JPWO2012121382A1 - ヒートポンプ式給湯機 - Google Patents

Abstract

エネルギー効率を向上させる。ヒートポンプ式給湯機１は、凝縮器２２で凝縮する冷媒が循環する冷媒回路３を有するヒートポンプユニット２と、凝縮器２２において加熱された温水を貯留する貯湯タンク５とを備えており、第１流量の加熱温水が貯湯タンクに供給される循環沸上モードと、第１流量よりも少ない第２流量の加熱温水が貯湯タンク５の頂部側に供給される一過沸上モードとを取り得るものであって、凝縮器２２に供給される冷媒温度に基づいて、循環沸上モードと一過沸上モードとが切り換えられる。

Description

本発明は、貯湯タンクとヒートポンプユニットとを有するヒートポンプ式給湯機に関する。

ヒートポンプ式給湯機としては、循環沸上方式で温水を沸き上げるものと、一過沸上方式で温水を沸き上げるものとが知られている。循環沸上方式では、比較的大流量の加熱された温水が貯湯タンクに供給され、一過沸上方式では、比較的小流量の加熱された温水が貯湯タンクの頂部側に供給される。また、ヒートポンプユニットで用いられる冷媒としては、Ｒ４１０Ａ、Ｒ１３４ａ、Ｒ４０７Ｃ等の凝縮器で凝縮する冷媒（以下、Ｒ４１０Ａ等の冷媒という）や、ＣＯ₂等の凝縮器で凝縮しない冷媒（以下、ＣＯ₂等の冷媒という）が用いられる。

特開２００２−２２８２５８号公報

ヒートポンプ式給湯機では、ヒートポンプユニットによって沸き上げられた温水が貯湯タンクに供給されるが、温水流量が大きい場合は温水流量が小さい場合と比べて熱交換効率が高いことから、ヒートポンプのＣＯＰ（Coefficient Of Performance）が向上する。一方、温水流量が大きい場合は、貯湯タンク内の温水が攪拌されるので入水温度が高くなることによって、ヒートポンプのＣＯＰが低下することがある。循環沸上方式と一過沸上方式とでは、貯湯タンクに供給される温水流量が異なることから、ヒートポンプのＣＯＰが異なる。

また、例えば貯湯タンクから凝縮器に供給される温水温度（入水温度）が高くなると、循環沸上方式及び一過沸上方式のいずれにおいてもＣＯＰが低下する。そして、ＣＯ₂等の冷媒が用いられる場合は、入水温度にかかわらず、一過沸上方式におけるＣＯＰが、循環沸上方式におけるＣＯＰより高い。したがって、ＣＯ₂等の冷媒に対して一過沸上方式を用いることで、循環沸上方式と比べてＣＯＰを高くすることができる。

これに対し、Ｒ４１０Ａ等の冷媒が用いられる場合は、入水温度の大きさによって、循環沸上方式におけるＣＯＰと一過沸上方式におけるＣＯＰの大小が入れ換わる。したがって、Ｒ４１０Ａ等の冷媒に対して一過沸上方式を用いたとすると、入水温度の大きさによって循環沸上方式と比べてＣＯＰが低くなることがある。よって、Ｒ４１０Ａ等の冷媒に対して一過沸上方式だけを用いた場合、入水温度の大きさによって、ヒートポンプのＣＯＰが著しく低下するという問題がある。

そこで、この発明は、凝縮器で凝縮する冷媒を用いた場合において、ヒートポンプのＣＯＰ（エネルギー効率）を向上させることができるヒートポンプ式給湯機を提供することを目的とする。

第１の発明に係るヒートポンプ式給湯機は、凝縮器で凝縮する冷媒が循環する冷媒回路を有するヒートポンプユニットと、前記凝縮器において加熱された温水を貯留する貯湯タンクとを備え、前記貯湯タンクに供給される温水流量が、前記冷媒回路における冷媒温度の変化または前記凝縮器と前記貯湯タンクとを接続する温水回路における温水温度の変化にともなって変更されることを特徴とする。

このヒートポンプ式給湯機では、冷媒回路における冷媒温度の変化または温水回路における温水温度の変化にともなって、貯湯タンクに供給される温水流量が変更される。したがって、流量増加による効率向上と効率悪化を考慮して温水流量を変更することにより、ヒートポンプ式給湯機のエネルギー消費効率を向上させることができる。

第２の発明に係るヒートポンプ式給湯機は、第１の発明に係るヒートポンプ式給湯機において、前記貯湯タンクに供給される温水流量が、前記冷媒回路における冷媒温度または前記凝縮器と前記貯湯タンクとを接続する温水回路における温水温度に基づいて変更されることを特徴とする。

このヒートポンプ式給湯機では、冷媒回路における冷媒温度または温水回路における温水温度に基づいて、貯湯タンクに供給される温水流量を変更することにより、ヒートポンプ式給湯機のエネルギー消費効率を向上させることができる。

第３の発明に係るヒートポンプ式給湯機は、第１または第２の発明に係るヒートポンプ式給湯機において、前記貯湯タンクに供給される温水流量が、沸上運転時間に基づいて変更されることを特徴とする。

このヒートポンプ式給湯機では、沸上運転時間に基づいて、貯湯タンクに供給される温水流量を変更することにより、ヒートポンプ式給湯機のエネルギー消費効率を向上させることができる。

第４の発明に係るヒートポンプ式給湯機は、第１−第３のいずれかの発明に係るヒートポンプ式給湯機において、第１流量の加熱温水が前記貯湯タンクに供給される循環沸上モードと、前記第１流量よりも少ない第２流量の加熱温水が前記貯湯タンクの頂部側に供給される一過沸上モードとを取り得るものであって、前記循環沸上モードと前記一過沸上モードとが切り換えられることによって、前記貯湯タンクに供給される温水流量が変更されることを特徴とする。

