JP2010144954A - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】貯湯タンクが小さくても簡単な制御の下に高い給湯能力を確保することができると共に製造コストを抑え易いヒートポンプ給湯機を得ること。
【解決手段】給水管路４０から供給される水を貯湯タンク３０に貯留し、該水を貯湯タンクから第１の熱交換器３ａに通水して湯に沸き上げた後に貯湯タンクに戻して貯留するヒートポンプ給湯機１３０を構成するにあたり、貯湯タンクから通水される湯と給水管路から通水される水とを混合する混合弁７０と、混合弁から通水される湯水を加熱する第２の熱交換器３ｂと、第２の熱交換器で加熱された湯を給湯機先（給湯栓１５０）に供給する給湯用配管（第２給湯管部８０ｂ）と、給湯用配管内の湯水の温度を検知する温度センサ８５と、給湯先への給湯時に第２の熱交換器を動作させると共に、上記の温度センサの検知結果を用いて混合弁での湯水の混合比を制御して、給湯先への給湯温度を調整する給湯温度制御部とを設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ヒートポンプユニットを熱源機として用いて沸き上げた湯を貯湯タンクに貯留し、ここから所望の給湯先に湯を供給するヒートポンプ給湯機に関するものである。

熱源機で沸き上げた湯を貯湯タンクに貯留し、ここから所望の給湯先に湯を供給する給湯機では、近年、ヒーターを熱源機として用いるものに代わって、ヒーターよりも効率がよいヒートポンプユニットを熱源機として用いるものが主流になりつつあり、狭小な場所にも設置できるように貯湯タンクを小さくしたタイプのヒートポンプ給湯機も販売されるようになってきている。ただし、貯湯タンクを小さくすると、該貯湯タンクに貯留することができる湯の量が必然的に少なくなるので、給湯時に湯が不足してしまう「湯切れ」の危険性も高くなる。

上記の「湯切れ」を防止するために、例えば特許文献１に記載されたヒートポンプ給湯機では、貯湯タンク内の湯を給湯先に供給する給湯管路中の温水混合弁に、ヒートポンプユニットで沸き上げた湯を状況に応じて直接流せるようにしている。具体的には、ヒートポンプユニットで沸き上げた湯を貯湯タンクに供給する第１の配管、貯湯タンク内の湯を上記の温水混合弁に供給する第２の配管、および市水等の水を上記の温水混合弁に供給する第３の配管の各々に電動切換弁を設けると共に、第１の配管に設けた電動切換弁と第２および第３の配管の各々に設けた電動切換弁とを配管で接続し、各電動切換弁により流路を適宜切り換えることで、第１の配管を流れる湯を上記の温水混合弁に直接流せるようにしている。

特開２００１−２８０６９５号公報

特許文献１に記載されたヒートポンプ給湯機では、「湯切れ」を防止するために３つの電動切換弁を用いるので部品点数が多くなり、製造コストを抑え難い。また多くの電動弁を状況に応じて制御するため、制御方法も複雑になってしまう。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、貯湯タンクが小さくても簡単な制御の下に高い給湯能力を確保することができると共に製造コストを抑え易いヒートポンプ給湯機を得ることを目的とする。

本発明のヒートポンプ給湯機は、給水管路から供給される水を貯留する貯湯タンクと、貯湯タンクから通水された水を湯に沸き上げる第１の熱交換器と、第１の熱交換器で沸き上げられた湯を貯湯タンクに供給する貯湯用配管と、貯湯タンクから通水される湯と給水管路から通水される水とを混合する混合弁と、混合弁から通水される湯水を加熱する第２の熱交換器と、第２の熱交換器で加熱された湯を給湯機先に供給する給湯用配管と、給湯用配管内の湯水の温度を検知する温度センサと、給湯先への給湯時に第２の熱交換器を動作させると共に、上記の温度センサの検知結果を用いて混合弁での湯水の混合比を制御して、給湯先への給湯温度を調整する給湯温度制御部とを有する。

本発明のヒートポンプ給湯機は、貯湯タンクから混合弁に通水された湯と給水管路から混合弁に通水された水とを当該混合弁で混合した後に第２の熱交換器に通水し、該第２の熱交換器により加熱してから給湯先に給湯することができるので、貯湯タンク内の湯をそれ程消費することなく、また混合弁以外の電動切換弁を用いることなく、所定温度の湯を給湯先に供給可能である。したがって、本発明によれば、貯湯タンクが小さくても簡単な制御の下に高い給湯能力を確保することができると共に製造コストを抑え易いヒートポンプ給湯機が得られる。

