JP5920251B2 - 暖房給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、ヒートポンプ式加熱装置による加熱作用を利用して給湯と暖房を行うことができる暖房給湯装置に関する。

従来技術として、特許文献１、特許文献２に記載の暖房給湯装置が知られている。特許文献１には、ヒートポンプ温水熱源機にて沸き上げた温水を一旦タンクに貯えた後、タンク上部の高温水を暖房用放熱器へ流通させることにより暖房運転を行う技術が記載されている。特許文献１には、ヒートポンプ温水熱源機にて沸き上げた温水を、直接的に暖房用放熱器へ流通させて暖房運転を行う場合と、一旦タンクに貯えた後にタンク上部の高温水を暖房用放熱器へ流通させて暖房運転を行う場合と、を切り換える技術も記載されている。

特許文献２には、暖房と給湯を同時に実施可能なヒートポンプ給湯空調機が記載されている。暖房給湯運転時には、圧縮機が吐出したガス冷媒の一部が給湯側熱交換器にて給水ポンプで送られてくる水に放熱することで給湯用水をつくり、さらにガス冷媒の残部が第１四方弁を介し、室内側熱交換器にて周囲の空気に放熱することで暖房風をつくる。そして、これらの放熱後の冷媒は、合流した後、膨張弁で断熱膨張され、低圧となった冷媒は室外側熱交換器にて周囲の熱を吸熱することで蒸発し、第１四方弁及び第２四方弁を介して圧縮機の吸入側に吸入される。

特許第４４１９４７５号公報 特開２０１２‐２２５６１９号公報

しかしながら、特許文献１によれば、ヒートポンプ温水熱源機にて沸き上げた温水の熱量を使用して暖房を行う場合に、一旦タンクに温水を貯えてから暖房用放熱器へ供給したり、当該沸き上げた温水を直接的に暖房用放熱器へ供給したりする。したがって、この開示技術では、暖房運転と給湯運転を同時に実施することができない。

また、特許文献１には、タンクの湯を暖房用放熱器で使用することができるとともに、浴槽等への給湯用にも使用することができることが記載されている。しかし、この開示技術は、一旦タンクに貯えた湯を暖房用と給湯用とに使用することに過ぎない。したがって、特許文献１の開示技術では、ヒートポンプ温水熱源機にて沸き上げた温水の熱量を、タンクを経由することなく暖房用として使用し、同時に給湯用としてタンクに貯熱することはできない。さらに、特許文献１の技術は、ヒートポンプ温水熱源機にて沸き上げた温水の熱量を、必要な暖房能力と必要な給湯能力とに応じて、暖房用と給湯用とに分配可能な技術ではない。

一方、特許文献２によれば、給湯運転と暖房運転とを同時に実施できるが、さらに室内の換気機能を加えた運転については、何ら言及されていない。また、特許文献２の装置では、給湯運転と暖房運転の同時実施を実現するために採用された冷媒経路が複雑であり、冷媒が流れる通路も非常に長くなるという問題がある。冷媒通路が長くなると、環境に対して負荷が大きい装置になってしまう懸念がある。

そこで本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、その目的は、冷媒が流れる冷媒通路の長さを抑制し、かつ室内空気と室外空気の熱交換を伴った室内換気を行いつつ、ヒートポンプ式加熱装置から得られる温水を介した熱量の分配が調整可能な給湯運転と暖房運転とを同時に実施できる暖房給湯装置を提供することである。

上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。すなわち、暖房給湯装置に係る発明は、冷媒サイクルを流れる冷媒の加熱作用によって温水を沸き上げるヒートポンプ式加熱装置（２）と、ヒートポンプ式加熱装置で加熱された温水が流入して周囲に放熱する暖房用熱交換器（７，８）と、給湯用水を生成するために、ヒートポンプ式加熱装置で加熱された温水が流入する給湯用熱交換器（３９）またはタンク（３）と、室内空気と室外空気とを熱交換する熱交換部（４０，４１）を有し、熱交換後の室内空気を室外に排気し、熱交換後の室外空気を室内に給気する換気装置（４，２４，７０）と、ヒートポンプ式加熱装置によって加熱された温水を、暖房用熱交換器に流通させる温水と給湯用熱交換器またはタンクに流通させる温水とに分配することが可能な流量調整手段（５，５６，５７）と、暖房用熱交換器よりも下流の温水通路に設けられ、換気装置の熱交換部で熱交換される前に室外空気を加熱する予熱用熱交換器（６）と、を備え、
予熱用熱交換器は、ヒートポンプ式加熱装置によって加熱された温水が暖房用熱交換器を流出した後、予熱用熱交換器に流入することにより、熱交換部で熱交換される前の室外空気を予熱し、暖房と給湯の両方を行う暖房給湯運転時に、ヒートポンプ式加熱装置によって加熱された温水は、暖房用熱交換器を流通する温水と給湯用熱交換器を流通する温水とに分配され、給湯用熱交換器を流出した温水は、予熱用熱交換器よりも下流であってヒートポンプ式加熱装置よりも上流に位置する通路部位で、予熱用熱交換器を流出してきた温水に合流することを特徴とする。

この発明によれば、ヒートポンプ式加熱装置で加熱した温水を暖房用熱交換器と給湯用熱交換器またはタンクとに分配する温水通路を構成することにより、暖房運転と給湯運転の同時実施を実現しても、熱源である冷媒の経路を簡単化した装置を提供することができる。

さらに換気装置を有することにより、室外空気を昇温できるため、ヒートポンプ式加熱装置の暖房負荷を軽減できる。換言すれば、換気装置を有することで、ヒートポンプ式加熱装置の暖房負荷が軽減され、給湯運転を行うための余力を生み出すことができるため、給湯及び暖房の同時運転が可能となる。このように室内空気と室外空気との熱交換を行った上で室内を換気する機能を併せ持つことにより、暖房負荷を低減し、室内空気の清浄性向上に寄与する暖房給湯装置が得られる。

