(57)【要約】  【課題】  従来のヒートポンプ式給湯機においては、昼夜の別なく、除霜運転中に給湯されると十分に給湯対応が出来なかった。  本発明の目的とするところは、貯湯タンクに湯が無くても、昼夜の別なく、除霜運転中でも給湯可能なヒートポンプ式給湯機を提供することにある。  【解決手段】  除霜運転中、端末からの給湯使用があった場合、タンクに湯があるときは混合運転モードを行い、タンクに湯がないときは瞬間湯沸しモードを行う運転制御を行う。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、冷媒対水熱交換器、減圧装置、及び蒸発器を接続したヒートポンプ回路と、それらのヒートポンプ回路の放熱器で放出された熱で水を加熱する冷媒対水熱交換器と、その冷媒対水熱交換器によって温められた水を貯める貯湯タンクと、前記冷媒対水熱交換器で温められた水を前記冷媒対水熱交換器から使用側端末に供給する直接給湯回路と、その直接給湯回路を制御する給湯制御部と前記ヒートポンプ回路の運転を制御する複数のヒートポンプ制御部を備えたヒートポンプ式給湯機において、除霜運転中に使用側端末の給湯使用があった場合、貯湯タンクに湯が無くても昼夜の別なく直接給湯回路で給湯可能な制御を行うヒートポンプ式給湯機。
【請求項２】
前記除霜運転は四方弁によって、圧縮機で高温高圧に圧縮された冷媒を蒸発器に送ることによりなされる請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項３】
前記ヒートポンプ回路は各２個の圧縮機を用いた２サイクル方式とした請求項1又は２記載のヒートポンプ給湯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ冷凍サイクルによる給湯が円滑に行える回路構成を有し、且つヒートポンプによる瞬間給湯方式に適合したヒートポンプ式給湯機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の給湯機には、貯湯タンクを持たずにガス等を燃焼させて、その強力な燃焼熱で瞬間的に水を沸き上げて湯を供給する燃焼式給湯機や、大容量の貯湯タンクを持ち夜間割引の安い電力を利用して、夜の間に電気ヒータで加熱した大量の湯を貯湯タンクに貯蔵し、日中に貯湯タンクに貯蔵した湯を使う電気温水器があった。そして、最近では電気温水器に比較してエネルギー効率が良いと云われるヒートポンプ式給湯機が普及し始めてきた。
【０００３】
ヒートポンプ式給湯機は、電気温水器と同様に大容量の貯湯タンクを設け、夜間の安価な電力を使って夜中にヒートポンプ回路で湯を沸き上げて貯湯タンクに貯蔵し、貯蔵した湯を日中に使うタイプが一般的である。このヒートポンプ式給湯機は熱源に冷媒の状態変化を利用しているので、電気ヒータ加熱よりエネルギー効率が数倍良く、又ガス等を燃焼しないのでCO２を排出せず地球環境にやさしい給湯機と云われている。
【０００４】
係る従来のヒートポンプ式給湯機としては、下記の特許文献１に開示されたものがある。この従来技術に示されたヒートポンプ式給湯機は、圧縮機、冷媒対水熱交換器、減圧装置、蒸発器から構成されたヒートポンプ回路と、大容量の貯湯タンク、水冷媒熱交換器、貯湯タンクの水を冷媒対水熱交換器に循環する循環ポンプから構成された沸上げ回路とを備えた構成となっている。
【０００５】
このヒートポンプ式給湯機は、夜間の安価な電力を利用してエネルギー効率の良いヒートポンプ回路を運転して湯を貯湯タンクに貯めるので、貯湯タンク内の水を循環ポンプで循環させながら冷媒対水熱交換器で所定の湯温になるまで徐々に温め、所定の湯温に達したことを温度検知器で検知したらヒートポンプ回路の運転を停止するようにしている。日中、使用端末で湯を使用する際にはミキシングバルブで利用水(例えば上水)と混合して適当な温度に薄めて供給する。貯湯タンクに貯蔵する湯の温度を出来るだけ高くすることにより、薄める利用水の量を多くし、貯湯タンクから取り出す湯の量を少なくするようにしている。
【０００６】
また、特許文献１に記載のヒートポンプ給湯機は、電気温水器と同様夜間電力を利用して貯湯するタイプであるものの、貯湯タンクの中の湯量の低下や温度の低下で、設定された出湯温度が得られないときには、ヒートポンプ回路を運転させて貯湯タンクの湯を追焚きしたり、場合によっては電気ヒータを用いた加熱器とヒートポンプ回路とを併用して追焚き運転を行なうようにできる。
【０００７】
