給湯装置および設置構造
【課題】 寒冷地であったり、既設の建物であっても容易に施工でき、効率良く高温水を得ることができる給湯装置と、その設置構造を提供する。
【解決手段】第一冷媒を圧縮する圧縮機２１、四方弁２２、前記第一冷媒と熱媒体とを熱交換する第一熱交換器１１、および前記第一冷媒と第二冷媒とを熱交換する第二熱交換器１２が設けられた第一冷媒回路２と、第二冷媒を圧縮する圧縮機３１、前記第二熱交換器１２、および前記第二冷媒と水とを熱交換する第三熱交換器１３が設けられた第二冷媒回路３と、前記第三熱交換器１３、およびエンジン廃熱と水とを熱交換する第五熱交換器１５が設けられた温水回路４と、を具備し、温水回路４で得られた温水を利用側へ供給する給湯装置１において、熱源から熱媒体が吸収した熱を前記第一熱交換器１１に供給する第一熱媒体回路５を有するものである。
【解決手段】第一冷媒を圧縮する圧縮機２１、四方弁２２、前記第一冷媒と熱媒体とを熱交換する第一熱交換器１１、および前記第一冷媒と第二冷媒とを熱交換する第二熱交換器１２が設けられた第一冷媒回路２と、第二冷媒を圧縮する圧縮機３１、前記第二熱交換器１２、および前記第二冷媒と水とを熱交換する第三熱交換器１３が設けられた第二冷媒回路３と、前記第三熱交換器１３、およびエンジン廃熱と水とを熱交換する第五熱交換器１５が設けられた温水回路４と、を具備し、温水回路４で得られた温水を利用側へ供給する給湯装置１において、熱源から熱媒体が吸収した熱を前記第一熱交換器１１に供給する第一熱媒体回路５を有するものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプを利用した給湯装置と、その設置構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ヒートポンプを利用して得られた温水を利用側へ供給する給湯装置として、異なった二つの冷媒による冷凍サイクルをそれぞれ行うことができる二つの冷媒回路を有する給湯装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、圧縮機を駆動するエンジン廃熱を利用する給湯装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１７３７６号公報
【特許文献２】特開昭５９−１９７７７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記従来の特許文献１記載の給湯装置の場合、二つの冷媒回路の間に中温度の熱媒体通路を形成しているため、床暖房などの比較的中低温の循環水に対応することができるが、設置場所が寒冷地であったり、パネルヒータなどの比較的温度の高い循環水が必要な場合に、この熱媒体通路では十分な温度の循環水を確保することができない。
【０００６】
また、上記従来の特許文献２記載の給湯装置の場合、給湯タンクの加熱を、冷媒回路とエンジン廃熱とで個別に行う構成となっており、給湯時に効率よく給湯することができない。
【０００７】
さらに、上記従来の特許文献１記載の給湯装置の場合、暖房時に、第一熱交換器と室内熱交換器とが凝縮熱を分け合うことになるため、第一冷媒回路の第一熱交換器では十分な凝縮熱が得られず、十分な温度の温水を作り出すことができない。
【０００８】
さらに、上記従来の給湯装置の場合、冷凍サイクルにおける凝縮器は、空気を熱源とするファンコイルユニットを用いているため、寒冷地で使用するような場合には、着霜して使用できなくなる。そのため、ファンコイルユニットを施設内に設置することが考えられるが、この場合は施設内に給排気ダクトを確保する必要があり、既設の建物に設置するような場合は、この給排気ダクトのスペースを確保することができない。
【０００９】
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであって、寒冷地であったり、既設の建物であっても容易に施工でき、効率良く高温水を得ることができる給湯装置と、その設置構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための本発明の給湯装置は、第一冷媒を圧縮する圧縮機、四方弁、前記第一冷媒と熱媒体とを熱交換する第一熱交換器、および前記第一冷媒と第二冷媒とを熱交換する第二熱交換器が設けられた第一冷媒回路と、第二冷媒を圧縮する圧縮機、前記第二熱交換器、および前記第二冷媒と水とを熱交換する第三熱交換器が設けられた第二冷媒回路と、前記第三熱交換器、およびエンジン廃熱と水とを熱交換する第五熱交換器が設けられた温水回路と、を具備し、温水回路で得られた温水を利用側へ供給する給湯装置において、熱源からの熱媒体を前記第一熱交換器に供給する第一熱媒体回路を有するものである。
【００１１】
上記給湯装置において、第一冷媒回路には、第一冷媒と水とを熱交換する第四熱交換器が第二熱交換器と直列に設けられ、温水回路には、第四熱交換器が第三熱交換器と並列に設けられ、温水は、三方弁により、第三熱交換器または第四熱交換器に切替可能となされたものであってもよい。
【００１２】
上記給湯装置において、第二冷媒回路の第二冷媒の臨界温度が、第一冷媒回路の第一冷媒の臨界温度以上であってもよい。
【００１３】
上記給湯装置において、要求される水温と、熱源との温度差に応じて第二冷媒回路の運転が運転または停止可能となされたものであってもよい。
【００１４】
上記給湯装置において、温水回路には、温水タンクと、温水利用機器とが接続されるとともに、温水タンクおよび／または湯水利用機器に温水を切替供給する三方弁が設けられたものであってもよい。
【００１５】
上記給湯装置において、第一熱媒体回路には、熱源と第一熱交換器と直列に、エンジン廃熱と熱交換を行う第六熱交換器が設けられ、当該第六熱交換器と、第五熱交換器とが、三方弁により切替可能となされたエンジン冷却水回路を有するものであってもよい。
【００１６】
上記給湯装置において、熱源にファンコイルユニットが用いられ、第一熱交換器には、四方弁の切替により高温の第一冷媒が供給され、第六熱交換器には、三方弁の切替によりエンジン廃熱が供給されて、ファンコイルユニットの除霜運転が可能となされたものであってもよい。
【００１７】
上記課題を解決するための本発明の給湯装置の設置構造は、地中に埋設した配管を第一熱媒体回路に接続して閉鎖回路とし、地熱から熱媒体が吸収した熱を第一熱交換器に供給して熱媒体を循環させるように設置されたものである。
【００１８】
また、本発明の給湯装置の設置構造は、河川水または地下水を引き込む配管を第一熱媒体回路に接続して開放回路とし、この河川水または地下水を熱源、かつ、熱媒体として第一熱交換器に供給するように設置されたものであってもよい。
【発明の効果】
【００１９】
以上述べたように、本発明によると、寒冷地や既設の建物であっても、容易に取り付けることができ、効率良く高温水を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る給湯装置の暖房運転時の状態を示す冷媒回路図である。
