JP2006275343A - 給湯暖房機 - Google Patents

Abstract

【課題】 ヒートポンプ式冷凍サイクルおよびヒータのそれぞれの特徴を活かしながら、給湯能力の向上、暖房能力の向上、および経済性の向上が図れる給湯暖房機を提供する。
【解決手段】 給湯・暖房同時運転時、外気温度が所定値以上の場合に、給湯用タンクの水をヒートポンプ式冷凍サイクルの運転により温め、暖房用タンクの水をヒータの動作により温める。外気温度が所定値未満の場合は、給湯用タンクの水をヒータの動作により温め、暖房用タンクの水をヒートポンプ式冷凍サイクルの運転により温める。
【選択図】 図２

Description

この発明は、給湯用タンクおよび暖房用タンクを有し、これらタンクの水をヒートポンプ式冷凍サイクルの水熱交換器またはヒータにより温める給湯暖房機に関する。

給湯用タンクおよび暖房用タンクを有し、これらタンクの水をヒートポンプ式冷凍サイクルの水熱交換器により温める給湯暖房機がある。この給湯暖房機では、給湯と暖房が同時に行われる給湯・暖房単独運転時、外気温度が低いと、ヒートポンプ式冷凍サイクルの能力が低下し、給湯用タンクおよび暖房用タンクの水を十分に温めることが困難となる。

給湯用タンクおよび暖房用タンクの水をそれぞれヒータにより温める給湯暖房機の場合は、外気温度の低下にかかわらず、給湯用タンクおよび暖房用タンクの水を十分に温めることが可能である。しかしながら、給湯・暖房運転時に各ヒータが共に動作するため、電力消費が増大して不経済である。

そこで、ヒートポンプ式冷凍サイクルおよびヒータの両方を有する給湯暖房機がある（例えば特許文献１）。
特開２００１―２３５２５２号公報

上記したヒートポンプ式冷凍サイクルおよびヒータの両方を有する給湯暖房機では、ヒートポンプ式冷凍サイクルおよびヒータのそれぞれの特徴を活かした運転制御が十分に行われておらず、この点、改善の余地があった。

この発明は、上記事情を考慮したもので、ヒートポンプ式冷凍サイクルおよびヒータのそれぞれの特徴を活かしながら、給湯能力の向上、暖房能力の向上、および経済性の向上が図れる給湯暖房機を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明の給湯暖房機は、給湯用タンクおよび暖房用タンクを有し、これらタンクの水をヒートポンプ式冷凍サイクルの水熱交換器またはヒータにより温めるものであって、外気温度を検知する外気温度センサと、前記給湯用タンクおよび前記暖房用タンクが使用される給湯・暖房同時運転時、前記外気温度センサの検知温度が所定値以上の場合に、前記給湯用タンクの水を前記ヒートポンプ式冷凍サイクルの運転により温め、前記暖房用タンクの水を前記ヒータの動作により温める制御手段と、前記給湯・暖房同時運転時、前記外気温度センサの検知温度が所定値未満の場合に、前記給湯用タンクの水を前記ヒータの動作により温め、前記暖房用タンクの水を前記ヒートポンプ式冷凍サイクルの運転により温める制御手段と、を備えている。

請求項４に係る発明の給湯暖房機は、給湯用タンクおよび暖房用タンクを有し、これらタンクの水をヒートポンプ式冷凍サイクルの水熱交換器またはヒータにより温めるものであって、前記給湯用タンクおよび前記暖房用タンクが使用される給湯・暖房同時運転、前記給湯用タンクのみ使用される給湯単独運転、および前記暖房用タンクのみ使用される暖房単独運転のいずれにおいても、前記ヒートポンプ式冷凍サイクルを運転し、そのヒートポンプ式冷凍サイクルの運転で能力不足の場合に、同ヒートポンプ式冷凍サイクルの運転に加えて前記ヒータの動作を併用する制御手段、を備えていることを特徴とする給湯暖房機。

請求項５に係る発明の給湯暖房機は、給湯用タンクおよび暖房用タンクを有し、これらタンクの水をヒートポンプ式冷凍サイクルの水熱交換器またはヒータにより温めるものであって、前記ヒートポンプ式冷凍サイクルの運転時の能力不足を、前記ヒートポンプ式冷凍サイクルの圧縮機の運転周波数、前記ヒートポンプ式冷凍サイクルの水熱交換器から流出する湯の温度、および時間経過に応じて判定する判定手段と、この判定手段で能力不足が判定された場合に、前記ヒートポンプ式冷凍サイクルの運転に加えて前記ヒータの動作を併用する制御手段と、を備えている。

請求項６に係る発明の給湯暖房機は、給湯用タンクおよび暖房用タンクを有し、これらタンクの水をヒートポンプ式冷凍サイクルの水熱交換器またはヒータにより温めるものであって、前記各タンクの上部の水を前記水熱交換器に導く構成としている。

