(57)【要約】【課題】ヒートポンプユニット内に循環ポンプを内蔵させることで、装置内の配管内の水の凍結の防止性能を向上させたヒートポンプ給湯装置を提供すること。【解決手段】圧縮機６、水冷媒熱交換器７、減圧手段４、蒸発器５を接続して形成したヒートポンプサイクル２と循環ポンプ１４とを内蔵したヒートポンプユニット３０と、水冷媒熱交換器７で加熱した湯を貯湯する貯湯タンク１を内蔵した貯湯ユニット２０と、制御装置５０とを備え、貯湯タンク１の下部は循環ポンプ１４を介して水冷媒熱交換器７の入水側と、水冷媒熱交換器７の出湯側は貯湯タンク１の上部のみと接続しているとともに、制御装置５０が、少なくとも循環ポンプ１４を駆動させ、貯湯タンク１の下部の水を、水冷媒熱交換器７を介して、貯湯タンク１の上部に搬送する凍結防止運転モードを有することを特徴とするヒートポンプ給湯装置。【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、蒸発器を接続して形成したヒートポンプサイクルと循環ポンプとを内蔵したヒートポンプユニットと、前記水冷媒熱交換器で加熱した湯を貯湯する貯湯タンクを内蔵した貯湯ユニットと、制御装置とを備え、前記貯湯タンクの下部は前記循環ポンプを介して前記水冷媒熱交換器の入水側と、前記水冷媒熱交換器の出湯側は前記貯湯タンクの上部のみと接続しているとともに、前記制御装置が、少なくとも前記循環ポンプを駆動させ、前記貯湯タンクの下部の水を、前記水冷媒熱交換器を介して、前記貯湯タンクの上部に搬送する凍結防止運転モードを有することを特徴とするヒートポンプ給湯装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記ヒートポンプサイクルの運転を実行し、前記水冷媒熱交換器にて、前記循環ポンプによる循環水を加熱す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装置。
【請求項３】
前記水冷媒熱交換器の入水側に配設した入水温度検出手段を備え、前記制御装置は、前記入水温度検出手段の検出温度が所定値より低い場合に、前記凍結防止運転を実行す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】
外気温度検出手段を備え、前記制御装置は、前記外気度検出手段の検出温度が所定値より低い場合に、前記ヒートポンプサイクルの運転を実行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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ給湯装置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装置は、外気温度が低下したときに、ヒートポンプサイクルを内蔵したヒートポンプユニットと貯湯タンクを内蔵した貯湯ユニットとを接続する配管内の水の凍結を防止する場合、貯湯タンク内の湯水を前記配管内に循環させたり、さらには、ヒートポンプサイクルを運転させて生成した熱にて、前記循環水を加熱したりして熱量補給を行っていた（例えば、特開文献１参照）。
【０００３】
図３は、前記特許文献１に記載された従来のヒートポンプ給湯装置を示すものである。
【０００４】
ヒートポンプユニット１３０はヒートポンプサイクル１０２を内蔵し、貯湯ユニット１２０はヒートポンプサイクル１０２で加熱した温水を貯湯する貯湯タンク１０１を内蔵する構成となっている。
【０００５】
また、ヒートポンプサイクル１０２は、圧縮機１０６、水冷媒熱交換器１０７、減圧手段１０４、空気熱交換器（蒸発器）１０５を、冷媒配管１０３で環状に接続して形成されている。
【０００６】
ヒートポンプサイクル１０２内に封入された冷媒は、低圧のガス状態で圧縮機１０６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１０７に搬送されて、貯湯タンク１０１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。
【０００７】
その後、冷媒は膨張弁等の減圧手段１０４で低温低圧状態に膨張した気液二相冷媒となり、空気熱交換機１０５で、送風手段１０８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１０６に吸入されるというサイクルを繰り返す。
【０００８】
