JP3855695B2 - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高圧側の冷媒圧力が臨界圧力以上となる冷媒を用いて、例えば冷媒として二酸化炭素を用いるヒートポンプ給湯機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システムとしては、例えば、特開２０００−２１３８０６号公報に示すものがあった。図１１は前記公報に記載された従来のヒートポンプシステムを示すものである。図１１において、１は圧縮機、２は放熱器、３は減圧装置、４は蒸発器、７は貯湯槽、８は循環ポンプであり、圧縮機１、放熱器２、減圧装置３、蒸発器４を連結してヒートポンプ装置を形成する。そして、放熱器２の放熱を利用して貯湯槽７の水を加熱するものである。
【０００３】
図１２はヒートポンプ装置の動作点における冷媒圧力と冷媒エンタルピの図を表わす。図１２のａ点からｂ点が圧縮機１の動作点、ｂ点からｃ点が放熱器２の動作点であり、ここで放熱する。ｃ点からｄ点が減圧装置３の動作点、ｄ点からａ点が蒸発器４の動作点を表わす。添字１は高圧縮比の動作、添字２は低圧縮比の動作を表わす。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の構成では、貯湯槽の水を高温に沸き上げるには、圧縮機に内蔵しているモーターの耐熱温度、耐久性を維持する範囲内で圧縮機の吐出冷媒温度を高温にして運転しなければならない。しかし、図１３に示す如く、圧縮機の動作点が低圧縮比の場合には圧縮機の出口冷媒温度（ｂ２点）が低くなる。そのため、高温湯をつくることができない。また、高温湯をつくるには図１３に示す如く、ヒートポンプの動作点を高圧にして圧縮機の出口冷媒温度を高くしなければならない（図１３のｂ３点）。その時には、機器の高耐圧性および運転効率の低下が課題となる。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、浴槽の残湯熱、あるいは太陽熱などを利用して空気熱交換器から流出する冷媒の温度より高温の過熱度の大きいガス冷媒にして圧縮機に吸入し、圧縮機の吐出冷媒温度を高くして高温高効率の給湯運転を行うものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために、本発明のヒートポンプ給湯機は、圧縮機、放熱器、減圧装置、大気熱を吸熱する空気熱交換器、浴槽水とを熱交換する高温熱交換器を具備して、動作時に高圧側の冷媒圧力が臨界圧力以上となるヒートポンプサイクルと、貯湯槽、循環ポンプ、前記放熱器と熱交換関係を有する給湯熱交換器、前記貯湯槽上部を順次接続した給湯回路と、前記空気熱交換器の出口温度を検出する第１の温度検出手段と、前記高温熱交換器の出口温度を検出する第２の温度検出手段と、前記第１の温度検出手段の検出信号と前記第２の温度検出手段の検出信号と比較する比較部とを備え、前記第２の温度検出手段の検出信号が前記第１の温度検出手段の検出信号より高いときに、大気熱利用と浴槽残湯熱利用の同時運転を行うとともに、前記給湯熱交換器出口の湯水が所定温度となるように流量を制御する湯水制御手段を有するものである。
【０００７】
これによって、浴槽の残湯熱を利用して空気熱交換器から流出する冷媒温度より高温の過熱度の大きいガス冷媒にして圧縮機に吸入し、圧縮機の吐出冷媒温度を高くして高温高効率の給湯運転を行うものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、圧縮機、放熱器、減圧装置、大気熱を吸熱する空気熱交換器、浴槽水とを熱交換する高温熱交換器を具備して、動作時に高圧側の冷媒圧力が臨界圧力以上となるヒートポンプサイクルと、貯湯槽、循環ポンプ、前記放熱器と熱交換関係を有する給湯熱交換器、前記貯湯槽上部を順次接続した給湯回路と、前記空気熱交換器の出口温度を検出する第１の温度検出手段と、前記高温熱交換器の出口温度を検出する第２の温度検出手段と、前記第１の温度検出手段の検出信号と前記第２の温度検出手段の検出信号と比較する比較部とを備え、前記第２の温度検出手段の検出信号が前記第１の温度検出手 段の検出信号より高いときに、大気熱利用と浴槽残湯熱利用の同時運転を行うとともに、前記給湯熱交換器出口の湯水が所定温度となるように流量を制御する湯水制御手段を有すし、高温熱交換器を流れる冷媒と浴槽水を熱交換するようにして、浴槽の残湯熱を利用して圧縮機の吐出冷媒温度を高くし、高温高効率の給湯運転を行うものである。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、高温熱交換器を流れる冷媒と太陽熱集熱媒体とを熱交換するものであり、太陽熱を利用して過熱度の大きいガス冷媒にして、圧縮機の吐出冷媒温度を高くして昼間時刻帯の追焚き運転時の高温高効率化をはかるものである。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、前述の構成に加えて、深夜時刻帯に高温熱交換器を流れる冷媒と太陽熱集熱媒体とを熱交換する運転制御手段を備え、昼間に集熱した太陽熱集熱媒体を深夜時刻帯を利用して、深夜時刻帯の安価な電気料金で高温高効率運転と低ランニングコストの給湯機を実現する。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、大気熱を吸熱する運転と高温熱交換器による高温熱源の熱を吸熱する運転を同時に行う運転制御手段を備え、大気熱を吸熱した冷媒の温度をさらに高温過熱ガスにして圧縮機に吸入し、圧縮機の出口温度を高温化して高温高効率の貯湯運転を行う。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、空気熱交換器と並列に高温熱交換器を設けて、浴槽残湯熱を吸熱する単独運転と大気熱と浴槽残湯熱の同時吸熱運転とを切換えて行い、高温高効率の貯湯運転を行う。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、高温熱交換器による高温熱源の熱を唯一吸熱する単独運転と、大気熱を吸熱する運転と高温熱交換器による高温熱源の熱を吸熱する運転を同時に行う運転と、大気熱を唯一吸熱する大気熱単独運転とを切換えて、高温熱源の温度レベルに応じて、高効率となる運転に切換えて貯湯運転を行う。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、高温熱交換器を流れる高温媒体の流量を可変する高温水流量制御手段を備え、高温媒体の熱を吸熱する運転時に高温媒体温度が低下した場合でも、絶えず高温熱交換器の出口冷媒温度が空気熱交換器の出口冷媒温度より高温となるようにして、高温高効率化をはかる。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、圧縮機出口の冷媒の温度が設定温度となるように高温水流量制御手段を制御する吐出制御手段を備え、高温媒体の温度変化に対して圧縮機出口の冷媒温度を設定温度に制御し、高温高効率化をはかる。
