JP4479836B2 - 温水システム - Google Patents

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Description

本発明は、例えば給湯装置または暖房給湯装置等の温水システムに関する。
従来、暖房給湯装置としては、屋外に配置ヒートポンプユニットと、このヒートポンプユニットで加熱された温水を貯える貯湯タンクを備えたものがある。
上記ヒートポンプユニットは、外気から熱を取り込む蒸発器を有するが、蒸発器に霜が付着する場合がある。上記蒸発器に霜が付着した状態では、蒸発器の熱交換性能が低下し、ひいては、十分な暖房を行えなくなる。このため、上記蒸発器の霜を取るためのデフロスト運転が必須となる。
上記デフロスト運転が行われている最中は、ヒートポンプユニットで貯湯タンク内の水を沸き上げることができないという問題があった。
この問題を解決する暖房給湯装置としては、特開２００４−１０８５９７号公報（特許文献１）に記載されている。この暖房給湯装置は、ヒートポンプユニット、貯湯タンクおよび暖房端末を備えている。
上記ヒートポンプユニットは、ファン、第１の蒸発器、第２の蒸発器、圧縮機、凝縮器および膨張弁を有する。
上記第１の蒸発器は、圧縮機の上流側、かつ、第２の蒸発器の下流側に位置している。また、上記第１の蒸発器は、ファンから外気が送られ、その外気から熱を取り込む。
上記構成の暖房給湯装置によれば、ヒートポンプユニットで貯湯タンク内の水を沸き上げている最中、貯湯タンク内の温水をポンプで第２の蒸発器に送る。これにより、上記第１の蒸発器に入る直前の冷媒がその温水で加熱されるので、第１の蒸発器に付着した霜を融かすことができる。
しかしながら、上記特許文献１の暖房給湯装置では、第２の蒸発器で加熱された冷媒が第１の凝縮器に入るため、第１の蒸発器の蒸発温度が上昇する。
その結果、上記第１の蒸発器において外気から取り込む熱量が減少し、ヒートポンプユニットのＣＯＰ(成績係数)が低下するという問題が生じてしまう。
特開２００４−１０８５９７号公報（図４）
そこで、本発明の課題は、貯湯タンク内の水を沸き上げながら、デフロスト運転を行うことができて、しかも、そのようなデフロスト運転を行っても、ヒートポンプユニットのＣＯＰを改善できる温水システムを提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明の温水システムは、
冷媒回路およびこの冷媒回路に設けられた第１の蒸発器、圧縮機、凝縮器および膨張機構を有するヒートポンプユニットと、
温水を貯える貯湯タンクと、
上記貯湯タンク内の水を上記凝縮器を経由させて加熱した後、再び、上記貯湯タンク内に戻して循環させるための加熱循環回路と、
上記冷媒回路において、上記第１の蒸発器の下流側、かつ、上記圧縮機の上流側に設けられた第２の蒸発器と、
上記貯湯タンク内に貯められた温水を上記第２の蒸発器を経由させた後、再び、上記貯湯タンク内に戻して循環させるためのデフロスト用循環回路と、
上記デフロスト用循環回路に設けられ、上記デフロスト用循環回路を流れる温水の流通を制御する流通制御部と
を備え、
上記第２の蒸発器は過冷却熱交換器を兼ねており、
上記第２の蒸発器では、上記第１の蒸発器から上記圧縮機へ向かう冷媒が、上記デフロスト用循環回路を流れる温水と熱交換すると共に、上記凝縮器から上記膨張機構へ向かう冷媒と熱交換することを特徴としている。
上記構成の温水システムによれば、上記第１の蒸発器の霜を取るためのデフロスト運転を行う場合、流通制御部の制御により、貯湯タンク内の温水をデフロスト用循環回路に流す。これにより、上記温水は、第２の蒸発器を経由した後、再び、貯湯タンク内に戻る。このとき、上記第２の蒸発器に入った冷媒が温水によって加熱された後、第１の蒸発器へ向かって流れる。その結果、上記第１の蒸発器に入る冷媒の温度が上がり、第１の蒸発器に付いた霜を融かすことができる。
また、上記ヒートポンプユニットが貯湯タンク内の温水を沸き上げている最中であっても、貯湯タンク内の温水をデフロスト用循環回路に流せるので、貯湯タンク内の温水を沸き上げながらデフロスト運転を行うことができる。
また、上記貯湯タンク内の温水を第２の蒸発器に供給することによって、デフロスト運転を行った場合、その温水は第２の蒸発器で温度が下がった後、貯湯タンクに戻る。これにより、上記デフロスト運転を終了した後、貯湯タンク内の温水の沸き上げを行う際、デフロスト運転で得た低温の温水をヒートポンプユニットに供給することができる。
したがって、上記デフロスト運転後の沸き上げ運転において、ヒートポンプユニットのＣＯＰが向上するので、運転トータルで、ヒートポンプユニットのＣＯＰの改善が見込める。
また、上記第２の蒸発器は過冷却熱交換器を兼ねるので、第２の蒸発器とは別に過冷却熱交換器を設けなくてもよく、ヒートポンプユニットを小型化できる。
一実施形態の温水システムでは、
上記加熱循環回路における上記凝縮器の上流側の一部は、上記デフロスト用循環回路における上記第２の蒸発器の上流側の一部として兼用され、