【特許文献１】特開平９−１２６５４７号公報（図３を参照。）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、従来のヒートポンプ式給湯機は高温の湯を大量に給湯タンクに貯えるタイプであるため、ヒートポンプ回路の効率が十分に高い所で使用されていないと共に、大きな貯湯タンクの表面から多くの熱が放射されてエネルギーの無駄を生じており、これらによってエネルギー効率の低下を招いていた。そして大容量の貯湯タンクを有することで、大きなスペースが必要であると共に、給湯機の運搬、設置などが面倒であった。
【０００９】
又、従来のヒートポンプ式給湯機は夜間にヒートポンプ回路で沸き上げた湯を給湯タンクで貯蔵し、貯蔵した湯を日中に使用するという使い方を基本的に行なっているため、時には湯を使いきってしまうことがあった。
【００１０】
しかも、上記ヒートポンプ給湯機は夜間運転中(出湯停止の状態時)、蒸発器に霜が付着した場合は、除霜運転されるような制御を行っているが、日中に湯切れを起こした際、ヒートポンプ給湯機が運転され、蒸発器に霜が付着した場合に、除霜運転を行うと、給湯使用側端末への供給が十分に出来ないということがあった。ましてや、貯湯タンクに湯が完全になくなってしまってからでは給湯はおろか貯湯運転に長時間を要してしまい、出湯要求に対応できないものであった。
【００１１】
本発明の目的は、貯湯タンクに湯が無くても、昼夜の別なく、除霜運転中でも給湯可能なヒートポンプ式給湯機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記の目的を達成するための本発明のヒートポンプ式給湯機は、圧縮機、冷媒対水熱交換器、減圧装置、及び蒸発器を接続したヒートポンプ回路と、それらのヒートポンプ回路の凝縮器で放出された熱で水を加熱する冷媒対水熱交換器と、その冷媒対水熱交換器によって温められた水を貯める貯湯タンクと、前記冷媒対水熱交換器で温められた水を前記冷媒対水熱交換器から使用側端末に供給する直接給湯回路と、その給湯回路を制御する給湯制御部と前記ヒートポンプ回路の運転を制御するヒートポンプ制御部を備えたヒートポンプ式給湯機において、除霜運転中に使用側端末の給湯使用があった場合、貯湯タンクに湯が無くても、昼夜の別なく直接給湯回路で給湯可能な制御を行うことにより達成される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、除霜運転中に使用側端末の供給があった場合、貯湯タンクに湯が無くても、昼夜の別なく給湯可能なヒートポンプ式給湯機を提供する事ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明のー実施例を、図１を用いて説明する。
【００１５】
図１において本発明の実施例におけるヒートポンプ式給湯機は、ヒートポンプ回路１、２によって水を加熱して給湯する給湯回路３（後述する浴槽１９は含まれていない）と、ヒートポンプ回路１、２を制御するヒートポンプ制御部Ａ、Ｂ及び給湯回路３を制御する給湯制御部Ｃとを備えており、一つの箱体内にこれらを収納する。
【００１６】
ヒートポンプ回路１、２は、圧縮機４、四方弁５、冷媒対水熱交換器６、減圧装置７、蒸発器８で構成される。なお、蒸発器８に外気を通風するようにファン８ａが配置されている。
【００１７】
四方弁５は、弁を切り替える事によって圧縮機４から吐出される高温高圧の冷媒を蒸発器８に通流させ、蒸発器８に付着した霜を融解させる除霜制御に使用される。
【００１８】
圧縮機４は、PWM制御、電圧制御（例えばPAM制御）及びこれらを組み合わせた回転数制御により、低速（例えば２０００回転／分）から高速（例えば８０００回転／分）まで制御される。特に、冷媒対水熱交換器９から直接給湯する場合には、ヒートポンプ制御部Ａ、Ｂは圧縮機４を高速運転する。
【００１９】
次に、水道管から水を取り入れ、冷媒対水熱交換器９を介して使用側端末に給湯し、又は後述するように内部で水を循環させることで所定の温度（例えば４２℃）に沸かし上げる給湯回路３について説明する。
【００２０】
この給湯回路３には、減圧逆止弁１１、冷媒対水熱交換器９、貯湯タンク１０、循環ポンプ１３、貯湯タンク１０からの湯と冷媒対水熱交換器９からの出湯を混合するミキシングバルブ１４、ミキシングバルブ１４からの湯と給水管２７からの水を混合するミキシングバルブ１５、湯の流量を調整する流量調整弁１６を水配管で接続して構成されている。
【００２１】
