WO2009096256A1 - 暖房給湯装置 - Google Patents

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WO2009096256A1
WO2009096256A1 PCT/JP2009/050688 JP2009050688W WO2009096256A1 WO 2009096256 A1 WO2009096256 A1 WO 2009096256A1 JP 2009050688 W JP2009050688 W JP 2009050688W WO 2009096256 A1 WO2009096256 A1 WO 2009096256A1
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hot water
storage tank
heating
water storage
hot
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PCT/JP2009/050688
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Hidehiko Kataoka
Takashi Tsuchino
Kyouji Araya
Hideo Chikami
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Daikin Industries, Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a heating and hot water supply apparatus used for heating and hot water supply.
  • the heating hot water supply apparatus includes a heat pump, a hot water storage tank for storing hot water heated by the heat pump, a heat exchanger disposed only in an upper region in the hot water storage tank, and a heater connected to the heat exchanger. It has.
  • the hot water storage tank is connected to a faucet through a hot water outlet pipe. By opening this faucet, the hot water stored in the hot water storage tank can be taken out from the faucet.
  • the above heater performs heating operation using the hot water stored in the hot water storage tank. More specifically, when the heating operation is started, the heat medium in the heat exchanger is heated by the hot water in the hot water storage tank. The heated heat medium is sent to the heater and releases heat from the heater into the room.
  • the conventional heating and hot water supply apparatus performs the heating operation as an additional function of the water heater using midnight power, the heat to be released indoors during the heating operation from the hot water in the hot water storage tank through the heat exchanger.
  • the efficiency of taking out the heat is getting worse. That is, the heat of the hot water in the hot water storage tank cannot be efficiently supplied to the heater.
  • the above-mentioned conventional heating and hot water supply apparatus cannot perform sufficient heating in an area with a high heating load such as Northern Europe where the heating load: the hot water supply load is 10: 1, for example, in the winter 24 hours. There is a problem.
  • an object of the present invention is to provide a heating and hot water supply apparatus that can perform sufficient heating even in an area with a high heating load such as Northern Europe.
  • the heating and hot water supply apparatus of the present invention includes: A heat pump unit; A hot water storage tank for storing hot water heated by the heat pump unit; A heat exchanger disposed in the hot water storage tank, in which hot water flows inside, After passing the hot water stored in the hot water storage tank through the heating terminal outside the hot water storage tank, it is provided with a circulation circuit for returning it to the hot water storage tank and circulating it again,
  • the heat exchanger is arranged from the lower region to the upper region in the hot water storage tank, and the hot water enters the heat exchanger portion in the lower region of the hot water tank and enters the upper region of the hot water tank. It comes out of the part of the heat exchanger.
  • the heating and hot water supply apparatus having the above configuration, when the heating operation is started, the hot water stored in the hot water storage tank flows to the heating terminal through the circulation path and returns to the hot water storage tank again. Thereby, the heat of the warm water is released into the room through the heating terminal. That is, the heating terminal directly takes out the heat of the hot water in the hot water storage tank and releases it into the room.
  • the heat of the hot water in the hot water storage tank can be efficiently supplied to the heating terminal, sufficient heating can be performed even in an area with a high heating load such as Northern Europe.
  • the heat exchanger is arranged from the lower region to the upper region in the hot water storage tank, and the hot water enters the heat exchanger portion in the lower region of the hot water storage tank.
  • the hot water is sufficiently heated by the hot water in the hot water tank while flowing through the heat exchanger. Therefore, hot hot water can be discharged from the heat exchanger.
  • the hot water hot water flowing in from the lower side of the heat exchanger is heat-exchanged in a relatively low temperature hot water area on the lower side in the hot water storage tank, and flows toward the upper side of the hot water heat exchanger. Heat is exchanged in the hot water area on the upper side, and hot water is supplied as hot water.
  • the hot water flows while being heated by heat exchange from the bottom to the top according to the temperature gradient in the hot water storage tank, the temperature distribution in the hot water storage tank is not disturbed, and high heat exchange efficiency is obtained. Therefore, the heat exchange efficiency of the heat exchanger for hot water supply can be improved, and hot hot water can be supplied. Further, the temperature gradient is maintained in the vertical direction in the hot water storage tank, and the COP (coefficient of performance) of the heat pump unit can be improved by heating the lower temperature water in the hot water storage tank with the heat pump unit.
  • a first water intake port for taking out hot water stored in the hot water storage tank is provided at the upper part of the hot water storage tank, while hot water discharged from the heating terminal is returned to the hot water storage tank at the lower part of the hot water storage tank.
  • the circulation circuit is connected to the first intake port and the return port.
  • the heating and hot water supply apparatus of the above embodiment since the first intake port is provided in the upper part of the hot water storage tank, relatively hot hot water in the upper region in the hot water storage tank is taken out and sent to the heating terminal. Can do. Therefore, heating can be performed with the relatively hot water.
  • the return port is provided at the lower part of the hot water storage tank, the hot water having a relatively low temperature at the heating terminal can be returned to the lower area in the hot water storage tank. Therefore, it is possible to prevent the relatively hot water in the upper region in the hot water storage tank from being mixed with the warm water that has become relatively cold at the heating terminal.
  • a supply port for supplying hot water stored in the hot water storage tank to the heat pump unit is provided at a lower portion of the hot water storage tank.
