JP4890320B2

JP4890320B2 - ヒートポンプ式給湯システム

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Publication number: JP4890320B2
Application number: JP2007091301A
Authority: JP
Inventors: 淳本多
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2012-03-07
Anticipated expiration: 2027-03-30
Also published as: JP2008249248A

Description

本発明は，圧縮機や膨張弁などが設けられたヒートポンプサイクル（冷凍サイクル）内に循環する冷媒との熱交換によって水を加熱するヒートポンプ式給湯システムに関し，特に，そのヒートポンプサイクルを用いて冷房運転を実現することのできるヒートポンプ式給湯システムに関するものである。

従来から，圧縮機，水加熱用熱交換器，膨張弁，室外空気熱交換器などが順次接続されたヒートポンプサイクル（冷凍サイクル）内に冷媒を循環させることにより，該水加熱用熱交換器において冷媒と水との間で熱交換を行って水を加熱するヒートポンプ式給湯システムが周知である。
一方，特許文献１には，ヒートポンプ式給湯システムのヒートポンプサイクルを利用して冷房運転を実現することのできるヒートポンプ給湯エアコンが開示されている。具体的には，冷媒と貯湯タンク内の水との間で熱交換を行う水加熱用熱交換器で冷却された後の冷媒を，室外空気熱交換器に流入させるのではなく，該冷媒と室内空気との間で熱交換を行う室内空気熱交換器に流入させることにより室内空気を冷却するものである。このような構成では，冷房運転の排熱を貯湯タンク内の水の加熱に利用することができる。
但し，このような構成では貯湯タンク内の水の温度が高くなると，水加熱用熱交換器で冷媒を冷却することができず，冷房運転を継続することができなくなる。そのため，前記特許文献１では，貯湯タンク内の水の温度が高くなった場合，水加熱用熱交換器から流出した冷媒が室外空気熱交換器，室内空気熱交換器に順に流入するようにヒートポンプサイクル内の冷媒流路を切り換え，室外空気熱交換器において冷媒を冷却することで，冷房運転を継続させることが提案されている。
特開２００５−１６４２０７号公報