このヒートポンプ式給湯機では、循環沸上モード及び一過沸上モードのいずれかに切り換えることにより、貯湯タンクに供給される温水流量が変更される。したがって、冷媒温度または温水温度の大きさによって、循環沸上モードにおけるＣＯＰと一過沸上モードにおけるＣＯＰとの大小が入れ換わる場合でも、ＣＯＰが高い方のモードで運転を行うことにより、ヒートポンプ式給湯機のエネルギー消費効率を向上させることができる。

第５の発明に係るヒートポンプ式給湯機は、第４の発明に係るヒートポンプ式給湯機において、前記貯湯タンクの底部側に設けられた第１返流口を介して前記貯湯タンクに加熱温水が供給される第１状態と、前記貯湯タンクの頂部側に設けられた第２返流口を介して前記貯湯タンクに加熱温水が供給される第２状態とを切り換える弁機構をさらに備え、前記弁機構が、前記循環沸上モードにおいて前記第１状態となるように切り換えられると共に、前記一過沸上モードにおいて前記第２状態となるように切り換えられることを特徴とする。

このヒートポンプ式給湯機では、循環沸上モードにおいては、比較的大流量の加熱温水を貯湯タンクの底部側から供給することで、自然対流（温度差による対流）により貯湯タンク内が攪拌されるが、一過沸上モードにおいては、比較的小流量の加熱温水を貯湯タンクの頂部側から供給することで、攪拌が起こらないようにできる。

第６の発明に係るヒートポンプ式給湯機は、第４または第５の発明に係るヒートポンプ式給湯機において、前記貯湯タンクから前記凝縮器に供給される温水の温度が、閾値よりも小さい場合に前記循環沸上モードに切り換えられると共に、閾値以上である場合に前記一過沸上モードに切り換えられることを特徴とする。

このヒートポンプ式給湯機では、凝縮器に供給される温水の温度が低い場合には、循環沸上モードと一過沸上モードのうちエネルギー消費効率の高い循環沸上モードで運転し、凝縮器に供給される温水の温度が高い場合には、循環沸上モードと一過沸上モードのうちエネルギー消費効率の高い一過沸上モードで運転するため、効率を向上させることができる。

第７の発明に係るヒートポンプ式給湯機は、第４または第５の発明に係るヒートポンプ式給湯機において、前記凝縮器の冷媒配管の中間部分における冷媒温度が、閾値よりも小さい場合に前記循環沸上モードに切り換えられると共に、閾値以上である場合に前記一過沸上モードに切り換えられることを特徴とする。

このヒートポンプ式給湯機では、凝縮器の中間部分の冷媒温度が低い場合には、循環沸上モードと一過沸上モードのうちエネルギー消費効率の高い循環沸上モードで運転し、凝縮器の中間部分の冷媒温度が高い場合には、循環沸上モードと一過沸上モードのうちエネルギー消費効率の高い一過沸上モードで運転するため、効率を向上させることができる。

第８の発明に係るヒートポンプ式給湯機は、第４または第５の発明に係るヒートポンプ式給湯機において、前記凝縮器の冷媒配管の出口近傍における冷媒温度が、閾値よりも小さい場合に前記一過沸上モードに切り換えられると共に、閾値以上である場合に前記循環沸上モードに切り換えられることを特徴とする。

このヒートポンプ式給湯機では、凝縮器の出口近傍の冷媒温度が低い場合には、循環沸上モードと一過沸上モードのうちエネルギー消費効率の高い一過沸上モードで運転し、凝縮器の出口近傍の冷媒温度が高い場合には、循環沸上モードと一過沸上モードのうちエネルギー消費効率の高い循環沸上モードで運転するため、効率を向上させることができる。

第９の発明に係るヒートポンプ式給湯機は、第４または第５の発明に係るヒートポンプ式給湯機において、前記凝縮器の冷媒配管の中間部分における冷媒温度と、前記凝縮器の冷媒配管の出口近傍における冷媒温度との温度差が、閾値よりも小さい場合に前記一過沸上モードに切り換えられると共に、閾値以上である場合に前記循環沸上モードに切り換えられる。

このヒートポンプ式給湯機では、凝縮器の中間部分と出口近傍の冷媒温度の温度差が小さい場合には、循環沸上モードと一過沸上モードのうちエネルギー消費効率の高い一過沸上モードで運転し、上記温度差が大きい場合には、循環沸上モードと一過沸上モードのうちエネルギー消費効率の高い循環沸上モードで運転するため、効率を向上させることができる。

第１０の発明に係るヒートポンプ式給湯機は、第６〜第９のいずれかの発明に係るヒートポンプ式給湯機において、前記閾値が、前記冷媒回路の蒸発器における吸込空気温度に基づいて変更されることを特徴とする。

このヒートポンプ式給湯機では、蒸発器における吸込空気温度に応じて、循環沸上モードおよび一過沸上モードともエネルギー消費効率が変化するため、モードを切り換える閾値を吸込空気温度に応じて変更することにより、エネルギー消費効率をより向上させることができる。

第１１の発明に係るヒートポンプ式給湯機は、第４〜第１０のいずれかの発明に係るヒートポンプ式給湯機において、前記一過沸上モードにおける前記第２流量が、前記貯湯タンクに貯留される温水の沸上目標温度と前記凝縮器に供給される温水の温度との温度差が大きいほど少なくように変更されることを特徴とする。

このヒートポンプ式給湯機では、一過沸上モードにおいて、沸上目標温度と凝縮器に供給される温水の温度との温度差が大きいほど貯湯タンクに供給される温水の流量を少なくすることにより、貯湯タンクに供給される温水の温度を沸上目標温度に近づけることができる。

以上の説明に述べたように、本発明によれば、以下の効果が得られる。

第１の発明では、冷媒回路における冷媒温度の変化または温水回路における温水温度の変化にともなって、貯湯タンクに供給される温水流量が変更される。したがって、流量増加による効率向上と効率悪化を考慮して温水流量を変更することにより、ヒートポンプ式給湯機のエネルギー消費効率を向上させることができる。

