JP3896378B2 - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Description

本発明は、ヒートポンプ給湯機に関わり、特に水−冷媒熱交換器で加熱した水を直接水使用端末に供給する瞬間給湯機能を有するヒートポンプ給湯機に関するものである。

従来のヒートポンプ給湯機は電気温水器と同様に大容量の貯湯タンクを設け、夜間の安価な割引電力を使って夜中にヒートポンプ冷媒回路で湯を沸き上げて貯湯タンクに貯蔵して置き、上記貯蔵した湯を日中に使うものが一般的であった。

しかし、上記給湯方式においては、貯湯タンクの湯量が一定で、使用量の多い日は湯量不足となり、使用量の少ない日は、残り湯の湯冷めによるエネルギー損失となっていた。

また、風呂使用の場合、浴槽への湯張り後、湯冷めにより追焚が必要であるが、前記従来の給湯機方式においては貯湯タンクからの一方的な足し湯機能しかないため適切な対応ができなかった。

上記の改善策として、追い焚機能を付加したヒートポンプ給湯機として特開２００３−５６９０４号公報（特許文献１）に開示されたものがある。

特許文献１に記載されたヒートポンプ給湯機は、圧縮機で圧縮され高温高圧となった冷媒（二酸化炭素）が、冷媒−水熱交換器を有するヒートポンプ回路を循環することにより、ヒートポンプ回路内の冷媒から水に熱が移動し水が温められる。温められた水は貯湯タンクを介して循環するか、若しくは浴槽の水が循環する水−水熱交換器を介して循環する。貯湯タンクを加熱された水が循環することで、貯湯タンクの水は沸き上げられる。また、水−水熱交換器を加熱された水が循環することで、浴槽の冷めた湯を追焚きする。

即ち、二酸化炭素を冷媒とすることによって、水−冷媒熱交換器において約９０℃に水を加熱することができるため、貯湯タンクの水の沸き上げだけでなく、浴槽の水の追い焚もヒートポンプ回路で行うことを開示している。

特開２００３−５６９０４号公報

特許文献１に開示されたヒートポンプ給湯機は、蛇口を開くと上水道から水が貯湯タンクの下部に供され、この水によって貯湯タンク上部の高温の湯が押し出されてミキシング弁で上水道の冷水と混合されて適温にて給湯する。

即ち、特許文献１のヒートポンプ給湯機は、夜間にのみヒートポンプ運転を行って貯湯タンクに高温水を満杯に溜めておき、その後はヒートポンプ運転を行なわず、貯湯タンク１杯の湯でもって風呂の湯張りや洗面所，台所等の給水全てをまかなうものである。

そのため、実際の貯湯タンクは３００〜４５０Ｌもある大きなものが使用される。CO₂冷媒を使用すれば９０℃もの高温水を貯湯できるが、高温な分だけ自然放熱によるエネルギー損失が大きくなる。

このような大容量の貯湯タンクは、設置スペースや設置床面の充分な強度が必要となる。なぜなら、貯湯タンクの容量一杯に湯を溜めた場合、その質量は５００ｋｇにも達するため、設置場所の基礎工事を行なって充分な強度を確保しなければならず、アパートやマンションのベランダのような狭い場所や強度の不十分な場所に据付ることが困難となる。さらには、ヒートポンプ式給湯機を顧客の設置場所に運搬する際にもその費用や手間を多く要するものである。

また、電気料金の設定を夜間割引設定にして夜中にヒートポンプ運転して、高温の湯にして貯湯タンクに蓄えておき、日中はヒートポンプ運転を原則行わず、貯湯タンクに溜めた湯を使用するという使い方をする。

このため時には貯湯タンクの湯を使いきってしまい、直ぐには沸き上げることが出来ずに湯切れを起こすことがあった。また、周囲温度より高い温度の大量の湯を長時間貯蔵しておくため、貯湯タンクの大きな表面から放熱してエネルギーの損失となり、それによって温度が下がる分を夜間に余裕をもって温めておく必要があった。

従って、特許文献１のヒートポンプ給湯機は、夜間割引料金によるコストメリットは有するものの、省エネ，地球温暖化の点においては課題が残されていた。

そこで、ヒートポンプ給湯機における省エネ、地球温暖化を防ぐ一つの解として、できるだけ温水を貯めておかず、必要なときに必要な量の温水を供給する、言うなれば瞬間給湯方式がある。しかしながら、瞬間給湯方式のヒートポンプ装置を実現するには、加熱されていない上水を極短時間で加熱しなければならず、例えば圧縮機の大容量化、水−冷媒熱交換器の伝熱能力アップ等の課題がある。中でも、上水道の水圧で出湯させようとしたときに、伝熱能力を高めるために水が流れる水伝熱管を細くしたり長くすると、水伝熱管内の圧損が増加し、出湯時に充分な水圧が得られないという課題を見出した。