しかしながら，前記特許文献１のヒートポンプ給湯エアコンでは，貯湯タンク内の水の温度が高くなった場合に，ヒートポンプサイクル内の冷媒流路を切り換えているため，その切り換え時に圧縮機に過負荷がかかる場合がある。以下，具体的に説明する。
まず，水加熱用熱交換器及び室内空気熱交換器の間で冷媒を循環させて冷房運転を行っている場合（例えば特許文献１の図３参照）には，室外空気熱交換器に冷媒が循環されないため，該室外空気熱交換器に圧力の高い冷媒が溜まることになる。
そして，この状態から，冷媒が水加熱用熱交換器，室外空気熱交換器及び室内空気熱交換器を順に流通するようにヒートポンプサイクル内の冷媒流路を切り換えると（例えば特許文献１の図４参照），室外空気熱交換器に溜まっていた圧力の高い冷媒が室内空気熱交換器に流入することになる。このとき，室内空気熱交換器の前段に設けられた膨張弁などでその冷媒の圧力を十分に低下させることができなければ，室内空気熱交換器から圧縮機に圧力の高い冷媒が流入することになる。特に，冷媒が室内空気熱交換器で気化されずに液体のまま圧縮機に流入することも考えられる。
このように圧力の高い冷媒や液体冷媒が圧縮機に流入すると，圧縮機に過負荷がかかるため，圧縮機の耐久性が低下するという問題が生じる。また，圧縮機に流入する冷媒の圧力の高さ如何によっては，該圧縮機が一時的に稼動不能状態に陥るおそれもある。
従って，本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり，冷房運転の排熱を貯湯タンクの水の加熱に利用することのできるヒートポンプ式給湯システムであって，貯湯タンクに貯溜された水の温度が高くなった後でも，ヒートポンプサイクル内の冷媒流路を切り換えることなく冷房運転を継続させることのできるヒートポンプ式給湯システム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，冷媒を圧縮する圧縮機と，前記圧縮機から流出した冷媒と水との間で熱交換を行うことにより該水を加熱する水加熱用熱交換器と，前記水加熱用熱交換器によって加熱された後の温水を貯溜する貯湯タンクと，前記貯湯タンク内の水を前記水加熱用熱交換器を経て該貯湯タンクに循環させることにより該水を加熱する水加熱循環手段と，前記水加熱用熱交換器から流出した冷媒と室外空気との間で熱交換を行う室外空気熱交換器と，前記水加熱用熱交換器から流出した冷媒と室内空気との間で熱交換を行う室内空気熱交換器と，前記水加熱用熱交換器から流出した冷媒の流入先を前記室外空気熱交換器及び前記室内空気熱交換器のいずれかに切り換える冷媒制御弁と，前記室外空気熱交換器及び前記室内空気熱交換器に流入する冷媒を膨張させる膨張弁と，前記室外空気熱交換器及び前記室内空気熱交換器から流出した冷媒を前記圧縮機に還流させるための冷媒還流経路と，を備えてなるヒートポンプ式給湯システムに適用されるものであって，温水と室外空気との間で熱交換を行うことにより該温水を冷却する温水冷却用熱交換器と，前記貯湯タンク内の温水を前記温水冷却用熱交換器を経て該貯湯タンクに循環させることにより該温水を冷却する温水冷却循環手段と，を備えてなることを特徴とするヒートポンプ式給湯システムとして構成される。
本発明によれば，前記貯湯タンクに貯溜された温水の温度が高くなった場合でも，前記温水冷却循環手段で前記貯湯タンクの温水を冷却することが可能であるため，冷媒流路を切り換えることなく前記室内空気熱交換器における室内空気の冷却（冷房運転）を継続させることができる。したがって，前記圧縮機への過負荷を防止することができ，耐久性の低下や稼働不能状態の発生を防止することができる。
具体的には，前記貯湯タンクから前記水加熱用熱交換器に供給される水の温度を検出する温度検出手段を設けておき，その温度検出手段による検出温度が予め設定された設定温度以上である場合に，前記温水冷却循環手段を稼働させるように制御することで，前記貯湯タンクに貯溜された温水の温度が高くなった場合でも冷房運転を継続させることができる。なお，前記温度検出手段は，前記貯湯タンク内や前記貯湯タンクから前記水加熱用熱交換器への水流路上に配置しておけばよい。

ところで，前記温水冷却循環手段は，例えば前記貯湯タンクと前記温水冷却用熱交換器とを接続する温水冷却経路と，前記貯湯タンク内の温水を前記温水冷却経路に循環させる温水循環ポンプとを備えて構成される。
ここで，前記温水冷却経路は，前記貯湯タンクの上層から前記温水冷却経路を経て該貯湯タンクの下層に接続されたものであることが考えられる。これにより，前記貯湯タンクの上層に貯溜された高温の温水を，前記温水冷却用熱交換器において冷却して前記貯湯タンクの下層に還流させることができる。
また，前記貯湯タンクから給湯される温水を該温水の給湯経路上でガス燃焼により加熱する第一のガス加熱手段を更に備える構成が望ましい。これにより，前記貯湯タンクから給湯される温水の温度を，必要に応じて前記第一のガス加熱手段によって補助加熱することにより高温の温水を給湯することができる。

さらに，前記圧縮機で圧縮された冷媒を熱媒体として用いる一又は複数の加熱サイクルを更に備える構成が考えられる。例えば，前記加熱サイクルは，床暖房装置や風呂水の追い焚きなどに用いられるものである。
ここで，前記加熱サイクルは，前記圧縮機から流出した冷媒と水又はブラインとの間で熱交換を行う加熱サイクル用熱交換器に加えて，前記加熱サイクル用熱交換器において加熱された後の温水又はブラインをガス燃焼により加熱する第二のガス加熱手段を備えてなることが望ましい。これにより，当該ヒートポンプ式給湯システムにおいて前記圧縮機からの冷媒を分配することにより不足した熱量を前記第二のガス加熱手段で補うことができ，前記加熱サイクルにおいて十分な熱量を得ることができる。

本発明によれば，前記貯湯タンクに貯溜された温水の温度が高くなった場合でも，前記温水冷却循環手段で前記貯湯タンクの温水を冷却することが可能であるため，冷媒流路を切り換えることなく前記室内空気熱交換器における室内空気の冷却（冷房運転）を継続させることができる。したがって，前記圧縮機への過負荷を防止することができ，耐久性の低下や稼働不能状態の発生を防止することができる。

