JP6391414B2 - 暖房給湯装置 - Google Patents

Description

この発明は、一般的には、暖房給湯装置に関し、より特定的には、ヒートポンプサイクルを利用した暖房給湯装置に関する。

従来の暖房給湯装置に関して、たとえば、特開２００９−２８１７１９号公報には、北欧等の暖房負荷の高い地域でも十分な暖房を行なうことを目的とした、暖房給湯装置が開示されている（特許文献１）。特許文献１に開示された暖房給湯装置は、ヒートポンプユニットと、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と、貯湯タンク内に配置され、給湯水が内部を流れる給湯用熱交換器と、貯湯タンク内に貯えられた温水が循環されるラジエータ（暖房端末）とを有する。

特開２００９−２８１７１９号公報

ヒートポンプサイクル上の冷媒との熱交換により、床暖房パネルやパネルヒータ、ファンコンベクターなどの暖房端末に加熱された被加熱流体を供給する暖房運転と、タンク部に貯留された被加熱流体との熱交換により、シャワーや浴槽などの給湯端末に加熱された水を供給する給湯運転とを行なう暖房給湯装置が知られている。このような暖房給湯装置では、暖房を続けながら給湯を行なう場面が想定されるため、暖房端末への加熱された被加熱流体の供給と、タンク部に貯留された被加熱流体の加熱とを同時に実行可能であることが求められる。

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、暖房端末への加熱された被加熱流体の供給と、タンク部に貯留された被加熱流体の加熱とを同時に実行可能な暖房給湯装置を提供することである。

この発明に従った暖房給湯装置は、ヒートポンプサイクルを構成し、冷媒が循環する冷凍回路と、暖房端末に供給される被加熱流体が循環する被加熱流体回路と、給湯端末に供給される水が流れる給湯回路と、冷凍回路を流れる冷媒と、被加熱流体回路を流れる被加熱流体との間で熱交換を行なうことにより、被加熱流体を加熱する第１熱交換器と、被加熱流体回路を流れる被加熱流体を貯留するタンク部と、タンク部に設けられ、タンク部に貯留された被加熱流体と、給湯回路を流れる水との間で熱交換を行なう第２熱交換器と、第３熱交換器および第４熱交換器の少なくともいずれか一方とを備える。第３熱交換器は、タンク部に貯留された被加熱流体と、第１熱交換器の冷媒流入側の冷凍回路を流れる冷媒との間で熱交換を行なう。第４熱交換器は、タンク部に貯留された被加熱流体と、第１熱交換器の冷媒流出側の冷凍回路を流れる冷媒との間で熱交換を行なう。

また好ましくは、暖房給湯装置は、第１熱交換器の冷媒流入側の冷凍回路を流れる冷媒を第３熱交換器に導き、第１熱交換器の冷媒流入側の冷凍回路に再び戻す第１冷媒流れと、冷凍回路を流れる冷媒を第３熱交換器を迂回させて第１熱交換器に流入させる第２冷媒流れとを選択的に形成する第１バルブをさらに備える。

また好ましくは、暖房給湯装置は、冷凍回路の経路上に設けられ、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機から吐出された冷媒の温度を検出する第１温度検出部と、第１温度検出部で検出された冷媒の温度が予め定められた所定値よりも低い場合に、第２冷媒流れが形成されるように第１バルブを制御する制御部とをさらに備える。

また好ましくは、暖房給湯装置は、第１熱交換器の冷媒流出側の冷凍回路を流れる冷媒を第４熱交換器に導き、第１熱交換器の冷媒流出側の冷凍回路に再び戻す第３冷媒流れと、第１熱交換器から流出した冷媒を第４熱交換器を迂回させて冷凍回路に流す第４冷媒流れとを選択的に形成する第２バルブをさらに備える。

また好ましくは、暖房給湯装置は、第１熱交換器から流出した冷媒の温度を検出する第２温度検出部と、第２温度検出部で検出された冷媒の温度が予め定められた所定値よりも低い場合に、第４冷媒流れが形成されるように第２バルブを制御する制御部とをさらに備える。

また好ましくは、暖房給湯装置は、第１熱交換器において加熱された被加熱流体を、暖房端末およびタンク部のいずれか一方に向けて選択的に流す第３バルブをさらに備える。

この発明に従えば、暖房端末への加熱された被加熱流体の供給と、タンク部に貯留された被加熱流体の加熱とを同時に実行可能な暖房給湯装置を提供することができる。

この発明の実施の形態１における暖房給湯装置の回路構成を示す図である。 ヒートポンプサイクルにおいて、冷媒の比エンタルピーと、冷媒の温度および圧力との関係を示す図である。 この発明の実施の形態２における暖房給湯装置の回路構成を示す図である。 この発明の実施の形態３における暖房給湯装置の回路構成を示す図である。

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１における暖房給湯装置の回路構成を示す図である。図１を参照して、本実施の形態における暖房給湯装置１０は、暖房端末１６に加熱された被加熱流体を供給する暖房運転と、給湯端末５２に加熱された水（湯）を供給する給湯運転とを行なうことが可能な装置である。

暖房給湯装置１０は、その回路構成として、ヒートポンプサイクルを構成し、冷媒が循環する冷凍回路２１と、暖房端末１６に供給される被加熱流体が循環する被加熱流体回路２３と、給湯端末５２に供給される水が流れる給湯回路２５とを有する。