したがって、冷媒が流れる冷媒通路の長さを抑制し、かつ室内空気と室外空気の熱交換を伴った室内換気を行いつつ、ヒートポンプ式加熱装置からの熱量の分配が調整可能な給湯運転と暖房運転とを同時に実施できる暖房給湯装置が得られる。これにより、本発明の暖房給湯装置は、安定的な運転と高効率な運転を実現できる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示す一例である。

本発明を適用する第１実施形態の暖房給湯装置を示した構成図である。 第１実施形態の暖房給湯装置について制御装置と各部との関係を示した構成図である。 第１実施形態の暖房給湯装置について暖房給湯運転に関する処理手順を示したフローチャートである。 本発明を適用する第２実施形態の暖房給湯装置を示した構成図である。 第２実施形態の暖房給湯装置について制御装置と各部との関係を示した構成図である。 第２実施形態の暖房給湯装置について暖房給湯運転に関する処理手順を示したフローチャートである。 本発明を適用する第３実施形態の暖房給湯装置を示した構成図である。 第３実施形態の暖房給湯装置について制御装置と各部との関係を示した構成図である。 第３実施形態の暖房給湯装置について暖房給湯運転に関する処理手順を示したフローチャートである。 本発明を適用する第４実施形態の暖房給湯装置を示した構成図である。 その他の実施形態に記載する暖房給湯装置を示した構成図である。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合わせることも可能である。

（第１実施形態）
本発明の暖房給湯装置の一実施形態である第１実施形態について図１〜図３を参照して説明する。

暖房給湯装置１は、給湯用の温水をタンク３に貯えるタンクユニットと、ヒートポンプサイクル装置２と、暖房用及び給湯用の温水が循環する温水回路と、給湯運転及び暖房運転を実施する際の各部の作動を制御する統合ＥＣＵ１００（制御装置）と、を備える。暖房給湯装置１は、浴槽、シャワー等の給湯端末へ出湯するために給湯用水としてタンク３内に熱量を貯える給湯運転を行い、ヒートポンプサイクル装置２で加熱した温水の熱量を暖房用熱交換器７に供給する暖房運転を行う。給湯運転と暖房運転は、同時に実施可能であり、それぞれ単独で実施可能である。

暖房給湯装置１は、浴槽やシャワーなどへ出湯するときには、状況に応じて、例えば、深夜料金時間帯の系統電力を使用してタンク３の貯湯水のみを使用したり、昼間の太陽光発電装置の電力、または系統電力を使用して給湯用水を沸き上げて使用したりする。

ヒートポンプサイクル装置２は、ヒートポンプ式加熱装置の一例であり、冷媒サイクルを流れる冷媒を熱交換媒体とし、温水回路を流れる水を沸き上げ、給湯用及び暖房用の熱量を生成する。ここで用いる冷媒は、二酸化炭素を主成分とする。ヒートポンプサイクル装置２は、統合ＥＣＵ１００と通信するヒートポンプＥＣＵ１０１からの制御信号により作動するとともに、その作動状態はヒートポンプＥＣＵ１０１を介して統合ＥＣＵ１００に出力される。

ヒートポンプサイクル装置２は、圧縮機２０、水冷媒交換器２１、減圧器２２、空気冷媒熱交換器２３及び排気用送風機２４を備えている。圧縮機２０は、二酸化炭素冷媒を圧縮、吐出する機器である。水冷媒交換器２１は、冷媒側通路２１０と水側通路２１１を有し、対向するように内部を流れる冷媒と水が互いに熱交換するように構成されている。水冷媒交換器２１は、圧縮機２０で圧縮された冷媒と水側通路２１１の水との間で熱交換して温水を沸き上げる。減圧器２２は、水冷媒熱交換器２１を通過した高圧冷媒を低圧状態に減圧する。空気冷媒熱交換器２３は、外気だけでなく室内空気を吸引する排気用送風機２４によって空気から吸熱して、減圧器２２で減圧された低圧冷媒を蒸発させる。この空気冷媒熱交換器２３を通過した冷媒は、再度圧縮機２０で圧縮されて高圧状態で吐出される。

タンクユニットは、給湯用の温水を貯えるタンク３と、水栓、風呂等の給湯端末へ出湯するために作動する各種弁、ポンプ等とを含む。タンクユニットは、統合ＥＣＵ１００と通信する貯湯ＥＣＵ１０２からの制御信号により作動するとともに、その作動状態は貯湯ＥＣＵ１０２を介して統合ＥＣＵ１００に出力される。

タンク３は、例えば耐食性に優れた金属製のタンクであり、その外周部に図示しない断熱材が配置されており、高温の給湯用水を長時間に渡って保温することができる。タンク３の外壁面には、貯湯水の湯量、貯湯温度を検出するための複数個のタンクサーミスタ（図示せず）が設けられている。これらのサーミスタの検出温度信号は、それぞれ貯湯ＥＣＵ１０２に入力されるようになっており、各水位レベルでのタンク内の水温や湯量を検出可能である。したがって、貯湯ＥＣＵ１０２は、タンクサーミスタからの温度情報に基づいて、タンク３内の上部の沸き上げられた湯とタンク３内の下部の沸き上げられる前の水との境界位置を検出できる。さらに貯湯ＥＣＵ１０２は、温度及び湯量の検出することにより、タンク３内に貯えられている貯熱量を算出することができる。

タンク３には、タンク３の内部に水道水を供給するための給水管３４と、給湯用熱交換器３９とタンク３の内部とを接続し、タンク３内の水が循環する貯熱用回路３８と、給湯端末に繋がる給湯管３６等からなる配管系統と、が接続されている。給湯管３６は、タンク３の最上部の導出口３１に接続されている。給水管３４は、タンク３の最下部の導入口３０に接続されている。給水管３４は、タンク３に至る手前で分岐し、この分岐した給水管３５は給湯管３６に合流する。給水管３５と給湯管３６との合流部には混合弁３７が設けられている。

