(57)【要約】【課題】貯湯タンク内の中温水を直接ヒートポンプサイクルに有効に利用することで、ヒートポンプサイクルの高効率を実現することができるヒートポンプ給湯機を提供すること。【解決手段】圧縮機１６、放熱器１７、減圧手段１８、蒸発器１９からなる冷媒回路２０と、前記放熱器１７で加熱した温水を貯湯する貯湯タンク１５とを備え、前記貯湯タンク１５内の中間温度域の湯と、前記蒸発器１９内を流れる冷媒とを熱交換する構成を有することを特徴とするヒートポンプ給湯機で、ヒートポンプの効率の低い中温沸き上げを少なくすることができる。また、中温水を直接ヒートポンプサイクルに有効に利用することができるため、貯湯するためのシステム効率を向上することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、放熱器、減圧手段、蒸発器からなる冷媒回路と、前記放熱器で加熱した温水を貯湯する貯湯タンクとを備え、前記貯湯タンク内の中間温度域の湯と、前記蒸発器内を流れる冷媒とを熱交換する構成を有することを特徴とするヒートポンプ給湯機。
【請求項２】
蒸発器の空気の流れ方向の下流に送風手段を設けた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】
蒸発器内を流れる冷媒と熱交換する湯水には、貯湯タンクの高さ方向における中間位置近傍、もしくは、それ以上高い位置に貯湯された湯水を利用する構成とした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】
貯湯タンクに貯湯されている湯水の温度を検出する貯湯タンク水温度検出手段を備え、蒸発器内を流れる冷媒と熱交換する前記貯湯タンク内の湯水の温度が所定温度以上の場合には、前記貯湯タンク内の湯水と、前記蒸発器内を流れる冷媒とを熱交換させない構成としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項５】
貯湯タンクに貯湯されている湯水の温度を検出する貯湯タンク水温度検出手段と外気温検出手段とを備え、蒸発器内を流れる冷媒と熱交換する前記貯湯タンク内の湯水の温度が所定温度以下で、かつ、前記外気温検出手段の検出温度より高い場合には、前記貯湯タンク内の湯水と、前記蒸発器内を流れる冷媒とを熱交換させる構成としたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項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、圧縮機、冷媒対水熱交換器およびヒートポンプ熱交換器を冷媒配管によりループ状に接続してなり、かつ、二酸化炭素を冷媒として用いたヒートポンプ冷媒回路と、貯湯タンク、循環ポンプおよび冷媒対水熱交換器を給湯用水配管によりループ状に接続してなり、貯湯タンク内の底部の水を冷媒対水熱交換器に循環して加熱し、この冷媒対水熱交換器で加熱された湯を貯湯タンクの天部に戻して貯湯タンクに貯留可能とした給湯用水循環回路とを備え、上記貯湯タンク内天部から取り出した高温の湯と、上記貯湯タンク内中間部から取り出した中間温度域の湯と、水道水配管から給水される水道水を利用部へ供給可能に構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３６１０８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の構成では、貯湯タンクの中間部から取り出した中間温度域の湯を有効に利用できるため、無駄に多量の水道水を混合して給湯することを抑えることができるとともに、不要な沸き上げをおさえることができるが、直接ヒートポンプサイクルの高効率を実現することができないという課題を有している。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、貯湯タンク内の中温水を直接ヒートポンプサイクルに有効に利用することで、ヒートポンプサイクルの高効率を実現することができるヒートポンプ給湯機を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記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、減圧手段、蒸発器からなる冷媒回路と、前記放熱器で加熱した温水を貯湯する貯湯タンクとを備え、前記貯湯タンク内の中間温度域の湯と、前記蒸発器内を流れる冷媒とを