JP2004232912A

JP2004232912A - ヒートポンプ給湯装置

Info

Publication number: JP2004232912A
Application number: JP2003020018A
Authority: JP
Inventors: Ryuta Kondo; 龍太近藤; Takeji Watanabe; 竹司渡辺; Nobuhiko Fujiwara; 宣彦藤原; Tatsumura Mo; 立群毛; Kazuhiko Marumoto; 一彦丸本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-01-29
Filing date: 2003-01-29
Publication date: 2004-08-19

Abstract

【課題】加熱能力を大幅に大能力化しなくても良くタンクも小容量で、設置性と耐久性、信頼性の向上を図る瞬間湯沸し型のヒートポンプ給湯装置を提供することを目的とする。
【解決手段】冷媒流路２８と水流路２９で熱交換する放熱器２４の、水流路２９に直接水道水を通水して瞬間加熱し、この水路から出湯される湯と事前に貯めたタンク２２の湯とを使うヒートポンプ給湯装置であって、タンク２２への第１給水管３０と水流路２９への第２給水管３２とへの流量割合を調節する流量調節手段４２を有する構成とし、大能力化放熱器を必要とせずタンク容量も小さく、広い能力幅で省設置スペースが実現できる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒートポンプ給湯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のヒートポンプ給湯装置としては、特許文献１に記載されているような給湯装置が提案されていた。このヒートポンプ給湯装置は図３に示すように、閉回路に構成される冷媒流路１で圧縮機２、放熱器である熱交換器３、減圧手段４、吸熱器５が接続された冷媒循環回路７と、熱交換器３の冷媒流路８と熱交換を行う熱交換器３内の水流路９と、この水流路９に水道水を供給する給水管１１と、前記水流路９とシャワーや蛇口等の給湯端末１２とを接続する給湯回路１３と、給湯回路１３に設け給湯温度を検出する温度センサ１４と、圧縮機２の回転数を制御するインバータ１５を備え、圧縮機２を温度センサ１４の検出温度と設定温度との差に応じてインバータ１５の出力周波数を変換するようにしていた。すなわち従来の給湯装置では設定温度に対して給湯温度が低い場合は圧縮機２の回転数を上げ、給湯温度が高い場合は回転数を下げるように制御するようにしていた。
【０００３】
しかし、上記従来例の給湯装置の構成では、給湯時における給湯負荷が一定ではない。特に流量は使用者が給湯目的によってさまざまに変化させるために給湯負荷は大きく変ってしまう。例えば家庭用の給湯の場合、シャワーや風呂への湯張りに給湯する場合は１０〜２０Ｌ／ｍｉｎの大流量となるが、台所で食器を洗う場合や洗面への給湯では５Ｌ／ｍｉｎ前後と小流量である。また、季節による給水温度の変化によっても給湯負荷は大きく変る。
【０００４】
こうした流量や水温の変化により大きくかわる給湯負荷を、従来のヒートポンプ給湯装置のように単一の熱交換器や吸熱器に対して単一の圧縮機の回転数を変えるだけで給湯熱量を制御しようとした場合に、まずシャワー等の大流量の給湯負荷に対応するために大型の圧縮機に大型の熱交換器や吸熱器が必要になる。しかし、こうした大型の装置では設置スペースが大きくなるうえに、温度や圧力の立ち上がりが遅く、さらに小さな給湯負荷に対して能力を低くしようとする場合に限界があり、こうした低負荷に対応しにくくなる不都合が生じてくる。
【０００５】
このように、従来のヒートポンプ給湯装置では、大型の装置で圧縮機の回転数を変えるだけの制御では能力変更幅に限界があり、例えば冬場のシャワーと風呂の湯張りの同時使用といった大能力から、夏場の食器洗いなどの微小能力までの幅広い給湯能力をカバーできなかった。
【０００６】
以上のように上記従来のヒートポンプ給湯装置では、給湯負荷の大小に関わりなく給水管からの水道水を熱交換器で瞬時に加熱し給湯を行うので、大流量の給湯負荷に対応するために、非常に大型の装置が必要になるうえに、大型の装置では幅広い給湯負荷への対応が困難であるという課題があった。
