JP6537733B2 - ヒートポンプ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、二元ヒートポンプ回路を備えたヒートポンプ装置に関するものである。
特許文献１には、給湯装置が記載されている。この給湯装置は、圧縮機と第１熱交換器と膨張機構と第２熱交換器とが順に接続されるとともに二酸化炭素冷媒が充填された給湯用冷媒回路を備えている。第１熱交換器は温水生成用の熱交換器であり、第２熱交換器は、空調装置などの低段側冷媒回路の冷媒と二酸化炭素冷媒とが熱交換を行うカスケード熱交換器である。これにより、給湯装置では二元のヒートポンプサイクル動作が行われる。
特許第３９２５３８３号公報
図１３及び図１４は、従来の給湯装置におけるＣＯ２冷媒の動作を示すｐ−ｈ線図である。図１３及び図１４に示すように、臨界圧を超えて動作するＣＯ２冷媒の場合、凝縮温度が存在しないため、放熱行程のエンタルピ差は、放熱行程の温度差に概ね比例して変化する。したがって、図１３に示すように入水温度が低い場合（例えば、２０℃）には、放熱行程のエンタルピ差を大きくできるため、高いＣＯＰが得られる。一方、図１４に示すように入水温度が上昇すると（例えば、４０℃）、放熱行程のエンタルピ差が小さくなるため、ＣＯＰが低下してしまう。したがって、従来の給湯装置では、入水温度が低い給湯運転と入水温度が高い保温運転との両方で運転効率を高めるのが困難であるという課題があった。
また、従来の給湯装置では、最大能力を向上させるためにはユニットサイズを大型化する必要があるという課題があった。
本発明は、上述のような課題の少なくとも１つを解決するためになされたものであり、運転効率を高めることができるとともに、ユニットサイズの大型化を抑えつつ最大能力を向上させることができるヒートポンプ装置を提供することを目的とする。
本発明に係るヒートポンプ装置は、第１冷媒を循環させる第１冷媒回路と、第２冷媒を循環させる第２冷媒回路と、第１流体を循環させる蓄熱回路と、水を流通させる水回路と、を備え、前記第１冷媒回路は、第１圧縮機と、前記第１冷媒と水との熱交換を行う第１熱交換器と、前記第１冷媒と前記第２冷媒との熱交換を行う第２熱交換器と、第１膨張弁と、前記第１冷媒と第２流体との熱交換を行う第３熱交換器と、前記第１冷媒と前記第１流体との熱交換を行う第４熱交換器と、が配管を介してこの順に接続された構成を有しており、前記第２冷媒回路は、第２圧縮機と、前記第２冷媒と水との熱交換を行う第５熱交換器と、第２膨張弁と、前記第２熱交換器と、が配管を介してこの順に接続された構成を有しており、前記蓄熱回路は、蓄熱タンクと、前記蓄熱タンクと前記第４熱交換器との間で前記第１流体を循環させる第１循環回路と、前記蓄熱タンクと、前記第１流体と水との熱交換を行う第６熱交換器と、の間で前記第１流体を循環させる第２循環回路と、を有しており、前記水回路は、水を圧送するポンプと前記第１熱交換器と前記第５熱交換器とが接続された第１回路と、前記ポンプと前記第１熱交換器との間で前記第１回路から分岐し、前記第１熱交換器と前記第５熱交換器との間で前記第１回路に接続された第２回路と、前記第５熱交換器の下流側で前記第１回路から分岐し、前記第６熱交換器を経由し、前記ポンプの上流側で前記第１回路に接続された第３回路と、を有しているものである。
本発明によれば、運転効率を高めることができるとともに、ユニットサイズの大型化を抑えつつ最大能力を向上させることができる。
本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ装置の概略の回路構成を示す回路図である。 本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ装置における給湯モードでの状態を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ装置における保温モードでの状態を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ装置における蓄熱モードでの状態を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ装置における能力増強モードでの状態を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ装置における給湯及び蓄熱モードでの状態を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ装置における保温及び蓄熱モードでの状態を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ装置における急速起動モードでの状態を示す図である。 本発明の実施の形態４に係るヒートポンプ装置で用いられるカプセルタイプの蓄熱材の概略構成を示す図である。 本発明の実施の形態６に係るヒートポンプ装置の概略の回路構成を示す回路図である。 本発明の実施の形態７に係るヒートポンプ装置の概略の回路構成を示す回路図である。 本発明の実施の形態１０に係るヒートポンプ装置の物理的な構成を示す模式図である。 従来の給湯装置におけるＣＯ２冷媒の動作を示すｐ−ｈ線図である。 従来の給湯装置におけるＣＯ２冷媒の動作を示すｐ−ｈ線図である。
実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ装置について説明する。図１は、本実施の形態に係るヒートポンプ装置の概略の回路構成を示す回路図である。図１に示すように、ヒートポンプ装置は、第１冷媒を循環させる低元側の第１冷媒回路１０１と、第２冷媒を循環させる高元側の第２冷媒回路１０２と、を備えた二元ヒートポンプ回路１０３を有している。また、ヒートポンプ装置は、第１流体を循環させる蓄熱回路１１０と、水を流通させる水回路１２０と、を有している。
（第１冷媒回路１０１）
第１冷媒回路１０１は、第１圧縮機１、第１熱交換器２、第２熱交換器３、第１膨張弁４、第３熱交換器５及び第４熱交換器６が冷媒配管を介してこの順に環状に接続された構成を有している。第１冷媒回路１０１内を循環する第１冷媒としては、例えば、少なくとも第１冷媒回路１０１を単独で運転する際に超臨界領域で動作する冷媒（例えば、ＣＯ２を少なくとも一成分に含む冷媒）が用いられる。すなわち、少なくとも第１冷媒回路１０１を単独で運転する際における第１冷媒回路１０１の高圧側圧力は、第１冷媒の臨界圧力以上となる。
第１圧縮機１は、低圧の第１冷媒を吸入して圧縮し、高圧冷媒として吐出する流体機械である。
第１熱交換器２及び第２熱交換器３のそれぞれは、第１冷媒回路１０１における高圧側の熱交換器であり、第１冷媒から熱を放熱させる放熱器として機能する。第１熱交換器２は、水と第１冷媒との熱交換を行う水−冷媒熱交換器である。第１熱交換器２では、第１冷媒から水に熱が放熱され、水が加熱されるとともに第１冷媒が冷却される。第２熱交換器３は、低元側の第１冷媒と高元側の第２冷媒との熱交換を行うカスケード熱交換器である。第２熱交換器３では、第１冷媒から第２冷媒に熱が放熱され、第２冷媒が加熱されるとともに第１冷媒がさらに冷却される。
第１膨張弁４は、高圧の第１冷媒を等エンタルピ的に減圧し、低圧冷媒として流出させるものである。第１膨張弁４としては、制御装置の制御により開度を調節可能な電子式膨張弁などが用いられる。
