JP2006017376A - 給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電力等のエネルギの消費量が少なく、しかも給湯温度等の設定自由度が高くて運転制御の容易な給湯装置を提供する。
【解決手段】 給湯装置（10）には、第１冷媒回路（20）、中温水回路（40）、第２冷媒回路（60）、及び高温水回路（80）が設けられる。第１冷媒回路（20）は、室外空気を熱源としたヒートポンプを構成し、中温水回路（40）内の熱媒水を加熱する。中温水回路（40）では、床暖房用放熱器（45）や第２熱交換器（50）と第１熱交換器（30）との間で熱媒水が循環する。第２冷媒回路（60）は、中温水回路（40）の熱媒水を熱源としたヒートポンプを構成し、高温水回路（80）内の給湯用水を加熱する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ヒートポンプを利用した給湯装置に関するものである。

従来より、ヒートポンプを利用して得られた温水を利用側へ供給する給湯装置が知られている。

例えば、特許文献１に開示された給湯装置は、１つのヒートポンプユニットで９０℃程度の高温水を生成し、貯湯タンクに蓄えた高温水を利用側へ供給している。この給湯装置は、高温水との熱交換によって中温水を生成し、得られた中温水を床暖房用の放熱器等の温熱利用機器へ供給している。

また、特許文献２に開示された給湯装置は、１つのヒートポンプユニットで９０℃程度の高温水と６０℃〜８０℃程度の中温水とを別々に生成している。この給湯装置は、得られた高温水を利用側へ供給する一方、得られた中温水を床暖房用の放熱器等の温熱利用機器へ供給している。
特開２００３−０５６９０５号公報 特開２００２−３６４９１２号公報

上記特許文献１に開示されたような給湯装置、即ち高温水から中温水を生成する給湯装置では、例え中温水の供給だけが求められる運転状況であっても、中温水を生成するために必ず高温水を生成しなければならない。このため、この種の給湯装置については、電力等のエネルギの消費量が過大となるおそれがあった。

また、上記特許文献２に開示されたような給湯装置、即ち１つのヒートポンプユニットで高温水と中温水を個別に生成する給湯装置では、単一の冷媒回路内を循環する冷媒との熱交換によって温度の異なる２種類の温水を生成する必要がある。このため、冷媒回路での冷凍サイクル条件を例えば高温水の生成に適した条件に設定すると、得られる中温水の温度が制約されてしまって利用側の要求に応じて中温水の温度を設定できなくなる等、給湯装置の適切な運転制御が困難になるおそれがあった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電力等のエネルギの消費量が少なく、しかも給湯温度等の設定自由度が高くて運転制御の容易な給湯装置を提供することにある。

第１の発明は、温水を利用側へ供給する動作に加え、該温水の温度よりも低い中温度の熱媒体を加熱用の流体として温熱利用機器（45）へ供給する動作が可能な給湯装置を対象とする。そして、上記温熱利用機器（45）との間で熱媒体を循環させるための熱媒体通路（40）と、第１冷媒を循環させて冷凍サイクルを行い、上記熱媒体通路（40）の熱媒体を第１冷媒との熱交換によって中温度にまで加熱する第１冷媒回路（20）と、第２冷媒を循環させて冷凍サイクルを行い、該第２冷媒で水を加熱して給湯用の温水を生成する第２冷媒回路（60）とを備える一方、上記第２冷媒回路（60）は、第２冷媒を上記熱媒体通路（40）の熱媒体と熱交換させる蒸発器を備え、該熱媒体通路（40）の熱媒体を熱源としたヒートポンプを構成しているものである。

第２の発明は、上記第１の発明において、熱媒体通路（40）は、温熱利用機器（45）を通過後の熱媒体を第２冷媒回路（60）の蒸発器（50）へ供給する動作が可能となっているものである。

第３の発明は、上記第１の発明において、熱媒体通路（40）は、中温度にまで加熱された熱媒体を温熱利用機器（45）と第２冷媒回路（60）の蒸発器（50）とに分配する動作が可能となっているものである。

第４の発明は、上記第２又は第３の発明において、熱媒体通路（40）は、中温度にまで加熱された熱媒体を第２冷媒回路（60）の蒸発器（50）だけに供給する動作が可能となっているものである。

第５の発明は、上記第１〜第４の何れか１つの発明において、第１冷媒回路（20）は、第１冷媒を室内空気と熱交換させる空調用熱交換器器（24）を備えるものである。

第６の発明は、上記第５の発明において、第１冷媒回路（20）は、空調用熱交換器器（24）が蒸発器となる動作と、該空調用熱交換器器（24）が凝縮器となる動作とを切り換え可能となっているものである。

