(57)【要約】【課題】ヒートポンプサイクルの立ち上がりが速い運転を行う。【解決手段】圧縮機１１、給湯用熱交換器１２、膨張弁１３及び蒸発器１４を配管で接続した第１のヒートポンプサイクル１０及び圧縮機２１、給湯用熱交換器１２、膨張弁２３及び蒸発器２４を配管で接続した第２のヒートポンプサイクル２０を備え、給湯運転の起動時には、第１及び第２のヒートポンプサイクルを同時に起動させる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、給湯用熱交換器、膨張弁、及び蒸発器を配管で接続したヒートポンプサイクルを複数備えたヒートポンプ給湯装置であって、給湯運転の起動時には、少なくとも２つの前記ヒートポンプサイクルを起動させることを特徴とするヒートポンプ給湯装置。
【請求項２】
給湯運転の起動時における前記圧縮機の運転周波数を、給水温度又は外気温度と設定温度とによって決定することを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項３】
給湯運転の起動時における前記圧縮機の運転周波数を、利用側の給湯端末によって決定することを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項４】
給湯運転の起動時における前記圧縮機の運転周波数を、利用側の給湯端末、給水温度又は外気温度、及び設定温度によって決定することを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項５】
設定温度到達後における前記圧縮機の運転台数を、利用側の給湯端末によって決定することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項６】
設定温度到達後における前記圧縮機の運転台数を、利用側の給湯流量によって決定することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項７】
設定温度到達後における前記圧縮機の運転台数を、利用側の給湯流量、給水温度又は外気温度、及び設定温度によって決定することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項８】
それぞれの前記ヒートポンプサイクルを交互に運転させることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮機、給湯用熱交換器、膨張弁、及び蒸発器を配管で接続したヒートポンプサイクルを複数備え、給湯用熱交換器で加熱したお湯をそのまま出湯する、瞬間湯沸かし型のヒートポンプ給湯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、複数のヒートポンプサイクルを利用した比較的大容量の給湯装置や空気調和機が提案されている。このような装置における容量制御運転方法として、空気調和機の運転開始時に任意の圧縮機構１台を最小運転周波数より始動させ、要求される負荷に応じて徐々に運転周波数を増して行き、大負荷に対しては複数の圧縮機構を同時に運転する方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平２−２６７４６９号公報（第１図参照）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ヒートポンプサイクルを利用した瞬間湯沸かし型の給湯装置においては、シャワーや風呂給湯のような負荷の大きい大能力運転がしばしば要求される。このような場合、従来技術の容量制御運転方法ではヒートポンプサイクルを一気に立ち上げることが困難であり、圧縮機の回転数変更などによる能力制御を行っても、要求される給湯装置で利用される湯量及び湯温範囲に対応させることは困難である。
【０００５】
そこで本発明は、複数のヒートポンプサイクルを利用した瞬間湯沸かし型の給湯装置であって、ヒートポンプサイクルの立ち上がりが速い運転を行うことができるヒートポンプ給湯装置を提供することを目的とする。