第３熱交換器５及び第４熱交換器６のそれぞれは、第１冷媒回路１０１における低圧側の熱交換器であり、第１冷媒に熱を吸熱させて第１冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する。第３熱交換器５は、第１冷媒と第２流体との熱交換を行う熱交換器である。本例では、第２流体として、不図示の送風ファンにより供給される室外空気が用いられる。このため、第３熱交換器５は、室外空気と第１冷媒との熱交換を行う空気−冷媒熱交換器となる。第３熱交換器５では、第２流体から第１冷媒に熱が放熱され、第１冷媒が加熱される。第４熱交換器６は、第１冷媒と第１流体との熱交換が行う熱交換器である。第４熱交換器６では、第１流体から第１冷媒に熱が放熱され、第１冷媒が加熱されるとともに第１流体が冷却される。
（第２冷媒回路１０２）
第２冷媒回路１０２は、第２圧縮機７、第５熱交換器８、第２膨張弁９及び上記の第２熱交換器３が冷媒配管を介してこの順に環状に接続された構成を有している。第２冷媒回路１０２内を循環する第２冷媒としては、例えば、超臨界領域以下で動作する冷媒が用いられる。すなわち、第２冷媒回路１０２の高圧側圧力は、第２冷媒の臨界圧力以下となる。
第２圧縮機７は、低圧の第２冷媒を吸入して圧縮し、高圧冷媒として吐出する流体機械である。
第５熱交換器８は、第２冷媒回路１０２における高圧側の熱交換器であり、第２冷媒から熱を放熱させて第２冷媒を凝縮させる放熱器（凝縮器）として機能する。第５熱交換器８は、水と第２冷媒との熱交換を行う水−冷媒熱交換器である。第５熱交換器８では、第２冷媒から水に熱が放熱され、水が加熱されるとともに第２冷媒が冷却される。
第２膨張弁９は、高圧の第２冷媒を等エンタルピ的に減圧し、低圧冷媒として流出させるものである。第２膨張弁９としては、制御装置の制御により開度を調節可能な電子式膨張弁などが用いられる。
第２熱交換器３は、第２冷媒回路１０２における低圧側の熱交換器であり、第２冷媒に熱を吸熱させて第２冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する。上述のように、第２熱交換器３は、第１冷媒と第２冷媒との熱交換を行うカスケード熱交換器である。
（蓄熱回路１１０）
蓄熱回路１１０は、蓄熱タンク１０と、それぞれ第１流体を循環させる第１循環回路１１１及び第２循環回路１１２と、を有している。本例の蓄熱タンク１０には、ゲル状の蓄熱材が封入されている。蓄熱材としては、水よりも大きい熱容量を有する材料が用いられる。蓄熱タンク１０内では、第１流体と蓄熱材との熱交換が行われる。本例の第１流体としては、水又はブライン等の液状熱媒体が用いられる。
第１循環回路１１１は、蓄熱タンク１０と第４熱交換器６との間で第１流体を循環させるものである。第１循環回路１１１には、第１流体を圧送するポンプ１１が設けられている。上述のように、第４熱交換器６は、第１冷媒と第１流体との熱交換が行う熱交換器である。第４熱交換器６では、第１流体から第１冷媒に熱が放熱され、第１冷媒が加熱されるとともに第１流体が冷却される。
第２循環回路１１２は、蓄熱タンク１０と第６熱交換器１７との間で第１流体を循環させるものである。本例では、第２循環回路１１２は、第１循環回路１１１とポンプ１１を共有しており、第１循環回路１１１から分岐して設けられている。第１循環回路１１１と第２循環回路１１２との分岐部には、流路切替装置１６が設けられている。流路切替装置１６は、例えば、三方弁又は複数の二方弁などで構成されている。流路切替装置１６では、ポンプ１１で圧送される第１流体が第１循環回路１１１又は第２循環回路１１２のいずれを循環するかが切り替えられる。すなわち、流路切替装置１６では、第１流体が第４熱交換器６又は第６熱交換器１７のいずれに流入するかが切り替えられる。
第６熱交換器１７は、第１流体と水との熱交換を行う熱交換器である。第６熱交換器１７では、水から第１流体に熱が放熱され、第１流体が加熱される。
（水回路１２０）
水回路１２０は、それぞれ水を流通させる第１回路１２１、第２回路１２２及び第３回路１２３を有している。なお、水回路１２０を流通する流体としては、水だけでなくブライン等の液状熱媒体を用いることができる。
第１回路１２１は、水を圧送するポンプ１２と、上記の第１熱交換器２と、上記の第５熱交換器８と、が水配管を介してこの順に接続された構成を有している。第１回路１２１の上流端には、ヒートポンプ装置の外部から水又は低温の湯を流入させる流入部１２０ａ（入水部）が設けられている。第１回路１２１の下流端には、ヒートポンプ装置の外部に湯を流出させる流出部１２０ｂ（出湯部）が設けられている。
第２回路１２２は、ポンプ１２と第１熱交換器２との間で第１回路１２１から分岐しており、第１熱交換器２と第５熱交換器８との間で第１回路１２１に接続されている。すなわち、第２回路１２２は、第１回路１２１におけるポンプ１２と第５熱交換器８との間を、第１熱交換器２を経由せずに接続する回路である。第１回路１２１と第２回路１２２との分岐部には、流路切替装置１４が設けられている。流路切替装置１４は、例えば、三方弁又は複数の二方弁などで構成されている。流路切替装置１４では、ポンプ１２で圧送される水が第１熱交換器２を通るか、又は第２回路１２２を通るかが切り替えられる。
第３回路１２３は、第５熱交換器８の下流側で第１回路１２１から分岐しており、第６熱交換器１７を経由しており、ポンプ１２の上流側で第１回路１２１に接続されている。
第１回路１２１と第３回路１２３との分岐部には、流路切替装置１５が設けられている。流路切替装置１５は、例えば、三方弁又は複数の二方弁などで構成されている。流路切替装置１５では、第５熱交換器８を通過した水が、流出部１２０ｂを介して外部に流出するか、又は第６熱交換器１７を経由してポンプ１２の上流側に戻るかが切り替えられる。また、流路切替装置１５は、単に流路を切り替えるだけでなく、流出部１２０ｂを介して外部に流出する水の流量と、第６熱交換器１７を経由してポンプ１２の上流側に戻る水の流量と、の流量比を調節できるようになっている。流路切替装置１５は、例えば、流路を切り替える切替弁と、流量を調整する流量調整弁と、が組み合わされた構成であってもよい。
第１回路１２１と第３回路１２３との接続部には、流路切替装置１３が設けられている。流路切替装置１３は、例えば、三方弁又は複数の二方弁などで構成されている。流路切替装置１３では、流入部１２０ａを介して外部から流入する水と、第６熱交換器１７を経由してポンプ１２の上流側に戻る水と、のいずれがポンプ１２に吸入されるかが切り替えられる。また、流路切替装置１３は、単に流路を切り替えるだけでなく、流入部１２０ａを介して外部から流入する水の流量と、第６熱交換器１７を経由してポンプ１２の上流側に戻る水の流量と、の流量比を調節できるようになっている。流路切替装置１３は、例えば、流路を切り替える切替弁と、流量を調整する流量調整弁と、が組み合わされた構成であってもよい。
（制御装置２００）
また、ヒートポンプ装置は、第１冷媒回路１０１、第２冷媒回路１０２、蓄熱回路１１０及び水回路１２０を含むヒートポンプ装置全体を制御する制御装置２００を有している。制御装置２００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏポート、タイマ等を備えたマイクロコンピュータを有している。制御装置２００では、運転モードの設定、又は不図示のセンサ類からの検出信号等に基づき、第１圧縮機１、第２圧縮機７、第１膨張弁４、第２膨張弁９、ポンプ１１、流路切替装置１６、ポンプ１２、流路切替装置１３、１４、１５、不図示の送風ファン等の各種アクチュエータの動作が制御される。
