(57)【要約】【課題】暖房器湯の外部熱負荷との接続において、貯湯タンク内上部の補助加熱装置への通電を外部熱負荷に応じて制御し、電気代を低減できるヒートポンプ式給湯装置を提供する。【解決手段】上部に補助加熱装置１９を具備した貯湯タンク２と、ヒートポンプサイクルを用いて水を加熱するヒートポンプ装置１００と、前記貯湯タンク２上部より貯湯水を取り出し、この取り出し部よりも下部で貯湯タンク２に戻すジュンカンポンプ８を具備する貯湯水循環回路６と、前記貯湯水循環回路６を循環する貯湯水と浴室暖房器１０等の外部熱負荷に供給する液体との間で熱交換する外部熱負荷用熱交換器７と、この外部熱負荷用熱交換器７の出口側の液体温度を検出する温度検出手段１５ｄと、この温度検出手段１５ｄが検出する液体温度を所定温度（８０度）以上に保つように前記補助加熱装置１９への通電を制御する制御手段５０を備えた。【選択図】        図１
2004150650.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部に補助加熱装置を具備した貯湯タンクと、この貯湯タンク内の水を下部より取り出し、貯湯タンク上部に戻す循環回路と、この循環回路を流れる水をヒートポンプサイクルを用いて加熱する加熱装置と、前記貯湯タンク上部より貯湯水を取り出し、この取り出し部よりも下部で貯湯タンクに戻す貯湯水循環回路と、この貯湯水循環回路に設けた循環ポンプと、前記貯湯水循環回路を循環する貯湯水と暖房器等の外部熱負荷に供給する外部液体との間で熱交換する外部熱負荷用熱交換器と、この外部熱負荷用熱交換器の出口側外部液体温度を検出する温度検出手段と、この温度検出手段が検出する前記外部熱負荷用熱交換器の出口側外部液体温度を所定温度以上に保つように前記補助加熱装置への通電を制御する制御手段を備えたことを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
【請求項２】
外部液体温度を設定する設定手段を具備し、この設定手段で外部液体温度を所定温度以上に設定した場合に、前記温度検出手段が検出する前記熱交換器の出口側外部液体温度を所定温度以上に保つように前記補助加熱装置への通電を制御することを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項３】
前記所定温度を８０℃とすることを特徴とする請求項１又は２記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項４】
前記補助加熱装置の近傍に、貯湯タンク内の残湯温度を検出する温度検出手段を具備し、この温度検出手段が所定温度以下を検出した場合に、前記補助加熱器に通電するように制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項５】
前記貯湯タンク内の残湯温度を検出する温度検出手段と、前記加熱装置に入水する温度を検出する加熱装置入水温度検出手段を具備し、前記温度検出手段が所定温度以下を検出し、かつ、前記加熱装置入水温度手段が所定温度以上を検出した場合に、前記補助加熱装置に通電するように制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項６】
前記貯湯タンク内の湯量が所定量以下の場合には、前記補助加熱装置への通電を禁止するように制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のヒートポンプ式給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒートポンプサイクルを用いて給湯用の水を加熱し、その加熱された水を貯湯タンク上部より蓄えるようにしたヒートポンプ式給湯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のヒートポンプ式給湯装置においては、ヒートポンプサイクルを用いて貯湯水を加熱する場合、貯湯用熱交換器への入水温度が高くなると、加熱効率が低下するため、貯湯用熱交換器への入水温度が高くなると、ヒートポンプ装置による加熱動作を停止し、貯湯タンク上部に内蔵した熱源に通電している。