(57)【要約】【課題】  貯湯槽の上部から送り出される水の温度コントロールが容易な給湯装置を実現する。【解決手段】  給湯装置１０は、ヒートポンプ１２と、貯湯槽６０と、水循環ポンプ４７と、バーナー７８を備えている。ヒートポンプ１２は、熱媒体を「熱媒体と外気の間で熱交換する第１熱交換器２０と、熱媒体を圧縮する圧縮機２３と、熱媒体と水の間で熱交換する第２熱交換器２１と、熱媒体の圧力を解放する減圧弁２４」を一巡する通路を循環させる。水循環ポンプ４７は、貯湯槽６０の下部から第２熱交換器２１に送水するとともに、第２熱交換器２１で加熱された水を貯湯槽６０に戻す。バーナー７８は、通過する水を必要時に加熱する。本発明の給湯装置１０では、第２熱交換器２１で加熱された水が流れる流路６７が、貯湯槽６０の上部から送り出された水をバーナーに送る流路７１の途中に合流している。【選択図】  図１
2006329609.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒体を「熱媒体と外気の間で熱交換する第１熱交換器と、熱媒体を圧縮する圧縮機と、熱媒体と水の間で熱交換する第２熱交換器と、熱媒体の圧力を解放する減圧弁」を一巡する通路を循環させるヒートポンプと、
貯湯槽と、
貯湯槽の下部から第２熱交換器に送水するとともに、第２熱交換器で加熱された水を貯湯槽に戻す水循環ポンプと、
通過する水を必要時に加熱するバーナーを備えており、
第２熱交換器で加熱された水が流れる流路が、貯湯槽の上部から送り出された水をバーナーに送る流路の途中に合流していることを特徴とする給湯装置。
【請求項２】
第２熱交換器から送り出される水が、貯湯槽の上部から送り出される水よりも低温である関係を満足するように、ヒートポンプを運転することを特徴とする請求項１の給湯装置。
【請求項３】
前記ヒートポンプが、熱媒体を「熱媒体と外気の間で熱交換する第１熱交換器と、熱媒体とバーナーの燃焼ガスの間で熱交換する第３熱交換器と、熱媒体を圧縮する圧縮機と、熱媒体と水の間で熱交換する第２熱交換器と、熱媒体の圧力を解放する減圧弁」を一巡する通路を循環させることを特徴とする請求項１の給湯装置。
【請求項４】
貯湯槽に給水される水の流路が、給水源から水とバーナーの燃焼ガスの間で熱交換する第４熱交換器を経由して貯湯槽の下部に接続していることを特徴とする請求項３の給湯装置。
【請求項５】
バーナーの燃焼ガスが、第４熱交換器、第３熱交換器を順に経由することを特徴とする請求項４の給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給湯装置に関するものである。詳しくは、ヒートポンプで加熱した水を貯湯槽に貯湯しておき、貯湯槽に貯湯されている水を給湯するとともに、必要時にはバーナーで加熱して給湯する給湯装置に関するものである。
貯湯槽には通常は温水が貯湯されているが、温水を使い切った状態では冷水が蓄えられている。ここでは、両者を区別しないで共通的に「貯湯されている」という。また、温水と冷水を区別することなく「水」と総称することにする。「水」は「湯」に対立する意味での「水」でなく、温水であることもあれば冷水であることもある。
【背景技術】
【０００２】
ヒートポンプは、外気の熱エネルギーを利用して水を加熱することから、水を加熱するのに要するランニングコストが安価にすむという長所をもっている反面、加熱に時間を要することから予め加熱して貯湯しておかなければならず、貯湯槽の設置場所を必要とする短所を持っている。貯湯しておいた水が冷却されてしまうことも問題であり、保温能力に優れた貯湯槽を必要とし、設備の導入コストが高くなるという短所も持っている。
ガスバーナーや灯油バーナー等の燃焼バーナーを利用する給湯装置は、水を加熱するのに要するランニングコストが割高になるという短所をもっている反面、短時間に加熱できることから貯湯槽を必要としない。給湯装置の設置面積が小さくてすみ、設備の導入コストが安価であるという長所を持っている。
【０００３】
そこで、両者を組み合わせて用いることによって、両者の長所を利用するハイブリッド式の給湯装置が提案されており、特許文献１に開示されている。特許文献１の技術は、ヒートポンプと、貯湯槽と、貯湯槽とヒートポンプの間で水を循環するポンプと、貯湯槽から送り出された水を必要時に加熱して給湯するバーナーを備えている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−４１５７４号公報
【０００５】
ヒートポンプとバーナーを組合わせて用いるハイブリッド式給湯装置では、貯湯槽に貯湯しておいた温水を使い切った後もバーナーを利用して給湯できることから、貯湯槽に貯湯しておく蓄熱量が少なくてもよい。小型の貯湯槽で足り、貯湯槽の設置面積が確保できないという状況が発生する場合を顕著に減少することができる。
ハイブリッド式給湯装置では、貯湯槽に貯湯しておいた温水温度が必要温度に満たない場合にはバーナーを利用して加熱できることから、貯湯槽に貯湯しておく温水の温度が低くてもよい。貯湯槽に貯湯しておく蓄熱量が少なくてもよいことも、貯湯槽に貯湯しておく温水の温度を低くするのに有用である（バーナーを用いない場合には、大型の貯湯槽に高温の温水を貯湯することによって必要な蓄熱量を確保しておく必要がある）。ハイブリッド式給湯装置では、貯湯槽に貯湯しておく温水温度が低くてもよいことから、貯湯槽の保温能力は低くてすむ。何よりも、高温の温水に加熱するヒートポンプの効率と低温の温水に加熱するヒートポンプの効率を比較すると、前者は後者よりも顕著に低く、ヒートポンプで低温の温水に加熱して貯湯しておくハイブリッド式給湯装置では、ヒートポンプを高効率で活用することができる。さらに、バーナーを用いない場合には、ヒートポンプで９０℃程度の高温に加熱する必要があるので、ヒートポンプの熱媒体が限られてくる。実際的には炭酸ガスを利用する他はない。炭酸ガスを利用する場合には、相変化が利用できず、潜熱が利用できないことから効率が低い。それに対して、ハイブリッド式給湯装置では、４５℃程度の低温に加熱すれば足りることから、代替フロン等を熱媒体に利用することができ、潜熱を利用して高い効率で加熱することができる。
【０００６】
ハイブリッド式給湯装置の長所を活用するためには、小型の貯湯槽に比較的低温の温水を貯湯しておく必要があり、貯湯しておいた温水が不足しやすいという問題がある。その問題は、バーナーを用いることによって解決される。もう一つの問題に、小型の貯湯槽に比較的低温の温水を貯湯しておくだけだと、ヒートポンプによって高効率に加熱する長所を十分には活用できず、結局はバーナーのみを利用する給湯装置の効率と大差ないのではないかということが懸念される。しかしながら実際に温水を必要とするのは、例えば洗面であり、食器洗浄であり、シャワーであり、４５℃以下の温水で足りることが多い。また連続して５０リットル以上も必要とすることはまれであり、浴槽への湯張りを除外すれば、一度の給湯量が５０リットル以下であることが多い。従って、小型の貯湯槽に比較的低温の温水を貯湯しておくだけで、多くの給湯要求に対応することができる。小型の貯湯槽に比較的低温の温水を貯湯しておくだけで、ヒートポンプによって高効率に加熱する利点を十分に享受できる。ハイブリッド式給湯装置は、設置しやすく、給湯のためのランニングコストを低減することができる。
【０００７】
特許文献１に開示されているハイブリッド式給湯装置は、貯湯槽に貯湯するときに、貯湯槽の下部から送り出された水をヒートポンプで加熱し、加熱された水を貯湯槽の上部に戻している。
ハイブリッド給湯装置の下流側に設けられている給湯栓等が開かれると、ハイブリッド給湯装置から給湯が行われる。そのときには、貯湯槽の下部に加わっている水道水の圧力によって、貯湯槽の上部から水が送り出される。また、貯湯槽の下部から送り出された水がヒートポンプで加熱される。貯湯槽の上部から送り出された水と、貯湯槽の下部からヒートポンプに送り出された水を補充するために、貯湯槽の下部に水道水が流入する。ヒートポンプで加熱された水は、貯湯槽の上部に入り込む。すなわち、ヒートポンプで加熱された水が、一旦貯湯槽の上部に混合し、元々貯湯槽に貯湯されていた水とともに、貯湯槽の上部から送り出される。このような構成は、ヒートポンプと貯湯槽が直列的に接続されているとみなすこともできる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１のハイブリッド式給湯装置は、ヒートポンプと貯湯槽が直列的に接続されている。このため、ヒートポンプで加熱された水の温度が、貯湯槽の上部から送り出される水の温度に影響する。従って、貯湯槽の上部から送り出される水の温度のコントロールが難しくなる。