制御装置２００は、ヒートポンプ装置の運転モードとして、給湯モード（第１運転モードの一例）、保温モード（第２運転モードの一例）、蓄熱モード（第３運転モードの一例）、能力増強モード（第４運転モードの一例）、給湯及び蓄熱モード（第５運転モードの一例）、保温及び蓄熱モード（第６運転モードの一例）、及び急速起動モード（第７運転モードの一例）を実行可能である。各運転モードは、ユーザの操作、外部からの指令、又はセンサ類からの検出信号等に基づいて切り替えられる。以下、各運転モードについて説明する。なお、以下に説明する各種アクチュエータの動作は、各運転モードを実行するための一例である。
（給湯モード）
図２は、本実施の形態に係るヒートポンプ装置における給湯モードでの状態を示す図である。給湯モードでは、第１圧縮機１は、出湯温度が目標値に近づくように制御される。第１膨張弁４は、第１冷媒回路１０１の過熱度、吐出温度又は吐出圧力が目標値に近づくように制御される。第３熱交換器５では、送風ファンにより送風される室外空気と第１冷媒との熱交換が行われる。第２圧縮機７及びポンプ１１は停止している。ポンプ１２は運転している。流路切替装置１３、１４、１５は、流入部１２０ａを介して外部から流入する水が、第１熱交換器２及び第５熱交換器８をこの順に直列に通過し、流出部１２０ｂを介して外部に流出するように設定される。なお、第２圧縮機７は停止しているため、第５熱交換器８では第２冷媒と水との熱交換は行われない。
給湯モードでは、外部から流入する水は、第１熱交換器２での熱交換によって加熱され、高温の湯として外部に流出する。これにより、給湯モードでは、室外空気からの採熱によって給湯が可能となる。第１冷媒回路１０１は臨界圧以上で動作しているため、高いＣＯＰで運転することができる。
（保温モード）
図３は、本実施の形態に係るヒートポンプ装置における保温モードでの状態を示す図である。保温モードは、入水温度の上昇によって入水温度と出湯温度との温度差が小さくなった場合に実行される運転モードである。保温モードは、例えば、給湯モードの実行中において、入水温度が所定温度以上であるか、又は入水温度と目標出湯温度との温度差が所定値以下である場合に実行される。
保温モードでは、第１圧縮機１は、第１冷媒回路１０１の吐出圧力が目標値に近づくように制御される。第１膨張弁４は、第１冷媒回路１０１の過熱度又は吐出温度が目標値に近づくように制御される。第３熱交換器５では、送風ファンにより送風される室外空気と第１冷媒との熱交換が行われる。第２圧縮機７は、出湯温度が目標値に近づくように制御される。なお、第１圧縮機１の制御目標と第２圧縮機７の制御目標とは逆であってもよい。すなわち、第１圧縮機１は、出湯温度が目標値に近づくように制御され、第２圧縮機７は、第１冷媒回路１０１の吐出圧力が目標値に近づくように制御されるようにしてもよい。第２膨張弁９は、第２冷媒回路１０２の過熱度、吐出温度又は吐出圧力が目標値に近づくように制御される。ポンプ１１は停止している。ポンプ１２は運転している。流路切替装置１３、１４、１５は、流入部１２０ａを介して外部から流入する水が、第２回路１２２を経由して第５熱交換器８を通過し、流出部１２０ｂを介して外部に流出するように設定される。
保温モードでは、第１冷媒回路１０１と第２冷媒回路１０２とによって二元サイクルが構成される。このため、第１冷媒回路１０１及び第２冷媒回路１０２の双方を臨界圧以下で運転することができ、第１冷媒回路１０１及び第２冷媒回路１０２の双方で冷媒を凝縮させることができる。したがって、入水温度が上昇して入水温度と出湯温度との温度差が小さくなったとしても、エンタルピ差を大きくできるため、高いＣＯＰで運転することができる。
（蓄熱モード）
図４は、本実施の形態に係るヒートポンプ装置における蓄熱モードでの状態を示す図である。蓄熱モードは、例えば、負荷側で必要熱量がなく給湯モード及び保温モードでの運転を行わない場合、蓄熱タンク１０の残存蓄熱量が不足している場合、又は蓄熱タンク１０の残存蓄熱量の不足が予測される場合に実行される。
蓄熱モードでは、第１圧縮機１は、第１冷媒回路１０１の吐出圧力が目標値に近づくように制御される。第１膨張弁４は、第１冷媒回路１０１の過熱度又は吐出温度が目標値に近づくように制御される。第３熱交換器５では、送風ファンにより送風される室外空気と第１冷媒との熱交換が行われる。第２圧縮機７は、出湯温度が目標値に近づくように制御される。なお、第１圧縮機１の制御目標と第２圧縮機７の制御目標とは逆であってもよい。第２膨張弁９は、第２冷媒回路１０２の過熱度、吐出温度又は吐出圧力が目標値に近づくように制御される。ポンプ１１は運転している。流路切替装置１６は、第１流体が第２循環回路１１２を循環するように設定される。ポンプ１２は運転している。流路切替装置１３、１４、１５は、ポンプ１２、第２回路１２２、第５熱交換器８、第３回路１２３及び第６熱交換器１７を水が循環する閉回路が形成されるように設定される。これにより、第６熱交換器１７では、水からの吸熱によって第１流体が加熱される。蓄熱タンク１０では、第１流体から放熱される熱が蓄熱材に蓄熱される。
蓄熱モードでは、第１冷媒回路１０１と第２冷媒回路１０２とによって二元サイクルが構成される。このため、第１冷媒回路１０１及び第２冷媒回路１０２の双方を臨界圧以下で運転することができ、第１冷媒回路１０１及び第２冷媒回路１０２の双方で冷媒を凝縮させることができる。したがって、入水温度が上昇する蓄熱運転においてもエンタルピ差を大きくできるため、高いＣＯＰで運転することができる。
（能力増強モード）
図５は、本実施の形態に係るヒートポンプ装置における能力増強モードでの状態を示す図である。能力増強モードは、例えば、第１圧縮機１の周波数が上限に達した場合、第１冷媒回路１０１の高圧側圧力が所定値に達しても出湯温度が目標出湯温度に達しない場合、又は、出湯水量が目標出湯水量に達しない場合に実行される。
能力増強モードでは、第１圧縮機１は、第１冷媒回路１０１の吐出圧力が目標値に近づくように制御される。第１膨張弁４は、第１冷媒回路１０１の過熱度又は吐出温度が目標値に近づくように制御される。第３熱交換器５では、室外空気と第１冷媒との熱交換が行われない。すなわち、送風ファンは停止される。第２圧縮機７は、出湯温度が目標値に近づくように制御される。なお、第１圧縮機１の制御目標と第２圧縮機７の制御目標とは逆であってもよい。第２膨張弁９は、第２冷媒回路１０２の過熱度、吐出温度又は吐出圧力が目標値に近づくように制御される。ポンプ１１は運転している。流路切替装置１６は、第１流体が第１循環回路１１１を循環するように設定される。これにより、第４熱交換器６では、第１流体からの吸熱によって第１冷媒が蒸発する。ポンプ１２は運転している。流路切替装置１３、１４、１５は、流入部１２０ａを介して外部から流入する水が、第１熱交換器２及び第５熱交換器８をこの順に直列に通過し、流出部１２０ｂを介して外部に流出するように設定される。
