JP2003287278A - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents

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、第二のポン
プ５３を有してタンク３１内の下部と上部を連通し水を
循環攪拌する攪拌流路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、第二のポンプ５３の運転
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】従来より、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６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
熱源２、タンク１とヒートポンプ熱源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】ヒートポンプ熱源２は、圧縮機５、給湯用
熱交換器６、膨張弁７、室外熱交換器８、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。膨張弁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
減圧装置で、室外熱交換器８は、膨張弁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、室外熱交換器
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。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熱源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。

【０００４】一般に、このような貯湯式の給湯機では、
タンク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℃）に加熱してタンク１に貯湯する。そして、
ヒートポンプ熱源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おり、タン
ク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。

【０００５】

【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
もタンク１内に残湯がある。この残湯はタンクからの放
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内すべてを加熱する際
に、温度低下した残湯が流水配管３ａを通ってヒートポ
ンプ熱源２に供給されると、ヒートポンプで設定温度ま
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。図７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熱源は顕著に低下す
る。

【０００６】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。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記従来の課題を解決す
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、タンク内の水を加熱するヒートポンプ熱源と、
搬送手段Ａを有して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流路とを備えたものである。

【０００８】これによって、昼間に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、攪拌流路の搬送手段Ａの運転
により残湯を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、ヒートポンプ熱源で加熱する際の供給温度が低く
なり、加熱運転の効率が向上する。

【０００９】

【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、放熱器、減圧手段、蒸発器を有し
タンク内の水を加熱するヒートポンプ熱源と、搬送手段
Ａを有してタンク内の下部と上部を連通し水を循環攪拌
する攪拌流路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、攪拌流路の搬送手段Ａの
運転により残湯を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、ヒートポンプ熱源で加熱する際の供給温度が低
くなるので運転効率が向上し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。

【００１０】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
ヒートポンプ熱源へ供給し、ヒートポンプ熱源で加熱さ
れた水をタンク内の上部へ戻す加熱通路を備えたことに
より、給湯後のタンク内再加熱の過程において、攪拌流
路の運転によりタンク内全域の水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熱源で
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、一度ヒートポンプ熱源を通って加熱さ
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。

【００１１】請求項３に記載の発明は、特に請求項２記
載の攪拌流路を、加熱通路と加熱通路の途中に設けた搬
送手段Ｂとで構成し、ヒートポンプ熱源を運転せずに搬
送手段Ｂを駆動するだけでタンク内を攪拌することによ
り、攪拌手段として新たに部材を設けることなくヒート
ポンプ熱源の加熱用回路構成をそのまま兼用できるの
で、機器価格が高くならずに光熱費が低減できる経済性
の優れたヒートポンプ給湯機を提供できる。

【００１２】請求項４に記載の発明は、特に請求項１〜
３に記載の発明において、タンク内下部の水温を検出す
る水温検出手段と、水温検出手段の検出温度ｔ１が所定
の温度ｔｓ１を超えたｔ１＞ｔｓ１の場合に攪拌流路の
攪拌運転を終了する制御手段とを備えたことにより、タ
ンク内に高温層Ｗ１、中温層Ｗ２、低温層Ｗ３ができて
いるとき、高温湯は比重の大きいＷ３領域に下降せずＷ
１からＷ２までの領域で攪拌流路の運転による攪拌が生
じるので、攪拌のために低温層Ｗ３領域の水をタンク上
部に搬送し終え攪拌が完了したことをタンク下部温度に
より検出し搬送手段Ａの駆動を停止できるので、必要以
上に攪拌流路の運転を継続することなく搬送手段Ａ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。

【００１３】請求項５に記載の発明は、特に請求項１〜
４に記載の発明において、浴槽加熱用の熱交換器と、熱
交換器と浴槽の間に設けた往き管と戻り管からなる循環
路とを備え、浴槽の湯とタンク内上部の湯とを循環路を
通じて熱交換器で熱交換させるようにしたことにより、
深夜電力を利用してヒートポンプ熱源により加熱しタン
ク内に貯めた湯の熱を利用して浴槽の追焚きも可能とな
り、深夜電力の料金も安く加熱の運転効率も高いので、
浴槽追焚きにかかる光熱費も低減できる。そして、給湯
使用後の深夜にタンク内を再加熱する際に、浴槽の湯と
の熱交換により高温から中間温度に放熱したタンク内の
残湯を攪拌流路の運転により温度低下させることができ
るので、中間温度の湯を再加熱するよりも運転効率が向
上し、給湯にかかる光熱費をさらに低減することができ
る。

