JP4134969B2 - 貯湯式ヒートポンプ給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、ヒートポンプ熱源機を用いて給湯用水を沸き上げ、貯湯タンクに溜めながら給湯を行う貯湯式ヒートポンプ給湯装置に関するものである。

近年、エネルギー効率の良いヒートポンプ回路を熱源として用いた貯湯式ヒートポンプ給湯装置が普及してきている。この貯湯式ヒートポンプ給湯装置は貯湯タンクを有し、夜間の安価な電力を使って夜中にヒートポンプ回路で湯を沸き上げて貯湯タンクに貯蔵し、貯蔵した湯を日中に使うものが一般的である。

熱源にヒートポンプ回路における冷媒の状態変化を利用しているので、電気ヒータによる加熱よりエネルギー効率が数倍良く、また、ガスなどを燃焼しないのでＣＯ_２を排出せず地球環境にやさしい給湯装置といわれている。この種の貯湯式ヒートポンプ給湯装置の従来技術として、特許文献１に開示されたものがある。図９は、その従来のヒートポンプ式給湯機の構成を示す模式図であり、これを参照しながら説明する。

圧縮機１、凝縮器２ａ、減圧装置３、および蒸発器４を有するヒートポンプ回路３１と、貯湯槽５、凝縮器２ａで加熱される水熱交換器２ｂ、貯湯槽５の水を水熱交換器２ｂに通して循環させる循環ポンプ６、給水管１６、および給湯管１５を有する給湯部３２と、ヒートポンプ回路３１および給湯部３２を制御する制御部３３とを備えたヒートポンプ式給湯機において、給湯部３２は、小容量の貯湯槽５を有すると共に、貯湯槽５、循環ポンプ６および水熱交換器２ｂからなる貯湯回路と、給水管１６、貯湯槽５および給湯管１５からなる第１の給湯回路と、給水管１６、水熱交換器２ｂおよび給湯管１５からなる第２の給湯回路とを切り換え可能に形成し、制御部３３は、給湯機の状態を検出して貯湯回路、第１の給湯回路および第２の給湯回路を切り換える制御機能と、ヒートポンプ回路３１の運転時に外気温度に応じて圧縮機１の能力を制御する機能とを有するようにしたものである。
特開２００４−０２０１２６号公報

図１０は、図９の従来のヒートポンプ式給湯機における給湯温度の特性を示すグラフである。このグラフからも分かるように、上記従来の構成でヒートポンプ回路を運転して水熱交換器で加熱された湯を直接給湯管から出湯する場合、ヒートポンプ回路の始動直後は急な沸き上げ温度の立ち上がりに制御が追従できず、設定温度を上回るオーバーシュート現象を生じて高い温度の湯を給湯してしまうなど、給湯温度がハンチングを起こすという問題がある。これは、このような出湯開始時を含め、出湯量が大きく変動したときに起きる問題である。

本発明は、上記従来技術での問題に鑑みて成されたものであり、その目的は、ヒートポンプ熱源機を運転しながら給湯を行う場合において、出湯量の変動に対して給湯温度が変動することを防止することのできる貯湯式ヒートポンプ給湯装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、下記の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、給湯用の高温水を貯湯する貯湯タンク（７）と、冷媒圧縮機（２）、冷媒水熱交換器（３）、冷媒減圧手段（４）および冷媒空気熱交換器（５）を有する冷媒回路（Ｒ）を備えたヒートポンプ熱源機（１ａ）と、貯湯タンク（７）の下部から取り出した低温水をヒートポンプ熱源機（１ａ）によって沸き上げ、その沸き上げた高温水を貯湯タンク（７）の上部に戻す給湯水加熱回路（Ｋ１）と、貯湯タンク（７）の中温水流出部（７ｆ）から導出された中温水取り出し経路（９ａ）と、中温水取り出し経路（９ａ）から取り出した中温水と貯湯タンク（７）の上部から取り出した高温水とを混合して給湯設定温度よりも所定温度だけ高い温度に調節する中温水混合手段（９）と、中温水混合手段（９）から流出する温水と給水路から供給される低温水とを混合して給湯設定温度に調節する給湯混合手段（１０、１１）と、給湯混合手段（１０、１１）の下流側に接続されて出湯する出湯管と、冷媒回路（Ｒ）、給湯水加熱回路（Ｋ１）の循環、および各混合手段（９〜１１）を制御する制御手段（２０）とを備えた貯湯式ヒートポンプ給湯装置において、
ヒートポンプ熱源機（１ａ）で沸き上げた温水の戻し位置を貯湯タンク（７）の高温水流入部（７ｃ）と中温水流入部（７ｄ）とに切り換える流入位置切換手段（８）を設けるとともに、出湯管から出湯される給湯量が所定量以上であると、ヒートポンプ熱源機（１ａ）で温水を中温で沸き上げ、中温水流入部（７ｄ）から戻しつつ、中温水流出部（７ｆ）から出湯することを特徴としている。