導出口３１と混合弁３７との間に位置する給湯管３６には、給湯管３６を流れる温水の温度を検出する給湯サーミスタ（図示せず）が設けられている。給湯サーミスタにより検出される温度情報は、貯湯ＥＣＵ１０２に出力され、混合弁３７の作動制御に用いられる。貯湯ＥＣＵ１０２は、混合弁３７の開度を制御することによって、タンク３の上部から供給される温水と給水管３５を通じて供給される水との混合割合を制御して、給湯端末へ出湯される給湯用水の温度を調整する。

貯熱用回路３８は、タンク３内の下部の低温水が流出して給湯用熱交換器３９で加熱されてタンク３内の上部に戻るように、給湯用熱交換器３９を介してタンク３の下部と上部とを連絡する回路である。給湯用熱交換器３９の一次側通路３９１と二次側通路３９０は、給湯用熱交換器３９の内部通路を構成し、対向するように内部を流れる流体同士が互いに熱交換するように構成されている。

貯熱用回路３８は、タンク３の最下部の導出口３２に接続され、タンク３の最上部の導入口３３に接続されている。貯熱用回路３８には、給湯用熱交換器３９の二次側通路３９０に流入する水温を検出する入水温度サーミスタ（図示せず）と、二次側通路３９０で加熱後の水温を検出する熱交換後温度サーミスタ（図示せず）と、ポンプ３８０と、が設けられている。各サーミスタの検出温度信号は、貯湯ＥＣＵ１０２または統合ＥＣＵ１００に出力される。熱交換後温度サーミスタは、給湯用熱交換器３９で熱交換された後の温水の温度を検出する熱媒体温度センサとして使用される。ポンプ３８０は、タンク３の下部の水を、貯熱用回路３８を経由してタンク３の上部に戻す温水循環機能を果たす。

連絡通路５０と給湯用通路５２とを含む回路は、給湯用加熱回路である。連絡通路５０は、給湯用熱交換器３９（一次側通路３９１）と暖房用熱交換器７の内部通路を連結する通路と、水冷媒熱交換器２１の水側通路２１１と、を連絡する通路である。したがって、連絡通路５０は、その下流端で、暖房用熱交換器７に向かう暖房用通路５１と、水側通路２１１に向かう給湯用通路５２と、に二手に分岐する。給湯用通路５２の途中には、給湯用熱交換器３９の一次側通路３９１が存在する。暖房用通路５１と給湯用通路５２の分岐部には、流量調整弁５が設けられている。なお、給湯用加熱回路を構成する各通路は、各部間を接続する配管により形成される。

暖房用熱交換器７は、室内暖房のための温風を生成するための暖房機器である。暖房用熱交換器７では、ヒートポンプサイクル装置２で加熱された温水が連絡通路５０を経由して流量調整弁５で流量調整されて内部通路に流入すると、内部通路の周囲に放熱することにより、給気用送風機７０により吸引される室外空気（外気等）を加熱する。暖房用熱交換器７で加熱された室外空気は、室内を暖房し、室内温度を上昇させることになる。暖房用熱交換器７で加熱された空気の温度は、吹出し温度検出手段である吹出し空気サーミスタ１０によって電圧信号として検出される。統合ＥＣＵ１００は、検出された電圧信号を取得して室内への吹出し空気温度を算出する。

室外空気が暖房用熱交換器７で加熱されるまでの空気経路の途中には、熱交換ユニット４が設けられている。熱交換ユニット４は、排気用送風機２４により排気された室内空気と給気用送風機７０により給気された室外空気とが熱交換する熱交換部を有する。この熱交換部は、室内空気が流通する内気通路４０と、室外空気が流通する外気通路４１とを含んで構成される。内気通路４０と外気通路４１は、それぞれを流通する室内空気と室外空気とが交差するときに熱交換するように構成されている。暖房給湯装置１が有する換気装置は、熱交換機能を有する熱交換ユニット４と、送風機能を有する排気用送風機２４及び給気用送風機７０とによって構成されている。また、熱交換ユニット４は、送風機を内蔵させるように構成してもよく、この送風機により室内空気または外気を取り入れるようにしてもよい。

流量調整弁５は、暖房用通路５１及び給湯用通路５２のそれぞれ開度を０％〜１００％の範囲で調整することができる。統合ＥＣＵ１００は、後述する所定の条件の成立にしたがい、流量調整弁５による暖房用通路５１側の開度と給湯用通路５２側の開度をそれぞれ制御する。したがって、流量調整弁５は、ヒートポンプサイクル装置２によって加熱された温水を、暖房用熱交換器７に流通させる温水と給湯用熱交換器３９に流通させる温水とに分配することが可能な流量調整手段の一例である。換言すれば、流量調整弁５は、暖房用熱交換器７への温水流量と給湯用熱交換器３９への温水流量とを、必要な暖房能力、必要な給湯熱量に応じて制御できる流量調整手段として機能する。

給湯運転のみを実施する場合は、流量調整弁５は、暖房用通路５１側の開度を０％（全閉）、給湯用通路５２側の開度を１００％（全開）に制御する。暖房運転のみを実施する場合は、流量調整弁５は、暖房用通路５１側の開度を１００％（全開）、給湯用通路５２側の開度を０％（全閉）に制御する。暖房運転のみを実施する場合でも、必要な暖房能力が高くないときは、流量調整弁５は、暖房用通路５１側の開度を必要な暖房能力に応じた開放率に制御し、暖房用通路５１側の開度に応じて給湯用通路５２側の開度を制御する。これにより、暖房用熱交換器７には、必要な暖房能力が得られる温水流量が分配され、残りの温水流量によって給湯用熱交換器３９を介してタンク３に給湯用の熱量が貯熱される。

暖房用通路５１は、その上流端が流量調整弁５であり、下流端が水冷媒熱交換器２１の水側通路２１１の入口部まで延びる通路である。暖房用通路５１には、上流側から順に、暖房用熱交換器７の内部通路、予熱用熱交換器６の内部通路、ポンプ５４が設けられる。ポンプ５４は、水冷媒熱交換器２１の水側通路２１１を流出して連絡通路５０を流れてきた温水を、給湯用通路５２及び暖房用通路５１の少なくとも一方を経由して水側通路２１１に戻す温水循環機能を果たす。

