(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と放熱器と絞り手段と蒸発器とを順に接続し形成したヒートポンプ冷媒回路と、前記放熱器と前記絞り手段とを接続する配管をバイパスする第１バイパス回路と、前記放熱器に接続され、前記放熱器により加熱された湯を貯湯する貯湯槽を有する給湯回路と、前記圧縮機と前記放熱器との接続配管をバイパスする第２バイパス回路と、前記第１バイパス回路と前記第２バイパス回路とを接続する蓄熱器と、前記第１バイパス回路に設けた第１回路切り換え手段と、前記第２バイパス回路に設けた第２回路切り換え手段と、前記放熱器の入口温度検知手段と、前記放熱器の出口温度検知手段とを備え、前記入口温度検知手段と前記出口温度検知手段の検出値に基づいて、前記第１回路切り換え手段と前記第２回路切り換え手段とを制御する構成としたことを特徴とする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、給湯、暖房および乾燥等に利用するヒートポンプ給湯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のヒートポンプ給湯装置は、圧縮機と放熱器と絞り手段と蒸発器からなる冷媒回路と、放熱器と循環ポンプと貯湯槽からなる給湯回路で構成し、循環ポンプにより放熱器で得た熱を貯湯槽に運び熱として蓄え、必要に応じ貯湯槽から取り出した高温の水と給水とを混合弁で所定の温度に混合して給湯などの熱負荷に供していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図６は、特許文献１に記載された従来のヒートポンプ給湯装置を示すものである。図６に示すように、圧縮機１と、放熱器２と、絞り手段３と、蒸発器４と、循環ポンプ５と貯湯槽６と混合弁７とから構成されている。
【特許文献１】特開２００３−２４７７５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の構成では、蓄熱運転時には貯湯槽内の温度が上部より順に上昇するため循環ポンプで放熱器に送られる循環水の温度も時間経過とともに上昇し、ヒートポンプ冷媒回路の放熱器を出る冷媒の温度をあげることとなり、ヒートポンプ運転の効率を低下させるなどの課題を有していた。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、高効率なヒートポンプ給湯装置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】
【０００６】
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、圧縮機と放熱器と絞り手段と蒸発器とを順に接続し形成したヒートポンプ冷媒回路と、前記放熱器と前記絞り手段とを接続する配管をバイパスする第１バイパス回路と、前記放熱器に接続され、前記放熱器により加熱された湯を貯湯する貯湯槽を有する給湯回路と、前記圧縮機と前記放熱器との接続配管をバイパスする第２バイパス回路と、前記第１バイパス回路と前記第２バイパス回路とを接続する蓄熱器と、前記第１バイパス回路に設けた第１回路切り換え手段と、前記第２バイパス回路に設けた第２回路切り換え手段と、前記放熱器の入口温度検知手段と、前記放熱器の出口温度検知手段とを備え、前記入口温度検知手段と前記出口温度検知手段の検出値に基づいて、前記第１回路切り換え手段と前記第２回路切り換え手段とを制御する構成としたことを特徴とするもので、ヒートポンプ冷媒回路の放熱器の出口の冷媒温度が上昇したとき、第１バイパス回路で蓄熱器に冷媒を流して蓄熱器に熱を放出して冷媒温度を低下させることによりヒートポンプ運転の効率を向上することができ、さらに蓄熱器に蓄えた熱を次のヒートポンプ運転開始時に、第２バイパス回路で蓄熱器から熱を回収して放熱器に入る冷媒の温度を上げることにより、圧縮機の温度が上昇する前にも高温の冷媒を供給することができるなど、始動特性を向上し、装置全体のシステム効率を向上することができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ヒートポンプ運転効率と始動特性とを向上することができるヒートポンプ給湯装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
