JP2007046856A - ヒートポンプ給湯床暖房装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 床暖房機能を兼ね備えたヒートポンプ給湯床暖房装置において、小形軽量化を図るため直接給湯式が検討されているが、給湯運転時と床暖房運転時の必要加熱能力の差が大きく、従来の圧縮機回転数制御では対応できず、特に床暖房運転時の低速運転において、圧縮機構部の離脱や脱調、騒音等の発生が課題となっている。
【解決手段】 本発明は、湯を使用する時にヒートポンプ運転を行ない、加熱水を直接使用端末に給湯する直接給湯式ヒートポンプ給湯機に床暖房機能を付加すると共に、圧縮機の制御方法として回転数制御と容量制御を巧みに使い分けることによって、従来の課題を解消したヒートポンプ給湯床暖房装置を提供するものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ヒートポンプ給湯床暖房装置に関わり、特に、圧縮機の能力可変幅を拡大して、大容量を必要とする給湯運転から小容量で済む床暖房運転まで、運転効率良く対応できるヒートポンプ給湯床暖房装置を提供するものである。

近年、ヒートポンプ給湯機の普及に伴い、床暖房機能を備え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、例えば、特開２００３−２４７７５３号公報（特許文献１）に開示されたものがある。これは予め電力料金の安い夜間にヒートポンプ運転を行ない、湯を沸かして貯湯タンクに貯めておき、必要に応じて貯湯タンクの湯を使い、蛇口からの給湯使用や、湯を循環させて床暖房を行なうものであった。

なお、一般的に、貯湯温度が６０〜９０℃であるのに対し、蛇口給湯使用温度は約４０℃、床暖房時の循環湯の使用温度は約５５〜６０℃で、蛇口給湯、床暖房の何れの場合も、使用温度は貯湯温度より低く、蛇口給湯の時は給水を追加し、床暖房の時は床暖房の戻り湯を混ぜて温度調整を行なっていた。

特開２００３−２４７７５３号公報

上記従来の床暖房機能を備えたヒートポンプ給湯機においては、４００Ｌ〜６００Ｌもの大容量貯湯タンクを必要とし、満杯に貯湯した場合は湯量だけで４００ｋｇ〜６００ｋｇにも達するため、ヒートポンプユニットと貯湯タンクユニットとを別個に設けており、設置面積、設置強度、ヒートポンプユニットと貯湯タンクユニット間の水配管接続を現地作業で行なわなければならない等、設置施工上に様々な問題がある。

また、気候や来客等によって、一日の湯の使用量が多い場合は貯湯タンクの湯を使い切ってしまい、風呂の給湯ができない等の不具合を生じるおそれがある。

特に、冬期は蛇口給湯量、風呂追焚き使用量、床暖房の使用量等いずれも湯の使用量が多くなるため、貯湯タンク内の湯量不足となり易く、冬期以外には必要以上に貯湯タンクを大きくしなければならない。

更に、床暖房機能を備えたことにより、使用給湯量の家族構成等による差が増大し、ヒートポンプ給湯機の床暖房機能を多く使う家庭にとっては貯湯量が不足がちとなり、他の暖房機器を使用してヒートポンプ給湯機の床暖房機能を余り使用しない家庭にとっては貯湯タンクが必要以上に大きなものとなる。

また、冬期貯湯運転時は、１０℃程度の水を６０〜９０℃にまで沸上げるため、５０〜８０℃もの加熱能力を必要とするが、床暖房運転時は、一度沸上げた湯を循環させ、循環中に冷めた分だけ加熱すればよいので、例えば床暖房の場合、５５℃〜６０℃の湯を送って床暖房し、戻りの湯温は４５〜５０℃程度になるので、加熱能力はわずか１０℃程度で充分となる。このため、冬期給湯運転時は、圧縮機を高速回転数（例えば７０００回転／分）とし、床暖房運転時は、圧縮機を低速回転数（例えば１０００回転／分）にしなければならない。しかも、圧縮機は最大能力に合わせて設計するため給湯運転時には対応できるが、周囲温度が高いときの床暖房運転時は低速運転となるため、スクロール圧縮機構の離脱、脱調等の不具合による極端な能力低下や騒音発生等の不具合を生じさせる要因となり、信頼性を低下させるおそれがある。

即ち、給湯運転時の必要加熱能力と床暖房運転時の必要加熱能力の差が大きく、従来の圧縮機回転数制御では対応し切れず、床暖房運転時の低速運転において、圧縮機構部の離脱や脱調、騒音等の発生が問題となるおそれがある。