能力増強モードでは、水が第１熱交換器２及び第５熱交換器８で二段階に加熱される。これにより、給湯能力を高めることができるため、出湯温度を上昇させること又は出湯水量を増加させることが可能となる。また、能力増強モードでは、第１冷媒回路１０１に蓄熱材から熱を供給することにより第１圧縮機１の吸入圧力を上昇させることができるため、外気温度に関わらず高い能力を発揮することができる。さらに、高元側の第２冷媒回路１０２で低元側の第１冷媒回路１０１を冷却することにより、第１冷媒回路１０１の吸入圧力が上昇しても吐出圧力の上昇を抑制できる。このため、第１冷媒回路１０１の設計圧力を低くすることができ、配管や容器などの肉厚を薄くすることができる。また、能力増強モードでは、高いＣＯＰで蓄熱された熱が熱源として用いられるため、高いＣＯＰで運転することができる。以上のように、能力増強モードでは高い能力を得ることができるため、ヒートポンプ装置のユニット数の削減や設置面積の削減が可能となる。
（給湯及び蓄熱モード）
図６は、本実施の形態に係るヒートポンプ装置における給湯及び蓄熱モードでの状態を示す図である。給湯及び蓄熱モードは、例えば、給湯モードの実行中において蓄熱タンク１０の残存蓄熱量が不足している場合、又は給湯モードの実行中において蓄熱タンク１０の残存蓄熱量の不足が予測される場合に実行される。
給湯及び蓄熱モードでは、第１圧縮機１は、出湯温度が目標値に近づくように制御される。第１膨張弁４は、第１冷媒回路１０１の過熱度又は吐出温度が目標値に近づくように制御される。第３熱交換器５では、送風ファンにより送風される室外空気と第１冷媒との熱交換が行われる。第２圧縮機７は停止している。ポンプ１１は運転している。流路切替装置１６は、第１流体が第２循環回路１１２を循環するように設定される。ポンプ１２は運転している。流路切替装置１３、１４、１５は、流入部１２０ａを介して外部から流入する水が、第１熱交換器２及び第５熱交換器８をこの順に直列に通過し、流出部１２０ｂを介して外部に流出するとともに、第５熱交換器８を通過した水の一部が第３回路１２３に分流するように設定される。流出部１２０ｂを介して外部に流出する水の流量は、負荷側からの要求熱量に応じて調節される。なお、第２圧縮機７は停止しているため、第５熱交換器８では第２冷媒と水との熱交換は行われない。
給湯及び蓄熱モードでは、必要な熱量の湯を負荷側に供給しつつ、余剰の熱量を蓄熱することができる。したがって、蓄熱モードでの運転を別途行う必要がないため、エネルギーの無駄を削減することができる。また、第１冷媒回路１０１は臨界圧以上で動作しているため、高いＣＯＰで運転することができる。
（保温及び蓄熱モード）
図７は、本実施の形態に係るヒートポンプ装置における保温及び蓄熱モードでの状態を示す図である。保温及び蓄熱モードは、例えば、保温モードの実行中において蓄熱タンク１０の残存蓄熱量が不足している場合、又は保温モードの実行中において蓄熱タンク１０の残存蓄熱量の不足が予測される場合に実行される。また、保温及び蓄熱モードは、例えば、給湯及び蓄熱モードの実行中において、入水温度が所定温度以上であるか、又は入水温度と目標出湯温度との温度差が所定値以下である場合に実行される。
保温及び蓄熱モードでは、第１圧縮機１は、第１冷媒回路１０１の吐出圧力が目標値に近づくように制御される。第１膨張弁４は、第１冷媒回路１０１の過熱度又は吐出温度が目標値に近づくように制御される。第３熱交換器５では、送風ファンにより送風される室外空気と第１冷媒との熱交換が行われる。第２圧縮機７は、出湯温度が目標値に近づくように制御される。なお、第１圧縮機１の制御目標と第２圧縮機７の制御目標とは逆であってもよい。すなわち、第１圧縮機１は、出湯温度が目標値に近づくように制御され、第２圧縮機７は、第１冷媒回路１０１の吐出圧力が目標値に近づくように制御されるようにしてもよい。第２膨張弁９は、第２冷媒回路１０２の過熱度、吐出温度又は吐出圧力が目標値に近づくように制御される。ポンプ１１は運転している。流路切替装置１６は、第１流体が第２循環回路１１２を循環するように制御される。ポンプ１２は運転している。流路切替装置１３、１４、１５は、流入部１２０ａを介して外部から流入する水が、第２回路１２２を経由して第５熱交換器８を通過し、流出部１２０ｂを介して外部に流出するとともに、第５熱交換器８を通過した水の一部が第３回路１２３に分流するように設定される。流出部１２０ｂを介して外部に流出する水の流量は、負荷側からの要求熱量に応じて調節される。
保温及び蓄熱モードでは、必要な熱量の湯を負荷側に供給しつつ、余剰の熱量を蓄熱することができる。したがって、蓄熱モードでの運転を別途行う必要がないため、エネルギーの無駄を削減することができる。また、第１冷媒回路１０１及び第２冷媒回路１０２の双方を臨界圧以下で運転することができるため、入水温度が上昇して入水温度と出湯温度との温度差が小さくなったとしても、高いＣＯＰで運転することができる。
（急速起動モード）
図８は、本実施の形態に係るヒートポンプ装置における急速起動モードでの状態を示す図である。急速起動モードは、例えば、第１圧縮機１及び第２圧縮機７の少なくとも一方を起動するときに実行される。急速起動モードが実行された後には、給湯モード、保温モード、蓄熱モード、能力増強モード、給湯及び蓄熱モード、又は、保温及び蓄熱モードのいずれかに移行することができる。
急速起動モードでは、蓄熱回路１１０のポンプ１１が運転し、流路切替装置１６は第１流体が第１循環回路１１１を循環するように設定される。また、急速起動モードでは、第１冷媒回路１０１、第２冷媒回路１０２及び水回路１２０が、給湯モード、保温モード、蓄熱モード、能力増強モード、給湯及び蓄熱モード、又は、保温及び蓄熱モードのいずれかと同様に制御される。図８に示す例では、第１冷媒回路１０１、第２冷媒回路１０２及び水回路１２０が給湯モードと同様に制御されている。
急速起動モードでは、蓄熱材を熱源とするため、起動時間を短縮することが可能である。また、急速起動モードを実行することにより、必要な出湯温度が即座に得られる。したがって、ヒートポンプ装置には大型の貯湯タンクが設けられる必要がないため、ヒートポンプ装置の設置面積を削減できるとともにコストを削減できる。また、液バックが生じたときに急速起動モードと同様に回路を構成すれば、液バックを即座に解消できる。したがって、ヒートポンプ装置の信頼性を向上できる。
以上説明したように、本実施の形態に係るヒートポンプ装置は、第１冷媒を循環させる第１冷媒回路１０１と、第２冷媒を循環させる第２冷媒回路１０２と、第１流体を循環させる蓄熱回路１１０と、水を流通させる水回路１２０と、第１冷媒回路１０１、第２冷媒回路１０２、蓄熱回路１１０及び水回路１２０を制御する制御装置２００と、を備えている。第１冷媒回路１０１は、第１圧縮機１と、第１冷媒と水との熱交換を行う第１熱交換器２と、第１冷媒と第２冷媒との熱交換を行う第２熱交換器３と、第１膨張弁４と、第１冷媒と第２流体との熱交換を行う第３熱交換器５と、第１冷媒と第１流体との熱交換を行う第４熱交換器６と、が配管を介してこの順に接続された構成を有している。第２冷媒回路１０２は、第２圧縮機７と、第２冷媒と水との熱交換を行う第５熱交換器８と、第２膨張弁９と、第２熱交換器３と、が配管を介してこの順に接続された構成を有している。蓄熱回路１１０は、蓄熱タンク１０と、蓄熱タンク１０と第４熱交換器６との間で第１流体を循環させる第１循環回路１１１と、蓄熱タンク１０と、第１流体と水との熱交換を行う第６熱交換器１７と、の間で第１流体を循環させる第２循環回路１１２と、を有している。水回路１２０は、水を圧送するポンプ１２と第１熱交換器２と第５熱交換器８とが配管を介してこの順に接続された第１回路１２１と、ポンプ１２と第１熱交換器２との間で第１回路１２１から分岐し、第１熱交換器２と第５熱交換器８との間で第１回路１２１に接続された第２回路１２２と、第５熱交換器８の下流側で第１回路１２１から分岐し、第６熱交換器１７を経由し、ポンプ１２の上流側で第１回路１２１に接続された第３回路１２３と、を有している。
