(57)【要約】【課題】貯湯タンクの自然対流による放熱ロスを最小限に抑え、風呂加熱運転（あるいは暖房運転）を行っているときでも、ヒートポンプサイクルによる給湯水の加熱運転を行うことができる湯切れの心配がない高効率なヒートポンプ装置を提供すること。【解決手段】ヒートポンプサイクル６と、貯湯タンク７と、給湯熱交換器２で加熱された給湯水を貯湯タンク７の上部へ戻す給湯水上部回路１０と、給湯熱交換器２で加熱された給湯水を貯湯タンク７の下部へと戻す給湯水下部回路１１と、給湯水上部回路１０と給湯水下部回路１１を切り換える水路切換手段１２と、貯湯タンク７の給湯水と浴槽水が熱交換する風呂熱交換器１５と、湯水の逆流を防止する逆止手段２３と、貯湯タンク７、逆止手段２３、風呂熱交換器１５の順に接続する浴槽水加熱回路１７とを備え、浴槽水加熱回路１７の逆止手段２３より下流側を給湯水下部回路１１に接続することを特徴とする。【選択図】図１
2008256346.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、給湯熱交換器、減圧手段、蒸発器を冷媒回路で環状に接続したヒートポンプサイクルと、貯湯タンクと、前記給湯熱交換器で加熱された給湯水を貯湯タンクの上部へ戻す給湯水上部回路と、前記給湯熱交換器で加熱された給湯水を貯湯タンクの下部へと戻す給湯水下部回路と、前記給湯水上部回路と前記給湯水下部回路を切り換える水路切換手段と、前記貯湯タンクの給湯水と浴槽水が熱交換する風呂熱交換器と、湯水の逆流を防止する逆止手段と、前記貯湯タンク、前記逆止手段、前記風呂熱交換器の順に接続する浴槽水加熱回路とを備え、前記浴槽水加熱回路の前記逆止手段より下流側を前記給湯水下部回路に接続する構成としたことを特徴とするヒートポンプ装置。
【請求項２】
貯湯タンクの温水を浴槽へ注湯する浴槽水注湯回路と、前記浴槽水注湯回路に配設し、水道水と貯湯タンクの温水を所定の温度となるように混合する混合弁とを備え、前記浴槽水注湯回路の上流側は、浴槽水加熱回路の逆止手段の下流側に接続する構成としたことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ装置。
【請求項３】
貯湯タンクの給湯水を風呂熱交換器へ搬送する浴槽水加熱ポンプを備え、前記浴槽水加熱ポンプの出力を変更す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装置。
【請求項４】
貯湯タンクの給湯水を風呂熱交換器へ搬送する浴槽水加熱ポンプと貯湯タンクの給湯水を給湯熱交換器へ搬送する給湯水ポンプとを備え、前記浴槽水加熱ポンプの出力に基づいて、前記給湯水ポンプの出力を変更する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装置。
【請求項５】
給湯熱交換器の出口の温度を検知する温度検知手段を備え、前記温度検知手段の検知値と浴槽水加熱ポンプの出力とに基づいて、給湯水ポンプの出力を変更することを特徴とする特徴とする請求項４記載のヒートポンプ装置。
【請求項６】
浴槽水加熱回路に給湯水上部回路を接続する構成としたことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ装置。
【請求項７】
貯湯タンクの給湯水を風呂熱交換器へ搬送する浴槽水加熱ポンプと貯湯タンクの給湯水を給湯熱交換器へ搬送する給湯水ポンプとを備え、前記浴槽水加熱ポンプの出力に基づいて、前記給湯水ポンプの出力を変更することを特徴とする請求項７に記載のヒートポンプ装置。
【請求項８】
冷媒として二酸化炭素を用い、高圧側では超臨界圧状態で運転することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のヒートポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給湯熱交換器、および風呂熱交換器を備えたヒートポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、冷凍サイクルを用いたヒートポンプ式給湯機が提案されており、例えば図８に示すように、圧縮機１、給湯熱交換器２、減圧手段３、蒸発器４等から構成されるヒートポンプサイクル６を利用して、貯湯タンク７内に温水を貯留し、風呂熱交換器１５を介して、暖房温水、あるいは、浴槽水を加熱し、これを給湯、暖房（風呂加熱）するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−２２２３９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来の構成では、貯湯タンク７に貯留した高温の給湯水が、浴槽水加熱回路１７に自然対流で流入し、そこの管路、熱交換器、あるいは連通する混合弁で放熱するため、機器の効率低下を招いていた。