(57)【要約】【課題】ヒートポンプ給湯機を湯切れすることなく小型にすること。【解決手段】圧縮機１、放熱器２、減圧装置３、空気熱交換器４からなる冷媒回路５と、貯湯槽６、循環ポンプ７、放熱器２を接続した水回路９と給湯回路１７を有する。給湯回路１７は、水回路９と市水を供給する給水管１０および貯湯槽６から出湯する出湯管１１絵接続されている。出湯管１１と放熱器２からの出口配管は第１の混合弁１２に接続され、第１の混合弁１２と市水配管１３は第２の混合弁１４に接続されている。第２の混合弁１４の出口配管は給湯端末１５と風呂浴槽１６に接続されている。出湯信号により冷媒回路５を運転し、水回路９で加熱された温水と、貯湯槽６の温水を同時に供給し第２の混合弁１４で市水と混合して所定の温度で出湯することにより、貯湯槽６の容量を小さくできるので、ヒートポンプ給湯機を小型にすることができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、放熱器、減圧装置および空気熱交換器とを順次接続した冷媒回路と、貯湯槽、前記貯湯槽の下部に接続した循環ポンプ、前記放熱器、２方弁および前記貯湯槽の上部を順次接続した水回路とを具備し、前記貯湯槽の下部は市水を供給する給水管に接続され、前記貯湯槽の上部は出湯管に接続され、前記放熱器と前記２方弁を接続する配管の分岐管および前記出湯管が第１の混合弁に接続され、前記第１の混合弁の出口配管および前記給水管から分岐された市水配管が第２の混合弁に接続され、前記第２の混合弁の出口配管は給湯端末および風呂浴槽の少なくとも一方に接続されたことを特徴とするヒートポンプ給湯機。
【請求項２】
前記貯湯槽の下部から前記放熱器に供給される水の温度を検出する温度センサー、前記放熱器で加熱された温水の温度を検出する給湯温度センサー、前記貯湯槽の残湯量を検出する複数の残湯温度センサーおよび前記第２の混合弁の出湯温度を検出する出湯温度センサーを備え、出湯信号により前記冷媒回路を運転し、前記放熱器で加熱された温水と前記貯湯槽の温水を前記第１の混合弁で混合して前記第２の混合弁に供給し、前記第２の混合弁で前記第１の混合弁からの温水と市水とを混合して所定の温度に調整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機。
【請求項３】
圧縮機、放熱器、減圧装置および空気熱交換器とを順次接続した冷媒回路と、貯湯槽、前記貯湯槽の下部に接続した循環ポンプ、前記放熱器、２方弁および前記貯湯槽の上部を順次接続した水回路とを具備し、前記貯湯槽の下部は市水を供給する給水管に接続され、前記貯湯槽の上部は出湯管に接続され、前記放熱器と前記２方弁を接続する配管の分岐管および前記出湯管が第１の混合弁に接続され、前記第１の混合弁の出口配管および前記給水管から分岐された市水配管が第２の混合弁に接続され、前記第２の混合弁の出口配管は給湯端末に接続され、前記第１の混合弁と前記第２の混合弁を接続する配管の分岐管および前記市水配管の分岐管が第３の混合弁に接続され、前記第３の混合弁の出口配管は風呂浴槽に接続されたことを特徴とするヒートポンプ給湯機。
【請求項４】
前記貯湯槽の下部から前記放熱器に供給される水の温度を検出する温度センサー、前記放熱器で加熱された温水の温度を検出する給湯温度センサー、前記貯湯槽の残湯量を検出する複数の残湯温度センサー、前記第２の混合弁の出湯温度を検出する出湯温度センサーおよび前記第３の混合弁の出湯温度を検出する風呂出湯温度センサーとを備え、出湯信号により前記冷媒回路を運転し、前記放熱器で加熱された温水と前記貯湯槽の温水を前記第１の混合弁で混合して前記第２の混合弁および前記第３の混合弁に供給し、前記第２の混合弁および前記第３の混合弁で前記第１の混合弁からの温水と市水とを混合して所定の温度に調整することを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項５】
