JP4215699B2 - ヒートポンプ式給湯暖房装置 - Google Patents

Description

本発明は、二酸化炭素を冷媒として用いたヒートポンプ式給湯暖房装置に関し、特に貯湯運転と暖房運転との同時運転時に、圧縮機からの冷媒を貯湯側ヒートポンプ冷媒回路と暖房側ヒートポンプ冷媒回路とに振り分けて流すようにしたヒートポンプ式給湯暖房装置関する。

二酸化炭素を冷媒として用いたヒートポンプ式給湯暖房装置において、ヒートポンプユニットの冷媒回路に貯湯側水冷媒熱交換器と暖房側水冷媒熱交換器の双方を組み込み、貯湯タンクに貯留された湯水を沸き上げる貯湯運転と、床暖房パネルなどの暖房端末に加熱した温水を循環供給して暖房する暖房運転とが行えるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−２５７３６６号公報

ところで、上記した特許文献１のヒートポンプ式給湯暖房装置では、ヒートポンプ冷媒回路に貯湯側水冷媒熱交換器と暖房側水冷媒熱交換器の双方が直列接続の形で設けられているため、貯湯運転と暖房運転を個別に行うことができないばかりでなく、貯湯運転と暖房運転の同時運転において、圧縮機の能力を貯湯側水冷媒熱交換器と暖房側水冷媒熱交換器に調整可能に振り分けることができない。

そこで、圧縮機の能力の問題から貯湯側水冷媒熱交換器と暖房側水冷媒熱交換器の双方に冷媒を同時に流す場合、貯湯側水冷媒熱交換器と暖房側水冷媒熱交換器に対して、冷媒をそれぞれ適切に振り分けて流すことが望まれている。

特に、暖房運転の開始当初は、暖房端末が設置された部屋の温度を早急に上昇させる必要があることから、貯湯運転と暖房運転との同時運転の際には、圧縮機の能力配分において暖房側を優先して、貯湯側水冷媒熱交換器よりも暖房側水冷媒熱交換器へ多量の冷媒を流す必要がある。

本発明は、上述の実情に鑑みてなされたものであり、貯湯運転と暖房運転との同時運転を可能にしつつ、貯湯用水冷媒熱交換器と暖房側水冷媒熱交換器の双方に冷媒を振り分け可能とし、かつ、同時運転開始当初においては、圧縮機の能力配分において暖房側を優先して、運転開始時の暖房特性を高めることができるようにするヒートポンプ式給湯暖房装置の提供を目的としている。

請求項１に記載の本発明は、圧縮機、貯湯側水冷媒熱交換器、貯湯側流量調整弁及び空気熱交換器を冷媒配管によりループ状に接続して構成し、二酸化炭素を冷媒として用いた貯湯側ヒートポンプ冷媒回路と、前記圧縮機の吐出側の冷媒流路から分岐し、暖房側水冷媒交換器及び暖房側流量調整弁を冷媒配管により接続して構成し、かつ、前記貯湯側流量調整弁と空気熱交換器との間の冷媒流路に合流させた暖房側ヒートポンプ冷媒回路と、貯湯運転時に前記貯湯側水冷媒熱交換器と貯湯タンクとの間でこの貯湯タンク内の湯水を循環させて沸き上げる貯湯循環回路と、暖房運転時に前記暖房側水冷媒熱交換器と暖房端末との間で暖房用の温水を循環させて暖房を行う暖房循環回路と、前記貯湯側流量調整弁及び暖房側流量調整弁の弁開度を制御し、前記圧縮機からの冷媒の流れを前記貯湯側ヒートポンプ冷媒回路と暖房側ヒートポンプ冷媒回路とに振り分ける手段を有する制御装置とを備え、前記制御装置は、貯湯運転と暖房運転との同時運転開始当初に、暖房側ヒートポンプ冷媒回路の暖房側流量調整弁の弁開度を、貯湯側ヒートポンプ冷媒回路の貯湯側流量調整弁の弁開度よりも大きくすることを特徴とする。

請求項２に記載の本発明は、圧縮機、貯湯側水冷媒熱交換器、貯湯側流量調整弁及び空気熱交換器を冷媒配管によりループ状に接続して構成し、二酸化炭素を冷媒として用いた貯湯側ヒートポンプ冷媒回路と、前記圧縮機の吐出側の冷媒流路から分岐し、暖房側水冷媒交換器及び暖房側流量調整弁を冷媒配管により接続して構成し、かつ、前記貯湯側流量調整弁と空気熱交換器との間の冷媒流路に合流させた暖房側ヒートポンプ冷媒回路と、貯湯運転時に前記貯湯側水冷媒熱交換器と貯湯タンクとの間でこの貯湯タンク内の湯水を循環させて沸き上げる貯湯用循環回路と、暖房運転時に前記暖房側水冷媒熱交換器と暖房端末との間で暖房用の温水を循環させて暖房を行う暖房循環回路と、前記貯湯側流量調整弁及び暖房側流量調整弁の弁開度を制御し、前記圧縮機からの冷媒の流れを前記貯湯側ヒートポンプ冷媒回路と暖房側ヒートポンプ冷媒回路とに振り分ける手段を有する制御装置とを備え、前記制御装置は、貯湯運転と暖房運転とを同時に行う同時運転開始当初に、暖房側ヒートポンプ冷媒回路の暖房側流量調整弁の弁開度を、貯湯側ヒートポンプ冷媒回路の貯湯側流量調整弁の弁開度よりも大きくし、かつ、その後は前記暖房循環回路側の負荷の増減に応じて暖房側流量調整弁及び貯湯側流量調整弁の弁開度を調整することを特徴とする。

