JP2009236437A - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】
ヒートポンプ給湯機において、貯湯式の場合、湯切れや貯湯タンクが大きく製品が一体化できず、直接給湯式の場合、タンク容量が小さいため昼間の運転時間が長く電気の夜間割引料金が有効に使えない。
【解決手段】
ヒートポンプ冷媒回路，貯湯回路，給湯回路，運転制御手段を供えたヒートポンプ給湯機において、前記貯湯タンクの容量を約１５０Ｌ〜２５０Ｌとし、前記ヒートポンプ冷媒回路部及び前記貯湯タンク部を一体化して同一箱体に収納し、前記運転制御手段は、夜間強制貯湯運転手段と随時ヒートポンプ運転手段とを有し、貯湯タンクの沸き上げ量及び沸き上げ温度を組み合せた五段階以上のタンク沸き上げレベルを設定し、前記タンク沸き上げレベルに基づいて毎日一回夜間貯湯運転を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、ヒートポンプ給湯機に関する。

従来のヒートポンプ給湯機には、大容量（一例として３７０Ｌ〜５６０Ｌ）の貯湯タンクを使用した貯湯ユニットとヒートポンプユニットを別個に設けた分離形構造で、電力料金の安価な夜間のみヒートポンプ運転を行い、夜中のうちに湯を沸き上げて貯湯タンクに貯蔵しておき、上記貯蔵した湯を日中に使う貯湯式ヒートポンプ給湯機がある。また、主に給湯使用する昼間にヒートポンプ運転を行って加熱した温水を直接給湯することにより、貯湯タンクを大幅に小形化（４５Ｌ〜１００Ｌ）し貯湯ユニットとヒートポンプユニットの一体化を図った直接給湯式ヒートポンプ給湯機がある。

前記貯湯式ヒートポンプ給湯機の例として、特開２００３−１５６２５４号公報（特許文献１）がある。特許文献１は、３７０Ｌの大容量貯湯タンクを有する貯湯式であり、基本的には１日１回夜間にタンク沸き上げを行うものである。

沸き上げ制御としては、１日当りの給湯使用量が２５０Ｌ以上のときは３７０Ｌ全量を沸き上げ、その後、残湯量が１５０Ｌ以下になった時沸き上げを行う。また、２５０Ｌ未満のときは２５０Ｌ沸き上げ、その後、残湯量が７５Ｌ以下になった時沸き上げを行うが、夜間以外の沸き上げは極力行わないで済むよう夜間のタンク沸き上げ量及び沸き上げ温度を制御している。

次に直接給湯式ヒートポンプ給湯機の例として、特開２００３−２７９１３３号公報（特許文献２）がある。特許文献２は、予め貯湯運転を行って６０〜１００Ｌの小形貯湯タンクに高温水（約６０〜９０℃）を貯湯しておき、湯水使用時には、ヒートポンプの加熱温度が適温（約４０℃）に到達しない運転当初は２サイクルヒートポンプの加熱水に前記貯湯タンクからの高温水を混ぜて適温として給湯し、２サイクルヒートポンプ運転による加熱温度が適温に達すると、貯湯タンクからの給湯を止め２サイクルヒートポンプ運転で加熱した適温水（約４０℃）を直接給湯して使用するものである。また、タンク沸き上げ量及び沸き上げ温度は、「節約」や「多め使用」等の使用者のモード設定によって決められていた。なお、一般にヒートポンプ運転の運転効率即ち成績係数（一般にＣＯＰという）は、加熱温度が低いほど圧縮機の回転数が少なくて済み機械的損失も少なくなるため、加熱温度が低いほど成績係数（ＣＯＰ）の向上が図れる。また、貯湯タンクの貯湯量は使用量に応じて少ないほど放熱量が少なくて済み、省電力を図ることができる。

特開２００３−１５６２５４号公報 特開２００３−２７９１３３号公報

前記従来のヒートポンプ給湯機において、貯湯式の場合は、夜間のみ運転するので電気料金が安価で済む利点を有する。しかしながら、３７０Ｌから５６０Ｌもの大形貯湯タンクを有するため貯湯ユニットと別個にヒートポンプユニットが必要で、設置面積や設置強度等の据付上の制約があり、また、多量に給湯使用する場合には湯切れの発生する恐れがあった。

一方、直接給湯式の場合は、貯湯タンクの大幅な小形化により貯湯ユニットとヒートポンプユニットとの一体化が図れ、据付上の制約緩和や、湯切れの恐れがなくなる利点を有する。しかしながら、直接給湯が主体のため、ヒートポンプを２サイクルとしなければならず、コストアップとなり、夜間の安価な電気料金が有効に使用できなかった。

