JP2008304153A - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】
風呂追焚き時間の短縮及び湯切れ解消を図ると共に、風呂追焚き運転及び給湯運転時の熱損失の改善を図った多機能型ヒートポンプ給湯機を提供する。
【解決手段】
第一の冷媒回路と、第二の冷媒回路と、給湯用水回路と、風呂用水回路と、床暖房用水回路とを備えた多機能型ヒートポンプ給湯機であって、冷媒回路は、給湯用熱交換器と並列に、風呂用熱交換器から床暖房用熱交換器の順に冷媒が流れる冷媒回路を設け、給湯用熱交換器と風呂用熱交換器との冷媒回路を切換える冷媒切換弁を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートポンプ給湯機に関する。

ヒートポンプ給湯機は、ヒートポンプサイクルによって加熱した高温水（約６５〜８５℃）を、約３７０〜４６０リットルの内容量を有する貯湯タンクに貯湯水として貯えておき、使用の際、リモコン等で設定した温度になるように、貯湯水に水を混ぜることで温度調整して給湯する。これを、貯湯式ヒートポンプ給湯機と称する。

また、貯湯タンクの小形・軽量化のために、ヒートポンプサイクルを２サイクルで構成して、給湯使用時にヒートポンプ運転を行い、リモコン等で設定した温度に合った加熱水を直接給湯する給湯機がある。これを、直接式ヒートポンプ給湯機と称する。

近年、ヒートポンプ給湯機の普及に伴い、給湯機能と共に床暖房機能を備えた、いわゆる、多機能型ヒートポンプ給湯機が提案されている。この多機能型ヒートポンプ給湯機について、特許文献１や特許文献２に記載のものがある。

特許文献１の多機能型ヒートポンプ給湯機は貯湯式である。風呂追焚き運転は、貯湯タンク内の貯湯水を加熱源として循環し、水々冷媒熱交換器内で貯湯水と風呂浴槽内の湯とを熱交換させることで行われる。また、床暖房運転は、風呂追焚き運転とは独立しており、膨張タンク内の貯湯水をポンプで循環し、床暖房用水冷媒熱交換器で加熱された温水を床暖房パネルに循環させて行われる。

特許文献２の多機能型ヒートポンプ給湯機は直接式である。給湯運転は、給湯用熱交換器と風呂追焚用熱交換器を一体化した水冷媒熱交換器であって、リモコン等で設定した温度に合わせて給水を加熱して供給される。風呂追焚き運転は、前記水冷媒熱交換器で、給湯用冷媒配管内の高温冷媒と、風呂追焚き用水管内の風呂の冷めた湯との間で熱交換して行われる。床暖房機能は、独立した床暖房用水冷媒熱交換器で、冷媒管内の高温冷媒と床暖房用温水管内の循環水との間で熱交換することにより行われる。

特開２００５−２７４０２１号公報 特開２００４−２７８８７６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の構成は、割安な料金である深夜電力を利用するために、深夜時間帯の長期間、ヒートポンプ運転を行い、貯湯タンクに貯湯水を貯めておく。すなわち、容量の大きな貯湯タンクを必要とするため、ヒートポンプユニットとタンクユニットとを別個に設けることになる。すなわち、設置面積が増加して、設置強度を高める必要がある。また、風呂追焚きには貯湯タンク内の高温水（６５〜８５℃）を加熱源として循環使用するため、貯湯温度が低い場合（６５℃）は風呂追焚き時間が長期化する。さらに、貯湯タンク内の水温が低下して湯切れを生じるおそれがある。

また、特許文献２に記載の直接式ヒートポンプ給湯機では、ヒートポンプサイクルを２サイクル有しており、給湯，風呂追焚き、及び床暖房の各運転時にヒートポンプ運転を行うので、風呂追焚き時間を短縮でき、タンク湯切れを解消できる。

しかしながら、使用頻度の高い給湯用熱交換器は、風呂用熱交換器と一体化されているため、給湯使用する度に風呂用熱交換器も加熱されてしまう。これにより、熱損失が大きくなるおそれがある。

また、風呂追焚きと床暖房を同時に行う場合には、床暖房運転が安定した後でも、２サイクルの同時運転を続けなければならない。よって、風呂追焚きと床暖房との同時運転における運転効率が低下するおそれがある。

本発明は、上記従来の課題を解決するものである。本発明の目的は、小型軽量で、かつ、熱損失を低減して運転効率を向上させた多機能型ヒートポンプ給湯機を提供するものである。

上記課題を解決するために、本発明における第一の態様のヒートポンプ給湯機は、圧縮機と蒸発器を有するヒートポンプ給湯機において、給水された水と冷媒とを熱交換させる第一の熱交換器と、前記圧縮機と前記第一の熱交換器と前記蒸発器とを有する第一の冷媒回路と、前記圧縮機と前記蒸発器が接続され、かつ、前記第一の熱交換器と並列に接続される第二の熱交換器を有する第二の冷媒回路と、前記第一の熱交換器に接続された給湯水回路と、前記第二の熱交換器に接続された風呂追焚き水回路または床暖房熱媒体回路と、を備えたことを特徴とする。

また、圧縮機と蒸発器を有するヒートポンプ給湯機において、給水部から給水された水と冷媒とを熱交換させる第一の熱交換器と、風呂浴槽から送られた水と冷媒とを熱交換させる第二の熱交換器と、床暖房パネルから送られた熱媒体と冷媒とを熱交換させる第三の熱交換器と、前記圧縮機と前記第一の熱交換器と前記蒸発器とを有する第一の冷媒回路と、前記圧縮機と前記蒸発器が接続され、かつ、前記第一の熱交換器と並列に接続される第二の熱交換器と第三の熱交換器とを有する第二の冷媒回路と、前記第一の熱交換器に接続された給湯水回路と、前記第二の熱交換器に接続された風呂追焚き水回路と、前記第三の熱交換器に接続された床暖房熱媒体回路と、を有することを特徴とする。

