(57)【要約】【課題】小型化、省スペース化および軽量化が可能なヒートポンプ給湯装置を提供する。【解決手段】第１の放熱器３の湯出口は、配管４４を介して混合弁１３の第１の入口に接続されている。また、配管５１は、配管４４から分岐し、タンク２０の湯入口に接続されている。配管５１には第３のバイパス弁２１が介挿されている。タンク２０の湯出口は、配管４９を介して混合弁１３の第２の入口に接続されている。混合弁１３の出口は、配管４５を介して給湯栓１６に接続されている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒流路および水流路を有する放熱器、減圧手段、吸熱器および圧縮機を有し、冷媒を前記放熱器の冷媒流路、前記減圧手段、前記吸熱器および前記圧縮機を循環させる冷媒循環回路と、
前記放熱器の水流路に水を導く水供給路と、
前記放熱器により得られた温水を貯留するための貯湯手段と、
前記放熱器により得られた温水を出湯するための第１の給湯路と、
前記貯湯手段に貯留された温水を出湯するための第２の給湯路と、
温水が必要である場合に、少なくとも前記第１の給湯路および前記第２の給湯路のいずれか一方または両方から温水が出湯されるように前記第１の給湯路と前記第２の給湯路とを制御する制御手段とを備えたことを特徴とするヒートポンプ給湯装置。
【請求項２】
温水の要否を判定する判定手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記判定手段により温水が必要であると判定された場合に、前記冷媒循環回路の動作を開始させ、前記判定手段により温水が不要であると判定された場合に、前記冷媒循環回路の動作を停止させることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項３】
前記判定手段は、
前記第１の給湯路における温水の流量を検知する流量検知手段と、
前記流量検知手段により検知された流量に基づいて温水の要否を判定する要否判定手段とを含むことを特徴とする請求項２記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項４】
前記制御手段は、
前記貯湯手段により貯留された温水量が第１の温水量以上の場合には貯湯動作を行わず、前記貯湯手段により貯留された温水量が第１の温水量よりも少なくかつ第２の温水量以上の場合には所定時刻範囲内に貯湯動作を行い、前記貯湯手段に貯留された温水量が第２の温水量よりも少ない場合には時刻にかかわらず貯湯動作を行う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給湯装置。
【請求項５】
前記制御手段は、
前記貯湯手段により貯留された温水量が第１の温水量以上の場合には貯湯動作を行わず、前記貯湯手段に貯留された温水量が第１の温水量よりも少なくかつ第２の温水量以上でありかつ前記水供給路の水の温度が所定温度以上の場合には貯湯動作を行い、前記貯湯手段に貯留された温水量が第２の温水量よりも少ない場合には前記水供給路の水の温度にかかわらず貯湯動作を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項６】
前記制御手段は、
前記貯湯手段に貯留された温水量が第１の温水量以上の場合には貯湯動作を行わず、前記貯湯手段に貯留された温水量が第１の温水量よりも少なくかつ第２の温水量以上でありかつ気温が所定温度以上の場合には貯湯動作を行い、前記貯湯手段に貯留された温水量が第２の温水量よりも少ない場合には気温にかかわらず貯湯動作を行う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給湯装置。
【請求項７】
前記第１の給湯路は、第１の給湯栓に導かれ、
前記第２の給湯路は、第２の給湯栓に導かれることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項８】
前記第１の給湯路からの温水と前記第２の給湯路からの温水とを混合する混合手段をさらに備え、
前記混合手段は、前記第１の給湯路および前記第２の給湯路のいずれか一方の温水または両方の温水を混合した温水を出湯することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項９】
前記制御手段は、
前記第１の給湯路および前記第２の給湯路の温水を任意の比率で混合するように前記混合手段を制御することを特徴とする請求項８記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項１０】
前記第１の給湯路からの温水が前記第２の給湯路からの温水よりも多く出湯されることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項１１】
前記第１の給湯路および前記第２の給湯路のいずれか一方または両方に流路抵抗変更手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項１２】
前記制御手段は、
前記第１の給湯路の流路抵抗が前記第２の給湯路の流路抵抗よりも相対的に低くなるように前記流路抵抗変更手段を制御することを特徴とする請求項１１記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項１３】
前記制御手段は、
前記第１の給湯路から出湯される温水とほぼ同温度の温水を前記貯湯手段に貯留するように制御することを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項１４】
前記制御手段は、
前記第１の給湯路から出湯される温水の温度が前記第２の給湯路から出湯から出湯される温水の温度よりも低くなるように前記冷媒循環回路を制御することを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項１５】
前記圧縮機は、
前記冷媒を前記冷媒の臨界圧力以上に加圧することを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項１６】
前記冷媒は、二酸化炭素よりなることを特徴とする請求項１〜１５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、ヒートポンプを用いた給湯装置（以下、ヒートポンプ給湯装置と呼ぶ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、種々のヒートポンプ給湯装置が開発されている。ヒートポンプは、主として、吸熱器、圧縮機、放熱器および減圧弁からなり、冷媒がこれらの吸熱器、圧縮機、放熱器および減圧弁を備えた閉回路を循環する。この場合、冷媒が減圧弁を通ることにより低温低圧にされ、吸熱器に供給されることにより外気の熱が吸収される。さらに、熱を吸収した冷媒が圧縮機により圧縮されることによって高温高圧になり、放熱器により冷媒の熱が水道水に与えられる。これにより、低い電力で水道水が加熱される。
【０００３】
このようなヒートポンプ給湯装置には、貯湯タンクを備え、予め加熱された温水を貯湯タンクに蓄えておく貯湯式のヒートポンプ給湯装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この場合、マイクロコンピュータの制御により、温水が貯湯タンクに蓄えられる。使用者が温水用の水道栓を開くと、貯湯タンクに蓄えられた温水が蛇口から供給される。使用者が水道栓を閉じると、貯湯タンクからの温水の供給が停止される。ヒートポンプの動作および停止は、使用者の操作とは無関係にマイクロコンピュータにより制御される。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２６３８０５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の貯湯式のヒートポンプ給湯装置においては一般に、夜間に深夜電力を利用してヒートポンプを運転し貯湯するので、１日分の給湯を賄うだけの多量の温水を貯湯タンクに蓄える必要があり、貯湯タンクおよびそれに連結される減圧弁などの水配管部材が必要となるため、小型化が困難である。そのため、広い設置スペースが必要となる。また、設置場所に貯湯タンクの重量に耐え得る耐荷重が要求される。
