JP2006125722A - ヒートポンプ給湯暖房システム - Google Patents

Abstract

【課題】 ２つ以上の異なる負荷の組合せによる同時運転を行うにあたって、使い勝手および快適性に優れたヒートポンプ給湯暖房システムを実現すること。
【解決手段】 ヒートポンプ回路から熱供給を受ける給湯負荷と暖房負荷とを備えてなるヒートポンプ給湯暖房システムであって、ヒートポンプ回路は、給湯負荷に湯水を供給する第１の熱交換器（２，３）と、この第１の熱交換器と並列に配設されて暖房負荷（５１）に温水を供給する第２の熱交換器（５）とを備え、給湯負荷と暖房負荷の双方に熱供給して給湯負荷と暖房負荷との合計の要求熱量がヒートポンプ回路から出力される最大熱量を超えた場合、暖房負荷への熱供給を停止させる制御手段を備えるようにする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ヒートポンプ給湯暖房システムに関する。

従来の給湯装置においては、特許文献１に示すように、化石燃料を燃焼させて大きな加熱能力を発揮する給湯装置が知られている。このような燃焼式の給湯装置によれば、例えば、給湯、暖房、風呂加熱などの運転を同時に行う場合でも、十分な熱量を供給することができる。

しかし、燃焼式の給湯装置は、熱効率が十分でないことに加え、火災や排ガス処理上の問題を生じるおそれがあることから、近年は減少傾向にある。このため、燃焼式に代わる給湯方式として、ヒートポンプ式給湯装置が知られている。例えば、特許文献２によれば、電力が安価な夜間にヒートポンプを稼動させ、加熱された給水を貯湯タンクに満杯にして蓄えておくことにより、日中に使用する給湯用の湯水と暖房用の熱を賄う方法が提案されている。

ところが、このように貯湯タンクを備えたヒートポンプ式の給湯装置の場合、給湯用の湯水に加えて暖房用の湯水を貯湯タンクに蓄えておく必要がある。このため、貯湯タンクが大型化すると共に設置面積が増大し、設置床面の強度が必要になるという問題がある。

そこで、特許文献３によれば、例えば、給湯用、暖房用の湯水をヒートポンプで直接加熱する方式が提案されている。これによれば、大容量の貯湯タンクを必要としないため、設置面積を小さくできる。

特許第３５３６２９９号明細書（第５頁、第２図） 特開２００３−２４７７５３号公報（第４頁、第１図） 特開２００４−３８０１号公報（第１６頁、第３図）

しかしながら、特許文献３において、通常、給湯と暖房の各負荷から要求される湯水の温度は異なるため、これらの運転を同時に行う場合、ヒートポンプの冷媒をどのように制御するか等については、なんら記載されていない。

また、ヒートポンプが出力する最大熱量は、燃焼式の最大熱量と比べて制限されるため、例えば、給湯と暖房の同時運転時において、各運転の設定温度を高くすると、要求される合計要求熱量がヒートポンプの最大熱量を超えるおそれがある。特許文献３によれば、このような場合を考慮したヒートポンプの制御については、なんら記載されていない。

そこで、本発明は、２つ以上の異なる負荷の同時運転を行うにあたって、使い勝手および快適性に優れたヒートポンプ給湯暖房システムを提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は、ヒートポンプ回路から熱供給を受ける給湯負荷と暖房負荷とを備えてなるヒートポンプ給湯暖房システムであって、ヒートポンプ回路は、給湯負荷に湯水を供給する第１の熱交換器と、この第１の熱交換器と並列に配設されて暖房負荷に温水を供給する第２の熱交換器とを備え、給湯負荷と暖房負荷の双方に熱供給して給湯負荷と暖房負荷との合計の要求熱量がヒートポンプ回路から出力される最大熱量を超えた場合、暖房負荷への熱供給を停止させる制御手段を備えることを特徴としている。

このように、給湯と暖房の同時運転が要求された場合は、運転の優先順位を高い方から給湯、暖房の順で決めておき、各負荷の合計要求熱量がヒートポンプ回路の最大熱量を超えたときは、暖房運転を一時中断させて給湯運転のみを行うようにする。これにより、ヒートポンプの能力不足に伴う給湯運転時の制限が抑制されるため、使い勝手および快適性の低下を最小限に抑えることができる。

また、給湯負荷と暖房負荷との合計の要求熱量がヒートポンプ回路から出力される最大熱量の範囲内であるときは、以下のように制御することが好ましい。すなわち、給湯負荷と暖房負荷の双方に熱供給する場合、第１と第２の熱交換器から出湯する出湯温度を、給湯負荷と暖房負荷とからそれぞれ要求される要求出湯温度のうち高い方の温度に設定し、この出湯温度になるようにヒートポンプ回路を制御するようにする。

例えば、出湯温度が暖房負荷の要求出湯温度に設定される場合、第１の熱交換器から出湯する湯水は、要求される給湯温度より高い温度に加熱されているが、この高温の湯水に給水源から給水される水を所定量混合することで、所定の給湯温度に調整できる。これによれば、給湯負荷と暖房負荷にそれぞれ要求される温度の湯水を供給できるから、高効率で使い勝手および快適性に優れたヒートポンプ給湯暖房システムを提供できる。

また、上記の制御に代えて、給湯負荷と暖房負荷の双方に熱供給する場合、第１と第２の熱交換器から出湯する出湯温度を、給湯負荷と暖房負荷とからそれぞれ要求される要求出湯温度の高い方の温度よりも低い温度に設定し、この出湯温度になるようにヒートポンプ回路を制御するようにしてもよい。

例えば、第１と第２の熱交換器から出湯する出湯温度が暖房負荷の要求出湯温度より低い温度に設定される場合、第２の熱交換器と暖房負荷との間を循環する温水は、要求される暖房温度よりも低い温度になっているから、この温水の循環量を増加させることで、暖房能力を増加させ、要求熱量の不足を補うことができる。これによれば、出湯温度は、暖房運転の要求出湯温度より低い温度に設定されるため、その分ヒートポンプ回路の最大熱量を増大させ、給湯と暖房の合計要求熱量を大きくできる。このため、高効率で使い勝手および快適性に優れたヒートポンプ給湯暖房システムを提供できる。

また、ヒートポンプ回路から熱供給を受ける給湯負荷と暖房負荷と風呂追焚又は湯張り負荷とを備えてなるヒートポンプ給湯暖房システムであって、ヒートポンプ回路は、給湯負荷と風呂湯張り負荷との少なくとも一方に湯水を供給する第１の熱交換器と、第１の熱交換器と並列に配設されて暖房負荷に温水を供給する第２の熱交換器とを備え、第１の熱交換器の給水口及び出湯口は、第３の熱交換器の二次冷媒側伝熱管の両端にそれぞれ連通され、第３の熱交換器は第１の熱交換器から出湯する湯水をポンプで導いて風呂追焚負荷に熱供給するものであり、給湯負荷、暖房負荷、風呂追焚又は湯張り負荷のすべてに熱供給したときの合計の要求熱量がヒートポンプ回路から出力される最大熱量を超えた場合、給湯負荷以外の負荷のうち少なくとも一つの負荷への熱供給を停止させるように制御する制御手段を備えることを特徴としている。

このように、給湯と暖房と風呂追焚又は湯張りとの同時運転が要求された場合は、運転の優先順位を決めておき、各負荷の合計要求熱量がヒートポンプ回路の最大熱量を超えたとき、給湯運転以外のいずれかの運転を一時中断させて、給湯運転のみ行うようにする。これにより、ヒートポンプの熱量不足に伴う給湯運転時の制限が抑制されるため、使い勝手および快適性の低下を最小限に抑えることができる。

また、給湯負荷と暖房負荷と風呂追焚又は湯張り負荷との合計の要求熱量がヒートポンプ回路から出力される最大熱量の範囲内であるときは、以下のように制御することが好ましい。すなわち、前記給湯負荷、暖房負荷、風呂追焚又は湯張り負荷のうち少なくとも２以上からなる組合せに熱供給する場合、第１と第２の熱交換器から出湯する出湯温度を、運転対象の負荷からそれぞれ要求される要求出湯温度のうち最も高い温度に設定し、この出湯温度になるようにヒートポンプ回路を制御するようにする。

