(57)【要約】【課題】暖房運転を安定して継続できるヒートポンプ式給湯機を提供すること。【解決手段】ヒートポンプユニットと、給湯ユニットと、暖房ユニットとを備え、給湯用熱交換器として、第１の給湯用熱交換器と、第２の給湯用熱交換器とを有し、熱源側熱交換器を蒸発器として用い、第１の給湯用熱交換器を用いて給湯タンク内に温水を貯留する貯湯運転モードと、第１の給湯用熱交換器に給湯タンク内の温水を導いて第１の給湯用熱交換器を蒸発器として用い、第２の給湯用熱交換器を用いて暖房ユニットを運転する第１の暖房運転モードと、熱源側熱交換器を蒸発器として用い、第２の給湯用熱交換器を用いて暖房ユニットを運転する第２の暖房運転モードと、熱源側熱交換器を蒸発器として用い、第２の給湯用熱交換器を用いて暖房ユニットを運転するとともに、第１の給湯用熱交換器を用いて給湯タンク内に温水を貯留する暖房貯湯運転モードとを有するヒートポンプ式給湯機。【選択図】        図１
2004218923.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、給湯用熱交換器、膨張弁、及び熱源側熱交換器を配管で接続した冷凍サイクルを有するヒートポンプユニットと、給湯タンクを有する給湯ユニットと、温水配管を備えた床暖房装置、温風装置、乾燥装置、又は除湿装置などの空調機器からなる暖房ユニットとを備え、前記給湯用熱交換器として、前記給湯タンクの水と熱交換する第１の給湯用熱交換器と、前記暖房ユニットの熱源側熱交換器として用いる第２の給湯用熱交換器とを有するヒートポンプ式給湯機であって、
前記熱源側熱交換器を蒸発器として用い、前記第１の給湯用熱交換器を用いて前記給湯タンク内に温水を貯留する貯湯運転モードと、
前記第１の給湯用熱交換器に前記給湯タンク内の温水を導いて前記第１の給湯用熱交換器を蒸発器として用い、前記第２の給湯用熱交換器を用いて前記暖房ユニットを運転する第１の暖房運転モードと、
前記熱源側熱交換器を蒸発器として用い、前記第２の給湯用熱交換器を用いて前記暖房ユニットを運転する第２の暖房運転モードと、
前記熱源側熱交換器を蒸発器として用い、前記第２の給湯用熱交換器を用いて前記暖房ユニットを運転するとともに、前記第１の給湯用熱交換器を用いて前記給湯タンク内に温水を貯留する暖房貯湯運転モードとを有し、
前記暖房貯湯運転モードでは、前記第１の給湯用熱交換器よりも前記第２の給湯用熱交換器を前記圧縮機の吐出側に配置させて運転することを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
【請求項２】
圧縮機、給湯用熱交換器、膨張弁、及び熱源側熱交換器を配管で接続した冷凍サイクルを有するヒートポンプユニットと、給湯タンクを有する給湯ユニットと、温水配管を備えた床暖房装置、温風装置、乾燥装置、又は除湿装置などの空調機器からなる暖房ユニットとを備え、前記給湯用熱交換器として、前記給湯タンクの水と熱交換する第１の給湯用熱交換器と、前記暖房ユニットの熱源側熱交換器として用いる第２の給湯用熱交換器とを有するヒートポンプ式給湯機であって、
前記熱源側熱交換器を蒸発器として用い、前記第１の給湯用熱交換器を用いて前記給湯タンク内に温水を貯留する貯湯運転モードと、
前記第１の給湯用熱交換器に前記給湯タンク内の温水を導いて前記第１の給湯用熱交換器を蒸発器として用い、前記第２の給湯用熱交換器を用いて前記暖房ユニットを運転する第１の暖房運転モードとを有し、
前記第１の暖房運転モードでは、前記給湯タンクの中間部から温水を流出させ、前記第１の給湯用熱交換器で放熱させた温水を、前記給湯タンクの下部から流入させることを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
【請求項３】
圧縮機、給湯用熱交換器、膨張弁、及び熱源側熱交換器を配管で接続した冷凍サイクルを有するヒートポンプユニットと、給湯タンクを有する給湯ユニットと、温水配管を備えた床暖房装置、温風装置、乾燥装置、又は除湿装置などの空調機器からなる暖房ユニットとを備え、前記給湯用熱交換器として、前記給湯タンクの水と熱交換する第１の給湯用熱交換器と、前記暖房ユニットの熱源側熱交換器として用いる第２の給湯用熱交換器とを有するヒートポンプ式給湯機であって、
前記熱源側熱交換器を蒸発器として用い、前記第１の給湯用熱交換器を用いて前記給湯タンク内に温水を貯留する貯湯運転モードと、
前記第１の給湯用熱交換器に前記給湯タンク内の温水を導いて前記第１の給湯用熱交換器を蒸発器として用い、前記第２の給湯用熱交換器を用いて前記暖房ユニットを運転する第１の暖房運転モードとを有し、
前記第１の暖房運転モードでは、前記給湯タンクから前記第１の給湯用熱交換器に流入させる温水の温度を、所定の温度範囲となるように制御することを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
【請求項４】
前記第１の暖房運転モードにおいて、前記給湯タンクの中間部から中温水を、前記給湯タンクの下部から低温水を流出させ、前記中温水と前記低温水とを混合することを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプ式給湯機。
【請求項５】
前記第１の暖房運転モードにおいて、前記給湯タンクの下部から温水を流出させ、前記第１の給湯用熱交換器で放熱させた温水を、前記給湯タンクの下部から流入させることを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプ式給湯機。
【請求項６】
前記第１の暖房運転モードにおいて、前記給湯タンクから前記第１の給湯用熱交換器に流入させる温水の流量を変更することを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプ式給湯機。
【請求項７】
前記第１の暖房運転モードにおいて、前記給湯タンクからの流出位置を変更することを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプ式給湯機。
【請求項８】
圧縮機、給湯用熱交換器、膨張弁、及び熱源側熱交換器を配管で接続した冷凍サイクルを有するヒートポンプユニットと、給湯タンクを有する給湯ユニットと、温水配管を備えた床暖房装置、温風装置、乾燥装置、又は除湿装置などの空調機器からなる暖房ユニットとを備え、前記給湯用熱交換器として、前記給湯タンクの水と熱交換する第１の給湯用熱交換器と、前記暖房ユニットの熱源側熱交換器として用いる第２の給湯用熱交換器とを有するヒートポンプ式給湯機であって、
前記熱源側熱交換器を蒸発器として用い、前記第１の給湯用熱交換器を用いて前記給湯タンク内に温水を貯留する貯湯運転モードと、
前記熱源側熱交換器を蒸発器として用い、前記第２の給湯用熱交換器を用いて前記暖房ユニットを運転する第２の暖房運転モードと、
前記熱源側熱交換器を蒸発器として用い、前記第２の給湯用熱交換器を用いて前記暖房ユニットを運転するとともに、前記第１の給湯用熱交換器を用いて前記給湯タンク内に温水を貯留する暖房貯湯運転モードとを有し、
前記給湯タンク内の温水温度が所定値よりも低い場合に、前記暖房貯湯運転モードを行うことを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
【請求項９】
圧縮機、給湯用熱交換器、膨張弁、及び熱源側熱交換器を配管で接続した冷凍サイクルを有するヒートポンプユニットと、給湯タンクを有する給湯ユニットと、温水配管を備えた床暖房装置、温風装置、乾燥装置、又は除湿装置などの空調機器からなる暖房ユニットとを備え、前記給湯用熱交換器として、前記給湯タンクの水と熱交換する第１の給湯用熱交換器と、前記暖房ユニットの熱源側熱交換器として用いる第２の給湯用熱交換器とを有するヒートポンプ式給湯機であって、
前記熱源側熱交換器を蒸発器として用い、前記第１の給湯用熱交換器を用いて前記給湯タンク内に温水を貯留する貯湯運転モードと、