本発明は、その問題を解決するためになされたものであり、貯湯槽の上部から送り出される水の温度のコントロールが容易な給湯装置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】
本発明の給湯装置は、ヒートポンプと、貯湯槽と、水循環ポンプと、バーナーを備えている。ヒートポンプは、熱媒体を「熱媒体と外気の間で熱交換する第１熱交換器と、熱媒体を圧縮する圧縮機と、熱媒体と水の間で熱交換する第２熱交換器と、熱媒体の圧力を解放する減圧弁」を一巡する通路を循環させる。水循環ポンプは、貯湯槽の下部から第２熱交換器に送水するとともに、第２熱交換器で加熱された水を貯湯槽に戻す。バーナーは、通過する水を必要時に加熱する。本発明の給湯装置では、第２熱交換器で加熱された水が流れる流路が、貯湯槽の上部から送り出された水をバーナーに送る流路の途中に合流している。
この給湯装置では、第２熱交換器で加熱された水が流れる流路が、貯湯槽の上部から送り出された水をバーナーに送る流路の途中に合流している。この構成は、ヒートポンプと貯湯槽が並列的に接続されているとみなすこともできる。ヒートポンプと貯湯槽が並列的に接続されていると、ヒートポンプで加熱された水の温度と、貯湯槽の上部から送り出される水の温度を独立してコントロールすることができる。よって、貯湯槽の上部から送り出される水の温度のコントロールが容易になる。
【００１０】
上記の給湯装置において、第２熱交換器から送り出される水が、貯湯槽の上部から送り出される水よりも低温である関係を満足するように、ヒートポンプを運転することが好ましい。
ヒートポンプの圧縮機は、その圧縮比が小さいほどＣＯＰ（エネルギー効率）が高くなる。ヒートポンプの圧縮比が小さいと、ヒートポンプの第２熱交換器から送り出される水の温度が低くなる。上述の給湯装置は、第２熱交換器から送り出される水が、貯湯槽の上部から送り出される水よりも低温である関係を満足するように、ヒートポンプを運転する。よって、ヒートポンプのＣＯＰが高くなる。
【００１１】
上記の給湯装置において、前記ヒートポンプが、熱媒体を「熱媒体と外気の間で熱交換する第１熱交換器と、熱媒体とバーナーの燃焼ガスの間で熱交換する第３熱交換器と、熱媒体を圧縮する圧縮機と、熱媒体と水の間で熱交換する第２熱交換器と、熱媒体の圧力を解放する減圧弁」を一巡する通路を循環させることが好ましい。
必要時に水を加熱するバーナーからは、高温の燃焼ガスが排出される。上述の給湯装置では、バーナーの燃焼ガスを利用して熱媒体を加熱することで、ヒートポンプで必要とされる圧縮比を軽減することができる。ヒートポンプのＣＯＰを向上することができる。
【００１２】
上記の給湯装置において、貯湯槽に給水される水の流路が、給水源から水とバーナーの燃焼ガスの間で熱交換する第４熱交換器を経由して貯湯槽の下部に接続していることが好ましい。
上述の給湯装置によれば、バーナーの燃焼ガスを利用して、貯湯槽へ給水される水を加熱することができる。これによって、燃焼ガスから回収される熱を貯湯槽に蓄えることができる。必要とされる温度の温水を給湯するためのバーナーの火力を軽減し、システムの熱効率を向上することができる。
【００１３】
上記の給湯装置において、バーナーの燃焼ガスが、第４熱交換器、第３熱交換器を順に経由することが好ましい。
第３熱交換器に流入する熱媒体はヒートポンプにおいて外気との熱交換によって加熱されたものであり、第４熱交換器に流入する水は上水道などの給水源から供給されるものである。一般に、第３熱交換器に流入する熱媒体の温度は低く調整されており、その温度は第４熱交換器に流入する水の温度よりも低い。上述の給湯装置では、先ず高温の燃焼ガスを利用して第４熱交換器で水を加熱し、次いで温度が低下した燃焼ガスを利用して第３熱交換器で熱媒体を加熱する。このような構成とすることによって、燃焼ガスから多くの熱量を回収することが可能となり、システムの熱効率がさらに向上する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の給湯装置は、ヒートポンプと貯湯槽が並列的に接続することによって、ヒートポンプで加熱された水の温度と、貯湯槽の上部から送り出される水の温度を独立してコントロールすることができる。このため、貯湯槽の上部から送り出される水の温度のコントロールが容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
後述する実施例の好適な実施形態を例示する。
（形態１）
バーナーから送り出される水に水道水を混合する流路と、その流路に介装された流量調整弁を備えており、
給湯要求温度よりも低い温度の水が貯湯槽に貯湯されており、バーナーをミニマム燃焼させるとバーナーから送り出される水の温度が給湯要求温度を超える場合に、バーナーをミニマム燃焼させるとともに、給湯要求温度を満足する給湯が行われるように、ヒートポンプの圧縮比と流量調整弁の開度を調整することを特徴とする給湯装置。
【実施例】
【００１６】
（第１実施例）
本発明の給湯装置に係る一実施例について、図面を参照しながら説明する。
図１に示すように、給湯装置１０は、ヒートポンプ１２、給水部１７、貯湯部１４、バーナー部１５、コントローラ１６等を備えている。
ヒートポンプ１２は、外気熱交換器（第１熱交換器）２０、圧縮機２３、給湯熱交換器（第２熱交換器）２１、減圧弁２４、循環往路３０、循環復路３１等を有している。
外気熱交換器２０は熱交換ファン２２を備えており、熱交換ファン２２は電動モータ２５と電動モータ２５の駆動軸に取り付けられたファン２６を持っている。ファン２６は、電動モータ２５に駆動されて回転する。ファン２６が回転すると、外気が外気熱交換器２０に吹き付けられる。外気熱交換器２０は、内部に設けられている熱媒体流路２７を通過する熱媒体と外気との間で熱交換を行う。本給湯装置１０は、熱媒体に代替フロンの一種であるＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）を用いている。ＨＦＣ以外の熱媒体（例えば、ＨＦＣ以外の代替フロンや、二酸化炭素等）を用いることもできる。
【００１７】
循環往路３０は、外気熱交換器２０の熱媒体流路２７の出口部３２と、給湯熱交換器２１の熱媒体流路３６の入口部３３とを接続している。圧縮機２３が、循環往路３０に介装されており、外気熱交換器２０を出た熱媒体を圧縮し、給湯熱交換器２１に送り込む。第１センサ３７が循環往路３０に装着されており、外気熱交換器２０から流出した熱媒体の温度を検出する。
循環復路３１は、給湯熱交換器２１の熱媒体流路３６の出口部４０と外気熱交換器２０の熱媒体流路２７の入口部３４を接続している。減圧弁２４が、循環復路３１に介装されており、開度を調整することによって上流側と下流側の圧力差を変化させる。減圧弁２４は、圧縮機２３で加圧された熱媒体の圧力を解放する。第２センサ４１と第３センサ４２が、循環復路３１に装着されている。第２センサ４１は、給湯熱交換器２１から流出した熱媒体の温度を検出する。第３センサ４２は、外気熱交換器２０に流入する熱媒体の温度を検出する。
【００１８】
給水部１７は、第１流路５０、流量センサ４５、第２流路５４、逃がし弁４６、第４センサ６１を備えている。
第１流路５０の一端５１には、水道水が供給されている。第１流路５０の他端５３は、第２流路５４の途中に接続されている。流量センサ４５は、第１流路５０に介装されており、第１流路５０を流れる水の量を検出する。
第２流路５４の一端５２には、逃がし弁４６が取り付けられている。第２流路５４の他端５５は、貯湯槽６０（後述する）の下端部に接続されている。逃がし弁４６は、第２流路５４内の水圧が所定値以上になったときに開き、第２流路５４内の圧力を外部に開放する。逃がし弁４６が設けられていることによって、第２流路５４に連通している貯湯槽６０の内圧が過大になるのが防止されている。第４センサ６１は、第２流路５４を流れる水の温度を検出する。