第２の発明では、冷媒回路における冷媒温度または温水回路における温水温度に基づいて、貯湯タンクに供給される温水流量を変更することにより、ヒートポンプ式給湯機のエネルギー消費効率を向上させることができる。

第３の発明では、沸上運転時間に基づいて、貯湯タンクに供給される温水流量を変更することにより、ヒートポンプ式給湯機のエネルギー消費効率を向上させることができる。

第４の発明では、循環沸上モード及び一過沸上モードのいずれかに切り換えることにより、貯湯タンクに供給される温水流量が変更される。したがって、冷媒温度または温水温度の大きさによって、循環沸上モードにおけるＣＯＰと一過沸上モードにおけるＣＯＰとの大小が変化する場合でも、ＣＯＰが高い方のモードで運転を行うことにより、ヒートポンプ式給湯機のエネルギー消費効率を向上させることができる。

第５の発明では、循環沸上モードにおいては、比較的大流量の加熱温水を貯湯タンクの底部側から供給することで、自然対流（温度差による対流）により貯湯タンク内が攪拌されるが、一過沸上モードにおいては、比較的小流量の加熱温水を貯湯タンクの頂部側から供給することで、攪拌が起こらないようにできる。

第６の発明では、凝縮器に供給される温水の温度が低い場合には、循環沸上モードと一過沸上モードのうちエネルギー消費効率の高い循環沸上モードで運転し、凝縮器に供給される温水の温度が高い場合には、循環沸上モードと一過沸上モードのうちエネルギー消費効率の高い一過沸上モードで運転するため、効率を向上させることができる。

第７の発明では、凝縮器の中間部分の冷媒温度が低い場合には、循環沸上モードと一過沸上モードのうちエネルギー消費効率の高い循環沸上モードで運転し、凝縮器の中間部分の冷媒温度が高い場合には、循環沸上モードと一過沸上モードのうちエネルギー消費効率の高い一過沸上モードで運転するため、効率を向上させることができる。

第８の発明では、凝縮器の出口近傍の冷媒温度が低い場合には、循環沸上モードと一過沸上モードのうちエネルギー消費効率の高い循環沸上モードで運転し、凝縮器の出口近傍の冷媒温度が高い場合には、循環沸上モードと一過沸上モードのうちエネルギー消費効率の高い一過沸上モードで運転するため、効率を向上させることができる。

第９の発明では、凝縮器の中間部分と出口近傍の冷媒温度の温度差が大きい場合には、循環沸上モードと一過沸上モードのうちエネルギー消費効率の高い循環沸上モードで運転し、上記温度差が小さい場合には、循環沸上モードと一過沸上モードのうちエネルギー消費効率の高い一過沸上モードで運転するため、効率を向上させることができる。

第１０の発明では、蒸発器における吸込空気温度に応じて、循環沸上モードおよび一過沸上モードともエネルギー消費効率が変化するため、モードを切り換える閾値を吸込空気温度に応じて変更することにより、エネルギー消費効率をより向上させることができる。

第１１の発明では、一過沸上モードにおいて、沸上目標温度と凝縮器に供給される温水の温度との温度差が大きいほど貯湯タンクに供給される温水の流量を少なくすることにより、貯湯タンクに供給される温水の温度を沸上目標温度に近づけることができる。

本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯機の配管系統図である。 図１のヒートポンプ式給湯機の制御ブロック図である。 入水温度とＣＯＰとの関係を示すグラフである。 入水温度とＣＯＰとの関係を示すグラフであって、外気温度が異なる場合を比較するためのグラフである。 本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ式給湯機の制御ブロック図である。 凝縮器の中間温度とＣＯＰとの関係を示すグラフである。 本発明の第３実施形態に係るヒートポンプ式給湯機の制御ブロック図である。 凝縮器の出口温度とＣＯＰとの関係を示すグラフである。 本発明の第４実施形態に係るヒートポンプ式給湯機の制御ブロック図である。 凝縮器の中間出口温度差とＣＯＰとの関係を示すグラフである。 本発明の第１実施形態の変形例に係るヒートポンプ式給湯機の配管系統図である。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１について説明する。

図１に示すように、本実施形態のヒートポンプ式給湯機１は、ヒートポンプユニット２と、貯湯タンク５と、循環ポンプ６と、三方弁（弁機構）７と、制御部１０（図２参照）とを備えている。貯湯タンク５には、給湯端末Ａと給水源Ｂが接続されている。ヒートポンプ式給湯機１は、貯湯タンク５に貯湯される温水を加熱する（沸き上げる）沸上運転と、貯湯タンク５の温水を給湯端末Ａに供給する給湯運転とを行うようになっている。給湯運転では、貯湯タンク５から給湯端末Ａに温水を供給すると共に、給水源Ｂから貯湯タンク５への水の供給も行う。沸上運転では、貯湯タンク５から温水を取り出して、取り出した温水をヒートポンプユニット２の凝縮器２２で加熱してから、貯湯タンク５に戻す。貯湯タンク５内に貯留される温水の沸上目標温度（例えば６５℃）は、図示しないリモコンにより設定される。

ヒートポンプユニット２は、冷媒が循環する冷媒回路３を有する。冷媒回路３には、圧縮機２１と、凝縮器２２と、膨張弁２３と、蒸発器２４がこの順に設けられている。また、蒸発器２４の近傍にはファン２５が配置されている。冷媒回路３を循環する冷媒としては、例えば、Ｒ４１０Ａ冷媒、Ｒ１４３ａ冷媒、Ｒ３２冷媒などの凝縮器２２で凝縮（液化）する冷媒が用いられる。

この冷媒回路３では、圧縮機２１を起動することにより、低圧のガス冷媒が圧縮機２１に吸入され、圧縮機２１で圧縮されて高温高圧のガス冷媒となる。その後、高温高圧のガス冷媒は、凝縮器２２において、貯湯タンク５から送られた温水と熱交換することで冷却されて凝縮する。凝縮した冷媒は、膨張弁２３において減圧された後、蒸発器２４において、空気との熱交換により加熱されて蒸発し、再び、低圧のガス冷媒となって圧縮機２１に戻る。

