JP4329732B2 - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Description

本発明は風呂の追い焚き機能や暖房機能を備える貯湯式のヒートポンプ給湯機に関するものである。

従来、この種の給湯機として、貯湯槽の温水を利用した浴槽の追い焚き機能を持ったものがある（例えば、特許文献１参照）。

図１０は、前記公報に記載された従来の給湯機を示すものである。同図に示すように、この給湯機は、圧縮機１、冷媒対水熱交換器である給湯熱交換器２及び蒸発器３などを備えたヒートポンプユニット４と、貯湯槽５及び水対水熱交換器である風呂熱交換器６などを備えた給湯ユニット７とから構成している。前記貯湯槽５は給湯熱交換器２を用いて前記ヒートポンプユニット４により加熱された湯を貯湯するものである。また、風呂熱交換器６は、貯湯槽５内の湯を循環させて浴槽８内の湯を加熱するものである。すなわち、貯湯槽５の上部から熱源側循環ポンプ９から汲み出された湯は、風呂熱交換器６に導かれて、利用側循環ポンプ１０から汲み出された浴槽８内の湯または水を加熱した後に、貯湯槽５の中間位置に戻る。また、貯湯槽５の湯は浴槽注湯配管１１を通して浴槽８へ注湯され、さらに、蛇口１２を開くことにより給湯ができるように構成したものである。
特開２００２−２４３２７５号公報

しかしながら、前記従来の構成では、次のような課題を有していた。風呂の追い焚き運転をするときには、多くの場合、浴槽の温度は４０℃以上であるので、貯湯槽５の上部から熱源側循環ポンプ９から汲み出され、風呂熱交換器６に導かれて利用側循環ポンプ１０から汲み出された浴槽８内の湯を加熱した後に貯湯槽５の中間位置に戻る時の温度は５０℃前後である。そして、この貯湯槽５に戻ってきた湯は貯湯槽内の湯と混合するが、貯湯槽５の戻り位置の湯温によって混合された湯の温度は異なる。

また、一般的に、蓄熱式のヒートポンプ給湯機の場合、電気料金の安い時間帯である深夜時間帯（たとえば２３時から翌朝の７時）に貯湯槽５全体を設定された温度に沸き上げる。この時、貯湯槽５の下部から送られてきた低温の水は、給湯熱交換器２で加熱されて高温の水となって、貯湯槽５の上から貯湯される。この貯湯される高温の水と元々あった低温水との境ははっきりした温度層として分かれているのではなく、高温から低温に変化する混合層が存在する。このため、貯湯槽５全体を設定された温度に沸き上げる沸き上げ運転が沸き上げ完了に近づけば、この混合層を加熱することになる。

この場合、ヒートポンプの特性から、給湯熱交換器２の入口水温によって性能が大きく異なる。つまり、入口水温が高くなるほど圧縮機１の吐出圧力が高くなるため、それに伴って、運転効率が悪くなり、消費される電力量は多くなる。さらに、入口水温が高温になってくると急激に吐出圧力が上昇するので、圧縮機１の信頼性確保のため、入口水温が所定の温度になれば、前記沸き上げ運転を終了する。例えば、冬季では給湯負荷が大きいため、８０℃〜９０℃に貯湯槽５を沸き上げる。ただし、給湯熱交換器２の入口温度が６０℃になれば全量が沸き上がったとして運転を停止する。そして、この深夜に貯湯された湯で、概ね、昼間の給湯負荷を賄うわけである。

今、浴槽８内の湯を加熱した後に貯湯槽５の中間位置に戻ってきた湯と、貯湯槽の湯と
混合してできた湯の温度が、前記所定の温度（例えば６０℃）以上であれば、その湯は再度高温に沸き上げられることはない。従って、本来、深夜時間帯に貯湯槽５のほぼ全体を設定された温度（冬であれば８０℃〜９０℃程度）に沸き上げるところを、浴槽８の加熱によって生じた混合層の部分は設定された温度に沸き上げられることなく、そのままで沸き上げ完了となってしまうと言うことがあった。このように貯湯槽５のほぼ全体が高温に沸き上がっていないときには、昼間の給湯負荷に対応できず、湯切れするという課題があった。

