(57)【要約】【課題】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あって、給湯開始直後に直ちに所定温度の湯を給湯することができるヒートポンプ給湯装置を提供する。【解決手段】ヒートポンプ給湯装置は、圧縮機１１、２１、給湯用熱交換器１２、２２、膨張弁１３、２３、及び蒸発器１４、２４をそれぞれ配管で接続したヒートポンプサイクル１０、２０と、貯湯タンク４０と、給湯用熱交換器１２、２２で加熱された温水と貯湯タンク４０からの温水とを混合する混合弁３７を備える。このヒートポンプ給湯装置は、給湯運転の起動時にヒートポンプサイクル１０、２０の起動とともに、混合弁３７によって貯湯タンク４０からの温水を出湯させる。【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と、貯湯タンクと、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混合手段とを備えたヒートポンプ給湯装置であって、少なくとも給湯運転の起動時には、前記混合手段によって前記貯湯タンクからの温水を出湯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】
前記給湯用熱交換器からの水温が所定温度に達した場合には、前記混合手段によって前記給湯用熱交換器からの温水を前記貯湯タンクからの温水に優先させて出湯させ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】
前記給湯用熱交換器からの出湯温度を前記貯湯タンクからの出湯温度よりも低く設定し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】
前記貯湯タンクからの湯温が所定温度以下となった場合には、前記混合手段によって前記貯湯タンクからの温水量を減少し、又は停止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】
給湯運転の起動時に、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】
前記貯湯タンクの残湯量に応じて前記ヒートポンプサイクルの運転を制御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】
給湯負荷を検出し、検出した給湯負荷に応じて前記ヒートポンプサイクルの運転を制御することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項８】
前記給湯負荷を、出湯目標温度、入水温度、及び給湯流量によって設定することを特徴とする請求項７に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項９】
前記貯湯タンクへの貯湯を、前記ヒートポンプサイクルによって行うことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項１０】
前記貯湯タンクへの貯湯を、前記混合手段を介して前記ヒートポンプサイクルによって行うことを特徴とする請求項９に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項１１】
前記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、前記混合手段からの温水と冷水の混合量を前記第二混合手段により制御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。
【請求項１２】
前記混合手段からの温水の湯温を所定温度以上に設定し、前記第二混合手段により所定温度に制御することを特徴とする請求項１１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、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）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平２−２２３７６７号公報（図１参照）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ヒートポンプサイクルを利用した給湯装置では、熱的な立ち上がりが遅いため、給湯開始時に冷水が出てしまい、所望の湯温の湯を使用できるまでに時間を要することがある。
【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、給湯開始直後に直ちに所定温度の湯を給湯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と、貯湯タンクと、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混合手段とを備えたヒートポンプ給湯装置であって、少なくとも給湯運転の起動時には、前記混合手段によって前記貯湯タンクからの温水を出湯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、前記給湯用熱交換器からの水温が所定温度に達した場合には、前記混合手段によって前記給湯用熱交換器からの温水を前記貯湯タンクからの温水に優先させて出湯させ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、前記給湯用熱交換器からの出湯温度を前記貯湯タンクからの出湯温度よりも低く設定したことを特徴とする。
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、前記貯湯タンクからの湯温が所定温度以下となった場合には、前記混合手段によって前記貯湯タンクからの温水量を減少し、又は停止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、給湯運転の起動時に、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、前記貯湯タンクの残湯量に応じて前記ヒートポンプサイクルの運転を制御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６のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置において、給湯負荷を検出し、検出した給湯負荷に応じて前記ヒートポンプサイクルの運転を制御することを特徴とする。
請求項８記載の本発明は、請求項７に記載のヒートポンプ給湯装置において、前記給湯負荷を、出湯目標温度、入水温度、及び給湯流量によって設定することを特徴とする。
請求項９記載の本発明は、請求項１から請求項８のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置において、前記貯湯タンクへの貯湯を、前記ヒートポンプサイクルによって行うことを特徴とする。