上記流通制御部は、上記加熱循環回路と上記デフロスト用循環回路との分岐部に設けられて、上記加熱循環回路における上記凝縮器の上流側の一部から上記凝縮器に流す温水の流量と、上記加熱循環回路における上記凝縮器の上流側の一部から上記第２の蒸発器に流す温水の流量とを調節する。
上記実施形態の温水システムによれば、上記加熱循環回路における凝縮器の上流側の一部は、デフロスト用循環回路における第２の蒸発器の上流側の一部として兼用されるので、加熱循環回路における凝縮器の上流側の一部を施工すれば、デフロスト用循環回路における第２の蒸発器の上流側の一部の施工を行わずに済む。
したがって、上記加熱循環回路およびデフロスト用循環回路の施工に係る手間が少なくなり、加熱循環回路およびデフロスト用循環回路の施工性を向上できる。
また、上記流通制御部を加熱循環回路とデフロスト用循環回路との分岐部に設けているので、加熱循環回路における温水の流通と、デフロスト用循環回路における温水の流通とを、一つの流通制御部で制御することができる。
したがって、上記加熱循環回路における温水の流通と、デフロスト用循環回路における温水の流通との制御が複雑になるのを防ぐことができる。
また、非デフロスト運転時、上記流通制御部によって、第２の蒸発器に必要最小量の温水を流すことにより、デフロスト用循環回路内の温水が冷えて凍結するのを防ぐことができる。
本発明の温水システムは、
冷媒回路およびこの冷媒回路に設けられた第１の蒸発器、圧縮機、凝縮器および膨張機構を有するヒートポンプユニットと、
温水を貯える貯湯タンクと、
上記貯湯タンク内の水を上記凝縮器を経由させて加熱した後、再び、上記貯湯タンク内に戻して循環させるための加熱循環回路と、
上記冷媒回路において、上記第１の蒸発器の下流側、かつ、上記圧縮機の上流側に設けられた第２の蒸発器と、
上記貯湯タンク内に貯められた温水を上記第２の蒸発器を経由させた後、再び、上記貯湯タンク内に戻して循環させるためのデフロスト用循環回路と、
上記デフロスト用循環回路に設けられ、上記デフロスト用循環回路を流れる温水の流通を制御する流通制御部と
を備え、
上記加熱循環回路における上記凝縮器の上流側の一部は、上記デフロスト用循環回路における上記第２の蒸発器の上流側の一部として兼用され、
上記流通制御部は、上記加熱循環回路と上記デフロスト用循環回路との分岐部に設けられて、上記加熱循環回路における上記凝縮器の上流側の一部から上記凝縮器に流す温水の流量と、上記加熱循環回路における上記凝縮器の上流側の一部から上記第２の蒸発器に流す温水の流量とを調節することを特徴としている。
上記構成の温水システムによれば、上記第１の蒸発器の霜を取るためのデフロスト運転を行う場合、流通制御部の制御により、貯湯タンク内の温水をデフロスト用循環回路に流す。これにより、上記温水は、第２の蒸発器を経由した後、再び、貯湯タンク内に戻る。このとき、上記第２の蒸発器に入った冷媒が温水によって加熱された後、第１の蒸発器へ向かって流れる。その結果、上記第１の蒸発器に入る冷媒の温度が上がり、第１の蒸発器に付いた霜を融かすことができる。
また、上記ヒートポンプユニットが貯湯タンク内の温水を沸き上げている最中であっても、貯湯タンク内の温水をデフロスト用循環回路に流せるので、貯湯タンク内の温水を沸き上げながらデフロスト運転を行うことができる。
また、上記貯湯タンク内の温水を第２の蒸発器に供給することによって、デフロスト運転を行った場合、その温水は第２の蒸発器で温度が下がった後、貯湯タンクに戻る。これにより、上記デフロスト運転を終了した後、貯湯タンク内の温水の沸き上げを行う際、デフロスト運転で得た低温の温水をヒートポンプユニットに供給することができる。
したがって、上記デフロスト運転後の沸き上げ運転において、ヒートポンプユニットのＣＯＰが向上するので、運転トータルで、ヒートポンプユニットのＣＯＰの改善が見込める。
また、上記加熱循環回路における凝縮器の上流側の一部は、デフロスト用循環回路における第２の蒸発器の上流側の一部として兼用されるので、加熱循環回路における凝縮器の上流側の一部を施工すれば、デフロスト用循環回路における第２の蒸発器の上流側の一部の施工を行わずに済む。
したがって、上記加熱循環回路およびデフロスト用循環回路の施工に係る手間が少なくなり、加熱循環回路およびデフロスト用循環回路の施工性を向上できる。
また、上記流通制御部を加熱循環回路とデフロスト用循環回路との分岐部に設けているので、加熱循環回路における温水の流通と、デフロスト用循環回路における温水の流通とを、一つの流通制御部で制御することができる。
したがって、上記加熱循環回路における温水の流通と、デフロスト用循環回路における温水の流通との制御が複雑になるのを防ぐことができる。
また、非デフロスト運転時、上記流通制御部によって、第２の蒸発器に必要最小量の温水を流すことにより、デフロスト用循環回路内の温水が冷えて凍結するのを防ぐことができる。
一実施形態の温水システムは、