一方、省エネの観点から見た場合、ヒートポンプ運転は、給水温度一定のとき、加熱出湯温度が高いほど運転効率が低くなるため、蛇口給湯、床暖房ともに、使用温度に対し貯湯温度が高い分、運転効率が低い条件でヒートポンプ運転を行うことになる。

更に、貯湯タンクに大量の高温湯を貯湯しておくため、熱放出によるエネルギー損失も大きな問題となっている。

本発明は、床暖房機能を兼ね備えたヒートポンプ給湯機において床暖房運転時の信頼性を向上させることを課題とする。

本発明は、前記従来の床暖房機能を備えた貯湯式ヒートポンプ給湯機における課題を解消する手段として、夜間における事前のヒートポンプ運転を行なわず、湯を使用する時にヒートポンプ運転を行ない、加熱水を直接使用端末に給湯する直接給湯式ヒートポンプ給湯機に床暖房機能を付加すると共に、圧縮機の制御方法として回転数制御と容量制御を有効に使い分けることによって、従来の課題を解消したヒートポンプ給湯床暖房装置を提供するものである。

請求項１に関わる発明は、圧縮機、冷媒開閉弁、給湯用熱交換器、床暖房用熱交換器、減圧装置、蒸発器で構成されたヒートポンプ冷媒回路からなる熱源回路と、給水された水を加熱して湯を供給する給湯回路と、循環する熱媒体を加熱して熱を供給する床暖房回路とを備え、給湯回路に熱を供給するときは圧縮機を回転数制御し、床暖房回路に熱を供給するときは圧縮機を容量制御する、運転制御手段を有するものであるから、大容量の貯湯タンクを必要としないため、製品の小形軽量化が図れ、設置施工条件を大幅に改善することができると共に、湯切れ解消や貯湯タンクからの熱放出の低減を図ることができる。また、ヒートポンプ運転時の加熱出湯温度は、それぞれの使用給湯温度に合わせるので、従来の貯湯温度より低い分運転効率を向上させることができる。

更に、圧縮機の制御を高負荷時の回転数制御と低負荷時の容量制御で使い分けするので、圧縮機の加熱能力可変幅を拡大し、低負荷低回転数時の圧縮機構部の離脱、脱調による性能低下や騒音等の従来課題を解消し、大容量を必要とする冬期給湯運転から小容量で済む床暖房運転まで効率良く対応できる。また、本発明によれば、直接給湯式のヒートポンプ給湯床暖房装置における信頼性を向上し、かつ小形軽量化を実現することができる。

次に請求項２に関わる発明は、請求項１に加え、前記ヒートポンプ冷媒回路は、前記圧縮機の冷媒圧縮中間部と、前記蒸発器と前記圧縮機との間に容量制御弁を備え、前記容量制御弁を前記圧縮機の回転数制御時には閉じておき、容量制御時には開放するものであるから、従来の圧縮機構造において、冷媒圧縮中間部に中間吐出口を設け、開閉機能を有する容量制御弁を接続する単純な構造により、圧縮機の容量制御が可能となり、小容量で済む床暖房運転時における運転効率の向上が図れる。また、前記容量制御により圧縮機の冷媒圧縮負荷が軽減されるので、低速運転によるスクロール機構の離脱、脱調、騒音等の課題を解消することができる。また、この構成によれば、新たな容量制御機構を内蔵した新規圧縮機を開発することなく、圧縮機開発費の節減及び信頼性の向上を図ることができる。

次に請求項３に関わる発明は、請求項１に加え、前記熱源回路を複数のヒートポンプ冷媒回路で構成し、給湯時は複数のヒートポンプ冷媒回路を運転し、床暖房時は単独のヒートポンプ冷媒回路を運転するものであるから、より一層、給湯能力の幅が拡がり、大容量を必要とする冬期給湯運転から小容量で充分な床暖房運転まで最適運転を行なうことができる。

また、大容量を必要とする給湯時は複数のヒートポンプ冷媒回路を使用し、小容量で済む床暖房時は単独のヒートポンプ冷媒回路を使用することにより、用途に合った最適運転を行ない、快適制御、省エネ等の効果を得ることができる。