第７の発明は、上記第１の発明において、第１冷媒回路（20）と第２冷媒回路（60）の一方又は両方が複数設けられる一方、熱媒体通路（40）が一つだけ設けられており、
各第１冷媒回路（20）の第１冷媒と各第２冷媒回路（60）の第２冷媒とが一つの熱媒体通路（40）内を循環する熱媒体と熱交換するものである。

−作用−
上記第１の発明において、給湯装置（10）では、温水を利用側へ供給する動作だけでなく、中温度の熱媒体を温熱利用機器（45）へ供給する動作が可能となっている。第１冷媒回路（20）では、第１冷媒を循環させることによって冷凍サイクルが行われる。その際、第１冷媒は、熱媒体通路（40）の熱媒体へ放熱して凝縮する。熱媒体通路（40）を流れる熱媒体は、第１冷媒によって加熱されて中温度となり、その後に温熱利用機器（45）や第２冷媒回路（60）の蒸発器（50）へ送られる。温熱利用機器（45）では、供給された熱媒体を利用して室内空気等の対象物を加熱する。第２冷媒回路（60）では、第２冷媒を循環させることによって冷凍サイクルが行われる。その際、第２冷媒は、熱媒体通路（40）の熱媒体から吸熱して蒸発する。つまり、第２冷媒回路（60）は、熱媒体を熱源としたヒートポンプを構成する。この給湯装置（10）では、第２冷媒回路（60）の第２冷媒によって水を加熱することにより、給湯用の温水が生成する。

上記第２の発明において、熱媒体通路（40）では、温熱利用機器（45）を通過後の熱媒体を第２冷媒回路（60）の蒸発器（50）へ供給する動作が可能となる。この動作中において、熱媒体通路（40）では、熱媒体の循環方向における温熱利用機器（45）の下流に第２冷媒回路（60）の蒸発器（50）が位置し、温熱利用機器（45）で放熱して温度のやや低下した熱媒体が第２冷媒回路（60）の蒸発器（50）で第２冷媒と熱交換する。また、この動作中において、第１冷媒回路（20）の第１冷媒は、第２冷媒へ放熱して更に温度低下した熱媒体と熱交換する。

上記第３の発明において、熱媒体通路（40）では、第１冷媒との熱交換によって加熱された熱媒体を温熱利用機器（45）と第２冷媒回路（60）の蒸発器（50）とに分配する動作が可能となる。この動作中において、熱媒体通路（40）では、温熱利用機器（45）だけでなく第２冷媒回路（60）の蒸発器（50）へも中温度の熱媒体が供給され、第２冷媒回路（60）の蒸発器（50）では第２冷媒が中温度の熱媒体から吸熱する。

上記第４の発明において、熱媒体通路（40）では、中温度にまで加熱された熱媒体を第２冷媒回路（60）の蒸発器（50）だけに供給する動作が可能となる。この動作は、温熱利用機器（45）によって対象物を加熱する必要がない場合に行われる。

上記第５の発明では、第１冷媒回路（20）に空調用熱交換器器（24）が設けられる。第１冷媒回路（20）内を循環する第１冷媒は、空調用熱交換器器（24）へも送られる。空調用熱交換器器（24）は、室内空気を第１冷媒と熱交換させ、室内空気を冷却し、又は加熱する。

上記第６の発明において、空調用熱交換器器（24）が蒸発器となる動作中は、この空調用熱交換器器（24）において室内空気が冷却される。一方、空調用熱交換器器（24）が凝縮器となる動作中は、この空調用熱交換器器（24）において室内空気が加熱される。この発明の給湯装置（10）では、空調用熱交換器器（24）において室内空気が冷却される冷房運転と、空調用熱交換器器（24）において室内空気が加熱される暖房運転とが切換可能となる。

上記第７の発明では、第１冷媒回路（20）と第２冷媒回路（60）の一方又は両方が複数設けられ、これら第１冷媒回路（20）及び第２冷媒回路（60）が一つの熱媒体通路（40）に接続される。例えば第１冷媒回路（20）が複数設けられる状態では、全ての第１冷媒回路（20）の第１冷媒が熱媒体通路（40）内の熱媒体と熱交換可能となる。また、第２冷媒回路（60）が複数設けられる状態では、全ての第２冷媒回路（60）の第２冷媒が熱媒体通路（40）内の熱媒体と熱交換可能となる。

本発明では、第１冷媒回路（20）が冷凍サイクルを行うことにより熱媒体通路（40）の熱媒体を加熱し、この熱媒体を熱源として第２冷媒回路（60）が冷凍サイクルを行うことにより給湯用の温水を生成している。このため、例えば給湯は不要だが温熱利用機器（45）へ熱媒体を供給する必要がある状態では、第１冷媒回路（20）だけを運転すればよく、第２冷媒回路（60）を運転して給湯用の温水を生成する必要はない。従って、本発明によれば、従来のように中温度の熱媒体を得るためだけに高温の温水を生成する必要が無くなり、電力等のエネルギの無駄な消費を抑制できる。

