである。

これらの図からも分かるように、特にエネルギー効率の低下する冬場などにおいて、燃焼式熱源機（３０）で２次流体を加熱した後の排熱をヒートポンプ式熱源機（１０）に吸熱させることによってヒートポンプ式熱源機（１０）の低圧側の圧力が上昇してエネルギー効率が良くなる。言い換えれば、ヒートポンプ式熱源機（１０）は排熱を吸収して吸熱温度が上昇した分だけＣＯＰ値が上昇することとなる。よってこの請求項１に記載の発明によれば、ヒートポンプ式熱源機（１０）の吸熱に燃焼式熱源機（３０）の排熱を利用することによりハイブリッド型熱源機としてのエネルギー効率を向上させることができる。

また、請求項２に記載の発明では、燃焼式熱源機（３０）の排気を冷媒蒸発器（４）の通気面に導く排気ガイド手段（３７）を設け、燃焼式熱源機（３０）で２次流体を加熱した後の排気が冷媒蒸発器（４）を通過するようにしたことを特徴としている。これは最も簡易な伝熱方法であり、この請求項２に記載の発明によれば、コストを抑えることができる。また、例えば既存のヒートポンプ式熱源機（１０）と燃焼式熱源機（３０）との間に排気ガイド手段（３７）を後付けで設けるだけでエネルギー効率を向上させることが可能となる。

また、請求項３に記載の発明では、冷媒蒸発器（４）の冷媒流路下流側に排気冷媒熱交換手段（６）を設け、燃焼式熱源機（３０）で２次流体を加熱した後の排気と排気冷媒熱交換手段（６）を流通する冷媒とが熱交換するようにしたことを特徴としている。これは冷媒蒸発器（４）の他に専用の排気冷媒熱交換手段（６）を設けたものである。この請求項３に記載の発明によれば、上記した請求項２に記載の排気を冷媒蒸発器（４）の通気面に導く方法よりも排熱を有効に取り込むことができるうえ、例えばヒートポンプ式熱源機（１０）と燃焼式熱源機（３０）とがどのような位置関係で配置されていても、冷媒配管で接続することで排熱を吸熱に利用することができるようになる。

また、請求項４に記載の発明では、冷媒蒸発器（４）の冷媒流路上流側に排気冷媒熱交換手段（６）を設け、燃焼式熱源機（３０）で２次流体を加熱した後の排気と排気冷媒熱交換手段（６）を流通する冷媒とが熱交換するようにしたことを特徴としている。これは、上記した請求項３に記載の発明とは、排気冷媒熱交換手段（６）を冷媒蒸発器（４）の冷媒流路上流側に配置した点のみが異なる。この請求項４に記載の発明によっても、請求項３に記載した効果を得られるうえ、上流で暖められた冷媒が冷媒蒸発器（４）に流通するようになることより、冬場などで冷媒蒸発器（４）に発生した霜を取り除く除霜作用を発揮することができる。

また、請求項５に記載の発明では、冷媒蒸発器（４）の替わりとして排気冷媒熱交換手段（６）のみを設け、燃焼式熱源機（３０）で２次流体を加熱した後の排気と排気冷媒熱交換手段（６）を流通する冷媒とが熱交換するようにしたことを特徴としている。

この請求項５に記載の発明によれば、低圧側の吸熱器として通常の冷媒蒸発器（４）と上記した排気冷媒熱交換手段（６）とを1つにし、これらの各熱交換手段に送風していた送風装置も1つにすることができることからハイブリッド型熱源機を小型に構成することができコストも抑えることができる。また、従来の冷媒蒸発器（４）は外気から吸熱することより他のヒートポンプ構成機器と一緒に室外機として構成されて屋外に配置されていたが、本発明の構成とすることによりハイブリッド型熱源機を室内置きにすることも可能となる。

また、請求項６に記載の発明では、排気冷媒熱交換手段（６）に蓄熱手段（７）を設け、燃焼式熱源機（３０）で発生した排熱を蓄熱するようにしたことを特徴としている。この請求項６に記載の発明によれば、燃焼式熱源機（３０）を作動させたときの排熱を蓄熱手段（７）に蓄熱しておき、燃焼式熱源機（３０）が作動していないときにでもその蓄熱をヒートポンプ式熱源機（１０）に吸熱させることによりハイブリッド型熱源機としてのエネルギー効率を向上させることができる。

