JP3664168B2 - ヒートポンプ式給湯装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒートポンプサイクルにより水を加熱するヒートポンプ式給湯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のヒートポンプ式給湯装置は、出湯流量が閾値を超えた時に圧縮機を運転させる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図３は、特許文献１に記載された従来のヒートポンプ式給湯装置である。図３において圧縮機１、放熱器である熱交換器２、減圧手段３、吸熱器４でヒートポンプサイクルを形成している。５は吸熱器に空気を供給する送風手段である。熱交換器２に給水管６、出湯管７を設け、出湯管７の末端にシャワーや蛇口等の給湯端末８が設けている。また出湯管７に流量スイッチ９を設け、この流量スイッチ９の信号で接点１０が動作する。１１は装置の主スイッチである。
【０００４】
上記構成において、主スイッチ１１が閉の時、給湯端末８より流量スイッチの閾値を超えて出水すると、流量スイッチ９が接点１０に閉の信号を出して接点１０が閉となり、圧縮機１、送風手段５に電圧が印加されて、圧縮機１、送風手段５が動作する。ヒートポンプサイクルを循環する冷媒は吸熱器４にて空気より吸熱し、熱交換器２にて給水管６より流入する水に放熱する。そして加熱された水が給湯端末８より出湯する。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６３−２３３２５４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来のヒートポンプ式給湯装置は、ヒートポンプサイクルの加熱能力すなわち熱交換器２の加熱能力可変範囲に制限があるため、特に給水温度の高い夏において水流量が低下すると、給湯端末より出湯する温度が高くなり過ぎ、希望する温度の出湯が得られない課題があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため、蛇口等の給湯端末からの出湯流量を検知する流量検知手段と、湯を貯留する貯湯手段と、圧縮機と貯湯手段を制御する制御手段を備え、前記制御手段は前記流量検知手段の検知流量が閾値以下の時に前記圧縮機を動作させずに前記貯湯手段より出湯させている。
【０００８】
これによって、熱交換器の最小加熱能力以下の能力でも給湯端末より出湯でき、特に給水温度の高い夏の小流量出湯においても、希望する温度で給湯端末より出湯することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、圧縮機を含むヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルと湯水との間で熱交換を行う熱交換器と、前記熱交換器と接続され、湯を貯湯する貯湯手段と、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水を混合し前記給湯端末へ出湯する湯混合手段と、前記圧縮機と前記湯混合手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、給湯端末の負荷に応じて、前記圧縮機の運転を制御し、かつ、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水の混合量を可変するようにし、前記ヒートポンプサイクルの運転開始直後 は、少なくとも前記貯湯手段から出湯し、前記熱交換器の出口温度に応じて、前記熱交換器からの湯水を優先して出湯するように前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水の混合量を可変するよう前記湯混合手段を制御することを特徴とする。
【００１０】
そして、給湯端末から出水して圧縮機が起動し、熱交換器が定常加熱能力となるまで、熱交換器からの冷水に貯湯手段からの湯を混合することができるため、給湯端末から希望の温度で出湯するまでの時間をガス瞬間給湯装置並みに短縮できる。また熱交換器からの出湯に貯湯手段からの出湯を加えて、給湯端末から大流量の出湯を行うこともできる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、圧縮機を含むヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルの冷媒と湯水との間で熱交換を行う熱交換器と、前記熱交換器と接続され、湯を貯湯する貯湯手段と、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水を混合し前記給湯端末へ出湯する湯混合手段と、前記圧縮機と前記湯混合手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、給湯端末の負荷に応じて、前記圧縮機の運転を制御し、かつ、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水の混合量を可変するようにし、前記負荷が前記熱交換器の最大加熱能力を超えた場合は、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水を混合して出湯するよう前記湯混合手段を制御することを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、圧縮機を含むヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルの冷媒と湯水との間で熱交換を行う熱交換器と、浴槽及び／または給湯端末への出湯流量を検知する流量検知手段と、前記熱交換器と接続され、湯を貯留する貯湯手段と、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水を混合し前記給湯端末へ出湯する湯混合手段と、前記圧縮機と前記湯混合手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記流量検知手段の検知流量に応じて、前記圧縮機の運転を制御し、かつ、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水の混合量を可変するようにし、前記ヒートポンプサイクルの運転開始直後は、少なくとも前記貯湯手段から出湯し、前記熱交換器の出口温度に応じて、前記熱交換器からの湯水を優先して出湯するように前記湯混合手段を制御することを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、圧縮機を含むヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルの冷媒と湯水との間で熱交換を行う熱交換器と、浴槽及び／または給湯端末への出湯流量を検知する流量検知手段と、前記熱交換器と接続され、湯を貯留する貯湯手段と、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水を混合し前記給湯端末へ出湯する湯混合手段と、前記圧縮機と前記湯混合手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記流量検知手段の検知流量に応じて、前記圧縮機の運転を制御し、かつ、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水の混合量を可変するようにし、前記流量検知手段からの検知流量により前記熱交換器の最大加熱能力を超えたと判断した場合は、前記熱交換器と貯湯手段からの湯水を混合して出湯するよう前記湯混合手段を制御することを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、圧縮機を含むヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルの冷媒と湯水との間で熱交換を行う熱交換器と、浴槽及び／または給湯端末への出湯流量を検知する流量検知手段と、前記熱交換器と接続され、湯を貯留する貯湯手段と、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水を混合し前記給湯端末へ出湯する湯混合手段と、前記圧縮機と前記湯混合手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記流量検知手段の検知流量に応じて、前記圧縮機の運転を制御し、かつ、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水の混合量を可変するようにし、前記流量検知手段の検知流量が所定の閾値以下の場合は、前記圧縮機を動作させずに、少なくとも前記貯湯手段から湯水を出湯させるよう前記湯混合手段を制御することを特徴とする。
【００１５】
そして、熱交換器の水流量が閾値以下のときは圧縮機を起動させずに貯湯手段より出湯させるので、熱交換器の最小加熱能力以下の能力でも給湯端末より出湯でき、特に給水温度の高い夏の小流量出湯においても、希望する温度で給湯端末より出湯することができる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、請求項５記載の発明において、気温を検知する検知手段を備え、制御手段は、前記気温検知手段の検知気温が高くなるほど、閾値が大きくなるように可変することを特徴とする。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、圧縮機を含むヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルの冷媒と湯水との間で熱交換を行う熱交換器と、浴槽及び／または給湯端末への出湯流量を検知する流量検知手段と、前記熱交換器と接続され、湯を貯留する貯湯手段と、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水を混合し前記給湯端末へ出湯する湯混合手段と、前記圧縮機と前記湯混合手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記流量検知手段の検知流量に基づく積算流量に応じて、前記圧縮機の運転を制御し、かつ、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水の混合量を可変するよう前記湯混合手段を制御することを特徴とする。
【００１８】
請求項８に記載の発明は、圧縮機を含むヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルの冷媒と湯水との間で熱交換を行う熱交換器と、浴槽及び／または給湯端末への出湯流量を検知する流量検知手段と、前記熱交換器と接続され、湯水を貯留する貯湯手段と、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水を混合し前記給湯端末へ出湯する湯混合手段と、前記熱交換器への給水温度を検知する給水温度検知手段と、前記浴槽及び／又は給湯端末への出湯温度を設定する出湯温度設定手段と、前記圧縮機と前記湯混合手段とを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記流量検知手段の検知流量と前記給水温度検知手段の検知給水温度と出湯温度設定手段の設定出湯温度で算出される給湯負荷に応じて、前記圧縮機の運転を制御し、かつ、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水の混合量を可変するようにし、前記ヒートポンプサイクルの運転開始直後は、少なくとも貯湯手段から出湯し、熱交換器の出口温度に応じて、前記熱交換器からの湯水を優先して出湯するように湯混合手段を制御することを特徴とする。
