JP2005016758A - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のヒートポンプ給湯機は、出湯量に関係なくヒートポンプを運転させていた為、省エネ、地球温暖化防止に必ずしも良い製品とは云えなかった。
【解決手段】ヒートポンプ冷媒回路と、湯を貯めておく補助タンクとその湯を出湯する出湯接続具とが水配管を介して順次接続された補助タンク給湯回路と、給水された水量を検出する検出器を設け、この給水水量が少ない時には補助タンク内の湯を出湯接続具を通して出湯させるようにしたものである。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒートポンプ給湯機に関わり、ヒートポンプ給湯回路から直接出湯する瞬間式ヒートポンプ給湯機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のヒートポンプ給湯機は電気温水器と同様に大容量の貯湯タンクを設け、夜間の安価な割引電力を使って夜中にヒートポンプ回路で湯を沸き上げて貯湯タンクに貯蔵して置き、上記貯蔵した湯を日中に使うものが一般的であった。
【０００３】
しかし、上記給湯方式においては、貯湯タンクの湯量が一定で、使用量の多い日は湯量不足となり、使用量の少ない日は、残り湯の湯冷めによるエネルギー損失となっていた。
【０００４】
また、風呂使用の場合、浴槽への湯張り後、湯冷めにより追焚が必要であるが、前記従来の給湯機方式においては貯湯タンクからの一方的な足し湯機能しかないため適切な対応ができなかった。
【０００５】
上記の改善策として、追焚機能を付加したものが提案されている。このようなヒートポンプ給湯機として特開２００２−１０６９６３号公報（特許文献１）に開示されたものがある。
【０００６】
特許文献１の従来のヒートポンプ給湯機は、貯湯タンクに湯を大量に貯めておき、貯湯、給湯、風呂の湯張りおよび風呂追焚き運転を１台で実施できるようにしたものである。すなわち、従来のヒートポンプ給湯機は、夜間にヒートポンプ運転を行って貯湯タンクに高温水を満杯に溜めておき、その後はヒートポンプ運転を行なわず、貯湯タンク１杯の湯でもって風呂の湯張りや洗面所、台所等の給水をまかなっていた。
【０００７】
そのため、貯湯タンクは３００〜４５０Ｌもある大きなものが使用されている。また、貯湯温度も高温なほど水で薄めて多量に使用できるため、ＣＯ２冷媒を使用し９０℃もの高温水にして貯湯している。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−１０６９６３号
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前記説明の如く、従来のヒートポンプ式給湯機においては、大容量の貯湯タンクを必要とし、設置スペースや設置床面の充分な強度が必要となっていた。即ち、貯湯タンクの容量一杯に湯を溜めた場合を考えると、その質量は５００ｋｇにも達するため、設置場所の基礎工事を行なって充分な強度を確保しなければならず、また、アパートやマンションのベランダのような狭い場所や強度の不十分な場所に据付ることが困難であり、さらには、ヒートポンプ式給湯機を顧客の設置場所に運搬する際にもその費用や手間を多く要するものであった。
【００１０】
また、従来のヒートポンプ給湯機は、夜間割引電気料金を利用して夜中にヒートポンプ運転し、高温の湯にして貯湯タンクに蓄えておき、日中はヒートポンプ運転をしないで、貯湯タンクに溜めた湯を使用するという使い方をしている。
【００１１】
このため時には貯湯タンクの湯を使いきってしまい、直ぐには沸き上げることが出来ずに湯切れを起こすことがあった。また、周囲温度より高い温度の大量の湯を長時間貯蔵しておくため、貯湯タンクの大きな表面から熱が発散してエネルギーの無駄使いになり、それによって温度が下がる分を夜間に余裕をもって温めておく必要があった。
【００１２】
即ち、従来のヒートポンプ給湯機は、夜間割引料金によるコストメリットは有するものの、省エネ、地球温暖化の点においては課題が残されていた。
【００１３】
本発明の目的は、小型及び軽量で輸送性及び据付性に優れると共に、必要な時に必要な量だけの湯を沸かし、沸かした湯は冷めないうちに使う、省エネ、地球温暖化防止に優れたヒートポンプ給湯機を提供することにある。
【００１４】
なお、本発明のその他の目的と特徴は以下の記述から明らかにされる。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成する為に、本発明のヒートポンプ給湯機は、出湯時ヒートポンプ冷媒回路の水−冷媒熱交換器で水道水を暖め補助タンク給湯回路内の補助タンク内の湯を出来る限り少なく使用するようにし、使うのは上記ヒートポンプ冷媒回路の水−冷媒熱交換器温度が高くならない運転初期のみとしたものである。
