JP2003254609A

JP2003254609A - ヒートポンプ給湯機

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Publication number: JP2003254609A
Application number: JP2002055596A
Authority: JP
Inventors: Ryuta Kondo; 龍太近藤; Takeji Watanabe; 竹司渡辺; Satoshi Imabayashi; 敏今林; Keijiro Kunimoto; 啓次郎國本; Satoshi Matsumoto; 松本　　聡
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-03-01
Filing date: 2002-03-01
Publication date: 2003-09-10
Anticipated expiration: 2022-03-01
Also published as: JP3778106B2

Abstract

(57)【要約】【課題】タンク内に残る中温から高温の湯をなくして
高効率にヒートポンプ貯湯運転をおこない、給湯にかか
る光熱費を低減する。【解決手段】貯湯用のタンク３１と、タンク３１内の
水を加熱するヒートポンプユニット３２と、タンク３１
内の水を攪拌する攪拌手段５２とを備えるものである。
これによって、昼間給湯使用した後の残湯が深夜の加熱
前にタンク３１内に残っていても、攪拌手段５２により
残湯を高温のまま再加熱せずに、タンク下方の低温の給
水と攪拌混合し十分に温度低下させた後にタンク全量を
沸かすことができるので、加熱する際のヒートポンプユ
ニット３２への供給水温度が低くなり、加熱運転の効率
が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、貯湯用のタンクを
備えるヒートポンプ給湯機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、Ｒ２２などの冷媒を使用するヒー
トポンプ給湯機が公知である。この種のヒートポンプ給
湯機としては、図５に示すように、給湯用水を貯留する
タンク１、給湯用水の加熱手段であるヒートポンプユニ
ット２、タンク１とヒートポンプユニット２とを接続す
る流水配管３、この流水配管３に給湯用水を循環させる
ポンプ４等より構成される。

【０００３】ヒートポンプユニット２は、圧縮機５、給
湯用熱交換器６、減圧手段７、蒸発器８、およびアキュ
ムレータ９を順次冷媒配管１０により接続して構成さ
れ、冷媒が充填されている。給湯用熱交換器６は、圧縮
機５より吐出された高圧のガス冷媒と給湯用水とを熱交
換するもので、冷媒が流れる冷媒通路６ａと、給湯用水
が流れる給湯用水通路６ｂとを有している。

【０００４】減圧手段７は、給湯用熱交換器６から流出
する冷媒を弁開度に応じて減圧するものであり、蒸発器
８は、減圧手段７で減圧された冷媒をファン１１によっ
て送風される外気との熱交換によって蒸発させる。アキ
ュムレータ９は、蒸発器８で蒸発した冷媒を気液分離し
て液冷媒を貯留し、気相冷媒のみを圧縮機５に吸引さ
せ、サイクル中の余剰冷媒を蓄えている。流水配管３
は、給湯用熱交換器６の給湯用水通路６ｂに接続される
冷水管３ａと温水管３ｂとで構成され、冷水管３ａの上
流端がタンク１の底面に接続され、温水管３ｂの下流端
がタンク１の天面に接続されている。

【０００５】ポンプ４は、冷水管３ａ（温水管３ｂでも
良い）に設けられ、通電されて回転することにより、タ
ンク１内の給湯用水を流水配管３に流通させる。なお、
給湯用水の流通方向は、図に矢印で示すように、タンク
１内の下部→冷水管３ａ→給湯用熱交換器６の給湯用水
通路６ｂと流れ、ここでヒートポンプユニット２により
加熱されて温水となり、給湯用水通路６ｂ→温水管３ｂ
→タンク１内の上部へと流れる。また、タンク１の底面
には、タンク１内に給水するための給水配管１２が接続
され、タンク１の天面には、タンク１内に蓄えられた給
湯用水（温水）を使用者に供給するための給湯配管１３
が接続されている。

【０００６】一般に、このような貯湯式の給湯機では、
タンク１に蓄えられた温水を直接給湯用として使用する
場合、衛生面上から温水の温度（貯湯温度）を６０℃以
上としたり、タンク１を小型化するために冷媒の特性上
可能な限り高温（Ｒ２２では６５℃、二酸化炭素冷媒で
は例えば９０℃）に加熱して貯湯する。そして、ヒート
ポンプユニット２は電力料金の安い深夜時刻帯に運転さ
れてタンク１内をすべて温水に加熱し、翌朝から夜にか
けて給湯使用される運転方法が主になっている。また、
タンク１内に深夜貯湯した熱量を給湯負荷が上回りタン
ク１内の温水が不足することがないように、その加熱温
度とタンク１の容量が設定されている。なお、給湯負荷
とは、給湯使用に必要な温水を得るために要する熱量の
ことであり、例えば、同一の温水温度及び温水量を得る
ためには、供給水温が低いほど、必要熱量は増大する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来のヒートポンプ給湯機は、給湯使用時にタンク１内の
温水不足が発生しないように、常にタンク１内に温水を
残しているため、一日の給湯使用が終了した深夜加熱直
前にモータンク１内に残湯がある。この残湯はタンク１
からの放熱により設定加熱温度よりも温度低下している
ので、残湯も合わせて深夜時刻帯にタンク１内すべてを
加熱する際に、残湯が冷水管３ａを通ってヒートポンプ
ユニット２に供給されると、ヒートポンプで昇温する時
の運転効率は非常に悪くなるという課題を有していた。

