(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を加熱するためのヒートポンプユニット(１)と、
上記ヒートポンプユニット(１)により加熱された温水を貯える貯湯タンク(２１)と、
上記貯湯タンク(２１)内の上下方向略全体にわたって配置されたパイプを含む給湯用熱交換器(２２)と、
上記貯湯タンク(２１)内の上下方向の中間部に配置されたヒータ(２３)と、
上記貯湯タンク(２１)内に配置され、第１暖房往き口(５１)を先端に有するパイプ(２７)と
を備え、
上記パイプ(２７)の先端が上記ヒータ(２３)近傍かつ上側まで延びていると共に、上記貯湯タンク(２１)の下部に暖房戻り口(５３)が設けられ、
上記貯湯タンク(２１) 内の温水が上記第１暖房往き口(５１)から上記パイプ(２７)を介して取り出された後、暖房端末を介して上記暖房戻り口(５３)から上記貯湯タンク(２１)内に戻ることを特徴とする貯湯式暖房給湯機。
【請求項２】
請求項１に記載の貯湯式暖房給湯機において、
上記貯湯タンク(２１)は、上記貯湯タンク(２１)の上部に設けられた第２暖房往き口(５２)をさらに有し、
上記貯湯タンク(２１)の温水が上記第１暖房往き口(５１)または上記第２暖房往き口(５２)のいずれか一方から取り出され、暖房端末を介して上記暖房戻り口(５３)から上記貯湯タンク(２１)内に戻ることを特徴とする貯湯式暖房給湯機。
【請求項３】
請求項１または２に記載の貯湯式暖房給湯機において、
上記給湯用熱交換器(２２)は、下側から入水して上側から出湯することを特徴とする貯湯式暖房給湯機。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１つに記載の貯湯式暖房給湯機において、
上記給湯用熱交換器(２２)は、コイル状のパイプを含むことを特徴とする貯湯式暖房給湯機。
【請求項５】
請求項２に記載の貯湯式暖房給湯機において、
上記貯湯タンク(２１)内の上記ヒータ(２３)が配置された中間部およびその中間部よりも上側の領域の温水の温度を検出する温度センサ(Ｔ７,Ｔ８)と、
上記ヒータ(２３)と上記ヒートポンプユニット(１)を制御すると共に、上記第１暖房往き口(５１)または上記第２暖房往き口(５２)のいずれから上記貯湯タンク(２１)の温水を取り出すかを切り換える制御装置(２０,３０)と
を備え、
上記制御装置(２０,３０)は、
上記ヒートポンプユニット(１)により上記貯湯タンク(２１)内の水を沸き上げる運転を完了した後、上記温度センサ(Ｔ７,Ｔ８)により検出された上記貯湯タンク(２１)内の温水の温度が予め設定された第１判定温度未満のとき、上記貯湯タンク(２１)の温水を上記第２暖房往き口(５２)から取り出すように切り換える一方、
上記ヒートポンプユニット(１)により上記貯湯タンク(２１)内の水を沸き上げる運転を完了した後、上記貯湯タンク(２１)内の温水の温度が上記第１判定温度以上のとき、上記貯湯タンク(２１)の温水を上記第１暖房往き口(５１)から取り出すように切り換え、
さらに、上記貯湯タンク(２１)の温水が上記第２暖房往き口(５２)から取り出される状態で、上記温度センサ(Ｔ７,Ｔ８)により検出された上記貯湯タンク(２１)内の温水の温度が予め設定された第２判定温度未満のとき、上記貯湯タンク(２１)内の温水の温度が予め設定された目標温度以上になるまで上記ヒータ(２３)をオンし、
上記貯湯タンク(２１)の温水が上記第２暖房往き口(５２)から取り出される状態で上記ヒータ(２３)をオンすることによって、上記温度センサ(Ｔ７,Ｔ８)により検出された上記貯湯タンク(２１)内の温水の温度が予め設定された第２判定温度以上かつ上記目標温度以上になったとき、上記貯湯タンク(２１)の温水を上記第１暖房往き口(５１)から取り出すことを特徴とする貯湯式暖房給湯機。
【請求項６】
請求項１に記載の貯湯式暖房給湯機において、
上記貯湯タンク(２１)内の上記ヒータ(２３)が配置された中間部およびその中間部よりも上側の領域の温水の温度を検出する温度センサ(Ｔ７,Ｔ８)と、
上記ヒータ(２３)と上記ヒートポンプユニット(１)を制御する制御装置(２０,３０)と
を備え、
上記制御装置(２０,３０)は、
上記ヒートポンプユニット(１)により上記貯湯タンク(２１)内の水を沸き上げる運転を完了した後、上記温度センサ(Ｔ７,Ｔ８)により検出された上記貯湯タンク(２１)内の温水の温度が予め設定された温度以上にならないとき、上記貯湯タンク(２１)内の温水の温度が予め設定された目標温度以上になるまで上記ヒータ(２３)をオンすることを特徴とする貯湯式暖房給湯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、貯湯式暖房給湯機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、貯湯式暖房給湯機としては、水を加熱するヒートポンプユニットと、ヒートポンプユニットにより加熱された温水を貯える貯湯タンクとを備え、貯湯タンク内の温水を利用して暖房や給湯を行うものがある(例えば、特開２００６−３２９５８１号公報(特許文献１)参照)。
【０００３】
