JP3918819B2

JP3918819B2 - ヒートポンプ給湯装置

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Publication number: JP3918819B2
Application number: JP2004049643A
Authority: JP
Inventors: 啓次郎國本; 昌宏尾浜; 宣彦藤原; 誠一安木; 隆幸高谷; 立群毛; 一彦丸本; 竹司渡辺
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-02-25
Filing date: 2004-02-25
Publication date: 2007-05-23
Anticipated expiration: 2024-02-25
Also published as: JP2005241091A

Description

本発明は、ヒートポンプ給湯装置に関するものである。

従来、この種のヒートポンプ給湯装置は、ヒートポンプにより加熱する熱交換器からの温水と貯湯槽からの温水とを混合する第１混合弁と、この第１混合弁からの給湯水と給水管からの給水とを混合する第２混合弁を備えている（例えば、特許文献１参照）。

図４は、特許文献１に記載された従来のヒートポンプ給湯装置を示すものである。図４に示すように、ヒートポンプ回路１、２の高温の冷媒と、水循環回路３の水を熱交換器４にて熱交換することで湯を沸かす給湯機である。そして、給湯管５から供給された水を熱交換器４によって昇温して、そのまま給湯端末６に給湯することで、従来の大型の貯湯槽７を不要にしている。

また、熱交換器４からの温水と貯湯槽７からの温水とを混合する第１混合弁８と、この第１混合弁８からの給湯水と給水管５からの水とを混合する第２混合弁９を備えている。そして、ヒートポンプ回路１、２の運転開始直後の熱交換器４からの湯温が上昇するまでは第１混合弁８により貯湯槽７からの温水を混合して第１混合弁８からの給湯水の温度を設定温度に制御している。

さらに、第２混合弁９は、第１混合弁８から供給される給湯水の温度が設定温度よりも高い場合に、給水管５からの水を混合することで湯温を低下させ設定温度に制御している。
特開２００３−２７９１３３号公報

しかしながら、前記従来の構成では、大流量でお湯を使用するような場合に、使用熱量である給湯負荷が熱交換器での給湯能力を超える場合でも、大量の水が熱交換器を流れるため、熱交換器の水流路の圧力損失により、最大流量が制限される。一般に貯湯槽や給水管に比べ熱交換器の圧力損失は大きいため、熱交換器に流れる流量割合が多いと全体流量は熱交換器の圧力損失の影響を多く受けて最大流量が抑えられる。すなわち、使用者が使いたい流量が出なくなってしまう。

また、例えば二酸化炭素を冷媒として圧縮機により臨界温度以上に加熱した冷媒により熱交換することで安定した熱交換をおこなっているヒートポンプサイクルでは、熱交換器に通水される流量の変化により、熱交換器内の冷媒温度が臨界温度より下がったり上がったりすることで、熱交換特性が不安定になってしまう。

さらに、熱交換器の設定温度と、第１混合弁と第２混合弁の設定温度が同じであると、混合弁の開度は通常片側が全閉状態となる。一般にこうした混合弁は全閉状態から通水状態への移行に一定の遅れが生じる。したがって、熱交換器からの出湯温度が急変した場合に混合弁の混合動作が遅れて、給湯温度が変動してしまう。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、最大流量を確保し、安定な給湯温度を得るヒートポンプ給湯装置を提供することを目的とする。

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装置は、圧縮機と放熱器と減圧手段と吸熱器とを含む冷媒循環回路と、前記放熱器と熱交換を行う水流路を備えた熱交換器と、湯水を貯める貯湯槽と、前記熱交換器からの湯水と前記貯湯槽からの湯水とを混合する第１の混合手段と、前記貯湯槽から出湯する湯の温度を検出する出口温度検知手段と、前記第１の混合手段で混合された湯の温度を検出する混合温度検知手段とを備え、予め設定された前記熱交換器から出湯する湯の目標出湯温度および前記出口温度検知手段で検出される湯の温度に基づいて、前記第１の混合手段で混合する湯の目標温度を算出するとともに、前記混合温度検知手段で検出する値が前記目標温度となるように、前記第１の混合手段の開度を制御するものである。