また、貯湯タンク１０１の底部、循環ポンプ１１４、水冷媒熱交換器１０７が、入水配管１０９で順次接続されており、水冷媒熱交換器１０７の出口と接続する出湯配管１１０は三方弁１１３に接続され、三方弁１１３は貯湯タンク１０１上部に接続された貯湯配管１１１と、前記貯湯タンク１０１下部に接続されたバイパス配管１１２とに接続されている。
【０００９】
この時の出湯温度や循環ポンプ１１４の回転数、ヒートポンプサイクル１０２の各部品の運転制御は、制御装置１５０により行われる。
【００１０】
外気温度検出手段１１５で所定の温度（設定温度１）以下を検出した場合、凍結防止運転モード１が起動する。
【００１１】
凍結防止運転モード１が起動すると、制御手段１５０は、三方弁１１３をバイパス配管１１２側に駆動させ、貯湯タンク１０１の下部の水を、入水配管１０９、水冷媒熱交換器１０７、出湯配管１１０、バイパス配管１１２、貯湯タンク１０１の下部と循環させて、前記各配管内の水の凍結を防止する運転を行う。
【００１２】
外気温度検出手段１１５が設定温度１よりも低い所定の温度（設定温度２）を検出した場合は、凍結防止運転モード１で用いる貯湯タンク１０１の下部の水の有する熱量だけで
は、前記各配管内の水の凍結を防止するのは不十分なため、制御手段１５０は、循環ポンプ１１４を運転させるとともに、ヒートポンプサイクル１０２も運転させて、水冷媒熱交換器１０７にて前記循環水の加熱を行い、熱量補給をする凍結防止運転モード２を起動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００４−２５７５８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、前記従来の凍結防止運転では、循環ポンプ１１４を運転させ、貯湯タンク１０１の下部の水を、入水配管１０９を介して水冷媒熱交換器１０７に搬送する間に、循環ポンプ１１４が貯湯ユニット１２０に内蔵されているため、ヒートポンプユニット１３０と貯湯ユニット１２０とを接続している入水配管１０９にて、循環ポンプ１１４が駆動したことにより発生する熱は放熱してしまい、凍結防止運転に有効に活用されず、放熱ロスが発生してしまうという課題を有していた。
【００１５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ヒートポンプユニット内に循環ポンプを内蔵させることで、装置内の配管内の水の凍結の防止性能を向上させた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】
【００１６】
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、水冷媒熱交換器、減圧手段、蒸発器を接続して形成したヒートポンプサイクルと循環ポンプとを内蔵したヒートポンプユニットと、前記水冷媒熱交換器で加熱した湯を貯湯する貯湯タンクを内蔵した貯湯ユニットと、制御装置とを備え、前記貯湯タンクの下部は前記循環ポンプを介して前記水冷媒熱交換器の入水側と、前記水冷媒熱交換器の出湯側は前記貯湯タンクの上部のみと接続しているとともに、前記制御装置が、少なくとも前記循環ポンプを駆動させ、前記貯湯タンクの下部の水を、前記水冷媒熱交換器を介して、前記貯湯タンクの上部に搬送する凍結防止運転モードを有することを特徴とするものである。
【００１７】
これにより、凍結防止運転モードでは、循環ポンプを駆動させて、貯湯ユニット内の貯湯タンクの下部の水を、ヒートポンプユニット内の水冷媒熱交換器に搬送するが、循環ポンプをヒートポンプユニットに内蔵したことで、貯湯ユニットからヒートポンプユニットに、貯湯タンクの下部の水を搬送する間に、循環ポンプが駆動したことにより発生する熱が放熱することがないため、循環ポンプが駆動したことにより発生する熱を水冷媒熱交換器に搬送される熱量として有効に活用できることで、装置内の配管内の水の凍結の防止性能を向上させたヒートポンプ給湯装置を提供できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ヒートポンプユニット内に循環ポンプを内蔵させることで、装置内の配管内の水の凍結の防止性能を向上させたヒートポンプ給湯装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】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構成図
【図２】同ヒートポンプ給湯装置の凍結防止運転の制御フローチャート
【図３】従来のヒートポンプ給湯装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
