WO2014050274A1

WO2014050274A1 - ヒートポンプ給湯機

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Publication number: WO2014050274A1
Application number: PCT/JP2013/069924
Authority: WO
Inventors: 野本　宗; 謙作畑中; 啓輔高山
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2012-09-25
Filing date: 2013-07-23
Publication date: 2014-04-03
Also published as: JP2014066394A; US20150226453A1; EP3299742B1; EP2918941A4; CN104736941A; EP2918941B1; CN104736941B; US9482446B2; JP5494770B2; EP2918941A1; EP3299742A1

Abstract

　湯から析出する析出物が水冷媒熱交換器内に累積した場合のメンテナンスを容易且つ低コストで行うことのできるヒートポンプ給湯機を提供すること。　本発明のヒートポンプ給湯機は、冷媒を圧縮する圧縮機３と、第１の水冷媒熱交換器４と、第２の水冷媒熱交換器５と、圧縮機３で圧縮された冷媒を第１の水冷媒熱交換器４に供給するとともに第１の水冷媒熱交換器４を通過した後の冷媒を第２の水冷媒熱交換器５に供給する冷媒回路を形成可能な冷媒経路と、第２の水冷媒熱交換器５を通過した湯を第１の水冷媒熱交換器４に送る流路を含む水流路と、を備え、第２の水冷媒熱交換器５にて加熱された湯を第１の水冷媒熱交換器４に送り、第１の水冷媒熱交換器４にて更に加熱された湯を水流路の下流側に供給する加熱運転を実行可能であり、第２の水冷媒熱交換器５を取り替えることなく第１の水冷媒熱交換器４を取り替え可能である。

Description

ヒートポンプ給湯機

　本発明は、ヒートポンプ給湯機に関する。

　冷凍サイクルの冷媒により水を加熱して湯を生成するヒートポンプ式の給湯機が広く用いられている。ヒートポンプ給湯機は、高温の冷媒と水との熱交換を行うことにより水を加熱して湯にする水冷媒熱交換器を備えている。水冷媒熱交換器内の水流路の内壁には、一般にスケールと呼ばれる固形物が付着する。このスケールは、主に、水に溶解しているカルシウムが析出することによって形成されるものである。水温が高いほどカルシウムの溶解度は低くなる。このため、カルシウム硬度の高い水の場合には、水冷媒熱交換器内で水が加熱される過程で、炭酸カルシウムが析出し、スケールが生成する。スケールが累積して流路が狭小化すると、流路抵抗が大きくなり、水流量が低下して、ヒートポンプ給湯機の運転に悪影響を及ぼす。

　特許文献１には、スケールの累積等による水回路の異常を検知するため、給湯回路の水流量を検出する水流量検知手段と、ポンプを所定回転数で運転して、水流量検知手段で水流量を検知するとともに、あらかじめ設定された水流量より小さい場合に水回路異常と判断する水回路異常検知手段とを備えたヒートポンプ給湯機が開示されている。

日本特開２００９－１４５００７号公報

　スケールの累積による水冷媒熱交換器内の水流路の狭小化が進行した場合には、水冷媒熱交換器を新品に取り替えるという対処が考えられる。しかしながら、一般的なヒートポンプ給湯機では、水冷媒熱交換器は、断熱材で覆われ、硬性のケースに更に収納された状態で、風路室の下部に設置されている。そして、水冷媒熱交換器を収納したケースの水冷媒熱交換器の上には、送風機が固定されている。このような構造では、水冷媒熱交換器を取り外すことが容易ではないため、実際には水冷媒熱交換器を取り替えることはほとんど行われておらず、ヒートポンプユニット全体を交換する方法がとられている。このため、メンテナンスに多大なコストがかかるという問題がある。

　本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、湯から析出する析出物が水冷媒熱交換器内に累積した場合のメンテナンスを容易且つ低コストで行うことの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。

　本発明に係るヒートポンプ給湯機は、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒と水との熱交換を行う第１の水冷媒熱交換器と、冷媒と水との熱交換を行う第２の水冷媒熱交換器と、圧縮機で圧縮された冷媒を第１の水冷媒熱交換器に供給するとともに第１の水冷媒熱交換器を通過した後の冷媒を第２の水冷媒熱交換器に供給する冷媒回路を形成可能な冷媒経路と、第２の水冷媒熱交換器を通過した湯を第１の水冷媒熱交換器に送る流路を含む水流路と、を備え、第２の水冷媒熱交換器にて加熱された湯を第１の水冷媒熱交換器に送り、第１の水冷媒熱交換器にて更に加熱された湯を水流路の下流側に供給する加熱運転を実行可能であり、第２の水冷媒熱交換器を取り替えることなく第１の水冷媒熱交換器を取り替え可能である。

　本発明によれば、湯から析出する析出物が累積した場合に、析出物の量が少ない第２の水冷媒熱交換器を取り替えることなく、析出物の量が多い第１の水冷媒熱交換器を取り替えることで対処することができる。このため、メンテナンスを容易且つ低コストで行うことが可能となる。

本発明の実施の形態１のヒートポンプ給湯機を示す構成図である。本発明の実施の形態１のヒートポンプ給湯機のヒートポンプユニットが備える冷媒回路および水流路の構成を模式的に示す図である。本発明の実施の形態１のヒートポンプ給湯機のヒートポンプユニットの内部を透視した平面図である。本発明の実施の形態１のヒートポンプ給湯機のヒートポンプユニットの内部を透視した正面図である。水に対する炭酸カルシウムの溶解度と水温との関係を示す図である。水冷媒熱交換器の無次元流路長と、水冷媒熱交換器内の水温との関係を示す図である。