【００１９】
請求項９に記載の発明は、圧縮機を含むヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルの冷媒と湯水との間で熱交換を行う熱交換器と、浴槽及び／または給湯端末への出湯流量を検知する流量検知手段と、前記熱交換器と接続され、湯水を貯留する貯湯手段と、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水を混合し前記給湯端末へ出湯する湯混合手段と、前記熱交換器への給水温度を検知する給水温度検知手段と、前記浴槽及び／又は給湯端末への出湯温度を設定する出湯温度設定手段と、前記圧縮機と前記湯混合手段とを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記流量検知手段の検知流量と前記給水温度検知手段の検知給水温度と出湯温度設定手段の設定出湯温度で算出される給湯負荷に応じて、前記圧縮機の運転を制御し、かつ、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水の混合量を可変するようにし、給湯負荷により給湯熱交換機の最大加熱能力を超えたと判断した場合は、熱交換器と貯湯手段からの湯水を混合して出湯するよう湯混合手段を制御することを特徴とする。
【００２０】
請求項１０に記載の発明は、圧縮機を含むヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルの冷媒と湯水との間で熱交換を行う熱交換器と、浴槽及び／または給湯端末への出湯流量を検知する流量検知手段と、前記熱交換器と接続され、湯水を貯留する貯湯手段と、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水を混合し前記給湯端末へ出湯する湯混合手段と、前記熱交換器への給水温度を検知する給水温度検知手段と、前記浴槽及び／又は給湯端末への出湯温度を設定する出湯温度設定手段と、前記圧縮機と前記湯混合手段とを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記流量検知手段の検知流量と前記給水温度検知手段の検知給水温度と出湯温度設定手段の設定出湯温度で算出される給湯負荷に応じて 、前記圧縮機の運転を制御し、かつ、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水の混合量を可変するようにし、給湯負荷が所定の閾値より大きい場合は、圧縮機を動作させ、熱交換器からの湯水と貯湯手段からの湯水を混合して出湯することを特徴とする。
【００２１】
請求項１１に記載の発明は、請求項１０記載の発明において、気温を検知する検知手段を備え、制御手段は、前記気温検知手段の検知気温が高くなるほど、閾値が大きくなるように可変することを特徴とする。
【００２２】
そして、気温で変化する熱交換器の最小加熱能力に対応して閾値を可変するため、気温に関係なく給湯端末より希望温度で出湯できる。
【００２３】
請求項１２に記載の発明は、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の発明において、圧縮機は、複数の圧縮機から構成されることを特徴とする。
【００２４】
そして、圧縮機の運転台数を可変することができるので、小流量から大流量まで幅広い流量にて給湯端末より希望温度で出湯できる。
【００２５】
請求項１３に記載の発明は、請求項１乃至１２いずれか１項に記載の発明において、ヒートポンプサイクルは、放熱器に流入する冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプサイクルとしている。
【００２６】
そして、放熱器に流入する冷媒の圧力が臨界圧力以上に加圧されているので、熱交換器の給湯水流路の流水により冷媒が熱を奪われて温度低下しても凝縮することがなく、熱交換器全域で冷媒と水との温度差を大きくできる。これにより、熱交換器から効率よく高温出水できるとともに、貯湯手段の蓄熱密度を大きくして、貯湯手段を小型化でき、装置を小型化できる。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００２８】
（実施例１）
図１は本発明の第１の実施例における構成模式図、図２は同ヒートポンプ式給湯装置の斜視図である。
【００２９】
図１〜図２において、２１は貯湯手段であり、湯を貯留する貯湯タンクとしている。２２はヒートポンプ熱源となるヒートポンプサイクルであり、ヒートポンプサイクル２２は、冷媒配管により圧縮機２３、風呂放熱器２４、第１減圧手段２５、給湯放熱器２６、第２減圧手段２７、吸熱器２８が環状閉回路に接続されて構成されている。
【００３０】
このヒートポンプサイクル２２は、例えば炭酸ガスを冷媒として使用し、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧以上となる超臨界ヒートポンプサイクルを使用している。その他に、オゾン破壊係数の低いＨＦＣ冷媒や、ノンフロンガス（例えばハイドロカーボン冷媒）を冷媒として用いることも可能である。
【００３１】
そして圧縮機２３は、内蔵する電動モーター（図示しない）によって駆動され、吸引した冷媒を超臨界圧力まで圧縮して吐出する。また、風呂放熱器２４の風呂冷媒流路２９と熱交換を行う風呂水流路３０とで構成される風呂熱交換器３１と、給湯放熱器２６の給湯冷媒流路３２と熱交換を行う給湯水流路３３とで構成される給湯熱交換器３４とを備えている。
【００３２】
給湯水流路３３の入口側には、水道を直結して水道水を直接供給する給湯給水管３５が接続され、途中に設けられた逆止手段である逆止弁３６の順方向に水道水が給湯給水管３５を通って給湯水流路３３に流れるようになっている。給湯水流路３３の出口は水流路出口管Ａ３７と水流路出口管Ｂ３８に分岐し、水流路出口管Ａ３７は風呂蛇口３９やシャワー４０、台所蛇口４１等の給湯端末４２から出湯される湯を供給する第１給湯管４３に接続される。水流路出口管Ｂ３８は途中に開閉手段である貯湯開閉弁４４を有し、貯湯手段２１の内部略天部の吐水部４５に設けられた拡散手段であるノズル４６に接続されて、給湯水流路３３で加熱された湯を貯湯する貯湯管の役目を行う。
【００３３】
給湯給水管３５の逆止弁３６上流からは非通電時は開である給水開閉弁４７を有するタンク給水管４８が分岐しており、貯湯手段２１の底部に水道水を供給するように接続されている。タンク給水管４８の給水開閉弁４７下流側と給湯給水管３５の間は水循環手段となる循環ポンプ４９で接続され、循環ポンプ４９が逆止弁３６と並列になるように配置されている。そして貯湯手段２１内部の底部から僅かに突出したタンク給水管４８の先端近傍が吸水部５０となり、この吸水部５０から順にタンク給水管４８、循環ポンプ４９、給湯給水管３５、給湯水流路３３を経て水流路出口管Ｂ３８の貯湯開閉弁４４を通り、吐水部４５に設けられたノズル４６に至る貯湯加熱用の循環路５１が形成されている。
【００３４】
一方、貯湯手段２１内部のタンク給水管４８先端から少し上方には、上向流阻止手段であるバッフル板５２が設けられているとともに、貯湯手段２１天部には貯められている給湯用水を出湯する第２給湯管５３が接続されて給湯端末４２に繋がっている。
【００３５】
５４は浴槽であり、風呂熱交換器３１の風呂水流路３０の入口側とこの浴槽５４とが、風呂循環手段である風呂ポンプ５５を有する風呂戻り管５６で接続され、風呂水流路３０の出口側と浴槽５４が風呂往き管５７で接続されることで風呂循環路５８を形成している。ここで風呂ポンプ５５には直流モーターが使用されている。また、第１給湯管４３と第２給湯管５３は湯混合手段５９において合流し第３給湯管６０に流れ、さらに水道水を混合するための混合水管６１と第３給湯管６０とが水道水混合手段６２において合流し、給湯端末４２が接続される第４給湯管６３に流れるように構成されているとともに、浴槽５４に「湯張り」または「差し湯」と称する湯を給湯する動作を行うための風呂注湯路６４が、第４給湯管６３と風呂循環路５８との間に接続されて設けられ、この風呂注湯路６４には給湯する湯の量を調節するための流量可変手段となる注湯弁６５を備えている。
【００３６】
貯湯手段２１は、断熱材２１ａで覆われており、その大きさは、使用者の給湯使用量の最大値である最大負荷を想定し、給湯熱交換器３４での最大加熱能力と貯湯手段２１での貯湯量を併用して最大給湯負荷に不足無く対応して給湯できるだけの貯湯量としたものである。
【００３７】
ヒートポンプサイクル２２においては、２つの並列な圧縮機２３の出口と給湯放熱器２６入口とを接続する給湯弁６６が、圧縮機２３出口と吸熱器２８入口とを接続する除霜弁６７が設けられて、それぞれのバイパス経路への流れを調節する働きをしている。
【００３８】
７１はＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェース等を有するマイクロコンピュータ（図示せず）を用いて構成された制御手段である。給湯給水管３５の最も上流には給水温度検知手段７３が設けられ、給湯水流路３３の入口側には給湯熱交換器３４への給水温度を検出する入口温度検知手段７４が、出口側には出口温度検知手段７５が設けられている。また水道水混合手段６２下流の第４給湯管６３には給湯端末４２への給湯温度を検出する出湯温度検知手段７６が設けられている。第４給湯管６３には別に給湯端末４２への給湯流量が検出できる流量検知手段７７も設けられている。貯湯手段２１の壁面には、その天部に貯湯手段２１内の湯温を検出する温度検知手段である貯湯温度検知手段７８が設けられているとともに、さらに温度検知手段である３個のサーミスタが、残湯第１検知手段７９、残湯第２検知手段８０、残湯第３検知手段８１として、図における上部から下部に向かって所定の間隔を置いて配置され、各位置の湯温を検出している。
【００３９】
風呂戻り管５６には浴槽５４の湯温を測定するための風呂温度検知手段８２と、浴槽５４の水位を検知する水位検知手段８３と、風呂ポンプ５５の運転による流れが検出できる風呂流量検知手段８４が設けられ、風呂水流路３０の出口近傍の風呂往き管５７には風呂出口温度検知手段８５が備えられている。８６は吸熱器２８近傍に設けた気温を検出する気温検知手段、８７は圧縮機２３のシェル温度を検出するシェル温度検知手段である。
【００４０】
８８は制御手段７１と電気的に接続されて給湯の目標温度を設定する温度設定手段で、使用者が任意に温度を設定する。湯張り設定手段８９も制御手段７１と電気的に接続され、浴槽５４に自動で湯を張る運転を使用者が開始設定するために設けられたものである。また風呂追焚き設定手段９０も制御手段７１と電気的に接続され、使用者が風呂追焚きの開始設定するために設けられたものである。
【００４１】
吸熱器２８は炭酸ガス冷媒が流れるチューブにフィンを設けた構成のフィンチューブ型熱交換器と称される形状に形成されており、ヒートポンプサイクル上で蒸発器として作用し、大気熱と熱交換して吸熱するものである。吸熱器２８は水平方向の断面をＵ字型とし、Ｕ字の開口面を正面に向けて配置している。またＵ字の開口面に送風手段９１を対向配置している。この吸熱器２８は幅方向を略Ｕの字状に曲げられて幅寸法が短縮するように形成されている。吸熱器２８以外のヒートポンプサイクルを構成する他の要素と貯湯手段２１と水が流れる部品である通水要素とで第１区画９２を構成する。一方、送風手段９１と吸熱器２８で第２区画９３を構成しており、第１区画９２の上に第２区画９３を段積みしている。第１区画９２の主な通水要素としては、貯湯手段２１、風呂熱交換器３１、給湯熱交換器３４、循環ポンプ４９、風呂ポンプ５５などがあり、これらが固定されている通水要素ベース９４よりも一段上方に２台の圧縮機２３を固定する圧縮機ベース９５が配置されている。また、制御手段７１が収納される制御基板９６は圧縮機ベース９５よりも上方に配置されている。
