JP5034569B2 - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Description

本発明は、ヒートポンプ方式のヒートポンプ給湯機に関するものであり、特に給湯水の加熱運転に際して、給湯水の加熱運転を行いながら、除霜運転を行うことができるヒートポンプ給湯機に関するものである。

従来、給湯機としては、ガスや石油を燃料として用い、その燃焼熱で水道水を加熱する給湯機が使用されてきた。

これらは、速湯性に優れているという利点がある半面、ガス、石油といった燃料が必要でその供給が不可欠であること、燃焼後の排気ガスが大気に放出され大気汚染を招くこと、燃焼時の音が大きいことなどの課題があった。

特に近年増えている、エネルギー源を全て電気で行うというオール電化の住宅やマンションでは、燃料を供給する方法がないため、使用できないケースも増えてきている。

そこで、貯湯タンクを備えた貯湯式のヒートポンプ式給湯機が開発されている。これは、燃焼による給湯機の問題を解決し、オール電化の住宅、マンションでも新たなインフラ整備を必要としないで手軽に設置することができ、ヒートポンプ式であるため、入力に対する能力は３倍以上確保することが可能となり、熱効率が良く、運転に際しては安価な深夜電力を用いて、貯湯タンクに高温の湯を貯めることが可能となり、ランニングコストも安価となるなどと言う特長を持ち、徐々に普及してきている。

このような給湯機として、図４とともに説明する。

このヒートポンプ式給湯機は、図４に示すように、給湯サイクル７１と冷媒サイクル７２を備え、それぞれ別の本体ユニットである。給湯サイクル７１を含む貯湯ユニットと冷媒サイクル７２を含むヒートポンプユニットの二箱に入れられている。

この給湯サイクル７１は、底壁に設けられた給水口７３と上壁に設けられた給湯口７４を有する貯湯タンク７５と、水熱交換路７６と、水循環用ポンプ７７とを備え、水熱交換路７６と水循環用ポンプ７７が、貯湯タンク７５の取水口７８と湯入口７９とを連結する循環路８０に介設されている。

また、冷媒サイクル７２は、圧縮機８１と、熱交換路７６を構成する水−冷媒熱交換器８２と、減圧機構８３と、冷媒蒸発器である空気−冷媒熱交換器８４とを順に冷媒通路８５で接続して構成する冷媒サイクルを備える。

更に、給湯サイクル７１と冷媒サイクル７２は、室外側に配設されている連絡配管８６，８７にて連結される。そして、給水口７３から給水し、水循環用ポンプ７７にて循環路７８に流出させた低温水を水−冷媒熱交換器８２（即ち、水熱交換路７６）で沸き上げ、給湯口７４から出湯する構成となっている（例えば、特許文献１参照）。

そして、このヒートポンプ給湯機は、夜間の安価な電力を利用してエネルギー効率の良い冷媒サイクル（ヒートポンプ回路）７２を運転し、貯湯タンク７５内の水を水順間ポンプ７７で循環させながら水−冷媒熱交換器８２で所定の湯温になるまで温め、所定の湯温
に達したことを検知して、冷媒サイクル７２の運転を停止するようにしている。

通常給湯口７４で湯を使用する際には、貯湯タンク７５内の湯温より低温の水道水と混合して、使用者の所望する適切な温度にして、温水を供給することになるので、貯湯タンク７５に貯湯する湯の温度はできるだけ高くする方が良く、それにより温度を下げるために加える水道水の量を多くして、貯湯タンク７５から取り出す湯の量を少なくするようにして、湯切れなどの不具合が生じにくいようにしている。

ただし、この冷媒サイクルにおいて、初冬などの外気温度が低く、比較的多湿の環境下で運転を行うと、外気と熱交換する冷媒蒸発器である空気−冷媒熱交換器８４に着霜が発生するため、着霜した霜を取り除くための除霜運転が必要となる。その除霜方法としては、いわゆるホットガスバイパス方式と呼ばれているもの（例えば、特許文献２参照）と共に、図５に示すような、冷媒サイクルに冷媒加熱手段を設けると共に、除霜運転時に冷媒加熱手段にて冷媒の加熱を行うことにより、除霜を行うものが提案されている（例えば、特許文献３参照）。