また、自然対流で風呂熱交換器１５へ高温の給湯水が流入した場合、風呂熱交換器１５の被加熱媒体である、浴槽水などが高温に加熱される。高温に加熱された状態で、浴槽水が浴槽に流入すると、使用者へ不快感を与えてしまう。
【０００４】
また、暖房を行った給湯水が貯湯タンクへと戻る回路と給湯水がヒートポンプサイクルから貯湯タンクへと戻る回路を、水路切換弁によって切り換えるため、暖房運転（あるいは風呂加熱運転）を行っているときに、ヒートポンプサイクルによる給湯水の加熱運転を行うことができないため、暖房運転中に貯湯タンクの給湯水の温度が下がって給湯ができない（湯切れ）場合があった。
【０００５】
そこで、本発明は、前記従来の課題を解決するもので、貯湯タンクの自然対流による放熱ロスを最小限に抑え、風呂加熱運転（あるいは暖房運転）を行っているときでも、ヒートポンプサイクルによる給湯水の加熱運転を行うことができる湯切れの心配がない高効率なヒートポンプ装置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】
【０００６】
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装置は、圧縮機、給湯熱交換器、減圧手段、蒸発器を冷媒回路で環状に接続したヒートポンプサイクルと、貯湯タンクと、前記給湯熱交換器で加熱された給湯水を貯湯タンクの上部へ戻す給湯水上部回路と、前記給湯熱交換器で加熱された給湯水を貯湯タンクの下部へと戻す給湯水下部回路と、前記給湯水上部回路と前記給湯水下部回路を切り換える水路切換手段と、前記貯湯タンクの給湯水と浴槽水が熱交換する風呂熱交換器と、湯水の逆流を防止する逆止手段と、前記貯湯タンク、前記逆止手段、前記風呂熱交換器の順に接続する浴槽水加熱回路とを備え、前記浴槽水加熱回路の前記逆止手段より下流側を前記給湯水下部回路に接続する構成としたことを特徴とするもので、これによって、貯湯タンクの温水の自然対流による浴槽水加熱回路への流入の抑止と、風呂加熱を行った給湯水とヒートポンプサイクルで加熱した給湯水を同時に給湯水下部回路より貯湯タンクに戻すことが可能となる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、貯湯タンクの温水の自然対流による浴槽水加熱回路への流入の抑止して貯湯タンクの給湯水からの放熱ロスを削減するとともに、風呂加熱運転（あるいは暖房
運転）を行っているときでも、ヒートポンプサイクルによる給湯水の加熱運転を行うことができる湯切れの心配がない運転効率の高いヒートポンプ装置とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
第１の発明は、圧縮機、給湯熱交換器、減圧手段、蒸発器を冷媒回路で環状に接続したヒートポンプサイクルと、貯湯タンクと、前記給湯熱交換器で加熱された給湯水を貯湯タンクの上部へ戻す給湯水上部回路と、前記給湯熱交換器で加熱された給湯水を貯湯タンクの下部へと戻す給湯水下部回路と、前記給湯水上部回路と前記給湯水下部回路を切り換える水路切換手段と、前記貯湯タンクの給湯水と浴槽水が熱交換する風呂熱交換器と、湯水の逆流を防止する逆止手段と、前記貯湯タンク、前記逆止手段、前記風呂熱交換器の順に接続する浴槽水加熱回路とを備え、前記浴槽水加熱回路の前記逆止手段より下流側を前記給湯水下部回路に接続する構成としたことを特徴とするヒートポンプ装置で、浴槽水加熱回路の逆止手段の流路抵抗（弁体を保持するバネ圧）により、貯湯タンクから浴槽水加熱回路の下流側へと向かう、給湯水の自然対流を防止し、また、浴槽水加熱回路は逆止手段を備えるとともに給湯水下部回路と接続されているものとすることにより、風呂加熱を行った給湯水とヒートポンプサイクルから加熱された給湯水を同時に給湯水下部回路より貯湯タンクに戻す回路であることから、風呂加熱運転を行っているときであっても、給湯水の加熱運転を行うことが可能となり、湯切れの心配がない運転効率の高いヒートポンプ装置とすることができる。