以下、本発明のヒートポンプ給湯機の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は以下に説明する実施の形態に限定されるものではない。

図１は、本発明のヒートポンプ給湯機の一例を示す概略図である。同図に示すヒートポンプ給湯機１３０は、水を湯に沸き上げて所定の給湯先に給湯するものであり、ヒートポンプユニット２０、タンクユニット１１０、およびリモートコントローラ１２０を備えている。以下、ヒートポンプ給湯機１３０の各構成要素について説明する。

上記のヒートポンプユニット２０は、二酸化炭素等の冷媒を圧縮する圧縮機１と、放熱器に相当する熱交換器３と、膨張弁５と、蒸発器７と、これらを環状に接続する循環配管９とを有する冷凍サイクル部１０、および該冷凍サイクル部１０の動作を制御するヒートポンプ側制御装置１５を備え、熱源機として機能する。上記の冷凍サイクル部１０では、二酸化炭素等の冷媒が圧縮機１で圧縮されて高温、高圧となった後に熱交換器３で放熱し、膨張弁５で減圧され、蒸発器７で吸熱してガス状態となって圧縮機１に吸入される。熱交換器３は、後述する沸上げ用循環管路５０が接続される第１の熱交換器３ａと、後述する給湯管路８０が接続される第２の熱交換器３ｂとに区分可能である。なお、ヒートポンプ側制御装置１５は、後述するタンク側制御装置１００により制御される。

一方、タンクユニット１１０は、貯湯タンク３０、給水管路４０、沸上げ用循環管路５０、混合用管路６０、混合弁７０、給湯管路８０、フロースイッチ８３、温度センサ８５、およびタンク側制御装置１００等を有している。

上記の貯湯タンク３０には、給水管路４０から供給される水が貯留されると共に第１の熱交換器３ａで沸き上げられた湯が貯留される。貯湯タンク３０の下部には給水管路４０および沸上げ用循環管路５０の往き管５０ａが接続され、上部には沸上げ用循環管路５０の戻り管５０ｂおよび混合用管路６０が接続される。当該貯湯タンク３０は給水管路４０からの給水により常に満水状態に保たれ、貯湯タンク３０内の湯水には給水管路４０から常時送水圧が付与される。なお、貯湯タンク３０の外表面には、取付け高さが互いに異なる複数の温度センサ（図示せず）が設置されており、個々の温度センサはその検知結果をタンク側制御装置１００に送る。

給水管路４０は、市水等の水を貯湯タンク３０および混合弁７０に供給する管路であり、第１給水管部４０ａおよび第２給水管部４０ｂを有している。第１給水管部４０ａは水源と貯湯タンク３０の下部とを繋ぎ、第２給水管部４０ｂは第１給水管部４０ａから分岐して該第１給水管部４０ａと混合弁７０とを繋ぐ。第１給水管部４０ａからの第２給水管部４０ｂの分岐箇所よりも上流側に減圧弁（図示せず）が設けられて、第１給水管部４０ａおよび第２給水管部４０ｂを流れる水の水圧を所定値に減じている。また、第２給水管部４０ｂには、該第２給水管部４０ｂ内の水の温度を検知する温度センサ（図示せず）が設けられている。給水管路４０での水の流れ方向を図１中に実線の矢印Ａで示してある。

沸上げ用循環管路５０は、貯湯タンク３０の下部から第１の熱交換器３ａを経由して貯湯タンク３０の上部に達する管路であり、往き管５０ａおよび戻り管５０ｂを有している。往き管５０ａは貯湯タンク３０の下部と第１の熱交換器３ａとを繋ぎ、戻り管５０ｂは第１の熱交換器３ａと貯湯タンク３０の上部とを繋ぐ。タンク側制御装置１００により動作制御される循環ポンプ５５が往き管５０ａに設けられている。ヒートポンプユニット２０と循環ポンプ５５とを起動させることにより、貯湯タンク３０の下部の水が往き管５０ａに流入して第１の熱交換器３ａでの熱交換により湯に沸き上げられ、その後に戻り管５０ｂを通って貯湯タンク３０の上部に戻される。戻り管５０ｂは、第１の熱交換器３ａで沸き上げられた湯を貯湯タンク３０に供給する貯湯用配管として機能する。沸上げ用循環管路５０での湯水の流れ方向を図１中に実線の矢印Ｂで示してある。

混合用管路６０は、貯湯タンク３０に貯留された湯を混合弁７０に通水するための管路であり、貯湯タンク３０の上部と混合弁７０とを繋ぐ。混合用管路６０での湯水の流れ方向を図１中に実線の矢印Ｃで示してある。

