(57)【要約】【課題】  冬期における給水温度の低下によるヒートポンプのＣＯＰの低下を防止し、給湯運転の中断を回避する。【解決手段】  ヒートポンプ給湯機１００ａでは、圧縮機１ａ，１ｂ、および水と冷媒とを熱交換させる水冷媒熱交換器２，膨張弁３ａ，３ｂ，蒸発器４ａ，４ｂとを冷媒配管を介して順次接続してヒートポンプ冷媒回路４０が構成される。給水管８を経て水冷媒熱交換器に流入し、水冷媒熱交換器で熱交換して温度上昇した湯は、貯湯タンク１２に貯えられる。水冷媒熱交換器で加温された湯や貯湯タンクに貯えられた湯は、浴槽や台所に給湯可能である。給水管を圧縮機に巻きつけて、圧縮機で発生した圧縮熱を給水管を流通する水に熱伝達させる。【選択図】図２
2008157539.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、および水と冷媒とを熱交換させる水冷媒熱交換器，膨張弁，蒸発器とを冷媒配管を介して順次接続したヒートポンプ冷媒回路と、給水管を経て前記水冷媒熱交換器に流入し、この水冷媒熱交換器で熱交換して温度上昇した湯を貯える貯湯タンクとを備え、浴槽や台所に給湯可能であり、前記給水管を前記圧縮機の近傍に配置して、圧縮機で発生した圧縮熱を前記給水管を流通する水に熱伝達させたことを特徴とするヒートポンプ給湯機。
【請求項２】
前記給水管を前記圧縮機の外周に巻き付けた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】
前記給水管を流通した水を、前記水冷媒熱交換器と貯湯タンクの少なくともいずれかに供給可能にする水開閉弁を前記圧縮機の近傍に備えた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４】
前記給水管内を流通する水を、前記蒸発器の上方に配置した散水管に供給可能にする水開閉弁を前記圧縮機の近傍に設け、散水管から蒸発器に散水して除霜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５】
前記ヒートポンプ冷媒回路の運転を制御する制御手段を有し、前記蒸発器に近傍に通風ファンを設け、この制御手段は、ヒートポンプ冷媒回路を運転中に、前記蒸発器の着霜判断に設定した温度に達したら、前記給水管を流通する水を、前記水開閉弁を介して前記蒸発器用の散水管に散水して除霜させるよう制御するとともに、前記通風ファンの風量を増大させるよう制御することを特徴とする請求項４に記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項６】
前記ヒートポンプ冷媒回路の運転を制御する制御手段を有し、前記蒸発器に着霜を検出するセンサを設け、前記ヒートポンプ冷媒回路の運転を停止した後に前記蒸発器が着霜していることを前記センサが検出したら、前記制御手段は前記給水管内を流通する水を、前記水開閉弁を介して前記蒸発器用の散水管に散水して除霜させるよう制御することを特徴とする請求項４記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項７】
前記ヒートポンプ冷媒回路の運転を制御する制御手段を有し、前記蒸発器に着霜を検出するセンサを設け、前記ヒートポンプ冷媒回路の運転を停止した後に前記蒸発器が着霜していることを前記センサが検出したら、前記制御手段は前記水冷媒熱交換器内の残り湯を、前記水開閉弁を介して前記蒸発器用の散水管に散水して除霜させるよう制御することを特徴とする請求項４記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項８】
前記ヒートポンプ冷媒回路の運転を制御する制御手段を有し、前記蒸発器に着霜を検出するセンサを設け、前記ヒートポンプ冷媒回路の運転を停止した後に前記蒸発器が着霜していることを前記センサが検出したら、前記制御手段は前記貯湯タンク内の温水を、前記水開閉弁を介して前記蒸発器用の散水管に散水して除霜させるよう制御することを特徴とする請求項４記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項９】