【００１６】
請求項９に記載の発明は、空気熱交換器を流れる冷媒温度が設定温度となるように減圧装置の弁開度を制御する冷媒制御手段と、圧縮機出口の冷媒温度が設定温度となるように高温水流量制御手段を制御する吐出制御手段を備え、低圧側の冷媒蒸発温度と圧縮機出口の冷媒温度を制御して高温高効率化を実現する。
【００１７】
請求項１０に記載の発明は、空気熱交換器を流れる冷媒温度の設定温度を着霜しない温度に設定して、低外気温度の運転時に、空気熱交換器に着霜しないようにして高温高効率化を実現する。
【００１８】
請求項１１に記載の発明は、圧縮機の吐出圧力が所定圧力となるように減圧装置の弁開度を制御する圧力制御手段と、圧縮機出口の冷媒温度が設定温度となるように高温水流量制御手段を制御する吐出制御手段を備え、高圧側の冷媒圧力と圧縮機出口の冷媒温度を制御して高温高効率化を実現する。
【００１９】
請求項１２に記載の発明は、高温熱交換器を流れる冷媒と高温媒体とを対向流で熱交換するようにして、高温熱交換器出口の冷媒温度調整域を広くして高温高効率化を実現する。
【００２０】
請求項１３に記載の発明は、冷媒回路に封入する冷媒を二酸化炭素とするヒートポンプ給湯機であり、高温高効率の貯湯運転と地球環境保全を実現する。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。なお、従来例および各実施例において、同じ構成、同じ動作をするものについては同一符号を付し、一部説明を省略する。
【００２２】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１におけるヒートポンプ給湯機の構成図を示すものである。図２は大気熱を利用しながら浴槽残湯熱を利用する給湯運転時のヒートポンプサイクルの動作点を表わす。図１において、実線矢印は大気熱を利用する冷媒流れ方向を表わし、一点鎖線は浴槽残湯熱を利用する冷媒流れ方向を表わし、破線矢印は給湯回路の水の流れ方向を表わす。なお冷媒としては二酸化炭素冷媒で説明するが、その他の冷媒であってもよいものである（以下各実施例においても同様）。
【００２３】
図１において、１は圧縮機、２は放熱器、３は減圧装置、４は空気熱交換器であり、大気熱を吸熱する。５は高温熱交換器であり、冷媒と高温媒体を熱交換して空気熱交換器出口の冷媒温度より高温の冷媒を流出する。例えば、入浴後の浴槽６の高温残湯水と冷媒を熱交換して冷媒温度を高温化する。そして、空気熱交換器４と並列に高温熱交換器５を設ける。そして、圧縮機１、放熱器２、減圧装置３、空気熱交換器４、高温熱交換器５でヒートポンプサイクルを構成して、高圧側の冷媒圧力が臨界圧力以上となる二酸化炭素を冷媒とする。７は貯湯槽、８は循環ポンプ、９は給湯熱交換器であり、放熱器２と熱交換関係を有して、放熱器２に流入する冷媒と給湯熱交換器９から流出する水を対向流で熱交換する。そして、貯湯槽７の下部から循環ポンプ８、給湯熱交換器９、貯湯槽７の上部を順次接続する給湯回路を構成する。
【００２４】
１０は温度検出手段であり、ヒートポンプサイクルで加熱する湯温を検出するため、給湯熱交換器９の出口に設けられている。１１は湯水制御手段であり、給湯熱交換器９の出口湯水が所定温度となるように循環ポンプ８の回転数を制御して給湯回路の循環流量を制御する。１２は高温媒体ポンプであり、高温熱交換器５へ浴槽６の残湯水を循環する。１３は第１の温度検出手段であり、空気熱交換器４の出口冷媒温度を検出する。１４は第２の温度検出手段であり、高温熱交換器５の出口冷媒温度を検出する。１５は比較部であり、第１の温度検出手段１３の温度検出信号と第２の温度検出手段１４の温度検出信号を比較する。１６は運転制御手段であり、高温媒体ポンプ１２を運転して、第２の温度検出手段１４の温度検出信号が第１の温度検出手段１３の温度検出信号より高温信号の時に大気熱利用と浴槽残湯熱利用の同時運転を継続する。
【００２５】
以上のように構成されたヒートポンプ給湯機について、以下その動作、作用を説明する。図１、図２において、大気熱を利用しながら浴槽残湯熱を利用する給湯運転について説明する。圧縮機１から吐出する臨界圧力以上の高温高圧の冷媒が放熱器２に流入し、ここで貯湯槽７から送られてきた水と給湯熱交換器９を介して熱交換する。そして、放熱器２に流入する高温冷媒と給湯熱交換器９から流出する水を対向流にして熱交換し、放熱器２に流入する高温冷媒で所定の高温湯に加熱して給湯熱交換器９から貯湯槽７の上部へもどす。一方、放熱器２に流入した高温冷媒は放熱作用によって、温度を下げて放熱器２から流出して減圧装置３に流入する。そして、減圧された冷媒を空気熱交換器４と高温熱交換器５に流す。
【００２６】
空気熱交換器４に流れた冷媒は大気熱を吸熱して流出する（図２のａ１点）。一方、高温熱交換器５に流れた冷媒は浴槽６の残湯水と熱交換して、空気熱交換器４から流出する冷媒の温度（図２のａ１点）より高温の過熱ガスの状態で流出する（図２のａ２点）。そして、空気熱交換器４から流出する冷媒と高温熱交換器５から流出する冷媒が合流して圧縮機１に吸入する冷媒の温度を高温過熱ガスにして（図２のａ２点）、圧縮機１に吸入する。そして、高温過熱ガスを圧縮機で圧縮して圧縮機出口の冷媒温度を高温にする。そして、放熱器２に流入する圧縮機１出口の高温冷媒によって給湯熱交換器９出口の水を所定温度に加熱する。
【００２７】
運転継続中に浴槽水の温度が低下して、高温熱交換器５の出口冷媒が空気熱交換器４より高温にならない場合、高温媒体ポンプ１２を運転停止して、空気熱交換器４の単独運転をする。従って、放熱器入口の冷媒温度と放熱器出口水温の温度差が大きくなるため、圧縮機の吐出圧力が下がり消費電力が低減する。よって、放熱器出口の湯を高温加熱する高温高効率の貯湯運転を実現する。
【００２８】
次に、高温熱交換器を流れる高温媒体として浴槽水を用いて、入浴後の残湯熱を利用する場合について説明する。高温媒体温度が非常に高温の場合、圧縮機１から吐出する臨界圧力以上の高温高圧の冷媒が放熱器２に流入し、ここで貯湯槽７から送られてきた水と給湯熱交換器９を介して熱交換する。そして、放熱器２を流れる冷媒と給湯熱交換器９を流れる水を対向流にして熱交換する。そして、給湯熱交換器９から流出する湯を放熱器２に流入する高温冷媒によって所定温度に加熱して貯湯槽７の上部へもどす。
【００２９】