この発明の給湯暖房機によれば、ヒートポンプ式冷凍サイクルおよびヒータのそれぞれの特徴を活かしながら、給湯能力の向上、暖房能力の向上、および経済性の向上が図れる。

［１］以下、この発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。
図１に示すように、水熱交ユニット１に、室外ユニット２、給湯用タンクユニット３、暖房用タンクユニット４が配管接続されているとともに、リモートコントロール式の操作器（リモコンという）５が信号線接続されている。水熱交ユニット１、給湯用タンクユニット３、暖房用タンクユニット４、およびリモコン５は屋内に設置され、室外ユニット２は屋外に設置されている。

水熱交ユニット１と室外ユニット２に設けられるヒートポンプ式冷凍サイクルの構成、給湯用タンクユニット３および暖房用タンクユニット４の周りの配管構成を、図２に示している。
能力可変形の圧縮機１１から吐出される冷媒は、四方弁１２および二方弁２１，３１を介して水熱交換器（凝縮器）２２，３２に流れる。水熱交換器２２，３２を経た冷媒は、流量調整弁２３，３３、逆止弁２４，３４、および流量調整弁１３を介して室外熱交換器（蒸発器）１４に流れる。室外熱交換器１４を経た冷媒は、上記四方弁１２を介して圧縮機１１に吸込まれる。

室外ユニット２に、外気温度Ｔｏを検知する外気温度センサ１５が設けられている。

給湯用タンクユニット３は、給湯用タンク４０を有している。給湯用タンク４０には、内部の水を温めるための１本のヒータ４１が設けられている。この給湯用タンク４０が循環配管（水側）２５およびポンプ２６を介して上記水熱交換器２２に接続されている。ポンプ２６の運転により、給湯用タンク４０内の水が水熱交換器２２に流れて湯となる。水熱交換器２２から流出する湯は、循環配管（湯側）２７を介して給湯用タンク４０に流れる。循環配管２５に水の温度Ｔｗｉｈを検知する温度センサ２８が取付けられ、循環配管２７に湯の温度Ｔｗｏｈを検知する温度センサ２９が取付けられている。

給湯用タンク４０には、水管４５から新しい水が供給される。また、給湯用タンク４０に溜まった湯は、湯管４６およびポンプ４７により利用側に供給（給湯）される。給湯用タンク４０内には、上部の水または湯の温度Ｔ１ｈを検知する温度センサ４８、および下部の水または湯の温度Ｔ２ｈを検知する温度センサ４９が設けられている。

暖房用タンクユニット４は、暖房用タンク５０を有している。暖房用タンク５０には、内部の水を温めるための３本のヒータ５１，５２，５３が設けられている。この暖房用タンク５０が循環配管（水側）３５およびポンプ３６を介して上記水熱交換器３２に接続されている。ポンプ３６の運転により、暖房用タンク５０内の水が水熱交換器３２に流れて湯となる。水熱交換器３２から流出する湯は、循環配管（湯側）３７を介して暖房用タンク５０に流れる。循環配管３５に水の温度Ｔｗｉｆを検知する温度センサ３８が取付けられ、循環配管３７に湯の温度Ｔｗｏｆを検知する温度センサ３９が取付けられている。

暖房用タンク５０には、水管５５から新しい水が供給される。また、暖房用タンク５０に溜まった湯は、湯管５６およびポンプ５７により利用側に供給される。暖房用タンク５０内には、上部の水または湯の温度Ｔ１ｆを検知する温度センサ５８、および下部の水または湯の温度Ｔ２ｆを検知する温度センサ５９が設けられている。

そして、水熱交ユニット１に主制御部６０が設けられ、その主制御部６０に切換スイッチ６１が接続されている。主制御部６０は、水熱交ユニット１、室外ユニット２、給湯用タンクユニット３、および暖房用タンクユニット４を統括的に制御するもので、主要な機能として次の（１）〜（７）の手段を有している。

（１）給湯用タンク４０および暖房用タンク５０が使用される給湯・暖房同時運転時、外気温度センサ１５の検知温度Ｔｏが所定値Ｔｏｘ以上の場合に、給湯用タンク４０の水をヒートポンプ式冷凍サイクルの運転により温め、暖房用タンク５０の水をヒータ５１，５２，５３の動作により温める制御手段。

（２）上記給湯・暖房同時運転時、外気温度センサ１５の検知温度Ｔｏが所定値Ｔｏｘ未満の場合に、給湯用タンク４０の水をヒータ４１の動作により温め、暖房用タンク５０の水をヒートポンプ式冷凍サイクルの運転により温める制御手段。所定値Ｔｏｘについては、切換スイッチ６１の操作により、望みの値に切換えることができる。

（３）給湯用タンク４０の水がヒートポンプ式冷凍サイクルの運転により温められているとき、そのヒートポンプ式冷凍サイクルの運転では能力不足となった場合に、同ヒートポンプ式冷凍サイクルの運転に加えてヒータ４１の動作を併用する制御手段。

（４）暖房用タンク５０の水がヒートポンプ式冷凍サイクルの運転により温められているとき、そのヒートポンプ式冷凍サイクルの運転では能力不足となった場合に、同ヒートポンプ式冷凍サイクルの運転に加えてヒータ５１，５２，５３の動作を併用する制御手段。

