JP2011214776A

JP2011214776A - 二元冷凍サイクルによる給湯・温水暖房装置

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Publication number: JP2011214776A
Application number: JP2010083456A
Authority: JP
Inventors: Akira Okuyama; 亮奥山
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2010-03-31
Publication date: 2011-10-27
Anticipated expiration: 2030-03-31
Also published as: JP5582294B2

Abstract

【課題】給湯時と温水暖房時とで、出湯温度と水流量に応じて、高元側冷凍サイクルの運転を切り替えることにより、全体として効率のよい運転が行えるようにする。
【解決手段】出湯温度が高く、水の流量が少ない給湯時には、高元側冷媒回路１０の運転サイクルを超臨界域の冷媒顕熱で温水供給部内の水を加熱昇温する遷臨界サイクル運転とし、これに対して、出湯温度が給湯よりも低く、水の流量が給湯よりも多い温水暖房時には、高元側冷媒回路１０の運転サイクルを冷媒の凝縮熱で温水供給部内の水を加熱昇温する亜臨界サイクル運転に切り替える。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷媒間熱交換器で接続された高元側の冷凍サイクルと低元側の冷凍サイクルとを有し、高元側の冷凍サイクルで水−冷媒熱交換器により温水供給部内の水を加熱昇温して給湯と温水暖房とに供する二元冷凍サイクルによる給湯・温水暖房装置に関するものである。

特許文献１には、冷媒間熱交換器で接続された高元側の冷凍サイクルと低元側の冷凍サイクルとを有し、高元側の冷凍サイクルで水−冷媒熱交換器により貯湯タンク内の水を加熱昇温して温水を生成する給湯装置が開示されている。

貯湯タンク内の温水は、温水暖房のファンコンベクタや床暖房にも使用できるが、給湯の場合と温水暖房の場合とでは、水−冷媒熱交換器で水を加熱するときに、その昇温する温度幅が異なるため、同じ冷凍サイクルで給湯と温水暖房とを行おうとする場合、次のような問題がある。

一例として、５ｋＷの加熱量で温水を生成することを想定して、暖房の場合には、６０℃まで加熱して出湯し暖房端末で放熱させると、温水はおよそ１０Ｋの温度降下で水−冷媒熱交換器に戻ってくるため、その昇温幅は１０Ｋ程度となり、また、そのときの水−冷媒熱交換器内での水流量は、およそ毎分７．１７リットルとなる。

これに対して、給湯の場合には、１７℃程度の市水を８０℃にまで昇温させることから、その昇温幅は６３Ｋであり、また、水−冷媒熱交換器内での水流量は、およそ毎分１．１９リットルであり、温水暖房時の約１／６である。このように、給湯と温水暖房とでは出湯温度と水流量が異なるのに、それらを同じ冷凍サイクルで実現するには非効率であることが分かる。

特開２００４−２１８９４３号公報

したがって、本発明の課題は、給湯時と温水暖房時とで、出湯温度と水流量に応じて、高元側冷凍サイクルの運転を切り替えることにより、全体として効率のよい運転が行えるようにした二元冷凍サイクルによる給湯・温水暖房装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、請求項１に記載されているように、給湯および／または温水暖房用の温水供給部と、第１圧縮機，第１凝縮部，第１膨張弁および第１蒸発部を含む高元側冷媒回路と、第２圧縮機，第２凝縮部，第２膨張弁および第２蒸発部を含む低元側冷媒回路とを備え、上記温水供給部と上記高元側の第１凝縮部との間に水−冷媒熱交換器が設けられ、上記高元側の第１蒸発部と上記低元側の第２凝縮部との間に冷媒間熱交換器が設けられている二元冷凍サイクルによる給湯・温水暖房装置において、給湯時と温水暖房時とで上記高元側冷媒回路の運転サイクルを切り替える制御手段を有し、上記制御手段は、上記高元側冷媒回路の運転サイクルを、給湯時には超臨界域の冷媒顕熱で上記温水供給部内の水を加熱昇温する遷臨界サイクル運転とし、温水暖房時には冷媒の凝縮熱で上記温水供給部内の水を加熱昇温する亜臨界サイクル運転とすることを特徴としている。

