(57)【要約】【課題】ヒートポンプ式給湯装置を低騒音化する事を目的とする。【解決手段】圧縮機２３と蓄熱手段２１とを収納する第１区画９２と吸熱器２８と送風手段９１とを収納するとともに空気の側面吸気口９７、背面吸気口９８、排気口９９を設けた第２区画９３とを備えている。これによって、圧縮機の動作音は第１区画９２で遮蔽され、側面吸気口９７、背面吸気口９８、排気口９９より漏洩しないので低騒音化したヒートポンプ式給湯装置を提供することができる。【選択図】  図１
2004309053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と吸熱器を含むヒートポンプサイクルと、送風手段と、前記ヒートポンプサイクルにより加熱された水を貯留する蓄熱手段とを備え、前記圧縮機と前記蓄熱手段とを収納する第１区画と前記吸熱器と前記送風手段とを収納するとともに空気の吸気口と排気口とを設けた第２区画とを備えたヒートポンプ式給湯装置。
【請求項２】
第１区画と第２区画とを上下方向に配置した請求項１記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項３】
第１区画の上方に第２区画を配置した請求項２記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項４】
第１区画と第２区画とを横並びに設置した請求項１記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項５】
第１区画と第２区画とを分離できる構成とした請求項１〜４のいずれか１項記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項６】
第２区画の奥行を第１区画の奥行よりも小さくした請求項１〜５のいずれか１項記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項７】
第１区画の少なくとも一側面を多重壁とした請求項１〜６のいずれか１項記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項８】
第１区画の少なくとも一側面に吸音手段を設けた請求項１〜７のいずれか１項記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項９】
吸熱器の水平断面をＵ字型に形成した請求項１〜８のいずれか１項記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項１０】
ヒートポンプサイクルを構成する給湯放熱器の給湯冷媒流路と給湯水流路との間で熱交換を行う給湯熱交換器と、前記給湯熱交換器に水道水を供給する給湯給水管と、前記給湯熱交換器および蓄熱手段よりそれぞれ出水する水を混合する湯混合手段を備えた請求項１〜９のいずれか１項記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項１１】
ヒートポンプサイクルは、放熱器に流入する冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプサイクルである請求項１〜１０のいずれか１項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により水を加熱する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、この種のヒートポンプ式給湯装置は、圧縮機と吸熱器を同一区画に配置していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図５は、前記公報に記載された従来のヒートポンプ式給湯装置である。図５において１は貯湯タンクである。圧縮機２、放熱器３、減圧手段（図示せず）、吸熱器４でヒートポンプサイクルを形成している。５は吸熱器に空気を供給する送風手段である。６は注水管、７は出水管である。
【０００４】
送風手段５により供給される空気より吸熱器４が吸熱し、放熱器３からの放熱により貯湯タンク１の水が加熱される。貯湯タンク１の上部に圧縮機２、吸熱器４、送風手段５を配置し、装置の小型化を図っている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−９８１５６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来のヒートポンプ式給湯装置は、圧縮機と送風手段を同一区画に収納しているため、空気の吸入口、排気口から圧縮機の動作音が漏洩して騒音が大きくなる課題があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため、圧縮機と蓄熱手段とを収納する第１区画と吸熱器と送風手段とを収納するとともに空気の吸気口と排気口とを設けた第２区画とを備えている。これによって、圧縮機の動作音は第１区画で遮蔽され、第２区画に設けた吸気口および排気口より漏洩しないので装置を低騒音化できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、圧縮機と吸熱器を含むヒートポンプサイクルと、送風手段と、前記ヒートポンプサイクルにより加熱された水を貯留する蓄熱手段とを備え、前記圧縮機と前記蓄熱手段とを収納する第１区画と前記吸熱器と前記送風手段とを収納するとともに空気の吸気口と排気口とを設けた第２区画とを備えている。