前記蒸発器を上下２段に配置して設け、それぞれの蒸発器の下側に、散水量に対応し得る大きさの露受け皿を設けたことを特徴とする請求項４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係り、特に冷媒にＣＯ2 を用いたときに好適なヒートポンプ給湯機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のヒートポンプ給湯機では、大容量の貯湯タンクを設けて夜間割引の安価な電力を使用して貯湯タンクに貯蔵し、貯蔵した湯を日中に使う貯湯方式のものが多用されている。しかしながら貯湯方式は大型の貯湯タンクが必要となり、設置面積が増大するという不具合を生じていた。この不具合を解消するために、例えば特許文献１では、湯水使用する時だけ給湯機をヒートポンプ運転して、貯湯タンクを小型化できる瞬間式ヒートポンプ方式を採用している。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１５０６５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載のヒートポンプ給湯機においては、水道水等の外部から供給される給水を、そのままヒートポンプ給湯機が備える直接水冷媒熱交換器に供給している。そして、水冷媒熱交換器に供給された水を、圧縮機で圧縮されて高温高圧となった冷媒で加熱している。そのため、ヒートポンプ給湯機の運転立ち上がり時には、十分に熱い湯を供給できないので、予め貯湯タンクに過渡的に給湯する湯を備蓄する必要がある。特に冬期であって水冷媒熱交換器に供給される水温が低いと、例えば１０℃以下になると、ヒートポンプの立ち上がり時間が長くなり必要貯湯量が増大し、貯湯タンクを小形化するための妨げとなっていた。
【０００５】
また、上記公報に記載のヒートポンプ給湯機では、冬季に発生する蒸発器の霜付きに対し、除霜用電磁弁を開放してヒートポンプによる直接給湯運転を一時的に中止し、圧縮機から吐出された高温高圧の冷媒を蒸発器に導いて、除霜していた。そのため、除霜運転中は、給湯機としては作用していないにも関わらず、ヒートポンプ運転を継続しており、成績係数（以下ＣＯＰともいう）の低下要因となっていた。ここで、ヒートポンプの成績係数は、有効加熱熱量を、ヒートポンプの全消費電力で割った値である。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的はヒートポンプ給湯機において、成績係数を向上させるとともに、除霜運転による給湯運転の中断を回避する。本発明の他の目的は、貯湯式のヒートポンプ給湯機において、ＣＯＰを向上させるとともに、貯湯時間を短縮することにある。本発明のさらに他の目的は、瞬間式のヒートポンプ給湯機において、成績係数を向上させるとともに、貯湯タンクを小形化することにある。そして本発明は、上記目的の少なくとも一つを達成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、ヒートポンプ給湯機が、圧縮機、および水と冷媒とを熱交換させる水冷媒熱交換器，膨張弁，蒸発器とを冷媒配管を介して順次接続したヒートポンプ冷媒回路と、給水管を経て水冷媒熱交換器に流入し、この水冷媒熱交換器で熱交換して温度上昇した湯を貯える貯湯タンクとを備え、浴槽や台所に給湯可能であり、給水管を圧縮機の近傍に配置して、圧縮機で発生した圧縮熱を給水管を流通する水に熱伝達させることを特徴とするものである。
【０００８】
そしてこの特徴において、給水管を圧縮機の外周に巻き付けるのがよく、給水管を流通した水を、水冷媒熱交換器と貯湯タンクの少なくともいずれかに供給可能にする水開閉弁を圧縮機の近傍に備えてもよい。また、給水管内を流通する水を、蒸発器の上方に配置した散水管に供給可能にする水開閉弁を圧縮機の近傍に設け、散水管から蒸発器に散水して除霜するものであってもよい。
【０００９】
さらに好ましくは、ヒートポンプ冷媒回路の運転を制御する制御手段を有し、蒸発器の近傍に通風ファンを設け、この制御手段は、ヒートポンプ冷媒回路を運転中に、蒸発器の着霜判断に設定した温度に達したら、給水管を流通する水を、水開閉弁を介して蒸発器用の散水管に散水して除霜させるよう制御するとともに、通風ファンの風量を増大させるよう制御するものであり、また好ましくは、ヒートポンプ冷媒回路の運転を制御する制御手段を有し、蒸発器に着霜を検出するセンサを設け、ヒートポンプ冷媒回路を運転を停止した後に前記蒸発器が着霜していることをセンサが検出したら、制御手段は給水管内を流通する水、または水冷媒熱交換器内の残り湯、貯湯タンク内の温水の少なくともいずれかを、水開閉弁を介して蒸発器用の散水管に散水して除霜させるよう制御するものである。なお、いずれの場合も、蒸発器を上下２段に配置して設け、それぞれの蒸発器の下側に、散水量に対応し得る大きさの露受け皿を設けるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、給水管と圧縮機とで熱交換して給水温度を上昇させたので、ヒートポンプ給湯機における立ち上がり時間を短縮でき、ＣＯＰを向上できる。また、除霜運転による給湯運転の中断を回避できる。さらに、瞬間式のヒートポンプ給湯機では、成績係数が向上し、貯湯タンクを小形化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