これは、冷媒サイクル７２の低圧側に冷媒加熱ヒータ８８を設けるとともに、制御装置８９は、除霜運転時に冷媒加熱ヒータ８８にて冷媒の加熱を行っている。水−冷媒熱交換器８２の熱容量によって初期的には高温冷媒が温度低下してしまい除霜能力が十分確保されない場合があるが、そこでこの高温側からの冷媒の熱エネルギーに加え、低圧側に冷媒加熱ヒータ８８などの冷媒加熱手段を設けて、冷媒を直接加熱することにより、除霜能力を格段に向上させて除霜時間を短縮しようというものである。
特開２００３−２２２３９２号公報 特公平７−９９２９７号公報 特開２００５−１８０８６９号公報

しかしながら、上記特許文献１、特許文献２の構成では、冷媒サイクル７２の空気−冷媒熱交換器８４に着霜した場合には、除霜するまでに多くの時間を要することとなり、貯湯タンク７５の残湯量が減じたい際に、除霜運転に入った場合は、貯湯タンク７５から給湯できないために、給湯運転を停止せざるを得ないという課題を有している。

また、特許文献３の構成でも同様に、除霜運転に入ると、減圧機構８３である電動膨張弁をほぼ全開とし、さらに水循環用ポンプ７７を停止させ、水熱交換器８２での熱交換を抑える。それから圧縮機８１の回転数を調整する。それにより、高温のままの冷媒が減圧装置８３で減圧されて、空気熱交換器（蒸発器）へ送られ、除霜が行われる。

その際に、冷媒加熱ヒータ８８で冷媒を加熱して、除霜能力を高めているものである。

ところが、水熱交換器８２での熱交換を抑えるために、水循環ポンプ７７を停止させているために、貯湯タンク７５の残湯量が減じた際に、除霜運転に入った場合は、貯湯タンク７５から給湯できないために、給湯運転を停止せざるを得ないという課題を有している。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、冷媒サイクルが簡易なバイパス回路で構成でき、除霜を短時間で行うことができるとともに、貯湯タンクの残湯量がかなり減じている場合にも、給湯運転を継続しながら、除霜運転を実施できる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、圧縮機、放熱器、減圧手段および空気−冷媒熱交換器を順次接続して閉回路を構成し、冷媒を循環させるヒートポンプ式冷媒サイクルと、前記放熱器と熱交換を行う水−冷媒熱交換器と、前記圧縮機と前記放熱器の間と、前記減圧手段と前記空気−冷媒熱交換器の間を連結する第１バイパス回路と、前記減圧手段と前記放熱器の間と、前記圧縮機と前記空気−冷媒熱交換器の間を連結する第２バイパス回路を設け、前記第１バイパス回路には第１二方弁を設け、前記第２バイパス回路には、第２二方弁と冷媒加熱装置を直列に設け、前記空気−冷媒熱交換器の除霜を行う際には、前記圧縮機の回転数を可変しつつ、前記第１バイパス回路の第１二方弁を開放して前記空気−冷媒熱交換器に冷媒を通過させる第１バイパス回路運転を行い、任意の時間後に、前記第２バイパス回路の二方弁を開放して、前記冷媒加熱装置で加熱された冷媒を前記圧縮機の吸入側に流す第２バイパス回路運転を行うことを特徴とするものである。

本発明によれば、冷媒サイクルが簡易なバイパス回路で構成でき、除霜を短時間で行うことができるとともに、貯湯タンクの残湯量がかなり減じている場合にも、給湯運転を継続しながら、除霜運転を実施することができ、使用者に対して、使用継続性に優れたヒートポンプ給湯機を提供できると共に、湯切れの心配がなくなるので貯湯タンクの容量を小さくすることが可能となり、コンパクトな本体構成とすることができる。