  • the return port for returning the hot water discharged from the heating terminal to the hot water storage tank is located below the hot water storage tank of the hot water storage tank, and the hot water stored in the hot water storage tank is heat pumped Coupled with the fact that the supply port for supplying to the unit is at the lower part of the hot water storage tank, the heat pump unit is always supplied with relatively low temperature hot water, so the COP (coefficient of performance) of the heat pump unit is improved. .
  • the refrigerant of the heat pump unit is a CO 2 refrigerant
  • COP is improved.
  • a heater is disposed at a substantially central portion in the vertical direction in the hot water storage tank.
  • the temperature of the hot water in the hot water storage tank can be maintained or raised by the heater when the heat pump unit fails.
  • the heat pump unit when the amount of heat given to the hot water by the heat pump unit is insufficient, there is a heater in the hot water storage tank, so the heater can supply the shortage of heat to the hot water.
  • the heater is disposed at a substantially central portion in the vertical direction in the hot water storage tank, the hot water in the upper region in the hot water storage tank, which is above the heater, is mainly heated. At this time, since the hot water in the upper region in the hot water storage tank is originally higher in temperature than the hot water in the lower region in the hot water storage tank, it becomes higher in a short time by heating the heater.
  • the hot water having a higher temperature in the upper region in the hot water storage tank can be immediately sent to the heating terminal.
  • a second water intake for taking out hot water stored in the hot water storage tank is provided at a substantially central portion in the vertical direction of the hot water storage tank so as to be positioned near and above the heater,
  • the circulation circuit is connected to the second water intake.
  • the hot water in the hot water storage tank is heated to a high temperature by the heater, and this hot water is taken out from the second intake port of the circulation circuit. Send to heating terminal.
  • the second water intake port is provided at a substantially central portion in the vertical direction of the hot water storage tank and is positioned near and above the heater, so that the hot water immediately after being heated by the heater is taken out and sent to the heating terminal. Can do.
  • the refrigerant used in the heat pump unit is a CO 2 refrigerant.
  • the heat pump unit uses CO 2 refrigerant as the refrigerant, so that hot water can be discharged.
  • the heating hot water supply apparatus of the present invention by sending the hot water stored in the hot water storage tank to the heating terminal via the circulation path, the heat of the hot water can be efficiently supplied to the heating terminal without passing through the heat exchanger. For example, sufficient heating can be performed in an area with a high heating load such as a 24-hour heating operation in winter such as Northern Europe.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a heating and hot water supply apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing details of the hot water storage tank and its vicinity.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a heating and hot water supply apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the heating and hot water supply apparatus includes a heat pump unit 1, a hot water storage tank 2, a hot water supply heat exchanger 3, and a heating circulation circuit 4.
  • the hot water supply heat exchanger 3 is an example of a heat exchanger
  • the heating circulation circuit 4 is an example of a circulation circuit.
  • the heat pump unit 1 includes a refrigerant circuit 16 and an electric blower 17 and boiles water in the hot water storage tank 2 to make warm water.
  • the refrigerant circuit 16 includes an evaporator 11, a compressor 12, a condenser (water refrigerant heat exchanger) 13, a supercooling heat exchanger 14, and an expansion valve 15.
  • CO 2 refrigerant circulates.
  • the CO 2 refrigerant absorbs heat in the air sent from the electric blower 17 and gasifies it.
  • the CO 2 refrigerant is compressed by the compressor 12 and becomes high temperature, and then reaches the condenser 13 to release heat.
  • the CO 2 refrigerant becomes lower in temperature than before entering the condenser 13 and flows toward the supercooling heat exchanger 14.
  • the CO 2 refrigerant is further cooled by the supercooling heat exchanger 14 and then returns to the evaporator 11 via the expansion valve 15.
  • the heat pump unit 1 is connected to a hot water storage tank 2 through a boiling circulation circuit 5.
  • the boiling circulation circuit 5 is provided with a boiling circulation pump 51 and a boiling three-way valve 52.
  • the boiling circulation circuit 5 is connected to the second heating forward connection port 42, the heating supply port 53, and the antifreezing water return connection port 54.
  • the said 2nd heating outgoing connection port 42 is an example of a 1st water intake port.
  • the supply port 53 is provided in the lower part of the hot water storage tank 2. Thereby, the relatively low temperature hot water in the lower region in the hot water storage tank 2 can be supplied to the boiling circulation pump 51 through the supply port 53.
  • the boiling circulation pump 51 sucks the relatively low temperature hot water in the lower region in the hot water storage tank 2 and discharges the sucked relatively low temperature hot water toward the condenser 13.
  • the CO 2 refrigerant and hot water are heat-exchanged, and the hot water becomes high temperature.
  • the hot hot water exiting the condenser 13 goes to the boiling three-way valve 52.
  • the boiling three-way valve 52 allows hot hot water from the condenser 13 to flow to the upper region in the hot water storage tank 2 through the second heating forward connection port 42 during hot water supply operation and heating operation. Therefore, the second heating / outgoing connection port 42 is a heating return connection port through which hot water flows out from the supply port 53 of the hot water storage tank 2 and exits the condenser 13 of the heat pump unit 1.
  • the hot water in the hot water storage tank 2 is formed with a hot water layer (temperature distribution) so that the hot water at the upper side is located at the upper side and the hot water at the lower side is located at the lower side.
