(57)【要約】【課題】ヒートポンプ式給湯機を分割することによって搬送性と設置性の向上を図ることを目的とする。【解決手段】第一冷媒回路と第二冷媒回路と、第一放熱器と熱交換を行う第一水流路と、第二放熱器と熱交換を行う第二水流路と給湯回路とを備え、第一冷媒回路と第一水流路を第一の箱体に収容し、第二冷媒回路と第二水流路を第二の箱体に収容する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも圧縮機、給湯用熱交換器、絞り装置、蒸発器を順次接続した冷媒回路と、貯湯槽、循環ポンプ、前記給湯用熱交換器を順次接続した給湯回路を備え、前記給湯用熱交換器に流入する給湯水と外気とを熱交換する第一補助熱交換器を設けたことを特徴とするヒートポンプ給湯装置。
【請求項２】
前記第一補助熱交換器は前記蒸発器と一体に構成していることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項３】
前記第一補助熱交換器を流れる給湯水の一部または全部をバイパスするバイパス弁を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項４】
前記給湯用熱交換器に流入する給湯水の温度を検知する入水温度センサーとバイパス弁の開閉を制御する制御装置を設け、前記入水温度センサーで検知した入水温度が設定値以上の場合に前記バイパス弁を閉止方向に動作させ、バイパス量を減少させるように制御させることを特徴とする請求項３記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項５】
前記給湯用熱交換器に流入する給湯水の温度を検知する入水温度センサーと外気温度を検知する外気温度センサーとバイパス弁の開閉を制御する制御装置を設け、前記外気温度センサーで検知した外気温度と入水温度センサーで検知した入水温度との温度差が設定値以上の場合に前記バイパス弁を閉止方向に動作させ、バイパス量を減少させるように制御させることを特徴とする請求項３記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項６】
少なくとも圧縮機、給湯用熱交換器、絞り装置、蒸発器を順次接続した冷媒回路と、貯湯槽、循環ポンプ、前記給湯用熱交換器を順次接続した給湯回路を備え、前記給湯用熱交換器に流入する給湯水と、前記絞り装置と前記圧縮機の間の冷媒とを熱交換する第二補助熱交換器を設けたことを特徴とするヒートポンプ給湯装置。
【請求項７】
前記第二補助熱交換器を流れる給湯水の一部または全部をバイパスするバイパス弁を設けたことを特徴とする請求項６記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項８】
前記給湯用熱交換器に流入する給湯水の温度を検知する入水温度センサーとバイパス弁の開閉を制御する制御装置を設け、前記入水温度センサーで検知した入水温度が設定値以上の場合に前記バイパス弁を閉止方向に動作させ、バイパス量を減少させるように制御させることを特徴とする請求項７記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項９】
冷媒として炭酸ガスを用いたことを特徴とする請求項１から８いずれか１項記載のヒートポンプ給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は貯湯式のヒートポンプ給湯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のヒートポンプ給湯装置は、図３に示すものがある（たとえば特許文献１参照）。図３は従来のヒートポンプ給湯機のブロック図である。図３において、圧縮機１、給湯用熱交換器２、絞り装置３、蒸発器４からなる冷媒循環回路と、貯湯槽５、循環ポンプ６、前記給湯用熱交換器２、補助加熱器１９を接続した給湯回路からなり、前記圧縮機１より吐出された高温高圧の過熱ガス冷媒は前記給湯用熱交換器２に流入し、ここで前記循環ポンプ６から送られてきた給湯水を加熱する。そして、凝縮液化した冷媒は前記絞り装置３で減圧され、前記蒸発器４に流入し、ここで大気熱を吸熱して蒸発ガス化し、前記圧縮機１にもどる。一方、前記給湯用熱交換器２で加熱された湯は前記貯湯槽５の上部に流入し、上から次第に貯湯されていく。