【０００９】
そして、圧縮機の動作音は第１区画で遮蔽され、吸気口および排気口より漏洩しないので装置を低騒音化できる。また圧縮機と蓄熱手段は吸熱器を通過した低温の空気で冷却されないので、ヒートポンプサイクルの加熱能力を最大限に発揮できるとともに蓄熱手段の熱損失を最小限に抑制できる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、第１区画と第２区画とを上下方向に配置している。
【００１１】
そして、装置の横幅を小さくできるため、設置の自由度が増大する。例えば装置を集合住宅のパイプスペースに収納することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、第１区画の上方に第２区画を配置している。
【００１３】
そして、装置運転時に大重量化する蓄熱手段を下方の区画に配置することにより、装置の重心が低くなり、安定的に設置できる。また蓄熱手段を上方配置する場合と比較して区画の強度補強を簡略化でき、装置を軽量化できる。さらに吸熱器を上方の区画に配置することにより、吸熱器２８区画より排出された雰囲気空気より密度の大きい低温度空気の吸引を最小限に抑制でき、長時間運転してもヒートポンプの加熱能力を維持することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、第１区画と第２区画とを横並びに設置している。
【００１５】
そして、装置の設置高さを低くでき、屋根下等高さの制約がある場所でも装置の設置が可能となる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４に記載の発明において、第１区画と第２区画とを分離できる構成としている。
【００１７】
そして、装置を二つの区画に分離できるため、設置場所の自由度が増大する。例えば二つの区画を縦積み設置にて装置の横幅を抑えることもできるし、二つの区画を横置き設置にして装置の高さを抑えることもできる。また一つの区画の重量は、一体区画構成時に比べて軽量にできるため、設置作業時の運搬を小人数で行なうこともできる。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５に記載の発明において、第２区画の奥行を第１区画の奥行よりも小さくしている。
【００１９】
そして、第１区画の背面を住宅等の壁に密着配置しても、第２区画の背面すなわち吸熱器近傍の背面に空間が形成されるため、抵抗なく空気が背面より吸熱器に流入する。よって送風手段の送風能力を低く抑えることでき、騒音を抑制できる。
【００２０】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６に記載の発明において、第１区画の少なくとも一側面を多重壁としている。
【００２１】
そして、圧縮機の動作音を効果的に遮蔽してさらに騒音を小さくできる。
【００２２】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜７に記載の発明において、第１区画の少なくとも一側面に吸音手段を設けている。
【００２３】
そして、圧縮機の動作音を吸音してさらに騒音を小さくできる。
【００２４】
請求項９に記載の発明は、請求項１〜８に記載の発明において、吸熱器の水平断面をＵ字型に形成している。
【００２５】
そして、吸熱器の面積を大きく確保することができ、吸熱能力を大きくできる。また側面、背面に対向してそれぞれ吸熱器を独立させる必要がなく、これらを一体化できるため、冷媒配管を簡素にできる。
【００２６】
請求項１０に記載の発明は、請求項１〜９に記載の発明において、ヒートポンプサイクルを構成する給湯放熱器の給湯冷媒流路と給湯水流路との間で熱交換を行う給湯熱交換器と、前記給湯熱交換器に水道水を供給する給湯給水管と、前記給湯熱交換器および蓄熱手段よりそれぞれ出水する水を混合する湯混合手段を備えている。
【００２７】
そして、水道水を給湯熱交換器で加熱して給湯端末より長時間連続出水できるため、蓄熱手段の蓄熱量を小さくつまり蓄熱手段を小型化でき、装置をさらに小型化できる。またヒートポンプサイクルで加熱した水を直接使用するため、水の加熱温度が低くてすみ、ＣＯＰを大きくでき、省エネルギー化できる。さらに蓄熱手段の貯留水と給湯熱交換器の出水とを混合するため、ヒートポンプ起動時における給湯熱交換器の加熱遅れをカバーし、所望温度、流量にて給湯端末から連続出水できる。
【００２８】
請求項１１に記載の発明は、請求項１〜１０に記載の発明において、ヒートポンプサイクルは、放熱器に流入する冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプサイクルとしている。
【００２９】