請求項３に記載の本発明は、請求項２に記載のヒートポンプ式給湯暖房装置において、前記制御装置は、暖房循環回路における負荷の増減の判断を、前記暖房側水冷媒熱交換器の温水側入口温度と温水側出口温度との差に基づいて行う判断手段を備えたことを特徴とする。

請求項１に記載のヒートポンプ式給湯暖房装置では、貯湯運転と暖房運転との同時運転開始当初に、加熱能力の配分において暖房側を優先し、暖房側ヒートポンプ冷媒回路の暖房側水冷媒熱交換器へ流れる高温高圧の二酸化炭素冷媒の量を、貯湯側ヒートポンプ冷媒回路の貯湯側水冷媒熱交換器へ流れる高温高圧の二酸化炭素冷媒の量よりも多くしたから、貯湯運転と暖房運転の同時運転を可能にしつつ、暖房循環回路における暖房側水冷媒熱交換器から流出する暖房用温水の温度の立ち上がりを良好とすることができ、暖房端末の運転開始時における暖房特性を高めることが可能になる。

請求項２に記載のヒートポンプ式給湯暖房装置では、請求項１に記載の効果の他に、暖房側の負荷の変動に応じて、暖房側流量調整弁と貯湯側流量調整弁のそれぞれの弁開度を調整し、暖房側の負荷が減少した際には、圧縮機の能力を、能力余裕側から能力不足側へ移行させる配分調整が可能となり、貯湯運転と暖房運転のそれぞれの状況に対応した能力配分が行える。

本発明のヒートポンプ式給湯暖房装置は、圧縮機、貯湯側水冷媒熱交換器、貯湯側流量調整弁及び空気熱交換器を冷媒配管によりループ状に接続して構成し、二酸化炭素を冷媒として用いた貯湯側ヒートポンプ冷媒回路と、前記圧縮機の吐出側の冷媒流路から分岐し、暖房側水冷媒交換器及び暖房側流量調整弁を冷媒配管により接続して構成し、かつ、前記貯湯側流量調整弁と空気熱交換器との間の冷媒流路に合流させた暖房側ヒートポンプ冷媒回路と、貯湯運転時に前記貯湯側水冷媒熱交換器と貯湯タンクとの間でこの貯湯タンク内の湯水を循環させて沸き上げる貯湯循環回路と、暖房運転時に前記暖房側水冷媒熱交換器と暖房端末との間で暖房用の温水を循環させて暖房を行う暖房循環回路と、前記貯湯側流量調整弁及び暖房側流量調整弁の弁開度を制御し、前記圧縮機からの冷媒の流れを前記貯湯側ヒートポンプ冷媒回路と暖房側ヒートポンプ冷媒回路とに振り分ける手段を有する制御装置とを備え、前記制御装置は、貯湯運転と暖房運転との同時運転開始当初に、暖房側ヒートポンプ冷媒回路の暖房側流量調整弁の弁開度を、貯湯側ヒートポンプ冷媒回路の貯湯側流量調整弁の弁開度よりも大きくする構成としたものであり、以下に本発明の一実施例を記載する。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係るヒートポンプ式給湯暖房装置の全体システムを示す系統図である。

図1において、Ａはヒートポンプユニットであり、Ｂはタンクユニットである。そしてこれら両ユニットＡ、Ｂは、温水暖房用の暖房循環回路Ｃ１の一部を構成する温水配管及び貯湯用の貯湯循環回路Ｃ２の一部を構成する温水配管によって繋がれている。また、前記ヒートポンプユニットＡは、二酸化炭素を冷媒とする冷媒回路Ｒを内蔵している。

１及び２は前記暖房循環回路Ｃ１に設けられた低温側の暖房端末としての床暖房パネルであり、これら床暖房パネル１、２は、室内の床に敷設される。３及び４は、前記床暖房パネル１及び２にそれぞれ対応して設けられた床暖房リモートコントローラ（以下、「床暖房リモコン」という）である。

前記暖房循環回路Ｃ１には、複数の熱動弁５、６、暖房用循環ポンプ７、膨張タンク８、暖房側水冷媒熱交換器９の水流路９Ｂ、バイパス管１０、このバイパス管１０の途中に設けられたバイパス弁１１などが設けられている。

