【手続補正書】
【提出日】平成16年6月3日(2004.6.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】  明細書
【発明の名称】  ヒートポンプ式風呂給湯システム
【特許請求の範囲】
【請求項１】  圧縮機を有する冷媒回路と、この冷媒回路に接続した給湯加熱器および排熱利用熱交換器と、貯湯槽の湯水が流動し、前記給湯加熱器と熱交換関係を有する給湯熱交換器を途中に接続した給湯回路と、風呂循環ポンプを介して浴槽の湯水を循環させるとともに、前記排熱利用熱交換器と熱交換関係を有する風呂熱交換器を途中に接続した風呂循環回路とを備え、前記風呂循環回路には湯水の流量制御をおこなう流量制御手段を設けたヒートポンプ式風呂給湯システム。
【請求項２】  圧縮機を有する冷媒回路と、この冷媒回路に接続した給湯加熱器および排熱利用熱交換器と、貯湯槽の湯水が流動し、前記給湯加熱器と熱交換関係を有する給湯熱交換器を途中に接続した給湯回路と、風呂循環ポンプを介して浴槽の湯水を循環させるとともに、前記排熱利用熱交換器と熱交換関係を有する風呂熱交換器を途中に接続した風呂循環回路とを備え、前記風呂循環ポンプには回転数制御手段を付加して、風呂循環ポンプの回転数を可変することで前記風呂循環回路の湯水の流量制御をおこなうようにしたヒートポンプ式風呂給湯システム。
【請求項３】  冷媒回路の冷媒温度に基づき風呂循環回路の湯水の流量制御をおこなうようにした請求項１または２記載のヒートポンプ式風呂給湯システム。
【請求項４】  圧縮機を有する冷媒回路と、この冷媒回路に接続した給湯加熱器および排熱利用熱交換器と、貯湯槽の湯水が流動し、前記給湯加熱器と熱交換関係を有する給湯熱交換器を途中に接続した給湯回路と、風呂循環ポンプを介して浴槽の湯水を循環させるとともに、前記排熱利用熱交換器と熱交換関係を有する風呂熱交換器を途中に接続した風呂循環回路とを備え、前記風呂熱交換器の湯水出口温度に関連して圧縮機の回転を制御するようにしたヒートポンプ式風呂給湯システム。
【請求項５】  風呂熱交換器の湯水出口温度に関連して圧縮機の回転周波数を可変するインバータ電源部を制御するようにした請求項４記載のヒートポンプ式風呂給湯システム。
【請求項６】  風呂熱交換器の湯水出口温度に基づき風呂循環回路の湯水の流量制御をおこなうようにした請求項１または２記載のヒートポンプ式風呂給湯システム。
【請求項７】  風呂循環ポンプの湯水吐出方向と吸入方向とを可逆可能とした請求項１または２記載のヒートポンプ式風呂給湯システム。
【請求項８】  風呂循環回路の湯水温度と外気温度との相関関係に基き風呂排熱利用運転を制御するようにした請求項１または２記載のヒートポンプ式風呂給湯システム。
【請求項９】  排熱利用熱交換器と並列に接続され、圧縮機の吸入側に一端が接続される大気熱利用蒸発器と、前記排熱利用熱交換器と前記大気熱利用蒸発器を流れる冷媒の流路を切替える切替え弁とを備え、風呂循環回路の湯水温度に関連して前記切替え弁を制御するようにした請求項１または２記載のヒートポンプ式風呂給湯システム。
【請求項１０】  排熱利用熱交換器と並列に接続され圧縮機の吸入側に一端が接続される大気熱利用蒸発器と、前記大気熱利用蒸発器の冷媒入口温度を検知する着霜温度検知手段と、前記着霜温度検知手段の信号を受けて冷媒の流路を前記大気熱利用蒸発器から前記排熱利用熱交換器へ切替える制御手段とを具備した請求項１または２記載のヒートポンプ式風呂給湯システム。
【請求項１１】  排熱利用熱交換器と並列に接続され圧縮機の吸入側に一端が接続される大気熱利用蒸発器と、前記大気熱利用蒸発器に流れる冷媒流量を制御する第１の冷媒流量制御弁と、前記排熱利用熱交換器に流れる冷媒流量を制御する第２の冷媒流量制御弁とを備えた請求項１または２記載のヒートポンプ式風呂給湯システム。  
【請求項１２】  給湯熱交換器と貯湯槽上部を接続する給湯回路に、貯湯槽下部へ流入するように流路を切替える流路切替え弁を設けた請求項１または２記載のヒートポンプ式風呂給湯システム。
【請求項１３】  冷媒回路部と、給湯回路部、風呂循環ポンプ及び風呂熱交換器を具備する貯湯ユニットと、この貯湯ユニットの外側に装着したファンレスの大気熱利用蒸発器からなる請求項１または２記載のヒートポンプ式風呂給湯システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はヒートポンプによる風呂給湯システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のヒートポンプシステムは特開平７−７１８３９号公報に示すものがある。以下、その構成について図１９を参照しながら説明する。図１９に示すように、圧縮機１の吐出側につながる高圧ガス管、圧縮機１の吸入側につながる低圧ガス管、高圧および低圧ガス管とともに配置された液管に開閉弁５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、５０ｅ、５０ｆを介して、給湯加熱器３、廃熱利用熱交換器５、大気熱利用熱交換器２８が並列につながっている。