混合弁７０には、上記の混合用管路６０と第２給水管部４０ｂとが接続されている。当該混合弁７０は、タンク側制御装置１００により動作制御されて、貯湯タンク３０から混合用管路６０を通って通水される湯と第２給水管部４０ｂから通水される水とを所定の割合で混合し、給湯管路８０に流す。

給湯管路８０は、混合弁７０から第２の熱交換器３ｂを経由して給湯先に達する管路であり、第１給湯管部８０ａおよび第２給湯管部８０ｂを有している。第１給湯管部８０ａは混合弁７０と第２の熱交換器３ｂとを繋ぎ、第２給湯管部８０ｂは第２の熱交換器３ｂと給湯先とを繋ぐ。給湯管路８０での第２給湯管部８０ｂが給湯用配管として機能する。なお、上記の給湯先は、台所の給湯栓、浴槽、温水式床暖房装置等、湯を消費する所望の設備であり、図１においては、給湯先の例として１つの給湯栓１５０が示されている。また、図１においては、給湯管路８０での湯水の流れ方向を実線の矢印Ｄで示してある。

フロースイッチ８３は、第２給湯管部８０ｂ（給湯用配管）に設けられて、該第２給湯管部８０ｂでの水流の有無を検知する。また、温度センサ８５は、第２給湯管部８０ｂ（給湯用配管）に設けられて、該第２給湯管部８０ｂ内の湯水の温度を検知する。

タンク側制御装置１００は、ヒートポンプ側制御装置１５、リモートコントローラ１２０、および他の所定の構成部材に有線接続または無線接続される。図示の例では、有線接続されている。このタンク側制御装置１００は、リモートコントローラ１２０からユーザが入力した沸上げ運転開始指令等の指令や、リモートコントローラ１２０からユーザが入力した沸上げ運転開始時刻、沸上げ温度、給湯温度等の運転条件に係る情報や、フロースイッチ８３、温度センサ８５等のセンサの検知結果等に基づいて、所定の構成部材の動作を制御する。具体的には、ヒートポンプ側制御装置１５、循環ポンプ５５、および混合弁７０の動作を制御する。図１においては、タンク側制御装置１００と各構成部材との接続関係を破線の矢印で示してある。

タンクユニット１１０を構成する上述の構成部材のうち、給水管路４０、沸上げ用循環管路５０、および給湯管路８０をそれぞれ除いた残りの構成部材は、図示を省略した外装ケースに納められている。給水管路４０、沸上げ用循環管路５０、および給湯管路８０の各々は、その一部が外装ケースの外部にまで延在している。

リモートコントローラ１２０は、指令や情報等を入力するための複数の入力スイッチを有する操作部（図示せず）、ならびに液晶表示パネル等のフラットディスプレイパネルを用いて構成されて操作部から入力された指令や情報、およびタンク側制御装置１００から受信した運転状況等の情報等を文字、図形、キャラクタ等で視覚表示する表示部（図示せず）を備えている。このリモートコントローラ１２０は、上記の操作部から入力された指令や情報等をタンク側制御装置１００に送り、タンク側制御装置１００から受信した運転状況等の情報を上記の表示部に表示する。リモートコントローラ１２０は、例えば給湯先の近傍に設置される。

上述の各構成部材を備えたヒートポンプ給湯機１３０は、給水管路４０から貯湯タンク３０に給水して該貯湯タンク３０、沸上げ用循環管路５０、混合用管路６０、および給湯管路８０が満水状態にされた後に、使用に供される。

例えばユーザがリモートコントローラ１２０から沸上げ運転開始指令を入力すると、あるいはユーザがリモートコントローラ１２０から入力した沸上げ開始時刻になると、タンク側制御装置１００による制御の下に循環ポンプ５５が起動されると共に、タンク側制御装置１００からヒートポンプ側制御装置１５に指令が送られ、ヒートポンプ側制御装置１５による制御の下に冷凍サイクル部１０が起動されて、沸上げ運転が開始される。

当該沸上げ運転は、貯湯タンク３０に設けられた温度センサ（図示せず）の検知結果から所定温度の湯が貯湯タンク３０に所定量貯留されたとタンク側制御装置１００が判断するまで継続される。この間、貯湯タンク３０の下部から沸上げ用循環管路５０の往き管５０ａに水が流入して第１の熱交換器３ａに通水され、該第１の熱交換器３ａで湯に沸き上げられた後、沸上げ用循環管路５０の戻り管５０ｂ（貯湯用配管）を通って貯湯タンク３０の上部から貯湯タンク３０に戻される。