このような構成の貯湯式暖房給湯機において、貯湯タンク内に配置されたヒータをヒートポンプユニットの故障時の緊急運転や熱量不足のときのバックアップに用いることが考えられる。しかしながら、ヒートポンプユニットの故障時の緊急運転や熱量不足の補助にヒータを用いた貯湯式暖房給湯機では、ヒートポンプユニットに比べて十分な熱量がヒータで得られないため、ヒータのみでは、暖房や給湯に対するヒータの立ち上がりが悪くなるという問題や、暖房と給湯の両方の加熱に利用できないという問題がある。
【特許文献１】特開２００６−３２９５８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、この発明の課題は、ヒートポンプユニットの故障時に、暖房や給湯に対するヒータの立ち上がりを向上でき、暖房と給湯の両方の加熱にヒータを効果的に利用できる貯湯式暖房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】
【０００５】
上記課題を解決するため、この発明の貯湯式暖房給湯機は、
水を加熱するためのヒートポンプユニットと、
上記ヒートポンプユニットにより加熱された温水を貯える貯湯タンクと、
上記貯湯タンク内の上下方向略全体にわたって配置されたパイプを含む給湯用熱交換器と、
上記貯湯タンク内の上下方向の中間部に配置されたヒータと、
上記貯湯タンク内に配置され、第１暖房往き口を先端に有するパイプと
を備え、
上記パイプの先端が上記ヒータ近傍かつ上側まで延びていると共に、上記貯湯タンクの下部に暖房戻り口が設けられ、
上記貯湯タンク内の温水が上記第１暖房往き口から上記パイプを介して取り出された後、暖房端末を介して上記暖房戻り口から上記貯湯タンク内に戻ることを特徴とする。
【０００６】
上記構成によれば、ヒートポンプユニットにより加熱された温水を貯えた貯湯タンクにおいて、パイプを含む給湯用熱交換器に流入した温度の低い給湯水は、貯湯タンク内で熱交換されて、給湯水として出湯される。また、上記貯湯タンクの温水は、ヒータ近傍かつ上側に設けられた第１暖房往き口から取り出された後、暖房端末を介して暖房戻り口から貯湯タンク内に戻ることにより、暖房運転が行われる。そして、ヒートポンプユニットが容量不足のときや故障時は、ヒータを用いて貯湯タンク内の中間部の温水を加熱して、ヒータ近傍かつ上側に設けられた第１暖房往き口から温水を取り出すことによって、ヒータの加熱能力を暖房に補助的に利用することが可能となる。また、ヒートポンプユニットが故障したとき、ヒータを用いて貯湯タンク内の上下方向の中間部の温水を加熱することによって、沸き上げに時間のかかる貯湯タンク内の下側にヒータを配置した場合に比べて、給湯加熱の立ち上がりを向上できる。したがって、ヒートポンプユニットの故障時、暖房や給湯に対するヒータの立ち上がりを向上でき、暖房と給湯の両方の加熱にヒータを効果的に利用できる。
【０００７】
また、一実施形態の貯湯式暖房給湯機では、
上記貯湯タンクは、上記貯湯タンクの上部に設けられた第２暖房往き口をさらに有し、
上記貯湯タンクの温水が上記第１暖房往き口または上記第２暖房往き口のいずれか一方から取り出され、暖房端末を介して上記暖房戻り口から上記貯湯タンク内に戻る。
【０００８】
上記実施形態によれば、ヒートポンプユニットの故障時に給湯負荷が小さく暖房負荷が大きいときは、ヒータを用いて貯湯タンク内の中間部の温水を加熱して、貯湯タンクの上部に設けられた第２暖房往き口から高温水を取り出すことによって、貯湯タンク内全体の温水を暖房に利用することが可能となる。
【０００９】
また、一実施形態の貯湯式暖房給湯機では、上記給湯用熱交換器は、下側から入水して上側から出湯する。
【００１０】
上記実施形態によれば、パイプを含む給湯用熱交換器の下側から流入した温度の低い給湯水は、貯湯タンク内の下側の比較的低温の温水域で熱交換され、給湯用熱交換器の上側に向かって流れるに従って貯湯タンク内の上側の高温の温水域で熱交換されて、高温の給湯水となって出湯される。このように、上記貯湯タンク内の温度勾配に従って給湯水が下から上に向かって熱交換により加熱されながら流れるので、貯湯タンク内の温度分布が乱れることがなく、高い熱交換効率が得られる。したがって、給湯用熱交換器の熱交換効率を向上でき、高温の給湯水を供給できる。また、上記貯湯タンク内の上下方向に温度勾配が保たれ、貯湯タンク内の下側の低温水をヒートポンプユニットで加熱することにより、ヒートポンプユニットのＣＯＰ(成績係数)を向上できる。
【００１１】
また、一実施形態の貯湯式暖房給湯機では、上記給湯用熱交換器は、コイル状のパイプを含む。
【００１２】
上記実施形態によれば、給湯用熱交換器にコイル状のパイプを用いることによって、貯湯タンク内の上下方向略全体にわたって給湯用熱交換器を効率よく配置できる。
【００１３】
また、一実施形態の貯湯式暖房給湯機では、
上記貯湯タンク内の上記ヒータが配置された中間部およびその中間部よりも上側の領域の温水の温度を検出する温度センサと、
上記ヒータと上記ヒートポンプユニットを制御すると共に、上記第１暖房往き口または上記第２暖房往き口のいずれから上記貯湯タンクの温水を取り出すかを切り換える制御装置と
を備え、
上記制御装置は、
