(57)【要約】【課題】応答性が良く温度制御精度も良い給湯ができる瞬間湯沸し型のヒートポンプ給湯装置を提供する。【解決手段】瞬間湯沸し型のヒートポンプ給湯装置であって、ヒートポンプサイクル７の放熱器３の冷媒流路８と熱交換を行う水流路９を備えた熱交換器１０と、前記水流路９に水道水を供給する給水管１１と、前記水流路９からシャワー１６や蛇口１７等の給湯端末１２へと通水するように接続する給湯回路１３を備え、前記給湯回路１３に水道水を混合する混合手段２０を有するもので、混合手段が動作して熱交換器で加熱された湯に水を混合して湯温を下げて温度制御を行うため、加熱能力の高い状態でヒートポンプサイクルが稼働していても、急激な目標温度変化に素早くかつ精度良く対応することができる。【選択図】　図１
2004069195.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、放熱器、減圧手段、吸熱器が接続されたヒートポンプサイクルと、前記放熱器の冷媒流路と熱交換を行う水流路を備えた熱交換器と、前記水流路に水道水を供給する給水管と、前記水流路から給湯端末へと通水するように接続する給湯回路とを備え、前記給湯回路に水を混合する混合手段を有するヒートポンプ給湯装置。
【請求項２】
混合手段は、給湯回路の湯に水を混合するか否かを選択可能とする請求項１に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項３】
混合手段により混合される混合水の目標温度を設定するための設定手段を備え、水流路から出湯される湯温が前記目標温度と同じかまたはこれより高くなるようヒートポンプサイクルが制御される請求項１または２に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項４】
圧縮機の吐出温度が、水流路から出湯される湯温より高くなるようヒートポンプサイクルが制御される請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項５】
混合手段により混合された混合水の温度を検知する混合水温度検知手段と、前記混合水のの目標温度を設定するための設定手段を備え、前記混合水の温度と前記目標温度の偏差によって混合手段を制御する請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項６】
給水管内の水道水の流量を検知する給水流量検知手段と、給湯回路内の水の流量を検知するための給湯流量検知手段と、給湯回路に混合する水の流量を検知するための流量検知手段のうち少なくとも１つを備え、その検知値によって混合手段を制御する請求項１〜５のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項７】
給水管内の水道水の流量を検知する給水流量検知手段と、給湯回路内の水の流量を検知するための給湯流量検知手段と、給湯回路に混合する水の流量を検知するための流量検知手段のうち少なくとも１つを備え、その検知値にヒートポンプサイクルを制御する請求項１〜６のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項８】
給水管内の水道水の温度を検知するための給水温度検知手段と、給湯回路内の水の温度を検知するための給湯温度検知手段と、給湯回路に混合する水の温度を検知するための水温検知手段と、気温を検知する気温検知手段のうち少なくとも１つを備え、その検知値によって混合手段を制御する請求項１〜７のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項９】
水流路から出湯される湯温を検知する水流路出湯温度検知手段と、混合手段により混合された混合水の温度を検知する混合水温度検知手段を備え、前記水流路出湯温度検知手段と前記混合水温度検知手段の検知値によってヒートポンプサイクルまたは混合手段が制御される請求項１〜８のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項１０】
気温を検知する気温検知手段を備え、ヒートポンプサイクルの制御は、前記気温検知手段の検知値に応じて圧縮機の回転数、減圧手段の減圧度、吸熱器に備えた吸熱用ファンの回転数のうち少なくとも１つを制御することによってヒートポンプサイクルの運転状態を変更する請求項１〜９のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項１１】