（５）給湯用タンク４０のみが使用される給湯単独運転時、温度センサ２８の検知温度（給湯用タンク４０から水熱交換器２２へ供給される水の温度）Ｔｗｉｈが設定値たとえば５５℃未満の場合に、給湯用タンク４０の水をヒートポンプ式冷凍サイクルの運転により温める制御手段。温度センサ２８の検知温度Ｔｗｉｈに代えて、温度センサ４８の検知温度（給湯用タンク４０内の水の温度）Ｔ１ｈを用いてもよい。

（６）上記給湯単独運転時、温度センサ２８の検知温度Ｔｗｉｈが設定値である５５℃以上になると、給湯用タンク４０の水をヒータ４１の動作により温める制御手段。

（７）給湯・暖房同時運転、給湯単独運転、および暖房用タンク５０が使用される暖房単独運転のいずれにおいても、外気温度センサ１５の検知温度Ｔｏが−１５℃以下と低い場合に、タンク４０，５０の水をヒータ４１，５１，５２，５３の動作のみで温める制御手段。

つぎに、上記の構成の作用を、図３のフローチャートおよび図４、図５、図６を参照しながら説明する。

図４は外気温度Ｔｏに応じた給湯負荷および暖房負荷の変化を示している。外気温度Ｔｏが低い場合は暖房負荷が給湯負荷よりも大きくなり、外気温度Ｔｏが高くなると、反対に、給湯負荷が暖房負荷より大きくなる。図５は給湯・暖房同時運転時の外気温度Ｔｏに応じた運転条件を示している。図６は給湯単独運転時の外気温度Ｔｏに応じた運転条件を示している。

給湯・暖房同時運転時（ステップ１０１のＹＥＳ）、外気温度センサ１５の検知温度Ｔｏが所定値Ｔｏｘ以上のＣゾーンにある場合（ステップ１０２のＹＥＳ、図５参照）、給湯用タンク４０の水がヒートポンプ式冷凍サイクルの運転により温められるＨＰ給湯、および暖房用タンク５０の水がヒータ５１，５２，５３の動作により温められるヒータ暖房が実行される（ステップ１０３）。

このように、外気温度Ｔｏが高くて、給湯負荷が暖房負荷よりも大きくなる状況では、ＨＰ給湯とヒータ暖房が実行される。大きい方の負荷をＨＰ運転により処理することで、省電力となり（ＨＰ運転はＣＯＰ＞１のため）、経済性が向上する。

なお、ＨＰ給湯では、能力不足が生じた場合に（ステップ１０４のＹＥＳ）、ヒートポンプ式冷凍サイクルの運転に加えてヒータ４１が動作する（ステップ１０５）。このＨＰ・ヒータ併用給湯により、ヒートポンプ式冷凍サイクルの能力不足を補うことができる。能力不足については、温度センサ２９の検知温度（水熱交換器２２から流出する湯の温度）Ｔｗｏｈ、あるいは給湯用タンク４０内の温度センサ４９の検知温度Ｔ２ｈから、判定することができる。たとえば、検知温度Ｔｗｏｈ，Ｔ２ｈのいずれかが給湯に必要な値に達していない場合、能力不足と判定される。

給湯・暖房同時運転時（ステップ１０１のＹＥＳ）、外気温度センサ１５の検知温度Ｔｏが所定値Ｔｏｘ未満、−１５℃超のＢゾーンにある場合（ステップ１０２のＮＯ、ステップ１０６のＹＥＳ、図５参照）、給湯用タンク４０の水がヒータ４１の動作により温められるヒータ給湯、および暖房用タンク５０の水がヒートポンプ式冷凍サイクルの運転により温められるＨＰ暖房が実行される（ステップ１０７）。

このように、外気温度Ｔｏが低めで、暖房負荷が給湯負荷よりも大きくなる状況では、ヒータ給湯とＨＰ暖房が実行される。大きい方の負荷をＨＰ運転で処理することにより、省電力となり（ＨＰ運転はＣＯＰ＞１のため）、経済性が向上する。

なお、ＨＰ暖房では、能力不足が生じた場合に（ステップ１０８のＹＥＳ）、ヒータ４１の動作に加えてヒートポンプ式冷凍サイクルが運転される（ステップ１０９）。このＨＰ・ヒータ併用暖房により、ヒートポンプ式冷凍サイクルの能力不足を補うことができる。能力不足については、温度センサ３９の検知温度（水熱交換器３２から流出する湯の温度）Ｔｗｏｆ、あるいは暖房用タンク５０内の温度センサ５９の検知温度Ｔ２ｆに応じて、判定することができる。たとえば、検知温度Ｔｗｏｆ，Ｔ２ｆのいずれかが暖房に必要な値に達していない場合、能力不足と判定される。