なお、本実施の形態では、暖房端末１６に供給される被加熱流体が水である場合について説明するが、被加熱流体は、熱媒体として利用可能な流体であれば、特に限定されるものではない。

暖房給湯装置１０は、ヒートポンプユニット１２およびタンクユニット１４から構成されている。

冷凍回路２１には、冷媒が循環されている。冷凍回路２１を循環する冷媒としては、たとえば、ＨＣ（ハイドロカーボン）やＨＦＣ（ハイドロフロオロカーボン）が利用される。

冷凍回路２１は、その回路構成として、環状路２１ｍと、バイパス路２１ｐおよびバイパス路２１ｑとを有する。環状路２１ｍは、環状に周回するように設けられている。環状路２１ｍは、ヒートポンプユニット１２およびタンクユニット１４の間に渡って設けられている。環状路２１ｍの経路上には、水（被加熱流体）−冷媒熱交換器３１、圧縮機３３、空気−冷媒熱交換器３５および膨張弁３７が設けられている。

水−冷媒熱交換器３１は、タンクユニット１４に設けられている。水−冷媒熱交換器３１は、冷凍回路２１を循環する冷媒と、被加熱流体回路２３を流れる水との間で熱交換を行なう。空気−冷媒熱交換器３５は、ヒートポンプユニット１２に設けられている。空気−冷媒熱交換器３５は、冷凍回路２１を循環する冷媒と、空気との間で熱交換を行なう。

圧縮機３３は、ヒートポンプユニット１２に設けられている。圧縮機３３は、冷凍回路２１の経路上において、空気−冷媒熱交換器３５および水−冷媒熱交換器３１の間に設けられている。圧縮機３３は、空気−冷媒熱交換器３５から送られる冷媒を圧縮し、水−冷媒熱交換器３１に向けて送り出す。

膨張弁３７は、ヒートポンプユニット１２に設けられている。膨張弁３７は、冷凍回路２１の経路上において、水−冷媒熱交換器３１および空気−冷媒熱交換器３５の間に設けられている。膨張弁３７は、冷凍回路２１の経路上において、水−冷媒熱交換器３１および空気−冷媒熱交換器３５を挟んで圧縮機３３の反対側に設けられている。膨張弁３７は、水−冷媒熱交換器３１から送られる冷媒を減圧する減圧装置として設けられている。

冷凍回路２１における冷媒の状態変化について説明すると、まず、圧縮機３３にて冷媒が断熱圧縮される。圧縮されるに従って冷媒の圧力と温度とが上昇し、高温高圧の過熱蒸気になって、冷媒は圧縮機３３から吐出される。圧縮機３３から吐出された冷媒は、水−冷媒熱交換器３１に供給される。冷媒は、水−冷媒熱交換器３１において、被加熱流体回路２３を流れる水に放熱する。冷媒は、水−冷媒熱交換器３１において冷却されることによって、凝縮（液化）する。水−冷媒熱交換器３１から流出した冷媒は、膨張弁３７に向かう。

膨張弁３７において、冷媒は絞り膨張され、温度と圧力とが低下して、低温低圧の気液混合状態の湿り蒸気となる。膨張弁３７から流出した冷媒は、空気−冷媒熱交換器３５に向かう。膨張弁３７から送られた気液混合状態の冷媒は、空気−冷媒熱交換器３５において空気から吸熱することによって、蒸発する。その後、気相の冷媒は、圧縮機３３において再び断熱圧縮される。

冷媒はこのようなサイクルに従って、圧縮、凝縮、絞り膨張、蒸発の状態変化を連続的に繰り返す。

冷凍回路２１の環状路２１ｍの経路上には、冷凍回路２１における冷媒流れを切り替えるための四方弁３９がさらに設けられている。四方弁３９は、空気−冷媒熱交換器３５からの冷媒を圧縮機３３に送り、圧縮機３３からの冷媒を水−冷媒熱交換器３１に送る冷媒流れ（図中の実線の矢印１０２および矢印１０１に示す冷媒流れ）と、水−冷媒熱交換器３１からの冷媒を圧縮機３３に送り、圧縮機３３からの冷媒を空気−冷媒熱交換器３５に送る冷媒流れ（図中の点線の矢印１０４および矢印１０３に示す冷媒流れ）とを選択的に形成するように設けられている。

被加熱流体回路２３には、被加熱流体としての水が循環されている。被加熱流体回路２３は、タンクユニット１４に設けられている。被加熱流体回路２３は、その回路構成として、環状路２３ｍおよび分岐路２３ｎを有する。環状路２３ｍは、暖房端末１６を含んで環状に周回するように設けられている。環状路２３ｍの経路上には、水循環ポンプ４５および水−冷媒熱交換器３１が設けられている。

水循環ポンプ４５は、タンクユニット１４に設けられている。水循環ポンプ４５は、その稼働に伴って、被加熱流体回路２３に水を循環させる。暖房端末１６は、一般的には、室内を暖める装置であり、たとえば、床暖房パネルやパネルヒータ、ファンコンベクターなどである。

分岐路２３ｎは、タンクユニット１４に設けられている。分岐路２３ｎは、水−冷媒熱交換器３１および暖房端末１６の間の環状路２３ｍから分岐して設けられている。分岐路２３ｎの経路上には、貯湯タンク４１が設けられている。貯湯タンク４１は、被加熱流体回路２３を流れる水を貯留することが可能なタンク部として設けられている。