また、請求項７に記載の発明では、ヒートポンプ式熱源機（１０）と燃焼式熱源機（３０）とを一体に構成したことを特徴としている。この請求項７に記載の発明によれば、ハイブリッド型熱源機を小型に構成することができるうえ、ハイブリッド型熱源機を設置する際の施工作業を少なくすることができる。また、このハイブリッド型熱源機を貯湯式給湯装置に適用した場合、従来は貯湯タンクも含めて装置が大きいことが課題となっているが、本発明によれば燃焼式熱源機（３０）を一体にして備えることより貯湯タンクも小型にすることができる。

また、請求項８に記載の発明では、ヒートポンプ式熱源機（１０）の冷媒として二酸化炭素（ＣＯ_２）を用いたことを特徴としている。この請求項８に記載の発明によれば、二酸化炭素冷媒を用いたヒートポンプ式熱源機（１０）は加熱温度が高いことより、ハイブリッド型熱源機を更に小型に構成することができる。また、この加熱温度の高いハイブリッド型熱源機を貯湯式給湯装置に適用した場合、沸き上げ温度が高くなることより貯湯タンクも更に小型にすることができる。

また、請求項９記載の発明では、貯湯タンク（２０）と、該貯湯タンク（２０）内の湯を加熱するヒートポンプ式熱源機（１０）と、給湯する際に貯湯タンク（２０）内からの湯と燃焼式熱源機（３０）により加熱された湯とを選択的に切り換える切換手段（２２）を設けたことを特徴としている。この請求項９に記載の発明によれば、貯湯タンク（２０）の貯湯状況に応じて、随時、ヒートポンプ式熱源機（１０）により加熱された貯湯タンク（２０）内の湯と燃焼式熱源機（３０）から供給される湯とを切換手段（２２）により選択的に切り換えて供給することが可能となり、それぞれの能力に応じた効率的な給湯を実現することが可能となる。

また、請求項１０記載の発明では、燃焼式熱源機（３０）には貯湯タンク（２０）の中程または下部に貯湯されている湯が供給されると共に、燃焼式熱源機（３０）により加熱された湯が切換手段（２２）に供給されるように接続されていることを特徴としている。

この請求項１０に記載の発明によれば、燃焼式熱源機（３０）に供給される湯は、貯湯タンク（２０）内の中程または下部の湯を利用するため、外気温が低く、市水温度が極端に低い冬期においても、燃焼式熱源機（３０）に一定温度の湯を供給することが可能となるため、システムを効率的に使用することが可能となる。また、貯湯タンク（２０）と燃焼式熱源機（３０）への市水供給回路を複数持って切換弁などで切り換える必要がなく、簡素に構成することが可能となる。尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態におけるハイブリッド型熱源機の模式図であり、貯湯式給湯装置として構成したものである。図に示すように、この貯湯式給湯装置を大別すると、給湯用の湯を内部に貯える貯湯タンク２０と、この貯湯タンク２０内部の水を加熱して高温の湯とするヒートポンプユニット（ヒートポンプ式熱源機）１０と、同じくこの貯湯タンク２０内部の水を加熱して高温の湯とするガス給湯ユニット（燃焼式熱源機）３０と、貯湯式給湯装置として構成するこれらの機器の作動を制御する制御装置４０とから成っている。

貯湯タンク２０は、耐食性に優れた金属製（例えばステンレス製）であり、外周部に図示しない断熱材が配置されており、高温の給湯用の湯を長時間にわたって保温することができるようになっている。貯湯タンク２０は縦長形状であり、その底面には給水導入口２０ａが設けられ、この給水導入口２０ａには貯湯タンク２０内の最下部に水道水を導入する給水路Ｌ１が接続されている。給水路Ｌ１には、導入される水道水の水圧が所定圧となるように調節する図示しない減圧弁が設けられている。

また、貯湯タンク２０の下部には貯湯タンク２０内の最下部の水を吸入するための第１吸入口２０ｂが設けられ、貯湯タンク２０の上方には貯湯タンク２０内の最上部に湯を吐出する吐出口２０ｃが設けられている。そして第１吸入口２０ｂと吐出口２０ｃとは貯湯タンク２０内下部の水を貯湯タンク２０内上部に送る循環水路Ｌ２で接続されており、循環水路Ｌ２の一部はヒートポンプユニット１０内に配置されている。