そして、この暖房循環回路Ｃ１は、暖房側水冷媒熱交換器９で加熱昇温された暖房用温水を、前記床暖房パネル１、２及び浴室に設置される高温側の暖房端末としての浴室暖房用ファンコイル１３へ循環供給して暖房を行うものである。

また、前記暖房循環回路Ｃ１には、暖房側水冷媒熱交換器９の水流路９Ｂの入口側と出口側の温水温度をそれぞれ検出する暖房入口側温度センサ１２Ａと暖房出口側温度センサ１２Ｂを設けている。

１４は浴室暖房リモートコントローラ（以下、「浴室暖房リモコン」という）、１５は前記浴室暖房用ファンコイル１３の入口部に設けられた熱動弁、１６は前記暖房用循環ポンプ７によって膨張タンク８から流出した温水の一部を、前記床暖房パネル１、２に供給するための混合熱動弁、１８は床暖房パネル１、２に供給する温水温度を検知する床暖用温度センサである。

前記ヒートポンプユニットＡの冷媒回路Ｒは、周波数の可変により能力調整可能な２段圧縮型の圧縮機２１、貯湯側開閉弁２４、貯湯側水冷媒熱交換器２２の冷媒流路２２Ａ、電動膨張弁（減圧装置）にてなる貯湯側流量調整弁２７、空気熱交換器２８及び内部熱交換器２５の二次側流路２５Ｂ、アキュムレーター２９を冷媒配管でループ状に順次接続して成る貯湯側ヒートポンプ冷媒回路ＴＲを備えると共に、前記圧縮機２１の吐出側の冷媒流路から分岐し、暖房側開閉弁２３、暖房側水冷媒熱交換器９の冷媒流路９Ａ、内部熱交換器２５の一次側流路２５Ａ及び電動膨張弁（減圧装置）にてなる暖房側流量調整弁２６を冷媒配管で順次接続して成り、かつ、前記貯湯側流量調整弁２７と前記空気熱交換器２８との間の冷媒流路に合流させて成る暖房側ヒートポンプ冷媒回路ＤＲとを備えて構成されている。

即ち、前記暖房側ヒートポンプ冷媒回路ＤＲは、圧縮機２１、空気熱交換器２８、内部熱交換器２５及びアキュムレーター２９等を貯湯側ヒートポンプ冷媒回路ＴＲと共用しており、貯湯側ヒートポンプ冷媒回路ＴＲに対して並列接続されている。また、ヒートポンプユニットＡの空気熱交換器２８の近くには、外気温度を検出する外気温度センサＧＫを配設している。

前記貯湯循環回路Ｃ２は、貯湯タンク３１の下部と貯湯側水冷媒熱交換器２２の水流路２２Ｂの一端とが、貯湯用循環ポンプ３２を介して温水配管で接続されると共に、前記水流路２２Ｂの他端と貯湯タンク３１の上部とが同様に温水配管で接続されて、貯湯タンク３１を含みループ状に構成されている。

また、前記貯湯側水冷媒熱交換器２２の水流路２２Ｂの他端と前記貯湯タンク３１の上部との間の貯湯循環回路Ｃ２には、前記水流路２２Ｂの出口側温水温度を検知する貯湯出口側温度センサ３３が設けられている。

前記貯湯タンク３１には、追焚用の水々熱交換器３４の一次流路３４Ａが循環ポンプ３５を介して接続され、水々熱交換器３４の二次流路３４Ｂには、循環ポンプ３６を介して浴槽３７が接続されている。

４０は貯湯タンク３１の上部に接続された給湯管であり、この給湯管４０にはミキシングバルブ４１が設けられている。４２は減圧弁４３が配設された給水管であり、この給水管４２は、貯湯タンク３１の下部とミキシングバルブ４１とに分岐接続され、更に開閉弁４４を介して前記膨張タンク８に接続されている。

また、前記貯湯タンク３１には、ひとつしか図示しないが、貯湯タンク３１の上下方向に所定の間隔を開けて、複数の湯温検出センサ４５が設けてある。図示した湯温検出センサ４５は、貯湯タンク３１の高さ方向において、上部に配置したものである。

そして、真冬以外の外気温度がそれ程低くない季節においては、沸き上げ可能温度を、例えば８５℃に設定いるため、前記湯温検出センサ４５の検出湯温が５５℃以上の場合には、残湯あり、と判断し、５５℃未満の場合には、湯切れ寸前の緊急事態と判断される。このとき、湯温検出センサ４５の配置箇所は残湯量が例えば５０リットルの位置である。

なお、暖房運転時においては、暖房した部屋が暖まってくると、床暖房パネル１、２ではそれほど放熱されなくなり、膨張タンク８から暖房側水冷媒熱交換器９の水流路９Ｂへは５０〜６０℃の比較的高い温度の温水が戻されるため、暖房側水冷媒熱交換器９ではそれほど熱交換されず、圧縮機２１へ戻る冷媒の温度も高温となり、圧縮機２１に高負荷が掛かることとなる。

