(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外熱源から熱を汲上げて給湯水を加熱するヒートポンプ回路を備えた給湯機において、
前記ヒートポンプ回路が、冷媒を圧縮する圧縮機と、
冷媒と給湯水とを熱交換させる給湯側熱交換器と、
冷媒と外熱源とを熱交換させる外熱源側熱交換器と、
冷媒と大気とを熱交換させる大気側熱交換器と、
冷媒を減圧する第１及び第２減圧器と、
給湯水のみを加熱する場合には、冷媒が圧縮機、給湯側熱交換器、第２減圧器、大気側熱交換器を順次循環するように冷媒循環路を切替え、また外熱源から熱を汲上げながら給湯水を加熱する場合には、冷媒が圧縮機、給湯側熱交換器、第１減圧器、外熱源側熱交換器を順次循環するように冷媒循環路を切替え、また給湯水を加熱しながら外熱源に熱を与える場合には、冷媒が圧縮機、給湯側熱交換器、外熱源側熱交換器、第１減圧器を順次循環するように冷媒循環路を切替える冷媒循環路切替器とを有すると共に、
前記大気側熱交換器で蒸発した冷媒が、前記外熱源側熱交換器に循環して当該外熱源側熱交換器内の水を凍結させるのを防止すべく、前記第１減圧器が全閉状態になると、これに連動して全開する電磁弁を設けたことを特徴とするヒートポンプ給湯機。
【請求項２】
給湯水のみを加熱する運転中に前記大気側熱交換器が着霜すると、所定時間だけ外熱源から熱を汲上げながら給湯水を加熱する運転モードに切替えて除霜するようにしたことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項３】
前記外熱源が風呂の湯であって、給湯水のみを加熱する場合及び外熱源から熱を汲上げながら給湯水を加熱する場合は、当該風呂の残湯の熱を汲上げて前記給湯水の加熱に利用し、また給湯水を加熱しながら外熱源に熱を与える場合は、風呂の湯の追焚に利用することを特徴とする請求項１又は２記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項４】
外熱源から熱を汲上げて給湯水を加熱するヒートポンプ回路を備えた給湯機において、
前記ヒートポンプ回路が、冷媒を圧縮する圧縮機と、
冷媒と給湯水とを熱交換させる給湯側熱交換器と、
冷媒と外熱源とを熱交換させる外熱源側熱交換器と、
冷媒と大気とを熱交換させる大気側熱交換器と、
冷媒を減圧する第１及び第２減圧器と、
給湯水のみを加熱する場合には、冷媒が圧縮機、給湯側熱交換器、第２減圧器、大気側熱交換器を順次循環するように冷媒循環路を切替え、また外熱源から熱を汲上げながら給湯水を加熱する場合には、冷媒が圧縮機、給湯側熱交換器、第１減圧器、外熱源側熱交換器を順次循環するように冷媒循環路を切替え、また給湯水を加熱しながら外熱源に熱を与える場合には、冷媒が圧縮機、給湯側熱交換器、外熱源側熱交換器、第１減圧器を順次循環するように冷媒循環路を切替える冷媒循環路切替器とを有すると共に、
前記外熱源が風呂の湯であって、給湯水のみを加熱する場合及び外熱源から熱を汲上げながら給湯水を加熱する場合は、当該風呂の残湯の熱を汲上げて前記給湯水の加熱に利用し、また給湯水を加熱しながら外熱源に熱を与える場合は、風呂の湯の追焚に利用することを特徴とするヒートポンプ給湯機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外熱源の熱を吸上げながら給湯水を加熱することができるようにしたヒートポンプ給湯機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、風呂の残湯等を外熱源として、この外熱源の熱を吸上げて（回収して）給湯水の加熱に用いる給湯機が提案されている（特開平１１−１１８２４６号公報、特開平５−２６５１２号公報、特開平１０−３１８６０４号公報）。