【０００８】図６に示すように、水温が上昇するとヒー
トポンプの運転効率ＣＯＰは非常に悪化する。特に、二
酸化炭素を冷媒としたヒートポンプユニットは顕著に低
下する。

【０００９】本発明は、前記従来の課題を解決するもの
で、タンク内に残る中温から高温の湯をなくして高効率
にヒートポンプ貯湯運転をおこない、給湯にかかる光熱
費を低減したヒートポンプ給湯機を提供することを目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明のヒートポンプ給湯機は、貯湯用のタンク
と、前記タンク内の水を加熱するヒートポンプユニット
と、前記タンク内の水を攪拌しタンク内の温度を略均一
化する攪拌手段とを備えたものである。

【００１１】これによって、昼間給湯使用した後の残湯
が、深夜の加熱前にタンク内に残っていても、攪拌手段
により残湯を高温のまま再加熱せずに、タンク下方の低
温の給水と攪拌混合し十分に温度低下させた後にタンク
全量を沸かすことができるので、ヒートポンプユニット
で加熱する際の供給温度が低くなり、加熱運転の効率Ｃ
ＯＰが向上する。

【００１２】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、貯湯用
のタンクと、圧縮機、給湯用熱交換器、減圧手段、およ
び蒸発器を有しタンク内の水を加熱するヒートポンプユ
ニットと、タンク内の水を攪拌する攪拌手段とを備えた
ことにより、昼間給湯使用した後の残湯が、深夜の加熱
前にタンク内に残っていても、これを高温のまま再加熱
せずに攪拌手段によりタンク下方の低温の給水と混合
し、十分に温度低下させた後にタンク全量を沸かすこと
ができるので、ヒートポンプユニットで加熱する際の供
給温度が低くなり、運転効率が向上して運転の省電力化
が図れ、給湯にかかる光熱費を低減することができる。

【００１３】請求項２に記載の発明は、特に請求項１記
載の発明において、タンク内の下部から水を取り出して
ヒートポンプユニットへ供給し、ヒートポンプユニット
で加熱された水をタンク内の上部へ戻す流水配管を備え
たことにより、給湯後のタンク内再加熱の過程におい
て、攪拌によりタンク内全域の湯を温度低下させた後、
水をタンク内の下部から取り出してヒートポンプユニッ
トで加熱しタンク内の上部へ戻すことで、タンク内に高
温の上部層と低温の下部層に分かれる温度成層を形成す
ることができるので、一度ヒートポンプユニットを通っ
て加熱された湯を再び加熱することなく、低温度水だけ
の加熱を確実に行い運転効率が向上して給湯にかかる光
熱費を低減することができる。

【００１４】請求項３に記載の発明は、特に請求項１ま
たは２に記載の発明において、使用者が給湯使用の終了
を確定してタンク内の攪拌許可を設定する給湯終了設定
手段を備えたことにより、使用者が給湯使用の終了を給
湯終了設定手段で確定したのち、攪拌手段を駆動してタ
ンク内を攪拌することができるので、タンク内攪拌開始
後に給湯使用要求があり、タンク内が温度低下している
ためにタンク内を再加熱するといった無駄を省き、使い
勝手の向上とともに給湯使用を効率化して給湯にかかる
光熱費を低減することができる。

【００１５】請求項４に記載の発明は、特に請求項１〜
３のいずれか１項に記載の発明において、タンク内の温
水温度を検出する湯温検出手段と、湯温検出手段の検出
温度ｔ１が所定の温度ｔｓ１より低温であるｔ１＜ｔｓ
１の場合に攪拌運転を許可する制御手段とを備えたこと
により、タンク内の残湯が所定値であるｔｓ１より高温
のときは、タンク内の給水のみを加熱し、残湯を再加熱
せずとも給湯負荷を賄える確率が高いと判断し攪拌手段
を運転しないので、攪拌運転の駆動動力を節約して給湯
機の運転を効率化し、給湯のための運転費を節約でき
る。

【００１６】請求項５に記載の発明は、特に請求項１〜
４のいずれか１項に記載の発明において、湯温検出手段
の検出温度ｔ１が所定の温度ｔｓ２を下回ったｔ１＜ｔ
ｓ２になった場合に攪拌運転を終了する制御手段を備え
たことにより、攪拌運転を開始するとタンク下方の低温
の給水と混合してタンク内の残湯が徐々に温度低下し、
ヒートポンプユニットの運転効率が十分高い水準になる
所定温度ｔｓ２を残湯温度ｔ１が下回るｔ１＜ｔｓ２と
なった時点で攪拌運転を停止するので、必要以上に攪拌
運転を継続することなく攪拌運転の駆動動力を節約して
給湯機の運転を効率化し、給湯のための運転費を節約で
きる。

