JP2007178091A - ヒートポンプ式給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の構成要素や設置スペースを省減すると共に，二つのヒートポンプサイクルに循環する二つの異なる冷媒で同時に水を加熱することのできるヒートポンプ式給湯機を提供すること。
【解決手段】ヒートポンプ式給湯機Ｘは，ＣＯ₂冷媒が循環されるＣＯ₂サイクル１と，Ｒ４１０Ａ冷媒が循環されるＲ４１０Ａサイクル２と，前記ＣＯ₂冷媒や前記Ｒ４１０Ａ冷媒と水との間で熱交換を行う共通の水熱交換器３２と，を備えて構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は，圧縮機や膨張器などが設けられたヒートポンプサイクル内に循環する冷媒との熱交換によって水を加熱して給湯するヒートポンプ式給湯機に関し，特に，熱交換効率やエネルギ消費効率などの特性の異なる冷媒を用いた二つのヒートポンプサイクルを具備するヒートポンプ式給湯機に関するものである。

従来から，圧縮機や膨張器などが設けられたヒートポンプサイクル内に循環する冷媒との熱交換によって水を加熱して給湯するヒートポンプ式給湯機が周知である。前記冷媒は，例えば炭酸ガス冷媒やＨＦＣ冷媒などである。
ここに，前記炭酸ガス冷媒は，その冷媒の特性として水を高温（例えば９０℃程度）まで加熱することができる。一方，前記ＨＦＣ冷媒は，冷媒の特性上比較的低温（例えば６５℃程度）までしか水を加熱することができない。しかし，空調用機器に用いた場合，エネルギ消費効率（ＣＯＰ）は，前記炭酸ガス冷媒を用いるよりも前記ＨＦＣ冷媒を用いる方が優れている。

一方，特許文献１には，ＣＯ₂冷媒（炭酸ガス冷媒の一例）が用いられたヒートポンプサイクル（以下「ＣＯ₂サイクル」という）と，Ｒ４１０Ａ冷媒（ＨＦＣ冷媒の一例）が用いられたヒートポンプサイクル（以下「Ｒ４１０Ａサイクル」という）とを併せ持つヒートポンプ式給湯システムが示されている。前記ヒートポンプ式給湯システムでは，前記ＣＯ₂サイクルに循環するＣＯ₂冷媒と水との熱交換を行う熱交換器（以下「ＣＯ₂冷媒熱交換器」という）と，前記Ｒ４１０Ａサイクルに循環するＲ４１０Ａ冷媒と水との熱交換を行う熱交換器（以下「Ｒ４１０Ａ冷媒熱交換器」という）とが別々に設けられている。そして，高温の温水が必要な場合にはＣＯ₂冷媒熱交換器が用いられ，低温の温水でよい場合にはＲ４１０Ａ冷媒熱交換器が用いられて水が加熱される。
特開２００５−８３５８５号公報

しかしながら，前記特許文献１に示された前記ヒートポンプ式給湯システムでは，前記ＣＯ₂冷媒熱交換器及び前記Ｒ４１０Ａ冷媒熱交換器が別々であるため，各々の設置スペースを確保する必要が生じる。また，前記ＣＯ₂冷媒及び前記Ｒ４１０Ａ冷媒で同時に水を加熱することができないため，前記ヒートポンプ式給湯システムにおける水の加熱効率が，前記ＣＯ₂サイクル及び前記Ｒ４１０Ａサイクルの個々による水の加熱効率が限界となる。
従って，本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，装置の構成要素や設置スペースを省減すると共に，二つのヒートポンプサイクルに循環する二つの異なる冷媒で同時に水を加熱することのできるヒートポンプ式給湯機を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は，第一の冷媒が少なくとも圧縮機及び膨張器を経て循環される第一のヒートポンプサイクルと，前記第一の冷媒と異なる特性を持つ第二の冷媒が少なくとも圧縮機及び膨張器を経て循環される第二のヒートポンプサイクルと，前記第一の冷媒及び／又は前記第二の冷媒と水との間で熱交換を行う共通の水熱交換器と，を備えてなることを特徴とするヒートポンプ式給湯機として構成される。ここで，具体的には，前記第一の冷媒が炭酸ガス冷媒であって，前記第二の冷媒がＨＦＣ冷媒であることが考えられる。
本発明によれば，前記水熱交換器が前記第一の冷媒及び前記第二の冷媒に共通するため，別々に熱交換器を設ける場合に比べて当該ヒートポンプ式給湯機の構成要素や設置スペースを省減することが可能である。また，前記共通の水熱交換器において前記第一の冷媒及び前記第二の冷媒で同時に水を加熱することができる。したがって，前記第一の冷媒及び前記第二の冷媒で同時に加熱することにより，例えば瞬間給湯時の給湯量を増加させることが可能となる。また，前記第一の冷媒又は前記第二の冷媒を暖房や冷房などの他の用途に共用する場合でも，前記第一の冷媒及び前記第二の冷媒で同時に水を加熱することにより必要な給湯温度，給湯量を得ることができる。