そこで、高温となった冷媒の冷却機構として前記暖房側水冷媒熱交換器９の他に設けたのが前記内部熱交換器２５である。この内部熱交換器２５での放熱分は、同じ冷媒回路Ｒ内の空気熱交換器２８を通過した後の冷媒に取込まれるので、冷媒回路Ｒの吸熱効率をも向上させている。

さらに、圧縮機２１の吐出側における高温高圧ガス冷媒の温度を検出する吐出側温度センサ５０は、冷媒が所定の高温度に達したのを検知すると、圧縮機２１の保護のため、この圧縮機２１を停止させるように制御するためのものである。

４６は台所リモートコントローラ（以下、「台所リモコン」という）、４７は風呂リモートコントローラ（以下、「風呂リモコン」という）である。

また、前記ヒートポンプユニットＡとタンクユニットＢには、それぞれマイクロコンピュータから成る制御装置Ｓ１、Ｓ２が設けられている。

これら制御装置Ｓ１、Ｓ２は、床暖房リモコン３、４、浴室暖房リモコン１４、台所リモコン４６及び風呂リモコン４７などからの各種運転信号や、暖房入口側温度センサ１２Ａ、暖房出口側温度センサ１２Ｂ、床暖用温度センサ１８、貯湯出口側温度センサ３３、吐出側温度センサ５０、外気温度センサＧＫなどからの各種温度信号とに応じて、圧縮機２１の運転及び周波数制御、暖房側循環ポンプ７及び貯湯側循環ポンプ３２の運転制御、熱動弁５、６、１６、貯湯側開閉弁２４、暖房側開閉弁２３の開閉制御、暖房側流量調整弁２６、貯湯側流量調整弁２７の弁開度制御などを行うものである。以下その動作を説明する。

〈貯湯運転〉
前記台所リモコン４６や風呂リモコン４７からの運転信号が、タンクユニットＢの制御装置Ｓ２に入力されると、その信号が制御装置Ｓ２からヒートポンプユニットＡの制御装置Ｓ１に伝達され、貯湯タンク３１内の湯水を沸き上げるための貯湯運転が行なわれる。

即ち、制御装置Ｓ１により貯湯側循環ポンプ３２が運転し、貯湯循環回路Ｃ２では、貯湯タンク３１内の底部→貯湯用循環ポンプ３２→貯湯側水冷媒熱交換器２２の水流路２２Ｂ→貯湯タンク３１内の上部の順に給湯用の湯水が流れ、貯湯タンク３１内には、上部ほど高温の湯が貯湯される。

一方、ヒートポンプユニットＡでは、制御装置Ｓ１が圧縮機２１を運転させて、貯湯側開閉弁２４を開放する共に、外気温センサＧＫにて検出した外気温度データに基づき、前記貯湯側流量調整弁２７を所定の弁開度に開かせ、貯湯側ヒートポンプ冷媒回路ＴＲにおける圧縮機２１→貯湯側開閉弁２４→貯湯側水冷媒熱交換器２２の冷媒流路２２Ａ→貯湯側流量調整弁２７→空気熱交換器２８→内部熱交換器２５のニ次流路２５Ｂ→アキュムレーター２９→圧縮機２１の順に二酸化炭素冷媒が流れる。このとき、暖房運転は行われないため、暖房側開閉弁２３は閉じられ、また、暖房側流量調整弁２６は下限の弁開度が維持される。

ここで、貯湯タンク３１の上部へ供給される湯の温度は、例えば約８５℃であるが、貯湯出口側温度センサ３３が検出する温度がこの温度になるように、圧縮機２１の周波数制御、貯湯側流量調整弁２７の弁開度制御が制御装置Ｓ１により行われる一方、貯湯側循環ポンプ３２の流量制御が制御装置Ｓ２により行われる。

上記した約８５℃の沸き上げ目標温度は、外気温度の低い冬季から春季の使用、又は寒冷地域の使用などでは、高温の湯の使用量が多く、かつ、水道水の温度も低い関係から、約９０℃に設定する場合もある。逆に外気温度が高い夏季から秋季の使用、又は温暖地域の使用などでは、高温の湯の使用量が少なく、かつ、水道水の温度も高い関係から、沸き上げ目標温度を低めの約６５℃程度に設定する場合もある。

前記貯湯タンク３１内に貯湯された高温水は、給水管４２からの約１０〜２０℃程度の水道水がミキシングバルブ４１に供給されて混合され、このミキシングバルブ４１にて利用部で要求される適度な温度に調整され、給湯管４０から台所や浴槽３７へのお湯張り等に利用される。そして、給湯が行われると、給水管４２から貯湯タンク３１内の底部に給水される。また、循環ポンプ３５、３６を運転することにより、貯湯タンク３１内の上部の高温水と浴槽３７の湯とを追焚用の水々熱交換器３４で熱交換し、浴槽３７の追焚きを行うこともできる。