【０００９】
第２の発明は、貯湯タンクの温水を浴槽へ注湯する浴槽水注湯回路と、前記浴槽水注湯回路に配設し、水道水と貯湯タンクの温水を所定の温度となるように混合する混合弁とを備え、前記浴槽水注湯回路の上流側は、浴槽水加熱回路の逆止手段の下流側に接続する構成としたことを特徴とするもので、浴槽水加熱回路の逆止手段の流路抵抗（弁体を保持するバネ圧）により、貯湯タンクの温水の自然対流による混合弁への流入を防止することが出来るから、貯湯タンクの給湯水を浴槽への注湯する注湯運転を開始した直後の給湯水の注湯温度を安定させることが出来る。
【００１０】
第３の発明は、貯湯タンクの給湯水を風呂熱交換器へ搬送する浴槽水加熱ポンプを備え、前記浴槽水加熱ポンプの出力を変更することを特徴とするもので、風呂熱交換器で浴槽水を加熱する給湯水の流量を可変制御することが可能となることから、浴槽へ戻る浴槽水の温度、および、貯湯タンクへ戻る給湯水の温度を制御できる、使い勝手がよく運転効率の高いヒートポンプ装置とすることができる。
【００１１】
第４の発明は、貯湯タンクの給湯水を風呂熱交換器へ搬送する浴槽水加熱ポンプと貯湯タンクの給湯水を給湯熱交換器へ搬送する給湯水ポンプとを備え、前記浴槽水加熱ポンプの出力に基づいて、前記給湯水ポンプの出力を変更することを特徴とするもので、浴槽水を加熱する給湯水の流量に応じて、給湯水ポンプの出力を補正し、給湯水ポンプの流量変動を抑制する制御を行うことが可能となり、運転効率の高いヒートポンプ装置とすることができる。
【００１２】
第５の発明は、給湯熱交換器の出口の温度を検知する温度検知手段を備え、前記温度検知手段の検知値と浴槽水加熱ポンプの出力とに基づいて、給湯水ポンプの出力を変更することを特徴とする特徴とするもので、浴槽水を加熱する給湯水の流量と給湯水温度に応じて、水路切換手段の作動制御と、給湯水ポンプの出力を補正し、給湯水ポンプの流量変動を抑制する制御を行うことが可能となり、運転効率の高いヒートポンプ装置とすることができる。
【００１３】
第６の発明は、浴槽水加熱回路に給湯水上部回路を接続する構成としたことを特徴とするもので、加熱した給湯水を直接浴槽水の加熱に利用するため、貯湯タンクの貯留されて
いる水との混合ロスを削減すると共に、給湯水上部回路と貯湯タンクとの接続配管、並びに、接続口などの部品を削減できるため、運転効率が高く、低コストなヒートポンプ装置とすることできる。
【００１４】
第７の発明は、貯湯タンクの給湯水を風呂熱交換器へ搬送する浴槽水加熱ポンプと貯湯タンクの給湯水を給湯熱交換器へ搬送する給湯水ポンプとを備え、前記浴槽水加熱ポンプの出力に基づいて、前記給湯水ポンプの出力を変更することを特徴とするもので、給湯水ポンプの出力で浴槽水の加熱を同時に行って、浴槽水ポンプの出力を抑えることができるので、運転効率が高いヒートポンプ装置とすることができる。
【００１５】
第８の発明は、冷媒として二酸化炭素を用い、高圧側では超臨界圧状態で運転することを特徴とするもので、ヒートポンプ装置を高温で利用することができ、貯湯機能や沸上機能を向上することができる。
【００１６】
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。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態のおけるヒートポンプ装置の構成図を示すものである。
【００１８】
図１において、圧縮機１、給湯熱交換器２、減圧手段３、蒸発器４を冷媒回路５で順に環状に接続してヒートポンプサイクル６を構成している。一方、貯湯タンク７には給湯水が貯留されており、給湯水回路９は貯湯タンク７、給湯水ポンプ８、給湯熱交換器２、水路切換手段１２を順に接続する。給湯熱交換器２を流出した給湯水を貯湯タンク７の上部へ戻す場合は、水路切換手段１２と貯湯タンク７の上部を接続する給湯水上部回路１０を介し、給湯水を貯湯タンク７の下部へ戻す場合は、水路切換手段１２と貯湯タンク７の下部を接続する給湯水下部回路１１を経由させる。
【００１９】
従って、水路切換手段１２の動作を制御することにより、ヒートポンプサイクル６から流出する給湯水を貯湯タンク７の上部、あるいは下部のどちらか一方に戻す位置を選択切換することができる。さらに、貯湯タンク７には、逆止手段２３、風呂熱交換器１５、浴槽水加熱ポンプ１６を順に接続する浴槽水加熱回路１７が設けられており、浴槽水加熱手段１７の下流端は給湯水下部回路１１に接続されている。