具体的には，前記水熱交換器が，前記第一の冷媒が流通する第一の配管と，前記第二の冷媒が流通する第二の配管と，水が流通する第三の配管と，を備えてなり，前記第一の配管，前記第二の配管及び前記第三の配管が，前記第一の冷媒及び前記第二の冷媒と前記第三の配管に流通する水との間で同時に熱交換可能に配置されることが考えられる。
例えば，前記第一の配管及び前記第二の配管が，前記第三の配管に内蔵されることが考えられる。
また，前記第一の配管及び前記第二の配管のいずれか一方が，前記第三の配管の外周面に接触し，他方が前記第三の配管に内蔵される構成であってもよい。
さらに，前記第一の配管及び前記第二の配管が，前記第三の外周面に接触する構成も考えられる。このとき，前記第三の配管の外周面に複数の凹部を設けておき，前記第一の配管及び前記第二の配管を，前記凹部に嵌め込んで配置すれば，接触面積を大きく確保して効率的に熱交換を行うことができる。また，前記第一の配管及び前記第二の配管を，前記第三の配管の外周面に螺旋状に配置することによっても接触面積を大きく確保して効率的に熱交換を行うことができる。

本発明によれば，前記水熱交換器が前記第一の冷媒及び前記第二の冷媒に共通するため，別々に熱交換器を設ける場合に比べて当該ヒートポンプ式給湯機の構成要素や設置スペースを省減することが可能である。また，前記共通の水熱交換器において前記第一の冷媒及び前記第二の冷媒で同時に水を加熱することができる。したがって，前記第一の冷媒及び前記第二の冷媒で同時に加熱することにより，例えば瞬間給湯時の給湯量を増加させることが可能となる。また，前記第一の冷媒及び前記第二の冷媒を暖房や冷房などの他の用途に共用する場合でも，前記第一の冷媒及び前記第二の冷媒で同時に水を加熱することにより必要な給湯温度，給湯量を得ることができる。

以下添付図面を参照しながら，本発明の実施の形態について説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに，図１は本発明の実施の形態に係るヒートポンプ式給湯機Ｘの概略構成図，図２は前記ヒートポンプ式給湯機Ｘに設けられた水熱交換器３２の要部構成図である。
図１に示すように，前記ヒートポンプ式給湯機Ｘは，冷媒が循環される二つのヒートポンプサイクル１（第一のヒートポンプサイクルの一例），２（第二のヒートポンプサイクルの一例），流水経路３０ａ〜３０ｄ，貯留タンク３１，循環ポンプ３４，前記ヒートポンプサイクル１及び２に共通する水熱交換器３２及び切換弁４１〜４５を備えて概略構成されている。また，前記ヒートポンプ式給湯機Ｘは，ＣＰＵやＲＡＭ，ＲＯＭなどを有する不図示の制御部を備えている。なお，前記水熱交換器３２は，前記ヒートポンプサイクル１や前記ヒートポンプサイクル２に循環される冷媒と，給水口から給湯口への流水経路３０ｂ，又は前記貯留タンク３１に戻る流水経路３０ａ上を流れる水と間で熱交換を行うものであり，該水熱交換器３２の構成については後段で詳述する。ここに，前記流水経路３０ａは，前記給水口から前記貯留タンク３１，循環ポンプ３４，切換弁４５，水熱交換器３２，切換弁４３，貯留タンク３１が順に接続された水の流水経路である。また，前記流水経路３０ｂは，前記給水口から切換弁４５，水熱交換器３２，切換弁４３，前記給湯口が順に接続された水の流水経路である。なお，前記流水経路３０ｃは，前記貯留タンク３１から前記切換弁４４を経て前記給湯口に続く温水の流通経路，前記流通経路３０ｄは，前記給水口から前記切換弁４４を経て前記給湯口に続く水の流通経路である。

前記貯留タンク３１の上層には前記水熱交換器３２において前記冷媒との熱交換によって加熱された温水が，前記貯留タンク３１の下層には給水口から供給される水が貯留される。
当該ヒートポンプ式給湯機Ｘでは，前記制御部（不図示）によって前記各構成要素が制御されることにより，給水口から供給された水を前記流水経路３０ｂ上で前記水熱交換器３２によって加熱して給湯口から直接給湯する瞬間給湯運転や，給水口から供給された水を前記流水経路３０ａ上で前記水熱交換器３２によって加熱して前記貯留タンク３１に貯留する貯湯運転などが行われる。
ここで，前記瞬間給湯運転では，前記切換弁４３及び４５が前記制御部によって制御されることにより，前記給水口から供給された水が前記流水経路３０ｂに沿って破線矢印方向に流通することとなる。但し，前記瞬間給湯運転が開始してからの一定時間は，前記水熱交換器３２による加熱量が十分得られない。そのため，瞬間運転開始後の一定時間は，前記貯留タンク３１に貯留された温水が，前記流水経路３０ｃを経て切換弁４４において，前記給水口から前記流水経路３０ｄを経て供給される水と混合されて温度調節された後，前記給湯口に供給される。これにより，前記給湯口から瞬時に温水を給湯することが可能である。そして，前記水熱交換器３２によって給水口から供給された水を十分に加熱することが可能となった時点で，前記貯留タンク３１の給水は停止され，その後は，前記給水口から前記水熱交換器３２を経て前記給湯口に続く流水経路３０ｂを用いて瞬間給湯が行われる。なお，前記貯留タンク３１に貯留された高温の温水を前記給水口から供給される水と混合することなく，そのまま給湯することも可能である。
また，前記貯湯運転では，前記循環ポンプ３４が駆動されることにより，前記流水経路３０ａに沿って実線矢印方向に水が流通することにより，貯留タンク３１に温水が貯留される。

