(57)【要約】【課題】使用者の快適性を損なうことなく、省エネルギー性に優れたヒートポンプ給湯機を提供すること。【解決手段】圧縮機４、水冷媒熱交換器５、減圧手段６、蒸発器７を接続したヒートポンプサイクル１にて加熱した湯を貯湯する貯湯タンク３と、水冷媒熱交換器５に配設した出湯温度検知手段４２と、制御手段５１とを備え、ヒートポンプサイクル１にて加熱した湯を貯湯タンク３内に貯湯する貯湯運転モードと、少なくとも貯湯運転モードにおける出湯温度よりも低い温度の湯をヒートポンプサイクル１にて加熱生成しながら、浴槽３１に注湯する湯はり運転モードとを有し、湯はり運転モードにおいて、ヒートポンプサイクル１にて加熱した湯を、貯湯タンク３内に流入させることを特徴とするヒートポンプ給湯機。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、水冷媒熱交換器、減圧手段、蒸発器を接続したヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルにて加熱した湯を貯湯する貯湯タンクと、前記水冷媒熱交換器に配設した出湯温度検知手段と、制御手段とを備え、前記ヒートポンプサイクルにて加熱した湯を前記貯湯タンク内に貯湯する貯湯運転モードと、少なくとも前記貯湯運転モードにおける出湯温度よりも低い温度の湯を前記ヒートポンプサイクルにて加熱生成しながら、浴槽に注湯する湯はり運転モードとを有し、前記湯はり運転モードにおいて、前記ヒートポンプサイクルにて加熱した湯を、前記貯湯タンク内に流入させることを特徴とするヒートポンプ給湯機。
【請求項２】
前記湯はり運転モードにおいて、前記ヒートポンプサイクルにて加熱した湯を、前記貯湯タンク内に流入させる湯はり戻し配管と、前記貯湯タンクの上部と下部との間に接続された中温出湯管とを備え、前記湯はり戻し配管は、前記中温出湯管よりも前記貯湯タンクの上方側に接続されてい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】
前記湯はり運転モードにおいて、前記ヒートポンプサイクルの加熱能力は、前記貯湯運転モードにおける加熱能力と同等、または、それよりも大きい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機。
【請求項４】
前記湯はり運転モードにおいて、前記圧縮機の回転数は、前記貯湯運転モード時における前記圧縮機の回転数と同等、または、それより高いことを特徴とする請求項３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ものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のヒートポンプ給湯機は、例えば、図１３のようなものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１３は、特許文献１に記載された従来のヒートポンプ給湯機を示すものである。
【０００４】
図１３に示すように、圧縮機１０４、水冷媒熱交換器１０５、減圧手段１０６、空気熱交換器（蒸発器）１０７を冷媒配管で管状に接続してヒートポンプサイクルを形成している。
【０００５】
貯湯タンク１０３の底部、ポンプ１１９、水冷媒熱交換器１０５が、ＨＰ配管１１８で順次接続されている。また、水冷媒熱交換器１０５の出口湯温（以下、出湯温度と呼ぶ）は、ＨＰ配管１１８の途中に設置された出湯温度センサ１２１により検知する。
【０００６】
貯湯運転モード時には、貯湯タンク１０３の底部の水がポンプ１１９により水冷媒熱交換器１０５に搬送され、ここでヒートポンプサイクルの冷媒との熱交換により自身は加熱されて温水となり、ＨＰ配管１１８、出湯管１２０を経由して貯湯タンク１０３上部に戻される。
【０００７】
この時の、出湯温度やポンプ１１９の回転数、ヒートポンプサイクルの各部品の運転制御は、制御装置１２５により行われている。
【０００８】
貯湯タンク１０３の上部には出湯管１２０が接続されており、貯湯タンク１０３の底部には給水管１０９が接続されている。
【０００９】
給湯混合弁１１１は、出湯管１２０から供給される貯湯タンク上部の温水と給水管１０９から供給される水とを混合して所定温度の温水を、給湯配管１１３を経由して給湯端末１１４から給湯させる。給湯混合弁１１１出口の温水温度は、給湯配管１１３の途中に設置された給湯温度センサ１２２により検知する。
【００１０】