一方、放熱器２に流入した高温冷媒は放熱作用によって、温度を下げて放熱器２から流出して、減圧装置３に流入し、減圧されて高温熱交換器５に流入する。そして、入浴後の浴槽６の残湯水と高温熱交換器５を流れる冷媒を熱交換して、浴槽６水の残湯熱を吸熱して蒸発ガス化した冷媒を圧縮機１に吸入する。従って、入浴後の浴槽の残湯温度が外気温度より非常に高温であるため、高温熱交換器を流れる冷媒蒸発温度が高くなり高効率で運転する。
【００３０】
そして、図３のように、空気熱交換器４の冷媒出口に高温熱交換器５を設けて、空気熱交換器４から流出する冷媒を高温熱交換器５へ流し、浴槽６の残湯水で加熱して高温過熱ガスにして圧縮機１の出口冷媒温度を高め、高温高効率化をはかってもよい。
【００３１】
そして、図４のように、高温熱交換器５を流れる冷媒と高温媒体を対向流で熱交換することによって、高温熱交換器５に流入する高温の高温媒体で高温熱交換器５から流出する冷媒を加熱して過熱ガス冷媒にする。従って、冷媒の過熱ガス温度の高温化と過熱ガス温度巾の拡大をはかり、圧縮機出口の冷媒温度の高温化を容易にする。そのため、高温高効率運転が容易となる。
【００３２】
そして、図５のように、湯水制御手段１１として、循環ポンプ８の回転数を制御する代わりに制水弁１７を設けて、一定回転数の循環ポンプを用い、制水弁１７の弁開度を調整して流量制御しても同様の効果がある。
【００３３】
そして、空気熱交換器４の出口冷媒温度と高温熱交換器５の出口冷媒温度を検出して、高温熱交換器５の出口冷媒温度が空気熱交換器４の出口冷媒温度より高温信号であることを判定する代わりに、外気温度を検出する外気温度検出手段の検出信号より高温熱交換器５の出口冷媒温度の検出信号が高温であることを判定して運転してもよい。なぜならば、空気熱交換器４の出口冷媒温度が外気温度以上になることはないからである。また、運転した場合に高温熱交換器５の出口冷媒温度が空気熱交換器４の出口冷媒温度より高くなるような外気温度と高温媒体温度の相関関係を予め認識させておいて、運転開始時に、外気温度と高温熱交換器５を流れる高温媒体の温度を検出して高温媒体ポンプ１２を運転するか否か判断してもよい。以下の説明も同様であり、説明を省略する。
【００３４】
（実施例２）
図６は本発明の実施例２のヒートポンプ給湯機の構成図である。図６において、１８は太陽熱集熱器であり、太陽熱を集熱する。１９は蓄熱槽であり、太陽熱集熱器１８で集熱した熱を蓄熱する。２０は搬送手段であり、太陽熱集熱器１８、蓄熱槽１９の集熱媒体を高温熱交換器５へ循環して高温熱交換器５の冷媒と熱交換する。２１は運転制御手段であり、時刻を計時するクロック２２の信号を受信して深夜時刻帯において搬送手段２０に運転指令する。
【００３５】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。太陽熱を集熱して高温となった集熱媒体と冷媒を高温熱交換器５で熱交換する。そして、空気熱交換器４出口の冷媒温度より高温熱交換器５出口の冷媒温度を高くして圧縮機１吸入の冷媒温度を高温過熱ガスにし、圧縮機１出口の冷媒温度を高温にする。そして、放熱器に流入する高温冷媒によって給湯熱交換器出口の水を高温に加熱する。従って、高温高効率の貯湯運転を実現する。そして、昼間追焚き運転時の高効率化をはかる。
【００３６】
そして、昼間に集熱した太陽熱集熱媒体を深夜時刻帯に循環する運転制御手段２１を設けて、昼間時刻帯に集熱した太陽熱集熱媒体を深夜時刻帯に高温熱交換器５の冷媒と熱交換して、放熱器２を介して貯湯槽に貯湯する運転をする。従って、深夜時刻帯の安価な電気料金で高温高効率運転をして低ランニングコストの給湯機を実現する。
【００３７】
（実施例３）
図７は本発明の実施例３のヒートポンプ給湯機の構成図である。図７において、２３は高温水流量制御手段であり、高温熱交換器５出口の冷媒温度が空気熱交換器４から流出する冷媒温度より高温となるように高温媒体ポンプ１２の流量を可変する。２４は第１の温度検出手段であり、空気熱交換器４から流出する冷媒温度を検出する。２５は第２の温度検出手段であり、高温熱交換器５から流出する冷媒温度を検出する。２６は制御手段であり、第２の温度検出手段２５の検出信号が第１の温度検出手段２４の検出信号より所定温度高い信号となるように高温水流量制御手段２２に指令する。
【００３８】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。入浴後の浴槽６残湯熱を吸熱する運転を継続すると、浴槽６水の温度が低下して高温熱交換器５出口の冷媒温度が低下しはじめる。それに伴って圧縮機１の出口冷媒が低下する。そして、高温熱交換器５出口の冷媒温度と空気熱交換器から流出する冷媒温度の温度差が所定値まで低下すると高温熱交換器５を循環する浴槽６水の流量を増加して所定温度差に維持する。従って、浴槽水がかなり低温水となるまで、絶えず高温熱交換器の出口冷媒温度を空気熱交換器の出口冷媒温度より高温にして、高温高効率化をはかる。
【００３９】
（実施例４）
図８は本発明の実施例４のヒートポンプ給湯機の構成図である。図８において、２７は冷媒温度検出手段であり、圧縮機１出口の冷媒温度を検出する。２８は吐出制御手段であり、圧縮機１出口の冷媒温度が設定温度となるように高温水流量制御手段２３を制御する。
【００４０】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。最初に、大気熱と浴槽残湯熱を同時利用する運転について説明する。運転中において、浴槽残湯水温が吸熱されて温度低下して圧縮機１出口の冷媒温度が設定温度より低温になる場合、あるいは低外気温度時に空気熱交換器４に着霜して圧縮機１出口の冷媒温度が設定温度より低温になる場合、浴槽６水の循環流量を増加して高温熱交換器５の出口冷媒を高温過熱ガスにする。そして、空気熱交換器４から流出する冷媒より高温過熱ガスの状態で圧縮機１に吸入する。そして、高温過熱ガスを圧縮機１が圧縮するため出口冷媒が高温となる。そして、圧縮機１出口の冷媒温度が設定温度となるように高温水流量制御手段２３を制御する。
【００４１】
次に、浴槽残湯熱利用の単独運転について説明する。運転中において、浴槽６残湯水温が吸熱されて温度低下して圧縮機１出口の冷媒温度が設定温度より低温になる場合、浴槽６水の循環流量を増加して高温熱交換器５の出口冷媒を高温過熱ガスにする。そして、圧縮機１出口の冷媒温度が設定温度となるように高温水流量制御手段２３を制御する。
【００４２】
従って、高温貯湯する際に圧縮機の高圧の異常上昇を防止して高温高効率の貯湯運転を実現する。そして、圧縮機出口の冷媒温度を検出しているため、異常温度上昇を防止して圧縮機内のモーターの焼損を防止する。
【００４３】
（実施例５）