以上のように従来のヒートポンプ給湯機は、貯湯式，直接給湯式とも、それぞれの利点を有する反面、据付上の制約，湯切れ、および電気料金等、それぞれ課題を有していた。

一方、ヒートポンプ給湯機の省電力化を図る場合、ヒートポンプの高効率化と貯湯タンクの保温性能改善とがあるが、ヒートポンプの高効率化は圧縮機の開発等、長期信頼性の確認が必要であり検討期間に対し十分な効果を得ることが難しい。

従って、貯湯タンクの保温性能改善がより重要課題とされてきているが、従来のヒートポンプ給湯機においては、タンク沸き上げ量と沸き上げ温度を別個に決めており、かつ使用モードにより２段階程度の大まかな区分でしか行われていなかったため、家族構成人員や給湯使用量の日々変化等、多様性に対応したきめ細かな省電力制御としては十分とは言えなかった。

また、ヒートポンプ給湯機は加熱温度が適温に達するまでに数分間の立ち上がり時間を必要とするため、特に直接給湯式においてはヒートポンプ運転回数を最小限にすることが重要であるが、従来のヒートポンプ給湯機においては、この点についても最適な運転制御とはなっていなかった。

上記従来の課題を解決する為に、本発明の目的は、貯湯タンクの貯湯温度および貯湯量の最適化を図ることで、湯切れを防止し、省エネの向上したヒートポンプ給湯機を得ることである。

上記目的を達成する為に、本発明のヒートポンプ給湯機は、圧縮機と、水と冷媒との熱交換を行う水冷媒熱交換器と、該水冷媒熱交換器からの冷媒を減圧する減圧装置と、空気と冷媒との熱交換を行う空気冷媒熱交換器とを接続したヒートポンプ冷媒回路と、前記水冷媒熱交換器と、該水冷媒熱交換器で熱交換した水を貯める貯湯タンクと、該貯湯タンクの水を循環させる循環ポンプとを有する貯湯回路と、前記貯湯タンク内の貯湯水を給湯端末から給湯するタンク給湯回路と、給水された水を前記水冷媒熱交換器で熱交換して給湯端末から給湯する直接給湯回路と、前記循環ポンプを制御する制御手段とを備えたヒートポンプ給湯機において、前記貯湯タンクの容量を１５０Ｌ以上２５０Ｌ以下とし、前記圧縮機，前記水冷媒熱交換器，前記減圧装置，前記空気冷媒熱交換器及び前記貯湯タンクを同一箱体に収納し、前記貯湯タンクの貯湯量及び給湯時間帯に基づいて前記タンク給湯回路または前記直接給湯回路から給湯し、前記貯湯タンクの貯湯量及び貯湯温度に基づいて前記貯湯タンクの貯湯水の沸き上げ量及び沸き上げ温度を設定し、前記貯湯タンクに貯湯することを特徴とする。

また、圧縮機と、水と冷媒との熱交換を行う水冷媒熱交換器と、該水冷媒熱交換器からの冷媒を減圧する減圧装置と、空気と冷媒との熱交換を行う空気冷媒熱交換器とを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と、該水冷媒熱交換器で熱交換した水を貯める貯湯タンクと、該貯湯タンクの水を循環させる循環ポンプとを有する貯湯回路と、前記貯湯タンク内の貯湯水を給湯端末から給湯するタンク給湯回路と、給水された水を前記水冷媒熱交換器で熱交換して給湯端末から給湯する直接給湯回路と、前記循環ポンプを制御する制御手段とを備えたヒートポンプ給湯機において、前記貯湯タンクの容量を１５０Ｌ以上２５０Ｌ以下とし、前記圧縮機，前記水冷媒熱交換器，前記減圧装置，前記空気冷媒熱交換器及び前記貯湯タンクを同一箱体に収納し、前記制御手段は、夜間貯湯運転手段と随時ヒートポンプ運転手段とを有し、前記貯湯タンクの貯湯量及び給湯時間帯に基づいて前記タンク給湯回路または前記直接給湯回路から給湯し、前記貯湯タンクの貯湯量及び貯湯温度に基づいて前記貯湯タンクの貯湯水の沸き上げ量及び沸き上げ温度を設定し、夜間に貯湯運転を行うことを特徴とする。

また、昼間のヒートポンプ運転時間は、夜間のヒートポンプ運転時間に対し１０％〜３０％とすることを特徴とする。

また、前記夜間貯湯運転手段は、同一の前記沸き上げ量及び前記沸き上げ温度が少なくとも３回続いた場合、前記貯湯タンクの貯湯量及び貯湯温度に基づいて前記沸き上げ量及び前記沸き上げ温度を変更することを特徴とする。