また、本発明の給湯装置（10）では、中温度の熱媒体の需要や熱媒体温度の要求値が変化した場合には、第１冷媒回路（20）の運転状態を変更して熱媒体に対する加熱量を調節すればよく、給湯需要や給湯温度の要求値が変化した場合には、第２冷媒回路（60）の運転状態を変更して水に対する加熱量を調節すればよい。従って、本発明によれば、第１冷媒回路（20）と第２冷媒回路（60）を個別に運転制御することで中温度の熱媒体の需要等や給湯需要等に適切に対応することが可能となり、負荷変動に応じた運転制御が容易な給湯装置（10）を実現できる。

上記第２の発明では、温熱利用機器（45）を通過後の熱媒体を第２冷媒回路（60）の蒸発器（50）へ供給する動作が可能となり、この動作中には第２冷媒へ放熱して更に温度低下した熱媒体と第１冷媒回路（20）の第１冷媒が熱交換する。このため、熱媒体と熱交換した第１冷媒のエンタルピを低下させ、それによって第１冷媒が外気等の熱源から吸熱する熱量を増大させることができ、第１冷媒回路（20）での冷凍サイクルのＣＯＰ（成績係数）を向上させることができる。

上記第３の発明では、第１冷媒との熱交換によって加熱された熱媒体を温熱利用機器（45）と第２冷媒回路（60）の蒸発器（50）とに分配する動作が可能となり、この動作中には中温度の熱媒体から第２冷媒回路（60）の第２冷媒が吸熱する。つまり、この発明では、第２冷媒回路（60）の第２冷媒を、可能な限り温度の高い熱媒体と熱交換させている。従って、この発明によれば、第２冷媒回路（60）での冷凍サイクルの低圧を高めに設定することができ、第２冷媒の圧縮に要する動力を削減することによって冷凍サイクルのＣＯＰを削減できる。

上記第４の発明によれば、運転の必要がない温熱利用機器（45）に対する熱媒体の供給を遮断することが可能となる。従って、運転が不要な温熱利用機器（45）での熱媒体の放熱ロスを回避することができる。

上記第５及び第６の発明によれば、給湯装置（10）の第１冷媒回路（20）を用いて室内の空調を行うことが可能となる。従って、給湯装置（10）と空気調和装置を個別に設置する場合に比べ、機器の設置スペースを削減することができる。特に、第６の発明によれば、冷房運転と暖房運転の切り換えが可能となり、給湯装置（10）の空調機能を高めることができる。

上記第７の発明では、給湯装置（10）に第１冷媒回路（20）と第２冷媒回路（60）の一方又は両方を複数設け、これらを一つの熱媒体通路（40）に接続している。このため、例えば第１冷媒回路（20）が複数設けられている場合、一つの第１冷媒回路（20）の運転だけでは熱媒体への加熱量が不足する状態では別の第１冷媒回路（20）を運転することも可能となる。従って、この発明によれば、負荷変動に柔軟に対応可能な使い勝手の良い給湯装置（10）を実現できる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１に示すように、本実施形態の給湯装置（10）は、熱源ユニット（11）と、空調用の室内ユニット（12）と、高温水給湯ユニット（13）と、貯湯ユニット（14）とによって構成されている。この給湯装置（10）は、第１冷媒回路（20）と、中温水回路（40）と、第２冷媒回路（60）と、高温水回路（80）とを備えている。

第１冷媒回路（20）は、熱源ユニット（11）と室内ユニット（12）に亘って形成されている。この第１冷媒回路（20）には、第１圧縮機（21）と、四方切換弁（22）と、室外熱交換器（23）と、室内熱交換器（24）と、第１熱交換器（30）と、２つの電動膨張弁（25,26）とが設けられている。このうち室内ユニット（12）に収納されるのは室内熱交換器（24）だけであり、残りは熱源ユニット（11）に収納されている。また、第１冷媒回路（20）には、第１冷媒が充填されている。この第１冷媒としては、Ｒ４０７ＣやＲ４１０Ａ等のいわゆるフロン冷媒の他、メタンやプロパン等の炭化水素冷媒（ＨＣ冷媒）を用いてもよい。

室外熱交換器（23）と室内熱交換器（24）とは、いずれもクロスフィン型のプレート・アンド・チューブ熱交換器により構成されている。室外熱交換器（23）は、第１冷媒を室外空気と熱交換させる。室内熱交換器（24）は、第１冷媒を室内空気と熱交換させる。この室内熱交換器（24）は、空調用熱交換器を構成している。第１熱交換器（30）は、いわゆるプレート式熱交換器により構成されており、互いに仕切られた第１流路（31）と第２流路（32）とを複数ずつ備えている。