また、能力に応じてヒートポンプサイクルの運転台数を切り換え、幅広い能力において大ＣＯＰにて運転することが可能なヒートポンプ給湯装置を提供することを目的とする。
また、設定温度到達後に給湯端末に対して安定した湯温の温水を効率的に供給することができるヒートポンプ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】
請求項１記載の本発明のヒートポンプ給湯装置は、  圧縮機、給湯用熱交換器、膨張弁、及び蒸発器を配管で接続したヒートポンプサイクルを複数備えたヒートポンプ給湯装置であって、給湯運転の起動時には、少なくとも２つの前記ヒートポンプサイクルを起動させることを特徴とする。
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載のヒートポンプ給湯装置において、給湯運転の起動時における前記圧縮機の運転周波数を、給水温度又は外気温度と設定温度とによって決定することを特徴とする。
請求項３記載の本発明は、請求項１に記載のヒートポンプ給湯装置において、
給湯運転の起動時における前記圧縮機の運転周波数を、利用側の給湯端末によって決定することを特徴とする。
請求項４記載の本発明は、請求項１に記載のヒートポンプ給湯装置において、
給湯運転の起動時における前記圧縮機の運転周波数を、利用側の給湯端末、給水温度又は外気温度、及び設定温度によって決定することを特徴とする。
請求項５記載の本発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置において、設定温度到達後における前記圧縮機の運転台数を、利用側の給湯端末によって決定することを特徴とする。
請求項６記載の本発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置において、設定温度到達後における前記圧縮機の運転台数を、利用側の給湯流量によって決定することを特徴とする。
請求項７記載の本発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置において、設定温度到達後における前記圧縮機の運転台数を、利用側の給湯流量、給水温度又は外気温度、及び設定温度によって決定することを特徴とする。
請求項８記載の本発明は、請求項５から請求項７のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置において、それぞれの前記ヒートポンプサイクルを交互に運転させることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明による第１の実施の形態によるヒートポンプ給湯装置は、ヒートポンプサイクルを複数備え、給湯運転の起動時に少なくとも２つのヒートポンプサイクルを起動させるものである。本実施の形態によれば、ヒートポンプサイクルを複数備えているので、能力に応じてヒートポンプサイクルの運転台数を切り換え、幅広い能力において大ＣＯＰにて運転することが可能となる。また、ヒートポンプサイクルの立ち上がりが速い運転を行うことができる。
本発明による第２の実施の形態は、第１の実施の形態によるヒートポンプ給湯装置において、給湯運転の起動時における圧縮機の運転周波数を、給水温度又は外気温度と設定温度とによって決定するものである。本実施の形態によれば、給湯負荷を簡単に予測できるので、圧縮機の運転周波数を負荷に合わせて適切に設定することができる。
本発明による第３の実施の形態は、第１の実施の形態によるヒートポンプ給湯装置において、給湯運転の起動時における圧縮機の運転周波数を、利用側の給湯端末によって決定するものである。本実施の形態によれば、給湯負荷を精度よく予測できるので、圧縮機の運転周波数を利用側の給湯端末に合わせて適切に設定することができ、ヒートポンプサイクルの立ち上がりを給湯端末に合わせて速くすることができる。
本発明による第４の実施の形態は、第１の実施の形態によるヒートポンプ給湯装置において、給湯運転の起動時における圧縮機の運転周波数を、利用側の給湯端末、給水温度又は外気温度、及び設定温度によって決定するものである。本実施の形態によれば、給湯負荷を利用側の給湯端末の運転状態も含めて予測できるので、圧縮機の運転周波数を利用側の給湯端末の運転状態に合わせて一層精度よく適切に設定することができ、ヒートポンプサイクルの立ち上がりを速くすることができる。
