JP2006266591A - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】
運転立上がり時には貯湯タンクから湯を足しながら加熱された温水を直接給湯することが可能なヒートポンプ給湯機において、冬期の外気低温時に風呂給湯などの長時間運転をすると空気熱交換器に着霜して、次回立上がり時のためのタンク貯湯運転に時間がかかり、その間の給湯使用に支障をきたす可能性があった。
【解決手段】
空気熱交換器の温度を検知し、除霜開始温度、及び除霜開始温度より低い除霜必要温度を設定し、除霜開始温度と除霜必要温度間の場合はタンク貯湯後除霜運転を行ってから運転停止し、除霜必要温度以下の場合はアラーム表示を行なうと共に、除霜運転を優先した後タンク貯湯運転を行ってから運転停止する。
【選択図】 図１

Description

本発明はヒートポンプ給湯機の低温着霜条件化における使い勝手の改善に関する。

従来のヒートポンプ給湯機は電気温水器と同様に３００Ｌ〜５００Ｌもの大容量の貯湯タンクを設け、安価な夜間割引料金の電力を使って夜中の内にヒートポンプ運転を行ない、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貯湯方式のものが一般的であった。

近年、運転立上がり時に貯湯タンクから給湯するタンク給湯回路と、ヒートポンプ運転により加熱された温水を直接給湯する直接給湯回路を設けることにより、蛇口等の水使用端末で給湯使用する時に随時ヒートポンプ運転を行ない、加熱した湯を直接水使用端末に給湯する瞬間式ヒートポンプ給湯機が提案されている。

このような瞬間式のヒートポンプ給湯機として特開２００３−２４０３３９号公報（特許文献１）に開示されたものがある。

また、貯留タンクの湯は運転立上がり時に使用するもので、給湯終了後にタンクの湯温が下がっていたら、ヒートポンプサイクルを運転して、貯留タンクの湯を所定温度に達したら運転停止するものである。

特開２００３−２４０３３９号公報

特許文献１に開示されたヒートポンプ給湯機においては、冬期低温時に風呂給湯(注湯)などの長時間のヒートポンプ運転を行なうと、外気温にも寄るが、空気熱交換器の全面に霜が着いてしまう場合があった。その様な場合、給湯終了後にタンク湯を追い焚きするタンク貯湯運転を実行すると、空気熱交換器の着霜により加熱能力が低下した状態なので、タンク貯湯運転に長時間を必要とすることとなる。そしてタンク湯が十分に追い焚きできずに次の給湯が始まった場合、出湯に支障をきたす恐れがあった。

即ち、外気から熱を集める空気熱交換器に霜が着いた状態でタンク貯湯運転を行なうと、ますます着霜が進行して氷結状態となる。それによって空気熱交換器の性能をさらに低下させ、たとえ風呂給湯からタンク追い焚きへ連続してヒートポンプを運転させても加熱能力が著しく低下することとなる。

例えば、冬期の外気温が低温のときに風呂給湯終了後、短時間の内にシャワーを使用すると、空気熱交換器が着霜状態になってしまい湯量不足や低温出湯が発生しやすい。

本発明の目的は、着霜による加熱能力低下の影響を最小限にとどめて、使い勝手の向上を図るヒートポンプ給湯機を提供するものである。

前述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、空気熱交換器の温度を検知し、霜が付着し除霜運転を要する状態を示す除霜開始温度、及びその除霜開始温度よりも低い除霜必要温度を予め設定しておく。除霜必要温度は、霜がかなり堆積し除霜運転を優先させないと加熱能力が著しく低下する状態の温度である。

本発明のヒートポンプ給湯機は、それらの除霜開始温度、除霜必要温度を設けた貯湯タンクを有するヒートポンプ給湯機であって、冬期低温時の空気熱交換器の着霜状態を温度で判別し、着霜状態に適合した運転制御を行なうことにより、前述の目的を達成するものである。

請求項１に関わる発明は、圧縮機、給水された水と冷媒との熱交換を行なう水冷媒熱交換器、減圧装置、空気と冷媒との熱交換を行なう空気熱交換器を、冷媒配管を介して順次接続したヒートポンプ冷媒回路と、前記水冷媒熱交換器、水冷媒熱交換器で加熱した温水を貯めておくための貯湯タンク、湯水混合弁、流量調整弁、及びこれらの部品間を接続する水配管からなる給湯回路と、前記空気熱交換器の温度が除霜開始温度及びその除霜開始温度より低い除霜必要温度を予め設定し、前記空気熱交換器の温度が前記除霜開始温度と前記除霜必要温度の範囲内にある場合には、給湯運転終了後、タンク貯湯を実行した後で前記空気熱交換器の除霜を実行し、前記空気熱交換器の温度が除霜必要温度より低い温度の場合は、給湯運転終了後、前記空気熱交換器の除霜を実行した後でタンク貯湯を実行する制御手段とを有するものである。