ヒートポンプユニット１０は、冷媒として臨界温度の低い二酸化炭素（ＣＯ_２）を使用するヒートポンプサイクルＣ、および貯湯タンク２０の下部から水を循環してヒートポンプサイクルＣによって加熱後に貯湯タンク２０の上部に戻す循環水路Ｌ２と、循環水路Ｌ２中に設置された循環ポンプ２１とから構成されている。ちなみに、ＣＯ_２冷媒による超臨界ヒートポンプによれば、一般的なヒートポンプサイクルよりも高温（例えば、８５℃〜９０℃程度）の湯を貯湯タンク２０内に貯えることができる。

また、ヒートポンプサイクルＣは、電動式のコンプレッサ１・水−冷媒熱交換器２・膨張弁３およびエバポレータ（冷媒蒸発器）４を順次冷媒配管によって接続して構成されている。コンプレッサ１は、内蔵する図示しない電動モータによって回転駆動され、エバポレータ４より吸引した冷媒を臨界圧力以上の高圧に圧縮して吐出する電動式の冷媒圧縮機である。このコンプレッサ１は、色々な運転条件下において規定の能力が出るよう制御装置４０により回転数が制御される。

水−冷媒熱交換器２は、コンプレッサ１の吐出口より吐出された高圧・高温の冷媒によって水を湯に昇温させる冷媒凝縮器である。水−冷媒熱交換器２中の冷媒側熱交換器２ａは、コンプレッサ１の吐出口より吐出された高圧のガス冷媒と温水とを熱交換する冷媒流路管により構成されている。そして、水−冷媒熱交換器２は、冷媒側熱交換器２ａの一端面に水側熱交換器２ｂの他端面が熱交換可能に密着するように配置された二層構造となっている。

給湯用熱交換器２ｂは、冷媒側熱交換器２ａの冷媒入口部から冷媒出口部に至る冷媒流路の全長で冷媒と温水との熱交換を行うように構成されており、水側熱交換器２ｂの出口部から給湯温度（６５℃〜９０℃程度）相当の温水を取り出した時に、規定の熱交換性能を120.出せるように構成されている。

膨張弁３は、水−冷媒熱交換器２から流出する高圧の冷媒を減圧する冷媒減圧手段であり、電気式で制御装置４０によって弁開度が電気的に制御される。エバポレータ４は、膨張弁３で減圧された冷媒を送風装置５によって送風される室外空気との熱交換によって蒸発気化させる冷媒蒸発器であり、コンプレッサ１にガス冷媒を供給する。送風装置５は、エバポレータ４の熱交換性能を確保するように制御装置４０によって回転数が制御される。

循環水路Ｌ２は、水−冷媒熱交換器２中の水側熱交換器２ｂ・貯湯タンク２０および循環ポンプ２１を順次貯湯用配管により接続して構成された循環回路である。循環ポンプ２１は循環水路Ｌ２の途中に設置されており、内蔵する図示しない電動モータによって回転駆動され、沸き上げ運転時に水側熱交換器２ｂ内で加熱された温水を貯湯タンク２０に還流させるように作動するウォータポンプである。この循環ポンプ２１は、水側熱交換器２ｂの出口側水温が色々な運転条件下において決定される所定の沸き上げ目標温度となるように制御装置４０によって回転数が制御される。

外部で給湯が所望されるときに貯湯タンク２０内上部に貯えられた高温の湯を所定温度にして外部へ給湯するため、貯湯タンク２０の最上部には高温導出口２０ｄが設けられ、そこから給湯路Ｌ３が導出されている。そしてこの給湯路Ｌ３には、切換弁（切換手段）２２と混合弁２３とが順次接続されている。切換弁２２は主に、給湯に貯湯タンク２０内の湯を使うのか、後述する供給水路Ｌ４でガス給湯ユニット３０から供給される湯を使うのかを切り換えている。

また混合弁２３は、切換弁２２から供給される湯と、給水路Ｌ１の減圧弁が設けられた位置より下流側から分岐されたバイパス流路Ｌ５より供給される水とを混合して所定温度に調節する温度調節弁である。そして、この混合弁２３の出口側は、台所・洗面所・浴室などの図示しない給湯水栓・シャワー・浴槽水栓などに通じている。