【００１４】請求項６に記載の発明は、特に請求項５記
載の発明において、タンク内の残湯量を検出する残湯量
検出手段と、浴槽の湯とタンク内の湯とを熱交換器で熱
交換する風呂追焚き運転Ａと、タンク上部の湯を浴槽へ
出湯する風呂追焚き運転Ｂと、浴槽水の追焚き運転の指
令を検出したときに残湯量検出手段の検出信号が設定湯
量より多い場合に風呂追焚き運転Ｂを選択する制御手段
とを備えたことにより、一日の給湯使用量が少なくタン
ク内に多量の高温残湯があるときに浴槽の追焚き指令が
あった場合、先ず浴槽へタンク内の高温湯（例えば８５
℃）を出湯して浴槽水を昇温する。その後の追焚き指令
があると、風呂追焚き運転Ａおよび風呂追焚き運転Ｂを
しながら、残湯を減らし、熱交換器を用いた風呂追焚き
運転Ａによる中間温度の湯がタンク内に多量に残らない
ようにできるので、攪拌流路の運転による温度低下の効
果が大きくなるので運転効率が向上し、給湯にかかる光
熱費を低減することができる。

【００１５】請求項７に記載の発明は、特に請求項５〜
６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ｔ２が所定の
温度ｔｓ２より高温であるｔ２＞ｔｓ２の場合に攪拌運
転を行う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ｔｓ２より低い比較的低温水のとき
は、ヒートポンプ熱源で再加熱するときの運転効率ＣＯ
Ｐの悪化も僅少なので、タンク下部の給水を高ＣＯＰで
加熱した分と残湯を再加熱した分との平均ＣＯＰは、攪
拌して加熱運転した場合よりも高効率になる。一方、タ
ンク内の残湯が所定値であるｔｓ２より高温のｔ２＞ｔ
ｓ２の場合は攪拌流路の運転による温度低下の効果によ
り加熱運転の効率が向上し、給湯のための運転費を節約
できる。

【００１６】請求項８に記載の発明は、特に請求項１〜
７記載のヒートポンプ熱源において、ヒートポンプ熱源
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。

【００１７】

【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。

【００１８】（実施例１）図１は、本発明の第１の実施
例におけるヒートポンプ給湯機の構成の模式図を示すも
ので、図２は同実施例の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。

【００１９】図１において、３１は給湯用水を貯留する
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であり、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
用水を循環させる第一のポンプである。ヒートポンプユ
ニット３２は、圧縮機３５、給湯用熱交換器３６、膨張
弁３７、室外熱交換器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フ
ァン４０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。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
水とを熱交換する放熱器で、冷媒が流れる冷媒通路３６
ａと、給湯用水が流れる給湯用水通路３６ｂとを有して
いる。膨張弁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減圧手段で、室外熱交換
器３８は、膨張弁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。

【００２０】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。第一のポンプ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３
６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
３６ｂ→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に市水を供
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。

【００２１】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の出口近傍には出口サーミスタ４７が、流入管３３
ａの給湯用熱交換器３６の入口側には入口サーミスタ４
８が設けられ、各サーミスタ４４、４５、４６および４
７、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。

【００２２】上記構成のヒートポンプ給湯機の運転動作
のうちの湯沸かし運転について説明する。まず、制御手
段４９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、室外熱交換器３８を蒸発器として機能させる。
次に、水系統回路における第一のポンプ３４を作動させ
る。すると、タンク３１の底部から貯留水が流出し、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の水通路３６ｂを流通する。そのとき
この水は放熱器として機能している給湯用熱交換器３６
によって加熱され流出管３３ｂ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留されるように構成されている。
この湯沸かし運転においては、出口サーミスタ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。そして入口サーミスタ４８がタンク３１から流入
する水の温度を検出し、タンク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８５℃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。