給水管内の水道水の温度を検知する給水温度検知手段を備え、ヒートポンプサイクルの制御は、前記給水温度検知手段の検知値に応じて圧縮機の回転数、減圧手段の減圧度、吸熱器に備えた吸熱用ファン回転数のうち少なくとも１つを制御することによってヒートポンプサイクルの運転状態を変更する請求項１〜１０のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項１２】
冷媒は二酸化炭素とする請求項１〜１１のいずれか１項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に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
給湯装置としては、従来よりガスや石油の燃焼を用いた給湯機が使用されてきたが、これらは排ガスによる大気汚染や、直接燃焼させることへの不安感、燃焼音など避けられない課題を抱えていた。これに対し、貯湯タンクに湯を貯えて給湯するヒートポンプ給湯機があり、こちらは燃焼による給湯機の問題を解消し、しかもヒートポンプにより熱効率がよいものであった。しかし、貯湯タンクが大きく、重量や設置スペースなど施工上に問題があった。このヒートポンプによる瞬間湯沸しの発想は従来よりあったが、ヒートポンプの場合は燃焼給湯機と違い、気温や湿度や水温などの自然条件によって給湯能力が変動する。しかも、給湯流量が変化する条件下で幅広い給湯能力をカバーし、素早く一定の出湯温度を維持することが難しかった。
【０００３】
こうした問題を解決する瞬間湯沸し型のヒートポンプ給湯装置として特開平２−２２３７６７号公報に記載されているような給湯装置が提案されていた。このヒートポンプ給湯装置は図５に示すように、閉回路に構成される冷媒回路１で圧縮機２、放熱器３、減圧手段４、吸熱器５が接続されたヒートポンプサイクル７と、放熱器３の冷媒流路８と熱交換を行う水流路９を備えた熱交換器１０と、この水流路９に水道水を供給する給水管１１と、前記水流路９とシャワーや蛇口等の給湯端末１２とを接続する給湯回路１３と、給湯回路１３に設け給湯温度を検知する温度センサ１４と、圧縮機２の回転数を制御するインバータ１５を備え、圧縮機２を温度センサ１４の検知温度と目標温度との差に応じてインバータ１５の出力周波数を変換するようにしていた。すなわち従来の給湯装置では目標温度に対して給湯温度が低い場合は圧縮機２の回転数を上げ、給湯温度が高い場合は回転数を下げるように制御するようにしていた。
【０００４】
瞬間湯沸し型では給湯時における給湯負荷が一定ではない。特に流量は使用者が給湯目的によってさまざまに変化させるために給湯負荷は大きく変わってしまう。例えば家庭用の給湯の場合、シャワーや風呂への湯張りに給湯する場合は１０〜２０Ｌ／ｍｉｎの大流量となるが、台所で食器を洗う場合や洗面への給湯では３〜５Ｌ／ｍｉｎと少流量である。また、季節による給水温度の変化によっても給湯負荷は大きく変わる。
【０００５】
こうした流量や水温の変化により大きく変わる給湯負荷を、従来のヒートポンプ給湯装置のように給湯温度と目標温度の差だけで圧縮機の回転数を変えて給湯熱量を制御しようとした場合に制御の応答性と安定性に不都合が生じてくる。例えば制御の安定性を良くするために給湯温度と目標温度との温度差と圧縮機の回転数の係数である制御ゲインを低くすると、温度差の変化量に対する回転数の変化量が少なくなるので給湯温度変化が緩やかになり、目標温度に達するのに時間がかかったり、オフセットにより流量や水温の違いによって給湯温度の安定値が目標温度にならず変化したりする。逆に制御ゲインを上げると給湯負荷の大きな大流量では、圧縮機の回転数の変化に対する給湯温度の変化が少ないので安定に制御できても、圧縮機の回転数の変化に対する給湯温度の変化が急峻になる小流量での給湯では、圧縮機の回転数の制御の変化が急峻になり給湯温度が安定しないばかりか、給湯温度と回転数の変化の位相のずれによりハンチングを起こして制御が発散する可能性もあった。
【０００６】
また、瞬間湯沸し型のヒートポンプ給湯装置は給湯の開始時にヒートポンプサイクル全体の圧力や温度の立上がりに時間を要するため、ガス給湯機などに比べ熱交換器の水流路からの出湯に遅れが生じる。この給湯開始時に給湯温度と目標温度の差だけで圧縮機の回転数を設定すると、大流量であっても少流量であっても給湯開始時のように給湯温度が低い状態では圧縮機の回転数は一様に高いレベルに設定されてしまう。したがって従来の制御方法では、少流量の場合に熱交換器からの出湯温度が急上昇してオーバーシュートして目標温度より高温の湯が出たり、放熱器温度の上昇によって圧縮機出口の圧力が異常に高くなるなどの不都合が発生したりした。特に、流量や温度など湯の使用状態が急に変化した場合などは、ヒートポンプサイクルの制御だけでは変化に追いつけず、素早い対応ができなかった。