上記ヒートポンプユニットにより上記貯湯タンク内の水を沸き上げる運転を完了した後、上記温度センサにより検出された上記貯湯タンク内の温水の温度が予め設定された第１判定温度未満のとき、上記貯湯タンクの温水を上記第２暖房往き口から取り出すように切り換える一方、
上記ヒートポンプユニットにより上記貯湯タンク内の水を沸き上げる運転を完了した後、上記貯湯タンク内の温水の温度が上記第１判定温度以上のとき、上記貯湯タンクの温水を上記第１暖房往き口から取り出すように切り換え、
さらに、上記貯湯タンクの温水が上記第２暖房往き口から取り出される状態で、上記温度センサにより検出された上記貯湯タンク内の温水の温度が予め設定された第２判定温度未満のとき、上記貯湯タンク内の温水の温度が予め設定された目標温度以上になるまで上記ヒータをオンし、
上記貯湯タンクの温水が上記第２暖房往き口から取り出される状態で上記ヒータをオンすることによって、上記温度センサにより検出された上記貯湯タンク内の温水の温度が予め設定された第２判定温度以上かつ上記目標温度以上になったとき、上記貯湯タンクの温水を上記第１暖房往き口から取り出す。
【００１４】
上記実施形態によれば、ヒートポンプユニットにより貯湯タンク内の水を沸き上げる運転を完了した後、温度センサにより検出された貯湯タンク内の温水の温度(ヒータが配置された中間部およびその中間部よりも上側の領域の温水の温度)が予め設定された第１判定温度未満のとき、貯湯タンクの温水を第２暖房往き口から取り出すすように切り換えることにより、貯湯タンク内の上側の高温水を暖房に利用して、暖房能力不足を防止できる。一方、ヒートポンプユニットにより貯湯タンク内の水を沸き上げる運転を完了した後、貯湯タンク内の温水の温度が第１判定温度以上のとき、貯湯タンクの温水を第１暖房往き口から取り出すすように切り換える。さらに、貯湯タンクの温水が第２暖房往き口から取り出される状態では、温度センサにより検出された貯湯タンク内の温水の温度が予め設定された第２判定温度未満のとき、貯湯タンク内の温水の温度が予め設定された目標温度以上になるまでヒータをオンする。そうして、貯湯タンクの温水が第２暖房往き口から取り出される状態でヒータをオンすることによって、温度センサにより検出された貯湯タンク内の温水の温度が予め設定された第２判定温度以上かつ目標温度以上になったとき、貯湯タンクの温水を第１暖房往き口から取り出す。これにより、ヒートポンプユニットが容量不足のときや故障時に、ヒータを用いて貯湯タンク内の中間部の温水を加熱することによって、ヒートポンプユニットの加熱能力を補助することができる。
【００１５】
また、一実施形態の貯湯式暖房給湯機では、
上記貯湯タンク内の上記ヒータが配置された中間部およびその中間部よりも上側の領域の温水の温度を検出する温度センサと、
上記ヒータと上記ヒートポンプユニットを制御する制御装置と
を備え、
上記制御装置は、
上記ヒートポンプユニットにより上記貯湯タンク内の水を沸き上げる運転を完了した後、上記温度センサにより検出された上記貯湯タンク内の温水の温度が予め設定された温度以上にならないとき、上記貯湯タンク内の温水の温度が予め設定された目標温度以上になるまで上記ヒータをオンする。
【００１６】
上記実施形態によれば、給湯負荷や暖房負荷が大きくヒートポンプユニットの加熱能力が足りないときは、ヒータを用いて貯湯タンク内の中間部の温水を加熱することによって、ヒートポンプユニットの加熱能力を補助することができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上より明らかなように、この発明の貯湯式暖房給湯機によれば、ヒートポンプユニットの故障時、暖房や給湯に対するヒータの立ち上がりを向上でき、暖房と給湯の両方の加熱にヒータを効果的に利用できる貯湯式暖房給湯機を実現することができる。
【００１８】
また、一実施形態の貯湯式暖房給湯機によれば、ヒートポンプユニットの故障時に給湯負荷が小さく暖房負荷が大きいときは、ヒータを用いて貯湯タンク内の中間部の温水を加熱して、貯湯タンクの上部に設けられた第２暖房往き口から高温水を取り出すことによって、貯湯タンク内全体の温水を暖房に利用することが可能となる。
【００１９】
また、一実施形態の貯湯式暖房給湯機によれば、給湯用熱交換器は、貯湯タンクの下側から入水して貯湯タンクの上側から出湯することによって、給湯用熱交換器の熱交換効率を向上でき、高温の給湯水を供給できる。
【００２０】
また、一実施形態の貯湯式給湯機によれば、給湯用熱交換器にコイル状のパイプを用いることによって、貯湯タンク内の上下方向略全体にわたって給湯用熱交換器を効率よく配置することができる。
【００２１】
また、一実施形態の貯湯式給湯機によれば、ヒートポンプユニットにより貯湯タンク内の水を沸き上げる運転を完了した後、温度センサにより検出された貯湯タンク内の温水の温度が予め設定された温度以上にならないときは、貯湯タンク内の温水の温度が予め設定された目標温度以上になるまでヒータをオンするが、それでも予め設定された時間の間ヒータをオンし続けても、貯湯タンク内の温水の温度が目標温度以上にならないときは、貯湯タンクの温水を第２暖房往き口から取り出すことにより、貯湯タンク内の上側の高温水を暖房に利用して、暖房能力不足を防止できる。
【００２２】