【００２３】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。蛇口からの出湯の場合、蛇口
４３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内に貯留された約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。給湯使用後のタンク３１内は、水温による比
重差によって、タンク内上部は高温湯の高温層Ｗ１、下
部は給水が加熱されず低温のままの低温層Ｗ３、高温層
Ｗ１と低温層Ｗ３の間に挟まれた薄い層をなす中間温度
の中温層Ｗ２に自然に分離されており、上から高温層Ｗ
１、中温層Ｗ２、低温層Ｗ３の３層構造となる。

【００２４】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、各位置の湯温を検出している。また、
各サーミスタ４４、４５、４６および４７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４９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。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、第一のポンプ３４と圧縮機３
５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。

【００２５】次に、本発明の実施例の特徴的なタンク内
の攪拌流路とその制御について説明する。５２は攪拌流
路であり、上流端がタンク３１の底面に接続され、途中
に設けた第二のポンプ５３を経て、下流端がタンク３１
の天面に接続され、タンク内の下部と上部が連通されて
いる。この攪拌流路５２は、給水配管４１から流入しタ
ンク３１の下部に貯留している低温の水を、第二のポン
プ５３を駆動してタンク３１の上部に搬送し、タンク上
部の高温湯を冷却しながら攪拌することができるもので
ある。制御手段４９には現在時刻を出力するクロック５
４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設定手段である給
湯終了スイッチ５５が設けられている。

【００２６】そして使用者が、一日の給湯使用が終了し
てリモコン５０の給湯終了スイッチ５５を押すと、制御
手段４９は攪拌運転の待機モードに入り、クロック５４
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ｔｍが所定の温度ｔｓ０（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ｔｍ＜ｔｓ０の場合に、給湯負荷を賄うために再加熱
が必要なので攪拌運転を許可し、第二のポンプ５３を駆
動して攪拌流路の運転を開始する。この攪拌流路の運転
により、給水配管４１から流入したタンク３１内の下部
にある低温の水がタンク上部へ搬送され、水流によりタ
ンク上部の比較的高温の残湯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ｔｍ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。本実施例における
ヒートポンプユニット３２の運転効率ＣＯＰが、入口サ
ーミスタ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÷８６
０）で計算されるので、３００×（８５−３５）÷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ＣＯ
Ｐ２．５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。このように、タ
ンク３１内の下部と上部の間で水を循環させることによ
りタンク３１内の水を攪拌しタンク内の温度を略均一化
する攪拌流路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、攪拌流路５２の第二
のポンプ５３の運転により残湯を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３２で加
熱する際の供給温度が低くなって運転効率が向上し運転
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。

【００２７】攪拌流路の運転中は、前述のＷ１、Ｗ２、
Ｗ３の３層構造において、タンク上部で低温水と攪拌混
合された混合湯はＷ３領域の水温よりもいくらか高温で
あるので、混合湯は比重の大きいＷ３領域に下降せず、
およそＷ１からＷ２までの領域で攪拌流路５２の運転に
よる攪拌が生じる。一方、３層構造のうちの低温である
Ｗ３領域の水をタンク上部に搬送するので、低温層Ｗ３
が減少する。攪拌のために低温層Ｗ３領域の水をすべて
タンク上部に搬送し終えると、タンク３１の下部に設け
た第３サーミスタ４６の位置で低温水がなくなって混合
湯に変わるので、第３サーミスタ４６の検出温度ｔ１が
上昇する。ｔ１が所定の温度ｔｓ１（例えば、３０℃）
を超えたｔ１＞ｔｓ１になった場合に制御手段４９は攪
拌運転を終了し、第二のポンプ５３を停止する。このよ
うに、高温層Ｗ１、中温層Ｗ２、低温層Ｗ３ができてい
るとき、低温水より高温の混合湯は比重の大きいＷ３領
域に下降せずＷ１からＷ２までの領域で攪拌流路５２の
運転による攪拌が生じるので、攪拌のために低温層Ｗ３
領域の水をタンク上部に攪拌流路５２で搬送し終え攪拌
が完了したことをタンク下部温度により検出し、搬送手
段である第二のポンプ５３の駆動を停止できるので、必
要以上に攪拌流路５２の運転を継続することなく搬送手
段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。

【００２８】攪拌運転が終了すると、深夜の湯沸かし運
転を開始する。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、こ
の水をヒートポンプユニット３２で加熱してタンク内の
上部へ戻す加熱通路構成となっているので、攪拌運転に
よりタンク内全域の湯を温度低下させた後の湯沸かし運
転の過程において、水をタンク内の下部から取り出して
ヒートポンプ熱源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
プ熱源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。