第１の発明は、圧縮機、放熱器、減圧手段および空気−冷媒熱交換器を順次接続して閉回路を構成し、冷媒を循環させるヒートポンプ式冷媒サイクルと、前記放熱器と熱交換を行う水−冷媒熱交換器と、前記圧縮機と前記放熱器の間と、前記減圧手段と前記空気−冷媒熱交換器の間を連結する第１バイパス回路と、前記減圧手段と前記放熱器の間と、前記圧縮機と前記空気−冷媒熱交換器の間を連結する第２バイパス回路を設け、前記第１バイパス回路には第１二方弁を設け、前記第２バイパス回路には、第２二方弁と冷媒加熱装置を直列に設け、前記空気−冷媒熱交換器の除霜を行う際には、前記圧縮機の回転数を可変しつつ、前記第１バイパス回路の第１二方弁を開放して前記空気−冷媒熱交換器に冷媒を通過させる第１バイパス回路運転を行い、任意の時間後に、前記第２バイパス回路の二方弁を開放して、前記冷媒加熱装置で加熱された冷媒を前記圧縮機の吸入側に流す第２バイパス回路運転を行うことを特徴とするものである。

これにより、前記空気−冷媒熱交換器の除霜を行う際には、前記第１バイパス回路の二方弁を開放して前記空気−冷媒熱交換器に冷媒を通過させる第１バイパス回路運転と共に、前記第２バイパス回路の二方弁を開放して、前記冷媒加熱装置で加熱された冷媒を前記圧縮機の吸入側に流す第２バイパス回路運転を行うことが可能となり、給湯運転を行ないながら除霜運転を実施することができる。

そのため、貯湯タンクの残湯量がかなり減じている場合にも、給湯運転を継続しながら、除霜運転を実施できることにより、貯湯タンクの容量を小さくすることが可能となり、ひいては筐体を小さくすることにより、設置性の大幅な向上を図ることができる。

また、冷媒サイクル中全体冷媒の一部を除霜用に利用することにより、冷媒加熱装置に極端に多くの冷媒が流れないことから、冷媒加熱装置をコンパクトにすることができ、合理化を図ることができる。

この構成により、第１のバイパス回路と第２のバイパス回路の二方弁を開放にすると圧縮機の吸入側の圧力が急上昇して、冷媒循環量が増し、圧縮機のオイルが多く吐出してし
まうこのときに、第２バイパス回路の二方弁を開放にする運転を一定時間遅らせて、動作させることで、圧縮機の吸入側の低圧上昇を抑え、オイル吐出を最小限にすることで圧縮機の信頼性を高くすることもでき、耐久性に優れたヒートポンプ給湯機とすることもできる。

第２の発明は、第１の発明のヒートポンプ給湯機において、冷媒加熱装置は、電熱線を用いたヒータとしたことを特徴とするものであり、配管構成を簡素化でき、耐久性に優れたヒートポンプ給湯機とすることができる。

第３の発明は、第１または第２の発明のヒートポンプ給湯機において、前記水−冷媒熱交換器で加熱された温水は、貯湯タンクに貯湯されると共に、前記貯湯タンクを介さずに給湯端末へ直接通水できるようにも構成したことを特徴とするものである。

この構成により、水−冷媒熱交換器で暖められた水道水は、貯湯タンクに給湯することができるとともに、一方で貯湯タンクを介さずに蛇口やシャワー等の給湯端末へ直接通水されるので、速湯性に優れ、使い勝手が良く、湯切れの心配もないヒートポンプ給湯機を提供することができる。

また、運転立ち上がり当初は貯湯タンクから給湯し、圧縮機が最適運転周波数になった後には、ダイレクトに給湯するという瞬間湯沸かし型のヒートポンプ給湯機とすることが可能となり、使用性に優れたヒートポンプ給湯機とすることができる。そして、その際に、給湯運転しながら除霜運転ができることにより、たとえ貯湯タンクの残湯量が減じたときでも、連続で給湯運転が可能となり、使用性を大幅に向上させることができる。

第４の発明は、第１〜第３の発明のヒートポンプ給湯機において、前記ヒートポンプ式冷媒サイクルと、水−冷媒熱交換器と接続され、前記水−冷媒熱交換器で加熱された温水を貯湯する貯湯タンクと、水道水を供給する入水管と、加熱された温水を給湯端末へ通水するように接続した給湯管を備えた給湯サイクルを一体の筐体としたことを特徴とするものである。

