JP5069955B2 - ヒートポンプ式給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、ヒートポンプサイクルで焚いた湯を貯湯した後、使用に供するヒートポンプ式給湯装置に関する。

従来の給湯装置は、たとえば特許文献１に記載されているように、ヒートポンプサイクルの放熱器の放熱で水を加熱して湯として貯湯タンクに貯め、この貯められた湯を供給している。
特開２００２−２４３２７４公報

この様なヒートポンプ式給湯装置の貯湯タンクでは、温度成層（すなわち、貯湯タンクの上部に高温層が、また、下部に低温層）が形成されている。そして、貯湯タンクの下部の低温層の水を貯湯回路に導き、ヒートポンプサイクルの放熱器で加熱して高温の湯とした後に、貯湯タンクの上部に戻している。

ところで、ヒートポンプサイクルの起動時などでは、運転停止の時間が長く、また、外気温が低い時は放熱器の温度も低く、貯湯回路中の低温の水が貯湯タンクの上部に戻され、また水をあまり加熱できず、貯湯回路に導かれた貯湯タンク下部の低温層の水が温度の低いまま、貯湯タンクの上部に戻ることになる。この様に、貯湯タンクの上部の高温層に、低温の水が流れ込むと、この流れ込んだ比重の重い低温の水が周囲の高温の湯を冷却しながら、貯湯タンクの下部へと流れることになり、貯湯タンクの温度成層が乱れるおそれがある。

解決しようとする問題点は、ヒートポンプサイクルの起動時などでは、放熱器の温度が低く、貯湯回路の水を放熱器であまり加熱できず、貯湯回路から低温の水が貯湯タンクの上部の高温層に流れ込み、貯湯タンクの温度成層が乱れ、高温の湯を確保することができなくなる点である。

本発明のヒートポンプ式給湯装置（１０）は、少なくとも冷媒圧縮機（１５）、放熱器（１６）、絞り手段（２０）及び蒸発器（２１）を環状に接続して成るヒートポンプサイクル（１１）と、
湯を貯える貯湯タンク（２６）と、
この貯湯タンクの下部（２６Ｂ）に接続されて、貯湯タンクに市水を供給する給水配管（３８）と、
前記貯湯タンクの上部（２６Ａ）に接続されて、貯湯タンクの湯を取り出す給湯管（４０）と、
この貯湯タンクの下部から導出された水を、前記放熱器で加熱して湯とした後に、前記貯湯タンクの上部に戻す貯湯回路（３６）とを備えている。
そして、放熱器は水熱交換器（２７）の構成部品であり、貯湯回路における水熱交換器の下流側の水の温度が低い時には、水熱交換器を通過した水を貯湯タンクの上部に戻さないようにしており、
前記貯湯回路には、流れる水の流量を調整する流量調整弁が設けられ、
水熱交換器を通過した水を貯湯タンクの上部に戻さないようにしている際には、流量調整弁の開度を第１下限値以上とし、
水熱交換器を通過した水を貯湯タンクの上部に戻すようにした際には、流量調整弁の開度を所定の期間、前記第１下限値よりも大きい第２下限値以上としている。

また、貯湯回路における水熱交換器から貯湯タンクの上部への流路から排出流路（１１１）が分岐しており、この水熱交換器からの水の流れを、貯湯タンクの上部への流れまたは、排出流路への流れに切り替える流路切替手段（１１２）が設けられ、貯湯回路における水熱交換器の下流側の水の温度が低い時には、水熱交換器を通過した水を排出流路から系外に排出する場合がある。

さらに、貯湯回路に、水熱交換器の下流側の流路から分岐し、貯湯タンクの上部をバイパスして水熱交換器の上流側の流路に接続されるバイパス回路（１２１）が設けられ、この水熱交換器からの水の流れを、貯湯タンクの上部への流れまたは、バイパス回路への流れに切り替える流路切替手段（１２２）が設けられ、貯湯回路における水熱交換器の下流側の水の温度が低い時には、水熱交換器を通過した水を、前記バイパス回路へ流す場合がある。

そして、貯湯回路に、水熱交換器の下流側の流路から分岐し、貯湯タンクの上部をバイパスして貯湯タンクの上部よりも下側の部分に接続されるバイパス回路（１３１）が設けられ、この水熱交換器からの水の流れを、貯湯タンクの上部への流れまたは、バイパス回路への流れに切り替える流路切替手段（１３２）が設けられ、貯湯回路における水熱交換器の下流側の水の温度が低い時には、水熱交換器を通過した水を、前記バイパス回路へ流す場合がある。