【００４２】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。図１、図２に示す実施例のヒートポンプ給湯機において、その運転動作は「給湯運転」、「湯張り運転」、「風呂追焚き運転」、「貯湯運転」、「除霜運転」といった少なくとも５つの運転モードがある。
【００４３】
まず、使用者がお湯を蛇口等の給湯端末から出湯させて使用する「給湯運転」について説明する。図１に示す貯湯手段２１に高温湯が貯留され、給水開閉弁４７が開弁し貯湯開閉弁４４と注湯弁６５が閉弁した状態において、使用者が出湯温度設定手段８８により給湯温度を４２℃等の適温に設定し、台所蛇口４１などの給湯端末４２が開くと、給湯給水管３５から水道水が水圧により流れ込み始め、第４給湯管６３内の水も水圧で押されて給湯端末４２から出る水流が生じる。給湯端末４２での水流量が閾値を超えたことを流量検知手段７７が検知すると、制御手段７１により給湯弁６６を開弁し２台の圧縮機２３と送風手段９１の運転を行う給湯運転が開始される。
【００４４】
圧縮機２３から吐出され給湯放熱器２６へ流入する高温高圧の冷媒ガスは、給湯水流路３３を流れる水を加熱する。加熱された水は第１給湯管４３を経て給湯端末４２から出湯する。一方、給湯放熱器２６で冷却された冷媒は第２減圧手段２７で減圧されて吸熱器２８に流入し、送風手段９１により供給される空気の熱や太陽熱など自然エネルギーを吸熱して蒸発ガス化し、圧縮機２３に戻る。吸熱器２８にて発生したドレーン水は第２区画９３の底部に滴下し、ドレーン配管（図示せず）により装置外に排出される。
【００４５】
ヒートポンプサイクル２２が冷え切った状態の場合、圧縮機２３が運転されてもサイクル全体の圧力および温度が定常状態に達して給湯熱交換器３４の加熱能力が定常時の能力に達するのに時間がかかり、圧縮機２３や給湯熱交換器３４の熱容量もあるために、しばらくの間給湯水流路３３からは加熱不足で給水温度に近い水が出てしまう。そうならないために、出湯温度設定手段８８が使用者に設定されたことで給湯使用が近いと制御手段７１が判定すると、圧縮機２３を間欠的に運転したり、圧縮機２３内の電動モーターが回転しない程度に微小電流を流して暖機運転をして待機しておくこともできる。
【００４６】
それでもヒートポンプサイクル２２が冷えている場合、制御手段７１は給湯水流路３３出口の出口温度検知手段７５やシェル温度検知手段８７の信号に基づいて判定し、湯混合手段５９の初期状態として第１給湯管４３と第２給湯管５３を流れる流量が例えば同量で混合する位置に設定する。ここで、給水温度５℃、貯湯温度８０℃として、給湯水流路３３からの出口温度がまだ５℃とすると、出湯温度検知手段７６部での温度はおよそ（８０℃＋５℃）／２で、４２．５℃の出湯温度となる。このようにして給湯端末４２から設定温度で出湯するまでの時間をガス瞬間給湯装置並みに短縮できる。運転開始からしばらくすると、冷媒系も十分に温度上昇して給湯水流路３３の出口温度は上昇し、出口温度が設定温度に到達すると制御手段７１は湯混合手段５９を制御して第１給湯管４３からの通水を優先し、可能な限り第２給湯管５３からの通水を閉止状態にし、制御手段７１が圧縮機２３の回転数と運転台数、第２減圧手段２７での減圧度を制御して出口温度検知手段７５の出力する出湯温度が設定温度になるようにする。
【００４７】
しかしながら風呂蛇口３５等の一つが開けられて大量に出湯した場合や、二つ以上の給湯端末４２から同時に出湯した場合のように給湯負荷が給湯熱交換器３４での最大加熱能力を超え、圧縮機２３を最大能力で運転しても設定温度に到達しないような場合は、制御手段７１が圧縮機２３を最大回転数で運転して給湯熱交換器３４での最大加熱能力に設定するとともに、出湯温度検知手段７６の検知温度が設定温度となるように、湯混合手段５９および水道水混合手段６２を制御して給湯熱交換器３４からの湯、貯湯手段２１からの湯および、混合水管６１からの水道水の混合量を制御する。このようにして給湯熱交換器３４の最大加熱能力以上の給湯負荷で出湯することが可能となる。なお上述した給湯負荷とは出湯温度設定手段８８の設定出湯温度から給水温度検知手段７３の検知給水温度を減じたものに流量検知手段７７の検知流量を乗じたものである。
【００４８】
ところで出湯が台所蛇口３７などの小流量が主の場合、特に給水温度の高い夏においては、圧縮機２３の運転台数を１台にして最低回転数で運転しても給湯負荷が給湯熱交換器３４の最小加熱能力より小さくなる場合がある。このようなときには設定した出湯温度よりも高い温度で出湯されてしまう。これを防止するために給湯端末４２からの出湯流量を流量検知手段７７で検知し、検知流量が閾値以下のとき制御手段７１は圧縮機２３を起動させず、湯混合手段５９を制御して給湯熱交換器３４より出水する冷水に貯湯手段２１の湯を混合して出湯させる。
【００４９】
ここで気温が高くなるほど吸熱器２８の吸熱能力が増大するため給湯熱交換器３４の最小加熱能力は大きくなり、また給水温度も高くなるため出湯温度が高くなり過ぎる恐れがある。これを防止するため制御手段７１は気温検知手段８６の検知気温が高くなるほど、前述閾値が大きくなるよう可変している。つまり、閾値は流量が変化しても給水温度が一定幅に収まるように圧縮機を動作させるか否かをコントロールするものであり、圧縮機の能力や外部温度、配水管の径などの要因によって左右されるものである。
【００５０】
このようにして給湯熱交換器３４の最小加熱能力以下の能力でも給湯端末より出湯でき、特に給水温度の高い夏の小流量出湯においても、希望する温度で給湯端末より出湯することができる。
【００５１】
このように、使用者が要求する給湯流量に対して、水道水を給湯熱交換器３４で瞬間加熱して第１給湯管４３から給湯するのとは別に、貯湯手段２１に貯めた湯を第２給湯管５３から出湯して足し合わせるので、ヒートポンプサイクルによる給湯熱交換器３４での瞬間加熱量が不足していても、不足分を補って貯湯手段２１から湯量を加えることができ、給湯熱交換器３４での加熱能力を大幅に大能力化しなくても良い。また従来のヒートポンプ式給湯装置では水を６０℃以上に加熱するが、本発明では４２℃程度に加熱した水を直接出湯させるのでいわゆるＣＯＰが従来よりも大きくなり省エネにも効果的である。
【００５２】
一方、タンクを有しない構成においては、瞬間加熱のみで給湯できるように給湯熱交換器を大能力化して大熱量を熱交換できるようにすると、伝熱面積の確保のために水流路の流路長が長くなったりして流路抵抗が増大し、大流量の水を流通させにくくなる。また、貯湯手段２１を有する本発明の構成でも、貯湯手段２１を小容量化するために給湯熱交換器３４をある程度大能力化すると、同様に流路抵抗の増大が生じやすい。そして、貯湯手段２１と給湯水流路３３との間は循環路５１により接続されているので、給湯運転中の貯湯手段２１と給湯水流路３３にかかる水圧はほぼ等しくなり、貯湯手段２１の耐水圧の点から給湯水流路３３への給水圧を低く抑える必要があり、低い給水圧では流路抵抗により一層十分な流量が得られなくなる。
【００５３】
しかしながら大流量の給湯が必要なときに、給湯水流路３３につながる第１給湯管４３と、貯湯手段２１につながる第２給湯管５３とから、それぞれからの湯を並列に同時出湯するので大流量の給湯が可能となり、大負荷や大流量への対応とヒートポンプ熱源やタンクの小型化との両立が同時出湯により実現できる。また、貯湯手段２１に深夜貯湯して第２給湯管５３からのみ出湯するわけではないので、一日の給湯量のすべてを賄うような大型のタンクは必要なく、ヒートポンプ熱源とタンク双方の小型化が図れて省スペース化できる。
【００５４】
次に、使用者が設定することで浴槽に自動でお湯を張ったり少量の湯を差し湯する「湯張り運転」について説明する。使用者が湯張り設定手段８９を操作して湯張り運転を開始許可すると、除霜弁６７が閉弁した状態で制御手段７１は給湯弁６６を開き、流量検知手段７７が浴槽５４への湯張り流量が閾値以上であることを検知すると、２台の圧縮機２３と送風手段９１の運転を行うとともに、給水開閉弁４７が開弁し貯湯開閉弁４４が閉弁した状態で注湯弁６５を開弁し湯張り運転が開始される。すると、給湯給水管３５から分岐したタンク給水管４８を流れる水の給水圧によって、貯湯手段２１内に貯溜された高温の温湯が押し上げられ、第２給湯管５３を通って湯混合手段５９に達する。同時に、給湯給水管３５から給湯水流路３３を経て第１給湯管４３に流通する温湯も湯混合手段５９に流入し、ここで二方からの温湯が一定の割合で混合される。そして混合された温湯は第３給湯管６０を通って水道水混合手段６２に流入するとともに、水道水が混合水管６１から水道水混合手段６２に流入し、ここで水と温湯が一定の割合で混合され、水道水混合手段６２の流出側から第４給湯管６３を通り風呂注湯路６４の注湯弁６５を介して、風呂戻り管５６と風呂往き管５７を流通して浴槽５４に供給される。風呂温度検知手段８２と水位検知手段８３の信号により浴槽５４内に所定温度で所定量の湯が供給されたことを検出すると、制御手段７１は湯張り運転を終了する。ここでは、流量検知手段７７の信号に基づき積算流量を演算して湯張り量を決めてもよい。
【００５５】
さらに、上記ヒートポンプ式給湯装置における「風呂追焚き運転」について説明する。風呂追焚き設定手段９０により浴槽５４の追焚きをする場合、制御手段７１は注湯弁６５を閉止した後、風呂ポンプ５５を駆動させて浴槽の水を風呂循環路５８に循環させるとともに、浴槽水の循環を風呂流量検知手段８４で検出し、検出水流量が閾値以上であると給湯弁６６と除霜弁６７が閉じた状態で２台の圧縮機２３と送風手段９１の運転を行って風呂追焚き運転が開始される。風呂ポンプ５５により浴槽水が風呂戻り管５６から風呂熱交換器３１に送水されると、風呂水流路３０で風呂冷媒流路２９と熱交換が行われ、浴槽水は加熱されて風呂往き管５７を通り再び浴槽５４に戻される。この間、風呂温度検知手段８２によって風呂水温が検出され、風呂水温が目標温度に達するまで循環が続けられる。
【００５６】
給湯運転中に風呂追焚き設定手段９０の操作があった場合、あるいは風呂追焚き運転中に給湯端末４２の使用があった場合、すなわち「給湯運転」と「風呂追焚き運転」の同時運転の要求があった場合、制御手段７１は「風呂追焚き運転」と同様の動作を行う。このとき、給湯弁６６と除霜弁６７が閉じた状態であるのでヒートポンプサイクル２２では、風呂放熱器２４と給湯放熱器２６との両方に冷媒が流れており、高圧側減圧手段である第１減圧手段２５と低圧側減圧手段である第２減圧手段２７の両方を制御手段７１が調節することで、風呂熱交換器３１と給湯熱交換器３４の各通流冷媒の温度条件を個別に設定可能となるので、給湯と風呂追焚きの同時運転が可能となる。また、風呂ポンプ５５には直流モーターを用いているので、風呂水流路３１を流れる浴槽水の流量をきめ細かに効率よく調節することができる。したがって、制御手段７１は冷媒側の条件だけでなく風呂熱交換器３１を流通する浴槽水の条件を変化させることができ、給湯熱交換器３４と風呂熱交換器３１のそれぞれの熱交換条件をより一層きめ細かく設定できるので、給湯と風呂追焚きの同時運転が容易となる。また、直流モーターを用いてその回転数を変化させ水流量を可変するので高い消費電力効率で水流量を変化させることができ、効率がよくＣＯＰの高い風呂追焚き運転が可能となる。よって、効率と利便性のよい小型省スペースのヒートポンプ給湯装置が実現できる。
【００５７】
さらに、上記ヒートポンプ式給湯装置における「除霜運転」について説明する。吸熱器２８が大気熱や太陽熱を吸熱する構成の場合、吸熱器周辺の空気温度が低温（例えば１０℃未満）であると、吸熱器２８に霜付きが発生する。霜付きが生じた場合に制御手段７１は、ヒートポンプサイクル２２の除霜弁６７を開き、圧縮機２３を所定の回転数で運転する。これにより高温高圧の冷媒が除霜弁６７を通って吸熱器２８に流れ、吸熱器２８を加熱することで氷結していた霜が溶けて除霜が可能となる。
