(57)【要約】【課題】  貯湯タンク２１内の温水温度が高い場合においても、ヒートポンプによる沸き上げ動作を可能とする。【解決手段】  貯湯タンク２１から出た温水が熱交換器２３に入るまでの間に放熱器３３を設けて、温水の温度を低下させてから、熱交換器２３に入れることにより、ヒートポンプによる沸き上げが可能となる。また、貯湯タンク２１内の温水温度が低い場合には、放熱器３３を切替弁３４でバイパスさせることにより、熱効率を悪化させない。また、放熱器３３と蒸発器２６を近接させることにより、放熱器３３から出た熱を蒸発器２６で回収できるので、システムで失われる熱量を最小限にできる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と熱交換器と膨張弁と蒸発器で構成した冷凍サイクルを有するヒートポンプ部と、貯湯タンクと、前記熱交換器と貯湯タンクで形成する沸き上げ回路を有する給湯部を備えた給湯機であって、前記沸き上げ回路には貯湯タンクの湯を適温に調節する放熱器を設け、前記放熱器により最適化された湯を前記熱交換器に供給するようにした給湯機。
【請求項２】
放熱器をバイパスさせるバイパス経路を設け、前記放熱器側またはバイパス経路側に切り換える切換弁により、貯湯タンクから供給される湯温に応じて沸き上げ回路を変更するようにした請求項１記載の給湯機。
【請求項３】
放熱器と蒸発器を近接して設け、前記放熱器からの熱量を前記蒸発器で回収する構成とした請求項１または２記載の給湯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ給湯機の沸き上げ制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より冷凍サイクルを用いたヒートポンプ給湯機は提案されており、例えば冷凍サイクルを利用して貯湯タンク内に温水を貯留するものや、浴槽水を加熱する追い焚き機能を備えた給湯機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、浴槽水を加熱するために、貯湯タンク内に浴槽水加熱のためのふろ熱交換器を内蔵し、電気料金の安い夜間に貯留した温水を利用したふろ追い焚き機能も提案されている。
【０００４】
以下、図２に基づき、従来のヒートポンプ給湯機について説明する。図２において、１は貯湯タンク、２は沸き上げポンプ、３は熱交換器、３Ａは熱交換器３の給湯側入口、３Ｂは熱交換器３の給湯側出口、３Ｃは熱交換器３のヒートポンプ側入口、３Ｄは熱交換器３のヒートポンプ側出口、４は圧縮機、５は膨張弁、６は蒸発器、７は送風機、８はふろ熱交換器、９はふろポンプ、１０は給水配管、１１は給湯配管、１２は浴槽である。
【０００５】
圧縮機４と、熱交換器３、膨張弁５、蒸発器６で冷凍サイクルが構成され、ヒートポンプ部となる。
【０００６】
まず、冷凍サイクルを説明すると、送風機７で大気熱を蒸発器６に集める。蒸発器６には、膨張弁５から低温・低圧の液体の冷媒が送られ、この冷媒が大気熱から熱を奪い、蒸発して低温・低圧のガスになる。この低温・定圧のガスは、圧縮機４で圧縮されて高温・高圧のガスになる。高温・高圧のガスが熱交換器３を通過するとき、沸き上げポンプ２で送られてきた貯湯タンク１下部の水に熱を与え（熱交換）、ガスの温度が低下する。そして、膨張弁５で蒸発しやすくするため減圧する。このサイクルにより、お湯を沸き上げる。
【０００７】
沸き上げポンプ２で送られてきた貯湯タンク１下部の水が熱交換器３で加温され、貯湯タンク１の上部に戻る。この部分が、給湯部である。沸き上げられたお湯は、給湯配管１１から給湯される。一般的に、貯湯タンク１に貯めるお湯の温度は、なるべく小さい貯湯タンク容量でたくさんの熱量を貯める事ができるように、最高９０℃程度で貯湯される。
【０００８】
また、浴槽水を加温する場合は、ふろポンプ９を駆動し、ふろ熱交換器８で加温され、浴槽１２に戻る。