そして、開閉弁５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、５０ｅ、５０ｆの切り替えにより給湯運転、風呂追い焚き運転、給湯熱利用風呂追い焚き運転、浴槽廃熱利用給湯運転がおこなわれる。例えば、浴槽廃熱利用給湯運転時は、開閉弁５０ａと５０ｄを開放して、廃熱利用熱交換器５を介して浴槽１０の湯を吸熱し、給湯加熱器３で加熱して貯湯する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような構成では、給湯加熱器３より流出した高圧液冷媒は冷媒流量制御弁５１で低圧の二相冷媒となり、さらに冷媒流量制御弁５２を通って廃熱利用熱交換器５に流入することになる。よって、冷媒流量がかなり絞られるため、所定の冷媒流量が得られず、圧縮機１の吸入冷媒ガスは高温の過熱ガスとなり、圧縮機１の信頼性確保が課題となる。また、冷媒流量の低下により、廃熱利用熱交換器５での採熱量が少なくなるため高効率化が得られない。それを防止するには冷媒流量制御弁５１および５２は流量制御巾の範囲が非常に大きなものが必須となる。また、その場合には廃熱利用熱交換器５に流入する湯温は大気よりも高温であるため、圧縮機１の低圧がかなり上昇し、採熱量増加にともなって給湯加熱器３が大きくなる。また、開閉弁５０、冷媒流量制御手段５１、５２は複数必要となり、システムが複雑となる。
【０００４】
本発明は上記課題を解決するもので、部品点数削減と浴槽排熱利用給湯運転時の高効率化をはかると共に圧縮機等の耐久信頼性を向上することを主目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明のヒートポンプ式風呂給湯システムにおいては、圧縮機を有する冷媒回路と、この冷媒回路に接続した給湯加熱器および排熱利用熱交換器と、貯湯槽の湯水が流動し、前記給湯加熱器と熱交換関係を有する給湯熱交換器を途中に接続した給湯回路と、風呂循環ポンプを介して浴槽の湯水を循環させるとともに、前記排熱利用熱交換器と熱交換関係を有する風呂熱交換器を途中に接続した風呂循環回路とを備え、前記風呂循環回路には湯水の流量制御をおこなう流量制御手段を設けたものである。
【０００６】
この本発明によれば、風呂廃熱利用の給湯運転において、風呂循環回路に流量制御手段を備え、排熱利用熱交換器での吸熱量を調整することができるため、給湯側の熱交換器が小型化すると共に高効率給湯運転が可能となる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は上記目的を達成するため、圧縮機を有する冷媒回路と、この冷媒回路に接続した給湯加熱器および排熱利用熱交換器と、貯湯槽の湯水が流動し、前記給湯加熱器と熱交換関係を有する給湯熱交換器を途中に接続した給湯回路と、風呂循環ポンプを介して浴槽の湯水を循環させるとともに、前記排熱利用熱交換器と熱交換関係を有する風呂熱交換器を途中に接続した風呂循環回路とを備え、前記風呂循環回路には湯水の流量制御をおこなう流量制御手段を設けた。
【０００８】
そして、風呂廃熱利用の給湯運転において、圧縮機から吐出した高温高圧のガス冷媒は給湯加熱器に流入する。一方、貯湯槽の水は給湯ポンプによって給湯熱交換器に流入し、ここで、冷媒の凝縮熱によって給湯加熱器を介して加熱されて貯湯槽に流入する。また凝縮液化した冷媒は減圧されて排熱利用熱交換器に流入する。一方、浴槽の残湯は風呂循環ポンプによって風呂熱交換器に流入し、ここで風呂熱交換器を介して廃熱利用熱交換器を流れる冷媒を蒸発ガス化させる。よって、流量制御手段は風呂循環回路の水の流量制御をおこない、廃熱利用熱交換器での吸熱量を調整することが可能となる。
【０００９】
風呂循環回路の湯水流量制御としては、風呂循環ポンプの回転数を可変することも考えられるものである。
【００１０】
また、冷媒回路の冷媒温度に基づき風呂循環回路の湯水の流量制御をおこなうようにした。そして、風呂廃熱利用の給湯運転において、冷媒温度検知手段の信号に風呂循環回路の循環流量を制御する。よって、予め設定された所定冷媒温度で運転することになるため、圧縮機の低圧および高圧が異常上昇することもなくなり、信頼性が向上する。
【００１１】
また、圧縮機を有する冷媒回路と、この冷媒回路に接続した給湯加熱器および排熱利用熱交換器と、貯湯槽の湯水が流動し、前記給湯加熱器と熱交換関係を有する給湯熱交換器を途中に接続した給湯回路と、風呂循環ポンプを介して浴槽の湯水を循環させるとともに、前記排熱利用熱交換器と熱交換関係を有する風呂熱交換器を途中に接続した風呂循環回路とを備え、前記風呂熱交換器の湯水出口温度に関連して圧縮機の回転を制御するようにした。具体的には、圧縮機の回転周波数を可変するインバータ電源部を制御するようにした
したがって、風呂廃熱利用の給湯運転において、温度検知手段の信号に基づきインバータ電源部に信号を送り、圧縮機の回転周波数を制御する。したがって、給湯熱交換器での加熱量および排熱利用熱交換器での排熱吸熱量を調整するため、熱交換器のスペックに適した高効率運転ができるようになるり、給湯熱交換器、給湯加熱器、廃熱利用熱交換器、風呂熱交換器の小型化が達成できるようになる。
【００１２】
