(57)【要約】【課題】浴槽内の湯水の熱量を有効に利用し、エネルギー効率の高いヒートポンプ給湯装置を提供すること。【解決手段】貯湯槽３６、第一循環手段３７、給湯用熱交換器３２を順次接続した給湯回路と、前記貯湯槽３６の略上部、放熱熱交換器４１、第二循環手段４２、前記貯湯槽３６の略下部を順次接続した放熱回路とを備え、前記放熱回路の前記貯湯槽３６の略上部と前記放熱熱交換器４１との間に切換手段４４と、前記切換手段４４と前記貯湯槽３６の略下部とを接続する配管４５とを設けことを特徴とするもので、切換手段５５を切換えることにより、貯湯槽３６の略下部の水を放熱熱交換器４１で加熱し、再び貯湯槽３６の略下部に戻し、貯湯槽３６の略下部の低温の水を昇温することができるので、外部の熱源を利用して貯湯水の温度を上昇させることができる。【選択図】図１
2010121843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、給湯用熱交換器、減圧手段、蒸発器を順次接続した冷媒回路と、貯湯槽、第一循環手段、前記給湯用熱交換器を順次接続した給湯回路と、前記貯湯槽の略上部、放熱熱交換器、第二循環手段、前記貯湯槽の略下部を順次接続した放熱回路とを備え、前記放熱回路の前記貯湯槽の略上部と前記放熱熱交換器との間に切換手段と、前記切換手段と前記貯湯槽の略下部とを接続する配管とを設けことを特徴とするヒートポンプ給湯装置。
【請求項２】
放熱熱交換器、浴槽、第三循環手段を順次接続した風呂循環回路を設けたことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項３】
放熱回路の貯湯槽の略下部に接続される配管は、切換手段より前記貯湯槽の略下部に接続される配管よりも、前記貯湯槽の下方に接続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給湯装置。
【請求項４】
放熱回路の放熱熱交換器の入口と出口とに温度検出手段を設け、前記温度検出手段の温度差が所定値以下になった場合に、第二循環手段の動作を停止することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項５】
風呂循環回路の放熱熱交換器の入口と出口とに温度検出手段を設け、前記温度検出手段の温度差が所定値以下になった場合に、第三循環手段の動作を停止することを特徴とする請求項２記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項６】
風呂循環回路の放熱熱交換器の入口と出口とに温度検出手段を設け、前記温度検出手段の温度差が所定値以下になった場合に、前記風呂循環回路内の水を排出することを特徴とする請求項２に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項７】
風呂循環回路の第三循環手段の運転時は、放熱熱交換器通過後の水を排出することを特徴とする請求項６に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項８】
冷媒として炭酸ガスを用いたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は貯湯式のヒートポンプ給湯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のヒートポンプ給湯装置は、図４に示すものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図４に示すように、この給湯機は貯湯槽２と、ヒートポンプ３による加熱源を備え、貯湯槽２の下部から沸上げ管１１でヒートポンプ３と接続し、ヒートポンプ３から貯湯槽２上部へ接続している。
【０００４】
また、浴槽６内の湯水を加熱するための風呂加熱熱交換器１９において、利用側は風呂循環手段２７により、浴槽６内の湯水を循環するように接続され、また熱源側は循環手段２３により貯湯槽２上部の高温の湯を循環して貯湯槽２の下部に環流している。
【０００５】