そして、放熱器に流入する冷媒の圧力が臨界圧力以上に加圧されているので、熱交換器の給湯水流路の流水により冷媒が熱を奪われて温度低下しても凝縮することがなく、熱交換器全域で冷媒と水との温度差を大きくできる。これにより、熱交換器から効率よく高温出水できるとともに、蓄熱手段の蓄熱密度を大きくして、蓄熱手段を小型化でき、装置をさらに小型化できる。
【００３０】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００３１】
（実施例１）
図１は本発明の第１の実施例におけるヒートポンプ式給湯装置の圧縮機、吸熱器、蓄熱手段、送風手段の配置を示す斜視図、図２はヒートポンプ式給湯装置の構成模式図、図３は図１の要部断面図である。
【００３２】
図１〜図３において、２１は蓄熱手段であり、湯を貯留する貯湯タンクとしている。２２はヒートポンプ熱源となるヒートポンプサイクルであり、ヒートポンプサイクル２２は、冷媒配管により圧縮機２３、風呂放熱器２４、第１減圧手段２５、給湯放熱器２６、第２減圧手段２７、吸熱器２８が環状閉回路に接続されて構成されている。このヒートポンプサイクル２２は、例えば炭酸ガスを冷媒として使用し、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧以上となる超臨界ヒートポンプサイクルを使用している。そして圧縮機２３は、内蔵する電動モーター（図示しない）によって駆動され、吸引した冷媒を超臨界圧力まで圧縮して吐出する。
【００３３】
また、風呂放熱器２４の風呂冷媒流路２９と熱交換を行う風呂水流路３０とで構成される風呂熱交換器３１と、給湯放熱器２６の給湯冷媒流路３２と熱交換を行う給湯水流路３３とで構成される給湯熱交換器３４とを備えている。給湯水流路３３の入口側には、水道を直結して水道水を直接供給する給湯給水管３５が接続され、途中に設けられた逆止手段である逆止弁３６の順方向に水道水が給湯給水管３５を通って給湯水流路３３に流れるようになっている。給湯水流路３３の出口は水流路出口管Ａ３７と水流路出口管Ｂ３８に分岐し、水流路出口管Ａ３７は風呂蛇口３９やシャワー４０、台所蛇口４１等の給湯端末４２から出湯される湯を供給する第１給湯管４３に接続される。水流路出口管Ｂ３８は途中に開閉手段である貯湯開閉弁４４を有し、蓄熱手段２１の内部略天部の吐水部４５に設けられた拡散手段であるノズル４６に接続されて、給湯水流路３３で加熱された湯を貯湯する貯湯管の役目を行う。給湯給水管３５の逆止弁３６上流からは非通電時は開である給水開閉弁４７を有するタンク給水管４８が分岐しており、蓄熱手段２１の底部に水道水を供給するように接続されている。
【００３４】
タンク給水管４８の給水開閉弁４７下流側と給湯給水管３５の間は水循環手段となる循環ポンプ４９で接続され、循環ポンプ４９が逆止弁３６と並列になるように配置されている。そして蓄熱手段２１内部の底部から僅かに突出したタンク給水管４８の先端近傍が吸水部５０となり、この吸水部５０から順にタンク給水管４８、循環ポンプ４９、給湯給水管３５、給湯水流路３３を経て水流路出口管Ｂ３８の貯湯開閉弁４４を通り、吐水部４５に設けられたノズル４６に至る貯湯加熱用の循環路５１が形成されている。一方、蓄熱手段２１内部のタンク給水管４８先端から少し上方には、上向流阻止手段であるバッフル板５２が設けられているとともに、蓄熱手段２１天部には貯められている給湯用水を出湯する第２給湯管５３が接続されて給湯端末４２に繋がっている。
【００３５】
５４は浴槽であり、風呂熱交換器３１の風呂水流路３０の入口側とこの浴槽５４とが、風呂循環手段である風呂ポンプ５５を有する風呂戻り管５６で接続され、風呂水流路３０の出口側と浴槽５４が風呂往き管５７で接続されることで風呂循環路５８を形成している。ここで風呂ポンプ５５には直流モーターが使用されている。また、第１給湯管４３と第２給湯管５３は湯混合手段５９において合流し第３給湯管６０に流れ、さらに水道水を混合するための混合水管６１と第３給湯管６０とが水道水混合手段６２において合流し、給湯端末４２が接続される第４給湯管６３に流れるように構成されているとともに、浴槽５４に「湯張り」または「差し湯」と称する湯を給湯する動作を行うための風呂注湯路６４が、第４給湯管６３と風呂循環路５８との間に接続されて設けられ、この風呂注湯路６４には給湯する湯の量を調節するための流量可変手段となる注湯弁６５を備えている。
【００３６】
蓄熱手段２１は、断熱材２１ａで覆われており、その大きさは、使用者の給湯使用量の最大値である最大負荷を想定し、給湯熱交換器３４での最大加熱能力と蓄熱手段２１での貯湯量を併用して最大負荷に不足無く対応して給湯できるだけの貯湯量としたものである。
【００３７】
ヒートポンプサイクル２２においては、２つの並列な圧縮機２３の出口と給湯放熱器２６入口とを接続する給湯弁６６が、圧縮機２３出口と吸熱器２８入口とを接続する除霜弁６７が設けられて、それぞれのバイパス経路への流れを調節する働きをしている。
【００３８】