これにより、空気熱交換器の着霜状態を温度で判別し、通常の着霜状態である除霜開始温度の外に、直ちに除霜運転が必要である除霜必要温度を設定し、空気熱交換器の温度に応じて除霜制御を変える、具体的には除霜運転の開始時期を変える制御手段を設けることにより、使用者が対応を考える必要もなく、着霜状態に適合した運転制御を行なうことができ、冬期低温時の使い勝手を向上することができる。

次に請求項２に関わる発明は、請求項１に加え、前記給湯回路は、水冷媒熱交換器で加熱された湯を水使用端末へ直接給湯する直接給湯回路と、貯湯タンクから水使用端末へ給湯するタンク給湯回路とを有するものであり、ヒートポンプ運転立上がり時の加熱遅れをタンク給湯で補うことが可能となり、貯湯タンクの大幅な小形化による貯湯ユニットとヒートポンプユニットの一体化を図ることができ、請求項１の瞬間式ヒートポンプ給湯機における効果をより顕著にすることができる。

次に請求項３に関わる発明は、請求項１に加え、前記除霜必要温度は、外気温度に対応して設定された複数温度であるから、一般に外気温度が低いほど絶対湿度も低いので空気熱交換器への着霜量も低くなるため、除霜必要温度は外気温度に対応して低く設定することにより、着霜量に合った運転制御を行なうことができ、不急な除霜運転を優先するようなことがなくなり、より使い勝手の良い除霜必要制御手段を提供することができる。

次に請求項４に関わる発明は、請求項１に加え、前記除霜必要制御手段は、除霜必要温度に達すると、文字表示又は文字の点滅でアラーム表示を行なうものであるから、使用者は、着霜量が多く除霜運転を優先させることが必要な状態であることを目で知ることができ、給湯量の減少が生じても不安感を抱かずに済むと共に、給湯使用を少し先延ばしする等の対応を図ることができる。

次に請求項５に関わる発明は、請求項１に加え、前記除霜必要制御手段は、除霜必要温度に達すると、音声でアラーム表示を行なうものであるから、使用者は、着霜量が多く除霜運転を優先させることが必要な状態であることを音声で知ることができ、台所リモコン等の表示を見なくても判る便利さがあり、給湯量の減少に対する不安感の解消や給湯使用を少し先延ばしする等の対応を図ることができる。

本発明によれば、使用者の不安感を解消し、冬期低温時の使い勝手を向上することができる。

以下、本発明の実施例を図を用いて説明する。

図１に示した本発明の一実施例である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を備える。

ヒートポンプ冷媒回路３０は各部品を２個ずつ有する２サイクル方式であり、圧縮機１ａ、１ｂ、水冷媒熱交換器２に配置される冷媒側伝熱管２ａ、２ｂ、減圧装置３ａ、３ｂ、空気熱交換器４ａ、４ｂを、それぞれ冷媒配管を介して順次接続していて、その冷媒回路３０内には冷媒が封入されている。

圧縮機１ａ、１ｂは容量制御が可能で、多量の給湯を行なう場合には大きな容量で運転される。ここで、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（例えば７００回転／分）から高速（例えば７０００回転／分）まで回転数制御されるようになっている。

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２ｃ、２ｄを備えており、冷媒側伝熱管２ａ、２ｂと給水側伝熱管２ｃ、２ｄとの間で熱交換を行なう。

減圧装置３ａ、３ｂとしては一般に電動膨張弁が使用され、水冷媒熱交換器２を経て送られてくる中温高圧冷媒を減圧し、蒸発し易い低圧冷媒として空気熱交換器４ａ、４ｂへ送る。また、減圧装置３ａ、３ｂは冷媒通路の絞り量を変えてヒートポンプ回路内の冷媒循環量を調節する働きや、絞り量を全開にして中温冷媒を空気熱交換器４ａ、４ｂに多量に送って霜を溶かす除霜装置の役目も行なう。

また、空気熱交換器４ａ、４ｂは本体外面部に設置され、ファン（図示せず）の通風によって外気と冷媒との熱交換を行なう空気冷媒熱交換器の働きをする。

給湯回路４０は直接給湯、タンク貯湯、タンク給湯、風呂湯張り、風呂追焚きを行なうための水循環回路を備えて構成されている。

直接給湯回路は、給水配管と給湯配管とを有する。給水配管は、水道などの装置外部の給水源である給水管と接続する給水金具５と、水冷媒熱交換器２の給水側伝熱管２ｃ、２ｄと、に接続されている。給湯配管は、水冷媒熱交換器２の給水側伝熱管２ｃ、２ｄと、装置外部の出湯端末の一つである台所蛇口１６に配管を通じて接続する台所出湯金具１５と、に接続されている。