  • the hot water is not the second heating forward connection port 42 but the antifreeze water.
  • the three-way valve 52 is controlled so as to be returned to the hot water storage tank 2 through the return connection port 54. Therefore, the freeze prevention water return connection port 54 is a second boiling return connection port when the hot water is not sufficiently hot.
  • switching the return port according to the temperature of the hot water may prevent the temperature distribution in the hot water tank 2 from being disturbed if hot water that is not sufficiently hot is returned to the upper part of the hot water tank 2. Because.
  • This switching of the three-way valve is performed based on the output of a temperature sensor (not shown) provided between the condenser 13 and the three-way valve 52. Further, during the freeze prevention operation, the boiling three-way valve 52 supplies hot water flowing from the supply port 53 via the boiling circulation circuit 5 via the freeze prevention water return connection port 54 to the hot water storage tank 2. Flow in the lower area. The anti-freezing operation is performed while the boiling operation is stopped.
  • the hot water storage tank 2 stores hot water heated by the heat pump unit 1.
  • a heater 6 is disposed at a substantially central portion in the vertical direction in the hot water storage tank 2, and the heater 6 directly heats the hot water in the hot water storage tank 2.
  • a plurality of temperature sensors are provided in the hot water storage tank 2 in order to detect the temperature of hot water in each part in the hot water storage tank 2. The plurality of temperature sensors detect the temperature of hot water in each part in the hot water storage tank 2 and send a signal indicating the temperature to the control unit 7.
  • the signal indicating the temperature of the hot water in the lower region in the hot water storage tank 2 is used for ON / OFF control of the compressor 12 and the boiling circulation pump 51. That is, the control unit 7 controls ON / OFF of the compressor 12 and the boiling circulation pump 51 based on the temperature of the hot water in the lower region in the hot water storage tank 2.
  • the heat exchanger 3 for hot water supply is formed of a coiled pipe and is arranged from the lower region to the upper region in the hot water storage tank 2.
  • the hot water is heated by flowing through the hot water heat exchanger 3. More specifically, the hot water enters the hot water storage tank 2 from the lower part of the hot water storage tank 2 and flows upward through the hot water supply heat exchanger 3 arranged in the lower region of the hot water storage tank 2.
  • the hot water flows through the hot water heat exchanger 3 disposed in the upper region of the hot water tank 2 upward, and then flows out of the hot water tank 2 from the upper part of the hot water tank 2.
  • a heater 6 is disposed at the center of the hot water storage tank 2 in the vertical direction, and the heat exchanger 3 for hot water supply is disposed so as to straddle the heater 6 (upper coil portion 3a, lower coil portion 3b). ). With this heater 6, hot hot water can be stored in the upper part of the hot water storage tank 2.
  • the hot water mixing valve 31 is opened, and the hot water supplied from the hot water storage tank 2 and the hot water before flowing into the hot water storage tank 2 are mixed. Thereby, the temperature of the hot water supplied from the hot water storage tank 2 can be lowered.
  • the heating circulation circuit 4 is for circulating the hot water stored in the hot water storage tank 2 through the plurality of radiators 8 outside the hot water storage tank 2 and then returning it to the hot water storage tank 2 again.
  • the heating circulation circuit 4 is connected to the first and second heating forward connection ports 41 and 42 and the heating return connection port 43.
  • the said 1st heating outgoing connection port 41 is an example of a 2nd water intake
  • the heating return connection port 43 is an example of a return port.
  • the first heating outgoing connection port 41 is for taking out hot water in the hot water storage tank 2.
  • the first heating / outgoing connection port 41 is provided at a substantially central portion in the vertical direction of the hot water storage tank 2, and is positioned near and above the heater 6. Thereby, the hot water immediately after being heated by the heater 6 can be taken out from the first heating forward connection port 41 and sent to the plurality of radiators 8.
  • the warm water taken out from the 1st heating outgoing connection port 41 is comprised so that it may flow out from the upper surface of the hot water storage tank 2 via the piping 41a.
  • the second heating forward connection port 42 is also for taking out hot water in the hot water storage tank 2 in the same manner as the first heating forward connection port 41.
  • the second heating / outgoing connection port 42 is provided in the upper part of the hot water storage tank 2. Thereby, the hot water of the upper area
  • FIG. The second heating / outgoing connection port 42 is also used as a heating return connection port.
  • Each radiator 8 directly takes out the heat of the hot water flowing from the hot water storage tank 2 and discharges it into the room. And the said warm water becomes low temperature, leaves each radiator 8, and flows toward the heating return connection port 43.
  • the heating return connection port 43 is provided in the lower part of the hot water storage tank 2. Thereby, the hot water which came out of the said heating return connection port 43 can be mixed with the hot water of the lower area
  • the heating circulation circuit 4 is provided with a bypass pipe 44, a heating mixing valve 45, first and second temperature sensors 46 and 47, a heating circulation pump 48, and a heating three-way valve 49.
  • the bypass pipe 44 guides a part of the hot water flowing from the radiator 8 to the heating return connection port 43 to the heating mixing valve 45.
  • the heating mixing valve 45 has an inlet through which hot water from the hot water storage tank 2 flows and an inlet through which hot water from the bypass pipe 44 flows. Although described in detail later, the opening degree of each inlet of the heating mixing valve 45 is adjusted by the control unit 7.