また、風呂熱交換器の湯水出口温度に基づき風呂循環回路の湯水の流量制御をおこなうようにした。
【００１３】
また、風呂熱交換器の湯水出口温度に基づき風呂循環回路の湯水の流量制御を行なうようにした。したがって、風呂排熱吸熱量を調整するため、低圧が異常に高くなり、これによって圧縮機の高圧が異常に上昇することもない。また、温度検知手段は浴槽追い焚き運転時においては、風呂熱交換器の出口湯温を検出して、風呂循環回路の循環流量を制御し、所定温度で浴槽に返す。そのため、一つの温度検知手段で風呂廃熱利用給湯運転と浴槽追い焚き運転ができる。また、高温湯が浴槽に流入することもないため、浴槽の耐久性が向上する。
【００１４】
また、前述の構成に加え、風呂循環ポンプの水吐出方向・吸入方向を可逆可能としたものである。そして、風呂排熱利用給湯運転時と浴槽追い焚き運転時で風呂循環ポンプは流れ方向を変える。そして、両運転ともに排熱利用熱交換器を流れる冷媒と風呂熱交換器を流れる水が絶えず対向流で熱交換するようにして熱交換効率を高められる。
【００１５】
また、風呂循環回路の湯水温度と外気温度との相関関係に基づき風呂排熱利用運転を制御するようにしたものである。そして、風呂排熱利用の給湯運転において、浴槽湯温は運転経過とともに低下する。また、浴槽湯温と外気温度を比較し、所定温度差に達すると運転制御手段は風呂排熱利用の給湯運転を停止する。よって、浴槽湯温は排熱利用されて外気温近くまで低下するため、浴槽から外気への自然放熱は低減されることになり、熱が有効に活用されるようになる。
【００１６】
また、排熱利用熱交換器と並列に連結されて圧縮機の吸入側に一端がつながっている大気熱利用蒸発器と、冷媒の流路を排熱利用熱交換器と大気熱利用蒸発器の切替えをおこなう単一あるいは複数の切替え弁と、風呂循環回路に設けて流体温度を検出する温度検知手段と、温度検知手段の信号を受けて切替え弁を制御する制御手段とを備えたものである。そして、風呂排熱利用の給湯運転において、温度検知手段は浴槽湯温が所定温度まで下がったことを検出し、その信号を制御手段に送る。また制御手段は冷媒が大気熱利用蒸発器へ流れるように切替え弁を切替え、大気熱利用で給湯運転を継続する。ここで、予め設定された浴槽追い焚き運転時間内で浴槽が沸き上がるところで切替え弁の切替えをすると、追い焚き運転時間の短縮化が図られ、入浴の利便性が向上する。また、貯湯槽への給湯熱量も増加する。
【００１７】
また、大気熱利用蒸発器の冷媒入口温度を検知する着霜温度検知手段と、着霜温度検知手段の信号を受けて冷媒の流路を大気熱利用蒸発器から風呂熱交換器への切替えをおこなう制御手段とを備えたものである。そして、冬季の大気熱利用給湯運転において、大気熱利用蒸発器の冷媒温度が所定温度まで低下したことを着霜温度検知手段が検出し、制御手段へ信号を送る。また制御手段は冷媒の流路を大気熱利用蒸発器から廃熱利用熱交換器へ切替えをおこなう。従って、風呂廃熱利用で給湯運転が継続されるため、着霜条件下においても、高効率給湯運転ができるとともに貯湯槽への給湯熱量は増加することになる。
【００１８】
また、大気熱利用蒸発器に流れる冷媒流量を制御する第１の冷媒流量制御弁と、排熱利用熱交換器交換器に流れる冷媒流量を制御する第２の冷媒流量制御弁とを備えたものである。そして、第１の冷媒流量制御手段で大気熱利用蒸発器へ流れる冷媒流量制御をおこない、一方、第２の冷媒流量制御手段で風呂排熱利用熱交換器へ流れる冷媒流量制御をおこない、大気熱利用と風呂排熱利用を同時におこなう。従って、集熱量増大が可能となり、あるいは同じ集熱量を得るのに大気熱利用熱交換器および風呂排熱利用熱交換器の小型化が可能となる。
【００１９】
また、給湯熱交換器と貯湯槽上部を接続する給湯回路に、貯湯槽下部へ流路切替えをおこなう流路切替え弁とを備えたものである。そして、貯湯槽内の給湯熱を利用した風呂追い焚き運転において、給湯加熱器を介して採熱された湯は温度低下して給湯熱交換器から流出する。そして、流路切替え弁を通り、貯湯槽下部へ流入する。よって、貯湯槽上部の高温湯に低温水が流入することがない。
【００２０】
さらにまた、冷媒回路部品と給湯回路部品および風呂循環ポンプ、風呂熱交換器を具備する貯湯ユニットと、ファンレスの大気熱利用蒸発器を貯湯ユニットの外装周囲に装着したものである。そして、貯湯ユニット内に冷媒回路部品と給湯回路部品および風呂循環ポンプ、風呂熱交換器を収納し、またファンレスの大気熱利用蒸発器を貯湯ユニットの外装周囲に装着しているため、設置スペースの縮小化と低騒音化が図れる。
【００２１】
（実施例１）
以下、本発明の実施例１を図１、図２を参照しながら説明する。図１、図２において、１は圧縮機、２は四方弁、３は給湯加熱器、４は減圧装置、５は排熱利用熱交換器であり、圧縮機１、四方弁２、給湯加熱器３、減圧装置４、排熱利用熱交換器５で冷媒回路を構成する。６は貯湯槽、７は給湯用ポンプ、８は給湯熱交換器であり、給湯加熱器３と熱交換関係を有する。また、貯湯槽６、給湯用ポンプ７、給湯熱交換器８で給湯回路９を構成する。１０は浴槽、１１は風呂循環ポンプ、１２は風呂熱交換器であり、排熱利用熱交換器５と熱交換関係を有する。１３は流量制御手段であり、風呂循環回路１４の流量制御をおこなう。１５は風呂循環ポンプであり、回転数制御型である。１６は回転数制御手段であり、風呂循環ポンプ１５の回転数制御をおこなう。