給湯・暖房同時運転時（ステップ１０１のＹＥＳ）、外気温度センサ１５の検知温度Ｔｏが−１５℃以下のＡゾーンまで低下すると（ステップ１０２のＮＯ、ステップ１０６のＮＯ、図５参照）、給湯用タンク４０の水がヒータ４１の動作により温められるヒータ給湯、および暖房用タンク５０の水がヒータ５１，５２，５３の動作により温められるヒータ暖房が実行される（ステップ１１０）。すなわち、外気温度Ｔｏが−１５℃以下まで低下すると、ＨＰ給湯およびＨＰ暖房では共に能力不足であるため、ヒータ給湯およびヒータ暖房が実行される。

一方、給湯用タンク４０のみが使用される給湯単独運転では（ステップ１０１のＮＯ、ステップ１１１のＹＥＳ）、外気温度センサ１５の検知温度Ｔｏが−１５℃以下のＡゾーンまで低下した場合に（ステップ１１２のＹＥＳ、図５参照）、給湯用タンク４０の水がヒータ４１の動作により温められるヒータ給湯が実行される（ステップ１１３）。すなわち、外気温度Ｔｏが−１５℃以下まで低下すると、ＨＰ暖房では能力不足であるため、ヒータ給湯が実行される。

給湯単独運転時（ステップ１０１のＮＯ、ステップ１１１のＹＥＳ）、外気温度センサ１５の検知温度Ｔｏが−１５℃より高く（ステップ１１２のＮＯ）、かつ温度センサ２８の検知温度（給湯用タンク４０から水熱交換器２２へ供給される水の温度）Ｔｗｉｈが５５℃未満のＤゾーンにあれば（ステップ１１４のＹＥＳ、図６参照）、給湯用タンク４０の水がヒートポンプ式冷凍サイクルの運転により温められるＨＰ給湯が実行される（ステップ１１５）。

なお、このＨＰ給湯においても、能力不足が生じた場合には（ステップ１１６のＹＥＳ）、ヒートポンプ式冷凍サイクルの運転に加えてヒータ４１が動作する（ステップ１１７）。このＨＰ・ヒータ併用給湯により、ヒートポンプ式冷凍サイクルの能力不足を補うことができる。

その後、温度センサ２８の検知温度Ｔｗｉｈが５５℃以上、設定値Ｔｗｉｘ未満のＥゾーンにあれば（ステップ１１８のＹＥＳ、図６参照）、給湯用タンク４０の水がヒータ４１の動作により温められるヒータ給湯が実行される（ステップ１１９）。すなわち、ＨＰ給湯では、水熱交換器２２に流入する水の温度Ｔｗｉｈが５５℃以上に高まると、ヒートポンプ式冷凍サイクルの高圧側圧力が上昇し、圧縮機１１の能力を強制的に低減する高圧保護機能が働く。こうなると、必要な給湯温度が得られなくなってしまう。そこで、水熱交換器２２に流入する水の温度Ｔｗｉｈが５５℃以上に高まると、ＨＰ給湯からヒータ給湯へ切換え、必要な給湯温度を確実に得るようにしている。

給湯単独運転時（ステップ１０１のＮＯ、ステップ１１１のＹＥＳ）、外気温度センサ１５の検知温度Ｔｏが−１５℃より高く（ステップ１１２のＮＯ）、かつ温度センサ２８の検知温度Ｔｗｉｈが設定値Ｔｗｉｘ以上のＦゾーンにあれば（ステップ１１８のＮＯ、図６参照）、必要な給湯温度がすでに得られる状態にあるとの判断の下に、ヒータ４１の動作が停止される（ステップ１２０）。

また、暖房用タンク５０のみが使用される暖房単独運転では（ステップ１０１のＮＯ、ステップ１１１のＮＯ）、外気温度センサ１５の検知温度Ｔｏが−１５℃以下のＡゾーンまで低下した場合に（ステップ１２１のＹＥＳ、図５参照）、暖房用タンク５０の水がヒータ５１，５２，５３の動作により温められるヒータ暖房が実行される（ステップ１２２）。

暖房単独運転時（ステップ１０１のＮＯ、ステップ１１１のＮＯ）、外気温度センサ１５の検知温度Ｔｏが−１５℃より高ければ（ステップ１２１のＮＯ）、暖房用タンク５０の水がヒートポンプ式冷凍サイクルの運転により温められるＨＰ暖房が実行される（ステップ１２３）。

なお、このＨＰ暖房においても、能力不足が生じた場合には（ステップ１２４のＹＥＳ）、ヒートポンプ式冷凍サイクルの運転に加えてヒータ４１が動作する（ステップ１２５）。このＨＰ・ヒータ併用暖房により、ヒートポンプ式冷凍サイクルの能力不足を補うことができる。

以上のように、ヒートポンプ式冷凍サイクルおよびヒータのそれぞれの特徴を活かしながら、給湯能力の向上、暖房能力の向上、および経済性の向上が図れる。

［２］この発明の第２の実施形態について説明する。
各ユニットの構成およびヒートポンプ式冷凍サイクルの構成については、第１の実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。