また、ユーザが給湯栓１５０を開け、フロースイッチ８３が第２給湯管部８０ｂ（給湯用配管）での水流を検知すると、タンク側制御装置１００による制御の下に給湯運転が開始される。当該給湯運転では、タンク側制御装置１００による制御の下に混合弁７０での混合用管路６０側の弁開度および第２給水管部４０ｂ側の弁開度がそれぞれ調整されると共に、タンク側制御装置１００からヒートポンプ側制御装置１５に制御指令が送られて該ヒートポンプ側制御装置１５により冷凍サイクル部１０が起動されて、混合弁７０から第２の熱交換器３ｂに通水された湯水が該第２の熱交換器３ｂにより加熱される。そして、温度センサ８５の検知結果を用いて混合弁７０での弁開度（湯水の混合比）と第２の熱交換器３ｂの沸上げ能力とがフィードバック制御されて、給湯栓１５０への給湯温度が調整される。

上述のようにして沸上げ運転および給湯運転を行うヒートポンプ給湯機１３０は、ヒートポンプ側制御装置１５とタンク側制御装置１００との制御の下での給湯動作に特徴を有しているので、以下、ヒートポンプ側制御装置１５およびタンク側制御装置１００それぞれの構成および制御内容について、図２および図３を参照して詳述する。

図２は、図１に示したヒートポンプ給湯機でのヒートポンプ側制御装置とタンク側制御装置とを概略的に示すブロック図である。同図に示すように、ヒートポンプ側制御装置１５は送受信処理部１１および制御部１３を有しており、タンク側制御装置１００は送受信処理部９１、タイマ９３、制御部９５、および記憶部９７を有している。

ヒートポンプ側制御装置１５における送受信処理部１１は、タンク側制御装置１００からの指令の受信に係る処理、およびタンク側制御装置１００への情報の送信に係る処理を行う。また、制御部１３は、送受信処理部１１がタンク側制御装置１００から受信した指令に応じて冷凍サイクル部１０（図１参照）の動作制御を行う。そのために、制御部１３は、通信制御部１３ａおよびヒートポンプ制御部１３ｂを有している。

上記の通信制御部１３ａは、送受信処理部１１がタンク側制御装置１００から指令を受信したときに該指令をヒートポンプ制御部１３ｂに転送すると共に、送受信処理部１１の動作を制御して所定の応答信号をタンク側制御装置宛に送信させる。また、ヒートポンプ制御部１３ｂは、通信制御部１３ａが転送してきた指令に応じて、冷凍サイクル部１０の動作制御を行う。具体的には、圧縮機１、膨張弁５、および蒸発器７の動作を制御して、第１の熱交換器３ａと第２の熱交換器３ｂ（図１参照）それぞれの起動、停止、および沸上げ能力を制御する。

一方、タンク側制御装置１００における送受信処理部９１は、ヒートポンプ側制御装置１５への指令の送信に係る処理、ヒートポンプ側制御装置１５からの応答信号の受信に係る処理、リモートコントローラ１２０からの指令や情報の受信に係る処理、およびリモートコントローラ１２０への情報（例えばヒートポンプ給湯機１３０の運転状況等）の送信に係る処理を行う。タイマ９３は、制御部９５による制御の下に動作して、制御部９５がヒートポンプ側制御装置１５に冷凍サイクル部１０の動作停止を指示してからの経過時間を計時する。

制御部９５は、リモートコントローラ１２０からの指令や情報、およびフロースイッチ８３や温度センサ８５等のセンサの検知結果に基づいて、ヒートポンプ給湯機１３０（図１参照）での沸上げ運転動作および給湯運転動作を総括的に制御する。また、各センサの検知結果等に基づいてヒートポンプ給湯機１３０の運転状況等に係る情報を纏め、送受信処理部９１の動作を制御して当該情報をリモートコントローラ１２０宛に送信させる。これらの制御を行うために、制御部９５は、通信制御部９５ａ、沸上げ制御部９５ｂ、および給湯温度制御部９５ｃを有している。

上記の通信制御部９５ａは、送受信処理部９１がリモートコントローラ１２０から沸上げ運転開始指令を受信したときに該指令を沸上げ制御部９５ｂに転送する。また、送受信処理部９１がヒートポンプ側制御装置１５やリモートコントローラ１２０から受信した各種の情報を記憶部９７に格納する。さらには、沸上げ制御部９５ｂおよび給湯温度制御部９５ｃの各々から情報収集し、沸上げ運転中、沸上げ運転完了、給湯温度等、ヒートポンプ給湯機１３０の運転状況に係る情報等を送受信処理部９１の動作を制御してリモートコントローラ１２０宛に送信させる。