本発明には、請求項２に記載されているように、上記水−冷媒熱交換器は、上記高元側冷媒回路に対して並列に接続される少なくとも２つの水−冷媒熱交換部を備え、上記制御手段は、上記遷臨界サイクル運転時にはいずれかひとつの水−冷媒熱交換部を使用し、上記亜臨界サイクル運転時には２つの水−冷媒熱交換部を使用する態様が含まれる。

具体的には、請求項３に記載されているように、上記遷臨界サイクル運転時に使用される上記いずれかひとつの水−冷媒熱交換部には、冷媒流路用開閉弁と通水路用開閉弁とが設けられているとともに、上記水−冷媒熱交換器の出口側には冷媒により加熱昇温された温水を給湯側と温水暖房側とに切り替える第１流路切替弁が設けられ、上記制御手段は、上記遷臨界サイクル運転時には、上記冷媒流路用開閉弁と通水路用開閉弁をともに閉にするとともに、上記第１流路切替弁を給湯側に切り替え、上記亜臨界サイクル運転時には、上記冷媒流路用開閉弁と通水路用開閉弁をともに開にするとともに、上記第１流路切替弁を温水暖房側に切り替える。

また、本発明には、請求項４に記載されているように、上記水−冷媒熱交換器は、上記高元側冷媒回路に対して直列に接続される少なくとも２つの水−冷媒熱交換部を備え、上記制御手段は、上記遷臨界サイクル運転時にはいずれかひとつの水−冷媒熱交換部を使用し、上記亜臨界サイクル運転時には２つの水−冷媒熱交換部を使用する態様も含まれる。

具体的には、請求項５に記載されているように、上記高元側冷媒回路に対して直列に接続される少なくとも２つの水−冷媒熱交換部のうち、冷媒の流れ方向で上流側の水−冷媒熱交換部の冷媒入口側と冷媒出口側との間には迂回配管が設けられているとともに、上記冷媒入口側には冷媒流路を上記水−冷媒熱交換部側と上記迂回配管側のいずれか一方に切り替える第２流路切替弁が設けられ、上記温水供給部は、下流側の水−冷媒熱交換部側から上流側の水−冷媒熱交換部を通って温水暖房側に温水が流される第１通水回路と、上記下流側の水−冷媒熱交換部と上記上流側の水−冷媒熱交換部との間から第３流路切替弁を介して給湯側に至る第２通水回路を有し、上記制御手段は、上記遷臨界サイクル運転時には、上記第２流路切替弁を上記迂回配管側に切り替えるとともに、上記第３流路切替弁を上記第２通水回路側に切り替え、上記亜臨界サイクル運転時には、上記第２流路切替弁を上記水−冷媒熱交換部側に切り替えるとともに、上記第３流路切替弁を上記第１通水回路側に切り替える。

本発明において、上記制御手段は、請求項６に記載されているように、上記亜臨界サイクル運転から上記遷臨界サイクル運転への切替時には、上記高元側の第１膨張弁の開度を閉側に所定に絞った状態で、上記高元側の第１圧縮機の回転数を上昇させ、上記高元側の第１蒸発部での蒸発圧力の低下が所定値よりも大きい場合には、上記低元側の第２圧縮機の回転数および／または第２膨張弁の開度を所定に制御する。

また、上記制御手段は、請求項７に記載されているように、上記遷臨界サイクル運転から上記亜臨界サイクル運転への切替時には、上記高元側の第１膨張弁の開度を開側に所定に大きくした状態で、上記高元側の第１圧縮機の回転数を下げ、上記高元側の第１蒸発部での蒸発圧力の低下が所定値よりも小さい場合には、上記低元側の第２圧縮機の回転数および／または第２膨張弁の開度を所定に制御する。