また、湯はり混合弁１１２は、出湯管１２０から供給される貯湯タンク上部の温水と給水管１０９から供給される水とを混合して所定温度の温水を湯はり配管１１５、湯はり開閉弁１１６を経由して浴槽１１７に給湯する。
【００１１】
湯はり混合弁１１２出口の温水温度は、湯はり配管１１５の途中に設置された湯はり温度センサ１２３により検知する。また、浴槽１１７の水位は、湯はり配管１１５の途中に設置された湯はり圧力センサ１２９により検知する。
【００１２】
また、浴槽１１７への湯はり運転については、特に、湯はり運転モードを有しており、湯はり運転モード開始時には、ヒートポンプサイクルを起動するとともに、湯はり開閉弁１１６を開き、ＨＰ配管１１８を通った温度の低いお湯と貯湯タンク１０３からのお湯が出湯管１２０で合流し、湯はり混合弁１１２、湯はり配管１１５を通り、浴槽１１７へ供給される。
【００１３】
また、湯はり運転モード時の出湯温度を、貯湯運転モード時の出湯温度よりも低くする、かつ、加熱能力を低くすることによって、ヒートポンプサイクルの成績係数（以下ＣＯＰと呼ぶ）が、貯湯運転モード時のＣＯＰよりも向上するため、効率の良い湯はり運転を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２０１１−２１８２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、前記従来の構成では、湯はり運転モード時は、ＨＰ配管１１８を通った温度の低いお湯と貯湯タンク１０３からのお湯が出湯管１２０で合流することとなるが、合流部には流量比を調整する装置も設置しておらず、流量比は成り行きになってしまう。
【００１６】
そのため、ＨＰ配管１１８を通った温度の低いお湯の流量が多い場合や、貯湯タンク１０３からのお湯が通常より低くなった場合、目標湯はり温度に到達せず、浴槽１１７には設定した温度より低いお湯が張られることとなり、使用者の快適性を損なうという課題を有していた。
【００１７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、使用者の快適性を損なうことなく、省エネルギー性に優れた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】
【００１８】
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機は、圧縮機、水冷媒熱交換器、減圧手段、蒸発器を接続したヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルにて加熱した湯を貯湯する貯湯タンクと、前記水冷媒熱交換器に配設した出湯温度検知手段と、制御手段とを備え、前記ヒートポンプサイクルにて加熱した湯を前記貯湯タンク内に貯湯する貯湯運転モードと、少なくとも前記貯湯運転モードにおける出湯温度よりも低い温度の湯を前記ヒートポンプサイクルにて加熱生成しながら、浴槽に注湯する湯はり運転モードとを有し、前記湯はり運転モードにおいて、前記ヒートポンプサイクルにて加熱した湯を、前記貯湯タンク内に流入させることを特徴とするものである。
【００１９】
これによって、湯はり運転モード時において、ヒートポンプサイクルにて加熱した湯は、一旦、貯湯タンクに入り、貯湯タンク内のお湯と混合され、浴槽に供給されるため、設定した温度より低いお湯が、浴槽に張られることがなくなり、使用者の快適性を損なうことなく、省エネルギー性に優れたヒートポンプ給湯機を提供できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、常に設定した温度のお湯を張ることが可能となり、使用者の快適性を損なうことなく、省エネルギー性に優れたヒートポンプ給湯機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態１における給湯機の構成図
【図２】同貯湯タンク内温度分布の変化を示す図
【図３】同湯はり開始時における制御フローチャート図
【図４】同湯はり運転モードの運転動作のシーケンスを示す図
【図５】同ヒートポンプサイクルのＣＯＰと出湯温度の関係を示す図
【図６】同湯はり運転モード時におけるヒートポンプサイクルの加熱能力と圧縮比の関係を示す図
【図７】同湯はり運転モード時におけるヒートポンプサイクルの加熱能力とヒートポンプサイクルのＣＯＰとの関係を示す図
【図８】同湯はり運転モード時におけるヒートポンプサイクルの加熱能力と風呂注湯ＣＯＰとの関係を示す図