例えば、出湯温度が給湯負荷の要求出湯温度よりも高い温度に設定され、給湯負荷に熱供給する場合、第１の熱交換器から出湯する湯水は、要求される給湯温度より高い温度になっているから、この高温の湯水に給水源から給水される水を所定量混合させることにより所定の給湯温度に調整できる。また、出湯温度が暖房負荷の要求出湯温度より高い温度に設定され、暖房負荷に熱供給する場合、第２の熱交換器と暖房負荷との間を循環する温水は、要求される暖房温度よりも高い温度になっているから、この循環する温水の循環量を減少させることにより、暖房能力を減少させ、要求熱量の過剰を抑制できる。これによれば、各負荷から要求される温度の湯水及び温水を供給できるから、高効率で使い勝手および快適性に優れたヒートポンプ給湯暖房システムを提供できる。

一方、上記の制御に代えて、給湯負荷、暖房負荷、風呂追焚又は湯張り負荷のうち少なくとも２以上からなる組合せに熱供給する場合、第１と第２の熱交換器から出湯する出湯温度を、運転する負荷からそれぞれ要求される要求出湯温度のうち最も高い温度よりも低い温度に設定し、この出湯温度になるようにヒートポンプ回路を制御するようにしてもよい。

例えば、出湯温度が暖房負荷の要求出湯温度よりも低い温度に設定され、暖房負荷に熱供給する場合、暖房負荷と第２の熱交換器との間を循環する温水は、要求される暖房温度よりも低い温度になっているため、この循環する温水の循環量を増加させることにより、暖房能力を増加させ、要求熱量の不足を補うことができる。また、出湯温度が風呂追焚負荷の要求出湯温度よりも低い温度に設定され、風呂追焚負荷に熱供給する場合、第１の熱交換器と第３の熱交換器との間を循環する湯水は、要求される風呂追焚用の温度よりも低い温度になっているため、この循環する湯水の循環量を増加させることにより、風呂追焚能力を増加させ、要求熱量の不足を補うことができる。これによれば、出湯温度は、暖房運転又は風呂追焚運転の要求出湯温度よりも低い温度に設定されるため、その分ヒートポンプ回路の最大熱量を増大させ、各負荷の合計要求熱量を大きくできる。よって、高効率で使い勝手および快適性に優れたヒートポンプ給湯暖房システムを提供できる。

また、暖房負荷と風呂追焚又は湯張り負荷との双方に熱供給する際に、合計の要求熱量がヒートポンプ回路から出力される最大熱量を超えた場合、第１と第２の熱交換器から出湯する出湯温度を低下させて、合計の要求熱量をヒートポンプ回路から出力される最大熱量以下になるように制御することが好ましい。このように制御を規定しておくことで、例えば、浴室暖房中に風呂追焚き又は湯張りの運転要求があったとき、風呂追焚き又は湯張りの加熱能力つまり速さが小さくなっても、浴室暖房と風呂追焚き又は湯張りとの同時運転を行うことができる。

また、第１と第２の熱交換器の少なくとも一方は、複数並列に設けられ、ヒートポンプ回路は、複数並列に設けられていることが好ましい。さらに、ヒートポンプ回路に封入する冷媒は、二酸化炭素であることが好ましい。

また、ヒートポンプ回路と、前記給湯負荷に熱供給する第１の熱供給部と、前記暖房負荷に熱供給する第２の熱供給部は、同一の箱体に収納することが好ましく、これらに加えて、風呂追焚き又は湯張り負荷に熱供給する第３の熱供給部を同一の箱体に収納することがより好ましい。

本発明によれば、２つ以上の異なる負荷の組合せによる同時運転を行うにあたって、使い勝手および快適性に優れたヒートポンプ給湯暖房システムを実現できる。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明を適用してなるヒートポンプ給湯機システムの全体構成図である。

本実施形態のヒートポンプ給湯機システムは、ヒートポンプ冷媒回路、給水経路、給湯経路、暖房回路、風呂追焚加熱回路、風呂湯張り回路、浴槽水追焚回路を備えて構成される。まず、ヒートポンプ冷媒回路は、給湯や暖房の少なくとも２つ以上の組合せの同時運転を可能にするため、また、瞬間的に給湯を行うことを可能にするため、それぞれが独立して運転できる第１の冷媒回路と第２の冷媒回路とを備えている。

第１の冷媒回路は、圧縮機１ａ、水冷媒熱交換器２ａ，３ａ、減圧装置４ａ、蒸発器７ａを順次冷媒配管で接続した給湯用の閉回路と、圧縮機１ａ、水冷媒熱交換器５ａ、減圧装置６ａ、蒸発器７ａを順次冷媒配管で接続した暖房用の閉回路とを備えている。第２の冷媒回路は、圧縮機１ｂ、水冷媒熱交換器２ｂ，３ｂ、減圧装置４ｂ、蒸発器７ｂを順次冷媒配管で接続した給湯用の閉回路と、圧縮機１ｂ、水冷媒熱交換器５ｂ、減圧装置６ｂ、蒸発器７ｂを順次冷媒配管で接続した暖房用の閉回路とを備えている。このような第１および第２の冷媒回路には、冷媒が封入されている。

第１の冷媒回路および第２の冷媒回路において、圧縮機１ａ，１ｂは、容量制御が可能で、給湯量が多い場合や給湯と暖房の同時運転の場合などに大きな容量で運転される。また、圧縮機１ａ，１ｂは、ＰＷＭ制御、電圧制御（例えばＰＡＭ制御）及びこれらの組合せ制御により、低速（例えば１０００回転／分）から高速（例えば８０００回転／分）まで回転数が制御自在になっている。

水冷媒熱交換器２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂは、冷媒側伝熱管と給水側伝熱管とを備え、水冷媒熱交換器５ａ、５ｂは、冷媒側伝熱管と温水側伝熱管とを備えて構成されている。ここで、冷媒側伝熱管の管内を流れる冷媒の流れ方向と給水側伝熱管、温水側伝熱管の管内を流れる流体の流れ方向は、互いに反対の対向流となり、高温高圧の冷媒と低温の給水または放熱後の中温の温水との間で効率良く熱交換が行われるようになっている。すなわち、水冷媒熱交換器２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂの入口側において低温の水が給水側伝熱管を流れる過程で次第に加熱され、出口側において運転制御手段により設定された所定の温度に近い温度まで昇温される。同様に、水冷媒熱交換器５ａ，５ｂの入口側において中温の温水が温水側伝熱管を流れる過程で次第に加熱され、出口側において運転制御手段により設定された所定の温度に近い温度まで昇温される。

減圧装置４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂは、水冷媒熱交換器２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ、５ａ、５ｂで放熱し、温度の下がった高圧冷媒を減圧させるものである。蒸発器７ａ，７ｂは、室外ファンにより室外の空気を取り込んで、低温低圧の冷媒を蒸発させることにより、空気と冷媒との熱交換を行う空気冷媒熱交換器として機能するものである。

給水経路は、給水金具１１、減圧弁１２、逆止弁１４、水冷媒熱交換器２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂの給水側伝熱管を水管路で順次接続して構成される。給湯経路は、水冷媒熱交換器２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂの給水側伝熱管、湯水混合弁１７，１８、流量調整弁１９、給湯金具２０を水管路で順次接続して構成される。湯水混合弁１８の他方の流入口には給水経路から分岐した水管路が接続され、水冷媒熱交換器２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂで加熱された湯水と給水経路から分岐して供給される水とを混合し、運転制御手段により設定される所定の給水温度（例えば、約３５〜６０℃）に調整するようになっている。

給水経路と給湯経路との間には、水冷媒熱交換器２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂと並列に貯湯タンク２１が設けられ、この貯湯タンク２１の頂部は給湯経路と接続される一方、底部は給水経路と接続されている。すなわち、水冷媒熱交換器２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂで加熱された湯水と、約３０〜１００Ｌ程度の小型の貯湯タンク２１に蓄えた約６０〜９０℃の高温の湯とを湯水混合弁１７で混合させることにより、ヒートポンプ冷媒回路が立ち上がる前に、運転制御手段で設定される給湯温度（約３５〜６０℃程度）の湯水を給湯することができる。

暖房回路は、浴室暖房回路と床暖房回路の２つを備えている。浴室暖房回路は、第１の冷媒回路の水冷媒熱交換器５ａの温水側伝熱管、浴室暖房乾燥端末５１ａ、温水リザーブタンク５２ａ、循環ポンプ５３ａを温水管路で順次接続した閉回路である。また、床暖房回路は、第２の冷媒回路の水冷媒熱交換器５ｂの温水側伝熱管、床暖房端末５１ｂ、温水リザーブタンク５２ｂ、循環ポンプ５３ｂを温水管路で順次接続した閉回路である。

風呂追焚き加熱回路は、水冷媒熱交換器２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂの給水側伝熱管、給湯経路から分岐した追焚き電磁弁２６、風呂追焚き熱交換器２８の二次冷媒側伝熱管、循環ポンプ２９、給水経路の逆止弁１４の下流側を順次配管で接続した閉回路になっている。

