(57)【要約】【課題】ヒートポンプ給湯機は、夜間に貯湯ユニットにお湯を蓄え、湯を供給に資する機械であり、主に深夜電力を利用してお湯の沸き上げ運転を行っている。ヒートポンプユニットの運転音は、比較的静かではあるが、据付環境によっては、運転音が騒音ととらえられ、問題視される場合があった。【解決手段】課題を解決するため、複数の冷凍サイクルを備えたヒートポンプユニットと、該ヒートポンプユニットを用いて沸き上げられた湯水を蓄える貯湯ユニットと、を具備したヒートポンプ給湯機において、前記ヒートポンプユニットでの沸き上げ運転は、全ての冷凍サイクルを使用して沸き上げを行う通常運転モードと、一部の冷凍サイクルを使用して沸き上げを行うセーブ運転モードと、を具備しているヒートポンプ給湯機を用いる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の冷凍サイクルを備えたヒートポンプユニットと、
該ヒートポンプユニットを用いて沸き上げられた湯水を蓄える貯湯ユニットと、
を具備したヒートポンプ給湯機において、
前記ヒートポンプユニットでの沸き上げ運転は、
全ての冷凍サイクルを使用して沸き上げを行う通常運転モードと、
一部の冷凍サイクルを使用して沸き上げを行うセーブ運転モードと、
を具備していることを特徴とするヒートポンプ給湯機。
【請求項２】
請求項１に記載のヒートポンプ給湯機において、
さらに、複数のボタンを有するリモコンを具備しており、
前記リモコンの複数ボタンを同時押しした場合に選択メニューが表示され、
前記セーブ運転モードが選択できることを特徴とするヒートポンプ給湯機。
【請求項３】
請求項１または２に記載のヒートポンプ給湯機において、
前記冷凍サイクルの冷媒として二酸化炭素を用い、
超臨界サイクルの冷凍サイクルを有することを特徴とする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の運転制御に関するものであり、特にヒートポンプユニットの運転制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ヒートポンプ給湯機は、一般的に、夜間の割引電気料金を利用してヒートポンプユニットの運転を行い、水を加熱して高温水として貯湯タンクに蓄えて置き、昼間は、蛇口を開いた湯水の使用時に前記貯湯タンク内の高温水に水を混ぜて適温水として給湯するものである。
【０００３】
ヒートポンプ給湯機は、貯湯ユニットのタンク容量によりヒートポンプユニットの加熱能力（出力）も設定されている。この組合せは、深夜電力が利用可能な夜間時間（一般的には深夜の２２時から朝の８時までの１０時間）内で、組み合わされた貯湯タンクの全容量の沸き上げが可能な加熱能力が設定されている。特に、外気温度が低く、水温が低下する冬期条件などでは設定された加熱能力が必要となる。一方、夏期や中間期（春、秋）では入水温度が高いため、必ずしも所定の加熱能力は必要ではなく、夏期などでは、加熱能力を低減させた運転を行う場合もある。
【０００４】
貯湯式のヒートポンプ給湯機は、このように主として深夜時間帯に沸き上げ運転を行うため、その運転音が問題になる場合がある。ヒートポンプ給湯機の運転音は、加熱能力や季節により変化し、加熱能力が大きい場合（出力が大きい場合）や、外気温度や水温が低下する冬期条件においては、圧縮機の回転数や、送風機の回転数が大きくなり（増速し）、一般的には運転音が大きくなる。このため、周囲の環境（騒音状況）によっては、騒音として問題視される場合がある。昼間、繁華街や工業地帯などの周囲の騒音が大きい条件下においては、目立たなくても、深夜の住宅街などの騒音が極めて小さい場所では運転音が騒音となる場合もある。
【０００５】
ヒートポンプユニットの加熱能力は、組み合わされた貯湯ユニットのタンク容量が沸き上げ可能な能力に設定されているが、実際には、お湯の使用量や沸き上げ時の水温などにより必要な加熱能力は変化し、通常設定されている加熱能力以下で沸き上げ可能な場合が多い。また、深夜電力に限定せず、湯水の量が不足した場合は、朝や夕方に沸き上げを行う運転を行ってもよく、以上から、必ずしも設定された加熱能力で常時運転を行う必要はない。
【０００６】
