JP2006125654A - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】スケールに対する耐久性を向上させたヒートポンプ給湯機を提供する。
【解決手段】冷媒回路を流れる冷媒と熱交換を行う水流路２０を備えた給湯熱交換器２と、水流路２０に水道水を供給する給水管２３と、水流路２０から給湯端末２７へと通水するように接続する直接給湯回路２８と、湯を貯留する貯湯槽７と、水流路２０の出口と貯湯槽７とを連通させ、水流路２０からの温水を貯湯槽７に導く沸き上げ回路２２と、貯湯槽７と直接給湯回路２８とを連通させ、貯湯槽７からの湯を給湯端末２７に導く貯湯給湯通路２４とを備え、水流路２０から給湯端末２７に流れる時の水流路２０平均流量は、水流路２０から貯湯槽７へ貯湯する時の水流路２０平均流量の約４倍以上とすることにより、析出したスケール洗い流すことで、給湯熱交換器２出口側の内面に付着するスケールの成長を抑えることになり、給湯熱交換器２の閉塞が避けられるので、耐久性、信頼性が向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は熱交換器へのスケール付着を改善したヒートポンプ利用の給湯機に関するものである。

従来、この種のヒートポンプ給湯機として、加熱された湯水温度を制御しているものがある（例えば、特許文献１参照）。また、ヒートポンプ給湯機用水熱交換器（給湯熱交換器）の水側出口管の形状を改善したものもある（例えば、特許文献２参照）。

図６は、特許文献１に記載された従来のヒートポンプ給湯機を示すものである。図６に示すように、圧縮機１、給湯熱交換器２、減圧装置３、大気熱交換器４でヒートポンプ回路５を構成して加熱手段６としている。また、貯湯槽７、循環ポンプ８、前記循環ポンプ８によって送られてきた貯湯槽７の水とヒートポンプ回路５の冷媒とが熱交換する給湯熱交換器２を接続することによって水回路を構成している。さらに、１０は湯温設定手段であり、加熱手段６で加熱した後の温水温度を複数設定する。１１は湯温検出手段であり、加熱手段６で加熱された温水温度、すなわち給湯熱交換器２出口の温水温度を検出する。１２は流量制御手段であり、給湯熱交換器２出口の温水温度が湯温設定手段１０で設定した温度となるように循環ポンプ８の回転数を制御して流量を制御する。１３は記憶手段であり、加熱手段６で加熱した後の温水温度と運転時間の運転履歴を記憶する。そして、温水温度が予め設定された設定温度以上の場合、例えば、スケールが生成する温度以上の場合に、温水温度及び運転時間の積算を記憶する。１４は湯温制御手段であり、記憶手段１３に基づいて加熱手段６で加熱した後の温水温度を切換える。

図７は、特許文献２に記載された従来のヒートポンプ給湯機用水熱交換器（給湯熱交換器）を示すものである。図７に示すように、この熱交換器は、同一平面上において長円形状となるように渦巻き形状に形成された水通路Ｗとなる芯管１５と、該芯管１５の外周に螺旋状に巻き付けられた冷媒通路Ｒとなる巻管１６とによって構成されている。さらに、渦巻き形状の芯管１５を上下２段に重ね合わせて接続することにより一連の水通路Ｗを構成するようにしている。水通路Ｗの出口部分（即ち、上段の芯管１５の出口部分）であって水温が所定温度以上となっている部分Ａ（即ち、スケール成分である炭酸カルシウムが析出する水温となっている部分）における該水通路Ｗの流路断面積が、当該部分Ａより上流側における流路断面積より大きくされている。この場合、当該部分Ａにおいては、当該部分Ａより上流側の芯管１５より大径の芯管１５′が用いられている。符号１７は水通路Ｗの出口、１８は冷媒通路Ｒの入口、１９は接続管である。なお、図７は前記上段部分のみを示している。
特開２００３−２４７７５４号公報 特開２００３−９７８９８号公報

しかしながら、前記特許文献１の従来の構成では、予め設定された積算時間、例えば、スケールがこれ以上生成して成長すると給湯熱交換器２および出口回路が閉塞して所定流量が得られなくなる積算時間に記憶手段１３が達した場合に、加熱する温水温度を設定する湯温設定手段１０の上限値をスケールが生成しないあるいは成長しない温度に下げるように制御する湯温制御手段１４を備えた構成としているので、スケールの生成は少なくなるが、貯湯槽７に貯湯することができる熱量が減少すめため、冬期などの給湯負荷が大きいときに、貯湯槽７の湯が無くなって給湯できなくなることがあり、利便性に課題を有していた。