前記給湯端末から給湯が開始されると、前記第１の混合弁に前記貯湯槽からのみ温水を供給し、前記貯湯槽の残湯量が所定値以下になった場合、前記冷媒回路を運転して前記貯湯槽に温水を貯めることを特徴とする請求項２または請求項４に記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項６】
前記風呂浴槽への給湯信号により前記冷媒回路を運転して前記水回路の加熱温度を前記貯湯槽の湯温より低い温度とし、さらに、前記貯湯槽の温水を風呂浴槽に供給して温水の供給量を最大にすることを特徴とする請求項５に記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項７】
前記風呂浴槽への給湯時に、前記冷媒回路を運転して前記水回路の加熱温度を３５℃〜４５℃とすることを特徴とする請求項６に記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項８】
前記冷媒回路の加熱能力Ｑと前記貯湯槽の容量が所定の関係となるように制御することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項９】
前記貯湯槽の下部から前記水回路に供給される水の温度を検出する温度センサー、室外気温を検出する外気温度センサーおよび前記貯湯槽の残湯量を検出する複数の残湯温度センサーを備え、前記温度センサーの出力値と前記室外温度センサーの出力値により前記冷媒回路の加熱能力Ｑを算出し、前記貯湯槽の残湯量が所定値より少なくなった場合は、前記貯湯槽の残湯量と前記冷媒回路の加熱能力Ｑから算出される値により、前記貯湯槽からの温水の供給量を減少させ、前記水回路からの温水の供給量を増加させ、前記貯湯槽の残湯量がさらに少なくなった場合は前記貯湯槽からの供給を停止して前記水回路からのみ温水を供給することを特徴とした請求項１または請求項３に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を利用したヒートポンプ給湯機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図８は、従来のヒートポンプ給湯機の代表的な構成を示すものである（例えば、特許文献１参照）。図８に示すように、この種のヒートポンプ給湯機は、圧縮機１、放熱器２、減圧装置３、空気熱交換器４からなる冷媒回路５と、貯湯槽６、循環ポンプ７、放熱器２を接続した水回路９から構成されている。冷媒回路５の空気熱交換器４で大気から吸熱して放熱器２で放熱し、貯湯槽６の下部から循環ポンプ７を介して放熱器２に供給される水を加熱して貯湯槽６に循環させ、貯湯槽６に貯留した温水を給湯している。
この従来の構成では、夜間電力を使用して夜間にヒートポンプ給湯機を運転して加熱した温水を貯湯槽６に貯め、昼間は貯湯槽６に貯められた温水と低温の市水を混合して所定の温度の温水を供給している。
【特許文献１】特開２０００−３４６４４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、昼間の温水の使用量（給湯負荷）が多い場合は貯湯槽６の温水が足りなくなる。したがって、給湯負荷への対応のためには貯湯容量の大きい貯湯槽６を使用しなければならない。しかし、貯湯容量の大きい貯湯槽６は機器の設置面積を広く取らなければならないという課題を有していた。
【０００４】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、給湯負荷に充分対応した小型のヒートポンプ給湯機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載の本発明のヒートポンプ給湯機は、圧縮機、放熱器、減圧装置および空気熱交換器を順次接続した冷媒回路と、貯湯槽、前記貯湯槽の下部に接続した循環ポンプ、前記放熱器、２方弁および前記貯湯槽の上部とを順次接続した水回路とを具備し、前記貯湯槽の下部は市水を供給する給水管に接続され、前記貯湯槽の上部は出湯管に接続され、前記放熱器と前記２方弁を接続する配管の分岐管および前記出湯管が第１の混合弁に接続され、前記第１の混合弁の出口配管および前記給水管から分岐された市水配管が第２の混合弁に接続され、前記第２の混合弁の出口配管は給湯端末および風呂浴槽の少なくとも一方に接続されたことを特徴とする。