本発明によれば、出湯温度が高く、水の流量が少ない給湯時には、高元側冷媒回路の運転サイクルが超臨界域の冷媒顕熱で温水供給部内の水を加熱昇温する遷臨界サイクル運転とされ、これに対して、出湯温度が給湯よりも低く、水の流量が給湯よりも多い温水暖房時には、高元側冷媒回路の運転サイクルが冷媒の凝縮熱で温水供給部内の水を加熱昇温する亜臨界サイクル運転に切り替えられるようにしたことにより、全体として効率のよい運転を行うことができる。

本発明において採用される（ａ）亜臨界サイクル運転時におけるｐ−ｈ線図，（ｂ）遷臨界サイクル運転におけるｐ−ｈ線図。本発明の第１実施形態を示す冷凍回路図。上記第１実施形態の動作フローチャート。本発明の第２実施形態を示す冷凍回路図。上記第２実施形態の動作フローチャート。上記各実施形態における遷臨界サイクルへの運転切替時の制御フローチャート。上記各実施形態における亜臨界サイクルへの運転切替時の制御フローチャート。

次に、図１ないし図７により、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

遷臨界サイクル運転によれば、冷媒と水とを小さい温度差で熱交換し、なおかつ、大きなエンタルピー差を確保できることから、水を低い温度から高い温度まで加熱昇温することができるため、給湯に適していると言える。一方、戻り温水の温度が高く十分に放熱が行われない場合には、給湯と同等のエンタルピー差を確保するには、圧縮機吐出温度が非常に高くなり、場合によっては過熱がとれず圧縮機吸入冷媒が二相状態になるおそれもあるため、温水暖房にはあまり適していない。

これに対して、亜臨界サイクル運転の場合、凝縮域で高い温度の潜熱エンタルピー差を大きく確保できることから、温水暖房のように昇温幅の小さい加熱昇温に適していると言える。

そこで、本発明では、高元側の冷凍サイクルが、温水暖房時には、図１（ａ）に示すｐ−ｈ線図に沿った亜臨界サイクル運転とされ、これに対して、給湯時には、図１（ｂ）に示すｐ−ｈ線図に沿った遷臨界サイクル運転に切り替えられる。

そのため、図２に示すように、第１実施形態は、基本的な構成として、高元側冷凍サイクルとして用いられる第１冷媒回路１０と、低元側冷凍サイクルとして用いられる第２冷媒回路２０と、給湯端末と温水暖房端末とに温水を供給する温水供給部３０とを備える。

高元側の第１冷媒回路１０の冷媒循環系１０ａ内には、圧縮機１１，凝縮部１２，膨張弁１３，蒸発部１４およびアキュムレータ１５が含まれ、同様に、低元側の第２冷媒回路２０の冷媒循環系２０ａ内にも、圧縮機２１，凝縮部２２，膨張弁２３，蒸発部（空気−冷媒熱交換器）２４およびアキュムレータ２５が含まれている。

温水供給部３０は貯湯タンク３１を備え、貯湯タンク３１内の温水を図示しない蛇口栓等の給湯端末と、暖房端末３２とに供給する。この実施形態において、暖房端末３２は温水ファンコンベクタであるが、床暖房パネルやラジエータであってもよい。

高元側の凝縮部１２と温水供給部３０とが、水−冷媒熱交換器Ａを介して熱的に接続され、また、高元側の蒸発部１４と低元側の凝縮部２２とが、冷媒間熱交換器Ｂを介して熱的に接続されている。

この第１実施形態において、水−冷媒熱交換器Ａは、第１水−冷媒熱交換部Ａ１と第２水−冷媒熱交換部Ａ２とを有し、これらの水−冷媒熱交換部Ａ１，Ａ２は、並列として冷媒循環系１０ａに接続されている。

