(57)【要約】【課題】  ユーザーの使用形態に対応して湯切れを抑制できる制御方式を実現すること。【解決手段】  水冷媒熱交換器を介して給水を加熱するヒートポンプ回路１と、水冷媒熱交換器１１で加熱された湯を貯える貯湯タンク２５と、水冷媒熱交換器１１の湯出口と貯湯タンク２５の頂部とを連通する第１の給湯管２９と、貯湯タンク２５の頂部と給湯口とを連通する第２の給湯管３９と、給水源と貯湯タンク２５の底部とを連通する給水管３７と、貯湯タンク２５の底部から水冷媒熱交換器１９の給水口に給水する給水ポンプ２７とを有するヒートポンプ給湯機において、給湯時間帯を設定する入力手段４１と、給湯時間帯はヒートポンプ回路１の最大加熱能力を発揮可能な沸き増し制御とし、給湯時間帯以外の時間帯は、ヒートポンプ回路１を貯湯タンク２５に貯湯する沸き上げ制御とする制御手段７とを備えることにより、給湯時間帯を自在に設定することができ、湯切れを抑制することができる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水冷媒熱交換器を介して給水を加熱するヒートポンプ回路と、前記水冷媒熱交換器で加熱された湯を貯える貯湯タンクと、前記水冷媒熱交換器の湯出口と前記貯湯タンクの頂部とを連通する第１の給湯管と、前記貯湯タンクの頂部と給湯口とを連通する第２の給湯管と、給水源と前記貯湯タンクの底部とを連通する給水管と、前記貯湯タンクの底部から前記水冷媒熱交換器の給水口に給水する給水ポンプとを有するヒートポンプ給湯機において、
給湯時間帯を設定する入力手段と、前記給湯時間帯は前記ヒートポンプ回路の最大加熱能力を発揮可能な沸き増し制御とし、前記給湯時間帯以外の時間帯は、前記ヒートポンプ回路を前記貯湯タンクに貯湯する沸き上げ制御とする制御手段とを備えていることを特徴とするヒートポンプ給湯機。
【請求項２】
前記制御手段は、前記貯湯タンクの設定高さ位置の水温が第１の設定温度以下のとき、前記貯湯タンクの貯湯運転を開始し、前記水温が第２の設定温度以上のとき、前記貯湯運転を停止させ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。
【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】
給湯機の熱源としてヒートポンプを用いたヒートポンプ給湯機が知られている。一般に、ヒートポンプ給湯機は、給水を加熱するヒートポンプ回路と、このヒートポンプ回路で加熱された湯を貯えておく貯湯タンクを備えている。
【０００３】
このようなヒートポンプ給湯機においては、一般に、電力が安価な夜間にヒートポンプ回路を稼動させ、例えば、貯湯タンク内の水を全量加熱して貯湯タンクに貯えることで、日中に使用する湯水を賄うようにしている。これによれば、夜間はヒートポンプ回路の圧縮機の回転数を低くして高効率の運転を行い、貯湯タンク内の湯を時間をかけて全量沸き上げる一方、日中は、湯切れを防ぐため、回転数を増加させて沸き増しを行なうことで、省エネ運転を実現できる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２０１１７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ヒートポンプ給湯機においては、ユーザーの使用形態の多様化に伴い、夜間の給湯量が多くなることが想定される。つまり、日中に限らず、夜間の給湯使用量が多くなる場合があり、特に業務用として用いる場合は、深夜の給湯量が多くなることがある。
【０００６】
これに対し、特許文献１のように、１つの使用形態、つまり日中の給湯のみを対象とする給湯制御によれば、例えば、夜間に多量の給湯が行なわれると、残湯量が不足して湯切れが生じるおそれがある。
【０００７】
一方、ユーザーの使用形態に合わせて制御方式を変更する場合、製品が多種類になるという問題がある。
