(57)【要約】【課題】貯湯タンク内の湯水の沸き上げをより効率良く行なうことが可能なヒートポンプ給湯機を提供する。【解決手段】ヒートポンプ給湯機は、圧縮機１６、水冷媒熱交換器１７、膨張弁１８及び空気水冷媒熱交換器１９を順次接続した冷媒回路Ｃと、切替え弁２１、排水用電磁弁２３、吸気用電磁弁２４、空気水冷媒熱交換器１９、切替え弁２２、水冷媒熱交換器１７を順次接続した沸き上げ回路Ｄと、沸き上げ回路Ｄの空気水冷媒熱交換器１９をバイパスする沸き上げ回路Ｅと、沸き上げ回路Ｄと沸き上げ回路Ｅとを切替える切替え弁２１,切替え弁２２とを備え、ヒートポンプユニット６への入水温度に応じて、沸上げ回路を切り替える。また、ヒートポンプ給湯機は、外気温度及び冷媒温度に応じて、排水用電磁弁２３及び吸気用電磁弁２４を開いて、排水を行なう。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する圧縮機、冷媒と負荷側媒体とを熱交換する水冷媒熱交換器、冷媒を減圧する膨張弁及び貯湯タンクに貯留された湯水と当該冷媒回路を流れる冷媒とを熱交換すると共に、空気と当該冷媒回路を流れる冷媒とを熱交換する空気水冷媒熱交換器を順次接続した冷媒回路と、
前記貯湯タンク、前記貯湯タンク内の湯水を循環させるための沸き上げポンプ、前記空気水冷媒熱交換器及び前記水冷媒熱交換器を順次接続した第１の沸き上げ回路と、
前記第１の沸き上げ回路の前記空気水冷媒熱交換器をバイパスする第２の沸き上げ回路と、
前記第１の沸き上げ回路と前記第２の沸き上げ回路とを切替える切替え弁と、
前記切替え弁の切替えを制御する制御手段とを備える
ことを特徴とするヒートポンプ給湯機。
【請求項２】
前記第１の沸き上げ回路では、前記切替え弁と前記空気水冷媒熱交換器との間に、湯水を排水するための排水手段が更に接続される
ことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項３】
外気の温度を検出する第１の温度検出手段と、
前記冷媒回路の前記膨張弁と前記空気水冷媒熱交換器の間で冷媒の温度を検出する第２の温度検出手段とを更に備え、
前記制御手段は、前記第１の温度検出手段及び第２の温度検出手段のうち少なくとも一方が検出した温度に基づいて、前記排水手段を制御する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項４】
前記第１の沸き上げ回路又は前記第２の沸き上げ回路に入水される水の温度を検出する第３の温度検出手段を更に備え、
前記制御手段は、前記第３の温度検出手段が検出した温度に基づいて、前記切替え弁の切替えを制御する
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のヒートポンプ給湯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ給湯機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、得られた温水を外部に供給して消費するだけでなく、その温水を暖房等に利用するヒートポンプ給湯機がある。このようなヒートポンプ給湯機の中には、例えば特許文献１に記載されているように、貯湯タンク内の湯水を沸き上げるための沸き上げ回路に、水冷却器を配設し、水冷媒熱交換器と水冷却器への流路を切替える切替え弁を備え、水冷却器での放熱で、ヒートポンプへ入水される湯水の温度を低下させ、放熱の一部を、水冷媒熱交換器を含む冷媒回路で吸熱してヒートポンプの効率の向上に利用するものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−９７９５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載されたヒートポンプ給湯機では、空気を使って熱を間接的に利用しているため、その熱を十分に利用することができず、貯湯タンク内の湯水の沸き上げを効率良く行うには限度があった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、貯湯タンク内の湯水の沸き上げをより効率良く行なうことが可能なヒートポンプ給湯機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】