また、圧縮機と蒸発器を有するヒートポンプ給湯機において、給水端末から給水される水と冷媒とを熱交換させる第一の熱交換器と、風呂浴槽から送られる水と冷媒とを熱交換させる第二の熱交換器と、床暖房パネルから送られる熱媒体と冷媒とを熱交換させる第三の熱交換器と、前記圧縮機と第一の冷媒分配弁と前記第一の熱交換器と第一の膨張弁と前記蒸発器が順に接続された第一の冷媒回路と、前記圧縮機と第二の冷媒分配弁と前記第二の熱交換器と前記第三の熱交換器と第二の膨張弁と前記蒸発器が順に接続された第二の冷媒回路と、前記第一の熱交換器が接続され第一の循環ポンプを有する給湯水回路と、前記第二の熱交換器が接続され第二の循環ポンプを有する風呂追焚き水回路と、前記第三の熱交換器が接続され第三の循環ポンプを有する床暖房熱媒体回路と、を備えたことを特徴とする。

また、圧縮機と蒸発器と第一の熱交換器とを有する第一の冷媒回路と、前記圧縮機と前記蒸発器が接続され、かつ、前記第一の熱交換器と並列に接続される第二の熱交換器を有する第二の冷媒回路と、前記第一の熱交換器が接続される給湯水回路と、前記第二の熱交換器の上流部分の熱交換器が接続される風呂追焚き水回路と、前記第二の熱交換器の下流部分の熱交換器が接続される床暖房熱媒体回路と、を備えることを特徴とする。

また、上記いずれかのヒートポンプ給湯機において、貯湯タンクと給湯混合弁とを有し前記給湯水回路と並列に接続されるタンク給湯回路を備えることを特徴とする。

また、上記いずれかのヒートポンプ給湯機において、第一の冷媒回路と第二の冷媒回路の分岐部に冷媒を分配する弁を有することを特徴とする。

また、上記いずれかのヒートポンプ給湯機において、前記給湯水回路は給水された水を第一の熱交換器で熱交換して、直接、給湯端末から給湯することを特徴とする。

本発明によれば、小型軽量で、かつ、熱損失を低減して運転効率を向上させた多機能型ヒートポンプ給湯機を提供することができる。

以下、本発明の実施例を図１〜図５によって説明する。

図１は、本発明の多機能型ヒートポンプ給湯機の全体系統図である。図２は、本発明の多機能型ヒートポンプ給湯機における給湯運転の一実施例を示すフローチャートである。図３は、本発明の多機能型ヒートポンプ給湯機における床暖房運転の一実施例を示すフローチャートである。図４は、本発明の多機能型ヒートポンプ給湯機における風呂湯張り運転と風呂追焚き運転との一実施例を示すフローチャートである。図５は、本発明の多機能型ヒートポンプ給湯機における床暖房運転と風呂追焚き運転との一実施例を示すフローチャートである。

（全体構成）まず、図１によって、本発明の多機能型ヒートポンプ給湯機の構成を説明する。

多機能型ヒートポンプ給湯機は、大きく分けてヒートポンプ冷媒回路４０，水回路４５、及び運転制御手段５０を有する。さらに、ヒートポンプ冷媒回路４０は、第１系統冷媒回路４１及び第２系統冷媒回路４２の２サイクルを有する。

ヒートポンプ冷媒回路４０と水回路４５とにおけるそれぞれの構成部品は、同一箱体内に一体的に収納される。水回路４５は、給湯用水回路４６，風呂湯張り用水回路４７，風呂追焚き用水回路４８、及び床暖房用水回路４９により構成される。

なお、水回路４５の給水源１０，台所蛇口等の給湯端末１８，風呂浴槽２４、及び床暖房パネル２８は、多機能型ヒートポンプ給湯機と別個に構成される。すなわち、実際の使用環境において、給水金具１１（給水部），給湯出口金具１７，風呂往き金具２５，風呂戻り金具２７，床暖房往き金具２９、及び床暖房戻り金具３２にそれぞれ接続して使用する構成である。

第１系統冷媒回路４１は、台所給湯，洗面所給湯、及びシャワー等の、いわゆる、一般給湯や風呂湯張り運転時の加熱源として働く。一方、第２系統冷媒回路４２は、風呂追焚き運転と床暖房運転時の加熱源として働く。

第１系統冷媒回路４１は、圧縮機１，第１系統冷媒分配弁２，給湯用熱交換器４に配置されている冷媒側伝熱管４ａ，第１系統膨張弁５，蒸発器６のそれぞれを冷媒配管で順次接続された、給湯用密閉冷媒サイクルで構成される。そして、第１系統冷媒回路４１の内部を、冷媒が流動するように封入される。

また、第２系統冷媒回路４２は、圧縮機１，第２系統冷媒分配弁３，風呂用熱交換器７に配置されている冷媒側風呂伝熱管７ａ，床暖房用熱交換器８に配置される冷媒側床暖房伝熱管８ａ，第２系統膨張弁９，蒸発器６を、それぞれ冷媒配管で順次接続された、床暖房用密閉冷媒サイクルで構成される。そして、第２系統冷媒回路４２の内部を、冷媒が流動するように封入される。

ここで、圧縮機１と蒸発器６は、第１系統冷媒回路４１及び第２系統冷媒回路４２の共用部品として使用される。第１系統冷媒回路（給湯用密閉冷媒サイクル）と、第２系統冷媒回路（床暖房用密閉冷媒サイクル）の切り替えは、第１系統冷媒分配弁２，第２系統冷媒分配弁３の開閉，第１系統膨張弁５，第２系統膨張弁９の開度絞り量の調整によって行われる。また、第１系統冷媒回路４１の構成部（風呂用熱交換器７，床暖房用熱交換器８、及び第２系統膨張弁９）と、第２系統冷媒回路４２を構成部（給湯用熱交換器４及び第１系統膨張弁５）とは、並列に設けられる。