さらに、特許文献２の従来の構成では、出口部分の流路断面積を大きくするため内部を流れる水の流速が低下するので、熱交換の効率が低下する。これを補うためには熱交換器を長くする必要がある。結局、出口部分だけ管の形状を変更して流路断面積を大きくすると言うことは、熱交換器がそれだけ複雑になり、形状が大きくなるので、コストが増加するという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、湯水を高速で給湯熱交換器に流して析出したスケールを洗い流すことによって、前記給湯熱交換器出口側の内面に付着するスケールの成長を抑えたヒートポンプ給湯機を提供することを目的とする。

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、圧縮機を有する冷媒回路と、前記冷媒回路を流れる冷媒と熱交換を行う給湯熱交換器に設けた水流路と、貯湯槽底部から取り出した湯水を前記水流路を介し加熱して前記貯湯槽上部へ戻す運転時に、前記水流路を流れる流量の平均値を水流路平均流量とし、前記水流路を流れる湯水の流量を前記水流路平均流量の４倍以上となるように制御する運転モードを備えるものである。

これによって、湯水を高速で熱交換器に流して析出したスケール洗い流すため、給湯熱交換器出口側の内面に付着するスケールの成長を抑えることができる。

本発明のヒートポンプ給湯機は、湯水を高速で給湯熱交換器に流して一端析出したスケールを洗い流すことによって、給湯熱交換器出口側の内面に付着するスケールの成長を抑えることができるため、高温の温水温度で貯湯槽に貯湯しても給湯熱交換器および出口回路が閉塞することが避けられるので、機器の耐久性、信頼性が向上する。

第１の発明は、圧縮機を有する冷媒回路と、前記冷媒回路を流れる冷媒と熱交換を行う給湯熱交換器に設けた水流路と、貯湯槽底部から取り出した湯水を前記水流路を介し加熱して前記貯湯槽上部へ戻す運転時に、前記水流路を流れる流量の平均値を水流路平均流量とし、前記水流路を流れる湯水の流量を前記水流路平均流量の４倍以上となるように制御する運転モードを備えることにより、湯水を高速で給湯熱交換器の水流路に流して析出したスケール洗い流すことで、給湯熱交換器出口側の内面に付着するスケールの成長を抑えることになり、高温の温水温度で貯湯槽に貯湯しても給湯熱交換器および出口回路が閉塞することが避けられるので、機器の耐久性、信頼性が向上する。

第２の発明は、特に第１の発明において、水流路の出口側に温度検出手段を設け、前記水流路を流れる湯水の流量が水流路平均流量の４倍以上である運転モード中に、前記温度検出手段の検出結果に応じて圧縮機の回転周波数を制御するようにしたものであり、カランや浴槽への給湯とスケールの洗い流しを同時に行え、かつ流量を早めたとしても所望の湯温が給湯可能となる。

第３の発明は、特に第１の発明の運転モードにおいて、その運転モードは貯湯槽から取り出した湯水を給湯熱交換器により加熱して前記貯湯槽へ戻す運転が終了したときに、前記貯湯槽の下部から取り出した湯水に対して行われるようにするものであり、スケールが一番付着しやすい貯湯運転終了後にスケールを洗い流すため、スケールの防止効果がさらに高まる。

第４の発明は、特に第３の発明の発明において、水流路の出口側に温度検出手段を設け、前記温度検出手段が所定温度以下を検出したとき、前記水流路を流れる湯水は貯湯槽の中間部に戻すものであり、所定温度以下の湯温を貯湯槽の上部へ注ぐと貯湯槽内の温度積層が崩れてしまい、ヒートポンプ運転の効率が悪化することを防止できる。

第５の発明は、冷媒回路に用いる冷媒を二酸化炭素としているので、加熱手段で加熱された温水温度の高温化、給湯運転の高効率化および地球環境保全とを実現することができる。

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の構成図、図２は湯水温度に対するスケール生成量の関係を示す説明図、図３は水流路平均流量の比に対するスケール付着量の関係を示す説明図である。