上記第１の蒸発器の下流側、かつ、上記第２の蒸発器の上流側に配置された過冷却熱交換器を備え、
上記過冷却熱交換器では、上記第１の蒸発器から上記第２の蒸発器へ向かう冷媒が、上記凝縮器から上記膨張機構へ向かう冷媒と熱交換する。
上記実施形態の温水システムによれば、上記第１の蒸発器の下流側、かつ、第２の蒸発器の上流側に、過冷却熱交換器を配置しているので、第１の蒸発器で温度が上昇した冷媒の温度が過冷却熱交換器でさらに上昇する。そして、上記過冷却熱交換器でさらに温度が上昇した冷媒が、第２の蒸発器に入って、貯湯タンクから第２の蒸発器に供給された温水と熱交換する。
したがって、上記第１の蒸発器の下流側、かつ、第２の蒸発器の上流側に、過冷却熱交換器を配置していない場合よりも、貯湯タンクから第２の蒸発器に供給された温水は凍り難い。
一実施形態の温水システムでは、
上記第２の蒸発器は、
上記冷媒回路を流れる冷媒が通過する容器と、
上記容器内に配置され、上記貯湯タンクからの温水が内部を流れる熱交換パイプと
を有する。
上記実施形態の温水システムによれば、上記熱交換パイプは容器内に配置されるので、容器内に入った冷媒は熱交換パイプの全表面に接触する。
したがって、上記貯湯タンクからの温水の熱は、熱交換パイプを介して容器内の冷媒に効率良く伝わる。
一実施形態の温水システムでは、
上記冷媒回路を流れる冷媒はＣＯ２冷媒である。
上記実施形態の温水システムによれば、上記冷媒回路を流れる冷媒がＣＯ２冷媒であるので、ヒートポンプユニットは高温出湯できる。
一実施形態の温水システムは、
上記第１の蒸発器のデフロスト運転時に上記第２の蒸発器に流入する温水の量が、上記第１の蒸発器の非デフロスト運転時に上記第２の蒸発器に流入する温水の量よりも多くなるように、上記流通制御部を制御する制御部を備える。
上記実施形態の温水システムによれば、上記制御部が流通制御部を制御して、第１の蒸発器のデフロスト運転時に第２の蒸発器に流入する温水の量を、第１の蒸発器の非デフロスト運転時に第２の蒸発器に流入する温水の量よりも多くすることにより、第２の蒸発器に入った冷媒の温度を、第１の蒸発器のデフロストに行える温度まで確実に上げることができる。
一実施形態の温水システムは、
上記第２の蒸発器から出た温水の温度を検知する温度検知部を備え、
上記制御部は、上記温度検知部の出力に基づいて、上記流通制御部を制御する。
上記実施形態の温水システムによれば、上記実施形態の温水システムによれば、上記温度検知部は、第２の蒸発器を出て貯湯タンクへ向かう温水の温度を検出する。このとき、上記制御部が、温度検知部の出力に基づき、第２の蒸発器を出て貯湯タンクへ向かう温水の温度が例えば０℃以下にならないように流通制御部を制御することにより、デフロスト用循環回路内の温水が冷えて凍結するのを確実に防ぐことができる。
本発明の温水システムによれば、ヒートポンプユニットの第１の蒸発器の霜を取るためのデフロスト運転を行う場合、流通制御部の制御によって、貯湯タンク内の温水がデフロスト用循環回路を流れて第２の蒸発器に入るので、第２の蒸発器に入る冷媒はその温水によって加熱されて温度が上がる。
したがって、上記第２の蒸発器に入る冷媒は、第２の蒸発器を出た後、冷媒回路を流れて第１の蒸発器に戻るので、第１の蒸発器に付いた霜を融かすことができる。
また、上記ヒートポンプユニットが貯湯タンク内の温水を沸き上げている最中であっても、貯湯タンク内の温水をデフロスト用循環回路に流せるので、貯湯タンク内の温水を沸き上げながらデフロスト運転を行うことができる。
また、上記貯湯タンク内の温水を第２の蒸発器に供給することによって、デフロスト運転を行った場合、その温水は第２の蒸発器で温度が下がった後、貯湯タンクに戻るので、デフロスト運転を終了した後、貯湯タンク内の温水の沸き上げを行う際、デフロスト運転で得た低温の温水をヒートポンプユニットに供給することができる。
したがって、上記デフロスト運転後の沸き上げ運転において、ヒートポンプユニットのＣＯＰが向上するので、運転トータルで、ヒートポンプユニットのＣＯＰを改善できる。
以下、本発明の温水システムを図示の実施の形態により詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態の暖房給湯装置の構成を示す模式図である。
上記暖房給湯装置は、ヒートポンプユニット１と、貯湯タンク２と、給湯用熱交換器３と、暖房用循環回路４と、加熱循環回路の一例としての沸き上げ用循環回路５と、デフロスト用循環回路５０とを備えている。
まず、上記ヒートポンプユニット１について説明する。このヒートポンプユニット１は冷媒回路１６および電動送風機１７を備え、貯湯タンク２内の水を沸き上げて温水にする。また、上記ヒートポンプユニット１は、沸き上げ用循環回路５を介して貯湯タンク２に接続されている。
上記冷媒回路１６は、蒸発器１１、圧縮機１２、凝縮器１３、過冷却熱交換器１４、膨張弁１５およびデフロスト熱交換器１９を有している。この冷媒回路１６ではＣＯ２冷媒が循環する。なお、上記蒸発器１１は第１の蒸発器の一例であり、膨張弁１５は膨張機構の一例であり、デフロスト熱交換器１９は第２の蒸発器の一例である。