本発明の目的は、上述の課題を解決して省エネ，地球温暖化防止に優れたヒートポンプ給湯機を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明のヒートポンプ給湯機は、圧縮機，水と冷媒との熱交換を行う水−冷媒熱交換器，減圧装置，空気と冷媒との熱交換を行う蒸発器を、冷媒配管を介して順次接続したヒートポンプ冷媒回路と、給水源と前記水−冷媒熱交換器と出湯端末とを、前記給水源と前記水−冷媒熱交換器とは給水配管が接続し、前記水−冷媒熱交換器と出湯端末とは給湯配管が接続したヒートポンプ給湯回路とを備え、前記水−冷媒熱交換器は、前記ヒートポンプ冷媒回路からの冷媒が流れる冷媒伝熱管と前記ヒートポンプ給湯回路からの水が流れる水伝熱管とが熱交換する位置に設置し、上記水伝熱管は、前記水−冷媒熱交換器での熱交換効率を高めるように及び前記水−冷媒熱交換器内での圧損を低減するように、前記給水配管と前記給湯配管との間に複数設け、前記給水源から給水した水を、前記水−冷媒熱交換器で加熱して直接前記出湯端末に供給する瞬間給湯方式とすることにより、給水側の水伝熱管が少なくとも２本となり、冷媒伝熱管による加熱面積が２倍となるので水伝熱管の長さを１／２にでき、水熱交換器を小さく出来ると共に、水伝熱管の流水時圧損を１／４とすることができ、熱伝達の効率向上及び水伝熱管の圧損低減が図られ、水−冷媒熱交換器で加熱された温水を直接出湯させる瞬間給湯方式の実現を可能とするものである。

また、前記ヒートポンプ冷媒回路を複数備え、これを第１のヒートポンプ冷媒回路と第２のヒートポンプ冷媒回路とし、
前記給水配管と前記給湯配管との間に複数設けられた水伝熱管のうち、一の水伝熱管が前記第１のヒートポンプ冷媒回路と熱交換し、他の水伝熱管が前記第２のヒートポンプ冷媒回路と熱交換するように設ける構成とした。

以上説明したように、本発明によれば、必要な時に運転し必要な温度の湯を必要な量だけ供給する瞬間給湯方式をヒートポンプ方式で実現することができる。また、貯湯タンクの大幅な小形化，省エネ等の効果を得ることができる。

以下、本発明の実施例を図１から図３を用いて説明する。図１に示された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、および運転制御手段５０を備えて構成されている。

ヒートポンプ冷媒回路３０は、二つの冷凍サイクルを備えている。それぞれのサイクルは、圧縮機１ａ，１ｂ、凝縮器２ａ，２ｂ、減圧装置３ａ，３ｂ、蒸発器４ａ，４ｂが、それぞれ冷媒配管を介して順次接続されており、それぞれのサイクルの中には冷媒が封入されている。

容量制御を可能とする圧縮機１ａ，１ｂは、多量の給湯を行なう場合に、大きな容量で運転される。圧縮機１ａ，１ｂはＰＷＭ制御、電圧制御（例えばＰＡＭ制御）及びこれらの組合せ制御により、低速回転(例えば２０００回転／分)から高速回転（例えば８０００回転／分）まで回転数制御される。

水−冷媒熱交換器２は、冷凍サイクルにおいては凝縮器である冷媒側伝熱管２ａ，２ｂ、及び給水側伝熱管２ｅ，２ｆを備えている。例えば後述する構成により、冷媒側伝熱管２ａ，２ｂと給水側伝熱管２ｅ，２ｆとの間で熱交換を行なう。

蒸発器４ａ，４ｂは、空気と冷媒との熱交換を行なう空気−冷媒熱交換器である。

除霜用電磁弁５ａ，５ｂは、備えられた電磁コイルに通電された間に開く開閉弁である。圧縮機１ａ，１ｂから吐出される高温高圧の冷媒ガスを、電磁弁５ａ，５ｂは蒸発器
４ａ，４ｂの入口側にバイパスさせる。冬期に蒸発器４ａ，４ｂが着霜したとき、電磁弁５ａ，５ｂは開閉弁を開けることにより、圧縮機１ａ，１ｂから吐出される高温高圧の冷媒ガスが蒸発器４ａ，４ｂに冷媒配管を通って流れ込み霜を溶かす働きをする。

