JP2007322066A - ヒートポンプ式給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、給湯操作のＯＮ/ＯＦＦに係りなく、ヒートポンプ熱源ユニットのＯＮ／ＯＦＦ頻度が少なくてすみ、実効率の向上化と小型化が得られ、コストの低減化に結び付くヒートポンプ式給湯機を提供する。
【解決手段】水を加熱するヒートポンプ熱源ユニットＡと、電力料金割引の適用時間帯にヒートポンプ熱源ユニットの運転により高温湯を貯湯する高温貯湯タンク１０および低温湯を貯湯する低温貯湯タンク１１と、高温貯湯タンク底部の温度を検知する第１の温度センサ２０と、低温貯湯タンク中間部温度を検知する第２の温度センサ２１および底部温度を検知する第３の温度センサ２２と、電気料金割引が適用されない時間帯に高温湯と低温湯を混合給湯し、第２の温度センサが設定温度以下を検知したときヒートポンプ熱源ユニットを駆動して低温貯湯タンクに低温湯を貯湯し、第３の温度センサが設定温度以上を検知したときヒートポンプ熱源ユニットの運転停止をなす制御部Ｓを具備する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ヒートポンプ式の冷凍サイクルを用いて湯を作り、貯湯および給湯をなすヒートポンプ式給湯機に関する。

業務用ばかりでなく一般家庭用としても、給湯機が多用される。これは、夜間等の割安な電力料金割引が適用される時間帯に高温の湯を作って貯湯タンクに貯溜する。上記時間帯が経過した後で再び適用されるまでの電気料金割引が適用されない時間帯は、貯湯タンクから高温の湯を取出すとともに、給水管から導かれる水と混合し、所望する温度にした状態で厨房や浴室への給湯をなす。

この種の給湯機として［特許文献１］には、給水管と出湯管との間に第１、第２の貯湯タンクを設けるとともに、これら貯湯タンク内の温水を加熱するヒートポンプ回路である加熱手段を備えた貯湯式給湯装置が開示されている。第１、第２の貯湯タンクの出湯側合流点あるいは給水側の分岐点に、各貯湯タンクからの出湯比率を調整可能な混合弁と、各貯湯タンクに対する温水の導通路を設定する熱交循環回路を備えている。
特開２００４−１０１１３４号公報

ところで、［特許文献１］で説明されているような大規模構造の給湯装置は別として、上述したような一般家庭用におけるヒートポンプ式給湯機はＣＯＰが低く（たとえば、４．０９）であり、消費電力量が嵩む（たとえば、３．７４ＫＷＨ）ので、ランニングコストが嵩む。
そこで、ガス瞬間湯沸し機的に、直接、所望する温度（４３℃）の湯を作って給湯するヒートポンプ方式の給湯機を採用することの考慮がなされている。しかしながら、この場合も一般的な給湯機の数分の一の加熱能力しかなく、瞬時流量が不足して実際の使用には合致しない。
直接、所望する温度の湯を作って給湯するためには、大能力のヒートポンプ式給湯機になってしまう。給湯機自体の重量が大となるとともにコストが高く、ＯＮ／ＯＦＦ切換えのタイミングが頻繁になり、実効率が悪いばかりでなく、電流変動が大であるなどの不具合が多い。

本発明は上記事情に着目してなされたものであり、その目的とするところは、給湯操作のＯＮ/ＯＦＦに係りなく、ヒートポンプ熱源ユニットのＯＮ／ＯＦＦ頻度が少なくてすみ、実効率の向上化と小型化が得られ、ランニングコストの低減化に結び付くヒートポンプ式給湯機を提供しようとするものである。

上記目的を達成するため本発明のヒートポンプ式給湯機は、水をヒートポンプ式冷凍サイクルによって加熱するヒートポンプ熱源ユニットと、電力料金割引が適用される時間帯にヒートポンプ熱源ユニットの運転により高温湯を貯湯する高温貯湯タンクと、この高温貯湯タンクにおける底部の温度を検知する第１の温度センサと、電気料金割引が適用されない時間帯等にヒートポンプ熱源ユニットの運転により低温湯を貯湯する低温貯湯タンクと、この低温貯湯タンクにおける上下方向略中間部内の温度を検知する第２の温度センサおよび底部内の温度を検知する第３の温度センサと、電気料金割引が適用されない時間帯に高温貯湯タンクの高温湯と低温貯湯タンクの低温湯を混合して給湯するよう制御するとともに第２の温度センサから設定温度以下の検知温度信号が送られてきたときヒートポンプ熱源ユニットへ運転開始の制御信号を送って低温貯湯タンクに低温湯を貯湯し、第３の温度センサから設定温度以上の検知温度信号が送られてきたときヒートポンプ熱源ユニットへ運転停止の制御信号を送る制御部とを具備する。

上記目的を達成するため本発明のヒートポンプ式給湯機は、水をヒートポンプ式冷凍サイクルによって加熱するヒートポンプ熱源ユニットと、電力料金割引が適用される時間帯にヒートポンプ熱源ユニットの運転により高温湯が貯湯される高温貯湯タンクおよび高温貯湯タンクが高温湯で満杯状態になったあと高温湯が貯湯される低温貯湯タンクと、電気料金割引が適用されない時間帯に低温貯湯タンクの高温湯を高温貯湯タンクの高温湯よりも優先して給湯するよう制御する制御部とを具備する。