上記過冷却熱交換器１４は、蒸発器１１の下流側、かつ、デフロスト熱交換器１９の上流側に配置されている。これにより、上記凝縮器１３から膨張弁１５へ向かうＣＯ２冷媒の温度を下げることができる。
上記デフロスト熱交換器１９は、過冷却熱交換器１４の下流側、かつ、圧縮機１２の上流側に配置されている。また、上記デフロスト熱交換器１９は、デフロスト用循環回路５０を介して貯湯タンク２に接続されている。これにより、上記貯湯タンク２内の温水をデフロスト熱交換器１９に供給して、過冷却熱交換器１４から圧縮機１２へ向かうＣＯ２冷媒の温度を上げることができる。
上記ＣＯ２冷媒は、蒸発器１１において、電動送風機１７から送られた空気中の熱を吸収して温度が上がる。そして、上記ＣＯ２冷媒は、圧縮機１２で圧縮されてさらに温度が上がった後、デフロスト熱交換器１９を経由して凝縮器１３に入って、熱を放出する。これにより、上記ＣＯ２冷媒は、凝縮器１３に入る前に比べて低温となって、過冷却熱交換器１４へ向かって流れる。そして、上記ＣＯ２冷媒は、その過冷却熱交換器１４でさらに冷却された後、膨張弁１５を経て、蒸発器１１に戻る。
また、上記蒸発器１１の霜を取るためのデフロスト運転時、貯湯タンク２内の温水がデフロスト用循環回路５０を介してデフロスト熱交換器１９に供給される。このため、上記デフロスト熱交換器１９に入ったＣＯ２冷媒は、貯湯タンク２からの温水と熱交換し、温度がさらに上昇する。
一方、非デフロスト運転時においては、デフロスト熱交換器１９は貯湯タンク２から温水が供給されないので、デフロスト熱交換器１９でＣＯ２冷媒の温度は上昇しない。
次に、上記デフロスト用循環回路５０について説明する。このデフロスト用循環回路５０には分岐弁５５が設けられている。この分岐弁５５は、貯湯タンク２からの温水が流入する入口と、温水が流出する２つの出口とを有している。この２つの出口のうち、一方の出口は凝縮器１３に接続され、他方の出口はデフロスト熱交換器１９に接続されている。上記一方の出口の開度を調節することにより、凝縮器１３に入る温水の量を調節することができる。また、上記他方の出口の開度調節することにより、デフロスト熱交換器１９に入る温水の量を調節することできる。この分岐弁７の各出口の開度は制御部７によって調節される。なお、上記分岐弁５５は流通制御部の一例である。
次に、上記沸き上げ用循環回路５について説明する。この沸き上げ用循環回路５には、沸き上げ用循環ポンプ５１および沸き上げ用三方弁５２が設けられている。そして、上記沸き上げ用循環回路５は、第２暖房往き接続口４２と、沸き上げ用の供給口５３と、凍結防止水戻し接続口５４とに接続されている。
上記凍結防止水戻し接続口５４には、凝縮器１３から温水が流れてきたり、デフロスト熱交換器１９から温水が流れてきたりする。
また、上記沸き上げ用循環回路５における凝縮器１３の上流側の一部は、デフロスト用循環回路５０におけるデフロスト熱交換器１９の上流側の一部として兼用される。つまり、上記貯湯タンク２と分岐弁５５との間において温水が流れる部分は、沸き上げ用循環回路５の一部であると共に、デフロスト用循環回路５０の一部でもある。この沸き上げ用循環回路５とデフロスト用循環回路５０との分岐部に分岐弁５５が設けられている。
上記供給口５３は貯湯タンク２の下部に設けられている。これにより、上記貯湯タンク２内の下部領域にある温水を、供給口５３を介して沸き上げ用循環ポンプ５１に供給することができる。
上記沸き上げ用循環ポンプ５１は、貯湯タンク２の下部内の温水を吸い込み、分岐弁５５へ向けて吐出する。この沸き上げ用循環ポンプ５１として流量可変ポンプまたは流量固定循環ポンプを採用することができる。
上記凝縮器１３ではＣＯ２冷媒の熱が温水に伝わり、この温水が高温（例えば６０℃〜８５℃）となる。この凝縮器１３を出た高温の温水は沸き上げ用三方弁５２へ向かう。
上記沸き上げ用三方弁５２は、給湯運転中および暖房運転中、凝縮器１３からの高温の温水を、第２暖房往き接続口４２を介して貯湯タンク２内の上部領域に流す。また、上記ヒートポンプユニット１の起動時、ヒートポンプユニット１の凝縮器１３から出る温水は十分に高温となっていないので、沸き上げ用三方弁５２は、凝縮器１３からの高温の温水を、凍結防止水戻し接続口５４を介して貯湯タンク２内の下部領域に流す。これにより、上記凝縮器１３で十分に高温にならなかった温水が貯湯タンク２内の上部領域に戻って貯湯タンク２内の温度分布が乱れるのを防止できる。
次に、上記貯湯タンク２について説明する。この貯湯タンク２はヒートポンプユニット１で加熱された温水を貯える。また、上記貯湯タンク２内の上下方向の略中央部にはヒータ６を配置していて、このヒータ６は貯湯タンク２内の温水を直接加熱する。また、上記貯湯タンク２内の各部の温水の温度を検出するため、複数の温度センサ４０Ａ，４０Ｂ，…，４０Ｅを貯湯タンク２に設けている。この複数の温度センサ４０Ａ，４０Ｂ，…，４０Ｅは、貯湯タンク２内の各部の温水の温度を検出し、その温度を示す信号を制御部７に送る。
