JP4958460B2 - 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し、特に、ヒートポンプ運転により加熱した温水を直接水使用端末へ給湯する直接給湯回路を有する瞬間式ヒートポンプ給湯機の改善に関する。

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おき、この貯蔵した湯を日中に使う貯湯方式のものが一般的である。

これに対し、近年、ヒートポンプ運転で加熱した温水を直接給湯することにより、貯湯タンクの大幅な小形化を図った瞬間式ヒートポンプ給湯機が開発されている。

このような瞬間式ヒートポンプ給湯機の例として、予め貯湯運転を行なって小形の貯湯タンクに高温の湯を貯湯しておき、湯水使用時には、ヒートポンプの加熱温度が適温に到達しない運転当初は貯湯タンクの湯に水を混ぜて適温として給湯し、ヒートポンプ運転による加熱温度が適温に達すると、貯湯タンクからの給湯を止めて、ヒートポンプ運転で加熱した温水を直接給湯して使用するものがある（例えば、特許文献１参照）。

なお、ヒートポンプ運転の運転効率、すなわち成績係数（一般にＣＯＰという）は、加熱温度が高いほど圧縮機の回転数が多くなり機械損失も大きく、加熱温度が低いほど成績係数が向上し省電力を図れる。

ここで、貯湯タンクの貯湯温度は、夏期、中間期等の通常は一般に約６０〜６５℃としているが、冬期低温時はヒートポンプの加熱立ち上がり時間が長くなり貯湯タンクからの給湯熱量が多くなることを考慮して約９０℃としている。

また、貯湯運転中に湯水使用が行なわれると、貯湯運転を中止して給湯運転に変更し、ヒートポンプは加熱温度を貯湯温度から給湯温度に下げて給湯し、湯水使用が終了すると、加熱温度を給湯温度から貯湯温度に上げて、再び給湯運転から貯湯運転に変更し、貯湯運転終了後ヒートポンプ運転を停止させる。

特開２００５−９７２４号公報

前記従来のヒートポンプ給湯機においては、貯湯運転中に湯水使用が行われると、ヒートポンプの加熱温度を貯湯温度から給湯温度に下げ、更に、給湯終了後は加熱温度を給湯温度から貯湯温度に上げて貯湯運転を行っていたため、２度の加熱温度切り換えが必要であった。

従って、貯湯運転開始直後に湯水使用があった場合、貯湯温度及び貯湯量が過渡状態にあり、かつ、タンクのヒートポンプ加熱運転が給湯温度に達して安定するまでには多少の時間が掛かるため、給湯温度の安定時間がやや長くなる恐れがあった。

また、給湯運転から再び貯湯運転に戻る時においては、ヒートポンプ運転が給湯温度から貯湯温度に上がるまでの間貯湯できないため、貯湯時間が幾分長く掛かった。

前記２つの課題は、通常の貯湯温度（約６０〜６５℃）の場合は支障が少ないが、冬期低温時における高温貯湯（約９０℃）の時は、貯湯温度（約９０℃）と給湯温度（約４２℃）との温度差が大きく、且つ、周囲が低温であることもあって、ヒートポンプが給湯温度（約４２℃）運転から貯湯温度（約９０℃）運転に達するのに、例えば、数十分掛かり、貯湯運転中に頻繁に湯水使用する場合においては使い勝手の面において改善の余地がある。

本発明は、前記従来の課題を解決するためのもので、貯湯運転中に湯水使用が行われた場合における給湯温度の安定時間及び貯湯時間の短縮を図ったヒートポンプ給湯機を提供するものである。

本発明は、まず、圧縮機、水と冷媒との熱交換を行なう水冷媒熱交換器、減圧装置、空気と冷媒との熱交換を行なう蒸発器を、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、前記水冷媒熱交換器、水冷媒熱交換器で加熱した温水を貯めておくための貯湯タンク、給湯混合弁、機内循環ポンプ、及びこれらの部品間を接続する水配管からなる貯湯回路と、水冷媒熱交換器、貯湯タンク、給湯混合弁、湯水混合弁、流量調整弁、出湯金具、及びこれらの部品間を接続する水配管からなる給湯回路と、圧縮機、減圧装置、機内循環ポンプ、給湯混合弁、湯水混合弁、流量調整弁の動作を制御する運転制御手段とを備え、給湯回路は、水冷媒熱交換器で加熱した温水を直接出湯金具から給湯する直接給湯回路を有し、運転制御手段は、貯湯運転中に湯水使用があった場合、貯湯運転を中断して湯水使用を優先し、貯湯運転時の加熱温度でヒートポンプを継続運転し水冷媒熱交換器で加熱した温水に水を加えて給湯する貯湯中断給湯運転を行なうように制御する。

すなわち、貯湯運転中に湯水使用があった場合、ヒートポンプ運転は貯湯運転時の加熱温度で継続運転し、水冷媒熱交換器で加熱した温水に水を加えて給湯する。これにより、ヒートポンプ運転による加熱温度が安定しているので給湯温度は直ちに適温給湯ができ、且つ、ヒートポンプ運転による加熱温度が貯湯温度のままとなっているので、湯水使用終了後は直ちに貯湯運転に戻ることができる。よって、貯湯運転中の給湯運転における給湯温度の安定時間及び貯湯時間の短縮を図ることができる。