本発明によれば、給湯操作のＯＮ/ＯＦＦに係りなく、ヒートポンプ熱源ユニットのＯＮ／ＯＦＦ頻度が少なくてすみ、実効率の向上化と小型化が得られ、コストの低減化に結び付く効果を奏する。

以下、図面を参照しながら、本発明における実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明における第１の実施の形態であるヒートポンプ式給湯機の概略構成図である。
このヒートポンプ式給湯機は、ヒートポンプ熱源ユニットＡと貯湯タンクユニットＢとから構成され、得られた湯は厨房や浴室、洗面所等に備えられる給湯栓、湯水混合栓、シャワー等の給湯バルブＣの開放にともなって給湯されるようになっている。
上記ヒートポンプ熱源ユニットＡは、圧縮機１と、四方切換え弁２と、利用側熱交換器３と、膨張弁である減圧機構４と、熱源側熱交換器である空気熱交換器５とが順次、冷媒管Ｐを介して連通され、これらでヒートポンプ回路Ｈが構成される。上記利用側熱交換器３を除く全ての構成部品はユニット本体６内に収容され、利用側熱交換器３は上記貯湯タンクユニットＢの後述する加熱熱交換器８内に収容される。

上記圧縮機１に駆動信号が送られると、冷媒を吸込んで圧縮し、高温高圧にガス化する。ガス冷媒は四方切換え弁２を介して利用側熱交換器３へ導かれ、凝縮液化して加熱熱交換器８内に導かれる水もしくは低温湯へ凝縮熱を放出し加熱する。そのあと、冷媒は減圧機構４で断熱膨張し、空気熱交換器５において対向して配置される室外送風機７から送風される空気と熱交換して蒸発する。蒸発冷媒は圧縮機１に吸込まれ、さらに上述のサイクルを循環するようになっている。

一方、上記貯湯タンクユニットＢは、ユニット本体内に高温貯湯タンク１０と、低温貯湯タンク１１と、水ポンプ１２および上記加熱熱交換器８が収容される。上記高温貯湯タンク１０の底部には、図示しない給水源と連通し、減圧弁Ｍを備えた配管（以下、「給水管」と呼ぶ）Ｐａが接続される。
さらに、高温貯湯タンク１０の底部には別の配管Ｐｂが接続されていて、これは途中で分岐され、一方の分岐配管は上記低温貯湯タンク１１の底部に接続され、他方の分岐配管には上記水ポンプ１２および加熱熱交換器８が設けられる。

上記高温貯湯タンク１０の上端部に配管（以下、「高温出湯管」と呼ぶ）Ｐｃが接続されていて、この高温出湯管Ｐｃには第１の逆止弁１３が設けられ、混合弁１４の第１のポートａに接続される。上記混合弁１４の第２のポートｂに接続される配管（以下、「給湯管」と呼ぶ）Ｐｄは、厨房や風呂場あるいは洗面所等に設けられる上記給湯バルブＣに接続される。

上記低温貯湯タンク１１の上端部に接続される配管（以下、「低温出湯管」と呼ぶ）Ｐｅには第２の逆止弁１５が設けられ、上記混合弁１４の第３のポートｃに接続される。上記加熱熱交換器８に接続される配管Ｐｆは、中途部で二方向に分岐され、一方の分岐配管には第１の二方弁１６が設けられ、高温出湯管Ｐｃにおける高温貯湯タンク１０と第１の逆止弁１３との間に接続される。他方の分岐配管には第２の二方弁１７が設けられ、低温出湯管Ｐｅにおける低温貯湯タンク１１と第２の逆止弁１５との間に接続される。
上記混合弁１４は、電動ミキシング弁であって、高温貯湯タンク１０から高温出湯管Ｐｃを介して導かれる高温湯と、低温貯湯タンク１１から低温出湯管Ｐｅを介して導かれる低温湯もしくは、加熱熱交換器８で利用側熱交換器３と熱交換して得られる低温湯とを混合し、リモコン（図示しない）等で設定された所望温度の湯にして給湯管Ｐｄへ給湯できる。

一方、上記高温貯湯タンク１０における底部には、第１の温度センサ２０が取付けられる。上記低温貯湯タンク１１における上下方向の略中間部には第２の温度センサ２１が取付けられ、底部には第３の温度センサ２２が取付けられる。上記加熱熱交換器８の出口側配管Ｐｆには第４の温度センサ２３が取付けられ、それぞれ取付けられた部位の内部温度を検知し、その検知信号を制御部Ｓへ送る。

上記制御部Ｓでは、予め設定された制御条件に応じてヒートポンプ熱源ユニットＡにおける圧縮機１他の電動部品および貯湯タンクユニットＢにおける水ポンプ１２他の電動部品へ信号を送り制御する。
このようにして構成されるヒートポンプ式給湯機であり、制御部Ｓは以下に述べる運転モードを制御する。
はじめに、深夜電力などの割安な電力料金割引が適用される時間帯に、制御部Ｓは図２に示すような電力料金割引時間帯の貯湯運転モードを選択する。（なお、図１に示した構成部品の一部は図示していない。以下同じ）
上記ヒートポンプ熱源ユニットＡの圧縮機１を全能力運転である高温貯湯設定周波数運転とし、水ポンプ１２は加熱熱交換器８の出口に設けられる第４の温度センサ２３からの検知温度が高温貯湯設定温度（たとえば８０℃）になるように回転数を制御する。第１の二方弁１６を開放し、第２の二方弁１７は閉成する。給湯バルブＣは閉成状態にあり、これにともなって混合弁１４も閉成している。