これによって、例えば給湯負荷が熱交換器の給湯能力を超える場合は、前記熱交換器の通水量が一定になるように混合温度を設定するもので、給湯負荷に大きくなった場合は、これに応じて混合温度を高く設定し、貯湯槽からの流量割合を増加し、熱交換器からの流量割合を減少させることにより、結果として熱交換器の通水量が一定となり熱交換器からの出湯温度も一定に維持される。

本発明のヒートポンプ給湯装置は、最大流量を確保し、安定した温度の給湯ができる。

第１の発明は、圧縮機と放熱器と減圧手段と吸熱器とを含む冷媒循環回路と、前記放熱器と熱交換を行う水流路を備えた熱交換器と、湯水を貯める貯湯槽と、前記熱交換器からの湯水と前記貯湯槽からの湯水とを混合する第１の混合手段と、前記貯湯槽から出湯する湯の温度を検出する出口温度検知手段と、前記第１の混合手段で混合された湯の温度を検出する混合温度検知手段とを備え、予め設定された前記熱交換器から出湯する湯の目標出湯温度および前記出口温度検知手段で検出される湯の温度に基づいて、前記第１の混合手段で混合する湯の目標温度を算出するとともに、前記混合温度検知手段で検出する値が前記目標温度となるように、前記第１の混合手段の開度を制御することにより、混合温度を高く設定すると熱交換器に対して貯湯槽の給湯割合が増加して給湯装置全体の最大流量を確保できる。また、給湯負荷が大きくても熱交換器への流量を制限できるので安定な給湯温度を得ることができる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、第１の混合手段で混合された湯水と給水管から供給される水とを混合する第２の混合手段を備え、給湯負荷が熱交換器の給湯能力以下で、かつ、貯湯槽に湯切れが発生した場合は、前記貯湯槽の通水を抑えて、熱交換器からの水と給水管からの水とを混合して給湯することにより、湯切れが発生しても給湯負荷が給湯能力以下であれば給湯を継続することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、従来例および各実施の形態において、同じ構成、同じ動作をする部分については同一符号を付与し、詳細な説明を省略する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の構成図を示すものである。

図１において、冷媒循環回路１０は、圧縮機１１、給湯放熱器１２、風呂放熱器１３、減圧手段１４、吸熱器１５が冷媒流路１０により閉回路に接続されている。この冷媒循環回路１０は、例えば炭酸ガス（ＣＯ_２）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冷媒循環回路を使用している。そして圧縮機１１は、内蔵する電動モータ（図示しない）によって駆動され、吸引した冷媒を臨界圧力まで圧縮して吐出する。また、給湯熱交換器１６には給湯放熱器１２と熱交換を行う給湯水流路１７により構成される。この給湯水流路１７に水道水を直接供給する給水管１８と、給湯水流路１７から出湯される湯を第１混合手段１９に通水する出湯管２０が接続されている。

なお、熱交換器１６は、給湯放熱器１２の流れ方向と給湯水流路１７の流れ方向を対向流とし、各流路間を熱移動が容易になるように密着して構成している。この構成により給湯放熱器１２と給湯水流路１７の伝熱が均一化し、熱交換効率がよくなる。また、高温の出湯も可能になる。

貯湯槽２１は、底部に給水管１８から分岐した入口管２２が接続され、給湯時に水道水が貯湯槽２１底部に流入するように構成されている。また、貯湯槽２１上部には貯湯槽２１から出湯される湯を第１混合手段１９に通水する出口管２３が接続されている。さらに、貯湯槽２１底部には貯湯槽２１の水を給湯熱交換器１６に通水するための入水管２４が接続されており、この入水管２４には、貯湯槽２１の水を給湯熱交換器１６に送るためのポンプ２５が備えられている。また、貯湯槽２１上部に給湯熱交換器１６で加熱された温水を供給する上部出湯管２６が接続され、貯湯槽２１下部に給湯熱交換器１６で充分に昇温できていない温水を供給する下部出湯管２７が接続されている。そして、出湯管２０から分岐した出湯分岐管２８と上部出湯管２６と下部出湯管２７は三方弁２９を介して接続されている。