他方、浴槽８内の湯を加熱した後に貯湯槽５の中間位置に戻ってきた湯と、貯湯槽の湯と混合してできた湯の温度が、前記所定の温度（例えば６０℃）以下であれば、その湯は再度高温に沸き上げられる。ところが、浴槽８から送られてきた水を加熱して貯湯槽５に戻る水温が元々高いので、戻る位置での貯湯槽８の温度によっては６０℃以下ではあるが、比較的高い温度である場合がある。たとえば５０℃前後〜６０℃未満の湯であるもある。この場合、前述したように、沸き上げ運転の効率が非常に悪くなるという課題があった。

本発明は上記課題を解決するもので、混合層の湯と低温の水とを混合させて混合層の温度を低下させてから貯湯槽を沸き上げることによって、湯切れの可能性を少なくして快適性と利便性の向上を図り、かつ、運転効率向上を図ったヒートポンプ給湯機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機は、ヒートポンプによる給湯加熱手段と、前記給湯加熱手段で加熱した温水を上部から貯湯する貯湯槽と、前記貯湯槽に貯湯された温水を循環させて風呂や暖房の熱源とする加熱手段と、前記貯湯槽の最下部近傍の水と前記貯湯槽の略中間部の水とを混合して最下部近傍と中間部との間の貯湯槽の温度を均一にする貯湯槽混合手段とを備えたものである。

これによって、貯湯槽を沸き上げる時に上下の湯を混合することによって、比較的温度の高い湯を低温にしてから沸かすので、効率を向上させ、かつ、湯切れを防止することができる。

本発明のヒートポンプ給湯機は、混合層の湯と低温の水とを混合させて混合層の温度を低下させてから貯湯槽を沸き上げることによって、湯切れの可能性を少なくして快適性と利便性の向上を図り、かつ、運転効率の向上を図ることができる。

本発明は各請求項に記載の形態で実施できるものであり、第１の発明は、ヒートポンプによる給湯加熱手段と、前記給湯加熱手段で加熱した温水を上部から貯湯する貯湯槽と、前記貯湯槽に貯湯された温水を循環させて風呂や暖房の熱源とする加熱手段と、前記貯湯槽の最下部近傍の水と前記貯湯槽の略中間部の水とを混合して最下部近傍と中間部との間の貯湯槽の温度を均一にする貯湯槽混合手段とを備えた構成としているため、貯湯槽を沸き上げる時に上下の湯を混合するので、湯切れの防止と運転効率の向上を図ることができる。

第２の発明は、貯湯槽の中間部の湯を前記貯湯槽の最下部近傍の位置に循環して、貯湯槽の最下部近傍と中間部との湯を混合するため、上部にある温かい水と下部にある低温の水とを混合することによって貯湯槽の中間部から上の湯の温度槽を破壊せずに、中間部以下の水を混合することができるので、湯切れの防止を図ることができる。

第３の発明は、貯湯槽の最下部近傍に位置する下部接続口と、前記下部接続口より上方に位置し高さの異なる中間部の位置に一つ以上の上部接続口とを設け、さらに、前記下部接続口と前記上部接続口とを連結する接続配管と、前記接続配管に設けた混合用循環ポンプとを具備した貯湯槽混合手段を備えた構成としているため、接続配管を通して下部接続口と上部接続口とを水が循環することができるので、簡単な構成で貯湯槽の中間部以下の水を混合することができる。

第４の発明は、下部接続口と少なくとも２つ以上の上部接続口とを配管で連結し、下部接続口と連通する１つの上部接続口を選択する切り換え手段を備えた構成としているため、上部接続口の位置を選択できるので、負荷変動に対する対応能力が大きくなり、運転効率が向上し、さらに、湯切れの防止にもなる。

