(57)【要約】【課題】出湯停止および再出湯を短時間で繰り返し行った場合でも所定の温度の温水が即座に供給されるとともに、過昇温状態や動作不良が防止され、信頼性および安全性が高い瞬間加熱式のヒートポンプ給湯装置を提供することである。【解決手段】制御部は、第２の流量センサからの温水の流量値が所定値以下であるか否かを判別する。第２の流量センサからの温水の流量値が所定値以下の場合、制御部は、待機運転として温水の循環処理、圧縮機の回転数の低減処理、送風機の回転数の低減処理および第１の放熱器のバイパス処理を開始する。第２の流量センサからの温水の流量値が所定値を超えると、制御部は、冷媒循環回路および第１の水循環回路の運転を再開する。【選択図】        図１０
2004232936.tif 000002
【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、
前記放熱器の前記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所定場所に導く温水供給路と、
温水の要否を判定する判定手段と、
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所定の通常動作を実行させ、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、所定の待機動作を実行する制御手段とを備えたヒートポンプ給湯装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記待機動作の開始から所定時間経過前に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、前記冷媒循環回路を前記待機動作から前記通常動作へ移行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】
前記制御手段は、前記待機動作の開始から所定時間内に前記判定手段により温水が必要であると判定されなかった場合に、前記冷媒循環回路の前記待機動作を停止させることを特徴とする請求項１または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待機動作の開始から前記所定時間の計測を開始する計時手段をさらに備えたことを特徴とする請求項２または３記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項５】
前記判定手段は、
前記温水供給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】
前記判定手段は、
前記冷媒循環回路の前記待機動作の終了および開始を指令するための待機動作スイッチを含む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】
前記冷媒循環回路の前記通常動作および前記待機動作を停止させるための電源スイッチをさらに備え、
前記制御手段は、前記電源スイッチの操作に基づいて前記冷媒循環回路の前記待機動作を停止させ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】
前記放熱器により得られた温水を放熱するための放熱部をさらに備え、
前記待機動作は、前記放熱器により得られた温水を前記放熱部に導く動作を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項９】
前記待機動作は、前記圧縮機の能力を減少させる動作を含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項１０】
前記圧縮機の能力を減少させる動作は、前記圧縮機の回転数を減少させる動作を含むことを特徴とする請求項９記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項１１】
前記圧縮機の能力を減少させる動作は、前記圧縮機の間欠的な動作を含むことを特徴とする請求項９記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項１２】
前記吸熱器は、大気の熱を冷媒に与える熱交換器および前記熱交換器に大気を供給する大気供給手段を含み、
前記待機動作は、前記大気供給手段の供給能力を低下させる動作を含むことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項１３】
前記冷媒循環回路は、前記放熱器を迂回する冷媒バイパス流路と、前記放熱器の冷媒流路または前記冷媒バイパス流路に冷媒を選択的に導く冷媒流路切り替え手段とをさらに有し、
前記待機動作は、前記冷媒バイパス流路に冷媒が導かれるように前記冷媒流路切り替え手段を切り替える動作を含むことを特徴とする請求項１〜１２いずれかに記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項１４】
熱量を蓄積する蓄熱手段をさらに備え、
前記待機動作は、前記放熱器により得られた温水の熱量を前記蓄熱手段に導く動作を含むことを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項１５】
前記待機動作は、前記放熱器により得られた温水の熱量を前記蓄熱手段に間欠的に導く動作を含むことを特徴とする請求項１４記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項１６】
前記蓄熱手段は、前記放熱器により得られた温水を貯留する貯留手段を含み、
前記放熱器により得られた温水および前記貯留手段に貯留された温水の一方または両方を前記温水供給路に導く温水流路切り替え手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１４または１５記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項１７】
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１〜１６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、低温低圧の冷媒が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貯えておく貯湯式のヒートポンプ給湯装置と、使用時に水道水を瞬間的に加熱する瞬間加熱式のヒートポンプ給湯装置とがある。
【０００４】
貯湯式のヒートポンプ給湯装置では、マイクロコンピュータの制御により、深夜のうちに水道水を加熱し、その温水を貯湯タンクに貯える。したがって、使用者が温水用の水道栓を開くと、貯湯タンクに貯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。このような貯湯式のヒートポンプ給湯装置では、ヒートポンプの動作および停止が使用者の水道栓の開閉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】