この構成により、前記冷媒加熱部と貯湯タンクを近接させることができ、熱損失を減じたままで、効率よく蓄熱体に蓄熱させることが可能となり、省エネ性の向上を図ることができる。

第５の発明は、第１〜第４のいずれかの発明のヒートポンプ給湯機において、冷媒として炭酸ガスを用いて構成したものあり、この構成により、高温給湯の際の熱効率を高めるとともに、冷媒が外部に漏れても、地球温暖化に及ぼす影響を、一般的エアコンに用いられているＲ−４１０Ａの冷媒に比して大幅に低減することができ、環境に優しく、リサイクル性にも優れたヒートポンプ給湯機とすることができる。

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。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態における回路構成図を示す。

図１に示すように、本実施の形態のヒートポンプ給湯機は、一体の筐体であるヒートポンプ給湯機本体ユニット１内に冷媒サイクル２および貯湯タンク１７を含む給湯サイクル３を収納している。

冷媒サイクル２には、ヒートポンプ給湯機本体ユニット１内部に配設された圧縮機４と
、放熱器５と、例えば電動膨張弁から成る減圧手段６と、冷媒蒸発器である空気−冷媒熱交換器７とが冷媒配管８で環状に接続されて構成されている。

また、空気−冷媒熱交換器７に風を当て、蒸発能力を高めるための送風ファン９が設けられている。そして、圧縮機４と放熱器５との間の配管８ａと、減圧手段６と空気−冷媒熱交換器７の配管８ｂを連結する第１バイパス回路１１が配されている。そして、この第１バイパス回路１１の中途には、第１二方弁１２が設けられている。また、圧縮機４と空気−冷媒熱交換器７の間の配管８ｃと、放熱器５と減圧手段６の間の配管８ｄを連結する第２バイパス回路１３が設けられており、この第２バイパス回路１３の中途には、圧縮機４に近い方に冷媒加熱装置１４と、第２二方弁１５が設けられている。そして、冷媒加熱装置１４は、第２バイパス回路１３の配管１３ａを螺旋状にした１３ｂを設け、その螺旋状１３ｂの外周を覆うようなアルミ鋳物を設け、螺旋状１３ｂの近傍部にヒータ１４ａを配した構成となっている。

一方、給湯サイクル３は、放熱器５と熱交換を行って水道水などを温水に変える水−冷媒熱交換器１６（例えば、放熱器５と一体形状となっている二重管構造の熱交換器）と、水−冷媒熱交換器１６にて得た温水を貯める貯湯タンク１７と、貯湯タンク１７や水−冷媒熱交換器１６に水道水を入水する入水管１８と、貯湯タンク１７や水−冷媒熱交換器１６から温水を蛇口１９ａやシャワー１９ｂの給湯端末に給湯する給湯管２０と、貯湯タンク１７内の低温の水を送水する給湯循環水ポンプ２１から構成されている。タンク入水管２２は、入水管１８から水道水を貯湯タンク１７に送る配管である。水道水供給管２３は、入水管１８から放熱器５（水−冷媒熱交換器１６）に水道水を直接供給する配管である。

熱交給水管２４は、貯湯タンク１７から水−冷媒熱交換器１６に、給湯循環水ポンプ２１の運転により、貯湯タンク１７内の下方に貯まった低温水を送る配管であり、貯湯管２５は、水−冷媒熱交換器１６で暖めた水道水を、貯湯タンク１７や、元混合弁２６に送る配管であり、貯湯タンク側配管２５ａの途中には貯湯三方弁２７が設けられている。

また、タンク給湯管２８は貯湯タンク１７から高温水（通常は６０℃〜９０℃）を元混合弁２６へ給湯する配管であり、元混合弁２６は、貯湯管２５（元混合弁側配管２５ｂ）とタンク給湯管２８とから来る温水や水を混合させる弁である。また、給湯混合弁２９は、元混合弁２６を通過した温水と、入水管１８から供給される水道水とを混合し、適切な給湯温度を得、蛇口１９ａやシャワー１９ｂに供給する弁である。