給湯回路４０は、貯湯，給湯，風呂湯張り，風呂追焚等を行なうために必要な水循環回路を、それぞれ管路を切り換えて実現する構成を備える。

ヒートポンプ給湯回路は、本実施形態のヒートポンプ給湯機の主となる給湯回路である。上水道との接続口である給水金具６から取り込まれた上水は減圧弁７で減圧されてバイパス弁８に送られる。バイパス弁８は、水−冷媒熱交換器２や補助タンク９に配水するだけでなく、出湯する湯水の温度調節のために分岐管２ｉに配水することが可能な比例弁である。このバイパス弁８から給水逆止弁２３を通過した上水は、給水配管２ｃを経て給水伝熱管２ｅ，２ｆで温められる。温められた水は、途中で熱交換流量調整弁１１を介して給湯配管２ｄを通じ、その給湯配管２ｄと接続された出湯金具１３からヒートポンプ給湯機の外部へ出湯する。それぞれの構成は水配管を介して順次接続されている。

タンク給湯回路は補助タンク９を備え、この補助タンク９は、円筒状で縦長に形成された小容量のタンクで構成されおり、従来の貯湯方式給湯機に備えられた貯湯タンクに比べ１／３〜１／５程度の小さな貯湯タンクである。そして補助タンク９は、ヒートポンプ給湯回路によって供給される湯水の温度が低い場合に、ヒートポンプ給湯回路からの温水に混ぜることができる、ある程度高温の温水を貯留するものである。

具体的には、補助タンク９に貯えられていた温水は、タンク流量調整弁１２が開くことで分岐管２ｈを通じて出湯配管２ｄに流れ出る。このとき温水が補助タンク９から送り出されるのは、給水金具６を通じて供給された上水が、減圧弁７及びバイパス弁８を介して水配管を通じて調整された水圧を伴い補助タンク９に注入されるからである。

補助タンク９内の水を温めるときに使用される貯湯回路は、補助タンク９と水−冷媒熱交換器２との間で構成される。すなわち、出湯配管２ｄから分岐した分岐管２ｈと接続するタンク流量調整弁１２を開放し、タンク循環ポンプ１０は補助タンク９の下部から水を引き出す。その引き出された水は給水配管２ｃを経て給水伝熱管２ｅ，２ｆで熱交換される。給湯配管２ｄを通った温水は、熱交換流量調整弁１１とタンク流量調整弁１２を通過して補助タンク９へ導かれる。この貯湯回路は、補助タンク９内の湯水を再加熱、言い換えると補助タンク９内の温水を追焚きする場合にも使用される。

浴槽へ湯水を供給する風呂湯張り回路は、基本的な構成はヒートポンプ給湯回路と同じで、出湯金具１３から湯水を出湯する代わりに出湯配管２ｄから分岐した分岐管２ｊに湯水が配水される。その分岐管２ｊと接続する風呂注湯弁１４を開けることで、風呂センサ金具１５を通過して風呂出湯金具１６と接続する、浴槽１８に湯水が注入される。当然ながら浴槽１８へ湯張りするときに、水−冷媒熱交換器２からの直接給湯と共に、補助タンク９内の湯量が最小必要量以下にならない範囲において補助タンク９から浴槽１８への補助タンク給湯を行なう。

浴槽１８内の温水を再び温める風呂追焚回路は、浴槽１８と水−水熱交換器２０との間の水管路である。浴槽１８から、入出湯金具１７を通じて風呂循環ポンプ１９で引き出された水は、風呂伝熱管２０ｂに送られて熱交換により加熱され、風呂センサ金具１５を通過の際に湯水の温度が測定され後、入湯金具１６を通じて浴槽１８に供給される。

次に、本実施形態におけるヒートポンプ給湯機の制御に関して説明する。ヒートポンプ給湯機の運転制御手段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１ａ，２ｂの回転数制御を行なうと共に、タンク循環ポンプ１０，風呂循環ポンプ１９の運転・停止及びバイパス弁８，熱交換流量調整弁１１，タンク流量調整弁１２，注湯電磁弁１４，水開閉弁２１を制御することにより、貯湯運転，給湯運転，風呂湯張り運転，追焚運転を行なうものである。

運転制御手段５０は、ヒートポンプ回路の運転開始直後には、加熱立上げ時間を早めるため、通常の給湯運転速度よりも速い高速回転数で運転するよう制御するのが好ましい。また、出湯端末における給湯使用後は、タンク貯湯運転を行ってから運転停止する毎回貯湯運転機能を有している。