以上のような通常の貯湯運転動作の場合では、最大で９．０ｋＷの能力があるヒートポンプユニットＡの圧縮機２１の能力が、例えば効率の良い６．０ｋＷ程度となるように、圧縮機２１の周波数制御、貯湯側流量調整弁２７の弁開度制御が制御装置Ｓ１により行われる。ここで、利用部への給湯によって、貯湯タンク３１内の使用可能な高温水の残湯量が約５０リットルに減少し、前記湯温検出センサ４５による検出湯温が約５５℃未満となって、所謂湯切れ寸前の緊急事態になったと判断された場合には、ヒートポンプユニットＡの圧縮機２１の能力が、最大の９．０ｋＷとなるように、フルパワーによる圧縮機２１の周波数制御、貯湯用流量調整弁２７の弁開度制御が制御装置Ｓ１により行われる。

〈床暖房運転〉
次に、床暖房パネル１又は２による床暖房を行う場合、その部屋の壁面等に取り付けられた床暖房リモコン３又は４の運転スイッチをオンにする。すると、運転開始信号を受けた制御装置Ｓ２によってこれに対応した熱動弁５又は６が開かれ、暖房用循環ポンプ７が運転し、暖房循環回路Ｃ１では、膨張タンク８→暖房用循環ポンプ７→暖房側水冷媒熱交換器９の水流路９Ｂ→熱動弁５又は６→床暖房パネル１又は２→膨張タンク８の順に暖房用の温水が流れる。

なお、前記バイパス弁１１は、熱動弁５又は６が開くのに時間がかかり、また熱動弁５又は６が故障している場合に開いて対応できるように、温水の一部を、バイパス管１０を介してバイパスさせるものであり、微少量の温水が流れる。

一方、前記床暖房リモコン３又は４の運転スイッチをオンにした際に、制御装置Ｓ２から運転信号が制御装置Ｓ１に伝達され、そこで、この制御装置Ｓ２は、ヒートポンプユニットＡの圧縮機２１を運転すると共に暖房側開閉弁２３を開き、冷媒回路Ｒでは、圧縮機２１→暖房側開閉弁２３→暖房側水冷媒熱交換器９の冷媒流路９Ａ→内部熱交換器２５の一次流路２５Ａ→暖房側流量調整弁２６→空気熱交換器２８→内部熱交換器２５の二次流路２５Ｂ→アキュムレーター２９→圧縮機２１の順に冷媒が流れる。

このとき、貯湯は行われないので、貯湯側開閉弁２４は閉じているため、貯湯側水冷媒熱交換器２２の冷媒流路２２Ａには冷媒は流れない。

前記床暖房パネル１又は２に供給される温水の目標温度は約６０〜６５℃であるが、暖房出口側センサ１２Ｂが検出する温水温度が、上記の目標温度になるように圧縮機２１の周波数制御、暖房側流量調整弁２６の弁開度制御が制御装置Ｓ１により行われる。

また、床暖房制御は、床暖房リモコン３又は４に搭載された室温センサ（図示せず）により室温を検出し、その検出室温と例えば約２０℃の設定温度との偏差に基づき熱動弁５又は６を開閉制御し、床暖房パネル１又は２への温水供給量を制御装置Ｓ２が制御する。

また、床暖房パネル１及び２の双方同時に床暖房を行う場合、床暖房リモコン３及び４の運転スイッチをオンにすることにより、上述と同様に熱動弁５及び６が開閉制御され、床暖房パネル１及び２の双方に同時に温水が供給され、床暖房パネル１及び２への温水供給量を個別に制御することにより、設置した各部屋における床暖房の個別制御が可能となっている。

上述の床暖房運転を行う場合、床暖房する部屋の温度が上昇して暖まってくると、床暖房パネル１、２からの放熱量が小さくなり、膨張タンク８から暖房側水冷媒熱交換器９の水流路９Ｂへは５０〜６０℃の温水が供給されることとなる。このため、暖房側水冷媒熱交換器９ではそれほど熱交換されず、冷媒温度も高温となって圧縮機２１に負荷がかかる。このような場合の冷媒の冷却機構として設けたのが内部熱交換器２５であり、内部熱交換器２５の一次流路２５Ａでの放熱分は同じ冷媒回路Ｒにある内部熱交換器２５の二次流路２５Ｂで再度吸収されるため、無駄なく、効率を落とすことなく、冷媒回路Ｒを構成できる。

〈浴室暖房運転〉
次に、浴室暖房用ファンコイル１３による浴室の温風暖房を行う場合、浴室暖房リモコン１４の運転スイッチをオンにする。すると、その運転開始信号が制御装置Ｓ２に送信され、この制御装置Ｓ２により浴室暖房用ファンコイル１３の入口部の熱動弁１５が開き、暖房用循環ポンプ７が運転を開始する。ここで、暖房循環回路Ｃ１では、膨張タンク８→暖房用循環ポンプ７→暖房側水冷媒熱交換器９の水流路９Ｂ→熱動弁１５→浴室暖房用ファンコイル１３→膨張タンク８の順に暖房用の温水が流れる。