上記の貯湯式のヒートポンプ給湯装置においては、貯湯タンクは一日に家庭で使用される湯量をまかなうため一般的に３００〜４００リットル程度の容量が必要とされるため小型化が困難となる。また、耐圧性能を満足するために貯湯タンク軽量化は困難である。このため、運搬時の問題や設置工事の問題を考慮して、ヒートポンプ給湯装置は一般的に２つのユニットで構成される。さらに、設置後は、通常貯湯タンクは満水状態であり、その重量は数百キログラムとなる。これらにより、ヒートポンプ給湯装置を設置するための広い設置スペースが必要となるとともに、設置場所には多大な耐荷重が要求される。
【０００６】
そこで、近年、貯湯タンクを有さない瞬間加熱式のヒートポンプ給湯装置の開発が進められている（例えば、特許文献１および２参照）。
【０００７】
この瞬間加熱式のヒートポンプ給湯装置では、使用時にヒートポンプを動作させて瞬間的に水道水を加熱し、温水を蛇口から供給する。このような瞬間加熱式のヒートポンプ給湯装置では、貯湯タンクが不要であるため、小型化および軽量化が可能である。また、貯湯時の放熱ロスがなく、使用する分だけ加熱供給するので無駄がなく、電気代も低減できる。さらに、必要に応じて温水を加熱供給できるので、大量に湯を使用しても湯切れすることがない。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１０−３１１５９７号公報
【特許文献２】
特開平２−２２３７６７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来の瞬間加熱式のヒートポンプ給湯装置においては、使用者が電源スイッチをオンにした後、水道栓を開くと、ヒートポンプが動作し、温水が蛇口から出湯され、使用者が水道栓を閉じると、ヒートポンプの動作が停止する。すなわち、使用者の操作に連動してヒートポンプの動作およびその停止が任意のタイミングで行われる。
【００１０】
しかしながら、ヒートポンプが動作してから所定の温度の温水が出湯されるまでに一定の時間がかかる。特に、使用者が温水の使用を開始した後、短時間で水道栓を閉じたり開いたりすることがある。このような場合に、水道栓を開くごとに温水が所定の温度に昇温されるまで待たなければならないと、使い勝手が悪い。また、任意のタイミングでのヒートポンプの急起動および急停止により過昇温状態や動作不良が発生する場合がある。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、出湯停止および再出湯を短時間で繰り返し行った場合でも所定の温度の温水が即座に供給されるとともに、過昇温状態や動作不良が防止され、信頼性および安全性が高い瞬間加熱式のヒートポンプ給湯装置を提供することである。
【００１２】
【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所定場所に導く温水供給路と、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、冷媒循環回路の所定の通常動作を実行させ、判定手段により温水が不要であると判定された場合に、所定の待機動作を実行する制御手段とを備えたものである。
【００１３】
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、制御手段によって冷媒循環回路の所定の通常動作が実行される。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。放熱器により得られた温水は温水供給路により所定場所に導かれる。また、判定手段により温水が不要であると判定された場合、制御手段によって所定の待機動作が実行される。
【００１４】
【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所定場所に導く温水供給路と、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、冷媒循環回路の所定の通常動作を実行させ、判定手段により温水が不要であると判定された場合に、所定の待機動作を実行する制御手段とを備えたものである。
【００１５】
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、制御手段によって冷媒循環回路の所定の通常動作が実行される。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。放熱器により得られた温水は温水供給路により所定場所に導かれる。これにより、使用者に温水を供給することができる。
【００１６】
判定手段により温水が不要であると判定された場合に、制御手段によって所定の待機動作が実行される。それにより、再び温水が必要であると判定された場合に、待機動作から通常動作へ移行することによって所定の温度の温水を即座に供給することができる。したがって、温水供給と供給停止を短時間で繰り返し行った場合でも所定の温度の温水が即座に供給される。
【００１７】
また、温水が不要となった場合に、冷媒循環回路が急停止されずに待機動作が実行された後に停止されるので、冷媒循環回路の急停止によるヒートポンプ給湯装置の過昇温状態や動作不良の発生を防止することができる。
【００１８】
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、制御手段は、待機動作の開始から所定時間経過前に判定手段により温水が必要であると判定された場合に、冷媒循環回路を待機動作から通常動作へ移行させるものである。
【００１９】
この場合、温水が不要であると判定されてから所定時間経過前まで待機動作が実行されているので、再び温水が必要となった場合に冷媒循環回路を待機動作から通常動作へ移行させて所定の温度の温水を即座に供給することができる。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２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、待機動作の開始から所定時間内に判定手段により温水が必要であると判定されなかった場合に、冷媒循環回路の待機動作を停止させるものである。
【００２１】
この場合、温水が不要であると判定されてから所定時間が経過した場合には、制御手段により冷媒循環回路の待機動作が停止される。それにより、長時間の待機動作による不要な電力の消費を防止することができる。
【００２２】
請求項４に記載の発明は、請求項２または３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、判定手段により温水が不要であると判定された場合に待機動作の開始から所定時間の計測を開始する計時手段をさらに備えるものである。