この給水配管の途中には、減圧弁６、給水された水の水量を計測する給水水量センサ７、給水逆止弁１０、水熱交水量センサ１１、が順次設けられている。

また給湯配管の途中には、貯湯タンク８からの湯を混合する給湯混合弁１２、給水配管から分岐した水配管と接続する湯水混合弁１３、出湯する湯水の流量を調整する流量調整弁１４が順次設けられている。

減圧弁６は、例えば水道の給水源から供給される２００〜５００ｋＰａものバラツキのある高い水圧を約１７０ｋＰａ程度の使用上適切な一定水圧にコントロールするものである。給水逆止弁１０は、一方向にのみに水を流し、逆流を防止するものである。

また、台所出湯金具１５は台所蛇口１６の他にも風呂蛇口２６やシャワー２７などにも給湯できるよう接続されている。

タンク貯湯回路は、貯湯タンク８、機内循環ポンプ９、水熱交水量センサ１１、給水側伝熱管２ｃ、２ｄ、給湯混合弁１２、貯湯タンク８が水配管を介して順次接続され構成されている。

タンク給湯回路は、上述の給水配管と給湯配管のそれぞれの途中から分岐して設けられていて、貯湯タンク８は、給水配管とは逆止弁１０の前後に水配管を介して接続して、給湯配管とは給湯混合弁１２に水配管を介して接続する。この回路は、主に、給水された水の水圧で貯湯タンク８に溜められた湯を給湯配管に供給する。

風呂湯張り回路は、上述の給水配管と給水側伝熱管２ｃ、２ｄまでの管路は直接給湯回路と共通する。そして給湯配管の流量調整弁１４より先は風呂湯張り配管となり入出湯金具２０に接続する。風呂湯張り配管には、浴槽２２へ注湯するときに開放する風呂注湯弁１７、水の流れ方向を検知するフロースイッチ１８、風呂循環ポンプ１９、入出湯金具２０、が水配管を介して順次接続されている。また、入出湯金具２０及び風呂出湯金具２４は風呂循環アダプター２１を介して浴槽２２に接続されている。

なお、風呂湯張り時には、上記風呂湯張り回路による直接給湯と共に、貯湯タンク８内の湯量が最小必要量以下にならない範囲において貯湯タンク８から浴槽２２へのタンク給湯も行なう。ここで、最小必要量とは、風呂湯張り完了直後のシャワーのために残しておくタンク残湯量のことである。

風呂追焚回路は、浴槽２２、風呂循環アダプター２１、入出湯金具２０、風呂循環ポンプ１９、フロースイッチ１８、風呂水伝熱管２３ｂ、風呂出湯金具２４、風呂循環アダプター２１、浴槽２２が水配管を介して順次接続され構成されている。

尚、風呂追焚き時には、上記風呂追焚回路による浴槽水の水循環と共に、ヒートポンプ運転及び機内循環ポンプ９を運転し、水冷媒熱交換器２で加熱された温水を、湯水開閉弁２５を通じて風呂用熱交換器２３に設けられた温水伝熱管２３ａに循環させ、温水伝熱管２３ａと風呂水伝熱管２３ｂとの間で熱交換し、風呂追焚きを行なうものである。

次に、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、１ｂの回転数制御を行なうと共に、減圧装置３ａ、３ｂの冷媒絞り量調整、機内循環ポンプ９、風呂循環ポンプ１９の運転・停止及び給湯混合弁１２、湯水混合弁１３、流量調整弁１４、風呂注湯弁１７、湯水開閉弁２５を制御することにより、タンク貯湯運転、直接給湯運転、タンク給湯運転、風呂湯張り運転、風呂追焚運転及び除霜運転を行なうものである。

また、運転制御手段５０は、圧縮機１ａ、１ｂの回転数を制御し、運転開始直後は加熱立上げ時間を早めるため高速回転数で運転し、安定時には給湯温度・流量に見合った回転数で運転するよう制御する。

また、運転制御手段５０は、水使用端末における給湯終了後、タンク貯湯運転を行なってから運転停止することにより、いつでも貯湯タンク内は所定の温度の湯が貯湯された状態になっているよう制御する毎回タンク貯湯運転手段を有している。

なお、給湯終了後のタンク貯湯運転は毎回は行なわず，タンクサーミスタ８ａ〜８ｄの温度を基にタンク貯湯運転の要否を判定させても良い。

また、運転制御手段５０は、外気温度及び空気熱交換器４ａ、４ｂの温度を常時検知しており、着霜状態にあることを示す除霜開始温度、及び直ちに除霜運転が必要であることを示す除霜必要温度を設定し、除霜必要温度以下になると作動して、リモコン画面への文字表示や点滅表示又は音声によるアラーム表示、及び除霜優先の運転制御を行なう除霜必要制御手段を有している。