これに伴って、凝縮部１２も第１凝縮部１２１と第２凝縮部１２２とに分割され、第１凝縮部１２１は第１水−冷媒熱交換部Ａ１内に配置され、第２凝縮部１２２は第２水−冷媒熱交換部Ａ２内に配置されている。

一方の第１凝縮部１２１の冷媒入口側には開閉弁１６が設けられ、第１および第２凝縮部１２１，１２２の冷媒出口側は合流して膨張弁１３に至る。

温水供給部３０は、貯湯タンク３１の底部側から引き出された往路配管３３を有し、往路配管３３には、流路切替弁３４と水循環用の送水ポンプ３５とが含まれている。

流路切替弁３４は、交代的に切り替えられる２つの流入口３４ａ，３４ｂと、一つの流出口３４ｃとを有する三方弁で、一方の流入口３４ａに往路配管３３が接続され、流出口３４ｃに送水ポンプ３５の吸い込み側が接続されている。

送水ポンプ３５の吐出側配管は二股の通水路に分岐され、その一方の通水路３３１は第１水−冷媒熱交換部Ａ１内に通され、他方の通水路３３２は第２水−冷媒熱交換部Ａ２内に通されている。なお、一方の通水路３３１には開閉弁３３３が設けられている。

図２において、各凝縮部１２１，１２２に流れる冷媒の流れ方向は上から下であり、これに対して、各通水路３３１，３３２に流れる水の流れ方向は下から上であり、冷媒の流れと水の流れは対向流である。

各通水路３３１，３３２の他端側は合流し、その合流配管３３４を介して流路切替弁３７に至る。流路切替弁３７は、一つの流入口３７ａと、交代的に切り替えられる２つの流出口３７ｂ，３７ｃとを有する三方弁で、流入口３７ａに上記合流配管３３４が接続される。

また、一方の流出口３７ｂには、暖房端末３２を含む温水循環系３８の一端側が接続され、他方の流出口３７ｃには貯湯タンク３１の上部に戻される復路配管３９が接続されている。温水循環系３８の他端側は、上記流路切替弁３４の残された流入口３４ｂに接続されている。

この第１実施形態に係る給湯・温水暖房装置は、高元側の冷凍サイクル（第１冷媒回路１０）を温水暖房時には亜臨界サイクル運転とし、給湯時には遷臨界サイクル運転に切り替えるに必要な制御を行う制御手段４０を備えている。

これにより、温水暖房運転時には、水−冷媒熱交換器を２つ以上に切り替えて大きい送水量に対応できるようにし、送水量が温水暖房よりも小さい給湯時には、基本的にひとつの水−冷媒熱交換器で対応する。

制御手段４０には、ＣＰＵやマイクロコンピュータ等が用いられ、圧縮機１１，２１の回転数、膨張弁１３，２３の開度、開閉弁１６，３３３、流路切替弁３４，３７および送水ポンプ３５の送水量等を制御する。

次に、第１実施形態の動作の一例について説明する。なお、給湯時は８０℃出湯で、１７℃の水を６３Ｋ加熱昇温させ、温水暖房時は６０℃出湯で、５０℃の戻り温水を１０Ｋ加熱昇温させるものとする。

まず、温水暖房時には、高元側冷媒回路１０の開閉弁１６と、通水路３３１の開閉弁３３３とを開として、第１および第２水−冷媒熱交換部Ａ１，Ａ２に冷媒と水とが流れる状態にする。

また、流路切替弁３４の流入口３４ａ側を閉，流入口３４ｂ側を開、流路切替弁３７の流出口３７ｃ側を閉，流出口３７ｂ側を開として、送水ポンプ３５を起動するとともに、高元側冷媒回路１０を亜臨界サイクル運転として、水−冷媒熱交換部Ａ１，Ａ２にて目標温度６０℃の温水を生成し、その温水を暖房端末３２を含む温水循環系３８に流す。