第５の発明は、下部接続口および上部接続口の近傍に貯湯槽温度検出手段を設け、前記下部接続口と選択的に連通された上部接続口近傍の貯湯槽の温度と前記下部接続口近傍の貯湯槽の温度との差が所定の温度差以上であれば貯湯槽混合手段を動作させて前記貯湯槽の下部接続口と上部接続口との間に貯湯されている湯を混合するように制御する制御手段を備えた構成としているため、不必要な混合をさけることができるので、運転効率の向上になる。

第６の発明は、下部接続口および少なくとも２つ以上の上部接続口の近傍にそれぞれ貯湯槽温度検出手段を設け、貯湯槽混合手段を動作させる前に、前記上部接続口近傍の貯湯槽の温度が所定の温度以下で最も上方に位置している前記上部接続口を選択して前記下部接続口と連通するように制御する制御手段を備えた構成としているため、上部接続口付近の温度によって混合する上部接続口を選択でき負荷変動に対する対応能力が大きくなるので、運転効率が向上し、さらに、湯切れの防止にもなる。

第７の発明は、下部接続口と選択的に連通された上部接続口近傍の貯湯槽の温度が所定の温度以上ある場合は、前記貯湯槽の下部接続口と上部接続口との間に貯湯されている湯を混合しないように制御する制御手段を備えた構成としているため、不必要な混合をさけることができるので、運転効率の向上になる。

第８の発明は、所定の温度は貯湯温度によって異なるため、沸き上げ温度に応じて制御するので、運転効率の向上になる。

第９の発明は、接続配管に温水の循環を阻止する閉止手段を設け、貯湯槽混合手段が動作していないときは、下部接続口と上部接続口が連通しないように閉止手段で接続配管を閉止するように制御する制御手段を備えた構成としているため、接続配管が冷やされて、貯湯槽と接続配管の間で自然循環によって貯湯槽に蓄えられた熱を無駄に放熱することを防ぐことができるので、効率の向上になる。

第１０の発明は、貯湯槽全体を沸き上げる前に貯湯槽混合手段を動作させて、前記貯湯槽の最下部近傍の湯と中間部の湯とを混合するように制御する制御手段を備えた構成としているため、貯湯槽を沸き上げる時に上下の湯を混合するので、湯切れの防止と運転効率の向上を図ることができる。

第１１の発明は、ヒートポンプに用いられる冷媒は二酸化炭素であるため、高温高効率化と地球環境保全を図ることができる。

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。

（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機の構成図であり、図２は従来例における貯湯槽の温度分布を示す説明図であり、図３は従来例における全量沸き上げ後の貯湯槽の温度分布を示す説明図であり、図４は本発明の第１の実施の形態における貯湯槽の温度分布を示す説明図であり、図５は従来例における貯湯槽の温度分布を示す説明図であり、図６は本発明の第１の実施の形態における貯湯槽の温度分布を示す説明図であり、図７は第１の実施の形態における入水温度に対する運転効率を示す説明図である。

図１において、給湯機の熱源である給湯加熱手段１３は、圧縮機１、給湯熱交換器２、減圧装置１４および大気熱を吸熱する蒸発器３からなるヒートポンプサイクルを構成したヒートポンプ熱源である。そして、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。貯湯槽５への給水は貯湯槽５下部に接続された給水管１５を通ってなされ、貯湯槽５上部の高温の湯は出湯管１６を通り混合弁１７で給水と混合することによって所定の温度の湯にしてから給湯管１８を通って端末（蛇口１２）から給湯される。また、貯湯槽５の下部から循環ポンプ１９，給湯熱交換器２および貯湯槽５の上部を順次接続する沸き上げ回路を構成することによって、貯湯槽５から循環ポンプ１９で送られてきた水は前記給湯熱交換器２で冷媒熱により加熱されて貯湯槽５の上から貯湯される。２０は沸き上げ温度検出手段であり、ヒートポンプ熱源で加熱した湯温を検出するため給湯熱交換器２の水側の出口に設けられている。