四方切換弁（22）は、第１のポートと第３のポートが互いに連通し且つ第２のポートと第４のポートが互いに連通する第１状態（図１に示す状態）と、第１のポートと第４のポートが互いに連通し且つ第２のポートと第３のポートが互いに連通する第２状態（図２に示す状態）とに切り換え自在となっている。

第１冷媒回路（20）において、第１圧縮機（21）は、その吐出側が四方切換弁（22）の第１のポートに、吸入側が四方切換弁（22）の第２のポートにそれぞれ接続されている。室外熱交換器（23）は、その一端が四路切換弁の第３のポートに接続されている。室外熱交換器（23）の他端は、第１電動膨張弁（25）の一端と第２電動膨張弁（26）の一端との両方に接続されている。第１電動膨張弁（25）の他端は、室内熱交換器（24）の一端に接続されている。室内熱交換器（24）の他端は、四方切換弁（22）の第４のポートに接続されている。一方、第２電動膨張弁（26）の他端は、第１熱交換器（30）における第１流路（31）の一端に接続されている。第１熱交換器（30）における第１流路（31）の他端は、第１圧縮機（21）の吐出側と四方切換弁（22）の間に接続されている。

中温水回路（40）は、熱源ユニット（11）と高温水給湯ユニット（13）に亘って形成されている。この中温水回路（40）には、第１熱交換器（30）とポンプ（41）と三方調節弁（42）と、第２熱交換器（50）とが設けられている。このうち高温水給湯ユニット（13）に収納されるのは第２熱交換器（50）だけであり、残りは熱源ユニット（11）に収納されている。また、中温水回路（40）は、温熱利用機器としての床暖房用放熱器（45）に接続されている。この中温水回路（40）は、熱媒体として充填された水（熱媒水）を床暖房用放熱器（45）との間で循環させる熱媒体通路を構成している。

尚、中温水回路（40）に充填する熱媒体は水に限定されるものではなく、例えばエチレングリコール水溶液等のブラインを熱媒体として用いてもよい。また、中温水回路（40）に温熱利用機器として接続されるものは、床暖房用放熱器（45）に限定されない。例えば熱媒水によって空気を加熱する温水暖房機や浴室乾燥機などを温熱利用機器として中温水回路（40）に接続してもよい。

三方調節弁（42）は、第１のポートへ流入した流体を第２のポートと第３のポートの何れか一方へ送る動作と、第１のポートへ流入した流体を第２のポートと第３のポートの両方へ送る動作とが可能となっている。また、三方調節弁（42）では、第１のポートへ流入した流体のうち第２のポートへ向かうものと第３のポートへ向かうものの比率が可変となっている。第２熱交換器（50）は、いわゆるプレート式熱交換器により構成されており、互いに仕切られた第１流路（51）と第２流路（52）とを複数ずつ備えている。

中温水回路（40）において、ポンプ（41）の吐出側は、三方調節弁（42）の第１のポートに接続されている。第２熱交換器（50）の第１流路（51）は、その一端が三方調節弁（42）の第２のポートに、他端が第１熱交換器（30）の第２流路（32）の一端にそれぞれ接続されている。第１熱交換器（30）の第２流路（32）は、その他端がポンプ（41）の吸入側に接続されている。三方調節弁（42）の第３のポートは、床暖房用放熱器（45）の一端に接続されている。床暖房用放熱器（45）の他端は、第２熱交換器（50）の第１流路（51）と第１熱交換器（30）の第２流路（32）とを繋ぐ配管に接続されている。

第２冷媒回路（60）は、高温水給湯ユニット（13）に収納されている。この第２冷媒回路（60）には、第２圧縮機（61）と、第３熱交換器（70）と、電動膨張弁（62）と、第２熱交換器（50）とが設けられている。また、第２冷媒回路（60）には、第２冷媒が充填されている。この第２冷媒としては、二酸化炭素（ＣＯ₂）が用いられている。

第３熱交換器（70）は、いわゆるプレート式熱交換器により構成されており、互いに仕切られた第１流路（71）と第２流路（72）とを複数ずつ備えている。

第２冷媒回路（60）において、第２圧縮機（61）の吐出側は、第３熱交換器（70）の第１流路（71）の一端に接続されている。第３熱交換器（70）の第１流路（71）は、その他端が電動膨張弁（62）を介して第２熱交換器（50）の第２流路（52）の一端に接続されている。第２熱交換器（50）の第２流路（52）は、その他端が第２圧縮機（61）の吸入側に接続されている。