なお、貯湯槽２１の水を給湯熱交換器１６に循環して加熱する際は、圧縮機１１とポンプ２５を駆動することにより、入水管２４より給湯熱交換器１６に流れた水は、給湯水流路１７内で加熱されて出湯管２０、出湯分岐管２８、三方弁２９、上部出湯管２６を経て貯湯槽２１上部に戻る循環回路が構成される。ただし、出湯管２０の出湯温度が充分に昇温できていない場合は、三方弁２９を上部出湯管２６から下部出湯管２７に切換えて貯湯槽２１下部に供給するようにしている。また、出湯分岐管２８には貯湯槽２１の湯が出湯管２０に流れないように逆止弁３０を設けてある。

第１混合手段１９は給湯熱交換器１６からの水と貯湯槽２１からの水を混合して混合出湯管３１に出湯するもので、モーター（図示せず）駆動により混合割合を任意に設定できる。また、第２混合手段ａ３２は混合出湯管３１からの湯と、給水管１８から分岐した給水バイパス管３３からの水道水を混合して給湯管３４に出湯するもので、モーター（図示せず）駆動により混合割合を任意に設定できる。さらに、第２混合手段ｂ３５は混合出湯管３１からの湯と、給水バイパス管３３からの水道水を混合して注湯管３６に出湯するもので、第２混合手段ａ３２とは独立にモーター（図示せず）駆動により混合割合を任意に設定できる。給湯管３４は、シャワー（図示せず）や蛇口３７等より成る給湯端末３８に接続され、その途中に給湯管を流れる流量を検出する給湯流量検知手段３９を設けている。なお、第１混合手段１９と、第２混合手段ａ３２と、第２混合手段ｂ３５は混合手段を構成している。

風呂熱交換器４０は、風呂放熱器１３と熱交換を行う風呂水流路４１により構成される。風呂水流路４１と、この風呂水流路４１の下流側と浴槽４２とを接続風呂往き管４３と、浴槽４２と風呂水流路４１の上流側を接続する風呂戻り管４４とで風呂循環回路を構成している。そして風呂往き管４３に設けた風呂ポンプ４６の駆動により浴槽４２の水を風呂熱交換器１３に循環する。

なお、風呂熱交換器４０は、風呂放熱器１３の流れ方向と風呂水流路４１の流れ方向を対向流とし、各流路間を熱移動が容易になるように密着して構成している。この構成により風呂放熱器１３と風呂水流路４１の伝熱が均一化し、熱交換効率がよくなる。

注湯管３６は、風呂戻り管４４に接続され、第２混合手段ｂ３５から注湯管３６に出湯される湯は、風呂往き管４３および風呂戻り管４４を経て浴槽４２に注がれる。そして注湯管３６には開閉弁４５が設けられ、浴槽４２への注湯を開閉弁４５の開閉動作により制御する。この開閉弁４５は電磁弁を用いている。また、注湯管３６には浴槽４２への出湯流量を検出する風呂流量検知手段４７を設けている。

風呂往き管４３と風呂戻り管４４には風呂熱交換器４０をバイパスする風呂バイパス管４８が接続されており、バイパス三方弁４９により流れ方向を風呂熱交換器４０側か風呂
バイパス管４８側かに切換える。通常はバイパス管４８に設定し、風呂ポンプ４６を駆動して浴槽４２の水を加熱する場合は風呂熱交換器４０側に設定する。

給水管１８には、給湯熱交換器１６、貯湯槽２１、第２混合手段ａ３２、第２混合手段ｂ３５への給水される水道水温度を検出する水温検知手段５０が設けられている。そして入水管２４には貯湯槽２１底部から給湯熱交換器１６に流れる水の温度を検出する入水温度検知手段５１が設けられ、出湯管２０には給湯熱交換器１６からの出湯温度を検出する出湯温度検知手段５２が設けられている。出口管２３には貯湯槽２１からの出湯温度を検出する出口温度検知手段５３が設けられている。混合出湯管３１には第１混合手段１９からの混合温度を検出する混合温度検知手段５４が設けられている。給湯管３４には第２混合手段ａ３２からの混合温度を検出する給湯温度検知手段５５が設けられ、注湯管３６には第２混合手段ｂ３５からの混合温度を検出する注湯温度検知手段５６が設けられている。貯湯槽２１には貯湯槽２１内の湯の残量を検出する残湯検知手段５７が設けられている。