そして、給湯混合弁２９にて最適温度となった温水が、給湯管２０を介して、蛇口１９ａやシャワー１９ｂに給湯されるのである。

同じく元混合弁２６を通過した温水と、入水管１８から供給される水道水は、風呂注湯混合弁３０で混合され、適切な給湯温度を得、風呂３１に注湯する弁である。風呂注湯混合弁３０にて最適温度となった温水が、風呂注湯管３２を介し、逆流防止弁３２ａを通過して、風呂３１に注湯され、風呂に湯をはることになる。

風呂注湯混合弁３０から風呂３１へと湯が向かう際には風呂熱交換器３３を通過することになる。風呂熱交換器３３は、風呂３１内の湯を追炊きする際に用いる熱交換器であり、風呂３１から、浴槽出湯管３４ａを介して、風呂循環水ポンプ３５で風呂から湯を引き込み、その湯と、貯湯タンク１７から追炊きポンプ３６で引き込んだ貯湯タンク１７内の高温水とを熱交換して、浴槽入湯管３４ｂで風呂へ戻すことにより、風呂３１の温度を一定に保つ保温運転や、風呂３１の湯量を足さなくても湯温を上昇させる追炊き運転を行う。つまり、風呂熱交換器３３は、水−水熱交換器となっているわけである。

また、入水流量計３７は、入水流量を測定する計器であり、給湯流量計３８は給湯流量を測定する計器である。排出弁３９は、寒冷地等にて長期間使用しない場合に、凍結防止等でタンク内の水を抜くために用いる弁であり、４０ａは貯湯タンク１７の圧力逃がし弁、４０ｂは貯湯タンク１７の缶体保護弁である。

以下、図面に基づいて、上記ヒートポンプ給湯機の動作を説明する。

通常の運転を開始する際には、第１バイパス回路１１の第１二方弁１２と、第２バイパス回路１３の第２二方弁１５は閉じている。圧縮機４が起動し、高圧まで圧縮されて吐出された冷媒は、放熱器５（水−冷媒熱交換器１６）に送られ、水道水供給管２３を通ってきた水道水と熱交換して放熱する。これにより、貯湯管２５、元混合弁２６に流れる水道水は高温に加熱される。

放熱器５（水−冷媒熱交換器１６）から流出する冷媒は、減圧手段６にて減圧膨張され、空気−冷媒熱交換器７に送られ、送風ファン９にて送られた空気と熱交換して、空気−冷媒熱交換器７を通過する間に、蒸発してガス化する。このガス化した冷媒は、再度圧縮機４に吸入され、再度圧縮される過程を繰り返し、徐々に加熱された水道水は、元混合弁側配管２５ｂ、元混合弁２６を通り、蛇口１９ａ、シャワー１９ｂに給湯したり、風呂３１に注湯されたりする。

その際に、冷媒サイクル２は立ち上がりが遅く、速湯性に劣っているため、貯湯タンク１７によってその立ち上がりの悪さを補っている。すなわち、冷媒サイクル２が立上って、所定の給湯温度となるまでの間は、高温に保たれた貯湯タンク１７からタンク給湯管２５を通過してきた温水と、まだ立ち上がっていない水−冷媒熱交換器１６を通過してきた水（徐々に温度が上がり高温となる水）とを、元混合弁２６で混合し、さらに給湯混合弁２９、風呂注湯混合弁３０で入水管１８を通ってきた水道水と混合して、所定の温度の給湯あるいは注湯を行う。

次に冷媒サイクルが立ち上がってくると、元混合弁２６の開度を調整し、貯湯タンク１７からの高温の温水と、水−冷媒熱交換器１６からの温水を適温に混合し、給湯混合弁２９や、風呂注湯混合弁３０に送り、給湯混合弁２９や風呂注湯混合弁３０で入水管１８を通ってきた水道水と混合して給湯する。

最終的には、元混合弁２６の開度を調整して、タンク給湯管２５側を閉じて、貯湯タンク１７からタンク給湯管２５を通過してきた温水は用いず、入水管１８、水道水供給管２３を通ってきた水道水を冷媒サイクル２の水−冷媒熱交換器１６で加熱して得た温水を、元混合弁２６を介して、給湯混合弁２９、風呂注湯混合弁３０へ送り、入水管１８を通ってきた水道水と、混合し、所定の温度を得て、蛇口１９ａ、シャワー１９ｂへの給湯や、風呂３１への注湯を行う。