本発明による第５の実施の形態は、第１から第４の実施の形態によるヒートポンプ給湯装置において、設定温度到達後における圧縮機の運転台数を利用側の給湯端末によって決定するものである。本実施の形態によれば、給湯端末に対して安定した湯温の温水を効率的に供給することができる。
本発明による第６の実施の形態は、第１から第４の実施の形態によるヒートポンプ給湯装置において、設定温度到達後における圧縮機の運転台数を、利用側の給湯流量によって決定するものである。本実施の形態によれば、給湯端末の種類を問わず、利用したい給湯流量に対して安定した湯温の温水量で効率的に供給することができる。
本発明による第７の実施の形態は、第１から第４の実施の形態によるヒートポンプ給湯装置において、設定温度到達後における圧縮機の運転台数を、利用側の給湯流量、給水温度又は外気温度、及び設定温度によって決定するものである。本実施の形態によれば、ヒートポンプサイクルを構成する圧縮機の運転台数を利用側の給湯流量及び給湯温度により決定するので、給湯端末の種類を問わず、利用したい給湯流量に対して安定した湯温の温水量で効率的に供給することができ、ヒートポンプサイクルの立ち上がりを速くすることができる。
本発明による第８の実施の形態は、第５から第７の実施の形態によるヒートポンプ給湯装置において、それぞれのヒートポンプサイクルを交互に運転させるものである。本実施の形態によれば、各ヒートポンプサイクルの運転時間のアンバランスをなくすことができる。したがって、圧縮機の信頼性を向上させることができる。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明の一実施例によるヒートポンプ給湯装置について図面を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施例によるヒートポンプ給湯装置の回路構成図である。
まず、本実施例によるヒートポンプ給湯装置の冷凍回路について説明する。
本実施例によるヒートポンプ給湯装置は、第１のヒートポンプサイクル１０と、第２のヒートポンプサイクル２０とを備えている。第１のヒートポンプサイクル１０及び第２のヒートポンプサイクル２０は、二酸化炭素を冷媒として用い、高圧側では臨界圧を越える状態で運転することが好ましい。
第１のヒートポンプサイクル１０は、圧縮機１１、給湯用熱交換器１２、膨張弁１３、及び蒸発器１４を順に配管で接続して構成されている。また、第１のヒートポンプサイクル１０は、給湯用熱交換器１２をバイパスするバイパス回路１５を備え、このバイパス回路１５には制御弁１６を設けている。また、第１のヒートポンプサイクル１０には、圧縮機１１の温度を検出する温度センサ１０Ａ、圧縮機１１からの吐出冷媒温度を検出する温度センサ１０Ｂ、圧縮機１１からの吐出冷媒圧力を検出する圧力センサ１０Ｃ、蒸発器１４の出口側の低圧冷媒温度を検出する温度センサ１０Ｄ、蒸発器１４の吸入空気を検出する温度センサ１０Ｅを備えている。ここで、温度センサ１０Ａはコールドスタートの検出を、圧力センサ１０Ｃは圧縮機１１又はヒートポンプサイクル１０の異常検出を行う。さらにヒートポンプサイクル１０に対応する蒸発器１４に送風するためのファン１７と風路１８を設けている。
一方、第２のヒートポンプサイクル２０は、圧縮機２１、給湯用熱交換器２２、風呂用熱交換器２９、膨張弁２３、及び蒸発器２４を順に配管で接続して構成されている。また、第２のヒートポンプサイクル２０は、給湯用熱交換器２２をバイパスするバイパス回路２５を備え、このバイパス回路２５には制御弁２６を設けている。また、第２のヒートポンプサイクル２０には、圧縮機２１の温度を検出する温度センサ２０Ａ、圧縮機２１からの吐出冷媒温度を検出する温度センサ２０Ｂ、圧縮機２１からの吐出冷媒圧力を検出する圧力センサ２０Ｃ、蒸発器２４の出口側の低圧冷媒温度を検出する温度センサ２０Ｄ、風呂用熱交換器２９の入口冷媒温度を検出する温度センサ２０Ｆを備えている。蒸発器２４の吸入空気の検出は、温度センサ１０Ｅで兼用している。ここで、温度センサ２０Ａはコールドスタートの検出を、圧力センサ２０Ｃは圧縮機２１又はヒートポンプサイクル２０の異常検出を行う。さらにヒートポンプサイクル２０に対応する蒸発器１４に送風するためのファン２７と風路２８を設けている。なお風路１８と風路２８は互いに独立している。