加熱手段２１は、水水熱交換器である風呂熱交換器６と、それに接続された熱源側と利用側水回路と、それら水回路にそれぞれ設けられた熱源側循環ポンプ９と利用側循環ポンプ１０などからなる。そして、浴槽８の加熱は、熱源側循環ポンプ９で貯湯槽５から風呂熱交換器６に送られてきた高温の湯と、利用側循環ポンプ１０で浴槽８から風呂熱交換器６に送られてきた水又は温水とが熱交換することによって行われる。また、前記貯湯槽５の最下部近傍に位置する下部接続口２２と、前記下部接続口２２より上方に位置する上部接続口２３とを設ける。さらに、貯湯槽混合手段２４は、前記下部接続口２２と前記上部接続口２３とを連結する接続配管２５と、前記接続配管２５に設けた混合用循環ポンプ２６とから成る。

また、前記下部接続口２２および前記上部接続口２３近傍の貯湯槽５の温度を検出する貯湯槽温度検出手段２７を設ける。さらに、前記接続配管２５に温水の循環を阻止する閉止手段２８を設ける。また、制御手段２９は、前記下部接続口２２と前記上部接続口２３のと間の貯湯槽５の湯の混合を制御するものである。さらに、入水温度検出手段３０は給湯熱交換器２の水側の入口に設けられ、循環ポンプ１９によって貯湯槽５の下部から給湯熱交換器２に送られてくる水温を検出する。

以上のように構成された給湯機について、以下にその動作、作用を説明する。図１において、先ず、給湯加熱運転について説明する。いま、貯湯槽５を沸き上げる要求（図示せず）があると、ヒートポンプ熱源で大気熱を利用した給湯加熱運転を行う。この場合、圧縮機１から吐出された臨界圧力以上の高温高圧の冷媒が給湯熱交換器２に流入し、ここで貯湯槽５の下部から送られてきた水と熱交換し放熱した後、減圧装置１４で減圧し、さらに、蒸発器３で大気から熱を吸熱し、ガス化して圧縮機１に戻る。この時、給湯熱交換器２の出口水温が所定温度となるように循環ポンプ１９の回転数を制御し、所定の温度の湯が貯湯槽５の上部から流入し貯湯される。この給湯加熱運転の代表的な運転モードとして、次の全量沸き上げ運転がある。すなわち、従来例で説明したように、通常は、電気料金の安い時間帯である深夜時間帯（たとえば２３時から翌朝の７時）に貯湯槽５全体を設定された温度に沸き上げる全量沸き上げ運転を行う。この時、給湯熱交換器２の水側入口温
度を検出する入水温度検出手段３０からの信号で得られた入水温度が所定の入水温度（例えば６０℃）になれば、全量沸き上げ運転が完了したと判断し、全量沸き上げ運転を終了する。

次に、風呂加熱運転について説明する。いま、風呂の加熱要求（図示せず）があると、利用側循環ポンプ１０と熱源側循環ポンプ９とを駆動する。そして、利用側循環ポンプ１０によって浴槽８から送られてきた水は、熱源側循環ポンプ９によって送られてきた貯湯槽５上部の高温の湯と、風呂熱交換器６で熱交換して加熱されて浴槽８に戻る。このとき、熱源側循環ポンプ９よって貯湯槽５上部から送られてきた高温の湯は、利用側循環ポンプ１０によって浴槽８から送られてきた水と、風呂熱交換器６で熱交換して貯湯槽５の中間位置に戻る。従来例で説明したように、風呂加熱運転をする時には、多くの場合、浴槽の温度は４０℃前後であるので、貯湯槽５の上部から熱源側循環ポンプ９によって汲み出された湯は、風呂熱交換器６において利用側循環ポンプ１０から汲み出された浴槽８内の湯を加熱した後に、貯湯槽５の中間位置に戻るが、この時に戻ってくる温度は５０℃前後〜６０℃程度である。そして、この貯湯槽５に戻ってきた湯は貯湯槽内の湯と混合するが、貯湯槽５の戻り位置の湯温によって混合された湯の温度は異なる。