【０００７】
【特許文献１】
特開平２−２２３７６７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
一方、深夜蓄熱型の電気温水器のように深夜電力を利用して貯湯タンクに湯を沸かすタイプのものも従来より知られている。しかしながら、このようなタイプのヒートポンプ給湯装置は、一日分の給湯負荷を賄うだけの湯を深夜に沸かすため、貯湯タンクの容量を３００Ｌから４００Ｌを超えるような大きな蓄熱サイズが必要で、このような大容量のタンクは、例えば集合住宅のパイプシャフトなどには格納できないなど、設置のために大きなスペースが必要となり、設置性が非常に悪いという課題もあった。
【０００９】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、広い能力幅を有し、貯湯タンクの大型化が必要ないヒートポンプ給湯装置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装置は、放熱器などを含む冷媒循環回路で構成されるヒートポンプ熱源と、ヒートポンプ熱源で加熱した給湯用水を貯えるタンクと、タンクに水道水を供給する第１給水管と、ヒートポンプ熱源にタンクを介さずに水道水を供給する第２給水管と、第１給水管と第２給水管とに流れる水道水の流量割合を可変する流量調節手段とを備えたものである。
【００１１】
これによって、水道水を放熱器で加熱するのとは別にタンクに貯めた湯を出湯し、各々の供給流量を流量調節手段により調節し足し合わせるので、放熱器での加熱量が不足していても給湯使用量に対する不足分を補って出湯でき、放熱器での加熱能力を大幅に大能力化しなくても良い。また使用者が要求する給湯温度に対して、ヒートポンプ熱源とタンクとから出湯する際の各々の供給流量に応じた温度に合わせ混合すればよく、ヒートポンプ熱源により水道水を加熱する温度をタンクの貯湯温度よりも低温にできるので、加熱能力を高能力化しやすくなり、タンクの小容量化、省スペース化が図れる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明のヒートポンプ給湯装置は、圧縮機と吸熱器と減圧手段と給湯用水を加熱する放熱器とを含む冷媒循環回路で構成されるヒートポンプ熱源と、ヒートポンプ熱源で加熱した給湯用水を貯えるタンクと、タンクに水道水を供給する第１給水管と、ヒートポンプ熱源にタンクを介さずに水道水を供給する第２給水管と、第１給水管と第２給水管とに流れる水道水の流量割合を可変する流量調節手段とを備えたものである。
【００１３】
この発明によれば、使用者が要求する給湯流量に対して、水道水を放熱器で加熱するのとは別に、タンクに貯めた湯を出湯して足し合わせるので、ヒートポンプ熱源単独で要求流量の水道水を加熱するだけの加熱量が不足していても不足分を補って出湯でき、放熱器での加熱能力を大幅に大能力化しなくても良い。また、ヒートポンプ熱源とタンクとから足し合わされる各々の供給流量を流量調節手段により調節できるので、各々の供給流量に応じて使用者が要求する給湯温度に合わせればよく、タンクの貯湯温度よりもヒートポンプ熱源により水道水を加熱する温度を低温化して高能力化し、タンクの小型化が図れて省スペース化できる。
【００１４】
請求項２に記載の発明のヒートポンプ給湯装置は、請求項１に記載の流量調節手段を、第１給水管または第２給水管の少なくとも一方か、または第１給水管と第２給水管との分岐部かに設けたものである。
【００１５】
この発明によれば、流量調節手段が第１給水管または第２給水管に設けられて、高温の湯が流れることがないので、材料の高温湯による劣化やヒートショック、高温部で発生しやすいスケール分の付着などが防止でき、耐久性や信頼性が向上する。
【００１６】
請求項３に記載の発明のヒートポンプ給湯装置は、特に請求項１または２記載の発明において、給湯端末につながる給湯回路と、タンクから給湯回路に接続する第１給湯管と、ヒートポンプ熱源から前記タンクを介さずに給湯回路へと通水するように接続する第２給湯管とを備えたものである。
【００１７】