この構成によれば、保温モードでは、第１冷媒回路１０１及び第２冷媒回路１０２の双方を臨界圧以下で運転することができる。したがって、本実施の形態によれば、給湯モードだけでなく保温モードにおいても、高いＣＯＰを得ることができる。また、この構成によれば、能力増強モードでは、第１熱交換器２及び第５熱交換器８で水を二段階に加熱することができる。したがって、本実施の形態によれば、ヒートポンプ装置のユニットサイズの大型化を抑えつつ最大能力を向上させることができる。言い換えれば、ヒートポンプ装置の最大能力を維持しつつ、ユニット数の削減や設置面積の削減が可能となる。また、この構成によれば、給湯及び蓄熱モード、並びに保温及び蓄熱モードでは、余剰の熱量を蓄熱することができる。したがって、本実施の形態によれば、エネルギーの無駄を削減することができる。また、この構成によれば、蓄熱タンク１０内の蓄熱材と水との間での熱のやり取りが第１流体を介して行われる。これにより、熱交換器で蓄熱材と水との熱交換が行われないため、負荷側に蓄熱材が流出するのを防ぐことができる。
また、本実施の形態に係るヒートポンプ装置では、制御装置２００は、第１運転モード（例えば、給湯モード）を実行可能であり、第１運転モードでは、第１圧縮機１が運転して第２圧縮機７が停止し、ポンプ１２により圧送される水が第１熱交換器２及び第５熱交換器８を通過して流出するように水回路１２０が制御される。
また、本実施の形態に係るヒートポンプ装置では、制御装置２００は、第２運転モード（例えば、保温モード）を実行可能であり、第２運転モードでは、第１圧縮機１及び第２圧縮機７が運転し、ポンプ１２により圧送される水が第２回路１２２及び第５熱交換器８を通過して流出するように水回路１２０が制御される。
また、本実施の形態に係るヒートポンプ装置では、制御装置２００は、流入する水の水温が所定温度以上であるか、又は流入する水の水温と目標出湯温度との差が所定値以下である場合、第２運転モードを実行する。
また、本実施の形態に係るヒートポンプ装置では、制御装置２００は、第３運転モード（例えば、蓄熱モード）を実行可能であり、第３運転モードでは、第１圧縮機１及び第２圧縮機７が運転し、第１流体が第２循環回路１１２を循環するように蓄熱回路１１０が制御され、ポンプ１２により圧送される水が第２回路１２２、第５熱交換器８及び第３回路１２３を循環するように水回路１２０が制御される。
また、本実施の形態に係るヒートポンプ装置では、制御装置２００は、蓄熱タンク１０の残存蓄熱量が不足しているか、又は蓄熱タンク１０の残存蓄熱量の不足が予測される場合、第３運転モードを実行する。
また、本実施の形態に係るヒートポンプ装置では、制御装置２００は、第４運転モード（例えば、能力増強モード）を実行可能であり、第４運転モードでは、第１圧縮機１及び第２圧縮機７が運転し、第１流体が第１循環回路１１１を循環するように蓄熱回路１１０が制御され、ポンプ１２により圧送される水が第１熱交換器２及び第５熱交換器８を通過して流出するように水回路１２０が制御される。
また、本実施の形態に係るヒートポンプ装置では、制御装置２００は、第１圧縮機１の周波数が上限に達するか、第１冷媒回路１０１の高圧側圧力が所定値に達しても出湯温度が目標出湯温度に達しないか、又は、出湯水量が目標出湯水量に達しない場合、前記第４運転モードを実行する。
また、本実施の形態に係るヒートポンプ装置では、制御装置２００は、第５運転モード（例えば、給湯及び蓄熱モード）を実行可能であり、第５運転モードでは、第１圧縮機１が運転して第２圧縮機７が停止し、第１流体が第２循環回路１１２を循環するように蓄熱回路１１０が制御され、ポンプ１２により圧送される水が第１熱交換器２及び第５熱交換器８を通過して流出するとともに、第５熱交換器８を通過した水の一部が第３回路１２３に分流するように水回路１２０が制御される。
また、本実施の形態に係るヒートポンプ装置では、制御装置２００は、蓄熱タンク１０の残存蓄熱量が不足しているか、又は蓄熱タンク１０の残存蓄熱量の不足が予測される場合、第５運転モードを実行する。
また、本実施の形態に係るヒートポンプ装置では、制御装置２００は、第６運転モード（例えば、保温及び蓄熱モード）を実行可能であり、第６運転モードでは、第１圧縮機１及び第２圧縮機７が運転し、第１流体が第２循環回路１１２を循環するように蓄熱回路１１０が制御され、ポンプ１２により圧送される水が第２回路１２２及び第５熱交換器８を通過して流出するとともに、第５熱交換器８を通過した水の一部が第３回路１２３に分流するように水回路１２０が制御される。
また、本実施の形態に係るヒートポンプ装置では、制御装置２００は、入水温度が所定温度以上であるか、又は入水温度と目標出湯温度との差が所定値以下である場合、第６運転モードを実行する。
また、本実施の形態に係るヒートポンプ装置では、制御装置２００は、蓄熱タンク１０の残存蓄熱量が不足しているか、又は蓄熱タンク１０の残存蓄熱量の不足が予測される場合、第６運転モードを実行する。
また、本実施の形態に係るヒートポンプ装置では、制御装置２００は、第１圧縮機１及び第２圧縮機７の少なくとも一方を起動するときに第７運転モード（例えば、急速起動モード）を実行可能であり、第７運転モードでは、第１流体が第１循環回路１１１を循環するように蓄熱回路１１０が制御される。
また、本実施の形態に係るヒートポンプ装置では、第１流体は、蓄熱タンク１０内の蓄熱材と熱交換が行われる熱媒体である。
また、本実施の形態に係るヒートポンプ装置では、第１冷媒は、少なくとも第１圧縮機１が運転し第２圧縮機７が停止している運転状態では、臨界圧力以上で動作する。
また、本実施の形態に係るヒートポンプ装置では、第１冷媒は、ＣＯ２を少なくとも一成分に含む。
また、本実施の形態に係るヒートポンプ装置では、第２冷媒は、臨界圧力以下で動作する。
また、本実施の形態に係るヒートポンプ装置では、第２冷媒の動作圧力は、第１冷媒の動作圧力よりも低い。
実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係るヒートポンプ装置について説明する。本実施の形態では、蓄熱タンク１０に封入される蓄熱材として、０℃よりも高い融点を有する潜熱蓄熱材が用いられる。例えば能力増強モードにおいて蓄熱材を熱源として用いる場合、蓄熱材の全体が固体となるまでは凝固温度が一定に保たれる。したがって、第１冷媒回路１０１での蒸発温度が低下せず、能力を一定に保つことができる。
実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係るヒートポンプ装置について説明する。本実施の形態では、蓄熱材として、流動性を有する蓄熱材が用いられる。蓄熱回路１１０を循環する第１流体としては、流動性を有する蓄熱材そのものが用いられる。これにより、蓄熱材をポンプ１１で流動させることが可能である。
実施の形態４．