これに対して、給湯時には、高元側冷媒回路１０の開閉弁１６と、通水路３３１の開閉弁３３３とを閉として、第１水−冷媒熱交換部Ａ１には冷媒，水ともに流さず、第２水−冷媒熱交換部Ａ２のみに冷媒と水とが流れる状態にする。

また、流路切替弁３４の流入口３４ａ側を開，流入口３４ｂ側を閉、流路切替弁３７の流出口３７ｃ側を開，流出口３７ｂ側を閉として、送水ポンプ３５を起動するとともに、高元側冷媒回路１０を遷臨界サイクル運転として、第２水−冷媒熱交換部Ａ２で生成された目標温度８０℃の温水を生成し、その温水を温水循環系３８には流さずに、復路配管３９を介して貯湯タンク３１に戻す。

これにより、貯湯タンク３１には約８０℃の温水が貯められるが、市水（水道水）と適宜混合して約３８〜４５℃の温水に調温して給湯に供することが好ましい。また、給湯により減らされた水量については、市水を貯湯タンク３１に給水すればよい。

高元側冷媒回路１０の亜臨界サイクル運転時および遷臨界サイクル運転時の動作点の一例を次表１に示す。

また、高元側冷媒回路１０の亜臨界サイクル運転時、遷臨界サイクル運転のいずれにおいても、低元側冷媒回路２０は所定の条件下で運転されるが、その動作点の一例を次表２に示す。

また、上記表１および表２の動作点における高元側冷媒回路１０と低元側冷媒回路２０の運転状況の一例を次表３に示す。

また、上記第１実施形態において、給湯時と温水暖房時の各弁１６，３４，３７，３３３の切り替え状態および送水ポンプ３５の送水量の動作切り替え状態を図３のフローチャートに示す。これによると、給湯運転時（遷臨界サイクル運転時）には、送水ポンプ３５の送水量が小さくされ、温水暖房時（亜臨界サイクル運転時）には、送水ポンプ３５の送水量が増加されている。

次に、図４を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。この第２実施形態においても、水−冷媒熱交換器Ａは、第１水−冷媒熱交換部Ａ１と第２水−冷媒熱交換部Ａ２とを有しているが、上記第１実施形態と異なる点は、第１水−冷媒熱交換部Ａ１と第２水−冷媒熱交換部Ａ２とが直列に高元側の冷媒循環回路１０ａ内に組み込まれている点である。そのほかの構成は、上記第１実施形態と同じであってよい。

高元側の冷媒循環回路１０ａの冷媒の流れ方向を基準として、その上流側に第１水−冷媒熱交換部Ａ１が配置され、第２水−冷媒熱交換部Ａ２は、第１水−冷媒熱交換部Ａ１の下流側に配置されている。

この第２実施形態によると、第１凝縮部１２１と第２凝縮部１２２は直列として圧縮機１１の吐出側と膨張弁１３との間に配置されるが、上流側の第１凝縮部１２１の冷媒入口側と冷媒出口側との間に迂回配管１８が接続されるとともに、その冷媒入口側に流路切替弁１７が設けられる。

流路切替弁１７には、一つの流入口１７ａと、交代的に切り替えられる２つの流出口１７ｂ，１７ｃとを有する三方弁が用いられ、流入口１７ａに圧縮機１１の吐出側が接続され、一方の流出口１７ｂに迂回配管１８が接続され、他方の流出口１７ｃに第１凝縮部１２１が接続される。

通水側も、通水路３３１と通水路３３２とが直列に接続されるが、その間に流路切替弁３６が設けられる。流路切替弁３６には、一つの流入口３６ａと、交代的に開閉される２つの流出口３６ｂ，３６ｃとを有する三方弁が用いられる。

流路切替弁３６の上流側である流入口３６ａには、第２水−冷媒熱交換部Ａ２内を含む通水路３３２が接続され、流路切替弁３６の下流側となる流出口３６ｂには、復路配管３９が接続され、他方の流出口３６ｃには、第１水−冷媒熱交換部Ａ１内を通される通水側では下流側となる通水路３３１が接続される。通水路３３１の出口側は、温水循環系３８に接続される。

