JP6281736B2 - ヒートポンプ給湯装置 - Google Patents

Description

本発明はヒートポンプ給湯装置に関し、特に冷媒回路を流れる冷媒量を調整するものに関する。

従来から、冷媒を利用した熱交換式のヒートポンプ給湯装置が一般に広く普及している。この種のヒートポンプ給湯装置は、ヒートポンプ式熱源機、湯水を貯留する貯湯タンク、ヒートポンプ式熱源機と貯湯タンクとの間に湯水を循環する為の加熱循環回路等を備え、夜間割引の安価な電力を利用して、貯湯タンク内の湯水を加熱循環回路に循環させてヒートポンプ式熱源機で加熱して、その加熱された湯水を貯湯タンク内に戻して貯留しておき、蛇口や風呂等の所望の給湯先に給湯するものである。

上記のヒートポンプ式熱源機は、圧縮機、湯水加熱用熱交換器（凝縮熱交換器）、膨張手段（膨張弁、膨張装置）、外気熱吸収用熱交換器（蒸発熱交換器）が冷媒回路を介して接続されることで構成され、冷媒回路に封入された冷媒を利用して湯水加熱運転が行われる。この湯水加熱運転では、圧縮機と蒸発熱交換器用の送風ファンとが夫々駆動され、湯水加熱用熱交換器により冷媒と湯水との間で熱交換が行われて湯水が加熱される。

上記の湯水加熱用熱交換器においては、圧縮機から高温高圧の気相状態の冷媒が送り込まれ、この気相状態の冷媒は湯水と熱交換することで温度が低下して凝縮し、液相状態の冷媒となって膨張手段に送り込まれる。

ところで、湯水加熱運転としては、貯湯槽の下部の低温の湯水を加熱して貯湯槽の上部に戻す給湯運転モード、暖房端末から戻された湯水を加熱して暖房端末に戻す暖房運転モード等がある。給湯運転モードでは、湯水加熱用熱交換器には低温の湯水が流入し、この低温の湯水は、先ずは冷媒通路の下流側を流れる液相状態の冷媒と熱交換され、次に、冷媒通路の上流側を流れる気相状態の冷媒と熱交換される。給湯運転モードでは、一般的に液相状態の冷媒温度より湯水の入水温度が低いので、液相状態の冷媒から熱を吸熱して過冷却度を大きくとることで熱交換効率を向上させている。

一方、暖房運転モードでは、暖房端末から比較的高温の湯水が湯水加熱用熱交換器に流入する。このため、湯水の入水温度は液相状態の冷媒温度より高い場合が多いので、液相状態の冷媒とは熱交換できず、過冷却度をとることができない。

このように、給湯運転モードと暖房運転モードでは、湯水加熱用熱交換器に要求される加熱負荷が相違する為に、湯水加熱用熱交換器の必要熱交換性能及び適正な冷媒流量が異なるので、湯水加熱用熱交換器に最適な冷媒流量を供給しない場合には、無駄な冷媒流量が生じてしまい、ヒートポンプ給湯装置の運転効率が悪化するという問題がある。

上記の問題を解決する為に、例えば、特許文献１の冷蔵庫では、複数の径の異なる毛細管と、複数の冷媒流路と、この複数の冷媒流路を切換可能であり、複数の冷媒流路のうちの少なくとも１つの冷媒流路の流路面積を変更可能な電子式三方弁等を備えた減圧装置（電子膨張弁）が設けられ、加熱負荷に応じて電子式三方弁を制御することで冷媒流量を調整する技術が開示されている。

特開２００３−４２６２８号公報

しかし、特許文献１の冷蔵庫のように、複数の毛細管や電子式三方弁等を組み合わせて構成された減圧装置を採用すると、従来の膨張弁と比較して部品点数が増加し、構造も複雑化してコスト高となる上、減圧装置の制御には負荷が大きくなるという問題がある。また、湯水の加熱は湯水加熱用熱交換器の伝熱面積にも依存するので、湯水加熱運転の運転モードや要求加熱負荷に応じて伝熱面積を変更することが望ましい。

本発明の目的は、冷媒流量の調整を低コストで且つ容易に実現可能なヒートポンプ給湯装置を提供すること、湯水加熱用熱交換器の伝熱面積を調整可能なヒートポンプ給湯装置を提供すること、等である。