【特許文献１】特開２００２−１３０８１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら上記従来の風呂追い焚き機能を有する給湯機では、浴槽水を加温するため貯湯タンク１内に設けた風呂熱交換器に浴槽水を循環させるため、貯湯タンク１内の熱量が使われ、貯湯タンク１内の湯温が７０℃あるいは６０℃に低下する場合がある。また、沸き上げた９０℃のお湯を長時間使わずに放置すると、同様に貯湯タンク１内の温水温度が低下する。
【００１０】
この場合、貯湯タンク１内の少し冷めたお湯（例えば６０℃）を再度沸かそうとした場合、熱交換器３の給湯側入口３Ａの温度が６０℃となる。この場合、熱交換器３でヒートポンプ側から給湯側に熱交換される熱量が低下し、ヒートポンプ側の冷媒の温度および圧力が高くなる。このような状態が続くと、ヒートポンプ回路の寿命の低下や故障の要因となる。よって従来は、熱交換器３の給湯側入口温度が一定温度（例えば６０℃）になると、ヒートポンプの運転を停止していた。その結果、貯湯タンク１のお湯がぬるいまま（６０℃）となり、ふろ熱交換器２８による浴槽水の加温能力が低下したり、貯湯タンク１で貯湯される熱量が少なくなってしまうという課題があった。
【００１１】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、貯湯タンク１内の温水温度が高い場合でも沸き上げることができる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】
【００１２】
上記従来の課題を解決するため本発明の給湯機は、圧縮機と熱交換器と膨張弁と蒸発器で構成した冷凍サイクルを有するヒートポンプ部と、貯湯タンクと、前記熱交換器と貯湯タンクで形成する沸き上げ回路を有する給湯部を備えた給湯機であって、前記沸き上げ回路には貯湯タンクの湯を適温に調節する放熱器を設け、前記放熱器により最適化された湯を前記熱交換器に供給するようにしたものである。
【００１３】
上記発明によれば、貯湯タンク内に中途半端な温度の湯が残ったとしても、この湯を沸き上げ回路に流すことで、放熱器により熱交換を行い強制的に温水の温度を低下させるので、熱交換器にはヒートポンプ回路が動作可能な最適化された湯を供給することができ、貯湯タンク内の湯を希望の温度に沸き上げることができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように本発明によれば、貯湯タンクの温水温度が高い場合にも設定温度までヒートポンプによる沸き上げ動作ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
第１の発明は、圧縮機と熱交換器と膨張弁と蒸発器で構成した冷凍サイクルを有するヒートポンプ部と、貯湯タンクと、前記熱交換器と貯湯タンクで形成する沸き上げ回路を有する給湯部を備えた給湯機であって、前記沸き上げ回路には貯湯タンクの湯を適温に調節する放熱器を設け、前記放熱器により最適化された湯を前記熱交換器に供給するようにしたことを特徴とするものであり、貯湯タンク内に中途半端な温度の湯が残ったとしても、この湯を沸き上げ回路に流すことで、放熱器により熱交換を行い強制的に温水の温度を低下させるので、熱交換器にはヒートポンプ回路が動作可能な最適化された湯を供給することができ、貯湯タンク内の湯を希望の温度に沸き上げることができる。
【００１６】
第２の発明は、放熱器をバイパスさせるバイパス経路を設け、前記放熱器側またはバイパス経路側に切り換える切換弁により、貯湯タンクから供給される湯温に応じて沸き上げ回路を変更するようにしたことを特徴とするものであり、熱交換器の給湯側入口に流れ込む温水の温度が高い場合のみ、放熱器を通すことで、熱交換器の給湯側入口に流れ込む温水の温度を低下させることができ、熱交換器の給湯側入口に流れ込む温水の温度が低い場合には、放熱器をバイパスさせることで不要な放熱を防止でき、省エネ効果が期待できる。
【００１７】