前記ヒートポンプサイクル１（以下，「ＣＯ₂サイクル」という）は，圧縮機１１，前記水熱交換器３２，膨張器１２及び室外空気熱交換器１３が順に接続された循環経路１０を有している。
前記循環経路１０では，前記制御部（不図示）によって前記圧縮機１１が駆動されることにより，炭酸ガス冷媒の一例であるＣＯ₂冷媒（第一の冷媒の一例）が図示する矢印方向に循環される。ここに，前記ＣＯ₂冷媒は，後述するＲ４１０Ａ冷媒と異なる特性を持ち，冷媒の特性として水を高温（９０℃程度）まで加熱することができるが，エネルギ消費効率が比較的低い。そのため，前記ＣＯ₂サイクル１は，主に前記貯湯運転における水の加熱に用いられる。
具体的には，前記圧縮機１１において圧縮して吐出された高温高圧の前記ＣＯ₂冷媒が，前記水熱交換器３２において前記流水経路３０ａまたは３０ｂ上を流れる水と熱交換されて冷却された後，前記膨張器１２において膨張する。その後，前記膨張器１２で膨張した低温低圧の前記ＣＯ₂冷媒は，前記室外空気熱交換器１３において室外の空気と熱交換されて吸熱し気化した後，再度前記圧縮機１１に流入する。
前記ＣＯ₂サイクル１では，前記のように前記ＣＯ₂冷媒が前記循環経路１０に循環されることにより，前記流水経路３０ａまたは３０ｂ上を矢印方向に流れる水が，前記水熱交換器３２における前記ＣＯ₂冷媒との熱交換によって９０℃程度まで加熱される。なお，前記水熱交換器３２における前記ＣＯ₂冷媒と水との流通方向が反対であるため，該ＣＯ₂冷媒と水との熱交換は効率的に行われる。
このとき，前記瞬間給湯運転においては，前記流水経路３０ｂを通るよう前記制御部（不図示）によって前記切換弁４５が制御され，前記制御部（不図示）によって前記切換弁４３が制御されることにより，前記水熱交換器３２において加熱された温水が前記給湯口に供給される。また，前記貯湯運転においては，前記流水経路３０ａを通るよう前記制御部（不図示）によって前記切換弁４５が制御され，前記制御部（不図示）によって前記切換弁４３が制御されることにより，前記水熱交換器３２において加熱された温水が前記貯留タンク３１に貯留されるように切り替えられる。

一方，前記ヒートポンプサイクル２（以下，「Ｒ４１０Ａサイクル」という）は，ＨＦＣ冷媒の一例であるＲ４１０Ａ冷媒（第二の冷媒の一例）が循環される循環経路２０及び循環経路４０を有している。ここに，前記Ｒ４１０Ａ冷媒は，前記ＣＯ₂冷媒と異なる特性を持ち，ＣＯ₂冷媒に比べて水を低温（６５℃程度）までしか加熱することができないが，エネルギ消費効率（ＣＯＰ）は高いので，比較的低い沸上げ温度に適している。そのため，前記Ｒ４１０Ａサイクル２は，主に前記瞬間給湯運転における水の加熱に用いられる。なお，前記Ｒ４１０Ａ冷媒の他の例としては，例えばＲ４０７Ｃ／Ｅ，Ｒ４０４Ａ，Ｒ５０７Ａ，Ｒ１３４ａ等がある。また，前記ヒートポンプ式給湯機Ｘに用いられる二つの異なる冷媒は，炭酸ガス冷媒及びＨＦＣ冷媒に限られるものではなく，熱交換効率やエネルギ消費効率などの特性が異なる二つの冷媒を用いればよい。

前記循環経路２０は，圧縮機２１，四方弁２４，切換弁４１，水熱交換器３２，切換弁４２，膨張器（例えば膨張弁）２２，室外空気熱交換器２３及び前記四方弁２４が順に接続されて構成されている。
前記循環経路２０では，前記制御部（不図示）によって制御されて前記圧縮機２１が駆動されることにより，前記Ｒ４１０Ａ冷媒が図示する実線矢印方向に循環される。具体的には，前記圧縮機２１において圧縮して吐出された高温高圧の前記Ｒ４１０Ａ冷媒が，前記四方弁２４及び前記切換弁４１を経て前記水熱交換器３２に達する。そして，前記Ｒ４１０Ａ冷媒は，前記水熱交換器３２において前記流水経路３０ａまたは３０ｂ上を流れる水と熱交換されて冷却される。その後，前記Ｒ４１０Ａ冷媒は，前記切換弁４２を経て前記膨張器２２において膨張される。そして，前記膨張器２２で膨張した低温低圧の前記Ｒ４１０Ａ冷媒は，前記室外空気熱交換器２３において室外の空気と熱交換されて吸熱し気化した後，前記四方弁２４を経て再度前記圧縮機２１に流入する。
前記Ｒ４１０Ａサイクル２では，前記のように前記Ｒ４１０Ａ冷媒が前記循環経路２０において実線矢印方向に循環されることにより，前記流水経路３０ａまたは３０ｂ上を矢印方向に流れる水が，前記水熱交換器３２における前記Ｒ４１０Ａ冷媒との熱交換によって６５℃程度まで加熱される。なお，前記水熱交換器３２における前記Ｒ４１０Ａ冷媒と水との流通方向が反対であるため，該Ｒ４１０Ａ冷媒と水との熱交換は効率的に行われる。