【図９】同湯はり運転モード時における圧縮機回転数と風呂注湯ＣＯＰとの関係を示す図
【図１０】同湯はり運転モードの停止時における制御フローチャート
【図１１】（ａ）同中温出湯回路がある場合の貯湯タンク内の温度分布の変化を示した図（ｂ）同中温出湯回路がない場合の貯湯タンク内の温度分布の変化を示した図
【図１２】本発明の実施の形態２におけるヒートポンプ給湯機の構成図
【図１３】従来のヒートポンプ給湯機の構成図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
第１の発明は、圧縮機、水冷媒熱交換器、減圧手段、蒸発器を接続したヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルにて加熱した湯を貯湯する貯湯タンクと、前記水冷媒熱交換器に配設した出湯温度検知手段と、制御手段とを備え、前記ヒートポンプサイクルにて加熱した湯を前記貯湯タンク内に貯湯する貯湯運転モードと、少なくとも前記貯湯運転モードにおける出湯温度よりも低い温度の湯を前記ヒートポンプサイクルにて加熱生成しながら、浴槽に注湯する湯はり運転モードとを有し、前記湯はり運転モードにおいて、前記ヒートポンプサイクルにて加熱した湯を、前記貯湯タンク内に流入させることを特徴とするヒートポンプ給湯機である。
【００２３】
これにより、湯はり運転モード時において、ヒートポンプサイクルにて加熱した湯は、一旦、貯湯タンクに入り、貯湯タンク内のお湯と混合され、浴槽に供給されるため、設定した温度より低いお湯が、浴槽に張られることがなくなり、使用者の快適性を損なうことなく、省エネルギー性に優れたヒートポンプ給湯機を提供できる。
【００２４】
第２の発明は、前記湯はり運転モードにおいて、前記ヒートポンプサイクルにて加熱した湯を、前記貯湯タンク内に流入させる湯はり戻し配管と、前記貯湯タンクの上部と下部との間に接続された中温出湯管とを備え、前記湯はり戻し配管は、前記中温出湯管よりも前記貯湯タンクの上方側に接続されていることを特徴とするものである。
【００２５】
これにより、湯はり運転モード時において、ヒートポンプサイクルにて加熱した湯が、一旦、貯湯タンクに入ることで、若干悪くなった貯湯タンク内の湯の温度成層を中温出湯により改善されるため、その後に行われる夜間沸き上げ運転の運転効率が低下することなく、省エネルギー性に優れたヒートポンプ給湯機を提供できる。
【００２６】
第３の発明は、前記湯はり運転モードにおいて、前記ヒートポンプサイクルの加熱能力は、前記貯湯運転モードにおける加熱能力と同等、または、それよりも大きいことを特徴とするものである。
【００２７】
これにより、湯はり運転モード時において、最低限の圧縮比を確保し、圧縮機の信頼性を向上できるとともに、省エネルギー性に優れたヒートポンプ給湯機を提供できる。
【００２８】
第４の発明は、前記湯はり運転モードにおいて、前記圧縮機の回転数は、前記貯湯運転モード時における前記圧縮機の回転数と同等、または、それより高いことを特徴とするものである。
【００２９】
これにより、湯はり運転モード時において、最低限の圧縮比を確保し、圧縮機の信頼性を向上できるとともに、省エネルギー性に優れたヒートポンプ給湯機を提供できる。
【００３０】
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。
【００３１】
（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機の構成を示す図である。前記ヒートポンプ給湯機は、ヒートポンプユニット２ａと貯湯ユニット２ｂとから構成されている。
【００３２】
ヒートポンプユニット２ａには、圧縮機４、水冷媒熱交換器５、膨張弁等の減圧手段６、空気熱交換器である蒸発器７を冷媒配管で環状に接続したヒートポンプサイクル１が設けられており、冷媒配管内部には冷媒が封入されている。８は、蒸発器７に空気を供給するファンである。
【００３３】
貯湯ユニット２ｂには、貯湯タンク３の底部、沸き上げ往き配管３２、水冷媒熱交換器５、沸き上げ戻り配管３３、四方切替弁１８ａ、貯湯タンク３を環状に接続して沸き上げ回路が設けられている。
【００３４】
沸き上げ往き配管３２の途中には、貯湯タンク３の底部の水を水冷媒熱交換器５に搬送する沸き上げポンプ２１が接続されている。
【００３５】