【００２９】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。

【００３０】なお本実施例では、タンク内下部の水温で
ある検出温度ｔ１が、所定の温度ｔｓ１を超えたｔ１＞
ｔｓ１の場合に攪拌流路５２の攪拌運転を終了する制御
方法を説明したが、攪拌後の湯沸かし運転の必要加熱時
間を制御手段４９が算出し、深夜時刻帯に湯沸かし運転
が終了するように必要加熱時間を優先して攪拌運転を終
了する、すなわち必要加熱時間が十分に短い場合はタン
ク内下部の水温に基づき攪拌流路５２の運転を終了し、
必要加熱時間が長い場合は攪拌運転が不十分であっても
終了し優先的に湯沸かし運転が深夜時刻帯内に終了する
ように運転してもよい。

【００３１】また、本実施例ではこの攪拌流路５２を、
給水配管４１から流入しタンク３１の下部に貯留してい
る低温の水を、第二のポンプ５３を駆動してタンク３１
の上部に搬送し、タンク上部の高温湯を冷却しながら攪
拌することができるものとしたが、逆にタンク上部から
水を取り出してタンク下部に戻すように第二のポンプ５
３を設けて駆動しても、タンク内を攪拌混合することが
できる。

【００３２】また、攪拌流路５２と、その搬送手段Ａで
ある第２のポンプの５３の代わりに、加熱通路である流
水配管３３と、その搬送手段Ｂである第１のポンプ３４
でヒートポンプユニット３２を運転せずに駆動すること
で、タンク３１内を攪拌してもよく、この場合は、機器
コストを下げることができる。

【００３３】（実施例２）図３は、本発明の第２の実施
例における給湯機であるヒートポンプ給湯機の構成の模
式図を示すもので、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制御フローチャートを示すも
のである。

【００３４】図３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、ヒートポンプ熱源での加熱通路とタンク３１の攪拌
流路を兼ねる流水配管５６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５６ａと流出管５
６ｂとで構成され、流入管５６ａの上流端がタンク３１
の底面に接続され、流出管５６ｂの下流端がタンク３１
の天面に接続されている。第三のポンプ５７は、ヒート
ポンプユニット３２内の流入管５６ａ（流出管５６ｂ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５６に流通させる。
５８はタンク３１内の上部に設けた風呂熱交換器であ
り、浴槽５９に接続された往き管６０と戻り管６１およ
び風呂ポンプ６２とで循環路を構成し、風呂ポンプ６２
を駆動することで浴槽５９内の湯とタンク３１内上部の
高温湯とが熱交換できるようになっている。６３は風呂
追焚き運転Ａであり、浴槽５９の湯を風呂ポンプ６２を
介して風呂熱交換器５８へ流して追焚き運転する。６４
は風呂追焚き運転Ｂであり、貯湯槽３１上部の高温湯を
給湯配管４２、電磁開閉弁６５を介して浴槽５９へ出湯
する。６６はリモコン５０に設けられた追焚き運転の指
令手段である。