高温水回路（80）は、高温水給湯ユニット（13）と貯湯ユニット（14）に亘って形成されている。この高温水回路（80）には、貯湯タンク（81）とポンプ（82）と第３熱交換器（70）と混合弁（83）とが設けられている。

混合弁（83）は、第１のポートへ流入した流体と第２のポートへ流入した流体とを混合して第３のポートから送出するように構成されている。また、混合弁（83）は、第１のポートへ流入する流体と第２のポートへ流入する流体との流量割合を変更可能となっている。貯湯タンク（81）は縦長で円筒形の密閉容器状に形成されている。

高温水回路（80）において、ポンプ（82）の吐出側は、第３熱交換器（70）の第２流路（72）の一端に接続されている。第３熱交換器（70）の第２流路（72）は、その他端が混合弁（83）の第１のポートに接続されている。混合弁（83）の第２のポートは、ポンプ（82）の吸入側に接続されている。混合弁（83）の第３のポートには、台所や洗面台、風呂などの利用側へ延びる給湯管（85）が接続されている。貯湯タンク（81）は、その底部が混合弁（83）とポンプ（82）を繋ぐ配管に、頂部が第３熱交換器（70）の第２流路（72）と混合弁（83）を繋ぐ配管にそれぞれ接続されている。この高温水回路（80）内へ外部から供給される水は、ポンプ（82）の吸入側近傍へ導入される。

−運転動作−
上記給湯装置（10）の運転動作について説明する。この給湯装置（10）では、室内ユニット（12）が室内を冷房する冷房運転と、室内ユニット（12）が室内を暖房する暖房運転とが切り換え可能となっている。

先ず、第１冷媒回路（20）の動作について説明する。

図１に示すように、冷房運転中の第１冷媒回路（20）では、四方切換弁（22）が第１状態に設定される。また、第１冷媒回路（20）では、第１電動膨張弁（25）の開度が適宜調節され、第２電動膨張弁（26）の開度がほぼ全開に設定される。この状態で第１圧縮機（21）を運転すると、第１冷媒回路（20）内を第１冷媒が循環して冷凍サイクルが行われる。その際、第１冷媒回路（20）では、室外熱交換器（23）と第１熱交換器（30）が凝縮器となり、室内熱交換器（24）が蒸発器となる。この冷房運転中において、第１冷媒回路（20）は、室内空気を熱源としたヒートポンプを構成する。

具体的に、第１圧縮機（21）から吐出された第１冷媒は、その一部が四方切換弁（22）を通って室外熱交換器（23）へ流入し、残りが第１熱交換器（30）の第１流路（31）へ流入する。室外熱交換器（23）へ流入した第１冷媒は、室外空気へ放熱して凝縮する。第１熱交換器（30）の第１流路（31）へ流入した第１冷媒は、中温水回路（40）の熱媒水へ放熱して凝縮し、その後に第２電動膨張弁（26）を通過して室外熱交換器（23）で凝縮した第１冷媒と合流する。続いて、第１冷媒は、第１電動膨張弁（25）を通過する際に減圧され、その後に室内熱交換器（24）へ流入する。室内熱交換器（24）では、流入した第１冷媒が室内空気から吸熱して蒸発し、室内空気が冷却される。室内熱交換器（24）で蒸発した第１冷媒は、四方切換弁（22）を通過後に第１圧縮機（21）へ吸入されて圧縮される。

図２に示すように、暖房運転中の第１冷媒回路（20）では、四方切換弁（22）が第２状態に設定される。また、第１冷媒回路（20）では、第１電動膨張弁（25）及び第２電動膨張弁（26）の開度が適宜調節される。この状態で第１圧縮機（21）を運転すると、第１冷媒回路（20）内を第１冷媒が循環して冷凍サイクルが行われる。その際、第１冷媒回路（20）では、室内熱交換器（24）と第１熱交換器（30）が凝縮器となり、室外熱交換器（23）が蒸発器となる。この暖房運転中において、第１冷媒回路（20）は、室外空気を熱源としたヒートポンプを構成する。

具体的に、第１圧縮機（21）から吐出された第１冷媒は、その一部が四方切換弁（22）を通って室内熱交換器（24）へ流入し、残りが第１熱交換器（30）の第１流路（31）へ流入する。室内熱交換器（24）では、流入した冷媒が室内空気へ放熱して凝縮し、室内空気が加熱される。第１熱交換器（30）の第１流路（31）へ流入した第１冷媒は、中温水回路（40）の熱媒水へ放熱して凝縮する。室内熱交換器（24）で凝縮した第１冷媒は第１電動膨張弁（25）を通過する際に減圧されてから、第１熱交換器（30）の第１流路（31）で凝縮した第１冷媒は第２電動膨張弁（26）を通過する際に減圧されてから、それぞれ室外熱交換器（23）へ流入する。室外熱交換器（23）では、流入した第１冷媒が室外空気から吸熱して蒸発する。室外熱交換器（23）で蒸発した第１冷媒は、四方切換弁（22）を通過後に第１圧縮機（21）へ吸入されて圧縮される。