冷媒循環回路１０の吸熱器５には、大気熱を効率良く吸熱するためのファン５８が設けられている。この吸熱器１５の送風の上流側には大気温度を検出する気温検知手段５９が設けられている。また、冷媒循環回路１０の給湯放熱器１２と風呂放熱器１３をバイパスする冷媒バイパス管６０が設けられ、冷媒バイパス管６０への冷媒の流通を除霜弁６１の開閉により制御する。吸熱器１５と圧縮機１１の間の冷媒循環回路１０には吸熱器１５出口の冷媒温度を検出する吸熱器温度検出手段６２が設けられている。

以上のように構成されたヒートポンプ給湯装置について、以下にその動作、作用を図２〜４のフローチャートを用いて説明する。

図２は本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の運転モード切換えのフローチャートであって、運転モードは貯湯槽２１へ湯を貯める貯湯運転Ｓ７０と、給湯熱交換器１６からの湯を用いて給湯端末３８や浴槽４２に給湯する給湯運転Ｓ７１と、風呂熱交換器４０により浴槽４２の水を加熱する風呂運転Ｓ７２と、吸熱器１５に着いた霜を解かす除霜運転Ｓ７３と、前記各運転の待機状態である停止Ｓ７４を有し、運転モード判定は除霜運転条件判定Ｓ７５、風呂運転条件判定Ｓ７６、給湯運転条件判定Ｓ７７、貯湯運転条件判定Ｓ７８により各運転モードを選定して運転する。

除霜運転条件判定Ｓ７５は、吸熱器１５に霜が付着して吸熱性能が低下したのを判定するために、吸熱器温度検出手段６２の検出温度が所定温度（例えば−１０℃）以下となった状態の運転時間が所定時間（例えば３分）経過した場合に除霜運転Ｓ７３を選定する。そして除霜運転Ｓ７３は、吸熱器温度検出手段６２の検出温度が除霜終了温度（例えば１０℃）に達したら終了する。

風呂運転条件判定Ｓ７６は、リモコン（図示せず）から使用者の風呂加熱指示がされるか、自動保温運転を行う場合に浴槽４２の水温が下がった時に風呂運転Ｓ７２を選定する。そして風呂運転Ｓ７２は浴槽温度が上昇して風呂設定温度に達するか、使用者の停止指示により終了する。ただし、風呂運転Ｓ７２中であっても、除霜運転条件判定Ｓ７５により除霜運転Ｓ７３が選定されれば、除霜運転７３に移行する。

給湯運転条件判定Ｓ７７は、使用者が蛇口３７やシャワーを使用することによって給湯流量検知手段３９が流れを検知する場合と、リモコンにより使用者が風呂への湯張りを指示した場合に給湯運転Ｓ７１を選定する。そして給湯流量検知手段３９が流れなしを検知して、かつ風呂への湯張りを指示がない場合に給湯運転Ｓ７１を終了する。ただし、給湯運転Ｓ７１中であっても、風呂運転Ｓ７２、除霜運転Ｓ７３が選定されれば、選定の運転
に移行する。

貯湯運転条件判定Ｓ７８は、複数の残湯検知手段５７の内、予め設定した残湯検知手段５７（例えば最下部）が残湯なしと判定した場合に貯湯運転Ｓ７０を選定する。貯湯運転Ｓ７０の終了条件は入水温度検知手段５１が沸き上げ完了温度（例えば６０℃）を超えた場合に停止Ｓ７４のモードになる。ただし、貯湯運転Ｓ７０中であっても、給湯運転Ｓ７１、風呂運転Ｓ７２、除霜運転Ｓ７３が選定されれば、選定の運転に移行する。

停止Ｓ７４は、貯湯運転Ｓ７０、給湯運転Ｓ７１、風呂運転Ｓ７２、除霜運転Ｓ７３の全ての運転が終了している場合に選定される。

貯湯運転Ｓ７０は、圧縮機１１と、減圧手段１４と、ファン５８と、ポンプ２５を駆動して、気温検知手段５９と入水温度検知手段５１の検出温度に応じて所定の加熱能力が出るように圧縮機１１の回転数と減圧手段１４の開度とファン５８の回転数を設定して冷媒循環回路１０を運転する。また同時にポンプ２５を起動して貯湯槽２１底部の水を給湯熱交換器１６に通水して加熱された湯を出湯管２０および出湯分岐管２８から貯湯槽２１上部に戻して沸上げる。

