JP4687378B2

JP4687378B2 - ヒートポンプ式給湯機

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Publication number: JP4687378B2
Application number: JP2005305663A
Authority: JP
Inventors: 真一坂本; 好昭的場
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2005-10-20
Filing date: 2005-10-20
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2025-10-20
Also published as: JP2007113835A

Description

本発明は、ヒートポンプ式給湯機に関し、特に浴槽や台所等への給湯が可能な貯湯タンクを備えたヒートポンプ式給湯機に関するものである。

この種のヒートポンプ式給湯機として、従来から貯湯タンクを備えたものがある。ヒートポンプ式給湯機は、貯湯タンクの底部から低温水を流出させて、この低温水をヒートポンプ式加熱源にて沸き上げて貯湯タンクの上部に戻す沸上運転を行なう。そして、貯湯タンクの上部には出湯管が接続され、給湯の際にはこの出湯管を介して貯湯タンクの高温の湯（高温湯）が出湯される。また、風呂の追い焚きや保温のための熱交換器の熱源として、この貯湯タンクの湯が使用される。この場合、高温の湯が熱交換器に供給され、この熱交換器で熱交換されて温度低下して、３０℃〜５０℃程度の中間温度の温水（中温湯）となって貯湯タンクに戻る。このため、貯湯タンクには、その上下方向中間部に中温湯が溜まっている場合が多い。このような場合には、中温湯は、風呂の追い焚き等に利用するには低温すぎて、使用しきれない。そのため、高温湯が無くなるいわゆる湯切れ状態となれば、中温湯が残ったまま沸上運転を行なうことになる。

しかしながら、中温湯が残ったまま沸上運転を行なうと、中温湯がヒートポンプ加熱源に供給される。このような中温湯をヒートポンプ加熱源にて加熱した場合、効率が悪く、ＣＯＰ（エネルギー消費効率）を低下させていた。そこで、この中温湯を優先的に使用できるようにしたヒートポンプ式給湯機が提案されている。

すなわち、図８に示すように、貯湯タンク５１に中温湯用出湯管５２を接続し、この中温湯用出湯管５２を、切換弁５３を介して、貯湯タンク５１の上部に接続される出湯管５４に接続している。また、貯湯タンク５１の下部に給水管５５が接続され、さらにこの給水管５５から分岐管５６が分岐されている。そして、この分岐管５６が混合弁５７に接続されている。

すなわち、上記中温湯の温度が設定給湯温度以上のときには、切換弁５３を、中温湯用出湯管５２からの中温湯が混合弁５７に供給されるように切り換え、この中温湯と、分岐管５６からの給水とを混合弁５７にて混合して給湯することになる。また、上記中温湯の温度が設定給湯温度未満のときには、切換弁５３を出湯管５４からの高温湯が混合弁５７に供給されるように切り換え、この出湯管５４の高温湯と、分岐管５６の給水とを混合弁５７にて混合して給湯することになる。

このため、中温湯の温度が設定給湯温度未満のときには、この中温湯を使用しないことになり、この中温湯が残ることになる。従って、湯切れ状態となっても中温湯が残ったままであり、この状態で沸上運転を行なうことになる。

そのため、中温湯を優先的に使用して、湯切れ状態となっても中温湯が残らないようにしたものも提案されている（例えば、特許文献１参照）。すなわち、特許文献１に記載のヒートポンプ式給湯機は、図９に示すように、貯湯タンク６１の頂部に出湯管６２を接続すると共に、貯湯タンク６１の底部に給水管６３を接続し、さらに、貯湯タンク６１の上下方向中間部に中温湯用出湯管６４を接続している。そして、給水管６３には給水バイパス管６５が接続され、この給水バイパス管６５と、中温湯用出湯管６４とが混合弁（第２混合弁）６７を介して接続される。また、出湯管６２は混合弁（第１混合弁）６６を介して給湯管６８が接続されている。そして、第１混合弁６６と第２混合弁６７とは接続管６９を介して接続される。なお、給湯管６８にはカラン７０が接続されている。

この場合、中温湯用出湯管６４からの中温湯の温度が設定給湯温度よりも高い場合には、第２混合弁６７において、中温湯用出湯管６４からの中温湯が給水バイパス管６５からの給水とを混合して、その混合湯を給湯管６８から給湯する。また、中温湯用出湯管６４からの中温湯の温度が設定給湯温度より低い場合には、第１混合弁６６において、中温湯用出湯管６４からの中温湯と出湯管６２からの高温湯とを混合して、その混合湯を給湯管６８から給湯する。

特開２００４−１９７９５８号公報

しかしながら、図９に示すヒートポンプ式給湯機では、中温湯用出湯管６４からの中温湯の温度が設定給湯温度より高い場合には、第１混合弁６６において出湯管６２側を全閉状態とすると共に、第２混合弁６７を制御状態とする。また、中温湯用出湯管６４からの中温湯の温度が設定給湯温度よりも低い場合には、第２混合弁６７において給水バイパス管６５側を全閉状態とすると共に、第１混合弁６６を制御状態とする。

このため、上記ヒートポンプ式給湯機においては、２つの混合弁を必要とし、しかも、中温湯用出湯管６４からの中温湯の温度に応じて、この２つの混合弁の制御を行なう必要があり、その制御が複雑であり、安定した制御が困難であり、装置としてコスト高となる。また、複数の貯湯タンクを有する貯湯ユニットにおいては、従来は、中温湯を有効に利用できていなかった。

本発明は上述の問題点に鑑みて提供したものであって、複数の貯湯タンクを有する場合において、貯湯タンクに貯まる中温湯を優先的に使用することができ、沸上運転時に加熱源への中温湯の供給を回避できてＣＯＰの低下を防止でき、しかも、制御の簡略化を図り、装置の低コスト化を図ることを目的としたヒートポンプ式給湯機を提供するものである。