【０００７】
以上のように従来のヒートポンプ給湯装置では給湯負荷の大小に関わりなく一律に加熱制御を行うために幅広い給湯負荷への対応が困難であったり、制御の応答性と安定性を両立させることができなかったり、効率が悪化するなどの問題があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、広い能力幅を有し、給湯端末での湯の使用状態が急激に変化しても対応できる、温度制御の応答性が良く制御精度も良い、効率の良い給湯ができる瞬間湯沸し型のヒートポンプ給湯装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記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、ヒートポンプサイクルの放熱器の冷媒流路と熱交換を行う水流路を備えた熱交換器と、前記水流路に水道水を供給する給水管と、前記水流路からシャワーや蛇口等の給湯端末へと通水するように接続する給湯回路を備え、前記給湯回路に水道水を混合する混合手段を有するものである。
【００１０】
上記発明によれば、混合手段が動作して熱交換器で加熱された湯に水を混合して湯温を下げるため、加熱温度の高い状態でヒートポンプサイクルが稼働していても、急激な目標温度の変化や給湯端末での湯の使用状態の変化に素早くかつ精度良く対応することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、閉回路に構成される冷媒回路で圧縮機、放熱器、減圧手段、吸熱器が接続されたヒートポンプサイクルと、前記放熱器の冷媒流路と熱交換を行う水流路を備えた熱交換器と、前記水流路に水道水を供給する給水管と、前記水流路からシャワーや蛇口等の給湯端末へと通水するように接続する給湯回路を備え、前記給湯回路に水を混合する混合手段を有しているため、加熱温度の高い状態でヒートポンプサイクルが稼働していても、混合手段が動作して熱交換器で加熱された湯に水を混合して湯温を下げるため、急激な目標温度の変化や給湯端末での湯の使用状態の変化に素早くかつ精度良く対応することができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、特に請求項１に記載の混合手段が、給湯回路の湯に水を混合するか否かを選択可能とするもので、高温出湯の際には水を混合せずに加熱された給湯のみで出湯することが可能となり、効率のよい出湯ができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、特に、混合手段により混合される混合水の目標温度を設定するための設定手段を備え、水流路から出湯される湯温が目標温度と同じかまたはこれより高くなるようヒートポンプサイクルが制御されるもので、目標温度よりも高い水流路出湯水に水を混合するため、応答性が良く精度も良い温度制御が可能となる。また、最終的に混合手段により温度制御行うため、ヒートポンプサイクルによる温度制御の精度が粗くても問題はなく、ヒートポンプサイクルの制御が比較的容易に行える。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、特に、圧縮機の吐出温度が水流路から出湯される湯温より高くなるようヒートポンプサイクルが制御されるもので、目標温度よりも高い温度の水流路出湯水に水を混合するため、精度が良く応答性も高い温度制御が可能となる。また、最終的に混合手段により温度制御行うため、ヒートポンプサイクルによる温度制御の精度が粗くても問題はなく、ヒートポンプサイクルの制御が比較的容易に行える。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、特に、混合手段により混合された混合水の温度を検知する混合水温度検知手段と、前記混合水の目標温度を設定するための設定手段を備え、前記混合水の温度と前記目標温度の偏差によって混合手段を制御するもので、フィードバック制御を実施することでより精度の高い温度制御を行うことが可能となる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、特に、給水管内の水道水の流量を検知する給水流量検知手段と、給湯回路内の水の流量を検知するための給湯流量検知手段と、給湯回路に混合する水の流量を検知するための流量検知手段のうち少なくとも１つを備え、その検知値によって混合手段を制御するもので、例えばシャワー室と台所とでお湯を使用している状態から、台所のみで使用するように流量が急に変化した場合でも、混合手段を制御することで素早い対応が可能となる。