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ヒートポンプ給湯機であって、冷媒を圧縮する圧縮機、冷媒と負荷側媒体とを熱交換する水冷媒熱交換器、冷媒を減圧する膨張弁及び貯湯タンクに貯留された湯水と当該冷媒回路を流れる冷媒とを熱交換すると共に、空気と当該冷媒回路を流れる冷媒とを熱交換する空気水冷媒熱交換器を順次接続した冷媒回路と、前記貯湯タンク、前記貯湯タンク内の湯水を循環させるための沸き上げポンプ、前記空気水冷媒熱交換器及び前記水冷媒熱交換器を順次接続した第１の沸き上げ回路と、前記第１の沸き上げ回路の前記空気水冷媒熱交換器をバイパスする第２の沸き上げ回路と、前記第１の沸き上げ回路と前記第２の沸き上げ回路とを切替える切替え弁と、前記切替え弁の切替えを制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、貯湯タンク内の湯水の沸き上げをより効率良く行なうことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、一実施の形態にかかるヒートポンプ給湯機の構成を例示する図である。
【図２】図２は、沸き上げ回路Ｄを示す図である。
【図３】図３は、沸き上げ回路Ｅを示す図である。
【図４】図４は、制御装置１０１の実現させる各種機能を説明するための図である。
【図５】図５は、制御装置１０１の行なう沸き上げ制御処理の手順を示すフローチャートである。
【図６】図６は、制御装置１０１の行なう沸き上げ終了後の制御処理の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかるヒートポンプ給湯機の最良な実施の形態を詳細に説明する。
【００１０】
（１）構成
図１は、本実施の形態にかかるヒートポンプ給湯機の構成を例示する図である。同図に示されるヒートポンプ給湯機は、ヒートポンプを熱源とした風呂追い焚き給湯装置であり、ヒートポンプの熱源を用いて貯湯タンク内の水を沸き上げ、高温に沸き上げた湯を貯湯タンクとは別に設けた熱交換器に供給し、浴槽に貯めるための水(浴槽水という)又は暖房に利用するための水（暖房水という）と熱交換して風呂の追い焚き又は暖房運転を行い、熱交換後の湯水を貯湯タンクの下部に戻すものである。このようなヒートポンプ給湯機は、貯湯タンク１と、沸き上げポンプ７と、熱交換器８と、タンク循環ポンプ１３と、風呂循環ポンプ（負荷側循環ポンプ）１４と、浴槽１５と、ヒートポンプユニット６と、制御装置１０１とを備える。
【００１１】
貯湯タンク１は、湯水を貯留するものであり、ヒートポンプ往き口２、ヒートポンプ戻り口３、熱交換器往き口４及び熱交換器戻り口５と、圧力逃し弁６５とを有する。圧力逃し弁６５は、湯の沸上げにより貯湯タンク１内に膨張水が生じて該貯湯タンク１の内圧が所定値を超えたときに開弁されて、膨張水を貯湯タンク１の外部に排出する。尚、図示しないが、貯湯タンク１上には、貯湯タンク１内の湯水の温度（貯湯温度という）を検出する貯湯温度センサが配設される。タンク循環回路Ａは、熱交換器往き口４と熱交換器戻り口５との間に形成され、タンク循環ポンプ１３により貯湯タンク１内の高温水を循環させる。熱交換器８は、貯湯タンク１内の高温水を熱交換させる熱交換器１次入口９及び熱交換器１次出口１０を有し、浴槽１５の水（浴槽水）を熱交換させる熱交換器２次入口１１及び熱交換器２次出口１２を有する。風呂循環回路Ｂは、この熱交換器２次入口１１及び熱交換器２次出口１２の間に形成され、風呂循環ポンプ１４により浴槽１５内の湯水を循環させる。沸き上げポンプ７は、貯湯タンク１の湯水をヒートポンプユニット６の間で循環させる。制御装置１０１は、ヒートポンプ給湯機全体を制御して、各種機能を実現させる。
【００１２】