また、一実施形態の貯湯式給湯機によれば、給湯負荷や暖房負荷が大きくヒートポンプユニットの加熱能力が足りないときは、ヒータを用いて貯湯タンク内の中間部の温水を加熱することによって、ヒートポンプユニットの加熱能力を補助することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、この発明の貯湯式暖房給湯機を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００２４】
図１はこの発明の実施の一形態の貯湯式暖房給湯機の構成を示す回路図である。
【００２５】
この貯湯式暖房給湯機は、図１に示すように、ヒートポンプユニット１と、貯湯部２と、図示しない暖房器や給湯器に温水を供給する暖房給湯部を備えている。上記ヒートポンプユニット１には、地球温暖化係数が小さくオゾンを破壊しないＣＯ２冷媒を用いている。これにより、ヒートポンプユニット１による出湯温度を高くできる(例えば９０℃)。
【００２６】
上記ヒートポンプユニット１は、圧縮機１１と、上記圧縮機１１の吐出側に一端(一次側)が接続された凝縮器(水冷媒熱交換器)１２と、上記凝縮器１２の他端(一次側)に一端が接続された膨張弁１３と、上記膨張弁１３の他端に一端が接続され、他端が圧縮機１１の吸込側に接続された蒸発器１４と、上記蒸発器１４に外気を供給する送風ファン１５とを有している。上記圧縮機１１と凝縮器１２と膨張弁１３および蒸発器１４で冷媒回路を構成している。
【００２７】
また、上記圧縮機１１の吐出側に、吐出温度を検出する吐出温度センサＴ１を配置すると共に、吐出圧力を検出する圧力センサ(HPS)１６を配置している。また、上記蒸発器１４に蒸発器温度を検出する蒸発器温度センサＴ２を配置し、蒸発器１４近傍に、外気温度を検出する外気温度センサＴ３を配置している。そして、上記吐出温度センサＴ１と蒸発器温度センサＴ２と外気温度センサＴ３および圧力センサ(HPS)１６の検出信号に基づいて、沸き上げ制御部２０は、圧縮機１１,膨張弁１３,送風ファン１５などを制御する。
【００２８】
また、上記貯湯タンク２１の下部に設けられた沸き上げ往き接続部２１c(図２に示す)に配管Ｌ１１の一端を接続し、その配管Ｌ１１の他端を凝縮器１２の一端(二次側)に接続している。上記配管Ｌ１１に、貯湯タンク２１下部から凝縮器１２側に向かって水を送出する沸き上げ用循環ポンプ２４を配設している。上記ヒートポンプユニット１の凝縮器１２の他端(二次側)に配管Ｌ１２の一端を接続し、その配管Ｌ１２の他端を沸き上げ用三方弁２５の入力側に接続している。上記沸き上げ用三方弁２５の一方の出力側に配管Ｌ２４の一端を接続し、その配管Ｌ２４の他端を暖房用三方弁３２の一方の入力側に接続している。さらに、上記暖房用三方弁３２の一方の入力側を配管Ｌ３５を介して貯湯タンク２１の上部に設けられた第２暖房往き接続部２１d(図２に示し、沸き上げ戻り接続部を兼ねる)に接続している。一方、沸き上げ用三方弁２５の他方の出力側に配管Ｌ２３の一端を接続し、その配管Ｌ２３の他端を貯湯タンク２１の下側に接続している。
【００２９】
上記凝縮器１２の二次側上流の配管Ｌ１１に、入水温度を検出する入水温度センサＴ４を配置し、凝縮器１２の二次側下流の配管Ｌ１２に、出湯温度を検出する出湯温度センサＴ５を配置している。
【００３０】
また、上記貯湯タンク２１は、断熱材(図示せず)で囲まれた略円筒形状をしている。上記貯湯タンク２１内に、コイル状のパイプからなる給湯用熱交換器２２を配置している。この給湯用熱交換器２２は、所定の間隔をあけて接続された下側コイル部２２aと上側コイル部２２bとを有している。上記貯湯タンク２１に接続された給水配管Ｌ２１の一端を、下側コイル部２２aの下端に連なる給水口２１a(図２)に接続し、貯湯タンク２１に接続された給湯配管Ｌ２２の一端を、上側コイル部２２bの上端と接続している。上記給水配管Ｌ２１と給湯配管Ｌ２２は、貯湯タンク２１の外側で給湯用混合弁３１により接続されている。図２に示すように、下側コイル部２２aの入口(給水入口)は貯湯タンク２１下部の側面側に設けられ、上側コイル部２２bの出口(給湯出口)は貯湯タンク２１上部の側面側に設けられている。すなわち、給湯用熱交換器２２は、加熱されるまえの水が貯湯タンク２１下部の側面から入って、加熱された後の湯が貯湯タンク２１上部の側面に出るように設けられている。
【００３１】
上記給水配管Ｌ２１を介して外部から供給された水は、下側コイル部２２aの下端側から上側コイル２２bの上端側に向かって流れて、給湯配管Ｌ２２を介して給湯器(図示せず)に供給される。
【００３２】
また、上記貯湯タンク２１は、側面に５つの温度センサＴ６〜Ｔ１０を上側から下側に向かって順に互いに離間して配置している。上記温度センサＴ６により貯湯タンク２１内の上側部分の水温を検出し、温度センサＴ８により貯湯タンク２１内の中間部分の水温を検出する。また、上記温度センサＴ６と温度センサＴ８の中間で温度センサＴ７により貯湯タンク２１内の水温を検出する。また、上記温度センサＴ１０により貯湯タンク２１内の下側部分の水温を検出し、温度センサＴ８と温度センサＴ１０の中間で温度センサＴ９により貯湯タンク２１内の水温を検出する。この実施形態では、貯湯タンク２１内の水温を検出する５つの温度センサＴ６〜Ｔ１０を設けたが、貯湯タンク内の水温を検出する温度センサは４以上複数あればよい。かかる複数の温度センサにより、所定の高温の給湯水が貯湯タンクの上からどの高さまで貯湯されているか判断できる。