【００１９】
貯湯部１４は、貯湯槽６０、第５センサ７２、第１流量調整弁４８、第３流路６２、ポンプ４７、第４流路６７、第６センサ６６、第５流路７１、第７センサ６５、第６流路７３、第８センサ７５、第２流量調整弁７６、第７流路８０、第９センサ８１等を備えている。
貯湯槽６０は縦長状であり、円形状の長手直角方向断面を持っている。貯湯槽６０の容量は、５０リットルである。第５センサ７２は、貯湯槽６０に装着されており、その内部の水の温度を検出する。
第３流路６２は、第２流路５４の途中の部位と、給湯熱交換器２１の水流路３８の入口部６８とを接続している。ポンプ４７と第１流量調整弁４８が、第３流路６２に介装されている。ポンプ４７は、上流側（第１流量調整弁４８側）の水を吸い込み、下流側（給湯熱交換器２１側）に送り出す。第１流量調整弁４８は、開度を変化させることによって、通過する水の量を調整する。
【００２０】
第４流路６７は、給湯熱交換器２１の水流路３８の出口部７０と、第５流路７１の途中の貯湯槽６０に近い部位とを接続している。第６センサ６６は、第４流路６７に介装されている。第６センサ６６は、第４流路６７を流れる水の温度を検出する。
第５流路７１は、貯湯槽６０の上端部と、バーナー部１５に設けられているバーナー熱交換器６９（後述する）の一端６３を接続している。第７センサ６５は、第５流路７１の途中の第４流路６７が接続されている部位に装着されており、その内部を流れる水の温度を検出する。
第６流路７３は、バーナー部１５のバーナー熱交換器６９の他端６４と、第２流路５４の途中であって、第３流路６２が接続されているのと同じ部位に連通している。第８センサ７５は、バーナー熱交換器６９の他端６４近傍の第６流路７３に装着されており、その内部を流れる水の温度を検出する。第２流量調整弁７６は、第６流路７３に介装されており、その開度を変化させることによって、第６流路７３を流れる水の量を調整する。
第７流路８０は、第６流路７３の、第８センサ７５が装着されている部位と第２流量調整弁７６が装着されている部位の間の位置８２から分岐している。第７流路８０の下流側は、給湯栓や風呂と連通している。第９センサ８１は、第７流路８０を流れる水の温度を検出する。
【００２１】
バーナー部１５は、バーナー熱交換器６９、バーナー７８、バーナーファン７９を備えている。
既に説明したように、バーナー熱交換器６９の一端６３は、第５流路７１に接続されている。バーナー熱交換器６９の他端６４は、第６流路７３に接続されている。バーナー７８は、ガスを燃焼することによって、バーナー熱交換器６９を流れる水を加熱する。バーナーファン７９は、バーナー７８に燃焼用の空気を送風する。
コントローラ１６には、リモコン１８が操作されたことによる操作信号と、流量センサ４５、センサ３７、４１、４２、６１、６５、６６、７２、７５、８１の検出値が入力される。コントローラ１６は、それらの入力を、格納している制御プログラムで処理することによって、熱交換ファン２２、圧縮機２３、減圧弁２４、流量調整弁４８、７６、バーナー７８、バーナーファン７９を制御する。
【００２２】
給湯装置１０の動作について説明する。
ヒートポンプ１２の外気熱交換器２０の熱媒体流路２７には、循環復路３１から液体状の熱媒体が流入する。熱媒体流路２７を流れる熱媒体は、外気から吸熱することによって蒸発する。熱媒体（ＨＦＣ）の蒸発温度は１０℃である。よって、熱媒体流路２７を流出する熱媒体の温度は１０℃になる。熱交換ファン２２が外気熱交換器２０に外気を吹き付けているので、外気熱交換器２０の熱交換効率が向上している。
外気熱交換器２０の熱媒体流路２７を流出した熱媒体は、循環往路３０を流れるとともに、圧縮機２３によって圧縮される。圧縮機２３に圧縮された熱媒体は、ガス状のまま温度が高くなる。温度が高くなった熱媒体は、給湯熱交換器２１の熱媒体流路３６に流入する。詳しくは後述するが、給湯熱交換器２０の水流路３８には、熱媒体流路３６を通過する熱媒体よりも低温の水が流れている。熱媒体流路３６を通過する熱媒体は、水流路３８を通過する水に冷却されて（熱交換を行って）、ガス状から液体状に変化する。水流路３８を通過する水は、熱媒体流路３６を通過する熱媒体に加熱されて温度が高くなる。
熱媒体流路３６を流出した液体状の熱媒体は、循環復路３１を流れる。循環復路３１を流れる熱媒体は、減圧弁２４を通過することによって膨張する（圧力が低くなる）。膨張した熱媒体は、温度が低下する。そして、熱媒体は、循環復路３１から外気熱交換器２０の熱媒体流路２７に流入する。
コントローラ１６は、センサ３７、４１、４２が検出した熱媒体温度に基づいて、熱交換ファン２２、圧縮機２３、減圧弁２４を制御することによって、センサ３７、４１、４２が設けられている部位の熱媒体温度を、所望の値に調整する。
【００２３】
貯湯槽６０に貯湯する動作について、図１、図２、図３を用いて説明する。このときには、給湯栓が開かれたり、風呂への湯張り等が行われていない。すなわち第７流路８０を通過して水が給湯装置１０の外部に流出していないものとする。図１で塗りつぶされている流路は、熱媒体や水が流通していることを示している。熱媒体や水の流通方向は、矢印で示している。
貯湯部１４の第１流量調整弁４８が開くとともにポンプ４７が駆動されると、貯湯槽６０の下部から第２流路５４に水が吸い出される。第２流路５４に吸い出された水は、第３流路６２を通過して給湯熱交換器２０の水流路３８に流入する。水流路３８を通過する水は、熱媒体流路３６を流れている高温の熱媒体によって加熱されて温度が上昇する。温度が上昇した水は、第４流路６７を流れ、第５流路７１の一部を経由して貯湯槽６０の上部に戻る。貯湯槽６０から吸い出された水が給湯熱交換器２０を通過することによって温度が上昇し、貯湯槽６０に戻される循環が繰り返されることにより、貯湯槽６０に高温水（湯）が貯湯される。
【００２４】
貯湯槽６０に貯湯する過程、およびその途中におけるヒートポンプ１２のＣＯＰ（エネルギー消費効率）等について、図２を参照しながら説明する。なお、貯湯開始時における貯湯槽６０の水の温度は１５℃であるとする。
図２の最も左側の欄は、貯湯槽６０内の水の循環回数を示している。例えば、最初に貯湯槽６０の容積分の水が吸い出され、その全ての水が貯湯槽６０に戻る途中を、１回目の循環と数える。
循環回数の右側の欄、およびさらに右側の欄は、それぞれ給湯熱交熱媒体流出温度と外気熱交熱媒体流入温度を示している。給湯熱交熱媒体流出温度とは、給湯熱交換器２１の熱媒体流路３６から流出した熱媒体の温度、すなわち第２センサ４１によって検出される熱媒体の温度である。外気熱交熱媒体流入温度とは、外気熱交換器２０に流入する熱媒体の温度、すなわち第３センサ４２によって検出される熱媒体の温度である。この熱媒体の温度は、外気よりも低い（１０℃であるとする）。
図２に良く示すように、給湯熱交熱媒体流出温度は、貯湯槽６０の水が１回循環する毎に、６℃高く変更される。例えば、循環回数の１回目では給湯熱交熱媒体流出温度は２２．８℃であり、それが循環回数の２回目では２８．８℃に変更される。給湯熱交熱媒体流出温度の変更は、圧縮機２３の圧縮比を高くする（運転強さを強くする）とともに、減圧弁２４の開度を調整することによって行われる。外気熱交熱媒体流入温度は、循環回数にかかわらず一定である。従って、給湯熱交熱媒体流出温度と外気熱交熱媒体流入温度の差は、循環回数が多くなる毎に６℃ずつ大きくなる。
圧縮機２３の圧縮比を高くするタイミングは、循環毎に行わなくてもよい。貯湯中に、圧縮機の圧縮比を徐々に高くすることもできる。
【００２５】
外気熱交熱媒体流入温度の右側の欄、およびさらに右側の欄は、それぞれ給湯熱交水流入温度と給湯熱交水流出温度を示している。給湯熱交水流入温度とは、貯湯槽６０から吸い出され、給湯熱交換器２１の水流路３８に流入する水の温度である。給湯熱交水流入温度は、第４センサ６１によって検出される。第４センサ６１は、第２流路５４の他端５５の近傍部位に装着されており、給湯熱交換器２１に水が流入する部位（入口部６８）と位置的に離れているが、両者の部位を流れる水の温度差は僅かであるため、その検出値を給湯熱交水流入温度として利用することができる。詳しくは後述するが、第４センサ６１は、貯湯槽６０に給水するときに、その温度を検出するのにも利用される。給湯熱交水流出温度とは、給湯熱交換器２１の水流路３８から流出し、貯湯槽６０に戻る水の温度である。給湯熱交水流出温度は、第６センサ６６によって検出される。