【００１７】請求項６に記載の発明は、特に請求項１〜
５のいずれか１項に記載の発明において、タンク内の給
水と給湯使用後に残った温水とを加熱するのに必要な加
熱量を予測する加熱量予測手段と、加熱量予測手段から
の検出値とヒートポンプユニットの加熱能力から必要加
熱時間を算出する加熱時間算出部とタイマー部を有する
制御手段とを備え、ヒートポンプユニットの加熱運転を
優先し深夜時刻帯のうち加熱時間を差し引いた時間だけ
攪拌運転を行うことにより、電力料金が安価に設定され
ている深夜時刻帯に入ると攪拌運転が開始されるととも
に、攪拌時間のタイマー部により攪拌運転の経過時間が
積算され、加熱量予測手段により求められたタンク内の
必要加熱量ｑｈを用いて加熱時間算出部で必要加熱時間
ｔｈを算出し、攪拌運転の経過時間が深夜時刻帯の時間
ｔｎからｔｈを差し引いた時間（ｔｎ−ｔｈ）を経過す
ると攪拌運転を停止して優先的に加熱運転を行うので、
多くの電力を消費する加熱運転を深夜時刻帯のうちに終
了することができ、給湯にかかる光熱費を低減すること
ができる。

【００１８】請求項７に記載の発明は、特に請求項６記
載の発明において、流水配管を構成しタンク下部とヒー
トポンプユニットを接続する流入管と、ヒートポンプユ
ニットとタンク上部を接続する流出管と、流出管に設け
てヒートポンプユニットにより加熱された温水の温度を
検出する加熱温度検出手段とを備え、制御手段は、前記
加熱温度検出手段の検出温度ｔ２が所定値ｔｓ３より低
温であるｔ２＜ｔｓ３の間は攪拌運転を継続することに
より、ヒートポンプユニットによる加熱運転を優先して
行う場合に制御手段によって加熱運転を開始したのち、
加熱された温水の温度ｔ２が十分な高温に温度上昇する
までの立ち上がり時間のあいだは攪拌運転を継続し、加
熱温度検出手段の信号に基づき加熱された温水温度ｔ２
が所定値ｔｓ３を超えたときに制御手段は攪拌運転を停
止するので、立ち上がり時間分攪拌運転を延長でき、よ
り確実にタンク内を温度低下でき、ヒートポンプユニッ
トの運転効率が向上し、給湯にかかる光熱費を低減する
ことができる。

【００１９】請求項８に記載の発明は、特に請求項１〜
７のいずれか１項に記載のヒートポンプユニットにおい
て、ヒートポンプユニットに封入する冷媒を二酸化炭素
とすることにより、高温湯を高効率に沸上げタンクに貯
湯することができる。また、加熱前の供給水温が高温の
場合、二酸化炭素冷媒では運転効率の低下が顕著である
ため、タンク内の攪拌により温度低下させることで運転
効率の向上効果が大きくなり、給湯にかかる光熱費を低
減することができる。

【００２０】

【実施例】以下本発明の実施例について、図面を参照し
ながら説明する。

【００２１】（実施例１）図１は、本発明の実施例１に
おけるヒートポンプ給湯機を示すもので、図２は同ヒー
トポンプ給湯機における流入水の水温とそれを加熱した
ときの運転効率（ＣＯＰ）特性を示すものである。

【００２２】図１において、３１は給湯用水を貯留する
貯湯用のタンク、３２は給湯用水の加熱手段となる熱源
であるヒートポンプユニット、３３はタンク３１とヒー
トポンプユニット３２とを接続する流水配管、３４は給
湯用水を循環させるポンプである。ヒートポンプユニッ
ト３２は、圧縮機３５、給湯用熱交換器３６、減圧手段
３７、および蒸発器３８を順次冷媒配管３９により接続
して構成され冷媒が充填されたヒートポンプ回路と、蒸
発器３８に送風するファン４０とを備えている。ここで
本実施例においては、冷媒に二酸化炭素冷媒を使用し
た。

【００２３】給湯用熱交換器３６は、圧縮機３５より吐
出された高圧のガス冷媒と給湯用水とを熱交換するもの
で、冷媒が流れる冷媒通路３６ａと、給湯用水が流れる
給湯用水通路３６ｂとを有している。減圧手段３７は、
給湯用熱交換器３６から流出する冷媒を弁開度に応じて
減圧する。蒸発器３８は、減圧手段３７で減圧された冷
媒をファン４０によって送風される外気との熱交換によ
って蒸発させる。

【００２４】流水配管３３は、給湯用熱交換器３６の給
湯用水通路３６ｂに接続される流入管３３ａと流出管３
３ｂとで構成され、流入管３３ａの上流端がタンク３１
の底面に接続され、流出管３３ｂの下流端がタンク３１
の天面に接続されている。ポンプ３４は、ヒートポンプ
ユニット３２内の流入管３３ａ（流出管３３ｂでも良
い）に設けられ、通電されて回転することにより、タン
ク３１内の給湯用水を流水配管３３に流通させる。な
お、給湯用水の流通方向は、図に矢印で示すように、タ
ンク３１内の下部→流入管３３ａ→給湯用熱交換器３６
の給湯用水通路３６ｂと流れ、ここでヒートポンプユニ
ット３２により加熱されて温水となり、給湯用水通路３
６ｂ→流出管３３ｂ→タンク３１内の上部へと流れ、タ
ンク３１に温水が貯められていく。また、タンク３１の
底面には、給水圧を加えながらタンク３１に水を供給す
るための給水配管４１が接続され、タンク３１の天面に
は、タンク３１内に貯えられた給湯用水（温水）を使用
者に供給するための給湯配管４２が接続され、その先端
には台所、洗面、浴室などの複数の蛇口４３が設けられ
ている。