即ち、給湯運転終了時において、空気熱交換器の温度が除霜開始温度より高い場合は給湯終了後除霜運転を行なわずにタンク貯湯運転を行なってから運転停止し、除霜開始温度と除霜必要温度の範囲内にある場合には給湯終了後、タンク貯湯運転を行なってから除霜運転を行なって運転停止し、空気熱交換器の温度が除霜必要温度より低い温度の場合は、文字表示又は点滅表示又は音声によるアラーム表示を行なうと共に、給湯終了後、先ず除霜運転を行なってからタンク貯湯運転を行なって運転停止する。

なお、除霜開始温度と除霜必要温度の範囲内にある場合は、給湯終了後、貯湯タンクに所定量貯湯してから除霜を行ない、その除霜後に、更に貯湯タンクの残り分を貯湯させるようにしても良い。これにより、給湯終了後、再度給湯される場合を考慮して、より短時間に所定量のタンク貯湯と除霜を終わらせられる。

さらに、ヒートポンプ給湯機には、給水温度を検知する給水サーミスタ７ａ、水冷媒熱交換器２の出湯温度を検知する水熱交サーミスタ２ｅ、貯湯タンク８の貯湯温度及び貯湯量を検知するタンクサーミスタ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、ヒートポンプによる直接給湯と貯湯タンクからのタンク給湯との混合温度を検知する混合温度サーミスタ１２ａ、給湯温度を検知する給湯サーミスタ１４ａ、浴槽水の温度を検知する風呂サーミスタ１８ａ、並びに空気熱交換器４ａ、４ｂの温度を検知する空気熱交サーミスタ４ｃ、４ｄ、外気温度を検知する空気サーミスタ（図示せず）、及び圧縮機１ａ、１ｂの吐出圧力を検知する圧力センサ１ｃ、１ｄや浴槽２２内の水位を検出する水位センサ２２ａが設けられ、各検出信号は運転制御手段５０に入力されるように構成されている。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ものである。

なお、湯水開閉弁２５は、水冷媒熱交換器２と風呂用熱交換器２３の間に設け、風呂追焚き時以外は水回路を閉じて水冷媒熱交換器２から風呂用熱交換器２３への熱の漏洩を防ぐためのものである。

また、給水逆止弁１０は、一方向にのみに水を流し、逆流を防止するものであり、逃がし弁２８は、貯湯タンク８内の温水圧力が所定以上になった場合に作動して水回路部品の圧力保護の働きをするものである。

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を参照にしながら図２〜図７のフローチャートに基づいて説明する。
図２は、据付時の必要操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て、給水金具５は水道等の給水源に、台所出湯金具１５は台所蛇口１６、風呂蛇口２６、シャワー２７に、入出湯金具２０は風呂循環アダプター２１、風呂蛇口２６及びシャワー２７に、風呂出湯金具２４は風呂循環アダプター２１にそれぞれ接続された（ステップ６０）後、空気抜きのために台所蛇口１６または逃がし弁２８を開放し（ステップ６１）、給水源の元栓を開放する（ステップ６２）と、給水源から機内給水が開始され、水は減圧弁６によって一定圧力に減圧調整された後、貯湯タンク８及び水冷媒熱交換器２並びに各水配管内に流入する（ステップ６３）。蛇口１６、２６または逃がし弁２８からの水溢れ出しにより機内が満水状態になったことを確認（ステップ６４）した後、蛇口１６、２６または逃がし弁２８を閉止し、機内給水が終了する（ステップ６５）。

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。即ち、給湯混合弁１２、湯水混合弁１３は両方向開状態、流量調整弁１４、水開閉弁２５は開状態、風呂注湯弁１７は閉状態となっている。

次に電源スイッチを投入し（ステップ６６）、浴槽水張り運転を行なう（ステップ６７）。
浴槽水張り運転は、風呂注湯弁１７を開き浴槽に水が溢れるまで注水し（ステップ６８）、水位センサ２２ａや給水水量センサ７により浴槽の容量を自動計算し（ステップ６９）、浴槽の容量設定（ステップ７０）を行ない、設定以降の風呂自動運転における風呂湯張りや風呂追い焚き時の湯量制御等に活用するものである。従って、上記浴槽水張り運転はヒートポンプ給湯機設置時の１回のみ必要とするものである。

次に図３は、貯湯タンクの水を沸き上げるタンク貯湯運転動作を示すフローチャートの一実施例である。

運転制御手段５０の制御によりタンク貯湯運転の指示が出る（ステップ７１）と、タンクサーミスタ８ａ〜８ｄにより貯湯温度及び貯湯量の判定が行なわれ（ステップ７２）、規定内であればそのまま運転せず、貯湯水が使用されて規定以下に減っていればタンク貯湯運転が開始される（ステップ７３）。