次に、貯湯槽混合運転について説明する。制御手段２９は、閉止手段２８を開き、混合用循環ポンプ２６を駆動して、貯湯槽５の下部接続口２２と上部接続口２３との間にある貯湯槽５の水を混合して、その間の貯湯槽５の温度を均一にする。

今、図２（ａ）に示すように、貯湯槽５の容量を３７０Ｌ、風呂加熱運転で貯湯槽５に戻ってくる中間位置を貯湯槽５の下から１５０Ｌとする。そして、風呂加熱運転を開始する直前の貯湯槽５には、上部に８５℃の湯２５０Ｌ、下部に９℃の水１２０Ｌがあるものとする。また、風呂加熱運転によって貯湯槽５の中間位置に戻ってくる湯の温度を便宜的に５０℃一定とする。また、全量沸き上げ運転を行うときに貯湯槽５に貯湯する水温を８５℃とする。このような条件のもとで、風呂加熱に貯湯槽５の上部の８５℃の湯を７０Ｌ使用したとすると、中間位置には５０℃の湯が７０Ｌ戻ってくる。戻ってくる５０℃の湯と貯湯槽５の８５℃の湯とが混合しなければ図２（ｂ）のようになる。

実際には、水の温度による比重の違いから概ね図２（ｃ）のように混合される。この混合でできた温度層は６０．５℃で１００Ｌの容量がある。この状態で貯湯槽５の全量沸き上げを行うと、混合でできた温度層は６０℃以上あるので、８５℃に沸かすことができず、全量沸き上げ完了時には、図３のようになる。すなわち、貯湯槽５の全体を８５℃の湯で貯湯する場合に比べて、貯湯できる熱量がかなり少なくなる。そこで、図２（ｃ）の状態で、６０．５℃１００Ｌと９℃１２０Ｌの２つの温度層を混合すると図４（ａ）のようになる。すなわち、貯湯槽５の下部には３２．４℃の湯が２２０Ｌできることになり、この状態で貯湯槽５の全量沸き上げを行うと、混合でできた温度層は６０℃以下となり、全量沸き上げ完了時には、図４（ｂ）のように、概ね貯湯槽５全体が８５℃になる。

次に、風呂加熱に貯湯槽５の上部の８５℃の湯を１００Ｌ使用した場合について説明する。風呂加熱運転の直前の貯湯槽５の湯の分布は図５（ａ）である。この状態から、８５℃１００Ｌの湯が貯湯槽５の上部から出ていき、中間位置には５０℃の湯が１００Ｌ戻ってくる。戻ってくる５０℃の湯と貯湯槽の８５℃の湯とが混合しなければ図５（ｂ）のようになる。実際には、水の温度による比重の違いから概ね図５（ｃ）のように混合される。この混合でできた温度層は５８．１℃で１３０Ｌの容量がある。この状態で貯湯槽５の全量沸き上げを行うと、混合でできた温度層は６０℃以下であるので、概ね貯湯槽５の全量を８５℃に沸かすことができ、全量沸き上げ完了時には、図５（ｄ）のようになる。

ここで仮に、図５（ｃ）の状態で、５８．１℃１３０Ｌと９℃１２０Ｌの２つの温度層
を混合すると図６（ａ）のようになる。すなわち、貯湯槽５の下部には３４．５℃の湯が２５０Ｌできることになり、この状態で貯湯槽５の全量沸き上げを行うと、混合でできた温度層は６０℃以下となり、全量沸き上げ完了時には、図６（ｂ）のように、この場合も、概ね貯湯槽５全体が８５℃になる。図５と図６の２つの場合とも全量沸き上げができると言うことでは同じであるが、全量沸き上げを行うときの運転効率について、次に比較をおこなう。図７は横軸に給湯熱交換器２の水側入口水温である入水温度をとり、縦軸に給湯運転の運転効率をとって、入水温度に対する運転効率の特性を示したものである。