【００２３】
この場合、温水が不要であると判定された場合、計時手段により待機手段の開始から所定時間が計測される。それにより、温水が不要であると判定されてから所定時間経過時に確実に冷媒循環回路を停止させることができる。
【００２４】
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、判定手段は、温水供給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。
【００２５】
この場合、流量検知手段によって温水供給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。それにより、使用者が出湯を止める操作を行った場合に、冷媒循環回路の動作を停止させる前に、待機動作が実行される。その結果、再び温水が必要であると判定された場合に、所定の温度の温水を即座に供給することができる。また、ヒートポンプ給湯装置の過昇温状態や動作不良の発生を防止することができる。
【００２６】
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、判定手段は、冷媒循環回路の待機動作の開始および終了を指令するための待機動作スイッチを含むものである。
【００２７】
この場合、使用者が出湯操作を行う前に、待機動作スイッチにより冷媒循環回路に待機動作を実行させることができる。それにより、出湯操作により冷媒循環回路が通常動作に移行したときに、温水の温度が所定温度に達するまでに要する時間が短縮され、所定温度の温水を即座に供給することができる。また、ヒートポンプ給湯装置の過昇温状態や動作不良の発生を防止することができる。
【００２８】
また、使用者が待機動作スイッチにより待機動作の終了を指令した場合に、待機動作が停止される。これにより、使用者の都合によって待機動作中の冷媒循環回路を待機動作から解除し、停止させることが可能となるため、使い勝手が向上し、不要な電力消費を防止することができる。
【００２９】
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、冷媒循環回路の通常動作および待機動作を停させるための電源スイッチをさらに備え、制御手段は、電源スイッチの操作に基づいて冷媒循環回路の待機動作を停止させるものである。
【００３０】
この場合、電源スイッチにより冷媒循環回路の通常動作および待機動作の停止が操作される。それにより、冷媒循環回路を待機動作から確実に解除し、停止させることができるため、不本意な待機動作を防止することができる。
【００３１】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜７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、放熱器により得られた温水を放熱するための放熱部をさらに備え、待機動作は、放熱器により得られた温水を放熱部に導く動作を含むものである。
【００３２】
この場合、放熱器により得られた温水が放熱部に導かれ、温水の温度が低下し、低温水となり、放熱器の上流側に戻される。それにより、冷媒循環回路を最小限の循環サイクルとして維持することが可能となるため、温水が不要と判定された後に放熱器の運転もまた最小限に維持し、再び温水が必要と判定されたときに即座に温水を供給することができる。また、放熱器を運転させることによって放熱器が温まり、放熱器の動作初期に必要とされる放熱器の熱容量による放熱器の出湯温度の応答遅れを防止することができる。これにより、再度温水が必要と判定された場合の温度応答性が良好となり、即座に所定の温度の温水を供給することができる。
【００３３】
請求項９に記載の発明は、請求項１〜８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、待機動作は、圧縮機の能力を減少させる動作を含むものである。この場合、必要最小限の能力で圧縮機の動作を持続させることができる。それにより、再度温水が必要と判定された場合に、即座に所定の温度の温水を供給することができる。また、圧縮機の動作を持続させることによって圧縮機の急速な再起動による圧縮機への負担を軽減することができる。それにより、圧縮機の長寿命化を図ることができる。さらに、圧縮機の動作を持続させることにより冷媒循環回路内の潤滑油を圧縮機に回収することができ、圧縮機内の潤滑油が不足することを防止することができる。
【００３４】
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載のヒートポンプ給湯装置の構成において、圧縮機の能力を減少させる動作は、圧縮機の回転数を減少させる動作を含むものである。この場合、圧縮機の回転数を減少させることにより必要最小限の能力で圧縮機の動作を持続させることができる。
【００３５】
請求項１１に記載の発明は、請求項９に記載のヒートポンプ給湯装置の構成において、圧縮機の能力を減少させる動作は、圧縮機の間欠的な動作を含むものである。この場合、圧縮機の間欠的な動作により必要最小限の能力で圧縮機の動作を持続させることができる。
【００３６】
請求項１２に記載の発明は、請求項１〜１１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、吸熱器は、大気の熱を冷媒に与える熱交換器および熱交換器に大気を供給する大気供給手段を含み、待機動作は、大気供給手段の供給能力を低下させる動作を含むものである。
【００３７】
この場合、熱交換器による大気からの吸熱量を低下させることができる。それにより、必要最小限の能力で冷媒循環回路の待機動作を維持することができる。したがって、再度温水が必要と判定された場合に、即座に所定の温度の温水を供給することができる。
【００３８】
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、冷媒循環回路は、放熱器を迂回する冷媒バイパス流路と、放熱器の冷媒流路または冷媒バイパス流路に冷媒を選択的に導く冷媒流路切り替え手段とをさらに有し、待機動作は、冷媒バイパス流路に冷媒が導かれるように冷媒流路切り替え手段を切り替える動作を含むものである。
【００３９】
この場合、冷媒流路切り替え手段により冷媒の流路が放熱器を迂回するための冷媒バイパス流路へと切り替えられる。それにより、高温高圧ガス化した冷媒が吸熱器に送られ、吸熱器内部を乾燥させ、霜の発生を防止および除去することができる。したがって、冬季において、待機動作中に霜取りを行うことによって吸熱器の能力低下を防止し、ヒートポンプ給湯装置の再給湯時における昇温速度を向上させることができる。
【００４０】
請求項１４に記載の発明は、請求項１〜１３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、熱量を蓄積する蓄熱手段をさらに備え、待機動作は、放熱器により得られた温水の熱量を蓄熱手段に導く動作を含むものである。