【００３３】
また、上記貯湯タンク２１内かつ下側コイル部２２aと上側コイル部２２bとの間に電熱ヒータ２３を配置している。
【００３４】
上記貯湯タンク２１と給湯用熱交換器２２と電熱ヒータ２３と沸き上げ用循環ポンプ２４と沸き上げ用三方弁２５および温度センサＴ６〜Ｔ１０で貯湯部２を構成している。
【００３５】
次に、上記暖房用三方弁３２の他方の入力側に配管Ｌ３１の一端を接続し、その配管Ｌ３１の他端を貯湯タンク２１の第１暖房往き接続部２１f(図２に示す)に接続している。上記第１暖房往き接続部２１fは、貯湯タンク２１の上側コイル部２２bと電熱ヒータ２３との間の位置に設けられている。
【００３６】
そして、上記暖房用三方弁３２の出力側を暖房用混合弁３３の一方の入力側に接続し、その暖房用混合弁３３の出力側に配管Ｌ３２の一端を接続している。上記配管Ｌ３２に、暖房用混合弁３３側から順に暖房往き温度センサＴ１１と暖房用循環ポンプ３４を配設している。上記配管Ｌ３２の暖房用循環ポンプ３４よりも下流側に、暖房端末の一例としてのラジエータ４１,４２,…の一端を夫々接続している。また、上記貯湯タンク２１の下部に設けられた暖房戻り接続部２１g(図３に示す)に配管Ｌ３３の一端を接続し、その配管Ｌ３３の他端側にラジエータ４１,４２,…の他端を夫々接続している。上記配管Ｌ３３に暖房戻り温度センサＴ１２を配置している。また、上記配管Ｌ３３の暖房戻り温度センサＴ１２よりも貯湯タンク２１側と、暖房用混合弁３３の他方の入力側とを配管Ｌ３４により接続している。
【００３７】
上記温度センサＴ６〜Ｔ１０と暖房往き温度センサＴ１１および暖房戻り温度センサＴ１２からの検出信号に基づいて、暖房給湯制御部３０により沸き上げ用三方弁２５と暖房用三方弁３２と沸き上げ用循環ポンプ２４と暖房用循環ポンプ３４を制御する。上記沸き上げ制御部２０と暖房給湯制御部３０で制御装置を構成している。
【００３８】
上記暖房往き温度センサＴ１１と暖房戻り温度センサＴ１２と給湯用混合弁３１と暖房用三方弁３２と暖房用循環ポンプ３４および暖房給湯制御部３０が、商用電源により駆動される暖房給湯部を構成している。
【００３９】
上記構成の貯湯式暖房給湯機において、貯湯部２の沸き上げ用三方弁２５の出力側を配管Ｌ２４側に切り換え、ヒートポンプユニット１の圧縮機１１を駆動すると共に送風ファン１５の運転を開始する。さらに、貯湯部２の沸き上げ用循環ポンプ２４を駆動する。そうすると、圧縮機１１から吐出された高圧ガス冷媒は、凝縮器１２で放熱して凝縮することにより液冷媒となった後、膨張弁１３で減圧された低圧冷媒は、蒸発器１４で外気から熱を吸収して蒸発する。そうして、蒸発器１４で蒸発した低圧ガス冷媒は、圧縮機１１の吸込側に戻る。このとき、沸き上げ用循環ポンプ２４により貯湯タンク２１の下部から配管Ｌ１１を介して凝縮器１２の二次側に流入した水は、凝縮器１２で加熱されて９０℃近い温水となり、配管Ｌ１２,沸き上げ用三方弁２５,配管Ｌ２４,配管Ｌ３５,第２暖房往き口５２(沸き上げ戻り口)を介して貯湯タンク２１の上部に戻る。こうして、貯湯タンク２１内の水を沸き上げ用循環ポンプ２４と凝縮器１２を介して循環させることにより、貯湯タンク２１内の水を沸き上げる。貯湯タンク２内の温水は、上側に高温の温水、下側に比較的低温の温水が位置するように湯層(温度分布)が形成されている。
【００４０】
なお、ヒートポンプユニット１の起動時などの際に、まだヒートポンプユニット１の凝縮器１２から出る温水が十分に高温となっていない場合、該温水は配管Ｌ２４等を介して貯湯タンク２１の上部に戻るのではなく、配管Ｌ２３を介して貯湯タンク２１の下部の第２の沸き上げ戻り口に戻るように、沸き上げ用三方弁２５が制御される。このように、温水の温度により戻り口を切り替えるのは、十分に高温になっていない温水を貯湯タンク２１の上部に戻すと貯湯タンク２１内の温度分布が乱れる可能性があり、これを防止するためである。この沸き上げ用三方弁２５の切り替えは、凝縮器１２と沸き上げ用三方弁２５との間に設けられた出湯温度センサＴ５の出力に基づいて行われる。
【００４１】
次に、暖房運転を行う場合、暖房給湯部３の暖房用三方弁３２を、配管Ｌ３１側と暖房用混合弁３３側が接続されるように切り換えて、暖房用循環ポンプ３４を駆動する。そうすると、貯湯タンク２１の中間部の温水が配管Ｌ３１,暖房用三方弁３２,暖房用混合弁３３,暖房用循環ポンプ３４を介してラジエータ４１,４２,…に夫々流入する。そして、上記ラジエータ４１,４２,…から出た戻り温水は、配管Ｌ３３を介して貯湯タンク２１の下部から貯湯タンク２１内に戻る。
【００４２】
ここで、上記温度センサＴ６〜Ｔ１０からの検出信号と暖房往き温度センサＴ１１により検出された暖房往き温度および暖房戻り温度センサＴ１２により検出された暖房戻り温度に基づいて、暖房給湯制御部３０により暖房用混合弁３３および暖房用循環ポンプ３４を制御する。また、ヒートポンプユニット１による沸き上げと暖房運転を同時に行ってもよい。
【００４３】