【００１６】
すなわち本発明のヒートポンプ給湯機は、圧縮機とその圧縮機により圧縮された冷媒と水との熱交換を行なう水−冷媒熱交換器と熱交換された冷媒を減圧する減圧装置と減圧された冷媒と空気との熱交換を行なう蒸発器とをそれぞれ冷媒管路で接続したヒートポンプ冷媒回路と、外部から給水された水を加熱する前記水−冷媒熱交換器と前記水−冷媒熱交換器によって加熱された温水を出湯する出湯接続具とが水管路で接続した給湯回路と、前記水−冷媒熱交換器で加熱された温水を蓄えて外部から給水された水の圧力によりその温水を排出する補助タンクとその補助タンクからの温水を出湯する前記出湯接続具とを水配管で接続した補助タンク給湯回路と、この給湯機に給水された水量を検出する水量検出器とを備え、前記出湯接続具から温水を出湯しているときに、給水水量が所定量よりも少ないときには前記補助タンク内の温水を出湯させることにより前記目的を達成するものである。
【００１７】
このように給湯機の中で一番電力を消費する冷媒回路（圧縮機を含む冷凍サイクル）の運転を少量の湯の出湯がある毎に運転しなくとも良い構成とし、省エネ、地球温暖化防止を図るようにしたものである。
【００１８】
また本発明のヒートポンプ給湯機は、圧縮機とその圧縮機により圧縮された冷媒と水との熱交換を行なう水−冷媒熱交換器と熱交換された冷媒を減圧する減圧装置と減圧された冷媒と空気との熱交換を行なう蒸発器とをそれぞれ冷媒管路で接続したヒートポンプ冷媒回路と、外部から給水された水を加熱する前記水−冷媒熱交換器と前記水−冷媒熱交換器によって加熱された温水を排出する出湯接続具とが水管路で接続した給湯回路と、前記水−冷媒熱交換器で加熱された温水を蓄えて外部から給水された水の圧力によりその温水を排出する補助タンクとその補助タンクからの温水を排出する前記出湯接続具とを水配管で接続した補助タンク給湯回路と、この給湯機に給水された水量を検出する水量検出器を備え、前記出湯接続具から温水を排出しているときに、給水水量が所定量よりも少ないときには補助タンク内の温水を出湯させ、所定量を超えたときにヒートポンプ冷媒回路を運転することにより前記目的を達成するものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図１から図３を用いて説明する。
【００２０】
以下、本発明の実施例を図１から図３を用いて説明する。図１に示されたヒートポンプ給湯機は、ヒートポンプ冷媒回路３０、給湯回路４０、および運転制御手段５０を備えて構成されている。
【００２１】
ヒートポンプ冷媒回路３０は、二つの冷凍サイクルを備えている。それぞれのサイクルは、圧縮機１ａ、１ｂ、水−冷媒熱交換器２ａ、２ｂ、減圧装置３ａ、３ｂ、蒸発器４ａ、４ｂが、それぞれ冷媒配管を介して順次接続されており、それぞれのサイクルの中には冷媒が封入されている。
【００２２】
容量制御を可能とする圧縮機１ａ、１ｂは、多量の給湯を行なう場合に、大きな容量で運転される。圧縮機１ａ、１ｂはＰＷＭ制御、電圧制御（例えばＰＡＭ制御）及びこれらの組合せ制御により、低速回転（例えば２０００回転／分）から高速回転（例えば８０００回転／分）まで回転数制御される。
【００２３】
水−冷媒熱交換器２は、冷媒側伝熱管２ａ、２ｂ、及び給水側伝熱管２ｅ、２ｆを備えている。例えば後述する構成により、冷媒側伝熱管２ａ、２ｂと給水側伝熱管２ｅ、２ｆとの間で熱交換を行なう。
【００２４】
また、蒸発器４ａ、４ｂは空気と冷媒との熱交換を行なう空気冷媒熱交換器で構成されている。
【００２５】
除霜用電磁弁５ａ、５ｂは、備えられた電磁コイルに通電された間に開く開閉弁である。圧縮機１ａ、１ｂから吐出される高温高圧の冷媒ガスを、電磁弁５ａ、５ｂは蒸発器４ａ、４ｂの入口側にバイパスさせる。冬期に蒸発器４ａ、４ｂが着霜したとき、電磁弁５ａ、５ｂは開閉弁を開けることにより、圧縮機１ａ、１ｂから吐出される高温高圧の冷媒ガスが蒸発器４ａ、４ｂに冷媒配管を通って流れ込み霜を溶かす働きをする。
【００２６】
給湯回路４０は、貯湯、給湯、風呂湯張り、風呂追焚等を行なうために必要な水循環回路を、それぞれ管路を切り換えて実現する構成を備える。
【００２７】
ヒートポンプ給湯回路は、本実施形態のヒートポンプ給湯機の主となる給湯回路である。上水道との接続口である給水接続具（給水接続金具）６から取り込まれた給水源からの水は減圧弁７で減圧されて給水水量センサ８に送られる。この給水水量センサ８から給水逆止弁２３を通過した水は、給水配管２ｃを経て給水伝熱管２ｅ、２ｆで温められる。温められた水は、途中で熱交換流量調整弁１１を介して給湯配管２ｄを通じ、混合温度調整サーミスタ５３で水温を監視され給湯配管２ｄと接続された出湯金具１３からヒートポンプ給湯機の外部へ出湯する。それぞれの構成は水配管を介して順次接続されている。
【００２８】