本発明の実施の形態４に係るヒートポンプ装置について説明する。本実施の形態では、蓄熱材として、カプセルタイプの蓄熱材が用いられる。図９は、本実施の形態に係るヒートポンプ装置で用いられるカプセルタイプの蓄熱材の概略構成を示す図である。図９に示すように、カプセルタイプの蓄熱材は、蓄熱材１３０（例えば、潜熱蓄熱材）を内包するカプセル１３１（例えば、マイクロカプセル）を有している。本実施の形態では、蓄熱回路１１０を循環する第１流体として、蓄熱材１３０を内包する複数のカプセル１３１が分散された液体が用いられる。
カプセルタイプの蓄熱材は危険物として扱われないことから、本実施の形態によれば、ヒートポンプ装置の安全性を高めることができる。また、蓄熱材がカプセルで覆われていることにより、蓄熱材が凝固しても冷却面に積層されないようになっている。このため、熱抵抗が増加しにくく、伝熱性能を高く保つことができる。
実施の形態５．
本発明の実施の形態５に係るヒートポンプ装置について説明する。本実施の形態における第１回路１２１は、第３回路１２３との分岐部（流路切替装置１５）の下流側で貯湯タンク（図示せず）に接続されている。貯湯タンクは、ヒートポンプ装置の一部として設けられていてもよいし、ヒートポンプ装置とは別に設けられていてもよい。貯湯タンクは、ヒートポンプ装置が起動してから所定の出湯温度に達するまでの時間において所定の熱量を負荷側に供給できる程度のサイズを有している。貯湯タンクの蓄熱容量は、蓄熱タンク１０の蓄熱容量よりも小さくなっている。本実施の形態では、ヒートポンプ装置が起動してから所定の出湯温度又は所定の吐出圧力に達するまでの時間には、貯湯タンクから出湯する。本実施の形態によれば、急速起動モードよりもさらに早く所定の出湯温度を得ることができる。
実施の形態６．
本発明の実施の形態６に係るヒートポンプ装置について説明する。図１０は、本実施の形態に係るヒートポンプ装置の概略の回路構成を示す回路図である。図１０に示すように、第１冷媒回路１０１には、第３熱交換器５を除霜する除霜回路として、バイパス回路２０が設けられている。バイパス回路２０は、第１圧縮機１と第１熱交換器２との間で第１冷媒回路１０１から分岐し、第１膨張弁４と第３熱交換器５との間で第１冷媒回路１０１に接続されている。バイパス回路２０には、除霜運転時に開となるバイパス弁２１が設けられている。
除霜運転時には、第１圧縮機１及びポンプ１１を運転させ、第２圧縮機７及びポンプ１２を停止させる。第１膨張弁４は、最小開度に設定される。バイパス弁２１は開放される。流路切替装置１６は、第１流体が第１循環回路１１１を循環するように設定される。流路切替装置１３は、流入部１２０ａ側が閉となるように設定される。これにより、第３熱交換器５にはホットガスが流れ、第３熱交換器５に付着した霜が融解する。第３熱交換器５で凝縮した冷媒は、第４熱交換器６において蓄熱材を熱源として蒸発する。したがって、第１圧縮機１への液バックを抑制できるため、ヒートポンプ装置の信頼性を向上させることができる。また、蓄熱材を熱源とすることにより、除霜時間を短縮させることができる。さらに、高いＣＯＰで蓄熱された熱量を用いて除霜が行われるため、高い運転効率を得ることができる。
実施の形態７．
本発明の実施の形態７に係るヒートポンプ装置について説明する。図１１は、本実施の形態に係るヒートポンプ装置の概略の回路構成を示す回路図である。図１１に示すように、第１冷媒回路１０１の第３熱交換器５と第４熱交換器６との間には、第３膨張弁２２が設けられている。それ以外の構成は、実施の形態６と同様である。
除霜運転時には、実施の形態６と同様の動作に加えて、第３膨張弁２２が、第１圧縮機１の吸入過熱度、吐出温度又は吐出過熱度が目標値に近づくように制御されるか、又は所定開度に設定される。これにより、第１圧縮機１の吐出圧力が上昇し、第３熱交換器５に流入する冷媒の温度が上昇する。したがって、第３熱交換器５の除霜を効率的に行うことができる。
実施の形態８．
本発明の実施の形態８に係るヒートポンプ装置について説明する。本実施の形態では、制御装置２００は、ヒートポンプ装置から出湯された熱量、又は蓄熱タンク１０に蓄熱した熱量に基づいて、蓄熱タンク１０内の残存蓄熱量を推定する。例えば、制御装置２００は、蓄熱回路１１０における第１流体の流量と、蓄熱タンク１０の入口温度及び出口温度とに基づいて、蓄熱タンク１０内の残存蓄熱量を推定する。あるいは、制御装置２００は、蓄熱タンク１０内の温度分布に基づいて蓄熱タンク１０内の残存蓄熱量を演算するようにしてもよい。制御装置２００は、推定又は演算した残存蓄熱量に基づき、蓄熱量が不足しないように蓄熱運転（例えば、蓄熱モード、給湯及び蓄熱モード、又は、保温及び蓄熱モードでの運転）を実行する。これにより、蓄熱量の不足を防ぐことができるため、能力増強モード又は急速起動モードに常に対応することができる。
実施の形態９．
本発明の実施の形態９に係るヒートポンプ装置について説明する。本実施の形態では、制御装置２００は、ヒートポンプ装置の日々の動作状況から必要蓄熱量を学習し、蓄熱量が不足しないように蓄熱運転を実行する。これにより、蓄熱量の不足を防ぐことができるため、能力増強モード又は急速起動モードに常に対応することができる。
実施の形態１０．
本発明の実施の形態１０に係るヒートポンプ装置について説明する。図１２は、本実施の形態に係るヒートポンプ装置の物理的な構成を示す模式図である。図１２に示すように、ヒートポンプ装置は、少なくとも第１冷媒回路１０１を収容する第１筐体１０５と、少なくとも第２冷媒回路１０２を収容する第２筐体１０６と、を有している。第１筐体１０５及び第２筐体１０６は段積み配置されており、第１筐体１０５は第２筐体１０６の上部に積み重ねられている。
第１冷媒回路１０１には、空気−冷媒熱交換器である第３熱交換器５と、第３熱交換器５に空気を送風する送風ファン１０７とが設けられている。第３熱交換器５は、第１筐体１０５のサイド部に配置されており、送風ファン１０７は、第１筐体１０５のトップ部に配置されている。図１２中の矢印で示すように、送風ファン１０７により送風される空気は、第１筐体１０５のサイド部からトップ部に向かって流れる。本実施の形態によれば、第１筐体１０５での空気の流れが第２筐体１０６によって妨げられるのを防ぐことができるとともに、ヒートポンプ装置の設置面積を削減できる。
上記の各実施の形態は、互いに組み合わせて実施することが可能である。
１ 第１圧縮機、２ 第１熱交換器、３ 第２熱交換器、４ 第１膨張弁、５ 第３熱交換器、６ 第４熱交換器、７ 第２圧縮機、８ 第５熱交換器、９ 第２膨張弁、１０ 蓄熱タンク、１１、１２ ポンプ、１３、１４、１５、１６ 流路切替装置、１７ 第６熱交換器、２０ バイパス回路、２１ バイパス弁、２２ 第３膨張弁、１０１ 第１冷媒回路、１０２ 第２冷媒回路、１０３ 二元ヒートポンプ回路、１０５ 第１筐体、１０６ 第２筐体、１０７ 送風ファン、１１０ 蓄熱回路、１１１ 第１循環回路、１１２ 第２循環回路、１２０ 水回路、１２０ａ 流入部、１２０ｂ 流出部、１２１ 第１回路、１２２ 第２回路、１２３ 第３回路、１３０ 蓄熱材、１３１ カプセル、２００ 制御装置。

Claims (30)

  1. 第１冷媒を循環させる第１冷媒回路と、
    第２冷媒を循環させる第２冷媒回路と、
    第１流体を循環させる蓄熱回路と、
    水を流通させる水回路と、を備え、
    前記第１冷媒回路は、
    第１圧縮機と、
    前記第１冷媒と水との熱交換を行う第１熱交換器と、
    前記第１冷媒と前記第２冷媒との熱交換を行う第２熱交換器と、
    第１膨張弁と、