このタンク貯湯運転（ステップ７３）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。これによって、水冷媒熱交換器２では、冷媒側伝熱管２ａ、２ｂ内を流れる高温冷媒と給水側伝熱管２ｃ、２ｄ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、更に空気熱交換器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。

上記ヒートポンプ運転において、圧縮機１ａ、１ｂの回転数を上げ、減圧装置３ａ、３ｂの冷媒絞り量を大きくすると加熱能力は増すが、機械ロスや熱ロスが増えて運転効率は下がる。逆に圧縮機１ａ、１ｂの回転数を下げ、減圧装置３ａ、３ｂの冷媒絞り量を少なくすることにより、加熱能力は落ちるが、機械ロスや熱ロスが減少し、相対的に運転効率は向上する。即ち、ヒートポンプによる加熱運転においては、低い温度で時間をかけて加熱することが加熱効率の向上になる。

例えば、６０℃以上の高温に沸上げて貯湯するタンク貯湯運転よりも、４２℃の使用温度に沸上げて給湯する直接給湯運転の方が高効率運転であると言える。

タンク貯湯運転（ステップ７３）においては、前記ヒートポンプ運転と共に、タンク貯湯回路において給湯混合弁１２は水冷媒熱交換器２側から、貯湯タンク８側を開、湯水混合弁１３側を閉とし（ステップ７３ａ）、湯水開閉弁２５を閉とする（ステップ７３ｂ）。更に、機内循環ポンプ９の運転が開始され、貯湯タンク８の下部の通水口から、機内循環ポンプ９、水熱交水量センサ１１、水冷媒熱交換器２、給湯混合弁１２、貯湯タンク８へ水が循環する。これにより、水冷媒熱交換器２で加熱された温水が貯湯タンク８の上部より貯湯されてゆき、貯湯タンク８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７６）、運転を停止する（ステップ７７）。

なお、水熱交換器２から出湯する加熱水の温度が適切であるか否かを判定する出湯温度判定（ステップ７４）は、水熱交サーミスタ２ｅにより行なわれ、出湯温度が規定値内の場合はタンク貯湯運転をそのまま継続（ステップ７５）し、規定値外の場合は圧縮機１ａ、１ｂの回転数制御、減圧装置３ａ、３ｂの絞り量調整、機内循環ポンプ９の回転数制御により出湯温度の調整を行なう（ステップ７４ａ）。

貯湯温度及び貯湯量の判定は、タンクサーミスタ８ａ〜８ｄによって行なわれ、タンクサーミスタ８ａ〜８ｄの全てが規定温度内に達すれば貯湯完了と判断し、運転停止し、タンク貯湯は終了する（ステップ７７）。

図４は台所蛇口１６を開けて給湯使用する場合の動作を示すフローチャートの一実施例である。
台所蛇口１６を開けて湯水使用が始まる（ステップ８０）と、運転制御手段５０は、圧縮機１ａ、１ｂを始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５、減圧弁６、給水水量センサ７、給水逆止弁１０、水熱交水量センサ１１、水冷媒熱交換器２、給湯混合弁１２、湯水混合弁１３、流量調整弁14、台所出湯金具１５、台所蛇口１６の給湯回路により直接給湯運転（ステップ８１）を行なう。同時に、給水金具５、減圧弁６、給水水量センサ７、貯湯タンク８、給湯混合弁１２、湯水混合弁１３、流量調整弁１４、台所出湯金具１５、台所蛇口１６の給湯回路によりタンク給湯運転（ステップ８２）を行なう。

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の冷媒側伝熱管２ａ、２ｂに送り込み、給水側伝熱管２ｃ、２ｄから流入する水を加熱して給湯混合弁１２側へ流出するが、運転立上が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、発生する冷媒からの放熱量が増加し、水への加熱能力が増してゆく。

また、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には数分かかるため、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の所定時間は、圧縮機の回転数を通常より高速回転にして運転制御し、水加熱給湯運転の立ち上がり時間を短縮できるが、運転開始直後の所定時間は貯湯タンクから湯を供給するタンク給湯運転（ステップ８２）を併用した後、運転制御手段５０が動作してタンク給湯運転を停止（ステップ８４ｂ）して、直接給湯運転のみに切換え給湯運転を継続（ステップ８５）する。

具体的には、混合温度サーミスタ１２ａが目標温度となるように混合弁１２の開度が調整される。即ち直接給湯の温度が目標値に達していなければタンク給湯が追加され、直接給湯の温度が目標値に達していればタンクからの給湯はなくなり直接給湯のみとなる。

この間において、給湯サーミスタ１４ａ、給水水量センサ７により給湯温度及び流量の判定（ステップ８３）を行ない、規定外であれば温度、流量を調整（ステップ８４ａ）し、規定内であれば更に直接給湯温度の判定（ステップ８４）を行なう。