四方切替弁１８ａの入口側には沸き上げ戻り配管３３が接続されている。四方切替弁１８ａの出口側は沸き上げバイパス管３４により貯湯タンク３の底部と接続されており、四方切替弁１８ａの他の出口側は沸き上げ管３５、第１出湯管９を介して貯湯タンク３の上部に接続されており、四方切替弁１８ａの他のもう１つの出口側は湯はり戻し管３６を介して貯湯タンク３の上部に接続されている。
【００３６】
すなわち、沸き上げポンプ２１により搬送された沸き上げ戻り配管３３内の温水は、四方切替弁１８ａにより、貯湯タンク３の底部に戻る場合と、貯湯タンク３の上部（第１出湯管９または、湯はり戻し管３６）に戻る場合とを切り替えることができるようになっている。
【００３７】
また、水冷媒熱交換器５の出口の水温を検知する出湯温度センサである出湯温度検知手段４２が備えられている。
【００３８】
貯湯タンク３の壁面には貯湯温度検知手段としての複数の残湯サーミスタ（温度センサ）４０ａ〜４０ｅが設置されており、残湯サーミスタ４０ａ〜４０ｅの温度により、貯湯タンク３内の蓄熱熱量を把握することができる。
【００３９】
水道からの水は、減圧弁２０が途中に接続された給水管１１を経由して、貯湯タンク３や後述する第３混合弁１４、第１混合弁１５へと供給される。給水管１１は、給水分岐部１２で第２給水分岐管１２ａ、第３給水分岐管１２ｂ、第１給水分岐管１２ｃに分岐しており、第２給水分岐管１２ａは、貯湯タンク３の底部に、第３給水分岐管１２ｂは第３混合弁１４に、第１給水分岐管１２ｃは第１混合弁１５にそれぞれ接続されている。
【００４０】
貯湯タンク３の上部には第１出湯管９が、貯湯タンク３の上下方向において第１出湯管９が接続された位置と貯湯タンク３の底部との間には中温出湯管１０がそれぞれ接続されている。第１出湯管９の他端は、出湯分岐管１６と追いだき配管２５とに分岐しており、出湯分岐管１６は第２混合弁１３に、追いだき配管２５は風呂熱交換器２４に接続されている。
【００４１】
給湯回路は、貯湯タンク３内の温水と水道から供給される水とを、第２混合弁１３、第３混合弁１４、第１混合弁１５で混合して所定温度の温水にして、カランやシャワーなどの給湯端末（図示していない）や浴槽に給湯する回路である。
【００４２】
第２混合弁１３は、第１出湯管９から供給される温水と中温出湯管１０から供給される温水とを混合して出湯合流管１７から流出させる。出湯合流管１７は第１出湯合流管分岐管１７ａと第２出湯合流管分岐管１７ｂとに分岐しており、第１出湯合流管分岐管１７ａは第３混合弁１４に、第２出湯合流管分岐管１７ｂは第１混合弁１５にそれぞれ接続されている。
【００４３】
第３混合弁１４は、第１出湯合流管分岐管１７ａから供給される温水と第３給水分岐管１２ｂから供給される水とを混合して給湯管２８から流出させ、カランやシャワーなどの給湯端末（図示していない）から所定温度の温水を給湯させる。
【００４４】
第３混合弁１４の出口側に接続された給湯管２８には第１給湯温度検知手段としての給湯温度センサ４３ａが設置されており、給湯端末から給湯する際には、給湯温度センサ４３ａの検知温度が目標設定温度（使用者がリモコン５０より設定する）になるように、制御手段５１により第３混合弁１４の混合比を制御する。
【００４５】
第１混合弁１５は、第２出湯合流管分岐管１７ｂから供給される温水と第１給水分岐管１２ｃから供給される水とを混合して風呂注湯管２７から流出させ、注湯弁１９、風呂往き配管２９、風呂戻り配管３０を介して所定温度の温水を浴槽３１に注湯させる。
【００４６】
第１混合弁１５の出口側に接続された風呂注湯管２７には第２給湯温度検知手段としての風呂給湯温度センサ４３ｂが設置されており、浴槽３１に給湯する際には、風呂給湯温度センサ４３ｂの検知温度が目標設定温度（使用者がリモコン５０より設定する）になるように、制御手段５１により第３混合弁１４の混合比を制御する。
【００４７】
風呂追いだき回路は、貯湯タンク３の温水と浴槽３１の温水とを風呂熱交換器２４で熱交換することにより、浴槽３１の温水を所定温度に加熱することができる。
【００４８】
風呂追いだき回路は、貯湯タンク３、第１出湯管９、追いだき配管２５、風呂熱交換器２４、追いだきポンプ２２、追いだき戻り管２６、貯湯タンク３を環状に接続するとともに、浴槽３１、風呂戻り配管３０、風呂循環ポンプ２３、風呂熱交換器２４、風呂往き配管２９、浴槽３１を環状に接続して構成されているまた、風呂戻り配管３０の途中には、浴槽３１内の温水温度を検出する浴槽温度検知手段としての風呂温度センサ４５、及び浴槽水位検知手段としての水位センサ４６が設置されている。
【００４９】