【００３５】以上のように構成されたヒートポンプ給湯
機において、以下その動作、作用のうち浴槽の湯温を上
昇させる追焚き運転について説明する。使用者が入浴に
際して指令手段６６を操作して制御手段４９が追焚き指
令を検出したとき、残湯量検出手段である第１サーミス
タ４４と第２サーミスタ４５とによりタンク３１の所定
位置のそれぞれの検出温度から残湯量を求め、この残湯
量に基づき風呂追焚き運転Ａ６３か風呂追焚き運転Ｂ６
４かを選択する。具体的には、第１サーミスタ４４の検
出温度と第２サーミスタ４５の検出温度が共に高温（例
えば共に８５℃前後）である場合は、残湯量が設定湯量
よりも十分に多いので風呂追焚き運転Ｂを選択し、電磁
開閉弁６５を開弁してタンク３１の高温湯を給湯配管４
２、電磁開閉弁６５を介して浴槽５９へ注湯することで
追焚き運転する。一方、第１サーミスタ４４の検出温度
は高温であるが、第２サーミスタ４５の検出温度が低温
（例えば４０℃）である場合は、残湯量が設定湯量より
も少ないので風呂追焚き運転Ａを選択する。そして、風
呂ポンプ６２を運転し浴槽５９の湯を風呂熱交換器５８
へ流してタンク３１の高温湯と熱交換し、高温にして浴
槽５９に戻して追焚き運転する。この風呂追焚き運転Ａ
を行ったときは、熱交換したタンク３１内の湯温は低下
する。１日の給湯使用量が少ない場合、あるいは前日の
低温となった浴槽水を再度沸上げて利用する場合にはタ
ンク３１に多量の残湯がある。特に、前日の低温となっ
た浴槽水を再度沸上げて利用する場合には、タンク３１
から浴槽５９へ出湯しないため多量の残湯がある。これ
らの場合に風呂追焚き運転Ａを行うと、追焚き後に多量
の中間温度の湯がタンク３１に残るため、ヒートポンプ
熱源であるヒートポンプユニット３３で湯沸かし運転す
る際に効率が非常に悪くなる。しかし、本発明では、高
温の湯が設定湯量より多量にある場合、先ずタンク３１
の残湯を浴槽５９へ注湯して追焚きに利用しタンク３１
内の残湯量を少なくする。そして、家族の入浴とともに
この追焚き運転Ｂを繰り返すことによって、タンク３１
の残湯量が少なくなって残湯量が設定湯量以下に達する
と、その後、浴槽５９の追焚き運転の指令を検出した
時、風呂追焚き運転Ａを行うので、湯沸かし運転前にタ
ンク３１に残った中間温度の湯量が少なくなる。このよ
うに、一日の給湯使用量が少なく多量の高温残湯がある
ときに浴槽の追焚き指令があった場合、先ず浴槽５９へ
タンク内の高温湯（例えば８５℃）を出湯して浴槽水を
昇温する。そして、風呂追焚き運転Ａおよび風呂追焚き
運転Ｂをしながら、残湯を減らし、風呂熱交換器５８を
用いた風呂追焚き運転Ａによる中間温度の湯がタンク内
に多量に残らないようにできるので、攪拌流路の第三の
ポンプ５７の運転による温度低下の効果が大きくなり、
より低温の水を再加熱する結果となるので運転効率が向
上し、給湯にかかる光熱費を低減することができる。

【００３６】また、浴槽加熱用の風呂熱交換器５８を設
けているので、深夜電力を利用してヒートポンプ熱源に
より加熱しタンク３１内に貯めた湯の熱を利用して浴槽
の追焚きも可能となり、深夜電力の料金も安く加熱の運
転効率も高いので、浴槽追焚きにかかる光熱費も低減で
きる。そして、給湯使用後の深夜にタンク３１内を再加
熱する湯沸かし運転の際に、浴槽５９の湯との熱交換に
より高温から中間温度に放熱したタンク３１内の残湯を
攪拌流路の運転により温度低下させることができるの
で、中間温度の湯を再加熱するよりも運転効率が向上
し、給湯にかかる光熱費をさらに低減することができ
る。

【００３７】前述の風呂追焚き運転も含めて一日の給湯
使用が終了すると、使用者が給湯終了スイッチ５５を押
し、制御手段４９はクロック５４の出力が深夜時刻帯に
なるまで攪拌運転の待機モードに入る。そして深夜の湯
沸かし運転前になると、制御手段４９は、タンク３１内
の湯温検出手段である第１サーミスタ４４の湯沸かし前
検出温度ｔ２が所定の温度ｔｓ２（例えば、設定加熱温
度４５℃）より高温であるｔ２＞ｔｓ２の場合に攪拌運
転を許可し、第三のポンプ５７を駆動して攪拌流路の運
転を開始する。タンク３１内の残湯は、前述の風呂追焚
き運転Ａが行われていると中間温度まで温度低下してお
り、このときの残湯の温度と量が例えば５０℃で１５０
Ｌであり、タンク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
量の温度が均一化すると２７．５℃になる。本実施例に
おけるヒートポンプユニット３２の運転効率ＣＯＰが、
入口サーミスタ４８の水温に対して図２に示すようなＣ
ＯＰ値をとる場合、攪拌後の湯沸かし運転を消費電力量
１１．５キロワット時で行うこととなる。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ＣＯＰ
２．５で沸かして５．６キロワット時、タンク上半分を
ＣＯＰ１．０で沸かして６．１キロワット時となり、合
計すると１１．７キロワット時と、少し余計に電力を消
費することとなる。残湯の温度がこの例よりも高温であ
れば、攪拌実施による消費電力の低減効果がさらに顕著
となる。このように、タンク３１内の残湯が所定値であ
るｔｓ２より低い比較的低温水のときは、ヒートポンプ
熱源で再加熱するときの運転効率ＣＯＰの悪化も僅少な
ので、タンク下部の給水を高ＣＯＰで加熱した分と残湯
を再加熱した分との平均ＣＯＰは、攪拌して加熱運転し
た場合よりも高効率になる。一方、タンク内の残湯が所
定値であるｔｓ２より高温のｔ２＞ｔｓ２の場合は攪拌
流路の運転による温度低下の効果により加熱運転の効率
が向上し、運転の省電力化が図れ給湯のための運転費を
節約できる。