一般的に、加熱能力を低減させて運転を行うとサイクル効率が向上し、冷凍サイクルの成績係数（ＣＯＰ）が向上する。このため、所定の加熱能力の運転より加熱能力を低減させた運転を行うことにより、効率よく運転することができ、一層の省エネ、光熱費の低減、および運転音の低減が可能となる。また、一方では、貯湯式のヒートポンプ給湯機は、貯湯タンク内に蓄えられた湯水を用いて給湯を行うため、給湯を多く使用し、貯湯タンク内の湯水が減少するとお湯が使用できなくなる「湯切れ」という問題が発生する。このため、湯切れを発生ないようにするため、貯湯タンクの残湯量を監視し、適宜ヒートポンプユニットの沸き上げ運転を行うなどの制御を行っている。ヒートポンプユニットはガス給湯器と異なり、時間をかけてお湯を作るため、湯切れが発生した場合は、ヒートポンプユニットで沸き上げ運転を行っても、すぐに給湯で湯水を使用することはできない。このため、貯湯式では湯切れを防止するとともに、省エネ、低騒音をいかに図るかが重要となる。
【０００７】
特許文献１は、これらを鑑み、貯湯タンク内の残湯量を検出する手段を備え、夜間時間帯の沸き上げ運転時には外気温度と貯湯タンクの残湯量により沸き上げの加熱能力を可変するとともに、昼間の時間帯の沸き上げにおいては、加熱能力を最大として運転を行い、深夜の沸き上げ運転においてはヒートポンプユニットの運転音の低減を図るとともに、昼間の湯切れの防止を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−２８７７９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１では、残湯量に応じて、深夜の加熱能力の低減を行うことにより、深夜の運転音を低減でき、騒音問題発生の抑制にはいくらかの効果も期待できるが、あくまで、残湯量を考慮した沸き上げ運転に主眼をおいた発明であり、運転音については２次的にその効果も期待できるものにすぎない。
【００１０】
この問題を解決するためには、据付された環境下でその環境条件に合わせて適切に運転することが必要であり、周囲が静かな環境であれば静かな運転を行い、通常の運転音においても周辺騒音と同等であれば、通常の運転を行うなどの運転音に主眼をおいた運転方法が必要にある。本発明は、この問題を解決するため、周囲の環境条件に合わせたヒートポンプユニットの沸き上げ運転を行うことにより騒音問題を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、この課題の解決のために、複数の冷凍サイクルを備えたヒートポンプユニットと、該ヒートポンプユニットを用いて沸き上げられた湯水を蓄える貯湯ユニットと、を具備したヒートポンプ給湯機において、前記ヒートポンプユニットでの沸き上げ運転は、全ての冷凍サイクルを使用して沸き上げを行う通常運転モードと、一部の冷凍サイクルを使用して沸き上げを行うセーブ運転モードと、を具備しているヒートポンプ給湯機を用いる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、周辺騒音が静かな環境下では、セーブ運転モードを選択することにより、ヒートポンプユニットの運転音を低減し、騒音問題の発生を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施例のヒートポンプ給湯機における、ヒートポンプ冷媒回路、貯湯回路、給湯回路、運転制御手段、及び部品の一例を示す模式図。
【図２】一実施例のヒートポンプ給湯機の沸き上げ運転の一例の模式図。
【図３】一実施例のリモコンの操作一例の模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
まず、本発明の概要を簡単に説明する。本発明の要旨は、貯湯ユニットとヒートポンプユニットからなるヒートポンプ給湯機において、ヒートポンプユニットの沸き上げ運転時に、運転音を低減させる運転モード（セーブモード）を備え、通常運転モード、セーブ運転モードの切り替えをユーザーが選択し実施できる機能を有するものである。
【００１５】
通常は、一般的に定格と称される加熱能力で運転を行う。これに対し、セーブモードを運転モードとしてあらかじめ備えるものである。ヒートポンプユニットの運転音は、圧縮機および送風機（プロペラファン）によりそのほとんどが発生している。
【００１６】
従って、運転音を低減した運転、即ちセーブ運転モードは、複数ある冷凍サイクルの内、運転する冷凍サイクルを少なくすることを実施したことであり、これらの運転は同時に、加熱能力を低減させることに繋がり、セーブ運転モードは低加熱能力運転モードに類するものであるということもできる。
【００１７】