他方，前記循環経路４０は，前記圧縮機２１，前記四方弁２４，前記切換弁４１，室内空気熱交換器４，前記切換弁４２，前記膨張器２２，前記室外空気熱交換器２３及び前記四方弁２４が順に接続されて構成されている。
ここに，前記室内空気熱交換器４は，室内の冷暖房を行う空気調和機（不図示）に設けられ，前記循環経路４０内に循環される前記Ｒ４１０Ａ冷媒と室内空気との間で熱交換を行うことにより室内空気を加熱或いは冷却するものである。

ここで，図２を用いて，前記水熱交換器３２の構成について詳述する。なお，前記熱交換器３２の変形例については後段の実施例２〜６で説明する。
図２に示すように，前記水熱交換器３２は，前記ＣＯ₂サイクル１及び前記Ｒ４１０Ａサイクル２に共通している。前記水熱交換器３２は，前記ＣＯ₂サイクル１に循環される前記ＣＯ₂冷媒が流通する配管１４（第一の配管の一例）と，前記Ｒ４１０Ａサイクル２に循環される前記Ｒ４１０Ａ冷媒が流通する配管２５（第二の配管の一例）と，前記流水経路３０ａ，３０ｂ上に流れる水が流通する配管３３（第三の配管の一例）と，を備えている。
前記配管１４は前記配管３３に内蔵されている。一方，前記配管３３は前記配管２５に内蔵されている。このように，前記水熱交換器３２では，前記配管１４，前記配管２５及び前記配管３３が，前記配管１４に流通するＣＯ₂冷媒と前記配管３３との間，前記配管２５と前記配管３３に流通する水との間で同時に熱交換が可能な状態で配置されている。即ち，前記配管１４に流通するＣＯ₂冷媒と前記配管３３に流通する水との間，前記配管２５に流通するＲ４１０Ａ冷媒と前記配管３３に流通する水との間で熱交換が可能な状態である。
なお，前記配管１４には圧縮率の高い前記ＣＯ₂冷媒が流通するため高い耐圧性能が要求される。そのため，前記配管１４の肉厚は，前記配管２５の肉厚よりも大きいことが望ましい。一方，前記配管１４に流通される前記ＣＯ₂冷媒は，前記配管２５に流通される前記Ｒ４１０Ａ冷媒よりも圧縮率が高いため，前記配管１４の管径は前記配管２５の管径よりも小さくてよい。
このように構成された前記水熱交換器３２では，前記配管１４に流通するＣＯ₂冷媒及び前記配管２５に流通するＲ４１０Ａ冷媒のいずれか一方又は両方と，前記流水経路３０ａ，３０ｂ上を流れる水との間で熱交換が行われる。したがって，前記ヒートポンプ式給湯機Ｘでは，前記ＣＯ₂サイクル１及び前記Ｒ４１０Ａサイクル２を同時に用いることにより，個々の熱交換効率以上の熱交換効率で水を加熱することが可能である。これにより，前記瞬間給湯運転時における給湯量を増加させることができる。また，前記水熱交換器３２が前記ＣＯ₂冷媒及び前記Ｒ４１０Ａ冷媒に共通するため，別々に熱交換器を設ける場合に比べて当該ヒートポンプ式給湯機Ｘの構成要素や設置スペースを省減することが可能である。
また，前記配管２５が前記配管３３に内蔵され、前記配管３３が前記配管１４に内蔵される構成であってもかまわない。