予熱用熱交換器６では、流量調整弁５で流量調節されて暖房用通路５１を流通する温水が内部通路に流入すると、内部通路の周囲に放熱することにより、給気用送風機７０により吸引される室外空気を加熱する。つまり、予熱用熱交換器６は、熱交換ユニット４の熱交換部で熱交換される前に室外空気を加熱する補助加熱装置として機能する。予熱用熱交換器６では、ヒートポンプサイクル装置２で加熱された温水が暖房用熱交換器７で放熱した後、内部通路に流入すると、温水の余った熱（余熱）が内部通路の周囲に放熱されることにより、熱交換ユニット４で熱交換される前の室外空気を予め加熱する。

給湯用通路５２の下流端は、予熱用熱交換器６よりも下流であってヒートポンプサイクル装置２よりも上流に位置する通路部位（合流部５３）で暖房用通路５１に合流する。したがって、給湯用熱交換器３９を流出した温水は、合流部５３で、予熱用熱交換器６を流出してきた温水に合流するようになる。この合流部５３が予熱用熱交換器６よりも下流に位置することにより、水冷媒熱交換器２１の水側通路２１１に流入する水は、給湯用熱交換器３９で放熱して温度低下した水と、暖房用熱交換器７及び予熱用熱交換器６で放熱して温度低下した水との混合水になる。

統合ＥＣＵ１００は、入力回路と、入力回路からの信号を用いて各種演算を実行するマイクロコンピュータと、出力回路と、を備えている。入力回路は、ユーザーが運転操作を設定できる運転操作部であるリモートコントローラ１１０からの信号、ヒートポンプＥＣＵ１０１及び貯湯ＥＣＵ１０２との通信信号、各種のサーミスタ等からの検出信号が入力される。出力回路は、マイクロコンピュータによる演算に基づいて、直接的に流量調整弁５、給気用送風機７０、ポンプ５４を制御する制御信号を出力する。出力回路は、ヒートポンプＥＣＵ１０１、貯湯ＥＣＵ１０２を介して間接的に、圧縮機２０及び排気用送風機２４、ポンプ３８０、混合弁３７等の各種弁などを制御する制御信号を出力する。

リモートコントローラ１１０からの信号は、ＨＥＭＳ、台所設置や浴室設置の操作パネル等から統合ＥＣＵ１００への送信信号であり、例えば、出湯等の給湯自動運転を設定する信号、暖房運転を要求する信号、暖房運転及び給湯運転の同時実施する信号等である。統合ＥＣＵ１００のマイクロコンピュータは、各種のデータ、演算結果等を記憶する記憶手段としてのＲＯＭ、ＲＡＭ等を内蔵し、予め設定された制御プログラムや更新可能な制御プログラムを有し、給湯運転、暖房運転を制御する。ただし、タンク３へ熱量を貯える給湯運転を実施しているときに、タンク３ないが満水状態になった場合は、ヒートポンプサイクル装置２による温水沸き上げを停止することとする。この場合に、暖房運転を実施しているときは、暖房運転を継続し、必要な暖房能力が小さい場合には、暖房出力を下限レベルまで低下させるようにする。

上記構成の暖房給湯装置１において、給湯運転と暖房運転を同時に行う暖房給湯運転の作動について図３のフローチャートを参照して説明する。図３に示すフローチャートは、統合ＥＣＵ１００に、暖房運転及び給湯運転の要求が入力された場合、暖房運転要求のみが入力され、かつ必要な暖房能力が高くない場合に、開始される。図３に示す各ステップは、主に統合ＥＣＵ１００によって実行される。

まず、ステップ１０で、吹出し空気サーミスタ１０によって検出される室内への吹出し温度Ｔａが吹出し目標温度Ｔｓｅｔ（あるいは室内の目標温度、室内の設定温度）よりも低いか否かを判定する。吹出し目標温度は、例えば、リモートコントローラ１１０の温度設定部が操作されることによりリモートコントローラ１１０から統合ＥＣＵ１００に送信された信号に基づいて決まる。

ステップ１０で、ＴａがＴｓｅｔよりも低いと判定すると、暖房能力がまだ足りないため、ステップ２０で暖房用熱交換器７側の通路、すなわち暖房用通路５１の開度を増大するように流量調整弁５を制御する。そして、この処理の後、再びステップ１０に戻り、以降のステップにしたがって継続実行する。ステップ２０の処理により、ヒートポンプサイクル装置２で沸き上げられた温水が前回よりも暖房用熱交換器７に多く流れるようになる。このため、暖房用熱交換器７を流れる温水温度の上昇に伴い、吹出し空気温度が上昇し、室内に供給される暖房能力を向上する制御が行われる。

ステップ１０で、ＴａがＴｓｅｔ以上であると判定すると、次にステップ３０でＴａがＴｓｅｔに所定温度αを加えた温度よりも高いか否かを判定する。所定温度αは、例えば約５℃に設定される。

ステップ３０で、Ｔａが（Ｔｓｅｔ＋α）よりも高いと判定すると、暖房能力が過剰であるため、ステップ４０で暖房用熱交換器７側の通路、すなわち暖房用通路５１の開度を減少するように流量調整弁５を制御する。そして、この処理の後、再びステップ１０に戻り、以降のステップにしたがって継続実行する。ステップ４０の処理により、ヒートポンプサイクル装置２で沸き上げられた温水が前回よりも暖房用熱交換器７に少なく流れるようになる。このため、暖房用熱交換器７を流れる温水温度の低下に伴い、吹出し空気温度が下降し、室内に供給される暖房能力を抑制する制御が行われる。