【０００８】
本発明は、ユーザーの使用形態に対応して湯切れを抑制できる制御方式を実現することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するため、水冷媒熱交換器を介して給水を加熱するヒートポンプ回路と、水冷媒熱交換器で加熱された湯を貯える貯湯タンクと、水冷媒熱交換器の湯出口と貯湯タンクの頂部とを連通する第１の給湯管と、貯湯タンクの頂部と給湯口とを連通する第２の給湯管と、給水源と貯湯タンクの底部とを連通する給水管と、貯湯タンクの底部から水冷媒熱交換器の給水口に給水する給水ポンプとを有するヒートポンプ給湯機において、給湯時間帯を設定する入力手段と、給湯時間帯はヒートポンプ回路の最大加熱能力を発揮可能な沸き増し制御とし、給湯時間帯以外の時間帯は、ヒートポンプ回路を貯湯タンクに貯湯する沸き上げ制御とする制御手段とを備えていることを特徴としている。
【００１０】
このような構成によれば、給湯使用形態に合わせて、ユーザーが或いは設置時に給湯時間帯を適宜設定することができる。その結果、給湯時間帯に多量の給湯が行なわれても、ヒートポンプ回路を最大加熱能力で運転させることができるため、湯切れを抑制することができる。また、給湯時間帯以外は、必要に応じて貯湯タンクに貯湯する運転とすることができるから、ヒートポンプ回路の加熱能力を小さくして省エネ運転を図ることができる。
【００１１】
この場合において、制御手段は、貯湯タンクの設定高さ位置の水温が第１の設定温度以下のとき、貯湯タンクの貯湯運転を開始し、水温が第２の設定温度以上のとき、貯湯運転を停止させるようにすることが好ましい。このように、貯湯タンク内の水温の測定値から残湯量を検知し、残湯量が所定の範囲内のとき貯湯運転を行うようにすれば、無駄な貯湯を抑制することができ、放熱ロスを低減することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ユーザーの使用形態に対応して湯切れを抑制する制御方式を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態のヒートポンプ給湯機の全体構成図である。
【００１４】
本実施形態のヒートポンプ給湯機は、ヒートポンプ冷媒回路１、貯湯回路３、給湯経路５、運転制御手段７を備えて構成される。
【００１５】
ヒートポンプ冷媒回路１は、圧縮機９、水冷媒熱交換器１１、減圧装置１３、蒸発器１５を順次冷媒配管で接続してなる閉回路にて構成され、内部には循環用の冷媒が封入されている。
【００１６】
圧縮機９は、回転数、つまり容量制御が可能となり、ヒートポンプ冷媒回路１の加熱能力を増加させるときは、この回転数を増加させて運転される。水冷媒熱交換器１１は、冷媒側伝熱管を有する冷媒側熱交換器１７と給水側伝熱管を有する給湯側熱交換器１９とを備えており、これらの伝熱管を介して互いに熱交換を行なうようになっている。圧縮機９は、配管１０を介して冷媒側熱交換器１７の冷媒入り側に接続されている。減圧装置１３は、一般に膨張弁が使用され、水冷媒熱交換器１１を通って送られてくる冷媒を減圧するようになっている。蒸発器１５は、空気と冷媒との熱交換を行なう空気冷媒熱交換器であり、蒸発器１５に送風するファン２１及びこれを回転させるファンモータ２３を備えている。
【００１７】
貯湯回路３は、貯湯タンク２５、ポンプ２７、給湯側熱交換器１９を順次冷媒配管で接続してなる閉回路にて構成される。貯湯タンク２５は、例えば、円筒状で縦長に形成された容器であり、頂部は、配管２９を介して給湯側熱交換器１９の湯出口と連結される一方、底部は、配管３１を介してポンプ２７と連結されている。貯湯タンク２５内には、湯水が満杯に貯蔵され、通常は、湯と水が密度差によって上層と下層にそれぞれ分離している。また、貯湯タンク２５には、上部と下部に上部温度検出器１６と下部温度検出器１８がそれぞれ備えられ、貯湯タンク２５内の水温を検出するようになっている。