次に、第２実施形態の動作について説明する。ここでも上記第１実施形態と同様に、給湯時は８０℃出湯で、１７℃の水を６３Ｋ加熱昇温させ、温水暖房時は６０℃出湯で、５０℃の戻り温水を１０Ｋ加熱昇温させるものとする。

まず、温水暖房時には、冷媒回路側では、流路切替弁の流出口１７ｃを開，流出口１７ｂを閉として、第１凝縮部１２１と第２凝縮部１２２とを直列につなぐ。

また、通水側でも、流路切替弁３６の流出口３６ｃを開，流出口３６ｂを閉として、通水路３３２，３３１を直列につなぐとともに、流路切替弁３４の流入口３４ａ側を閉，流入口３４ｂ側を開として、温水循環系３８に温水が流れるようにする。

そして、上記第１実施形態と同様に、送水ポンプ３５を起動するとともに、高元側冷媒回路１０を亜臨界サイクル運転として、水−冷媒熱交換部Ａ１，Ａ２にて目標温度６０℃の温水を生成し、その温水を暖房端末３２を含む温水循環系３８に流す。

これに対して、給湯時には、冷媒回路側では、流路切替弁の流出口１７ｂを開，流出口１７ｃを閉として、圧縮機１１からの吐出冷媒を迂回配管１８を介して第２凝縮部１２２へと流し、第１凝縮部１２１には冷媒を流さないようにする。

また、通水側でも、流路切替弁３６の流出口３６ｃを閉，流出口３６ｂを開として、第１水−冷媒熱交換部Ａ１の通水路３３１には温水を流さず、第２水−冷媒熱交換部Ａ２の通水路３３２から復路配管３９を介して貯湯タンク３１に温水を戻すようにする。

そして、上記第１実施形態と同様に、送水ポンプ３５を起動するとともに、高元側冷媒回路１０を遷臨界サイクル運転として、第２水−冷媒熱交換部Ａ２で生成された目標温度８０℃の温水を生成し、その温水を温水循環系３８には流さずに、復路配管３９を介して貯湯タンク３１に戻す。

参考までに、上記第２実施形態において、給湯時と温水暖房時の各弁１７，３４，３６の切り替え状態および送水ポンプ３５の送水量の動作切り替え状態を図５のフローチャートに示す。第２実施形態においても、給湯運転時（遷臨界サイクル運転時）には、送水ポンプ３５の送水量が小さくされ、温水暖房時（亜臨界サイクル運転時）には、送水ポンプ３５の送水量が増加されている。

ここで、図６の制御フローチャートを参照して、上記第１および第２実施形態における温水暖房運転（亜臨界サイクル運転）から給湯運転（遷臨界サイクル運転）へ切り替えるときの制御動作について説明する（ｐ−ｈ線図は図１（ｂ）参照）。

まず、高元側（冷媒回路１０側）の膨張弁（電子膨張弁）１３の開度を任意ステップ分閉側に絞り、高元側圧力の高低差を広げたうえで、高元側の圧縮機１１の回転数を上昇させる。

これにより、高元側の蒸発部１４での蒸発圧力が下がるため、蒸発温度が低くなり、これに伴って、低元側（冷媒回路２０側）の凝縮圧力が押し下げられる。これは、高元側の必要とする吸熱量が変化したため、冷媒間熱交換器Ｂでの熱バランスの位置が変化したことによる。

したがって、効率が良い圧力で高元側，低元側ともに熱バランスをとるために、低元側の圧縮機２１の回転数を上昇させ、また、低元側の膨張弁（電子膨張弁）２３の開度を最適な状態に調整する必要がある。