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２２１５０１号公報（第３−６頁、図６−８）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のヒートポンプ式給湯装置では、ヒートポンプ運転による加熱と熱源による加熱動作の併用で深夜時間帯に貯湯タンクを所定温度（例えば９０℃）で沸き上げ、貯湯用熱交換器への入水温度が所定温度（例えば６０℃）に達すると、ヒートポンプ運転による加熱動作を停止して、以後、貯湯タンクの上部に内蔵した熱源で高温に沸き上げるようにしているので、熱源への通電が多くなり、電気代が高くなる。また、暖房器等（外部熱負荷）との接続において、暖房器等に供給する液体温度を高くする必要がある場合（例えば、浴室暖房器、パネルヒータ等）には、貯湯タンク内の熱源で沸き上げるので、それらの暖房器の加熱性能を確保することはできるが、供給する液体の温度が低くてよい場合（例えば、床暖房等）には、貯湯タンク上部の貯湯水を高温に保つ必要はないにも係わらず、貯湯タンク内の熱源で高温に沸き上げてしまい、余分な沸き上げを行って電気代が高くなる。
【０００５】
本発明は上記のような課題を解消するためになされたもので、暖房器等の外部熱負荷との接続において、外部熱負荷の加熱性能を確保しながら電気代の低減を図ることができるヒートポンプ式給湯装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るヒートポンプ式給湯装置は、上部に補助加熱装置を具備した貯湯タンクと、この貯湯タンク内の水を下部より取り出し、貯湯タンク上部に戻す循環回路と、この循環回路を流れる水をヒートポンプサイクルを用いて加熱する加熱装置と、前記貯湯タンク上部より貯湯水を取り出し、この取り出し部よりも下部で貯湯タンクに戻す貯湯水循環回路と、この貯湯水循環回路に設けた循環ポンプと、前記貯湯水循環回路を循環する貯湯水と暖房器等の外部熱負荷に供給する外部液体との間で熱交換する外部熱負荷用熱交換器と、この外部熱負荷用熱交換器の出口側外部液体温度を検出する温度検出手段と、この温度検出手段が検出する前記外部熱負荷用熱交換器の出口側外部液体温度を所定温度以上に保つように前記補助加熱装置への通電を制御する制御手段を備えたもののである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１を示すヒートポンプ式給湯装置の構成図、図２はヒートポンプ装置の構成図である。
図１において、給湯器本体１内には上部に補助加熱装置１９を内蔵した貯湯タンク２が配設されている。貯湯タンク２の下部には減圧弁３ａを具備する給水管３が接続されている。前記貯湯タンク２の上部には逃し弁５ａを具備した給湯管５が接続されている。貯湯タンク２の上下部で貯湯水循環回路６が接続されている。この貯湯水循環回路６は貯湯タンク２内に貯湯されたお湯と外部熱負荷としての浴室暖房器１０に供給される液体との間で熱交換する外部熱負荷用熱交換器７、循環ポンプ８、循環流量を調整する流量調整弁９で構成される。浴室暖房器１０は外部液体循環回路１１に接続され、外部液体循環回路１１には浴室暖房器１０に供給する外部液体を循環させる循環ポンプ１２が設けられている。
【０００８】
貯湯タンク２の外側面には内部の湯の温度を検出する温度センサ１４ａ，１４ｂが所定間隔を有して取り付けられており、そのうち、一方の温度センサ１４ａは補助加熱装置１９の近傍に位置して取り付けられている。
貯湯水循環回路６には外部熱負荷用熱交換器７への貯湯水入口温度を検出する温度センサ１５ａと外部熱負荷用熱交換器７からの貯湯水出口温度を検出する温度センサ１５ｂが設けられている。また、外部液体循環回路１１には外部熱負荷用熱交換器７への外部液体入口温度を検出する温度センサ１５ｃと外部熱負荷用熱交換器７からの外部液体出口温度を検出する温度センサ１５ｄが設けられている。
【０００９】
制御手段５０は前記各温度センサ１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄの検出値を読込み、設定手段６０の設定に基づいて補助加熱装置１９，循環ポンプ８，１２、循環流量調整弁９、後述するヒートポンプ装置１００の運転を制御する。設定手段６０は沸き上げ温度、各循環回路６、１１の循環流量、各温度センサ１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄの検出温度等を適宜設定する。