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機において、前記貯湯槽の下部から前記放熱器に供給される水の温度を検出する温度センサー、前記放熱器で加熱された温水の温度を検出する給湯温度センサー、前記貯湯槽の残湯量を検出する複数の残湯温度センサーおよび前記第２の混合弁の出湯温度を検出する出湯温度センサーを備え、出湯信号により前記冷媒回路を運転し、前記放熱器で加熱された温水と前記貯湯槽の温水を前記第１の混合弁で混合して前記第２の混合弁に供給し、前記第２の混合弁で前記第１の混合弁からの温水と市水とを混合して所定の温度に調整す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給湯機は、圧縮機、放熱器、減圧装置および空気熱交換器を順次接続した冷媒回路と、貯湯槽、前記貯湯槽の下部に接続した循環ポンプ、前記放熱器、２方弁および前記貯湯槽の上部とを順次接続した水回路とを具備し、前記貯湯槽の下部は市水を供給する給水管に接続され、前記貯湯槽の上部は出湯管に接続され、前記放熱器と前記２方弁を接続する配管の分岐管および前記出湯管が第１の混合弁に接続され、前記第１の混合弁の出口配管および前記給水管から分岐された市水配管が第２の混合弁に接続され、前記第２の混合弁の出口配管は給湯端末に接続され、前記第１の混合弁と前記第２の混合弁を接続する配管の分岐管および前記市水配管の分岐管が第３の混合弁に接続され、前記第３の混合弁の出口配管は風呂浴槽に接続されたことを特徴とする。
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給湯機において、前記貯湯槽の下部から前記放熱器に供給される水の温度を検出する温度センサー、前記放熱器で加熱された温水の温度を検出する給湯温度センサー、前記貯湯槽の残湯量を検出する複数の残湯温度センサー、前記第２の混合弁の出湯温度を検出する出湯温度センサーおよび前記第３の混合弁の出湯温度を検出する風呂出湯温度センサーとを備え、出湯信号により前記冷媒回路を運転し、前記放熱器で加熱された温水と前記貯湯槽の温水を前記第１の混合弁で混合して前記第２の混合弁および前記第３の混合弁に供給し、前記第２の混合弁および前記第３の混合弁で前記第１の混合弁からの温水と市水とを混合して所定の温度に調整することを特徴とする。
請求項５記載の本発明は、請求項２または請求項４に記載のヒートポンプ給湯機において、前記給湯端末から給湯が開始されると、前記第１の混合弁に前記貯湯槽からのみ温水を供給し、前記貯湯槽の残湯量が所定値以下になった場合、前記冷媒回路を運転して前記貯湯槽に温水を貯めることを特徴とする。
請求項６記載の本発明は、請求項５に記載のヒートポンプ給湯機において、前記風呂浴槽への給湯信号により前記冷媒回路を運転して前記水回路の加熱温度を前記貯湯槽の湯温より低い温度とし、さらに、前記貯湯槽の温水を風呂浴槽に供給して温水の供給量を最大にすることを特徴とする。
請求項７記載の本発明は、請求項６に記載のヒートポンプ給湯機において、前記風呂浴槽への給湯時に、前記冷媒回路を運転して前記水回路の加熱温度を３５℃〜４５℃とすることを特徴とする。
請求項８記載の本発明は、請求項１から請求項７のいずれかに記載のヒートポンプ給湯機において、前記冷媒回路の加熱能力Ｑと前記貯湯槽の容量が所定の関係となるように制御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または請求項３に記載のヒートポンプ給湯機において、前記貯湯槽の下部から前記水回路に供給される水の温度を検出する温度センサー、室外気温を検出する外気温度センサーおよび前記貯湯槽の残湯量を検出する複数の残湯温度センサーを備え、前記温度センサーの出力値と前記室外温度センサーの出力値により前記冷媒回路の加熱能力Ｑを算出し、前記貯湯槽の残湯量が所定値より少なくなった場合は、前記貯湯槽の残湯量と前記冷媒回路の加熱能力Ｑから算出される値により、前記貯湯槽からの温水の供給量を減少させ、前記水回路からの温水の供給量を増加させ、前記貯湯槽の残湯量がさらに少なくなった場合は前記貯湯槽からの供給を停止して前記水回路からのみ温水を供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のヒートポンプ給湯機は、種々の給湯負荷に確実に対応し、湯切れを生じることなく小型のヒートポンプ給湯機を提供することができる。