また、貯湯回路における水熱交換器と流路分岐部との間の流路または前記水熱交換器に、貯湯回路を流れる水の温度を計測する水温検出手段（Ｔ１，Ｔ２）が設けられ、この水温検出手段の検出した水温に基づいて、前記流路切替手段を作動させて貯湯回路の流路が切り替えられている場合がある。

さらに、圧縮機の起動時には、水熱交換器を通過した水を貯湯タンクの上部に戻さないようにしている場合がある。

本発明によれば、貯湯回路における水熱交換器の下流側の水の温度が低い時には、水熱交換器を通過した水を貯湯タンクの上部に戻さないようにしている。したがって、ヒートポンプサイクルの起動時などにおいて、水熱交換器の下流側の水の温度が低い時に、貯湯回路から低温の水が貯湯タンクの上部の高温層に流れ込むことを阻止できる。その結果、貯湯タンクの温度成層が乱れたり、高温の湯を確保することができなくなったりすることを防止することができる。
そして、水熱交換器を通過した水を貯湯タンクの上部に戻さないようにしている際に、流量調整弁の開度を第１下限値以上とし、水熱交換器を通過した水を貯湯タンクの上部に戻すようにした際には、流量調整弁の開度を所定の期間、前記第１下限値よりも大きい第２下限値以上としている。このように、圧縮機の起動の際に、貯湯回路の流量調整弁の開度に下限値が設定されているので、貯湯回路の最低限の流量を確保することができ、貯湯回路の流量の過少による水熱交換器内の冷媒および水の異常昇温や異常昇圧を防止できる。しかも、水熱交換器を通過した水を貯湯タンクの上部に戻すように流路を切替えた際には、流路抵抗が大きくなるが、流量調整弁の開度の下限値を、第１下限値から、大きな第２下限値に変更しており、水熱交換器を流れる水流量の急激な変化を抑えることができる。したがって、水熱交換器内の冷媒および水の異常昇温や異常昇圧を防止できる。その結果、立ち上がり時間を短縮することができる。なお、流量調整弁の開度の調整には、時間遅れが多少発生するが、特にヒートポンプサイクルの能力が大きな場合には、流量調整弁の開度を第１下限値から第２下限値に変更することにより、開度調整の開始時期を早めることができる。その結果、流量調整弁の開度を速やかに調整できるので、有効に作用する。

また、貯湯回路における水熱交換器の下流側の水の温度が低い時に、水熱交換器を通過した水を排出流路から系外に排出する場合には、水熱交換器には貯湯タンクの下部に供給される冷たい市水が流れ込むため、水熱交換器の熱交換効率が向上する。その結果、ヒートポンプサイクルの効率が向上する。

そして、貯湯回路における水熱交換器の下流側の水の温度が低い時に、水熱交換器を通過した水を、バイパス回路へ流す場合には、水熱交換器を通過した水を系外に排出せずに、循環させることにより有効利用することができる。

さらに、圧縮機の起動時に、水熱交換器を通過した水を貯湯タンクの上部に戻さないようにしている場合には、ヒートポンプサイクルの起動時における水熱交換器からの冷たい水が貯湯タンクの上部に流入することを確実に防止することができる。

ヒートポンプサイクルの起動時などにおける貯湯タンクの温度成層の乱れを防止するとともに、高温の湯を確保するという目的を、貯湯回路における水熱交換器の下流側の水の温度が低い時には、水熱交換器を通過した水を貯湯タンクの上部に戻さないようにすることで実現した。

次に、本発明におけるヒートポンプ式給湯装置の第１実施例について、図１ないし図４を用いて説明する。図１は本発明におけるヒートポンプ式給湯装置の第１実施例の概略の回路図である。図２はヒートポンプ式給湯装置の制御装置の入出力図である。図３は圧縮機起動時のフローチャートである。図４は圧縮機起動時のタイムチャートである。なお、図２においては、圧縮機起動時のフローに関する主な部品のみが記載されており、図示されていない他の部品も制御装置に接続されている。