【図２】本発明に係る給湯装置の給湯運転時の状態を示す冷媒回路図である。
【図３】本発明に係る給湯装置の暖房運転時の状態を示す冷媒回路図である。
【図４】本発明に係る給湯装置の除霜運転時の状態を示す冷媒回路図である。
【図５】本発明に係る給湯装置の冷房運転時の状態を示す冷媒回路図である。
【図６】本発明に係る他の給湯装置の暖房給湯運転時の状態を示す冷媒回路図である。
【図７】本発明に係る他の給湯装置の冷房給湯運転時の状態を示す冷媒回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００２２】
図１ないし図５は給湯装置１の各運転動作時の状態を示している。
【００２３】
この給湯装置１は、圧縮機２１、四方弁２２、第一熱交換器１１、および第二熱交換器１２を設けた第一冷媒回路２と、圧縮機３１、第二熱交換器１２、第三熱交換器１３を設けた第二冷媒回路３と、第三熱交換器１３、および第五熱交換器１５を設けた温水回路４とを具備する給湯装置１において、第一熱交換器１１と熱交換する第一熱媒体回路５を有するものである。
【００２４】
第一冷媒回路２は、暖房運転時において、圧縮機２１からの第一冷媒が、四方弁２２から第四熱交換器１４、第二熱交換器１２を通過して凝縮した後、膨張弁２３を通過して第一熱交換器１１で蒸発し、再度四方弁２２を介して圧縮機２１へと戻るように構成されている。冷房運転時は、四方弁２２が切り替えられ、圧縮機２１からの第一冷媒が、四方弁２２から第一熱交換器１１を通過して凝縮した後、膨張弁２３を通過して第二熱交換器１２、第四熱交換器１４で蒸発し、再度四方弁２２を介して圧縮機２１へと戻ることとなる。
【００２５】
この際、第一熱交換器１１は、第一熱媒体回路５を流れるクーラントと第一冷媒とを熱交換するようになされている。第二熱交換器１２は、第二冷媒回路３の第二冷媒と第一冷媒とを熱交換するようになされている。第四熱交換器１４は、温水回路４の水と第一冷媒とを熱交換するようになされている。第二熱交換器１２と第四熱交換器１４とは直列に接続されており、第一冷媒は、暖房運転時に第四熱交換器１４から第二熱交換器１２へと流れ、冷房運転時に第二熱交換器１２から第四熱交換器１４へと流れる。
【００２６】
第二冷媒回路３は、圧縮機３１からの第二冷媒が、第三熱交換器１３で凝縮した後、膨張弁３２を通過して第二熱交換器１２で蒸発し、圧縮機３へ戻るように構成されている。
【００２７】
温水回路４は、第三熱交換器１３、第五熱交換器１５を通過して暖められた温水を、ポンプ４１ａを介して温水タンク４１の上部へ供給し、当該温水タンク４１の下部から第三熱交換器１３へと戻って所定の温度になるまで循環することができるように構成されている。また、温水回路４は、温水タンク４１と並列に温水利用機器４２が接続されている。すなわち、第五熱交換器１５を温水が通過した後の温水タンク４１の上流の分岐ポイントＡで温水タンク４１と温水利用機器４２との経路に分岐し、これら温水タンク４１と温水利用機器４２とを通過後の下流側の分岐ポイントＢで合流するようになされている。さらに、温水回路４は、前記した下流側の分岐ポイントＢよりも下流側に設けられた三方弁４３によって、第三熱交換器１３と並列に第四熱交換器１４が接続されている。この第三熱交換器１３と第四熱交換器１４とは、前記三方弁４３の位置で第三熱交換器１３と第四熱交換器１４とに分岐し、これら第三熱交換器１３と第四熱交換器１４とを通過後の下流側の分岐ポイントＣで合流するようになされている。
【００２８】
これにより、温水回路４は、熱供給側では、第三熱交換器１３および第五熱交換器１５の経路、または第四熱交換器１４および第五熱交換器１５の経路、に切り替えることができるようになされており、利用側では、温水タンク４１または温水利用機器４２に切り替えることができる。熱供給側の切替は、三方弁４３によって行われる。熱利用側の切替は、温水タンク４１の入口および出口の経路に設けられたバルブ４１ｂ，４１ｃの開閉と、温水利用機器４２の入口および出口の経路に設けられたバルブ４２ｂ，４２ｃの開閉によって行われる。熱利用側の循環は、それぞれに設けられたポンプ４１ａ，４２ａによって行われる。
【００２９】
第一熱媒体回路５は、ポンプ５１ａによってファンコイルユニット５１を通過したクーラントが、第一熱交換器１１から第六熱交換器１６を経て再度ポンプ５１ａへと戻って循環するように構成されている。この第一熱媒体回路５において、クーラントは、ファンコイルユニット５１で吸熱し、第一熱交換器１１で放熱する。第六熱交換器１６は、ファンコイルユニット５１に着霜して除霜の必要が生じた場合に、エンジン６１の廃熱と熱交換してクーラントを加熱する際に用いられる。
【００３０】
この第六熱交換器１６は、エンジン６１の冷却水循環回路６に組み込まれており、エンジン６１を通過後、三方弁６２を介して第六熱交換器１６を通過した冷却水がポンプ６３を介して再度エンジン６１に戻るように構成されている。三方弁６２の他方には前記第五熱交換器１５が接続されている。つまり、冷却水循環回路６は、三方弁６２を介して第五熱交換器１５と第六熱交換器１６とが並列に接続されており、三方弁６２の選択により、第五熱交換器１５または第六熱交換器１６へとエンジン６１の廃熱を供給できるようになされている。
【００３１】
なお、エンジン６１は、第一冷媒回路２の圧縮機２１および第二冷媒回路３の圧縮機３１を駆動する駆動源となる。この際、圧縮機２１，３１は、エンジン６１と機械的に接続され、当該エンジン６１によって駆動するように構成されたものであってもよいし、エンジン６１によって発電された電気を利用して駆動するように構成されたものであってもよい。後者の場合、エンジン６１は、圧縮機２１，３１以外に、この給湯装置１全体の出力電力をまかなうように構成されたものであってもよいし、それ以外の電気をまかなうように構成されたものであってもよい。
【００３２】
次に、このようにして構成される給湯装置１の各運転動作について説明する。
【００３３】
まず、暖房運転の場合、図１に示すように、第一冷媒回路２では、圧縮機２１からの第一冷媒が、四方弁２２から第四熱交換器１４、第二熱交換器１２を通過して第二熱交換器１２で放熱して凝縮した後、膨張弁２３を通過して第一熱交換器１１で蒸発し、再度四方弁２２を介して圧縮機２１へと戻って循環を繰り返す。
【００３４】
この際、第一熱媒体回路５は、第一熱交換器１１での第一冷媒の蒸発により、当該第一熱交換器１１が冷却されるので、クーラントを循環させてファンコイルユニット５１から吸収した熱を順次第一熱交換器１１へ循環させて熱交換する。
【００３５】
また、第二冷媒回路３では、圧縮機３１からの第二冷媒が第三熱交換器１３を通過し、当該第三熱交換器１３で放熱して凝縮した後、膨張弁３２を通過して第二熱交換器１２で蒸発し、再度圧縮機３１へと戻って循環を繰り返す。
【００３６】
この際、第二冷媒回路３を流れる第二冷媒は、第二熱交換器１２において、第一冷媒の凝縮熱で蒸発し、第三熱交換器１３で蒸発するため、第一冷媒よりも臨界温度が高い冷媒を用いることが、同一の冷媒を使用するよりもより好ましい。このように、第一冷媒と第二冷媒とによって二段加熱することで、第三熱交換器１３は、第二熱交換器１２よりも、より高温とすることができ、今までこの種の給湯装置１が使用不可能であった寒冷地であっても使用することができることとなる。