次に請求項４に関わる発明は、請求項１に加え、前記熱源回路を、容量制御機能を有するものと有しないものの２つのヒートポンプ冷媒回路で構成し、給湯時は両方のヒートポンプ冷媒回路を運転し、床暖房時は容量制御を有するヒートポンプ冷媒回路のみを運転し、風呂追焚き時は容量制御を有しないヒートポンプ冷媒回路のみを運転するものであるから、容量制御する圧縮機が１個のみで済むので原価低減になり、２つのヒートポンプ冷媒回路が給湯負荷に合わせて有効に使用されて使い勝手が良くなると共に、２つのヒートポンプ冷媒回路を床暖房運転と風呂追焚き運転に使い分けするので、運転時間のバランスが取れ寿命信頼性の向上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、前記運転制御手段は、給湯使用と、床暖房使用または風呂追焚き使用が同時に行なわれた時は、給湯運転を優先した回転数制御を行なうものであるから、例えば、床暖房中に、台所蛇口で給湯し食器洗いをした場合、台所給湯が優先されるので、食器洗いに影響がなく、食器洗いの数分間は床暖房能力が低下する場合もあるが、もともと循環する熱媒体の床暖房前後の温度差は１０℃位なので、影響が少ない。また、風呂追焚き中に台所蛇口で給湯し食器洗いをした場合、風呂追焚きが遅れてしまう場合もあるが、食器洗い時に冷水になってしまうことを防ぎ、影響を少なくすることができる。なお、風呂給湯中に、台所蛇口で給湯し食器洗いをした場合は、台所給湯を優先するもので、風呂の沸上げ時間が５分程度長くなる場合もあるが、影響は少ないといえる。

このように、給湯と、床暖房又は風呂追焚きの同時使用により加熱能力不足が発生した場合、台所給湯を最優先することにより、他への影響を最小限にし、使い勝手の向上を図ることができる。

次に請求項６に関わる発明は、請求項１に加え、前記給湯回路は、貯湯タンクから使用端末に給湯するタンク給湯回路と、給湯用熱交換器で加熱された湯を直接使用端末に給湯する直接給湯回路とを有するものであるから、常に貯湯タンクに湯を溜めておき、給湯時において、ヒートポンプ運転開始直後の加熱力不足をタンク給湯で補い、ヒートポンプ運転による加熱力が給湯の適温（約４０℃）に達すると、タンク給湯を止めて直接給湯のみに切り替えることにより、小容量の貯湯タンクで給湯時の立ち上がり時間の短縮を図ることができる。

また、ヒートポンプ運転安定後の沸上げ温度をタンク貯湯温度（約６５℃）より低い端末使用温度（約４０℃）とすることにより加熱運転効率の向上を図ることができる。

本発明によれば、床暖房運転時の信頼性を向上させることができる。

（実施例１）
以下、本発明の第１の実施例を図１〜図６によって説明する。

図１において、ヒートポンプ給湯床暖房装置は、床暖房側冷媒回路４１及び風呂側冷媒回路４２の２系統のヒートポンプ冷媒回路からなる熱源回路４０、給湯回路４５、床暖房回路５０の構成部品である床暖房用熱交換器８及び運転制御手段５５を備えて構成されている。

上記熱源回路４０、給湯回路４５及び床暖房用熱交換器８は同一箱体内に一体的に収納されており、運転制御手段５５は別個に設けられた台所リモコン５６及び風呂リモコン５７により構成されている。

なお、上記床暖房回路５０の構成部品である床暖房装置３１、３２は、例えば床暖房用パネルのようにヒートポンプ給湯床暖房装置とは別個に設け、床暖房用給湯金具２９及び床暖房用戻り金具３０によりヒートポンプ給湯床暖房装置と接続して使用するものである。

熱源回路４０は給湯、床暖房及び風呂追焚き時の加熱源としての働きをするもので、床暖房側冷媒回路４１及び風呂側冷媒回路４２の２サイクルヒートポンプ方式を採用している。床暖房側冷媒回路４１は、圧縮機１ａ、冷媒開閉弁２ａ、給湯用熱交換器３に配置される冷媒側伝熱管３ａ、減圧装置４ａ、蒸発器５ａを水配管を介して順次接続した回路と、圧縮機１ａ、冷媒開閉弁２ｂ、床暖房用熱交換器８に配置される床暖房用冷媒管８ａ、減圧装置４ｃ、蒸発器５ａを水配管を介して順次接続した回路とから構成され、風呂側冷媒回路４２は、圧縮機１ｂ、冷媒開閉弁２ｃ、給湯用熱交換器３に配置される冷媒側伝熱管３ｂ、減圧装置４ｂ、蒸発器５ｂを水配管を介して順次接続した回路と、圧縮機１ｂ、冷媒開閉弁２ｄ、風呂用熱交換器７に配置される風呂用冷媒管７ａ、減圧装置４ｂ、蒸発器５ｂを水配管を介して順次接続した回路とから構成される。これらの回路には冷媒が封入されており、回路間における冷媒流路の切替は、冷媒開閉弁２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを開閉させることにより行われるものである。