また、前記随時ヒートポンプ運転手段は、前記貯湯タンクの貯湯量及び給湯時間帯に基づいて随時貯湯運転または直接給湯運転を行うことを特徴とする。

本発明によれば、貯湯タンクの貯湯温度および貯湯量の最適化を図ることで、湯切れを防止し、省エネの向上したヒートポンプ給湯機を得ることができる。

以下、本発明のヒートポンプ給湯機の実施例を図面を用いて説明する。

以下、本発明の一実施例を図１〜図４によって説明する。

図１は本発明を直接給湯式ヒートポンプ給湯機に適用した場合の部品構成の一例を示す。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、及び運転制御手段５０を備えて構成されている。

ヒートポンプ冷媒回路３０は圧縮機１，水と冷媒との熱交換を行う水冷媒熱交換器２に配置された冷媒側伝熱管２ａ，水冷媒熱交換器からの冷媒を減圧する減圧装置３，空気と冷媒との熱交換を行う空気冷媒熱交換器４を、それぞれ冷媒配管を介して順次接続して構成されており、その中に冷媒が封入されている。

圧縮機１は容量制御が可能で、多量の給湯を行う場合には大きな容量で運転される。ここで、圧縮機１はＰＷＭ制御，電圧制御（例えばＰＡＭ制御）及びこれらの組み合わせ制御により、低速（例えば７００回転／分）から高速（例えば７０００回転／分）まで回転数制御ができ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及び給水側伝熱管２ｂを備えており、冷媒側伝熱管２ａと給水側伝熱管２ｂとの間で熱交換を行うように構成されている。

減圧装置３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冷媒熱交換器４へ送ると共に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空気冷媒熱交換器４に多量に送って霜を溶かす除霜装置の役目も行う。

空気冷媒熱交換器４は送風ファン（図示せず）の回転により外気を取り入れ空気と冷媒との熱交換を行い、外気から熱を吸収する役目を行う。

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

水冷媒熱交換器で熱交換した水を貯める貯湯タンク９は、容量を１５０Ｌ〜２５０Ｌとし従来の貯湯タンク（３７０Ｌ〜５６０Ｌ）に比べ大幅に小型化することによりヒートポンプ冷媒回路３０との一体化を図る。

次に、タンク容量の選定根拠について説明する。一般的に３〜４人家族における適温水（約４０℃）の使用量は、風呂湯張り１８０Ｌを含めて１日当り約４００Ｌ〜４５０Ｌといわれている。もっとも給湯使用熱量の多い冬場において、夜間貯湯量，随時貯湯量及び直接給湯量の合計で４０℃４００Ｌを目安として選定する。なお、随時貯湯運転及び直接給湯運転が多い場合、夜間に比べて割高な昼間の電気料金を多く使うことになるため、夜間の電気使用量に対し昼間、即ち随時貯湯運転及び直接給湯運転による電気使用量を２０％以下に抑える。水の加熱熱量は電気量にほぼ比例するものとして、タンク容量（Ｌ）×９０℃×１.２倍に冬期の水（約９℃）を加えて４０℃の適温水として使用した場合、４０℃×４５０Ｌとなるようタンク容量を求めると、タンク容量は１５３Ｌとなるが、家族構成人員の少数化を考慮して最小値を１５０Ｌとする。

また、タンク容量の上限は、軽量化の観点から選定する。従来貯湯式ヒートポンプ給湯機の質量はもっとも軽量化されたものにあっても、貯湯ユニットとヒートポンプユニットの合計が１２０kg以上あり、機体内が満水となる使用状態にあっては約５００kgにも達していた。そこで、貯湯ユニットとヒートポンプユニットの一体化及びタンクの小型化により製品合計を１００kg以下とし、タンク容量を２５０Ｌとする。これにより、機体内が満水となる使用状態にあっても全体質量は約３５０kgとなり、従来よりも３０％低減できる。

即ち、タンク容量を１５０Ｌ〜２５０Ｌとすることによって、タンク容量は従来比６０％〜３０％低減、使用時重量は３０％低減となり、一般的実使用上支障なく製品の一体化による小型軽量化を図ることができる。

なお、昼間の電気使用量を夜間の電気使用量に対し２０％以下としたが、昼間の電気使用量の制御手段としてはこれに限らず、昼間の電気使用量を全日の電気使用量に対し２０％以下としても良く、更に比率２０％は電気代と給湯量のどちらを優先するかによって約１０％〜３０％間で選定してもよい。なお、１０％以下では昼間運転の効果が少なく、３０％以上では昼間運転による電気代のアップが大きくなるため、約１０％〜３０％間が適切な範囲である。

貯湯回路はタンク沸き上げ運転によって貯湯タンク９下部の低温水を循環させ高温水として貯湯タンク上部から貯めるための水回路で、貯湯タンク９，タンク循環ポンプ１０，水熱交流量センサ１１，給水側伝熱管２ｂ，給湯混合弁１２，貯湯タンク９が水配管を介して順次接続され構成されている。