熱交換する構成を有することを特徴とするもので、貯湯タンク内の中温水を直接ヒートポンプサイクルに有効に利用することで、ヒートポンプサイクルの高効率を実現することができるヒートポンプ給湯機を提供できる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、貯湯タンク内の中温水を直接ヒートポンプサイクルに有効に利用することで、ヒートポンプサイクルの高効率を実現することができるヒートポンプ給湯機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【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概略構成図
【図２】本発明の実施の形態２におけるヒートポンプ給湯機の概略構成図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
第１の発明は、圧縮機、放熱器、減圧手段、蒸発器からなる冷媒回路と、前記放熱器で
加熱した温水を貯湯する貯湯タンクとを備え、前記貯湯タンク内の中間温度域の湯と、前記蒸発器内を流れる冷媒とを熱交換する構成を有することを特徴とするヒートポンプ給湯機で、ヒートポンプの効率の低い中温沸き上げを少なくすることができる。また、中温水を直接ヒートポンプサイクルに有効に利用することができるため、貯湯するためのシステム効率を向上することができる。
【００１０】
第２の発明は、蒸発器の空気の流れ方向の下流に送風手段を設けたことを特徴とするもので、中温水を直接ヒートポンプサイクルに有効に利用するとともに、大気熱を利用した効率のよい冷媒回路とすることができる。
【００１１】
第３の発明は、蒸発器内を流れる冷媒と熱交換する湯水には、貯湯タンクの高さ方向における中間位置近傍、もしくは、それ以上高い位置に貯湯された湯水を利用する構成としたことを特徴とするもので、中温水を的確に直接ヒートポンプサイクルに有効に利用することができる。
【００１２】
第４の発明は、貯湯タンクに貯湯されている湯水の温度を検出する貯湯タンク水温度検出手段を備え、蒸発器内を流れる冷媒と熱交換する前記貯湯タンク内の湯水の温度が所定温度以上の場合には、前記貯湯タンク内の湯水と、前記蒸発器内を流れる冷媒とを熱交換させない構成としたことを特徴とするもので、中温水を的確に直接ヒートポンプサイクルに有効に利用することができる。
【００１３】
第５の発明は、貯湯タンクに貯湯されている湯水の温度を検出する貯湯タンク水温度検出手段と外気温検出手段とを備え、蒸発器内を流れる冷媒と熱交換する前記貯湯タンク内の湯水の温度が所定温度以下で、かつ、前記外気温検出手段の検出温度より高い場合には、前記貯湯タンク内の湯水と、前記蒸発器内を流れる冷媒とを熱交換させる構成としたことを特徴とするもので、中温水を的確に直接ヒートポンプサイクルに有効に利用することができる。
【００１４】
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、本発明の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１５】
（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給湯機の概略構成図を示すものである。
【００１６】
図１において、１５は熱を貯める貯湯タンクで、１６は圧縮機、１７は放熱器、１８は減圧手段、１９は蒸発器であり、２０の冷媒回路を構成している。また、２１は給湯熱交換器であり、放熱器１７と熱交換関係を有する。給湯熱交換器２１および貯湯タンク１５から２２の給湯回路を構成している。また、２３は冷媒回路２０の蒸発器１９と熱交換関係を有する貯湯熱交換器で、貯湯タンク１５と貯湯熱交換器２３で２４の貯湯熱利用回路を構成している。冷媒回路２０、給湯回路２２および貯湯熱利用回路２４のそれぞれの回路は、配管で接続されている。
【００１７】
以上のように構成された給湯機について、以下その動作を説明する。
【００１８】
冷媒回路２０は、圧縮機１６、放熱器１７、減圧手段１８、蒸発器１９が配管で接続されており、冷媒として、例えばＨＦＣ冷媒を使う。なお、二酸化炭素冷媒を使う等、何ら限定しない。
【００１９】
蒸発器１９は、空気が通過することにより大気熱を得て、配管を流れるＨＦＣ冷媒を加熱する。加熱されたＨＦＣ冷媒は蒸発ガス化し、圧縮機１６へ流入する。そして高温高圧