　以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１のヒートポンプ給湯機を示す構成図である。図１に示すように、本実施形態のヒートポンプ給湯機は、ヒートポンプユニット１と、タンクユニット２とを有している。タンクユニット２内には、湯水を貯留する貯湯タンク２ａと、水ポンプ２ｂとが設置されている。ヒートポンプユニット１と、タンクユニット２とは、水配管１１および水配管１２と、図示しない電気配線とを介して接続されている。水配管１１の一端は、ヒートポンプユニット１の入水口１ａに接続されている。水配管１１の他端は、タンクユニット２内で貯湯タンク２ａの下部に接続されている。タンクユニット２内の水配管１１の途中に水ポンプ２ｂが設置されている。水配管１２の一端は、ヒートポンプユニット１の出湯口１ｂに接続されている。水配管１２の他端は、タンクユニット２内で貯湯タンク２ａの上部に接続されている。図示の構成に代えて、水ポンプ２ｂをヒートポンプユニット１内に配置してもよい。

　貯湯タンク２ａの下部には、給水配管１３が更に接続されている。水道等の外部の水源から供給される水が、給水配管１３を通って、貯湯タンク２ａ内に流入し、貯留される。貯湯タンク２ａ内は、常に満水状態に維持される。タンクユニット２内には、更に、給湯用混合弁２ｃが設けられている。給湯用混合弁２ｃは、出湯配管１４を介して、貯湯タンク２ａの上部と接続されている。また、給湯用混合弁２ｃには、給水配管１３から分岐した給水分岐管１５が接続されている。給湯用混合弁２ｃには、給湯配管１６の一端が更に接続されている。給湯配管１６の他端は、図示を省略するが、例えば蛇口、シャワー、浴槽等の給湯端末に接続されている。

　貯湯タンク２ａ内に貯留された水を沸き上げる際には、ヒートポンプユニット１および水ポンプ２ｂを稼動させる加熱運転を行う。加熱運転では、貯湯タンク２ａ内に貯留された水は、水ポンプ２ｂにより、水配管１１を通ってヒートポンプユニット１に送られ、ヒートポンプユニット１内で加熱されて、高温湯になる。ヒートポンプユニット１内で生成した高温湯は、水配管１２を通ってタンクユニット２に戻り、上部から貯湯タンク２ａ内に流入する。このような加熱運転により、貯湯タンク２ａ内には、上側が高温湯になり、下側が低温水になるように、湯水が貯留される。

　給湯配管１６から給湯端末に給湯する際には、貯湯タンク２ａ内の高温湯が出湯配管１４を通って給湯用混合弁２ｃに供給されるとともに、低温水が給水分岐管１５を通って給湯用混合弁２ｃに供給される。この高温湯および低温水が給湯用混合弁２ｃで混合された上で、給湯配管１６を通って給湯端末に供給される。給湯用混合弁２ｃは、使用者により設定された給湯温度になるように、高温湯と低温水との混合比を調節する機能を有している。

　本ヒートポンプ給湯機は、制御部５０を備えている。制御部５０は、本ヒートポンプ給湯機が備えるアクチュエータ類、センサ類（図示せず）、およびユーザーインターフェース装置（図示せず）に対しそれぞれ電気的に接続されており、本ヒートポンプ給湯機の運転を制御する制御手段として機能する。図１では、ヒートポンプユニット１内に制御部５０を設置しているが、制御部５０の設置場所はヒートポンプユニット１内に限定されるものではない。タンクユニット２内に制御部５０を設置してもよい。また、制御部５０をヒートポンプユニット１内とタンクユニット２内とに分散して配置し、相互に通信可能に接続する構成にしてもよい。

　図２は、ヒートポンプユニット１が備える冷媒回路および水流路の構成を模式的に示す図である。図２に示すように、ヒートポンプユニット１は、圧縮機３、第１の水冷媒熱交換器４、第２の水冷媒熱交換器５、膨張弁６および蒸発器７を含む冷媒回路と、第１の水冷媒熱交換器４および第２の水冷媒熱交換器５に湯水を流通させる水流路とを備えている。本実施形態における蒸発器７は、空気と冷媒との熱交換を行う空気冷媒熱交換器で構成されている。また、本実施形態におけるヒートポンプユニット１は、蒸発器７に送風する送風機８と、高圧側冷媒と低圧側冷媒との熱交換を行う高低圧熱交換器９とを更に備えている。圧縮機３、第１の水冷媒熱交換器４、第２の水冷媒熱交換器５、膨張弁６、蒸発器７および高低圧熱交換器９は、冷媒経路としての冷媒配管を介して接続され、冷媒回路を形成している。