すなわち、第１系統冷媒回路４１と第２系統冷媒回路４２は独立して運転できる。一例として、給湯用熱交換器４は、給湯運転時に使用して、風呂追焚き及び床暖房運転時には使用しない。これにより、給湯用熱交換器４からの余分な熱損失が削減でき、使用頻度の高い一般給湯及び風呂給湯における運転効率の向上を図ることができる。

圧縮機１は、給湯用熱交換器４で加熱された温水を直接給湯する、いわゆる、直接給湯式ヒートポンプ給湯機に適合する容量を有する。また、給湯熱量に応じて回転数を変えられる、回転速度制御型圧縮機である。すなわち、圧縮機１は、ＰＷＭ制御，電圧制御（例えばＰＡＭ制御）あるいは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）まで回転速度制御できるように構成される。

本構成では、圧縮機１を単独で有する構成であるが、これに限らず、圧縮機を複数有する構成であっても良い。これにより、給湯，風呂追焚き，床暖房の同時運転時において、さらに高効率な熱交換ができる。

給湯用熱交換器４は、冷媒側伝熱管４ａ及び給水側伝熱管４ｂを備えており、冷媒側伝熱管４ａと給水側伝熱管４ｂとの間で熱交換するように構成される。

同様に、風呂用熱交換器７は、冷媒側風呂伝熱管７ａ及び水側風呂伝熱管７ｂを備えており、冷媒側風呂伝熱管７ａと水側風呂伝熱管７ｂとの間で熱交換するように構成される。

床暖房用熱交換器８も同様に、冷媒側床暖房伝熱管８ａ及び熱媒体側床暖房伝熱管８ｂを備えており、冷媒側床暖房伝熱管８ａと熱媒体側床暖房伝熱管８ｂとの間で熱交換するように構成される。

給湯用熱交換器４，床暖房用熱交換器８を経て送られた高圧冷媒は、第１系統膨張弁５と第２系統膨張弁９によって減圧され、蒸発し易い低圧冷媒として蒸発器６へ送られる。また、多機能型ヒートポンプ給湯機の場合、第１系統膨張弁５と第２系統膨張弁９は、冷媒流路の開度を変えることで、ヒートポンプ回路内の冷媒循環量を調節する。また、絞り量を全開にすることで、蒸発器６に冷媒を多量に送って霜を溶かす（除霜運転する）。そのため、第１系統膨張弁５と第２系統膨張弁９は、絞り量が可変で、かつ、応答性の良い電動膨張弁であることが好ましい。

また、蒸発器６はファン（図示せず）の回転によって外気を取り込み、空気と冷媒との熱交換を行う空気冷媒熱交換器で構成される。

（給湯運転）次に、給湯使用時のヒートポンプ運転について説明する。

給湯回路は、台所蛇口や洗面所蛇口からの一般給湯回路と、風呂湯張り，シャワーなどの風呂給湯回路とがある。

給湯回路は、直接給湯回路とタンク給湯回路とがある。直接給湯回路は、ヒートポンプを運転して、給湯用熱交換器４で要求温度に合わせて加熱した温水を直接給湯する。タンク給湯回路は、予め貯湯した貯湯タンク１９内の高温水に、給水源１０からの低温水を混ぜて適温として給湯する。

給湯運転における冷媒は、第１系統冷媒回路を流れる。その経路は、圧縮機１→第１系統冷媒分配弁２→給湯用熱交換器４の冷媒側伝熱管４ａ→第１系統膨張弁５→蒸発器６→圧縮機１の順である。すなわち、冷媒は、低圧蒸気→高圧蒸気→高圧液→低圧液→低圧蒸気と状態を変化させ、熱を運ぶことによって給湯水の加熱を行う。

具体的に、圧縮機１で高温高圧ガスにされた冷媒は、冷媒側伝熱管４ａにおいて給水側伝熱管４ｂを流れる給水を加熱する。そして、第１系統膨張弁５で減圧され、蒸発器６で低温低圧ガスとなった冷媒が圧縮機１に戻る。この冷媒循環を繰り返すことにより、給水を連続加熱して給湯することができる。

この給湯運転において、圧縮機１は、給水温度や給湯温度等の給湯負荷に応じて、回転速度制御を行い運転される。

給湯運転における給湯水は、給湯用水回路４６を流れる。その経路は、使用端末器１８（台所蛇口等）からの一般給湯の場合、給水源１０（水道等）→給水金具１１→減圧弁１２→タンク循環ポンプ１３→給湯用熱交換器４の給水側伝熱管４ｂ→給湯混合弁１４→湯水混合弁１５→流量調整弁１６→給湯出口金具１７→給湯端末器１８の順であり、直接給湯運転が行われる。

（タンク給湯運転）次に、タンク給湯運転について説明する。

ヒートポンプ運転開始直後は、給湯用熱交換器４での加熱に不足が生じ、すぐにリモコン等で設定した温度で給湯が行えないおそれがある。そこで、給湯混合弁１４は、ヒートポンプ運転開始直後における給湯用熱交換器４での加熱不足分を、貯湯タンク１９内の貯湯高温水で補う、タンク給湯運転を行う。

湯水混合弁１５は、給湯混合弁１４で混合された温水がリモコン等で設定した温度より高い場合、給水金具１１からの水を混合して適温にする。

流量調整弁１６は、端末使用状況と運転制御手段５０からの給湯温度指令に基づいて、給湯加熱温度を維持するため、流量を調整する。

タンク給湯運転の給水経路は、給水源１０→給水金具１１→減圧弁１２→貯湯タンク１９→給湯混合弁１４→湯水混合弁１５→流量調整弁１６→給湯出口金具１７→給湯端末器１８の順である。