沸上げ制御部９５ｂは、ユーザがリモートコントローラ１２０から入力して記憶部９７に格納された沸上げ温度および沸上げ湯量に係る情報と、貯湯タンク３０（図１参照）に設けられている温度センサ（図示せず）の検知結果とを用いて、沸上げ運転時にヒートポンプ側制御装置１５に所定の制御指令を送ると共に循環ポンプ５５（図１参照）の動作を制御する。

また、給湯温度制御部９５ｃは、ユーザがリモートコントローラ１２０から入力して記憶部９７に格納された給湯温度に係る情報、フロースイッチ８３の検知結果、および温度センサ８５の検知結果を用いて、給湯運転時にヒートポンプ側制御装置１５に所定の制御指令を送ると共に混合弁７０での弁開度（湯水の混合比）を制御して、給湯栓１５０（図１参照）からの給湯温度を調整する。このとき、温度センサ８５の検知結果を用いて冷凍サイクル部１０の沸上げ能力と混合弁７０での湯水の混合比とがフィードバック制御され、第２の熱交換器３ｂから第２給湯管部８０ｂ（図１参照）を通って給湯栓１５０に供給される湯の温度が上記の給湯温度に調整される。冷凍サイクル部１０の動作は、ヒートポンプ側制御装置１５に所定の制御指令を送ることで間接的に制御する。

第２の熱交換器３ｂの現在の沸上げ能力がどの程度であるのかを給湯温度制御部９５ｃが判断できるように、記憶部９７には、第２の熱交換器３ｂが動作停止してからの経過時間と第２の熱交換器３ｂの沸上げ能力との対応関係を示すデータが、ヒートポンプ給湯機１３０のメーカにより予め格納される。必要に応じて、上記のデータには外気温度と第２の熱交換器３ｂの沸上げ能力との対応関係を含ませることができ、その場合には、外気温度を検知してその結果をタンク側制御装置１００に伝える温度センサが所望箇所に設置される。

なお、図２においては、ヒートポンプ側制御装置１５とタンク側制御装置１００とを繋ぐ信号線を参照符号「ＳＬ₁」で示し、フロースイッチ８３とタンク側制御装置１００とを繋ぐ信号線を参照符号「ＳＬ₂」で示し、温度センサ８５とタンク側制御装置１００とを繋ぐ信号線を参照符号「ＳＬ₃」で示し、リモートコントローラ１２０とタンク側制御装置１００とを繋ぐ信号線を参照符号「ＳＬ₁₀」で示している。

図３は、給湯運転時にヒートポンプ側制御装置とタンク側制御装置とが行う制御の一例を概略的に示すフローチャートである。図示の例は、ヒートポンプユニット２０が停止しているときに給湯運転が開始されたときのものであり、当該給湯運転時には、ヒートポンプ側制御装置１５とタンク側制御装置１００（図２参照）がステップＳ１〜Ｓ１１の処理を行う。なお、給湯運転は、既に説明したように、ユーザが給湯栓１５０を開け、フロースイッチ８３が第２給湯管部８０ｂ（図１参照）での水流を検知すると開始される。

最初に行われるステップＳ１では、フロースイッチ８３から水流の検知信号を受けたタンク側制御装置１００の給湯温度制御部９５ｃ（図２参照）が、ヒートポンプユニット２０の起動をヒートポンプ側制御装置１５に指示する。このとき、給湯温度制御部９５ｃは、記憶部９７（図２参照）に格納されている給湯温度に係る情報もヒートポンプ側制御装置１５に送る。上記の指令と情報とを受け取ったヒートポンプ側制御装置１５は、ヒートポンプ制御部１３ｂによりヒートポンプユニット２０を起動させ、第２の熱交換器３ｂでの沸上げ温度が上記の給湯温度となるように冷凍サイクル部１０（図１参照）の動作制御を開始する。

次いで行われるステップＳ２では、第２の熱交換器３ｂの現在の沸上げ能力のみで給湯先（給湯栓１５０；図１参照）に所定温度の給湯（ユーザがリモートコントローラ１２０（図１参照）から入力した給湯温度での給湯）が可能であるか否かを給湯温度制御部９５ｃが判断する。このとき、給湯温度制御部９５ｃは、タイマ９３（図２参照）からその計時結果を得、該計時結果と記憶部９７（図２参照）に格納されているデータ、すなわち第２の熱交換器３ｂが動作停止してからの経過時間と第２の熱交換器３ｂの沸上げ能力との対応関係を示す前述のデータとを用いて、第２の熱交換器３ｂの現在の沸上げ能力に関する上記の判断を行う。