　ヒートポンプユニット１は、加熱運転時には、圧縮機３を作動させて、冷凍サイクルを稼動させる。本実施形態の圧縮機３は、密閉容器３ａと、この密閉容器３ａ内に設けられた圧縮要素３ｂおよび電動要素３ｃと、第１の吸入口３ｄと、第１の吐出口３ｅと、第２の吸入口３ｆと、第２の吐出口３ｇとを有している。第１の吸入口３ｄから吸入された冷媒は、圧縮要素３ｂに流入する。圧縮要素３ｂは、電動要素３ｃにより駆動され、冷媒を圧縮する。圧縮要素３ｂで圧縮された冷媒は、第１の吐出口３ｅから吐出される。第１の吐出口３ｅから吐出された冷媒は、冷媒経路１０を通って、第１の水冷媒熱交換器４に流入する。第１の水冷媒熱交換器４を通過した冷媒は、冷媒経路１７を通って、第２の吸入口３ｆに流入する。第２の吸入口３ｆから圧縮機３の密閉容器３ａ内に流入した冷媒は、電動要素３ｃのローターとステーターとの間等を通ることで電動要素３ｃを冷却した後、第２の吐出口３ｇから吐出される。第２の吐出口３ｇから吐出された冷媒は、冷媒経路１８を通って、第２の水冷媒熱交換器５に流入する。第２の水冷媒熱交換器５を通過した冷媒は、冷媒経路１９を通って、膨張弁６に流入する。膨張弁６を通過した冷媒は、冷媒経路２０を通って、蒸発器７に流入する。蒸発器７を通過した冷媒は、冷媒経路２１を通って、第１の吸入口３ｄから圧縮機３に吸入される。高低圧熱交換器９は、冷媒経路１９を通る高圧冷媒と、冷媒経路２１を通る低圧冷媒とを熱交換させる。

　ヒートポンプユニット１は、入水口１ａと第２の水冷媒熱交換器５の入口とを接続する水流路２３と、第２の水冷媒熱交換器５の出口と第１の水冷媒熱交換器４の入口とを接続する水流路２４と、第１の水冷媒熱交換器４の出口と出湯口１ｂとを接続する水流路２６とを更に備えている。加熱運転時には、入水口１ａから流入した水が水流路２３を通って第２の水冷媒熱交換器５に流入し、第２の水冷媒熱交換器５内で冷媒の熱により加熱される。第２の水冷媒熱交換器５内で加熱されることで生成した湯は、水流路２４を通って第１の水冷媒熱交換器４に流入し、第１の水冷媒熱交換器４内で冷媒の熱により更に加熱される。第１の水冷媒熱交換器４内で更に加熱されることで更に高温になった湯は、水流路２６を通って出湯口１ｂに至り、水配管１２を通ってタンクユニット２へ供給される。

　冷媒としては、高温出湯ができる冷媒、例えば、二酸化炭素、Ｒ４１０Ａ、プロパン、プロピレンなどの冷媒が適しているが、特にこれらに限定されるものではない。

　圧縮機３の第１の吐出口３ｅから吐出された高温高圧のガス冷媒は、第１の水冷媒熱交換器４を通過する間に放熱しながら温度低下する。本実施形態では、第１の水冷媒熱交換器４を通過する間に温度低下した冷媒が第２の吸入口３ｆから密閉容器３ａ内に流入して電動要素３ｃを冷却することにより、電動要素３ｃの温度および密閉容器３ａの表面温度を低下させることができる。その結果、電動要素３ｃのモータ効率を向上することができ、また、密閉容器３ａの表面からの放熱ロスを低減することができる。冷媒は、電動要素３ｃの熱を奪うことで温度上昇した後に第２の水冷媒熱交換器５に流入し、第２の水冷媒熱交換器５を通過する間に放熱しながら温度低下する。この温度低下した高圧冷媒は、高低圧熱交換器９を通過する間に低圧冷媒を加熱した後、膨張弁６を通過する。膨張弁６を通過することにより、冷媒は、低圧気液二相の状態に減圧される。膨張弁６を通過した冷媒は、蒸発器７を通過する間に外気から吸熱し、蒸発ガス化される。蒸発器７を出た低圧冷媒は、高低圧熱交換器９にて加熱された後、圧縮機３に吸入されて循環する。

　高圧側冷媒圧力が臨界圧以上であれば、第１の水冷媒熱交換器４および第２の水冷媒熱交換器５内の冷媒は、超臨界状態のまま気液相転移しないで温度低下して放熱する。また、高圧側冷媒圧力が臨界圧以下であれば、冷媒は液化しながら放熱する。本実施形態では、冷媒として二酸化炭素等を用いることにより、高圧側冷媒圧力を臨界圧以上にすることが好ましい。高圧側冷媒圧力が臨界圧以上の場合には、液化した冷媒が第２の吸入口３ｆから密閉容器３ａ内に流入することがなく、液化した冷媒が電動要素３ｃに付着することがないため、電動要素３ｃの回転抵抗を低減することができる。また、液化した冷媒が第２の吸入口３ｆから密閉容器３ａ内に流入しないことにより、冷凍機油が冷媒によって希釈されることを防止するという利点もある。

　制御部５０は、加熱運転時に、ヒートポンプユニット１からタンクユニット２へ供給される湯の温度（以下、「出湯温度」と称する）が、目標出湯温度になるように、制御する。目標出湯温度は、例えば、６５℃～９０℃に設定される。本実施形態では、制御部５０は、水ポンプ２ｂの回転数を調整することによって出湯温度を制御する。制御部５０は、水流路２６に設けられた温度センサ（図示せず）により出湯温度を検出し、その検出された出湯温度が目標出湯温度より高い場合には水ポンプ２ｂの回転数を高くする方向に補正し、出湯温度が目標出湯温度より低い場合には水ポンプ２ｂの回転数を低くする方向に補正する。このようにして、制御部５０は、出湯温度が目標出湯温度に一致するように制御することができる。ただし、本発明では、圧縮機３の第１の吐出口３ｅから吐出される冷媒の温度、あるいは圧縮機３の回転数などを制御することによって、出湯温度を制御してもよい。