【０００３】
図３は、特開平１０−３１８６０４号公報に開示されている給湯機の構成図であり、当該給湯機はヒートポンプ回路１１０、給湯回路１２０、風呂回路１３０を主要構成としている。
【０００４】
ヒートポンプ回路１１０は、圧縮機１１１、冷媒給湯熱交換器１１２、減圧装置１１３、蒸発器１１４が順次環状に接続されて、冷媒が実線矢印の方向に循環する。
【０００５】
また、給湯回路１２０は、給湯タンク１２１、給湯ポンプ１２２、風呂熱交換器１２３、水給湯熱交換器１２４が順次環状に接続されて、給湯水が点線矢印の方向に循環する。
【０００６】
さらに、風呂回路１３０は、浴槽１３１、風呂ポンプ１３２、風呂熱回収熱交換器１３３が順次環状に接続されて、風呂の湯が一点鎖線矢印の方向に循環する。
【０００７】
そして、風呂の湯は風呂熱回収熱交換器１３３を循環した際に、この風呂熱回収熱交換器１３３と一体に設けられた風呂熱交換器１２３を循環する給湯水と熱交換し、これにより給湯水を加熱する。
【０００８】
このように風呂の湯で加熱された給湯水は、水給湯熱交換器１２４に循環し、当該水給湯熱交換器１２４で冷媒給湯熱交換器１１２を循環する冷媒と熱交換し、当該冷媒により加熱されて湯となって給湯タンク１２１に貯留される。
【０００９】
冷媒給湯熱交換器１１２を循環する冷媒は、圧縮機１１１で圧縮されて高温高圧のホットガスとなった冷媒で、この冷媒が冷媒給湯熱交換器１１２で給湯水に熱を与えて凝縮し、減圧装置１１３で減圧される。その後、蒸発器１１４で蒸発して圧縮機１１１に戻る。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報にかかる構成では、冷媒の熱や風呂残湯の熱を給湯機に供給することができるものの、給湯水を加熱しながら風呂を追焚したり、また蒸発器１１４の除霜を行うことができない等の問題があった。
【００１１】
即ち、図３に示す構成では、風呂の湯は熱を汲上げられるだけで、追焚ができない問題がある。
【００１２】
また、冷媒は蒸発器１１４で蒸発するので冷却され、これにより大気中の水分か結露し着氷する場合がある。このように蒸発器１１４に氷が付着すると、当該氷が断熱材の作用をなし冷媒と大気との熱交換効率を低下させてしまう問題がある。
【００１３】
このような着霜に対しては、例えば冷媒の循環方向を逆にして、圧縮機１１１からのホットガスを蒸発器１１４に循環させて氷を溶かす等の対応（以下、除霜運転という）が可能である。
【００１４】
しかし、かかる除霜運転中はヒートポンプ回路１１０は冷凍回路として作用するので、冷媒給湯熱交換器１１２が蒸発器として作用し、これにより給湯水から熱が奪われるようになってしまう問題がある。
【００１５】
そこで、本発明は、給湯水の熱を奪うことなく風呂の追焚や除霜運転ができるようにしたヒートポンプ給湯機を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１にかかる発明は、外熱源から熱を汲上げて給湯水を加熱するヒートポンプ回路を備えた給湯機において、ヒートポンプ回路が、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒と給湯水とを熱交換させる給湯側熱交換器と、冷媒と外熱源とを熱交換させる外熱源側熱交換器と、冷媒と大気とを熱交換させる大気側熱交換器と、冷媒を減圧する第１及び第２減圧器と、給湯水のみを加熱する場合には、冷媒を圧縮機、給湯側熱交換器