風呂湯張り回路は、給湯経路の流量調整弁１９から給湯金具２０に至る水管路を分岐させ、注湯電磁弁３１、風呂循環ポンプ３３、入出湯金具３５、浴槽３６を水管路で順次接続して構成される。

浴槽水追焚き回路は、浴槽３６、入出湯金具３５、風呂循環ポンプ３３、風呂追焚き熱交換器２８の浴槽水側伝熱管、入出湯金具３７を水管路で順次接続した閉回路になっている。

また、運転制御手段は、制御回路、給湯用リモコン、暖房用リモコン等の操作・設定と各センサの検出値などに基づいて、ヒートポンプ冷媒回路の運転・停止並びに圧縮機１ａ，１ｂの回転数制御を行うと共に、湯水混合弁１７，１８、流量調整弁１９などを制御する。なお、各センサには、各部の温度状態を検出する温度センサ、圧力を検知する圧力センサ、水量を検知する水量センサなどがある。

このように構成される給湯暖房システムにおいて、まず、給湯運転、床暖房運転、浴室暖房運転の動作について説明する。

給湯運転は、給湯端末の蛇口やシャワーのコック等が操作されることにより運転が開始される。例えば、給湯端末の蛇口が開放されると、水道圧により給水金具１１から流入した水が、減圧弁１２、給水水量センサ１３、逆止弁１４、水冷媒熱交換器２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂの給水側伝熱管、湯水混合弁１７，１８、流量調整弁１９、給湯金具２０の経路を流れる。このとき、給水水量センサ１３が給水を検知すると、運転制御手段により流量調整弁１９が開放されると共に、ヒートポンプ冷媒回路の運転が開始される。

水道圧により給水された水が、水冷媒熱交換器２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂに流入すると、熱交換により約３５℃から６０℃程度に加熱された湯水が出湯し、湯水混合弁１７，１８を介して、直接給湯される。ここで、給湯量は、流量調整弁１９の開度を調整することにより適宜調整される。

ヒートポンプ冷媒回路が立ち上がるまでの間、水冷媒熱交換器２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂで加熱された湯水の温度は、運転制御手段で設定される所定の出湯温度よりも低いため、貯湯タンク２１に蓄えた約６０〜９０℃の高温の湯を湯水混合弁１７により所定量を混合することで、給湯温度に近い湯水に調整する。ここで、湯水混合弁１７の貯湯タンク２１側の流入口を開放させることにより貯湯タンク２１に蓄えられた高温の湯は水道圧により押し出される。

床暖房運転は、第２の冷媒回路で減圧装置６ｂの開度を所定の開度に調整すると共に、減圧装置４ｂおよび第１の冷媒回路の減圧装置４ａ，６ａの開度を全閉とし、圧縮機１ｂと循環ポンプ５３ｂを起動させることにより運転が開始される。このとき、水冷媒熱交換器５ｂにおいて、高温高圧の冷媒と床暖房後の中温の温水とが熱交換して温水が加熱される。そして、加熱された温水が循環ポンプ５３ｂにより床暖房端末５１ｂに送られて放熱することにより暖房が行なわれる。

浴室暖房乾燥運転は、第１の冷媒回路で減圧装置６ａの開度を所定の開度に調整すると共に、減圧装置４ａおよび第２の冷媒回路の減圧装置４ｂ、６ｂの開度を全閉とし、圧縮機１ａと循環ポンプ５３ａを起動させることにより運転が開始される。このとき、水冷媒熱交換器５ａにおいて、高温高圧の冷媒と浴室暖房乾燥後の中温の温水とが熱交換して温水が加熱される。そして、加熱された温水が循環ポンプ５３ａにより浴室暖房乾燥端末５１ａに送られて放熱することで、暖房乾燥が行なわれる。この場合において、温水の加熱温度を変更することで浴室暖房運転と浴室乾燥運転とを切換えることができる。

かかる回路構成、および運転動作を行う給湯暖房システムにおいて、この給湯暖房システムが一般の家庭で使用される場合を想定すると、暖房が必要な季節においては、給湯、シャワー等の給湯運転の他に、床暖房、浴室暖房等の暖房運転が同時に要求される場合がある。例えば、給湯運転のときに、シャワーを含む給湯が何箇所かで同時に要求された場合、運転制御手段により、貯湯タンク２１に蓄えた高温の湯を使用し、湯水混合弁１７，１８で給湯設定温度に調整した湯水を給湯端末に供給する。このとき、要求される給湯量がヒートポンプ冷媒回路と貯湯タンク２１から供給する高温の湯で賄いきれないくらい大量の場合、流量調整弁１９が流量を調整し、給湯温度を設定温度に合致させるように湯水の量を絞り対応する。

例えば、給湯と暖房が同時に要求され、これらを同時に運転しようとしてもヒートポンプ冷媒回路では能力的に不足する場合がある。ガス給湯器の場合、例えば家族４人の家庭で一般的に使用されているガス給湯器２４号では、給湯用のバーナーと暖房用のバーナーとを独立して備えるため、給湯能力４２ｋＷと暖房能力１２ｋＷとを同時に供給することができるが、ヒートポンプ冷媒回路は、一般に最大能力が２８ｋＷ程度で小さいため、要求される熱量が２８ｋＷ以上の場合には、給湯と暖房の同時運転を十分な能力で発揮することができない。

さらに、ヒートポンプによる給湯・暖房能力は、外気温が高いときは大きいが、外気温が低下すると小さくなる傾向がある。図２は、外気温度の変化とヒートポンプの給湯・暖房能力との関係の一例を示す線図である。図２に示すように、例えば、外気温１６℃の時に水温１７℃の水を４２℃まで加熱するときの能力が２３ｋＷのヒートポンプ給湯機においては、外気温７℃の時に水温９℃の水を４２℃まで加熱するときの能力は約２０ｋＷまで低下する。

このように、特に暖房が必要となる冬季においては、ガス給湯器と比べて能力的に余裕の無いヒートポンプ給湯機の場合、使い勝手および快適性の点で、運転の優先順位を決定しておくことが極めて重要になる。

そこで、本実施形態では、給湯と暖房が同時に運転要求された場合に、運転の優先順位を給湯、暖房の順とし、給湯と暖房の要求合計熱量がヒートポンプ最大熱量（最大能力）を超えた場合に、運転制御手段が暖房運転を一時停止させ、給湯運転のみ行うように制御する。この制御により、ヒートポンプの供給熱量不足に伴う給湯運転時の制限が抑制されるため、使い勝手および快適性の低下を最小限に抑えることができる。

ここで、運転要求は、給湯用リモコンや暖房用リモコンなどの操作・設定内容により決定され、給湯の要求熱量はリモコンで設定される給湯設定温度と、給水経路に備えた給水温度センサ（図示せず）から得られる給水温度と、給水水量センサ１３から得られる給湯量とから演算される。また、暖房の要求熱量は暖房用温水温度と、暖房用温水回路に備えた温水温度センサ（図示せず）から得られる暖房端末からの戻り温水温度と、循環ポンプ５３の回転数から一義的に決定される温水循環量とから演算され、給湯と暖房の要求合計熱量は、前記給湯要求熱量と暖房要求熱量との和として得られ、ヒートポンプ最大能力より大きいかどうか運転制御手段により判定され、前記制御が行われる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、以下説明する実施形態では、図１の回路構成と同一の回路構成を用いると共に、第１の実施形態と共通する運転動作については説明を省略し、相違点および補充点について説明する。

まず、本実施形態において、給湯又は暖房の単独運転時における制御について説明する。単独運転時は、各運転での成績係数が最も良くなる制御、すなわち、給湯運転時においては、水冷媒熱交換器２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂからの出湯温度を約３５〜６０℃程度にするため、圧縮機１ａ、１ｂを給湯の要求熱量に見合った回転数で運転すると共に、減圧装置６ａ、６ｂの開度を全閉とし、水冷媒熱交換器２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂを通過して熱交換される冷媒の過熱度が所定値となるように、減圧装置４ａ、４ｂの開度を調整することにより、成績係数が最も良い給湯運転を行うようにしている。

同様に、床暖房運転時においては、水冷媒熱交換器５ｂからの出湯温度を約４５〜７０℃程度にするため、圧縮機１ｂを暖房の要求熱量に見合った回転数で運転すると共に、減圧装置４ａ、４ｂ、６ａの開度を全閉とし、水冷媒熱交換器５ｂを通過して熱交換する冷媒の過熱度が所定値となるように、減圧装置６ｂの開度を調整することにより、成績係数が最も良い床暖房運転を行うようにしている。