第１の発明は、圧縮機と放熱器と絞り手段と蒸発器とを順に接続し形成したヒートポンプ冷媒回路と、前記放熱器と前記絞り手段とを接続する配管をバイパスする第１バイパス回路と、前記放熱器に接続され、前記放熱器により加熱された湯を貯湯する貯湯槽を有する給湯回路と、前記圧縮機と前記放熱器との接続配管をバイパスする第２バイパス回路と、前記第１バイパス回路と前記第２バイパス回路とを接続する蓄熱器と、前記第１バイパス回路に設けた第１回路切り換え手段と、前記第２バイパス回路に設けた第２回路切り換え手段と、前記放熱器の入口温度検知手段と、前記放熱器の出口温度検知手段とを備え、前記入口温度検知手段と前記出口温度検知手段の検出値に基づいて、前記第１回路切り換え手段と前記第２回路切り換え手段とを制御する構成としたことを特徴とするもので、ヒートポンプ冷媒回路の放熱器の出口の冷媒温度が上昇したとき、第１バイパス回路で蓄熱器に冷媒を流して蓄熱器に熱を放出して冷媒温度を低下させることによりヒートポンプ運転の効率を向上することができ、さらに蓄熱器に蓄えた熱を次のヒートポンプ運転開始時
に、第２バイパス回路で蓄熱器から熱を回収して放熱器に入る冷媒の温度を上げることにより、圧縮機の温度が上昇する前にも高温の冷媒を供給することができるなど、始動特性を向上し、装置全体のシステム効率を向上することができる。
【０００９】
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ない。
【００１０】
（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。
【００１１】
図１において、第１バイパス回路８は、圧縮機１と放熱器２と絞り手段３と蒸発器４とを順に環状に配管接続するヒートポンプ冷媒回路９において、放熱器２と絞り手段３とを接続する配管をバイパスし、第１回路切り換え手段１０を設け、第２バイパス回路１１は、圧縮機１と放熱器２を接続する配管をバイパスして設け、第２回路切り換え手段１２に設けて構成している。第１バイパス回路８と第２バイパス回路１１とは蓄熱器１３に接続し、放熱器２は、貯湯槽６と循環ポンプ５とを順に環状に配管接続して給湯回路１４を構成し、ヒートポンプ冷媒回路９側の放熱器２の入口温度検知手段１５と出口温度検知手段１６の検出値に応じて第１回路切り換え手段１０と第２回路切り換え手段１２とを切り換え制御する制御装置１７を設けている。
【００１２】
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。
【００１３】
まず、貯湯槽６内が低温の市水により満たされている場合は、給湯回路１４において循環ポンプ５を運転して、放熱器２に低温の市水を供給することになるので、ヒートポンプ冷媒回路側９がわの流路は圧縮機１と放熱器２と絞り手段３と蒸発器４の順に流れる定常状態の運転からスタートする。放熱器２で加熱され高温となった温水は貯湯槽６の上部から順に下方に積層し温度成層を形成する。
【００１４】
時間の経過とともに貯湯槽６の下部から流出する水の温度は上昇し放熱器２の入口水温を上昇させることとなる。冷媒回路側９側で放熱器２の出口冷媒温度も上昇して出口温度検出手段１６が所定の値以上になったことを検知したとき、制御装置１７により第１回路切換え手段１０を作動させて第１バイパス回路８側に回路を切り換えることとなる。高温冷媒は蓄熱器１３で放熱し温度を低下させて絞り手段３に流入することとなるので、サイクル効率を高く保った状態で運転を継続することとなる。
【００１５】
蓄熱運転が終了し、給湯負荷が発生したあと貯湯槽６の蓄熱量が不足するとヒートポンプの運転を再開することとなるが、低外気温環境で長時間の停止時間の再運転条件などの場合、圧縮機１の吐出温度が上昇するのに時間を要する。この時、出口温度検出手段１６の検知する冷媒温度が所定の値以下である場合、制御装置１７により第２回路切換え手段１２を作動させて第２バイパス回路１１側に回路を切り換えることとなる。低温冷媒は第２バイパス回路１１に接続された蓄熱器１３で吸熱し温度を上昇させて放熱器２に流入することとなるので、運転開始直後から高温の温水を得ることができる。