ヒートポンプ装置１００は、図２に示すように、圧縮機１０１、圧縮機１０１より吐出された高圧ガス冷媒と給湯用の水との間で熱交換する貯湯用熱交換器１０２、膨張弁１０３、吸熱用熱交換器１０４、アキュームレータ１０５、吸熱用熱交換器１０４に吸熱するためのファン１０６、貯湯タンク２の上下部とヒートポンプ装置１００とが接続された加熱循環回路１０７で構成される。
加熱循環回路１０７には、循環ポンプ１６、ヒートポンプ装置１００の加熱動作を停止するための貯湯用熱交換器１０２への入口温度を検出する温度センサ１３、出口温度を検出する沸き上げ温度センサ１１０が設けられている。
【００１０】
ここで、以下の説明の為、外部熱負荷用熱交換器７の貯湯水入口温度センサ１５ａの検出温度である入力値をＴｈｉ、貯湯水出口温度センサ１５ｂの検出温度である入力値をＴｈｏ、外部熱負荷用熱交換器７の外部液体入口温度センサ１５ｃの検出温度である入力値をＴｃｉ、外部熱負荷用熱交換器７の外部液体出口温度センサ１５ｄの検出温度である入力値をＴｃｏと定義する。
【００１１】
浴室暖房器１０の暖房能力を変化させるには、流量調整弁９を調整して貯湯水循環回路６の貯湯水の循環量を変化させる。同時に貯湯タンク２への戻り温度も変化する。例えば、浴室暖房器１０の暖房能力を運転開始時に最大（約５ＫＷ）にする場合は、流量調整弁９を全開にすると、貯湯水循環回路６の循環流量は最大になるので（約１０Ｌ／分）、貯湯タンク２への戻り温度、すなわち、Ｔｈｏが高くなる。一方、浴室暖房器１０の暖房能力を安定時に小さく（約３ＫＷ）する場合は、流量調整弁９を絞ると、貯湯水循環回路６の貯湯水の循環流量は少なくなり（約４Ｌ／分）、貯湯タンク２への戻り温度、すなわち、Ｔｈｏが低くなる。
【００１２】
次に、上記実施の形態１におけるヒートポンプ式給湯装置の動作について説明する。
給水管３から給水された水は所定圧に減圧弁３ａで減圧され、貯湯タンク２に給水される。そして、貯湯タンク２内は常に満水状態となっている。
まず、ヒートポンプサイクルによる沸き上げ動作について説明すると、貯湯タンク２内の水は循環ポンプ１６の運転により、貯湯タンク２の下部から加熱循環回路１０７に取り出されて貯湯用熱交換器１０２に導かれ、貯湯用熱交換器１０２で熱交換されることで、加熱昇温され、貯湯タンク２の上部に戻される。ここで、加熱循環回路１０７を流れる流量は、沸き上げ温度センサ１１０が設定手段６０で設定された温度（例えば９０℃）になるように、循環ポンプ１６で調整される。これにより、貯湯タンク２の上部より９０℃のお湯が少量ずつ貯湯されていく。
【００１３】
ここで、ヒートポンプ方式による沸き上げは、温度センサ１３の温度が一定温度（例えば６０℃）以上になったら、貯湯タンク２が全量沸き上がったと判断して、終了する。
この時、ヒートポンプ方式による沸き上げ加熱性能は、貯湯用熱交換器１０２に入る水の温度が低いときは、沸き上げの加熱効率が高い（約３００％）が、貯湯用熱交換器１０２に入る水の温度が高いときは、沸き上げの加熱効率は低下（１００％以下）する特性をもっている。
なお、沸き上げ時の貯湯タンク２の膨張水は逃し弁５ａより排出される。
一般の蛇口などに給湯する場合は、蛇口を開くことによって、給湯管５を通して水源水圧の力で給湯され、貯湯タンク２下部に水が供給される。
【００１４】
次に、浴室暖房器１０の運転動作と補助加熱装置１９による沸き上げ動作について説明する。
設定手段６０により浴室暖房器１０の運転開始の指示を受けると、暖房運転が開始される。暖房運転が開始されると、まず循環ポンプ１２が動作して浴室暖房器１０内の液体が外部液体循環回路１１に導かれ、外部熱負荷用熱交換器７を通って浴室暖房器１０内に戻される。一方、循環ポンプ８も動作して貯湯タンク２の上部より高温の貯湯水が貯湯水循環回路６に導かれ、外部熱負荷用熱交換器７、循環流量調整弁９を通って貯湯タンク２下部に戻される。この時、外部熱負荷用熱交換器７は、貯湯タンク２内に貯湯された高温の貯湯水から低温の浴室暖房器に熱交換（伝熱）することで、浴室内を暖房することができる。
【００１５】
ここで、浴室暖房器１０の暖房能力を所定能力以上に確保するためには、浴室暖房器１０に供給される外部液体の温度は所定温度（例えば８０℃）以上としなければならない。