図１において、加熱手段６としては、加熱能力を可変することができるインバータ圧縮機１、給湯熱交換器２、減圧装置３、大気熱交換器４を備えたヒートポンプ回路５で構成している。そして、高圧側の冷媒圧力が臨界圧力以上となる二酸化炭素を冷媒とする。

また、貯湯槽７の下部、循環ポンプ８、前記循環ポンプ８によって送られてきた貯湯槽７の水とヒートポンプ回路５の冷媒とが熱交換する給湯熱交換器２の水流路２０、水回路を切換える三方弁２１及び貯湯槽７の上部を接続して沸き上げ回路２２を構成している。

さらに、水道水に接続された給水管２３、逆止弁２４、前記給湯熱交換器２の水流路２０、前記三方弁２１、第１の混合弁２５、第２の混合弁２６及びカランなどの給湯端末２７を接続して直接給湯回路２８を構成している。また、貯湯給湯回路２９は貯湯槽７の上部と第１の混合弁２５とを連通させる回路である。

さらに、流量制御手段１２は、給湯熱交換器２の水流路２０出口に設けられた湯温検出手段１１から得られた温水温度が所定の温度となるように循環ポンプ８の回転数を調整して水の循環流量を制御する。また、残湯温度検出手段３０は貯湯槽７の中間部に設けられ貯湯槽７の温度を検出する。

以上のように構成されたヒートポンプ給湯機について、以下その動作、作用を説明する。従来例で示したように、主として深夜電力を利用して貯湯槽を高温の湯に沸かし、その貯湯された湯でほとんどの給湯負荷を賄う貯湯式のヒートポンプ給湯機がある。

しかし、深夜に貯湯槽を沸かしても、給湯負荷は夕方以降に集中するので、実際に給湯するときには、放熱のため、貯湯槽の湯温が低下している。逆に言えば、放熱して温度が低下するので、その低下する分を見越して、深夜時間帯に沸かす温度を高めに設定する必要がある。

ヒートポンプ給湯機の場合、沸かす湯の温度が高いと運転効率が悪くなり、反対に沸かす湯の温度が低いと運転効率がよい。つまり、給湯負荷が生じたときに、給湯に必要な湯温で沸かす方が運転効率を良くすることができる。

そこで、ヒートポンプで沸かした湯を直接給湯に使用する瞬間湯沸かし式の給湯機が考えられる。ただし、ヒートポンプによる直接の湯沸かしだけでは、ヒートポンプは立ち上げに時間がかかるのですぐには所定の温度の湯ができない。

また、除霜運転時には給湯ができないなどの課題がある。これを補うために、小容量の貯湯槽７を設け、これに湯を貯湯しておき、給湯の立ち上げや、除霜時にこの湯を使用する給湯機が考えられる。本発明のヒートポンプ給湯機はこのような考えのもとに瞬間湯沸かし式の給湯機を改善した給湯機である。

この給湯機の場合、その主な運転モードとしては、次の４つの運転モードがある。１つ目は、貯湯槽７の湯が少なくなった場合に貯湯槽７を所定の温度に沸かす貯湯運転モードである。２つ目のモードは、貯湯槽７の湯を給水管２３から供給される市水と混合して所定の給湯温度の湯を作り給湯する貯湯槽給湯モードである。また、３つ目のモードは、加熱手段６であるヒートポンプ回路５によって、給水管２３から供給される市水を加熱した湯で、直接カランなどの給湯端末２７から給湯する直接ヒートポンプ給湯モードである。さらに、４つ目のモードは、加熱手段６であるヒートポンプ回路５によって給水管２３から供給される市水を加熱した湯と貯湯槽７からの湯を混合して、所定の給湯温度の湯を作り給湯する同時給湯モードである。

同時給湯モードにおいては、必要に応じて、更に、給水管２３から供給される市水と混合しても良い。この同時給湯モードを行う場合には次の２つの場合がある。すなわち、第１の場合は、給湯の立ち上げ時でヒートポンプ回路５による加熱手段６の加熱能力が所定の能力が出るまで行う場合であり、第２の場合は、外気温度が低いときに、ヒートポンプだけでは加熱能力が足らない場合である。