【００４１】
この場合、放熱器により加熱された温水の熱量が蓄熱手段に蓄えられる。それにより、温水が不要と判定された後に放熱器により加熱された温水が蓄熱手段に蓄積されるため、待機動作中の熱量を有効に蓄えることができるとともに、放熱器の運転を持続し、再出湯時における熱容量による温度応答遅れを防止することができる。また、再度温水が必要と判定された場合に、即座に所定の温度の温水を供給することができる。
【００４２】
請求項１５に記載の発明は、請求項１４に記載のヒートポンプ給湯装置の構成において、待機動作は、放熱器により得られた温水の熱量を蓄熱手段に間欠的に導く動作を含むものである。この場合、放熱器により加熱された温水の熱量が間欠的に蓄熱手段に蓄えられるとともに、待機動作の時間を延ばすことができる。
【００４３】
請求項１６に記載の発明は、請求項１４または１５に記載のヒートポンプ給湯装置の構成において、蓄熱手段は、放熱器により得られた温水を貯留する貯留手段を含み、放熱器により得られた温水および貯留手段に貯留された温水の一方または両方を温水供給路に導く温水流路切り替え手段をさらに備えるものである。
【００４４】
この場合、放熱器により得られた温水を貯留手段に貯留することができる。また、放熱器により得られた温水および貯留手段に貯留された温水の一方または両方を温水流路切り替え手段の操作により選択使用することができる。それにより、要求される給湯負荷が放熱器の加熱負荷よりも大きくなった場合、貯留手段から同時に温水を供給し、大きな給湯負荷にも対応することができる。
【００４５】
また、放熱器により加熱された温水の温度が所定温度に到達していないときに、貯留手段により即座に所定温度の温水を使用者に供給することができる。
【００４６】
請求項１７に記載の発明は、請求項１〜１６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。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、冷媒と水の温度差を保持しやすい。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。
【００４７】
【実施例】
以下本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００４８】
（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。
【００４９】
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の水回路１２０および第２の水回路１３０により構成される。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
第１の水回路１２０は、レギュレータ１１、第１の流量センサ１２、第１の放熱器３、第１の混合弁１３、分岐弁１７、第２の混合弁２３、循環用ポンプ２４、逆止弁（図示せず）第２の流量センサ１４および出湯温度センサ１５を備える。配管４１は配管４２および配管４３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、配管４２には第１の流量センサ１２が介挿されている。配管４２は第２の混合弁２３の第１の入口に接続されている。
【００５３】
第２の混合弁２３の出口は、配管５３を介して第１の放熱器３の水入口に接続されている。また、第１の放熱器３の水出口は、配管４４を介して分岐弁１７の入口に接続されている。分岐弁１７の第１の出口は、配管５４を介して第１の混合弁１３の第１の入口に接続されている。分岐弁１７の第２の出口は、配管５２を介して第２の混合弁２３の第２の入口に接続されている。配管５２には循環用ポンプ２４および逆止弁（図示せず）が介挿されている。配管５２は熱交換器１ａの近傍に沿って延びるように設けられている。配管４３は第１の混合弁１３の第２の入口に接続されている。第１の混合弁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。
【００５４】
第２の水回路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。
【００５５】
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。
【００５６】
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の水回路１３０を循環させて追い焚きすることも可能である。
【００５７】
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。
【００５８】
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の水回路１２０および第２の水回路１３０の各動作について説明する。
【００５９】
まず、冷媒循環回路１１０および第１の水回路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。また、第１の混合弁１３の第１の入口は開き、第２の入口は閉じている。また、分岐弁１７の入口は開き、分岐弁１７の第２の出口は閉じている。さらに、第２の混合弁２３の第１の入口は開き、第２の混合弁２３の第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が作動する。
【００６０】
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。
【００６１】
一方、第１の水回路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４２を介して第１の流量センサ１２、第２の混合弁２３の第１の入口および第２の混合弁２３の出口を通過し、配管５３を介して第１の放熱器３に流入する。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。
【００６２】
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。この温水は配管４４を介して分岐弁１７の入口および分岐弁１７の第１の出口を通過し、配管５４を介して第１の混合弁１３の第１の入口および第１の混合弁１３の出口を通過する。その後、温水は第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。この場合、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。
【００６３】
ここで、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１の混合弁１３の第２の入口が開放され、配管４３を介して水道水Ｗが温水に加えられる。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。