被加熱流体回路２３の経路上には、暖房貯湯切り替えバルブ４７（第３バルブ）がさらに設けられている。暖房貯湯切り替えバルブ４７は、タンクユニット１４に設けられている。暖房貯湯切り替えバルブ４７は、環状路２３ｍからの分岐路２３ｎの分岐位置に設けられている。暖房貯湯切り替えバルブ４７は、水−冷媒熱交換器３１において加熱された水（湯）を暖房端末１６に送る冷媒流れ（図中の矢印１０５に示す冷媒流れ）と、水−冷媒熱交換器３１において加熱された水（湯）を貯湯タンク４１に送る冷媒流れ（図中の矢印１０６に示す冷媒流れ）とを選択的に形成するように設けられている。

給湯回路２５には、水が流通される。給湯回路２５は、タンクユニット１４に設けられている。給湯回路２５の一端（給湯回路２５における水流れの上流端）は、水供給源５１に接続され、給湯回路２５の他端（給湯回路２５における水流れの下流端）は、シャワーや浴槽などの給湯端末５２に接続されている。

給湯回路２５の経路上には、タンク内水−水熱交換器６１が設けられている。タンク内水−水熱交換器６１は、貯湯タンク４１に設けられている。タンク内水−水熱交換器６１は、貯湯タンク４１内の貯湯空間に設けられている。タンク内水−水熱交換器６１は、貯湯タンク４１に貯留された水（湯）と、給湯回路２５を流れる水との間で熱交換を行なう。

冷凍回路２１の環状路２１ｍの経路上には、タンク内水−冷媒熱交換器６３およびタンク内水−冷媒熱交換器６５がさらに設けられている。タンク内水−冷媒熱交換器６３およびタンク内水−冷媒熱交換器６５は、貯湯タンク４１に設けられている。タンク内水−冷媒熱交換器６３およびタンク内水−冷媒熱交換器６５は、貯湯タンク４１内の貯湯空間に設けられている。

タンク内水−冷媒熱交換器６３は、水−冷媒熱交換器３１の冷媒流入側の冷凍回路２１に設けられている。タンク内水−冷媒熱交換器６３は、冷凍回路２１の経路上において、圧縮機３３および水−冷媒熱交換器３１の間に設けられている。タンク内水−冷媒熱交換器６３は、貯湯タンク４１に貯留された水（湯）と、水−冷媒熱交換器３１の冷媒流入側の冷凍回路２１を流れる冷媒との間で熱交換を行なう。

タンク内水−冷媒熱交換器６５は、水−冷媒熱交換器３１の冷媒流出側の冷凍回路２１に設けられている。タンク内水−冷媒熱交換器６５は、冷凍回路２１の経路上において、水−冷媒熱交換器３１および膨張弁３７の間に設けられている。タンク内水−冷媒熱交換器６５は、貯湯タンク４１に貯留された水（湯）と、水−冷媒熱交換器３１の冷媒流出側の冷凍回路２１を流れる冷媒との間で熱交換を行なう。

バイパス路２１ｐおよびバイパス路２１ｑは、タンクユニット１４に設けられている。バイパス路２１ｐは、水−冷媒熱交換器３１の冷媒流入側の冷凍回路２１において、タンク内水−冷媒熱交換器６３をバイパスするように設けられている。すなわち、圧縮機３３からの冷媒は、バイパス回路２１ｐを通って水−冷媒熱交換器３１に流入する。バイパス路２１ｑは、水−冷媒熱交換器３１の冷媒流出側の冷凍回路２１において、タンク内水−冷媒熱交換器６５をバイパスするように設けられている。すなわち、水−冷媒熱交換器３１から流出した冷媒は、バイパス回路２１ｑを通って膨張弁３７に向かう。

バイパス路２１ｐの経路上には、流入側切り替えバルブ７１（第１バルブ）が設けられている。流入側切り替えバルブ７１は、バイパス路２１ｐにおける冷媒流れを許容または規制するように設けられている。流入側切り替えバルブ７１が閉状態とされることにより、水−冷媒熱交換器３１の冷媒流入側の冷凍回路２１を流れる冷媒をタンク内水−冷媒熱交換器６３に導き、水−冷媒熱交換器３１の冷媒流入側の冷凍回路２１に再び戻す冷媒流れ（第１冷媒流れ）が形成され、流入側切り替えバルブ７１が開状態とされることにより、冷凍回路２１を流れる冷媒をタンク内水−冷媒熱交換器６３を迂回させて水−冷媒熱交換器３１に流入させる冷媒流れ（第２冷媒流れ）が形成される。

バイパス路２１ｑの経路上には、流出側切り替えバルブ７３（第２バルブ）が設けられている。流出側切り替えバルブ７３は、バイパス路２１ｑにおける冷媒流れを許容または規制するように設けられている。流出側切り替えバルブ７３が閉状態とされることにより、水−冷媒熱交換器３１の冷媒流出側の冷凍回路２１を流れる冷媒をタンク内水−冷媒熱交換器６５に導き、水−冷媒熱交換器３１の冷媒流出側の冷凍回路２１に再び戻す冷媒流れ（第３冷媒流れ）が形成され、流出側切り替えバルブ７３が開状態とされることにより、水−冷媒熱交換器３１から流出した冷媒をタンク内水−冷媒熱交換器６５を迂回させて冷凍回路２１に流す冷媒流れ（第４冷媒流れ）が形成される。