【００３７】
そして、温水回路４では、上記第三熱交換器１３で高温の第二冷媒と、温水回路４を流れる水とが熱交換して温水となる。この温水は、第五熱交換器１５でエンジン廃熱によってさらに加熱された後、温水利用機器４２で暖房に利用される。この際、温水利用機器４２としては、パネルヒータや温水床暖房であっても良いし、温風暖房装置であってもよい。
【００３８】
給湯運転の場合は、図２に示すように、温水回路４の温水を温水利用機器４２では無く、温水タンク４１側に接続し、温水タンク４１が必要温度になるまで温水を循環させて運転を行う。
【００３９】
必要温度が低い暖房運転の場合は、図３に示すように、第二冷媒回路３を停止させ、温水回路４の三方弁４３を第三熱交換器１３から第四熱交換器１４に切り替えて運転を行う。
【００４０】
第一冷媒回路２では、圧縮機２１からの第一冷媒が、四方弁２２から第四熱交換器１４、第二熱交換器１２を通過して第四熱交換器１４で放熱して凝縮した後、膨張弁２３を通過して第一熱交換器１１で蒸発し、再度四方弁２２を介して圧縮機２１へと戻って循環を繰り返す。
【００４１】
温水回路４では、上記第四熱交換器１４の第一冷媒と、温水回路４を流れる水とが熱交換して温水となる。この温水は、第五熱交換器１５でエンジン廃熱によってさらに加熱された後、温水利用機器４２で暖房に利用される。
【００４２】
この際、得られる温水は、前記した暖房運転の時のように、二段加熱した第三熱交換器１３の第二冷媒と熱交換して得られるのでは無く、第四熱交換器１４の第一冷媒と熱交換して得られるものであるため、前記した暖房運転の場合よりも低い温度の温水となる。したがって、温水利用機器４２として温水床暖房のように比較的中低温の温水を必要とするような場合には、この運転を行うことが好ましい。
【００４３】
冷房運転の場合は、図４に示すように、前記暖房運転から四方弁２２を切り替える。また、冷却水循環回路６の三方弁６２を第六熱交換器１６側へと切り替えて、エンジン廃熱が第五熱交換器１５へ行かないようにしておく。第二冷媒回路３は停止させ、温水回路４の三方弁４３を第三熱交換器１３から第四熱交換器１４に切り替えて運転を行う。
【００４４】
第一冷媒回路２では、圧縮機２１からの第一冷媒が、四方弁２２から第一熱交換器１１で放熱して凝縮した後、膨張弁２３を通過して第二熱交換器１２、第四熱交換器１４を通過し、第四熱交換器１４で蒸発し、再度四方弁２２を介して圧縮機２１へと戻って循環を繰り返す。
【００４５】
この際、第一熱媒体回路５は、第一熱交換器１１での第一冷媒の放熱により、当該第一熱交換器１１が過熱されるので、クーラントを循環させて第一熱交換器１１で回収した熱を、ファンコイルユニット５１から放熱させる。
【００４６】
温水回路４では、上記第四熱交換器１４で吸熱する第一冷媒と、温水回路４を流れる水とが熱交換して冷水となる。この冷水は、第五熱交換器１５を通過するが、この第五熱交換器１５にはエンジン廃熱が来ないように冷却水循環回路６を切り替えているので、前記冷水は、温水利用機器４２で冷房に利用される。この際、温水利用機器４２としては、輻射冷熱による冷却装置や、この輻射冷熱を冷風にして送風するように構成された冷房装置であってもよい。
【００４７】
この給湯装置１において、上記した冷房運転を除く他の運転動作の際、第一熱媒体回路５は、第一熱交換器１１での第一冷媒の蒸発により、当該第一熱交換器１１が冷却されるので、クーラントを循環させてファンコイルユニット５１から吸収した熱を順次第一熱交換器１１へ循環させて熱交換することとなる。したがって、ファンコイルユニット５１は、経時的使用により着霜し、機能低下する場合がある。したがって、このようにファンコイルユニット５１に着霜した場合には、除霜運転を行う。この除霜運転は、図５に示すように、前記冷房運転と同じようにして運転を行う。ただし、温水回路４では、温水利用機器４２に水を循環させるのではなく、温水タンク４１に貯められた温水を循環させる。
【００４８】
これにより、温水回路４を循環する温水は、第四熱交換器１４において、第一冷媒と熱交換される。したがって、第一冷媒回路２における第一熱交換器１１での凝縮温度は高くなり、第一熱媒体回路６を流れるクーラントは十分に加熱されることとなる。また、このクーラントは、第六熱交換器１６においても、エンジン廃熱から熱を吸収して温度が高くなるため、ファンコイルユニット５１に付着した霜を溶かすことができる。
【００４９】
なお、本実施の形態では、第一熱媒体回路６の熱源としてファンコイルユニット５１によって熱交換される空気を利用しているため、除霜運転が必要となる。したがって、この熱源として、除霜運転の必要がない他のものを使用してもよい。具体的には、第一熱媒体回路６のパッケージ１０の外のファンコイルユニット５１に相当する部分を、地中に埋設した配管に変更し、この配管内にクーラントを循環させて地熱を利用するように構成してもよい。この場合、地熱は年間を通して温度が安定しているので、寒冷地であっても、除霜の心配をすることなく有効に使用することができる。また、このクーラントが循環する配管を、下水管の内側や外側に設けたりして下水から回収した熱を利用するように構成してもよい。さらに、第一熱媒体回路６を閉鎖回路にしてクーラントを循環させているが、開放回路にして河川水や地下水などを引き込むようにしてもよい。すなわち、第一熱媒体回路６のパッケージ１０の外のファンコイルユニット５１に相当する部分を、河川水や地下水を引き込む配管に変更して第一熱媒体回路６を開放回路とし、この河川水や地下水を熱源、かつ、熱媒体として第一熱媒体回路６に供給してもよい。
【００５０】
通常の場合、第一熱交換器１１に相当する部分がファンコイルユニットで構成されており、給湯装置１のパッケージ１０全体が大型化し、このファンコイルユニットのための給排気ダクトの配管が確保できるか否かが懸念されるが、本発明の給湯装置１の場合は、パッケージ１０には第一熱媒体回路６を構成する配管だけとなるため、パッケージ１０全体のコンパクト設計が可能となる。特に、上記したように地熱や河川水や地下水などを使用する場合は、パッケージ１０外に設けるファンコイルユニット５１も省略でき、地熱や河川水、地下水などを引き込む配管だけ施工できるので、十分な配管スペースが確保できない既設の建物に設置する場合でも、簡単に無理なく施工することができる。すなわち、リフォームによって既設の建物に給湯装置１を導入するような場合には、設計の自由度が高くなる。
【００５１】
図６および図７は、本発明に係る他の給湯装置１ａの実施の形態を示している。この給湯装置１ａにおいて、図１ないし図５に示す給湯装置１と同部材には同符号を付して説明を省略する。この給湯装置１ａは、図１ないし図５に示す給湯装置１の温水回路４に３つの三方弁４４，４５，４６を設けて温水回路４を異なった二つの流れに分流できるように構成したものである。この給湯装置１ａは、図１ないし図５に示す給湯装置１に新たな機能が付加されたものであるため、この給湯装置１で可能な作用効果は、全て果たすことができる。