【００６４】
次に、冷媒循環回路１１０および第２の水回路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。
【００６５】
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。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。
【００６６】
一方、第２の水回路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前述の高温高圧となった冷媒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。
【００６７】
なお、冷媒循環回路１１０および第１の水回路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。
【００６８】
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も所定の絞りの状態にある。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、第１の混合弁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。
【００６９】
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１４０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１５０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。なお、後述する第２の実施例に係るヒートポンプ給湯装置１０２では、ケーシング１４０に破線で示すように、タンク２０が内蔵されている。
【００７０】
ケーシング１４０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１５０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。
【００７１】
図３は遠隔操作装置３００の一例を示す模式図である。
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、追い焚きスイッチ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。
【００７２】
使用者により電源スイッチ３０１、ふろ自動スイッチ３０２、追い焚きスイッチ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。
【００７３】
使用者が電源スイッチ３０１を押下すると、ヒートポンプ給湯装置１００の所定構成要素が通電され、使用可能な状態となる。さらに、待機動作スイッチ３１１を押下すると、給湯栓１６が閉じられた状態でも、冷媒循環回路１１０の待機動作が開始される。また、冷媒循環回路１１０の待機動作中に使用者が再度待機動作スイッチ３１１を押下すると、冷媒循環回路１１０の待機動作が停止される。なお、待機動作スイッチ３１１を無操作の場合においても、電源スイッチ３０１の操作によって待機動作の開始および停止を制御することも可能である。
【００７４】
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内に図示しない水回路により所定の温度の水が蓄えられる。追い焚きスイッチ３０３を押下することにより冷媒循環回路１１０および第２の水回路１３０が動作し、浴槽１０内の温水が追い焚きされる。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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および水出口から冷媒出口および水入口までの位置を示す。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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、潜熱は放出するが、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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
図７は図１のヒートポンプ給湯装置１００の制御系の構成を示すブロック図である。
【００９６】
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。
【００９７】
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および遠隔操作装置３００から与えられる指令信号などに基づいて、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、第１の混合弁１３の切り替え、分岐弁１７の切り替えおよび第２の混合弁２３の切り替えを制御する。
【００９８】
次に、本実施例に係るヒートポンプ給湯装置１００の待機運転時の動作について説明する。ここでは、第１の水回路１２０を用いる場合の動作を説明する。第２の水回路１３０を用いた場合の動作も同様である。
【００９９】
図８および図９は、本発明の第１の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の処理手順を示すフローチャートである。
【０１００】
図８に示すように、制御部４０は、遠隔操作装置３００の電源スイッチ３０１がオンされたか否かを判別する（図８のステップＳ１）。
【０１０１】
遠隔操作装置３００の電源スイッチ３０１がオンされた場合、制御部４０は、第２の流量センサ１４から配管４５を通過する水道水の流量値を受け取る（ステップＳ２）。遠隔操作装置３００の電源スイッチ３０１がオンされていない場合、ステップＳ１に戻り上記の処理を繰り返す。
【０１０２】
次に、制御部４０は、第２の流量センサ１４からの水道水の流量値が所定値以上であるか否かを判別する（ステップＳ３）。第２の流量センサ１４からの水道水の流量値が所定値以上の場合、制御部４０は、冷媒循環回路１１０の運転を調整する（ステップＳ４）。第２の流量センサ１４からの水道水の流量値が所定値を超えていない場合、ステップＳ２に戻り上記の処理を繰り返す。
【０１０３】
次に、制御部４０は、冷媒循環回路１１０および第１の水回路１２０の通常運転を行う（ステップＳ５）。次に、制御部４０は、第２の流量センサ１４から配管４５を通過する温水の流量値を受け取る（ステップＳ６）。
【０１０４】