本実施の形態における暖房給湯装置１０は、暖房運転の単独運転と、給湯運転の単独運転と、暖房運転および給湯運転の同時運転との３つの運転モードを実行可能である。

暖房運転の単独運転時、暖房貯湯切り替えバルブ４７を制御することにより、水−冷媒熱交換器３１において加熱された水（湯）を暖房端末１６に送る冷媒流れ（図中の矢印１０５に示す冷媒流れ）を形成する。流入側切り替えバルブ７１および流出側切り替えバルブ７３を開状態とすることにより、水−冷媒熱交換器３１の冷媒流入側において、冷凍回路２１を流れる冷媒をタンク内水−冷媒熱交換器６３を迂回させ、水−冷媒熱交換器３１の冷媒流出側において、冷凍回路２１を流れる冷媒をタンク内水−冷媒熱交換器６５を迂回させる冷媒流れを形成する。

これにより、水−冷媒熱交換器３１において冷媒との熱交換により加熱された水（湯）が、環状路２３ｍを通って暖房端末１６に供給される。

給湯運転の単独運転時、暖房貯湯切り替えバルブ４７を制御することにより、水−冷媒熱交換器３１において加熱された水（湯）を貯湯タンク４１に送る冷媒流れ（図中の矢印１０６に示す冷媒流れ）を形成する。流入側切り替えバルブ７１および流出側切り替えバルブ７３を開状態とすることにより、水−冷媒熱交換器３１の冷媒流入側において、冷凍回路２１を流れる冷媒をタンク内水−冷媒熱交換器６３を迂回させ、水−冷媒熱交換器３１の冷媒流出側において、冷凍回路２１を流れる冷媒をタンク内水−冷媒熱交換器６５を迂回させる冷媒流れを形成する。

これにより、水−冷媒熱交換器３１において冷媒との熱交換により加熱された水（湯）が、環状路２３ｍおよび分岐路２３ｎを順に通って貯湯タンク４１に貯められる（以下、貯湯運転ともいう）。タンク内水−水熱交換器６１において、貯湯タンク４１に貯留された水（湯）と、給湯回路２５を流れる水との間で熱交換を行なうことにより、給湯回路２５を流れる水が加熱される。

暖房運転および給湯運転の同時運転時、暖房貯湯切り替えバルブ４７を制御することにより、水−冷媒熱交換器３１において加熱された水（湯）を暖房端末１６に送る冷媒流れ（図中の矢印１０５に示す冷媒流れ）を形成する。流入側切り替えバルブ７１および流出側切り替えバルブ７３を閉状態とすることにより、水−冷媒熱交換器３１の冷媒流入側において、冷凍回路２１を流れる冷媒をタンク内水−冷媒熱交換器６３に導き、水−冷媒熱交換器３１の冷媒流出側において、冷凍回路２１を流れる冷媒をタンク内水−冷媒熱交換器６５に導く冷媒流れを形成する。

これにより、水−冷媒熱交換器３１において冷媒との熱交換により加熱された水（湯）が、環状路２３ｍを通って暖房端末１６に供給される。一方、タンク内水−冷媒熱交換器６３において、貯湯タンク４１に貯留された水（湯）と、水−冷媒熱交換器３１の冷媒流入側の冷凍回路２１を流れる冷媒との間で熱交換を行なうことによって、貯湯タンク４１に貯留された水（湯）が加熱される。タンク内水−冷媒熱交換器６５において、貯湯タンク４１に貯留された水（湯）と、水−冷媒熱交換器３１の冷媒流出側の冷凍回路２１を流れる冷媒との間で熱交換を行なうことによって、貯湯タンク４１に貯留された水（湯）が加熱される。タンク内水−水熱交換器６１において、貯湯タンク４１内で加熱された水（湯）と、給湯回路２５を流れる水との間で熱交換を行なうことにより、給湯回路２５を流れる水が加熱される。

図２は、ヒートポンプサイクルにおいて、冷媒の比エンタルピーと、冷媒の温度および圧力との関係を示す図である。図中に示す曲線２００は、冷媒の飽和蒸気線であり、図中に示す曲線３００は、冷媒の飽和液線である。冷媒の比エンタルピーと冷媒の温度との関係を示す上図では、ヒートポンプサイクルの凝縮過程における冷媒の温度変化のみが示されている。

図１および図２を参照して、ヒートポンプサイクルの凝縮過程は、冷媒の比エンタルピーと冷媒の温度との関係を示す下図において、地点Ｖ→地点Ｗ→地点Ｘ→地点Ｙを順にたどる。この際、地点Ｖ→地点Ｗの間では、冷媒は気相状態であり、温度を徐々に低下させる（温度Ｔ１→温度Ｔａ）。地点Ｗ→地点Ｘの間では、冷媒は気液混合状態であり、温度を一定に保ちつつ（温度Ｔａ）、気相と液相との割合を変化させる。地点Ｘ→地点Ｙの間では、冷媒は液相状態であり、温度を徐々に低下させる（温度Ｔａ→温度Ｔ２）。