この発明によれば、使用者が要求する給湯流量に対して流量調節手段によりヒートポンプ熱源とタンクのそれぞれに流れる流量を調節することでヒートポンプ熱源で加熱する温度を低温にできるので、加熱能力を高能力化しやすくなり、タンクを小容量化できる。また、ヒートポンプ熱源からの低温の出湯をタンクを通過せずに給湯回路に流すことができるので、タンク貯湯上部の高温層の冷却による蓄熱量の減少を防止できる。
【００１８】
請求項４に記載の発明のヒートポンプ給湯装置は、特に請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、給湯端末は、小流量出湯であることが多い端末Ａと大流量出湯であることが多い端末Ｂとからなり、端末Ａと端末Ｂとを判別しどちらからの出湯かを検出する端末判別手段を備えたものである。
【００１９】
この発明によれば、端末判別手段を備えて小流量出湯の端末Ａか大流量出湯の端末Ｂかを判別できるので、端末判別手段からの信号により端末Ａの出湯であると認識した場合は、ヒートポンプ熱源の加熱のみで出湯するように流量調節手段で第２給水管の通水を優先して流量調節するので、タンクの貯湯の使用量を抑制しタンクを小容量化することができる。
【００２０】
請求項５に記載の発明のヒートポンプ給湯装置は、特に請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明において、給湯の目標温度を設定する温度設定手段と、ヒートポンプ熱源による加熱湯を給湯端末に流す給湯回路または第２給湯管に設けて湯温を検知する給湯温度検知手段と、温度設定手段の値と給湯温度検知手段の値から放熱器の加熱量を制御する加熱制御手段とを備え、加熱制御手段は、圧縮機の回転数、減圧手段の冷媒流路抵抗、吸熱器の吸熱量のうち少なくとも１つを制御するようにしたものである。
【００２１】
この発明によれば、予め、圧縮機の回転数、減圧手段の冷媒流路抵抗、大気熱から吸熱器に吸熱させる送風機風量のそれぞれと放熱器での加熱量の関係を定め、設定された所要加熱量になるように圧縮機の回転数、減圧手段の減圧度、送風機の回転数を制御することで所要加熱量が得られる。
【００２２】
請求項６に記載の発明のヒートポンプ給湯装置は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の冷媒循環回路を、冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界冷媒循環回路とし、臨界圧力以上に昇圧された冷媒により放熱器の水流路の流水を加熱するものである。
【００２３】
この発明によれば、そして、放熱器の冷媒流路を流れる冷媒は、圧縮機で臨界圧力以上に加圧されているので、放熱器の水流路の流水により熱を奪われて温度低下しても凝縮することがない。したがって放熱器全域で冷媒と水とに温度差を形成しやすくなり、高温の湯が得られ、かつ熱交換効率を高くできる。
【００２４】
【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。なお、従来例および各実施例において、同じ構成、同じ動作をする部分については同一符号を付与し、詳細な説明を省略する。
【００２５】
（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式給湯装置の構成図である。図１において、２１はヒートポンプ熱源、２２はタンクであり、ヒートポンプ熱源２１は、冷媒配管により圧縮機２３、放熱器２４、減圧手段２５、吸熱器２６が閉回路に接続された冷媒循環回路２７で構成されている。この冷媒循環回路２７は、例えば炭酸ガスを冷媒として使用し、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧以上となる超臨界ヒートポンプサイクルを使用している。そして圧縮機２３は、内蔵する電動モータ（図示しない）によって駆動され、吸引した冷媒を臨界圧力を超える圧力まで圧縮して吐出する。また、放熱器２４には冷媒流路２８と熱交換を行う水流路２９を備えている。タンク２２の底部には水道水を供給する第１給水管３０が接続され、天部には貯められている給湯用水を出湯する第１給湯管３１が設けられている。
【００２６】