また、本発明のヒートポンプ給湯機は、ヒートポンプサイクル１で加熱（沸き上げる）した温水を貯湯タンク３に蓄える貯湯運転モードと、浴槽３１に所定温度の湯を所定量だけ湯はりする風呂自動湯はり運転を開始する場合に、ヒートポンプサイクル１を起動するとともに、注湯弁１９を開き、水冷媒熱交換器５から供給された温水と第１出湯管９から供給された温水とを混合した後に、第２混合弁１３、第１混合弁１５、風呂注湯管２７を経由して浴槽３１に注湯する湯はり運転モードとを備えている。
【００５０】
湯はり運転モードは設定操作手段としてのリモコン５０を操作する（例えば、風呂自動湯はりボタンを押す）ことで運転を開始させることができる。
【００５１】
貯湯運転モードや湯はり運転モードにおける各機器の運転制御は、制御手段によって行
われる。
【００５２】
以上のように構成されたヒートポンプ給湯機について、ヒートポンプ給湯機の運転モードの動作を説明する。
【００５３】
貯湯運転モードは、貯湯タンク３の底部の水をヒートポンプサイクル１で加熱した後に、貯湯タンク３の上部に貯湯するモードである。安価な電力を利用して深夜（２３時〜翌朝７時）に運転するのが通常であるが、貯湯タンク３内の湯量が減少して湯切れのリスクが生じた場合には、昼間時間帯（７時〜２３時）に運転することもある。
【００５４】
貯湯運転時、ヒートポンプユニット２ａのヒートポンプサイクル１内に封入された冷媒は低圧のガス状態で圧縮機４に吸入され、高温高圧状態に圧縮された後に、水冷媒熱交換器５に搬送されて、貯湯タンク３から搬送された水と熱交換して、自身は低温高圧状態となる。
【００５５】
その後、冷媒は膨張弁等の減圧手段６で低温低圧状態に膨張した気液二相冷媒となり、蒸発器７で、ファン８により送風された外気から吸熱して低圧のガス冷媒となり、圧縮機４に吸入されるという動作を繰り返す。
【００５６】
一方、貯湯タンク３の底部の水は、沸き上げポンプ２１により沸き上げ往き配管３２を介して水冷媒熱交換器５に搬送され、前記ヒートポンプサイクル１の冷媒と熱交換して自身は加熱されて温水となる。その後、加熱された温水は、沸き上げ戻り配管３３、四方切替弁１８ａを介し貯湯タンク３の上部または底部に戻される。
【００５７】
水冷媒熱交換器５出口温水の温度は、ヒートポンプサイクル１起動してすぐに目標出湯温度に到達する訳ではなく、しばらく時間を要する。出湯温度検知手段４２で検出した温度（以下、検出温度と呼ぶ）が目標出湯温度に対して低い間（例えば、目標出湯温度と検出温度との温度差が所定値以上の場合）は、沸き上げ戻り配管３３の温水は、四方切替弁１８ａにより、沸き上げバイパス管３４を介して貯湯タンク３の底部に戻される。
【００５８】
その後、検出温度が目標出湯温度に近づいた場合（例えば、目標出湯温度と検出温度との温度差が所定値未満になった場合）に、四方切替弁１８ａを切り替えて沸き上げ戻り配管３３の温水を沸き上げ管３５、第１出湯管９を介して貯湯タンク３の上部に戻す。以上の動作により、ヒートポンプサイクル１で加熱された高温の温が貯湯タンク３内に貯湯される。
【００５９】
次に、給湯回路における第２混合弁１３による中温出湯の動作について説明する。図２は、貯湯タンク３内を全量沸き上げた状態から所定湯量を給湯した後の貯湯タンク３内温度分布の一例を示したものである。図２中の実線が中温出湯を行った場合、破線が中温出湯を行わなかった場合を示している。
【００６０】
給湯端末、または浴槽３１に、使用者が設定した目標給湯温度Ｔ１（℃）で給湯する場合、貯湯タンク３上部から第１出湯管９、出湯分岐管１６を経由して供給される温水と、貯湯タンク３の略中央部から中温出湯管１０を経由して供給される温水とを第２混合弁１３で混合して、目標給湯温度Ｔ１よりも所定温度差δＴ（Ｋ）だけ高い温度の温水として出湯合流管１７に流出させる。
【００６１】
給湯端末に目標給湯温度Ｔ１（℃）で給湯する場合は、第２混合弁１３から出湯合流管１７、第１出湯合流管分岐管１７ａを経由して供給されるＴ１＋δＴ（℃）の温水と、給水管１１から第２給水分岐管１２ｂを経由して供給される水とを第３混合弁１４で混合し
て、給湯温度センサ４３ａの検知温度が目標給湯温度Ｔ１になるように第３混合弁１４の混合比を制御手段５１により制御する。
【００６２】
また、浴槽３１に目標給湯温度Ｔ１（℃）で給湯する場合は、第２混合弁１３から出湯合流管１７、第２出湯合流管分岐管１７ｂを経由して供給されるＴ１＋δＴ（℃）の温水と、給水管１１から第１給水分岐管１２ｃを経由して供給される水とを第１混合弁１５で混合して、風呂給湯温度センサ４３ｂの検知温度が目標給湯温度Ｔ１になるように第１混合弁１５の混合比を制御手段５１により制御する。