このとき高温貯湯タンク１０内にはたとえば５℃の水および８０℃の高温湯が貯溜されていて、比重の関係から下部側に水、その上部に高温湯が載る。水ポンプ１２の駆動にともない、図中矢印に示すように高温貯湯タンク１０底部の水が導出されて、水ポンプ１２を介して加熱熱交換器８に導かれる。
その一方で、ヒートポンプ熱源ユニットＡの駆動にともない利用側熱交換器３から冷媒の凝縮熱が放出され、加熱熱交換器８に導かれた水は温度上昇して８０℃の高温湯に換る。この高温湯は第１の二方弁１６を介して高温出湯管Ｐｃに導かれ、さらに高温貯湯タンク１０の上部に導入される。

高温貯湯タンク１０底部の水の量が減少する一方で上部の高温湯の量が増加し、水面と湯面との境界面が低下していき、ついには高温貯湯タンク１０の底部に到達する。制御部Ｓは、第１の温度センサ２０から送られる検知温度信号が予め設定された高温貯湯設定温度（８０℃）に到達したと判断したとき、電力料金割引時間帯の貯湯運転モードの停止を指示する。
すなわち、ヒートポンプ熱源ユニットＡと水ポンプ１２の作動を停止して、給湯の開始を待機する。このとき、低温貯湯タンク１１には後述する作用により、底部に５℃の水が貯溜され、その上部にたとえば３５℃の低温湯が貯溜された状態にある。
制御部Ｓは、電力料金割引が適用される時間帯が終了した後で、再び適用が開始されるまでの昼間などの時間帯（以下、「電気料金割引が適用されない時間帯」と呼ぶ）に上記給湯バルブＣが開放されることで、図３に示すような給湯運転モードを選択する。

ヒートポンプ熱源ユニットＡおよび水ポンプ１２は停止を継続し、第１の二方弁１６および第２の二方弁１７は閉成される。上記混合弁１４においては、リモコン等への給湯設定温度になるよう全てのポートａ〜ｃが開放される。
図中矢印で示すように、高温貯湯タンク１０から８０℃の高温湯が出湯され、第１の逆止弁１３を介して混合弁１４に導かれる。同時に、低温貯湯タンク１１から３５℃の低温湯が出湯され、第２の逆止弁１５を介して混合弁１４に導かれる。混合弁１４において高温湯と低温湯が混合し、給湯設定温度である４２℃の湯となって給湯バルブＣから給湯に供せられる。

高温貯湯タンク１０から導出される高温湯と同一量の水が、給水管Ｐａを介して高温貯湯タンク１０底部に導入される。そして、低温貯湯タンク１１から導出される低温湯と同一量の水が、給水管Ｐａと高温貯湯タンク１０および配管Ｐｂを介して低温貯湯タンク１１底部に導入される。それぞれのタンク１０，１１において比重の関係から水は底部に溜まり、給湯の都度、湯面と水面との境界面が上昇する。
給湯バルブＣを閉成することで、給湯運転モードが自動的に停止される。このあと制御部Ｓは、低温貯湯タンク１１の上下方向の略中間部に取付けられる第２の温度センサ２１が低温貯湯設定温度（３５℃）以上を検知している間は、給湯バルブＣの開放の都度、繰り返して上述の給湯運転モードを行うよう制御する。

給湯運転モードが選択されることで低温貯湯タンク１１内における水面と湯面との境界面が上昇し、やがては第２の温度センサ２１の取付け部位を越えて上部側に至る。第２の温度センサ２１から送られる検知温度信号が低温貯湯設定温度（３５℃）以下となるとともに、給湯バルブＣが開放されたとき、制御部Ｓは図４に示すように電気料金割引が適用されない時間帯の貯湯運転モード給湯運転を選択する。
ヒートポンプ熱源ユニットＡの圧縮機１を最大運転周波数で運転し、水ポンプ１２は第４の温度センサ２３が低温貯湯設定温度（３５℃）になるように回転数を制御する。第１の二方弁１６は閉成を継続し、第２の二方弁１７は開放するよう切換えられる。

図中矢印で示すように、高温貯湯タンク１０から８０℃の高温湯が出湯されるとともに、低温貯湯タンク１１から３５℃の低温湯が出湯され、さらに加熱熱交換器８で熱交換して得られた３５℃の低温湯が第２の二方弁１７を介して混合弁１４に導かれる。混合弁１４において高温湯と低温湯とが混合し、４２℃の給湯設定温度になった湯が給湯バルブＣから給湯される。
給湯バルブＣが閉成され給湯が停止されると混合弁１４は自動的に閉じられて、図５に示すような電気料金割引が適用されない時間帯の貯湯運転モードに移行する。ヒートポンプ熱源ユニットＡと水ポンプ１２は運転条件が変更せず、そのまま継続して駆動される。第２の二方弁１７の開放と、第１の二方弁１６の閉成状態は変らない。

図中矢印で示すように、低温貯湯タンク１１底部から５℃の水が取出されて水ポンプ１２に吸引され、さらに加熱熱交換器８で熱交換して３５℃の低温湯に換る。この低温湯は第２の二方弁１７を介して低温貯湯タンク１１に導かれ、底部に溜まっている水の上に載る。
低温貯湯タンク１１底部から水が導出される一方で、この上部に低温湯が溜まるので、水と低温湯との境界面が徐々に低下し、ついには底部に至る。低温貯湯タンク１１底部に取付けられる第３の温度センサ２２から低温貯湯設定温度（３５℃）以上の検知温度信号が送られると、制御部Ｓはヒートポンプ熱源ユニットＡと水ポンプ１２との運転を停止して電気料金割引が適用されない時間帯の貯湯運転モードを終了する。