一方、水流路２９には、水道を直結して水道水を直接供給する第２給水管３２と、水流路２９で加熱された水道水を出湯し貯湯する貯湯管３３が接続され、貯湯管３３の出口はタンク２２内の天部に設けられたノズル３４と繋がっている。第１給湯管３１は、浴槽（図示せず）の湯張りが可能な風呂蛇口３５やシャワー３６、台所蛇口３７等より成る給湯端末３８へ出湯される湯を通水させるための給湯回路３９に接続されている。そして第１給水管３０と第２給水管３２とは分岐部４０で給水管４１から分岐する構成になっており、第１給水管３０には流量調節手段４２とポンプ４３が設けられて、タンク２２から、ポンプ４３と流量調節手段４２を有する第１給水管３０、第２給水管、水流路２９、貯湯管３３の先のノズル３４までが水の循環回路を形成するとともに、給水管４１からの水道水は、第１給水管３０から流量調節手段４２を経てタンク２２に流入する経路と、第２給水管３２から水流路２９、貯湯管３３、ノズル３４を経てタンク２２に流入する経路とを有している。
【００２７】
タンク２２は、断熱材４４で覆われており、その大きさは、使用者の給湯使用量の最大値である最大負荷を想定し、放熱器２４での最大加熱能力とタンク２２での貯湯量を併用して最大負荷に不足無く対応して給湯できるだけの貯湯量としたものである。
【００２８】
４６は制御手段であり、この制御手段４６の中には放熱器２４の加熱量を制御する加熱制御手段４８が設けられている。給水管４１の分岐部４０上流には、給湯回路３４の流量を検出する流量検知手段４９と、放熱器２４への給水温度を検出する水温検知手段５０が設けられている。そして給湯回路３９には出湯温度を検出する給湯温検知手段５１が設けられている。またタンク２２にはタンク２２内の湯温を検出する貯湯温度検知手段５２が設けられている。
【００２９】
５３は気温を検出する気温検知手段である。加熱制御手段４８は、気温検知手段５３の検出値に応じてヒートポンプサイクルの運転条件である圧縮機２３の回転数を変更して放熱器２４での加熱量を制御する。放熱器２４での加熱量は、気温が定まれば圧縮機２３の回転数に比例的に可変できる。そこで、加熱制御手段４８は予め各気温毎の放熱器２４の加熱量と圧縮機２３の回転数の関係を記憶しておき、気温に応じて回転数を設定制御し放熱器２４の加熱量を制御することができる。このことで、気温が変動しても精度よい給湯制御が可能になる。
【００３０】
５４は給湯の目標温度を設定する温度設定手段で、使用者が任意に温度を設定する。５５は水流路２９の下流に設けられて放熱器２４のみで加熱された水の温度を検出する出口温度検知手段である。また、湯張りが行える風呂蛇口３５は大流量出湯端末Ｂであるので、端末Ｂであることを知らせる端末Ｂ発信装置５６が設けられており、蛇口の開操作に基づいて出力される信号を端末判別手段５７が受け取り、制御手段４６に伝送されるようになっている。
【００３１】
放熱器２４は、冷媒流路２８の流れ方向と水流路２９の流れ方向を対向流とし、各流路間を熱移動が容易になるように密着して構成している。この構成により冷媒流路２８と水流路２９の伝熱が均一化し、熱交換効率がよくなる。また、高温の出湯も可能になる。
【００３２】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。図１に示す実施例において、まず給湯停止中の動作について説明する。前回給湯が停止したとき、タンク２２内は出湯により貯湯量（高温湯量）は下がっている。また、タンク２２は断熱材４４で覆われているが、貯湯温度は放熱により徐々に低下したり、水流路２９からタンク２２を経て第１給湯管３１へ出る比較的低温の出湯により貯湯温度が低下したりする。
【００３３】
これらの場合に、特に貯湯温度検知手段５２によって貯湯温度が下限温度（例えば７５℃）より下がり貯湯温度が低下したことを検出すると、冷媒循環回路２７を駆動し、圧縮機２３を所定の回転数で運転し、ポンプ４３を駆動する。これにより高温高圧の冷媒が冷媒流路２８に流れ、水流路２９を加熱し、ポンプ４３により生じさせた水流でタンク２２から第１給水管３０、第２給水管３２の順に流れてきた水がここで加熱される。
【００３４】