凝縮器２２の冷媒配管の中間部分には、冷媒の温度を検出するための中間温度センサ３１が付設されている。冷媒回路３における凝縮器２２の出口近傍には、凝縮器２２を通過した冷媒の温度を検出するための出口温度センサ３２が付設されている。また、ヒートポンプユニット２は、外気温度センサ３３を有する。外気温度センサ３３により、蒸発器２４に吸い込まれる空気の温度が検出される。

貯湯タンク５とヒートポンプユニット２の凝縮器２２とは、温水回路４で接続されている。貯湯タンク５の底部には、第１返流口５ａと、排出口５ｂと、給水口５ｃが設けられており、貯湯タンク５の頂部には、第２返流口５ｄと、出湯口５ｅが設けられている。

第１返流口５ａには、戻り分岐管４ｃが接続されており、第２返流口５ｄには、戻り分岐管４ｄが接続されている。戻り分岐管４ｃ、４ｄは、温水回路４の一部を構成する。戻り分岐管４ｃ、４ｄは、三方弁７を介して、戻り配管４ｂに接続されている。戻り配管４ｂは凝縮器２２に接続されている。

三方弁７は、戻り配管４ｂと戻り分岐管４ｃとを接続する第１状態と、戻り配管４ｂと戻り分岐管４ｄとを接続する第２状態とを切り換えるものである。三方弁７が第１状態の場合には、凝縮器２２で加熱された温水が第１返流口５ａを介して貯湯タンク５に供給され、三方弁７が第２状態の場合には、凝縮器２２で加熱された温水が第２返流口５ｄを介して貯湯タンク５に供給される。戻り配管４ｂには、凝縮器２２を通過した温水の温度を検出するための出湯温度センサ４２が付設されている。

排出口５ｂには、凝縮器２２に至る往き配管４ａが接続されている。往き配管４ａは、温水回路４の一部を構成する。往き配管４ａには、循環ポンプ６が介設されていると共に、凝縮器２２に流入する温水の温度（以下、入水温度という）を検出するための入水温度センサ４１が付設されている。

循環ポンプ６は、沸上運転時に温水回路４で温水を循環させると共に、貯湯タンク５に供給される温水の流量を調整するために設けられている。循環ポンプ６を駆動させることにより、貯湯タンク５の温水（水の場合を含む）が排出口５ｂから往き配管４ａに引き込まれ、凝縮器２２において加熱された後、第１返流口５ａまたは第２返流口５ｄを介して貯湯タンク５に戻される。また、循環ポンプ６の回転数を大きくすることで、貯湯タンク５に供給される温水は、その流量が増加し、循環ポンプ６の回転数を減少させた場合は、その流量が減少する。

給水口５ｃは、給水源Ｂに接続されており、出湯口５ｅは、給湯端末Ａに接続されている。給湯運転時には、貯湯タンク５の出湯口５ｅから高温の温水が流出すると共に、貯湯タンク５の給水口５ｃから低温の水が流入する。

貯湯タンク５の外側面には、タンク温度センサ４３が取り付けられている。タンク温度センサ４３は、貯湯タンク５の温水の温度を検出するためのものである。タンク温度センサ４３は、貯湯タンク５の上下方向における略中間部に設置されている。給湯運転時には、貯湯タンク５の出湯口５ｅから高温の温水が流出すると共に、貯湯タンク５の給水口５ｃから低温の水が流入するため、貯湯タンク５の温水は頂部側が高温、底部側が低温となる。そして、給湯を行うほど、底部側の低温温水の領域が上方に拡大する。そのため、タンク温度センサ４３で検出された温度によって、貯湯タンク５に高温の温水がどれだけ残っているかを検知（残湯量検知）することができる。

本実施形態のヒートポンプ式給湯機１は、沸上運転の運転モードとして、循環沸上モードと、一過沸上モードとを有する。本実施形態のヒートポンプ式給湯機１では、貯湯タンク５から凝縮器２２に供給される温水の温度（入水温度）に基づいて、循環沸上モードと一過沸上モードとが切り換えられる。

循環沸上モードは、三方弁７を第１状態にして、凝縮器２２で加熱された温水を第１返流口５ａを介して貯湯タンク５の底部側に供給するモードである。本実施形態では、循環沸上モード時に貯湯タンク５に供給される流量は、比較的大流量の一定の値である第１流量である。また、貯湯タンク５の底部側に高温の温水を供給することにより、貯湯タンク５内で温度差による対流が生じるため、貯湯タンク５内の温水が攪拌されるので、貯湯タンク５の温水温度はほぼ均一化される。したがって、循環沸上モード運転を継続して行うことにより、貯湯タンク５全体の温水の温度が徐々に上昇する。

一過沸上モードは、三方弁７を第２状態にして、第１流量よりも少ない流量の温水を貯湯タンク５の頂部側に供給するモードである。一過沸上モードでは、貯湯タンク５の頂部側に小流量の高温温水を供給するため、貯湯タンク５内で温度差による対流は生じない。本実施形態では、一過沸上モード時に貯湯タンク５に供給される流量は、第１流量よりも少ない第２流量であって、沸上目標温度に基づいて変更され、貯湯タンク５内で攪拌をほとんど生じさせない流量である。このように、一過沸上モードでは、攪拌が生じないように貯湯タンク５の頂部側に高温温水を供給するため、一過沸上モード運転を継続して行うことにより、貯湯タンク５の頂部側から底部側に向かって高温温水の領域が拡大していく。

次に、循環沸上モードと一過沸上モードとを切り換える入水温度の閾値について説明する。図３は、入水温度とＣＯＰとの関係を示すグラフの一例である。ＣＯＰ（Coefficient Of Performance）とは、消費電力１ｋＷあたりの加熱能力を表した値であって、エネルギー消費効率を示す指標である。ＣＯＰが大きいほどエネルギー消費効率は高い。