【００２０】
また、風呂熱交換器１５の他方の回路には浴槽２２が接続され、浴槽水を搬送する浴槽水ポンプ１８、浴槽２２、浴槽水ポンプ１８、風呂熱交換器１５を順に接続する浴槽水回路１９が構成されている。浴槽水注湯回路２４は、貯湯タンク７の給湯水を浴槽水回路１９を経由して浴槽２２へ注湯する回路であり、貯湯タンク７の高温の給湯水と水道水を混合する混合弁２５、注湯する湯温を検知する温度検知手段２６、浴槽水注湯回路２４の回路の開閉を行う回路開閉弁２７を備え、これらを含めて給湯サイクル２０が構成されている。逆止手段２３は、給湯水下部回路１１から貯湯タンク７へと戻る給湯水が浴槽水加熱回路１７を逆流することを防止する向きに設置される。
【００２１】
また、逆止手段２３は、弁体とバネを内蔵し、弁体をバネ圧で保持する構成であり、逆止手段２３の順流れには、弁体を保持するバネ圧を超える水圧が生じた場合に限り、逆止手段２３を通過する流れが発生する。
【００２２】
以下に、本実施の形態によるヒートポンプ装置の動作、作用を説明する。
【００２３】
ヒートポンプサイクル６で貯湯タンク７に貯留された給湯水を加熱する運転は、以下のような動作となる。貯湯タンク７の給湯水は、給湯水ポンプ８によって給湯熱交換器１２へ搬送され、ヒートポンプサイクル６のヒートポンプサイクル動作によって加熱される。貯湯タンク７の貯留されている給湯水をより高温化するために、給湯熱交換器１２で加熱された給湯水の温度が所定の温度以上になるまでは給湯水を給湯水下部回路１１より貯湯タンク７へ戻し、所定温度以上になった場合は水路切換手段１２を作動させて給湯水を給湯水上部回路１０より貯湯タンク７へ戻す。給湯水ポンプ８は給湯熱交換器１２で加熱された給湯水の温度が予め決定した温度になる様に、給湯水回路９の流量を制御する。
【００２４】
浴槽２２への注湯（湯張り）、並びに、浴槽水の加熱は以下のような動作となる。浴槽水注湯回路２４の混合弁２５は、温度検知手段２６で検知する注湯温度がリモコン等（図示せず）で予め設定された温度となるように、温水と水道水の混合割合を調整する。所定温度となった浴槽水は、浴槽水回路１９から浴槽２２へ流出する。
【００２５】
一方、浴槽２２の浴槽水を加熱する場合は、貯湯タンク７に貯留された高温の給湯水を、浴槽水加熱ポンプ１６によって風呂熱交換器１５へ搬送し、浴槽水ポンプ１８より搬送された浴槽水を加熱する。風呂熱交換器１５で浴槽水を加熱して温度が下がった給湯水は、給湯水下部回路１１が接続する貯湯タンク７の下部より内部へ流入する。
【００２６】
浴槽水の加熱運転を行っていないときに、給湯水の加熱運転を行う場合において、給湯熱交換器１２で加熱された給湯水の温度が所定の温度以上になるまでは給湯水を給湯水下部回路１１より貯湯タンク７へ戻すが、給湯水が浴槽水加熱回路１７へ流入するが逆止手段２３を設けているため、給湯水が浴槽水加熱回路１７を逆流して貯湯タンク７の上部より戻ることを防ぐことができる。
【００２７】
また、給湯水の加熱運転を行っていないときに、浴槽水の加熱運転を行う場合において、風呂熱交換器１５で浴槽水を加熱した給湯水を給湯水下部回路１１より貯湯タンク７へ戻すが、水路切換手段１２を設けているため、給湯水が給湯水下部回路１１を逆流して貯湯タンク７の上部より戻ることを防ぐことができる。さらに、浴槽水の加熱運転を行っている場合に、給湯熱交換器１２で加熱された給湯水の温度が所定の温度以上になるまでは給湯水を給湯水下部回路１１より貯湯タンク７へ戻す運転も可能である。
【００２８】
従って、浴槽水の加熱運転と給湯水の加熱運転を同時に行うことができ、浴槽水の加熱運転を行っても、湯切れの心配のないヒートポンプ装置とすることができる。
【００２９】
一方、貯湯タンク７に貯留する温度の高い給湯水は、貯湯タンク７の上部に接続されている浴槽水加熱回路１７へ自然対流によって流入するが、逆止手段２３の弁体を保持するバネ圧で自然対流による浴槽水加熱回路１７の下流側への流れを防止することが出来る。従って、高温の給湯水が風呂熱交換器１５へ流入による放熱ロスを防止することが出来る。また、風呂熱交換器１５に停留している浴槽水が高温となることを防ぐことができるため、浴槽水の加熱運転開始時に高温の浴槽水が浴槽２２へ流入する現象を未然に防ぐことが出来る。
【００３０】