図９は本発明の実施例５のヒートポンプ給湯機の構成図である。図９において、２９は冷媒制御手段であり、空気熱交換器４を流れる冷媒温度が設定温度となるように減圧装置３の弁開度を制御する。３０は吐出制御手段であり、圧縮機１出口の冷媒温度が設定温度となるように高温水流量制御手段２３を制御する。３１は外気検出手段であり、外気温度あるいは空気エンタルピを検出する。３２は冷媒温度検出手段であり、空気熱交換器４を流れる冷媒温度、あるいは空気熱交換器４の入口冷媒温度を検出する。３３は設定手段であり、外気温度あるいは空気エンタルピと空気熱交換器４を流れる冷媒温度の相関関係を予め設定する。３４は制御手段であり、外気検出手段３１を検出して設定手段３３から空気熱交換器４を流れる冷媒の設定温度を冷媒制御手段２９に送信する。
【００４４】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。大気熱と浴槽残湯熱を同時利用する運転について説明する。運転時に外気温度あるいは空気エンタルピを検出して、その検出信号から空気熱交換器４を流れる冷媒温度を設定する。そして、設定温度となるように減圧装置３の弁開度を制御し、低圧側の冷媒蒸発温度を決める。そして、低圧側の冷媒蒸発温度に対応する圧縮機１出口の冷媒設定温度となるように高温水流量制御手段２３を制御して低圧側の冷媒蒸発温度の過熱ガス温度を調整する。従って、低圧側の冷媒蒸発温度と圧縮機出口の冷媒温度を制御して高温高効率化を実現する。
【００４５】
そして、空気熱交換器４を流れる冷媒温度の設定を低外気温度時に着霜しない設定温度にして、空気熱交換器４から流出する気液二相域の冷媒と浴槽６残湯熱利用の高温熱交換器５から流出する過熱ガス冷媒を合流してガス冷媒を圧縮機１に吸入する。よって、圧縮機出口の冷媒温度を高温に維持し、かつ空気熱交換器４に着霜する頻度も少ない高温高効率の運転を実現する。
【００４６】
（実施例６）
図１０は本発明の実施例６のヒートポンプ給湯機の構成図である。図１０において、３５は圧力制御手段であり、圧縮機の吐出圧力が所定圧力となるように減圧装置３の弁開度を制御する。３６は吐出制御手段であり、圧縮機１出口の冷媒温度が設定温度となるように高温水流量制御手段２３を制御する。３７は冷媒温度検出手段であり、圧縮機１出口の冷媒温度を検出する。３８は湯温設定手段であり、給湯熱交換器出口の沸上げ湯温を設定する。３９は設定手段であり、沸上げ湯温と圧縮機出口の冷媒圧力の相関関係を予め設定する。４０は冷媒圧力検出手段であり、圧縮機１吐出の冷媒の設定圧力を検出する。４１は制御手段であり、湯温設定手段３８の信号を検出して設定手段３９から圧縮機１吐出の冷媒の設定圧力を圧力制御手段３５に送信する。
【００４７】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。大気熱と浴槽残湯熱を同時利用する運転について説明する。運転時に沸上げ設定温度を検出して、その検出信号から圧縮機１の吐出圧力（高圧）を設定する。そして、設定圧力となるように減圧装置３の弁開度を制御し、圧縮機１の高圧を決める。そして、圧縮機出口の冷媒を設定温度となるように高温水流量制御手段２２を制御する。従って、高圧側の冷媒圧力と圧縮機出口の冷媒温度を制御して高温高効率化を実現する。
【００４８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、ヒートポンプ給湯機の高温高効率化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１のヒートポンプ給湯機の構成図
【図２】 同実施例１のヒートポンプ給湯機の冷媒圧力と冷媒エンタルピの動作線図
【図３】 同実施例１の他のヒートポンプ給湯機の構成図
【図４】 同実施例１の他のヒートポンプ給湯機の高温熱交換器を流れる冷媒と媒体の温度分布図
【図５】 同実施例１の更に他のヒートポンプ給湯機の構成図
【図６】 本発明の実施例２のヒートポンプ給湯機の構成図
【図７】 本発明の実施例３のヒートポンプ給湯機の構成図
【図８】 本発明の実施例４のヒートポンプ給湯機の構成図
【図９】 本発明の実施例５のヒートポンプ給湯機の構成図
【図１０】 本発明の実施例６のヒートポンプ給湯機の構成図
【図１１】 従来のヒートポンプ給湯機の構成図
【図１２】 従来のヒートポンプ給湯機の冷媒圧力と冷媒エンタルピの動作線図
【図１３】 従来のヒートポンプ給湯機の冷媒圧力と冷媒エンタルピの動作線図
【符号の説明】
１ 圧縮機
２ 放熱器
３ 減圧装置
４ 空気熱交換器
５ 高温熱交換器
６ 浴槽
７ 貯湯槽
８ 循環ポンプ
９ 給湯熱交換器
１０ 温度検出手段
１１ 湯水制御手段
１２ 高温媒体ポンプ
１３、２４ 第１の温度検出手段
１４、２５ 第２の温度検出手段
１５ 制御部
１６ 運転制御手段
１７ 制水弁
１８ 太陽熱集熱器
１９ 蓄熱槽
２０ 搬送手段
２１ 運転制御手段
２２ クロック
２３ 高温水流量制御手段
２６、３４、４１ 制御手段
２７、３２、３７ 冷媒温度検出手段
２８、３０、３６ 吐出制御手段
２９ 冷媒制御手段
３１ 外気検出手段
３３、３９ 設定手段
３５ 圧力制御手段
３８ 湯温設定手段
４０ 冷媒圧力検出手段
【発明の属する技術分野】
本発明は高圧側の冷媒圧力が臨界圧力以上となる冷媒を用いて、例えば冷媒として二酸化炭素を用いるヒートポンプ給湯機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システムとしては、例えば、特開２０００−２１３８０６号公報に示すものがあった。図１１は前記公報に記載された従来のヒートポンプシステムを示すものである。図１１において、１は圧縮機、２は放熱器、３は減圧装置、４は蒸発器、７は貯湯槽、８は循環ポンプであり、圧縮機１、放熱器２、減圧装置３、蒸発器４を連結してヒートポンプ装置を形成する。そして、放熱器２の放熱を利用して貯湯槽７の水を加熱するものである。
【０００３】