ここで、貯湯タンク１９へは下部から給水され、その給水圧力により貯湯タンク１９の上部から給水量に相当する貯湯高温水が供給されて給湯を行う。

（タンク貯湯運転）次に、タンク貯湯運転について説明する。

タンク給湯運転により貯湯タンク１９内に給水された水が多くなり、高温水が所定量以下になると、運転制御手段は自動的にタンク貯湯運転を開始する。

タンク貯湯運転における給水経路は、貯湯タンク１９→タンク循環ポンプ１３→給湯用熱交換器４の給水側伝熱管４ｂ→給湯混合弁１４→貯湯タンク１９の順である。

ここで、第１系統ヒートポンプ冷媒回路を運転して、貯湯タンク１９から給湯用熱交換器４へ送られた貯湯水は、冷媒側伝熱管４ａと給水側伝熱管４ｂとの間で加熱された後、給湯混合弁１４を経て貯湯タンク１９に戻る。これを、貯湯タンク１９内の高温水が所定量に達するまで循環運転する。

なお、タンク循環ポンプ１３は、タンク貯湯運転時のみ運転されて水循環を行う。すなわち、それ以外の時は通電されず、開放状態で抵抗なく給水を通過させる。

（風呂湯張り運転）次に、風呂湯張り運転について説明する。

風呂湯張り運転の給水経路は、給水源１０→給水金具１１→減圧弁１２→給湯用熱交換器４の給水側伝熱管４ｂ→給湯混合弁１４→湯水調整弁２１→風呂注湯弁２２→水逆止弁２３→風呂戻り金具２７→風呂浴槽２４の順である。ここで、風呂湯張り運転の場合、第１系統ヒートポンプ冷媒回路を運転し、湯水調整弁２１を開度調整することにより、給水温度の調整をする。すなわち、給湯混合弁１４側からの温水と、給水源１０側からの水との比率を調整すると共に、風呂注湯弁２２にて流量調整して風呂給湯出口金具２７を介して湯張り給湯を行う。なお、水逆止弁２３は風呂浴槽２４内の水が台所給湯側に逆流しないよう防止するためのものである。

また、風呂シャワー（図示せず）は、風呂注湯弁２２と水逆止弁２３との間に接続することにより、風呂湯張り給湯と同様に使用できる。

（床暖房運転）次に、床暖房運転について説明する。

床暖房運転では第２系統冷媒回路４２が運転する。冷媒の経路は、圧縮機１→第２系統冷媒分配弁３→風呂用熱交換器７の冷媒側伝熱管７ａ→床暖房用熱交換器８の冷媒側伝熱管８ａ→第２系統膨張弁９→蒸発器６→圧縮機１の順である。

床暖房用の熱媒体の経路は、床暖房パネル２８→床暖房往き金具２９→熱媒体タンク３０→床暖房循環ポンプ３１→床暖房用熱交換器８の熱媒体側伝熱管８ｂ→床暖房戻り金具３２の順である。

圧縮機１で圧縮された高温高圧の冷媒は、第２系統冷媒分配弁３から風呂用熱交換器７を経て、床暖房用熱交換器８の冷媒側床暖房用伝熱管８ａに流入する。ここで、熱媒体側床暖房用伝熱管８ｂを流れる熱媒体を加熱する。その後、第２系統膨張弁９で減圧され、蒸発器６で低温低圧ガスとなって圧縮機１に戻る。この冷媒循環を繰り返すことで、床暖房用熱媒体を連続加熱する。

第２系統冷媒回路４２の運転と並行して、床暖房循環ポンプ３１が運転され、上述した熱媒体経路を循環する。すなわち、熱媒体循環サイクルの運転によって、床暖房用熱交換器８内での加熱と床暖房パネル２８での放熱が連続して行われる。

なお、第２系統冷媒回路４２においては、圧縮機１で圧縮された高温高圧の冷媒が、風呂用熱交換器７を経て、床暖房用熱交換器８に送られる構成である。

ここで、風呂追焚きを行わずに床暖房運転のみを行う場合、風呂循環ポンプ２６は停止されている。これにより、風呂用熱交換器７の水側伝熱管７ｂ内の水は循環せず滞留しているため、冷媒から水への熱損失を抑制できる。

また、冷媒回路の下流側に床暖房用熱交換器８が設置されているが、床暖房は風呂追焚きに比べて低温で長時間使用されるため、冷媒の加熱不足が生じるおそれはない。

（風呂追焚き運転）次に、風呂追焚き運転について説明する。

風呂追焚き運転では、床暖房運転と同様に、第２系統冷媒回路４２が同様の経路で運転する。

風呂水の経路は、風呂浴槽２４→風呂往き金具２５→風呂循環ポンプ２６→風呂用熱交換器７の水側伝熱管７ｂ→風呂戻り金具２７→風呂浴槽２４の順である。

圧縮機１で圧縮された高温高圧の冷媒は、第２系統冷媒分配弁３から風呂用熱交換器７の冷媒側伝熱管７ａに流入し、水側伝熱管７ｂを流れる風呂浴槽２４の湯水を加熱する。そして冷媒は、床暖房用熱交換器８を経て、第２系統膨張弁９で減圧された後、蒸発器６で低温低圧ガスとなって圧縮機１に戻る。この冷媒循環を繰り返すことによって、風呂浴槽２４内の冷めた湯水を連続加熱する。