タンク給湯回路は補助タンク９を備え、この補助タンク９は、円筒状で縦長に形成された小容量のタンクで構成されおり、従来の貯湯方式給湯機に備えられた貯湯タンクに比べ１／３〜１／５程度の小さな貯湯タンクである。そして補助タンク９は、ヒートポンプ給湯回路によって供給される湯水の温度が低い場合に、ヒートポンプ給湯回路からの温水に混ぜることができる、ある程度高温の温水を貯留するものである。
【００２９】
具体的には、補助タンク９に貯えられていた温水は、タンク流量調整弁１２が開くことで分岐管２ｈを通じて出湯配管２ｄに流れ出て混合温度調整サーミスタ５３を経た後、出湯接続具６を通じて出湯する。このとき温水が補助タンク９から送り出されるのは、給水接続具（給水接続金具）６を通じて供給された上水（給水源からの水）が、減圧弁７及び給水水量センサ弁８を介して水配管を通じて調整された水圧を伴い補助タンク９に注入されるからである。
【００３０】
補助タンク９内の水を温めるときに使用される貯湯回路は、補助タンク９と水‐冷媒熱交換器２との間で構成される。すなわち、出湯配管２ｄから分岐した分岐管２ｈと接続するタンク流量調整弁１２を開放し、タンク循環ポンプ１０は補助タンク９の下部から水を引き出す。その引き出された水は給水配管２ｃを経て給水伝熱管２ｅ、２ｆで熱交換される。給湯配管２ｄを通った温水は、熱交換流量調整弁１１とタンク流量調整弁１２を通過して補助タンク９へ導かれる。この貯湯回路は、補助タンク９内の湯水を再加熱、言い換えると補助タンク９内の温水を追焚きする場合にも使用される。
【００３１】
尚、貯湯運転時にタンク循環ポンプ１０が動作する関係上、風呂熱交換器にも熱交流量調整弁１１を経た湯が水開閉弁２１を通して回り込もうとする。これを防いでいるのは追焚逆止弁５５である。若し、この追焚逆止弁５５がないと水開閉弁２１に完全密封のものが要求される。しかし現状市販品ではこれを達成するのが難しい。そこで追焚逆止弁５５を設けているものである。この弁５５は風呂熱交換器２０と水冷媒熱交換器２間でショートサーキットをおこし、熱ロスが発生するのを防止するものである。
【００３２】
浴槽へ湯水を供給する風呂湯張り回路は、基本的な構成はヒートポンプ給湯回路と同じで、出湯金具１３から湯水を出湯する代わりに出湯配管２ｄから分岐した分岐管２ｊに湯水が配水される。その分岐管２ｊと接続する風呂注湯弁１４を開けることで、風呂センサ金具１５を通過して風呂出湯接続具１６と接続する、浴槽１８に湯水が注入される。当然ながら浴槽１８へ湯張りするときに、水−冷媒熱交換器２からの直接給湯と共に、補助タンク９内の湯量が最小必要量以下にならない範囲において補助タンク９から浴槽１８への補助タンク給湯を行なう。
【００３３】
尚、風呂湯張り時には、冷凍サイクルの立上り時或いは周囲温度が低い時のように冷媒側伝熱管２ａ、２ｂの温度が十分に上がらない時には給水側伝熱管２ｅ、２ｆの温度が設定値に達しない時がある。この時には上記風呂湯張り回路による直接給湯と共に、補助タンク９内の湯量が最小必要量以下にならない範囲において補助タンク９から浴槽１８への補助タンク給湯を行なう。
【００３４】
これを決めるのが混合温度調整サーミスタ５３である。即ち、この混合温度調整サーミスタ５３の検出結果に基づき運転制御手段５０は熱交流量調整弁１１、タンク流量調整弁１２に指示を出し、例えば設定温度４３℃であるのに対し、熱交流調整弁１１を通る湯の温度が３５℃の時には、この熱交流調整弁１１を絞りタンク流量調整弁１２を開け、補助タンク９内の例えば６５℃の湯を多く出し、４３℃の湯として浴槽１８へ給湯するものである。
【００３５】
浴槽１８内の温水を再び温める風呂追焚回路は、浴槽１８と水−水熱交換器２０との間の水管路である。浴槽１８から、入出湯接続具（入出湯接続金具）１７を通じて風呂循環ポンプ１９で引き出された水は、風呂伝熱管２０ｂに送られて熱交換により加熱され、風呂センサ金具１５を通過の際に湯水の温度が測定され後、風呂出湯接続具（出湯接続金具）１６を通じて浴槽１８に供給される。
【００３６】
次に、本実施形態におけるヒートポンプ給湯機の制御に関して説明する。ヒートポンプ給湯機の運転制御手段５０は、台所リモコン５１及び風呂リモコン５２の操作設定により、ヒートポンプ冷媒回路３０の運転・停止並びに圧縮機１ａ、２ｂの回転数制御を行なうと共に、タンク循環ポンプ１０、風呂循環ポンプ１９の運転・停止及びバイパス弁８、熱交換流量調整弁１１、タンク流量調整弁１２、注湯電磁弁１４、水開閉弁２１を制御することにより、貯湯運転、給湯運転、風呂湯張り運転、追焚運転を行なうものである。
【００３７】
運転制御手段５０は、ヒートポンプ回路の運転開始直後には、加熱立上げ時間を早めるため、通常の給湯運転速度よりも速い高速回転数で運転するよう制御するのが好ましい。また、出湯端末における給湯使用後は、タンク貯湯運転を行ってから運転停止する毎回貯湯運転機能を有している。