図１２はヒートポンプ装置の動作点における冷媒圧力と冷媒エンタルピの図を表わす。図１２のａ点からｂ点が圧縮機１の動作点、ｂ点からｃ点が放熱器２の動作点であり、ここで放熱する。ｃ点からｄ点が減圧装置３の動作点、ｄ点からａ点が蒸発器４の動作点を表わす。添字１は高圧縮比の動作、添字２は低圧縮比の動作を表わす。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の構成では、貯湯槽の水を高温に沸き上げるには、圧縮機に内蔵しているモーターの耐熱温度、耐久性を維持する範囲内で圧縮機の吐出冷媒温度を高温にして運転しなければならない。しかし、図１３に示す如く、圧縮機の動作点が低圧縮比の場合には圧縮機の出口冷媒温度（ｂ２点）が低くなる。そのため、高温湯をつくることができない。また、高温湯をつくるには図１３に示す如く、ヒートポンプの動作点を高圧にして圧縮機の出口冷媒温度を高くしなければならない（図１３のｂ３点）。その時には、機器の高耐圧性および運転効率の低下が課題となる。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、浴槽の残湯熱、あるいは太陽熱などを利用して空気熱交換器から流出する冷媒の温度より高温の過熱度の大きいガス冷媒にして圧縮機に吸入し、圧縮機の吐出冷媒温度を高くして高温高効率の給湯運転を行うものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために、本発明のヒートポンプ給湯機は、圧縮機、放熱器、減圧装置、大気熱を吸熱する空気熱交換器、浴槽水とを熱交換する高温熱交換器を具備して、動作時に高圧側の冷媒圧力が臨界圧力以上となるヒートポンプサイクルと、貯湯槽、循環ポンプ、前記放熱器と熱交換関係を有する給湯熱交換器、前記貯湯槽上部を順次接続した給湯回路と、前記空気熱交換器の出口温度を検出する第１の温度検出手段と、前記高温熱交換器の出口温度を検出する第２の温度検出手段と、前記第１の温度検出手段の検出信号と前記第２の温度検出手段の検出信号と比較する比較部とを備え、前記第２の温度検出手段の検出信号が前記第１の温度検出手段の検出信号より高いときに、大気熱利用と浴槽残湯熱利用の同時運転を行うとともに、前記給湯熱交換器出口の湯水が所定温度となるように流量を制御する湯水制御手段を有するものである。
【０００７】
これによって、浴槽の残湯熱を利用して空気熱交換器から流出する冷媒温度より高温の過熱度の大きいガス冷媒にして圧縮機に吸入し、圧縮機の吐出冷媒温度を高くして高温高効率の給湯運転を行うものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、圧縮機、放熱器、減圧装置、大気熱を吸熱する空気熱交換器、浴槽水とを熱交換する高温熱交換器を具備して、動作時に高圧側の冷媒圧力が臨界圧力以上となるヒートポンプサイクルと、貯湯槽、循環ポンプ、前記放熱器と熱交換関係を有する給湯熱交換器、前記貯湯槽上部を順次接続した給湯回路と、前記空気熱交換器の出口温度を検出する第１の温度検出手段と、前記高温熱交換器の出口温度を検出する第２の温度検出手段と、前記第１の温度検出手段の検出信号と前記第２の温度検出手段の検出信号と比較する比較部とを備え、前記第２の温度検出手段の検出信号が前記第１の温度検出手 段の検出信号より高いときに、大気熱利用と浴槽残湯熱利用の同時運転を行うとともに、前記給湯熱交換器出口の湯水が所定温度となるように流量を制御する湯水制御手段を有すし、高温熱交換器を流れる冷媒と浴槽水を熱交換するようにして、浴槽の残湯熱を利用して圧縮機の吐出冷媒温度を高くし、高温高効率の給湯運転を行うものである。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、高温熱交換器を流れる冷媒と太陽熱集熱媒体とを熱交換するものであり、太陽熱を利用して過熱度の大きいガス冷媒にして、圧縮機の吐出冷媒温度を高くして昼間時刻帯の追焚き運転時の高温高効率化をはかるものである。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、前述の構成に加えて、深夜時刻帯に高温熱交換器を流れる冷媒と太陽熱集熱媒体とを熱交換する運転制御手段を備え、昼間に集熱した太陽熱集熱媒体を深夜時刻帯を利用して、深夜時刻帯の安価な電気料金で高温高効率運転と低ランニングコストの給湯機を実現する。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、大気熱を吸熱する運転と高温熱交換器による高温熱源の熱を吸熱する運転を同時に行う運転制御手段を備え、大気熱を吸熱した冷媒の温度をさらに高温過熱ガスにして圧縮機に吸入し、圧縮機の出口温度を高温化して高温高効率の貯湯運転を行う。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、空気熱交換器と並列に高温熱交換器を設けて、浴槽残湯熱を吸熱する単独運転と大気熱と浴槽残湯熱の同時吸熱運転とを切換えて行い、高温高効率の貯湯運転を行う。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、高温熱交換器による高温熱源の熱を唯一吸熱する単独運転と、大気熱を吸熱する運転と高温熱交換器による高温熱源の熱を吸熱する運転を同時に行う運転と、大気熱を唯一吸熱する大気熱単独運転とを切換えて、高温熱源の温度レベルに応じて、高効率となる運転に切換えて貯湯運転を行う。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、高温熱交換器を流れる高温媒体の流量を可変する高温水流量制御手段を備え、高温媒体の熱を吸熱する運転時に高温媒体温度が低下した場合でも、絶えず高温熱交換器の出口冷媒温度が空気熱交換器の出口冷媒温度より高温となるようにして、高温高効率化をはかる。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、圧縮機出口の冷媒の温度が設定温度となるように高温水流量制御手段を制御する吐出制御手段を備え、高温媒体の温度変化に対して圧縮機出口の冷媒温度を設定温度に制御し、高温高効率化をはかる。
【００１６】
請求項９に記載の発明は、空気熱交換器を流れる冷媒温度が設定温度となるように減圧装置の弁開度を制御する冷媒制御手段と、圧縮機出口の冷媒温度が設定温度となるように高温水流量制御手段を制御する吐出制御手段を備え、低圧側の冷媒蒸発温度と圧縮機出口の冷媒温度を制御して高温高効率化を実現する。
【００１７】
請求項１０に記載の発明は、空気熱交換器を流れる冷媒温度の設定温度を着霜しない温度に設定して、低外気温度の運転時に、空気熱交換器に着霜しないようにして高温高効率化を実現する。
【００１８】
請求項１１に記載の発明は、圧縮機の吐出圧力が所定圧力となるように減圧装置の弁開度を制御する圧力制御手段と、圧縮機出口の冷媒温度が設定温度となるように高温水流量制御手段を制御する吐出制御手段を備え、高圧側の冷媒圧力と圧縮機出口の冷媒温度を制御して高温高効率化を実現する。
【００１９】
請求項１２に記載の発明は、高温熱交換器を流れる冷媒と高温媒体とを対向流で熱交換するようにして、高温熱交換器出口の冷媒温度調整域を広くして高温高効率化を実現する。
【００２０】