　図３は、ヒートポンプユニット１の内部を透視した平面図である。図４は、ヒートポンプユニット１の内部を透視した正面図である。図３および図４では、膨張弁６、高低圧熱交換器９、冷媒経路および水流路を形成する配管等については省略している。これらの図に示すように、ヒートポンプユニット１は、構成機器を収納する筐体３０を備えている。筐体３０内には、仕切り部材３１が設けられている。筐体３０の内部は、仕切り部材３１によって仕切られることにより、複数の室が形成されている。本実施形態では、筐体３０内に、機械室３２と、風路室３３とが形成されている。機械室３２内には、圧縮機３と、第１の水冷媒熱交換器４とが設置されている。第１の水冷媒熱交換器４は、圧縮機３と並んで立った状態で配置されている。第１の水冷媒熱交換器４は、図示しない断熱材に覆われていることが好ましい。

　風路室３３には、第２の水冷媒熱交換器５と、蒸発器７と、送風機８とが設置されている。第２の水冷媒熱交換器５は、金属等で構成された防水性を有する硬性の収納ケース３４に収納されており、収納ケース３４内で断熱材（図示せず）に覆われている。収納ケース３４は、風路室３３内の下部に設置されている。送風機８は、収納ケース３４の上に設置されている。蒸発器７は、平面視で略Ｌ字型をなしており、風路室３３の背面および一方の側面を覆うように配置されている。送風機８が作動することにより、外気が風路室３３に導入され、蒸発器７を通過して流れる。

　本実施形態では、外気が流通する風路室３３内に第２の水冷媒熱交換器５を設置しているため、収納ケース３４に第２の水冷媒熱交換器５を収納して保護する必要がある。これに対し、第１の水冷媒熱交換器４は、外気が流通することのない機械室３２内に設置されているため、容器に収納しなくても問題はない。

　ヒートポンプユニット１では、水に含まれる炭酸カルシウム等が析出することにより、一般にスケールと呼ばれる析出物が流路内壁に付着する。図５は、水に対する炭酸カルシウムの溶解度と水温との関係を示す図である。図５に示すように、炭酸カルシウムの溶解度は、水温が高くなるほど低くなる。このため、スケールは、水温が高くなるほど、発生し易い。ヒートポンプユニット１では、供給された水は、まず第２の水冷媒熱交換器５で加熱されて温度が上昇し、続いて第１の水冷媒熱交換器４で加熱されて更に温度が上昇する。すなわち、第２の水冷媒熱交換器５内の水温より、第１の水冷媒熱交換器４内の水温の方が高い。このため、スケールは、第１の水冷媒熱交換器４内に発生し易く、第２の水冷媒熱交換器５内には発生しにくい。したがって、本実施形態のヒートポンプ給湯機の経年変化において、第１の水冷媒熱交換器４の内部でスケールの累積によって流路が狭小化した場合であっても、第２の水冷媒熱交換器５の内部ではスケールによる流路の狭小化は起きにくい。

　本実施形態のヒートポンプ給湯機では、水冷媒熱交換器が第１の水冷媒熱交換器４と第２の水冷媒熱交換器５とに分割され、第１の水冷媒熱交換器４と第２の水冷媒熱交換器５とが別体になっている。このため、第２の水冷媒熱交換器５を取り替えることなく、第１の水冷媒熱交換器４のみを取り替えることが可能である。上述したように、第２の水冷媒熱交換器５内に発生するスケールの量は、第１の水冷媒熱交換器４に比べ、極めて少ない。このため、スケールの累積による流路の狭小化が生じた場合に、第２の水冷媒熱交換器５を取り替える必要はなく、第１の水冷媒熱交換器４のみを新品あるいは再生品に取り替えることにより、スケールの累積による流路の狭小化を解消することができる。このように、本実施形態のヒートポンプ給湯機では、水冷媒熱交換器の内部にスケールが累積した場合に、水冷媒熱交換器の全体を取り替える必要が無く、第１の水冷媒熱交換器４のみを新品あるいは再生品に取り替えることで対処することができる。このため、メンテナンスを容易且つ低コストで行うことができる。なお、第１の水冷媒熱交換器４を取り替える際には、２箇所の冷媒配管の接続部と、２箇所の水配管の接続部とを取り外せばよい。

　また、本実施形態では、第１の水冷媒熱交換器４は、第２の水冷媒熱交換器５に比べて、小型になっている。ここで、第１の水冷媒熱交換器４が第２の水冷媒熱交換器５に比べて小型とは、第１の水冷媒熱交換器４が占有する空間の体積が、第２の水冷媒熱交換器５が占有する空間の体積より小さいことを意味する。本実施形態では、比較的大型の第２の水冷媒熱交換器５を取り替える必要が無く、比較的小型の第１の水冷媒熱交換器４を取り替えれば済むため、メンテナンスをより容易且つ低コストで行うことができる。

　また、本実施形態では、第１の水冷媒熱交換器４と、第２の水冷媒熱交換器５とが別々の室に配置されている。これにより、第１の水冷媒熱交換器４を取り替える際に、第２の水冷媒熱交換器５が作業の妨げになることがないので、第１の水冷媒熱交換器４を取り替える作業を容易に行うことができる。特に、第２の水冷媒熱交換器５を取り外すことなく、第１の水冷媒熱交換器４を取り外し可能となる。