直接給湯温度の判定（ステップ８４）において、水冷媒熱交換器２における加熱温度が不十分で、直接給湯温度が規定温度に達しない状態ではヒートポンプ運転の温度流量調整（ステップ８４ａ）を継続し、タンク給湯運転（ステップ８２）と併用する。また、水冷媒熱交換器２における加熱温度が給湯温度に充分なまでに高まり、直接給湯温度が規定内に達すればタンク給湯運転を停止（ステップ８４ｂ）し、直接給湯運転（ステップ８１）単独にて給湯を継続する（ステップ８５）。

従って、貯湯タンク８の役割は、ヒートポンプ運転の加熱能力が、給湯温度（通常４０〜４２℃）に充分な温度に達するまでの立上がり時の補助的なものであり、ヒートポンプ冷媒回路３０の能力、特に圧縮機出力が大きいほど、立上げ時間を短くでき、貯湯タンク８を小さくできる。

また、風呂湯張りと同時に台所給湯を行なう等のように複数箇所の同時使用に対応するには、運転立上がり時にタンク給湯を併用しても、加熱安定後における給湯能力として、圧縮機８の容量は従来一般に用いられている５ｋＷ程度より４倍以上の２０ｋＷ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の各部品共新規開発が必要となり、極めて困難である。そこで本発明の実施例においては、従来圧縮機の２倍程度の圧縮機を２個使用した２サイクルヒートポンプ方式３０ａ、３０ｂ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り、圧縮機の容量が１個でも充分であれば、１サイクルヒートポンプ方式においても本発明の適用・効果は変わらない。

次に、蛇口が閉じられ湯水使用が終了する（ステップ８６）と、タンク給湯運転が停止され直接給湯運転のみであれば直接給湯運転を停止し、湯水使用直後でタンク給湯運転と直接給湯運転が併用されている場合は、直接給湯運転及びタンク給湯運転の両方を停止する。（ステップ８７）
更に運転制御手段５０は、空気熱交換器４ａ、４ｂの温度を空気熱交サーミスタ４ｃ、４ｄで検知・判定し、以下の運転を行ってからヒートポンプ運転を停止する。

先ず、給湯運転停止時（ステップ８７）において、空気熱交換器４ａ、４ｂの温度が除霜開始温度以上の場合は給湯運転停止後、除霜運転を行なわず、タンク貯湯運転を行なって（ステップ８９ａ）から運転停止する（ステップ９０）。

次に、空気熱交換器４ａ、４ｂの温度が除霜開始温度と除霜必要温度の間にある場合は給湯運転停止後、タンク貯湯運転を行なって（ステップ８９ｂ）から更に除霜運転を行なった（ステップ８９ｃ）後に運転停止する。（ステップ９０）
また、空気熱交換器４ａ、４ｂの温度が除霜必要温度以下の場合は、除霜必要制御手段によりリモコン操作面に文字表示又は点滅表示又は音声等の手段で除霜が必要であることをアラーム表示し（ステップ８９ｄ）、給湯運転停止後、除霜運転を行なって（ステップ８９ｅ）から更にタンク貯湯運転を行なった（ステップ８９ｆ）後に運転停止する。（ステップ９０）
なお、前記タンク貯湯運転はタンクサーミスタ８ａ〜８ｄによって貯湯温度、貯湯量を検知し、規定値内になってからタンク貯湯運転を終了する。

但し、タンクサーミスタ８ａ〜８ｄ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水加熱給湯運転停止後でも貯湯タンク８に湯温、湯量共に所定値以上残っている場合は貯湯完了と判定されタンク貯湯運転（ステップ８８）は行なわれない。

以上のように、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（ステップ８８）を行なう毎回タンク貯湯運転機能を有しているので、貯湯タンク８には常に所定温度の湯が所定量以上貯まっており、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。

図５は、前記除霜開始温度、前記除霜必要温度、及び除霜終了温度を、外気温度及び空気熱交換器温度によって説明するための温度線図である。縦軸は空気熱交換器温度を横軸は外気温度を示し、温度の高い順に線図Ａは除霜終了温度、線図Ｂは除霜開始温度、線図Ｃは除霜必要温度の一例を示す。

例えば、冬期の外気温度５℃において、台所で食器洗いを行なった場合、給湯使用時間は長くても５分〜１０分程度であり、着霜量も比較的少なく線図ＢＣ間のＥ点となり、食器洗いが終了すると、給湯運転を停止した後、タンク貯湯運転を行なってから除霜運転を行なって運転停止する。

しかし、上記と同条件で風呂湯張り運転を行なうと、給湯運転時間は約３０分かかり、着霜量も多くなり空気熱交換器の通風を妨げて加熱能力を低下させる。更に、通風が妨げられると空気と冷媒との熱交換量が減って益々空気熱交換器の温度が低下し、線図Ｃより低いＦ点となる。