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、特に、給水管内の水道水の流量を検知する給水流量検知手段と、給湯回路内の水の流量を検知するための給湯流量検知手段と、給湯回路に混合する水の流量を検知するための流量検知手段のうち少なくとも１つを備え、その検知値によってヒートポンプサイクルを制御するもので、例えばシャワー室と台所とでお湯を使用している状態から、台所のみで使用するように流量が急に変化した場合でも、ヒートポンプサイクルの加熱能力を制御して温度変化に対して素早い対応が可能となる。
【００１８】
請求項８に記載の発明は、特に、給水管内の水道水の温度を検知するための給水温度検知手段と、給湯回路内の水の温度を検知するための給湯温度検知手段と、給湯回路に混合する水の温度を検知するための水温検知手段と、気温を検知する気温検知手段のうち少なくとも１つを備え、その検知値によって混合手段を制御するもので、水道水温や水温それに気温によって予め混合手段を制御し最適な混合比で温度を制御したり、給湯回路内の湯水や水道水、それに水の温度変化に応じて混合比を変化させて最適な温度制御を行うことができる。
【００１９】
請求項９に記載の発明は、特に、水流路から出湯される湯温を検知する水流路出湯温度検知手段と、混合手段により混合された混合水の温度を検知する混合水温度検知手段を備え、前記水流路出湯温度検知手段と前記混合水温度検知手段の検知値によってヒートポンプサイクルまたは混合手段が制御されるもので、混合手段とヒートポンプサイクルの両者によって湯温を制御するため、より応答性が良く精度も良い温度制御を行うことが可能となる。
【００２０】
請求項１０に記載の発明は、特に、気温を検知する気温検知手段を備え、ヒートポンプサイクルの制御は気温に応じて圧縮機の回転数、減圧手段の減圧度、吸熱器に備えた吸熱用ファンの回転数のうち少なくとも１つを制御することによってヒートポンプサイクルの運転状態を変更するので、予め圧縮機の回転数、減圧手段の冷媒流路抵抗、吸熱用ファンの風量のそれぞれと熱交換器での加熱量の関係を定め、気温に応じて設定された所要加熱量になるように圧縮機の回転数、減圧手段の減圧度、吸熱用ファンの回転数を制御するもので、短時間で所要加熱量が得られる。
【００２１】
請求項１１に記載の発明は、特に、給水管内の水道水の温度を検知する給水温度検知手段を備え、ヒートポンプサイクルの制御は給水温度検知手段の検知値に応じて圧縮機の回転数、減圧手段の減圧度、吸熱器に備えた吸熱用ファンの回転数のうち少なくとも１つを制御することによってヒートポンプサイクルの運転状態を変更するので、予め圧縮機の回転数、減圧手段の冷媒流路抵抗、吸熱用ファンの風量のそれぞれと熱交換器での加熱量の関係を定め、水道水温に応じて設定された所要加熱量になるように圧縮機の回転数、減圧手段の減圧度、吸熱用ファンの回転数を制御するもので、短時間で所要加熱量が得られる。
【００２２】
請求項１２に記載の発明は、特に、冷媒を二酸化炭素とするので、ヒートポンプサイクルは冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプサイクルであり、前記臨界圧力以上に昇圧された冷媒により熱交換器の水流路の流水を加熱する構成である。
【００２３】
そして、熱交換器の冷媒流路を流れる冷媒は、圧縮機で臨界圧力以上に加圧されているので、熱交換器の水流路の流水により熱を奪われて温度低下しても凝縮することがない。したがって熱交換器全域で冷媒流路と水流路とに温度差を形成しやすくなり、高温の湯が得られ、かつ熱交換効率を高くできる。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図１〜図４を参照しながら説明する。なお、従来例および各実施例において、同じ構成、同じ動作をする部分については同一符号を付与し、詳細な説明を省略する。