、第２減圧器、大気側熱交換器を順次循環するように冷媒循環路を切替え、また外熱源から熱を汲上げながら給湯水を加熱する場合には、冷媒を圧縮機、給湯側熱交換器、第１減圧器、外熱源側熱交換器を順次循環するように冷媒循環路を切替え、また給湯水を加熱しながら外熱源に熱を与える場合には、冷媒を圧縮機、給湯側熱交換器、外熱源側熱交換器、第１減圧器を順次循環するように冷媒循環路を切替える冷媒循環路切替器とを有して、給湯水の熱を奪うことなく風呂の追焚や除霜運転ができるようにすると共に、大気側熱交換器で蒸発した冷媒が、外熱源側熱交換器に循環して当該外熱源側熱交換器内の水を凍結させるのを防止すべく、第１減圧器が全閉状態になると、これに連動して全開する電磁弁を設けたことを特徴とする。
【００１７】
請求項２にかかる発明は、上記請求項１にかかる発明に加えて、給湯水のみを加熱する運転中に大気側熱交換器が着霜すると、所定時間だけ外熱源から熱を汲上げながら給湯水を加熱する運転モードに切替えて除霜するようにしたことを特徴とする。
【００１８】
請求項３にかかる発明は、上記請求項１又は２にかかる発明に加えて、外熱源が風呂の湯であって、給湯水のみを加熱する場合及び外熱源から熱を汲上げながら給湯水を加熱する場合は、当該風呂の残湯の熱を汲上げて給湯水の加熱に利用し、また給湯水を加熱しながら外熱源に熱を与える場合は、風呂の湯の追焚に利用することを特徴とする。
【００１９】
請求項４にかかる発明は、外熱源から熱を汲上げて給湯水を加熱するヒートポンプ回路を備えた給湯機において、ヒートポンプ回路が、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒と給湯水とを熱交換させる給湯側熱交換器と、冷媒と外熱源とを熱交換させる外熱源側熱交換器と、冷媒と大気とを熱交換させる大気側熱交換器と、冷媒を減圧する第１及び第２減圧器と、給湯水のみを加熱する場合には、冷媒を圧縮機、給湯側熱交換器、第２減圧器、大気側熱交換器を順次循環するように冷媒循環路を切替え、また外熱源から熱を汲上げながら給湯水を加熱する場合には、冷媒を圧縮機、給湯側熱交換器、第１減圧器、外熱源側熱交換器を順次循環するように冷媒循環路を切替え、また給湯水を加熱しながら外熱源に熱を与える場合には、冷媒を圧縮機、給湯側熱交換器、外熱源側熱交換器、第１減圧器を順次循環するように冷媒循環路を切替える冷媒循環路切替器とを有して、給湯水の熱を奪うことなく風呂の追焚や除霜運転ができるようにすると共に、外熱源が風呂の湯であって、給湯水のみを加熱する場合及び外熱源から熱を汲上げながら給湯水を加熱する場合は、当該風呂の残湯の熱を汲上げて給湯水の加熱に利用し、また給湯水を加熱しながら外熱源に熱を与える場合は、風呂の湯の追焚に利用することを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図を参照して説明する。図１は本発明にかかるヒートポンプ給湯機の構成図で、ヒートポンプ回路１０、給湯回路２０、風呂回路３０を主要構成としている。
【００２１】
なお、本実施の形態では、外熱源として風呂の湯を想定して説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の熱源が適用可能であることを付言しておく。この場合、風呂の湯等を外熱源と読替えればよい。
【００２２】
ヒートポンプ回路１０は、冷媒を圧縮する圧縮機１１、該圧縮機１１により圧縮されてホットガスとなった冷媒と給湯水とを熱交換させて当該給湯水を加熱する給湯側熱交換器１２、冷媒を減圧する膨張弁等からなる第１及び第２減圧器１３，１４、冷媒と大気とを熱交換させる大気側熱交換器１５、冷媒と風呂の湯とを熱交換させる風呂側熱交換器１６、冷媒の循環路を切替える四方弁等の冷媒循環路切替器１７を有している。