ここで、バイパス弁１１は、熱動弁１５が開くのに時間がかかり、また熱動弁１５が故障している場合に開いて対応できるように、温水の一部を、バイパス管１０を介してバイパスさせるものであり、微少量の温水が流れる。

ヒートポンプユニットＡの動作と冷媒循環は床暖房運転と同様であり、貯湯は行われないので、貯湯側開閉弁２４は閉じており、貯湯側水冷媒熱交換器２２の冷媒流路２２Ａには冷媒は流れない。

前記浴室暖房用ファンコイル１３に供給される温水の目標温度は約８０℃であり、暖房出口側センサ１２Ｂが検出する温水温度が上記の目標温度になるように、前記圧縮機２１の周波数制御、暖房側流量調整弁２６の弁開度制御が制御装置Ｓ１により行われる。

また、前記制御装置Ｓ２による浴室暖房制御は、浴室暖房用ファンコイル１３に搭載された室温センサ（図示せず）により室温を検出し、検出室温と設定温度との偏差に基づいて、ファン回転数を制御すると共に、熱動弁１５を開閉制御することにより行われる。

以上のような床暖房運転又は浴室暖房運転動作の場合では、最大で９．０ｋＷの能力があるヒートポンプユニットＡの圧縮機２１の能力が、例えば７．０ｋＷ程度となるように、圧縮機２１の周波数制御、暖房側流量調整弁２６の弁開度制御が制御装置Ｓ１により行われる。

〈床暖房と浴室暖房の同時暖房運転〉
床暖房パネル１、２による床暖房と、浴室暖房用ファンコイル１３による浴室温風暖房を同時に行う場合、それぞれのリモコン３、４、１４の運転スイッチをオンにする。すると、制御装置Ｓ２により熱動弁５、６、１５が開き、暖房用循環ポンプ７が運転し、暖房循環回路Ｃ１では、膨張タンク８→暖房用循環ポンプ７→暖房側水冷媒熱交換器９の水流路９Ｂ→熱動弁５及び６→床暖房パネル１及び２→膨張タンク８の順に温水が流れると共に、膨張タンク８→暖房用循環ポンプ７→暖房側水冷媒熱交換器９の水流路９Ｂ→熱動弁１５→浴室暖房用ファンコイル１３→膨張タンク８の順に温水が流れる。

前記バイパス弁１１は、熱動弁５、６、１５が開くのに時間がかかり、また熱動弁５、６、１５が故障している場合に開いて対応できるように、温水の一部を、バイパス管１０を介してバイパスさせるものであり、微少量の温水が流れる。

ここで、暖房出口側温度センサ１２Ｂでの温水温度制御は約８０℃であるが、これでは床暖房パネル１、２に循環供給する暖房用の温水としては、温度が高すぎることになる。これを解決するために、混合熱動弁１６を開くことで約８０℃の温水に膨張タンク８からの中温水を混ぜ、床暖用温度センサ１８にて検出される温水の温度が約６０℃になるように制御している。

また、中温水を混ぜすぎて低温になった場合は、混合熱動弁１６を閉じ、床暖用温度センサ１８の検出温度に基づく熱動弁１６の開閉制御を制御装置Ｓ２が行う。

ヒートポンプユニットＡの動作と冷媒循環は床暖房運転又は浴室暖房運転と同様であり、貯湯は行われないので、貯湯側開閉弁２４は閉じており、貯湯側水冷媒熱交換器２２の冷媒流路２２Ａには冷媒は流れない。

以上のような床暖房及び浴室暖房の同時運転動作の場合では、最大で約９．０ｋＷの能力があるヒートポンプユニットＡの圧縮機２１の能力が、例えば約７．０ｋＷ程度となるように、圧縮機２１の周波数制御、暖房側流量調整弁２６の弁開度制御が制御装置Ｓ１により行われる。

〈貯湯運転と暖房運転の同時運転〉
貯湯運転と暖房運転の同時運転の場合、暖房用の温水の循環経路と貯湯用の湯水の循環経路は上述したとおりである。

この貯湯運転と暖房運転の同時運転時には、冷媒回路Ｒでは、制御装置Ｓ１により貯湯側開閉弁２３と暖房側開閉弁２４が共に開き、圧縮機２１→貯湯側開閉弁２４→貯湯側流量調整弁２７→空気熱交換器２８→内部熱交換器２５の二次側流路２５Ｂ→アキュムレーター２９→圧縮機２１の順に流れる貯湯側ヒートポンプ冷媒回路ＴＲと、圧縮機２１→暖房側開閉弁２３→暖房側水冷媒熱交換器９の冷媒流路９Ａ→内部熱交換器２５の一次側流路２５Ａ→暖房側流量調整弁２６→前記貯湯側流量調整弁２７と空気熱交換器２８との間
の冷媒流路に合流の順に流れる暖房側ヒートポンプ冷媒回路ＤＲとの双方に、冷媒が振り分けられて流れる。