床暖房パネルやパネルヒータ、ファンコンベクターなどの暖房端末１６を稼働させながら、シャワーや浴槽などの給湯端末５２を用いる場面が想定される。特に北欧などの寒冷地では、暖房端末１６を２４時間稼働させ続けるため、このような場面が頻繁である。この場面に対応するため、上記貯湯運転により貯湯タンク４１に貯留された湯を高温にしようとすると、ヒートポンプサイクルの凝縮温度（温度Ｔａ）を上昇させる必要が生じる。ヒートポンプサイクルの凝縮温度が上昇すると、凝縮圧力（圧力Ｐａ）も上昇するため、加熱温度には、圧縮機３３を含む冷凍サイクル部品の設計圧力から決まる一定の限界（たとえば、６０℃）がある。また、圧縮機３３の圧縮比が増大し、ヒートポンプユニット１２のＣＯＰ（Coefficient Of Performance）が悪化する懸念がある。

これに対して、本実施の形態では、暖房運転および給湯運転の同時運転時、水−冷媒熱交換器３１の冷媒流入側の冷凍回路２１を流れる高温高圧の過熱状態の冷媒を、タンク内水−冷媒熱交換器６３に導くことにより、冷媒の凝縮圧力を上げることなく、貯湯タンク４１に貯留された水（湯）を加熱することができる。

ここで、暖房端末１６の特性として、暖房端末１６の運転開始時には大エネルギを要するものの、部屋の温度が目標温度に達した後など、運転開始から時間が経過すると、大エネルギを要さないという特性がある。このため、長時間の暖房運転中、一時的に給湯運転を同時に行なうことになっても、水−冷媒熱交換器３１における暖房能力が不足するということがない。

また別に、使用する暖房端末１６の種類や必要となる暖房能力によっては、被加熱流体回路２３において暖房端末１６から水−冷媒熱交換器３１に戻る水の温度が高温となる場合がある。この場合、水−冷媒熱交換器３１における冷媒から水への放熱量が減少するため、ヒートポンプユニット１２のＣＯＰが悪化する懸念がある。

これに対して、本実施の形態では、暖房運転および給湯運転の同時運転時、水−冷媒熱交換器３１の冷媒流出側の冷凍回路２１を流れる中温高圧の冷媒を、タンク内水−冷媒熱交換器６５に導くことにより、貯湯タンク４１に貯留された水（湯）を加熱する。これにより、ヒートポンプサイクル上で利用される熱量を増大させて、ヒートポンプユニット１２のＣＯＰを向上させることができる。

なお、本実施の形態では、タンク内水−水熱交換器６１を挟んでその上下に、それぞれ、タンク内水−冷媒熱交換器６３およびタンク内水−冷媒熱交換器６５が設けられているが、これら熱交換器は、貯湯タンク４１内において別の態様で配置されてもよい。また、タンク内水−冷媒熱交換器６３は、タンク内水−水熱交換器６１およびタンク内水−冷媒熱交換器６５よりも上方に設けられることが好ましい。温度が比較的高い水が貯湯タンク内の上方に集まるため、この場合、タンク内水−冷媒熱交換器６３における冷媒および水間の熱交換によって暖房端末１６における暖房能力が大幅に低下することを防止できる。

続いて、暖房運転および給湯運転の同時運転時における流入側切り替えバルブ７１および流出側切り替えバルブ７３の制御方法について説明する。

図１を参照して、まず、流入側切り替えバルブ７１の制御方法について説明すると、ヒートポンプユニット１２には、冷媒吐出温度検出センサ８１（第１温度検出部）が設けられている。冷媒吐出温度検出センサ８１は、圧縮機３３から吐出された冷媒の温度を検出する。流入側切り替えバルブ７１は、暖房運転および給湯運転の同時運転時、冷媒吐出温度検出センサ８１により検出された冷媒の温度に基づいて、図示しない制御部からの指令により開閉制御される。

より具体的には、冷媒吐出温度検出センサ８１により検出された冷媒の温度が予め定められた所定値よりも低い場合に、流入側切り替えバルブ７１は、開状態とされる。これにより、水−冷媒熱交換器３１の冷媒流入側の冷凍回路２１を流れる冷媒が、タンク内水−冷媒熱交換器６３を迂回して水−冷媒熱交換器３１に直接、導かれる。

流入側切り替えバルブ７１の別の制御方法について説明すると、ヒートポンプユニット１２には、上記の冷媒吐出温度検出センサ８１が設けられ、タンクユニット１４には、タンク内水温検出センサ８２（第３温度検出部）が設けられている。タンク内水温検出センサ８２は、貯湯タンク４１内の水の温度を検出する。タンク内水温検出センサ８２は、タンク内水−冷媒熱交換器６３と同じ高さに設けられることが好ましい。流入側切り替えバルブ７１は、暖房運転および給湯運転の同時運転時、冷媒吐出温度検出センサ８１およびタンク内水温検出センサ８２によりそれぞれ検出された冷媒の温度および水の温度に基づいて、図示しない制御部からの指令により開閉制御される。

より具体的には、タンク内水温検出センサ８２で検出された水の温度が第１温度検出部で検出された冷媒の温度よりも高い場合に、流入側切り替えバルブ７１は、開状態とされる。これにより、水−冷媒熱交換器３１の冷媒流入側の冷凍回路２１を流れる冷媒が、タンク内水−冷媒熱交換器６３を迂回して水−冷媒熱交換器３１に直接、導かれる。

これらの流入側切り替えバルブ７１の制御方法では、圧縮機３３からの吐出冷媒の温度が所定値よりも低かったり、貯湯タンク４１内の水温が圧縮機３３からの吐出冷媒の温度よりも高い場合に、水−冷媒熱交換器３１における暖房能力を優先させる。これにより、タンク内水−冷媒熱交換器６３において、冷媒から水への放熱量が少なくなったり、水から冷媒に吸熱することを防止できる。