【００３８】そして、攪拌流路は加熱通路と兼用の流水
配管５６であるので、攪拌手段として新たに部材を設け
ることなくヒートポンプ熱源の加熱用回路構成をそのま
ま兼用でき、機器価格が高くならずに光熱費が低減でき
る経済性の優れたヒートポンプ給湯機を提供できる。

【００３９】なお本実施例では、残湯量検出手段として
第１サーミスタ４４と第２サーミスタ４５とによりタン
ク３１の所定位置のそれぞれの検出温度から残湯量を求
めるものを説明したが、多数の温度検出手段の設置間隔
を密にしたものや、流量センサーを設けて検出するもの
などでもよく、種々のものが考えられる。

【００４０】（実施例３）図５は、本発明の第３の実施
例における給湯機であるヒートポンプ給湯機の要部構成
図を示すものである。

【００４１】図５において、図１および図３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、６７はタンク３１の外部に設けた風呂
熱交換器であり、タンク側とは第四のポンプ６８を設け
た配管６９と接続されてタンク上部と循環路を形成して
いる。一方、浴槽側は浴槽５９に接続された往き管６０
と戻り管６１および風呂ポンプ６２とで循環路を構成
し、風呂ポンプ６２を駆動することで浴槽５９内の湯と
タンク３１内上部の高温湯とが熱交換できるようになっ
ている。

【００４２】以上のように構成されたヒートポンプ給湯
機において、以下その動作、作用について説明する。使
用者が入浴に際して指令手段６６を操作して制御手段４
９が追焚き指令を検出したとき、制御手段４９は残湯量
に基づき風呂追焚き運転Ａ６３か風呂追焚き運転Ｂ６４
かを選択する。風呂追焚き運転Ｂを選択した場合は、電
磁開閉弁６５を開弁してタンク３１の高温湯を浴槽５９
へ注湯することで追焚き運転する。一方、風呂追焚き運
転Ａを選択した場合は、第四のポンプ６８および風呂ポ
ンプ６２を運転し、タンク３１上部の高温湯と浴槽５９
の湯を風呂熱交換器６７へ流して熱交換し、浴槽５９の
湯を高温にして浴槽５９に戻して追焚き運転する。この
風呂追焚き運転Ａを行ったときは、熱交換したタンク３
１内の湯温は風呂熱交換器６７で放熱して温度低下しタ
ンク内に戻されるので、タンク３１内の湯が中間温度に
低下する。しかし、本発明では、一日の給湯使用量が少
なく多量の高温残湯があるときに浴槽の追焚き指令があ
った場合、先ず浴槽５９へタンク内の高温湯（例えば８
５℃）を出湯する追焚き運転Ｂにより浴槽水を昇温す
る。そして、風呂追焚き運転Ａおよび風呂追焚き運転Ｂ
をしながら残湯を減らし、風呂熱交換器６７を用いた風
呂追焚き運転Ａによる中間温度の湯がタンク内に多量に
残らないようにできるので、攪拌流路の運転による温度
低下の効果が大きくなるので運転効率が向上し、給湯に
かかる光熱費を低減することができる。

【００４３】また、浴槽加熱用の風呂熱交換器６７を設
けているので、深夜電力を利用した湯の熱を利用して浴
槽の追焚きも可能となり、浴槽追焚きにかかる光熱費も
低減できる。そして、給湯使用後の深夜の湯沸かし運転
の際に、中間温度に放熱したタンク３１内の残湯を攪拌
流路の運転により温度低下させることができるので運転
効率が向上し、給湯にかかる光熱費をさらに低減するこ
とができる。