【００２３】
なお、番号１５ａは大気を大気側熱交換器１５に送風するファンであり、番号１９（１９ａ，１９ｂ）は逆止弁である。
【００２４】
給湯回路２０は、湯を貯留する給湯タンク２１、該給湯タンク２１の給湯水を給湯側熱交換器１２を介して循環させる給湯側ポンプ２２、給湯タンク２１に循環する水の量を調整する流量調整器２３等を有している。
【００２５】
風呂回路３０は、風呂３２の湯を風呂側熱交換器１６を介して循環させる風呂側ポンプ３１等を有している。
【００２６】
次に、上記構成のヒートポンプ給湯機の動作を図２に示す運転モード表を参照して説明する。
【００２７】
運転モードとしては、給湯水の加熱のみを行うモード（給湯水加熱モード）、風呂３２の湯の熱を吸上げながら給湯水の加熱を行うモード（熱回収モード）、風呂の追焚のみ又は給湯水の加熱を行いながら風呂の追焚をするモード（追焚モード）、給湯水の加熱を行いながら除霜するモード（除霜モード）に分けて説明する。
【００２８】
先ず、給湯水加熱モードでは、給湯側ポンプ２２及び風呂側ポンプ３１はそれぞれ動作状態及び停止状態にする。圧縮機１１及びファン１５ａは、それぞれ共に動作状態にし、冷媒循環路切替器１７は冷媒が実線矢印方向に流動するように切替える。また、第１減圧器１４、第２減圧器１３及び電磁弁１８は、それぞれ全閉、弁開度制御、開状態とする。
【００２９】
なお、電磁弁１８は、以下の理由により第１減圧器１４の全閉と連動して開くようになっている。
【００３０】
即ち、冷媒は大気側熱交換器１５で蒸発することにより温度が下がる。従って、このような冷媒を風呂側熱交換器１６に循環させると、この風呂側熱交換器１６内の風呂の水（循環していない）が結氷して、風呂側熱交換器１６を壊してしまう恐れがある。
【００３１】
そこで、第１減圧器１４を全閉して風呂側熱交換器１６に冷媒が循環しないようにすると共に、冷媒の循環パスを確保するために電磁弁１８を開くようにしている。
【００３２】
以上によりヒートポンプ回路１０で冷媒が、圧縮機１１、給湯側熱交換器１２、第２減圧器１３、大気側熱交換器１５、電磁弁１８を順次循環するようになる。
【００３３】
一方、給湯回路２０では給湯側ポンプ２２により給湯水が圧送されて循環するが、風呂回路３０では風呂側ポンプ３１が停止しているので湯は循環しない。
【００３４】
そして、圧縮機１１で圧縮されて高温高圧のホットガスとなった冷媒は、給湯側熱交換器１２で給湯水を加熱して熱を失い凝縮する。凝縮した冷媒は、第２減圧器１３により減圧されて大気側熱交換器１５で蒸発し、電磁弁１８を経て圧縮機１１に戻る。
【００３５】
このとき、大気側熱交換器１５が着霜する場合がある。このような場合は除霜モードが適宜運転される。除霜モードにおいては、給湯側熱交換器１２からの冷媒が第２減圧器１３で減圧されずに大気側熱交換器１５に供給されるようにする。
【００３６】
即ち、給湯水加熱モードに対して風呂側ポンプ３１の運転、ファン１５ａの停止、第１減圧器１４の過熱度制御、第２減圧器１３の全開及び電磁弁１８を閉じる。
【００３７】
給湯側熱交換器１２では冷媒は給湯水と熱交換して凝縮するが、当該凝縮した冷媒の温度は給湯水の温度より低くなることがないので、その熱で大気側熱交換器１５が暖められて除霜される。
【００３８】
これにより、給湯水を加熱しながら（給湯水の熱を奪うことなく）大気側熱交換器１５の除霜を行うことが可能になって効率的な給湯水加熱を行うことが出きるようになる。
【００３９】