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システムＸの概略構成を示すブロック図，図２〜図４は本発明の実施の形態に係るヒートポンプ式給湯システムＸの各種の運転動作を説明するための図である。
まず，図１を用いて本発明の実施の形態に係るヒートポンプ式給湯システムＸの概略構成について説明し，その後，図２〜図４を用いてヒートポンプ式給湯システムＸの各種の運転動作について説明する。
図１に示すように，ヒートポンプ式給湯システムＸは，大別すると，冷媒が循環されるヒートポンプサイクル（冷凍サイクル）１と，温水を給湯するための給湯回路２と，ヒートポンプサイクル１に循環される冷媒を熱媒体に用いる床暖房回路３（加熱サイクルの一例）と，ヒートポンプサイクル１に循環される冷媒を熱媒体に用いる風呂追い焚き回路４（加熱サイクルの一例）と，を備えて構成されている。また，ヒートポンプ式給湯システムＸは，ＣＰＵやＲＡＭ，ＲＯＭなどを有する不図示の制御部を備えており，該制御部によって統括的に制御される。
ここに，ヒートポンプサイクル１に循環される冷媒には，例えばＲ４１０Ａ，Ｒ４０７Ｃ／Ｅ，Ｒ４０４Ａ，Ｒ５０７Ａ，Ｒ１３４ａなどのＨＦＣ冷媒が用いられる。

ヒートポンプサイクル１は，冷媒を圧縮する圧縮機１１と，圧縮機１１から流出した冷媒と水との間で熱交換を行うことにより該水を加熱する水加熱用熱交換器１２と，水加熱用熱交換器１２から流出した冷媒を膨張させる膨張弁１３と，膨張弁１３で膨張された冷媒と室外空気との間で熱交換を行うことにより該冷媒を加熱する室外空気熱交換器１４と，室外空気熱交換器１４に室外空気を送風する送風ファン１４ａと，膨張弁１３で膨張された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冷却する室内空気熱交換器１５と，膨張弁１３で膨張された冷媒の流入先を室外空気熱交換器１４及び室内空気熱交換器１５のいずれかに切り換える冷媒制御弁１６，１７とを備えて構成されている。なお，冷媒制御弁１６，１７はいずれか一方だけであってもかまわない。
また，ヒートポンプサイクル１の回路構成では，室外空気熱交換器１４及び室内空気熱交換器１５に流入される冷媒を共通の膨張弁１３で膨張させることにより，膨張弁の個数を削減することができる。但し，冷媒制御弁１６と室外空気熱交換器１４の間，冷媒制御弁１６と室内空気熱交換器１５の間にそれぞれ膨張弁１３を設けることも他の実施例として考えられる。

室内空気熱交換器１５は，室内の冷房運転を行う空気調和機Ｙに設けられたものであって，該空気調和機Ｙには，一般的な空気調和機の室内機が有するその他の構成要素が設けられている。
また，ヒートポンプサイクル１には，圧縮機１１で圧縮された冷媒とブラインとの間で熱交換を行う床暖房用熱交換器３１（加熱サイクル用熱交換器の一例）と，圧縮機１１から流出した冷媒と水との間で熱交換を行う風呂追い焚き用熱交換器４１（加熱サイクル用熱交換器の一例）と，圧縮機１１から流出した冷媒を水加熱用熱交換器１２と床暖房用熱交換器３１及び風呂追い焚き用熱交換器４１とに分配する冷媒分配弁１８とが接続されている。

ヒートポンプサイクル１では，前述の各構成要素が冷媒配管によって接続されることにより３つの冷媒循環経路１０ａ〜１０ｃが形成されている。
冷媒循環経路１０ａ（冷媒還流経路の一例）は，圧縮機１１，冷媒分配弁１８，水加熱用熱交換器１２，膨張弁１３，冷媒制御弁１６，室外空気熱交換器１４，冷媒制御弁１７，圧縮機１１を順に接続するものである。
冷媒循環経路１０ｂ（冷媒還流経路の一例）は，圧縮機１１，冷媒分配弁１８，水加熱用熱交換器１２，膨張弁１３，冷媒制御弁１６，室内空気熱交換器１５，冷媒制御弁１７，圧縮機１１を順に接続するものである。
冷媒循環経路１０ｃは，冷媒分配弁１８，風呂追い焚き用熱交換器４１，床暖房用熱交換器３１，膨張弁１３を順に接続するものである。