次に、上記給湯用熱交換器３について説明する。この給湯用熱交換器３は、コイル状のパイプから成って、貯湯タンク２内の下部領域から上部領域に渡って配置されている。給湯水は給湯用熱交換器３内を流れることによって加熱される。より詳しくは、上記給湯水は、貯湯タンク２の下部から貯湯タンク２内に入って、貯湯タンク２内の下部領域に配置された給湯用熱交換器３を上方に向かって流れる。そして、上記給湯水は、貯湯タンク２内の上部領域に配置された給湯用熱交換器３を上方に向かって流れた後、貯湯タンク２の上部から貯湯タンク２外に出る。
また、上記貯湯タンク２から出た給湯水の温度が高すぎた場合、給湯用混合弁３１を開いて、貯湯タンク２から出た給湯水と、貯湯タンク２に流入する前の給湯水とを混ぜ合わせる。これにより、上記貯湯タンク２から出た給湯水の温度を下げることができる。
次に、上記暖房用循環回路４について説明する。この暖房用循環回路４は、貯湯タンク２内に貯められた温水を貯湯タンク２外の複数の暖房端末８Ａ，８Ｂ，…を経由させた後、再び、貯湯タンク２内に戻して循環させるためのものである。そして、上記暖房用循環回路４は、第１，第２暖房往き接続口４１，４２と暖房戻り接続口４３とに接続されている。
上記第１暖房往き接続口４１は、貯湯タンク２内の温水を取り出すためのものである。この第１暖房往き接続口４１は、貯湯タンク２の上下方向の略中央部に設けられて、ヒータ６近傍かつ上方に位置している。これにより、上記ヒータ６で加熱された直後の温水を、第１暖房往き接続口４１から取り出し、複数の暖房端末８Ａ，８Ｂ，…に送ることができる。
上記第２暖房往き接続口４２も、上記第１暖房往き接続口４１と同様に、貯湯タンク２内の温水を取り出すためのものである。この第２暖房往き接続口４２は貯湯タンク２の上部に設けられている。これにより、上記貯湯タンク２内の上部領域の温水を、第２暖房往き接続口４２から取り出し、複数の暖房端末８Ａ，８Ｂ，…へ送ることができる。また、上記第２暖房往き接続口４２は沸き上げ戻り接続口を兼用している。
上記暖房端末８Ａ，８Ｂ，…のそれぞれは、貯湯タンク２から流れてきた温水の熱を直接取り出し、室内に放出する。そして、上記温水は、低温となり、暖房端末８Ａ，８Ｂ，…を出て、暖房戻り接続口４３へ向かって流れる。
上記暖房戻り接続口４３は貯湯タンク２の下部に設けられている。これにより、上記暖房戻り接続口４３から出た温水を、貯湯タンク２内の下部領域の温水と混ぜることができる。
また、上記暖房用循環回路４には、バイパス配管４４、暖房用混合弁４５、温度センサ４０Ｆ，４０Ｇ、暖房用循環ポンプ４８および暖房用三方弁４９が設けられている。
上記バイパス配管４４は、暖房端末８Ａ，８Ｂ，…から暖房戻り接続口４３へ流れる温水の一部を暖房用混合弁４５へ案内する。
上記暖房用混合弁４５は、貯湯タンク２からの温水が流入する入口と、バイパス配管４４からの温水が流入する入口とを有している。詳しくは後述するが、上記暖房用混合弁４５の各入口の開度は制御部７によって調節される。
上記制御部７は、外気温度センサ１８の出力信号と、温度センサ４０Ａ，４０Ｂ，…，４０Ｇの出力信号とを受ける。また、上記制御部７は、室内温度センサ（図示せず）から、室内温度を示す信号も受ける。ここで、上記外気温度センサ１８の出力信号は外気温度を示す信号、温度センサ４０Ａ，４０Ｂの出力信号は貯湯タンク２内の上部領域の温水の温度を示す信号、温度センサ４０Ｃの出力信号は貯湯タンク２内の上下方向の中間部領域の温水の温度を示す信号、温度センサ４０Ｄ，４０Ｅの出力信号は貯湯タンク２内の下部領域の温水の温度を示す信号である。また、上記温度センサ４０Ｆの出力信号は、貯湯タンク２から暖房端末８Ａ，８Ｂ，…へ向かう温水の温度を示す信号である。そして、上記温度センサ４０Ｇは、暖房端末８Ａ，８Ｂ，…から貯湯タンク２へ向かう温水の温度を示す信号である。
上記暖房用循環ポンプ４８は、第２暖房往き接続口４２または第１暖房往き接続口４１を介して貯湯タンク２内の温水を吸い込み、複数の暖房端末８Ａ，８Ｂ，…に向けて吐出する。
上記暖房用三方弁４９は、貯湯タンク２内の温水の高温領域が第１暖房往き接続口４１近傍に存在している場合、第１暖房往き接続口４１から温水を取り出す。また、上記暖房用三方弁４９は、貯湯タンク２内の温水の高温領域が第１暖房往き接続口４１近傍に存在していない場合、第２暖房往き接続口４２から温水を取り出す。この暖房用三方弁４９の切り替えは制御部７によって行われる。つまり、上記制御部７は、貯湯タンク２内の各部の温水の温度を検出するための複数の温度センサからの信号に基づいて、暖房用三方弁４９の切り替えを行う。
上記構成の暖房給湯装置によれば、暖房運転が開始すると、制御部７が暖房用循環ポンプ４８をＯＮにする。これにより、上記貯湯タンク２に貯えた温水が複数の暖房端末８Ａ，８Ｂ，…に送られ、再び、貯湯タンク２に戻る。これにより、上記温水の熱が暖房端末８Ａ，８Ｂ，…を介して室内に放出されて、室内が暖房される。