なお、大気側熱交換器１５からの冷媒は、第１減圧器１４で減圧され、風呂側熱交換器１６で風呂の湯と熱交換して蒸発する。
【００４０】
一方、熱回収モードでは、給湯側ポンプ２２及び風呂側ポンプ３１は共に動作状態にし、圧縮機１１及びファン１５ａは、それぞれ動作状態及び停止状態にする。また、冷媒循環路切替器１７は冷媒が実線矢印方向に流動するようにする。さらに、第１減圧器１４を過熱度制御、第２減圧器１３を全開、電磁弁１８を閉じる。
【００４１】
これによりヒートポンプ回路１０で冷媒が、圧縮機１１、給湯側熱交換器１２、第２減圧器１３、大気側熱交換器１５、風呂側熱交換器１６を順次循環するようになる。
【００４２】
一方、給湯回路２０では、給湯側ポンプ２２が動作して、給湯タンク２１に給湯水が圧送されて循環し、風呂回路３０では、風呂側ポンプ３１が動作して、風呂３２の湯が風呂側熱交換器１６を介して循環するようになる。
【００４３】
そして、圧縮機１１で圧縮されて高温高圧のホットガスとなった冷媒は、給湯側熱交換器１２で給湯水を加熱して熱を失い凝縮する。凝縮した冷媒は、第２減圧器１３及び大気側熱交換器１５を通過して、風呂側熱交換器１６を流れて圧縮機１１に戻る。
【００４４】
風呂側熱交換器１６には風呂の湯が循環しているので、この湯により冷媒が加熱されて蒸発する。即ち冷媒の蒸発熱は風呂３２の湯から供給されることになり、当該風呂の湯の熱を汲上げることになる。
【００４５】
冷媒が風呂３２の湯の熱によって加熱される場合は、外気温度に比べて温度の高い熱源から熱を汲上げることになるので蒸発温度をさらに高めることができる。
【００４６】
従って、冷媒サイクルの圧縮比は外熱源で運転する場合よりも小さくなり、その分圧縮機１１に投入される動力が少なくてすみ、通常よりも高効率な運転が可能になる。
【００４７】
追焚モードでは、給湯側ポンプ２２を動作させ（停止させていても良い）、風呂側ポンプ３１を動作させる。また圧縮機１１、ファン１５ａは共に動作させ、冷媒循環路切替器１７は冷媒が点線方向に循環するように切替える。
【００４８】
さらに第１減圧器１４は過熱度制御にし、第２減圧器１３及び電磁弁１８は全閉状態とする。
【００４９】
そして、圧縮機１１で圧縮されて高温高圧のホットガスとなった冷媒は、給湯側熱交換器１２で給湯水を加熱して熱を失い凝縮する。凝縮した冷媒は、電磁弁１８が全閉状態にあるので、全て風呂側熱交換器１６に循環し、当該風呂側熱交換器１６で風呂３２の湯を加熱して（追焚して）、第１減圧器１４で減圧される。
【００５０】
第１減圧器１４で減圧された冷媒は、大気側熱交換器１５で大気と熱交換して蒸発し、第２減圧器１３を通過して圧縮機１１に戻る。
【００５１】
なお、この場合に給湯側ポンプ２２を停止させたり、流量調整器２３を絞る等して給湯水の加熱に用いられる熱を抑えると、より速く追焚が出きるようになる。
【００５２】
従って、風呂の湯の追焚を行う際にも給湯水の加熱を同時に行えるので（給湯水の熱が奪われることがない）、効率的な追焚が可能になる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１にかかる発明によれば、ヒートポンプ回路を冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒と給湯水とを熱交換させる給湯側熱交換器と、冷媒と外熱源とを熱交換させる外熱源側熱交換器と、冷媒と大気とを熱交換させる大気側熱交換器と、冷媒を減圧する第１及び第２減圧器と、給湯水のみを加熱する場合には、冷媒を圧縮機、給湯側熱交換器、第２減圧器、大気側熱交換器を順次循環するように