また、ステップ３０で、Ｔａが（Ｔｓｅｔ＋α）以下であると判定すると、再びステップ１０に戻り、以降のステップにしたがって継続実行する。

次に、第１実施形態の暖房給湯装置１がもたらす作用効果を以下に述べる。暖房給湯装置１は、換気装置と流量調整手段を備える。換気装置は、室内空気と室外空気とを熱交換する熱交換部（熱交換ユニット４）を有し、熱交換後の室内空気を室外に排気し、熱交換後の室外空気を室内に給気する。流量調整手段は、ヒートポンプサイクル装置２によって加熱された温水を、暖房用熱交換器７に流通させる温水と給湯用熱交換器３９に流通させる温水とに分配することが可能である。

これによれば、ヒートポンプサイクル装置２で加熱した温水を暖房用熱交換器７と給湯用熱交換器３９とに分配する温水通路を構成することにより、暖房運転と給湯運転の同時実施を実現しても、熱源である冷媒の経路を簡単化した装置を実現できる。

例えば、必要な暖房能力が大きな場合に、換気装置が備えていない暖房給湯装置であると、ヒートポンプサイクル装置２の暖房負荷が大きくなる。これにより、必要な暖房能力が大きく、かつ給湯運転を同時に行おうとした場合に、ヒートポンプサイクル装置２の能力制約によって、暖房能力不足、もしくは給湯不可となり、暖房及び給湯の同時運転を成立できなくなる。

そこで、暖房給湯装置１によれば、換気装置を有することにより、室外空気を昇温できるため、ヒートポンプサイクル装置２の暖房負荷を軽減できる。換言すれば、換気装置を有することで、ヒートポンプサイクル装置２の暖房負荷が軽減され、給湯運転を行うための余力を生み出すことができるため、給湯及び暖房の同時運転が可能となる。このように暖房給湯装置１は、室内空気と室外空気との熱交換を行った上で室内を換気する機能を併せ持つことにより、暖房負荷を低減し、室内空気の清浄性向上にも寄与する。

したがって、暖房給湯装置１は、冷媒が流れる冷媒配管の長さを抑制し、かつ室内空気と室外空気の熱交換を伴った室内換気を行いつつ、ヒートポンプサイクル装置２からの熱量の分配が調整可能な暖房給湯運転を実施できる。これにより、暖房給湯装置１は、安定的かつ高効率な運転を実現できる。例えば、フロンガス等の環境への影響が大きい冷媒を使用する場合には、ヒートポンプサイクル装置２に封入する冷媒封入量を抑制できるため、環境にやさしい暖房給湯装置を提供できる。

また、流量調整手段によって暖房用熱交換器７の温水流量を調整することにより、ヒートポンプの下限加熱能力以下でも暖房能力を調整することができる。このように、暖房能力を幅広く調整できることで、室内温度を一定温度に制御しやすくなり、ユーザーのフィリングの改善が図れる。

また、暖房給湯装置１によれば、熱交換ユニット４で熱交換される前に室外空気を加熱する補助加熱装置（例えば予熱用熱交換器６）を備える。これによれば、各種の補助加熱装置によって室外空気を予熱してから、熱交換ユニット４で室内空気と熱交換させることができる。したがって、室内の換気を実施することによる熱的損失を抑制することができ、エネルギー効率上、好ましい暖房給湯装置を提供できる。

また、暖房運転時、暖房給湯運転時に、ヒートポンプサイクル装置２によって加熱された温水は、暖房用熱交換器７を流出した後、予熱用熱交換器６に流入する。これにより、熱交換ユニット４で熱交換前の室外空気の予熱を、暖房用熱交換器７で放熱した後の温水の余熱を用いて実施することができる。さらに、外気温度が氷点下である場合は室外空気を直接熱交換ユニット４に送ると、熱交換ユニット４の内部で空気の水分が凍結し、換気風量の低下や装置の破損につながる。そこで、予熱用熱交換器６で温水の余熱を用いて予熱することにより、このような不具合を回避することができる。また、予熱用熱交換器６で温水の余熱をさらに放熱することにより、ヒートポンプサイクル装置２に戻る水温を低下させることができるので、ＣＯＰ（成績係数）を向上させることにも寄与する。

さらに、暖房と給湯の両方を行う暖房給湯運転時に、給湯用熱交換器３９を流出した温水は、予熱用熱交換器６よりも下流であってヒートポンプサイクル装置２よりも上流に位置する通路部位（合流部５３）で、予熱用熱交換器６を流出してきた温水に合流する。

ヒートポンプ式の給湯装置では、予熱が必要になる低外気温度ほど、暖房のための温水回路の温水流量も増え、温水温度も上昇する。また、外気温度が高くなれば温水流量は減り、温水温度も低下する。この結果、低温度の外気ほど予熱用熱交換器で交換される熱量が大きくなる。一方で、給湯用熱交換器で熱交換後の温水温度は、タンクに残存している温水の温度によって異なるため、一般に外気とは無関係になる。仮に給湯用通路の合流箇所を予熱用熱交換器の前に設けると、残湯温度が高い場合は予熱用熱交換器に入る温水温度が高くなりすぎて、熱交換後の空気温度が室内空気温度よりも高くなり、熱交換ユニット内の熱交換が逆方向におきることがある。逆に残湯温度が低すぎる場合は、予熱用熱交換器に入る温水温度が低くなりすぎて、熱交換後の空気温度が十分に高くならないという問題が生じる。

そこで、予熱用熱交換器６よりも下流でヒートポンプサイクル装置２よりも上流である合流部５３で給湯用通路５２を暖房用通路５１に合流させることにより、給湯運転の状態に関係なく、予熱用熱交換器６の出口温度を安定させることができる。