この請求項１に記載の発明によれば、ヒートポンプ熱源機（１ａ）を運転しながら給湯を行う場合において、ヒートポンプ熱源機（１ａ）が始動直後などで沸き上げ温度にハンチングが生じたり、出湯中に出湯量が大きく変動したりしても、貯湯タンク（７）内の中温水が緩衝層となることより、給湯温度が変動することを防止することができる。また、３５〜６５℃位の低い温で沸き上げ（以下、これを低温沸き上げという）を行いながら給湯も行う（以下、これを直接出湯という）ことで、貯湯タンク（７）は従来のような大容量のものではなく、小型にすることができる。

また、昼間は、ヒートポンプ熱源機（１ａ）での沸き上げ温度を下げることにより、ヒートポンプサイクルの成績係数（以下、ＣＯＰと略す）を良くして運転することができる。また、貯湯タンク（７）内に貯蔵されている高温水と混ぜて出湯することもできるので、ヒートポンプ熱源機（１ａ）での沸き上げ温度は給湯設定温度以下にまで下げることができる。

また、請求項２に記載の発明では、貯湯タンク（７）における天地方向の位置関係として、中温水流入部（７ｄ）は中温水流出部（７ｆ）と同じ高さか、もしくは中温水流出部（７ｆ）よりも低い位置に配設していることを特徴としている。この請求項２に記載の発明によれば、このような位置関係とすることにより、貯湯タンク（７）内で中温水流入部（７ｄ）から流入する温水と中温水流出部（７ｆ）から流出する温水との不要な対流による温度分布の乱れを無くすことができ、円滑にヒートポンプ熱源機（１ａ）で沸き上げた湯を出湯させることができる。

また、請求項３に記載の発明では、制御手段（２０）は、ヒートポンプ熱源機（１ａ）で沸き上げて中温水流入部（７ｄ）から戻す温水の流量を、中温水流出部（７ｆ）から出湯する流量と同等か、もしくは中温水流出部（７ｆ）から出湯する流量よりも少なくすることを特徴としている。この請求項３に記載の発明によれば、貯湯タンク（７）内に極力中温水を溜めないようにするものであり、これにより沸き上げ時のＣＯＰを向上させることができる。

また、請求項４に記載の発明では、貯湯タンク（７）において、中温水流入部（７ｄ）と中温水流出部（７ｆ）とを１箇所にまとめて設けたことを特徴としている。この請求項４に記載の発明によれば、貯湯タンク（７）の接続孔を増やすことなく、簡易となりコストを抑えることができる。また、貯湯タンク（７）の放熱ロスも抑えることができる。

また、請求項５に記載の発明では、貯湯タンク（７）内に温水を流入させるための温水流入部材（１２）と貯湯タンク（７）内から温水を流出させるための温水流出部材（１３）とを一体にして温水流入出部材（１４）として貯湯タンク（７）の壁面に設けるとともに、
温水流入部材（１２）からの温水は温水流入出部材（１４）の天地方向中央より下側で水平方向、もしくはそれよりも下側へ向けて吐出され、温水流出部材（１３）への温水は温水流入出部材（１４）の天地方向中央より上側で水平方向、もしくはそれよりも上側から吸入されることを特徴としている。