このとき、暖房側水冷媒熱交換器９と貯湯側水冷媒熱交換器２２及び内部熱交換器２５で熱交換が行われる。

以上のような通常の貯湯運転と暖房運転の同時運転では、ヒートポンプユニットＡの圧縮機２１の能力が最大約９．０ｋＷのものであっても、放熱ロスなどが起因となって暖房効率が給湯効率よりも劣るため、例えば約７．７ｋＷ程度の実質能力となる。

そこで、この同時運転開始当初においては、圧縮機２１の能力を暖房側が約４．７ｋＷ、一方、貯湯側が約３．０ｋＷとなるように制御装置Ｓ１が振り分けて、圧縮機２１の周波数制御、暖房側流量調整弁２６と貯湯側流量調整弁２７のそれぞれの弁開度を制御することが、制御装置Ｓ１によって行われる。

即ち、ヒートポンプユニットＡ側の制御装置Ｓ１は、貯湯運転と暖房運転の同時運転当初に、暖房側ヒートポンプ冷媒回路ＤＲの暖房側流量調整弁２６の弁開度を、例えば上限で約４８０ステップとした場合、それよりも小さく、かつ、予め定められた、例えば約３２０ステップ程度に設定し、一方、貯湯側ヒートポンプ冷媒回路ＴＲの貯湯側流量調整弁２７の弁開度を、例えば上限で約４８０ステップとした場合、前記暖房側流量調整弁２６の弁開度よりも小さい弁開度、例えば約２４０ステップ程度に設定する弁開度制御を行う。

従って、圧縮機２１の能力は、貯湯運転と暖房運転の同時運転当初において、暖房側が優先され、暖房側流量調整弁２６の弁開度を貯湯側流量調整弁２７の弁開度よりも大きく設定して、同時運転が行われることから、圧縮機２１の能力配分、即ち二酸化炭素冷媒の加熱能力の配分において、暖房側が優先されるものである。そして、暖房側水冷媒熱交換器９へ流れる超臨界圧力となされた高温高圧の二酸化炭素の冷媒量は、貯湯側水冷媒熱交換器２２へ流れる冷媒量よりも多量であるため、貯湯運転と暖房運転の同時運転を可能にしながら、暖房循環回路Ｃ１における暖房側水冷媒熱交換器９の水流路９Ｂ出口側から流出する暖房用の温水温度の立ち上がりが良好となり、床暖房パネル１、２や浴室暖房用コイル１３の運転開始時における暖房特性を高めることができる。

また、床暖房パネル１、２にて暖房している部屋の温度や、浴室暖房用コイル１３にて暖房している浴室の温度が上昇し、それらの部屋が設定温度に達した場合や、それら暖房端末の運転が停止した場合には、暖房循環回路Ｃ１の負荷が減少する。

この場合、暖房側水冷媒熱交換器９の水流路９Ｂの入口側と出口側の双方にそれぞれ配された暖房入口側温度センサ１２Ａと暖房出口側温度センサ１２Ｂによるそれぞれの検出温度の差が減少し、この温度差が減少すると、前記制御装置Ｓ１は、暖房循環回路Ｃ１の負荷が減少したと判断(判断手段)し、暖房側流量調整弁２６の弁開度を、例えば同時運転開始当初の弁開度よりも1段階小さい弁開度にする一方、貯湯側流量調整弁２７の弁開度を、例えば同時運転開始当初の弁開度よりも1段階大きい弁開度となるように弁開度制御を行う。

その後、更に暖房入口側温度センサ１２Ａと暖房出口側温度センサ１２Ｂによるそれぞれの検出温度の差が減少した場合には、前記制御装置Ｓ１は、暖房循環回路Ｃ１の負荷が更に減少したと再び判断(判断手段)し、暖房側流量調整弁２６の弁開度を、例えば同時運転開始当初の弁開度よりも２段階小さい弁開度にする一方、貯湯側流量調整弁２７の弁開度を、例えば同時運転開始当初の弁開度よりも２段階大きい弁開度となるように弁開度制御を行う。

ここで、上述とは逆に、前記した暖房端末の運転が再開した場合には、暖房循環回路Ｃ１の負荷が増加する。この場合、暖房側水冷媒熱交換器９の水流路９Ｂの入口側と出口側の双方にそれぞれ配された暖房入口側温度センサ１２Ａと暖房出口側温度センサ１２Ｂによるそれぞれの検出温度の差が増加し、この温度差が増加すると、前記制御装置Ｓ１は、暖房循環回路Ｃ１の負荷が増加したと判断(判断手段)し、暖房側流量調整弁２６の弁開度を、例えば1段階大きい弁開度に戻す一方、貯湯側流量調整弁２７の弁開度を、例えば1段階小さい弁開度に戻すように弁開度制御を行う。