上記のステップＳ２で、現在の沸上げ能力のみでは給湯先への所定温度の給湯が不能であると判断されたときには後述するステップＳ４に進み、現在の沸上げ能力のみで給湯先への所定温度の給湯が可能であると判断されたときにはステップＳ３に進んで、給湯温度制御部９５ｃが混合弁７０（図１参照）を水側全開にする。

通常、冷凍サイクルでの熱交換器には即応性がなく、冷凍サイクル部を起動させてから熱交換器が加熱可能な状態になるまでにはある程度の時間を要する。このため、給湯運転の開始直後に行われる上記のステップＳ２で肯定判断が下されるときは、前回の給湯運転が終了して間もない状態にあるか、沸上げ運転中であるか、沸上げ運転が終了して間もない状態にあると考えられる。このようなときに混合弁７０から第１給湯管部８０ａ（図１参照）に流入する湯水の温度を高くすると、ユーザが指定した給湯温度よりも高温の湯が給湯栓１５０から出湯してしまう危険性があるので、ステップＳ３では混合弁７０を水側全開にし、給湯栓１５０からの高温の湯の出湯を防止する。

一方、前述したステップＳ２で、現在の沸上げ能力のみでは給湯先への所定温度の給湯が不能であると判断されてステップＳ４に進んだときには、記憶部９７に格納されている給湯温度に係る情報、および貯湯タンク３０と第２給水管部４０ｂ（図１参照）の各々に設けられている温度センサ（いずれも図示せず）の検知結果を用いて、給湯温度制御部９５ｃが混合弁７０の動作を調整する。具体的には、混合弁７０の弁開度を調整することで当該混合弁７０での湯水の混合比を調整して、給湯栓１５０への給湯温度をユーザ指定の給湯温度に調整する。

ステップＳ５では、記憶部９７に格納されている給湯温度に係る情報と温度センサ８５の検知結果とを用いて給湯温度制御部９５ｃが混合弁７０の弁開度を再調整（フィードバック制御）し、第２の熱交換器３ｂから第２給湯管部８０ｂに流入する湯の温度、ひいては給湯栓１５０への給湯温度を再調整する。前述したステップＳ２で否定判断が下された場合には、給湯運転の開始から時間が経過するにつれて第２の熱交換器３ｂの沸上げ能力が高まることから、混合弁７０での混合用管路６０側の弁開度は漸次小さくなり、第２給水管部４０ｂ側の弁開度は漸次大きくなる。そして、第２の熱交換器３ｂの現在の沸上げ能力のみで給湯栓１５０への所定温度の給湯が可能になると、混合弁７０での貯湯タンク側の弁が閉にされ、第２給水管部４０ｂから混合弁７０に通水される水のみが第１給湯管部８０ａに流れて第２の熱交換器３ｂにより加熱されるようになる。

ステップＳ６では、給湯先（給湯栓１５０）への給湯が停止されたか否かをフロースイッチ８３の検知結果に基づいて給湯温度制御部９５ｃが判断する。給湯栓１５０が閉まると第２給湯管部８０ｂでの水流がなくなるので、給湯が停止されたか否かはフロースイッチ８３の検知結果に基づいて判断可能である。給水管路４０（図１参照）を流れる水の温度や混合弁用管路６０を流れる湯の温度は、外気温度や貯湯タンク３０での残湯量によって変化し、第２の熱交換器３ｂの沸上げ能力も起動開始からの経過時間や給湯栓１５０への給湯量によって変化するため、ステップＳ８で給湯が停止されていないと判断されたときには上述のステップＳ５に戻って該ステップＳ５以降を繰り返し、給湯栓１５０への給湯温度を安定させることが好ましい。

一方、ステップＳ６で給湯が停止されたと判断されたときにはステップＳ７に進み、給湯温度制御部９５ｃがタイマ９３（図２参照）の動作を制御して該タイマ９３の計時結果をクリアさせた後に、給湯が停止してからの経過時間の計時（カウント）を開始させる。また、給湯温度制御部９５ｃがタイマ９３の計時結果の監視を開始する。

次いで行われるステップＳ８では、給湯栓１５０への所定温度の給湯をすぐに再開できるように、ヒートポンプ側制御装置１５またはタンク側制御装置１００が第２の熱交換器３ｂを加熱可能な状態に維持する。例えば、給湯が停止されても給湯温度制御部９５ｃがヒートポンプ制御装置１５に冷凍サイクル部１０の停止を指示せずに、そのまま冷凍サイクル部１０を動作させ続けることで第２の熱交換器３ｂを加熱可能な状態に維持するよう、ヒートポンプ給湯機１３０（図１参照）を構成することができる。また、給湯が停止されると沸上げ制御部９５ｂ（図２参照）が第１の熱交換器３ａによる沸上げ運転を開始することで第２の熱交換器３ｂを加熱可能な状態に維持するよう、ヒートポンプ給湯機１３０を構成することもできる。