この様に、風呂循環手段２７と循環手段２３を動作させることにより熱源側の高温水と利用側の低温水が風呂加熱熱交換器１９で熱交換することにより浴槽６内の湯水の保温あるいは追い焚きが行われる。また、熱源側の高温水は貯湯槽２の上部より循環手段２３により風呂加熱熱交換器１９に送られ、利用側の低温水と熱交換した後、貯湯槽２下部付近に環流される。
【特許文献１】特開２００４−２９３８３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記構成では、浴槽６内にある湯水は、人が入浴するなどして使用された後は、中温のまま外部に排出されるため、少なくとも上水（水道水）よりも温度が高くなっている湯水の保有熱量を有効に利用することができず、湯を生成する場合には、再び上水の温度から沸き上げる必要があり、そのためのエネルギーを多く必要とする課題があった。
【０００７】
また、浴槽６内の湯水の熱量を蓄熱剤に蓄熱する方法も提案されていたが、その構造は複雑であり、高価な装置となるという課題を有していた。
【０００８】
本発明は前記従来の課題を解決するもので、浴槽内の湯水の熱量を有効に利用し、エネルギー効率の高いヒートポンプ給湯装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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装置は、圧縮機、給湯用熱交換器、減圧手段、蒸発器を順次接続した冷媒回路と、貯湯槽、第一循環手段、前記給湯用熱交換器を順次接続した給湯回路と、前記貯湯槽の略上部、放熱熱交換器、第二循環手段、前記貯湯槽の略下部を順次接続した放熱回路とを備え、前記放熱回路の前記貯湯槽の略上部と前記放熱熱交換器との間に切換手段と、前記切換手段と前記貯湯槽の略下部とを接続する配管とを設けことを特徴とするもので、切換手段を切換えることにより、貯湯槽の略下部の水を放熱熱交換器で加熱し、再び貯湯槽の略下部に戻し、貯湯槽の略下部の低温の水を昇温することができるので、外部の熱源を利用して貯湯水の温度を上昇させて、高温の湯を生成する場合の必要エネルギーを減少させることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、浴槽の残湯など外部の熱源を利用して、貯湯槽の低温の水の温度を上昇させることができるので、高温の湯を生成する場合の必要エネルギーを減少させることができ、エネルギー効率の高いヒートポンプ給湯装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
第１の発明は、圧縮機、給湯用熱交換器、減圧手段、蒸発器を順次接続した冷媒回路と、貯湯槽、第一循環手段、前記給湯用熱交換器を順次接続した給湯回路と、前記貯湯槽の略上部、放熱熱交換器、第二循環手段、前記貯湯槽の略下部を順次接続した放熱回路とを備え、前記放熱回路の前記貯湯槽の略上部と前記放熱熱交換器との間に切換手段と、前記切換手段と前記貯湯槽の略下部とを接続する配管とを設けことを特徴とするもので、切換手段を切換えることにより、貯湯槽の略下部の水を放熱熱交換器で加熱し、再び貯湯槽の略下部に戻し、貯湯槽の略下部の低温の水を昇温することができるので、外部の熱源を利用して貯湯水の温度を上昇させて、高温の湯を生成する場合の必要エネルギーを減少させることができる。
【００１２】
第２の発明は、放熱熱交換器、浴槽、第三循環手段を順次接続した風呂循環回路を設けたことを特徴とするもので、浴槽の中温の湯の保有する熱量を、貯湯槽の略下部の低温の水を昇温することに利用でき、エネルギー効率の高い運転をすることができる。
【００１３】
第３の発明は、放熱回路の貯湯槽の略下部に接続される配管は、切換手段より前記貯湯槽の略下部に接続される配管よりも、前記貯湯槽の下方に接続されることを特徴とするもので、貯湯槽の略下部の低温の水を確実に放熱熱交換器に送ることができ、より昇温幅を大きくすることができ、高効率な運転を行うことができる。
【００１４】