次に、本実施例におけるヒートポンプ給湯機に設けられた他の制御関連機器について説明する。風呂センサ金具１５により浴槽１８への給湯温度を検出するのと同様に水−冷媒熱交換器２で加熱された水や補助タンク９に蓄えられた水及び出湯する温水等の温度状態やその他の各部の温度状態を検出する温度センサ、圧縮機１ａ，２ｂの吐出圧力を検知する圧力センサ、浴槽１７内の水位を検出する水位センサ等（いずれも図示せず）が設けられ、各検出信号は運転制御手段５０に入力される。運転制御手段５０はこれらの信号に基づいて各機器を制御する。

水開閉弁２１は、給湯回路から分岐した分岐管２ｇとの接続位置であって、水−冷媒熱交換器２と風呂熱交換器２０の間の位置に設けられている。風呂追焚時以外は風呂熱交換器２０への水回路を閉じて水−冷媒熱交換器２から風呂熱交換器２０への熱の漏洩を防ぐ。例えば、この水開閉弁２１が設けられてなく、給湯回路の出湯配管２ｄと水−水熱交換器である風呂熱交換器２０とが管路内の水を通じて連続していると、給湯回路から分岐管２ｇへ水が流れていなくとも熱的に連続しているため、風呂熱交換器２０から熱漏洩が進むことになる。同様に、出湯配管２ｄから分岐する分岐管２ｈ，２ｉ，２ｊにおいても、それらの先で接続するタンク流量調節弁１２，バイパス弁８および風呂注湯弁１４が必要に応じて開閉する管路構成により、給湯時の熱漏洩が非常に少なくなっている。

また、風呂逆止弁２２、給水逆止弁２３は、それぞれ一方向にのみ水を流し、逆流を防止するものである。風呂注湯弁１４にも同様の機能が求められる。すなわち、分岐管２ｊまでは上水や上水を温めた水であるが、風呂注湯弁１４の先には浴槽１８の水があり、分岐管２ｊよりも上流側に浴槽１８の水が混入することはあってはならないからである。

逃し弁２４は、補助タンク内の湯圧が所定以上になった場合に作動して圧力に対する装置保護の働きをするものである。

水−冷媒熱交換器２の実施例を図２により説明する。水−冷媒熱交換器２には、２本の冷媒伝熱管２ａ，２ｂと、２本の給水伝熱管２ｅ，２ｆとがあり、冷媒伝熱管２ａ，２ｂと給水電熱管２ｅ，２ｆを交互に接触させて円筒状に巻き上げた構造をしている。

給水伝熱管２ｅ，２ｆは、水−冷媒熱交換器２内にあって、給水金具６を通じて取り込んだ水または補助タンク９からの水が通る給水配管２ｃと、水−冷媒熱交換器２で加熱された水が通る出湯配管２ｄとの間を並列に２本に分けられた管路である。１本の場合に較べ、給水伝熱管２ｅ，２ｆの通水面積及び冷媒伝熱管２ａ，２ｂとの接触面積が２倍となることにより、個々の長さを１／２にすることができ、通水時の内部抵抗を１／４に低減することことができる。従って、通水時の水−冷媒熱交換器２の内部圧損も１本の場合に比べて１／４になると共に、全体の高さを低くでき、製作，収納が容易になる。

特にガスを用いた瞬間給湯の如き瞬間給湯をヒートポンプを用いて行なう場合に、給水源の水道圧によって水循環を行なおうとする。しかし水−冷媒熱交換器２の内部圧損が直接通水時の抵抗となって、出湯圧力にマイナスとなる。例えば、水道圧が、２００ｋＰａの場合、従来の水−冷媒熱交換器において１００ｋＰａの圧損があると、出湯圧力は100ｋＰａとなり、水圧低下，出湯量不足の恐れがある。しかし、本実施例における水−冷媒熱交換器２の場合は、圧損が１／４の２５ｋＰａとなるため、出湯圧力は１７５ｋＰａとなり、充分な水圧，出湯量を維持することができる。浴槽の水を追い焚きする機能を備えた上水を直接ヒートポンプで加熱して給湯するヒートポンプ給湯機において、本実施例における水−冷媒熱交換器２の構造は水と冷媒の熱交換を行うのに適し、風呂の追焚用熱交換器を水−冷媒熱交換器から分離することで、より水−冷媒熱交換器の熱交換効率が高まる。