この請求項５に記載の発明によれば、温水流入部材（１２）から流入する温水と温水流出部材（１３）から流出する温水との不要な対流による温度分布の乱れを無くすことができる。
また、請求項６に記載の発明では、冷媒を昇圧させる冷媒圧縮機（２）、冷媒圧縮機（２）で昇圧された冷媒と給湯水とを熱交換する冷媒水熱交換器（３）、冷媒水熱交換器（３）を通過した冷媒を減圧する冷媒減圧手段（４）、冷媒減圧手段（４）で減圧された冷媒と空気とを熱交換する冷媒空気熱交換器（５）とを有するヒートポンプ熱源機（１ａ）と、給湯水が貯湯される貯湯タンク（７）と、貯湯タンク（７）の下部に設けられ、貯湯タンク（７）内の給湯水を冷媒水熱交換器（３）へと流出させる低温水流出部（７ｂ）と、貯湯タンク（７）の上部に設けられ、ヒートポンプ熱源機（１ａ）で沸き上げた温水を貯湯タンク（７）に流入させる高温水流入部（７ｃ）と、貯湯タンク（７）の中間部に設けられ、ヒートポンプ熱源機（１ａ）で沸き上げた温水を貯湯タンク（７）に流入させる中温水流入部（７ｄ）と、貯湯タンク（７）の中間部から導出された中温水と貯湯タンク（７）の上部から取り出した高温水とを混合する中温水混合手段（９）と、中温水混合手段（９）から流出した温水と給水路から供給される低温水とを混合する給湯混合手段（１０、１１）と、給湯混合手段（１０、１１）の下流側に接続されて出湯する出湯管と、ヒートポンプ熱源機（１ａ）で沸き上げた温水の戻し位置を高温流入部（７ｃ）または中温流入部（７ｄ）に切り換える流入位置切換手段（８）とを有する貯湯式ヒートポンプ給湯装置において、
出湯管から出湯される給湯量が所定量以上であると、ヒートポンプ熱源機（１ａ）で温水を中温で沸き上げを行いながら出湯管から出湯することを特徴としている。
また、請求項７に記載の発明では、給湯用の高温水を貯湯する貯湯タンク（７）と、冷媒圧縮機（２）、冷媒水熱交換器（３）、冷媒減圧手段（４）および冷媒空気熱交換器（５）を有する冷媒回路（Ｒ）を備えたヒートポンプ熱源機（１ａ）と、貯湯タンク（７）の下部から取り出した低温水をヒートポンプ熱源機（１ａ）によって沸き上げ、その沸き上げた高温水を貯湯タンク（７）の上部に戻す給湯水加熱回路（Ｋ１）と、貯湯タンク（７）の中温水流出部（７ｆ）から導出された中温水取り出し経路（９ａ）と、中温水取り出し経路（９ａ）から取り出した中温水と貯湯タンク（７）の上部から取り出した高温水とを混合して給湯設定温度よりも所定温度だけ高い温度に調節する中温水混合手段（９）と、中温水混合手段（９）から流出する温水と給水路から供給される低温水とを混合して給湯設定温度に調節する給湯混合手段（１０、１１）と、冷媒回路（Ｒ）、給湯水加熱回路（Ｋ１）の循環、および各混合手段（９〜１１）を制御する制御手段（２０）とを備えた貯湯式ヒートポンプ給湯装置において、
ヒートポンプ熱源機（１ａ）で沸き上げた温水の戻し位置を貯湯タンク（７）の高温水流入部（７ｃ）と中温水流入部（７ｄ）とに切り換える流入位置切換手段（８）を設けるとともに、制御手段（２０）は、状況に応じてヒートポンプ熱源機（１ａ）で中温に沸き上げた温水を中温水流入部（７ｄ）から戻しつつ中温水流出部（７ｆ）から出湯するように各機器を制御し、さらに制御手段（２０）は、ヒートポンプ熱源機（１ａ）で沸き上げて中温水流入部（７ｄ）から戻す温水の流量を、中温水流出部（７ｆ）から出湯する流量と同等か、もしくは中温水流出部（７ｆ）から出湯する流量よりも少なくすることを特徴としている。
ちなみに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態における貯湯式ヒートポンプ給湯装置１の全体構成を示す模式図である。本実施形態の貯湯式ヒートポンプ給湯装置１は、超臨界ヒートポンプサイクルを用いて給湯用水を、夜間は６５〜９０℃位の高温で沸き上げて、その高温水を貯湯タンク７に貯蔵しておくとともに、昼間は貯湯タンク７内の中温水から優先的に使って出湯し、夕方などの給湯量のピーク時間帯には、３５〜６５℃位の低温沸き上げを行いながら給湯も行うものである。

そのため、貯湯タンク７は従来のような大容量のものではなく、小型となっている。尚、超臨界ヒートポンプサイクルとは、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となるヒートポンプサイクルをいい、例えば二酸化炭素・エチレン・エタン・酸化窒素などを冷媒とするヒートポンプサイクルである。給湯装置１は大きく分けて、主に後述する冷凍サイクル機器が収納されたヒートポンプ熱源機１ａと、主に貯湯タンク７が収納されたタンクユニット１ｂとよりなる。