【００６３】
なお、本実施の形態では、第２混合弁１３出口側に温度センサを設置せずに、第１出湯管９から供給される温水温度と中温出湯管１０から供給される温水温度とを残湯サーミスタ４０ａ〜４０ｅで検出して、出口温度がＴ１＋δＴ（℃）になるように制御しているが、第２混合弁１３出口に第２混合弁出口温度センサを追加して、この第２混合弁出口温度センサで検出した温度が、Ｔ１＋δＴ（Ｋ）になるように第２混合弁１３を制御してもよい。
【００６４】
以上の動作により、貯湯タンク３内上部の高温の湯と貯湯タンク３内底部の低温の水との境界層（以下、中温層と呼び、中温層に存在する温水を中温と呼ぶ）の中温が中温出湯管１０から貯湯タンク３外に排出されるため、図２に示すように、貯湯タンク３底部の水温上昇（ΔＴ）を抑制することができる。
【００６５】
ヒートポンプサイクル１の特性として、沸き上げ運転時の入水温度、即ち、水冷媒熱交換器５の入口水温が高くなるほど成績係数（ＣＯＰ）が低下することが知られている。従って、中温出湯により貯湯タンク３底部の水温上昇を抑制することにより、沸き上げ運転時のヒートポンプサイクル１のＣＯＰを向上させることができ、省エネルギーを図ることができる。
【００６６】
次に、浴槽３１への湯はり運転について説明する。
【００６７】
図３は、湯はり開始時における制御フローチャートを示している。図３において、使用者による風呂湯はり指令がリモコン５０を介して入力される（ｓｔｅｐ１）と、残湯量を把握するために貯湯タンク３の壁面に設置している残湯サーミスタ４０ａ〜４０ｅの温度が検出される（ｓｔｅｐ２）。次に、残湯量が多いか、少ないかの判断するために、残湯サーミスタ４０ｄの温度が予め決定しておいた温度より高いか、低いかが比較される（ｓｔｅｐ３）。
【００６８】
例えば、ｓｔｅｐ３で、残湯サーミスタ４０ｄの温度（Ｔ４０ｄ）が６０℃以下の場合、残湯量が少ないと判断され、ヒートポンプサイクル１の圧縮機４を運転（ｓｔｅｐ４）し、貯湯タンク３からのお湯とヒートポンプで沸き上げたお湯の両方を使って風呂湯はりをするいわゆる湯はり運転モードで風呂湯はりを開始する（ｓｔｅｐ６）。
【００６９】
一方、ｓｔｅｐ３で、残湯サーミスタ４０ｄの温度（Ｔ４０ｄ）が６０℃より高い場合、残湯量が多いと判断され、ヒートポンプサイクル１の圧縮機４は運転せず（ｓｔｅｐ５）、貯湯タンク３からのお湯のみで風呂湯はりをするいわゆる通常湯はり運転モードを開始する（ｓｔｅｐ６）。
【００７０】
図４は、湯はり運転モードにおける制御シーケンスを示している。図４において、使用者による風呂湯はり指令がリモコン５０を介して入力されると、図３で示した様に残湯量が検出され、残湯量が少ないと判断した場合、圧縮機４が起動することで、ヒートポンプサイクル１が起動して沸き上げポンプ２１が運転される。
【００７１】
また、注湯弁１９を開くとともに、四方切替弁１８ａを、沸き上げ戻り配管３３と湯はり戻り管３６とが連通するように切り替える。
【００７２】
この操作により、貯湯タンク３底部の水は沸き上げポンプ２１で水冷媒熱交換器５に搬送され、ここでヒートポンプサイクル１の冷媒と熱交換して自身は加熱された後に沸き上げ戻り配管３３、四方切替弁１８ａ、湯はり戻り管３６を通り、一旦、貯湯タンク３内に入る。その後、貯湯タンク３内のお湯と混合され、第１出湯管９、第２混合弁１３、第１混合弁１５、風呂注湯管２７、注湯弁１９、風呂往き配管２９また風呂戻り配管３０を経由して浴槽３１に注湯される。
【００７３】
ヒートポンプサイクル１の起動当初は、水冷媒熱交換器５の出口水温はすぐには上昇しないが、湯はり戻り管３６を通過後に、一旦、貯湯タンク３に入り、貯湯タンク３内のお湯と混合され、第１出湯管９を経由して供給される温水と混合されるため、目標給湯温度よりも低下することはない。
【００７４】
図５は、ヒートポンプサイクルの成績係数（ＣＯＰ）と出湯温度との関係を示したものである。ここで、貯湯運転モードにおけるヒートポンプサイクルの成績係数（ＣＯＰ）をＣＯＰＡで、湯はり運転モードにおけるヒートポンプサイクルの成績係数（ＣＯＰ）をＣＯＰＢで表すこととする。
【００７５】
貯湯運転モードにおける出湯温度（出湯温度検知手段４２の検知温度）は、通常６５℃〜９０℃が一般的であるが、湯はり運転モードにおける出湯温度を貯湯運転モードにおける出湯温度よりも低く（例えば、３５℃）なるように運転させることにより、ＣＯＰＢをＣＯＰＡよりも向上させることができ、省エネルギーを図ることができる。
【００７６】