　また、本実施形態では、圧縮機３が配置された機械室３２に第１の水冷媒熱交換器４を配置したことにより、次のような利点がある。第一の利点としては、圧縮機３の近くに第１の水冷媒熱交換器４を配置できるため、圧縮機３と第１の水冷媒熱交換器４とを接続する冷媒経路１０，１７の距離を短くすることができる。これにより、冷媒の圧力損失を低減できるとともに、冷媒経路１０，１７からの放熱ロスを低減できるため、性能を向上することができる。第二の利点としては、第１の水冷媒熱交換器４を取り替える際に、他の主要な機器を取り外す必要のない構成にすることが可能であり、第１の水冷媒熱交換器４の取り替え作業を容易にすることができる。これに対し、仮に風路室３３に配置された第２の水冷媒熱交換器５を取り替えるとした場合には、送風機８等の他の機器を取り外すことが必要になるため、第２の水冷媒熱交換器５を取り替え作業には多大な手間がかかる。また、風路室３３と異なり、機械室３２には外気が流通しないので、第１の水冷媒熱交換器４は、第２の水冷媒熱交換器５を収納する収納ケース３４のような硬性の容器に収納する必要がない。よって、第三の利点として、第１の水冷媒熱交換器４を硬性の容器に収納する必要がないため、第１の水冷媒熱交換器４の取り替え作業を容易にすることができる。

　また、本実施形態では、蒸発器７が配置された風路室３３に第２の水冷媒熱交換器５を配置したことにより、風路室３３のスペースを十分に大きくすることができる。ヒートポンプユニット１の性能を向上するためには、蒸発器７を十分に大きくすることが重要であり、蒸発器７を大きくするには、風路室３３のスペースを大きくすることが必要である。本実施形態では、第２の水冷媒熱交換器５を風路室３３に配置したことにより、風路室３３のスペースを大きくすることができ、ヒートポンプユニット１の性能を向上することができる。これに対し、仮に第２の水冷媒熱交換器５を機械室３２に配置したとすると、第２の水冷媒熱交換器５は大型の機器であるため、機械室３２を拡大することが必要となり、その結果、風路室３３を縮小しなければならなくなる。このため、蒸発器７を大きくすることができないという不利益を生ずる。また、第２の水冷媒熱交換器５は、取り替える必要がないため、風路室３３の送風機８の下のような、取り外しの困難な場所に配置しても、不都合が生じない。

　本実施形態では、加熱運転時における第２の水冷媒熱交換器５の出口水温が８０℃以下であることが好ましい。図５中の太い破線は、水道水に含まれる炭酸カルシウム量の一例を示している。この例の場合には、水温が約８０℃以下では炭酸カルシウムの含有量が溶解度以下であるので、炭酸カルシウムは析出せず、スケールは発生しない。これに対し、水温が約８０℃以上になると、炭酸カルシウムの含有量が溶解度を超えるので、炭酸カルシウムが析出し、スケールが発生する。このことに鑑み、第２の水冷媒熱交換器５の出口水温を８０℃以下にすれば、第２の水冷媒熱交換器５内にスケールが発生することをより確実に抑制することができ、スケールの累積を第１の水冷媒熱交換器４側により確実に集中させることができる。

　また、本実施形態では、加熱運転時における第２の水冷媒熱交換器５の出口水温が６５℃以上であることが好ましい。なお、本ヒートポンプ給湯機が、目標出湯温度を可変制御する機能を有している場合には、目標出湯温度を上限値に設定した場合における第２の水冷媒熱交換器５の出口水温が６５℃以上であれば良い。第２の水冷媒熱交換器５の出口水温を６５℃以上にすることにより、第２の水冷媒熱交換器５の出口水温が６５℃未満の場合に比べて、第１の水冷媒熱交換器４に要求される加熱能力が小さくなるので、第１の水冷媒熱交換器４を小型化することが可能となる。このため、第１の水冷媒熱交換器４の取り替えを低コスト且つ容易に行うことができる。また、第１の水冷媒熱交換器４を小型化できることにより、機械室３２を小さくし、風路室３３を大きくすることができる。これにより、蒸発器７を大きくすることができ、ヒートポンプユニット１の性能を向上することができる。また、タンクユニット２の貯湯タンク２ａ内に貯留する湯の温度としては、６５℃以上の温度が求められる場合が多いため、一般にヒートポンプユニット１の出湯温度も６５℃以上の温度が求められる場合が多い。第２の水冷媒熱交換器５の出口水温が６５℃以上であれば、第１の水冷媒熱交換器４内にスケールが累積することで第１の水冷媒熱交換器４の熱交換能力が低下した場合であっても、ヒートポンプユニット１の出湯温度を確実に６５℃以上にすることができ、必要な出湯温度を確保することができる。

　また、本実施形態では、加熱運転時における第１の水冷媒熱交換器４の加熱能力［Ｗ］と、第２の水冷媒熱交換器５の加熱能力［Ｗ］とを合計した加熱能力に対する第１の水冷媒熱交換器４の加熱能力の割合が１２～１８％であることが好ましい。第１の水冷媒熱交換器４の加熱能力と第２の水冷媒熱交換器５の加熱能力との比率を上記のように設定することにより、第２の水冷媒熱交換器５の出口水温を概ね６５℃～８０℃の範囲にすることができるので、上記と同様の効果が得られる。また、第２の水冷媒熱交換器５に対して第１の水冷媒熱交換器４を十分に小型化できるため、第１の水冷媒熱交換器４の取り替えを更に低コスト且つ容易に行うことができる。また、機械室３２をより小さくし、風路室３３をより大きくすることができるので、蒸発器７をより大きくすることができ、ヒートポンプユニット１の性能を更に向上することができる。