【００３８】
次に、本実施例におけるヒートポンプ給湯機に設けられた他の制御関連機器について説明する。風呂センサ金具１５により浴槽１８への給湯温度を検出したり、補助タンク９に蓄えられた水の温度を温度センサー（Ａ、Ｂ、Ｃ）により検出したり、混合温度調整サーミスタ５３により出湯する温水等の温度状態を検出するのと同様に水−冷媒熱交換器２で加熱された水やその他の各部の温度状態を検出する温度センサ、圧縮機１ａ、２ｂの吐出圧力を検知する圧力センサ、浴槽１７内の水位を検出する水位センサ等（いずれも図示せず）が設けられ、各検出信号は運転制御手段５０に入力される。運転制御手段５０はこれらの信号に基づいて各機器を制御する。
【００３９】
水開閉弁２１は、給湯回路から分岐した分岐管２ｇとの接続位置であって、水−冷媒熱交換器２と風呂熱交換器２０の間の位置に設けられている。風呂追焚時以外は風呂熱交換器２０への水回路を閉じて水−冷媒熱交換器２から風呂熱交換器２０への熱の漏洩を防ぐ。例えば、この水開閉弁２１が設けられてなく、給湯回路の出湯配管２ｄと水‐水熱交換器である風呂熱交換器２０とが管路内の水を通じて連続していると、給湯回路から分岐管２ｇへ水が流れていなくとも熱的に連続しているため、風呂熱交換器２０から熱漏洩が進むことになる。同様に、出湯配管２ｄから分岐する分岐管２ｈ、２ｉ、２ｊにおいても、それらの先で接続するタンク流量調節弁１２、バイパス弁８および風呂注湯弁１４が必要に応じて開閉する管路構成により、給湯時の熱漏洩が非常に少なくなっている。なお、市販の水開閉弁２１はなかなか水回路を完全閉にすることは難しい。本実施例ではこれを防ぐ為に追焚逆止弁５５を設けているものである。
【００４０】
また、風呂逆止弁２２、給水逆止弁２３は、それぞれ一方向にのみ水を流し、逆流を防止するものである。風呂注湯弁１４にも同様の機能が求められる。すなわち、分岐管２ｊまでは上水や上水を温めた水であるが、風呂注湯弁１４の先には浴槽１８の水があり、分岐管２ｊよりも上流側に浴槽１８の水が混入することはあってはならないからである。
【００４１】
逃し弁２４は、補助タンク内の湯圧が所定以上になった場合に作動して圧力に対する装置保護の働きをするものである。
【００４２】
水−冷媒熱交換器２の実施例を図２により説明する。水−冷媒熱交換器２には、２本の冷媒伝熱管２ａ、２ｂと、２本の給水伝熱管２ｅ、２ｆとがあり、冷媒伝熱管２ａ、２ｂと給水電熱管２ｅ、２ｆを交互に接触させて円筒状に巻き上げた構造をしている。
【００４３】
給水伝熱管２ｅ、２ｆは、水−冷媒熱交換器２内にあって、給水金具６を通じて取り込んだ水または補助タンク９からの水が通る給水配管２ｃと、水−冷媒熱交換器２で加熱された水が通る出湯配管２ｄとの間を並列に２本に分けられた管路である。１本の場合に較べ、給水伝熱管２ｅ、２ｆの通水面積及び冷媒伝熱管２ａ、２ｂとの接触面積が２倍となることにより、個々の長さを１／２にすることができ、通水時の内部抵抗を１／４に低減することことができる。従って、通水時の水−冷媒熱交換器２の内部圧損も１本の場合に比べて１／４になると共に、全体の高さを低くでき、製作、収納が容易になる。
【００４４】
特にガスを用いた瞬間給湯の如き瞬間給湯をヒートポンプを用いて行なう場合に、給水源の水道圧によって水循環を行なおうとする。しかし水−冷媒熱交換器２の内部圧損が直接通水時の抵抗となって、出湯圧力にマイナスとなる。例えば、水道圧が、２００ｋＰａの場合、従来の水−冷媒熱交換器において１００ｋＰａの圧損があると、出湯圧力は１００ｋＰａとなり、水圧低下、出湯量不足の恐れがある。しかし、本実施例における水−冷媒熱交換器２の場合は、圧損が１／４の２５ｋＰａとなるため、出湯圧力は１７５ｋＰａとなり、充分な水圧、出湯量を維持することができる。浴槽の水を追い焚きする機能を備えた上水を直接ヒートポンプで加熱して給湯するヒートポンプ給湯機において、本実施例における水−冷媒熱交換器２の構造は水と冷媒の熱交換を行うのに適し、風呂の追焚用熱交換器を水−冷媒熱交換器から分離することで、より水−冷媒熱交換器の熱交換効率が高まる。
【００４５】
次に、風呂追焚用熱交換器２０の一実施例を図３により説明する。風呂追焚用熱交換器２０は２重管構造とし、銅管を用いた温水伝熱管２０ａの内側に、風呂水伝熱管２０ｂにより仕切られた空間２０ｃを設けられている。この空間２０ｃには、温水伝熱管２０ａの両端側に接続した温水配管２０ｄにより水−冷媒熱交換器２で加熱された温水が流れる。浴槽内の湯が流れる風呂水伝熱管２０ｂは、温水伝熱管２０ａの両先端部２０ｆから導出する風呂水配管２０ｅと接続している。温水伝熱管２０ａは、一般に使用される銅直管で、その両先端部２０ｆを絞って風呂水配管２ｅの外側に接合し密閉する。風呂水伝熱管２０ｂは、温水との接触面積を大きく取るため、断面円周を凹凸状、星型状、または多葉管等にする。温水配管２０ｄは、温水伝熱管２０ａの両端側内部に開口して、温水の流れる空間２０ｃと導通する。