  • the first temperature sensor 46 detects the temperature of the hot water from the hot water storage tank 2 toward the radiator 8 and sends a signal indicating this temperature to the control unit 7.
  • the second temperature sensor 47 detects the temperature of the hot water from the radiator 8 toward the hot water storage tank 2 and sends a signal indicating this temperature to the control unit 7.
  • the control unit 7 receives a signal indicating the outside temperature from the outside temperature sensor 18 and also receives a signal indicating the room temperature from an indoor temperature sensor (not shown).
  • the control unit 7 adjusts the opening degree of each of the two inlets of the heating mixing valve 45 based on signals from the outside air temperature sensor 18 and the first and second temperature sensors 46 and 47, or for heating.
  • the rotational speed of the circulation pump 48 is adjusted. For example, when the outside air temperature is high, the heating mixing valve 45 is adjusted to increase the amount of warm water flowing in from the bypass pipe 44 to lower the going temperature, or the heating circulation pump 48 is rotated at a lower speed to circulate. Lower the return temperature by lowering the flow rate of warm water.
  • the heating mixing valve 45 is adjusted to reduce the amount of warm water flowing in from the bypass pipe 44, thereby increasing the going-out temperature or increasing the number of rotations of the heating circulation pump 48 for circulation. Increase the return temperature by increasing the flow rate of hot water.
  • the heating circulation pump 48 sucks hot water in the hot water storage tank 2 through the second heating outgoing connection port 42 or the first heating outgoing connection port 41 and discharges the hot water toward the radiators 8.
  • the heating three-way valve 49 extracts hot water from the first heating forward connection port 41 when a high temperature region of the hot water in the hot water storage tank 2 is present in the vicinity of the first heating forward connection port 41. Further, the heating three-way valve 49 extracts hot water from the second heating forward connection port 42 when the high temperature region of the hot water in the hot water storage tank 2 does not exist in the vicinity of the first heating forward connection port 41.
  • the control unit 7 switches the heating three-way valve 49. That is, the control unit 7 switches the heating three-way valve 49 based on signals from a plurality of temperature sensors for detecting the temperature of hot water in each part in the hot water storage tank 2.
  • the heating circulation pump 48 is operated. Thereby, the hot water stored in the hot water storage tank 2 is sent to the plurality of radiators 8 and returned to the hot water storage tank 2 again. At this time, the heat of the warm water is released into the room through the radiator 8. That is, each radiator 8 directly takes out the heat of the hot water in the hot water storage tank 2 and discharges it into the room.
  • the heat of the hot water in the hot water storage tank 2 can be efficiently supplied to the radiator 8, for example, sufficient heating can be performed even in an area with a high heating load such as Northern Europe.
  • the hot water supply heat exchanger 3 is arranged from the lower region in the hot water storage tank 2 to the upper region, and the hot water is supplied to the hot water supply heat exchanger 3 located in the lower region of the hot water storage tank 2. Since it enters and exits from the portion of the hot water supply heat exchanger 3 located in the upper region of the hot water storage tank 2, the hot water is sufficiently heated by the hot water in the hot water storage tank 2 while flowing through the hot water supply heat exchanger 3. . Therefore, hot water can be discharged from the hot water supply heat exchanger 3.
  • the relatively low temperature hot water can be returned to the lower region in the hot water storage tank 2. Therefore, it is possible to prevent the hot water having a relatively high temperature in the upper region in the hot water storage tank 2 from being mixed with the hot water having a relatively low temperature by the radiator 8 to become a low temperature.
  • the supply port 53 is provided in the lower part of the hot water storage tank 2, relatively low temperature hot water in the lower area in the hot water storage tank 2 is supplied to the condenser 13 of the heat pump unit 1. Therefore, the COP of the heat pump unit 1 is improved.
  • the temperature of the hot water in the hot water storage tank 2 can be maintained or raised by directly heating the hot water in the hot water storage tank 2 with the heater 6.
  • the heater 6 can compensate for the shortage of heat.
  • the heater 6 is disposed at a substantially central portion in the vertical direction in the hot water storage tank 2, Mainly, the hot water above the heater 6 is heated. At this time, since the hot water in the upper region in the hot water storage tank 2 is originally higher in temperature than the hot water in the lower region in the hot water storage tank 2, the hot water is further heated in a short time by the heating of the heater 6.
  • the hot water having a higher temperature in the upper region in the hot water storage tank 2 can be immediately sent to the radiator 8.
  • the hot water in the hot water storage tank 2 is heated to a high temperature by the heater 6, and this high temperature hot water is taken out from the first heating forward connection port 41 of the heating circulation circuit 4.
  • the first heating / outgoing connection port 41 is provided at a substantially central portion in the vertical direction of the hot water storage tank 2 and is located near and above the heater 6, so that the hot water immediately after being heated by the heater 6 is taken out. Can be sent to the radiator 8.
  • the heat pump unit 1 because it uses CO 2 refrigerant as refrigerant, can be high temperature hot water.
  • the temperature of the hot water supplied to the heat pump unit 1 is preferably low from the viewpoint of improving COP.
  • the heat pump unit 1 uses the CO 2 refrigerant, but may use an NH 3 refrigerant, an R22 refrigerant, or the like.