次に、風呂追焚用熱交換器２０の一実施例を図３により説明する。風呂追焚用熱交換器２０は２重管構造とし、銅管を用いた温水伝熱管２０ａの内側に、風呂水伝熱管２０ｂにより仕切られた空間２０ｃを設けられている。この空間２０ｃには、温水伝熱管２０ａの両端側に接続した温水配管２０ｄにより水−冷媒熱交換器２で加熱された温水が流れる。浴槽内の湯が流れる風呂水伝熱管２０ｂは、温水伝熱管２０ａの両先端部２０ｆから導出する風呂水配管２０ｅと接続している。温水伝熱管２０ａは、一般に使用される銅直管で、その両先端部２０ｆを絞って風呂水配管２ｅの外側に接合し密閉する。風呂水伝熱管
２０ｂは、温水との接触面積を大きく取るため、断面円周を凹凸状，星型状、または多葉管等にする。温水配管２０ｄは、温水伝熱管２０ａの両端側内部に開口して、温水の流れる空間２０ｃと導通する。

風呂追焚用熱交換器２０は、以上の如き２重管構造とすることにより、被加熱体である浴槽１８内の水が流れる風呂水伝熱管２０ｂが、加熱体である温水の流通空間内に設けられている。そのため風呂追焚用熱交換器２０は、風呂水伝熱管２０ｂがその全外周で伝熱され、コンパクトで伝熱性の良い水−水熱交換器とすることができた。

なお、従来の風呂追焚用熱交換器においては、冷媒伝熱管と風呂水伝熱管で熱交換を行うため、万一内側管が破損した場合、高圧冷媒が水回路に浸入して給湯機の中の飲料水となる上水系統に影響を与える恐れがあり、一方の管が他方の内側を貫くような２重管構造は採用できず、図２に示すように冷媒管と水配管はそれぞれ独立した配管構造としなければならなかった。

又、この風呂追焚熱交換器２０は次の点にも考慮している。即ち風呂水の循環水には不純物が含まれる可能性がある。この風呂水を空間２０Ｃ側を流すと管表面の凹凸で不純物がひっかかり詰まりの原因になり兼ねない。従って、本実施例においては、この空間２Ｃには水冷媒熱交換器２を経た温水を流すようにしたものである。

即ち、本発明の実施形態において、風呂追焚用熱交換器２０と水−冷媒熱交換器２とを分離し、加熱循環水と風呂循環水との水−水熱交換を行うことにより２重管構造の採用が可能となったということができる。

以上述べた構成により、本実施例におけるヒートポンプ給湯機は、給湯使用開始と同時にヒートポンプ運転を開始し、水−冷媒熱交換器２で沸上げた湯を直接出湯端末に供給可能とし、また、浴槽１８の湯を２重管構造の風呂用熱交換器２０で追焚きし、省エネ，温暖化防止効果を得るものである。

次に、本ヒートポンプ給湯機の運転動作について、図１のヒートポンプ回路３０及び給湯回路４０を参照しながら図４〜図７のフローチャートに基づいて説明する。

図４は、据付時の運転動作を示すフローチャートの一実施例である。ヒートポンプ給湯機は、製造場所から運搬されて使用者の希望する設置場所に据付られ（ステップ６０）、給水金具６が水道等の給水源に接続され給水源の元栓が開放される（ステップ６１）と、給水源から給水が開始され（ステップ６２）、水は減圧弁７によって一定圧力に減圧調整された後、貯湯タンク９及び水−冷媒熱交換器２並びに各水配管内に流入し満水状態になるまで給水を続ける（ステップ６３）。

なお、ヒートポンプ給湯機の据付時の各機器は次のような初期状態に設定されている。バイパス弁８は補助タンク９側が開で出湯金具１３側である分岐管２ｉ側が閉状態，熱交換流量調整弁１１，タンク流量調整弁１２，水開閉弁２１はいずれも開状態，風呂注湯弁１４は閉状態となっている。

次にステップ６３で満水が確認された場合に給水完了と判断し、電源スイッチが投入される（ステップ６４）。すると運転制御手段５０の制御によりヒートポンプ冷媒回路３０および給湯回路４０の運転が開始され、タンク貯湯運転が行なわれる（ステップ６５）。このタンク貯湯運転では、圧縮機１ａ，１ｂの運転が開始され、圧縮機１ａ，１ｂ内のガス状冷媒が圧縮加熱され高温高圧の冷媒となって水−冷媒熱交換器２に送り込まれる。

これによって、水−冷媒熱交換器２では、冷媒伝熱管２ａ，２ｂ内を流れる高温冷媒と給水伝熱管２ｅ，２ｆ内を流れる水とが熱交換し、冷媒は放熱し、水は加熱される。放熱された冷媒は減圧装置３ａ，３ｂで減圧され、更に蒸発器４ａ，４ｂで膨脹蒸発してガス状となり再び圧縮機１ａ，１ｂに戻る。このヒートポンプ運転を続けることにより、水−冷媒熱交換器２内を通過する水が加熱される。