　図６は、水冷媒熱交換器の無次元流路長と、水冷媒熱交換器内の水温との関係を示す図である。図６の横軸は、水冷媒熱交換器内の水の流路長（または冷媒の流路長）を無次元化して表したものであり、横軸の原点（０．０）が水の入口および冷媒の出口を表し、横軸の右端（１．０）が湯の出口および冷媒の入口を表す。図６では、水冷媒熱交換器の入口の水温が９℃、水冷媒熱交換器の出口の水温が９０℃の場合を表している。この場合には、図６から分かるように、無次元流路長０．８の位置で水温が約６５℃になり、無次元流路長０．９５の位置で水温が約８０℃になる。

　本実施形態のヒートポンプユニット１の場合には、図６の横軸の原点（０．０）が第２の水冷媒熱交換器５の水の入口および冷媒の出口に相当し、横軸の右端（１．０）が第１の水冷媒熱交換器４の湯の出口および冷媒の入口に相当する。第１の水冷媒熱交換器４の伝熱部の構造と第２の水冷媒熱交換器５の伝熱部の構造とが同じであり、第１の水冷媒熱交換器４内の水の流路長（または冷媒の流路長）と第２の水冷媒熱交換器５内の水の流路長（または冷媒の流路長）とが異なる構成にした場合には、図６から、第１の水冷媒熱交換器４内の流路長と第２の水冷媒熱交換器５内の流路長との比率を、０．２：０．８～０．０５：０．９５にすることにより、第２の水冷媒熱交換器５の出口水温が概ね６５℃～８０℃の範囲になることが分かる。

　以上のことから、本実施形態では、第１の水冷媒熱交換器４の伝熱部の構造と第２の水冷媒熱交換器５の伝熱部の構造とが同じであり、第１の水冷媒熱交換器４内の水の流路長（または冷媒の流路長）と第２の水冷媒熱交換器５内の水の流路長（または冷媒の流路長）とが異なる構成にした場合には、第１の水冷媒熱交換器４内の流路長と第２の水冷媒熱交換器５内の流路長との比率を、０．２：０．８～０．０５：０．９５にすることが好ましい。これにより、第２の水冷媒熱交換器５の出口水温を概ね６５℃～８０℃の範囲にすることができるので、前記と同様の効果が得られる。この場合、第１の水冷媒熱交換器４内の流路長は、第１の水冷媒熱交換器４内の流路長と第２の水冷媒熱交換器５内の流路長との合計の５～２０％に過ぎないので、第２の水冷媒熱交換器５に対して第１の水冷媒熱交換器４を十分に小型化できる。このため、第１の水冷媒熱交換器４の取り替えを更に低コスト且つ容易に行うことができる。また、機械室３２をより小さくし、風路室３３をより大きくすることができるので、蒸発器７をより大きくすることができ、ヒートポンプユニット１の性能を更に向上することができる。

　また、第１の水冷媒熱交換器４の伝熱部の構造と第２の水冷媒熱交換器５の伝熱部の構造とが同じでない場合であっても、第１の水冷媒熱交換器４の全伝熱面積と第２の水冷媒熱交換器５の全伝熱面積との比率を、０．２：０．８～０．０５：０．９５にすることにより、上記と同様の効果が得られる。このため、本実施形態では、第１の水冷媒熱交換器４の全伝熱面積と第２の水冷媒熱交換器５の全伝熱面積との比率を、０．２：０．８～０．０５：０．９５にすることが好ましい。

　本実施形態のヒートポンプ給湯機は、第１の水冷媒熱交換器４内にスケールの累積による流路の狭小化が生じていることを検知する機能を有している。第１の水冷媒熱交換器４内にスケールの累積による流路の狭小化が生じているか否かを判定する方法はいかなる方法でも良いが、例えば、制御部５０が以下の何れかの方法を実施することにより、第１の水冷媒熱交換器４内にスケールの累積による流路の狭小化が生じているか否かを判定することができる。

　（１）第１の水冷媒熱交換器４の出口水温と入口水温との温度差と、第２の水冷媒熱交換器５の出口水温と入口水温との温度差とを温度センサ（図示せず）により検出する。第２の水冷媒熱交換器５の出口水温と入口水温との温度差に対する、第１の水冷媒熱交換器４の出口水温と入口水温との温度差の比率が、第１判定値以上である場合には、第１の水冷媒熱交換器４の熱交換能力は正常であり、第１の水冷媒熱交換器４内にスケールの累積による流路の狭小化は生じていないと判定することができる。これに対し、第２の水冷媒熱交換器５の出口水温と入口水温との温度差に対する、第１の水冷媒熱交換器４の出口水温と入口水温との温度差の比率が、上記第１判定値を下回っている場合には、第１の水冷媒熱交換器４の熱交換能力が低下しており、第１の水冷媒熱交換器４内にスケールの累積による流路の狭小化が生じていると判定することができる。

　（２）第１の水冷媒熱交換器４の入口冷媒温度と出口冷媒温度との温度差を温度センサ（図示せず）により検出する。第１の水冷媒熱交換器４の入口冷媒温度と出口冷媒温度との温度差が第２判定値以上である場合には、第１の水冷媒熱交換器４の熱交換能力は正常であり、第１の水冷媒熱交換器４内にスケールの累積による流路の狭小化は生じていないと判定することができる。これに対し、第１の水冷媒熱交換器４の入口冷媒温度と出口冷媒温度との温度差が上記第２判定値を下回っている場合には、第１の水冷媒熱交換器４の熱交換能力が低下しており、第１の水冷媒熱交換器４内にスケールの累積による流路の狭小化が生じていると判定することができる。