  • the radiator was used as a heating terminal, you may use a floor heating panel, a fan coil, etc. instead of this or together with this.
  • the heat pump unit 1 having the supercooling heat exchanger 14 is used, but a heat pump unit not having the supercooling heat exchanger 14 may be used.

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Abstract

暖房給湯装置は、ヒートポンプユニット１、貯湯タンク２、給湯用熱交換器３および暖房用循環回路４を備えている。暖房用循環回路４の案内により、貯湯タンク２内に貯められた温水は、貯湯タンク２外のラジエタ８を経由した後、再び、貯湯タンク２内に戻って循環する。給湯用熱交換器３は貯湯タンク２内の下部領域から上部領域に渡って配置されていて、給湯水が貯湯タンク２の下部に入って貯湯タンク２の上部から出る。

Description

暖房給湯装置
　本発明は、暖房および給湯に使用される暖房給湯装置に関する。
　従来、暖房給湯装置としては、特開２００４－２３２９１４号公報に開示されたものがある。この暖房給湯装置は、ヒートポンプと、このヒートポンプで加熱された温水を貯える貯湯タンクと、この貯湯タンク内の上部領域のみに配置された熱交換器と、この熱交換器に接続された暖房機とを備えている。
　上記貯湯タンクは出湯管を介して蛇口に接続されている。この蛇口を開くことにより、貯湯タンクに貯えた温水を蛇口から取り出すことができる。
　上記暖房機は貯湯タンクに貯えた温水を利用して暖房運転を行う。より詳しくは、上記暖房運転が開始されると、熱交換器内の熱媒は貯湯タンク内の温水によって加熱される。この加熱された熱媒は、暖房機に送られて暖房機から室内に熱を放出する。
　ところが、上記従来の暖房給湯装置は、深夜電力を用いた給湯器の付加的機能として暖房運転を行うため、暖房運転時、室内に放出すべき熱を貯湯タンク内の温水から熱交換器を介して取り出しているので、その熱を取り出す効率は悪くなっている。すなわち、上記貯湯タンク内の温水の熱を効率良く暖房機に供給することができない。
　したがって、上記従来の暖房給湯装置は、冬場２４時間暖房運転して、例えば暖房負荷：給湯負荷が１０：１となるような例えば北欧等の暖房負荷の高い地域では十分な暖房を行うことができないという問題がある。
　そこで、本発明の課題は、例えば北欧等の暖房負荷の高い地域でも十分な暖房を行うことができる暖房給湯装置を提供することにある。
　上記課題を解決するため、本発明の暖房給湯装置は、
　ヒートポンプユニットと、
　上記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、
　上記貯湯タンク内に配置され、給湯水が内部を流れる熱交換器と、
　上記貯湯タンク内に貯められた温水を上記貯湯タンク外の暖房端末を経由させた後、再び、上記貯湯タンク内に戻して循環させるための循環回路と
を備え、
　上記熱交換器は上記貯湯タンク内の下部領域から上部領域に渡って配置されていて、上記給湯水が上記貯湯タンクの下部領域の上記熱交換器の部分に入って上記貯湯タンクの上部領域の上記熱交換器の部分から出ることを特徴としている。
　上記構成の暖房給湯装置によれば、暖房運転を開始すると、貯湯タンクに貯えた温水が循環経路を介して暖房端末へ流れ、再び、貯湯タンクに戻る。これにより、上記温水の熱は暖房端末を介して室内に放出される。すなわち、上記暖房端末は、貯湯タンク内の温水の熱を直接取り出し、室内に放出する。
　したがって、上記貯湯タンク内の温水の熱を暖房端末に効率良く供給できるので、例えば北欧等の暖房負荷の高い地域でも十分な暖房を行うことができる。
　従来においては、貯湯タンク内の熱交換器を介して熱を取り出して、暖房端末に供給していたから、効率が悪くて、十分な暖房を行うことができなかった。
　また、本発明の暖房給湯装置によれば、上記熱交換器は貯湯タンク内の下部領域から上部領域に渡って配置されていて、給湯水が貯湯タンクの下部領域の熱交換器の部分に入って貯湯タンクの上部領域の熱交換器の部分から出るので、給湯水は熱交換器内を流れる間に貯湯タンク内の温水で十分に加熱される。したがって、上記熱交換器から高温の給湯水を出湯できる。また、熱交換器の下側から流入した温度の低い給湯水は、貯湯タンク内の下側の比較的低温の温水域で熱交換され、給湯用熱交換器の上側に向かって流れるに従って貯湯タンク内の上側の高温の温水域で熱交換されて、高温の給湯水となって出湯される。このように、上記貯湯タンク内の温度勾配に従って給湯水が下から上に向かって熱交換により加熱されながら流れるので、貯湯タンク内の温度分布が乱れることがなく、高い熱交換効率が得られる。したがって、給湯用熱交換器の熱交換効率を向上でき、高温の給湯水を供給できる。また、上記貯湯タンク内の上下方向に温度勾配が保たれ、貯湯タンク内の下側の低温水をヒートポンプユニットで加熱することにより、ヒートポンプユニットのＣＯＰ(成績係数)を向上できる。
　一実施形態の暖房給湯装置では、
　上記貯湯タンクの上部に、上記貯湯タンク内に貯められた温水を取り出すための第１取水口が設けられる一方、上記貯湯タンクの下部に、上記暖房端末から出た温水を上記貯湯タンクに戻すための戻し口が設けられ、
　上記循環回路は、上記第１取水口と上記戻し口とに接続されている。
　上記実施形態の暖房給湯装置によれば、上記第１取水口は、貯湯タンクの上部に設けられているので、貯湯タンク内の上部領域にある比較的高温の温水を取り出して暖房端末に送ることができる。したがって、上記比較的高温の温水で暖房を行うことができる。