圧縮機１ａ、１ｂは直接給湯式ヒートポンプ給湯機に適合できるような大容量で、かつ、給湯量に応じて回転数を変えられる回転数制御形圧縮機である。即ち、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１０００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。

また、床暖房側冷媒回路４１の圧縮機１ａの冷媒圧縮中間部と、蒸発器５ａと圧縮機１ａの間に容量制御弁６を設け、給湯運転時には容量制御弁６を閉じておき、床暖房運転時には開放して圧縮機１ａの中間冷媒を戻すことにより冷媒循環量を調整し、冷媒圧縮負荷を軽減する容量制御運転を行なう。

即ち、台所給湯及び風呂給湯の場合には、床暖房側冷媒回路４１、風呂側冷媒回路４２共に回転数制御運転を行なう。床暖房の場合には、床暖房側冷媒回路４１は容量制御運転を行ない、風呂側冷媒回路４２は停止させておく。また、風呂追焚きの場合には、床暖房側冷媒回路４１を停止させておき、風呂側冷媒回路４２が回転数制御運転を行なうように制御する。

なお、給湯時の回転数制御は、大能力を必要とする冬期は高速の７０００回転／分近くとし、大能力を必要としない夏期は中間速の３０００回転／分近くとする。

一方、必要熱量の少ない床暖房運転を回転数制御で対応するためには、１サイクル使用で、かつ、１０００回転／分程度の低速で運転する必要が生じる場合もあり、圧縮機構部の離脱や脱調、騒音等の発生する恐れがある。そのため、本発明では、低速運転を必要とする床暖房時は、床暖房側冷媒回路４１のみを容量制御運転するものである。

給湯用熱交換器３は、冷媒側伝熱管３ａ、３ｂ及び給水側伝熱管３ｃ、３ｄを備えており、冷媒側伝熱管３ａ、３ｂと給水側伝熱管３ｃ、３ｄとの間で熱交換を行なうように構成されている。

減圧装置４ａ、４ｂ、４ｃは、一般的にはキャピラリチューブや温度式膨張弁、電動膨張弁等が使用され、給湯用熱交換器３、風呂用熱交換器７、床暖房用熱交換器８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蒸発器５ａ、５ｂへ送る。また、ヒートポンプ給湯機の場合、減圧装置４ａ、４ｂ、４ｃは加熱能力に合わせて冷媒通路の絞り量を変えヒートポンプ回路内の冷媒循環量を調節する働きや、前記絞り量を全開にして中温冷媒を蒸発器５ａ、５ｂに多量に送って霜を溶かす除霜装置の役目も行なうため、電動膨張弁が適している。

また、蒸発器５ａ、５ｂ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。

次に、給湯、暖房、風呂追焚き運転時のヒートポンプ運転について説明する。

給湯運転時には、床暖房側冷媒回路４１及び風呂側冷媒回路４２共に運転し、圧縮機１ａ、１ｂで圧縮された高温高圧の冷媒が、冷媒開閉弁２ａ及び冷媒開閉弁２ｃを通って冷媒側伝熱管３ａ、３ｂに流入して給水側伝熱管３ｃ、３ｄを流れる給水を加熱し、減圧装置４ａ、４ｂ、蒸発器５ａ、５ｂ、を通って低圧低温となった冷媒が圧縮機１ａ、１ｂに戻る。この冷媒循環を繰り返すことによって、給水を連続加熱し給湯することができる。

なお、前記給湯運転において、圧縮機１ａ、１ｂは給水温度及び給湯温度などの給湯負荷に応じた回転数制御を行なって運転される。

床暖房運転時には、床暖房側冷媒回路４１のみを運転し、圧縮機１ａで圧縮された高温高圧の冷媒が、冷媒開閉弁２ｂを通って床暖房用冷媒管８ａに流入して床暖房用水配管８ｂを流れる熱媒体を加熱し、減圧装置４ｃ、蒸発器５ａを通って低圧低温となった冷媒が圧縮機１ａに戻る。この冷媒循環を繰り返すことによって、床暖房用熱媒体を連続加熱し暖房することができる。

なお、前記床暖房運転時においては、圧縮機１ａの冷媒圧縮中間部から冷媒の一部を、蒸発器５ａと圧縮機１ａの間に戻し容量制御することによって、ヒートポンプ冷媒回路の冷媒循環量を減らして圧縮機１ａの負荷軽減を図り、低速回転数（約１０００回転）においても安定した運転を得ることができる。