また、貯湯タンク７に貯留する温度の高い給湯水が、貯湯タンク７の上部に接続されている浴槽水加熱回路１７、浴槽水注湯回路２４を経由して混合弁２５、または、温度検知手段２６の位置まで自然対流によって流入すると、注湯開始時に温度検知手段２６が高温を検知して混合弁２５の混合比率を制御するため、設定温度に対して、オーバーシュート、あるいは、アンダーシュートとなり、浴槽２２へ注湯する給湯水の温度が安定するまで時間を要してしまう。
【００３１】
そこで、逆止手段２３の弁体を保持するバネ圧で自然対流による浴槽水加熱回路１７の下流側への流れを防止することが出来る。従って、高温の給湯水が混合弁２５へ流入を防止することが出来るので、設定温度に対して、オーバーシュート、あるいは、アンダーシュートを抑制して、短時間で設定した湯温が給湯水を浴槽２２へ供給することが可能となる。
【００３２】
本実施の形態においては、貯湯タンク７の給湯水で加熱する対象を浴槽水としたが、従来例で示した暖房用循環水とすることも可能であり、この場合でも暖房運転を行っても、湯切れの心配のないヒートポンプ装置とすることができる。
【００３３】
図２において、運転制御手段２８は、給湯水ポンプ８、並びに、浴槽水加熱ポンプ１６の出力を制御する制御手段で有り、給湯水ポンプ８は、給湯熱交換器２の出口に設置した温度検知手段２９の検知する給湯水の温度が所定の温度となるように制御される。浴槽水加熱ポンプ１６は、その出力を制御することにより、風呂熱交換器１５に流入する給湯水流量を可変させるものである。使用者が運転制御手段２８に設定する浴槽水を加熱する熱量や浴槽２２へ戻る浴槽水の温度に基づいて、給湯水流量を可変することで、使用者の使い勝手に応じた浴槽水の加熱運転を行うことができる。
【００３４】
さらに、貯湯タンク７へ戻す給湯水の温度をより低い温度とする制御を行うことができるため、給湯熱交換器２出口の冷媒エンタルピが上昇せず、また貯湯タンク７の対流が発生しにくいため効率の高いヒートポンプ装置とすることができる。
【００３５】
図３は、図２の構成において、給湯水ポンプ８を駆動している場合に、浴槽水加熱ポンプ１６の出力を変化させた場合（出力０％〜１００％）の流量特性を示す図である。浴槽水の加熱運転と給湯水の加熱運転を同時に行っているときに、給湯熱交換器１２で加熱された給湯水を給湯水下部回路１１より貯湯タンク７へ戻している場合は、給湯水下部回路１１の給湯水の流れに浴槽水加熱回路２３から浴槽水を加熱した給湯水が合流し給湯水下部回路１１の圧力損失が増加する。
【００３６】
このため、給湯水ポンプ８の出力を一定とした場合では、浴槽水加熱ポンプ１６の出力に応じて、給湯水ポンプ８で搬送される給湯水の流量が変動する（Ａ−ｂ−ｃ）。給湯水ポンプ８の給湯水の流量が変動すると給湯熱交換器２で加熱される給湯水の温度とヒートポンプサイクルが不安定となり、ヒートポンプ装置の耐久性を低下させる。そこで、浴槽水加熱ポンプ１６の出力を変化させた場合（Ａ−Ｂ−Ｃ）でも、給湯水ポンプ８が搬送する給湯水の流量を一定となるように、浴槽水加熱ポンプ１６の出力に対応するように給湯水ポンプ８の出力を（（Ａ）−（Ｂ）−（Ｃ））の如く補正する。
【００３７】
運転制御手段２８によって浴槽水加熱ポンプ１６の出力制御に併せて、給湯水ポンプ８の出力制御補正を行わせることによって、浴槽水の加熱運転と給湯水の加熱運転を同時に行っているときであっても、給湯熱交換器２で加熱される給湯水の温度とヒートポンプサイクルを安定させることができる。
【００３８】
尚、浴槽水加熱ポンプ１６の出力がＯＮ−ＯＦＦのみの制御である場合は、運転制御手段２８によって浴槽水加熱ポンプ１６のＯＮ出力に併せて、給湯水ポンプ８の出力補正を行わせる。従って、浴槽水の加熱運転と給湯水の加熱運転を同時に行っているときであっても、給湯熱交換器２で加熱される給湯水の温度とヒートポンプサイクルを安定させることができる。
【００３９】
また、浴槽水の加熱運転と給湯水の加熱運転を同時に行っているときに、給湯熱交換器１２で加熱された給湯水を給湯水上部回路１０より貯湯タンク７へ戻している場合は、給
湯水上部回路１０の給湯水の流れと浴槽水加熱回路２３から浴槽水を加熱した給湯水は無関係となるため、浴槽水加熱ポンプ１６の出力に応じて、給湯水ポンプ８で搬送される給湯水の流量が変動しなくなる。
【００４０】