次に、制御部４０は、第２の流量センサ１４からの温水の流量値が所定値以下であるか否かを判別する（ステップＳ７）。第２の流量センサ１４からの温水の流量値が所定値を超えている場合、ステップＳ６に戻り上記の処理を繰り返す。第２の流量センサ１４からの温水の流量値が所定値以下の場合、制御部４０は、後述する待機運転を開始する（図９のステップＳ８）。制御部４０は、待機運転の開始から内蔵のタイマにより経過時間を測定する。
【０１０５】
なお、遠隔操作装置３００の待機動作スイッチ３１１が任意のタイミングで押下されると、制御部４０は、他の処理を中止し、待機運転を開始する（ステップＳ１００）。
【０１０６】
次に、制御部４０は、待機運転の開始から所定時間を経過したか否かを判別する（ステップＳ９）。待機運転の開始から所定時間を経過した場合、制御部４０は、待機運転を中止する（ステップＳ１０）。その後、ヒートポンプの運転が終了する。
【０１０７】
なお、待機運転中に遠隔操作装置３００の待機動作スイッチ３１１が再び押下されると、制御部４０は、待機運転を中止する（ステップＳ２００）。
【０１０８】
待機運転の開始から所定時間を経過していない場合、制御部４０は、第２の流量センサ１４から配管４５を通過する温水の流量値を受け取る（ステップＳ１１）。次に制御部４０は、第２の流量センサ１４からの温水の流量値が所定値以上であるか否かを判別する（ステップＳ１２）。第２の流量センサ１４からの温水の流量値が所定値以上の場合、制御部４０は、ステップＳ４に戻り、冷媒循環回路１１０の運転を所定状態となるよう調整する。
【０１０９】
第２の流量センサ１４からの温水の流量値が所定値を超えていない場合、制御部４０は、遠隔操作装置３００の電源スイッチ３０１がオフされたか否かを判別する（ステップＳ１３）。遠隔操作装置３００の電源スイッチ３０１がオフされた場合、待機運転を中止する（ステップＳ１０）。遠隔操作装置３００の電源スイッチ３０１がオフされていない場合、ステップＳ８に戻り上記の処理を繰り返す。
【０１１０】
図１０は本発明の第１の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の待機運転の一例を示すフローチャートである。
【０１１１】
図１０に示すように、制御部４０は、温水の循環処理（ステップＳ２０）、圧縮機２の能力の低減処理（ステップＳ２１）、送風機１ｂの回転数の低減処理（ステップＳ２２）および第１の放熱器３のバイパス処理（ステップＳ２３）を行う。
【０１１２】
ここで、圧縮機２の能力の低減処理について説明する。図１１は制御部４０による圧縮機２の能力の低減処理における圧縮機２の回転数の変化を示す図であり、（ａ）は能力の低減処理の第１の例を示し、（ｂ）は能力の低減処理の第２の例を示す。図１１（ａ），（ｂ）において、縦軸は圧縮機２の単位時間当りの回転数を示し、横軸は時間を示す。
【０１１３】
図１１（ａ）の例においては、制御部４０は、時点ｔ１で第２の流量センサ１４からの流量値が所定値以下になると、圧縮機２の回転数を低下させ、圧縮機２を一定の低回転数で所定時間回転させる。
【０１１４】
また、図１１（ｂ）の例においては、制御部４０は、時点ｔ２で第２の流量センサ１４からの流量値が所定値以下になると、圧縮機２の回転を所定時間停止させ、時点ｔ３で再び一定の回転数で所定時間回転させる。このサイクルが繰り返されるように圧縮機２の間欠運転を行う。
【０１１５】
上記の温水の循環処理においては、分岐弁１７の第２の出口および第２の混合弁２３の第２の入口が開放される。この場合、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。この温水の一部は、配管４４を介して分岐弁１７の入口および分岐弁１７の第２の出口を通過し、循環用ポンプ２４により配管５２および逆止弁（図示せず）を通して熱交換器１ａの近傍を通過し、第２の混合弁２３の第２の入口から第２の混合弁２３の出口および配管５３を通して第１の放熱器３の水入口に流入する。それにより、第１の放熱器３により加熱された温水の最小限の循環サイクルが形成される。
【０１１６】
上記の第１の放熱器３のバイパス処理においては、第２のバイパス弁８が開放され、第１のバイパス弁７および第１の減圧弁４が閉じられる。これにより、冷媒は第１の放熱器３を迂回する。
【０１１７】
本例では、上記の温水の循環処理により、第１の放熱器３によって得られた温水が吸熱器１の近傍に導かれ、第１の放熱器３の上流側に戻される。それにより、第１の放熱器３により得られた温水の最小限の循環サイクルが形成される。その結果、温水の熱量が吸熱器１の冷媒に放出される。それにより、使用者が給湯栓１６を閉じた後に第１の放熱器３により温水が加熱されて再び使用者が給湯栓１６を開いたときに即座に所定の温度の温水を供給することができる。また、第１の放熱器３に温水を送ることによって第１の放熱器３が温まり、第１の放熱器３の動作初期に必要とされる熱容量の不足による第１の放熱器３の動作遅れを防止することができる。これにより、再度使用者が給湯栓１６を開いた場合に、即座に所定の温度の温水を供給することができる。
【０１１８】
また、上記の圧縮機２の能力の低減処理により、必要最小限の能力で圧縮機２の動作を持続させることができる。それにより、冷媒循環回路１１０の動作を最小限に維持し、冷媒循環回路１１０を保温することができるため、再度使用者が給湯栓１６を開いた場合に、即座に所定の温度の温水を供給することができる。また、圧縮機２の動作を持続させることによって圧縮機２の急速な再起動による圧縮機２への負担を軽減することができる。それにより、圧縮機２の長寿命化を図ることができる。さらに、圧縮機２の動作を持続させることにより冷媒循環回路１１０内の潤滑油を圧縮機２に回収することができ、圧縮機２内の潤滑油が不足することを防止することができる。
【０１１９】
また、上記の送風機１ｂの回転数の低減処理により、熱交換器１ａによる大気からの吸熱量を低下させることができる。それにより、必要最小限の能力で冷媒循環回路１１０の動作を維持することができる。したがって、再度温水が必要と判定された場合に、即座に所定の温度の温水を供給することができる。また、第１の放熱器３内部の過昇温を防止することができる。
【０１２０】
さらに、上記の第１の放熱器３のバイパス処理により、高温高圧ガス化した冷媒が熱交換器１ａに送られ、熱交換器１ａ内部を乾燥させ、霜の発生を防止および除去することができる。したがって、冬季において、待機運転中に霜取りを行うことによって熱交換器１ａの能力低下を防止し、ヒートポンプ給湯装置１００の再給湯時における昇温速度を向上させることができる。
【０１２１】
なお、ステップＳ２０の温水の循環処理、ステップＳ２１の圧縮機２の能力の低減処理、ステップＳ２２の送風機１ｂの回転数の低減処理およびステップＳ２３の第１の放熱器３のバイパス処理のうちいずれか１つ、２つまたは３つを行ってもよい。
【０１２２】
また、第１の水回路１２０および冷媒循環回路１１０の運転および停止は、上記のように、第２の流量センサ１４からの流量値に基づいて制御されるが、第２の水回路１３０および冷媒循環回路１１０の運転および停止は、遠隔操作装置３００の追い焚きスイッチ３０３の操作に基づいて制御される。