そこで、請求項１のヒートポンプ式給湯機は、直列または並列に接続された複数の貯湯タンク１から低温水を流出させて、この低温水をヒートポンプ式加熱源３にて沸き上げて貯湯タンク１の上部に戻す沸上運転を行なうヒートポンプ式給湯機であって、上記複数の貯湯タンク１の上下方向の略中間部分にそれぞれ設けた中温湯出湯口２２と、これらの中温湯出湯口２２からそれぞれ開閉弁２０を介して予め設定した設定給湯温度の給湯を行なう混合弁２１の高温側に設定給湯温度より高い中温湯を供給する第１の経路と、上記各中温湯出湯口２２付近にそれぞれ設けられて該中温湯出湯口２２付近の中温湯の温度を検出する中温湯用温度検出器２８と、この各中温湯用温度検出器２８からの温度データにて上記設定給湯温度以上であって、かつ最も低い温度の中温湯を上記第１の経路を介して上記混合弁２１の高温側に供給すべく上記開閉弁２０を開閉制御する弁制御手段３０とを備えていることを特徴としている。

請求項２のヒートポンプ式給湯機は、上記中温湯出湯口２２からそれぞれ開閉弁２０を介して上記混合弁２１の低温側に設定給湯温度より低い中温湯を供給する第２の経路を設け、上記弁制御手段３０は、設定給湯温度未満であって、かつ最も高い温度の中温湯を上記第２の経路を介して上記混合弁２１の低温側に供給することを特徴としている。

請求項３のヒートポンプ式給湯機は、複数の貯湯タンク１ａ〜１ｃを連絡配管２を介して接続し、貯湯タンク１ｃの底部から低温水を流出させて、この低温水をヒートポンプ式加熱源３にて沸き上げて貯湯タンク１ａの上部に戻す沸上運転を行なうヒートポンプ式給湯機であって、上記貯湯タンク１ａの上部の高温湯を出湯する出湯管１６と、この出湯管１６と水供給管２５とが接続された混合弁２１と、上記出湯管１６に介設されている開閉弁１９と、複数の貯湯タンク１ａ〜１ｃに設けられている中温湯出湯口２２に一端側がそれぞれ接続され、他端側はそれぞれ上記開閉弁１９より下流側であって上記出湯管１６に接続されている第１中温湯用出湯管２３ａ_１、２３ｂ_１、２３ｃ_１と、これらの第１中温湯用出湯管２３ａ_１、２３ｂ_１、２３ｃ_１にそれぞれ介設されている開閉弁２０ａ_１、２０ｂ_１、２０ｃ_１と、上記混合弁２１に接続される給湯管２６とを備えていることを特徴としている。

請求項４のヒートポンプ式給湯機は、上記いずれかの中温湯出湯口２２付近の中温湯の温度が設定給湯温度以上であって、かつ最も低い温度に対応した中温湯出湯口２２に接続されている第１中温湯用出湯管２３ａ_１〜からの中温湯を出湯管１６を介して混合弁２１の高温側に供給するように上記各開閉弁１９、２０ａ〜２０ｃを開閉制御する弁制御手段３０を備えていることを特徴としている。

請求項５のヒートポンプ式給湯機は、上記水供給管２５に開閉弁４５を介設し、上記中温湯出湯口２２に一端側がそれぞれ接続され、他端側はそれぞれ上記開閉弁４５より下流側であって上記水供給管２５に接続されている第２中温湯用出湯管２３ａ_２、２３ｂ_２、２３ｃ_２と、これらの第２中温湯用出湯管２３ａ_２、２３ｂ_２、２３ｃ_２にそれぞれ介設されている開閉弁２０ａ_２、２０ｂ_２、２０ｃ_２とを設けると共に、上記弁制御手段３０は、上記中温湯の温度が設定給湯温度未満のときには設定給湯温度に最も近い中温湯を第２中温湯用出湯管２３ａ_２〜から中温湯を混合弁２１の低温側に供給することを特徴としている。

請求項６のヒートポンプ式給湯機は、上記ヒートポンプ式加熱源３の冷媒回路Ｓの冷凍サイクルの高圧側が超臨界圧力で運転することを特徴としている。

請求項１のヒートポンプ式給湯機によれば、第１の経路から供給される中温湯を混合弁において混合して給湯することができる。このため、貯湯タンク内の中温湯を有効に使用することができ、沸上効率の悪い中温湯を無くして、ＣＯＰの向上を図ることができる。さらに、請求項２のヒートポンプ式給湯機においては、第２の経路から供給される中温湯も使用することができ、このため、貯湯タンク内の中温湯を有効に使用することができ、沸上効率の悪い中温湯を無くして、ＣＯＰの向上を図ることができる。

請求項３、請求項４のヒートポンプ式給湯機によれば、複数の貯湯タンクのいずれかの第１中温湯用出湯管から出湯される中温湯を混合弁において混合して給湯することができる。このため、貯湯タンク内の中温湯を有効に使用することができ、沸上効率の悪い中温湯を無くして、ＣＯＰの向上を図ることができる。また、請求項５のヒートポンプ式給湯機によれば、貯湯タンクのいずれかの第２中温湯用出湯管から出湯される中温湯も使用することができる、このため、貯湯タンク内の中温湯を有効に使用することができ、沸上効率の悪い中温湯を無くして、ＣＯＰの向上を図ることができる。

このように、請求項１〜請求項５のヒートポンプ式給湯機によれば、貯湯タンク内の中温湯を有効に使用することができて、貯湯タンク内において高温の湯が無くなって沸上運転を行なう場合、ヒートポンプ式加熱源へ中温湯を供給することなく低温水を供給することができる。すなわち、沸上効率の悪い中温湯を無くして、ＣＯＰの一層の向上を図ることができる。しかも、混合弁が１つであり、制御の簡略化及びコスト低減化を図ることができて、安定した制御を行うことが可能となる。

請求項６のヒートポンプ式給湯機によれば、冷媒として、炭酸ガス等の自然系冷媒を使用することができるので、一層効率の良い沸上運転を行なうことができる。さらに自然系冷媒を使用することによって、オゾン層の破壊、環境汚染等の問題がなく、地球環境にやさしいヒートポンプ式給湯機となる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。本発明は、複数の貯湯タンクを有するヒートポンプ式給湯機において中温湯を有効に利用するようにしたものであり、先ず、貯湯タンクを並列に接続した場合と、貯湯タンクを直列に接続した場合における複数の貯湯タンクを有するヒートポンプ式給湯機の概略構成について説明する。

