JP4277836B2 - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Description

本発明は、ヒートポンプ給湯機に関する。

従来の給湯装置としては、例えば、化石燃料を燃焼させて加熱した湯を大容量のタンクに貯蔵し、日中、タンクに貯蔵した湯を使用する給湯装置が知られている。このような給湯装置によれば、例えば、給湯や暖房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、排ガス処理上の問題等を生じるおそれがあることから、近年は減少傾向にある。一方、電気料金が安価な深夜電力を利用して、電気ヒータで加熱した湯を大容量のタンクに貯蔵し、タンク内の湯を日中に使用する電気温水器が知られている。

これに対し、近年は、電気温水器よりもエネルギ効率が高いヒートポンプ給湯機が普及し始めている。このヒートポンプ給湯機は、深夜電力を利用してヒートポンプ回路を稼動させ、加熱された給水を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と暖房用の熱を賄うようにしている。

例えば、特許文献１で開示されるヒートポンプ給湯機は、電気温水器と同様、深夜電力を利用してヒートポンプ回路を稼動させ、タンク内に湯水を蓄えるものであるが、例えば、日中にタンク内の湯量が減少（又は湯温が低下）して設定された出湯温度の湯が得られないときは、ヒートポンプ回路を再び稼動させてタンク内の湯水を追焚きするようにしている。また、暖房運転時は、タンクの湯を暖房タンク内に設置された熱交換器に導いて循環させ、これにより加熱された暖房タンク内の湯水を放熱器（暖房器）に通流させるようにしている。

特開２００４−２８４８３号公報（第１図）

しかしながら、特許文献１のようにタンクに大量の湯水を蓄える方式の場合、ヒートポンプ回路の高い加熱効率を十分に発揮できない。また、タンクの表面から多くの熱が放射されてエネルギの無駄が生じ、エネルギ効率の低下を招く。さらに、タンクの大容量化に伴い、設置面積が増大し、設置床面の強度が必要なるという問題がある。

しかも、特許文献１の技術では、タンクの湯水を使って暖房運転を行うため、給湯運転だけでも湯切れが生じるおそれがあることに加えて、暖房運転を行なうことにより、湯切れの発生が早まる可能性がある。さらに、タンクから導いた湯水と暖房用の循環水とを熱交換しているため、熱交換効率が低く、放熱器からの戻り水温も中温域まで低下するため、タンク内の温度分布を乱し、給湯にも使用できないほどの低温の温度帯を生成するおそれがある。

これに対し、圧縮機と蒸発器を共有する第１のヒートポンプ回路と第２のヒートポンプ回路を切替可能に接続し、例えば、第１のヒートポンプ回路で給湯運転を行う一方、第２のヒートポンプ回路で暖房運転を行うようにしたヒートポンプ回路が考えられる。これによれば、各ヒートポンプ回路の水冷媒熱交換器において、給水や加熱用の循環水と冷媒とを直接熱交換することができるため、高い加熱効率を得ることができる。

ところで、このようなヒートポンプ回路では、例えば、第１のヒートポンプ回路の減圧装置が開放されてヒートポンプ回路が運転しているときは、第２のヒートポンプ回路の減圧装置は閉鎖され、第２のヒートポンプ回路の運転は停止している。しかし、第２のヒートポンプ回路は、圧縮機の吐出側で第１のヒートポンプ回路と連通しているため、圧縮機から吐出された高温高圧の冷媒の一部が、第２のヒートポンプ回路内に流入し、第２の水冷媒熱交換器で冷却されて凝縮するおそれがある。すなわち、冷媒が第２のヒートポンプ回路内に流入して凝縮し、液溜まりを生じると、その分、第１のヒートポンプ回路内の冷媒循環量が減少するため、加熱能力を維持するためには、例えば、圧縮機の回転数を増加させなければならず、加熱効率の低下を招くおそれがある。