タンク貯湯運転においては、ヒートポンプ運転と共に、貯湯回路においてタンク循環ポンプ１０の運転が開始され、補助タンク９の下部の通水口から引き出された水は、タンク循環ポンプ１０，水−冷媒熱交換器２，熱交換流量調整弁１１、そしてタンク流量調整弁１２を経て、補助タンク９へ循環する。

これにより、水−冷媒熱交換器２で加熱された温水が補助タンク９の上部より貯湯されてゆき、補助タンク９全体が沸き上がった状態に達すると貯湯完了と判定し（ステップ
６６）、運転を停止する（ステップ６７）。

なお、タンク満水判定は、例えば水位センサや圧力センサ等で満水状態を検知して判定を行い、貯湯完了判定は、例えばサーミスタで補助タンク９の上中下各部の水温を検知して判定するものである（図示せず）。

図５は、湯水使用時の動作を示すフローチャートの一実施例である。

出湯端末で蛇口が開けられ湯が使われる（ステップ７０）と、運転制御手段５０は、圧縮機１ａ，１ｂを起動させヒートポンプ回路３０の運転を開始すると共に、給水金具６，減圧弁７，バイパス弁８，給水逆止弁２３，水−冷媒熱交換器２，熱交換流量調整弁１１，出湯金具１３の給湯回路により瞬間給湯運転（ステップ７１）を行なう。同時に、給水金具６，減圧弁７，バイパス弁８，貯湯タンク９，タンク流量調整弁１２，出湯金具１３の給湯回路によりタンク給湯運転を行なう（ステップ７７）。

ここで、ヒートポンプ冷媒回路３０は、圧縮機１ａ，１ｂで圧縮された高温冷媒を水−冷媒熱交換器２に送り込み、給水配管２ｃから流入する水を加熱して給湯配管２ｄへ流出するが、運転立ち上り時は水−冷媒熱交換器２に送り込まれてくる冷媒が充分に高温高圧となり切らず温度が低く、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充分でない。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凝縮冷媒熱が増加し、水への加熱能力が増してゆく。

しかし、ヒートポンプ運転の加熱能力が高温安定状態に達するまでの時間は通常約５，６分掛かる。そこで運転制御手段５０は、運転開始直後の高温安定状態に達するまで、圧縮機の回転数を通常より高速回転にして運転制御し、先に述べた水伝熱管を水−冷媒熱交換器２内で複数路を並列に設けたことの相乗効果により、本実施例では立ち上がり時間を約１〜２分程度にすることができた。また、ヒートポンプ回路が安定するまで必要な湯水を貯湯する補助タンクの充分なる小形化を図れたと共にヒートポンプを用いた瞬間給湯方式を実現可能とするものである。

そして、運転開始直後の所定時間（約１〜２分程度）補助タンクから湯を供給するタンク給湯運転を行なった後は、運転制御手段５０が動作してタンク給湯運転を停止して、瞬間給湯運転のみに切換えられる（ステップ７２，７８，７９）。このステップ７８のタンク給湯判定は、ヒートポンプ回路の運転時間を計測する他に実際に出湯配管２ｄを流れる湯水の温度に基づいて判定しても良い。

このように運転開始時のみ補助タンク９から過渡的に給湯し、その後は水−冷媒熱交換器２で加熱した温水を直接給湯するようにしているので、運転立ち上がり時の加熱遅れを解消できると共に、補助タンク９の容量を従来と比較して格段に小さくできる。なお、水−冷媒熱交換器２での加熱能力を出来るだけ速く安定状態まで上昇させて、補助タンク９の湯を使用する過渡的なタンク給湯運転の時間を短縮することが補助タンク９の容量を一層小さくすることに繋がる。

そのためには、ヒートポンプ冷媒回路３０の能力、特に圧縮機出力を従来一般に用いられている５ｋＷ程度より３倍以上の１５ｋＷ程度まで大きくすることが望ましいが、新規圧縮機の開発が必要であるばかりでなく、ヒートポンプ冷媒回路３０の各部品共新規検討が必要となり、極めて困難である。そこで本発明の一実施例においては、これまでの説明の如く２個の圧縮機を使用した２サイクルヒートポンプ方式とし、従来技術の活用と、実績による信頼性を確保したものである。

なお、運転制御手段５０は、補助タンク９の残湯量が所定値以下になった時には、タンク給湯運転を停止し、瞬間給湯運転のみにする（ステップ７８，７９）。

次に、湯水使用が終了して出湯端末の蛇口が閉じられる（ステップ８０）と、湯水使用直後でタンク給湯運転とヒートポンプ給湯運転が行われている場合は、ヒートポンプ給湯運転及びタンク給湯運転の両方を停止する。タンク給湯運転が停止していてヒートポンプ給湯運転のみであれば瞬間給湯運転を停止する（ステップ７３，７９）。