図１は貯湯タンクを直列に接続したヒートポンプ式給湯機（給湯装置）の要部簡略図である。このヒートポンプ式給湯機は、給湯側（上位側）の第１貯湯タンク１ａと、取水側（下位側）の第２貯湯タンク１ｂとを備え、給湯側の第１貯湯タンク１ａの湯を浴槽に供給（給湯）したり、台所やシャワーに供給（給湯）したりすることができる。

この場合、第１貯湯タンク１ａの底部と第２貯湯タンク１ｂの頂部とを連絡配管２で接続している。そして、冷媒回路Ｓを有する熱源ユニット（ヒートポンプ式加熱源）３を使用して、貯湯タンク１（１ａ、１ｂ）に湯を溜めるものである。冷媒回路Ｓは、圧縮機４と、水熱交換器５と、膨張弁６と、空気熱交換器（蒸発器）７とを順に接続して構成される。そして、貯湯タンク１に循環路８が連結され、この循環路８に、水循環用ポンプ９と熱交換路１０とが介設されている。この場合、熱交換路１０は水熱交換器５にて構成される。この冷媒回路Ｓの冷媒としては、高圧側が超臨界圧力で運転することになる炭酸ガス（ＣＯ２）等を用いる。

また、循環路８は、上記水循環用ポンプ９を有する第１循環路１１ａと、この第１循環路１１ａからの湯（加熱水）を第１貯湯タンク１ａに戻す第２循環路１１ｂとを備える。第１循環路１１ａは、その一端側が第２貯湯タンク１ｂの底部に開設された取水口１２に接続され、その他端側が熱交換路１０に接続される。また、第２循環路１１ｂは、その一端側が熱交換路１０に接続され、その他端側が３方弁１４を介して第１貯湯タンク１ａの頂部に開設された上部湯入口１３に接続されている。

さらに、第１貯湯タンク１ａの上部（頂部）には出湯口１５が開設され、この出湯口１５に高温湯用出湯路（出湯管）１６が接続されると共に、第２貯湯タンク１ｂの底部に給水口１７が開設され、この給水口１７に給水管１８が接続されている。また、高温湯用出湯管１６には混合弁２１が接続されていて、この混合弁２１の下流側に給湯管２６が接続されている。そして、この給湯管２６から温水が台所の蛇口や洗面所のシャワー等に給湯されるようになっている。なお、混合弁２１には後述するように貯湯タンク１内の中温湯または給水管１８からの給水が供給される。

ところで、風呂の追焚きや保温のための熱源として、この貯湯タンク１の湯が使用される。すなわち、図１に示すように、貯湯タンク１の上部に湯流出口３５と、貯湯タンク１の下部に湯流入口３６とを開設し、この湯流出口３５と湯流入口３６とを湯循環路３７を介して接続する。湯循環路３７には、循環用ポンプ３８と、逆止弁３４と、外部熱交換器３９にて構成される熱交換路４０とが介設されている。そして、浴槽（図示）には追い焚き用循環路４２が接続されている。この追い焚き用循環路４２には、上記外部熱交換器３９にて構成される熱交換路４３と、風呂湯循環用ポンプ（図示省略）が介設されている。なお、図１では貯湯タンク１は２つを直列に接続した場合を示しているが、３つ以上の貯湯タンク１を直列に接続した場合でも配管構成は図１の場合と基本的に同様である。

次に、貯湯タンクを並列に接続している場合のヒートポンプ式給湯機（給湯装置）の概略構成について図２により説明する。図２では、高温湯用出湯管１６の上流側に第１貯湯タンク１ａ及び第２貯湯タンク１ｂからの分岐高温湯用出湯管１６ａ、１６ｂが接続されており、また、第１貯湯タンク１ａ及び第２貯湯タンク１ｂの底部には給水管１８から分岐された分岐給水管１８ａ、１８ｂがそれぞれ接続されている。また、第１貯湯タンク１ａ及び第２貯湯タンク１ｂにはそれぞれ熱源ユニット３が接続されている。風呂の追い焚きや保温に関しては湯循環路３７の一端側が高温湯用出湯管１６に接続され、湯循環路３７の他端側は第１貯湯タンク１ａ及び第２貯湯タンク１ｂの底部にそれぞれ接続されている。なお、図２では貯湯タンク１は２つを並列に接続した場合を示しているが、３つ以上の貯湯タンク１を並列に接続した場合でも配管構成は図２の場合と基本的に同様である。

次に、貯湯タンク１内の中温湯を有効に利用する場合の構成、作用について説明する。先ず、図３により貯湯タンク１を３つ直列に接続した場合について説明する。なお、図３では、要部の配管構成のみ示しており、貯湯タンク１は３つを直列に接続している場合である。第１貯湯タンク１ａの上下方向の略中間部分に中温湯出湯口２２ａが介設され、この中温湯出湯口２２ａに中温湯用出湯管２３ａの一端側が接続され、この中温湯用出湯管２３ａの他端側には第１中温湯用出湯管２３ａ_１と第２中温湯用出湯管２３ａ_２に分岐されている。第１中温湯用出湯管２３ａ_１には開閉弁２０ａ_１を介して高温湯用出湯管１６に接続されており、また、第２中温湯用出湯管２３ａ_２は開閉弁２０ａ_２を介して低温湯供給管２４に接続されている。

第２貯湯タンク１ｂも上記第１貯湯タンク１ａの場合と同様に、第２貯湯タンク１ｂの上下方向の略中間部分に中温湯出湯口２２ｂが介設され、この中温湯出湯口２２ｂに中温湯用出湯管２３ｂの一端側が接続され、この中温湯用出湯管２３ｂの他端側には第１中温湯用出湯管２３ｂ_１と第２中温湯用出湯管２３ｂ_２に分岐されている。第１中温湯用出湯管２３ｂ_１には開閉弁２０ｂ_１を介して高温湯用出湯管１６に接続されており、また、第２中温湯用出湯管２３ｂ_２は開閉弁２０ｂ_２を介して低温湯供給管２４に接続されている。