ヒートポンプ給湯機を運転するときは、給湯温度と給水温度の差がある程度まで小さくなればなるほど、ＣＯＰを高くすることができる。例えば、台所使用や風呂湯張りなどの適温は約４２℃であり、東京における平均給水温度は、夏期が約２４℃に対し、冬期は約９℃である。夏期の温度差４２−２４＝１８℃に対し、冬期の温度差４２−９＝３３℃となり、冬期は大きな加熱能力を必要とする。その結果、圧縮機の回転速度を高くしなければならず、摩擦などの機械ロスや電気的ロスが大きくなり、ヒートポンプとしての冬期のＣＯＰが大幅に低下する。
【００１２】
また、ヒートポンプ給湯機では、蒸発器を除霜するのに、除霜用電磁弁を開放してヒートポンプの給湯運転を中止し、圧縮機から吐出される圧縮された高温高圧の冷媒を直接蒸発器に循環させている。そのため、除霜中は有効な水加熱の働きがないにも関わらず、ヒートポンプ運転が継続され、ＣＯＰの低下要因となっている。ここで、ヒートポンプの
ＣＯＰは、有効加熱熱量をヒートポンプの全消費電力で除した値である。
【００１３】
このような従来の不具合を、解消する本発明に係るヒートポンプ給湯機の一実施例を、図面を用いて説明する。本実施例は、直接給湯回路を有する瞬間式ヒートポンプ給湯機の場合である。図１に、瞬間式ヒートポンプ給湯機１００のシステム図を示す。ヒートポンプ給湯機１００は、ヒートポンプ冷媒回路４０および給湯回路４５，運転制御手段５０を有している。
【００１４】
ヒートポンプ冷媒回路４０は、第１ヒートポンプ冷媒回路４０ａおよび第２ヒートポンプ冷媒回路４０ｂを有している。ヒートポンプ冷媒回路４０は、各部品を２個ずつ有する２サイクル方式である。冷媒を圧縮する圧縮機１ａ，１ｂと、水冷媒熱交換器２の内部に配置される冷媒側伝熱管２ａ，２ｂと、冷媒を膨張させる膨張弁３ａ，３ｂと、冷媒を蒸発させる蒸発器４ａ，４ｂとが、それぞれ冷媒配管により順次接続して構成されている。ヒートポンプ冷媒回路４０ａ，４０ｂ内には、冷媒が封入されている。また、蒸発器４ａ，４ｂの近傍には、外気を吸い込み蒸発器４ａ，４ｂ内を流れる冷媒と熱交換するファン５ａ，５ｂが配置されている。
【００１５】
圧縮機１ａ，１ｂは、容量制御が可能で、多量に給湯する場合には、大容量で運転される。圧縮機１ａ，１ｂは、ＰＷＭ制御または電圧制御（例えばＰＡＭ制御）、これらの組合せ制御により、低速（例えば７００回転／分）から高速（例えば７０００回転／分）まで回転数制御可能である。
【００１６】
水冷媒熱交換器２は、冷媒側伝熱管２ａ，２ｂおよび給水側伝熱管２ｃ，２ｄを内部に備えており、冷媒側伝熱管２ａ，２ｂと給水側伝熱管２ｃ，２ｄとの間で熱交換する。膨張弁３ａ，３ｂとしては、一般に電磁膨張弁が使用され、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蒸発器４ａ，４ｂへ送る。膨張弁３ａ，３ｂでは、内部の冷媒通路の絞り量を変えることにより、ヒートポンプ冷媒回路４０ａ，４０ｂ内を循環する冷媒量を調節する。蒸発器４ａ，４ｂでは、空気と冷媒とが熱交換する。蒸発器４ａ，４ｂは、フィンおよび冷媒配管を有する。
【００１７】
給湯回路４５は、タンク貯湯および直接給湯，タンク給湯，風呂湯張り，風呂追焚きを実行するための水循環回路を備える。給湯回路４５では、貯湯タンク１２および機内循環ポンプ１３，水熱交流量センサ１５，給水側伝熱管２ｃ，２ｄ，給湯混合弁１６，貯湯タンク１２が、水配管で順次接続されている。
【００１８】
直接給湯回路では、給水金具６および減圧弁７，給水管８，水開閉弁９ａ，給水水量センサ１１，給水逆止弁１４，水熱交流量センサ１５，給水側伝熱管２ｃ，２ｄ，給湯混合弁１６，湯水混合弁１７，流量調整弁１８，台所出湯金具１９が、水配管で順次接続されている。
【００１９】
なお、給水金具６は、水道などの給水源に接続される。台所出湯金具１９は、台所蛇口２０などに接続される。タンク給湯回路は、給水金具６および減圧弁７，給水管８，水開閉弁９ａ，給水水量センサ１１，貯湯タンク１２，給湯混合弁１６，湯水混合弁１７，流量調整弁１８，台所出湯金具１９を有し、これらが水配管により順次接続されている。給水管８は、図３で詳細に説明するように破線で示された圧縮機１ａ，１ｂの周囲に巻き付けられて、予熱されている。ここで、圧縮機１ａ，１ｂは、ヒートポンプ冷媒回路４０ａ，４０ｂが有するものと同一のものである。
【００２０】