【００５８】
この除霜運転においては、吸熱器２８の温度を検出する吸熱器温度検知手段（図示しない）等を用いて、吸熱器２８の温度が所定温度以下に低下したことを検出した場合や給湯運転が停止した直後の場合など、制御手段７１に設定された種々の条件によって運転開始され、吸熱器２８の温度が所定温度以上に上昇した場合や、所定時間経過した場合などに運転停止される。
【００５９】
さらに、上記ヒートポンプ式給湯装置における貯湯手段２１の湯沸かしを行う「貯湯運転」について説明する。給湯運転後は、貯湯手段２１内は出湯により貯湯量（高温湯量）が減少している。また、貯湯手段２１は断熱材２１ａで覆われているが、貯湯温度は放熱により徐々に低下する。これらの場合に制御手段７１は、ヒートポンプサイクル２２の除霜弁６７が閉弁した状態で給湯弁６６を開き、水系統回路の注湯弁６５が閉じた状態で貯湯開閉弁４４を開く。そして、圧縮機２３を所定の回転数で運転するとともに第２減圧手段２７を所定の減圧度に設定し、循環ポンプ４９を駆動する。これにより高温高圧の冷媒が給湯弁６６を通って給湯冷媒流路３２に流れ、給湯水流路３３を加熱し、循環ポンプ４９により生じさせた水流で貯湯手段２１からタンク給水管４８、給湯給水管３５の順に流れてきた水がここで加熱される。そして高温湯となった水は、水流路出口管Ｂ３８の貯湯開閉弁４４を通り、吐水部４５に設けられたノズル４６から貯湯手段２１内の上層部に拡散されて戻る。そしてこのような動作を継続して行うことによって、貯湯手段２１内の上層部から下層部へ順に温度が上昇する。
【００６０】
この貯湯運転においては、出口温度検知手段７５が給湯熱交換器３４で加熱された高温湯の温度を検出し、制御手段７１が高温湯の温度を決定した所定値（例えば二酸化炭素冷媒では加熱温度８５℃に設定）になるように、この検出信号に基づき、圧縮機２３の回転数と第２減圧手段２７の減圧度を制御する。そしてタンク壁面下方の残湯第３検知手段８１の検知温度が所定温度（例えば８０℃）を超えれば、制御手段７１は貯湯運転の終了が近いと判定して、圧縮機２３の回転数（運転周波数で変更する）や循環ポンプ４９の回転数を減少させる。その後、入口温度検知手段７４が貯湯手段２１から流入する水の温度を検出し、タンクからの流入温度が所定の加熱終了温度（例えば、６０℃）より高温になると、その信号に基づき制御手段７１は貯湯手段２１全量が高温湯となったと判断し、貯湯運転を停止する。この貯湯運転の繰り返しで貯湯手段２１内は所定温度の高温に維持される。この保温の所定温度を給湯の設定温度（例えば４５℃）より充分に高くすることにより、蓄熱密度を上げることができ、貯湯手段２１の大きさを小さくすることができる。
【００６１】
そして、貯湯運転は通常給湯停止中に行われるが、給湯運転中であっても貯湯運転が必要で、かつ給湯運転に要する加熱能力を差し引いてもまだ給湯熱交換器３４での加熱能力に余裕があるときは、給水開閉弁４７を閉じることで「給湯運転」と「貯湯運転」の同時運転が可能となる。
【００６２】
ここで風呂放熱器２４、給湯放熱器２６に流入する冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプサイクルとしていることにより、熱交換により冷媒が熱を奪われて温度低下しても凝縮することがなく、冷媒と水との温度差を大きくできる。これにより、貯湯手段２１の水を高温に加熱し蓄熱密度を大きくして、貯湯手段２１を小型化でき、装置をさらに小型化できる。
【００６３】
（実施例２）
本実施例において実施例１と異なる点は、流量検知手段７７の検知流量ではなく、給湯負荷が閾値を超える時に圧縮機２３を動作させ、給湯負荷が閾値以下の時は圧縮機２３を動作させずに、湯混合手段５９を制御して貯湯手段２１より出湯させる点である。なお給湯負荷とは実施例１で述べた給湯負荷と同じ意味であり、出湯温度設定手段８８の設定出湯温度から給水温度検知手段７３の検知給水温度を減じたものに流量検知手段７７の検知流量を乗じたものである。また気温検知手段８６の検知気温が高くなるほど、前述給湯負荷の閾値が大きくなるよう可変している。
【００６４】
このようにして給湯負荷が給湯熱交換器３４の最小加熱能力より小さくなることを防止し、実施例１に比べてさらに精度良く、希望する温度で給湯端末より出湯することができる。また給湯負荷が熱交換器の最小加熱能力を超える状態で圧縮機が動作するので、過大吐出圧力に起因する圧縮機の異常停止を防止できる。
【００６５】
なお各実施例ではヒートポンプサイクル２２を、冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプサイクルとしたが、もちろん一般の臨界圧力以下のヒートポンプサイクルでもよい。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のヒートポンプ式給湯装置によれば、熱交換器の最小加熱能力以下の能力でも給湯端末より出湯でき、特に給水温度の高い夏の小流量出湯においても、希望する温度で給湯端末より出湯することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１におけるヒートポンプ式給湯装置の構成模式図
【図２】 同ヒートポンプ式給湯装置を示す斜視図
【図３】 従来のヒートポンプ式給湯装置を示す構成模式図
【符号の説明】
２１ 貯湯手段
２２ ヒートポンプサイクル
２３ 圧縮機
２６ 給湯放熱器
３２ 給湯冷媒流路
３３ 給湯水流路
３４ 給湯熱交換器
４２ 給湯端末
５９ 湯混合手段
７１ 制御手段
７３ 給水温度検知手段
７７ 流量検知手段
８６ 気温検知手段
８８ 出湯温度設定手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒートポンプサイクルにより水を加熱するヒートポンプ式給湯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のヒートポンプ式給湯装置は、出湯流量が閾値を超えた時に圧縮機を運転させる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図３は、特許文献１に記載された従来のヒートポンプ式給湯装置である。図３において圧縮機１、放熱器である熱交換器２、減圧手段３、吸熱器４でヒートポンプサイクルを形成している。５は吸熱器に空気を供給する送風手段である。熱交換器２に給水管６、出湯管７を設け、出湯管７の末端にシャワーや蛇口等の給湯端末８が設けている。また出湯管７に流量スイッチ９を設け、この流量スイッチ９の信号で接点１０が動作する。１１は装置の主スイッチである。
【０００４】
上記構成において、主スイッチ１１が閉の時、給湯端末８より流量スイッチの閾値を超えて出水すると、流量スイッチ９が接点１０に閉の信号を出して接点１０が閉となり、圧縮機１、送風手段５に電圧が印加されて、圧縮機１、送風手段５が動作する。ヒートポンプサイクルを循環する冷媒は吸熱器４にて空気より吸熱し、熱交換器２にて給水管６より流入する水に放熱する。そして加熱された水が給湯端末８より出湯する。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６３−２３３２５４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来のヒートポンプ式給湯装置は、ヒートポンプサイクルの加熱能力すなわち熱交換器２の加熱能力可変範囲に制限があるため、特に給水温度の高い夏において水流量が低下すると、給湯端末より出湯する温度が高くなり過ぎ、希望する温度の出湯が得られない課題があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため、蛇口等の給湯端末からの出湯流量を検知する流量検知手段と、湯を貯留する貯湯手段と、圧縮機と貯湯手段を制御する制御手段を備え、前記制御手段は前記流量検知手段の検知流量が閾値以下の時に前記圧縮機を動作させずに前記貯湯手段より出湯させている。
【０００８】
これによって、熱交換器の最小加熱能力以下の能力でも給湯端末より出湯でき、特に給水温度の高い夏の小流量出湯においても、希望する温度で給湯端末より出湯することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、圧縮機を含むヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルと湯水との間で熱交換を行う熱交換器と、前記熱交換器と接続され、湯を貯湯する貯湯手段と、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水を混合し前記給湯端末へ出湯する湯混合手段と、前記圧縮機と前記湯混合手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、給湯端末の負荷に応じて、前記圧縮機の運転を制御し、かつ、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水の混合量を可変するようにし、前記ヒートポンプサイクルの運転開始直後 は、少なくとも前記貯湯手段から出湯し、前記熱交換器の出口温度に応じて、前記熱交換器からの湯水を優先して出湯するように前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水の混合量を可変するよう前記湯混合手段を制御することを特徴とする。
【００１０】
そして、給湯端末から出水して圧縮機が起動し、熱交換器が定常加熱能力となるまで、熱交換器からの冷水に貯湯手段からの湯を混合することができるため、給湯端末から希望の温度で出湯するまでの時間をガス瞬間給湯装置並みに短縮できる。また熱交換器からの出湯に貯湯手段からの出湯を加えて、給湯端末から大流量の出湯を行うこともできる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、圧縮機を含むヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルの冷媒と湯水との間で熱交換を行う熱交換器と、前記熱交換器と接続され、湯を貯湯する貯湯手段と、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水を混合し前記給湯端末へ出湯する湯混合手段と、前記圧縮機と前記湯混合手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、給湯端末の負荷に応じて、前記圧縮機の運転を制御し、かつ、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水の混合量を可変するようにし、前記負荷が前記熱交換器の最大加熱能力を超えた場合は、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水を混合して出湯するよう前記湯混合手段を制御することを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、圧縮機を含むヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルの冷媒と湯水との間で熱交換を行う熱交換器と、浴槽及び／または給湯端末への出湯流量を検知する流量検知手段と、前記熱交換器と接続され、湯を貯留する貯湯手段と、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水を混合し前記給湯端末へ出湯する湯混合手段と、前記圧縮機と前記湯混合手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