第３貯湯タンク１ｃも上記と同様に、第３貯湯タンク１ｃの上下方向の略中間部分に中温湯出湯口２２ｃが介設され、この中温湯出湯口２２ｃに中温湯用出湯管２３ｃの一端側が接続され、この中温湯用出湯管２３ｃの他端側には第１中温湯用出湯管２３ｃ_１と第２中温湯用出湯管２３ｃ_２に分岐されている。第１中温湯用出湯管２３ｃ_１には開閉弁２０ｃ_１を介して高温湯用出湯管１６に接続されており、また、第２中温湯用出湯管２３ｃ_２は開閉弁２０ｃ_２を介して低温湯供給管２４に接続されている。そして、低温湯供給管２４は給水管１８から開閉弁４５を介した水供給管２５に接続され、低温湯供給管２４からの低温湯が混合弁２１に供給される。

ところで、このヒートポンプ式給湯機には、貯湯タンク１ａ〜１ｃの中温湯出湯口２２ａ〜２２ｃの近傍、あるいは中温湯用出湯管２３ａ〜２３ｃに配置されて、貯湯タンク１ａ〜１ｃ内の上下方向における中温湯の温度を検出する中温湯用温度検出器２８ａ〜２８ｃと、水供給管２５の混合弁２１の近傍であって水供給管２５内に供給される低温湯供給管２４からの低温湯、または給水管１８からの開閉弁４５を介した給水の温度を検出する中温湯／給水用温度検出器２９と、混合弁２１より上流側であって第１中温湯用出湯管２３ｃ_１より下流側の高温湯用出湯管１６またはその近傍に配置されて、混合弁２１に供給される高温湯用出湯管１６の高温湯または各中温湯用出湯管２３ａ〜２３ｃからの中温湯の温度を検出する高温湯／中温湯用温度検出器３３とを備えている。

そして、上記中温湯用温度検出器２８ａ〜２８ｃにて検出されたデータ（検出温度）は、図４に示すように、弁制御手段３０に入力される。また、この弁制御手段３０には、設定給湯温度入力手段３１にて予め設定給湯温度が入力されている。すなわち、弁制御手段３０では、中温湯用温度検出器２８ａ〜２８ｃにて検出された温度と、設定給湯温度とを比較して、この比較に基づいて開閉弁１９、開閉弁２０ａ〜２０ｃのオン、オフの制御を行なう。この場合、設定給湯温度は、ユーザが希望する給湯温度に近い温度であって、任意に設定することができる。

ところで、貯湯タンク１ａ〜１ｃ内は上流側から下流側に至っては給水の温度である例えば１０℃〜２０℃から９０℃まで分布しており、今、例えば、第１貯湯タンク１ａの中温湯出湯口２２ａ付近の中温湯の温度が約７０℃とし、第２貯湯タンク１ｂの中温湯出湯口２２ｂ付近の中温湯の温度が約５０℃とし、また、第３貯湯タンク１ｃの中温湯出湯口２２ｃ付近の中温湯の温度が約３０℃とする。そして、設定給湯温度が例えば、４０℃あるいは４２℃とした場合に、ユーザーが設定した設定給湯温度以上であって、且つ各中温湯出湯口２２ａ〜２２ｃでの最も低い中温湯の場所から採湯した中温湯を混合弁２１の高温側に供給する。したがって、この場合では、設定給湯温度以上であって、かつ最も低い温度の中温湯（５０℃）は第２貯湯タンク１ｂの中温湯出湯口２２ｂ付近の場合であり、この第２貯湯タンク１ｂの中温湯出湯口２２ｂから中温湯を取り出すことになる。かかる場合、弁制御手段３０は、高温湯用出湯管１６側に接続されている各中温湯用出湯管２３ａ_１〜２３ｃ_１に介設されている開閉弁２０ａ_１〜２０ｃ_１と開閉弁１９のうち、第２貯湯タンク１ｂの中温湯用出湯管２３ｂ_１に介設されている開閉弁２０ｂ_１のみを開制御し、他の開閉弁１９、２０ａ_１及び２０ｃ_１を閉制御する。

一方、本発明では、各貯湯タンク１ａ〜１ｃの中温湯出湯口２２ａ〜２２ｃ付近の中温湯の温度が、設定給湯温度未満であって、設定給湯温度に最も高い温度の中温湯を混合弁２１の低温側に供給するようにしている。かかる場合、設定給湯温度未満であって、設定給湯温度の最も高い温度の中温湯は、第３貯湯タンク１ｃの中温湯（３０℃）を混合弁２１の低温側に供給すべく、弁制御手段３０は、低温湯供給管２４側に接続されている各中温湯用出湯管２３ａ_２〜２３ｃ_２の開閉弁２０ａ_２〜２０ｃ_２のうち、開閉弁２０ｃ_２のみを開制御し、他の開閉弁２０ａ_２、２０ｂ_２及び開閉弁４５を閉制御する。

この場合、混合弁２１では、第２貯湯タンク１ｂ内の中温湯と、第３貯湯タンク１ｃ内の中温湯とが混合されて、混合弁２１にて設定給湯温度に混合した温水を給湯管２６より給湯するようにしている。

また、各貯湯タンク１ａ〜１ｃ内の中温湯の温度が設定給湯温度より低い場合には、第１貯湯タンク１ａからの高温湯用出湯管１６内の高温湯と、水供給管２５からの給水とを混合弁２１にて混合し、混合弁２１にて設定給湯温度に混合した温水を給湯管２６より給湯するようにしている。この時、高温湯用出湯管１６の開閉弁１９と給水管１８側の開閉弁４５とが開制御され、各中温湯用出湯管２３ａ〜２３ｃの開閉弁２０ａ〜２０ｃは閉制御される。

