(57)【要約】【課題】貯湯部内の温水混合層を活用することで、運転効率の良いヒートポンプ給湯機を提供すること。【解決手段】圧縮機１、放熱器２、減圧装置３、大気熱を吸熱する空気熱交換器４を順次接続した冷媒回路５と、前記放熱器２に接続され、前記放熱器２にて加熱された温水を貯湯する貯湯部６、前記貯湯部６に設けられた複数の残湯センサー（２３、２４、２５、２６）からなる水回路８と、給湯端末１２に混合弁１１を介して接続されるとともに前記貯湯部６の略上部に接続される出湯管９、前記給湯端末１２に前記混合弁１１を介して接続されるとともに前記貯湯部６の前記出湯管９の下方側に接続される中温出湯管１３からなる給湯回路８とを備え、前記貯湯部６内の中温水を積極的に活用することで、沸上時、ヒートポンプの入水温度を下げ、高効率なヒートポンプ給湯運転を行うことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、放熱器、減圧装置、大気熱を吸熱する空気熱交換器を順次接続した冷媒回路と、前記放熱器に接続され、前記放熱器にて加熱された温水を貯湯する貯湯部、前記貯湯部に設けられた複数の残湯センサーからなる水回路と、給湯端末に混合弁を介して接続されるとともに前記貯湯部の略上部に接続される出湯管、前記給湯端末に前記混合弁を介して接続されるとともに前記貯湯部の前記出湯管の下方側に接続される中温出湯管からなる給湯回路と、前記給湯端末に設けられ出湯温度を設定する出湯温度設定装置とを備え、前記給湯端末から給湯が開始された場合、前記出湯温度設定値と、前記貯湯部の前記出湯管接続部近傍に設けられた残湯温度センサーの出力と、前記貯湯部の前記中温出湯管接続部近傍に設けられた残湯温度センサーの出力とを比較し、前記出湯温度設定値が、前記中温出湯管接続部近傍に設けられた残湯温度センサーの出力より低い場合、前記混合弁を前記中温出湯管から給湯するように制御することを特徴とするヒートポンプ給湯機。
【請求項２】
給湯端末の出湯温度設定装置とヒートポンプ給湯機とを有線または無線で接続することで、出湯温度設定値を前記ヒートポンプ給湯機に伝送する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】
二酸化炭素を冷媒として用いることを特徴とする請求項１または２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を利用した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大気から吸熱して水を加熱し給湯を行なっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図４は、上記特許文献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。図４に示すように、圧縮機１、放熱器２、減圧装置３、空気熱交換器４からなる冷媒回路５と、貯湯部６、循環ポンプ７、放熱器２を接続した水回路８、貯湯部６から湯を導く出湯管９と給水管１０は混合弁１１を介して接続され、混合弁１１の出口は給湯端末１２に接続され構成されている。
【特許文献１】特開２０００−２４６４４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の構成では、沸き上げ運転時間の経過とともに貯湯部６内の湯と水の接する部分で湯水混合層が生じ、その層は次第に拡大していく。これは、高温湯と低温水の熱伝導および対流により発生するものであり、高温湯から低温水へ伝熱されその境界部分で高温湯は温度低下し、逆に低温水は温度上昇するためである。
【０００５】
給湯端末１２から給湯を行う場合、出湯管９は貯湯部６の上部に接続されているため、貯湯部６の上部の高温の湯が出湯され、リモコンなどにより設定された温度になるように混合弁１１で市水と混合される。そのため温水混合層が残ってしまう。貯湯部６内の水を沸き上げる場合、温水混合層は市水より温度が高くなるため、ヒートポンプの運転効率が低くなり、温水混合層の量が多いと効率の低い運転時間が長くなるという課題を有していた。