上記暖房運転中、制御部７が、外気温度センサ１８、温度センサ４０Ａ，４０Ｂ，…，４０Ｅおよび室内温度センサの出力信号に基づいて、圧縮機１２、膨張弁１５、沸き上げ用循環ポンプ５１および分岐弁５５を制御する。
例えば、上記制御部７は、温度センサ４０Ａ，４０Ｂ，…，４０Ｅの出力信号から、貯湯タンク２内の上部領域にある高温の温水が少なくなっていると判断すると、ヒートポンプユニット１で貯湯タンク２内の温水を沸き上げる。より詳しくは、上記圧縮機１２および沸き上げ用循環ポンプ５１をＯＮにし、かつ、膨張弁１５を開く。このとき、上記制御部７は、分岐弁５５の凝縮器１３側の出口を全開にする一方、分岐弁５５のデフロスト熱交換器１９側の出口を全閉にする。これにより、上記貯湯タンク２内の下部領域にある温水が凝縮器１３へ流れ、この凝縮器１３で加熱されて高温となった温水が第２暖房往き接続口４２を介して貯湯タンク２内に戻る。
そして、上記ヒートポンプユニット１で貯湯タンク２内の温水を沸き上げている最中に、制御部７が、例えば、外気温度センサ１８の出力から、蒸発器１１の霜を取るためのデフロスト運転が必要だと判断すると、デフロスト運転を開始する。
上記デフロスト運転が開始すると、制御部７が、膨張弁１５の開度を大きくすると共に、分岐弁５５のデフロスト熱交換器１９側の出口を開く。これにより、上記貯湯タンク２内の下部領域の中温（例えば３０℃〜５０℃）の温水が、凝縮器１３およびデフロスト熱交換器１９の両方に流れる。このデフロスト熱交換器１９に入った中温の温水は、圧縮機１２へ向かうＣＯ２冷媒に熱を与えて低温の温水となる。この低温の温水は、凍結防止水戻し接続口５４を介して貯湯タンク２内に戻る。
このように、上記中温の温水が、デフロスト熱交換器１９を経由した後、再び、貯湯タンク２内に戻ることにより、蒸発器１１に入るＣＯ２冷媒の温度が適度に高くなる。その結果、上記蒸発器１１から霜を取り除くことができる。
上記デフロスト運転中は、外気から熱を取り込むのではなく、貯湯タンク２内の下部領域の中温の温水から熱を取り込む。この熱は、ヒートポンプユニット１がデフロスト運転前に沸かした温水の熱である。このため、上記ヒートポンプユニット１のＣＯＰはデフロスト運転中に限っていえば悪くなる。ただし、それは、上記貯湯タンク２内の下部領域の中温の温水を用いない従来のデフロスト運転でも同じである。
しかしながら、上記貯湯タンク２内の下部領域の中温の温水を用いるデフロスト運転であれば、その中温の温水は、デフロスト熱交換器１９を経由することによって、温度が下がって低温の温水となって、貯湯タンク２内の下部領域に戻る。これにより、上記デフロスト運転の終了後に、貯湯タンク２内の温水の沸き上げを行うと、貯湯タンク２内の下部領域の低温の温水がヒートポンプユニット１に供給される。その結果、上記ヒートポンプユニット１のＣＯＰが向上し、運転トータルで、ヒートポンプユニット１のＣＯＰの改善が見込める。
また、上記デフロスト熱交換器１９は過冷却熱交換器１４の下流側に配置されているので、蒸発器１１および過冷却熱交換器１４で温度が上昇したＣＯ２冷媒が、デフロスト用循環回路５０を流れる中温の温水から熱を吸収する。つまり、上記中温の温水はＣＯ２冷媒で冷却される。
このように、上記中温の温水はＣＯ２冷媒で冷却されるが、そのＣＯ２冷媒は蒸発器１１および過冷却熱交換器１４で温度が上昇して過度に冷たくないので、中温の温水が凍るのを防ぐことできる。
もし、上記デフロスト熱交換器１９を蒸発器１１と膨張弁１５との間に配置したなら、膨張弁１５から蒸発器１１へ向かう過度に冷たいＣＯ２冷媒が、デフロスト用循環回路５０を流れる中温の温水を冷却することになるので、中温の温水が凍って、デフロスト運転を継続できなくなる可能性がある。
また、上記ヒートポンプユニット１はＣＯ２冷媒を使用しているので、凝縮器１３から高温の温水を出湯することができる。
また、上記沸き上げ用循環回路５における凝縮器１３の上流側の一部は、デフロスト用循環回路５０におけるデフロスト熱交換器１９の上流側の一部として兼用されるので、沸き上げ用循環回路５における凝縮器１３の上流側の一部を施工すれば、デフロスト用循環回路５０におけるデフロスト熱交換器１９の上流側の一部の施工を行わずに済む。
したがって、上記沸き上げ用循環回路５およびデフロスト用循環回路５０の施工に係る手間が少なく、沸き上げ用循環回路５およびデフロスト用循環回路５０の施工性は良好である。
また、上記沸き上げ用循環回路５における温水の流通と、デフロスト用循環回路５０における温水の流通とを、一つの分岐弁５５だけで制御するので、それらの流通の制御が複雑になるのを防ぐことができる。
また、上記暖房運転が行われていない非デフロスト運転時、制御部７は、沸き上げ用循環ポンプ５１をＯＮにし、かつ、分岐弁５５のデフロスト熱交換器１９側の出口を開き、デフロスト用循環回路５０に少量の温水を流す。これにより、上記デフロスト用循環回路５０内に残った温水が冷えて凍るのを防ぐことができる。