空気熱交換器の温度がＥ点の場合と同様にタンク貯湯運転を先に行なうと、加熱能力不足によってタンク貯湯運転が長時間かかってしまう。タンク貯湯量不足の状態でシャワー使用や蛇口使用を行なうと、給湯量不足や給湯温度低下等の不具合を発生し易い。

そこで、除霜必要制御手段を設けて線図Ｃ以下になると、除霜運転が優先的に必要であることを表示して使用者に知らせると共に、湯張り運転終了後は、先ず除霜運転を行なってからタンク貯湯運転を行なって運転停止するようにしたものである。

なお、除霜運転は図１において減圧装置３ａ、３ｂの冷媒絞り量を全開にして、高温冷媒のまま空気熱交換器４ａ、４ｂに送り込み冷媒熱によって霜を溶かすもので、短時間で線図Ａの除霜終了温度に達し、その後のタンク貯湯運転が速やかに行なわれるので、結果的にはタンク貯湯が早く終了できる。

また、０℃以下になると外気の絶対湿度が極度に低下し着霜量が減るため、線図Ｂの除霜開始温度及び線図Ｃの除霜必要温度は低く設定してある。線図Ａで示す除霜終了温度は逆に外気温度が低いほど加熱除霜に時間がかかるため、外気温度が０℃以下においては少し温度を高めに設定してある。

また、空気熱交換器温度が線図Ｂの除霜開始温度より高い場合は、ほとんど霜が着いていない状態で除霜運転は必要ない。

なお、図５の線図Ａ、Ｂ、Ｃは一例であり、ヒートポンプ回路の部品構成や容量等によっても異なり、線図の温度、カーブ等がさまざまに相違しても本発明を適用し効果が得られるものである。

図６は、風呂自動運転による湯張り動作を示すフローチャートの一実施例である。風呂自動ボタンを押してＯＮしておき（ステップ９１）、設定時刻が来ると、風呂湯張り運転が開始（ステップ９２）し、風呂注湯弁１７が開き、風呂給湯が行なわれる（ステップ９３）。

風呂給湯（ステップ９３）は、図４にて説明した湯水使用と同様に直接給湯運転とタンク給湯運転が併用される。即ち、ヒートポンプ運転開始直後の数分間は直接給湯運転とタンク給湯運転を併行して行ない、直接給湯温度が安定状態に達すると、タンク給湯運転を停止し、直接給湯運転のみとなる。

また、風呂給湯運転中は、風呂サーミスタ１８ａで風呂給湯温度を検知して給湯温度を判定（ステップ９４）し、規定外であれば温度調整を行ない（ステップ９４ａ）、規定内であれば風呂給湯を継続する（ステップ９５）。

更に、水位センサ２２ａで浴槽内水位を検知し、風呂湯張り量を判定する（ステップ９６）。

風呂湯張り量判定（ステップ９６）において、規定外のうちは風呂給湯を継続（ステップ９５）し、規定内に達すると風呂給湯及びヒートポンプ運転を停止する。（ステップ９７）
風呂湯張り運転が停止する（ステップ９７）と、前記図４と同様にして、空気熱交換器の温度判定を行ない（ステップ９８）、除霜開始温度及び除霜必要温度の該当可否判断に基づき、除霜必要表示、タンク貯湯運転及び除霜運転を行なって（ステップ９９ａ〜９９f）から運転停止する。（ステップ１００）
図７は、風呂自動運転による風呂追焚を示すフローチャートの一実施例である。風呂自動ボタンを押してＯＮしておき（ステップ１０１）、設定時刻になると、前記図６にて説明した風呂湯張り運転を開始（ステップ１０２）し、その後風呂湯張り運転を終了する（ステップ１０３）と、風呂保温運転が開始される（ステップ１０４）。

風呂湯張り運転終了（ステップ１０３）後は、風呂サーミスタ１８ａで湯温を検知し、浴槽内湯温判定（ステップ１０５）において規定値内であれば風呂保温を継続し、規定値以下の場合は風呂追焚運転を行なう（ステップ１０６）。また、水位センサ２２ａで所定時間（例えば１０分）毎に浴槽内の湯量を検知し、風呂湯張り量判定（ステップ１０７）において規定値内であれば風呂保温を継続し、規定値以下の場合は風呂足し湯（ステップ１０８）を行なう。

さらに、風呂自動運転の設定時間を経過すると、風呂保温運転を終了（ステップ１０９）し、風呂自動運転が終了する（ステップ１１０）。

以上詳細について説明の如く、本発明は貯湯タンクを有する瞬間式ヒートポンプにおいて、冬期低温時の着霜による不具合を解消し、タンク貯湯運転の改善、省エネの向上、使い勝手の向上等多大な効果を有する。