第４の発明は、放熱回路の放熱熱交換器の入口と出口とに温度検出手段を設け、前記温度検出手段の温度差が所定値以下になった場合に、第二循環手段の動作を停止することを特徴とするもので、放熱熱交換器で貯湯槽の低温の水を加熱可能かどうかを的確に判断することができ、高効率な運転を行うことができる。
【００１５】
第５の発明は、風呂循環回路の放熱熱交換器の入口と出口とに温度検出手段を設け、前記温度検出手段の温度差が所定値以下になった場合に、第三循環手段の動作を停止することを特徴とするもので、放熱熱交換器で貯湯槽の低温の水を加熱可能かどうかを的確に判断することができ、高効率な運転を行うことができる。
【００１６】
第６の発明は、風呂循環回路の放熱熱交換器の入口と出口とに温度検出手段を設け、前記温度検出手段の温度差が所定値以下になった場合に、前記風呂循環回路内の水を排出することを特徴とするもので、加熱熱量がなくなった後の風呂の残湯を同時に排出するので、別に湯の排出を実施する必要がなくなる。
【００１７】
第７の発明は、風呂循環回路の第三循環手段の運転時は、放熱熱交換器通過後の水を排出することを特徴とするもので、貯湯槽の略下部の低温の水を加熱した後の風呂の残湯を同時に排出するので、別に湯の排出を実施する必要がなくなる。
【００１８】
第８の発明は、冷媒として炭酸ガスを用いたもので、高温給湯を高効率で実現するとともに、冷媒が外部に漏れた場合にも、地球温暖化への影響は非常に少なくすることができる。
【００１９】
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。
【００２０】
なお、各実施の形態において、同一部品については同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の構成図を示すものであり、後述の放熱運転時と加熱運転時の水の流れを示すために、それぞれの運転時の構成図を示している。
【００２２】
図１（ａ）の放熱運転時の回路構成において、圧縮機３１、給湯用熱交換器３２、減圧手段３３、蒸発器３４を順に環状に接続して冷媒回路を形成し、蒸発器３４は外気を送風するためのファン３５を備えている。
【００２３】
また、貯湯槽３６、循環ポンプ等である第一循環手段３７、給湯用熱交換器３２を順に接続した給湯回路を形成しており、圧縮機３１より吐出された高温高圧の過熱ガス冷媒は給湯用熱交換器３２に流入し、ここで貯湯槽３６の下部から循環手段３７により送られてきた給湯水を加熱し、貯湯槽３６の上部から流入させ貯湯し、必要な時に上水と混合して適度な温度にした後（図示せず）、カラン３８などから給湯するようになっており、それとともに給水配管３９より上水が貯湯槽３６に入る。
【００２４】
また、浴槽４０内の湯水を加熱するために、貯湯槽３６の略上部、放熱熱交換器４１、循環ポンプ等である第二循環手段４２、貯湯槽３６の略下部が接続されて放熱回路４３が構成されている。
【００２５】
また、貯湯槽３６の略上部と放熱熱交換器４１の間に切換え弁等の切換手段４４が設けられ、放熱回路４３から分岐して貯湯槽３６の略下部と切換手段４４とが接続される加熱配管４５を設けている。
【００２６】
また、浴槽４０を加熱するために浴槽４０、循環ポンプ等である第三循環手段４６、放熱熱交換器４１、浴槽４０と循環する風呂加熱回路４７を構成している。また、冷媒としては炭酸ガスが封入されている。
【００２７】
以上のように構成されたヒートポンプ給湯装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００２８】
圧縮機３１で高温高圧の超臨界状態に圧縮された冷媒（炭酸ガス）は、給湯用熱交換器３２で給湯回路を流れる水と熱交換し、自らは中温高圧の冷媒となり、減圧手段３３で減圧された後、蒸発器３４に流入し、ここでファン３５で送風された外気と熱交換して蒸発ガス化し、圧縮機３１にもどる。
【００２９】
一方、循環手段３７で送られた給湯水は、給湯用熱交換器３２で加熱され、生成した湯は貯湯槽３６の上部に流入させ、上部から次第に貯湯され、必要な時に上水と混合して適度な温度にした後（図示せず）、カラン３８から給湯するようになっており、それとともに給水配管３９より上水が貯湯槽３６に入る。
【００３０】