このような構成とすることにより、貯湯タンク２０内の湯とガス給湯ユニット３０からの湯とのいずれかの湯が選択された後に、混合弁２３により温度調節が可能となるため、それぞれに温度調整機能を持たせることなく、簡素な構成により温度調整が可能となる。尚、切換弁２２・混合弁２３は共にサーボモータ等の駆動源により弁体を駆動して各水路の開度を調節する電動弁であり、制御装置４０からの制御信号により作動すると共に、作動状態を制御装置４０に出力するようになっている。

また本貯湯式給湯装置は、上記したヒートポンプユニット１０に加え、貯湯タンク２０内部の水を加熱して高温の湯とするガス給湯ユニット３０を併設したハイブリッド型の給湯装置となっている。貯湯タンク２０の中程または下方には内部の水を吸入するための第２吸入口２０ｅが設けられ、第２吸入口２０ｅは貯湯タンク２０内部の水を上記した切換弁２２に送る供給水路Ｌ４で接続されており、この供給水路Ｌ４の途中にガス給湯ユニット３０と給水ポンプ３１とが配置されている。

ガス給湯ユニット３０は、ガスを燃焼させて供給水路Ｌ４内を通過する水を加熱する公知のものである。筐体内に燃焼ガスと水との熱交換によって水を湯に昇温させるフィン式の熱交換器３２と、ガスを燃焼させるガスバーナ３３を備えている。そしてガスバーナ３３には、ガス量調節バルブ３４とガス開閉バルブ３５とを介してガスが供給されると共に、送風ブロワ３６より燃焼用空気が送風される。

尚、給水ポンプ３１は内蔵する図示しない電動モータによって回転駆動され、ガス給湯ユニット３０での炊き上げ運転時に作動するウォータポンプである。この給水ポンプ３１は、熱交換器３２の出口側水温が色々な運転条件下において決定される所定の炊き上げ目標温度となるように制御装置４０によって回転数が制御される。また、ガス量調節バルブ３４はサーボモータ等の駆動源により弁体を駆動してバルブ開度を調節する電動弁あり、ガス開閉バルブ３５と共に制御装置４０からの制御信号により作動すると共に、作動状態を制御装置４０に出力するようになっている。また、送風ブロワ３６は、熱交換器３２の熱交換性能を確保するように制御装置４０によって回転数が制御される。

次に、本発明の要部構成を説明する。本貯湯式給湯装置では、上記したヒートポンプユニット１０とガス給湯ユニット３０とを一体にして構成している。そして、ガス給湯ユニット３０の排気口３０ａから排出される排気を、ヒートポンプサイクルＣのエバポレータ４の通気面に導く排気ガイド（排気ガイド手段）３７を設け、ガス給湯ユニット３０で給湯用水を加熱した後の燃焼排気がエバポレータ４を通過するようにしている。

４０は制御装置であり、図示しない各所の温度センサからの温度情報および図示しない操作盤に設けられた操作スイッチからの信号などに基づいて、上述した各機器を制御するように構成されている。尚、図示しない操作盤は、浴室内や台所等の湯を使用する場所の近傍に設置され、操作盤以外は屋外の適所に設置されている。そして、ヒートポンプユニット１０は動力源として交流電力を用い、主に料金設定の最も安い深夜時間帯の深夜電力を用いて貯湯タンク２０内の湯を沸き上げる貯湯運転を行っている。しかし、昼間時間帯において貯湯タンク２０内の貯湯量が減少した場合、ガス給湯ユニット３０で給湯しつつヒートポンプユニット１０で沸き上げ運転を行うように制御される。

次に、本実施形態での特徴を説明する。まず、コンプレッサ１・水−冷媒熱交換器２・膨張弁３、エバポレータ４を有して給湯用水の加熱を行うヒートポンプユニット１０と、燃料を燃焼させて給湯用水の加熱を行うガス給湯ユニット３０とを組み合せたハイブリッド型の貯湯式給湯装置であり、ガス給湯ユニット３０で給湯用水を加熱した後の排熱をヒートポンプユニット１０に吸熱させている。

図２はヒートポンプ式給湯装置における従来のモリエル線図であり、実線は冬場（定格７℃）、一点鎖線は中間期（定格１６℃）、破線は夏場（定格２５℃）の状態を表す。外気温度が上がるにつれて冷媒圧縮機（コンプレッサ）での昇圧の動力が少なくて済むことが分かる。また、図３は本発明の作用を表すモリエル線図であり、実線は排熱利用しない場合の冬場の状態、これに対して破線は排熱利用した場合の状態を表す。