つぎに、図７のフローチャートを参照しながら作用について説明する。

給湯・暖房同時運転時（ステップ２０１のＹＥＳ）、給湯用タンク４０の水がヒートポンプ式冷凍サイクルの運転により温められるＨＰ給湯、および暖房用タンク５０の水がヒートポンプ式冷凍サイクルの運転により温められるＨＰ暖房が実行される（ステップ２０２）。

給湯能力不足および暖房能力不足が生じた場合には（ステップ２０３のＹＥＳ、ステップ２０４のＹＥＳ）、ヒートポンプ式冷凍サイクルの運転に加えてヒータ４１，５１，５２，５３が動作する（ステップ２０５）。このＨＰ・ヒータ併用給湯およびＨＰ・ヒータ併用暖房により、給湯能力不足および暖房能力不足を補うことができる。
給湯能力不足については、温度センサ２９の検知温度（水熱交換器２２から流出する湯の温度）Ｔｗｏｈ、あるいは給湯用タンク４０内の温度センサ４９の検知温度Ｔ２ｈから、判定することができる。たとえば、検知温度Ｔｗｏｈ，Ｔ２ｈのいずれかが給湯に必要な値に達していない場合、給湯能力不足と判定される。暖房能力不足については、温度センサ３９の検知温度（水熱交換器３２から流出する湯の温度）Ｔｗｏｆ、あるいは暖房用タンク５０内の温度センサ５９の検知温度Ｔ２ｆから、判定することができる。たとえば、検知温度Ｔｗｏｆ，Ｔ２ｆのいずれかが暖房に必要な値に達していない場合、暖房能力不足と判定される。

一方、給湯単独運転では（ステップ２０１のＮＯ、ステップ２０９のＹＥＳ）、給湯用タンク４０の水がヒートポンプ式冷凍サイクルの運転により温められるＨＰ給湯が実行される（ステップ２１０）。

給湯能力不足が生じた場合には（ステップ２１１のＹＥＳ）、ヒートポンプ式冷凍サイクルの運転に加えてヒータ４１が動作する（ステップ２１２）。このＨＰ・ヒータ併用給湯により、給湯能力不足が解消される。
また、暖房単独運転では（ステップ１０１のＮＯ、ステップ２０９のＮＯ）、暖房用タンク５０の水がヒートポンプ式冷凍サイクルの運転により温められるＨＰ暖房が実行される（ステップ２１３）。

暖房能力不足が生じた場合には（ステップ２１４のＹＥＳ）、ヒートポンプ式冷凍サイクルの運転に加えてヒータ５１，５２，５３が動作する（ステップ２１５）。このＨＰ・ヒータ併用暖房により、暖房能力不足が解消される。
以上のように、暖房同時運転、給湯単独運転、暖房単独運転のいずれにおいてもヒートポンプ式冷凍サイクルを運転することにより、ヒートポンプ式冷凍サイクルの運転率が高まり、省電力効果が得られて経済性が向上する。しかも、能力不足の場合にヒータの動作を加えるので、十分な給湯能力および暖房能力が得られる。

［３］この発明の第３の実施形態について説明する。
各ユニットの構成およびヒートポンプ式冷凍サイクルの構成については、第１の実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。

上記第１および第２の実施形態では能力不足を湯の温度から判定したが、この第３の実施形態では、能力不足時に圧縮機１１の運転周波数Ｆが増大方向に制御される点に着目し、運転周波数Ｆ、湯の温度、および時間経過に応じて能力不足が判定される。

以下、図８のフローチャートおよび図９、図１０を参照しながら、作用について説明する。図９は圧縮機１１の運転周波数Ｆの変化に対する制御条件を示し、図１０は水熱交換器２２，３２から流出する湯の温度Ｔｗｏｈ，Ｔｗｏｆの変化に対する制御条件を示している。

まず、ヒートポンプ式冷凍サイクルの運転時、負荷の増大に対処して圧縮機１１の運転周波数Ｆが設定値Ｆａ以上のＨゾーンまで増大され（ステップ３０１のＹＥＳ）、しかも水熱交換器２２（または３２）から流出する湯の温度Ｔｗｏｈ（またはＴｗｏｆ）が設定値Ｔｗｏｘ未満のＩゾーンに留まっていれば（ステップ３０２のＹＥＳ）、タイムカウントｔが開始される（ステップ３０３）。

運転周波数ＦがＨゾーンで、湯温ＴｗｏｈがＩゾーンのまま、タイムカウントｔが１５分に達すると（ステップ３０４のＹＥＳ）、能力不足と判定される（ステップ３０５）。この判定に基づき、ヒータの動作が開始されることになる。

能力不足と判定された後、湯温Ｔｗｏｈが設定値Ｔｗｏｘ以上のＪゾーンまで上昇すれば（ステップ３０２のＮＯ）、タイムカウントｔがクリアされるとともに（ステップ３０６）、能力不足でないと判定される（ステップ３０７）。この判定に基づき、ヒータの動作が停止されることになる。