【０００６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、貯湯部内の温水混合層を活用することで、運転効率の良い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】
【０００７】
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、放熱器、減圧装置、大気熱を吸熱する空気熱交換器を順次接続した冷媒回路と、前記放熱器に接続され、前記放熱器にて加熱された温水を貯湯する貯湯部、前記貯湯部に設けられた複数の残湯センサーからなる水回路と、給湯端末に混合弁を介して接続されるとともに前記貯湯部の略上部に接続される出湯管、前記給湯端末に前記混合弁を介して接続されるとともに前記貯湯部の前記出湯管の下方側に接続される中温出湯管からなる給湯回路と、前記給湯端末に設けられ出湯温度を設定する出湯温度設定装置とを備え、前記給湯端末から給湯が開始された場合、前記出湯温度設定値と、前記貯湯部の前記出湯管接続部近傍に設けられた残湯温度センサーの出力と、前記貯湯部の前記中温出湯管接続部近傍に設けられた残湯温度センサーの出力とを比較し、前記出湯温度設定値が、前記中温出湯管接続部近傍に設けられた残湯温度センサーの出力より低い場合、前記混合弁を前記中温出湯管から給湯するように制御することを特徴とするもので、貯湯部に温水混合層が多くある場合、中温出湯管から温水混合層の中温水を出湯し、給湯端末で市水と混合して給湯し、貯湯部の温水混合層の量を低減し、沸上時のヒートポンプ運転の効率低下を防ぐことができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のヒートポンプ給湯機は、貯湯部内の温水混合層を活用することで、中温水の量を低減でき、運転効率の高いヒートポンプ給湯機を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
第１の発明は、圧縮機、放熱器、減圧装置、大気熱を吸熱する空気熱交換器を順次接続した冷媒回路と、前記放熱器に接続され、前記放熱器にて加熱された温水を貯湯する貯湯部、前記貯湯部に設けられた複数の残湯センサーからなる水回路と、給湯端末に混合弁を介して接続されるとともに前記貯湯部の略上部に接続される出湯管、前記給湯端末に前記混合弁を介して接続されるとともに前記貯湯部の前記出湯管の下方側に接続される中温出湯管からなる給湯回路と、前記給湯端末に設けられ出湯温度を設定する出湯温度設定装置とを備え、前記給湯端末から給湯が開始された場合、前記出湯温度設定値と、前記貯湯部の前記出湯管接続部近傍に設けられた残湯温度センサーの出力と、前記貯湯部の前記中温出湯管接続部近傍に設けられた残湯温度センサーの出力とを比較し、前記出湯温度設定値が、前記中温出湯管接続部近傍に設けられた残湯温度センサーの出力より低い場合、前記混合弁を前記中温出湯管から給湯するように制御することを特徴とするヒートポンプ給湯機で、貯湯部に温水混合層が多くある場合、中温出湯管から温水混合層の中温水を出湯し、給湯端末で市水と混合して給湯され、貯湯部の温水混合層の量を低減し、沸上時のヒートポンプ運転の効率低下を防ぐことができる。
【００１０】
第２の発明は、給湯端末の出湯温度設定装置とヒートポンプ給湯機とを有線または無線で接続することで、出湯温度設定値を前記ヒートポンプ給湯機に伝送することを特徴とするもので、ヒートポンプ給湯機と離れた給湯端末においても、出湯温度設定値をヒートポンプに伝送でき、貯湯部の中温水を更に多く利用できる。
【００１１】
第３の発明は、二酸化炭素を冷媒として用いることを特徴とするもので、中温水の沸上時に効率低下の大きい二酸化炭素を冷媒とするヒートポンプ給湯機においても、運転効率の高いヒートポンプ給湯機を提供できる。
【００１２】
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。
【００１３】