【００５２】
温水回路４の追加の変更点について説明する。
【００５３】
三方弁４４は、温水タンク４１の下側にある下流側の出口と、当該出口から温水利用機器４２との分岐ポイントＢにいたる経路に設けられており、第三熱交換器１３から第五熱交換器１５にいたる分岐ポイントＤに、この三方弁４４から分岐ポイントＤにいたる新たな経路が設けられている。これにより、温水タンク４１からの温水は、三方弁４４の切り替えによって、分岐ポイントＢ側または分岐ポイントＤ側へと流すことができるようになされている。
【００５４】
三方弁４５は、第四熱交換器１４の出口から温水利用機器４２の入口にいたる経路と、分岐ポイントＣにいたる経路とに分岐して設けられている。これにより、第四熱交換器１４からの温水は、三方弁４５の切り替えによって、温水利用機器４２側または第五熱交換器１５側へと流すことができるようになされている。
【００５５】
三方弁４６は、上記三方弁４５から温水利用機器４２の入口にいたる経路と、分岐ポイントＡから温水利用機器４２の入口にいたる経路とに分岐して設けられている。これにより、温水タンク４１の入口へ流入する温水は、三方弁４６の切り替えによって、第四熱交換器１４側から、または第五熱交換器１５側から流れるようにすることができる。
【００５６】
次に、この給湯装置１の運転動作について説明する。
【００５７】
必要温度が低い暖房運転で、かつ、給湯を行う暖房給湯運転の場合、図６に太線で示すような経路で運転が行われる。
【００５８】
第一冷媒回路２では、圧縮機２１からの第一冷媒が、四方弁２２から第四熱交換器１４、第二熱交換器１２を通過して第四熱交換器１４で放熱して凝縮した後、膨張弁２３を通過して第一熱交換器１１で蒸発し、再度四方弁２２を介して圧縮機２１へと戻って循環を繰り返す。
【００５９】
温水回路４では、上記第四熱交換器１４の第一冷媒と、温水回路４を流れる水とが熱交換して温水となる。この温水は、三方弁４５，４６を通過して、温水利用機器４２で暖房に利用された後、三方弁４３を通過して再度第四熱交換器１４へと戻り、その後、循環する。
【００６０】
また、この循環とは別に、温水回路４では、温水タンク４１の水が、三方弁４４を通過して第五熱交換器１５へと流れ、エンジン廃熱により加熱されて温水となり、再度温水タンク４１へと戻るようになされている。
【００６１】
つまり、この暖房給湯運転では、温水回路４に二つの流れを形成することができるので、温水利用機器４２で暖房に使用する温水を、第四熱交換器１４を利用して作り出し、温水タンク４１で給湯に使用する温水を第五熱交換器１５を利用して作り出し、暖房運転と給湯運転とを同時に並行して行うことができる。
【００６２】
冷房運転で、かつ、給湯を行う冷房給湯運転の場合、図７に太線で示すような経路で運転が行われる。
【００６３】
第一冷媒回路２では、圧縮機２１からの第一冷媒が、四方弁２２から第一熱交換器１１で放熱して凝縮した後、膨張弁２３を通過して第四熱交換器１４、第二熱交換器１２を通過して第四熱交換器１４で蒸発し、再度四方弁２２を介して圧縮機２１へと戻って循環を繰り返す。
【００６４】
温水回路４では、上記第四熱交換器１４の第一冷媒と、温水回路４を流れる水とが熱交換して冷却水となる。この冷却水は、三方弁４５，４６を通過して、温水利用機器４２で冷房に利用された後、三方弁４３を通過して再度第四熱交換器１４へと戻り、その後、循環する。
【００６５】
温水タンク４１には、上記暖房給湯運転の場合と同様に、温水タンク４１の水が、三方弁４４を通過して第五熱交換器１５へと流れ、エンジン廃熱により加熱されて温水となり、再度温水タンク４１へと戻る。
【００６６】
これにより、冷房給湯運転では、温水回路４に二つの流れを形成することができるので、温水利用機器４２で冷房に使用する冷却水を、第四熱交換器１４を利用して作り出し、温水タンク４１で給湯に使用する温水を第五熱交換器１５を利用して作り出し、冷房運転と給湯運転とを同時に並行して行うことができる。
【００６７】
なお、この給湯装置１ａは、上記した図１ないし図５に示す給湯装置１の各運転動作についても、同様に行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明に係る給湯装置は、各種給湯設備に用いられる。
【符号の説明】
【００６９】
１ 給湯装置
１ａ 給湯装置
１１ 第一熱交換器
１２ 第二熱交換器
１３ 第三熱交換器
１４ 第四熱交換器
１５ 第五熱交換器
１６ 第六熱交換器
２ 第一冷媒回路
２１ 圧縮機
２２ 四方弁
３ 第二冷媒回路
３１ 圧縮機
４ 温水回路
４１ 温水タンク
４２ 温水利用機器
４３ 三方弁
４４ 三方弁
４５ 三方弁
４６ 三方弁
５ 第一熱媒体回路
５１ ファンコイルユニット
６ エンジン冷却水回路
６１ エンジン
６２ 三方弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプを利用した給湯装置と、その設置構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ヒートポンプを利用して得られた温水を利用側へ供給する給湯装置として、異なった二つの冷媒による冷凍サイクルをそれぞれ行うことができる二つの冷媒回路を有する給湯装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、圧縮機を駆動するエンジン廃熱を利用する給湯装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１７３７６号公報
【特許文献２】特開昭５９−１９７７７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記従来の特許文献１記載の給湯装置の場合、二つの冷媒回路の間に中温度の熱媒体通路を形成しているため、床暖房などの比較的中低温の循環水に対応することができるが、設置場所が寒冷地であったり、パネルヒータなどの比較的温度の高い循環水が必要な場合に、この熱媒体通路では十分な温度の循環水を確保することができない。
【０００６】
また、上記従来の特許文献２記載の給湯装置の場合、給湯タンクの加熱を、冷媒回路とエンジン廃熱とで個別に行う構成となっており、給湯時に効率よく給湯することができない。
【０００７】
さらに、上記従来の特許文献１記載の給湯装置の場合、暖房時に、第一熱交換器と室内熱交換器とが凝縮熱を分け合うことになるため、第一冷媒回路の第一熱交換器では十分な凝縮熱が得られず、十分な温度の温水を作り出すことができない。
【０００８】
さらに、上記従来の給湯装置の場合、冷凍サイクルにおける凝縮器は、空気を熱源とするファンコイルユニットを用いているため、寒冷地で使用するような場合には、着霜して使用できなくなる。そのため、ファンコイルユニットを施設内に設置することが考えられるが、この場合は施設内に給排気ダクトを確保する必要があり、既設の建物に設置するような場合は、この給排気ダクトのスペースを確保することができない。