そして高温湯となった水は、貯湯管３３を通ってノズル３４からタンク２２内の上層部へと戻り、タンク２２内の上層部から下層部へ順に温度が上昇して、貯湯温度検知手段５２の検知温度が所定温度（例えば８０℃）を超えれば冷媒循環回路２７の運転を停止する。この運転停止の繰り返しでタンク２２内は所定温度の高温に保温される。この保温の所定温度を給湯の目標温度（例えば４５℃）より充分に高くすることにより、蓄熱密度を上げることができ、タンク２２の大きさを小さくすることができる。
【００３５】
次に給湯使用時について説明する。使用者が温度設定手段５４により給湯温度を４２℃等の適温に設定し、台所蛇口３７などの給湯端末３８が開かれると給水管４０から水道水が水圧により流れ込み始める。これを流量検知手段４９が検知し制御手段４６に信号が送られ、圧縮機２３の運転が開始される。このとき冷媒循環回路２７が冷え切った状態の場合、圧縮機２３が運転されてもサイクル全体の圧力および温度が定常状態に達していないために、しばらくの間水流路２９からは給水温度に近い水が出てしまう。
【００３６】
そこで制御手段４６は流量調節手段４２の初期状態として第１給水管３０と第２給水管３２を流れる流量が例えば同量になる位置に設定している。ここで、給水温度５℃、貯湯温度８０℃として、水流路２９からの出口温度がまだ５℃とすると、給湯温検知手段５１部での温度はおよそ（８０℃＋５℃）／２で、４２．５℃の出湯温度となる。そして、給湯開始後は給湯温検知手段５１の検知温度によって流量調節手段４２の開度を調節し、温度設定手段５４で設定された目標温度になるように第１給水管に流れる流量を変化させる。給湯中の制御手段４６では、出口温度検知手段５５と温度設定手段５４とのそれぞれが出力する出湯温度と目標温度との偏差に基づいて加熱制御手段４８が圧縮機２３の回転数を制御している。そして、圧縮機２３から吐出され放熱器２４へ流入する高温高圧の冷媒ガスは、水流路２９を流れる水を加熱する。加熱された水は給湯回路３９を経て給湯端末３８から出湯する。
【００３７】
一方、放熱器２４で冷却された冷媒は減圧手段２５で減圧されて吸熱器２６に流入し、ここで大気熱、太陽熱など自然エネルギーを吸熱して蒸発ガス化し、圧縮機２３に戻る。運転開始からしばらくすると、冷媒系も十分に温度上昇して水流路２９の出口温度は上昇し、出口温度が目標温度に到達すると流量調節手段４２は全閉状態で第２給水管３２を通る出湯のみになり、水流路２９で加熱された湯は貯湯管３３を通りノズル３４から出てすぐ第１給湯管３１に入り、給湯回路３９から給湯される。
【００３８】
出湯が台所蛇口３７などの小流量が主の端末Ａの場合、端末判別手段５７には端末Ｂからの信号が送信されないので、制御手段４６では流量検知手段４９により検出した出湯が小流量であると認識し、流量調節手段４２を制御して第２給水管３２の通水を優先し、可能な限り流量調節手段４２を全閉状態にし、加熱制御手段４８が圧縮機２３の回転数を制御して出口温度検知手段５５の出力する出湯温度が目標温度になるようにする。
【００３９】
給湯負荷が放熱器２４での最大加熱能力を超え、圧縮機２３を制御しても目標温度に到達しない場合は、次第に流量調節手段４２を開成し、第１給水管３０からの通水がタンク２２内に貯めた湯を押し出して出湯する量を多くし、給湯温検知手段５１の出力する検出温度が目標温度になるようにする。
【００４０】
一方、端末Ｂである風呂蛇口３５が開けられて出湯した場合、端末Ｂ発信装置５６からの端末判別手段５７に信号が発信され、制御手段４６は流量検知手段４９に応じて大流量であると認識し、制御手段４６が加熱制御手段４８で制御する所要加熱量を放熱器２４での最大加熱能力に設定し圧縮機２３の回転数を制御するとともに、給湯温検知手段５１の検知温度が目標温度となるように、給湯温度と目標温度との偏差からフィードバック制御を用いて流量調節手段４２の開度を調節し、操作する。この流量調節手段４２の開度調節によって、水流路２９を経た湯とタンク２２から押し出された湯との第１給湯管３１を通る混合割合が決まり、流量調節手段４２を制御して目標の出湯温度を得るのである。
【００４１】
上記温度制御を具体的に説明すると、給水温度が５℃、貯湯温度が８５℃で、温度設定手段５４により４５℃の給湯を風呂蛇口３５の開栓で１５Ｌ／ｍｉｎの流量で要求があると、例えばヒートポンプ熱源２１の放熱器２４での最大加熱能力を１４ｋＷとして、制御手段４６はこの１４ｋＷで加熱運転を行うように圧縮機２３を制御する。そして、流量調節手段４２の開度を調節を行い第１給水管３０の流量を調節して、タンクからの出湯量を５Ｌ／ｍｉｎにすると、給湯温検知手段５１の検知温度が目標温度である４５℃になり給湯できる。