このとき目標となる貯湯温度を予め設定し、この貯湯温度と出湯温度検出手段５２の検出温度との偏差が小さくなるようにポンプ２６の流量制御を行う。なお、この貯湯温度は給湯負荷に連動させて外気温度が低い冬場の場合は高く、外気温度が高い夏場の場合は低くなるように設定してもよい。このことにより、貯湯槽２１からの放熱ロスが少なできる。

給湯運転Ｓ７１は、貯湯槽２１からの湯と給湯熱交換器１６からの湯を第１混合手段１９により混合制御して、この混合された湯と水とを第２混合手段ａ３２および第２混合手段ｂ３５により混合制御することにより設定された温度の給湯を行う。

風呂運転Ｓ７２は、バイパス三方弁４９により流れ方向を風呂熱交換器４０側に設定し、圧縮機１１と、減圧手段１４と、ファン５８と、風呂ポンプ４６を駆動して、浴槽４２の水を風呂熱交換器４０で加熱し、再び浴槽４２に戻すことによって風呂の保温または加熱運転をおこなう。

除霜運転Ｓ７３は、ポンプ２６と風呂ポンプ４６とファン５８を停止し、除霜弁６１と減圧手段１４を開いて、高温の冷媒を直接吸熱器１５に流すことによって吸熱器１５に付着した霜を解かす。

停止Ｓ７４は、圧縮機１１、ファン５８、除霜弁６１と減圧手段１４、ポンプ２６、風呂ポンプ４６を停止する。そして、第１混合手段１９は貯湯槽２１側を全開にして、第２混合手段ａ３２はと第２混合手段ｂ３５は給湯運転Ｓ７１の終了時の開度を維持する。

次に給湯運転Ｓ７１の詳細な動作説明を図３のフローチャートを加えて説明する。まずＳ８０において給湯負荷ＱＬを次の（数１）により算定する。

Ｓ８１では算定された給湯負荷ＱＬが給湯下限能力Ｑｍｉｎより小さいかを判定する。そして小さいと判定された場合は、Ｓ８２に移行してヒートポンプ運転を停止し、Ｓ８３で第１混合手段１９の開度を貯湯槽２１側を全開に設定する。そしてＳ８４の第２混合手段の混合制御に移行する。

Ｓ８４では、第２混合手段ａ３２と第２混合手段ｂ３５の混合制御をそれぞれ独立に行う。第２混合手段ａ３２の混合制御は、給湯流量検知手段３９により給湯の流量が検知された場合に、給湯温度検知手段５５の検出温度と給湯設定温度との偏差が小さくなるように公知のＰＩ制御やＰＩＤ制御を用いて行う。第２混合手段ｂ３５の混合制御は、風呂流量検知手段４７により注湯の流量が検知された場合に、注湯温度検知手段５６の検出温度と風呂設定温度との偏差が小さくなるように公知のＰＩ制御やＰＩＤ制御を用いて行う。なお、給湯設定温度と風呂設定温度は使用者がリモコン（図示せず）により任意に設定する値を用いている。

Ｓ８１で給湯負荷ＱＬが給湯下限能力Ｑｍｉｎ以上と判定された場合は、Ｓ８５に移行する。Ｓ８５では、給湯負荷ＱＬがヒートポンプの最大給湯能力Ｑｍａｘより大きいかを判定する。そして大きいと判定された場合は、Ｓ８６ａに移行する。最大給湯能力Ｑｍａｘは外気温度や入水温度や出湯温度などによって予め設定された値を用いる。

Ｓ８６ａでは、給湯熱交換器１６からの出湯温度が予め設定する目標温度Ｔｈｘ（例えば４０℃）になるように第１混合手段１９の混合流量を算定する。算定する混合流量は、給湯熱交換器１６側の流量Ｆｈｐと貯湯槽２１側の流量Ｆｔを（数２）により算定する。ここでの出湯の目標温度Ｔｈｘが、給湯熱交換器１６の所定温度となる。そして、流量Ｆｈｐが給湯熱交換器１６の所定量になる。例えば所定量を多くしたい場合は、出湯の目標温度Ｔｈｘを下げればよいことになるし、所定量を少なくしたい場合は、出湯の目標温度Ｔｈｘを上げればよい。