従って、各貯湯タンク１ａ〜１ｃ内の中温湯が設定給湯温度より高い場合でも、また低い場合でも、給湯管２６に供給される温水の温度を設定給湯温度に一定にすべく、中温湯／給水用温度検出器２９と高温湯／中温湯用温度検出器３３からの温度データを取り込んで、混合弁２１での混合比率を制御（調整）するようにしている。

すなわち、図５に示すように、混合弁２１には、混合比率を制御（調整）する調整手段３２が接続される。この調整手段３２には、上記中温湯／給水用温度検出器２９、高温湯／中温湯用温度検出器３３にて検出されたデータ（検出温度）が入力されると共に、設定給湯温度入力手段３１から設定給湯温度が入力される。なお、この設定給湯温度入力手段３１での設定給湯温度設定は、図示省略の操作部（操作パネル）の設定ボタンを操作することによって行うことができる。

このため、調整手段３２では、混合弁２１の上流側の高温湯用出湯管１６内の高温湯の温度または中温湯の温度と、水供給管２５の中温湯または給水の温度と、設定給湯温度入力手段３１からの設定給湯温度とに基づいて、混合弁２１の混合比率を調整する。従って、給湯管２６に接続された図示省略の蛇口（栓）等を開状態とすることによって、設定給湯温度（又はこの設定給湯温度に近い温度）の湯を給湯できる。

次に、このヒートポンプ式給湯機の沸上運転を説明する。図１に示すように、圧縮機４を駆動すると共に、水循環用ポンプ９を駆動する。すると、第２貯湯タンク１ｂの底部に設けた取水口１２から貯溜水（温水）が循環路８に流出して、これが循環路８の熱交換路１０を流通する。また、圧縮機４からの吐出冷媒が、水熱交換器５、膨張弁６、空気熱交換器７を順次経由して圧縮機４へと返流する。そのため、循環路８の熱交換路１０を流通する水が水熱交換器５によって加熱される。従って、第２貯湯タンク１ｂの底部の低温水は取水口１２から流出して、水熱交換器５にて加熱されて高温湯となって、第１貯湯タンク１ａの上部湯入口１３から返流される。このような動作を継続して行うことによって、貯湯タンク１ａ、１ｂ（図３では貯湯タンク１ａ〜１ｃ）に高温湯を貯めることができる。

また、風呂の追焚きや保温する場合、循環用ポンプ３８を駆動して、第１貯湯タンク１ａの高温の湯を湯流出口３５から湯循環路３７に出湯させて、湯流入口３６から第２貯湯タンク１ｂに戻す。この際、追い焚き用循環路４２の循環ポンプを駆動して、浴槽の湯を追い焚き用循環路４２において循環させる。これによって、貯湯タンク１ａ、１ｂの高温の湯が熱交換路４０を流れると共に、浴槽から流出した湯が熱交換路４３を流れる。この際、浴槽から流出した湯は、第１貯湯タンク１ａの高温の湯と熱交換することによって暖められて浴槽に戻る。また、第１貯湯タンク１ａから流出した高温の湯は、浴槽から流出した湯と熱交換することによって冷やされて、例えば、３０℃〜５０℃程度の中間温度の温水（中温湯）となって第２貯湯タンク１ｂ側に戻る。このため、両貯湯タンク１ａ、１ｂの上位側から下位側に至る中間部には中温湯が貯まることになる。

そこで、このヒートポンプ式給湯機では、このように貯まった中温湯を優先的に使用できるようにしている。すなわち、給湯管２６から給湯する場合、図６に示すフローチャート図に従って行われることになる。そして、給湯は、給湯管２６に接続された蛇口を開状態とする。これによって、給湯されることになるが、この際、以下のような制御が行われる。まず、各貯湯タンク１ａ〜１ｃ内の各中温湯出湯口２２ａ〜２２ｃ付近の中温湯の温度を中温湯用温度検出器２８ａ〜２８ｃにてそれぞれ検出する（ステップＳ１）。次にステップＳ２へ移行して、このステップＳ２にて各中温湯の温度が設定給湯温度以上か否かを判断する。そして、いずれかの中温湯が設定給湯温度以上であれば、ステップＳ３へ移行して、設定給湯温度（例えば、４２℃）以上であって、且つ最も低い中温湯の場所の開閉弁、例えば、第２貯湯タンク１ｂ（図３参照）の中温湯出湯口２２ｂ付近の中温湯が５０℃であれば、高温湯用出湯管１６側の第１中温湯用出湯管２３ｂ_１の開閉弁２０ｂ_１を開制御し、他の開閉弁２０ａ_１、２０ｃ_１を閉制御すると共に、高温湯用出湯管１６の開閉弁１９を閉制御する。同時にステップＳ４へ移行して、設定給湯温度未満であって、設定給湯温度に最も近い温度の中温湯の場所の開閉弁、例えば、第３貯湯タンク１ｃの低温湯供給管２４側の開閉弁２０ｃ_２を開制御し、他の開閉弁２０ａ_２、２０ｂ_２を閉制御すると共に、開閉弁４５を閉制御する。このように、各開閉弁１９、２０ａ〜２０ｂ、４５を開閉制御してステップＳ５へ移行する。

また、ステップＳ２で各中温湯の温度が設定給湯温度未満であれば、ステップＳ６へ移行して、高温湯用出湯管１６から高温湯が混合弁２１に供給されるように開閉弁１９を開制御すると共に、開閉弁４５を開制御し、各中温湯用出湯管２３ａ〜２３ｃの開閉弁２０ａ〜２０ｃを閉制御する。そして、ステップＳ６からステップＳ７へ移行する。

ステップＳ５では高温側の中温湯と、低温側の中温湯との混合比率を調整して、ステップＳ８へ移行して、設定給湯温度の湯を給湯する。また、ステップＳ７では高温湯と、給水との混合比率を調整して、ステップＳ８へ移行して設定給湯温度の湯を給湯する。なお、給湯を終了する場合には、給湯管２６に接続されている蛇口を閉状態とすればよい。