【００２２】
つぎに、上記構成において動作を説明する。風呂廃熱利用の給湯運転において、圧縮機１から吐出した高温高圧のガス冷媒は四方弁２を通り給湯加熱器３に流入する。一方、貯湯槽６の水は給湯ポンプ７によって給湯熱交換器８に流入し、ここで、冷媒の凝縮熱によって給湯加熱器３を介して加熱されて貯湯槽６に流入する。そして、凝縮液化した冷媒は減圧装置４で減圧されて廃熱利用熱交換器５に流入する。一方、浴槽１０の残湯は風呂循環ポンプ１１によって風呂熱交換器１２に流入し、ここで風呂熱交換器１２を介して廃熱利用熱交換器５を流れる冷媒を蒸発ガス化する。この動作において、流量制御手段１３は風呂循環回路の流量制御をおこない、廃熱利用熱交換器５での吸熱量を調整する。よって、大気熱より高温の浴槽９残湯熱から採熱するため、高効率高能力で給湯運転ができる。また、図２に示すように、流量制御手段１３の代わりに風呂循環ポンプ１５を用いて、回転数制御手段１６で風呂循環ポンプ１５の回転数制御をおこない、流量制御しても同じ効果が得られる。
【００２３】
（実施例２）
本発明の実施例２を図３を参照しながら説明する。図３において、実施例１と同じ構成、動作するものについては、同一符号とし、説明を省略する。１７は冷媒温度検知手段であり、排熱利用熱交換器５の冷媒入口温度を検出する。１８は流量制御部であり、冷媒温度検知手段１７の信号に基づき流量制御手段１３を制御する。
【００２４】
上記構成において動作を図３によって説明する。風呂廃熱利用の給湯運転において、排熱利用熱交換器５に流入する冷媒温度を冷媒温度検知手段１７が検出し、流量制御部１８に信号を送る。そして、流量制御部１８は流量制御手段１３を制御して、風呂循環流量を変える。よって、ヒートポンプサイクルは予め設定された冷媒温度、圧力で運転することになり、圧縮機の高圧が異常上昇することもなく、信頼性が向上する。
【００２５】
（実施例３）
本発明の実施例３を図４を参照しながら説明する。図４において、実施例１、２と同じ構成、動作するものについては、同一符号とし、説明を省略する。１９はインバータ電源部であり、圧縮機１の駆動周波数を可変する。２０は温度検知手段であり、風呂熱交換器の水出口温度を検出する。２１は周波数制御手段であり、温度検知手段２０の信号に基づきインバータ電源部１９の周波数制御をおこなう。
【００２６】
上記構成において動作を説明する。風呂廃熱利用の給湯運転において、温度検知手段２０の信号が高温を示す場合には、周波数制御手段２１はインバータ電源部１９に信号を送り、圧縮機１の駆動周波数を下げて、温度検知手段２０の信号が所定温度の信号となるように駆動周波数を制御する。また、温度検知手段２０の信号が低温を示す場合には、周波数制御手段２１はインバータ電源部１９に信号を送り、圧縮機１の駆動周波数を増加して、温度検知手段２０の信号が所定温度の信号となるように駆動周波数を制御する。よって、圧縮機１の駆動周波数を制御して給湯熱交換器８での加熱量および廃熱利用熱交換器５での風呂廃熱交換量を調整するため、熱交換器のスペックに適した高効率運転ができるようになる。また、給湯熱交換器、給湯加熱器、廃熱利用熱交換器、風呂熱交換器の小型化が達成できるようになる。
【００２７】
（実施例４）
本発明の実施例４を図５を参照しながら説明する。図５において、実施例１〜３と同じ構成、動作するものについては、同一符号とし、説明を省略する。２２は温度検知手段であり、風呂循環回路の流体温度を検出して信号を発する。２３は流量制御部であり、温度検知手段２２の信号に基づき流量制御手段１３を制御する。
【００２８】
上記構成において動作を図５によって説明する。風呂廃熱利用の給湯運転において、風呂熱交換器１２で採熱されて温度低下した湯温を温度検知手段２２が検出し、流量制御部２３に信号を送る。そして、流量制御部２３は温度検知手段２２の信号が所定温度の信号となるように流量制御手段１３で流量調整をおこなう。例えば、温度検知手段２２の信号が所定温度よりも高温を示す場合には、流量制御部２３は流量制御手段１３において流量を下げるように調整する。一方、所定温度よりも低温を示す場合には、流量制御手段１３において流量を上げるように調整する。よって、風呂循環回路の循環流量を制御して、風呂廃熱の熱交換量を調整するため、浴槽湯温が高いために低圧が異常に高くなり、それによって圧縮機の高圧が異常に上昇することもない。また、浴槽追い焚き運転において、風呂熱交換器１２の出口温度を温度検知手段２２が検出し、流量制御部２３に信号を送る。そして、流量制御部２３は温度検知手段２２の信号が所定温度の信号となるように流量制御手段１３で流量調整をおこなう。よって、ひとつの温度検知手段２２で風呂廃熱利用給湯運転と浴槽追い焚き運転ができる。また、高温湯が浴槽に流入することもないため、浴槽の耐久性が向上する。
【００２９】
（実施例５）
本発明の実施例５を図６〜図９を参照しながら説明する。図６、図８において、実施例１〜４と同じ構成、動作するものについては、同一符号とし、説明を省略する。２４は風呂循環ポンプであり、風呂循環回路に設けられ、水循環方向の可逆が可能である。