また、浴室暖房乾燥運転時においては、水冷媒熱交換器５ａからの出湯温度を約５０〜８０℃程度にするため、圧縮機１ａを暖房の要求熱量に見合った回転数で運転すると共に、減圧装置４ａ、４ｂ、６ｂの開度を全閉とし、水冷媒熱交換器５ａを通過し熱交換する冷媒の過熱度が所定値になるように、減圧装置６ａの開度を調整することにより、成績係数が最も良い浴室暖房乾燥運転を行うようにしている。

次に、給湯と暖房の同時運転を行う場合について説明する。給湯、暖房の各運転負荷から要求される要求湯水温度、つまり水冷媒熱交換器からの出湯温度は、それぞれ異なるものであり、前記のとおり、給湯運転の場合は約３５〜６０℃、床暖房運転の場合は約４５〜７０℃、浴室暖房乾燥運転の場合は約５０〜８０℃の範囲となり、それぞれリモコン等で直接または間接的に設定される。

ここで、床暖房では運転開始直後、暖房立ち上がりを早くするため、水冷媒熱交換器からの出湯温度を高める場合があり、また、浴室暖房乾燥では浴室や衣類などの乾燥を速くするため、水冷媒熱交換器からの出湯温度を高める場合があるが、各運転において通常運転時の平均的な出湯温度を、給湯運転は４２℃、床暖房運転は５５℃、浴室暖房運転は６０℃、浴室乾燥運転は７０℃として以下に説明する。

本実施形態において、要求出湯温度の異なる給湯運転と暖房運転とを同時運転するときは、水冷媒熱交換器から出湯する出湯温度を、各運転から要求される要求出湯温度のうち高い方の温度に設定し、この設定温度になるようにヒートポンプ冷媒回路を制御するようにする。

すなわち、例えば、給湯運転（４２℃）と床暖房運転（５５℃）とを同時運転する場合、第１の冷媒回路においては、減圧装置６ａの開度を全閉にし、減圧装置４ａを所定の開度に開き、圧縮機１ａを給湯要求熱量に応じた回転数で運転すると共に、給水経路を通じて水冷媒熱交換器２ａ，３ａに給水された水を約４２℃に加熱して出湯する。一方、第２の冷媒回路においては、減圧装置４ｂ，６ｂの開度を所定の開度に開き、圧縮機１ｂを給湯と暖房との要求合計熱量に応じた回転数で運転すると共に、給水経路および床暖房端末から水冷媒熱交換器２ｂ，３ｂ，５ｂに給水された水および温水の温度を要求出湯温度の高い方の温度５５℃に加熱する制御を行う。このとき、湯水の出湯温度は給湯運転の要求出湯温度４２℃に対し高い温度に加熱されるが、湯水混合弁１８で水を混合することにより、所望の給湯温度を得ることができる。また、床暖房では５５℃の温水を供給でき、支障なく運転を行うことができる。

ここで、湯水混合弁１８は、温度サーミスタ（図示せず）により検出される混合後の湯水の温度に応じて、所望の給湯温度に近づけるように動作する比例制御弁であり、一般的には内部の弁体をスライドさせて、高温側（水冷媒熱交換器側）から流入する流量と、低温側（給水経路側）から流入する流量の混合比率を調整するようになっている。

また、給湯運転（４２℃）と浴室暖房運転（６０℃）とを同時運転する場合、第２の冷媒回路においては、減圧装置６ｂの開度を全閉にし、減圧装置４ｂを所定の開度に開き、圧縮機１ｂを給湯要求熱量に応じた回転数で運転すると共に、給水経路から水冷媒熱交換器２ｂ，３ｂに給水された水を約４２℃に加熱して出湯する。一方、第１の冷媒回路においては、減圧装置４ａ，６ａの開度を所定の開度に開き、圧縮機１ａを給湯と暖房との要求合計熱量に応じた回転数で運転すると共に、給水経路および浴室暖房端末から水冷媒熱交換器２ａ，３ａ，５ａに給水された水および温水を要求出湯温度の高い方の温度６０℃に加熱する制御を行う。このとき、湯水の出湯温度は給湯運転の要求出湯温度４２℃よりも高い温度に加熱されるが、湯水混合弁１８で水を混合することにより、所望の給湯温度が得られる。また、浴室暖房では６０℃の温水を供給でき、支障なく運転を行うことができる。

なお、給湯運転（４２℃）と浴室乾燥運転（７０℃）との同時運転においては、上記の給湯運転と浴室暖房運転との同時運転と基本的に同じ制御であり、加熱温度のみ異なるものであるから、説明を省略する。

さらに、給湯運転（４２℃）と床暖房運転（５５℃）と浴室暖房（６０℃）とを同時運転する場合、第１の冷媒回路においては、減圧装置４ａ，６ａの開度を所定の開度に開き、圧縮機１ａを給湯と暖房との要求合計熱量に応じた回転数で運転すると共に、給水経路および浴室暖房端末から水冷媒熱交換器２ａ，３ａ，５ａに給水される水および温水の温度を要求出湯温度の高い方の温度６０℃に加熱する制御を行う。このとき、湯水の出湯温度は給湯運転の要求出湯温度４２℃よりも高い温度に加熱されるが、上記と同様、水を混合することで、所望の給湯温度が得られる。一方、第２の冷媒回路においては、減圧装置４ｂ，６ｂの開度を所定の開度に開き、圧縮機１ｂを給湯と暖房との要求合計熱量に応じた回転数で運転すると共に、給水経路および床暖房端末から水冷媒熱交換器２ｂ，３ｂ，５ｂに給水された水および温水の温度を要求出湯温度の高い方の温度５５℃に加熱する制御を行う。このとき、湯水の出湯温度は給湯運転の要求出湯温度４２℃よりも高い温度に加熱されるが、水を混合することで所望の給湯温度が得られる。

このように、本実施形態では、給湯と暖房の同時運転において、水冷媒熱交換器から出湯する出湯温度を、給湯運転と暖房運転とからそれぞれ要求される要求出湯温度のうち高い方の温度に設定し、この設定温度になるように圧縮機の回転数などを制御しているから、給湯運転と暖房運転からそれぞれ要求される温度の湯水を供給でき、高効率で使い勝手および快適性に優れたヒートポンプ給湯暖房システムを提供することができる。

次に、給湯と暖房の同時運転における合計要求熱量の範囲について説明する。図３は、ヒートポンプ給湯暖房システムの消費電力を一定にしたとき、外気温度７℃、水温９℃の水を各温度に加熱する場合の被加熱流体温度、つまり水冷媒熱交換器から出湯する出湯温度とヒートポンプ冷媒回路から出力される最大熱量（最大能力）との関係を示すものである。

このように、ヒートポンプ冷媒回路は、圧縮機の特性や、加熱温度が高いほど成績係数が低下する特性などにより、消費電力一定の条件下では、被加熱流体温度が高いほど最大熱量は小さくなる。例えば、被加熱流体温度が９０℃の場合は、１０ｋｗ程度の熱量が得られるのに対し、被加熱流体温度が４０℃の場合は、２１ｋｗ程度となり、約２倍の熱量が得られる。このように消費電力を一定にして実験を行う目的は、消費電力を所定値以下に抑制することで、各家庭で使用されるブレーカが過電流により電流遮断動作に入ることを防止する意義があり、ヒートポンプ熱源により瞬時に湯を沸かす給湯暖房システムにおいては重要である。

給湯と暖房との同時運転において、水冷媒熱交換器から出湯する出湯温度（被加熱流体温度）を要求出湯温度の高い方に設定する制御は、例えば、図３において要求合計熱量がヒートポンプ最大熱量に対し余裕がある熱量Ｑ_Ａであるとき、被加熱流体温度の任意の点（白抜き）を矢印αの向き（高温側）に変更して加熱、制御することを意味している。これに対し、例えば、要求合計熱量が比較的高めのＱ_Ｂであるとき、上記と同様に被加熱流体温度を高温側に変更すると、熱量Ｑ_Ｂがヒートポンプ最大熱量を超えて運転状態が制限されるおそれがある。

そこで、本実施形態では、要求合計熱量がヒートポンプ最大熱量を超えない範囲で上記制御を行うようにする。これによれば、被加熱流体温度を上昇させることにより、ヒートポンプ最大熱量は低下するが、要求合計熱量（例えばＱ_Ａ）はヒートポンプ最大熱量の範囲内であるから、運転および能力に支障を生じることなく、同時運転を可能にし、使い勝手を向上させることができる。

なお、要求合計熱量Ｑ_Ａがヒートポンプ最大熱量を超える場合は、第１の実施形態で説明したとおり、運転制御手段が暖房運転を一時停止させ、給湯運転のみ行うように制御するのがよい。