浴槽４０の湯を加熱する場合（放熱運転時）には、図中矢印で示したように、第二循環手段４２および第三循環手段４６を運転することにより、貯湯槽３６の略上部の高温の湯は、放熱回路４３、切換手段４４（図示の開方向）を通り、放熱熱交換器４１に流入し、ここで浴槽４０より第三循環手段で送られた中温の湯と熱交換して、第二循環手段４２を通って貯湯槽３６の略下部に流入する。一方、風呂加熱回路４７の湯は、温度が上昇し、
浴槽４０に戻り風呂加熱を行う。
【００３１】
一方、図１（ｂ）の加熱運転時の回路構成について説明する。入浴などが終わった後で浴槽４０の残湯の熱量を用いて貯湯槽３６の略下部の水を加熱する加熱運転時には、切換手段４４は、図示の方向に切換えられ、図中矢印で示したように、第二循環手段４２および第三循環手段４６を運転することにより、貯湯槽３６の略下部の水は、加熱配管４５、切換手段４４（図示の開方向）を通り、放熱熱交換器４１に流入し、ここで浴槽４０より第三循環手段で送られた中温の湯と熱交換して温度が上昇し、第二循環手段４２を通って貯湯槽３６の略下部に中温の湯として流入する。
【００３２】
一方、風呂加熱回路４７の残り湯は、温度が低下し、浴槽４０に戻る。ここでは、放熱熱交換器４１は、貯湯槽３６の略下部の低温の水を加熱する加熱用熱交換器として作用する。
【００３３】
このように、冷媒回路でヒートポンプを運転することなく、浴槽４０の残湯の熱量を貯湯タンク３６の水に移動させることができるので、ヒートポンプを運転して高温の湯を生成する場合の温度差を小さくすることができるので、加熱に必要なエネルギーを減少させ、エネルギー効率の高い運転をすることができるものである。
【００３４】
なお、ここでは、切換手段４４を用いたが、二方弁や逆止弁の組合せなどでも同様の効果が得られ、これらも本発明に含まれる。
【００３５】
（実施の形態２）
図２は、本発明の第２の実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の構成図を示すものである。
【００３６】
図２において、実施の形態１で示した図１と同一部品については同一の番号を付し、その説明は省略する。
【００３７】
本実施の形態においては、放熱回路４３の放熱熱交換器４１の入口の温度を検知する温度サーミスタ等の温度検出手段５０と、出口の温度を検知する温度検出手段５１とを設け、その温度差を算出し、所定値以下になった場合に、第二循環手段４１を停止する制御装置５２を設けている。
【００３８】
以上のように構成されたヒートポンプ給湯装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００３９】
入浴などが終わった後で、浴槽４０の残湯の熱量を用いて貯湯槽３６の略下部の水を加熱する加熱運転時には、切換手段４４は、図示の方向に切換えられ、図中矢印で示したように、第二循環手段４２および第三循環手段４６を運転することにより、貯湯槽３６の略下部の水は、加熱配管４５、切換手段４４（図示の開方向）を通り、放熱熱交換器４１に流入し、ここで浴槽４０より第三循環手段で送られた中温の湯と熱交換して温度が上昇し、第二循環手段４２を通って貯湯槽３６の略下部に中温の湯として流入する。
【００４０】
ここで、制御装置５２において、放熱熱交換器４１の入口に設けた温度検出手段５０で検知した水の温度と、放熱熱交換器４１の出口に設けた温度検出手段５１とで検知した湯の温度とから温度差を検知し、予め設定した温度差以上であれば、第二循環手段４２の運転は継続し、予め設定した温度差以下であれば、第二循環手段４２の運転を停止する。
【００４１】
これにより、貯湯槽３６の略下部の水が、放熱熱交換器４１でもはや加熱されない、す
なわち、風呂加熱回路４７の残り湯の温度が低下したと判断して加熱運転を停止する。また、これにより、放熱熱交換器４１で貯湯槽の低温の水を加熱することが可能かどうかを的確に判断することができ、高効率な運転を行うことができる。
【００４２】
このように、加熱が可能と判断した時のみ、浴槽４０の残湯の熱量を貯湯タンク３６の水に移動させることができるので、ヒートポンプを運転して高温の湯を生成する場合の温度差を小さくすることができ、加熱に必要なエネルギーを減少させ、エネルギー効率の高い運転をすることができるものである。