【００４４】

【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、攪拌流路により残湯を高温
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、ヒートポンプ熱源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】本発明の実施例１のヒートポンプ給湯機の構成
図

【図２】本発明の実施例１のヒートポンプ給湯機の運転
効率特性図

【図３】本発明の実施例２のヒートポンプ給湯機の構成
図

【図４】本発明の実施例２の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】本発明の実施例３のヒートポンプ給湯機の要部
構成図

【図６】従来のヒートポンプ給湯機の構成図

【図７】従来の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（ヒートポンプ熱源） ３３ 流水配管（加熱通路） ３３ａ 流入管 ３３ｂ 流出管 ３４ 第一のポンプ（攪拌手段Ｂ） ３５ 圧縮機 ３６ 給湯用熱交換器（放熱器） ３７ 膨張弁（減圧手段） ３８ 室外熱交換器（蒸発器） ４４ 第１サーミスタ（湯温検出手段、残湯量検出手
段） ４５ 第２サーミスタ（残湯量検出手段） ４６ 第３サーミスタ（水温検出手段） ４９ 制御手段 ５２ 攪拌流路 ５３ 第二のポンプ（搬送手段Ａ） ５６ 流水配管（加熱通路、攪拌流路） ５７ 第三のポンプ（搬送手段Ｂ） ５８ 風呂熱交換器 ５９ 浴槽 ６０ 往き管 ６１ 戻り管

───────────────────────────────────────────────────── 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 (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 貯湯用のタンクと、圧縮機、放熱器、減
   圧手段、蒸発器を有し前記タンク内の水を加熱するヒー
   トポンプ熱源と、搬送手段Ａタンク内の下部と上部を連
   通し水を循環攪拌する攪拌流路を備えたヒートポンプ給
   湯機。
2. 【請求項２】 タンク内の下部から水を取り出してヒー
   トポンプ熱源へ供給し、前記ヒートポンプ熱源で加熱さ
   れた水を前記タンク内の上部へ戻す加熱通路を備えた請
   求項１に記載のヒートポンプ給湯機。
3. 【請求項３】 攪拌流路は、加熱通路と前記加熱通路の
   途中に設けた搬送手段Ｂとで構成し、ヒートポンプ熱源
   を運転せずに搬送手段Ｂを駆動するだけでタンク内を攪
   拌する請求項２に記載のヒートポンプ給湯機。
4. 【請求項４】 タンク内下部の水温を検出する水温検出
   手段と、前記水温検出手段の検出温度ｔ１が所定の温度
   ｔｓ１を超えたｔ１＞ｔｓ１の場合に攪拌流路の攪拌運
   転を終了する制御手段とを備えた請求項１〜３のいずれ
   か１項記載のヒートポンプ給湯機。
5. 【請求項５】 浴槽加熱用の熱交換器と、前記熱交換器
   と浴槽の間に設けた往き管と戻り管からなる循環路とを
   備え、前記浴槽の湯と前記タンク内上部の湯とを前記循
   環路を通じて前記熱交換器で熱交換させるようにした請
   求項１〜４のいずれか１項記載のヒートポンプ給湯機。
6. 【請求項６】 タンク内の残湯量を検出する残湯量検出
   手段と、浴槽の湯と前記タンク内の湯とを熱交換器で熱
   交換する風呂追焚き運転Ａと、前記タンク上部の湯を浴
   槽へ出湯する風呂追焚き運転Ｂと、前記浴槽水の追焚き
   運転の指令を検出したときに前記残湯量検出手段の検出
   信号が設定湯量より多い場合に風呂追焚き運転Ｂを選択
   する制御手段とを備えた請求項５に記載のヒートポンプ
   給湯機。
7. 【請求項７】 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ｔ２が所定の温度
   ｔｓ２より高温であるｔ２＞ｔｓ２の場合に攪拌運転を
   行う制御手段とを備えた請求項５または６記載のヒート
   ポンプ給湯機。
8. 【請求項８】 ヒートポンプ熱源に封入する冷媒を二酸
   化炭素とする請求項１〜７のいづれか１項記載のヒート
   ポンプ給湯機。