即ち、冷媒サイクル２の制御装置４１、給湯サイクルの制御装置４２によって、冷媒サイクル２の立ち上がり状態を把握し、元混合弁２６や給湯混合弁２９、風呂注湯混合弁３０の開度を調整し、所定温度の温水を給湯端末に供給する制御が行われる。

また、使用者が、蛇口１９ａ、シャワー１９ｂを閉じるか、あるいは風呂３１に適量の湯が溜まって給湯する必要がなくなると、給湯循環水ポンプ２１を駆動させ、貯湯三方弁２７を開き、次回の給湯運転のために、貯湯タンク１７に高温の温水を貯湯する貯湯運転が行われる。

このように冷媒サイクル２の立ち上がり状態に応じて、貯湯タンク１７に貯めた温水を用いて給湯端末（蛇口１９ａ、シャワー１９ｂ、風呂３１）へ給湯、注湯したり、貯湯タンク１７を介さずに水−冷媒熱交換器１６で加熱して得た温水を給湯端末へ直接給湯したりすることができる構成としている。

これにより本実施の形態では、リアルタイム給湯を可能とし、使用者が給湯したいときに給湯ができる速湯性能を確保することができ、使い勝手の良いヒートポンプ給湯機を提供することができる。換言すれば、この速湯性能の確保によって、貯湯タンク１７の容量を貯湯式のヒートポンプ給湯機のそれよりも小さいものとすることができ、それはひいては、本体ユニット１のコンパクト化につながり、設置性の大幅な向上、コストダウン、使用性の向上を実現できることにもなる。

また、貯湯タンクの残湯量が減じた場合にも、貯湯タンク１７を介さないで、水−冷媒熱交換器１６で加熱した温水をそのまま、給湯端末へ直接給湯することとなる。ところが、その時に、空気−冷媒熱交換器７が着霜している場合には、熱交換されないために、温水が供給されないこととなる。そこで、その際には図２に示したような、タイムチャート図に則って、第１二方弁、第２二方弁、冷媒加熱装置などの運転が行われる。

空気−冷媒熱交換器７につながった配管７ａに配された、温度センサー７ｃ、７ｄと、制御装置４１による除霜開始判断手段で、除霜開始という判断がなされると、ステップ１にて、第１バイパス回路１１にある、第１二方弁１２に通電され、第１ニ方弁１２が開かれる。それに合わせて、電動膨張弁から成る減圧手段６が閉塞状態または、ほぼ閉塞状態まで閉じられ、さらに圧縮機４の回転数が徐々に下げられる。

次にステップ２で、圧縮機４の回転数が所定の回転数まで下がると、第２バイパス回路１３の第２二方弁１５が開かれ、冷媒加熱装置１４のヒータ１４ａに通電される。それと共に、さらに送風ファン９が停止される。圧縮機４の回転数を下げてから、冷媒加熱装置１４のヒータ１４ａに通電させるのは、冷媒加熱装置１４により電流容量が高くなり、ブレーカーが落ちることを防ぐためであり、あるいはそれを見越して電流容量を高めに設定する必要をなくすためである。

ステップ３で、冷媒加熱運転に移行し、それと同時に除霜運転も行う。冷媒加熱運転は、冷媒加熱装置１４のヒータ１４ａで加熱された冷媒が、配管８ｃを介し、圧縮機４に送られ、圧縮機４は冷媒搬送運転を行う。それにより、冷媒加熱装置で加熱された冷媒は、放熱器５に送られ、第２二方弁１５を介して、冷媒加熱装置１４に送られ再び、加熱される。

放熱器５では、入水管１８を通ってきた水道水を冷媒サイクル２の水−冷媒熱交換器１６で加熱して得た温水を、元混合弁２６を介して、給湯混合弁２９、風呂注湯混合弁３０へ送り、入水管１８を通ってきた水道水と、混合し、所定の温度を得て、蛇口１９ａ、シャワー１９ｂへの給湯や、風呂３１への注湯を行う。