すなわち、運転制御手段２８によって浴槽水加熱ポンプ１６の出力制御に併せて行っていた、給湯水ポンプ８の出力制御補正が不要となり、この補正を解除する必要がある。温度検知手段２９によって給湯水温度を検知して、水路切換手段１２の回路切換動作を行うと同時に、この動作を解除する制御を運転制御手段２８が行うことにより、浴槽水の加熱運転と給湯水の加熱運転を同時に行っているときであっても、給湯熱交換器２で加熱される給湯水の温度とヒートポンプサイクルを安定させることができる。
【００４１】
図４は、浴槽水注湯回路２４に逆止手段２３を設け、浴槽水加熱回路１７の逆止手段２３の上流側に接続するものである。図４の構成においても、貯湯タンク７の高温の給湯水の自然対流による放熱ロス防止と混合弁２５の湯温安定を図ることができる。図４の構成は図１に対して、それぞれに独立した逆止手段２３を設けているので、浴槽２２に貯湯タンク７の給湯水を混合弁２５を経由して注湯する場合に生じる浴槽水加熱回路１７の放熱ロスを削減することが可能となるが、図１の構成の方が、逆止手段２３を１個の構成とすることで低コスト化を図ることができる。
【００４２】
給湯熱交換器２の給湯水回路９で高温の給湯水を得るためには、冷凍サイクルは、冷媒として二酸化炭素を用い、臨界圧を越える圧力で運転することが好ましい。また、二酸化炭素を冷媒として用いることで、ヒートポンプ装置を高温で利用することができ、貯湯タンク７を用いて、加熱した給湯水を高温の湯として貯湯する場合は、貯湯タンクに貯湯可能な熱量を向上することができる。
【００４３】
尚、浴槽水加熱回路１７を給湯水下部回路１１と合流させずに、直接貯湯タンク７に接続することで給湯水の加熱運転と、浴槽水の加熱運転を同時に行うことが出来る。しかしながら、同時運転時には、貯湯タンク７に対して給湯水が２方向より戻されることになり、貯湯タンク７内部が撹拌される。従って、貯湯タンク７下部の温度の低い給湯水が貯湯タンク７上部の温度の高い給湯水と混合され、貯湯タンク７の貯湯熱量が低下してしまう。
【００４４】
また、図２の構成において、単独で浴槽水の加熱運転を行う場合、給湯水下部回路１１に流入した給湯水の一部は、ヒートポンプサイクル６の給湯水回路９へ逆流する。逆流する給湯水の温度が高い場合は、給湯熱交換器２が加熱されるため、ヒートポンプサイクルを起動した場合、給湯熱交換器２から出湯される給湯水の温度上昇の立ち上がりが早くすることが可能となる。
【００４５】
尚、上記実施の形態では、給湯熱交換器２の利用側配管には、水を流通させる場合で説明したが、給湯タンク等を設けてこの水をヒートポンプ装置に搬送する形態としても良い。また給湯回路内に、水のほかに、例えば、冷媒、又はオイルなどの熱媒体を流通させてもよい。
【００４６】
また、上記実施の形態では、給湯熱交換器２は給湯用として説明したが、加熱保温が必要な、例えば、温水プール、暖房用貯湯タンク、又は床暖房などの暖房機器のような、保温用装置若しくは設備、加熱用装置若しくは設備、又は暖房用装置若しくは設備に用いてもよい。
【００４７】
（実施の形態２）
図５は、本発明の第２の実施の形態のおけるヒートポンプ装置の構成図を示すものであ
る。
【００４８】
図５において、圧縮機１、給湯熱交換器２、減圧手段３、蒸発器４を冷媒回路５で順に環状に接続してヒートポンプサイクル６を構成している。一方、貯湯タンク７には給湯水が貯留されており、給湯水回路９は貯湯タンク７、給湯水ポンプ８、給湯熱交換器２、水路切換手段１２を順に接続する。給湯熱交換器２を流出した給湯水を貯湯タンク７の上部へ戻す場合は、水路切換手段１２と貯湯タンク７の上部を接続する給湯水上部回路１０、浴槽水加熱回路１７を介し、給湯水を貯湯タンク７の下部へ戻す場合は、水路切換手段１２と貯湯タンク７の下部を接続する給湯水下部回路１１を経由させる。
【００４９】
従って、水路切換手段１２の動作を制御することにより、ヒートポンプサイクル６から流出する給湯水を貯湯タンク７の上部、あるいは下部のどちらか一方に戻す位置を選択切換することができる。さらに、貯湯タンク７には、逆止手段２３、風呂熱交換器１５、浴槽水加熱ポンプ１６を順に接続し、給湯水上部回路１０を接続した浴槽水加熱回路１７が設けられており、浴槽水加熱手段１７の下流端は給湯水下部回路１１に接続されている。逆止手段２３は、給湯水下部回路１１から貯湯タンク７へと戻る給湯水が浴槽水加熱回路１７を逆流することを防止する向きに設置される。
【００５０】
また、逆止手段２３は、弁体とバネを内蔵し、弁体をバネ圧で保持する構成であり、逆止手段２３の順流れには、弁体を保持するバネ圧を超える水圧が生じた場合に限り、逆止手段２３を通過する流れが発生する。