【０００９】
次に、本実施例によるヒートポンプ給湯装置の出湯回路について説明する。
給湯用熱交換器１２の水用配管１２Ａと給湯用熱交換器２２の水用配管２２Ａとは、並列に接続されている。水用配管１２Ａ及び水用配管２２Ａの流入側は、流量調整弁３１、減圧弁３２、及び逆止弁３３を介して水道管等の水供給配管３４に接続されている。また、水用配管２２Ａの流入側には、水用配管２２Ａへの入水を阻止する制御弁３５を設けている。一方、水用配管１２Ａ及び水用配管２２Ａの流出側は、逆止弁３６、第一混合弁３７、及び第二混合弁３８を介してキッチン、又は洗面所等の給湯用の蛇口３９に接続されている。この出湯回路には、入水量を検出する流量センサ３０Ａ、入水温度を検出する温度センサ３０Ｂ、水用配管１２Ａの出口温度を検出する温度センサ３０Ｃ、水用配管２２Ａの出口温度を検出する温度センサ３０Ｄ、水用配管１２Ａと水用配管２２Ａとの混合湯温を検出する温度センサ３０Ｅ、第一混合弁３７の出口温度を検出する温度センサ３０Ｆ、及び第二混合弁３８の出口温度を検出する温度センサ３０Ｇ、給湯熱交換器１２及び給湯熱交換器２２への流入流量を検出する流量センサ３０Ｈを備えている。
【００１０】
次に、本実施例によるヒートポンプ給湯装置の貯湯回路について説明する。
貯湯タンク４０の底部配管４２は、流量調整弁３１、減圧弁３２、及び逆止弁４１を介して水道管等の水供給配管３４に接続されている。この底部配管４２は、循環ポンプ４３を介して水用配管１２Ａの流入側及び水用配管２２Ａの流入側と接続されている。また、貯湯タンク４０の上部循環用配管４４は、制御弁４５を介して水用配管１２Ａの流出側及び水用配管２２Ａの流出側と接続されている。なお、本実施例による貯湯タンク４０は、積層式の貯湯タンクであり、タンク内での撹拌が防止され、上部に高温水が底部に低温水が蓄積されるように構成されている。
一方、貯湯タンク４０の上部出湯用配管５１は、第一混合弁３７に接続されている。また、貯湯タンク４０の底部配管４２から分岐させた出水用配管５２は、逆止弁５３を介して第二混合弁３８に接続されている。なお、貯湯タンク４０には、出湯温度を検出する温度センサ４０Ａの他に、貯湯タンク４０内の湯量を検出するための複数の温度センサ４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄが設けられている。また、水用配管１２Ａ及び水用配管２２Ａの分岐前の流入側配管には、貯湯タンク４０の底部配管４２から導出される湯温を検出する温度センサ４０Ｅが設けられている。
【００１１】
次に、本実施例によるヒートポンプ給湯装置の浴槽加熱回路について説明する。
風呂用熱交換器２９の水用配管２９Ａは、循環ポンプ６１を備えた浴槽用循環配管６２と接続されている。この浴槽用循環配管６２は、水用配管２９Ａをバイパスするバイパス配管６３と、水用配管２９Ａとバイパス配管６３とを切り換える三方弁６４とを備えている。また浴槽用循環配管６２には、浴槽水の循環量を検出する流量センサ６０Ａ、水用配管２９Ａの出口温度を検出する温度センサ６０Ｂ、浴槽水の循環温度を検出する温度センサ６０Ｃ、浴槽内の水位を検出する水位センサ６０Ｄを備えている。
なお、浴槽６０への注湯は、第二混合弁３８の下流側配管から分岐させた注湯用配管７１を用いて行うことができる。この注湯用配管７１は、浴槽用循環配管６２に接続するか、又は直接浴槽６０に導く。注湯用配管７１には、注湯弁７２及び流量を検出する流量センサ７０Ａが設けられている。
リモコン８１は、蛇口３９からの出湯温度の指示や、浴槽６０の沸き上げ温度及び沸き上げ開始などを指示し、このリモコン８１からの指示に基づいて第１のヒートポンプサイクル１０と第２のヒートポンプサイクル２０とを制御手段８２にて制御する。なお各種のセンサの検出値はこの制御手段８２に入力される。