ただし、冷媒加熱装置１４はヒータ１４ａで冷媒を加熱し、それを放熱器５で熱交換するために、注湯される温度は若干低下する傾向があるが、停止してしまうよりは十分に使用性に優れた使い方ができることとなる。また、除霜運転は、圧縮機４から送られた高温の冷媒は、配管８ａを介し、第１バイパス回路１１を通り、第１二方弁１２を通過して、配管８ｂを通り、空気−冷媒熱交換器７に送られ、空気−冷媒熱交換器７の除霜が行われる。配管８ｂには第１バイパス回路１１と空気−冷媒熱交換器７の間には、絞り配管８ｅがあり、減圧装置である電動膨張弁６の作動性を安定化させている。

ステップ４で、除霜終了と共に、冷媒加熱装置１４はヒータ１４ａの通電がＯＦＦとなり、第２二方弁１５も閉じられ、圧縮機４は所定の回転数まで徐々に戻され、減圧装置である電動膨張弁６は所定の開度まで徐々に開かれ、送風ファン９も所定の回転数で回転がされる。

ステップ５で、第１二方弁１２が閉じられ、除霜する前の状態に戻り、通常のヒートポンプ運転となり、貯湯が行われることとなる。

このように、貯湯タンク１７の残湯量がかなり減じている場合にも、給湯運転を継続しながら、除霜運転を実施できることにより、使用性の大幅な向上を図ることができる。

また、貯湯タンク１７を使用する機会が減ずるために、貯湯タンク１７をコンパクトにすることが出き、ひいては筐体をコンパクトにすることも可能となり、設置性の大幅な向上を図ったヒートポンプ給湯機とすることができる。

また、図２のタイムチャートで示したように空気−冷媒熱交換器７の除霜を行う際には、圧縮機４の回転数を可変しつつ、第１バイパス回路１１の第１二方弁１２を開放して空気−冷媒熱交換器７に冷媒を通過させる第１バイパス回路運転を行い、その後、任意の時間後に、第２バイパス回路１３の第２二方弁１５を開放して、冷媒加熱装置１４で加熱された冷媒を圧縮機４の吸入側に流す第２バイパス回路運転を行う運転をすることにより、第１バイパス回路１１と第２バイパス回路１３の二方弁を同時に開放にすると圧縮機４の吸入側の圧力が急上昇して、冷媒循環量が増し、圧縮機４のオイルが多く吐出してしまうが、第２バイパス回路１３の二方弁を開放にする運転を一定時間遅らせて、動作させることで、圧縮機４の吸入側の低圧上昇を抑え、オイル吐出を最小限にすることで圧縮機の信頼性を高くすることもでき、耐久性に優れたヒートポンプ給湯機とすることもできる。

さらに、冷媒加熱装置１４は、電熱線を用いたヒータ１４ａとしているので、ＯＮ−ＯＦＦ通電が容易であり、配管構成を簡素化でき、耐久性に優れたヒートポンプ給湯機とすることができる。

図３は、本体ユニット１の斜視内観図を示したものであり、冷媒加熱装置１４は、放熱器５（水−冷媒熱交換器１６）に隣接した本体ユニット１の下方に配されている。これは、冷媒加熱装置１４が配管１３ａを螺旋状にした１３ｂの外周を覆うようなアルミ鋳物を設けており、質量が大きいために、下方に配しているわけである。

また、このヒートポンプ給湯機では、冷媒として炭酸ガスを用いているので、万一冷媒が外部に漏れたとしても、地球温暖化に及ぼす影響を、一般的エアコンに用いられているＲ−４１０Ａの冷媒に比して大幅に低減することができ、環境に優しいヒートポンプ給湯機とすることができる。