そして、前記給湯用熱交換器２の入口水温が設定値に達すると水温検知器２０が検知し、前記圧縮機１によるヒートポンプ運転を停止して、前記補助加熱器１９の単独運転に切り換えるものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のような従来の構成では、沸き上げ運転時間の経過とともに貯湯槽５内の湯と水の接する部分で湯水混合層が生じ、その層は次第に拡大していく。これは、高温湯と低温水の熱伝導および対流により発生するものであり、高温湯から低温水へ伝熱されその境界部分で高温湯は温度低下し、逆に低温水は温度上昇する。従って、沸き上げ運転完了近くになると、前記給湯用熱交換器２に流入する水温は高くなるため、前記圧縮機１の吐出圧力および吐出温度が上昇して、前記圧縮機１のモータの巻線温度の上昇など前記圧縮機１の耐久性が課題となる。そのため、前記給湯用熱交換器に流入する水温が低い状態で運転を停止していたため、前記貯湯槽５の下部が低温の水の状態で運転を停止することになり、前記貯湯槽５の湯容量を有効に利用できず、そのため、貯湯熱量は減少していた。また、貯湯熱量を増加するため、ヒートポンプ運転を停止した後、補助加熱器１９の単独運転で貯湯熱量を増加する場合には、電気ヒータで加熱するため、消費電力が大きくなり、効率が悪くなっていた。
【０００４】
また、上記のような従来の構成では、外気温度が水温より高い場合にも、外気の熱量を有効に利用する手段がなく、外気温温度が高く、水温が低い場合にも消費電力が比較的高くなっていた。
【０００５】
本発明は前記従来の課題を解決するものであり、圧縮機の異常温度上昇もなく、低消費電力量で貯湯槽の下部まで高温湯を貯湯し、貯湯槽の容量を有効に利用可能とすることである。
【０００６】
また、本発明の他の目的は、外気温度が水温より高い場合に、外気の熱量を有効に利用して、消費電力を抑えた運転が可能なヒートポンプ給湯機を提供することである。
【特許文献１】特開昭６０−１６４１５７号公報
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、給湯用熱交換器に流入する給湯水と外気とを熱交換する第一補助熱交換器を設けたものである。これによって、沸き上げ運転完了近くになって入水温度が高くなった場合にも、外気と熱交換して
入水温度を下げることができ、冷媒回路の圧縮機の吐出圧力を減少させることができる。
【０００８】
また、本発明のヒートポンプ給湯装置は、外気温度と入水温度との温度差が設定値以上の場合にバイパス量を減少させるように制御させたものである。これによって、外気温度が水温より高い場合に、外気の熱量を利用して入水温度を高めることができ、所望の温度まで給湯水を昇温させるのに必要な消費電力を抑えた運転が可能となる。
【０００９】
また、本発明のヒートポンプ給湯装置は、給湯用熱交換器に流入する給湯水と、前記絞り装置と前記圧縮機の間の冷媒とを熱交換する第二補助熱交換器を設けたものである。これによって、沸き上げ運転完了近くになって入水温度が高くなった場合にも、冷媒回路の低温側と熱交換して入水温度を下げることができ、冷媒回路の圧縮機の吐出圧力を減少させることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のヒートポンプ給湯装置は、冷媒回路の圧縮機の吐出圧力や吐出温度を低減しながら、給湯水を容易に高温に加熱することができ、ヒートポンプを安全にかつ高効率で運転できる。また、貯湯槽の下部まで高温湯を貯湯でき、貯湯槽の容量を有効に利用できる効果がある。
【００１１】
また、外気の熱量を有効に利用して、入水温度を高めることができ、消費電力を抑えた高効率な運転ができる効果がある。
【００１２】
また、入水温度を低減できるので、安全にかつ高効率で給湯水をより高温に加熱することができ、貯湯熱量を増大できる効果がある。
【００１３】
また、冷媒として炭酸ガスを用いたので、給湯水の高温化を高効率で実現すると共に、冷媒が外部に漏れた場合にも、地球温暖化への影響は非常に少なくなるなどの効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