７１はＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェース等を有するマイクロコンピュータ（図示せず）を用いて構成された制御手段であり、この制御手段７１の中には給湯熱交換器３４での加熱量を制御する加熱制御手段７２が設けられている。給湯給水管３５の最も上流には給水温度センサ７３が設けられ、給湯水流路３３の入口側には給湯熱交換器３４への給水温度を検出する入口温度センサ７４が、出口側には出口温度センサ７５が設けられている。また水道水混合手段６２下流の第４給湯管６３には給湯端末４２への給湯温度を検出する給湯温度センサ７６が設けられている。第４給湯管６３には別に給湯端末４２への給湯流量が検出できる流量センサ７７も設けられている。蓄熱手段２１の壁面には、その天部に蓄熱手段２１内の湯温を検出する温度検知手段である貯湯温度センサ７８が設けられているとともに、さらに温度検知手段である３個のサーミスタが、残湯第１センサ７９、残湯第２センサ８０、残湯第３センサ８１として、図における上部から下部に向かって所定の間隔を置いて配置され、各位置の湯温を検出している。
【００３９】
風呂戻り管５６には浴槽５４の湯温を測定するための風呂温度センサ８２と、浴槽５４の水位を検知する水位センサ８３と、風呂ポンプ５５の運転による流れが検出できる風呂流量センサ８４が設けられ、風呂水流路３０の出口近傍の風呂往き管５７には風呂出口温度センサ８５が備えられている。８６は吸熱器２８近傍に設けた気温を検出する気温センサ、８７は圧縮機２３のシェル温度を検出するシェル温度センサである。
【００４０】
それぞれの温度センサであるサーミスタ７３〜７６および７８〜８２、８５〜８７や、他のセンサである７７、８３、８４からの検出信号は、制御手段７１にそれぞれ入力されるよう構成されており、制御手段７１は所定時間内に入力される各検出信号の変化から適切な給湯運転制御を選択して、運転指令を発する機能を有している。例えば、制御手段７１内の加熱制御手段７２は、気温センサ８６の検出値に応じてヒートポンプサイクルの運転条件である圧縮機２３の回転数を変更して給湯熱交換器３４での加熱量を制御する。給湯熱交換器３４での加熱量は、気温が定まれば圧縮機２３の回転数に比例的に可変できる。そこで、加熱制御手段７２は予め各気温毎の給湯熱交換器３４の加熱量と圧縮機２３の回転数の関係を記憶しておき、気温に応じて回転数を設定制御し給湯熱交換器３４の加熱量を制御を行うことができる。
【００４１】
８８は制御手段７１と電気的に接続されて給湯の目標温度を設定する温度設定手段で、使用者が任意に温度を設定する。湯張り設定手段８９も制御手段７１と電気的に接続され、浴槽５４に自動で湯を張る運転を使用者が開始設定するために設けられたものである。
【００４２】
吸熱器２８は炭酸ガス冷媒が流れるチューブにフィンを設けた構成のフィンチューブ型熱交換器と称される形状に形成されており、ヒートポンプサイクル上で蒸発器として作用し、大気熱と熱交換して吸熱するものである。吸熱器２８は水平方向の断面をＵ字型とし、Ｕ字の開口面を正面に向けて配置している。またＵ字の開口面に送風手段９１を対向配置している。この吸熱器２８は幅方向を略Ｕの字状に曲げられて幅寸法が短縮するように形成されている。吸熱器２８以外のヒートポンプサイクルを構成する他の要素と蓄熱手段２１と水が流れる部品である通水要素とで第１区画９２を構成する。一方、送風手段９１と吸熱器２８で第２区画９３を構成しており、第１区画９２の上に第２区画９３を段積みしている。第１区画９２の主な通水要素としては、蓄熱手段２１、風呂熱交換器３１、給湯熱交換器３４、循環ポンプ４９、風呂ポンプ５５などがあり、これらが固定されている通水要素ベース９４よりも一段上方に２台の圧縮機２３を固定する圧縮機ベース９５が配置されている。また、制御手段７１が収納される制御基板９６は圧縮機ベース９５よりも上方に配置されている。
【００４３】
第２区画９３の両側面に側面吸気口９７を、背面に背面吸気口９８を設け、正面に排気口９９を設けている。第１区画９２、第２区画９３の正面側は同一平面上にあるが、第２区画９３の奥行Ｄ２は第１区画９２の奥行Ｄ１よりも小さくしている。第１区画９２の側面は多重壁１００としている。本実施例は内壁１００ａと外壁１００ｂの二重壁としている。内壁１００ａと外壁１００ｂの間に吸音手段１０１を設けている。また圧縮機２３の周囲にも吸音手段１０１ａを設けている。
【００４４】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。図１、図２に示す実施例のヒートポンプ給湯機において、その運転動作は「給湯運転」、「湯張り運転」、「風呂追焚き運転」、「貯湯運転」、「除霜運転」といった少なくとも５つの運転モードがある。
【００４５】