    前記第１冷媒と第２流体との熱交換を行う第３熱交換器と、
    前記第１冷媒と前記第１流体との熱交換を行う第４熱交換器と、が配管を介してこの順に接続された構成を有しており、
    前記第２冷媒回路は、
    第２圧縮機と、
    前記第２冷媒と水との熱交換を行う第５熱交換器と、
    第２膨張弁と、
    前記第２熱交換器と、が配管を介してこの順に接続された構成を有しており、
    前記蓄熱回路は、
    蓄熱タンクと、
    前記蓄熱タンクと前記第４熱交換器との間で前記第１流体を循環させる第１循環回路と、
    前記蓄熱タンクと、前記第１流体と水との熱交換を行う第６熱交換器と、の間で前記第１流体を循環させる第２循環回路と、を有しており、
    前記水回路は、
    水を圧送するポンプと前記第１熱交換器と前記第５熱交換器とが接続された第１回路と、
    前記ポンプと前記第１熱交換器との間で前記第１回路から分岐し、前記第１熱交換器と前記第５熱交換器との間で前記第１回路に接続された第２回路と、
    前記第５熱交換器の下流側で前記第１回路から分岐し、前記第６熱交換器を経由し、前記ポンプの上流側で前記第１回路に接続された第３回路と、を有しているヒートポンプ装置。
  2. 前記第１冷媒回路、前記第２冷媒回路、前記蓄熱回路及び前記水回路を制御する制御装置をさらに備える請求項１に記載のヒートポンプ装置。
  3. 前記制御装置は、第１運転モードを実行可能であり、
    前記第１運転モードでは、
    前記第１圧縮機が運転して前記第２圧縮機が停止し、
    前記ポンプにより圧送される水が前記第１熱交換器及び前記第５熱交換器を通過して流出するように前記水回路が制御される請求項２に記載のヒートポンプ装置。
  4. 前記制御装置は、第２運転モードを実行可能であり、
    前記第２運転モードでは、
    前記第１圧縮機及び前記第２圧縮機が運転し、
    前記ポンプにより圧送される水が前記第２回路及び前記第５熱交換器を通過して流出するように前記水回路が制御される請求項２又は請求項３に記載のヒートポンプ装置。
  5. 前記制御装置は、流入する水の水温が所定温度以上であるか、又は流入する水の水温と目標出湯温度との差が所定値以下である場合、前記第２運転モードを実行する請求項４に記載のヒートポンプ装置。
  6. 前記制御装置は、第３運転モードを実行可能であり、
    前記第３運転モードでは、
    前記第１圧縮機及び前記第２圧縮機が運転し、
    前記第１流体が前記第２循環回路を循環するように前記蓄熱回路が制御され、
    前記ポンプにより圧送される水が前記第２回路、前記第５熱交換器及び前記第３回路を循環するように前記水回路が制御される請求項２〜請求項５のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置。
  7. 前記制御装置は、前記蓄熱タンクの残存蓄熱量が不足しているか、又は前記蓄熱タンクの残存蓄熱量の不足が予測される場合、前記第３運転モードを実行する請求項６に記載のヒートポンプ装置。
  8. 前記制御装置は、第４運転モードを実行可能であり、
    前記第４運転モードでは、
    前記第１圧縮機及び前記第２圧縮機が運転し、
    前記第１流体が前記第１循環回路を循環するように前記蓄熱回路が制御され、
    前記ポンプにより圧送される水が前記第１熱交換器及び前記第５熱交換器を通過して流出するように前記水回路が制御される請求項２〜請求項７のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置。
  9. 前記制御装置は、前記第１圧縮機の周波数が上限に達するか、前記第１冷媒回路の高圧側圧力が所定値に達しても出湯温度が目標出湯温度に達しないか、又は、出湯水量が目標出湯水量に達しない場合、前記第４運転モードを実行する請求項８に記載のヒートポンプ装置。
  10. 前記制御装置は、第５運転モードを実行可能であり、
    前記第５運転モードでは、
    前記第１圧縮機が運転して前記第２圧縮機が停止し、
    前記第１流体が前記第２循環回路を循環するように前記蓄熱回路が制御され、
    前記ポンプにより圧送される水が前記第１熱交換器及び前記第５熱交換器を通過して流出するとともに、前記第５熱交換器を通過した水の一部が前記第３回路に分流するように前記水回路が制御される請求項２〜請求項９のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置。
  11. 前記制御装置は、前記蓄熱タンクの残存蓄熱量が不足しているか、又は前記蓄熱タンクの残存蓄熱量の不足が予測される場合、前記第５運転モードを実行する請求項１０に記載のヒートポンプ装置。
  12. 前記制御装置は、第６運転モードを実行可能であり、
    前記第６運転モードでは、
    前記第１圧縮機及び前記第２圧縮機が運転し、
    前記第１流体が前記第２循環回路を循環するように前記蓄熱回路が制御され、
    前記ポンプにより圧送される水が前記第２回路及び前記第５熱交換器を通過して流出するとともに、前記第５熱交換器を通過した水の一部が前記第３回路に分流するように前記水回路が制御される請求項２〜請求項１１のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置。
  13. 前記制御装置は、入水温度が所定温度以上であるか、又は入水温度と目標出湯温度との差が所定値以下である場合、前記第６運転モードを実行する請求項１２に記載のヒートポンプ装置。
  14. 前記制御装置は、前記蓄熱タンクの残存蓄熱量が不足しているか、又は前記蓄熱タンクの残存蓄熱量の不足が予測される場合、前記第６運転モードを実行する請求項１２に記載のヒートポンプ装置。
  15. 前記制御装置は、前記第１圧縮機及び前記第２圧縮機の少なくとも一方を起動するときに第７運転モードを実行可能であり、
    前記第７運転モードでは、
    前記第１流体が前記第１循環回路を循環するように前記蓄熱回路が制御される請求項２〜請求項１４のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置。
  16. 前記制御装置は、出湯熱量、又は前記蓄熱タンクに蓄熱した熱量に基づいて前記蓄熱タンクの残存蓄熱量を演算する請求項２〜請求項１５のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置。
  17. 前記制御装置は、前記蓄熱タンク内の温度分布に基づいて前記蓄熱タンクの残存蓄熱量を演算する請求項２〜請求項１５のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置。
  18. 前記第１圧縮機と前記第１熱交換器との間で前記第１冷媒回路から分岐し、前記第１膨張弁と前記第３熱交換器との間で前記第１冷媒回路に接続されたバイパス回路をさらに備え、
    前記バイパス回路は、バイパス弁を有している請求項１〜請求項１７のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置。
  19. 前記第１冷媒回路は、前記第３熱交換器と前記第４熱交換器との間に設けられた第３膨張弁を有している請求項１８に記載のヒートポンプ装置。