また、少量の給湯時には冷媒回路を運転することをなくし、給湯量の多い場合および貯湯槽の残湯が少なくなった場合に冷媒回路を運転することにより、圧縮機の運転・停止回数を少なくして、機器の信頼性を高くしたヒートポンプ給湯機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の第１の実施の形態によるヒートポンプ給湯機は、冷媒回路の放熱器で加熱した温水を水回路の貯湯槽に貯湯し、放熱器で加熱した温水と貯湯槽から流出した温水を第１の混合弁で混合して、第２の混合弁で市水により温度調整して給湯端末、風呂浴槽に供給するものである。本実施の形態によれば、給湯端末や風呂浴槽に給湯する時に、冷媒回路を運転して給湯する直接給湯運転、冷媒回路を運転せずに貯湯槽から給湯する貯湯給湯運転、貯湯槽に温水を貯める貯湯運転など異なる運転モードを行なうことができる。
本発明の第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機において、貯湯槽の下部から放熱器に供給される水の温度を検出する温度センサー、放熱器で加熱された温水の温度を検出する給湯温度センサー、貯湯槽の残湯量を検出する複数の残湯温度センサー、第２の混合弁の出口配管には出湯温度を検出する出湯温度センサーを備えるものである。本実施の形態によれば、これらのセンサーの検出信号に基づいて、放熱器で加熱された温水と貯湯槽の温水を同時に供給し、第２の混合弁や第３の混合弁で市水と混合して所定の温度で出湯することで、貯湯槽容量を小さくでき、ヒートポンプ給湯機を小型にすることができる。
本発明の第３の実施の形態によるヒートポンプ給湯機は、冷媒回路の放熱器で加熱した温水を水回路の貯湯槽に貯湯し、放熱器で加熱した温水と貯湯槽から流出した温水を第１の混合弁で混合して、第２の混合弁で市水により温度調整して給湯端末に供給し、また、第３の混合弁で市水により温度調整して風呂浴槽に供給するものである。本実施の形態によれば、冷媒回路を運転して給湯する直接給湯運転、冷媒回路を運転せずに貯湯槽から給湯する貯湯給湯運転、貯湯槽に温水を貯める貯湯運転など異なる温度で異なる運転モードを行なうことができる。
本発明の第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給湯機において、貯湯槽の下部から放熱器に供給される水の温度を検出する温度センサー、放熱器で加熱された温水の温度を検出する給湯温度センサー、貯湯槽の残湯量を検出する複数の残湯温度センサー、第２の混合弁の出口配管には出湯温度を検出する出湯温度センサーを備えるものである。本実施の形態によれば、これらのセンサーの検出信号に基づいて、放熱器で加熱された温水と貯湯槽の温水を同時に供給し、第２の混合弁や第３の混合弁で市水と混合して異なる所定の温度で出湯することがで、貯湯槽容量を小さくでき、ヒートポンプ給湯機を小型にすることができる。
本発明の第５の実施の形態は、第２または第４の実施の形態によるヒートポンプ給湯機において、給湯端末から給湯が開始されると、第１の混合弁に貯湯槽からのみ温水を供給し、貯湯槽の残湯量が所定値以下になった場合、冷媒回路を運転して貯湯槽に温水を貯めるようにしたものである。本実施の形態によれば、圧縮機の運転・停止回数を少なくして、機器の信頼性を高くすることができるとともに、貯湯槽の大きさを小さくできる。