図３は、Ｒ４１０Ａ冷媒が用いられ、外気温度がＴａの条件に対応する。循環沸上モード及び一過沸上モードのいずれも、図３に示すように、入水温度が高くなるほどＣＯＰが低下するが、一過沸上モードは循環沸上モードよりも低下が緩やかである。また、循環沸上モードの曲線と一過沸上モードの曲線とは交差しており、入水温度が閾値Ｔ_Aより低い場合には、循環沸上モードが一過沸上モードよりＣＯＰが高くなり、入水温度が閾値Ｔ_Aより高い場合には、一過沸上モードが循環沸上モードよりＣＯＰが高くなっている。

このように、入水温度が閾値Ｔ_Aより低い場合に、循環沸上モードが一過沸上モードよりＣＯＰが高いのは、入水温度が低いことから、温水流量が大きい場合に熱交換効率が高いことによる効率の向上（流量増加による効率の向上）の影響が、温水流量が大きい場合に入水温度が高いことによる効率の悪化（流量増加による効率悪化）の影響より大きいからである。

一方、入水温度が閾値Ｔ_Aより高い場合に、一過沸上モードが循環沸上モードよりＣＯＰが高いのは、入水温度が高いことから、温水流量が大きい場合に入水温度が高いことによる効率の悪化（流量増加による効率悪化）の影響が、温水流量が大きい場合に熱交換効率が高いことによる効率の向上（流量増加による効率の向上）の影響より大きいからである。

そして、沸上運転が開始されたときは、入水温度が閾値Ｔ_Aより低いことから、循環沸上モードで運転して、その後、沸上運転が行われることにより入水温度が閾値Ｔ_Aより高くなったときに、一過沸上モードの運転に切り換えることで、ＣＯＰが高い方のモードで運転を行うことができる。

図４は、図３の条件において外気温度がＴａからＴａ’（但し、Ｔａ’＜Ｔａ）に低下した場合に、入水温度とＣＯＰとの関係がどのように変化するかを示している。図４に示すように、循環沸上モード及び一過沸上モードのいずれも、外気温度が低いほどＣＯＰが低くなる。そのため、循環沸上モードと一過沸上モードのＣＯＰの大小が入れ換わる入水温度の閾値Ｔ_Aは、外気温度の低下に伴って、Ｔ_A’まで低くなる。

本実施形態のヒートポンプ式給湯機１では、外気温度がＴａの場合において、循環沸上モードと一過沸上モードのＣＯＰの大小が入れ換わるときの入水温度の閾値Ｔ_Aに基づいて、循環沸上モードと一過沸上モードとを切り換えられる。入水温度センサ４１で検出される入水温度が閾値Ｔ_Aよりも小さい場合には、循環沸上モードで沸上運転を行い、入水温度が閾値Ｔ_A以上の場合には、一過沸上モードで沸上運転を行う。このように、入水温度に応じて循環沸上モードと一過沸上モードとを切り換えることによって、循環沸上モードだけで沸上運転を行う場合や一過沸上モードだけで沸上運転を行う場合に比べて、ＣＯＰを向上させることができる。

また、図４に示すように、循環沸上モードと一過沸上モードのＣＯＰの大小が入れ換わる入水温度の閾値Ｔ_Aは、外気温度に応じて変化することから、本実施形態のヒートポンプ式給湯機１では、モードを切り換える入水温度の閾値Ｔ_Aを、外気温度に応じて変化させる。具体的には、閾値Ｔ_Aは、外気温度が低いほど低く変更される。

次に、制御部１０について説明する。図２に示すように、制御部１０は、閾値決定部１１と、モード切換部１２と、三方弁制御部１３と、循環ポンプ制御部１４とを有する。

閾値決定部１１は、外気温度センサ３３で検出される外気温度に基づいて、入水温度についての閾値Ｔ_Aを決定する。閾値決定部１１は、複数の外気温度のそれぞれに対応するように、循環沸上モードのＣＯＰと一過沸上モードのＣＯＰの大小が入れ換わる入水温度の閾値Ｔ_Aを記憶している。したがって、閾値決定部１１は、記憶された複数の閾値Ｔ_Aの中から、外気温度に対応した閾値Ｔ_Aを選択して決定する。

モード切換部１２は、沸上運転時に、入水温度センサ４１で検出される入水温度と、閾値決定部１１により決定された閾値Ｔ_Aに基づいて、循環沸上モードと一過沸上モードとを切り換える。入水温度が閾値Ｔ_Aよりも小さい場合には、循環沸上モードに切り換え、入水温度が閾値Ｔ_A以上の場合には、一過沸上モードに切り換える。

三方弁制御部１３は、モード切換部１２により決定されたモードに応じて、沸上運転時に三方弁７を切り換える。循環沸上モードの場合には、三方弁７を第１状態に切り換え、一過沸上モードの場合には、三方弁７を第２状態に切り換える。

循環ポンプ制御部１４は、モード切換部１２により決定されたモードに応じて、沸上運転時に循環ポンプ６の回転数を制御する。循環沸上モードの場合には、貯湯タンク５に供給される温水の流量が予め設定された第１流量になるように、循環ポンプ６の回転数を制御する。また、一過沸上モードの場合には、入水温度と沸上目標温度との温度差に基づいて、循環ポンプ６の回転数を制御する。入水温度と沸上目標温度との温度差が大きくなるほど、循環ポンプ６の回転数は小さくなる。循環ポンプ制御部１４は、一過沸上モードの場合に、貯湯タンク５に供給される温水の流量が、上述したように、第１流量よりも小さく且つ貯湯タンク５内で攪拌をほとんど生じさせない流量である第２流量を越えない範囲で循環ポンプ６の回転数を制御する。