更に運転制御手段５０は、タンク給湯運転及びヒートポンプ給湯運転を共に停止した後、必ずタンク貯湯運転を開始し（ステップ７４）、サーミスタ等によって貯湯完了を検知し貯湯完了を判定した（ステップ７５）後に運転を終了する（ステップ７６）。

但し、サーミスタによるタンク貯湯状態の検知は、常時行われており、極めて短時間使用のためヒートポンプ湯運転停止後でも補助タンクに湯温，湯量共に貯湯完了状態とほぼ同等に残っている場合は貯湯完了と判定されタンク貯湯運転は行われない。

以上によれば、運転制御手段５０には、あらゆる運転において目的とする運転を終了した後に、必ず貯湯完了するまでタンク貯湯運転を行なう毎回貯湯運転機能を有しているので、貯湯タンクには常に所定温度の湯が満杯になっており、運転立上がり時の湯温低下や使用途中の湯切れの心配が解消できる。

図６は、風呂自動運転による湯張り動作の一実施例を示すフローチャートである。風呂自動ボタンを押してＯＮしておき（ステップ８５）、セット時間が来ると、風呂給湯運転（ステップ８７）と同時にタンク給湯運転（ステップ９２）を行う。風呂給湯運転は、図５にて説明したヒートポンプ給湯運転を行い風呂浴槽１８に給湯する。

即ち、ヒートポンプ運転開始直後の２分前後の間は風呂給湯運転とタンク貯湯運転を同時に行い、風呂給湯温度が安定状態に達すると、タンク給湯運転を停止（ステップ９３，９４）し、風呂給湯運転のみとなる。また、風呂給湯運転中は、風呂給湯温度と浴槽内湯量を検知し続け、浴槽内に所定温度の湯が所定湯量に達すると風呂給湯運転を停止する
（ステップ８９，９０，９１）。

図７は、風呂自動運転による風呂追焚の一実施例を示すフローチャートである。風呂自動ボタンを押してＯＮしておく（ステップ９５）と、風呂給湯後は、所定時間（例えば
３０分）毎に浴槽内の湯温及び湯量を検知（ステップ９６）し、湯温または湯量が所定値外になっている場合は、風呂追焚運転（ステップ９７）を行って、湯温及び湯量を所定値内にして風呂運転を停止する。（ステップ９８〜１０１）
また、本実施例のヒートポンプ給湯機は更に、水−冷媒熱交換器の冷媒伝熱管と水伝熱管を金属パイプとし、交互に接触させて円筒状に巻き付けた構造とすることにより、水伝熱管の、夫々の両側面を冷媒伝熱管に接触させて熱伝達性を向上できる。または、内径寸法の変化や９０度曲りがなくスムーズな水の流れを確保でき、且つコンパクトな熱交換器とすることができる。
更に、本実施例のヒートポンプ給湯機は、上述の構成に加え、補助タンクを設け、補助タンクに貯湯した温水をヒートポンプ給湯回路で加熱して出湯する温水に混ぜて出湯する補助タンク給湯回路を設け、前記瞬間給湯回路と２系統の給湯回路を設けることにより、ヒートポンプ運転開始直後は補助タンクに蓄えられた温水を多く供給することによって、運転立上がり時の給水加熱不足を補うことができる。
又、冬場やシャワーなどで給湯しなければならない容量が多いときはヒートポンプ給湯回路と補助タンク給湯回路を同時に使用して対応することができる等の効果があり、小さな補助タンクで大きな働きを果たすことが出来る。
更に本実施例のヒートポンプ給湯機は、上述の構成に加えて、ヒートポンプ冷媒回路は、圧縮機，減圧装置，蒸発器を各々２個有する２サイクル方式とし、水−冷媒熱交換器を共用化し、それぞれの冷媒伝熱管を水−冷媒熱交換器に一体的に取付けるものであり、本来、瞬間給湯を行うためにはヒートポンプサイクル全体を大容量化しなければならず、多くの問題点を有していたが、２サイクル方式とすることにより、課題を解決し、万一、１台が故障しても、もう１台で給湯できるという他の効果も有するものである。