風呂湯張り回路は、給水金具６および減圧弁７，給水管８，水開閉弁９ａ，給水水量センサ１１，給水逆止弁１４，水熱交流量センサ１５，給水側伝熱管２ｃ，２ｄ，給湯混合弁１６，湯水混合弁１７，流量調整弁１８，風呂注湯弁２１，フロースイッチ２２，風呂循環ポンプ２３，水位センサ２４，風呂入出湯金具２５，風呂循環アダプター２６，浴槽２７を有しており、これら各部材が水配管により順次接続されている。
【００２１】
また、風呂入出湯金具２５からは、浴槽２７と共に風呂蛇口３１や図示しないシャワーにも給湯可能である。なお、風呂湯張り時には、風呂湯張り回路から直接給湯すると共に、貯湯タンク１２内の湯量が最小必要量以下にならない範囲において、貯湯タンク１２から浴槽２７へのタンク給湯も併用する。
【００２２】
風呂追焚回路は、浴槽２７および風呂循環アダプター２６，風呂入出湯金具２５，水位センサ２４，風呂循環ポンプ２３，フロースイッチ２２，風呂用熱交換器２９の風呂水伝熱管２９ｂ，風呂出湯金具３０，風呂循環アダプター２６，浴槽２７を有しており、これら各部材が水配管で順次接続されている。
【００２３】
ここで、風呂追焚き時には、風呂追焚回路を用いて浴槽２７内の水を循環させるとともに、ヒートポンプ冷媒回路４０と機内循環ポンプ１３とを運転する。さらに、温水開閉弁２８を開放して、水冷媒熱交換器２の給水側伝熱管２ｃ，２ｄ内で加熱された温水を、風呂用熱交換器２９に設けた温水伝熱管２９ａ内を循環させる。温水伝熱管２９ａを流通する温水と風呂水伝熱管２９ｂを流通する水とを熱交換させて、風呂追焚きする。温水開閉弁２８は、風呂追い焚き運転時だけ開放し、その他の運転時は閉じている。
【００２４】
給水開閉弁９ａの内部の開閉状態は、以下の通りである。通常の運転では、減圧弁７と給水水量センサ１１間を開放にする。散水管１０側は、閉じる。蒸発器４ａ，４ｂが着霜前後の温度に達したとき、または給湯停止直後であって制御手段５０から除霜指令が出たときには、散水管１０側を開放する。散水管１０から蒸発器４ａ，４ｂに温水を散水し、除霜する。給水管８内部を流通する水が、圧縮機１ａ，１ｂで発生する熱を吸熱するように、圧縮機１ａ，１ｂの外郭に給水管８を巻きつける。散水管１０は、蒸発器４ａ，４ｂの上部に設置される。
【００２５】
運転制御手段５０は、台所に配置される台所リモコン５１と風呂場に配置される風呂リモコン５２とを有する。これらリモコン５１，５２から使用者が各種操作を設定すると、設定された内容に応じて、運転制御手段５０は、ヒートポンプ冷媒回路４０の運転／停止および圧縮機１ａ，１ｂを回転数制御する。それとともに、運転制御手段５０との接続関係の図示を省略したが、膨張弁３ａ，３ｂの冷媒絞り量の調整および機内循環ポンプ１３と風呂循環ポンプ２３の運転／停止，給水開閉弁９ａおよび給湯混合弁１６，湯水混合弁１７，流量調整弁１８，風呂注湯弁２１，温水開閉弁２８等の各弁を開閉制御する。運転制御手段５０がこれら各弁等を制御すると、貯湯運転および直接給湯運転，タンク給湯運転，風呂湯張り運転，風呂追焚運転，除霜運転が切り替えられて実行される。
【００２６】
なお、温水開閉弁２８を、水冷媒熱交換器２と風呂用熱交換器２９の間に設け、風呂追焚き時以外は水回路を閉じて、水冷媒熱交換器２から風呂用熱交換器２９への熱の漏洩を防ぐ。また、水冷媒熱交換器２の給水管側の上流に給水逆止弁１４を設け、水の逆流を防止する。貯湯タンク１２の上部に逃がし弁３２を設け、貯湯タンク１２内の温水圧力が所定以上になったら作動させて、水回路部品の圧力保護する。
【００２７】
瞬間式ヒートポンプ給湯機１００は、この瞬間式ヒートポンプ給湯機１００の各部の状態を検出するために、多数のセンサが取り付けられている。すなわち、給水弁９ａの下流側には、給水温度を検出する給水サーミスタ１１ｓと給水流量を検出する給水水量センサ１１が、配置されている。水冷媒熱交換器２の水側配管２ｃ，２ｄの出口側には、出湯温度を検出する熱交出湯サーミスタ２ｓが、蒸発器４ａ，４ｂには、この蒸発器４ａ，４ｂの温度と着霜状況を検出する蒸発器サーミスタ４ｓ，４ｔが、それぞれ取り付けられている。
【００２８】
貯湯タンク１２には、高さ方向位置を変えて複数のタンクサーミスタ１２ｓが取り付けられており、貯湯タンク１２内の湯の貯湯温度と貯湯量を検出する。給湯混合弁１６の近傍には、給湯混合水サーミスタ１６ｓが配置されており、水冷媒熱交換器２から導かれた湯と貯湯タンク１２から出湯された湯が混合した湯の温度を検出する。給水金具６を経て供給された水と水冷媒熱交換器２側から導かれた湯とを混合する湯水混合弁１７の近傍には、湯水混合により温度調整された給湯温度を検出する湯水混合水サーミスタ１７ｓが配置されている。
【００２９】