床暖房回路３は，床暖房用熱交換器３１で加熱されたブラインの熱を放熱する床暖房装置３２と，床暖房用熱交換器３１及び床暖房装置３２を接続するブライン経路３０にブラインを循環させる循環ポンプ３３と，ブライン経路３０上において床暖房用熱交換器３１から流出したブラインを補助加熱するガス加熱装置３４（第二のガス加熱手段の一例）と，を備えている。なお，本実施例では床暖房回路３にブラインを循環させているが，ブラインに代えて，水であってもよい。
また，風呂追い焚き回路４は，風呂追い焚き用熱交換器４１及び浴槽４２を接続する風呂水経路４０に水を循環させるための循環ポンプ４３と，風呂水経路４０上において風呂追い焚き用熱交換器４１から流出した温水を補助加熱するガス加熱装置４４（第二のガス加熱手段の一例）と，を備えている。
床暖房回路３及び風呂追い焚き回路４では，前記制御部（不図示）によってガス加熱装置３４やガス加熱装置４４が制御されることにより，床暖房用熱交換器３１や風呂追い焚き用熱交換器４１から床暖房装置３２や浴槽４２に供給されるブラインや水の温度が調節される。

一方，給湯回路２は，水加熱用熱交換器１２において加熱された後の温水（例えば６０℃程度）を貯溜するための貯湯タンク２１と，貯湯タンク２１の下層から水加熱用熱交換器１２を経て貯湯タンク２１の上層に水を循環させるための循環ポンプ２２（水加熱循環手段の一例）と，貯湯タンク２１から水加熱用熱交換器１２に供給される水の温度を検出するサーミスタ等の温度センサ２３（温度検出手段の一例）と，温水と室外空気との間で熱交換を行うことにより該温水を冷却する温水冷却用熱交換器２４と，貯湯タンク２１の上層から温水冷却用熱交換器２４を経て貯湯タンク２１の下層に水を循環させるための循環ポンプ２５と，を備えている。
ここで，温度センサ２３は，後述の水加熱経路２０ｂに配置されているが，これに限られず，例えば貯湯タンク２１内に配置されるものであってもかまわない。温度センサ２３により検出された温度は，前記制御部（不図示）に伝達される。そして，前記制御部（不図示）では，温度センサ２３から入力された温度に基づいて循環ポンプ２５の稼働の有無を判断する。なお，この点については後段で詳述する。

温水冷却用熱交換器２４は，室外空気熱交換器１４と略同様に構成され，該室外空気熱交換器１４と並設されたものであって，例えば複数のフィン（伝熱板）に貫装された配管内に水を流通させることにより，その水と送風ファン１４ａによって送風される室外空気との間で熱交換を行うものである。このように，室外空気熱交換器１４及び温水冷却用熱交換器２４を並設することにより，一つの送風ファン１４ａを共用することができる。
なお，温水冷却用熱交換器２４は，前記構成に限られるものではなく，例えば，室外空気熱交換器１４と一体的に構成されたものであってもよい。具体的には，室外空気熱交換器１４において冷媒が流通する配管が貫装された複数のフィンに，水が流通する配管を共に貫装しておくことが考えられる。また，温水冷却用熱交換器２４は，単に室外空気に接触するように這わされた配管であってもよく，室外空気熱交換器１４や送風ファン１４ａが設けられた不図示の室外機とは別に設けられるものであってもよい。さらに，温水冷却用熱交換器２４は，風呂追い焚き回路４などに循環される水との熱交換によって温水を冷却するものであってもよい。