請求項１のヒートポンプ給湯装置は、圧縮機と湯水加熱用熱交換器と膨張手段と蒸発熱交換器とを冷媒回路で接続したヒートポンプ式熱源機を備えたヒートポンプ給湯装置において、前記湯水加熱用熱交換器は、前記冷媒回路の一部を構成する冷媒通路と湯水通路とを有する単一の液々熱交換器で構成され、前記湯水加熱用熱交換器内の前記冷媒通路の途中の分岐点から分岐して前記湯水加熱用熱交換器と前記膨張手段との間において前記冷媒回路に接続した分岐冷媒通路を備え、前記冷媒通路に冷媒を流し且つ前記分岐冷媒通路に冷媒を流さない状態と、前記分岐冷媒通路に冷媒を流し且つ前記分岐点より下流の冷媒通路部分に冷媒を流さない状態とに択一的に選択可能な選択手段を設けたことを特徴としている。

請求項１の発明によれば、湯水加熱用熱交換器は、冷媒回路の一部を構成する冷媒通路と湯水通路とを有する単一の液々熱交換器で構成され、湯水加熱用熱交換器内の冷媒通路の途中の分岐点から分岐して湯水加熱用熱交換器と膨張手段との間において冷媒回路に接続した分岐冷媒通路を備え、前記冷媒通路に冷媒を流し且つ前記分岐冷媒通路に冷媒を流さない状態と、前記分岐冷媒通路に冷媒を流し且つ前記分岐点より下流の冷媒通路部分に冷媒を流さない状態とに択一的に選択可能な選択手段を設けたので、選択手段によって分岐冷媒通路に冷媒を流すことを選択すると、分岐冷媒通路が分岐した分岐部（分岐点）から下流側において冷媒通路に冷媒が強制的に滞留され、湯水加熱用熱交換器の伝熱面積が低減する。

従って、一部の冷媒通路に冷媒を強制的に封止することで、湯水加熱用熱交換器を流れる冷媒量が低減すると共に冷媒通路の一部が熱交換されなくなるので、湯水加熱用熱交換器の熱交換性能を調整することができる。既存の湯水加熱用熱交換器の冷媒通路を利用することができるので、湯水加熱用熱交換器の冷媒流量の調整を低コストで且つ容易に実現することができる。

本発明の実施例１に係るヒートポンプ給湯装置の概略構成図である。 湯水加熱運転制御に係るフローチャートである。 実施例２に係る湯水加熱運転制御に係るフローチャートである。 実施例３に係るヒートポンプ給湯装置の概略構成図である。

以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。

先ず、ヒートポンプ給湯装置１の全体構成について説明する。
図１に示すように、ヒートポンプ給湯装置１は、湯水を貯留する貯湯タンク５を備えた貯湯ユニット２、ヒートポンプ式熱源機３０を備えたヒートポンプユニット３、貯湯タンク５の下部から取り出した低温水をヒートポンプユニット３の湯水加熱用熱交換器３２によって加熱して貯湯タンク５の上部に戻す加熱循環回路４等から構成されている。

次に、貯湯ユニット２について説明する。
図１に示すように、貯湯ユニット２は、貯湯、給湯、床暖房パネル等の温水暖房端末への温水の供給、風呂の追い焚き等の機能を有するものであり、貯湯タンク５、燃焼式の補助熱源機６、第１，第２熱交換器７，８、加熱循環回路４、給水通路１１、出湯通路１２、風呂給湯追焚回路１３、温水暖房回路１４、熱利用循環回路１５、主制御ユニット１６等を備え、これら大部分は外装ケース１７内に一体的に収納されて構成されている。

貯湯タンク５は、ヒートポンプユニット３で加熱された高温の温水（例えば、８０〜９０℃）を貯留可能な密閉タンクで構成され、貯留された湯水の放熱を防ぐ為にタンク周囲は断熱材で覆われている。貯湯タンク５内の複数の貯留層の湯水の温度が複数の貯湯水温度センサ５ａ〜５ｄにより検出される。

補助熱源機６は、バーナー６ａや熱交換器６ｂ等を内蔵した公知のガス給湯器で構成されている。補助熱源機６は、貯湯タンク５内の湯水温度が設定温度以下の場合等の特別な場合に限り、主制御ユニット１６から指令が送信されて燃焼作動され、湯水を加熱するものである。

第１熱交換器７は、風呂給湯追焚回路１３を流れる浴槽水を加熱するものであり、熱利用循環回路１５の一部となる熱交換通路部７ａと、風呂給湯追焚回路１３の一部となる熱交換通路部７ｂとを有している。

第２熱交換器８は、温水暖房回路１４を流れる暖房水を加熱するものであり、熱利用循環回路１５の一部となる熱交換通路部８ａと、温水暖房回路１４の一部となる熱交換通路部８ｂとを有している。