以上のように、ヒートポンプ式冷凍サイクルの運転時の能力不足を、圧縮機１１の運転周波数Ｆ、水熱交換器２２（または３２）から流出する湯の温度Ｔｗｏｈ（またはＴｗｏｆ）、および時間経過に応じて判定することにより、ヒータ４１（または５１，５２，５３）が頻繁に動作と停止を繰り返すことがなくなり、湯温が安定するとともに、ヒータ４１（または５１，５２，５３）の寿命に悪影響を与えない。

他の作用については、第１または第２の実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。

［４］この発明の第４の実施形態について説明する。
各ユニットの構成およびヒートポンプ式冷凍サイクルの構成については、第１の実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。

上記第１および第２の実施形態では能力不足を湯の温度から判定したが、この第４の実施形態では、能力不足時に圧縮機１１の運転周波数Ｆが増大方向に制御される点に着目し、運転周波数Ｆ、湯の温度、および時間経過に応じて能力不足が判定される。さらに、第４の実施形態では、能力不足の判定に応じてヒータが動作したにもかかわらず、能力不足が継続した場合に、水熱交換器と各タンクとの間の水または湯の流量制御が実行される。

以下、図１１のフローチャートおよび図９、図１０を参照しながら、さらに図１２を参照しながら、作用について説明する。図１２は湯温Ｔｗｏｈ（またはＴｗｏｆ）に応じた流量制御条件を示している。

まず、ヒートポンプ式冷凍サイクルの運転時、負荷の増大に対処して圧縮機１１の運転周波数Ｆが設定値Ｆａ以上のＨゾーンまで増大され（ステップ４０１のＹＥＳ）、しかも水熱交換器２２（または３２）から流出する湯の温度Ｔｗｏｈ（またはＴｗｏｆ）が設定値Ｔｗｏｘ未満のＩゾーンに留まっていれば（ステップ４０２のＹＥＳ）、フラグｆが“０”であることを条件として（ステップ４０３のＹＥＳ）、タイムカウントｔ１が開始される（ステップ４０４）。

運転周波数ＦがＨゾーンで、湯温ＴｗｏｈがＩゾーンのまま、タイムカウントｔ１が１５分に達すると（ステップ４０５のＹＥＳ）、能力不足と判定される（ステップ４０６）。この判定に基づき、ヒータの動作が開始されることになる。

このように、ヒートポンプ式冷凍サイクルの運転時の能力不足を、圧縮機１１の運転周波数Ｆ、水熱交換器２２（または３２）から流出する湯の温度Ｔｗｏｈ（またはＴｗｏｆ）、および時間経過に応じて判定することにより、ヒータ４１（または５１，５２，５３）が頻繁に動作と停止を繰り返すことがなくなり、湯温が安定するとともに、ヒータ４１（または５１，５２，５３）の寿命に悪影響を与えない。

また、能力不足の判定に基づき、フラグｆが“１”にセットされるとともに（ステップ４０７）、タイムカウントｔ２が開始される（ステップ４０８）。

ヒータの動作が開始されたにもかかわらず、湯温ＴｗｏｈがＩゾーンのままを保っていれば（ステップ４０２のＹＥＳ）、フラグｆが“１”であることから（ステップ４０３のＮＯ）、タイムカウントｔ２と３０分とが比較される（ステップ４０９）。

湯温ＴｗｏｈがＩゾーンのまま（ステップ４０２のＹＥＳ）、タイムカウントｔ２が３０分に達すると（ステップ４０９のＹＥＳ）、水熱交換器２２と給湯用タンク４０との間の水または湯の流量制御が実行される（ステップ４１０）。
この流量制御では、図１２に示すように、湯温Ｔｗｏｈ（またはＴｗｏｆ）が設定値Ｔｗｏｘより低い（Ｔｗｏｘ−ΔＴ）未満の状態にあるとき、ポンプ２６（または３６）の回転数が低減されることにより、水熱交換器２２（または３２）と給湯用タンク４０（または暖房用タンク５０）との間の水または湯の流量が３分毎に低減される。この流量の低減により、水熱交換器２２（または３２）から給湯用タンク４０（または暖房用タンク５０）に供給される湯の温度が上昇する。この湯温の上昇により、能力不足が解消される。

湯温Ｔｗｏｈが上昇して設定値Ｔｗｏｘ未満、（Ｔｗｏｘ−ΔＴ）以上の範囲に入ると、ポンプ２６（または３６）の回転数が増大されることにより、水熱交換器２２（または３２）と給湯用タンク４０（または暖房用タンク５０）との間の水または湯の流量が１分毎に増大される。

湯温Ｔｗｏｈ（またはＴｗｏｆ）が設定値Ｔｗｏｘ以上（Ｊゾーン）まで上昇すると、ポンプ２６（または３２）の回転数が定格値に設定されることにより、水熱交換器２２（または３２）と給湯用タンク４０（または暖房用タンク５０）との間の水または湯の流量が定常流量に設定される（流量制御の終了）。

また、湯温Ｔｗｏｈ（またはＴｗｏｆ）が設定値Ｔｗｏｘ以上のＪゾーンまで上昇することにより（ステップ４０２のＮＯ）、タイムカウントｔ１，ｔ２がクリアされるとともにフラグｆが“０”にセットされる（ステップ４１１）。同時に、能力不足でないと判定される（ステップ４１２）。この判定に基づき、ヒータの動作が停止される。

