(57)【要約】【課題】幅広い温度範囲や供給湯量に対応することができ、かつ、給湯用熱交換器の構成及びヒートポンプサイクルの制御系の構成が簡単なヒートポンプ給湯装置を提供する。【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、第１及び第２のヒートポンプサイクル１０、２０における給湯用熱交換器１２の水用配管１２Ａを共用化する。【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、複数の前記ヒートポンプサイクルにおける前記給湯用熱交換器の水用配管を共用化して構成したことを特徴とするヒートポンプ給湯装置。
【請求項２】
一つの前記給湯用熱交換器に、複数の前記ヒートポンプサイクルの冷媒用配管を備えた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】
少なくとも一つの前記ヒートポンプサイクルに、風呂用熱交換器を設けた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】
前記風呂用熱交換器を前記給湯用熱交換器と直列に設けたことを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項５】
前記風呂用熱交換器を前記給湯用熱交換器の下流側に設けたことを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項６】
前記給湯用熱交換器をバイパスするバイパス回路を設けたことを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項７】
前記風呂用熱交換器を前記給湯用熱交換器と並列に設けたことを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項８】
少なくとも一つの前記ヒートポンプサイクルによって貯湯される貯湯タンクを備え、前記給湯用熱交換器で加熱された温水と前記貯湯タンクからの温水とを混合する第一混合手段を設けたことを特徴とする請求項１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。
【請求項９】
前記第一混合手段からの温水と水道管などからの冷水とを混合する第二混合手段を設けたことを特徴とする請求項８に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項１０】
給湯運転モードでは、前記風呂用熱交換器を備えていない前記ヒートポンプサイクルを、前記風呂用熱交換器を備えた前記ヒートポンプサイクルに優先して運転させることを特徴とする請求項２から請求項９のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項１１】
前記ヒートポンプサイクルに用いる冷媒を二酸化炭素とし、高圧側では臨界圧を越える状態で運転することを特徴とする請求項１から請求項１０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、ヒートポンプサイクルを利用した給湯装置が提案されており、例えば、貯湯タンクを備え、この貯湯タンクにあらかじめ溜めたお湯を利用する貯湯型の給湯装置が提案されている。しかし、このような貯湯型の給湯装置では、貯湯タンクが小さいと湯切れを生じる場合があり、湯切れを生じないためには大きな貯湯タンクが必要となってしまう。
そこで、貯湯タンクを利用することなく、熱交換器で加熱したお湯をそのまま出湯する、瞬間湯沸かし型の給湯装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
また、瞬間湯沸かし型の給湯装置にあって、風呂追焚用熱交換器と給湯用熱交換器とを共用化したヒートポンプ給湯装置も提案されている（例えば特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平２−２２３７６７号公報（図１参照）
【特許文献２】
特開２００３−６５６０２号公報（図１参照）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、例えば冬期のシャワーや風呂給湯のような大能力から、夏期の食器洗いなどの微小能力まで、給湯装置で利用される湯温範囲や湯量範囲は広く、瞬間湯沸かし型の給湯装置を用いる場合には、幅広い温度範囲や供給湯量に対応させなければならない。
しかし、ヒートポンプサイクルを利用した給湯装置では、圧縮機の回転数変更などによる能力制御を行っても、給湯装置で利用される湯温範囲や供給湯量に対応させることは困難である。
【０００５】
そこで本発明は、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、幅広い温度範囲や供給湯量に対応することができる広い運転能力可変幅を有し、かつ、制御性に優れ効率のよいヒートポンプ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、複数のヒートポンプサイクルにおける加熱対象である給湯用熱交換器の構成及びヒートポンプサイクルの制御系の構成が簡単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、複数のヒートポンプサイクル間において水流量のアンバランスが生じない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、複数の前記ヒートポンプサイクルにおける前記給湯用熱交換器の水用配管を共用化して構成したことを特徴とする。
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、一つの前記給湯用熱交換器に、複数の前記ヒートポンプサイクルの冷媒用配管を備えたことを特徴とする。
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、少なくとも一つの前記ヒートポンプサイクルに、風呂用熱交換器を設けたことを特徴とする。