【００３０】
上記構成において動作を説明する。最初に風呂廃熱利用の給湯運転について説明する。図６において、冷媒の流れを実線、風呂循環回路内の水の流れを破線で表す。圧縮機１から吐出した高温高圧のガス冷媒は四方弁２を通り給湯加熱器３に流入する。一方、貯湯槽６の水は給湯ポンプ７によって給湯熱交換器８に流入し、ここで、冷媒の凝縮熱によって給湯加熱器３を介して加熱されて貯湯槽６に流入する。そして、凝縮液化した冷媒は減圧装置４で減圧されて廃熱利用熱交換器５に流入する。一方、浴槽１０の残湯は風呂循環ポンプ２４によって風呂熱交換器１２に流入し、ここで風呂熱交換器１２を介して廃熱利用熱交換器５を流れる冷媒を蒸発ガス化させる。この動作において、廃熱利用熱交換器５の冷媒流れ方向と風呂熱交換器１２の水流れ方向は対向流で熱交換をおこなう。図７に廃熱利用熱交換器５内の冷媒温度と風呂熱交換器１２の水温の変化を表す。図７において、廃熱利用熱交換器５内を流れる冷媒は二相域で流入するが、圧力損失を伴うため冷媒温度は次第に低下する。そして、圧縮機１にガス冷媒で戻すため廃熱利用熱交換器５の出口は過熱ガスにする必要があるが、風呂循環の水は入口であるため、比較的温度が高い。よって、水と冷媒の温度差は大きくとれるため、熱交換器の効率は高い。
【００３１】
次に浴槽追い焚き運転について説明する。図８において、冷媒の流れを実線、風呂循環回路内の水の流れを破線で表す。圧縮機１から吐出した高温高圧のガス冷媒は四方弁２を通り廃熱利用熱交換器５に流入する。一方、浴槽１０の水は風呂循環ポンプ２４によって風呂廃熱利用給湯運転時と逆方向に流れ、風呂熱交換器１２に流入する。ここで、冷媒の凝縮熱によって廃熱利用熱交換器５を介して加熱されて浴槽１０に流入する。そして、凝縮液化した冷媒は減圧装置４で減圧されて給湯加熱器３に流入する。一方、貯湯槽６の湯は給湯用ポンプ７によって給湯熱交換器８に流入し、ここで給湯熱交換器８を介して給湯加熱器３を流れる冷媒を蒸発ガス化させる。この動作において、廃熱利用熱交換器５の冷媒流れ方向と風呂熱交換器１２の水流れ方向は対向流で熱交換をおこなう。図９に廃熱利用熱交換器５内の冷媒温度と風呂熱交換器１２の水温の変化を表す。図９において、廃熱利用熱交換器５内を流れる冷媒は過熱ガス冷媒で流入し、二相域となり、過冷却の液冷媒で流出する。一方、水は低温で流入し、加熱されて昇温して流出する。よって、水と冷媒の温度差は大きくとれるため、熱交換器の効率は高い。
【００３２】
（実施例６）
本発明の実施例６を図１０を参照しながら説明する。図１０において実施例１〜５と同じ構成、動作するものについては、同一符号とし、説明を省略する。２５は温度検知手段であり、風呂循環回路に設けて流体温度を検出して信号を発する。２６は外気温度検知手段、２７は運転制御手段であり、温度検知手段２５の信号と外気温度検知手段２７の信号を受けて風呂廃熱利用運転を制御する。
【００３３】
上記構成において動作を説明する。風呂廃熱利用の給湯運転において、給湯運転の時間経過とともに風呂循環回路の水温は低下する。そして、温度検知手段２５で風呂循環回路の流体温度を検出し、一方、外気温度検知手段２６で外気温度を検出する。そして、風呂循環回路の水温と外気温度を比較し、所定温度差に達すると運転制御手段２７は風呂廃熱利用の給湯運転を停止する。ここで、例えば、浴槽の水を再加熱して追い焚きする場合に、追い焚きまで長時間放置すると中温の浴槽湯は自然放熱で温度低下する。しかし、本発明では、浴槽湯は廃熱利用されるとともに外気との温度差が小さくなった状態で放置するため、浴槽から外気への自然放熱は低減されて熱が有効に活用されるようになる。ここで、温度検知手段は風呂熱交換器の入口側に設けても、出口側に設けても外気温度との所定温度差の初期設定値が変わるだけで何ら効果は変わらない。
【００３４】
（実施例７）
本発明の実施例７を図１１を参照しながら説明する。図１１において、実施例１〜６と同じ構成、動作するものについては、同一符号とし、説明を省略する。２８は大気熱利用蒸発器であり、排熱利用熱交換器５と並列に連結されて、圧縮機１の吸入側に一端がつながっている。２９は切替え弁であり、単一あるいは複数具備して排熱利用熱交換器５と大気熱利用蒸発器２８を流れる冷媒の流路を切り替える。切替え弁２９を単一で用いる場合には図１１中のＡの分岐部に三方弁を設ける。また、複数の切替え弁を用いる場合は排熱利用熱交換器５の流路に設けた切替え弁２９ａと、大気熱利用蒸発器２８の流路に設けた切替え弁２９ｂからなる。３０は温度検知手段であり、風呂循環回路に設けて流体温度を検出して信号を発する。３１は制御手段であり、温度検知手段３０の信号を受けて切替え弁２９あるいは２９ａ、２９ｂを制御する。
【００３５】