また、風呂追焚き時には、風呂側冷媒回路４２のみを運転し、圧縮機１ｂで圧縮された高温高圧の冷媒が、冷媒開閉弁２ｄを通って風呂用冷媒管７ａに流入して風呂用水配管７ｂを流れる浴槽水を加熱し、減圧装置４ｂ、蒸発器５ｂを通って低圧低温となった冷媒が圧縮機１ｂに戻る。この冷媒循環を繰り返すことによって、浴槽水を連続加熱し風呂追焚きを行なうことができる。

なお、前記風呂追焚き運転において、圧縮機１ｂは浴槽水温度及び周囲温度などの給湯負荷に応じた回転数制御を行なって運転される。

次に、給湯回路４５は台所給湯、風呂給湯、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。

台所給湯回路は、給水金具１０、減圧弁１１、給水水量センサ１２、水用逆止弁１３、給水側伝熱管３ｃ、３ｄ、給湯混合弁１６、湯水混合弁１７、流量調整弁１８、台所出湯金具１９が水配管を介して順次接続され構成されている。

なお、給水金具１０は水道などの給水源に接続され、台所出湯金具１９は台所蛇口２０などに接続されている。

風呂給湯回路は、給水金具１０、減圧弁１１、給水水量センサ１２、水用逆止弁１３、給水側伝熱管３ｃ、３ｄ、給湯混合弁１６、湯水混合弁１７、流量調整弁１８、風呂注湯弁２１、フロースイッチ２２、風呂循環ポンプ２３、水位センサ２４、入出湯金具２５が水配管を介して順次接続され構成されている。

風呂追焚き回路は、入出湯金具２５、水位センサ２４、風呂循環ポンプ２３、フロースイッチ２２、風呂用熱交換器７の風呂用水配管７ｂ、風呂出湯金具２８が水配管を介して順次接続され構成されている。なお、入出湯金具２５は風呂循環アダプター２６を介して浴槽２７に接続されており、風呂給湯時は水位センサ２４側から浴槽２７側へ給湯し、風呂追焚き時には浴槽２７側から水位センサ２４側へ水循環するように構成されている。

また、風呂追焚き時には、風呂循環ポンプ２３を運転して上記風呂追焚回路による浴槽水の水循環を行なうと共に、風呂側冷媒回路４２の回転数制御によるヒートポンプ運転を行ない、風呂用熱交換器７で浴槽２７の残り湯を加熱して浴槽２７に戻し風呂追焚きを行なうものである。

次に、床暖房運転は、圧縮機１ａの容量制御運転を行なうことによって、床暖房用冷媒回路４１の容量制御運転を行なうと共に、床暖房用循環ポンプ９を運転し、床暖房用熱交換器８内で加熱された熱媒体を、床暖房用水配管８ｂ、床暖房用給湯金具２９、床暖房用給湯管３１ａ、３２ａ、床暖房用戻り金具３０、床暖房用循環ポンプ９、床暖房用水配管８ｂの床暖房回路で循環させることにより、熱媒体は床暖房用水配管８ｂで吸熱し、床暖房用給湯管３１ａ、３２ａで放熱して床暖房を行なうものである。

次に、運転制御手段５５は、台所リモコン５６及び風呂リモコン５７の操作設定により、熱源回路４０の運転・停止並びに圧縮機１ａ、１ｂの回転数制御、容量制御を行なうと共に、冷媒開閉弁２ａ〜冷媒開閉弁２ｄの開閉、減圧装置４ａ、４ｂ、４ｃの冷媒絞り量調整、床暖房用循環ポンプ９、タンク循環ポンプ１５及び風呂循環ポンプ２３の運転・停止、及び給湯混合弁１６、湯水混合弁１７、流量調整弁１８、風呂注湯弁２１を制御することにより、給湯運転、風呂湯張り運転、風呂追焚き運転、床暖房運転等を行なうものである。

また、運転制御手段５５は、圧縮機１ａ、１ｂの回転数を制御し、運転開始直後には加熱立上げ時間を早めるため所定の高速回転数で運転し、比較的熱負荷の軽い風呂追焚き運転の時は加熱温度に見合った低速回転数で運転するよう制御する。

更に、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、給湯用熱交換器３の出湯温度を検知する熱交サーミスタ、給湯温度を検知する給湯サーミスタ、浴槽水の温度を検知する風呂サーミスタ、及び圧縮機１ａ、１ｂの吐出圧力を検知する圧力センサ（以上いずれも図示せず）、浴槽２７内の水位を検出する水位センサ２４等が設けられ、各検出信号は運転制御手段５５に入力されるように構成されている。運転制御手段５５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。