記流量検知手段の検知流量に応じて、前記圧縮機の運転を制御し、かつ、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水の混合量を可変するようにし、前記ヒートポンプサイクルの運転開始直後は、少なくとも前記貯湯手段から出湯し、前記熱交換器の出口温度に応じて、前記熱交換器からの湯水を優先して出湯するように前記湯混合手段を制御することを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、圧縮機を含むヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルの冷媒と湯水との間で熱交換を行う熱交換器と、浴槽及び／または給湯端末への出湯流量を検知する流量検知手段と、前記熱交換器と接続され、湯を貯留する貯湯手段と、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水を混合し前記給湯端末へ出湯する湯混合手段と、前記圧縮機と前記湯混合手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記流量検知手段の検知流量に応じて、前記圧縮機の運転を制御し、かつ、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水の混合量を可変するようにし、前記流量検知手段からの検知流量により前記熱交換器の最大加熱能力を超えたと判断した場合は、前記熱交換器と貯湯手段からの湯水を混合して出湯するよう前記湯混合手段を制御することを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、圧縮機を含むヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルの冷媒と湯水との間で熱交換を行う熱交換器と、浴槽及び／または給湯端末への出湯流量を検知する流量検知手段と、前記熱交換器と接続され、湯を貯留する貯湯手段と、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水を混合し前記給湯端末へ出湯する湯混合手段と、前記圧縮機と前記湯混合手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記流量検知手段の検知流量に応じて、前記圧縮機の運転を制御し、かつ、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水の混合量を可変するようにし、前記流量検知手段の検知流量が所定の閾値以下の場合は、前記圧縮機を動作させずに、少なくとも前記貯湯手段から湯水を出湯させるよう前記湯混合手段を制御することを特徴とする。
【００１５】
そして、熱交換器の水流量が閾値以下のときは圧縮機を起動させずに貯湯手段より出湯させるので、熱交換器の最小加熱能力以下の能力でも給湯端末より出湯でき、特に給水温度の高い夏の小流量出湯においても、希望する温度で給湯端末より出湯することができる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、請求項５記載の発明において、気温を検知する検知手段を備え、制御手段は、前記気温検知手段の検知気温が高くなるほど、閾値が大きくなるように可変することを特徴とする。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、圧縮機を含むヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルの冷媒と湯水との間で熱交換を行う熱交換器と、浴槽及び／または給湯端末への出湯流量を検知する流量検知手段と、前記熱交換器と接続され、湯を貯留する貯湯手段と、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水を混合し前記給湯端末へ出湯する湯混合手段と、前記圧縮機と前記湯混合手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記流量検知手段の検知流量に基づく積算流量に応じて、前記圧縮機の運転を制御し、かつ、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水の混合量を可変するよう前記湯混合手段を制御することを特徴とする。
【００１８】
請求項８に記載の発明は、圧縮機を含むヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルの冷媒と湯水との間で熱交換を行う熱交換器と、浴槽及び／または給湯端末への出湯流量を検知する流量検知手段と、前記熱交換器と接続され、湯水を貯留する貯湯手段と、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水を混合し前記給湯端末へ出湯する湯混合手段と、前記熱交換器への給水温度を検知する給水温度検知手段と、前記浴槽及び／又は給湯端末への出湯温度を設定する出湯温度設定手段と、前記圧縮機と前記湯混合手段とを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記流量検知手段の検知流量と前記給水温度検知手段の検知給水温度と出湯温度設定手段の設定出湯温度で算出される給湯負荷に応じて、前記圧縮機の運転を制御し、かつ、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水の混合量を可変するようにし、前記ヒートポンプサイクルの運転開始直後は、少なくとも貯湯手段から出湯し、熱交換器の出口温度に応じて、前記熱交換器からの湯水を優先して出湯するように湯混合手段を制御することを特徴とする。
【００１９】
請求項９に記載の発明は、圧縮機を含むヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルの冷媒と湯水との間で熱交換を行う熱交換器と、浴槽及び／または給湯端末への出湯流量を検知する流量検知手段と、前記熱交換器と接続され、湯水を貯留する貯湯手段と、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水を混合し前記給湯端末へ出湯する湯混合手段と、前記熱交換器への給水温度を検知する給水温度検知手段と、前記浴槽及び／又は給湯端末への出湯温度を設定する出湯温度設定手段と、前記圧縮機と前記湯混合手段とを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記流量検知手段の検知流量と前記給水温度検知手段の検知給水温度と出湯温度設定手段の設定出湯温度で算出される給湯負荷に応じて、前記圧縮機の運転を制御し、かつ、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水の混合量を可変するようにし、給湯負荷により給湯熱交換機の最大加熱能力を超えたと判断した場合は、熱交換器と貯湯手段からの湯水を混合して出湯するよう湯混合手段を制御することを特徴とする。
【００２０】
請求項１０に記載の発明は、圧縮機を含むヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルの冷媒と湯水との間で熱交換を行う熱交換器と、浴槽及び／または給湯端末への出湯流量を検知する流量検知手段と、前記熱交換器と接続され、湯水を貯留する貯湯手段と、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水を混合し前記給湯端末へ出湯する湯混合手段と、前記熱交換器への給水温度を検知する給水温度検知手段と、前記浴槽及び／又は給湯端末への出湯温度を設定する出湯温度設定手段と、前記圧縮機と前記湯混合手段とを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記流量検知手段の検知流量と前記給水温度検知手段の検知給水温度と出湯温度設定手段の設定出湯温度で算出される給湯負荷に応じて 、前記圧縮機の運転を制御し、かつ、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水の混合量を可変するようにし、給湯負荷が所定の閾値より大きい場合は、圧縮機を動作させ、熱交換器からの湯水と貯湯手段からの湯水を混合して出湯することを特徴とする。
【００２１】
請求項１１に記載の発明は、請求項１０記載の発明において、気温を検知する検知手段を備え、制御手段は、前記気温検知手段の検知気温が高くなるほど、閾値が大きくなるように可変することを特徴とする。
【００２２】
そして、気温で変化する熱交換器の最小加熱能力に対応して閾値を可変するため、気温に関係なく給湯端末より希望温度で出湯できる。
【００２３】
請求項１２に記載の発明は、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の発明において、圧縮機は、複数の圧縮機から構成されることを特徴とする。
【００２４】
そして、圧縮機の運転台数を可変することができるので、小流量から大流量まで幅広い流量にて給湯端末より希望温度で出湯できる。
【００２５】
請求項１３に記載の発明は、請求項１乃至１２いずれか１項に記載の発明において、ヒートポンプサイクルは、放熱器に流入する冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプサイクルとしている。
【００２６】
そして、放熱器に流入する冷媒の圧力が臨界圧力以上に加圧されているので、熱交換器の給湯水流路の流水により冷媒が熱を奪われて温度低下しても凝縮することがなく、熱交換器全域で冷媒と水との温度差を大きくできる。これにより、熱交換器から効率よく高温出水できるとともに、貯湯手段の蓄熱密度を大きくして、貯湯手段を小型化でき、装置を小型化できる。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００２８】
（実施例１）
図１は本発明の第１の実施例における構成模式図、図２は同ヒートポンプ式給湯装置の斜視図である。
【００２９】
図１〜図２において、２１は貯湯手段であり、湯を貯留する貯湯タンクとしている。２２はヒートポンプ熱源となるヒートポンプサイクルであり、ヒートポンプサイクル２２は、冷媒配管により圧縮機２３、風呂放熱器２４、第１減圧手段２５、給湯放熱器２６、第２減圧手段２７、吸熱器２８が環状閉回路に接続されて構成されている。
【００３０】
このヒートポンプサイクル２２は、例えば炭酸ガスを冷媒として使用し、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧以上となる超臨界ヒートポンプサイクルを使用している。その他に、オゾン破壊係数の低いＨＦＣ冷媒や、ノンフロンガス（例えばハイドロカーボン冷媒）を冷媒として用いることも可能である。
【００３１】
そして圧縮機２３は、内蔵する電動モーター（図示しない）によって駆動され、吸引した冷媒を超臨界圧力まで圧縮して吐出する。また、風呂放熱器２４の風呂冷媒流路２９と熱交換を行う風呂水流路３０とで構成される風呂熱交換器３１と、給湯放熱器２６の給湯冷媒流路３２と熱交換を行う給湯水流路３３とで構成される給湯熱交換器３４とを備えている。
【００３２】
給湯水流路３３の入口側には、水道を直結して水道水を直接供給する給湯給水管３５が接続され、途中に設けられた逆止手段である逆止弁３６の順方向に水道水が給湯給水管３５を通って給湯水流路３３に流れるようになっている。給湯水流路３３の出口は水流路出口管Ａ３７と水流路出口管Ｂ３８に分岐し、水流路出口管Ａ３７は風呂蛇口３９やシャワー４０、台所蛇口４１等の給湯端末４２から出湯される湯を供給する第１給湯管４３に接続される。水流路出口管Ｂ３８は途中に開閉手段である貯湯開閉弁４４を有し、貯湯手段２１の内部略天部の吐水部４５に設けられた拡散手段であるノズル４６に接続されて、給湯水流路３３で加熱された湯を貯湯する貯湯管の役目を行う。