以下，前記ヒートポンプ式給湯機Ｘの前記Ｒ４１０Ａサイクル２において実現される暖房運転及び冷房運転について説明する。
（１）暖房運転について
ユーザにより前記ヒートポンプ式給湯機Ｘに対して，不図示の操作部から暖房運転の開始が要求されると，該ヒートポンプ式給湯機Ｘでは，前記制御部（不図示）によって前記圧縮機２１及び前記四方弁２４が制御され，前記Ｒ４１０Ａサイクル２の循環経路４０において前記Ｒ４１０Ａ冷媒の実線矢印方向の循環が開始される。このとき，前記四方弁２４内部では図示する実線経路が確立されている。
これにより，前記循環経路４０では，図示する実線矢印方向に前記Ｒ４１０Ａ冷媒が循環される。具体的には，前記圧縮機２１において圧縮して吐出された高温高圧の前記Ｒ４１０Ａ冷媒が，前記四方弁２４及び前記切換弁４１を経て前記室内空気熱交換器４に達する。そして，前記Ｒ４１０Ａ冷媒は，前記室内空気熱交換器４において室内の空気と熱交換されて冷却される。その後，前記Ｒ４１０Ａ冷媒は，前記切換弁４２を経て前記膨張器２２において膨張される。そして，前記膨張器２２において膨張された低温低圧の前記Ｒ４１０Ａ冷媒は，前記室外空気熱交換器２３において室外の空気と熱交換されて吸熱し気化した後，前記四方弁２４を経て再度前記圧縮機２１に流入する。
前記Ｒ４１０Ａサイクル２では，前記のように前記Ｒ４１０Ａ冷媒が前記循環経路４０において実線矢印方向に循環されることにより，室内の空気が，前記室内空気熱交換器４における前記Ｒ４１０Ａ冷媒との熱交換によって加熱される。即ち，前記ヒートポンプ式給湯機Ｘによって暖房が実現される。

ところで，前述したように，従来装置（例えば，特許文献１参照）では前記Ｒ４１０Ａサイクル２を用いて，瞬間給湯と暖房とを同時に行うことはできなかった。また，前記Ｒ４１０Ａ冷媒を分配して瞬間給湯と暖房とを同時に行うことも考えられるが，この場合には十分な給湯温度や給湯量が得ることができないという課題が伴う。
しかし，前記ヒートポンプ式給湯機Ｘでは，瞬間給湯と暖房とを同時に行う際，前記水熱交換器３２において，前記ＣＯ₂サイクル１に循環する前記ＣＯ₂冷媒と，前記Ｒ４１０Ａサイクル２に循環するＲ４１０Ａ冷媒とで同時に水を加熱することが可能である。これにより，瞬間給湯と暖房とを同時に行う際における給湯温度や給湯量の低下が防止される。以下，この点について詳説する。

まず，前記ヒートポンプ式給湯機Ｘにおいて前記Ｒ４１０Ａサイクル２によって暖房運転が行われているときに，ユーザによって不図示の操作部に対して瞬間給湯の要求が行われると，該ヒートポンプ式給湯機Ｘでは，前記切換弁４１，４２が前記制御部（不図示）によって制御され，前記Ｒ４１０Ａサイクル２の循環経路２０における前記Ｒ４１０Ａ冷媒の実線矢印方向の循環が開始される。このとき，前記Ｒ４１０Ａ冷媒は，前記Ｒ４１０Ａサイクル２において前記循環経路２０及び４０に分配して循環される。そのため，前記水熱交換器３２における前記循環経路２０を循環する前記Ｒ４１０Ａ冷媒による水の加熱が十分に行われないおそれがある。
そこで，前記ヒートポンプ式給湯機Ｘでは，前記Ｒ４１０Ａサイクル２によって暖房運転が行われているときに，ユーザによって不図示の操作部に対して瞬間給湯の要求が行われると，前記制御部（不図示）によって前記ＣＯ₂サイクル１の圧縮機１１の駆動が制御されて，前記ＣＯ₂サイクル１における前記ＣＯ₂冷媒の循環が開始される。
これにより，前記水熱交換器３２では，前述したように前記Ｒ４１０Ａ冷媒と前記ＣＯ₂冷媒との両方で水が加熱されることとなる。即ち，前記Ｒ４１０Ａサイクル１における瞬間給湯と暖房の同時運転時の水の加熱効率の低下は，前記ＣＯ₂サイクル１を循環する前記ＣＯ₂冷媒と水との熱交換によって補われる。したがって，前記Ｒ４１０Ａサイクル２において瞬間給湯と暖房とを同時に行う際における給湯温度や給湯量の低下は防止される。

（２）冷房運転について
一方，ユーザにより前記ヒートポンプ式給湯機Ｘに対して，不図示の操作部から冷房運転の開始が要求されると，該ヒートポンプ式給湯機Ｘでは，前記制御部（不図示）によって前記圧縮機２１及び前記四方弁２４が制御され，前記Ｒ４１０Ａサイクル２の循環経路４０において前記Ｒ４１０Ａ冷媒の破線矢印方向の循環が開始される。このとき，前記四方弁２４内部では図示する破線経路が確立されている。
これにより，前記循環経路４０では，図示する破線矢印方向に前記Ｒ４１０Ａ冷媒が循環される。
具体的には，前記圧縮機２１において圧縮して吐出された高温高圧の前記Ｒ４１０Ａ冷媒が，前記四方弁２４を経て前記室外空気熱交換器２３に達する。そして，前記Ｒ４１０Ａ冷媒は，前記室外空気熱交換器２３において室外の空気と熱交換されて冷却される。その後，前記Ｒ４１０Ａ冷媒は，前記膨張器２２において膨張される。そして，前記膨張器２２において膨張された低温低圧の前記Ｒ４１０Ａ冷媒は，前記切換弁４２を経て前記室内空気熱交換器４において室内空気と熱交換されて吸熱し気化した後，前記切換弁４１及び前記四方弁２４を経て再度前記圧縮機２１に再度流入する。
前記Ｒ４１０Ａサイクル２では，前記のように前記Ｒ４１０Ａ冷媒が前記循環経路４０において破線矢印方向に循環されることにより，室内の空気が，前記室内空気熱交換器４における前記Ｒ４１０Ａ冷媒との熱交換によって冷却される。即ち，前記ヒートポンプ式給湯機Ｘによって冷房が実現される。