また、ヒートポンプ熱源機１ａ内は、大きく分けてヒートポンプサイクルの冷媒回路Ｒと、給湯関係の給湯水加熱回路Ｋ１とで構成されている。まず冷媒回路Ｒは、冷媒を圧縮する冷媒圧縮機２と、給湯用水の加熱手段である冷媒水熱交換器３と、冷媒減圧手段である膨張弁４と、大気から吸熱するための冷媒空気熱交換器５とを環状に接続して構成され、冷媒として臨界温度の低い二酸化炭素（以下、ＣＯ_２と略す）が封入されている。

冷媒圧縮機２は、内蔵する駆動モータと、吸引したガス冷媒を臨界圧力以上の高圧にまで昇圧して吐出する高圧圧縮部とで構成しており、これらが密閉容器内に収納されている。そして、装置全体の制御手段である制御装置２０により通電制御される。冷媒水熱交換器３は、高圧圧縮部で昇圧された高温高圧のガス冷媒と給湯用水とを熱交換して給湯用水を加熱するもので、高圧冷媒通路３ａに隣接して給湯水通路３ｂが設けられ、その高圧冷媒通路３ａを流れる冷媒の流れ方向と給湯水通路３ｂを流れる給湯用水の流れ方向とが対向するように構成されている。

膨張弁４は、冷媒水熱交換器３と冷媒空気熱交換器５との間に設けられ、冷媒水熱交換器３で冷却された冷媒を高圧から低圧まで減圧して冷媒空気熱交換器５に供給する。また、この膨張弁４は、弁開度を電気的に調整可能な構成を有し、制御装置２０により通電制御される。冷媒空気熱交換器５は、図示しない送風ファンによる送風を受けて、膨張弁４で減圧された冷媒を大気との熱交換によって蒸発させ、ガスとなった冷媒は先の冷媒圧縮機２に吸引される。

給湯関係の給湯水加熱回路Ｋ１は、給湯用水の加熱手段である上記冷媒水熱交換器３の給湯水通路３ｂと、給湯用水を循環させる循環ポンプ６と、給湯用水を貯留する貯湯タンク７とを環状に接続して構成される。循環ポンプ６は、図１に示すように、貯湯タンク７内の下部に設けられた低温水流出部７ｂから冷水を冷媒水熱交換器３の給湯水通路３ｂを通して貯湯タンク７の上部に設けられた高温水流入部７ｃから還流する様に水流を発生させる。この給湯水循環ポンプ６は、内蔵するモータの回転数に応じて流水量を調節することができ、制御装置２０により通電制御される。

尚、本発明の要部の一つとして、冷媒水熱交換器３と貯湯タンク７との間の給湯水加熱回路Ｋ１に、ヒートポンプ熱源機１ａで沸き上げた温水の戻し位置を貯湯タンク７上部の高温水流入部７ｃと、貯湯タンク７中間部の中温水流入部７ｄとに切り換える流入位置切換手段としての流入位置切換弁８を設けており、この流入位置切換弁８も制御装置２０により通電制御される。

貯湯タンク７は、耐蝕性に優れた金属製（例えばステンレス製）で断熱構造を有し、高温の給湯用水を長時間にわたって保温することができる。また、貯湯タンク７の側面には垂直方向に多数個（例えば、２０リットル刻みに８個）の図示しないサーミスタが配設されており、貯湯タンク７内各高さ位置での温度を検出できるようになっている。このサーミスタ群で検出される温度より貯湯タンク７に貯蔵されている熱量計算を行い、夕方などの直接出湯（沸き上げながらの出湯）への制御、後述する学習制御、沸き上げ制御などに使用される。

貯湯タンク７に貯留された給湯用水の出湯回路として、貯湯タンク７上部の高温水流出部７ｅから取り出した高温水と、貯湯タンク７中間部の中温水流出部７ｆからの中温水取り出し経路９ａにて取り出した中温水とを混合して、給湯設定温度よりも所定温度だけ高い温度に調節する中温水混合手段としての中温水紺合弁９を備えている。

また、中温水混合弁９から流出する温水と給水路から供給される低温水とを混合して給湯設定温度に調節する給湯混合手段としての給湯混合弁１０と風呂混合弁１１とを備えており、各操作パネルで設定された給湯設定温度に温度調節された湯は、主に台所や風呂などに給湯される。尚、給湯混合弁１０・風呂混合弁１１も制御装置２０により通電制御される。

次に、本貯湯式ヒートポンプ給湯装置１の作動の概略を説明する。夜間の深夜電力時間帯を使い、ヒートポンプ熱源機１ａで貯湯タンク７内の給湯用水を沸き上げ、貯湯タンク７上部の高温水流入部７ｃから貯湯を行う。このときの沸き上げ温度は６５℃〜９０℃である。この沸き上げ温度は、操作パネルでの設定温度は家庭毎に異なるが、４３℃の固定値として使用量を学習し、その使用量から沸き上げ温度が決められる。そして、深夜電力時間帯が終了する７時に沸き上げが完了するよう、ヒートポンプ熱源機１ａでの沸き上げ開始時間が調整される。