ここで、運転制御手段は、第１の貯湯温度で貯湯する貯湯運転中に湯水使用があった時は、この貯湯運転時の加熱温度でヒートポンプを継続運転し、第１の貯湯温度よりも低い第２の貯湯温度で貯湯する貯湯運転中に湯水使用があった時は、ヒートポンプを給湯温度に見合った加熱温度に下げて貯湯中断給湯運転を行なうものとする。すなわち、高温貯湯運転時と通常温度貯湯運転時とで、加熱温度の制御を変え、貯湯温度と給湯温度との温度差が大きい高温貯湯運転時はそのまま高温の加熱温度で継続運転することで、給湯温度の安定時間及び貯湯時間の短縮を図ることができる。一方、給湯温度の安定時間及び貯湯時間が余り実用上支障とならない通常温度貯湯運転時は加熱温度を給湯温度に合わせて下げることによりヒートポンプ運転の成績係数（ＣＯＰ）を向上して省電力を図ることができる。

ここで、運転制御手段は、貯湯運転中に湯水使用があった場合、貯湯中断給湯運転を行なった後貯湯運転を再開し、貯湯運転が完了してからヒートポンプ運転を停止するようにしてもよい。これによれば、貯湯運転を中断し給湯運転に変わってもヒートポンプは連続運転しているので、湯水使用後の貯湯運転再開が速やかに行なえ、使い勝手の向上を図ることができる。

また、運転制御手段は、第１の貯湯温度で貯湯する第１の貯湯運転中に湯水使用があった時は、前記ヒートポンプの加熱温度を前記第１の貯湯温度よりも低い第２の貯湯温度で貯湯する第２の貯湯運転時の加熱温度以上で且つ前記第１の貯湯運転時の加熱温度よりも低い所定温度に下げて前記ヒートポンプを継続運転するようにしてもよい。すなわち、高温貯湯運転中に湯水使用があった場合は、高温貯湯温度（例えば、約９０℃）と通常貯湯温度（例えば、約６０〜６５℃）間の所定温度で加熱給湯することにより、給湯温度の安定時間、貯湯時間については実用上支障を感じない程度まで短縮できるとともに、ヒートポンプ運転の成績係数（ＣＯＰ）の向上を図ることができ、使い勝手の向上と省電力化のバランスを取った温度制御ができる。

また、本発明は、圧縮機、水と冷媒との熱交換を行なう水冷媒熱交換器、減圧装置、空気と冷媒との熱交換を行なう蒸発器を、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、水冷媒熱交換器、水冷媒熱交換器で加熱した温水を貯めておくための貯湯タンク、給湯混合弁、機内循環ポンプ、及びこれらの部品間を接続する水配管からなる貯湯回路と、水冷媒熱交換器、貯湯タンク、給湯混合弁、湯水混合弁、流量調整弁、出湯金具、及びこれらの部品間を接続する水配管からなる給湯回路と、圧縮機、減圧装置、機内循環ポンプ、給湯混合弁、湯水混合弁、流量調整弁の動作を制御する運転制御手段とを備え、給湯回路は、水冷媒熱交換器で加熱した温水を直接出湯金具から給湯する直接給湯回路を有し、運転制御手段は、貯湯運転中に湯水使用があった場合、ヒートポンプはそのまま継続運転し、給湯混合弁は、水冷媒熱交換器側と貯湯タンク側を閉じ、水冷媒熱交換器側と湯水混合弁側を開き、水冷媒熱交換器で加熱した高温水に水を加えて給湯するように制御し、第１の貯湯温度で貯湯する貯湯運転中に湯水使用があった時は、この貯湯運転時の加熱温度でヒートポンプを継続運転し、第１の貯湯温度よりも低い第２の貯湯温度で貯湯する貯湯運転中に湯水使用があった時は、ヒートポンプを給湯温度に見合った加熱温度に下げて運転することを特徴とするものである。

すなわち、高温貯湯運転中に湯水使用があった場合、貯湯運転を継続し、給湯混合弁を作動させて給湯するので、運転モードを変更しないで済み、貯湯から給湯、給湯から貯湯への切り換えが容易になり、貯湯運転中の給湯運転における給湯温度の安定時間及び貯湯時間の短縮を図ることができる。

ここで、運転制御手段は、貯湯運転中に湯水使用があった場合、湯水使用終了後、給湯混合弁は、水冷媒熱交換器側と湯水混合弁側を閉じ、水冷媒熱交換器側と貯湯タンク側を開いて運転を継続し、貯湯が完了してからヒートポンプ運転を停止するものとしてもよい。

また、運転制御手段は、貯湯運転中に湯水使用があった場合、ヒートポンプはそのまま継続運転し、給湯混合弁は、水冷媒熱交換器側と貯湯タンク側を閉じ、水冷媒熱交換器側と湯水混合弁側を開き、水冷媒熱交換器で加熱した高温水に水を加えて給湯するように制御し、さらに、第１の貯湯温度で貯湯する第１の貯湯運転中に湯水使用があった時は、ヒートポンプの加熱温度を第１の貯湯温度よりも低い第２の貯湯温度で貯湯する第２の貯湯運転時の加熱温度以上で且つ第１の貯湯運転時の加熱温度よりも低い所定温度に下げてヒートポンプを継続運転するものとしてもよい。