【００１８】
給湯経路５は、給水源３３、貯湯タンク２５、給湯端末３５を順次直列に接続して構成され、貯湯タンク２５の底部には配管３７を介して給水源３３が接続される一方、頂部には配管３９を介して給湯端末３５が接続されている。すなわち、貯湯タンク２５内には、湯水が満杯に充満しているため、所定の水圧を有する給水が貯湯タンク２５内に導入されると、貯湯タンク２５内の圧力増加に伴い、頂部から湯が排出されて給湯端末３５から給湯されるようになっている。
【００１９】
運転制御手段７は、上部温度検出器１６、下部温度検出器１８からそれぞれ検出信号を受け取って貯湯タンク２５内の水温を常時監視し、検出された温度に基づいて、ヒートポンプ冷媒回路１の運転、停止の制御を行なうようになっている。ここで、運転制御手段７は、外気温検出器４３により検知された外気温や、給湯機の使用者が設定した内容に応じて、圧縮機９、ファンモータ２３の運転状況も制御するようになっている。運転制御手段７が有する時計機能４１は、時間（又は時刻）を検出する機能を備えており、ユーザーが任意に設定した時間帯（時刻帯）を運転制御手段７が読み込んで所定の制御を行うようになっている。
【００２０】
次に、このように構成されるヒートポンプ給湯機の動作について説明する。
【００２１】
ユーザーは、例えば、一日の間で給湯機を使用しない時間帯、あるいは給湯機の使用頻度が極めて少ない時間帯をヒートポンプ冷媒回路１の加熱能力を抑制する省エネ運転（以下、沸き上げ運転という。）の時間帯として、時計機能４１に入力設定する。これに合わせて、時計機能４１では、沸き上げ運転以外の時間帯、すなわち、給湯を使用する給湯時間帯が自動的に設定される。運転制御手段７は、この給湯時間帯において、ヒートポンプ冷媒回路１の加熱能力が最大となるように、ヒートポンプ冷媒回路１の運転（以下、沸き増し運転という。）を行なう。
【００２２】
まず、沸き上げ運転について説明する。運転制御手段７の時計機能４１により沸き上げ運転が選択された時間帯において、下部温度検出器１８の検出温度が所定の沸き上げ開始温度Ｔ１以下のとき、運転制御手段７は、ヒートポンプ冷媒回路１に運転指令を送信する。
【００２３】
上記の運転指令を受けたヒートポンプ冷媒回路１は、ポンプ２７、圧縮機９、ファンモータ２３の運転を開始する。このとき、圧縮機９は設定された回転数以下の範囲内で運転され、加熱能力を抑制した運転を行うように制御される。同様に、ファンモータ２３も能力抑制運転用の低い回転数に設定され、ファン２１は低速回転して低騒音運転が行われる。
【００２４】
ここで、ヒートポンプ冷媒回路１の加熱能力の低減に伴い、運転制御手段７は、貯湯回路３を循環する給湯用水の加熱温度が低下しないように、給湯用水の循環流量を調整して加熱温度を制御している。この場合の循環流量の調整は、例えば、ポンプ２７を回転数可変のＤＣポンプとしてもよいし、貯湯回路３の水循環経路に流量調整弁（図示せず）を設置するようにしてもよい。
【００２５】
また、沸き上げ運転を行う場合、所定の外気温度帯ごとに圧縮機９とファンモータ２３の回転数を調整、つまり外気温検出器４３により検出された外気温度に基づいて回転数を段階的に制御するようにする。例えば、外気温度が低く給水温度が低い場合は、外気温度が高いときよりも、圧縮機９、ファンモータ２３ともに、高速回転で運転させることにより、加熱能力の低下を抑制することができる。
【００２６】
このように、圧縮機９、ファンモータ２３の回転数を所定の回転数に制限した状態で、圧縮機９から吐出された高温の冷媒は、水冷媒熱交換器１１において貯湯タンク２５の底部からポンプ２７によって抜き出された給湯用水と熱交換し、給湯用水を所定温度に加熱する。水冷媒熱交換器１１で熱交換された冷媒は、減圧装置１３で減圧された後、蒸発器１５においてファン２１から通風される外気と熱交換し、蒸発して圧縮機９に戻される。一方、水冷媒熱交換器１１で加熱された給湯用水は、配管２９を介して貯湯タンク２５の頂部から貯湯タンク２５内に戻されて貯湯される。