昼間は、貯湯タンク７内に貯湯してある高温水を給湯混合弁１０で温度調節して給湯するが、給湯や放熱により貯湯タンク７内に温度分布が生じ、中温水流出部７ｆよりも下方のサーミスタの温度が所定値以下に下がった場合は低温沸き上げを行って中温水を蓄える。

また、夕方などのお湯を大量に使う給湯量ピーク時間帯には、沸き上げ温度を３５〜６５℃程度に下げ、出湯を検知するとヒートポンプ熱源機１ａを低温沸き上げにて運転し、貯湯タンク７中間部の中温水流入部７ｄに戻すとともに、貯湯タンク７中間部の中温水流出部７ｆから直接出湯を行う。尚、給湯量ピーク時間帯は、図示しない流量センサーにて各家庭の時間毎の出湯パターンを学習して決めている。

また、このときに中温水混合弁９出口の図示しないサーミスタでの温度を検出し、フィードバック制御により操作パネル設定温度より５℃高くなるよう弁開度を制御する。中温水混合弁９の待機方向は中温水流出部７ｆのサーミスタにより温度を検出し、所定温度以上ならば中温水を優先的に取り出すように制御している。

中温水流入部７ｄと中温水流出部７ｆとの位置関係は、同等高さ、もしくは中温水流入部７ｄの方を低くして貯湯タンク７の側面に対向するように設けている。また、貯湯タンク７内に流入させる中温水の流量は、貯湯タンク７から出湯される中温水の流量と同等か、もしくは流入させる中温水の流量の方が少なめになるよう制御を行っている。

次に、本実施形態での特徴と、その効果について述べる。まず、ヒートポンプ熱源機１ａで沸き上げた温水の戻し位置を貯湯タンク７の高温水流入部７ｃと中温水流入部７ｄとに切り換える流入位置切換弁８を設けるとともに、制御手段２０は、状況に応じてヒートポンプ熱源機１ａで中温に沸き上げた温水を中温水流入部７ｄから戻しつつ中温水流出部７ｆから出湯するように各機器を制御するようにしている。

これによれば、このようなヒートポンプ熱源機１ａを運転しながら給湯を行う場合において、ヒートポンプ熱源機１ａが始動直後などで沸き上げ温度にハンチングが生じたり、出湯中に出湯量が大きく変動したりしても、貯湯タンク７内の中温水が緩衝層となることより、給湯温度が変動することを防止することができる。また、３５〜６５℃位の低温沸き上げを行いながら給湯も行う直接出湯により、貯湯タンク７は従来のような大容量のものではなく、小型にすることができる。

図２は、ヒートポンプ熱源機１ａにおける沸き上げ温度とＣＯＰとの関係を示すグラフである。このグラフからも分かるように、昼間は、ヒートポンプ熱源機１ａでの沸き上げ温度を下げることにより、ヒートポンプサイクルのＣＯＰを良くして運転することができる。また、貯湯タンク７内に貯蔵されている高温水と混ぜて出湯することもできるので、ヒートポンプ熱源機１ａでの沸き上げ温度は給湯設定温度以下にまで下げることができる。

また、貯湯タンク７における天地方向の位置関係として、中温水流入部７ｄは中温水流出部７ｆと同じ高さか、もしくは中温水流出部７ｆよりも低い位置に配設している。これによれば、このような位置関係とすることにより、貯湯タンク７内で中温水流入部７ｄから流入する温水と中温水流出部７ｆから流出する温水との不要な対流による温度分布の乱れを無くすことができ、円滑にヒートポンプ熱源機１ａで沸き上げた湯を出湯させることができる。

また、制御装置２０は、ヒートポンプ熱源機１ａで沸き上げて中温水流入部７ｄから戻す温水の流量を、中温水流出部７ｆから出湯する流量と同等か、もしくは中温水流出部７ｆから出湯する流量よりも少なくするようにしている。これは、貯湯タンク７内に極力中温水を溜めないようにするものであり、これにより沸き上げ時のＣＯＰを向上させることができる。

（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態における貯湯式ヒートポンプ給湯装置の構成を示す模式図である。上述した第１実施形態と異なる特徴は、貯湯タンク７において、中温水流入部７ｄと中温水流出部７ｆとを１箇所にまとめて設けている点である。これによれば、貯湯タンク７の接続孔を増やすことなく、簡易となりコストを抑えることができる。また、貯湯タンク７の放熱ロスも抑えることができる。