【０００７】
本発明の目的は、小型化、省スペース化および軽量化が可能なヒートポンプ給湯装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
従来の課題を解決するために、本発明のヒートポンプ給湯装置は、放熱器の水流路に水を導く水供給路と、放熱器により得られた温水を貯留するための貯湯手段と、放熱器により得られた温水を出湯するための第１の給湯路と、貯湯手段に貯留された温水を出湯するための第２の給湯路と、温水の要否を判定する判定手段と、判定手段により温水が必要であると判定された場合に、冷媒循環回路の動作を開始させ、第１の給湯路および第２の給湯路のいずれか一方または両方から温水が出湯されるように第１の給湯路と第２の給湯路とを制御し、前記判定手段により温水が不要であると判定された場合に、冷媒循環回路の動作を停止させる制御手段とを備えるものである。
【０００９】
本発明に係るヒートポンプ給湯装置においては、判定手段によって温水が必要であると判定された場合に、制御手段によって冷媒循環回路の動作が開始される。それにより、水供給路により放熱器の水流路に導かれた水が放熱器によって加熱される。放熱器で加熱された温水は、貯湯手段に貯留される。また、温水を出湯する場合には、放熱器で加熱された温水および貯湯手段に貯留された温水のいずれか一方または両方を第１の給湯路および第２の給湯路のいずれか一方または両方を通して出湯される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、冷媒流路および水流路を有する放熱器、減圧手段、吸熱器および圧縮機を有し、冷媒を放熱器の冷媒流路、減圧手段、吸熱器および圧縮機を循環させる冷媒循環回路と、放熱器の水流路に水を導く水供給路と、放熱器により得られた温水を貯留するための貯湯手段と、放熱器により得られた温水を出湯するための第１の給湯路と、貯湯手段に貯留された温水を出湯するための第２の給湯路と、温水が必要である場合に、少なくとも第１の給湯路および第２の給湯路のいずれか一方または両方から温水が出湯されるように第１の給湯路と第２の給湯路とを制御する制御手段とを備えたことを特徴とするヒートポンプ給湯装置である。
【００１１】
本発明に係るヒートポンプ給湯装置においては、温水が必要である場合に、水供給路により放熱器の水流路に導かれた水が放熱器によって加熱される。放熱器で加熱された温水は、貯湯手段に貯留される。放熱器で加熱された温水および貯湯手段に貯留された温水のいずれか一方または両方を第１の給湯路および第２の給湯路のいずれか一方または両方を通して出湯することができる。それにより、一時的に多量に温水が出湯されて放熱器の加熱能力が不足する場合でも貯湯手段に貯留された温水を出湯することができる。したがって、冷媒循環回路の加熱能力を大能力化する必要がなく、放熱器を大能力化する必要がない。また、放熱器の加熱能力が十分な場合には放熱器で加熱された温水を出湯することができるので、貯湯手段を大型化する必要がない。その結果、ヒートポンプ給湯装置の小型化、省スペース化および軽量化を図ることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のヒートポンプ給湯装置の構成において、温水の要否を判定する判定手段をさらに備え、制御手段は、判定手段により温水が必要であると判定された場合に、冷媒循環回路の動作を開始させ、判定手段により温水が不要であると判定された場合に、冷媒循環回路の動作を停止させるものである。
【００１３】
この場合、判定手段によって温水が必要であると判定された場合に、制御手段によって冷媒循環回路の動作が開始され、判定手段によって温水が不要であると判定された場合に、制御手段によって冷媒循環回路の動作が停止される。したがって、温水が必要である場合にのみ電力が消費され、省エネルギー化が可能である。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のヒートポンプ給湯装置の構成において、判定手段は、第１の給湯路における温水の流量を検知する流量検知手段と、流量検知手段により検知された流量に基づいて温水の要否を判定する要否判定手段とを含むものである。
【００１５】
この場合、流量検知手段によって第１の給湯路における温水の流量が検知され、検知された流量に基づいて要否判定手段によって温水の要否が判定される。したがって、使用者が出湯を開始する操作を行った場合に、冷媒循環回路の動作が開始される。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置の構成において、制御手段は、貯湯手段により貯留された温水量が第１の温水量よりも多い場合には貯湯動作を行わず、貯湯手段により貯留された温水量が第１の温水量よりも少なくかつ第２の温水量よりも多い場合には所定時刻範囲内に貯湯動作を行い、貯湯手段に貯留された温水量が第２の温水量よりも少ない場合には時刻にかかわらず貯湯動作を行うものである。
【００１７】
この場合、貯湯手段に貯留された温水量が所定範囲内にある場合には、気温が高い時刻範囲内に貯湯動作を行うことができるため、吸熱器において冷媒が大気中の熱を効率良く吸収することができ、冷媒循環回路の運転効率が上昇する。したがって、圧縮機を小型化することができ、吸熱器を小型化することができる。その結果、ヒートポンプ給湯装置の省スペース化を図ることができる。また、貯湯手段に貯留された温水量が所定量よりも少ない場合には、即座に貯湯動作が行われるので、貯湯手段により常時所定量以上の温水を貯留することができる。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置の構成において、制御手段は、貯湯手段に貯留された温水量が第１の温水量よりも多い場合には貯湯動作を行わず、貯湯手段に貯留された温水量が第１の温水量よりも少なくかつ第２の温水量よりも多くかつ水供給路の水の温度が所定温度以上の場合には貯湯動作を行い、貯湯手段に貯留された温水量が第２の温水量よりも少ない場合には水供給路の水の温度にかかわらず貯湯動作を行うものである。
【００１９】
この場合、貯湯手段に貯留された温水量が所定範囲内にある場合には、水供給路の水の温度が高い場合に貯湯動作を行うため、水を所定の温度に加熱する際に必要となる加熱エネルギーが低減する。したがって、冷媒のエンタルピを増大させるための圧縮機を小型化でき、吸熱器を小型化できる。その結果、ヒートポンプ給湯装置の省スペース化を行うことができる。また、貯湯手段に貯留された温水量が所定量よりも少ない場合には、即座に貯湯動作が行われるので、貯湯手段により常時所定量以上の温水を貯留することができる。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置の構成において、制御手段は、貯湯手段に貯留された温水量が第１の温水量よりも多い場合には貯湯動作を行わず、貯湯手段に貯留された温水量が第１の温水量よりも少なくかつ第２の温水量よりも多くかつ気温が所定温度以上の場合には貯湯動作を行い、貯湯手段に貯留された温水量が第２の温水量よりも少ない場合には気温にかかわらず貯湯動作を行うものである。
【００２１】
この場合、貯湯手段に貯留された温水量が所定範囲内にある場合には、気温が高い場合に貯湯動作を行うことができるため、吸熱器において冷媒が大気中の熱を効率良く吸収することができ、冷媒循環回路の運転効率が上昇する。したがって、圧縮機を小型化することができ、吸熱器を小型化できる。その結果、ヒートポンプ給湯装置の省スペース化を図ることができる。また、貯湯手段に貯留された温水量が所定量よりも少ない場合には、即座に貯湯動作が行われるので、貯湯手段により常時所定量以上の温水を貯留することができる。
【００２２】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置の構成において、第１の給湯路は、第１の給湯栓に導かれ、第２の給湯路は、第２の給湯栓に導かれるものである。この場合、第１の給湯路の温水および第２の給湯路の温水はそれぞれ異なる給湯栓から出湯される。したがって、それぞれの給湯栓を相違する場所に設置して、用途に応じて温水の温度を設定することができる。