上記構成において動作を説明する。風呂廃熱利用の給湯運転において、温度検知手段３０は浴槽湯温が所定温度まで下がったことを検出し、その信号を制御手段３１に送る。そして、制御手段３１は切替え弁２９ａを閉状態、２９ｂを開放状態へ切替え、冷媒が大気熱利用蒸発器２８へ流れるようにして大気熱利用で給湯運転を継続する。ここで、切替え弁２９ａ、２９ｂの切替えをおこなう浴槽湯温は、予め設定された浴槽追い焚き運転時間で浴槽が沸き上がるように設定することができる。よって、貯湯槽への給湯熱量は増加するとともに浴槽追い焚き運転時間の短縮化が図られ、入浴の利便性が向上する。また、浴槽の追い焚き・保温運転において、温度検知手段３０の信号を受けて制御手段３１は切替え弁２９ａ、２９ｂに信号をおくり、冷媒の流路が排熱利用熱交換器５および大気熱利用蒸発器２８ともに流れるように開放状態にする。そして、圧縮機１からの吐出冷媒は四方弁２を通り、排熱利用熱交換器５に流入し、風呂熱交換器を介して、凝縮熱を放熱して浴槽１０の水を加熱する。そして、冷媒流量制御手段４ｂで減圧されて大気熱利用蒸発器２８に流入し、ここで大気熱を集熱して圧縮機１に戻る。ここで、大気熱利用蒸発器２８は大気熱以外に太陽熱も集熱する集熱器として用いることも可能である。なお、集熱器として用いることが可能な点は以下に説明する実施例８〜１３についても同様であり、以下の説明では省略する。
【００３６】
（実施例８）
本発明の実施例８を図１２を参照しながら説明する。図１２において、実施例１〜７と同じ構成、動作するものについては、同一符号とし、説明を省略する。３２は着霜温度検知手段であり、大気熱利用蒸発器２８の冷媒入口温度を検知する。３３は制御手段であり、着霜温度検知手段３２の信号を受けて冷媒の流路を大気熱利用蒸発器２８から廃熱利用熱交換器への切替えをおこなう。
【００３７】
上記構成において動作を説明する。冬季の大気熱利用給湯運転において、大気熱利用蒸発器２８の冷媒温度が所定温度まで低下したことを着霜温度検知手段３２が検出し、制御手段３３へ信号を送る。そして、制御手段３３は冷媒の流路を大気熱利用蒸発器２８から廃熱利用熱交換器５へ切替えをおこない、風呂熱交換器１２から風呂の廃熱を利用して給湯運転が継続される。よって、着霜条件下においても、高効率給湯運転は可能となり、貯湯槽６への給湯熱量は増加することになる。
【００３８】
（実施例９）
本発明の実施例９を図１３を参照しながら説明する。図１３において、実施例１〜８と同じ構成、動作するものについては、同一符号とし、説明を省略する。３４は第１の冷媒流量制御装置であり、大気熱利用蒸発器の入口に設けられている。３５は第２の冷媒流量制御装置であり、排熱利用熱交換器の入口に設けられている。
【００３９】
上記構成において動作を説明する。給湯運転において、圧縮機１から吐出した高温高圧のガス冷媒は四方弁２を通り給湯加熱器３に流入する。一方、貯湯槽６の水は給湯ポンプ７によって給湯熱交換器８に流入し、ここで、冷媒の凝縮熱によって給湯加熱器３を介して加熱されて貯湯槽６に流入する。そして、凝縮液化した冷媒は減圧装置４で減圧されて大気熱利用蒸発器２８と廃熱利用熱交換器５に流れる。その際に大気熱利用蒸発器２８と廃熱利用熱交換器５は熱源温度および熱源からの吸熱量が異なるため、最適な冷媒流量は異なる。従って、第１の冷媒流量制御装置３４は大気熱利用蒸発器２８へ流れる冷媒流量を調整し、第２の冷媒流量制御装置３５は廃熱利用熱交換器５へ流れる冷媒流量を調整する。よって、大気熱と風呂廃熱を同時に集熱できるため、集熱量が増大する。また、集熱量を得るのに大気熱利用熱交換器および廃熱利用熱交換器は小型化が可能となる。
【００４０】
（実施例１０）
本発明の実施例１０を図１４を参照しながら説明する。図１４において、実施例１〜９と同じ構成、動作するものについては、同一符号とし、説明を省略する。３６は温度検知手段であり、貯湯槽に設け、貯湯温度を検出し信号を発する。３７は出湯管であり、貯湯槽６の出湯口と風呂循環回路１４を接続する。３８は開閉弁であり、出湯管３７に設けられている。３９は運転制御手段であり、温度検知手段３６の信号に基づき開閉弁３８の制御および圧縮機１による大気熱利用ヒートポンプ運転の制御をおこなう。
【００４１】
上記構成において動作を説明する。風呂追い焚き運転開始時において、温度検知手段３６は貯湯槽６内の湯温を検出し、その信号を運転制御手段３９に送る。そして、運転制御手段３９は、その信号から貯湯槽６内に所定湯量が有ると認識した場合には開閉弁３８を開状態にして貯湯槽６の湯を出湯管３７を介して浴槽１０に送る。よって、浴槽の湯温は短時間で上昇する。一方、貯湯槽６内に所定湯量がないと認識した場合には、圧縮機１による大気熱利用ヒートポンプ運転で風呂の追い焚き運転をおこなう。よって、貯湯槽６の湯を多量に貯湯した状態はなくなり、貯湯熱量の有効活用と入浴時の利便性向上を図ることができる。
【００４２】
（実施例１１）
本発明の実施例１１を図１５を参照しながら説明する。図１５において、実施例１〜１０と同じ構成、動作するものについては、同一符号とし、説明を省略する。４０は給湯回路であり、給湯熱交換器８と貯湯槽６上部を接続する。４１は流路切替え弁であり、給湯回路４０に設けられ、給湯熱交換器８と貯湯槽の上部あるいは下部への流路切替えをおこなう。
【００４３】