本実施形態のヒートポンプ式給湯機１では、凝縮器２２に供給される入水温度に基づいて、循環沸上モード及び一過沸上モードのいずれかに切り換えられる。したがって、入水温度の大きさによって、循環沸上モードにおけるＣＯＰと一過沸上モードにおけるＣＯＰとの大小が入れ換わる場合でも、ＣＯＰが高い方のモードで運転を行うことにより、ヒートポンプ式給湯機のエネルギー消費効率を向上させることができる。

本実施形態では、凝縮器２２に供給される入水温度が、閾値Ｔ_Aより低い場合には、循環沸上モードと一過沸上モードのうちＣＯＰが高い循環沸上モードで運転し、凝縮器２２に供給される入水温度が閾値Ｔ_A以上である場合には、循環沸上モードと一過沸上モードのうちＣＯＰが高い一過沸上モードで運転するため、効率を向上させることができる。

本実施形態では、外気温度（蒸発器２４における吸込空気温度）に応じて、循環沸上モードおよび一過沸上モードともＣＯＰが変化するが、モードを切り換える閾値Ｔ_Aを、外気温度に応じて変更することによって、ＣＯＰをより向上させることができる。

本実施形態では、循環沸上モードにおいては、比較的大流量の加熱温水を貯湯タンク５の底部側から供給することで、自然対流（温度差による対流）により貯湯タンク５内の温水が攪拌されるが、一過沸上モードにおいては、比較的小流量の加熱温水を貯湯タンク５の頂部側から供給することで、攪拌が起こらないようにできる。

本実施形態では、一過沸上モードにおいて、入水温度と沸上目標温度との温度差が大きいほど、貯湯タンク５に供給される温水の流量を少なくすることにより、貯湯タンク５に供給される温水の温度を沸上目標温度に近づけることができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
本実施形態のヒートポンプ式給湯機１０１は、凝縮器２２の冷媒配管の中間部分における冷媒温度（以下、中間温度という）に基づいて、循環沸上モードと一過沸上モードとを切り換える点で、第１実施形態と異なる。それ以外の構成は、第１実施形態と同じである。第１実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を用いて適宜その説明を省略する。

図５に示すように、本実施形態のヒートポンプ式給湯機１０１の制御部１１０は、閾値決定部１１１と、モード切換部１１２と、三方弁制御部１３と、循環ポンプ制御部１４とを有する。

図６は、中間温度とＣＯＰとの関係を示すグラフの一例である。図６に示すように、循環沸上モードの曲線と一過沸上モードの曲線とは交差しており、中間温度が閾値Ｔ_Bより小さい場合には、循環沸上モードが一過沸上モードよりＣＯＰが高くなっており、中間温度が閾値Ｔ_B以上である場合には、一過沸上モードが循環沸上モードよりＣＯＰが高くなっている。

本実施形態のヒートポンプ式給湯機１０１では、循環沸上モードと一過沸上モードのＣＯＰの大小が入れ換わる中間温度の閾値Ｔ_Bに基づいて、循環沸上モードと一過沸上モードとが切り換えられる。中間温度センサ３１で検出される温度が閾値Ｔ_Bより小さい場合には、循環沸上モードで沸上運転を行い、中間温度が閾値Ｔ_B以上である場合には、一過沸上モードで沸上運転を行う。このように、中間温度に応じて循環沸上モードと一過沸上モードとを切り換えることによって、循環沸上モードだけで沸上運転を行う場合や一過沸上モードだけで沸上運転を行う場合に比べて、ＣＯＰを向上させることができる。

閾値決定部１１１は、外気温度センサ３３で検出される外気温度に基づいて、中間温度についての閾値Ｔ_Bを決定する。閾値決定部１１１は、第１実施形態と同様に、複数の外気温度のそれぞれに対応するように、循環沸上モードのＣＯＰと一過沸上モードのＣＯＰの大小が入れ換わる中間温度の閾値Ｔ_Bを記憶している。したがって、閾値決定部１１１は、記憶された複数の閾値Ｔ_Bの中から、外気温度に対応した閾値Ｔ_Bを選択して決定する。

モード切換部１１２は、沸上運転時に、中間温度センサ３１で検出される中間温度と、閾値決定部１１１により決定された閾値Ｔ_Bに基づいて、循環沸上モードと一過沸上モードとを切り換える。中間温度が閾値Ｔ_Bよりも小さい場合には、循環沸上モードに切り換え、中間温度が閾値Ｔ_B以上の場合には、一過沸上モードに切り換える。

本実施形態のヒートポンプ式給湯機１０１では、凝縮器２２の中間温度に基づいて、循環沸上モード及び一過沸上モードのいずれかに切り換えられる。したがって、中間温度の大きさによって、循環沸上モードにおけるＣＯＰと一過沸上モードにおけるＣＯＰとの大小が入れ換わる場合でも、ＣＯＰが高い方のモードで運転を行うことにより、ヒートポンプ式給湯機のエネルギー消費効率を向上させることができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
本実施形態のヒートポンプ式給湯機２０１は、凝縮器２２の冷媒配管の出口部分における冷媒温度（以下、出口温度という）に基づいて、循環沸上モードと一過沸上モードとを切り換える点で、第１実施形態と異なる。それ以外の構成は、第１実施形態と同じである。第１実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を用いて適宜その説明を省略する。

図７に示すように、本実施形態のヒートポンプ式給湯機２０１の制御部２１０は、閾値決定部２１１と、モード切換部２１２と、三方弁制御部１３と、循環ポンプ制御部１４とを有する。

図８は、出口温度とＣＯＰとの関係を示すグラフの一例である。図８に示すように、循環沸上モードの曲線と一過沸上モードの曲線とは交差しており、出口温度が閾値Ｔ_Cより小さい場合には、一過沸上モードが循環沸上モードよりＣＯＰが高くなっており、出口温度が閾値Ｔ_C以上である場合には、循環沸上モードが一過沸上モードよりＣＯＰが高くなっている。