本発明は先の原理を利用し、排熱で通常捨てられる熱を吸熱に利用する為、図３に示すように排熱が見かけ上の外気温度の上昇と同等の効果となり、コンプレッサ１の動力が緩和されるため、ＣＯＰが上昇するものである。図４はヒートポンプ式給湯装置での低温側の吸熱温度に対するＣＯＰ値（成績係数）を表すグラフであり、吸熱温度が低い場合ＣＯＰは低下し、外気温度が高くなるに従いＣＯＰは上昇して行くことが分かる。

通常、潜熱を利用したものでも９５％程の効率であり、その排熱はまだ数％有る。ガス給湯ユニット３０を２４号とした場合、能力としては２５ｄｅｇ×２４Ｌ／ｍｉｎ．×６０ｍｉｎ．／８６０＝４１．８ｋＷ有り、その内、排熱として捨てられるロス分を仮に５％程度あると仮定しても４１．８ｋＷ×０．０５＝２ｋＷのロスエネルギーが存在し、通常ｋヒートポンプ式,熱源機の能力は４．５ｋＷ〜６ｋＷ程度のものが主流であるから、これをうまく利用すれば外気温度7℃（冬場の定格）で（（４．５ｋＷ〜６ｋＷ）＋２ｋＷ）／ ２ｋＷ〜３ｋＷ（実電力）＝１０％〜５０％の効率向上が可能となる。

これらの図からも分かるように、特にエネルギー効率の低下する冬場などにおいて、ガス給湯ユニット３０で給湯用水を加熱した後の排熱をヒートポンプユニット１０に吸熱させることによってヒートポンプユニット１０の低圧側の圧力が上昇してエネルギー効率が良くなる。言い換えれば、ヒートポンプユニット１０は排熱を吸収して吸熱温度が上昇した分だけＣＯＰ値が上昇することとなる。よってこれによれば、ヒートポンプユニット１０の吸熱にガス給湯ユニット３０の排熱を利用することによりハイブリッド型給湯装置としてのエネルギー効率を向上させることができる。

また、ガス給湯ユニット３０の排気をエバポレータ４の通気面に導く排気ガイド３７を設け、ガス給湯ユニット３０で給湯用水を加熱した後の排気がエバポレータ４を通過するようにしている。これは最も簡易な伝熱方法であり、これによれば、コストを抑えることができる。また、例えば既存のヒートポンプユニット１０とガス給湯ユニット３０との間に排気ガイド３７を後付けで設けるだけでエネルギー効率を向上させることが可能となる。

また、ヒートポンプユニット１０とガス給湯ユニット３０とを一体に構成している。これによれば、ハイブリッド型給湯装置を小型に構成することができるうえ、ハイブリッド型給湯装置を設置する際の施工作業を少なくすることができる。また、本発明のハイブリッド型熱源機を本実施形態のように貯湯式給湯装置に適用した場合、従来は貯湯タンクも含めて装置が大きいことが課題となっているが、本発明によればガス給湯ユニット３０を一体にして備えることより貯湯タンクも小型にすることができる。

また、ヒートポンプユニット１０の冷媒として二酸化炭素（ＣＯ_２）を用いている。これによれば、二酸化炭素冷媒を用いたヒートポンプユニット１０は加熱温度が高いことより、ハイブリッド型給湯装置を更に小型に構成することができる。また、この加熱温度の高い本発明のハイブリッド型熱源機を本実施形態のように貯湯式給湯装置に適用した場合、沸き上げ温度が高くなることより貯湯タンクも更に小型にすることができる。

また、貯湯タンク２０と、該貯湯タンク２０内の湯を加熱するヒートポンプユニット１０と、給湯する際に貯湯タンク２０内からの湯とガス給湯ユニット３０により加熱された湯とを選択的に切り換える切換弁２２を設けている。これによれば、貯湯タンク２０の貯湯状況に応じて、随時、ヒートポンプユニット１０により加熱された貯湯タンク２０内の湯とガス給湯ユニット３０から供給される湯とを切換弁２２により選択的に切り換えて供給することが可能となり、それぞれの能力に応じた効率的な給湯を実現することが可能となる。