この状態から再び給湯バルブＣが開放されると、先に図３で説明した電気料金割引が適用されない時間帯の給湯運転モードが選択される。そして、この給湯運転モードが継続され、低温貯湯タンク１１に取付けられる第２の温度センサ２１が低温貯湯設定温度３５℃以下を検知すれば、先に図４で説明した電気料金割引が適用されない時間帯の貯湯運転モード給湯運転に変る。
この運転中に給湯バルブＣが閉成されると、再び図５で説明した電気料金割引が適用されない時間帯の貯湯運転モードが選択され、以上の運転モードを繰り返す。再び電力料金割引が適用される時間帯に至ると、先に図２で説明した電力料金割引時間帯の貯湯運転モードが選択される。

このように、高温貯湯タンク１０と低温貯湯タンク１１を備え、低温貯湯タンク１１の上下方向略中間部に第２の温度センサ２１を設けるとともに、底部に第３の温度センサ２２を設け、電気料金割引が適用されない時間帯に第２の温度センサ２１が低温貯湯設定温度以下を検知したときヒートポンプ熱源ユニットＡを運転して低温貯湯タンク１１への貯湯を行い、第３の温度センサ２２が低温貯湯設定温度以上を検知したときヒートポンプ熱源ユニットＡの運転を停止して貯湯を終了するようにした。

したがって、給湯バルブＣのＯＮ／ＯＦＦ操作に係りなく、低温貯湯タンク１１の湯温が上がるまでヒートポンプ熱源ユニットＡが運転されるため、ヒートポンプ熱源ユニットＡに備えられる圧縮機１のＯＮ／ＯＦＦ頻度が少なくなり、運転効率が向上する。
ヒートポンプ熱源ユニットＡの能力が小さく、給湯時に所定温度の湯が必要流量出せなくても、低温貯湯タンク１１に所定温度の湯を溜めているため、給湯時に必要流量の湯を給湯できる。したがって、ヒートポンプ熱源ユニットＡの小型化が可能となり、１００Ｖ化ができる。

つぎに、本発明における第２の実施の形態について説明する。
図６はヒートポンプ式給湯機の概略構成図であり、先に図１で説明した第１の実施の形態におけるヒートポンプ式給湯機の構成部品と同一部品には同番号を付して新たな説明は省略する。
ここでは、第１の実施の形態におけるヒートポンプ式給湯機の構成に加えて、給水管Ｐａにおける減圧弁Ｍと高温貯湯タンク１０との間と、上記高温出湯管Ｐｃにおける第１の逆止弁１３と混合弁１４との間に接続される配管（以下、「水配管」と呼ぶ）Ｐｇが追設される。この水配管Ｐｇには第３の二方弁２５が設けられる。
さらに、高温出湯管Ｐｃにおける高温貯湯タンク１０と第１の逆止弁１３との間に、第４の二方弁２６が設けられる。上記加熱熱交換器８から延出される配管Ｐｆは、高温出湯管Ｐｃにおける高温貯湯タンク１０と第４の二方弁２６との間の接続される。

つぎに、このようにして構成されるヒートポンプ式給湯機の作用について説明する。
廉価な電力料金割引が適用される時間帯には、制御部Ｓは図７に示すような電力料金割引時間帯の第１の貯湯運転モードを選択する。（なお、図６に示した構成部品の一部は図示していない。以下同じ）
すなわち、ヒートポンプ熱源ユニットＡの圧縮機１を電力料金割引時間帯の高温貯湯設定周波数の運転をなし、水ポンプ１２は加熱熱交換器８の出口に設けられる第４の温度センサ２３からの検知温度が高温貯湯設定温度（８０℃）になるように回転数を制御する。さらに、第１の二方弁１６を開放し、第２〜第４の二方弁１７，２５，２６は閉成する。給湯バルブＣは閉成状態にあり、これにともなって混合弁１４も閉成している。
図中矢印に示すように、高温貯湯タンク１０底部の水が導出され、水ポンプ１２を介して加熱熱交換器８に水が導かれる。ヒートポンプ熱源ユニットＡの駆動にともない利用側熱交換器３で冷媒が凝縮し、加熱熱交換器８に導かれた水は凝縮熱を吸収して８０℃の高温湯に換る。この高温湯は第１の二方弁１６を介して高温出湯管Ｐｃに導かれ、さらに高温貯湯タンク１０の上部に導入される。

高温貯湯タンク１０内の水の量が減少する一方で、高温湯の量が増加していくので、水面と湯面との境界面が低下していき、ついには高温貯湯タンク１０底部に到達する。第１の温度センサ２０が高温貯湯設定温度（８０℃）を検知すると、制御部Ｓは電力料金割引時間帯の第１の貯湯運転モード停止を判断する。したがって、高温貯湯タンク１０内は高温湯がほとんど満杯状態となる。
つぎに制御部Ｓは、図８に示す電力料金割引時間帯の第２の貯湯運転モードを実行する。このとき、ヒートポンプ熱源ユニットＡと水ポンプ１２の運転を継続し、第１の二方弁１６は閉成する一方で、第２の二方弁１７を開放する。第３，第４の二方弁２５，２６はそのまま閉成を継続する。