次に、直接給湯回路は、給水金具５，減圧弁６，給水水量センサ７，給水逆止弁８，水熱交流量センサ１１，給水側伝熱管２ｂ，給湯混合弁１２，湯水混合弁１４，流量調整弁１５，台所出湯金具１６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５は水道などの給水源に接続され、台所出湯金具１６は台所蛇口１７などに接続されている。

次に、タンク給湯回路は、給水金具５，減圧弁６，給水水量センサ７，給水逆止弁８，貯湯タンク９，給湯混合弁１２，湯水混合弁１４，流量調整弁１５，台所出湯金具１６が水配管を介して順次接続され構成されている。

次に、風呂湯張り回路は、給水金具５，減圧弁６，給水水量センサ７，給水逆止弁８，水熱交流量センサ１１，給水側伝熱管２ｂ，給湯混合弁１２，湯水混合弁１４，流量調整弁１５，風呂注湯弁１８，フロースイッチ１９，風呂循環ポンプ２０，水位センサ２１，風呂入出湯金具２２，風呂循環アダプター２３，浴槽２４が水配管を介して順次接続され構成されている。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９内の湯量が最低必要量以下にならない範囲において貯湯タンク９から浴槽２４へのタンク給湯も行う。

次に、風呂追焚回路は、浴槽２４，風呂循環アダプター２３，風呂入出湯金具２２，水位センサ２１，風呂循環ポンプ２０，フロースイッチ１９，風呂用熱交換器２６の風呂水伝熱管２６ｂ，風呂出湯金具２５，風呂循環アダプター２３，浴槽２４が水配管を介して順次接続され構成されている。なお、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タンク循環ポンプ１０を運転し、かつ温水開閉弁２８を開放して水冷媒熱交換器２で加熱された温水を風呂用熱交換器２６に設けられた温水伝熱管２６ａに循環させ、温水伝熱管２６ａと風呂水伝熱管２６ｂとの間で熱交換し、風呂循環水を加熱するものである。

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１の回転数制御を行うと共に、減圧装置３の冷媒絞り量調整，タンク循環ポンプ１０，風呂循環ポンプ２０の運転・停止及び給湯混合弁１２，湯水混合弁１４，流量調整弁１５，風呂注湯弁１８，温水開閉弁２８を制御することにより、貯湯運転，直接給湯運転，タンク給湯運転，風呂湯張り運転，風呂追焚運転を行うものである。

また、運転制御手段５０は、圧縮機１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運転等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。

また、運転制御手段５０は、夜間貯湯運転手段と随時ヒートポンプ運転手段とを有し、貯湯タンクの沸き上げ量及び沸き上げ温度を組み合せた五段階以上のタンク沸き上げレベルを設定し、前記タンク沸き上げレベルに基づいて一日一回、夜間貯湯運転を行う。

更に、ヒートポンプ給湯機には、貯湯タンク９の貯湯温度や貯湯量を検知するためのタンクサーミスタ９ａ〜９ｅの他に、各部の温度を検知するサーミスタ（図示せず）や圧縮機１の吐出圧力を検知する圧力センサ（図示せず）、浴槽２４内の水位を検出する水位センサ２１等が設けられ、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部品を制御するものである。なお、給湯混合弁１２は、給湯運転開始当初においては水冷媒熱交換器２側と湯水混合弁１４側間及び貯湯タンク９側と湯水混合弁１４側間が共に開となって、水冷媒熱交換器２及び貯湯タンク９の両方から給湯し、ヒートポンプによる水冷媒熱交換器２での加熱温度が給湯温度（約４０℃）に達すると、貯湯タンク９側と湯水混合弁１４側間を閉じて、水冷媒熱交換器２からのみ給湯する。

また、温水開閉弁２８は、水冷媒熱交換器２と風呂用熱交換器２６の間に設けられ、風呂追焚き時は開いて風呂追焚運転を行い、それ以外の時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２６への熱の漏洩を防ぐためのものであり、給水逆止弁８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、本実施例のヒートポンプ給湯機の運転動作について、図１のヒートポンプ冷媒回路３０及び給湯回路４０を参照にしながら図２のフローチャート、図３のタイムテーブル及び図４のタンク沸き上げレベルの実施例に基づいて説明する。

図２は、例として中間期（春，秋）に台所蛇口１７等を開けて湯水を使用した場合の給湯運転及びその後の運転制御を示すフローチャートの一実施例である。

台所蛇口１７を開けて湯水使用が始まる（ステップ６１）と、運転制御手段５０はタンク給湯回路によるタンク給湯を開始し、貯湯タンク９内の高温水（約６５℃）に給水（約１７℃）を湯水混合弁１４で混合して適温水（約４０℃）として台所蛇口１７等より給湯する（ステップ６２）。