　また、上記戻し口は、貯湯タンクの下部に設けられているので、暖房端末で比較的低温になった温水を貯湯タンク内の下部領域に戻すことができる。したがって、上記貯湯タンク内の上部領域の比較的高温の温水が、暖房端末で比較的低温になった温水と混ざって低温になるのを防ぐことできる。
　一実施形態の暖房給湯装置では、
　上記貯湯タンクの下部に、上記貯湯タンク内に貯められた温水を上記ヒートポンプユニットに供給するための供給口が設けられている。
　上記実施形態の暖房給湯装置によれば、上記暖房端末から出た温水を貯湯タンクに戻すための戻し口が貯湯タンクの貯湯タンクの下部にあることと、貯湯タンク内に貯められた温水をヒートポンプユニットに供給するための供給口が貯湯タンクの下部にあることとが相俟って、ヒートポンプユニットには常に比較的低温の温水が供給されるため、ヒートポンプユニットのＣＯＰ（成績係数）が向上する。特に、上記ヒートポンプユニットの冷媒がＣＯ２冷媒であると、ＣＯＰが向上する。
　一実施形態の暖房給湯装置では、
　上記貯湯タンク内の上下方向の略中央部にはヒータが配置されている。
　上記実施形態の暖房給湯装置によれば、上記貯湯タンク内にヒータを配置しているので、ヒートポンプユニットの故障時に、貯湯タンク内の温水の温度を、ヒータで保ったり、上げたりすることができる。
　また、上記ヒートポンプユニットが温水に与える熱量が不足している時、貯湯タンク内にヒータがあるので、ヒータがその不足分の熱量を温水に供給することができる。
　また、上記ヒータは貯湯タンク内の上下方向の略中央部に配置されているので、主として、ヒータよりも上方にある、貯湯タンク内の上部領域の温水を加熱することになる。このとき、上記貯湯タンク内の上部領域の温水は、元々、貯湯タンク内の下部領域の温水に比べて高温だから、ヒータの加熱によって短時間でさらに高温となる。
　したがって、暖房負荷が瞬間的に増大しても、上記貯湯タンク内の上部領域でさらに高温となった温水を暖房端末に即座に送ることができる。
　一実施形態の暖房給湯装置では、
　上記貯湯タンクの上下方向の略中央部に、上記貯湯タンク内に貯められた温水を取り出すための第２取水口が、上記ヒータ近傍かつ上方に位置するように設けられ、
　上記循環回路は上記第２取水口に接続されている。
　上記実施形態の暖房給湯装置によれば、暖房運転時、暖房負荷が瞬間的に増大すると、貯湯タンク内の温水をヒータで高温にし、この高温の温水を循環回路の第２取水口から取り出して暖房端末に送る。このとき、上記第２取水口は、貯湯タンクの上下方向の略中央部に設けられて、ヒータ近傍かつ上方に位置しているので、ヒータで加熱した直後の温水を取り出して暖房端末に送ることができる。
　したがって、暖房負荷が瞬間的に増大しても、暖房負荷の瞬間的な増大に迅速かつ確実に対応することができる。
　一実施形態の暖房給湯装置では、
　上記ヒートポンプユニットで使用される冷媒はＣＯ２冷媒である。
　上記実施形態の暖房給湯装置によれば、上記ヒートポンプユニットは、冷媒としてＣＯ２冷媒を使用するので、高温出湯できる。
　本発明の暖房給湯装置によれば、貯湯タンクに貯えた温水を循環経路を介して暖房端末に送ることによって、その温水の熱を熱交換器を経由しないで暖房端末に効率良く供給できるので、例えば北欧等の冬場２４時間暖房運転するような暖房負荷の高い地域で十分な暖房を行うことができる。
図１は本発明の一実施の形態の暖房給湯装置の模式図である。 図２は貯湯タンクおよびその近傍の詳細を示す断面図である。
　以下、本発明の暖房給湯装置を図示の実施の形態により詳細に説明する。
　図１は、本発明の一実施の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、貯湯タンク２、給湯用熱交換器３および暖房用循環回路４を備えている。なお、上記給湯用熱交換器３は熱交換器の一例であり、暖房用循環回路４は循環回路の一例である。
　上記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。
　上記冷媒回路１６は、蒸発器１１、圧縮機１２、凝縮器（水冷媒熱交換器）１３、過冷却熱交換器１４および膨張弁１５を有している。この冷媒回路１６ではＣＯ２冷媒が循環する。
　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ガス化する。そして、上記ＣＯ２冷媒は、圧縮機１２で圧縮されて高温となった後、凝縮器１３に到達して熱を放出する。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と接続されている。
　上記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。なお、上記第２暖房往き接続口４２は第１取水口の一例である。
　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比較的低温の温水を、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内の下部領域にある比較的低温の温水を吸い込み、この吸い込んだ比較的低温の温水を凝縮器１３へ向けて吐出する。