ヒートポンプユニット６は、沸き上げポンプ７を介して循環される貯湯タンク１の湯水を沸き上げるものであり、圧縮機１６と、水冷媒熱交換器１７と、膨張弁１８と、空気水冷媒熱交換器１９と、送風ファン２０と、切替え弁２１，２２と、排水電磁弁２３と、吸気電磁弁２４と、外気温度センサ２５と、冷媒回路低圧側温度センサ２６と、ヒートポンプユニット入水温度センサ２７とを有する。このうち、圧縮機１６、水冷媒熱交換器１７、膨張弁１８及び空気水冷媒熱交換器１９から冷媒回路Ｃが形成される。圧縮機１６は、二酸化炭素などの冷媒を圧縮する。水冷媒熱交換器１７は、冷媒と貯湯タンク１内の湯水とを熱交換する。膨張弁１８は、冷媒を減圧する。空気水冷媒熱交換器１９は、貯湯タンク１からの入水と冷媒回路Ｃを流れる冷媒とを熱交換すると共に、空気と冷媒回路Ｃを流れる冷媒とを熱交換する。送風ファン２０は、空気水冷媒熱交換器１９に送風する。外気温度センサ２５は、送風ファン２０の風上側に配設されており、外気の温度（外気温度という）を検出する。冷媒回路低圧側温度センサ２６は、冷媒回路Ｃの膨張弁１８と空気水冷媒熱交換器１９の間の冷媒流路に配設されており、冷媒の温度（冷媒温度という）を検出する。ヒートポンプユニット入水温度センサ２７は、沸き上げ回路Ｄ上の切替え弁２１と沸き上げポンプ７との間に配設されており、ヒートポンプユニット６へ入水する水の温度（入水温度という）を検出する。
【００１３】
ここで、沸き上げ回路Ｄについて説明する。図２は、沸き上げ回路Ｄを示す図である。沸き上げ回路Ｄは、図１に示した貯湯タンク１、ヒートポンプ往き口２、沸き上げポンプ７、切替え弁２１、排水用電磁弁２３、吸気用電磁弁２４、空気水冷媒熱交換器１９、切替え弁２２、水冷媒熱交換器１７及びヒートポンプ戻り口３が順次接続された回路である。切替え弁２１は、切替え弁２２への接続又は排水用電磁弁２３、吸気用電磁弁２４、空気水冷媒熱交換器１９への接続を切替えるためのものである。排水用電磁弁２３及び吸気用電磁弁２４は、切替え弁２１、排水用電磁弁２３、吸気用電磁弁２４、空気水冷媒熱交換器１９及び切替え弁２２が順次接続される水流路（水流路Ｆとする）を流れる水の排水を行うものである。この排水により、水流路Ｆを流れる水が外気や低温状態の冷媒によって凍結して水流路Ｆが破損することが防止される。
【００１４】
次に、沸き上げ回路Ｅについて説明する。図３は、沸き上げ回路Ｅを示す図である。沸き上げ回路Ｅは、図１に示した切替え弁２１、切替え弁２２、水冷媒熱交換器１７及びヒートポンプ戻り口３が順次接続された回路である。切替え弁２１および切替え弁２２は、空気水冷媒熱交換器１９への接続又は非接続を切替えるためのものである。この切替え弁２１および切替え弁２２により、沸き上げ回路Ｅでは、排水用電磁弁２３、吸気用電磁弁２４及び空気水冷媒熱交換器１９がバイパスされる。
【００１５】
次に、制御装置１０１が実現させる各種機能について図４を用いて説明する。制御装置１０１は、外気温度センサ２５、冷媒回路低圧側温度センサ２６及びヒートポンプユニット入水温度センサ２７の各検出結果に応じて、沸き上げ回路Ｄ，Ｅのいずれかを形成するよう切替え弁２１，２２を制御し、ヒートポンプユニット６を制御することによりヒートポンプユニット６による湯水の沸き上げや浴槽１５内の湯水の追い焚きを制御したり、排水用電磁弁２３及び吸気用電磁弁２４の開閉を制御することにより水流路Ｆの排水を制御したりする。また、制御装置１０１は、貯湯温度センサによって検出された貯湯温度に応じて、ヒートポンプユニット６による湯水の沸き上げを終了させる。
【００１６】
（２）動作
次に、本実施の形態にかかるヒートポンプ給湯機の制御装置１０１が行なう処理の手順について説明する。まず、沸き上げ制御処理の手順について図５を用いて説明する。制御装置１０１は、ヒートポンプユニット６に湯水の沸き上げを開始させる時に、初期状態として、切替え弁２１、切替え弁２２、水冷媒熱交換器１７及びヒートポンプ戻り口３が順次接続される沸き上げ回路Ｅが形成されるように切替え弁２１,２２を制御する（ステップＳ１）。そして、制御装置１０１は、ヒートポンプユニット入水温度センサ２７によって検出された入水温度が設定温度（例えば３０℃）以上であるか否かを判断する（ステップＳ２）。入水温度が３０℃以上である場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）、制御装置１０１は、ヒートポンプユニット６に中温水が入水されていると判断する。この場合、制御装置１０１は、切替え弁２１、排水用電磁弁２３、吸気用電磁弁２４、空気水冷媒熱交換器１９及び切替え弁２２が順次接続される水流路Ｆを流れる水が低温の冷媒によって凍結して水流路Ｆが破損することを防止するため、冷媒回路低圧側温度センサ２６によって検出された冷媒温度が設定温度（例えば０℃）以上であるか否かを判断する（ステップＳ３）。
【００１７】