次にＳ８６ｂに移行し、この給湯熱交換器１６側の流量Ｆｈｐと貯湯槽２１側の流量Ｆｔに基づいて第１混合手段１９の目標混合温度Ｔｓｍを（数３）により算定する。

そして、Ｓ８７に移行して給湯熱交換器１６での給湯能力が最大給湯能力Ｑｍａｘとなるように圧縮機１１の周波数、減圧手段１４の開度、ファン５８回転数を制御する。ここでは、外気温度と入水温度と出湯の目標温度Ｔｈｘとの値に基づき、最大給湯能力を予め実験的に求めた設定値を用いて運転制御する。

次にＳ８８に移行する。Ｓ８８では貯湯槽２１での残湯量を残湯検知手段５７により検知して、湯切れが発生したことを判定する。湯切れとは、残湯がなくなったことをいう。そして、湯切れと判定した場合は、Ｓ８９に移行して、第１混合手段１９の給湯熱交換器１６側を全開にして貯湯槽２１側を閉じることで、貯湯槽２１から冷たい水が混入するのを防止する。そしてＳ８４の第２混合手段の混合制御に移行する。

なお、この場合給湯熱交換器１６からの出湯温度は給湯設定温度または風呂設定温度を下回るので、給湯流量を抑制する制御弁（図示せず）により出湯温度が給湯設定温度または風呂設定温度を超えるように制御してもよい。

Ｓ８８で湯切れはないと判定した場合にはＳ９０に移行して、第１混合手段１９の混合制御を行う。この混合制御は、混合温度検知手段５４の検出温度とＳ８６ｂにおいて算定した目標混合温度Ｔｓｍとの偏差が小さくなるように公知のＰＩ制御やＰＩＤ制御を用いて行う。そしてＳ８４の第２混合手段の混合制御に移行する。

第１混合手段１９の混合温度が目標混合温度Ｔｓｍになると、給湯熱交換器１６からの出湯温度がほぼ目標温度Ｔｈｘになり、かつ給湯熱交換器１６を流れる流量は演算した推定流量Ｆｈｐに近づく。このように給湯流量の変化によって給湯負荷が変動しても、給湯熱交換器１６の出湯温度と流量はほぼ一定の値となるので、安定した制御が可能となり、信頼性も高くなる。

Ｓ８５で給湯負荷ＱＬがヒートポンプの最大給湯能力Ｑｍａｘより小さいと判定された場合は、Ｓ９１に移行する。Ｓ９１では、給湯負荷ＱＬがヒートポンプの最大給湯能力Ｑｍａｘより小さい場合の第１混合手段１９の目標混合温度Ｔｓｍを設定する。この場合は給湯設定温度Ｔｓｈｗに所定値（例えば５Ｋ）を加算した値を用いる。この第１混合手段１９の目標混合温度を給湯設定温度より高くすることによって、給湯熱交換器１６からの温度が上昇しても常に貯湯槽２１からわずかながら混合され、かつ第２混合手段には常に水が混合される。一般に給湯熱交換器１６による温度制御は応答性が悪く、混合手段による温度制御は応答性が良く、常に混合手段による温度制御がなされるため、負荷変動に対する制御性がよくなる。

次にＳ９２に移行する。Ｓ９２では給湯熱交換器１６での給湯能力が給湯負荷ＱＬと一致するように圧縮機１１の周波数、減圧手段１４の開度、ファン５８回転数を制御する。
ここでは、外気温度と入水温度と出湯の目標温度Ｔｈｘとの値に基づき、給湯能力を予め実験的に求めた設定値を用いて運転制御する。

次にＳ９３に移行する。Ｓ９３では、出湯温度検知手段５２の検出温度と出湯の目標温度Ｔｈｘとの偏差が大きい場合に偏差を小さくするように圧縮機１１の周波数を調整する。これによってＳ９２で設定された運転条件が外れていても補正できる。