すなわち、風呂浴槽２４内の冷めた湯水は、風呂用熱交換器７で順次加熱されて風呂浴槽２４に戻り、風呂浴槽２４の湯水が全量適温に達すると、風呂追焚き運転が終了する。

風呂追焚き運転においては、圧縮機１によって高温高圧となった冷媒が、直接、風呂用熱交換器７の冷媒側風呂用伝熱管７ａに入り、水側風呂用伝熱管７ｂを流れる風呂浴槽２４の湯水を加熱する。これにより、風呂追焚き時間を短縮できる。また、第２系統冷媒回路４２を流れる冷媒は、風呂用熱交換器７での加熱後、床暖房用熱交換器８において、熱媒体側伝熱管８ｂへ放熱される。これは、蒸発器６の容量アップに相当するものであり、冷媒回路全体にとっては、高効率化に寄与する。

（運転制御）次に、運転制御について説明する。

運転制御手段５０は、リモコンの操作設定により、以下の項目の制御を行う。（１）第１系統冷媒回路４１及び第２系統冷媒回路４２の運転，停止。（２）圧縮機１の回転速度。（３）第１系統冷媒分配弁２及び第２系統冷媒分配弁３の開閉。（４）第１系統膨張弁５及び第２系統膨張弁９の開閉。（５）タンク循環ポンプ１３，風呂循環ポンプ２６及び床暖房循環ポンプ３１の運転，停止。（５）給湯混合弁１４，湯水混合弁１５，流量調整弁１６，湯水調整弁２１，風呂注湯弁２２の開閉。（１）から（５）についての制御を、運転制御手段５０で一括して行うことにより、一般給湯運転，風呂給湯運転，風呂追焚き運転，貯湯運転，床暖房運転等を円滑に行うことができる。

ここで、運転制御手段５０は、圧縮機１の回転速度を制御する。すなわち、運転開始直後には加熱立上げ時間を短くするために、所定の高速回転で運転する。比較的熱負荷の軽い安定運転時には、加熱温度に見合った中低速回転で運転する。

更に、多機能型ヒートポンプ給湯機には、圧縮機１の吐出圧力を検知する圧力センサ（図示せず），給水温度，一般給湯温度，風呂給湯温度，床暖房温度、等を検知する温度サーミスタ、及び給湯量や風呂湯張り量を検知する流量センサ（図示せず）等の検知手段が設けられる。これら検知手段からの検出信号は、運転制御手段５０に入力されるように構成される。運転制御手段５０は、この検出信号に基づいて各機器を制御するものである。

なお、本実施例の図１においては、風呂用熱交換器７と床暖房用熱交換器８を別体として図示しているが、これを点線Ａの如く一体化して構成しても良い。すなわち、風呂・床暖房用の熱交換器を兼用して、上流側を風呂用、下流側を床暖房用とする構成である。

これにより、風呂用熱交換器７と床暖房用熱交換器８との全体の小形化及び放熱損失の低減を図ることができる。また、冷媒回路の下流側を床暖房用としているが、床暖房は風呂追焚きに比べて低温で長時間使用されるため、冷媒の加熱不足が生じるおそれはない。

（一般給湯運転時の動作）次に、本発明の多機能型ヒートポンプ給湯機の一般給湯使用時における運転動作の一実施例について、図１と図２によって説明する。

台所蛇口等の給湯端末器１８を開けると、湯水使用が始まる（ステップ６０）。運転制御手段５０によって、第１系統冷媒分配弁２は開、第２系統冷媒分配弁３は閉とする。さらに、圧縮機１を始動させ、第１系統冷媒回路４１の運転を開始する。そして、給水源１０，給水金具１１，減圧弁１２，タンク循環ポンプ１３，給水側伝熱管４ｂ，給湯混合弁１４，湯水混合弁１５，流量調整弁１６，給湯出口金具１７，給湯端末器１８の給湯回路により直接給湯運転を開始する（ステップ６１）。

ここで、運転制御手段５０は、圧縮機１を回転速度制御手段により運転し、圧縮した高温高圧冷媒を循環させる。それと同時に、第１系統冷媒分配弁２を開き、第２系統冷媒分配弁３を閉じる。これにより、給湯用熱交換器４には冷媒循環するが、風呂用熱交換器７及び床暖房用熱交換器８には冷媒循環を行わない。また、第１系統膨張弁５を開放調整し、第２系統膨張弁９は閉じる。

すなわち、圧縮機１で圧縮された高温高圧冷媒は、給湯用熱交換器４の冷媒側伝熱管４ａに送り込まれ、給水側伝熱管４ｂを流れる給水を加熱する。加熱された温水は給湯混合弁１４から湯水混合弁１５側へ流れる。

ここで、運転立ち上がり直後は、給湯用熱交換器４に送り込まれる冷媒が充分に高温高圧となり切らず、温度が低い。また、給湯用熱交換器４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。そのため、直接給湯運転（ステップ６２）と並行して、予めタンク貯湯運転により貯湯した高温水（例えば６５℃）を給湯するタンク給湯運転（ステップ６３）を行う。

貯湯タンク１９から給湯される高温水は、給湯用熱交換器４から給湯される湯と給湯混合弁１４によって混合される。さらに、適正温度（約４２℃）になるよう湯水混合弁１５で給水源１０側からの冷水を適量混合する。その後、流量調整弁１６，給湯出口金具１７を通して給湯端末器１８へ給湯する。

直接給湯運転開始（ステップ６２）後は、時間の経過と共に冷媒は高温高圧となる。それに従って、冷媒からの放熱量は増加するので、水への加熱能力が増加する。ここで随時、給湯温度及び流量を判定（ステップ６４）し、規定外であれば給湯温度がリモコン等で設定した温度（一例として約４２℃。以下、適正温度。）になるよう圧縮機回転速度及び膨張弁の制御，給湯混合弁１４及び湯水混合弁１５の調整を行って修正する。