本願の請求項３、４の発明によれば、請求項１、２の発明と同様の効果を得ることができる。

本発明のヒートポンプ給湯機によれば、貯湯運転中に湯水使用が行われた場合における給湯温度の安定時間及び貯湯時間の短縮を図ることができる。

（第１の実施例）以下、本発明の一実施例について図１を用いて説明する。

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は各部品を２個ずつ有する２サイクル方式であり、圧縮機１ａ、１ｂ、水冷媒熱交換器２に配置される冷媒側伝熱管２ａ、２ｂ、減圧装置３ａ、３ｂ、蒸発器４ａ、４ｂを、それぞれ冷媒配管を介して順次接続して構成されており、その中に冷媒が封入されている。

圧縮機１ａ、１ｂは容量制御が可能で、多量の給湯を行なう場合には大きな容量で運転される。ここで、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（例えば７００回転／分）から高速（例えば７０００回転／分）まで回転数制御されるようになっている。

水冷媒熱交換器２は冷媒側伝熱管２ａ、２ｂ及び給水側伝熱管２ｃ、２ｄを備えており、冷媒側伝熱管２ａ、２ｂと給水側伝熱管２ｃ、２ｄとの間で熱交換を行なうように構成されている。

減圧装置３ａ、３ｂとしては一般に電動膨張弁等が使用され、水冷媒熱交換器２を経て送られてくる中温高圧冷媒を減圧し、蒸発し易い低圧冷媒として蒸発器４ａ、４ｂへ送る。また、減圧装置３ａ、３ｂは冷媒通路の絞り量を変えてヒートポンプ冷媒回路内の冷媒循環量を調節する働きや、前記絞り量を全開にして中温冷媒を蒸発器４ａ、４ｂに多量に送って霜を溶かす除霜装置の役目も行なう。

また、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として構成されている。
給湯回路４０は貯湯、直接給湯、タンク給湯、風呂湯張り、風呂追焚きを行なうための水循環回路を備えて構成されている。

貯湯回路は貯湯タンク８に温水をためるための水回路で、貯湯タンク８、機内循環ポンプ９、水熱交流量センサ１１、給水側伝熱管２ｃ、２ｄ、給湯混合弁１２、貯湯タンク８が水配管を介して順次接続され構成されている。

直接給湯回路は、給水金具５、減圧弁６、給水水量センサ７、給水逆止弁１０、水熱交流量センサ１１、給水側伝熱管２ｃ、２ｄ、給湯混合弁１２、湯水混合弁１３、流量調整弁１４、台所出湯金具１５が水配管を介して順次接続され構成されている。

なお、給水金具５は水道などの給水源に接続され、台所出湯金具１５は台所蛇口１６などに接続されている。

タンク給湯回路は、給水金具５、減圧弁６、給水水量センサ７、貯湯タンク８、給湯混合弁１２、湯水混合弁１３、流量調整弁１４、台所出湯金具１５が水配管を介して順次接続され構成されている。

風呂湯張り回路は、給水金具５、減圧弁６、給水水量センサ７、給水逆止弁１０、水熱交流量センサ１１、給水側伝熱管２ｃ、２ｄ、給湯混合弁１２、湯水混合弁１３、流量調整弁１４、風呂注湯弁１７、フロースイッチ１８、風呂循環ポンプ１９、水位センサ２０、風呂入出湯金具２１、風呂循環アダプター２２、浴槽２３が水配管を介して順次接続され構成されている。また、風呂入出湯金具２１からは浴槽２３と共に風呂蛇口２７やシャワー（図示せず）にも給湯できるよう接続されている。

なお、風呂湯張り時には、風呂湯張り回路による直接給湯と共に、貯湯タンク８内の湯量が最低必要量以下にならない範囲において貯湯タンク８から浴槽２３へのタンク給湯も行なう。

風呂追焚回路は、浴槽２３、風呂循環アダプター２２、風呂入出湯金具２１、水位センサ２０、風呂循環ポンプ１９、フロースイッチ１８、風呂水伝熱管２５ｂ、風呂出湯金具２６、風呂循環アダプター２２、浴槽２３が水配管を介して順次接続され構成されている。

なお、風呂追焚き時には、風呂追焚回路による浴槽水の水循環と共に、ヒートポンプ運転及び機内循環ポンプ９を運転し、水冷媒熱交換器２で加熱された温水を風呂用熱交換器２５に設けられた温水伝熱管２５ａに循環させ、該温水伝熱管２５ａと風呂水伝熱管２５ｂとの間で熱交換し、風呂追焚きを行なう。

次に、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、１ｂの回転数制御を行なうと共に、減圧装置３ａ、３ｂの冷媒絞り量調整、機内循環ポンプ９、風呂循環ポンプ１９の運転・停止及び給湯混合弁１２、湯水混合弁１３、流量調整弁１４、風呂注湯弁１７、温水開閉弁２４を制御することにより、貯湯運転、直接給湯運転、タンク給湯運転、風呂湯張り運転、風呂追焚運転を行なうものである。

また、運転制御手段５０は、圧縮機１ａ、１ｂの回転数を制御し、運転開始直後には加熱立上げ時間を早めるため所定の高速回転数で運転し、比較的熱負荷の軽い風呂追焚運転等の時は加熱温度に見合った低速回転数で運転するよう制御する。