また、給湯と暖房の同時運転において、例えば、床暖房運転（５５℃）と浴室暖房運転（６０℃）とを同時運転する場合や、床暖房運転（５５℃）と浴室乾燥運転（７０℃）とを同時運転する場合には、それぞれ運転するヒートポンプ冷媒回路が異なるため、床暖房運転、浴室暖房運転、浴室乾燥運転での成績係数が最も良くなるように上記の単独運転の制御を行うようにする。

以上述べたように、本実施形態では、単独運転時は各運転の成績係数が最も良くなる運転制御を行い、給湯と暖房を同時運転するときは、水冷媒熱交換器からの出湯温度を要求出湯温度の高い方の温度に加熱すると共に、要求合計熱量がヒートポンプ冷媒回路の最大熱量の範囲内で制御するようにする。これにより、高効率で、かつ使い勝手および快適性に優れたヒートポンプ給湯暖房システムを実現できる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態では、給湯と暖房を同時に運転する場合、水冷媒熱交換器から出湯する出湯温度を、給湯負荷と暖房負荷とからそれぞれ要求される要求出湯温度のうち高い方の温度よりも低い温度、好ましくは、これに加えて、要求出湯温度のうち低い方の温度を下限とする範囲に設定し、この設定温度になるようにヒートポンプ冷媒回路を制御するようにしている。

すなわち、例えば、給湯運転（４２℃）と浴室暖房運転（６０℃）との同時運転の際に、図３において被加熱流体温度が６０℃の場合、例えば、要求合計熱量Ｑ_Ｂはヒートポンプ最大熱量を超えている。このため、水冷媒熱交換器から出湯する出湯温度をβの矢印の向きに、例えば５５℃まで低減させることにより、ヒートポンプ最大熱量と等しくできる。この場合、浴室暖房運転において湯水の出湯温度は、要求出湯温度６０℃から５５℃に低下するが、浴室暖房運転自体は運転を継続できる。また、循環ポンプ５３ａの回転数を増加させ、湯水の循環量を所定の循環量より増加させることにより、暖房能力が増加され、要求熱量の不足を補うことができる。一方、給湯運転において湯水の出湯温度は、要求出湯温度４２℃から５５℃に上昇するが、給水回路から分岐する水を混合させることで、所望の給湯温度に調整できる。

本実施形態によれば、水冷媒熱交換器からの出湯温度を浴室暖房運転の要求出湯温度６０℃よりも低い温度に設定しているから、その分ヒートポンプ冷媒回路の最大能力を増大し、給湯と暖房の合計要求熱量を大きくできる。よって、高効率で使い勝手および快適性に優れたヒートポンプ給湯暖房システムを提供できる。

なお、要求合計熱量Ｑ_Ｂがヒートポンプ最大能力を超える場合は、第１の実施形態で説明したとおり、運転制御手段が暖房運転を一時停止させ、給湯運転のみ行うように制御できる。

また、本実施形態および第１，２の実施形態において、給湯又は暖房の単独運転時において使用者が希望する場合は、水冷媒熱交換器から出湯する出湯温度を設定温度に対し増加させるようにしてもよい。すなわち、例えば、図３において、浴室暖房を出湯温度６０℃で運転し、ヒートポンプ最大熱量（Ｑ_ＢとＱ_Ｃの間の熱量）で運転するよりも、使用者がより高い浴室暖房温度を好む場合には、暖房用リモコンなどから選択、設定することにより、熱量がＱ_Ｃに低下しても、矢印γの向きの出湯温度７０℃に変更することができる。これによれば、例えば、床暖房や浴室暖房での熱伝導や輻射による体感温度を使用者の希望に応じて調整でき、快適性および使い勝手に優れたヒートポンプ給湯暖房システムを提供できる。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。以下の実施形態においては、上記実施形態の給湯運転、暖房運転に加えて、新たに風呂湯張り運転、風呂追焚き運転を制御の対象としたものである。なお、本実施形態は、第１の実施形態に対応し、基本的に同じ作用、効果を有するものである。

まず、風呂湯張り運転、風呂追焚き運転の運転動作について説明する。風呂湯張り運転は、運転制御手段の風呂リモコンにより「風呂自動」を設定した場合に運転が開始され、このとき、使用者が設定する温度および量の湯が浴槽３６に湯張りされるようになっている。注湯電磁弁３１が開放され、湯水混合弁１８で設定温度（例えば、３７〜４５℃）に調整された湯が風呂湯張り回路を経由して浴槽３６に注湯されるようになっている。

風呂追焚き運転は、例えば、前日に入浴し冷めた湯水が浴槽に張られたまま残っている状態で、運転制御手段の風呂リモコンで「風呂自動」を設定した場合等に運転が開始される。このとき、追焚き電磁弁２６が開放され、循環ポンプ２９が運転されると、ヒートポンプ冷媒回路の水冷媒熱交換器２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂで加熱された高温の湯水が風呂追焚き熱交換器２８の二次冷媒側伝熱管を流れる際に放熱し、低温になった湯水が水冷媒熱交換器で再加熱され、風呂追焚加熱回路内を循環する。一方、風呂循環ポンプ３３を運転し、風呂追焚き熱交換器２８の浴槽水側伝熱管に導かれた浴槽水は、二次冷媒から放熱された熱により加熱され、浴槽水追焚き回路内を循環することにより、浴槽３６の湯水が徐々に昇温され、使用者が設定する温度まで追焚きされる。

このような運転機能を有する給湯暖房システムにおいては、給湯と暖房の同時運転の他に、継続的に大きな熱量を必要とする風呂湯張り及び風呂追焚きを含めた同時運転を考慮する必要がある。

すなわち、本実施形態では、給湯と、暖房と、風呂湯張り又は風呂追焚きとを同時運転する場合、運転の優先順位を高い方から、例えば、給湯、風呂湯張り又は風呂追焚き、暖房の順に設定し、要求合計熱量がヒートポンプ最大熱量を超えた場合、暖房運転を中断し、給湯運転と風呂湯張り又は風呂追焚き運転を継続するか、または暖房運転と風呂湯張り又は風呂追焚き運転を中断し、給湯運転を継続するように制御するものである。これにより、少なくとも、ヒートポンプの供給熱量不足に伴う給湯運転の制限が抑制され、使い勝手および快適性の低下を最小限に抑えることができる。

（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。なお、本実施形態は、第２の実施形態に対応し、基本的に同じ作用、効果を有するものである。

本実施形態において、まず、風呂湯張り又は風呂追焚きの単独運転時における制御について説明する。この単独運転時は、各運転での成績係数が最も良くなる制御を行う。すなわち、風呂湯張り運転においては、注湯電磁弁３１を開く以外は、第２の実施形態の給湯運転と同様の制御を行うようにしている。また、風呂追焚き運転においては、水冷媒熱交換器２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂからの出湯温度を、例えば、約４２℃程度にするため、減圧装置６ａ、６ｂの開度を全閉とし、圧縮機１ａ、１ｂを風呂追焚きの要求熱量に見合った回転数で運転すると共に、水冷媒熱交換器２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂを通過して熱交換される冷媒の過熱度が所定値となるように、減圧装置４ａ、４ｂの開度を調整するようにしている。

次に、給湯、暖房、風呂追焚又は風呂湯張りのうち少なくとも２以上からなる組合せの同時運転を行う場合の制御について説明する。本実施形態では、水冷媒熱交換器から出湯する出湯温度を、各運転から要求される要求出湯温度のうち最も高い温度に設定し、この設定温度になるようにヒートポンプ冷媒回路を制御するようにしている。

この場合において、風呂追焚きの要求熱量は、給湯経路に備える温度センサ（図示せず）で測定される水冷媒熱交換器から出湯する出湯温度と、風呂追焚き加熱回路に備える温度センサ（図示せず）で測定される風呂追焚き熱交換器２８を通過して放熱された後の湯水温度と、循環ポンプ２９の回転数により一義的に決定される湯水循環量とにより演算、決定される。

以下、第２の実施形態で述べた給湯と暖房との同時運転の場合を除いて、いくつかの運転の組合せについて具体的に説明する。

まず、風呂湯張り運転においては、通常運転時における平均的な出湯温度を、給湯運転と同様の約４２℃とする。例えば、給湯運転（４２℃）と風呂湯張り運転（４２℃）とを同時に運転する場合は、給湯量が給湯分と風呂湯張り分との合計になるだけで、注湯電磁弁３１を開く以外は、単独の給湯運転と同じ制御を行う。また、風呂湯張り運転（４２℃）と床暖房運転（５５℃）、風呂湯張り運転（４２℃）と浴室乾燥運転（７０℃）の同時運転については、注湯電磁弁３１を開く以外は、給湯運転と暖房運転との同時運転の制御と同じである。