【００２３】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置の構成において、第１の給湯路からの温水と第２の給湯路からの温水とを混合する混合手段をさらに備え、混合手段は、第１の給湯路および第２の給湯路のいずれか一方の温水または両方の温水を混合した温水を出湯するものである。
【００２４】
この場合、制御手段は、出湯当初放熱器の加熱温度が十分に上昇していなければ第２の給湯路からの温水の比率を高くし、放熱器の加熱温度が十分に上昇した後に第１の給湯路からの温水の比率を高くすることができる。したがって、出湯当初放熱器の加熱温度が十分に上昇していなくても出湯される温水の温度を十分高く保つことができる。また、放熱器の加熱温度が十分に上昇した後には第２の給湯路からの温水の比率を低くすることができるため、貯湯手段の貯湯容量を最小限に抑えることができる。その結果、ヒートポンプ給湯装置の省スペース化を図ることができる。
【００２５】
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載のヒートポンプ給湯装置の構成において、制御手段は、第１の給湯路および第２の給湯路の温水を任意の比率で混合するように混合手段を制御するものである。この場合、貯湯手段に貯留された温水残量、放熱器の加熱能力等に応じて第１の給湯路および第２の給湯路の温水を任意の比率で混合することができる。
【００２６】
請求項１０に記載の発明は、請求項１〜９のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置の構成において、制御手段は、第１の給湯路からの温水が第２の給湯路からの温水よりも多く出湯されるように混合手段を制御するものである。この場合、貯湯手段に多量の温水を貯留する必要がなくなる。したがって、貯湯手段の小型化を図ることができ、ヒートポンプ給湯装置の省スペース化を図ることができる。
【００２７】
請求項１１に記載の発明は、請求項１〜１０のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置の構成において、第１の給湯路および第２の給湯路のいずれか一方または両方に流路抵抗変更手段をさらに備えるものである。この場合、流路抵抗を増減させることにより、第１の給湯路および第２の給湯路のいずれか一方または両方の温水の流量を増減させることができる。
【００２８】
請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載のヒートポンプ給湯装置の構成において、制御手段は、第１の給湯路の流路抵抗が第２の給湯路の流路抵抗よりも相対的に低くなるように流路抵抗変更手段を制御するものである。この場合、第１の給湯路の流路抵抗を減少させるかまたは第２の給湯路の流路抵抗を増加させることにより、第１の給湯路からの温水を第２の給湯路からの温水よりも多く出湯させることができる。したがって、貯湯手段の小型化を図ることができ、ヒートポンプ給湯装置の省スペース化を図ることができる。
【００２９】
請求項１３に記載の発明は、請求項１〜１２のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置の構成において、制御手段は、第１の給湯路から出湯される温水とほぼ同温度の温水を貯湯手段に貯留するように制御することを特徴とするものである。
【００３０】
この場合、第１の給湯路の温水と第２の給湯路の温水とがほぼ同温度になる。したがって、混合手段により第１の給湯路と第２の給湯路との温水が任意の比率で混合されても、混合された温水の温度が一定に保たれる。その結果、給湯栓から出湯される温水の温度を制御する際の制御動作が簡素化できる。
【００３１】
請求項１４に記載の発明は、請求項１〜１２のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置の構成において、制御手段は、第１の給湯路から出湯される温水の温度が第２の給湯路から出湯される温水の温度よりも低くなるように冷媒循環回路を制御するものである。
【００３２】
この場合、第１の給湯路の温水の温度が低くなるため圧縮機の負荷が減少し、圧縮機の高速回転が可能である。その結果、圧縮機の小型化を図ることができる。また、第２の給湯路の温水の温度を高くすると、貯湯手段への貯湯熱量が増大する。したがって、貯湯手段の小容量化および小型化を図ることができる。
【００３３】
請求項１５に記載の発明は、請求項１〜１４のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置の構成において、圧縮機は、冷媒を冷媒の臨界圧力以上に加圧するものである。この場合、放熱器の水流路の水に放熱することにより冷媒が凝縮液化することがない。したがって、放熱器全域で冷媒と水との間に温度差を形成しやすく、熱交換効率が高くなり、貯湯手段に貯留する温水の温度が上昇する。その結果、貯湯手段への貯湯熱量が増大し、貯湯手段の小容量化および小型化を図ることができる。
【００３４】
請求項１６に記載の発明は、請求項１〜１５のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置の構成において、冷媒は、二酸化炭素よりなるものである。この場合、冷媒として二酸化炭素を用いることによって、圧縮機内での作動圧力を高くすることができ、低圧から高圧への圧縮比を小さくすることができる。それにより、圧縮機での圧縮効率が向上し、高温な温水を供給することができる。さらに、放熱器において冷媒が超臨界状態にあるので、潜熱が不要となる。それにより、冷媒から水に効率的に熱量を供給することができる。その結果、ヒートポンプの効率を示す成績係数ＣＯＰ（熱出力／駆動エネルギー入力）が大きくなる。また、低温下でも低圧が高いため、寒冷地などでも容易にヒートポンプ給湯装置が作動することができる。
【００３５】
【実施例】
（第１の実施例）
図１は、本発明の第１の実施例に係る瞬間加熱式のヒートポンプ給湯装置１００の構成を示す模式図である。
【００３６】
図１に示すように、ヒートポンプ給湯装置１００は、冷媒循環回路１１０、第１の水循環回路１２０および第２の水循環回路１３０により構成される。
【００３７】
冷媒循環回路１１０は、吸熱器１、圧縮機２、第１の放熱器３、第１の減圧弁４、第２の放熱器５、第２の減圧弁６、第１のバイパス弁７および第２のバイパス弁８を備える。吸熱器１は熱交換器１ａおよび送風機１ｂからなる。第１の放熱器３および第２の放熱器５は熱交換器からなる。
【００３８】
熱交換器１ａの冷媒出口は、配管３１を介して圧縮機２の入口に接続されている。圧縮機２の出口は、配管３２を介して第１の放熱器３の冷媒入口Ｃｉｎに接続されている。第１の放熱器３は、配管３３を介して第２の放熱器５の冷媒入口Ｃｉｎに接続され、配管３３には第１の減圧弁４が介挿されている。第２の放熱器５の冷媒出口は、配管３４を介して熱交換器１ａの冷媒入口Ｃｉｎに接続され、配管３４には第２の減圧弁６が介挿されている。また、配管３２から配管３５が分岐し、配管３５から配管３６が分岐している。配管３５は配管３３の第１の減圧弁４の下流側に接続され、配管３６は配管３４に接続されている。配管３５には第１のバイパス弁７が介挿され、配管３６には第２のバイパス弁８が介挿されている。
【００３９】
第１の水循環回路１２０は、レギュレータ１１、タンク２０、第２のポンプ１８、逆止弁１９、第１の流量センサ１２、第１の放熱器３、混合弁１３、第２の流量センサ１４、出湯温度センサ１５、給水温度センサ１７、第３のバイパス弁２１および第４のバイパス弁２２を備える。配管４１は配管４７および配管４８に分岐されている。配管４１にはレギュレータ１１が介挿されている。また、配管４１には給水温度センサ１７が取り付けられている。タンク２０内の上部には第１のタンクセンサ２０ａが設けられており、タンク２０内の下部には第２のタンクセンサ２０ｂが設けられている。
【００４０】