そして、この運転モードをユーザーインターフェースである例えばリモコンを操作することによりユーザーが設定できるようにするものである。ヒートポンプ給湯機の運転音が問題になるかどうかは、その設置された環境に左右されるところが大きい。即ち、静かな環境に設置されている場合は、深夜の小さな音も問題視される場合がある。
【００１８】
この第１の発明は、このような運転モードを備え、静かな環境に設置されている場合、ユーザーがセーブ運転モードを選択でき、静かな環境を維持できるようにするものである。この運転の切り替えは、ユーザーが独自の判断で行っても良いし、周囲からの騒音に対する意見により設定しても良い。この設定は、例えば、常時静音化運転モードでの運転であったり、深夜の運転のみ静音化運転モードだったり、さらに選択できるようになっているとなお、使い勝手もよいものである。また、これら判断を各種の条件から自動で切り替える機能が付いていてもよい。
【実施例１】
【００１９】
次に、本発明の実施例１であるヒートポンプ給湯機の構成および動作の詳細を図面を用いて説明する。図１はヒートポンプ給湯機の構成の一例を示す。ヒートポンプ給湯機は複数系統のヒートポンプ冷媒回路（ここでは一例として２系統）の構成部品を収納したヒートポンプユニット３０と、貯湯タンク及び給湯回路構成部品を収納した貯湯ユニット４０で構成され、それぞれの制御部は通信し、お互いの状況を監視しているとともに、ユーザーへのインターフェースとしてリモコン５０を備えている。
【００２０】
ヒートポンプ冷媒回路は、圧縮機１ａ、１ｂ、水冷媒熱交換器２、減圧装置４ａ、４ｂ、空気熱交換器５ａ、５ｂを、それぞれ冷媒配管を介して直列に接続して構成されており、その中に炭酸ガス（ＣＯ2）冷媒が封入されている。
【００２１】
圧縮機１ａ、１ｂはＰＷＭ制御、電圧制御（例えばＰＡＭ制御）及びこれらの組み合わせ制御により、低速（例えば７００回転／分）から高速（例えば６０００回転／分）まで回転数制御ができるようになっている。ヒートポンプユニット３０の出力である加熱能力は基本的に一定で運転を行うため、外気温度の高い夏期では圧縮機は低速で運転し、外気温度の低い冬期では高速で運転するなど、外気温度の状況や入水温度、出湯温度に応じて回転数を制御している。
【００２２】
水冷媒熱交換器２は、圧縮機１ａ、１ｂから吐出された高温冷媒を流す冷媒側伝熱管と、タンク１０の下側の低温水を循環し水冷媒熱交換器２で加熱するための水側伝熱管とで構成され、冷媒側伝熱管と水側伝熱管との間で熱交換を行い、冷媒管に流れる冷媒の熱を水に伝達し、水の温度を上昇させる。
【００２３】
タンク１０内の低温水は、タンク１０底部から水冷媒熱交換器２の水側伝熱管に循環ポンプ１５により流入され冷媒側伝熱管によって徐々に加熱され、規定温度まで加熱されてタンク１０の上部から貯湯される。
【００２４】
次に、減圧装置４ａ、４ｂとしては一般に電動膨張弁が使用され、水冷媒熱交換器２を経て送られてくる中温高圧冷媒を減圧し、蒸発し易い低圧冷媒として空気熱交換器５ａ、５ｂへ送る。また、減圧装置４ａ、４ｂは冷媒回路の絞り量を変えてヒートポンプ冷媒回路内の冷媒循環量を調節する働きや、冬期低温時にヒートポンプ運転して空気熱交換器５ａ、５ｂに着霜した場合、前記絞り量を全開にして中温冷媒を空気熱交換器５ａ、５ｂに多量に送って霜を溶かす除霜装置の役目も行なう場合もある。
【００２５】
空気熱交換器５ａ、５ｂは送風機６ａ、６ｂの回転により外気を取り入れ空気と冷媒との熱交換を行ない、外気から熱を吸収する役目を行なう。
【００２６】
貯湯ユニット４０は貯湯、給湯などを行なうための水循環回路を備えて構成されている。
【００２７】
貯湯回路は、主に夜間定期的に行なう貯湯運転、及び残湯量が規定値以下になった場合のみ運転するタンク沸上げ運転によってタンク１０に高温水を貯めるための水回路で、タンク１０、循環ポンプ１５、水冷媒熱交換器２、タンク１０が水配管を介して順次直列に接続され構成されている。
【００２８】
給湯回路は、給水金具７、減圧弁８、給水水量センサ９、タンク１０、湯水混合弁１２、給湯金具１３が水配管を介して順次直列に接続され構成されている。水量センサは場合によっては設けずとも制御ができる場合もあり、また、直接水道水を熱交換し給湯するような直接給湯形の給湯機では、減圧弁８を備えていない場合もある。
【００２９】
なお、給水金具７は主として水道などの給水源に接続され、給湯金具１３は蛇口１４などの給湯負荷に接続されている。また、給湯機としては、風呂の湯張りの回路や追い焚きの回路（ともに図示せず）を備えているものもある。