なお，このとき前記ヒートポンプ式給湯機Ｘでは，前記切換弁４１及び４２が前記制御部（不図示）によって制御されることにより，前記循環経路２０における前記Ｒ４１０Ａ冷媒の循環は阻止される。したがって，前記Ｒ４１０Ａサイクル２によって冷房が行われている場合であっても，前記ＣＯ₂サイクル１による前記貯湯運転に支障はない。
また，前記ヒートポンプ式給湯機ＸのＲ４１０Ａサイクル２では，前記四方弁２４によって前記循環経路２０及び４０における前記Ｒ４１０Ａ冷媒の循環方向が共に切り替えられる。そのため，前記ヒートポンプ式給湯機Ｘでは，冷房及び瞬間給湯を同時に行うことはできない。しかし，後述する実施例１のように前記Ｒ４１０Ａサイクル２を構成すれば，冷房及び瞬間給湯の同時運転も可能となる。

ここに，図３は，本発明の実施例１に係るヒートポンプ式給湯機Ｘ１の概略構成図である。なお，前記実施の形態で説明した前記ヒートポンプ式給湯機Ｘと同様の構成要素については，同じ符号を付してその説明を省略する。
図３に示すように，前記ヒートポンプ式給湯機Ｘ１は，前記ヒートポンプ式給湯機ＸのＲ４１０Ａサイクル２に換えてＲ４１０Ａサイクル５を有している。前記Ｒ４１０Ａサイクル５には，前記制御部（不図示）によって制御される切換弁５１〜５６，二つの膨張器２２ａ及び２２ｂが設けられている。
このように構成された前記Ｒ４１０Ａサイクル５では，前記循環経路２０における前記Ｒ４１０Ａ冷媒の循環方向と，前記循環経路４０における前記Ｒ４１０Ａ冷媒の循環方向とを独立して制御することが可能である。したがって，前記Ｒ４１０Ａサイクル５では，冷房又は暖房と瞬間給湯とを同時に行うことが可能である。以下，具体的に説明する。

（１）暖房と瞬間給湯との同時運転について
暖房と瞬間給湯との同時運転時，前記Ｒ４１０Ａサイクル５では，前記制御部（不図示）によって前記圧縮機２１，前記四方弁２４及び前記切換弁５１〜５６が制御されることにより，前記Ｒ４１０Ａ冷媒が図３に示す実線矢印方向に循環される。
具体的には，前記循環経路２０では，前記Ｒ４１０Ａ冷媒が，圧縮機２１，四方弁２４，切換弁５１，切換弁５２，水熱交換器３２，膨張器２２ａ，切換弁５３，切換弁５４，室外空気熱交換器２３，切換弁５６，四方弁２４，圧縮機２１の順に循環される。これにより，前記水熱交換器３２において前記流水経路３０ａまたは３０ｂ上を流れる水が加熱される。
一方，前記循環経路４０では，前記Ｒ４１０Ａ冷媒は，圧縮機２１，四方弁２４，切換弁５１，室内空気熱交換器４，切換弁５５，膨張器２２ｂ，切換弁５４，室外空気熱交換器２３，切換弁５６，四方弁２４，圧縮機２１の順に循環される。これにより，前記室内空気熱交換器４において室内空気が加熱されて暖房が行われる。
このように，前記Ｒ４１０Ａサイクル５では，前記切換弁５１で前記Ｒ４１０Ａ冷媒を分配することによって暖房と瞬間給湯とを同時に行うことができる。なお，前述したように，前記Ｒ４１０Ａ冷媒の分配による前記水熱交換器３２における水の加熱効率の低下は，前記ＣＯ₂サイクル１によって補うことができる。
（２）冷房と瞬間給湯の同時運転について
冷房と瞬間給湯との同時運転時，前記Ｒ４１０Ａサイクル５では，前記制御部（不図示）によって前記圧縮機２１，前記四方弁２４及び前記切換弁５１〜５６が制御されることにより，前記Ｒ４１０Ａ冷媒が図３に示す破線矢印方向に循環される。
具体的には，前記循環経路２０では，前記Ｒ４１０Ａ冷媒が，圧縮機２１，四方弁２４，切換弁５６，切換弁５２，水熱交換器３２，膨張器２２ａ，切換弁５３，切換弁５５，室内空気熱交換器４，切換弁５１，四方弁２４，圧縮機２１の順に循環される。これにより，前記水熱交換器３２において前記流水経路３０ａまたは３０ｂ上を流れる水が加熱される。
一方，前記循環経路４０では，前記Ｒ４１０Ａ冷媒は，圧縮機２１，四方弁２４，切換弁５６，室外空気熱交換器２３，切換弁５４，膨張器２２ｂ，切換弁５５，室内空気熱交換器４，切換弁５１，四方弁２４，圧縮機２１の順に循環される。これにより，前記室内空気熱交換器４において室内空気が冷却されて冷房が行われる。
このように，前記Ｒ４１０Ａサイクル５では，前記切換弁５６で前記Ｒ４１０Ａ冷媒を分配することによって冷房と瞬間給湯とを同時に行うことができる。なお，前述したように，前記Ｒ４１０Ａ冷媒の分配による前記水熱交換器３２における水の加熱効率の低下は，前記ＣＯ₂サイクル１によって補うことができる。