ガスとなったＨＦＣ冷媒は放熱器１７へ流入する。給湯回路２２は、貯湯タンク１５と給湯熱交換器２１が配管で接続されており、貯湯タンク１５にある水が給湯ポンプ２６で循環されている。給湯熱交換器２１は放熱器１７と熱交換関係を有しており、給湯熱交換器２１内の水は温められるとともに、放熱器１７内のＨＦＣ冷媒は熱を奪われ冷やされる。
【００２０】
熱を奪われた放熱器１７内の冷媒は凝縮液化し、さらに減圧手段１８で減圧され冷えたＨＦＣ冷媒として蒸発器１９に流入し、空気が通過することにより、大気熱を得て、再度加熱され蒸発ガス化する。また、給湯熱交換器２１内の温められた水は、貯湯タンク１５に貯められる。
【００２１】
貯湯タンク１５は、高温のお湯として蓄熱する。高温のお湯は、例えば給湯としてお風呂で利用、床暖房等に利用、また、温水を利用した温風暖房などに利用する。なお、貯湯タンク１５は、水以外でも、蓄熱可能なものであれば、何ら限定しない。このように冷媒回路２０および給湯回路２２で、この過程を繰り返すことにより、貯湯タンク１５にある水は高温に沸き上げられる。
【００２２】
次に貯湯熱利用回路２４について説明する。
【００２３】
前日の夜、給湯機としてお風呂を利用し、翌日は朝から再びお風呂を利用する場合、貯湯タンク１５にある水は、例えば３０℃程度の中温で残っている場合がある。また、例えば夏季では、翌日夕方や夜にお風呂を利用する場合でも３０℃程度の中温で残っているときがあり、お風呂として使用するには、この中温水を沸き上げる必要がある。
【００２４】
このように、貯湯タンク１５にある水が中温で、高温に沸き上げる場合について説明する。貯湯熱利用回路２４は、貯湯タンク１５と貯湯熱交換器２３が配管で接続されており、貯湯タンク１５にある水が貯湯ポンプ２８で循環されている。
【００２５】
貯湯タンク１５にある中温水を高温に沸き上げるため、冷媒回路２０で、前述と同様の冷媒回路すなわちヒートポンプの過程を繰り返すが、貯湯熱交換器２３と熱交換関係を有する蒸発器１９は、貯湯熱利用回路２４により、中温水が流れる貯湯熱交換器２３の熱を利用し、例えば、冬季において、大気熱である外気温が２℃、中温水が３０℃のように、大気熱より高い温度を得て、配管を流れるＨＦＣ冷媒をより高い温度で加熱する。より高く加熱されたＨＦＣ冷媒は蒸発ガス化し、圧縮機１６へ流入する。そして高温高圧ガスとなったＨＦＣ冷媒は放熱器１７へ流入していく。また、蒸発器１９によって熱を奪われた貯湯熱交換器２３内の中温水は低温の水、例えば１５℃程度の水となり、貯湯タンク１５に戻る。冷媒回路２０では、前述と同様にこの１５℃程度の低温水をヒートポンプで沸き上げる。
【００２６】
このように貯湯タンク１５にある中温水を高温に沸き上げる場合は、貯湯熱利用回路２４、冷媒回路２０および給湯回路２２で、この過程を繰り返すことにより、高効率で貯湯タンク１５にある中温水は高温に沸き上げられる。
【００２７】
以上のように、ヒートポンプの効率の低い中温沸き上げを少なくすることができる。また、中温水を直接ヒートポンプサイクルに有効に利用することができる。
すなわち、貯湯するためのシステム効率を向上することができる。
【００２８】
また、３０は送風手段であるファンである。蒸発器１９は大気熱も利用可能な熱交換器とし、蒸発器１９の空気の流れ方向の下流に設けたファン３０と、上流方向には貯湯熱交換器２３を備えた構成としている。
【００２９】
貯湯熱交換器２３と熱交換関係を有する蒸発器１９は、大気熱も利用可能な熱交換器とするとともに、蒸発器１９の空気の流れ方向の下流に設けたファン３０と、上流方向には貯湯熱交換器２３を設けたことで、貯湯熱利用回路２４により、中温水が流れる貯湯熱交換器２３の熱に加えて、大気熱を利用することができる。
【００３０】
例えば、夏季において、大気熱である外気温が３５℃、中温水が３０℃のように、中温水より高い大気熱を得て、配管を流れるＨＦＣ冷媒をさらに高い温度で加熱する。さらに高く加熱されたＨＦＣ冷媒は蒸発ガス化し、圧縮機１６へ流入する。そして高温高圧ガスとなったＨＦＣ冷媒は放熱器１７へ流入していく。
【００３１】
このように、貯湯タンク１５にある中温水を高温に沸き上げる場合、貯湯熱利用回路２４、冷媒回路２０および給湯回路２２で、蒸発器１９は大気熱も利用可能な熱交換器とし、蒸発器１９の空気の流れ方向の下流に設けたファン３０と、上流方向には貯湯熱交換器２３、とした構成により、この過程を繰り返すことにより、大気熱を利用しながら、高効率で貯湯タンク１５にある中温水は高温に沸き上げられる。
【００３２】