　（３）水ポンプ２ｂの回転数は、制御部５０により制御されており、第１の水冷媒熱交換器４内にスケールの累積による流路の狭小化が生じることによって水回路の抵抗が増加すると、必要な水流量を確保するため、水ポンプ２ｂの回転数が高くなる方向に補正される。このため、第１の水冷媒熱交換器４内にスケールの累積による流路の狭小化が生じると、水ポンプ２ｂの回転数は、正常時と比べて高くなる。そこで、水ポンプ２ｂの回転数が第３判定値を超えている場合には、第１の水冷媒熱交換器４内にスケールの累積による流路の狭小化が生じていると判定することができる。これに対し、水ポンプ２ｂの回転数が上記第３判定値以下である場合には、第１の水冷媒熱交換器４内にスケールの累積による流路の狭小化は生じていないと判定することができる。

　制御部５０は、第１の水冷媒熱交換器４内にスケールの累積による流路の狭小化が生じていることを検知した場合には、ユーザーインターフェース装置（図示せず）に備えられた表示部に表示したり、ユーザーインターフェース装置に備えられたスピーカから音声を発したりすることにより、異常である旨を使用者に報知することが望ましい。これにより、メンテナンスの実施を使用者に促すことができる。

　制御部５０は、第１の水冷媒熱交換器４内にスケールの累積による流路の狭小化が生じていることを検知した場合には、以降の加熱運転を停止してもよい。しかしながら、予告なしに加熱運転を停止すると、第１の水冷媒熱交換器４のメンテナンスを行うまで加熱運転ができなくなり、使用者の利便性を損なう場合がある。そこで、本実施形態では、制御部５０は、第１の水冷媒熱交換器４内にスケールの累積による流路の狭小化が生じていることを検知した場合にも、以降の加熱運転を継続する。これにより、第１の水冷媒熱交換器４のメンテナンスを行うまでの間も加熱運転が可能になり、使用者の利便性を向上することができる。

　制御部５０は、第１の水冷媒熱交換器４内にスケールの累積による流路の狭小化が生じていることを検知した以降にも加熱運転を継続する場合には、流路の狭小化が検知されていない場合に比べて、出湯温度が低くなるように制御することが好ましい。例えば、制御部５０は、第１の水冷媒熱交換器４内にスケールの累積による流路の狭小化が生じていることを検知した場合には、流路の狭小化が検知されていない正常時の目標出湯温度（例えば９０℃）に比べて、目標出湯温度を低い値（例えば６５℃）に設定する。このように、第１の水冷媒熱交換器４内にスケールの累積による流路の狭小化が生じていることを検知した以降に加熱運転を継続する場合に、出湯温度を低くすることにより、カルシウムの析出を抑制することができるので、第１の水冷媒熱交換器４内のスケールの増加を確実に抑制することができる。このため、第１の水冷媒熱交換器４のメンテナンスを行うまでの間に、第１の水冷媒熱交換器４内の流路がスケールによって閉塞して加熱運転ができなくなるようなことを確実に回避することができる。

　また、制御部５０は、第１の水冷媒熱交換器４内にスケールの累積による流路の狭小化が生じていることを検知した以降にも加熱運転を継続する場合には、流路の狭小化が検知されていない場合に比べて、圧縮機３の第１の吐出口３ｅから吐出される冷媒の温度が低くなるように制御することが好ましい。制御部５０は、膨張弁６を制御することにより、圧縮機３の第１の吐出口３ｅから吐出される冷媒の温度を制御することができる。圧縮機３の第１の吐出口３ｅから吐出される冷媒の温度が高いと、冷媒に加熱された水が局所的あるいは一時的に高温になり、カルシウムが析出する場合がある。そこで、第１の水冷媒熱交換器４内にスケールの累積による流路の狭小化が生じていることを検知した以降に加熱運転を継続する場合に、圧縮機３の第１の吐出口３ｅから吐出される冷媒の温度を低くすることにより、冷媒に加熱された水が局所的あるいは一時的に高温になることが抑制されるので、カルシウムの析出をより確実に抑制することができる。その結果、第１の水冷媒熱交換器４内のスケールの増加を確実に抑制することができる。このため、第１の水冷媒熱交換器４のメンテナンスを行うまでの間に、第１の水冷媒熱交換器４内の流路がスケールによって閉塞して加熱運転ができなくなるようなことを確実に回避することができる。

　以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施の形態では、第１の吸入口３ｄ、第１の吐出口３ｅ、第２の吸入口３ｆおよび第２の吐出口３ｇを備えた圧縮機３を用いた場合を例に説明したが、本発明は、吸入口および吐出口を１個ずつ有する圧縮機を用い、第１の水冷媒熱交換器４を通過した冷媒が圧縮機を経由せずに第２の水冷媒熱交換器５に送られる構成とした冷媒回路の場合にも適用可能である。

１　ヒートポンプユニット、１ａ　入水口、１ｂ　出湯口、２　タンクユニット、２ａ　貯湯タンク、２ｂ　水ポンプ、２ｃ　給湯用混合弁、３　圧縮機、３ａ　密閉容器、３ｂ　圧縮要素、３ｃ　電動要素、３ｄ　第１の吸入口、３ｅ　第１の吐出口、３ｆ　第２の吸入口、３ｇ　第２の吐出口、４　第１の水冷媒熱交換器、５　第２の水冷媒熱交換器、６　膨張弁、７　蒸発器、８　送風機、９　高低圧熱交換器、１１，１２　水配管、１３　給水配管、１４　出湯配管、１５　給水分岐管、１６　給湯配管、１０，１７，１８，１９，２０，２１　冷媒経路、２３，２４，２６　水流路、３０　筐体、３１　仕切り部材、３２　機械室、３３　風路室、３４　収納ケース、５０　制御部