また、水使用端末における湯水使用後は、運転制御手段５０の貯湯指令により、貯湯温度及び貯湯量の判定を行い、規定内であればそのまま停止し、貯湯水が使用されて規定以下に減っていれば貯湯運転を行ってから停止するよう制御されており、瞬間式ヒートポンプ給湯機は従来の貯湯式に較べて貯湯運転の頻度が多く、貯湯運転中に給湯使用される場合もある。

更に、ヒートポンプ給湯機には、給水温度を検知する給水サーミスタ７ａ、水冷媒熱交換器２前後の水温を検知する熱交水入口サーミスタ２ｅ、熱交水出口サーミスタ２ｆ、貯湯タンク８の貯湯温度及び貯湯量を検知するタンクサーミスタ８ａ、８ｂ、８ｃ、水冷媒熱交換器２及び貯湯タンク８からの混合水の温度を検知して給湯混合弁１２の開度を調整するための給湯混合水サーミスタ１２ａ、給湯温度を検知して湯水混合弁１３を調整するための給湯サーミスタ１３ａ、浴槽２３に循環する水温を検知する風呂サーミスタ１８ａ、及び圧縮機１ａ、１ｂの吐出圧力を検知する圧力センサ（図示せず）、浴槽２３内の水位を検出する水位センサ２０等が設けられ、各検出信号は運転制御手段５０に入力されるように構成されている。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ものである。

なお、給湯混合弁１２は、給湯運転開始当初においては水冷媒熱交換器２側と湯水混合弁１３側間及び貯湯タンク８側と湯水混合弁１３側間が共に開となって、水冷媒熱交換器２及び貯湯タンク８の両方から給湯し、ヒートポンプによる水冷媒熱交換器２での加熱温度が給湯温度（約４２℃）以上になると、貯湯タンク８側と湯水混合弁１３側間を閉じて、水冷媒熱交換器２からのみ給湯する。

また、温水開閉弁２４は、水冷媒熱交換器２と風呂用熱交換器２５の間に設けられ、風呂追焚き時は開いて風呂追い焚き運転を行ない、それ以外の時は水回路を閉じて水冷媒熱交換器２から風呂用熱交換器２５への熱の漏洩を防ぐためのものである。

また、給水逆止弁１０は、一方向にのみに水を流し、逆流を防止するものであり、逃がし弁２８は、貯湯タンク８内の温水圧力が所定以上になった場合に作動して水回路部品の圧力保護の働きをするものである。

次に、本実施例のヒートポンプ給湯機の運転動作について、図１のヒートポンプ冷媒回路３０及び給湯回路４０を参照にしながら図２〜図４のフローチャートに基づいて説明する。

図２は、貯湯タンク８内の水を沸き上げる貯湯運転動作を示すフローチャートの一実施例である。

運転制御手段５０の制御により貯湯運転の指令が出る（ステップ７１）と、タンクサーミスタ８ａ〜８ｃにより貯湯温度及び貯湯量の判定が行なわれ（ステップ７２）、規定内であればそのまま運転せず、貯湯水が使用されて規定以下に減っていれば貯湯運転が開始される（ステップ７３）。

この貯湯運転（ステップ７３）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、冷媒側伝熱管２ａ、２ｂ内を流れる高温冷媒と給水側伝熱管２ｃ、２ｄ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。

上記ヒートポンプ運転において、圧縮機１ａ、１ｂの回転数を上げ、減圧装置３ａ、３ｂの冷媒絞り量を大きくすると加熱能力は増すが、機械ロスや熱ロスが増えて運転効率は下がる。逆に圧縮機１ａ、１ｂの回転数を下げ、減圧装置３ａ、３ｂの冷媒絞り量を少なくすることにより、加熱能力は落ちるが、機械ロスや熱ロスが減少し、相対的に運転効率は向上する。すなわち、ヒートポンプによる加熱運転においては、低い温度で時間をかけて加熱することが加熱効率の向上になると言える。

そのため、前記貯湯運転（ステップ７３）においては、ヒートポンプ運転と共に、貯湯回路において給湯混合弁１２は水冷媒熱交換器２側と湯水混合弁１３側間及び貯湯タンク８側と湯水混合弁１３側間を共に開とすることによって、水冷媒熱交換器２と貯湯タンク８側を連通し開状態とする。（ステップ７３ａ）。機内循環ポンプ９の運転が開始されると、貯湯タンク８の下部の通水口から、機内循環ポンプ９、水熱交流量センサ１１、水冷媒熱交換器２、給湯混合弁１２、貯湯タンク８へ水が循環する。これにより、水冷媒熱交換器２で加熱された温水が貯湯タンク８の上部より貯湯されてゆき、貯湯温度及び貯湯量の判定を行ない（ステップ７６）、貯湯タンク８内の湯水全体が沸き上がった状態に達すると運転を停止する（ステップ７７）。

その間、水冷媒熱交換器２から出湯する加熱水の温度が適切であるか否かを判定する出湯温度判定（ステップ７４）は、熱交水出口サーミスタ２ｆにより行なわれ、出湯温度が規定内の場合は貯湯運転をそのまま継続（ステップ７５）し、規定外の場合は圧縮機１ａ、１ｂの回転数制御、減圧装置３ａ、３ｂの絞り量調整、機内循環ポンプ９の回転数制御による流量調整により出湯温度の調整を行なう（ステップ７４ａ）。