本発明は、運転が停止するヒートポンプ回路内に運転中のヒートポンプ回路から冷媒が流入し、液溜まりが生じることによる加熱効率の低下を抑制することを課題とする。

上記課題を達成するために、本発明は、圧縮機に第１の水冷媒熱交換器と第１の減圧装置を介して接続された蒸発器を有する第１のヒートポンプ回路と、第１の水冷媒熱交換器により加熱された温水を給湯口に供給する直接給湯経路と、圧縮機に第２の水冷媒熱交換器と第２の減圧装置を介して接続された蒸発器を有する第２のヒートポンプ回路と、第２の水冷媒熱交換器により加熱された温水を加熱源との間で循環させる暖房回路と、第１のヒートポンプ回路と第２のヒートポンプ回路の運転を切り替える切替手段とを備え、第１のヒートポンプ回路の運転中は、第２の減圧装置の弁を設定量開放するものとする。ここで、第２の減圧装置の弁を開放するときの設定量は、３乃至７％の弁開度であり、各ヒートポンプ回路内に循環する冷媒は二酸化炭素であり、高圧側で超臨界となる冷凍サイクルであるものとする。

このように、第１のヒートポンプ回路の運転中に、第２の減圧装置の弁を設定量開放することにより第２のヒートポンプ回路に流入した冷媒は、第２の水冷媒熱交換器、第２の減圧装置を経て、第１のヒートポンプ回路に戻される。これにより、第２のヒートポンプ回路内に流入する冷媒は、滞留による液溜まりが抑制されるため、第１のヒートポンプ回路の冷媒量の減少は抑えられ、加熱効率の低下を抑制することができる。また、第２のヒートポンプ回路の運転中は、第１の減圧装置の弁を設定量開放することにより、同様の効果を得ることができる。

また、第１の水冷媒熱交換器は、第１と第２のヒートポンプ回路と独立する第３のヒートポンプ回路の冷媒流路を有することが好ましい。これによれば、第３のヒートポンプ回路を給湯専用のヒートポンプ回路とし、必要に応じて第１のヒートポンプ回路を第２のヒートポンプ回路に切り替えることで、給湯、暖房運転を同時に行うことができる。

本発明のヒートポンプ給湯機によれば、液溜まりが生じることによる加熱効率の低下を抑制することができる。

以下、本発明の実施の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の一例を示す全体構成図である。図２は、図１の一部を拡大して示す構成図である。

本実施形態のヒートポンプ給湯機は、ヒートポンプ回路１，２によって加熱された給水を給湯する給湯回路３（後述する浴槽１６はこれに含まない）と、ヒートポンプ回路４によって加熱された湯水を循環させて暖房を行なう暖房回路５と、ヒートポンプ回路１，２，４を運転制御するヒートポンプ制御部Ａ，Ｂと、給湯回路３を制御する給湯制御部Ｃとを備えており、これらは１つの容器内に収納されている。

まず、ヒートポンプ回路１は、第１の水冷媒熱交換器６、減圧装置７ａ、蒸発器８ａ、圧縮機１０ａを順次冷媒配管で接続した閉回路を構成し、ヒートポンプ回路２は、第１の水冷媒熱交換器６、減圧装置７ｂ、蒸発器８ｂ、減圧装置１０ｂを順次冷媒配管で接続した閉回路を構成している。

減圧装置７ａ，７ｂは、第１の水冷媒熱交換器６で放熱し、温度の低下した高圧冷媒を減圧させるものであり、ヒートポンプ制御部Ａ，Ｂからの指令により、弁開度を自在に調整できるようになっている。蒸発器８ａ，８ｂは、それぞれファン９ａ，９ｂ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なう空気冷媒熱交換器として機能するものである。