また、上記のようにして中温湯を使っていって、第２貯湯タンク１ｂの中温湯出湯口２２ｂ付近の中温湯の温度が設定給湯温度未満となった場合でも、上位側の第１貯湯タンク１ａの中温湯出湯口２２ａ付近の中温湯の温度が設定給湯温度以上の場合では、第１中温湯用出湯管２３ａ_１から中温湯を採湯して高温湯用出湯管１６より混合弁２１へ中温湯を供給する。この場合、第１中温湯用出湯管２３ａ_１の開閉弁２０ａ_１のみを開制御し、他の開閉弁２０ｂ_１、２０ｃ_１を閉制御すると共に、高温湯用出湯管１６の開閉弁１９を閉制御する。また、かかる場合、第２貯湯タンク１ｂの中温湯出湯口２２ｂ付近の中温湯の温度が設定給湯温度未満で、かつ最も近い温度となっているので、第２貯湯タンク１ｂから低温湯供給管２４へ供給する。すなわち、第２中温湯用出湯管２３ｂ_２に介設している開閉弁２０ｂ_２のみを開制御し、他の開閉弁２０ａ_２、２０ｃ_２及び開閉弁４５を閉制御する。

上記ヒートポンプ式給湯機では、３つ直列に接続した貯湯タンク１ａ〜１ｃのいずれかの中温湯出湯口２２ａ〜２２ｃ付近の中温湯の温度が設定給湯温度以上であって、且つ最も低い温度の中温湯を採湯して混合弁２１の高温側に供給し、また設定給湯温度未満であって、設定給湯温度に最も近い温度の中温湯を混合弁２１の低温側に供給して該混合弁２１で混合して給湯しているので、貯湯タンク１ａ〜１ｃの上位から下位にいたる中温湯を多量に有効に使用することができる。このように、貯湯タンク１ａ〜１ｃ内の中温湯を有効に使用することができて、貯湯タンク１内において高温の湯が無くなって沸上運転を行なう場合、ヒートポンプ式加熱源へ中温湯を供給することなく低温水を供給することができる。すなわち、沸上効率の悪い中温湯を無くして、ＣＯＰの一層の向上を図ることができる。しかも、混合弁２１が１つであり、制御の簡略化及びコスト低減化を図ることができて、安定した制御が可能となる。

さらに、冷媒として、炭酸ガス等の自然系冷媒を使用することができるので、一層効率の良い沸上運転を行なうことができる。また、自然系冷媒を使用することによって、オゾン層の破壊、環境汚染等の問題がなく、地球環境にやさしいヒートポンプ式給湯機となる。

次に、貯湯タンクを３つ並列に接続した場合のヒートポンプ式給湯機（給湯装置）の構成、作用について説明する。図７に示すように、第１貯湯タンク１ａ、第２貯湯タンク１ｂ及び第３貯湯タンク１ｃの頂部がそれぞれ開閉弁１９（１９ａ〜１９ｃ）を介して高温湯用出湯管１６側に接続され、また、各貯湯タンク１ａ〜１ｃの底部は給水管１８側に接続されている。

また、第１貯湯タンク１ａの上下方向の略中間部分に複数の例えば、２つの中温湯出湯口２２ａ_１、２２ａ_２が介設され、この中温湯出湯口２２ａ_１、２２ａ_２にそれぞれ中温湯用出湯管２３ａ_１１、２３ａ_１２が接続されている。この一方の中温湯用出湯管２３ａ_１１の他端側には第１中温湯用出湯管２３ａ_１２と第２中温
湯用出湯管２３ａ_２に分岐されている。また、他方の中温湯用出湯管２３ａ_１２
の他端側には第３中温湯用出湯管２３ａ_３と第４中温湯用出湯管２３ａ_４に分岐されている。上記第１中温湯用出湯管２３ａ_１は開閉弁２０ａ_１を介して高温湯用出湯管１６に接続されており、また、第２中温湯用出湯管２３ａ_２は開閉弁２０ａ_２を介して低温湯供給管２４に接続されている。さらに、第３中温湯用出湯管２３ａ_３は開閉弁２０ａ_３を介して高温湯用出湯管１６に接続され、第４中温湯用出湯管２３ａ_４は開閉弁２０ａ_４を介して低温湯供給管２４に接続されている。

第２貯湯タンク１ｂの上下方向に複数の例えば、２つの中温湯出湯口２２ｂ_１、２２ｂ_２が介設され、この中温湯出湯口２２ｂ_１、２２ｂ_２にそれぞれ中温湯用出湯管２３ｂ_１１、２３ｂ_１２が接続されている。この一方の中温湯用出湯管２３ｂ_１１の他端側には第１中温湯用出湯管２３ｂ_１と第２中温湯用出湯管２３ｂ_２に分岐されている。また、他方の中温湯用出湯管２３ｂ_１２の他端側には第３中温湯用出湯管２３ｂ_３と第４中温湯用出湯管２３ｂ_４に分岐されている。上記第１中温湯用出湯管２３ｂ_１は開閉弁２０ｂ_１を介して高温湯用出湯管１６に接続されており、また、第２中温湯用出湯管２３ｂ_２は開閉弁２０ｂ_２を介して低温湯供給管２４に接続されている。さらに、第３中温湯用出湯管２３ｂ_３は開閉弁２０ｂ_３を介して高温湯用出湯管１６に接続され、第４中温湯用出湯管２３ｂ_４は開閉弁２０ｂ_４を介して低温湯供給管２４に接続されている。

さらに、第３貯湯タンク１ｃの上下方向に複数の例えば、２つの中温湯出湯口２２ｃ_１、２２ｃ_２が介設され、この中温湯出湯口２２ｃ_１、２２ｃ_２にそれぞれ中温湯用出湯管２３ｃ_１１、２３ｃ_１２が接続されている。この一方の中温湯用出湯管２３ｃ_１１の他端側には第１中温湯用出湯管２３ｃ_１と第２中温湯用出湯管２３ｃ_２に分岐されている。また、他方の中温湯用出湯管２３ｃ_１２の他端側には第３中温湯用出湯管２３ｃ_３と第４中温湯用出湯管２３ｃ_４に分岐されている。上記第１中温湯用出湯管２３ｃ_１は開閉弁２０ｃ_１を介して高温湯用出湯管１６に接続されており、また、第２中温湯用出湯管２３ｃ_２は開閉弁２０ｃ_２を介して低温湯供給管２４に接続されている。さらに、第３中温湯用出湯管２３ｃ_３は開閉弁２０ｃ_３を介して高温湯用出湯管１６に接続され、第４中温湯用出湯管２３ｃ_４は開閉弁２０ｃ_４を介して低温湯供給管２４に接続されている。