前記熱源側熱交換器を蒸発器として用い、前記第２の給湯用熱交換器を用いて前記暖房ユニットを運転する第２の暖房運転モードと、
前記熱源側熱交換器を蒸発器として用い、前記第２の給湯用熱交換器を用いて前記暖房ユニットを運転するとともに、前記第１の給湯用熱交換器を用いて前記給湯タンク内に温水を貯留する暖房貯湯運転モードとを有し、
前記暖房貯湯運転モードでは、前記第２の給湯用熱交換器の出口側の冷媒温度を所定温度に維持するように、前記第２の給湯用熱交換器の利用側配管を流れる水の流量を変更することを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
【請求項１０】
外気温度が所定値よりも低い場合に、前記第１の暖房運転モードを行うことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のヒートポンプ式給湯機。
【請求項１１】
前記貯湯運転モードでは、前記第２の給湯用熱交換器に冷凍サイクルの冷媒を流さないことを特徴とする請求項１から請求項３、請求項８、及び請求項９のいずれかに記載のヒートポンプ式給湯機。
【請求項１２】
前記第２の暖房運転モードでは、前記第１の給湯用熱交換器に冷凍サイクルの冷媒を流さないことを特徴とする請求項１、請求項８、及び請求項９のいずれかに記載のヒートポンプ式給湯機。
【請求項１３】
前記利用側配管をバイパスするバイパス配管を設け、前記バイパス配管に混合弁を設けたことを特徴とする請求項９に記載のヒートポンプ式給湯機。
【請求項１４】
前記第１の暖房運転モードにおいて、前記第１の給湯用熱交換器に導く温水温度が所定温度以下となった場合には、前記第２の暖房運転モードに切り替えることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式給湯機。
【請求項１５】
浴槽内の浴槽水を加熱する沸上手段を設け、前記沸上手段を、前記浴槽内の浴槽水を浴槽用熱交換器に導き、前記浴槽用熱交換器で加熱された温水を前記浴槽に導く浴槽用配管と、前記浴槽用配管内の温水を循環させる循環ポンプとによって構成したことを特徴とする請求項１から請求項３、請求項８、及び請求項９のいずれかに記載のヒートポンプ式給湯機。
【請求項１６】
前記冷凍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３、請求項８、及び請求項９のいずれかに記載のヒートポンプ式給湯機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍サイクルを有するヒートポンプユニットと、給湯タンクを有する給湯ユニットと、温水配管を備えた空調機器からなる暖房ユニットとを備え、給湯用熱交換器として、給湯タンクの水と熱交換する第１の給湯用熱交換器と、暖房ユニットの熱源側熱交換器として用いる第２の給湯用熱交換器を有するヒートポンプ式給湯機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、冷凍サイクルを用いたヒートポンプ式給湯機が提案されており、例えば冷凍サイクルを利用して給湯タンク内に温水を貯留するものや、浴槽への給湯を行うものが提案されている（例えば特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１３０８１９号公報
【特許文献２】
特開２００２−２４３２７４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一方、近年二酸化炭素を冷媒として用いた冷凍サイクルが提案されはじめ、二酸化炭素を冷媒として用い、臨界圧を越える圧力で運転することで、高温の熱を利用することができるようになり、貯湯や給湯だけでなく暖房機器の熱源としての利用が望まれている。
しかし、貯湯や給湯機能以外に、暖房機器の熱源として利用するためには、冷凍サイクルの負担が大きく、安定した熱源の供給は困難である。
【０００５】
そこで、本発明は、暖房運転を安定して継続できるヒートポンプ式給湯機を提供することを目的とする。
特に本発明は、暖房運転に給湯タンク内の温水を利用するとともに、給湯タンク内に必要量の温水が貯留していない場合でも、暖房運転を継続することができるヒートポンプ式給湯機を提供することを目的とする。
また本発明は、給湯用熱交換器を利用した暖房運転を行いながら、給湯用タンク内に温水を貯留することができる給湯機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式給湯機は、圧縮機、給湯用熱交換器、膨張弁、及び熱源側熱交換器を配管で接続した冷凍サイクルを有するヒートポンプユニットと、給湯タンクを有する給湯ユニットと、温水配管を備えた床暖房装置、温風装置、乾燥装置、又は除湿装置などの空調機器からなる暖房ユニットとを備え、前記給湯用熱交換器として、前記給湯タンクの水と熱交換する第１の給湯用熱交換器と、前記暖房ユニットの熱源側熱交換器として用いる第２の給湯用熱交換器とを有するヒートポンプ式給湯機であって、前記熱源側熱交換器を蒸発器として用い、前記第１の給湯用熱交換器を用いて前記給湯タンク内に温水を貯留する貯湯運転モードと、前記第１の給湯用熱交換器に前記給湯タンク内の温水を導いて前記第１の給湯用熱交換器を蒸発器として用い、前記第２の給湯用熱交換器を用いて前記暖房ユニットを運転する第１の暖房運転モードと、前記熱源側熱交換器を蒸発器として用い、前記第２の給湯用熱交換器を用いて前記暖房ユニットを運転する第２の暖房運転モードと、前記熱源側熱交換器を蒸発器として用い、前記第２の給湯用熱交換器を用いて前記暖房ユニットを運転するとともに、前記第１の給湯用熱交換器を用いて前記給湯タンク内に温水を貯留する暖房貯湯運転モードとを有し、前記暖房貯湯運転モードでは、前記第１の給湯用熱交換器よりも前記第２の給湯用熱交換器を前記圧縮機の吐出側に配置させて運転することを特徴とする。
請求項２記載の本発明のヒートポンプ式給湯機は、圧縮機、給湯用熱交換器、膨張弁、及び熱源側熱交換器を配管で接続した冷凍サイクルを有するヒートポンプユニットと、給湯タンクを有する給湯ユニットと、温水配管を備えた床暖房装置、温風装置、乾燥装置、又は除湿装置などの空調機器からなる暖房ユニットとを備え、前記給湯用熱交換器として、前記給湯タンクの水と熱交換する第１の給湯用熱交換器と、前記暖房ユニットの熱源側熱交換器として用いる第２の給湯用熱交換器とを有するヒートポンプ式給湯機であって、前記熱源側熱交換器を蒸発器として用い、前記第１の給湯用熱交換器を用いて前記給湯タンク内に温水を貯留する貯湯運転モードと、前記第１の給湯用熱交換器に前記給湯タンク内の温水を導いて前記第１の給湯用熱交換器を蒸発器として用い、前記第２の給湯用熱交換器を用いて前記暖房ユニットを運転する第１の暖房運転モードとを有し、前記第１の暖房運転モードでは、前記給湯タンクの中間部から温水を流出させ、前記第１の給湯用熱交換器で放熱させた温水を、前記給湯タンクの下部から流入させることを特徴とする。
請求項３記載の本発明のヒートポンプ式給湯機は、圧縮機、給湯用熱交換器、膨張弁、及び熱源側熱交換器を配管で接続した冷凍サイクルを有するヒートポンプユニットと、給湯タンクを有する給湯ユニットと、温水配管を備えた床暖房装置、温風装置、乾燥装置、又は除湿装置などの空調機器からなる暖房ユニットとを備え、前記給湯用熱交換器として、前記給湯タンクの水と熱交換する第１の給湯用熱交換器と、前記暖房ユニットの熱源側熱交換器として用いる第２の給湯用熱交換器とを有するヒートポンプ式給湯機であって、前記熱源側熱交換器を蒸発器として用い、前記第１の給湯用熱交換器を用いて前記給湯タンク内に温水を貯留する貯湯運転モードと、前記第１の給湯用熱交換器に前記給湯タンク内の温水を導いて前記第１の給湯用熱交換器を蒸発器として用い、前記第２の給湯用熱交換器を用いて前記暖房ユニットを運転する第１の暖房運転モードとを有し、前記第１の暖房運転モードでは、前記給湯タンクから前記第１の給湯用熱交換器に流入させる温水の温度を、所定の温度範囲となるように制御することを特徴とする。