【００４３】
（実施の形態３）
図３は、本発明の第３の実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の構成図を示すものである。
【００４４】
図３において、実施の形態１および実施の形態２で示した図１および図２と同一部品については同一符号を付し、その説明は省略する。
【００４５】
本実施の形態においては、風呂加熱回路４７の放熱熱交換器４１の入口の温度を検知する温度サーミスタ等の温度検出手段６０と、出口の温度を検知する温度検出手段６１とを設け、その温度差を算出し、所定値以下になった場合に、開閉手段である弁６２を開放し、放熱熱交換器４１を出た風呂加熱回路４７の水を外部に放出する制御装置６３を設けている。
【００４６】
以上のように構成されたヒートポンプ給湯装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００４７】
入浴などが終わった後で、浴槽４０の残湯の熱量を用いて貯湯槽３６の略下部の水を加熱する加熱運転時には、切換手段４４は、図示の方向に切換えられ、図中矢印で示したように、第二循環手段４２および第三循環手段４６を運転することにより、貯湯槽３６の略下部の水は、加熱配管４５、切換手段４４（図示の開方向）を通り、放熱熱交換器４１に流入し、ここで浴槽４０より第三循環手段で送られた中温の湯と熱交換して温度が上昇し、第二循環手段４２を通って貯湯槽３６の略下部に中温の湯として流入する。
【００４８】
ここで、制御装置６３において、放熱熱交換器４１の入口に設けた温度検出手段６０で検知した水の温度と、放熱熱交換器４１の出口に設けた温度検出手段６１で検知した湯の温度とから温度差を検知し、予め設定した温度差以下であれば、弁６２を開放する。
【００４９】
これにより、風呂加熱回路４７の残湯によって、貯湯槽３６の略下部の水が、放熱熱交換器４１で、もはや加熱されないと判断して加熱運転を停止する。
【００５０】
また、これにより、放熱熱交換器４１で貯湯槽の低温の水を加熱することが可能かどうかを的確に判断することができるので、高効率な運転を行うことができるとともに、同時に浴槽４０の残湯を外部に排出することができるので、別の操作として湯の排出を実施する必要がなくなる。
【００５１】
このように、加熱が可能と判断した時のみ、浴槽４０の残湯の熱量を貯湯タンク３６の水に移動させることができるので、ヒートポンプを運転して高温の湯を生成する場合の温度差を小さくすることができ、加熱に必要なエネルギーを減少させ、エネルギー効率の高い運転をすることができるものである。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
以上のように、本発明にかかるヒートポンプ給湯装置は、浴槽などの浴槽の残湯など外部の熱源を利用してエネルギー効率を高めることができるので、ヒートポンプ給湯機等の用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ給湯装置の放熱運転時の構成図（ｂ）同ヒートポンプ給湯装置の加熱運転時の構成図
【図２】本発明の実施の形態２におけるヒートポンプ給湯装置の構成図
【図３】本発明の実施の形態３におけるヒートポンプ給湯装置の構成図
【図４】従来のヒートポンプ給湯装置の構成図
【符号の説明】
【００５４】
３１  圧縮機
３２  給湯熱交換器
３３  減圧装置
３４  蒸発器
３５  ファン
３６  貯湯槽
３７  第一循環手段
３８  カラン
３９  給水配管
４０  浴槽
４１  放熱熱交換器
４２  第二循環手段
４３  放熱回路
４４  切換手段
４５  加熱配管
４６  第三循環手段
４７  風呂加熱回路
５０、５１、６０、６１  温度検出手段
５２、６３  制御装置
６２  弁
【図１】
2010121843.tif 000003
【図２】
2010121843.tif 000004
【図３】
2010121843.tif 000005
【図４】
2010121843.tif 000006