（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図を示すものである。上記背景技術で説明した図４と同じ構成部材には、同一符号を用い説明を省略する。
【００１４】
図１において、１３は貯湯部６の略中間部に接続した中温出湯管、出湯管９は前記中温出湯管の上方で前記貯湯部６の略上部に接続され、お互い第１の混合弁１１に接続されている。第１の混合弁１１の出口配管１４は、給水管１０から分岐された市水配管１６と第２の混合弁１５を持つ給湯端末１２に接続され、以上より給湯回路１７を構成している。
【００１５】
３１は貯湯部６の下部から水回路８に供給される水温を検出する入水温度センサー、３２は放熱器２で加熱された水の温度を検出する給湯温度センサー、２３〜２６は貯湯部６の残湯量を検出する複数の残湯温度センサー、２７は第１の混合弁１１の出湯温度を検出する第１の出湯温度センサー、２８は第２の混合弁１５の出湯温度を設定する出湯温度設定装置と出湯温度を検出する第２の出湯温度センサーである。また、給湯端末１２の出湯温度設定装置２８とヒートポンプ給湯機は無線で接続され、給湯端末１２の出湯温度設定値をヒートポンプ給湯機に伝送することができる。
【００１６】
以上のように構成されたヒートポンプ給湯機について、以下その動作、作用を説明する。
【００１７】
まず、貯湯運転信号により、冷媒回路５が運転され、冷媒は圧縮機１で圧縮され高温高圧となり、水を放熱器２で加熱することにより放熱し、減圧装置３により低温低圧となり、空気熱交換器４により大気から吸熱し蒸発し、圧縮機１に戻る。また、水回路８では、貯湯部６の下部から循環ポンプ７により放熱器２に水が供給され、放熱器２で加熱される。そして、加熱され高温となった湯は、貯湯部６の上部に流入し、上部から次第に貯湯されていく。そして、貯湯部６に湯がいっぱいになり沸き上げ運転完了近くになると、湯水混合層が放熱器２に流入し、放熱器２の入口水温は上昇する。入水温度センサー３１により放熱器２の入口水温が第１の設定値（例えば５５℃）に達したことを検知し、圧縮機１の運転を停止する。
【００１８】
通常、給湯端末１２から供給される湯温は４５℃以下であるが、貯湯運転では、水回路８の加熱温度を６０℃以上として貯湯部６への蓄熱量を増加させることにより、貯湯部６の容量を少なくし、貯湯部６を小型とすることができる。
【００１９】
なお、給湯端末１２から４５℃で給湯する場合、市水温度は季節により変動するため、市水温度と外気温度によりヒートポンプ給湯機の加熱必要能力は変化する。
【００２０】
そのため、室外気温や市水温度により水回路８の加熱温度を６０℃から９０℃に変化させて、貯湯部６への蓄熱量を変化させる。特に冬期は市水温度が低下し、さらに室外気温が低下するため、ヒートポンプ給湯機の加熱能力が低下するため、水回路８の加熱温度を高くして、貯湯部６への蓄熱量を増加させる必要がある。
【００２１】
次に、給湯端末１２が開かれ給湯する時に、出湯温度設定装置２８の出湯温度設定値と、出湯管９が接続された位置にある貯湯部６の残湯温度センサー２３の出力と、中温出湯管１３が接続された位置にある貯湯部６の残湯温度センサー２４の出力を比較し、出湯温度設定装置２８の出湯温度設定値が、中温出湯管１３が接続された位置の貯湯部６の残湯温度センサー２４の出力より低い場合、第１の混合弁を中温出湯管１３から給湯するように制御する。その結果、第１の混合弁１１の出口配管１４には、中温出湯管１３から湯が供給され、第２の混合弁１５で出湯温度設定装置２８の出湯温度設定値になるように、市水配管１６から供給される低温の市水と混合され、給湯端末１２から出湯される。
【００２２】
次に、出湯温度設定装置２８の出湯温度設定値と、出湯管９が接続された位置にある貯湯部６の残湯温度センサー２３の出力と、中温出湯管１３が接続された位置にある貯湯部６の残湯温度センサー２４の出力を比較し、出湯温度設定装置２８の出湯温度設定値が、中温出湯管１３が接続された位置の貯湯部６の残湯温度センサー２４の出力より高く、出湯管９が接続された位置にある貯湯部６の残湯温度センサー２３の出力より低い場合、第１の混合弁で、出湯温度設定装置２８の出湯温度設定値より一定値高い温度（例えば出湯温度設定値＋２deg）になるように出湯管９からの高温の湯と中温出湯管１３からの中温水を混合する。そして、第２の混合弁１５で出湯温度設定装置２８の出湯温度設定値になるように、市水配管１６から供給される低温の市水と混合され、給湯端末１２から出湯される。その結果、貯湯層内の温水混合層の中温水は、給湯端末１２から出湯される毎に使用され、温水混合層の中温水は少なくなる。したがって、沸上時、貯湯部６から放熱器に流入する水温を低下させることができるのでヒートポンプ運転の効率低下を防ぐことができる。