例えば、循環回数の１回目の途中では、貯湯槽６０に入れられていた加熱前の水が給湯熱交換器２１に流入するので、給湯熱交水流入温度は１５℃である。給湯熱交換器２１に流入した水は、加熱されて温度が上昇するので、給湯熱交水流出温度は２１℃になる。循環回数の１回目が終了すると、貯湯槽６０内の水は、全て２１℃になる。そして、循環回数の２回目では、その水が給湯熱交換器２１に流入するので、給湯熱交水流入温度は２１℃になる。
【００２６】
給湯熱交水流入温度と給湯熱交水流出温度の温度差は、循環回数毎に変化しない。例えば、循環回数の１回目においては、給湯熱交水流入温度は１５℃であり、給湯熱交水流出温度は２１℃である。従って、給湯熱交水流入温度と給湯熱交水流出温度の温度差は６℃である。例えば、循環回数の４回目においては、給湯熱交水流入温度は３３℃であり、給湯熱交水流出温度は３９℃である。従って、この場合でも、給湯熱交水流入温度と給湯熱交水流出温度の温度差は６℃である。
循環回数毎に、給湯熱交熱媒体流出温度が６℃ずつ高く変更されることによって、それ毎に給湯熱交水流出温度も６℃ずつ高くなる。例えば、循環回数の２回目では、給湯熱交水流出温度は２７℃であり、それが循環回数の３回目では、それよりも６℃高い３３℃になる。循環回数の５回目が終了すると、貯湯槽６０内の水は全て４５℃になる。
【００２７】
給湯熱交水流出温度の右側の欄には、熱交換量が示されている。熱交換量とは、給湯熱交換器２１で行われた熱媒体と水との熱交換量を意味している。上述したように、給湯熱交水流入温度と給湯熱交水流出温度の温度差は、貯湯槽６０の水の循環回数毎に変化しない。従って、熱交換量も、循環回数の１〜５回目を通じて一定である。
熱交換量（Ｑとする）は、次式で与えられる。
Ｑ＝ｃ×Ｗ×Δｔ；
「ｃ」は水の比熱であり、「ｃ＝４．１９ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ）」である。
「Ｗ」は、給湯熱交換器２１を通過する水の量である。貯湯槽６０の容量は５０リットルなので、「Ｗ＝５０ｋｇ」である。
「Δｔ」は、給湯熱交水流入温度と給湯熱交水流出温度の温度差である。従って、「Δｔ＝６℃」である。
次式から、熱交換量として「１２５７ｋＪ」が求まる。
Ｑ＝４．１９×５０×６＝１２５７ｋＪ；
【００２８】
熱交換量の右側の欄には、圧縮機２３の消費電力（圧縮機消費電力）が、「Ｗｈ」と「ｋＪ」のそれぞれの単位で示されている。この欄で明らかなように、圧縮機消費電力は、貯湯槽６０の水の循環回数が多くなるほど、大きくなっている。圧縮機２３は、循環回数が多くなるほど、その出口温度を高くすることによって給湯熱交水流出温度を上昇させるために、熱媒体をより高圧縮する必要があるからである。
圧縮機消費電力の右側の欄には、ヒートポンプ１２のＣＯＰ（ヒートポンプＣＯＰ）が示されている。ヒートポンプＣＯＰは、熱交換量を圧縮機消費電力で除することによって求まる。例えば、循環回数の３回目では、圧縮機消費電力は「１４０．４ｋＪ」である。熱交換量は「１２５７ｋＪ」であるので、ヒートポンプＣＯＰは次のようになる。
ＣＯＰ（３回目）＝１２５７／１４０．４＝８．９５；
また、熱交換量のトータルは「６２８５ｋＪ」であり、圧縮機消費電力のトータルは「７１２．８ｋＪ」なので、トータルのヒートポンプＣＯＰは、次のようになる。
ＣＯＰ（トータル）＝６２８５／７１２．８＝８．８２；
【００２９】
図３は、給湯熱交熱媒体流出温度（Ｔ１）と外気熱交熱媒体流入温度（Ｔ２）の差（Ｔ１−Ｔ２）とヒートポンプＣＯＰの関係を、グラフとして示したものである。給湯熱交熱媒体流出温度と外気熱交熱媒体流入温度の差が大きいほど、ヒートポンプＣＯＰは低下する。本実施例の給湯装置１０は、貯湯槽６０の水が循環する毎に、圧縮機２３をより高圧縮で運転することによって、給湯熱交熱媒体流出温度を６℃ずつ高くする（段階的に高くする）。このため、循環回数が少ない、すなわち、給湯熱交熱媒体流出温度と外気熱交熱媒体流入温度の差が小さいときには、高いヒートポンプＣＯＰを得ることとができる。従って、図２に示すように、トータルのヒートポンプＣＯＰが「８．８２」であるという優れたエネルギー効率を実現している。
【００３０】
以上説明したように、本発明の給湯装置１０は、貯湯槽６０の水が循環する毎に、給湯熱交熱媒体流出温度と外気熱交熱媒体流入温度の差を大きくし、最終的に４５℃の水を貯湯槽６０に貯える。
これに対して、従来の給湯装置では、貯湯槽内の水の温度を上昇させる過程で、貯湯槽の水を１回以上循環させていない。貯湯槽の水を１回以上循環させていないのは、貯湯槽の上方に高温の温度成層を形成したいからである。従って、例えば、最終的に４５℃の水を貯湯槽に貯える場合、４５℃の温度成層が、貯湯槽内を徐々に降下してゆく。低温の温度成層の上に高温の温度成層を形成しておけば、貯湯槽内の水が全て高温になっていなくても、高温の温度成層を使って給湯することができる。しかしながら、その場合には、４５℃の温度成層を作り出すために、貯湯開始時点から、圧縮機を、図２の循環回数の５回目で行っているように、高圧縮運転する必要がある。従って、ヒートポンプＣＯＰが「５．７２」であるという、低いエネルギー効率に甘んじなければならない。
【００３１】
給湯装置１０が給湯を実行するときの動作を、以下の（１）、（２）、（３）それぞれの場合について説明する。
（１）貯湯槽６０に貯湯されている水（湯）の温度が給湯要求温度よりも高い場合。
図４に示すように、貯湯槽６０には４５℃の水が貯湯されており、給湯要求温度は３８℃であるとする。給湯要求温度は、使用者がリモコン１８を操作することによって設定されている。
第１流路５０には、水道の水圧が加わっている。このため、給湯栓が開けられたり、風呂に湯張りが行われたりすると、第７流路８０から水が流出する。流出した水を補うために、給水部１７の第１流路５０に水が流入する。第１流路５０を流れる水の流量は、流量センサ４５によって検出される。第１流路５０に流入した水は、第２流路５４を流れるとともに、途中で第３流路６２と第６流路７３にも流入する。
第２流路５４を流れ、第３流路６２と第６流路７３に流入しなかった分の水は、貯湯槽６０に給水される。給水される水の温度は、第４センサ６１によって検出される。第２流路５４から貯湯槽６０に給水されることによって、貯湯槽６０の上部から４５℃の水が第５流路７１に送り出される。
【００３２】
一方、第２流路５４から第３流路６２に流入した水は、開かれている第１流量調整弁４８と、駆動されていないポンプ４７を通過する。ヒートポンプ１２は、運転されている。第３流路６２を流れた水は、給湯熱交換器２１を通過することによって加熱され、第４流路６７に流入する。このときに、第４流路６７を流れる水の温度を、給湯要求温度と同じ３８℃になるように調整する。具体的には、第４流路６７に設けられている第６センサ６６の検出温度が、３８℃になるようにする。第４流路６７を流れる水の温度を調整するにあたっては、圧縮機２３の圧縮比と、減圧弁２４の開度と、第１流量調整弁４８の開度を調整する。
貯湯槽６０から送り出されて第５流路７１を流れる４５℃の水に、第４流路６７を流れる３８℃の水が混合する。従って、第５流路７１を流れてバーナー部１５のバーナー熱交換器６９に流入する水の温度は、３８℃〜４５℃の間の値になる。バーナー７８は動作していない。このため、バーナー熱交換器６９から第６流路７３に、３８℃〜４５℃の間の温度の水が流入する。以下、バーナー熱交換器６９から第６流路７３に流入する水を「バーナー流出水」と言う。
バーナー流出水は、第２流路５４から第６流路７３に流入した水（以下、「水道混合水」と言う）と合流し、給湯要求温度である３８℃に調整される。その調整にあたっては、第８センサ７５と第９センサ８１の検出温度に基づいて、第２流量調整弁７６の開度が変化する。３８℃に調整された水は、第７流路８０を流れ、給湯栓や風呂に給湯される。