冷媒循環路を切替え、また外熱源から熱を汲上げながら給湯水を加熱する場合には、冷媒を圧縮機、給湯側熱交換器、第１減圧器、外熱源側熱交換器を順次循環するように冷媒循環路を切替え、また給湯水を加熱しながら外熱源に熱を与える場合には、冷媒を圧縮機、給湯側熱交換器、外熱源側熱交換器、第１減圧器を順次循環するように冷媒循環路を切替える冷媒循環路切替器と、大気側熱交換器で蒸発した冷媒が、外熱源側熱交換器に循環して当該外熱源側熱交換器内の水を凍結させるのを防止すべく、第１減圧器が全閉状態になると、これに連動して全開する電磁弁とにより構成したので、外熱源から熱を吸上げて給湯水の加熱が行え、また給湯水の熱を奪うことなく外熱源に熱を与えたり、除霜運転ができるようになると共に、外熱源熱交換器の破損等の事故を未然に防止することが可能になる。
【００５４】
請求項２にかかる発明によれば、上記請求項１にかかる発明に加えて、給湯水のみを加熱する運転中に大気側熱交換器が着霜すると、所定時間だけ外熱源から熱を汲上げながら給湯水を加熱する運転モードに切替えるようにしたので、上記請求項１の効果に加えて、給湯水の熱を奪うことなく除霜運転ができるようになる。
【００５５】
請求項３にかかる発明によれば、上記請求項１又は２の外熱源を風呂の湯にしたので、上記請求項１又は２の効果に加えて、廃棄される風呂の残り湯から熱を回収して給湯水の加熱に利用することができるようになり、また給湯水の熱を奪うことなく風呂の湯の追焚ができるようになる。
【００５６】
請求項４にかかる発明によれば、ヒートポンプ回路が、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒と給湯水とを熱交換させる給湯側熱交換器と、冷媒と外熱源とを熱交換させる外熱源側熱交換器と、冷媒と大気とを熱交換させる大気側熱交換器と、冷媒を減圧する第１及び第２減圧器と、給湯水のみを加熱する場合には、冷媒を圧縮機、給湯側熱交換器、第２減圧器、大気側熱交換器を順次循環するように冷媒循環路を切替え、また外熱源から熱を汲上げながら給湯水を加熱する場合には、冷媒を圧縮機、給湯側熱交換器、第１減圧器、外熱源側熱交換器を順次循環するように冷媒循環路を切替え、また給湯水を加熱しながら外熱源に熱を与える場合には、冷媒を圧縮機、給湯側熱交換器、外熱源側熱交換器、第１減圧器を順次循環するように冷媒循環路を切替える冷媒循環路切替器とを有すると共に、外熱源を風呂の湯にしたので、外熱源から熱を吸上げて給湯水の加熱が行え、また給湯水の熱を奪うことなく外熱源に熱を与えたり、除霜運転ができるようになると共に、廃棄される風呂の残り湯から熱を回収して給湯水の加熱に利用することができるようになり、また給湯水の熱を奪うことなく風呂の湯の追焚ができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の説明に適用されるヒートポンプ給湯機の回路図である。
【図２】運転モードを示す図である。
【図３】従来の技術の説明に適用されるヒートポンプ給湯機の回路図である。
【符号の説明】
１０  ヒートポンプ回路
１１  圧縮機
１２  給湯側熱交換器
１３  第２減圧器
１４  第１減圧器
１５  大気側熱交換器
１５ａ  ファン
１６  風呂側熱交換器
１７  冷媒循環路切替器
１８  電磁弁
２０  給湯回路
２１  給湯タンク
２２  給湯側ポンプ
２３  流量調整器
３０  風呂回路
３１  風呂側ポンプ
【図１】
0003625709.tif 000002
【図２】
0003625709.tif 000003
【図３】
0003625709.tif 000004