【００３０】
次に、ヒートポンプユニットの運転制御手段５２は、ヒートポンプ冷媒回路の運転・停止並びに圧縮機１ａ、１ｂの回転数制御を行なうと共に、減圧装置４ａ、４ｂの冷媒絞り量調整など主として冷凍サイクルの運転を制御し、貯湯ユニットの運転制御手段５１は、給湯などの温度調整である湯水混合弁の制御や貯湯タンクの湯水の残湯量を検出し、貯湯タンクの沸き上げタイミングや沸き上げ温度を制御したりし、この運転制御手段５１と５２は連携し、給湯機の制御を行っている。ユーザーのインターフェースとしてはリモコン５０を備え、給湯温度の設定やエラーの表示運転モードの変更などができるようになっている。循環ポンプ１５はヒートポンプユニットに備えても、貯湯ユニットに備えてもよく、タンク下部の水を循環させ、規定温度で沸き上げるよう循環を行う。タンク１０は貯湯温度や貯湯量を検知するための複数の温度センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄが備えられており、または、給湯使用量を検出する流量センサ９などにより給湯負荷を判定し、省エネ最適運転となるように沸き上げ温度や沸き上げ量、沸き上げ時間を制御する学習制御機能が多くの場合備えられている。
【００３１】
また、ヒートポンプユニットの運転制御手段５２は、冬期低温時は高温貯湯の規定温度（例えば９０℃）で貯湯すると共に周囲温度や給水温度が低く加熱負荷が大きい場合は高回転数（例えば３０００〜４０００回転／分）とし、夏期や中間期は加熱負荷が軽い場合は通常貯湯の規定温度（約６５℃）で比較的低回転数（例えば１０００〜２０００回転／分）とするなどの最適運転制御手段を有しているとともに圧縮機１ａ１ｂの吐出圧力を検知する圧力センサ（図示せず）や吐出温度センサ２２ａ、２２ｂ等が設けられ、また、外気温度を検出する外気温度センサ２３や出湯温度を検出する出湯温度センサ２０、入水温度を検出する入水温度センサ２１などのセンサを備え、各検出信号は運転制御手段５２に入力されるように構成されている。
【００３２】
次に、本実施例のヒートポンプ給湯機の運転動作の一例について、図１のヒートポンプ冷媒回路及び貯湯回路、給湯回路を参照にしながら図２のフローチャートに基づいて説明する。
【００３３】
図２は、沸き上げ運転を行う１日の運転動作の実施例を示すフローチャートである。
【００３４】
リモコンにて設定された時刻（例えば開始時刻２２：００、終了時刻８：００）になると沸き上げ運転を開始（ステップ６１）する。即ち、図１における圧縮機１ａ、１ｂを始動させヒートポンプ運転を開始すると共に循環ポンプ１５を運転し、タンク１０底部から循環されるタンク貯湯水を水冷媒熱交換器２で高温冷媒と熱交換して規定温度の高温水とし、タンク１０上部から戻す貯湯運転を行なう。
【００３５】
貯湯量判定（ステップ６２）において貯湯温度及び貯湯量が規定値に達しないうちは貯湯運転を継続し、規定値に達するとヒートポンプ運転を停止し貯湯運転は終了（ステップ６３）する。
【００３６】
朝になって、例えば蛇口１４を開き湯水使用が開始（ステップ６４）されると、運転制御手段５１は、給湯温度が適温（一般的には約４２℃）となるように湯水混合弁１２からの給水量を調整し、給水金具７、減圧弁８、給水水量センサ９、貯湯タンク１０、湯水混合弁１２、給湯金具１３、蛇口１４の給湯回路で適温水を供給する給湯運転を開始（ステップ６５）する。なお給湯運転時は、水道の給水源からの水圧で給湯を行う。
【００３７】
次に蛇口を閉じて湯水使用が終了（ステップ６６）すると、給湯は停止され、湯水混合弁１２は所定の位置に設定され給湯運転は停止（ステップ６７）される。
【００３８】
更に運転制御手段５１は、給湯運転中（ステップ６５）及び給湯運転停止（ステップ６７）後に、タンク温度センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄによって貯湯タンク１０内の貯湯温度及び貯湯量を検知し、タンク残湯量の判定（ステップ６８）を行なう。
【００３９】
通常は規定量以上残湯しており沸上げ運転は行なわないが、タンク残湯量が規定値未満になった場合はタンク沸上げ運転（ステップ６９）を行ない、貯湯量判定（ステップ７０）において、貯湯温度及び貯湯量が規定値に達してからタンク沸上げ運転を終了（ステップ７１）する。
【００４０】
前記運転開始の設定時刻になると、規定のタンク貯湯量になるよう、再び沸き上げ運転（ステップ６１）を行なう。
【００４１】