また、図３の場合と同様に、第１貯湯タンク１ａの中温湯出湯口２２ａ_１、２２ａ_２の近傍、あるいは中温湯用出湯管２３ａ_１１、２３ａ_１２に配置されて、第１貯湯タンク１ａ内の上下方向における中温湯の温度を検出する中温湯用温度検出器２８ａ_１、２８ａ_２が配置されている。第２貯湯タンク１ｂ側の中温湯用温度検出器２８ｂ_１、２８ｂ_２、及び第３貯湯タンク１ｃ側の中温湯用温度検出器２８ｃ_１、２８ｃ_２も同様にして配置されている。混合弁２１側に設けられている中温湯／給水用温度検出器２９及び高温湯／中温湯温度検出器３３は先の実施形態と同様である。

また、各開閉弁１９、２０ａ〜２０ｃ、４５は先の実施形態と同様に弁制御手段３０にて開閉制御され、混合弁２１は調整手段３２にて設定給湯温度になるように混合比率が調整される。なお、各貯湯タンク１に設けている中温湯出湯口２２は、図示例では２カ所としているが、１カ所としたり、あるいは上下方向に３カ所以上設けてもよい。

各貯湯タンク１ａ〜１ｃ内は下部から上部に至っては給水の温度である例えば１０℃〜２０℃から９０℃まで分布しており、また、並列式における各貯湯タンク１ａ〜１ｃでの温度分布は一様ではなく、バラバラな温度分布となっている。今、例えば、第１貯湯タンク１ａの上側の中温湯出湯口２２ａ_１の中温湯の温度が５５℃、下側の中温湯出湯口２２ａ_２の中温湯の温度が４５℃、第２貯湯タンク１ｂの上側の中温湯出湯口２２ｂ_１の中温湯の温度が４０℃、下側の中温湯出湯口２２ｂ_２の中温湯の温度が３０℃、第３貯湯タンク１ｃの上側の中温湯出湯口２２ｃ_１の中温湯の温度が５０℃、下側の中温湯出湯口２２ｃ_２の温度が３５℃とする。

そして、設定給湯温度が例えば、４２℃とした場合に、ユーザーが設定した設定給湯温度以上であって、且つ各中温湯出湯口２２ａ〜２２ｃでの最も低い中温湯の場所から採湯した中温湯を混合弁２１の高温側に供給する。したがって、この場合では、設定給湯温度以上であって、かつ最も低い温度の中温湯（５０℃）は第３貯湯タンク１ｃの中温湯出湯口２２ｃ_１付近の場合であり、この第３貯湯タンク１ｃの中温湯出湯口２２ｃ_１から中温湯を取り出すことになる。かかる場合、弁制御手段３０は、高温湯用出湯管１６側に接続されている各中温湯用出湯管２３ａ_１、２３ａ_３、２３ｂ_１、２３ｂ_３、２３ｃ_１、２３ｃ_３に介設されている開閉弁２０ａ_１、２０ａ_３、２０ｂ_１、２０ｂ_３、２０ｃ_１、２０ｃ_３のうち開閉弁２０ｃ_１のみを開制御し、他の開閉弁１９、２０ａ_１・・を閉制御する。

一方、本発明では、各貯湯タンク１ａ〜１ｃの中温湯出湯口２２ａ〜２２ｃ付近の中温湯の温度が、設定給湯温度未満であって、設定給湯温度に最も近い温度の中温湯を混合弁２１の低温側に供給するようにしている。かかる場合、設定給湯温度未満であって、設定給湯温度の最も近い温度の中温湯は、第３貯湯タンク１ｂの中温湯（４０℃）を混合弁２１の低温側に供給すべく、弁制御手段３０は、低温湯供給管２４側に接続されている各中温湯用出湯管２３ａ_２〜２３ｃ_４の開閉弁２０ａ_２〜２０ｃ_４のうち、開閉弁２０ｂ_２のみを開制御し、他の開閉弁２０ａ_２・・・及び開閉弁４５を閉制御する。

この場合、混合弁２１では、第３貯湯タンク１ｃ内の中温湯と、第２貯湯タンク１ｂ内の中温湯とが混合されて、混合弁２１にて設定給湯温度に混合した温水を給湯管２６より給湯するようにしている。

また、各貯湯タンク１ａ〜１ｃ内の中温湯の温度が設定給湯温度より低い場合には、第１貯湯タンク１ａからの高温湯用出湯管１６内の高温湯と、水供給管２５からの給水とを混合弁２１にて混合し、混合弁２１にて設定給湯温度に混合した温水を給湯管２６より給湯するようにしている。この時、高温湯用出湯管１６の開閉弁１９と給水管１８側の開閉弁４５とが開制御され、各中温湯用出湯管２３ａ_１・・・の各開閉弁２０ａ_１・・・は閉制御される。これらの制御動作のフローは図７に示すフローチャートと同じであるので、詳細な説明は省略する。

なお、貯湯タンク１を並列式としたヒートポンプ式給湯機における中温湯の有効利用等に関する効果は、図３に示す直列式の場合と同様である。

以上にこの発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、中温湯の温度としては上記実施形態では３０℃〜５０℃程度としていたが、もちろんこれに限るものではなく、このヒートポンプ式給湯機における中温湯の温度とは、沸上効率を低下させることになる範囲の温度をいう。また、設定給湯温度は給湯温度を決定するものであり、ユーザーによって任意の温度を設定することができる。しかも、この設定給湯温度が種々に設定されても、このヒートポンプ式給湯機では、中温湯（沸上効率を低下させることになる範囲の温度の湯）を優先的に使用することができる。なお、冷媒回路Ｓの冷媒として、炭酸ガス以外のエチレン、エタン、酸化窒素等の自然系冷媒であってもよく、さらには、ジクロロジフルオロメタン（Ｒ−１２）やクロロジフルオロメタン（Ｒ−２２）や、１，１，１，２−テトラフルオロエタン（Ｒ−１３４ａ）等のような冷媒であってもよい。