圧縮機１０ａ、１０ｂは、ＰＷＭ制御、電圧制御（例えば、ＰＡＭ制御）及びこれらを組み合せた回転数制御により、低速（例えば、２０００回転／分）から高速（例えば、８０００回転／分）まで回転数が自在に制御できるようになっている。特に、第１の水冷媒熱交換器６から直接給湯する場合は、ヒートポンプ制御部Ａ，Ｂは圧縮機１０ａ、１０ｂを高速回転数に設定して運転する。

第１の水冷媒熱交換器６は、冷媒側伝熱管と給水側伝熱管とを備えて構成され、冷媒側伝熱管６ａ，６ｂには、ヒートポンプ回路１，２の冷媒がそれぞれ通流し、給水側伝熱管６ｃ，６ｄには、後述する風呂追焚き回路、直接給湯回路（又は風呂湯張り回路）からの給水がそれぞれ通流する。なお、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の管内を流れる給水の流れ方向は、互いに反対の対向流となっている。

給湯回路３は、直接給湯経路、タンク貯湯回路、風呂湯張り回路、風呂追焚き回路を備えている。

直接給湯経路は、図示しない給水源、減圧逆止弁１３、第１の水冷媒熱交換器６を給水管１５で順次接続する給水経路と、第１の水冷媒熱交換器６、ミキシングバルブ１７、流量調整弁１９、図示しない給湯口を給湯管２１で順次接続する給湯経路を備えて構成される。給湯管２１のミキシングバルブ１７の後流側には、給水管１５から分岐した水管路２２（バイパス回路）が接続され、これにより、第１の水冷媒熱交換器６で加熱された湯と給水経路から分岐して供給される水とを混合することができ、給湯制御部Ｃで設定される所定の給湯温度に調整することができるようになっている。給湯温度の調整は、水管路２２に設置されるミキシングバルブ２３の弁開度を調整することで給水の混合量を制御する。なお、流量調整弁１９は、給湯量が予定の総量を超えないように流量を制御するものである。

また、給水経路と給湯経路との間には、第１の水冷媒熱交換器６と並列にタンク２５が設けられ、このタンク２５の頂部は、ミキシングバルブ１７を介して給湯管２１に接続される一方、底部は給水管１５と接続されている。すなわち、第１の水冷媒熱交換器６で加熱された湯と、タンク２５内に蓄えられた約６０〜９０℃の高温の湯を、ミキシングバルブ１７を介して直接給湯経路に混合することにより、例えば、ヒートポンプ回路１が立ち上がる前に、設定された給湯温度（例えば、３５〜６０℃）の湯を給湯することができる。本実施形態のヒートポンプ給湯機では、例えば、ヒートポンプ回路１が立ち上がる前の短時間は、第１の水冷媒熱交換器６を通流した低温水とタンク２５内の湯とを混合し、設定温度に保持して給湯する。そして、ヒートポンプ回路１が立ち上がって運転が安定した後は、タンク２５内の湯の使用を停止して、第１の水冷媒熱交換器６で加熱された湯を使用端末へ直接給湯できるため、タンク２５の容量を小型化できる。

タンク貯湯回路は、タンク２５の底部を、循環ポンプ２７を介して第１の水冷媒熱交換器６の給水口に接続する経路と、第１の水冷媒熱交換器６の出湯口を、ミキシングバルブ１７を介してタンク２５の頂部に接続する経路とを備えた閉回路になっている。タンク２５には、頂部から底部にかけて温度センサ２９，３１，３３が備えられ、例えば、タンク２５内の設定温度以上の湯が設定量未満になったとき、循環ポンプ２７が稼動して、タンク底部から抜き出した湯水を第１の水冷媒熱交換器６で加熱し、この加熱された湯を頂部からタンク２５内に戻すことによりタンク２５の沸き戻しを行なうようになっている。

風呂湯張り回路は、図示しない給水源、減圧逆止弁１３、第１の水冷媒熱交換器６を給水管１５で順次接続する給水経路と、第１の水冷媒熱交換器６、ミキシングバルブ１７、流量調整弁１９、注湯電磁弁３５、循環ポンプ３７、浴槽１６を水管で順次接続する給湯経路とを備えた回路になっている。