【００２３】
図２は、本発明の第１の実施の他の形態におけるヒートポンプ給湯機の構成図を示すものである。上記背景技術で説明した図４および図１と同じ構成部材には、同一符号を用い
説明を省略する。
【００２４】
図２において、１８は給水管１０から分岐された市水配管、第１の混合弁１１の出口配管１４~分岐された配管と市水配管１８は風呂混合弁１９を介して接続され、風呂浴槽２０に接続されている。２９は風呂浴槽２０に供給される水温を検出する風呂給湯温度センサーである。
【００２５】
以上のように構成されたヒートポンプ給湯機について、以下その動作、作用を説明する。まず、通常の運転については、図１で示したヒートポンプ給湯機の動作と同じであるので省略する。
【００２６】
風呂注湯の場合は、リモコンなどにより設定された風呂温度設定値と、出湯管９が接続された位置にある貯湯部６の残湯温度センサー２３の出力と、中温出湯管１３が接続された位置にある貯湯部６の残湯温度センサー２４の出力を比較し、風呂温度設定値が、中温出湯管１３が接続された位置の貯湯部６の残湯温度センサー２４の出力より低い場合、第１の混合弁を中温出湯管１３から給湯するように制御する。その結果、第１の混合弁１１の出口配管１４には、中温出湯管１３から湯が供給され、風呂混合弁１９で風呂温度設定値になるように、市水配管１８から供給される低温の市水と混合され、風呂浴槽２０に注湯される。
【００２７】
次に、風呂温度設定値と、出湯管９が接続された位置にある貯湯部６の残湯温度センサー２３の出力と、中温出湯管１３が接続された位置にある貯湯部６の残湯温度センサー２４の出力を比較し、風呂温度設定値が、中温出湯管１３が接続された位置の貯湯部６の残湯温度センサー２４の出力より高く、出湯管９が接続された位置にある貯湯部６の残湯温度センサー２３の出力より低い場合、第１の混合弁で、風呂温度設定値より一定値高い温度（例えば風呂温度設定値＋２deg）になるように出湯管９からの高温の湯と中温出湯管１３からの中温水を混合する。そして、風呂混合弁１９で風呂温度設定値になるように、市水配管１８から供給される低温の市水と混合され、風呂浴槽２０に注湯される。その結果、貯湯層内の温水混合層の中温水は、風呂注湯に使用され、温水混合層の中温水は少なくなる。したがって、沸上時、貯湯部６から放熱器に流入する水温を低下させることができるのでヒートポンプ運転の効率低下を防ぐことができる。
【００２８】
なお、中温出湯管１３は、本実施の形態においては、貯湯部６の略中間部に接続してあるが、例えば、貯湯部６の下部から全長の２／３や１／３の位置でも、また複数設けてもよい。
【００２９】
（実施の形態２）
図３は、本発明の第２の実施の形態のヒートポンプ給湯機の構成図である。図１および図４と同じ構成部材には同一符号を用い説明を省略する。
【００３０】
図３において、２１は第３の混合弁で、第３の混合弁２１の出口配管２２は給水管１０から分岐された市水配管１６と第２の混合弁１５を持つ給湯端末１２に接続されている。３３は第３の混合弁２１の出湯温度を検出する第３の出湯温度センサーである。
【００３１】
以上のように構成されたヒートポンプ給湯機について、以下その動作、作用を説明する。まず、通常の運転については、図１で示したヒートポンプ給湯機の動作と同じであるので省略する。
【００３２】
次に、給湯端末１２が開かれ給湯する時は、出湯温度設定装置２８の出湯温度設定値と、出湯管９が接続された位置にある貯湯部６の残湯温度センサー２３の出力と、中温出湯