これにより、中温水を直接ヒートポンプサイクルに有効に利用するとともに、大気熱を利用した効率のよい冷媒回路とすることができる。すなわち、貯湯するためのシステム効率をより向上することができる。
【００３３】
（実施の形態２）
図２は、本発明の２の実施の形態における給湯機の概略構成図を示すものである。図２において、３１は貯湯熱利用回路における水取り入れ部、３２は貯湯タンク高さの中間位置である。
【００３４】
貯湯タンク１５にある水は上部ほど高温であり、下部にある水は低温である。そこで、貯湯熱利用回路水取り入れ部３１を、貯湯タンク１５の高さ方向の中間位置３２と同等もしくはそれ以上に高い位置に構成することにより、中温水を貯湯熱利用回路２４にて循環することができる。
【００３５】
また、３３は貯湯タンク１５の高さ方向の中間位置に設けられ、湯水の温度を検出する貯湯タンク水温度検出手段で、２５は制御装置である。貯湯タンクの水の温度を検出する貯湯タンク水温度検出手段３３を設けることにより、より正確に貯湯タンクの状態を検出することができる。また、制御装置２５では、中温沸き上げを少なくするように、冷媒回路２０、給湯回路２２、貯湯熱利用回路２４に配設された流体駆動手段を選択判断し運転させる。
【００３６】
すなわち、例えば、（１）貯湯タンク水温度検出手段３３の検出温度が４５℃以上であれば、冷媒回路２０の圧縮機１６、給湯回路２２の給湯ポンプ２６およびファン３０を駆動させる。（２）貯湯タンク水温度検出手段３３の検出温度が３０℃以上で４５℃未満であれば、冷媒回路２０の圧縮機１６、給湯回路２２の給湯ポンプ２６、貯湯熱利用回路２４の貯湯ポンプ２８を駆動させる。（３）貯湯タンク水温度検出手段３３の検出温度が３０℃未満であれば、冷媒回路２０の圧縮機１６、給湯回路２２の給湯ポンプ２６およびファン３０を駆動させる。
【００３７】
以上のように、制御装置２５は貯湯タンク水温度検出手段３３の検出温度に基づき、動作させる冷媒回路２０、給湯回路２２、貯湯熱利用回路２４に配設された流体駆動手段およびファン３０を選択する。
【００３８】
また、３４は外気温検出手段で、制御装置２５では、中温沸き上げを少なくするように
、外気温検出手３４の検出温度に基づいて、段冷媒回路２０、給湯回路２２、貯湯熱利用回路２４に配設された流体駆動手段を選択判断し運転させる。
【００３９】
すなわち、例えば、（１）貯湯タンク水温度検出手段３３の検出温度が４５℃以上であれば、冷媒回路２０の圧縮機１６、給湯回路２２の給湯ポンプ２６およびファン３０を駆動させる。（２）貯湯タンク水温度検出手段３３の検出温度が４５℃未満で、かつ外気温検出手段３４の検出温度より高い場合は、冷媒回路２０の圧縮機１６、給湯回路２２の給湯ポンプ２６、貯湯熱利用回路２４の貯湯ポンプ２８を駆動させる。（３）貯湯タンク水温度検出手段３３の検出温度が４５℃未満で、かつ外気温検出手段３４の検出温度より低い場合は、冷媒回路２０の圧縮機１６、給湯回路２２の給湯ポンプ２６およびファン３０を駆動させる。
【００４０】
以上のように、制御装置２５は貯湯タンク水温度検出手段３３および外気温検出手段３４の検出温度に基づき、動作させる冷媒回路２０、給湯回路２２、貯湯熱利用回路２４に配設された流体駆動手段およびファン３０を選択する。
【００４１】
以上の動作により、ヒートポンプの効率の低い中温沸き上げをさらに少なくすることができる。また、中温水を直接ヒートポンプサイクルにさらに有効に利用することができ、貯湯するためのシステム効率をより一層向上することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、給湯機や快適な室内環境をつくる温水暖房、床暖房等の空調システムにも展開が可能である。また、戸建て住宅や集合住宅などの一般住宅のみならず、非住宅などにも適用できる。
【符号の説明】
【００４３】
１５  貯湯タンク
１６  圧縮機
１７  放熱器
１８  減圧手段
１９  蒸発器
２０  冷媒回路
２１  給湯熱交換器
２２  給湯回路
２３  貯湯熱交換器
２４  貯湯熱利用回路
２５  制御装置
２６  給湯ポンプ
２８  貯湯ポンプ
３０  送風手段（ファン）
３３  貯湯タンク水温度検出手段
３４  外気温検出手段
【図１】
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【図２】
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