【００２５】タンク３１の壁面には、温度検知手段であ
る３個のサーミスタ４４、４５、４６がそれぞれ異なる
高さに配置されている。具体的には、第１サーミスタ４
４、第２サーミスタ４５、第３サーミスタ４６の順に、
図における上部から下部に向かって所定の間隔を置いて
配置されている。また、流出管３３ｂの給湯用熱交換器
３６の出口近傍にはサーミスタよりなる加熱温度検出手
段４７が、流入管３３ａの給湯用熱交換器３６の入口側
にはサーミスタよりなる温度検出手段４８が設けられ、
各サーミスタ４４、４５、４６および４７、４８の検出
信号は、ＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェース等を
有するマイクロコンピュータ（図示せず）を用いて構成
された制御手段４９にそれぞれ入力されるよう構成され
ている。５０はヒートポンプ給湯機の遠隔操作を行うリ
モコンであり、リモコン５０は信号用のケーブル５１で
制御手段４９と有線接続されている。

【００２６】上記ヒートポンプ給湯機の運転動作のう
ち、湯沸かし運転について説明する。まず、制御手段４
９が電気的に接続された冷媒回路中の圧縮機３５を駆動
し、給湯用熱交換器３６を放熱器として機能させると共
に、蒸発器３８を室外熱交換器として機能させる。次
に、水系統回路におけるポンプ３４を作動させる。する
と、タンク３１の底部から貯溜水が流出し、前述した水
の流れの通り、これが流入管３３ａを介して給湯用熱交
換器３６の給湯用水通路３６ｂを流通する。そのときこ
の水は給湯用熱交換器３６によって加熱され流出管３３
ｂを通って再びタンク３１内の上部へと返流される。そ
してこのような動作を継続して行うことによって、タン
ク３１の上端側から下端側へと高温湯が次第に貯溜され
るように構成されている。

【００２７】この湯沸かし運転においては、加熱温度検
出手段４７が給湯用熱交換器３６で加熱された高温湯の
温度を検出し、電気的に接続された制御手段４９が高温
湯の温度を決定した所定値（例えば二酸化炭素冷媒では
加熱温度８５℃に設定）になるように、この検出信号に
基づき運転制御する。そして温度検出手段４８がタンク
３１から流入する水の温度を検出し、タンク１からの流
入温度が所定の加熱終了温度（例えば、設定加熱温度８
５℃から１０度引いた７５℃）より高温になると、その
信号に基づき制御手段４９はタンク３１全量が高温湯と
なったと判断し、湯沸かし運転を停止する。この湯沸か
し運転は、通常は深夜電気料金制度を利用して電気料金
の安い深夜時刻帯に行い、日中の給湯量を賄うように湯
を沸かして貯めることで給湯コストを低減するようにし
ている。

【００２８】以上のように構成されたヒートポンプ給湯
機において、前述したような湯沸かし運転によりタンク
３１の全量（例えば、３００リットルタンクであれば３
００リットル）が高温湯となって貯められた状態から、
給湯使用により湯量が減少してくる。給湯使用する際
は、使用者が最寄りのリモコン５０を操作して給湯を要
求する。すると、この給湯要求信号はケーブル５１を経
て制御手段４９に伝わる。ここで出湯する場合、蛇口４
３を開栓すると給水配管４１を流れる水の給水圧によっ
てタンク３１内に貯溜された約８５℃の高温湯が押し上
げられ、給湯配管４２を通って使用する蛇口４３に供給
される。

【００２９】ところで、上記に示したようにタンク３１
には３個のサーミスタ４４、４５、４６がそれぞれ異な
る高さ位置に配置されており、タンク３１内を３つに区
分して湯温を検出できるようになっている。すなわち、
図における上方部から下方部に向かって、第１サーミス
タ４４は最小残湯量を、第２サーミスタ４５は大出湯
を、第３サーミスタ４６は最大貯湯量をそれぞれ検知す
るよう設けられている。また、各サーミスタ４４、４
５、４６および４７、４８の検出信号は、制御手段４９
にそれぞれ入力されるよう構成されており、制御手段４
９は所定時間内に入力される各検出信号の温度変化から
適切な給湯運転制御を選択して、運転指令を発する機能
を有している。そして、残湯量が所定の最小湯量（例え
ば、前記３００リットルタンクであれば１００リット
ル）以下になると、ヒートポンプユニット３２を運転し
て沸き増しを行う。

【００３０】具体的には、タンク３１の第１サーミスタ
４４で検知される湯温ｔｗが、基準温度ｔｓ０（例え
ば、５０℃）よりも低くなると、その検出信号を受けて
制御手段４９は沸き増し運転開始の判定を行う。そし
て、制御手段４９はヒートポンプユニット３２の運転を
要求し、ポンプ３５と圧縮機３６を駆動し沸き増し運転
を行う。そして、第１サーミスタ４４で検知される湯温
ｔｗが設定加熱温度（例えば、８５℃）に達すれば、運
転を停止するというような制御を繰り返し行うことによ
って、上記一定の残湯量を維持するよう制御される。