本実施例２では，図４を用いて前記水熱交換器３２の変形例である水熱交換器３２１について説明する。ここに，図４は，本実施例２に係る前記水熱交換器３２１の要部構成図である。
図４に示すように，前記水熱交換器３２１では，前記配管１４及び前記配管２５が共に前記配管３３に内蔵されている。これにより，前記配管１４及び前記配管２５は，前記配管３３に流通する水と熱交換可能である。したがって，前記配管１４及び前記配管２５のいずれか一方或いは両方に流通する冷媒（ＣＯ₂冷媒，Ｒ４１０Ａ）で水を加熱することができる。また，前記水熱交換器３２１が共通するため構成要素や設置スペースを省減することができる。なお，前記配管１４及び前記配管２５内における冷媒の流通方向は，前記配管３３内における水の流通方向と逆方向であって，前記ＣＯ₂冷媒や前記Ｒ４１０Ａと水との間の熱交換は効率的に行われる。

本実施例３では，図５を用いて，前記水熱交換器３２の変形例である水熱交換器３２２について説明する。ここに，図５は，本実施例３に係る前記水熱交換器３２２の要部構成図である。
図５に示すように，前記水熱交換器３２２では，前記配管１４が前記配管３３の外周面に接触しており，前記配管２５が前記配管３３に内蔵されている。これにより，前記配管１４は前記配管３３と熱交換可能である。また，前記配管２５は前記配管３３に流通する水と熱交換可能である。したがって，前記配管１４及び前記配管２５のいずれか一方或いは両方に流通する冷媒（ＣＯ₂冷媒，Ｒ４１０Ａ）で水を加熱することができる。また，前記水熱交換器３２２が共通するため構成要素や設置スペースを省減することができる。なお，前記配管１４及び前記配管２５内における冷媒の流通方向は，前記配管３３内における水の流通方向と逆方向であって，前記ＣＯ₂冷媒や前記Ｒ４１０Ａと水との間の熱交換は効率的に行われる。
また，前記配管２５が前記配管３３の外周面に接触し，前記配管１４が前記配管３３に内蔵される構成であってもかまわない。

本実施例４では，図６を用いて，前記水熱交換器３２の変形例である水熱交換器３２３について説明する。ここに，図６は，本実施例４に係る前記水熱交換器３２３の要部構成図である。
図６に示すように，前記水熱交換器３２３では，前記配管３３に前記配管１４及び前記配管２５を嵌め込むための凹部が形成されている。そして，前記配管１４及び前記配管２５は，前記配管３３に形成された凹部に嵌め込まれる。これにより，前記配管１４及び前記配管２５は，前記配管３３の外周面に接触した状態で配置される。したがって，前記配管１４及び前記配管２５は，前記配管３３と熱交換可能である。これにより，前記配管１４及び前記配管２５のいずれか一方或いは両方に流通する冷媒（ＣＯ₂冷媒，Ｒ４１０Ａ）で水を加熱することができる。また，前記水熱交換器３２３が共通するため構成要素や設置スペースを省減することができる。
ここで，前記配管１４及び前記配管２５と前記配管３３との接触面積は，前記実施例３で示したように外周面に接触させるときよりも大きく確保されているため，前記ＣＯ₂冷媒や前記Ｒ４１０Ａと水との間の熱交換効率が良い。また，前記配管１４及び前記配管２５内における冷媒の流通方向を，前記配管３３内における水の流通方向と逆方向にすることで，前記ＣＯ₂冷媒や前記Ｒ４１０Ａと水との間の熱交換をさらに効率的に行うことができる。

本実施例５では，図７を用いて，前記水熱交換器３２の変形例である水熱交換器３２４について説明する。ここに，図７は，本実施例５に係る前記水熱交換器３２４の要部構成図である。
図７に示すように，前記水熱交換器３２４では，前記配管１４及び前記配管２５が，前記配管３３の外周面に螺旋状に接触した状態で配置されている。これにより，前記配管１４及び前記配管２５は，前記配管３３と熱交換可能である。したがって，前記配管１４及び前記配管２５のいずれか一方或いは両方に流通する冷媒（ＣＯ₂冷媒，Ｒ４１０Ａ）で水を加熱することができる。また，前記水熱交換器３２４が共通するため構成要素や設置スペースを省減することができる。なお，前記配管１４及び前記配管２５と前記配管３３との接触面積を大きく確保することができ，また，前記配管１４及び前記配管２５内における冷媒の流通方向も，前記配管３３内における水の流通方向と逆方向であるため，前記ＣＯ₂冷媒や前記Ｒ４１０Ａと水との間の熱交換は効率的に行われる。