入水温度は貯湯槽５の最下部の温度であり、運転効率は、給湯運転において、給湯熱交換器２で貯湯槽５から送られてきた水に与えた熱量を給湯運転に必要にエネルギーで割った値である。同図に示すように、入水温度が高くなるほど運転効率が低くなる。特に、入水温度が高い場合は極端に悪くなることがわかる。図５の状態で全量沸き上げを行うときには、５８．１℃と９℃の２つの温度層の沸き上げがある。図７において、点Ａと点Ｂとがそれぞれ５８．１℃と９℃の温度層の沸き上げ運転時の運転効率を示している。そして、この２つの温度層を沸き上げたときの平均の運転効率は点Ｃになる。すなわち、５８．１℃１３０Ｌと９℃１２０Ｌとをそれぞれ８５℃に昇温するのに必要な熱量の比率は１：２．６であるので図７の直線ＡＢを２．６：１に内分する点が点Ｃである。

一方、図６の状態で全量沸き上げを行うときには、３４．５℃の温度層を８５℃に沸き上げる。図７において、点Ｄがそのときの運転効率を示している。図５の場合の平均の運転効率Ｃと図６の場合の運転効率Ｄを比較すると、図７に示すように、図６の場合の運転効率のほうが、Δη分よいことがわかる。

上記説明のように、上部接続口２３付近に５０℃前後〜６０℃の湯がある場合に、貯湯槽５全体を沸き上げる全量沸き上げ運転するとき、前述した貯湯槽混合運転を行うと、湯切れの防止と運転効率の向上を図ることができる。

また、貯湯槽の下部接続口２２と上部接続口２３との間にある貯湯槽の水を混合してその間の貯湯槽の温度を均一にする方法として、下部接続口２２付近の低温水を上部接続口２３付近の中温の湯に導いて混合する方法と、逆に、上部接続口２３付近の中温の湯を下部接続口２２付近の低温の水に導いて混合する方法とがある。しかし、前者の場合、低温の水を中温の湯に導くと、上部接続口２３の上方の湯の温度層を破壊して混合してしまう可能性が大きい。これに対して、後者の場合は、中間部から上の湯の温度槽を破壊せずに、中間部以下の水を混合することができるので、湯切れの防止を図ることができる。

ところで、下部接続口２２と上部接続口２３とは、上下の高さが異なるので、通常は、均一に貯湯槽５の全量沸き上げしたとしても若干温度差が生じる。また、貯湯槽混合運転する場合に混合用循環ポンプ２６を駆動するので、その駆動のためにエネルギーが必要となる。従って、貯湯槽５の全量沸き上げをするときにいつも貯湯槽混合運転すると効率がいいとは限らない。そこで、下部接続口２２と上部接続口２３付近の温度を検出する貯湯槽温度検出手段２７から得られた温度差が所定の温度差以上（例えば１０deg以上）ある場合に、貯湯槽混合運転を行う。このようにすれば、不必要な混合をさけることができるため運転効率の向上になる。

これとは逆に、下部接続口２２と上部接続口２３付近の温度を検出する貯湯槽温度検出手段２７から得られた温度差が所定の温度差以上（例えば１０deg以上）ある場合でも、上部接続口２３近傍の貯湯槽の温度が所定の温度以上あれば、給湯負荷に対して十分賄うことができる場合には、敢えて貯湯槽混合運転して貯湯槽５の湯を混合する必要はない。ところで、給湯負荷は季節によって大きく異なるので、この所定の温度を、当然、外気温度によって季節等に応じて異なるようにしてもよい。例えば、夏は所定の温度を６０℃と
し、中間期は６５℃、冬は７０℃というように、外気温度が低い方が高い温度に設定してもよい。