圧縮機１ａ，１ｂには、圧縮機１ａ，１ｂの吐出圧力を検出する図示しない圧力センサと、これも図示しない回転速度センサとが設けられている。浴槽２７には、浴槽２７内の水位を検出する水位センサ２６が設けられている。上記した各センサが検出した検出信号は、運転制御手段５０に入力される。運転制御手段５０は、これらセンサからの入力信号に基づいて、各機器を制御する。
【００３０】
このように構成した瞬間式ヒートポンプ給湯機１００では、運転制御手段５０が、圧縮機１ａ，１ｂの回転速度を制御する。この圧縮機１ａ，１ｂの回転速度制御においては、運転開始直後に加熱立ち上げ時間を早めるため所定の高速回転数で運転し、比較的熱負荷の軽い風呂追焚運転の時は、加熱温度に見合った低速回転数で運転する。
【００３１】
風呂入出湯金具２５や台所出湯金具１９に接続された各種水使用端末から給湯し終えたら、運転制御手段５０は貯湯タンク１２内の貯湯温度の適否と貯湯量の可否を判定する。給湯使用が少なく貯湯温度と貯湯量がともに予め定めた設定値内であれば、そのままヒートポンプ冷媒回路４０の運転を停止する。貯湯温度と貯湯量の少なくともいずれかが、設定値未満であれば、貯湯運転を実行する。そして、貯湯タンク１２内に、所定温度の湯が所定量貯湯されたら、運転停止する（毎回貯湯運転）。
【００３２】
蒸発器４ａ，４ｂを除霜する際に用いる散水回路を有する瞬間式ヒートポンプ給湯機
１００ａの一実施例のシステム図を、図２に示す。本実施例では、図面上の煩雑さを避けるために、運転制御手段５０と各センサの信号線の接続関係の図示を省略しているが、図１に示した実施例と同様の接続関係にある。
【００３３】
本実施例が上記実施例と異なるのは、水冷媒熱交換器２から吐出される高温水と、貯湯タンク１２から送出される貯湯水とを散水管１０に導く、バイパス路を設けたことにある。すなわち、水冷媒熱交換器２の高温水出口側に分岐配管４１ａを設け、この分岐配管
４１ａの端部に水開閉弁９ｂを接続する。水開閉弁９ｂを、配管４１ｂで散水管１０に接続する。同様に、貯湯タンク１２の出口に分岐配管４２ａを設け、その端部に水開閉弁
９ｃを接続する。水開閉弁９ｃを、配管４２ｂで散水管１０に接続する。
【００３４】
本実施例では、除霜用の散水回路をヒートポンプ給湯機１００ａが有しているので、水冷媒熱交換器２の残り湯を除霜に使用することが可能になる。このとき水回路は、給水金具６および減圧弁７，給水管８，水開閉弁９ａ，給水水量センサ１１，給水逆止弁１４，水熱交流量センサ１５，給水側伝熱管２ｃ，２ｄ，水開閉弁９ｂ，散水管１０を順次水配管で配管接続して形成される。また、貯湯タンク１２内の高温水を使用するときは、散水回路は、給水金具６および減圧弁７，給水管８，水開閉弁９ａ，給水水量センサ１１，貯湯タンク１２，水開閉弁９ｃ，散水管１０を水配管で配管接続して形成される。
【００３５】
次に、本ヒートポンプ給湯機の主要部品の配置実施例を図３により説明する。ヒートポンプ給湯機１００，１００ａが有する各部品の具体的な位置関係を、図３に正面図で示す。この図３は、側面のカバーを取り外した状態を示すもので、略長方形の本体３３内に、ヒートポンプ冷媒回路４０と給湯回路４５の全部品が収納されている。
【００３６】
本体３３の内部には、圧縮機１ａと、冷媒側伝熱管２ａ，２ｂと給水側伝熱管２ｃ，
２ｄを交互に接触させコイル状に巻き上げた水冷媒熱交換器２と、水冷媒熱交換器２のコイル状中空部に配置した貯湯タンク１２が設けられている。給水金具６および減圧弁７，圧縮機外郭に巻き付けた給水管８，水開閉弁９ａは、それぞれ水配管で連結され、本体
３３の下部に配置されている。水開閉弁９ａに接続された配管は、貯湯タンク１２および水冷媒熱交換器２の上方に配置された散水管１０、および蒸発器４ａ，４ｂの上方に配置された散水管１０に接続されている。
【００３７】
第１および第２ヒートポンプ冷媒回路に用いる蒸発器４ａ，４ｂは、共に略Ｌ字形をしており、上下２段に設置されている。各蒸発器４ａ，４ｂの上方に散水管１０が、下側に露受け皿３４ａ，３４ｂが配置されている。蒸発器４ａ，４ｂの温度及び着霜状態を検出する蒸発器サーミスタ４ｓ，４ｔは、それぞれの蒸発器４ａ，４ｂに取り付けられている。
【００３８】
散水管１０は、水平方向に延びる円管で、複数の散水口１０ａが下側面に形成されている。露受け皿３４ａ，３４ｂは、散水を受け止めるに充分な溝部が形成されており、機外に排水するための図示しない排水管に接続されている。直接給湯回路を有する瞬間式ヒートポンプ給湯機１００，１００ａなので、貯湯タンク１２が小さくて済む。その結果、冷凍サイクルを２個有する２サイクル方式にも関わらず、ヒートポンプ冷媒回路および給湯回路、貯湯タンクのいずれをも、本体３３内に収納して一体化することができる。