第３の発明は、放熱器と蒸発器を近接して設け、放熱器からの熱量を蒸発器で回収する構成としたことを特徴とするものであり、貯湯タンク１内の温水温度が高く、放熱器で放熱させなければならない場合でも、その熱を蒸発器が回収するので、放熱によるエネルギーの無駄を最小限に抑えることができる。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における給湯機のシステム図である。
【００１９】
図において、２１は貯湯タンク、２２は貯湯タンク２１の下部の水を吸い出す沸き上げポンプ、２３はヒートポンプで集熱した熱を給湯側に伝える熱交換器、２３Ａは熱交換器２３の給湯側入口、２３Ｂは熱交換器２３の給湯側出口、２３Ｃは熱交換器２３のヒートポンプ側入口、２３Ｄは熱交換器２３のヒートポンプ側出口、２４は圧縮機、２５は膨張弁、２６は蒸発器、２７は送風機、２８は貯湯タンク１内に設けたふろ熱交換器、２９はふろポンプ、３０は給水配管、３１は給湯配管、３２は浴槽、３３は蒸発器２６に近接させた放熱器、３４は沸き上げポンプ２２からでた温水を放熱器３３に通すか、バイパスさせるかを切り換える切換弁、３５は放熱器３３をバイパスするバイパス配管、３６は切替弁３４の入水側に設けられた温度センサーＡ、３７は熱交換器２３の給湯側入口に設けられた入口温度センサー、３８は熱交換器２３の給湯側出口に設けられた出口温度センサー、３９は放熱器３３と蒸発器２６の空間を囲む導風板である。なお、ヒートポンプ部は、圧縮機２４と熱交換器２３と膨張弁２５と蒸発器２６で構成されている。また、給湯部は、貯湯タンク２１の下部から供給される湯を熱交換器２３を経由して貯湯タンク２１の上部に戻す沸き上げ回路２１ａと、温度センサーＡ３６と、沸き上げポンプ２２と、切替弁３４と、放熱器３３と、バイパス配管３５と、入口温度センサー３７と、熱交換器２３と、出口温度センサー３８で構成されている。
【００２０】
以上のように構成された給湯機について、以下その動作、作用を説明する。
【００２１】
まず、圧縮機２４と、熱交換器２３、膨張弁２５、蒸発器２６で冷凍サイクルが構成される。熱交換器２３のヒートポンプ側入口２３Ｃには、高温高圧の冷媒が入ってくるので、熱交換器２３の給湯側に水を流せば、沸き上げることができる。
【００２２】
貯湯タンク２１内部が全て水（例えば２０℃）の場合を説明する。沸き上げポンプ２２で貯湯タンク２１下部の水を吸い出して沸き上げ回路２１ａに供給し、まず、切替弁３４に送る。この時、温度センサーＡ３６が湯温を検知し、その湯温が６０℃未満なので、切替弁３４はバイパス配管３５側に流路を切り替える。バイパス配管３５を通ってきた水は、熱交換器２３の給湯側入口２３Ａから熱交換器２３に入り、ヒートポンプ回路で集熱された熱と熱交換され、熱交換器２３の給湯側出口２３Ｂから加温された温水が出てくる。加温された温水の温度は、出口温度センサー３８で検知される。この温度が９０℃になるように沸き上げポンプ２２の回転数を制御する。以上のように沸き上げが行われる。
【００２３】
このように、貯湯タンク２１下部の水温、すなわち、温度センサーＡ３６で検知する水温が低いときは、切替弁３４をバイパス配管３５側に切り替えることにより、放熱器３３で放熱することなしに沸き上げることができるので、従来と変わらず、効率よく沸き上げることができる。
【００２４】
浴槽水の加温を行う場合は、ふろポンプ２９を駆動し、浴槽水をふろ熱交換器２８に送り、加温された浴槽水を浴槽３２に戻すことで行われる。
【００２５】
浴槽水の加温を行えば、当然、貯湯タンク２１内の温水温度も低下する。また、９０℃まで沸き上げたお湯を長時間放置しても同様に温度低下をする。長時間放置による温度低下は、外気温や貯湯タンク２１の断熱構成によって左右されるが、１時間当たり０．５℃とすると、４８時間で２４℃の温度低下となり、９０℃のものが６６℃となる。通常、毎日お湯を使っていれば、使ったお湯の分だけ、貯湯タンク２１の下部には水が入り、毎日沸き上げることができる。しかし、旅行などで外出した場合は、お湯を使わないのでこの状態になる。
【００２６】