また、浴槽水回路は冷媒対水熱交換器９と注湯電磁弁１７、浴槽用の循環ポンプ１８で構成されている。
【００２２】
本実施例の給湯機は、ヒートポンプ回路１、２の高温冷媒と、給水管２７から導入された水を冷媒対水熱交換器９にて熱交換することによって昇温し、そのまま使用端末に直接給湯する方式とすることで、従来の大型の貯湯タンクを不要とする事ができる。
【００２３】
運転開始直後の圧力条件が安定するまでは水を温めるのに充分な凝縮熱を発生させることができないが、その立ち上がりの短時間は貯湯タンク１０に貯蔵している湯と冷媒対水熱交換器９からの水を混合して給湯することで、設定温度を保ちつつ貯湯タンク１０の小型化を図ることができる。そして、ヒートポンプ回路１、２の運転が安定し、設定温度の湯を沸かし上げる状態になった時、貯湯タンク１０に貯蔵されている湯の使用を止めて直接給湯するようにする。
【００２４】
次にヒートポンプ給湯機への水の供給を説明する。給水管２７から供給された水は、減圧逆止弁１１に流入し、この先一方は給水管２７を介して貯湯タンク１０に、もう一方は冷媒対水熱交換器９へ分流される。また、使用端末への給湯はミキシングバルブ１４、流量調整弁１６を通り設定温度にされ供給される。各部の動作については、以下に述べる。
【００２５】
ミキシングバルブ１４は、前述したようにヒートポンプ回路運転開始直後、冷媒対水熱交換器９から出てくる湯の温度が充分に上がりきらないときに、補助的に貯湯タンク１０の湯を混合して設定温度となった湯を使用端末に供給するためのバルブである。尚、ミキシングバルブ１４と貯湯タンク１０とは給湯管２８によって接続されている。
【００２６】
ミキシングバルブ１５は、ミキシングバルブ１４から供給される湯の温度が設定温度よりも高い場合、給水管２７から供給される水と混合することで湯温を低下させ設定温度にする。流量調整弁１６は、給湯量が予定の総量を超えないように流量を規制する弁である。
【００２７】
また各部には、給水温度センサー２０、冷媒対水熱交換器９からの水の温度を検出する水熱交換器出口水温センサー２１、混合された貯湯タンク１０の湯と水熱交換器出口水の温度を測る水温センサー２２、最終的な給湯水温を測定する給湯温度センサー２３、貯湯タンク１０の残湯量を測定するためのタンク温度センサー２４、２５、２６が、また冷凍サイクル側には、蒸発器８の中間温度を測定する蒸発器温度センサー８ｂが、圧縮機４の吸込み温度を感知する吸込み温度センサー８ｃが配置されている。
【００２８】
そしてヒートポンプ回路１、２、貯湯タンク１０を含めた給湯回路３および浴槽１９以外のその他の機器が後述する箱体の中に収納されている。
【００２９】
次に使用端末が利用された場合の各部の動作について説明する。使用端末から給湯が開始すると、流量センサー１２が端末の使用を感知し、圧縮機４を起動してヒートポンプ回路１、２の運転を開始する。運転初期の段階では、ヒートポンプ回路１、２は、まだ立ち上がり状態であるため、貯湯タンク１０を利用した給湯運転となる。給水管２７から導水された水は、減圧逆止弁１１、給水管２７を介して貯湯タンク１０の下部に至る。貯湯タンク１０では、その下部から水が供給され、その水圧により貯湯タンク１０の上部に貯まっていた高温の湯は給湯管２８に押し出される。
【００３０】
一方、給水管２７からの水は冷凍サイクルにより水を加熱するため冷媒対水熱交換器９に流れる水回路に分かれる。貯湯タンク１０からの湯と冷媒対水熱交換器９からの給湯を混合するミキシングバルブ１４で設定された温度になるように温度センサー２２で温度を感知し、貯湯タンク１０からの湯と、冷凍サイクルより加熱された冷媒対水熱交換器９からの水の量で調整する。この運転初期の場合、冷媒対水冷媒熱交換器９を通過してくる水は十分に温められていないため貯湯タンク１０からの湯の量が多く、冷媒対水熱交換器９を流れる水の量は少なくなる（混合運転モード）。ここで運転初期段階において、冷媒対水熱交換器９を流れる水の量を少なくした場合、少量の水のため温度を急激に上昇させる事ができる。
【００３１】
尚、この混合運転モードにて、使用端末の湯の温度が高すぎると（設定値以上となる場合）、ミキシングバルブ１５が開かれ給水管２７からの水が混合され湯温が調節される。
【００３２】