一方、風呂追焚き運転においては、風呂追焚き熱交換器２８の二次冷媒側伝熱管を通過する湯水の温度は、浴槽水側伝熱管を通過する浴槽水の温度より約１０〜１５℃程度高い温度であることが成績係数的に理想であるが、風呂追焚き時間の短縮を目的として、最初から約７０℃に設定している。

例えば、給湯運転（４２℃）と風呂追焚き運転（７０℃）とを同時運転する場合は、減圧装置６ａ，６ｂの開度を全閉にし、減圧装置４ａ，４ｂを所定の開度に開き、圧縮機１ａ，１ｂを給湯と風呂追焚きとの合計要求熱量に応じた回転数で運転すると共に、給水経路および風呂追焚き加熱回路から水冷媒熱交換器２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂに給水される水および温水を約７０℃に加熱して、その一部を風呂追焚き加熱回路に循環させる。風呂追焚き加熱回路を循環する湯水循環水の量は、循環ポンプ２９の回転数により調整できる。ここで、図１の追焚き電磁弁２６に代えて流量調整弁を用い、循環ポンプ２９の回転数を調整することで、湯水の量を正確に制御できる。一方、約７０℃に加熱されて給湯経路に供給される湯水は、湯水混合弁１８において給水経路から分岐して供給された水を混合することで、所望の給湯温度に調整されて端末に供給される。

また、床暖房運転（５５℃）と風呂追焚き運転（７０℃）とを同時運転する場合は、第１の冷媒回路においては、減圧装置６ａの開度を全閉にし、減圧装置４ａを所定の開度に開き、圧縮機１ａを風呂追焚き要求熱量に応じた回転数で運転すると共に、風呂追焚き加熱回路を循環して水冷媒熱交換器２ａ，３ａに給水された温水の温度を約７０℃に加熱する。一方、第２の冷媒回路においては、減圧装置４ｂ，６ｂの開度を所定の開度に開き、圧縮機１ｂを風呂追焚きと床暖房との要求合計熱量に応じた回転数で運転すると共に、風呂追焚き加熱回路および床暖房端末から水冷媒熱交換器２ｂ，３ｂ，５ｂに給水された温水の温度を、要求出湯温度の高い方の温度７０℃に加熱する制御を行う。このとき、床暖房運転に供給される温水温度は、通常の温度５５℃に対し７０℃の高温になっているが、循環ポンプ５３ｂの回転数を下げて、温水循環量を低下させることにより、放熱量を減少させ、支障なく床暖房運転を行うことができる。

さらに、浴室暖房運転（６０℃）と風呂追焚き運転（７０℃）とを同時運転する場合は、第１の冷媒回路において、減圧装置４ａ，６ａの開度を所定の開度に開き、圧縮機１ａを浴室暖房と風呂追焚きとの要求合計熱量に応じた回転数で運転すると共に、風呂追焚き加熱回路および浴室暖房端末から水冷媒熱交換器２ａ，３ａ，５ａに給水される温水の温度を、要求出湯温度の高い方の温度約７０℃に加熱する制御を行う。このとき、浴室暖房運転において温水の出湯温度は、要求出湯温度６０℃よりも高い温度に加熱されるが、循環ポンプ５３ａの回転数を下げて、温水循環量を低下させることで、放熱量を減少させ、支障なく床暖房運転を行うことができる。また、第２の冷媒回路において、減圧装置６ｂの開度を全閉にし、減圧装置４ｂの開度を所定の開度に開き、圧縮機１ｂを風呂追焚きの要求熱量に応じた回転数で運転すると共に、風呂追焚き加熱回路を循環して水冷媒熱交換器２ｂ，３ｂに給水される温水の温度を約７０℃に加熱する制御を行うことにより、同時運転ができる。

さらに、浴室乾燥運転（７０℃）と風呂追焚き運転（７０℃）とを同時運転する場合、第１の冷媒回路において、減圧装置４ａ，６ａの開度を所定の開度に開き、圧縮機１ａを浴室乾燥と風呂追焚との要求合計熱量に応じた回転数で運転すると共に、風呂追焚き加熱回路および浴室乾燥端末（浴室暖房端末）から水冷媒熱交換器２ａ，３ａ，５ａに給水される温水の温度を各運転における要求出湯温度７０℃に加熱する制御を行う。また、第２の冷媒回路において、減圧装置６ｂの開度を全閉にし、減圧装置４ｂの開度を所定の開度に開き、圧縮機１ｂを風呂追焚き要求熱量に応じた回転数で運転すると共に、風呂追焚き加熱回路から水冷媒熱交換器２ｂ，３ｂに給水される温水の温度を約７０℃に加熱する制御を行うことにより、同時運転ができる。

このような制御を行うことにより、給湯と暖房と風呂湯張り又は風呂追焚きとの少なくとも２つ以上の組合せの同時運転が可能になり、高効率で、かつ使い勝手および快適性に優れたヒートポンプ給湯暖房システムを実現できる。

なお、本実施形態では、第２の実施形態と同様、各運転の要求合計熱量がヒートポンプ冷媒回路の最大熱量の範囲内で制御されるようにする。また、要求出湯温度がヒートポンプ冷媒回路の最大熱量を超えたときは、暖房運転を中断し、給湯運転と風呂湯張り又は風呂追焚き運転を継続するか、または暖房運転と風呂湯張り又は風呂追焚き運転を中断し、給湯運転が継続するように制御する。

（第６の実施形態）
次に、本発明の第６の実施形態について説明する。なお、本実施形態は、第３の実施形態に対応し、基本的に同じ作用、効果を有するものである。

本実施形態では、給湯と、暖房と、風呂湯張り又は風呂追焚きとの少なくとも２つ以上の組合せの同時運転が要求された場合、水冷媒熱交換器から出湯する出湯温度を、各運転からそれぞれ要求される要求出湯温度のうち最も高い方の温度よりも低い温度、好ましくは、これに加えて、要求出湯温度のうち最も低い方の温度を下限とする範囲で設定し、この設定温度になるようにヒートポンプ冷媒回路を制御するようにしている。

以下、第３の実施形態で述べた給湯と暖房との同時運転の場合を除き、それ以外の運転の組合せについて具体的に説明する。

浴室暖房運転（６０℃）と風呂追焚き運転（７０℃）とを同時運転する場合、例えば、第１の冷媒回路においては、減圧装置４ａ，６ａの開度を所定の開度に開き、圧縮機１ａを浴室暖房運転と風呂追焚き運転との要求合計熱量に応じた回転数で運転すると共に、浴室暖房端末および風呂追焚き加熱回路から水冷媒熱交換器２ａ，３ａ，５ａに給水された温水の温度を要求出湯温度の高い方の温度７０℃よりも低い温度の６０℃に加熱する制御を行う。

このとき、浴室暖房運転に供給される湯水は、要求出湯温度に加熱されているため、浴室暖房運転は支障なく行われる。一方、風呂追焚き運転において湯水の出湯温度は要求出湯温度７０℃よりも低い温度６０℃になっているが、循環ポンプ２９の回転数を上げて風呂追焚き加熱回路の循環水の循環量を増加させると共に、風呂循環ポンプ３３の回転数を上げて風呂追焚き回路の浴槽水の循環量を増加させることにより、風呂追焚き時間を最小限の増加に止めることができる。

同様に、給湯運転（４２℃）と風呂追焚き運転（７０℃）、床暖房運転（５５℃）と風呂追焚き運転（７０℃）の各運転組合せにおいて、水冷媒熱交換器から出湯する出湯温度を、給湯運転、風呂追焚き運転および床暖房用運転の要求出湯温度の最も高い温度７０℃よりも低い、例えば６０℃に設定し加熱する場合、例えば、給湯運転において水冷媒熱交換器から供給される湯水は水を混合することで所定の給湯温度に調整でき、床暖房運転において水冷媒熱交換器から供給される温水は温水循環ポンプ５３ｂの回転数を低下させて循環量を低減することで、支障無く暖房運転を行うことができる。

また、浴室乾燥運転（７０℃）と風呂追焚き運転（７０℃）の運転組合せにおいて、水冷媒熱交換器から出湯する出湯温度を、各運転の要求出湯温度の高い方の温度７０℃より低い、例えば６０℃に設定し加熱する場合、各々、前記と同じ制御を行うことで、支障無く運転を行うことができる。

また、本実施形態および第４，５の実施形態において、給湯、暖房、風呂湯張り又は風呂追焚き運転の単独運転時に使用者が希望する場合は、第３の実施形態と同様、水冷媒熱交換器から出湯する出湯温度を設定温度に対し増加させる制御を行うことが好ましい。