また、暖房用熱交換器７は、熱交換ユニット４で熱交換された後であって室内に給気される前の室外空気に放熱するように設けられている。統合ＥＣＵ１００は、吹出し空気サーミスタ１０によって検出される吹出し温度Ｔａに応じて、流量調整手段の作動を制御して、暖房用熱交換器７に流通させる温水と給湯用熱交換器３９に流通させる温水との流量割合を制御する。統合ＥＣＵ１００は、暖房給湯運転時に、吹出し温度Ｔａが、吹出し目標温度よりも低い場合は、暖房用熱交換器７に流通させる温水の流量を増加させるように流量調整手段の作動を制御する。統合ＥＣＵ１００は、吹出し温度Ｔａが、吹出し目標温度Ｔｓｅｔに所定温度を加えた温度よりも高い場合は、暖房用熱交換器７に流通させる温水の流量を減少させるように流量調整手段の作動を制御する。具体的には、流量調整弁５は、暖房給湯運転時に、暖房用通路５１の開口面積と給湯用通路５２の開口面積とを調整する。

これによれば、流量調整弁５による暖房用通路５１と給湯用通路５２の開度比率の調整によって、暖房能力を幅広く調整でき、かつ微調整も可能となる。このような暖房能力調整によれば、室内温度をあまり変動させないようにして、一定温度に制御することが容易となる。

また、ヒートポンプサイクル装置２において、加熱作用を発揮する冷媒は、二酸化炭素を主成分とする冷媒である。これによれば、ヒートポンプサイクル装置２の冷媒が二酸化炭素である場合、沸き上げ可能な温度範囲が広いため、暖房給湯運転において、適合可能な給湯能力及び暖房能力を広く設定することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態の暖房給湯装置１Ａは、図４及び図５に示すように、第１実施形態の暖房給湯装置１に対して、流量調整手段が相違する。第２実施形態において、説明しない構成、作動、効果については第１実施形態と同様である。第２実施形態の流量調整手段は、暖房用通路５１に設けられる暖房用ポンプ５６と、給湯用通路５２に設けられる給湯用ポンプ５７と、から構成される。さらに暖房給湯装置１Ａでは、暖房用通路５１と給湯用通路５２の分岐部５５には流量調整弁５が設けられていない。

暖房用ポンプ５６は、暖房用通路５１において、暖房用熱交換器７よりも下流であって、予熱用熱交換器６よりも上流に位置する通路部位に設けられている。給湯用ポンプ５７は、給湯用通路５２において、給湯用熱交換器３９よりも下流であって、合流部５３よりも上流に位置する通路部位に設けられている。

統合ＥＣＵ１００Ａは、吹出し空気サーミスタ１０によって検出される吹出し温度Ｔａに応じて、暖房用ポンプ５６及び給湯用ポンプ５７のそれぞれの回転数を制御して、駆動する温水流量を調整可能に制御することができる。暖房用ポンプ５６は、暖房用熱交換器７に流通させる温水流量を調整する流量調整手段の機能を果たす。給湯用ポンプ５７は、給湯用熱交換器３９に流通させる温水流量を調整する流量調整手段の機能を果たす。

上記構成の暖房給湯装置１Ａにおいて、給湯運転と暖房運転を同時に行う暖房給湯運転の作動について図６のフローチャートを参照して説明する。図６に示すフローチャートは、統合ＥＣＵ１００Ａに、暖房運転及び給湯運転の要求が入力された場合、暖房運転要求のみが入力され、かつ必要な暖房能力が高くない場合に、開始される。図６に示す各ステップは、主に統合ＥＣＵ１００Ａによって実行される。

第１実施形態と同様のステップ１０でＴａがＴｓｅｔよりも低いと判定すると、暖房能力がまだ足りない。このため、ステップ２０Ａで暖房用熱交換器の内部通路を流通する温水流量を増加させるために、暖房用ポンプ５６の回転数を増大させるとともに給湯用ポンプ５７の回転数を低下させるように制御し、出力（流量）を増大させる。そして、この処理の後、再びステップ１０に戻り、以降のステップにしたがって継続実行する。ステップ２０Ａの処理により、ヒートポンプサイクル装置２で沸き上げられた温水が前回よりも暖房用熱交換器７に多く流れるようになる。このため、暖房用熱交換器７を流れる温水温度の上昇に伴い、吹出し空気温度が上昇し、室内に供給される暖房能力を向上する制御が行われる。

ステップ１０で、ＴａがＴｓｅｔ以上であると判定し、さらにステップ３０で、Ｔａが（Ｔｓｅｔ＋α）よりも高いと判定すると、暖房能力が過剰である。このため、ステップ４０Ａで暖房用熱交換器の内部通路を流通する温水流量を減少させるために、暖房用ポンプ５６の回転数を低下させるとともに給湯用ポンプ５７の回転数を増加させるように制御し、出力（流量）を減少させる。そして、この処理の後、再びステップ１０に戻り、以降のステップにしたがって継続実行する。ステップ４０Ａの処理により、ヒートポンプサイクル装置２で沸き上げられた温水が前回よりも暖房用熱交換器７に少なく流れるようになる。このため、暖房用熱交換器７を流れる温水温度の低下に伴い、吹出し空気温度が下降し、室内に供給される暖房能力を抑制する制御が行われる。

次に、第２実施形態の暖房給湯装置１Ａの効果について説明する。暖房給湯装置１Ａによれば、暖房用ポンプ５６及び給湯用ポンプ５７のそれぞれは、暖房と給湯の両方を行う暖房給湯運転時に、駆動する温水の流量を調整する。

これによれば、暖房用ポンプ５６及び給湯用ポンプ５７のそれぞれを制御することによって、暖房用熱交換器７の温水流量を微調整可能になり、ヒートポンプの下限加熱能力以下でも暖房能力を調整することができる。このように、暖房能力を幅広く調整できることで、室内温度をあまり変動させないように一定温度に制御しやすくなる。

また、統合ＥＣＵ１００Ａは、暖房給湯運転時に、吹出し空気サーミスタ１０によって検出される吹出し温度Ｔａが、吹出し目標温度Ｔｓｅｔよりも低い場合は、暖房用熱交換器７に流通させる温水の流量を増加させるように暖房用ポンプ５６及び給湯用ポンプ５７の作動を制御する（ステップ２０Ａ）。また、統合ＥＣＵ１００Ａは、当該吹出し温度Ｔａが、吹出し目標温度Ｔｓｅｔに所定温度αを加えた温度よりも高い場合は、暖房用熱交換器７に流通させる温水の流量を減少させるように暖房用ポンプ５６及び給湯用ポンプ５７の作動を制御する（ステップ４０Ａ）。