湯はり運転モードにおける出湯温度を貯湯運転モードにおける出湯温度よりも低くするための具体的手段としては、沸き上げポンプ２１の回転数を貯湯運転モード時よりも大きくすることで、流量を増大させることにより、水冷媒熱交換器５の出口温度を貯湯運転モード時の出湯温度よりも低下させることができる。
【００７７】
図６は、湯はり運転モード時におけるヒートポンプサイクル１の加熱能力と圧縮比の関係を示したものである。圧縮機４の回転数が同じ場合、圧縮比が大きくなるほど吐出圧力が高くなるとともに、吐出温度も高くなり加熱能力は高くなるので、若干ではあるが右上がりの特性となる（実線）。
【００７８】
さらに、出湯温度が同じ場合、加熱能力に関係なく吐出圧力はほぼ同じであるが、加熱能力が高くなるほど、圧縮機４の回転数が高くなり吸入圧力は低くなるため、圧縮比は大きくなり、右上がりの特性となる（一点鎖線）。
【００７９】
例えば、圧縮機４の信頼性を確保できる圧縮比をｄ（破線）とすると、加熱能力が低いほど、圧縮機４の回転数は低くできるが、出湯温度は高くする必要があることがわかる。
【００８０】
図７は、湯はり運転モード時におけるヒートポンプサイクル１の加熱能力と湯はり運転モードにおけるヒートポンプサイクルの成績係数（ＣＯＰ）であるＣＯＰＢの関係を示したものである。図６における圧縮比ｄにおいて、ＣＯＰＢは、貯湯運転モード時における加熱能力が、４．５（ｋＷ）の場合、その加熱能力より低いｅ１（ｋＷ）がピークとなる。
【００８１】
しかしながら、湯はり運転モード時は、貯湯タンク３からのお湯とヒートポンプサイク
ル１からのお湯を併用するため、ヒートポンプサイクル１の加熱能力が低い場合、貯湯タンク３からのお湯を多く必要とすることとなる。
【００８２】
図８は、湯はり運転モード時におけるヒートポンプサイクル１の加熱能力と風呂注湯ＣＯＰの関係を示したものである。ここで、風呂注湯ＣＯＰは、（数１）で示される。
【００８３】
【数１】
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【００８４】
風呂注湯ＣＯＰは、貯湯運転モードにおけるＣＯＰＡ（例えば、加熱能力が４．５ｋＷ）、湯はり時に貯湯タンク３から使用した熱量、湯はり運転モードにおけるＣＯＰＢ（例えば、加熱能力を３．０ｋＷ、３．５ｋＷ、４．０ｋＷ、４．５ｋＷ、５．０ｋＷ）と湯はり時にヒートポンプサイクル１で沸き上げた熱量および湯はり熱量で表される。
【００８５】
ここで、湯はり熱量は、浴槽３１にはったお湯の熱量であり、貯湯タンク３から使用した熱量とヒートポンプサイクル１で沸き上げた熱量の合計で表される。また、ヒートポンプサイクル１で沸き上げた熱量は、ヒートポンプサイクル１の加熱能力と運転時間の積で算出する。したがって、貯湯タンク３から使用した熱量は、浴槽３１にはったお湯の熱量とヒートポンプサイクル１で沸き上げた熱量の差として算出する。
【００８６】
図８をみるとわかるように、風呂注湯ＣＯＰは、貯湯運転モード時における加熱能力が、４．５（ｋＷ）の場合、その加熱能力より大きいｅ２（ｋＷ）がピークとなる。
【００８７】
図９は、湯はり運転モード時における圧縮機４の回転数と風呂注湯ＣＯＰの関係を示したものである。これは、図８と同様に例えば、圧縮機回転数を３０Ｈｚ、３５Ｈｚ、４０Ｈｚ、４５Ｈｚ、５０Ｈｚに変化させ、それぞれの回転数に対する加熱能力から風呂注湯ＣＯＰを算出したものである。
【００８８】
図９をみるとわかるように、風呂注湯ＣＯＰは、貯湯運転モード時における圧縮機４の回転数が、例えば、４５（Ｈｚ）の場合、その回転数より高いｅ３（Ｈｚ）がピークとなる。
【００８９】
次に、湯はり運転モードの停止時について説明する。
【００９０】
図１０は、湯はり運転モードの停止時における制御フローチャートを示している。図１０において、湯はり運転モードで風呂湯はり中（ｓｔｅｐ１）において、水位センサ４６などにおいて、所定の湯量がはられた場合、風呂湯はり完了を検出する（ｓｔｅｐ２）と、残湯量を把握するために貯湯タンク３の壁面に設置している残湯サーミスタ４０ａ〜４０ｅの温度が検出される（ｓｔｅｐ３）。
【００９１】
次に、残湯量が多いか、少ないかの判断するために、残湯サーミスタ４０ｂの温度が予め決定しておいた温度より高いか、低いかが比較される（ｓｔｅｐ４）。例えば、ｓｔｅｐ４で、残湯サーミスタ４０ｂの温度（Ｔ４０ｂ）が６０℃未満の場合、残湯量が少ないと判断され、ヒートポンプの運転を停止せずに、湯はり運転モードから貯湯運転モードに移行される（ｓｔｅｐ５）。貯湯運転モードにおいて、所定の条件を満たした場合、貯湯運転が完了し（ｓｔｅｐ６）、ヒートポンプサイクル１の圧縮機４の運転を停止する（ｓ