また、運転制御手段５５には、使用端末の同時使用により加熱能力が不足した場合の優先順位が設定されており、給湯使用と、床暖房使用または風呂追焚き使用が同時に行なわれた場合は、給湯運転を優先し、台所給湯使用と風呂給湯使用が行なわれた場合は、台所給湯運転を優先する。

次に、減圧弁１１は、例えば給水源の水道から供給される２００〜６００ｋＰａ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り、水用逆止弁１３は、一方向にのみ水を流し、逆流を防止するものである。

次に、本発明の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４０及び給湯回路４５を参照しながら図２〜図６のフローチャート等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、給水金具１０は水道等の給水源に、台所出湯金具１９は台所蛇口２０に、入出湯金具２５及び風呂出湯金具２８は風呂循環アダプター２６に接続された（ステップ６０）後、空気抜きのため台所蛇口２０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１１によって一定圧力に減圧調整された後給湯用熱交換器３及び各水配管内に流入する（ステップ６３）。台所蛇口２０からの水溢れ出しにより機内水回路が満水状態になったことを確認（ステップ６４）した後、台所蛇口２０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１６及び湯水混合弁１７は３方向開状態、流量調整弁１８全開状態、風呂注湯弁２１は全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２１を開き浴槽２７に水が溢れるまで注水して浴槽２７の満水判断をし（ステップ６８）、水位センサ２４や給水水量センサ１２により浴槽２７内の水位と水量を検知し、運転制御手段５５が浴槽２７の全容量及び水量と水位高さの関係を自動計算し（ステップ６９）、浴槽の適正水量、及び追加水量による水位変化量の設定（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差し湯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定時の１回のみ必要とするものである。

次に図３は、台所蛇口２０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２０を開けて湯水使用が始まる（ステップ７１）と、給水水量センサ１２が流量を検知して給湯開始の判定を行ない（ステップ７２）、流量が一定以上であれば給湯開始と判定して、運転制御手段５５は、圧縮機１ａ、１ｂを始動させ、ヒートポンプ運転を開始し（ステップ７３）、給水金具１０、減圧弁１１、給水水量センサ１２、水用逆止弁１３、給水側伝熱管３ｃ、３ｄ、給湯混合弁１６、湯水混合弁１７、流量調整弁１８、台所出湯金具１９、台所蛇口２０の給湯回路により給湯を開始する（ステップ７４）。

ここで、運転制御手段５５は、圧縮機１ａ、１ｂを回転数制御で運転し、圧縮した高温高圧冷媒を循環させると同時に、熱源回路４０の冷媒開閉弁２ａ及び冷媒開閉弁２ｃを開き、冷媒開閉弁２ｂ及び冷媒開閉弁２ｄを閉じることにより、給湯用熱交換器３には冷媒循環するが、風呂用熱交換器７と床暖房用熱交換器８には冷媒循環を行なわない。また、減圧装置４ａ、４ｂを開放調整し、減圧装置４ｃは閉じる。

即ち、圧縮機１ａ、１ｂで圧縮された高温高圧冷媒を給湯用熱交換器３の冷媒側伝熱管３ａ、３ｂに送り込み、給水側伝熱管３ｃ、３ｄを流れる給水を加熱して湯水混合弁１６側へ流出するが、運転立ち上がり直後は給湯用熱交換器３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、かつ給湯用熱交換器３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が、この運転開始から給湯温度が適温（約４０℃）に達するまでの運転立ち上がり時は、貯湯タンクに予め溜めておいた適温以上の温度の湯を出湯し、給湯混合弁１６で給水側伝熱管３ｃ、３ｄから来る湯と混合して適温以上の高温水とし、更に湯水混合弁１７で給水水量センサ１２側からの冷水を適量混合して使用適温に合せた後、流量調整弁１８、台所出湯金具１９を通して台所蛇口２０へ給湯する。

前記給湯運転においては、図１の暖房側冷媒回路４１及び風呂側冷媒回路４２を共に運転し、圧縮機１ａ、１ｂは、運転制御手段によって図４（ａ）に示すように回転数制御を行ない、水源の水道等から供給される給水温度が高い夏期は小さな加熱量で済むためＢ点で示すように回転数を低くし、給水温度が低い冬期は大きな加熱量を必要とするためＣ点で示すように回転数を高くして運転する。

従来の貯湯式ヒートポンプ給湯機においては、圧縮機を２０００〜３０００回転で運転して高温貯湯しておく。床暖房使用の場合は、タンクに貯湯した湯を循環させて床暖房を行ない、圧縮機は運転しない。