本実施形態のヒートポンプ式給湯機２０１では、循環沸上モードと一過沸上モードのＣＯＰの大小が入れ換わる出口温度の閾値Ｔ_Cに基づいて、循環沸上モードと一過沸上モードとが切り換えられる。出口温度センサ３２で検出される温度が閾値Ｔ_Cより小さい場合には、一過沸上モードで沸上運転を行い、出口温度が閾値Ｔ_C以上である場合には、循環沸上モードで沸上運転を行う。このように、出口温度に応じて循環沸上モードと一過沸上モードとを切り換えることによって、循環沸上モードだけで沸上運転を行う場合や一過沸上モードだけで沸上運転を行う場合に比べて、ＣＯＰを向上させることができる。

閾値決定部２１１は、外気温度センサ３３で検出される外気温度に基づいて、出口温度についての閾値Ｔ_Cを決定する。閾値決定部２１１は、第１実施形態と同様に、複数の外気温度のそれぞれに対応するように、循環沸上モードのＣＯＰと一過沸上モードのＣＯＰの大小が入れ換わる出口温度の閾値Ｔ_Cを記憶している。したがって、閾値決定部２１１は、記憶された複数の閾値Ｔ_Cの中から、外気温度に対応した閾値Ｔ_Cを選択して決定する。

モード切換部２１２は、沸上運転時に、出口温度センサ３２で検出される出口温度と、閾値決定部２１１により決定された閾値Ｔ_Cに基づいて、循環沸上モードと一過沸上モードとを切り換える。出口温度が閾値Ｔ_Cよりも小さい場合には、循環沸上モードに切り換え、出口温度が閾値Ｔ_B以上の場合には、一過沸上モードに切り換える。

本実施形態のヒートポンプ式給湯機２０１では、凝縮器２２の出口温度に基づいて、循環沸上モード及び一過沸上モードのいずれかに切り換えられる。したがって、中間温度の大きさによって、循環沸上モードにおけるＣＯＰと一過沸上モードにおけるＣＯＰとの大小が入れ換わる場合でも、ＣＯＰが高い方のモードで運転を行うことにより、ヒートポンプ式給湯機のエネルギー消費効率を向上させることができる。

＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
本実施形態のヒートポンプ式給湯機３０１は、凝縮器２２の出口近傍の冷媒温度と凝縮器２２の冷媒配管の中間部分における冷媒温度との差（以下、中間・出口温度差という）に基づいて、循環沸上モードと一過沸上モードとを切り換える点で、第１実施形態と異なる。それ以外の構成は、第１実施形態と同じである。第１実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を用いて適宜その説明を省略する。

図９に示すように、本実施形態のヒートポンプ式給湯機３０１の制御部３１０は、閾値決定部３１１と、モード切換部３１２と、三方弁制御部１３と、循環ポンプ制御部１４とを有する。

図１０は、中間・出口温度とＣＯＰとの関係を示すグラフの一例である。図１０に示すように、循環沸上モードの曲線と一過沸上モードの曲線とは交差しており、中間・出口温度が閾値Ｔ_Dより小さい場合には、一過沸上モードが循環沸上モードよりＣＯＰが高くなっており、中間・出口温度が閾値Ｔ_D以上である場合には、循環沸上モードが一過沸上モードよりＣＯＰが高くなっている。

本実施形態のヒートポンプ式給湯機３０１では、循環沸上モードと一過沸上モードのＣＯＰの大小が入れ換わる中間・出口温度の閾値Ｔ_Dに基づいて、循環沸上モードと一過沸上モードとが切り換えられる。中間温度センサ３１で検出される中間温度と、出口温度センサ３２で検出される出口温度との温度差である中間出口温度差が閾値Ｔ_Dより小さい場合には、一過沸上モードで沸上運転を行い、中間出口温度差が閾値Ｔ_D以上である場合には、循環沸上モードで沸上運転を行う。このように、中間出口温度差に応じて循環沸上モードと一過沸上モードとを切り換えることによって、循環沸上モードだけで沸上運転を行う場合や一過沸上モードだけで沸上運転を行う場合に比べて、ＣＯＰを向上させることができる。

閾値決定部３１１は、外気温度センサ３３で検出される外気温度に基づいて、中間出口温度差についての閾値Ｔ_Dを決定する。閾値決定部３１１は、第１実施形態と同様に、複数の外気温度のそれぞれに対応するように、循環沸上モードのＣＯＰと一過沸上モードのＣＯＰの大小が入れ換わる中間出口温度差の閾値Ｔ_Dを記憶している。したがって、閾値決定部３１１は、記憶された複数の閾値Ｔ_Dの中から、外気温度に対応した閾値Ｔ_Dを選択して決定する。

モード切換部３１２は、沸上運転時に、中間出口温度差と、閾値決定部３１１により決定された閾値Ｔ_Dに基づいて、循環沸上モードと一過沸上モードとを切り換える。中間出口温度差が閾値Ｔ_Dよりも小さい場合には、一過沸上モードに切り換え、中間出口温度差が閾値Ｔ_D以上の場合には、循環沸上モードに切り換える。

本実施形態のヒートポンプ式給湯機３０１では、凝縮器２２の中間温度と出口温度との温度差に基づいて、循環沸上モード及び一過沸上モードのいずれかに切り換えられる。したがって、中間出口温度差の大きさによって、循環沸上モードにおけるＣＯＰと一過沸上モードにおけるＣＯＰとの大小が入れ換わる場合でも、ＣＯＰが高い方のモードで運転を行うことにより、ヒートポンプ式給湯機のエネルギー消費効率を向上させることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の具体的な構成は、上記実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の説明だけではなく請求の範囲によって示され、さらに請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

上記実施形態では、入水温度、中間温度、出口温度、中間出口温度差のいずれかに基づいて、循環沸上モードと一過沸上モードとが切り換えられたが、これらに限定されず、沸上運転時間に基づいて、循環沸上モードと一過沸上モードとを切り換えてもよい。この沸上運転時間は、入水温度、中間温度、出口温度、中間出口温度差の変化と対応していることから、上記実施形態と同様に、循環沸上モードと一過沸上モードとの切り換えを行うことができる。