同時にタンクサーミスタ９ａ〜９ｅで温度検知してタンク残湯量を測定し（ステップ６３）、図３のタイムテーブルの判定を行い（ステップ６４）、タイムテーブルによって予め時間帯毎に決められた随時ヒートポンプ運転手段の運転条件を決める。

ここで、タイムテーブルの一例を図３によって説明する。先ず、要素としては、タンク残湯量，使用モード，時間帯の３項目とする。

タンク全容量が２００Ｌの場合とし、残湯量は１００Ｌ以上，５０〜１００Ｌ，５０Ｌ以下の３段階に分け、使用モードは風呂湯張りとそれ以外に分け、時間帯は７時〜１３時，１３時〜２１時，２１時以降の３段階に分ける。ここで、風呂湯張りとその他で分けるのは、給湯行為の中で洗面，食器洗いなど（約５分以内）に比べ、風呂湯張り（約３０分）が極端に多量の湯を使用するためである。

ケース６の場合は、残湯量が１００Ｌ以上あるので、ヒートポンプは運転せずタンク給湯のみで対応するが、ケース５の場合は、残湯量１００Ｌ以上であるが、風呂湯張り中であり、１３時前であれば夜に再度湯張りする可能性が高いので直接給湯して残湯量を確保しておく。また、ケース２，ケース４においては、風呂湯張り以外の使用中に残湯量が少なくなった場合で、この場合は、時間帯に応じて湯水使用終了後に貯湯運転を行う。風呂湯張り以外の場合に直接給湯とせず貯湯運転とするのは、洗面、食器洗い等の場合は極めて短時間（１分程度）使用の場合が多く、ヒートポンプ運転による直接給湯には適温に達するまでに１分前後の立ち上がり時間が必要であるため、この場合は貯湯運転（１００Ｌとして約２０分）の方が直接給湯運転よりも運転効率が良いからである。なお、図３はタイムテーブルの説明のための一例であり、区分方法及び運転条件はこれに限らない。

図２に戻り、タイムテーブルの判定（ステップ６４）に従って、随時貯湯運転（ステップ６５），直接給湯運転（ステップ６６），ヒートポンプ運転せず（ステップ６７）、のいずれかの運転制御を行うが、直接給湯運転（ステップ６６）の場合はタンク給湯と平行して行い、随時貯湯運転（ステップ６５）の場合は湯水使用が終了し（ステップ６８）、タンク給湯が停止（ステップ６９）してから行われる。

また、前記（ステップ６２）から（ステップ６７）の制御は随時ヒートポンプ運転手段により電子回路上で行われるので、直接給湯の場合はタンク給湯とほぼ同時にヒートポンプ運転が開始される。

次に、タンク給湯運転と平行して直接給湯運転が行われる場合について説明する。運転制御手段５０は給水金具５，減圧弁６，給水水量センサ７，給水逆止弁８，貯湯タンク９，給湯混合弁１２，湯水混合弁１４，流量調整弁１５，台所出湯金具１６，台所蛇口１７のタンク給湯回路によりタンク給湯運転を開始する（ステップ６２）。同時に圧縮機１を運転してヒートポンプの冷媒回路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８，水熱交流量センサ１１，給水側伝熱管２ｂ，給湯混合弁１２，湯水混合弁１４，流量調整弁１５，台所出湯金具１６，台所蛇口１７の直接給湯回路により直接給湯運転を開始する（ステップ６６）。

ここで、ヒートポンプ冷媒回路３０は、圧縮機１で圧縮された高温高圧冷媒を水冷媒熱交換器２の冷媒側伝熱管２ａへ送り込み、給水側伝熱管２ｂ内を流れる水は加熱されて給湯混合弁１２側へ流出するが、運転直後の立ち上がり時は水冷媒熱交換器２へ送り込まれてくる冷媒が十分に高温高圧となりきらず温度が低く、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十分ではない。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。

ヒートポンプ運転の加熱能力が適温状態に達するまでには約１分前後かかるため、運転制御手段５０は、給湯混合弁１２後の混合湯温が適温より低い場合はタンク給湯量を増やし、適温より高い場合はタンク給湯量を減らすように給湯混合弁１２を作動させて流量比率を調整して適温とする。更に、湯水混合弁１４からの給水量を調整することによっても使用端末への給湯温度の調整を行うことができる。

以上のような湯水使用と随時ヒートポンプ運転手段とが繰り返し行われ、１日の給湯使用が終了する（ステップ７０）と、タンクの残湯量測定を行い（ステップ７１）、夜間強制貯湯運転手段における沸き上げレベルの判定（ステップ７２）が行われる。