【００３３】
上述したように、貯湯槽６０から送り出された４５℃の水に、ヒートポンプ１２で加熱された３８℃の水が混合する。このため、貯湯槽６０から送り出される水（湯）の量を節約することができる。ヒートポンプ１２で加熱される水の温度を、３８℃以上にすることもできる。この場合にも、貯湯槽６０から送り出される水の量を節約することができるが、ヒートポンプＣＯＰは低下する。ヒートポンプ１２で加熱される水の温度を、３８℃以下にすることもできる。この場合には、貯湯槽６０から送り出された水と、ヒートポンプ１２で加熱された水とが混合した温度が給湯要求温度より高ければ、貯湯槽６０から送り出される水を節約することができるとともに、ヒートポンプＣＯＰもより高くなる。
【００３４】
第４流路６７の下流端は、第５流路７１の途中に接続されており、そのために、ヒートポンプ１２で加熱された水が貯湯槽６０から送り出された水に合流する。このような構成は、ヒートポンプ１２と貯湯槽６０が並列的に接続されているとみなすこともできる。これに対して、第４流路６７の下流端が貯湯槽６０の上部に接続されていると、ヒートポンプ１２で加熱された水が貯湯槽６０に入り込む。このような構成は、ヒートポンプ１２と貯湯槽６０が直列的に接続されているとみなすこともできる。ヒートポンプ１２と貯湯槽６０が直列的に接続されていると、ヒートポンプ１２で加熱された水の温度が、貯湯槽６０から送り出される水の温度に影響する。つまり、第４流路６６に設けられている第６センサ６６で検出される温度が、貯湯槽６０に設けられている第５センサ７２の検出温度に影響する。従って、貯湯槽６０から送り出される水の温度のコントロールが難しくなる。
本給湯装置１０のように、ヒートポンプ１２と貯湯槽６０が並列的に接続されていると、ヒートポンプ１２で加熱された水の温度と、貯湯槽６０から送り出される水の温度を独立してコントロールすることができる。このため、貯湯槽６０から送り出される水の温度のコントロールが容易になる。
【００３５】
さらには、第４流路６７の下流端が貯湯槽６０の上部に接続されていると、ヒートポンプ１２で加熱された水の温度が、貯湯槽６０に貯湯されている水の温度よりも低い場合、貯湯槽６０内の水の温度が低下する。例えば、ヒートポンプ１２で加熱された水の温度が３８℃であり、貯湯槽６０に貯湯されている水の温度が４５℃であり、給湯要求温度が３８℃であるとする。ヒートポンプ１２で加熱された水が貯湯槽６０に入り込むと、貯湯槽６０上部の水の温度は、３８℃〜４５℃の間の値になる（４０℃になるとする）。貯湯槽６０上部の水の温度が４０℃になっても、その値は給湯要求温度である３８℃よりも高いので、バーナー７８を動作させなくても、給湯要求に対応することができる。すなわち、第２流量調整弁７６の開度を調整し、バーナー７８を出た４０℃の水に水道水を混合させることによって、３８℃の給湯を行うことができる。しかしながら、貯湯槽６０上部の水の温度が、ヒートポンプ１２で加熱された水が入り込むことによって４０℃になっており、給湯要求温度が４２℃である場合には、バーナー７８を動作させない限り、給湯要求温度を満足することができない。バーナー７８を動作させると、給湯装置１０のエネルギー効率が低下してしまう。
これに対して、本給湯装置１０のように、ヒートポンプ１２で加熱された水が貯湯槽６０から送り出された水に合流すると、貯湯槽６０に貯湯されている水の温度が、ヒートポンプ１２で加熱された水の温度によって低下することがない。従って、給湯要求温度が４２℃であっても、貯湯槽６０から送り出される４５℃の水に合流するヒートポンプ１２で加熱された水の温度／流量や、バーナー７８の下流で混合される水道水の温度／流量を調整することによって、それに対応することができる。
【００３６】
（２）貯湯槽６０に貯湯されている水の温度が給湯要求温度よりも低い場合。
図５に示すように、貯湯槽６０には、１５℃の水、すなわち水道水と同温度の水が入れられているとする。このような状態は、貯湯槽６０に貯湯されていた温水（湯）が全て消費されてしまうと発生する。給湯要求温度は、４２℃であるとする。この場合には、第６流路７３に介装されている第２流量調整弁７６を全閉にする。このため、第１流路５０から第２流路５４に流入した水は、貯湯槽６０に給水されるとともに、第３流路６２にも流入する。第２流路５４から貯湯槽６０に給水されることによって、貯湯槽６０から１５℃の水が第５流路７１に送り出される。ヒートポンプ１２は、低圧縮運転（弱く運転）されている。第３流路６２に流入した水は、給湯熱交換器２１を通過することによって加熱されて温度が２１℃になり、第４流路６７に流入する。
なお、ヒートポンプ１２は、高圧縮運転しても、それ自体のみでは給湯要求に応じることができない。上述したように、ヒートポンプ１２は、貯湯槽６０に４５℃の水を貯湯する能力を有しているが、これは時間をかけて貯湯することによって可能になっている。従って、貯湯槽６０に貯湯されている水の温度が給湯要求温度よりも低い場合には、バーナー部１５を動作させる必要がある。
【００３７】
貯湯槽６０から送り出されて第５流路７１を流れる１５℃の水に、第４流路６７を流れる２１℃の水が合流する。従って、第５流路７１を流れてバーナー部１５のバーナー熱交換器６９に流入する水の温度は、１５℃〜２１℃の間の値になる。バーナー７８は、ガスを燃焼することによって、バーナー熱交換器６９を加熱する。その加熱強さが調整されることによって、バーナー流出水の温度は４２℃になる。バーナー流出水は、さらに第７流路８０に流れ込む。よって、第７流路８０から給湯栓等に４２℃の給湯が行われる。
ヒートポンプ１２は、低圧縮運転された状態では、高いヒートポンプＣＯＰを実現できる。従って、バーナー７８を燃焼させる場合であっても、バーナー７８の燃焼のみを行うよりも、それに加えてヒートポンプ１２を高いヒートポンプＣＯＰで運転する方が、トータルとして給湯装置１０のエネルギー効率を向上させることができる。
【００３８】
（３）バーナー７８がミニマム燃焼して貯湯槽６０から送り出される水を加熱すると、バーナー流出水の温度が給湯要求温度を超えてしまう場合。
バーナー７８がミニマム燃焼するとバーナー流出水の温度が給湯要求温度を超えてしまう事象は、貯湯槽６０に貯湯されている水の温度が給湯要求温度よりも僅かに低い場合に発生する。「ミニマム燃焼」とは、バーナー７８が最も弱く燃焼している状態を言う。
図６に示すように、貯湯槽６０には、３８℃の水が貯湯されており、給湯要求温度は４２℃であるとする。貯湯槽６０に貯湯されている水の温度が給湯要求温度よりも低いので、バーナー７８を燃焼させなければならない。
【００３９】
バーナー７８がミニマム燃焼すると、バーナー流出水の温度が給湯要求温度を超える場合には、第６流路７３に介装されている第２流量調整弁７６を開く。従って、第１流路５０から第２流路５４に流入した水は、途中で第３流路６２と第６流路７３にも流入する。ヒートポンプ１２は低圧縮運転されている。第３流路６２に流入した水は、給湯熱交換器２１を通過することによって加熱されて温度が２１℃になり、第４流路６７に流入する。
第４流路６７を通過した水は、第５流路７１で貯湯槽６０から送り出された３８℃の水に合流する。従って、第５流路７１を流れてバーナー部１５のバーナー熱交換器６９に流入する水の温度は、２１℃〜３８℃の間の値になる。ここでは、バーナー熱交換器６９に流入する水の温度は、３５℃であるとする。バーナー熱交換器６９がバーナー７８に加熱されることによって、バーナー流出水の温度は４５℃になる。バーナー流出水は、水道混合水と混合する。水道混合水の量は、第２流量調整弁７６によって調整されている。バーナー流出水と水量が調整された水道混合水が混合することによって、第７流路８０から給湯栓等に４２℃の給湯が行われる。
【００４０】
第７流路８０から給湯される水量は、給湯栓の開度や、風呂への湯張り量によって規制されている。従って、バーナー流出水の水量よりも、水道混合水の水量をできるだけ多くした方が、貯湯槽６０から送り出される水量を節約することができる。