【００２７】
貯湯タンク２５内の給湯用水は、上部から順次高温の湯が貯えられるが、下部温度検出器１８が所定の沸き上げ終了温度Ｔ２を検知して運転制御手段７から停止指令が出されるまで、ヒートポンプ冷媒回路１の貯湯運転は継続される。
【００２８】
このように、沸き上げ運転は、ユーザーが給湯を行なわない時間帯において、加熱能力を抑制した状態で、貯湯タンク２５内に所定量の貯湯を行うものである。そして、沸き上げ運転は、貯湯回路３の循環流量を少なくし、沸き上げ時間を長く設定しているため、ヒートポンプ冷媒回路１による高い加熱効率が得られるとともに、貯湯タンク２５からの放熱ロスを低減できる。
【００２９】
一方、沸き上げ運転の時間帯以外、つまり給湯が行われる時間帯では、ヒートポンプ冷媒回路１の加熱能力を最大とする沸き増し運転が行われる。この沸き増し運転においても、給湯端末３５からの給湯により、貯湯タンク２５の下部温度検出器１８が所定の沸き上げ開始温度Ｔ１以下になったとき、ヒートポンプ冷媒回路１は、運転を開始する。ここで、ヒートポンプ冷媒回路１において、圧縮機９は、外気温検出器４３により検出した外気温度帯ごとに運転可能な最大回転数で運転するとともに、ファンモータ２３は、沸き上げ運転よりも高速で回転し外気との熱交換量を増加させるようにする。
【００３０】
そして、この沸き増し運転では、沸き上げ運転と同様、外気温度が低く給水温度が低い場合、圧縮機９、ファンモータ２３ともに、外気温度が高いときよりも高速回転で運転するように制御する。また、下部温度検出器１８が所定の沸き上げ終了温度Ｔ２を検知して、運転制御手段７から停止指令が出されるまで、例えば、貯湯タンク２５内の給湯用水がすべて所定の貯湯温度に加熱されるまで、運転が継続される。
【００３１】
なお、給湯使用量があまり多くなく、例えば、貯湯タンク２５内を全量沸き増ししなくても給湯使用中に湯切れに至らない場合は、例えば、運転制御手段７の設定によりタンク上部温度検出器１６の温度検出値に基づいて、ヒートポンプ冷媒回路１の運転、停止を制御し、貯湯タンク２５内の上半分程度の量を沸き上げるように制御してもよい。これにより、不要な沸き増しによる電力の無駄を省くことができる。
【００３２】
以上述べたように、本実施形態によれば、各ユーザーの給湯使用形態に合わせて、沸き増し運転の時間帯と沸き上げ運転の時間帯を一日のうちから任意に選択し、設定することができる。そして、設定された給湯時間帯に多量の給湯が行われても、その時間帯はヒートポンプ冷媒回路１を最大加熱能力で運転できるため、例えば、夜間の給湯使用量が多い家庭や、業務用などで夜間を主な使用形態（営業時間など）とする場合であっても、湯切れを気にせず使用することができ、給湯機の使用方法の選択枝を広げることができる。また、給湯時間帯以外は、例えば、圧縮機９の回転数を低くして、時間をかけて貯湯タンク２５に貯湯するようにしているため、ヒートポンプ冷媒回路１の加熱能力を制限し、省エネ運転を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本実施形態のヒートポンプ給湯機の全体構成図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  ヒートポンプ冷媒回路
３  貯湯回路
５  給湯経路
７  運転制御手段
９  圧縮機
１１  水冷媒熱交換器
１５  蒸発器
２１  ファン
２３  ファンモータ
２５  貯湯タンク
２７  ポンプ
３３  給水源
４１  時計機能
４３  外気温検出器
【図１】
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