【００１２】
次に、本実施例によるヒートポンプ給湯装置の給湯運転動作について説明する。本実施例における給湯運転動作の基本は、給湯運転の起動時に複数のヒートポンプサイクルの運転を同時に行う点である。すなわち、蛇口３９の開放を流量センサ３０Ａにて検知すると、第１のヒートポンプサイクル１０及び第２のヒートポンプサイクル２０が同時に運転を開始する。
第１のヒートポンプサイクル１０では、圧縮機１１で圧縮された冷媒は、給湯用熱交換器１２で放熱し、膨張弁１３で減圧された後、蒸発器１４にて吸熱し、ガス状態で圧縮機１１に吸入される。このとき、制御弁１６は閉状態で、バイパス回路１５には冷媒は流れない。
第２のヒートポンプサイクル２０では、圧縮機２１で圧縮された冷媒は、給湯用熱交換器２２で放熱し、膨張弁２３で減圧された後、蒸発器２４にて吸熱し、ガス状態で圧縮機２１に吸入される。このとき、制御弁２６は閉状態とし、バイパス回路２５には冷媒は流れない。
水供給配管３４から供給される水は、流量調整弁３１、減圧弁３２、及び逆止弁３３を順に通り、分岐して、給湯用熱交換器１２の水用配管１２Ａと給湯用熱交換器２２の水用配管２２Ａとにそれぞれ導かれる。水用配管１２Ａと水用配管２２Ａでそれぞれ加熱された温水は、再び合流した後に、逆止弁３６、第一混合弁３７、及び第二混合弁３８を順に通り蛇口３９に導かれる。
圧縮機１１での能力制御及び膨張弁１３での開度制御は、温度センサ３０Ｃでの検出温度がリモコン８１で設定された湯温に近づくように、温度センサ１０Ｂ、１０Ｄ、１０Ｅ、流量センサ３０Ａ、３０Ｈからの検出値によって制御される。
また、圧縮機２１での能力制御及び膨張弁２３での開度制御は、温度センサ３０Ｄでの検出温度がリモコン８１で設定された湯温に近づくように、温度センサ２０Ｂ、２０Ｄ、１０Ｅ、流量センサ３０Ａ、３０Ｈからの検出値によって制御される。
なお、ヒートポンプサイクル１０、２０での能力制御を行っても、給湯用熱交換器１２、２２からの水温が設定温度よりも高い場合には、出水用配管５２から第二混合弁３８に冷水を導入し、第二混合弁３８での出口温度が設定温度となるように制御する。
また、ヒートポンプサイクル１０、２０での能力制御を行っても、給湯用熱交換器１２、２２からの水温が設定温度よりも低い場合には、貯湯タンク４０から第一混合弁３７に温水を導入し、第一混合弁３７での出口温度が設定温度となるように制御する。さらに第一混合弁３７での出口温度が設定温度よりも低い場合は、通常全開状態の流量調整弁３１の開度を小さくし、蛇口３９からの出湯流量を少なくして第一混合弁３７での出口温度が設定温度となるように制御する。
【００１３】
圧縮機１１の能力制御を行うには、圧縮機１１の駆動モータ（図示せず）の運転周波数、すなわち、回転数を制御する。図２に、能力制御の一実施例を示す。
本実施例は、給湯負荷を温度センサ３０Ｃで検出した給湯用熱交換器１２からの給水温度とリモコン８１で設定された設定温度の温度差で決定するもので、その温度差が３０Ｋ未満の場合は駆動モータの運転周波数を８０Ｈｚ、温度差が３０Ｋ〜５０Ｋの場合は駆動モータの運転周波数を９０Ｈｚ、温度差が５０Ｋ超の場合は駆動モータの運転周波数を１００Ｈｚに設定する。このように、温度差が５０Ｋ超と大きい場合には駆動モータの運転周波数を大きくしてヒートポンプを急速に立ち上げて給水温度を一気に上昇させる。給水温度が高くなって温度差が小さくなってきた場合は駆動モータの運転周波数を徐々に下げる。圧縮機２１の能力制御も同様にして行うことができる。
本実施例では、給湯負荷を温度測定により簡単に予測でき、圧縮機１１、２１の運転周波数を負荷に合わせて適切に設定することができる。なお、給湯負荷の予測は、給水温度と設定温度との温度差以外に、外気温度と設定温度との温度差で予測してもよい。
【００１４】
図３は、圧縮機１１、２１の運転周波数を制御する他の実施例を説明する図である。