配管４７は、タンク２０の水入口に接続されている。配管４８は、配管４５に接続され、配管４８には第４のバイパス弁２２が介挿されている。また、配管５０の一端はタンク２０の水出口に接続されており、配管５０の他端は第１の放熱器３の水入口に接続されている。配管５０には第２のポンプ１８および第１の流量センサ１２が介挿され、第２のポンプ１８に並列に逆止弁１９が接続されている。
【００４１】
第１の放熱器３の湯出口は、配管４４を介して混合弁１３の第１の入口に接続されている。また、配管５１は、配管４４から分岐し、タンク２０の湯入口に接続されている。配管５１には第３のバイパス弁２１が介挿されている。タンク２０の湯出口は、配管４９を介して混合弁１３の第２の入口に接続されている。混合弁１３の出口は、配管４５を介して給湯栓１６に接続され、配管４５には第２の流量センサ１４が介挿されている。また、配管４５には出湯温度センサ１５が取り付けられている。
【００４２】
第２の水循環回路１３０は、上記の第２の放熱器５および第１のポンプ９により構成される。第２の放熱器５の水入口は配管３７を介して浴槽１０の出口に接続され、配管３７には第１のポンプ９が介挿されている。第２の放熱器５の水出口は、配管３８を介して浴槽１０の入口に接続されている。
【００４３】
ヒートポンプ給湯装置１００において、主として、吸熱器１、圧縮機２、第１の放熱器３、第１の減圧弁４、第２の放熱器５および第２の減圧弁６がヒートポンプを構成する。本実施例では、ヒートポンプの冷媒として二酸化炭素（ＣＯ２）を用いる。この冷媒は、冷媒循環回路１１０内を循環する。
【００４４】
ヒートポンプ給湯装置１００では、ヒートポンプにより、第１の水循環回路１２０に供給される水道水Ｗを加熱し、温水を給湯栓１６の蛇口から供給することが可能であり、また浴槽１０の水または低温になった湯を第２の水循環回路１３０を循環させて追焚きすることも可能である。
【００４５】
なお、本実施例のヒートポンプ給湯装置１００では、１つの圧縮機２が用いられているが、複数の圧縮機２を並列に設けてもよい。
【００４６】
次に、図１のヒートポンプ給湯装置１００における冷媒循環回路１１０、第１の水循環回路１２０および第２の水循環回路１３０の各動作について説明する。
【００４７】
まず、冷媒循環回路１１０および第１の水循環回路１２０を用いて水道水Ｗを加熱する方法について説明する。この場合、初期状態として、第１の減圧弁４は絞りの状態にある。第２の減圧弁６は開放されている。また、第１のバイパス弁７および第２のバイパス弁８は閉じており、第１のポンプ９は停止している。さらに、混合弁１３の第１の入口は開放しており、第２の入口は閉塞している。この状態で、送風機１ｂが回転し、圧縮機２が作動する。
【００４８】
冷媒循環回路１１０において、冷媒が第１の減圧弁４を通過することによって、低温低圧のガスになる。低温低圧のガスになった冷媒は、配管３３を介して第２の放熱器５および第２の減圧弁６を通過し、配管３４を介して熱交換器１ａに流入する。熱交換器１ａ内で、冷媒は送風機１ｂによって吸い込まれた大気からの熱を吸収する。大気熱を吸収した冷媒は、蒸発ガス化し、配管３１を介して圧縮機２に流入する。冷媒は、圧縮機２によって圧縮されることにより高温高圧のガスになる。高温高圧ガスになった冷媒は、配管３２を介して第１の放熱器３に流入する。第１の放熱器３によって冷媒の高温の熱が後述する第１の水循環回路１２０に供給される水道水Ｗに放出される。これにより、後述する第１の水循環回路１２０に供給される水道水Ｗが加熱される。その後、冷媒は、第１の減圧弁４に流入する。このサイクルが繰り返される。
【００４９】
一方、第１の水循環回路１２０では、水道水Ｗが配管４１を介してレギュレータ１１に導かれ、レギュレータ１１によって所定の圧力に調整された後、配管４７を通してタンク２０の水入口に供給され、タンク２０の水出口から配管５０および逆止弁１９を通して第１の放熱器３に供給される。第１の流量センサ１２は、第１の放熱器３に流入する水道水Ｗの流量を検知している。給水温度センサ１７は、水道水Ｗが配管４１に供給されるときの給水温度を検知している。
【００５０】
第１の放熱器３に流入した水道水Ｗは、ヒートポンプにより加熱されて温水になる。
【００５１】
タンク２０に貯湯する場合には、第４のバイパス弁２１が開放され、第２のポンプ１８が動作する。それにより、タンク２０内の下部の水が循環して第１の放熱器３により加熱された温水が第４のバイパス弁２１および配管５１を介してタンク２０の湯入口からタンク２０に供給される。タンク２０内の下部には低温の水が存在し、その上部に温水が蓄えられる。
【００５２】
第１のタンクセンサ２０ａおよび第２のタンクセンサ２０ｂは、タンク２０内の水温が所定の温度よりも高いか低いかを検出する。この第１のタンクセンサ２０ａおよび第２のタンクセンサ２０ｂの検出信号に基づく制御部の動作は後述する。
【００５３】
通常の給湯時には、混合弁１３の第１の入口、第２の入口および出口が開放されている。それにより、第１の放熱器３により加熱された温水は配管４４を介して混合弁１３の第１の入口に流入し、タンク２０の温水は配管４９を介して混合弁１３の第２の入口に流入する。その後、混合弁１３の第１および第２の入口から流入した温水は、混合弁１３内で合流して、混合弁１３の出口から流出し、第２の流量センサ１４を通過し、配管４５を介して給湯栓１６の蛇口から排出される。
【００５４】
この場合、制御部は、運転開始時等の第１の放熱器３の温度が十分に上昇していない場合を除き、混合弁１３の第２の入口に流入する温水の流量よりも第１の入口に流入する温水の流量が多くなるようにまたは混合弁１３の第２の入口を閉塞するように混合弁１３を制御する。したがって、タンク２０に多量の温水を貯留する必要がないので、タンク２０を小型化できる。その結果、ヒートポンプ給湯装置１００の小型化を図ることができる。
【００５５】
第２の流量センサ１４は、配管４５を通過する温水の流量を検知している。また、出湯温度センサ１５は、配管４５を通過する温水の温度を検知している。出湯温度センサ１５によって測定される配管４５を通過する温水の温度が過度に高い場合、第５のバイパス弁２２が開放され、配管４８を介して水道水Ｗが温水に足される。これにより、適温の温水が給湯栓１６の蛇口から排出される。
【００５６】
なお、第１の放熱器３により加熱された温水と、タンク２０に貯留される温水とは同温度である。したがって、蛇口１６から出湯される温水の温度を制御する際に、混合弁１３からの温水と配管４８からの水道水Ｗとの比率のみを制御すればよいので、制御動作が簡素化できる。その結果、ヒートポンプ給湯装置１００の小型化を図ることができる。
【００５７】
次に、浴槽１０内の水または低温の湯を追焚きする方法について説明する。この場合、初期状態として、第１の減圧弁４は開放されており、第２の減圧弁６は絞りの状態にある。また、第１のバイパス弁７は開放されており、第２のバイパス弁８は閉塞している。この状態で、送風機１ｂが回転し、圧縮機２が作動し、第１のポンプ９が作動する。
【００５８】
冷媒循環回路１１０において、冷媒は第２の減圧弁６を通過することによって低温低圧のガスになる。低温低圧のガスになった冷媒は、配管３４を介して熱交換器１ａに流入する。熱交換器１ａ内で、冷媒は送風機１ｂによって吸い込まれた大気からの熱を吸収する。大気熱を吸収した冷媒は、蒸発気化し、配管３４を介して圧縮機２に流入する。冷媒は、圧縮機２によって圧縮されることにより、高温高圧のガスになる。ここで、第１のバイパス弁７が開放されているので、高温高圧ガスになった冷媒は、配管３５および第１のバイパス弁７を通過し、配管３３を介して第２の放熱器５に流入する。第２の放熱器５によって冷媒の高温の熱が後述する第２の水循環回路１３０を循環する水または低温の湯に放出される。このとき、浴水または低温の湯が加熱される。その後、冷媒は、第２の減圧弁６に流入する。このサイクルが繰り返される。
【００５９】
一方、第２の水循環回路１３０では、浴槽１０の水または低温の湯が第１のポンプ９によって吸い出され、配管３７を介して第２の放熱器５に流入する。第２の放熱器５に流入した水または低温の湯がヒートポンプにより加熱されて温水になる。この温水は、配管３８を介して浴槽１０に戻される。
【００６０】