【０１２３】
なお、本実施例においては、使用者が給湯栓１６を開いたか否かを判定するために、第２の流量センサ１４により配管４５内を流れる水量を検知することとしたが、これに限定されず、第１の流量センサ１２により配管４２内を流れる水量を検知することとしてもよい。または、使用者が給湯栓１６を開いたか否かを判定するために、第１の流量センサ１２および第２の流量センサ１４の両方により配管４２，４５内を流れる水量を検知することとしてもよい。さらに、第１の流量センサを設けなくてもよい。また、流量センサの代わりに、流量スイッチ、圧力スイッチまたは温度センサなどにより配管４２，４５内の水の流量を検知してもほぼ同様の効果が得られる。
【０１２４】
（第２の実施例）
図１２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１０２の構成を示す模式図である。
【０１２５】
図１２に示すように、本実施例に係るヒートポンプ給湯装置１０２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、分岐弁１７、第２の混合弁２３、循環用ポンプ２４、逆止弁（図示せず）および配管５２が設けられておらず、第２のポンプ１８、逆止弁１９、タンク２０、第４のバイパス弁２１、第５のバイパス弁２２および配管４７〜５１がさらに設けられている点である。
【０１２６】
この場合、配管４１は配管４７および配管４８に分岐している。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５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。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４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を介して第１の混合弁１３の第２の入口に接続されている。
【０１２７】
通常の給湯時には、配管４１に流入した水道水Ｗが配管４７を通してタンク２０の水入口に供給され、タンク２０の水出口から排出される水が配管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の放熱器３により加熱された温水が配管４４、第１の混合弁１３および配管４５を通して給湯栓１６から排出される。
【０１２８】
本実施例においては、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が温水に加えられる。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。
【０１２９】
図１３は図１２のヒートポンプ給湯装置１０２の制御系の構成を示すブロック図である。
【０１３０】
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１０２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２のポンプ１８、第４のバイパス弁２１および第５のバイパス弁２２を制御する点である。
【０１３１】
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２のポンプ１８の回転数、第４のバイパス弁２１の開閉および第５のバイパス弁２２の開閉を制御する。
【０１３２】
次に、本実施例に係るヒートポンプ給湯装置１０２の待機運転時の動作について説明する。ここでは、第１の水回路１２０を用いる場合の動作を説明する。第２の水回路１３０を用いた場合の動作も同様である。
【０１３３】
本発明の第２の実施例に係るヒートポンプ給湯装置１０２における制御部４０の処理手順は、図８および図９に示す本発明の第１の実施例と同様である。
【０１３４】
図１４は本発明の第２の実施例に係るヒートポンプ給湯装置１０２における制御部４０の待機運転の一例を示すフローチャートである。
【０１３５】
図１４に示すように、制御部４０は、タンク２０の蓄熱処理（ステップＳ３０）、圧縮機２の能力の低減処理（ステップＳ３１）、送風機１ｂの回転数の低減処理（ステップＳ３２）および第１の放熱器３のバイパス処理（ステップＳ３３）を行う。ステップＳ３１の圧縮機２の能力の低減処理は、第１の実施例における圧縮機２の能力の低減処理と同様である。
【０１３６】
上記のタンク２０の蓄熱処理においては、第１の混合弁１３の第１の入口が閉じられ、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、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、配管５１、タンク２０、配管５０および第２のポンプ１８を経由して第１の放熱器３に戻る。このようにして、温水が第１の放熱器３およびタンク２０を循環することにより温水の熱がタンク２０内部に蓄えられる。
【０１３７】
上記の第１の放熱器３のバイパス処理においては、第２のバイパス弁８が開放され、第１のバイパス弁７および第１の減圧弁４が閉じられる。これにより、冷媒は第１の放熱器３を迂回する。
【０１３８】
本例では、上記のタンク２０の蓄熱処理により、第１の放熱器３により加熱された温水の熱量をタンク２０に蓄えることができる。それにより、使用者が給湯栓１６を閉じた後に第１の放熱器３により温水が加熱されて再び使用者が給湯栓１６を開いたときに所定の温度の温水を供給することができる。
【０１３９】
また、第１の放熱器３により加熱された温水の熱量を間欠的にタンク２０に蓄えることにより、待機運転の時間を延ばすことができる。
【０１４０】
また、第１の放熱器３により得られた温水をタンク２０に貯留することができる。さらに、第１の放熱器３により得られた温水およびタンク２０に貯留された温水の一方または両方を第１の混合弁１３の操作により選択使用することができる。それにより、要求される給湯負荷が第１の放熱器３の加熱負荷よりも大きくなった場合、タンク２０から同時に温水を供給し給湯負荷を満たすことができるため、大きな給湯負荷にも対応することができる。
【０１４１】
また、第１の放熱器３により加熱された温水の温度が所定温度に到達していないときに、タンク２０により即座に所定温度の温水を使用者に供給することができる。
【０１４２】
また、上記の圧縮機２の能力の低減処理により、必要最小限の能力で圧縮機２の動作を持続させることができる。それにより、冷媒循環回路１１０の動作を最小限に維持し、冷媒循環回路１１０を保温することができるため、再度使用者が給湯栓１６を開いた場合に、即座に所定の温度の温水を供給することができる。また、圧縮機２の動作を持続させることによって圧縮機２の急速な再起動による圧縮機２への負担を軽減することができる。それにより、圧縮機２の長寿命化を図ることができる。さらに、圧縮機２の動作を持続させることにより冷媒循環回路１１０内の潤滑油を圧縮機２に回収することができ、圧縮機２内の潤滑油が不足することを防止することができる。