風呂追焚き回路は、浴槽１６、循環ポンプ３７、注湯電磁弁３５、第１の水冷媒熱交換器６、浴槽１６を水管で接続した閉回路になっている。

一方、ヒートポンプ回路４は、圧縮機１０ｂ及び蒸発器８ｂをヒートポンプ回路２と共有し、圧縮機１０ｂの吐出側と蒸発器８ｂの入り側とをバイパスさせた構成になっている。すなわち、ヒートポンプ回路４は、圧縮器１０ｂ、第２の水冷媒熱交換器１１、減圧装置７ｃ、蒸発器８ｂを順次冷媒配管で接続した閉回路となっている。第２の水冷媒熱交換器１１は、冷媒側伝熱管１１ａと給水側伝熱管１１ｂとを備え、冷媒側伝熱管１１ａには、ヒートポンプ回路４の冷媒が通流し、給水側伝熱管１１ｂには、暖房回路５の循環水が通流する。

暖房回路５は、第２の水冷媒熱交換器１１、暖房パネル１２、循環ポンプ１４を順次水配管で接続した閉回路になっている。

また、本実施形態のヒートポンプ給湯機には、上述したタンク２５の温度センサ２９，３１，３３のほか、給水流量を検知する流量センサ４１、給水温度を検知する温度センサ４３、第１の水冷媒熱交換器６から出湯する水の温度を検知する温度センサ４４、タンク２５から供給される水と第１の水冷媒熱交換器６から供給される水との混合水の温度を検知する温度センサ４５、最終的な給湯温度を検知する温度センサ４７、蒸発器８ａ，８ｂの中間温度を検知する温度センサ５１ａ，５１ｂ、圧縮機１０ａ，１０ｂの冷媒吸込み温度を検知する温度センサ５３ａ，５３ｂ、暖房回路５の循環水温度を検知するサーミスタ６１が各部に備えられている。

ヒートポンプ制御部Ａ，Ｂは、例えば、ヒートポンプ回路１，ヒートポンプ回路２及び４にそれぞれ対応し、給湯用リモコン、暖房用リモコンなどの操作・設定と各センサの検出値に基づいてヒートポンプ回路１，２，４の運転・停止並びに圧縮機１０ａ，１０ｂの回転数制御を行なう。給湯制御部Ｃは、例えば、各センサの検出値に基づいてミキシングバルブ１７，２３、流量調整弁１９などを制御する。

なお、ヒートポンプ回路１，２，４、タンク２５を含めた給湯回路及び浴槽１６、暖房パネル１２以外のその他の機器類は、図示しない箱体の中にすべて収納されている。

このように構成されるヒートポンプ給湯機において、使用端末が利用された場合の各部の動作について説明する。

使用端末（給湯口）から給湯が開始されると、水道圧により図示しない給水金具から流入した給水が、減圧逆止弁１３を経由して給水管１５内を流れる。このとき、流量センサ４１が給水を検知すると、ヒートポンプ制御部Ａ，Ｂにより圧縮機１０ａ，１０ｂの運転が開始され、ヒートポンプ回路１，２の運転が開始される。水道圧により給水された水が、第１の水冷媒熱交換器６に流入すると、熱交換により所定温度に加熱された湯が出湯し、ミキシングバルブ１７、流量調整弁１９を経て使用端末から直接給湯される。