ヒートポンプ式給湯装置１０は、ヒートポンプサイクル１１、給湯ユニット１２、蛇口１３、浴槽１４を備えている。

ヒートポンプサイクル１１は、冷媒を圧縮する冷媒圧縮機１５、放熱器１６、絞り手段としての膨張弁２０、ヒートポンプ熱交換器１８内の蒸発器２１及びアキュムレータ１７が冷媒配管１９に順次配設されて構成される。放熱器１６は、給湯用熱交換器（水熱交換器）２７の構成部品である。この給湯用熱交換器２７の放熱器１６は、圧縮機１５から吐出された冷媒の熱により、貯湯回路３６を流れる水を加熱する。冷媒は、例えば二酸化炭素を多く含有する冷媒等の自然冷媒である。二酸化炭素を多量に含有する冷媒の場合には、通常、フロン系冷媒に比べ冷媒圧力が高くなる。

給湯ユニット１２は、貯湯タンク２６、浴槽用熱交換器（水対水熱交換器）２８、貯湯回路３６、蛇口給湯ライン７１及び浴槽注湯ライン７２を備えている。

貯湯タンク２６は、給湯用熱交換器２７の放熱器１６の冷媒熱により加熱された湯を貯溜するものである。貯湯回路３６は、一端が給湯タンク２６の下部２６Ｂに接続され、この貯湯タンク２６の下部２６Ｂから、給湯用循環ポンプ３４、流量調整弁３５、給湯用熱交換器２７および第１切換電磁弁７３を介して、他端が貯湯タンク２６の上部２６Ａに接続されている。そして、第１切換電磁弁７３が開いているとともに、給湯用循環ポンプ３４が稼働している際には、貯湯タンク２６の下部２６Ｂから吸い込まれた冷たい水が、給湯用熱交換器２７の放熱器１６で加熱されて湯となり、貯湯タンク２６の上部２６Ａに戻されている。

冷媒に、二酸化炭素を多く含有する冷媒を用いた場合、上記のように、フロン系冷媒に比べ冷媒圧力が高くなり、給湯用熱交換器２７に貯留される湯の温度は９０℃程度にまで上昇する。

貯湯タンク２６の下部２６Ｂには、減圧逆止弁３７を配設した給水配管としての第１水道水配管３８が接続されて、貯湯タンク２６内へ常に水道水（市水）が供給可能とされる。したがって、貯湯タンク２６内に常時水道水圧が作用する。

また、この貯湯タンク２６の上部２６Ａには第一開閉弁９１を有した給湯管としての天部出湯配管４０が接続され、上記貯湯タンク２６の上部２６Ａと下部２６Ｂとのほぼ中間部２６Ｃには第二開閉弁９２を有した中間部出湯配管３３が接続される。これら配管４０，３３に接続された第一、第二開閉弁９１，９２は、貯湯タンク２６の中間部２６Ｃに設置された温度センサ９４によって検知される湯温に応じ、選択的に開閉制御される。

圧力逃し弁３９は、湯または水が過剰に加熱されて、貯湯タンク２６内の圧力が過大となった時に、この圧力を解放するものである。

上記浴槽用熱交換器２８は、貯湯タンク２６内の湯を循環させて浴槽１４内の湯を追い焚きする水対水熱交換器である。貯湯タンク２６内の湯は、上部２６Ａから導出された循環配管１０１中のポンプ１０２の駆動により汲み出される。この汲み出された湯は、導入水配管７５を経て、浴槽用熱交換器２８に導かれて、浴槽１４内の湯または水を加熱（追い焚き）した後に、第２切換電磁弁７４、及び戻り配管１０３を経て、貯湯タンク２６の中間部２６Ｃに接続される。

つまり、浴槽用熱交換器２８は、貯湯タンク２６内の湯を導く導入水配管７５と、浴槽１４内の湯または水を導く第１浴槽用水配管５１との接触によって、これらの導入水配管７５と第１浴槽用水配管５１内とをそれぞれ流れる湯または水を熱交換可能とするように構成されたものである。導入水配管７５と第１浴槽用水配管５１は、浴槽用熱交換器２８を構成する部分においては、偏平管形状に形成されて接触面積が増大される。

また、浴槽用熱交換器２８と浴槽１４とを連通する上記第１浴槽用水配管５１は、浴槽用循環ポンプ４６、フィルタ４７、水位センサ４８、サーミスタ４９及びフロースイッチ５０を備える。

この第１浴槽用水配管５１により、浴槽用熱交換器２８と浴槽１４との間で湯または水が循環する浴槽用水循環回路Ｐが構成される。

水位センサ４８は、第１浴槽用水配管５１を介して浴槽１４に連通していることから、この浴槽１４内の湯または水の水位を検出する。また、サーミスタ４９は、浴槽用水循環回路Ｐを湯または水が循環している時、その湯温を検知して、浴槽１４内の湯温を間接的に検出する。また、フロースイッチ５０は、浴槽用水循環回路Ｐを湯または水が循環していることを検出する。更に、フィルタ４７は、浴槽１４内に配設されたフィルタとともに、湯を濾過する。