【００４２】
なお、このとき残り１０Ｌ／ｍｉｎがヒートポンプ熱源に流れるので最大加熱能力から逆算して、第２給水管３２を通り水流路２９で加熱された水道水は、約２５℃になっている。
【００４３】
このように、使用者が要求する給湯流量に対して、水道水を放熱器２４で瞬間加熱するのとは別に、タンク２２に貯めた湯を出湯して足し合わせるので、ヒートポンプ熱源２１による瞬間加熱量が不足していても、不足分を補ってタンク２２から湯量を加えることができ、放熱器２４での加熱能力を大幅に大能力化しなくても良い。また、ヒートポンプ熱源２１とタンク２２とから足し合わされる各々の供給流量を流量調節手段４２により調節できるので、給湯温度の制御が可能となり、各々の供給流量に応じて使用者が要求する給湯温度に合わせればよく、ヒートポンプ熱源２１により水道水を加熱する温度をタンク２２の貯湯温度よりも低温にできる。その結果、冷媒循環回路２７の高圧側と低圧側の高低圧差が小さくなり、圧縮機２３を高回転化しやすく、加熱能力の高能力化が容易になり、タンク２２を小容量化できる。
【００４４】
そして、流量調節手段４２が第１給水管３０に設けられて、高温の湯が流れることがないので、材料の高温湯による劣化やヒートショック、高温部で発生しやすいスケール分の付着などが防止でき、耐久性や信頼性が向上する。
【００４５】
また、端末判別手段５７を備えて小流量出湯の端末Ａか大流量出湯の端末Ｂかを判別できるので、端末判別手段５７からの信号により端末Ａの出湯であると認識した場合は、ヒートポンプ熱源２１の瞬間加熱のみで出湯するように流量調節手段４２で第２給水管３２の通水を優先して流量調節するので、タンク２２の貯湯の使用量を抑制しタンク２２を小容量化することができる。
【００４６】
さらに、放熱器２４の冷媒流路を流れる冷媒は、圧縮機２３で臨界圧力以上に加圧されているので、放熱器２４の水流路２９の流水により熱を奪われて温度低下しても凝縮することがない。したがって放熱器全域で冷媒と水とに温度差を形成しやすくなり、高温の湯が得られ、かつ熱交換効率を高くできる。
【００４７】
なお実施例１では、流量調節手段４２を第１給水管３０に設けた構成について説明したが、第２給水管３２に設けても、分岐部４０に設けて分岐流量を調節する構造にしたものでも、同様の効果が得られる。
【００４８】
また、ここでは流量検知手段４９を給水管３０に設けた構成について説明したが、第１給湯管３１や給湯回路３９に設けてもよく、あるいは水の流れを検出することで給湯開始を検知する流量スイッチを給水管３０等に設けて用いる構成にしてもよい。
【００４９】
（実施例２）
図２は本発明の実施例２におけるヒートポンプ給湯装置の構成図である。なお、実施例１の給湯装置と同一構造のものは同一符号を付与し、説明を省略する。図２において、実施例１の構成と異なるところは、流量調節手段６１として一方向からの流入水を二方向へ流出する分岐流量を調節するような構造のものを用い、分岐部４０にこれを設けて構成した点にある。また、加熱制御手段４８が圧縮機２３を制御するだけでなく、減圧手段２５の冷媒流路抵抗と、吸熱器２６の吸熱量を制御するようにした点も異なる。そして水流路２９の出口側は、出口温度検出手段５５の下流側で貯湯管６２と第２給湯管６３に分岐し、貯湯管６２の出口はタンク２２内の天部に設けられたノズル３４と繋がり、第２給湯管６３は途中に電動の開閉弁である電磁弁６４が設けられるとともに、水流路２９からの出湯がタンク２２を介さずに直接給湯回路３９から給湯端末３８へと通水するように接続している点も異なっている。
【００５０】
以上の構成で、まず給湯停止中の動作についは、制御手段４６が電磁弁６４を閉止し、流量調節手段６１を第１給水管３０と第２給水管３２の出口側二方への分岐流量が同程度の分岐状態にし、冷媒循環回路２７を駆動し、圧縮機２３を所定の回転数で運転し、ポンプ４３を駆動する。このヒートポンプ熱源２１の運転により水流路２９が加熱され、ポンプ４３により生じさせた水流でタンク２２から第１給水管３０と第２給水管３２を順に経て流れてきた水がここで加熱される。そして高温湯となった水は、電磁弁６４により閉止している第２給湯管６３側には流入せず、貯湯管３３を通ってタンク２２内の上層部へと戻り、タンク２２内の上層部から温度が上昇して、タンク２２内は所定温度の高温に保温される。このタンク２２の保温運転が終了すると、電磁弁６４は開成される。