ヒートポンプ回路１，２が立ち上がるまでの間、第１の水冷媒熱交換器６で加熱された湯水の温度は、設定された出湯温度よりも低いため、タンク２５に蓄えられた高温の湯をミキシングバルブ１７により所定量混合することで、給湯温度に近い湯温に調整する。ここで、ミキシングバルブ１７のタンク２５側の流入口を開放させることによりタンク２５に蓄えられた高温の湯は、底部からタンク２５内に流入する水道水の水圧によって頂部からタンク２５の外側に押し出される。このように、運転の初期においては、タンク２５から供給される湯の量は多く、第１の水冷媒熱交換器６を通じて供給される湯の量は少なくなっている（混合運転モード）。そのため、第１の水冷媒熱交換器６に供給される湯の量をより少なくすることで、設定された給湯温度（例えば、３５〜６０℃）の湯をより早く給湯することができる。

なお、この混合運転モードにて、例えば、温度センサ４７が検知した使用端末の湯温が設定温度以上となった場合、ミキシングバルブ２３が開放されて水管路２２から水が混合され、設定温度に調節される。

この状態で運転が継続されると、ヒートポンプ回路１，２は徐々に安定し始め、第１の水冷媒熱交換器６から出湯する湯の温度も高温となり、タンク２５と第１の水冷媒熱交換器２５からそれぞれ供給される湯を混合するミキシングバルブ１７は、徐々にタンク２５からの給湯を絞り込んでゆく。そして、第１の水冷媒熱交換器６からの出湯温度が設定温度となった場合に、ミキシングバルブ１７のタンク２５側の流入口を全閉し、ヒートポンプ回路１，２によって加熱された湯水のみで使用端末に給湯するように制御される（瞬間湯沸しモード）。

このとき設定された温度で使用端末に湯を供給するため、温度センサ４５の検出温度に基づいて、ミキシングバルブ１７を経て第１の水冷媒熱交換器６から供給される湯と水管路２２からミキシングバルブ２３を経て供給される給水の混合比を調整する。すなわち、水冷媒熱交換器６とタンク２５をバイパスして直接給湯経路に水を混合する。この経路をバイパス回路という。これによって、設定温度に調整された湯を使用端末に供給する。特に、要求給湯量や要求温度が下がった場合には、第１の水冷媒熱交換器６から出湯する湯が設定温度よりも高くなる可能性がある。このため、ミキシングバルブ２３を調節し、給水の混合量を適宜調整することで、設定温度の湯を迅速に給湯することができる（水混合モード）。効率を考えると、なるべく水を混合しないよう圧縮機の回転数を制御して水冷媒熱交換器６の加熱能力を制御することが好ましいが、水を混合することで応答性を改善することができる。

一方、タンク２５内の沸き戻し運転は、ヒートポンプ回路１，２を運転させたまま、第１の水冷媒熱交換器６の出口側の水温を温度センサ４４で検知し、検出温度が所定温度、つまり貯湯温度になったところで、循環ポンプ２７を運転させる。これにより、タンク貯湯回路において、タンク２５の下部に溜まった水は、タンク２５内から抜き出されて第１の水冷媒熱交換器６に導かれ、所定温度に加熱された後、ミキシングバルブ１７を介してタンク２５の頂部から再びタンク２５内に戻される。

ここで、温度センサ４４により第１の水冷媒熱交換器６から出湯した湯の温度が検知されると、その検出温度がタンク２５の貯湯温度になるように、圧縮機１０ａ，１０ｂの回転数、及び循環ポンプ２７の吐出流量が制御される。そして、タンク２５底部の温度センサ３３によってタンク２５の沸上げ完了を検知すると、タンク２５内の沸き戻し運転が終了し、待機状態となる。

また、浴槽１６に湯張りを行なう場合は、風呂湯張り回路において、上記と同様の運転（混合運転モード、瞬間湯沸しモード、水混合モード）を行い、注湯電磁弁３５を所定量開放することで、湯張り運転を行なう。また、浴槽１６の追焚きを行なう場合は、風呂追焚き回路において、循環ポンプ３７を運転させ、浴槽１６から抜き出した浴槽水を第１の水冷媒熱交換器６に導いて熱交換し、加熱された湯水を再び浴槽１６内に戻すことにより、追焚き運転を行なう。