請求項１０記載の本発明は、請求項９に記載のヒートポンプ給湯装置において、前記貯湯タンクへの貯湯を、前記混合手段を介して前記ヒートポンプサイクルによって行うことを特徴とする。
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、前記混合手段からの温水と冷水の混合量を前記第二混合手段により制御することを特徴とする。
請求項１２記載の本発明は、請求項１１に記載のヒートポンプ給湯装置において、前記混合手段からの温水の湯温を所定温度以上に設定し、前記第二混合手段により所定温度に制御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、給湯用熱交換器で加熱された温水と貯湯タンクからの温水とを混合する混合手段とを備え、少なくとも給湯運転の起動時に貯湯タンクからの温水を出湯させるものである。本実施の形態によれば、給湯開始直後には貯湯タンクからの温水が出湯するので、給湯開始時に直ちに所定温度の湯を給湯することができる。
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、給湯用熱交換器からの水温が所定温度に達した場合には、給湯用熱交換器からの温水を貯湯タンクからの温水に優先させて出湯させるものである。本実施の形態によれば、給湯用熱交換器からの水温が所定温度に達した後はヒートポンプサイクルからの給湯を主とするので、効率のよいヒートポンプ運転ができるとともに、貯湯タンクの湯切れを防止することができる。
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、給湯用熱交換器からの出湯温度を貯湯タンクからの出湯温度よりも低く設定したものである。本実施の形態によれば、ヒートポンプサイクルからの湯を常に貯湯タンクからの湯と混合して所定温度の給湯をするので、ヒートポンプサイクルからの湯の温度変動があってもそれを補償して給湯することができる。
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、貯湯タンクからの湯温が所定温度以下となった場合には、貯湯タンクからの温水量を減少させ、又は停止させるものである。本実施の形態によれば、貯湯タンクの湯切れによる給湯温度の低下を防止することができる。
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、給湯運転の起動時に、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、起動開始と同時にヒートポンプサイクルでの湯温が上昇開始し、短時間で所定温度近辺に達するので、貯湯タンクからの流出量を少なく抑えることができる。したがって、貯湯タンクの湯切れを防止することができる。
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、貯湯タンクの残湯量に応じてヒートポンプサイクルの運転を制御するものである。本実施の形態によれば、例えば、貯湯タンクの残湯量が多い場合は貯湯タンクからの給湯を主とし、貯湯タンクの残湯量が少なくなったときにヒートポンプサイクルからの給湯を主にするようにすることで、ヒートポンプサイクルのオンオフ回数が少なくなる。したがって、例えば、ヒートポンプサイクルの信頼性劣化を防止することができる。
本発明による第７の実施の形態は、第１から第６の実施の形態によるヒートポンプ給湯装置において、給湯負荷を検出し、検出した給湯負荷に応じてヒートポンプサイクルの運転を制御するものである。本実施の形態によれば、ヒートポンプサイクルの運転を給湯負荷に対応させて最適な状態の運転をさせることができるので、ヒートポンプサイクルを安定した状態で運転させることができる。
本発明による第８の実施の形態は、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、給湯負荷を出湯目標温度、入水温度、及び給湯流量によって設定するものである。本実施の形態によれば、給湯負荷を正確に検出、設定することができる。
本発明による第９の実施の形態は、第１から第８の実施の形態によるヒートポンプ給湯装置において、貯湯タンクへの貯湯をヒートポンプサイクルによって行うものである。本実施の形態によれば、ヒートポンプサイクルからの湯で貯湯タンクの湯を補給し、貯湯タンクの沸き上げを行うので、貯湯タンクへの貯湯プロセスを効率的に行うことができる。
本発明による第１０の実施の形態は、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、貯湯タンクへの貯湯を混合手段を介して前記ヒートポンプサイクルによって行うものである。本実施の形態によれば、貯湯タンクへの貯湯量を混合手段により制御できるとともに、貯湯のための構成が簡単であり、低コストで貯湯させることができる。
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、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、混合手段からの温水との冷水の混合量を第二混合手段により制御するものである。本実施の形態によれば、混合手段からの所定温度より高い湯温の湯が出湯されても、冷水により簡単に所定温度に制御することができる。
本発明による第１２の実施の形態は、第１１の実施の形態によるヒートポンプ給湯装置において、混合手段からの温水の湯温を所定温度以上に設定しておいて、これに第二混合手段で冷水量を制御しながら混合させて所定温度に制御するものである。本実施の形態によれば、混合手段からの温水の湯温が変動しても、第二混合手段で加える冷水量を調整することにより安定した湯温の温水を得ることができる。
【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】
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、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。
ヒートポンプサイクル１０の能力制御は、圧縮機１１での能力制御及び膨張弁１３での開度制御により行う。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。温度センサ１０Ｂ、１０Ｄ、１０Ｅは入水温度を、温度センサ３０Ｃでの検出温度は出湯温度を、流量センサ３０Ａ、３０Ｈは給湯湯量をそれぞれ検出するもので、これらによりヒートポンプサイクル１０の給湯負荷を正確に設定することができる。
また、ヒートポンプサイクル２０の能力制御は、圧縮機２１での能力制御及び膨張弁２３での開度制御により行う。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。温度センサ２０Ｂ、２０Ｄ、１０Ｅは入水温度を、温度センサ３０Ｄでの検出温度は出湯温度を、流量センサ３０Ａ、３０Ｈは給湯湯量をそれぞれ検出するもので、これらによりヒートポンプサイクル２０の給湯負荷を性格に設定することができる。