次に、前述各運転モードについて説明する。まず、貯湯運転モードについて説明する。

図１の残湯温度検出手段３０から得られた貯湯槽７の温度によって、残湯温度検出手段３０が設けられている位置に湯が無くなった場合に、加熱手段６であるヒートポンプ回路５を駆動し、貯湯槽７を所定の温度に沸かす。すなわち、圧縮機１を駆動することによって圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は給湯熱交換器２に流入し、ここで循環ポンプ８から送られてきた水を加熱する。

そして、減圧装置３で減圧されて大気熱交換器４に流入する。さらに、大気熱を吸熱して蒸発ガス化し、圧縮機１にもどる。一方、循環ポンプ８によって送られた貯湯槽７の下部の水は給湯熱交換器２の水流路２０に流入し、給湯熱交換器２で加熱されて設定温度に昇温し、三方弁２１を通って貯湯槽７の上部に貯えられる。

ここで、給湯熱交換器２の水流路２０出口湯温を湯温検出手段１１が検知して、設定温度となるように流量制御手段１２は循環ポンプ８の回転数を調整して水の循環流量を制御する。前記設定温度としては、６５〜９０℃程度で、給湯負荷によって異なる。

次に、貯湯槽給湯モードについて説明する。外気温度が低い時に大気熱交換器４に霜が着く場合がある。この付着した霜が成長した時にその霜を溶かす除霜運転を行う。この場合には直接ヒートポンプ給湯モードでの給湯はできないので、貯湯槽７に貯湯した湯で給湯を行う。すなわち、カランなどの給湯端末２７が開かれると、貯湯槽７の上部の湯は貯湯給湯回路２９から第１の混合弁２５を通り、第２の混合弁２６で給水管２３からの市水と混合して、所定の給湯温度になって給湯端末２７から給湯される。

さらに、直接ヒートポンプ給湯モードについて説明する。カランなどの給湯端末２７が開かれると、加熱手段６であるヒートポンプ回路５は、給水管２３から供給される市水を加熱し、加熱してできた湯を直接カランなどの給湯端末２７から給湯する。すなわち、圧縮機１を駆動することによって圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は給湯熱交換器２に流入し、ここで給水管２３から送られてきた市水を加熱する。そして、減圧装置３で減圧されて大気熱交換器４に流入する。

さらに、大気熱を吸熱して蒸発ガス化し、圧縮機１にもどる。一方、給水管２３から送られてきた市水は給湯熱交換器２の水流路２０に流入し、給湯熱交換器２で加熱されて昇温し、三方弁２１、第１、第２の混合弁２５、２６を通って、給湯端末２７から給湯される。この時、給湯熱交換器２の水流路２０出口温度が給湯温度よりも高い場合は、第２の混合弁２６で給水管２３から送られてきた市水と混合して所定の給湯温度にしてから給湯端末２７から給湯される。この時の給湯熱交換器２の水流路２０出口温度は給湯温度かそれよりも若干高めの温度に設定されるので、通常４０℃前後から４５℃程度である。

次に、同時給湯モードについて説明する。このモードは前述した直接ヒートポンプ給湯モードに移行する前段階のモードである。すなわち、加熱手段６であるヒートポンプ回路５は、所定の能力が出力されるまでに時間がかかるので、その間、直接ヒートポンプ給湯モードと貯湯槽給湯モードと同時に行う。

さらに、外気温度が低くなると加熱手段６であるヒートポンプ回路５の加熱能力は減少する。そこで、外気温度が低くなり、直接ヒートポンプ給湯モードだけでは所定の給湯温度が得られない場合についてもこの同時給湯モードを行う。カランなどの給湯端末２７が開かれると、加熱手段６であるヒートポンプ回路５は、給水管２３から供給される市水を加熱する。そして、この加熱されてできた湯と貯湯槽７上部の高温の湯とを混合させて給湯端末２７から給湯する。すなわち、圧縮機１を駆動することによって圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は給湯熱交換器２に流入し、ここで給水管２３から送られてきた市水を加熱する。