請求項１３に記載の発明は、冷媒回路に封入する冷媒を二酸化炭素とするヒートポンプ給湯機であり、高温高効率の貯湯運転と地球環境保全を実現する。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。なお、従来例および各実施例において、同じ構成、同じ動作をするものについては同一符号を付し、一部説明を省略する。
【００２２】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１におけるヒートポンプ給湯機の構成図を示すものである。図２は大気熱を利用しながら浴槽残湯熱を利用する給湯運転時のヒートポンプサイクルの動作点を表わす。図１において、実線矢印は大気熱を利用する冷媒流れ方向を表わし、一点鎖線は浴槽残湯熱を利用する冷媒流れ方向を表わし、破線矢印は給湯回路の水の流れ方向を表わす。なお冷媒としては二酸化炭素冷媒で説明するが、その他の冷媒であってもよいものである（以下各実施例においても同様）。
【００２３】
図１において、１は圧縮機、２は放熱器、３は減圧装置、４は空気熱交換器であり、大気熱を吸熱する。５は高温熱交換器であり、冷媒と高温媒体を熱交換して空気熱交換器出口の冷媒温度より高温の冷媒を流出する。例えば、入浴後の浴槽６の高温残湯水と冷媒を熱交換して冷媒温度を高温化する。そして、空気熱交換器４と並列に高温熱交換器５を設ける。そして、圧縮機１、放熱器２、減圧装置３、空気熱交換器４、高温熱交換器５でヒートポンプサイクルを構成して、高圧側の冷媒圧力が臨界圧力以上となる二酸化炭素を冷媒とする。７は貯湯槽、８は循環ポンプ、９は給湯熱交換器であり、放熱器２と熱交換関係を有して、放熱器２に流入する冷媒と給湯熱交換器９から流出する水を対向流で熱交換する。そして、貯湯槽７の下部から循環ポンプ８、給湯熱交換器９、貯湯槽７の上部を順次接続する給湯回路を構成する。
【００２４】
１０は温度検出手段であり、ヒートポンプサイクルで加熱する湯温を検出するため、給湯熱交換器９の出口に設けられている。１１は湯水制御手段であり、給湯熱交換器９の出口湯水が所定温度となるように循環ポンプ８の回転数を制御して給湯回路の循環流量を制御する。１２は高温媒体ポンプであり、高温熱交換器５へ浴槽６の残湯水を循環する。１３は第１の温度検出手段であり、空気熱交換器４の出口冷媒温度を検出する。１４は第２の温度検出手段であり、高温熱交換器５の出口冷媒温度を検出する。１５は比較部であり、第１の温度検出手段１３の温度検出信号と第２の温度検出手段１４の温度検出信号を比較する。１６は運転制御手段であり、高温媒体ポンプ１２を運転して、第２の温度検出手段１４の温度検出信号が第１の温度検出手段１３の温度検出信号より高温信号の時に大気熱利用と浴槽残湯熱利用の同時運転を継続する。
【００２５】
以上のように構成されたヒートポンプ給湯機について、以下その動作、作用を説明する。図１、図２において、大気熱を利用しながら浴槽残湯熱を利用する給湯運転について説明する。圧縮機１から吐出する臨界圧力以上の高温高圧の冷媒が放熱器２に流入し、ここで貯湯槽７から送られてきた水と給湯熱交換器９を介して熱交換する。そして、放熱器２に流入する高温冷媒と給湯熱交換器９から流出する水を対向流にして熱交換し、放熱器２に流入する高温冷媒で所定の高温湯に加熱して給湯熱交換器９から貯湯槽７の上部へもどす。一方、放熱器２に流入した高温冷媒は放熱作用によって、温度を下げて放熱器２から流出して減圧装置３に流入する。そして、減圧された冷媒を空気熱交換器４と高温熱交換器５に流す。
【００２６】
空気熱交換器４に流れた冷媒は大気熱を吸熱して流出する（図２のａ１点）。一方、高温熱交換器５に流れた冷媒は浴槽６の残湯水と熱交換して、空気熱交換器４から流出する冷媒の温度（図２のａ１点）より高温の過熱ガスの状態で流出する（図２のａ２点）。そして、空気熱交換器４から流出する冷媒と高温熱交換器５から流出する冷媒が合流して圧縮機１に吸入する冷媒の温度を高温過熱ガスにして（図２のａ２点）、圧縮機１に吸入する。そして、高温過熱ガスを圧縮機で圧縮して圧縮機出口の冷媒温度を高温にする。そして、放熱器２に流入する圧縮機１出口の高温冷媒によって給湯熱交換器９出口の水を所定温度に加熱する。
【００２７】
運転継続中に浴槽水の温度が低下して、高温熱交換器５の出口冷媒が空気熱交換器４より高温にならない場合、高温媒体ポンプ１２を運転停止して、空気熱交換器４の単独運転をする。従って、放熱器入口の冷媒温度と放熱器出口水温の温度差が大きくなるため、圧縮機の吐出圧力が下がり消費電力が低減する。よって、放熱器出口の湯を高温加熱する高温高効率の貯湯運転を実現する。
【００２８】
次に、高温熱交換器を流れる高温媒体として浴槽水を用いて、入浴後の残湯熱を利用する場合について説明する。高温媒体温度が非常に高温の場合、圧縮機１から吐出する臨界圧力以上の高温高圧の冷媒が放熱器２に流入し、ここで貯湯槽７から送られてきた水と給湯熱交換器９を介して熱交換する。そして、放熱器２を流れる冷媒と給湯熱交換器９を流れる水を対向流にして熱交換する。そして、給湯熱交換器９から流出する湯を放熱器２に流入する高温冷媒によって所定温度に加熱して貯湯槽７の上部へもどす。
【００２９】
一方、放熱器２に流入した高温冷媒は放熱作用によって、温度を下げて放熱器２から流出して、減圧装置３に流入し、減圧されて高温熱交換器５に流入する。そして、入浴後の浴槽６の残湯水と高温熱交換器５を流れる冷媒を熱交換して、浴槽６水の残湯熱を吸熱して蒸発ガス化した冷媒を圧縮機１に吸入する。従って、入浴後の浴槽の残湯温度が外気温度より非常に高温であるため、高温熱交換器を流れる冷媒蒸発温度が高くなり高効率で運転する。
【００３０】
そして、図３のように、空気熱交換器４の冷媒出口に高温熱交換器５を設けて、空気熱交換器４から流出する冷媒を高温熱交換器５へ流し、浴槽６の残湯水で加熱して高温過熱ガスにして圧縮機１の出口冷媒温度を高め、高温高効率化をはかってもよい。
【００３１】
そして、図４のように、高温熱交換器５を流れる冷媒と高温媒体を対向流で熱交換することによって、高温熱交換器５に流入する高温の高温媒体で高温熱交換器５から流出する冷媒を加熱して過熱ガス冷媒にする。従って、冷媒の過熱ガス温度の高温化と過熱ガス温度巾の拡大をはかり、圧縮機出口の冷媒温度の高温化を容易にする。そのため、高温高効率運転が容易となる。
【００３２】
そして、図５のように、湯水制御手段１１として、循環ポンプ８の回転数を制御する代わりに制水弁１７を設けて、一定回転数の循環ポンプを用い、制水弁１７の弁開度を調整して流量制御しても同様の効果がある。
【００３３】