図４は、図２中Ａ部に設けた温水流入出部材としての温水流入出管１４Ａを示す断面図であり、温水流入部材を直管の温水流入管１２Ａと、温水流出部材も直管の温水流出管１３Ａとで構成したものである。また、図５は、図２中Ａ部に設けた温水流入出管１４Ｂを示す断面図であり、温水流入部材を円管の温水流入管１２Ｂと、温水流出部材を直管の温水流出管１３Ａとで構成したものである。また、図６は、図２中Ａ部に設けた温水流入出管１４Ｃを示す断面図であり、温水流入部材を円管の温水流入管１２Ｂと、温水流出部材も円管の温水流出管１３Ｂとで構成したものである。そして、温水流入管１２と温水流出管１３とはいずれも多穴構造となっている。

そしていずれも、貯湯タンク７内に温水を流入させるための温水流入管１２と貯湯タンク７内から温水を流出させるための温水流出管１３とを一体にして温水流入出管１４として貯湯タンク７の壁面に設けるとともに、温水流入管１２からの温水は温水流入出管１４の天地方向中央より下側で水平方向、もしくはそれよりも下側へ向けて吐出され、温水流出管１３への温水は温水流入出管１４の天地方向中央より上側で水平方向、もしくはそれよりも上側から吸入されるようにしている。これによれば、温水流入管１２から流入する温水と温水流出管１３から流出する温水との不要な対流による温度分布の乱れを無くすことができる。

（他の実施形態１）
図７は、本発明の他の実施形態１における貯湯式ヒートポンプ給湯装置の構成を示す模式図である。１５は浴槽、１６は貯湯タンク７内の上方側に設けられて貯湯タンク７内の高温水で浴水を加熱する追い焚き用熱交換器、Ｙは浴水循環路、１７は浴水を循環させるための循環ポンプである。このように、本発明の貯湯式ヒートポンプ給湯装置は他の加熱回路用の熱交換器を貯湯タンク７内に内蔵する構成であっても良い。

（他の実施形態２）
図８は、本発明の他の実施形態２における貯湯式ヒートポンプ給湯装置の構成を示す模式図である。１５は浴槽、１８は浴水を加熱する追い焚き用熱交換器、Ｙは浴水循環路、１７は浴水を循環させるための循環ポンプである。図７の構成と異なるのは、貯湯タンク７上部の高温水流出部７ｇから高温水を取り出して追い焚き用熱交換器１８の高温水通路８ａを通して貯湯タンク７の下部の中温水流入部７ｈに戻す流体加熱回路Ｋ２を設けている点である。尚、１９は流体加熱回路Ｋ２に熱源水を循環させる熱源水循環ポンプである。

また、追い焚き用熱交換器１８は、貯湯タンク７に貯留された高温水と浴水とを熱交換して浴水を加熱（追い焚き）するもので、高温水通路１８ａに隣接して流体通路１８ｂが設けられ、その高温水通路８ａを流れる高温水の流れ方向と流体通路１８ｂを流れる流体の流れ方向とが対向するように構成されている。このように、本発明の貯湯式ヒートポンプ給湯装置は貯湯タンク７に他の加熱回路を持つ構成であっても良い。尚、この加熱回路は浴水の追い焚きに限らず、暖房・乾燥・保温などに用いるブラインを加熱するブライン加熱回路であっても良い。

（その他の実施形態）
上述の実施形態では、給湯用水を加熱するヒートポンプサイクルにＣＯ_２冷媒を用いた超臨界ヒートポンプサイクルを用いているが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、例えばフロン冷媒を用いたヒートポンプサイクルなどであっても良い。また、冷媒減圧手段として膨張弁を用いているが、エジェクタをはじめとする他の冷媒減圧手段を用いたヒートポンプサイクルであっても良い。

本発明の第１実施形態における貯湯式ヒートポンプ給湯装置１の全体構成を示す模式図である。 ヒートポンプ熱源機１ａにおける沸き上げ温度と成績係数（ＣＯＰ）との関係を示すグラフである。 本発明の第２実施形態における貯湯式ヒートポンプ給湯装置の構成を示す模式図である。 図２中Ａ部の構造例１４Ａを示す断面図である。 図２中Ａ部の構造例１４Ｂを示す断面図である。 図２中Ａ部の構造例１４Ｃを示す断面図である。 本発明の他の実施形態１における貯湯式ヒートポンプ給湯装置の構成を示す模式図である。 本発明の他の実施形態２における貯湯式ヒートポンプ給湯装置の構成を示す模式図である。 従来のヒートポンプ式給湯機の構成を示す模式図である。 図９の従来のヒートポンプ式給湯機における給湯温度の特性を示すグラフである。