第１の発明は、圧縮機、水冷媒熱交換器、減圧手段、蒸発器を接続して形成したヒートポンプサイクルと循環ポンプとを内蔵したヒートポンプユニットと、前記水冷媒熱交換器で加熱した湯を貯湯する貯湯タンクを内蔵した貯湯ユニットと、制御装置とを備え、前記貯湯タンクの下部は前記循環ポンプを介して前記水冷媒熱交換器の入水側と、前記水冷媒熱交換器の出湯側は前記貯湯タンクの上部のみと接続しているとともに、前記制御装置が、少なくとも前記循環ポンプを駆動させ、前記貯湯タンクの下部の水を、前記水冷媒熱交換器を介して、前記貯湯タンクの上部に搬送する凍結防止運転モードを有することを特徴とするヒートポンプ給湯装置である。
【００２１】
これにより、凍結防止運転モードでは、循環ポンプを駆動させて、貯湯ユニット内の貯湯タンクの下部の水を、ヒートポンプユニット内の水冷媒熱交換器に搬送するが、循環ポンプをヒートポンプユニットに内蔵したことで、貯湯ユニットからヒートポンプユニットに、貯湯タンクの下部の水を搬送する間に、循環ポンプが駆動したことにより発生する熱が放熱することがないため、循環ポンプが駆動したことにより発生する熱を、水冷媒熱交換器に搬送される熱量として有効に活用できることで、装置内の配管内の水の凍結の防止性能を向上させたヒートポンプ給湯装置を提供できる。
【００２２】
第２の発明は、特に第１の発明において、前記制御装置は、前記ヒートポンプサイクルの運転を実行し、前記水冷媒熱交換器にて、前記循環ポンプによる循環水を加熱することを特徴とするもので、ヒートポンプサイクルを運転させて、水冷媒熱交換器にてヒートポンプサイクルの運転により生じた熱量を補給することで、装置内の配管内の水の凍結の防止性能を向上させたヒートポンプ給湯装置を提供できる。
【００２３】
第３の発明は、特に第１または第２の発明において、前記水冷媒熱交換器の入水側に配設した入水温度検出手段を備え、前記制御装置は、前記入水温度検出手段の検出温度が所定値より低い場合に、前記凍結防止運転を実行することを特徴とするものである。
【００２４】
これにより、入水温度検出手段の検出温度が、装置の配管内の水が凍結する可能性があると判断する場合に、循環ポンプを駆動させて、貯湯ユニット内の貯湯タンクの下部の水を、ヒートポンプユニット内の水冷媒熱交換器に搬送するが、循環ポンプをヒートポンプユニットに内蔵したことで、貯湯ユニットからヒートポンプユニットに、貯湯タンクの下部の水を搬送する間に、循環ポンプが駆動したことにより発生する熱が放熱することがないため、水冷媒熱交換器に搬送される熱量として、循環ポンプが駆動したことにより発生する熱を、有効に熱伝達および活用できることで、装置内の配管内の水の凍結の防止性能を向上させたヒートポンプ給湯装置を提供できる。
【００２５】
第４の発明は、特に第２の発明において、外気温度検出手段を備え、前記制御装置は、前記外気度検出手段の検出温度が所定値より低い場合に、前記ヒートポンプサイクルの運転を実行することを特徴とするものである。
【００２６】
これにより、貯湯タンクの下部の水の有する熱量と循環ポンプを駆動させたときに生じる熱量とだけでは、水冷媒熱交換器を介して貯湯タンクの上部と下部と連通する配管内の水の凍結を防止できないと判断した場合に、ヒートポンプサイクルを運転させて、水冷媒熱交換器にてヒートポンプサイクルの運転により生じた熱量を補給することで、装置内の配管内の水の凍結の防止性能を向上させたヒートポンプ給湯装置を提供できる。
【００２７】
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。
【００２８】
（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を示す図である。
【００２９】
図１において、ヒートポンプユニット３０は、ヒートポンプサイクル２と循環ポンプ１４を内蔵し、貯湯ユニット２０は、ヒートポンプサイクル２で加熱した温水を貯湯する貯湯タンク１を内蔵する構成である。
【００３０】
また、ヒートポンプサイクル２は、圧縮機６、水冷媒熱交換器７、膨張弁等の減圧手段４、空気熱交換器（蒸発器）５を、順次、冷媒配管３で環状に接続して形成されている。
【００３１】
貯湯タンク１の下部（底部）、循環ポンプ１４、水冷媒熱交換器７の入水側は、入水配管９にて順次接続されており、また、水冷媒熱交換器７の出口側と接続された出湯配管１０は、貯湯タンク１の上部（天面）のみに分岐されることなく接続されている。
【００３２】
なお、ヒートポンプユニット３０や貯湯ユニット２０の各部品の運転制御は、制御装置５０により行われる。
【００３３】