また、給湯温度及び流量の判定（ステップ６４）と平行して直接給湯温度の判定（ステップ６７）を行い、直接給湯温度が適正温度（約４２℃）より低ければ（規定値以下）、直接給湯運転とタンク給湯運転の同時運転を継続する（ステップ６８）。そして、直接給湯温度が適正温度（約４２℃）に達すれば（規定内）、タンク給湯運転を停止（ステップ６９）して、直接給湯運転のみ継続（ステップ６６）する。その後、給湯端末器１８の蛇口を閉じて給湯使用が終了（ステップ７０）するまで直接給湯運転を継続する。

直接給湯運転においては、図１の第１系統冷媒回路４１を運転し、圧縮機１は、運転制御手段５０によって回転速度制御を行う。これにより、例えば、給水源１０の水道等から供給される給水温度が高い夏期には、小さな加熱量で済むので、回転速度を遅くする。一方、給水温度が低い冬期には、大きな加熱量を必要とするため、回転速度を速くして運転する。また、運転制御手段５０は、立ち上がり運転時における膨張弁４の開度を小さく調整するように制御する。これにより、冷媒の循環量を少なくして、冷媒の高温化を図り、ヒートポンプの加熱立ち上がり時間を短縮できる。

給湯端末器１８の蛇口が閉じられ湯水使用が終了（ステップ７０）すると、運転制御手段５０は、第１系統冷媒回路４１の運転を停止し、直接給湯運転は終了（ステップ７１）する。同時に、貯湯タンク１９の貯湯温度及び貯湯量の判定（ステップ７２）を行う。これにより、規定未満であればタンク貯湯運転（ステップ７３）を行って、再度、貯湯温度及び貯湯量の判定（ステップ７４）を行う。規定外であれば、タンク貯湯運転を継続する（ステップ７５）。

そして、規定内に達してからタンク貯湯運転を終了する（ステップ７６）。

直接給湯運転とタンク貯湯運転が終了すると、第１系統冷媒分配弁２を閉じ、圧縮機１を停止して（ステップ７７）、終了する（ステップ７８）。

（床暖房運転）次に、図１と図３によって床暖房単独運転について説明する。

本実施例における床暖房運転の温度制御は、圧縮機１の回転速度と第２系統膨張弁９の開度を制御して行われる。すなわち、冷媒の温度及び循環量を変えることにより、床暖房パネル２８を循環する熱媒体の温度を調整して、床暖房パネル２８の加熱量を制御する。

床暖房ボタンをＯＮにして床暖房使用を開始（ステップ８０）すると、運転制御手段５０は、第１系統冷媒分配弁２を閉じて第２系統冷媒分配弁３を開き、第１系統膨張弁５を閉じて第２系統膨張弁９を開度制御する。それと共に、第２系統冷媒回路４２及び床暖房循環ポンプ３１の運転を開始する（ステップ８１）。

次に、運転制御手段５０は、床暖房用熱交換器８において加熱された熱媒体の往き温度の判定（ステップ８２）、及び床暖房パネル２８において放熱した熱媒体の戻り温度の判定（ステップ８２）を行う。

そして、床暖房加熱量の過不足を判断し、圧縮機１の回転速度と第２系統膨張弁９の開度を制御して床暖房加熱量を調整（ステップ８３）し、床暖房加熱量の適正化を図る。

さらに、床暖房使用時間の設定時間経過判定（ステップ８４）を行い、設定時間以内であれば継続運転し、設定時間を超過すれば第２系統冷媒回路４２の運転及び床暖房循環ポンプ３１の運転を停止して（ステップ８５）、床暖房使用は終了（ステップ８６）する。

なお、フローチャートにおいては各動作を直列的に記載しているが、これは便宜上であって、必ずしも順序を規定するものではなく、床暖房往き温度判定，床暖房戻り温度判定（ステップ８２）及び設定時間経過判定（ステップ８４）は常時並行して行われている。

また、床暖房の温度調整は、熱媒体を循環させる床暖房循環ポンプ３１の開閉制御によっても行われる。すなわち、熱媒体の流量を調整することで行われる。

（風呂湯張り運転と風呂追焚き運転）次に、図１と図４によって、風呂湯張り及び風呂追焚きの単独運転について説明する。

まず、風呂自動又は手動セットにより風呂湯張りが始まる（ステップ９０）。すると、運転制御手段５０は、第１系統冷媒分配弁２を開、第２系統冷媒分配弁３を閉、第１系統膨張弁５を開度制御、第２系統膨張弁９を閉とする。また、湯水混合弁１５の給水源１０側を閉、湯水調整弁２１を開度調整すると共に、圧縮機１を始動させて第１系統冷媒回路４１の運転を開始し、給水源１０，給水金具１１，減圧弁１２，タンク循環ポンプ１３，給水側伝熱管４ｂ，給湯混合弁１４，湯水調整弁２１，風呂注湯弁２２，水逆止弁２３，風呂給湯出口金具２７，風呂浴槽２４の風呂湯張り水回路により直接給湯運転を開始する（ステップ９１）。

ここで、第１系統冷媒回路４１による直接給湯運転（ステップ９２）の運転開始直後は、水を加熱する加熱能力が充分でない。そのため、図２で説明した一般給湯運転と同様に、直接給湯運転（ステップ９２）と並行してタンク給湯運転（ステップ９３）を行い、適温（約４２℃）の湯を供給する。

なお、風呂湯張り時のタンク給湯運転（ステップ９３）は、給水源１０，給水金具１１，減圧弁１２，貯湯タンク１９，給湯混合弁１４，湯水調整弁２１，風呂注湯弁２２，水逆止弁２３，風呂給湯出口金具２７，風呂浴槽２４の風呂湯張り水回路により給湯される。