上述したように、ヒートポンプ１２を低圧縮運転することによって、貯湯槽６０から送り出された３８℃の水に２１℃の水を混合することができる。従って、水道水の温度である１５℃の水を混合するよりも、バーナー部１５に流入する水の温度が高くなる。このため、バーナー流出水の温度も高くなる。よって、給湯要求温度である４２℃を維持するためには、水道混合水の水量をより多くしなければならない。よって、貯湯槽６０から送り出される水の量を節約することができる。ヒートポンプ１２をより高圧縮運転すると、ヒートポンプＣＯＰは低下するが、貯湯槽６０から送り出される水量を節約することができる。
【００４１】
（第２実施例）
本発明の給湯装置に係る他の一つの実施例について、図面を参照しながら説明する。
第１実施例の給湯装置１０と同様の部位については、同一の参照符号を付して、説明を省略する。
【００４２】
図７に示すように、給湯装置１１０は、ヒートポンプ１１２、給水部１１７、貯湯部１１４、バーナー部１１５、コントローラ１６等を備えている。
【００４３】
ヒートポンプ１１２は、外気熱交換器（第１熱交換器）２０、圧縮機２３、給湯熱交換器（第２熱交換器）２１、減圧弁２４、第１循環往路１３０、第２循環往路１３２、循環復路３１等を有している。
【００４４】
第１循環往路１３０は、外気熱交換器２０の熱媒体流路２７の出口部３２と、バーナー部１１５に設けられている第３バーナー熱交換器１３８（後述する）の一端１３４とを接続している。第２循環往路１３２は、第３バーナー熱交換器１３８の他端１３６と、給湯熱交換器２１の熱媒体流路３６の入口部３３とを接続している。圧縮機２３が、第２循環往路１３２に介装されており、外気熱交換器２０、第３バーナー熱交換器１３８を順に経由した熱媒体を圧縮し、給湯熱交換器２１に送り込む。第１センサ３７が第１循環往路１３０に装着されており、外気熱交換器２０から流出した熱媒体の温度を検出する。
【００４５】
給水部１１７は、第１流路５０、流量センサ４５、第２流路１５４、第８流路１５６、逃がし弁４６、第４センサ６１を備えている。
第１流路５０の一端５１には、上水道から水道水が供給されている。第１流路５０の他端５３は、第２流路１５４の途中に接続されている。
第２流路１５４の一端１５２には、逃がし弁４６が取り付けられている。第２流路１５４の他端は、第２バーナー熱交換器１６２（後述する）の一端１５８に接続されている。第８流路１５６は、第２バーナー熱交換器１６２の他端１６０と、貯湯槽６０の下端部とを接続している。逃がし弁４６は、第２流路１５４内の水圧が所定値以上になったときに開き、第２流路１５４内の圧力を外部に開放する。逃がし弁４６が設けられていることによって、第２流路１５４に第２バーナー熱交換器１６２、第８流路１５６を経由して連通している貯湯槽６０の内圧が過大になるのが防止されている。第４センサ６１は、第８流路１５６を流れる水の温度を検出する。
【００４６】
貯湯部１１４は、貯湯槽６０、第５センサ７２、第１流量調整弁４８、第３流路６２、ポンプ４７、第４流路６７、第６センサ６６、第５流路７１、第７センサ６５、第６流路７３、第８センサ７５、第２流量調整弁７６、第７流路８０、第９センサ８１等を備えている。
第３流路６２は、第２流路１５４の途中の部位と、給湯熱交換器２１の水流路３８の入口部６８とを接続している。
【００４７】
第５流路７１は、貯湯槽６０の上端部と、バーナー部１１５に設けられている第１バーナー熱交換器１６９（後述する）の一端１６３を接続している。
第６流路７３は、バーナー部１１５の第１バーナー熱交換器１６９の他端１６４と、第２流路１５４の途中であって、第３流路６２が接続されているのと同じ部位に連通している。第８センサ７５は、第１バーナー熱交換器１６９の他端１６４近傍の第６流路７３に装着されており、その内部を流れる水の温度を検出する。
【００４８】
バーナー部１１５は、第１バーナー熱交換器１６９、第２バーナー熱交換器１６２（第４熱交換器）、第３バーナー熱交換器１３８（第３熱交換器）、バーナー７８、バーナーファン７９を備えている。
バーナー７８は、ガスを燃焼することによって、第１バーナー熱交換器１６９を流れる水を加熱する。バーナーファン７９は、バーナー７８に燃焼用の空気を送風する。
【００４９】
バーナー７８が第１バーナー熱交換器１６９を流れる水を加熱する際に生じる燃焼ガスは、第１バーナー熱交換器１６９の上方に設けられた第２バーナー熱交換器１６２へ導かれ、第２バーナー熱交換器１６２を流れる水と熱交換する。第２バーナー熱交換器１６２における熱交換によって、第２バーナー熱交換器１６２を流れる水は加熱され、燃焼ガスは冷却される。
第２バーナー熱交換器１６２で水と熱交換した燃焼ガスは、第２バーナー熱交換器１６２の上方に設けられた第３バーナー熱交換器１３８へ導かれ、第３バーナー熱交換器１３８を流れる熱媒体と熱交換する。第３バーナー熱交換器１３８における熱交換によって、第３バーナー熱交換器１３８を流れる熱媒体は加熱され、燃焼ガスはさらに冷却される。
第３バーナー熱交換器１３８で熱媒体と熱交換した燃焼ガスは、給湯装置１１０の外部へ排出される。
【００５０】
給湯装置１１０の動作について説明する。
ヒートポンプ１１２の外気熱交換器２０の熱媒体流路２７には、循環復路３１から液体状の熱媒体が流入する。熱媒体流路２７を流れる熱媒体は、外気から吸熱することによって蒸発する。熱媒体（ＨＦＣ）の蒸発温度は１０℃である。よって、熱媒体流路２７を流出する熱媒体の温度は１０℃になる。
外気熱交換器２０の熱媒体流路２７を流出した熱媒体は、第１循環往路１３０を経由して第３バーナー熱交換器１３８へ流入する。バーナー部１１５が動作している場合、すなわちバーナー７８が燃焼し、バーナーファン７９が駆動している場合には、バーナー７８の燃焼ガスとの熱交換によって、第３バーナー熱交換器１３８を流れる熱媒体は加熱される。バーナー部１１５が動作していない場合、すなわちバーナー７８が燃焼しておらず、バーナーファン７９が駆動していない場合には、第３バーナー熱交換器１３８では熱交換が行われず、第３バーナー熱交換器１３８は単なる熱媒体の流路として機能する。第３バーナー熱交換器１３８を流出した熱媒体は、第２循環往路１３２を流れるとともに、圧縮機２３によって圧縮される。圧縮機２３で圧縮された熱媒体は、ガス状のままさらに温度が高くなる。さらに温度が高くなった熱媒体は、給湯熱交換器２１の熱媒体流路３６に流入する。給湯熱交換器２０の水流路３８には、熱媒体流路３６を通過する熱媒体よりも低温の水が流れている。熱媒体流路３６を通過する熱媒体は、水流路３８を通過する水に冷却されて（熱交換を行って）、ガス状から液体状に変化する。水流路３８を通過する水は、熱媒体流路３６を通過する熱媒体に加熱されて温度が高くなる。
熱媒体流路３６を流出した液体状の熱媒体は、循環復路３１を流れる。循環復路３１を流れる熱媒体は、減圧弁２４を通過することによって膨張する（圧力が低くなる）。膨張した熱媒体は、温度が低下する。そして、熱媒体は、循環復路３１から外気熱交換器２０の熱媒体流路２７に流入する。
コントローラ１６は、センサ３７、４１、４２が検出した熱媒体温度に基づいて、熱交換ファン２２、圧縮機２３、減圧弁２４を制御することによって、センサ３７、４１、４２が設けられている部位の熱媒体温度を、所望の値に調整する。
【００５１】
貯湯槽６０に貯湯する動作について、図７を用いて説明する。このときには、給湯栓が開かれたり、風呂への湯張り等が行われていない。すなわち第７流路８０を通過して水が給湯装置１１０の外部に流出していないものとする。また、このときには、バーナー７８は燃焼しておらず、バーナーファン７９も駆動していない。従って、第２バーナー熱交換器１６２や第３バーナー熱交換器１３８では、熱交換が行われない。第２バーナー熱交換器１６２は単なる水の流路として機能し、第３バーナー熱交換器１３８は単なる熱媒体の流路として機能する。
【００５２】
貯湯部１１４の第１流量調整弁４８が開くとともにポンプ４７が駆動されると、貯湯槽６０の下部から第８流路１５６に水が汲出される。第８流路１５６に汲出された水は、バーナー部１１５の第２バーナー熱交換器１６２を通過して、第２流路１５４に流入する。第２流路１５４に流入した水は、第３流路６２を通過して給湯熱交換器２０の水流路３８に流入する。水流路３８を通過する水は、熱媒体流路３６を流れている高温の熱媒体によって加熱されて温度が上昇する。温度が上昇した水は、第４流路６７を流れ、第５流路７１の一部を経由して貯湯槽６０の上部に戻る。貯湯槽６０から吸い出された水が給湯熱交換器２０を通過することによって温度が上昇し、貯湯槽６０に戻される循環が繰り返されることにより、貯湯槽６０に高温水（湯）が貯湯される。