【００１６】
以上のように、本実施の形態においては、放熱器２の出口温度が高い場合に、第１バイパス回路８側に回路を切り換えて蓄熱器１３に蓄熱させて冷媒温度を低下させ、運転再開時に冷媒温度が低い場合は、第２バイパス回路１１側に回路を切り換えて蓄熱器１３で冷媒を加熱して高温の冷媒を放熱器２に供給することにより、放熱器２への入水温度が高い場合でも高効率で運転し、ヒートポン始動時においても短時間に高温水を製造することと
なり、ヒートポンプの運転効率を安定して高く保つことができ、始動性能に優れたヒートポンプ給湯装置を実現することができる。
【００１７】
（参考例１）
図２は本発明の参考例１のヒートポンプ給湯装置の構成図を示すものである。図２において、第２バイパス回路１１は、ヒートポンプ冷媒回路９の蒸発器４と圧縮機１とを接続する配管をバイパスして蓄熱器１３に接続して構成している。
【００１８】
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。
【００１９】
まず、ヒートポンプの運転開始時に、出口温度検出手段１６の検知する冷媒温度が所定の値以下であることを検知した場合、制御装置１７により第２回路切換え手段１２を作動させて第２バイパス回路１１側に回路を切り換えることとなる。低温の冷媒は第２バイパス回路１１に接続された蓄熱器１３で吸熱し温度を上昇させて圧縮機１に吸入されることとなるので、高温の冷媒を吸入した圧縮機１は圧縮機１自身の温度を上昇させるとともに、吐出温度も上昇させることとなるので、放熱器２に流入する冷媒の温度を上昇させることとなる。
【００２０】
以上のように、本参考例においては、蓄熱器１３に接続する第２バイパス回路１１をヒートポンプ冷媒回路９の蒸発器４と圧縮機１とを接続する配管をバイパスして設けた構成とすることにより、ヒートポンプ始動時に高温の冷媒を圧縮機１に吸入させて、圧縮機１を加熱し、吐出温度を上昇させることとなり、放熱器２の入口冷媒温度を短時間で上昇させる始動性能に優れたヒートポンプ給湯装置を実現することができる。
【００２１】
（参考例２）
図３は本発明の参考例２のヒートポンプ給湯装置の構成図を示すものである。図３において、第２バイパス回路１１は、給湯回路１４の放熱器２をバイパスして蓄熱器１３に接続して構成している。
【００２２】
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。
【００２３】
まず、蓄熱運転開始時に、出口温度検出手段１６の検知する冷媒温度が所定の値以下であることを検知した場合、制御装置１７により第２回路切換え手段１２を作動させて第２バイパス回路１１側に回路を切り換えることとなる。循環ポンプ５により低温の水を蓄熱器１３に搬送することにより、蓄熱器１３から吸熱して高温となった温水を貯湯槽６に搬送することとなる。
【００２４】
以上のように、本参考例においては、給湯回路１４の放熱器２をバイパスして蓄熱器１３に接続する第２バイパス回路１１を備えた構成とすることにより、蓄熱運転開始時に、ヒートポンプ冷媒回路９で冷媒温度を充分に高くするまでの間、蓄熱器１３で低温の水を直接加熱することとなり、始動特性に優れた高効率のヒートポンプ給湯装置を実現することができる。
【００２５】
（参考例３）
図４は本発明の参考例３のヒートポンプ給湯装置の構成図を示すものである。図４において、第２バイパス回路１１は、ヒートポンプ冷媒回路９の圧縮機１と放熱器２とを接続する配管をバイパスして圧縮機１に装着する蓄熱器１３に接続して構成している。
【００２６】
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。
【００２７】
まず、ヒートポンプ運転中は圧縮機１の温度が高温になるため、圧縮機１のケーシングから外部に放熱することとなるが、圧縮機１の外表面に蓄熱器１３を装着しているため、圧縮機１からの放熱は蓄熱器１３に蓄熱されることとなる。運転終了後も蓄熱器１３に蓄熱された状態となり、圧縮機１を一定の温度の保つこととなる。再運転時には第２回路切換え手段１２を作動させて第２バイパス回路１１側に回路を切り換えることにより蓄熱器１３から冷媒に熱回収して高温の冷媒を放熱器２に搬送して再運転初期においても高温水を生成することとなる。