  20. 前記第１流体は、流動性を有する蓄熱材である請求項１〜請求項１９のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置。
  21. 前記第１流体は、蓄熱材を内包する複数のカプセルが分散された液体である請求項１〜請求項２０のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置。
  22. 前記第１流体は、前記蓄熱タンク内の蓄熱材と熱交換が行われる熱媒体である請求項１〜請求項１９のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置。
  23. 前記蓄熱材は潜熱蓄熱材である請求項２０〜請求項２２のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置。
  24. 前記第１冷媒は、少なくとも前記第１圧縮機が運転し前記第２圧縮機が停止している運転状態では、臨界圧力以上で動作する請求項１〜請求項２３のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置。
  25. 前記第１冷媒は、ＣＯ２を少なくとも一成分に含む請求項１〜請求項２４のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置。
  26. 前記第２冷媒は、臨界圧力以下で動作する請求項１〜請求項２５のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置。
  27. 前記第２冷媒の動作圧力は、前記第１冷媒の動作圧力よりも低い請求項１〜請求項２６のいずれ一項に記載のヒートポンプ装置。
  28. 前記第１回路は、前記第３回路との分岐部の下流側で貯湯タンクに接続されている請求項１〜請求項２７のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置。
  29. 前記貯湯タンクの蓄熱容量は、前記蓄熱タンクの蓄熱容量よりも小さい請求項２８に記載のヒートポンプ装置。
  30. 少なくとも前記第１冷媒回路を収容する第１筐体と、
    少なくとも前記第２冷媒回路を収容する第２筐体と、をさらに備え、
    前記第１筐体は、前記第２筐体の上部に積み重ねられている請求項１〜請求項２９のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置。
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108413476B (zh) * 2018-05-04 2023-12-29 浙江正理生能科技有限公司 一种空气源和水源结合的供暖装置
US20210123608A1 (en) * 2019-10-25 2021-04-29 M.E.D. Energy Inc. Method for thermal energy transmission using water and carbon dioxide
JP7454977B2 (ja) * 2020-03-25 2024-03-25 ヤンマーパワーテクノロジー株式会社 ヒートポンプ
EP4211404B1 (en) * 2020-09-07 2024-07-17 Hiref S.p.A. Reversible heat pump
JP7019214B1 (ja) 2020-09-11 2022-02-15 オリオン機械株式会社 冷温同時温度調整装置
JP7019212B1 (ja) 2020-09-11 2022-02-15 オリオン機械株式会社 冷温同時温度調整装置
IL278561B (en) * 2020-11-08 2021-12-01 N A M Tech Ltd Cascade heating system
FI20217163A1 (en) * 2021-10-29 2023-04-30 Nocosys Oy HEAT PUMP ARRANGEMENT
SE545343C2 (en) * 2021-11-23 2023-07-11 Rototec Group Ab Method and system for heating
EP4311988A1 (en) * 2022-07-29 2024-01-31 Carrier Corporation A transport refrigeration system with a thermal management system

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6161391A (en) * 1999-08-31 2000-12-19 Trieskey; Guy T. Environmental test chamber fast cool down system and method therefor
JP3925383B2 (ja) * 2002-10-11 2007-06-06 ダイキン工業株式会社 給湯装置、空調給湯システム、及び給湯システム
JP2008020125A (ja) * 2006-07-13 2008-01-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd 冷凍サイクル装置とそれを用いた蓄熱装置
CN201028856Y (zh) * 2007-05-18 2008-02-27 苏州昆拓冷机有限公司 复叠式制冷机组辅助装置
CN101050894A (zh) * 2007-05-18 2007-10-10 苏州昆拓冷机有限公司 复叠式制冷机组辅助装置
JP5253582B2 (ja) * 2009-09-29 2013-07-31 三菱電機株式会社 蓄熱給湯空調機
JP2011163617A (ja) 2010-02-08 2011-08-25 Tokyo Electric Power Co Inc:The 給湯装置および給湯システム
KR101155496B1 (ko) * 2010-04-23 2012-06-15 엘지전자 주식회사 히트펌프식 급탕장치
CN101825374B (zh) * 2010-05-13 2011-08-03 中原工学院 一种具有液态中温热源及双低温热源的复叠式高温热泵
JP5492346B2 (ja) * 2011-02-22 2014-05-14 株式会社日立製作所 空調給湯システム
JP2013036648A (ja) 2011-08-05 2013-02-21 Mitsubishi Electric Corp 蓄熱給湯装置及び蓄熱給湯方法
CN102506502A (zh) * 2011-10-19 2012-06-20 广东美的暖通设备限公司 蓄热式复叠循环热水机及其控制方法
JP5575192B2 (ja) * 2012-08-06 2014-08-20 三菱電機株式会社 二元冷凍装置
KR20150035012A (ko) * 2013-09-27 2015-04-06 오텍캐리어 주식회사 축열식 히트펌프 보일러 시스템
CN203964365U (zh) * 2014-07-07 2014-11-26 Tcl空调器(中山)有限公司 复叠式热水机系统

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