貯湯タンク２１の上層には，貯湯タンク２１の上層の温水を浴槽４２，浴室用シャワー２６，台所用給湯口２７などに出力するための給湯経路２０ａと，水加熱用熱交換器１２に続く水加熱経路２０ｂと，温水冷却用熱交換器２４に続く温水冷却経路２０ｃとが接続されている。
また，貯湯タンク２１の下層には，図外の給水口から該貯湯タンク２１の下層に水を給水するための給水経路２０ｄと，水加熱用熱交換器１２に続く水加熱経路２０ｂと，温水冷却用熱交換器２４に続く温水冷却経路２０ｃとが接続されている。
即ち，水加熱経路２０ｂは，貯湯タンク２１の下層から水加熱用熱交換器１２を経て貯湯タンク２１の上層に接続された経路であって，温水冷却経路２０ｃは，貯湯タンク２１の上層から温水冷却用熱交換器２４を経て貯湯タンク２１の下層に接続された経路である。

給湯回路２では，前記制御部（不図示）によって循環ポンプ２２が稼働され，貯湯タンク２１の下層の水が水加熱経路２０ｂに循環されることにより，水加熱用熱交換器１２で加熱された後の温水が貯湯タンク２１の上層に還流される。
また，給湯回路２では，前記制御部（不図示）によって循環ポンプ２５が稼働されることにより，貯湯タンク２１の温水が，温水冷却経路２０ｃを通じて，温水冷却用熱交換器２４を経て貯湯タンク２１の下層に還流される。このように，貯湯タンク２１の上層の温水が温水冷却経路２０ｃに循環されることにより，温水冷却用熱交換器２４で冷却された水が，貯湯タンク２１の下層に還流される。ここに，かかる動作を行うときの循環ポンプ２５及び温水冷却経路２０ｃが温水冷却循環手段に相当する。

一方，給湯回路２では，浴槽４２や浴室用シャワー２６，台所用給湯口２７などに設けられた不図示のコックが開かれることによって，貯湯タンク２１の上層に貯溜された温水が，前記給水口（不図示）から受けている水圧によって，給湯経路２０ａを通じて浴槽４２や浴室用シャワー２６，台所用給湯口２７などに出力される。なお，通常，給水口（不図示）の上流側には，貯湯タンク２１に過度の水圧がかからないように，減圧逆止弁（不図示）が配置されている。

また，給湯経路２０ａ上には，貯湯タンク２１から供給される温水をガス燃焼によって補助加熱するガス加熱装置２８（第一のガス加熱手段の一例）と，貯湯タンク２１から供給される温水に前記給水口（不図示）から供給される水を混合するための水混合弁２９ａ，２９ｂとが設けられている。
給湯回路２では，前記制御部（不図示）によってガス加熱装置２８，水混合弁２９ａ，２９ｂが制御されることにより，貯湯タンク２１から供給される給湯経路２０ａ上の温水がガス加熱装置２８で加熱され，或いは水混合弁２９ａ，２９ｂで水と混合されることによって，浴槽４２，浴室用シャワー２６，台所用給湯口２７などから出力される温水の温度が調節される。

以下，図２〜図４を用いて，ヒートポンプ式給湯システムＸの各種の運転動作について説明する。
ここに，図２はヒートポンプ式給湯システムＸにおける貯湯運転，図３及び図４はヒートポンプ式給湯システムＸにおける冷房運転を説明するための図である。なお，貯湯運転及び冷房運転は，前記制御部（不図示）によって所定のプログラムに従って実行される処理により実現される。
貯湯運転は，例えばユーザによる不図示の操作部への実行要求操作が行われた場合や，前記制御部（不図示）によって貯湯タンク２１内の温度センサ（不図示）による検出温度が既定の温度よりも低いと判断された場合などに実行される。また，冷房運転も同様に，例えばユーザによる不図示の操作部への実行要求操作が行われた場合などに実行される。

（１）貯湯運転について
まず，図２を用いて，ヒートポンプ式給湯システムＸにおける貯湯運転について説明する。
ヒートポンプ式給湯システムＸにおける貯湯運転では，前記制御部（不図示）によって冷媒制御弁１６，１７や冷媒分配弁１８などが制御されることにより，ヒートポンプサイクル１において冷媒循環経路１０ａが確立される。そして，圧縮機１１が稼働されることにより，冷媒循環経路１０ａで冷媒が循環される（図２の矢印参照）。
一方，前記制御部（不図示）によって循環ポンプ２２が稼働されることにより，給湯回路２では，貯湯タンク２１内の水が水加熱経路２０ｂで循環される（図２の矢印参照）。
これにより，水加熱経路２０ｂ上の水は，水加熱用熱交換器１２における冷媒との熱交換によって加熱され，逆に冷媒循環経路１０ａ上の冷媒は水加熱用熱交換器１２における水との熱交換によって冷却される。