ｔｅｐ７）。
【００９２】
一方、ｓｔｅｐ４で、残湯サーミスタ４０ｂの温度（Ｔ４０ｂ）が６０℃以上の場合、残湯量が多いと判断され、ヒートポンプサイクル１の圧縮機４の運転を停止する（ｓｔｅｐ７）。
【００９３】
したがって、残湯量が少ない場合、湯はり運転モードから貯湯運転モードへ圧縮機を停止させることなく移行させるので、その後、新たに貯湯運転モードで運転させる場合に比べ、起動ロスを低減できる。また、残湯量が多い場合、湯はり運転モードが完了するとともに圧縮機の運転を停止するため、湯余りによるエネルギーロスを低減できる。
【００９４】
図１１（ａ）は、中温出湯回路がある場合の貯湯タンク内の温度分布の変化を示した図である。６１は湯はり運転モードで湯はりを行う前の温度分布、６２は湯はり運転モードで湯はりを行った後の温度分布、６３はその後、給湯と沸き上げ運転を行った後の温度分布を示す。
【００９５】
湯はり運転モードで湯はりを行うことにより貯湯タンク３の上部は温度が低下する（６１→６２）。その後、中温出湯を行いながら給湯、沸き上げ運転を行うことにより、温度分布の角度はα→β（β＞α）へと変化する（６２→６３）。これは、湯はり運転モードで湯はりを行うことにより若干悪くなった温度分布を中温出湯により改善できたことを意味しており、その後に行われる夜間沸き上げ運転の運転効率の低下を回避でき、省エネルギー性が損なわれることはない。
【００９６】
図１１（ｂ）は、中温出湯回路がない場合の貯湯タンク内の温度分布の変化を示した図である。６１は湯はり運転モードで湯はりを行う前の温度分布、６４は湯はり運転モードで湯はりを行った後の温度分布、６５はその後、給湯と沸き上げ運転を行った後の温度分布を示す。
【００９７】
湯はり運転モードで湯はりを行うことにより貯湯タンク３の上部は温度が低下する（６１→６４）。その後、給湯、沸き上げ運転を行っても、温度分布の角度はγ（β＞α＞γ）は変化しない（６４→６５）。これは、中温出湯回路がないため、湯はり運転モードで湯はりを行うことにより若干悪くなった温度分布が改善できなかったことを意味しており、その後に行われる夜間沸き上げ運転の運転効率の低下を招き、省エネルギー性が損なわれることとなる。
【００９８】
したがって、中温出湯回路を備えているため、湯はり運転モードで湯はりを行い、若干崩れた貯湯タンク３の温度分布を改善することができ、ヒートポンプユニット２の運転効率の低下を回避でき、省エネルギー性が損なわれることはない。
【００９９】
（実施の形態２）
図１２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機の構成図である。
【０１００】
第２の実施の形態が、第１の実施の形態と異なる点は、湯はり戻し管３６を沸き上げ管３５と共用することにより削減、それに伴い四方切替弁１８ａを三方切替弁１８ｂに置き替えたところである。
【０１０１】
このように、本発明の第２の実施の形態によれば、湯はり戻し管３６を削減することができ、低コストで同じ効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
以上のように、本発明にかかるヒートポンプ給湯機は、使用者の快適性を損なうことなく、省エネルギー性に優れているため、家庭用の給湯装置に適用できるほか、熱源と貯湯タンクを有するシステムにおいて業務用などにも適用できる。
【符号の説明】
【０１０３】
１  ヒートポンプサイクル
３  貯湯タンク
４  圧縮機
５  水冷媒熱交換器
６  減圧手段
７  蒸発器
９  第１出湯管
１０  中温出湯管
１１  給水管
１２  給水分岐部
１３  第２混合弁（中間混合弁）
１４  第３混合弁（給湯混合弁）
１５  第１混合弁（風呂混合弁）
１６  出湯分岐管
１７  出湯合流管
１８ａ  四方切替弁
１９  注湯弁
２０  減圧弁
２１  沸き上げポンプ
２７  風呂注湯管
２８  給湯管
３１  浴槽
３２  沸き上げ往き配管
３３  沸き上げ戻り配管
４０ａ〜４０ｅ  貯湯温度検知手段（残湯サーミスタ）
４１  入水温度検知手段
４２  出湯温度検知手段（出湯温度センサ）
５１  制御手段
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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