次に、本実施形態のヒートポンプ給湯機を用いた暖房運転について説明する。上述したように、本実施形態では、圧縮機１０ｂと蒸発器８ｂを共有するヒートポンプ回路２とヒートポンプ回路４を切替可能に設けることにより、例えば、給湯運転と暖房運転を自在に切り替えることができる。すなわち、使用端末側から給湯及び暖房の要求がきたとき、給湯はヒートポンプ回路１、暖房はヒートポンプ回路４をそれぞれ運転することにより行なう。

ここで、給湯運転と暖房運転を切り替える場合、例えば、ヒートポンプ回路２が運転中、暖房運転の要求がくると、ヒートポンプ制御部Ａ，Ｂの指令により減圧装置７ｂの弁が全閉するとともに、減圧装置７ｃの弁が開放される。これにより、それまでヒートポンプ回路２内を循環していた冷媒（図２の点線矢印）は、ヒートポンプ回路４内を循環するようになる（図２の実線矢印）。そして、暖房運転中、使用端末から暖房温度の変更の要求がくると、サーミスタ６１の検出温度に基づいて、例えば、循環ポンプ１４の吐出流量を調整したり、圧縮機１０ｂの回転数を調整することで、暖房パネル１２の加熱温度を調整することができる。

ところで、例えば、給湯運転において、ヒートポンプ回路２を運転し、ヒートポンプ回路４を停止している場合、圧縮機１０ｂから吐出された高温高圧の冷媒の一部は、圧縮機１０ｂの吐出側の冷媒管を分岐させて形成されるヒートポンプ回路４の冷媒管内に流入する場合がある。すなわち、ヒートポンプ回路４の冷媒管内に流入した冷媒は、例えば、減圧装置７ｃの入り側に配置された第２の水冷媒熱交換器１１において凝縮され、液化して蓄積するおそれがある。このように、冷媒がヒートポンプ回路４内で蓄積されると、ヒートポンプ回路２における冷媒の循環量が減少し、加熱能力が低下する。この冷媒量の減少を補うため、圧縮機１０ｂの回転数を増加させることが考えられるが、これによれば、ヒートポンプ回路２の加熱効率を低下させることになる。また、暖房運転においても、給湯運転の場合と同様の問題が生じ、ヒートポンプ回路４における冷媒の循環量が減少し、加熱能力が低下する。

そこで、本実施形態では、例えば、給湯運転において、ヒートポンプ回路２の運転中は、ヒートポンプ制御部Ｂなどによって、ヒートポンプ回路４の減圧装置７ｃの弁、つまり膨張弁を設定量開放するように制御している。これによれば、ヒートポンプ回路２からヒートポンプ回路４の冷媒管に漏れ込んだ冷媒は、第２の水冷媒熱交換器１１、減圧装置７ｃを経由して冷媒管内を流れ、液溜まりを生じることなく、再びヒートポンプ回路２内に戻される。このため、ヒートポンプ回路２を循環する冷媒量の減少を抑制することができ、圧縮機１０ｂの回転数の増加を抑え、給湯運転を効率的に行なうことができる。また、暖房運転では、上記と同様、ヒートポンプ回路４を運転中は、減圧装置７ｂを設定量開放するように制御することで、ヒートポンプ回路４を循環する冷媒量の減少を抑制し、暖房運転を効率的に行なうことができる。なお、運転中のヒートポンプ回路内の減圧装置の開度を増減することによって、冷媒循環量を調整できることはいうまでもない。

ここで、圧縮機と蒸発器を共有する切替可能な２つのヒートポンプ回路において、例えば、一方の給湯用ヒートポンプ回路を運転する際に、他方の暖房用ヒートポンプ回路の減圧装置（膨張弁）の開放量について図を用いて説明する。