【００５１】
以下に、本実施の形態によるヒートポンプ装置の動作、作用を説明する。
【００５２】
ヒートポンプサイクル６で貯湯タンク７に貯留された給湯水を加熱する運転は、以下のような動作となる。貯湯タンク７の給湯水は、給湯水ポンプ８によって給湯熱交換器１２へ搬送され、ヒートポンプサイクル６のヒートポンプサイクル動作によって加熱される。貯湯タンク７の貯留されている給湯水をより高温化するために、給湯熱交換器１２で加熱された給湯水の温度が所定の温度以上になるまでは給湯水を給湯水下部回路１１より貯湯タンク７へ戻し、所定温度以上になった場合は水路切換手段１２を作動させて給湯水を給湯水上部回路１０、浴槽水加熱回路１７より貯湯タンク７へ戻す。給湯水ポンプ８は給湯熱交換器１２で加熱された給湯水の温度が予め決定した温度になる様に、給湯水回路９の流量を制御する。
【００５３】
浴槽２２への注湯（湯張り）、並びに、浴槽水の加熱は以下のような動作となる。浴槽水注湯回路２４の混合弁２５は、温度検知手段２６で検知する注湯温度がリモコン等（図示せず）で予め設定された温度となるように、温水と水道水の混合割合を調整する。所定温度となった浴槽水は、浴槽水回路１９から浴槽２２へ流出する。
【００５４】
一方、浴槽２２の浴槽水を加熱する場合は、貯湯タンク７に貯留された高温の給湯水を、浴槽水加熱ポンプ１６によって風呂熱交換器１５へ搬送し、浴槽水ポンプ１８より搬送された浴槽水を加熱する。風呂熱交換器１５で浴槽水を加熱して温度が下がった給湯水は、給湯水下部回路１１が接続する貯湯タンク７の下部より内部へ流入する。
【００５５】
浴槽水の加熱運転を行っていないときに、給湯水の加熱運転を行う場合において、給湯熱交換器１２で加熱された給湯水の温度が所定の温度以上になり給湯水を給湯水上部回路１０より貯湯タンク７へ戻す場合は、逆止手段２３のバネ圧、並びに、風呂熱交換器１５と浴槽水加熱ポンプ１６を通じる圧力損失を、給湯水上部回路１０−浴槽水加熱回路１７−貯湯タンク７へ通じる圧力損失よりも大きくすることで、給湯水が浴槽水加熱回路１７へ流入して貯湯タンク７の下部より戻ることを防ぐことができる。
【００５６】
また、浴槽水の加熱運転と、給湯水の加熱運転を同時に行う場合は、以下のような動作となる。加熱され温度が高くなった給湯水は、給湯水上部回路１０、浴槽水加熱回路１７を介して、貯湯タンク７の上部より戻る。このとき同時に、浴槽２２の浴槽水を加熱する場合は、浴槽水ポンプ１８を作動させ、給湯水上部回路１０から供給される高温の給湯水を直接浴槽水加熱ポンプ１６によって風呂熱交換器１５へ搬送し、浴槽水を加熱する。風呂熱交換器１５で浴槽水を加熱して温度が下がった給湯水は、給湯水下部回路１１が接続する貯湯タンク７の下部より内部へ流入する。
【００５７】
このとき、給湯水上部回路１０から供給される高温の給湯水を直接、風呂熱交換器１５へ搬送することにより、以下の効果を得ることが出来る。貯湯タンク７に貯留されている給湯水の温度は、給湯水上部回路１０から供給される給湯水の温度より低いため、貯湯タンク７へ戻された時点で、貯留している温度の低い給湯水と混合され、温度が低下して混合ロスとなる。風呂熱交換器１５へ搬送される給湯水の温度が下がると、風呂熱交換器１５での加熱熱量が低下し、使い勝手が悪くなる。また、混合ロスがなくなるため、浴槽水の加熱に使う貯湯タンクの湯量を減らすことができる。本発明のように直接風呂熱交換器１５へ搬送することによって、給湯水の温度低下を最小限に止め、運転効率を高め、湯切れの心配が無いヒートポンプ装置とすることが出来る。
【００５８】
さらに、図６において、運転制御手段２８は、給湯水ポンプ８、並びに、浴槽水加熱ポンプ１６の出力を制御する制御手段で有り、給湯水ポンプ８は、給湯熱交換器２の出口に設置した温度検知手段２９の検知する給湯水の温度が所定の温度となるように制御される。浴槽水加熱ポンプ１６は、その出力を制御することにより、風呂熱交換器１５に流入する給湯水流量を可変させるものである。使用者が運転制御手段２８に設定する浴槽水を加熱する熱量や浴槽２２へ戻る浴槽水の温度に基づいて、給湯水流量を可変することで、使用者の使い勝手に応じた浴槽水の加熱運転を行うことができる。また、貯湯タンク７へ戻す給湯水の温度をより低い温度とする制御を行うことができるため、給湯熱交換器２出口の冷媒エンタルピが上昇せず、また貯湯タンク７の対流が発生しにくいため効率の高いヒートポンプ装置とすることができる。