まず、使用者がお湯を蛇口等の給湯端末から出湯させて使用する「給湯運転」について説明する。図１に示す蓄熱手段２１に高温湯が貯留され、給水開閉弁４７が開弁し貯湯開閉弁４４と注湯弁６５が閉弁した状態において、使用者が温度設定手段８８により給湯温度を４２℃等の適温に設定し、台所蛇口４１などの給湯端末４２が開くと、給湯給水管３５から水道水が水圧により流れ込み始め、第４給湯管６３内の水も水圧で押されて給湯端末４２から出る水流が生じる。これを流量センサ７７が検知し制御手段７１に信号が送られ、制御手段７１により給湯弁６６を開弁し２台の圧縮機２３の運転を行う給湯運転が開始される。このときヒートポンプサイクル２２が冷え切った状態の場合、圧縮機２３が運転されてもサイクル全体の圧力および温度が定常状態に達するのに時間がかかり、圧縮機２３や給湯熱交換器３４の熱容量もあるために、しばらくの間給湯水流路３３からは加熱不足で給水温度に近い水が出てしまう。そうならないために、温度設定手段８８が使用者に設定されたことで給湯使用が近いと制御手段７１が判定すると、圧縮機２３を間欠的に運転したり、圧縮機２３内の電動モーターが回転しない程度に微小電流を流して暖機運転をして待機しておくこともできる。それでもヒートポンプサイクル２２が冷えている場合、制御手段７１は給湯水流路３３出口の出口温度センサ７５やシェル温度センサ８７の信号に基づいて判定し、湯混合手段５９の初期状態として第１給湯管４３と第２給湯管５３を流れる流量が例えば同量で混合する位置に設定する。ここで、給水温度５℃、貯湯温度８０℃として、給湯水流路３３からの出口温度がまだ５℃とすると、給湯温度センサ７６部での温度はおよそ（８０℃＋５℃）／２で、４２．５℃の出湯温度となる。
【００４６】
給湯中の制御手段７１では、出口温度センサ７５と温度設定手段８８とのそれぞれが出力する出湯温度と目標温度との偏差に基づいて加熱制御手段７２が圧縮機２３の回転数を制御している。そして、圧縮機２３から吐出され給湯放熱器２６へ流入する高温高圧の冷媒ガスは、給湯水流路３３を流れる水を加熱する。加熱された水は第１給湯管４３を経て給湯端末４２から出湯する。一方、給湯放熱器２６で冷却された冷媒は第２減圧手段２７で減圧されて吸熱器２８に流入し、送風手段９１により供給される空気の熱や太陽熱など自然エネルギーを吸熱して蒸発ガス化し、圧縮機２３に戻る。吸熱器２８にて発生したドレーン水は第２区画９３の底部に滴下し、ドレーン配管（図示せず）により装置外に排出される。
【００４７】
運転開始からしばらくすると、冷媒系も十分に温度上昇して給湯水流路３３の出口温度は上昇し、出口温度が目標温度に到達すると制御手段７１は第１給湯管４３からの出湯量が増大するように湯混合手段５９の開度を調節し、給湯温度センサ７６の検知温度に基づき、温度設定手段８８で設定された目標温度になるように第１給湯管４３と第２給湯管５３をそれぞれ流れる流量を変化させて混合する。そして、給湯水流路３３で加熱された湯は第１給湯管４３から第３給湯管６０と第４給湯管６３とを経て給湯端末４２から給湯される。このとき、さらにヒートポンプサイクル２２の各要素を制御して第１給湯管４３を流れる出湯温度を出口温度センサ７５に基づき変化させてもよい。
【００４８】
出湯が台所蛇口３７などの小流量が主の場合、制御手段７１では流量センサ７７により検出した流量を認識し、湯混合手段５９を制御して第１給湯管４３からの通水を優先し、可能な限り第２給湯管５３からの通水を閉止状態にし、加熱制御手段７２が圧縮機２３の回転数を制御して出口温度センサ７５の出力する出湯温度が目標温度になるようにする。給湯負荷が給湯熱交換器３４での最大加熱能力を超え、圧縮機２３を制御しても目標温度に到達しないような場合は、湯混合手段５９の第２給湯管５３側を所定の割合に開度調節し、蓄熱手段２１内に貯めた湯を出湯する量を多くし、給湯温度センサ７６の出力する検出温度が目標温度になるようにする。
【００４９】
また、出湯が少流量の場合には、蓄熱手段２１だけから出湯するという方法もあり、さらに起動時の立ち上がりを早くするために、圧縮機２３を起動時から最大回転数のフルパワーを目標としてまわすという方法も可能である。
【００５０】
一方、風呂蛇口３５等の一つが開けられて大量に出湯した場合や、二つ以上の給湯端末４２から同時に出湯した場合、制御手段７１は流量センサ７７の信号から大流量であると認識し、加熱制御手段７２で制御する所要加熱量を給湯熱交換器３４での最大加熱能力に設定して圧縮機２３の回転数を制御するとともに、給湯温度センサ７６の検知温度が目標温度となるように、給湯温度と目標温度との偏差からフィードバック制御を用いて湯混合手段５９の開度を調節し、操作する。この湯混合手段５９の開度調節によって、水道から給湯給水管３５を通り給湯水流路３３を経た湯と、水道から給湯給水管３５を分岐してタンク給水管４８から蓄熱手段２１に導入された水によって蓄熱手段２１から押し出された湯との、それぞれからの湯の第３給湯管６０を通る混合割合が決まり、湯混合手段５９を制御して目標の出湯温度を得るのである。
【００５１】
上記温度制御を具体的に説明すると、給水温度が５℃、貯湯温度が８５℃で、温度設定手段８８により４５℃の給湯を風呂蛇口３５の開栓で１５Ｌ／ｍｉｎの流量で要求があると、例えば給湯熱交換器３４での最大加熱能力を１４ｋＷとして、制御手段７１はこの１４ｋＷで加熱運転を行うように圧縮機２３を制御する。そして、湯混合手段５９の開度調節を行い第２給湯管５３の流量を調節して、タンクからの出湯量を５Ｌ／ｍｉｎにすると、給湯温度センサ７６の検知温度が目標温度である４５℃になり給湯できる。なお、このとき残り１０Ｌ／ｍｉｎがヒートポンプ熱源に流れるので最大加熱能力から逆算して、給湯水流路３３に供給されて加熱された水道水は、出口温度センサ７５部で約２５℃になっている。
【００５２】