【００３１】次に、本発明の実施例の特徴的なタンク内
の攪拌手段とその制御について説明する。５２は、タン
ク３１底部に設けた攪拌手段で、制御手段４９に電気的
に接続されタンク３１の外側に設けたモータ５３と、タ
ンク３１の底面でタンク内外をシールしながらタンク３
１の外側からの回転動力をタンク１内に伝える隔壁５
４、モータ５３の回転軸に固定され隔壁５４に近接して
設けられた駆動マグネット５５、隔壁５４を挟んで駆動
マグネット５５に対向しタンク３１内部に設けられて駆
動マグネット５４とともに動力伝達手段を構成する従動
マグネット５６、従動マグネット５６に固定された回転
軸を有する攪拌羽根５７からなる。この攪拌手段５２
は、モータ５３の回転駆動によりマグネットカップリン
グである駆動マグネット５５と、従動マグネット５６の
作用により、攪拌羽根５７が回転してタンク３１内を攪
拌することができるものである。

【００３２】制御手段４９には現在時刻を出力するクロ
ック５８が設けられており、またリモコン５０には使用
者が一日の給湯使用が終了すると給湯使用の終了を確定
してタンク内の攪拌許可を設定する給湯終了スイッチで
ある給湯終了設定手段５９が設けられている。

【００３３】そして使用者が、一日の給湯使用が終了し
てリモコン５０の給湯終了設定手段５９を操作すると、
制御手段４９は攪拌運転の待機モードに入り、クロック
５８の出力が深夜時刻帯になるまで待機する。一日の給
湯使用が終了した夜の時点では、上記のように沸き増し
運転が行われることにより、最小残湯量以上の湯量がタ
ンク３１内に残されている。深夜の湯沸かし運転開始直
前には、この残湯はタンクからの放熱により温度低下し
ており、特に沸き増し運転で使用される第１サーミスタ
４４が設けられている位置の下部には、前日深夜に沸か
されて約一日放熱していた湯があり、設定加熱温度（例
えば、８５℃）よりもいくらか温度低下している。そこ
で、時間が経過して深夜時刻帯に入ると、制御手段４９
は、タンク３１内の湯温検出手段である第２サーミスタ
４５の検出温度ｔ１が所定の温度ｔｓ１（例えば、設定
加熱温度８５℃から１０度引いた７５℃）より低温であ
るｔ１＜ｔｓ１の場合に攪拌運転を許可し、モータ５３
を駆動して攪拌運転を開始する。この攪拌運転により、
タンク３１内の下部にある給水配管４１から流入した低
温の水と混合されて、温度は略均一化が進みタンク上部
の湯温が低下する。例えば、第２サーミスタ４５の検出
温度ｔ１が５０℃で、タンク上半分の平均温度が６５
℃、下半分の温度が給水温度とほぼ等しい５℃であった
とすると、攪拌運転によりタンク３１内全量が均一化す
ると３５℃になる。

【００３４】本実施例におけるヒートポンプユニット３
２の運転効率ＣＯＰが、温度検出手段４８の水温に対し
て図２に示すようなＣＯＰ値をとる場合、攪拌後の湯沸
かし運転は３００リットルをＣＯＰ１．５で運転するこ
ととなり、消費電力量は（湯沸かし水量×（設定加熱温
度ー水温）÷ＣＯＰ÷８６０）で計算されるので、３０
０×（８５ー３５）÷１．５÷８６０＝１１．６キロワ
ット時となる。一方、攪拌せずに湯沸かし運転をした場
合は、タンク下半分をＣＯＰ２．５で沸かして５．６キ
ロワット時、タンク上半分をＣＯＰ０．５で沸かして
７．０キロワット時となり、合計すると１２．６キロワ
ット時と、９％程度余計に電力を消費することとなる。
別の例として、タンク３１の上５０リットルが６５℃
で、下２５０リットルが５℃であった場合は、攪拌実施
による差がさらに顕著となり、３０％弱ほどの消費電力
の差が生じる。

【００３５】このように、タンク３１内の水を攪拌しタ
ンク内の温度を略均一化する攪拌手段５２を備え、昼間
給湯使用した後の残湯が、深夜の加熱前にタンク内に残
っていても、これを高温のまま湯沸かし運転で再加熱せ
ずに、攪拌手段５２によりタンク下方の低温の水と混合
し、十分に温度低下させた後にタンク全量を沸かすこと
ができるので、ヒートポンプユニット３２で加熱する際
の供給温度が低くなり運転効率が向上して運転の省電力
化が図れ、給湯にかかる光熱費を低減することができ
る。