例えば台所で洗い物をするときのように、給湯栓１５０に断続的に給湯しなければならないことも多々あるので、給湯が停止されたときに第２の熱交換器３ｂをすぐに停止させるよりも、一定時間が経過するまでは第２の熱交換器３ｂを加熱可能な状態に維持した方がヒートポンプ給湯機１３０の利便性が高まる。また、ヒートポンプユニット２０での湯の沸上げの特性上も、短時間の断続運転を行なうよりも、連続運転を行なうほうがエネルギー効率が良いので、このような運転制御を行うことが好ましい。

次いで行われるステップＳ９では、給湯栓１５０への給湯が停止されたか否かをフロースイッチ８３の検知結果に基づいて給湯温度制御部９５ｃが判断する。このステップＳ９で給湯が再開されたと判断されたときには前述のステップＳ３に戻って該ステップＳ３以降を繰り返し、給湯が再開されていないと判断されたときにはステップＳ１０に進む。

ステップＳ１０では、タイマ９３の計時時間（カウント数）が条件値を超えたか否かを給湯温度制御部９５ｃが判断する。上記の条件値は、給湯が停止された後も第２の熱交換器３ｂを加熱可能な状態に維持しておく最大時間であり、ヒートポンプ給湯機１３０のメーカにより定められて記憶部９７に予め格納される。

このステップＳ１０でタイマ９３の計時時間（カウント数）が条件値を未だ超えていないと判断されたときには、ステップＳ８に戻って該ステップＳ８以降を繰り返す。一方、タイマ９３の計時時間（カウント数）が条件値を超えたと判断されたときにはステップＳ１１に進み、給湯温度制御部９５ｃが冷凍サイクル部１０の停止をヒートポンプ制御部１３ｂに指示し、上記の指示を受けたヒートポンプ制御部１３ｂが冷凍サイクル部１０を停止させて、ヒートポンプ側制御装置１５およびタンク側制御装置１００の各々が処理を終了する。なお、タイマ９３は、前述のステップＳ７で開始した計時を次回の給湯が終了（停止）するまで継続する。

給湯運転時にヒートポンプ側制御装置１５およびタンク側制御装置１００が上述の制御を行うヒートポンプ給湯機１３０では、給湯運転時に第２の熱交換器３ｂを動作させながら給湯温度を調整するので、貯湯タンク３０内の湯をそれ程消費しなくても、給湯先（給湯栓１５０）に所定温度の給湯を行うことができる。また、混合弁７０以外の電動切換弁を用いることなく、給湯先に所定温度の給湯を行うことができる。したがって、このヒートポンプ給湯機１３０では、貯湯タンク３０が小さくてその容積が少なくても、簡単な制御の下に高い給湯能力を確保して「湯切れ」を防止することができると共に、その製造コストを容易に抑えることができる。

また、ヒートポンプ給湯機１３０では、貯湯タンク３０の小型化、軽量化を容易に図ることができるので、当該ヒートポンプ給湯機１３０の製造に要する原材料も容易に低減させることができ、省エネルギー化を図ることができる。

以上、本発明のヒートポンプ給湯機について実施の形態を挙げて説明したが、前述のように、本発明は上記の形態に限定されるものではない。本発明のヒートポンプ給湯機は、貯湯タンクに貯留された湯と給水管路を流れる水とを混合弁に通水して混合した後に、熱交換器で加熱して所望の給湯先に供給するように構成されていれば基本的によく、給湯時に混合弁から熱交換器に通水して加熱するという点を除いた残りの構成は種々変更可能である。

例えば、ヒートポンプユニットには、実施の形態で説明したように沸上げ運転用の第１の熱交換器と給湯運転用の第２の熱交換器の計２台の熱交換器を設けてもよいし、沸上げ運転用と給湯運転用とを兼ねた１台の熱交換器のみを設けてもよい。また、ヒートポンプ給湯には、所定の給湯先に給湯する機能以外の所望の機能、例えば貯湯タンクに貯留した湯を熱源として用いる熱交換器を備え、該熱交換器により浴槽や温水式床暖房装置で用いられて温度低下した湯を再加熱する機能を付加することもできる。