これによれば、吹出し温度Ｔａと吹出し目標温度Ｔｓｅｔとに応じて、暖房用ポンプ５６の出力を調整することにより、吹出し目標温度Ｔｓｅｔに近づけるように暖房能力を調整することができる。

（第３実施形態）
第３実施形態の暖房給湯装置１Ｂは、図７及び図８に示すように、第１実施形態の暖房給湯装置１と異なり、吹出し空気サーミスタ１０の代わりに、熱交換器出口サーミスタ１１（熱交換器出口温度検出手段）を用いる。例えば、熱交換器出口サーミスタ１１は、暖房用熱交換器７の出口の配管に設けられ、暖房用熱交換器７の出口の温水温度Ｔｗを検出する。また、第３実施形態において、説明しない構成、作動、効果については第１実施形態と同様である。

暖房用熱交換器７で放熱した後の温水の温度は、熱交換器出口サーミスタ１１によって電圧信号として検出される。統合ＥＣＵ１００Ｂは、検出された電圧信号を取得して、暖房用熱交換器７の出口の水温Ｔｗを算出する。統合ＥＣＵ１００Ｂは、検出されたに暖房用熱交換器７出口の水温Ｔｗに応じて、流量調整弁５の作動を制御して、暖房用熱交換器７に流通させる温水と給湯用熱交換器３９に流通させる温水との流量割合を制御することができる。

上記構成の暖房給湯装置１Ｂにおいて、給湯運転と暖房運転を同時に行う暖房給湯運転の作動について図９のフローチャートを参照して説明する。図９に示すフローチャートは、統合ＥＣＵ１００Ｂに、暖房運転及び給湯運転の要求が入力された場合、暖房運転要求のみが入力された場合に、開始される。図９に示す各ステップは、主に統合ＥＣＵ１００Ａによって実行される。

まずステップ１０Ｂで、熱交換器出口サーミスタ１１によって水温Ｔｗが吹出し目標温度Ｔｓｅｔに所定温度βを加えた温度よりも低いか否かを判定する。ステップ１０Ｂで、Ｔｗが（Ｔｓｅｔ＋β）よりも低いと判定すると、暖房能力がまだ足りないため、第１実施形態と同様のステップ２０で暖房用通路５１の開度を増大するように流量調整弁５を制御する。そして、この処理の後、再びステップ１０に戻り、以降のステップにしたがって継続実行する。

ステップ１０で、Ｔｗが（Ｔｓｅｔ＋β）以上であると判定すると、次にステップ３０ＢでＴｗが（Ｔｓｅｔ＋β）に所定温度αを加えた温度よりも高いか否かを判定する。

ステップ３０Ｂで、Ｔｗが（Ｔｓｅｔ＋β＋α）よりも高いと判定すると、暖房能力が過剰であるため、第１実施形態と同様のステップ４０で暖房用通路５１の開度を減少するように流量調整弁５を制御する。そして、この処理の後、再びステップ１０に戻り、以降のステップにしたがって継続実行する。

また、ステップ３０で、Ｔｗが（Ｔｓｅｔ＋β＋α）以下であると判定すると、再びステップ１０に戻り、以降のステップにしたがって継続実行する。

（第４実施形態）
第４実施形態の暖房給湯装置１Ｃは、第１実施形態の暖房給湯装置１に対して、暖房用熱交換器８によって加熱される対象が相違する。すなわち、暖房用熱交換器８は、第１実施形態の暖房用熱交換器７のように室内に給気される外気（室外空気）を加熱するのではない。例えば、暖房用熱交換器８は、室内設置の温水式暖房器、床暖房機器等として用いられる。暖房用熱交換器８が床暖房機器である場合は、暖房用熱交換器８の内部通路を流通する温水は、床暖房パネル内を通過して放熱することにより床面を暖房する。

暖房給湯装置１Ｃは、暖房用熱交換器８の採用に伴い、第１実施形態の吹出し空気サーミスタ１０の代わりに、第３実施形態と同様に熱交換器出口サーミスタ１１（熱交換器出口温度検出手段）を用いる。

また、第４実施形態において、説明しないすべての構成、作動、効果については第１実施形態、第３実施形態と同様である。

（他の実施形態）
上述の実施形態では、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。

上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。

上記実施形態の暖房給湯装置１〜１Ｃでは、水冷媒熱交換器２１によって加熱された温水は流量調整弁５の開度制御に伴い、給湯用熱交換器３９に流通させる形態であったが、他の形態として暖房給湯装置１Ｄに示すようにタンク３に流入させるようにしてもよい。図１１に示すように、暖房給湯装置１Ｄは、流量制御弁５の一つの通路開閉部と合流部５３（予熱用交換器６よりも下流の部位）とをタンク３の内部を介して連絡する給湯用通路５２Ｄを備える。給湯用通路５２Ｄは、流量制御弁５の一つの通路開閉部とタンク３の上部の導入口３３とを連絡する通路と、タンク３の下部の導出口３２と合流部５３とを連絡する通路を含む。

暖房給湯装置１Ｄによれば、給湯運転時や暖房給湯運転時に、ポンプ５４を駆動し、連絡通路５０と給湯用通路５２Ｄと連通させるように流量調整弁５の通路開口を制御することにより、水冷媒熱交換器２１で加熱された温水を上部からタンク３内に貯める。これに伴い、タンク３の下部に位置する水は、流出して合流部５３に至り、水冷媒熱交換器２１の水側通路２１１に流入して再び水冷媒熱交換器２１で加熱された後、タンク３内に上部から供給される。したがって、暖房給湯装置１Ｄによれば、給湯運転時や暖房給湯運転時に、ヒートポンプサイクル装置２の冷媒加熱作用により沸き上げた温水を、給湯用の熱交換器を介することなく直接タンク３の内部に貯めることができる。