【００３３】
給湯給水管３５の逆止弁３６上流からは非通電時は開である給水開閉弁４７を有するタンク給水管４８が分岐しており、貯湯手段２１の底部に水道水を供給するように接続されている。タンク給水管４８の給水開閉弁４７下流側と給湯給水管３５の間は水循環手段となる循環ポンプ４９で接続され、循環ポンプ４９が逆止弁３６と並列になるように配置されている。そして貯湯手段２１内部の底部から僅かに突出したタンク給水管４８の先端近傍が吸水部５０となり、この吸水部５０から順にタンク給水管４８、循環ポンプ４９、給湯給水管３５、給湯水流路３３を経て水流路出口管Ｂ３８の貯湯開閉弁４４を通り、吐水部４５に設けられたノズル４６に至る貯湯加熱用の循環路５１が形成されている。
【００３４】
一方、貯湯手段２１内部のタンク給水管４８先端から少し上方には、上向流阻止手段であるバッフル板５２が設けられているとともに、貯湯手段２１天部には貯められている給湯用水を出湯する第２給湯管５３が接続されて給湯端末４２に繋がっている。
【００３５】
５４は浴槽であり、風呂熱交換器３１の風呂水流路３０の入口側とこの浴槽５４とが、風呂循環手段である風呂ポンプ５５を有する風呂戻り管５６で接続され、風呂水流路３０の出口側と浴槽５４が風呂往き管５７で接続されることで風呂循環路５８を形成している。ここで風呂ポンプ５５には直流モーターが使用されている。また、第１給湯管４３と第２給湯管５３は湯混合手段５９において合流し第３給湯管６０に流れ、さらに水道水を混合するための混合水管６１と第３給湯管６０とが水道水混合手段６２において合流し、給湯端末４２が接続される第４給湯管６３に流れるように構成されているとともに、浴槽５４に「湯張り」または「差し湯」と称する湯を給湯する動作を行うための風呂注湯路６４が、第４給湯管６３と風呂循環路５８との間に接続されて設けられ、この風呂注湯路６４には給湯する湯の量を調節するための流量可変手段となる注湯弁６５を備えている。
【００３６】
貯湯手段２１は、断熱材２１ａで覆われており、その大きさは、使用者の給湯使用量の最大値である最大負荷を想定し、給湯熱交換器３４での最大加熱能力と貯湯手段２１での貯湯量を併用して最大給湯負荷に不足無く対応して給湯できるだけの貯湯量としたものである。
【００３７】
ヒートポンプサイクル２２においては、２つの並列な圧縮機２３の出口と給湯放熱器２６入口とを接続する給湯弁６６が、圧縮機２３出口と吸熱器２８入口とを接続する除霜弁６７が設けられて、それぞれのバイパス経路への流れを調節する働きをしている。
【００３８】
７１はＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェース等を有するマイクロコンピュータ（図示せず）を用いて構成された制御手段である。給湯給水管３５の最も上流には給水温度検知手段７３が設けられ、給湯水流路３３の入口側には給湯熱交換器３４への給水温度を検出する入口温度検知手段７４が、出口側には出口温度検知手段７５が設けられている。また水道水混合手段６２下流の第４給湯管６３には給湯端末４２への給湯温度を検出する出湯温度検知手段７６が設けられている。第４給湯管６３には別に給湯端末４２への給湯流量が検出できる流量検知手段７７も設けられている。貯湯手段２１の壁面には、その天部に貯湯手段２１内の湯温を検出する温度検知手段である貯湯温度検知手段７８が設けられているとともに、さらに温度検知手段である３個のサーミスタが、残湯第１検知手段７９、残湯第２検知手段８０、残湯第３検知手段８１として、図における上部から下部に向かって所定の間隔を置いて配置され、各位置の湯温を検出している。
【００３９】
風呂戻り管５６には浴槽５４の湯温を測定するための風呂温度検知手段８２と、浴槽５４の水位を検知する水位検知手段８３と、風呂ポンプ５５の運転による流れが検出できる風呂流量検知手段８４が設けられ、風呂水流路３０の出口近傍の風呂往き管５７には風呂出口温度検知手段８５が備えられている。８６は吸熱器２８近傍に設けた気温を検出する気温検知手段、８７は圧縮機２３のシェル温度を検出するシェル温度検知手段である。
【００４０】
８８は制御手段７１と電気的に接続されて給湯の目標温度を設定する温度設定手段で、使用者が任意に温度を設定する。湯張り設定手段８９も制御手段７１と電気的に接続され、浴槽５４に自動で湯を張る運転を使用者が開始設定するために設けられたものである。また風呂追焚き設定手段９０も制御手段７１と電気的に接続され、使用者が風呂追焚きの開始設定するために設けられたものである。
【００４１】
吸熱器２８は炭酸ガス冷媒が流れるチューブにフィンを設けた構成のフィンチューブ型熱交換器と称される形状に形成されており、ヒートポンプサイクル上で蒸発器として作用し、大気熱と熱交換して吸熱するものである。吸熱器２８は水平方向の断面をＵ字型とし、Ｕ字の開口面を正面に向けて配置している。またＵ字の開口面に送風手段９１を対向配置している。この吸熱器２８は幅方向を略Ｕの字状に曲げられて幅寸法が短縮するように形成されている。吸熱器２８以外のヒートポンプサイクルを構成する他の要素と貯湯手段２１と水が流れる部品である通水要素とで第１区画９２を構成する。一方、送風手段９１と吸熱器２８で第２区画９３を構成しており、第１区画９２の上に第２区画９３を段積みしている。第１区画９２の主な通水要素としては、貯湯手段２１、風呂熱交換器３１、給湯熱交換器３４、循環ポンプ４９、風呂ポンプ５５などがあり、これらが固定されている通水要素ベース９４よりも一段上方に２台の圧縮機２３を固定する圧縮機ベース９５が配置されている。また、制御手段７１が収納される制御基板９６は圧縮機ベース９５よりも上方に配置されている。
【００４２】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。図１、図２に示す実施例のヒートポンプ給湯機において、その運転動作は「給湯運転」、「湯張り運転」、「風呂追焚き運転」、「貯湯運転」、「除霜運転」といった少なくとも５つの運転モードがある。
【００４３】
まず、使用者がお湯を蛇口等の給湯端末から出湯させて使用する「給湯運転」について説明する。図１に示す貯湯手段２１に高温湯が貯留され、給水開閉弁４７が開弁し貯湯開閉弁４４と注湯弁６５が閉弁した状態において、使用者が出湯温度設定手段８８により給湯温度を４２℃等の適温に設定し、台所蛇口４１などの給湯端末４２が開くと、給湯給水管３５から水道水が水圧により流れ込み始め、第４給湯管６３内の水も水圧で押されて給湯端末４２から出る水流が生じる。給湯端末４２での水流量が閾値を超えたことを流量検知手段７７が検知すると、制御手段７１により給湯弁６６を開弁し２台の圧縮機２３と送風手段９１の運転を行う給湯運転が開始される。
【００４４】
圧縮機２３から吐出され給湯放熱器２６へ流入する高温高圧の冷媒ガスは、給湯水流路３３を流れる水を加熱する。加熱された水は第１給湯管４３を経て給湯端末４２から出湯する。一方、給湯放熱器２６で冷却された冷媒は第２減圧手段２７で減圧されて吸熱器２８に流入し、送風手段９１により供給される空気の熱や太陽熱など自然エネルギーを吸熱して蒸発ガス化し、圧縮機２３に戻る。吸熱器２８にて発生したドレーン水は第２区画９３の底部に滴下し、ドレーン配管（図示せず）により装置外に排出される。
【００４５】
ヒートポンプサイクル２２が冷え切った状態の場合、圧縮機２３が運転されてもサイクル全体の圧力および温度が定常状態に達して給湯熱交換器３４の加熱能力が定常時の能力に達するのに時間がかかり、圧縮機２３や給湯熱交換器３４の熱容量もあるために、しばらくの間給湯水流路３３からは加熱不足で給水温度に近い水が出てしまう。そうならないために、出湯温度設定手段８８が使用者に設定されたことで給湯使用が近いと制御手段７１が判定すると、圧縮機２３を間欠的に運転したり、圧縮機２３内の電動モーターが回転しない程度に微小電流を流して暖機運転をして待機しておくこともできる。
【００４６】
それでもヒートポンプサイクル２２が冷えている場合、制御手段７１は給湯水流路３３出口の出口温度検知手段７５やシェル温度検知手段８７の信号に基づいて判定し、湯混合手段５９の初期状態として第１給湯管４３と第２給湯管５３を流れる流量が例えば同量で混合する位置に設定する。ここで、給水温度５℃、貯湯温度８０℃として、給湯水流路３３からの出口温度がまだ５℃とすると、出湯温度検知手段７６部での温度はおよそ（８０℃＋５℃）／２で、４２．５℃の出湯温度となる。このようにして給湯端末４２から設定温度で出湯するまでの時間をガス瞬間給湯装置並みに短縮できる。運転開始からしばらくすると、冷媒系も十分に温度上昇して給湯水流路３３の出口温度は上昇し、出口温度が設定温度に到達すると制御手段７１は湯混合手段５９を制御して第１給湯管４３からの通水を優先し、可能な限り第２給湯管５３からの通水を閉止状態にし、制御手段７１が圧縮機２３の回転数と運転台数、第２減圧手段２７での減圧度を制御して出口温度検知手段７５の出力する出湯温度が設定温度になるようにする。
【００４７】
しかしながら風呂蛇口３５等の一つが開けられて大量に出湯した場合や、二つ以上の給湯端末４２から同時に出湯した場合のように給湯負荷が給湯熱交換器３４での最大加熱能力を超え、圧縮機２３を最大能力で運転しても設定温度に到達しないような場合は、制御手段７１が圧縮機２３を最大回転数で運転して給湯熱交換器３４での最大加熱能力に設定するとともに、出湯温度検知手段７６の検知温度が設定温度となるように、湯混合手段５９および水道水混合手段６２を制御して給湯熱交換器３４からの湯、貯湯手段２１からの湯および、混合水管６１からの水道水の混合量を制御する。このようにして給湯熱交換器３４の最大加熱能力以上の給湯負荷で出湯することが可能となる。なお上述した給湯負荷とは出湯温度設定手段８８の設定出湯温度から給水温度検知手段７３の検知給水温度を減じたものに流量検知手段７７の検知流量を乗じたものである。
【００４８】
ところで出湯が台所蛇口３７などの小流量が主の場合、特に給水温度の高い夏においては、圧縮機２３の運転台数を１台にして最低回転数で運転しても給湯負荷が給湯熱交換器３４の最小加熱能力より小さくなる場合がある。このようなときには設定した出湯温度よりも高い温度で出湯されてしまう。これを防止するために給湯端末４２からの出湯流量を流量検知手段７７で検知し、検知流量が閾値以下のとき制御手段７１は圧縮機２３を起動させず、湯混合手段５９を制御して給湯熱交換器３４より出水する冷水に貯湯手段２１の湯を混合して出湯させる。
【００４９】
ここで気温が高くなるほど吸熱器２８の吸熱能力が増大するため給湯熱交換器３４の最小加熱能力は大きくなり、また給水温度も高くなるため出湯温度が高くなり過ぎる恐れがある。これを防止するため制御手段７１は気温検知手段８６の検知気温が高くなるほど、前述閾値が大きくなるよう可変している。つまり、閾値は流量が変化しても給水温度が一定幅に収まるように圧縮機を動作させるか否かをコントロールするものであり、圧縮機の能力や外部温度、配水管の径などの要因によって左右されるものである。
【００５０】
このようにして給湯熱交換器３４の最小加熱能力以下の能力でも給湯端末より出湯でき、特に給水温度の高い夏の小流量出湯においても、希望する温度で給湯端末より出湯することができる。
【００５１】
このように、使用者が要求する給湯流量に対して、水道水を給湯熱交換器３４で瞬間加熱して第１給湯管４３から給湯するのとは別に、貯湯手段２１に貯めた湯を第２給湯管５３から出湯して足し合わせるので、ヒートポンプサイクルによる給湯熱交換器３４での瞬間加熱量が不足していても、不足分を補って貯湯手段２１から湯量を加えることができ、給湯熱交換器３４での加熱能力を大幅に大能力化しなくても良い。また従来のヒートポンプ式給湯装置では水を６０℃以上に加熱するが、本発明では４２℃程度に加熱した水を直接出湯させるのでいわゆるＣＯＰが従来よりも大きくなり省エネにも効果的である。