符号の説明

１ａ…ヒートポンプ熱源機
２…冷媒圧縮機
３…冷媒水熱交換器
４…膨張弁（冷媒減圧手段）
５…冷媒空気熱交換器
７…貯湯タンク
７ｃ…高温水流入部
７ｄ…中温水流入部
７ｆ…中温水流出部
８…流入位置切換弁（流入位置切換手段）
９…中温水混合弁（中温水混合手段）
９ａ…中温水取り出し経路
１０…給湯混合弁（給湯混合手段）
１１…風呂混合弁（給湯混合手段）
１２…温水流入管（温水流入部材）
１３…温水流出管（温水流出部材）
１４…温水流入出管（温水流入出部材）
２０…制御装置（制御手段）
Ｋ１…給湯水加熱回路
Ｒ…冷媒回路

Claims (7)

1. 給湯用の高温水を貯湯する貯湯タンク（７）と、
   冷媒圧縮機（２）、冷媒水熱交換器（３）、冷媒減圧手段（４）および冷媒空気熱交換器（５）を有する冷媒回路（Ｒ）を備えたヒートポンプ熱源機（１ａ）と、
   前記貯湯タンク（７）の下部から取り出した低温水を前記ヒートポンプ熱源機（１ａ）によって沸き上げ、その沸き上げた高温水を前記貯湯タンク（７）の上部に戻す給湯水加熱回路（Ｋ１）と、
   前記貯湯タンク（７）の中温水流出部（７ｆ）から導出された中温水取り出し経路（９ａ）と、前記中温水取り出し経路（９ａ）から取り出した中温水と前記貯湯タンク（７）の上部から取り出した高温水とを混合して給湯設定温度よりも所定温度だけ高い温度に調節する中温水混合手段（９）と、
   前記中温水混合手段（９）から流出する温水と給水路から供給される低温水とを混合して給湯設定温度に調節する給湯混合手段（１０、１１）と、
   前記給湯混合手段（１０、１１）の下流側に接続されて出湯する出湯管と、
   前記冷媒回路（Ｒ）、前記給湯水加熱回路（Ｋ１）の循環、および各混合手段（９〜１１）を制御する制御手段（２０）とを備えた貯湯式ヒートポンプ給湯装置において、
   前記ヒートポンプ熱源機（１ａ）で沸き上げた温水の戻し位置を前記貯湯タンク（７）の高温水流入部（７ｃ）と中温水流入部（７ｄ）とに切り換える流入位置切換手段（８）を設けるとともに、
   前記出湯管から出湯される給湯量が所定量以上であると、前記ヒートポンプ熱源機（１ａ）で温水を中温で沸き上げ、前記中温水流入部（７ｄ）から戻しつつ、前記中温水流出部（７ｆ）から出湯することを特徴とする貯湯式ヒートポンプ給湯装置。
2. 前記貯湯タンク（７）における天地方向の位置関係として、前記中温水流入部（７ｄ）は前記中温水流出部（７ｆ）と同じ高さか、もしくは前記中温水流出部（７ｆ）よりも低い位置に配設していることを特徴とする請求項１に記載の貯湯式ヒートポンプ給湯装置。
3. 前記制御手段（２０）は、前記ヒートポンプ熱源機（１ａ）で沸き上げて前記中温水流入部（７ｄ）から戻す温水の流量を、前記中温水流出部（７ｆ）から出湯する流量と同等か、もしくは前記中温水流出部（７ｆ）から出湯する流量よりも少なくすることを特徴とする請求項１に記載の貯湯式ヒートポンプ給湯装置。
4. 前記貯湯タンク（７）において、前記中温水流入部（７ｄ）と前記中温水流出部（７ｆ）とを１箇所にまとめて設けたことを特徴とする請求項１に記載の貯湯式ヒートポンプ給湯装置。
5. 前記貯湯タンク（７）内に温水を流入させるための温水流入部材（１２）と前記貯湯タンク（７）内から温水を流出させるための温水流出部材（１３）とを一体にして温水流入出部材（１４）として前記貯湯タンク（７）の壁面に設けるとともに、
   前記温水流入部材（１２）からの温水は前記温水流入出部材（１４）の天地方向中央より下側で水平方向、もしくはそれよりも下側へ向けて吐出され、前記温水流出部材（１３）への温水は前記温水流入出部材（１４）の天地方向中央より上側で水平方向、もしくはそれよりも上側から吸入されることを特徴とする請求項４に記載の貯湯式ヒートポンプ給湯装置。