このように、使用者が要求する給湯流量に対して、水道水を給湯熱交換器３４で瞬間加熱して第１給湯管４３から給湯するのとは別に、蓄熱手段２１に貯めた湯を第２給湯管５３から出湯して足し合わせるので、ヒートポンプサイクルによる給湯熱交換器３４での瞬間加熱量が不足していても、不足分を補って蓄熱手段２１から湯量を加えることができ、給湯熱交換器３４での加熱能力を大幅に大能力化しなくても良い。
【００５３】
一方タンクを有しない構成においては、瞬間加熱のみで給湯できるように給湯熱交換器を大能力化して大熱量を熱交換できるようにすると、伝熱面積の確保のために水流路の流路長が長くなったりして流路抵抗が増大し、大流量の水を流通させにくくなる。また、蓄熱手段２１を有する本発明の構成でも、蓄熱手段２１を小容量化するために給湯熱交換器３４をある程度大能力化すると、同様に流路抵抗の増大が生じやすい。そして、蓄熱手段２１と給湯水流路３３との間は循環路５１により接続されているので、給湯運転中の蓄熱手段２１と給湯水流路３３にかかる水圧はほぼ等しくなり、蓄熱手段２１の耐水圧の点から給湯水流路３３への給水圧を低く抑える必要があり、低い給水圧では流路抵抗により一層十分な流量が得られなくなる。しかしながら大流量の給湯が必要なときに、給湯水流路３３につながる第１給湯管４３と、蓄熱手段２１につながる第２給湯管５３とから、それぞれからの湯を並列に同時出湯するので大流量の給湯が可能となり、大負荷や大流量への対応とヒートポンプ熱源やタンクの小型化との両立が同時出湯により実現できる。また、蓄熱手段２１に深夜貯湯して第２給湯管５３からのみ出湯するわけではないので、一日の給湯量のすべてを賄うような大型のタンクは必要なく、ヒートポンプ熱源とタンク双方の小型化が図れて省スペース化できる。
【００５４】
次に、使用者が設定することで浴槽に自動でお湯を張ったり少量の湯を差し湯する「湯張り運転」について説明する。使用者が湯張り設定手段８９を操作して湯張り運転を開始許可すると、除霜弁６７が閉弁した状態で制御手段７１は給湯弁６６を開き２台の圧縮機２３の運転を行うとともに、給水開閉弁４７が開弁し貯湯開閉弁４４が閉弁した状態で注湯弁６５を開弁し湯張り運転が開始される。すると、給湯給水管３５から分岐したタンク給水管４８を流れる水の給水圧によって、蓄熱手段２１内に貯溜された高温の温湯が押し上げられ、第２給湯管５３を通って湯混合手段５９に達する。同時に、給湯給水管３５から給湯水流路３３を経て第１給湯管４３に流通する温湯も湯混合手段５９に流入し、ここで二方からの温湯が一定の割合で混合される。そして混合された温湯は第３給湯管６０を通って水道水混合手段６２に流入するとともに、水道水が混合水管６１から水道水混合手段６２に流入し、ここで水と温湯が一定の割合で混合され、水道水混合手段６２の流出側から第４給湯管６３を通り風呂注湯路６４の注湯弁６５を介して、風呂戻り管５６と風呂往き管５７を流通して浴槽５４に供給される。風呂温度センサ８２と水位センサ８３の信号により浴槽５４内に所定温度で所定量の湯が供給されたことを検出すると、制御手段７１は湯張り運転を終了する。ここでは、流量センサ７７の信号に基づき積算流量を演算して湯張り量を決めてもよい。
【００５５】
さらに、上記ヒートポンプ式給湯装置における「風呂追焚き運転」について説明する。風呂追焚き設定手段９０により浴槽５４の追焚きをする場合、制御手段７１は注湯弁６５を閉止した後、風呂ポンプ５５を駆動させて浴槽の水を風呂循環路５８に循環させるとともに、浴槽水の循環を風呂流量センサ８４で検出し、給湯弁６６と除霜弁６７が閉じた状態で２台の圧縮機２３の運転を行って風呂追焚き運転が開始される。風呂ポンプ５５により浴槽水が風呂戻り管５６から風呂熱交換器３１に送水されると、風呂水流路３０で風呂冷媒流路２９と熱交換が行われ、浴槽水は加熱されて風呂往き管５７を通り再び浴槽５４に戻される。この間、風呂温度センサ８２によって風呂水温が検出され、風呂水温が目標温度に達するまで循環が続けられる。
【００５６】
給湯運転中に風呂追焚き設定手段９０の操作があった場合、あるいは風呂追焚き運転中に給湯端末４２の使用があった場合、すなわち「給湯運転」と「風呂追焚き運転」の同時運転の要求があった場合、制御手段７１は「風呂追焚き運転」と同様の動作を行う。このとき、給湯弁６６と除霜弁６７が閉じた状態であるのでヒートポンプサイクル２２では、風呂放熱器２４と給湯放熱器２６との両方に冷媒が流れており、高圧側減圧手段である第１減圧手段２５と低圧側減圧手段である第２減圧手段２７の両方を制御手段７１が調節することで、風呂熱交換器３１と給湯熱交換器３４の各通流冷媒の温度条件を個別に設定可能となるので、給湯と風呂追焚きの同時運転が可能となる。また、風呂ポンプ５５には直流モーターを用いているので、風呂水流路３１を流れる浴槽水の流量をきめ細かに効率よく調節することができる。したがって、制御手段７１は冷媒側の条件だけでなく風呂熱交換器３１を流通する浴槽水の条件を変化させることができ、給湯熱交換器３４と風呂熱交換器３１のそれぞれの熱交換条件をより一層きめ細かく設定できるので、給湯と風呂追焚きの同時運転が容易となる。また、直流モーターを用いてその回転数を変化させ水流量を可変するので高い消費電力効率で水流量を変化させることができ、効率がよくＣＯＰの高い風呂追焚き運転が可能となる。よって、効率と利便性のよい小型省スペースのヒートポンプ給湯装置が実現できる。