その後、更に暖房入口側温度センサ１２Ａと暖房出口側温度センサ１２Ｂによるそれぞれの検出温度の差が増加した場合には、前記制御装置Ｓ１は、暖房循環回路Ｃ１の負荷が更に増加したと判断(判断手段)し、暖房側流量調整弁２６の弁開度を、例えば同時運転開始当初の弁開度に戻す一方、貯湯側流量調整弁２７の弁開度も、例えば同時運転開始当初の弁開度に戻るように弁開度制御を行う。従って、暖房側の負荷の変動に応じて、暖房側流量調整弁２６と貯湯側流量調整弁２７のそれぞれの弁開度を調整し、暖房側の負荷が減少した際には、圧縮機２１の能力を、能力余裕側から能力不足側へ移行させる配分調整が可能となり、貯湯運転と暖房運転のそれぞれの状況に対応した能力配分を実行できる。

以上本発明の一実施例に基づいて説明したが、上述の説明に基づいて当業者にとって種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で前述の種々の代替例、修正又は変形を包含するものである。

ヒートポンプ式給湯暖房装置の全体系統図である。

符号の説明

Ａ ヒートポンプユニット
Ｂ タンクユニット
Ｃ１ 暖房循環回路
Ｃ２ 貯湯循環回路
Ｒ 冷媒回路
ＤＲ 暖房側ヒートポンプ冷媒回路
ＴＲ 貯湯側ヒートポンプ冷媒回路
９ 暖房側水冷媒熱交換器
１２Ａ 暖房入口側温度センサ
１２Ｂ 暖房出口側温度センサ
２１ 圧縮機
２２ 貯湯側水冷媒熱交換器
２６ 暖房側流量調整弁
２７ 貯湯側流量調整弁
２８ 空気熱交換器
３１ 貯湯タンク
３２ 貯湯用循環ポンプ

Claims (3)

1. 圧縮機、貯湯側水冷媒熱交換器、貯湯側流量調整弁及び空気熱交換器を冷媒配管によりループ状に接続して構成し、二酸化炭素を冷媒として用いた貯湯側ヒートポンプ冷媒回路と、
   前記圧縮機の吐出側の冷媒流路から分岐し、暖房側水冷媒交換器及び暖房側流量調整弁を冷媒配管により接続して構成し、かつ、前記貯湯側流量調整弁と空気熱交換器との間の冷媒流路に合流させた暖房側ヒートポンプ冷媒回路と、
   貯湯運転時に前記貯湯側水冷媒熱交換器と貯湯タンクとの間でこの貯湯タンク内の湯水を循環させて沸き上げる貯湯循環回路と、
   暖房運転時に前記暖房側水冷媒熱交換器と暖房端末との間で暖房用の温水を循環させて暖房を行う暖房循環回路と、
   前記貯湯側流量調整弁及び暖房側流量調整弁の弁開度を制御し、前記圧縮機からの冷媒の流れを前記貯湯側ヒートポンプ冷媒回路と暖房側ヒートポンプ冷媒回路とに振り分ける手段を有する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、貯湯運転と暖房運転との同時運転開始当初に、暖房側ヒートポンプ冷媒回路の暖房側流量調整弁の弁開度を、貯湯側ヒートポンプ冷媒回路の貯湯側流量調整弁の弁開度よりも大きくすることを特徴とするヒートポンプ式給湯暖房装置。
2. 圧縮機、貯湯側水冷媒熱交換器、貯湯側流量調整弁及び空気熱交換器を冷媒配管によりループ状に接続して構成し、二酸化炭素を冷媒として用いた貯湯側ヒートポンプ冷媒回路と、
   前記圧縮機の吐出側の冷媒流路から分岐し、暖房側水冷媒交換器及び暖房側流量調整弁を冷媒配管により接続して構成し、かつ、前記貯湯側流量調整弁と空気熱交換器との間の冷媒流路に合流させた暖房側ヒートポンプ冷媒回路と、
   貯湯運転時に前記貯湯側水冷媒熱交換器と貯湯タンクとの間でこの貯湯タンク内の湯水を循環させて沸き上げる貯湯用循環回路と、
   暖房運転時に前記暖房側水冷媒熱交換器と暖房端末との間で暖房用の温水を循環させて暖房を行う暖房循環回路と、
   前記貯湯側流量調整弁及び暖房側流量調整弁の弁開度を制御し、前記圧縮機からの冷媒の流れを前記貯湯側ヒートポンプ冷媒回路と暖房側ヒートポンプ冷媒回路とに振り分ける手段を有する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、貯湯運転と暖房運転とを同時に行う同時運転開始当初に、暖房側ヒートポンプ冷媒回路の暖房側流量調整弁の弁開度を、貯湯側ヒートポンプ冷媒回路の貯湯側流量調整弁の弁開度よりも大きくし、かつ、その後は前記暖房循環回路側の負荷の増減に応じて暖房側流量調整弁及び貯湯側流量調整弁の弁開度を調整する構成としたことを特徴とするヒートポンプ式給湯暖房装置。
3. 前記制御装置は、暖房循環回路における負荷の増減の判断を、前記暖房側水冷媒熱交換器の温水側入口温度と温水側出口温度との差温に基づいて行う判断手段を備えたことを特徴とする請求項２に記載のヒートポンプ式給湯暖房装置。

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