なお、ヒートポンプサイクル１０、２０での能力制御はこれらの給湯負荷に加え、貯湯タンク４０の残湯量に応じて制御することが好ましい。すなわち、貯湯タンク４０の残湯量が多い場合は貯湯タンク４０からの給湯を主とし、貯湯タンク４０の残湯量が少なくなったときにヒートポンプサイクル１０、２０からの給湯を主にするように制御する。これによりヒートポンプサイクルのオンオフ回数が少なくなるので、ヒートポンプサイクル１０、２０の信頼性劣化を防止することができる。なお、貯湯タンク４０の残湯量は、温度センサ４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄにより検出することができる。
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。この場合は、ヒートポンプサイクル１０、２０からの湯を常に貯湯タンク４０からの湯と混合して所定温度の給湯をすることができるので、ヒートポンプサイクル１０、２０からの湯の温度変動があってもそれを補償して給湯することができる。このように第一混合弁３７の出口における湯温が設定温度となるように制御した場合は、第一混合弁３７からの出湯を第二混合弁３８を通さずに蛇口３９に直接給湯するようにしてもよい。
第一混合弁３７で貯湯タンク４０からの温水を混合しても、その出口での湯温が設定温度よりも低い場合は、貯湯タンク４０に貯湯されている温水の湯温が所定温度以下に低下したので、貯湯タンク４０から供給する温水量を減少させ、又は停止させ、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。このように制御することにより、貯湯タンク４０の湯切れによる給湯温度の低下を防止することができる。なお、この場合も第一混合弁３７からの出湯を第二混合弁３８を通さずに蛇口３９に直接給湯するようにすることができる。
一方、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、第一混合弁３７では貯湯タンク４０からの温水との混合は行わずに給湯用熱交換器１２、２２からの温水を第二混合弁３８の一方の供給路に供給し、第二混合弁３８の他方の供給路に出水用配管５２から冷水を導入し、第二混合弁３８の出口における温水の温度が設定温度となるように制御し、蛇口３９に供給する。このように第一混合弁３７から設定温度より高い温度の温水を出湯させるように制御すると、その温水の湯温が変動しても第二混合弁３８での冷水の混合量を調整することにより安定した湯温の温水を得ることができる。
以上のように湯温の制御を第一混合弁３７及び第二混合弁３８などの混合手段を使って行うと、貯湯タンク４０、ヒートポンプサイクル１０、２０及び出水用配管５２の切り替えが給湯温度の変動なく、行うことができる。
【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、２２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、２２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、２２からの水温が高まるにしたがって第一混合弁３７により給湯用熱交換器１２、２２からの温水を優先的に出湯させ、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、２２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、この場合には制御弁３５を閉とし、水用配管２２Ａへの入水を阻止することが好ましい。
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から冷水を導出し、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。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、２２の入口温度と、温度センサ３０Ｅによる給湯用熱交換器１２、２２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。
なお、循環用配管４４及び制御弁４５を有する循環路を省略し、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の上部に戻すように循環させるようにしてもよい。この場合は、貯湯タンク４０への貯湯量を第一混合弁３７により制御できるとともに、混合用経路を貯湯用の循環路と兼用して貯湯専用の循環路を不要とするので構成が簡単であり、低コストで貯湯させることができる。
【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。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。
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時は制御弁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。
その他の動作及び作用は図１と同様であるので説明は省略する。
【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、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。
【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、給湯開始直後には貯湯タンクからの温水が出湯するので、給湯開始時に直ちに所定温度の湯を給湯することができる。
また、ヒートポンプサイクルからの水温が所定温度に達した後はヒートポンプサイクルからの給湯を主とするので、効率のよいヒートポンプ運転ができるとともに、貯湯タンクの湯切れを防止することができる。
また、起動開始と同時にヒートポンプサイクルを起動させるので、ヒートポンプサイクルの水温が短時間で所定温度近辺に達する。したがって、貯湯タンクからの流出量を少なく抑えることができるので、貯湯タンクの湯切れを防止することができる。
また、湯温の制御を混合手段を使って行うので、貯湯タンク、ヒートポンプサイクル及び出水用配管の切り替えを給湯温度の変動なく、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
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】
2004360971.tif 000003
【図２】
2004360971.tif 000004