また、ヒートポンプユニット３０には、外気温度を検出する外気温度検出手段１５が、水冷媒熱交換器７の出湯側である出湯配管１０には、水冷媒熱交換器７からの出湯温度を検出する出湯温度検出手段１７が、水冷媒熱交換器７の入水側である入水配管９には、水冷媒熱交換器７への入水温度を検出する入水温度検出手段１６が配設されている。
【００３４】
ここで、上記構成のヒートポンプ給湯装置において、通常、貯湯タンク１にお湯を貯湯する貯湯運転の動作について説明する。
【００３５】
ヒートポンプサイクル２において、圧縮機６の駆動を開始すると、例えば二酸化炭素である冷媒が、高温高圧に圧縮され、水冷媒熱交換器７にて放熱し、膨張弁等の減圧手段４にて低温低圧に減圧され、空気熱交換部７（蒸発器）へと流入する。
【００３６】
そして、ファン等の送風手段８の回転によって生じる送風により、冷媒は空気熱交換部７（蒸発器）にて吸熱し、再度圧縮機６へと戻る。このとき、ヒートポンプサイクル２の圧縮機６の高圧、吐出温度は、段階的に上昇して行く。
【００３７】
一方、貯湯タンク１の下部の水を、水冷媒熱交換器７へ搬送する循環ポンプ１４は、冷媒の温度が上昇するまで停止しているか、若しくは低速での駆動を行う。
【００３８】
その後、冷媒温度が段階的に上昇するのに併せ、循環ポンプ１４の駆動速度も上昇し、水冷媒熱交換器７からの出湯温度を検出する出湯温度検出手段１７が所定温度となるように、循環ポンプ１４の回転数は、制御装置５０により制御され、水冷媒熱交換器７において、ヒートポンプサイクル２の冷媒と、循環ポンプ１４による循環水とが熱交換を行い、前記循環水が所定温度に加熱されてお温が生成される。
【００３９】
そして、生成されたお温は、出湯配管１０内を流れ、貯湯タンク１の上部に流入し、お湯が貯湯されて行くことになる。
【００４０】
この結果、貯湯タンク１内では、湯が混合されずに上部には高温水が、下部には低温水が貯留される、すなわち貯湯タンク１内で温度成層が形成され、貯湯運転時の効率向上や、高い温度での給湯などに効果を発揮する。
【００４１】
ここで、貯湯タンク１の上部のみに接続されている出湯配管１０内の比較的温度の高い
水の温度が、放熱により温度低下すると、密度が大きくなるため、本実施の形態１の構成は、貯湯タンク１の下部は入水配管９にて水冷媒熱交換器７の入水側に、水冷媒熱交換器７の出湯側は出湯配管１０にて貯湯タンク１の上部に、貯湯タンク１の下部と水冷媒熱交換器７と貯湯タンク１の上部とが、常時直接連通するように接続されていることで、貯湯タンク１の下部と水冷媒熱交換器７と貯湯タンク１の上部とを接続する出湯配管１０と入水配管９とのヘッド差により、その温度低下した水は水冷媒熱交換器７側に移動し、それとともに貯湯タンク１の上部の湯も貯湯タンク１から流出することで、貯湯タンク１の上部に貯湯されている高温湯が、水冷媒熱交換器７を介して、低温水が貯留されている貯湯タンク１の下部へと流れ込む自然対流が生じる。
【００４２】
すなわち、貯湯タンク１の上部には高温水が、下部には低温水が貯湯されている状態となっているため、高温水が出湯配管１０と空気熱交換器７と入水配管９を通り、貯湯タンク１の下部まで流れることとなる。
【００４３】
また、外気温度が低い場合、外気によって、出湯配管１０の壁面が冷やされると、この自然対流の流れが一層大きくなることで、循環ポンプ１４を駆動させなくても装置内の水の凍結防止を図ることができるため、循環ポンプ１４の駆動時間を短縮でき、消費電力の低減を実現できる。
【００４４】
次に、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凍結防止運転動作を、図２に示す制御フローチャートに基づいて説明する。
【００４５】
まず、Ｓｔｅｐ１で、入水温度検出手段１６の検出温度が、前記自然対流だけでは装置の配管内の水が凍結する可能性があると判断する所定温度１（例えば、５℃）よりも低い温度であるか否かを判定し、Ｓｔｅｐ２で、外気温度検出手段１５の検出温度が、所定温度２（例えば、２℃）より低い温度であるか否かを判定する。
【００４６】
Ｓｔｅｐ１で、入水温度検出手段１６の検出温度が所定温度１（例えば、５℃）以上である場合には、凍結運転フローチャートの初期状態に戻り、所定時間間隔毎にＳｔｅｐ１の判定を行う。
【００４７】
Ｓｔｅｐ１で、入水温度検出手段１６の検出温度が所定温度１（例えば、５℃）より低い温度である場合には、Ｓｔｅｐ２に進み、外気温度検出手段１５の検出温度が所定温度２（例えば、２℃）以上であれば、循環ポンプ１４を駆動させ、貯湯タンク１の下部の水を、水冷媒熱交換器７を介して、貯湯タンク１の上部のみに搬送する運転動作である凍結防止運転１を行う（Ｓｔｅｐ３）。