図中矢印に示すように、低温貯湯タンク１１に貯溜されていた３５℃の低温湯が水ポンプ１２に吸込まれて加熱熱交換器８に導かれ、８０℃の高温湯に換って導出される。この高温湯は第２の二方弁１７を介して低温貯湯タンク１１に導かれる。低温貯湯タンク１１内では３５℃の低温湯の量が減少する一方で、８０℃の高温湯の量が増加し、ついには低温貯湯タンク１１内が高温湯でほとんど満杯状態となる。
低温貯湯タンク１１底部に取付けられる第３の温度センサ２２が高温貯湯設定温度（８０℃）を検知すると、制御部Ｓは電力料金割引時間帯の第２の貯湯運転モード停止を指示する。このとき、高温貯湯タンク１０および低温貯湯タンク１１の両方に高温湯がほとんど満杯になって貯溜され、電力料金割引時間帯の終了を待機する。

電気料金割引が適用されない時間帯に給湯バルブＣが開放されると制御部Ｓは、低温貯湯タンク１１に取付けられる第２の温度センサ２１の検知温度が給湯設定温度（４２℃）以上であることを確認したうえで、図９に示す第１の給湯運転モードを選択する。
すなわち、給湯バルブＣの開放にともなって混合弁１４の全てのポートａ〜ｃが開放されるとともに、第３の二方弁２５を開放し、第１、第２、第４の二方弁１６，１７，２６を閉成する。
図中矢印に示すように、低温貯湯タンク１１内の８０℃の高温湯が第２の逆止弁１５を介して混合弁１４に導かれるとともに、給水管Ｐａから５℃の水が水配管Ｐｇを介して混合弁１４に導かれる。混合弁１４において高温湯と水とが混合して４２℃の給湯設定温度となり、給湯管Ｐｄから給湯バルブＣに導かれて給湯に供せられる。

給湯バルブＣの開放の都度、低温貯湯タンク１１上端部から高温湯が導出されるのにともなって、この底部へ同量の水が補充される。低温貯湯タンク１１内における高温湯量よりも水量が多くなると、必然的に低温貯湯タンク１１内の温度が低下してくる。
上記第２の温度センサ２１の検知温度が低温貯湯設定温度（３５℃）以下のときに給湯バルブＣが開放されると、制御部Ｓはそれまでの第１の給湯運転モードを停止して、図１０に示す電気料金割引が適用されない時間帯の貯湯運転モード給湯運転に切換える。

ヒートポンプ熱源ユニットＡの圧縮機１を最大周波数で運転し、水ポンプ１２は第４の温度センサ２３が低温貯湯設定温度（３５℃）を検知するよう回転数を制御する。第３の二方弁２５はそのまま開放を継続し、第２の二方弁１７は開放するよう切換えられる。第１、第４の二方弁１６，２６は閉成を継続する。
図中矢印に示すように、給水管Ｐａから導かれる５℃の水を加熱熱交換器８にて３５℃の低温湯に換え低温出湯管Ｐｅに導く。同時に、低温貯湯タンク１１から低温出湯管Ｐｅへ８０℃の高温湯が出湯され、３５℃の低温湯と混合して５５℃の中温湯となる。この状態で第２の逆止弁１５を介して混合弁１４に導かれる。

また、水配管Ｐｇから５℃の水が混合弁１４に導かれ、上記中温湯と混合する。結局、混合弁１４から４２℃の給湯設定温度になった湯が給湯管Ｐｄを介して給湯バルブＣに導かれ給湯に供せられる。低温貯湯タンク１１には導出される高温湯と同量の水が補充される。
このような運転モードを継続すると低温貯湯タンク１１内部の高温湯と水との境界面が徐々に上昇して、やがては第２の温度センサ２１の検知位置を越える。給湯バルブＣが閉成され混合弁１４が自動的に閉じられたとき、第２の温度センサ２１が低温貯湯設定温度（３５℃）以下を検知すると、制御部Ｓは図１１に示す電気料金割引が適用されない時間帯の貯湯運転モードに移行する。

ヒートポンプ熱源ユニットＡと水ポンプ１２は運転条件が変更せず、そのまま３５℃の低温湯を供給するよう継続して駆動される。第２の二方弁１７の開放は変らないが、第３の二方弁２５は閉成される。なお、第１、第４の二方弁１６，２６はそのまま閉成される。
図中矢印に示すように、低温貯湯タンク１１底部から５℃の水が導出されて水ポンプ１２に吸引され、さらに加熱熱交換器８に導かれて３５℃の低温湯に換る。この低温湯は第２の二方弁１７を介して低温貯湯タンク１１に導かれ、内部に残留する８０℃の高温湯と混合して約５５℃の中温湯となる。

このような電気料金割引が適用されない時間帯の貯湯運転モードを継続すると、低温貯湯タンク１１底部の水が減少する一方で、この上部に中温湯が溜まるので、水と中温湯との境界面が徐々に低下し、ついには底部に至る。低温貯湯タンク１１底部に取付けられる第３の温度センサ２２が貯湯設定温度（３５℃−５℃）以上であることを検知すると、制御部Ｓはヒートポンプ熱源ユニットＡと水ポンプ１２の運転を停止して電気料金割引が適用されない時間帯の貯湯運転モードを終了する。
このあと、給湯バルブＣが開放されると、先に図９で説明した電気料金割引が適用されない時間帯の第１の給湯運転モードが選択され、低温貯湯タンク１１内の中温湯と水配管Ｐｄの５℃の水が混合弁１４に導かれて混合し、給湯に供せられる。そして、この第１の給湯運転モードを継続して第２の温度センサ２１が低温貯湯設定温度３５℃以下を検知し給湯バルブＣが開放されると、先に図１０で説明した電気料金割引が適用されない時間帯の貯湯運転モード給湯運転に変り、ヒートポンプ熱源ユニットＡが運転されて３５℃の低温湯が出湯される。