より具体的には，圧縮機１１で圧縮された高温高圧の冷媒が，水加熱用熱交換器１２に達する。そして，水加熱用熱交換器１２では，冷媒と水との間で熱交換が行われることにより水が加熱され，冷媒が冷却される。このとき，水加熱用熱交換器１２を，冷媒と水との流通方向が反対になるように（対抗するように）構成しておけば，該水加熱用熱交換器１２における冷媒と水との熱交換を効率的に行うことができる。
その後，水加熱用熱交換器１２で液化され，水加熱用熱交換器１２から流出した冷媒は，膨張弁１３において膨張されて減圧される。そして，膨張弁１３で減圧された低温低圧の冷媒は，冷媒制御弁１６を経て室外空気熱交換器１４に流入する。室外空気熱交換器１４では，冷媒と室外空気との間で熱交換が行われることにより冷媒が吸熱して気化する。その後，室外空気熱交換器１４から流出した冷媒は，冷媒循環経路１０ａを通じて冷媒制御弁１７を経て圧縮機１１に還流される。

（２）冷房運転について
次に，図３及び図４を用いて，ヒートポンプ式給湯システムＸにおける冷房運転について説明する。ここに，図３は貯湯タンク２１から水加熱用熱交換器１２に供給される水の温度が予め設定された設定温度よりも低い場合の冷房運転，図４は貯湯タンク２１から水加熱用熱交換器１２に供給される水の温度が設定温度以上である場合の冷房運転を説明するための図である。
まず，図３を用いて，貯湯タンク２１から水加熱用熱交換器１２に供給される水の温度が予め設定された設定温度よりも低い場合の冷房運転について説明する。このとき，前記制御部（不図示）では，貯湯タンク２１から水加熱用熱交換器１２に供給される水の温度，即ち温度センサ２３から入力されている温度が，前記設定温度よりも低いと判断されている。
なお，前記設定温度は，冷媒循環経路１０ｂで形成されたヒートポンプサイクルによって冷房運転が実現可能な温度であって，当該ヒートポンプ式給湯システムＸの製造時や初期設定時などに予め設定される。もちろん，前記設定温度は，空気調和機Ｙで要求される冷房能力に応じて前記制御部（不図示）によって変更されるものであってもよい。例えば，空気調和機Ｙで要求される冷房能力が高い場合には，前記設定温度を下げるように変更することが考えられる。

ヒートポンプ式給湯システムＸにおける冷房運転では，前記制御部（不図示）によって冷媒制御弁１６，１７や冷媒分配弁１８などが制御されることにより，ヒートポンプサイクル１において冷媒循環経路１０ｂが確立される。そして，圧縮機１１が稼働されることにより，冷媒循環経路１０ｂで冷媒が循環される（図３の矢印参照）。
一方，前記制御部（不図示）によって循環ポンプ２２が稼働されることにより，給湯回路２では，貯湯タンク２１内の水が水加熱経路２０ｂで循環される（図３の矢印参照）。
これにより，水加熱経路２０ｂ上の水は，水加熱用熱交換器１２における冷媒との熱交換によって加熱され，逆に冷媒循環経路１０ｂ上の冷媒は水加熱用熱交換器１２における水との熱交換によって冷却される。
このとき，当該冷房運転では，水加熱用熱交換器１２で冷却された後の冷媒が，室外空気熱交換器１４ではなく，室内空気熱交換器１５に流入する。したがって，室内空気熱交換器１５では，水加熱用熱交換器１２で冷却された後の冷媒と室内空気との間で熱交換が行われることにより室内空気が冷却され室内冷房が実現される。

より具体的には，圧縮機１１で圧縮された高温高圧の冷媒が，水加熱用熱交換器１２に達する。そして，水加熱用熱交換器１２では，冷媒と水との間で熱交換が行われることにより水が加熱され，冷媒が冷却される。
その後，水加熱用熱交換器１２で液化され，水加熱用熱交換器１２から流出した冷媒は，膨張弁１３において膨張されて減圧される。そして，膨張弁１３で減圧された低温低圧の冷媒は，冷媒制御弁１６を経て室内空気熱交換器１５に流入する。室内空気熱交換器１５では，冷媒と室内空気との間で熱交換が行われることにより冷媒は吸熱して気化し，室内空気は冷却される。その後，室内空気熱交換器１５から流出した冷媒は，冷媒循環経路１０ｂを通じて冷媒制御弁１７を経て圧縮機１１に還流される。