冷媒温度が０℃以上である場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、制御装置１０１は、ヒートポンプユニット６で中温水の沸き上げを行うために、切替え弁２１，２２を制御して、沸き上げ回路Ｅから沸き上げ回路Ｄへ切り替えた状態で、ヒートポンプユニット６で貯湯タンク１内の湯水である中温水の沸き上げを行なうよう制御する（ステップＳ４）。そして、制御装置１０１は、沸き上げの終了条件を満たすか否かを判断する（ステップＳ７）。沸き上げの終了条件とは、例えば貯湯タンク１内の湯水の温度であり貯湯温度センサによって検出された貯湯温度が所定温度に達したことなどである。沸き上げの終了条件を満たす場合には（ステップＳ７：ＹＥＳ）、制御装置１０１は、切替え弁２１，２２を各々切替えて、沸き上げ回路Ｄから沸き上げ回路Ｅへ切り替えた後（ステップＳ８）、処理を終了する。沸き上げの終了条件を満たさない場合には（ステップＳ７：ＮＯ）、ステップＳ２に戻る。
【００１８】
尚、入水温度が３０℃より低い場合（ステップＳ２：ＮＯ）又は冷媒温度が０℃より低い場合（ステップＳ３：ＮＯ）、制御装置１０１は、沸き上げ回路Ｅの状態で（ステップＳ５）、ヒートポンプユニット６で貯湯タンク１内の湯水の沸き上げを行なうよう制御する。次いで、制御装置１０１は、切替え弁２１、排水用電磁弁２３、吸気用電磁弁２４、空気水冷媒熱交換器１９及び切替え弁２２が順次接続される水流路Ｆを流れる水が低温の冷媒によって凍結して回路が破損することを防止するため、排水用電磁弁２３及び吸気用電磁弁２４を開いて（ステップＳ６）、水流路Ｆを流れる水の排水を行う。
【００１９】
次に、沸き上げ終了後の制御処理の手順について図６を用いて説明する。制御装置１０１は、初期状態として沸き上げ回路Ｅが形成されるように切替え弁２１,２２を制御する（ステップＳ１０）。そして、制御装置１０１は、外気温度センサ２５によって検出された外気温度が設定温度（例えば０℃）以下であるか否かを判断する（ステップＳ１１）。外気温度が０℃以下である場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、水流路Ｆを流れる水が低温の外気によって凍結して水流路Ｆが破損することを防止するため、制御装置１０１は、排水用電磁弁２３及び吸気用電磁弁２４を開いて、水流路Ｆを流れる水の排水を行う（ステップＳ１２）。一方、外気温度が０℃より高い場合（ステップＳ１１：ＮＯ）、外気温度を監視するため、ステップＳ１１へ戻る。
【００２０】
以上のように、本実施の形態においては、中温水がヒートポンプユニット６に入水される場合においても、切替え弁により、中温水を空気冷媒熱交換器１９に一旦通過させ、空気水冷媒熱交換器１９内で、空気よりも熱伝導率の良い冷媒に中温水から熱を与える。これにより、ヒートポンプユニット６において常時より効率良く貯湯タンク内の湯水の沸き上げを行なうことが可能になる。このため、省エネルギー化を実現することができる。更に、冷媒の温度に応じて沸き上げ回路を切替えたり、外気温度に応じて排水用電磁弁２３及び吸気用電磁弁２４を開いて排水を行なったりすることにより、水流路Ｆを流れる水が低温の冷媒や外気によって凍結して水流路Ｆが破損することを防止することができる。
【００２１】
[変形例]
尚、本発明は前記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、前記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００２２】
１  貯湯タンク
７  沸き上げポンプ
８  熱交換器
１３  タンク循環ポンプ
１４  風呂循環ポンプ(負荷側循環ポンプ)
１６  圧縮機
１７  水冷媒熱交換器
１８  膨張弁
１９  空気冷媒熱交換器
２０  送風ファン
２１  切替え弁
２２  切替え弁
２３  排水電磁弁
２４  吸気電磁弁
２５  外気温度センサ
２６  冷媒回路低圧側温度センサ
２７  ヒートポンプユニット入水温度センサ
６５  圧力逃し弁
１０１  制御装置
Ａ  タンク循環回路
Ｂ  風呂循環回路（負荷側循環回路）
Ｃ  冷媒回路
Ｄ  沸き上げ回路
Ｅ  沸き上げ回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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