暖房用三方弁３２の切り替えについては、貯湯タンク２１内の温水の高温領域が貯湯タンク２１の上部から第１暖房往き口５１近傍にまで存在している場合(高温水が十分に貯湯されている場合)、貯湯タンク２１の中間部から配管Ｌ３１を介して温水を取り出しラジエータ４１,４２,…側を循環するように、暖房用三方弁３２が制御される。また、貯湯タンク２内の温水の高温領域が第１暖房往き口５１近傍にまで存在していない場合(高温水が貯湯タンク２１の上部にしか存在しないなど、十分に貯湯されていない場合)、第２暖房往き口５２から温水を取り出しラジエータ４１,４２,…側を循環するように、暖房用三方弁３２が制御される。この暖房用三方弁３２の切り替えは前記暖房給湯制御部３０によって行われる。つまり、上記暖房給湯制御部３０は、貯湯タンク２内の各部の温水の温度を検出するための複数の温度センサＴ６〜Ｔ１０からの信号に基づいて、高温水の湯量を判断して、暖房用三方弁３２の切り替えを行う。暖房用三方弁３２の切り替えは第１暖房往き口５１の若干下方で、且つ、電熱ヒータ２３とほぼ同じ高さに位置する温度センサＴ８のみに基づいて行われてもよい。
【００４４】
次に、給湯運転を行う場合、給湯器(図示せず)の給湯用蛇口を開くと、外部からの給水圧力により供給された水は、給水配管Ｌ２１,給湯用熱交換器２２,給湯配管Ｌ２２を介して給湯器に流れて、給湯用熱交換器２２で加熱された温水が給湯器に供給される。ここで、暖房給湯制御部３０により給湯用混合弁３１を制御して、給湯器に供給される温水の温度を所望の温度に調節する。なお、上記暖房運転またはヒートポンプユニット１による沸き上げの少なくとも一方と給湯運転を同時に行ってもよい。
【００４５】
図２は上記貯湯式暖房給湯機の貯湯タンク２１の縦断面図を示し、図３は上記貯湯式暖房給湯機の貯湯タンクの側面図を示し、図４は上記貯湯式暖房給湯機の貯湯タンクの上面図を示している。また、図２は図４に示すII−II線から見た断面図である。図２〜図４において、２１aは給水口、２１bは給湯口、２１cは沸き上げ往き接続部、２１dは第２暖房往き接続部、２１eは第２の沸き上げ戻り口に連なる沸き上げ戻り接続部、２１fは第１暖房往き接続部、２１gは暖房戻り接続部、２６は犠牲陽極、Ｔ６〜Ｔ１０は温度センサである。なお、図４に示すように、第１暖房往き接続部２１fから貯湯タンク２１内に犠牲陽極２６と略平行に設けられたパイプ２７の下端が、電熱ヒータ２３近傍かつ上側において開口する第１暖房往き口５１である。この第１暖房往き口５１から貯湯タンク２１内の中間部分の温水が取り出される。
【００４６】
図２〜図４に示すように、断熱材(図示せず)で囲まれた略円筒形状の貯湯タンク２１内の上下方向略全体にわたって、コイル状のパイプからなる給湯用熱交換器２２を配置している。この給湯用熱交換器２２は、所定の間隔をあけて接続された下側コイル部２２aと上側コイル部２２bとを有している。
【００４７】
上記構成の貯湯式暖房給湯機では、ヒートポンプユニット１により加熱された温水を貯えた貯湯タンク２１において、コイル状のパイプを含む給湯用熱交換器２２に流入した温度の低い給湯水は、貯湯タンク２１内で熱交換されて、給湯水として出湯される。また、上記貯湯タンク２１の温水は、第１暖房往き口５１または第２暖房往き口５２のいずれか一方から取り出された後、ラジエータ４１,４２,…を介して暖房戻り口５３から貯湯タンク２１内に戻ることにより、暖房運転が行われる。そして、ヒートポンプユニット１が容量不足のときや故障時は、電熱ヒータ２３を用いて貯湯タンク２１内の中間部の温水を加熱して、電熱ヒータ２３近傍かつ上側に設けられた第１暖房往き口５１から温水を取り出すことによって、電熱ヒータ２３の加熱能力を暖房に補助的に利用することが可能となる。また、ヒートポンプユニット１が故障したとき、電熱ヒータ２３を用いて貯湯タンク２１内の中間部の温水を加熱することによって、沸き上げに時間のかかる貯湯タンク２１内の下側に電熱ヒータ２３を配置した場合に比べて、給湯加熱の立ち上がりを向上できる。
【００４８】
なお、ヒートポンプユニット１の故障時に給湯負荷が小さく暖房負荷が大きいときは、電熱ヒータ２３を用いて貯湯タンク２１内の中間部の温水を加熱して、貯湯タンク２１の上部に設けられた第２暖房往き口５２から高温水を取り出すことによって、貯湯タンク２１内全体の温水を暖房に優先的に利用することが可能となる。
【００４９】
このように、上記貯湯式暖房給湯機では、貯湯タンク２１内の上側半分の温水域を主に給湯加熱に用いると共に、貯湯タンク２１内の下側半分の温水域を主に暖房に用いている。
【００５０】
したがって、上記貯湯式暖房給湯機によれば、ヒートポンプユニット１の故障時、暖房や給湯に対する電熱ヒータ２３の立ち上がりを向上でき、暖房と給湯の両方の加熱に１つの電熱ヒータ２３を効果的に利用することができる。
【００５１】