他の作用については、第１または第２の実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。

［５］この発明の第５の実施形態について説明する。
第５の実施形態では、第４の実施形態における流量制御（ステップ４１０）に代えて、ヒータ出力制御が実行される。

以下、図１１のフローチャートおよび図９、図１０を参照しながら、さらに図１３、図１４を参照しながら、作用について説明する。図１３は湯温Ｔｗｏｈ（またはＴｗｏｆ）に対するヒータ出力制御の初期条件を示している。図１４は湯温Ｔｗｏｆに対するヒータ出力制御の通常条件を示している。

運転周波数ＦがＨゾーンで、湯温ＴｗｏｈがＩゾーンのまま、タイムカウントｔ１が１５分に達すると（ステップ４０５のＹＥＳ）、能力不足と判定される（ステップ４０６）。この判定に基づき、ヒータの動作が開始されることになる。

ヒータの動作が開始されたにもかかわらず、湯温ＴｗｏｈがＩゾーンのまま、タイムカウントｔ２が３０分に達すると（ステップ４０９のＹＥＳ）、ヒータ出力制御が実行される（ステップ４１０）。

ヒータ出力制御では、先ず図１３に示すように、湯温Ｔｗｏｆが設定値Ｔｗｏｘより低い（Ｔｗｏｘ−３・ΔＴ）未満の状態にあるとき、暖房用タンク５０における３本のヒータ５１，５２，５３がオンされる。湯温Ｔｗｏｆが（Ｔｗｏｘ−２・ΔＴ）未満、（Ｔｗｏｘ−３・ΔＴ）以上の状態にあるとき、暖房用タンク５０における２本のヒータ５１，５２がオンされる。湯温Ｔｗｏｆが（Ｔｗｏｘ−ΔＴ）未満、（Ｔｗｏｘ−２・ΔＴ）以上の状態にあるとき、暖房用タンク５０における１本のヒータ５１がオンされる。湯温Ｔｗｏｆが（Ｔｗｏｘ−ΔＴ）以上の状態になると、暖房用タンク５０の全てのヒータ５１，５２，５３がオフされる。

この初期制御は、一定時間たとえば３分間だけ、あるいは湯温Ｔｗｏｆが設定値Ｔｗｏｘに達するまで、継続される。

初期制御の終了後、図１４に示すように、湯温Ｔｗｏｆが設定値Ｔｗｏｘ未満の状態にあるとき、暖房用タンク５０におけるヒータ５１，５２，５３の動作本数が３０分毎に増大される。湯温Ｔｗｏｆが設定値Ｔｗｏｙ未満、設定値Ｔｗｏｘ以上の状態にあるとき、暖房用タンク５０におけるヒータ５１，５２，５３の動作本数が１０分毎に低減される。湯温Ｔｗｏｆが設定値Ｔｗｏｚ未満、設定値Ｔｗｏｙ以上の状態にあるとき、暖房用タンク５０におけるヒータ５１，５２，５３の全ての動作がオフされる。湯温Ｔｗｏｆが設定値Ｔｗｏｚ以上になると、異常であるとの判断の下に、当該給湯暖房機の運転が停止される。

給湯用タンク４０には１本のヒータ４１しかないため、上記の本数制御に代わり、ヒータ４１の出力が段階的に制御される。

他の作用については、第１または第２の実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。

［６］この発明の第６の実施形態について説明する。
図１５に示すように、水管５５の水がＴ字管７０により、暖房用タンク５０と循環配管（水側）３５とに分流される。給湯用タンク４０側も、同じ配管構成となっている。

他の構成および作用については、第１または第２の実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。

［７］この発明の第７の実施形態について説明する。
図１６に示すように、水管５５の水が暖房用タンク５０の上部に供給されるとともに、暖房用タンク５０の上部の水または湯が循環配管（水側）３５およびポンプ３６により水熱交換器３２に供給される。水熱交換器３２から流出する湯は、循環配管（湯側）３７を通ってＴ字管８０に流れ、そのＴ字管８０により、暖房用タンク５０と湯管５６とに分流される。給湯用タンク４０側も、同じ配管構成となっている。

つまり、暖房用タンク５０（および給湯用タンク４０）の上部の水を水熱交換器３２（および２２）に導く構成としている。この構成によれば、暖房用タンク５０（および給湯用タンク４０）内の自然対流によって上部に移動する高温の湯が、利用側に通じる湯管５６には流れず、水熱交換器３２（および２２）へと流れる。したがって、水熱交換器３２から流出する湯の温度と、湯管５６を通して利用側に供給される湯の温度とが、ほぼ同一となる。その結果、水熱交換器３２（および２２）から流出する湯の温度を１つの温度センサで検知すれば、その検知温度を、利用側に供給される湯の温度としても捕らえることができる。これにより、温度センサの個数をできるだけ削減することができる。