第１の発明は、少なくとも圧縮機、給湯用熱交換器、絞り装置、蒸発器を順次接続した冷媒回路と、貯湯槽、循環ポンプ、前記給湯用熱交換器を順次接続した給湯回路を備え、前記給湯用熱交換器に流入する給湯水と外気とを熱交換する第一補助熱交換器を設けたので、沸き上げ運転完了近くになって入水温度が高くなった場合にも、外気と熱交換して入水温度を下げることができるので、冷媒回路の圧縮機の吐出圧力や吐出温度を低減しながら、給湯水を容易に高温に加熱することができ、ヒートポンプを安全にかつ高効率で運転できる。また、貯湯槽の下部まで高温湯を貯湯でき、貯湯槽の容量を有効に利用できる。
【００１５】
第２の発明は、第１の発明の第一補助熱交換器を蒸発器と一体に構成したので、外気と熱交換する場合に、蒸発器のファンを共用で利用できるので、部品点数を削減できる。
【００１６】
第３の発明は、第１の発明の第一補助熱交換器を流れる給湯水の一部または全部をバイパスするバイパス弁を設けたので、入水温度が低い場合には、第一補助熱交換器に給湯水を流れないようにすることができ、給湯熱量を余分に必要としない。
【００１７】
第４の発明は、第３の発明の給湯用熱交換器に流入する給湯水の温度を検知する入水温度センサーとバイパス弁の開閉を制御する制御装置を設け、前記入水温度センサーで検知した入水温度が設定値以上の場合に前記バイパス弁を閉止方向に動作させ、バイパス量を減少させるように制御させるようにしたので、給湯用熱交換器に流入する入水温度を一定に保ち、ヒートポンプを安全に高効率で運転することができる。
【００１８】
第５の発明は、第３の発明の給湯用熱交換器に流入する給湯水の温度を検知する入水温度センサーと外気温度を検知する外気温度センサーとバイパス弁の開閉を制御する制御装置を設け、前記外気温度センサーで検知した外気温度と入水温度センサーで検知した入水温度との温度差が設定値以上の場合に前記バイパス弁を閉止方向に動作させ、バイパス量を減少させるように制御したので、外気温度が水温より高い場合に、外気の熱量を利用して入水温度を高めることができ、所望の温度まで給湯水を昇温させるのに必要な消費電力を抑えた運転ができる。
【００１９】
第６の発明は、少なくとも圧縮機、給湯用熱交換器、絞り装置、蒸発器を順次接続した冷媒回路と、貯湯槽、循環ポンプ、前記給湯用熱交換器を順次接続した給湯回路を備え、前記給湯用熱交換器に流入する給湯水と、前記絞り装置と前記圧縮機の間の冷媒とを熱交換する第二補助熱交換器を設けたので、沸き上げ運転完了近くになって入水温度が高くなった場合にも、温度の低い冷媒回路の低温側と熱交換して入水温度を確実に下げることができ、冷媒回路の圧縮機の吐出圧力を減少させて、安全にかつ高効率で給湯水をより高温に加熱することができ、貯湯熱量を増大できる。
【００２０】
第７の発明は、第６の発明の補助熱交換器を流れる給湯水の一部または全部をバイパスするバイパス弁を設けたので、入水温度が低い場合には、第二補助熱交換器に給湯水を流れないようにすることができ、給湯熱量を余分に必要としない。
【００２１】
第８の発明は、第７の発明の給湯用熱交換器に流入する給湯水の温度を検知する入水温度センサーとバイパス弁の開閉を制御する制御装置を設け、前記入水温度センサーで検知した入水温度が設定値以上の場合に前記バイパス弁を閉止方向に動作させ、バイパス量を減少させるように制御させたので、給湯用熱交換器に流入する入水温度を一定に保ち、ヒートポンプを安全に高効率で運転することができる。
【００２２】
第９の発明は、第１から８の発明の冷媒回路の冷媒として炭酸ガスを用いたので、給湯水の高温化を高効率で実現すると共に、冷媒が外部に漏れた場合にも、地球温暖化への影響は非常に少なくなる。
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２４】
なお、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】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の構成図を示すものである。
【００２６】
図１において、圧縮機３１、給湯用熱交換器３２、絞り装置３３、蒸発器３４を順に環状に接続し、冷媒として炭酸ガスを封入して冷媒循環回路を形成し、蒸発器３４は外気を送風するためのファン３５を備えている。また、貯湯槽３６、循環ポンプ３７、給湯用熱交換器３２を順に接続した給湯回路を形成しており、圧縮機３１より吐出された高温高圧の過熱ガス冷媒は給湯用熱交換器３２に流入し、ここで循環ポンプ３７から送られてきた給湯水を加熱するようになっている。