次に図４によって、タンク容量２００Ｌの場合の夜間強制貯湯運転時における、タンク沸き上げレベル毎のタンク沸き上げ運転条件設定の一例を説明する。タンク沸き上げレベルの決定条件としては、残湯温度と残湯量との組み合わせによりレベル１からレベル９までに分け、右欄に示すようなタンク沸き上げ運転条件を決める。残湯温度は前日の沸き上げ温度を推定するものであり、この例は沸き上げ温度が６５℃，７５℃，９０℃の３種類の場合で、残湯温度がどの温度に最も近いかによって判別する。

残湯量は、１５０Ｌ以上，５０〜１５０Ｌ，５０Ｌ未満に分け、一日の使用量を推定するものである。例えば、レベル１，レベル４，レベル７のように残湯量が１５０Ｌ以上の場合は湯の使用量が５０Ｌ未満であり、残湯温度に関係なく沸き上げ不要とし、レベル３，レベル６，レベル９のように残湯量が５０Ｌ未満の場合は湯の使用量が１００Ｌ以上であり、残湯温度に関係なく２００Ｌ全量を沸き上げる。

また、１５０Ｌ以上または５０Ｌ未満の状態が連続３日間続いた場合は、外気温度等に関係なく、沸き上げ温度の変更を行う。例えば、レベル４が連続３日続いた場合はレベル２に変更する。同様に、レベル７が連続３日続いた場合はレベル５に変更する。ここで、レベル４からレベル３とせずにレベル２とするのは、レベル４の使用熱量７５℃×５０Ｌ＝３７５０kcalに対し、レベル２の貯湯熱量は６５℃×１５０Ｌ＝９７５０kcalと十分余裕が取れることによる。また、レベル３が連続３日続いた場合はレベル５に変更し、レベル６が連続３日続いた場合はレベル８に変更する。

また、タンク沸き上げ開始時刻は、遅らせるほど貯湯後のタンク放熱量を少なくして効率向上を図ることができるが、沸き上げ温度及び沸き上げ量によって決まる、沸き上げ必要時間を考慮する必要がある。なお、図４のタンク沸き上げレベル決定条件は、日毎に湯水の使用量変化が多きいことを考慮した一例であり、レベル決定条件，沸き上げ運転条件共にこの方法に限らない。

図２に戻って、タンク沸き上げレベルが判定され（ステップ７２）、タンク沸き上げ運転条件による沸き上げ開始時刻に達すると、ヒートポンプ運転が開始されて夜間貯湯運転が開始される（ステップ７３）。次に沸き上げ完了の判定が行われ（ステップ７４）、タンク沸き上げ運転条件による沸き上げ温度，沸き上げ量に達すると沸き上げ完了と判定され、タンク沸き上げが終了しヒートポンプ運転を停止する（ステップ７５）。

このように、本実施例は、貯湯タンクを小形化してヒートポンプ冷媒回路と貯湯タンクを一体化したヒートポンプ給湯機において、特に日中のヒートポンプ運転時間を夜間または１日のヒートポンプ運転時間に対し所定比率に抑える制御手段に関するものである。ヒートポンプ冷媒回路を用いて、貯湯タンクの容量を従来の直接給湯式（６０〜１００Ｌ）よりも大きく、かつ、貯湯式（３７０Ｌ〜５６０Ｌ）よりも小さい約１５０Ｌ〜２５０Ｌとして、貯湯ユニットとヒートポンプユニットとの一体化を図ることにより据付上の制約を緩和し、運転制御手段は、夜間貯湯運転手段と共に随時ヒートポンプ運転手段を設けて湯切れを解消し、昼間のヒートポンプ運転時間を夜間のヒートポンプ運転時間に対し１０％〜３０％間の所定比率以下に抑えることにより電気料金の低減を図るものである。

また、本実施例によれば、貯湯タンクの沸き上げ量及び沸き上げ温度を組み合わせた５段階以上のタンク沸き上げレベルを設定し、前記タンク沸き上げレベルに基づいた夜間貯湯運転手段を行うことにより貯湯温度及び貯湯量の最適化を図ることができる。また、夜間貯湯運転の最適化を図ると共に、貯湯タンク容量や夜間割引の電気料金体系に対応して、昼間のヒートポンプ運転比率を設定することにより、省エネと同時に電気料金の節約を図ることができる。

実施例１で説明した直接給湯式ヒートポンプ給湯機に限らず、貯湯式ヒートポンプ給湯機に対しても適用できる。以下、本発明を貯湯式ヒートポンプ給湯機に適用した場合の実施例について図５によって説明する。

図５は本発明を貯湯式ヒートポンプ給湯機に適用した場合の部品構成の一例を示す。ヒートポンプ給湯機がヒートポンプ冷媒回路３０，給湯回路４０及び運転制御手段５０から構成されることは直接給湯式と同じであり、相違点は、給湯回路４０がタンク貯湯，タンク給湯，風呂湯張り，風呂追焚回路で構成され、直接給湯回路を有しない点である。