このように，ヒートポンプ式給湯システムＸでは，冷房運転の排熱，即ち室内空気熱交換器１５で暖められた冷媒の熱を利用して，水加熱用熱交換器１２における水の加熱を行うことができる。
但し，このような冷房運転が継続され，水加熱用熱交換器１２に流入する水の温度が高くなった場合には，該水加熱用熱交換器１２において冷媒を冷却することができず，その後の冷房運転の冷房能力が低下し，或いは冷房運転を継続することができなくなる。
そこで，前述したように，従来装置（例えば，特許文献１参照）では，水加熱用熱交換器１２からの冷媒が室外空気熱交換器１４を経て室内空気熱交換器１５に流入するように冷媒流路を切り換えていた。
しかしながら，このような構成では，圧縮機１１に過負荷が作用するため耐久性が低下し，場合によっては圧縮機１１が稼働不能状態に陥る場合もある。

一方，本発明の実施の形態に係るヒートポンプ式給湯システムＸでは，温水冷却経路２０ｃが設けられているため，冷媒流路を切り換えることなく，冷房運転を実現することができる。
以下，図４を用いて，貯湯タンク２１から水加熱用熱交換器１２に供給される水の温度が前記設定温度以上である場合の冷房運転について説明する。
ヒートポンプ式給湯システムＸでは，前記制御部（不図示）によって，温度センサ２３から入力されている温度が前記設定温度以上であると判断されると，該制御部（不図示）によって循環ポンプ２５が稼働される。ここに，かかる処理を実行するときの前記制御部（不図示）が温水冷却制御手段に相当する。
これにより，給湯回路２では，貯湯タンク２１の上層の温水が，温水冷却経路２０ｃを通じて，温水冷却用熱交換器２４に達する（図４の矢印参照）。温水冷却用熱交換器２４では，温水と室外空気との間で熱交換が行われることにより，該温水が冷却される。そして，温水冷却用熱交換器２４で冷却された水は，温水冷却経路２０ｃを通じて貯湯タンク２１の下層に還流される。これにより，貯湯タンク２１の下層に温度の低い水が貯溜することになる。

したがって，水加熱経路２０ｂを通じて貯湯タンク２１の下層から水加熱用熱交換器１２に供給される水の温度は低くなり，該水加熱用熱交換器１２において冷媒を冷却することが可能となる。これにより，室内空気熱交換器１５では，水加熱用熱交換器１２で冷却された冷媒との熱交換により室内空気を冷却する室内冷房を実現することができる。
このように，ヒートポンプ式給湯システムＸでは，貯湯タンク２１から水加熱用熱交換器１２に供給される水の温度が高くなった後でも，冷媒流路を切り換えることなく，貯湯タンク２１の下層の水温を低下させることにより，冷房運転を継続することができるため，圧縮機１１に過負荷がかかることがなく，該圧縮機１１の耐久性の低下や稼働不能状態の発生を防止することができる。

なお，ヒートポンプ式給湯システムＸでは，図２〜図４に示すように前記貯湯運転や前記冷房運転が実行されている場合であっても，前記制御部（不図示）によって冷媒分配弁１８を制御し，圧縮機１１からの冷媒を冷媒循環経路１０ｃに分配することにより，例えば風呂追い焚き回路４において浴槽４２の水の追い焚き運転を行うことが可能である。もちろん，前記貯湯運転や前記冷房運転を実行することなく，床暖房回路３における床暖房運転や風呂追い焚き回路４における追い焚き運転だけを実行することも可能である。なお，前記床暖房運転や前記追い焚き運転が実行されない場合には，冷媒分配弁１８による分配は行われず，圧縮機１１からの冷媒は，水加熱用熱交換器１２だけに向けて循環される。
また，ヒートポンプ式給湯システムＸでは，給湯回路２，床暖房回路３及び風呂追い焚き回路４各々に，ガス加熱装置２８，３４，４４が設けられているため，例えば圧縮機１１からの冷媒を分配することで必要な熱量が不足した場合に，その不足した熱量をガス加熱装置２８，３４，４４による補助加熱によって補うことができる。