【００２８】
以上のように、本参考例においては、ヒートポンプ冷媒回路９の圧縮機１と放熱器２とを接続する配管をバイパスして圧縮機１に装着する蓄熱器１３に接続する第２バイパス回路１１を設けることにより、圧縮機１を一定の温度以上に保つとともに、圧縮機１からの放熱を蓄熱器１３に蓄熱して、再運転始動時に冷媒を加熱することとなり、冬季などの環境温度が低い条件においても圧縮機１への冷媒寝込みを防止して、運転立ち上げ時に蓄熱器１３から熱回収することにより、始動特性に優れた高効率のヒートポンプ給湯装置を実現することができる。
【００２９】
（実施の形態２）
図５は本発明の第２の実施の形態のヒートポンプ給湯装置の構成図を示すものである。図５において、第５の発明は、特に第１回路切り換え手段は第１開閉弁１８と第１逆止弁１９で構成し、第２回路切り換え手段１２は第２開閉弁２０と第２逆止弁２１とで構成している。
【００３０】
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。
【００３１】
まず、蓄熱運転開始時は第１開閉弁１８と第２開閉弁２０は閉止した状態で、圧縮機１と放熱器２と絞り手段３と蒸発器４の順に形成されるヒートポンプ冷媒回路９を冷媒が循環する。蓄熱運転終了が近くなるに従い、給湯回路１４の放熱器２の入水温度が上昇するため、ヒートポンプ冷媒回路９の放熱器２の出口温度も上昇する。
【００３２】
出口温度検出手段１６が所定の値以上を検出するとき、制御装置１７で第１開閉弁１８を開放することにより、高温冷媒の１部を蓄熱器１３に流入させて温度を低下させ低温冷媒を絞り手段３に流入させることとなる。蓄熱運転が終了して時間が経過したあと再運転する場合は、圧縮機１から出る冷媒は所定の温度に達するまでに時間を要するので、入口温度検出手段１５は所定の値より低い値を検出する。
【００３３】
この時、制御装置１７で第２開閉弁２０を開放することにより、冷媒の１部を蓄熱器１３に流入させて加熱することにより、高温の冷媒を放熱器２に搬送することとなる。第１バイパス回路８に第１逆止弁１９を設け、第２バイパス回路１１に第２逆止弁２１を設けて、冷媒の逆流を防止することにより、第１バイパス回路８と第２バイパス回路１１を合流して、蓄熱器１３の熱交換器を１つにすることができる。
【００３４】
以上のように、本実施の形態においては、開閉弁と逆止弁の組み合わせにより、放熱器２の出口温度が高い場合に蓄熱器１３に蓄熱し、再運転初期の冷媒温度が低いときに蓄熱器１３から熱回収して冷媒を加熱することにより、構成を簡易化して信頼性が高く始動特性に優れた高効率のヒートポンプ給湯装置を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
以上のように、本発明にかかるヒートポンプ給湯装置は、高効率な運転が可能となるので、給湯、暖房、衣類乾燥機および産業用の廃熱回収装置などの用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ給湯装置の構成図
【図２】本発明の参考例１におけるヒートポンプ給湯装置の構成図
【図３】本発明の参考例２におけるヒートポンプ給湯装置の構成図
【図４】本発明の参考例３におけるヒートポンプ給湯装置の構成図
【図５】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６】従来のヒートポンプ給湯装置の構成図
【符号の説明】
【００３７】
１  圧縮機
２  放熱器
３  絞り手段
４  蒸発器
５  循環ポンプ
６  貯湯槽
７  混合弁
８  第１バイパス回路
９  ヒートポンプ冷媒回路
１０  第１回路切換え手段
１１  第２バイパス回路
１２  第２回路切換え手段
１３  蓄熱器
１４  給湯回路
１５  入口温度検出手段
１６  出口温度検出手段
１７  制御装置
１８  第１開閉弁
１９  第２逆止弁
２０  第１開閉弁
２１  第２逆止弁
【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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