【００２７】
さらに、循環ポンプ３７と給湯用熱交換器３２との間にはバイパス弁３８とバイパス回路３９が設けられ、バイパス回路３９の途中には循環ポンプ３７を出た給湯水を外気と熱
交換する第一補助熱交換器４０が設けられ、第一補助熱交換器４０はファン３５の送風によって外気と熱交換できるようになっており、また、第一補助熱交換器４０は、蒸発器３４と一体に構成され、たとえばフィンチューブ式熱交換器の一部のチューブを補助熱交換器４０に用いている。
【００２８】
また、給湯用熱交換器３２に流入する入水温度を検知する入水温度センサー４１と外気温度を検知する外気温度センサー４２を設けてあり、各々の温度があらかじめ設定しある温度と比較して、バイパス弁の開閉を制御する制御装置４３を設置している。
【００２９】
以上のように構成されたヒートポンプ給湯装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００３０】
圧縮機３１で高温高圧の超臨界状態に圧縮された冷媒（炭酸ガス）は、給湯用熱交換器３２で給湯回路を流れる水と熱交換し、自らは中温高圧の冷媒となり、絞り装置３３で減圧された後、蒸発器３４に流入し、ここでファン３５で送風された外気と熱交換して蒸発ガス化し、圧縮機１にもどる。一方、循環ポンプ３７で送られた給湯水は給湯用熱交換器３２で加熱され、生成した湯は貯湯槽３６の上部に流入し、上から次第に貯湯されていく。
【００３１】
一方、沸き上げ運転時間の経過とともに貯湯槽３６内の湯と水の接する部分で湯水混合層が生じ、その層は貯湯槽３６の下部にに拡大し、沸き上げ運転完了近くになると、貯湯槽３６下部より循環ポンプ３７を経て給湯用熱交換器３２に流入する水温は高くなってくる。
【００３２】
この場合、入水温度センサー４１で検知した入水温度が制御装置４３にあらかじめ設定してある温度よりも上昇した場合には、バイパス弁３８を開放する方向に動作させる。こうすることにより、循環ポンプ３７を出た比較的高温の給湯水はその一部がバイパス回路３９へと流れる。
【００３３】
バイパス回路３９を流れる比較的高温の給湯水は、第一補助熱交換器４０に流入し、ここでファン３５で送風された外気と熱交換して、冷却され、再び給湯回路に戻り、温度の下がった状態で給湯用熱交換器３２に流入する。
【００３４】
こうすることにより、沸き上げ運転完了近くになって入水温度が高くなった場合にも、外気と熱交換して入水温度を下げることができ、冷媒回路の圧縮機３１の吐出圧力を減少させることができ、ヒートポンプ給湯装置を安全にかつ高効率で運転することができる。また、貯湯槽３６の下部まで高温湯を貯湯でき、貯湯槽３６の容量を有効に利用できる効果がある。
【００３５】
一方、外気温度センサー４２で検知した外気温度と入水温度センサー４１で検知した入水温度との温度差が制御装置４３にあらかじめ設定してある温度よりも高い場合には、バイパス弁３８を開放する方向に動作させる。こうすることにより、循環ポンプ３７を出た低温の給湯水はバイパス回路３９へと流れる。
【００３６】
バイパス回路３９を流れる低温の給湯水は、第一補助熱交換器４０に流入し、ここでファン３５で送風された温度の高い外気と熱交換して、加熱され、再び給湯回路に戻り、温度の上がった状態で給湯用熱交換器３２に流入する。
【００３７】
こうすることにより、外気温度が水温より高い場合に、外気の熱量を利用して入水温度を高めることができ、所望の温度まで給湯水を昇温させるのに必要な消費電力を抑えた運
転が可能となるものである。
【００３８】
なお、本実施の形態では、第一補助熱交換器４０は、蒸発器３４と一体に構成され、たとえばフィンチューブ式熱交換器の一部のチューブを補助熱交換器４０に用いた場合を示したが、外気と熱交換できる形態であればよく、これに限定されるものではない。
【００３９】
また、バイパス弁３８の代わりに、バイパス回路３９側に流量制御弁を設置してもよく、バイパス回路３９への流量を制御できる構成であれば、どのような構成も本発明に含まれるものである。
【００４０】
（実施の形態２）
図２は、本発明の第２の実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の構成図を示すものである。
【００４１】