そして、減圧装置３で減圧されて大気熱交換器４に流入する。さらに、大気熱を吸熱して蒸発ガス化し、圧縮機１にもどる。一方、給水管２３から送られてきた市水は給湯熱交換器２の水流路２０に流入し、給湯熱交換器２で加熱されて昇温し、三方弁２１を通って、第１の混合弁２５で貯湯槽７の上部からの高温湯と混合して、給湯端末２７から給湯される。この時、第１の混合弁２５で混合してできた湯の温度が給湯温度よりも高い場合は、第２の混合弁２６で給水管２３から送られてきた市水と混合して所定の給湯温度にしてから給湯端末２７から給湯される。この時の給湯熱交換器２の水流路２０出口温度は給湯温度よりも低い温度で、通常市水温度から４０℃前後程度である。

図２は給湯熱交換器２の水流路２０を流れる温水温度とスケール生成量の関係を表わし、温水温度が低い場合（図２のＴ以下）、スケールは生成しない。そして、Ｔより高温域では、高温度になる程、スケール生成量が増加する。すなわち、給湯熱交換器２の水流路２０出口温度が、温度Ｔ以下であればスケールの生成はない。

反対に、高温の温度に沸き上げればスケールの生成が増加する。従来例の場合や本発明の貯湯運転モードの場合で、高温の湯を貯湯槽７に貯湯するときにスケールが生成されることになる。一方、本発明の直接ヒートポンプ給湯モードの場合や同時給湯モードの場合には、給湯熱交換器２の水流路２０出口温度が、温度Ｔ以下となるのでスケールの生成はない。

給湯熱交換器２の水流路２０出口温度が高温であればスケールは生成する。しかし、できたスケールすべてがすぐに水流路２０内部に固定されるわけでない。スケールが生成した後、スケールが生成しない高速の水または湯を水流路２０内部に流すと、一部の生成スケールを洗い流すことができ、水流路２０が閉塞することを緩和するか無くすことが可能である。

そこで、本発明の第１の実施の形態は、スケールが形成される貯湯運転モード時が行われた後、貯湯運転モード時に水流路２０を流れる水流量よりも多い流量を強制的に流すことによって、スケールを洗い流し、形成を抑制するものである。

図３は、貯湯槽７沸き上げ時に水流路２０を流れる流量に対するスケール洗い流し流量の比を横軸にとり、縦軸に水流路２０内部に析出したスケールの付着量を取って、洗い流し流量のスケール付着への影響度を示したものである。図３に示すように、流し流量に対する貯湯槽７沸き上げ時に水流路２０を流れる流量の比が約４倍以上であれば、付着量がＳｏからＳに減少し、スケールがほぼ洗い流されていることが確認できる。

通常、水流路２０を流れる水流量は、圧縮機の能力や管の断面積等によって異なるが、貯湯槽７に湯水を貯える貯湯運転モード時では、凡そ１〜３Ｌ／ｍｉｎを想定している。従って、スケールの形成を抑制するには、４〜１５Ｌ／ｍｉｎの流量が必要となる。

そこで、流量制御手段１２は、貯湯運転モードが終了していることが検知できた時（貯湯運転モード中でない時）、循環ポンプ８を制御して、貯湯槽７の下部にある湯水を、給湯熱交換器２の水流路２０、沸き上げ回路２２を介して、貯湯槽７の上部に循環させる。そして、その時、循環ポンプ８は４〜１５Ｌ／ｍｉｎの範囲内の流量となるように流量制御手段１２によって制御される。

流量制御手段１２には、予め流し流量が設定されており、例えば５〜１５Ｌ／ｍｉｎ程度の流量が記憶されていることが好ましい。また、流し流量の適切な値は、圧縮機の能力や管の断面積等によって変化するので、ヒートポンプ給湯器の設置時に、適宜調整できるようにしてもよい。

また、直接ヒートポンプ給湯モード時においても、水流路２０の流量を制御することによりスケールを洗い流し、スケールの形成を抑制することができる。

通常、直接ヒートポンプ給湯モードにおいて水流路２０を流れる水流量は、カランなどの給湯端末２７への給湯時で３〜５Ｌ／ｍｉｎであり、また図示していない風呂浴槽への給湯時で７〜１０Ｌ／ｍｉｎを想定している。

そこで、流量制御手段１２は、流量制御弁３１を制御して、給水管２３から供給される市水の流量が５〜１５Ｌ／ｍｉｎとなるように制御する。このとき、流量制御手段１２は温度検出手段１１により検出された温度と、例えばリモコン等から予め使用者により設定された設定温度により、圧縮機１の回転周波数を制御する。