外部熱負荷用熱交換器７の外部液体出口温度センサ１５ｄが所定温度（例えば８０℃）以下を検出した場合、又は、貯湯タンク２内の残湯温度を検出する温度センサ１４ａが所定温度（例えば８０℃）より低い温度を検出した場合は、暖房性能が低下すると考えられるため、制御手段５０は補助加熱装置１９に通電して貯湯タンク２上部の貯湯水を沸き上げる。そして、外部熱負荷用熱交換器７の外部液体出口温度センサ１５ｄが所定温度（例えば８０℃）以上を検出するか、又は、貯湯タンク２上部をすばやく高温度（例えば約９０℃）に沸き上げて、貯湯タンク２に取り付けてある温度センサ１４ａが約９０℃を検出すると、補助加熱装置１９への通電を停止する。
【００１６】
また、貯湯タンク２内の残湯温度を温度センサ１４ａ、１４ｂで検出し、貯湯タンク２内の残湯温度が約６０℃以上である場合、貯湯タンク２内に多量の中温水が残っているので、ヒートポンプ方式による沸き上げでは加熱性能が低下するから、制御手段５０はヒートポンプ方式による沸き上げを停止して、補助加熱装置１９に通電することとしている。
一方、貯湯タンク２内の湯を給湯に使用して、温度センサ１４ａ、又は１４ｂで貯湯タンク２内の残湯温度が４５℃以下を検出した場合は、貯湯タンク２内の残湯が少なく、貯湯タンク２内下部に多量の水が供給されているので、ヒートポンプ方式による沸き上げ加熱効率が補助加熱装置１９の加熱効率（約９５％）よりも非常に高いため、制御手段５０は補助加熱装置１９への通電を禁止して、ヒートポンプ方式による沸き上げを行なうこととしている。
【００１７】
このように、実施の形態１によれば、設定手段６０によって浴室暖房器１０に供給する液体温度を所定温度（例えば８０℃）以上と設定したときに、外部熱負荷用熱交換器７の外部液体出口温度センサ１５ｄが所定温度（８０℃）以下を検出した場合、又は、貯湯タンク２内の残湯温度を検出する温度センサ１４ａが所定温度（８０℃）より低い温度を検出した場合は、補助加熱装置１９に通電し、貯湯タンク２上部をすばやく所定温度（約９０℃）に沸き上げるので、浴室暖房器１０の暖房性能を確保できる一方、ヒートポンプ方式による沸き上げ加熱効率が良好な場合には、補助加熱装置１９への通電を禁止して、必要以上の沸き上げを行わないので、補助加熱装置１９への通電が少なくなり、電気代を低減できる。
【００１８】
なお、実施の形態１では、外部熱負荷として、供給する液体温度を高くする必要がある浴室暖房器を例について説明したが、外部熱負荷が床暖房等の場合は、床からの伝熱とふく射熱による暖房なので、床の表面温度は約３０℃程度あればよいため、液体温度が低くてもよく（例えば約５０℃）、貯湯タンク２内の残湯温度が低下しても暖房性能を確保できるので、補助加熱装置１９への通電の必要はより少なくなり、補助加熱装置１９への通電を禁止して、より電気代の低減を図ることができる。
また、実施の形態１では、設定手段６０によって浴室暖房器１０に供給する液体温度を設定できるしているが、製造時に、予め所定温度を設定しておいてもよく、所定温度の値も８０℃に限定されるものではない。
【００１９】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係るヒートポンプ式貯湯装置によれば、ヒートポンプサイクルを用いて給湯用の水を加熱し、その加熱された水を貯湯タンク上部より蓄えるようにしたヒートポンプ式給湯装置において、暖房器等の外部熱負荷との接続において、外部熱負荷へ供給する液体温度を高くする必要がある場合にのみ、貯湯タンク内上部に設けた補助加熱装置に通電して沸き上げるので、外部熱負荷の加熱性能を確保しながら電気代の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１を示すヒートポンプ式給湯装置の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１を示すヒートポンプ本体の構成図である。
【符号の説明】
１  給湯器本体
２  貯湯タンク
６  貯湯水循環回路
７  外部熱負荷用熱交換器
８  循環ポンプ
９  流量調整弁
１０  浴室暖房器（外部熱負荷）
１１  外部液体循環回路
１２  循環ポンプ
１５ａ  貯湯水入口温度センサ
１５ｂ  貯湯水出口温度センサ
１５ｃ  外部液体入口温度センサ
１５ｄ  外部液体出口温度センサ
１９  補助加熱装置
５０  制御手段
６０  設定手段
１００  ヒートポンプ装置（加熱装置）
１０２  貯湯用熱交換器
１０７  加熱循環回路。
【図１】
2004150650.tif 000003
【図２】
2004150650.tif 000004