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式給湯機において、前記第１の暖房運転モードにおいて、前記給湯タンクの中間部から中温水を、前記給湯タンクの下部から低温水を流出させ、前記中温水と前記低温水とを混合することを特徴とする。
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式給湯機において、前記第１の暖房運転モードにおいて、前記給湯タンクの下部から温水を流出させ、前記第１の給湯用熱交換器で放熱させた温水を、前記給湯タンクの下部から流入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３に記載のヒートポンプ式給湯機において、前記第１の暖房運転モードにおいて、前記給湯タンクから前記第１の給湯用熱交換器に流入させる温水の流量を変更することを特徴とする。
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式給湯機において、前記第１の暖房運転モードにおいて、前記給湯タンクからの流出位置を変更することを特徴とする。
請求項８記載の本発明のヒートポンプ式給湯機は、圧縮機、給湯用熱交換器、膨張弁、及び熱源側熱交換器を配管で接続した冷凍サイクルを有するヒートポンプユニットと、給湯タンクを有する給湯ユニットと、温水配管を備えた床暖房装置、温風装置、乾燥装置、又は除湿装置などの空調機器からなる暖房ユニットとを備え、前記給湯用熱交換器として、前記給湯タンクの水と熱交換する第１の給湯用熱交換器と、前記暖房ユニットの熱源側熱交換器として用いる第２の給湯用熱交換器とを有するヒートポンプ式給湯機であって、前記熱源側熱交換器を蒸発器として用い、前記第１の給湯用熱交換器を用いて前記給湯タンク内に温水を貯留する貯湯運転モードと、前記熱源側熱交換器を蒸発器として用い、前記第２の給湯用熱交換器を用いて前記暖房ユニットを運転する第２の暖房運転モードと、前記熱源側熱交換器を蒸発器として用い、前記第２の給湯用熱交換器を用いて前記暖房ユニットを運転するとともに、前記第１の給湯用熱交換器を用いて前記給湯タンク内に温水を貯留する暖房貯湯運転モードとを有し、前記給湯タンク内の温水温度が所定値よりも低い場合に、前記暖房貯湯運転モードを行うことを特徴とする。
請求項９記載の本発明のヒートポンプ式給湯機は、圧縮機、給湯用熱交換器、膨張弁、及び熱源側熱交換器を配管で接続した冷凍サイクルを有するヒートポンプユニットと、給湯タンクを有する給湯ユニットと、温水配管を備えた床暖房装置、温風装置、乾燥装置、又は除湿装置などの空調機器からなる暖房ユニットとを備え、前記給湯用熱交換器として、前記給湯タンクの水と熱交換する第１の給湯用熱交換器と、前記暖房ユニットの熱源側熱交換器として用いる第２の給湯用熱交換器とを有するヒートポンプ式給湯機であって、前記熱源側熱交換器を蒸発器として用い、前記第１の給湯用熱交換器を用いて前記給湯タンク内に温水を貯留する貯湯運転モードと、前記熱源側熱交換器を蒸発器として用い、前記第２の給湯用熱交換器を用いて前記暖房ユニットを運転する第２の暖房運転モードと、前記熱源側熱交換器を蒸発器として用い、前記第２の給湯用熱交換器を用いて前記暖房ユニットを運転するとともに、前記第１の給湯用熱交換器を用いて前記給湯タンク内に温水を貯留する暖房貯湯運転モードとを有し、前記暖房貯湯運転モードでは、前記第２の給湯用熱交換器の出口側の冷媒温度を所定温度に維持するように、前記第２の給湯用熱交換器の利用側配管を流れる水の流量を変更することを特徴とする。
請求項１０記載の本発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載のヒートポンプ式給湯機において、外気温度が所定値よりも低い場合に、前記第１の暖房運転モードを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３、請求項８、及び請求項９のいずれかに記載のヒートポンプ式給湯機において、前記貯湯運転モードでは、前記第２の給湯用熱交換器に冷凍サイクルの冷媒を流さないことを特徴とする。
請求項１２記載の本発明は、請求項１、請求項８、及び請求項９のいずれかに記載のヒートポンプ式給湯機において、前記第２の暖房運転モードでは、前記第１の給湯用熱交換器に冷凍サイクルの冷媒を流さないことを特徴とする。
請求項１３記載の本発明は、請求項９に記載のヒートポンプ式給湯機において、前記利用側配管をバイパスするバイパス配管を設け、前記バイパス配管に混合弁を設けたことを特徴とする。
請求項１４記載の本発明は、請求項１に記載のヒートポンプ式給湯機において、前記第１の暖房運転モードにおいて、前記第１の給湯用熱交換器に導く温水温度が所定温度以下となった場合には、前記第２の暖房運転モードに切り替えることを特徴とする。
請求項１５記載の本発明は、請求項１から請求項３、請求項８、及び請求項９のいずれかに記載のヒートポンプ式給湯機において、浴槽内の浴槽水を加熱する沸上手段を設け、前記沸上手段を、前記浴槽内の浴槽水を浴槽用熱交換器に導き、前記浴槽用熱交換器で加熱された温水を前記浴槽に導く浴槽用配管と、前記浴槽用配管内の温水を循環させる循環ポンプとによって構成したことを特徴とする。
請求項１６記載の本発明は、請求項１から請求項３、請求項８、及び請求項９のいずれかに記載のヒートポンプ式給湯機において、前記冷凍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式給湯機は、熱源側熱交換器を蒸発器として用い、第１の給湯用熱交換器を用いて給湯タンク内に温水を貯留する貯湯運転モードと、第１の給湯用熱交換器に給湯タンク内の温水を導いて第１の給湯用熱交換器を蒸発器として用い、第２の給湯用熱交換器を用いて暖房ユニットを運転する第１の暖房運転モードと、熱源側熱交換器を蒸発器として用い、第２の給湯用熱交換器を用いて暖房ユニットを運転する第２の暖房運転モードと、熱源側熱交換器を蒸発器として用い、第２の給湯用熱交換器を用いて暖房ユニットを運転するとともに、第１の給湯用熱交換器を用いて給湯タンク内に温水を貯留する暖房貯湯運転モードとを有し、暖房貯湯運転モードでは、第１の給湯用熱交換器よりも第２の給湯用熱交換器を圧縮機の吐出側に配置するものである。本実施の形態によれば、貯湯運転モードと、第１の給湯用熱交換器を蒸発器として用いる第１の暖房運転モードと、熱源側熱交換器を蒸発器として用いる第２の暖房運転モードと、第２の給湯用熱交換器及び第１の給湯用熱交換器を用いる暖房貯湯運転モードとを行うことができる。また、本実施の形態によれば、暖房貯湯運転モードでは、第１の給湯用熱交換器よりも第２の給湯用熱交換器を圧縮機の吐出側に配置することで、暖房運転を優先し、暖房能力を維持することができる。
本発明による第２の実施の形態によるヒートポンプ式給湯機は、熱源側熱交換器を蒸発器として用い、第１の給湯用熱交換器を用いて給湯タンク内に温水を貯留する貯湯運転モードと、第１の給湯用熱交換器に給湯タンク内の温水を導いて第１の給湯用熱交換器を蒸発器として用い、第２の給湯用熱交換器を用いて暖房ユニットを運転する第１の暖房運転モードとを有し、第１の暖房運転モードでは、給湯タンクの中間部から温水を流出させ、前記第１の給湯用熱交換器で放熱させた温水を、前記給湯タンクの下部から流入させるものである。本実施の形態によれば、貯湯運転モードと、第１の給湯用熱交換器を蒸発器として用いる第１の暖房運転モードとを行うことができる。また、本実施の形態によれば、第１の暖房運転モードでは、給湯タンクの中間部から温水を流出させることで給湯タンクの上部に常に高温水を蓄えておくことができ、第１の給湯用熱交換器で放熱させた温水を給湯タンクの下部から流入させることで、給湯タンク内で低温水が混ざり合うことを防止できる。