（第２実施形態）
図１は、本発明の第２実施形態の暖房給湯装置の構成を示す模式図である。また、図２において、図１に示した第１実施形態の構成部と同一構成部は、図１における構成部と同一参照番号を付して説明を省略する。
上記暖房給湯装置は、上記第１実施形態の過冷却熱交換器１４およびデフロスト熱交換器１９の代わりに、デフロスト熱交換器２１９を備えている。
上記デフロスト熱交換器２１９は、デフロスト用循環回路５０内の温水を用いて、蒸発器１１から圧縮機１２へ向かうＣＯ２冷媒を加熱すると共に、凝縮器１３から膨張弁１５へ向かうＣＯ２冷媒を冷却する。つまり、上記デフロスト熱交換器２１９は、第１実施形態の過冷却熱交換器１４，デフロスト熱交換器１９の両方の機能を有している。
より詳しくは、上記デフロスト熱交換器２１９では、凝縮器１３と膨張弁１５との間の冷媒回路１６の一部に、蒸発器１１と圧縮機１２との間の冷媒回路１６の一部をろう付けしている。また、上記凝縮器１３と膨張弁１５との間の冷媒回路１６の一部には、デフロスト用循環回路５０の一部もろう付けしている。
上記構成の暖房給湯装置によれば、蒸発器１１と圧縮機１２との間にはデフロスト熱交換器２１９を配置しているだけだから、第１実施形態に比べて、ヒートポンプユニット１を小型化できる。
（第３実施形態）
図３は、本発明の第３実施形態の暖房給湯装置の構成を示す模式図である。また、図３において、図２に示した第２実施形態の構成部と同一構成部は、図２における構成部と同一参照番号を付して説明を省略する。
上記暖房給湯装置は、温度検知部の一例としての温度センサ４０Ｈを備えている。この温度センサ４０Ｈは、デフロスト用循環回路５０に設けられ、デフロスト熱交換器２１９の下流側に位置している。そして、上記温度センサ４０Ｈは、デフロスト熱交換器１９から貯湯タンク２へ向かう低温の温水の温度を検出し、この温度を示す信号を制御部７に出力する。
上記構成の暖房給湯装置によれば、デフロスト用循環回路５０内を温水が流れている場合、制御部７は、温度センサ４０Ｈからの信号に基づいて、デフロスト熱交換器１９から貯湯タンク２へ向かう低温の温水の温度が例えば０℃以下とならないように、分岐弁５５のデフロスト熱交換器２１９側の出口の開度を調節する。
その結果、上記デフロスト用循環回路５０内で温水が凍って、デフロスト運転が行えなくなる事態を回避できる。
（第４実施形態）
図４は、本発明の第４実施形態の暖房給湯装置の構成を示す模式図である。また、図４において、図１に示した第１実施形態の構成部と同一構成部は、図１における構成部と同一参照番号を付して説明を省略する。
上記暖房給湯装置は、上記第１実施形態のデフロスト熱交換器１９の代わりに、デフロスト熱交換器４１９を備えている。このデフロスト熱交換器４１９は、容器４６１と、この容器４６１内に配置されたコイル状の熱交換パイプ４６２とを有している。
上記構成の暖房給湯装置によれば、蒸発器１１を出たＣＯ２冷媒は、過冷却熱交換器１４を通過した後、容器４６１に入る。この容器４６１内には熱交換パイプ４６２が配置されているので、ＣＯ２冷媒は熱交換パイプ４６２の全表面に接触する。
したがって、上記貯湯タンク２からの中温の温水の熱は、熱交換パイプ４６２を介して容器４６１内のＣＯ２冷媒に効率良く伝達される。
上記第１〜第４実施形態において、ヒートポンプユニット１はＣＯ２冷媒を使用していたが、ＮＨ３冷媒やＲ２２冷媒などを使用してもよい。
また、上記第１〜第４実施形態の内容を組み合わせたものを本発明の一実施の形態としてもよい。
また、上記第１〜第４実施形態から、暖房端末８Ａ，８Ｂ，…およびこれに関係する暖房用循環回路４等を無くして、給湯装置としてもよい。すなわち、本発明は、暖房給湯装置に限定されず、給湯のみを行う給湯装置にも適用できる。
図１は本発明の第１実施形態の暖房給湯装置の模式図である。 図２は本発明の第２実施形態の暖房給湯装置の模式図である。 図３は本発明の第３実施形態の暖房給湯装置の模式図である。 図４は本発明の第４実施形態の暖房給湯装置の模式図である。
１ ヒートポンプユニット
２ 貯湯タンク
３ 給湯用熱交換器
５ 沸き上げ用循環回路
８Ａ，８Ｂ，… 暖房端末
１１ 蒸発器
１２ 圧縮機
１３ 凝縮器
１４ 過冷却熱交換器
１５ 膨張弁
１６ 冷媒回路
１９，２１９，４１９ デフロスト熱交換器
４０Ｈ 温度センサ
５０ デフロスト用循環回路
５５ 分岐弁
４６１ 容器
４６２ 熱交換パイプ

Claims (8)

  1. 冷媒回路(１６)およびこの冷媒回路(１６)に設けられた第１の蒸発器(１１)、圧縮機(１２)、凝縮器(１３)および膨張機構(１５)を有するヒートポンプユニット(１)と、
    温水を貯える貯湯タンク(２)と、
    上記貯湯タンク(２)内の水を上記凝縮器(１３)を経由させて加熱した後、再び、上記貯湯タンク(２)内に戻して循環させるための加熱循環回路(５)と、
    上記冷媒回路(１６)において、上記第１の蒸発器(１１)の下流側、かつ、上記圧縮機(１２)の上流側に設けられた第２の蒸発器(２１９)と、