請求項４記載の本発明は、請求項３に記載のヒートポンプ給湯装置において、前記風呂用熱交換器を前記給湯用熱交換器と直列に設けたことを特徴とする。
請求項５記載の本発明は、請求項３に記載のヒートポンプ給湯装置において、前記風呂用熱交換器を前記給湯用熱交換器の下流側に設けたことを特徴とする。
請求項６記載の本発明は、請求項３に記載のヒートポンプ給湯装置において、前記給湯用熱交換器をバイパスするバイパス回路を設けたことを特徴とする。
請求項７記載の本発明は、請求項３に記載のヒートポンプ給湯装置において、前記風呂用熱交換器を前記給湯用熱交換器と並列に設けたことを特徴とする。
請求項８記載の本発明は、請求項１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、少なくとも一つの前記ヒートポンプサイクルによって貯湯される貯湯タンクを備え、前記給湯用熱交換器で加熱された温水と前記貯湯タンクからの温水とを混合する第一混合手段を設けたことを特徴とする。
請求項９記載の本発明は、請求項８に記載のヒートポンプ給湯装置において、前記第一混合手段からの温水と水道管などからの冷水とを混合する第二混合手段を設けたことを特徴とする。
請求項１０記載の本発明は、請求項２から請求項９のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置において、給湯運転モードでは、前記風呂用熱交換器を備えていない前記ヒートポンプサイクルを、前記風呂用熱交換器を備えた前記ヒートポンプサイクルに優先して運転させることを特徴とする。
請求項１１記載の本発明は、請求項１から請求項１０のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置において、前記ヒートポンプサイクルに用いる冷媒を二酸化炭素とし、高圧側では臨界圧を越える状態で運転す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、複数のヒートポンプサイクルにおける給湯用熱交換器の水用配管を共用化したものである。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。したがって、シャワーや風呂給湯のような大量の湯量を使用する大能力運転から食器洗いや手洗いのような少量の湯量を使用する小能力運転まで効率よくヒートポンプを運転させることができる。また、加熱対象が同一であるため、ヒートポンプサイクルの制御系の構成が簡単であり、運転制御を単純化することができる。また、複数のヒートポンプサイクル間において水流量のバランスを維持することができるので、水流量のアンバランスが生じない。
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、一つの給湯用熱交換器に、複数のヒートポンプサイクルの冷媒用配管を備えたものである。本実施の形態によれば、複数のヒートポンプサイクルの運転モードを切り替えることにより水の加熱を効率よく制御することができる。
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、少なくとも一つのヒートポンプサイクルに、風呂用熱交換器を設けたものである。本実施の形態によれば、風呂加熱と給湯加熱を同時運転することができる。
本発明による第４の実施の形態は、第３の実施の形態によるヒートポンプ給湯装置において、風呂用熱交換器を給湯用熱交換器と直列に設けたものである。本実施の形態によれば、風呂用熱交換器又は給湯用熱交換器の一方だけを利用する場合に、利用しない熱交換器での冷媒溜り、すなわち寝込み冷媒を防止することができ、ヒートポンプサイクルを循環させる冷媒量を適正に維持することができる。
本発明による第５の実施の形態は、第３の実施の形態によるヒートポンプ給湯装置において、風呂用熱交換器を給湯用熱交換器の下流側に設けたものである。本実施の形態によれば、風呂用熱交換器を設けることによって生じる冷媒圧力損出は、給湯用熱交換器の下流側では膨張弁と同様な減圧作用となるため、給湯用熱交換器を利用した給湯運転時のＣＯＰを大きくできる。
本発明による第６の実施の形態は、第３の実施の形態によるヒートポンプ給湯装置において、給湯用熱交換器をバイパスするバイパス回路を設けたものである。本実施の形態によれば、冷媒は給湯用熱交換器をバイパスして給湯用熱交換器での放熱を無くし、風呂用熱交換器で効率よく放熱させることができる。
本発明による第７の実施の形態は、第３の実施の形態によるヒートポンプ給湯装置において、風呂用熱交換器を給湯用熱交換器と並列に設けたものである。本実施の形態によれば、直列に設けた場合と比較して、風呂用熱交換器を備えたヒートポンプサイクルにて給湯と風呂加熱運転を同時にかつ大ＣＯＰにて行なうことができる。
本発明による第８の実施の形態は、第１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、少なくとも一つのヒートポンプサイクルによって貯湯される貯湯タンクを備え、給湯用熱交換器で加熱された温水と前記貯湯タンクからの温水とを混合する第一混合手段を設けたものである。本実施の形態によれば、ヒートポンプ運転起動時の加熱能力の不足を補うことができる。また定常時においても加熱能力が不足している場合には、その不足を補うことができる。
本発明による第９の実施の形態は、第８の実施の形態によるヒートポンプ給湯装置において、第一混合手段からの温水と水道管などからの冷水とを混合する第二混合手段を設けたものである。本実施の形態によれば、第一混合手段から出湯する温水の湯温が設定温度より高い場合には、水道管などからの冷水を混ぜて設定温度にすることができる。
本発明による第１０の実施の形態は、第２から第９の実施の形態によるヒートポンプ給湯装置において、給湯運転モードでは、風呂用熱交換器を備えていないヒートポンプサイクルを、風呂用熱交換器を備えたヒートポンプサイクルに優先して運転させるものである。本実施の形態によれば、風呂用熱交換器を備えたヒートポンプサイクルを、風呂加熱運転のために待機させ、指令があれば直ちに風呂加熱運転を行うことができる。