本発明による第３の実施の形態によるヒートポンプ式給湯機は、熱源側熱交換器を蒸発器として用い、第１の給湯用熱交換器を用いて給湯タンク内に温水を貯留する貯湯運転モードと、第１の給湯用熱交換器に給湯タンク内の温水を導いて第１の給湯用熱交換器を蒸発器として用い、第２の給湯用熱交換器を用いて暖房ユニットを運転する第１の暖房運転モードとを有し、第１の暖房運転モードでは、給湯タンクから第１の給湯用熱交換器に流入させる温水の温度を、所定の温度範囲となるように制御するものである。本実施の形態によれば、貯湯運転モードと、第１の給湯用熱交換器を蒸発器として用いる第１の暖房運転モードとを行うことができる。また、本実施の形態によれば、第１の暖房運転モードでは、給湯タンクから第１の給湯用熱交換器に流入させる温水の温度を、所定の温度範囲となるように制御することで、第１の給湯用熱交換器で高い熱交換効率を維持することができる。
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式給湯機において、第１の暖房運転モードにおいて、給湯タンクの中間部から中温水を、給湯タンクの下部から低温水を流出させ、中温水と低温水とを混合するものである。本実施の形態によれば、給湯タンク内の中温水と低温水とを混合することで第１の給湯用熱交換器に流入させる温水の温度を、所定の温度範囲となるように制御することができる。
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式給湯機において、第１の暖房運転モードにおいて、給湯タンクの下部から温水を流出させ、第１の給湯用熱交換器で放熱させた温水を、給湯タンクの下部から流入させるものである。本実施の形態によれば、特に給湯タンク内の温水温度が高い場合に、より低温の温水を有効に利用して所定の温度範囲となるように制御することができる。
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式給湯機において、第１の暖房運転モードにおいて、給湯タンクから第１の給湯用熱交換器に流入させる温水の流量を変更するものである。本実施の形態によれば、給湯タンクから第１の給湯用熱交換器に流入させる温水の流量を変更することで第１の給湯用熱交換器に流入させる温水の温度を、所定の温度範囲となるように制御することができる。
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式給湯機において、第１の暖房運転モードにおいて、給湯タンクからの流出位置を変更するものである。本実施の形態によれば、給湯タンクからの流出位置を変更することで第１の給湯用熱交換器に流入させる温水の温度を、所定の温度範囲となるように制御することができる。
本発明による第８の実施の形態によるヒートポンプ式給湯機は、熱源側熱交換器を蒸発器として用い、第１の給湯用熱交換器を用いて給湯タンク内に温水を貯留する貯湯運転モードと、熱源側熱交換器を蒸発器として用い、第２の給湯用熱交換器を用いて暖房ユニットを運転する第２の暖房運転モードと、熱源側熱交換器を蒸発器として用い、第２の給湯用熱交換器を用いて暖房ユニットを運転するとともに、第１の給湯用熱交換器を用いて給湯タンク内に温水を貯留する暖房貯湯運転モードとを有し、給湯タンク内の温水温度が所定値よりも低い場合に、暖房貯湯運転モードを行うものである。本実施の形態によれば、貯湯運転モードと、熱源側熱交換器を蒸発器として用いる第２の暖房運転モードと、第２の給湯用熱交換器及び第１の給湯用熱交換器を用いる暖房貯湯運転モードとを行うことができる。また、本実施の形態によれば、給湯タンク内の温水温度が低い場合に、暖房運転を行いながら給湯タンク内にも温水を蓄えることができる。
本発明による第９の実施の形態によるヒートポンプ式給湯機は、熱源側熱交換器を蒸発器として用い、第１の給湯用熱交換器を用いて給湯タンク内に温水を貯留する貯湯運転モードと、熱源側熱交換器を蒸発器として用い、第２の給湯用熱交換器を用いて暖房ユニットを運転する第２の暖房運転モードと、熱源側熱交換器を蒸発器として用い、第２の給湯用熱交換器を用いて暖房ユニットを運転するとともに、第１の給湯用熱交換器を用いて給湯タンク内に温水を貯留する暖房貯湯運転モードとを有し、暖房貯湯運転モードでは、第２の給湯用熱交換器の出口側の冷媒温度を所定温度に維持するように、第２の給湯用熱交換器の利用側配管を流れる水の流量を変更するものである。本実施の形態によれば、貯湯運転モードと、熱源側熱交換器を蒸発器として用いる第２の暖房運転モードと、第２の給湯用熱交換器及び第１の給湯用熱交換器を用いる暖房貯湯運転モードとを行うことができる。また、本実施の形態によれば、第２の給湯用熱交換器の利用側配管を流れる水の流量を変更することで、給湯タンクへの温水蓄積を安定して行える。
本発明による第１０の実施の形態は、第１から第３の実施の形態によるヒートポンプ式給湯機において、外気温度が所定値よりも低い場合に、第１の暖房運転モードを行うものである。本実施の形態によれば、外気温度が低い場合に、給湯タンク内の温水を利用した第１の暖房運転モードを優先するために、高い暖房効率で運転することができる。
本発明による第１１の実施の形態は、第１から第３、第８、第９の実施の形態によるヒートポンプ式給湯機において、貯湯運転モードでは、第２の給湯用熱交換器に冷凍サイクルの冷媒を流さないものである。本実施の形態によれば、第２の給湯用熱交換器の利用側配管でスケールが生じることを防止することができる。
本発明による第１２の実施の形態は、第１、第８、第９の実施の形態によるヒートポンプ式給湯機において、第２の暖房運転モードでは、第１の給湯用熱交換器に冷凍サイクルの冷媒を流さないものである。本実施の形態によれば、第１の給湯用熱交換器の利用側配管でスケールが生じることを防止することができる。
本発明による第１３の実施の形態は、第９の実施の形態によるヒートポンプ式給湯機において、利用側配管をバイパスするバイパス配管を設け、バイパス配管に混合弁を設けたものである。本実施の形態によれば、暖房ユニット側を流れる温水量を変更することなく、第２の給湯用熱交換器の利用側配管を流れる温水量を変更することができる。
本発明による第１４の実施の形態は、第１の実施の形態によるヒートポンプ式給湯機において、第１の暖房運転モードにおいて、第１の給湯用熱交換器に導く温水温度が所定温度以下となった場合には、第２の暖房運転モードに切り替えるものである。本実施の形態によれば、給湯タンク内の温水を利用した暖房運転を優先しつつ、給湯タンク内の温水が不足した場合にも暖房運転を継続することができる。
本発明による第１５の実施の形態は、第１から第３、第８、第９の実施の形態によるヒートポンプ式給湯機において、浴槽内の浴槽水を加熱する沸上手段を設け、沸上手段を、浴槽内の浴槽水を浴槽用熱交換器に導き、浴槽用熱交換器で加熱された温水を浴槽に導く浴槽用配管と、浴槽用配管内の温水を循環させる循環ポンプとによって構成したものである。本実施の形態によれば、暖房用熱交換器を用いた暖房運転中に、浴槽の沸き上げを行うことができる。
本発明による第１６の実施の形態は、第１から第３、第８、第９の実施の形態によるヒートポンプ式給湯機において、冷凍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、二酸化炭素を冷媒として用いることで給湯機を高温で利用することができ、貯湯機能や沸上機能を向上することができる。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明の一実施例によるヒートポンプ式給湯機について図面を用いて説明する。
図１から図８は、本実施例によるヒートポンプ式給湯機の回路構成図である。本実施例によるヒートポンプ式給湯機は、給湯ユニット１０と、ヒートポンプユニット６０と、暖房ユニット８０とから構成される。