【００４６】
風呂追焚用熱交換器２０は、以上の如き２重管構造とすることにより、被加熱体である浴槽１８内の水が流れる風呂水伝熱管２０ｂが、加熱体である温水の流通空間内に設けられている。そのため風呂追焚用熱交換器２０は、風呂水伝熱管２０ｂがその全外周で伝熱され、コンパクトで伝熱性の良い水−水熱交換器とすることができた。
【００４７】
なお、従来の風呂追焚用熱交換器においては、冷媒伝熱管と風呂水伝熱管で熱交換を行うため、万一内側管が破損した場合、高圧冷媒が水回路に浸入して給湯機の中の飲料水となる上水系統に影響を与える恐れがあり、一方の管が他方の内側を貫くような２重管構造は採用できず、図２に示すように冷媒管と水配管はそれぞれ独立した配管構造としなければならなかった。
【００４８】
即ち、本発明においては、風呂追焚用熱交換器２０を水冷媒熱交換器２から分離し、加熱循環水と風呂循環水との水−水熱交換を行うことにより２重管構造の採用が可能となったものである。
【００４９】
又、この風呂追焚熱交換器２０は次の点にも考慮している。即ち風呂水の循環水には不純物が含まれる可能性がある。この風呂水を空間２０Ｃ側を流すと管表面の凹凸で不純物がひっかかり詰まりの原因になり兼ねない。従って、本実施例においては、この空間２Ｃには水冷媒熱交換器２を経た温水を流すようにしたものである。
【００５０】
以上述べた構成により、本実施例におけるヒートポンプ給湯機は、給湯使用開始と同時にヒートポンプ運転を開始し、水−冷媒熱交換器２で沸上げた湯を直接出湯端末に供給可能とし、また、浴槽１８の湯を２重管構造の風呂用熱交換器２０で追焚きし、省エネ、温暖化防止効果を得るものである。
【００５１】
次に、本ヒートポンプ給湯機の運転動作について、図１のヒートポンプ回路３０及び給湯回路４０を参照しながら図４〜図７のフローチャートに基づいて説明する。
【００５２】
図４は、据付時の運転動作を示すフローチャートの一実施例である。ヒートポンプ給湯機は、製造場所から運搬されて使用者の希望する設置場所に据付られ（ステップ６０）、給水金具６が水道等の給水源に接続され給水源の元栓が開放される（ステップ６１）と、給水源から給水が開始され（ステップ６２）、水は減圧弁７によって一定圧力に減圧調整された後、貯湯タンク９及び水−冷媒熱交換器２並びに各水配管内に流入し満水状態になるまで給水を続ける（ステップ６３）。
【００５３】
なお、ヒートポンプ給湯機の据付時の各機器は次のような初期状態に設定されている。バイパス弁８は補助タンク９側が開で出湯接続具１３側である分岐管２ｉ側が閉状態、熱交換流量調整弁１１、タンク流量調整弁１２、水開閉弁２１はいずれも開状態、風呂注湯弁１４は閉状態となっている。
【００５４】
次にステップ６３で満水が確認された場合に給水完了と判断し、電源スイッチが投入される（ステップ６４）。すると運転制御手段５０の制御によりヒートポンプ冷媒回路３０および給湯回路４０の運転が開始され、タンク貯湯運転が行なわれる（ステップ６５）。このタンク貯湯運転では、圧縮機１ａ、１ｂの運転が開始され、圧縮機１ａ、１ｂ内のガス状冷媒が圧縮加熱され高温高圧の冷媒となって水−冷媒熱交換器２に送り込まれる。
【００５５】
これによって、水−冷媒熱交換器２では、冷媒伝熱管２ａ、２ｂ内を流れる高温冷媒と給水伝熱管２ｅ、２ｆ内を流れる水とが熱交換し、冷媒は放熱し、水は加熱される。放熱された冷媒は減圧装置３ａ、３ｂで減圧され、更に蒸発器４ａ、４ｂで膨脹蒸発してガス状となり再び圧縮機１ａ、１ｂに戻る。このヒートポンプ運転を続けることにより、水−冷媒熱交換器２内を通過する水が加熱される。
【００５６】
タンク貯湯運転においては、ヒートポンプ運転と共に、貯湯回路においてタンク循環ポンプ１０の運転が開始され、補助タンク９の下部の通水口から引き出された水は、タンク循環ポンプ１０、水−冷媒熱交換器２、熱交換流量調整弁１１、そしてタンク流量調整弁１２を経て、補助タンク９へ循環する。
【００５７】
これにより、水−冷媒熱交換器２で加熱された温水が補助タンク９の上部より貯湯されてゆき、補助タンク９全体が沸き上がった状態に達すると貯湯完了と判定し（ステップ６６）、運転を停止する（ステップ６７）。
【００５８】
なお、タンク満水判定は、例えば水位センサや圧力センサ等で満水状態を検知して判定を行い、貯湯完了判定は、例えばサーミスタ（温度センサー（Ａ、Ｂ、Ｃ））で補助タンク９の上中下各部の水温を検知して判定するものである。
【００５９】
図５は、湯水使用時の動作を示すフローチャートの一実施例である。
【００６０】