次に、加熱循環回路４について説明する。
図１に示すように、加熱循環回路４は、貯湯タンク５と湯水加熱用熱交換器３２との間に湯水を循環させる閉回路であり、往き側通路部４ａ、上流戻り側通路部４ｂ、下流戻り側通路部４ｃを有し、貯湯タンク５の下部に上流端が接続され、湯水加熱用熱交換器３２を経由して、貯湯タンク５の上部に下流端が接続されている。往き側通路部４ａには、湯水循環ポンプ１８と熱交換器入口センサ４ｄが設置され、上流戻り側通路部４ｂには、熱交換器出口センサ４ｅが設置されている。

次に、給水通路１１と出湯通路１２について説明する。
給水通路１１は、上水源から低温の上水を貯湯タンク５に供給するものであり、上水源に上流端が接続され、貯湯タンク５の下部に下流端が接続されている。給水通路１１には、逆止弁１１ａが設置されている。

出湯通路１２は、貯湯タンク５内に貯湯された湯水を風呂等の所望の給湯先に供給するものであり、高温の湯水が流れる上流出湯通路部１２ａ及び中間出湯通路部１２ｂ、水と高温の湯水が混合された混合湯水が流れる下流出湯通路部１２ｃを有し、貯湯タンク５の上部に上流端が接続され、給湯栓に下流端が接続されている。

中間出湯通路部１２ｂと下流出湯通路部１２ｃとの間には混合弁２１が設置され、この混合弁２１に給水通路１１から分岐したバイパス通路２２が接続されている。混合弁２１は、出湯温度が指令温度になるように水と高温の湯水の混合比を制御するものである。バイパス通路２２には、逆止弁２２ａが設置されている。

バイパス通路２２から混合弁２１を介さずに下流出湯通路部１２ｃへ直接接続する高温回避通路２３が分岐され、この高温回避通路２３には、高温回避電磁弁２３ａが設置されている。この高温回避通路２３によって、下流出湯通路部１２ｃに上水源から低温の上水を直接供給することができる。

次に、風呂給湯追焚回路１３と温水暖房回路１４について説明する。
図１に示すように、風呂給湯追焚回路１３は、風呂の浴槽水を追い焚きする回路であり、戻り側通路部１３ａ、往き側通路部１３ｂを有している。往き側通路部１３ｂには、第１熱交換器７の熱交換通路部７ｂが設置されている。戻り側通路部１３ａと往き側通路部１３ｂの間には、風呂循環ポンプ１３ｃが設置されている。

温水暖房回路１４は、床暖房パネルや浴室乾燥機等に供給される暖房水を循環させる回路であり、戻り側通路部１４ａ、往き側共通通路部１４ｂ、往き側高温通路部１４ｃ、往き側低温通路部１４ｄを有している。往き側共通通路部１４ｂには、第２熱交換器８の熱交換通路部８ｂが設置されている。戻り側通路部１４ａと往き側共通通路部１４ｂの間には、暖房循環ポンプ１４ｅが設置されている。尚、往き側高温通路部１４ｃは、浴室乾燥機等に高温の暖房水を供給するものであり、往き側低温通路部１４ｄは、床暖房パネル等に低温の暖房水を供給するものである。

次に、熱利用循環回路１５について説明する。
図１に示すように、熱利用循環回路１５は、湯水を循環させて風呂給湯追焚回路１３や温水暖房回路１４との間で熱交換を行う閉回路であり、加熱循環回路４の往き側通路部４ａ及び上流戻り側通路部４ｂ、湯水往き側通路部１５ａ、追焚回路側通路部１５ｂ、暖房回路側通路部１５ｃ、湯水戻り側通路部１５ｄを有している。湯水往き側通路部１５ａに、補助熱源機６が設置されている。

上流戻り側通路部４ｂの下流端と下流戻り側通路部４ｃの上流端と湯水往き側通路部１５ａの上流端との合流部には、第１三方弁２５が設置され、この第１三方弁２５は、上流戻り側通路部４ｂと下流戻り側通路部４ｃとの間の接続・遮断及び上流戻り側通路部４ｂと湯水往き側通路部１５ａとの間の接続・遮断を切換可能なものである。

追焚回路側通路部１５ｂの途中部には、第１熱交換器７の熱交換通路部７ａが介装され、暖房回路側通路部１５ｃの途中部には、第２熱交換器８の熱交換通路部８ａが介装されている。追焚回路側通路部１５ｂの下流端と暖房回路側通路部１５ｃの下流端と湯水戻り側通路部１５ｄとの合流部には、第２三方弁２６が設置され、この第２三方弁２６は、追焚回路側通路部１５ｂと湯水戻り側通路部１５ｄとの間の接続・遮断及び暖房回路側通路部１５ｃと湯水戻り側通路部１５ｄとの間の接続・遮断を切換可能なものである。