給湯ユニット１０は、温水を貯留する給湯タンク１１と、給湯タンク１１の低温水をヒートポンプユニット６０に導き、このヒートポンプユニット６０で加熱した温水を給湯タンク１１に戻すための循環ポンプ１２とを備えている。
ヒートポンプユニット６０は、圧縮機６１、第１の給湯用熱交換器６２Ａ、第２の給湯用熱交換器６２Ｂ、制御弁６６、熱源側熱交換器６４を配管にて接続し、冷凍サイクルを構成している。
第１の給湯用熱交換器６２Ａは、冷凍サイクルを構成する熱源側配管と給湯ユニット１０を構成する利用側配管との間で熱交換を行う。
第２の給湯用熱交換器６２Ｂは、冷凍サイクルを構成する熱源側配管と暖房ユニット８０を構成する利用側配管との間で熱交換を行う。制御弁６６Ａは圧縮機６１の吐出側と第２の給湯用熱交換器６２Ｂとの間の配管に、制御弁６６Ｂは第２の給湯用熱交換器６２Ｂと第１の給湯用熱交換器６２Ａとの間の配管に、制御弁６６Ｃは第１の給湯用熱交換器６２Ａと熱源側熱交換器６４との間の配管に、制御弁６６Ｄは熱源側熱交換器６４と圧縮機６１の吸入側との間の配管にそれぞれ設けられている。制御弁６６Ｅは、一端が制御弁６６Ｄと圧縮機６１の吸入側との間の配管に、他端が制御弁６６Ａと第２の給湯用熱交換器６２Ｂとの間の配管に、それぞれが接続された配管に設けられている。制御弁６６Ｆと制御弁６６Ｇとは、一端が第２の給湯用熱交換器６２Ｂと制御弁６６Ｂとの間の配管に、他端が第１の給湯用熱交換器６２Ａと制御弁６６Ｃとの間の配管に、それぞれが接続された配管に設けられている。制御弁６６Ｈは、一端が圧縮機６１の吐出側と制御弁６６Ａとの間の配管に、他端が制御弁６６Ｂと第１の給湯用熱交換器６２Ａとの間の配管に、それぞれが接続された配管に設けられている。制御弁６６Ｉは、一端が制御弁６６Ｆと制御弁６６Ｇとの間の配管に、他端が熱源側熱交換器６４と制御弁６６Ｄとの間の配管に、それぞれが接続された配管に設けられている。これら制御弁６０は、それぞれの配管を流れる冷媒の流通を阻止する機能とともに膨張弁として機能する場合もある。
また、圧縮機６１の吐出側配管には温度センサ９６Ａが、第２の給湯用熱交換器６２Ｂと制御弁６６Ｂとの間の配管には温度センサ９６Ｂが設けられている。
第１の給湯用熱交換器６２Ａや第２の給湯用熱交換器６２Ｂの利用側配管側で高温水を得るためには、冷凍サイクルは、冷媒として二酸化炭素を用い、臨界圧を越える圧力で運転することが好ましい。
暖房ユニット８０は、例えば温水配管を備えた床暖房装置、温風装置、乾燥装置、又は除湿装置など主に暖房機能を備えた空調機器からなるユニットである。暖房ユニット８０は、第２の給湯用熱交換器６２Ｂの利用側配管と循環ポンプ１４とともに、利用側配管４９にて環状に接続した温水回路を備えている。利用側配管４９には、第２の給湯用熱交換器６２Ｂをバイパスするバイパス配管を有し、このバイパス配管に混合弁７７Ａを設けている。また利用側配管４９には、第２の給湯用熱交換器６２Ｂへの流量を制御する流量制御弁７８と、温度センサ９７Ａが設けられている。
【０００９】
給湯ユニット１０は、給湯タンク１１を備えている。
給湯用配管４１は、一端が給湯タンク１１の底部に接続され、第１の給湯用熱交換器６２Ａの利用側配管を構成し、他端が給湯タンク１１の上部に接続され、管路中に循環ポンプ１２を備えている。給湯用配管４１の給湯タンク１１との接続部から循環ポンプ１２までの配管には、混合弁の機能を備えた三方弁３５が設けられている。この三方弁３５の流入側接続口には、給湯タンク１１の中間部を接続部とした配管５８が接続されている。一方、給湯用配管４１の他端側には、三方弁３４が設けられ、この三方弁３４の流出側接続口には、給湯タンク１１の下部を接続部とした下部戻し管５７が接続されている。
二方弁２４は、一方に水道管等の水供給配管を接続し、他方に給湯ユニット１０内の出水配管４３を接続している。
混合弁２５は、一方の流入側接続口に出湯配管４２を接続し、他方の流入側接続口に出水配管４３を接続し、流出側接続口に第１利用側配管４４を接続している。
なお、出湯配管４２の一端は、給湯タンク１１の上部に接続されている。また第１利用側配管４４の一端は、浴室、キッチン、又は洗面所等の給湯用の蛇口に接続されている。給水配管４５は、出水配管４３の途中から分岐し、給湯タンク１１の底部に接続されている。
【００１０】
まず、図２を用いて給湯タンクの沸き上げ運転である貯湯運転モードについて説明する。
貯湯運転モードでは、三方弁３５の流入側接続口は給湯用配管４１側を連通させ、三方弁３４の流出側接続口は給湯用配管４１側を連通させる。
従って、循環ポンプ１２を運転することにより、給湯タンク１１の下部から流出する水は、三方弁３５、循環ポンプ１２、第１の給湯用熱交換器６２Ａ、三方弁３４を順に通り、再び給湯タンク１１の上部から流入する。
一方、ヒートポンプユニット６０も運転を行う。圧縮機６１で圧縮された冷媒は、制御弁６６Ｈを通って第１の給湯用熱交換器６２Ａに流入し、この第１の給湯用熱交換器６２Ａで放熱する。そして第１の給湯用熱交換器６２Ａから流出した冷媒は、制御弁６６Ｃで減圧された後、熱源側熱交換器６４にて吸熱し、制御弁６６Ｄを経由してガス状態で圧縮機６１に吸入される。
従って、第１の給湯用熱交換器６２Ａでは、冷凍サイクルを流れる冷媒の熱が給湯用配管４１を流れる水に伝達し、加熱された水は温水となり給湯タンク１１内に蓄えられる。このとき、温水は給湯タンク１１の上部から流入させ、冷水は給湯タンク１１の下部から流出させるため、給湯タンク１１内では、上層部に温水が蓄えられ、この温水層が徐々に厚くなる。そして給湯タンク１１の下部側に設けた温度センサ（図示しない）によって、給湯タンク１１内に十分な温水が蓄積された状態を検知し、沸き上げ運転を終了する。
【００１１】
次に、図３を用いて給湯タンク内の温水を利用して暖房ユニットを運転する第１の暖房運転モードについて説明する。
第１の暖房運転モードでは、三方弁３５の流入側接続口は配管５８側を連通させ、三方弁３４の流出側接続口は下部戻し管５７側を連通させる。
従って、循環ポンプ１２を運転することにより、給湯タンク１１の中間部から流出する水は、三方弁３５、循環ポンプ１２、第１の給湯用熱交換器６２Ａ、三方弁３４を順に通り、再び給湯タンク１１の下部から流入する。
一方、ヒートポンプユニット６０も運転を行う。圧縮機６１で圧縮された冷媒は、制御弁６６Ａを通って第２の給湯用熱交換器６２Ｂに流入し、この第２の給湯用熱交換器６２Ｂで放熱する。そして第２の給湯用熱交換器６２Ｂから流出した冷媒は、制御弁６６Ｂで減圧された後、第１の給湯用熱交換器６２Ａにて吸熱し、制御弁６６Ｇ、６６Ｉ、６６Ｄを経由してガス状態で圧縮機６１に吸入される。
従って、第２の給湯用熱交換器６２Ｂでは、冷凍サイクルを流れる冷媒の熱が利用側配管４９を流れる水に伝達し、加熱された水は温水となって利用側配管４９を循環し、暖房ユニット８０で暖房を行うことができる。なお、利用側配管４９に設けられている混合弁７７Ａによって、循環ポンプ１４から吐出された温水の一部は、第２の給湯用熱交換器６２Ｂを通ることなく、第２の給湯用熱交換器６２Ｂから流出した温水と混合され、暖房ユニット８０に流れる。このとき、第２の給湯用熱交換器６２Ｂへの温水の流量は、温度センサ９７Ａによって検出した温度と設定温度とを比較し、設定温度に近づけるように流量制御弁７８で制御する。例えば温度センサ９７Ａによって検出した温度が設定温度に近ければ、流量制御弁７８の開度を絞り、第２の給湯用熱交換器６２Ｂに流れる温水量を減少させる。このように、流量制御弁７８によって第２の給湯用熱交換器６２Ｂに流れる温水量を減少させ、暖房ユニット８０側の温度制御を行うことで、第２の給湯用熱交換器６２Ｂでの冷媒の放熱量を抑えることができる。
【００１２】
また、第１の給湯用熱交換器６２Ａでは、給湯用配管４１を流れる温水の熱が冷凍サイクルを流れる冷媒に伝達する。