【００２５】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１におけるヒートポンプ式給湯装置の構成図である。同図において、７はヒートポンプサイクルで、圧縮機２、放熱器３、減圧手段４、吸熱器５が冷媒回路１により閉回路に接続されている。このヒートポンプサイクル７は、例えば炭酸ガスを冷媒として使用し、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧以上となる超臨界ヒートポンプサイクルを使用している。そして圧縮機２は、内蔵する電動モータ（図示せず）によって駆動され、吸引した冷媒を臨界圧力まで圧縮して吐出する。また、１０は放熱器３の冷媒流路８と熱交換を行う水流路９を備えた熱交換器である。この水流路９には、水道水を直接供給する給水管１１と、水流路９から出湯される湯をシャワー１６や蛇口１７等より成る給湯端末１２に通水させるための給湯回路１３が接続されている。そして給湯回路１３には、混合弁１８とこの混合弁１８を制御する弁制御手段１９から成る混合手段２０が設けられ、混合弁１８には給水管１１から分岐したバイパス路２１が接続されており、この混合手段２０の混合弁１８において水流路９から出湯した水流路出湯水と水道水とが混合される。
【００２６】
給水管１１には、流量を検知する給水流量検知手段２２と、熱交換器１０への給水温度を検知する給水温度検知手段２３が、また給湯回路１３には水流路９から出湯した水流路出湯水の温度を検知する水流路出湯温度検知手段２４と、混合手段１８で混合された混合水の温度を検知する混合水温度検知手段２５が、さらにバイパス路２１にはバイパス路２１を流れる水道水の流量を検知する流量検知手段２６が、そして冷媒回路１には圧縮機２から吐出された高圧冷媒温度を検知する吐出温度検知手段２７がそれぞれ設けられている。２８はの混合水の目標温度を設定する設定手段で、使用者が任意に温度を設定する。なお目標温度は、使用者が、給湯端末１２から出湯される給湯の湯温として設定する場合もあるが、混合水温度に対する目標温度であっても、給湯端末１２から出湯される給湯の温度に対する目標温度であっても、差異はない。
【００２７】
ここで熱交換器１０は、冷媒流路８の流れ方向と水流路９の流れ方向を対向流とし、各流路間を熱移動が容易になるように密着して構成している。この構成により冷媒流路８と水流路９の伝熱が均一化し、熱交換効率がよくなる。また、高温の出湯も可能になる。
【００２８】
２９は気温を検知する気温検知手段で、３０は吸熱器５に備えた吸熱用ファンである。３１は気温検知手段２９および給水温度検知手段２３の各検知値から、圧縮機２の回転数、および減圧手段４の減圧度、および吸熱器５に備えた吸熱用ファン３０のファンモータ回転数を制御する制御値を算出するための演算部ａである。３２は設定手段２８によって設定される目標温度および、吐出温度検知手段２７、水流路出湯温度検知手段２４、混合水温度検知手段２５の各検知値を入力して、ヒートポンプサイクル７を制御するために必要な演算を行い、これを演算部ａ３１に出力する演算部ｂである。また、３３は設定手段２８によって設定される目標温度および、気温検知手段２９、給水温度検知手段２３、給水流量検知手段２２、水流路出湯温度検知手段２４、流量検知手段２６、混合水温度検知手段２５の各検知値を入力して、混合弁１８を制御するために必要な演算を行い、これを弁制御手段１９に出力する演算部ｃである。
【００２９】
なお、減圧手段４の具体的構成としては絞り弁（図示せず）が挙げられ、この場合絞り弁を駆動するステッピングモータ（図示せず）により弁開度が制御され、冷媒流路抵抗を変更することができる。
【００３０】
以上の構成において、次にその動作、作用について説明する。給湯端末１２のシャワー１６または蛇口１７の栓が使用者によって開かれると給水管１１に水道水が流入する。これを給水流量検知手段２２が検知し、演算部ａ３１にその情報が送られ、設定手段２８で設定された目標温度から所要加熱量が算定された後、この算定値に基づいて圧縮機２の回転数が制御される。そして、圧縮機２から吐出される高温高圧の冷媒ガスは放熱器３へ流入し、水流路９を流れる水を加熱する。そして、加熱された水は給湯回路１３を通る間に混合手段２０によって水道水と混合されて適温となった後、給湯端末１２から出湯する。一方、放熱器３で冷却された冷媒は減圧手段４で減圧されて吸熱器５に流入し、ここで大気熱、太陽熱など自然エネルギーを吸熱して蒸発ガス化し、圧縮機２に戻る。
【００３１】
水流路９を流れる水は、圧縮機２の回転数によって加熱量が制御されるだけでなく、減圧手段４の冷媒流路抵抗や、吸熱器５の吸熱量によっても加熱量が制御できる。つまり減圧手段４の絞り弁の開度を変え、冷媒流路抵抗を変えることで加熱量が制御でき、また、吸熱器５の吸熱量は、吸熱用ファン３０のモータの回転数を変更して、吸熱器５への送風量を変更することにより制御できて、吸熱量を変えることで加熱温度が制御できる。高温の出湯が必要であったり、外気温度が低いなどで加熱量が不足した場合などには、冷媒流路抵抗を大きくすることで熱交換器の加熱量は所要加熱量を確保するように作用する。