なお、電熱ヒータ２３の制御については、例えば、電熱ヒータ２３とほぼ同じ高さの温度センサＴ８や、電熱ヒータ２３よりも若干上方に位置する温度センサＴ７の出力に基づいて制御されてもよい。すなわち、温度センサＴ７により検出された水温が所定温度未満である場合（すなわち、所定の高温水が温度センサＴ７より上方の位置にまでしかない場合）には、貯湯タンク２１の高温水の量が十分でないと判断して、電熱ヒータ２３をオンし、該電熱ヒータ２３オンの状態を温度センサＴ８により検出された水温が所定温度以上になるまで（すなわち、所定の高温水が温度センサＴ８の位置に達するまで）継続し、温度センサＴ８により検出された水温が所定温度以上になった時点で電熱ヒータ２３をオフする。電熱ヒータ２３とほぼ同じ高さに位置する温度センサＴ８ではなく、電熱ヒータ２３よりも若干高い高さに位置する温度センサＴ７と電熱ヒータ２３とほぼ同じ高さの温度センサＴ８を用いてヒータのオン／オフを制御するのは、ハンチングを防止するためである。なお、図３から明らかなように第１暖房往き口５１は、上から２番目の温度センサＴ７と、上から３番目で、電熱ヒータ２３とほぼ同じ高さの温度センサＴ８との間の高さに位置する。
【００５２】
例えば、温度センサＴ８に基づく暖房往き口の切り替えの制御と温度センサＴ７,Ｔ８に基づく電熱ヒータ２３のオン／オフの切り替えの制御とを合わせて行う場合には、第１暖房往き口５１が電熱ヒータ２３の近傍かつ上側に設けることが特に有効となる。このような場合、（１）所定の温度まで昇温した高温水が温度センサＴ８よりも下方の位置にまで存在する場合は、電熱ヒータ２３はオフで、暖房往き口は第１暖房往き口５１になり、（２）高温水が温度センサＴ７,Ｔ８の間の位置にまで減少した場合は、電熱ヒータ２３はオフで暖房往き口は第２暖房往き口５２となり、（３）さらに、高温水が温度センサＴ７よりも上方の位置にまで減少した場合、電熱ヒータ２３はオンとなり暖房往き口は第２暖房往き口５２となるが、このヒータオンが、高温水が再び温度センサＴ８の位置に増加するまで継続される。これにより再び（１）の十分に高温水がある状態まで戻る。
【００５３】
ここで、電熱ヒータ２３が貯湯タンク２１下部ではなく第１暖房往き口５１の近傍の下方の位置にあるため、温度センサＴ８,Ｔ７間の水を所定の温度にまで昇温させるための時間、つまり、（３）の状態から（１）の状態にまで復帰する時間を短くすることができる。したがって、第２暖房往き口５２を用いなければならない時間を減らすことができ、特に、主として貯湯タンク２１上部の湯を給湯用に用い、貯湯タンク２１下部の湯を暖房用に用いる給湯暖房システムとしては好適である。
【００５４】
図５は上記貯湯式暖房給湯機の暖房給湯制御部３０の電熱ヒータ２３の制御の一例を説明するフローチャートを示しており、以下、図５にしたがって暖房給湯制御部３０のヒータ制御を説明する。このヒータ制御は、ヒートポンプユニット１により貯湯タンク２１内の温水を加熱しても十分に温度が上がらない場合や、ヒートポンプユニット１の故障時に行う。
【００５５】
まず、ヒータ制御の処理がスタートすると、ステップＳ１で温度センサＴ８により検出された貯湯タンク２１内の中間部分の温度ｔ８が第１判定温度としての所定温度Ｔ0未満か否かを判別して、温度ｔ８が所定温度Ｔ0未満のときは、ステップＳ２に進み、暖房用三方弁３２を第２暖房往き口５２側に切り替えた後、ステップＳ３に進む。
【００５６】
一方、ステップＳ１で温度ｔ８が所定温度Ｔ0未満のときは、ステップＳ８に進み、暖房用三方弁３２を第１暖房往き口５１側に切り替えた後、ステップＳ１に戻る。
【００５７】
そして、ステップＳ３で温度センサＴ８により検出された貯湯タンク２１内の中間部分の温度ｔ８が第２判定温度としての所定温度Ｔ0＋α(定数)未満か否かを判別して、温度ｔ８が所定温度Ｔ0＋α未満のときは、ステップＳ４に進む一方、温度ｔ８が所定温度Ｔ0＋α以上のとき、ステップＳ８に進む。
【００５８】
次に、ステップＳ４で温度センサＴ７により検出された貯湯タンク２１内の中間部分よりも上側の温度ｔ７が所定温度Ｔ0未満か否かを判別して、温度ｔ７が所定温度Ｔ0以上のときは、ステップＳ５に進み、電熱ヒータ２３をオフしてステップＳ３に戻る。
【００５９】
一方、ステップＳ４で温度ｔ７が所定温度Ｔ0未満のときは、ステップＳ６に進み、電熱ヒータ２３をオンしてステップＳ７に進む。
【００６０】
そして、ステップＳ７で温度ｔ７が目標温度としての所定温度Ｔ0＋β(定数)未満のときは、ステップＳ６に戻る一方、温度ｔ７が所定温度Ｔ0＋β以上のときは、ステップＳ３に戻る。
【００６１】
このフローチャートでは、温度センサＴ８により検出された温度ｔ８が所定温度Ｔ0未満のときは、暖房用三方弁３２を切り替えて第２暖房往き口５２とし、さらに、その上側の温度センサＴ７により検出された温度ｔ７が所定温度Ｔ0未満のときは、電熱ヒータ２３をオンして温度ｔ７が所定温度Ｔ0以上になるまで貯湯タンク２１内の温水を加熱する。そして、温度ｔ７が所定温度Ｔ0＋β以上で、かつ、温度ｔ８が所定温度Ｔ0＋α以上であることを確認すると、暖房用三方弁３２を切り替えて第１暖房往き口５１とする。
【００６２】
なお、図４のフローチャートでは、ステップＳ１で温度ｔ８が所定温度Ｔ0未満のときは、ステップＳ２において暖房用三方弁３２を第２暖房往き口５２としたが、ステップＳ２なしにして、電熱ヒータ２３をオンした後に、所定の時間を経過しても温度ｔ７が所定温度Ｔ0＋β以上にならないときに、暖房用三方弁３２を切り替えて第２暖房往き口５２とするようにしてもよい。
【００６３】