他の構成および作用については、第１または第２の実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。

［８］この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

各実施形態の全体的な構成を示す図。 各実施形態におけるヒートポンプ式冷凍サイクルおよび湯の流れを示す図。 第１の実施形態の作用を説明するためのフローチャート。 第１の実施形態における給湯負荷および暖房負荷の変化を示す図。 第１の実施形態における給湯・暖房同時運転時の運転条件を示す図。 第１の実施形態における給湯単独運転時の運転条件を示す図。 第２の実施形態の作用を説明するためのフローチャート。 第３の実施形態の要部の作用を説明するためのフローチャート。 第３の実施形態における運転周波数変化に対する制御条件を示す図。 第３の実施形態における湯温変化に対する制御条件を示す図。 第４および第５の実施形態の要部の作用を説明するためのフローチャート。 第４の実施形態における湯温に応じた流量制御条件を示す図。 第５の実施形態におけるヒータ出力制御の初期条件を示す図。 第５の実施形態におけるヒータ出力制御の通常条件を示す図。 第６の実施形態の配管構成の要部を示す図。 第７の実施形態の配管構成の要部を示す図。

符号の説明

１…水熱交ユニット、２…室外ユニット、３…給湯用タンクユニット、４…暖房用タンクユニット、１１…圧縮機、１２…四方弁、２２，３２…水熱交換器、１４…室外熱交換器、１５…外気温度センサ、２５，２７，３５，３７…循環配管、２６，３６…ポンプ、２８，２９，３８，３９…温度センサ、４０…給湯用タンク、４１…ヒータ、５０…暖房用タンク、５１，５２，５３…ヒータ、６０…主制御部

Claims (6)

1. 給湯用タンクおよび暖房用タンクを有し、これらタンクの水をヒートポンプ式冷凍サイクルの水熱交換器またはヒータにより温める給湯暖房機において、
   外気温度を検知する外気温度センサと、
   前記給湯用タンクおよび前記暖房用タンクが使用される給湯・暖房同時運転時、前記外気温度センサの検知温度が所定値以上の場合に、前記給湯用タンクの水を前記ヒートポンプ式冷凍サイクルの運転により温め、前記暖房用タンクの水を前記ヒータの動作により温める制御手段と、
   前記給湯・暖房同時運転時、前記外気温度センサの検知温度が所定値未満の場合に、前記給湯用タンクの水を前記ヒータの動作により温め、前記暖房用タンクの水を前記ヒートポンプ式冷凍サイクルの運転により温める制御手段と、
   を備えていることを特徴とする給湯暖房機。
2. 前記各タンクのいずれかの水が前記ヒートポンプ式冷凍サイクルの運転により温められているとき、そのヒートポンプ式冷凍サイクルの運転で能力不足となった場合に、同ヒートポンプ式冷凍サイクルの運転に加えて前記ヒータの動作を併用する制御手段、をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の給湯暖房機。
3. 前記ヒートポンプ式冷凍サイクルの水熱交換器に流入する水の温度または前記給湯用タンク内の水の温度を検知する温度センサと、
   前記給湯用タンクのみ使用される給湯単独運転時、前記温度センサの検知温度が設定値未満の場合に、前記給湯用タンクの水を前記ヒートポンプ式冷凍サイクルの運転により温める制御手段と、
   前記給湯単独運転時、前記温度センサの検知温度が設定値以上になると、前記給湯用タンクの水を前記ヒータの動作により温める制御手段と、
   をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の給湯暖房機。
4. 給湯用タンクおよび暖房用タンクを有し、これらタンクの水をヒートポンプ式冷凍サイクルの水熱交換器またはヒータにより温める給湯暖房機において、
   前記給湯用タンクおよび前記暖房用タンクが使用される給湯・暖房同時運転、前記給湯用タンクのみ使用される給湯単独運転、および前記暖房用タンクのみ使用される暖房単独運転のいずれにおいても、前記ヒートポンプ式冷凍サイクルを運転し、そのヒートポンプ式冷凍サイクルの運転で能力不足の場合に、同ヒートポンプ式冷凍サイクルの運転に加えて前記ヒータの動作を併用する制御手段、を備えていることを特徴とする給湯暖房機。
5. 給湯用タンクおよび暖房用タンクを有し、これらタンクの水をヒートポンプ式冷凍サイクルの水熱交換器またはヒータにより温める給湯暖房機において、
   前記ヒートポンプ式冷凍サイクルの運転時の能力不足を、前記ヒートポンプ式冷凍サイクルの圧縮機の運転周波数、前記ヒートポンプ式冷凍サイクルの水熱交換器から流出する湯の温度、および時間経過に応じて判定する判定手段と、
   前記判定手段で能力不足が判定された場合に、前記ヒートポンプ式冷凍サイクルの運転に加えて前記ヒータの動作を併用する制御手段と、
   を備えていることを特徴とする給湯暖房機。
6. 給湯用タンクおよび暖房用タンクを有し、これらタンクの水をヒートポンプ式冷凍サイクルの水熱交換器またはヒータにより温める給湯暖房機において、
   前記各タンクの上部の水を前記水熱交換器に導く構成としたことを特徴とする給湯暖房機。

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