【０００９】
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであって、寒冷地であったり、既設の建物であっても容易に施工でき、効率良く高温水を得ることができる給湯装置と、その設置構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための本発明の給湯装置は、第一冷媒を圧縮する圧縮機、四方弁、前記第一冷媒と熱媒体とを熱交換する第一熱交換器、および前記第一冷媒と第二冷媒とを熱交換する第二熱交換器が設けられた第一冷媒回路と、第二冷媒を圧縮する圧縮機、前記第二熱交換器、および前記第二冷媒と水とを熱交換する第三熱交換器が設けられた第二冷媒回路と、前記第三熱交換器、およびエンジン廃熱と水とを熱交換する第五熱交換器が設けられた温水回路と、を具備し、温水回路で得られた温水を利用側へ供給する給湯装置において、熱源からの熱媒体を前記第一熱交換器に供給する第一熱媒体回路を有するものである。
【００１１】
上記給湯装置において、第一冷媒回路には、第一冷媒と水とを熱交換する第四熱交換器が第二熱交換器と直列に設けられ、温水回路には、第四熱交換器が第三熱交換器と並列に設けられ、温水は、三方弁により、第三熱交換器または第四熱交換器に切替可能となされたものであってもよい。
【００１２】
上記給湯装置において、第二冷媒回路の第二冷媒の臨界温度が、第一冷媒回路の第一冷媒の臨界温度以上であってもよい。
【００１３】
上記給湯装置において、要求される水温と、熱源との温度差に応じて第二冷媒回路の運転が運転または停止可能となされたものであってもよい。
【００１４】
上記給湯装置において、温水回路には、温水タンクと、温水利用機器とが接続されるとともに、温水タンクおよび／または湯水利用機器に温水を切替供給する三方弁が設けられたものであってもよい。
【００１５】
上記給湯装置において、第一熱媒体回路には、熱源と第一熱交換器と直列に、エンジン廃熱と熱交換を行う第六熱交換器が設けられ、当該第六熱交換器と、第五熱交換器とが、三方弁により切替可能となされたエンジン冷却水回路を有するものであってもよい。
【００１６】
上記給湯装置において、熱源にファンコイルユニットが用いられ、第一熱交換器には、四方弁の切替により高温の第一冷媒が供給され、第六熱交換器には、三方弁の切替によりエンジン廃熱が供給されて、ファンコイルユニットの除霜運転が可能となされたものであってもよい。
【００１７】
上記課題を解決するための本発明の給湯装置の設置構造は、地中に埋設した配管を第一熱媒体回路に接続して閉鎖回路とし、地熱から熱媒体が吸収した熱を第一熱交換器に供給して熱媒体を循環させるように設置されたものである。
【００１８】
また、本発明の給湯装置の設置構造は、河川水または地下水を引き込む配管を第一熱媒体回路に接続して開放回路とし、この河川水または地下水を熱源、かつ、熱媒体として第一熱交換器に供給するように設置されたものであってもよい。
【発明の効果】
【００１９】
以上述べたように、本発明によると、寒冷地や既設の建物であっても、容易に取り付けることができ、効率良く高温水を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る給湯装置の暖房運転時の状態を示す冷媒回路図である。
【図２】本発明に係る給湯装置の給湯運転時の状態を示す冷媒回路図である。
【図３】本発明に係る給湯装置の暖房運転時の状態を示す冷媒回路図である。
【図４】本発明に係る給湯装置の除霜運転時の状態を示す冷媒回路図である。
【図５】本発明に係る給湯装置の冷房運転時の状態を示す冷媒回路図である。
【図６】本発明に係る他の給湯装置の暖房給湯運転時の状態を示す冷媒回路図である。
【図７】本発明に係る他の給湯装置の冷房給湯運転時の状態を示す冷媒回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００２２】
図１ないし図５は給湯装置１の各運転動作時の状態を示している。
【００２３】
この給湯装置１は、圧縮機２１、四方弁２２、第一熱交換器１１、および第二熱交換器１２を設けた第一冷媒回路２と、圧縮機３１、第二熱交換器１２、第三熱交換器１３を設けた第二冷媒回路３と、第三熱交換器１３、および第五熱交換器１５を設けた温水回路４とを具備する給湯装置１において、第一熱交換器１１と熱交換する第一熱媒体回路５を有するものである。
【００２４】
第一冷媒回路２は、暖房運転時において、圧縮機２１からの第一冷媒が、四方弁２２から第四熱交換器１４、第二熱交換器１２を通過して凝縮した後、膨張弁２３を通過して第一熱交換器１１で蒸発し、再度四方弁２２を介して圧縮機２１へと戻るように構成されている。冷房運転時は、四方弁２２が切り替えられ、圧縮機２１からの第一冷媒が、四方弁２２から第一熱交換器１１を通過して凝縮した後、膨張弁２３を通過して第二熱交換器１２、第四熱交換器１４で蒸発し、再度四方弁２２を介して圧縮機２１へと戻ることとなる。
【００２５】
この際、第一熱交換器１１は、第一熱媒体回路５を流れるクーラントと第一冷媒とを熱交換するようになされている。第二熱交換器１２は、第二冷媒回路３の第二冷媒と第一冷媒とを熱交換するようになされている。第四熱交換器１４は、温水回路４の水と第一冷媒とを熱交換するようになされている。第二熱交換器１２と第四熱交換器１４とは直列に接続されており、第一冷媒は、暖房運転時に第四熱交換器１４から第二熱交換器１２へと流れ、冷房運転時に第二熱交換器１２から第四熱交換器１４へと流れる。
【００２６】
第二冷媒回路３は、圧縮機３１からの第二冷媒が、第三熱交換器１３で凝縮した後、膨張弁３２を通過して第二熱交換器１２で蒸発し、圧縮機３へ戻るように構成されている。
【００２７】
温水回路４は、第三熱交換器１３、第五熱交換器１５を通過して暖められた温水を、ポンプ４１ａを介して温水タンク４１の上部へ供給し、当該温水タンク４１の下部から第三熱交換器１３へと戻って所定の温度になるまで循環することができるように構成されている。また、温水回路４は、温水タンク４１と並列に温水利用機器４２が接続されている。すなわち、第五熱交換器１５を温水が通過した後の温水タンク４１の上流の分岐ポイントＡで温水タンク４１と温水利用機器４２との経路に分岐し、これら温水タンク４１と温水利用機器４２とを通過後の下流側の分岐ポイントＢで合流するようになされている。さらに、温水回路４は、前記した下流側の分岐ポイントＢよりも下流側に設けられた三方弁４３によって、第三熱交換器１３と並列に第四熱交換器１４が接続されている。この第三熱交換器１３と第四熱交換器１４とは、前記三方弁４３の位置で第三熱交換器１３と第四熱交換器１４とに分岐し、これら第三熱交換器１３と第四熱交換器１４とを通過後の下流側の分岐ポイントＣで合流するようになされている。
【００２８】