しかし、本実施例の瞬間式ヒートポンプ給湯機においては、給湯使用負荷に応じた圧縮機回転数で運転して瞬間湯沸器のように給湯するものである。貯湯式ヒートポンプ給湯機のように床暖房時にタンクの湯を用いて床暖房を行なうと、効率が悪くなるので、瞬間式においては床暖房時も圧縮機を運転して効率を向上させている。従って、床暖房時のように軽い負荷（温度差が前述のように例えば１０℃と小さい）の場合は、低速運転を必要とし、その対応策として容量制御を行なうものである。

なお、図４（ｂ）は、圧縮機を回転数制御と容量制御で運転した場合の圧縮機回転数と加熱能力の関係を示すものである。床暖房運転時においては、先に説明したように、床暖房用熱媒体の往きと戻りの温度差が１０℃程度しかないため、回転数制御運転で対応する場合は極めて低速となる場合があり、離脱等を起こす恐れがあるため、本発明ではＡ点で示すように、低速でも安定して運転できる容量制御運転を行なう。

即ち、図１において、床暖房側冷媒回路４１のみを運転し、圧縮機運転と共に、容量制御弁６を開放して圧縮機１ａの中間圧力部から蒸発器５ａと圧縮機１ａとの間に冷媒を戻して冷媒循環量を減らし、加熱能力を調整すると共に圧縮機の負荷を軽減して安定した運転を継続できるようにする。

図３に戻って、前記給湯運転開始（ステップ７４）後、給水水量センサ１２、給水サーミスタ、給湯サーミスタ等の検知データによって、運転制御手段５５は給湯温度及び流量の調整を行ない（ステップ７５）、適正温度、適正流量の給湯運転を続ける。なお、給湯温度及び流量の判定は常時行ない（ステップ７６）、規定内であれば蛇口が閉じられるまで給湯を継続する（ステップ７７）。

台所蛇口２０が閉じられ湯水使用が終了すると（ステップ７８）、運転制御手段５５は、圧縮機１ａ、１ｂを停止し（ステップ７９）、運転は終了する（ステップ８０）。

図５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２１が開き、風呂給湯が行なわれる（ステップ９３）。

該風呂給湯（ステップ９３）は、図３にて説明した給湯使用と同様にしてヒートポンプ運転を行ない、前記風呂給湯回路にて台所蛇口２０の代りに浴槽２７に給湯するものである。

また、風呂給湯運転中は、風呂サーミスタ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２４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）。該風呂湯張り量判定（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を停止（ステップ９７）し、圧縮機１ａ、１ｂを停止する（ステップ９８）ことにより、風呂湯張り運転は終了する（ステップ９９）。

図６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１００）、設定時刻になると、前記図５にて説明した風呂湯張り運転を開始（ステップ１０１）し、その後風呂湯張り運転を終了する（ステップ１０２）と、風呂保温運転が開始される（ステップ１０３）。

風呂保温運転開始（ステップ１０３）後は、風呂サーミスタで湯温を検知し、浴槽内湯温判定（ステップ１０４）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き運転を行なう（ステップ１０５）。また、水位センサ２４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１０６）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運転（ステップ１０７）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１０８）し、風呂自動運転が終了する（ステップ１０９）。

上記実施例は、貯湯タンクを有する直接給湯式ヒートポンプ方式に適用した場合について説明したが、貯湯タンクを有しない直接給湯式ヒートポンプ方式においても適用可能であり同様の効果を有するものである。
（実施例２）
以下、本発明の第２の実施例を図７によって説明する。

図７において、図１と異なる部品は、風呂用熱交換器３７の加熱側となる加熱用水配管３７ａ、前記加熱用水配管３７ａへの加熱水の流れを開閉する加熱水開閉弁３５、及び給湯用熱交換器３の流量を検知する熱交用流量センサ３６の３点である。

図７において、図１で説明した第１の実施例との相違点は、風呂用熱交換器７の加熱側である風呂用冷媒管７ａを、給湯用熱交換器３で加熱された給水側伝熱管３ｃ、３ｄから加熱水開閉弁３５を介して流入する温水を流す加熱用水配管３７ａに置き換えた点である。

また、その目的と効果は、図１で示す風呂用熱交換器７の風呂用冷媒管７ａを加熱用水配管３７ａに置き換えることにより、風呂用熱交換器３７に高圧力の冷媒を流すことが避けられるため、加熱用水配管３７ａの薄肉軽量化と共に風呂用熱交換器３７の小形化が図れ、風呂用熱交換器３７全体を２重管構造とすることも可能となり、小形軽量化、コスト低減などを図ることができることにある。

また、加熱水開閉弁３５は風呂追焚き運転時のみ開放して、給水側伝熱管３ｃ、３ｄからの加熱水を加熱用水配管３７ａに流し、風呂用水配管３７ｂを流れる浴槽水を加熱できるようにするものである。