【００３９】
なお、ファン５ａ，５ｂは、それぞれファンモータ５ｃ，５ｄにより駆動されて、外気を吸い込み、上側蒸発器４ａおよび下側蒸発器４ｂに送風する。各蒸発器５ａ，５ｂでは、冷媒と外気とが熱交換し、外気が冷媒を冷却する。本体３３の底部には、本体３３を設置するために、脚部３３ａが取り付けられている。
【００４０】
次に、図１および図２に示したシステム図の給湯回路４５を参照しながら、瞬間式ヒートポンプ給湯機１００，１００ａの給湯動作を説明する。図４に、台所蛇口２０から給湯するときの給湯動作を、フローチャートで示す。台所蛇口２０を開けて湯水を使用し始める（ステップ６０）と、運転制御手段５０は、圧縮機１ａ，１ｂを始動させ第１，第２ヒートポンプ冷媒回路３０ａ，３０ｂの運転を開始する。
【００４１】
それとともに、給水金具６および減圧弁７，給水管８，水開閉弁９ａ，給水水量センサ１１，給水逆止弁１４，水熱交流量センサ１５，給水側伝熱管２ｃ，２ｄ，給湯混合弁
１６，湯水混合弁１７，流量調整弁１８，台所出湯金具１９，台所蛇口２０により形成される直接給湯回路を用いて、直接給湯運転（ステップ６１）する。
【００４２】
ここで、ヒートポンプ冷媒回路４０では、圧縮機１ａ，１ｂで圧縮された高温高圧冷媒が水冷媒熱交換器２の冷媒側伝熱管２ａ，２ｂに送り込まれる。そして、水冷媒熱交換器２で、給水側伝熱管２ｃ，２ｄへ流入する水を加熱し、給湯混合弁１６側へ出湯する。運転立ち上がり時は、水冷媒熱交換器２に導かれる冷媒が、予め設定した高温高圧状態になり切らず、温度が低い。さらに、水冷媒熱交換器２の全体が冷えているので、給水側伝熱管２ｃ，２ｄを流通する水を加熱する加熱能力が充分でない。
【００４３】
そこで、直接給湯運転を開始する（ステップ６１）とともに、給水金具６および減圧弁７，給水管８，水開閉弁９ａ，給水水量センサ１１，貯湯タンク１２，給湯混合弁１６，湯水混合弁１７，流量調整弁１８，台所出湯金具１９，台所蛇口２０で形成されるタンク給湯回路を用いて、タンク給湯運転する（ステップ６２）。これにより、湯水使用直後から、適温（約４２℃）で必要な流量の湯水を供給できる。
【００４４】
給湯運転を継続中は、熱交出湯サーミスタ２ｓおよび給湯混合水サーミスタ１６ｓ，湯水混合水サーミスタ１７ｓ，給水水量センサ１１を用いて、給湯温度と流量が適正であるか否かを判定（ステップ６３）する。給湯温度と流量が、予め設定した範囲外であれば、給湯温度と流量を調整（ステップ６４ａ）する。給湯温度と流量が設定範囲内であれば、さらに直接給湯温度を判定（ステップ６４）する。
【００４５】
直接給湯温度の判定（ステップ６４）において、給湯温度と流量が設定範囲に達していなければ、給湯温度と流量を調整（ステップ６４ａ）する。この場合、直接給湯運転（ステップ６１）とタンク給湯運転（ステップ６２）の双方を継続し、ヒートポンプ冷媒回路４０の水冷媒熱交換器２とタンク１２とから、給湯し続ける。
【００４６】
ヒートポンプ運転を継続すると、過渡運転状態から定常状態運転になる。過渡運転状態では、時間が経過するにつれて冷媒が高温高圧となる。それにしたがい、冷媒からの放熱量が増加し、水を加熱する能力が増大する。直接給湯温度判定（ステップ６４）において、水冷媒熱交換器２からの出湯だけで、給湯温度および流量を満足できる給湯温度および流量の設定範囲内に達したら、タンク給湯運転を停止（ステップ６４ｂ）する。そして、直接給湯運転（ステップ６１）だけを継続して、単独で給湯し続ける（ステップ６５）。
【００４７】
以上の説明から明らかなように、給湯運転における貯湯タンク１２の役割は、ヒートポンプ運転の加熱能力が、求められる給湯温度（約４２℃）の湯を供給可能になるまでの立ち上がり時の補助である。ヒートポンプ冷媒回路４０の加熱能力に対し、［（給湯温度−給水温度）×流量］で示される負荷熱量が小さければ小さいほど短時間で済み、貯湯タンク１２を小形化できる。
【００４８】
風呂湯張りと同時に台所にも給湯する等のように、複数箇所に異なる温度で同時に給湯する場合に、直接給湯だけで対応可能にするには、圧縮機１ａ，１ｂの容量を、従来機の数倍に増大すればよい。しかしながら圧縮機容量を過度に増すことは、コストの増大や部品の増大を引き起こすので、好ましくない。そこで本実施例では、従来圧縮機の２倍程度の圧縮機を２個使用した２サイクルヒートポンプ方式を採用している。これにより、圧縮機の大型化を引き起こすことなく、従来実績があり信頼性を確保できる圧縮機の使用を可能にしている。
【００４９】