【００５３】
給湯装置１１０が給湯を実行するときの動作を、以下の（１）、（２）、（３）それぞれの場合について説明する。
（１）貯湯槽６０に貯湯されている水（湯）の温度が給湯要求温度よりも高い場合。
図８に示すように、貯湯槽６０には４５℃の水が貯湯されており、給湯要求温度は３８℃であるとする。
第１流路５０には、水道の水圧が加わっている。このため、給湯栓が開けられたり、風呂に湯張りが行われたりすると、第７流路８０から水が流出する。流出した水を補うために、給水部１１７の第１流路５０に水が流入する。第１流路５０を流れる水の流量は、流量センサ４５によって検出される。第１流路５０に流入した水は、第２流路１５４を流れるとともに、途中で第３流路６２と第６流路７３にも流入する。
第２流路１５４を流れ、第３流路６２と第６流路７３に流入しなかった分の水は、第２バーナー熱交換器１６２、第８流路１５６を経由して、貯湯槽６０に給水される。ここでも、バーナー７８は燃焼しておらず、バーナーファン７９は駆動していないため、第２バーナー熱交換器１６２では熱交換が行われず、第２バーナー熱交換器１６２は単なる水の流路として機能する。貯湯槽６０へ給水される水の温度は、第４センサ６１によって検出される。第２流路１５４から第２バーナー熱交換器１６２、第８流路１５６を経て貯湯槽６０に給水されることによって、貯湯槽６０の上部から４５℃の水が第５流路７１に送り出される。
【００５４】
一方、第２流路１５４から第３流路６２に流入した水は、開かれている第１流量調整弁４８と、駆動されていないポンプ４７を通過する。ヒートポンプ１１２は、運転されている。第３流路６２を流れた水は、給湯熱交換器２１を通過することによって加熱され、第４流路６７に流入する。このときに、第４流路６７を流れる水の温度を、給湯要求温度と同じ３８℃になるように調整する。具体的には、第４流路６７に設けられている第６センサ６６の検出温度が、３８℃になるようにする。第４流路６７を流れる水の温度を調整するにあたっては、圧縮機２３の圧縮比と、減圧弁２４の開度と、第１流量調整弁４８の開度を調整する。
貯湯槽６０から送り出されて第５流路７１を流れる４５℃の水に、第４流路６７を流れる３８℃の水が混合する。従って、第５流路７１を流れてバーナー部１１５の第１バーナー熱交換器１６９に流入する水の温度は、３８℃〜４５℃の間の値になる。バーナー７８は動作していない。このため、第１バーナー熱交換器１６９から第６流路７３に、３８℃〜４５℃の間の温度の水が流入する。以下、第１バーナー熱交換器１６９から第６流路７３に流入する水を「バーナー流出水」と言う。
バーナー流出水は、第２流路１５４から第６流路７３に流入した水（以下、「水道混合水」と言う）と合流し、給湯要求温度である３８℃に調整される。その調整にあたっては、第８センサ７５と第９センサ８１の検出温度に基づいて、第２流量調整弁７６の開度が変化する。３８℃に調整された水は、第７流路８０を流れ、給湯栓や風呂に給湯される。
【００５５】
本実施例の給湯装置１１０においても、第１実施例の給湯装置１０と同様に、貯湯槽６０から送り出される水（湯）の量を節約することができる。ヒートポンプ１１２で加熱される水の温度を給湯要求温度以上として、貯湯槽６０から送り出される水の量をさらに節約することもできる。ヒートポンプ１１２で加熱される水の温度を給湯要求温度以下として、貯湯槽６０から送り出される水を節約しながら、ヒートポンプＣＯＰを向上することもできる。
【００５６】
本実施例の給湯装置１１０においても、第１実施例の給湯装置１０と同様に、ヒートポンプ１１２と貯湯槽６０が並列的に接続されているとみなすことができる。
本給湯装置１１０のように、ヒートポンプ１１２と貯湯槽６０が並列的に接続されていると、ヒートポンプ１１２で加熱された水の温度と、貯湯槽６０から送り出される水の温度を独立してコントロールすることができる。このため、貯湯槽６０から送り出される水の温度のコントロールが容易になる。
【００５７】
本実施例の給湯装置１１０においても、第１実施例の給湯装置１０と同様に、ヒートポンプ１１２で加熱された水は、貯湯槽６０の上部に流入することなく、貯湯槽６０から送り出された水と合流する。このような構成とすることによって、貯湯槽６０に貯湯されている水の温度が、ヒートポンプ１１２で加熱された水の温度によって低下することがない。
【００５８】
（２）貯湯槽６０に貯湯されている水の温度が給湯要求温度よりも低い場合。
図９に示すように、貯湯槽６０には、１５℃の水、すなわち水道水と同温度の水が入れられているとする。このような状態は、貯湯槽６０に貯湯されていた温水（湯）が全て消費されてしまうと発生する。給湯要求温度は、４２℃であるとする。この場合には、第６流路７３に介装されている第２流量調整弁７６を全閉にする。このため、第１流路５０から第２流路１５４に流入した水は、第２バーナー熱交換器１６２に流入するとともに、第３流路６２にも流入する。
貯湯槽６０に貯湯されている水の温度が給湯要求温度よりも低い場合には、給湯要求温度の水を給湯するために、バーナー部１１５を動作させる必要がある。従って、バーナー７８が燃焼し、バーナーファン７９が駆動される。第２バーナー熱交換器１６２に流入した水は、バーナー７８の燃焼ガスによって加熱される。本実施例では、一例として、第２バーナー熱交換器１６２での加熱によって水は１７℃まで加熱されるものとする。第２バーナー熱交換器１６２で加熱された水は、第８流路１５６を経由して、貯湯槽６０の下部に供給される。第８流路１５６から貯湯槽６０に給水されることによって、貯湯槽６０の上部から１５℃の水が第５流路７１に送り出される。ヒートポンプ１１２は、低圧縮運転（弱く運転）されている。第３流路６２に流入した水は、給湯熱交換器２１を通過することによって加熱されて温度が２１℃になり、第４流路６７に流入する。
【００５９】
貯湯槽６０から送り出されて第５流路７１を流れる１５℃の水に、第４流路６７を流れる２１℃の水が合流する。従って、第５流路７１を流れてバーナー部１１５の第１バーナー熱交換器１６９に流入する水の温度は、１５℃〜２１℃の間の値になる。バーナー７８は、ガスを燃焼することによって、第１バーナー熱交換器１６９を加熱する。その加熱強さが調整されることによって、バーナー流出水の温度は４２℃になる。バーナー流出水は、さらに第７流路８０に流れ込む。よって、第７流路８０から給湯栓等に４２℃の給湯が行われる。
【００６０】
本実施例の給湯装置１１０では、ヒートポンプ１１２において、外気熱交換器２０から流出した熱媒体は、バーナー部１１５の第３バーナー熱交換器１３８で燃焼ガスによって加熱された後に、圧縮機２３によって圧縮される。従って、圧縮機２３における圧縮比を低くしても、高温の熱媒体を給湯熱交換器２１へ供給することができる。従って、第１実施例の給湯装置１０に比べて、より高いヒートポンプＣＯＰを実現することができる。
【００６１】
本実施例の給湯装置１１０では、貯湯槽６０へ給水される水を、予め第２バーナー熱交換器１６２で加熱しておくことができる。これによって、バーナー７８の燃焼ガスに含まれる熱を回収して、貯湯槽６０に蓄えることができる。回収された熱を貯湯槽６０へ蓄えることで、バーナー７８で必要とされる火力を軽減し、第１実施例の給湯装置１０に比べて、システム全体での熱効率を向上することができる。
【００６２】