本実施例は、給湯負荷を利用側の給湯端末の種類により決定するものである。すなわち、給湯端末が台所の温水栓や洗面所の温水栓などの比較的少量の温水を利用する給水端末の場合は、圧縮機１１、２１の運転周波数を８０Ｈｚと小さく設定し、給水端末が風呂やシャワーなどの給水栓などの比較的多量の温水を利用する給水端末の場合は、圧縮機１１、２１の運転周波数を１００Ｈｚと大きく設定する。
本実施例によれば、給湯負荷を実際に使用する給湯端末の種類によって設定するので、精度よく予測できる。したがって、圧縮機１１、２１の運転周波数を利用側の給湯端末に合わせて適切に設定することができ、ヒートポンプサイクルの立ち上がりを給湯端末に合わせて速くすることができる。
【００１５】
図４は、圧縮機１１、２１の運転周波数を制御するさらに他の実施例を説明する図である。
本実施例は、給湯負荷を給湯用熱交換器１２からの給水温度とリモコン８１で設定された設定温度の温度差、及び、利用側の給湯端末の種類とによって決定するものである。すなわち、給湯端末が台所の温水栓や洗面所の温水栓などの比較的少量の温水を利用する給水端末の場合において、給水温度と設定温度の温度差が３０Ｋ未満の場合は駆動モータの運転周波数を７０Ｈｚ、温度差が３０Ｋ〜５０Ｋの場合は駆動モータの運転周波数を８０Ｈｚ、温度差が５０Ｋ超の場合は駆動モータの運転周波数を９０Ｈｚに設定する。また、給水端末が風呂やシャワーなどの給水栓などの比較的多量の温水を利用する給水端末の場合において、給水温度と設定温度の温度差が３０Ｋ未満の場合は駆動モータの運転周波数を９０Ｈｚ、温度差が３０Ｋ〜５０Ｋの場合は駆動モータの運転周波数を１００Ｈｚ、温度差が５０Ｋ超の場合は駆動モータの運転周波数を１１０Ｈｚに設定する。
本実施例によれば、給湯負荷を利用側の給湯端末の運転状態も含めて予測できるので、圧縮機１１、２１の運転周波数を利用側の給湯端末の運転状態に合わせて一層精度よく適切に設定することができ、ヒートポンプサイクルの立ち上がりを速くすることができる。なお、給湯用熱交換器１２からの給水温度と設定温度との温度差の代わりに、外気温度と設定温度との温度差を採用してもよい。
【００１６】
図５は、以上の各運転方法によって給湯用熱交換器１２、２２からの温水が設定温度に到達した後において、ヒートポンプサイクルを構成する圧縮機１１、２１の運転台数を制御する実施例を説明する図である。
本実施例は、運転台数を利用側の給湯端末の種類により決定するものである。すなわち、給湯端末が台所の温水栓や洗面所の温水栓などの比較的少量の温水を利用する給水端末の場合は運転台数を１台とし、給水端末が風呂やシャワーなどの給水栓などの比較的多量の温水を利用する給水端末の場合は運転台数を２台とする。
本実施例によれば、各給湯端末に対して安定した湯温の温水を効率的に供給することができる。
【００１７】
図６は、給湯用熱交換器１２、２２からの温水が設定温度に到達した後において、ヒートポンプサイクルを構成する圧縮機１１、２１の運転台数を制御する他の実施例を説明する図である。
本実施例は、運転台数を利用側の給湯流量により決定するものである。すなわち、利用側の給湯流量が毎分７リットル（７Ｌ／ｍｉｎ）未満の場合は運転台数を１台とし、毎分７リットル以上の場合は運転台数を２台とする。
本実施例によれば、給湯端末の種類を問わず、利用したい給湯流量に対して安定した湯温の温水量で効率的に供給することができる。
【００１８】
図７は、給湯用熱交換器１２、２２からの温水が設定温度に到達した後において、ヒートポンプサイクルを構成する圧縮機１１、２１の運転台数を制御するさらに他の実施例を説明する図である。
本実施例は、運転台数を給湯用熱交換器１２からの給水温度とリモコン８１で設定された設定温度の温度差、及び、利用側の給湯流量の両者により決定するものである。すなわち、利用側の給湯流量が毎分７リットル未満の場合において、給水温度と設定温度の温度差が３０Ｋ未満の場合及び３０Ｋ〜５０Ｋの場合は運転台数を１台、温度差が５０Ｋ超の場合は２台とする。また、利用側の給湯流量が毎分７リットル以上の場合においては、給水温度と設定温度の温度差が３０Ｋ未満の場合は運転台数を１台、温度差が３０Ｋ〜５０Ｋの場合及び５０Ｋ超の場合は２台とする。