【００３２】
なお、通常の給湯使用状態において、冷媒流路８と水流路９との温度差が小さくなるほどヒートポンプサイクル７の効率が良くなるので、給水温度検知手段２３の検知する給水温度に応じて、熱交換器１０での所要加熱量を確保して、冷媒流路８と水流路９との温度差が最も小さくなるように減圧手段４の冷媒流路抵抗を制御すると、効率の良いい運転が可能となる。
【００３３】
そして、給湯負荷が極端に小さく熱交換器１０の所要加熱量が小さすぎて圧縮機２の回転数制御などでは絞りきれない場合などには、吸熱用ファン３０の風量を減少させることにより熱交換器１０の加熱量を減少させて所要加熱量に制御することが可能である。また、圧縮機２が最大回転数でも加熱量が不足する場合には、吸熱用ファン３０の風量を上げて熱交換器１０の加熱量を増加させて所要加熱量に制御することも可能である。このように、圧縮機２の回転数や減圧手段４の減圧度、吸熱器５に備えた吸熱用ファン３０のモータ回転数によって、ヒートポンプサイクル７の加熱量が制御でき、水流路９を流れる水を所定の温度に加熱することができる。
【００３４】
そこで、演算部ａ３１が予め気温や水温と、熱交換器１０を加熱するのに必要な加熱量の関係とを把握して、その熱量を得るのに最適な圧縮機２の回転数および減圧手段４の減圧度、吸熱器５に備えた吸熱用ファン３０回転数の関係を記憶しておき、気温検知手段２９が検知値する気温や給水温度検知手段２３が検知する水道水温に応じて設定された所要加熱量と熱交換器１０の加熱量が一致するように圧縮機２の回転数や減圧手段４の減圧度、吸熱器５に備えた吸熱用ファン３０回転数を制御すれば、立ち上がりの早いヒートポンプサイクル７の運転が可能となる。また、このように気温や水温に応じた制御を行うことによって、気温や水温が急に変動した場合でも応答性が早く、精度の良い給湯制御が可能となる。
【００３５】
ヒートポンプサイクル７を制御して加熱温度を制御する方法としては、この他に次のようなものがある。目標温度と混合水温度検知手段２５による検知値との偏差を演算部ｂ３２が算出し、この偏差を相殺するように加熱量を制御したり、また、予め目標温度から目標吐出温度を算出し、この目標吐出温度と吐出温度検知手段２７による検知値との偏差を演算部ｂ３２が算出して、この偏差を相殺するように加熱量を制御したり、また、予め目標温度から目標水流路出湯温度が算出し、この目標水流路出湯温度と水流路出湯温度検知手段２４による検知値との偏差を演算部ｂ３２が算出して、この偏差を相殺するように制御するものである。
【００３６】
以上のようなヒートポンプサイクル７による加熱温度の制御に対し、混合手段２０を用いて温度制御を行うと、より即応性の高い出湯端末給湯温制御が可能となる。具体的な制御方法について説明する。
【００３７】
目標温度と混合水温度検知手段２５による検知値との偏差を演算部ｃ３３が算出し、この偏差を相殺するように混合弁１８を制御すると、混合水温度によるフィードバック制御となり、応答性が良く、精度も良い温度制御が可能となる。また、給水温度検知手段２３により検知される水道水温度と、気温検知手段２９により検知される気温によって、運転前に予め混合弁１８の開度を調節するようにすると、例えば気温や水温が大きく変化するために夏と冬とで大きく異なる水道水の混合割合を、気温、水温に応じて予め想定した値をもとに最適な混合量として設定するので、運転開始時から精度の良い温度制御が可能となる。
【００３８】
また、給水流量検知手段２２の検知値と、水流路出湯温度検知手段２４の検知値から給湯回路１３を流れる湯の熱量を算出し、同様に流量検知手段２６の検知値と給水温度検知手段２３の検知値からバイパス路２１を流れる水道水の熱量を算出して、これらの計算結果から目標温度が得られるよ混合水の混合割合を混合弁の開度を用いて制御すれば、精度の良い温度制御が可能となる。
【００３９】
また、給水流量検知手段２２により給水流量が検知され、流量検知手段２６によりバイパス流量が検知されるため、これらより出湯端末１２から出湯する湯水の流量変化が検知できるので、この流量変化に応じて混合弁１８を制御すると、急激な状況変化への対応が可能となる。つまり、例えばシャワ−１６と台所の蛇口１７とを併用している場合に、急にシャワー１６の使用を停止した場合など出湯流量が急激に変化した場合などは、加熱状況が同じで流量が減るために、本来ならば蛇口１７の出湯温度が高くなるところが、給水流量検知手段２２や流量検知手段２６が、流量の減ったことを検知して水道水を混合する量を増やすように混合弁１８を制御して対応することができ、急な状態変化に対しても比較的安定した温度制御が実現できる。