なお、冷媒循環回路１１０および第１の水循環回路１２０を用いて水道水Ｗを加熱すると同時に、冷媒循環回路１１０および第２の水循環回路１３０を用いて浴槽１０内の水または低温の湯を追い焚きすることもできる。
【００６１】
この場合、第１の減圧弁４は所定の絞り状態にあり、第２の減圧弁６も所定の絞り状態にある。また、第１のバイパス弁７および第２のバイパス弁８は閉じている。さらに、混合弁１３の第１の入口は開き、第２の入口は閉じている。この状態で、送風機１ｂが回転し、圧縮機２が作動し、第１のポンプ９が作動する。水道水Ｗを加熱する方法および浴槽１０内の水または低温の湯を追い焚きする方法は前述と同様である。
【００６２】
図２は、本実施例に係るヒートポンプ給湯装置１００の斜視図である。
図２に示すように、ケーシング１０１には、主として圧縮機２、第１の放熱器３、第２の放熱器５、第１のポンプ９、第２のポンプ１８およびタンク２０が内蔵され、ケーシング１０２には、主として吸熱器１が内蔵されている。上記のように、吸熱器１は熱交換器１ａおよび送風機１ｂからなる。
【００６３】
タンク２０は、断熱材２０１で覆われている。それにより、タンク２０内の温水の温度は一定に保たれる。また、タンク２０の容量は、例えば８０ｌである。
【００６４】
ケーシング１０１の高さＬ１は、例えば７５０ｍｍ、幅Ｗは、例えば６６０ｍｍ、奥行きＤ１は、例えば５４０ｍｍである。また、ケーシング１０２の高さＬ２は、例えば１２００ｍｍ、幅Ｗは、例えば６６０ｍｍ、奥行きＤ２は例えば、４４０ｍｍである。ヒートポンプ給湯装置１００全体の高さＬは、例えば１９５０ｍｍである。
【００６５】
図３は、ヒートポンプ給湯装置１００を遠隔操作する遠隔操作装置の一例を示す模式図である。
【００６６】
図３に示すように、遠隔操作装置３００は、電源スイッチ３０１、ふろ自動スイッチ３０２、追焚きスイッチ３０３、液晶表示部３０４、メニュースイッチ３０５、上下スイッチ３０６、確定スイッチ３０７、予約スイッチ３０８、給湯優先スイッチ３０９およびおまかせスイッチ３１０を含む。
【００６７】
使用者により電源スイッチ３０１、ふろ自動スイッチ３０２、追焚きスイッチ３０３、メニュースイッチ３０５、上下スイッチ３０６、確定スイッチ３０７、予約スイッチ３０８、給湯優先スイッチ３０９およびおまかせスイッチ３１０が押下操作される。それにより、遠隔操作装置３００は、後述するヒートポンプ給湯装置１００の制御部に所定の指令信号を送信する。制御部は、遠隔操作装置３００より送信される所定の指令信号を受信し、ヒートポンプ給湯装置１００の各構成要素を制御する。
【００６８】
例えば、使用者が電源スイッチ３０１を押下することにより図１のヒートポンプ給湯装置１００の各構成要素に制御部による電力供給が許可されるとともに第２の流量センサ１４からの流量値を受信可能な待機状態に設定され、再度押下することにより制御部による電力供給が禁止される。ふろ自動スイッチ３０２を押下することにより図１の浴槽１０内に図示しないふろ出湯回路により所定の温度の水が蓄えられる。追焚きスイッチ３０３を押下することにより第２の水循環回路１３０が動作し、浴槽１０内の温水が追焚きされる。
【００６９】
また、液晶表示部３０４には、温水の設定温度３０４ａ、設定湯量３０４ｂ、運転状態３０４ｃおよび現在時刻３０４ｄが表示される。
【００７０】
例えば、使用者は、メニュースイッチ３０５を押下することにより、温水の温度の設定、湯量の設定、運転状態の設定および現在時刻の設定の切り替えを行い、上下スイッチ３０６ａ，３０６ｂを押下することにより各設定を行い、確定スイッチ３０７を押下することにより設定内容を確定する。給湯優先スイッチ３０９を押下することにより給湯を優先させるか浴槽１０を優先させるかを切り替える。
【００７１】
例えば、給湯条件を設定する場合、まず給湯優先スイッチ３０９を押下する。温水の温度を設定する場合には、メニュースイッチ３０５により設定温度３０４ａを選択し、さらに上下スイッチ３０６ｂを押下することにより給湯時の設定温度が上昇し、上下スイッチ３０６ａを押下することにより給湯時の設定温度が下降する。ここで、上下スイッチ３０６ａを押下し続けることにより設定温度３０４ａが例えば３５℃以下に設定すると、設定温度３０４ａの代わりに「給湯切」が表示される。この場合、冷媒循環回路１１０の動作が停止され、給湯栓１６の蛇口から水道水Ｗが供給される。
【００７２】
また、湯量を設定する場合、メニュースイッチ３０５により設定湯量３０４ｂを選択し、さらに上下スイッチ３０６ｂを押下することにより湯量が多めに設定され、上下スイッチ３０６ａを押下することにより湯量が少なめに設定される。また、使用者は、予約スイッチ３０８を押下することにより、所定の時刻に所定の動作を行うよう設定することができる。
【００７３】
図４は、ヒートポンプにおけるＣＯ２冷媒の状態変化をフロン系冷媒と比較して示すモリエル線図である。
【００７４】
図４の縦軸は圧力を示し、横軸はエンタルピを示す。また、一点鎖線ＣはＣＯ２冷媒の状態変化を示し、Ｆはフロン系冷媒の状態変化を示す。Ｃ１はＣＯ２冷媒の飽和液線を示し、Ｃ２はＣＯ２冷媒の飽和蒸気線を示し、Ｆ１はフロン系冷媒の飽和液線を示し、Ｆ２はフロン系冷媒の飽和蒸気線を示す。ＰｃはＣＯ２冷媒の臨界点を示し、Ｐｆはフロン系冷媒の臨界点を示す。ＴｃはＣＯ２冷媒の等温線を示し、Ｔｆはフロン系冷媒の等温線を示す。
【００７５】
飽和液線Ｃ１，Ｆ１よりも低エンタルピ側では、冷媒は液体状態となり、飽和液線Ｃ１，Ｆ１よりも高エンタルピ側でかつ飽和蒸気線Ｃ２，Ｆ２より低エンタルピ側では、冷媒は液体と気体との二相状態となり、飽和蒸気線Ｃ２，Ｆ２よりも高エンタルピ側では、冷媒は気体状態となる。また、臨界点以上の圧力では、冷媒は超臨界状態となる。
【００７６】
図４の位置Ｓ１１，Ｓ２１は、吸熱器の出口および圧縮機の入口に相当し、位置Ｓ１２，Ｓ２２は圧縮機の出口および放熱器の入口の相当し、位置Ｓ１３，Ｓ２３は放熱器の出口および減圧弁の入口に相当し、位置Ｓ１４，Ｓ２４は減圧弁の出口および吸熱器の入口に相当する。
【００７７】
まず、ＣＯ２冷媒の状態変化について説明する。位置Ｓ１１のＣＯ２冷媒は、圧縮機によって高温高圧の超臨界のガス状態になり、位置Ｓ１２に移行する。この過程でＣＯ２冷媒の圧力およびエンタルピが増加する。次に、位置Ｓ１２のＣＯ２冷媒が放熱器を通過することにより熱が水に放出され、位置Ｓ１３に移行する。配管の圧力損失を無視すると、この過程でＣＯ２冷媒の圧力は変化せず、エンタルピが低下する。このとき、ＣＯ２冷媒の温度は低下する。さらに、位置Ｓ１３のＣＯ２冷媒が減圧弁を通過することにより低温低圧の液体およびガスの二相状態になり、位置Ｓ１４に移行する。この過程でＣＯ２冷媒の圧力は低下し、エンタルピは変化しない。その後、位置Ｓ１４のＣＯ２冷媒が吸熱器を通過することにより外気の熱を吸収しつつ低温低圧のガス状態になり、位置Ｓ１１に移行する。この過程で圧力は変化せず、エンタルピが増加する。
【００７８】
次に、フロン系冷媒の状態変化について説明する。位置Ｓ２１のフロン系冷媒は圧縮機によって高温高圧のガス状態になり、位置Ｓ２２に移行する。この過程でフロン系冷媒の圧力およびエンタルピが増加する。次に、位置Ｓ２２のフロン系冷媒が放熱器を通過することにより熱が水に放出され、位置Ｓ２３に移行する。この過程でフロン系冷媒の圧力は変化せず、エンタルピが低下する。このとき、フロン系冷媒の温度が低下する。それにより、フロン系冷媒は液化する。さらに、位置Ｓ２３のフロン系冷媒が減圧弁を通過することにより低温低圧の液体およびガスの二相状態になり、位置Ｓ２４に移行する。この過程でフロン系冷媒の圧力は低下し、エンタルピは変化しない。その後、位置Ｓ２４のフロン系冷媒が吸熱器を通過することにより外気の熱を吸収しつつ低温低圧のガス状態になり、位置Ｓ２１に移行する。この過程で圧力は変化せずエンタルピが増加する。
【００７９】
このように、ＣＯ２冷媒では、フロン系冷媒と比較すると、サイクル内での作動圧力が４〜５倍と高くなる一方で、低圧から高圧への圧縮比が小さく、圧縮機での圧縮効率が向上する。その結果、ヒートポンプの効率を示す成績係数ＣＯＰ（熱出力／駆動エネルギー入力）が大きくなる。また、低温下でも低圧が高いため、フロン系冷媒では対応が困難であった寒冷地などでも容易に作動することができる。