本実施例６では，図８を用いて，前記水熱交換器３２の変形例である水熱交換器３２５ａ，３２５ｂについて説明する。ここに，図８は，本実施例６に係る前記水熱交換器３２５ａ，３２５ｂの要部構成図である。なお，図８（ａ）は水熱交換器３２５ａの正面図及び左側面図，図８（ｂ）は水熱交換器３２５ｂの正面図及び右側面図である。
図８（ａ）に示すように，前記水熱交換器３２５ａでは，前記配管３３が，蛇行配置された前記配管１４及び前記配管２５に接触して挟まれた状態で配置されている。これにより，前記水熱交換器３２５ａでは，水が前記配管３３内で上方から下方に流れることにより，前記配管１４及び前記配管２５内に流れる冷媒と熱交換される。したがって，前記配管１４及び前記配管２５のいずれか一方或いは両方に流通する冷媒（ＣＯ₂冷媒，Ｒ４１０Ａ）で水を加熱することができる。また，前記水熱交換器３２５ａが共通するため構成要素や設置スペースを省減することができる。
一方，図８（ｂ）に示すように，前記水熱交換器３２５ｂでは，前記配管３３が，蛇行配置された前記配管１４及び前記配管２５に接触して挟まれた状態で配置されている。また，前記配管３３は，前記水熱交換器３２５ａとは異なり水が蛇行しながら流れるように構成されている。さらに，前記配管１４及び前記配管２５内に流れる冷媒の流通方向と前記配管３３内に流れる水の流通方向とは対向するように配置されている。これにより，前記配管１４及び前記配管２５内に流れる冷媒と水との間で効率的に熱交換を行うことができる。

本発明の実施の形態に係るヒートポンプ式給湯機の概略構成図。 本発明の実施の形態に係るヒートポンプ式給湯機に設けられた水熱交換器の要部構成図。 本発明の実施例１に係るヒートポンプ式給湯機の概略構成図。 本発明の実施例２に係る水熱交換器の要部構成図。 本発明の実施例３に係る水熱交換器の要部構成図。 本発明の実施例４に係る水熱交換器の要部構成図。 本発明の実施例５に係る水熱交換器の要部構成図。 本発明の実施例６に係る水熱交換器の要部構成図。

符号の説明

１…ヒートポンプサイクル（第一のヒートポンプサイクルの一例）
２，５…ヒートポンプサイクル（第二のヒートポンプサイクルの一例）
４…室内空気熱交換器
１１，２１…圧縮機
１２，２２，２２ａ，２２ｂ…膨張器
１３，２３…室外空気熱交換器
１４…配管（第一の配管の一例）
２５…配管（第二の配管の一例）
３３…配管（第三の配管の一例）
２０，４０…循環経路
２４…四方弁
３０ａ〜３０ｄ…流水経路
３１…貯留タンク
３２，３２１，３２２，３２３，３２４，３２５ａ，ｂ…水熱交換器
４１〜４５，５１〜５６…切換弁

Claims (9)

1. 第一の冷媒が少なくとも圧縮機及び膨張器を経て循環される第一のヒートポンプサイクルと，前記第一の冷媒と異なる特性を持つ第二の冷媒が少なくとも圧縮機及び膨張器を経て循環される第二のヒートポンプサイクルと，前記第一の冷媒及び／又は前記第二の冷媒と水との間で熱交換を行う共通の水熱交換器と，を備えてなることを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
2. 前記第一の冷媒が炭酸ガス冷媒であって，前記第二の冷媒がＨＦＣ冷媒である請求項１に記載のヒートポンプ式給湯機。
3. 前記水熱交換器が，前記第一の冷媒が流通する第一の配管と，前記第二の冷媒が流通する第二の配管と，水が流通する第三の配管と，を備えてなり，
   前記第一の配管，前記第二の配管及び前記第三の配管が，前記第一の冷媒及び前記第二の冷媒と前記第三の配管に流通する水との間で同時に熱交換可能に配置されてなる請求項１又は２のいずれかに記載のヒートポンプ式給湯機。
4. 前記第一の配管及び前記第二の配管のいずれか一方が，前記第三の配管に内蔵され，他方が前記第三の配管を内蔵してなる請求項３に記載のヒートポンプ式給湯機。
5. 前記第一の配管及び前記第二の配管が，前記第三の配管に内蔵されてなる請求項３に記載のヒートポンプ式給湯機。
6. 前記第一の配管及び前記第二の配管のいずれか一方が，前記第三の配管の外周面に接触し，他方が前記第三の配管に内蔵されてなる請求項３に記載のヒートポンプ式給湯機。
7. 前記第一の配管及び前記第二の配管が，前記第三の外周面に接触してなる請求項３に記載のヒートポンプ式給湯機。
8. 前記第三の配管の外周面に複数の凹部が設けられてなり，
   前記第一の配管及び前記第二の配管が，前記凹部に嵌め込まれてなる請求項７に記載のヒートポンプ式給湯機。
9. 前記第一の配管及び前記第二の配管が，前記第三の配管の外周面に螺旋状に配置されてなる請求項７に記載のヒートポンプ式給湯機。

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