本発明の第６の実施の形態は、第５の実施の形態によるヒートポンプ給湯機において、風呂浴槽への給湯信号により冷媒回路を運転して水回路の加熱温度を貯湯槽の湯温より低い温度とし、さらに、貯湯槽の温水を風呂浴槽に供給して温水の供給量を最大にするものである。本実施の形態によれば、風呂への給湯信号により、冷媒回路を運転して水回路の加熱温度を貯湯槽の湯温より低い温度としているので、冷媒回路を効率よく運転することができる。また、貯湯槽の温水も同時に給湯回路に供給するので、温水の供給量を最大にして湯切れを起こすことがなく、短時間で風呂への給湯を行なうことができる。
本発明の第７の実施の形態は、第６の実施の形態によるヒートポンプ給湯機において、風呂浴槽への給湯時の水回路の加熱温度を３５℃〜４５℃とするものである。本実施の形態によれば、冷媒回路をさらに効率良く運転することができる。
本発明の第８の実施の形態は、第１から第７のいずれかの実施の形態によるヒートポンプ給湯機において、冷媒回路の加熱能力Ｑと貯湯槽の容量が所定の関係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、湯切れを起こすことがなく、給湯負荷に充分対応することができる。
本発明の第９の実施の形態は、第１または第３の実施の形態によるヒートポンプ給湯機において、貯湯槽の下部から水回路に供給される水の温度を検出する温度センサー、放熱器で加熱された温水の温度を検出する給湯温度センサー、室外気温を検出する外気温度センサー、貯湯槽の残湯量を検出する残湯温度センサーを備え、冷媒回路の最大加熱能力Ｑを温度センサーの出力値と、室外温度センサーの出力値により算出し、貯湯槽の残湯量が所定値より少なくなった場合は、貯湯槽の残湯量と冷媒回路の最大加熱能力Ｑから算出される割合になるように、貯湯槽からの温水の供給量を減少させ、水回路からの温水の供給量を増加させ、貯湯槽の残湯量がさらに少なくなった場合は貯湯槽からの供給を停止して水回路からのみ温水を供給するものである。本実施の形態によれば、貯湯槽の残湯量が所定値より少なくなった場合には、貯湯槽の残湯量と冷媒回路の最大加熱能力Ｑから算出される割合になるように、貯湯槽からの温水の供給量を減少させ、水回路からの温水の供給量を増加させ、貯湯槽の残湯量がさらに少なくなった場合には、貯湯槽からの供給を停止して水回路からのみ温水を供給することにより、湯切れを起こすことがなく、給湯負荷に充分対応することができる。
【実施例１】
【０００８】
以下本発明の実施例におけるヒートポンプ給湯機について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１の実施例におけるヒートポンプ給湯機の構成図を示すものである。図８と同じ構成部材には同一符号を用いて説明を一部省略する。
図１において、冷媒回路５は圧縮機１、放熱器２、減圧装置３および空気熱交換器４から構成されている。水回路９は、貯湯槽６、循環ポンプ７、放熱器２、および貯湯槽６と放熱器２間に接続された２方弁８から構成されている。貯湯槽６の下部には市水を供給するための給水弁１８から分岐された給水管１０が、貯湯槽６の上部には出湯管１１が接続されている。出湯管１１は水回路９の放熱器２と２方弁８を接続する配管と第１の混合弁１２で接続されている。第１の混合弁１２の出口配管は給水弁１８から分岐された市水配管１３に第２の混合弁１４を介して接続され、第２の混合弁１４の出口配管は給湯端末１５と風呂浴槽１６に接続されて給湯回路１７を構成している。
２１は貯湯槽６の下部から導出される水の温度を検出する温度センサー、２２は放熱器２で加熱された温水の温度を検出する給湯温度センサー、２３は貯湯槽６の残湯量を検出する複数の残湯温度センサー、２４はヒートポンプ給湯機の出湯温度を検出する出湯温度センサーである。
【０００９】
以上のように構成されたヒートポンプ給湯機について、以下その動作、作用を説明する。