ヒートポンプ給湯機の部品構成は大半が類似しているため、各符号は実施例１の図１と同一であり、相違点のみについて説明する。

ヒートポンプ冷媒回路３０は、加熱能力の差で圧縮機１の容量や水冷媒熱交換器２の構造などの相違はあるが、回路としては実施例１の図１と同一であり説明を省略する。

給湯回路４０は、実施例１の図１の給湯混合弁１２がなく、代わりにタンク貯湯弁１３ａ及びタンク給湯弁１３ｂがある。

タンク貯湯時は、ヒートポンプ運転と同時にタンク貯湯弁１３ａを開、タンク給湯弁１３ｂを閉とし、貯湯タンク９，タンク循環ポンプ２７，水熱交流量センサ１１，水冷媒熱交換器２，タンク貯湯弁１３ａ，貯湯タンク９の水循環回路で貯湯タンク９内の下側の冷水を水冷媒熱交換器２で加熱して貯湯タンク９の上側から貯湯する。

タンク給湯時は、ヒートポンプ運転は行わず、タンク貯湯弁１３ａを閉、タンク給湯弁１３ｂを開とし、給水金具５，減圧弁６，給水水量センサ７，貯湯タンク９，タンク給湯弁１３ｂ，湯水混合弁１４，流量調整弁１５，台所出湯金具１６，台所蛇口１７の水循環回路で貯湯タンク９内の上側から給湯する。なお、タンク貯湯弁１３ａとタンク給湯弁１３ｂとは、同時に開とならないものであれば、実施例１の図１にて説明した給湯混合弁１２のように一体化したものであっても良い。

風呂湯張りは台所蛇口１７使用時と同様にヒートポンプは運転せず、タンク給湯のみで行い、貯湯タンク９に貯湯してある高温水に湯水混合弁１４から給水を混合し、適温水として浴槽２４に給湯する。風呂追い焚きは、実施例１と同一であり、説明を省略する。

また、実施例１と同様に、構造としては貯湯タンク９の容量を１５０Ｌ〜２５０Ｌとしてヒートポンプ冷媒回路部と貯湯タンク部を一体化し、小型軽量化を図ると共に、運転制御手段は、昼間のヒートポンプ運転時間を夜間または前日の１０％〜３０％に抑えて、電気代の節約を図るものである。

次に、本実施例の貯湯式ヒートポンプ給湯機の運転動作について図６のフローチャートによって説明する。

湯水使用及びその後の運転制御において実施例１との相違点は、タイムテーブル判定（ステップ６４）後の運転条件が随時貯湯運転（ステップ６５）とヒートポンプ運転不要（ステップ６６）のみで、直接給湯運転がない点である。即ち、貯湯式ヒートポンプ給湯機の場合は、直接給湯を行わないため、タイムテーブルは、図７のごとく、直接給湯がなく、随時貯湯運転または運転せず、のいずれかとし、かつ、随時貯湯運転の貯湯量を時間帯によって変えることにより、より適切な効率運転を行うことができる。なお、夜間強制貯湯運転については、実施例１で説明した直接給湯式ヒートポンプ給湯機と同様にして、図４のレベル決定条件及びタンク沸き上げ運転条件を適用する。

以上、説明したように貯湯式ヒートポンプ給湯機においても、直接給湯式ヒートポンプ給湯機の場合と同様に、タンク沸き上げレベルを設定して適切な夜間強制貯湯運転を行い、タイムテーブルによって適切な随時貯湯運転を行うことができ、より有効なヒートポンプ運転，貯湯温度及び貯湯量の最適化により、日中の湯切れ防止効果や貯湯タンクからの放熱量の抑制効果などの省エネ効果を得ることができる。

また、本実施例によれば、貯湯式ヒートポンプ給湯機において直接給湯式と同様に、設置上の制約緩和，省エネ，湯切れ解消，貯湯温度及び貯湯量の最適化，電気料金の節約などの効果を得ることができる。

本発明の直接給湯式ヒートポンプ給湯機のヒートポンプ冷媒回路，給湯回路，運転制御手段、及び部品構成の一実施例を示す模式図である。 本発明の直接給湯式ヒートポンプ給湯機の湯水使用時の給湯運転及びその後の運転制御の一実施例を示すフローチャートである。 本発明の直接給湯式ヒートポンプ給湯機の時間帯による昼間運転制御の選択を行うタイムテーブルの一例を示す。 本発明の直接給湯式ヒートポンプ給湯機の夜間強制貯湯運転時のタンク沸き上げ条件を決定するタンク沸き上げレベル設定表の一例を示す。 本発明の貯湯式ヒートポンプ給湯機のヒートポンプ冷媒回路，給湯回路，運転制御手段、及び部品構成の一実施例を示す模式図である。 本発明の貯湯式ヒートポンプ給湯機の湯水使用時の給湯運転及びその後の運転制御の一実施例を示すフローチャートである。 本発明の貯湯式ヒートポンプ給湯機の時間帯による昼間運転制御の選択を行うタイムテーブルの一例を示す。