【０１４３】
また、上記の送風機１ｂの回転数の低減処理により、熱交換器１ａによる大気からの吸熱量を低下させることができる。それにより、必要最小限の能力で冷媒循環回路１１０の動作を維持することができる。したがって、再度温水が必要と判定された場合に、即座に所定の温度の温水を供給することができる。また、第１の放熱器３内部の過昇温を防止することができる。
【０１４４】
さらに、上記の第１の放熱器３のバイパス処理により、高温高圧ガス化した冷媒が熱交換器１ａに送られ、熱交換器１ａ内部を乾燥させ、霜の発生を防止および除去することができる。したがって、冬季において、待機動作中に霜取りを行うことによって熱交換器１ａの能力低下を防止し、ヒートポンプ給湯装置１０２の再給湯時における昇温速度を向上させることができる。
【０１４５】
なお、ステップＳ３０のタンク２０の蓄熱処理、ステップＳ３１の圧縮機２の能力の低減処理、ステップＳ３２の送風機１ｂの回転数の低減処理およびステップＳ３３の第１の放熱器３のバイパス処理のうちいずれか１つ、２つまたは３つを行ってもよい。ただし、ステップＳ３０のタンク２０の蓄熱処理は最初に行う必要がある。
【０１４６】
また、第１の水回路１２０および冷媒循環回路１１０の運転および停止は、上記のように、第２の流量センサ１４からの流量値に基づいて制御されるが、第２の水回路１３０および冷媒循環回路１１０の運転および停止は、遠隔操作装置３００の追い焚きスイッチ３０３の操作に基づいて制御される。
【０１４７】
なお、夜間等の不使用時に制御部４０の制御により冷媒循環回路１１０および第１の水回路１２０を動作させることによりタンク２０に温水を貯留してもよい。この場合、使用時に制御部４０の制御により第１の混合弁１３の第２の入口を開放することによって、タンク２０内に貯留された温水を配管４９および配管４５を介して給湯栓１６の蛇口から排出する。
【０１４８】
実施例１および２においては、送風機１ｂが大気供給手段に相当し、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、第２のバイパス弁８が冷媒流路切り替え手段に相当し、第１の流量センサ１２および第２の流量センサ１４が判定手段および流量検知手段に相当し、混合弁１３が温水流路切り替え手段に相当し、配管５２、分岐弁１７および第２の混合弁２３が温水循環手段に相当し、タンク２０が蓄熱手段および貯留手段に相当し、制御部４０が制御手段、判定手段、計時手段および要否判定手段に相当し、電源スイッチ３０１が判定手段に相当し、追い焚きスイッチ３０３が判定手段および動作スイッチに相当する。
【０１４９】
【発明の効果】
本発明に係るヒートポンプ給湯装置によれば、判定手段によって温水が必要であると判定された場合、制御手段によって冷媒循環回路の所定の通常動作が実行される。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。放熱器により得られた温水は温水供給路により所定場所に導かれる。これにより、使用者に即座に温水を供給することができる。
【０１５０】
また、判定手段により温水が不要であると判定された場合に、制御手段によって所定の待機動作が実行される。それにより、再び温水が必要であると判定された場合に、待機動作から通常動作へ移行することによって所定の温度の温水を即座に供給することができる。したがって、給湯停止および再給湯を短時間で繰り返し行った場合でも所定の温度の温水が即座に供給される。
【０１５１】
また、温水が不要となった場合に、冷媒循環回路が急停止されずに待機動作が実行された後に停止されるので、冷媒循環回路の急停止によるヒートポンプ給湯装置の過昇温状態や動作不良の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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の構成を示す模式図
【図２】本実施例に係るヒートポンプ給湯装置の斜視図
【図３】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系の構成を示すブロック図
【図８】本発明の第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処理手順を示すフローチャート
【図９】本発明の第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処理手順を示すフローチャート
【図１０】本発明の第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待機運転の一例を示すフローチャート
【図１１】制御部による圧縮機の能力の低減処理における圧縮機の回転数の変化を示す図
【図１２】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の構成を示す模式図
【図１３】図１２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１４】本発明の第２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待機運転の一例を示すフローチャート
【符号の説明】
１  吸熱器
１ａ  熱交換器
１ｂ  送風機
２  圧縮機
３  第１の放熱器
４  第１の減圧弁
５  第２の放熱器
６  第２の減圧弁
８  第２のバイパス弁
１２  第１の流量センサ
１３  混合弁
１４  第２の流量センサ
２０  タンク
２１  第４のバイパス弁
５０  制御部
１００，１０２  ヒートポンプ給湯装置
１１０  冷媒循環回路
１２０  第１の水回路
１３０  第２の水回路
３００  遠隔操作装置
３０１  電源スイッチ
３０３  追い焚きスイッチ
３１１  待機動作スイッチ
Ｗ  水道水
【図１】
2004232936.tif 000003
【図２】
2004232936.tif 000004
【図３】
2004232936.tif 000005
【図４】
2004232936.tif 000006
【図５】
2004232936.tif 000007
【図６】
2004232936.tif 000008
【図７】
2004232936.tif 000009
【図８】
2004232936.tif 000010
【図９】
2004232936.tif 000011
【図１０】
2004232936.tif 000012
【図１１】
2004232936.tif 000013
【図１２】
2004232936.tif 000014
【図１３】
2004232936.tif 000015
【図１４】
2004232936.tif 000016