また、接続配管２５に閉止手段２８を備えた構成としている。そして、制御手段２９は、貯湯槽混合運転を行うときには閉止手段２８を開き、貯湯槽混合運転を終了するときには閉止手段２８を閉じることによって下部接続口と上部接続口とが連通しないようにする。このため貯湯槽混合運転を行わない間に、接続配管が冷やされて、貯湯槽と接続配管の間で自然循環によって貯湯槽に蓄えられた熱を無駄に放熱することを防ぐことができるので、効率の向上になる。

さらに、全量沸き上げ運転を行う場合（通常、電気料金の安い時間帯である深夜時間帯に行う）、その運転に先立って、制御手段２９は前述の貯湯槽混合運転を行うように制御するため、貯湯槽５全体を沸き上げる時に上下の湯を混合するので、湯切れの防止と運転効率の向上を図ることができる。

また、ヒートポンプに用いられる冷媒は二酸化炭素であるため、貯湯槽５に高温度（およそ９０℃）の湯を貯湯することができるので、湯切れを防止することができ、かつ、高効率化と地球環境保全を図ることができる。

（実施の形態２）
図８は本発明の第２の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の構成図であり、図９は同第２の実施の形態における他の実施の形態のヒートポンプ給湯機の構成図である。図８の本発明の第２の実施の形態において、図１に示す実施の形態１と異なるところは、下部接続口２２より上方に位置し高さの異なる中間部の位置に上部接続口２３を複数設けたことである（同図においては２つの上部接続口２３ａ、２３ｂを設ける）。また、それぞれの上部接続口２３ａ、２３ｂ近傍の貯湯槽５の温度を検出する貯湯槽温度検出手段２７ａ、２７ｂを設ける。さらに、切り換え手段３１ａ、３１ｂは下部接続口２２と連通する上部接続口を選択する手段であり、これには例えば電磁開閉弁がある。貯湯槽混合運転の場合に、制御手段２９は選択された上部接続口２３と下部接続口２２とが連通するように、１つの切り換え弁３１を開き、それ以外の切り替え弁を閉じる。

例えば、上部接続口２３ａと下部接続口２２とを連通させるためには、切り換え手段３１ａを開き、３１ｂを閉じる。上部接続口２３ｂと下部接続口２２とを連通させるためには、切り換え手段３１ｂを開き、３１ａを閉じる。図１の場合には、接続配管２５に温水の循環を阻止する閉止手段２８を特別に設けたが、図８の場合は、それぞれの上部接続口に対応する切り換え手段３１をすべて閉じれば閉止手段と同等の機能を持つことになるので、切り換え手段３１ａ、３１ｂを閉止手段とて兼用してもよい。また、実施の形態１で説明したように、上部接続口２３ａ、ｂ近傍の貯湯槽の温度が所定の温度以上あり、給湯負荷に対して十分賄うことができる場合には、敢えて貯湯槽混合運転して貯湯槽５の湯を混合する必要はない。そこで、前記所定の温度以下で、最も高い位置の上部接続口と下部接続口２２とを切り換え手段３１で選択した後、貯湯槽混合運転を行えばよい。このようにすれば、不必要な混合をさけることができるため運転効率の向上になる。

また、上記説明では、上部接続口を２つ設けたが、３つ以上設けた構成としても同様の作用、効果が得られる。さらに、図１と図８とに示した実施の形態１と２では貯湯槽５の貯湯熱で浴槽８を加熱する構成を示したが、浴槽８の代わりに図９に示すように、床暖房や浴室暖房乾燥機などの暖房機端末３２を用いるなど、浴槽８、暖房機端末３２に限らない放熱を伴う放熱手段を用いた構成であっても、実施の形態１と２とで行った説明と同様の作用、効果が得られる。

以上のように、本発明にかかるヒートポンプ給湯機は、貯湯槽に中温の残湯が残った場合には貯湯槽下部の低温の水と混合してから貯湯槽の全量沸き上げを行う構成としているため、湯切れの防止と運転効率の向上を図ることができるので、風呂加熱に限らず、貯湯熱を利用した暖房や浴室暖房乾燥機などの用途にも適用できる。