図２を用いて説明したように、ヒートポンプユニット３０の沸き上げは、通常は深夜に実施され、不足がある場合は昼間時間に実施される。深夜運転時には騒音が問題となる場合があるため、本実施例のヒートポンプ給湯機では、深夜運転時の運転モードとして、通常運転モードとセーブ運転モード（静音化運転モード）の２つのモードを用意し、状況に応じて料モードを切り替えできるようにした。
【００４２】
ここで、通常運転モードとは、全ての冷凍サイクルを運転して沸き上げを行うモードであり、図１の例では、冷凍サイクルａ８０、冷凍サイクルｂ９０の両方を用いる運転モードである。この通常運転モードでは、高い沸き上げ能力を得ることができる一方、発生する騒音が比較的高くなる。
【００４３】
一方、セーブ運転モードとは、冷凍サイクルの一部を運転し、残りを停止して沸き上げを行うモードであり、図１の例では、冷凍サイクルａ８０を運転し冷凍サイクルｂ９０は停止している運転モードである。この例によると冷凍サイクルが半分となるので、加熱能力は所定の半分となり、運転音も約−３ｄＢの低減を行うことができる。また、運転および停止する冷凍サイクルは部品の寿命を考慮すると、交互に運転・停止を行うのが好ましい。または各々の冷凍サイクルの運転時間を記憶して均等な運転時間になる様に運転時間を記憶して各々を運転することが最善となる。なお、図１では、２系統の冷凍サイクルを有する構成としたが、３系統以上の冷凍サイクルを有する給湯機でも、同様のセーブ運転モードを採用することができ、１以上の冷凍サイクルを停止させることで、騒音の低減を図ることができる。
【００４４】
以上で説明したセーブ運転モードを用意しておくことで、深夜、静かな環境下において運転される場合には、リモコンによりセーブ運転モードを選択することで、環境に応じて騒音の発生量を調整し、まれに問題視されるヒートポンプ給湯機の深夜の騒音問題を回避する給湯機を提供することができる。
【実施例２】
【００４５】
次に実施例２の給湯機を説明する。実施例１と共通する点は説明を省略する。
【００４６】
例えばスーパーや老人ホーム等に設置した給湯機の場合は、ユーザーインターフェースである例えばリモコンの設置場所と、実際に湯を使用する場所が異なる場合が大半である。こうした施設の場合は、施設全体を管理する施設管理者等が空調設備等と共に給湯機の運転状態を把握し、湯切れを起こさないように各種リモコンの設定を行っている。よって、誤設定を防ぐ必要があり安易に操作出来ない様にする必要がある。そこで、リモコンによる誤設定を防ぐために、特殊なリモコン操作（例えば、リモコンのボタンを３個同時押し等）を行い、設定できるようにする。
【００４７】
例えば、図３に示すように、異なる種類のボタンを２個以上、例えば３個同時押しした場合に、運転モードを選択できるメニューへと進むことが出来セーブ運転モードを選択する。これにより、ユーザーが意図しない操作を確実に防止することができる。
【実施例３】
【００４８】
次に実施例３の給湯機を説明する。実施例１、２と共通する点は説明を省略する。
【００４９】
実施例３で用いるヒートポンプユニットは、冷媒として二酸化炭素を用い、超臨界サイクルの冷凍サイクルを有するヒートポンプユニットであることである。二酸化炭素を冷媒とした超臨界サイクルを採用したヒートポンプ給湯機はＲ４１０Ａ冷媒に比較して非常に高い圧力（高圧）となるサイクルである。このため、運転音に対してはより一層のきめ細やかな配慮が必要となる。また、二酸化炭素冷媒を使用したヒートポンプ給湯機は環境にやさしい、省エネ性に優れた機器であり、実施例３の構成の適用により、一層の省エネの向上を図ることができる。
【符号の説明】
【００５０】
１ａ、１ｂ…圧縮機  ２…水冷媒熱交換器  ４ａ、４ｂ…減圧装置  ５ａ、５ｂ…空気熱交換器  ６ａ、６ｂ…送風機  ７…給水金具  ８…減圧弁  ９…給水水量センサ  １０…タンク  １２…湯水混合弁  １３…給湯金具  １４…蛇口    １５…循環ポンプ  ２０…出湯温度センサ  ２１…入水温度センサ  ２２…圧縮機吐出温度センサ  ２３…外気温度センサ  ３０…ヒートポンプユニット  ４０…貯湯ユニット  ５０…リモコン  ５１…貯湯ユニット制御手段  ５２…ヒートポンプユニット制御手段  ８０…冷凍サイクルａ  ９０…冷凍サイクルｂ  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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