次に、中温水回路（40）、第２冷媒回路（60）、及び高温水回路（80）の動作について説明する。これらの動作は、冷房運転中か暖房運転中かに拘わらず同じである。

中温水回路（40）のポンプ（41）を運転すると、中温水回路（40）内を熱媒水が循環する。第１熱交換器（30）の第２流路（32）へ流入した熱媒水は、その第１流路（31）内を流れる第１冷媒によって加熱される。この第２流路（32）を通過する間に加熱されて３０℃〜６０℃程度の中温度となった熱媒水は、三方調節弁（42）へ流入する。仮に三方調節弁（42）が第１のポートを第２及び第３のポートに連通させた状態に設定されているとすると、中温度の熱媒水は、その一部が床暖房用放熱器（45）へ流入し、残りが第２熱交換器（50）の第１流路（51）へ流入する。床暖房用放熱器（45）で室内空気等へ放熱した熱媒水と、第２熱交換器（50）で第２流路（52）の第２冷媒へ放熱した熱媒水とは、共に第１熱交換器（30）の第２流路（32）へ流入して加熱される。

尚、三方調節弁（42）を操作すれば、床暖房用放熱器（45）へ向かう熱媒水の流量と第２熱交換器（50）へ向かう熱媒水の流量との比率を変更できる。また、三方調節弁（42）を第１のポートが第２のポートだけと連通する状態に設定すれば、第１熱交換器（30）で加熱された熱媒水が第２熱交換器（50）だけに供給される。また、三方調節弁（42）を第１のポートが第３のポートだけと連通する状態に設定すれば、第１熱交換器（30）で加熱された熱媒水が床暖房用放熱器（45）だけに供給される。

第２冷媒回路（60）の第２圧縮機（61）を運転すると、第２冷媒回路（60）内を第２冷媒が循環して冷凍サイクルが行われる。その際、第２冷媒回路（60）では、第３熱交換器（70）が凝縮器となり、第２熱交換器（50）が蒸発器となる。また、第２冷媒回路（60）では、冷凍サイクルの高圧が第２冷媒の臨界圧力よりも高く設定されている。つまり、第２冷媒回路（60）では、いわゆる超臨界サイクルが行われる。この第２冷媒回路（60）は、中温水回路（40）の熱媒水を熱源としたヒートポンプを構成する。

具体的に、第２圧縮機（61）から吐出された第２冷媒は、第３熱交換器（70）の第１流路（71）へ流入し、その第２流路（72）を流れる給湯用水へ放熱して凝縮する。第３熱交換器（70）で凝縮した第２冷媒は、電動膨張弁（62）を通過する際に減圧されてから第２熱交換器（50）の第２流路（52）へ流入する。第２熱交換器（50）の第２流路（52）へ流入した第２冷媒は、その第１流路（51）を流れる熱媒水から吸熱して蒸発する。第２熱交換器（50）で蒸発した冷媒は、第２圧縮機（61）へ吸入されて圧縮される。

高温水回路（80）のポンプ（41）を運転すると、高温水回路（80）内を給湯用水が流通する。ポンプ（82）から吐出された給湯用水は、第３熱交換器（70）の第２流路（72）へ流入し、その第１流路（71）を流れる第２冷媒によって加熱される。第３熱交換器（70）で加熱されて６０℃〜９０°程度の高温となった給湯用水は、給湯管（85）を通じて利用側へ供給され、あるいは貯湯タンク（81）内へ蓄えられる。また、混合弁（83）を操作すると、第１のポートへ流入する高温の給湯用水と第２のポートへ流入する常温水との流量割合が変化し、その結果、第３のポートから給湯管（85）へ流入する温水の温度が調節される。

−実施形態の効果−
本実施形態の給湯装置（10）では、第１冷媒回路（20）が冷凍サイクルを行うことにより中温水回路（40）の熱媒水を加熱し、この熱媒水を熱源として第２冷媒回路（60）が冷凍サイクルを行うことにより給湯用水を６０℃〜９０°程度の高温にまで加熱している。このため、例えば給湯は不要だが床暖房用放熱器（45）へ熱媒水を供給する必要がある状態では、第１冷媒回路（20）だけで冷凍サイクルを行えばよく、第２冷媒回路（60）で冷凍サイクルを行って給湯用水を高温にまで加熱する必要はない。従って、上記給湯装置（10）によれば、従来のように中温度の熱媒体を得るためだけに高温水を生成する必要が無くなり、電力の無駄な消費を抑制できる。