6. 冷媒を昇圧させる冷媒圧縮機（２）、前記冷媒圧縮機（２）で昇圧された冷媒と給湯水とを熱交換する冷媒水熱交換器（３）、前記冷媒水熱交換器（３）を通過した冷媒を減圧する冷媒減圧手段（４）、前記冷媒減圧手段（４）で減圧された冷媒と空気とを熱交換する冷媒空気熱交換器（５）とを有するヒートポンプ熱源機（１ａ）と、
   給湯水が貯湯される貯湯タンク（７）と、
   前記貯湯タンク（７）の下部に設けられ、前記貯湯タンク（７）内の給湯水を前記冷媒水熱交換器（３）へと流出させる低温水流出部（７ｂ）と、
   前記貯湯タンク（７）の上部に設けられ、前記ヒートポンプ熱源機（１ａ）で沸き上げた温水を前記貯湯タンク（７）に流入させる高温水流入部（７ｃ）と、
   前記貯湯タンク（７）の中間部に設けられ、前記ヒートポンプ熱源機（１ａ）で沸き上げた温水を前記貯湯タンク（７）に流入させる中温水流入部（７ｄ）と、
   前記貯湯タンク（７）の中間部から導出された中温水と前記貯湯タンク（７）の上部から取り出した高温水とを混合する中温水混合手段（９）と、
   前記中温水混合手段（９）から流出した温水と給水路から供給される低温水とを混合する給湯混合手段（１０、１１）と、
   前記給湯混合手段（１０、１１）の下流側に接続されて出湯する出湯管と、
   前記ヒートポンプ熱源機（１ａ）で沸き上げた温水の戻し位置を前記高温流入部（７ｃ）または前記中温流入部（７ｄ）に切り換える流入位置切換手段（８）とを有する貯湯式ヒートポンプ給湯装置において、
   前記出湯管から出湯される給湯量が所定量以上であると、ヒートポンプ熱源機（１ａ）で温水を中温で沸き上げを行いながら前記出湯管から出湯することを特徴とする貯湯式ヒートポンプ給湯装置。
7. 給湯用の高温水を貯湯する貯湯タンク（７）と、
   冷媒圧縮機（２）、冷媒水熱交換器（３）、冷媒減圧手段（４）および冷媒空気熱交換器（５）を有する冷媒回路（Ｒ）を備えたヒートポンプ熱源機（１ａ）と、
   前記貯湯タンク（７）の下部から取り出した低温水を前記ヒートポンプ熱源機（１ａ）によって沸き上げ、その沸き上げた高温水を前記貯湯タンク（７）の上部に戻す給湯水加熱回路（Ｋ１）と、
   前記貯湯タンク（７）の中温水流出部（７ｆ）から導出された中温水取り出し経路（９ａ）と、前記中温水取り出し経路（９ａ）から取り出した中温水と前記貯湯タンク（７）の上部から取り出した高温水とを混合して給湯設定温度よりも所定温度だけ高い温度に調節する中温水混合手段（９）と、
   前記中温水混合手段（９）から流出する温水と給水路から供給される低温水とを混合して給湯設定温度に調節する給湯混合手段（１０、１１）と、
   前記冷媒回路（Ｒ）、前記給湯水加熱回路（Ｋ１）の循環、および各混合手段（９〜１１）を制御する制御手段（２０）とを備えた貯湯式ヒートポンプ給湯装置において、
   前記ヒートポンプ熱源機（１ａ）で沸き上げた温水の戻し位置を前記貯湯タンク（７）の高温水流入部（７ｃ）と中温水流入部（７ｄ）とに切り換える流入位置切換手段（８）を設けるとともに、
   前記制御手段（２０）は、状況に応じて前記ヒートポンプ熱源機（１ａ）で中温に沸き上げた温水を前記中温水流入部（７ｄ）から戻しつつ前記中温水流出部（７ｆ）から出湯するように前記各機器を制御し、
   さらに前記制御手段（２０）は、前記ヒートポンプ熱源機（１ａ）で沸き上げて前記中温水流入部（７ｄ）から戻す温水の流量を、前記中温水流出部（７ｆ）から出湯する流量と同等か、もしくは前記中温水流出部（７ｆ）から出湯する流量よりも少なくすることを特徴とする貯湯式ヒートポンプ給湯装置。

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