給湯用の熱交換器（実施の形態で説明した第２の熱交換器）の動作制御の内容も適宜選定可能である。例えば、給湯が開始されたときに、給湯用の熱交換器の現在の沸上げ能力のみで給湯先に所定温度の給湯が可能であるか否かを判断せずに、ユーザが指定した給湯温度よりもある程度低い給湯温度で給湯を開始し、その後に給湯温度をフィードバック制御するようにヒートポンプ給湯機を構成することもできる。また、給湯先への給湯が停止されると直ちに給湯用の熱交換器を停止させるようにヒートポンプ給湯機を構成することもできる。ただし、利便性の高いヒートポンプ給湯機を得るという観点からは、実施の形態で説明したように、給湯先への給湯が停止された後も所定の時間に亘って給湯用の熱交換器を加熱可能状態に保つことが好ましい。

ヒートポンプユニットの動作制御は、ヒートポンプユニットに専用の制御装置を設ける他に、タンク側制御装置がヒートポンプ側制御装置を兼ねるようにしてもよい。本発明のヒートポンプ給湯機については、上述した以外にも様々な変形、装飾、組み合わせ等が可能である。

本発明のヒートポンプ給湯機は、家庭用または業務用の給湯機として好適に用いることができる。

本発明のヒートポンプ給湯機の一例を示す概略図である。 図１に示したヒートポンプ給湯機でのヒートポンプ側制御装置とタンク側制御装置とを概略的に示すブロック図である。 図１に示したヒートポンプ給湯機の給湯運転時にヒートポンプ側制御装置とタンク側制御装置とが行う制御の一例を概略的に示すフローチャートである。

符号の説明

３ 熱交換器
３ａ 第１の熱交換器
３ｂ 第２の熱交換器
１０ 冷凍サイクル部
１３ 制御部
１３ａ 通信制御部
１３ｂ ヒートポンプ制御部
１５ ヒートポンプ側制御装置
２０ ヒートポンプユニット
３０ 貯湯タンク
４０ 給水管路
４０ａ 第１給水管部
４０ｂ 第２給水管部
５０ 沸上げ用循環管路
５０ａ 往き管
５０ｂ 戻り管（貯湯用配管）
５５ 循環ポンプ
６０ 混合用管路
７０ 混合弁
８０ 給湯管路
８０ａ 第１給湯管部
８０ｂ 第２給湯管部（給湯用配管）
８３ フロースイッチ
８５ 温度センサ
９５ 制御部
９５ａ 通信制御部
９５ｂ 沸上げ制御部
９５ｃ 給湯温度制御部
１００ タンク側制御装置
１３０ ヒートポンプ給湯機
１５０ 給湯栓

Claims (4)

1. 給水管路から供給される水を貯留する貯湯タンクと、
   該貯湯タンクから通水された水を湯に沸き上げる第１の熱交換器と、
   該第１の熱交換器で沸き上げられた湯を前記貯湯タンクに供給する貯湯用配管と、
   前記貯湯タンクから通水される湯と前記給水管路から通水される水とを混合する混合弁と、
   該混合弁から通水される湯水を加熱する第２の熱交換器と、
   該第２の熱交換器で加熱された湯を給湯機先に供給する給湯用配管と、
   該給湯用配管内の湯水の温度を検知する温度センサと、
   前記給湯先への給湯時に前記第２の熱交換器を動作させると共に、前記温度センサの検知結果を用いて前記混合弁での湯水の混合比を制御して、前記給湯先への給湯温度を調整する給湯温度制御部と、
   を有することを特徴とするヒートポンプ給湯機。
2. 前記給湯温度制御部は、
   前記給湯先への給湯開始時に前記第２の熱交換器の起動を指示し、
   前記第２の熱交換器の現在の沸上げ能力のみで前記給湯先への所定温度の給湯が可能になるまでは、前記混合弁での湯水の混合比を調整することで前記給湯温度を調整し、
   前記第２の熱交換器の現在の沸上げ能力のみで前記給湯先への所定温度の給湯が可能になると、前記混合弁での貯湯タンク側の弁を閉にし、前記給水管路から前記混合弁に通水される水のみを前記第２の熱交換器に通水して該第２の熱交換器により加熱することで前記給湯温度を調整する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ給湯機。
3. 前記給湯先への給湯中でも、前記貯湯タンクから前記第１の熱交換器に通水して該第１の熱交換器により湯を沸き上げさせることができる沸上げ制御部を更に有することを特徴とする請求項１または２に記載のヒートポンプ給湯機。
4. 前記給湯温度制御部は、前記給湯先への給湯が停止されてから予め定められた時間に亘って、前記沸上げ制御部に前記第１の熱交換器による湯の沸上げを行わせることを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプ給湯機。

Images