風呂湯張り運転中は、随時、給湯温度及び流量の判定（ステップ９４）を行う。規定外であれば給湯温度が適正温度（約４２℃）になるよう圧縮機１の回転速度制御及び第１系統膨張弁５の開度制御，給湯混合弁１４及び湯水混合弁１５の開度制御を行って給湯温度を調整する（ステップ９５）。それと共に、流量調整弁１６による流量調整を行う。

給湯温度及び流量の判定（ステップ９４）と平行して、直接給湯温度の判定（ステップ９７）を行う。直接給湯温度が適正温度（約４２℃）より低く規定値以下であれば、直接給湯運転とタンク給湯運転の同時運転を継続し（ステップ９８）、直接給湯温度が適正温度（約４２℃）及び必要流量に達し規定内になれば、タンク給湯運転を停止（ステップ９９）して直接給湯運転のみ継続する。さらに、風呂湯張り量の判定（ステップ９４）を行い、規定湯張り量未満であれば直接給湯運転を継続し、規定の湯張り量に達すれば第１系統冷媒回路４１の運転を停止し、風呂湯張り運転は終了（ステップ９６）する。

風呂湯張り後は、時間経過と共に風呂浴槽２４内の湯温が低下する。そこで、風呂自動又は手動セットにより風呂追焚きを開始（ステップ１０１）すると、運転制御手段５０は、第１系統冷媒分配弁２を閉、第２系統冷媒分配弁３を開、第１系統膨張弁５を閉、第２系統膨張弁９を開度制御し、風呂循環ポンプ２６及び圧縮機１を始動させて第２系統冷媒回路４２の運転を開始し、風呂浴槽２４，風呂循環金具２５，風呂循環ポンプ２６，風呂用熱交換器７の水側風呂伝熱管７ｂ，風呂給湯出口金具２７，風呂浴槽２４の水循環回路により風呂追焚き運転を行う。

風呂湯温は随時検知されており、風呂追焚き運転開始後の風呂湯温判定（ステップ１０２）において、風呂湯温が規定温度未満であれば風呂追焚き運転を継続し（ステップ１０３）、規定温度に達すれば第２系統冷媒回路４２の運転及び風呂循環ポンプ２６の運転を停止し（ステップ１０４）、風呂追焚きは終了する（ステップ１０５）。

また、風呂追焚きの温度調整は、風呂循環ポンプ２６の開閉制御によっても行われる。すなわち、水の流量を制御して温度調整する。

（床暖房運転と風呂追焚き運転）次に、図１と図５によって床暖房運転と風呂追焚き運転が同時に行われた場合の運転動作について説明する。

なお、床暖房運転，風呂追焚き運転の各単独運転については、図３，図４を用いた説明と同様であるため、床暖房運転，風呂追焚き運転の詳細は省略する。

一般的に、床暖房の使用は朝夕、特に夕方から夜にかけて長時間使用される。また、風呂追焚きは短時間で比較的夜遅く使用される場合が多い。従って、床暖房が先に使用されており、床暖房使用中に風呂追焚きが行われた場合の運転動作の一実施例について説明する。

自動又は手動セットにより風呂追焚きが開始されると（ステップ１１０）、床暖房運転中か否かを判定する（ステップ１１１）。ここで、床暖房運転中でなければ、図４のステップ１０１に移行して、風呂追焚き運転を行う（ステップ１１２）。一方、床暖房運転中の場合、運転制御手段５０は、第２系統冷媒回路４２の運転を開始すると同時に（ステップ１１４）、ステップ８２に移行して、床暖房運転を継続して行う（ステップ１１７）。

ここで、床暖房中に風呂追焚きが行われると、第２系統冷媒回路４２の床暖房用熱交換器８における加熱性能は、風呂用熱交換器７内で風呂循環水に放熱される分不足するので、運転制御手段は風呂湯温判定（ステップ１１５）を行い風呂追焚きに必要な熱量を算出する。これにより、風呂追焚き及び床暖房に充分、かつ、適切な加熱能力となるよう圧縮機１の回転速度制御及び第２系統膨張弁９の開度制御（ステップ１１６）を行う。

また、風呂湯温判定（ステップ１１５）において、規定温度未満であれば、風呂追焚き運転を継続し（ステップ１１６）、規定温度に達すると風呂循環ポンプ２６を停止して風呂追焚きは終了する（ステップ１１８）。

風呂追焚きが終了（ステップ１１８）された場合においても、床暖房が適切な温度になるよう圧縮機１の回転速度制御及び第２系統膨張弁９の開度制御（ステップ８４）を行い、床暖房運転は継続される。

さらに、床暖房設定時間経過判定（ステップ８４）において、設定時間に達すれば、第２系統冷媒回路４２の運転及び床暖房循環ポンプ３１の運転を停止して（ステップ８５）、床暖房使用は終了（ステップ８６）する。

床暖房と風呂追焚きとの同時運転の場合において、床暖房は比較的長時間（例えば１〜２時間）使用されるのに対し、風呂追焚きは一般に風呂給湯温度（約４２℃）から５〜６℃低下した程度で運転され、数分間で終了する。また、入浴中又は入浴直前の場合が多く、短時間で適温（約４２℃）に達することが必要である。

本構成は、短時間で高温の熱交換が必要な風呂用熱交換器７を冷媒流路の上流側に設置して、長時間、低温で使用される床暖房用熱交換器８を冷媒の下流側に直列に設置する。これにより、高温冷媒が風呂用熱交換器７を流れ、風呂用熱交換器７で熱交換した後の低温冷媒が、床暖房用熱交換器８を流れるので、熱損失を低くすることができる。