本実施形態の給湯装置（10）において、第１圧縮機（21）の運転容量を変更すれば、第１熱交換器（30）での熱媒水に対する加熱量が変化する。このため、中温度の熱媒水の需要や熱媒水温度の要求値が変化した場合には、これらの変化に対応した運転状態を第１圧縮機（21）の運転制御によって実現できる。また、この給湯装置（10）において、第２圧縮機（61）の運転容量を変更すれば、第３熱交換器（70）での給湯用水に対する加熱量が変化する。このため、給湯需要や給湯温度の要求値が変化した場合には、これらの変化に対応した運転状態を第２圧縮機（61）の運転制御によって実現できる。

このように、本実施形態によれば、第１圧縮機（21）と第２圧縮機（61）を個別に運転制御することで、中温度の熱媒水の需要等や給湯需要等に適切に対応することが可能となる。従って、本実施形態によれば、負荷変動に応じた運転制御が容易な給湯装置（10）を実現することができる。

また、本実施形態の給湯装置（10）では、第１冷媒との熱交換によって加熱された熱媒水を床暖房用放熱器（45）と第２熱交換器（50）とに分配する動作が可能となり、この動作中には第１熱交換器（30）から流出した中温度の熱媒水から第２冷媒回路（60）の第２冷媒が吸熱する。つまり、この給湯装置（10）では、第２冷媒回路（60）の第２冷媒を、可能な限り温度の高い熱媒水と熱交換させている。従って、本実施形態によれば、第２冷媒回路（60）での冷凍サイクルの低圧を高めに設定することができ、第２圧縮機（61）の消費電力を削減することによって冷凍サイクルのＣＯＰを削減できる。

また、本実施形態の給湯装置（10）によれば、運転の必要がない床暖房用放熱器（45）に対する熱媒水の供給を遮断することが可能となる。従って、運転が不要な床暖房用放熱器（45）での熱媒水の放熱ロスを回避することができる。

また、本実施形態の給湯装置（10）によれば、第１冷媒回路（20）を用いて室内の暖房や冷房を行うことが可能となる。従って、給湯装置（10）と空調機を個別に設置する場合に比べ、機器の設置スペースを削減することができる。

ここで、一般に、熱交換能力が同じであれば、冷媒を水と熱交換させる熱交換器は、冷媒を空気と熱交換させる熱交換器に比べて小型となる。一方、本実施形態の給湯装置（10）において、高温水回路（80）内の給湯用水を加熱するための第２冷媒回路（60）は、中温水回路（40）の熱媒水を熱源とするヒートポンプを構成しており、第２冷媒回路（60）の蒸発器となる第２熱交換器（50）は、第２冷媒を熱媒水と熱交換させるプレート式熱交換器で構成されている。従って、本実施形態によれば、中温水回路（40）の熱媒水を加熱するための第１冷媒回路（20）と、高温水回路（80）内の給湯用水を加熱するための第２冷媒回路（60）との両方が空気を熱源とするヒートポンプである場合に比べ、給湯装置（10）を大幅に小型化することができる。

−実施形態の変形例１−
本実施形態の給湯装置（10）では、中温水回路（40）の構成を変更してもよい。

具体的には、図３に示すように、中温水回路（40）のうち三方調節弁（42）と第２熱交換器（50）を繋ぐ配管に床暖房用放熱器（45）の他端を接続してもよい。この変形例の中温水回路（40）において、床暖房用放熱器（45）で放熱した熱媒水は、第２熱交換器（50）の第１流路（51）を通過してから第１熱交換器（30）の第２流路（32）へ流入する。

このように、本変形例の給湯装置（10）では、床暖房用放熱器（45）を通過後の熱媒水を第２熱交換器（50）へ供給する動作が可能となる。この動作中には、床暖房用放熱器（45）で放熱した熱媒水が第２熱交換器（50）で更に第２冷媒へ放熱してから第１熱交換器（30）で第１冷媒と熱交換することになる。このため、第１熱交換器（30）の第１流路（31）の出口における第１冷媒のエンタルピを低下させ、それによって第１冷媒が外気等の熱源から吸熱する熱量を増大させることができる。従って、本変形例によれば、第１冷媒回路（20）での冷凍サイクルのＣＯＰ（成績係数）を向上させることができる。

−実施形態の変形例２−
本実施形態の給湯装置（10）では、第１冷媒回路（20）の構成を変更してもよい。

具体的には、図４に示すように、第１冷媒回路（20）から室内熱交換器（24）と四方切換弁（22）を省略してもよい。この変形例の第１冷媒回路（20）において、第１圧縮機（21）は、その吐出側が第１熱交換器（30）の第１流路（31）に、吸入側が室外熱交換器（23）にそれぞれ接続される。