そこで、この例では、高元側で標準としている蒸発圧力をＰｓｔとして、高元側の蒸発圧力Ｐの低下（Ｐｓｔ−Ｐ）が例えば０．１５ＭＰａより大きい場合（Ｐｓｔ−Ｐ＞０．１５ＭＰａ）には、低元側の圧縮機２１の回転数を上昇させ、必要に応じて膨張弁２３の開度を調整し、Ｐｓｔ−Ｐ≦０．１５ＭＰａとなるようにする。

このような調整を行ったうえで、高元側の高圧側圧力を超臨界にするに際し、臨界圧力を例えば０．５ＭＰａ超えるように、高元側の圧縮機１１の回転数および／または膨張弁１３の開度を調整する。

また、出湯温度や高元側の圧縮機１１の吐出温度等を確認しながら、高元側の圧縮機１１の回転数や温水流量の調整を行い、指示出湯温度（例えば８０℃）に到達させる。

次に、図７の制御フローチャートを参照して、上記第１および第２実施形態における給湯運転（遷臨界サイクル運転）から温水暖房運転（亜臨界サイクル運転）へ切り替えるときの制御動作について説明する（ｐ−ｈ線図は図１（ａ）参照）。

まず、高元側の膨張弁１３の開度を任意ステップ分開側とし、高元側圧力の高低差を小さくしたうえで、高元側の圧縮機１１の回転数を出湯温度に見合う凝縮温度（例えば６０℃）になるように下げる。

また、高元側の圧縮機１１の吐出温度も、凝縮温度に対して＋１５Ｋ程度になるように、高元側の圧縮機１１の回転数，膨張弁１３の開度および温水流量の調整を行う。

その際、高元側と、その熱源となる低元側との熱バランスをとるために、低元側の圧縮機２１の回転数を下げる制御を行い、高元側の圧縮機１１の圧縮比と低元側の圧縮機２１の圧縮比とがほぼ同じになるように、冷媒間熱交換器Ｂにおける圧力（高元側は蒸発圧力，低元側は凝縮圧力）を設定することが効率的に好ましい。

１０第１冷媒回路（高元側）
１１圧縮機
１２凝縮部
１２１第１凝縮部
１２２第２凝縮部
１３膨張弁
１４蒸発部
１６開閉弁
２０第２冷媒回路（低元側）
２１圧縮機
２２凝縮部
２３膨張弁
２４蒸発部
３０温水供給部
３１貯湯タンク
３２暖房端末
３３往路配管
３３１，３３２通水路
３３３開閉弁
３４，３６，３７流路切替弁（三方弁）
３５送水ポンプ
３８温水循環系
３９復路配管
４０制御手段
Ａ水−冷媒熱交換器
Ａ１第１水−冷媒熱交換器
Ａ２第２水−冷媒熱交換器
Ｂ冷媒間熱交換器