なお、風呂水は風呂循環ポンプ２６で流量調整され、熱媒体は床暖房循環ポンプ３１で流量調整される。これにより、風呂追焚きと床暖房が夫々異なる適正温度に設定されていても、循環ポンプの開閉制御によって夫々の適正温度にできるので、熱損失を低減した運転ができる。

また、本発明の実施例においては、圧縮機１及び蒸発器６をそれぞれ１つとした１サイクル２系統の冷媒サイクル回路としたが、これに限るものではなく、圧縮機及び蒸発器を２つとした２サイクル方式としても同様の効果を有するものである。

本発明の多機能型ヒートポンプ給湯機の全体系統図。 本発明の多機能型ヒートポンプ給湯機における給湯運転の一実施例を示すフロー図。 本発明の多機能型ヒートポンプ給湯機における床暖房運転の一実施例を示すフロー図。 本発明の多機能型ヒートポンプ給湯機における風呂湯張り運転と風呂追焚き運転との一実施例を示すフロー図。 本発明の多機能型ヒートポンプ給湯機における床暖房運転と風呂追焚き運転との一実施例を示すフロー図。

符号の説明

１ 圧縮機
２ 第１系統冷媒分配弁
３ 第２系統冷媒分配弁
４ 給湯用熱交換器
５ 第１系統膨張弁
６ 蒸発器
７ 風呂用熱交換器
８ 床暖房用熱交換器
９ 第２系統膨張弁
１２ 減圧弁
１３ タンク循環ポンプ
１４ 給湯混合弁
１５ 湯水混合弁
１６ 流量調整弁
１９ 貯湯タンク
２１ 湯水調整弁
２２ 風呂注湯弁
２３ 水逆止弁
２４ 風呂浴槽
２６ 風呂循環ポンプ
２８ 床暖房パネル
３０ 熱媒体タンク
３１ 床暖房循環ポンプ
４０ ヒートポンプ冷媒回路
４１ 第１系統冷媒回路
４２ 第２系統冷媒回路
４５ 水回路
５０ 運転制御手段

Claims (7)

1. 圧縮機と蒸発器を有するヒートポンプ給湯機において、
   給水された水と冷媒とを熱交換させる第一の熱交換器と、
   前記圧縮機と前記第一の熱交換器と前記蒸発器とを有する第一の冷媒回路と、
   前記圧縮機と前記蒸発器が接続され、かつ、前記第一の熱交換器と並列に接続される第二の熱交換器を有する第二の冷媒回路と、
   前記第一の熱交換器に接続された給湯水回路と、
   前記第二の熱交換器に接続された風呂追焚き水回路または床暖房熱媒体回路と、
   を備えたことを特徴とするヒートポンプ給湯機。
2. 圧縮機と蒸発器を有するヒートポンプ給湯機において、
   給水部から給水された水と冷媒とを熱交換させる第一の熱交換器と、
   風呂浴槽から送られた水と冷媒とを熱交換させる第二の熱交換器と、
   床暖房パネルから送られた熱媒体と冷媒とを熱交換させる第三の熱交換器と、
   前記圧縮機と前記第一の熱交換器と前記蒸発器とを有する第一の冷媒回路と、
   前記圧縮機と前記蒸発器が接続され、かつ、前記第一の熱交換器と並列に接続される第二の熱交換器と第三の熱交換器とを有する第二の冷媒回路と、
   前記第一の熱交換器に接続された給湯水回路と、
   前記第二の熱交換器に接続された風呂追焚き水回路と、
   前記第三の熱交換器に接続された床暖房熱媒体回路と、
   を有することを特徴とするヒートポンプ給湯機。
3. 圧縮機と蒸発器を有するヒートポンプ給湯機において、
   給水端末から給水される水と冷媒とを熱交換させる第一の熱交換器と、
   風呂浴槽から送られる水と冷媒とを熱交換させる第二の熱交換器と、
   床暖房パネルから送られる熱媒体と冷媒とを熱交換させる第三の熱交換器と、
   前記圧縮機と第一の冷媒分配弁と前記第一の熱交換器と第一の膨張弁と前記蒸発器が順に接続された第一の冷媒回路と、
   前記圧縮機と第二の冷媒分配弁と前記第二の熱交換器と前記第三の熱交換器と第二の膨張弁と前記蒸発器が順に接続された第二の冷媒回路と、
   前記第一の熱交換器に接続され第一の循環ポンプを有する給湯水回路と、
   前記第二の熱交換器に接続され第二の循環ポンプを有する風呂追焚き水回路と、
   前記第三の熱交換器に接続され第三の循環ポンプを有する床暖房熱媒体回路と、
   を備えたことを特徴とするヒートポンプ給湯機。
4. 圧縮機と蒸発器と第一の熱交換器とを有する第一の冷媒回路と、
   前記圧縮機と前記蒸発器が接続され、かつ、前記第一の熱交換器と並列に接続される第二の熱交換器を有する第二の冷媒回路と、
   前記第一の熱交換器に接続される給湯水回路と、
   前記第二の熱交換器の上流部分の熱交換器に接続される風呂追焚き水回路と、
   前記第二の熱交換器の下流部分の熱交換器に接続される床暖房熱媒体回路と、
   を備えることを特徴とするヒートポンプ給湯機。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載のヒートポンプ給湯機において、
   貯湯タンクと給湯混合弁とを有し前記給湯水回路と並列に接続されるタンク給湯回路を備えることを特徴とするヒートポンプ給湯機。
6. 請求項２に記載のヒートポンプ給湯機において、
   第一の冷媒回路と第二の冷媒回路の分岐部に冷媒を分配する弁を有することを特徴とするヒートポンプ給湯機。
7. 請求項１乃至４に記載のヒートポンプ給湯機において、
   前記給湯水回路は給水された水を第一の熱交換器で熱交換して、直接、給湯端末から給湯することを特徴とするヒートポンプ給湯機。

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