【００５７】
さらに、上記ヒートポンプ式給湯装置における「除霜運転」について説明する。吸熱器２８が大気熱や太陽熱を吸熱する構成の場合、吸熱器周辺の空気温度が低温（例えば１０℃未満）であると、吸熱器２８に霜付きが発生する。霜付きが生じた場合に制御手段７１は、ヒートポンプサイクル２２の除霜弁６７を開き、圧縮機２３を所定の回転数で運転する。これにより高温高圧の冷媒が除霜弁６７を通って吸熱器２８に流れ、吸熱器２８を加熱することで氷結していた霜が溶けて除霜が可能となる。
【００５８】
この除霜運転においては、吸熱器２８の温度を検出する吸熱器温度センサ（図示しない）等を用いて、吸熱器２８の温度が所定温度以下に低下したことを検出した場合や給湯運転が停止した直後の場合など、制御手段７１に設定された種々の条件によって運転開始され、吸熱器２８の温度が所定温度以上に上昇した場合や、所定時間経過した場合などに運転停止される。
【００５９】
さらに、上記ヒートポンプ式給湯装置における蓄熱手段２１の湯沸かしを行う「貯湯運転」について説明する。給湯運転後は、蓄熱手段２１内は出湯により貯湯量（高温湯量）が減少している。また、蓄熱手段２１は断熱材２１ａで覆われているが、貯湯温度は放熱により徐々に低下する。これらの場合に制御手段７１は、ヒートポンプサイクル２２の除霜弁６７が閉弁した状態で給湯弁６６を開き、水系統回路の注湯弁６５が閉じた状態で貯湯開閉弁４４を開く。そして、圧縮機２３を所定の回転数で運転し、循環ポンプ４９を駆動する。これにより高温高圧の冷媒が給湯弁６６を通って給湯冷媒流路３２に流れ、給湯水流路３３を加熱し、循環ポンプ４９により生じさせた水流で蓄熱手段２１からタンク給水管４８、給湯給水管３５の順に流れてきた水がここで加熱される。そして高温湯となった水は、水流路出口管Ｂ３８の貯湯開閉弁４４を通り、吐水部４５に設けられたノズル４６から蓄熱手段２１内の上層部に拡散されて戻る。そしてこのような動作を継続して行うことによって、蓄熱手段２１内の上層部から下層部へ順に温度が上昇する。
【００６０】
この貯湯運転においては、出口温度センサ７５が給湯熱交換器３４で加熱された高温湯の温度を検出し、制御手段７１が高温湯の温度を決定した所定値（例えば二酸化炭素冷媒では加熱温度８５℃に設定）になるように、この検出信号に基づき運転制御する。そしてタンク壁面下方の残湯第３センサ８１の検知温度が所定温度（例えば８０℃）を超えれば、制御手段７１は貯湯運転の終了が近いと判定して、圧縮機２３の回転数（運転周波数で変更する）や循環ポンプ４９の回転数を減少させる。その後、入り口温度センサ７４が蓄熱手段２１から流入する水の温度を検出し、タンクからの流入温度が所定の加熱終了温度（例えば、６０℃）より高温になると、その信号に基づき制御手段７１は蓄熱手段２１全量が高温湯となったと判断し、貯湯運転を停止する。この貯湯運転の繰り返しで蓄熱手段２１内は所定温度の高温に維持される。この保温の所定温度を給湯の目標温度（例えば４５℃）より充分に高くすることにより、蓄熱密度を上げることができ、蓄熱手段２１の大きさを小さくすることができる。
【００６１】
そして、貯湯運転は通常給湯停止中に行われるが、給湯運転中であっても貯湯運転が必要で、かつ給湯運転に要する加熱能力を差し引いてもまだ給湯熱交換器３４での加熱能力に余裕があるときは、給水開閉弁４７を閉じることで「給湯運転」と「貯湯運転」の同時運転が可能となる。
【００６２】
以降、本発明の特徴を説明する。圧縮機２３と蓄熱手段２１とを収納する第１区画９２と吸熱器２８と送風手段９１とを収納するとともに側面吸気口９７、背面吸気口９８、排気口９９とを設けた第２区画９３で構成している。このため圧縮機２３の動作音は第１区画９２で遮蔽され、側面吸気口９７、背面吸気口９８、排気口９９より漏洩しないので装置を低騒音化できる。また圧縮機２３、風呂熱交換器３１、給湯熱交換器３４等の通水要素、蓄熱手段２１は吸熱器２８を通過した低温の空気で冷却されないので、ヒートポンプサイクル２２の加熱能力を最大限に発揮できるとともに蓄熱手段２１の熱損失を最小限に抑制できる。
【００６３】
また、第１区画９２と第２区画９３とを上下方向に配置している。よって、装置の横幅を小さくできるため、設置の自由度が増大する。例えば装置を集合住宅のパイプスペースに収納することができる。
【００６４】
また吸熱器２８を蓄熱手段２１の上方に、水貯留時に重くなる蓄熱手段２１を下方に配置することにより、装置の重心が低くなり、安定的に設置できる。また蓄熱手段２１を上方配置する場合と比較して装置筐体の強度補強を簡略化でき、装置を軽量化できる。さらに吸熱器２８より排出された雰囲気空気より密度の大きい低温度空気の吸引を最小限に抑制でき、長時間運転してもヒートポンプの加熱能力を維持することができる。
【００６５】
また第１区画９２と第２区画９３とを分離できる構成としているため、設置場所の自由度が増大する。例えば本実施例のように二つの区画を縦積み設置にて装置の横幅を抑えることもできるし、次実施例のように二つの区画を横置き設置にして装置の高さを抑えることもできる。また一つの区画の重量は、一体区画構成時に比べて軽量にできるため、設置作業時の運搬を小人数で行なうこともできる。