そして、空気熱交換器４の出口冷媒温度と高温熱交換器５の出口冷媒温度を検出して、高温熱交換器５の出口冷媒温度が空気熱交換器４の出口冷媒温度より高温信号であることを判定する代わりに、外気温度を検出する外気温度検出手段の検出信号より高温熱交換器５の出口冷媒温度の検出信号が高温であることを判定して運転してもよい。なぜならば、空気熱交換器４の出口冷媒温度が外気温度以上になることはないからである。また、運転した場合に高温熱交換器５の出口冷媒温度が空気熱交換器４の出口冷媒温度より高くなるような外気温度と高温媒体温度の相関関係を予め認識させておいて、運転開始時に、外気温度と高温熱交換器５を流れる高温媒体の温度を検出して高温媒体ポンプ１２を運転するか否か判断してもよい。以下の説明も同様であり、説明を省略する。
【００３４】
（実施例２）
図６は本発明の実施例２のヒートポンプ給湯機の構成図である。図６において、１８は太陽熱集熱器であり、太陽熱を集熱する。１９は蓄熱槽であり、太陽熱集熱器１８で集熱した熱を蓄熱する。２０は搬送手段であり、太陽熱集熱器１８、蓄熱槽１９の集熱媒体を高温熱交換器５へ循環して高温熱交換器５の冷媒と熱交換する。２１は運転制御手段であり、時刻を計時するクロック２２の信号を受信して深夜時刻帯において搬送手段２０に運転指令する。
【００３５】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。太陽熱を集熱して高温となった集熱媒体と冷媒を高温熱交換器５で熱交換する。そして、空気熱交換器４出口の冷媒温度より高温熱交換器５出口の冷媒温度を高くして圧縮機１吸入の冷媒温度を高温過熱ガスにし、圧縮機１出口の冷媒温度を高温にする。そして、放熱器に流入する高温冷媒によって給湯熱交換器出口の水を高温に加熱する。従って、高温高効率の貯湯運転を実現する。そして、昼間追焚き運転時の高効率化をはかる。
【００３６】
そして、昼間に集熱した太陽熱集熱媒体を深夜時刻帯に循環する運転制御手段２１を設けて、昼間時刻帯に集熱した太陽熱集熱媒体を深夜時刻帯に高温熱交換器５の冷媒と熱交換して、放熱器２を介して貯湯槽に貯湯する運転をする。従って、深夜時刻帯の安価な電気料金で高温高効率運転をして低ランニングコストの給湯機を実現する。
【００３７】
（実施例３）
図７は本発明の実施例３のヒートポンプ給湯機の構成図である。図７において、２３は高温水流量制御手段であり、高温熱交換器５出口の冷媒温度が空気熱交換器４から流出する冷媒温度より高温となるように高温媒体ポンプ１２の流量を可変する。２４は第１の温度検出手段であり、空気熱交換器４から流出する冷媒温度を検出する。２５は第２の温度検出手段であり、高温熱交換器５から流出する冷媒温度を検出する。２６は制御手段であり、第２の温度検出手段２５の検出信号が第１の温度検出手段２４の検出信号より所定温度高い信号となるように高温水流量制御手段２２に指令する。
【００３８】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。入浴後の浴槽６残湯熱を吸熱する運転を継続すると、浴槽６水の温度が低下して高温熱交換器５出口の冷媒温度が低下しはじめる。それに伴って圧縮機１の出口冷媒が低下する。そして、高温熱交換器５出口の冷媒温度と空気熱交換器から流出する冷媒温度の温度差が所定値まで低下すると高温熱交換器５を循環する浴槽６水の流量を増加して所定温度差に維持する。従って、浴槽水がかなり低温水となるまで、絶えず高温熱交換器の出口冷媒温度を空気熱交換器の出口冷媒温度より高温にして、高温高効率化をはかる。
【００３９】
（実施例４）
図８は本発明の実施例４のヒートポンプ給湯機の構成図である。図８において、２７は冷媒温度検出手段であり、圧縮機１出口の冷媒温度を検出する。２８は吐出制御手段であり、圧縮機１出口の冷媒温度が設定温度となるように高温水流量制御手段２３を制御する。
【００４０】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。最初に、大気熱と浴槽残湯熱を同時利用する運転について説明する。運転中において、浴槽残湯水温が吸熱されて温度低下して圧縮機１出口の冷媒温度が設定温度より低温になる場合、あるいは低外気温度時に空気熱交換器４に着霜して圧縮機１出口の冷媒温度が設定温度より低温になる場合、浴槽６水の循環流量を増加して高温熱交換器５の出口冷媒を高温過熱ガスにする。そして、空気熱交換器４から流出する冷媒より高温過熱ガスの状態で圧縮機１に吸入する。そして、高温過熱ガスを圧縮機１が圧縮するため出口冷媒が高温となる。そして、圧縮機１出口の冷媒温度が設定温度となるように高温水流量制御手段２３を制御する。
【００４１】
次に、浴槽残湯熱利用の単独運転について説明する。運転中において、浴槽６残湯水温が吸熱されて温度低下して圧縮機１出口の冷媒温度が設定温度より低温になる場合、浴槽６水の循環流量を増加して高温熱交換器５の出口冷媒を高温過熱ガスにする。そして、圧縮機１出口の冷媒温度が設定温度となるように高温水流量制御手段２３を制御する。
【００４２】
従って、高温貯湯する際に圧縮機の高圧の異常上昇を防止して高温高効率の貯湯運転を実現する。そして、圧縮機出口の冷媒温度を検出しているため、異常温度上昇を防止して圧縮機内のモーターの焼損を防止する。
【００４３】
（実施例５）
図９は本発明の実施例５のヒートポンプ給湯機の構成図である。図９において、２９は冷媒制御手段であり、空気熱交換器４を流れる冷媒温度が設定温度となるように減圧装置３の弁開度を制御する。３０は吐出制御手段であり、圧縮機１出口の冷媒温度が設定温度となるように高温水流量制御手段２３を制御する。３１は外気検出手段であり、外気温度あるいは空気エンタルピを検出する。３２は冷媒温度検出手段であり、空気熱交換器４を流れる冷媒温度、あるいは空気熱交換器４の入口冷媒温度を検出する。３３は設定手段であり、外気温度あるいは空気エンタルピと空気熱交換器４を流れる冷媒温度の相関関係を予め設定する。３４は制御手段であり、外気検出手段３１を検出して設定手段３３から空気熱交換器４を流れる冷媒の設定温度を冷媒制御手段２９に送信する。
【００４４】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。大気熱と浴槽残湯熱を同時利用する運転について説明する。運転時に外気温度あるいは空気エンタルピを検出して、その検出信号から空気熱交換器４を流れる冷媒温度を設定する。そして、設定温度となるように減圧装置３の弁開度を制御し、低圧側の冷媒蒸発温度を決める。そして、低圧側の冷媒蒸発温度に対応する圧縮機１出口の冷媒設定温度となるように高温水流量制御手段２３を制御して低圧側の冷媒蒸発温度の過熱ガス温度を調整する。従って、低圧側の冷媒蒸発温度と圧縮機出口の冷媒温度を制御して高温高効率化を実現する。
【００４５】