【００５９】
図７は、図６の構成において、浴槽水加熱ポンプ１６を駆動している場合に、給湯水ポンプ８の出力を変化させた場合（出力２０％〜８０％）の流量特性を示す図である。浴槽水の加熱運転と給湯水の加熱運転を同時に行っているときに、給湯熱交換器１２で加熱された給湯水を給湯水上部回路１０より貯湯タンク７へ戻している場合は、給湯水下部回路１０の給湯水の流れが浴槽水加熱回路１７へ合流し、風呂熱交換器１５へ搬送される給湯水の流量が増加する。
【００６０】
このため、浴槽水加熱ポンプ１６の出力を一定とした場合では、給湯水ポンプ８の出力に応じて、風呂熱交換器１５へ搬送される給湯水の流量が変動する（Ａ２−ｂ２−ｃ２）。浴槽水加熱ポンプ８の給湯水の流量が変動すると風呂熱交換器１５で加熱される浴槽水の温度が不安定となり、浴槽へ戻る浴槽水の温度が変動する。そこで、給湯水ポンプ８の出力を変化させた場合（Ａ２−ｂ２−ｃ２）でも、浴槽水加熱ポンプ１６が搬送する給湯水の流量を一定となるように、給湯水ポンプ８の出力に対応するように浴槽水加熱ポンプ１６の出力を（Ａ２−Ｂ２−Ｃ２）の如く補正する。
【００６１】
運転制御手段２８によって給湯水ポンプ８の出力制御に併せて、浴槽水加熱ポンプ１６の出力制御補正を行わせることによって、浴槽水の加熱運転と給湯水の加熱運転を同時に行っているときであっても、風呂熱交換器１５で加熱される浴槽水の温度と浴槽へ戻る浴槽水の温度を安定させることができる。また、給湯水ポンプ８の出力が増加する制御となった場合は、浴槽水加熱ポンプ１６の出力を下げることが出来るので、装置の消費する電
力量を削減することができるため、運転効率の高いヒートポンプ装置とすることが出来る。
【００６２】
従って、浴槽水の加熱運転と給湯水の加熱運転を同時に行うことができ、浴槽水の加熱運転を行っても、湯切れの心配がなく、運転効率の高いヒートポンプ装置とすることができる。
【００６３】
本実施の形態においては、貯湯タンク７の給湯水で加熱する対象を浴槽水としたが、従来例で示した暖房用循環水とすることも可能であり、この場合でも暖房運転を行っても、湯切れの心配のないヒートポンプ装置とすることができる。
【００６４】
給湯熱交換器２の給湯水回路９で高温の給湯水を得るためには、冷凍サイクルは、冷媒として二酸化炭素を用い、臨界圧を越える圧力で運転することが好ましい。また、二酸化炭素を冷媒として用いることで、ヒートポンプ装置を高温で利用することができ、貯湯タンク７を用いて、加熱した給湯水を高温の湯として貯湯する場合は、貯湯タンクに貯湯可能な熱量を向上することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明にかかるヒートポンプ装置は、運転効率の向上と、湯切れの防止に繋がり、浴槽水の加熱運転の他、暖房、または、廃熱源利用ヒートポンプ装置等の用途にも利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ装置の構成図
【図２】同ヒートポンプ装置の構成図
【図３】同給湯水ポンプの流量特性を示す図
【図４】同他のヒートポンプ装置の構成図
【図５】本発明の実施の形態２におけるヒートポンプ装置の構成図
【図６】同ヒートポンプ装置の構成図
【図７】同給湯水ポンプの流量特性を示す図
【図８】従来のヒートポンプ装置の構成図
【符号の説明】
【００６７】
１  圧縮機
２  給湯熱交換器
３  減圧手段
４  蒸発器
５  送風手段
６  ヒートポンプサイクル
７  貯湯タンク
８  給湯水ポンプ
９  給湯水回路
１０  給湯水上部回路
１１  給湯水下部回路
１２  水路切換手段
１５  風呂熱交換器
１６  浴槽水加熱ポンプ
１７  浴槽水加熱回路
２０  給湯サイクル
２３  逆止手段
２４  浴槽水注湯回路
２５  混合弁
２６  温度検知手段
２８  運転制御手段
２９  温度検知手段
【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】
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【図７】
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【図８】
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