浴槽１４内に後述の如く注湯がなされて、この浴槽１４内に湯が張られ、この浴槽１４内の湯を追い焚きする時、循環ポンプ１０２及び浴槽用循環ポンプ４６が稼動される。すると、貯湯タンク２６内の湯と、浴槽１４内の湯が、共に浴槽用熱交換器２８内へ流入し、ここで熱交換し、浴槽１４内の湯が、貯湯タンク２６内の湯によって追い焚きされる。浴槽用熱交換器２８で放熱を行った湯は、その熱交換により約５０℃に温度低下して、戻り配管１０３を経て、貯湯タンク２６の中間部２６Ｃに流入する。

上記蛇口給湯ライン７１は、貯湯タンク２６の上部に接続される給湯配管５９、混合制御弁５７及びフローセンサ５８を備えて構成される。貯湯タンク２６には、第１水道水配管３８を介して水道水圧が作用していることから、蛇口１３を開くことにより、貯湯タンク２６内の湯が蛇口１３へ供給可能とされる。

上記フローセンサ５８は、給湯配管５９内を流れる湯量を検出する。また、混合制御弁５７は、第２水道水配管６２を介して第１水道水配管３８の減圧逆止弁３７下流側に接続される。

従って、混合制御弁５７の開度制御により、給湯配管５９からの湯と第２水道水配管６２からの水道水とが混合されて、蛇口１３から給湯される湯が約６０℃以下、例えば４２℃に調整される。

上記浴槽注湯ライン７２は、給湯配管５９におけるフローセンサ５８下流側を、第１浴槽用水配管５１における浴槽用循環ポンプ４６とフロースイッチ５０との間の流路に、第２浴槽用水配管６８を介して接続することにより構成され、貯湯タンク２６内の湯を浴槽１４へ注湯可能とする。この第２浴槽用水配管６８には、給湯配管５９の側からフローセンサ６４、注湯用電磁弁６５、リリーフ手段６６、逆止弁６７、電磁弁５４が順次配設されている。

ここで、フローセンサ６４は、第２浴槽用水配管６８内を流れる湯量を検出する。また、リリーフ手段６６及び逆止弁６７は、過剰に加熱された湯が第２浴槽用水配管６８内を流れたときに、その圧力を逃がすものである。電磁弁５４は、風呂への給湯時に開かれ、追い焚き時に閉じられる。

浴槽用循環ポンプ４６を停止させた状態で、注湯用電磁弁６５，５４を開操作すると、貯湯タンク２６内の湯が、給湯配管５９の一部及び第２浴槽用水配管６８を流れて第１浴槽用水配管５１内に至り、この第１浴槽用水配管５１内でフロースイッチ５０、サーミスタ４９、水位センサ４８及びフィルタ４７を経て浴槽１４へ注湯される。

浴槽１４内に貯湯タンク２６から適量の湯が注湯されたことが水位センサ４８により検出された段階で、注湯用電磁弁６５，５４が閉操作される。その後、浴槽１４内の湯温が適温以下に低下したことがサーミスタ４９により検知されたときに、上記のように、浴槽１４内の湯または水が加熱（追い焚き）され、浴槽１４内の湯が保温される。

このように、貯湯タンク２６から浴槽１４へ適温の湯を適量注湯し、その後所定時間、浴槽１４内の湯を適温に加熱（追い焚き）して保温動作する運転を、浴槽自動運転と称する。

また、浴槽１４内の湯または水を加熱（追い焚き）した湯（高温の湯と低温の水との間の中間温度の水）が、浴槽用熱交換器２８から、戻り配管１０３を経て、貯湯タンク２６の中間部２６Ｃに戻っているため、貯湯タンク２６の温度成層は、上部２６Ａが高温の湯、中間部２６Ｃが中間温度の水（湯）、下部２６Ｂが低温の水の略３層となっている。

そして、貯湯回路３６における給湯用熱交換器２７から貯湯タンク２６の上部２６Ａに戻る流路には、排出流路である排水管１１１が分岐している。この給湯用熱交換器２７からの水を貯湯回路３６の系外に排出する排水管１１１には、流路切替手段としての排出弁１１２が設けられ、排水管１１１の流路を開閉している。