湯水循環ポンプ１８を介して湯水が、往き側通路部４ａから湯水加熱用熱交換器３２に流入し、熱交換後の高温の湯水が、上流戻り側通路部４ｂと湯水往き側通路部１５ａを通り、追焚回路側通路部１５ｂ又は暖房回路側通路部１５ｃを流れて第１，第２熱交換器７，８に送られ、この第１，第２熱交換器７，８で熱交換された湯水は、湯水戻り側通路部１５ｄを通って往き側通路部４ａに戻される。

湯水往き側通路部１５ａから分岐した分岐通路部１５ｅが、出湯通路１２の上流出湯通路部１２ａと中間出湯通路部１２ｂとの間に接続されている。この合流部には、第３三方弁１９が設置されている。この分岐通路部１５ｅによって補助熱源機６で加熱した湯水を出湯通路１２に供給することができる。

次に、ヒートポンプユニット３について説明する。
図１に示すように、ヒートポンプユニット３は、圧縮機３１と、湯水加熱用熱交換器３２と、膨張弁３３と、外気熱吸収用熱交換器３４とを有し、これら機器が冷媒回路３５を介して接続されヒートポンプ式熱源機３０を構成し、冷媒回路３５に収容された冷媒を利用して湯水加熱運転を行う。

ヒートポンプユニット３は、さらに送風モータ３６ａで駆動される外気熱吸収用熱交換器３４用の送風ファン３６と、主制御ユニット１６に接続され且つヒートポンプユニット３を制御する補助制御ユニット３７と、これらを収納する外装ケース３８等を備えている。

圧縮機３１は、気相状態の冷媒を断熱圧縮して温度を上昇させる公知の密閉型圧縮機である。

湯水加熱用熱交換器３２は、冷媒回路３５の一部を構成する冷媒通路４１と湯水通路４２とを有する単一の液々熱交換器で構成され、湯水加熱運転時には、冷媒通路４１を流れる冷媒と加熱循環回路４から湯水通路４２に供給される湯水との間で熱交換され、湯水は加熱され、冷媒は冷却され液化する。この湯水加熱用熱交換器３２の具体的な構造については後述する。

膨張弁３３（膨張手段に相当する）は、液相状態の冷媒を断熱膨張させ温度低下させるものである。この膨張弁３３は、絞り量が可変な制御弁からなる。

外気熱吸収用熱交換器３４（蒸発熱交換器に相当する）は、冷媒回路３５に含まれる蒸発器冷媒通路３４ａを有し、この蒸発器冷媒通路３４ａは複数のフィンと伝熱管からなる。この外気熱吸収用熱交換器３４において、蒸発器冷媒通路３４ａを流れる冷媒と外気との間で熱交換され、冷媒は外気から吸熱して気化する。

冷媒回路３５は、圧縮機３１と湯水加熱用熱交換器３２間を接続する冷媒配管３５ａ、湯水加熱用熱交換器３２と膨張弁３３間を接続する冷媒配管３５ｂ、膨張弁３３と外気熱吸収用熱交換器３４間を接続する冷媒配管３５ｃ、外気熱吸収用熱交換器３４と圧縮機３１間を接続する冷媒配管３５ｄ等から構成されている。

ヒートポンプユニット３の湯水加熱運転時において、圧縮機３１により高圧に圧縮された加熱状態の冷媒は、湯水加熱用熱交換器３２に送られ、湯水循環ポンプ１８の駆動により貯湯タンク５から往き側通路部４ａを経て熱交換器通路部３３ａに流入した水と熱交換してその水を暖め、温度が低下した冷媒は膨張弁３３に送られる。加熱された湯水は、上流戻り側通路部４ｂ、下流戻り側通路部４ｃを通って貯湯タンク５に貯留され、湯水加熱用熱交換器３２を経由する加熱動作を繰り返すことで貯湯タンク５に高温の湯水が貯留される（図１参照）。

次に、制御ユニット４０について説明する。
図１に示すように、ヒートポンプ給湯装置１は、主制御ユニット１６と補助制御ユニット３７からなる制御ユニット４０によって制御される。各種のセンサの検出信号が制御ユニット４０に送信され、この制御ユニット４０により、貯湯ユニット２とヒートポンプユニット３の動作、各種のポンプの作動・停止、各種の弁の開閉状態の切り換え及び開度調整等を制御し、各種運転（湯水加熱運転、風呂注湯運転、風呂追い焚き運転、暖房運転等）を実行する。