このとき、温水は給湯タンク１１の中間部から流出させ、冷水は給湯タンク１１の下部から流入させるため、給湯タンク１１内では、上層部に温水を蓄えた状態で、中間部よりも下方の温水層が徐々に薄くなる。そして給湯タンク１１の中間部に設けた温度センサ（図示しない）によって、給湯タンク１１内に暖房用の温水が足りなくなった状態、例えば給湯タンク１１内の中間部での温水温度が所定値よりも低くなったことを検知することで、第１の暖房運転を終了する。なお、第１の給湯用熱交換器６２Ａに導く温水温度が所定温度以下となった場合を検知して第１の暖房運転を終了してもよい。また、第１の暖房運転を終了する場合には、第２の暖房運転モードに切り替える。通常は暖房ユニット８０側では暖房運転を継続するため、第１の暖房運転状態の終了とともに冷凍サイクルを切り替えて第２の暖房運転モードによって暖房運転を継続する。
【００１３】
なお、第１の暖房運転モードでは、給湯タンク１１から第１の給湯用熱交換器６２Ａに流入させる温水の温度を、所定の温度範囲となるように制御する。
所定の温度範囲を維持する一つの制御方法として、三方弁３５を混合弁として機能させ、給湯タンク１１の中間部から配管５８によって中温水を流出させ、給湯タンク１１の下部から給湯用配管４１によって低温水を流出させ、三方弁３５にて中温水と低温水とを混合する。本制御方法は、給湯タンク１１の中間部と下部とで温度差を生じている場合に有効である。
所定の温度範囲を維持する他の制御方法として、給湯タンク１１の下部から給湯用配管４１によって低温水を流出させ、第１の給湯用熱交換器６２Ａで放熱させた低温水を、給湯タンク１１の下部から下部戻し管５７によって流入させる。本制御方法は、給湯タンク１１内の温度が下部層を除いてほとんどが高温状態にある場合に有効である。
所定の温度範囲を維持する更に他の制御方法として、給湯タンク１１から第１の給湯用熱交換器６２Ａに流入させる温水の流量を、循環ポンプ１２を間欠運転させたり、循環ポンプ１２の能力制御によって変更する。本制御方法は、給湯タンク１１内の温度がほとんどが高温状態にある場合に有効である。
所定の温度範囲を維持する更に他の制御方法として、給湯タンク１１からの流出位置を変更するものであってもよい。図示の場合には、中間部と底部の２個所での流出位置を変更することが可能であるが、更に中間部に高さが異なる複数の流出口を備えることで、更に精度のよい制御を行うことが可能となる。
以上、所定の温度範囲を維持するいくつかの制御方法を示したが、これらの制御方法は単独でも、またいくつかの異なる制御方法を組み合わせてもよい。
なお、第１の暖房運転モードは、外気温度を検出し、外気温度が所定値よりも低い場合であって、給湯タンク１１内の温水温度が十分な温度にある場合に行うように制御することが好ましい。
【００１４】
次に、図４を用いて第２の暖房運転モードについて説明する。
ヒートポンプユニット６０では、圧縮機６１で圧縮された冷媒は、制御弁６６Ａを通って第２の給湯用熱交換器６２Ｂに流入し、この第２の給湯用熱交換器６２Ｂで放熱する。そして第２の給湯用熱交換器６２Ｂから流出した冷媒は、第１の給湯用熱交換器６２Ａをバイパスし、制御弁６６Ｆ、６６Ｇを経由して、制御弁６６Ｃで減圧された後、熱源側熱交換器６４にて吸熱し、制御弁６６Ｄを経由してガス状態で圧縮機６１に吸入される。
従って、第２の給湯用熱交換器６２Ｂでは、冷凍サイクルを流れる冷媒の熱が利用側配管４９を流れる水に伝達し、加熱された水は温水となって利用側配管４９を循環し、暖房ユニット８０で暖房を行うことができる。なお、利用側配管４９に設けられている混合弁７７Ａによって、循環ポンプ１４から吐出された温水の一部は、第２の給湯用熱交換器６２Ｂを通ることなく、第２の給湯用熱交換器６２Ｂから流出した温水と混合され、暖房ユニット８０に流れる。このとき、第２の給湯用熱交換器６２Ｂへの温水の流量は、温度センサ９７Ａによって検出した温度と設定温度とを比較し、設定温度に近づけるように流量制御弁７８で制御する。例えば温度センサ９７Ａによって検出した温度が設定温度に近くと、流量制御弁７８の開度を絞り、第２の給湯用熱交換器６２Ｂに流れる温水量を減少させる。このように、流量制御弁７８によって第２の給湯用熱交換器６２Ｂに流れる温水量を減少させ、暖房ユニット８０側の温度制御を行うことで、第２の給湯用熱交換器６２Ｂでの冷媒の放熱量を抑えることができる。
なお、本実施例に示すように、第２の暖房運転モードでは、第１の給湯用熱交換器６２Ａに冷凍サイクルの冷媒を流さないことが好ましい。
外気温が所定温度よりも高くなった場合や、暖房ユニット８０での暖房負荷が低下した場合で、冷凍能力に余力を生じた場合には、第２の暖房運転を終了し、暖房貯湯運転モードに切り替える。この第２の暖房運転モードから暖房貯湯運転モードへの切り替えは、温度センサ９６Ａ、９６Ｂでの高圧側冷媒温度を検知し、所定温度よりも高い温度を検知した場合に行う。
【００１５】
次に、図５を用いて暖房貯湯運転モードについて説明する。
三方弁３５の流入側接続口は給湯用配管４１側を連通させ、三方弁３４の流出側接続口は給湯用配管４１側を連通させる。
従って、循環ポンプ１２を運転することにより、給湯タンク１１の下部から流出する水は、三方弁３５、循環ポンプ１２、第１の給湯用熱交換器６２Ａ、三方弁３４を順に通り、再び給湯タンク１１の上部から流入する。
一方、ヒートポンプユニット６０も運転を行う。圧縮機６１で圧縮された冷媒は、制御弁６６Ａを通って第２の給湯用熱交換器６２Ｂに流入し、この第２の給湯用熱交換器６２Ｂで放熱する。そして第２の給湯用熱交換器６２Ｂから流出した冷媒は、制御弁６６Ｂを通って第１の給湯用熱交換器６２Ａに流入し、この第１の給湯用熱交換器６２Ａで更に放熱する。そして第１の給湯用熱交換器６２Ａから流出した冷媒は、制御弁６６Ｃで減圧された後、熱源側熱交換器６４にて吸熱し、制御弁６６Ｄを経由してガス状態で圧縮機６１に吸入される。
従って、第２の給湯用熱交換器６２Ｂでは、冷凍サイクルを流れる冷媒の熱が利用側配管４９を流れる水に伝達し、加熱された水は温水となって利用側配管４９を循環し、暖房ユニット８０で暖房を行うことができる。なお、利用側配管４９に設けられている混合弁７７Ａによって、循環ポンプ１４から吐出された温水の一部は、第２の給湯用熱交換器６２Ｂを通ることなく、第２の給湯用熱交換器６２Ｂから流出した温水と混合され、暖房ユニット８０に流れる。このとき、第２の給湯用熱交換器６２Ｂへの温水の流量は、温度センサ９７Ａによって検出した温度と設定温度とを比較し、設定温度に近づけるように流量制御弁７８で制御する。例えば温度センサ９７Ａによって検出した温度が設定温度に近くと、流量制御弁７８の開度を絞り、第２の給湯用熱交換器６２Ｂに流れる温水量を減少させる。このように、流量制御弁７８によって第２の給湯用熱交換器６２Ｂに流れる温水量を減少させ、暖房ユニット８０側の温度制御を行うことで、第２の給湯用熱交換器６２Ｂでの冷媒の放熱量を抑えることができる。従って、第１の給湯用熱交換器６２Ａでの放熱量を確保することができる。
【００１６】
また、第１の給湯用熱交換器６２Ａでは、冷凍サイクルを流れる冷媒の熱が給湯用配管４１を流れる水に伝達し、加熱された水は温水となり給湯タンク１１内に蓄えられる。このとき、温水は給湯タンク１１の上部から流入させ、冷水は給湯タンク１１の下部から流出させるため、給湯タンク１１内では、上層部に温水が蓄えられ、この温水層が徐々に厚くなる。そして給湯タンク１１の下部側に設けた温度センサ（図示しない）によって、給湯タンク１１内に十分な温水が蓄積された状態を検知し、暖房貯湯運転モードを終了する。この暖房貯湯運転モードの終了後には、第２の暖房運転モードに、又は第１の暖房運転モードに切り替えることができる。
図６は、給湯タンク１１内に十分な温水が蓄積され、暖房貯湯運転モードを終了した後に、第２の暖房運転モードに切り替えた状態を示している。
【００１７】
次に、図７を用いて給湯タンク内の温水を給湯用として利用する場合の給湯運転について説明する。なお、図７は第１の暖房運転モード時での給湯運転を示している。