これにより、温水回路４は、熱供給側では、第三熱交換器１３および第五熱交換器１５の経路、または第四熱交換器１４および第五熱交換器１５の経路、に切り替えることができるようになされており、利用側では、温水タンク４１または温水利用機器４２に切り替えることができる。熱供給側の切替は、三方弁４３によって行われる。熱利用側の切替は、温水タンク４１の入口および出口の経路に設けられたバルブ４１ｂ，４１ｃの開閉と、温水利用機器４２の入口および出口の経路に設けられたバルブ４２ｂ，４２ｃの開閉によって行われる。熱利用側の循環は、それぞれに設けられたポンプ４１ａ，４２ａによって行われる。
【００２９】
第一熱媒体回路５は、ポンプ５１ａによってファンコイルユニット５１を通過したクーラントが、第一熱交換器１１から第六熱交換器１６を経て再度ポンプ５１ａへと戻って循環するように構成されている。この第一熱媒体回路５において、クーラントは、ファンコイルユニット５１で吸熱し、第一熱交換器１１で放熱する。第六熱交換器１６は、ファンコイルユニット５１に着霜して除霜の必要が生じた場合に、エンジン６１の廃熱と熱交換してクーラントを加熱する際に用いられる。
【００３０】
この第六熱交換器１６は、エンジン６１の冷却水循環回路６に組み込まれており、エンジン６１を通過後、三方弁６２を介して第六熱交換器１６を通過した冷却水がポンプ６３を介して再度エンジン６１に戻るように構成されている。三方弁６２の他方には前記第五熱交換器１５が接続されている。つまり、冷却水循環回路６は、三方弁６２を介して第五熱交換器１５と第六熱交換器１６とが並列に接続されており、三方弁６２の選択により、第五熱交換器１５または第六熱交換器１６へとエンジン６１の廃熱を供給できるようになされている。
【００３１】
なお、エンジン６１は、第一冷媒回路２の圧縮機２１および第二冷媒回路３の圧縮機３１を駆動する駆動源となる。この際、圧縮機２１，３１は、エンジン６１と機械的に接続され、当該エンジン６１によって駆動するように構成されたものであってもよいし、エンジン６１によって発電された電気を利用して駆動するように構成されたものであってもよい。後者の場合、エンジン６１は、圧縮機２１，３１以外に、この給湯装置１全体の出力電力をまかなうように構成されたものであってもよいし、それ以外の電気をまかなうように構成されたものであってもよい。
【００３２】
次に、このようにして構成される給湯装置１の各運転動作について説明する。
【００３３】
まず、暖房運転の場合、図１に示すように、第一冷媒回路２では、圧縮機２１からの第一冷媒が、四方弁２２から第四熱交換器１４、第二熱交換器１２を通過して第二熱交換器１２で放熱して凝縮した後、膨張弁２３を通過して第一熱交換器１１で蒸発し、再度四方弁２２を介して圧縮機２１へと戻って循環を繰り返す。
【００３４】
この際、第一熱媒体回路５は、第一熱交換器１１での第一冷媒の蒸発により、当該第一熱交換器１１が冷却されるので、クーラントを循環させてファンコイルユニット５１から吸収した熱を順次第一熱交換器１１へ循環させて熱交換する。
【００３５】
また、第二冷媒回路３では、圧縮機３１からの第二冷媒が第三熱交換器１３を通過し、当該第三熱交換器１３で放熱して凝縮した後、膨張弁３２を通過して第二熱交換器１２で蒸発し、再度圧縮機３１へと戻って循環を繰り返す。
【００３６】
この際、第二冷媒回路３を流れる第二冷媒は、第二熱交換器１２において、第一冷媒の凝縮熱で蒸発し、第三熱交換器１３で蒸発するため、第一冷媒よりも臨界温度が高い冷媒を用いることが、同一の冷媒を使用するよりもより好ましい。このように、第一冷媒と第二冷媒とによって二段加熱することで、第三熱交換器１３は、第二熱交換器１２よりも、より高温とすることができ、今までこの種の給湯装置１が使用不可能であった寒冷地であっても使用することができることとなる。
【００３７】
そして、温水回路４では、上記第三熱交換器１３で高温の第二冷媒と、温水回路４を流れる水とが熱交換して温水となる。この温水は、第五熱交換器１５でエンジン廃熱によってさらに加熱された後、温水利用機器４２で暖房に利用される。この際、温水利用機器４２としては、パネルヒータや温水床暖房であっても良いし、温風暖房装置であってもよい。
【００３８】
給湯運転の場合は、図２に示すように、温水回路４の温水を温水利用機器４２では無く、温水タンク４１側に接続し、温水タンク４１が必要温度になるまで温水を循環させて運転を行う。
【００３９】
必要温度が低い暖房運転の場合は、図３に示すように、第二冷媒回路３を停止させ、温水回路４の三方弁４３を第三熱交換器１３から第四熱交換器１４に切り替えて運転を行う。
【００４０】
第一冷媒回路２では、圧縮機２１からの第一冷媒が、四方弁２２から第四熱交換器１４、第二熱交換器１２を通過して第四熱交換器１４で放熱して凝縮した後、膨張弁２３を通過して第一熱交換器１１で蒸発し、再度四方弁２２を介して圧縮機２１へと戻って循環を繰り返す。
【００４１】
温水回路４では、上記第四熱交換器１４の第一冷媒と、温水回路４を流れる水とが熱交換して温水となる。この温水は、第五熱交換器１５でエンジン廃熱によってさらに加熱された後、温水利用機器４２で暖房に利用される。
【００４２】
この際、得られる温水は、前記した暖房運転の時のように、二段加熱した第三熱交換器１３の第二冷媒と熱交換して得られるのでは無く、第四熱交換器１４の第一冷媒と熱交換して得られるものであるため、前記した暖房運転の場合よりも低い温度の温水となる。したがって、温水利用機器４２として温水床暖房のように比較的中低温の温水を必要とするような場合には、この運転を行うことが好ましい。
【００４３】
冷房運転の場合は、図４に示すように、前記暖房運転から四方弁２２を切り替える。また、冷却水循環回路６の三方弁６２を第六熱交換器１６側へと切り替えて、エンジン廃熱が第五熱交換器１５へ行かないようにしておく。第二冷媒回路３は停止させ、温水回路４の三方弁４３を第三熱交換器１３から第四熱交換器１４に切り替えて運転を行う。
【００４４】
第一冷媒回路２では、圧縮機２１からの第一冷媒が、四方弁２２から第一熱交換器１１で放熱して凝縮した後、膨張弁２３を通過して第二熱交換器１２、第四熱交換器１４を通過し、第四熱交換器１４で蒸発し、再度四方弁２２を介して圧縮機２１へと戻って循環を繰り返す。
【００４５】
この際、第一熱媒体回路５は、第一熱交換器１１での第一冷媒の放熱により、当該第一熱交換器１１が過熱されるので、クーラントを循環させて第一熱交換器１１で回収した熱を、ファンコイルユニット５１から放熱させる。
【００４６】
温水回路４では、上記第四熱交換器１４で吸熱する第一冷媒と、温水回路４を流れる水とが熱交換して冷水となる。この冷水は、第五熱交換器１５を通過するが、この第五熱交換器１５にはエンジン廃熱が来ないように冷却水循環回路６を切り替えているので、前記冷水は、温水利用機器４２で冷房に利用される。この際、温水利用機器４２としては、輻射冷熱による冷却装置や、この輻射冷熱を冷風にして送風するように構成された冷房装置であってもよい。
【００４７】