次に、流出側切り替えバルブ７３の制御方法について説明すると、ヒートポンプユニット１２には、冷媒流出側温度検出センサ８４（第２温度検出部）が設けられている。冷媒流出側温度検出センサ８４は、水−冷媒熱交換器３１から流出した冷媒の温度を検出する。流出側切り替えバルブ７３は、暖房運転および給湯運転の同時運転時、冷媒流出側温度検出センサ８４により検出された冷媒の温度に基づいて、図示しない制御部からの指令により開閉制御される。

より具体的には、冷媒流出側温度検出センサ８４により検出された冷媒の温度が予め定められた所定値よりも低い場合に、流出側切り替えバルブ７３は、開状態とされる。これにより、水−冷媒熱交換器３１から流出した冷媒が、タンク内水−冷媒熱交換器６５を迂回して直接、冷凍回路２１に導かれる。

流出側切り替えバルブ７３の別の制御方法について説明すると、ヒートポンプユニット１２には、上記の冷媒流出側温度検出センサ８４が設けられ、タンクユニット１４には、タンク内水温検出センサ８３（第３温度検出部）が設けられている。タンク内水温検出センサ８３は、貯湯タンク４１内の水の温度を検出する。タンク内水温検出センサ８３は、タンク内水−冷媒熱交換器６５と同じ高さに設けられることが好ましい。流出側切り替えバルブ７３は、暖房運転および給湯運転の同時運転時、冷媒流出側温度検出センサ８４およびタンク内水温検出センサ８３によりそれぞれ検出された冷媒の温度および水の温度に基づいて、図示しない制御部からの指令により開閉制御される。

より具体的には、タンク内水温検出センサ８３で検出された水の温度が冷媒流出側温度検出センサ８４で検出された冷媒の温度よりも高い場合に、流出側切り替えバルブ７３は、開状態とされる。これにより、水−冷媒熱交換器３１から流出した冷媒が、タンク内水−冷媒熱交換器６５を迂回して直接、冷凍回路２１に導かれる。

これらの流出側切り替えバルブ７３の制御方法では、水−冷媒熱交換器３１からの流出冷媒温度が所定値よりも低かったり、貯湯タンク４１内の水温が水−冷媒熱交換器３１からの流出冷媒温度よりも高い場合に、冷媒をタンク内水−冷媒熱交換器６５をバイパスさせる。これにより、タンク内水−冷媒熱交換器６５において、冷媒から水への放熱量が少なくなったり、水から冷媒に吸熱することを防止できる。

このように構成された、この発明の実施の形態１における暖房給湯装置１０によれば、暖房端末１６への加熱された水の供給と、貯湯タンク４１に貯留された水の加熱とを同時に実行可能な暖房給湯装置を実現することができる。

（実施の形態２）
図３は、この発明の実施の形態２における暖房給湯装置の回路構成を示す図である。本実施の形態における暖房給湯装置は、実施の形態１における暖房給湯装置１０と比較して、基本的には同様の構造を有する。以下、重複する構造については、その説明を繰り返さない。

図３を参照して、本実施の形態における暖房給湯装置では、実施の形態１におけるタンク内水−冷媒熱交換器６３およびタンク内水−冷媒熱交換器６５のうちタンク内水−冷媒熱交換器６３のみが設けられている。タンク内水−冷媒熱交換器６３に対応して、流入側切り替えバルブ７１、冷媒吐出温度検出センサ８１およびタンク内水温検出センサ８２が、実施の形態１と同様の態様で設けられている。

このように構成された、この発明の実施の形態２における暖房給湯装置によれば、実施の形態１に記載の効果を同様に奏することができる。

（実施の形態３）
図４は、この発明の実施の形態３における暖房給湯装置の回路構成を示す図である。本実施の形態における暖房給湯装置は、実施の形態１における暖房給湯装置１０と比較して、基本的には同様の構造を有する。以下、重複する構造については、その説明を繰り返さない。

図４を参照して、本実施の形態における暖房給湯装置では、実施の形態１におけるタンク内水−冷媒熱交換器６３およびタンク内水−冷媒熱交換器６５のうちタンク内水−冷媒熱交換器６５のみが設けられている。タンク内水−冷媒熱交換器６５に対応して、流出側切り替えバルブ７３、冷媒流出側温度検出センサ８４およびタンク内水温検出センサ８３が、実施の形態１と同様の態様で設けられている。

このように構成された、この発明の実施の形態３における暖房給湯装置によれば、実施の形態１に記載の効果を同様に奏することができる。

本発明の構成および作用効果についてまとめて説明すると、以下のとおりである。なお、発明の構成に実施の形態に記載の参照番号を付すが、これは一例である。

この発明に従った暖房給湯装置は、ヒートポンプサイクルを構成し、冷媒が循環する冷凍回路（２１）と、暖房端末（１６）に供給される被加熱流体が循環する被加熱流体回路（２３）と、給湯端末（５２）に供給される水が流れる給湯回路（２５）と、冷凍回路（２１）を流れる冷媒と、被加熱流体回路（２３）を流れる被加熱流体との間で熱交換を行なうことにより、被加熱流体を加熱する第１熱交換器（３１）と、被加熱流体回路（２３）を流れる被加熱流体を貯留するタンク部（４１）と、タンク部（４１）に設けられ、タンク部（４１）に貯留された被加熱流体と、給湯回路（２５）を流れる水との間で熱交換を行なう第２熱交換器（６１）と、第３熱交換器（６３）および第４熱交換器（６５）の少なくともいずれか一方とを備える。第３熱交換器（６３）は、タンク部（４１）に貯留された被加熱流体と、第１熱交換器（３１）の冷媒流入側の冷凍回路（２１）を流れる冷媒との間で熱交換を行なう。第４熱交換器（６５）は、タンク部（４１）に貯留された被加熱流体と、第１熱交換器（３１）の冷媒流出側の冷凍回路（２１）を流れる冷媒との間で熱交換を行なう。