まず、貯湯運転信号により冷媒回路５が運転されると、冷媒は圧縮機１で圧縮されて高温高圧となり、放熱器２で水を加熱することにより放熱し、減圧装置３により低温低圧となり、空気熱交換器４により大気から吸熱して蒸発し、圧縮機１に戻る。水回路９では、２方弁８が開かれ、給水管１０から貯湯槽６に給水された市水が貯湯槽６の下部から循環ポンプ７により放熱器２に供給され、放熱器２で加熱される。放熱器２で加熱されて高温となった湯は２方弁８を通り、貯湯槽６の上部に流入し、上部から次第に貯湯されていく。そして、温度センサー２１により放熱器２の入口の水の温度が設定値に達したことを検知すると貯湯槽６に貯水された温水の温度が所定の温度に達したことになるので圧縮機１の運転を停止して冷媒回路５の運転を停止する。通常、給湯端末１５から供給される湯温は４５℃以下であるが、本発明においては、貯湯運転において、水回路９の加熱温度を６０℃以上として貯湯槽６への蓄熱量を増加させる。このように、水回路９の加熱温度を６０℃以上にして貯湯槽６に貯湯する温水の温度を給湯端末１５から供給される温水の温度より高い温度に設定することにより、貯湯槽６の容量を少なくして貯湯槽６を小型にすることができる。
給湯端末１５に給湯する場合は、給湯回路１７において、給水弁１８を開いた状態にして、貯湯槽６下部の給水管１０から貯湯槽６に流入する市水の圧力により貯湯槽６の温水を出湯管１１に流出させる。貯湯槽６から流出した湯は第１の混合弁１２を通り、第２の混合弁１４で市水配管１３から流入する低温の市水と混合される。第２の混合弁１４は出湯温度センサー２４の出力値により、貯湯槽６からの温水と市水の混合割合を調整し、所定の温度として給湯端末１５に給湯する。
なお、給湯端末１５から４５℃で給湯する場合、市水温度は季節により変動するため、市水温度と外気温度によりヒートポンプ給湯機の加熱必要能力は変化する。特に冬期は市水温度が低下し、さらに室外気温が低下するため、ヒートポンプ給湯機の加熱能力が低下する。従って、水回路９の加熱温度を高くして、貯湯槽６への蓄熱量を増加させる必要がある。そこで、室外気温や市水温度に応じて水回路９の加熱温度を６０℃から９０℃の範囲で変化させて、貯湯槽６への蓄熱量を変化させる。
【００１０】
つぎに、風呂浴槽への給湯運転動作について説明する。風呂浴槽給湯信号により風呂浴槽１６への給湯が開始されると、冷媒回路５の運転を開始し、水回路９の設定加熱温度を３５℃〜４５℃とする。これにより冷媒回路５の圧縮比を小さくし、圧縮機１の消費電力を低減することができるため、効率の良い運転を行なうことができる。また、冷媒回路５の運転による給湯と同時に、貯湯槽６の温水も第１の混合弁１２を介し給湯回路１７に供給することにより、第２の混合弁１４で市水と混合され、所定温度（例えば３５℃〜４５℃）の温水の風呂浴槽１６への供給量を最大にすることができる。その結果、短時間で風呂浴槽１６への給湯を行なうことができる。
【００１１】
つぎに、貯湯槽６内の残湯量が少なくなった場合の給湯運転動作について説明する。給湯を繰り返して貯湯槽６内の残湯量が少なくなり、残湯温度センサー２３の出力が所定値以下になった場合、貯湯運転信号が発信され冷媒回路５が運転され、給湯温度センサー２２の出力値に従い、循環ポンプ７の流量を制御して、設定加熱温度で給湯を行ない、貯湯槽６に貯湯される。
冷媒回路５が運転されている貯湯運転中に給湯端末１５が開かれた場合、２方弁８が閉じられ、放熱器２で加熱された温水が第１の混合弁１２を経て、第２の混合弁１４で市水配管１３から流入する低温の市水と混合される。第２の混合弁１４では出湯温度センサー２４の出力値により、温水と市水の混合割合を調整し、所定の温度として給湯端末１５から給湯する。その場合、温水の使用が多く冷媒回路５だけでは加熱能力が不足する場合は、貯湯槽６からも温水を供給し、第１の混合弁１２で混合して給湯量を増加させる。そして、給湯端末１５が閉じられると、２方弁８を開き第１の混合弁１２を閉じて貯湯運転を継続する。
【００１２】
図２は、給湯負荷パターンの一例で、１日当りの給湯熱量は４９３２０ｋＪ（１１７８０ｋｃａｌ）、年間１８ＧＪ（４．３Ｇｃａｌ）と想定している（ＩＢＥＣ  Ｌモード相当）。
図３は、図２の給湯負荷パターンに対して、冬期の市水温度を５℃、貯湯槽６の容量を１００リットル、４５℃の加熱能力Ｑを１０ｋＷ、６５℃の加熱能力Ｑを８．９ｋＷとして上記のような運転を行なった場合の貯湯槽６の残湯量変化を試算したグラフである。