【００６６】
また吸熱器２８を収納した第２区画９３の奥行Ｄ２を第１区画９２の奥行Ｄ１よりも小さくすることにより、第１区画９２を装置背面の壁に密着配置しても吸熱器２８の背面に空間を形成される。よって、抵抗なく空気が背面より吸熱器２８に流入し、送風手段９１の駆動回転数を低く抑えることでき、騒音を抑制できる。
【００６７】
また圧縮機２３を収納した第１区画９２の側面を内壁１００ａと外壁１００ｂで構成される多重壁１００としているため、圧縮機２３の動作音を効果的に遮蔽してさらに騒音を小さくできる。
【００６８】
また内壁１００ａと外壁１００ｂの間に吸音手段１０１を設けているため、圧縮機２３の動作音を吸音してさらに騒音を小さくできる。
【００６９】
また吸熱器２８の水平断面をＵ字型に形成しているため、吸熱器２８の面積を大きく確保することができ、ヒートポンプサイクル２２の加熱能力を大きくできる。また側面、背面に対向してそれぞれ吸熱器を独立させる必要がなく、これらを一体化できるため、冷媒配管を簡素にできる。
【００７０】
また給湯熱交換器３４に水道水を供給する給湯給水管３５と、給湯熱交換器３４および蓄熱手段２１よりそれぞれ出水する湯を混合する湯混合手段５９を備えている。これにより、水道水を給湯熱交換器３４で加熱して給湯端末４２より長時間連続出水できるため、蓄熱手段２１の蓄熱量を小さくつまり蓄熱手段２１を小型化でき、装置をさらに小型化できる。またヒートポンプサイクル２２で加熱した水を直接使用するため、水の加熱温度が低くてすみ、ＣＯＰを大きくでき、省エネルギー化できる。さらに蓄熱手段２１の貯留水と給湯熱交換器３４の出水とを混合するため、ヒートポンプ起動時における給湯熱交換器３４の加熱遅れをカバーし、所望温度、流量にて給湯端末４２から連続出水できる。
【００７１】
また風呂放熱器２４、給湯放熱器２６に流入する冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプサイクルとしていることにより、熱交換により冷媒が熱を奪われて温度低下しても凝縮することがなく、冷媒と水との温度差を大きくできる。これにより、蓄熱手段２１の水を高温に加熱し蓄熱密度を大きくして、蓄熱手段２１を小型化でき、装置をさらに小型化できる。また、各熱交換器から効率よく高温出水できる。
【００７２】
（実施例２）
図４は、本発明の第２の実施例における第１区画と第２区画の配置を示す斜視図である。
【００７３】
本実施例において実施例１と異なる点は、第１区画９２と第２区画９３を横並びに設置した点である。なお実施例１と同一符号のものは同じ構成を有し、説明を省略する。この配置により、装置の配置高さを低くでき、屋根下等高さの制約がある場所でも装置の設置が可能となる。
【００７４】
なお各実施例ではヒートポンプサイクル２２を、冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプサイクルとしたが、もちろん一般の臨界圧力以下のヒートポンプサイクルでもよい。
【００７５】
また、第１区画９２、第２区画９３は四角柱としたが、この形状に限定されるものではない。例えば円柱とし、吸熱器２８を収納した第２区画９３の奥行を蓄熱手段２１を収納した第１区画９２の奥行よりも小さくするとともに、第２区画９３の正面側以外に吸気口を設けてもよい。
【００７６】
なお、各実施例において、第１区画と第２区画は、それぞれ第１の筺体と第２の筺体となっているように図示されているが、ひとつの筺体の中で上述の第１区画と第２区画を有する形状であってもよい。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のヒートポンプ式給湯装置は、圧縮機の動作音は第１区画で遮蔽され、第２区画に設けた空気の吸気口および排気口より漏洩しないので装置を低騒音化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１におけるヒートポンプ式給湯装置の圧縮機、吸熱器、蓄熱手段、送風手段の配置を示す斜視図
【図２】同ヒートポンプ式給湯装置を示す構成模式図
【図３】図１に示すヒートポンプ式給湯装置の要部断面図
【図４】本発明の実施例２におけるヒートポンプ式給湯装置の第１区画と第２区画の配置を示す斜視図
【図５】従来のヒートポンプ式給湯装置を示す要部断面図
【符号の説明】
２１  蓄熱手段
２２  ヒートポンプサイクル
２３  圧縮機
２６  給湯放熱器
２８  吸熱器
３２  給湯冷媒流路
３３  給湯水流路
３４  給湯熱交換器
３５  給湯給水管
５９  湯混合手段
９１  送風手段
９２  第１区画
９３  第２区画
９７  側面吸気口
９８  背面吸気口
９９  排気口
１００  多重壁
１０１  吸音手段
【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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