【００３６】一方、タンク上半分が６５℃、下半分が５
℃である前述のような場合には、タンク３１内が略均一
になるまで攪拌せず、第２サーミスタ４５の検出温度ｔ
１が所定の温度ｔｓ２（例えば、４５℃）を下回ったｔ
１＜ｔｓ２になった場合に制御手段４９は攪拌運転を終
了し、モータ５３を停止する。モータ５３を停止して
も、攪拌の慣性と伝熱により温度の均一化はさらに進む
と同時に、所定温度ｔｓ２は攪拌によるＣＯＰ向上効果
が十分に現れる温度に設定されており、モータ５３の駆
動電力が節約できる。このように、攪拌運転を開始する
とタンク下方の低温の給水と混合してタンク３１内の残
湯が徐々に温度低下し、ヒートポンプユニット３２の運
転効率が十分高い水準になる所定温度ｔｓ２を、残湯温
度である第２サーミスタ４５の検出温度ｔ１が下回るｔ
１＜ｔｓ２となった時点で攪拌運転を停止するので、必
要以上に攪拌運転を継続することなく攪拌運転の駆動動
力を節約して給湯機の運転を効率化し、給湯のための運
転費を節約できる。

【００３７】上記に説明した場合と異なり、深夜時刻帯
に入った時点で、タンク３１内の湯温検出手段である第
２サーミスタ４５の検出温度ｔ１が所定の温度ｔｓ１
（例えば７５℃）より高温ｔ１＞ｔｓ１であった場合に
は、制御手段４９は残湯を再加熱せずとも給湯負荷を賄
える確率が高いと判断し、攪拌運転を禁止する。そして
すぐに前述した湯沸かし運転を行い、タンク３１から流
入する水の温度を入口サーミスタ４８で検出し、所定の
加熱終了温度になるとタンク３１全量が高温湯となった
と判断し、湯沸かし運転を停止する。このように、タン
ク３１内の残湯が所定値ｔｓ１より高温のときは、タン
ク内の給水のみを加熱し残湯を再加熱せずとも給湯負荷
を賄える確率が高いと判断し攪拌手段５２を運転しない
ので、攪拌運転の駆動動力を節約して給湯機の運転を効
率化し、給湯のための運転費を節約できる。

【００３８】また、湯沸かし運転の過程において、流水
配管３３がタンク３１内の下部から水を取り出してヒー
トポンプユニット３２へ供給し、ヒートポンプユニット
３２で加熱された水をタンク内の上部へ戻す流水配管と
なっているので、攪拌運転によりタンク内全域の湯を温
度低下させた後、水をタンク内の下部から取り出してヒ
ートポンプユニット３２で加熱しタンク内の上部へ戻す
ことで、タンク内に高温の上部層と低温の下部層に分か
れる温度成層を形成することができるので、一度ヒート
ポンプユニット３２を通って加熱された湯を再び加熱す
ることなく、低温度水だけの加熱を確実に行い運転効率
が向上して給湯にかかる光熱費を低減することができ
る。

【００３９】さらに、使用者が給湯使用の終了を確定し
てタンク内の攪拌許可を設定する給湯終了設定手段５９
がリモコン５０に設けられ、使用者が給湯使用の終了を
給湯終了設定手段５９により確定したのち、攪拌手段５
２を駆動してタンク内を攪拌することができるので、タ
ンク内攪拌開始後に蛇口４３を開いて給湯使用が始ま
り、タンク内が温度低下しているためにタンク内を再加
熱するといった無駄を省き、使い勝手の向上とともに給
湯使用を効率化して給湯にかかる光熱費を低減すること
ができる。

【００４０】そして、ヒートポンプ回路に封入する冷媒
を二酸化炭素とすることによって、高温湯を高効率に沸
上げタンクに貯湯することができる。また、加熱前の給
湯用熱交換器３６への供給水温が高温の場合、二酸化炭
素冷媒では運転効率の低下が顕著であるため、タンク内
の攪拌により温度低下させることで運転効率の向上効果
が大きくなり、給湯にかかる光熱費を低減することがで
きる。

【００４１】なお、本実施例では、攪拌手段５２として
マグネットカップリングを動力伝達手段に用いたものに
ついて説明したが、ポンプで水を流通させてその水圧で
攪拌羽根５７を回転するような動力伝達手段や、他の動
力手段を用いても同様の作用、効果が得られ、また攪拌
羽根を用いずに、タンク底部の水をポンプで汲み上げて
タンク頂部に流出させることでタンク内の攪拌を行うよ
うな攪拌手段であってもよい。

【００４２】（実施例２）図３は、本発明の実施例２に
おける給湯機であるヒートポンプ給湯機を示すもので、
図４は同実施例のヒートポンプ給湯機における動作を説
明するフローチャートを示すものである。

【００４３】本実施例において、図１と同符号のものは
相当する構成要素であり、詳細な説明は省略する。図に
おいて、６０は給湯配管４２に設けた加熱量予測手段で
あり、一日に給湯で使用されたタンク３１内の高温湯の
流量を積算して検出し、タンク３１内の給水と残湯を湯
沸かし運転により加熱するのに必要な加熱量を予測する
のに必要な物理量を検出する。加熱量予測手段６０は流
量センサーからなる。制御手段４９には、加熱量予測手
段６０からの検出値とヒートポンプユニット３２の加熱
能力から必要加熱時間を算出する加熱時間算出部６１
と、攪拌時間のタイマー部６２が設けられている。