図２において、図１と同様の冷媒循環回路と給湯回路を形成しており、圧縮機３１より吐出された高温高圧の過熱ガス冷媒は給湯用熱交換器３２に流入し、ここで循環ポンプ３７から送られてきた給湯水を加熱するようになっている。
【００４２】
さらに、循環ポンプ３７と給湯用熱交換器３２との間にはバイパス弁３８とバイパス回路３９が設けられ、バイパス回路３９の途中には循環ポンプ３７を出た給湯水を絞り装置３３と蒸発器３４との間の低温冷媒とを熱交換する第二補助熱交換器５１が設けられ、たとえば二重管式熱交換器などを用いている。
【００４３】
また、給湯用熱交換器３２に流入する入水温度を検知する入水温度センサー４１を設けてあり、入水温度があらかじめ設定しある温度と比較して、バイパス弁３８の開閉を制御する制御装置５２を設置している。
【００４４】
以上のように構成されたヒートポンプ給湯装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００４５】
圧縮機３１で高温高圧の超臨界状態に圧縮された冷媒（炭酸ガス）は、給湯用熱交換器３２で給湯回路を流れる水と熱交換し、自らは中温高圧の冷媒となり、絞り装置３３で減圧された後、蒸発器３４に流入し、ここでファン３５で送風された外気と熱交換して蒸発ガス化し、圧縮機３１にもどる。一方、循環ポンプ３７で送られた給湯水は給湯用熱交換器３２で加熱され、生成した湯は貯湯槽３６の上部に流入し、上から次第に貯湯されていく。
【００４６】
一方、沸き上げ運転時間の経過とともに貯湯槽３６内の湯と水の接する部分で湯水混合層が生じ、その層は貯湯槽３６の下部にに拡大し、沸き上げ運転完了近くになると、貯湯槽３６下部より循環ポンプ３７を経て給湯用熱交換器３２に流入する水温は高くなってくる。
【００４７】
この場合、入水温度センサー４１で検知した入水温度が制御装置５２にあらかじめ設定してある温度よりも上昇した場合には、バイパス弁３８を開放する方向に動作させる。こうすることにより、循環ポンプ３７を出た比較的高温の給湯水はその一部がバイパス回路３９へと流れる。
【００４８】
バイパス回路３９を流れる比較的高温の給湯水は、第二補助熱交換器５１に流入し、ここで絞り装置３３と蒸発器３４との間の低温冷媒と熱交換して、冷却され、再び給湯回路に戻り、温度の下がった状態で給湯用熱交換器３２に流入する。
【００４９】
こうすることにより、沸き上げ運転完了近くになって入水温度が高くなった場合にも、外気と熱交換して入水温度を下げることができ、冷媒回路の圧縮機３１の吐出圧力を減少させることができ、ヒートポンプ給湯装置を安全にかつ高効率で運転することができる。
【００５０】
また、貯湯槽３６の下部まで高温湯を貯湯でき、貯湯槽３６の容量を有効に利用できる効果がある。
【００５１】
なお、本実施の形態では、第一補助熱交換器４０は、二重管式熱交換器の場合を示したが、冷媒と給湯水が間接的に熱交換できる形態であればよく、これに限定されるものではない。
【００５２】
また、バイパス弁３８の代わりに、バイパス回路３９側に流量制御弁を設置してもよく、バイパス回路３９への流量を制御できる構成であれば、どのような構成も本発明に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
以上のように、本発明にかかるヒートポンプ給湯装置は、冷媒回路の圧縮機の吐出圧力や吐出温度を低減しながら、給湯水を容易に高温に加熱することができが可能となるので、高温を得るヒートポンプ給湯機や高温風を得る空調機等の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施の形態１におけるのヒートポンプ給湯装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態２におけるヒートポンプ給湯装置の構成図
【図３】従来のヒートポンプ給湯装置の構成図
【符号の説明】
【００５５】
３１  圧縮機
３２  給湯用熱交換器
３３  絞り装置
３４  蒸発器
３５  ファン
３６  貯湯槽
３７  循環ポンプ
３８  バイパス弁
３９  バイパス回路
４０  第一補助熱交換器
５１  第二補助熱交換器
４１  入水温度センサー
４２  外気温度センサー
４３、５２  制御装置
【図１】
2005226859.tif 000003
【図２】
2005226859.tif 000004
【図３】
2005226859.tif 000005