本実施例によれば、ヒートポンプサイクルを構成する圧縮機１１、２１の運転台数を利用側の給湯流量及び給湯温度により決定するので、圧縮機１１、２１の運転台数を利用側の給湯状態に合わせて一層精度よく適切に設定することができ、ヒートポンプサイクルの立ち上がりを速くすることができる。なお、給湯用熱交換器１２からの給水温度と設定温度との温度差の代わりに、外気温度と設定温度との温度差を採用してもよい。
【００１９】
図８は、起動時に複数のヒートポンプサイクルを使用し、設定温度に到達後１つのヒートポンプサイクルを使用する場合の、圧縮機１１、２１の運転周波数とそれに対応する給湯温度の時間変化を示す一実施例のタイムチャートである。
リモコン８１で設定温度Ｔ０を設定して、複数台の、たとえば２台の圧縮機１１、２１の運転開始を指示すると、圧縮機の運転周波数はカーブａに従って周波数ｒまで急上昇する。このとき、給湯用熱交換器１２、２２の給湯温度も急上昇する。その後、周波数ｒでカーブｂに示すように一定時間維持してヒートポンプの運転立ち上げを制御する。この間給湯温度は徐々に設定温度に近づいていく。運転立ち上げの制御終了後、圧縮機はカーブｃのように運転周波数が徐々に上昇し、それにつれて給湯温度は設定温度Ｔ０に近づき、時間ｔ１において設定温度に達する。給湯温度が設定温度に達したとき、給湯温度が設定温度を超えないようにするために運転周波数はカーブｄのように下降し、時間ｔ２で最低周波数まで下降する。圧縮機の運転周波数を最低周波数に維持していても２台の圧縮機が運転されているので給湯温度は徐々に上昇して設定温度を越えてしまうことがある。そこで、時間ｔ３で圧縮機の運転を１台に切り替えると給湯温度は下がり始め再び設定温度になる。圧縮機が１台に切り替えられた後、設定温度が下がらないようにその圧縮機の運転周波数をカーブｆのように上昇させ、さらに、カーブｇのように運転周波数を制御して給湯温度を設定温度に維持する。このように、設定温度に達した後、ヒートポンプサイクルの運転を１台に切り替えることにより、効率的な運転が可能になる。
【００２０】
図９は、本発明の他の実施例によるヒートポンプ給湯装置の回路構成図である。
本実施例によるヒートポンプ給湯装置では、第２のヒートポンプサイクル２０において、給湯用熱交換器２２と風呂用熱交換器２９とを並列に設けている。また給湯用熱交換器２２への冷媒流入を制御する制御弁２６Ａを追加している。
すなわち、第２のヒートポンプサイクル２０は、圧縮機２１、制御弁２６Ａ、給湯用熱交換器２２、膨張弁２３、及び蒸発器２４を順に配管で接続して構成されている。また、第２のヒートポンプサイクル２０は、給湯用熱交換器２２をバイパスするバイパス回路２５を備え、このバイパス回路２５に、制御弁２６と風呂用熱交換器２９とを設けている。
本実施例における通常の給湯運転モードでは、圧縮機２１で圧縮された冷媒は、給湯用熱交換器２２で放熱し、膨張弁２３で減圧された後、蒸発器２４にて吸熱し、ガス状態で圧縮機２１に吸入される。このとき、制御弁２６は閉状態で、バイパス回路２５には冷媒は流れないため、風呂用熱交換器２９にも冷媒は流れない。
本実施例における浴槽加熱運転モードでは、制御弁２６を開放し制御弁２６Ａを閉止する。また、水用配管２２Ａへの入水を阻止する制御弁３５を閉とすることが好ましい。圧縮機２１で圧縮された冷媒は、バイパス回路２５を流れ、風呂用熱交換器２９で放熱し、膨張弁２３で減圧された後、蒸発器２４にて吸熱し、ガス状態で圧縮機２１に吸入される。
ヒートポンプサイクル２０にて給湯、浴槽加熱の同時運転を行なう場合は制御弁２６、２６Ａを開放し給湯用熱交換器２２と風呂用熱交換器２９の両方に冷媒を供給する。
本実施例によれば、給湯用熱交換器２２と風呂用熱交換器２９とを直列に設けた場合と比較して、風呂用熱交換器２９にも給湯用熱交換器２２と同温度の高温冷媒を供給できるので、同時運転時のＣＯＰを大きくすることができる。
本実施例によるヒートポンプ給湯装置においても、前述した図１のヒートポンプ給湯装置の給湯運転動作が適用できる。すなわち、給湯運転の起動時に第１のヒートポンプサイクル１０及び第２のヒートポンプサイクル２０の運転を同時に行う。また、各ヒートポンプサイクルの圧縮機の能力制御は図２〜図８で説明した運転制御方法により行われる。