本発明の実施の形態に係るヒートポンプ式給湯システムの概略構成を示すブロック図。本発明の実施の形態に係るヒートポンプ式給湯システムの貯湯運転を説明するための図。本発明の実施の形態に係るヒートポンプ式給湯システムの冷房運転を説明するための図。本発明の実施の形態に係るヒートポンプ式給湯システムの冷房運転を説明するための図。

符号の説明

１…ヒートポンプサイクル
１０ａ〜１０ｃ…冷媒循環経路
１１…圧縮機
１２…水加熱用熱交換器
１３…膨張弁
１４…室外空気熱交換器
１４ａ…送風ファン
１５…室内空気熱交換器
１６，１７…冷媒制御弁
１８…冷媒分配弁
２…給湯回路
２０ａ…給湯経路
２０ｂ…水加熱経路
２０ｃ…温水冷却経路
２０ｄ…給水経路
２１…貯湯タンク
２２，２５…循環ポンプ
２３…温度センサ（温度検出手段の一例）
２４…温水冷却用熱交換器
２６…浴室用シャワー
２７…台所用給湯口
２８…ガス加熱装置（第一のガス加熱手段の一例）
２９ａ，２９ｂ…水混合弁
３…床暖房回路
３０…ブライン経路
３１…床暖房用熱交換器（加熱サイクル用熱交換器の一例）
３２…床暖房装置
３３…循環ポンプ
３４…ガス加熱装置（第二のガス加熱手段の一例）
４…風呂追い焚き回路
４０…風呂水経路
４１…風呂追い焚き用熱交換器（加熱サイクル用熱交換器の一例）
４２…浴槽
４３…循環ポンプ
４４…ガス加熱装置（第二のガス加熱手段の一例）

Claims

冷房運転と貯湯運転とを行うヒートポンプ式給湯システムであって、
冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機から流出した冷媒と水との間で熱交換を行うことにより該水を加熱する水加熱用熱交換器と、
前記水加熱用熱交換器によって加熱された後の温水を貯溜する貯湯タンクと、
前記貯湯タンク内の水を前記水加熱用熱交換器を経て該貯湯タンクに循環させることにより該水を加熱する水加熱循環手段と、
貯湯運転時に前記水加熱用熱交換器から流出した冷媒と室外空気との間で熱交換を行う室外空気熱交換器と、
冷房運転時に前記水加熱用熱交換器から流出した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冷却する室内空気熱交換器と、
前記水加熱用熱交換器から流出した冷媒の流入先を前記室外空気熱交換器及び前記室内空気熱交換器のいずれかに切り換える冷媒制御弁と、
前記室外空気熱交換器及び前記室内空気熱交換器に流入する冷媒を膨張させる膨張弁と、
前記室外空気熱交換器及び前記室内空気熱交換器から流出した冷媒を前記圧縮機に還流させるための冷媒還流経路と、
温水と室外空気との間で熱交換を行うことにより該温水を冷却する温水冷却用熱交換器と、
前記貯湯タンク内の温水を前記温水冷却用熱交換器を経て該貯湯タンクに循環させることにより該温水を冷却する温水冷却循環手段と、
前記貯湯タンクから前記水加熱用熱交換器に供給される水の温度を検出する温度検出手段と、
冷房運転時、前記水加熱循環手段により前記貯湯タンクから水を前記水加熱用熱交換器に供給して、該水加熱用熱交換器から流出した冷媒を前記室内空気熱交換器に送り室内を冷房する一方、前記温度検出手段による検出温度が予め設定された設定温度以上である場合に、前記温水冷却循環手段を稼働させることで冷房運転を継続可能にする温水冷却制御手段と
を備えた、ヒートポンプ式給湯システム。
前記温水冷却制御手段は、前記室内空気熱交換器による室内空気の冷却能力に応じて前記設定温度を変更する、請求項１に記載のヒートポンプ式給湯システム。
前記温水冷却制御手段は、前記冷却能力が高くなるに従って前記設定温度を下げるように変更する、請求項２に記載のヒートポンプ式給湯システム。