本発明のヒートポンプ給湯機におけるヒートポンプ冷媒回路，貯給湯回路、及び部品の概略構成の一実施例を示す模式図である。 本発明の一実施例を示す水−冷媒熱交換器の構造図である。 本発明の一実施例を示す風呂用熱交換器の構造図である。 本発明のヒートポンプ給湯機における、据付及び補助タンク沸上げ時の動作の一実施例を示すフローチャートである。 本発明のヒートポンプ給湯機における、給湯使用時の動作の一実施例を示すフローチャートである。 本発明のヒートポンプ給湯機における、風呂湯張り及び風呂追焚時の動作の一実施例を示すフローチャートである。 風呂自動運転による風呂追焚の一実施例を示すフローチャートである。

符号の説明

１ａ，１ｂ…圧縮機、２…水−冷媒熱交換器、２ａ，２ｂ…冷媒伝熱管、２ｃ…給水配管、２ｄ…給湯配管、２ｅ，２ｆ…給水伝熱管、３ａ，３ｂ…減圧装置、４ａ，４ｂ…蒸発器、５ａ，５ｂ…除霜用電磁弁、６…給水金具、７…減圧弁、８…バイパス弁、９…補助タンク、１０…タンク循環ポンプ、１１…熱交流量調整弁、１２…タンク流量調整弁、１３…出湯金具、１４…風呂注湯弁、１５…風呂センサ金具、１６…風呂出湯金具、１７…入出湯金具、１８…浴槽、１９…風呂循環ポンプ、２０…風呂熱交換器、２０ａ…温水電熱管、２０ｂ…風呂水伝熱管、２１…水開閉弁、２２…風呂逆止弁、２２…給水逆止弁、２４…逃がし弁、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 (3)

1. 圧縮機，水と冷媒との熱交換を行う水−冷媒熱交換器，減圧装置，空気と冷媒との熱交換を行う蒸発器を、冷媒配管を介して順次接続したヒートポンプ冷媒回路と、
   給水源と前記水−冷媒熱交換器と出湯端末とを、前記給水源と前記水−冷媒熱交換器とは給水配管が接続し、前記水−冷媒熱交換器と出湯端末とは給湯配管が接続したヒートポンプ給湯回路とを備え、
   前記水−冷媒熱交換器は、前記ヒートポンプ冷媒回路からの冷媒が流れる冷媒伝熱管と前記ヒートポンプ給湯回路からの水が流れる水伝熱管とが熱交換する位置に設置し、
   上記水伝熱管は、前記水−冷媒熱交換器での熱交換効率を高めるように及び前記水−冷媒熱交換器内での圧損を低減するように、前記給水配管と前記給湯配管との間に複数設け、
   前記給水源から給水した水を、前記水−冷媒熱交換器で加熱して直接前記出湯端末に供給する瞬間給湯方式のヒートポンプ給湯機。
2. 圧縮機，水と冷媒との熱交換を行う水−冷媒熱交換器，減圧装置，空気と冷媒との熱交換を行う蒸発器を、冷媒配管を介して順次接続したヒートポンプ冷媒回路と、
   給水源と前記水−冷媒熱交換器と出湯端末とを接続したヒートポンプ給湯回路であって、
   前記給水源と前記水−冷媒熱交換器とは給水配管が接続し、前記水−冷媒熱交換器と出湯端末とは給湯配管が接続したヒートポンプ給湯回路と、
   前記出湯端末に供給する湯を貯湯した補助タンクと、
   前記水−冷媒熱交換器及び前記補助タンクをバイパスして、前記給水源から前記出湯端末へ直接水を供給するバイパス回路と、を備え、
   前記圧縮機の回転数を制御して、前記給水源から給水した水を、前記水−冷媒熱交換器で加熱して直接前記出湯端末に供給するに際し、必要に応じて前記補助タンクの湯を加え、
   前記出湯端末から出湯する湯水の温度を調節するため、前記バイパス回路を介して前記給水源からの水を加える、瞬間給湯方式のヒートポンプ給湯機において、
   前記水−冷媒熱交換器は、前記ヒートポンプ冷媒回路からの冷媒が流れる冷媒伝熱管と前記ヒートポンプ給湯回路からの水が流れる水伝熱管とが熱交換する位置に設置し、
   上記水伝熱管は、前記給水配管と前記給湯配管との間に複数設けた瞬間給湯方式のヒートポンプ給湯機。
3. 前記ヒートポンプ冷媒回路を複数備え、これを第１のヒートポンプ冷媒回路と第２のヒートポンプ冷媒回路とし、
   前記給水配管と前記給湯配管との間に複数設けられた水伝熱管のうち、一の水伝熱管が前記第１のヒートポンプ冷媒回路と熱交換し、他の水伝熱管が前記第２のヒートポンプ冷媒回路と熱交換するように設けられたことを特徴とする請求項１又は２に記載のヒートポンプ給湯機。

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