図３は、給湯用ヒートポンプ回路の運転時において、暖房用ヒートポンプ回路の減圧装置７ｃの膨張弁開度（横軸）と、給湯用ヒートポンプ回路の加熱能力，冷媒循環量，圧縮機回転数（縦軸）との関係を示す図であり、図４は、暖房用ヒートポンプ回路の運転時において、給湯用ヒートポンプ回路の減圧装置７ｂの膨張弁開度（横軸）と、暖房用ヒートポンプ回路の加熱能力，冷媒循環量，圧縮機回転数（縦軸）との関係を示す図である。

図３から明らかなように、給湯用ヒートポンプ回路の加熱能力（Ｑ）を維持するため、暖房用ヒートポンプ回路の膨張弁開度を全開１００％に対して約５％に設定することで、ＣＯＰ（効率）を最も高くすることができる。膨張弁開度を５％よりも小さくすると、暖房用ヒートポンプ回路側へ流入した冷媒が給湯用ヒートポンプ回路側へ供給されないため、暖房用ヒートポンプ回路の水冷媒熱交換器にて冷媒が凝縮し、液溜まりが生じる。このため、給湯用ヒートポンプ回路の冷媒循環量（Ｇｗ）は減少し、目標の加熱能力を維持するためには、圧縮機回転数（Ｎ）を増加させなければならず、ＣＯＰは低下する。これに対し、膨張弁開度を５％よりも大きくすると、暖房用ヒートポンプ回路の水冷媒熱交換器に冷媒が余分に流れてしまい、給湯用ヒートポンプ回路の必要凝縮熱（凝縮エンタルピ）が減少し、熱ロスが生じる。このため、給湯用ヒートポンプ回路の冷媒循環量（Ｇｗ）が減少し、目標加熱能力を維持するためには圧縮機回転数（Ｎ）を増加させなければならず、ＣＯＰは低下する。同様に、図４からも明らかなように、給湯用ヒートポンプ回路の膨張弁開度を約５％に設定することで、ＣＯＰを最も高くすることができる。ただし、多少の幅（±２％）をみて、膨張弁開度は３〜７％程度とするのがよい。

以上述べたように、本実施形態のヒートポンプ給湯機によれば、切替可能な一方のヒートポンプ回路の運転中において、他方のヒートポンプ回路の減圧装置の弁を設定量開放（例えば、５％開度）させることにより、他方のヒートポンプ回路側に流入する冷媒を一方のヒートポンプ回路側に回収することができる。これにより、一方のヒートポンプ回路において適正な冷媒の循環量を確保することができ、給湯及び暖房運転の効率を高く維持することができる。

また、本実施形態のヒートポンプ給湯機は、給湯運転及び暖房運転の切替可能なヒートポンプ回路を備えるとともに、給湯運転専用のヒートポンプ回路を別途備えているため、給湯運転及び暖房運転を同時に行なうことができ、湯切れを生じることなく、しかも、給湯及び暖房運転の効率を高く維持することができる。

また、本実施形態のヒートポンプ給湯機は、湯を貯蔵するタンクを備えているが、タンクを装備せずに直接給湯方式のみで給湯する構成としてもよい。

なお、冷媒は二酸化炭素ＣＯ_２とし、高圧側で超臨界となる冷凍サイクルとすることにより、タンクに貯湯する湯の温度を６０〜９０℃の高温にすることができる。

本発明を適用してなるヒートポンプ給湯機の一例を示す全体構成図である。 図１の一部を拡大して示す構成図である。 給湯用ヒートポンプ回路の運転時において、暖房用ヒートポンプ回路の膨張弁開度（横軸）と、給湯用ヒートポンプ回路の加熱能力，冷媒循環量，圧縮機回転数（縦軸）との関係を示す図である。 暖房用ヒートポンプ回路の運転時において、給湯用ヒートポンプ回路の膨張弁開度（横軸）と、暖房用ヒートポンプ回路の加熱能力，冷媒循環量，圧縮機回転数（縦軸）との関係を示す図である。