出湯端末で蛇口が開けられ湯が使われる（ステップ７０）と、運転制御手段５０は、圧縮機１ａ、１ｂを起動させヒートポンプ回路３０の運転を開始すると共に、給水金具６、減圧弁７、バイパス弁８、給水逆止弁２３、水−冷媒熱交換器２、熱交換流量調整弁１１、出湯接続具１３の給湯回路により瞬間給湯運転（ステップ７１）を行なう。同時に、給水金具６、減圧弁７、バイパス弁８、貯湯タンク９、タンク流量調整弁１２、出湯接続具１３の給湯回路によりタンク給湯運転を行なう（ステップ７７）。
【００６１】
ここで、ヒートポンプ冷媒回路３０は、圧縮機１ａ、１ｂで圧縮された高温冷媒を水−冷媒熱交換器２に送り込み、給水配管２ｃから流入する水を加熱して給湯配管２ｄへ流出するが、運転立ち上り時は水−冷媒熱交換器２に送り込まれてくる冷媒が充分に高温高圧となり切らず温度が低く、かつ水−冷媒熱交換器２全体が冷えているため、水を加熱する加熱能力が充分でない。時間の経過と共に冷媒は高温高圧となり、それに従って発生する凝縮冷媒熱が増加し、水への加熱能力が増してゆく。
【００６２】
しかし、ヒートポンプ運転の加熱能力が高温安定状態に達するまでの時間は通常約５、６分掛かる。そこで運転制御手段５０は、運転開始直後の高温安定状態に達するまで、圧縮機の回転数を通常より高速回転にして運転制御し、先に述べた水伝熱管を水−冷媒熱交換器２内で複数路を並列に設けたことの相乗効果により、本実施例では立ち上がり時間を約１〜２分程度にすることができた。また、ヒートポンプ回路が安定するまで必要な湯水を貯湯する補助タンクの充分なる小形化を図れたと共にヒートポンプを用いた瞬間給湯方式を実現可能とするものである。
【００６３】
そして、運転開始直後の所定時間（約１〜２分程度）補助タンクから湯を供給するタンク給湯運転を行なった後は、運転制御手段５０が動作してタンク給湯運転を停止して、瞬間給湯運転のみに切換えられる（ステップ７２、７８、７９）。このステップ７８のタンク給湯判定は、ヒートポンプ回路の運転時間を計測する他に実際に出湯配管２ｄを流れる湯水の温度に基づいて判定しても良い。
【００６４】
このように運転開始時のみ補助タンク９から過渡的に給湯し、その後は水−冷媒熱交換器２で加熱した温水を直接給湯するようにしているので、運転立ち上がり時の加熱遅れを解消できると共に、補助タンク９の容量を従来と比較して格段に小さくできる。なお、水−冷媒熱交換器２での加熱能力を出来るだけ速く安定状態まで上昇させて、補助タンク９の湯を使用する過渡的なタンク給湯運転の時間を短縮することが補助タンク９の容量を一層小さくすることに繋がる。
【００６５】
そのためには、ヒートポンプ冷媒回路３０の能力、特に圧縮機出力を従来一般に用いられている５ｋＷ程度より３倍以上の１５ｋＷ程度まで大きくすることが望ましいが、新規圧縮機の開発が必要であるばかりでなく、ヒートポンプ冷媒回路３０の各部品共新規検討が必要となり、極めて困難である。そこで本発明の一実施例においては、これまでの説明の如く２個の圧縮機を使用した２サイクルヒートポンプ方式とし、従来技術の活用と、実績による信頼性を確保したものである。
【００６６】
なお、運転制御手段５０は、補助タンク９の残湯量が所定値以下になった時には、タンク給湯運転を停止し、瞬間給湯運転のみにする（ステップ７８，７９）。
【００６７】
次に、湯水使用が終了して出湯端末の蛇口が閉じられる（ステップ８０）と、湯水使用直後でタンク給湯運転とヒートポンプ給湯運転が行われている場合は、ヒートポンプ給湯運転及びタンク給湯運転の両方を停止する。タンク給湯運転が停止していてヒートポンプ給湯運転のみであれば瞬間給湯運転を停止する。（ステップ７３、７９）
更に運転制御手段５０は、タンク給湯運転及びヒートポンプ給湯運転を共に停止した後、必ずタンク貯湯運転を開始し（ステップ７４）、そして温度センサー（Ａ、Ｂ、Ｃ）、サーミスタ等によって貯湯完了を検知し貯湯完了を判定した（ステップ７５）後に運転を終了する（ステップ７６）。。
【００６８】
但し、サーミスタによるタンク貯湯状態の検知は、常時行われており、極めて短時間使用のためヒートポンプ湯運転停止後でも補助タンクに湯温、湯量共に貯湯完了状態とほぼ同等に残っている場合（後述する洗顔手洗の場合）は貯湯完了と判定されタンク貯湯運転は行われない。
【００６９】
以上によれば、運転制御手段５０には、あらゆる運転において目的とする運転を終了した後に、必ず貯湯完了するまでタンク貯湯運転を行なう毎回貯湯運転機能を有しているので、貯湯タンクには常に所定温度の湯が満杯になっており、運転立上がり時の湯温低下や使用途中の湯切れの心配が解消できる。
【００７０】
尚、出湯接続具（出湯接続金具）１３の先に接続されている蛇口（図示省略）より、例えば毎分１．５Ｌ以下のお湯が消費される洗顔、手洗等時の本ヒートポンプ給湯機の動作は図６に示す太線実線の如くなる。
【００７１】
即ち給湯量が少ない時には補助タンク９内の湯を使いヒートポンプ冷媒回路３０は運転させないのが基本である。何故ならば、少しの量を消費した時でも本ヒートポンプ冷媒回路３０を運転させるとなると消費電力が大きくなる為である。