（第７の実施形態）
次に、本発明の第７の実施形態について説明する。なお、本実施形態は、第６の実施形態をさらに具体化させたものであり、基本的に第６の実施形態と同じ作用、効果を有するものである。

本実施形態では、浴室暖房運転中に風呂湯張り又は風呂追焚きの運転要求があった場合、例えば、浴室暖房、風呂湯張り又は風呂追焚きの速さが遅くなっても、浴室暖房と風呂湯張り又は風呂追焚きとの同時運転を行うものである。すなわち、浴室暖房中に風呂湯張りまたは風呂追焚きの運転要求がある場合は、使用者がこれから風呂に入る予定があり、かつ浴室も入浴前に温めておこうとする要求と判断し、制御アルゴリズム上で規定するものである。

具体的に、例えば、浴室暖房運転（６０℃）と風呂湯張り運転（４２℃）との運転組合せにおいて、浴室暖房運転と風呂湯張り運転との合計要求熱量がヒートポンプの最大熱量を超える場合、水冷媒熱交換器から出湯する出湯温度を、浴室暖房運転の要求出湯温度６０℃から図３のヒートポンプ最大熱量（実線）に沿ってβの矢印の向き、つまり風呂湯張りの要求出湯温度４２℃に向かって低減させるようにする。すなわち、浴室暖房温度が低下して暖房時間は遅くなるが、ヒートポンプ最大熱量を増加させ、例えば要求合計熱量Ｑ_Ｂと同じか又はそれ以上とすることにより、同時運転を支障なく行うことができる。

また、浴室暖房運転（６０℃）と風呂追焚き運転（７０℃）の運転組合せにおいても、上記と同様、出湯温度を７０℃から、例えば４２℃に向かって低減させることにより、同時運転を支障なく行うことができる。

以上の運転制御を行うことにより、浴室暖房と風呂湯張り又は風呂追焚きとの同時運転を行うことができ、使用者が入浴するときには浴室も温まり、快適性および使い勝手に優れたヒートポンプ給湯システムを提供できる。

なお、風呂湯張り又は風呂追焚き運転中に浴室暖房の運転要求があった場合においても、上記と同様の制御を行うことで同時運転を支障なく行うことができる。

さらに、外気温度が所定の温度より低い場合、風呂湯張り又は風呂追焚きの速さが遅くなっても、浴室暖房と風呂湯張り又は風呂追焚きとの同時運転を行うように制御することができる。すなわち、上記の制御に加えて、外気温度が所定温度より低い場合は、浴室温度も通常温度より低いと判断するように制御アルゴリズム上に規定する。これにより、風呂湯張り又は風呂追焚き運転と共に浴室暖房運転が同時に行われ、使用者が入浴する時には浴室も温まり、快適性および使い勝手に優れたヒートポンプ給湯暖房システムを提供することができる。

（第８の実施形態）
次に、本発明の第８の実施形態について説明する。なお、本実施形態は、図１の回路構成を具体的に示すものであり、第１〜第７の実施形態に係るものである。

まず、本実施形態のヒートポンプ給湯暖房システムは、ヒートポンプ冷媒回路と、給湯端末に熱供給する第１の熱供給部と、暖房端末に熱供給する第２の熱供給部と、浴槽に熱供給する第３の熱供給部とを備えて構成される。

ヒートポンプ冷媒回路においては、第１と第２の冷媒回路において、それぞれ２個の水冷媒熱交換器２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂを備えているが、例えば、３個以上ずつ備えていてもよい。一般に、熱交換器は伝熱面積が増加するほど熱伝達性能が向上し成績係数が良くなる。図１では、水冷媒熱交換器２，３がそれぞれ並列に配設されているが、この並列に並ぶ個数が増えるほど給水経路から給湯経路にいたる間の湯水の圧力損失を低減することができる。このように、ヒートポンプ冷媒回路に複数の水冷媒熱交換器を備えることにより、高効率で、かつ使い勝手に優れたヒートポンプ給湯暖房システムを提供することができる。

また、図１では、第１と第２の冷媒回路の２つのヒートポンプ冷媒回路を備えるが、３つ以上から構成されてもよい。一般に、複数のヒートポンプ冷媒回路を備える場合、全回転数領域において運転効率の変化が小さい圧縮機を使用することが可能になるため、負荷の小さな暖房運転から負荷の大きな連続給湯運転（例えば風呂湯張り等）までの幅広い給湯・暖房能力に対応でき、かつ成績係数を高く維持できる。また、ヒートポンプ冷媒回路の最大熱量を大きくすることができ、瞬間式給湯および暖房運転の同時運転も可能になるため、快適性および使い勝手に優れたヒートポンプ給湯暖房システムを提供することができる
また、本実施形態では、ヒートポンプ冷媒回路と、給湯端末に熱供給する第１の熱供給部と、暖房端末に熱供給する第２の熱供給部と、浴槽に熱供給する第３の熱供給部とを同一の箱体に収納している。すなわち、ヒートポンプ冷媒回路を限られた空間の中にまとめて収納することにより、熱ロスを低減できる。また、騒音が最も大きい圧縮機１、蒸発器側ファン、循環ポンプ２９、風呂循環ポンプ３３などを同じ箱体に収納すると共に、貯湯タンク２１などを別の箱体に収納して、適宜分離することにより、設置スペースが限られる住宅への設置や室内への騒音の伝播が低減され、集合住宅等に好適なヒートポンプ給湯暖房システムを提供できる。

さらに、ヒートポンプ冷媒回路に封入する冷媒を二酸化炭素とすることにより、従来の冷媒と比べて超臨界域の冷媒特性を活用でき、水冷媒熱交換器から出湯する出湯温度を運転制御手段で設定する所定の出湯温度より高い温度とすることができる。このため、より高温の湯を供給でき、貯湯タンクに蓄える熱量を増加させることができる。また、低温領域において従来の冷媒と比べて高い成績係数を得ることができる。

本発明を適用してなるヒートポンプ給湯暖房システムの全体構成図である。 本発明を適用してなるヒートポンプ給湯暖房システムにおいて、外気温度の変化とヒートポンプの給湯・暖房能力との関係の一例を示す線図である。 本発明を適用してなるヒートポンプ給湯暖房システムにおいて、同システムの消費電力を一定にしたときの、被加熱流体温度と熱量との関係を示す特性図である。

符号の説明

１ 圧縮機
２，３，５ 水冷媒熱交換器
４，６ 減圧装置
１７，１８ 湯水混合弁
１９ 流量調整弁
２１ 貯湯タンク
２６ 追焚き電磁弁
２８ 風呂追焚き熱交換器
２９ 循環ポンプ
３１ 注湯電磁弁
３３ 風呂循環ポンプ
５１ 暖房端末
５３ 温水循環ポンプ

Claims (20)