【００５２】
一方、タンクを有しない構成においては、瞬間加熱のみで給湯できるように給湯熱交換器を大能力化して大熱量を熱交換できるようにすると、伝熱面積の確保のために水流路の流路長が長くなったりして流路抵抗が増大し、大流量の水を流通させにくくなる。また、貯湯手段２１を有する本発明の構成でも、貯湯手段２１を小容量化するために給湯熱交換器３４をある程度大能力化すると、同様に流路抵抗の増大が生じやすい。そして、貯湯手段２１と給湯水流路３３との間は循環路５１により接続されているので、給湯運転中の貯湯手段２１と給湯水流路３３にかかる水圧はほぼ等しくなり、貯湯手段２１の耐水圧の点から給湯水流路３３への給水圧を低く抑える必要があり、低い給水圧では流路抵抗により一層十分な流量が得られなくなる。
【００５３】
しかしながら大流量の給湯が必要なときに、給湯水流路３３につながる第１給湯管４３と、貯湯手段２１につながる第２給湯管５３とから、それぞれからの湯を並列に同時出湯するので大流量の給湯が可能となり、大負荷や大流量への対応とヒートポンプ熱源やタンクの小型化との両立が同時出湯により実現できる。また、貯湯手段２１に深夜貯湯して第２給湯管５３からのみ出湯するわけではないので、一日の給湯量のすべてを賄うような大型のタンクは必要なく、ヒートポンプ熱源とタンク双方の小型化が図れて省スペース化できる。
【００５４】
次に、使用者が設定することで浴槽に自動でお湯を張ったり少量の湯を差し湯する「湯張り運転」について説明する。使用者が湯張り設定手段８９を操作して湯張り運転を開始許可すると、除霜弁６７が閉弁した状態で制御手段７１は給湯弁６６を開き、流量検知手段７７が浴槽５４への湯張り流量が閾値以上であることを検知すると、２台の圧縮機２３と送風手段９１の運転を行うとともに、給水開閉弁４７が開弁し貯湯開閉弁４４が閉弁した状態で注湯弁６５を開弁し湯張り運転が開始される。すると、給湯給水管３５から分岐したタンク給水管４８を流れる水の給水圧によって、貯湯手段２１内に貯溜された高温の温湯が押し上げられ、第２給湯管５３を通って湯混合手段５９に達する。同時に、給湯給水管３５から給湯水流路３３を経て第１給湯管４３に流通する温湯も湯混合手段５９に流入し、ここで二方からの温湯が一定の割合で混合される。そして混合された温湯は第３給湯管６０を通って水道水混合手段６２に流入するとともに、水道水が混合水管６１から水道水混合手段６２に流入し、ここで水と温湯が一定の割合で混合され、水道水混合手段６２の流出側から第４給湯管６３を通り風呂注湯路６４の注湯弁６５を介して、風呂戻り管５６と風呂往き管５７を流通して浴槽５４に供給される。風呂温度検知手段８２と水位検知手段８３の信号により浴槽５４内に所定温度で所定量の湯が供給されたことを検出すると、制御手段７１は湯張り運転を終了する。ここでは、流量検知手段７７の信号に基づき積算流量を演算して湯張り量を決めてもよい。
【００５５】
さらに、上記ヒートポンプ式給湯装置における「風呂追焚き運転」について説明する。風呂追焚き設定手段９０により浴槽５４の追焚きをする場合、制御手段７１は注湯弁６５を閉止した後、風呂ポンプ５５を駆動させて浴槽の水を風呂循環路５８に循環させるとともに、浴槽水の循環を風呂流量検知手段８４で検出し、検出水流量が閾値以上であると給湯弁６６と除霜弁６７が閉じた状態で２台の圧縮機２３と送風手段９１の運転を行って風呂追焚き運転が開始される。風呂ポンプ５５により浴槽水が風呂戻り管５６から風呂熱交換器３１に送水されると、風呂水流路３０で風呂冷媒流路２９と熱交換が行われ、浴槽水は加熱されて風呂往き管５７を通り再び浴槽５４に戻される。この間、風呂温度検知手段８２によって風呂水温が検出され、風呂水温が目標温度に達するまで循環が続けられる。
【００５６】
給湯運転中に風呂追焚き設定手段９０の操作があった場合、あるいは風呂追焚き運転中に給湯端末４２の使用があった場合、すなわち「給湯運転」と「風呂追焚き運転」の同時運転の要求があった場合、制御手段７１は「風呂追焚き運転」と同様の動作を行う。このとき、給湯弁６６と除霜弁６７が閉じた状態であるのでヒートポンプサイクル２２では、風呂放熱器２４と給湯放熱器２６との両方に冷媒が流れており、高圧側減圧手段である第１減圧手段２５と低圧側減圧手段である第２減圧手段２７の両方を制御手段７１が調節することで、風呂熱交換器３１と給湯熱交換器３４の各通流冷媒の温度条件を個別に設定可能となるので、給湯と風呂追焚きの同時運転が可能となる。また、風呂ポンプ５５には直流モーターを用いているので、風呂水流路３１を流れる浴槽水の流量をきめ細かに効率よく調節することができる。したがって、制御手段７１は冷媒側の条件だけでなく風呂熱交換器３１を流通する浴槽水の条件を変化させることができ、給湯熱交換器３４と風呂熱交換器３１のそれぞれの熱交換条件をより一層きめ細かく設定できるので、給湯と風呂追焚きの同時運転が容易となる。また、直流モーターを用いてその回転数を変化させ水流量を可変するので高い消費電力効率で水流量を変化させることができ、効率がよくＣＯＰの高い風呂追焚き運転が可能となる。よって、効率と利便性のよい小型省スペースのヒートポンプ給湯装置が実現できる。
【００５７】
さらに、上記ヒートポンプ式給湯装置における「除霜運転」について説明する。吸熱器２８が大気熱や太陽熱を吸熱する構成の場合、吸熱器周辺の空気温度が低温（例えば１０℃未満）であると、吸熱器２８に霜付きが発生する。霜付きが生じた場合に制御手段７１は、ヒートポンプサイクル２２の除霜弁６７を開き、圧縮機２３を所定の回転数で運転する。これにより高温高圧の冷媒が除霜弁６７を通って吸熱器２８に流れ、吸熱器２８を加熱することで氷結していた霜が溶けて除霜が可能となる。
【００５８】
この除霜運転においては、吸熱器２８の温度を検出する吸熱器温度検知手段（図示しない）等を用いて、吸熱器２８の温度が所定温度以下に低下したことを検出した場合や給湯運転が停止した直後の場合など、制御手段７１に設定された種々の条件によって運転開始され、吸熱器２８の温度が所定温度以上に上昇した場合や、所定時間経過した場合などに運転停止される。
【００５９】
さらに、上記ヒートポンプ式給湯装置における貯湯手段２１の湯沸かしを行う「貯湯運転」について説明する。給湯運転後は、貯湯手段２１内は出湯により貯湯量（高温湯量）が減少している。また、貯湯手段２１は断熱材２１ａで覆われているが、貯湯温度は放熱により徐々に低下する。これらの場合に制御手段７１は、ヒートポンプサイクル２２の除霜弁６７が閉弁した状態で給湯弁６６を開き、水系統回路の注湯弁６５が閉じた状態で貯湯開閉弁４４を開く。そして、圧縮機２３を所定の回転数で運転するとともに第２減圧手段２７を所定の減圧度に設定し、循環ポンプ４９を駆動する。これにより高温高圧の冷媒が給湯弁６６を通って給湯冷媒流路３２に流れ、給湯水流路３３を加熱し、循環ポンプ４９により生じさせた水流で貯湯手段２１からタンク給水管４８、給湯給水管３５の順に流れてきた水がここで加熱される。そして高温湯となった水は、水流路出口管Ｂ３８の貯湯開閉弁４４を通り、吐水部４５に設けられたノズル４６から貯湯手段２１内の上層部に拡散されて戻る。そしてこのような動作を継続して行うことによって、貯湯手段２１内の上層部から下層部へ順に温度が上昇する。
【００６０】
この貯湯運転においては、出口温度検知手段７５が給湯熱交換器３４で加熱された高温湯の温度を検出し、制御手段７１が高温湯の温度を決定した所定値（例えば二酸化炭素冷媒では加熱温度８５℃に設定）になるように、この検出信号に基づき、圧縮機２３の回転数と第２減圧手段２７の減圧度を制御する。そしてタンク壁面下方の残湯第３検知手段８１の検知温度が所定温度（例えば８０℃）を超えれば、制御手段７１は貯湯運転の終了が近いと判定して、圧縮機２３の回転数（運転周波数で変更する）や循環ポンプ４９の回転数を減少させる。その後、入口温度検知手段７４が貯湯手段２１から流入する水の温度を検出し、タンクからの流入温度が所定の加熱終了温度（例えば、６０℃）より高温になると、その信号に基づき制御手段７１は貯湯手段２１全量が高温湯となったと判断し、貯湯運転を停止する。この貯湯運転の繰り返しで貯湯手段２１内は所定温度の高温に維持される。この保温の所定温度を給湯の設定温度（例えば４５℃）より充分に高くすることにより、蓄熱密度を上げることができ、貯湯手段２１の大きさを小さくすることができる。
【００６１】
そして、貯湯運転は通常給湯停止中に行われるが、給湯運転中であっても貯湯運転が必要で、かつ給湯運転に要する加熱能力を差し引いてもまだ給湯熱交換器３４での加熱能力に余裕があるときは、給水開閉弁４７を閉じることで「給湯運転」と「貯湯運転」の同時運転が可能となる。
【００６２】
ここで風呂放熱器２４、給湯放熱器２６に流入する冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプサイクルとしていることにより、熱交換により冷媒が熱を奪われて温度低下しても凝縮することがなく、冷媒と水との温度差を大きくできる。これにより、貯湯手段２１の水を高温に加熱し蓄熱密度を大きくして、貯湯手段２１を小型化でき、装置をさらに小型化できる。
【００６３】
（実施例２）
本実施例において実施例１と異なる点は、流量検知手段７７の検知流量ではなく、給湯負荷が閾値を超える時に圧縮機２３を動作させ、給湯負荷が閾値以下の時は圧縮機２３を動作させずに、湯混合手段５９を制御して貯湯手段２１より出湯させる点である。なお給湯負荷とは実施例１で述べた給湯負荷と同じ意味であり、出湯温度設定手段８８の設定出湯温度から給水温度検知手段７３の検知給水温度を減じたものに流量検知手段７７の検知流量を乗じたものである。また気温検知手段８６の検知気温が高くなるほど、前述給湯負荷の閾値が大きくなるよう可変している。
【００６４】
このようにして給湯負荷が給湯熱交換器３４の最小加熱能力より小さくなることを防止し、実施例１に比べてさらに精度良く、希望する温度で給湯端末より出湯することができる。また給湯負荷が熱交換器の最小加熱能力を超える状態で圧縮機が動作するので、過大吐出圧力に起因する圧縮機の異常停止を防止できる。
【００６５】
なお各実施例ではヒートポンプサイクル２２を、冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプサイクルとしたが、もちろん一般の臨界圧力以下のヒートポンプサイクルでもよい。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のヒートポンプ式給湯装置によれば、熱交換器の最小加熱能力以下の能力でも給湯端末より出湯でき、特に給水温度の高い夏の小流量出湯においても、希望する温度で給湯端末より出湯することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１におけるヒートポンプ式給湯装置の構成模式図
【図２】 同ヒートポンプ式給湯装置を示す斜視図
【図３】 従来のヒートポンプ式給湯装置を示す構成模式図
【符号の説明】
２１ 貯湯手段
２２ ヒートポンプサイクル
２３ 圧縮機
２６ 給湯放熱器
３２ 給湯冷媒流路
３３ 給湯水流路
３４ 給湯熱交換器
４２ 給湯端末
５９ 湯混合手段
７１ 制御手段
７３ 給水温度検知手段
７７ 流量検知手段
８６ 気温検知手段
８８ 出湯温度設定手段
Claims (13)