符号の説明

１，２，４ ヒートポンプ回路
５ 暖房回路
６ 第１の水冷媒熱交換器
７ａ，７ｂ，７ｃ 減圧装置
８ａ，８ｂ 蒸発器
１０ａ，１０ｂ 圧縮器
１１ 第２の水冷媒熱交換器
１２ 暖房パネル
１４，２７，３７ 循環ポンプ
１５ 給水管
１７，２３ ミキシングバルブ
１９ 流量調整弁
２１ 給湯管
２５ タンク
Ａ，Ｂ ヒートポンプ制御部
Ｃ 給湯制御部

Claims (6)

1. 圧縮機に第１の水冷媒熱交換器と第１の減圧装置を介して接続された蒸発器を有する第１のヒートポンプ回路と、前記第１の水冷媒熱交換器により加熱された温水を給湯口に供給する直接給湯経路と、前記圧縮機に第２の水冷媒熱交換器と第２の減圧装置を介して接続された前記蒸発器を有する第２のヒートポンプ回路と、前記第２の水冷媒熱交換器により加熱された温水を加熱源との間で循環させる暖房回路と、前記第１のヒートポンプ回路と前記第２のヒートポンプ回路の運転を切り替える切替手段とを備え、
   前記第１のヒートポンプ回路の運転中は、前記第２の減圧装置の弁を設定量開放し、前記第２のヒートポンプ回路の運転中は、前記第１の減圧装置の弁を設定量開放し、前記第１又は第２の減圧装置の弁を開放するときの前記設定量は、３乃至７％の弁開度であり、
   前記各ヒートポンプ回路内に循環する冷媒は二酸化炭素であり、高圧側で超臨界となる冷凍サイクルであるヒートポンプ給湯機。
2. 圧縮機に第１の水冷媒熱交換器と第１の減圧装置を介して接続された蒸発器を有する第１のヒートポンプ回路と、前記第１の水冷媒熱交換器により加熱された温水を給湯口に供給する直接給湯経路と、前記圧縮機に第２の水冷媒熱交換器と第２の減圧装置を介して接続された前記蒸発器を有する第２のヒートポンプ回路と、前記第２の水冷媒熱交換器により加熱された温水を加熱源との間で循環させる暖房回路とを備え、
   前記暖房回路を運転せず前記第１のヒートポンプ回路を運転する場合には、前記第２の減圧装置の弁を設定量だけ開放し、前記第１のヒートポンプ回路を運転せず前記第２のヒートポンプ回路を運転する場合には、前記第１の減圧装置の弁を設定量だけ開放するように、前記各減圧装置を制御する制御手段とを有し、
   前記第１又は第２の減圧装置の弁を開放するときの前記設定量は、３乃至７％の弁開度であり、
   前記各ヒートポンプ回路内に循環する冷媒は二酸化炭素であり、高圧側で超臨界となる冷凍サイクルであるヒートポンプ給湯機。
3. 前記制御手段は、前記暖房回路を運転せず前記第１のヒートポンプ回路を運転する場合には、前記第１の減圧装置の開度を増減して冷媒循環量を調整し、及び／又は、前記第１のヒートポンプ回路を運転せず前記第２のヒートポンプ回路を運転する場合には、前記第２の減圧装置の開度を増減して冷媒循環量を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機。
4. 前記第１又は第２の減圧装置の弁を開放するときの前記設定量は、５％の弁開度であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のヒートポンプ給湯機。
5. 前記第１の水冷媒熱交換器は、前記第１と第２のヒートポンプ回路と独立する第３のヒートポンプ回路の冷媒流路を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のヒートポンプ給湯機。
6. 前記直接給湯経路に、貯湯された湯を混合することができるタンクと、給水された水を混合することができるバイパス回路と、を備えたことを特徴とする請求項５に記載のヒートポンプ給湯機。

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