この給湯装置１において、上記した冷房運転を除く他の運転動作の際、第一熱媒体回路５は、第一熱交換器１１での第一冷媒の蒸発により、当該第一熱交換器１１が冷却されるので、クーラントを循環させてファンコイルユニット５１から吸収した熱を順次第一熱交換器１１へ循環させて熱交換することとなる。したがって、ファンコイルユニット５１は、経時的使用により着霜し、機能低下する場合がある。したがって、このようにファンコイルユニット５１に着霜した場合には、除霜運転を行う。この除霜運転は、図５に示すように、前記冷房運転と同じようにして運転を行う。ただし、温水回路４では、温水利用機器４２に水を循環させるのではなく、温水タンク４１に貯められた温水を循環させる。
【００４８】
これにより、温水回路４を循環する温水は、第四熱交換器１４において、第一冷媒と熱交換される。したがって、第一冷媒回路２における第一熱交換器１１での凝縮温度は高くなり、第一熱媒体回路６を流れるクーラントは十分に加熱されることとなる。また、このクーラントは、第六熱交換器１６においても、エンジン廃熱から熱を吸収して温度が高くなるため、ファンコイルユニット５１に付着した霜を溶かすことができる。
【００４９】
なお、本実施の形態では、第一熱媒体回路６の熱源としてファンコイルユニット５１によって熱交換される空気を利用しているため、除霜運転が必要となる。したがって、この熱源として、除霜運転の必要がない他のものを使用してもよい。具体的には、第一熱媒体回路６のパッケージ１０の外のファンコイルユニット５１に相当する部分を、地中に埋設した配管に変更し、この配管内にクーラントを循環させて地熱を利用するように構成してもよい。この場合、地熱は年間を通して温度が安定しているので、寒冷地であっても、除霜の心配をすることなく有効に使用することができる。また、このクーラントが循環する配管を、下水管の内側や外側に設けたりして下水から回収した熱を利用するように構成してもよい。さらに、第一熱媒体回路６を閉鎖回路にしてクーラントを循環させているが、開放回路にして河川水や地下水などを引き込むようにしてもよい。すなわち、第一熱媒体回路６のパッケージ１０の外のファンコイルユニット５１に相当する部分を、河川水や地下水を引き込む配管に変更して第一熱媒体回路６を開放回路とし、この河川水や地下水を熱源、かつ、熱媒体として第一熱媒体回路６に供給してもよい。
【００５０】
通常の場合、第一熱交換器１１に相当する部分がファンコイルユニットで構成されており、給湯装置１のパッケージ１０全体が大型化し、このファンコイルユニットのための給排気ダクトの配管が確保できるか否かが懸念されるが、本発明の給湯装置１の場合は、パッケージ１０には第一熱媒体回路６を構成する配管だけとなるため、パッケージ１０全体のコンパクト設計が可能となる。特に、上記したように地熱や河川水や地下水などを使用する場合は、パッケージ１０外に設けるファンコイルユニット５１も省略でき、地熱や河川水、地下水などを引き込む配管だけ施工できるので、十分な配管スペースが確保できない既設の建物に設置する場合でも、簡単に無理なく施工することができる。すなわち、リフォームによって既設の建物に給湯装置１を導入するような場合には、設計の自由度が高くなる。
【００５１】
図６および図７は、本発明に係る他の給湯装置１ａの実施の形態を示している。この給湯装置１ａにおいて、図１ないし図５に示す給湯装置１と同部材には同符号を付して説明を省略する。この給湯装置１ａは、図１ないし図５に示す給湯装置１の温水回路４に３つの三方弁４４，４５，４６を設けて温水回路４を異なった二つの流れに分流できるように構成したものである。この給湯装置１ａは、図１ないし図５に示す給湯装置１に新たな機能が付加されたものであるため、この給湯装置１で可能な作用効果は、全て果たすことができる。
【００５２】
温水回路４の追加の変更点について説明する。
【００５３】
三方弁４４は、温水タンク４１の下側にある下流側の出口と、当該出口から温水利用機器４２との分岐ポイントＢにいたる経路に設けられており、第三熱交換器１３から第五熱交換器１５にいたる分岐ポイントＤに、この三方弁４４から分岐ポイントＤにいたる新たな経路が設けられている。これにより、温水タンク４１からの温水は、三方弁４４の切り替えによって、分岐ポイントＢ側または分岐ポイントＤ側へと流すことができるようになされている。
【００５４】
三方弁４５は、第四熱交換器１４の出口から温水利用機器４２の入口にいたる経路と、分岐ポイントＣにいたる経路とに分岐して設けられている。これにより、第四熱交換器１４からの温水は、三方弁４５の切り替えによって、温水利用機器４２側または第五熱交換器１５側へと流すことができるようになされている。
【００５５】
三方弁４６は、上記三方弁４５から温水利用機器４２の入口にいたる経路と、分岐ポイントＡから温水利用機器４２の入口にいたる経路とに分岐して設けられている。これにより、温水タンク４１の入口へ流入する温水は、三方弁４６の切り替えによって、第四熱交換器１４側から、または第五熱交換器１５側から流れるようにすることができる。
【００５６】
次に、この給湯装置１の運転動作について説明する。
【００５７】
必要温度が低い暖房運転で、かつ、給湯を行う暖房給湯運転の場合、図６に太線で示すような経路で運転が行われる。
【００５８】
第一冷媒回路２では、圧縮機２１からの第一冷媒が、四方弁２２から第四熱交換器１４、第二熱交換器１２を通過して第四熱交換器１４で放熱して凝縮した後、膨張弁２３を通過して第一熱交換器１１で蒸発し、再度四方弁２２を介して圧縮機２１へと戻って循環を繰り返す。
【００５９】
温水回路４では、上記第四熱交換器１４の第一冷媒と、温水回路４を流れる水とが熱交換して温水となる。この温水は、三方弁４５，４６を通過して、温水利用機器４２で暖房に利用された後、三方弁４３を通過して再度第四熱交換器１４へと戻り、その後、循環する。
【００６０】
また、この循環とは別に、温水回路４では、温水タンク４１の水が、三方弁４４を通過して第五熱交換器１５へと流れ、エンジン廃熱により加熱されて温水となり、再度温水タンク４１へと戻るようになされている。
【００６１】
つまり、この暖房給湯運転では、温水回路４に二つの流れを形成することができるので、温水利用機器４２で暖房に使用する温水を、第四熱交換器１４を利用して作り出し、温水タンク４１で給湯に使用する温水を第五熱交換器１５を利用して作り出し、暖房運転と給湯運転とを同時に並行して行うことができる。
【００６２】
冷房運転で、かつ、給湯を行う冷房給湯運転の場合、図７に太線で示すような経路で運転が行われる。
【００６３】
第一冷媒回路２では、圧縮機２１からの第一冷媒が、四方弁２２から第一熱交換器１１で放熱して凝縮した後、膨張弁２３を通過して第四熱交換器１４、第二熱交換器１２を通過して第四熱交換器１４で蒸発し、再度四方弁２２を介して圧縮機２１へと戻って循環を繰り返す。
【００６４】
温水回路４では、上記第四熱交換器１４の第一冷媒と、温水回路４を流れる水とが熱交換して冷却水となる。この冷却水は、三方弁４５，４６を通過して、温水利用機器４２で冷房に利用された後、三方弁４３を通過して再度第四熱交換器１４へと戻り、その後、循環する。
【００６５】
温水タンク４１には、上記暖房給湯運転の場合と同様に、温水タンク４１の水が、三方弁４４を通過して第五熱交換器１５へと流れ、エンジン廃熱により加熱されて温水となり、再度温水タンク４１へと戻る。