本実施例の給湯装置１１０では、バーナー７８が第１バーナー熱交換器１６９を加熱した際に生じる燃焼ガスは、第２バーナー熱交換器１６２、第３バーナー熱交換器１３８を順に経由して、給湯装置１１０の外部へ排出される。第２バーナー熱交換器１６２に流入する水は水道から供給されており、その温度は１５℃である。第３バーナー熱交換器１３８へ流入する熱媒体は、外気熱交換器２０で加熱されたものであり、その温度は１０℃である。本実施例の給湯装置１１０では、バーナー７８が第１バーナー熱交換器１６９を加熱した際に生じる高温の燃焼ガスは、先ず第２バーナー熱交換器１６２で水と熱交換して、水を加熱する。水との熱交換によって冷却された燃焼ガスは、次いで第３バーナー熱交換器１３８で熱媒体と熱交換して、熱媒体を加熱する。第３バーナー熱交換器１３８を流れる熱媒体は、第２バーナー熱交換器１６２を流れる水より低温であるから、第２バーナー熱交換器１６２で冷却された燃焼ガスを用いて第３熱交換器１３８で熱媒体を加熱することができる。熱媒体との熱交換によってさらに冷却された燃焼ガスは、給湯装置１１０の外部へ排出される。このように、バーナー７８の燃焼ガスを、まず貯湯槽６０へ給水される水と熱交換させて、次いでヒートポンプ１１２の熱媒体と熱交換させる構成とすることで、燃焼ガスから多くの熱量を回収することが可能となり、システムの熱効率がさらに向上する。
【００６３】
（３）バーナー７８がミニマム燃焼して貯湯槽６０から送り出される水を加熱すると、バーナー流出水の温度が給湯要求温度を超えてしまう場合。
図１０に示すように、貯湯槽６０には、３８℃の水が貯湯されており、給湯要求温度は４２℃であるとする。貯湯槽６０に貯湯されている水の温度が給湯要求温度よりも低いので、バーナー７８を燃焼させなければならない。
【００６４】
バーナー７８がミニマム燃焼すると、バーナー流出水の温度が給湯要求温度を超える場合には、第６流路７３に介装されている第２流量調整弁７６を開く。従って、第１流路５０から第２流路１５４に流入した水は、途中で第３流路６２と第６流路７３にも流入する。ヒートポンプ１１２は低圧縮運転されている。第３流路６２に流入した水は、給湯熱交換器２１を通過することによって加熱されて温度が２１℃になり、第４流路６７に流入する。
第４流路６７を通過した水は、第５流路７１で貯湯槽６０から送り出された３８℃の水に合流する。従って、第５流路７１を流れてバーナー部１１５の第１バーナー熱交換器１６９に流入する水の温度は、２１℃〜３８℃の間の値になる。ここでは、第１バーナー熱交換器１６９に流入する水の温度は、３５℃であるとする。第１バーナー熱交換器１６９がバーナー７８に加熱されることによって、バーナー流出水の温度は４５℃になる。バーナー流出水は、水道混合水と混合する。水道混合水の量は、第２流量調整弁７６によって調整されている。バーナー流出水と水量が調整された水道混合水が混合することによって、第７流路８０から給湯栓等に４２℃の給湯が行われる。
【００６５】
第７流路８０から給湯される水量は、給湯栓の開度や、風呂への湯張り量によって規制されている。従って、バーナー流出水の水量よりも、水道混合水の水量をできるだけ多くした方が、貯湯槽６０から送り出される水量を節約することができる。
【００６６】
上述したように、ヒートポンプ１１２を低圧縮運転することによって、貯湯槽６０から送り出された３８℃の水に２１℃の水を混合することができる。従って、水道水の温度である１５℃の水を混合するよりも、バーナー部１１５に流入する水の温度が高くなる。このため、バーナー流出水の温度も高くなる。よって、給湯要求温度である４２℃を維持するためには、水道混合水の水量をより多くしなければならない。よって、貯湯槽６０から送り出される水の量を節約することができる。ヒートポンプ１１２をより高圧縮運転すると、ヒートポンプＣＯＰは低下するが、貯湯槽６０から送り出される水量を節約することができる。
【００６７】
この場合でも、本実施例の給湯装置１１０では、ヒートポンプ１１２において、外気熱交換器２０から流出した熱媒体は、バーナー部１１５の第３バーナー熱交換器１３８で燃焼ガスによって加熱された後に、圧縮機２３によって圧縮される。従って、圧縮機２３における圧縮比を低くしても、高温の熱媒体を給湯熱交換器２１へ供給することができる。従って、第１実施例の給湯装置１０に比べて、より高いヒートポンプＣＯＰを実現することができる。
【００６８】
この場合でも、本実施例の給湯装置１１０では、貯湯槽６０へ給水される水を、予め第２バーナー熱交換器１６２で加熱しておくことができる。これによって、バーナー７８の燃焼ガスに含まれる熱を回収して、貯湯槽６０に蓄えることができる。回収された熱を貯湯槽６０へ蓄えることで、バーナー７８で必要とされる火力を軽減し、第１実施例の給湯装置１０に比べて、システム全体での熱効率を向上することができる。
【００６９】
この場合でも、本実施例の給湯装置１１０では、バーナー７８が第１バーナー熱交換器１６９を加熱した際に生じる燃焼ガスは、第２バーナー熱交換器１６２、第３バーナー熱交換器１３８を順に経由して、給湯装置１１０の外部へ排出される。このように、バーナー７８の燃焼ガスを、まず貯湯槽６０へ給水される水と熱交換させて、次いでヒートポンプ１１２の熱媒体と熱交換させる構成とすることで、燃焼ガスから多くの熱量を回収することが可能となり、システムの熱効率がさらに向上する。
【００７０】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】図１は第１実施例の給湯装置１０の系統図（貯湯中）を示す図である。
【図２】図２は貯湯中における各部位の温度等を示す表である。
【図３】図３はヒートポンプのＣＯＰ特性を示すグラフである。
【図４】図４は第１実施例の給湯装置１０の系統図（貯湯温度＞給湯要求温度）を示す図である。
【図５】図５は第１実施例の給湯装置１０の系統図（貯湯温度＜給湯要求温度）を示す図である。
【図６】図６は第１実施例の給湯装置１０の系統図（バーナーがミニマム燃焼している状態）を示す図である。
【図７】図７は第２実施例の給湯装置１１０の系統図（貯湯中）を示す図である。
【図８】図８は第２実施例の給湯装置１１０の系統図（貯湯温度＞給湯要求温度）を示す図である。
【図９】図９は第２実施例の給湯装置１１０の系統図（貯湯温度＜給湯要求温度）を示す図である。
【図１０】図１０は第２実施例の給湯装置１１０の系統図（バーナーがミニマム燃焼している状態）を示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
１０：給湯装置
１２：ヒートポンプ
１４：貯湯部
１５：バーナー部
１６：コントローラ
１７：給水部
１８：リモコン
２０：外気熱交換器
２１：給湯熱交換器
２２：熱交換ファン
２３：圧縮機
２４：減圧弁
２５：電動モータ
２６：ファン
２７：熱媒体流路
３０：循環往路
３１：循環復路
３２：出口部
３３、３４：入口部
３６：熱媒体流路
３７：第１センサ
３８：水流路
４０：出口部
４１：第２センサ
４２：第３センサ
４５：流量センサ
４６：逃がし弁
４７：ポンプ
４８：第１流量調整弁
５０：第１流路
５１、５２：一端
５３：他端
５４：第２流路
５５：他端
６０：貯湯槽
６１：第４センサ
６２：第３流路
６３：一端
６４：他端
６５：第７センサ
６６：第６センサ
６７：第４流路
６８：入口部
６９：バーナー熱交換器
７０：出口部
７１：第５流路
７２：第５センサ
７３：第６流路
７５：第８センサ
７６：第２流量調整弁
７８：バーナー
７９：バーナーファン
８０：第７流路
８１：第９センサ
１１０：給湯装置
１１２：ヒートポンプ
１１４：貯湯部
１１５：バーナー部
１１７：給水部
１３０：第１循環往路
１３２：第２循環往路
１３４：第３バーナー熱交換器１３８の一端
１３６：第３バーナー熱交換器１３８の他端
１３８：第３バーナー熱交換器
１５２：第２流路１５４の一端
１５４：第２流路
１５６：第８流路
１５８：第２バーナー熱交換器１６２の一端
１６０：第２バーナー熱交換器１６２の他端
１６２：第２バーナー熱交換器
１６３：第１バーナー熱交換器１６９の一端
１６４：第１バーナー熱交換器１６９の他端
１６９：第１バーナー熱交換器
【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】
2006329609.tif 000008
【図７】
2006329609.tif 000009
【図８】
2006329609.tif 000010
【図９】
2006329609.tif 000011
【図１０】
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