運転が継続するとヒートポンプ回路１、２は徐々に安定し始め、冷媒対水熱交換器９から給湯される湯の温度も高温となり、貯湯タンク１０からの湯と冷媒対水熱交換器９からの給湯を混合するミキシングバルブ１４は、徐々に貯湯タンク１０からの給湯を絞り込んでゆき、冷媒対水熱交換器９からの給湯温度が設定温度となった場合に、貯湯タンク１０からの給湯を全閉しヒートポンプ回路１、２より加熱された冷媒対水熱交換器９を通過した湯のみで端末に湯を供給できるようになる（瞬間湯沸しモード）。
【００３３】
この時設定された温度で端末に湯を供給するために、温度センサー２２で温度を感知し、冷媒対水熱交換器９から出湯しミキシングバルブ１４を通過した湯と、バイパスされた水を混合するミキシングバルブ１５で、設定された湯を端末に供給する。特に夏場など給水管２７から供給される水の温度が高い場合、冷媒対水熱交換器９から出力される湯の温度が設定温度より高くなる。このとき設定温度になるようにミキシングバルブ１５を調節することで適宜水を混合して端末に湯を供給する（水混合モード）。
【００３４】
浴槽１９に給湯、お湯はりする場合、前述同様の運転（混合運転モード、瞬間湯沸器モード、水混合モード）をし、注湯電磁弁１７を開くことにより、浴槽１９に湯を張る。
【００３５】
本実施例では除霜運転していた時、使用側端末からの給湯の供給が行われた場合、貯湯タンクに湯が無くとも、昼夜の別なく端末への供給が行えるヒートポンプ式給湯機の運転制御を図２において説明する。
【００３６】
まず、除霜運転中の回路を説明する。
【００３７】
低温低圧の冷媒を圧縮して高温高圧の冷媒として吐出する能力可変型圧縮機４から四方弁５を通り、この吐出された高温高圧の冷媒を蒸発器８、減圧装置７、冷媒対水熱交換器６とを冷媒配管で接続された構成で、除霜運転がされる。この除霜運転がされている時は蒸発器８が凝縮側となり、冷媒対水熱交換器６が吸熱側となるため、冷媒対水熱交換器６と冷媒対水熱交換器９の熱交換が出来なくなり、除霜運転中では給湯が出来ない状態になってしまう。しかし、使用側端末からは除霜運転中であっても給湯使用される。
【００３８】
除霜運転中は除霜回路２９の運転モードであるが給湯が行われると給湯回路３０となり以下の運転制御が行われる。
【００３９】
水熱交換器出口水温センサ２１より、設定温度を満たしているか検知し、設定温度を満たしていれば、そのまま貯湯タンク１０の湯を使用せずに給湯する。しかし、設定温度を満たしていなければ、圧縮機回転数のアップや冷媒対水熱交換器９の湯と貯湯タンク１０の湯の混合水で設定温度になるようにミキシングバルブ１４の開度を増やすことによって貯湯タンク１０からの流量比を増加させ、ミキシングバルブ１４を通過する湯の温度を調節する。そして温度センサ２２で設定温度になっているか検知し、設定温度になっていればそのまま給湯する。
【００４０】
しかし、貯湯タンク１０からの湯は限りがあるので、貯湯タンク１０内の温度を検知するセンサ２４、２５、２６とあるうちタンク温度センサ２５の検知結果から湯温を特定し、タンク湯温が所定値以下になったらタンクからの給湯は停止する。
【００４１】
貯湯タンク１０からの給湯がなくなっても温度センサ２２で設定温度に達しているか検知し、達していればそのまま給湯する。しかし、設定温度になっていない場合は、圧縮機回転数アップやミキシングバルブ１５、流量調整弁１６を絞ることによって直接給湯回路を通して設定温度の湯を供給給湯するものである。
【００４２】
本実施例によれば、このような運転制御をすることによって、除霜運転中、端末からの給湯使用があっても、昼夜の別なく給湯が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の−実施例を示すヒートポンプ式給湯機の構成図である。
【図２】除霜運転中、使用側端末から給湯使用があった時の制御フローチャートである。
【符号の説明】
【００４４】
１、２…ヒートポンプ回路、３…直接給湯回路、４…圧縮機、５…四方弁、６…冷媒対水熱交換器、７…減圧装置、８…蒸発器、９…冷媒対水熱交換器、１０…貯湯タンク、１１…減圧逆止弁、１２…流量センサ、１３、１８…循環ポンプ、１４、１５…ミキシングバルブ、１６…流量調整弁、１７…注湯電磁弁、１９…浴槽、２０…給水温度センサ、２１…水熱交換器出口水温センサ、２２、２３…温度センサ、２４、２５、２６…タンク温度センサ、２７…給水管、２８…給湯管、２９…除霜回路、３０…給湯回路。
【図１】
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【図２】
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