【００６６】
これにより、冷房給湯運転では、温水回路４に二つの流れを形成することができるので、温水利用機器４２で冷房に使用する冷却水を、第四熱交換器１４を利用して作り出し、温水タンク４１で給湯に使用する温水を第五熱交換器１５を利用して作り出し、冷房運転と給湯運転とを同時に並行して行うことができる。
【００６７】
なお、この給湯装置１ａは、上記した図１ないし図５に示す給湯装置１の各運転動作についても、同様に行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明に係る給湯装置は、各種給湯設備に用いられる。
【符号の説明】
【００６９】
１ 給湯装置
１ａ 給湯装置
１１ 第一熱交換器
１２ 第二熱交換器
１３ 第三熱交換器
１４ 第四熱交換器
１５ 第五熱交換器
１６ 第六熱交換器
２ 第一冷媒回路
２１ 圧縮機
２２ 四方弁
３ 第二冷媒回路
３１ 圧縮機
４ 温水回路
４１ 温水タンク
４２ 温水利用機器
４３ 三方弁
４４ 三方弁
４５ 三方弁
４６ 三方弁
５ 第一熱媒体回路
５１ ファンコイルユニット
６ エンジン冷却水回路
６１ エンジン
６２ 三方弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一冷媒を圧縮する圧縮機、四方弁、前記第一冷媒と熱媒体とを熱交換する第一熱交換器、および前記第一冷媒と第二冷媒とを熱交換する第二熱交換器が設けられた第一冷媒回路と、
第二冷媒を圧縮する圧縮機、前記第二熱交換器、および前記第二冷媒と水とを熱交換する第三熱交換器が設けられた第二冷媒回路と、
前記第三熱交換器、およびエンジン廃熱と水とを熱交換する第五熱交換器が設けられた温水回路を具備し、温水回路で得られた温水を利用側へ供給する給湯装置において、
熱源から熱媒体が吸収した熱を前記第一熱交換器に供給する第一熱媒体回路を有することを特徴とする給湯装置。
【請求項２】
第一冷媒回路には、第一冷媒と水とを熱交換する第四熱交換器が第二熱交換器と直列に設けられ、
温水回路には、第四熱交換器が第三熱交換器と並列に設けられ、温水は、三方弁により、第三熱交換器または第四熱交換器に切替可能となされた請求項１記載の給湯装置。
【請求項３】
第二冷媒回路の第二冷媒の臨界温度が、第一冷媒回路の第一冷媒の臨界温度以上である請求項１記載の給湯装置。
【請求項４】
要求される水温と、熱源との温度差に応じて第二冷媒回路の運転が運転または停止可能となされた請求項１記載の給湯装置。
【請求項５】
温水回路には、温水タンクと、温水利用機器とが接続されるとともに、温水タンクおよび／または湯水利用機器に温水を切替供給する三方弁が設けられた請求項１記載の給湯装置。
【請求項６】
第一熱媒体回路には、熱源と第一熱交換器と直列に、エンジン廃熱と熱交換を行う第六熱交換器が設けられ、当該第六熱交換器と、第五熱交換器とが、三方弁により切替可能となされたエンジン冷却水回路を有する請求項１記載の給湯装置。
【請求項７】
熱源にファンコイルユニットが用いられ、第一熱交換器には、四方弁の切替により高温の第一冷媒が供給され、第六熱交換器には、三方弁の切替によりエンジン廃熱が供給されて、ファンコイルユニットの除霜運転が可能となされた請求項６記載の給湯装置。
【請求項８】
地中に埋設した配管を第一熱媒体回路に接続して閉鎖回路とし、地熱から熱媒体が吸収した熱を第一熱交換器に供給して熱媒体を循環させるように設置された請求項１ないし６の何れか一に記載の給湯装置の設置構造。
【請求項９】
河川水または地下水を引き込む配管を第一熱媒体回路に接続して開放回路とし、この河川水または地下水を熱源、かつ、熱媒体として第一熱交換器に供給するように設置された請求項１ないし６の何れか一に記載の給湯装置の設置構造。
【請求項１】
第一冷媒を圧縮する圧縮機、四方弁、前記第一冷媒と熱媒体とを熱交換する第一熱交換器、および前記第一冷媒と第二冷媒とを熱交換する第二熱交換器が設けられた第一冷媒回路と、
第二冷媒を圧縮する圧縮機、前記第二熱交換器、および前記第二冷媒と水とを熱交換する第三熱交換器が設けられた第二冷媒回路と、
前記第三熱交換器、およびエンジン廃熱と水とを熱交換する第五熱交換器が設けられた温水回路を具備し、温水回路で得られた温水を利用側へ供給する給湯装置において、
熱源から熱媒体が吸収した熱を前記第一熱交換器に供給する第一熱媒体回路を有することを特徴とする給湯装置。
【請求項２】
第一冷媒回路には、第一冷媒と水とを熱交換する第四熱交換器が第二熱交換器と直列に設けられ、
温水回路には、第四熱交換器が第三熱交換器と並列に設けられ、温水は、三方弁により、第三熱交換器または第四熱交換器に切替可能となされた請求項１記載の給湯装置。
【請求項３】
第二冷媒回路の第二冷媒の臨界温度が、第一冷媒回路の第一冷媒の臨界温度以上である請求項１記載の給湯装置。
【請求項４】
要求される水温と、熱源との温度差に応じて第二冷媒回路の運転が運転または停止可能となされた請求項１記載の給湯装置。
【請求項５】
温水回路には、温水タンクと、温水利用機器とが接続されるとともに、温水タンクおよび／または湯水利用機器に温水を切替供給する三方弁が設けられた請求項１記載の給湯装置。
【請求項６】
第一熱媒体回路には、熱源と第一熱交換器と直列に、エンジン廃熱と熱交換を行う第六熱交換器が設けられ、当該第六熱交換器と、第五熱交換器とが、三方弁により切替可能となされたエンジン冷却水回路を有する請求項１記載の給湯装置。
【請求項７】
熱源にファンコイルユニットが用いられ、第一熱交換器には、四方弁の切替により高温の第一冷媒が供給され、第六熱交換器には、三方弁の切替によりエンジン廃熱が供給されて、ファンコイルユニットの除霜運転が可能となされた請求項６記載の給湯装置。
【請求項８】
地中に埋設した配管を第一熱媒体回路に接続して閉鎖回路とし、地熱から熱媒体が吸収した熱を第一熱交換器に供給して熱媒体を循環させるように設置された請求項１ないし６の何れか一に記載の給湯装置の設置構造。
【請求項９】
河川水または地下水を引き込む配管を第一熱媒体回路に接続して開放回路とし、この河川水または地下水を熱源、かつ、熱媒体として第一熱交換器に供給するように設置された請求項１ないし６の何れか一に記載の給湯装置の設置構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−１０４５９０（Ｐ２０１３−１０４５９０Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４７４６１（Ｐ２０１１−２４７４６１）
【出願日】平成２３年１１月１１日（２０１１．１１．１１）
【出願人】（０００００６７８１）ヤンマー株式会社 (3,810)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１１日（２０１１．１１．１１）
【出願人】（０００００６７８１）ヤンマー株式会社 (3,810)
【Ｆターム（参考）】
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