つまり、予め設定された設定温度に対して市水の流量（５〜１５Ｌ／ｍｉｎの範囲内である流量）が強すぎる場合には、より高温の湯水を給湯するために、圧縮機１の回転周波数を上げて、給湯能力を高めるのである。なお、流量制御弁３１は、循環ポンプであってもよい。

また、直接ヒートポンプ給湯モード時ではなく同時給湯モード時であっても、上記した制御を行うことにより、貯湯槽７に貯えた高温の湯水の使用を控え、高温の湯水を節約することができる。

以上にように、本発明の第１の実施の形態によれば、水流路２０を流れるスケール洗い流し流量を、貯湯運転モード時に水流路２０を流れる水流量よりも強めるように制御すれば、スケールを洗い流し、形成を抑制でき、スケールにより給湯熱交換器および出口回路が閉塞されることを防止し、機器の耐久性、信頼性が向上するものである。

（実施の形態２）
第１の実施の形態において、スケールの洗い流し流量は予め設定されているものとした。一方、第２の実施の形態では、常時洗い流し流量を自律的に設定することにより、環境条件や圧縮機の能力や管の断面積等の設計条件に応じて洗い流し流量を設定し、その洗い流し流量によりスケールの形成を抑制するものである。

以下、図４を用いて説明する。なお、図１の同様の構成には同番号を付与した。流量検出手段３２は、給湯熱交換器２の水流路２０の出口側に設けられ、貯湯運転モード時の水流路２０の流量を測定する。湯温検出手段１１と流量検出手段３２による検出結果は流量制御手段１２に伝達される。流量制御手段１２は検出結果に基づいて流量制御弁３１を介して流量を制御する。

流量検出手段３２の検出結果を受け取った流量制御手段１２は、所定時間内の水流路平均流量を求める。そして、流量制御手段１２は、第１の実施の形態に記載したように、貯湯運転モード完了時、直接ヒートポンプ給湯モード時、同時給湯モード時における水流路２０の流量が、水流路平均流量の所定倍以上（例えば４倍）となるように制御する。その結果、スケールは洗い流され、形成を抑制できる。

なお、図４では、流量検出手段３２を給湯熱交換器２の水流路２０の出口側に設けたが、水流路２０の入口側に設けても同様の効果を得ることができる。

また、貯湯運転モードの起動時は運転能力が安定しておらず、それに連動して流量検出手段３２により検出される流量も不安定となる。従って、貯湯運転モードの起動後から所定時間後に流量制御手段１２が流量を検出するようにすれば、より適切な水流路平均流量を求めることができる。

このように、本発明の第２の実施の形態によれば、常時洗い流し流量を自律的に設定することにより、環境条件や圧縮機の能力や管の断面積等の設計条件に応じた洗い流し流量でスケールの形成を抑制できる。

（実施の形態３）
第３の実施の形態は、貯湯槽７に低温水の湯水が貯えられているときの実施の形態について述べる。

特に、貯湯槽７に低温水の湯水が貯えられている場合として、大気熱交換器４に霜付着したり、外気温が低温であるためにヒートポンプの能力が低下し、必要十分な湯量が確保できないときや、通常湯水の沸き上げが行われる夜間に多量の湯を使用した場合が考えられる。

上記のような場合、貯湯槽７の下部に低温水が貯えられており、その低温水を用いてスケールを洗い流した後、沸き上げ回路２２から貯湯槽７の上部へその低温水の湯水を注ぐと、貯湯槽７内の積層状態が崩れてしまい、ヒートポンプ運転の効率が低下してしまう。そこで、低温水の湯水を貯湯槽７の中間部へ戻すことにより、貯湯槽７上部に貯えられた高温層の湯水の温度を下げることなく積層状態を保つことができる。

以下、図５を用いて説明する。なお、図１から図３と同様の構成には同番号を付与した。バイパス回路３３は、沸き上げ回路２２の途中から貯湯槽７の中間部へ接続される回路である。なお、貯湯槽７の上部へ戻すか中間部へ戻すかの切り替えは、切替え弁３４により行う。