以上のように、本発明のヒートポンプ給湯機は、圧縮機４、放熱器５、減圧手段６および空気−冷媒熱交換器７を順次接続して閉回路を構成し、冷媒を循環させるヒートポンプ式冷媒サイクルと、放熱器５と熱交換を行う水−冷媒熱交換器１６と、圧縮機４と放熱器５の間と、減圧手段６と空気−冷媒熱交換器７の間を連結する第１バイパス回路１１と、減圧手段６と放熱器５の間と、圧縮機４と空気−冷媒熱交換器７の間を連結する第２バイパス回路１３を設け、それらを一体の筐体１に配し、第１バイパス回路には第１二方弁１２を設け、第２バイパス回路には第２二方弁１５と、ヒータ１４ａにより加熱する冷媒加熱装置１４を直列に設け、空気−冷媒熱交換器７の除霜を行う際には、第１バイパス回路１１の第１二方弁１２を開放して空気−冷媒熱交換器７に冷媒を通過させる第１バイパス回路運転させ、その後に、第２バイパス回路１３の第２二方弁１５を開放して、冷媒加熱
装置１４で加熱された冷媒を圧縮機４の吸入側に流す第２バイパス回路運転を行うことを特徴とするものであり、給湯運転をしつつ、除霜運転ができることにより、使用性に優れ、さらに貯湯タンクの小型化を図ることも可能となり、コンパクト性にも優れたヒートポンプ給湯機とすることができる。

以上のように、本発明は、ヒートポンプサイクルで温水を生成して給湯するヒートポンプ給湯機に適用され、例えば、家庭用の瞬間湯沸し器や、業務用の給湯装置などに適している。

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回路構成図 同ヒートポンプ給湯機のタイムチャート 同ヒートポンプ給湯機の斜視内観図 従来のヒートポンプ給湯機の回路構成図 従来のヒートポンプ給湯機の他の回路構成図

１ 本体ユニット（筐体）
２ 冷媒サイクル
３ 給湯サイクル
４ 圧縮機
５ 放熱器
６ 減圧手段（電動膨張弁）
７ 空気−冷媒熱交換器
９ 送風ファン
１１ 第１バイパス回路
１２ 第１二方弁
１３ 第２バイパス回路
１４ 冷媒加熱装置
１４ａ ヒータ
１５ 第２二方弁
１６ 水−冷媒熱交換器
１７ 貯湯タンク
１８ 入水管
１９ａ 蛇口（給湯端末）
１９ｂ シャワー（給湯端末）

Claims (5)

1. 圧縮機、放熱器、減圧手段および空気−冷媒熱交換器を順次接続して閉回路を構成し、冷媒を循環させるヒートポンプ式冷媒サイクルと、前記放熱器と熱交換を行う水−冷媒熱交換器と、前記圧縮機と前記放熱器の間と、前記減圧手段と前記空気−冷媒熱交換器の間を連結する第１バイパス回路と、前記減圧手段と前記放熱器の間と、前記圧縮機と前記空気−冷媒熱交換器の間を連結する第２バイパス回路を設け、前記第１バイパス回路には第１二方弁を設け、前記第２バイパス回路には、第２二方弁と冷媒加熱装置を直列に設け、前記空気−冷媒熱交換器の除霜を行う際には、前記圧縮機の回転数を可変しつつ、前記第１バイパス回路の第１二方弁を開放して前記空気−冷媒熱交換器に冷媒を通過させる第１バイパス回路運転を行い、任意の時間後に、前記第２バイパス回路の二方弁を開放して、前記冷媒加熱装置で加熱された冷媒を前記圧縮機の吸入側に流す第２バイパス回路運転を行うことを特徴とするヒートポンプ給湯機。
2. 前記冷媒加熱装置としてヒータを用いた請求項１に記載のヒートポンプ給湯機。
3. 前記水−冷媒熱交換器で加熱された温水は、貯湯タンクに貯湯されると共に、前記貯湯タンクを介さずに給湯端末へ直接通水できる構成も具備したことを特徴とする請求項１または２に記載のヒートポンプ給湯機。
4. 前記ヒートポンプ式冷媒サイクルと、前記水−冷媒熱交換器と接続され、前記水−冷媒熱交換器で加熱された温水を貯湯する前記貯湯タンクと、水道水を供給する入水管と、加熱された温水を給湯端末へ通水するように接続した給湯管を備えた給湯サイクルを一体の筐体に納めた請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。
5. 前記冷媒として炭酸ガスを用いたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。

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