上記構成において動作を説明する。貯湯槽６内の給湯熱を利用した風呂追い焚き運転において、廃熱利用熱交換器５で風呂追い焚きをおこない、給湯加熱器３は蒸発作用をおこなって貯湯槽６内の給湯熱から吸熱する。その際、給湯加熱器３を介して採熱された湯は温度低下して給湯熱交換器８から流出する。そして、流路切替え弁４１を通り、貯湯槽６下部へ流入する。よって、貯湯槽６上部の高温湯に低温水が流入することもない。
【００４４】
（実施例１２）
本発明の実施例１２を図１６を参照しながら説明する。図１６において、実施例１〜１１と同じ構成、動作するものについては、同一符号とし、説明を省略する。４２は給湯用ポンプであり、回転数制御型である。４３は電気ヒータなどの熱源、４４は加熱器であり、給湯回路４０に設けられ、熱源４３を具備する。４５は温度検知手段であり、加熱器の出口に設けられ、流体温度を検出して信号を発する。４６は回転数制御手段であり、温度検知手段４５の信号に基づき給湯用ポンプ４２の回転数を制御する。
【００４５】
上記構成において動作を説明する。貯湯槽内の給湯熱を利用した風呂追い焚き運転において、給湯熱交換器８から流出する低温水は加熱器４４に流入し、熱源４３によって加熱される。そして、温度検知手段４５は出口温度を検出し、その信号を受けて回転数制御手段４６は所定温度となるように給湯用ポンプ４２の回転数制御をおこなう。よって、加熱器４４出口の湯温は貯湯槽６上部の湯温と同じ温度で上部から流入する。よって、貯湯熱を利用した浴槽追い焚き運転において、貯湯熱量の減少防止と貯湯槽上部の湯温の安定化を図ることができる。
【００４６】
（実施例１３）
本発明の実施例１３を図１７、図１８を参照しながら説明する。図１７、図１８において、実施例１〜１２と同じ構成、動作するものについては、同一符号とし、説明を省略する。４７は貯湯ユニットであり、圧縮機１などの冷媒回路部、貯湯槽６、給湯用ポンプなどの給湯回路部９、風呂循環ポンプ１１及び風呂熱交換器１２を具備する。４８は大気熱利用蒸発器であり、貯湯ユニットの外装周囲に装着し、自然の風を利用した、いわゆる送風ファンレスで熱交換をおこなう。図１８は貯湯ユニットと大気熱利用蒸発器の構成を表す。
【００４７】
上記構成において動作を説明する。大気熱利用蒸発器４８近傍では、大気熱は冷媒に吸熱されて温度を下げ、自然下降流が生じる。その自然下降流で冷媒と大気熱は熱交換する。よって、送風ファン不要となるため低騒音化が図られる。また、貯湯ユニット４７にすべて収納しているため、設置スペースも縮小化できる。また、給湯回路９の接続工事は不要となるため、省工事となる。
【００４８】
以上説明した各実施例の効果をまとめれば以下の通りである。
【００４９】
（１）風呂排熱利用の給湯運転において、風呂循環回路に流量制御手段を備え、排熱利用熱交換器での吸熱量を調整することができるため、給湯側の熱交換器が小型化すると共に高効率給湯運転が可能となる。
【００５０】
（２）排熱利用熱交換器の入口温度を検出する冷媒温度検知手段と、冷媒温度検知手段の信号に基づき流量制御手段を制御する流量制御部とを備え、冷媒温度を検出して、風呂循環流量を変えることによって、ヒートポンプサイクルは予め設定された冷媒温度、圧力で運転することになり、圧縮機の高圧が異常上昇することがなく信頼性が向上する。
【００５１】
（３）圧縮機の回転周波数を可変するインバータ電源部と、風呂熱交換器の水出口温度を検出する温度検知手段と、温度検知手段の信号に基づきインバータ電源部の周波数制御をおこなう周波数制御手段とを備え、風呂排熱利用の給湯運転において、温度検知手段により、圧縮機の回転周波数を制御して給湯熱交換器での加熱量および廃熱利用熱交換器での風呂廃熱交換量を調整するため、熱交換器のスペックに適した高効率運転ができるようになる。また給湯熱交換器、給湯加熱器、廃熱利用熱交換器、風呂熱交換器の小型化が達成できるようになる。
【００５２】
（４）風呂熱交換器の水出口温度を検出する温度検知手段と、温度検知手段の信号に基づき流量制御手段を制御する流量制御部とを備え、風呂廃熱利用の給湯運転において、温度検知手段の信号に基づき風呂循環回路の循環流量を制御し、風呂排熱交換量を調整するため、圧縮機の高圧が異常に上昇することもない。また、温度検知手段は浴槽追い焚き運転時において、風呂熱交換器の出口湯温を制御して、所定温度で浴槽に返すことができるため、一つの温度検知手段で風呂廃熱利用給湯運転と浴槽追い焚き運転が可能となる。また、浴槽に高温湯が流入することもなくなるため、浴槽の耐久性が向上する。
【００５３】
（６）水吐出方向・吸入方向を可逆可能は風呂循環ポンプを備え、風呂排熱利用給湯運転時と浴槽追い焚き運転時で風呂循環ポンプの流れ方向を変え、廃熱利用熱交換器を流れる冷媒と風呂熱交換器を流れる水が絶えず対向流で熱交換するようにしているため、熱交換効率が高くなる。
【００５４】
（７）風呂循環回路に設けた温度検知手段と、外気温度検知手段と、温度検知手段の信号と外気温度検知手段の信号を受けて風呂排熱利用運転を制御する運転制御手段を備え、風呂排熱利用の給湯運転において、運転経過につれて低下する浴槽湯温と外気温度を比較し、所定温度差に達すると風呂廃熱利用の給湯運転を停止する。よって、浴槽湯は排熱利用され、外気温度に近い温度で放置されるため、浴槽から外気への自然放熱は低減され、熱が有効に活用される。
【００５５】