　上記凝縮器１３ではＣＯ２冷媒と温水とが熱交換されて、その温水が高温になる。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。したがって、第２暖房往き接続口４２は、貯湯タンク２の供給口５３から流出してヒートポンプユニット１の凝縮器１３を出た後の温水が戻る沸き上げ戻り接続口となっている。貯湯タンク２内の温水は、上側に高温の温水、下側に比較的低温の温水が位置するように湯層（温度分布）が形成されている。なお、ヒートポンプユニット１の起動時などの際に、まだヒートポンプユニット１の凝縮器１３から出る温水が十分に高温となっていない場合、該温水は第２暖房往き接続口４２ではなく、凍結防止水戻し接続口５４を介して貯湯タンク２に戻されるように三方弁５２が制御される。したがって、凍結防止水戻し接続口５４は、温水が十分に高温でない場合の第２の沸き上げ戻り接続口となっている。このように、温水の温度により戻り口を切り替えるのは、十分に高温になっていない温水を貯湯タンク２の上部に戻すと貯湯タンク２内の温度分布が乱れる可能性があり、これを防止するためである。この三方弁の切り替えは凝縮器１３と三方弁５２との間に設けられた温度センサ（図示せず）の出力に基づいて行われる。また、上記沸き上げ用三方弁５２は、凍結防止運転中には、供給口５３から沸き上げ用循環回路５を介して流れてきた温水を、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。なお、上記凍結防止運転は沸き上げ運転の停止中に行われる。
　上記貯湯タンク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、図示しないが、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、複数の温度センサを貯湯タンク２に設けている。この複数の温度センサは、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。
　上記貯湯タンク２内の下部領域の温水の温度を示す信号は、圧縮機１２および沸き上げ用循環ポンプ５１のＯＮ／ＯＦＦ制御に使用される。つまり、上記制御部７は、貯湯タンク２内の下部領域の温水の温度に基づいて、圧縮機１２および沸き上げ用循環ポンプ５１のＯＮ／ＯＦＦ制御する。
　上記給湯用熱交換器３は、図２に示すように、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。なお、貯湯タンク２内の上下方向の中央部にはヒータ６が配置されており、給湯用熱交換器３は該ヒータ６を跨ぐように配置されている（上部コイル部３ａ、下部コイル部３ｂ）。このヒータ６により、貯湯タンク２の上部により高温の温水を貯湯することができる。
　また、給湯水の温度を設定温度に調整するために、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。
　上記暖房用循環回路４は、貯湯タンク２内に貯められた温水を貯湯タンク２外の複数のラジエタ８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。なお、上記第１暖房往き接続口４１は第２取水口の一例であり、暖房戻り接続口４３は戻し口の一例である。
　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、複数のラジエタ８に送ることができる。なお、図２に示すように、第１暖房往き接続口４１から取り出された温水は配管４１ａを介して貯湯タンク２の上面から流出するように構成されている。
　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、複数のラジエタ８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。
　上記各ラジエタ８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、各ラジエタ８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、第１，第２温度センサ４６，４７、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、ラジエタ８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。
　上記第１温度センサ４６は、貯湯タンク２からラジエタ８へ向かう温水の温度を検出し、この温度を示す信号を制御部７に送る。
　上記第２温度センサ４７は、ラジエタ８から貯湯タンク２へ向かう温水の温度を検出し、この温度を示す信号を制御部７に送る。
　上記制御部７は、外気温度センサ１８から、外気温度を示す信号を受けると共に、室内温度センサ（図示せず）から、室内温度を示す信号を受ける。そして、上記制御部７は、外気温度センサ１８および第１，第２温度センサ４６，４７からの信号に基づき、暖房用混合弁４５の２つの入口の夫々の開度を調節したり、暖房用循環ポンプ４８の回転数を調節したりする。例えば、外気温度が高い時は、暖房用混合弁４５を調節してバイパス配管４４からの温水流入量を増加させることで往き温度を下げたり、暖房用循環ポンプ４８の回転数を下げて循環する温水の流速を下げることで戻り温度を下げる。一方、外気温度が低い時は、暖房用混合弁４５を調節してバイパス配管４４からの温水流入量を減少させることで往き温度を上げたり、暖房用循環ポンプ４８の回転数を上げて循環する温水の流速を上げることで戻り温度を上げる。
　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、複数のラジエタ８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が暖房運転を開始すると、暖房用循環ポンプ４８が稼働する。これにより、上記貯湯タンク２に貯えた温水が複数のラジエタ８に送られ、再び、貯湯タンク２に戻る。このとき、上記温水の熱はラジエタ８を介して室内に放出される。すなわち、上記各ラジエタ８は、貯湯タンク２内の温水の熱を直接取り出し、室内に放出する。