【００４０】
ここで出湯端末１３の湯温は、混合手段２０で水流路出湯水に水道水を混合して水温を下げて温度制御がなされるため、水流路出湯温度は目標温度よりも高くなるように、水流路出湯温度検知手段２４の検知値や目標温度などによってヒートポンプサイクル７が制御される。また、熱交換器１０の熱交換効率は１００％以下なので、吐出温度は水流路出湯温度よりも高くなるように、吐出温度検知手段２７や目標温度などによってヒートポンプサイクル７が制御される。
【００４１】
混合手段２０による混合水の湯温制御と、ヒートポンプサイクル７による加熱温度制御は、互いに組み合わせることでより性能の良い温度制御が可能となる。そしてこの場合、最終的な出湯端末１２の温度制御は混合手段２０によって制御されるため、その前段となるヒートポンプサイクル７での加熱温度制御は目標値に対して偏差が多少残っても良く、それ故に複雑なヒートポンプサイクル７による温度制御は比較的容易なものとなる。
【００４２】
なお、高温の出湯を行う場合など、水道水を混合して出湯温度を制御する必要のない場合は、混合手段の機能を停止することも可能であり、この場合、給湯の効率を落とさずに出湯することができる。また、給水流量検知手段２２は、図１のように熱交換器１０の給水管１１側にあっても、図２のように給湯流量検知手段３４として給湯回路１３側にあってもどちらでも構わない。後者の場合、混合手段２０を制御するために演算部ｃ３３は、給湯流量検知手段３４による検知値を利用することがある。また図１のようにバイパス路２１は給水管１１から分岐させても、また、図３のように熱交換器１０の水流路９中央部から分岐させても同様の効果が得られる。
【００４３】
さらに、実施例１ではヒートポンプサイクルを、冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプサイクルとしたが、もちろん一般の臨界圧力以下のヒートポンプサイクルでもよい。冷媒として利用される炭酸ガスには代表的なものとして分子量の小さい二酸化炭素が挙げられる。
【００４４】
（実施例２）
基本的な構成は実施例１と同様なので省略するとし、実施例１と異なる部分のみ記載する。図４は本発明第２の実施例におけるヒートポンプ給湯装置の構成図である。
【００４５】
３５は他から水を供給するための混合用給水路で、３６は混合用給水路に流入する水の温度を検知する水温検知手段、２６は混合用給水路３５内の水の流量を検知する流量検知手段である。このように、混合水を水道水でなく他の水を利用しても実施例１と同様の効果が得られる。但しこの場合、混合手段２０を制御するためのに演算部ｃ３３は、水温度検知手段３６による検知値を利用することがある。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、広い能力幅を有し、給湯端末での湯の使用状態が急激に変化しても対応できる、温度制御の応答性が良く、制御精度も良い効率のよい給湯ができる瞬間湯沸し型のヒートポンプ給湯装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１におけるヒートポンプ給湯装置の構成図
【図２】本発明の実施例１におけるヒートポンプ給湯装置の他の構成図
【図３】本発明の実施例１におけるヒートポンプ給湯装置の他の構成図
【図４】本発明の実施例２におけるヒートポンプ給湯装置の構成図
【図５】従来のヒートポンプ給湯装置の構成図
【符号の説明】
１　冷媒回路
２　圧縮機
３　放熱器
４　減圧手段
５　吸熱器
７　ヒートポンプサイクル
８　冷媒流路
９　水流路
１０　熱交換器
１１　給水管
１２　給湯端末
１３　給湯回路
１６　シャワー
１７　蛇口
１８　混合弁
１９　弁制御手段
２０　混合手段
２２　給水流量検知手段
２３　給水温度検知手段
２４　水流路出湯温度検知手段
２５　混合水温度検知手段
２６　水温度検知手段
２７　吐出温度検知手段
２８　設定手段
２９　気温検知手段
３０　吸熱用ファン
３４　給湯用流量検知手段
３６　水温検知手段
【図１】
2004069195.tif 000003
【図２】
2004069195.tif 000004
【図３】
2004069195.tif 000005
【図４】
2004069195.tif 000006
【図５】
2004069195.tif 000007