貯湯温度及び貯湯量の判定は、タンクサーミスタ８ａ〜８ｃによって行なわれ、タンクサーミスタ８ａ〜８ｃの全てが規定温度内に達すれば貯湯完了と判断し、運転停止し、貯湯は終了する（ステップ７７）。

図３は、台所蛇口１６を開けて湯水使用する場合の給湯運転時の動作を示すフローチャートの一実施例である。

台所蛇口１６を開けて湯水使用が始まる（ステップ８０）と、制御手段５０は、圧縮機１ａ、１ｂを始動させヒートポンプ冷媒回路３０の運転を開始するとともに、給水金具５、減圧弁６、給水水量センサ７、給水逆止弁１０、水熱交流量センサ１１、給水側伝熱管２ｃ、２ｄ、給湯混合弁１２、湯水混合弁１３、流量調整弁１４、台所出湯金具１５、台所蛇口１６の直接給湯回路により直接給湯運転を行なう（ステップ８１）。同時に、給水金具５、減圧弁６、給水水量センサ７、貯湯タンク８、給湯混合弁１２、湯水混合弁１３、流量調整弁１４、台所出湯金具１５、台所蛇口１６のタンク給湯回路によりタンク給湯運転を行なう（ステップ８２）。

ここで、ヒートポンプ冷媒回路３０は、圧縮機１ａ、１ｂで圧縮された高温高圧冷媒を水冷媒熱交換器２の冷媒側伝熱管２ａ、２ｂに送り込み、給水側伝熱管２ｃ、２ｄに流入する水を加熱するが、運転直後の立上が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、発生する冷媒からの放熱量が増加し、水への加熱能力が増してゆく。

また、ヒートポンプ運転の加熱能力が適温安定状態に達するまでには通常約５〜６分掛かるため、運転制御手段５０は、運転開始直後の適温安定状態に達するまでの間は、圧縮機の回転数を通常より高速回転にすると共に、貯湯タンクから湯を供給するタンク給湯運転（ステップ８２）を並行して行なう。

さらに、給湯サーミスタ１３ａ、給水水量センサ７により給湯温度及び給湯流量の判定（ステップ８３）を行ない、規定外であれば温度、流量を調整（ステップ８４ａ）し、規定内であれば更に直接給湯温度の判定（ステップ８４）を行なう。

直接給湯温度の判定（ステップ８４）において、水冷媒熱交換器２における加熱温度が不十分で、直接給湯温度が規定温度に達しない状態ではヒートポンプ運転の温度流量調整（ステップ８４ａ）を継続し、タンク給湯運転（ステップ８２）と併用する。また、水冷媒熱交換器２における加熱温度が給湯温度に充分なまでに高まり、直接給湯温度が規定内に達すればタンク給湯運転を停止（ステップ８４ｂ）し、直接給湯運転（ステップ８１）単独にて給湯を継続する（ステップ８５）。

従って、貯湯タンク８の役割は、ヒートポンプ運転の加熱能力が、給湯温度（約４２℃）に充分な温度に達するまでの立上がり時の補助的なものであり、ヒートポンプ冷媒回路３０の能力、特に圧縮機１ａ、１ｂの出力が大きいほど、立上げ時間を短くでき、貯湯タンク８を小さくできる。

また、台所給湯と同時に風呂湯張りを行なう等のように複数箇所の同時使用に直接給湯のみで対応するには、圧縮機１ａ、１ｂの容量は、従来の貯湯式で一般に用いられている５ｋＷ程度に対し２０ｋＷ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、本発明の実施例においては、従来圧縮機の２倍程度の圧縮機を２個使用した２サイクルヒートポンプ方式３０ａ、３０ｂ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り、圧縮機の容量が充分であれば、１サイクルヒートポンプ方式においても本発明の適用・効果は変わらない。

次に、蛇口が閉じられて湯水使用が終了する（ステップ８６）と、タンク給湯運転が停止され直接給湯運転のみの場合であれば直接給湯運転を停止し、湯水使用直後でタンク給湯運転と直接給湯運転が併用されている場合は、直接給湯運転及びタンク給湯運転の両方を停止する。（ステップ８７）
更に、運転制御手段５０は、タンク給湯運転及び直接給湯運転を共に停止（ステップ８７）した後、貯湯運転（ステップ８８）を開始し、タンクサーミスタ８ａ〜８ｃによって貯湯温度、貯湯量を検知し、貯湯温度、貯湯量の規定値に対する判定（ステップ８９）を行ない、規定に達していない場合は貯湯運転（ステップ８８）を継続し、規定値内に達していればヒートポンプ運転を停止し、貯湯運転は終了する（ステップ９０）。

但し、タンクサーミスタ８ａ〜８ｃによる貯湯状態の検知は、常時行われており、極めて短時間使用のため給湯運転停止後でも貯湯タンク８に湯温、湯量共に所定値以上残っている場合は、貯湯量が充分と判断され貯湯運転（ステップ８８）は省略される。

以上のように、運転制御手段５０は、長時間放置して貯湯タンク８内の湯温が低下した場合、及びあらゆる給湯運転において目的とする運転を終了した後に、必ず所定の貯湯温度、貯湯量を確保するよう貯湯運転（ステップ８８）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８には常に所定温度の湯が所定量以上貯まっており、運転立上がり時の湯温低下や使用途中の湯切れの心配を解消できる。

図４は、貯湯運転中に湯水使用が行われた場合の動作を示すフローチャートの一実施例である。なお、貯湯運転及び湯水使用時の詳細動作については、前記図２、図３において説明しているので、各動作内容については省略する。