上記実施形態の暖房給湯装置は、換気ユニット４の熱交換部で熱交換される前に室外空気を加熱する補助加熱装置として、予熱用熱交換器６を備えるが、本発明に含まれる補助加熱装置はこの実施形態に限定されない。例えば、補助加熱装置には、通電により発熱するＰＴＣヒータ、シーズヒータ、ハロゲンヒータ等の各種電気ヒータ等を採用することもできる。

また、上記実施形態において、ヒートポンプサイクル装置２を流れる作動冷媒は、二酸化炭素に限定されるものではなく、フロン等の他の冷媒であってもよい。

２…ヒートポンプサイクル装置（冷媒サイクル，ヒートポンプ式加熱装置）
３…タンク
４…熱交換ユニット（換気装置）
５…流量調整弁（流量調整手段）
６…予熱用熱交換器（補助加熱装置）
７，８…暖房用熱交換器
２４…排気用送風機（換気装置）
３９…給湯用熱交換器
５６，５７…ポンプ（流量調整手段）
７０…給気用送風機（換気装置）

Claims (6)

1. 冷媒サイクルを流れる冷媒の加熱作用によって温水を沸き上げるヒートポンプ式加熱装置（２）と、
   前記ヒートポンプ式加熱装置で加熱された温水が流入して周囲に放熱する暖房用熱交換器（７，８）と、
   給湯用水を生成するために、前記ヒートポンプ式加熱装置で加熱された温水が流入する給湯用熱交換器（３９）またはタンク（３）と、
   室内空気と室外空気とを熱交換する熱交換部（４０，４１）を有し、熱交換後の前記室内空気を室外に排気し、熱交換後の前記室外空気を室内に給気する換気装置（４，２４，７０）と、
   前記ヒートポンプ式加熱装置によって加熱された温水を、前記暖房用熱交換器に流通させる温水と前記給湯用熱交換器または前記タンクに流通させる温水とに分配することが可能な流量調整手段（５，５６，５７）と、
   前記暖房用熱交換器よりも下流の温水通路に設けられ、前記換気装置の前記熱交換部で熱交換される前に前記室外空気を加熱する予熱用熱交換器（６）と、
   を備え、
   前記予熱用熱交換器は、前記ヒートポンプ式加熱装置によって加熱された温水が前記暖房用熱交換器を流出した後、前記予熱用熱交換器に流入することにより、前記熱交換部で熱交換される前の前記室外空気を予熱し、
   暖房と給湯の両方を行う暖房給湯運転時に、
   前記ヒートポンプ式加熱装置によって加熱された温水は、前記暖房用熱交換器を流通する温水と前記給湯用熱交換器を流通する温水とに分配され、
   前記給湯用熱交換器を流出した前記温水は、前記予熱用熱交換器よりも下流であって前記ヒートポンプ式加熱装置よりも上流に位置する通路部位で、前記予熱用熱交換器を流出してきた前記温水に合流することを特徴とする暖房給湯装置。
2. 前記暖房用熱交換器（７）は、前記換気装置の前記熱交換部で熱交換された後であって前記室内に給気される前の前記室外空気に放熱するように設けられており、
   前記室外空気を前記暖房用熱交換器（７）で加熱した後、前記室内に吹き出される空気の温度を検出する吹出し温度検出手段（１０）と、
   前記吹出し温度検出手段によって検出される空気温度に応じて、前記流量調整手段の作動を制御して、前記暖房用熱交換器に流通させる温水と前記給湯用熱交換器または前記タンクに流通させる温水との流量割合を制御する制御装置（１００）と、
   を備え、
   前記制御装置は、暖房と給湯の両方を行う暖房給湯運転時に、前記吹出し温度検出手段によって検出される空気温度が、
   吹出し目標温度よりも低い場合は、前記暖房用熱交換器に流通させる温水の流量を増加させるように前記流量調整手段の作動を制御し、
   前記吹出し目標温度に所定温度を加えた温度よりも高い場合は、前記暖房用熱交換器に流通させる温水の流量を減少させるように前記流量調整手段の作動を制御することを特徴とする請求項１に記載の暖房給湯装置。
3. 前記ヒートポンプ式加熱装置で加熱された後の温水が流れる温水通路（５０）は、前記暖房用熱交換器へ向かう暖房用通路（５１）と、前記給湯用熱交換器へ向かう給湯用通路（５２）と、の二手に分岐するように構成され、
   前記流量調整手段は、前記暖房用通路と前記給湯用通路（５２）との二手に分岐する分岐部に設けられる流量調整弁（５）であり、
   前記流量調整弁は、暖房と給湯の両方を行う暖房給湯運転時に、前記暖房用通路の開口面積と前記給湯用通路の開口面積とを調整することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の暖房給湯装置。
4. 前記ヒートポンプ式加熱装置で加熱された後の温水が流れる温水通路（５０）は、前記暖房用熱交換器へ向かう暖房用通路（５１）と、前記給湯用熱交換器へ向かう給湯用通路（５２）と、の二手に分岐するように構成され、
   前記流量調整手段は、前記暖房用通路に設けられる暖房用ポンプ（５６）と、前記給湯用通路に設けられる給湯用ポンプ（５７）と、から構成され、
   前記暖房用ポンプ及び前記給湯用ポンプのそれぞれは、暖房と給湯の両方を行う暖房給湯運転時に、駆動する温水の流量を調整することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の暖房給湯装置。
5. 前記暖房用熱交換器（７）で放熱した後の温水の温度を検出する熱交換器出口温度検出手段（１１）と、
   前記熱交換器出口温度検出手段によって検出される水温に応じて、前記流量調整手段の作動を制御して、前記暖房用熱交換器に流通させる温水と前記給湯用熱交換器または前記タンクに流通させる温水との流量割合を制御する制御装置（１００Ｂ）と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の暖房給湯装置。
6. 前記ヒートポンプ式加熱装置において、加熱作用を発揮する冷媒は、二酸化炭素を主成分とする冷媒であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の暖房給湯装置。

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