このヒートポンプ式給湯装置１０には、各種センサが取り付けられているが、この発明に関係する代表的センサとしては、貯湯回路３６の給湯用熱交換器２７からの出口の水の温度を検出する水温検出手段としての熱交換器水温度センサＴ１、および、排水管１１１の分岐している分岐部の上流に設けられている水温検出手段としての分岐部上流温度センサＴ２などがある。

ヒートポンプ式給湯装置１０の制御手段である制御装置１１６はマイコンなどで構成され、ヒートポンプ式給湯装置１０の運転を制御している。そして、特に、図２に図示するように、制御装置１１６には、温度センサＴ１，Ｔ２などからの信号が入力される。また、制御装置１１６から、圧縮機１５、給湯用循環ポンプ３４、流量調整弁３５、排出弁１１２および第１切換電磁弁７３などに駆動信号が出力される。さらに、制御装置１１６には、その他各種機器が入力や出力可能に接続されている。そして、制御装置１１６の記憶部（ＥＰＲＯＭやＲＡＭなど）には種々の設定値（たとえば、流量調整弁３５の開度の下限を規定する第１下限値および、第１下限値よりも大きな第２下限値や、切替設定温度など）が記憶されるとともに、図示しないタイマを内蔵している。

次に、この様に構成されているヒートポンプ式給湯装置において、貯湯タンク２６に貯湯する際の説明を、図３のフローチャートに基づいて行う。
まず初めに、ステップ１において、制御装置１１６が、貯湯タンク２６の上部２６Ａの水温などから貯湯タンク２６の貯湯量が少ないと判断すると、制御装置１１６がヒートポンプサイクル１１（圧縮機１５など）および貯湯回路３６（給湯用循環ポンプ３４など）に稼働信号を出力し、稼働させる。略同時に、制御装置１１６は、第１切換電磁弁７３に開信号を出力し、第１切換電磁弁７３を開け、また、排出弁１１２に開信号を出力し、排水管１１１から系外に排水可能とする。ヒートポンプサイクル１１の稼働初期においては、給湯用熱交換器２７からの水は、排水管１１１から系外に排水される。

また、その際に、ステップ２において、制御装置１１６は、熱交換器水温度センサＴ１の検出温度（給湯用熱交換器２７の水の出口温度の検出値）に基づいて、流量調整弁３５に指令する開度を決定するが、その開度指令値が第１下限値よりも小さい場合は、その値を第１下限値とする。そして、制御装置１１６は、決定された開度指令値を流量調整弁３５に出力し、流量調整弁３５の開度を第１下限値以上とする。

そして、ヒートポンプサイクル１１の稼働初期には、ヒートポンプサイクル１１の冷媒温度および、貯湯回路３６の水温は低温となっている。その後、ヒートポンプサイクル１１の稼働時間の経過とともに、給湯用熱交換器２７内の冷媒および、この冷媒と熱交換した水の温度が上昇する。

そして、ステップ３において、貯湯回路３６の排水管１１１への分岐部の上流の水温を検出する分岐部上流温度センサＴ２の検出温度を制御装置１１６は入手し、切替設定温度になったか否かを判定し、なっていない場合はステップ３に戻る。一方、切替設定温度になった場合には、ステップ４に行く。

ステップ４において、制御装置１１６は排出弁１１２に閉信号を出力し、排出弁１１２を閉じて、系外への排水を止めて、給湯用熱交換器２７からの高温となった水（湯）を貯湯タンク２６の上部２６Ａに戻し、貯湯タンク２６に湯を貯える。また、制御装置１１６は、所定の時間の間、流量調整弁３５の開度を、第２下限値以上とする。

そして、図４のタイムチャートで示すように、圧縮機１５の起動時には、排出弁１１２は全開である。圧縮機１５の起動後、時間の経過とともに、浴槽用熱交換器２８からの水の温度は漸次上昇する。分岐部上流温度センサＴ２の検出温度が切替設定温度となるまでの時間ＴＬ１の間、流量調整弁３５の開度の下限値は第１下限値を維持している。そして、分岐部上流温度センサＴ２の検出温度が切替設定温度となると、排出弁１１２が閉じられるとともに、流量調整弁３５の開度の下限値が、回路切替後の時間ＴＬ２の間、第２下限値に変化する。回路切替から時間ＴＬ２経過した後は、流量調整弁３５の開度の制御は、下限値により規制されない。