主制御ユニット１６は、ユーザーが操作可能な操作リモコン３９との間でデータ通信可能であり、操作リモコン３９のスイッチ操作により目標給湯温度が設定されると、その目標給湯温度データが操作リモコン３９から主制御ユニット１６に送信される。補助制御ユニット３７は、主制御ユニット１６との間でデータ通信可能であり、主制御ユニット１６からの指令に従ってヒートポンプユニット３の各種機器（圧縮機３１、送風モータ３６ａ、開閉弁４３等）の駆動制御を行う。

次に、本発明に係る湯水加熱用熱交換器３２の具体的な構造について説明する。
図１に示すように、湯水加熱用熱交換器３２において、湯水通路４２と伝熱可能な冷媒通路４１は、並列状に配置された複数（例えば２つ）の冷媒通路部４１ａ，４１ｂを備えている。各冷媒通路部４１ａ，４１ｂの上流端は、冷媒配管３５ａの下流端に夫々接続され、各冷媒通路部４１ａ，４１ｂの下流端は、冷媒配管３５ｂの上流端に夫々接続されている。前記湯水加熱用熱交換器３２内の単一の湯水通路４２の上流端は、往き側通路部４ａの下流端に接続され、湯水通路４２の下流端は、上流戻り側通路部４ｂの上流端に接続されている。

複数の冷媒通路部４１ａ，４１ｂのうちの一部の冷媒通路部４１ａに電磁式の開閉弁４３（閉止手段に相当する）が設けられている。この開閉弁４３は、冷媒通路部４１ａにおいて熱交換されて気相状態から液相状態となった冷媒が流れる下流側部分に設けられ、補助制御ユニット３７の指令に基づいて開閉駆動される。

開閉弁４３が閉止状態の場合、冷媒通路部４１ｂにのみ冷媒が流れ（図１矢印参照）、冷媒通路部４１ａには冷媒が強制的に滞留される。この滞留される冷媒量は、冷媒回路３５に封止された冷媒の総量が例えば２００ｇの場合、２０〜４０ｇ程度であるが、特にこの冷媒量に限定する必要はない。

次に、要求加熱負荷の低下に応じて冷媒流量の調整を行う湯水加熱運転制御について、図２のフローチャートに基づいて説明する。尚、図中の符号Ｓｉ（ｉ=１，２，・・）は各ステップを示す。この湯水加熱運転制御の制御プログラムは、制御ユニット４０に予め格納されている。

図２のフローチャートにおいて、この制御が開始されると、最初にＳ１において、操作リモコン３９の操作や各種のセンサの検出信号に基づいて湯水加熱開始条件成立か否か判定される。湯水加熱運転を開始する為の条件が成立している場合は、つまり、Ｓ１の判定がＹｅｓの場合、Ｓ２に移行し、Ｓ１の判定がＮｏのうちはＳ１を繰り返す。

次に、Ｓ２において、ヒートポンプ式熱源機３０に対する要求加熱負荷が設定値以上か否か判定する。尚、要求加熱負荷の設定値としては、例えば、湯水加熱用熱交換器３２に流入する湯水温度を３０℃とした場合、この湯水を８０℃まで加熱する為に必要な加熱量を基準値として設定する。

つまり、湯水加熱用熱交換器３２に流入する湯水温度が３０℃未満の場合（加熱前後の温度差が大きくなる場合）、８０℃まで加熱する為に必要な加熱量が多くなるので、要求加熱負荷が設定値を上回り、湯水温度が３０℃以上の場合（加熱前後の温度差が小さくなる場合）、８０℃まで加熱する為に必要な加熱量が少なくなるので、要求加熱量が設定値を下回ることになる。

具体的には、熱交換器入口センサ４ｄの検出信号を読み込み、湯水加熱用熱交換器３２に流入する湯水の温度を検出する。湯水の温度が例えば１５℃の場合、８０℃まで加熱する為の加熱量は多く必要となるので、要求加熱負荷が設定値以上となってＳ２の判定がＹｅｓとなり、Ｓ３に移行し、湯水の温度が例えば４０℃の場合、８０℃まで加熱する為の加熱量は少ないので、要求加熱負荷が設定値以下となってＳ２の判定がＮｏとなり、Ｓ４に移行する。