この状態から給湯バルブＣが閉成されると、図１１で説明した上記電気料金割引が適用されない時間帯の貯湯運転モードに変り、以上の運転モードが繰り返される。したがって、低温貯湯タンク１１内の中温湯の量が減少し、代って加熱熱交換器８から送られてくる３５℃の低温湯の占める割合が多くなる。
低温貯湯タンク１１底部に取付けられる第３の温度センサ２２の検知温度が給湯設定温度４２℃以下になったときに給湯バルブＣが開放されると、制御部Ｓは図１２に示す電気料金割引が適用されない時間帯の第２の給湯運転モードを選択する。このとき、ヒートポンプ熱源ユニットＡと水ポンプ１２の運転が停止され、第４の二方弁２６が開放され、第１〜第３の二方弁１６，１７，２５が閉成される。
図中矢印に示すように、高温貯湯タンク１０から８０℃の高温湯が出湯され、第４の二方弁２６と第１の逆止弁１３を介して混合弁１４に導かれる。同時に、低温貯湯タンク１１から給湯設定温度４２℃以下（３５℃）の低温湯が出湯され、第２の逆止弁１５を介して混合弁１４に導かれる。混合弁１４において高温湯と低温湯が混合し、４２℃の給湯設定温度の湯となって給湯バルブＣから給湯に供せられる。
そして、高温貯湯タンク１０から導出される高温湯と同一量の水が、給水管Ｐａを介して高温貯湯タンク１０に導入されるとともに、低温貯湯タンク１１から導出される低温湯と同一量の水が、給水管Ｐａおよび高温貯湯タンク１０を介して低温貯湯タンク１１に導入される。それぞれのタンク１０，１１において比重の関係から水は底部に溜まり高温湯もしくは低温湯がその上に載る。給湯操作とともに湯面と水面との境界面が上昇する。

低温貯湯タンク１１に取付けられる第２の温度センサ２１が低温貯湯設定温度３５℃以下を検知したうえで、給湯バルブＣが開放されたとき、制御部Ｓは図１３に示すように電気料金割引が適用されない時間帯の貯湯運転モード給湯運転を選択する。
ヒートポンプ熱源ユニットＡの圧縮機１が最大周波数で運転が開始され、水ポンプ１２は第４の温度センサ２３が低温貯湯設定温度（３５℃）になるよう回転数が制御される。第２の二方弁１７は開放され、第４の二方弁２６は閉成するよう切換えられる。第１、第３の二方弁１６，２５は閉成を継続する。

図中矢印に示すように、高温貯湯タンク１０から８０℃の高温湯が出湯されるとともに、加熱熱交換器８から導かれる３５℃の低温湯と低温貯湯タンク１１から導かれる３５℃の低温湯が低温出湯管Ｐｅにおいて混合したうえで混合弁１４に導かれる。混合弁１４では高温湯と低温湯とが混合し、給湯管Ｐｄを介して給湯バルブＣに４２℃の給湯設定温度になった湯が給湯される。
給湯にともなって高温貯湯タンク１０および低温貯湯タンク１１底部に水が導入される。給湯バルブＣが閉成されれば電気料金割引が適用されない時間帯の貯湯運転モード給湯運転が停止し、再び給湯バルブＣが開放されれば、先に図１２で説明した電気料金割引が適用されない時間帯の第２の給湯運転モードが実行される。このことにより、低温貯湯タンク１１内の低温湯の量が減少する一方で水の量が多くなり、この底部に取付けられる第３の温度センサ２２が低温貯湯設定温度３５℃以下を検知した場合は、先に図１１で説明した電気料金割引が適用されない時間帯の貯湯運転モードに戻る。

このように第２の実施の形態におけるヒートポンプ式給湯機によれば、電力料金割引の適用される時間帯に高温貯湯タンク１０ばかりでなく低温貯湯タンク１１にも高温湯を貯溜する。電気料金割引が適用されない時間帯の給湯運転モードでは、先に、低温貯湯タンク１１の高温湯と水とを混合し給湯設定温度にして給湯する。そのあと、高温貯湯タンク１０の高温湯と低温貯湯タンク１１の低温湯を混合し給湯設定温度にして給湯する。
したがって、ヒートポンプ式給湯機全体の貯湯熱量が多くなり、湯切れの心配が少なくなって実用上有利となる。
つぎに、第３の実施の形態におけるヒートポンプ式給湯機について説明する。
ヒートポンプ式給湯機の構成については、先に図６で説明した第２の実施の形態におけるヒートポンプ式給湯機の構成と同一であるので、同図を適用して新たな説明は省略する。

電力料金割引が適用される時間帯に行われる第１の電力料金割引時間帯貯湯運転モードは、先に図７で説明したとおり、高温貯湯タンク１０に８０℃の高温湯が貯溜される。高温貯湯タンク１０に高温湯が満杯状態になったあと、先に図８で説明した電力料金割引時間帯の第２の貯湯運転モードが選択され、低温貯湯タンク１１に８０℃の高温湯が貯溜される。
先に図９に示すように電気料金割引が適用されない時間帯等に行われる第１の給湯運転モードは、ここでは浴室に取付けられる風呂用リモコンの「自動おふろ」スイッチをＯＮして、空の浴槽に給湯設定温度４２℃にした湯を自動で所定量供給する、いわゆる湯張りを実行する。