- 圧縮機を含むヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルの冷媒と湯水との間で熱交換を行う熱交換器と、前記熱交換器と接続され、湯を貯湯する貯湯手段と、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水を混合し前記給湯端末へ出湯する湯混合手段と、前記圧縮機と前記湯混合手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、給湯端末の負荷に応じて、前記圧縮機の運転を制御し、かつ、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水の混合量を可変するようにし、前記ヒートポンプサイクルの運転開始直後は、少なくとも前記貯湯手段から出湯し、前記熱交換器の出口温度に応じて、前記熱交換器からの湯水を優先して出湯するように前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水の混合量を可変するよう前記湯混合手段を制御することを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
- 圧縮機を含むヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルの冷媒と湯水との間で熱交換を行う熱交換器と、前記熱交換器と接続され、湯を貯湯する貯湯手段と、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水を混合し前記給湯端末へ出湯する湯混合手段と、前記圧縮機と前記湯混合手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、給湯端末の負荷に応じて、前記圧縮機の運転を制御し、かつ、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水の混合量を可変するようにし、前記負荷が前記熱交換器の最大加熱能力を超えた場合は、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水を混合して出湯するよう前記湯混合手段を制御することを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
- 圧縮機を含むヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルの冷媒と湯水との間で熱交換を行う熱交換器と、浴槽及び／または給湯端末への出湯流量を検知する流量検知手段と、前記熱交換器と接続され、湯を貯留する貯湯手段と、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水を混合し前記給湯端末へ出湯する湯混合手段と、前記圧縮機と前記湯混合手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記流量検知手段の検知流量に応じて、前記圧縮機の運転を制御し、かつ、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水の混合量を可変するようにし、前記ヒートポンプサイクルの運転開始直後は、少なくとも前記貯湯手段から出湯し、前記熱交換器の出口温度に応じて、前記熱交換器からの湯水を優先して出湯するように前記湯混合手段を制御することを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
- 圧縮機を含むヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルの冷媒と湯水との間で熱交換を行う熱交換器と、浴槽及び／または給湯端末への出湯流量を検知する流量検知手段と、前記熱交換器と接続され、湯を貯留する貯湯手段と、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水を混合し前記給湯端末へ出湯する湯混合手段と、前記圧縮機と前記湯混合手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記流量検知手段の検知流量に応じて、前記圧縮機の運転を制御し、かつ、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水の混合量を可変するようにし、前記流量検知手段からの検知流量により前記熱交換器の最大加熱能力を超えたと判断した場合は、前記熱交換器と貯湯手段からの湯水を混合して出湯するよう前記湯混合手段を制御することを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
- 圧縮機を含むヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルの冷媒と湯水との間で熱交換を行う熱交換器と、浴槽及び／または給湯端末への出湯流量を検知する流量検知手段と、前記熱交換器と接続され、湯を貯留する貯湯手段と、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水を混合し前記給湯端末へ出湯する湯混合手段と、前記圧縮機と前記湯混合手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記流量検知手段の検知流量に応じて、前記圧縮機の運転を制御し、かつ、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水の混合量を可変するようにし、前記流量検知手段の検知流量が所定の閾値以下の場合は、前記圧縮機を動作させずに、少なくとも前記貯湯手段から湯水を出湯させるよう前記湯混合手段を制御することを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
- 気温を検知する検知手段を備え、制御手段は、前記気温検知手段の検知気温が高くなるほど、閾値が大きくなるように可変することを特徴とする請求項５記載のヒートポンプ式給湯装置。
- 圧縮機を含むヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルの冷媒と湯水との間で熱交換を行う熱交換器と、浴槽及び／または給湯端末への出湯流量を検知する流量検知手段と、前記熱交換器と接続され、湯を貯留する貯湯手段と、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水を混合し前記給湯端末へ出湯する湯混合手段と、前記圧縮機と前記湯混合手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記流量検知手段の検知流量に基づく積算流量に応じて、前記圧縮機の運転を制御し、かつ、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水の混合量を可変するよう前記湯混合手段を制御することを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
- 圧縮機を含むヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルの冷媒と湯水との間で熱交換を行う熱交換器と、浴槽及び／または給湯端末への出湯流量を検知する流量検知手段と、前記熱交換器と接続され、湯水を貯留する貯湯手段と、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水を混合し前記給湯端末へ出湯する湯混合手段と、前記熱交換器への給水温度を検知する給水温度検知手段と、前記浴槽及び／又は給湯端末への出湯温度を設定する出湯温度設定手段と、前記圧縮機と前記湯混合手段とを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記流量検知手段の検知流量と前記給水温度検知手段の検知給水温度と出湯温度設定手段の設定出湯温度で算出される給湯負荷に応じて、前記圧縮機の運転を制御し、かつ、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水の混合量を可変するようにし、前記ヒートポンプサイクルの運転開始直後は、少なくとも貯湯手段から出湯し、熱交換器の出口温度に応じて、前記熱交換器からの湯水を優先して出湯するように湯混合手段を制御することを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
- 圧縮機を含むヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルの冷媒と湯水との間で熱交換を行う熱交換器と、浴槽及び／または給湯端末への出湯流量を検知する流量検知手段と、前記熱交換器と接続され、湯水を貯留する貯湯手段と、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水を混合し前記給湯端末へ出湯する湯混合手段と、前記熱交換器への給水温度を検知する給水温度検知手段と、前記浴槽及び／又は給湯端末への出湯温度を設定する出湯温度設定手段と、前記圧縮機と前記湯混合手段とを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記流量検知手段の検知流量と前記給水温度検知手段の検知給水温度と出湯温度設定手段の設定出湯温度で算出される給湯負荷に応じて、前記圧縮機の運転を制御し、かつ、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水の混合量を可変するようにし、給湯負荷により給湯熱交換機の最大加熱能力を超えたと判断した場合は、熱交換器と貯湯手段からの湯水を混合して出湯するよう湯混合手段を制御することを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
- 圧縮機を含むヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルの冷媒と湯水との間で熱交換を行う熱交換器と、浴槽及び／または給湯端末への出湯流量を検知する流量検知手段と、前記熱交換器と接続され、湯水を貯留する貯湯手段と、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水を混合し前記給湯端末へ出湯する湯混合手段と、前記熱交換器への給水温度を検知する給水温度検知手段と、前記浴槽及び／又は給湯端末への出湯温度を設定する出湯温度設定手段と、前記圧縮機と前記湯混合手段とを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記流量検知手段の検知流量と前記給水温度検知手段の検知給水温度と出湯温度設定手段の設定出湯温度で算出される給湯負荷に応じて、前記圧縮機の運転を制御し、かつ、前記熱交換器と前記貯湯手段からの湯水の混合量を可変するようにし、給湯負荷が所定の閾値より大きい場合は、圧縮機を動作させ、熱交換器からの湯水と貯湯手段からの湯水を混合して出湯することを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
- 気温を検知する検知手段を備え、制御手段は、前記気温検知手段の検知気温が高くなるほど、閾値が大きくなるように可変することを特徴とする請求項１０記載のヒートポンプ式給湯装置。
- 圧縮機は、複数の圧縮機から構成されることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のヒートポンプ式給湯装置。
- ヒートポンプサイクルは、放熱器に流入する冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプサイクルである請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のヒートポンプ式給湯装置。
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