本発明による第１１の実施の形態は、第１から第１０の実施の形態によるヒートポンプ給湯装置において、ヒートポンプサイクルに用いる冷媒を二酸化炭素とし、高圧側では臨界圧を越える状態で運転するものである。本実施の形態によれば、高温の湯を生成することができ、また貯湯タンクを併用する場合には高温の湯を貯留できるため貯湯タンクを小型化できる。
【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、第１のヒートポンプサイクル１０と共通の給湯用熱交換器１２、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１２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２４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。
給湯用熱交換器１２には、第１のヒートポンプサイクル１０の冷媒流路１２Ｂと第２のヒートポンプサイクル２０の冷媒流路１２Ｃが設けられ、冷媒流路１２Ｂ及び冷媒流路１２Ｃはそれぞれ同一方向に冷媒が流れるように配置されている。これらの冷媒流路１２Ｂ及び冷媒流路１２Ｃに対して水用配管１２Ａが共用するように配置されており、水用配管１２Ａ内には冷媒流路１２Ｂ及び冷媒流路１２Ｃを冷媒が流れる方向と対向する方向に水が流される。したがって、水用配管１２Ａ内を流れる水は、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のいずれか一方または両者により熱交換されて加熱される。
【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。
水用配管１２Ａ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。一方、水用配管１２Ａ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】
以下、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。
まず、本実施例によるヒートポンプ給湯装置の通常の給湯運転モードについて説明する。
蛇口３９の開放を流量センサ３０Ａにて検知し、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１２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、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、給湯用熱交換器１２の水用配管１２Ａに導かれる。水用配管１２Ａで加熱された温水は、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３０Ｅ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。同様に、圧縮機２１での能力制御及び膨張弁２３での開度制御も温度センサ３０Ｅ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からの水温が設定温度よりも高い場合には、ヒートポンプサイクル１０、２０の一方の運転を停止して第一混合弁３７での出口温度が設定温度となるように制御したり、出水用配管５２から第二混合弁３８に冷水を導入して、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での出口温度を温度センサ３０Ｆで検出して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】
次に、本実施例によるヒートポンプ給湯装置の給湯運転モードの立ち上げ制御について説明する。
圧縮機１１、２１の起動から所定の時間は、給湯用熱交換器１２で十分な放熱量を得られない。従って、蛇口３９の開放を流量センサ３０Ａにて検知し、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が運転を開始すると同時に、上部出湯用配管５１から貯湯タンク４０内の高温水を第一混合弁３７に導く。このとき、温度センサ３０Ｅと温度センサ４０Ａとの温度を検出し、温度センサ３０Ｆでの検出温度が設定温度となるように第一混合弁３７での混合割合を制御する。運転開始時には、給湯用熱交換器１２からの水温は低いため、貯湯タンク４０からの温水を多く流し、その後給湯用熱交換器１２からの水温が高まるにしたがって貯湯タンク４０からの温水を減少させる。そして給湯用熱交換器１２からの水温が十分に高まった時点で貯湯タンク４０からの出湯を停止する。
【００１４】
次に、本実施例によるヒートポンプ給湯装置の給湯負荷が小さい場合の給湯運転モードについて説明する。
給湯負荷が小さい場合の給湯運転モードでは、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の運転を行わない。その他の動作は通常の給湯運転モードと同様であり、給湯運転モードの立ち上げ制御も行う。
なお、本実施例では２つのヒートポンプサイクルの場合を示しているが、３つ以上のヒートポンプサイクルを備えている場合には、給湯負荷が小さい場合の給湯運転モードと同様に、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を、風呂加熱運転のために待機させることが好ましい。
【００１５】
次に、本実施例によるヒートポンプ給湯装置の貯湯運転モードについて説明する。
貯湯運転モードでは、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を運転する。なお、複数のヒートポンプサイクルの全てを運転しない場合には、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、運転を行わず、風呂加熱運転のために待機させることが好ましい。
貯湯運転モードでは、制御弁４５を開として循環ポンプ４３を運転する。