仮に貯湯タンク２１の温水温度が６６℃の場合を説明する。沸き上げポンプ２２を駆動すると、貯湯タンク２１から６６℃の温水が流れてくる。温度センサーＡ３６は、６６℃を検知し、切替弁３４を放熱器３３側に切り替える。放熱器３３では、６６℃の温水を送風機２７の風を受け、冷却する。例えば、６６℃を１０℃冷却して５６℃にすれば、熱交換器２３の給湯側入口２３Ａの温度が６０℃未満となるので、熱交換器２３で９０℃まで沸き上げることができる。
【００２７】
放熱器３３で放熱する熱量は、送風機２７で制御することができる。条件としては、熱交換器２３の給湯側入口２３Ａの温度を６０℃未満にすることである。よって、入口温度センサー３７で検知する温度が６０℃未満となるよう、送風機２７を制御すればよい。
【００２８】
このように、放熱器３３を設けたことにより、貯湯タンク２１内の温水温度に関わらず、希望の温度に沸き上げることができる。
【００２９】
また、放熱器３３と蒸発器２６は近接させ、放熱器３３から出た熱を蒸発器２６で回収する。これによりシステム全体で失われる熱量が少なくすることができる。放熱器３３と蒸発器２６の間を導風板３９で囲っているので、放熱器３３で出た熱は、他へ逃げることなく蒸発器２６に導かれるので効率が良くなる。
【００３０】
なお、送風機２７は放熱器３３と蒸発器２７の兼用である。よって、切替弁３４でバイパス配管３５に切り替えて沸き上げる場合も、放熱器３３は放熱器としては作用していないが、その風は蒸発器２６に導かれ、集熱に用いられる。
【００３１】
なお、放熱器３３の放熱が蒸発器２６に導かれる構成ならば、送風機２７は、放熱器３３用と蒸発器２７用にそれぞれ設けても構わないことは、言うまでもない。
【００３２】
なお、温度センサーＡ３６と入口温度センサー３７を別々に設けたが、入口温度センサー３７で兼用することもできる。つまり、温度センサーＡ３６で貯湯タンク２１の下部から流れ出る温水の温度を検知する代わりに、切替弁３４をまずバイパス配管３５側に切り替えて、入口温度センサー３７で温水の温度を検知し、その温度が６０℃以上であれば、切替弁３７を放熱器３３側に切り替える方法でもよい。
【００３３】
なお、本実施例は、熱交換器２３の給湯側入口２３Ａの温度が６０℃以上でヒートポンプ運転を停止するシステムで説明したが、この６０℃という温度は、ヒートポンプに用いる冷媒の特性や、熱交換器２３の特性や、沸き上げポンプ２２の能力等多岐にわたる要因によって決まる。よって、６０℃に限定されるものではないことは言うまでもない。
【００３４】
なお、切替弁３４は三方弁を用いた説明を行ったが、放熱器３３側とバイパス配管３５側にそれぞれ弁を設け、どちらかの弁を開け、もう一方の弁を閉じることでも構成できる。
【００３５】
なお、切替弁３４で放熱器３３側とバイパス配管３５側のどちらかを選択（切替）するようにしたが、放熱器３３側とバイパス配管３５側の流量比率を変化させ、その結果、熱交換器２３の給湯側入口２３Ａの温度を低下させても、同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
以上のように、本発明に係る給湯機は、貯湯タンクの温水温度が高い場合でも湯温を調節して最適化した温水を熱交換器に供給するため、ヒートポンプサイクルを効率的に運転することができ、常に設定温度まで沸き上げることが可能となることで、ヒートポンプサイクルを熱源とした給湯機、特に、ＣＯ2を冷媒とした超臨界ヒートポンプサイクルに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態１における給湯機のシステム図
【図２】従来の給湯機のシステム図
【符号の説明】
【００３８】
２１  貯湯タンク
２１ａ  沸き上げ回路
２２  切替弁
２３  熱交換器
２４  圧縮機
２５  膨張弁
２６  蒸発器
３３  放熱器
【図１】
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【図２】
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