（８）排熱利用熱交換器と並列に連結されて圧縮機の吸入側に一端がつながっている大気熱利用蒸発器と、冷媒の流路を排熱利用熱交換器と大気熱利用蒸発器の切替えをおこなう単一あるいは複数の切替え弁と、風呂循環回路に設けて流体温度を検出する温度検知手段と、温度検知手段の信号を受けて切替え弁を制御する制御手段とを備え、風呂排熱利用の給湯運転において、浴槽湯温が所定温度まで下がったことを検出し、冷媒を大気熱利用蒸発器へ流して大気熱利用で給湯運転を継続する。ここで、予め設定された浴槽追い焚き運転時間で浴槽が沸き上がるように大気熱利用給湯運転に切り替えれば、貯湯槽への給湯熱量は増加するとともに浴槽追い焚き運転時間の短縮化が図られ、入浴の利便性が向上する。
【００５６】
（９）大気熱利用蒸発器の冷媒入口温度を検知する着霜温度検知手段と、着霜温度検知手段の信号を受けて冷媒の流路を大気熱利用蒸発器から風呂熱交換器への切替えをおこなう制御手段とを備え、冬季の大気熱利用給湯運転において、大気熱利用蒸発器の冷媒温度が所定温度まで低下したことを着霜温度検知手段が検出し、冷媒の流路を大気熱利用蒸発器から排利用熱交換器へ切替えをおこなう。従って、着霜条件下においても、高効率給湯運転ができるとともに貯湯槽への給湯熱量を増加することができる。
【００５７】
（１０）大気熱利用蒸発器に流れる冷媒流量を制御する第１の冷媒流量制御弁と、排熱利用熱交換器交換器に流れる冷媒流量を制御する第２の冷媒流量制御弁とを備え、大気熱利用と風呂廃熱利用を同時におこなうようにしたことにより、集熱量が増大し、同じ集熱量を得るのに大気熱利用熱交換器および廃熱利用熱交換器は小型化が可能となる。
【００５８】
（１１）給湯熱交換器と貯湯槽上部を接続する給湯回路に、貯湯槽下部へ流路切替えをおこなう流路切替え弁とを備え、貯湯槽内の給湯熱を利用した風呂追い焚き運転において、給湯熱交換器から流出する温度低下した貯湯槽湯を流路切替え弁で貯湯槽下部へ流入するようにしているため、貯湯槽上部の高温湯に低温水が流入することがなくなる。
【００５９】
（１２）冷媒回路部品と給湯回路部品および風呂循環ポンプ、風呂熱交換器を具備する貯湯ユニットと、ファンレスの大気熱利用蒸発器を貯湯ユニットの外側に装着した構成にして、１つのユニットに収納しているため設置スペースが縮小し、水関連工事が簡単になり、また、ファンレスで大気熱集熱をするため低騒音化が図られる。
【００６０】
【発明の効果】
以上のように本発明のヒートポンプ式風呂給湯システムによれば、風呂排熱利用の給湯運転において、排熱利用熱交換器での吸熱量を調整することができるため、給湯側の熱交換器が小型化すると共に高効率給湯運転が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の実施例１のヒートポンプ式風呂給湯システムの構成図
【図２】
同システムの別に示した構成図
【図３】
本発明の実施例２のヒートポンプ式風呂給湯システムの構成図
【図４】
本発明の実施例３のヒートポンプ式風呂給湯システムの構成図
【図５】
本発明の実施例４のヒートポンプ式風呂給湯システムの構成図
【図６】
本発明の実施例５のヒートポンプ式給湯システムにおいて風呂廃熱利用の場合を示す構成図
【図７】
同システムの風呂廃熱利用給湯運転時の熱交換器内の温度分布図
【図８】
同システムの浴槽追い焚きの場合を示す構成図
【図９】
同システムの浴槽追い焚き運転時の熱交換器内の温度分布図
【図１０】
本発明の実施例６のヒートポンプ式風呂給湯システムの構成図
【図１１】
本発明の実施例７のヒートポンプ式風呂給湯システムの構成図
【図１２】
本発明の実施例８のヒートポンプ式風呂給湯システムの構成図
【図１３】
本発明の実施例９のヒートポンプ式風呂給湯システムの構成図
【図１４】
本発明の実施例１０のヒートポンプ式風呂給湯システムの構成図
【図１５】
本発明の実施例１１のヒートポンプ式風呂給湯システムの構成図
【図１６】
本発明の実施例１２のヒートポンプ式風呂給湯システムの構成図
【図１７】
本発明の実施例１３のヒートポンプ式風呂給湯システムの構成図
【図１８】
同システムの貯湯ユニットと大気熱利用蒸発器の構成図
【図１９】
従来のヒートポンプシステムの構成図
【符号の説明】
１  圧縮機
２  四方弁
３  給湯加熱器
４  減圧装置
５  排熱利用熱交換器
６  貯湯槽
７、４２  給湯用ポンプ
８  給湯熱交換器
９  給湯回路
１０  浴槽
１１、２４  風呂循環ポンプ
１２  風呂熱交換器
１３  流量調整手段
１４  風呂循環回路
１５  風呂循環ポンプ
１６、４６  回転数制御手段
１７  冷媒温度検知手段
１８、２３  流量制御部
１９  インバータ電源部
２０、２２、２５、３０、３６、４５  温度検知手段
２１  周波数制御手段
２６  外気温度検知手段
２７、３９  運転制御手段
２８、４８  大気熱利用蒸発器
２９ａ、２９ｂ  切替え弁
３１、３３  制御手段
３２  着霜温度検知手段
３４  第１の冷媒流量制御手段
３５  第２の冷媒流量制御手段
３７  出湯管
３８  開閉弁
４０  給湯回路
４１  流路切替え弁
４３  熱源
４４  加熱器
４７  貯湯ユニット