すなわち、多量の湯を必要とする浴槽への湯張りにあたっては、先に低温貯湯タンク１１から８０℃の高温湯を出湯し、水配管Ｐｇを介して導かれる水と混合弁１４で混合して、４２℃の給湯設定温度の湯に換え浴槽へ供出する。同時に、低温貯湯タンク１１には給湯量と同量の水が補充され、湯面と水面との境界面が徐々に上昇する。
低温貯湯タンク１１の容量と比較して浴槽の容量が大であり、第１の給湯運転モードが継続されることで、第２の温度センサ２１が低温貯湯設定温度３５℃以下を検知する。この状態でも給湯バルブＣが開放されているので、制御部Ｓは図１４に示すように電気料金割引が適用されない時間帯の貯湯運転モード給湯運転を選択する。

すなわち、ヒートポンプ熱源ユニットＡの圧縮機１を最大周波数で運転し、水ポンプ１２は第４の温度センサ２３が中温貯湯設定温度（５０℃）を検知するよう回転数を制御する。第３の二方弁２５はそのまま開放を継続し、第２の二方弁１７は開放するよう切換えられる。第１、第４の二方弁１６，２６は閉成を継続する。
図中矢印に示すように、給水管Ｐａから導かれる５℃の水を加熱熱交換器８にて５０℃の中温湯に換え、第２の二方弁１７を介して低温出湯管Ｐｅに導く。同時に、低温貯湯タンク１１から低温出湯管Ｐｅへ８０℃の高温湯が出湯され、５０℃の中温湯と混合して６５℃の中温湯となる。

中温湯は第２の逆止弁１５を介して混合弁１４に導かれ、同時に、水配管Ｐｇから５℃の水が混合弁１４に導かれて混合弁１４で５０℃の中温湯と混合する。結局、混合弁１４から４２℃の給湯設定温度になった湯が給湯管Ｐｄを介して給湯バルブＣに導かれ、浴槽の湯張りをなす。このとき、低温貯湯タンク１１から導出される高温湯と同量の水が補充されることは変りがない。
電気料金割引が適用されない時間帯の貯湯運転モード給湯運転を継続することにより浴槽への湯張りが完了すると、制御部Ｓは給湯バルブＣを閉成して運転を終了する。そして、図１５に示す電気料金割引が適用されない時間帯の貯湯運転モードに移行する。あるいは、低温貯湯タンク１１に補充される水の量が多くなり、全体的に温度が下がって第３の温度センサ２２が低温貯湯設定温度（３５℃）以下を検知した場合も、一旦、給湯バルブＣを閉成して上記電気料金割引が適用されない時間帯の貯湯運転モードに移行する。

制御部Ｓは、ヒートポンプ熱源ユニットＡと水ポンプ１２の運転条件を変更することなく、５０℃の中温湯を供給するよう継続して駆動する。第２の二方弁１７の開放は変らないが、第３の二方弁２５は閉成される。なお、第１、第４の二方弁１６，２６はそのまま閉成される。
図中矢印に示すように、低温貯湯タンク１１底部から５℃の水が導出されて水ポンプ１２に吸引され、さらに加熱熱交換器８に導かれて５０℃の中温湯に換る。この中温湯は第２の二方弁１７を介して低温貯湯タンク１１に導かれ、内部に残留する８０℃の高温湯と混合する。

このような電気料金割引が適用されない時間帯の貯湯運転モードを継続すると、低温貯湯タンク１１底部の水が減少する一方で、この上部に中温湯および高温湯が溜まるので、水と中温湯との境界面が徐々に低下し、ついには底部に至る。
貯湯完了時は、低温貯湯タンク１１内に８０℃の高温湯と５０℃の中温湯が混合した約６５℃の中温湯が貯溜される。この貯湯温度が給湯設定温度４２℃以下になるまでは、上記第１の給湯運転モードと電気料金割引が適用されない時間帯の貯湯運転モードとが繰り返えされ、最終的には、低温貯湯タンク１１に５０℃の中温湯が貯溜される。

低温貯湯タンク１１底部に取付けられる第３の温度センサ２２が中温貯湯設定温度６０℃以上を検知すると、制御部Ｓは電気料金割引が適用されない時間帯の貯湯運転モードを終了する。このとき、少なくとも浴槽への湯張りが完了しており、制御部Ｓはヒートポンプ熱源ユニットＡと水ポンプ１２に対して３５℃の低温貯湯設定温度で運転をなすよう設定を変更する。
このあと、給湯バルブＣが開放され、かつ第２の温度センサ２１が給湯設定温度４２℃以下を検知すると、先に図１２に示す電気料金割引が適用されない時間帯の第２の給湯運転モードが選択される。高温貯湯タンク１０から８０℃の高温湯が出湯され、同時に、低温貯湯タンク１１から給湯設定温度４２℃以下（３５℃）の低温湯が出湯される。