また、湯温検出手段１１は検出値を流量制御手段１２へ伝達する。流量制御手段１２は、検出温度が所定温度以下であれば、切替え弁３４を切替えて、水流路２０を流れた湯水がバイパス回路３３を介して貯湯槽７の中間部へ注ぎ込まれるようにする。

また、流量制御手段１２は、検出温度が所定温度以上であれば、切替え弁３４を切替えて、水流路２０を流れた湯水が沸き上げ回路２２を介して貯湯槽７の上部へ注ぎ込まれるようにする。

このように、本発明の第３の実施の形態によれば、直接カランなどの給湯端末や浴槽へ給湯する機会が長時間ない場合で、かつ貯湯槽の下部に低温水の湯水が貯えられている場合であっても、スケールを洗い流すことができ、また貯湯槽７内の積層状態を保つことが可能となる。

なお、湯温検出手段１１は、水流路２０の入口側に備えてもよい。また、バイパス回路３３は貯湯槽７の中間部へ接続されているとしたが、貯湯槽７の下部へ接続しても貯湯槽７内の積層状態を保つことができる。

以上から、本発明の実施の形態によれば、スケールを洗い流し、形成を抑制でき、スケールにより給湯熱交換器および出口回路が閉塞されることを防止し、機器の耐久性、信頼性が向上するものである。

また、本実施の形態により、給湯熱交換器の水流路は、スケール付着対策として流路断面積の増加などの措置を取らないことにより、熱交換器の構造が簡単となり、小型軽量化と低コスト化が可能となる。

また、本実施の形態では、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、貯湯槽７に高温湯（およそ９０℃）を貯湯することも可能である。そのため、貯湯槽７の蓄熱量が増加して、給湯負荷に対する余裕度が大きくなり、さらに、地球環境保全にも貢献する。

以上のように、本発明にかかるヒートポンプ給湯機は、給湯熱交換器の水流路に生成した一部または大部分のスケールを高流量の湯で洗い流すことによって、給湯熱交換器の水流路および出口回路が閉塞することを避けることができるため、機器の耐久性、信頼性が向上するので、給湯機に限らず、温水熱を利用した暖房や浴室乾燥機などの用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ給湯機の構成図 同ヒートポンプ給湯機の湯水温度に対するスケール生成量の関係を示す説明図 同ヒートポンプ給湯機の水流路平均流量の比に対するスケール付着量の関係を示す説明図 本発明の実施の形態２におけるヒートポンプ給湯機の構成図 本発明の実施の形態３におけるヒートポンプ給湯機の構成図 従来のヒートポンプ給湯機の構成図 従来のヒートポンプ給湯機の給湯熱交換器の構成図

符号の説明

１ 圧縮機
２ 給湯熱交換器
３ 減圧装置
４ 大気熱交換器
７ 貯湯槽
２０ 水流路
２２ 沸き上げ回路
２３ 給水管
２７ 給湯端末
２８ 直接給湯回路
２９ 貯湯給湯回路
３１ 流量制御弁
３２ 流量検出手段

Claims (5)

1. 圧縮機を有する冷媒回路と、前記冷媒回路を流れる冷媒と熱交換を行う給湯熱交換器に設けた水流路と、貯湯槽底部から取り出した湯水を前記水流路を介し加熱して前記貯湯槽上部へ戻す運転時に、前記水流路を流れる流量の平均値を水流路平均流量とし、前記水流路を流れる湯水の流量を前記水流路平均流量の４倍以上となるように制御する運転モードを備えたヒートポンプ給湯機。
2. 水流路の出口側に温度検出手段を設け、前記水流路を流れる湯水の流量が水流路平均流量の４倍以上である運転モード中に、前記温度検出手段の検出結果に応じて圧縮機の回転周波数を制御する請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
3. 水流路を流れる湯水の流量を水流路平均流量の４倍以上となるように制御する運転モードは、貯湯槽から取り出した湯水を給湯熱交換器により加熱して前記貯湯槽へ戻す運転が終了したときに、前記貯湯槽の下部から取り出した湯水に対して行われる請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
4. 水流路の出口側に温度検出手段を設け、前記温度検出手段が所定温度以下を検出したとき、前記水流路を流れる湯水は貯湯槽の中間部に戻る請求項３記載のヒートポンプ給湯機。
5. 冷媒回路に用いる冷媒を二酸化炭素した請求項１から４のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。
   
   
   
   

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