【００８０】
次に、放熱器におけるＣＯ２冷媒およびフロン系冷媒の加熱特性について説明する。図５は放熱器におけるフロン系冷媒およびＣＯ２冷媒の加熱特性を示す図である。また、図６は放熱器の構造を示す模式図である。
【００８１】
図５において、縦軸が温度を示し、横軸が放熱器の冷媒入口Ｃｉｎおよび水入口Ｗｉｎから冷媒出口Ｃｏｕｔおよび水出口Ｗｏｕｔまでの位置を示す。
【００８２】
図６に示すように、第１の放熱器３には、曲折された冷媒用の蛇行配管５００が形成されている。その蛇行配管５００に沿って水用の蛇行配管５０１が形成されている。蛇行配管５０１は蛇行配管５００と接触するように設けられている。それにより、熱量の変換が効率よく行われる。
【００８３】
蛇行配管５００の一端には冷媒入口Ｃｉｎが設けられ、蛇行配管５００の他端には冷媒出口Ｃｏｕｔが設けられる。また、蛇行配管５０１の一端には水出口Ｗｏｕｔが設けられ、蛇行配管５０１の他端には水入口Ｗｉｎが設けられる。すなわち、冷媒入口Ｃｉｎと水出口Ｗｏｕｔとが蛇行配管５００，５０１の同じ一端に設けられ、冷媒出口Ｃｏｕｔと水入口Ｗｉｎとが蛇行配管５００，５０１の同じ他端に設けられる。
【００８４】
それにより、図５（ｂ）に示す一定の比例関係を有する温度変化が第１の放熱器３内でも維持され、冷媒から水への熱の供給が効率よく行われる。
【００８５】
図５（ａ）はフロン系冷媒の温度変化Ａ１および水の温度変化Ｂ１を示し、図５（ｂ）はＣＯ２冷媒の温度変化Ａ２および水の温度変化Ｂ２を示す。
【００８６】
図５（ａ）に示すように、冷媒入口Ｃｉｎから流入したフロン系冷媒が水に熱量を供給することにより、フロン系冷媒の温度が直線的に低下する。しかし、その後、フロン系冷媒が凝縮域に入り、ガス状態から液体状態に変遷する。その際に冷媒は相変化しているため、潜熱は放出されるが温度は変わらない。そのため、フロン系冷媒の温度が、矢印Ａ１１で示すように、変化せず、フロン系冷媒から水に効率良く熱が供給されない。したがって、水入口Ｗｉｎから流入した水の温度は、矢印Ｂ１１で示すように緩やかに上昇することになる。
【００８７】
一方、図５（ｂ）に示すように、冷媒入口Ｃｉｎから流入したＣＯ２冷媒が水に熱量を供給することにより、ＣＯ２冷媒の温度が直線的に低下する。この場合、ＣＯ２冷媒は、超臨界域にあるため、凝縮しない。そのため、ＣＯ２冷媒が冷媒出口Ｃｏｕｔから排出されるまで、ＣＯ２冷媒の温度は、矢印Ａ２１で示すように、直線的に低下し続ける。それにより、水入口Ｗｉｎから流入した水にＣＯ２冷媒から効率的に熱量が供給され、水の温度は、矢印Ｂ２１で示すように、直線的に上昇し続け、水出口Ｗｏｕｔから排出される。
【００８８】
上記の温度特性により、フロン系冷媒を用いた場合には、常温の水を出湯温度Ｐ１（＝６５℃）までしか上昇させることができないが、ＣＯ２冷媒を用いることにより、常温の水を出湯温度Ｐ２（＝９０℃）まで上昇させることができる。
【００８９】
図７は、図１のヒートポンプ給湯装置１００の制御部４０の構成を示すブロック図である。図７に示すように、制御部４０は、第１の流量センサ１２により測定される流量値、第２の流量センサ１４により測定される流量値、出湯温度センサ１５により測定される温度値、給水温度センサ１７により測定される温度値、気温センサ６０により測定される温度値、第１のタンクセンサ２０ａにより検出される検出信号、第２のタンクセンサ２０ｂにより検出される検出信号および遠隔操作装置３００から与えられる指令信号を受け取る。
【００９０】
制御部４０は、第１の流量センサ１２により測定される流量値、第２の流量センサ１４により測定される流量値、出湯温度センサ１５により測定される温度値、給水温度センサ１７により測定される温度値、気温センサ６０により測定される温度値、第１のタンクセンサ２０ａにより検出される検出信号、第２のタンクセンサ２０ｂにより検出される検出信号および遠隔操作装置３００から与えられる指令信号に基づいて、送風機１ｂの回転数、第１の減圧弁４の開度、第１のバイパス弁７の開閉、圧縮機２の回転数、第２のバイパス弁８の開閉、第２の減圧弁６の開度、第１のポンプ９の回転数、混合弁１３の切替、第３のバイパス弁２１の開閉、および第４のバイパス弁２２の開閉を制御する。
【００９１】
次に、本実施例に係るヒートポンプ給湯装置１００のタンク２０への貯湯動作開始タイミングについて説明する。
【００９２】
図８は、本実施例に係るヒートポンプ給湯装置１００における制御部４０の貯湯動作開始タイミングの第１の例を示すフローチャートである。図９は、タンク２０内の貯湯残量を示す模式図である。
【００９３】
図９（ａ）〜（ｃ）の斜線部分は、タンク２０内に蓄えられた温水を示す。上記の冷媒循環回路１１０および第１の水循環回路１２０の動作により、タンク２０内の下部には、水道水Ｗが存在し、その上部に温水が蓄えられている。
【００９４】
ここで、所定の時刻範囲内とは、例えば、午前１０時から午後４時までの間の比較的給水温度が高くなる時間帯をいう。また、図９の第１のタンクセンサ２０ａおよび第２のタンクセンサ２０ｂが共に水温が所定の温度よりも高いと検出した場合には、制御部４０は、タンク２０の貯湯残量が温水量Ｔ１以上であると判断し、第１のタンクセンサ２０ａおよび第２のタンクセンサ２０ｂが共に水温が所定の温度よりも低いと検出した場合には、制御部４０は、タンク２０の貯湯残量が温水量Ｔ２未満であると判断する。以下、図９を参照しながら図８のフローチャートを説明する。
【００９５】
図８に示すように、制御部４０は、タンク２０の貯湯残量が温水量Ｔ１以上か否かを判別する（ステップＳ１）。タンク２０の貯湯残量が温水量Ｔ１に満たない場合、制御部４０は、現在時刻が所定の時刻範囲内か否かを判別する（ステップＳ２）。現在時刻が所定の時刻範囲内でなければ、制御部４０は、タンク２０の貯湯残量が温水量Ｔ２以上か否かを判別する（ステップＳ３）。タンク２０の貯湯残量が温水量Ｔ２に満たない場合は、制御部４０は、タンク２０への貯湯動作を開始する。
【００９６】
ステップＳ１において、タンク２０の貯湯残量が温水量Ｔ１以上の場合、制御部４０は、待機する。ステップＳ２において、現在時刻が所定時刻の範囲内の場合、制御部４０は、タンク２０への貯湯動作を開始する。ステップＳ３において、タンク２０の貯湯残量が温水量Ｔ２以上の場合、制御部４０は、ステップＳ１の動作から繰り返す。
【００９７】
このようにして、図９（ａ）に示すように貯湯残量が温水量Ｔ２以下の場合には、制御部４０は時刻にかかわらず貯湯動作を開始し、図９（ｂ）に示すように貯湯残量が温水量Ｔ２以上温水量Ｔ１未満の場合には、昼間時間帯であれば制御部４０は貯湯動作を開始し、図９（ｃ）に示すように貯湯残量が温水量Ｔ１以上の場合には、制御部４０は貯湯動作を開始しない。
【００９８】
図１０は、本実施例に係るヒートポンプ給湯装置１００における制御部４０の貯湯動作開始タイミングの第２の例を示すフローチャートである。以下、図９を参照しながら図１０のフローチャートを説明する。
【００９９】
図１０に示すように、制御部４０は、タンク２０の貯湯残量が温水量Ｔ１以上か否かを判別する（ステップＳ１１）。タンク２０の貯湯残量が温水量Ｔ１に満たない場合、制御部４０は、給水温度が所定の温度以上か否かを判別する（ステップＳ１２）。給水温度が所定の温度に満たない場合、制御部４０は、タンク２０の貯湯残量が温水量Ｔ２以上か否かを判別する（ステップＳ１３）。タンク２０の貯湯残量が温水量Ｔ２に満たない場合は、制御部４０は、タンク２０への貯湯動作を開始する。
【０１００】
ステップＳ１１において、タンク２０の貯湯残量が温水量Ｔ１以上の場合、制御部４０は、待機する。ステップＳ１２において、給水温度が所定の温度以上の場合、制御部４０は、タンク２０への貯湯動作を開始する。ステップＳ１３において、タンク２０の貯湯残量が温水量Ｔ２以上の場合、制御部４０は、ステップＳ１１の動作から繰り返す。
【０１０１】
このようにして、図９（ａ）に示すように貯湯残量が温水量Ｔ２以下の場合には、制御部４０は給水温度にかかわらず貯湯動作を開始し、図９（ｂ）に示すように貯湯残量が温水量Ｔ２以上温水量Ｔ１未満の場合には、給水温度が所定の温度以上であれば制御部４０は貯湯動作を開始し、図９（ｃ）に示すように貯湯残量が温水量Ｔ１以上の場合には、制御部４０は貯湯動作を開始しない。