図４は、４５℃の加熱能力Ｑを５ｋＷ、１０ｋＷ、２０ｋＷとして上記のような運転を行なった場合の貯湯槽６の容量を試算したグラフである。ＩＢＥＣ  Ｌモード相当では、加熱能力１０ｋＷで９０リットル、２０ｋＷで５０リットルの貯湯槽６の容量が必要である。１日当りの給湯熱量は７３９７０ｋＪ（１７６７０ｋｃａｌ）、年間２７ＧＪ（６．４５Ｇｃａｌ）と想定した場合（ＩＢＥＣ  Ｌモードの１．５倍相当）、加熱能力１０ｋＷで１６０リットル、２０ｋＷで１１０リットルの貯湯槽６の容量が必要である。貯湯温度を８５℃としたＬモードでは、加熱能力１０ｋＷで貯湯槽６の容量は７０リットル、２０ｋＷで３２リットルに減少させることができる。
この様に想定給湯負荷とヒートポンプ給湯機の加熱能力により、貯湯槽６の容量を予測できるため、貯湯槽６の大きさをその容量以上にすれば、湯切れを起こすことはなくなる。
【００１３】
本実施例によれば、これらの運転により、給湯端末１５からの少量の給湯時に、冷媒回路５を運転することをなくし、給湯量の多い風呂浴槽１６へ給湯する場合と貯湯槽６の残湯が少なくなった場合に冷媒回路５を運転するため、圧縮機１の運転・停止回数を少なくして、機器の信頼性を高くすることができるとともに、貯湯槽６のサイズを小さくでき、短時間で風呂浴槽１６への給湯を完了することができる。
また、図５の様に２方弁８を３方弁１９に置き換え、給湯温度センサー２２の出力により３方弁１９を切り替えることにより、冷媒回路５の起動時など放熱器２出口の水の温度が低い場合は、放熱器２で加熱された水を貯湯槽６の下部に戻し、放熱器２で加熱された水の温度が設定された貯湯温度に近くなった場合に３方弁１９を切り替え、貯湯槽６の上部に温水を戻すようにすると、貯湯槽６内の水の温度を高く保つことができる。
【実施例２】
【００１４】
図６は、本発明の第２の実施例のヒートポンプ給湯機の構成図である。図１と同じ構成部材には同一符号を用い説明を省略する。
図６において、第２の混合弁１４の出口配管は給湯端末１５と接続され、第１の混合弁１２と第２の混合弁１４を接続する配管の分岐管と市水配管１３の分岐管を第３の混合弁２０を介して接続し、第３の混合弁２０の出口配管は風呂浴槽１６に接続されて給湯回路１７を構成している。２５は風呂出湯温度センサー、２６は室外気温を検出する外気温度センサーである。
【００１５】
以上のように構成されたヒートポンプ給湯機において、通常の運転時、給湯端末１５は第２の混合弁１４を介し、風呂浴槽１６は第３の混合弁１９を介して、それぞれ水回路９と市水配管１３に接続されているため、給湯端末１５と風呂浴槽１６に同時に給湯する場合、異なる温度で給湯できる。その他の給湯運転動作および作用は図１で説明した実施例１と同じであり、説明を省略する。
【００１６】
つぎに、貯湯槽６の残湯量が少なくなった場合の給湯運転について説明する。冷媒回路５の最大加熱能力Ｑは、室外気温や貯湯槽６から冷媒回路５に供給される水の温度により変化する。水の温度は外気温の変化とともに変化するため、最大加熱能力Ｑは、室外気温により変化すると考えられる。図７に４５℃で給湯する場合の外気温に対する最大加熱能力Ｑの関係を示す。
風呂浴槽１６への給湯時などの大量に給湯する場合等、貯湯槽６の残湯量が所定値より少なくなった時、温度センサー２１の出力値と、室外温度センサー２６の出力値により冷媒回路５の最大加熱能力Ｑを算出し、貯湯槽６の残湯量と冷媒回路５の最大加熱能力Ｑから算出される値により、貯湯槽６からの温水の供給量を減少させ、冷媒回路５での加熱能力を最大として水回路９からの温水の供給量を増加させる。さらに貯湯槽６の残湯量が少なくなった場合は貯湯槽６からの供給を停止し、水回路９からのみ温水を供給する。
例えば、貯湯槽６に８０℃で貯湯され、残湯量は９０リットル、室外気温が２℃、市水温度が５℃、風呂浴槽１６へ４３℃で１８０リットルの給湯を１８分で行なう場合について説明する。この時、ヒートポンプ給湯機の加熱温度４５℃における最大加熱能力は、図７より８ｋＷである。したがって、４５℃の湯を毎分２．８７リットル供給できる。