上記実施形態では、循環ポンプ６の回転数を制御することで、貯湯タンク５に供給される温水の流量を制御しているが、往き配管４ａまたは戻り配管４ｂに流量調整弁を設けて、この流量調整弁を制御することで、貯湯タンク５に供給される温水の流量を制御してもよい。

また、上記実施形態では、外気温度に応じて閾値を変更しているが、外気温度に関わらず一定の閾値を用いて、モードの切り換えを行ってもよい。例えば、外気温度が平均値の場合における循環沸上モードと一過沸上モードのＣＯＰの大小が入れ換わる閾値としてもよい。

上記実施形態の循環沸上モードでは、貯湯タンク６の底部側に温水を供給するようになっているが、貯湯タンク６の頂部側に温水を供給するようになっていてもよい。この変更形態の場合、図１１に示すように、循環沸上モード及び一過沸上モードのいずれのモードでも、貯湯タンク６の頂部側に温水が供給されることから、三方弁７を制御する必要がない。したがって、三方弁７および戻り分岐管４ｃを設けなくてよい。また、この変更形態の貯湯タンク６内には、第２返流口５ｄに対向するように攪拌防止部材が配置される。したがって、第２返流口５ｄから供給される温水によって貯湯タンク６内の温水が攪拌されるのを防止できる。

上記実施形態の循環沸上モードでは、貯湯タンク６の底部側に供給される温水の流量（第１流量）は、常に同じ値であるが、沸上目標温度や入水温度に基づいて変更してもよい。

上記実施形態では、Ｒ４１０Ａ冷媒を用いているが、例えば、Ｒ１３４Ａ、Ｒ４０７Ｃ等の他の凝縮器で凝縮しない冷媒を用いてもよい。

上記実施形態では、入水温度、中間温度、出口温度、中間出口温度差のいずれかに基づいて、循環沸上モードと一過沸上モードとが切り換えられたが、これらに限定されず、冷媒回路における他の部分の冷媒温度または凝縮器と貯湯タンクとを接続する温水回路における他の部分の温水温度に基づいて、循環沸上モードと一過沸上モードとが切り換えられてもよい。

本発明を利用すれば、エネルギー効率を向上させることができる。

１、１０１、２０１、３０１ ヒートポンプ式給湯機
２ ヒートポンプユニット
３ 冷媒回路
４ 温水回路
５ 貯湯タンク
５ａ 第１返流口
５ｄ 第２返流口
６ 循環ポンプ
７ 三方弁（弁機構）
２２ 凝縮器
２４ 蒸発器

Claims (11)

1. 凝縮器で凝縮する冷媒が循環する冷媒回路を有するヒートポンプユニットと、
   前記凝縮器において加熱された温水を貯留する貯湯タンクとを備え、
   前記貯湯タンクに供給される温水流量が、前記冷媒回路における冷媒温度の変化または前記凝縮器と前記貯湯タンクとを接続する温水回路における温水温度の変化にともなって変更されることを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
2. 前記貯湯タンクに供給される温水流量が、前記冷媒回路における冷媒温度または前記凝縮器と前記貯湯タンクとを接続する温水回路における温水温度に基づいて変更されることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式給湯機。
3. 前記貯湯タンクに供給される温水流量が、沸上運転時間に基づいて変更される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式給湯機。
4. 第１流量の加熱温水が前記貯湯タンクに供給される循環沸上モードと、
   前記第１流量よりも少ない第２流量の加熱温水が前記貯湯タンクの頂部側に供給される一過沸上モードとを取り得るものであって、
   前記循環沸上モードと前記一過沸上モードとが切り換えられることによって、前記貯湯タンクに供給される温水流量が変更されることを特徴とする請求項１−３のいずれかに記載のヒートポンプ式給湯機。
5. 前記貯湯タンクの底部側に設けられた第１返流口を介して前記貯湯タンクに加熱温水が供給される第１状態と、前記貯湯タンクの頂部側に設けられた第２返流口を介して前記貯湯タンクに加熱温水が供給される第２状態とを切り換える弁機構をさらに備え、
   前記弁機構が、前記循環沸上モードにおいて前記第１状態となるように切り換えられると共に、前記一過沸上モードにおいて前記第２状態となるように切り換えられることを特徴とする請求項４に記載のヒートポンプ式給湯機。
6. 前記貯湯タンクから前記凝縮器に供給される温水の温度が、閾値よりも小さい場合に前記循環沸上モードに切り換えられると共に、閾値以上である場合に前記一過沸上モードに切り換えられることを特徴とする請求項４または５に記載のヒートポンプ式給湯機。
7. 前記凝縮器の冷媒配管の中間部分における冷媒温度が、閾値よりも小さい場合に前記循環沸上モードに切り換えられると共に、閾値以上である場合に前記一過沸上モードに切り換えられることを特徴とする請求項４または５に記載のヒートポンプ式給湯機。
8. 前記凝縮器の冷媒配管の出口近傍における冷媒温度が、閾値よりも小さい場合に前記一過沸上モードに切り換えられると共に、閾値以上である場合に前記循環沸上モードに切り換えられることを特徴とする請求項４または５に記載のヒートポンプ式給湯機。
9. 前記凝縮器の冷媒配管の中間部分における冷媒温度と、前記凝縮器の冷媒配管の出口近傍における冷媒温度との温度差が、閾値よりも小さい場合に前記一過沸上モードに切り換えられると共に、閾値以上である場合に前記循環沸上モードに切り換えられる請求項４または５に記載のヒートポンプ式給湯機。
10. 前記閾値が、前記冷媒回路の蒸発器における吸込空気温度に基づいて変更されることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載のヒートポンプ式給湯機。
11. 前記一過沸上モードにおける前記第２流量が、前記貯湯タンクに貯留される温水の沸上目標温度と前記凝縮器に供給される温水の温度との温度差が大きいほど少なくように変更されることを特徴とする請求項４〜１０のいずれか１項に記載のヒートポンプ式給湯機。

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