第１利用側配管４４に接続された蛇口を開くことで給湯水を利用することができる。給湯温度は、混合弁２５の流入側流路の混合比を変更することで調整される。給湯温度を高くする場合には、出湯配管４２からの流入量を増加させ、給湯温度を低くする場合には、出水配管４３からの流入量を増加させる。
給湯タンク１１内は、出湯配管４２から温水が流出することで圧力が低下する。従って、出湯配管４２からの温水の流出量だけ、給水配管４５から給湯タンク１１内に水が流入する。そして、温度センサによって給湯タンク１１内の温水量が所定量よりも少なくなったことを検知した場合には、沸き上げ運転である貯湯運転モードを再開する。
【００１８】
次に、図８を用いて第１の暖房運転モードの他の運転方法について説明する。三方弁３５の流入側接続口は配管５８側を連通させ、三方弁３４の流出側接続口は下部戻し管５７側を連通させる。
従って、循環ポンプ１２を運転することにより、給湯タンク１１の中間部から流出する水は、三方弁３５、循環ポンプ１２、第１の給湯用熱交換器６２Ａ、三方弁３４を順に通り、再び給湯タンク１１の下部から流入する。
一方、ヒートポンプユニット６０も運転を行う。圧縮機６１で圧縮された冷媒は、制御弁６６Ａを通って第２の給湯用熱交換器６２Ｂに流入し、この第２の給湯用熱交換器６２Ｂで放熱する。そして第２の給湯用熱交換器６２Ｂから流出した冷媒は、制御弁６６Ｂで減圧された後、第１の給湯用熱交換器６２Ａにて吸熱し、制御弁６６Ｃを経由して熱源側熱交換器６４にて更に吸熱し、制御弁６６Ｄを経由してガス状態で圧縮機６１に吸入される。
従って、第２の給湯用熱交換器６２Ｂでは、冷凍サイクルを流れる冷媒の熱が利用側配管４９を流れる水に伝達し、加熱された水は温水となって利用側配管４９を循環し、暖房ユニット８０で暖房を行うことができる。なお、利用側配管４９に設けられている混合弁７７Ａによって、循環ポンプ１４から吐出された温水の一部は、第２の給湯用熱交換器６２Ｂを通ることなく、第２の給湯用熱交換器６２Ｂから流出した温水と混合され、暖房ユニット８０に流れる。このとき、第２の給湯用熱交換器６２Ｂへの温水の流量は、温度センサ９７Ａによって検出した温度と設定温度とを比較し、設定温度に近づけるように流量制御弁７８で制御する。例えば温度センサ９７Ａによって検出した温度が設定温度に近くと、流量制御弁７８の開度を絞り、第２の給湯用熱交換器６２Ｂに流れる温水量を減少させる。このように、流量制御弁７８によって第２の給湯用熱交換器６２Ｂに流れる温水量を減少させ、暖房ユニット８０側の温度制御を行うことで、第２の給湯用熱交換器６２Ｂでの冷媒の放熱量を抑えることができる。
【００１９】
また、第１の給湯用熱交換器６２Ａでは、給湯用配管４１を流れる温水の熱が冷凍サイクルを流れる冷媒に伝達する。また、熱源側熱交換器６４においても冷媒は大気から吸熱を行う。
このとき、温水は給湯タンク１１の中間部から流出させ、冷水は給湯タンク１１の下部から流入させるため、給湯タンク１１内では、上層部に温水を蓄えた状態で、中間部よりも下方の温水層が徐々に薄くなる。そして給湯タンク１１の中間部に設けた温度センサ（図示しない）によって、給湯タンク１１内に暖房用の温水が足りなくなった状態、例えば給湯タンク１１内の中間部での温水温度が所定値よりも低くなったことを検知することで、第１の暖房運転を終了する。なお、第１の給湯用熱交換器６２Ａに導く温水温度が所定温度以下となった場合を検知して第１の暖房運転を終了してもよい。なお、第１の暖房運転を終了する場合には、第２の暖房運転モードに切り替える。通常は暖房ユニット８０側では暖房運転を継続するため、第１の暖房運転状態の終了とともに冷凍サイクルを切り替えて第２の暖房運転モードによって暖房運転を継続する。
【００２０】
なお、本実施例においても、既に図３を用いて説明した第１の暖房運転モードと同様に、給湯タンク１１から第１の給湯用熱交換器６２Ａに流入させる温水の温度を、所定の温度範囲となるように制御する。
なお、本実施例による第１の暖房運転モードは、外気温度を検出し、外気温度が所定値よりも高い場合に行うように制御することが好ましい。
【００２１】
以下、本発明の他の実施例によるヒートポンプ式給湯機について図面を用いて説明する。なお、同一機能を有する部材には同一番号を付して説明を省略する。
図９は、他の実施例によるヒートポンプ給湯機の回路構成図である。
本実施例によるヒートポンプ式給湯機は、上記実施例に、更に浴槽７０内の浴槽水を加熱する沸上機能と、浴槽７０内に注湯する注湯機能を設けたものである。
浴槽７０内の浴槽水を加熱する沸上機能は、浴槽７０内の浴槽水を給湯タンク１１内に配置した浴槽用熱交換器１５に導き、浴槽用熱交換器１５で加熱された温水を浴槽７０に導く浴槽用配管７２と、この浴槽用配管７２内の温水を循環させる循環ポンプ７１とによって構成されている。なお、浴槽用配管７２には、浴槽用熱交換器１５をバイパスする配管が設けられ、このバイパス配管には混合弁７３を設けている。この混合弁７３によって、循環ポンプ７１から吐出された温水の一部は、浴槽用熱交換器１５を通ることなく、浴槽用熱交換器１５から流出した温水と混合され、浴槽７０に流れる。
浴槽７０内に注湯する注湯機能は、出水配管４３から分岐させた冷水側注湯用配管５４Ａと、出湯配管４２から分岐させた温水側注湯用配管５４Ｂと、冷水側注湯用配管５４Ａと温水側注湯用配管５４Ｂとを流入側接続口に接続する混合弁５３と、混合弁５３の流出側接続口に接続される注湯用配管５５と、この注湯用配管５５に設けた開閉弁５６とから構成され、注湯用配管５５は浴槽用配管７２に接続している。
本実施例によれば、上記実施例で説明した第１の暖房運転モードや第２の暖房運転モードで運転することができるとともに、浴槽７０の沸き上げや注湯を行うことができる。
【００２２】
図１０は、更に他の実施例によるヒートポンプ式給湯機の回路構成図である。
本実施例によるヒートポンプ式給湯機は、給湯ユニット１０の構成を変更したものであり、ヒートポンプユニット６０についての構成と動作は上記実施例と同様であるので説明を省略する。
給湯用配管４１は、一端が給湯タンク１１の底部に接続され、第１の給湯用熱交換器６２Ａの利用側配管を構成し、他端が給湯タンク１１の上部に接続され、管路中に循環ポンプ１２を備えている。給湯用配管４１の一端側には、給湯タンク１１内の貯留水の流出を制御する三方弁３３が設けられている。この三方弁３３と第１の給湯用熱交換器６２Ａとの間の給湯用配管４１には、循環ポンプ１２が設けられている。一方、給湯用配管４１の他端側、すなわち第１の給湯用熱交換器６２Ａと給湯用タンク１１との間の給湯用配管４１には、三方弁３４が設けられている。そしてこの三方弁３４の他方の流出側開口には、給湯タンク１１の下部に接続される下部戻し管５７が設けられている。また、給湯用配管４１の他端は、三方弁２３を介してタンク１１の上部に接続されている。また、三方弁３６は、循環ポンプ１２の流出側配管であって、給湯ユニット１０内に配置される給湯用配管４１に設けられている。そして、この三方弁３６の他方の流出側開口には、配管５８が設けられ、この配管５８の他端は、三方弁３４の流入側配管であって、給湯ユニット１０内に配置される給湯用配管４１に設けられている。
【００２３】
熱源側配管４６は、一端が三方弁２３の流出側接続口に接続され、浴槽用熱交換器１３Ｂの熱源側配管を構成し、他端が三方弁３３の流入側接続口に接続されている。熱源側配管４６には、流量制御弁２６が設けられている。
また、熱源側配管４６は、浴槽用熱交換器１３Ｂの上流側に温度センサ９１を、浴槽用熱交換器１３Ｂの下流側に温度センサ９２を設けている。また、浴槽用配管７２は、浴槽用熱交換器１３Ｂの上流側に温度センサ９３を設けている。また熱源側配管４６は、流量センサ９４を設けている。
本実施例では、給湯タンク１１内の温水を利用した浴槽水沸き上げ運転では、三方弁３３は、給湯タンク１１との接続配管を閉とし、熱源側配管４６と給湯用配管４１とを連通させる。また、三方弁３４は、下部戻し管５７への流出側接続口を開とし、給湯タンク１１の上部への流れを阻止する。また、三方弁３６は、配管５８への流出側接続口を開とし、第１の給湯用熱交換器６２Ａにつながる給湯用配管４１への流出側接続口を閉とする。