Claims

　冷媒を圧縮する圧縮機と、
　前記冷媒と水との熱交換を行う第１の水冷媒熱交換器と、
　前記冷媒と水との熱交換を行う第２の水冷媒熱交換器と、
　前記圧縮機で圧縮された前記冷媒を前記第１の水冷媒熱交換器に供給するとともに前記第１の水冷媒熱交換器を通過した後の前記冷媒を前記第２の水冷媒熱交換器に供給する冷媒回路を形成可能な冷媒経路と、
　前記第２の水冷媒熱交換器を通過した湯を前記第１の水冷媒熱交換器に送る流路を含む水流路と、
　を備え、
　前記第２の水冷媒熱交換器にて加熱された湯を前記第１の水冷媒熱交換器に送り、前記第１の水冷媒熱交換器にて更に加熱された湯を前記水流路の下流側に供給する加熱運転を実行可能であり、
　前記第２の水冷媒熱交換器を取り替えることなく前記第１の水冷媒熱交換器を取り替え可能であるヒートポンプ給湯機。
　前記第１の水冷媒熱交換器は、前記第２の水冷媒熱交換器に比べて小型である請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
　前記加熱運転時における前記第２の水冷媒熱交換器の出口水温が８０℃以下である請求項１または２記載のヒートポンプ給湯機。
　前記加熱運転時における前記第２の水冷媒熱交換器の出口水温が６５℃以上である請求項１乃至３の何れか１項記載のヒートポンプ給湯機。
　前記加熱運転時における前記第１の水冷媒熱交換器の加熱能力と前記第２の水冷媒熱交換器の加熱能力とを合計した加熱能力に対する前記第１の水冷媒熱交換器の加熱能力の割合が１２～１８％である請求項１乃至４の何れか１項記載のヒートポンプ給湯機。
　前記第１の水冷媒熱交換器と、前記第２の水冷媒熱交換器とは、伝熱部の構造が同じで、内部の流路長が異なり、
　前記第１の水冷媒熱交換器の流路長と前記第２の水冷媒熱交換器の流路長との比率が、０．２：０．８～０．０５：０．９５である請求項１乃至５の何れか１項記載のヒートポンプ給湯機。
　前記第１の水冷媒熱交換器の全伝熱面積と前記第２の水冷媒熱交換器の全伝熱面積との比率が、０．２：０．８～０．０５：０．９５である請求項１乃至５の何れか１項記載のヒートポンプ給湯機。
　前記圧縮機は、前記冷媒を吸入する第１の吸入口と、前記第１の吸入口から吸入された前記冷媒を吐出する第１の吐出口と、前記冷媒を吸入する第２の吸入口と、前記第２の吸入口から吸入された前記冷媒を吐出する第２の吐出口とを有し、
　前記冷媒経路は、前記第１の吐出口から吐出された前記冷媒を前記第１の水冷媒熱交換器に導く経路と、前記第１の水冷媒熱交換器を通過した前記冷媒を前記第２の吸入口に導く経路と、前記第２の吐出口から吐出された前記冷媒を前記第２の水冷媒熱交換器に導く経路とを含む請求項１乃至７の何れか１項記載のヒートポンプ給湯機。
　前記圧縮機は、密閉容器内に、前記冷媒を圧縮する圧縮要素と、該圧縮要素を駆動する電動要素とを有し、
　前記第１の吸入口から吸入された前記冷媒は、前記圧縮要素により圧縮された後に前記第１の吐出口から吐出され、
　前記第２の吸入口された前記冷媒は、前記電動要素を冷却した後に前記第２の吐出口から吐出される請求項８記載のヒートポンプ給湯機。
　複数の室を備え、前記第１の水冷媒熱交換器と前記第２の水冷媒熱交換器とが別々の前記室に配置されている請求項１乃至９の何れか１項記載のヒートポンプ給湯機。
　前記第１の水冷媒熱交換器は、前記圧縮機が配置された室の内部に配置されている請求項１乃至１０の何れか１項記載のヒートポンプ給湯機。
　前記第２の水冷媒熱交換器は、前記冷媒を蒸発させる蒸発器が配置された室の内部に配置されている請求項１乃至１１の何れか１項記載のヒートポンプ給湯機。
　前記第１の水冷媒熱交換器内に湯から析出した析出物による流路の狭小化が生じていることを検知可能な流路狭小化検知手段と、
　前記流路狭小化が生じていることが検知された場合に、異常を報知する報知手段と、
　を備える請求項１乃至１２の何れか１項記載のヒートポンプ給湯機。
　前記第１の水冷媒熱交換器内に湯から析出した析出物による流路の狭小化が生じていることを検知可能な流路狭小化検知手段と、
　前記流路狭小化が生じていることが検知された場合に、前記流路狭小化が生じていることが検知されていない場合に比べて、前記加熱運転で前記下流側に供給する湯の温度を低くする出湯温度制御手段と、
　を備える請求項１乃至１２の何れか１項記載のヒートポンプ給湯機。
　前記第１の水冷媒熱交換器内に湯から析出した析出物による流路の狭小化が生じていることを検知可能な流路狭小化検知手段と、
　前記流路狭小化が生じていることが検知された場合に、前記流路狭小化が生じていることが検知されていない場合に比べて、前記圧縮機から吐出される前記冷媒の温度を低くする冷媒吐出温度制御手段と、
　を備える請求項１乃至１２の何れか１項記載のヒートポンプ給湯機。
　前記冷媒の高圧側の圧力が臨界圧を超える圧力になる請求項１乃至１５の何れか１項記載のヒートポンプ給湯機。