運転制御手段５０の制御により貯湯運転の指令が出る（ステップ９１）と、貯湯温度及び貯湯量の判定が行なわれ（ステップ９２）、規定内であれば貯湯運転を行なわず、貯湯温水が規定以下に減っていれば貯湯運転が開始される（ステップ９３）。

前記貯湯運転（ステップ９３）中に台所蛇口１６等の湯水使用により貯湯中断給湯運転指令が出る（ステップ９４）と、貯湯運転は一時中断し（ステップ９５）、貯湯中断給湯運転を優先的に開始する（ステップ９６）。

ここで、湯水使用時の一般的適温は約４２℃であり、ヒートポンプの給湯運転は湯水使用端末で４２℃になるよう加熱運転するが、貯湯中断給湯運転はこれより高い貯湯温度（冬期低温時は約９０℃）で加熱運転し、水を混ぜて湯水使用時の適温（約４２℃）に合わせて給湯する。

このときの貯湯中断給湯運転（ステップ９６）は、ヒートポンプの加熱温度を前記貯湯運転（ステップ９３）時の加熱温度のまま継続する。例えば、冬期低温時において貯湯温度が約９０℃で運転していた場合は、貯湯中断給湯運転も約９０℃出湯で運転し、湯水混合弁１３からの給水量によって給湯温度（約４２℃）に合わせてから台所蛇口１６等の使用端末に給湯する。

次に、湯水使用が終了して貯湯中断給湯運転が停止する（ステップ９７）と、貯湯運転を再開する（ステップ９７）。その後貯湯タンク８内の貯湯温度及び貯湯量を判定し（ステップ９９）、貯湯温度及び貯湯量共に規定値内に達すればヒートポンプ運転を停止し貯湯運転は終了する（ステップ１００）。

図４のフローチャートにおいて、台所使用、洗面使用、シャワー使用等の一般的給湯温度は季節に関係なく約４２℃が適当であるが、貯湯温度は、夏期、中間期等の通常貯湯温度は約６０〜６５℃とし、給水温度が低く貯湯タンク８内の貯湯の使用量が多い冬期低温時には約９０℃に上げることにより、給湯温度（約４２℃）との差を大きくし、貯湯熱容量を大きくしている。

前記のごとく本発明は、例えば、冬期低温時において貯湯運転中に湯水使用が行なわれた場合、貯湯中断給湯運転に切り換え、ヒートポンプは安定状態になった貯湯加熱温度（約９０℃）のまま継続運転し、湯水混合弁１３からの給水量によって給湯温度を調整するので、給湯温度（約４２℃）の安定時間が短縮できると共に、給湯終了後再貯湯運転に入った場合においてもヒートポンプが貯湯加熱温度（約９０℃）のまま継続運転しているので、湯水混合弁１３からの給水を止めるだけで直ちに貯湯を開始することができ、貯湯時間の短縮を図ることができる。

また、本発明の別案は、図４のフローチャートにおいて、ヒートポンプを貯湯加熱温度のまま継続運転する制御を冬期低温時の高温貯湯温度（約９０℃）のときのみに適用し、夏期、中間期等通常貯湯温度（約６０〜６５℃）のときは加熱温度を貯湯温度から給湯温度（約４２℃）に下げて給湯運転を行なうものであり、冬期低温時は給湯温度の安定時間及び貯湯時間の短縮を図り、その他の夏期、中間期等には給湯加熱温度を給湯温度に合わせて下げることによりヒートポンプ運転の成績係数（ＣＯＰ）を向上して省電力を図ることができる。

さらに、本発明の別案は、図４のフローチャートにおいて、貯湯運転中に湯水使用があった場合における貯湯中断給湯運転時のヒートポンプの加熱温度を、高温貯湯運転時は通常貯湯温度（約６０〜６５℃）以上で、且つ、高温貯湯温度（約９０℃）より低い所定温度とし、通常貯湯運転時は貯湯温度（約６０〜６５℃）から給湯温度（約４２℃）に合わせて貯湯中断給湯運転を行なうものであり、給湯温度の安定時間及び貯湯時間の短縮とヒートポンプ運転の成績係数向上による省電力のバランスした効果を得ることができる。

（第２の実施例）以下、本発明の第２の実施例について説明する。なお、部品構成及び貯湯運転、給湯運転は、前記図１〜図３で説明した第一の実施例と同等であるため説明を省略する。

図５は、本実施例における、貯湯運転中に湯水使用が行われた場合の動作を示すフローチャートであり、以下、図１の部品構成と合わせて説明する。

運転制御手段５０の制御により貯湯運転の指令が出る（ステップ１０１）と、貯湯温度及び貯湯量の判定が行なわれ（ステップ１０２）、規定内であれば貯湯運転を行なわず、貯湯温水が規定以下に減っていれば給湯混合弁１２は、水冷媒熱交換器２側と湯水混合弁１３側間、及び貯湯タンク８側と水冷媒熱交換器２側を共に開とすることにより水冷媒熱交換器２側と貯湯タンク８側間を開となるように作動し（ステップ１０３ａ）、貯湯運転が開始される（ステップ１０３）。なお、この時、台所蛇口１６等が閉じているため湯水混合弁１３側への湯水の流れは生じない。