また、ガス給湯ユニット３０には貯湯タンク２０の中程または下部に貯湯されている湯が供給されると共に、ガス給湯ユニット３０により加熱された湯が切換弁２２に供給されるように接続されている。これによれば、ガス給湯ユニット３０に供給される湯は、貯湯タンク２０内の中程または下部の湯を利用するため、外気温が低く、市水温度が極端に低い冬期においても、ガス給湯ユニット３０に一定温度の湯を供給することが可能となるため、システムを効率的に使用することが可能となる。また、貯湯タンク２０とガス給湯ユニット３０への市水供給回路を複数持って切換弁などで切り換える必要がなく、簡素に構成することが可能となる。

（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態におけるハイブリッド型給湯装置の模式図である。上述した第１実施形態とは、エバポレータ４の冷媒流路下流側に排気冷媒熱交換器（排気冷媒熱交換手段）６を設け、これをガス給湯ユニット３０の排気口３０ａに設置して、給湯用水を加熱した後の排気と排気冷媒熱交換器６を流通する冷媒とが熱交換するようにした点が異なる。これはエバポレータ４の他に専用の排気冷媒熱交換器６を設けたものである。これによれば、上述した第１実施形態に記載の排気をエバポレータ４の通気面に導く方法よりも排熱を有効に取り込むことができるうえ、例えばヒートポンプユニット１０とガス給湯ユニット３０とがどのような位置関係で配置されていても、冷媒配管で接続することで排熱を吸熱に利用することができるようになる。

（第３実施形態）
図６は、本発明の第３実施形態におけるハイブリッド型給湯装置の模式図である。上述した第２実施形態とは、エバポレータ４の冷媒流路上流側に排気冷媒熱交換器６を設け、これをガス給湯ユニット３０の排気口３０ａに設置して、給湯用水を加熱した後の排気と排気冷媒熱交換器６を流通する冷媒とが熱交換するようにしている。これは、上述した第２実施形態とは、排気冷媒熱交換器６をエバポレータ４の冷媒流路上流側に配置した点のみが異なる。この第３実施形態によっても、第２実施形態に記載した効果を得られるうえ、上流で暖められた冷媒がエバポレータ４に流通するようになることより、冬場などでエバポレータ４に発生した霜を取り除く除霜作用を発揮することができる。

（第４実施形態）
図７は、本発明の第４実施形態におけるハイブリッド型給湯装置の模式図である。エバポレータ４の替わりとして排気冷媒熱交換器６のみを設け、これをガス給湯ユニット３０の排気口３０ａに設置して、給湯用水を加熱した後の排気と排気冷媒熱交換き６を流通する冷媒とが熱交換するようにしている。

この実施形態によれば、低圧側の吸熱器として通常のエバポレータ４と上記した排気冷媒熱交換器６とを1つにし、これらの各熱交換手段に送風していた送風装置も送風ブロワ３６の1つにすることができることからハイブリッド型給湯装置を小型に構成することができ、コストも抑えることができる。また、従来のエバポレータ４は外気から吸熱することより他のヒートポンプ構成機器と一緒に室外機として構成されて屋外に配置されていたが、本実施形態の構成とすることによりハイブリッド型給湯装置を室内置きにすることも可能となる。

（第５実施形態）
図８は、本発明の第５実施形態におけるハイブリッド型給湯装置の模式図である。排気冷媒熱交換器６に蓄熱パック（蓄熱手段）７を設け、ガス給湯ユニット３０で発生した排熱を蓄熱するようにしている。蓄熱パックとは、パラフイン系・糖アルコール系・水和物系などの潜熱蓄熱材を容器に封入したもので、この蓄熱パックにて冷媒配管を包み込むと同時に排気通路が形成されるようになっている。これによれば、ガス給湯ユニット３０を作動させたときの排熱を蓄熱パック７に蓄熱しておき、ガス給湯ユニット３０が作動していないときにでもその蓄熱をヒートポンプユニット１０に吸熱させることによりハイブリッド型給湯装置としてのエネルギー効率を向上させることができる。

（その他の実施形態）
上述の実施形態は、２次流体として水を加熱する給湯装置に本発明のハイブリッド型熱源機を適用したものであるが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、２次流体として空気を加熱する暖房装置や空調装置として構成しても良い。また、上述の実施形態ではヒートポンプ式熱源機１０の冷媒減圧手段に膨張弁３を用いているが、本発明はこれに限るものではなく、エジェクタを用いたエジェクタサイクルで構成しても良い。また、ガス給湯ユニット３０に替えて石油給湯ユニットを使用しても良い。