−実施形態の変形例３−
本実施形態の給湯装置（10）では、第１冷媒回路（20）が複数設けられていてもよい。この場合、中温水回路（40）には複数の第１熱交換器（30）が直列又は並列に接続され、各第１熱交換器（30）の第１流路（31）に第１冷媒回路（20）が１つずつ接続される。そして、一つの第１冷媒回路（20）の運転だけでは熱媒水への加熱量が不足する状態に陥っても、別の第１冷媒回路（20）を運転することによって加熱量の不足分を補うことが可能となる。従って、この変形例によれば、負荷変動に柔軟に対応可能な使い勝手の良い給湯装置（10）を実現できる。

同様に、本実施形態の給湯装置（10）では、第２冷媒回路（60）が複数設けられていてもよい。この場合、中温水回路（40）には複数の第２熱交換器（50）が直列又は並列に接続され、各第２熱交換器（50）の第２流路（52）には第２冷媒回路（60）が１つずつ接続される。

−実施形態の変形例４−
本実施形態の給湯装置（10）では、高温水給湯ユニット（13）と貯湯ユニット（14）とを一体化してもよい。つまり、第２冷媒回路（60）と高温水回路（80）とを１つのケーシング内に収納してもよい。このように高温水給湯ユニット（13）と貯湯ユニット（14）とを一体化すれば、給湯装置（10）の設置面積を削減することができる。

以上説明したように、本発明は、給湯装置について有用である。

実施形態における給湯装置の概略構成と冷房運転時の動作を示す配管系統図である。 実施形態における給湯装置の概略構成と暖房運転時の動作を示す配管系統図である。 実施形態の変形例１における給湯装置の概略構成を示す配管系統図である。 実施形態の変形例２における給湯装置の概略構成を示す配管系統図である。

符号の説明

（10） 給湯装置
（20） 第１冷媒回路
（24） 空調用熱交換器器
（40） 中温水回路（熱媒体通路）
（45） 床暖房用放熱器（温熱利用機器）
（50） 第２熱交換器（第２冷媒回路の蒸発器）
（60） 第２冷媒回路

Claims (7)

1. 温水を利用側へ供給する動作に加え、該温水の温度よりも低い中温度の熱媒体を加熱用の流体として温熱利用機器（45）へ供給する動作が可能な給湯装置であって、
   上記温熱利用機器（45）との間で熱媒体を循環させるための熱媒体通路（40）と、
   第１冷媒を循環させて冷凍サイクルを行い、上記熱媒体通路（40）の熱媒体を第１冷媒との熱交換によって中温度にまで加熱する第１冷媒回路（20）と、
   第２冷媒を循環させて冷凍サイクルを行い、該第２冷媒で水を加熱して給湯用の温水を生成する第２冷媒回路（60）とを備える一方、
   上記第２冷媒回路（60）は、第２冷媒を上記熱媒体通路（40）の熱媒体と熱交換させる蒸発器を備え、該熱媒体通路（40）の熱媒体を熱源としたヒートポンプを構成している給湯装置。
2. 請求項１に記載の給湯装置において、
   熱媒体通路（40）は、温熱利用機器（45）を通過後の熱媒体を第２冷媒回路（60）の蒸発器（50）へ供給する動作が可能となっている給湯装置。
3. 請求項１に記載の給湯装置において、
   熱媒体通路（40）は、中温度にまで加熱された熱媒体を温熱利用機器（45）と第２冷媒回路（60）の蒸発器（50）とに分配する動作が可能となっている給湯装置。
4. 請求項２又は３に記載の給湯装置において、
   熱媒体通路（40）は、中温度にまで加熱された熱媒体を第２冷媒回路（60）の蒸発器（50）だけに供給する動作が可能となっている給湯装置。
5. 請求項１乃至４の何れか１つに記載の給湯装置において、
   第１冷媒回路（20）は、第１冷媒を室内空気と熱交換させる空調用熱交換器器（24）を備えている給湯装置。
6. 請求項５に記載の給湯装置において、
   第１冷媒回路（20）は、空調用熱交換器器（24）が蒸発器となる動作と、該空調用熱交換器器（24）が凝縮器となる動作とを切り換え可能となっている給湯装置。
7. 請求項１に記載の給湯装置において、
   第１冷媒回路（20）と第２冷媒回路（60）の一方又は両方が複数設けられる一方、熱媒体通路（40）が一つだけ設けられており、
   各第１冷媒回路（20）の第１冷媒と各第２冷媒回路（60）の第２冷媒とが一つの熱媒体通路（40）内を循環する熱媒体と熱交換する給湯装置。
   

Images