循環ポンプ４３の運転により、貯湯タンク４０の底部配管４２から冷水が導出され、給湯用熱交換器１２の水用配管１２Ａに導かれる。給湯用熱交換器１２で加熱された温水は、上部循環用配管４４から貯湯タンク４０の上部に戻される。圧縮機１１、２１での能力制御は、温度センサ４０Ｅによる給湯用熱交換器１２の入口温度と、温度センサ３０Ｅによる給湯用熱交換器１２の出口温度と、流量センサ３０Ｈによる循環流量、温度センサ１０Ｂ、１０Ｄ、１０Ｅ、２０Ｂ、２０Ｄによって制御される。貯湯タンク４０内の貯湯量は、温度センサ４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄによって検出し、貯湯タンク４０内の貯湯量が所定以下であることを検出すると貯湯運転を開始し、貯湯タンク４０内の貯湯量が所定以上であることを検出すると貯湯運転を停止する。
【００１６】
次に、本実施例によるヒートポンプ給湯装置の浴槽加熱運転モードについて説明する。
浴槽加熱運転モードでは、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の運転を行い、制御弁２６を開放する。
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。
一方、循環ポンプ６１を運転し、浴槽６０内の浴槽水を浴槽用循環配管６２を介して水用配管２９Ａに導き、水用配管２９Ａで加熱された浴槽水を浴槽６０内に戻す。
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６０Ｃ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２０Ｆ、６０Ｂ、６０Ｃ、２０Ｂ、２０Ｄ、２０Ｆ、１０Ｅからの検出値によって制御される。また、循環ポンプ６１での循環量は、流量センサ６０Ａによって制御される。浴槽６０内の温度を検出するためには、三方弁６４の切り換えによって風呂用熱交換器２９をバイパスさせ、循環ポンプ６１、バイパス配管６３、及び浴槽６０で浴槽水を循環させ、温度センサ６０Ｃにて検出を行う。
一方、浴槽６０に温水を補充する場合あるいは浴槽６０が空の状態から湯張りする場合には、注湯弁７２を開放して給湯運転モードと同様に制御し、注湯用配管７１から浴槽用循環配管６２を介して浴槽６０に給湯する。
【００１７】
次に、本実施例によるヒートポンプ給湯装置の除霜運転モードについて説明する。
第１のヒートポンプサイクル１０での除霜運転は、制御弁１６を開、膨張弁１３を開放し、ファン１７の動作を停止して行う。
圧縮機１１で圧縮された冷媒は、バイパス回路１５を流れ、蒸発器１４にて放熱し、ガス状態で圧縮機２１に吸入される。このように蒸発器１４にて所定時間冷媒を放熱させることで、蒸発器１４の除霜を行うことができる。なお、着霜の検出は、温度センサ１０Ｄ及び温度センサ１０Ｅによって行う。
第２のヒートポンプサイクル２０での除霜運転は、制御弁２６を開、膨張弁２３を開放し、ファン２７の動作を停止して行う。
圧縮機２１で圧縮された冷媒は、バイパス回路２５を流れ、蒸発器２４にて放熱し、ガス状態で圧縮機２１に吸入される。このように蒸発器２４にて所定時間冷媒を放熱させることで、蒸発器２４の除霜を行うことができる。なお、着霜の検出は、温度センサ２０Ｄ及び温度センサ１０Ｅによって行う。
【００１８】
図２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１２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１２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１２、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１２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１２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。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１２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１２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１２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。
【００１９】
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１２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１２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。
【００２０】
【発明の効果】
本発明は、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、大能力から微小能力まで幅広い温度範囲や供給湯量に対応することができ、かつ、制御性に優れ効率のよいヒートポンプ運転を行うことができる。
また、複数のヒートポンプサイクルにおける加熱対象である給湯用熱交換器の水用配管を共用化することにより、ヒートポンプサイクルの構成及び制御系の構成を簡単にすることができる。
また、複数のヒートポンプサイクル間において水流量のアンバランスが生じないヒートポンプ運転を行うことができる。
【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】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
１２Ａ  水用配管
１２Ｂ、１２Ｃ  冷媒流路
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
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】
2004360975.tif 000003
【図２】
2004360975.tif 000004