この様にして、圧縮機１５の起動時は、給湯用熱交換器２７からの水の温度が低いが、この冷水は排水管１１１から系外に排水され、貯湯タンク２６の上部２６Ａには流入しない。したがって、貯湯タンク２６の温度成層が乱れることを防止することができる。その結果、貯湯タンク２６の上部２６Ａに貯められた高温の湯の温度の低下や、熱損失を防止することができる。

圧縮機１５の起動の際に、貯湯回路３６の流量調整弁３５の開度に下限値を設定しているので、貯湯回路３６の最低限の流量を確保することができ、貯湯回路３６の流量の過少による給湯用熱交換器２７内の冷媒および水の異常昇温や異常昇圧を防止できる。

流路の切替え時（すなわち、排出弁１１２の開から閉に変化する時）に、管路抵抗が大きく変化し、給湯用熱交換器２７を流れる水流量が急激に変化するおそれがある。しかしながら、この実施例では、流量調整弁３５の開度の下限値を、第１下限値から第２下限値に変更しており、給湯用熱交換器２７を流れる水流量の急激な変化を抑えている。したがって、給湯用熱交換器２７内の冷媒および水の異常昇温や異常昇圧を防止できる。その結果、立ち上がり時間を短縮することができる。

次に、本発明におけるヒートポンプ式給湯装置の第２実施例を説明する。図５は本発明におけるヒートポンプ式給湯装置の第２実施例の概略の回路図である。なお、この第２実施例の説明において、前記第１実施例の構成要素に対応する構成要素には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。

第２実施例のヒートポンプ式給湯装置は、第１実施例の排水管１１１および排出弁１１２に代えて、バイパス回路１２１および、流路切替手段としての三方切換弁１２２が設けられている。バイパス回路１２１は、給湯用熱交換器２７から貯湯タンク２６の上部２６Ａへの流路の途中から分岐し、貯湯タンク２６の下部２６Ｂから給湯用循環ポンプ３４への流路に接続されており、この接続部に三方切換弁１２２が設けられている。この三方切換弁１２２は、貯湯タンク２６の下部２６Ｂを給湯用循環ポンプ３４の吸込口に接続する回路と、バイパス回路１２１を給湯用循環ポンプ３４の吸込口に接続する回路とに切り替えることができる。そして、三方切換弁１２２が、貯湯タンク２６の下部２６Ｂを給湯用循環ポンプ３４の吸込口に接続する回路に切り替えられた際には、貯湯タンク２６の下部２６Ｂからの水が三方切換弁１２２、給湯用循環ポンプ３４、流量調整弁３５、給湯用熱交換器２７を通って貯湯タンク２６の上部２６Ａへ流れる。また、三方切換弁１２２が、バイパス回路１２１を給湯用循環ポンプ３４の吸込口に接続する回路に切り替えられた際には、バイパス回路１２１からの水は、給湯用循環ポンプ３４、流量調整弁３５、給湯用熱交換器２７を通って再びバイパス回路１２１に戻り循環する。

この様に構成されているので、圧縮機１５の起動時には、貯湯タンク２６の上部２６Ａをバイパスする回路に切り替えて、給湯用熱交換器２７からの低温の水を循環させる。そして、分岐部上流温度センサＴ２の検出温度が切替設定温度になると、三方切換弁１２２を切り替えて、給湯用熱交換器２７からの湯を貯湯タンク２６の上部２６Ａに流し込み、貯湯する。

この様にして、第２実施例においても、圧縮機１５の起動時における給湯用熱交換器２７からの低温の水は、貯湯タンク２６の上部２６Ａには流入しない。したがって、貯湯タンク２６の温度成層が乱れることを防止することができる。その結果、貯湯タンク２６の上部２６Ａに貯められた高温の湯の温度の低下や、熱損失を防止することができる。
なお、第２実施例における圧縮機１５の起動時のフローは、流路切替手段が排出弁１１２から三方切換弁１２２に代わるだけで、第１実施例と略同じである。

次に、本発明におけるヒートポンプ式給湯装置の第３実施例を説明する。図６は本発明におけるヒートポンプ式給湯装置の第３実施例の概略の回路図である。なお、この第３実施例の説明において、前記第１実施例の構成要素に対応する構成要素には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。