【００５１】
次に給湯使用時について説明する。放熱器２４が冷え切った状態から給湯が開始されると、給水管４０から水道水が流れ込み始めるのを流量検知手段４９が検知し、圧縮機２３の運転が開始される。そして制御手段４６は、流量調節手段６１の初期状態として第１給水管３０と第２給水管３２の二方から流れ出る流量が同程度の分岐状態位置に設定しておき、給湯開始後は給湯温検知手段５１の検知温度によって流量調節手段６１の開度、すなわち分岐比率を調節し、給湯回路３９に出湯される温度を目標温度に制御できる。運転開始からしばらくすると冷媒系も十分に温度上昇して、出口温度検知手段５５で検出される水流路２９の出口温度は上昇し、出口温度が目標温度に到達すると流量調節手段６１は、第１給水管３０側が閉止状態の第２給水管３２を通る出湯のみの開度になり、水流路２９で加熱された湯は第２給湯管６３から開成状態の電磁弁６４を通り、直接に給湯回路３９から給湯される。
【００５２】
給湯中の制御手段４６では、出口温度検知手段５５と温度設定手段５４とのそれぞれが出力する出湯温度と目標温度との偏差に基づいて加熱制御手段４８がヒートポンプ熱源２１による加熱量を制御している。加熱制御手段４８による加熱量の制御は例えば以下のように行う。減圧手段２５は絞り弁（図示せず）と、この絞り弁を駆動するステッピングモータ（図示せず）によりなり、絞り弁の駆動によって冷媒流路抵抗を変更することができる。そして、加熱制御手段４８は、予め減圧手段２５の冷媒流路抵抗と放熱器２４での加熱量の関係を定め、必要な加熱量になるように冷媒流路抵抗を制御するもので、高温の出湯が必要であったり、外気温度が低いなどで加熱量が不足した場合など、冷媒流路抵抗を大きくすることで放熱器の加熱量が所要加熱量を確保するように作用する。
【００５３】
一方、給湯負荷が極端に小さく放熱器２４の所要加熱量が小さすぎて圧縮機２３の回転数制御などでは絞りきれない場合など、吸熱器２６の吸熱量を制御することで所要加熱量に制御することが可能である。この場合、ファン６５のモータ６６の回転数を変更して、吸熱器２６への送風量を変更することにより制御する。加熱制御手段４８は、予めファン６５の風量と放熱器２４での加熱量の関係を定め、設定された所要加熱量になるようにファン６５の風量を制御し、放熱器２４の加熱量を減少させて所要加熱量に制御する。また、圧縮機２３の最大回転数でも加熱量が不足する場合には、ファン６８の風量を上げて放熱器２４の加熱量を増加させて所要加熱量に制御することも可能である。このようにして、ヒートポンプサイクルの効率も良く、放熱器２４で最大加熱能力を十分に発生することができるので、蓄熱サイズの小型化を図ることができる。
【００５４】
出湯が台所蛇口３７などの端末Ａの場合、制御手段４６では端末判別手段５７の信号に基づき出湯が小流量であると認識し、流量調節手段６１を制御して第２給水管３２の通水を優先し、第１給水管３０側への分岐を全閉状態にし、加熱制御手段４８が加熱量を制御して出口温度検知手段５５の出力する出湯温度が目標温度になるようにする。給湯負荷が放熱器２４での最大加熱能力を超え、放熱器２４での加熱量を制御しても目標温度に到達しない場合は、次第に流量調節手段６１を開成し、第１給水管３０からの通水がタンク２２内に貯めた湯を押し出して出湯する量を多くし、給湯温検知手段５１の出力する検出温度が目標温度になるようにする。
【００５５】
一方、端末Ｂが開けられて出湯した場合、制御手段４６は流量検知手段４９に応じて大流量であると認識し、制御手段４６が加熱制御手段４８で制御する所要加熱量を放熱器２４での最大加熱能力に設定し制御するとともに、給湯温検知手段５１の検知温度が目標温度となるように、流量調節手段６１の開度を調節し、操作する。この流量調節手段６１の開度調節によって、水流路２９を経た湯とタンク２２から押し出された湯とが給湯回路３９を流れる流量割合が決まり、流量調節手段６１を制御して目標の出湯温度を得るのである。
【００５６】