従って、循環ポンプ１２を運転することにより、給湯タンク１１の上部から流出する温水は、三方弁２３、浴槽用熱交換器１３Ｂ、三方弁３３、循環ポンプ１２、三方弁３６、三方弁３４、下部戻し管５７を順に通り、給湯タンク１１の下部から流入する。
本実施例によれば、上記実施例で説明した貯湯運転モード、第１の暖房運転モード、及び第２の暖房運転モードで用いる循環ポンプ１２を用いて、浴槽水沸き上げ運転を行うことができる。また、給湯ユニット１０内での循環系路とすることで、無駄な放熱を防止することができる。
【００２４】
また、本実施例によれば、第１の給湯用熱交換器６２Ａを利用した浴槽水沸き上げ運転を行うこともできる。
この第１の給湯用熱交換器６２Ａを利用した浴槽水沸き上げ運転では、三方弁３６の流出側接続口を給湯用配管４１とし、配管５８への流出側接続口を閉とする。また、三方弁２３の流入側接続口を給湯用配管４１、流出側接続口を熱源側配管４６として、給湯用配管４１と熱源側配管４６とを連通させる。
この場合の運転では、ヒートポンプユニット６０も運転を行う。圧縮機６１で圧縮された冷媒は、第１の給湯用熱交換器６２Ａで放熱し、制御弁６６Ｃで減圧された後、熱源側熱交換器６４にて吸熱し、ガス状態で圧縮機６１に吸入される。
従って、循環ポンプ１２を運転することにより、浴槽用熱交換器１３Ｂを通った低温水は、三方弁３３、循環ポンプ１２を通って第１の給湯用熱交換器６２Ａに流入する。そして、第１の給湯用熱交換器６２Ａで加熱された高温水は、三方弁３４、三方弁２３を経由して、再び浴槽用熱交換器１３Ｂに流入する。
【００２５】
なお、この運転モードにおいて、第１の給湯用熱交換器６２Ａでの能力が浴槽７０での負荷を上回る場合には、給湯タンク１１の沸き上げ運転を同時に行うこともできる。
この運転モードでは、三方弁２３の他の流出側開口となる給湯タンク１１に接続されている給湯用配管４１に、一部の高温水を流出させるものである。なお、三方弁３３の開度を調整し、給湯タンク１１内の低温水を流出させる。
このように、一部の高温水を給湯タンク１１内に戻すことで、浴槽水の沸き上げ運転を継続しつつ、給湯タンク１１内にも温水を蓄積することができる。
なお、この場合の第１の給湯用熱交換器６２Ａでの能力と浴槽７０での負荷との関係は、温度センサ９２での検出温度で判定できる他、温度センサ９１と温度センサ９２との検出温度から更に正確に判定することができる。また、給湯タンク１１への高温水の分配量は、三方弁２３や三方弁３３によっても調整は可能であるが、熱源側配管４６を流れる温水量を流量センサ９４にて検出し、流量制御弁２６を制御することによっても調整することができる。
【００２６】
図１１は、更に他の実施例によるヒートポンプ式給湯機の回路構成図である。
本実施例では、給湯ユニット１０の構成は図９に示す実施例と同様であり、またヒートポンプユニット６０についての基本構成と動作については図１に示す実施例と同様であるので説明を省略する。
本実施例によるヒートポンプ式給湯機は、暖房ユニット８０に、更に浴室乾燥ユニット９０を加えたものである。浴室乾燥ユニット９０は、暖房ユニット８０と並列に設けられており、第２の給湯用熱交換器６２Ｂの利用側配管と循環ポンプ１４とともに、第２利用側配管５２にて環状に接続して構成されている。第２利用側配管５２には、第２の給湯用熱交換器６２Ｂをバイパスするバイパス配管を有し、このバイパス配管に混合弁７７Ｂを設けている。また第２利用側配管５２は、利用側配管４９と流路の一部を共有し、第２の給湯用熱交換器６２Ｂへの流量を制御する流量制御弁７８を有し、また温度センサ９７Ｂが設けられている。
第２の給湯用熱交換器６２Ｂでは、冷凍サイクルを流れる冷媒の熱が利用側配管４９及び第２利用側配管５２を流れる水に伝達し、加熱された水は温水となって利用側配管４９及び第２利用側配管５２を循環し、暖房ユニット８０で暖房を行い、また浴室乾燥ユニット９０で浴室乾燥を行うことができる。なお、利用側配管４９に設けられている混合弁７７Ａによって、循環ポンプ１４から吐出された温水の一部は、第２の給湯用熱交換器６２Ｂを通ることなく、第２の給湯用熱交換器６２Ｂから流出した温水と混合され、暖房ユニット８０に流れる。また、第２利用側配管５２に設けられている混合弁７７Ｂによって、循環ポンプ１４から吐出された温水の一部は、第２の給湯用熱交換器６２Ｂを通ることなく、第２の給湯用熱交換器６２Ｂから流出した温水と混合され、浴室乾燥ユニット９０に流れる。このとき、第２の給湯用熱交換器６２Ｂへの温水の流量は、温度センサ９７Ａ、９７Ｂによって検出したそれぞれの温度とそれぞれの設定温度とを比較し、設定温度に近づけるように流量制御弁７８で制御する。例えば温度センサ９７Ａ、９７Ｂによって検出した温度が設定温度に近くと、流量制御弁７８の開度を絞り、第２の給湯用熱交換器６２Ｂに流れる温水量を減少させる。このように、流量制御弁７８によって第２の給湯用熱交換器６２Ｂに流れる温水量を減少させ、暖房ユニット８０側の温度制御を行うことで、第２の給湯用熱交換器６２Ｂでの冷媒の放熱量を抑えることができる。また、暖房ユニット８０と浴室乾燥ユニット９０への温水量の調整は、混合弁７７Ａと混合弁７７Ｂとによって行う。
本実施例によれば、第２の給湯用熱交換器６２Ｂを用いて浴室乾燥ユニット９０を運転することができる。
【００２７】
図１２は、更に他の実施例によるヒートポンプ式給湯機の回路構成図である。
本実施例では、給湯ユニット１０の構成と動作は図１０に示す実施例と同様であり、またヒートポンプユニット６０についての構成と動作については図１１に示す実施例と同様であるので説明を省略する。
本実施例によれば、浴槽７０の沸き上げや浴室乾燥ユニット９０を、暖房ユニット８０とともに利用することができる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、暖房運転に給湯タンク内の温水を利用するとともに、給湯タンク内に必要量の温水が貯留していない場合でも暖房運転を継続することができる。
また本発明によれば、給湯用熱交換器を利用した暖房運転を行いながら、給湯用タンク内に温水を貯留することができる。
【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式給湯機の回路構成図
【図２】本実施例によるヒートポンプ式給湯機の貯湯運転モードを示す回路構成図
【図３】本実施例によるヒートポンプ式給湯機の第１の暖房運転モードを示す回路構成図
【図４】本実施例によるヒートポンプ式給湯機の第２の暖房運転モードを示す回路構成図
【図５】本実施例によるヒートポンプ式給湯機の暖房貯湯運転モードを示す回路構成図
【図６】本実施例によるヒートポンプ式給湯機の暖房貯湯運転モードの終了状態を示す回路構成図
【図７】本実施例によるヒートポンプ式給湯機の第１の暖房運転モード時での給湯運転を示す回路構成図
【図８】本実施例によるヒートポンプ式給湯機の他の第１の暖房運転モードを示す回路構成図
【図９】本発明の他の実施例によるヒートポンプ式給湯機の回路構成図
【図１０】本発明の更に他の実施例によるヒートポンプ式給湯機の回路構成図
【図１１】本発明の更に他の実施例によるヒートポンプ式給湯機の回路構成図
【図１２】本発明の更に他の実施例によるヒートポンプ式給湯機の回路構成図
【符号の説明】
１０    給湯ユニット
１１    給湯タンク
１２    循環ポンプ
１３    暖房用熱交換器
１４    循環ポンプ
６０    ヒートポンプユニット
８０    暖房ユニット
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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