貯湯運転（ステップ１０３）中に台所蛇口１６等の湯水使用により湯水使用開始指令が出る（ステップ１０４）と、ヒートポンプは給湯温度（約４２℃）よりも高い貯湯運転時の加熱温度のまま運転を続け、給湯混合弁１２は水冷媒熱交換器２側の出湯温度が給湯温度より充分高いので、貯湯タンク８側と湯水混合弁１３側間を閉じ、水冷媒熱交換器２側と湯水混合弁１３側間を開放するように作動する（ステップ１０４ａ）。従って、ヒートポンプ運転により水冷媒熱交換器２で加熱された温水の出湯は貯湯タンク８側から湯水混合弁１３側に切り換わる。同時に湯水混合弁１２は給湯サーミスタ１３ａによる給湯温度検知により、給湯温度が適温（約４２℃）になるよう、前記水冷媒熱交換器２で加熱され給湯混合弁１２を経て流入する温水に水を混ぜて調整する（ステップ１０４ｂ）。

次に台所蛇口１６等の湯水使用が終了し、湯水使用終了指令が出る（ステップ１０５）と、給湯混合弁１２は貯湯タンク８側と湯水混合弁１３間を開くことによって水冷媒熱交換器２側と貯湯タンク８側間を連通するように作動し（ステップ１０５ａ）、貯湯運転が継続される（ステップ１０３）。

その後貯湯タンク８内の貯湯温度及び貯湯量を判定し（ステップ１０６）、貯湯温度及び貯湯量共に規定内に達すればヒートポンプ運転を停止し貯湯運転は終了する（ステップ１０７）。

前記のごとく本発明は、貯湯運転中に湯水使用が行なわれた場合、運転モードを変えず貯湯運転を継続したまま、給湯混合弁１２の切り換え作動及び湯水混合弁１３の給水調整を行なうことによって、湯水使用に対応し、湯水使用終了後はそのまま貯湯運転を継続して貯湯時間の短縮を図ることができる。また、貯湯運転中に湯水使用が行なわれた場合、第１の実施例と同様にヒートポンプの加熱温度を変化させることにより、第１の実施例と同様の効果を得ることができる。

なお、本発明において、貯湯温度、給湯温度は所定値として説明したが、例えば、台所蛇口１６からの給湯温度を４２℃とする場合、水冷媒熱交換器２出口温度は水配管の熱損失を考慮して４５℃とする等、冷媒回路部品、給水回路部品および各配管における熱損失を考慮した各部の温度設定は本発明の効果を損なうものではなく、本発明はこれらの温度調整を包含するものである。

また、給湯開閉弁１２は水冷媒熱交換器２及び貯湯タンク８からの給湯を１個の弁で切換えるものであるが、本発明を限定するものではなく、同様の働きをするものであれば別の切換え方式であっても、あるいは２個の弁を使用しても本発明の効果に影響はない。

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、給湯回路、運転制御手段、及び部品の概略構成の一実施例を示す模式図である。 本発明のヒートポンプ給湯機における貯湯運転時の動作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運転時の動作を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施例におけるヒートポンプ給湯機の貯湯運転時に湯水使用が行なわれた場合の温度制御を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施例におけるヒートポンプ給湯機の貯湯運転時に湯水使用が行なわれた場合の温度制御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 冷媒側伝熱管
２ｃ，２ｄ 給水側伝熱管
２ｅ 熱交水入口サーミスタ
２ｆ 熱交水出口サーミスタ
３ａ，３ｂ 減圧装置
４ａ，４ｂ 蒸発器
５ 給水金具
６ 減圧弁
７ 給水水量センサ
７ａ 給水サーミスタ
８ 貯湯タンク
８ａ〜８ｃ タンクサーミスタ
９ 機内循環ポンプ
１０ 給水逆止弁
１１ 水熱交流量センサ
１２ 給湯混合弁
１２ａ 給湯混合水サーミスタ
１３ 湯水混合弁
１３ａ 給湯サーミスタ
１４ 流量調整弁
１５ 台所出湯金具
１６ 台所蛇口
１９ 風呂循環ポンプ
２３ 浴槽
２５ 風呂用熱交換器
２７ 風呂蛇口
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 (4)