第３実施例のヒートポンプ式給湯装置は、第１実施例の排水管１１１および排出弁１１２に代えて、バイパス回路１３１および、流路切替手段としての三方切換弁１３２が設けられている。バイパス回路１３１は、給湯用熱交換器２７から貯湯タンク２６の上部２６Ａへの流路の途中から分岐し、貯湯タンク２６の中間部２６Ｃまたは下部２６Ｂに接続されている。このバイパス回路１３１の上流側の端部である分岐部に三方切換弁１３２が設けられている。この三方切換弁１３２は、給湯用熱交換器２７からの水流路を貯湯タンク２６の上部２６Ａに接続する回路と、給湯用熱交換器２７からの水流路をバイパス回路１３１に接続する回路とに切り替えることができる。そして、三方切換弁１３２が、給湯用熱交換器２７からの水流路を貯湯タンク２６の上部２６Ａに接続する回路に切り替えられた際には、貯湯タンク２６の下部２６Ｂからの水が、給湯用循環ポンプ３４、流量調整弁３５、給湯用熱交換器２７を通って貯湯タンク２６の上部２６Ａへ流れる。また、三方切換弁１３２が、給湯用熱交換器２７からの水流路をバイパス回路１３１に接続する回路に切り替えられた際には、貯湯タンク２６の下部２６Ｂからの水が、給湯用循環ポンプ３４、流量調整弁３５、給湯用熱交換器２７を通って貯湯タンク２６の中間部２６Ｃまたは下部２６Ｂへ流れる。

この様に構成されているので、圧縮機１５の起動時には、貯湯タンク２６の上部２６Ａをバイパスする回路に切り替えて、給湯用熱交換器２７からの低温の水は貯湯タンク２６の中間部２６Ｃまたは下部２６Ｂに戻している。そして、分岐部上流温度センサＴ２の検出温度が切替設定温度になると、三方切換弁１３２を切り替えて、給湯用熱交換器２７からの湯を貯湯タンク２６の上部２６Ａに流し込み、貯湯する。

この様にして、第３実施例においても、圧縮機１５の起動時における給湯用熱交換器２７からの低温の水は、貯湯タンク２６の上部２６Ａには流入しない。したがって、貯湯タンク２６の温度成層が乱れることを防止することができる。その結果、貯湯タンク２６の上部２６Ａに貯められた高温の湯の温度の低下や、熱損失を防止することができる。
なお、第３実施例における圧縮機１５の起動時のフローは、流路切替手段が排出弁１１２から三方切換弁１３２に代わるだけで、第１実施例と略同じである。

以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更例を下記に例示する。
（１）浴槽注湯ライン７２は必ずしも設ける必要はない。
（２）分岐部上流温度センサＴ２の検出値に基づいて、流路切替手段を作動させているが、熱交換器水温度センサＴ１の検出値に基づいて、流路切替手段を作動させることも可能である。ただし、熱交換器水温度センサＴ１の検出値に基づいて、流路切替手段を作動させる場合には、熱交換器水温度センサＴ１から排水管１１１やバイパス回路１２１，１３１までの距離が長いので、温度を検出した水が排水管１１１やバイパス回路１２１，１３１に達するまでに時間がかかる。そのため、熱交換器水温度センサＴ１の検出時と流路切替手段の作動時との間に、タイムラグを与えることが好ましい。

（３）給湯装置の湯の用途は風呂に限定されず、風呂以外の他の用途にも使用可能である。
（４）冷媒は二酸化炭素（CO₂)であることが最適であるが、他の冷媒でも可能である。

（５）制御手段は、マイコンである必要は必ずしもなく、他の制御手段たとえば、リレーなどでも可能である。
（６）浴槽１４内の湯または水を加熱（追い焚き）した湯が、貯湯タンク２６の中間部２６Ｃに戻っているため、貯湯タンク２６の温度成層は、上部２６Ａが高温の湯、中間部２６Ｃが中間温度の水（湯）、下部２６Ｂが低温の水の略３層となっているが、浴槽１４内の湯または水を加熱（追い焚き）する機能などがない場合には、貯湯タンク２６の温度成層が、上部の高温の湯と、下部の低温の水との略２層となる。

貯湯回路における水熱交換器の下流側の水の温度が低い時には、水熱交換器を通過した水を貯湯タンクの上部に戻さないようにしている。したがって、ヒートポンプサイクルの起動時などにおける貯湯タンクの温度成層の乱れを防止するとともに、高温の湯を確保することができる。そのため、高温の湯を確保して給湯するヒートポンプ式給湯装置などに適用することが最適である。