【００４４】以上のように構成されたヒートポンプ給湯
機において、動作の一例を図４に示すフローチャートに
基づいて説明する。

【００４５】ステップ１：使用者が一日の給湯使用が終
了してリモコン５０の給湯終了設定手段５９を操作する
と、制御手段４９は攪拌運転の待機モードで待機してい
る。

【００４６】ステップ２：クロック５８の出力が深夜時
刻帯になっているか否かを判定し、深夜時刻帯になって
いなければステップ１へ移行する。

【００４７】ステップ３：そして電力料金が安価に設定
されている深夜時刻帯に入ると、制御手段４９は攪拌運
転の待機モードに入っているか（給湯終了設定手段５９
が操作されたか）否かを判定し、待機モード中であれば
ステップ４、待機モードでなければステップ１３の湯沸
かし運転を開始する。

【００４８】ステップ４：制御手段４９は、タンク３１
内の湯温検出手段である第２サーミスタ４５の検出温度
ｔ１が所定の温度ｔｓ１（例えば、７５℃）より低温で
あるか否かを判定し、ｔ１＜ｔｓ１である場合に攪拌運
転を許可しステップ５へ、異なる場合はステップ１３へ
移行する。

【００４９】ステップ５：制御手段４９は、タイマー部
６２の経過時間値ｔｍをゼロに初期化しステップ６へ移
行する。

【００５０】ステップ６：制御手段４９は、モータ５３
を駆動して攪拌運転を開始しステップ７へ移行する。

【００５１】ステップ７：制御手段４９は攪拌運転が開
始されると、タイマー部６２により攪拌運転の経過時間
値ｔｍを積算し始め、ステップ８へ移行する。

【００５２】ステップ８：これまでの制御とは別に制御
手段４９は、攪拌運転の待機中あるいは攪拌運転開始と
同時に、湯温検出手段と残湯量検出手段と給水温検出手
段とからなる加熱量予測手段、すなわち３個のサーミス
タ４４、４５、４６の検出温度と加熱量予測手段６０に
よる一日のタンク湯使用量とにより、タンク３１内残湯
の湯温ｔｔ１と残湯量ｖ１から設定加熱温度ｔ０に加熱
する残湯加熱量ｑ１＝（ｔ０−ｔｔ１）×ｖ１が求められ、第３サーミスタ４６で検出したタンク３１
内給水分の温度ｔｔ２と水量ｖ２から設定加熱温度ｔ０
に加熱する給水分加熱量ｑ２＝（ｔ０−ｔｔ２）×ｖ２が求められ、湯沸かし運転でタンク全量を温度ｔ０の高
温水にするのに必要な加熱量ｑｈは、ｑｈ＝ｑ１＋ｑ２
となり、この求められたタンク内の必要加熱量ｑｈを用
いて加熱時間算出部６１でヒートポンプユニット３２の
加熱能力を基に必要加熱時間ｔｈを算出している。そし
て、攪拌運転の経過時間値ｔｍが、深夜時刻帯の時間ｔ
ｎからｔｈを差し引いた時間値（ｔｎ−ｔｈ）に達した
か否かを判定し、ｔｍ＜ｔｎ−ｔｈである場合に攪拌運
転を継続しステップ９へ、異なる場合はステップ１１へ
移行する。

【００５３】ステップ９：制御手段４９は、タンク３１
内の湯温検出手段である第２サーミスタ４５の検出温度
ｔ１が所定の温度ｔｓ２（例えば、４５℃）を下回った
か否かを判定し、ｔ１＜ｔｓ２になった場合はステップ
１０へ移行、異なる場合はステップ８へ戻る。

【００５４】ステップ１０：制御手段４９は攪拌運転を
終了し、モータ５３を停止する。

【００５５】ステップ１１：攪拌運転の経過時間値ｔｍ
が、深夜時刻帯の時間ｔｎからｔｈを差し引いた時間値
（ｔｎ−ｔｈ）に達すると、制御手段４９はポンプ３５
と圧縮機３６を駆動し、湯沸かし運転の加熱を開始す
る。ステップ１２へ移行。

【００５６】ステップ１２：給湯用熱交換器３６で加熱
された温水の温度を検出する加熱温度検出手段４７の検
出温度ｔ２が所定値ｔｓ３（例えば７５℃）より低温で
あるか否かを判定し、ｔ２＜ｔｓ３である立ち上がり時
間中は攪拌運転を継続しステップ９へ移行。ｔ２が上昇
してｔｓ３に達する（ｔ２≧ｔｓ３）とステップ１０へ
移行し攪拌運転停止。

【００５７】ステップ１３：湯沸かし運転の加熱を開始
する。

【００５８】このように、電力料金が安価に設定されて
いる深夜時刻帯に入ると攪拌運転が開始されるととも
に、タイマー部６２により攪拌運転の経過時間が積算さ
れ、湯温検出手段と残湯量検出手段と給水温検出手段と
からなる加熱量予測手段により求められたタンク内の必
要加熱量ｑｈを用いて加熱時間算出部６１で必要加熱時
間ｔｈを算出し、攪拌運転の経過時間が深夜時刻帯の時
間ｔｎからｔｈを差し引いた時間（ｔｎーｔｈ）を経過
すると、攪拌運転を停止して優先的に加熱運転を行うの
で、多くの電力を消費する加熱運転を深夜時刻帯のうち
に終了することができ、給湯にかかる光熱費を低減する
ことができる。