　したがって、上記貯湯タンク２内の温水の熱をラジエタ８に効率良く供給できるので、例えば北欧等の暖房負荷の高い地域でも十分な暖房を行うことができる。
　また、上記給湯用熱交換器３は貯湯タンク２内の下部領域から上部領域に渡って配置されていて、給湯水が、貯湯タンク２の下部領域に位置する給湯用熱交換器３の部分に入って、貯湯タンク２の上部領域に位置する給湯用熱交換器３の部分から出るので、給湯水は給湯用熱交換器３内を流れる間に貯湯タンク２内の温水で十分に加熱される。したがって、上記給湯用熱交換器３から高温の給湯水を出湯できる。
　また、上記ラジエタ８で比較的低温になった温水は暖房戻り接続口４３から貯湯タンク２内に戻るので、その比較的低温になった温水を貯湯タンク２内の下部領域に戻すことができる。したがって、上記貯湯タンク２内の上部領域の比較的高温の温水が、ラジエタ８で比較的低温になった温水と混ざって低温になるのを防ぐことができる。
　また、上記貯湯タンク２の下部に供給口５３が設けられているので、その貯湯タンク２内の下部領域にある比較的低温の温水がヒートポンプユニット１の凝縮器１３に供給される。したがって、上記ヒートポンプユニット１のＣＯＰが向上する。
　また、上記ヒートポンプユニット１の故障時には、ヒータ６で貯湯タンク２内の温水を直接加熱することによって、貯湯タンク２内の温水の温度を保ったり、上げたりすることができる。
　また、上記ヒートポンプユニット１が温水に与える熱量が不足している時にも、その不足分の熱量をヒータ６で補うことができる。
　また、上記ヒータ６は貯湯タンク２内の上下方向の略中央部に配置されているので、
主として、ヒータ６よりも上方にある温水を加熱することになる。このとき、上記貯湯タンク２内の上部領域の温水は、元々、貯湯タンク２内の下部領域の温水に比べて高温だから、ヒータ６の加熱によって短時間でさらに高温となる。
　したがって、暖房負荷が瞬間的に増大しても、上記貯湯タンク２内の上部領域でさらに高温となった温水をラジエタ８に即座に送ることができる。
　また、暖房運転時、暖房負荷が瞬間的に増大すると、貯湯タンク２内の温水をヒータ６で高温にし、この高温の温水を暖房用循環回路４の第１暖房往き接続口４１から取り出してラジエタ８に送る。このとき、上記第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ので、ヒータ６で加熱した直後の温水を取り出してラジエタ８に送ることができる。
　したがって、暖房負荷が瞬間的に増大しても、暖房負荷の瞬間的な増大に迅速かつ確実に対応することができる。
　また、上記ヒートポンプユニット１は、冷媒としてＣＯ２冷媒を使用するので、高温出湯できる。
　また、上記ヒートポンプユニット１に供給する温水の温度は、ＣＯＰを向上させる観点上、低い方が好ましい。
　上記実施の形態では、ヒートポンプユニット１はＣＯ２冷媒を使用したが、ＮＨ３冷媒やＲ２２冷媒などを使用してもよい。また、暖房端末としてラジエタを使用したが、これに代えて、あるいはこれと併用して、床暖房パネルやファンコイルなどを使用してもよい。
　上記実施の形態では、過冷却熱交換器１４を有するヒートポンプユニット１を用いていたが、過冷却熱交換器１４を有さないヒートポンプユニットを用いてもよい。

Claims (6)

  1. 　ヒートポンプユニット(１)と、
    　上記ヒートポンプユニット(１)で加熱された温水を貯える貯湯タンク(２)と、
    　上記貯湯タンク(２)内に配置され、給湯水が内部を流れる熱交換器(３)と、
    　上記貯湯タンク(２)内に貯められた温水を上記貯湯タンク(２)外の暖房端末(８)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循環回路(４)と
    を備え、
    　上記熱交換器(３)は上記貯湯タンク(２)内の下部領域から上部領域に渡って配置されていて、上記給湯水が上記貯湯タンク(２)の下部領域の上記熱交換器(３)の部分に入って上記貯湯タンク(２)の上部領域の上記熱交換器(３)の部分から出ることを特徴とする暖房給湯装置。
  2. 　請求項１に記載の暖房給湯装置において、
    　上記貯湯タンク(２)の上部に、上記貯湯タンク(２)内に貯められた温水を取り出すための第１取水口(４２)が設けられる一方、上記貯湯タンク(２)の下部に、上記暖房端末(８)から出た温水を上記貯湯タンク(２)に戻すための戻し口(４３)が設けられ、
    　上記循環回路(４)は、上記第１取水口(４２)と上記戻し口(４３)とに接続されていることを特徴とする暖房給湯装置。
  3. 　請求項２に記載の暖房給湯装置において、
    　上記貯湯タンク(２)の下部に、上記貯湯タンク(２)内に貯められた温水を上記ヒートポンプユニット(１)に供給するための供給口(５３)が設けられていることを特徴とする暖房給湯装置。
  4. 　請求項１から３までのいずれか一項に記載の暖房給湯装置において、
    　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)が配置されていることを特徴とする暖房給湯装置。
  5. 　請求項４に記載の暖房給湯装置において、
    　上記貯湯タンク(２)の上下方向の略中央部に、上記貯湯タンク(２)内に貯められた温水を取り出すための第２取水口(４１)が、上記ヒータ(６)近傍かつ上方に位置するように設けられ、
    　上記循環回路(４)は上記第２取水口(４１)に接続されていることを特徴とする暖房給湯装置。
  6. 　請求項１から５までのいずれか一項に記載の暖房給湯装置において、
    　上記ヒートポンプユニット(１)で使用される冷媒はＣＯ２冷媒であることを特徴とする暖房給湯装置。
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