【００４８】
凍結防止運転１は、ヒートポンプサイクル２は運転させずに、循環ポンプ１４を駆動させて、貯湯ユニット２０内の貯湯タンク１の下部の水を、ヒートポンプユニット３０内の水冷媒熱交換器７に搬送するが、循環ポンプ１４をヒートポンプユニット３０に内蔵したことで、貯湯ユニット２０からヒートポンプユニット３０に、貯湯タンク１の下部の水を搬送する間に、循環ポンプ１４が駆動したことにより発生する熱が放熱することがないため、水冷媒熱交換器７や出湯配管１０に搬送される熱量として、循環ポンプ１４が駆動したことにより発生する熱を、有効に熱伝達および活用できることで、装置内の配管内の水の凍結の防止性能を向上させたヒートポンプ給湯装置を提供できる。
【００４９】
また、入水配管９には、貯湯タンク１の下部の水が有する熱が搬送されるため、貯湯ユニット２０とヒートポンプユニット３０との間の入水配管９と出湯配管１０の２本の配管に同時に熱伝達することができ、凍結防止効果が迅速に得られる。
【００５０】
次に、Ｓｔｅｐ３の凍結防止運転１によって、入水温度が序々に上昇し、Ｓｔｅｐ４で入水温度検出手段１６の検出温度が、所定温度３（例えば、１０℃）以上か否かを判定し、所定温度３（例えば、１０℃）以上の場合には、凍結防止運転を停止する（Ｓｔｅｐ７）。
【００５１】
次に、外気温度検出手段１５の検出温度が、所定温度２（例えば、２℃）より低い温度であるか否かを判定するＳｔｅｐ２外気温判定に戻り、外気温度検出手段１５の検出温度が、所定温度２（例えば、２℃）以下の場合には、Ｓｔｅｐ５の凍結防止運転２を行う。
【００５２】
凍結防止運転２は、凍結防止運転１の運転モードに、ヒートポンプサイクル２を運転させ、水冷媒熱交換器７にて、循環ポンプ１４による循環水と熱交換する機能を付加した運転モードで、ヒートポンプサイクル２を運転させて、水冷媒熱交換器７にてヒートポンプサイクル２の運転により生じた熱量を補給する運転である。
【００５３】
この時、水冷媒熱交換器７からの出湯温度を検出する出湯温度検出手段１７は、ヒートポンプサイクル２の運転効率を低下させないように、比較的低温の例えば６５℃とする。
【００５４】
次に、Ｓｔｅｐ６で入水温度検出手段１６の検出温度が、所定温度３（例えば、１０℃）以上か否かを判定し、所定温度３（例えば、１０℃）以上の場合には、凍結防止運転を停止する（Ｓｔｅｐ７）。
【００５５】
この時、ヒートポンプサイクル２を運転させたときの水冷媒熱交換器７からの目標出湯温度を６５℃としたが、ヒートポンプサイクル２を運転させたときの水冷媒熱交換器７からの目標出湯温度を、運転時の貯湯タンク１の上部に配設されている貯湯温度検出手段１８の検出温度よりも高い温度とする場合も考えられる。
【００５６】
貯湯タンク１内は温度成層が形成されているので、貯湯タンク１よりも高い温度が貯湯タンク１の上部に流入し、貯湯されることによって、温度成層を崩すことがないため、高効率的なヒートポンプ給湯装置を使用することができる。
【００５７】
また、ヒートポンプサイクル２では、ヒートポンプサイクルを用いているため音や振動が発生しており、循環ポンプ１４を駆動させる場合にも音が発生している。
【００５８】
循環ポンプ１４をヒートポンプユニット３０に内蔵することで、音と振動の発生源が一箇所にまとまり、使用者にとって騒音による不快感を軽減することができる。
【００５９】
また、貯湯ユニット２０からの騒音が無くなることから、貯湯ユニット２０を室内に配置して外気への放熱を抑えることにより、ヒートポンプ給湯装置の使用時の効率向上を図ることも可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
以上のように、本発明にかかるヒートポンプ給湯装置は、ヒートポンプユニット内に循環ポンプを内蔵させることで、装置内の配管内の水の凍結の防止性能を向上させたヒートポンプ給湯装置を提供できるため、家庭用だけでなく業務用などの規模の大きいヒートポンプ給湯装置にも適用できる。
【符号の説明】
【００６１】
１  貯湯タンク
２  ヒートポンプサイクル
３  冷媒配管
４  減圧手段
５  空気熱交換器（蒸発器）
６  圧縮機
７  水冷媒熱交換器
８  送風手段
９  入水配管
１０  出湯配管
１４  ポンプ
１５  外気温度検出手段
１６  入水温度検出手段
１８  貯湯温度検出手段
２０  貯湯ユニット
３０  ヒートポンプユニット
５０  制御装置
【図１】
2014196849.tif 000003
【図２】
2014196849.tif 000004
【図３】
2014196849.tif 000005