蛇口２０を閉じる、または浴室での湯水使用が終了（ステップ６６）すると、タンク給湯運転が停止される。直接給湯運転だけの状態であれば、直接給湯運転を停止する。湯水使用直後で、タンク給湯運転と直接給湯運転が併用されている場合には、タンク給湯運転と直接給湯運転の両方を停止する（ステップ６７）。
【００５０】
運転制御手段５０は、複数のタンクサーミスタ１２ｓの出力に基づいて、貯湯温度と貯湯量を検出し、判定（ステップ６８）する。貯湯温度と貯湯量が設定範囲内であれば、タンク給湯運転と直接給湯運転とを、運転したままとする。設定範囲に満たなければ、タンク貯湯運転（ステップ６９）する。貯湯温度および貯湯量を判定（ステップ７０）する。タンク貯湯運転において、貯湯温度と貯湯量が設定範囲内に達したことを確認してから、タンク貯湯運転を停止（ステップ７１）する。なお、ステップ６７でタンク貯湯運転を停止する前に、貯湯タンク１２の貯湯温度と貯湯量を判断して、タンク貯湯運転を継続するようにしてもよい。
【００５１】
本実施例に示した瞬間式ヒートポンプ給湯機１００，１００ａは、給湯運転を停止した後に、設定貯湯量を確保するようタンク貯湯運転（ステップ６９）する毎回貯湯運転機能を有しているので、貯湯タンク１２には常に所定温度の湯が所定量以上貯められている。したがって、瞬間式ヒートポンプ給湯機１００，１００ａの運転立ち上がり時におけるタンク給湯運転や、連続給湯時にも対応できる。
【００５２】
図５に、ヒートポンプ給湯機に供給される水の給水温度、およびヒートポンプ給湯機から供給される湯の給湯温度と、ヒートポンプ運転時のＣＯＰとの関係を、グラフで示す。縦軸に水温とＣＯＰを、横軸に時間を示す。台所給湯や風呂給湯として使用する場合の適温は、人間の体温より少し高い約４２℃（ほぼ一定）である。給水温度は、東京の平均値として冬期，中間期（春，秋），夏期がそれぞれ約９℃，約１７℃，約２４℃である。給水温度に逆比例して、熱負荷が変化する。ヒートポンプ給湯機における加熱時の成績係数は、給水温度にほぼ比例して変化する。
【００５３】
つまり、冬期は加熱負荷が大きくなり、成績係数ＣＯＰが低下するので、年間で、最もヒートポンプ冷媒回路４０の立ち上がり時間が長くなり、貯湯タンク１２の熱量を必要とする。冬期の必要熱量によって、貯湯タンク１２の容量が決まる。そこで、冬期の給水温度を高めれば、ＣＯＰが向上し、ヒートポンプ冷媒回路４０の立ち上がり時間を短縮できる。それとともに、貯湯タンク１２の容量を少なくでき、貯湯タンク１２を小形化できる。
【００５４】
冬季における給水温度を高めるためには、圧縮機１ａ，１ｂの外郭に給水管８を巻きつけて、圧縮機１ａ，１ｂで発生した圧縮熱を給水管内を流通する水に伝熱するのが最も手っ取り早い。運転中における圧縮機１ａ，１ｂの外郭温度は、７０〜８０℃にも達するから、冬期の給水温度が約９℃の水を温めるには、充分な熱量を有している。さらに、圧縮機１ａ，１ｂ自体が放熱するので、圧縮機１ａ，１ｂの性能も向上する。
【００５５】
図６に、給湯運転中に着霜した場合の除霜運転制御を、フローチャートで示す。主として冬季において、台所給湯または風呂給湯などで湯水使用が始まる（ステップ８０）と、運転制御手段５０は、ヒートポンプ運転による直接給湯運転（ステップ８１）およびタンク給湯運転（ステップ８２）を実行する。
【００５６】
直接給湯運転およびタンク給湯運転の併用運転中に、直接給湯温度を判定する。直接給湯運転（ステップ８１）だけで予め設定した温度および流量の湯が得られる安定状態に達したら、タンク給湯運転だけを停止（ステップ８４）する。そして、直接給湯運転（ステップ８１）だけで給湯運転を継続する（ステップ８５）。
【００５７】
ヒートポンプ冷媒回路４０における冷媒は、水冷媒熱交換器２で放熱し、給水配管２ｃ，２ｄを流通する給水を加熱した後、蒸発器４ａ，４ｂで外気から吸熱する。冬期低温時に長時間（約３０分以上）ヒートポンプ運転を継続して、蒸発器４ａ，４ｂの表面温度が−２℃〜−３℃になると、蒸発器４ａ，４ｂの表面に付着した空気中の水分が霜となって堆積し始める。
【００５８】
さらに時間が経過するにつれ、蒸発器４ａ，４ｂ表面の霜が成長し、蒸発器４ａ，４ｂの全表面を覆う。蒸発器４ａ，４ｂが霜で覆われると、霜の断熱効果により冷媒と外気との熱交換が阻害される。その結果、圧縮機１ａ，１ｂへの冷媒の液戻りや吸い込み圧力上昇などの事態が発生する。ヒートポンプ冷媒回路４０の加熱能力が低下する。
【００５９】
そこで、蒸発器サーミスタ４ｓ，４ｔが検出した蒸発器４ａ，４ｂの温度に基づいて、着霜開始時期を決定する。また、給水水量センサ１１および風呂水位センサ、図示しない運転時間タイマー等の検出結果を用いて、運転制御手段５０に内蔵された学習制御手段により、給湯運転がさらに続くのか、まもなく終了するのかを予測し判定する（ステップ