図１は本発明におけるヒートポンプ式給湯装置の第１実施例の概略の回路図である。 図２はヒートポンプ式給湯装置の制御装置の入出力図である。 図３は圧縮機起動時のフローチャートである。 図４は圧縮機起動時のタイムチャートである。 図５は本発明におけるヒートポンプ式給湯装置の第２実施例の概略の回路図である。 図６は本発明におけるヒートポンプ式給湯装置の第３実施例の概略の回路図である。

符号の説明

Ｔ１ 熱交換器水温度センサ（水温検出手段）
Ｔ２ 分岐部上流温度センサ（水温検出手段）
１０ ヒートポンプ式給湯装置
１１ ヒートポンプサイクル
１５ 圧縮機
１６ 放熱器
２０ 膨張弁（絞り手段）
２１ 蒸発器
２６ 貯湯タンク
２６Ａ 貯湯タンクの上部
２６Ｂ 貯湯タンクの下部
２７ 給湯用熱交換器（水熱交換器）
３５ 流量調整弁
３６ 貯湯回路
３８ 第１水道水配管（給水配管）
４０ 天部出湯配管（給湯管）
１１１ 排水管（排出流路）
１１２ 排出弁（流路切替手段）
１２１ バイパス回路
１２２ 三方切換弁（流路切替手段）
１３１ バイパス回路
１３２ 三方切換弁（流路切替手段）

Claims (6)

1. 少なくとも冷媒圧縮機、放熱器、絞り手段及び蒸発器を環状に接続して成るヒートポンプサイクルと、
   湯を貯える貯湯タンクと、
   この貯湯タンクの下部に接続されて、貯湯タンクに市水を供給する給水配管と、
   前記貯湯タンクの上部に接続されて、貯湯タンクの湯を取り出す給湯管と、
   この貯湯タンクの下部から導出された水を、前記放熱器で加熱して湯とした後に、前記貯湯タンクの上部に戻す貯湯回路とを備え、
   前記放熱器は水熱交換器の構成部品であり、
   前記貯湯回路における水熱交換器の下流側の水の温度が低い時には、水熱交換器を通過した水を貯湯タンクの上部に戻さないようにしており、
   前記貯湯回路には、流れる水の流量を調整する流量調整弁が設けられ、
   水熱交換器を通過した水を貯湯タンクの上部に戻さないようにしている際には、流量調整弁の開度を第１下限値以上とし、
   水熱交換器を通過した水を貯湯タンクの上部に戻すようにした際には、流量調整弁の開度を所定の期間、前記第１下限値よりも大きい第２下限値以上としていることを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
2. 前記貯湯回路における水熱交換器から貯湯タンクの上部への流路から排出流路が分岐しており、
   この水熱交換器からの水の流れを、貯湯タンクの上部への流れまたは、排出流路への流れに切り替える流路切替手段が設けられ、
   前記貯湯回路における水熱交換器の下流側の水の温度が低い時には、水熱交換器を通過した水を排出流路から系外に排出することを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式給湯装置。
3. 前記貯湯回路に、水熱交換器の下流側の流路から分岐し、貯湯タンクの上部をバイパスして水熱交換器の上流側の流路に接続されるバイパス回路が設けられ、
   この水熱交換器からの水の流れを、貯湯タンクの上部への流れまたは、バイパス回路への流れに切り替える流路切替手段が設けられ、
   前記貯湯回路における水熱交換器の下流側の水の温度が低い時には、水熱交換器を通過した水を、前記バイパス回路へ流すことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式給湯装置。
4. 前記貯湯回路に、水熱交換器の下流側の流路から分岐し、貯湯タンクの上部をバイパスして貯湯タンクの上部よりも下側の部分に接続されるバイパス回路が設けられ、
   この水熱交換器からの水の流れを、貯湯タンクの上部への流れまたは、バイパス回路への流れに切り替える流路切替手段が設けられ、
   前記貯湯回路における水熱交換器の下流側の水の温度が低い時には、水熱交換器を通過した水を、前記バイパス回路へ流すことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式給湯装置。
5. 前記貯湯回路における水熱交換器と流路分岐部との間の流路または前記水熱交換器に、貯湯回路を流れる水の温度を計測する水温検出手段が設けられ、
   この水温検出手段の検出した水温に基づいて、前記流路切替手段を作動させて貯湯回路の流路が切り替えられていることを特徴とする請求項２ないし４の何れか１項記載のヒートポンプ式給湯装置。
6. 前記圧縮機の起動時には、水熱交換器を通過した水を貯湯タンクの上部に戻さないようにしていることを特徴とする請求項１ないし５の何れか１項記載のヒートポンプ式給湯装置。

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