管１３が接続された位置にある貯湯部６の残湯温度センサー２４の出力を比較し、出湯温度設定装置２８の出湯温度設定値が、中温出湯管１３が接続された位置の貯湯部６の残湯温度センサー２４の出力より低い場合、第１の混合弁を中温出湯管１３から給湯するように制御する。その結果、第１の混合弁１１の出口配管１４には、中温出湯管１３から湯が供給される。さらに、リモコンで設定された出湯温度設定値と出湯温度設定装置２８の出湯温度設定値を比較し、出湯温度設定装置２８の出湯温度設定値が低い場合、第３の混合弁２１では、出湯温度設定装置２８の出湯温度設定値を選択し、市水配管１６から供給される低温の市水と混合し、設定温度になるように制御する。そして、第２の混合弁１５を通り、給湯端末１２から出湯される。
【００３３】
次に、出湯温度設定装置２８の出湯温度設定値と、出湯管９が接続された位置にある貯湯部６の残湯温度センサー２３の出力と、中温出湯管１３が接続された位置にある貯湯部６の残湯温度センサー２４の出力を比較し、出湯温度設定装置２８の出湯温度設定値が、中温出湯管１３が接続された位置の貯湯部６の残湯温度センサー２４の出力より高く、出湯管９が接続された位置にある貯湯部６の残湯温度センサー２３の出力より低い場合、第１の混合弁で、出湯温度設定装置２８の出湯温度設定値より一定値高い温度（例えば出湯温度設定値＋２deg）になるように出湯管９からの高温の湯と中温出湯管１３からの中温水を混合する。
【００３４】
さらに、リモコンで設定された出湯温度設定値と出湯温度設定装置２８の出湯温度設定値を比較し、出湯温度設定装置２８の出湯温度設定値が低い場合、第３の混合弁２１では、出湯温度設定装置２８の出湯温度設定値を選択し、市水配管１６から供給される低温の市水と混合し、設定温度になるように制御する。そして、第２の混合弁１５を通り、給湯端末１２から出湯される。また、リモコンで設定された出湯温度設定値と出湯温度設定装置２８の出湯温度設定値を比較し、出湯温度設定装置２８の出湯温度設定値が高い場合、第３の混合弁２１では、出湯温度設定装置２８の出湯温度設定値を選択する。そして、第２の混合弁１５で市水配管１６から供給される低温の市水と混合し、設定温度になるように制御し、給湯端末１２から出湯される。
【００３５】
その結果、貯湯層内の温水混合層の中温水は、給湯端末１２から出湯される毎に使用され、温水混合層の中温水は少なくなる。したがって、沸上時、貯湯部６から放熱器に流入する水温を低下させることができるのでヒートポンプ運転の効率低下を防ぐことができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
以上のように、本発明にかかるヒートポンプ給湯機は、効率の高いヒートポンプ運転が可能であるので、家庭用だけでなく産業用のヒートポンプ給湯機等の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ給湯機の構成図
【図２】同他のヒートポンプ給湯機の構成図
【図３】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４】従来のヒートポンプ給湯機の構成図
【符号の説明】
【００３８】
１    圧縮機
２    放熱器
３    減圧装置
４    空気熱交換器
５    冷媒回路
６    貯湯部
７    循環ポンプ
８    水回路
９    出湯管
１０  給水管
１１  第１の混合弁
１２  給湯端末
１３  中温出湯管
１４  第１の混合弁の出口配管
１５  第２の混合弁
１６  給水管から分岐された市水配管
１７  給湯回路
１８  給水管分岐された市水配管
１９  風呂混合弁
２０  風呂浴槽
２１  第３の混合弁
２２  第３の混合弁の出口配管
２３〜２６  残湯温度センサー
２７  第１の出湯温度センサー、
２８  出湯温度設定装置
２９  風呂給湯温度センサー
３１  入水温度センサー
３２  給湯温度センサー
３３  第３の出湯温度センサー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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