そして、空気熱交換器４を流れる冷媒温度の設定を低外気温度時に着霜しない設定温度にして、空気熱交換器４から流出する気液二相域の冷媒と浴槽６残湯熱利用の高温熱交換器５から流出する過熱ガス冷媒を合流してガス冷媒を圧縮機１に吸入する。よって、圧縮機出口の冷媒温度を高温に維持し、かつ空気熱交換器４に着霜する頻度も少ない高温高効率の運転を実現する。
【００４６】
（実施例６）
図１０は本発明の実施例６のヒートポンプ給湯機の構成図である。図１０において、３５は圧力制御手段であり、圧縮機の吐出圧力が所定圧力となるように減圧装置３の弁開度を制御する。３６は吐出制御手段であり、圧縮機１出口の冷媒温度が設定温度となるように高温水流量制御手段２３を制御する。３７は冷媒温度検出手段であり、圧縮機１出口の冷媒温度を検出する。３８は湯温設定手段であり、給湯熱交換器出口の沸上げ湯温を設定する。３９は設定手段であり、沸上げ湯温と圧縮機出口の冷媒圧力の相関関係を予め設定する。４０は冷媒圧力検出手段であり、圧縮機１吐出の冷媒の設定圧力を検出する。４１は制御手段であり、湯温設定手段３８の信号を検出して設定手段３９から圧縮機１吐出の冷媒の設定圧力を圧力制御手段３５に送信する。
【００４７】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。大気熱と浴槽残湯熱を同時利用する運転について説明する。運転時に沸上げ設定温度を検出して、その検出信号から圧縮機１の吐出圧力（高圧）を設定する。そして、設定圧力となるように減圧装置３の弁開度を制御し、圧縮機１の高圧を決める。そして、圧縮機出口の冷媒を設定温度となるように高温水流量制御手段２２を制御する。従って、高圧側の冷媒圧力と圧縮機出口の冷媒温度を制御して高温高効率化を実現する。
【００４８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、ヒートポンプ給湯機の高温高効率化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１のヒートポンプ給湯機の構成図
【図２】 同実施例１のヒートポンプ給湯機の冷媒圧力と冷媒エンタルピの動作線図
【図３】 同実施例１の他のヒートポンプ給湯機の構成図
【図４】 同実施例１の他のヒートポンプ給湯機の高温熱交換器を流れる冷媒と媒体の温度分布図
【図５】 同実施例１の更に他のヒートポンプ給湯機の構成図
【図６】 本発明の実施例２のヒートポンプ給湯機の構成図
【図７】 本発明の実施例３のヒートポンプ給湯機の構成図
【図８】 本発明の実施例４のヒートポンプ給湯機の構成図
【図９】 本発明の実施例５のヒートポンプ給湯機の構成図
【図１０】 本発明の実施例６のヒートポンプ給湯機の構成図
【図１１】 従来のヒートポンプ給湯機の構成図
【図１２】 従来のヒートポンプ給湯機の冷媒圧力と冷媒エンタルピの動作線図
【図１３】 従来のヒートポンプ給湯機の冷媒圧力と冷媒エンタルピの動作線図
【符号の説明】
１ 圧縮機
２ 放熱器
３ 減圧装置
４ 空気熱交換器
５ 高温熱交換器
６ 浴槽
７ 貯湯槽
８ 循環ポンプ
９ 給湯熱交換器
１０ 温度検出手段
１１ 湯水制御手段
１２ 高温媒体ポンプ
１３、２４ 第１の温度検出手段
１４、２５ 第２の温度検出手段
１５ 制御部
１６ 運転制御手段
１７ 制水弁
１８ 太陽熱集熱器
１９ 蓄熱槽
２０ 搬送手段
２１ 運転制御手段
２２ クロック
２３ 高温水流量制御手段
２６、３４、４１ 制御手段
２７、３２、３７ 冷媒温度検出手段
２８、３０、３６ 吐出制御手段
２９ 冷媒制御手段
３１ 外気検出手段
３３、３９ 設定手段
３５ 圧力制御手段
３８ 湯温設定手段
４０ 冷媒圧力検出手段
Claims (13)
- 圧縮機、放熱器、減圧装置、大気熱を吸熱する空気熱交換器、浴槽水とを熱交換する高温熱交換器を具備して、動作時に高圧側の冷媒圧力が臨界圧力以上となるヒートポンプサイクルと、貯湯槽、循環ポンプ、前記放熱器と熱交換関係を有する給湯熱交換器、前記貯湯槽上部を順次接続した給湯回路と、前記空気熱交換器の出口温度を検出する第１の温度検出手段と、前記高温熱交換器の出口温度を検出する第２の温度検出手段と、前記第１の温度検出手段の検出信号と前記第２の温度検出手段の検出信号と比較する比較部とを備え、前記第２の温度検出手段の検出信号が前記第１の温度検出手段の検出信号より高いときに、大気熱利用と浴槽残湯熱利用の同時運転を行うとともに、前記給湯熱交換器出口の湯水が所定温度となるように流量を制御する湯水制御手段を有するヒートポンプ給湯機。
- 高温熱交換器を流れる冷媒と太陽熱集熱媒体とを熱交換する請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
- 深夜時刻帯に高温熱交換器を流れる冷媒と太陽熱集熱媒体とを熱交換する運転制御手段を備えた請求項２記載のヒートポンプ給湯機。
- 大気熱を吸熱する運転と高温熱交換器による高温熱源の熱を吸熱する運転を同時に行う運転制御手段を備えた請求項１〜３のいずれか１項記載のヒートポンプ給湯機。
- 空気熱交換器と並列に高温熱交換器を設けた請求項１または２記載のヒートポンプ給湯機。
- 高温熱交換器による高温熱源の熱を唯一吸熱する単独運転と、大気熱を吸熱する運転と高温熱交換器による高温熱源の熱を吸熱する運転を同時に行う運転と、大気熱を唯一吸熱する大気熱単独運転とを切換え可能とした請求項１〜５のいずれか１項記載のヒートポンプ給湯機。
- 高温熱交換器に流す高温媒体の流量を可変する高温水流量制御手段を備えた請求項１〜６のいずれか１項記載のヒートポンプ給湯機。
- 圧縮機出口の冷媒温度が設定温度となるように高温水流量制御手段を制御する吐出制御手段を備えた請求項１〜７のいずれか１項記載のヒートポンプ給湯機。
- 空気熱交換器を流れる冷媒温度が設定温度となるように減圧装置の弁開度を制御する冷媒制御手段と、圧縮機出口の冷媒温度が設定温度となるように高温水流量制御手段を制御する吐出制御手段を備えた請求項１〜８のいずれか１項記載のヒートポンプ給湯機。
- 空気熱交換器を流れる冷媒温度の設定温度を着霜しない温度に設定することを特徴とする請求項１または９記載のヒートポンプ給湯機。
- 圧縮機の吐出圧力が所定圧力となるように減圧装置の弁開度を制御する圧力制御手段と、圧縮機出口の冷媒温度が設定温度となるように高温水流量制御手段を制御する吐出制御手段を備えた請求項１〜８のいずれか１項記載のヒートポンプ給湯機。
- 高温熱交換器を流れる冷媒と高温媒体を対向流で熱交換するようにした請求項１〜１０のいずれか１項記載のヒートポンプ給湯機。
- 冷媒回路に封入する冷媒を二酸化炭素とする請求項１〜１２のいずれか１項記載のヒートポンプ給湯機。
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