【００５９】また、ヒートポンプユニット３２による加
熱運転を優先して行う場合に、制御手段４９によって加
熱運転を開始したのち、加熱された温水の温度を検出す
る加熱温度検出手段４７の検出温度ｔ２が、十分な高温
に温度上昇するまでの立ち上がり時間のあいだは攪拌運
転を継続し、加熱温度検出手段４７の信号に基づき加熱
された温水温度ｔ２が所定値ｔｓ３を超えたときに制御
手段４９は攪拌運転を停止するので、立ち上がり時間分
攪拌運転を延長でき、より確実にタンク内を温度低下で
きるのでヒートポンプユニットの運転効率が向上し、給
湯にかかる光熱費を低減することができる。

【００６０】なお、本実施例では、加熱量予測手段６０
により一日の給湯使用量を検出してタンク３１内の残湯
量を算出する方法を説明したが、タンク３１内の高温湯
の位置を検出する方法、すなわち例えばタンク３１壁面
に小間隔で多数の温度センサーを設けて高温湯の位置を
検出し、残湯量を求めて加熱量を予測する加熱量予測手
段を構成しても、同様の作用、効果が得られ、また給湯
使用量から使用された熱量を算出して加熱量を予測する
加熱量予測手段としてもよい。

【００６１】

【発明の効果】以上のように、請求項１〜８記載の発明
によれば、昼間給湯使用した後の残湯が、深夜の加熱前
にタンク内に残っていても、攪拌手段により残湯を高温
のまま再加熱せずに、タンク下方の低温の給水と攪拌混
合し十分に温度低下させた後にタンク全量を沸かすこと
ができるので、ヒートポンプユニットで加熱する際の供
給温度が低くなり、効率化による運転の省電力化が図
れ、給湯にかかる光熱費を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における実施例１のヒートポンプ給湯機
の構成図

【図２】同ヒートポンプ給湯機の運転効率特性図

【図３】本発明における実施例２のヒートポンプ給湯機
の構成図

【図４】同ヒートポンプ給湯機の動作を説明するフロー
チャート

【図５】従来のヒートポンプ給湯機の構成図

【図６】同ヒートポンプ給湯機の運転効率特性図

【符号の説明】

３１タンク３２ヒートポンプユニット３３流水配管３３ａ流入管３３ｂ流出管３５圧縮機３６給湯用熱交換器３７減圧手段３８蒸発器４４〜４６湯温検出手段４７加熱温度検出手段４９制御手段５２攪拌手段５９給湯終了設定手段６０加熱量予測手段６１加熱時間算出部６２タイマー部

フロントページの続き (72)発明者今林敏大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者國本啓次郎大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者松本聡大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】貯湯用のタンクと、圧縮機、給湯用熱交
換器、減圧手段、および蒸発器を有し前記タンク内の水
を加熱するヒートポンプユニットと、前記タンク内の水
を攪拌する攪拌手段とを備えたヒートポンプ給湯機。
【請求項２】タンク内の下部から水を取り出してヒー
トポンプユニットへ供給し、前記ヒートポンプユニット
で加熱された水を前記タンク内の上部へ戻す流水配管を
備えた請求項１に記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項３】使用者が給湯使用の終了を確定してタン
ク内の攪拌許可を設定する給湯終了設定手段を備えた請
求項１または２記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項４】タンク内の温水温度を検出する湯温検出
手段と、前記湯温検出手段の検出温度ｔ１が所定の温度
ｔｓ１より低温であるｔ１＜ｔｓ１の場合に攪拌運転を
許可する制御手段とを備えた請求項１〜３のいずれか１
項に記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項５】湯温検出手段の検出温度ｔ１が所定の温
度ｔｓ２を下回ったｔ１＜ｔｓ２になった場合に攪拌運
転を終了する制御手段を備えた請求項１〜４のいずれか
１項に記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項６】タンク内の給水と給湯使用後に残った温
水とを加熱するのに必要な加熱量を予測する加熱量予測
手段と、前記加熱量予測手段からの検出値とヒートポン
プユニットの加熱能力から必要加熱時間を算出する加熱
時間算出部とタイマー部を有する制御手段とを備え、ヒ
ートポンプユニットの加熱運転を優先し深夜時刻帯のう
ち加熱時間を差し引いた時間だけ攪拌運転を行う請求項
１〜５のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項７】流水配管を構成しタンク下部とヒートポ
ンプユニットを接続する流入管と、前記ヒートポンプユ
ニットとタンク上部を接続する流出管と、前記流出管に
設けてヒートポンプユニットにより加熱された温水の温
度を検出する加熱温度検出手段とを備え、制御手段は、
前記加熱温度検出手段の検出温度ｔ２が所定値ｔｓ３よ
り低温であるｔ２＜ｔｓ３の間は攪拌運転を継続する請
求項６に記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項８】ヒートポンプユニットに封入する冷媒を
二酸化炭素とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の
ヒートポンプ給湯機。