【００７２】
動作について、先ず出湯接続具１３の先に接続されている蛇口（図示省略）を開にすると補助タンク９内の湯は水道の水圧がかかっていることより、タンク流量調整弁１２を経由して出湯される。この時に補助タンク９内には消費された水量が給水源側よりわずかであるが補給される。勿論この給水源より補給される水は先ず減圧逆止弁７にて１６０ｋｐａの水圧に調整され給水水量センサー８に至る。ここでは後述する構造のセンサーが例えば毎分１．５Ｌ以下の流量が消費されているかどうかを、給水源からの水の補給量をもって確認する。若し、１．５Ｌ／分以上の水量がここを通ると、給水水量センサー８からの信号を検出した運転制御手段５０は、ヒートポンプ冷媒回路３０の運転を指示する。この場合、給水水量センサー８を通過した水量が１．５Ｌ／分以下であることにより、ヒートポンプ冷媒回路３０の運転は行なわないものであるが、この水量は適宜決められる数値である。
【００７３】
従って、図６の太線点線の如く水冷媒熱交換器２側に回った水は水冷媒熱交換器２が止っていることより、単なる水配管とし、該水冷媒熱交換器２を通りそのままの状態（水道水）で熱交流量調整弁１１を経て、途中で補助タンク９側から来る湯と一緒になって出湯接続具１３側に出湯される。
【００７４】
この時、熱交流量調整弁１１とタンク流量調整弁１２はそれぞれから来る水、或いはお湯の量を調整すべく弁の開度を調整する。この調整制御を実行するために混合温度調整サーミスタ５３の検出結果が必要となる。即ち混合温度調整サーミスタ５３の検出結果に基づいて、高い設定温度の湯を出す時には水が流れる熱交流量調整弁１１を絞り、低い設定温度の湯を出す時にはタンク流量調整弁１２を絞る制御をする。
【００７５】
尚、補助タンク９内に多量の給水源からの水が入り、補助タンク９底部の水の温度が、例えば５０℃以下となったことを温度センサーＡの検出結果から検知すると、運転制御手段５０は他の運転状態を考慮して、補助タンク９内の５０℃の湯を温めるために、タンク循環ポンプ１０を運転し水冷媒熱交換器２によるタンク貯湯運転を実行し、補助タンク９内の温度を常に設定温度に保持すべく制御する。
【００７６】
図７、図８に示すものは本実施例における給水水量センサーの具体的構造を示すものである。給水水量センサー８は水が矢印Ｈ（補助タンク９側）方向に流れると、プロペラ８ａが回りプロペラ８ａが持つ磁石８ｂとホール素子８ｃ（本体側に取付けられている）間で水量を検出し、回転数に相当するパルス信号、即ち、プロペラ８ａ一回転で一パルスの信号群を運転制御手段５０に送る構成を備え、運転制御手段５０で単位時間当りの水量を検出する関係となっている。尚、矢印Ｉ方向にはバイパス弁５４が接続される。バイパス弁５４は、給水水量センサ８から出湯する湯水の温度調節のために分岐管２ｉに配水することが可能な比例弁である。このバイパス弁５４が開するのは、出湯接続具１３を通して出湯される湯の温度が高い時に、給水源からの上水を加え湯の温度を下げて出湯させる時である。尚、このバイパス弁５４を開にする指示は、図には示してないが出湯接続具１３近くに設けたサーミスタ等の検知結果により運転制御手段５０により実行される。
【００７７】
図１に於ける補助タンク９に取付けられる温度センサーＡ．Ｂ．Ｃの取付位置は、例えば、温度センサーＡが補助タンク底部より２００ｍｍの所に、温度センサーＢが補助タンク中央に、そして温度センサーＣが補助タンク上部より２００ｍｍの所に取付けられている。補助タンク９内の温度が設定値より下がると、タンク循環ポンプ１０を運転すると共に水冷媒熱交換器２を運転し、設定値まで温めるようタンク貯湯運転が開始される。
【００７８】
また、給水水量センサー８によって単位時間に流れる水の流量を検出して、ヒートポンプ冷媒回路中の圧縮機１ａ、１ｂを運転させても良いが、単位時間の累積流量を給水水量センサー８からの検出結果から計算して、圧縮機１ａ、１ｂを運転するように運転制御手段５０は制御しても良いことは云うまでもない。更にこの給水水量センサー８はサーミスタ等を付加させ、給水源からの水温を測定し、圧縮機の回転数を可変させても良い。即ち給水された水の温度が低い時には圧縮機の回転数を上げるように制御を補正しても良い。
【００７９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、省エネ、地球温暖化防止に貢献可能なヒートポンプ給湯機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のヒートポンプ給湯機におけるヒートポンプ冷媒回路、貯給湯回路、及び部品の概略構成の一実施例を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施例を示す水冷媒熱交換器の構造図である。
【図３】本発明の一実施例を示す風呂用熱交換器の構造図である。