なお、熱交用流量センサ３６は、給湯用熱交換器３の流量を検知して、よりきめ細かな運転制御を行なうもので、実施例１においても適用できる。

第２の実施例は以上の構成において、ヒートポンプ運転、給湯運転、床暖房運転、及び風呂湯張り、風呂自動運転ともに第１の実施例と同じ動作、作用を行ない、同等の効果を得ることができる。

本発明の第１の実施例における、ヒートポンプ給湯床暖房装置のヒートポンプ冷媒回路、給湯回路、床暖房回路、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床暖房装置における、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床暖房装置における、台所給湯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床暖房装置において、回転数制御及び容量制御時における圧縮機の回転数と加熱能力の関係の一実施例を示す運転特性図である。 本発明のヒートポンプ給湯床暖房装置における、風呂自動運転によ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。 本発明のヒートポンプ給湯床暖房装置における、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。 本発明の第２の実施例における、ヒートポンプ給湯床暖房装置のヒートポンプ冷媒回路、給湯回路、床暖房回路、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。

符号の説明

１ａ，１ｂ 圧縮機
２ａ〜２ｄ 冷媒開閉弁
３ 給湯用熱交換器
４ａ〜４ｃ 減圧装置
５ａ，５ｂ 蒸発器
６ 容量制御弁
７ 風呂用熱交換器
８ 床暖房用熱交換器
９ 床暖房用循環ポンプ
１０ 給水金具
１１ 減圧弁
１２ 給水水量センサ
１３ 水用逆止弁
１４ 貯湯タンク
１５ タンク循環ポンプ
１６ 給湯混合弁
１７ 給水混合弁
１８ 流量調整弁
１９ 台所出湯金具
２０ 台所蛇口
２１ 風呂注湯弁
２２ フロースイッチ
２３ 風呂循環ポンプ
２４ 水位センサ
２５ 入出湯金具
２６ 風呂循環アダプター
２７ 浴槽
２８ 風呂出湯金具
２９ 床暖房用給湯金具
３０ 床暖房用戻り金具
３１ ，３２ 床暖房装置
３５ 加熱水開閉弁
３６ 熱交用流量センサ
４０ 熱源回路
４１ 床暖房側冷媒回路
４２ 風呂側冷媒回路
４５ 給湯回路
５０ 床暖房回路
５５ 運転制御手段
５６ 台所リモコン
５７ 風呂リモコン

Claims (6)

1. 圧縮機、冷媒開閉弁、給湯用熱交換器、床暖房用熱交換器、減圧装置、蒸発器で構成されたヒートポンプ冷媒回路からなる熱源回路と、給水された水を加熱して湯を供給する給湯回路と、循環する熱媒体を加熱して熱を供給する床暖房回路とを備え、
   前記給湯回路に熱を供給するときは前記圧縮機を回転数制御し、前記床暖房回路に熱を供給するときは前記圧縮機を容量制御する、運転制御手段を有するヒートポンプ給湯床暖房装置。
2. 前記ヒートポンプ冷媒回路は、前記圧縮機の冷媒圧縮中間部と、前記蒸発器と前記圧縮機との間に容量制御弁を備え、前記容量制御弁を前記圧縮機の回転数制御時には閉じておき、容量制御時には開放する請求項１記載のヒートポンプ給湯床暖房装置。
3. 前記熱源回路を複数のヒートポンプ冷媒回路で構成し、給湯時は複数のヒートポンプ冷媒回路を運転し、床暖房時は単独のヒートポンプ冷媒回路を運転する請求項１記載のヒートポンプ給湯床暖房装置。
4. 前記熱源回路を、容量制御機能を有するものと有しないものの２つのヒートポンプ冷媒回路で構成し、給湯時は両方のヒートポンプ冷媒回路を運転し、床暖房時は容量制御を有するヒートポンプ冷媒回路のみを運転し、風呂追焚き時は容量制御を有しないヒートポンプ冷媒回路のみを運転する請求項３記載のヒートポンプ給湯床暖房装置。
5. 前記運転制御手段は、給湯使用と、床暖房使用または風呂追焚き使用が同時に行なわれたときは、給湯運転を優先した回転数制御を行なう請求項１記載のヒートポンプ給湯床暖房装置。
6. 前記給湯回路は、貯湯タンクから使用端末に給湯するタンク給湯回路と、給湯用熱交換器で加熱された湯を直接使用端末に給湯する直接給湯回路とを有する請求項１記載のヒートポンプ給湯床暖房装置。
   

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