８６）。なお、ヒートポンプ冷媒回路４０の蒸発器４ａ，４ｂに着霜するほど運転するのは、長時間（約３０分以上）連続運転する場合であり、このような状態は、例えば風呂湯張り後続けてシャワー給湯や貯湯運転するような場合である。したがって、学習モードで予測可能になる。
【００６０】
例えば、着霜開始と判定（ステップ８６）されても、風呂湯張り中で湯張り終了に近づいているときは、給湯時間予測判定（ステップ８７）において、「短時間のうちに給湯停止する」と予測される（ステップ８８）。そこで、給湯運転を継続（ステップ８８ａ）して、湯張りを終了させ、その後、給湯運転を停止（ステップ８８ｂ）してから、散水および除霜する（ステップ８８ｃ）。
【００６１】
一方、台所給湯後に風呂湯張りを開始し、風呂湯張り半ばで着霜開始と判定（ステップ８６）されたら、給湯時間予測判定（ステップ８７）において、当分給湯運転が必要と予測される（ステップ８９）。この場合には、給湯運転を継続（ステップ８９ａ）しながら、散水および除霜するとともに、フアンの５ａ，５ｂの風量を増大させる。除霜水を用いて、通風阻害を防止する（ステップ８９ｂ）。散水および除霜が終了したら、通常の給湯運転に戻り、風呂湯張りが終了してから給湯運転を停止する（ステップ８９ｂ）。
【００６２】
散水と除霜、および給湯運転が終了すると、タンクサーミスタ１２ｓの出力に基づいて、貯湯タンク１２内の湯温と湯量を判定（ステップ９０）する。タンク貯湯温度および湯量が、設定範囲内であれば、給湯運転を停止する。貯湯温度または湯量が不足していれば、タンク貯湯運転（ステップ９１）し、タンク貯湯温度および湯量が設定範囲内に達したら（ステップ９２）、運転を停止する（ステップ９３）。
【００６３】
散水および除霜において、給湯運転停止直後に除霜する場合は、水冷媒熱交換器２内の残り湯を散水することが最も省エネである。給湯運転中に除霜する場合は、給水管８内で圧縮機１ａ，１ｂから熱を得た給水を、散水するのが有利である。また、水冷媒熱交換器２内の残り湯および給水が、除霜に充分な温度および湯量に達していなければ、貯湯タンク１２内の高温水を使用すれば、除霜を短時間でかつ確実に行える。したがって、運転制御手段５０が、水冷媒熱交換器２内の残り湯または加熱された給水、貯湯タンク１２内の高温水を選択して、状況に応じて単独または組合わせて使用すれば、省エネに最適な除霜を実行できる。
【００６４】
以上説明したように、本発明の各実施例では、ヒートポンプ給湯機において、給水管を流通する水と圧縮機を流通する冷媒が発生した熱とを熱交換させて、給水温度を昇温させている。昇温させた給水を加熱給湯用または蒸発器の除霜用として利用可能になり、給湯運転における成績係数（ＣＯＰ）を向上できるとともに除霜時におけるＣＯＰの低下を防止できる。なお上記実施例では、瞬間式ヒートポンプ給湯機を例にとり説明したが、貯湯式ヒートポンプ給湯機にも、本発明は適用可能であり、その場合同様にＣＯＰが向上する。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明に係るヒートポンプ給湯機の一実施例のシステム図である。
【図２】図１に示したヒートポンプ給湯機における除霜運転を説明する図である。
【図３】図１に示したヒートポンプ給湯の正面図である。
【図４】図１に示したヒートポンプ給湯機の給湯運転時のフローチャートである。
【図５】ヒートポンプ給湯機における、給水温度，給湯温度とヒートポンプ運転時の成績係数（ＣＯＰ）の相関関係を説明するグラフである。
【図６】図１に示したヒートポンプ給湯機の着霜運転時のフローチャートである。
【符号の説明】
【００６６】
１ａ，１ｂ  圧縮機
２  水冷媒熱交換器
３ａ，３ｂ  膨張弁
４ａ，４ｂ  蒸発器
６  給水金具
７  減圧弁
８  給水管
９  水開閉弁
１０  散水管
１１  給水水量センサ
１２  貯湯タンク
１３  機内循環ポンプ
１６  給湯混合弁
１７  湯水混合弁
１８  流量調整弁
１９  台所出湯金具
２０  台所蛇口
２３  風呂循環ポンプ
２７  浴槽
２９  風呂用熱交換器
３３  本体
４０  ヒートポンプ冷媒回路
４０ａ  第１ヒートポンプ冷媒回路
４０ｂ  第２ヒートポンプ冷媒回路
４５  給湯回路
５０  運転制御手段
１００，１００ａ  瞬間式ヒートポンプ給湯機
【図１】
2008157539.tif 000003
【図２】
2008157539.tif 000004
【図３】
2008157539.tif 000005
【図４】
2008157539.tif 000006
【図５】
2008157539.tif 000007
【図６】
2008157539.tif 000008