本発明の第１実施形態におけるハイブリッド型熱源機の模式図であり、給湯装置に適用したものである。 ヒートポンプ式熱源機における従来のモリエル線図であり、実線は冬場、一点鎖線は中間期、破線は夏場の状態を表す。 本発明の作用を表すモリエル線図であり、実線は排熱利用しない場合の冬場の状態、これに対して破線は排熱利用した場合の状態を表す。 吸熱温度に対するＣＯＰ値を表すグラフである。 本発明の第２実施形態におけるハイブリッド型熱源機の模式図である。 本発明の第３実施形態におけるハイブリッド型熱源機の模式図である。 本発明の第４実施形態におけるハイブリッド型熱源機の模式図である。 本発明の第５実施形態におけるハイブリッド型熱源機の模式図である。

符号の説明

１…コンプレッサ（冷媒圧縮機）
２…水−冷媒熱交換器（冷媒凝縮器）
３…膨張弁（冷媒減圧手段）
４…エバポレータ（冷媒蒸発器）
６…排気冷媒熱交換器（排気冷媒熱交換手段）
７…蓄熱パック（蓄熱手段）
１０…ヒートポンプユニット（ヒートポンプ式熱源機）
２２…切換弁（切換手段）
３０…ガス給湯ユニット（燃焼式熱源機）
３７…排気ガイド（排気ガイド手段）
ＣＯ_２…二酸化炭素

Claims (10)

1. 冷媒圧縮機（１）、冷媒凝縮器（２）、冷媒減圧手段（３）、冷媒蒸発器（４）を有して２次流体の加熱を行うヒートポンプ式熱源機（１０）と、
   燃料を燃焼させて２次流体の加熱を行う燃焼式熱源機（３０）とを組み合せたハイブリッド型熱源機であり、
   前記燃焼式熱源機（３０）で２次流体を加熱した後の排熱を前記ヒートポンプ式熱源機（１０）に吸熱させることを特徴とするハイブリッド型熱源機。
2. 前記燃焼式熱源機（３０）の排気を前記冷媒蒸発器（４）の通気面に導く排気ガイド手段（３７）を設け、前記燃焼式熱源機（３０）で２次流体を加熱した後の排気が前記冷媒蒸発器（４）を通過するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド型熱源機。
3. 前記冷媒蒸発器（４）の冷媒流路下流側に排気冷媒熱交換手段（６）を設け、前記燃焼式熱源機（３０）で２次流体を加熱した後の排気と前記排気冷媒熱交換手段（６）を流通する冷媒とが熱交換するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド型熱源機。
4. 前記冷媒蒸発器（４）の冷媒流路上流側に排気冷媒熱交換手段（６）を設け、前記燃焼式熱源機（３０）で２次流体を加熱した後の排気と前記排気冷媒熱交換手段（６）を流通する冷媒とが熱交換するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド型熱源機。
5. 前記冷媒蒸発器（４）の替わりとして排気冷媒熱交換手段（６）のみを設け、前記燃焼式熱源機（３０）で２次流体を加熱した後の排気と前記排気冷媒熱交換手段（６）を流通する冷媒とが熱交換するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド型熱源機。
6. 前記排気冷媒熱交換手段（６）に蓄熱手段（７）を設け、前記燃焼式熱源機（３０）で発生した排熱を蓄熱するようにしたことを特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれかに記載のハイブリッド型熱源機。
7. 前記ヒートポンプ式熱源機（１０）と前記燃焼式熱源機（３０）とを一体に構成したことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のハイブリッド型熱源機。
8. 前記ヒートポンプ式熱源機（１０）の冷媒として二酸化炭素（ＣＯ_２）を用いたことを特徴とする請求項７に記載のハイブリッド型熱源機。
9. 貯湯タンク（２０）と、該貯湯タンク（２０）内の湯を加熱する前記ヒートポンプ式熱源機（１０）と、給湯する際に前記貯湯タンク（２０）内からの湯と前記燃焼式熱源機（３０）により加熱された湯とを選択的に切り換える切換手段（２２）を設けたことを特徴とする給湯装置。
10. 前記燃焼式熱源機（３０）には前記貯湯タンク（２０）の中程または下部に貯湯されている湯が供給されると共に、前記燃焼式熱源機（３０）により加熱された湯が前記切換手段（２２）に供給されるように接続されていることを特徴とする請求項９に記載の給湯装置。

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