符号の説明

１ 圧縮機
２ 水冷媒熱交換器
３ 減圧装置
４ 空気冷媒熱交換器
５ 給水金具
６ 減圧弁
７ 給水水量センサ
９ 貯湯タンク
１０ タンク循環ポンプ
１２ 給湯混合弁
１３ａ タンク貯湯弁
１３ｂ タンク給湯弁
１４ 湯水混合弁
１５ 流量調整弁
１６ 台所出湯金具
１７ 台所蛇口
２０ 風呂循環ポンプ
２４ 浴槽
２６ 風呂用熱交換器
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 (5)

1. 圧縮機と、水と冷媒との熱交換を行う水冷媒熱交換器と、該水冷媒熱交換器からの冷媒を減圧する減圧装置と、空気と冷媒との熱交換を行う空気冷媒熱交換器とを接続したヒートポンプ冷媒回路と、
   前記水冷媒熱交換器と、該水冷媒熱交換器で熱交換した水を貯める貯湯タンクと、該貯湯タンクの水を循環させる循環ポンプとを有する貯湯回路と、
   前記貯湯タンク内の貯湯水を給湯端末から給湯するタンク給湯回路と、
   給水された水を前記水冷媒熱交換器で熱交換して給湯端末から給湯する直接給湯回路と、
   前記循環ポンプを制御する制御手段とを備えたヒートポンプ給湯機において、
   前記貯湯タンクの容量を１５０Ｌ以上２５０Ｌ以下とし、前記圧縮機，前記水冷媒熱交換器，前記減圧装置，前記空気冷媒熱交換器及び前記貯湯タンクを同一箱体に収納し、
   前記貯湯タンクの貯湯量及び給湯時間帯に基づいて前記タンク給湯回路または前記直接給湯回路から給湯し、
   前記貯湯タンクの貯湯量及び貯湯温度に基づいて前記貯湯タンクの貯湯水の沸き上げ量及び沸き上げ温度を設定し、前記貯湯タンクに貯湯することを特徴とするヒートポンプ給湯機。
2. 圧縮機と、水と冷媒との熱交換を行う水冷媒熱交換器と、該水冷媒熱交換器からの冷媒を減圧する減圧装置と、空気と冷媒との熱交換を行う空気冷媒熱交換器とを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と、該水冷媒熱交換器で熱交換した水を貯める貯湯タンクと、該貯湯タンクの水を循環させる循環ポンプとを有する貯湯回路と、
   前記貯湯タンク内の貯湯水を給湯端末から給湯するタンク給湯回路と、
   給水された水を前記水冷媒熱交換器で熱交換して給湯端末から給湯する直接給湯回路と、
   前記循環ポンプを制御する制御手段とを備えたヒートポンプ給湯機において、
   前記貯湯タンクの容量を１５０Ｌ以上２５０Ｌ以下とし、前記圧縮機，前記水冷媒熱交換器，前記減圧装置，前記空気冷媒熱交換器及び前記貯湯タンクを同一箱体に収納し、
   前記制御手段は、夜間貯湯運転手段と随時ヒートポンプ運転手段とを有し、前記貯湯タンクの貯湯量及び給湯時間帯に基づいて前記タンク給湯回路または前記直接給湯回路から給湯し、
   前記貯湯タンクの貯湯量及び貯湯温度に基づいて前記貯湯タンクの貯湯水の沸き上げ量及び沸き上げ温度を設定し、夜間に貯湯運転を行うことを特徴とするヒートポンプ給湯機。
3. 請求項１または２において、昼間のヒートポンプ運転時間は、夜間のヒートポンプ運転時間に対し１０％〜３０％とすることを特徴とするヒートポンプ給湯機。
4. 請求項２において、前記夜間貯湯運転手段は、同一の前記沸き上げ量及び前記沸き上げ温度が少なくとも３回続いた場合、前記貯湯タンクの貯湯量及び貯湯温度に基づいて前記沸き上げ量及び前記沸き上げ温度を変更することを特徴とするヒートポンプ給湯機。
5. 請求項２において、前記随時ヒートポンプ運転手段は、前記貯湯タンクの貯湯量及び給湯時間帯に基づいて随時貯湯運転または直接給湯運転を行うことを特徴とするヒートポンプ給湯機。

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