次に、Ｓ３において、湯水加熱運転を強湯水加熱モードに設定する。この強湯水加熱モードでは、補助制御ユニット３７によって、開閉弁４３を開放状態に設定し、Ｓ５に移行する。このＳ３では、湯水加熱用熱交換器３２の複数の冷媒通路部４１ａ，４１ｂの全てに冷媒を流すように設定して、湯水加熱用熱交換器３２の伝熱面積を増加させる。

一方、Ｓ４において、湯水加熱運転を弱湯水加熱モードに設定する。この弱湯水加熱モードでは、補助制御ユニット３７によって、開閉弁４３を閉止状態に設定し、Ｓ５に移行する。このＳ４では、湯水加熱用熱交換器３２の２つの冷媒通路部４１ａ，４１ｂのうちの一方の冷媒通路部４１ａに冷媒を滞留させるように設定して、湯水加熱用熱交換器３２の伝熱面積を低減させる。

尚、要求加熱負荷が設定値以上か否かの判定を熱交換器入口センサ４ｄの検出信号に基づいて行っているが、特にこれに限定する必要はなく、貯湯タンク５や熱利用循環回路１５に設置された各種のセンサの検出信号に基づいて、要求加熱負荷が設定値以上か否かの判定を行い、湯水加熱用熱交換器３２の伝熱面積（熱交換性能）を調整しても良い。

そして、Ｓ５において、補助制御ユニット３３によって、送風ファン３６を駆動し、圧縮機３１を駆動することで、Ｓ３で設定された強湯水加熱モード又はＳ４で設定された弱湯水加熱モードで湯水加熱運転を開始し、湯水加熱用熱交換器３２において流れる冷媒と湯水との間で熱交換し、湯水を加熱する。

次に、本発明のヒートポンプ給湯装置１の作用及び効果について説明する。
湯水加熱運転における要求加熱負荷の低下に応じて開閉弁４３を閉止すると、湯水加熱用熱交換器３２の一部の冷媒通路部４１ａに冷媒を強制的に封じ込めることができる。冷媒を封止した場合、冷媒回路３５を流れる冷媒量が低減し、湯水加熱用熱交換器３２の伝熱面積が減少するので、圧縮機３１及び膨張弁３３の設定を変更せずとも、湯水加熱用熱交換器３２の熱交換性能が低減する。

以上説明したように、湯水加熱用熱交換器３２は、冷媒回路３５の一部を構成する冷媒通路４１と湯水通路４２とを有する液々熱交換器で構成され、冷媒通路４１は、複数の冷媒通路部４１ａ，４１ｂを備え、複数の冷媒通路部４１ａ，４１ｂのうちの一部の冷媒通路部４１ａに開閉弁４３を設けたので、開閉弁４３によって一部の冷媒通路部４１ａを閉止すると、この冷媒通路部４１ａに冷媒が強制的に滞留され、湯水加熱用熱交換器３２の伝熱面積が低減する。

従って、冷媒通路部４１ａに冷媒を強制的に封止することで、湯水加熱用熱交換器３２を流れる冷媒量が低減すると共に冷媒通路４１の一部が熱交換されなくなるので、湯水加熱用熱交換器３２の熱交換性能を調整することができる。既存の湯水加熱用熱交換器３２の冷媒通路４１を利用することができるので、湯水加熱用熱交換器３２の冷媒流量の調整を低コストで且つ容易に実現することができる。

また、湯水加熱運転における要求加熱負荷の低下に応じて開閉弁４３を閉止させるので、要求加熱負荷が低い場合には、開閉弁４３を閉止して湯水加熱用熱交換器３２を流れる冷媒量及び熱交換性能を低減させる。故に、冷媒を無駄に供給するのを防いで加熱能力を必要以上に高めるのを防止することができるので、ヒートポンプ給湯装置１の運転効率が向上する。

次に、実施例１の湯水運転制御を部分的に変更した実施例２について説明する。尚、実施例１では、湯水加熱運転における要求加熱負荷の低下に応じて開閉弁４３を閉止させているが、実施例２では、湯水加熱運転における貯湯槽５の下部の低温の湯水を加熱して貯湯槽５の上部に戻す給湯運転モードでは開閉弁４３を開放し、第２熱交換器８から戻された湯水を加熱して第２熱交換器８に戻して暖房水を加熱する暖房運転モードでは開閉弁４３を閉止するように制御する。

ここで、給湯運転モード又は暖房運転モードに応じて冷媒流量の調整を行う湯水加熱運転制御について、図３のフローチャートに基づいて説明する。この湯水加熱運転制御の制御プログラムは、制御ユニット４に予め格納されている。尚、Ｓ１，Ｓ５は、実施例１と同様であるので、説明は省略する。