このように流量調節手段６１により、ヒートポンプ熱源２１とタンク２２とから給湯回路３９に供給される各々の流量を調節できるので、ヒートポンプ熱源２１による瞬間加熱量にタンク２２から湯量を加えることで放熱器２４での加熱能力を大幅に大能力化しなくても良く、給湯温度の制御を行うことでヒートポンプ熱源２１による加熱温度を低温にして加熱能力の高能力化を図りタンク２２を小容量化できる。そして、流量調節手段６１が給水管４１の分岐部４０に設けられているので、耐久性や信頼性が向上する。
【００５７】
また、ヒートポンプ熱源２１により加熱される水流路２９に接続する第２給湯管６３が、タンク２２を介さずに直接給湯回路３９へ出湯するように接続されているので、ヒートポンプ熱源２１からの低温の出湯がタンク２２を通過せず、タンク貯湯上部の高温層を冷却して蓄熱量を減少させることもない。
【００５８】
さらに、加熱制御手段４８は、圧縮機２３の回転数、減圧手段２５の冷媒流路抵抗、吸熱器２６の吸熱量のうち少なくとも１つを制御するので、予め定めた、圧縮機回転数と冷媒流路抵抗と大気熱から吸熱器２６に吸熱させる送風機風量とのそれぞれと、放熱器２４での加熱量の関係から制御することで所要加熱量が得られる。
【００５９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、ヒートポンプサイクルの大きさを抑えても十分な給湯能力があり、耐久性や信頼性も向上し、タンクからの出湯を最小限にとどめてタンク容量を小さくでき、制御性が良いヒートポンプ給湯装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１におけるヒートポンプ給湯装置の構成図
【図２】本発明の実施例２におけるヒートポンプ給湯装置の構成図
【図３】従来のヒートポンプ給湯装置の構成図
【符号の説明】
２１ヒートポンプ熱源
２２タンク
２３圧縮機
２４放熱器
２５減圧手段
２６吸熱器
２７冷媒循環回路
３０第１給水管
３２第２給水管
３５風呂蛇口（端末Ｂ）
３７台所蛇口（端末Ａ）
３８給湯端末
３９給湯回路
４０分岐部
４２流量調節手段
４８加熱制御手段
５１給湯温検知手段
５４温度設定手段
５７端末判別手段
６１流量調節手段
６３第２給湯管

Claims

圧縮機と吸熱器と減圧手段と給湯用水を加熱する放熱器とを含む冷媒循環回路で構成されるヒートポンプ熱源と、前記ヒートポンプ熱源で加熱した給湯用水を貯えるタンクと、前記タンクに水道水を供給する第１給水管と、前記ヒートポンプ熱源に前記タンクを介さずに水道水を供給する第２給水管と、前記第１給水管と前記第２給水管とに流れる水道水の流量割合を可変する流量調節手段とを備えたヒートポンプ給湯装置。
流量調節手段は、第１給水管または第２給水管の少なくとも一方か、または前記第１給水管と前記第２給水管との分岐部かに設けた請求項２記載のヒートポンプ給湯装置。
給湯端末につながる給湯回路と、タンクから前記給湯回路に接続する第１給湯管と、ヒートポンプ熱源から前記タンクを介さずに前記給湯回路へと通水するように接続する第２給湯管とを備えた請求項１または２記載のヒートポンプ給湯装置。
給湯端末は、小流量出湯であることが多い端末Ａと大流量出湯であることが多い端末Ｂとからなり、端末Ａと端末Ｂとを判別しどちらからの出湯かを検出する端末判別手段を備えた請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯装置。
給湯の目標温度を設定する温度設定手段と、ヒートポンプ熱源による加熱湯を給湯端末に流す給湯回路または第２給湯管に設けて湯温を検知する給湯温度検知手段と、前記温度設定手段の値と前記給湯温度検知手段の値から放熱器の加熱量を制御する加熱制御手段とを備え、加熱制御手段は、圧縮機の回転数、減圧手段の冷媒流路抵抗、吸熱器の吸熱量のうち少なくとも１つを制御する請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯装置。
冷媒循環回路は、冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプサイクルであり、前記臨界圧力以上に昇圧された冷媒により放熱器の水流路の流水を加熱する請求項１〜５のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯装置。