Claims

給湯および／または温水暖房用の温水供給部と、第１圧縮機，第１凝縮部，第１膨張弁および第１蒸発部を含む高元側冷媒回路と、第２圧縮機，第２凝縮部，第２膨張弁および第２蒸発部を含む低元側冷媒回路とを備え、上記温水供給部と上記高元側の第１凝縮部との間に水−冷媒熱交換器が設けられ、上記高元側の第１蒸発部と上記低元側の第２凝縮部との間に冷媒間熱交換器が設けられている二元冷凍サイクルによる給湯・温水暖房装置において、
給湯時と温水暖房時とで上記高元側冷媒回路の運転サイクルを切り替える制御手段を有し、上記制御手段は、上記高元側冷媒回路の運転サイクルを、給湯時には超臨界域の冷媒顕熱で上記温水供給部内の水を加熱昇温する遷臨界サイクル運転とし、温水暖房時には冷媒の凝縮熱で上記温水供給部内の水を加熱昇温する亜臨界サイクル運転とすることを特徴とする二元冷凍サイクルによる給湯・温水暖房装置。
上記水−冷媒熱交換器は、上記高元側冷媒回路に対して並列に接続される少なくとも２つの水−冷媒熱交換部を備え、上記制御手段は、上記遷臨界サイクル運転時にはいずれかひとつの水−冷媒熱交換部を使用し、上記亜臨界サイクル運転時には２つの水−冷媒熱交換部を使用することを特徴とする請求項１に記載の二元冷凍サイクルによる給湯・温水暖房装置。
上記遷臨界サイクル運転時に使用される上記いずれかひとつの水−冷媒熱交換部には、冷媒流路用開閉弁と通水路用開閉弁とが設けられているとともに、上記水−冷媒熱交換器の出口側には冷媒により加熱昇温された温水を給湯側と温水暖房側とに切り替える第１流路切替弁が設けられ、上記制御手段は、上記遷臨界サイクル運転時には、上記冷媒流路用開閉弁と通水路用開閉弁をともに閉にするとともに、上記第１流路切替弁を給湯側に切り替え、上記亜臨界サイクル運転時には、上記冷媒流路用開閉弁と通水路用開閉弁をともに開にするとともに、上記第１流路切替弁を温水暖房側に切り替えることを特徴とする請求項２に記載の二元冷凍サイクルによる給湯・温水暖房装置。
上記水−冷媒熱交換器は、上記高元側冷媒回路に対して直列に接続される少なくとも２つの水−冷媒熱交換部を備え、上記制御手段は、上記遷臨界サイクル運転時にはいずれかひとつの水−冷媒熱交換部を使用し、上記亜臨界サイクル運転時には２つの水−冷媒熱交換部を使用することを特徴とする請求項１に記載の二元冷凍サイクルによる給湯・温水暖房装置。
上記高元側冷媒回路に対して直列に接続される少なくとも２つの水−冷媒熱交換部のうち、冷媒の流れ方向で上流側の水−冷媒熱交換部の冷媒入口側と冷媒出口側との間には迂回配管が設けられているとともに、上記冷媒入口側には冷媒流路を上記水−冷媒熱交換部側と上記迂回配管側のいずれか一方に切り替える第２流路切替弁が設けられ、上記温水供給部は、下流側の水−冷媒熱交換部側から上流側の水−冷媒熱交換部を通って温水暖房側に温水が流される第１通水回路と、上記下流側の水−冷媒熱交換部と上記上流側の水−冷媒熱交換部との間から第３流路切替弁を介して給湯側に至る第２通水回路を有し、
上記制御手段は、上記遷臨界サイクル運転時には、上記第２流路切替弁を上記迂回配管側に切り替えるとともに、上記第３流路切替弁を上記第２通水回路側に切り替え、上記亜臨界サイクル運転時には、上記第２流路切替弁を上記水−冷媒熱交換部側に切り替えるとともに、上記第３流路切替弁を上記第１通水回路側に切り替えることを特徴とする請求項４に記載の二元冷凍サイクルによる給湯・温水暖房装置。
上記制御手段は、上記亜臨界サイクル運転から上記遷臨界サイクル運転への切替時には、上記高元側の第１膨張弁の開度を閉側に所定に絞った状態で、上記高元側の第１圧縮機の回転数を上昇させ、上記高元側の第１蒸発部での蒸発圧力の低下が所定値よりも大きい場合には、上記低元側の第２圧縮機の回転数および／または第２膨張弁の開度を所定に制御することを特徴とする請求項２ないし５のいずれか１項に記載の二元冷凍サイクルによる給湯・温水暖房装置。
上記制御手段は、上記遷臨界サイクル運転から上記亜臨界サイクル運転への切替時には、上記高元側の第１膨張弁の開度を開側に所定に大きくした状態で、上記高元側の第１圧縮機の回転数を下げ、上記高元側の第１蒸発部での蒸発圧力の低下が所定値よりも小さい場合には、上記低元側の第２圧縮機の回転数および／または第２膨張弁の開度を所定に制御することを特徴とする請求項２ないし５のいずれか１項に記載の二元冷凍サイクルによる給湯・温水暖房装置。