1. 圧縮機、水と冷媒との熱交換を行なう水冷媒熱交換器、減圧装置、空気と冷媒との熱交換を行なう蒸発器を、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、
   前記水冷媒熱交換器、水冷媒熱交換器で加熱した温水を貯めておくための貯湯タンク、給湯混合弁、機内循環ポンプ、及びこれらの部品間を接続する水配管からなる貯湯回路と、
   前記水冷媒熱交換器、貯湯タンク、給湯混合弁、湯水混合弁、流量調整弁、出湯金具、及びこれらの部品間を接続する水配管からなる給湯回路と、
   前記圧縮機、減圧装置、機内循環ポンプ、給湯混合弁、湯水混合弁、流量調整弁の動作を制御する運転制御手段とを備え、
   前記給湯回路は、水冷媒熱交換器で加熱した温水を直接出湯金具から給湯する直接給湯回路を有し、
   前記運転制御手段は、貯湯運転中に湯水使用があった場合、貯湯運転を中断して湯水使用を優先し、前記貯湯運転時の加熱温度でヒートポンプを継続運転し水冷媒熱交換器で加熱した温水に水を加えて給湯する貯湯中断給湯運転を行なうように制御し、さらに、第１の貯湯温度で貯湯する貯湯運転中に湯水使用があった時は、該貯湯運転時の加熱温度で前記ヒートポンプを継続運転し、前記第１の貯湯温度よりも低い第２の貯湯温度で貯湯する貯湯運転中に湯水使用があった時は、前記ヒートポンプを給湯温度に見合った加熱温度に下げて前記貯湯中断給湯運転を行なうヒートポンプ給湯機。
2. 圧縮機、水と冷媒との熱交換を行なう水冷媒熱交換器、減圧装置、空気と冷媒との熱交換を行なう蒸発器を、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、
   前記水冷媒熱交換器、水冷媒熱交換器で加熱した温水を貯めておくための貯湯タンク、給湯混合弁、機内循環ポンプ、及びこれらの部品間を接続する水配管からなる貯湯回路と、
   前記水冷媒熱交換器、貯湯タンク、給湯混合弁、湯水混合弁、流量調整弁、出湯金具、及びこれらの部品間を接続する水配管からなる給湯回路と、
   前記圧縮機、減圧装置、機内循環ポンプ、給湯混合弁、湯水混合弁、流量調整弁の動作を制御する運転制御手段とを備え、
   前記給湯回路は、水冷媒熱交換器で加熱した温水を直接出湯金具から給湯する直接給湯回路を有し、
   前記運転制御手段は、貯湯運転中に湯水使用があった場合、貯湯運転を中断して湯水使用を優先し、前記貯湯運転時の加熱温度でヒートポンプを継続運転し水冷媒熱交換器で加熱した温水に水を加えて給湯する貯湯中断給湯運転を行なうように制御し、さらに、第１の貯湯温度で貯湯する第１の貯湯運転中に湯水使用があった時は、前記ヒートポンプの加熱温度を前記第１の貯湯温度よりも低い第２の貯湯温度で貯湯する第２の貯湯運転時の加熱温度以上で且つ前記第１の貯湯運転時の加熱温度よりも低い所定温度に下げて前記ヒートポンプを継続運転するヒートポンプ給湯機。
3. 圧縮機、水と冷媒との熱交換を行なう水冷媒熱交換器、減圧装置、空気と冷媒との熱交換を行なう蒸発器を、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、
   前記水冷媒熱交換器、水冷媒熱交換器で加熱した温水を貯めておくための貯湯タンク、給湯混合弁、機内循環ポンプ、及びこれらの部品間を接続する水配管からなる貯湯回路と、
   前記水冷媒熱交換器、貯湯タンク、給湯混合弁、湯水混合弁、流量調整弁、出湯金具、及びこれらの部品間を接続する水配管からなる給湯回路と、
   前記圧縮機、減圧装置、機内循環ポンプ、給湯混合弁、湯水混合弁、流量調整弁の動作を制御する運転制御手段とを備え、
   前記給湯回路は、水冷媒熱交換器で加熱した温水を直接出湯金具から給湯する直接給湯回路を有し、
   前記運転制御手段は、貯湯運転中に湯水使用があった場合、ヒートポンプはそのまま継続運転し、給湯混合弁は、水冷媒熱交換器側と貯湯タンク側を閉じ、水冷媒熱交換器側と湯水混合弁側を開き、水冷媒熱交換器で加熱した高温水に水を加えて給湯するように制御し、さらに、第１の貯湯温度で貯湯する貯湯運転中に湯水使用があった時は、該貯湯運転時の加熱温度で前記ヒートポンプを継続運転し、前記第１の貯湯温度よりも低い第２の貯湯温度で貯湯する貯湯運転中に湯水使用があった時は、前記ヒートポンプを給湯温度に見合った加熱温度に下げて運転するヒートポンプ給湯機。
4. 圧縮機、水と冷媒との熱交換を行なう水冷媒熱交換器、減圧装置、空気と冷媒との熱交換を行なう蒸発器を、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、
   前記水冷媒熱交換器、水冷媒熱交換器で加熱した温水を貯めておくための貯湯タンク、給湯混合弁、機内循環ポンプ、及びこれらの部品間を接続する水配管からなる貯湯回路と、
   前記水冷媒熱交換器、貯湯タンク、給湯混合弁、湯水混合弁、流量調整弁、出湯金具、及びこれらの部品間を接続する水配管からなる給湯回路と、
   前記圧縮機、減圧装置、機内循環ポンプ、給湯混合弁、湯水混合弁、流量調整弁の動作を制御する運転制御手段とを備え、
   前記給湯回路は、水冷媒熱交換器で加熱した温水を直接出湯金具から給湯する直接給湯回路を有し、
   前記運転制御手段は、貯湯運転中に湯水使用があった場合、ヒートポンプはそのまま継続運転し、給湯混合弁は、水冷媒熱交換器側と貯湯タンク側を閉じ、水冷媒熱交換器側と湯水混合弁側を開き、水冷媒熱交換器で加熱した高温水に水を加えて給湯するように制御し、さらに、第１の貯湯温度で貯湯する第１の貯湯運転中に湯水使用があった時は、前記ヒートポンプの加熱温度を前記第１の貯湯温度よりも低い第２の貯湯温度で貯湯する第２の貯湯運転時の加熱温度以上で且つ前記第１の貯湯運転時の加熱温度よりも低い所定温度に下げて前記ヒートポンプを継続運転するヒートポンプ給湯機。

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