1. ヒートポンプ回路から熱供給を受ける給湯負荷と暖房負荷とを備えてなるヒートポンプ給湯暖房システムであって、前記ヒートポンプ回路は、前記給湯負荷に湯水を供給する第１の熱交換器と、該第１の熱交換器と並列に配設されて前記暖房負荷に温水を供給する第２の熱交換器とを備え、
   前記給湯負荷と暖房負荷の双方に熱供給して前記給湯負荷と暖房負荷との合計の要求熱量が前記ヒートポンプ回路から出力される最大熱量を超えた場合、前記暖房負荷への熱供給を停止させる制御手段を備えることを特徴とするヒートポンプ給湯暖房システム。
2. ヒートポンプ回路から熱供給を受ける給湯負荷と暖房負荷とを備えてなるヒートポンプ給湯暖房システムにおいて、前記ヒートポンプ回路は、前記給湯負荷に湯水を供給する第１の熱交換器と、該第１の熱交換器と並列に配設されて前記暖房負荷に温水を供給する第２の熱交換器とを備え、
   前記給湯負荷と暖房負荷の双方に熱供給する場合、前記第１と第２の熱交換器から出湯する出湯温度は、前記給湯負荷と暖房負荷とからそれぞれ要求される要求出湯温度のうち高い方の温度に設定され、該出湯温度になるように前記ヒートポンプ回路を制御する制御手段を備えることを特徴とするヒートポンプ給湯暖房システム。
3. 前記制御手段は、前記出湯温度が前記暖房負荷の要求出湯温度に設定される場合、前記第１の熱交換器から出湯する湯水に給水源から給水される水を混合させて所定の給湯温度に調整することを特徴とする請求項２に記載のヒートポンプ給湯暖房システム。
4. ヒートポンプ回路から熱供給を受ける給湯負荷と暖房負荷とを備えてなるヒートポンプ給湯暖房システムにおいて、前記ヒートポンプ回路は、前記給湯負荷に湯水を供給する第１の熱交換器と、該第１の熱交換器と並列に配設されて前記暖房負荷に温水を供給する第２の熱交換器とを備え、
   前記給湯負荷と暖房負荷の双方に熱供給する場合、前記第１と第２の熱交換器から出湯する出湯温度は、前記給湯負荷と暖房負荷とからそれぞれ要求される要求出湯温度の高い方の温度よりも低い温度に設定され、該出湯温度になるように前記ヒートポンプ回路を制御する制御手段を備えることを特徴とするヒートポンプ給湯暖房システム。
5. 前記制御手段は、前記出湯温度が前記暖房負荷の要求出湯温度より低い温度に設定される場合、前記暖房負荷と前記第２の熱交換器との間を循環する温水の循環量を増加させることを特徴とする請求項４に記載のヒートポンプ給湯暖房システム。
6. 前記制御手段は、前記給湯負荷と暖房負荷との合計の要求熱量が前記ヒートポンプ回路から出力される最大熱量の範囲内で制御されることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載のヒートポンプ給湯暖房システム。
7. ヒートポンプ回路から熱供給を受ける給湯負荷と暖房負荷と風呂追焚又は湯張り負荷とを備えてなるヒートポンプ給湯暖房システムであって、前記ヒートポンプ回路は、前記給湯負荷と前記風呂湯張り負荷との少なくとも一方に湯水を供給する第１の熱交換器と、該第１の熱交換器と並列に配設されて前記暖房負荷に温水を供給する第２の熱交換器とを備え、
   前記第１の熱交換器の給水口及び出湯口は、第３の熱交換器の二次冷媒側伝熱管の両端にそれぞれ連通され、前記第３の熱交換器は前記第１の熱交換器から出湯する湯水をポンプで導いて前記風呂追焚負荷に熱供給するものであり、
   前記給湯負荷、暖房負荷、風呂追焚又は湯張り負荷のすべてに熱供給したときの合計の要求熱量が前記ヒートポンプ回路から出力される最大熱量を超えた場合、前記給湯負荷以外の負荷のうち少なくとも一つの負荷への熱供給を停止させるように制御する制御手段を備えることを特徴とするヒートポンプ給湯暖房システム。
8. ヒートポンプ回路から熱供給を受ける給湯負荷と暖房負荷と風呂追焚又は湯張り負荷とを備えてなるヒートポンプ給湯暖房システムであって、前記ヒートポンプ回路は、前記給湯負荷と前記風呂湯張り負荷との少なくとも一方に湯水を供給する第１の熱交換器と、該第１の熱交換器と並列に配設されて前記暖房負荷に温水を供給する第２の熱交換器とを備え、
   前記第１の熱交換器の給水口及び出湯口は、第３の熱交換器の二次冷媒側伝熱管の両端にそれぞれ連通され、前記第３の熱交換器は前記第１の熱交換器から出湯する湯水をポンプで導いて前記風呂追焚負荷に熱供給するものであり、
   前記給湯負荷、暖房負荷、風呂追焚又は湯張り負荷のうち少なくとも２以上からなる組合せに熱供給する場合、前記第１と第２の熱交換器から出湯する出湯温度は、運転対象の前記負荷からそれぞれ要求される要求出湯温度のうち最も高い温度に設定され、該出湯温度になるように前記ヒートポンプ回路を制御する制御手段を備えることを特徴とするヒートポンプ給湯暖房システム。
9. 前記制御手段は、前記出湯温度が前記給湯負荷の要求出湯温度より高い温度に設定され、前記給湯負荷に熱供給する場合、前記第１の熱交換器から出湯する湯水に給水源から給水される水を混合させて所定の給湯温度に調整することを特徴とする請求項８に記載のヒートポンプ給湯暖房システム。
10. 前記制御手段は、前記出湯温度が前記暖房負荷の要求出湯温度より高い温度に設定され、前記暖房負荷に熱供給する場合、前記暖房負荷と前記第２の熱交換器との間を循環する温水の循環量を減少させることを特徴とする請求項８又は９に記載のヒートポンプ給湯システム。
11. ヒートポンプ回路から熱供給を受ける給湯負荷と暖房負荷と風呂追焚又は湯張り負荷とを備えてなるヒートポンプ給湯暖房システムであって、前記ヒートポンプ回路は、前記給湯負荷と前記風呂湯張り負荷との少なくとも一方に湯水を供給する第１の熱交換器と、該第１の熱交換器と並列に配設されて前記暖房負荷に温水を供給する第２の熱交換器とを備え、
    前記第１の熱交換器の給水口及び出湯口は、第３の熱交換器の二次冷媒側伝熱管の両端にそれぞれ連通され、前記第３の熱交換器は前記第１の熱交換器から出湯する湯水をポンプで導いて前記風呂追焚負荷に熱供給するものであり、
    前記給湯負荷、暖房負荷、風呂追焚又は湯張り負荷のうち少なくとも２以上からなる組合せに熱供給する場合、前記第１と第２の熱交換器から出湯する出湯温度は、運転対象の前記負荷からそれぞれ要求される要求出湯温度のうち最も高い温度よりも低い温度に設定され、該出湯温度になるように前記ヒートポンプ回路を制御する制御手段を備えることを特徴とするヒートポンプ給湯暖房システム。
12. 前記制御手段は、前記出湯温度が前記暖房負荷の要求出湯温度より低い温度に設定され、前記暖房負荷に熱供給する場合、前記暖房負荷と前記第２の熱交換器との間を循環する温水の循環量を増加させることを特徴とする請求項１１に記載のヒートポンプ給湯暖房システム。
13. 前記制御手段は、前記出湯温度が前記風呂追焚負荷の要求出湯温度より低い温度に設定され、前記風呂追焚負荷に熱供給する場合、前記第１の熱交換器と前記第３の熱交換器との間を循環する湯水の循環量を増加させることを特徴とする請求項１１に記載のヒートポンプ給湯暖房システム。
14. 前記制御手段は、前記給湯負荷と暖房負荷と風呂追焚又は湯張り負荷との合計の要求熱量が前記ヒートポンプ回路から出力される最大熱量の範囲内で制御されることを特徴とする請求項８乃至１３のいずれかに記載のヒートポンプ給湯暖房システム。
15. ヒートポンプ回路から熱供給を受ける給湯負荷と暖房負荷と風呂追焚又は湯張り負荷とを備えてなるヒートポンプ給湯暖房システムであって、前記ヒートポンプ回路は、前記給湯負荷と風呂湯張り負荷との少なくとも一方に湯水を供給する第１の熱交換器と、該第１の熱交換器と並列に配設されて前記暖房負荷に温水を供給する第２の熱交換器とを備え、
    前記第１の熱交換器の給水口及び出湯口は、第３の熱交換器の二次冷媒側伝熱管の両端にそれぞれ連通され、前記第３の熱交換器は前記第１の熱交換器から出湯する湯水をポンプで導いて前記風呂追焚負荷に熱供給するものであり、
    前記暖房負荷と風呂追焚又は湯張り負荷との双方に熱供給して合計の要求熱量が前記ヒートポンプ回路から出力される最大熱量を超えた場合、前記第１と第２の熱交換器から出湯する出湯温度を低下させて、前記合計の要求熱量を前記ヒートポンプ回路から出力される最大熱量以下とすることを特徴とするヒートポンプ給湯暖房システム。
16. 前記第１と第２の熱交換器の少なくとも一方は、複数並列に設けられてなる請求項１乃至１５のいずれかに記載のヒートポンプ給湯暖房システム。
17. 前記ヒートポンプ回路は、複数並列に設けられてなる請求項１乃至１６のいずれかに記載のヒートポンプ給湯暖房システム。
18. 前記ヒートポンプ回路に封入する冷媒が二酸化炭素であることを特徴とする請求項1乃至１７のいずれかに記載のヒートポンプ給湯暖房システム
19. 前記ヒートポンプ回路と、前記給湯負荷に熱供給する第１の熱供給部と、前記暖房負荷に熱供給する第２の熱供給部とを同一の箱体に収納したことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のヒートポンプ給湯暖房システム。
20. 前記ヒートポンプ回路と、前記給湯負荷に熱供給する第１の熱供給部と、前記暖房負荷に熱供給する第２の熱供給部と、前記風呂追焚き又は湯張り負荷に熱供給する第３の熱供給部とを同一の箱体に収納したことを特徴とする請求項７乃至１５のいずれかに記載のヒートポンプ給湯暖房システム。
    

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