本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の構成図 従来例における貯湯槽の温度分布を示す説明図 従来例における全量沸き上げ後の貯湯槽の温度分布を示す説明図 本発明の第１の実施の形態における貯湯槽の温度分布を示す説明図 従来例における貯湯槽の温度分布を示す説明図 本発明の第１の実施の形態における貯湯槽の温度分布を示す説明図 第１の実施の形態における入水温度に対する運転効率を示す説明図 本発明の第２の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の構成図 同第２の実施の形態における他の実施の形態のヒートポンプ給湯機の構成図 従来の給湯機を示す図

符号の説明

５ 貯湯槽
１３ 給湯加熱手段
２１ 加熱手段
２４ 貯湯槽混合手段

Claims (11)

1. ヒートポンプによる給湯加熱手段と、前記給湯加熱手段で加熱した温水を上部から貯湯する貯湯槽と、前記貯湯槽に貯湯された温水を循環させて放熱手段の熱源とする加熱手段と、前記貯湯槽の最下部近傍の水と前記貯湯槽の略中間部の水とを混合する貯湯槽混合手段とを備えたヒートポンプ給湯機。
2. 貯湯槽の中間部の湯を前記貯湯槽の最下部近傍の位置に循環して、貯湯槽の最下部近傍と中間部との湯を混合することを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
3. 貯湯槽の最下部近傍に位置する下部接続口と、前記下部接続口より上方に位置し高さの異なる中間部の位置に上部接続口とを設け、さらに、貯湯槽混合手段として、前記下部接続口と前記上部接続口とを連結する接続配管と、前記接続配管に設けた混合用循環ポンプとからなる請求項１または２記載のヒートポンプ給湯機。
4. 下部接続口と少なくとも２つ以上の上部接続口とを配管で連結し、下部接続口と連通する上部接続口から１つを選択する切り換え手段を備えた請求項３記載のヒートポンプ給湯機。
5. 下部接続口および上部接続口の近傍に貯湯槽温度検出手段を設け、前記下部接続口と選択的に連通された上部接続口近傍の貯湯槽の温度と前記下部接続口近傍の貯湯槽の温度との差が所定の温度差以上であれば貯湯槽混合手段を動作させて前記貯湯槽の下部接続口と上部接続口との間に貯湯されている湯を混合するように制御する制御手段を備えた請求項３または４記載のヒートポンプ給湯機。
6. 下部接続口および少なくとも２つ以上の上部接続口の近傍にそれぞれ貯湯槽温度検出手段を設け、貯湯槽混合手段を動作させる前に、前記上部接続口近傍の貯湯槽の温度が所定の温度以下で最も上方に位置している前記上部接続口を選択して前記下部接続口と連通するように制御する制御手段を備えた請求項３〜５記載のヒートポンプ給湯機。
7. 下部接続口と選択的に連通された上部接続口近傍の貯湯槽の温度が所定の温度以上ある場合は、前記貯湯槽の下部接続口と上部接続口との間に貯湯されている湯を混合しないように制御する制御手段を備えた請求項３〜６記載のヒートポンプ給湯機。
8. 所定の温度は外気温度によって異なることを特徴とする請求項７記載のヒートポンプ給湯機。
9. 接続配管に温水の循環を阻止する閉止手段を設け、貯湯槽混合手段が動作していないときは、下部接続口と上部接続口が連通しないように閉止手段で接続配管を閉止するように制御する制御手段を備えた請求項３〜８記載のヒートポンプ給湯機。
10. 貯湯槽全体を沸き上げる前に貯湯槽混合手段を動作させて、前記貯湯槽の最下部近傍の湯と中間部の湯とを混合するように制御する制御手段を備えた請求項１〜９記載のヒートポンプ給湯機。
11. ヒートポンプに用いられる冷媒は二酸化炭素であることを特徴とする請求項１〜１０記載のヒートポンプ給湯機。

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