また、使用者は着霜量が多く除霜運転を優先させることが必要な状態であることをリモコンへの表示や音声で知ることができ、給湯量の減少が生じても不安感を抱かずに済むと共に、タンク貯湯運転に支障を来たすほど着霜した場合は給湯終了後、除霜運転後にタンク貯湯運転を行なうので、除霜、タンク貯湯が効率よく行なえ、冬期低温時の使い勝手を大幅に向上させることができる。

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、給湯回路、運転制御手段、及び部品の概略構成の一実施例を示す模式図である。 本発明のヒートポンプ給湯機における、据付及び配管接続時の確認動作の一実施例を示すフローチャートである。 本発明のヒートポンプ給湯機における、タンク貯湯運転時の動作の一実施例を示すフローチャートである。 本発明のヒートポンプ給湯機における、湯水使用時の動作の一実施例を示すフローチャートである。 本発明のヒートポンプ給湯機における、外気温度と空気熱交換器の温度、及び除霜開始温度と除霜必要温度の設定値の一実施例を示す温度線図である。 風呂自動運転における風呂湯張り時の動作の一実施例を示すフローチャートである。 風呂自動運転における風呂保温時の動作の一実施例を示すフローチャートである。

符号の説明

１ａ，１ｂ…圧縮機 １ｃ，１ｄ…圧力センサ ２…水冷媒熱交換器 ２ａ，２ｂ…冷媒側伝熱管 ２ｃ，２ｄ…給水側伝熱管 ２ｅ…水熱交サーミスタ ３a，３ｂ…減圧装置 ４ａ，４ｂ…空気熱交換器 ２ｃ，２ｄ…空気熱交サーミスタ ５…給水金具 ６…減圧弁 ７…給水水量センサ ８…貯湯タンク ８ａ〜８ｄ…タンクサーミスタ ９…機内循環ポンプ １０…給水逆止弁 １１…水熱交水量センサ １２…給湯混合弁 １２ａ…混合温度サーミスタ 1３…湯水混合弁 1４…流量調整弁 １５…台所出湯金具 １６…台所蛇口 1７…風呂注湯弁 １８…フロースイッチ １９…風呂循環ポンプ ２０…入出湯金具 ２１…風呂循環アダプター ２２…浴槽 ２２ａ…水位センサ ２３…風呂用熱交換器 ２３ａ…温水伝熱管 ２３ｂ…風呂水伝熱管 ２４…風呂出湯金具 ２５…湯水開閉弁 ２６…風呂蛇口 ２７…シャワー ２８…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。

Claims (6)

1. 圧縮機、給水された水と冷媒との熱交換を行なう水冷媒熱交換器、減圧装置、空気と冷媒との熱交換を行なう空気熱交換器を、冷媒配管を介して順次接続したヒートポンプ冷媒回路と、
   前記水冷媒熱交換器、水冷媒熱交換器で加熱した温水を貯めておくための貯湯タンク、湯水混合弁、流量調整弁、及びこれらの部品間を接続する水配管からなる給湯回路と、
   前記空気熱交換器の温度が除霜開始温度及びその除霜開始温度より低い除霜必要温度を予め設定し、前記空気熱交換器の温度が前記除霜開始温度と前記除霜必要温度の範囲内にある場合には、給湯運転終了後、タンク貯湯を実行した後で前記空気熱交換器の除霜を実行し、前記空気熱交換器の温度が除霜必要温度より低い温度の場合は、給湯運転終了後、前記空気熱交換器の除霜を実行した後でタンク貯湯を実行する制御手段とを備えたヒートポンプ給湯機。
2. 前記給湯回路は、水冷媒熱交換器で加熱された湯を水使用端末へ直接給湯する直接給湯回路と、貯湯タンクから水使用端末へ給湯するタンク給湯回路とを有することを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
3. 前記除霜必要温度は、外気温度に対応して設定された複数温度であることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
4. 前記除霜必要制御手段は、除霜必要温度に達すると、文字表示又は文字の点滅でアラーム表示を行なうことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
5. 前記除霜必要制御手段は、除霜必要温度に達すると、音声でアラーム表示を行なうことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
6. 圧縮機、水と冷媒との熱交換を行なう水冷媒熱交換器、減圧装置、空気と冷媒との熱交換を行なう空気熱交換器を、冷媒配管を介して順次接続したヒートポンプ冷媒回路と、
   前記水冷媒熱交換器、水冷媒熱交換器で加熱した温水を貯めておくための貯湯タンク、機内の湯水を循環させる機内循環ポンプ、湯水混合弁、流量調整弁、及びこれらの部品間を接続する水配管からなる給湯回路と、
   前記空気熱交換器の温度が除霜開始温度及びその除霜開始温度より低い除霜必要温度を予め設定し、前記空気熱交換器の温度に応じて除霜運転の開始時期を変える制御手段とを備えたヒートポンプ給湯機。
   

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