しかし、風呂浴槽１６へ４５℃で１８０リットルの給湯を１８分で行なう場合、毎分１０リットルの給湯が必要となる。この時の必要給湯能力は２７．９ｋＷであり、冷媒回路５だけの加熱能力では給湯能力が１９．９ｋＷ不足する。そこで、貯湯槽６から８０℃の温水を同時に供給し、第２の混合弁１４で５℃の市水と混合して給湯する。この時の貯湯槽６からの給湯量は毎分３．８リットルで、２０分間で７６リットルとなる。その結果、貯湯槽６の残湯量は２４リットルとなる。
この時、残湯温度センサー２３により、貯湯槽６の残湯量を検出して、残湯量が４０リットルとなった時に、貯湯槽６からの給湯量を毎分２リットルに減少させ、風呂浴槽１６への給湯量を毎分６．６リットルとする。さらに、貯湯槽６の残湯量が３０リットルとなった場合、貯湯槽６からの給湯を停止し、冷媒回路５からのみ給湯を行なう。その場合、給湯量は毎分２．８７リットルとなるため、風呂浴槽１６へ４５℃で１８０リットル給湯するのに要する時間は２３．９分となってしまう。しかし、残湯量が３０リットルあるため、風呂浴槽１６への給湯中に台所で給湯が行なわれたり（給湯量４２℃、１５．９リットルで、貯湯槽６から８０℃、７．９リットル給湯）、風呂浴槽１６への給湯直後にシャワーを使用されても（給湯量４２℃、４０リットルで、貯湯槽６から８０℃、１９．５リットル給湯）、充分な給湯量を確保することができる。
以上の様な運転を行なうことにより、風呂浴槽１６への給湯など大量に給湯した後でも、貯湯槽６の残湯量を一定量確保し、風呂浴槽１６への給湯直後に台所への給湯やシャワーの給湯が必要になった場合でも、湯切れを防止するだけでなく、充分な給湯流量を確保することができ、給湯負荷に充分対応した小型のヒートポンプ給湯機を提供できる。
【００１７】
以上のように、本実施例においては、冷媒回路の最大加熱能力Ｑを、温度センサー２１の出力値と室外温度センサー２６の出力値により算出することにより、貯湯槽６の残湯量が所定値より少なくなった場合に、貯湯槽６の残湯量と冷媒回路５の最大加熱能力Ｑから算出される割合になるように、貯湯槽６からの温水の供給量を減少させ、水回路９からの温水の供給量を増加させ、貯湯槽６の残湯量がさらに少なくなった場合は貯湯槽６からの供給を停止して水回路９からのみ温水を供給することにより、湯切れを起こすことがなく、給湯負荷に充分対応することができる。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
以上のように、本発明にかかるヒートポンプ給湯機は、小型で給湯負荷に充分対応可能となるので、狭い場所への設置ができ、家庭用だけでなく産業用のヒートポンプ給湯機等の用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施例１におけるヒートポンプ給湯機の構成図
【図２】本発明の実施例１におけるヒートポンプ給湯機の給湯負荷パターン
【図３】本発明の実施例１におけるヒートポンプ給湯機の残湯量変化のグラフ
【図４】本発明の実施例１におけるヒートポンプ給湯機の加熱能力と貯湯槽容量のグラフ
【図５】本発明の実施例１における他のヒートポンプ給湯機の構成図
【図６】本発明の実施例２におけるヒートポンプ給湯機の構成図
【図７】本発明の実施例２におけるヒートポンプ給湯機の室外気温と市水温度に対する最大加熱能力の性能グラフ
【図８】従来のヒートポンプ給湯機の構成図
【符号の説明】
【００２０】
１  圧縮機
２  放熱器
３  減圧装置
４  空気熱交換器
５  冷媒回路
６  貯湯槽
７  循環ポンプ
８  ２方弁
９  水回路
１０  給水管
１１  出湯管
１２  第１の混合弁
１３  市水配管
１４  第２の混合弁
１５  給湯端末
１６  風呂浴槽
１７  給湯回路
１８  給水弁
１９  ３方弁
２０  第３の混合弁
２１  温度センサー
２２  給湯温度センサー
２３  残湯温度センサー
２４  出湯温度センサー
２５  風呂出湯温度センサー
２６  外気温度センサー
【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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