【０１０２】
図１１は、本実施例に係るヒートポンプ給湯装置１００における制御部４０の貯湯動作開始タイミングの第３の例を示すフローチャートである。以下、図９を参照しながら図１１のフローチャートを説明する。
【０１０３】
図１１に示すように、制御部４０は、タンク２０の貯湯残量が温水量Ｔ１以上か否かを判別する（ステップＳ２１）。タンク２０の貯湯残量が温水量Ｔ１に満たない場合、制御部４０は、気温が所定の温度以上か否かを判別する（ステップＳ２２）。気温が所定の温度に満たない場合、制御部４０は、タンク２０の貯湯残量が温水量Ｔ２以上か否かを判別する（ステップＳ２３）。タンク２０の貯湯残量が温水量Ｔ２に満たない場合は、制御部４０は、タンク２０への貯湯動作を開始する。
【０１０４】
ステップＳ２１において、タンク２０の貯湯残量が温水量Ｔ１以上の場合、制御部４０は、待機する。ステップＳ２２において、気温が所定の温度以上の場合、制御部４０は、タンク２０への貯湯動作を開始する。ステップＳ２３において、タンク２０の貯湯残量が温水量Ｔ２以上の場合、制御部４０は、ステップＳ２１の動作から繰り返す。
【０１０５】
このようにして、図９（ａ）に示すように貯湯残量が温水量Ｔ２以下の場合には、制御部４０は気温にかかわらず貯湯動作を開始し、図９（ｂ）に示すように貯湯残量が温水量Ｔ２以上温水量Ｔ１未満の場合には、気温が所定の温度以上であれば制御部４０は貯湯動作を開始し、図９（ｃ）に示すように貯湯残量が温水量Ｔ１以上の場合には、制御部４０は貯湯動作を開始しない。
【０１０６】
以上、図８〜図１１で説明したように、タンク２０内の貯湯残量が所定量以上存在すれば時刻が昼間時間帯の場合、給水温度が所定の温度よりも高い場合または気温が所定の温度よりも高い場合に貯湯動作を行う。
【０１０７】
給水温度が高い場合、水道水Ｗを所定の温度に加熱する際に必要となる加熱エネルギーが低減する。また、気温が高い場合、吸熱器１において冷媒が大気中の熱を効率良く吸収することができ、運転効率が上昇する。したがって、ＣＯ２冷媒のエンタルピを増大させるための圧縮機２の小型化を図ることができる。また、吸熱量が小さくなるため吸熱器１を小型化できる。その結果、ヒートポンプ給湯装置１００の省スペース化を行うことができる。
【０１０８】
図１２は、ヒートポンプにおけるＣＯ２冷媒の状態変化を示すモリエル線図である。
【０１０９】
上記実施例においては、第１の放熱器３により加熱された温水とタンク２０に貯湯される温水とは同温度であったが、相違させてもよい。
【０１１０】
点線Ｃａに示すように、ＣＯ２冷媒の高圧側の圧力をさらに高くした場合、ＣＯ２冷媒は圧縮機２により位置Ｓ１２ａまで加圧され、位置Ｓ１２よりもエンタルピが増大する。それにより、ＣＯ２冷媒が第１の放熱器３を通過することにより水道水Ｗに与える熱量が増大する。したがって、水道水をより高温の温水に加熱することができる。その結果、タンク２０への貯湯熱量が増大するため、タンク２０の小容量化および小型化を図ることができる。
【０１１１】
一方、点線Ｃｂに示すように、ＣＯ２冷媒の高圧側の圧力を低くした場合、ＣＯ２冷媒は、圧縮機２により位置Ｓ１２ｂまで加圧され、位置Ｓ１２よりもエンタルピが減少する。この場合、ＣＯ２冷媒の高低圧差が低下する。したがって、圧縮機２の負荷が減少し高速回転が可能である。その結果、圧縮機２の小型化を図ることができる。
【０１１２】
本実施例に係るヒートポンプ給湯装置１００においては、第１の減圧弁４および第２の減圧弁６が減圧手段に相当し、タンク２０が貯湯手段に相当し、配管４４が第１の給湯路に相当し、配管４９が第２の給湯路に相当し、制御部４０が判定手段、制御手段および要否判定手段に相当し、第１の流量センサ１２および第２の流量センサ１４が流量検知手段に相当し、温水量Ｔ１が第１の温水量に相当し、温水量Ｔ２が第２の温水量に相当し、混合弁１３が混合手段に相当する。
【０１１３】
（第２の実施例）
また、図１３は、本発明の第２の実施例に係る瞬間加熱式のヒートポンプ給湯装置１００ａの構成を示す模式図である。図１３に示すように、本実施例に係るヒートポンプ給湯装置１００ａが第１の実施例に係る図１のヒートポンプ給湯装置１００と異なる点は、混合弁１３および第１の放熱器３がなく、第３の放熱器３ａ、第５のバイパス弁５０２および配管５０３が設けられている点である。
【０１１４】
この場合、配管４４および配管４７は、混合弁を介さず配管４５に直接接続されている。また、第３の放熱器３ａの第２の水出口は、配管５０３を介して配管４４と接続されている。第５のバイパス弁５０２は配管５０３に介挿されている。
【０１１５】
図１４は、図１３のヒートポンプ給湯装置１００ａの制御系の構成を示すブロック図である。
【０１１６】
図１４に示すように、本実施例に係るヒートポンプ給湯装置１００ａの制御系の構成が第１の実施例に係るヒートポンプ給湯装置１００の制御系の構成と異なる点は、制御部４０が第５のバイパス弁５０２を制御する点である。
【０１１７】
この場合、制御部４０は、第１の流量センサ１２により測定される流量値、第２の流量センサ１４により測定される流量値、出湯温度センサ１５により測定される温度値、給水温度センサ１７により測定される温度値、気温センサ６０により測定される温度値、第１のタンクセンサ２０ａにより検出される検出信号、第２のタンクセンサ２０ｂにより検出される検出信号および遠隔操作装置３００から与えられる指令信号に基づいて、第５のバイパス弁５０２の開閉を制御する。
【０１１８】
図１５は、第３の放熱器３ａの構造を示す模式図である。
図１５に示すように、図６の第１の放熱器３と異なる点は、蛇行配管５０１の途中の例えば中央部第２の水出口Ｔｏｕｔが設けられ、第２の水出口Ｔｏｕｔに配管５０３が接続されている点である。蛇行配管５０１は、曲折を繰り返す構造となっているため、水入口Ｗｉｎに流入した水道水Ｗは、蛇行配管５０１の各曲折部において抵抗を受けて流れにくい。しかしながら、制御部４０の制御により第５のバイパス弁５０２が開放されることにより、水道水Ｗは配管５０３を通して配管４４に流出する。それにより、水道水Ｗが蛇行配管５０１から受ける流動抵抗が大幅に減少する。
【０１１９】
第３の放熱器３ａの加熱能力が十分に上昇した後に、制御部４０の制御により第５のバイパス弁５０２を開放して流動抵抗を低減させることにより、通常の給湯時における第３の放熱器３ａからの出湯量を増大させることができる。
【０１２０】
本実施例においては、バイパス弁５０２および配管５０３が流路抵抗変更手段に相当する。
【０１２１】
（第３の実施例）
図１６は、本発明の第３の実施例に係る瞬間加熱式のヒートポンプ給湯装置１００ｂの構成を示す模式図である。
【０１２２】
図１６に示すように、本実施例に係るヒートポンプ給湯装置１００ｂが第１の実施例に係る図１のヒートポンプ給湯装置１００と異なる点は、混合弁１３がなく、第６のバイパス弁２３および細管４７ａが設けられている点である。
【０１２３】
この場合、配管４７に第６のバイパス弁２３が介挿されている。細管４７ａの一端は、配管４７における第６のバイパス弁２３よりも上流側に接続されており、細管４７ａの他端は、配管４７における第６のバイパス弁２３よりも下流側に接続されている。細管４７ａは配管４７に比して管径が小さいため、流路抵抗が大きく温水が流れにくい。
【０１２４】
図１７は、図１６のヒートポンプポンプ給湯装置１００ｂの制御系の構成を示すブロック図である。
【０１２５】
図１７に示すように、本実施例に係るヒートポンプ給湯装置１００ｂの制御系の構成が第１の実施例に係るヒートポンプ給湯装置１００の制御系の構成と異なる点は、制御部４０が第６のバイパス弁２３を制御する点である。
【０１２６】
この場合、制御部４０は、第１の流量センサ１２により測定される流量値、第２の流量センサ１４により測定される流量値、出湯温度センサ１５により測定される温度値、給水温度センサ１７により測定される温度値、気温センサ６０により測定される温度値、第１のタンクセンサ２０ａにより検出される検出信号、第２のタンクセンサ２０ｂにより検出される検出信号および遠隔操作装置３００から与えられる指令信号に基づいて、第６のバイパス弁２３の開閉を制御する。
【０１２７】