また、上記給湯用熱交換器２２の下側から入水して上側から出湯することによって、コイル状のパイプを含む給湯用熱交換器２２の下側から流入した低温の水は、貯湯タンク２１内の下側の比較的低温の温水域で熱交換され、給湯用熱交換器２２の上側に向かって流れるに従って貯湯タンク２１内の上側の高温の温水域で熱交換されて、高温の給湯水となって出湯される。このように、上記貯湯タンク２１内の温度勾配に従って給湯水が下から上に向かって熱交換により加熱されながら流れるので、貯湯タンク２１内の温度分布が乱れることがなく、高い熱交換効率が得られる。したがって、給湯用熱交換器２２の熱交換効率を向上でき、高温の給湯水を供給できる。
【００６４】
また、上記貯湯タンク２１内の上下方向の温度勾配を保ちつつ、貯湯タンク２１内の下側の低温水をヒートポンプユニット１で加熱することにより、ヒートポンプユニット１のＣＯＰ(成績係数)を向上できる。
【００６５】
上記貯湯タンク２１内には、沸き上げ状態によるが、下側から上側に向かって略４０℃〜９０℃の温度分布となり、貯湯タンク２１内の温水の温度と給湯用熱交換器２２内を流れる水の温度との温度差は、低温水が流入する下側の方が大きくなって上側に行くほど小さくなる。そこで、給湯用熱交換器における熱交換量の均一化を考えた場合、給湯用熱交換器の温度差の大きい下側部分のピッチを大きくできる。したがって、給湯用熱交換器の下側部分の長さを短くすることによって、貯湯タンクの上下方向寸法を小さくでき、貯湯タンクの小型化と軽量化が図れる。
【００６６】
また、上記ヒートポンプユニット１に二酸化炭素(ＣＯ２)を冷媒として用いることによって、地球温暖化対策に貢献でき、さらにＨＦＣ冷媒などに比べて凝縮温度が高いので、ヒートポンプユニット１による出湯温度を高くすることができる。
【００６７】
また、給湯用熱交換器２２にコイル状のパイプを用いることによって、貯湯タンク２１内の上下方向略全体にわたって給湯用熱交換器２２を効率よく配置することができる。
【００６８】
また、ヒートポンプユニット１により貯湯タンク２１内の温水を加熱しても、温度センサＴ８により検出された貯湯タンク２１内の温水の温度ｔ８が所定温度Ｔ0＋α以上にならないとき、かつ、温度センサＴ７により検出された貯湯タンク２１内の温水の温度ｔ７が所定温度Ｔ0以上にならないときは、貯湯タンク２１内の温水の温度ｔ７が目標温度(Ｔ0＋β)以上になるまで電熱ヒータ２３をオンするが、それでも予め設定された時間の間電熱ヒータ２３をオンし続けても、貯湯タンク２１内の温水の温度ｔ７が目標温度(Ｔ0＋β)以上にならないときは、貯湯タンク２１の温水を第２暖房往き口５２から取り出すことにより、貯湯タンク２１内の上側の高温水を暖房に利用して、暖房能力不足を防止することができる。
【００６９】
また、給湯負荷や暖房負荷が大きくヒートポンプユニット１の加熱能力が足りないときは、電熱ヒータ２３を用いて貯湯タンク２１内の中間部の温水を加熱することによって、ヒートポンプユニット１の加熱能力を補助することができる。
【００７０】
なお、上記実施形態の温度センサＴ１〜Ｔ１２は、サーミスタで構成したが、熱電対等の他の素子を用いてもよい。
【００７１】
上記実施の形態では、貯湯タンク２１内の中間部に配置されたヒータの一例として電熱ヒータ２３を用いたが、ヒータはこれに限らず、他の加熱手段を用いてもよい。また、暖房端末としては、ラジエータに限らず、床暖房パネルやファンコイルなどの他の手段を用いてもよい。
【００７２】
なお、上記実施形態では、第１暖房往き口５１を電熱ヒータ２３の真上に配置したが、ヒータ近傍かつ上側に第１暖房往き口を配置していればよく、ヒータの真上の位置から水平面に沿ってずれた位置に第１暖房往き口を配置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】図１はこの発明の実施の一形態の貯湯式暖房給湯機の構成を示す回路図である。
【図２】図２は上記貯湯式暖房給湯機の貯湯タンクの縦断面図である。
【図３】図３は上記貯湯式暖房給湯機の貯湯タンクの側面図である。
【図４】図４は上記貯湯式暖房給湯機の貯湯タンクの上面図である。
【図５】図５は上記貯湯式暖房給湯機の暖房給湯制御部の電熱ヒータの制御を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００７４】
１…ヒートポンプユニット
２…貯湯部
１１…圧縮機
１２…凝縮器
１３…膨張弁
１４…蒸発器
１５…送風ファン
１６…圧力センサ
２０…沸き上げ制御部
２１…貯湯タンク
２２…給湯用熱交換器
２２a…下側コイル部
２２b…上側コイル部
２３…電熱ヒータ
２４…沸き上げ用循環ポンプ
２５…沸き上げ用三方弁
２６…犠牲陽極
２７…パイプ
３０…暖房給湯制御部
３１…給湯用混合弁
３２…暖房用三方弁
３３…暖房用混合弁
３４…暖房用循環ポンプ
４１,４２…ラジエータ
５１…第１暖房往き口
５２…第２暖房往き口
５３…暖房戻り口
Ｔ１…吐出温度センサ
Ｔ２…蒸発器温度センサ
Ｔ３…外気温度センサ
Ｔ４…入水温度センサ
Ｔ５…出湯温度センサ
Ｔ６〜Ｔ１０…温度センサ
Ｔ１１…暖房往き温度センサ
Ｔ１２…暖房戻り温度センサ
【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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