先ずは、Ｓ１０において、制御ユニット４０からの指令が給湯運転モードか否かを判定する。給湯運転モードの場合、つまり、Ｓ１０の判定がＹｅｓの場合では、Ｓ１１に移行し、暖房運転モードの場合、つまり、Ｓ１０の判定がＮｏの場合では、Ｓ１２に移行する。

次に、Ｓ１１において、湯水加熱運転を給湯運転モードに設定する。この給湯運転モードでは、補助制御ユニット３７によって、開閉弁４３を開放状態に設定し、Ｓ５に移行する。このＳ１１では、湯水加熱用熱交換器３２の複数の冷媒通路部４１ａ，４１ｂの全てに冷媒を流すように設定して、湯水加熱用熱交換器３２の伝熱面積を増加させる。

一方、Ｓ１２において、湯水加熱運転を暖房運転モードに設定する。この暖房運転モードでは、補助制御ユニット３７によって、開閉弁４３を閉止状態に設定し、Ｓ５に移行する。このＳ１２では、湯水加熱用熱交換器３２の２つの冷媒通路部４１ａ，４１ｂのうちの一方の冷媒通路部４１ａに冷媒を滞留させるように設定して、湯水加熱用熱交換器３２の伝熱面積を低減させる。

このように、この湯水加熱運転制御によれば、湯水加熱運転における給湯運転モードでは開閉弁４３を開放し、暖房運転モードでは開閉弁４３を閉止させるので、給湯運転モードでは、湯水加熱用熱交換器３２の冷媒流量及び熱交換性能を増加させ、暖房運転モードでは、湯水加熱用熱交換器３２の冷媒流量及び熱交換性能を低減させる。故に、冷媒を無駄に供給するのを防いで加熱能力を必要以上に高めるのを防止することができるので、ヒートポンプ給湯装置１の運転効率が向上する。その他の構成、作用及び効果は、前記実施例１と同様であるので説明は省略する。

次に、実施例１のヒートポンプ給湯装置１を部分的に変更した実施例３について、図４に基づいて説明する。尚、実施例１では、湯水加熱用熱交換器３２の冷媒通路４１が、並列状に配置された複数の冷媒通路部４１ａ，４１ｂを備えた構造について説明したが、実施例３では、湯水加熱用熱交換器３２Ａの冷媒通路４１Ａの途中の分岐点Ａから分岐する分岐冷媒通路５１を備えた構造について説明する。

図１に示すように、ヒートポンプ式熱源機２０は、湯水通路４２と伝熱可能な冷媒通路４１Ａから分岐して湯水加熱用熱交換器３２Ａと膨張弁３３との間において冷媒回路３５の冷媒配管３５ｂに接続した分岐冷媒通路５１を備えている。冷媒通路４１Ａは、分岐冷媒通路５１が分岐した分岐部（分岐点Ａ）より上流側の上流冷媒通路部４１Ａａ，分岐部（分岐点Ａ）より下流側の下流冷媒通路部４１Ａｂを有する。下流冷媒通路部４１Ａｂには、熱交換されて気相状態から液相状態となった冷媒が流れる。分岐点Ａは、冷媒通路４１Ａの略中心部に位置するが、特にこの位置に限定する必要はない。

分岐冷媒通路５１と冷媒配管３５ｂとの合流部には、冷媒通路４１Ａの下流冷媒通路部４１Ａｂに冷媒を流し且つ分岐冷媒通路５１に冷媒を流さない状態と、分岐冷媒通路５１に冷媒を流し且つ下流冷媒通路部４１Ａｂに冷媒を流さない状態とを択一的に選択可能な三方切換弁５２（選択手段に相当する）が設けられている。この三方切換弁５２は、補助制御ユニット３７の指令に基づいて切換駆動される。

三方切換弁５２が冷媒通路４１Ａの下流冷媒通路部４１Ａｂを閉止している場合、分岐冷媒通路５１に冷媒が流れ（図４矢印参照）、冷媒配管３５ｂの三方切換弁５２から上流側部分と下流冷媒通路部４１Ａｂに冷媒が強制的に滞留される。この滞留される冷媒量は、冷媒回路３５に封止された冷媒の総量が例えば２００ｇの場合、２０〜４０ｇ程度であるが、特にこの冷媒量に限定する必要はない。