このように構成された暖房給湯装置によれば、第１熱交換器において、冷凍回路を流れる冷媒と、被加熱流体回路を流れる被加熱流体との間で熱交換を行ないつつ、第３熱交換器および第４熱交換器の少なくともいずれか一方において、タンク部に貯留された被加熱流体と、冷凍回路を流れる冷媒との間で熱交換を行なうことによって、暖房端末への加熱された被加熱流体の供給と、タンク部に貯留された被加熱流体の加熱とを同時に実行することができる。

また好ましくは、暖房給湯装置は、第１熱交換器（３１）の冷媒流入側の冷凍回路（２１）を流れる冷媒を第３熱交換器（６３）に導き、第１熱交換器（３１）の冷媒流入側の冷凍回路（２１）に再び戻す第１冷媒流れと、冷凍回路（２１）を流れる冷媒を第３熱交換器（６３）を迂回させて第１熱交換器（３１）に流入させる第２冷媒流れとを選択的に形成する第１バルブ（７１）をさらに備える。

このように構成された暖房給湯装置によれば、第１バルブの制御により、暖房端末への加熱された被加熱流体の供給と、タンク部に貯留された被加熱流体の加熱との同時実行時に、第１冷媒流れを選択的に形成し、暖房端末への加熱された被加熱流体の供給の単独実行時に、第２冷媒流れを選択的に形成することができる。

また好ましくは、暖房給湯装置は、冷凍回路（２１）の経路上に設けられ、冷媒を圧縮する圧縮機（３３）と、圧縮機（３３）から吐出された冷媒の温度を検出する第１温度検出部（８１）と、第１温度検出部（８１）で検出された冷媒の温度が予め定められた所定値よりも低い場合に、第２冷媒流れが形成されるように第１バルブ（７１）を制御する制御部とをさらに備える。

このように構成された暖房給湯装置によれば、圧縮機から吐出された冷媒の温度が予め定められた所定値よりも低い場合には、第３熱交換器における冷媒から被加熱流体への放熱が滞ることを回避するため、暖房端末への加熱された被加熱流体の供給を単独で実行する。

また好ましくは、暖房給湯装置は、冷凍回路（２１）の経路上に設けられ、冷媒を圧縮する圧縮機（３３）と、圧縮機（３３）から吐出された冷媒の温度を検出する第１温度検出部（８１）と、タンク部（４１）に貯留された被加熱流体の温度を検出する第３温度検出部（８２）と、第３温度検出部（８２）で検出された被加熱流体の温度が第１温度検出部（８１）で検出された冷媒の温度よりも高い場合に、第２冷媒流れが形成されるように第１バルブ（７１）を制御する制御部とをさらに備える。

このように構成された暖房給湯装置によれば、タンク部に貯留された被加熱流体の温度が圧縮機から吐出された冷媒の温度よりも高い場合には、第３熱交換器における冷媒から被加熱流体への放熱が滞ることを回避するため、暖房端末への加熱された被加熱流体の供給を単独で実行する。

また好ましくは、暖房給湯装置は、第１熱交換器（３１）の冷媒流出側の冷凍回路（２１）を流れる冷媒を第４熱交換器（６５）に導き、第１熱交換器（３１）の冷媒流出側の冷凍回路（２１）に再び戻す第３冷媒流れと、第１熱交換器（３１）から流出した冷媒を第４熱交換器（６５）を迂回させて冷凍回路（２１）に流す第４冷媒流れとを選択的に形成する第２バルブ（７３）をさらに備える。

このように構成された暖房給湯装置によれば、第２バルブの制御により、暖房端末への加熱された被加熱流体の供給と、タンク部に貯留された被加熱流体の加熱との同時実行時に、第３冷媒流れを選択的に形成し、暖房端末への加熱された被加熱流体の供給の単独実行時に、第４冷媒流れを選択的に形成することができる。

また好ましくは、暖房給湯装置は、第１熱交換器（３１）から流出した冷媒の温度を検出する第２温度検出部（８４）と、第２温度検出部（８４）で検出された冷媒の温度が予め定められた所定値よりも低い場合に、第４冷媒流れが形成されるように第２バルブ（７３）を制御する制御部とをさらに備える。

このように構成された暖房給湯装置によれば、第１熱交換器から流出した冷媒の温度が予め定められた所定値よりも低い場合には、第４熱交換器における冷媒から被加熱流体への放熱が滞ることを回避するため、暖房端末への加熱された被加熱流体の供給を単独で実行する。

また好ましくは、暖房給湯装置は、タンク部（４１）に貯留された被加熱流体の温度を検出する第３温度検出部（８３）と、第１熱交換器（３１）から流出した冷媒の温度を検出する第２温度検出部（８４）と、第３温度検出部（８３）で検出された被加熱流体の温度が第２温度検出部（８４）で検出された冷媒の温度よりも高い場合に、第４冷媒流れが形成されるように第２バルブ（７３）を制御する制御部とをさらに備える。