そしてＳ８９に移行して、第１混合手段１９の給湯熱交換器１６側を全開にして貯湯槽２１側を閉じる。そしてＳ８４の第２混合手段の混合制御に移行する。

なお、本実施の形態ではＳ８６ａおよびＳ８６ｂにおいて、給湯負荷・給湯熱交換器出口の出湯目標温度・出口温度検知手段の検出温度から第１混合手段の目標混合温度を算定していたが、給湯負荷レベルに応じた目標混合温度をテーブルとして予め記憶手段（図示せず）に記憶させて、算定した給湯負荷に応じてテーブルから選択してもよい。

また、本実施の形態ではＳ９１において第１混合手段の目標混合温度を、給湯負荷が熱交換器の給湯能力以下の場合は、給湯設定温度に所定値を加算して設定したが、もちろん目標混合温度を給湯設定温度としてもよい。この場合は給湯負荷と給湯能力が一致すれば、貯湯槽からの出湯がなくなるため湯切れの心配がなくなる。

さらに、本実施の形態では給湯負荷に応じて第１混合弁の目標混合温度を変更する際の給湯負荷を（数１）に基づいて演算していたが、給湯流量や風呂流量に基づいて設定してもよい。例えば、目標混合温度を流量に比例して上昇させる。これにより演算が簡素に行える。

また、本実施の形態ではＳ８１において、給湯負荷ＱＬが給湯下限能力Ｑｍｉｎ以下と判定された場合は、ヒートポンプ運転を停止していたが、ヒートポンプ運転を停止せずに貯湯運転に切換えてもよい。すなわち、給湯負荷が給湯下限能力より少ない場合は、給湯運転よりも貯湯運転を優先して行うようにする。このことで貯湯槽の消費した湯をより早く回復させることができる。

本実施の形態によれば、給水管により給水された温度に近い温度の低い湯が熱交換器から出てくることもある。その場合は貯湯槽に貯められた高温の湯と混合手段により混合させ、さらに給水管の水と混合させることにより安定した給湯温度の湯が得られる。また、貯湯槽に貯められた湯水が給水管により給水された温度に近い温度の低い状態になっていることもある。この場合、熱交換器で温められた湯と貯湯槽に貯められた低い温度の湯水とが混合手段により混合させ、さらに給水管の水と混合させることにより安定した給湯温度の湯が得られる。

また、本実施の形態ではヒートポンプサイクルを、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。

以上のように、本発明にかかるヒートポンプ給湯装置は、最大流量を確保し、給湯温度の安定した出湯が可能となるので、電気、ガス、石油熱源の給湯機や電子制御のカラン等の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ給湯装置の構成図本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ給湯装置の運転モード切換えのフローチャート本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ給湯装置の給湯運転のフローチャート従来のヒートポンプ給湯装置の構成図

符号の説明

１１圧縮機
１２給湯放熱器
１４減圧手段
１５吸熱器
１０冷媒循環回路
１６給湯熱交換器
１７給湯水流路
１８給水管
１９第１混合手段
２１貯湯槽
３２第２混合手段ａ
３５第２混合手段ｂ

Claims

圧縮機と放熱器と減圧手段と吸熱器とを含む冷媒循環回路と、前記放熱器と熱交換を行う水流路を備えた熱交換器と、湯水を貯める貯湯槽と、前記熱交換器からの湯水と前記貯湯槽からの湯水とを混合する第１の混合手段と、前記貯湯槽から出湯する湯の温度を検出する出口温度検知手段と、前記第１の混合手段で混合された湯の温度を検出する混合温度検知手段とを備え、予め設定された前記熱交換器から出湯する湯の目標出湯温度および前記出口温度検知手段で検出される湯の温度に基づいて、前記第１の混合手段で混合する湯の目標温度を算出するとともに、前記混合温度検知手段で検出する値が前記目標温度となるように、前記第１の混合手段の開度を制御することを特徴とするヒートポンプ給湯装置。
第１の混合手段で混合された湯水と給水管から供給される水とを混合する第２の混合手段を備え、給湯負荷が熱交換器の給湯能力以下で、かつ、貯湯槽に湯切れが発生した場合は、前記貯湯槽の通水を抑えて、熱交換器からの水と給水管からの水とを混合して給湯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装置。