【００２１】
なお、上記実施例では冷媒として二酸化炭素を用いた場合で説明したが、冷媒としてＲ４１０Ａ冷媒やＨＣ冷媒などのその他の冷媒を用いてもよい。
また、上記実施例では、第１のヒートポンプサイクル１０と第２のヒートポンプサイクル２０とを備えたヒートポンプ給湯装置を用いて説明したが、３つ以上のヒートポンプサイクルを用いてもよい。
また、上記実施例では給湯用熱交換器１２からの温水と給湯用熱交換器２２からの温水を合流させて蛇口３９などから出湯させたが、それぞれの給湯熱交換器からの温水を別々に出湯するように構成することもできる。この時ヒートポンプサイクルを異なる条件で運転させると２温度出湯が可能となる。
また、上記実施例において、風呂用熱交換器２９を備えた第２のヒートポンプサイクル２０に、給湯用熱交換器２２への冷媒流入を阻止する制御弁を設けることが更に好ましい。
また、上記実施例では、給湯用熱交換器１２及び給湯用熱交換器２２で加熱された温水を、上部循環用配管４４から貯湯タンク４０の上部に戻す構成としたが、上部循環用配管４４及び制御弁４５を設けることなく、第一混合弁３７を用いて給湯用熱交換器１２及び給湯用熱交換器２２の出口側配管と上部出湯用配管５１とを連通させることで、給湯用熱交換器１２及び給湯用熱交換器２２で加熱された温水を貯湯タンク４０の上部に戻す構成としてもよい。
また、上記実施例では、風呂用熱交換器２９を備えた第２のヒートポンプサイクル２０は、給湯用熱交換器２２と風呂用熱交換器２９とを選択的に利用する場合を説明したが、給湯用熱交換器２２及び風呂用熱交換器２９を同時に利用した運転を行うこともできる。
また、第１のヒートポンプサイクル１０にも第２のヒートポンプサイクル２０と同じ構成となるように風呂用熱交換器２９を設けてもよく、また風呂用熱交換器２９以外の利用側熱交換器としてもよい。
また、上記説明における風呂用熱交換器２９を、例えば床暖房や温風機器などの暖房用熱交換器として利用することもできる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明は、複数のヒートポンプサイクルを利用した瞬間湯沸かし型の給湯装置であって、ヒートポンプサイクルの立ち上がりが速い運転を行うことができる。
また、能力に応じてヒートポンプサイクルの運転台数を切り換え、幅広い能力において大ＣＯＰにて運転することができる。
また、設定温度到達後における圧縮機の運転台数を給湯負荷によって決定することにより、給湯端末に対して安定した湯温の温水を効率的に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例によるヒートポンプ給湯装置の回路構成図
【図２】同ヒートポンプ給湯装置の能力制御の一実施例を示す説明図
【図３】同ヒートポンプ給湯装置の能力制御の他の実施例を示す説明図
【図４】同ヒートポンプ給湯装置の能力制御の他の実施例を示す説明図
【図５】同ヒートポンプ給湯装置における圧縮機の運転台数制御の一実施例を示す説明図
【図６】同ヒートポンプ給湯装置における圧縮機の運転台数制御の他の実施例を示す説明図
【図７】同ヒートポンプ給湯装置における圧縮機の運転台数制御の他の実施例を示す説明図
【図８】同ヒートポンプ給湯装置における能力制御の一実施例を示すタイムチャート
【図９】本発明の他の実施例によるヒートポンプ給湯装置の回路構成図
【符号の説明】
１０    第１のヒートポンプサイクル
１１    圧縮機
１２    給湯用熱交換器
１３    膨張弁
１４    蒸発器
２０    第２のヒートポンプサイクル
２１    圧縮機
２２    給湯用熱交換器
２３    膨張弁
２４    蒸発器
２９    風呂用熱交換器
３７    第一混合弁
３８    第二混合弁
【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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【図９】
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