このように構成された暖房給湯装置によれば、タンク部に貯留された被加熱流体の温度が第１熱交換器から流出した冷媒の温度よりも高い場合には、第４熱交換器における冷媒から被加熱流体への放熱が滞ることを回避するため、暖房端末への加熱された被加熱流体の供給を単独で実行する。

また好ましくは、暖房給湯装置は、第１熱交換器（３１）において加熱された被加熱流体を、暖房端末（１６）およびタンク部（４１）のいずれか一方に向けて選択的に流す第３バルブをさらに備える。

このように構成された暖房給湯装置によれば、第３バルブの制御により、暖房端末への加熱された被加熱流体の供給と、タンク部に貯留された被加熱流体の加熱との同時実行時、および、暖房端末への加熱された被加熱流体の供給の単独実行時に、第１熱交換器において加熱された被加熱流体を暖房端末に向けて流し、タンク部に貯留された被加熱流体の加熱の単独実行時に、第１熱交換器において加熱された被加熱流体をタンク部に流すことができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、暖房端末に加熱された被加熱流体を供給する暖房運転と、給湯端末に給湯を行なう給湯運転とを行なうことが可能な暖房給湯装置に適用される。

１０ 暖房給湯装置、１２ ヒートポンプユニット、１４ タンクユニット、１６ 暖房端末、２１ 冷凍回路、２１ｍ，２３ｍ 環状路、２１ｐ，２１ｑ バイパス回路、２３ 被加熱流体回路、２３ｎ 分岐路、２５ 給湯回路、３１ 水−冷媒熱交換器、３３ 圧縮機、３５ 空気−冷媒熱交換器、３７ 膨張弁、３９ 四方弁、４１ 貯湯タンク、４５ 水循環ポンプ、４７ 暖房貯湯切り替えバルブ、５１ 水供給源、５２ 給湯端末、６１ タンク内水−水熱交換器、６３，６５ タンク内水−冷媒熱交換器、７１ 流入側切り替えバルブ、７３ 流出側切り替えバルブ、８１ 冷媒吐出温度検出センサ、８２，８３ タンク内水温検出センサ、８４ 冷媒流出側温度検出センサ、２００，３００ 曲線。

Claims (6)

1. ヒートポンプサイクルを構成し、冷媒が循環する冷凍回路と、
   暖房端末に供給される被加熱流体が循環する被加熱流体回路と、
   給湯端末に供給される水が流れる給湯回路と、
   前記冷凍回路を流れる冷媒と、前記被加熱流体回路を流れる被加熱流体との間で熱交換を行なうことにより、被加熱流体を加熱する第１熱交換器と、
   前記被加熱流体回路を流れる被加熱流体を貯留するタンク部と、
   前記タンク部に設けられ、前記タンク部に貯留された被加熱流体と、前記給湯回路を流れる水との間で熱交換を行なう第２熱交換器と、
   前記タンク部に貯留された被加熱流体と、前記第１熱交換器の冷媒流入側の前記冷凍回路を流れる冷媒との間で熱交換を行なう第３熱交換器、および、前記タンク部に貯留された被加熱流体と、前記第１熱交換器の冷媒流出側の前記冷凍回路を流れる冷媒との間で熱交換を行なう第４熱交換器の少なくともいずれか一方とを備える、暖房給湯装置。
2. 前記第１熱交換器の冷媒流入側の前記冷凍回路を流れる冷媒を前記第３熱交換器に導き、前記第１熱交換器の冷媒流入側の前記冷凍回路に再び戻す第１冷媒流れと、前記冷凍回路を流れる冷媒を前記第３熱交換器を迂回させて前記第１熱交換器に流入させる第２冷媒流れとを選択的に形成する第１バルブをさらに備える、請求項１に記載の暖房給湯装置。
3. 前記冷凍回路の経路上に設けられ、冷媒を圧縮する圧縮機と、
   前記圧縮機から吐出された冷媒の温度を検出する第１温度検出部と、
   前記第１温度検出部で検出された冷媒の温度が予め定められた所定値よりも低い場合に、前記第２冷媒流れが形成されるように前記第１バルブを制御する制御部とをさらに備える、請求項２に記載の暖房給湯装置。
4. 前記第１熱交換器の冷媒流出側の前記冷凍回路を流れる冷媒を前記第４熱交換器に導き、前記第１熱交換器の冷媒流出側の前記冷凍回路に再び戻す第３冷媒流れと、前記第１熱交換器から流出した冷媒を前記第４熱交換器を迂回させて前記冷凍回路に流す第４冷媒流れとを選択的に形成する第２バルブをさらに備える、請求項１から３のいずれか１項に記載の暖房給湯装置。
5. 前記第１熱交換器から流出した冷媒の温度を検出する第２温度検出部と、
   前記第２温度検出部で検出された冷媒の温度が予め定められた所定値よりも低い場合に、前記第４冷媒流れが形成されるように前記第２バルブを制御する制御部とをさらに備える、請求項４に記載の暖房給湯装置。
6. 前記第１熱交換器において加熱された被加熱流体を、前記暖房端末および前記タンク部のいずれか一方に向けて選択的に流す第３バルブをさらに備える、請求項１から５のいずれか１項に記載の暖房給湯装置。

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