この発明の貯湯タンクを直列式としたヒートポンプ式給湯機の実施形態を示す簡略図である。この発明の貯湯タンクを並列式としたヒートポンプ式給湯機の実施形態を示す簡略図である。この発明の中温湯を利用する場合の貯湯タンクを直列式とした配管構成図である。上記ヒートポンプ式給湯機の開閉弁を制御するための制御部の簡略ブロック図である。上記ヒートポンプ式給湯機の混合弁を制御するための制御部の簡略ブロック図である。上記ヒートポンプ式給湯機の給湯時のフローチャート図である。この発明の中温湯を利用する場合の貯湯タンクを並列式とした配管構成図である。従来のヒートポンプ式給湯機の簡略図である。従来の他のヒートポンプ式給湯機の簡略図である。

符号の説明

１・・貯湯タンク、３・・ヒートポンプ式加熱源、１６・・高温湯用出湯管、１９・・開閉弁、２０ａ〜２０ｃ・・開閉弁、２１・・混合弁、２３ａ〜２３ｃ・・中温湯用出湯管、２５・・水供給管、２６・・給湯管、３０・・弁制御手段、３２・・調整手段、４５・・開閉弁

Claims

直列または並列に接続された複数の貯湯タンク（１）から低温水を流出させて、この低温水をヒートポンプ式加熱源（３）にて沸き上げて貯湯タンク（１）の上部に戻す沸上運転を行なうヒートポンプ式給湯機であって、上記複数の貯湯タンク（１）の上下方向の略中間部分にそれぞれ設けた中温湯出湯口（２２）と、これらの中温湯出湯口（２２）からそれぞれ開閉弁（２０）を介して予め設定した設定給湯温度の給湯を行なう混合弁（２１）の高温側に設定給湯温度より高い中温湯を供給する第１の経路と、上記各中温湯出湯口（２２）付近にそれぞれ設けられて該中温湯出湯口（２２）付近の中温湯の温度を検出する中温湯用温度検出器（２８）と、この各中温湯用温度検出器（２８）からの温度データにて上記設定給湯温度以上であって、かつ最も低い温度の中温湯を上記第１の経路を介して上記混合弁（２１）の高温側に供給すべく上記開閉弁（２０）を開閉制御する弁制御手段（３０）とを備えていることを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
上記中温湯出湯口（２２）からそれぞれ開閉弁（２０）を介して上記混合弁（２１）の低温側に設定給湯温度より低い中温湯を供給する第２の経路を設け、上記弁制御手段（３０）は、設定給湯温度未満であって、かつ最も高い温度の中温湯を上記第２の経路を介して上記混合弁（２１）の低温側に供給することを特徴とする請求項１のヒートポンプ式給湯機。
複数の貯湯タンク（１ａ）〜（１ｃ）を連絡配管（２）を介して接続し、貯湯タンク（１ｃ）の底部から低温水を流出させて、この低温水をヒートポンプ式加熱源（３）にて沸き上げて貯湯タンク（１ａ）の上部に戻す沸上運転を行なうヒートポンプ式給湯機であって、上記貯湯タンク（１ａ）の上部の高温湯を出湯する出湯管（１６）と、この出湯管（１６）と水供給管（２５）とが接続された混合弁（２１）と、上記出湯管（１６）に介設されている開閉弁（１９）と、複数の貯湯タンク（１ａ）〜（１ｃ）に設けられている中温湯出湯口（２２）に一端側がそれぞれ接続され、他端側はそれぞれ上記開閉弁（１９）より下流側であって上記出湯管（１６）に接続されている第１中温湯用出湯管（２３ａ_１）（２３ｂ_１）（２３ｃ_１）と、これらの第１中温湯用出湯管（２３ａ_１）（２３ｂ_１）（２３ｃ_１）にそれぞれ介設されている開閉弁（２０ａ_１）（２０ｂ_１）（２０ｃ_１）と、上記混合弁（２１）に接続される給湯管（２６）とを備えていることを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
上記いずれかの中温湯出湯口（２２）付近の中温湯の温度が設定給湯温度以上であって、かつ最も低い温度に対応した中温湯出湯口（２２）に接続されている第１中温湯用出湯管（２３ａ_１〜）からの中温湯を出湯管（１６）を介して混合弁（２１）の高温側に供給するように上記各開閉弁（１９）、（２０ａ）〜（２０ｃ）を開閉制御する弁制御手段（３０）を備えていることを特徴とする請求項３のヒートポンプ式給湯機。
上記水供給管（２５）に開閉弁（４５）を介設し、上記中温湯出湯口（２２）に一端側がそれぞれ接続され、他端側はそれぞれ上記開閉弁（４５）より下流側であって上記水供給管（２５）に接続されている第２中温湯用出湯管（２３ａ_２）（２３ｂ_２）（２３ｃ_２）と、これらの第２中温湯用出湯管（２３ａ_２）（２３ｂ_２）（２３ｃ_２）にそれぞれ介設されている開閉弁（２０ａ_２）（２０ｂ_２）（２０ｃ_２）とを設けると共に、上記弁制御手段（３０）は、上記中温湯の温度が設定給湯温度未満のときには設定給湯温度に最も近い中温湯を第２中温湯用出湯管（２３ａ_２〜）から中温湯を混合弁（２１）の低温側に供給することを特徴とする請求項４のヒートポンプ式給湯機。
上記ヒートポンプ式加熱源（３）の冷媒回路（Ｓ）の冷凍サイクルの高圧側が超臨界圧力で運転することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかのヒートポンプ式給湯機。