【図４】本発明の一実施例のヒートポンプ給湯機における、据付及び補助タンク沸上げ時の動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の一実施例のヒートポンプ給湯機における、給湯使用時の動作を示すフローチャートである。
【図６】図１模式図の中で出湯量が少ない時の給水から出湯までの流れを示した図である。
【図７】本発明の実施例に用いた給水水量センサーの一部断面正面図である。
【図８】図７の一部断面側面図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ…圧縮機 ２…水冷媒熱交換器 ２ａ，２ｂ…冷媒側伝熱管 ２ｃ…給水配管 ２ｄ…給湯配管 ２ｅ，２ｆ…給水側伝熱管 ３ａ，３ｂ…減圧装置 ４ａ，４ｂ…蒸発器 ５ａ，５ｂ…除霜用電磁弁 ６…給水接続具 ７…減圧弁
８…給水水量センサー ９…補助タンク １０…タンク循環ポンプ １１…熱交流量調整弁 １２…タンク流量調整弁 １３…出湯接続具（出湯接続金具） １４…風呂注湯弁 １５…風呂センサー金具 １６…風呂出湯接続具（出湯接続金具） １７…入出湯接続具（出湯接続金具） １８…浴槽 １９…風呂循環ポンプ ２０…風呂熱交換器 ２０ａ…温水電熱管 ２０ｂ…風呂水伝熱管 ２１…水開閉弁 ２２…風呂逆止弁 ２２…給水逆止弁 ２４…逃がし弁 ３０…ヒートポンプ冷媒回路 ４０…給湯回路 ５０…運転制御手段 ５１…台所リモコン
５２…風呂リモコン ５３…混合温度調整サーミスタ ５４…バイパス弁 ５５…追焚逆止弁 Ａ．Ｂ．Ｃ…温度センサー。

Claims (5)

1. 圧縮機と、その圧縮機により圧縮された冷媒と水との熱交換を行なう水−冷媒熱交換器と、熱交換された冷媒を減圧する減圧装置と、減圧された冷媒と空気との熱交換を行なう蒸発器とをそれぞれ冷媒管路で接続したヒートポンプ冷媒回路と、外部から給水された水を加熱する前記水−冷媒熱交換器と、前記水−冷媒熱交換器によって加熱された温水を出湯する出湯接続具とが水管路で接続した給湯回路と、前記水−冷媒熱交換器で加熱された温水を蓄えて外部から給水された水の圧力によりその温水を排出する補助タンクと、その補助タンクからの温水を出湯する前記出湯接続具とを水配管で接続した補助タンク給湯回路と、この給湯機に給水された水量を検出する水量検出器とを備え、前記出湯接続具から温水を出湯しているときに、給水水量が所定量よりも少ないときには前記補助タンク内の温水を出湯させるヒートポンプ給湯機。
2. 圧縮機と、その圧縮機により圧縮された冷媒と水との熱交換を行なう水−冷媒熱交換器と、熱交換された冷媒を減圧する減圧装置と、減圧された冷媒と空気との熱交換を行なう蒸発器とをそれぞれ冷媒管路で接続したヒートポンプ冷媒回路と、外部から給水された水を加熱する前記水−冷媒熱交換器と、前記水−冷媒熱交換器によって加熱された温水を出湯する出湯接続具とが水管路で接続した給湯回路と、前記水−冷媒熱交換器で加熱された温水を蓄えて外部から給水された水の圧力によりその温水を排出する補助タンクと、その補助タンクからの温水を出湯する前記出湯接続具とを水配管で接続した補助タンク給湯回路と、この給湯機に給水された水量を検出する水量検出器とを備え、前記出湯接続具から温水を出湯しているときに、給水水量が所定量を超えたときに前記ヒートポンプ冷媒回路を運転するヒートポンプ給湯機。
3. 圧縮機と、その圧縮機により圧縮された冷媒と水との熱交換を行なう水−冷媒熱交換器と、熱交換された冷媒を減圧する減圧装置と、減圧された冷媒と空気との熱交換を行なう蒸発器とをそれぞれ冷媒管路で接続したヒートポンプ冷媒回路と、外部から給水された水を加熱する前記水−冷媒熱交換器と、前記水−冷媒熱交換器によって加熱された温水を出湯する出湯接続具とが水管路で接続した給湯回路と、前記水−冷媒熱交換器で加熱された温水を蓄えて外部から給水された水の圧力によりその温水を排出する補助タンクと、その補助タンクからの温水を出湯する前記出湯接続具とを水配管で接続した補助タンク給湯回路と、この給湯機に給水された水量を検出する水量検出器とを備え、前記出湯接続具から温水を出湯しているときに、給水水量が所定量よりも少ないときには前記補助タンク内の温水を出湯させ、所定量を超えたときに前記ヒートポンプ冷媒回路を運転するヒートポンプ給湯機。
4. 前記水量検出器からの出力を受け、給水水量によってヒートポンプ冷媒回路の停動を制御する運転制御手段を備えた請求項２記載のヒートポンプ給湯機。
5. 前記給水水量センサは、流れる水で回るプロペラ側に磁石を取付け、本体側に設けられたホール素子間でプロペラの回転数をパルス信号として検出することを特徴とする請求項１または２記載のヒートポンプ給湯機。

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