以上の説明によれば、ヒートポンプ式熱源機２０は、冷媒通路４１Ａから分岐して湯水加熱用熱交換器３２Ａと膨張弁３３との間において冷媒回路３５に接続した分岐冷媒通路５１を備え、冷媒通路４１Ａの下流冷媒通路部４１Ａｂに冷媒を流し且つ分岐冷媒通路５１に冷媒を流さない状態と、分岐冷媒通路５１に冷媒を流し且つ下流冷媒通路部４１Ａｂに冷媒を流さない状態とを択一的に選択可能な三方切換弁５２（選択手段）を設けたので、三方切換弁５２によって分岐冷媒通路５１に冷媒を流すことを選択すると、冷媒通路４１Ａの下流冷媒通路部４１Ａｂに冷媒が強制的に滞留され、湯水加熱用熱交換器３２Ａの伝熱面積が低減する。

従って、冷媒通路４１Ａの下流冷媒通路部４１Ａｂに冷媒を強制的に封止することで、湯水加熱用熱交換器３２Ａを流れる冷媒量が低減すると共に冷媒通路４１Ａの一部が熱交換されなくなるので、湯水加熱用熱交換器３２Ａの熱交換性能を調整することができる。既存の湯水加熱用熱交換器３２Ａの冷媒通路４１Ａを利用することができるので、湯水加熱用熱交換器３２Ａの冷媒流量の調整を低コストで且つ容易に実現することができる。

尚、三方切換弁５２の切換制御において、実施例１のように湯水加熱運転における要求加熱負荷の低下に応じて分岐冷媒通路５１に冷媒を流すことを選択しても良いし、実施例２のように湯水加熱運転における給湯運転モードでは冷媒通路４１Ａの下流冷媒通路部４１Ａｂに冷媒を流すことを選択し、暖房運転モードでは分岐冷媒通路５１に冷媒を流すことを選択するようにしても良い。その他の構成、作用及び効果は、前記実施例１と同様であるので説明は省略する。

次に、前記実施例１〜３を部分的に変更する例について説明する。
［１］前記実施例１の湯水加熱用熱交換器３２において、冷媒通路４１は、並列状に配置された２つの冷媒通路部４１ａ，４１ｂを備え、複数の冷媒通路部のうちの１つの冷媒通路部４１ａに開閉弁４３が設けられているが、この構造に限定する必要はなく、冷媒通路４１が、３つ以上の複数の冷媒通路部を備えた構造であっても良い。この構造の場合、複数の冷媒通路部の一部（１又は複数の冷媒通路部）に開閉弁４３を設けても良い。

［２］前記実施例３において、分岐冷媒通路５１と冷媒配管３５ｂとの合流部に、選択手段として三方切換弁５２が設置されているが、この構造に限定する必要はなく、選択手段として分岐冷媒通路５１と冷媒配管３５ｂの夫々に開閉弁を設け、分岐冷媒通路５１に冷媒を流す又は冷媒配管３５ｂに冷媒を流すかを選択可能な構造にしても良い。

［３］前記実施例１〜３の湯水加熱運転制御は、ほんの１例を示したに過ぎず、要求加熱負荷や運転モードに応じて湯水加熱用熱交換器３２，３２Ａの熱交換性能を調整する為であれば、種々の制御方法を採用可能である。

［４］その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態を包含するものである。

１ ヒートポンプ給湯装置
３０ ヒートポンプ式熱源機
３１ 圧縮機
３２，３２Ａ 湯水加熱用熱交換器
３３ 膨張弁
３４ 外気熱吸収用熱交換器
３５ 冷媒回路
４１，４１Ａ 冷媒通路
４１ａ，４１ｂ 冷媒通路部
４２ 湯水通路
４３ 開閉弁（閉止手段）
５１ 分岐冷媒通路
５２ 三方切換弁（選択手段）

Claims (1)

1. 圧縮機と湯水加熱用熱交換器と膨張手段と蒸発熱交換器とを冷媒回路で接続したヒートポンプ式熱源機を備えたヒートポンプ給湯装置において、
   前記湯水加熱用熱交換器は、前記冷媒回路の一部を構成する冷媒通路と湯水通路とを有する単一の液々熱交換器で構成され、
   前記湯水加熱用熱交換器内の前記冷媒通路の途中の分岐点から分岐して前記湯水加熱用熱交換器と前記膨張手段との間において前記冷媒回路に接続した分岐冷媒通路を備え、
   前記冷媒通路に冷媒を流し且つ前記分岐冷媒通路に冷媒を流さない状態と、前記分岐冷媒通路に冷媒を流し且つ前記分岐点より下流の冷媒通路部分に冷媒を流さない状態とに択一的に選択可能な選択手段を設けたことを特徴とするヒートポンプ給湯装置。