    上記貯湯タンク(２)内に貯められた温水を上記第２の蒸発器(２１９)を経由させた後、再び、上記貯湯タンク(２)内に戻して循環させるためのデフロスト用循環回路(５０)と、
    上記デフロスト用循環回路(５０)に設けられ、上記デフロスト用循環回路(５０)を流れる温水の流通を制御する流通制御部(５５)と
    を備え、
    上記第２の蒸発器(２１９)は過冷却熱交換器を兼ねており、
    上記第２の蒸発器(２１９)では、上記第１の蒸発器(１１)から上記圧縮機(１２)へ向かう冷媒が、上記デフロスト用循環回路(５０)を流れる温水と熱交換すると共に、上記凝縮器(１３)から上記膨張機構(１５)へ向かう冷媒と熱交換することを特徴とする温水システム。
  2. 請求項１に記載の温水システムにおいて、
    上記加熱循環回路(５)における上記凝縮器(１３)の上流側の一部は、上記デフロスト用循環回路(５０)における上記第２の蒸発器(２１９)の上流側の一部として兼用され、
    上記流通制御部(５５)は、上記加熱循環回路(５)と上記デフロスト用循環回路(５０)との分岐部に設けられて、上記加熱循環回路(５)における上記凝縮器(１３)の上流側の一部から上記凝縮器(１３)に流す温水の流量と、上記加熱循環回路(５)における上記凝縮器(１３)の上流側の一部から上記第２の蒸発器(２１９)に流す温水の流量とを調節することを特徴とする温水システム。
  3. 冷媒回路(１６)およびこの冷媒回路(１６)に設けられた第１の蒸発器(１１)、圧縮機(１２)、凝縮器(１３)および膨張機構(１５)を有するヒートポンプユニット(１)と、
    温水を貯える貯湯タンク(２)と、
    上記貯湯タンク(２)内の水を上記凝縮器(１３)を経由させて加熱した後、再び、上記貯湯タンク(２)内に戻して循環させるための加熱循環回路(５)と、
    上記冷媒回路(１６)において、上記第１の蒸発器(１１)の下流側、かつ、上記圧縮機(１２)の上流側に設けられた第２の蒸発器(１９，４１９)と、
    上記貯湯タンク(２)内に貯められた温水を上記第２の蒸発器(１９，４１９)を経由させた後、再び、上記貯湯タンク(２)内に戻して循環させるためのデフロスト用循環回路(５０)と、
    上記デフロスト用循環回路(５０)に設けられ、上記デフロスト用循環回路(５０)を流れる温水の流通を制御する流通制御部(５５)と
    を備え、
    上記加熱循環回路(５)における上記凝縮器(１３)の上流側の一部は、上記デフロスト用循環回路(５０)における上記第２の蒸発器(１９，４１９)の上流側の一部として兼用され、
    上記流通制御部(５５)は、上記加熱循環回路(５)と上記デフロスト用循環回路(５０)との分岐部に設けられて、上記加熱循環回路(５)における上記凝縮器(１３)の上流側の一部から上記凝縮器(１３)に流す温水の流量と、上記加熱循環回路(５)における上記凝縮器(１３)の上流側の一部から上記第２の蒸発器(１９，４１９)に流す温水の流量とを調節することを特徴とする温水システム。
  4. 請求項３に記載の温水システムにおいて、
    上記第１の蒸発器(１１)の下流側、かつ、上記第２の蒸発器(１９，４１９)の上流側に配置された過冷却熱交換器(１４)を備え、
    上記過冷却熱交換器(１４)では、上記第１の蒸発器(１１)から上記第２の蒸発器(１９，４１９)へ向かう冷媒が、上記凝縮器(１３)から上記膨張機構(１５)へ向かう冷媒と熱交換することを特徴とする温水システム。
  5. 請求項３または４に記載の温水システムにおいて、
    上記第２の蒸発器(４１９)は、
    上記冷媒回路(１６)を流れる冷媒が通過する容器(４６１)と、
    上記容器(４６１)内に配置され、上記貯湯タンク(２)からの温水が内部を流れる熱交換パイプ(４６２)と
    を有することを特徴とする温水システム。
  6. 請求項１から５までのいずれか一項に記載の温水システムにおいて、
    上記冷媒回路(１６)を流れる冷媒はＣＯ２冷媒であることを特徴とする温水システム。
  7. 請求項２または３に記載の温水システムにおいて、
    上記第１の蒸発器(１１)のデフロスト運転時に上記第２の蒸発器(１９，２１９，４１９)に流入する温水の量が、上記第１の蒸発器(１１)の非デフロスト運転時に上記第２の蒸発器(１９，２１９，４１９)に流入する温水の量よりも多くなるように、上記流通制御部(５５)を制御する制御部(７)を備えたことを特徴とする温水システム。
  8. 請求項７に記載の温水システムにおいて、
    上記第２の蒸発器(１９，２１９，４１９)から出た温水の温度を検知する温度検知部(４０Ｈ)を備え、
    上記制御部(７)は、上記温度検知部(４０Ｈ)の出力に基づいて、上記流通制御部(５５)を制御することを特徴とする温水システム。
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