これら高温湯と低温湯は混合弁１４において４２℃の給湯設定温度の湯となり、給湯バルブＣから給湯に供せられる。このとき、高温貯湯タンク１０から導出される高温湯と同一量の水が導入されるとともに、低温貯湯タンク１１から導出される低温湯と同一量の水が導入される。
第２の温度センサ２１が低温貯湯設定温度３５℃以下を検知したうえで給湯バルブＣが開放されると、制御部Ｓは先に図１３に示す電気料金割引が適用されない時間帯の貯湯運転モード給湯運転を選択する。高温貯湯タンク１０から８０℃の高温湯が出湯されるとともに、加熱熱交換器８から導かれる３５℃の低温湯と低温貯湯タンク１１から導かれる３５℃の低温湯が低温出湯管Ｐｅにおいて混合し混合弁１４に導かれる。混合弁１４で高温湯と低温湯とが混合し、給湯管Ｐｄを介して給湯バルブＣに４２℃の給湯設定温度になった湯が給湯される。

このように第３の実施の形態におけるヒートポンプ式給湯機によれば、電気料金割引が適用されない時間帯の貯湯時に、浴槽への湯張りが完了するまでは低温貯湯タンク１１を給湯設定温度よりも高い温度で貯湯し、湯張りが完了した後は電気料金割引が適用されない時間帯の貯湯運転の貯湯温度を給湯温度よりも低い温度で貯湯するようにしたから、多量の湯を必要とする湯張りが完了するまで高温貯湯タンク１０の湯を使わなくてすみ、湯張り以降の大きな給湯負荷に対して湯切れの心配が少なくなり実用上有利となる。

なお、以上説明した第１〜第３の実施の形態でのヒートポンプ式給湯機において、電力料金割引時間帯あるいは電気料金割引が適用されない時間帯等における各運転モードでの設定温度は季節により最適な値に設定でき、またユーザーにおける湯の使用状況等に適応することの必要性にもとづいて適宜変更することが可能である。
また、本発明は上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できるとともに、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。

本発明における第１の実施の形態に係る、ヒートポンプ式給湯機の概略構成図。 同実施の形態に係る、電力料金割引時間帯の貯湯運転モードを説明する図。 同実施の形態に係る、電気料金割引が適用されない時間帯の給湯運転モードを説明する図。 同実施の形態に係る、電気料金割引が適用されない時間帯の貯湯運転モード給湯運転を説明する図。 同実施の形態に係る、電気料金割引が適用されない時間帯の貯湯運転モードを説明する図。 本発明における第２の実施の形態に係る、ヒートポンプ式給湯機の概略構成図。 同実施の形態に係る、電力料金割引時間帯の第１の貯湯運転モードを説明する図。 同実施の形態に係る、電力料金割引時間帯の第２の貯湯運転モードを説明する図。 同実施の形態に係る、電気料金割引が適用されない時間帯の第１の給湯運転モードを説明する図。 同実施の形態に係る、電気料金割引が適用されない時間帯の貯湯運転モード給湯運転を説明する図。 同実施の形態に係る、電気料金割引が適用されない時間帯の貯湯運転モードを説明する図。 同実施の形態に係る、電気料金割引が適用されない時間帯の第２の給湯運転モードを説明する図。 同実施の形態に係る、電力料金割引時間帯の貯湯運転モードを説明する図。 本発明における第３の実施の形態に係る、電気料金割引が適用されない時間帯の貯湯運転モード給湯運転を説明する図。 同実施の形態に係る、電気料金割引が適用されない時間帯の貯湯運転モードを説明する図。

符号の説明

Ａ…ヒートポンプ熱源ユニット、１０…高温貯湯タンク、１１…低温貯湯タンク、２０…第１の温度センサ、２１…第２の温度センサ、２２…第３の温度センサ、Ｓ…制御部。

Claims (3)

1. 水をヒートポンプ式冷凍サイクルによって加熱するヒートポンプ熱源ユニットと、
   電力料金割引が適用される時間帯に、上記ヒートポンプ熱源ユニットの運転により高温湯を貯湯する高温貯湯タンクと、
   この高温貯湯タンクにおける底部の温度を検知する第１の温度センサと、
   電気料金割引が適用されない時間帯に、ヒートポンプ熱源ユニットの運転により低温湯を貯湯する低温貯湯タンクと、
   この低温貯湯タンクにおける上下方向略中間部の温度を検知する第２の温度センサおよび、底部内の温度を検知する第３の温度センサと、
   電気料金割引が適用されない時間帯に、高温貯湯タンクの高温湯と低温貯湯タンクの低温湯を混合して給湯するよう制御するとともに、上記第２の温度センサから設定温度以下の検知温度信号が送られてきたとき上記ヒートポンプ熱源ユニットへ運転開始の制御信号を送って低温貯湯タンクに低温湯を貯湯し、上記第３の温度センサから設定温度以上の検知温度信号が送られてきたとき上記ヒートポンプ熱源ユニットへ運転停止の制御信号を送る制御部と
   を具備することを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
2. 水をヒートポンプ式冷凍サイクルによって加熱するヒートポンプ熱源ユニットと、
   電力料金割引が適用される時間帯にヒートポンプ熱源ユニットの運転により高温湯が貯湯される高温貯湯タンクおよび、この高温貯湯タンクが高温湯で満杯状態になったあと、高温湯が貯湯される低温貯湯タンクと、
   電気料金割引が適用されない時間帯に、低温貯湯タンクの高温湯を高温貯湯タンクの高温湯よりも優先して給湯するよう制御する制御部と
   を具備することを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
3. 上記制御部は、電気料金割引が適用されない時間帯の貯湯時に、浴槽への湯張りが終了するまでの間は低温貯湯タンクを給湯設定温度よりも高い温度で貯湯し、湯張りが終了した後は貯湯温度を給湯設定温度よりも低い温度で貯湯することを特徴とする請求項２記載のヒートポンプ式給湯機。

Images