図１６において、第１の放熱器３の加熱能力が十分上昇した後に制御部４０の制御により第６のバイパス弁２３を閉塞して流路抵抗を増大させることにより、通常の給湯時におけるタンク２０からの出湯量を減少させることができる。
【０１２８】
本実施例においては、細管４７ａを設けてタンク２０からの出湯量を減少させたが、例えば、流量調整弁などの流量変更手段を配管４７に介挿してもよい。この場合、流量調整弁を調整してタンク２０からの出湯量を減少させることもできる。
【０１２９】
本実施例においては、第６のバイパス弁２３および細管４７ａが流路抵抗変更手段に相当する。
【０１３０】
（第４の実施例）
図１８は、本発明の第４の実施例に係る瞬間加熱式のヒートポンプ給湯装置１００ｃの構成を示す模式図である。
【０１３１】
図１８に示すように、本実施例に係るヒートポンプ給湯装置１００ｃが第１の実施例に係る図１のヒートポンプ給湯装置１００と異なる点は、第３の流量センサ１４ａ、第４の流量センサ１４ｂ、出湯温度センサ１５ａ，１５ｂ、第７のバイパス弁２２ａ、第８のバイパス弁２２ｂおよび配管４５ａ，４５ｂ，４８ａ，４９が設けられている点である。
【０１３２】
この場合、配管４８は、配管４８ａおよび配管４８ｂに分岐している。配管４８ａは配管４５ａに接続され、配管４８ｂは配管４５ｂに接続されている。第７のバイパス弁２２ａは配管４８に介挿され、第８のバイパス弁２２ｂは配管４８ｂに介挿されている。配管４５ａには第３の流量センサ１４ａが介挿され、配管４５ｂには第４の流量センサ１４ｂが介挿されている。
【０１３３】
また、配管４５ａには出湯温度センサ１５ａが取り付けられ、配管４５ｂには出湯温度センサ１５ｂが取り付けられている。第１の放熱器３の湯出口は配管４５ａを介して給湯栓１６ａに接続され、タンク２０の湯出口は配管４５ｂを介して給湯栓１６ｂに接続されている。出湯温度センサ１５ａは、配管４５ａを通過する温水温度を検知している。また、出湯温度センサ１５ｂは、配管４５ｂを通過する温水の温度を検知している。
【０１３４】
図１９は、本実施例に係る遠隔操作装置３００ａの一例を示す模式図である。
図１９に示すように、本実施例に係る遠隔操作装置３００ａの構成が第１の実施例に係る遠隔操作装置３００の構成と異なる点は、液晶表示部３０４に温水の設定温度３０４ａａがさらに表示される点である。
【０１３５】
使用者は、メニュースイッチ３０５により温水の設定温度３０４ａを選択し、さらに上下スイッチ３０６ａ，３０６ｂを押下することにより給湯栓１６ａから出湯される温水の設定温度を上下させることができる。また、使用者は、メニュースイッチ３０５により温水の設定温度３０４ａａを選択し、さらに上下スイッチ３０６ａ，３０６ｂを押下することにより給湯栓１６ｂから出湯される温水の設定温度を上下させることができる。したがって、給湯栓１６ａと給湯栓１６ｂとで相違する温度の温水を出湯させることができる。
【０１３６】
図２０は、図１７のヒートポンプポンプ給湯装置１００ｃの制御系の構成を示すブロック図である。
【０１３７】
図２０に示すように、本実施例に係るヒートポンプ給湯装置１００ｃの制御系の構成が第１の実施例に係るヒートポンプ給湯装置１００の制御系の構成と異なる点は、制御部４０が第７のバイパス弁２２ａおよび第８のバイパス弁２２ｂを制御する点である。
【０１３８】
この場合、制御部４０は、第１の流量センサ１２が検出した流量値、第２の流量センサ１４ａが検出した流量値、第３の流量センサ１４ｂが検出した流量値、出湯温度センサ１５ａ，１５ｂが検出した温度値、給水温度センサ１７により測定される温度値、気温センサ６０により測定される温度値、第１のタンクセンサ２０ａにより検出される検出信号、第２のタンクセンサ２０ｂにより検出される検出信号および遠隔操作装置３００ａから与えられる指令信号に基づき、第７のバイパス弁２２ａおよび第８のバイパス弁２２ｂの開閉動作により給湯栓１６ａおよび給湯栓１６ｂから出湯される温水の温度をそれぞれ設定温度に制御する。
【０１３９】
使用者は、出湯温度センサ１６ａ，１６ｂから出湯される温水の水量を調整して、好み、用途等に応じて温水の温度を調整することができる。また、給湯栓１６ａ，１６ｂを相違する場所に設置して、用途に応じて温水の温度を設定することができる。
【０１４０】
本実施例においては、給湯栓１６ａが第１の給湯栓に相当し、給湯栓１６ｂが第２の給湯栓に相当する。
【０１４１】
【発明の効果】
本発明に係るヒートポンプ給湯装置においては、温水が必要である場合に、水供給路により放熱器の水流路に導かれた水が放熱器によって加熱される。放熱器で加熱された温水は、貯湯手段に貯留される。放熱器で加熱された温水および貯湯手段に貯留された温水のいずれか一方または両方を第１の給湯路および第２の給湯路のいずれか一方または両方を通して出湯することができる。それにより、一時的に多量に温水が出湯されて放熱器の加熱能力が不足する場合でも貯湯手段に貯留された温水を出湯することができる。したがって、冷媒循環回路の加熱能力を大能力化する必要がなく、放熱器を大能力化する必要がない。また、放熱器の加熱能力が十分な場合には放熱器で加熱された温水を出湯することができるので、貯湯手段を大型化する必要がない。その結果、ヒートポンプ給湯装置の小型化、省スペース化および軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例に係る瞬間加熱式のヒートポンプ給湯装置の構成を示す模式図
【図２】第１の実施例に係るヒートポンプ給湯装置の斜視図
【図３】ヒートポンプ給湯装置を遠隔操作する遠隔操作装置の一例を示す模式図
【図４】ヒートポンプにおけるＣＯ２冷媒の状態変化をフロン系冷媒と比較して示すモリエル線図
【図５】放熱器におけるフロン系冷媒およびＣＯ２冷媒の加熱特性を示す図
【図６】放熱器の構造を示す模式図
【図７】図１のヒートポンプ給湯装置の制御部の構成を示すブロック図
【図８】第１の実施例に係るヒートポンプ給湯装置における制御部の貯湯動作開始タイミングの第１の例を示すフローチャート
【図９】タンク内の貯湯残量を示す模式図
【図１０】第１の実施例に係るヒートポンプ給湯装置における制御部の貯湯動作開始タイミングの第２の例を示すフローチャート
【図１１】第１の実施例に係るヒートポンプ給湯装置における制御部の貯湯動作開始タイミングの第３の例を示すフローチャート
【図１２】ヒートポンプにおけるＣＯ２冷媒の状態変化を示すモリエル線図
【図１３】第２の実施例に係る瞬間加熱式のヒートポンプ給湯装置の構成を示す模式図
【図１４】図１３のヒートポンプ給湯装置の制御系の構成を示すブロック図
【図１５】第１の放熱器の構造を示す模式図
【図１６】第３の実施例に係る瞬間加熱式のヒートポンプ給湯装置の構成を示す模式図
【図１７】図１６のヒートポンプポンプ給湯装置の制御系の構成を示すブロック図
【図１８】第４の実施例に係る瞬間加熱式のヒートポンプ給湯装置の構成を示す模式図
【図１９】第４の実施例に係る遠隔操作装置の一例を示す模式図
【図２０】図１７のヒートポンプポンプ給湯装置の制御系の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１  吸熱器
２  圧縮機
３  第１の放熱器
４  第１の減圧弁
１２  第１の流量センサ
１３  混合弁
１４  第２の流量センサ
１５  出湯温度センサ
１６  給湯栓
２０  タンク
２０ａ  第１のタンクセンサ
２０ｂ  第２のタンクセンサ
２３  第６のバイパス弁
４４，４９，５０３  配管
４７ａ  細管
１００  ヒートポンプ給湯装置
１１０  冷媒循環回路
１２０  第１の水循環回路
５０２  第５のバイパス弁
【図１】
2004232938.tif 000003
【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】
2004232938.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2004232938.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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